JPH08238463A - 洗浄方法及び洗浄装置 - Google Patents

洗浄方法及び洗浄装置

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JPH08238463A
JPH08238463A JP7070903A JP7090395A JPH08238463A JP H08238463 A JPH08238463 A JP H08238463A JP 7070903 A JP7070903 A JP 7070903A JP 7090395 A JP7090395 A JP 7090395A JP H08238463 A JPH08238463 A JP H08238463A
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nozzle
cleaned
liquid
wafer
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Toshiro Maekawa
敏郎 前川
Koji Ono
耕司 小野
Manabu Tsujimura
学 辻村
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Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 洗浄する部材の洗浄能力を飛躍的に長く維持
でき、機器のメンテナンス期間を伸ばすことができる洗
浄方法及び洗浄装置を提供すること。 【構成】 薄板状の被洗浄物に付着するダストを複数の
洗浄工程を経て超清浄にする洗浄方法及び装置であっ
て、洗浄工程の少なくとも最初の洗浄工程と最終の洗浄
工程に、高圧の超純水を噴射させる高圧水噴射洗浄工
程、キャビテーションを有する超純水を噴射させる高圧
水噴射洗浄工程、ノズルから超音波の振動エネルギーを
与えた超純水を噴射させる超音波洗浄工程のいずれか一
つ又はこれらのいくつかを組み合わせた洗浄工程を用い
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハ等の被洗浄
物を超清浄にする洗浄方法及び洗浄装置に関するもので
ある。
【０００２】
【従来技術】半導体デバイスの高集積化が進むにつれて
回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつ
ある。このように半導体デバイスの高集積化が進む中で
半導体基板上に配線間距離より大きなダストが存在する
と、配線がショートする等の不具合が生じるため、半導
体ウエハ上に許容される残留ダストの大きさも配線間距
離に比べて十分小さいものでなければならない。
【０００３】半導体ウエハ等の洗浄方法としては従来、
ナイロン・モヘア等のブラシやＰＶＡ（ポリ・ヴィニル
・アルコール）スポンジで半導体ウエハの表面を擦って
行なう所謂スクラピング洗浄、超音波の振動エネルギー
を与えた水をウエハ表面に噴射して洗浄する超音波洗浄
方法、又はキャビテーションを有する高圧水をウエハに
噴射して洗浄する方法、或いはこれらの洗浄方法を組み
合わせる方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記ブラシで半導体ウ
エハの表面を擦って行なう洗浄方法では、ダストの大き
さが１μｍ程度のものまでは落すことができるが、それ
以下のサブミクロンレベルのダストに対する顕著な洗浄
効果が現われないという問題があった。また、ブラシで
数度ウエハ表面を擦ると、ウエハ表面に傷が付くという
問題もあった。また、多数のウエハを洗浄していくとブ
ラシ内にダストが残留し、該ブラシで洗浄すると逆にウ
エハ面を汚してしまうという所謂逆汚染が起こるという
問題もあった。
【０００５】また、ＰＶＡスポンジを半導体ウエハ表面
に擦りつけて行なう洗浄方法では、サブミクロンレベル
のダストを落すことができるが、ＰＶＡスポンジはダス
トを内部に取り込み、スポンジに付着してしまうため、
ある一定量のダストがスポンジ内に溜るとそれ以上は洗
浄効果がなくなり、洗浄能力を長く持続させるのに問題
があった。
【０００６】一方、超音波洗浄やキャビテーションを有
する高圧水を噴射させて洗浄する方法は、直径８インチ
のウエハ表面のダスト数が数十から数百個レベルの洗浄
には効果があるが、例えば最近半導体デバイスの多層配
線の平坦化技術として実用化されているＣＭＰ（ケミカ
ル・メカニカル・ポリッシング）処理を終えたウエハの
ように初期ダスト数のレベルが数十万個である場合に
は、ダスト数は数万から数千個にしかならず、洗浄効果
が小さいという問題があった。
【０００７】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、洗浄する部材の洗浄能力を飛
躍的に長く維持でき、機器のメンテナンス期間を伸ばす
ことができる洗浄方法及び洗浄装置を提供することを目
的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、薄板状の被洗浄物に付着するダストを複数の
洗浄工程を経て超清浄にする洗浄方法であって、洗浄工
程の少なくとも最初の洗浄工程と最終の洗浄工程にノズ
ルから噴射された液体を被洗浄物表面に吹き付け洗浄す
る液噴射洗浄工程とし、これら複数の洗浄工程を経て被
洗浄物を洗浄することを特徴とする。
【０００９】また、最初の洗浄工程と最終の洗浄工程に
用いる液噴射洗浄工程は、ノズルから高圧の超純水を噴
射させて洗浄する高圧水噴射洗浄工程、キャビテーショ
ンを発生させるノズルからキャビテーションを有する超
純水を噴射させて洗浄する高圧水噴射洗浄工程、ノズル
から超音波の振動エネルギーを与えた超純水を噴射させ
て洗浄する超音波洗浄工程のいずれか一つ又はこれらの
いくつかを組み合わせた洗浄工程であることを特徴とす
る。
【００１０】また、薄板状の被洗浄物に付着するダスト
を複数の洗浄機構による洗浄を経て超清浄にする洗浄装
置であって、複数の洗浄機構の少なくとも最初の洗浄機
構と最終の洗浄機構にノズルを具備し、該ノズルから噴
射された液体を被洗浄物表面に吹き付け洗浄する液噴射
洗浄機構を用いたことを特徴とする。
【００１１】また、最初の洗浄機構と最終の洗浄機構に
用いる液噴射洗浄機構は、高圧の超純水を噴射するノズ
ルを具備する高圧水噴射洗浄機構、キャビテーションを
有する超純水を噴射するノズルを具備する高圧水噴射洗
浄機構、超音波の振動エネルギーを与えた超純水を噴射
するノズルを具備する超音波洗浄機構のいずれか一つ又
はこれらのいくつかを組み合わせた洗浄機構であること
を特徴とする。
【００１２】
【作用】本発明の洗浄方法及び洗浄装置によれば、複数
の洗浄工程又は洗浄機構の少なくとも最初の洗浄工程又
は洗浄機構と最終の洗浄工程又は洗浄機構にノズルから
噴射された液体を被洗浄物表面に吹き付け洗浄する液噴
射洗浄工程又は液噴射洗浄機構を用いるので、例えばＣ
ＭＰ処理後の直径８インチの半導体ウエハのように、初
期ダスト数のレベルが数十万個であるような非常に汚染
されたウエハの場合は、最初の洗浄でノズルから液体を
噴射して洗浄するため、ブラシやＰＶＡスポンジを用い
る洗浄とは異なり、逆汚染がなくダストのレベルを下げ
ることができる。更に最終の洗浄もノズルから液体を噴
射して洗浄するため、比較的清浄に洗浄されたウエハ表
面のサブミクロレベルのダストを除去することができ
る。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の洗浄方法を実行する洗浄工程の流
れを示す図である。本実施例では半導体ウエハを被洗浄
物として洗浄する場合を示す。図示するように、ポリッ
シングの終了した半導体ウエハＷを複数の洗浄工程Ｎ
Ｏ．１、ＮＯ．２、・・・・・、ＮＯ．ｎを経て超清浄
に洗浄する。
【００１４】上記ポリッシングは固体である砥粒を含む
砥液を供給しながら半導体ウエハＷを研摩し、平坦化す
る工程である。そのためポリッシング終了後の半導体ウ
エハＷの研摩面には砥粒と削り屑が液体に保持された状
態で付着しており、非常に汚染されている。例えば直径
８インチの半導体ウエハにおいて、ポリッシング終了時
のダスト数のレベルはダスト径１μｍ以上のダストは数
十万個である。
【００１５】上記複数の洗浄工程の内、少なくとも最初
の洗浄工程ＮＯ．１と最終の洗浄工程ＮＯ．ｎにノズル
から噴射された液体を被洗浄物表面に吹き付け洗浄する
液噴射洗浄工程とする。該液噴射洗浄工程には、後に詳
述するように、ノズルから高圧の超純水を噴射させて洗
浄する高圧水噴射洗浄工程、キャビテーションを発生さ
せるノズルからキャビテーションを有する超純水を噴射
させて洗浄する高圧水噴射洗浄工程、ノズルから超音波
の振動エネルギーを与えた超純水を噴射させて洗浄する
超音波洗浄工程のいずれか一つ又はこれらのいくつかを
組み合わせたものを用いる。
【００１６】図２は本発明の洗浄方法を実施するための
洗浄設備の構成を示す図である。同図において、１０は
回転チャクで半導体ウエハＷの外周をチャク爪１１で挟
持し、軸１２を中心に矢印Ａ方向に回転する構造となっ
ている。２０は液噴射洗浄用ノズルであり、該液噴射洗
浄用ノズル２０から、半導体ウエハＷの洗浄面に液２１
を噴射できる構造となっている。
【００１７】３０はスクラビング洗浄装置であり、該ス
クラビング洗浄装置３０は軸３１に支持されたアーム３
２と、該アーム３２の先端に設けられたスポンジ装着部
３３を具備している。軸３１は矢印Ｃに示すように上下
に昇降でき、該軸３１に支持されるアーム３２にはこの
昇降により上昇すると同時に軸３１の回動により矢印Ｂ
に示すように回動できるようになっている。３４はスポ
ンジ装着部３３に装着されたスポンジ、３５はスクラビ
ング洗浄装置３０の停止時、スポンジ装着部３３を収容
させておくスポンジ収容部であり、該スポンジ収容部３
５はカップ状をしており、内部に純水が収納されてい
る。４０はリンス用ノズルである。
【００１８】上記構成の洗浄設備において、ポリッシン
グ終了後の半導体ウエハＷの洗浄面を上に回転チャク１
０のチャク爪１１で挟持して装着する。第１の洗浄工程
では回転チャク１０を矢印Ａ方向に回転させながら、液
噴射洗浄用ノズル２０から半導体ウエハＷの上面に液２
１を噴射して、半導体ウエハＷの上面に保持されている
砥粒や削り屑を洗い流す。第２の洗浄工程では軸３１を
上昇させ、スポンジ収容部３５に載置されているスポン
ジ装着部３３をアーム３２と共に持ち上げ、さらにアー
ム３２を矢印Ｂと反対方向に回動させ、軸３１を下降さ
せスポンジ３４を導体ウエハＷの上面に押しつけ、スポ
ンジ装着部３３を矢印Ｄ方向に回動させる。
【００１９】この際アーム３２も軸３１を中心に揺動さ
せると共に回転チャク１０も回転させ、スポンジ３４で
半導体ウエハＷの上面を擦る。更にリンス用ノズル４０
からリンス液（超純水）を噴射して、スポンジ３４で擦
り取られた砥粒や削り屑を洗い流す。
【００２０】第３の洗浄工程では、スクラビング洗浄装
置３０を停止させ、スポンジ３４が装着されたスポンジ
装着部３３をスポンジ収容部３５に収容し、液噴射洗浄
用ノズル２０から半導体ウエハＷの上面に液２１を噴射
して、スクラビング洗浄装置３０の洗浄では半導体ウエ
ハＷの上面に残る少ない砥粒や削り屑を洗い流す。
【００２１】図３は図２の液噴射洗浄用ノズル２０に用
いる超音波洗浄用ノズルの構造を示す。超音波洗浄用ノ
ズル２５はノズル本体２６の後端に超音波振動子２７を
設けた構造である。該超音波振動子２７を起動し、注入
口２６ａから高圧の超純水を注入することにより、この
超純水には超音波振動エネルギーが付与され、噴射口２
６ｂから該超音波振動エネルギーの付与された超純水が
半導体ウエハＷの上面に噴射される。これにより、半導
体ウエハＷの上面のダストは該噴射された超純水を介し
て超音波エネルギーが間接的に付与される。その結果ダ
ストが加振され、半導体ウエハＷの面から剥離し、噴射
された超純水により洗い流される。
【００２２】上記のように第１の洗浄工程に超音波洗浄
を用いることにより、直径８インチの半導体ウエハＷに
おいて、ポリッシング終了時、数十万個であるダスト径
１μｍ以上のダストを数万から数千個のレベルまで落す
ことが可能である。この超音波洗浄に用いる超音波の振
動数は１．０ＭＨｚ程度である。
【００２３】上記第２の洗浄工程のスクラビング洗浄で
は、スポンジ３４の表面の凹凸又は細孔が半導体ウエハ
Ｗの表面のダストを直接擦り、取り去る。従って、スポ
ンジ３４の表面の凹凸又は細孔はダストを吸収する性質
があるが、第１の洗浄工程である液噴射洗浄でダスト数
レベルを落していること、スクラビング洗浄が終了した
後、スポンジ３４はスポンジ収容部３５の超純水の中で
自己洗浄することにより、スポンジ３４の汚染を最小限
に抑えている。
【００２４】ポリッシング終了時のような高汚染レベル
のウエハＷをスポンジ３４で擦って洗浄し、このスポン
ジ３４を上記のようにスポンジ収容部３５の超純水の中
に浸漬して行なう自己洗浄では、スポンジ３４の汚染を
短時間で十分に清浄化することができない。第１の洗浄
工程によりダスト数レベルが数万から数千個に落された
ウエハＷは、このスポンジ３４によるスクラビング洗浄
によって、ダスト径１μｍ以上のダストは数十個レベル
まで落される。
【００２５】しかしながら、近年のより微細化した配線
技術で要求されるダスト数レベルは、直径８インチのウ
エハでダスト径０．２μｍ以上で１０個以下という厳し
いものであり、上記第２の洗浄工程が終了した時点では
ダスト径０．２μｍ以上のダストは数千から数百個であ
るから、この第２の洗浄工程までの洗浄では不十分で、
近年の微細化した配線技術に対応できない。最終の洗浄
工程には、キャビテーションを有する高圧水をノズルか
ら噴射して洗浄する所謂キャビテーション洗浄を行な
う。
【００２６】図４はキャビテーション洗浄用ノズルの構
造を示す図である。キャビテーション洗浄用ノズル５０
は低圧ノズル５１と高圧ノズル５２を具備し、高圧ノズ
ル５２はその先端が低圧ノズル５１の枠体内に位置する
ように挿入された構造である。低圧ノズル５１には低圧
洗浄液を注入する注入口５１ａ及び洗浄液を噴射する噴
射口５１ｂが形成されている。また、高圧ノズル５２に
は高圧洗浄液を注入する注入口５２ａが形成され、その
先端に噴射口金５３が嵌められ、該噴射口金５３の中央
部には噴射口５３ａが形成されている。
【００２７】上記構造のキャビテーション洗浄用ノズル
５０において、低圧ノズル５１の注入口５１ａから低圧
の洗浄液（超純水）を注入すると同時に、高圧ノズル５
２の注入口５２ａから高圧の洗浄（超純水）を注入する
と、噴射口５１ｂから噴射される低速噴流中を噴射口金
５３の噴射口５３ａから噴射される高速噴流が通過す
る。この低速噴流と高速噴流の速度差から両噴流の境界
面でキャビテーションが発生する。
【００２８】上記キャビテーションが破壊する位置にウ
エハＷの面を位置させることにより（例えば、図２の液
噴射洗浄用ノズル２０にキャビテーション洗浄用ノズル
５０を配置し、該キャビテーション洗浄用ノズル５０の
位置を調整して、キャビテーションがウエハＷの面で破
壊するようにする）、ダストにキャビテーションの破壊
エネルギーが与えられ、該ダストはウエハＷの面から該
ダストを剥離する。
【００２９】上記キャビテーション洗浄ではサブミクロ
ンレベルのダストを落す能力があることが知られてい
る。この最終洗浄により、直径８インチのウエハＷでダ
スト径０．２μｍ以上のダスト数を数十から数個レベル
まで落すことができる。上記一連の洗浄工程を経た後、
ウエハＷを回転させてその遠心力でその面上の水分を除
去するスピン乾燥方法やＮ2ガスを吹き付ける乾燥方法
により乾燥させてから、ウエハＷを洗浄装置外に搬出す
る。なお、キャビテーション洗浄は最終洗浄工程のみで
なく、第１の洗浄工程（最初の洗浄工程）に用いても良
い。
【００３０】図５は高圧ジェット洗浄用ノズルの構造を
示す図である。高圧ジェット洗浄用ノズル６０はノズル
本体６１に高圧の洗浄液を注入する注入口６１ａが形成
され、該注入口６１ａの先端に噴射口金６２を嵌め込ん
だ構造で、該噴射口金６２の中央部に細径の噴射口６２
ａが形成されている。
【００３１】上記構造の高圧ジェット洗浄用ノズル６
０、例えば、図２の液噴射洗浄用ノズル２０として配置
し、注入口６１ａに高圧の洗浄水（超純水）を注入する
と、該洗浄液は先端の噴射口金５３の噴射口５３ａで絞
られその出口で高速流（噴流速度数十ｍ／ｓ）となって
噴射される。この高速の洗浄液はウエハＷの面に衝突
し、その衝撃力でダストをウエハＷの面から剥離し、該
剥離されたダストは洗浄液とともにウエハＷの外に除去
される。この高圧ジェット洗浄は第１の洗浄工程又は最
終の洗浄工程又は第１及び最終の洗浄工程に用いても良
い。
【００３２】図６は本発明の洗浄方法に用いる他のスク
ラビング洗浄装置であるブラシ洗浄装置の構成を示す図
である。該ブラシ洗浄装置は、ウエハＷの周縁部を支持
し回転させる複数本（図では６本）のスピンドル７１、
全表面にブラシが設けられたブラシアーム７２、該ブラ
シアーム７２を矢印Ｇに示すように上下動させ、且つ矢
印Ｆに示すように回転させるブラシ駆動機構７３、ウエ
ハＷの洗浄面にリンス液（超純水）を供給するリンスノ
ズル７４を具備する。
【００３３】上記構成のブラシ洗浄装置において、スピ
ンドル７１はその上部のコマ７１ａをウエハＷの周縁部
に押し付け、回転させることにより、ウエハＷを回転さ
せる。図中、６個のコマ７１ａの内２個が回転力をウエ
ハＷに与え、他の４個のコマ７１ａはウエハＷの回転を
受けるベアリングの働きをする。ウエハＷにブラシアー
ム７２を下降させてウエハＷの面に当接させ、リンスノ
ズル７４からウエハＷの面にリンス液（超純水）を噴射
しつつ、ウエハＷ及びブラシアーム７２を回転させるこ
とにより、ウエハＷを洗浄する。
【００３４】上記ブラシ洗浄装置による洗浄の前と後
に、図３に示す超音波洗浄用ノズル２５、図４に示すキ
ャビテーション洗浄用ノズル５０、図５に示す高圧ジェ
ット洗浄用ノズル６０のいずれか１つ又はいずれか２つ
以上を組み合わせた洗浄を行なう。
【００３５】上記のように複数の洗浄工程の少なくとも
最初の洗浄工程と最終の洗浄工程に洗浄液噴射洗浄用ノ
ズル２０から噴射された液体（超純水）をウエハＷの洗
浄面に吹き付け洗浄する液噴射洗浄工程を採用すること
により、最初の洗浄工程でウエハＷの面のダストが直径
８インチのウエハＷで数万レベルから数千レベルまで落
されるから、その後の洗浄工程で用いるスポンジやブラ
シのダストに汚染が大幅に抑制され、これらスポンジや
ブラシの交換回数が大幅（略１／１０）に減少する。そ
して最後の洗浄工程でウエハ面に残るダストをダスト径
０．２μｍ以上で１０個以下のレベルまで落すことがで
きる。
【００３６】上記実施例では半導体ウエハの洗浄例を示
したが、本発明の洗浄方法及び洗浄装置は、例えばＬＣ
Ｄの洗浄等にも利用できる。
【００３７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、洗
浄工程の少なくとも最初の洗浄工程と最終の洗浄工程に
ノズルから噴射された液体を被洗浄物表面に吹き付け洗
浄する液噴射洗浄工程とすることにより、下記のような
優れた効果が得られる。 （１）激しく汚染された被洗浄物であっても、効率良く
被洗浄物の表面のダストを除去できる。 （２）中間の洗浄工程に用いる例えばスポンジやブラシ
等の洗浄部材の汚染を最小限に抑えることができる。 （３）中間の洗浄工程に用いる例えばスクラビング洗浄
に用いるスポンジやブラシ等の洗浄部材の寿命を大幅に
伸ばすことができる（交換回数を大幅に減少できる）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の洗浄方法を実行する洗浄工程の流れを
示す図である。
【図２】本発明の洗浄方法を実施するための洗浄設備の
構成を示す図である。
【図３】超音波洗浄用ノズルの構造を示す図である。
【図４】キャビテーション洗浄用ノズルの構造を示す図
である。
【図５】高圧ジェット洗浄用ノズルの構造を示す図であ
る。
【図６】ブラシ洗浄装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 回転チャク １１ チャク爪 １２ 軸 ２０ 液噴射洗浄用ノズル ２１ 液 ２５ 超音波洗浄用ノズル ２６ ノズル本体 ２７ 超音波振動子 ３０ スクラビング洗浄装置 ３１ 軸 ３２ アーム ３３ スポンジ装着部 ３４ スポンジ ３５ スポンジ収容部 ４０ リンス用ノズル ５０ キャビテーション洗浄用ノズル ５１ 低圧ノズル ５２ 高圧ノズル ５３ 噴射口金 ６０ 高圧ジェット洗浄用ノズル ６１ ノズル本体 ６２ 噴射口金

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 薄板状の被洗浄物に付着するダストを複
    数の洗浄工程を経て超清浄にする洗浄方法であって、 前記洗浄工程の少なくとも最初の洗浄工程と最終の洗浄
    工程にノズルから噴射された液体を被洗浄物表面に吹き
    付け洗浄する液噴射洗浄工程とし、これら複数の洗浄工
    程を経て前記被洗浄物を洗浄することを特徴とする洗浄
    方法。
  2. 【請求項２】 前記最初の洗浄工程と最終の洗浄工程に
    用いる液噴射洗浄工程は、ノズルから高圧の超純水を噴
    射させて洗浄する高圧水噴射洗浄工程、キャビテーショ
    ンを発生させるノズルからキャビテーションを有する超
    純水を噴射させて洗浄する高圧水噴射洗浄工程、ノズル
    から超音波の振動エネルギーを与えた超純水を噴射させ
    て洗浄する超音波洗浄工程のいずれか一つ又はこれらの
    いくつかを組み合わせた洗浄工程であることを特徴とす
    る請求項１に記載の洗浄方法。
  3. 【請求項３】 薄板状の被洗浄物に付着するダストを複
    数の洗浄機構による洗浄を経て超清浄にする洗浄装置で
    あって、 前記複数の洗浄機構の少なくとも最初の洗浄機構と最終
    の洗浄機構にノズルを具備し該ノズルから噴射された液
    体を被洗浄物表面に吹き付け洗浄する液噴射洗浄機構を
    用いたことを特徴とする洗浄装置。
  4. 【請求項４】 前記最初の洗浄機構と最終の洗浄機構に
    用いる液噴射洗浄機構は、高圧の超純水を噴射するノズ
    ルを具備する高圧水噴射洗浄機構、キャビテーションを
    有する超純水を噴射するノズルを具備する高圧水噴射洗
    浄機構、超音波の振動エネルギーを与えた超純水を噴射
    するノズルを具備する超音波洗浄機構のいずれか一つ又
    はこれらのいくつかを組み合わせた洗浄機構であること
    を特徴とする請求項３に記載の洗浄装置。
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