JP6500797B2 - 枚葉式ウェーハ洗浄処理装置及びウェーハ洗浄処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、枚葉式ウェーハ洗浄処理装置及びウェーハ洗浄処理方法に関する。

半導体ウェーハ等のウェーハを洗浄する装置としては、複数枚のウェーハを薬液が充填された薬液槽に浸漬して洗浄するバッチ方式の洗浄処理装置と、１枚のウェーハを回転させ、そのウェーハに対して薬液を噴射して洗浄する枚葉方式の洗浄処理装置がある。近年では、半導体デバイスの微細化やウェーハの大型化にともない、洗浄効果の高い枚葉方式の洗浄処理装置が用いられる傾向にある（特許文献１）。

枚葉方式の洗浄処理装置として、チャンバーと呼ばれる洗浄処理装置筐体と、チャンバーの上部に設けられエアーを給気する給気部と、チャンバーの下部に設けられ排気を行う排気部と、ウェーハを保持し回転させるテーブル部と、ウェーハ上に薬液を供給するノズル部と、飛散した薬液を回収又は排液するためのカップ部で構成される枚葉式洗浄処理装置が知られている。

このような従来の枚葉式洗浄処理装置においては、給気部と排気部の風速や風量を計測（監視）し、それらのバランスを調整することによって洗浄処理装置内部の圧力を制御している。

特開２００７−３５８６６号公報

このような枚葉式洗浄処理装置を使用した場合の問題について本発明者らは鋭意研究を行い、以下のことを見出した。ウェーハの洗浄を行うにあたり最も問題となるのが、回転しているウェーハへ吐出した薬液が飛散した際に起きるカップ部からの跳ね返りや、ウェーハとテーブル部が回転する際にウェーハの端部で発生する乱流により薬液のミストがウェーハ上へ付着し、ウェーハを汚染することである。飛散した薬液の跳ね返りやミストにより薬液がウェーハに付着すれば、単にウェーハ表面を汚染するだけでなく、ウェーハ表面の表面粗さを悪化させる要因やエッチング等の原因ともなる。また、純水やオゾン水などがウェーハに付着するとウォーターマークの原因となる。

従来の枚葉式洗浄処理装置では、給気部や排気部での風量や風速を制御しているが、それは装置内部の圧力を制御するためであり、ウェーハ端で発生する乱流の制御は行っていない。

このウェーハ端で発生する乱流が制御されていないと、給気部や排気部での風速や風量を制御しても、結局、ウェーハとテーブル部の回転中に供給された薬液が飛散した際にカップ部にあたりミストとなったものがウェーハ上に付着し、パーティクル、ウォーターマーク、エッチング等の汚染源となってしまっていた。

また、この乱流を抑制するために、給気部や排気部での風速を大きく上昇させると、カップ構造と強い気流による渦が発生し、ミストの巻き戻りが発生するなどの問題が生じていた。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、枚葉式のウェーハ洗浄処理装置を用いてウェーハの洗浄を行う場合に、乱流の影響により発生する、薬液のミスト等によるウェーハ表面の欠陥を抑制することができる枚葉式ウェーハ洗浄処理装置及びウェーハ洗浄処理方法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、チャンバー内に配置されたカップ部と、該カップ部内に配置され、ウェーハを保持し回転するテーブル部と、前記ウェーハに薬液を供給するノズル部とを具備する枚葉式のウェーハ洗浄処理装置であって、
前記チャンバーに設けられた給気部と、
該給気部の風量を調整する給気風量可変機構と、
前記チャンバーに設けられた排気部と、
該排気部の風量を調整する排気風量可変機構と、
前記テーブル部に保持されるウェーハの端部の位置の風速を測定する風速計とを備えるものであることを特徴とする枚葉式ウェーハ洗浄処理装置を提供する。

このように、ウェーハの端部の位置の風速を測定する風速計を備える枚葉式ウェーハ洗浄処理装置であれば、回転していない時のウェーハの端部の位置の風速を測定しつつ、給気風量可変機構と排気風量可変機構により該風速を適切な値に調整することができる。そして、調整した状態でウェーハを回転させつつ洗浄処理することができる。これにより、ウェーハの端部の位置での洗浄時の乱流の発生とそれによるミスト等の巻き上がりを抑制することができ、洗浄処理する際にウェーハ表面にミスト等の付着による欠陥が発生することを防止することができる。

このとき、前記風速計は、前記ウェーハの端部の測定位置から退避可能なものであることが好ましい。

このように、風速計が退避可能であれば、ウェーハの洗浄処理を開始する前に、風速計をウェーハの端部の測定位置から退避させ、飛散した薬液が風速計に当たらないようにすることができ、風速計からの薬液の跳ね返りをより確実に防止することができる。さらに、風速計に薬液が付着し風速測定に影響を与えることをより確実に防ぐことができる。

このとき、前記枚葉式ウェーハ洗浄処理装置は、前記チャンバーの内外の差圧を測定する圧力計をさらに備えるものであることが好ましい。

このような圧力計を備えることで、チャンバーの内外の差圧を測定することができ、給気風量可変機構と排気風量可変機構を調整することによりチャンバー内の圧力をチャンバー外の圧力に比べて適切な範囲内とすることができる。すなわち、チャンバー内が過度の陰圧又は陽圧になることを防ぎ、それらを起因としてウェーハ表面に欠陥が発生することをより効果的に防止することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明は、チャンバー内に配置されたカップ部を有し、該カップ部内に配置されたテーブル部により保持され、回転されるウェーハに、ノズル部から薬液を供給しつつ前記ウェーハを枚葉式で洗浄処理するウェーハ洗浄処理方法であって、
前記テーブル部が回転していない時の、前記テーブル部に保持されたウェーハの端部の位置の風速を風速計により測定しつつ、該風速が１．０ｍ／ｓｅｃ以上となるように、前記チャンバー内への給気の風量と前記チャンバー外への排気の風量のうち１つ以上を調整した状態で、前記テーブル部を回転させつつ前記ウェーハを洗浄処理することを特徴とするウェーハ洗浄処理方法を提供する。

このように、回転していない時のウェーハの端部の位置の風速を風速計により測定しつつ、該風速が１．０ｍ／ｓｅｃ以上になるように調整することができる。そして、調整した状態でウェーハを回転させつつ洗浄処理を行えば、洗浄時の乱流の発生とそれによるミスト等の巻き上がりを抑制することができ、洗浄処理する際にウェーハ表面にミスト等が付着することによる欠陥の発生を防止することができる。

このとき、前記風速の測定後、前記ウェーハを洗浄処理する前に、前記風速計を前記ウェーハの端部の測定位置から退避させることが好ましい。

このように、ウェーハを洗浄処理する前に風速計を測定位置から退避させることにより、飛散した薬液が風速計に当たらないようにすることができ、風速計からの薬液の跳ね返りをより確実に防止することができる。さらに、風速計に薬液が付着し風速測定に影響を与えることをより確実に防ぐことができる。

このとき、前記ウェーハの端部の位置の風速を調整する際に、前記チャンバーの内外の差圧を０〜５Ｐａの範囲内とすることが好ましい。

このようにチャンバーの内外の差圧を０〜５Ｐａの範囲内にすることで、チャンバー内が過度の陰圧や陽圧にならないようにして、陰圧又は陽圧に起因する欠陥がウェーハ表面に発生することをより効果的に防止することができる。

以上のように、本発明の枚葉式ウェーハ洗浄処理装置及びウェーハ洗浄処理方法によれば、ウェーハの回転時にウェーハの端部で発生する乱流によるミスト等のウェーハへの付着を防止し、ミスト等によるウェーハ表面の欠陥数の増加を効果的に抑制することができる。

本発明の枚葉式ウェーハ洗浄処理装置の一例を示す概略図である。 実施例及び比較例による、ウェーハの端部の位置の風速と増加欠陥数の関係を示すグラフである。

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、本発明はこれらに限定されるものではない。

まず、本発明の枚葉式ウェーハ洗浄処理装置について、図１を参照して説明する。図１は、本発明の枚葉式ウェーハ洗浄処理装置の一例を示す概略図である。

図１の枚葉式ウェーハ洗浄処理装置１００は、チャンバー１と、カップ部２と、チャンバー１に設けられた給気部３と、該給気部３の風量を調整する給気風量可変機構４と、チャンバー１に設けられた排気部５と、該排気部５の風量を調整する排気風量可変機構６と、ウェーハＷを保持し、回転駆動するテーブル部７と、ウェーハＷに薬液１３を供給するノズル部８と、テーブル部７に保持されるウェーハＷの端部の位置の風速を測定する風速計９とを備えている。さらに、枚葉式ウェーハ洗浄処理装置１００は、チャンバー内とチャンバー外の差圧を測定する圧力計１０と、風速計９をウェーハＷの端部の位置から退避させることができる機構（風速計退避機構）１１とを備えていてよい。

チャンバー１は、枚葉式ウェーハ洗浄処理装置１００を構成する筐体であり、カップ部２、テーブル部７、及びノズル部８などを収容している。カップ部２は、チャンバー内に設けられ、ウェーハＷの回転により周囲に飛散した薬液１２を回収又は排液するためのものであり、ウェーハＷを取り囲むように設けられている。カップ部２は、図１に示すように、上部に内側に向かって傾斜のついた部分を有しており、この傾斜のついた部分の水平との角度は、例えば、１５〜３０°とすることができる。

給気部３は、チャンバー１の上部に設けられ、例えば、温度及び湿度が制御された空気（エアー）をチャンバー１内に供給する機能を有する。しかしながら、給気部３がチャンバー１内に供給する気体は空気に限定されるものではない。給気風量可変機構４は、給気部３によりチャンバー１内に供給する気体の風量（及び／又は風速）を調整する機能を有する。給気風量可変機構４は、例えば、ファンの形態とすることができ、ファンの回転数を増減することで、風量を調整することが可能であるが、ファンの形態に限定されるものではない。

排気部５は、チャンバー１の下部に設けられ、チャンバー１内の排気を行う機能を有する。排気風量可変機構６は、排気部５、例えば排気部５のダクト等に設けられ、排気部５における排気の風量（及び／又は風速）を調整する機能を有する。排気風量可変機構６は、例えば、ダンパの形態とすることができ、ダンパの開閉を制御することで、排気部５の風量を調整することが可能であるが、ダンパの形態に限定されるものではない。

テーブル部７は、回転駆動するテーブル１４と該テーブル１４上に設けられた複数の保持ピン１５から構成され、保持ピン１５でウェーハＷを外周側から保持する。ノズル部８は、ウェーハＷの上方に設けられ、ウェーハＷの主表面に、例えば、フッ酸等の薬液、オゾン水、及び純水等を供給する複数のノズルを有していてもよい。

風速計９は、風速測定位置がウェーハＷの端部の位置となるように設けられる。このウェーハＷの端部の位置において、ウェーハＷとテーブル部７が回転する際に（洗浄時に）乱流が発生する。風速計９により、洗浄時に乱流が発生する位置においてテーブル部７が回転していない時（非洗浄時）の風速を正確に測定することができる。風速計９として、例えば、熱線式風速計を用いることができるが、これに限定されるものではない。

このように、風速計９を備えているので、ウェーハＷの端部の位置での、非洗浄時における風速を正確に測定し、給気風量可変機構４と排気風量可変機構６により該風速を適切な値に調整することができる。ここで言う非洗浄時の適切な風速値とは、その風速の条件（給気風量や排気風量など）の下、洗浄を始めても（テーブル部７を回転させても）、ウェーハＷの端部で乱流が発生しないような値を意味する。これにより、洗浄時に乱流の発生とそれによるミスト等の巻き上がり（巻き戻し）を抑制することができ、洗浄処理する際にウェーハＷの表面にミスト等による欠陥が発生することを防止することができる。

風速計９は、位置や高さを調整可能な構成とすることができる。また、風速計９は、風速計退避機構１１により、手動又は自動で、飛散した薬液１２が当たらない位置（待機位置）まで退避させることができる。風速計９がウェーハＷの端部の位置に固定されたままであると、ウェーハＷの洗浄処理の間に、ウェーハＷから飛散した薬液１２が風速計９に当たることがある。風速計退避機構１１により、風速計９を待機位置まで移動させることにより、飛散した薬液１２の風速計９による跳ね返りをより確実に防止することができる。さらに、風速計９に飛散した薬液１２が付着して、その後の風速測定に影響を与えることを防止することができる。風速計退避機構１１は、例えば、複数の方向に移動可能とするロボットアームとすることができる。あるいは、風速計退避機構１１は、図１における上方向、又は左上方向などの特定の方向のみに手動又は自動で移動可能な簡易なものでもよい。また、風速計９は、風速測定位置から取り外し可能なものとすることもでき、風速の測定と調整が終了した後に枚葉式ウェーハ洗浄処理装置１００から取り外されてもよい。

ウェーハＷの端部の位置での風速の調整は、給気風量可変機構４によるチャンバー１内への給気と排気風量可変機構６によるチャンバー１からの排気のバランスを調整することにより、実施することができる。この風速の調整は、手動で給気風量可変機構４と排気風量可変機構６を調整することにより行うことができ、また、風速の値を設定し、風速がその値となるように給気風量可変機構４と排気風量可変機構６を自動で制御する構成とすることもできる。さらに、手動と自動とによる調整を組み合わせた制御とすることもできる。

枚葉式ウェーハ洗浄処理装置１００は、さらに、チャンバー１の内外の差圧を測定する圧力計１０を備えていてもよい。圧力計１０は、チャンバー１の内外にそれぞれ圧力検出部を有し、それにより差圧を求めるものとすることができる。あるいは、例えば、枚葉式ウェーハ洗浄処理装置１００が所定の圧力のクリーンルーム等に設置されている場合は、チャンバー１の内部の圧力だけを測定して、測定されたチャンバー内圧力と所定のチャンバー外圧力を比較して差圧を求めてもよい。

ここで、チャンバー１内が過度に陰圧（負圧）の時には、外気のチャンバー１内への流入が発生しパーティクル等の汚染源となりうる。一方、チャンバー１内が過度に陽圧の時は、発生しているミストが給気部から供給された気体により巻き上がり排気されずにウェーハ上に付着して汚染源となることがある。圧力計１０により、チャンバー１の内外の差圧を適切な範囲内に調整することができ、その状態で洗浄処理を行えば、チャンバー１内の過度の陰圧や陽圧によるウェーハＷへの汚染源の付着及びそれによる欠陥の発生をより確実に防止することができる。

次に、本発明のウェーハ洗浄処理方法について、図１を参照して説明する。
本発明のウェーハ洗浄処理方法は、例えば、図１に示した枚葉式ウェーハ洗浄処理１００を用いたウェーハ洗浄処理方法である。本発明のウェーハ洗浄処理方法では、テーブル部７が回転していない時の、テーブル部７に保持されたウェーハＷの端部の位置の風速を風速計９により測定しつつ、該風速が１．０ｍ／ｓｅｃ以上となるように、チャンバー１内への給気の風量とチャンバー１外への排気の風量のうち１つ以上を、対応する給気風量可変機構４と排気風量可変機構６により調整した状態で、テーブル部７を回転させつつウェーハＷを洗浄処理する。

ここで、ウェーハＷの端部の位置の風速を測定及び調整するタイミングは、乱流が発生していないウェーハＷの非回転時であるが、１．０ｍ／ｓｅｃ以上の風速に調整しておくことで、洗浄後のウェーハにおける増加欠陥数を十分に低減することが可能である。これは、風速測定位置が乱流発生位置と同じ位置であるために、ウェーハＷの非回転時の風速の値と乱流の発生状況（発生の有無）に一定の相関関係があるためであると推測される。

また、ウェーハＷの端部の位置の風速は、上限は特に限定されないが、例えば、１．０〜５．０ｍ／ｓｅｃの範囲内とすることができる。装置上の上限等からも５．０ｍ／ｓｅｃもあれば十分であるし、風速が５．０ｍ／ｓｅｃ以下であればより効果的に増加欠陥数を抑制できる。このことから、風速が５．０ｍ／ｓｅｃ以下であれば、渦の発生によるミストの巻き戻りや気流によるミストの巻き込み、及びそれらによるウェーハ表面の欠陥はほとんど発生しない。

また、風速の測定後、ウェーハＷを洗浄処理する前に、風速計９をウェーハＷの端部の測定位置から退避させることが好ましい。風速計９を、飛散した薬液１２が当たらない位置まで退避させることにより、薬液の風速計９からの跳ね返りや、風速計９への薬液の付着をより確実に防止することができる。

また、ウェーハＷの端部の位置の風速を調整する際に、チャンバー１の内外の差圧を０〜５Ｐａの範囲内とすることが好ましい。このような差圧の範囲とすることにより、チャンバー１の内部が、過度の陰圧や陽圧になることを防ぐことができる。従って、過度の陰圧や陽圧によるウェーハＷへの汚染源の付着及びそれによる欠陥の発生をより確実に防止することができる。

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）
図１に示した本発明の枚葉式洗浄処理装置１００を用いて、直径３００ｍｍの鏡面研磨されたシリコンウェーハを一つの条件について１００枚洗浄し、洗浄前後で各シリコンウェーハの表面の欠陥数を測定し、洗浄による増加欠陥数を求めた。シリコンウェーハの端部の位置の風速の測定や調整は、テーブル部７が回転していない時に、給気風量可変機構４と排気風量可変機構６によりチャンバー１内への給気の風量とチャンバー１外への排気の風量を調整して行った。そして、その調整された状態でシリコンウェーハの洗浄を行った。

洗浄は、オゾン水とフッ酸を用いた一般的な洗浄とし、洗浄フローは、オゾン水、純水、フッ酸、純水、オゾン水、純水、乾燥をこの順に行うフローとし、テーブル部７の回転数は１５００ｒｐｍとした。

シリコンウェーハの表面の欠陥数は、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ３を使用して測定した。風速は、日本カノマックス社製のアネモマスター風速計を用いて測定した。

シリコンウェーハの端部の位置の非洗浄時の風速が、それぞれ、１．０、１．２、１．４、１．６、１．８、２．０、２．２ｍ／ｓｅｃとなるように調整を行い、これら７条件でのシリコンウェーハ表面の増加欠陥数を求めた。それらの結果を図２の右側部分に示す。図２は、横軸にウェーハの端部の位置の風速、縦軸に増加欠陥数をとったグラフであり、それぞれの条件の増加欠陥数は１００枚のシリコンウェーハについての増加欠陥数の平均値である。また、図２には、それぞれの条件の１００枚のウェーハの増加欠陥数の最大値と最小値を太線で併せて示してある。ウェーハの端部の位置の風速が１．０ｍ／ｓｅｃ以上であれば、増加欠陥数が十分に抑制されているのとともに、増加欠陥数のバラツキ（最大値と最小値の差、すなわちレンジ）も抑制されていた。このように、非洗浄時におけるウェーハの端部の位置の風速が１．０ｍ／ｓｅｃ以上となるように調整することにより、洗浄時のウェーハへのミスト等の付着による欠陥数の増加が著しく低減された。

（比較例）
風速と欠陥数を実施例と比較するため、実施例と同様に、図１に示した本発明の枚葉式洗浄処理装置１００を用いて、直径３００ｍｍの鏡面研磨されたシリコンウェーハを一つの条件について１００枚洗浄し、洗浄前後でシリコンウェーハの表面の欠陥数を測定し、増加欠陥数を求めた。風速の測定と調整はシリコンウェーハの非回転時に行い、その調整された状態でシリコンウェーハの洗浄を行った。風速値に関する条件以外は実施例に記載したのと同様とし、風速計も実施例と同様のものを使用した。

そして、シリコンウェーハの端部の位置の風速が、それぞれ、０．４、０．６、０．８ｍ／ｓｅｃとなるように調整を行い、これら３条件でのシリコンウェーハの増加欠陥数を求めた。
それらの結果を表１及び図２に示す。

表１の風速は、ウェーハＷの非回転時にウェーハＷの端部の位置で測定した風速である。そして、上述したように、ウェーハＷの非回転時に給気風量可変機構４と排気風量可変機構６を調整して表１に記載したそれぞれの風速が得られている。また、表１において、増加欠陥数は、洗浄処理後に測定したウェーハ表面の欠陥数から、洗浄処理前に測定したウェーハ表面の欠陥数を引いて算出した値の１００枚のシリコンウェーハについての平均値である。

表１及び図２より、実施例と比較例の結果を比較した。比較例のように、風速が０．４ｍ／ｓｅｃでは、増加欠陥数は３８個と非常に多く、増加欠陥数のバラツキも極めて大きかった。風速０．６及び０．８ｍ／ｓｅｃでは０．４ｍ／ｓｅｃと比較し、増加欠陥数は減少しているものの、実施例の風速１．０ｍ／ｓｅｃ以上の条件と比較すると増加欠陥数及びバラツキの抑制効果は十分ではなかった。

一方、実施例の風速１．０ｍ／ｓｅｃ以上では増加欠陥数はほぼ１個レベルまで低減されている。このように、ウェーハＷの端部の位置の風速を１．０ｍ／ｓｅｃ以上とすることにより、確実に顕著な増加欠陥数の抑制効果が得られる。

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。

１…チャンバー、 ２…カップ部、 ３…給気部、 ４…給気風量可変機構、
５…排気部、 ６…排気風量可変機構、 ７…テーブル部、 ８…ノズル部、
９…風速計、 １０…圧力計、 １１…風速計退避機構、 １２…飛散した薬液、
１３…薬液、 １４…テーブル、 １５…保持ピン、
１００…本発明の枚葉式ウェーハ洗浄処理装置、 Ｗ…ウェーハ。

Claims (4)

1. チャンバー内に配置されたカップ部と、該カップ部内に配置され、ウェーハを保持し回転するテーブル部と、前記ウェーハに薬液を供給するノズル部とを具備する枚葉式のウェーハ洗浄処理装置であって、
   前記チャンバーに設けられた給気部と、
   該給気部の風量を調整する給気風量可変機構と、
   前記チャンバーに設けられた排気部と、
   該排気部の風量を調整する排気風量可変機構と、
   前記テーブル部に保持されるウェーハの端部の位置の風速を測定する風速計とを備え、
   前記風速計は、前記ウェーハの端部の測定位置から退避可能なものであることを特徴とする枚葉式ウェーハ洗浄処理装置。
2. 前記チャンバーの内外の差圧を測定する圧力計をさらに備えるものであることを特徴とする請求項１に記載の枚葉式ウェーハ洗浄処理装置。
3. チャンバー内に配置されたカップ部を有し、該カップ部内に配置されたテーブル部により保持され、回転されるウェーハに、ノズル部から薬液を供給しつつ前記ウェーハを枚葉式で洗浄処理するウェーハ洗浄処理方法であって、
   前記テーブル部が回転していない時の、前記テーブル部に保持されたウェーハの端部の位置の風速を風速計により測定しつつ、該風速が１．０ｍ／ｓｅｃ以上となるように、前記チャンバー内への給気の風量と前記チャンバー外への排気の風量のうち１つ以上を調整した状態で、前記テーブル部を回転させつつ前記ウェーハを洗浄処理し、
   前記風速の測定後、前記ウェーハを洗浄処理する前に、前記風速計を前記ウェーハの端部の測定位置から退避させることを特徴とするウェーハ洗浄処理方法。
4. 前記ウェーハの端部の位置の風速を調整する際に、前記チャンバーの内外の差圧を０〜５Ｐａの範囲内とすることを特徴とする請求項３に記載のウェーハ洗浄処理方法。

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