JP7287271B2 - ワークの洗浄装置および洗浄方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの洗浄装置および洗浄方法に関する。
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が施される。
シリコンウェーハなどのワークの洗浄装置には、複数枚のワークを同時に洗浄するバッチ式の洗浄装置と、ワーク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シリコン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。
枚葉式の洗浄装置では、洗浄対象のワークを回転テーブル上に設けられたワーク保持部上に載置し、回転テーブルとともにワークを高速回転させながら、上部ノズルおよび下部ノズルからワークの表面（おもて面）および裏面に洗浄液を噴射してパーティクルを除去する。その際、ワークの裏面に噴射した洗浄液が高速回転する回転テーブル上に落下して跳ね上がってワークの裏面に再付着する場合があり、ワークの裏面が汚れる問題がある。
そこで、例えば特許文献１には、下部ノズルから噴射した洗浄液を受ける受け皿を備え、この受け皿が下部ノズルの回転テーブルよりも上方に突出した部分に設置されているため、洗浄液が回転テーブルに落下するのを抑制して、ワークの裏面が汚れるのを抑制している。
特開２００８－２５８３３０号公報
しかしながら、本発明者が特許文献１に記載された洗浄装置を用いてシリコンウェーハの洗浄を行ったところ、洗浄後に、シリコンウェーハの裏面中央部でのパーティクル付着量が増加することが判明した。
そこで、本発明の目的は、洗浄後に、ワークの裏面中央部でのパーティクル付着量が増加するのを抑制することができるワークの洗浄装置および洗浄方法を提案することにある。
上記課題を解決する本発明は、以下の通りである。
［１］鉛直方向に延在する筒状の第１の筒状部と、該第１の筒状部の上部を覆う蓋部とを有する第１の固定体と、
前記第１の固定体の前記第１の筒状部よりも大きな径を有し、前記第１の固定体の前記第１の筒状部を内部に収容する筒状の第２の固定体と、
前記第１の固定体の前記第１の筒状部よりも大きな径かつ前記第２の固定体よりも小さな径を有する筒状の第２の筒状部と、該第２の筒状部の上部に配置された回転テーブルと、該回転テーブルの表面に設けられ、洗浄対象のワークを保持するワーク保持体とを有し、前記第２の筒状部が前記第１の固定体の前記第１の筒状部と前記第２の固定体との間に配置された回転体であって、該回転体は、前記第１の固定体の前記第１の筒状部と前記回転体との間の空隙に配置された上下一対の第１のベアリング、および前記第２の固定体と前記回転体の前記第２の筒状部との間の空隙に配置された上下一対の第２のベアリングによって前記第１の固定体および前記第２の固定体に回転自在に支持されている、回転体と、
前記ワークの表面にむけて洗浄液を噴射する上部ノズルと、
前記第１の固定体の内部に配されるとともに前記蓋体に固定され、前記ワークの裏面に向けて洗浄液を噴射する下部ノズルと、を備えるワークの洗浄装置において、
前記第１の固定体に設けられ、前記第１の固定体と前記回転体との間の空隙の気体を前記空隙から排気するための排気口と、
前記第１の固定体内に配置され、一端が前記排気口に接続された排気管と、
前記排気管の他端に接続され、前記第１の固定体と前記回転体との間の空隙の気体を吸引する吸引手段と、
を備えることを特徴とするワークの洗浄装置。
［２］前記排気口は、前記第１のベアリングの上側のベアリングよりも高い位置に設けられている、前記［１］に記載のワークの洗浄装置。
［３］前記排気口は、前記第１の筒状部および前記蓋体の双方に設けられている、前記［２］に記載のワークの洗浄装置。
［４］同一の高さ位置にて、４つ以上の排気口が周方向に等間隔に設けられている、前記［１］～［３］のいずれか一項に記載のワークの洗浄装置。
［５］前記［１］～［４］のいずれか一項に記載のワークの洗浄装置を用いてワークの両面を洗浄する方法であって、
前記回転体を第１の回転速度で回転させて前記ワークを回転させつつ、前記上部ノズルから前記ワークの表面にむけて洗浄液を噴射するとともに、前記下部ノズルから前記ワークの裏面にむけて洗浄液を噴射して、前記ワークの両面を洗浄する洗浄工程と、
前記回転体を前記第１の回転速度よりも高い第２の回転速度で回転させて洗浄後の前記ワークを乾燥させる乾燥工程とを含むワークの洗浄方法において、
前記乾燥工程における少なくとも前記ワークの回転速度が６００ｒｐｍ以上の期間において、前記吸引手段を駆動させて前記排気口から前記第１の固定体と前記回転体との間の空隙の気体を排気することを特徴とするワークの洗浄方法。
［６］前記ワークはシリコンウェーハである、前記［５］に記載のワークの洗浄方法。
本発明によれば、洗浄後に、ワークの裏面中央部でのパーティクル付着量が増加するのを抑制することができる。
本発明によるワークの洗浄装置の一例の要部を示す図である。 （ａ）は図１に示した洗浄装置の上部付近の拡大図であり、（ｂ）は上面視した際の蓋部である。 実施例におけるシリコンウェーハの洗浄レシピを示す図である。 洗浄中に付着したパーティクルを示すＬＰＤマップであり、（ａ）は従来例、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は発明例１に関するものである。
（ワークの洗浄装置）
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。本発明によるワークの洗浄装置は、鉛直方向に延在する筒状の第１の筒状部と、該第１の筒状部の上部を覆う蓋部とを有する第１の固定体と、前記第１の固定体の前記第１の筒状部よりも大きな径を有し、前記第１の固定体の前記第１の筒状部を内部に収容する筒状の第２の固定体と、前記第１の固定体の前記第１の筒状部よりも大きな径かつ前記第２の固定体よりも小さな径を有する筒状の第２の筒状部と、該第２の筒状部の上部に配置された回転テーブルと、該回転テーブルの表面に設けられ、洗浄対象のワークを保持するワーク保持体とを有し、前記第２の筒状部が前記第１の固定体の前記第１の筒状部と前記第２の固定体との間に配置された回転体であって、該回転体は、前記第１の固定体の前記第１の筒状部と前記回転体との間の空隙に配置された上下一対の第１のベアリング、および前記第２の固定体と前記回転体の前記第２の筒状部との間の空隙に配置された上下一対の第２のベアリングによって前記第１の固定体および前記第２の固定体に回転自在に支持されている、回転体と、前記ワークの表面にむけて洗浄液を噴射する上部ノズルと、前記第１の固定体の内部に配されるとともに前記蓋体に固定され、前記ワークの裏面に向けて洗浄液を噴射する下部ノズルとを備えるワークの洗浄装置である。ここで、前記第１の固定体に設けられ、前記第１の固定体と前記回転体との間の空隙の気体を前記空隙から排気するための排気口と、前記第１の固定体内に配置され、一端が前記排気口に接続された排気管と、前記排気管の他端に接続され、前記第１の固定体と前記回転体との間の空隙の気体を吸引する吸引手段とを備えることを特徴とする。
本発明者らは、特許文献１に記載された洗浄装置を用いてシリコンウェーハの洗浄を行った際に、洗浄後に、ウェーハ裏面中央部でのパーティクル付着量が増加する理由について鋭意検討した。上述のように、枚葉式の洗浄装置においては、回転テーブル上に載置されたシリコンウェーハを高速回転させながら洗浄液を噴射してシリコンウェーハを洗浄する。そして、洗浄後には、シリコンウェーハを高速回転させてシリコンウェーハを乾燥させる。
上記ウェーハの洗浄時には、洗浄液がウェーハ裏面に噴射され続けているため、洗浄時にパーティクルの付着量が増加したとは考えにくい。一方、ウェーハの乾燥時には、ウェーハの高速回転による遠心力によって、ウェーハ中心部下方の空気がウェーハ外周部方向に流れてシリコンウェーハの下方では負圧が生じる（ベルヌーイの定理）。
本発明者らは、ウェーハの乾燥時に、上述のように生じた負圧によって、装置内などで発生したパーティクルが装置内の隙間などを経由してウェーハ中心部下方に引き寄せられ、ウェーハ裏面中央部に付着したのではないかと推察した。具体的には、経年劣化などによって、駆動源におけるベアリングや回転ベルト、プーリーなどの摺動部材などで発塵し、発塵物がシリコンウェーハ中心部下方に流れ込んでいるのではないかと推察した。
本発明者は、上記推察に基づいて、発塵源からの発塵物がウェーハ裏面中央部に流れ込むのを抑制する方途について鋭意検討した。その結果、ベアリングなどの発塵源からシリコンウェーハ中央部下方までの経路に排気ラインを設け、上記経路上の気体を排気することが極めて有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
図１は、本発明によるワークの洗浄装置の一例の要部を示している。また、図２（ａ）には、図１に示した装置の上部の拡大図を示している。図１に示したワークの洗浄装置１において、第１の固定体１１は、鉛直方向に延在する筒状の第１の筒状部１１ａと、該第１の筒状部１１ａの上部を覆う蓋部１１ｂとを有する。蓋部１１ｂは、後述する下部ノズル１９を保持している。また、第２の固定体１２は、筒状の部材であり、第１の固定体１１の第１の筒状部１１ａよりも大きな径を有し、第１の固定体１１の第１の筒状部１１ａを内部に収容している。これら第１の固定体１１および第２の固定体１２は、図に示されていない床部に固定されており、回転体１３を支持する主柱を構成する。
回転体１３は、第１の固定体１１の第１の筒状部１１ａよりも大きな径を有し、かつ第２の固定体１２よりも小さな径を有する筒状の第２の筒状部１３ａと、該第２の筒状部１３ａの上部に配置された回転テーブル１３ｂと、該回転テーブル１３ｂの表面に設けられ、洗浄対象のワークを保持するワーク保持体１３ｃとを有する。図示例においては、回転テーブル１３ｂには、凹部１３ｄが設けられており、この凹部１３ｄに第１の固定体１１の蓋部１１ｂが収容されている。
第２の筒状部１３ａは、第１の固定体１１の第１の筒状部１１ａと第２の固定体１２との間に配置されている。そして、第１の固定体１１の第１の筒状部１１ａと回転体１３との間の空隙には、上下一対の第１のベアリング１４が配置されており、また、第２の固定体１２と回転体１３の第２の筒状部１３ａとの間の空隙には、上下一対の第２のベアリング１５が配置されている。こうして、回転体１３は、第１のベアリング１４および第２のベアリング１５を介して第１の固定体１１および第２の固定体１２に回転自在に支持されている。
また、回転体１３の第２の筒状部１３ａの下部には、回転ベルト１６が張設されており、モータ１７の駆動によって第２の筒状部１３ａひいては回転テーブル１３ｂ上のワークＷが回転するように構成されている。
一方、洗浄装置１の上部には、ワークＷの表面（おもて面）にむけて洗浄液を噴射する上部ノズル１８が設けられている。この上部ノズル１８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１８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、第１の固定体１１の蓋部１１ｂには、ワークＷの裏面に向けて洗浄液を噴射する下部ノズル１９が保持されており、ワークの裏面中央部に向けて洗浄液を噴射できるように配置されている。下部ノズル１９は、上部ノズル１８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１９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。
そして、本発明の洗浄装置１においては、第１の固定体１１に、第１の固定体１１と回転体１３との間の空隙の気体を空隙から排気するための排気口２０が設けられており、この排気口２０には、第１の固定体１１内に配置された排気管２１の一端が接続されている。また、排気管２１の他端には、吸引手段２２が接続されている。吸引手段２２は、吸引ポンプや、ガスエジェクタ、水エジェクタ、スチームエジェクタなどで構成することができる。
従って、ワークＷの洗浄中に吸引手段２２を駆動することによって、ベアリング１４、１５などの発塵源からの発塵物が流通する第１の固定体１１と回転体１３との間の空隙の気体を吸引して、ワークＷの裏面中央部に到達する発塵物を抑制することができる。
なお、排気管２１は、金属で構成せずに、耐薬品性の高いテトラフルオロエチレン（ＰＦＡ）などのフッ素系樹脂で構成することが好ましい。
上記排気口２０は、第１のベアリング１４の上側のベアリング１４ａよりも高い位置に設けられていることが好ましい。これにより、第１の固定体１１の第１の筒状部１１ａと回転体１３の第２の筒状部１３ａとの間の空隙を流通する発塵物をより多く除去することができる。
また、排気口２０は、第１の固定体１１の第１の筒状部１１ａおよび蓋体１１ｂの双方に設けられていることが好ましい。これにより、第２の固定体１２と回転体１３の第２の筒状部１３ａとの間に配置された第２のベアリング１５や、回転ベルト１６やモータ１７、プーリー（図示せず）などから発生し、装置１の外周で発生する乱流によって第１の固定体１１と回転体１３との間を通過する発塵物や、ワークＷの下方の空間に存在する洗浄液のミストについても除去することができる。
さらに、同一の高さ位置にて、４つ以上の排気口２０が周方向に等間隔に設けられていることが好ましい。これにより。洗浄中に発塵物の除去を均一に行うことができる。
上記第１の固定体１１、第２の固定体１２および回転体１３の外周には、洗浄中にワークの外周方向に飛散する洗浄液が装置１の外部に飛散するのを防止する水受けカバー２３と、洗浄液を受ける水受けカップ２４が設けられている。水受けカップ２４には、洗浄液を排出する排液管２４ａと、装置１内の空気を排気する排気管２４ｂが設けられている。
このような洗浄装置１を用いてワークＷの洗浄を行うことにより、洗浄後に、ワークＷの裏面中央部でのパーティクル付着量が増加するのを抑制することができる。
（ワークの洗浄方法）
本発明によるワークの洗浄方法は、上述した本発明によるワークの洗浄装置を用いてワークの両面を洗浄する方法であり、回転体１３を第１の回転速度で回転させてワークＷを回転させつつ、上部ノズル１８からワークＷの表面にむけて洗浄液を噴射するとともに、下部ノズル１９からワークＷの裏面にむけて洗浄液を噴射して、ワークＷの両面を洗浄する洗浄工程と、回転体１３を第１の回転速度よりも高い第２の回転速度で回転させて洗浄後のワークＷを乾燥させる乾燥工程とを含む。ここで、乾燥工程における少なくともワークＷの回転速度が６００ｒｐｍ以上の期間において、吸引手段２２を駆動させて排気口２０から第１の固定体１１と回転体１３との間の空隙の気体を排気することを特徴とする。
上述のように、本発明によるワークの洗浄装置１によって、ベアリング１４、１５などの発塵源からの発塵物を除去して、洗浄後に、ワークＷの裏面中央部でのパーティクル付着量が増加するのを抑制することができる。
そして、後述する実施例に示すように、乾燥工程における少なくともワークＷの回転速度が６００ｒｐｍ以上の期間において、吸引手段２２を駆動させて排気口２０から第１の固定体１１と回転体１３との間の空隙の気体を排気することにより、洗浄後に、ワークＷの裏面中央部でのパーティクル付着量が増加するのを防止することができる。
このように、本発明によるワークの洗浄方法は、洗浄時に排気ラインによって発塵源からの発塵物を除去することに特徴を有しており、具体的な洗浄条件は特に限定されず、必要に応じた条件で行うことができる。
例えば、シリコンウェーハの洗浄を行う場合には、デバイスを形成する表面を上側に向けて、図２に示すように、回転テーブル１３ｂ上のワーク保持体１３ｃ上にシリコンウェーハを載置する。次に、モータ１７を駆動して第２の筒状部１３ａを介して回転テーブル１３ｂを例えば１００～２０００ｒｐｍの回転速度で回転させる。この状態で、上部ノズル１８および下部ノズル１９から、それぞれ、シリコンウェーハの表面および裏面に向かって洗浄液を噴射させる。
使用する洗浄液は、特に限定されず、目的に応じて適切な洗浄液を使用することができる。例えば、洗浄液としては、オゾン水、フッ酸溶液、アンモニア過水などを用いることができる。
シリコンウェーハの表面においては、重力によりシリコンウェーハの表面（おもて面）に付着した洗浄液が、遠心力によりシリコンウェーハの外周方向へと流されて、洗浄液が全面に広げられる。また、裏面側においても、シリコンウェーハに表面張力で付着した洗浄液が、遠心力によって全面に広げられる。こうして、シリコンウェーハの表裏面を洗浄することができる（洗浄工程）。
次に、回転テーブル１３ｂをさらに高速に回転させるとともに、吸引手段２２を駆動して排気を開始して、シリコンウェーハを乾燥させる。乾燥が終了したら、回転テーブル１３ｂを減速し、回転テーブル１３が停止した時点で吸引手段２２の駆動を停止する。
なお、使用する洗浄液によっては、洗浄液によるスピン洗浄後、上部ノズル１８および下部ノズル１９から超純水やオゾン水を噴射して、シリコンウェーハの表面および裏面に残留する洗浄液を除去するようにリンス処理を行ってもよい。
上記において、シリコンウェーハから流れ落ち、または、遠心力により飛ばされた洗浄液または超純水の排水は、水受けカバー２３および水受けカップ２４によって受け止められ、排液管２４ａから排出される。こうして、シリコンウェーハを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１～５、比較例１～５）
図１に示したワークの洗浄装置１を用い、シリコンウェーハの洗浄を行った。図３は、シリコンウェーハの洗浄レシピを示しており、洗浄工程の加速時間（図３の（０）～（１））は８秒、３００ｒｐｍでの保持時間（図３の（１）～（２））は７７秒とし、乾燥工程の加速時間（図３の（２）～（３））は１０秒、１５００ｒｐｍでの保持時間（図３の（３）～（４））は２５秒、減速時間（図３の（４）～（５））は７秒とした。
洗浄工程においては、シリコンウェーハの回転速度３００ｒｐｍとした状態で、オゾン水による酸化洗浄処理とフッ酸溶液による酸洗浄処理を３回繰り返した後、オゾン水を用いてリンス処理を行った。また、乾燥工程では、シリコンウェーハを回転速度１５００ｒｐｍで回転させてスピン乾燥させた。上記洗浄工程および乾燥工程において、表１に示した排気開始タイミングで吸引手段２２を駆動し、排気終了タイミングで吸引手段２２の駆動を停止した。
Figure 0007287271000001
上記従来例、発明例１～５、比較例１～５のシリコンウェーハについて、洗浄前および洗浄後において、ウェーハの裏面に付着しているパーティクルの数をパーティクル測定器（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製：Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ２）により測定した。そして、洗浄後に増加したパーティクルの数の増加の有無を調べた。得られた結果を表１に示す。
図４は、洗浄中に付着したパーティクルを示すＬＰＤマップを示しており、（ａ）は従来例、（ｂ）は比較例１、（ｃ）は発明例１に関するものである。なお、図４は、洗浄後のＬＰＤマップから洗浄前のＬＰＤマップを差し引くことによって得られたものである。
図４から明らかなように、従来例および比較例については、洗浄中にパーティクルが付着していることが分かる。ただし、排気を行った比較例１については、従来例に比べて増加したパーティクルの数は少ないことが分かる。これは、比較例２～５についても同様であった。一方、発明例１については、洗浄中にパーティクルは付着しなかった。つまり、乾燥工程の加速開始後６００ｒｐｍに到達する前に排気を開始し、減速開始後６００ｒｐｍ到達時移行の排気を停止すれば、すなわち、シリコンウェーハの回転速度が６００ｒｐｍ以上の期間において排気すれば、パーティクルの付着量の増加を防止できることが分かる。これは、発明例２～５についても同様であった。
本発明によれば、洗浄後に、ワークの裏面中央部でのパーティクル付着量が増加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 ワークの洗浄装置
１１ 第１の固定体
１１ａ 第１の筒状部
１１ｂ 蓋体
１２ 第２の固定体
１３ 回転体
１３ａ 第２の筒状部
１３ｂ 回転テーブル
１３ｃ ワーク保持体
１３ｄ 凹部
１４ 第１のベアリング
１５ 第２のベアリング
１６ 回転ベルト
１７ モータ
１８ 上部ノズル
１９ 下部ノズル
２０ 排気口
２１ 排気管
２２ 吸引手段
２３ 水受けカバー
２４ 水受けカップ
２４ａ 排液管
２４ｂ 排気管
Ｗ ワーク

Claims (4)

  1. 鉛直方向に延在する筒状の第１の筒状部と、該第１の筒状部の上部を覆う蓋体とを有する第１の固定体と、
    前記第１の固定体の前記第１の筒状部よりも大きな径を有し、前記第１の固定体の前記第１の筒状部を内部に収容する筒状の第２の固定体と、
    前記第１の固定体の前記第１の筒状部よりも大きな径かつ前記第２の固定体よりも小さな径を有する筒状の第２の筒状部と、該第２の筒状部の上部に配置された回転テーブルと、該回転テーブルの表面に設けられ、洗浄対象のワークを保持するワーク保持体とを有し、前記第２の筒状部が前記第１の固定体の前記第１の筒状部と前記第２の固定体との間に配置された回転体であって、該回転体は、前記第１の固定体の前記第１の筒状部と前記回転体との間の空隙に配置された上下一対の第１のベアリング、および前記第２の固定体と前記回転体の前記第２の筒状部との間の空隙に配置された上下一対の第２のベアリングによって前記第１の固定体および前記第２の固定体に回転自在に支持されている、回転体と、
    前記ワークの表面にむけて洗浄液を噴射する上部ノズルと、
    前記第１の固定体の内部に配されるとともに前記蓋体に固定され、前記ワークの裏面に向けて洗浄液を噴射する下部ノズルと、を備えるワークの洗浄装置において、
    前記第１の固定体に設けられ、前記第１の固定体と前記回転体との間の空隙の気体を前記空隙から排気するための排気口と、
    前記第１の固定体内に配置され、一端が前記排気口に接続された排気管と、
    前記排気管の他端に接続され、前記第１の固定体と前記回転体との間の空隙の気体を吸引する吸引手段と、
    を備え、
    前記排気口は、前記第１のベアリングの上側のベアリングよりも高い位置に設けられており、
    前記排気口は、前記第１の筒状部および前記蓋体の双方に設けられていることを特徴とするワークの洗浄装置。
  2. 同一の高さ位置にて、４つ以上の排気口が周方向に等間隔に設けられている、請求項１に記載のワークの洗浄装置。
  3. 請求項１または２に記載のワークの洗浄装置を用いてワークの両面を洗浄する方法であって、
    前記回転体を第１の回転速度で回転させて前記ワークを回転させつつ、前記上部ノズルから前記ワークの表面にむけて洗浄液を噴射するとともに、前記下部ノズルから前記ワークの裏面にむけて洗浄液を噴射して、前記ワークの両面を洗浄する洗浄工程と、
    前記回転体を前記第１の回転速度よりも高い第２の回転速度で回転させて洗浄後の前記ワークを乾燥させる乾燥工程とを含むワークの洗浄方法において、
    前記乾燥工程における少なくとも前記ワークの回転速度が６００ｒｐｍ以上の期間において、前記吸引手段を駆動させて前記排気口から前記第１の固定体と前記回転体との間の空隙の気体を排気することを特徴とするワークの洗浄方法。
  4. 前記ワークはシリコンウェーハである、請求項３に記載のワークの洗浄方法。
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