JPH11238714A - 洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板例えばウエハＷの回転数あるいは洗浄ブ
ラシの回転数をウエハＷの面内において変化させること
により、洗浄能力のウエハＷの面内におけるバラツキを
抑えること。 【解決手段】 ウエハＷを基板保持部２にて水平な方向
に回転させると共に、ウエハＷの表面及び裏面に第１及
び第２の洗浄ブラシ４１，６１を夫々接触させ、これら
ブラシ４１，６１を鉛直な軸のまわりに一定の回転数で
回転させ、かつこれらをウエハＷの中央部と周縁部との
間で移動させながら洗浄を行なう。ウエハＷを、中央部
を洗浄するときには例えばａ（ａは５０〜１０００）ｒ
ｐｍで回転させ、周縁部を洗浄するときには例えばａ／
１０ｒｐｍで回転させるように、ウエハＷの周速度を洗
浄位置において変化させると、各洗浄位置における洗浄
ブラシ４１，６１に対するウエハＷの速度が一定になる
ので、洗浄能力がウエハＷの面内においてほぼ一様とな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば成膜処理や
研磨処理を行った基板の洗浄に用いられる洗浄方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造プロセスにおいて
は、半導体デバイスが形成される半導体ウエハ（以下
「ウエハ」という）の表面の清浄度を高く維持する必要
がある。このため各々の製造プロセスや処理プロセスの
前後には必要に応じてウエハ表面を洗浄しているが、例
えば成膜工程や研磨工程の後にも例えば図６に示す洗浄
装置を用いてウエハ表面の洗浄が行われている。

【０００３】前記洗浄装置について簡単に説明すると、
この装置はウエハＷの外周全体を保持すると共に水平方
向に回転可能なウエハ保持部１１と、ウエハＷの表面に
所定の圧力で接触されるブラシ１２と、ウエハ保持部１
１とウエハＷの周囲を包囲し、垂直方向に移動可能なカ
ップ１３とを備えて構成されている。

【０００４】このような洗浄装置では、ウエハＷとブラ
シ１２とを鉛直な軸のまわりに夫々一定の回転数で回転
させ、ウエハＷの表面にブラシ１２を介して洗浄液を供
給すると共に、当該ブラシ１２をウエハＷの表面に押し
当てて、図７に示すようにウエハＷの一方の周縁部から
中央部を通り他方の周縁部まで移動させながら、こうし
てウエハＷとブラシ１２とを相対的に摺動させることに
より、ウエハＷ表面の粒子汚染物を除去している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の方
法で洗浄されたウエハＷを観察すると、中央部にパ−テ
ィクルが残存する傾向が見られる。このことから洗浄処
理時の洗浄能力は、ウエハＷの中央部よりも周縁部の方
が大きいと考えられるが、この理由については次のよう
に推察される。つまり洗浄能力を決定する因子の一つと
してブラシ１２とウエハＷとの間の摺動力が挙げられ、
この摺動力の大きさはブラシ１２とウエハＷの回転速度
等に起因して決定される。

【０００６】上述の方法ではウエハＷは一定の回転数で
回転しているので、例えば図８に示すようにウエハＷの
外縁上のある位置が位置Ｐ１から位置Ｐ２まで移動した
場合に、中央部近傍の位置における単位時間あたりに変
異する周方向の距離ｘ１と周縁部近傍の位置における単
位時間あたりに変異する周方向の距離ｘ２とを比べる
と、距離ｘ２の方が距離ｘ１よりも大きい。このためウ
エハＷの中心から直径方向に離れた位置における周方向
の速度（以下この速度を「周速度」という）は、ウエハ
Ｗの中心から離れるに連れて大きくなる。一方ブラシ１
２は中央部においても周縁部においても一定の速度で回
転しているので、ウエハＷとブラシ１２との間の摺動力
は、周速度の大きい周縁部の方が中央部よりも大きくな
り、これにより周縁部の洗浄能力が大きくなると考えら
れる。

【０００７】ところで量産ラインでは、洗浄処理後のウ
エハＷを任意に抜き取ってウエハＷに付着したパ−ティ
クルの評価をしているが、上述のようにウエハの面内に
おける洗浄能力が一様でないと、洗浄能力を決定する因
子とパ−ティクルの量や付着位置等との関係の解析をウ
エハ面内の夫々の位置で行わなくてはならないので、解
析作業が煩雑になるという問題がある。

【０００８】本発明はこのような事情の下になされたも
のであり、その目的は、基板の面内における洗浄能力の
バラツキを抑えることができる洗浄方法を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため本発明の洗浄方
法は、基板の被洗浄面に洗浄面が前記被洗浄面よりも小
さい洗浄部材の洗浄面を接触させ、前記被洗浄面に洗浄
液を供給しながら、基板と洗浄部材とを共に回転させて
前記被洗浄面を洗浄する方法において、基板の中央領域
を洗浄するときには基板及び洗浄部材の一方を第１の回
転数で回転させると共に、基板の周縁領域を洗浄すると
きには前記基板及び洗浄部材の一方を第１の回転数より
も小さい第２の回転数で回転させることを特徴とし、こ
の場合基板及び洗浄部材の他方は一定の回転数で回転さ
せる。

【００１０】このような方法では、例えば洗浄部材を一
定の回転数で回転させる場合、中央領域を洗浄するとき
には、基板を第１の回転数で回転させ、周縁領域を洗浄
するときには、基板を第１の回転数よりも小さい第２の
回転数で回転させることにより、基板の面内における洗
浄能力のバラツキが抑えられる。

【００１１】また本発明方法では、基板の被洗浄面に洗
浄面が前記被洗浄面よりも小さい洗浄部材の洗浄面を接
触させ、前記基板の被洗浄面に洗浄液を供給しながら、
基板と洗浄部材とを共に回転させて前記被洗浄面を洗浄
する方法において、基板の中央領域を洗浄するときには
基板と洗浄部材とを高速で回転させると共に、基板の周
縁領域を洗浄するときには前記基板と洗浄部材とを低速
で回転させるようにしてもよい。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明方法を実施するため
の洗浄装置の一例を示す断面図であり、図２はその平面
図である。図中２は基板であるウエハＷを、表面が上を
向くように水平な状態（ほぼ水平な状態も含む）で保持
すると共に、当該ウエハＷを水平な方向に回転させるた
めの基板保持部であり、２１はウエハＷの周縁部の下方
側を覆う回転筒であって、この回転筒２１は鉛直な軸の
まわりに回転可能に構成されている。

【００１３】つまり前記回転筒２１の下部側の、上部側
に比べてわずかに縮径した縮径部２２の外周囲には、モ
−タ３１の回転軸３１ａに設けられた駆動プ−リ３２と
の間にベルト３３が架け渡されており、モ−タ３１の回
転力が当該縮径部２２に伝達されるようになっている。
一方縮径部２２の内側にはベアリング機構２３を介して
垂直な筒状体２４が設けられていて、この筒状体２４の
下端側は水平な固定板２０の上面に接続されている。

【００１４】前記モ−タ３１は回転数が制御部３４によ
り制御されるように構成されており、これによりモ−タ
３１の回転によって回転筒２２が回転数を制御された状
態で筒状体２４のまわりに回転され、こうしてウエハＷ
が回転数を制御されながら鉛直な軸のまわりに回転され
るようになっている。

【００１５】前記回転筒２１の上部開口部の上縁の例え
ば６か所の位置には、保持部材２５が水平な回転軸２５
ａを介して水平な軸のまわりに回転可能に取り付けられ
ている。この保持部材２５は例えば内周面の途中で内側
に傾斜していて、当該内周面の傾斜部の直ぐ上側でウエ
ハＷの外端面を保持するように構成されており、当該保
持部材２５によりウエハＷの外周面の６か所の位置が保
持されるようになっている。またこの保持部材２５には
図示しない重錘が設けられており、回転筒２１が回転し
たときに、当該保持部材２５の上部側が遠心力により内
側に倒れてウエハＷの周縁部の挟圧力が大きくなるよう
になっている。

【００１６】基板保持部２に保持されたウエハＷの表面
には、ウエハ表面を洗浄するための第１の洗浄ブラシ４
１が水平な支持ア−ム４２に支持されて設けられてい
る。この支持ア−ム４２は駆動機構４３により水平方向
及び垂直方向に移動可能に構成されており、これにより
洗浄ブラシ４１は基板保持部２に保持されたウエハＷの
外側の待機位置とウエハＷを洗浄するときの洗浄位置と
の間で移動されると共に、洗浄位置にあるときにはウエ
ハ表面上を中央部を通り、一方の周縁部から他方の周縁
部まで移動するように構成されている。

【００１７】この洗浄ブラシ４１は例えば円柱体形状に
構成されていて、その下面がウエハＷと接触して当該ウ
エハＷを洗浄する洗浄面をなしている。洗浄ブラシ４１
は洗浄面の直径がウエハＷの直径よりも小さくなるよう
に形成されており、また洗浄液が洗浄ブラシ４１の内部
を通り洗浄面を介してウエハＷ表面に供給されるように
なっている。

【００１８】洗浄ブラシ４１の上面には例えば図３に示
すように鉛直な回転軸４４が取り付けられており、この
回転軸４４の他端側は例えば図３に示すように支持ア−
ム４２の中に埋設されている。また支持ア−ム４２に
は、モ−タ４５と、このモ−タ４５の回転軸４５ａに設
けられた駆動プ−リ４６と、回転軸４４の外面に設けら
れた従動プ−リ４７と、駆動プ−リ４６と従動プ−リ４
７との間に架け渡されたベルト４８とが内蔵されてい
て、モ−タ４５の回転力が回転軸４４に伝達され、これ
により洗浄ブラシ４１が一定の回転数で鉛直な軸のまわ
りに回転されるようになっている。

【００１９】さらに基板保持部２に保持されたウエハＷ
の表面には、ウエハ表面に洗浄液を供給するための第１
のノズル５１が水平な支持ア−ム５２に支持されて基板
保持部２に保持されたウエハＷの外側の待機位置と、ウ
エハＷを洗浄するときの洗浄位置との間で駆動機構５３
により水平方向及び垂直方向に移動可能に構成されてい
る。

【００２０】また基板保持部２の回転筒２１の内部に
は、ウエハＷの裏面を洗浄するための第２の洗浄ブラシ
６１が折り畳み式のブラシア−ム６２に支持されて設け
られている。この洗浄ブラシ６１は第１の洗浄ブラシ４
１と同様に構成されており、上面がウエハＷの裏面と接
触し、当該ウエハＷを洗浄する洗浄面をなしている。ま
たブラシア−ム６２に内蔵された図示しないモ−タによ
り回転軸６３を介して鉛直な軸のまわりに一定の回転数
で回転可能に構成されている。

【００２１】さらに回転筒２１の内部にはウエハＷの裏
面に洗浄液を供給するための第２のノズル５４が設けら
れており、前記ブラシア−ム６２とノズル５４は前記固
定板２０に形成された孔部２０ａを介して夫々駆動部６
４，５５に接続されていて、洗浄ブラシ６１はブラシア
−ム６２により、ウエハＷの一方の周縁部から中央部を
通り他方の周縁部まで移動するようになっている。

【００２２】さらにこの例では、駆動機構４３及び駆動
部６４において検出された第１の洗浄ブラシ４１及び第
２の洗浄ブラシ６５の位置情報に基づいて、前記制御部
３４によりモ−タ３１の回転数が制御されるように構成
されている。本実施の形態では、ウエハＷの表面及び裏
面の両面が被洗浄面に相当し、第１及び第２の洗浄ブラ
シ４１，６１が洗浄部材に相当する。

【００２３】続いて上述の洗浄装置にて実施される本発
明の洗浄方法について説明する。先ず第１の洗浄ブラシ
４１及び第１のノズル５１を待機位置に位置させた状態
で、図示しない搬送ア−ムにて保持したウエハＷを保持
部材２５で囲まれた領域の上方側から下降させることに
より保持部材２５に受け渡す。なおこの例では８インチ
サイズのウエハＷを用い、洗浄ブラシ４１、６１として
はブラシの直径が２ｃｍであるものを用いている。、こ
うして基板保持部２にウエハＷを水平に保持させた後、
洗浄ブラシ４１及びノズル５１をウエハＷの上方側に移
動させ、第１及び第２の洗浄ブラシ４１，６１をウエハ
Ｗの表面及び裏面に夫々所定の押圧力で接触させると共
に、洗浄液を、第１及び第２のノズル５１，５４及び第
１及び第２の洗浄ブラシ４１，６１の内部からウエハＷ
の表面及び裏面に供給する。そして回転筒２１を回転数
を制御した状態で例えば時計回りに回転させる一方、各
洗浄ブラシ４１，６１を例えば０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍ
の間の一定の回転数で、この場合洗浄ブラシ４１を例え
ば時計回りに、洗浄ブラシ６１を例えば反時計回りに夫
々回転させながら洗浄処理を行う。

【００２４】この際洗浄ブラシ４１，６１は支持ア−ム
４２及びブラシア−ム６２により、例えば図４の平面図
及び図５に示すように、ウエハＷ上を一方の周縁部（Ａ
位置）から中央部（Ｂ位置）を通り他方の周縁部（Ｃ位
置）に至るまで水平方向に、かつこれら洗浄ブラシ４
１，６１がウエハＷを挟んで互いに対象な位置にあるよ
うに移動させながら洗浄処理を行う。

【００２５】そして本発明方法では、洗浄ブラシ４１，
６１がウエハＷの中央領域即ちウエハＷの中心の近傍領
域（Ｂ位置の近傍領域）を洗浄しているときには、ウエ
ハＷを第１の回転数例えばａ（５０〜１０００）ｒｐｍ
で回転させ（図５（ａ））、洗浄ブラシ４１，６１が中
央領域から周縁領域に向けて移動するに連れて、ウエハ
Ｗの回転数を第１の回転数よりも小さい第２の回転数に
向けて徐々に小さくしていき（図５（ｂ））、洗浄ブラ
シ４１，６１がウエハＷの周縁領域即ちウエハＷの外縁
近傍領域（Ａ位置及びＣ位置の近傍領域）を洗浄すると
きには、ウエハＷを前記第２の回転数例えばａ／５〜ａ
／２ｒｐｍで回転させて洗浄処理が行われる。

【００２６】このように洗浄ブラシ４１，６１がウエハ
Ｗと接触している位置（洗浄位置）によってウエハＷの
回転数を制御すると、ウエハＷと洗浄ブラシ４１，６１
との間の摺動力についてウエハＷの面内全体における差
が小さくなるかあるいはほぼ一定となるので基板の面内
における洗浄能力のバラツキを抑えることができる。

【００２７】即ち従来のようにウエハＷの回転数が一定
である場合には、既述のようにウエハＷ上の位置の周速
度はウエハＷ中心から離れるに連れて大きくなるので洗
浄能力は中央領域よりも周縁領域の方が大きかったが、
上述の実施の形態のように、中央領域を洗浄するときに
は洗浄能力を高めるためにウエハＷの回転数を大きく
し、一方周縁領域を洗浄するときにはウエハＷの回転数
を小さくすると、洗浄位置におけるウエハＷの周速度の
差が小さくなる。従って洗浄ブラシ４１、６１の回転数
が一定であれば、洗浄ブラシ４１、６１に対するウエハ
Ｗの速度について、洗浄位置によるバラツキが小さくな
るので、これらの速度によって決定される摺動力が揃う
ようになる。このため洗浄処理後にウエハＷの特定の一
部にパ−ティクルが残存するようなことがなくなる。

【００２８】また量産ラインで、洗浄処理後のウエハＷ
を任意に抜き取ってウエハＷに付着したパ−ティクルの
評価をする際、洗浄能力を決定する因子とパ−ティクル
の量や付着位置等との関係の解析をウエハ面内のある位
置について行えば、その結果をウエハＷ全体について適
用できるので、解析作業が容易になるという利点があ
る。

【００２９】さらにまた上述のように本発明方法をウエ
ハＷの両面を洗浄するタイプの洗浄装置に適用した場合
には、ウエハＷの表面及び裏面を同時に洗浄することが
できるので、従来ウエハＷの両面を洗浄する場合には必
要であった反転装置が不要となり、従来装置に比べて洗
浄装置全体が小形化するうえ、洗浄処理時間が大幅に短
縮され、スル−プットが向上するなどの利点が得られ
る。

【００３０】ここでウエハＷの中央部の洗浄能力を高め
るためには、既述のようにウエハＷの回転数を大きくす
ることが必要であるが、ウエハＷの回転数を大きくし過
ぎると、周縁領域での速度が大きくなり過ぎ、当該周縁
領域の洗浄液の流速がかなり早くなって、洗浄ブラシ４
１，６１が浮いてしまう。このため当該周縁領域では却
って洗浄能力が低下してしまうことから、前記第１の速
度は１０００ｒｐｍ程度に設定することが望ましい。さ
らに洗浄ブラシ４１，６１の回転数は機構上あまり大き
くできず、また回転数を大きくし過ぎると磨耗が起こっ
てしまうことから、７０〜１００ｒｐｍの範囲内に設定
することが望ましい。

【００３１】上述の実施の形態では、ウエハＷの両面の
洗浄に本発明方法の洗浄方法を適用したが、ウエハＷの
表面の洗浄に本発明方法を適用してもよい。この場合ウ
エハＷの表面が被洗浄面に相当し、第１の洗浄ブラシ４
１が洗浄部材に相当する。また同様にウエハＷの裏面の
洗浄に本発明方法を適用してもよい。

【００３２】以上において本発明方法では、ウエハＷの
回転数を一定にし、洗浄ブラシ４１，６１の回転数を変
化させるようにしてもよい。この場合には例えば洗浄ブ
ラシ４１，６１は，駆動機構４３及び駆動部６４におい
て検出された洗浄ブラシ４１，６１の位置情報に基づい
て、図示しない制御部によりモ−タ４５等の回転数が制
御されるように構成される。

【００３３】そしてウエハＷを一定の回転数例えば５０
〜１０００ｒｐｍで回転させる一方、ウエハＷの中央領
域を洗浄するときには、洗浄ブラシ４１，６１を第１の
回転数例えばｂ（ｂ＝２〜２００）ｒｐｍで回転させ
（図５（ａ））、洗浄位置が中央領域から周縁領域に向
けて移動するに連れて、これらブラシ４１，６１の回転
数を第１の回転数よりも小さい第２の回転数に向けて徐
々に小さくしていき（図５（ｂ））、ウエハＷの周縁領
域を洗浄するときには、これら洗浄ブラシ４１，６１を
前記第２の回転数例えばｂ／２ｒｐｍで回転させる（図
５（ｃ））。

【００３４】このような方法でも、ウエハＷの速度の小
さい中央領域では洗浄ブラシ４１，６１の速度が大き
く、ウエハＷの速度の大きい周縁領域では洗浄ブラシ４
１，６１の速度が小さくて、中央領域と周縁領域の間で
はウエハＷは徐々に速度が大きくなる一方洗浄ブラシ４
１，６１は徐々に速度が小さくなるので、ウエハＷと洗
浄ブラシ４１，６１との間の摺動力はウエハＷの面内に
おいてほぼ一定となり、これにより洗浄能力のウエハＷ
の面内におけるバラツキが抑えられる。

【００３５】さらに本発明方法では、ウエハＷの回転数
と洗浄ブラシ４１，６１の回転数を共に変化させるよう
にしてもよく、この場合にはウエハＷの中央領域を洗浄
するときにはウエハＷと洗浄ブラシ４１，６１とを高速
で回転させ、洗浄位置が中央領域から周縁領域に向けて
移動するに連れて、これらウエハＷと洗浄ブラシ４１，
６１の回転数を徐々に小さくしていき、周縁領域を洗浄
するときにはウエハＷと洗浄ブラシ４１，６１とを低速
で回転させる。またウエハＷの速度をウエハＷの面内全
体に亘って揃えるために、ウエハＷと洗浄ブラシ４１，
６１のいずれか一方の速度を中央領域を洗浄するときに
は高速にし、周縁領域を洗浄するときには低速にして、
他方の速度は微調整用に変化させるようにしてもよい。

【００３６】このように洗浄ブラシ４１，６１の回転数
を変化させる場合やウエハＷと洗浄ブラシ４１，６１の
回転数を共に変化させる場合でも、上述の例と同様にウ
エハＷの回転数は１０００ｒｐｍ程度以下に設定するこ
とが望ましく、洗浄ブラシ４１，６１の回転数は７０〜
１００ｒｐｍの範囲内に設定することが望ましい。

【００３７】また本発明方法では中央領域を洗浄すると
きと周縁領域を洗浄するときのみだけ、ウエハＷや洗浄
ブラシ４１，６１の速度を変化させるようにして、洗浄
位置が中央領域から周縁領域に移動している間はウエハ
Ｗ等をある一定の回転数で回転させるようにしてもよ
い。さらに本発明方法では基板の両面を洗浄する場合の
みならず、基板の片面を洗浄する場合にも適用できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、基板の速度あるいは洗
浄ブラシの回転数を基板の面内において変化させること
により、基板の面内における洗浄能力のバラツキを低減
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法を実施するための洗浄装置の一例を
示す縦断側面図である。

【図２】前記洗浄装置を示す平面図である。

【図３】前記洗浄装置の一部を示す縦断側面図である。

【図４】本発明方法の一例の作用を説明するための平面
図である。

【図５】本発明方法の一例の作用を説明するための工程
図である。

【図６】本発明方法の他の例の作用を説明するための工
程図である。

【図７】従来の洗浄装置を示す縦断側面図である。

【図８】従来の洗浄装置の作用を説明するための平面図
である。

【図９】ウエハ上のある位置の速度を説明するための平
面図である。

【符号の説明】

２， 基板保持部 ２１ 回転筒 ２５ 保持部材 ３１，４５ モ−タ ３３ ベルト ３４ 制御部 ４１，６１ 洗浄ブラシ ５１，５４ ノズル Ｗ 半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関口 賢治 山梨県韮崎市穂坂町三ツ沢650 東京エレ クトロン九州株式会社プロセス開発センタ −内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の被洗浄面に洗浄面が前記被洗浄面
   よりも小さい洗浄部材の洗浄面を接触させ、前記被洗浄
   面に洗浄液を供給しながら、基板と洗浄部材とを共に回
   転させて前記被洗浄面を洗浄する方法において、 基板の中央領域を洗浄するときには基板及び洗浄部材の
   一方を第１の回転数で回転させると共に、基板の周縁領
   域を洗浄するときには前記基板及び洗浄部材の一方を第
   １の回転数よりも小さい第２の回転数で回転させること
   を特徴とする洗浄方法。
2. 【請求項２】 基板及び洗浄部材の他方は一定の回転数
   で回転させることを特徴とする請求項１記載の洗浄方
   法。
3. 【請求項３】 基板の被洗浄面に洗浄面が前記被洗浄面
   よりも小さい洗浄部材の洗浄面を接触させ、前記基板の
   被洗浄面に洗浄液を供給しながら、基板と洗浄部材とを
   共に回転させて前記被洗浄面を洗浄する方法において、 基板の中央領域を洗浄するときには基板と洗浄部材とを
   高速で回転させると共に、基板の周縁領域を洗浄すると
   きには前記基板と洗浄部材とを低速で回転させることを
   特徴とする洗浄方法。