JP4220675B2

JP4220675B2 - Ｈｆ−ｈｆクリーニングのための方法および装置

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Publication number: JP4220675B2
Application number: JP2000580234A
Authority: JP
Inventors: スビアチェブスキ・ジュリア; ミハイリッチ・カトリーナ; ジャン・ジャッキー
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1998-10-30
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2009-02-04
Anticipated expiration: 2019-08-31
Also published as: AU5799299A; US6170110B1; WO2000026944A1; KR100621647B1; EP1125315B1; TW410178B; DE69939987D1; JP2002529910A; US6093254A; ATE415700T1; KR20010087380A; EP1125315A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板の処理方法に関し、特に、半導体ウエハなどのクリーニング処理中に、化学溶液を供給する方法および装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
半導体装置の製造工程では、半導体ウエハ表面の汚染物質をクリーニングする必要がある。ウエハの汚染物質が除去されない場合には、装置の動作特性に影響を与え、通常よりも早く装置が故障する恐れがある。
【０００３】
ウエハの汚染物質を除去するために、ウエハの片面または両面をスクラブするスクラバが用いられる。スクラバで用いられる洗浄溶液（溶液）の種類は、除去すべき汚染物質の種類、スクラブされるウエハの特定の種類、および／または、特定のメーカの好適な洗浄方法によって異なる。例えば、あるメーカは、汚染物質の少ないレベルを要求し、スクラブに化学溶液を用いる。一方、他のメーカは、より高い汚染物質の許容値（すなわち、より少い汚染物質の除去を要求する）を有し、スクラブに水を使用する。
【０００４】
溶液の種類は、製造上の要求に依存するので、同様に、その溶液を供給する方法や装置は、メーカの要求と使用される溶液の種類に依存する。ウエハを溶液に浸すこと、ウエハに溶液を噴霧すること、ウエハまたはブラシに溶液を滴下することは、いずれもスクラブのために溶液を供給する方法の例である。滴下供給システムは、本譲受人に譲渡され、１９９８年３月３日に発行された「化学物質滴下供給方法および装置」（”Drip Chemical Delivery Method and Apparatus ”）と題する特許第５,７２３,０１９号に記載されている。これらの方法は、それぞれ長所と短所とを有する。
【０００５】
ウエハを溶液に浸す方法は、化学溶液を多量に必要とする。溶液の中には、例えば、ＮＨ₄ＯＨのように、使うには高価で、かつ、有害なものがある。したがって、使用する溶液の量を少なくすることが望ましい。
【０００６】
ウエハに噴霧する方法も、多量の溶液を用いる。噴霧の他の短所は、ウエハ表面上の化学成分の制御が殆どできないことである。例えば、いくつかのシステムおよび工程では、高ｐＨ溶液を比較的早く噴射するが、この結果、表面のｐＨプロファイルが急激に変化して制御が困難になる。表面のｐＨプロファイルが制御されない場合には、ウエハは損傷してしまう。
【０００７】
ウエハまたはブラシに溶液を滴下する方法は、溶液の使用量をより少なくできるが、溶液を均一に供給できない恐れがある。このとき、溶液が滴下されたウエハ領域のみが、クリーニングされてしまう。また、ウエハ上への溶液の滴下により、溶液の反応に依存して、ウエハが損傷することがある。いくつかの溶液は、ウエハ表面に接すると同時に反応して、ウエハ上の溶液が滴下された部分に、「溝」または「孔」を生じさせる。例えばＮＨ₄ＯＨのような他の溶液は、すぐに反応せず、ウエハに損傷を与えない。
【０００８】
近年、半導体ウエハがクリーニングまたはスクラブされる間に、同時に、化学エッチング処理を実行することができる。このような処理の１つは、本譲渡人に譲渡され、１９９８年９月１５日に発行された「ブラシアセンブリ装置」（”Apparatus for a Brush Assembly”）と題する特許第５,８０６,１２６号に記載されている。特許第５,８０６,１２６号（ '１２６号特許）に記載された処理は、水酸化アンモニウム（ＮＨ₄ＯＨ）とフッ化水素酸（ＨＦ）とを組み合わせたクリーニングとエッチング処理である。ウエハは、まず、汚染物質微粒子を除去するために、ＮＨ₄ＯＨ溶液を使用する第１のブラシステーションでスクラブされ、次に、ＨＦを使用するエッチング/クリーニング処理のための第２のブラシステーションに移送される。
【０００９】
'１２６号特許に記載された方法を用いる場合、汚染物質微粒子は、ＮＨ₄ＯＨを使用する第１のブラシステーションで除去される。ＮＨ₄ＯＨは、基板の表面と汚染物質の間のゼータ電位を変化させるために用いられる。ゼータ電位は、基板と汚染物質との表面における表面エネルギ、すなわち「電荷」に関連する。ＮＨ₄ＯＨは、汚染物質と基板の表面とが同種の電荷の電位を有するように、ゼータ電位を変化させる。科学において周知のように、同種の電荷は反発する。したがって、基板の表面と汚染物質とは互いに反発し合い、この結果、基板の表面から汚染物質が除去される。
【００１０】
ＮＨ₄ＯＨは、図１に示す供給システムを用いて基板に与えられる。この供給システムは、 '１２６号特許では高濃度供給システムと呼ばれている。高濃度供給システムは、２つの供給管を備えており、一方はＮＨ₄ＯＨ溶液を供給し、他方は脱イオン水（ＤＩ水）を供給する。２つの供給管は、別々の時間に作動し、一方の供給管が開いているときは他方の供給管は閉じている。換言すれば、ＮＨ₄ＯＨが使用される（すなわち、開いている）ときは、ＤＩ水は閉じられ、またその逆もある。
【００１１】
ＮＨ₄ＯＨ溶液を用いてクリーニングする第１のブラシステーション内に基板が移送されると、ブラシを湿った状態にするために流されていたＤＩ水は止められ、ＮＨ₄ＯＨ溶液が流される。基板は、一定時間（ユーザによって選択される）スクラブされ、その後、ＮＨ₄ＯＨ溶液は止められ、ＤＩ水が再度流される。ＮＨ₄ＯＨ溶液を用いたスクラブが終わった後、基板が次のブラシステーションに移送される前に、基板（およびブラシ）をリンスして基板上の無用なＮＨ₄ＯＨを除去するために、ＤＩ水が流される。この処理では、図２ａに示すような化学的プロファイルが得られる。
【００１２】
図２ａに示すように、基板上の化学的プロファイルは一様でなく、基板に所望の量のＮＨ₄ＯＨが供給されるまでに、かなり時間がかかる。時刻２１０で、ウエハは第１のブラシステーション内に配置され、ＮＨ₄ＯＨ溶液が流され、ＤＩ水が止められる。ＮＨ₄ＯＨ溶液を使用するクリーニングが、時刻２１０から時刻２２０まで実行される。時刻２２０において、クリーニング処理が終了し、ＤＩ水を流しＮＨ₄ＯＨ溶液を止めることにより、リンス処理が始まる。
【００１３】
図２ａでは、この処理を実行するのに必要な時間も示されている。ＮＨ₄ＯＨ溶液が所望のレベルに達する（ランプアップ）までにかなり時間がかかり、また、基板が次の処理（すなわち、ＨＦエッチング/クリーニング処理）のための次のブラシステーションに移送される前に、基板をリンスするのにかなり時間がかかるので、ＮＨ₄ＯＨクリーニング処理は長い。なお、基板のクリーニング量を増加させるためには、第１のブラシステーション内で基板をスクラブする時間を長くするのが唯一の方法である。このため、クリーニング時間（すなわち、２１０−２２０）は、図２ａで示される時間よりも長くなることがある。なお、ＮＨ₄ＯＨ溶液の濃度を高くしても必ずしもクリーニング量を増加させることにならない。また、ＮＨ₄ＯＨ溶液の濃度を高くする場合には、基板表面のｐＨプロファイルに影響を与えて、基板を損傷する可能性がある。
【００１４】
また、所望のＮＨ₄ＯＨレベルに到達するために、ランプアップシーケンスは多量のＮＨ₄ＯＨを必要とする。半導体基板のクリーニングに使用される化学物質は他の化学物質よりも高価であるため、化学物質を多量に用いると、多大の費用を要する。
【００１５】
基板がリンスされると、時刻２３０において、基板はＨＦエッチング/クリーニング処理のための第２のブラシステーションに移送される。 '１２６特許に記載された方法を用いる場合、ＨＦは、基板の表面の一部を除去するために使用される。ＨＦは非常に反応性の高い化学物質なので、エッチング処理を制御するにはＨＦを低濃度で使用することが望ましい。
【００１６】
ＨＦは、図３に示す供給システムを用いて基板に与えられる。この供給システムは、 '１２６特許では、低濃度供給システムと呼ばれている。低濃度供給システムは、２つの供給管を備えており、一方は予め混合されたＨＦ溶液を供給し、他方は脱イオン水（ＤＩ水）を供給する。２つの供給管は、別々の時間に作動し、一方の供給管が開いているときは他方の供給管は閉じている。換言すれば、予め混合されたＨＦ溶液（ＨＦ溶液）が使用される（すなわち、開いている）ときは、ＤＩ水は閉じられ、またその逆もある。
【００１７】
ＨＦ溶液を用いてエッチングする第２のブラシステーション内に基板が移送されると、ブラシを湿った状態にするために流されていたＤＩ水は止められ、ＨＦ溶液が流される。基板は、所望量の表面材料が除去されるように基板をエッチングするために、一定時間（ユーザによって選択される）スクラブされる。エッチングが完了すると、ＨＦ溶液は止められ、ＤＩ水が再度流される。ＨＦ溶液を用いたスクラブが終わった後、基板が第２のブラシステーションから別の処理ステーションに移送される前に、基板（およびブラシ）をリンスして基板上の無用なＨＦを除去するために、ＤＩ水を流す。この処理では、図２ｂに示すような化学的プロファイルが得られる。
【００１８】
図２ｂに示すように、基板およびブラシ上の化学的プロファイルは一様でなく、基板に所望の量のＨＦが供給されるまでに、かなり時間がかかる。時刻２４０で、ウエハは第２のブラシステーション内に配置され、ＨＦ溶液が流され、ＤＩ水が止められる。ＨＦは時刻２４０から時刻２５０まで与えられる。時刻２５０において、ＨＦの供給が完了し、ＤＩ水を流しＨＦ溶液を止めることにより、リンス処理が始まる。
【００１９】
図２ｂでは、この処理を実行するのに必要な時間も示されている。ＨＦ溶液が所望のレベルに達するまでにかなり時間がかかり、また、基板が次の処理のための次の処理ステーション（すなわち、リンス，スピン，乾燥ステーション）に移送される前に、基板をリンスするのにかなり時間がかかるので、ＨＦエッチング処理は長い。なお、ユーザが除去（すなわちエッチング）を望む材料の量によって、処理時間は変化する。換言すれば、基板表面をエッチングする量が多い程、エッチング処理の時間は長くなる（すなわち、時刻２４０から時刻２５０までの間が長くなる）。
【００２０】
なお、ＨＦの濃度を高くすると、エッチングされる材料の量が増加する。しかしながら、ＨＦの濃度を高くすると、ＨＦの高い反応特性のため、エッチング処理の制御が低下する。したがって、基板を損傷する可能性があるため、ＨＦ溶液の濃度を高くすることは望ましくない。
【００２１】
また、ＨＦ溶液がランプアップするにつれて、ＨＦ溶液のランプアップシーケンスは、多量のＨＦ溶液を必要とする傾向がある。ＨＦ溶液は高価な化学物質であり、また、有害性のある化学物質である。したがって、このような多大の費用を要し、有害性のある化学物質は、できるだけ使用しないことが望ましい。
【００２２】
時刻２６０において、基板は第２のブラシステーションから次の処理ステーションに移送される。しかしながら、図２ｂの化学的プロファイルに示すように、基板の表面には、まだ少量のＨＦ溶液が存在している。次の処理ステーションに基板を移送することは、その処理ステーションを高い反応性を有するＨＦ溶液にさらす可能性がある。ＨＦ溶液は、その腐食性と高い反応性とによって、次の処理ステーションに損傷を与える可能性がある。しかしながら、まだＨＦ溶液が存在する基板を次の処理ステーションに移送するための唯一の代案は、第２のブラシステーションにおけるリンス時間を増加させることである。第２のブラシステーションにおけるリンス時間を増加させる場合には、エッチング時間が短縮されるか、より長いリンス時間を確保するために第２のブラシステーションにおける全体の処理時間が延長される、という欠点がある。エッチング時間を短縮すると、エッチングされる材料の量が減少し、この結果、金属汚染物質による基板の性能劣化につながる。第２のブラシステーションの全体の処理時間を長くすることに、全クリーニング処理の全体の処理時間を長くすることになり、システムのスループットを低下させるので望ましくない。
【００２３】
したがって、既存のスクラバでも使用可能で、システムのスループットを向上させるように溶液を与えることができ、多量の化学物質を使用しないで済む、基板のクリーニングおよびエッチングのための方法および装置が要求される。
【００２４】
【発明の概要】
本発明は、基板クリーニングシステムにおいて用いられる方法および装置について記載する。基板は、第１のブラシステーション内に配置され、化学溶液は、所望のクリーニングレベルで第１のブラシステーションに供給される。そして、基板は、第１のブラシステーションでスクラブされる。基板が第１のブラシステーションでスクラブされた後、基板は第２のブラシステーションに移送される。第１のブラシステーションで用いられた化学溶液は、ランプアップされた状態で第２のブラシステーションのブラシに供給され、第２のブラシステーションのブラシをクリーニングする。そして、第２のブラシステーションへの化学溶液の供給が停止され、脱イオン水が第２のブラシステーションに供給される。基板が第２のブラシステーションから別の処理ステーションに移送される前に、基板は脱イオン水を用いてスクラブされ、基板から残留化学溶液が洗い落とされる。
【００２５】
本発明の更なる特徴と利点は、詳細な説明と図面と特許請求の範囲から明らかになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
ＨＦ−ＨＦクリーニングのための方法と装置を開示する。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、具体的な材料、処理工程、処理パラメータ、溶液などの多数の具体的な詳細を明らかにする。しかしながら、当業者にとって本発明を実施するためにこれらの具体的詳細を用いる必要が無いことは明白である。また、本発明を不必要に不明瞭にすることを避けるために、周知の材料および方法については詳細に説明していない。
【００２７】
本発明は、多くの基板クリーニング工程で採用可能である。本発明は、ウエハのスクラブに関連して説明しているが、同様の形状すなわち略平らな基板は、本発明の方法および装置によって処理可能である。さらに、ウエハまたは基板と呼ぶ場合には、ドーピングの有無に関わらず、ベアすなわち不純物のない半導体基板や、エピタキシャル層を有する半導体基板、任意の処理工程における１以上のデバイス層を含む半導体基板、１以上の半導体層を含む他の種類の基板（例えば、絶縁体上に半導体を有する基板（ＳＯＩ）デバイス）、誘電体層を有する基板、平面パネルディスプレイやマルチチップモジュールなどの他の装置やデバイスを処理するための基板などを含む。しかしながら、本発明を不明瞭にすることを避けるために、以下では、一般的なウエハクリーニングについて説明し、スクラブ処理における本発明の実施例を説明する。
【００２８】
ＨＦ−ＨＦクリーニング/エッチング処理：
スクラブ処理、特に、ウエハの両面をスクラブするスクラブ処理に関連して、非限定的に本発明を例示する。スクラバは、多数のステーションを有する。各ステーションは、基板クリーニング処理の１以上の工程である。汚染物質を有する基板は、システムの一端から入れられ、乾燥した基板が、システムの他端から出される。このタイプのシステムの例は、ＤＳＳ−２００^TMスクラバおよびＳｙｎｅｒｇｙスクラバであり、カリフォーニア州ミリピタスのＯｎＴｒａｋ社より入手可能である。
【００２９】
図４は、ＤＳＳ−２００^TMスクラバまたはＳｙｎｅｒｇｙスクラバ（クリーニングシステム）の形状断面を示す。通常、ウェットベンチや汚染を伴う他の処理に起因して、汚染物質を有する基板が、化学的機械研磨（ＣＭＰ）が施された後に、クリーニングシステムに供給される。クリーニング処理では、まず、汚染物質を有する基板がウエハカセット４８０（カセット）に装填され、カセット４８０がウェットセンドインデクサステーション４１０内に配置される。カセット４８０がウェットセンドインデクサステーション４１０に配置された後、基板は自動的にカセット４８０から取出されて、１つずつ外側ブラシステーション４２０内に配置される。
【００３０】
外側ブラシステーション４２０では、最初のスクラブを通じて、基板が処理される。本発明の一実施形態では、基板は、最初のスクラブ中に、フッ化水素酸（ＨＦ）溶液でエッチング/クリーニングされる。ＨＦ溶液は、ブラシ４２１を介して、基板に与えられる。ブラシを介したＨＦ化学溶液の供給は、クリーニング/エッチング処理の説明の後に、詳細に後述する。
【００３１】
前述したように、基板は、通常、化学的機械研磨などでクリーニングされた後に、クリーニングシステムに供給される。エッチング処理は、基板の表面部分の一部を除去するために実行される。エッチングされる基板の表面は、二酸化ケイ素などの内層の誘電体や、銅などの金属エッチ、エッチング技術を用いて除去される他の材料である。以前は、汚染物質微粒子を除去するために、最初のクリーニング処理が実行され、次に、基板表面の一部を除去して金属汚染物質を減らすために、別途エッチング処理が実行された。このような処理は、背景技術において説明したように、欠点を有している。
【００３２】
本発明の処理では、汚染物質微粒子を除去するクリーニング工程と、基板表面の一部を除去するエッチングとは、同時に実行され、他の汚染物質微粒子を除去するクリーニング工程を必要とせず、他の化学溶液の導入も必要としない。基板は、ウェットセンドインデクサ４１０から外側ブラシステーション４２０に供給される。基板が外側ブラシステーション４２０に供給されるとき、ＨＦ化学溶液は、既にブラシ４２１を介して供給されており、既に所望の濃度レベルに達している。本発明の一実施形態では、ＨＦ化学溶液は、約０.５〜５重量パーセントの範囲内の濃度で、外側ブラシステーション４２０に供給される。
【００３３】
約０.５〜５重量パーセント程度の濃度のＨＦ溶液を用いることにより、本発明は、前述の水酸化アンモニウムを用いる従来技術の処理で確立されたように、電荷反発効果を確立する。また、このような濃度のＨＦ溶液は、粒子を分解することができ、粒子を溶解しやすい形にし、分解された粒子が洗い流されるようにする。したがって、ＨＦ溶液は、汚染物質微粒子を除去するために用いられる。汚染物質微粒子が除去される一方、ＨＦ溶液の反応しやすい性質のために、基板の不要な表面層や部分が除去されてエッチングされる。すなわち、ＨＦ溶液は、基板の汚染物質微粒子をクリーニングすると同時に、基板表面をエッチングする（クリーニング/エッチング処理）。
【００３４】
本発明では、基板が外側ブラシステーション４２０内に配置される前に、ブラシ４２１は、水でリンスされない。ブラシ４２１は水でリンスされないので、ブラシにはまだ化学溶液が存在している。このため、前述の従来技術の処理において必要とされた化学溶液のランプアップは不要となる。ＨＦ化学溶液は既に所望の濃度でブラシに存在しているので、基板に一度に化学物質が付かず、ＨＦ化学溶液は、一定の濃度でスムーズに制御されて、基板に与えられる。ランプアップ処理が無いので、エッチングとクリーニングとを同時に実行するのに必要な時間が短縮される。換言すれば、本発明の処理を採用するブラシステーション４２０において実行される処理は、前述の第１のブラシステーションにおいて実行される従来技術のクリーニング処理より、少ない時間で済む。このように処理が短くて済むので、システム４００のスループットが向上する。
【００３５】
図６ａは、本発明の処理を用いる外側ブラシステーション４２０内のブラシ４２１と基板との化学的プロファイルを示す。時刻６１０では、基板が外側ブラシステーション４２０に配置される。このとき、ＨＦ溶液のｐＨレベルは、既に所望の活性のクリーニングレベル（または濃度）になっている。このため、クリーニングおよびエッチング処理は、直ぐに開始される。基板は、所望のクリーンレベルに到達するまで、および／または、基板表面の所望量がエッチングされる（または除去される）まで、ＨＦ溶液でスクラブされる。時刻６２０では、外側ブラシステーションのクリ−ニング/エッチング処理は停止する。そして、前述の従来技術の処理で実行されたようなリンスサイクルを開始するのではなく、本発明では、外側ブラシステーション４２０内でリンスすることなく、ウエハを直接次のブラシステーションすなわち内側ブラシステーション４３０に移送する。
【００３６】
外側ブラシステーション４２０内のリンスサイクルが無いので、次のブラシステーションに基板が移送される前にリンスサイクルが実行される従来技術の処理と比べて、時間を節約することができる。双方のブラシステーションにおいて同じ化学溶液が用いられているので、本発明の外側ブラシステーション４２０におけるリンスは不要である。一実施形態では、基板が外側ブラシステーション４２０から搬出されるとき、使用される化学溶液量を浪費しないように、化学溶液は止められる。化学溶液の供給は止められるが、ブラシはリンスされないので、ブラシの化学溶液の濃度は、活性のクリーニングレベルのまま維持される。このため、ランプアップシーケンスは不要である。別の実施形態では、基板が外側ブラシステーション４２０から搬出されるとき、化学溶液は、同じ濃度レベルで引き続き外側ブラシステーションに供給される。化学溶液の供給が継続されるので、ブラシステーションでは、クリーニング/エッチングのために外側ブラシステーション４２０内に配置される次の基板の準備がされ、また、リンスが実行されなくてもブラシ４２１は乾燥しない。
【００３７】
なお、外側ブラシステーション内のブラシが唯一リンスされるのは、アイドルシーケンスが生じる場合である。外側ブラシステーション４２０は、外側ブラシステーションに基板が移送されずに所定時間が経過した後に、アイドルシーケンスに入る。アイドルシーケンス前の所定時間は、通常、システム４００の所望のスループットに基づいて、ユーザによって設定される。外側ブラシステーション４２０がアイドルシーケンスに入った場合、化学溶液の流出は停止される（もし停止されてなければ）。そして、外側ブラシステーションのブラシには、脱イオン水のみが供給される。脱イオン水を供給することによって、アイドルシーケンス期間に、ブラシを湿った状態で維持することができる。本発明の一実施形態では、多孔性材料で作製されたＰＶＡブラシが用いられる。このように、アイドルシーケンス期間に脱イオン水を供給することにより、ブラシを湿った状態にし、乾燥を防ぎ、ブラシの寿命を延ばしている。
【００３８】
アイドルシーケンスの後で、外側ブラシステーション４２０内に別の基板が搬入される前に、ランプアップシーケンスが実行され、所望の濃度（またはｐＨ）レベルになるように化学溶液が供給される。ランプアップは、比較的迅速に実行されるが、基板が外側ブラシステーションに搬入される毎に繰り返されない。
したがって、このランプアップは、システム４００のスループットをあまり低下させない。
【００３９】
時刻６２０において、スクラブされた基板は、自動的に外側ブラシステーション４２０から搬出されて、内側ブラシステーション４３０内に配置される。内側ブラシステーション４３０において、基板は、第２のスクラブによって処理される。一実施形態では、外側ブラシステーション４２０で使われたのと同じ化学溶液（例えばＨＦ）が、ブラシ４３１を介して内側ブラシステーション４３０に供給される。化学溶液は、ブラシ４３１がクリーニングされる短い期間だけに供給される。そして、化学溶液の供給が停止され、基板の化学溶液をリンスするために、脱イオン水が内側ブラシステーション４３０に供給される。
【００４０】
図６ｂは、ブラシ４３１と内側ブラシステーション４３０内の基板表面との化学的プロファイルを示す。時刻６４０では、基板が内側ブラシステーション４３０に搬入される。一枚の基板が内側ブラシステーション４３０から搬出され、大きく遅れずに他の一枚の基板が内側ブラシステーション４３０に搬入されるように、システム４００のスループットが設定されている場合、内側ブラシステーションへの化学溶液の供給は、所望の濃度（またはｐＨ）レベルに到達するためにランプアップシーケンスを必要とする。本発明の一実施形態では、化学溶液は、ブラシ４３１をクリーニングするために内側ブラシステーション４３０のみに供給される。ブラシのｐＨレベルを高くすることにより、ブラシ４３１と潜在する汚染物質との間に（前述した）静電電位を発生させ、この結果、ブラシと汚染物質とが互いに反発し合い、ブラシがクリーニングされる。ＨＦ溶液は、汚染物質を分解し、汚染物質を洗い流されるような溶解しやすい形にする。ランプアップシーケンスは、時刻６４０から時刻６５０の比較的短い期間に実行され、内側ブラシステーション４３０内で実行される。
【００４１】
時刻６５０では、化学溶液の供給が停止され、脱イオン水の供給が開始される。第２のスクラブの期間、基板は脱イオン水でリンスされ、外側ブラシステーション４２０で実行された第１のスクラブと、内側ブラシステーション４３０で実行されたランプアップシーケンスとからの残留化学溶液が除去される。第１のスクラブ工程と同様に、脱イオン水は、ブラシ４３１を介して基板に与えられる。ランプアップシーケンスのための化学溶液の供給と、リンスのための脱イオン水の供給とは、以下に詳述する供給システムを用いて実行される。なお、前述した従来技術のシステムなどの他の供給システムも、ランプアップシーケンスが用いられるので、内側ブラシステーション４３０内で使用することができる。
【００４２】
第２のスクラブまたはリンスは、外側ブラシステーション４２０で既にエッチングが実行されているので、前述の従来技術での処理より、長い時間行うことができる。本発明では、基板から化学溶液を除去するためにリンスが実行されるので、この結果、基板が内側ブラシステーション４２０から搬出されて次の処理ステーションに搬入されるときに、基板に化学溶液が（例えあっても）殆ど残らない。また、エッチングは外側ブラシステーション４２０で既に実行されているので、内側ブラシステーション４３０におけるリンス時間を長くしてもシステム４００のスループットは低下しない。事実、本発明のリンスシーケンスは比較的長いが、本発明の全システム時間は、従来の処理の全システム時間より短縮されている。
【００４３】
第２のスクラブ（すなわちリンスシーケンス）の後、時刻６６０において、基板は自動的に内側ブラシステーション４３０から搬出されて、次の処理ステーション内に配置される。本発明の一実施形態では、基板は、リンス，スピン，乾燥ステーション４４０に移送される。内側ブラシステーション４３０でのリンスシーケンスは（従来技術の処理と比較して）比較的長いため、リンス，スピン，乾燥ステーション４４０が化学溶液によって損傷される可能性は、大幅に減少する。リンス，スピン，乾燥ステーションは、基板をリンスし、スピンし、乾燥させる。この時点で、ウエハのエッチングとクリーニングとが完了する。
【００４４】
リンス，スピン，乾燥処理が完了すると、基板は、リンス，スピン，乾燥ステーション４４０からアウトプットステーション４５０に移送され、ここで、基板はカセット４８１内に収納される。この移送は、通常、ロボットアームによって実行される。ロボットアームは、リンス，スピン，乾燥ステーション４４０からアームの先端で基板を持ち上げ、カセット４８１内に配置する。そして、カセットは、保管または他のクリーニングまたは処理システムに移送される。
【００４５】
なお、ブラシおよび基板のリンスでは、脱イオン水をスプレーするなどの他の方法を用いてもよい。本発明は、上記では、ＨＦ溶液に関連して説明されたが、本発明は、例えば、クエン酸、アンモニアクエン酸塩、ＳＣ１、水酸化アンモニウム、塩化水素、キレート剤、界面活性剤、化学混合物などの、他の化学溶液を用いて実施し得る。
【００４６】
本発明の利点は、ユーザが基板表面の比較的多量のエッチング（または除去）を望む場合、本発明の処理を採用することにより、いくつかの方法が可能なことである。その１つは、ユーザが外側ブラシステーションにおける処理を比較的長い時間実行可能なことである。本発明の処理は、従前の処理で要求された「ランプアップ」時間を必要としないので、本発明の処理を比較的長い時間実行しても、システムのスループットを大きく低下させない。したがって、本発明の処理を比較的長い時間実行したとしても、全システム時間は、従前の処理のための全システム時間より大きく増加することはない。
【００４７】
本発明においてエッチング量を増加させる他の方法は、化学溶液内の化学物質の濃度を高めることである。濃度を高めることは、以下に詳細に述べる化学物質の供給システムの形態から、本発明の一部として利用可能である。化学溶液の濃度を高くすると、外側ブラシステーション４２０で実行される処理時間を増加させることなく、エッチングレートを上げることができる。
【００４８】
本発明の他の利点は、従来技術の処理と比較して、システム全体のスループットを低下させることなく、エッチングおよびリンスのシーケンス期間を柔軟にすることである。換言すれば、システム全体の処理時間を増加させないで（または多く増加させないで）、基板表面をより除去するためにエッチング時間を増加させたり、基板を次の処理ステーションに移送する前に、基板から化学溶液を除去するためにリンスシーケンスを増加させたりすることができる。これは、従前の処理では、複数回のランプアップシーケンスと２回の化学溶液処理と２回のリンスシーケンスとを必要とするが、本発明では、１回の化学溶液処理と１回のリンスシーケンスとのみを必要とするためである。
【００４９】
本発明の更なる利点は、基板の処理に使用される水の量を減少させることである。リンスサイクルの回数がかなり減るので、使用する水の量も同様に減る。また、本発明では、前述した従来の処理より、脱イオン水の注入に必要な圧力を低下させる。
【００５０】
本発明の別の利点は、従来技術の処理と比較して、ランプアップシーケンスの総数が減るので、使用される化学物質の量をかなり減少させることができることである。使用される化学物質の量が減ることにより、クリーニング/エッチング処理の全体のコストが低下する。
【００５１】
化学物質供給装置：
本発明の背景技術では、低濃度供給システムおよび高濃度供給システムについて説明した。ここで述べる他の供給システムも、本発明において利用可能である。この新しい供給システムは、化学溶液の濃度をより制御できる利点を有するとともに、化学溶液を予め混合する必要も無い。
【００５２】
図５は、化学物質供給システム５００の実施形態を示す。図５に示す化学物質供給システム５００の実施形態では、２つの独立した供給管が備えられている。一方の管（すなわち供給管５１０）はＨＦなどの化学物質を供給し、他方の管（すなわち供給管５２０）は、脱イオン水などの水を供給する。各供給管５１０，５２０には、それぞれ圧力調節器５１１，５２１および流量計５１２，５２２が取り付けられている。ＨＦなどの化学物質と脱イオン水とに対して個別に供給管と圧力調節器と流量計とを設けることにより、ＨＦの圧力と流量とを、脱イオン水の圧力と流量とは独立して制御できる。
【００５３】
供給管５１０，５２０は、化学物質ＨＦと脱イオン水とを、混合マニホールド５３０に供給する。ここで、化学物質と脱イオン水とは、所望の濃度の化学溶液を得るためにブレンド（すなわち混合）される。化学物質の圧力および流量と脱イオン水の圧力および流量とを調節することにより、ユーザは、混合マニホールド５３０で混合される化学溶液の濃度を調整することができる。したがって、供給システム５００は、予め混合された化学溶液を必要としない。
【００５４】
一実施形態では、脱イオン水の流量は１分あたり約３００〜９００リットルの範囲、脱イオン水の水圧は約３０〜５５ｐｓｉの範囲、ＨＦの流量は１分当たり約２００〜１０００ミリリットルの範囲、ＨＦの圧力は約１５〜２０ｐｓｉの範囲に設定される。このとき、化学溶液の濃度は、約０.５〜５パーセントの範囲になる。なお、一方の供給管をいつでも開閉できるようにし、他方の流量と濃度を特定のユーザの希望に応じて使用するようにしてもよい。
【００５５】
なお、供給管のサイズは、特定のクリーニング処理の所望の濃度と体積と流量とに従って、変化させることができる。化学溶液が混合マニホールド５３０で混合された後、化学溶液は一方のブラシステーション内のブラシに供給される。
【００５６】
図５に示すように、化学溶液は、供給システム５００内のブラシ５４０の中空コア５７０に直接供給される。なお、中空コア５７０は、簡単なスペース、管、溝、ポケットなどを備える。化学溶液は、ブラシ５４０によって、均一な濃度で基板に分配される（すなわち与えられる）。
【００５７】
ブラシ５４０は、通常、２種類のブラシ、すなわちブリストルとスポンジブラシとから選択される。本発明の一実施形態では、ＰＶＡスポンジブラシが用いられる。化学溶液（例えばＨＦ溶液）はブラシに供給され、ブラシには化学溶液がムラなく浸される（または染み込む）。図５に示す実施形態では、ブラシは、中空コア５７０の外側リムのスロット（孔）を介して溶液を吸収することによって、化学溶液で浸される。なお、ブラシをムラなく浸すために、他の装置やデバイスを用いることができ、例えば、整流装置や溝などを用いるようにしてもよい。
【００５８】
ブラシ５４０に化学溶液が染み込むときに、ブラシは回転装置５６０で回転させられる。回転装置５６０は、ブラシ５４０を時計回り（または反時計回り）に回す。この結果、基板に化学溶液を与えると同時に、汚染物質を除去し表面をエッチングするために基板をスクラブすることができる。ブラシ５４０には化学溶液が染み込んでいるので、溶液は基板に均一に与えられる。化学溶液の均一な供給は、基板表面のｐＨレベルを制御するために不可欠である。化学溶液の供給が均一でない場合には、汚染物質の除去が不充分または低減し、また、基板表面のエッチングが局部的に不均一になる。
【００５９】
上記の化学物質供給システム（すなわち、圧力調節器付きのブラシを介した化学物質の供給）は、半導体基板に均一に化学溶液を与え、スクラブ処理で使用される化学溶液の量を低減させ、スクラブ中の基板のｐＨプロファイルの維持制御に役立ち、ユーザが化学溶液の濃度を、容易にかつ予め化学溶液を混合しなくても、変更できるようにする。
【００６０】
なお、上記の化学物質供給システム５００では、開示された溶液以外の異なる溶液も使用可能である。例えば、ＳＣＩ、クエン酸、水酸化アンモニウム、アンモニアクエン酸塩などの異なる溶液を、フッ化水素溶液と脱イオン水との代わりに用いることができる。
【００６１】
なお、上記では、基板の両面をスクラブするクリーニングシステム４００に本発明を使用した場合について説明しているが、本発明は、基板の片面だけをスクラブするクリーニングシステムなど、他のクリーニングシステムおよび処理にも使用可能である。
【００６２】
以上、「ＨＦ−ＨＦクリーニングのための方法および装置」について説明した。特定の装置と処理手順と処理パラメータと材料と溶液等などを含む特定の実施形態を説明したが、この開示を読むことにより、開示された実施形態の種々の変形が当業者にとって明らかになるであろう。したがって、実施形態は、広範囲な発明の単なる例示であって、発明を制限するものでない。また、本発明は図示され説明された特定の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
添付図面に、本発明を例示的かつ非限定的に示す。
【図１】従来技術の高濃度化学物質供給システムを示す。
【図２ａ】従来技術のクリーニング処理を用いる第１のブラシステーションのブラシおよび基板表面の化学的プロファイルを示す。
【図２ｂ】従来技術のクリーニング処理を用いる第２のブラシステーションのブラシおよび基板表面の化学的プロファイルを示す。
【図３】従来技術の低濃度化学物質供給システムを示す。
【図４】ＤＳＳ−２００^TMスクラバまたはＳｙｎｅｒｇｙスクラバの形状断面を示す。
【図５】本発明で用いられる化学物質供給システムの一実施形態を示す。
【図６ａ】本発明のクリーニング処理の一実施形態を用いる第１のブラシステーションのブラシおよび基板表面の化学的プロファイルを示す。
【図６ｂ】本発明のクリーニング処理の一実施形態を用いる第２のブラシステーションのブラシおよび基板表面の化学的プロファイルを示す。

Claims

基板クリーニング方法であって、
第１のブラシステーション内に基板を配置する工程と、
前記第１のブラシステーション内に前記基板を配置する工程の前に、所望のクリーニングレベルで前記第１のブラシステーションに供給された化学溶液を、前記基板に供給する工程と、
前記化学溶液で前記基板をスクラブする工程と、
前記基板を前記第１のブラシステーションから第２のブラシステーションに移送する工程と、
前記第１のブラシステーションで使用された前記化学溶液を前記第２のブラシステーションに供給する工程と、
前記第２のブラシステーションへの前記化学溶液の供給を停止する工程と、
前記第２のブラシステーション内の前記基板に水を供給する工程と、
水で前記基板をスクラブする工程であって、水が前記基板の前記化学溶液をリンスする工程と、
を備え
前記化学溶液は、前記基板が除去された後でも、前記所望のレベルで前記第１のブラシステーションに供給される、方法。
請求項１記載の方法であって、
前記第１のブラシステーション内では、アイドルシーケンスによって、前記化学溶液の供給が停止され、水の供給が開始される、方法。
請求項２記載の方法であって、
前記アイドルシーケンスは、前記第１のブラシステーション内に別の基板が配置されない状態で所定時間が経過した後に実行される、方法。
請求項２記載の方法であって、
アイドルシーケンス後、前記第１のブラシステーション内への別の基板の配置前に、ランプアップシーケンスが実行され、これによって、別の基板が前記第１のブラシステーション内に配置される前に、前記化学溶液は前記所望のクリーニングレベルに達する、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記化学溶液は、前記第１のブラシステーション内のブラシを介して、前記基板に供給される、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記化学溶液は、ＨＦ溶液を含む、方法。
請求項６記載の方法であって、
前記ＨＦ溶液は、約０．５ないし５重量パーセントの範囲内の前記所望のクリーニングレベルで供給される、方法。
請求項６記載の方法であって、
前記第１のブラシステーション内で前記基板をスクラブする工程は、前記基板の所望の量がエッチングされるような期間、実行される、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記基板は、前記基板を水でリンスしないで、前記第１のブラシステーションから前記第２のブラシステーションに移送される、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記化学溶液は、前記第２のブラシステーション内のブラシを介して、前記基板に供給される、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記化学溶液を前記第２のブラシステーションに供給するために、ランプアップシーケンスが用いられる、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記化学溶液は、前記第２のブラシステーション内のブラシをクリーニングするために第２のブラシステーションに供給される、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記第２のブラシステーション内で前記基板をスクラブする工程は、前記基板から前記化学溶液がリンスされるような期間に実行される、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、さらに、
前記基板を前記第２のブラシステーションから第３の処理ステーションに移送する工程を備える、方法。
請求項１４記載の方法であって、
前記化学溶液は、第２のブラシステーションから前記第３の処理ステーションに前記基板を移送する工程の前に、前記基板から除去される、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記第１のブラシステーションは、両面スクラバである、方法。
請求項１ないし請求項４のうちの任意の１つに記載の方法であって、
前記第２のブラシステーションは、両面スクラバである、方法。
請求項１４記載の方法であって、
前記第３の処理ステーションは、リンス、スピン、および乾燥を行うステーションである、方法。
ブラシアセンブリ装置であって、
半導体基板をスクラブするためのブラシであって、内部にスペースを有するコアを有する前記ブラシと、
前記ブラシを回転させる回転装置と、
前記コアのスペースに溶液を供給するために配置された溶液供給システムと、
を備え、
前記溶液供給システムは、
前記ブラシの前記コアのスペースに混合溶液を供給する混合マニホールドと、
第１の圧力調整器と第１の流量計とに接続され、第１の溶液を、第１の圧力と第１の流量とで、前記混合マニホールドに供給する第１の供給管と、
第２の圧力調整器と第２の流量計とに接続され、第２の溶液を、第２の圧力と第２の流量とで、前記混合マニホールドに供給する第２の供給管と、
を備え、
前記混合マニホールドは、前記第１の溶液と前記第２の溶液の供給を受けて、前記コアのスペースに供給される前記溶液が所望の濃度になるよう混合する装置。
請求項１９記載の装置であって、
前記ブラシは、ＰＶＡブラシである、装置。
請求項１９記載の装置であって、
前記第１の溶液はＨＦを含み、前記第２の溶液は脱イオン水を含む、装置。