JP6421081B2 - 半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置、及び半導体シリコンウェーハの洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置、及び半導体シリコンウェーハの洗浄方法に関する。

半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置として、図６に示すようなものが知られている。図６の洗浄処理装置２０は、半導体シリコンウェーハＷを支持して回転するテーブル２２と、半導体シリコンウェーハＷの上面に薬液２６を供給する薬液供給部２３と、半導体シリコンウェーハＷを取り囲むカップ２４を有している。半導体シリコンウェーハＷの中央部に滴下された薬液２６は、遠心力によって半導体シリコンウェーハＷの周辺部に移動し、半導体シリコンウェーハＷの全面に供給される。

しかしながら、図６の洗浄処理装置２０において、半導体シリコンウェーハＷの最外周まで到達した薬液２６は、カップ２４に向かってさらに飛散する。このとき、カップ２４のみでは、半導体シリコンウェーハＷから飛散した薬液２６の勢いを抑制するものがなく、カップ２４からの薬液２６の跳ね返りが発生する。この薬液２６の跳ね返りが、ウォータマークの発生や除去されたパーティクルの再付着の原因になる。

この薬液２６の跳ね返りを抑制するために、カップ２４に親水性のスポンジ等の薬液吸収体を設けることや、カップ２４の内側にメッシュ状の跳ね返り抑制体を設けること（例えば、特許文献１参照）が提案されている。さらに、特許文献２には、メッシュ状の跳ね返り抑制体として、金属製の金網を設けることが開示されている。

特開２０００−１５０３６５号公報 特開平８−０８９８６４号公報 特開２０１４−２０７３２０号公報

しかしながら、親水性のスポンジ等の薬液吸収体や金属メッシュでは、薬液として用いられるオゾン水やフッ酸に弱く、材質自体が劣化し、発塵源となり、ウェーハを汚染するといった問題があり、適切な材料を選択する必要がある。
また、スポンジではウェーハから飛散した薬液の吸収量に限界があり、飽和してしまうと機能しなくなるという問題がある。

一方、特許文献３には、カップの内側にメッシュ部材を設けることが開示されており、このメッシュ部材の材質をテフロン（登録商標）とすることも開示されている。

しかしながら、ウェーハから飛散した薬液の跳ね返りを抑制するという点で、改善の余地があった。
特に、直径４５０ｍｍウェーハを用いた枚葉洗浄では使用する薬液量も多く、遠心力によりウェーハから脱離した薬液の流速も速いため、メッシュ部材やカップに当たった薬液のウェーハへの跳ね返りを抑制することは非常に困難になってきている。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、半導体シリコンウェーハを支持して回転するテーブルと、前記半導体シリコンウェーハの上面に薬液を供給する薬液供給部と、前記半導体シリコンウェーハを取り囲むカップとを備えた半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置であって、前記カップの内側に、塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造が設けられ、前記メッシュ構造の繊維幅が５０μｍ以上、１５０μｍ以下であり、前記メッシュ構造のオープニング幅が２００μｍ以上、４００μｍ以下であり、前記メッシュ構造の開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が５０％以上であることを特徴とする半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置を提供する。

このように、カップの内側に塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造を設けるとともに、このメッシュ構造の繊維幅、オープニング幅、開口率を上記の範囲とすることで、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる。

このとき、前記半導体シリコンウェーハの上面と同じ平面における前記メッシュ構造と、前記カップとの間の距離が、１０ｍｍ以上であることが好ましい。
メッシュ構造とカップとの間の距離を上記の範囲とすることで、メッシュ構造を通過した薬液がカップで跳ね返って再びメッシュ構造を通過して戻ってくることや、メッシュ構造を通過した薬液がカップで跳ね返ってメッシュ構造に付着し、メッシュ構造の機能が低下することを抑制することができる。

本発明の半導体ウェーハの洗浄処理装置においては、前記メッシュ構造は、前記テーブルの上面に対して垂直になるように設けることができる。
メッシュ構造を上記のように設けることにより、装置内を流れる気流を制御して薬液の跳ね返りを効果的に抑制することができる。

また、本発明の半導体ウェーハの洗浄処理装置においては、前記メッシュ構造は、前記カップの外周に向かって下方に傾斜するように設けることができる。
メッシュ構造を上記のように設けることによっても、装置内を流れる気流を制御して薬液の跳ね返りを効果的に抑制することができる。

また、本発明は、上記の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置を用いて、前記半導体シリコンウェーハを洗浄することを特徴とする半導体シリコンウェーハの洗浄方法を提供する。

このような半導体シリコンウェーハの洗浄方法であれば、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生が抑制された洗浄方法とすることができる。

以上のように、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置であれば、ウェーハの洗浄時に薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる。また、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄方法であれば、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生が抑制された洗浄方法とすることができる。

本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の一実施形態を示す図である。 図１のメッシュ構造を正面から見た拡大図である。 本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の他の実施形態を示す図である。 実施例１の洗浄処理装置を用いて洗浄した半導体シリコンウェーハのパーティクルマップを示した図である。 実施例２の洗浄処理装置を用いて洗浄した半導体シリコンウェーハのパーティクルマップを示した図である。 従来の半導体ウェーハの洗浄処理装置であり、比較例１の洗浄処理装置である洗浄処理装置を示す図である。 比較例１の洗浄処理装置を用いて洗浄した半導体シリコンウェーハのパーティクルマップを示した図である。

上述したように、図６に示すような従来の洗浄処理装置において、カップからの薬液の跳ね返りが発生し、この薬液の跳ね返りが、ウォータマークの発生や除去されたパーティクルの再付着の原因になっている。また、カップの内側にメッシュ部材を設けたものにおいても、ウェーハから飛散した薬液の跳ね返りを抑制するという点で、改善の余地があった。特に、４５０ｍｍウェーハを用いた枚葉洗浄では使用する薬液量も多く、遠心力によりウェーハから脱離した薬液の流速も速いため、メッシュ部材やカップに当たった薬液のウェーハへの跳ね返りを抑制することは非常に困難になってきている。

そこで、本発明者らは、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置について鋭意検討した。その結果、カップの内側に塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造を設けるとともに、このメッシュ構造の繊維幅、オープニング幅、開口率を上記の範囲とすることで、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができることを見出し、本発明をなすに至った。

以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

まず、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の一実施形態について、図１、２を参照しながら説明する。ここで、図１は本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の一実施形態を示す図であり、図２は図１のメッシュ構造１５を正面から（すなわち、メッシュ構造のなす面と垂直な方向から）見た拡大図である。

図１の洗浄処理装置１０は、半導体シリコンウェーハＷを支持して回転するテーブル１２と、半導体シリコンウェーハＷの上面に薬液１６を供給する薬液供給部１３と、半導体シリコンウェーハＷを取り囲むカップ１４を有し、カップ１４の内側には、塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造１５が設けられている。
メッシュ構造１５の繊維幅１７（図２参照）は５０μｍ以上、１５０μｍ以下であり、メッシュ構造１５のオープニング幅１８（図２参照）は、２００μｍ以上、４００μｍ以下であり、メッシュ構造１５の開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）は５０％以上である。

メッシュ構造１５の繊維幅１７、オープニング幅１８、開口率を上記の範囲とすることで、飛散した薬液１６がメッシュ構造１５によって跳ね返らずに通過する確率を増加させ、かつ、メッシュ構造１５を通過してカップ１４に当たって跳ね返った薬液の飛沫（ミスト）が再度メッシュ構造１５を通過して戻ってくる確率を低減させることができるので、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる。

図１の洗浄処理装置１０において、半導体シリコンウェーハＷの上面と同じ平面におけるメッシュ構造１５と、カップ１４との間の距離Ｄが、１０ｍｍ以上であることが好ましい。
メッシュ構造１５とカップ１４との間の距離Ｄを上記の範囲とすることで、メッシュ構造１５を通過した薬液１６がカップ１４で跳ね返って再びメッシュ構造１５を通過して戻ってくることや、メッシュ構造１５を通過した薬液１６がカップ１４で跳ね返ってメッシュ構造１５に付着し、メッシュ構造１５の薬液を通過させるという機能が低下することを抑制することができる。

図１の洗浄処理装置１０において、メッシュ構造１５は、テーブル１２の上面に対して垂直になるように設けられている。
メッシュ構造１５を上記のように設けることにより、装置内を流れる気流を制御して薬液の跳ね返りを効果的に抑制することができる。

次に、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の他の実施形態について、図３を参照しながら説明する。ここで、図３は本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の他の実施形態を示す図である。

図３の洗浄処理装置１１は、メッシュ構造１５’が、カップ１４の外周に向かって下方に傾斜するように設けられている点を除いて、図１の洗浄処理装置１０と同様である。
メッシュ構造１５’を上記のように設けることによっても、装置内を流れる気流を制御して薬液１６の跳ね返りを効果的に抑制することができる。

次に、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄方法について説明する。

本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄方法は、上記で説明した図１の洗浄処理装置１０又は図３の洗浄処理装置１１を用いて、半導体シリコンウェーハＷを洗浄するものである。
このような洗浄方法であれば、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生が抑制された洗浄方法とすることができる。

以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図１の洗浄処理装置１０を用いて、直径が４５０ｍｍの半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。
ただし、洗浄は以下の条件を用いて行った。
洗浄フロー ：オゾン水 → フッ酸 →オゾン水 → 乾燥
オゾン水濃度 ：２０ｐｐｍ
フッ酸濃度 ：０．５重量％
薬液処理時回転速度：５００ｒｐｍ
乾燥時回転速度 ：１０００ｒｐｍ

また、メッシュ構造１５は、繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が以下のものを用いた。
繊維幅 ：１１０μｍ
オープニング幅 ：３１３μｍ
開口率 ：５５％
さらに、メッシュ構造１５とカップ１４との距離Ｄは３０ｍｍとした。

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製 Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ３を用いて、パーティクルマップを測定した。その結果を図４に示す。なお、上記の測定装置において、検出されたパーティクルの数は欠陥数として出力される。図４からわかるように、洗浄後の半導体シリコンウェーハにおいて、ウォータマーク、パーティクル密集は見られず、パーティクル数も低減されている。ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（実施例２）
図３の洗浄処理装置１１を用いて、直径が４５０ｍｍの半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。
洗浄は実施例１と同じ条件とし、メッシュ構造１５’の繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）は、実施例１と同じとした。
また、メッシュ構造１５’とカップ１４との距離Ｄは３０ｍｍとした。

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。その結果を図５に示す。図５からわかるように、洗浄後の半導体シリコンウェーハにおいて、ウォータマーク、パーティクル密集は見られず、パーティクル数も実施例１と比べてさらに低減されている。ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（実施例３）
実施例２と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造１５’は、繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が以下のものを用いた。
繊維幅 ：５０μｍ
オープニング幅 ：２０４μｍ
開口率 ：６５％

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（実施例４）
実施例２と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造１５’は、繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が以下のものを用いた。
繊維幅 ：８０μｍ
オープニング幅 ：２３８μｍ
開口率 ：５６％

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（実施例５）
実施例２と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造１５’は、繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が以下のものを用いた。
繊維幅 ：１５０μｍ
オープニング幅 ：３５８μｍ
開口率 ：５０％

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（比較例１）
図６の洗浄処理装置２０を用いて、直径が４５０ｍｍの半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。
洗浄は実施例１と同じ条件とした。

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。その結果を図７に示す。図７からわかるように、ウェーハ外周部に、薬液の跳ね返りであるライン状のウォータマークや、薬液の飛沫（ミスト）によるパーティクル密集が発生しており、パーティクル数も実施例１、２と比較して多くなっている。ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（比較例２）
実施例２と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造１５’は、繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が以下のものを用いた。
繊維幅 ：８０μｍ
オープニング幅 ：８９μｍ
開口率 ：２８％

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（比較例３）
実施例２と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造１５’は、繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が以下のものを用いた。
繊維幅 ：８０μｍ
オープニング幅 ：１１５μｍ
開口率 ：３５％

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（比較例４）
実施例２と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造１５’は、繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が以下のものを用いた。
繊維幅 ：１１０μｍ
オープニング幅 ：１４４μｍ
開口率 ：３２％

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

（比較例５）
実施例２と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造１５’は、繊維幅、オープニング幅、開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が以下のものを用いた。
繊維幅 ：２５０μｍ
オープニング幅 ：７６６μｍ
開口率 ：５７％

洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例１と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数（パーティクル数）を表１に示す。

表１からわかるように、メッシュ構造を設け、メッシュ構造の繊維幅を５０μｍ以上、１５０μｍ以下とし、メッシュ構造のオープニング幅が２００μｍ以上、４００μｍ以下とし、メッシュ構造の開口率を５０％以上とした実施例１−５においては、ウォータマーク、パーティクル密集は見られず、メッシュ構造を設けない比較例１、メッシュ構造のオープニング幅、開口率が上記の範囲にない比較例２−４、メッシュ構造の繊維幅、オープニング幅が上記の範囲にない比較例５と比べて、欠陥数（パーティクル数）が低減されている。
一方、メッシュ構造を設けない比較例１、メッシュ構造のオープニング幅、開口率が上記の範囲にない比較例２−４は、ウォータマーク、パーティクル密集が発生し、メッシュ構造の繊維幅、オープニング幅が上記の範囲にない比較例５は、ウォータマーク、パーティクル密集は見られなかったものの、実施例１−５と比べて欠陥数（パーティクル数）が増加している。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１０、１１…洗浄処理装置、 １２…テーブル、 １３…薬液供給部、
１４…カップ、 １５、１５’…メッシュ構造、 １６…薬液、 １７…繊維幅、
１８…オープニング幅、
２０…洗浄処理装置、 ２２…テーブル、 ２３…薬液供給部、 ２４…カップ、
２６…薬液、 Ｗ…半導体シリコンウェーハ、 Ｄ…距離。

Claims (5)

1. 半導体シリコンウェーハを支持して回転するテーブルと、
   前記半導体シリコンウェーハの上面に薬液を供給する薬液供給部と、
   前記半導体シリコンウェーハを取り囲むカップと
   を備えた半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置であって、
   前記カップの内側に、塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造が設けられ、
   前記メッシュ構造の繊維幅が５０μｍ以上、１５０μｍ以下であり、前記メッシュ構造のオープニング幅が２００μｍ以上、４００μｍ以下であり、前記メッシュ構造の開口率（｛（オープニング幅）^２／（オープニング幅＋繊維幅）^２｝×１００）が５０％以上であることを特徴とする半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置。
2. 前記半導体シリコンウェーハの上面と同じ平面における前記メッシュ構造と、前記カップとの間の距離が、１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置。
3. 前記メッシュ構造は、前記テーブルの上面に対して垂直になるように設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置。
4. 前記メッシュ構造は、前記カップの外周に向かって下方に傾斜するように設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置を用いて、前記半導体シリコンウェーハを洗浄することを特徴とする半導体シリコンウェーハの洗浄方法。

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