JP7032726B2 - 洗浄装置及び洗浄方法 - Google Patents

Description

本明細書で開示する技術は、洗浄水を噴射して洗浄対象物を洗浄した後にリンス水によって洗浄対象物をリンスする技術に関する。

従来、洗浄水を噴射して洗浄対象物を洗浄する洗浄装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、このような洗浄装置において、洗浄水を噴射して洗浄対象物に付着している付着物を物理的に除去した後、リンス水として純水を供給して洗浄対象物の表面に残っている洗浄水を洗い流す（所謂リンスする）ことにより、洗浄水の中に浮遊している付着物が洗浄対象物に再付着することを抑制するものも知られている。

特開２０１１－３５３００号公報

しかしながら、純水によってリンスしても必ずしも付着物の再付着を完全に防止できるわけではなく、リンス効果（すなわち洗浄対象物の表面に残っている洗浄水の中に浮遊している付着物が洗浄対象物に再付着することを抑制しつつ洗浄水を洗い流す効果）を向上させる別の手法が望まれている。
本明細書では、洗浄水を噴射して洗浄対象物を洗浄した後にリンス水を供給して洗浄対象物をリンスする場合に、純水によってリンスする場合に比べてリンス効果を向上させることができる技術を開示する。

本明細書で開示する洗浄装置は、洗浄水を噴射して洗浄対象物を洗浄する洗浄部と、飽和状態の９０％以上の範囲で気体を溶解させた水である溶解水を、前記洗浄部が前記洗浄水を噴射する圧力より低圧で前記洗浄対象物に供給する供給部と、を備え、前記洗浄部によって前記洗浄対象物を洗浄した後、前記供給部によって前記溶解水を供給して前記洗浄対象物をリンスする。

本願発明者は、洗浄水によって洗浄対象物を洗浄した後、溶解水によって洗浄対象物をリンスすると、純水によってリンスする場合に比べてリンス効果が向上するという知見を得た。上記の洗浄装置によると、洗浄部によって洗浄対象物を洗浄した後、供給部によって溶解水を供給して洗浄対象物をリンスするので、純水によってリンスする場合に比べてリンス効果を向上させることができる。

また、前記洗浄部は３ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で前記洗浄水を噴射し、前記供給部は０．１ＭＰａより大きく１ＭＰａ以下の圧力で前記溶解水を供給してもよい。

一般に好ましい洗浄効果を得るためには洗浄水を３ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で噴射することが望ましい。上記の洗浄装置によると、洗浄水を３ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で噴射するので好ましい洗浄効果を得ることができる。また、本願発明者は、適切なコストでリンス効果を得るためには溶解水を０．１ＭＰａより大きく１ＭＰａ以下の圧力で供給することが望ましいという知見を得た。上記の洗浄装置によると、溶解水を０．１ＭＰａより大きく１ＭＰａ以下の圧力で供給するのでリンス効果を適切なコストで得ることができる。

また、前記洗浄水は前記溶解水であってもよい。

本願発明者は、リンス水として溶解水を用いる場合は洗浄水としても溶解水を用いると、洗浄水として純水を用いる場合に比べて洗浄効果が向上するという知見を得た。上記の洗浄装置によると、リンス水として溶解水を用いる場合に、洗浄水としても溶解水を用いるので、洗浄水として純水を用いる場合に比べて洗浄効果を向上させることができる

また、前記洗浄対象物は半導体ウェハであってもよい。

半導体ウェハはスラリーと呼ばれる研磨剤を用いて研磨された後、半導体ウェハに付着しているスラリーを除去するために洗浄される。しかしながら、半導体ウェハを洗浄しても、洗浄後の半導体ウェハの表面に残っている洗浄水の中に浮遊しているスラリーが半導体ウェハに再付着してしまうという問題がある。本願発明者は、洗浄水によって半導体ウェハを洗浄した後、溶解水によって半導体ウェハをリンスすると、純水によってリンスする場合に比べてスラリーが半導体ウェハに再付着することを抑制することができるという知見を得た。上記の洗浄装置によると、洗浄部によって半導体ウェハを洗浄した後、供給部によって溶解水を供給して半導体ウェハをリンスするので、純水によってリンスする場合に比べてスラリーが半導体ウェハに再付着することを抑制することができる。

また、純水が貯められているタンク内に圧縮した気体を供給して前記溶解水を製造する製造装置を備え、前記供給部は前記気体の圧力を利用して前記溶解水を供給してもよい。

上記の洗浄装置によると、溶解水をリンス水として供給するためのポンプが不要である上、ポンプ内の摺動部材の摩擦によって生じた不純物を除去するためのフィルタも不要になるので、洗浄装置のコストを抑制できる。

また、本明細書で開示する洗浄方法は、洗浄水を噴射して洗浄対象物を洗浄する洗浄工程と、前記洗浄工程の後、飽和状態の９０％以上の範囲で気体を溶解させた水である溶解水を、前記洗浄工程で前記洗浄水が噴射される圧力より低圧で前記洗浄対象物に供給して前記洗浄対象物をリンスするリンス工程と、を含む。

上記の洗浄方法によると、純水によってリンスする場合に比べてリンス効果を向上させることができる。

実施形態１に係る洗浄装置の全体構成を示す模式図 洗浄効果を比較する実験の実験結果を示すグラフ

＜実施形態１＞
実施形態１を図１ないし図２によって説明する。

（１）洗浄装置の構成
図１を参照して、本実施形態に係る洗浄装置１の構成について説明する。洗浄装置１は洗浄水を高圧で噴射して洗浄対象物Ｗを洗浄し、その後に洗浄対象物Ｗにリンス水を供給して洗浄対象物Ｗをリンスするものである。
ここで、本実施形態では洗浄対象物Ｗとして半導体ウェハ（以下、「半導体ウェハＷ」という）を例に説明する。半導体ウェハＷはスラリーと呼ばれる研磨剤を用いて研磨された後、付着しているスラリーを除去するために洗浄装置１によって洗浄される。図１では省略しているが、半導体ウェハＷはターンテーブルの上に載置されており、回転している状態で洗浄される。

洗浄装置１は、飽和状態の９０％以上の範囲で空気（気体の一例）を溶解させた水である溶解水を製造する製造装置１０、洗浄部１１、供給部１２、及び、図示しない制御部を備えている。
製造装置１０は超純水（比抵抗値が１５ＭΩ・ｃｍ以上の純水）を貯めるタンク、及び、空気を圧縮してタンク内に供給する圧縮ポンプなどを備えている。溶解水の製造では、タンクに超純水が貯められた後、圧縮ポンプによって圧縮された空気がタンク内に供給される。圧縮された空気がタンク内に供給されるとタンク内の気圧が高くなり、タンク内の空気の一部が溶解によって超純水に溶ける。これにより溶解水が製造される。

なお、溶解水を製造する方法はこれに限られるものではなく、適宜の方法で製造することができる。例えば空気と超純水との間に浸透膜を介在させ、浸透膜を用いて溶解水を製造する方法であってもよい。また、溶解水に用いる純水は超純水に限られるものではなく、適宜に決定することができる。

洗浄部１１は溶解水を洗浄水として噴射して半導体ウェハＷを洗浄するものであり、高圧ポンプ１３、高圧フィルタ１４、洗浄用ノズル１５、配管１６、及び、開閉弁１７を備えている。前述した製造装置１０、高圧ポンプ１３、高圧フィルタ１４及び洗浄用ノズル１５は配管１６を介してこの順で接続されている。

高圧ポンプ１３はタンクから供給される溶解水を加圧して洗浄用ノズル１５に供給するものである。具体的には、高圧ポンプ１３は洗浄用ノズル１５から洗浄水として噴射される溶解水の噴射圧力が３ＭＰａ（メガパスカル）以上３０ＭＰａ以下となるように溶解水を加圧する。噴射圧力は洗浄対象物Ｗに応じて適宜に決定することができるが、３ＭＰａ未満であると洗浄効果が減少し、３０ＭＰａを超えると洗浄対象物へのダメージや搬送系に異常が発生する可能性があるので、好ましい洗浄効果を得るためには洗浄水が３ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の範囲で噴射されるように加圧することが望ましい。
高圧フィルタ１４は高圧ポンプ１３から供給される溶解水中の微小粒子を除去するものである。

洗浄用ノズル１５は高圧ポンプ１３から供給された溶解水を洗浄水として噴射する１流体ノズルであり、半導体ウェハＷの上方となる位置に配されている。洗浄用ノズル１５によって噴射された溶解水は飛行中に平均径２５～５０μｍの液滴に微粒化し、その平均速度は３０～９０ｍ／ｓｅｃとなる。なお、これらは一例であり、平均径や平均速度はこれらに限定されるものではない。
開閉弁１７は配管１６において高圧フィルタ１４と洗浄用ノズル１５との間に設けられている。開閉弁１７はエアオペレートバルブや電磁弁などであり、制御部によって開閉が制御される。

供給部１２は溶解水をリンス水として半導体ウェハＷに供給するものであり、配管１８及び開閉弁１９を備えている。配管１８は例えば樹脂製のホースである。配管１８は一端が製造装置１０に接続されており、他端が半導体ウェハＷの上方となる位置に配されている。

開閉弁１９は配管１８に設けられている。開閉弁１９はエアオペレートバルブや電磁弁などであり、制御部によって開閉が制御される。前述したように製造装置１０のタンク内は圧縮ポンプによって圧縮された空気によって加圧されているので、開閉弁１９を開くとその圧力によってタンク内の溶解水が配管１８の他端から半導体ウェハＷに供給される。

なお、配管１８の他端には溶解水をリンス水として噴射するリンス用ノズルが設けられていてもよい。リンス用ノズルは噴射口の口径が配管１８の内径と同程度のものであってもよいし、リンス水をシャワーのように噴射するものであってもよい。

また、ここでは製造装置１０の圧縮ポンプによって圧縮された空気の圧力を利用して溶解水をリンス水として供給する場合を例に説明するが、溶解水をリンス水として供給する方法はこれに限られない。例えば溶解水をリンス水として供給するためのポンプ（以下「リンス水供給用ポンプ」という）を別途備え、そのポンプを用いて供給してもよいし、製造装置１０のタンクを高い位置に設置して重力によって供給してもよい。

ただし、リンス水供給用ポンプを別途備えると洗浄装置１のコストが高くなる。また、リンス水供給用ポンプを別途備えるとリンス水供給用ポンプ内の摺動部材の摩擦によって生じた不純物が溶解水に混入することを防止するために下流側に不純物を除去するフィルタを設ける必要があり、それによってもコストが高くなる。これに対し、圧縮ポンプによって圧縮された空気の圧力を利用する場合はリンス水供給用ポンプや上述したフィルタが不要であるので洗浄装置１のコストを抑制できる。

（２）洗浄装置の作動
洗浄装置１は製造装置１０から供給される溶解水を洗浄部１１によって洗浄水として高圧で噴射する（洗浄工程）。溶解水は加圧されている状態から解放されると溶解していた空気が気体に戻ることによってファインバブル（直径１００μｍ以下の気泡）が発生し、ファインバブルが含まれる超純水によって半導体ウェハＷが洗浄される。

そして、洗浄装置１は洗浄水として噴射した溶解水が半導体ウェハＷの表面に残っている状態で、製造装置１０から供給される溶解水を供給部１２によってリンス水として半導体ウェハＷに供給する（リンス工程）。

製造装置１０のタンク内の空気の圧力は例えば１．２気圧（≒０．１ＭＰａ）であり、高圧ポンプ１３によって加圧される圧力より大幅に低圧であるので、タンク内の空気の圧力を利用して供給されるリンス水の圧力は１ＭＰａ未満となる。このためリンス水として供給される溶解水は洗浄用ノズル１５から噴射された溶解水よりも流速が遅くなり、半導体ウェハＷの表面を低速で流れる。また、前述したように溶解水は加圧されている状態から解放されるとファインバブルが発生する。このため、ファインバブルが含まれる超純水が半導体ウェハＷの表面を低速で流れることによって半導体ウェハＷがリンスされる。

なお、リンス水の圧力が１ＭＰａを超えるとリンス水量の増加や専用の加圧装置の設置などによってコストが増加するので、リンス水の圧力は０．１ＭＰａより大きく１ＭＰａ以下の範囲が望ましい。

（３）実験結果
図２に示すように、本願発明者は洗浄水／リンス水の組み合わせとして超純水／溶解水、溶解水／超純水、及び、溶解水／溶解水の３つについて洗浄効果を比較する実験を行った。図２（ａ）と図２（ｂ）とでは溶解水／溶解水の実験結果を示すグラフの高さが異なっているが、これは実験結果を明確に示すために図２（ａ）と図２（ｂ）とで縦軸の縮尺を異ならせているからであり、これらは同じ実験結果を示している。

この実験では半導体ウェハＷにスラリーを付着させ、その半導体ウェハＷを洗浄及びリンスした後、市販のパーティクルカウンタを用いてスラリー（パーティクル）の残数を計測した。パーティクルカウンタは対象物にレーザーを照射して微小なパーティクル（小片、粒子）をカウントするものである。
また、この実験では上述した各組み合せについて洗浄水やリンス水の噴射圧力や噴射時間などの条件を互いに同じとし、スラリーについては本願発明者が目視で同程度となるように手作業で付着させた。なお、付着させたスラリーの量のばらつきが実験結果に与える影響は小さいといえる。

図２（ａ）に示すように、超純水／溶解水と溶解水／溶解水とを比較した場合、リンス水はいずれも溶解水であることから、洗浄効果の違いが生じた原因は洗浄水の違いであるといえる。この比較では僅かではあるが洗浄水として溶解水を用いた方が洗浄効果が高いという結果になった。
また、図２（ｂ）に示すように、溶解水／超純水と溶解水／溶解水とを比較した場合、洗浄水はいずれも溶解水であることから、洗浄効果の違いが生じた原因はリンス水の違いであるといえる。この比較ではリンス水として溶解水を用いた方が洗浄効果が高いという結果になった。

これらの結果から、リンス効果については溶解水の方が超純水より高いと考えられる。また、リンス水として溶解水を用いる場合は、洗浄水としても溶解水を用いた方が超純水を用いるよりも洗浄効果が高いと考えられる。
溶解水が超純水に比べてリンス効果が高い理由としては、溶解水に含まれているファインバブルの効果が考えられる。具体的には、洗浄後の半導体ウェハＷの表面に残っている洗浄水の中に浮遊しているスラリーが、リンス水として供給された溶解水に含まれているファインバブルによって半導体ウェハＷに再付着し難くなったからであると考えられる。

（４）実施形態の効果
以上説明した実施形態1に係る洗浄装置１によると、洗浄部１１によって半導体ウェハＷを洗浄した後、供給部１２によって溶解水を供給して半導体ウェハＷをリンスするので、ファインバブルの効果により、超純水によってリンスする場合に比べてリンス効果を向上させることができる。

また、洗浄装置１によると、溶解水を洗浄水として噴射する場合に３ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の高圧で噴射するので好ましい洗浄効果を得ることができるとともに、溶解水をリンス水として供給する場合に０．１ＭＰａより大きく１ＭＰａ以下の低圧で供給するのでリンス効果を適切なコストで得ることができる。

また、洗浄装置１によると、リンス水として溶解水を用いる場合に、洗浄水としても溶解水を用いるので、洗浄水として超純水を用いる場合に比べて洗浄効果を向上させることができる。

また、洗浄装置１によると、洗浄部１１によって半導体ウェハＷを洗浄した後、供給部１２によって溶解水を供給して半導体ウェハＷをリンスするので、純水によってリンスする場合に比べてスラリーが半導体ウェハＷに再付着することを抑制することができる。

また、洗浄装置１によると、リンス水供給用ポンプが不要である上、リンス水供給用ポンプ内の摺動部材の摩擦によって生じた不純物を除去するためのフィルタも不要になるので、洗浄装置１のコストを抑制できる。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示する技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書で開示する技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では超純水に空気を溶解させた溶解水を例に説明したが、溶解させる気体は空気に限られるものではなく、適宜に選択することができる。例えば気体は窒素、酸素、水素、二酸化炭素などであってもよいし、他の気体であってもよい。

（２）上記実施形態では洗浄水として溶解水を用いる場合を例に説明したが、洗浄水は超純水であってもよいし、超純水を改質した所謂機能水（ＣＯ２水、アンモニア水素水、オゾン水など）であってもよい。また、溶解水は純水あるいは超純水に塩酸、硫酸などの酸性の溶質、アンモニア、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）などのアルカリ性の溶質などを溶解させたものでもよい。

（３）上記実施形態では洗浄対象物Ｗとして半導体ウェハを例に説明したが、洗浄対象部物Ｗは半導体ウェハに限られるものではなく、例えば液晶ディスプレイのガラス基板などであってもよい。

１…洗浄装置、１０…製造装置、１１…洗浄部、１２…供給部、Ｗ…半導体ウェハ（洗浄対象物の一例）

Claims (2)

1. 飽和状態の９０％以上の範囲で気体を溶解させた溶解水である洗浄水を噴射して洗浄対象物を洗浄する洗浄工程と、
   前記洗浄工程の後、前記溶解水を、前記洗浄工程で前記洗浄水が噴射される圧力より低圧で前記洗浄対象物に供給して前記洗浄対象物をリンスするリンス工程と、
   を含む洗浄方法。
2. 請求項１に記載の洗浄方法であって、
   前記洗浄工程において、３ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下の圧力で前記洗浄水を噴射し、前記リンス工程において、０．１ＭＰａより大きく１ＭＰａ以下の圧力で前記溶解水を供給する、洗浄方法。

Images