JP6911950B2 - 半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法 - Google Patents

半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6911950B2
JP6911950B2 JP2020003047A JP2020003047A JP6911950B2 JP 6911950 B2 JP6911950 B2 JP 6911950B2 JP 2020003047 A JP2020003047 A JP 2020003047A JP 2020003047 A JP2020003047 A JP 2020003047A JP 6911950 B2 JP6911950 B2 JP 6911950B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor wafer
cleaning
wafer
rotary table
end portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2020003047A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021111703A (ja
Inventor
魁人 野田
魁人 野田
大久保　知洋
知洋 大久保
勇貴 中尾
勇貴 中尾
迪彦 冨田
迪彦 冨田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumco Corp
Original Assignee
Sumco Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumco Corp filed Critical Sumco Corp
Priority to JP2020003047A priority Critical patent/JP6911950B2/ja
Priority to KR1020227023509A priority patent/KR102585111B1/ko
Priority to CN202080092346.2A priority patent/CN114902379A/zh
Priority to US17/791,769 priority patent/US20230033913A1/en
Priority to PCT/JP2020/031026 priority patent/WO2021140697A1/ja
Priority to TW109128375A priority patent/TWI767302B/zh
Application granted granted Critical
Publication of JP6911950B2 publication Critical patent/JP6911950B2/ja
Publication of JP2021111703A publication Critical patent/JP2021111703A/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H01L21/67028—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like
    • H01L21/6704—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing
    • H01L21/67051—Apparatus for fluid treatment for cleaning followed by drying, rinsing, stripping, blasting or the like for wet cleaning or washing using mainly spraying means, e.g. nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02043—Cleaning before device manufacture, i.e. Begin-Of-Line process
    • H01L21/02052—Wet cleaning only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02041—Cleaning
    • H01L21/02082—Cleaning product to be cleaned
    • H01L21/0209—Cleaning of wafer backside
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/304—Mechanical treatment, e.g. grinding, polishing, cutting
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/6875—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a plurality of individual support members, e.g. support posts or protrusions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68764—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating caroussel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68785—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the mechanical construction of the susceptor, stage or support

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cleaning Or Drying Semiconductors (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Description

本発明は、半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法に関する。
従来、半導体デバイスの基板として、シリコンウェーハが使用されている。シリコンウェーハは、チョクラルスキー（Czochralski、ＣＺ）法などによって育成した単結晶シリコンインゴットに対して、ウェーハ加工処理を施すことによって得られる。上記加工処理の際、シリコンウェーハの表面には、研磨粉などのパーティクルが付着するため、加工処理後にシリコンウェーハに対して洗浄処理を行ってパーティクルを除去している。
シリコンウェーハなどの半導体ウェーハの洗浄装置には、複数枚のウェーハを同時に洗浄するバッチ式の洗浄装置、およびウェーハを一枚ずつ洗浄する枚葉式の洗浄装置が存在する。中でも、必要とする洗浄液の量が比較的少ないこと、ウェーハ間の相互汚染を回避することができること、大口径化により複数枚のウェーハを同時に処理するのが困難になってきていることなどから、近年では、枚葉式の洗浄装置が使用されるようになっている。
様々な形式があるが、スピン洗浄と呼ばれる枚葉式の半導体ウェーハの洗浄装置では、洗浄対処の半導体ウェーハを回転テーブルの上面に設けられたウェーハ保持部に載置し、半導体ウェーハを高速で回転させながら、洗浄液を供給するノズルから洗浄液をウェーハ表裏面に噴射することによって、半導体ウェーハの表裏面を洗浄する。
このとき、遠心力によって半導体ウェーハの外周方向に洗浄液が細かいミストとして飛散するが（以下、単に「ミスト」とも言う。）、ウェーハの周囲を取り囲むスピンカップを設けることにより、飛散した洗浄液を回収している。例えば、特許文献１に記載された装置においては、飛散した洗浄液は、スピンカップの側壁部の内面に衝突するように構成されている。
実開平１−１２０９８０号公報
本発明者らが、特許文献１に記載されたようなスピンカップを備える洗浄装置を用いてシリコンウェーハを洗浄したところ、スピンカップによって受け止められたミストの一部が跳ね返され、シリコンウェーハの表面に付着することが判明した。
シリコンウェーハの表面にミストが付着すると、ミストに含まれる洗浄液の成分とシリコンとの間に化学反応が生じて、後の検査工程において輝点欠陥（Light Point Defects、ＬＰＤ）として検出される。検出されたＬＰＤの数が多い場合には不合格となり、歩留まりが低下することから、洗浄中に洗浄液のミストがシリコンウェーハの表面に付着するのを抑制する必要がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり。その目的とするところは、半導体ウェーハの洗浄中に半導体ウェーハの表面に洗浄液のミストが付着するのを抑制することができる半導体ウェーハの洗浄装置および洗浄方法を提案することにある。
［１］下部に開口部を有するチャンバと、
該チャンバ内の上部に設けられ、下方に向かって気体を供給する給気部と、
前記開口部の下方から前記チャンバ内に挿入されている回転テーブルと、
該回転テーブルの上面に設けられ、洗浄対象の半導体ウェーハを保持するウェーハ保持部と、
前記半導体ウェーハの上面に向かって洗浄液を供給する上部ノズルと、
前記半導体ウェーハの下面に向かって洗浄液を供給する下部ノズルと、
前記回転テーブルの外周部に設けられ、前記回転テーブルの外周方向に飛散する前記洗浄液を回収するスピンカップと、
を備え、
前記スピンカップは、
環状の側壁部と、
下端部が前記側壁部の上端部に接続されており、鉛直方向に対して前記回転テーブル側に傾斜している環状の傾斜部と、
上端部が前記傾斜部の上端部に接続されている環状の返し部と、
を有し、
前記側壁部の上端部の高さ位置が、前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置よりも低い位置に配置されており、
前記傾斜部の水平面に対する傾斜角度をθ、前記傾斜部の径方向の幅をｗとして、前記傾斜角度θおよび前記幅ｗが下記の式（Ａ）を満たすように構成されていることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄装置。
θ≧−０．６５×ｗ＋７２．９° （Ａ）
［２］前記幅ｗは、２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下である、前記［１］に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
［３］前記返し部の下端部の高さ位置と前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置との差ｈが０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、前記［１］または［２］に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
［４］前記返し部の下端部が前記側壁部側に傾斜している、前記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
［５］前記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄装置を用いて、洗浄対象の半導体ウェーハを前記ウェーハ保持部の上に載置し、前記給気部から気体を供給するとともに前記上部ノズルから前記半導体ウェーハの上面に洗浄液を噴射し、かつ前記下部ノズルから前記半導体ウェーハの下面に洗浄液を噴射しつつ前記回転テーブルを回転させて前記半導体ウェーハを回転させ、前記気体を前記スピンカップと前記回転テーブルとの隙間から排気しながら前記半導体ウェーハの表裏面を洗浄することを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法。
［６］前記半導体ウェーハの洗浄は、前記給気部から供給される前記気体の流量をＦ、前記回転テーブルの回転数をＲとして、前記気体の流量Ｆおよび前記回転数Ｒが下記の式（Ｂ）を満たす条件の下で行う、前記［５］に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
Ｆ（ｍ3／ｍｉｎ）≧６．９×１０-3×Ｒ（ｒｐｍ） （Ｂ）
［７］前記洗浄対象の半導体ウェーハがシリコンウェーハである、前記［５］または［６］に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
本発明によれば、半導体ウェーハの洗浄中に半導体ウェーハの表面に洗浄液のミストが付着するのを抑制することができる。
本発明による半導体ウェーハの洗浄装置の一例を示す図である。 本発明において想定したスピンカップの構造を示す図である。 スピンカップにおいて変更したパラメータを説明する図である。 排気経路を通過する気流の一例の模式図である。 発明例および従来例に対する、洗浄液のミストの付着時間と付着量との関係を示す図である。
（半導体ウェーハの洗浄装置）
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明による半導体ウェーハの洗浄装置の一例を示している。図１に示した洗浄装置１は、下部１１ｂに開口部１１ｃを有するチャンバ１１と、該チャンバ１１内の上部１１ａに設けられ、下方に向かって気体を供給する給気部１２と、開口部１１ｃの下方からチャンバ１１内に挿入されている略円筒状の回転テーブル１３と、該回転テーブル１３の上面１３ａに設けられ、洗浄対象の半導体ウェーハＷを保持するウェーハ保持部１４と、半導体ウェーハＷの上面に向かって洗浄液Ｌを供給する上部ノズル１５と、半導体ウェーハＷの下面に向かって洗浄液Ｌを供給する下部ノズル１６と、回転テーブル１３の外周部に設けられ、回転テーブル１３の外周方向に飛散する洗浄液Ｌを回収するスピンカップ２０とを備える。
本発明者らは、上記課題を解決するために、スピンカップ２０の形状について検討を行った。その際、スピンカップ２０としては、図２に示す構造を有するものを想定した。すなわち、図２に示したスピンカップ２０は、環状の側壁部２１と、下端部２２ｄが側壁部２１の上端部２１ｃに接続されており、鉛直方向に対して回転テーブル１３側に傾斜している環状の傾斜部２２と、上端部２３ｃが傾斜部２２の上端部２２ｃに接続されている環状の返し部２３とを有している。
上記スピンカップ２０は、半導体ウェーハＷをウェーハ保持部材１４上に載置する際、またはウェーハ保持部１４上に載置された半導体ウェーハＷを除去するなどの半導体ウェーハＷの受け渡し時に、スピンカップ２０の上端部２０ａの高さ位置がウェーハ保持部１４の上端部１４ａの高さ位置よりも低い位置に下降するように構成されている。そのため、上記回転テーブル１３とスピンカップ２０の返し部２２との間には、水平方向に２〜３ｍｍ程度の隙間が設けられており、スピンカップ２０を下降させた際に両者が衝突しないように構成されている。
上記スピンカップ２０の返し部２３の内面２３ａとウェーハ保持部１４との間の水平方向の距離は２５〜２７ｍｍ、好ましくは２５．５〜２６．５ｍｍである。
上記スピンカップ２０と回転テーブル１３との間には、排気経路１７が形成されており、給気部１１から供給された空気などの気体、およびウェーハ保持部１４の上端部１４ａに載置されて回転する半導体ウェーハＷから飛散した洗浄液Ｌのミストが、排気経路１７を経由して排気口（図示せず）から排気される。
本発明者らは、図３に示すように、スピンカップ２０のパラメータ、具体的には側壁部２１の鉛直方向の長さｌ21、側壁部２１の上端部２１ｃの高さ位置ｈ21、傾斜部２２の水平面に対する傾斜角度θ22、傾斜部２２の径方向の幅（すなわち、側壁部２１の内面２１ａと返し部２３の内面２３ａとの間の距離、以下、単に「幅」とも言う。）ｗ、返し部２３の鉛直方向の長さｌ23、を種々変更した際に、排気経路１７を通過する気体の流れ（気流）の挙動を流体シミュレーションによって詳細に調査した。
図４は、流体シミュレーションによって求められた、排気経路１７を通過する気流の一例の模式図を示している。図４に示すように、排気経路１７を通過する気流は、大きく分けて、下方に向かって流れる主流Ｍと、側壁部２１の内面２１ａ、傾斜部２２の内面２２ａおよび返し部２３の外面２３ｂによって区画される領域に形成され、側壁部２１の内面２１ａおよび傾斜部２２の内面２２ａに沿って上昇する渦流Ｓとで構成されていることが分かった。
本発明者らは、図３に示したスピンカップ２０のパラメータを種々変更して気流の挙動を調査する過程で、半導体ウェーハＷから飛散したミストが排気経路１７から良好に排出されて半導体ウェーハＷの表面に付着しないようにするためには、以下の２つの要件を満たすことが肝要であると考えた。
（ａ）側壁部２１の上端部２１ｃの高さ位置ｈ21（すなわち、側壁部２１の内面２１ａと傾斜部２２の内面２２ａとの交線の高さ位置）が、ウェーハ保持部１４の上端部１４ａの高さ位置ｈ14以下の位置に配置されていること。
（ｂ）傾斜部２２の水平面に対する傾斜角度θ22が、排出経路１７における主流Ｍの向き、すなわち主流Ｍが水平面に対する傾斜角度θM以上であること。
上記要件（ａ）について、特許文献１に記載されたスピンカップのように、上記側壁部２１の上端部２１ｃの高さ位置ｈ21がウェーハ保持部１４の上端部１４ａの高さ位置ｈ14を超える位置に配置されている場合には、半導体ウェーハＷ側から飛散したミストは、鉛直方向に対して平行な側壁部２１の内面２１ａに衝突して半導体ウェーハＷ側に反射し、半導体ウェーハＷ上に付着しうると考えられる。
一方、上記側壁部２１の上端部２１ｃの高さ位置ｈ21がウェーハ保持部１４の上端部１４ａの高さ位置ｈ13以下の位置に配置されている場合には、半導体ウェーハＷ側から飛散したミストは、傾斜部２２の内面２２ａに衝突して下方に反射され、半導体ウェーハＷの表面には付着しづらいと考えられる。
また、要件（ｂ）について、上記流体シミュレーションによって、傾斜部２２の傾斜角度θ２２が主流Ｍの傾斜角度θMに比べて小さい場合には、渦流Ｓが下方に膨らんで大きくなることが分かった。一方、傾斜部２２の傾斜角度θ２２が主流Ｍの傾斜角度θM以上の場合には、渦流Ｓは傾斜部２２の内面２２ａに沿った薄い形状となり、排出経路１７から排出されたミストが渦流に載って半導体ウェーハＷに戻りづらくなり、ミストが主流Ｍの流れに沿って良好に排出されることが分かった。
ただし、上記要件（ｂ）について、主流Ｍの向きがスピンカップ２０のどのようなパラメータによって決定されるかが不明であるため、スピンカップ２０のパラメータを種々変更して流体シミュレーションを行った。その結果、主流Ｍの向き、すなわち主流Ｍの水平面に対する傾斜角度θMは、側壁部２１の鉛直方向の長さｌ21、傾斜部２２の傾斜角度θ22、および返し部２３の鉛直方向の長さｌ23には影響されず、傾斜部２２の幅ｗに大きく影響されることが判明した。
そこで、本発明者らは、上記傾斜部２２の幅ｗと主流の水平面に対する傾斜角度θＭとの関係から、要件（ｂ）に基づいて傾斜部２２の水平面に対する傾斜角度θ２２が満たすべき要件について検討した。その結果、傾斜部２２の幅ｗおよび傾斜部２２の水平面からの角度θ22が、下記の式（Ａ）を満たすことによって、回転テーブル１３の外周方向に飛散したミストが半導体ウェーハＷに戻って半導体ウェーハＷの表面に付着するのを抑制できることを見出し、本発明を完成させたのである。
θ22≧−０．６５×ｗ＋７２．９° （Ａ）
上記式（Ａ）は、ミストが半導体ウェーハＷに戻って付着するのを抑制できるスピンカップ２０を設計する上で、傾斜部２２の傾斜角度θ22および傾斜部２２の幅ｗをそれぞれ独立に調整しただけでは不十分であり、傾斜部２２の傾斜角度θ22と傾斜部２２の幅ｗとの関係性の適正化が重要であることを示している。
このように、本発明による半導体ウェーハの洗浄装置１は、スピンカップ２０の構成に特徴を有するものであり、その他の構成については特に限定されない。以下、スピンカップ２０以外の構成の例について説明する。
チャンバ１１は、洗浄中および乾燥中に、ウェーハ保持部材１４上に載置された洗浄対象の半導体ウェーハＷを収容する容器である。このチャンバ１１の形状は、例えば、図１に示すように略直方体形状とすることができる。
給気部１２は、チャンバ１１内の上部１１ａに設けられており、洗浄中および乾燥中に、チャンバ１１の外部からチャンバ１１内の下方に向かって空気などの気体を供給する。一方、チャンバ１１の下部１１ｂには、開口部１１ｃが設けられている。この開口部１１ｃの形状は、例えば円形とすることができる。
回転テーブル１３は、洗浄中および乾燥中に、半導体ウェーハＷを回転させるテーブルであり、その下部に設けられた回転機構（図示せず）によって所定の回転速度（例えば、１００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍ）で回転するように構成されている。
上記回転テーブル１３の上面１３ａには、半導体ウェーハＷを保持するウェーハ保持部１４が設けられている。このウェーハ保持部１４は、例えば複数本（例えば、３本）のチャックピンで構成することができ、半導体ウェーハＷを点接触で支持することができる。
一方、回転テーブル１３の上方には、半導体ウェーハＷの表面（おもて面）にむけて洗浄液Ｌを噴射する上部ノズル１５が設けられている。この上部ノズル１５は、薬液の種類分設けられており、例えば４種類の薬液を噴射する場合には、上部ノズル１５は、等間隔に配置された４本のノズルで構成することができる。
また、回転テーブル１３内には、半導体ウェーハＷの裏面に向けて洗浄液Ｌを噴射する下部ノズル１６が保持されており、半導体ウェーハＷの裏面中央部に向けて洗浄液Ｌを噴射できるように配置されている。下部ノズル１６は、上部ノズル１５と同様に、薬液の種類分用意し、例えば４種類の薬液を噴射する場合には、下部ノズル１６は、等間隔に配置された４本のノズルで構成することができる。なお、回転テーブル１３が回転しても、下部ノズル１６は回転しない構造になっている。また、洗浄液以外に、半導体ウェーハＷに気体を吹き付けるノズルが設けられていてもよい。
このような洗浄装置１において、洗浄対象の半導体ウェーハＷをウェーハ保持部１４上に載置し、給気部１２から気体を供給するとともに上部ノズル１５および下部ノズル１６から洗浄液Ｌを噴射しつつ回転テーブル１３を所定の回転速度で回転させて半導体ウェーハＷを回転させ、気体をスピンカップ２０と回転テーブル１３との間の排気経路１７から排気しながら半導体ウェーハＷの表裏面を洗浄することにより、洗浄中に半導体ウェーハＷ上に洗浄液Ｌのミストが付着するのを抑制することができる。
傾斜部２２の幅ｗは、２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であることが好ましい。傾斜部２２の幅ｗを２０ｍｍ以上とすることによって、ミストが渦流Ｓの流れに乗るのを抑制して、半導体ウェーハＷ側に戻るのを抑制することができる。一方、傾斜部２２の幅ｗが増加するにつれて、傾斜部２２の内壁２２ａに衝突したミストが半導体ウェーハＷ側に戻りやすくなるが、幅ｗを９０ｍｍ以下とすることによって、傾斜部２２の内面２２ａに衝突したミストが半導体ウェーハＷ側に戻るのを十分に抑制することができる。
返し部２３の下端部２３ｄの高さ位置と、ウェーハ保持部１４の上端部１４ａの高さ位置との差ｈが０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。上記差ｈを０ｍｍ以上とすることによって、半導体ウェーハＷの外周部から飛散した洗浄液Ｌのミストを傾斜部２２の内面２２ａに衝突させることができる。一方、上記ｈを３０ｍｍ以下とすることによって、返し部２３と回転テーブル１３との間の隙間を狭くして、この隙間を通過する気流の流速を高めて、半導体ウェーハＷに戻ろうとするミストの運動を妨げることができる。
また、返し部２３の下端部２３ｄが側壁部２１側に傾斜していることが好ましい。渦流Ｓに含まれるミストが半導体ウェーハＷに戻ろうとする運動は、返し部２３によって妨げられるが、返し部２３の下端部２３ｄを側壁部２１側に傾斜させることによって、上記運動をより妨げることができる。
（半導体ウェーハの洗浄方法）
本発明による半導体ウェーハの洗浄方法は、上述した本発明による半導体ウェーハの洗浄装置を用いて、洗浄対象の半導体ウェーハＷをウェーハ保持部１４上に載置し、給気部１１から気体を供給するとともに上部ノズル１５および下部ノズル１６から洗浄液Ｌを噴射しつつ回転テーブル１３を回転させて半導体ウェーハＷを回転させ、気体をスピンカップ２０と回転テーブル１３との間の排気経路から排気しながら半導体ウェーハＷの表裏面を洗浄することを特徴とする。
上記半導体ウェーハの洗浄は、給気部１１から供給される気体の流量をＦ、回転テーブル１３の回転数をＲとして、気体の流量Ｆおよび回転テーブル１３の回転数Ｒが下記の式（Ｂ）を満たす条件の下で行うことが好ましい。
Ｆ（ｍ3／ｍｉｎ）≧６．９×１０-3×Ｒ（ｒｐｍ） （Ｂ）
本発明者らが検討した結果、回転テーブル１３（すなわち、半導体ウェーハＷ）の回転数Ｒが大きくなると、渦流Ｓが大きく発達し、回転数Ｒが小さい場合に比べて半導体ウェーハＷ側に戻るミストが増える傾向にあることが分かった。しかし、本発明者らのさらなる検討の結果、気体の流量Ｆおよび回転テーブル１３の回転数Ｒが上記式（Ｂ）を満足することにより、渦流Ｓが大きく発達するのを抑制して、半導体ウェーハＷ側に戻るミストが増えるのを抑制できる。
上述した本発明による洗浄方法により、ＩＶ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族半導体で構成された半導体ウェーハを良好に洗浄することができ、特にシリコンウェーハの表裏面を良好に洗浄することができる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。
（発明例）
図１に示した本発明による半導体ウェーハの洗浄装置１を用いて、シリコンウェーハの洗浄を行った。その際、スピンカップ２０の構造は、図２において、傾斜部２２の幅を６０ｍｍ、返し部２３の下端部２３ｄからウェーハ保持部１４の上端部１４ａまでの距離を１５ｍｍ、傾斜部２２の傾斜角度θ22を４０°とした。また、側壁部２１（上端部２１ｃ）の高さ位置ｈ21をウェーハ保持部１４の上端部１４ａに対して低い位置とした。
（比較例）
発明例と同様に、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、スピンカップの構造は、図２において、傾斜部２２の傾斜角度θ22を２０°とした。その他の条件は、発明例と全て同じである。
図５は、洗浄中にシリコンウェーハの表面に付着した洗浄液のミストの付着時間と付着量との関係を示している。図５の関係は、気流および洗浄液の挙動を加味したシミュレーションによって得られたものである。図５において、横軸の「ミストの付着時間」は、シリコンウェーハの表面へのミストの付着が始まってからの経過時間であり、実際のシリコンウェーハの洗浄を行う場合の洗浄時間に相当する。また、縦軸の「ミストの付着量」は、シリコンウェーハに付着したミストの質量の積算値（合計値）である。図５から、発明例に対するミストの付着量は、比較例に比べて大きく低減されることが分かる。
本発明によれば、半導体ウェーハの洗浄中に半導体ウェーハの表面に洗浄液のミストが付着するのを抑制することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。
１ 洗浄装置
１０ チャンバ
１１ａ チャンバの上部
１１ｂ チャンバの下部
１１ｃ 開口部
１２ 給気部
１３ 回転テーブル
１４ ウェーハ保持部
１５ 上部ノズル
１６ 下部ノズル
１７ 排気経路
２０ スピンカップ
２０ａ スピンカップの上端部
２１ 側壁部
２１ａ，２２ａ，２３ａ 内面
２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ 外面
２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ 上端部
２１ｄ，２２ｄ，２３ｄ 下端部
２２ 傾斜部
２３ 返し部
Ｍ 主流
Ｓ 渦流
Ｗ 半導体ウェーハ

Claims (7)

  1. 下部に開口部を有するチャンバと、
    該チャンバ内の上部に設けられ、下方に向かって気体を供給する給気部と、
    前記開口部の下方から前記チャンバ内に挿入されている回転テーブルと、
    該回転テーブルの上面に設けられ、洗浄対象の半導体ウェーハを保持するウェーハ保持部と、
    前記半導体ウェーハの上面に向かって洗浄液を供給する上部ノズルと、
    前記半導体ウェーハの下面に向かって洗浄液を供給する下部ノズルと、
    前記回転テーブルの外周部に設けられ、前記回転テーブルの外周方向に飛散する前記洗浄液を回収するスピンカップと、
    を備え、
    前記スピンカップは、
    環状の側壁部と、
    下端部が前記側壁部の上端部に接続されており、鉛直方向に対して前記回転テーブル側に傾斜している環状の傾斜部と、
    上端部が前記傾斜部の上端部に接続されている環状の返し部と、
    を有し、
    前記側壁部の上端部の高さ位置が、前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置よりも低い位置に配置されており、
    前記傾斜部の水平面に対する傾斜角度をθ、前記側壁部の内面と前記返し部の内面との間の距離である前記傾斜部の径方向の幅をｗ（ｍｍ）として、前記傾斜角度θおよび前記幅ｗが下記の式（Ａ）を満たすように構成されていることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄装置。
    θ≧−０．６５×ｗ＋７２．９° （Ａ）
  2. 前記幅ｗは、２０ｍｍ以上９０ｍｍ以下である、請求項１に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
  3. 前記返し部の下端部の高さ位置と前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置との差ｈが０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である、請求項１または２に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
  4. 前記返し部の下端部が前記側壁部側に傾斜している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄装置を用いて、洗浄対象の半導体ウェーハを前記ウェーハ保持部の上に載置し、前記給気部から気体を供給するとともに前記上部ノズルから前記半導体ウェーハの上面に洗浄液を噴射し、かつ前記下部ノズルから前記半導体ウェーハの下面に洗浄液を噴射しつつ前記回転テーブルを回転させて前記半導体ウェーハを回転させ、前記気体を前記スピンカップと前記回転テーブルとの隙間から排気しながら前記半導体ウェーハの表裏面を洗浄することを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法。
  6. 前記半導体ウェーハの洗浄は、前記給気部から供給される前記気体の流量をＦ、前記回転テーブルの回転数をＲとして、前記気体の流量Ｆおよび前記回転数Ｒが下記の式（Ｂ）を満たす条件の下で行う、請求項５に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
    Ｆ（ｍ３／ｍｉｎ）≧６．９×１０−３×Ｒ（ｒｐｍ） （Ｂ）
  7. 前記洗浄対象の半導体ウェーハがシリコンウェーハである、請求項５または６に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
JP2020003047A 2020-01-10 2020-01-10 半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法 Active JP6911950B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020003047A JP6911950B2 (ja) 2020-01-10 2020-01-10 半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法
KR1020227023509A KR102585111B1 (ko) 2020-01-10 2020-08-17 반도체 웨이퍼의 세정 장치 및 반도체 웨이퍼의 세정 방법
CN202080092346.2A CN114902379A (zh) 2020-01-10 2020-08-17 半导体晶片的清洗装置以及半导体晶片的清洗方法
US17/791,769 US20230033913A1 (en) 2020-01-10 2020-08-17 Cleaning apparatus for semiconductor wafer and method of cleaning semiconductor wafer
PCT/JP2020/031026 WO2021140697A1 (ja) 2020-01-10 2020-08-17 半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法
TW109128375A TWI767302B (zh) 2020-01-10 2020-08-20 半導體晶圓的洗淨裝置及半導體晶圓的洗淨方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020003047A JP6911950B2 (ja) 2020-01-10 2020-01-10 半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6911950B2 true JP6911950B2 (ja) 2021-07-28
JP2021111703A JP2021111703A (ja) 2021-08-02

Family

ID=76788608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020003047A Active JP6911950B2 (ja) 2020-01-10 2020-01-10 半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230033913A1 (ja)
JP (1) JP6911950B2 (ja)
KR (1) KR102585111B1 (ja)
CN (1) CN114902379A (ja)
TW (1) TWI767302B (ja)
WO (1) WO2021140697A1 (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240095258A (ko) * 2021-11-04 2024-06-25 도쿄엘렉트론가부시키가이샤 기판 처리 장치

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5685039A (en) * 1995-05-12 1997-11-11 Tokyo Electron Limited Cleaning apparatus
JPH09148231A (ja) * 1995-11-16 1997-06-06 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 回転式基板処理装置
JP2000254857A (ja) * 1999-01-06 2000-09-19 Tokyo Seimitsu Co Ltd 平面加工装置及び平面加工方法
JP5312856B2 (ja) * 2008-06-27 2013-10-09 大日本スクリーン製造株式会社 基板処理装置
JP5807949B2 (ja) * 2010-11-12 2015-11-10 国立大学法人東北大学 超高速ウェットエッチング装置
JP6017262B2 (ja) * 2012-10-25 2016-10-26 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置および基板処理方法
JP5951444B2 (ja) * 2012-10-25 2016-07-13 東京エレクトロン株式会社 基板処理装置および基板処理方法
CN209804606U (zh) * 2019-04-25 2019-12-17 东京毅力科创株式会社 基板处理装置

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021140697A1 (ja) 2021-07-15
TW202126396A (zh) 2021-07-16
CN114902379A (zh) 2022-08-12
KR20220113476A (ko) 2022-08-12
JP2021111703A (ja) 2021-08-02
TWI767302B (zh) 2022-06-11
US20230033913A1 (en) 2023-02-02
KR102585111B1 (ko) 2023-10-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100787067B1 (ko) 처리 장치, 처리 시스템 및 처리 방법
KR20150005871A (ko) 기판처리장치 및 기판처리방법
JP5954862B2 (ja) 基板処理装置
JP2009032846A (ja) 基板処理装置
TWI656913B (zh) 基板處理裝置
JP5734705B2 (ja) 基板処理装置
JP6911950B2 (ja) 半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法
JP6508721B2 (ja) 基板処理方法および基板処理装置
JP5973901B2 (ja) 基板液処理装置及び基板液処理方法
JP2012064800A (ja) ウェーハ洗浄装置
KR101439111B1 (ko) 스핀척 및 이를 구비한 매엽식 세정장치
TWI803260B (zh) 半導體晶圓之清洗裝置、半導體晶圓之清洗方法以及矽晶圓之製造方法
TWI525681B (zh) 基板處理裝置
JPH10199852A (ja) 回転式基板処理装置
JP7187268B2 (ja) 基板処理装置及び基板処理方法
JP2008258330A (ja) 枚葉式洗浄装置
JP2000100763A (ja) 基板表面の処理装置
JP2004356299A (ja) 液処理装置およびその接液部に用いられる部品ならびにその部品の製造方法
JP4955586B2 (ja) 基板洗浄装置および基板洗浄方法
WO2020095582A1 (ja) 処理カップユニットおよび基板処理装置
JP4606793B2 (ja) 基板処理装置および基板処理方法
US20240216957A1 (en) Bowl for processing a substrate and processing substrate device including the same
JP2013211367A (ja) 処理液供給装置およびその処理液供給装置を備えた基板処理装置および基板処理方法
JP2011086659A (ja) スピン洗浄装置
JP4837017B2 (ja) 基板処理装置および基板処理方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200110

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210323

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210520

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210608

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210621

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6911950

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250