JP2009038084A - 基板洗浄方法及び基板洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】基板上に形成された金属膜の破損を効果的に抑制することができる基板洗浄方法及び基板洗浄装置を提供する。
【解決手段】金属膜が形成された基板１００の表面に、非導電性液体である洗浄液５０を供給して洗浄する際に、基板１００の裏面を帯電させて基板１００の両面が略等電位となるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板洗浄方法及び基板洗浄装置に関し、特に、表面に導電性を有する膜が形成された基板の洗浄に用いて好適なものである。

例えば、シリコン基板等を用いるＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体製造工程においては、例えば、超純水を洗浄液として用いて基板の洗浄を行っている。超純水の抵抗率は非常に高いため、超純水を用いた洗浄工程では洗浄中に発生する静電気が洗浄液に蓄積されてしまう。例えば、静電気は、ノズルから噴射された洗浄液が基板に衝突する際に生じる。また例えば、洗浄水が基板上を流れて基板外周部から水滴として飛散する際、すなわち帯電した水滴が基板端部から離れる際、基板上の洗浄液は水滴とは正負逆に帯電することになる。

そして、この洗浄液に蓄積された静電気によって基板が帯電し、例えば、基板上に形成された金属膜（金属配線）が破損してしまう虞がある。すなわち、基板の帯電に起因する電気化学反応により、金属配線の腐食溶解が促進され、金属配線の断線等が発生する虞がある。例えば、基板の中央部にノズルから洗浄液を供給した場合、基板表面を流れる電流により基板中央部と基板周縁部との間で電位差が生じる。そして、この電位差に起因して金属配線が電食により溶解、溶出する虞がある。

ここで、例えば、ノズルから超純水を噴射するのと同時にイオンを噴射するイオン供給手段を具備し、イオン供給手段から噴射されるイオンによって洗浄中の静電気の発生を抑制するようにした洗浄装置がある（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−６６１６３号公報（特許請求の範囲）

このようにイオンを噴射することにより、洗浄時に基板に発生する静電気をある程度抑制することはできる。しかしながら、静電気の発生を完全に防止することは難しい。金属配線の薄膜化や高密度化が進んだ近年では、電位差が比較的小さい場合でも、上述したような金属配線の破損という問題が生じてしまう。このため、静電気の発生をほぼ完全に防止しなければ、金属配線の破損という問題が生じる虞がある。つまり、静電気の発生を抑制することによって、金属配線（金属膜）の破損という問題の発生を防止することは難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板上に形成された金属膜の破損を効果的に抑制することができる基板洗浄方法及び基板洗浄装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、金属膜が形成された基板の表面に、非導電性液体である洗浄液を供給して洗浄する際に、前記基板の裏面を帯電させて当該基板の両面が略等電位となるようにしたことを特徴とする基板洗浄方法にある。
かかる本発明では、基板の表面と裏面とが略等電位となるため、つまり基板の外面全体が略等電位となるため、基板上の非導電性液体を介して金属膜（金属配線）に電流が流れることがなく、金属膜の破損を防止することができる。

ここで、前記洗浄液を供給する位置を変化させながら前記基板を洗浄することを特徴とすることが好ましい。これにより、基板の表面と裏面とが比較的容易且つ確実に略等電位となる。

例えば、前記基板の裏面に非導電性液体を供給することで当該基板の裏面を帯電させる。このとき、前記基板の裏面に非導電性液体を供給する位置を変化させながら当該基板の裏面を帯電させることが好ましい。特に、前記非導電性液体を供給する位置を前記基板の径方向に沿って変化させることが望ましい。これにより、基板の表面と裏面とをより確実に略等電位とすることができる。

また、前記基板を当該基板の面方向で回転させながら洗浄することが好ましい。さらに、前記洗浄液に超音波を付与するのが好ましい。これにより、基板の洗浄力が向上し、且つ金属膜の破損も防止することができる。

また本発明は、基板を保持する基板保持手段と、該基板保持手段に保持された前記基板の表面に非導電性液体である洗浄液を供給する供給手段と、前記基板の裏面を帯電させる帯電手段とを具備し、前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に前記供給手段から前記洗浄液を供給すると同時に前記帯電手段によって前記基板の裏面を帯電させ、当該基板の両面を略等電位とした状態で前記前記基板の表面を洗浄することを特徴とする基板洗浄装置にある。
かかる本発明の基板洗浄装置では、基板の表面と裏面とが略等電位となるため、つまり基板の外面全体が略等電位となるため、基板上の非導電性液体を介して、基板上に形成された金属膜（金属配線）に電流が流れることがなく、この金属膜の破損を防止することができる。

ここで、前記帯電手段は、前記基板の裏面に非導電性液体を供給することで当該基板の裏面を帯電させることが好ましい。これにより、基板の表面と裏面とをより確実に略等電位とすることができる。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説明する。
＜実施形態１＞
図１は、本発明の実施形態１に係る基板洗浄装置を示す概略側面図であり、図２は、基板洗浄装置に保持された基板の概略を示す拡大断面図である。図１に示すように、基板洗浄装置１は、いわゆるスピン洗浄装置であり、チャンバ２内にシリコンウェハ等の基板１００を保持するテーブル３が設けられている。テーブル３は、モータ等の駆動手段（図示なし）により回転駆動されるようになっている。なお本実施形態では、テーブル３は水平方向で回転可能に設けられている。またこの基板洗浄装置１で洗浄される基板１００の表面１００ａには、図２に示すように、導電性を有する膜、例えば、金属材料からなる金属膜である金属配線１０１と、金属配線１０１を覆う絶縁膜１０２とが形成されている。そして、本実施形態に係る基板洗浄装置１では、このように金属配線１０１が形成された基板１００の表面１００ａを非導電性液体である洗浄液５０によって洗浄する。

テーブル３は、基板１００の裏面１００ｂ側、つまり金属配線１０１とは反対側の面を保持する。基板１００の保持機構は特に限定されるものではなく、例えば、テーブル３に基板１００の裏面１００ｂを吸引することで保持すればよい。テーブル３は、基板１００よりも小さい面積で形成されており、基板１００がテーブル３に保持された状態であっても、基板１００の裏面１００ｂが露出されるようになっている。

基板１００を保持したテーブル３の上方には、非導電性液体である洗浄液５０を基板１００の表面１００ａに供給する供給手段としての第１のノズル４が移動可能に配されている。すなわち、この第１のノズル４から基板１００の金属配線１０１が形成された面に洗浄液５０が供給される。本実施形態では、テーブル３の上方に、ガイドレール５が基板１００の径方向に沿って延設されており、第１のノズル４はこのガイドレール５にスライド可能に支持されている。なお、「非導電性液体」とは、抵抗率が比較的低く実質的に非導電性であればよく、例えば、純水、超純水等が挙げられるが、抵抗率が極めて低い超純水が好適に用いられる。

一方、基板１００が保持されたテーブル３の下方には、基板１００の裏面１００ｂに非導電性液体６０を供給する第２のノズル６が移動可能に配されている。本実施形態では、テーブル３の下方に、ガイドレール７が基板１００の径方向に沿って延設されており、第２のノズル６はこのガイドレール７にスライド可能に支持されている。なお、第２のノズル６から供給される非導電性液体６０としては、洗浄液５０と同一の液体を用いることが好ましい。

また、第１のノズル４及び第２のノズル６は、チャンバ２の外側に配されて非導電性液体を貯留する貯留タンク８，９とそれぞれ接続されている。また図示しないが、第１のノズル４には、貯留タンク８から供給された非導電性液体に超音波振動を与える超音波振動子が設けられている。勿論、第２のノズル６にも超音波振動子を設けるようにしてもよい。

このような基板洗浄装置１は、図示しない制御部によって制御されている。つまり、制御部は、ガイドレール５に対する第１のノズル４の位置、ガイドレール７に対する第２のノズル６の位置、第１のノズル４から供給される洗浄液（非導電性液体）の量、第２のノズル６から供給される非導電性液体の量、及び第１及び第２のノズル４，６からの非導電性液体の供給開始・停止のタイミング等の各種動作を制御している。

ここで、上述した第２のノズル６は、基板１００の裏面１００ｂを帯電させる帯電手段として機能する。すなわち、第２のノズル６から基板１００の裏面１００ｂに非導電性液体６０を供給して非導電性液体６０と基板１００との摩擦で静電気を発生させて基板１００の裏面１００ｂを帯電させる。このとき、単に帯電させる訳ではなく、基板１００の両面が略等電位となるように基板１００の裏面１００ｂを帯電させる。このように第２のノズル６から基板１００の裏面１００ｂに供給される非導電性液体６０は、基板１００の裏面１００ｂを帯電させることを目的として基板１００に供給されている。つまり、基板洗浄中に行われるいわゆるバックリンスとは異なり、基板１００の両面が略等電位となるように、非導電性液体６０の供給位置及び供給量は適宜制御されている。なお、第２のノズル６から基板１００の裏面１００ｂに供給される非導電性液体６０は、基板１００の裏面１００ｂを帯電させることができればよく、例えば、基板１００の裏面１００ｂを洗浄する洗浄液としての役割を兼ねていてもよい。

以下、本実施形態に係る基板洗浄装置１を用いた基板洗浄方法について説明する。まず基板１００が、基板洗浄装置１のチャンバ２内に搬送され、テーブル３に保持される。次にテーブル３が回転し始め、第１及び第２のノズル４，６が初期位置に移動する。これら第１及び第２のノズル４，６の初期位置は、特に限定されないが、例えば、第１のノズル４が基板１００の中央部に配置され、第２のノズル６が基板１００の周縁部に配置される。そして、テーブル３が所定速度で回転し、第１のノズル４が適宜移動しながら洗浄液５０を基板１００の表面１００ａに供給されることで、基板１００が洗浄される（図１）。このとき、洗浄液５０が基板１００の表面１００ａに衝突することで静電気が発生して基板１００が帯電する。つまり、基板１００の洗浄液５０が衝突した部分の電位が一時的に高くなる。一方、基板１００の周縁部から洗浄液５０が液滴として飛散する際にも静電気が発生して基板１００の表面１００ａが帯電する。具体的には、飛散した液滴は正に帯電するため、液滴が飛散した基板１００の端部は負に帯電する。つまり、基板１００の周縁部は液滴が飛散することで電位が一時的に低くなる。このため、基板洗浄中には、基板１００の表面１００ａ内において電位差が生じ易い。しかしながら本実施形態では、第１のノズル４をガイドレール５に沿って適宜移動させながら洗浄液５０の供給を行っているため、基板１００の表面１００ａ内での電位差は極めて小さくなる。

ここで、本発明では、第１のノズル４から基板１００の表面１００ａへの洗浄液５０の供給開始と同時に、第２のノズル６から基板１００の裏面１００ｂへの非導電性液体６０の供給を開始する。このとき基板１００表面１００ａと同様に、基板１００の裏面１００ｂにも静電気が発生し基板１００の裏面１００ｂが帯電する。本発明の基板洗浄方法では、基板１００の裏面１００ｂにあえて静電気を発生させて帯電させることで、基板１００の表面１００ａと裏面１００ｂとが略等電位となるようにしている。つまり、基板１００に静電気を意図的に発生させて基板１００の外面全体が略等電位となるように維持した状態で、基板１００の表面１００ａを洗浄するようにした。具体的には、上述したように第１のノズル４を適宜移動させると共に、第２のノズル６を適宜移動させることで基板１００の外面全体が略等電位となるようにしている。第１のノズル４の場合と同様に、第２のノズル６から供給される非導電性液体６０が基板１００に衝突する部分には静電気が発生し易い。このため、第１及び第２のノズル４，６を適宜移動させることで、基板１００の電位は比較的高くなるが基板１００の外面全体を略等電位にすることができる。

このように基板洗浄中に基板１００の外面全体を略等電位にすることで、基板１００の電位は比較的高くなるものの、基板１００の表面１００ａに形成されている金属配線１０１の破損を防止することができる。詳しく説明すると、上述したように金属配線１０１は絶縁膜１０２によって覆われていても、図３に示すように、この絶縁膜１０２には、いわゆるピンホールである複数の貫通孔１０３（１０３ａ，１０３ｂ）が存在する場合がある。このように絶縁膜１０２に複数の貫通孔１０３が存在すると、基板洗浄中に貫通孔１０３を介して金属配線１０１に電流が流れてしまう虞がある。例えば、基板１００の表面１００ａの中央部のみに洗浄液５０を供給した場合、基板１００の中央部と周縁部とで電位差が生じてしまう。また金属配線１０１は洗浄液５０よりも抵抗が小さい。このため、基板１００の中央部側の貫通孔１０３ａ部分と、基板１００の周縁部側の貫通孔１０３ｂ部分とでの電位差が所定値を超えると、図３中矢印で示すように、金属配線１０１に電流が流れてしまい、金属配線１０１が断線する等の問題が生じてしまう。

しかしながら、本発明では、図４に示すように基板１００の裏面１００ｂにも非導電性液体６０を供給し、基板洗浄中に基板１００の表面１００ａと裏面１００ｂとが略等電位となるように、つまり基板１００の外面全体を略等電位となるようにしている。このため、金属配線１０１に電流が流れることはない。すなわち、基板１００上の非導電性液体５０，６０中を電荷が移動することがないため、絶縁膜１０２に複数の貫通孔１０３が形成されていたとしても金属配線１０１に電流が流れることはない。よって、金属配線１０１の断線等の問題が生じるのを確実に防止することができる。

なお、例えば、基板１００の一方の面（表面１００ａ）のみを略等電位とすることが考えられるが、基板１００の表面１００ａだけで電位差を完全に抑えることは難しい。基板１００の表面１００ａ全体を略等電位とするためには、基板１００の両面、つまり基板１００の外面全体を略等電位にする必要がある。例えば、８インチや１２インチといった大型の基板（ウェハ）を洗浄する場合には、供給する洗浄液の量も多くなり、それに伴って静電気の発生量も増加するため、特に電位差を抑えるのが難しい。このため、大型の基板を洗浄する際には、本発明は特に効果的である。また、上述した電位差によって金属配線１０１に流れる電流は、基板１００の回転速度が速くなるに連れて増加する。このため、本発明は、上述したように基板１００を比較的高速で回転させながら洗浄する場合にも有効である。

また、本実施形態では、上述したように洗浄液５０に超音波振動が付与されている。これにより洗浄力は上がるものの、超音波振動によって静電気も発生しやすくなる。つまり、金属配線１０１の断線等の問題が生じやすくなる。しかしながら、上述したように、基板１００の外面全体を略等電位とすることで、洗浄力を落とすことなく金属配線１０１の断線等の問題を防止することができる。

さらに本実施形態に係る基板洗浄装置１は、第２のノズル６から基板１００に非導電性液体６０を供給することで基板１００の裏面１００ｂを帯電させている。つまり、比較的簡単な機構で、基板１００の裏面１００ｂを帯電させることができる。したがって、装置の製造コストを増加させることがなく、比較的安価に装置を製造することができる。

なお、上述のように基板洗浄装置１で基板１００の表面１００ａを洗浄した後は、例えば、イオナイザ（除電器）によって、基板１００の外面に溜まった静電気を放電させることなく取り除く除電工程を実施する必要がある。

＜他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、勿論、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施形態では、第２のノズル６から非導電性液体６０を基板１００の裏面１００ｂに供給することで、基板１００の裏面１００ｂを帯電させるようにしたが、基板１００の裏面１００ｂを帯電させる方法は特に限定されるものではない。例えば、基板１００の裏面１００ｂに、ブラシ等の摺接部材を摺接させることによって、基板１００を帯電させるようにしてもよい。また、例えば、イオナイザを利用して所定の電荷を基板１００に付与するようにしてもよい。何れにしても、基板１００の裏面１００ｂを帯電させることができればよい。

また、例えば、実施形態１では、第１及び第２のノズル４，６を基板１００の径方向に沿って移動させるようにしたが、これら第１及び第２のノズル４，６の移動経路は特に限定されるものではない。また、上述の実施形態では、基板上の金属配線が絶縁膜で覆われた構成を例示して本発明を説明したが、本発明は、金属配線が形成されている基板であれば上述した効果を奏する。例えば、基板上に複数の金属配線が所定間隔で配設されている場合には、隣接する金属配線間に電流が流れることで金属配線の破損等が発生する虞があるが、本発明によれば、このような問題の発生も防止することができる。

また、上述した基板洗浄装置では、基板の中央部をテーブルで保持するようにしたが、基板の保持機構は特に限定されず、例えば、基板の外周部を把持手段によって把持するようにしてもよい。ただし、基板の外周部を把持する場合、基板に帯電した静電気が把持手段を介してリークされる虞があるため、把持手段は絶縁材料で形成することが好ましい。

さらに上述の実施形態では、スピン洗浄装置である基板洗浄装置により基板を洗浄する方法を説明したが、勿論、基板洗浄装置は、スピン洗浄装置に限定されず、洗浄時に基板の表面が帯電する場合には、何れの装置を用いた基板洗浄方法であっても本発明を適用することができる。

実施形態１に係る基板洗浄装置の概略側面図である。 基板の概略を示す拡大断面図である。 金属配線の断線の原理を説明する図であり、基板の拡大断面図である。 実施形態１に係る洗浄工程を説明する図であり、基板の拡大断面図である。

符号の説明

１ 基板洗浄装置、 ２ チャンバ、 ３ テーブル、 ４ 第１のノズル、 ５ ガイドレール、 ６ 第２のノズル、 ７ ガイドレール、 ８，９ 貯留タンク、 ５０ 洗浄液、 ６０ 非導電性液体、 １００ 基板、 １０１ 金属配線、 １０２ 絶縁膜、 １０３ 貫通孔

Claims (9)

1. 金属膜が形成された基板の表面に、非導電性液体である洗浄液を供給して洗浄する際に、前記基板の裏面を帯電させて当該基板の両面が略等電位となるようにしたことを特徴とする基板洗浄方法。
2. 前記洗浄液を供給する位置を変化させながら前記基板を洗浄することを特徴とする請求項１に記載の基板洗浄方法。
3. 前記基板の裏面に非導電性液体を供給することで当該基板の裏面を帯電させることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板洗浄方法。
4. 前記基板の裏面に非導電性液体を供給する位置を変化させながら当該基板の裏面を帯電させること特徴とする請求項３に記載の基板洗浄方法。
5. 前記非導電性液体を供給する位置を前記基板の径方向に沿って変化させることを特徴とする請求項４に記載の基板洗浄方法。
6. 前記基板を当該基板の面方向で回転させながら洗浄することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の基板洗浄方法。
7. 前記洗浄液に超音波を付与したことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の基板洗浄方法。
8. 基板を保持する基板保持手段と、該基板保持手段に保持された前記基板の表面に非導電性液体である洗浄液を供給する供給手段と、前記基板の裏面を帯電させる帯電手段とを具備し、
   前記基板保持手段に保持された前記基板の表面に前記供給手段から前記洗浄液を供給すると同時に前記帯電手段によって前記基板の裏面を帯電させ、当該基板の両面を略等電位とした状態で前記前記基板の表面を洗浄することを特徴とする基板洗浄装置。
9. 前記帯電手段は、前記基板の裏面に非導電性液体を供給することで当該基板の裏面を帯電させることを特徴とする請求項８に記載の基板洗浄装置。

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