JP2005093733A - Substrate treating device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板の表面に付着する金属、ポリマーやレジストなどの有機物、パーティクルなどを電気的なエネルギー及び超音波を利用して除去する基板処理装置に関するものである。 The present invention relates to a substrate processing apparatus that removes metals, organic substances such as polymers and resists, particles, and the like adhering to the surface of a substrate using electrical energy and ultrasonic waves.
半導体デバイスの製造プロセスにおいては高度の清浄度が必要とされ、サブミクロン単位の汚れを除去する洗浄技術はますます重要となっている。特に、半導体デバイスの微細化及び高集積化が進むに従い、半導体デバイスに導入されつつある新たな材料や製造プロセスに対応した新たな洗浄技術の実現が望まれている。 In the manufacturing process of semiconductor devices, a high degree of cleanliness is required, and cleaning techniques for removing dirt on a submicron basis are becoming increasingly important. In particular, with the progress of miniaturization and high integration of semiconductor devices, it is desired to realize a new cleaning technology corresponding to new materials and manufacturing processes being introduced into semiconductor devices.
半導体デバイスに導入されつつある新たな材料として、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｃｏ、Ｐｔなどの金属が挙げられる。このうち、Ｃｕ（銅）はメタル汚染の原因となりやすいため、基板上に残留する余剰なＣｕを完全に除去することが必要とされる。Ｃｕは従来のＲＣＡ洗浄法では除去しにくく、一般にＨＦ系の処理液を用いて除去されている。また、オゾン水（Ｏ３）を用いた洗浄法はほとんどの金属を除去することができるが、Ｃｕを完全に除去することはできない。 New materials that are being introduced into semiconductor devices include metals such as Cu, Ru, Co, and Pt. Of these, Cu (copper) is likely to cause metal contamination, so that it is necessary to completely remove excess Cu remaining on the substrate. Cu is difficult to remove by the conventional RCA cleaning method, and is generally removed by using an HF processing solution. In addition, the cleaning method using ozone water (O 3 ) can remove most metals, but cannot completely remove Cu.
また、近年では、半導体デバイスの更なる微細化に伴って、Ｌｏｗ−ｋ材を絶縁膜として使う傾向にある。このＬｏｗ−ｋ材の導入に伴い、Ｌｏｗ−ｋ材をエッチング処理した後のポリマーやエッチング残渣などの有機物の除去や、Ｌｏｗ−ｋ材に形成された微細なコンタクトホール（配線孔）の内部の洗浄を可能とする新たな洗浄技術が望まれている。微細なコンタクトホールの孔径は極めて小さいため、従来から、コンタクトホールの内部では洗浄不良が起こりやすいという問題がある。これに加え、コンタクトホールの孔径の更なる微小化やＬｏｗ−ｋ材の持つ撥水性によりコンタクトホール内の洗浄はさらに困難となっている。 In recent years, with further miniaturization of semiconductor devices, there is a tendency to use a low-k material as an insulating film. With the introduction of this low-k material, removal of organic substances such as polymers and etching residues after etching the low-k material, and the inside of fine contact holes (wiring holes) formed in the low-k material A new cleaning technique that enables cleaning is desired. Since the hole diameter of a fine contact hole is extremely small, there has been a problem that cleaning defects are likely to occur inside the contact hole. In addition to this, it is further difficult to clean the contact hole due to further miniaturization of the contact hole diameter and the water repellency of the low-k material.
また、Ｏ２プラズマなどを用いるアッシング処理は、配線孔の形成後のＬｏｗ−ｋ材にダメージを与えてしまうため、これに代えて新しいウェット方式によるレジスト剥離処理が要求されている。さらに、上述した新たな材料の導入や半導体デバイスの微細化に伴って、半導体デバイスの製造プロセスそのものが変化しつつある。このため、製造プロセスの変化に対応した新たな洗浄技術の実現が要請されている。例えば、新たなレジスト材料の導入やエッチングプロセスの変化に従って、絶縁膜などの下地へのポリマーやレジスト残渣の付着強度は従来よりも高くなる可能性があり、従来の洗浄技術ではこれらを除去することが困難と考えられる。
さらに、前工程のゲート廻りの洗浄でも、デバイスの微細化と新材料の採用により、金属、有機物、パーティクルの除去性能と除去後の再付着防止については益々厳しくなることが予想される。
In addition, the ashing process using O 2 plasma or the like damages the low-k material after the formation of the wiring hole, so that a resist stripping process using a new wet method is required instead. Furthermore, with the introduction of new materials and the miniaturization of semiconductor devices, the semiconductor device manufacturing process itself is changing. For this reason, realization of a new cleaning technique corresponding to a change in the manufacturing process is required. For example, with the introduction of new resist materials and changes in the etching process, the adhesion strength of polymers and resist residues to the underlayer such as insulating films may become higher than before, and these can be removed with conventional cleaning techniques. Is considered difficult.
Furthermore, even in the cleaning process around the gate in the previous process, it is expected that the removal performance of metals, organic substances and particles and prevention of re-adhesion after removal will become increasingly severe due to the miniaturization of devices and the adoption of new materials.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、半導体デバイスに導入される新たな材料や製造プロセスに対応した洗浄効果を奏することができ、しかも、半導体デバイスの微細化及び高集積化が進むに従って今後ますます高まると予想される洗浄技術に対するニーズにも対応し得る多目的な基板処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, can provide a cleaning effect corresponding to new materials and manufacturing processes introduced into semiconductor devices, and further advances in miniaturization and high integration of semiconductor devices. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a multi-purpose substrate processing apparatus that can meet the needs for cleaning technologies that are expected to increase in the future.
上述した目的を達成するために、本発明は、基板を保持する基板保持部と、前記基板保持部に保持された基板と向き合うように配置されたヘッドと、前記基板保持部に保持された基板と前記ヘッドとの間に処理液を供給する処理液供給源とを備え、前記ヘッドの基板に向き合う面には、陽極電極部及び陰極電極部と、処理液に向けて超音波を照射する超音波振動子とが配置されていることを特徴とする基板処理装置である。
本発明の好ましい一態様は、前記ヘッドを前記基板に対して相対移動させる相対移動機構を備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、前記相対移動機構は前記ヘッドを回転させることを特徴とする。
本発明の好ましい一態様は、前記陽極電極部と前記陰極電極部との間にパルス電圧を印加するパルス電源を更に備えたことを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the present invention provides a substrate holding unit that holds a substrate, a head that is disposed so as to face the substrate held by the substrate holding unit, and a substrate held by the substrate holding unit. And a treatment liquid supply source for supplying a treatment liquid between the head and the head, and an anode electrode portion and a cathode electrode portion on a surface facing the substrate of the head, and an ultrasonic wave for irradiating the treatment liquid with ultrasonic waves A substrate processing apparatus in which a sound wave vibrator is disposed.
In a preferred aspect of the present invention, a relative movement mechanism that moves the head relative to the substrate is provided.
In a preferred aspect of the present invention, the relative movement mechanism rotates the head.
In a preferred aspect of the present invention, a pulse power supply for applying a pulse voltage between the anode electrode portion and the cathode electrode portion is further provided.
本発明によれば、いわゆるバイポーラ現象により基板の表面に存在する導電性物質（被処理物）に正の電位が与えられ、導電性物質を酸化させて電気的に溶解させることができる。さらに、本発明は、基板表面に導電性物質が存在しなくとも電解処理時に陽極電極部から発生する酸素ガスやオゾンガスからなる気泡に超音波を照射することにより、非導電性パーティクルや有機系付着物などを効率よく洗浄することができる。以下に本発明の原理を説明する。 According to the present invention, a positive potential is applied to the conductive substance (object to be processed) existing on the surface of the substrate by a so-called bipolar phenomenon, and the conductive substance can be oxidized and electrically dissolved. Furthermore, the present invention provides non-conductive particles and organic system attachment by irradiating ultrasonic waves to bubbles made of oxygen gas or ozone gas generated from the anode electrode part during electrolytic treatment even when no conductive material is present on the substrate surface. Kimono can be washed efficiently. The principle of the present invention will be described below.
陽極電極部と陰極電極部との間に電圧を印加すると、陽極電極部からは酸素ガスやオゾンガスが発生し、処理液中に気泡として滞留する。このような気泡は、陽極電極部と陰極電極部との間にパルス電圧を印加することにより、または、処理液中に界面活性剤を混入することにより、微小化させることができる。 When a voltage is applied between the anode electrode portion and the cathode electrode portion, oxygen gas or ozone gas is generated from the anode electrode portion and stays as bubbles in the processing liquid. Such bubbles can be miniaturized by applying a pulse voltage between the anode electrode portion and the cathode electrode portion, or by mixing a surfactant in the treatment liquid.
直径が２０μｍ以下、特に１〜１０μｍの気泡は、以下に示すような特性を示す。
（１）気泡同士の合体が起こらず、それぞれ独立した気泡のままで液体中に長時間留まり、消滅しにくい。
（２）気泡の浮上速度が極めて遅いため、水平方向への拡散性に優れ、液体中に気泡が均一に分布しやすい。
（３）液体中に長時間留まることに加え、単位体積当たりの液体に含まれる気泡の数（気泡含有率）が多くなり、単位体積当たりの液体に含まれる気泡の表面積が大きくなる。気泡がより微小化すれば、気泡含有率はさらに高まる。
（４）気泡は帯電しているため、液体中の浮遊物に対して吸着性を持つ。
（５）気泡の表面張力次第では、気泡の表面で超音波を反射させる。
Bubbles having a diameter of 20 μm or less, particularly 1 to 10 μm, exhibit the following characteristics.
(1) The coalescence of bubbles does not occur, the bubbles remain independent in the liquid for a long time and hardly disappear.
(2) Since the rising speed of the bubbles is extremely slow, it is excellent in diffusibility in the horizontal direction, and the bubbles are easily distributed uniformly in the liquid.
(3) In addition to staying in the liquid for a long time, the number of bubbles (bubble content rate) contained in the liquid per unit volume increases, and the surface area of the bubbles contained in the liquid per unit volume increases. If the bubbles are further miniaturized, the bubble content is further increased.
(4) Since the bubbles are charged, they have adsorptivity to suspended matters in the liquid.
(5) Depending on the surface tension of the bubble, the ultrasonic wave is reflected on the surface of the bubble.
このような特性を有する微小な気泡（以下、マイクロバブルという）を基板の洗浄処理に有効に利用するために、本発明では、処理液中のマイクロバブルに超音波を断続的に照射する。マイクロバブルに超音波を照射することによって、次のような効果が得られる。
（ｉ）超音波をマイクロバブルに照射すると、マイクロバブルが破壊され、処理液中にマイクロジェット流が発生する。このマイクロジェット流が持つエネルギーを利用して、基板に付着したパーティクルなどを除去することができる。また、マイクロバブルが破壊されると、マイクロバブルを形成するガスが処理液中に高濃度で溶解し、これにより、ガスが持つ化学的な性質を利用して、基板に付着する金属や有機物などを除去することができる。
（ii）マイクロバブルの表面張力が強い場合は、マイクロバブルが破壊されずに超音波により攪拌される。したがって、マイクロバブルを処理液中に広く拡散させることができ、マイクロバブルの表面にパーティクルなどを吸着させることができる。
（iii）マイクロバブルの表面で超音波が乱反射されることで、基板の表面に形成されたコンタクトホールなどの微細加工部にも超音波を照射することが可能となり、微細加工部に付着するパーティクルなどを除去することが可能となる。
（iv）超音波照射によるキャビテーション現象で生じるキャビテーション型マイクロバブルはその破壊時の衝撃でデバイスにダメージを与えやすいが、本発明は、超音波エネルギーによりマイクロバブルを発生させるものではないため、超音波周波数をデバイスダメージのない領域に設定することが可能である。
In order to effectively use minute bubbles (hereinafter referred to as microbubbles) having such characteristics for the substrate cleaning process, in the present invention, ultrasonic waves are intermittently applied to the microbubbles in the processing liquid. The following effects can be obtained by irradiating the microbubbles with ultrasonic waves.
(I) When the microbubbles are irradiated with ultrasonic waves, the microbubbles are destroyed and a microjet flow is generated in the processing liquid. Using the energy of the microjet flow, particles attached to the substrate can be removed. In addition, when the microbubbles are destroyed, the gas that forms the microbubbles dissolves in a high concentration in the processing solution, and thus, by using the chemical properties of the gas, metals and organic substances that adhere to the substrate, etc. Can be removed.
(Ii) When the surface tension of the microbubbles is strong, the microbubbles are stirred without being broken. Therefore, the microbubbles can be diffused widely in the processing liquid, and particles and the like can be adsorbed on the surface of the microbubbles.
(Iii) Ultrasonic waves are irregularly reflected on the surface of the microbubble, so that it is possible to irradiate the ultrasonic wave to the finely processed portion such as a contact hole formed on the surface of the substrate, and the particles adhering to the finely processed portion. Etc. can be removed.
(Iv) Although the cavitation type microbubble generated by the cavitation phenomenon due to the ultrasonic irradiation easily damages the device due to the impact at the time of destruction, the present invention does not generate the microbubble by the ultrasonic energy. It is possible to set the frequency to an area where there is no device damage.
本発明によれば、電解処理による洗浄効果と、マイクロバブルによる洗浄効果と、超音波による洗浄効果とが相まって、パーティクル、金属、有機物などの種々の被処理物を高効率で基板上から除去することができる。 According to the present invention, a cleaning effect by electrolytic treatment, a cleaning effect by microbubbles, and a cleaning effect by ultrasonic waves are combined, and various objects to be processed such as particles, metals, and organic substances are removed from the substrate with high efficiency. be able to.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る基板処理装置の全体構成を示す断面図である。図２は本発明の一実施形態に係る基板処理装置を模式的に示す平面図である。
図１に示すように、基板処理装置は、半導体ウエハ（基板）Ｗを保持する基板保持部３と、この基板保持部３の下部に固定された支持軸４と、基板保持部３の下方に配置された容器５とを備えている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view schematically showing a substrate processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the substrate processing apparatus includes a
基板保持部３は、円形の基板保持テーブル６と、この基板保持テーブル６の上面に設けられた複数の支持ピン７とを備えている。支持ピン７は基板保持テーブル６の周方向に沿って等間隔に配置されており、これらの支持ピン７によって半導体ウエハＷの周縁部が支持される。なお、支持ピン７に代えて、真空チャック又は静電チャックなどの保持機構を用いて半導体ウエハＷを保持させることも可能である。
The
本実施形態に係る基板処理装置は、上下動可能、かつ、水平面上を揺動可能なアーム１１と、このアーム１１の端部に固定されたヘッド１２を備えている。ヘッド１２は、基板保持部３に保持された半導体ウエハＷに向き合うように配置されている。アーム１１の軸部１１ａには、動力伝達機構１３を介してモータ１４が連結されており、このモータ１４によりヘッド１２が図２に示す矢印Ａ方向に沿って揺動するようになっている。アーム１１の自由端部にはモータ８が固定されており、このモータ８はヘッド１２の回転軸１５に連結されている。そして、モータ８を駆動することにより、回転軸１５を介してヘッド１２が半導体ウエハＷと同心上に回転するようになっている。なお、モータ８は、ヘッド１２と半導体ウエハＷとを相対移動させる相対移動機構を構成する。
The substrate processing apparatus according to the present embodiment includes an
アーム１１の軸部１１ａの下端部にはエアシリンダ１６が連結されている。エアシリンダ１６は図示しない圧縮空気源に接続されており、圧縮空気源から供給される圧縮空気によってエアシリンダ１６が駆動される。したがって、エアシリンダ１６によって、軸部１１ａ及びアーム１１を介してヘッド１２が上下動する。なお、ヘッド１２は、基板保持部３に保持された半導体ウエハＷとヘッド１２の下端との距離が約１ｍｍとなる位置まで下降できるようになっている。
An
次に、上述したヘッド１２の構成について図３及び図４を参照して詳細に説明する。図３は図１に示すヘッドの下面を示す図である。図４は図３のIV−IV線断面図である。
図３に示すように、ヘッド１２は円形に形成されている。ヘッド１２の下面には、複数の陽極電極部２１及び複数の陰極電極部２２と、処理液に向けて超音波を照射する超音波振動子２０とが配置されている。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 3, the
陽極電極部２１及び陰極電極部２２は、いずれも所定のパターンに従って規則的に配置されている。すなわち、図３に示すように、陰極電極部２２は、第１の領域の全体に亘って配置され、縦方向及び横方向において等間隔に配置されている。陽極電極部２１は、斜め方向において互いに隣り合う陰極電極部２２間の中央部にそれぞれ配置されている。
Both the
それぞれの陰極電極部２２は、下方に突出する断面矩形状の突出部１２ａの内部に形成され、これらの突出部１２ａの間に形成される格子状の溝１２ｂに陽極電極部２１が配置されている。図４に示すように、陽極電極部２１と陰極電極部２２との間にはαｍｍの段差が設けられている。したがって、基板保持部３に保持された半導体ウエハＷの上面と陰極電極部２２との距離が約１ｍｍであるとき、陽極電極部２１と半導体ウエハＷの上面との距離は約（１＋α）ｍｍとなる。
Each
図４に示すように、陽極電極部２１は、配線３１を介してパルス電源３２の陽極に電気的に接続され、陰極電極部２２は、配線３３を介してパルス電源３２の陰極に電気的に接続されている。このパルス電源３２は陽極電極部２１及び陰極電極部２２に所定の周波数を持つパルス電圧を印加するようになっている。なお、ここでいうパルス電圧とは、通常の電気化学的反応で用いられる連続的な直流電圧ではなく、周期的に変動する電圧（電位）を意味する。
As shown in FIG. 4, the
陰極電極部２２には、その中央部を貫通する供給口２５が設けられている。これらの供給口２５は、いずれも配管２６を通じて処理液供給源２７に接続されている。処理液供給源２７には処理液が貯留されており、この処理液は配管２６を介して供給口２５から半導体ウエハＷの上面に供給されるようになっている。陽極電極部２１は、その中央部を貫通する吸入口２９が形成されており、この吸入口２９は配管２８を通じて吸入源（図示せず）に接続されている。半導体ウエハＷの上面に供給された処理液は吸入源によって吸入口２９から吸入され、系外に排出されるようになっている。図４に示すように、半導体ウエハＷの上面に供給された処理液２は表面張力によって半導体ウエハＷとヘッド１２との間を満たす。このとき、処理液２の一部は半導体ウエハＷの周縁部から流出するが、この処理液２は基板保持部３の下方に設けられた容器５（図１参照）によって回収される。
The
図５は図４に示す陽極電極部及び陰極電極部の拡大断面図である。なお、図５に示す矢印は処理液の流れを表している。
図５に示すように、処理液は陰極電極部２２に設けられた供給口２５から半導体ウエハＷの上面に供給され、半導体ウエハＷの上面を流れた後に陽極電極部２１に設けられた吸入口２９から吸入される。このようにして、半導体ウエハＷとヘッド１２との間に処理液が供給されるようになっている。
FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the anode electrode portion and the cathode electrode portion shown in FIG. In addition, the arrow shown in FIG. 5 represents the flow of the processing liquid.
As shown in FIG. 5, the treatment liquid is supplied to the upper surface of the semiconductor wafer W from the
本実施形態の基板処理装置で使用される処理液は、水（超純水）やアルコールなどの溶媒と、ＨＣｌやＮＨ３ＯＨなどの電解質と、イオン性の界面活性剤などの添加剤とから基本的に構成されている。処理液に電解質を加える目的は、主として処理液に導電性を付与するためである。さらに、処理液に電解質を加えることによってｐＨを調整することができ、被処理物の除去作用を促進させることができる。すなわち、ｐＨを下げていけば酸化還元電位が上がって強い酸化力を得ることができる。一方、ｐＨを上げて処理液をアルカリ性にすればパーティクルを吸着する要因であるゼータ電位を下げることができ、パーティクルを効果的に除去することができる。また、ＨＣｌなどの酸化力の強いハロゲン化物を電解質として用いた場合、ハロゲン化物の一部は処理液中で電離してハロゲンイオンとなり、このハロゲンイオンが除去すべき被処理物と反応して被処理物を酸化させることができる。 The processing liquid used in the substrate processing apparatus of this embodiment is composed of a solvent such as water (ultra pure water) and alcohol, an electrolyte such as HCl and NH 3 OH, and an additive such as an ionic surfactant. Basically composed. The purpose of adding the electrolyte to the treatment liquid is mainly to impart conductivity to the treatment liquid. Further, the pH can be adjusted by adding an electrolyte to the treatment liquid, and the removal action of the object to be treated can be promoted. That is, if the pH is lowered, the oxidation-reduction potential increases and a strong oxidizing power can be obtained. On the other hand, if the treatment liquid is made alkaline by raising the pH, the zeta potential, which is a factor for adsorbing particles, can be lowered, and the particles can be effectively removed. In addition, when a halide having strong oxidizing power such as HCl is used as an electrolyte, a part of the halide is ionized in the treatment liquid to become a halogen ion, which reacts with the workpiece to be removed and reacts with the workpiece to be removed. The treated product can be oxidized.
図６は本実施形態に係る基板処理装置によって半導体ウエハ（基板）の表面に残留する銅を除去する様子を説明するための拡大断面図である。
図６に示すように、電解質を含む処理液の存在下で陽極電極部２１と陰極電極部２２との間に電圧を印加すると、陽極電極部２１に近接した銅５０の部位は負の電位となり、陰極電極部２２に近接した銅５０の部位は正の電位となる。この現象はバイポーラ現象と呼ばれている。正の電位が与えられた銅５０の部位では酸化反応が起こり（Ｃｕ→Ｃｕ２＋＋２ｅ−）、負の電位が与えられた銅５０の部位ではＨ２が発生する。銅５０の内部では電位差が生じて電子（ｅ−）が移動する。このようにして、正に帯電した銅５０の部位で電解処理（電解エッチング）が進行し、処理すべき銅５０が溶解する。
FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view for explaining how copper remaining on the surface of a semiconductor wafer (substrate) is removed by the substrate processing apparatus according to the present embodiment.
As shown in FIG. 6, when a voltage is applied between the
陽極電極部２１及び陰極電極部２２の材料としては、導電性ダイヤモンド、二酸化鉛（ＰｂＯ２）、白金（Ｐｔ）などが使用されるが、本実施形態では、導電性ダイヤモンドが使用されている。その理由は次の通りである。陽極電極部２１からＯ２が発生し始めるときの電圧（以下、酸素過電圧という）は、陽極電極部２１を構成する材料の触媒活性の程度に依存する。この酸素過電圧は、白金（Ｐｔ）＜二酸化鉛（ＰｂＯ２）＜導電性ダイヤモンドの順に高くなる。したがって、陽極電極部２１の材料として導電性ダイヤモンドを採用することにより、陽極電極部２１でのＯ２の発生が抑制されてＯ３の発生比率が上昇する。
As materials for the
一般に、半導体ウエハＷに付着したポリマーやレジスト材料を除去するために、オゾン水（Ｏ３）が使用されることがある。従来のスタンドアローン型のオゾン水製造装置では、オゾン水が半導体ウエハＷに導かれる間にＯ３の濃度が低下してしまい、望ましい酸化力が得られないという問題があった。本実施形態では、導電性ダイヤモンドを陽極電極部２１の材料として使用することにより、半導体ウエハＷのごく近傍でＯ３を発生させることができ、発生したＯ３が持つ酸化力をポリマーやレジスト材料などの有機物の除去に有効に利用することが可能となる。また、陽極電極部２１で発生するＯ、Ｏ２ −、Ｏ３ −などの活性酸素種が持つ酸化力を利用することもできる。
In general, ozone water (O 3 ) may be used to remove a polymer or resist material attached to the semiconductor wafer W. The conventional stand-alone ozone water production apparatus has a problem that the concentration of O 3 decreases while the ozone water is guided to the semiconductor wafer W, and a desirable oxidizing power cannot be obtained. In this embodiment, by using conductive diamond as the material of the
ここで、パルス電圧を用いることにより、処理液中にマイクロバブルを発生させる原理について説明する。上述したように、陽極電極部２１及び陰極電極部２２の材料として導電性ダイヤモンドを用いた場合、陽極電極部２１からＯ２及びＯ３が気泡として発生する。陽極電極部２１及び陰極電極部２２との間に直流電圧が印加される場合は、陽極電極部２１で発生するＯ２及びＯ３の気泡が成長してしまい、直径の小さいマイクロバブルを生成することができなくなる。
Here, the principle of generating microbubbles in the processing liquid by using a pulse voltage will be described. As described above, when conductive diamond is used as the material of the
これに対し、陽極電極部２１及び陰極電極部２２との間にパルス電圧を印加した場合には、陽極電極部２１において発生する気泡が大きく成長する前にこの気泡を陽極電極部２１から離脱させることができる。したがって、直径の小さいマイクロバブルを生成することが可能となる。なお、マイクロバブルの直径は２０μｍ以下であることが好ましく、さらには１〜１０μｍであることが好ましい。また、陽極電極部２１において発生した気泡が大きく成長する前にこの気泡を陽極電極部２１から離脱させるためには、パルス電圧の周波数はある程度低いことが好ましい。すなわち、パルス電圧は、上記直径を有するマイクロバブルを生成可能な周波数を持つことが好ましい。
On the other hand, when a pulse voltage is applied between the
次に、本実施形態に係る基板処理装置が備える超音波振動子２０について説明する。
図３に示すように、超音波振動子２０は、いずれも扇形の形状を有しており、ヘッド１２の中心部に関して対称に配置されている。これらの超音波振動子２０には図示しない電源が接続されており、この電源から超音波振動子２０に高周波数の交流電圧が印加されるようになっている。超音波振動子２０は、電源から与えられた周期的な電気信号を機械的な振動に変換し、これにより超音波振動を発生させる。なお、超音波振動子２０としては、チタン酸バリウムやチタン酸ジルコン酸鉛に代表される電歪振動子や、フェライトに代表される磁歪振動子が好適に用いられる。
Next, the
As shown in FIG. 3, each of the
図３に示すように、超音波振動子２０は、陽極電極部２１及び陰極電極部２２が配置される領域に隣接して配置されている。モータ８（図１参照）を介してヘッド１２を回転させながら供給口２５（図４参照）から処理液が半導体ウエハＷ上に供給されると、ヘッド１２の回転に伴って処理液が半導体ウエハＷの全面に広がる。そして、半導体ウエハＷ上とヘッド１２との間を満たす処理液に向けて超音波振動子２０から超音波が照射される。このとき、上述したように、処理液中にはＯ２やＯ３からなるマイクロバブルが滞留しており、超音波振動子２０からの超音波は、これらのマイクロバブルに照射される。
As shown in FIG. 3, the
超音波がマイクロバブルに照射されると、超音波の持つエネルギーによりマイクロバブルが攪拌され、処理液全体にマイクロバブルが拡散する。マイクロバブルの一部は超音波の照射により破壊され、処理液２にはマイクロジェット流が形成される。このマイクロジェット流が持つ物理的エネルギーにより半導体ウエハＷ上に付着するパーティクルなどが除去される。また、マイクロバブルが破壊されると、マイクロバブルを形成するＯ２やＯ３が処理液中に高濃度で溶解する。特に、高濃度のＯ３は強い酸化力を有しており、この酸化力を利用して半導体ウエハＷ上のレジスト材料やポリマーなどの有機物を除去することができる。
When ultrasonic waves are applied to the microbubbles, the microbubbles are agitated by the energy of the ultrasonic waves, and the microbubbles diffuse throughout the processing liquid. A part of the microbubbles is destroyed by ultrasonic irradiation, and a microjet flow is formed in the
また、破壊されずに処理液中に浮遊するマイクロバブルは、処理液に浮遊するパーティクルや半導体ウエハＷ上に残留するパーティクルの除去に利用することができる。すなわち、マイクロバブルが持つ帯電性を利用して、パーティクルをマイクロバブルの表面に吸着させて除去することができる。さらに、超音波がマイクロバブルの表面で乱反射することにより、超音波を半導体ウエハＷ上に形成された微細加工部（デバイス）に照射することができる。このように、本実施形態に係る基板処理装置によれば、電解処理による洗浄効果と、マイクロバブルによる洗浄効果と、超音波による洗浄効果とが相まって、パーティクル、金属、有機物などの種々の被処理物を高効率で半導体ウエハＷ上から除去することができる。 In addition, the microbubbles floating in the processing liquid without being destroyed can be used for removing particles floating in the processing liquid and particles remaining on the semiconductor wafer W. That is, particles can be adsorbed on the surface of the microbubbles and removed by using the charging property of the microbubbles. Furthermore, the ultrasonic wave can be irradiated to the finely processed portion (device) formed on the semiconductor wafer W by irregularly reflecting the surface of the microbubble. As described above, according to the substrate processing apparatus according to the present embodiment, the cleaning effect by the electrolytic treatment, the cleaning effect by the microbubbles, and the cleaning effect by the ultrasonic wave are combined, so that various kinds of objects to be processed such as particles, metals, organic substances, etc. Objects can be removed from the semiconductor wafer W with high efficiency.
一連の洗浄処理が終了した後は、ヘッド１２を高速で回転させることで、ヘッド１２に付着した処理液を遠心作用により除去することができる。なお、洗浄処理を行っている間は、ヘッド１２を回転させつつ揺動させることが好ましい。このようにヘッド１２と半導体ウエハＷとを相対移動させることにより、半導体ウエハＷの中心にも超音波を照射することができ、半導体ウエハＷの全体に渡って均一な処理を施すことが可能となる。この場合は、ヘッド１２を揺動させるモータ１４、アーム１１、動力伝達機構１３は、ヘッド１２を回転させるモータ８と共に相対移動機構を構成する。なお、ヘッド１２を半導体ウエハＷ上で往復動させるようにしてもよい。
After the series of cleaning processes is completed, the processing liquid adhering to the
超音波振動子２０から照射される超音波の周波数は、５ＭＨｚ以上、１００ＭＨｚ以下であることが好ましい。より好ましくは、１０ＭＨｚ以上、５０ＭＨｚ以下の周波数であることが好ましい。今後のデバイスの微細化に伴い、１〜５ＭＨｚの周波数帯域の超音波はデバイスにダメージを与えるおそれがある。これに対し、１０〜５０ＭＨｚの周波数帯域の超音波は、半導体ウエハＷに形成されたデバイスにダメージを与えるおそれがない。また、１００ＭＨｚ以上の超音波の場合は、処理液中のマイクロバブルを動かすエネルギーに乏しく、洗浄効果が低下する。このような理由から、超音波の周波数は、５〜１００ＭＨｚ、好ましくは１０〜５０ＭＨｚに設定される。
The frequency of the ultrasonic wave irradiated from the
次に、本発明に係る基板処理装置が組み込まれた基板処理システムについて図７を参照して詳細に説明する。図７は、本発明に係る基板処理装置を備えた基板処理システムの構成を示す平面図である。 Next, a substrate processing system incorporating the substrate processing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a plan view showing a configuration of a substrate processing system including a substrate processing apparatus according to the present invention.
図７に示すように、この基板処理システムは、表面に被処理物としての銅が形成された半導体ウエハＷを収納したカセット（図示せず）を搬出入する一対のロード・アンロード部３７と、４基の基板処理装置１と、半導体ウエハＷを搬送する搬送ロボット３８と、これらの機器を収容するハウジング３９とを備えている。ハウジング３９の中央部には搬送レール４０が配置され、この搬送レール４０上を搬送ロボット３８が自在に移動できるようになっている。基板処理装置１は搬送レール４０の両側に２基ずつ配置され、ロード・アンロード部３７は搬送レール４０の端部近傍に配置されている。ロード・アンロード部３７と基板処理装置１との間では、搬送ロボット３８により半導体ウエハＷの受け渡しが行われる。
As shown in FIG. 7, this substrate processing system includes a pair of load / unload
次に、上述のように構成された基板処理システムの動作について説明する。
半導体ウエハＷを収納したカセットはロード・アンロード部３７にセットされ、このカセットから１枚の半導体ウエハＷが搬送ロボット３８により取り出される。搬送ロボット３８は半導体ウエハＷを基板処理装置１に搬送し、基板処理装置１の基板保持部３（図１参照）に保持させる。半導体ウエハＷが基板保持部３に保持されるまで、ヘッド１２は図２の点線で示す退避位置で待機している。そして、半導体ウエハＷが基板保持部３に保持された後、ヘッド１２（図１参照）が半導体ウエハＷの上面近傍まで移動し、基板の洗浄処理が行われる。基板処理装置１の動作は上述した通りであるので、ここでの説明を省略する。
Next, the operation of the substrate processing system configured as described above will be described.
The cassette containing the semiconductor wafer W is set in the load / unload
洗浄処理完了後、ヘッド１２は上述した退避位置まで移動し、基板保持部３に保持されている半導体ウエハＷは搬送ロボット３８によりロード・アンロード部３７のカセットに戻される。この基板処理システムは４基の基板処理装置１を備えているので、複数枚の半導体ウエハＷを連続的に洗浄処理することが可能である。
After completion of the cleaning process, the
１ 基板処理装置
２ 処理液
３ 基板保持部
４ 支持軸
５ 容器
６ 基板保持テーブル
７ 支持ピン
８，１４ モータ
１１ アーム
１２ ヘッド
１３ 動力伝達機構
１５ 回転軸
１６ エアシリンダ
２０ 超音波振動子
２１ 陽極電極部
２２ 陰極電極部
２５ 供給口
２６，２８ 配管
２７ 処理液供給源
２９ 吸入口
３１，３３ 配線
３２ 電源
３７ ロード・アンロード部
３８ 搬送ロボット
３９ ハウジング
４０ 搬送レール
５０ 被処理物（銅）
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記基板保持部に保持された基板と向き合うように配置されたヘッドと、
前記基板保持部に保持された基板と前記ヘッドとの間に処理液を供給する処理液供給源とを備え、
前記ヘッドの基板に向き合う面には、陽極電極部及び陰極電極部と、処理液に向けて超音波を照射する超音波振動子とが配置されていることを特徴とする基板処理装置。 A substrate holder for holding the substrate;
A head arranged to face the substrate held by the substrate holding unit;
A treatment liquid supply source that supplies a treatment liquid between the substrate held by the substrate holding unit and the head;
A substrate processing apparatus, comprising: an anode electrode portion; a cathode electrode portion; and an ultrasonic transducer for irradiating an ultrasonic wave toward a processing liquid on a surface of the head facing the substrate.
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