JP2012064800A - ウェーハ洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハ裏面側の空間において上昇気流や乱流の発生を防止し、ウェーハの裏面の汚れを防止することが可能なウェーハ洗浄装置を提供する。
【解決手段】ウェーハ洗浄装置１０は、回転可能に軸支されると共に中心部に開口１１ａを有するステージ１１と、ステージ１１上においてウェーハ１を支持する複数のガイドピン１４と、ステージ１１の開口１１ａ内に設けられ、ウェーハ１の裏面に処理液又はガスを供給する複数の裏面洗浄ノズル１６と、開口１１ａ内において裏面洗浄ノズル１６を保持するノズル保持部材１７とを備えている。ノズル保持部材１７の上部は、ステージ１１の開口１１ａに装入されており、ノズル保持部材１７の上面１７ａはステージ１１の上面１１ｂと実質的に面一か又は上面よりも上方に位置し、裏面洗浄ノズル１６の先端はノズル保持部材１７を貫通してノズル保持部材１７の上面１７ａに露出している。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハ洗浄装置に関し、特に、単一のウェーハを回転させながら洗浄及び乾燥を行う枚葉式のウェーハ洗浄装置の構造に関するものである。

半導体デバイスに用いられるシリコンウェーハは、シリコンインゴット等からスライスされた略円盤状のウェーハ基材に、面取り、ラッピング、エッチング、ポリッシング等の加工が施されて製品とされる。これらの加工工程では、ウェーハ加工時に研磨粉や削り滓等の種々のパーティクルが多量に発生し、これらのパーティクルがウェーハに付着してしまうので、加工後にはウェーハを洗浄する必要がある。

ウェーハの洗浄方式には多数枚のウェーハを同時に洗浄する一括洗浄方式（バッチ式ともいう）と、ウェーハを一枚ずつ洗浄する枚葉洗浄方式とがある。一括洗浄方式では、多数のウェーハをカセットにセットした状態、或いはウェーハ単体の状態で洗浄槽内の洗浄液に浸漬し、各ウェーハを一括して洗浄するので、一度に大量のウェーハを洗浄処理することができる。しかし、一枚でも汚染されたウェーハが入っていると、この汚染が洗浄液を汚し、ウェーハ全体に影響する。また、種々の製造工程を経てウェーハの裏面についた汚染源やゴミを洗浄槽中に拡散させることになり、ウェーハ間での相互汚染が問題となる。また、洗浄液には多量の薬液や純水を使用するので、処理量によってはランニングコストが高くなる場合がある。

一方、枚葉洗浄方式では、ウェーハをステージに搭載し、ステージと共にウェーハを回転させながらノズルから洗浄液を供給し、ウェーハを一枚ずつ洗浄するので、ウェーハ間の相互汚染を回避することができ、使用する洗浄液の量も比較的に少なくて済む。さらに、近年のウェーハの大口径化に伴い、装置自体を大型化する必要があり、複数枚の半導体基板を同時に取り扱うことが困難となってきている。このような事情から、近年は枚葉洗浄方式が使用されるケースが増えてきている。

半導体用シリコンウェーハの製造において、枚葉式のウェーハ洗浄工程は、ポリッシュトウェーハを最終検査する前の仕上げ洗浄や、最終検査で不良とされたウェーハの再洗浄において好ましく実施される。また、特殊加工工程であるアニール工程やエピタキシャル工程の前後でも実施される。これらの洗浄工程では、ウェーハの表面のみならず裏面の洗浄も行っているが、ウェーハの裏面に供給した洗浄液が高速回転するステージ上に落下した後、ステージにはじかれたり回転風速で舞い上がったりしてウェーハに再付着する場合があり、ウェーハの裏面が汚れやすいという問題がある。

この問題を解決するため、特許文献１に記載のウェーハ洗浄装置は、裏面用ノズルから吐出した洗浄液を受ける受け皿を備え、この受け皿が裏面用ノズルのアームよりも上方に突出した部分に設置されている。そのため、裏面用ノズルの吐出口から吐出した洗浄液が裏面用ノズルの側面を伝わって垂れ落ちてきても、受け皿で受け止めることができ、回転しているウェーハで跳ね返されて落ちてきた洗浄液を受け皿で受け止めることができる。

また特許文献２には、ウェーハの下面に対応して配置され上面に凹部が開口して形成されるとともにこの凹部にノズルが設けられたノズルヘッドと、ウェーハの下面側に位置し回転体の上面側のほぼ全体を覆うとともに上記ノズルヘッドの凹部に対応する部分に開口部が形成されこの開口部の内周面よりも所定寸法方向外方の位置に凹部内に入り込む遮蔽部が設けられた乱流防止カバーとを備えたウェーハ洗浄装置が開示されている。ノズルヘッドの凹部内に入り込む遮蔽部は、乱流防止カバーの開口部の内周面から所定寸法外方に設けられているので、ノズルヘッドのノズルから噴射された処理液が乱流防止カバーの下面側に入り込むことを防止でき、処理液が乾燥処理時に舞い上がることを防止することができる。

特開２００８−２５８３３０号公報 特開２００４−１１９８５４号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたウェーハ洗浄装置は、ウェーハの裏面側に拡がる空間が比較的広く、また裏面用ノズルが突出しているので、ウェーハ裏面側に拡がる空間内に上昇気流や乱流が発生し、残留液や残留液が乾燥した後に残る不純物の塵を飛散させてウェーハの裏面を汚してしまうという問題がある。

また、特許文献２に記載されたウェーハ洗浄装置は、乱流防止カバーを設けているものの、乱流防止カバーの中心部に開口が形成されており、この開口の下方にノズルヘッドの凹部が設けられているので、ウェーハの裏面側の空間に上昇気流や乱流が発生しやすく、残留液や不純物の塵を巻き込んでウェーハの裏面を汚してしまうという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ウェーハ裏面側の空間において上昇気流や乱流の発生を防止し、ウェーハの裏面の汚れを防止することが可能なウェーハ洗浄装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明によるウェーハ洗浄装置は、単一のウェーハを回転させながら洗浄する枚葉式であって、回転可能に軸支されると共に中心部に円形の開口を有するステージと、前記ステージ上において前記ウェーハを支持する支持部材と、前記ステージの前記開口内に設けられ、前記ウェーハの裏面に処理液又はガスを供給する少なくとも一つのノズルと、前記開口内において前記ノズルを保持するノズル保持部材とを備え、前記ノズル保持部材の上部は、前記開口よりも小径な略円柱形状を有し、且つ、前記ステージの前記開口に装入されており、前記ノズルの先端は前記ノズル保持部材を貫通して前記ノズル保持部材の上面に露出していることを特徴とする。

本発明によれば、ステージの中央部の開口内に設けられたノズル保持部材の上部がステージの開口よりも小径な略円柱形状を有し、且つ、前記開口に装入されているので、ウェーハ裏面側の空間において上昇気流や乱流の発生を防止することができ、ウェーハの裏面の汚れを防止することできる。

本発明において、前記ノズル保持部材の上面は前記ステージの上面と実質的に面一であることが好ましい。この構成によれば、ウェーハ裏面側の空間において凹凸が存在しないので、上昇気流や乱流の発生を防止することができ、ウェーハの裏面の汚れを防止することできる。

本発明において、前記ノズル保持部材の上面は前記ステージの上面よりも上方に位置することが好ましい。ノズルやノズル保持部材はステージのように回転することなく中心部に固定されているため、ノズル保持部材の上面に付着した処理液はそのままその位置に残留するおそれがある。しかし、この構成によれば、ノズル保持部材の上面に付着した残留液は、それよりも下方に位置するステージ側に移動しやすく、そのためノズル保持部材の上面に付着した残留液の排出を促進させることができる。

本発明において、前記ノズル保持部材の前記上面は、前記ステージの回転の中心から外周方向に向かって下りの傾斜面を有することが好ましい。この構成によれば、ノズル保持部材の上面に付着した残留液の排出をさらに促進させることができる。

本発明において、前記ノズルの先端に残った前記処理液の一部は、前記ノズル保持部材と前記ステージとの間の隙間を通って排出されることが好ましい。この構成によれば、ノズル保持部材の上面に付着した残留液の排出をさらに促進させることができる。

本発明において、前記ノズル保持部材の少なくとも表面はポリテトラフロロエチレンからなることが好ましい。この構成によれば、ノズル保持部材の表面の平滑性を高めることができ、ノズル保持部材の上面に付着した残留液の排出をさらに促進させることができる。

以上のように、本発明のウェーハ洗浄装置によれば、ウェーハ裏面側の空間において上昇気流や乱流の発生を防止することができ、ウェーハの裏面の汚れを防止することできる。

本発明の好ましい実施の形態によるウェーハ洗浄装置の構成を示す略側面断面図である。 ウェーハ洗浄装置の略平面図である。 図１のノズル保持部材を拡大して示す略断面図である。 図３のノズル保持部材をさらに拡大して示す略断面図である。 ノズル保持部材の変形例を示す略断面図である。 ノズル保持部材の他の変形例を示す略断面図であり、特に（ａ）は傾斜面が平坦面である場合、（ｂ）は傾斜面が湾曲面である場合をそれぞれ示している。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態によるウェーハ洗浄装置１０の構成を示す略側面断面図である。また、図２は、ウェーハ洗浄装置１０の略平面図である。

図１に示すように、このウェーハ洗浄装置１０は、単一のウェーハ１が搭載されるステージ１１と、ステージ１１を回転可能に軸支する支持軸１２と、支持軸１２の中空部１２ａ内に設けられた円筒状の固定軸１３と、ステージ１１上においてウェーハ１を支持する４本のガイドピン１４と、ウェーハ１の表面に洗浄液を供給する表面洗浄ノズル１５と、ウェーハ１の裏面に洗浄液又はガスを供給する複数の裏面洗浄ノズル１６とを備えている。これらの構成要素はチャンバー（不図示）内に収容されている。

図２に示すように、ステージ１１は円板状であり、その直径は搭載されるウェーハ１の直径よりも僅かに大きい。ウェーハ１と対向するステージ１１の上面は、後述する開口１１ａの形成位置を除き、凹凸のない平坦面であることが好ましい。ステージ１１の上面が平坦面であることにより、ステージ１１の回転による乱流の発生を防止することができる。

４本のガイドピン１４は、ウェーハ１を水平に支持すると共に、遠心力によるウェーハ１の水平方向の位置ずれを規制する。これらのガイドピン１４はステージ１１の外周に沿って等間隔に配置されており、ウェーハ１を４点で支持している。ウェーハ１がステージ１１と一緒に正しく回転するためにはガイドピン１４がウェーハ１と一定の摩擦力をもって接触し、ウェーハ１を保持する必要がある。ガイドピン１４が存在することによってウェーハ１とステージ１１が接することはなく、両者の間には一定の空間が確保されている。

表面洗浄ノズル１５は、ウェーハ１の表面側であってウェーハ１の上方に配置されている。ここでウェーハの「表面」とは、ウェーハ洗浄装置１０に搭載されたウェーハ１の「上面」をいう。ウェーハ１の表面側にはステージ１１や支持軸１２が存在しないので、レイアウト上の制約を受けることなく表面洗浄ノズル１５を最適な位置に設けることができ、ウェーハ１の中心部に洗浄液を確実に吐出することができる。回転するウェーハ１の中心部に供給された洗浄液は遠心力によってウェーハ１の表面全体に均一に行き渡たるので、ウェーハ１の表面全体を確実に洗浄することができる。

裏面洗浄ノズル１６は、ウェーハ１の裏面側であって、ウェーハ１の中心部の下方に配置されている。ここでウェーハの「裏面」とは、ウェーハ洗浄装置１０に搭載されたウェーハ１の「下面」をいう。ウェーハ１の裏面側にはステージ１１や支持軸１２が存在するので、そのままでは裏面洗浄ノズル１６を配置することができない。そのため、支持軸１２は中空部１２ａを有し、中空部１２ａ内には円筒状の固定軸１３が設けられており、裏面洗浄ノズル１６の配管は固定軸１３の中空部１３ａ内に収められている。また、ステージ１１の中心部には開口１１ａが形成されており、裏面洗浄ノズル１６の先端部は開口１１ａ内に設けられている。

特に限定されるものではないが、本実施形態においては４本の裏面洗浄ノズル１６が設けられている。第１のノズルはフッ酸供給ノズルであり、第２のノズルは純水供給ノズルであり、第３のノズルはオゾン水供給ノズルであり、第４のノズルは窒素ガス供給ノズルである。窒素ガスはウェーハの裏面に付着する液滴を飛ばしてウェーハを乾燥させるために用いられる。

４本の裏面洗浄ノズル１６はノズル保持部材１７によって保持されている。ノズル保持部材１７は各裏面洗浄ノズル１６と共にステージ１１の開口１１ａ内に設けられており、固定軸１３の先端に固定されている。ノズル保持部材１７には４つの貫通穴が設けられており、各裏面洗浄ノズル１６の先端は対応する貫通穴を通ってノズル保持部材１７の上面に露出しており、ウェーハ１の裏面と対向している。

図３は、図１のノズル保持部材１７を拡大して示す略断面図である。また、図４は、図３のノズル保持部材１７をさらに拡大して示す略断面図である。

図３に示すように、ノズル保持部材１７の上部はステージの１１の開口１１ａ内に装入されており、ステージ１１の開口１１ａを実質的に埋めている。ノズル保持部材１７の上部は円柱形状を有しており、その直径は開口１１ａの直径よりも小さい。そのため、ノズル保持部材１７の上部は開口１１ａの内周面と接触していない。ノズル保持部材１７の上面１７ａは、ステージ１１の上面１１ｂと実質的に面一であり、ノズル保持部材１７とステージ１１との境界の段差はないため、ウェーハ１の裏面側に開口や凹凸がほとんどない構造である。したがって、上昇気流や乱流の発生を抑制することができ、ウェーハの裏面への残留液の飛散や外部雰囲気の巻き込みを防止することができる。

図４に示すように、ノズル保持部材１７とステージ１１との間には隙間１１ｃが設けられている。この隙間１１ｃは、ステージ１１を円滑に回転させるために本来必要であるが、本実施形態では残留液の排出口としても使用される。そのため、隙間１１ｃの幅は、残留液を落とし込むことができる程度であることが好ましく、具体的には０．５〜１．０ｍｍ程度であることが好ましい。ノズル１６の先端やノズル保持部材１７の上面に残った残留液Ｄは、破線の矢印で示すように隙間１１ｃを通って流れ落ちるので、残留液をステージ１１の下方に排出することができる。

特に限定されるものではないが、ノズル保持部材１７の材料としてはポリテトラフロロエチレンを用いることが好ましい。ただし、ノズル保持部材１７の全体がポリテトラフロロエチレンである必要はなく、少なくともノズル保持部材１７の上面１７ａがこの材料であればよく、上面１７ａのみならず表面全体がこの材料で構成されていてもよい。この構成によれば、ノズル保持部材１７の表面の平滑性を高めることができ、ノズル保持部材１７の上面１７ａに付着した残留液の排出をさらに促進させることができる。

処理液の吐出を終了させたとき、ノズルの先端やノズル保持部材１７の上面に処理液が残ることがあるが、残留液のほとんどはウェーハ１の裏面側の空間に発生しているわずかな回転風圧を受けて外周方向に移動する。すなわち、残留液はノズル保持部材１７の上面を伝わってステージ１１側に移動し、さらにステージ１１の外周まで飛ばされて排出される。また、一部の洗浄液はステージ１１の外周まで到達することなくノズル保持部材１７とステージ１１との間の隙間を伝わって垂れ落ち、ステージ１１の下方に排出される。

本実施形態のウェーハ洗浄装置１０によるウェーハ１の洗浄処理では、ステージ１１を所定の速度で回転させた後、表面洗浄ノズル１５及び裏面洗浄ノズル１６からウェーハ１の表面の中心部にフッ酸等の処理液をそれぞれ吐出させて洗浄する。各ノズルからウェーハ１の中心部に吐出されたフッ酸等の処理液は、ウェーハの遠心力によって円周方向に均一に拡散し、ウェーハ全面に行き渡る。

以上説明したように、本実施形態によるウェーハ洗浄装置１０は、ステージ１１の中央部の開口１１ａ内に設けられたノズル保持部材１７の上部が開口１１ａに装入されており、ノズル保持部材１７の上面がステージ１１の上面と実質的に面一であるので、ウェーハ１の裏面側の空間において上昇気流や乱流の発生を防止することができ、ウェーハの裏面の汚れを防止することできる。

図５は、ノズル保持部材１７の変形例を示す略断面図である。

図５に示すように、このノズル保持部材１７は、その上面１７ａがステージ１１の上面１１ｂよりもわずかに上方に突出している。ノズル保持部材１７の上部は円柱形状を有しており、その直径は開口１１ａの直径よりも小さい。特に、ノズル保持部材１７の上部のうちステージ１１の上面１１ｂよりも上方に突出する部分についても、その直径が開口１１ａの直径よりも拡大することはなく、開口１１ａよりも小さな直径を維持している。

ノズル保持部材１７の上面１７ａとステージ１１の上面１１ｂとの高さの差Ｈは２ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることが特に好ましい。ステージ１１の上面１１ｂから見たノズル保持部材１７の上面１７ａの高さが２ｍｍよりも高い場合には、気流が乱れやすくなるだけでなく、ノズル１６の先端がウェーハ１の裏面に近づきすぎることで処理液の吐出制御が難しくなるからである。

ノズル保持部材１７の上面１７ａに付着した残留液は、それよりも下方に位置するステージ１１の上面１１ｂに移動しやすく、ステージ１１の上面１１ｂに移動した残留液は遠心力で外側に飛ばされるか、移動の途中で両者の隙間に吸い込まれる。したがって、ノズル保持部材１７の上面１７ａに付着した残留液の排出をさらに促進させることができる。

図６（ａ）及び（ｂ）は、ノズル保持部材１７の他の変形例を示す略断面図である。

図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、このノズル保持部材１７の上面１７ａは、中心軸を頂点とし、外周方向に向かって下りの傾斜面を有している。特に、図６（ａ）に示すノズル保持部材１７は傾斜面が平坦面であるのに対し、図６（ｂ）に示すノズル保持部材１７は傾斜面が湾曲面である。いずれにしても、傾斜角度はほんの僅かでよく、例えば５〜１０度程度でよい。高低差で表す場合、基準面から頂点までの高さは４ｍｍ以下であればよい。傾斜角度が大きすぎるとノズル保持部材１７の上面とステージ１１の上面１１ｂとが実質的に面一にならず、上昇気流や乱流が発生しやすくなるからである。このように、ノズル保持部材１７の上１７ａが傾斜面を有する場合には、裏面洗浄ノズル１６の先端に残った残留液の排出を促進させることができる。

以上、本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態においては、ステージ１１の外周部には４本のガイドピン１４が設けられているが、ガイドピン１４の数は４本に限定されず、３本であってもよく、５本以上であってもよい。さらに、ウェーハ１を水平に支持する部材はガイドピン１４に限定されず、種々の支持部材を用いることができる。

また、上記実施形態においては、４本のノズル１６を用いてフッ酸、純水、オゾン水、及び窒素ガスの供給を行っているが、本発明においてノズルの数は４本に限定されず、洗浄の目的に合わせて適切な本数とすることができる。また、例えば、上記実施形態において純水専用ノズル及びオゾン水供給ノズルの一方を省略し、純水とオゾン水の供給のために一つのノズルを共用し、１本の共通ノズルから純水又はオゾン水を供給するように構成してもよい。

また、上記実施形態においては、４本のノズル１６の先端は、ノズル保持部材１７の上面１７ａと面一であるが、ノズル１６の先端が上面１７ａよりも上方に突出していてもよい。この構成によれば、ノズル保持部材１７の上面１７ａの影響を受けることなく、ノズル１６から吐出される処理液をウェーハ１の裏面の中央部に向けて確実に吐出することができる。

さらに、本発明によるウェーハ洗浄装置の用途はシリコンウェーハの洗浄に限定されず、ＳｉＣウェーハ、サファイヤウェーハ、化合物半導体ウェーハ等、種々のウェーハの洗浄に使用することが可能である。

１ ウェーハ
１０ ウェーハ洗浄装置
１１ ステージ
１１ａ ステージの開口
１１ｂ ステージの上面
１１ｃ 隙間
１２ 支持軸
１２ａ 支持軸の中空部
１３ 固定軸
１３ａ 固定軸の中空部
１４ ガイドピン
１５ 表面洗浄ノズル
１６ 裏面洗浄ノズル
１７ ノズル保持部材
１７ａ ノズル保持部材の上面

Claims (6)

1. 単一のウェーハを回転させながら洗浄する枚葉式のウェーハ洗浄装置であって、
   回転可能に軸支されると共に中心部に開口を有するステージと、
   前記ステージ上において前記ウェーハを支持する支持部材と、
   前記ステージの前記開口内に設けられ、前記ウェーハの裏面に処理液又はガスを供給する少なくとも一つのノズルと、
   前記開口内において前記ノズルを保持するノズル保持部材とを備え、
   前記ノズル保持部材の上部は、前記開口よりも小径な略円柱形状を有し、且つ、前記ステージの前記開口に装入されており、
   前記ノズルの先端は前記ノズル保持部材を貫通して前記ノズル保持部材の上面に露出していることを特徴とするウェーハ洗浄装置。
2. 前記ノズル保持部材の上面は前記ステージの上面と実質的に面一であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ洗浄装置。
3. 前記ノズル保持部材の上面は前記ステージの上面よりも上方に位置することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ洗浄装置。
4. 前記ノズル保持部材の前記上面は、前記ステージの回転の中心から外周方向に向かって下りの傾斜面を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のウェーハ洗浄装置。
5. 前記ノズルの先端に残った前記処理液の一部は、前記ノズル保持部材と前記ステージとの間の隙間を通って排出されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のウェーハ洗浄装置。
6. 前記ノズル保持部材の少なくとも表面がポリテトラフロロエチレンからなることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のウェーハ洗浄装置。

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