JP3709072B2 - 基板洗浄方法および基板洗浄装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイパネル(PDP)用ガラス基板およびセラミック基板などの各種の被処理基板に対して一枚ずつまたは複数枚一括で洗浄処理を施す基板洗浄方法および基板洗浄装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置の製造工程では、シリコンウエハ(以下単に「ウエハ」という。)の表面に種々の薄膜がパターン形成され、必要に応じて、表面を平坦化するための平坦化処理が行われる。たとえば、金属配線が形成されたウエハ上に層間絶縁用のシリコン酸化膜が形成された場合、このシリコン酸化膜の表面に対して、CMP(Chemical Mechanical Polishing )処理による平坦化処理が施される。この処理は、酸化膜CMP処理と呼ばれる。
この酸化膜CMP処理の後には、エッチング処理によって、金属配線まで貫通する孔が形成され、この状態で、シリコン酸化膜上および上記孔内に金属膜(Ti,W,Cuなど)が成膜される。その後、この金属膜に対してCMP処理が施されて、シリコン酸化膜表面が露出するまで金属膜が平坦化される。これにより、上記孔内にのみ金属膜が残され、この金属膜が配線プラグとして機能することになる。上記金属膜の平坦化処理は、メタルCMP処理と呼ばれる。
このメタルCMP処理後のウエハ表面は、シリコン酸化膜と配線プラグとの両方が露出した状態となっている。この露出した表面には、メタルCMP処理において用いられる研磨スラリーや研磨に伴って除去された金属が残留しているため、次の処理をウエハに施す前に、ウエハ表面を洗浄する必要がある。
塩酸、燐酸等)や有機酸(クエン酸等)が洗浄液として用いられる場合もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
希ふっ酸を用いた洗浄においては、シリコン酸化膜の表面のパーティクルや金属汚染物質に関しては十分な効果が得られる反面、ふっ酸は強酸性であるので、ウエハ表面に露出している金属膜(配線プラグ)が過剰に腐食され、金属配線に欠損が生じるおそれがある。
【0004】
一方、ふっ酸以外の無機酸や有機酸を用いる場合には上記のような問題はないが、これらの洗浄液にはシリコン酸化膜をエッチングする作用がほとんどないため、シリコン酸化膜に強固に付着していたり、その膜内に侵入していたりするパーティクルや金属汚染物質を除去することができず、十分な洗浄効果が得られないという問題がある。他にも、有機酸を洗浄液として用いる場合には、この有機酸を中和したり、生物的/化学的に有機物を分解したりする廃液処理のためのコストがかかり、そのため、ランニングコストが高くつくという問題がある。
【0005】
そこで、この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、基板表面のパーティクルや金属汚染物質を良好に除去することができる基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供することである。
【0006】
また、この発明のより具体的な目的は、基板表面の金属に損傷を与えることなく、基板表面の洗浄を良好に行うことができる基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供することである。
【0007】
この発明のさらに具体的な目的は、CMP(とくにメタルCMP)処理後の基板の洗浄を良好に行うことができる基板洗浄方法および基板洗浄装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するための請求項1記載の発明は、CMP処理された基板表面であってシリコン酸化膜および金属配線が露出している基板表面を洗浄するための基板洗浄方法であって、アンモニアを含む水溶液を上記基板表面に供給して基板を洗浄するとともに、洗浄ブラシにより基板表面をスクラブ洗浄することによって、上記基板表面の研磨スラリーを除去するステップと、この研磨スラリーを除去するステップの後に、ふっ酸およびふっ化アンモニウムを含む水溶液からなる洗浄液を上記基板表面に供給して基板を洗浄することにより、上記基板表面のパーティクルおよび金属汚染物質を除去する洗浄液供給ステップとを含むことを特徴とする基板洗浄方法である。
【0009】
この方法によれば、ふっ酸(HF)およびふっ化アンモニウム(NH4 F)を含む水溶液(たとえば、バッファードふっ酸(以下「BHF」という。))を洗浄液として用いているので、ふっ酸のエッチング効果により、基板表面のパーティクルや金属汚染物質を良好に除去することができる。しかも、この洗浄液は、強酸性ではないので、基板上の金属配線に損傷を与えることがない。
【0010】
また、ふっ酸およびふっ化アンモニウムを含む水溶液は、安価に入手することができるうえ、有機酸を洗浄液として用いる場合のようなコストのかかる廃液処理も不要である。したがって、基板洗浄のためのコストを低減できる。たとえば、安価に入手できるBHFを希釈して用いれば、良好な基板洗浄処理を低コストで行える。
【0012】
また、この発明で用いられる洗浄液は、上述のように強酸性ではないので、基板表面に露出している金属配線に対して損傷を与えることがない。また、洗浄液中に含まれるふっ酸のエッチング作用により、シリコン酸化膜の表面に強固に付着していたり、シリコン酸化膜中に侵入していたりするパーティクルや金属汚染物質の除去も良好に行える。
【0014】
また、この発明によれば、CMP処理において用いられる研磨スラリー(砥粒および酸化剤の混合物)を含むパーティクルの除去を良好に行える。すなわち、研磨スラリー中の砥粒にはアルミナまたはシリカ等が含まれており、研磨スラリー中の酸化剤には金属物質が含まれている場合があるが、ふっ酸の作用により、これらの研磨スラリー中に含まれている砥粒や金属物質を良好に除去できる。
【0015】
特に、金属膜を平坦化するためのメタルCMP処理後においては、金属膜の研磨により生じる金属汚染物質が基板表面に存在しているが、このような金属汚染物質の除去も良好に行える。
【0017】
さらに、この発明では、アンモニアを含む水溶液の供給および洗浄ブラシによるスクラブ洗浄によって、基板表面の研磨スラリーが先に除去される。これにより、上記洗浄液によるパーティクルおよび金属汚染物質の除去を効率的に行え、基板上の金属配線の腐食を効果的に抑制できる。
アンモニアを含む水溶液を基板表面に供給することより、CMP処理における研磨スラリーに含まれているアルミナ砥粒や、同じく研磨スラリーに含まれている酸化剤中のカリウムを溶解することができる。したがって、アンモニアを含む水溶液およびスクラブ洗浄により、先に、研磨スラリーを除去でき、その後に、ふっ酸およびふっ化アンモニウムを含む水溶液からなる洗浄液により、基板表面に強固に付着しているパーティクルや金属汚染物質の除去を行える。これにより、効率的な基板洗浄が可能になる。
【0018】
たとえば、上記洗浄液による処理条件とアンモニアを含む水溶液による処理条件とを適切に定めることによって、両液による洗浄効果のバランスを調整して、金属配線の過剰な腐食を生じさせることなく、基板を良好に洗浄できる。なお、処理条件とは、たとえば、各液の流量、温度および濃度等を指す。
【0019】
請求項2記載の発明は、上記洗浄液供給ステップの実行中に、洗浄ブラシにより基板表面をスクラブ洗浄するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法である。
【0020】
この方法では、洗浄液による化学的洗浄に加えて、ブラシスクラブ処理による物理的洗浄も行われるので、基板表面のパーティクルや金属汚染物質をさらに効率的に除去できる。
【0021】
請求項3記載の発明は、上記洗浄液が弱酸性となるように、上記洗浄液に対するふっ酸およびふっ化アンモニウムの混合比率が定められていることを特徴とする請求項1または2記載の基板洗浄方法である。
【0022】
この発明では、洗浄液が弱酸性とされているので、基板表面の金属配線を過剰に腐食させることがなく、パーティクルおよび金属汚染物質を十分に除去できる。
【0023】
請求項4の発明は、CMP処理され、シリコン酸化膜および金属配線が露出している基板表面を洗浄するための基板洗浄装置であって、上記基板を保持するための第1の基板保持部、この第1の基板保持部に保持された基板の上記基板表面にアンモニアを含む水溶液を供給する手段、および上記第1の基板保持部に保持された基板の上記基板表面をスクラブ洗浄する洗浄ブラシを有し、上記基板表面に上記アンモニアを含む水溶液を供給しながら上記洗浄ブラシによって上記基板表面をスクラブ洗浄することによって上記基板表面の研磨スラリーを除去する第1の処理部と、上記基板を保持するための第2の基板保持部、ならびにこの第2の基板保持部に保持された基板の上記基板表面に対して、ふっ酸およびふっ化アンモニウムを含む水溶液からなる洗浄液を供給するための洗浄液供給手段を有し、上記基板表面のパーティクルおよび金属汚染物質を除去する第2の処理部と、上記第1の処理部から上記第2の処理部へと上記基板を搬送する基板搬送手段とを含むことを特徴とする基板洗浄装置である。
【0024】
この構成により、請求項1の発明と同様な効果が得られる。
請求項5記載の発明は、CMP処理され、シリコン酸化膜および金属配線が露出している基板表面を洗浄するための基板洗浄装置であって、上記基板の上記基板表面に対して、アンモニアを含む水溶液を供給する手段と、上記基板の上記基板表面に対して、ふっ酸およびふっ化アンモニウムを含む水溶液からなる洗浄液を供給するための洗浄液供給手段と、上記アンモニアを含む水溶液の上記基板表面への供給中に、上記基板表面をスクラブ洗浄する洗浄ブラシとを含み、上記アンモニアを含む水溶液の供給および上記洗浄ブラシによるスクラブ洗浄によって上記基板表面の研磨スラリーを除去した後に、上記洗浄液供給手段からの上記洗浄液の供給によって上記基板表面のパーティクルおよび金属汚染物質を除去するようにしてあることを特徴とする基板洗浄装置基板洗浄装置である。
【0025】
なお、基板保持部は、1枚の基板を保持した状態で回転するスピンチャックであってもよい。また、基板保持部は、1枚の基板の端面に当接してその基板を保持する複数本のローラであってもよい。この場合、少なくとも1本のローラを回転駆動することによって、基板を回転させることができる。さらに、基板保持部は、洗浄液を貯留する浸漬槽内において基板を支持する基板支持部材であってもよい。この場合、浸漬槽に貯留された洗浄液中に基板を浸漬することによって、基板の洗浄が行われる。浸漬槽に一度に浸漬される基板は1枚であってもよいし、複数枚であってもよい。
【0026】
また、洗浄液供給手段は、基板に向けて洗浄液を供給する洗浄液ノズルと、この洗浄液ノズルに洗浄液を供給する洗浄液供給配管を含むものであってもよい。また、洗浄液中に基板を浸漬してその洗浄を行う場合には、洗浄液供給手段は、洗浄液を貯留する浸漬槽と、この浸漬槽に洗浄液を供給する洗浄液供給配管とを含むものであってもよい。
【0027】
【発明の実施の形態】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
【0028】
図1は、この発明の一実施形態の基板洗浄方法によって洗浄される基板であるウエハWの表面の様子を示す断面図である。図1(a) には、ウエハWの表面に金属配線1をパターン形成し、この金属配線1の間および上方をシリコン酸化膜2で被覆した状態が示されている。このシリコン酸化膜2の表面は、酸化膜CMP処理によって平坦化される。さらに、図1(b) に示すように、平坦化されたシリコン酸化膜2には、金属配線1の上方に対応する所定位置に、金属配線1に到達する貫通孔3が形成される。この貫通孔3には、図1(c) に示すように、チタン(Ti)、タングステン(W)、銅(Cu)などの配線材料金属からなる配線プラグ4が埋め込まれる。この配線プラグ4の埋め込み形成のために、図1(b) に示すように、ウエハWの表面全体に金属膜4aが形成され、さらに、この金属膜4aに対してメタルCMP処理による平坦化が施されて、シリコン酸化膜2が露出させられる。
【0029】
このメタルCMP処理では、主にアルミナ(Al2 O3 )砥粒と酸化剤とを含む研磨スラリーを用いて金属膜4aの表面の研磨が行われる。酸化剤としては、ヨウ化カリウム(KIO3 )や硝酸鉄(Fe(NO3 )2 )などが用いられる。
【0030】
メタルCMP処理後のウエハWの表面においては、図1(c) に示すように、メタルCMP処理において用いられる研磨スラリーなどのパーティクルや、研磨により削り取られた配線金属材料などの金属汚染物質が付着している。一部のパーティクルまたは金属汚染物質は、とくに、シリコン酸化膜2の表面に強固に付着(吸着)していたり、また、シリコン酸化膜2の内部に侵入していたりする。
【0031】
1つの参考例の基板洗浄方法では、図1(c) の状態のウエハWの表面に対して、図2に示すように、希釈されたBHF水溶液(以下「希BHF」という。)をノズル等の洗浄液供給機構7(洗浄液供給手段)から洗浄液として供給されるとともに、洗浄ブラシ等のスクラブ洗浄機構8によるスクラブ洗浄処理が行われる。
【0032】
市販のBHFは、たとえば、6%のふっ酸(HF)と30%のふっ化アンモニウム(NH4 F)を含む水溶液である。洗浄液としての希BHFは、たとえば、この市販のBHFの3容量に対して純水を200容量混合して作製される。この場合、希BHFは、弱酸性となる。
【0033】
希BHF中には、ふっ酸およびふっ化アンモニウムの他、H+ イオン、F- イオン、NH4 + イオンの3種類のイオンが存在している。したがって、ウエハW表面上では、次の(1) および(2) の化学反応が生じる。ただし、Mは金属を表す。)
(1) M+nH+ → Mn++(n/2)H2 ↑(n=1,2,3,・・・・・・)
(2) SiO2 +4F- → SiF4 +2O2-
SiF4 +2F- → SiF6 2-
すなわち、H+ イオンの働きによる上記(1) の反応により、金属汚染物質を金属イオンとして溶出させることができる。
【0034】
また、F- イオンの働きによる上記(2) の反応により、シリコン酸化膜2のライトエッチングが行われ、SiF6 2- イオンとして溶解させることができる。このライトエッチングによって、シリコン酸化膜の表面に強固に付着しているパーティクルおよび金属汚染物質、ならびにシリコン酸化膜2の内部に侵入しているパーティクルおよび金属汚染物質を、リフトオフして除去することができる。
【0035】
希BHF中のNH4 + イオンは、ふっ酸の強酸性を和らげ、希BHF全体を中性に近い弱酸性にする働きを有している。したがって、配線プラグ4が過剰に腐食されることがなく、この配線プラグ4に損傷が生じるおそれはない。
【0036】
このようにこの参考例の方法では、メタルCMP処理後のウエハW表面の洗浄を、ウエハW表面に対して希BHFを供給しながらスクラブ洗浄することによって行うことにより、配線プラグ4を損傷させることなく、パーティクルや金属汚染物質を効果的に除去することができる。
【0037】
図3は、上記の基板洗浄方法を実施するための具体的な基板洗浄装置20の内部の構成を簡略化して示す平面図である。洗浄装置20の前面パネル21の背後には、CMP処理後の複数枚のウエハを保持し、これらのウエハを一枚ずつ供給するための水中ローダ31と、洗浄処理済みのウエハが収容されるカセット37が載置されるアンローダ32とが設けられている。水中ローダ31は、洗浄処理済みのウエハを収容するための処理前のウエハが複数枚収容されるカセット33を水槽34に貯留された水中に浸漬させておくことができるものである。
【0038】
洗浄処理装置20によって処理されるウエハは、水中ローダ31からアンローダ32に至る、平面視においてU字状の経路40を通って搬送され、その過程で、洗浄処理および乾燥処理が行われるようになっている。すなわち、この経路40に沿って、水中ローダ31側から順に、両面ブラシ洗浄部50、表面ブラシ洗浄部60、水洗・乾燥処理部70(乾燥部に対応)が配置されている。
【0039】
さらに、経路40上には、水中ローダ31と両面ブラシ洗浄部50との間に、ローダ搬送ロボット41が配置され、両面ブラシ洗浄部50と表面ブラシ洗浄部60との間に、第1中間搬送ロボット81が配置され、表面ブラシ洗浄部60と水洗・乾燥処理部70との間に、第2中間搬送ロボット82が配置され、水洗・乾燥処理部70とアンローダ32との間に、アンローダ搬送ロボット42が配置されている。すなわち、これらの搬送ロボット41,81,82,42によって、水中ローダ31からアンローダ32に至る処理部間でのウエハの移送が行われることにより、ウエハはU字状の経路40を搬送されつつ、両面ブラシ洗浄、表面洗浄および水洗・乾燥処理などの処理を受けて、アンローダ32に配置されたカセット37に収容される。
【0040】
水中ローダ31に隣接して配置されたローダ搬送ロボット41は、水中ローダ31から1枚のウエハを受け取り、両面ブラシ洗浄部50に受け渡す。このローダ搬送ロボット41は、水平面に沿って回動自在な下アームLAと、この下アームLAの先端において水平面に沿う回動が自在であるように設けられた上アームUAとを有する屈伸式ロボットによって構成されている。すなわち、下アームLAが回動すると、上アームUAは、下アームLAの回動方向とは反対方向に、下アームLAの回動角度の2倍の角度だけ回動するように構成されている。これにより、下アームLAと上アームUAとは、両アームが上下に重なりあった収縮状態と、両アームが経路40に沿って、水中ローダ31側または両面ブラシ洗浄部50に向かって展開された伸長状態とをとることができる。
【0041】
第1中間搬送ロボット81および第2中間ロボット82は、ローダ搬送ロボット41と同様に構成されているので、これらのロボット81,82の各部には、ローダ搬送ロボット41の対応部分の参照符号を付して表すこととし、説明を省略する。
【0042】
アンローダ搬送ロボット42は、上下一対のアーム43,44で構成された屈伸式ロボットと、この屈伸式ロボットを経路40に沿って往復直線移動させるための直線搬送機構(図示せず)と、さらに、屈伸式ロボットを昇降させるための昇降機構(図示せず)とを組み合わせて構成されている。すなわち、屈伸式ロボットの下アーム44は、水平面に沿って回動自在とされており、上アーム43は、下アーム44の先端において、水平面に沿う回動が自在であるように取り付けられている。そして、下アーム44が回動すると、上アーム43は、下アーム44の回動方向とは反対方向に、下アーム44の回動角度の2倍だけ回動するように構成されている。この屈伸式ロボット全体が、上記昇降機構に保持されており、この昇降機構が、上記直線搬送機構のキャリッジ(図示せず)に支持されている。直線搬送機構は、たとえば、ボールねじ機構であってもよい。
図4は、両面ブラシ洗浄部50の構成を簡略化して示す斜視図である。両面ブラシ洗浄部50は、ローダ搬送ロボット41によって搬入されたウエハWを水平に保持し、かつ、水平面内で回転させるための複数本(この実施例では6本)の保持ローラ51a,51b,51c;52a,52b,52cを有しており、これらが基板保持部に相当している。保持ローラ51a,51b,51c;52a,52b,52cによって水平に保持されたウエハWを上下から挟むように、上ディスクブラシ53Uおよび下ディスクブラシ53L(洗浄ブラシ)が設けられており、これらは、ウエハWの両面をスクラブ洗浄する両面スクラブ洗浄機構53を構成している。
【0043】
6本の保持ローラのうちの3本の保持ローラ51a,51b,51cの組と、残る3本の保持ローラ52a,52b,52cの組とは、ウエハWを挟んでほぼ対向して配置されている。各保持ローラ51a,51b,51c;52a,52b,52cは、鉛直方向に沿って立設されており、かつ、それぞれウエハWの端面に当接している。
【0044】
一方の組を構成する3本の保持ローラ51a,51b,51cのうちの中央の保持ローラ51bには、モータM1からの回転力がベルトB1を介して伝達されている。そして、保持ローラ51bの回転が、ベルトB2およびB3を介して、保持ローラ51aおよび51cにそれぞれ伝達されるようになっている。
【0045】
他方の組を構成する3本の保持ローラ52a,52b,52cについても同様であり、中央の保持ローラ52bにモータM2からの回転力がベルトB4を介して伝達され、保持ローラ52bの回転が、ベルトB5およびB6を介して他の2本の保持ローラ52aおよび52cに伝達されるようになっている。
【0046】
一方の組を構成する3本の保持ローラ51a,51b,51cと、他方の組を構成する3本の保持ローラ52a,52b,52cとは、それぞれ図3に示す保持機構51,52に保持されており、互いに近接したり離反したりすることができるようになっている。これにより、ウエハWを保持した状態と、ウエハWの保持を開放した状態とをとることができる。
【0047】
両面スクラブ洗浄機構53の上ディスクブラシ53Uおよび下ディスクブラシ53Lは、ウエハWの中心から周縁までの領域をスクラブできる様に円板状に形成されている。上ディスクブラシ53Uは、鉛直方向に沿って配設された回転軸55の下端に固定されており、この回転軸55には、モータM3からの回転力がベルトB7を介して伝達されている。同様に、下ディスクブラシ53Lは、鉛直方向に沿って配設された回転軸56の上端に固定されており、モータM4からの回転力がベルトB8を介して与えられることによって、鉛直軸線まわりに回転駆動されるようになっている。さらに、上ディスクブラシ53Uおよび下ディスクブラシ53Lが、ウエハWの表面および裏面に対して近接/離反することができるように、上ディスクブラシ53Uおよび下ディスクブラシ53Lを昇降するための昇降機構101,102がそれぞれ備えられている。
【0048】
回転軸55,56は、いずれも中空の軸で構成されており、その内部には、ディスクブラシ53U,53Lの表面の近傍にまで至る処理液供給管57U,57L(洗浄液供給路。これらの先端が洗浄液ノズルに対応する。)が挿通している。この処理液供給管57U,57Lには、それぞれ、薬液供給弁58を介する薬液や、純水供給弁59を介する純水を、選択的に供給することができるようになっている。
【0049】
そして、薬液供給弁58を介して供給される薬液として希BHFを用いることにより、この両面ブラシ洗浄部50において、希BHFを洗浄液として供給しながら上下のディスクブラシ53U,53Lによるスクラブ洗浄が行われる。すなわち、この場合、薬液供給弁58および処理液供給管57U,57Lなどが図2の洗浄液供給機構7に対応し、両面スクラブ洗浄機構53がスクラブ洗浄機構8に対応する。
【0050】
モータM3,M4を付勢して上下のディスクブラシ53U,53Lを回転し、この回転状態のディスクブラシ53U,53LをウエハWの表面および裏面にそれぞれ接触させると、ウエハWの表面および裏面をスクラブ洗浄することができる。その際、保持ローラ51a,51b,51c;52a,52b,52cによりウエハWが低速回転されるため、保持ローラ51a,51b,51c;52a,52b,52cとウエハWとが当接する位置は刻々と変化し、また、スクラブ洗浄される位置も刻々と変化する。これにより、ウエハWの中心から周縁までの領域をカバーするように設けられたディスクブラシ53U,53Lは、ウエハWの表面および裏面の全域を隈無くスクラブすることができる。
【0051】
スクラブ洗浄を行う際、処理液供給管57U,57Lには、希BHFまたは純水が供給され、これらの処理液を供給しながら、ウエハWの表面および裏面をスクラブすることによって、CMP処理後のウエハWの表面のスラリーのうち、比較的粒子径の大きなものを除去することができる。
【0052】
図5は、表面ブラシ洗浄部60の概念的な構成を示す図解図である。この表面ブラシ洗浄部60は、両面ブラシ洗浄部50での処理によって、比較的大きな粒径の異物が除去された後のウエハWの表面に残る小粒径の異物を除去して精密洗浄を行うためのものである。
【0053】
この表面ブラシ洗浄部60は、たとえば6本の保持ピン61でウエハWの裏面の周縁部付近を支持する構成のスピンチャック62(基板保持部)を備えている。6本の保持ピンのうち、1本おきに配設された3本の保持ピン61は、鉛直軸線周りに回動することができるようになっており、ウエハWの端面に対して、保持面を選択的に当接させることができるように構成されている。これにより、ウエハWは、結果として、6本の保持ピン61によって強固に握持される。
【0054】
スピンチャック62は、この6本の保持ピン61によって水平保持されたウエハWを、鉛直軸線まわりに回転させるために、保持ピン61を保持する保持部材65と、この保持部材65の中央の下面に鉛直方向に沿って固定された回転軸66と、この回転軸66を回転駆動するための回転駆動機構67とを備えている。
【0055】
スピンチャック62に保持されたウエハWの上方には、表面スクラブ洗浄機構としてのスキャンブラシ63が備えられている。スキャンブラシ63は、ウエハWの表面に対してほぼ垂直な方向に沿う回転軸まわりに回転駆動されるディスク型ブラシである自転ブラシ63a(洗浄ブラシ)と、この自転ブラシ63aを先端において下方に向けて支持する揺動腕63bと、この揺動腕63bを、スピンチャック62に保持されたウエハWよりも外側に設定された鉛直軸線まわりに揺動させる揺動駆動機構63cとを備えている。
【0056】
この構成により、揺動腕63bを揺動させることにより、ウエハWの半径方向に沿って、その中心位置から周縁部までの範囲で、自転ブラシ63aを繰り返し往復させることができる。自転ブラシ63aが、ウエハWの中心から周縁部に向かう際には、自転ブラシ63aは下方位置にあって、ウエハWの表面をスクラブ洗浄する。その際、スピンチャック62によってウエハWが回転されているので、ウエハWの表面のほぼ全域をスクラブすることができる。自転ブラシ63aがウエハWの周縁部から中心位置に戻されるときには、自転ブラシ63aは、上方位置とされ、ウエハWから離間した状態とされる。これを数回繰り返すことにより、ウエハWの表面の小粒径の異物を、スクラブすることによって浮き出させ、さらにその異物をウエハWの外側に向かって掃き出すことができる。
【0057】
スピンチャック62に関連して、薬液をウエハWの表面に供給するための薬液供給ノズルCN(洗浄液ノズル)、純水をウエハWの表面に供給するための純水ノズルDN、および超音波振動が付与された純水をウエハWの表面に供給するための超音波洗浄ノズルDSNが備えられている。薬液供給ノズルCNからウエハWの表面に供給される薬液には、上記希BHFの他、たとえば、フッ酸、塩酸、硫酸、燐酸、アンモニア、およびこれらの過酸化水素水溶液、などがある。
【0058】
この構成により、スキャンブラシ63によるウエハWの表面のスクラブ洗浄の際に、薬液、純水および超音波振動が付与された純水を、それぞれ単独で、または組み合わせて供給することにより、ウエハWの表面の異物を効果的に除去することができる。
【0059】
なお、スピンチャック62に保持されたウエハWの裏面側にも、薬液ノズルCN10(洗浄液ノズル)からの薬液および純水ノズルDN10からの純水を供給することができ、これにより、ウエハWの裏面の清浄をも行うことができる。
【0060】
図6は、水洗・乾燥処理部70の概念的な構成を示す図解図である。水洗・乾燥処理部70は、ウエハWを水平に保持して回転させるスピンチャック71と、このスピンチャック71の上方に設けられた不活性ガス供給機構72とを有している。不活性ガス供給機構72に関連して、スピンチャック71に保持されたウエハWの表面に純水を供給するための純水供給ノズルDN1が設けられており、この純水供給ノズルDN1には、純水供給源73から純水が供給されるようになっている。また、スピンチャック71の下方には、ウエハWの裏面に純水を供給するための純水ノズルDN2,DN3が配置されている。
【0061】
スピンチャック71は、図5に示された表面ブラシ洗浄部60のスピンチャック62と同様の構成を有しており、6本の保持ピン84によって、ウエハWの裏面の周縁部を支持し、かつ、端面を握持するようになっている。このスピンチャック71も、スピンチャック62と同様に、保持ピン84を保持する保持部材85と、この保持部材85の下面に鉛直方向に沿って固定された回転軸86と、この回転軸86を回転駆動するための回転駆動機構87とを備えている。
【0062】
不活性ガス供給機構72は、遮蔽円板75と、この遮蔽円板75を支持する支持部材76と、この遮蔽円板75の中央付近に設けられた不活性ガス供給ノズル77と、この不活性ガス供給ノズル77に不活性ガスとしての加熱されたN2 (窒素)ガスを供給する不活性ガス供給源78とを有している。上記の純水供給ノズルDN1も、遮蔽円板75の中央付近に設けられている。
【0063】
支持部材76は、昇降駆動機構79によって昇降されるようになっている。この昇降駆動機構79は、ウエハWの表面および裏面を水洗するときには、遮蔽円板75をウエハWから所定距離だけ上方に離間した上位置に位置させ、ウエハWの表面および裏面を乾燥させるときには、遮蔽円板75を上記上位置よりもウエハWの表面に近接した下位置に位置させるように、支持部材76を昇降する。
【0064】
この構成により、スピンチャック61を低速回転させつつ純水供給ノズルDN1,DN2,DN3からウエハWに向けて純水を供給することにより、リンス工程が行われる。すなわち、前工程において使用された薬液や、ウエハWの表面および裏面に残留している付着物が洗い流される。このリンス工程中、遮蔽円板75は上位置にある。
【0065】
リンス工程の後、純水供給ノズルDN1,DN2,DN3からの純水の供給が停止され、遮蔽円板75が下位置とされる。そして、不活性ガス供給ノズル77から窒素ガスがウエハWへ向けて供給されるとともに、スピンチャック62が高速回転されて、ウエハWの表面の水分が振り切られる。
【0066】
次に、この発明の一実施形態について、上述の各図を必要に応じて参照しながら説明する。
【0067】
この実施形態では、両面ブラシ洗浄部50においては、薬液として、希BHFの代わりに、希アンモニア水が用いられ、表面ブラシ洗浄部60においては、薬液として、希BHFが用いられる。すなわち、両面ブラシ洗浄部50においては、薬液供給弁58を介して処理液供給管55,57に希アンモニア水が供給される。また、表面ブラシ洗浄部60においては、薬液供給ノズルCN,CN10から、希BHFがウエハWに供給される。
【0068】
したがって、表面ブラシ洗浄部60において、希BHFを洗浄液として用いたスクラブ洗浄処理が行われることになる。この場合の洗浄のメカニズムは、図1および図2を参照して説明したとおりである。したがって、薬液供給ノズルCN,CN10などが図2の洗浄液供給機構7に相当し、スキャンブラシ63などが図2のスクラブ洗浄機構8に相当することになる。
【0069】
両面ブラシ洗浄部50において行われることになる希アンモニア水を用いた両面スクラブ洗浄処理では、主として、メタルCMP処理において用いられる研磨スラリーが除去される。すなわち、アンモニア水は、メタルCMP処理における研磨スラリー中に含まれるアルミナ砥粒やカリウム(酸化剤中に含まれる。)を溶解する働きを有している。
【0070】
したがって、この実施形態によれば、両面ブラシ洗浄部50においては、研磨スラリーやその他の通常のパーティクルが主として除去され、表面ブラシ洗浄部60においては、シリコン酸化膜2に強固に付着していたり、シリコン酸化膜2中に侵入していたりして除去の困難なパーティクルおよび金属汚染物質が主として除去されることになる。
【0071】
よって、この実施形態では、希BHFを洗浄液として用いた表面ブラシ洗浄部60での洗浄処理においては、研磨スラリーを除去する必要がない。そのため、希BHFの流量、温度または濃度等の処理条件を適切に定めることにより、ウエハW上の金属配線の損傷をさらに少なくすることができる。
【0072】
両面ブラシ洗浄部50において用いられる希アンモニア水の希釈率は、表面ブラシ洗浄部60における洗浄効果を考慮して定められればよく、たとえば、アンモニア:純水=1:100程度とするのが好ましい。
【0073】
以上、この発明の一実施形態について説明したが、この発明は他の形態でも実施することができる。たとえば、上述の希BHFの希釈率や希アンモニア水の希釈率は一例にすぎず、他の希釈率が採用されてもよいことは言うまでもない。ただし、希BHFの希釈率に関しては、金属膜の過剰な腐食が生じないように、希BHFが弱酸性となるように定められることが好ましい。
【0074】
さらに、上述の実施形態では、ディスク型ブラシを用いてウエハWの表面がスクラブ洗浄されているが、たとえば、ロール型ブラシの周面をウエハWの表面に摺接させることによりスクラブ洗浄が行われてもよい。
【0075】
また、上述の実施形態では、1枚のウエハWを回転させつつスクラブ洗浄する枚葉型スピン式洗浄装置が採用されているが、ウエハWを一枚ずつ、または複数枚一括して、希BHFや希アンモニア水を貯留した浸漬槽に浸漬させてウエハWの洗浄を行う枚葉式またはバッチ式の浸漬式洗浄装置に対してもこの発明を適用できる。
【0076】
さらに、希BHFやアンモニア水を用いた洗浄方法についても、ブラシスクラブ式に限らず、洗浄液(希BHFまたは希アンモニア水)中にウエハを浸漬させる上記の浸漬式、洗浄液の高圧ジェット噴流をウエハの表面に吹き付ける高圧ジェット式、洗浄液に超音波振動を与え、この超音波振動が付与された洗浄液をウエハの表面に供給する超音波式のいずれの洗浄方法が適用されてもよい。
【0078】
さらには、処理対象の基板は、シリコンウエハに限らず、他の種類の半導体基板、液晶表示装置用ガラス基板、プラズマディスプレイ用ガラス基板、ハードディスク装置用セラミック基板など、各種の被処理基板に対して、シリコンウエハの場合と同様にこの発明を適用することができる。
【0079】
その他、特許請求の範囲に記載された技術的事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態の基板洗浄方法によって洗浄されるウエハの表面の様子を示す断面図である。
【図2】 参考例による基板洗浄方法を示す図解図である。
【図3】 上記参考例の方法を実施するための具体的な基板洗浄装置の内部構成を示す平面図である。
【図4】両面ブラシ洗浄部の構成を簡略化して示す斜視図である。
【図5】表面ブラシ洗浄部の概念的な構成を示す図解図である。
【図6】水洗・乾燥処理部の概念的な構成を示す図解図である。
【符号の説明】
20 基板洗浄装置
50 両面ブラシ洗浄部
60 表面ブラシ洗浄部
51a,51b,51c,52a,52b,52c 保持ローラ
53 両面スクラブ洗浄機構
57U,57L 処理液供給管
58 薬液供給弁
62 スピンチャック
63 スキャンブラシ
CN,CN10 薬液ノズル
Claims (5)
- CMP処理された基板表面であってシリコン酸化膜および金属配線が露出している基板表面を洗浄するための基板洗浄方法であって、
アンモニアを含む水溶液を上記基板表面に供給して基板を洗浄するとともに、洗浄ブラシにより基板表面をスクラブ洗浄することによって、上記基板表面の研磨スラリーを除去するステップと、
この研磨スラリーを除去するステップの後に、ふっ酸およびふっ化アンモニウムを含む水溶液からなる洗浄液を上記基板表面に供給して基板を洗浄することにより、上記基板表面のパーティクルおよび金属汚染物質を除去する洗浄液供給ステップとを含むことを特徴とする基板洗浄方法。 - 上記洗浄液供給ステップの実行中に、洗浄ブラシにより基板表面をスクラブ洗浄するステップをさらに含むことを特徴とする請求項1記載の基板洗浄方法。
- 上記洗浄液が弱酸性となるように、上記洗浄液に対するふっ酸およびふっ化アンモニウムの混合比率が定められていることを特徴とする請求項1または2記載の基板洗浄方法。
- CMP処理され、シリコン酸化膜および金属配線が露出している基板表面を洗浄するための基板洗浄装置であって、
上記基板を保持するための第1の基板保持部、この第1の基板保持部に保持された基板の上記基板表面にアンモニアを含む水溶液を供給する手段、および上記第1の基板保持部に保持された基板の上記基板表面をスクラブ洗浄する洗浄ブラシを有し、上記基板表面に上記アンモニアを含む水溶液を供給しながら上記洗浄ブラシによって上記基板表面をスクラブ洗浄することによって上記基板表面の研磨スラリーを除去する第1の処理部と、
上記基板を保持するための第2の基板保持部、ならびにこの第2の基板保持部に保持された基板の上記基板表面に対して、ふっ酸およびふっ化アンモニウムを含む水溶液からなる洗浄液を供給するための洗浄液供給手段を有し、上記基板表面のパーティクルおよび金属汚染物質を除去する第2の処理部と、
上記第1の処理部から上記第2の処理部へと上記基板を搬送する基板搬送手段と
を含むことを特徴とする基板洗浄装置。 - CMP処理され、シリコン酸化膜および金属配線が露出している基板表面を洗浄するための基板洗浄装置であって、
上記基板の上記基板表面に対して、アンモニアを含む水溶液を供給する手段と、
上記基板の上記基板表面に対して、ふっ酸およびふっ化アンモニウムを含む水溶液からなる洗浄液を供給するための洗浄液供給手段と、
上記アンモニアを含む水溶液の上記基板表面への供給中に、上記基板表面をスクラブ洗浄する洗浄ブラシとを含み、
上記アンモニアを含む水溶液の供給および上記洗浄ブラシによるスクラブ洗浄によって上記基板表面の研磨スラリーを除去した後に、上記洗浄液供給手段からの上記洗浄液の供給によって上記基板表面のパーティクルおよび金属汚染物質を除去するようにしてある
ことを特徴とする基板洗浄装置。
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