JP2011089209A

JP2011089209A - 半導体製造装置の動作方法及び半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2011089209A
Application number: JP2010281634A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Nakano; 豊中野
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2011-05-06
Anticipated expiration: 2024-09-06
Also published as: JP5321574B2

Abstract

【課題】クランプ機構の定期クリーニングが不要な半導体製造装置の動作方法を提供する。
【解決手段】半導体製造装置の動作方法は、基板表面にメッキ処理を施す半導体製造装置の動作方法であって、基板をクランプ機構に保持する工程と、前記クランプ機構を下降させて、前記基板表面を処理槽内のメッキ液に浸漬する工程と、前記クランプ機構を回転機構により回転させて、前記基板にメッキ処理を施す工程と、メッキ処理が施された前記基板に対して、第１の洗浄液噴射部により洗浄液を噴射する工程と、前記クランプ機構に対して、第２の洗浄液噴射部により前記クランプ機構の回転方向とは逆の方向に洗浄液を噴射する工程と、前記クランプ機構に対して、不活性ガス噴射部により不活性ガスを噴射する工程とを備える。
【選択図】図８

Description

本発明は、半導体製造装置に係り、特にメッキ装置又は枚葉式洗浄装置に関するものである。

ウェハの表面を硫酸銅水溶液等のメッキ液に浸漬させ、電界を印加することにより、ウェハ表面に金属メッキ層を形成するメッキ装置が知られている。近年、めっき処理後のウェハ表面を洗浄することにより汚染を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献１の図３参照）。

特開２００１−３１６８７８号公報

しかしながら、枚葉式のメッキ装置では、図１１に示すように、ウェハ１０の表面をメッキ槽２１のメッキ液２２に浸漬させて、クランプ機構１１０を回転させながらメッキ処理を行っているので、メッキ液２２が飛散してしまう。この飛散したメッキ液２２は外槽２４の側面に当たることによりミスト５０となり、クランプ機構１１０に付着して結晶物成長する。本発明者による調査の結果、特に、クランプ機構１１０の上部クランプ１３と支持板１４の隙間に成長することが分かった。また、Ｃｕ膜をメッキする場合、Ｃｕを主成分とする水溶性の結晶物５１が成長することが分かった。

クランプ機構で成長した結晶物５１はパーティクルとなるため、定期的にクランプ機構１１０を分解し、クリーニングする必要があった。この定期クリーニングを行う毎にメッキ装置を停止しなければならず、稼働時間を低下させてしまうという問題があった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、クランプ機構の定期クリーニングが不要な半導体製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体製造装置の動作方法は、基板表面にメッキ処理を施す半導体製造装置の動作方法であって、基板をクランプ機構に保持する工程と、前記クランプ機構を下降させて、前記基板表面を処理槽内のメッキ液に浸漬する工程と、前記クランプ機構を回転機構により回転させて、前記基板にメッキ処理を施す工程と、メッキ処理が施された前記基板に対して、第１の洗浄液噴射部により洗浄液を噴射する工程と、前記クランプ機構に対して、第２の洗浄液噴射部により前記クランプ機構の回転方向とは逆の方向に洗浄液を噴射する工程と、前記クランプ機構に対して、不活性ガス噴射部により不活性ガスを噴射する工程とを備える。

本発明は、以上説明したように、第２の洗浄液噴射部によりクランプ機構を洗浄することにより、クランプ機構の定期クリーニングが不要な半導体製造装置の動作方法を提供することができる。

本発明の実施の形態１による半導体製造装置を説明するための図である。図１に示した半導体製造装置におけるメッキ処理部を説明するための概略断面図である。図２に示したメッキ処理部のクランプ機構とノズルを示した斜視図である。図２に示したメッキ処理部のクランプ機構とノズルを示した上面図である。クランプ機構の構成する支持板を示した図である。ノズルの配置位置を示した概略断面図である。メッキ処理部の変形例を説明するための図である。本発明の実施の形態１による半導体製造装置の動作を示すフローチャートである。クランプ機構における洗浄水の流れを説明するための上面図である。本発明の実施の形態２による半導体製造装置を説明するための概略断面図である。従来の半導体製造装置における問題点を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図中、同一または相当する部分には同一の符号を付してその説明を簡略化ないし省略することがある。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１による半導体製造装置を説明するための図である。詳細には、図１は、本実施の形態１によるメッキ装置を説明するための図である。

図１に示すように、ウェハ１０を収納したカセット１がカセットステージ（図示せず）上に載置されている。メッキ装置において、搬送ロボット３によりウェハ１０が搬送される。中心合わせ部２においてウェハ１０の中心出しが行われ、メッキ処理部４においてウェハ１０に対してメッキ処理が施される。また、リンス処理部５においてメッキ処理が施されたウェハ１０の洗浄が行われる。

図２は、図１に示した半導体製造装置におけるメッキ処理部を説明するための概略断面図である。図３は、図２に示したメッキ処理部のクランプ機構とノズルを示した斜視図である。図４は、図２に示したメッキ処理部のクランプ機構とノズルを示した上面図である。図５は、クランプ機構の構成する支持板を示した図である。図６は、ノズルの配置位置を示した概略断面図である。

図２に示すように、ウェハ１０は、表面を下方に向けた状態でクランプ機構１１により保持される。クランプ機構１１は、ウェハ１０の周縁部を下方（表面側）から支持する下部クランプ１２と、該下部クランプ１２により支持されたウェハ１０を上方（裏面側）から押圧する上部クランプ１３と、下部クランプ１２を側方から支持する支持板１４と、支持板１４の上端を固定する天板１６とを有する。

下部クランプ１２のウェハ支持部分にはカソード電極１８が形成されている。これにより、メッキ時に、カソード電極１８と接触するウェハ１０にアノード電極２３から電流が流れる。上部クランプ１３と接触する下部クランプ１２の上面には、アノード電極２３を保護するためのシール部材（例えば、Ｏ−ｒｉｎｇ）１９が設けられている。

下部クランプ１２の外周の一部は支持板１４に囲まれ、支持板１４で囲まれていない部分からウェハ１０の搬送を行う。この支持板１４には、図示しないが、カソード電極１８への電源供給ラインが埋設されている。図２〜図５に示すように、支持板１４には穴１５が形成されており、下部クランプ１２上面を流れる洗浄液３０をこの穴１５から排出する。よって、穴１５は、下部クランプ１２上面とほぼ同じ高さに形成することが好適である。図５に示すように、支持板１４は、溝部１４ｂによって仕切られた複数の板部１４ａからなり、該複数の板部１４ａが溝部１４ｂで屈曲する。穴１５を溝部１４ｂの近傍に形成することにより、穴１５からの洗浄液３０の排出効率が向上する。また、支持板１４の両端には切欠部１５ａが形成されている。これにより、上部クランプ１３と支持板１４の隙間にノズル２９から洗浄液３０を容易に噴射可能となると共に、洗浄液３０の排出効率が向上する。

上部クランプ１３は、回転シャフト１７を介して回転機構２０に接続されている。これにより、クランプ機構１１は回転可能である。また、クランプ機構１１は図示しない上下駆動機構に接続されており、クランプ機構１１は上下動が可能である。図２に示すように、メッキ処理後、クランプ機構１１は上下駆動機構により洗浄位置まで駆動される。

メッキ槽（内槽）２１にはメッキ液２２としての硫酸銅水溶液が貯留されている。メッキ液２２にウェハ１０表面を浸漬させ、クランプ機構１１によりウェハ１０を回転させながら、カソード電極１８とアノード電極２３との間に所定の電界を印加することにより、メッキ処理が施される。メッキ槽２１から外槽２４にオーバーフローしたメッキ液２２は、循環機構２５によりメッキ槽２１に戻される。なお、循環機構２５は少なくともポンプを有しており、循環するメッキ液中の不純物を除去する濾過機構を更に有することが好適である。また、メッキ槽２１内の底部にはアノード電極２３が設けられている。

外槽２４には、メッキ後のウェハ１０の表面を簡易洗浄するためのノズル２６が設けられている。このノズル２６からウェハ１０表面に対して洗浄液２７としての純水が噴射される。

また、本実施の形態１では、クランプ機構１１の外側にカバー２８が設けられている。該カバー２８には、クランプ機構１１に対して洗浄液３０を噴射するためのノズル２９と、クランプ機構１１に対して不活性ガス３２を噴射するノズル３１とが設けられている。ノズル２９，３１の数は、図２に示すように１個ずつでもよく、図４に示すように複数個ずつ設けてもよい。また、ノズル２９の数と、ノズル３１の数が異なっていてもよい。ノズル２９，３１は、例えば、直径が１／８インチの配管により構成することができる。また、ノズル２９，３１は、耐薬品性に優れた材質で形成されたものであることが好適である。

また、洗浄液３０の供給ラインは、洗浄液２７供給ラインを分岐することにより簡易に得ることができる。

洗浄液３０としては、純水、メッキ液２２の溶媒を用いることができるが、運用コストや取り扱い容易性の観点から純水が好適である。ノズル２９からクランプ機構１１に純水３０を噴射することにより、メッキ時に発生するミストに起因してクランプ機構１１に成長した結晶物、並びに結晶物になる前の種結晶を除去することができる。不活性ガス３２としては、窒素、ヘリウム、アルゴン等を用いることができるが、運用コストの観点から窒素が好適である。ノズル２９からの洗浄液３０の噴射量は、洗浄性能と、シール部材１９のシール性能を考慮して、例えば、３ｍｌ／ｓｅｃに設定することができる。

図４に示すように、ノズル２９は、クランプ機構１１の回転方向Ａとは逆の方向に洗浄液３０を噴射するように設けることが好適である。クランプ機構１１が反時計回りに回転する場合、ノズル２９は時計回りの方向に洗浄液３０を噴射するように設けることが好適である。詳細には、ノズル２９は、カバー２８から回転シャフト１７の方向に対して、０度〜４５度の角度ａだけ反時計回りの方向に向けて設けることが好適である。

さらに、図６に示すように、ノズル２９は、上部クランプ１３の上部エッジ部１３ａ近傍に洗浄液３０を噴射するように設けることが好適である。詳細には、ノズル２９は、上部クランプ１３の上面に対して０度〜６０度の角度ｂで配置することが好適である。これにより、洗浄液３０が、図７中の矢印Ｂで示すように、上部クランプ１３の側面１３ｂに沿って流れ落ち、下部クランプ１２の上面１２ａを効率良く洗浄することができる。上部エッジ部１３ａに噴射された洗浄液３０の一部は、上部クランプ１３の上面を流れ、支持板１４と上部クランプ１３との隙間に流れ落ちることにより、該隙間を洗浄することができる。よって、上部エッジ部１３ａ近傍に洗浄液３０を噴射することにより、クランプ機構１１に成長した結晶物及び種結晶を効率良く除去することができる。

次に、図７を参照して、上記メッキ処理部の変形例について説明する。

上述したメッキ処理部では、クランプ機構１１を洗浄するノズル２９として配管を用いている。本変形例では、配管ノズルに代えて、広範囲に洗浄液３０を噴射可能な広範囲噴射ノズル３４を用いている。広範囲噴射ノズル３４としては、扇型ノズルや円錐型ノズルを用いることができる。このノズル３４により、上部クランプ１３の側面１３ｂ及び下部クランプ１２の上面１２ａ（図６）を噴射するようにすることが好適である。広範囲ノズル３４を用いる場合には、配管ノズル２９を用いる場合に比べて噴射圧が弱くなるため、洗浄液３０の噴射量を増やすことが好適である。

次に、上記半導体製造装置の動作について説明する。

図８は、上記半導体製造装置の動作を示すフローチャートである。図９は、クランプ機構における洗浄水の流れを説明するための上面図である。

先ず、カセットステージに載置されたカセット１からウェハ１０を搬送ロボット３により取り出し、取り出したウェハ１０を中心合わせ部２に搬送する。中心出しを行ったウェハ１０をメッキ処理部４の下部クランプ１２上に搬送し（ステップＳ１１）、上部クランプ１３を下降させる。ウェハ１０が下部クランプ１２と上部クランプ１３とにより挟まれることにより、ウェハ１０がクランプ機構１１により保持される（ステップＳ１２）。

次に、クランプ機構１１を下降させてウェハ１０の表面をメッキ液２２中に浸漬させる（ステップＳ１３）。

続いて、クランプ機構１１を回転させ、カソード１８とアノード２３との間に所定の電界を印加することにより、ウェハ１０表面にメッキ処理を施す（ステップＳ１４）。

メッキ処理終了後、クランプ機構１１を回転させたまま、図２に示すリンス位置まで上昇させる（ステップＳ１５）。この時の回転数は、例えば、１００ｒｐｍである。

次に、クランプ機構１１に対してノズル３１から不活性ガス３２としてのＮ２を噴射する（ステップＳ１６）。この不活性ガス３２のブローにより、種結晶のような簡単に除去可能な生成物が除去される。純水２７噴射前のＮ２ブローは必須ではないが、高い洗浄性能が得られるため行うことが望ましい。

次に、クランプ機構１１の回転数を、例えば、４００ｒｐｍまで上げる（ステップＳ１７）。

そして、ウェハ１０の表面に対してノズル２６から洗浄液２７としての純水を噴射するとともに、クランプ機構１１に対してノズル２９から洗浄液３０としての純水を噴射する（ステップＳ１８）。このとき、ノズル３１からのＮ２３２の噴射は継続して行われている。図９に示すように、上部クランプ１３と支持板１４の隙間に噴射された純水３０は、結晶物を除去しつつ支持板１４の穴１５から排出されるとともに、上部クランプ１３と支持板１４の端部との隙間から排出される。

所定時間（例えば、１秒〜数秒程度）だけ純水２７，３０を噴射した後、純水２７，３０の噴射を停止し、ノズル３１からＮ２３２のみを噴射しながら、高速スピン乾燥を行う（ステップＳ１９）。ここで、本発明者の調査によれば、Ｎ２３２を噴射しない場合には、クランプ機構１１に未乾燥の純水３０が残り、この残った純水３０にミストが溶け込み、結晶物が成長してしまうことが分かった。Ｎ２３２を噴射しながら乾燥を行うことで、この結晶物の成長を防止することができる。

次に、Ｎ２３２の噴射を停止し、クランプ機構１１の回転を停止する（ステップＳ２０）。

そして、上部クランプ１３を上昇させてクランプを解除した後（ステップＳ２１）、ウェハ１０を搬送ロボット３によりリンス処理部５に搬送する（ステップＳ２２）。

その後、リンス処理部５において水洗、乾燥を行った後、ウェハ１０をカセット１に戻す。

以上説明したように、本実施の形態１では、クランプ機構１１に純水３０を噴射するノズル２９と、クランプ機構１１にＮ２３２を噴射するノズル３１を設け、メッキ処理後のウェハ１０表面を簡易洗浄すると共に、クランプ機構１１を洗浄するようにした。これにより、クランプ機構１１における結晶物の成長を防止することができる。よって、クランプ機構１１の定期クリーニングが不要なメッキ装置を提供することができる。

また、クランプ機構１１の支持板１４に穴１５を設けることにより、クランプ機構１１の洗浄性能を向上させることができる。また、ノズル２９から上部クランプ１３の上部エッジ部１３ａ近傍に純水３０を噴射することにより、クランプ機構１１の洗浄性能を向上させることができる。

なお、ノズル２６，２９をスキャン可能な１つのノズルで実現してもよいが、スキャン機構を設けることにより装置のコストが増大し、スループットの面からも望ましくない。一方、本実施の形態１による半導体製造装置では、クランプ機構１１の洗浄と、ウェハ１０表面の簡易洗浄とを同時に行っているため、スループットの低下を防止することができる。

実施の形態２．
上述した実施の形態１ではメッキ装置について説明したが、本実施の形態２では枚葉式洗浄装置について説明する。以下、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図１０は、本実施の形態２による半導体製造装置を説明するための概略断面図である。

図１０に示すように、処理槽（内槽）４１には洗浄液４２が貯留されている。洗浄液４２にウェハ１０表面を浸漬させ、クランプ機構１１によりウェハ１０を回転させることにより、洗浄処理が行われる。洗浄液４２としては、例えば、フッ酸、硫酸、塩酸、リン酸、硝酸等を挙げることができる。処理槽４１から外槽４４にオーバーフローした洗浄液４２は、循環機構４５により処理槽４１に戻される。なお、本洗浄装置には、カソード電極及びアノード電極が設けられていない。

本実施の形態２による洗浄装置においても、ウェハ１０を回転させながら洗浄処理を行うため、洗浄液４２が外槽４４に当たってミストとなり、クランプ機構１１に結晶物が生成するため、この結晶物を除去する必要がある。また、結晶物となる前に、除去することが好適である。

上記半導体製造装置の動作について説明する。

ウェハ１０をクランプ機構１１により保持した後、クランプ機構１１を下降させてウェハ１０の表面を洗浄液４２中に浸漬させる。続いて、クランプ機構１１を回転させることにより、ウェハ１０の洗浄処理を行う。

洗浄処理終了後、クランプ機構１１を回転させたまま、図１０に示すリンス位置まで上昇させる。

次に、クランプ機構１１に対してノズル３１からＮ２３２を噴射することにより、簡単に除去可能な結晶物が除去される。実施の形態１と同様に、純水２７噴射前のＮ２ブローは必須ではないが、高い洗浄性能が得られるため行うことが望ましい。

次に、クランプ機構１１の回転数を上げた後、ウェハ１０表面に対してノズル２６から純水２７を噴射すると共に、クランプ機構１１に対してノズル２９から純水３０を噴射する。

所定時間経過後、純水２７，３０の噴射を停止し、Ｎ２３２のみを噴射しながら、高速スピン乾燥を行う。その後、Ｎ２３２の噴射を停止し、クランプ機構１１の回転を停止する。さらに、ウェハ１０をリンス処理部に搬送して、水洗、乾燥を行う。

以上説明した実施の形態２においても、クランプ機構１１に純水３０を噴射するノズル２９と、クランプ機構１１にＮ２３２を噴射するノズル３１を設けることにより、洗浄処理後のウェハ１０の表面を簡易洗浄すると共に、クランプ機構１１を洗浄するようにした。これにより、クランプ機構１１における結晶物の成長を防止することができる。よって、クランプ機構１１の定期クリーニングが不要なメッキ装置を提供することができる。

１カセット、２中心合わせ部、３搬送ロボット、４メッキ処理部、５リンス処理部、１０ウェハ（基板）、１１クランプ機構、１２下部クランプ、１３上部クランプ、１４支持板、１５穴、１６天板、１７回転シャフト、１８カソード電極、１９シール部材、２０回転機構、２１メッキ槽、２２メッキ液、２３アノード電極、２４外槽、２５循環機構、２６ノズル、２７洗浄液、２８カバー、２９，３４ノズル、３０洗浄液、３１ノズル、３２不活性ガス、４１処理槽、４２洗浄液、４４外槽、４５循環機構。

Claims

基板表面にメッキ処理を施す半導体製造装置の動作方法であって、
基板をクランプ機構に保持する工程と、
前記クランプ機構を下降させて、前記基板表面を処理槽内のメッキ液に浸漬する工程と、
前記クランプ機構を回転機構により回転させて、前記基板にメッキ処理を施す工程と、
メッキ処理が施された前記基板に対して、第１の洗浄液噴射部により洗浄液を噴射する工程と、
前記クランプ機構に対して、第２の洗浄液噴射部により前記クランプ機構の回転方向とは逆の方向に洗浄液を噴射する工程と、
前記クランプ機構に対して、不活性ガス噴射部により不活性ガスを噴射する工程とを備えたことを特徴とする半導体製造装置の動作方法。
ウェハ表面にメッキ処理を施す半導体装置の製造方法であって、
ウェハをクランプ機構に保持する工程と、
前記クランプ機構を下降させて、前記ウェハ表面を処理槽内のメッキ液に浸漬する工程と、
前記クランプ機構を回転機構により回転させて、前記ウェハにメッキ処理を施す工程と、
メッキ処理が施された前記ウェハに対して、第１の洗浄液噴射部により洗浄液を噴射する工程と、
前記クランプ機構に対して、第２の洗浄液噴射部により前記クランプ機構の回転方向とは逆の方向に洗浄液を噴射する工程と、
前記クランプ機構に対して、不活性ガス噴射部により不活性ガスを噴射する工程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。