JP2007081291A - ウエハ洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 枚葉式のウエハ洗浄方法であって、ウエハの周辺部に滴下した洗浄液を効果的に除去する。
【解決手段】 第１の回転速度でウエハ１１を回転させつつウエハ１１の表面に洗浄液を供給するステップと、第２の回転速度でウエハ１１を回転させつつウエハ１１の表面にリンス液を供給するステップと、前記ウエハの回転を停止し、又は、第１及び第２の回転速度よりも遅い第３の回転速度でウエハ１１を回転させつつ、ウエハ１１の表面の中心部にリンス液を供給し、中心部にリンス液を滞留させるステップと、ウエハ１１を第１及び第２の回転速度よりも速い第４の回転速度で回転させ、中心部に滞留したリンス液を飛散させるステップとをこの順に有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハ洗浄方法に関し、更に詳細には、枚葉式のウエハ洗浄方法に関する。

ウエハ洗浄プロセスは、半導体装置の製造工程において、ウエハ表面に付着した残渣を除去し、パーティクルの発生を防止する目的で行われる。半導体装置の微細化に伴って、パーティクルに起因する半導体装置の汚染が、製造の歩留りに大きな影響を及し、ウエハ洗浄プロセスは益々重要視されている。ウエハ洗浄プロセスは一般に、薬液などの洗浄液を用いてウエハ表面の洗浄を行う洗浄工程、洗浄液をリンスするリンス工程、及び、ウエハ表面を乾燥させる乾燥工程をこの順序に行う。

近年では、半導体装置の仕様の多様化が進み、多種多様な半導体装置の製造に対応するため、枚葉式のウエハ洗浄方法が多用されている。枚葉式のウエハ洗浄方法については、例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載された枚葉式のウエハ洗浄方法の洗浄工程では、図１０に示すように、半導体洗浄装置のステージ１２上にウエハ１１を水平に載置し、ウエハ１１を中心回りに回転させ、ウエハ１１の上方に配設された洗浄液噴出用ノズル１５からの噴出によって、符号２１に示すように、ウエハ表面の中心部に洗浄液を供給する。これによって、レジスト等の不要な残渣をウエハ表面から化学的に剥離し、又は、ウエハ表面の洗浄を行う。リンス工程では、ウエハ表面の中心部にリンス液を供給することによって、ウエハ表面に供給された洗浄液や洗浄液中の残渣をリンスする。乾燥工程では、ウエハを高速で回転させ、ウエハ表面に供給されたリンス液をウエハの半径方向外側に飛散させることによって、ウエハを乾燥させる。
特開２００５−１８３９３７号公報（図１）

ところで、従来の枚葉式のウエハ洗浄プロセスでは、洗浄液噴出用ノズル１５の開閉弁の動作状況等によっては、符号２２に示すように、洗浄工程の終了時等に、洗浄液が洗浄液噴出用ノズル１５の近傍のウエハ１１の周辺部に滴下することがある。ここで、ウエハ１１の周辺部に滴下した洗浄液の液滴２３の量が多い場合には、後のリンス工程で充分に除去されずウエハ表面に残留し、この残留した洗浄液が乾燥工程の後に剥離することによって、汚染の原因となるパーティクルを発生させる問題があった。

洗浄液の液滴２３に起因するパーティクルの発生を抑制するために、従来、開閉弁の開閉速度を調整して、洗浄液噴出用ノズル１５の近傍に洗浄液が滴下しないようにする等の対策を行ってきた。しかし、開閉弁の劣化が生じた際や、開閉弁の性能によっては、ウエハ１１の周辺部に洗浄液が滴下する恐れがあった。従って、滴下した洗浄液を効果的に除去することによって、洗浄液の液滴に起因するパーティクルの発生を抑制できるウエハ洗浄方法が望まれている。

本発明は、上記に鑑み、枚葉式のウエハ洗浄方法であって、ウエハの周辺部に滴下した洗浄液を効果的に除去可能なウエハ洗浄方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のウエハ洗浄方法は、第１の回転速度でウエハを回転させつつ該ウエハの表面に洗浄液を供給するステップと、
第２の回転速度で前記ウエハを回転させつつ該ウエハの表面にリンス液を供給するステップと、
前記ウエハの回転を停止し、又は、前記第１及び第２の回転速度よりも遅い第３の回転速度で前記ウエハを回転させつつ、該ウエハの表面の中心部にリンス液を供給し、該中心部にリンス液を滞留させるステップと、
前記ウエハを前記第１及び第２の回転速度よりも速い第４の回転速度で回転させ、前記中心部に滞留したリンス液を飛散させるステップとをこの順に有することを特徴とする。

本発明のウエハ洗浄方法によれば、リンス液の滞留ステップでは、第１及び第２の回転速度よりも遅い第３の回転速度でウエハを回転させつつ、ウエハの表面の中心部にリンス液を供給することによって、ウエハの中心部にリンス液を滞留させることが出来る。また、リンス液の飛散ステップでは、ウエハを第１及び第２の回転速度よりも速い第４の回転速度で回転させることによって、ウエハの中心部に滞留したリンス液を大きな遠心力で飛散させることが出来る。従って、ウエハの周辺部に滴下した洗浄液を効果的に除去し、洗浄液の滴下に起因するパーティクルの発生を抑制できる。

本発明では、前記第１の回転速度と前記第２の回転速度とを実質的に同じ回転速度としてもよい。本発明の好適な実施態様では、前記第３の回転速度が０ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下である。ウエハの中心部に供給されたリンス液に加わる遠心力を充分に小さくし、ウエハの中心部に多量のリンス液を滞留させることが出来る。

本発明の好適な実施態様では、前記リンス液の滞留ステップでは、１７０ｍｌ以上の量のリンス液を滞留させる。また、本発明の好適な実施態様では、前記第４の回転速度が、７００ｒｐｍ以上である。リンス液の飛散ステップで、リンス液に大きな遠心力を与えることによって、ウエハの周辺部に滴下した洗浄液に対するリンス性能を充分に高めることが出来る。

本発明の好適な実施態様では、前記リンス液の供給ステップでは、前記リンス液が、前記ウエハの中心部の斜め上方に配設されたノズルから供給される。ウエハの中心部に対するリンス性能を高め、ウエハの中心部に洗浄液が残留することを抑制できる。

本発明の好適な実施態様では、前記リンス液の飛散ステップでは、前記ウエハの周囲をガードで囲み、前記ウエハの回転によって飛散するリンス液を含むガスを、前記ウエハの裏面側に向けて排気する。リンス液を飛散させるステップで生じるミストを効果的に排除し、ミストがウエハの表面に付着することを抑制できる。

以下に、図面を参照し、本発明の実施形態に基づいて本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るウエハ洗浄方法で用いる、ウエハ洗浄装置の構成を示す断面図である。ウエハ洗浄装置１０は、ポリマ除去用の枚葉式ウエハ洗浄装置であって、ウエハ１１を載置するステージ１２と、ステージ１２の上方に配設された、平板状の遮蔽板１３と、ステージ１２の側方に配設されたガード１４とを備える。

ステージ１２は、縁部の突起構造によってウエハ１１を保持可能なチャックとして構成される。ステージ１２は、下部の図示しない回転装置に接続され、この回転装置は、ステージ１２をその中心回りに所定の回転数で回転させることが出来る。ガード１４は、ステージ１２を囲むように配設され、その上部にステージ１２の斜め上方に突出する庇部１４ａを有する。ガード１４は、上下方向に移動可能に配設されている。

ステージ１２の斜め上方であって、ガード１４の上方には、洗浄液噴出用ノズル１５、及び、リンス液噴出用ノズル１６が配設されている。洗浄液噴出用ノズル１５は、ステージ１２上に載置されたウエハ１１の中心部に向けて洗浄液を、リンス液噴出用ノズル１６は、ステージ１２上に載置されたウエハ１１の中心部に向けてリンス液を、それぞれ噴出できる。本実施形態では、リンス液噴出用ノズル１６は、リンス液として純水を２ｌ／ｍｉｎの流量で噴出する。洗浄液噴出用ノズル１５、及び、リンス液噴出用ノズル１６は、洗浄液、又は、リンス液をウエハ表面に供給する際の位置精度を確保するため、それらの噴出口が遮蔽板１３よりも下側に位置するように配設されている。

ステージ１２、遮蔽板１３、ガード１４、洗浄液噴出用ノズル１５、及び、リンス液噴出用ノズル１６は、図示しない処理槽内に配設されている。ステージ１２とガード１４との間であって、ウエハ洗浄装置１０の下部には、図示しない排気装置が配設され、符号２４に示す方向に、処理槽内のガスを排気することが出来る。

ステージ１２から見て、リンス液噴出用ノズル１６の後方には、非接触型の超音波流量計１７が配設されている。超音波流量計１７は、図示しない、超音波の発振装置及び受信装置を備え、これら発振装置及び受信装置は、リンス液噴出用ノズル１６に接続される配管上に配設されている。リンス液が配管の内部を流れると、発振装置から発振された超音波が受信装置で受信されるまでに、その流速に応じた時間差が発生する。超音波流量計１７は、この時間差に基づいて正確な流速を算出できる。また、所定時間内にリンス液噴出用ノズル１６から噴出された流量の積算値を算出する。

ステージ１２及び超音波流量計１７にそれぞれ接続して、回転数コントローラ１８が配設されている。回転数コントローラ１８は、ステージ１２の回転数の検知、及び、制御を行う。超音波流量計１７は、算出した流量の積算値を、回転数コントローラ１８に送信し、回転数コントローラ１８は、その積算値を受信する。

図２及び３は、上記ウエハ洗浄装置１０を用いたウエハ洗浄方法について、各工程段階を順次に示す断面図である。ステージ１２上にウエハ１１を載置した後、先ず、洗浄工程として、１２０ｒｐｍの回転数でステージ１２を回転させ、図２（ａ）に示すように、洗浄液噴出用ノズル１５からの噴出によって、ウエハ表面の中心部に洗浄液を供給する。この状態で、４０秒間保持する。ガードの庇部１４ａの高さは、ウエハ表面よりも高い位置に設定する。この位置は、排気装置を作動させて廃液やガスの排出を行う際のガードの高さ位置であって、廃液位置と呼ばれる。

引き続き、通常のリンス工程として、洗浄工程と同じ１２０ｒｐｍの回転数でステージ１２を回転させ、図２（ｂ）に示すように、リンス液噴出用ノズル１６からの噴出によって、ウエハ表面の中心部にリンス液を供給する。この状態で、４０秒間保持し、ウエハ表面に付着した洗浄液をリンスする。ガードの庇部１４ａの高さは、洗浄工程と同様に、ウエハ表面よりも高い廃液位置に設定する。リンスによって生じた廃液は、下方の排気装置を通して排気される。４０秒間が経過した後、ステージ１２の回転数を徐々に低下させる。

次いで、リンス工程における最終工程として、リンス液を滞留させる工程を行う。リンス液滞留工程は、図３（ｃ）に示すように、ウエハ表面の中心部に向けてリンス液を噴出した状態で、ウエハの回転数を１０ｒｐｍに低下させ、この状態で所定時間保持する。これによって、符号２５に示すように、ウエハ表面の中心部に多量のリンス液を滞留させる。

更に、乾燥工程として、図３（ｄ）に示すように、ステージ１２の回転数を２５００ｒｐｍに上昇させ、この状態で４５秒間保持する。これによって、ウエハ表面に付着したリンス液に大きな遠心力を与え、この遠心力によってリンス液を、ウエハの半径方向外側へ飛散させる。乾燥工程では、ガードの庇部１４ａの高さを、他の工程と同様に、ウエハ表面よりも高い廃液位置に設定する。ウエハの半径方向外側へ飛散したリンス液は、符号２６に示すように、ガードの庇部１４ａによって下方に案内され、排気装置を通して排気される。

図４は、図３（ｃ）に示したリンス液滞留工程の詳細な手順を示すフローチャートである。図２（ｂ）に示した通常のリンス工程が終了した（ステップＳ１）後、回転数コントローラ１８は、ステージ１２の回転数を低下させると共に、その回転数を監視する。ステージ１２の回転数が１０ｒｐｍに達した時点（ステップＳ２）で、超音波流量計１７に対して、噴出流量の積算を開始するように指示する（ステップＳ３）。超音波流量計１７は、回転数コントローラ１８からの指示によって、噴出流量の積算を開始する（ステップＳ４）と共に、回転数コントローラ１８に対して、現在の噴出流量の積算値を送信する。

回転数コントローラ１８は、超音波流量計１７から受信した噴出流量の積算値を監視し、噴出流量の積算値が設定値である１７０ｍｌに達した時点（ステップＳ５）で、ステージ１２に対して、回転数を２５００ｒｐｍまで上昇させるように指示する（ステップＳ６）。１７０ｍｌに達するのは、超音波流量計１７が噴出流量の積算を開始してから、約５秒後である。

ステージ１２は、回転数コントローラ１８からの指示を受けて、その回転数を２５００ｒｐｍまで上昇させ（ステップＳ７）、乾燥工程に移行する（ステップＳ８）。なお、回転数コントローラ１８は、超音波流量計１７が噴出流量の積算を開始してから、所定時間内に積算値が設定値に達したことを検知できなかった場合には、アラームの発生によって、装置の使用者に報知する。

図５は、ウエハ表面に付着したパーティクルと、リンス液滞留工程でウエハ表面に供給されたリンス液の液滴の様子を示す断面図である。ステージ１２を回転させた際に、ウエハ表面に供給されたリンス液の液滴２５に生じる遠心力Ｆは、液滴の質量をｍ、回転中心からの距離をｒ、角速度をωとして、ｍｒω²の式で示される。即ち、リンス液の液滴２５の質量ｍが増加すると、遠心力Ｆはこれに比例して増加する。本実施形態では、リンス液滞留工程で、ウエハ表面に多量のリンス液が供給されるので、リンス液の質量が増加し、後の乾燥工程で、ウエハ表面に残留するパーティクル（２３）に対する物理的なリンス性能を、大幅に向上させることが出来る。従って、ウエハ１１の周辺部に滴下した洗浄液を効果的に除去し、洗浄液の滴下に起因するパーティクルの発生を抑制できる。

リンス液滞留工程では、噴出流量を正確に計測できる超音波流量計１７を用いて、リンス液噴出用ノズル１６から噴出されたリンス液の積算噴出量を計測するので、ウエハ表面の中心部に供給されるリンス液の量を一定に保つことが出来る。従って、常に一定のリンス効果を得ることが出来る。

リンス液滞留工程で、噴出流量の積算値を１７０ｍｌ以上とし、且つ、乾燥工程で、ステージ１２の回転数を２５００ｒｐｍ以上に設定することによって、乾燥工程で、リンス液に大きな遠心力を与えて、ウエハ１１の周辺部に滴下した洗浄液を効果的に除去できる。また、リンス液滞留工程で、ステージ１２の回転数を０ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下に設定することによって、ウエハ１１の中心部に供給されたリンス液に加わる遠心力を充分に小さくし、ウエハ１１の中心部に多量のリンス液を滞留させることが出来る。

比較例１のウエハ洗浄方法として、リンス工程において、ステージ１２の斜め上方に配設されたリンス液噴出用ノズル１６に代えて、図６に符号２８で示すように、遮蔽板１３の中央から、その直下のウエハ表面の中心部に向けてリンス液を噴出することとした。この比較例では、ウエハ１１の中心部に対するリンス性能が低下し、且つ、ウエハ１１の中心部には大きな遠心力が作用しないため、ウエハ１１の中心部に洗浄液を含むリンス液が残留した。

比較例１では、ウエハ１１の中心部に洗浄液を含むリンス液が残留すると、乾燥工程の後に、ウエハ１１の中心部に残渣が付着した状態になり、この残渣がウエハ１１表面から剥離されることによって、パーティクルが発生した。本実施形態では、ステージ１２の斜め上方にリンス液噴出用ノズル１６を配設しているので、ウエハ１１の中心部に対する高いリンス性能を維持し、ウエハ１１の中心部でのパーティクルの発生を抑制できる。

比較例２のウエハ洗浄方法として、上記実施形態の乾燥工程において、ガードの庇部１４ａをウエハ表面よりも下側の位置に設定して行うこととした。このガードの高さ位置は、ウエハ１１の受渡しを行う際の位置であって、受渡し位置と呼ばれる。この比較例では、図７に符号２７で示すように、ウエハ１１の高速回転によって生じたミストが、ウエハ表面の近傍で滞留し、ウエハ表面に付着することによって、パーティクルとして検出された。本実施形態では、乾燥工程に際して、ガードの庇部１４ａをウエハ表面よりも上側の廃液位置に設定しているので、ウエハ１１の高速回転によって生じたミストは、ガードの庇部１４ａによって排気装置の方向へ案内され、ミストがウエハ表面に付着することを抑制できる。

上記実施形態の効果を確認するために、上記実施形態のウエハ洗浄方法に従って複数枚のウエハの洗浄を行い、洗浄されたウエハを第１のサンプルとした。また、従来のウエハ洗浄方法として、比較例３のウエハ洗浄方法に従って複数枚のウエハの洗浄を行い、洗浄されたウエハを第２のサンプルとした。比較例３のウエハ洗浄方法では、リンス工程で、図６に示したように、遮蔽板１３の中央からリンス液を噴出し、且つ、リンス液滞留工程を行わないものとした。また、乾燥工程では、図８に示すように、遮蔽板１３をウエハ表面に対してＬ＝２．５ｍｍの距離まで接近させるものとした。遮蔽板１３の接近は、その際に障害となる、ステージ１２の斜め上方に配設されたリンス液噴出用ノズル１６が配設されていないために可能である。また、ガードの庇部１４ａの位置をウエハ表面より下の受渡し位置に設定し、符号２９に示すように、遮蔽板１３の中央からＮ₂ガスを噴出させることによって、ミストを除去した。

第１及び第２のサンプルについて、ウエハ表面に残留した粒径が０．１６μｍ以上のパーティクルをウエハ毎に検出し、その個数をそれぞれ集計した。図９に結果を示す。１つのウエハ表面に残留するパーティクルが５０個以内の場合に規格に適合するものとした。第２のサンプルでは、規格外れ率が２７％であったのに対して、第１のサンプルでは、規格外れ率は０％であった。この結果により、本実施形態のウエハ洗浄方法は、従来のウエハ洗浄方法に比して、パーティクルの発生を大幅に低減できることが証明された。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係るウエハ洗浄方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したウエハ洗浄方法も、本発明の範囲に含まれる。

本発明の一実施形態に係るウエハ洗浄方法で用いる、ウエハ洗浄装置の構成を示す断面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るウエハ洗浄方法について、各工程を順次に示す断面図である。 図３（ｃ）、（ｄ）は、図２に後続する各工程を順次に示す断面図である。 図３（ｃ）のリンス液滞留工程の詳細な手順を示すフローチャートである。 ウエハ表面に付着した、リンス液及びパーティクルの様子を示す断面図である。 リンス工程で、遮蔽板の中央からリンス液を噴出する様子を示す断面図である。 ウエハ表面の近傍でミストが発生する様子を示す断面図である。 従来のウエハ洗浄方法における乾燥工程の様子を示す断面図である。 第１及び第２のサンプルで、ウエハ表面に付着したパーティクルの数を示すグラフである。 洗浄工程で、洗浄液噴出用ノズルから洗浄液を噴出する様子を示す断面図である。

符号の説明

１０：ウエハ洗浄装置
１１：ウエハ
１２：ステージ
１３：遮蔽板
１４：ガード
１４ａ：ガードの庇部
１５：洗浄液噴出用ノズル
１６：リンス液噴出用ノズル
１７：超音波流量計
１８：回転数コントローラ

Claims (7)

1. 第１の回転速度でウエハを回転させつつ該ウエハの表面に洗浄液を供給するステップと、
   第２の回転速度で前記ウエハを回転させつつ該ウエハの表面にリンス液を供給するステップと、
   前記ウエハの回転を停止し、又は、前記第１及び第２の回転速度よりも遅い第３の回転速度で前記ウエハを回転させつつ、該ウエハの表面の中心部にリンス液を供給し、該中心部にリンス液を滞留させるステップと、
   前記ウエハを前記第１及び第２の回転速度よりも速い第４の回転速度で回転させ、前記中心部に滞留したリンス液を飛散させるステップとをこの順に有することを特徴とするウエハ洗浄方法。
2. 前記第１の回転速度と前記第２の回転速度とが実質的に同じ回転速度である、請求項１に記載のウエハ洗浄方法。
3. 前記第３の回転速度が０ｒｐｍ以上１０ｒｐｍ以下である、請求項１又は２に記載のウエハ洗浄方法。
4. 前記リンス液の滞留ステップでは、１７０ｍｌ以上の量のリンス液を滞留させる、請求項１〜３の何れか一に記載のウエハ洗浄方法。
5. 前記第４の回転速度が、７００ｒｐｍ以上である、請求項１〜４の何れか一に記載のウエハ洗浄方法。
6. 前記リンス液の供給ステップでは、前記リンス液が、前記ウエハの中心部の斜め上方に配設されたノズルから供給される、請求項１〜５の何れか一に記載のウエハ洗浄方法。
7. 前記リンス液の飛散ステップでは、前記ウエハの周囲をガードで囲み、前記ウエハの回転によって飛散するリンス液を含むガスを、前記ウエハの裏面側に向けて排気する、請求項１〜６の何れか一に記載のウエハ洗浄方法。

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