JP2011009277A

JP2011009277A - 基板洗浄装置および基板洗浄方法

Info

Publication number: JP2011009277A
Application number: JP2009148609A
Authority: JP
Inventors: Korei Yamada; 浩玲山田; Hiroshi Kawamoto; 浩川本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-06-23
Filing date: 2009-06-23
Publication date: 2011-01-13

Abstract

【課題】基板の一方の面の被加工膜をエッチングして剥離するときに、薬液が基板の他方の面に飛散することを防止する。
【解決手段】基板８を支持する基板ホルダー３を洗浄槽内に回転可能に設け、基板上に形成された被加工膜１８の上に薬液を吐出するノズル５を基板ホルダーの上方で横方向に移動可能に設け、ノズルを基板の上方で横方向に移動させると共に、ノズルから基板上に薬液を吐出させる制御装置を備え、基板から跳ねた液滴状の薬液を検知する液滴センサ１０を備え、制御装置は、液滴センサから出力された検知信号に応じてノズルの横方向への移動を停止させるように制御した。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウエハに形成された被加工膜をエッチングにより剥離する工程を実行するのに好適な基板洗浄装置および基板洗浄方法に関する。

基板洗浄装置の一例として、ウエハを回転させると共に、ノズルから薬液をウエハ上に吐出させながらエッチングを実行するスピンエッチング装置が知られている。この種のスピンエッチング装置において、例えば面内均一性をあげるために、ノズルをウエハの上方において揺動させるようにしたものもある（特許文献１参照）。しかしながら、上記スピンエッチング装置によってウエハの裏面の被加工膜をエッチングにより剥離する場合、被加工膜のエッチング終了時に下層膜が露出したとき、薬液が液滴状になって跳ねることがあり、その跳ねた薬液がウエハの表面側（デバイス面側）へ飛散して回り込むおそれがあった。

特開平１０−３６９８１号公報

本発明は、基板の一方の面の被加工膜をエッチングして剥離するときに、薬液が基板の他方の面に飛散することを防止できる基板洗浄装置および基板洗浄方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様の基板洗浄装置は、洗浄槽内に回転可能に設けられ基板を支持する基板ホルダーと、前記基板ホルダーの上方で横方向に移動可能に設けられ前記基板上に形成された被加工膜の上にエッチング用の薬液を吐出するノズルと、前記ノズルを前記基板の上方で横方向に移動させると共に、前記ノズルから前記基板上に前記薬液を吐出させる制御装置と、前記基板から跳ねた液滴状の薬液を検知し、検知信号を前記制御装置に出力する液滴センサとを備え、前記制御装置は、前記液滴センサから出力された前記検知信号に応じて前記ノズルの横方向への移動を停止させるように制御するところに特徴を有する。

本発明の一態様の基板洗浄方法は、洗浄槽内に回転可能に設けられた基板ホルダー上に基板を支持させて前記基板ホルダーを回転させると共に、前記基板の上方で前記基板の上にエッチング用の薬液を吐出するノズルを横方向に往復移動させながら、前記基板の裏面の被加工膜に対して前記ノズルから薬液を吐出させて前記被加工膜をエッチングし、そして、前記被加工膜をエッチングしているときに、液滴センサによって前記基板から跳ねた液滴状の薬液を検知したら、前記ノズルの横方向への移動を停止させるように制御するところに特徴を有する。

本発明によれば、基板の一方の面の被加工膜をエッチングして剥離するときに、薬液が基板の他方の面に飛散することを防止できる。

本発明の第１実施形態を示すもので、基板洗浄装置の全体構成を概略的に示す図基板ホルダーおよびウエハの上面図シリコン窒化膜の剥離工程を説明する図（その１）シリコン窒化膜の剥離工程を説明する図（その２）本発明の第２実施形態を示す図１相当図

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について、図１ないし図４を参照しながら説明する。尚、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分は同一又は類似の符号で表している。図１は、本実施形態の基板洗浄装置１の全体構成を概略的に示す図である。この図１に示すように、基板洗浄装置１は、洗浄槽（エッチング槽）２と、洗浄槽２内に回転可能に設けられた基板ホルダー３と、基板ホルダー３を回転駆動する駆動モータ４と、基板ホルダー３の上方において移動可能に設けられ薬液を吐出するノズル５と、基板ホルダー３の上方において移動可能に設けられ純水を吐出するノズル２１とを備えて構成されている。

洗浄槽２の底部には、廃液口６が形成されており、この廃液口６には廃液管７が接続されている。基板ホルダー３の上面には、基板として例えばシリコンウエハ（以下、ウエハと称す）８が載置支持される。この場合、基板ホルダー３の上面には、Ｎ_２ガスを噴射する噴射孔や噴射溝（いずれも図示しない）が設けられており、この噴射されたＮ_２ガスにより上記ウエハ８を非接触でベルヌーイ吸着することが可能な構成となっている。そして、図２にも示すように、基板ホルダー３の上面には、ウエハ８を囲むように例えば６本のピン部９がほぼ等間隔に立設されており、これらピン部９がウエハ８の外周部に当接することによりウエハ８を保持する構成となっている。

また、図３（ａ）にも示すように、６本のピン部９の中の１つのピン部９の上端部には、ウエハ８から跳ねた（または飛散した）液滴状の薬液を検知する液滴センサ１０が配設されている。この液滴センサ１０は、例えば光センサやイメージセンサで構成されており、跳ねた液滴状の薬液を光によりまたは画像認識処理により検知する構成となっている。

また、図１に示すように、基板ホルダー３の下面中心に下方へ向けて突設された回転軸１１は、基板洗浄装置１の図示しないフレームに固定されたベアリング１２により回転可能に支持されている。駆動モータ４は、上記回転軸１１を介して基板ホルダー３を回転駆動する。駆動モータ４は、マイコン等から構成された制御装置１３により駆動制御されるように構成されている。制御装置１３は、前記液滴センサ１０により検知された液滴検知信号を無線通信装置（図示しない）を介して受ける構成となっている。

一方、ノズル５には、薬液供給源１４が薬液供給管１５を介して接続されている。薬液供給源１４は、エッチング用の薬液（例えば高温ＨＦ（フッ酸）、常温ＨＦ、ＨＦとＨＮＯ_３との混合液など）を貯留する薬液貯留部と、この薬液貯留部内の薬液を送り出す送出ポンプと、薬液の供給をオンオフするバルブとを備えている。薬液供給源１４は、制御装置１３により駆動制御されることにより、薬液をノズル５へ送り出すことが可能な構成となっている。この場合、制御装置１３は、薬液供給源１４を駆動制御することにより、薬液の送り出しの開始・停止、送り出し量を適宜制御可能である。

また、ノズル５は、図示しないＸＹＺ駆動機構によってＸＹＺ方向に移動されることにより、ウエハ８の上面からの高さやウエハ８上の位置を所望の高さや所望の位置に位置付けることが可能なように構成されている。そして、制御装置１３は、上記ＸＹＺ駆動機構を駆動制御することにより、ノズル５の高さや位置等を適宜調整することが可能であり、例えば、ノズル５のウエハ８上面からの高さを設定高さに固定しながら、ノズル５をウエハ８の中心を通り且つウエハ８の径方向に往復移動させる（即ち、横方向にスキャンさせる）ことが可能である。

また、ノズル２１には、純水供給源２２が純水供給管２３を介して接続されている。純水供給源２２は、純水を貯留する純水貯留部と、この純水貯留部内の純水を送り出す送出ポンプと、純水の供給をオンオフするバルブとを備えている。純水供給源２２は、制御装置１３により駆動制御されることにより、純水をノズル２１へ送り出すことが可能な構成となっている。この場合、制御装置１３は、純水供給源２２を駆動制御することにより、純水の送り出しの開始・停止、送り出し量を適宜制御可能である。

また、ノズル２１は、図示しないＸＹＺ駆動機構によってＸＹＺ方向に移動されることにより、ウエハ８の上面からの高さやウエハ８上の位置を所望の高さや所望の位置に位置付けることが可能なように構成されている。そして、制御装置１３は、上記ＸＹＺ駆動機構を駆動制御することにより、ノズル２１の高さや位置等を適宜調整することが可能であり、例えば、ノズル２１のウエハ８上面からの高さを設定高さに固定しながら、ノズル２１をウエハ８の中心を通り且つウエハ８の径方向に往復移動させる（即ち、横方向にスキャンさせる）ことが可能である。尚、図１に示すノズル２１の位置は、退避位置であり、ノズル２１を使用しないときには、上記退避位置へ移動させて退避させておく。また、薬液供給用のノズル５についても、これを使用しないときには、図示しない退避位置へ移動させて退避させておくことが可能になっている。

次に、上記構成の基板洗浄装置１を使用してウエハ８の裏面の積層膜をエッチングにより剥離する工程について、図３および図４を参照して説明する。尚、ウエハ８裏面の積層膜の剥離は、例えばウエハ８の反り低減のために行う。

まず、図３（ａ）に示すように、ウエハ８の全表面には、下から順にシリコン酸化膜１６、ポリシリコン膜１７、シリコン窒化膜１８からなる積層膜が予め形成されている。このウエハ８の裏面（図３（ａ）中の上面）のシリコン窒化膜１８を剥離するために、ウエハ８を基板ホルダー３の上に、図３（ａ）に示すようにセットする。そして、基板ホルダー３を回転させると共に、ノズル５をウエハ８の径方向に往復移動（スキャン）させながら、該ノズル５から薬液として例えば高温ＨＦをウエハ８上に吐出させる。これにより、シリコン窒化膜１８のエッチングが進行する。この場合、シリコン窒化膜１８はエッチングレートの遅い膜であるが、ノズル５をスキャンさせているので、ウエハ８の上面においてシリコン窒化膜１８がほぼ均一にエッチングされていく。

この後、図３（ｂ）に示すように、ウエハ８の裏面側のシリコン窒化膜１８が剥離され、下層膜のポリシリコン膜１７が露出するようになると、ポリシリコン膜１７の上面が疎水性を有する面（疎水面）であることから、薬液ＨＦがポリシリコン膜１７の上面で液滴状になって跳ねるようになる。すると、ピン部９の上部の液滴センサ１０が上記跳ねたＨＦの液滴を検知し、その検知信号を制御装置１３に出力する。

制御装置１３は、上記検知信号を受けて、ノズル５のスキャンを停止させ、ノズル５をウエハ８の中心に位置させる（図４（ｃ）参照）。これにより、疎水性を有する下地膜であるポリシリコン膜１７が露出しても、薬液ＨＦが液滴状になって流れるだけとなり、薬液ＨＦの液滴が跳ねることを防止できる。このため、薬液ＨＦの液滴がウエハ８の表面側（デバイス面側、図４（ｃ）中の下面側）へ飛散して回り込むことを防止できる。特に、薬液ＨＦが回り込み易いピン部９周辺においても、薬液ＨＦの液滴のウエハ８表面側への飛散（回り込み）を防止できる。尚、上記ノズル５を停止させたときの状態は、下地膜のポリシリコン膜１７が露出しており、シリコン窒化膜１８のエッチングはほぼ終了しており、いわゆるオーバーエッチングを行っている状態である。

また、上記した剥離工程を終了した後においては、液滴センサ１０を洗浄する処理を実行するように構成されている。液滴センサ１０には、検知面に付着した薬液の液滴を洗浄する洗浄装置（図示しない）が配設されており、この洗浄装置を制御装置１３により駆動制御することにより、洗浄液（純水等）を液滴センサ１０の検知面に噴射して付着した薬液の液滴を洗浄除去し、乾燥させる。これにより、次のウエハ８に対しての剥離工程を支障なく実行できる。

尚、上記したオーバーエッチングを行う必要がない場合には、制御装置１３は、液滴センサ１０により検知された薬液ＨＦの液滴の検知信号を受けたときに、薬液ＨＦの供給を停止し、純水を供給してウエハ８を洗浄するようにしても良い。具体的には、図４（ｄ）に示すように、ノズル５のスキャンおよび薬液ＨＦの供給を停止してノズル５を退避位置へ移動させた後、純水供給用のノズル２１をウエハ８の中心の上方位置へ移動させ、ノズル２１から純水をウエハ８上へ吐出させて洗浄する。この場合、ノズル２１をウエハ８の径方向に往復移動させるスキャンを続けても良いし、スキャンを停止させても良い。尚、ノズル２１のスキャンを停止させる場合には、ノズル２１をウエハ８の中心に位置させることが好ましい。この構成によれば、疎水性を有するポリシリコン膜１７が露出したときに、薬液ＨＦの供給を停止して純水を供給するように変更したので、該純水が液滴状になって跳ねてウエハ８の表面側（デバイス面側、図４（ｄ）中の下面側）へ飛散したとしても、支障がない。

（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態を示すものである。尚、第１実施形態と同一構成には、同一符号を付している。この第２実施形態では、図５に示すように、洗浄槽２の底部の廃液口６に接続された廃液管７に薬液の濃度を検知する濃度計１９を配設した。この濃度計１９は、廃液管７内を流れる薬液の組成の変動を検知する機能を有している。濃度計１９は、シリコン窒化膜１８のエッチングが終了して薬液に不純物がほとんど含まれなくなったことを検知したときに、エッチング終了検知信号を出力して制御装置１３に与える機能を有している。

そして、制御装置１３は、濃度計１９からのエッチング終了検知信号および液滴センサ１０からの検知信号のいずれか一方を受けたときに、前述した処理（図４（ｃ）または図４（ｄ）参照）を実行するように構成されている。上述した以外の第２実施形態の構成は、第１実施形態と同じ構成となっている。従って、第２実施形態においても、第１実施形態とほぼ同じ作用効果を得ることができる。特に、第２実施形態によれば、シリコン窒化膜１８のエッチング終了を検知するセンサとして濃度計１９を別途設けたので、エッチング終了検知をより一層正確に実行することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。

上記第１実施形態では、１つのピン部９に１個の液滴センサ１０を配設したが、複数のピン部９にそれぞれ液滴センサ１０を配設しても良い。また、液滴センサを、ピン部９に設けることを止めて、洗浄槽２の内部の固定部にウエハ８の外周部に臨むように設ける構成としても良い。

更に、上記第２実施形態では、廃液管７に濃度計１９を配設したが、これに代わる薬液組成センサとして、廃液管７を流れる薬液の組成の変動を検知する同様の機能を有する吸光光度計を廃液管７に配設しても良い。更にまた、濃度計１９または吸光光度計の代わりに、ウエハ８の外周部を監視してシリコン窒化膜１８の膜厚を測定する光学的な膜測モニタ（膜厚センサ）を設け、この膜測モニタによりウエハ８の外周部の干渉縞を監視し、干渉縞が消えた（シリコン窒化膜１８の膜厚がほぼ零になった）ときに、シリコン窒化膜１８のエッチング終了を検知して検知信号を出力するように構成しても良い。また、第２実施形態において、濃度計１９または吸光光度計を設けたままの構成で、上記膜測モニタを設けて併用するように構成しても良い。

また、上記各実施形態では、薬液ＨＦ供給用のノズル５と純水供給用のノズル２１を設けたが、これに限られるものではない。例えば、他の１種類以上の薬液を供給する１つ以上のノズル（および１つ以上の薬液供給源および１つ以上のＸＹＺ駆動装置など）を適宜設けるように構成しても良く、この場合図４（ｄ）において、純水用のノズル２１に代えて他の薬液供給用のノズルから薬液をウエハ８上へ吐出させるように制御することもできる。

図面中、１は基板洗浄装置、２は洗浄槽、３は基板ホルダー、５はノズル、８はウエハ、９はピン部、１０は液滴センサ、１３は制御装置、１４は薬液供給源、１６はシリコン酸化膜、１７はポリシリコン膜、１８はシリコン窒化膜、１９は濃度計、２１はノズル、２２は純水供給源である。

Claims

洗浄槽内に回転可能に設けられ基板を支持する基板ホルダーと、
前記基板ホルダーの上方で横方向に移動可能に設けられ前記基板上に形成された被加工膜の上にエッチング用の薬液を吐出するノズルと、
前記ノズルを前記基板の上方で横方向に移動させると共に、前記ノズルから前記基板上に前記薬液を吐出させる制御装置と、
前記基板から跳ねた液滴状の薬液を検知し、検知信号を前記制御装置に出力する液滴センサとを備え、
前記制御装置は、前記液滴センサから出力された前記検知信号に応じて前記ノズルの横方向への移動を停止させるように制御することを特徴とする基板洗浄装置。
前記洗浄槽の底部に設けられた廃液管の内部に配設され、前記廃液管内を流れる薬液の組成の変動を検知し、検知信号を前記制御装置に出力する薬液組成センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記薬液組成センサから出力された前記検知信号に応じて前記ノズルの横方向への移動を停止させるように制御することを特徴とする請求項１記載の基板洗浄装置。
前記基板の前記被加工膜の膜厚を測定し、膜厚が略零になったときに検知信号を前記制御装置に出力する膜厚センサをさらに備え、
前記制御装置は、前記膜厚センサから出力された前記検知信号に応じて前記ノズルの横方向への移動を停止させるように制御することを特徴とする請求項１または２記載の基板洗浄装置。
洗浄槽内に回転可能に設けられた基板ホルダー上に基板を支持させて前記基板ホルダーを回転させると共に、前記基板の上方で前記基板の上にエッチング用の薬液を吐出するノズルを横方向に往復移動させながら、前記基板の裏面の被加工膜に対して前記ノズルから薬液を吐出させて前記被加工膜をエッチングし、
前記被加工膜をエッチングしているときに、液滴センサによって前記基板から跳ねた液滴状の薬液を検知したら、前記ノズルの横方向への移動を停止させるように制御することを特徴とする基板洗浄方法。
前記基板の上には、疎水面を有する下地膜が形成され、
前記被加工膜は、前記下地膜の上に形成されていることを特徴とする請求項４記載の基板洗浄方法。