JP2007081311A - 枚葉型ウェハ洗浄装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 乾燥後のウェハ上に筋状の水滴の痕が発生するのを防ぐことができる枚葉型ウェハ洗浄装置及び半導体装置の製造方法を得る。
【解決手段】 ウェハを保持するスピンテーブルと、ウェハの中央上部から１０Ｌ／ｍｉｎ以下の流量で純水を供給し、ウェハ上に均一な液盛りを行う純水ノズルと、スピンテーブルによりウェハを５０ｒｐｍ以下の回転速度で回転させながら、ウェハの中央上部からウェハの中心に１０Ｌ／ｍｉｎ以下の流量でガスを供給するガスノズルとを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェハを一枚毎に洗浄する枚葉型ウェハ洗浄装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法に関するものである。

従来のスピン型枚葉洗浄装置を用いたウェハの洗浄について図８を参照しながら説明する。まず、ウェハ１をスピンテーブル２に載せ、ウェハチャックピン４でウェハ１の側壁を保持して、薬液処理、超音波洗浄又は二流体洗浄などの物理力による洗浄処理を行う。そして、純水ノズル６から純水５を供給してウェハ１を洗浄する。その後、ウェハ１を高速で回転させ、遠心力により水滴２０をウェハ外に弾き飛ばして除去し、そして自然乾燥させる（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２３３４８１号公報

９０ｍｍＳＯＣ以降の世代のＣｕ配線層間膜には低誘電率ｋの低い膜（Ｌｏｗ−ｋ膜）が適用されている。このＬｏｗ−ｋ膜は、水に対する接触角が９０°前後又はそれ以上の疎水性膜である。このような疎水性膜が露出したウェハ１をスピン型枚葉洗浄装置で洗浄すると、乾燥工程初期の低速回転時には、遠心力が小さいウェハ１中心部で微小な水滴２０が残留し、回転速度が上がった時に水滴２０がウェハ１外に弾き飛ばされる。これにより乾燥後のウェハ１上に筋状の水滴の痕２３が発生し、乾燥後の検査で異物が検出されることがあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、乾燥後のウェハ上に筋状の水滴の痕が発生するのを防ぐことができる枚葉型ウェハ洗浄装置及び半導体装置の製造方法を得るものである。

本発明に係る枚葉型ウェハ洗浄装置は、ウェハを保持するスピンテーブルと、ウェハの中央上部から１０Ｌ／ｍｉｎ以下の流量で純水を供給し、ウェハ上に均一な液盛りを行う純水ノズルと、スピンテーブルによりウェハを５０ｒｐｍ以下の回転速度で回転させながら、ウェハの中央上部からウェハの中心に１０Ｌ／ｍｉｎ以下の流量でガスを供給するガスノズルとを備えている。本発明のその他の特徴は以下に明らかにする。

本発明により、乾燥後のウェハ上に筋状の水滴の痕が発生するのを防ぐことができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る枚葉型ウェハ洗浄装置の正面図である。この枚葉型ウェハ洗浄装置は、ウェハ１を保持するスピンテーブル２と、スピンテーブル２を回転させるモーター３と、ウェハ１の側壁を保持するウェハチャックピン４と、ウェハ１上に純水５を供給する純水ノズル６と、純水ノズル６の位置を制御する可動アーム７と、純水５の流量を制御する純水流量コントロール８と、ウェハ１上にガス９を供給するガスノズル１０と、ガスノズル１０の位置を制御する可動アーム１１と、ガス９の流量を制御するガス流量コントロール１２とを備えている。なお、純水ノズルとガスノズルは、共通の可動アームに取り付けてもよい。

上記の枚葉型ウェハ洗浄装置を用いた洗浄方法について説明する。まず、ウェハ１をスピンテーブル２に載せ、薬液処理、超音波洗浄又は二流体洗浄などの物理力による洗浄処理を行う。

次に、純水リンス工程を行うため、スピンテーブル２を制御してウェハ１を静止状態又は３０ｒｐｍ以下の低速回転状態にする。そして、可動アーム７により、純水ノズル６をウェハ１の中央上部に移動させ、純水ノズル６の位置をウェハ１の表面から５０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下の高さに制御する。そして、純水ノズル６により、ウェハ１の中央上部から１０Ｌ／ｍｉｎ以下、好ましくは５Ｌ／ｍｍｉｎ以下の流量で純水５を供給し、ウェハ１上に均一な液盛りを行う。液盛りした液面が乱れるのを防ぐため、純水５の供給を停止する際は徐々に流量を少なくする。また、ウェハ１上の液盛りを維持するため、ウェハ１側壁を保持するウェハチャックピン４には疎水性の材質を用いるのが好ましい。

次に、可動アーム１１により、ガスノズル１０の位置をウェハ１の表面から５〜５０ｍｍ、好ましくは５〜２０ｍｍの高さに制御する。そして、スピンテーブル２によりウェハ１を５０ｒｐｍ以下、好ましくは３０ｒｐｍ以下の回転速度で回転させながら、ガスノズル１０によりウェハ１の中央上部からウェハ１の中心に０．１〜１０Ｌ／ｍiｎ、好ましくは０．５〜５Ｌ／ｍiｎの流量でガス９を供給し、液盛りした純水５に穴を開ける。ガス９を吹き付けた際に液盛りした液面が乱れるのを防ぐため、ガス９の流量を徐々に多くする。

そして、液盛りした純水５の中央に穴が開いたら、段階的にウェハ１の回転速度を上げて、遠心力の効果により純水５をウェハ１外周から外へ押し出すことにより、中心部の穴を徐々に大きくし、ウェハ１上から完全に純水５を除去する。そして、純水５が除去できたら回転速度を５００ｒｐｍ以上の高速回転で乾燥を行う。

ウェハ１表面が疎水性であるため、その上の純水５は強い表面張力の影響で一つの塊になろうとし、ゆっくりとウェハ１中央から穴を大きくすることで微小な液滴の残留なく一つの塊としてウェハ１外周まで純水５を除去することができる。

ガスノズル１０として、通常のストレート型のものを用いてもよいが、図２に示すような先端がなめらかに凸状に湾曲した末広がり形状のコアンダ効果ガスノズル１３を用いるのが好ましい。これにより、液盛りした純水５にガス９を吹き付ける際に、末広がりのノズル側壁に沿って流れるガス流がノズル先端で水平方向に射出されるため、液盛りした純水５に穴開けした後、コアンダ効果ガスノズル１３をウェハ１に近づけるとより効果的に純水５を周辺に押しのけることができる。

また、ガスノズル１０として、図３（ａ）（ｂ）に示すような、ストレート型のガスノズル１４と、ストレート型のガスノズル１４の先端外側に上下方向に移動可能に接続されたコアンダ効果ガスノズル１３とを備えた複合型ノズルを用いるのが更に好ましい。このガスノズルを用いることで、図３（ａ）に示すように最初は直進性の強いストレート型のガスノズル１４よりガス９を噴きつけて純水５に穴を開け、その後、図３（ｂ）に示すようにコアンダ効果ガスノズル１３を延ばして水平方向へ噴出す作用でより効果的に純水５の穴を広げることができる。

実施の形態１に係る枚葉型ウェハ洗浄装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法により、水洗リンス後に疎水性ウェハ上に残留する微小な水滴を除去し、微小な水滴がウェハ上にない状態にしてから、回転を上げてスピン乾燥を行うため、乾燥後のウェハ上に筋状の水滴の痕が発生するのを防ぐことができる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る枚葉型ウェハ洗浄装置の正面図であり、図５はその側面図である。この枚葉型ウェハ洗浄装置は、ウェハ１を保持するスピンテーブル２と、スピンテーブル２を回転させるモーター３と、ウェハ１の側壁を保持するウェハチャックピン４と、ウェハ１の下面を支えるウェハ押上げピン１５と、スピンテーブル２上に保持したウェハ１の表面を非接触でスキャンする親水性洗浄棒１６と、親水性洗浄棒１６の動作を制御する親水性洗浄棒コントローラ１７と、ウェハ１上に純水５を供給する純水吐出口１８と、純水５の流量を制御する純水流量コントロール８を備えている。

上記の枚葉型ウェハ洗浄装置を用いた洗浄方法について説明する。まず、ウェハ１をスピンテーブル２に載せ、ウェハチャックピン４でウェハ１の側壁を保持し、ウェハ押上げピン１５でウェハ１の下面を支える。次に、薬液処理、超音波洗浄又は二流体洗浄などの物理力による洗浄処理を行う。

次に、実施の形態１と同様に純水リンス工程を行う。その後、ウェハ１上に純水５が残留した状態で回転を停止し、親水性洗浄棒１６でウェハ１全面を一定方向に非接触でスキャンする。具体的には、親水性洗浄棒１６は、静止したウェハ１の表面から０．５〜１０ｍｍ、好ましくは１〜５ｍｍの高さをスキャンする。また、親水性洗浄棒１６のスキャン速度は１〜１００ｍｍ／ｓｅｃ、好ましくは１０〜５０ｍｍ／ｓｅｃである。これにより、ウェハ１上の水滴２０は、親水性洗浄棒１６に吸い寄せられ、親水性洗浄棒１６とウェハ１の間に保持された状態でウェハ１上を移動するため、スキャンした部分の水滴２０は除去される。

ただし、親水性洗浄棒１６とウェハ１の間は純水５で満たされている必要があるため、スキャンと同時にスキャン方向前方に純水５を供給する。このため、親水性洗浄棒１６は、スキャン方向前方に純水５を供給するために１つ以上の純水吐出口１８を有する。そして、スキャン方向前方に供給する純水５の流量を１００ｍｌ／ｍｉｎ以下、好ましくは１〜２０ｍｌ／ｍｉｎで制御する。

スキャンの際に、親水性洗浄棒１６が保持できる容量を越えた分の純水５は、ウェハ１端部からウェハ１外へ除去される。ウェハ１上をスキャンする機構を有するためスピンテーブル２は、バキュームチャック又はウェハ保持機構のウェハチャックピン４を開放して、下からウェハ押上げピン１５で持ち上げて親水性洗浄棒１６の動作に影響を与えないようにする。

そして、親水性洗浄棒１６でウェハ１全面をスキャンした後は、回転速度を５００ｒｐｍ以上の高速回転で乾燥を行う。

実施の形態２に係る枚葉型ウェハ洗浄装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法により、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図６は、本発明の実施の形態３に係る枚葉型ウェハ洗浄装置の正面図であり、図７はその側面図である。この枚葉型ウェハ洗浄装置は、親水性洗浄棒１６のスキャン方向前方に純水５を供給するために、親水性洗浄棒１６のスキャン動作に同調して動作する純水ノズル２１と、純水ノズル２１の位置を制御する可動アーム２２と、純水５の流量を制御する純水流量コントロール８とを設けている。その他の構成は実施の形態２と同様である。

実施の形態３に係る枚葉型ウェハ洗浄装置及びこれを用いた半導体装置の製造方法により、実施の形態１及び２と同様の効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る枚葉型ウェハ洗浄装置の正面図である。 ガスノズルの一例を示す断面図である。 ガスノズルの他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る枚葉型ウェハ洗浄装置の正面図である。 本発明の実施の形態２に係る枚葉型ウェハ洗浄装置の側面図である。 本発明の実施の形態３に係る枚葉型ウェハ洗浄装置の正面図である。 本発明の実施の形態３に係る枚葉型ウェハ洗浄装置の側面図である。 従来のスピン型枚葉洗浄装置を用いたウェハの洗浄を説明する斜視図である。

符号の説明

１ ウェハ
２ スピンテーブル
５ 純水
６ 純水ノズル
９ ガス
１０ ガスノズル
１３ コアンダ効果ガスノズル
１４ ストレート型のガスノズル
１６ 親水性洗浄棒
１８ 純水吐出口
２０ 水滴
２１ 純水ノズル

Claims (12)

1. ウェハを保持するスピンテーブルと、
   前記ウェハの中央上部から１０Ｌ／ｍｉｎ以下の流量で純水を供給し、前記ウェハ上に均一な液盛りを行う純水ノズルと、
   前記スピンテーブルにより前記ウェハを５０ｒｐｍ以下の回転速度で回転させながら、前記ウェハの中央上部から前記ウェハの中心に１０Ｌ／ｍｉｎ以下の流量でガスを供給するガスノズルとを備えたことを特徴とする枚葉型ウェハ洗浄装置。
2. 前記純水ノズルは前記ウェハの表面から５０ｍｍ以下の高さに制御され、前記ガスノズルは前記ウェハの表面から５〜５０ｍｍの高さに制御されることを特徴とする請求項１に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
3. 前記ガスノズルは、ガス流量を０．５〜５Ｌ／ｍiｎの範囲で制御する機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
4. 前記ガスノズルは、先端がなめらかに凸状に湾曲した末広がり形状のコアンダ効果ガスノズルであることを特徴とする請求項１に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
5. 前記ガスノズルは、ストレート型のガスノズルと、前記ストレート型のガスノズルの先端外側に上下方向に移動可能に接続され、先端がなめらかに凸状に湾曲した末広がり形状のコアンダ効果ガスノズルとを有することを特徴とする請求項１に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
6. ウェハを保持するスピンテーブルと、
   前記スピンテーブル上に保持した前記ウェハの表面を非接触でスキャンする親水性洗浄棒とを備えたことを特徴とする枚葉型ウェハ洗浄装置。
7. 前記親水性洗浄棒は、前記ウェハの表面から０．５〜１０ｍｍの高さをスキャンすることを特徴とする請求項６に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
8. 前記親水性洗浄棒のスキャン速度は１〜１００ｍｍ／ｓｅｃであることを特徴とする請求項６に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
9. 前記親水性洗浄棒は、スキャン方向前方に純水を供給するための純水吐出口を有することを特徴とする請求項６に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
10. 前記親水性洗浄棒のスキャン方向前方に純水を供給するために、スキャンに同調して動作する純水供給ノズルを更に備えたことを特徴とする請求項６に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
11. 前記スキャン方向前方に供給する純水の流量を１００ｍｌ／ｍｉｎ以下で制御することを特徴とする請求項９又は１０に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置。
12. 請求項１〜１１の何れか１項に記載の枚葉型ウェハ洗浄装置を用いた半導体装置の製造方法。

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