JP2008060284A - 半導体基板の洗浄方法および洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板１に形成した配線溝５，６やコンタクトホール７，８などの溝部内の異物を確実に且つ効率よく除去できるようにする。
【解決手段】ドライエッチング後の半導体基板１と洗浄液４を噴射する洗浄ノズル３とを、基板表面の任意の配線溝５，６（この場合は配線溝５）の長辺方向と洗浄液４の噴出方向とが平行になるように配置し、基板表面に洗浄液４を斜め方向に噴射する。このことにより、基板表面に速い流れを発生させることができ、この流れが基板表面の配線溝５，６内に十分に入り込み、配線溝５，６やコンタクトホール７，８の内部にある異物を浮遊させて前方へ、基板表面まで、さらには基板外部まで送り出すことが可能になるため、洗浄効果が高い。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板の洗浄方法および洗浄装置に関する。

たとえばＣｕデュアルダマシン法を用いた多層配線プロセスでは、コンタクトホールや配線溝を形成するドライエッチング工程でポリマー（レジスト）などの切削屑が発生するので、基板表面を洗浄して除去するようにしている。この洗浄工程で、図３に示すようにポリマーＰが十分除去されずに配線溝２１やコンタクトホール２２に残ると、歩留りや信頼性の低下につながる。近年、配線の微細化がますます進むにつれ、配線溝２１やコンタクトホール２２の洗浄性の確保はより難しくなってきており、効率のよい洗浄性が必要不可欠となっている。

上記の洗浄工程で従来より行われている洗浄方法を図４に示す。半導体基板１をステージ２上に載せ、軸心廻りに回転させながら、洗浄ノズル３から洗浄液４を下向きに噴射することにより、基板表面に洗浄液４の流れを発生させ、基板表面の配線溝５,６やコンタクトホール７,８の内部にあるポリマーなどの異物を除去するというものである。洗浄ノズル３を半導体基板１上でスキャン移動させる提案もされている（たとえば特許文献１）。
特開２００２−３０５１７４公報

上述した従来の洗浄方法では、半導体基板の回転によって基板表面で洗浄液の流れを発生させているので、その洗浄液の流れの向きは基板中心から外側に向かうものとなる。したがって、図４に示した半導体基板１では、洗浄液４の流れの向きに沿う方向の配線溝５内の異物は除去されやすいものの、そうでない方向の配線溝６には洗浄液４が入り込みにくく、配線溝６内の異物は除去されにくく、この配線溝６内に開口するコンタクトホール８内の異物はいっそう除去されにくい。この現象は、洗浄液の流れの向きと配線溝の延びている向きとがなす角度が大きくなればなるほど顕著になり、また配線溝の幅が狭くなるほど、コンタクトホールのアスペクト比が大きくなるほど顕著になる。

本発明は上記問題に鑑み、半導体基板に形成した配線溝やコンタクトホールなどの溝部内の異物を確実に且つ効率よく除去できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体基板の洗浄方法は、ドライエッチング後の半導体基板と洗浄液を噴射する洗浄ノズルとを、前記半導体基板の表面に形成された任意の溝部の長辺方向と前記洗浄液の噴出方向とが平行になるように配置し、前記半導体基板の表面に前記洗浄液を斜め方向に噴射することを特徴とする。

前記洗浄ノズルを前記半導体基板上でスキャン移動させるのが好ましい。前記洗浄液を噴射しながら前記半導体基板を軸心廻りに回転させるのが好ましい。前記洗浄液の噴射角度を変えるのが好ましい。

本発明の半導体基板の洗浄装置は、半導体基板を上面に固定する支持台と、前記支持台の上面に向かう斜め方向に洗浄液を噴射可能な洗浄ノズルとを有することを特徴とする。
前記支持台および前記洗浄ノズルを相対的にＸＹ方向に移動させる移動機構を有することを特徴とする。前記支持台および前記洗浄ノズルを相対的に回転させる回転機構を有することを特徴とする。前記洗浄ノズルが、前記半導体基板の直径以上の噴射領域となるように直線状に配列された複数の噴射孔を有することを特徴とする。

前記半導体基板のノッチまたはオリフラを検出する検出器と、前記検出器による検出結果と前記半導体基板の配線レイアウト情報とを基に、前記半導体基板が前記洗浄液の噴出方向に対して所定の向きとなるように、前記回転機構による回転を制御する制御装置とを有するのが都合よい。

本発明の半導体基板の洗浄方法および洗浄装置によれば、半導体基板に形成した溝部内、すなわち配線溝やコンタクトホールの内部に洗浄液を十分に入り込ませて、内部に残留している異物を確実に且つ効率よく除去することができる。よって、その後の工程を経て製造する半導体装置の歩留まり、信頼性を向上させることができるとともに、洗浄時間を短縮し、スループットを向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）（ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態における半導体基板洗浄装置の構成を洗浄対象の半導体基板とともに簡略に示した平面図および側面図である。

洗浄対象の半導体基板１は、ドライエッチング法により、表面に配線溝５，６が形成されるとともに、これら配線溝５，６内に開口するコンタクトホール７，８が形成されている。配線溝５，６、コンタクトホール７，８のいずれかの内部に上述したポリマーなどの異物があるものとして説明する。

洗浄装置は、半導体基板１を上面に真空チャックなどで固定するステージ２と、ステージ２の上面に向かう斜め方向（０度より大きく９０度より小さい角度）に洗浄液４を噴射可能な洗浄ノズル３と、ステージ２を回転させる回転軸９などの回転機構と、半導体基板１のノッチ１ａの方向を検出するノッチ検出器１０と、半導体基板１のレチクルまたは設計レイアウトの情報を格納したサーバー１１と、これらに電気的に接続した制御装置１２とを有している。洗浄ノズル３は、半導体基板１の直径以上の噴射領域となるように直線状に配列された複数の噴射孔３ａを有し、半導体基板１の上方でＸＹ方向に移動自在である。

上記の洗浄装置による半導体基板１の洗浄方法を図２をも参照しながら説明する。
半導体基板１は、ステージ２上へ設置される前に、ノッチ検出器１０によってノッチ１ａが検出され、検出結果が制御装置１２に送られる。

それにより、制御装置１２が、サーバー１１から半導体基板１の配線長辺方向情報を入手し、ノッチ検出器１０によって検出されたノッチ１ａの方向を基準に、任意の配線（したがって配線溝）の長辺方向が洗浄ノズル３からの洗浄液４の噴出方向（噴射方向）１３に対して平行になるように、ステージ２上での半導体基板１の配置位置（向きを含む）を決定する。

たとえば、この半導体基板１には長辺方向が異なる複数の配線溝５，６があるので、まず、図２（ａ）にも示すように、配線溝５の長辺方向が洗浄ノズル３からの洗浄液４の噴出方向１３に平行になるように半導体基板１の配置位置を決定する。そして決定結果に基づいて半導体基板１をステージ２上に載置し、固定する。必要に応じて回転軸９によってステージ２を適切な向きに回転させる。

次に、洗浄ノズル３から薬液である洗浄液４を１００ｍｌ／分以上の流量で噴出させながら、洗浄ノズル３を配線溝５の長辺方向に半導体基板１の直径以上の範囲でスキャンさせることで、半導体基板１の洗浄を行う。

次に、図２（ｂ）に示すように、配線溝６の長辺方向が洗浄ノズル３からの洗浄液４の噴出方向１３に平行になるように、回転軸９，ステージ２によって半導体基板１を回転させる。そして、上記と同様に洗浄液４を噴出させながら、洗浄ノズル３を配線溝６の長辺方向に半導体基板１の直径以上の範囲でスキャンさせることで、半導体基板１の洗浄を行う。

つまり、この半導体基板１のように、基板中心とノッチ位置とを結ぶ直線（仮想線で記す）に対して配線長辺方向（配線溝長辺方向）が０度方向と９０度方向との２種類存在する場合、第１のステップで、洗浄液４の噴出方向１３に対して前記の直線が９０度になるように半導体基板１をステージ２上にセットし、洗浄ノズル３をその洗浄液４の噴出方向１３に沿ってスキャンさせて洗浄を行い、第２のステップで、洗浄液４の噴出方向１３に対して前記の直線が０度になるように半導体基板１を回転させたうえで、洗浄ノズル３をその洗浄液４の噴出方向１３にスキャンさせて洗浄を行う。配線長辺方向がさらに多数存在する場合は、半導体基板１をより小さい角度で回転させて各回転位置で洗浄を行う。

この際に、洗浄ノズル３からの洗浄液４の噴出方向１３を上記のように基板表面に対して斜め方向としているので、基板表面に配線溝５あるいは配線溝６の長辺方向に沿う速い流れを発生させることができる。この洗浄液４の流れが、基板表面の配線溝５，６内に十分に入り込み、配線溝５，６やコンタクトホール７，８の内部にある異物を浮遊させて前方へ、ここでは配線溝５，６の長辺方向に沿って基板表面まで、さらには基板外部まで送り出すため、洗浄効果が高い。

同時に、回転軸９，ステージ２によって半導体基板１を回転させると、基板表面にさまざまな方向の流れを発生させることができるので、洗浄効果がより高くなる。つまり、回転している半導体基板１の表面に斜め方向に洗浄液４を噴射すると、従来法でも利用されていた遠心力による流れ（半導体基板１の中心から外側へ向かう流れ）だけでなく、洗浄液４の噴出方向１３に基づく流れ（半導体基板１への洗浄液４の落下位置から前方への流れ）が発生することとなり、結果的に、さまざまな方向の流れとなる。このことにより、配線溝５，６やコンタクトホール７，８の内部に洗浄液４が十分行き届き、洗浄効果が向上する。

この洗浄液４の流れは、半導体基板１の回転速度、洗浄液４の噴射速度、洗浄液４の粘度などに依存することになるが、上記のように配線溝５，６やコンタクトホール７，８の内部に洗浄液４が十分行き届くようにするためには、洗浄液４の噴射速度が最も支配的になることが効果的である。

この際にさらに、洗浄ノズル３からの洗浄液４の噴出方向１３を基板表面に対して０度から１８０度の間で変化させると、配線溝５，６やコンタクトホール７，８の内部を効率よく洗浄することができる。コンタクトホール７，８のような深いものに対しては垂直気味で、配線溝５，６のような浅くて長いものは水平気味で噴射すると、洗浄液４が流れ込みやすくなる。

以上の洗浄液４による洗浄工程が終了したら、水洗工程を経て、半導体基板１を高速回転させて乾燥させる。
なお、上記のように半導体基板１のノッチ１ａを基準にステージ２上での半導体基板１の配置位置を決定するのでなく、半導体基板１のオリフラ（図示せず）を検出して基準に用いてもよい。半導体基板１を洗浄液４の噴出方向１３に対して所定の向きになるように配置するときには、上記のように回転軸９，ステージ２によって半導体基板１を回転させるのでなく、洗浄ノズル３を回転させてもよい。

また洗浄ノズル３をスキャン移動させるのでなく、ステージ２をＸＹ移動させる機構を設けて半導体基板１をスキャン移動させてもよい。洗浄ノズル３を半導体基板１に対して相対的にスキャン移動させる洗浄をある程度行った後に、回転を併用するようにすれば、洗浄効果がより高まる。

本発明に係る半導体基板の洗浄方法と洗浄装置は、半導体基板に形成した配線溝やコンタクトホールなどの溝部内の異物を確実に且つ効率よく除去できるので、線幅の狭い配線やアスペクト比の大きいビアが要求される半導体装置の製造に特に有用であり、かかる半導体装置の歩留まり、信頼性を向上させ、さらにはスループットを向上させることが可能である。

本発明の一実施形態における半導体基板洗浄装置の構成を洗浄対象の半導体基板とともに簡略に示した図 図１の半導体基板洗浄装置による半導体基板の洗浄方法を説明する工程図 洗浄対象の半導体基板の状態を模式的に示す断面図 従来の半導体基板の洗浄方法と洗浄装置を示す図

符号の説明

１・・・半導体基板
1a・・・ノッチ
２・・・ステージ
３・・・洗浄ノズル
3a・・・噴射孔
４・・・洗浄液
５，６・・・配線溝
７，８・・・コンタクトホール
９・・・回転軸
10・・・ノッチ検出器
11・・・サーバー
12・・・制御装置
13・・・洗浄液の噴出方向

Claims (9)

1. ドライエッチング後の半導体基板と洗浄液を噴射する洗浄ノズルとを、前記半導体基板の表面に形成された任意の溝部の長辺方向と前記洗浄液の噴出方向とが平行になるように配置し、前記半導体基板の表面に前記洗浄液を斜め方向に噴射することを特徴とする半導体基板の洗浄方法。
2. 前記洗浄ノズルを前記半導体基板上でスキャン移動させることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の洗浄方法。
3. 前記洗浄液を噴射しながら前記半導体基板を軸心廻りに回転させることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の半導体基板の洗浄方法。
4. 前記洗浄液の噴射角度を変えることを特徴とする請求項１記載の半導体基板の洗浄方法。
5. 半導体基板を上面に固定する支持台と、前記支持台の上面に向かう斜め方向に洗浄液を噴射可能な洗浄ノズルとを有することを特徴とする半導体基板の洗浄装置。
6. 前記支持台および前記洗浄ノズルを相対的にＸＹ方向に移動させる移動機構を有することを特徴とする請求項５記載の半導体基板の洗浄装置。
7. 前記支持台および前記洗浄ノズルを相対的に回転させる回転機構を有することを特徴とする請求項５または請求項６のいずれかに記載の半導体基板の洗浄装置。
8. 前記洗浄ノズルが、前記半導体基板の直径以上の噴射領域となるように直線状に配列された複数の噴射孔を有することを特徴とする請求項５記載の半導体基板の洗浄装置。
9. 前記半導体基板のノッチまたはオリフラを検出する検出器と、前記検出器による検出結果と前記半導体基板の配線レイアウト情報とを基に、前記半導体基板が前記洗浄液の噴出方向に対して所定の向きとなるように、前記回転機構による回転を制御する制御装置とを有することを特徴とする請求項７記載の半導体基板の洗浄装置。

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