JP3421887B2 - 洗浄方法およびこれに用いる洗浄装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスあるい
は液晶デバイス等の微細デバイスを作成する基板を洗浄
するための方法および装置に関し、特に、該基板の汚染
状態に応じた必要最小かつ最適な洗浄を行うことによ
り、洗浄効率，経済性，安全性の改善を図るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造は、酸化、不純物
拡散、ＣＶＤやスパッタリングによる成膜、フォトリソ
グラフィ、エッチング、アッシング、イオン注入といっ
た様々な工程を経るものであり、これらの工程の各々に
おいてそれぞれ性質の異なるパーティクルやコンタミネ
ーション（以下、汚染と総称する。）が発生する。これ
らの汚染は、半導体デバイスの信頼性や歩留まりを著し
く低下させる原因となる。すなわち、汚染そのものが電
荷の発生・再結合中心として働くことによりデバイス不
良を招いたり、あるいは基板の残留ダメージや歪と相乗
されて結晶欠陥を誘起することによりリーク電流の増大
を招く等の問題を起こす。したがって、汚染の除去技術
は、半導体装置のデザイン・ルールの微細化と共にます
ますその重要性を増している。

【０００３】洗浄方法の代表例としては、いわゆるＲＣ
Ａ洗浄法がある。この洗浄法では、パーティクル，重金
属，アルカリ金属，有機物の除去に有効なＳＣ−１洗浄
液（ＮＨ₄ ＯＨ／Ｈ₂ Ｏ₂ ／Ｈ₂ Ｏ混合溶液：別名，ア
ンモニア過水）、重金属やアルカリ金属の除去に有効な
ＳＣ−２洗浄液（ＨＣｌ／Ｈ₂ Ｏ₂ ／Ｈ₂ Ｏ混合溶液：
別名，塩酸過水）、および重金属，アルカリ金属，有機
物，自然酸化膜の除去に有効なＤＨＦ（希フッ酸）ら３
種類の洗浄薬液を基本的に用いる。近年では、これら３
種類の洗浄薬液に加え、有機物の除去効果に優れるＳＰ
Ｍ（Ｈ₂ ＳＯ₄／Ｈ₂ Ｏ₂ ／Ｈ₂Ｏ 混合溶液：別名，硫
酸過水）を併用するプロセスが標準的な洗浄方法として
確立されている。洗浄工程は通常、上述した様々な製造
工程の前後に置かれ、それぞれ前洗浄および後洗浄と呼
ばれている。

【０００４】洗浄の方式も種々知られており、一度に取
り扱う基板の枚数にもとづいて分類すればバッチ式と枚
葉式に、また洗浄薬液の供給方法にもとづいて分類すれ
ばディップ式とスプレー式にそれぞれ大別される。現状
で主流となっている方式は、バッチ式ディップ洗浄と枚
葉式スプレー洗浄である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、基板上に発
生する汚染の種類や発生箇所は、製造工程により様々に
異なっている。すなわち、パーティクル汚染の様に基板
の全面にわたってほぼ一様に発生するものもあれば、鉄
（Ｆｅ）等の金属元素によるメタル汚染の様に基板の周
縁部に向かうほど顕在化する傾向を示すものもある。ま
た、基板の表面側と裏面側との間、あるいは複数の基板
同士の間でも、汚染状態は異なる。

【０００６】かかる状況下で、従来の洗浄方法では有効
に汚染を除去することは困難である。たとえば、同一の
洗浄薬液槽中へ一度に複数枚の基板を浸漬するバッチ式
ディップ洗浄では、汚染度の高い基板上の汚染を比較的
清浄な基板上へも拡大させたり、あるいは基板の裏面側
の汚染を表面側へも拡散させる虞れが大きい。また、枚
葉式スプレー洗浄においても、薬液が被洗浄面上を流れ
るため、汚染物質を溶解した薬液が媒介となって該被洗
浄面上の比較的清浄な領域へも汚染物質が拡散する虞れ
が大きい。

【０００７】つまりこれらの問題点は、バッチ式ディッ
プ洗浄にしても枚葉式スプレー洗浄にしても、基板表面
全体を１種類の薬液で覆って洗浄するという意味では何
ら違いがないことに起因している。

【０００８】さらに、従来の一般的な半導体デバイスの
製造工程では、洗浄工程は個々の工程の前後に組み込ま
れているため、所定の工程を終了した基板は汚染の発生
状態を分析・評価されることなく自動的に洗浄ラインへ
送られてしまう。このため、清浄な基板に対しても汚染
された基板と同様に洗浄が行われることになり、上述の
汚染の拡大の他、工程数の増加、薬液使用量の増加、あ
るいは洗浄装置の台数の増加が避けられず、生産性，経
済性，作業安全性を劣化させる原因となっている。

【０００９】そこで本発明は、汚染の拡大を招くことな
く、効率的な基板洗浄を可能とする洗浄方法および洗浄
装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の目的を
達するために提案されるものである。

【００１１】まず、本発明の洗浄方法は、所定の前段階
プロセスを終了した基板の汚染状態を測定する第１工程
と、前記基板の汚染状態を解析評価し、その結果にもと
づいて最適な洗浄条件を決定する第２工程と、前記洗浄
条件にしたがって前記基板上の汚染発生領域のみを選択
的に洗浄する第３工程とを有し、前記第３工程における
選択的な洗浄が洗浄薬液の液滴を前記基板上で局所的に
走査させた後、該液滴を除去するものである。

【００１２】ここで、基板の汚染状態の解析は、固体表
面と電子，電場，イオン，熱（フォノン），光（フォト
ン），表面音響波，中性粒子，磁場等との相互作用を検
出する通常の手法を用いて行うことができる。半導体装
置の製造分野において微小領域分析に適用可能な代表的
な方法しては、次のようなものがある。

【００１３】まず、フォトン・プローブを利用する手法
としては、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ），ラ
マン分光法，Ｘ線光電子分光法，全反射蛍光Ｘ線分析法
（ＴＸＲＦ）等がある。特に、ＴＸＲＦはメタル汚染の
分析に有効である。

【００１４】イオン・プローブを利用する手法として
は、イオン・マイクロプローブ質量分析法（ＩＭＡ)，
ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ），走査型イオン
顕微鏡（ＳＩＭ），二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）
が挙げられる。

【００１５】また、電子プローブを利用する手法として
は、オージェ電子分光法（ＡＥＳ），走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ），透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）がある。電子
プローブ・マイクロアナリシスやＸ線マイクロアナリシ
スは上記ＳＥＭの利用技術、また高速反射電子線回折法
（ＲＨＥＥＤ）は上記ＴＥＭの利用技術である。

【００１６】その他の手法としては、原子間力顕微鏡
（ＡＦＭ）、走査型トンネル電子顕微鏡（ＳＴＭ），昇
温脱離ガス分析法（ＴＤＳ），走査型付着粒子計数法
（ＬＳＳ）がある。

【００１７】本発明における選択的な洗浄としては、ブ
ラシスクラブ洗浄に代表される物理洗浄を行うこともで
きるが、洗浄範囲を微細領域に限定し、汚染領域の拡大
を防止する観点からは、薬液洗浄が好適である。この薬
液洗浄を行う場合、汚染発生領域に局所的に洗浄薬液を
供給し、所定時間放置した後、該洗浄薬液を除去するこ
とができる。あるいは、前記洗浄薬液の液滴を前記基板
上で走査させた後、該液滴を除去しても良い。このとき
の上記液滴の軌跡は特に限定されるものではなく、汚染
発生部位をカバーできるように適宜設定すれば良い。

【００１８】なお、洗浄終了後の基板上の薬液の除去
は、スピン除去でも良いが、汚染領域の拡大を防止する
観点からは局所的な吸引により行うことが特に好適であ
る。

【００１９】前記選択的な洗浄は、同一基板上の２カ所
以上の汚染発生領域で同時的もしくは逐次的に行うこと
ができる。このとき、複数の汚染発生領域で行われる洗
浄は同じ種類のものであってももちろん構わないが、本
発明では局所洗浄が可能であるから、異なる種類の洗浄
であっても良い。たとえば、基板上の異なる領域上で異
なる種類のメタル汚染が発生していることが判明した場
合には、それぞれの金属元素の除去に適した洗浄薬液を
その発生領域にそれぞれ供給することができる。

【００２０】かかる洗浄方法は、次に述べるような本発
明の洗浄装置を用いて好適に実施することができる。す
なわち、本発明の洗浄装置は、所定の前段階プロセスを
終了した基板の汚染状態を測定する測定部と、前記基板
の汚染状態を解析評価し、その結果にもとづいて最適な
洗浄条件を決定する解析評価部と、前記洗浄条件にした
がって前記基板上の汚染発生領域のみを選択的に洗浄す
る洗浄部とを備え、前記洗浄部が前記汚染発生領域に局
所的に洗浄薬液を供給する薬液供給手段を少なくとも１
系統有し、前記薬液供給手段が前記洗浄薬液の液滴を前
記基板上で走査させる走査手段を少なくとも１系統有す
るものである。

【００２１】基板上の異なる領域上で異なる領域上で異
なる種類の汚染が発生した場合に複数種類の洗浄薬液を
供給する必要がある場合には、上記薬液供給手段を複数
系統設ければ良い。

【００２２】また、前記薬液供給手段は、２種類以上の
洗浄薬液の混合液を供給するようになされていても良
い。この薬液供給手段としては、たとえば各々種類の異
なる薬液を貯蔵する複数の薬液槽から各々導出される薬
液供給路同士を途中で合流させることにより混合液を該
薬液供給ライン内で調製し、該混合液を先端のノズルか
ら基板へ向けて吐出するようなものが使用可能である。
あるいは、複数の薬液槽から各々導出される薬液供給ラ
インを共通の薬液槽に一旦集合させて混合液を調製し、
この混合液を別の薬液供給ラインを通じて供給するよう
なものであっても良い。

【００２３】ところで、前記洗浄部としては、前記基板
上に局所的に供給された前記洗浄薬液を洗浄終了後に吸
引する薬液除去手段を少なくとも１系統備えているもの
が良い。この薬液除去手段は前述の薬液供給手段と独立
に設けられるものであっても構わないが、一度に多種類
の洗浄薬液を使用したい場合、あるいは洗浄装置の省ス
ペース化を図りたい場合には、前記汚染発生領域への局
所的な洗浄薬液の供給と洗浄後の該洗浄薬液の吸引とを
少なくとも一部共通の流路を利用して行う薬液供給／吸
引手段を少なくとも１系統用意することが好適である。
薬液の供給路と吸引路とを一部共通化して用いるには、
たとえば薬液槽を流路に接続せず、その代わりに流路を
中途部で分岐させて一端を加圧手段、他端を減圧手段に
それぞれ接続し、分岐点に設けた切り替え手段の操作で
流路にかかる圧力を加圧または減圧状態に制御とすると
良い。

【００２４】

【作用】本発明では、所定の前段階プロセスを終了した
基板を一律に洗浄ラインへ送るのではなく、事前の測定
および解析評価を行うことにより洗浄を必要とする基板
を選別し、かつその基板上で発生している汚染の種類に
応じた洗浄を局所的に行う。これら一連の作業は、測
定、解析評価、および洗浄を行う３つの主要部分が一体
化された洗浄装置を用いて行われるため、解析・評価に
より洗浄を要すると判断された基板を直ちに洗浄部へ送
ることができる。したがって、異なる装置間で基板を搬
送する必要がなく、新たな汚染を招く虞れが最小限に抑
えられる。しかも、洗浄は局所的に行われ、１滴以下の
単位で洗浄薬液を供給することも可能なので、異なる基
板同士間、同一基板の表裏間、あるいは同一基板の同一
面内における汚染の本来不要な拡散が防止され、また、
同一基板の同一面内で同時に多種類の洗浄を行うことも
可能である。また、薬液の液滴を基板上で走査させれ
ば、薬液消費量は最小限に抑えることができる。さら
に、洗浄薬液として複数種類の薬液を混合した混合液を
使用すれば、同一基板の同一面内で異なる種類の汚染が
発生した場合にも、洗浄は１回で済む。さらに、前記洗
浄薬液の除去を局所的な吸引により行えば、究極的な汚
染拡散の防止対策を提供することができる。かかる洗浄
薬液の供給と吸引とを一部共通の流路を利用して行え
ば、省スペース対策ともなる。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００２６】実施例１ 本実施例では、本発明を半導体デバイスの製造における
洗浄に適用した場合のプロセス・フローについて、図１
を参照しながら説明する。

【００２７】本実施例で述べるプロセス・フローは、ウ
ェハを１枚ずつ取り扱う枚葉処理を基本としており、ウ
ェハ表面測定を行った後、その解析・評価結果にもとづ
いて洗浄を終了したウェハについて、洗浄結果を確認す
るための測定および解析・評価を予め規定された回数
（ｎ回）の範囲で繰り返すように設計されたものであ
る。

【００２８】まず、ステップＳ１は、前段階の加工／処
理が終了した時点であり、本プロセス・フローの開始点
である。ここで、前段階の加工／処理とは、たとえばド
ライエッチング、イオン注入、アッシング等を指す。

【００２９】次に、ステップＳ２に進んでウェハ表面処
理を行うか否かを判断する。ここでＮＯを選択すると、
測定を行わずに無条件にウェハを洗浄工程に送っていた
従来のプロセス・フローと同じとなるが、ＹＥＳを選択
すれば本発明のプロセス・フローに入る。ただし、同じ
前段階の加工／処理を経てきた他のウェハのある程度の
枚数について恒常的に汚染が発生していることが判明す
れば、ある時点からはＮＯを選択してウェハを自動的に
洗浄工程へ送るようにしても良い。

【００３０】次に、ステップＳ３では、これから行うウ
ェハ表面測定の回数がｎ回目以下（ただし、ｎは自然
数）であるか否かを判断する。このステップＳ３は、後
述するステップＳ１２の判断結果によっては、一度洗浄
を終了したウェハの通過ステップともなるので、この通
過回数を制限するものである。測定および解析・評価の
回数がｎ回を超えた場合（ＮＯ）は、ステップＳ４に進
んでエラーが確定する。このようなエラーが生ずる可能
性としては、ウェハ上に本フローの洗浄では除去不可能
な汚染が発生したか、あるいは測定に悪影響を与える外
傷等がウェハ上に発生したことが考えられる。

【００３１】回数がｎ回以下である場合（ＹＥＳ）は、
次にステップＳ５に進んでウェハ表面測定を行う。ここ
では、固体表面と電磁波との相互作用にもとづく従来公
知の様々な測定手法を駆使した測定を行う。

【００３２】この測定結果はステップＳ６で解析され、
ここで汚染の種類、汚染物質の濃度、汚染の発生領域が
特定される。この結果は、画像端末にてマップ表示で確
認することができ、たとえば座標点（ｘ₁ ，ｙ₁ ）にＦ
ｅ（鉄）汚染が１０¹³原子／ｃｍ² の濃度で発生し、ま
た座標点（ｘ₂ ，ｙ₂ ）にＣｕ（銅）汚染が１０¹¹／ｃ
ｍ² で発生しているといった様な汚染の発生状況を読み
取ることができる。

【００３３】次に、ステップＳ７に進み、測定値が規格
値をクリアしているか否かを判断する。この規格値と
は、測定対象のウェハが洗浄を必要とするか否かの判断
の分かれ目となる値であり、予め個別の要素技術の検討
結果にもとづいて決定する。たとえば、既知の種類の汚
染を複数の既知濃度にてウェハ上に強制的に発生させ、
製造される半導体デバイスの電気的特性と上記濃度との
相関関係から汚染の許容範囲を求めることにより、規格
値を決定することができる。測定値が規格値をクリアし
ていれば（ＹＥＳ）、洗浄は不要なのでステップＳ１３
へ進み、本フローを終了して次段階の加工／処理へ進
む。

【００３４】一方、クリアしていない場合（ＮＯ）に
は、続いて洗浄条件を設定する作業に入る。まず、洗浄
条件の設定にあたって制約条件を考慮するか否かを、ス
テップＳ８で判断する。この制約条件とは、ウェハ加工
履歴から適用不可能な洗浄工程を特定する情報であり、
たとえば、「Ａｌ配線の形成工程以降は、配線を腐食す
る虞れのある硫酸過水は使用できない」といった内容の
ものである。制約条件を特に考慮する必要の無い場合
（ＮＯ）には、直ちにステップＳ１０へ進んで最適洗浄
条件の決定を行って良い。一方、考慮の必要がある場合
（ＹＥＳ）には、ステップＳ９へ進んで制約条件を入力
する。この入力は、本フロー全体を統括する集中管理シ
ステム等の制御手段、あるいは前段階の加工／処理装置
から行うことが可能である。

【００３５】次に、ステップＳ１０にて最適洗浄条件を
決定する。ここでは、洗浄薬液の種類、洗浄薬液の濃
度、洗浄温度、洗浄時間、洗浄領域の設定が行われる。
一例として、前述の座標点（ｘ₁ ，ｙ₁ ）に発生したＦ
ｅ汚染の除去は、ＨＦ：Ｈ₂ Ｏ＝１：１００の混合比の
希フッ酸水溶液０．５ｍｌを用いて２２℃で１分間行
い、また座標点（ｘ₂ ，ｙ₂ ）に発生したＣｕ汚染の除
去はＨＦ：Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂Ｏ＝１：１：１００の混合比
のフッ酸過水１ｍｌを用いて２５℃で３分間行う、とい
う様な設定を行う。

【００３６】この様に最適洗浄条件が設定された後は、
ステップＳ１１にて洗浄を行う。この洗浄は、後述する
ごとく、洗浄薬液の局所的な供給により行われる。

【００３７】洗浄終了後は、ステップＳ１２で洗浄結果
を確認するか否かを判断する。確認したい場合（ＹＥ
Ｓ）には、ステップＳ３へ戻り、測定および解析・評価
の回数がｎ回以下である場合に限り、ステップＳ５のウ
ェハ表面測定とステップＳ６のデータ解析を行う。ステ
ップＳ７で測定値が規格値をクリアしていることが確認
されれば、ステップＳ１３にて洗浄の終了が確定し、次
段階の加工／処理へ進むことができる。次段階の加工／
処理とは、具体的には不純物拡散、ＣＶＤ、フォトリソ
グラフィ等である。もしクリアしていなければ、ステッ
プＳ８からステップＳ１１までの工程を繰り返す。

【００３８】一方、ステップＳ１２にて洗浄結果の確認
を要さない場合（ＮＯ）には、直ちにステップＳ１３へ
進んで洗浄終了を確定することができる。もっとも、こ
のステップＳ１２で自動的に洗浄不要（ＮＯ）を判断で
きるのは、同一の加工履歴を有する複数枚のウェハに対
して本プロセス・フローを実行し、１回の洗浄でウェハ
上の汚染が概ね除去できることが確認された後とするこ
とが望ましい。

【００３９】かかるプロセス・フローによれば、ウェハ
は測定を経てから洗浄工程へ入るため、洗浄を要しない
ウェハについても一律に洗浄を行う従来のプロセスに比
べて洗浄装置の所要台数や洗浄薬液の必要量を大幅に削
減し、また不要な汚染の拡散を防止して半導体デバイス
の信頼性や歩留まりを向上させることが可能である。

【００４０】実施例２ 本実施例では、実施例１で上述したプロセス・フローを
実行することが可能な洗浄装置について説明する。

【００４１】まず、この装置の全体的構成を図２に示
す。本発明の洗浄装置１は、測定部２、解析評価部３、
洗浄部４に大別される。

【００４２】前段階の加工／処理を行うユニット５から
この洗浄装置１に搬入されたウェハは、まず測定部２へ
送られる。この測定部２では、前出の図１のフローチャ
ート中、ステップＳ２からステップＳ５までの工程が行
われる。測定データは解析評価部３へ転送され、データ
解析３ａ（前述のステップＳ６に相当）、洗浄の要不要
の判断３ｂ（前出のステップＳ７に相当）を順次経る。
ここで洗浄不要と判断された場合には、この情報を担う
信号が測定部２へ転送され、ウェハは次段階の加工／処
理を行うユニット６へ送られる。一方、洗浄要と判断さ
れた場合には、ウェハは測定部２から洗浄部４へ送ら
れ、ここで洗浄の指示を待つ。この間、解析評価部３で
は、洗浄要を示す信号を受け取って洗浄条件の選択３ｃ
（前出のステップＳ８に相当）が行われる。このとき、
必要に応じて制約条件を入力することができる。この入
力は、半導体デバイス製造の集中管理システムであるコ
ンピュータ７から直接に行われるか、あるいは予め前段
階の加工／処理を行うユニット５へ入力されたウェハ加
工履歴の情報を元に、該ユニット５から行われる。続い
て、最適洗浄条件の決定３ｄ（前出のステップＳ１０に
相当）を行う。

【００４３】このようにして最適洗浄条件が決定される
と、洗浄を指示する信号が洗浄部４へ転送され、既に待
機しているウェハについて洗浄が行われる。洗浄結果を
確認したい場合にはウェハを再び測定部２に戻し、確認
する必要の無い場合は次段階の加工／処理を行うユニッ
ト６へウェハを移送する。

【００４４】このように、本発明の洗浄装置を用いる
と、洗浄を要するウェハについてのみ、最適条件下で洗
浄を行うことができる。

【００４５】実施例３ 本実施例では、前述の洗浄部４で実際に用いられる洗浄
薬液の供給および吸引系統およびその使用方法につい
て、図３ないし図７を参照しながら説明する。

【００４６】図３に、ウェハＷ上への局所的な洗浄薬液
の供給を行う薬液供給系統と、洗浄終了後の洗浄薬液の
局所的な吸引を行う薬液除去系統とを備えた本発明の洗
浄装置の洗浄部の要部を示す。（ａ）図は斜視図、
（ｂ）図はさらにその一部の側面図である。

【００４７】上記薬液供給系統と上記薬液除去系統にお
いては、それぞれ多関節ロボット１１，１２のアーム先
端にそれぞれ輸液チューブ１７ｂ，１８ｂが挿通され、
該輸液チューブ１７ｂ，１８ｂの先端に各々装着された
ノズル１７ａ，１８ａから洗浄薬液Ｓを供給または吸引
するようになされている。すなわち、薬液供給は輸液チ
ューブ１７ｂを通じて矢印Ａ方向から、また薬液吸引は
輸液チューブ１８ｂを通じて矢印Ｂ方向に行われる。

【００４８】ウェハＷはウェハ・ステージ１３上に載置
される。このウェハ・ステージ１３の中心には従動プー
リ１４が接続されており、この従動プーリ１４とモータ
１５の回転軸に接続された駆動プーリ１５との間には、
動力伝達用のベルト１９が張架されている。かかる構成
により、モータ１６の矢印Ｄ方向の回動運動を、ウェハ
・ステージ１３の矢印Ｃ方向の回動運動として利用す
る。もちろん、一方向回転運動も可能である。

【００４９】上述の装置における薬液供給は、（ｂ）図
に示されるように、上記ノズル１７ａの先端をウェハＷ
面の至近距離まで近付けた状態で洗浄薬液Ｓを供給する
ことにより行われる。かかる局所的な薬液供給は、１滴
あるいはそれ以下の単位で行うことが可能である。
（ｂ）図には、ノズル１７ａの先端とウェハＷの表面と
の間に洗浄薬液Ｓの液滴が表面張力により保持された状
態を示した。

【００５０】ところで、洗浄終了後の洗浄薬液Ｓの除去
方法としては、ウェハ・ステージ１３を一方向に高速回
転させる遠心除去も可能である。しかし、本実施例では
特に、ウェハＷの面内での不必要な汚染拡散を防止する
観点から、上記の薬液除去系統を利用した低汚染シーケ
ンスを採用した。このシーケンスについて、図３および
図４を参照しながら説明する。

【００５１】まず、図３に示されるように、薬液供給系
統の多関節ロボット１１の操作によりノズル１７ａをウ
ェハＷ面に近接させた状態で必要最小量の洗浄薬液Ｓを
吐出する。次に、図４の（ａ）図に示されるように、ノ
ズル１７ａを矢印Ｅ方向に上昇・後退させる。この状態
で一定時間放置した後、（ｂ）図に示されるように、ウ
ェハ・ステージ１３を上記洗浄薬液Ｓの液滴を移動させ
ない程度の速度で矢印Ｃ方向に回転させ、これと同時に
薬液除去系統の多関節ロボット１２を操作してノズル１
８ａを矢印Ｆ方向に前進・下降させる。続いて、（ｃ）
図に示されるように、ノズル１８ａの先端を洗浄薬液Ｓ
の液滴に接触させ、矢印Ｂ方向にこれを吸引除去する。
しかる後、（ｄ）図に示されるように、ノズル１８ａを
矢印Ｇ方向に上昇・後退させ、洗浄を終了する。

【００５２】上述のシーケンスによると、洗浄薬液Ｓの
液滴は洗浄を必要とする汚染領域に局所的に供給され、
しかも洗浄終了後にはウェハＷ上の他所に広がることな
く吸引される。したがって、洗浄薬液Ｓを媒介とするウ
ェハＷ面内の汚染拡散を極めて効果的に防止することが
できる。

【００５３】なお、上述のシーケンスでは洗浄薬液Ｓの
微小な液滴を供給する場合について述べたが、洗浄領域
の大きさは洗浄薬液Ｓの吐出量に応じて図５の（ａ）図
に示されるごとく任意に拡大することが可能である。

【００５４】さらにあるいは、洗浄薬液Ｓの供給を一箇
所に固定するのではなく、液滴でウェハＷの面上を走査
することも可能である。すなわち、図３に示したよう
に、洗浄薬液Ｓの表面張力によりノズル１７ａの先端に
液滴を保持した状態で、薬液供給系統１１の多関節ロボ
ットを操作して所望の軌跡に沿った液滴の走査を行うこ
とができる。

【００５５】この時の軌跡のバリエーションを、図５の
（ｂ）図から（ｈ）図に示す。（ｂ）図は円形軌跡Ｌ
１、（ｃ）図はスパイラル軌跡Ｌ２、（ｄ）図は格子軌
跡Ｌ３、（ｅ）図はウェハ周縁部におけるスパイラル軌
跡Ｌ４、（ｆ）図はウェハ中心から一定距離だけ離れた
同心的なスパイラル軌跡Ｌ５である。また、（ｇ）図は
上述の円形軌跡Ｌ１にしたがった走査を同一ウェハ面内
の３箇所で行った場合、（ｈ）図は上述のスパイラル軌
跡Ｌ２にしたがった走査を同一ウェハ面内の２箇所で行
った場合をそれぞれ示す。

【００５６】これらの軌跡は、汚染の発生状況に応じて
適宜選択すれば良いが、たとえば（ｅ）図に示したスパ
イラル軌跡Ｌ４は、ウェハ周縁部に発生し易いメタル汚
染の集中的な洗浄を行う上で有効である。

【００５７】また、（ｆ）図に示したスパイラル軌跡Ｌ
５は、ウェハ上のある程度離間した複数地点を結ぶ軌跡
と考えることができるので、たとえば、Ｆｅ汚染用の洗
浄薬液とＣｕ汚染用の洗浄薬液の混合液を用いてかかる
走査を行えば、この軌跡上に存在するＦｅ汚染とＣｕ汚
染が一回の作業で除去できることになる。この混合液の
調製については、次の実施例で述べる。

【００５８】なお、これまでは薬液供給系統と薬液除去
系統が各々独自の多関節ロボット１１，１２を使用する
例について説明したが、装置構成を簡略化するために１
台の多関節ロボットを共用することも考えられる。この
ような装置構成の例を、図６に示す。ここでは、多関節
ロボット１１のアーム先端に２本の輸液チューブ１７
ｂ，１８ｂを挿通させることにより、装置コストおよび
占有スペースの削減が図られている。バルブＶ１を開放
すれば洗浄薬液が供給され、バルブＶ２を開放すれば洗
浄終了後の洗浄薬液を吸引することができる。

【００５９】また薬液供給系統には、図７に示されるよ
うに、異物の混入を防止したり流路を洗浄することが可
能な構成を採用することもできる。図７は、薬液供給系
統の途中を分岐させてドレイン系統へも接続可能とされ
た構成を示す。薬液はバルブＶ３で流量を制御されなが
ら輸液チューブ１７ｂへ送出されるが、この輸液チュー
ブ１７ｂの前段に設置されたフィルタ２０により異物が
除去される。したがって、ノズル１７ａから吐出される
洗浄薬液による新たな汚染が惹起される懸念がない。ま
た、バルブＶ３とフィルタ２０との間には三方コック１
９が配され、ここからバルブＶ４を介してドレイン系統
に至る流路が分岐されている。このドレイン系統は、フ
ィルタの前段の流路を洗液を用いて洗浄するために設け
られているものである。この場合の洗液としては、洗浄
に用いるものと同じ洗浄薬液、もしくは純水を用いるこ
とができる。

【００６０】実施例４ 本実施例では、複数種類の洗浄薬液を同数の薬液供給系
統にて使用可能な洗浄部の構成例について、図８を参照
しながら説明する。

【００６１】この装置では、薬液Ａ，薬液Ｂ，薬液Ｃ・
・・と種類の異なる洗浄薬液ごとに専用の輸液チューブ
１７ｂが用いられており、各輸液チューブ１７ｂにおけ
る薬液の流量は各々の流路に配設されたバルブＶ５，Ｖ
６，Ｖ７・・・で調節される。また、各輸液チューブ１
７ｂを挿通する多関節ロボット１１も、薬液の数と同数
だけ設置される。

【００６２】これら複数の輸液チューブ１７ｂの先端に
接続されたノズル１７ａは、前出の図５の（ｇ）図に示
した様に、同一ウェハ面内の複数領域において所定の軌
跡を描くことができる。また、特にこれらの多関節ロボ
ット１１をそれぞれ独立に制御可能な構成としておけ
ば、複数領域において各々別の軌跡を描くことも可能で
ある。なお、上記の薬液供給系統のひとつは、リンス液
を供給するものとしても良い。また、これら複数系統の
薬液供給系統の他に、図示されない薬液除去系統が設け
られていても、もちろん構わない。

【００６３】実施例５ 実施例４で前述した構成は、各洗浄薬液の供給量や走査
軌跡を独立に制御できる利点を有する反面、多関節ロボ
ット１１を洗浄薬液の種類と同数要する等、装置構成が
複雑化、大型化する問題がある。しかし、複数の洗浄薬
液は、混合により成分同士の反応による洗浄能力の変化
や劣化を来さないものであれば、混合液として供給する
ことができる。そこで、本実施例では、複数種類の洗浄
薬液を共通の輸液チューブから供給可能な洗浄部の構成
例について、図９および図１０を参照しながら説明す
る。

【００６４】まず図９に、調合槽を含む薬液供給系統の
一例を示す。ここで、薬液Ａ，薬液Ｂ，薬液Ｃ・・・は
各々バルブＶ５，Ｖ６，Ｖ７・・・により流量を制御さ
れながら調合槽２１に投入され、この中で攪拌子２２を
用いて十分に混合された後、バルブＶ８で吐出量を制御
されながらウェハＷ上へ供給される。上記調合槽２１に
は、混合液を所定温度に維持するためのヒータ２３が備
えられていても良い。また別の例として、図１０に薬液
供給路を途中で合流させることにより混合液を調製す
る、より簡易な薬液供給系統を示す。ここでは、薬液
Ａ，薬液Ｂ，薬液Ｃ・・・は各々バルブＶ５，Ｖ６，Ｖ
７・・・により流量を制御されながら送出されるが、各
々の流路は途中で合流され、輸液チューブ１７ｂにつな
がる１本の共通流路となる。つまり、混合液は共通流路
の内部で調製される。この混合液は、バルブＶ８により
吐出量を制御されながらウェハＷ上へ供給される。上記
共通流路の中途部には、ヒータ２３を設けて混合液の温
度制御を行うようにしても良い。

【００６５】実施例６ 本実施例では、洗浄薬液の供給と吸引とを一部共通の流
路を用いて行う装置構成について、図１１および図１２
を参照しながら説明する。

【００６６】まず図１１に、流路に接続された加圧ポン
プと吸引ポンプの作動を切り替えながら、複数種類の洗
浄薬液を輸液チューブ１７ｂ内に吸引する操作と吐出す
る操作とを逐次繰り返すことを可能とした洗浄部の構成
を示す。ここでは、加圧ポンプ２５からノズル１７ａに
至る流路の中途部に三方コック２４が配され、ここから
吸引ポンプ２６に接続される流路が分岐されている。一
方、複数種類の薬液Ａ，Ｂ，Ｃ・・・は各々バルブＶ
９、Ｖ１０，Ｖ１１・・・を介して薬液槽Ｃ１，Ｃ２，
Ｃ３・・・に供給されている。ノズル１７ａは、図示さ
れない多関節ロボットによりウェハＷと各薬液槽Ｃ１，
Ｃ２，Ｃ３・・・との間を往復することができる。

【００６７】かかる洗浄部を用いた洗浄方法は、概略以
下のとおりである。すなわち、まずノズル１７ａの先端
を各薬液槽Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３・・・内のいずれかの薬液
に浸漬し、三方コック２４を操作して吸引ポンプ２６を
接続することにより、所定量の薬液を輸液チューブ１７
ｂ内に吸い上げる。続いて、ノズル１７ａをウェハＷ上
の所定領域へ移動させ、三方コック２４を操作して加圧
ポンプ２５を接続することにより、輸液チューブ１７ｂ
内の洗浄薬液Ｓ（符号Ｓは、ウェハＷ上に吐出された洗
浄薬液を表す。）を吐出する。

【００６８】なお、上記複数の薬液のうちの少なくとも
一種類は、ウェハ汚染洗浄用の薬液ではなく、ノズル１
７ａあるいは輸液チューブ１７ｂ洗浄用の洗液であって
も良い。

【００６９】また、上記構成の変形例としては、図１２
に示されるような混合薬液槽を用いる構成が考えられ
る。ここでは、上述のように薬液ごとに異なる薬液槽を
用意するのではなく、各薬液Ａ，Ｂ，Ｃ・・・に共通の
混合薬液槽Ｃ４を設け、ノズル１７ａがウェハＷと混合
薬液槽Ｃ４との間のみを往復するように構成する。この
構成は、複数種類の薬液を混合しても差し支えのない場
合に有効であり、装置の省スペース化に貢献する。

【００７０】以上、本発明を６例の実施例にもとづいて
説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定される
ものではない。たとえば、洗浄薬液の流路におけるドレ
イン系統，フィルタ，ヒータ等の部材は、図示しなかっ
た例においても適宜組み合わせて設置することができ
る。

【００７１】また、本明細書では、半導体デバイス製造
を念頭において専ら半導体ウェハを洗浄の対象として説
明したが、本発明は液晶表示素子（ＬＣＤ）基板の洗浄
等、ミクロン単位の汚染が問題とされるいかなるプロセ
スにも適用可能である。

【００７２】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば汚染を拡大させることなく、目的とする汚染
にターゲットを絞って効果的な基板洗浄を行うことが可
能となる。このため、製造される半導体デバイスの信頼
性や歩留まりを著しく向上させることができる。しか
も、前段階の加工／処理を終了した後に一律に同一の洗
浄工程へウェハを搬入していた従来のプロセスに比較し
て、洗浄を要するウェハの枚数、洗浄薬液の所要量、洗
浄装置の必要台数、クリーン・ルーム内における洗浄装
置の占有面積、洗浄の所要時間をいずれも削減すること
ができる。これらは、具体的には洗浄薬液そのもののコ
ストの削減、廃液の減少や省エネルギー化による環境保
全性の向上、装置のランニング・コストの削減、作業安
全性の向上をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の洗浄方法のフローチャートである。

【図２】本発明の洗浄装置の一構成例を示すブロック図
である。

【図３】本発明の洗浄装置の洗浄部の要部を示す図であ
り、（ａ）図は概略斜視図、（ｂ）図はさらにその一部
の側面図である。

【図４】本発明の洗浄薬液の供給／除去シーケンスを表
す概略斜視図である。

【図５】ウェハ表面への洗浄薬液の供給パターンを示す
平面図である。

【図６】薬液供給系統と薬液除去系統とで多関節ロボッ
トを共有する洗浄部の構成例を示す模式図である。

【図７】洗浄薬液の流路にフィルタと洗液用のドレイン
系統を接続した洗浄部の構成例を示す模式図である。

【図８】複数種類の洗浄薬液を同数の薬液供給系統にて
使用可能とした洗浄部の構成例を示す模式図である。

【図９】複数種類の洗浄薬液の混合液を調合槽内で調製
し、共通の輸液チューブから供給可能とした洗浄部の構
成例を示す模式図である。

【図１０】複数種類の洗浄薬液の混合液を流路内で調製
し、共通の輸液チューブから供給可能とした洗浄部の構
成例を示す模式図である。

【図１１】複数の薬液槽とウェハとの間を往復しながら
洗浄薬液の供給／吸引を流路の一部を共通に用いて行う
洗浄部の構成例を示す模式図である。

【図１２】共通の混合薬液槽とウェハとの間を往復しな
がら洗浄薬液の供給／吸引を流路の一部を共通に用いて
行う洗浄部の構成例を示す模式図である。

【符号の説明】

１ 洗浄装置 ２ 測定部 ３ 解析評価部 ４ 洗浄部 ７ コンピュータ １１，１２ 多関節ロボット １３ ウェハ・ステージ １７ａ，１８ａ ノズル １７ｂ，１８ｂ 輸液チューブ Ｓ （ウェハ上に吐出された）洗浄薬液 Ｗ ウェハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304 B08B 3/00 B08B 11/02

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の前段階プロセスを終了した基板の
   汚染状態を測定する第１工程と、 前記基板の汚染状態を解析評価し、その結果にもとづい
   て最適な洗浄条件を決定する第２工程と、 前記洗浄条件にしたがって前記基板上の汚染発生領域の
   みを選択的に洗浄する第３工程とを有する洗浄方法にお
   いて、 前記第３工程における選択的な洗浄は、洗浄薬液の液滴
   を前記基板上で局所的に走査させた後、該液滴を除去す
   ることにより行う 洗浄方法。
2. 【請求項２】 前記第２工程では洗浄不要な基板の選別
   も行う請求項１記載の洗浄方法。
3. 【請求項３】 前記第３工程における選択的な洗浄は、
   洗浄薬液を前記汚染発生領域に供給し、所定時間放置し
   た後、該洗浄薬液を除去することにより行う請求項１記
   載の洗浄方法。
4. 【請求項４】 前記洗浄薬液の除去を局所的な吸引によ
   り行う請求項１記載の洗浄方法。
5. 【請求項５】 前記第３工程における選択的な洗浄を、
   ２種類以上の洗浄薬液の混合液を用いて行う請求項１記
   載の洗浄方法。
6. 【請求項６】 前記第３工程における選択的な洗浄を、
   同一基板上の２カ所以上の汚染発生領域で同時的もしく
   は逐次的に行う請求項１記載の洗浄方法。
7. 【請求項７】 所定の前段階プロセスを終了した基板の
   汚染状態を測定する測定部と、 前記基板の汚染状態を解析評価し、その結果にもとづい
   て最適な洗浄条件を決定する解析評価部と、 前記洗浄条件にしたがって前記基板上の汚染発生領域の
   みを選択的に洗浄する洗浄部とを備える洗浄装置におい
   て、 前記洗浄部は、前記汚染発生領域に局所的に洗浄薬液を
   供給する薬液供給手段を少なくとも１系統有し、 前記薬液供給手段は、前記洗浄薬液の液滴を前記基板上
   で走査させる走査手段 を少なくとも１系統有する洗浄装
   置。
8. 【請求項８】 前記薬液供給手段は、２種類以上の洗浄
   薬液の混合液を供給する請求項７記載の洗浄装置。
9. 【請求項９】 前記洗浄部は、前記基板上に局所的に供
   給された前記洗浄薬液を洗浄終了後に吸引する薬液除去
   手段を少なくとも１系統備える請求項７記載の洗浄装
   置。
10. 【請求項１０】 前記洗浄部は、前記汚染発生領域への
    局所的な洗浄薬液の供給と洗浄後の該洗浄薬液の吸引と
    を少なくとも一部共通の流路を利用して行う薬液供給／
    吸引手段を少なくとも１系統備える請求項７記載の洗浄
    装置。