JP6581915B2 - 洗浄部材の初期化方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等の基板を洗浄する洗浄部材の初期化方法に関する。

半導体デバイスの製造工程において、半導体ウェーハ等の基板の平坦化および鏡面化を図るために、化学機械的研磨装置により、研磨することが行われている。化学機械的研磨装置では、パッド（研磨布）を貼ったターンテーブルと基板との間にスラリー（砥液）を供給しつつ、基板とターンテーブルとを接しながら互いに回転させることにより、基板の表面を平坦かつ鏡面状に研磨している。

化学機械的研磨後には、スラリーおよび研磨屑などのパーティクルが基板上に残存するため、基板洗浄装置において、薬液を散布しながらスポンジなどの洗浄部材で基板をスクラブし、さらに純水などを基板上に供給して洗い流している。

一方、洗浄部材として新しい洗浄部材を用いる場合には、当該洗浄部材に付着している汚れを洗い流し清浄にしておく必要がある。これを洗浄部材の初期化という。この初期化は、履歴の明確な、付着している汚れの少ない基板（初期化用基板という）を用いて、初期化用液体（純水や薬液等）を供給しながら洗浄部材で初期化用基板をスクラブすることにより行っている。
例えば、特許文献１には、洗浄部材の初期化方法として、初期化用基板に純水を供給しながら、初期化用基板を回転させ、洗浄部材でスクラブすることにより、当該洗浄部材を初期化することが記載されている。

初期化用基板は、初期化用基板として特別な基板があるわけではなく、極めて清浄でなくともよいが、汚れは少ない方が好ましく、また、履歴が明白で、洗浄に害を及ぼすおそれのある大きなパーティクルや有害な薬品などが付着していない基板であればよい。初期化用基板としては新品である必要もなく、適度に清浄であることが明らかであればよい。よって、特別な処理をすることなく、通常のプロセスで得られる基板を用いることができる。例えば、清浄な研磨前の基板でもよいし、研磨後の被研磨基板の表面に形成された膜やデバイスと同じあるいは同じ性状（例えば、親水面や撥水面あるいは両者が混在した状態）の表面を備える清浄な基板（いわゆるサンプルウェーハ等）でもよい。

特開２００５−７９２１６号公報

ところで、従来の洗浄部材の初期化方法では、基板および／またはロールスポンジ状の洗浄部材を回転させながら、当該洗浄部材を基板に押し付け、純水にて長時間または、複数枚の基板を処理して洗浄部材の初期化を行っている。
このため、洗浄部材の初期化に長時間を要するばかりか、使用している薬液、膜種によっては円形状のスクラッチ（Ｃｉｒｃｌｅ Ｓｃｒａｔｃｈ）の発生など問題が発生している。すなわち、ロールスポンジ状の洗浄部材に、基板の研磨時に使用したスラリー（砥液）が付着し、基板に形成されている銅膜等の柔らかい表面を擦って研磨屑が発生し、その結果、洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着してしまうという問題がある。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、洗浄部材の初期化のための所要時間を短縮できるとともに、洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難い洗浄部材の初期化方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の洗浄部材の初期化方法は、基板の表面を洗浄するための洗浄部材を初期化する洗浄部材の初期化方法であって、
純水を初期化用基板に供給しながら、前記洗浄部材を前記初期化用基板に接触させて相対運動をさせることにより洗浄する純水洗浄工程と、
この純水洗浄工程の後、薬液を前記初期化用基板に供給しながら、前記洗浄部材を前記初期化用基板に接触させて相対運動をさせることにより洗浄する薬液洗浄工程と、を順次少なくとも１回以上繰り返して行うことを特徴とする。

本発明においては、純水洗浄工程と、薬液洗浄工程とを順次少なくとも１回以上繰り返して行うので、スラリーや研磨屑等のパーティクルが洗浄部材に付着する前に、薬液による洗浄によって、洗浄部材にパーティクルが付着し難い環境を作ることができる。したがって、洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難くなる。
また、薬液洗浄工程によって、洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難い環境を作ることができるので、純水洗浄工程に要する所要時間を短縮できる。したがって、洗浄部材の初期化のための所要時間を従来に比して短縮できる。

また、本発明の前記構成において、前記純水洗浄工程と前記薬液洗浄工程との間に、前記洗浄部材を前記初期化用基板から離間させたうえで、当該初期化用基板に薬液を供給する薬液供給工程と、
前記薬液洗浄工程の後、前記洗浄部材を前記初期化用基板から離間させたうえで、当該初期化用基板に純水を供給する純水供給工程とを含むことが好ましい。

このような構成によれば、薬液洗浄工程の前に、薬液供給工程によって、洗浄部材を初期化用基板から離間させたうえで、当該初期化用基板に薬液を供給するので、この初期化用基板にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難い環境を作ることがき、その後の薬液洗浄工程の際に、洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難くなる。
また、薬液洗浄工程の後、純水供給工程によって、洗浄部材を初期化用基板から離間させたうえで、当該初期化用基板に純水を供給するので、この初期化用基板に残存しているスラリーや研磨屑等のパーティクルを洗い流すことができる。

また、本発明の前記構成において、前記純水洗浄工程の所要時間の方が、前記薬液洗浄工程の所要時間より長いことが好ましい。
例えば、薬液洗浄工程の所要時間と、純水洗浄工程の所要時間との比を、１：２〜４に設定するのが好ましい。

このような構成によれば、純水洗浄工程の所要時間の方が、薬液洗浄工程の所要時間より長いが、薬液洗浄工程によって、純水洗浄工程の所要時間を従来の純水洗浄工程に比して短縮できる。したがって、洗浄部材の初期化のための所要時間を従来に比して確実に短縮できる。

また、本発明の前記構成において、最後の前記薬液洗浄工程の後、前記洗浄部材を純水によって洗浄することが好ましい。

このような構成によれば、最後の薬液洗浄工程の後、洗浄部材を純水によって洗浄するので、洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが若干残っていても、これらを洗い流して洗浄できる。

また、本発明の前記構成において、洗浄部材はスポンジで形成されていてもよい。

このような構成によれば、スポンジで形成された洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難くなるとともに、洗浄部材の初期化のための所要時間を従来に比して短縮できる。

本発明によれば、純水洗浄工程と、薬液洗浄工程とを順次少なくとも１回以上繰り返して行うので、洗浄部材の初期化のための所要時間を短縮できるとともに、洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難くなる。

実施の形態に係る洗浄部材の初期化方法を説明するためのもので、（ａ）は、基板洗浄装置のローラと基板との概略構成を示す図、（ｂ）は基板洗浄装置の洗浄部材、純水ノズル、洗浄液ノズル等の概略構成を示す図である。 同、洗浄部材の初期化方法の工程を示すフローチャートである。 実施例を説明するためのもので、（ａ）は従来の初期化方法によって初期化された洗浄部材で洗浄されたウェーハの表面状態を示す図、（ｂ）は実施例の初期化方法によって初期化された洗浄部材で洗浄されたウェーハの表面状態を示す図である。 同、ウェーハ上に残存するパーティクルと処理時間との関係を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
まず、本実施の形態に係る洗浄部材の初期化方法を説明する前に、図１を参照して基板の表面を洗浄する基板洗浄装置の概略構成について説明する。

図１（ａ）に示すように、基板洗浄装置２０は、複数（例えば６基）の円柱状のローラ２４を備えている。ローラ２４は、円板状の基板２の周縁を取り囲むように配置されており、上面の中央に凸部２４ａを備えている。基板２は、その外周縁をローラ２４の上面の凸部２４ａによって水平方向に押さえられ、ローラ２４の上面で支持されている。
そして、ローラ２４が中心軸周りに回転することにより、凸部２４ａにより基板２はその外周縁を回されるので、ローラ２４の回転につれて、回転する。なお、基板２の回転速度は、１００ｍｉｎ^−１程度の低回転速度であることが多いが、それ以外の回転速度であってもよい。

基板２は、電気回路が形成されている表面だけを化学機械的研磨（以下、ＣＭＰと称する）装置で研磨され鏡面状になっており、その裏面は研磨されてはいない。なおここでいう基板２は、半導体ウェーハ、ガラス基板、液晶パネル等の高度の清浄度が要求される基板を含む。

図１（ｂ）に示すように、基板洗浄装置２０は、基板２を両面から挟み込むように上下に２つの洗浄部材を備えている。すなわち、基板２の表面２ａをスクラブする洗浄部材である表面洗浄部材（洗浄部材）２２と基板２の裏面をスクラブする裏面洗浄部材（洗浄部材）２１とを備えている。表面洗浄部材２２と裏面洗浄部材２１とは、それぞれ円筒形に形成されており、その長さは、基板２を横断するより長く、基板洗浄装置２０において基板２の回転面と平行に設置されている。

表面洗浄部材２２と裏面洗浄部材２１とは、基板２の交換の障害とならないように、基板２の面２ａ、２ｂから接離するように、上下可動に構成されている。
また、基板洗浄装置２０は、基板２の表面２ａに向けて上方より洗浄液（薬液）を散布する表面側の洗浄液ノズル２７および純水を供給する表面側の純水ノズル２８、並びに、基板２の裏面２ｂに向けて下方より洗浄液（薬液）を散布する裏面側の洗浄液ノズル２５および純水を供給する裏面側の純水ノズル２６等を備えている。

このような構成の基板洗浄装置２０によって基板２を洗浄するには、研磨後に研磨剤や研磨屑等の汚れが付着している基板２をローラ２４で支持した後、ローラ２４により回転させられる基板２の表面２ａおよび裏面２ｂに洗浄液ノズル２７、２５より洗浄液を散布する。表面洗浄部材２２および裏面洗浄部材２１が基板２の表面２ａおよび裏面２ｂに接触しながら相対運動をすることにより、回転している基板２上の汚れは、表面洗浄部材２２および裏面洗浄部材２１によりスクラブされ（こすり落とされ）、除去される。

使用する洗浄液は、研磨で用いるスラリーによって異なる。洗浄液でスクラブした後に、表面側の純水ノズル２８および裏面側の純水ノズル２６から純水を供給することにより、純水で洗浄してもよい。また、薬液の洗浄液を用いずに純水だけで洗浄してもよい。

上述のように、表面洗浄部材２２および裏面洗浄部材２１は、基板２と接触して相対運動することにより、基板２をスクラブ洗浄しているため、表面洗浄部材２２および裏面洗浄部材２１は、摩耗等の損傷を受ける。このため、表面洗浄部材２２および裏面洗浄部材２１は定期的に交換する必要がある。

表面洗浄部材２２の円筒形に形成したＰＶＡスポンジ等あるいは裏面洗浄部材２１の不織布２１ａを新たに設置したときには、ＰＶＡスポンジ等あるいは不織布２１ａに予め付着しているあるいは洗浄装置に設置した時に付着した汚れを落し清浄にする必要がある、つまり洗浄部材を初期化する必要がある。なぜなら汚れが付着したまま基板２の洗浄を行うと、それらの汚れが基板２に付着する、いわゆる逆汚染を生ずるおそれがあるからである。

表面洗浄部材２２および裏面洗浄部材２１を初期化するには、基板洗浄装置２０を使用する。
すなわちまず、不織布を用いた裏面洗浄部材２１あるいはＰＶＡスポンジ等で形成された表面洗浄部材２２を初期化するために、初期化用基板１を基板洗浄装置２０のローラ２４（図１参照）の上に据える。初期化用基板１は、履歴が明白で、洗浄に害を及ぼすおそれある大きなパーティクルや有害な薬品などが付着していない基板であればよい。例えば、清浄な研磨前の基板でもよいし、被研磨基板の表面に形成された膜やデバイスと同じあるいは同じ性状（例えば、親水面や撥水面あるいは両者が混在した状態）の表面を備える清浄な基板（いわゆるサンプルウェーハ等）でもよい。
また、初期化用基板１は、表面１ａを下方に向け、裏面１ｂを上方に向けて基板洗浄装置２０に設置する。

本実施の形態の洗浄部材の初期化方法は、図２に示すように、純水洗浄工程Ｓ１、薬液供給工程Ｓ２、薬液洗浄工程Ｓ３、純水供給工程Ｓ４等を有する。
まず、上述したように基板洗浄装置２０に初期化用基板１をセットした後、当該初期化用基板１を回転させる（スタート）。

次に、純水洗浄工程Ｓ１において、純水を初期化用基板１に供給しながら、洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）を初期化用基板１に接触させて相対運動をさせることにより洗浄する。この純水洗浄工程Ｓ１では、初期化用基板１の表面１ａ（下面）と裏面１ｂ（上面）に純水を、純水ノズル２６，２８から供給しながら、初期化用基板１を回転させ、裏面洗浄部材２１と表面洗浄部材２２でスクラブする。
純水は、例えば０．３Ｌ／ｍｉｎ以上の供給速度で供給する。
また、純水洗浄工程Ｓ１の所要時間、つまり初期化用基板１に純水を供給しながら洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）でスクラブする所要時間は、数十秒程度とする。

次に、薬液供給工程Ｓ２において、洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）を初期化用基板１から離間させたうえで、当該初期化用基板１に薬液を供給する。薬液は、例えば０．３Ｌ／ｍｉｎ以上の供給速度で数秒程度供給する。

次に、薬液洗浄工程Ｓ３において、薬液を初期化用基板１に供給しながら、洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）を初期化用基板１に接触させて相対運動をさせることにより洗浄する。この薬液洗浄工程Ｓ３では、初期化用基板１の表面１ａ（下面）と裏面１ｂ（上面）に薬液を、洗浄液ノズル２５，２７から供給しながら、初期化用基板１を回転させ、裏面洗浄部材２１と表面洗浄部材２２でスクラブする。
薬液は、例えば０．３Ｌ／ｍｉｎ以上の供給速度で供給する。
また、薬液洗浄工程Ｓ３の所要時間、つまり初期化用基板１に薬液を供給しながら洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）でスクラブする所要時間は、数秒程度とする。

ここで、純水洗浄工程Ｓ１の所要時間の方が、薬液洗浄工程Ｓ３の所要時間より長くなるように所要時間が設定されている。
例えば、薬液洗浄工程Ｓ３の所要時間と、純水洗浄工程Ｓ１の所要時間との比を、１：２〜４に設定するのが好ましい。
本実施の形態では、純水洗浄工程Ｓ１の所要時間を数十秒程度に設定したので、薬液洗浄工程Ｓ３の所要時間は、純水洗浄工程Ｓ１の所要時間の１／４〜１／２に設定する。

次に、純水供給工程Ｓ４において、洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）を初期化用基板１から離間させたうえで、当該初期化用基板１に純水を供給する。純水は、例えば０．３Ｌ／ｍｉｎ以上の供給速度で数秒程度供給する。

ここで、上述した純水洗浄工程Ｓ１〜純水供給工程Ｓ４は、順次少なくとも１回以上繰り返して行うが、例えばｎ（ｎは２以上の自然数）回繰り返して行う場合、ステップＳ５で、純水洗浄工程Ｓ１〜純水供給工程Ｓ４をｎ回行ったか否かを判断し、ｎ回行っていない場合、純水洗浄工程Ｓ１に戻って、それ以降の工程を順次行う。

ステップＳ５で、純水洗浄工程Ｓ１〜純水供給工程Ｓ４をｎ回行ったと判断した場合、最終純水洗浄工程Ｓ６において、洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）を純水によって洗浄する。この最終純水洗浄工程Ｓ６では、洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）を初期化用基板１に接触させたまま行ってもよいし、洗浄部材（裏面洗浄部材２１および表面洗浄部材２２）を初期化用基板１から離間させた状態で行ってもよい。
そして、最終純水洗浄工程Ｓ６が終了することで、本実施の形態の洗浄部材の初期化方法が終了する。

本実施の形態によれば、純水洗浄工程Ｓ１〜純水供給工程Ｓ４を順次少なくとも１回以上繰り返して行うので、スラリーや研磨屑等のパーティクルが洗浄部材２１，２２に付着する前に、薬液による洗浄によって、洗浄部材２１，２２にパーティクルが付着し難い環境を作ることができる。したがって、洗浄部材２１，２２にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難くなる。
また、薬液洗浄工程によって、洗浄部材２１，２２にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難い環境を作ることができるので、純水洗浄工程に要する所要時間を短縮できる。したがって、洗浄部材の初期化のための所要時間を従来に比して短縮できる。

特に、純水洗浄工程Ｓ１の所要時間の方が、薬液洗浄工程Ｓ３の所要時間より長く、薬液洗浄工程Ｓ３の所要時間と、純水洗浄工程Ｓ１の所要時間との比を、１：２〜４に設定したので、純水洗浄工程Ｓ１の所要時間を従来の純水洗浄工程に比して短縮できる。したがって、洗浄部材２１，２２の初期化のための所要時間を従来に比して確実に短縮できる。

また、薬液洗浄工程Ｓ３の前に、薬液供給工程Ｓ２によって、洗浄部材２１，２２を初期化用基板１から離間させたうえで、当該初期化用基板１に薬液を供給するので、この初期化用基板にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難い環境を作ることがき、その後の薬液洗浄工程の際に、洗浄部材にスラリーや研磨屑等のパーティクルが付着し難くなる。
また、薬液洗浄工程Ｓ３の後、純水供給工程Ｓ４によって、洗浄部材２１，２２を初期化用基板１から離間させたうえで、当該初期化用基板１に純水を供給するので、この初期化用基板１に残存しているスラリーや研磨屑等のパーティクルを洗い流すことができる。

また、最後の薬液洗浄工程Ｓ３の後、最終純水洗浄工程Ｓ６によって洗浄部材２１，２２を純水によって洗浄するので、洗浄部材２１，２２にスラリーや研磨屑等のパーティクルが若干残っていても、これらを洗い流して洗浄できる。

以下、本発明に係る洗浄部材の初期化方法の実施例について説明する。
上述したような基板洗浄装置で、初期化用基板を用いてロールスポンジ状の洗浄部材に、純水洗浄工程Ｓ１〜純水供給工程Ｓ４を所定回数だけ繰り返し行った後、この洗浄部材によって化学機械的研磨後のウェーハを洗浄した。そして、洗浄後にウェーハに残存しているパーティクルの数を調べた。
一方、比較例として、基板洗浄装置で、初期化用基板を用いてロールスポンジ状の洗浄部材を純水によって洗浄した後、この洗浄部材によって化学機械的研磨後のウェーハを洗浄した。そして、洗浄後にウェーハに残存しているパーティクルの数を調べた。

図３（ａ）の矢印の左側に示された図は、従来の初期化処理前の基板上のパーティクルが示された図であり、矢印の右側に示された図は、従来の初期化処理後の基板上のパーティクルが示された図である。また、図３（ｂ）の矢印の左側に示された図は、本実施例の初期化処理前の基板上のパーティクルが示された図であり、矢印の右側に示された図は、本実施例の初期化処理後の基板上のパーティクルが示された図である。図３（ａ）に示すように、従来の初期化方法で初期化した洗浄部材で洗浄したウェーハでは、パーティクルがある程度減少しているものの基板上にパーティクルが一定数残存しているのに対し、本実施例の初期化方法で初期化した洗浄部材で洗浄したウェーハでは、図３（ｂ）に示すように、従来に比して、ウェーハ上に残存しているパーティクル数が少ないのが確認できた。
また、ウェーハ上に残存するパーティクルと処理時間との関係を示す図４は、横軸に処理時間（任意時間）、縦軸にパーティクルカウントの数がそれぞれ示されたグラフである。図４に示すように、従来の初期化方法によって初期化された洗浄部材で洗浄する場合、ウェーハに残存しているパーティクルを所定の数まで減少させるには処理時間が長くかかる（図４の比較例）のに対し、本実施例の初期化方法によって初期化された洗浄部材で洗浄する場合、従来に比して処理時間が短くても、パーティクルを所定の数まで減少させることができることが分かる（図４の実施例）。

１ 初期化用基板
２１ 不織布で形成された洗浄部材（洗浄部材）
２２ スポンジで形成された洗浄部材（洗浄部材）
Ｓ１ 純水洗浄工程
Ｓ２ 薬液供給工程
Ｓ３ 薬液洗浄工程
Ｓ４ 純水供給工程
Ｓ６ 最終純水洗浄工程

Claims (5)

1. 基板の表面を洗浄するための洗浄部材を初期化する洗浄部材の初期化方法であって、
   純水を初期化用基板に供給しながら、前記洗浄部材を前記初期化用基板に接触させて相対運動をさせることにより洗浄する純水洗浄工程と、
   この純水洗浄工程の後、薬液を前記初期化用基板に供給しながら、前記洗浄部材を前記初期化用基板に接触させて相対運動をさせることにより洗浄する薬液洗浄工程と、を順次少なくとも１回以上繰り返して行うことを特徴とする洗浄部材の初期化方法。
2. 前記純水洗浄工程と前記薬液洗浄工程との間に、前記洗浄部材を前記初期化用基板から離間させたうえで、当該初期化用基板に薬液を供給する薬液供給工程と、
   前記薬液洗浄工程の後、前記洗浄部材を前記初期化用基板から離間させたうえで、当該初期化用基板に純水を供給する純水供給工程とを含むことを特徴とする請求項１に記載の洗浄部材の初期化方法。
3. 前記純水洗浄工程の所要時間の方が、前記薬液洗浄工程の所要時間より長いことを特徴とする請求項１または２に記載の洗浄部材の初期化方法。
4. 最後の前記薬液洗浄工程の後、前記洗浄部材を純水によって洗浄することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の洗浄部材の初期化方法。
5. 前記洗浄部材は、スポンジで形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の洗浄部材の初期化方法。

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