JP2008171875A - 板体処理装置および表面処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表面が親水性の場合には、洗浄液のみでの十分な洗浄を可能とし、疎水性の場合には、表面を簡単に親水性化し、その直後に洗浄液を供給して十分な洗浄を可能とし、更に、疎水性の強い膜表面を洗浄する場合に、洗浄液を広く拡がらせ、十分な洗浄を行なわせるようにすることである。
【解決手段】回転手段と、前記回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第１のノズルＡと、前記回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第２のノズルＢと、前記回転手段で回転させられる板体の回転上流側に配置された第１のノズルに連結された親水性剤貯留タンクと、前記回転手段で回転させられる板体の回転下流側に配置された第２のノズルに連結された薬剤貯留タンクとを具備してなり、前記第１のノズルＡから板体１の上に供給された親水性剤の上に前記第２のノズルＢからの薬剤が供給されるよう構成されてなる板体処理装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば半導体ウェハ等の板体（円板）を流体で表面処理する技術に関する。

半導体ウェハは、様々な工程において、洗浄が行なわれている。この洗浄には、例えば枚葉洗浄装置が用いられている。この種の枚葉洗浄装置は、被処理物であるウェハを一定の回転数に保ち、その上方から薬液などの液体を滴下し、ウェハを洗浄するようになっている。そして、薬液を滴下するノズルはウェハの半径方向に移動可能に構成されており、ウェハ表面に薬液が均一に滴下され、洗浄が均一に行われるような工夫が施されている。

ところで、ウェハの表面が疎水性である場合、滴下された液体はウェハ表面で横に広く拡がり難い。すなわち、親水性の表面に水滴を滴下した場合と、疎水性の表面に水滴を滴下した場合とを比べると、親水性の表面に滴下された水滴は、球状から直ちに平べったくなって横に広く拡がるのに対し、疎水性の表面に滴下された水滴は、滴下直後の球状に近い形状を保持したままのものであり、横方向の拡がりが非常に少ない。このことは、葉の上の露が球状であるのを見掛けることからも容易に理解できることである。従って、疎水性のウェハの表面にノズルから洗浄液が滴下されて洗浄が行なわれても、洗浄液の拡がりが不十分な為、洗浄ムラが出来てしまう。尚、洗浄液の滴下間隔を小さくすれば、即ち、洗浄液の拡がりを予測して高頻度の滴下を行なえば、洗浄液の拡がりが小さくても、洗浄ムラは起き難くなる。しかしながら、これは大変である。かつ、やはり、洗浄ムラの恐れが有る。

そこで、ウェハ表面を疎水性から親水性のものにすることが提案されている。
例えば、特開２００６−１４７６５５号公報では、半導体基板の上方に比誘電率が３．２以下である疎水性の層間絶縁膜を形成する工程と、前記層間絶縁膜の上にキャップ膜を形成する工程と、前記キャップ膜および前記層間絶縁膜に開口部を形成する工程と、前記キャップ膜の上と前記開口部の内面にバリアメタル膜を形成する工程と、前記開口部を埋め込むようにして前記バリアメタル膜の上に銅層を形成する工程と、前記開口部内に前記銅層および前記バリアメタル膜が残るようにして、前記銅層、前記バリアメタル膜および前記キャップ層を化学的機械研磨法によって除去し、前記層間絶縁膜を露出させる工程と、露出した前記層間絶縁膜にアンモニアプラズマ処理を施し、前記層間絶縁膜の表面に親水性の改質層を形成する工程と、前記改質層を除去する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法が提案されている。

又、特開２００３−１０９９３１号公報では、表面研磨された半導体ウェハに、界面活性剤を含む洗浄液を使用して、研磨終了直後に行われる洗浄を施す研磨後洗浄工程と、この研磨後洗浄工程後、半導体ウェハを乾燥する工程とを備えた半導体ウェハの洗浄乾燥方法が提案されている。
特開２００６−１４７６５５号公報 特開２００３−１０９９３１号公報

ところで、前記特許文献１の技術を採用すると、即ち、洗浄に先立って、プラズマ処理によるウェハ表面の親水性化は、その作業が大変である。例えば、洗浄処理は水を使用する環境下での作業であるのに対して、プラズマ処理は水を全く使用しない環境下での作業であり、その作業環境が全く異なっている。従って、装置自体が全く異なることから、作業性が悪い。例えば、プラズマ処理装置から洗浄装置へのウェハの搬送自体も容易では無い。

これに対して、特許文献２の技術は、界面活性剤を含む洗浄液を用いることから、特許文献１の技術に比べたならば、遥かに簡単である。

しかしながら、特許文献２の技術は、常時、界面活性剤を含む洗浄液を使うことから、ウェハ表面の性質に対応させて、予め、界面活性剤を含む洗浄液を使うか、それとも界面活性剤を含まぬ洗浄液を使うかを選択し、装着しなければならない。そして、その選択をしないのであれば、常時、界面活性剤を含む洗浄液を用いることになり、表面が親水性のウェハを洗浄する場合には、不経済となる。

従って、本発明が解決しようとする課題は、上記の問題点を解決することである。例えば、洗浄と同等の作業環境下での実施が出来るようにすることである。かつ、表面が親水性の場合には、無駄を少なくする為に、単なる洗浄液のみでの十分な洗浄を可能とし、表面が疎水性の場合には、表面を簡単に親水性化し、その直後に洗浄液を供給して十分な洗浄が出来るようにすることである。そして、半導体の製造工程では避けることが出来ない疎水性表面、例えば低誘電率層間膜の如きの疎水性の強い膜表面を洗浄する場合に、洗浄液の拡がりが広く、洗浄が十分に行なわれるようにすることである。

前記の課題は、回転手段と、
前記回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第１のノズルと、
前記回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第２のノズルと、
前記回転手段で回転させられる板体の回転上流側に配置された第１のノズルに連結された親水性剤貯留タンクと、
前記回転手段で回転させられる板体の回転下流側に配置された第２のノズルに連結された薬剤貯留タンクとを具備してなり、
前記第１のノズルから板体の上に供給された親水性剤の上に前記第２のノズルからの薬剤が供給されるよう構成されてなる
ことを特徴とする板体処理装置によって解決される。

特に、回転手段と、
前記回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第１のノズルと、
前記回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第２のノズルと、
前記回転手段で回転させられる板体の回転上流側に配置された第１のノズルに連結された親水性剤貯留タンクと、
前記回転手段で回転させられる板体の回転下流側に配置された第２のノズルに連結された薬剤貯留タンクとを具備し、
前記第１のノズルと前記第２のノズルとの間の距離が前記板体の直径の１／５以下であるように各々のノズルは配置されてなり、
前記第１のノズルから板体の上に供給された親水性剤の上に前記第２のノズルからの薬剤が供給されるよう構成されてなる
ことを特徴とする板体処理装置によって解決される。

又、上記の板体処理装置であって、ｒ_ｓ（板体の回転中心と第１のノズル位置との間の距離）≦ｒ_ｃ（板体の回転中心と第２のノズル位置との間の距離）であるように各々のノズルが配置されてなる
ことを特徴とする板体処理装置によって解決される。

又、上記の板体処理装置であって、ノズルを移動させるノズル移動手段を更に具備してなる
ことを特徴とする板体処理装置によって解決される。

又、上記の板体処理装置であって、第１のノズルが複数個設けられてなる
ことを特徴とする板体処理装置によって解決される。

又、薬剤によって板体の表面を処理する方法であって、
前記板体を回転させる回転駆動工程と、
前記回転駆動工程によって回転させられている板体の表面に親水性剤をスポット的に供給する親水性剤供給工程と、
前記親水性剤供給工程で供給された直後の親水性剤の上に前記薬剤を供給する薬剤供給工程
とを具備することを特徴とする表面処理方法によって解決される。

又、上記の板体処理装置を用いることにより板体の表面を薬剤によって処理する方法であって、
前記板体を回転させる回転駆動工程と、
前記回転駆動工程によって回転させられている板体の表面に親水性剤をスポット的に供給する親水性剤供給工程と、
前記親水性剤供給工程で供給された直後の親水性剤の上に前記薬剤を供給する薬剤供給工程
とを具備することを特徴とする表面処理方法によって解決される。

本発明によれば、例えば洗浄と同等の作業環境下での実施が出来る。すなわち、プラズマ処理と言った如きの全く異なったタイプの装置を用いなくても綺麗に洗浄が行なえる。そして、表面が親水性の場合には、無駄を少なくする為に、単なる洗浄液のみでの十分な洗浄が可能になり、表面が疎水性の場合には、表面が簡単に親水性化され、その直後に洗浄液による十分な洗浄が出来る。例えば、半導体の製造工程では避けることが出来ない疎水性表面、例えば低誘電率層間膜の如きの疎水性の強い膜表面の洗浄も、極めて綺麗に行なわれる。又、疎水性表面を洗浄する場合において、特別な親水性化処理工程を付加したり、洗浄液自体に予め界面活性剤を含ませておいたりする必要が無い。そして、従来の装置を改造することによっても、親水性化処理が行え、コストが低廉である。

本発明の方法は、薬剤によって板体（例えば、円板状のウェハ）の表面を処理する方法である。そして、板体を回転させる回転駆動工程を具備する。又、回転駆動工程によって回転させられている板体の表面に親水性剤をスポット的に供給する親水性剤供給工程を具備する。又、親水性剤供給工程で供給された直後の親水性剤の上に薬剤を供給する薬剤供給工程を具備する。そして、本発明の方法は、特に、下記の装置を用いて行なわれる。

本発明の装置は、回転手段（例えば、回転テーブル）を具備する。又、回転手段で回転させられる板体（例えば、回転テーブル上に載せられた円板状のウェハ）の上方に配置された第１のノズルを具備する。又、回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第２のノズルを具備する。又、回転手段で回転させられる板体の回転上流側に配置された第１のノズルに連結された親水性剤貯留タンクを具備する。又、回転手段で回転させられる板体の回転下流側に配置された第２のノズルに連結された薬剤貯留タンクを具備する。そして、第１のノズルから板体の上に供給された親水性剤の上に第２のノズルからの薬剤が供給されるよう構成されている。本発明では、特に、第１のノズルと第２のノズルとの間の距離が板体の直径の１／５以下であるように各々のノズル（第１のノズルと第２のノズル）が配置されている。更に、特に、ｒ_ｓ（板体の回転中心と第１のノズル位置との間の距離）≦ｒ_ｃ（板体の回転中心と第２のノズル位置との間の距離）であるように各々のノズル（第１のノズルと第２のノズル）が配置されている。又、本発明の装置は、ノズルを移動させるノズル移動手段を具備する。そして、本発明では、第１のノズルは1個だけでなく、複数個の場合も有る。

本発明の装置（表面処理装置）は、上述の通り、被処理物である板体（円板）の回転機構と、板体に液体を供給し、かつ、板体上を直線状あるいは円弧状に移動する２本以上のノズルと、このノズルに所望の液体を供給する流量制御機構とを具備する。この流量制御機構によって、ノズルの中の第１のノズル（ノズルＡ）には親水性剤貯留タンクから疎水性表面を有する板体を親水性化する為の液体が供給され、他方の第２のノズル（ノズルＢ）には薬剤貯留タンクから板体を洗浄する為の液体が供給される。尚、流量制御機構によって、ノズルからの薬剤の供給が停止される場合も有る。例えば、表面が親水性の場合には、板体の表面物性情報に従って、親水性化する為の親水性剤の供給は停止される。更に、二つの異なった液体（親水性剤と洗浄剤）を板体上に供給するノズルの位置を所定の位置に位置させるノズル位置駆動・制御機構を具備する。従って、ノズルＡとノズルＢとを互いに接近させて所望の位置に位置させることが出来る。従って、このように構成させると、従来の設備を少し改造するのみでも、疎水性が強い低誘電率層間膜などの洗浄工程において、非常に簡単に親水性化処理ができ、洗浄ムラが無くなり、気体や液体などの流体を用いた半導体ウェハ処理における処理工程の改善が行なわれる。

特に、枚葉洗浄の如きの化学反応を用いて処理を行う装置では、化学反応の持続時間は極めて短く、薬液がウェハに吐出された直後しか所望の特性を発揮できないことが多い。特に、所定の液温で処理が設計されている場合において、薬液吐出後のウェハ面上での薬液温度は急速に変化する為、設計された温度での持続時間は非常に短い。更に、化学反応による発熱・吸熱などの薬液温度の変動や消費された化学種の減少による変動なども加わり、精密な洗浄処理を行う為には、吐出直後におけるウェハの面内均一性は極めて重要である。すなわち、疎水性表面における洗浄においては、洗浄液の吐出直後での状態が極めて重要である。本発明は前記の観点を満足することから、即ち、ノズルから供給された洗浄液はウェハ上に短時間で均一に広く拡がったものとなることから、洗浄が非常に綺麗に行なわれることになる。

図１は本発明の基本構成を示す概念図である。図２は本発明の原理を説明する概念図である。
被処理物である疎水性表面を有するウェハ１は回転テーブル（図示せず）にチャックされており、この回転テーブルの回転によってウェハ１は、図１中、反時計方向に回転させられる。この回転しているウェハ１上に、第１のノズルＡと第２のノズルＢとが配置されている。そして、図１，２からも判る通り、ノズルＡは回転上流側に位置するよう、かつ、ノズルＢは回転下流側に位置するよう配置されている。回転上流側に配置されたノズルＡからは、ウェハ１の表面を疎水性から親水性のものにする為、親水性剤貯留タンク（図示せず）からの親水性剤（例えば、界面活性剤）がウェハ１表面に吐出（滴下）される。例えば、スポット適に滴下される。回転下流側に配置されたノズルＢからは、薬剤貯留タンク（図示せず）からの洗浄液がウェハ１表面上の親水性剤（例えば、界面活性剤）上に吐出（滴下）される。

ノズルＡは、ノズル走行機構（ノズル駆動機構：図示せず）により、ウェハ１の中心を通る直線と平行な直線Ｌｓ上をウェハ１中心から離れるように移動する。ノズルＢも、ノズル走行機構（ノズル駆動機構：図示せず）により、ウェハ１の中心を通る直線と平行な直線Ｌｃ（直線Ｌｓと直線Ｌｃとは並行）上をウェハ１中心から離れるように移動する。但し、ノズルＡとノズルＢとは、両者間の距離がウェハ１の直径Ｄの１／５以下であるように設定されている。つまり、直線Ｌｓと直線Ｌｃとはウェハ１の直径Ｄの１／５以下の寸法で離れているように設定されている。勿論、ここで、ノズルＡとノズルＢとは、現実上、所定の大きさを持つものであり、かつ、異なるものであるから、ノズルＡとノズルＢとの間の距離が０と言うことは有り得ないが、０に近い値であっても何ら差し支え無い。と言うよりも上述の通り、親水性剤（例えば、界面活性剤）がウェハ１表面に吐出（滴下）された直後に洗浄剤が吐出（滴下）される方が好ましいことを鑑みたならば、ノズル間の距離は出来るだけ小さい方が好ましい。そして、ノズル間の距離がＤ／５を越えて大きくなり過ぎた場合には、本発明が奏する大きな特長が得られ難いものであったことから、ノズル間の距離はＤ／５以下とすることが好ましかった。但し、界面活性剤の拡がりを考慮する必要も有ることから、下限値は約５ｍｍ程度であることが好ましい。又、ウェハ１は回転していることから、ノズルＡから滴下された液は、遠心力によって多少なりとも外側に移動するようになる。すなわち、滴下された液はウェハ１の中心側に向かって拡がるよりも外側に向かって拡がろうとする方が多い。従って、ノズルＡとノズルＢとの位置関係も、このことを考慮しておくことが大事である。すなわち、ｒ_ｓ（ウェハ１の回転中心とノズルＡとの間の距離）≦ｒ_ｃ（ウェハ１の回転中心とノズルＢとの間の距離）であるようにノズルＡ，Ｂが配置されていることも大事である。つまり、ノズル走行機構（ノズル駆動機構）によってノズルＡ，Ｂが走行する時にあっても、ｒ_ｓ≦ｒ_ｃが満足されるならば、ノズルＡの位置の円上、或いはそれよりも外側の円上にノズルＢが位置することになり、ノズルＢから滴下された洗浄液はノズルＡから滴下された界面活性剤上に位置するようになる。そして、上記の如きの近接した位置関係にある二つのノズルから、即ち、回転方向の上流側に位置したノズルＡから界面活性剤が供給され、その直後にノズルＢから洗浄液が供給される。この為、洗浄液は、界面活性剤が流れて拡がった領域、即ち、親水性化された表面に広く流れるようになる。この結果、被処理物であるウェハ１は均一に洗浄される。

さて、ノズルＡ，Ｂの走行軌跡が図１に示される如きの直線Ｌｓ（Ｌｓは第４象限），Ｌｃ（Ｌｃは第１象限）であるならば、二つのノズルＡ，Ｂを同一の支持機構上に距離を置いて搭載し、同時に移動させることで実施でき、機構的に簡単である。

しかしながら、これに限られるものでは無く、例えば図３に示される如く、ノズルＡの移動は第４象限に在りながらも動径方向（半径方向：放射状）に走行するものとし、ノズルＢの移動は第１象限に在りながらも動径方向（半径方向：放射状）に走行するものとしても良い。但し、この場合のノズルＡ，Ｂの走行制御は、図１の場合のものに比べて複雑なものになる。

或いは、図４に示される如く、ノズルＡ，Ｂが共に同一象限に在るものとし、そして図１に示される如く並行な直線Ｌｓ，Ｌｃ上を走行するようにしても良い。

尚、本発明が、親水性の表面を有する半導体ウェハの洗浄に適用される場合には、界面活性剤を必要としない為、界面活性剤の供給を停止すれば良い。従って、従来と同様の洗浄が出来、界面活性剤の無駄が起きない。このように、装置として親水性化処理の有無を任意に選択できる機能を有するので、工程における使用範囲を広く出来る。

又、被処理物としての円板は、半導体ウェハを中心に説明したが、金属の円板、プラスチックの円板等材料に寄らない。又、回転テーブルに搭載し、固定できれば良く、楕円等多少の角や曲線があっても差し支えない。この場合、直径とは回転したときの最大外形値である。

以下、更に具体的な実施例を挙げて説明する。
［実施例１］
本発明を半導体ウェハの洗浄装置に適用した場合で説明する。
直径３００ｍｍのウェハにプラズマ励起のＰＥ−ＳｉＯＣ膜を成膜した後、フッ化アンモニウム系の薬液を用いての洗浄が行なわれる。
低誘電率層間膜であるＰＥ−ＳｉＯＣ膜は疎水性である為、従来では、洗浄ムラが起き、綺麗に洗浄できないことが多かった。

そこで、図１，２で説明したノズルＡ，Ｂを備えた洗浄装置を用いて洗浄を行なった。ノズルＡからは界面活性剤の一種であるポリビニルアルコールが供給された。ノズルＢからは従来の洗浄液であるフッ化アンモニウム系の薬液が供給された。ノズルＡとノズルＢとの間の距離は５０ｍｍ以内とし、かつ、ｒ_ｓ＝ｒ_ｃとした。そして、ウェハ１は１００ｒｐｍで回転させられた。このようにして洗浄が行なわれた処、図２に示される如く、フッ化アンモニウム系の薬液が既に滴下されて拡がった界面活性剤の上でスムーズに拡がり、洗浄ムラは認められないものであった。そして、このことは、処理ロットの電気的特性も良いことから、均一な洗浄特性が得られたことを確認できた。しかも、例えばプラズマ工程などによる特別な親水性化処理を必要とせず、洗浄工程と同時に処理できる為、極めて簡単に半導体製品の高い歩留まりを実現することが出来た。

［実施例２］
本発明を炭酸ガス粒子を吐出しシリコンウェハ上のパーティクルを除去する洗浄装置に適用した場合で説明する。
本実施例にあっても、ノズルＡ，Ｂの関係は実施例１の場合と同じである。
炭酸ガス粒子ノズルの上流に近接してオゾン水吐出用のノズルが配置されていることから、疎水性であったシリコンウェハ表面が先ずオゾン水により親水性化される。そして、前記工程により、炭酸ガス粒子の到達し作用する面積が拡がったことから、シリコンウェハ上のパーティクル除去効率が大幅に向上し、半導体製品の歩留まりが飛躍的に向上した。

［実施例３］
本発明を図５に示すような純水を用いた半導体ウェハのブラシ洗浄装置に適用した場合で説明する。

洗浄液として純水を供給するノズルＢの周囲に樹脂製のブラシＣを設けて回転させ、洗浄効果を強く効かせる場合に適用する例である。ブラシＣの直径に対して、ノズルＡが相対的に小さくなりがちなので、親水性化領域を広くとれる一体化ノズルＤを採用する。一体化ノズルＤの各ノズルＡにはそれぞれ独立に開閉できるバルブを介して薬液（過酸化水素水）が供給されるようになっており、ノズルＡからは希釈した過酸化水素水が吐出される。機構的には、ノズルＡを複数個設置して一体化したものである。ブラシＣの移動に同期して該当するノズルＡの位置を、互いの距離を５０ｍｍ以内に保ち、過酸化水素水を吐出するノズルＡを順次切替え、ブラシＣとの距離を常時近接した状態に保った状態で親水性化液（過酸化水素水）を流した。勿論、各ノズルＡを順次一つずつ開閉してもよいのは当然である。この方法は、比較的少ない親水性化液（過酸化水素水）の使用量で大きな直径のブラシを使用できる為、効率よくウェハ１表面が親水性化され、従来疎水性であった表面のパーティクル除去効率が格段に向上し、歩留りが大幅に向上した。

本発明の装置の基本構成を示す概念図 本発明の原理説明図 本発明の装置の他の例を示す概念図 本発明の装置の他の例を示す概念図 本発明の装置の他の例を示す概念図

符号の説明

１ ウェハ
Ａ ノズル
Ｂ ノズル

特許出願人 次世代半導体材料技術研究組合
代 理 人 宇 高 克 己

Claims (7)

1. 回転手段と、
   前記回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第１のノズルと、
   前記回転手段で回転させられる板体の上方に配置された第２のノズルと、
   前記回転手段で回転させられる板体の回転上流側に配置された第１のノズルに連結された親水性剤貯留タンクと、
   前記回転手段で回転させられる板体の回転下流側に配置された第２のノズルに連結された薬剤貯留タンクとを具備してなり、
   前記第１のノズルから板体の上に供給された親水性剤の上に前記第２のノズルからの薬剤が供給されるよう構成されてなる
   ことを特徴とする板体処理装置。
2. 第１のノズルと第２のノズルとの間の距離が板体の直径の１／５以下であるように各々のノズルが配置されてなる
   ことを特徴とする請求項１の板体処理装置。
3. ｒ_ｓ（板体の回転中心と第１のノズル位置との間の距離）≦ｒ_ｃ（板体の回転中心と第２のノズル位置との間の距離）であるように各々のノズルが配置されてなる
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２の板体処理装置。
4. ノズルを移動させるノズル移動手段を更に具備してなる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの板体処理装置。
5. 第１のノズルが複数個設けられてなる
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４いずれかの板体処理装置。
6. 薬剤によって板体の表面を処理する方法であって、
   前記板体を回転させる回転駆動工程と、
   前記回転駆動工程によって回転させられている板体の表面に親水性剤をスポット的に供給する親水性剤供給工程と、
   前記親水性剤供給工程で供給された直後の親水性剤の上に前記薬剤を供給する薬剤供給工程
   とを具備することを特徴とする表面処理方法。
7. 請求項１〜請求項５いずれかの板体処理装置を用いることにより板体の表面を薬剤によって処理する方法であって、
   前記板体を回転させる回転駆動工程と、
   前記回転駆動工程によって回転させられている板体の表面に親水性剤をスポット的に供給する親水性剤供給工程と、
   前記親水性剤供給工程で供給された直後の親水性剤の上に前記薬剤を供給する薬剤供給工程
   とを具備することを特徴とする表面処理方法。

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