TWI460764B - 旋轉清潔裝置 - Google Patents

Description

旋轉清潔裝置

本發明是有關於一種進行矽晶圓(silicon wafer)等的圓板狀被處理物的清潔的旋轉(spin)清潔裝置。

作為本發明所適用的基板，以矽晶圓為例來進行說明。在用於半導體元件(device)的矽晶圓製造步驟中，以僅於單面製作元件構造為目的之矽晶圓中，有僅對進行元件加工的面來進行鏡面加工的單面鏡面規格以及對兩面進行鏡面加工的雙鏡面規格。尤其，雙鏡面加工主要用於直徑300mmφ等的大口徑矽晶圓，對於進行元件加工的表面以外亦開始要求背面的清潔度管理。

另一方面，於矽晶圓製造步驟中，作為重要的步驟之一，可列舉清潔步驟。矽晶圓的清潔方法中，有針對每個搬送的載體(carrier)來清潔多片晶圓的批次(batch)式、與逐片清潔的單片式。於300mmφ等的大口徑矽晶圓中，對微小顆粒(particle)的規格要求嚴格，因此清潔能力優秀的單片式清潔機得到廣泛使用。

然而，先前的單片式清潔機雖然製造元件的面即表面的清潔能力優異，但另一方面，在背面的清潔能力上，與表面相比較差。附著於背面的顆粒等的污染物質成為導致良率降低的原因，因此，今後針對嚴格的品質要求的課題在於，以使背面儘可能不殘留污染物質的方式來進行清潔。

因此，先前提出有一種清潔方法，其將矽晶圓保持於 旋轉平台(table)上，一方面使其高速旋轉，一方面對其表面供給清潔液，並且對背面噴射供給清潔液(例如，參照專利文獻1~3)。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平7-014817號公報

[專利文獻2]日本專利特開平9-298181號公報

[專利文獻3]日本專利特開平10-242114號公報

然而，藉由單片式旋轉清潔裝置所進行的清潔製程(process)是由蝕刻(etching)與排水及乾燥步驟(step)構成，上述蝕刻是自矽晶圓的表面及背面用的各清潔液噴嘴(nozzle)進行清潔液的注水，上述排水及乾燥步驟利用了旋轉平台的高速旋轉帶來的離心力。為了使旋轉平台高速旋轉，較為理想的是旋轉平台儘可能輕量。就此點而言，專利文獻2所揭示的發明中所用的旋轉平台由於成為具有相當厚度的堅固的圓板形狀構件，因此重量重而不利。

另一方面，作為旋轉平台，先前普遍為人知曉的是如圖7所示般具有開口部的旋轉平台、或由自中心朝放射方向延伸的多個臂(arm)構成的旋轉平台。例如，於專利文獻1及3所揭示的發明中，使用自旋轉軸呈放射狀延伸的多個臂來作為旋轉平台。該些結構在旋轉平台的輕量化方面有利。

然而存在下述問題：當使此種具有開口部或放射狀臂的旋轉平台來高速旋轉時，在晶圓的背面側，清潔液的薄霧會自旋轉平台的開口部或臂之間被捲入，從而作為污染物質而附著於晶圓的背面。附著於背面的污染物質會導致元件步驟中的起塵或污染引起的不良產生，從而有可能會導致良率降低。

因此，著眼於該些方面而完成的本發明的目的在於提供一種旋轉清潔裝置，其藉由使用輕量的整流板，使旋轉平台的重量不會過度增加，而提高圓板體尤其是晶圓的下表面(背面)清潔品質。

達成上述目的之旋轉清潔裝置的發明是一種旋轉清潔裝置，包括：旋轉平台，用於水平地保持圓板狀被處理物；旋轉驅動機構，使該旋轉平台旋轉；上表面清潔液供給機構，用於對由上述旋轉平台所保持的被處理物的上表面供給清潔液；以及下表面清潔液供給機構，用於對由上述旋轉平台所保持的基板的下表面供給清潔液，此旋轉清潔裝置的特徵在於，上述旋轉平台具有多個臂，該多個臂連結於位於下表面的旋轉支軸，自該旋轉支軸的上端部朝放射方向延伸，於由上述旋轉平台所保持的被處理物的下表面側，具備可裝卸的圓板狀整流板，該整流板以與上述被處理物隔離的方式而由上述旋轉平台所保持。

於上述旋轉清潔裝置中，上述整流板較佳由樹脂材料所構成，更佳為由氯乙烯所構成。

而且，上述旋轉平台有利的是具有用於支持基板的多個支持構件，較為理想的是，上述整流板具有使各個上述支持構件嵌入的多個貫穿孔。

進而，較為理想的是，上述整流板的中央部分設有開口部，該開口部用於藉由上述下表面清潔液供給機構來對由上述旋轉平台所保持的被處理物的下表面供給清潔液。

根據本發明，在由旋轉清潔裝置的旋轉平台所保持的晶圓的下表面(背面)側，設有可裝卸的平板狀整流板，該整流板以與基板隔離相向的方式而由旋轉平台所保持，因此不會使旋轉平台的重量過於增加，而可提高基板的下表面清潔品質。

以下，參照圖式來說明本發明的實施形態。

圖1是表示本發明的一實施形態的旋轉清潔裝置1的概略的立體圖。如圖1所示，旋轉清潔裝置1具有包括蓋部2a的清潔槽2，該蓋部2a用於使基板即矽晶圓W出入。於清潔槽2內，設有上部開口的接水杯(cup)3，於其內側設有保持矽晶圓W的旋轉平台4。

而且，於旋轉平台的上方，在沿水平方向延伸的噴嘴臂5的一端安裝有上側清潔液噴嘴6，而且，噴嘴臂的另一端側連接於轉動軸7。未圖示的上側清潔液供給管插通於該些轉動軸7及噴嘴臂5，可自上側清潔液噴嘴6將清潔液供給至由旋轉平台4所支持的矽晶圓W上。而且，轉 動軸7由未圖示的馬達(motor)進行旋轉驅動，從而上側清潔液噴嘴6可在矽晶圓W的上方而於旋轉平台4的旋轉中心與外周線之間沿半徑方向移動。本發明的上表面清潔液供給機構包括馬達、噴嘴臂5、上側清潔液噴嘴6及轉動軸7而構成。

圖2是包括圖1的旋轉清潔裝置1的旋轉平台4的主要部分的縱剖面圖。而且，圖3是旋轉平台4的平面圖。旋轉平台4較為理想的是由輕量且耐藥品性優異的材料，例如由氯乙烯構成，具體而言，聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride，PVC)或聚醚醚酮(polyetheretherketone，PEEK)、聚萘二酸丁二醇酯(Polybutylene naphthalate，PBN)等的樹脂材料構成，如圖3所示，上部具有利用沿放射方向延伸的例如6個臂部4c來連結以旋轉中心為中心的圓形的內側圓環部4a與外側圓環部4b的形狀。藉此，旋轉平台4具有多個由內側圓環部4a、外側圓環部4b及鄰接的2個臂部4c所圍成的貫穿上下方向的開口部4d。如此，僅以所謂的骨架形狀來構成旋轉平台4是為了使高速旋轉的旋轉部分輕量化。

而且，於旋轉平台4的外側圓環部4b的上表面，鉛垂地設有例如6個支持銷(pin)8。該支持銷8於鉛垂方向具有段差，例如呈將圓柱的上部去除成半圓柱狀的形狀。如圖2所示，於該支持銷8的段差部分來支持矽晶圓W。矽晶圓W是在自旋轉平台4的上表面沿鉛垂方向隔離10mm左右的狀態下受到支持。再者，支持銷8並不限於6 個，只要可固定保持矽晶圓W，可設為3個以上的任意個數。而且，支持銷8的形狀並不限於圓柱狀，只要具有段差並可支持矽晶圓即可，亦可為稜柱狀或圓環狀等。此時，後述的整流板9的貫穿孔9a亦須與支持銷8的橫剖面的輪廓形狀相符。

另一方面，旋轉平台4的內側圓環部4a是與自旋轉平台4的旋轉中心朝鉛垂下方延伸的旋轉支軸10一體成形。旋轉支軸10是具有沿其中心軸延伸的中空部分的大致圓柱形狀的構件。該旋轉支軸10連結於旋轉機構11的旋轉軸(未圖示)，藉由驅動該旋轉機構11，可在旋轉支軸10的周圍高速旋轉，藉此，旋轉平台4可高速旋轉。本發明的旋轉驅動機構包括旋轉支軸10及旋轉機構11而構成。

而且，於旋轉平台4的內側圓環部4a的內側，設有4個下側清潔液噴嘴12。該下側清潔液噴嘴12連接於插通旋轉支軸10的中空部的下側清潔液供給管13，從而可朝向旋轉平台4上所載置的矽晶圓W的下表面噴射並供給清潔液。再者，下側清潔液噴嘴12的數量並不限於4個，只要在旋轉平台4的高速旋轉時，清潔液可均等地清潔矽晶圓W，則既可多於4個亦可少於4個。本發明的下側清潔液供給機構包括下側清潔液噴嘴12及下側清潔液供給管13而構成。再者，下側清潔液噴嘴12及下側清潔液供給管13是構成為：無論旋轉平台4及旋轉支軸10是否旋轉，所述下側清潔液噴嘴12及下側清潔液供給管13均不旋轉。

另一方面，於旋轉平台4的上側，安裝著整流板9。 圖4是表示旋轉平台4上安裝有整流板9的狀態的平面圖。整流板9是具有與旋轉平台4的外側圓環部4b的外周大致相等或比其稍大的半徑，且厚度約1mm的裝卸式的圓板狀構件，例如由氯乙烯材料等的輕量且耐藥品性(耐鹼性、耐酸性)優異的樹脂原材料構成。而且，整流板9於外周部具有用於使支持銷8貫穿的多個貫穿孔9a。藉此，可容易地將整流板9安裝於旋轉平台4上。

進而，整流板9具有開口部9b，該開口部9b在對由旋轉平台4所保持的矽晶圓W的下表面供給清潔液時，用於使自下側清潔液噴嘴12所供給的清潔液通過。藉此，可使來自下側清潔液噴嘴的清潔液容易地噴射至矽晶圓W的下表面。

藉由如上所述的構成，於進行矽晶圓W的清潔時，使形成元件的表面朝向上側，如圖1及圖2所示，於旋轉平台4的上表面側所配置的整流板9上載置矽晶圓W。繼而，驅動旋轉機構11，經由旋轉支軸10來使旋轉平台4在100~2000rpm的旋轉速度範圍內旋轉。在此狀態下，自上側清潔液噴嘴6及下側清潔液噴嘴12分別對矽晶圓的上表面與下表面，較佳為同時噴出清潔液來進行蝕刻。本發明並不取決於所用的清潔液而可適用，例如，作為清潔液，可使用臭氧(ozone)水、氫氟酸溶液、氫氧化銨過氧化氫混合物等。於矽晶圓W的上表面，藉由重力而附著於矽晶圓W上表面的清潔液在離心力的作用下朝向矽晶圓W的外周方向流動，使清潔液蔓延至整個面。而且，於下 表面側，利用表面張力而附著於矽晶圓W的清潔液亦在離心力的作用下蔓延至整個面。

於清潔液的旋轉清潔後，使旋轉平台4進一步高速旋轉，對矽晶圓W進行旋轉乾燥。再者，亦可藉由所使用的清潔液，在清潔液的旋轉清潔之後，自上側清潔液噴嘴6及下側清潔液噴嘴12噴射超純水來進行沖洗(rinse)處理，以去除矽晶圓W的上表面及下表面上殘留的清潔液。

於上述中，自矽晶圓W流下，或因離心力而飛濺的清潔液或超純水的排水是由接水杯3所接住，並自清潔槽1排出。

此處，本發明中，由於將整流板9設於矽晶圓W的下方，因此因矽晶圓W及旋轉平台4等高速旋轉而導致包含雜質的薄霧被捲起，且雜質的顆粒穿過旋轉平台4的開口部或間隙而附著於矽晶圓W的下表面的情況可被抑制。

如以上所說明，根據本實施形態，於由旋轉平台4所保持的矽晶圓W的下表面側，設有厚度1mm的薄平板狀的整流板9，該整流板9由旋轉平台4以與矽晶圓W隔離相向的方式而保持，因此不會損及旋轉平台4的輕量性，而可有效地提高矽晶圓W的背面清潔度品質。因此，可減輕因元件步驟中的來自矽晶圓背面的起塵或污染所引起的元件不良，可期待良品率的提高。

而且，本發明中，由於將整流板9設於旋轉平台4的上側，因此亦可起到保護旋轉平台4及與其接近的附帶設備不受清潔液腐蝕的效果。進而，由於整流板9為裝卸式， 因此對於清潔液造成的腐蝕可容易地更換，維護(maintenance)性優異。而且，由於整流板9是由廉價、輕量且易加工的樹脂材料即氯乙烯構成，因此可廉價地構成整流板9，且可降低使其高速旋轉的能源成本(energy cost)。

再者，本發明並不僅限定於上述實施形態，可進行稍許的變形或變更。例如，旋轉平台4是利用臂部4c來連結內側圓環部4a與外側圓環部4b的構成，但並不限於此，可為各種形狀。亦可無旋轉平台4的外側圓環部4b，此時，只要設為利用臂部4c的前端所設的支持銷來支撐矽晶圓W與整流板9的構造即可。

下側清潔液噴嘴12設於旋轉平台的內側圓環部4a的內側，以對矽晶圓W的背面噴射清潔液，但並不限於此。亦可在矽晶圓W與整流板9之間的間隙內，自外側朝向矽晶圓W的中心來噴射清潔液。

矽晶圓是由具有段差的支持銷8所支撐，但並不限於此，可藉由各種方法來支持。例如，亦可設置沿著矽晶圓W的外周的多個長的支持銷與在其內側自下方來支撐矽晶圓的多個短的支持銷，以支持矽晶圓W。

整流板4的厚度是設為約1mm，但可在旋轉平台的高速旋轉時形狀不會發生變形的範圍內選擇適當的厚度。而且，整流板的材質是設為氯乙烯，但並不限於此，可選擇輕量且具有適當強度的構件。

進而，本發明並非僅適用於矽晶圓，亦可適用於光罩 (photo mask)用玻璃(glass)基板、液晶顯示用玻璃基板、光碟(disk)用基板等的圓板狀被處理物且需要背面清潔的各種被處理物的清潔。

[實施例]

使用圖1~圖4所示的實施形態的旋轉清潔裝置1、與未安裝整流板9的先前的旋轉清潔裝置(自旋轉清潔裝置1拆除整流板9後的旋轉清潔裝置)，來進行矽晶圓的清潔。此時的清潔條件均是反覆藉由臭氧水來進行氧化清潔處理與藉由氫氟酸溶液來進行酸清潔處理的清潔處理，且一邊使旋轉平台以500rpm旋轉，一邊進行3分鐘的反覆清潔。

使用顆粒測定器(KLA-Tencor公司製造：Surfscan SP1)來測定實施例及比較例中獲得的旋轉清潔後的矽晶圓背面，將檢測出的矽晶圓的背面顆粒圖示於圖5(a)及圖5(b)。圖5(a)表示安裝有整流板9的情況(實施例)，圖5(b)表示無整流板9的情況(比較例)。將兩者加以比較，在利用無整流板9的旋轉清潔裝置來進行清潔的比較例中，在晶圓的整個下表面觀察到自矽晶圓保持部分等的凹凸或旋轉平台4的開口部等捲入而可見的薄霧圖案(pattern)，與此相對，在使用安裝有整流板9的本實施例的旋轉清潔裝置1來進行清潔的晶圓中，僅在下表面的一部分看到薄霧圖案，確認有顯著的改善效果。

進而，將旋轉清潔後的矽晶圓的顆粒的個數不同的分布示於圖6(a)及圖6(b)。該圖表是使用本實施例及比 較例的旋轉清潔裝置，各清潔20片矽晶圓，並藉由顆粒測定器(KLA-Tencor公司製：Surfscan SP1)來測定各矽晶圓的背面所附著的顆粒的數量所得的圖表。圖6(a)是安裝有整流板9的情況(實施例)，圖6(b)是無整流板9的情況(比較例)。由圖6(a)及圖6(b)可明確的是，比較例中，顆粒的個數分布為25~80左右，與此相對，在使用實施例的旋轉清潔裝置1的實驗中，顆粒數分布為10~25。

藉此，可確認的是，藉由使用圖1~圖4所示的實施形態的旋轉清潔裝置1，可較比較例進一步減少雜質顆粒在矽晶圓W背面的附著。

[產業上的可利用性]

藉由本發明，可提供一種旋轉清潔裝置，其不會損及旋轉平台的輕量化，而可提高被處理物的下表面清潔品質。

1‧‧‧旋轉清潔裝置

2‧‧‧清潔槽

2a‧‧‧蓋部

3‧‧‧接水杯

4‧‧‧旋轉平台

4a‧‧‧內側圓環部

4b‧‧‧外側圓環部

4c‧‧‧臂部

4d‧‧‧開口部

5‧‧‧噴嘴臂

6‧‧‧上側清潔液噴嘴

7‧‧‧轉動軸

8‧‧‧支持銷

9‧‧‧整流板

9a‧‧‧貫穿孔

9b‧‧‧開口部

10‧‧‧旋轉支軸

11‧‧‧旋轉機構

12‧‧‧下側清潔液噴嘴

13‧‧‧下側清潔液供給管

W‧‧‧矽晶圓

圖1是表示本發明的旋轉清潔裝置的概略的立體圖。

圖2是包含圖1的旋轉清潔裝置的旋轉平台的主要部分的縱剖面圖。

圖3是旋轉平台的平面圖。

圖4是表示旋轉平台上安裝有整流板的狀態的平面圖。

圖5(a)及圖5(b)是旋轉清潔後的背面顆粒圖(map)，圖5(a)是安裝有整流板的情況，圖5(b)是無整流板的情況。

圖6(a)及圖6(b)是表示旋轉清潔後的晶圓的顆粒個數的不同分布的圖表，圖6(a)是安裝有整流板的情況，圖6(b)是無整流板的情況。

圖7是旋轉平台的平面圖。

1‧‧‧旋轉清潔裝置

4‧‧‧旋轉平台

4a‧‧‧內側圓環部

4b‧‧‧外側圓環部

4c‧‧‧臂部

5‧‧‧噴嘴臂

6‧‧‧上側清潔液噴嘴

8‧‧‧支持銷

9‧‧‧整流板

10‧‧‧旋轉支軸

11‧‧‧旋轉機構

12‧‧‧下側清潔液噴嘴

13‧‧‧下側清潔液供給管

W‧‧‧矽晶圓

Claims (6)

1. 一種旋轉清潔裝置，包括：旋轉平台，用於水平地保持圓板狀的被處理物；旋轉驅動機構，使上述旋轉平台旋轉；上表面清潔液供給機構，用於對由上述旋轉平台所保持的上述被處理物的上表面供給清潔液；以及下表面清潔液供給機構，用於對由上述旋轉平台所保持的上述被處理物的下表面供給清潔液，上述旋轉清潔裝置的特徵在於，上述旋轉平台以具有連結於位於下表面的旋轉支軸的內側圓環部、保持上述被處理物的外側圓環部及連結上述內側圓環部與上述外側圓環部的朝放射方向延伸的多個臂的骨架形狀而構成，於由上述旋轉平台所保持的上述被處理物的下表面側，具備可裝卸的圓板狀的整流板，上述整流板以與上述被處理物隔離的方式而安裝於上述旋轉平台的上述外側圓環部上。
2. 如申請專利範圍第1項所述的旋轉清潔裝置，其中上述整流板由樹脂材料所構成。
3. 如申請專利範圍第2項所述的旋轉清潔裝置，其中上述樹脂材料為氯乙烯。
4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的旋轉清潔裝置，其中上述旋轉平台具有用於支持上述被處理物的多個支持構件，上述整流板具有使各個上述支持構件嵌入的多個貫穿孔。
5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的旋轉清潔裝置，其中於上述整流板的中央部分，具備開口部，上述開口部用於藉由上述下表面清潔液供給機構來對由上述旋轉平台所保持的上述被處理物的下表面供給清潔液。
6. 如申請專利範圍第4項所述的旋轉清潔裝置，其中於上述整流板的中央部分，具備開口部，上述開口部用於藉由上述下表面清潔液供給機構來對由上述旋轉平台所保持的上述被處理物的下表面供給清潔液。