JP4707730B2 - 半導体ウェーハの洗浄装置、及び半導体ウェーハの洗浄方法 - Google Patents
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また、この2流体ジェット洗浄装置を応用して、一旦除去されたパーティクルが半導体ウェーハへ再付着することを防止するという観点で、2流体とは別の気体を半導体ウェーハ上に噴射する技術も知られている(特許文献1参照)。
発明者らは、背景技術の項で述べた2流体ジェット洗浄装置を用いても微細なパーティクルを除去できないという現象を解析するために、各種の実験を行い、その実験結果を分析した。
水で濡らした半導体ウェーハを回転させて半導体ウェーハ上の水の膜厚を測定した。図1は、半導体ウェーハを回転速度500rpmで回転させた場合の、経過時間と、半導体ウェーハ上の水の膜厚と、半導体ウェーハの中心からの距離との関係を示す。同図の横軸は半導体ウェーハの中心からの距離(mm)を表し、縦軸は水の膜厚(nm)を表す。水の膜厚は、光の干渉を利用して求めたものである。同図には、水の供給を止めた時からの時間として記載してある。つまり水の供給を停止してからは、ウェーハ上の水は回転によりウェーハから排出される。同図には5秒、10秒、20秒、30秒、40秒、及び50秒経過後の水の膜厚のグラフが示される。
但し、上記の結果は、乾燥プロセス条件(回転数、加速度)、及び下地の膜種、及び立体形状にも依存する。
つまり、濡れた半導体ウェーハ上には常時約70nm以下のスタグナントレイヤーが存在する事が分かった。
なお、説明を明確化するため、水滴103の大きさはスタグナントレイヤー101等と比較して縮小して表している。
しかし、大部分がスタグナントレイヤー101内に埋もれている小径のパーティクル110は、水滴衝突流体層120の力を有効に受けることができないので、除去されない。
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。
以下の実施形態では、前述のスタグナントレイヤー101を薄くして、そこから露出させたパーティクルに物理的に力を加えて除去することを基本的な原理とする。
なお、洗浄対象の半導体ウェーハは、その表面が親水性であり、凹凸を有するパターンが形成されているものとする。
図3〜図5を参照して本発明の第1の実施形態について説明する。
図3は、本実施形態に係る半導体ウェーハの洗浄装置の主要部を概略的に表す概念図である。同図に示す様に、この半導体ウェーハの洗浄装置は、2流体ジェットノズル301と、気体ジェットノズル302とを備える、3流体ジェットノズル300を備える。
この洗浄装置は2流体に加えてそれとは別の流体も用いるので、本明細書においては3流体ジェット洗浄装置と称す。
同図に示す様に、2流体ジェットノズル301は、その中心部に液体通路400を備え、液体通路400を同心円状に取り囲む様に気体通路401を備える。導入口304から供給された液体は内側の液体通路400を通過し、気体は外側の気体通路401を通過して、2流体ジェットノズル301の先端の噴射口301bから混合された液滴ミスト307として噴射される。液体と気体とは、液体と気体との混合点より下流側でより効果的に混合された液滴ミスト307となる。なお、外側に液体、内側に気体が供給されても良い。
まず、図示しないステージが半導体ウェーハ100を水平に保持すると共に、半導体ウェーハ100の中心を通る鉛直軸の周りで回転させる。回転数は、例えば300〜500rpmである。
なお、半導体ウェーハ100の表面には、液滴ミスト307により濡れた領域310が形成される。
気体308がスタグナントレイヤー101に対して噴射されると、気体308の圧力によりその厚さが薄くなる。つまり、図5に示す様に、スタグナントレイヤー101は図2よりも薄くなり、微細なパーティクル110〜112は図2よりも更にスタグナントレイヤー101の外部に露出する。
つまり、気体308が噴射されている間、スタグナントレイヤー101は常に薄く保持されるので、水滴103を半導体ウェーハ表面に近づけることができ、パーティクルが除去され易くなる。
次に、図6を参照して第1の実施形態の第1の変形例について説明する。本変形例では、気体ジェットノズル602の角度が自由に調節可能である点が第1の実施形態と異なる。
同図に示す様に、気体ジェットノズル602は、ホース603,604の間に調節ネジ605を備え、ホース604と、2流体ジェットノズル301との間に調節ネジ606を備える。この様な構成により、気体ジェットノズル602は、調節ネジ605,606を用いて先端の噴射口602aの向きが自由に調節できるので、気体308の噴射方向を調節できる。
次に、第1の実施形態の第2の変形例について説明する。本変形例は、気体ジェットノズル302の角度を第1の実施形態と異ならしめるものである。
つまり、図3を参照して、気体ジェットノズル302の角度は、液滴ミスト307が噴射されるに先立ち、3流体ジェットノズル300のスキャンの方向に合わせて高速の気体308が噴射される様に設定される。例えば、3流体ジェットノズル300のスキャン方向が図3において右方向から左方向であれば、気体308は液滴ミスト307が噴射される領域の左側の領域に予め噴射される。3流体ジェットノズル300がスキャンされるので、予め気体308が噴射されてスタグナントレイヤー101が薄くなった領域に、続いて到達する液滴ミスト307に含まれる水滴103が衝突する。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。本実施形態では、気体308の噴射速度を変化させながら洗浄する点が、第1の実施形態と異なる。
即ち、本実施形態では、第1の実施形態に係る半導体ウェーハの洗浄装置を用いて、角度を変えて斜め方向から気体308を噴射する際に、半導体ウェーハ100の表面のパターンの大きさに応じて、その噴射速度を高速、または低速に変化させる。具体的には、パターンの大きさが小さい部分(例えば、パターン幅が約40nm以下の微細パターン)では、気体308の噴射速度を第1の実施形態よりも低速にして、パターンの大きさが大きい部分や、パターンが存在せず平面的な部分では、その噴射速度を第1の実施形態よりも高速にする。
次に、図7を参照して本発明の第3の実施形態について説明する。本実施形態では、2組の気体ジェットノズル700,701を備える点が、第1の実施形態と異なる。
即ち、図7に示す様に、3流体ジェットノズル710は気体308の導入口704,705、及び気体と液体の導入口706を備える。また、貫通している2組の気体通路707,708を設置し、2組の気体ジェットノズル700,701のそれぞれの噴射口700a,701aと通じる構造をしている。この2組の気体ジェットノズル700,701を有する構成により、第1の実施形態よりも自由度が高く気体308と液滴ミスト307とを個別に操作して、混合せずに噴射することができる。従って、洗浄の要求に従って、それぞれを自由にコントロールする事が可能である。
次に、図8を参照して本発明の第4の実施形態について説明する。
本実施形態では、2流体ジェットノズルと気体ジェットノズルとは一体の一体型ノズル(3流体ジェットノズル)として構成される点が第1の実施形態と異なる。
図8は、本実施形態に係る3流体ジェットノズルの断面図を表す。同図に示す様に、この3流体ジェットノズル800は、中心部の液体通路400、及び液体通路400を取り囲む様に同心円状に配置された気体通路401から構成される2流体ジェットノズルと、気体通路401を取り囲む様に配置された同心円状の気体通路801とを備える。
また、本実施形態によれば、第1の実施形態の気体ジェットノズル302が占有する空間が不要であるため、プロセススペースの削減ができる。
例えば、スタグナントレイヤーを薄くした後に、2流体ジェット洗浄以外の方法により微細なパーティクルに力を加えて除去しても良い。
また、2流体ジェットノズルの外部で生成された液滴ミストが2流体ジェットノズルに供給されても良い。
さらに、本発明の実施形態に係る半導体ウェーハの洗浄装置、及び半導体ウェーハの洗浄方法は、液晶表示装置のガラス基板等、半導体ウェーハ以外の基板の洗浄に用いることもできる。
Claims (5)
- 第1の気体を半導体ウェーハの表面に噴射して、前記半導体ウェーハの前記表面に存在するスタグナントレイヤーの厚さを薄くする気体ノズルを備えた気体噴射装置と、
液体と第2の気体の2流体を混合させた液滴ミストを、前記半導体ウェーハの前記スタグナントレイヤーの厚さが薄くなった領域に噴射する2流体ノズルを備えた2流体噴射装置と、
を備える事を特徴とする半導体ウェーハの洗浄装置。 - 前記半導体ウェーハを保持して回転させる保持部と、
前記2流体ノズルと前記気体ノズルとを、前記半導体ウェーハの前記表面に沿ってスキャンさせる走査部と、
を備え、
前記半導体ウェーハの前記表面は親水性である事を特徴とする請求項1に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。 - 前記液滴ミストは前記半導体ウェーハの前記表面に対してほぼ垂直に、前記第1の気体は前記半導体ウェーハの前記表面に対して垂直からある角度を持って、噴射可能に構成されている事を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
- 前記2流体ノズルと前記気体ノズルとは一体の一体型ノズルとして構成され、
前記一体型ノズルは、前記液体と前記第1の気体と前記第2の気体とを流通させた後に噴射させるものとして構成されている事を特徴とする請求項1から請求項3の何れかに記載の半導体ウェーハの洗浄装置。 - 第1の気体と、液体と第2の気体の2流体を混合させた液滴ミストと、を半導体ウェーハの表面に噴射するようにした半導体ウェーハの洗浄方法であって、
前記第1の気体を前記半導体ウェーハの前記表面に噴射して、前記半導体ウェーハの前記表面に存在するスタグナントレイヤーの厚さを薄くし、
この状態において、前記液滴ミストを前記半導体ウェーハの前記スタグナントレイヤーの厚さが薄くなった領域に噴射する事を特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法。
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