JP2016171213A - 半導体ウェハの洗浄装置と洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一つの実施形態は、洗浄処理によって半導体ウェハが帯電するリスクを軽減することが出来る半導体ウェハの洗浄装置と洗浄方法を提供することを目的とする。
【解決手段】一つの実施形態によれば、半導体ウェハの洗浄装置は半導体ウェハを固定する固定台を有する。前記半導体ウェハの表面に洗浄用の薬液を吐出する洗浄用ノズルを有する。前記固定台を回転させた時に前記半導体ウェハから飛散する前記薬液を捕捉する為に、前記固定台の周囲を取り囲む様に設けられるカップを有する。前記カップの前記固定台側の表面に導電性流体を供給する供給機構を有する。
【選択図】図１

Description

本実施形態は、半導体ウェハの洗浄装置と洗浄方法に関する。

従来、半導体ウェハに対する種々の処理において半導体ウェハが帯電することにより半導体ウェハに形成された素子が損傷を受けることを回避する為に、半導体ウェハに対する除電、あるいは、処理装置に対する除電を行う技術が開示されている。

半導体ウェハの洗浄は、一般的に種々の薬液と純水を用いて行われる。純水は導電度が低い為、例えば、洗浄装置内に発生した電荷を洗い流すことが出来ない。一方、純水と洗浄装置との摩擦によって電荷が発生し、これによって半導体ウェハが帯電するリスクが有る。この為、純水を用いる洗浄処理において半導体ウェハが帯電するリスクを軽減することが出来る半導体ウェハの洗浄装置と洗浄方法が望まれる。

特開平０９−１１５８７３号公報 特開２０１３−７７６２４号公報 特開平０２−２７２７３２号公報

一つの実施形態は、洗浄処理において半導体ウェハが帯電するリスクを軽減することが出来る半導体ウェハの洗浄装置と洗浄方法を提供することを目的とする。

一つの実施形態によれば、半導体ウェハの洗浄装置は半導体ウェハを固定する固定台を有する。半導体ウェハの洗浄装置は、前記半導体ウェハの表面に洗浄用の薬液を吐出する洗浄用ノズルを有する。半導体ウェハの洗浄装置は、前記固定台を回転させた時に前記半導体ウェハから飛散する前記薬液を捕捉する為に、前記固定台の周囲を取り囲む様に設けられるカップを有する。半導体ウェハの洗浄装置は、前記カップの前記固定台側の表面に導電性流体を供給する供給機構を有する。

図１は、第１の実施形態の半導体ウェハの洗浄装置の構成を示す図である。 図２は、第２の実施形態の半導体ウェハの洗浄方法の工程を説明する為の図である。 図３は、第３の実施形態の半導体ウェハの洗浄装置の構成を示す図である。 図４は、第４の実施形態の半導体ウェハの洗浄方法の工程を説明する為の図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体ウェハの洗浄装置と洗浄方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の半導体ウェハの洗浄装置の構成を模式的に示す図である。図１（Ａ）は、断面構造を模式的に示す図であり、同図（Ｂ）は、上側から見た平面構造を模式的に示す図である。本実施形態の洗浄装置は、回転軸４１上に設けられたウェハ支持台４０を有する。ウェハ支持台４０には、半導体ウェハ５０が載置される。半導体ウェハ５０は、ウェハ支持台４０に設けられた保持機構、例えば、半導体ウェハ５０の外周部を保持するクランプ機構（図示せず）やバキューム吸着機構（図示せず）によって固定される。

洗浄装置は、洗浄用ノズル３０を有する。洗浄用ノズル３０の吐出口３１から、所定の薬液と純水が半導体ウェハ５０の表面に供給される。薬液としては、硫酸と過酸化酸素水の混合液、アンモニアと過酸化水素水の混合液、塩酸と過酸化水素水の混合液、あるいはフッ酸と水の混合液等が用いられる。

洗浄装置は、カップ除電用ノズル２０を有する。カップ除電用ノズル２０の吐出口２１から、カップ１０のウェハ支持台４０側の表面１５に向けて導電性流体が放出される。導電性流体としては、例えば、純水に対して抵抗率が２桁程度小さい炭酸水を用いる。例えば、炭酸水の抵抗率は、０．２ＭΩ・ｃｍである。また、使用する導電性流体は、半導体ウェハ５０の洗浄に用いられる薬液とは異なる組成のものを用いる。例えば、フッ素（Ｆ）や、塩素（Ｃｌ）を含まない導電性流体を用いる。カップ１０の除電の為に用いた導電性流体が、半導体ウェハ５０の洗浄処理に影響を与えない為である。

カップ１０は、半導体ウェハ５０の洗浄に使用される薬液に対する耐性が高い、例えば、絶縁性の樹脂で構成される。例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂で構成される。カップ１０は、回転機構（図示せず）により回転軸４１が回転した時にウェハ支持台４０に固定された半導体ウェハ５０から飛散する薬液、あるいは、同様に半導体ウェハ５０から飛散する純水を捕捉する様に、半導体ウェハ５０が載置されるウェハ支持台４０を取り囲む様に設けられる。

図１（Ｂ）は、カップ１０を上部側から見た模式図であり、カップ１０とカップ除電用ノズル２０の位置関係を示している。図示する様にカップ除電用ノズル２０は、カップ１０の除電時に半導体ウェハ５０の上部側において、カップ１０の中心の位置に配置される。カップ除電用ノズル２０は、カップ１０の除電の際、カップ１０で囲まれた領域の外側から移動して、図示する位置に配置される。

一方、カップ１０の除電の際には、洗浄用ノズル３０は、図示の様に、例えば、カップ１０で囲まれた領域の外に移動される。除電用ノズル２０は回転機構１９によって回転機構１９の中心軸を回転軸として回転し、吐出口２１をカップ１０のウェハ支持台４０側の表面１５に沿って水平方向に移動させることが可能になっている。カップ１０のウェハ支持台４０側の表面１５に沿って除電用ノズル２０の吐出口２１を水平に移動させることにより、カップ１０の表面１５に全体的に導電性流体を供給することが可能である。尚、除電用ノズル２０を回転させる回転機構１９に、回転の機能に加えて除電用ノズル２０を上下に移動させる機能を持たせることにより、除電用ノズル２０の吐出口２１の位置を上下方向に調整可能な構成とすることが出来る。また、除電用ノズル２０の先端部、例えば、除電用ノズル２０が折れ曲がる位置に駆動機構（図示せず）を設け、除電用ノズル２０の先端側が上下に自在に折り曲げ可能な構成にして、吐出口２１の位置を上下方向に移動可能な構成としても良い。

本実施形態の半導体ウェハ５０の洗浄装置は、カップ１０のウェハ支持台４０側の表面１５を除電する為にカップ１０の表面１５に導電性流体を供給する除電用ノズル２０を備える。半導体ウェハ５０の洗浄に用いた純水が絶縁性のカップ１０の表面１５と衝突した際に、その摩擦によってカップ１０の表面１５が帯電する可能性があるが、導電性流体を用いてカップ１０の表面１５の電荷を洗い流すことにより、カップ１０の表面１５を除電することが出来る。これにより、半導体ウェハ５０の表面に薬液を供給して洗浄を行った際に、カップ１０の表面１５の電荷が半導体ウェハ５０からカップ１０に飛散する薬液を媒介として半導体ウェハ５０側に移動して半導体ウェハ５０が帯電することを回避することが出来る。すなわち、半導体ウェハ５０が帯電することにより半導体ウェハ５０に形成された素子が損傷を受けるリスクを軽減することが出来る。

（第２の実施形態）
図２を用いて、第１の実施形態の洗浄装置を用いて半導体ウェハ５０を洗浄する洗浄方法の一つの実施形態を説明する。半導体ウェハ５０をウェハ支持台４０に固定する（Ｓ１００）。半導体ウェハ５０は、例えば、ウェハカセット（図示せず）からウェハハンドラ（図示せず）によって移動され、ウェハ支持台４０に載置される。半導体ウェハ５０は、ウェハ支持台４０に設けられた保持機構によって固定される。

カップ１０の除電が行われた状態になっているか否かを判断する（Ｓ１１０）。カップ１０の除電が行われている場合には、所定の薬液を洗浄用ノズル３０から半導体ウェハ５０の表面に供給して洗浄を行う（Ｓ１２０）。洗浄の際には、例えば、カップ１０で取り囲まれた領域の外に待避させていた洗浄用ノズル３０をカップ１０内に移動させて半導体ウェハ５０の上側に配置させ、例えば、ウェハ支持台４０を５００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍで回転させながら、洗浄用ノズル３０の吐出口３１から半導体ウェハ５０の表面に薬液を供給する。

カップ１０の除電が行われていない場合には、カップ１０の表面１５の除電を行う（Ｓ１３０）。カップ１０の除電の際には、洗浄用ノズル３０に代えて除電用ノズル２０をカップ１０によって取り囲まれた位置に移動させ、除電用ノズル２０を回転させながら吐出口２１から導電性流体、例えば、炭酸水をカップ１０のウェハ支持台４０側の表面１５に供給する。導電性流体によりカップ１０の表面１５に存在する電荷が洗い流され、カップ１０の表面１５の除電が行われる。カップ１０の表面１５の除電の後、薬液による洗浄を行う（Ｓ１２０）。除電に用いた除電用ノズル２０をカップ１０に取り囲まれた位置から待避させ、除電用ノズル２０に代えて洗浄用ノズル３０を半導体ウェハ５０の表面上に配置して、洗浄用ノズル３０の吐出口３１から所定の薬液を半導体ウェハ５０の表面に供給して薬液による洗浄を行う。

続いて、純水を洗浄用ノズル３０の吐出口３１から半導体ウェハ５０の表面に供給して、純水による洗浄を行う（Ｓ１４０）。半導体ウェハ５０の表面に付着した薬液を取り除く為である。尚、薬液による洗浄（Ｓ１２０）と純水による洗浄（Ｓ１４０）は、適宜、繰り返して行われる。

純水による洗浄が終了した後に、カップ１０の除電を行う（Ｓ１５０）。洗浄用ノズル３０をカップ１０に取り囲まれた領域内から待避させ、洗浄用ノズル３０に代えて除電用ノズル２０を半導体ウェハ５０上に配置させ、除電用ノズル２０から導電性流体をカップ１０の表面１５に供給することによりカップ１０の除電を行う。純水を用いた洗浄（Ｓ１４０）に続いてカップ１０の表面１５の除電（Ｓ１５０）を行うことにより、カップ１０内で行われる次の新たな半導体ウェハに対する薬液による洗浄に備えることが出来る。すなわち、新たな半導体ウェハに対して薬液を用いた洗浄工程が行われる場合に、事前にカップ１０の表面１５の除電を行っておくことにより、カップ１０の表面１５に存在する電荷によりその新たな半導体ウェハが薬液を用いた洗浄工程中に帯電し、その半導体ウェハに形成された素子が損傷を受けるリスクを軽減することが出来る。

カップ１０の除電が終了した後に、ウェハ支持台４０の回転数を、例えば、２０００ｒｐｍに上昇させて半導体ウェハ５０を乾燥させた後に、ウェハ支持台４０の回転を停止させて半導体ウェハ５０をウェハ支持台４０から取り外し、カップ１０の外に取り出す（Ｓ１６０）。半導体ウェハ５０の取り出しは、例えば、ウェハハンドラ（図示せず）を用いて行う。尚、純水による半導体ウェハ５０の洗浄（Ｓ１４０）の後に半導体ウェハ５０の乾燥処理を行い、その後にカップ１０の表面１５の除電を行っても良い。

本実施形態の半導体ウェハ５０の洗浄方法においては、半導体ウェハ５０に対する薬液を用いた洗浄工程の前に、カップ１０のウェハ支持台４０側の表面１５の除電が行われている。これにより、半導体ウェハ５０の表面に洗浄用の薬液が供給されて洗浄が行われる際に、カップ１０の表面１５から電荷が半導体ウェハ５０に移動して半導体ウェハ５０が帯電する事態が回避され、半導体ウェハ５０に形成された素子が損傷を受けるリスクを軽減することが出来る。半導体ウェハ５０の洗浄工程は、薬液による洗浄処理の後に純水を用いて半導体ウェハ５０の表面を洗浄することが一般的に行われる。この純水を用いた洗浄処理の後に導電性流体をカップ１０の表面１５に供給して除電を行うことにより、引き続いて行われる薬液を用いた半導体ウェハ５０の洗浄処理において半導体ウェハ５０が帯電するリスクを軽減することが出来る。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態の半導体ウェハの洗浄装置の構成を模式的に示す図である。図３（Ａ）は、断面構造を模式的に示す図であり、同図（Ｂ）は、上側から見た平面構造を模式的に示す図である。既述の実施形態に対応する構成要素には同一の符号を付している。本実施形態の洗浄装置は、カップ１０の表面１５に導電性流体を供給する機構がカップ１０に内設される。本実施形態の洗浄装置においては、導電性流体を供給する機構は、カップ１０の内壁１６と外壁１７の間に内設される導電性流体の流路１２を有する。すなわち、カップ１０の内側の表面であるウェハ支持台４０側の表面と、カップ１０の外側の表面の間に流路１２は形成される。導電性流体の流路１２は、例えば、複数のチューブによって構成される。各々のチューブが、流路１２を構成する。以降、便宜上、導電性流体の流路１２をチューブとして説明する。

図３（Ａ）に示す様に、各々のチューブ１２は吐出口１４と注入口１３を有する。各チューブ１２の吐出口１４は、カップ１０の上端部に位置する様に設けられる。各チューブ１２の注入口１３から注入された導電性流体が各チューブ１２の吐出口１４から流出し、カップ１０のウェハ支持台４０側の表面１５を伝って流れる様にする為である。各チューブ１２の吐出口１４は、例えば、同図（Ｂ）に示す様にカップ１０の上端部の全体に亘って、均一な間隔で配置される。カップ１０の内壁１６と外壁１７で区画される各チューブ１２の間は、例えば、カップ１０を構成する樹脂によって充填される。吐出口１４から流出する導電性流体がカップ１０の表面１５を万遍なく一様に流れる様に、例えば吐出口１４の配置と注入する導電性流体の流量を調整することが出来る。各チューブ１２からカップ１０の表面１５に供給された導電性流体は排水口１１から排出される。

本実施形態の洗浄装置においては、カップ１０の表面１５に導電性流体を供給する機構がカップ１０に内設される。この為、半導体ウェハ５０の洗浄の為の洗浄用ノズル３０とカップ１０の表面１５に導電性の流体を供給する機構が併存する為、半導体ウェハ５０の洗浄処理に併行して、カップ１０の表面１５の除電を行うことが出来る。尚、注入口１３と吐出口１４を有する複数のチューブ１２をカップ１０の内壁１６と外壁１７の間に内設する代わりに、一本のチューブ１２を分岐させてカップ１０の上端部に複数の吐出口１４を配置させ、この複数の吐出口１４を介してカップ１０の内側の表面１５に導電性流体を流出させる構成としても良い。

（第４の実施形態）
図４を用いて、第３の実施形態の洗浄装置を用いて半導体ウェハ５０の洗浄を行う一つの実施形態を説明する。半導体ウェハ５０をウェハ支持台４０に固定する（Ｓ２００）。半導体ウェハ５０は、例えば、ウェハカセット（図示せず）からウェハハンドラ（図示せず）によって移動され、ウェハ支持台４０に載置される。半導体ウェハ５０は、ウェハ支持台４０に設けられた保持機構によって固定される。

カップ１０の除電を行う（Ｓ２２０）。カップ１０の除電は、薬液を用いた洗浄処理（Ｓ２１０）に先行して行う。薬液が半導体ウェハ５０の表面に供給されて半導体ウェハ５０の洗浄を行うときに、カップ１０の表面１５からの電荷が半導体ウェハ５０に移動して半導体ウェハ５０が帯電することを回避する為である。カップ１０に設けられた各チューブ１２に導電性流体を注入し、各チューブ１２の吐出口１４から導電性流体を流出させてカップ１０のウェハ支持台４０側の表面１５を伝って流すことによりカップ１０の除電が行われる。以降、カップ１０の除電（Ｓ２２０）は、例えば、継続して行う。

洗浄用ノズル３０から所定の薬液を半導体ウェハ５０の表面に供給することにより薬液を用いた洗浄が行われる（Ｓ２１０）。薬液を用いた半導体ウェハ５０の洗浄は、半導体ウェハ５０をウェハ支持台４０に固定させた状態でウェハ支持台４０を回転させた状態で所定の薬液を洗浄用ノズル３０から半導体ウェハ５０の表面に供給することより行う。この時、カップ１０の除電を併行して行うことが出来る（Ｓ２２０）。

続いて、純水を半導体ウェハ５０の表面に供給して、純水による洗浄を行う（Ｓ２３０）。半導体ウェハ５０の表面から薬液を取り除く為である。

続いて、薬液による洗浄（Ｓ２４０）を行う。例えば、先行して行った薬液による洗浄処理（Ｓ２１０）の時とは異なる組成の薬液が使用される。

続いて、洗浄用ノズル３０から純水を半導体ウェハ５０の表面に供給して、純水を用いた洗浄を行う（Ｓ２５０）。半導体ウェハ５０の表面の薬液を取り除く為で有る。薬液を用いた洗浄と純水を用いた洗浄は、適宜、繰り返して行うことが出来る。

薬液と純水による洗浄が終了した後に、ウェハ支持台４０の回転数を、例えば、２０００ｒｐｍに上昇させて半導体ウェハ５０を乾燥させ、その後に、ウェハ支持台４０の回転を停止させて半導体ウェハ５０をウェハ支持台４０から取り外し、カップ１０の外に取り出す（Ｓ２６０）。半導体ウェハ５０の取り出しは、例えば、ウェハハンドラ（図示せず）を用いて行う。

本実施形態の半導体ウェハ５０の洗浄方法によれば、カップ１０の除電は、半導体ウェハ５０に対する薬液、あるいは、純水を用いた洗浄工程と併行して行うことが出来る。カップ１０の表面１５の除電を、半導体ウェハ５０の洗浄工程と併行して行うことで、半導体ウェハ５０に対して薬液による洗浄処理が行われる際にカップ１０の表面１５から電荷が半導体ウェハ５０に移動して半導体ウェハ５０が帯電するリスクを軽減することが出来る。また、カップ１０の表面１５の除電を半導体ウェハ５０の洗浄工程の終了の段階、例えば、半導体ウェハ５０の乾燥処理の直前まで行うことにより、カップ１０の表面１５の除電が行われていない状態で、薬液を半導体ウェハ５０に供給するといった事態を回避することが出来る。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ カップ、１１ 排出口、１２ チューブ、１４ 吐出口、２０ 除電用ノズル、３０ 洗浄用ノズル、４０ ウェハ支持台、５０ 半導体ウェハ。

Claims (8)

1. 半導体ウェハを固定するウェハ支持台と、
   前記半導体ウェハの表面に洗浄用の薬液を吐出する洗浄用ノズルと、
   前記ウェハ支持台を回転させた時に前記半導体ウェハから飛散する前記薬液を捕捉する為に、前記ウェハ支持台の周囲を取り囲む様に設けられるカップと、
   前記カップの前記ウェハ支持台側の表面に導電性流体を供給する供給機構と、
   を備える半導体ウェハの洗浄装置。
2. 前記供給機構は、前記カップの前記ウェハ支持台側の表面に向けて前記導電性流体を吐出する除電用ノズルを有する請求項１に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
3. 前記除電用ノズルの吐出口が前記カップのウェハ支持台側の表面に沿って水平移動出来る様に、前記除電用ノズルを回転させる駆動部を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
4. 前記供給機構は、前記カップの前記ウェハ支持台側の表面と前記カップの外側の表面の間に内設される流路を有し、前記流路の吐出口を介して前記導電性流体が前記カップの前記ウェハ支持台側の表面に供給されることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
5. 前記カップは絶縁性材料で構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体ウェハの洗浄装置。
6. 半導体ウェハを固定するウェハ支持台と、前記半導体ウェハの表面に洗浄用の薬液を吐出する洗浄用ノズルと、前記ウェハ支持台を回転させた時に前記半導体ウェハから飛散する前記薬液を捕捉する為に前記ウェハ支持台の周囲を取り囲む様に設けられたカップを有する洗浄装置を用いて前記半導体ウェハを洗浄する半導体ウェハの洗浄方法において、
   前記半導体ウェハの表面に前記薬液を供給して前記半導体ウェハを洗浄する前に、前記カップの前記ウェハ支持台側の表面に導電性流体を供給する工程を有することを特徴とする半導体ウェハの洗浄方法。
7. 前記洗浄用ノズルから純水を吐出させて前記半導体ウェハを洗浄した後に、前記カップの前記ウェハ支持台側の表面に前記導電性流体を供給する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の半導体ウェハの洗浄方法。
8. 前記カップの表面に供給される導電性流体は、前記洗浄用ノズルから前記半導体ウェハの表面に供給される薬液とは異なる組成を有することを特徴とする請求項６または７に記載の半導体ウェハの洗浄方法。

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