WO2021140697A1 - 半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a semiconductor wafer cleaning device and a semiconductor wafer cleaning method.
- a silicon wafer has been used as a substrate for a semiconductor device.
- a silicon wafer is obtained by subjecting a single crystal silicon ingot grown by the Czochralski (CZ) method or the like to a wafer processing process.
- CZ Czochralski
- particles such as polishing powder adhere to the surface of the silicon wafer. Therefore, after the wafer processing process, the silicon wafer is cleaned to remove particles.
- Semiconductor wafer cleaning devices such as silicon wafers include a batch type cleaning device that cleans a plurality of wafers at the same time and a single-wafer type cleaning device that cleans wafers one by one.
- the amount of cleaning liquid required is relatively small, mutual contamination between wafers can be avoided, and it has become difficult to process a plurality of wafers at the same time due to the increase in diameter.
- Single-wafer cleaning equipment is mainly used.
- the semiconductor wafer to be cleaned is placed on the wafer holding portion provided on the upper surface of the rotary table.
- the front and back surfaces of the semiconductor wafer are cleaned by injecting the cleaning liquid from the cleaning liquid supply nozzle onto the front and back surfaces of the wafer while mounting the wafer and rotating the semiconductor wafer at high speed.
- the cleaning liquid is scattered as fine mist in the outer peripheral direction of the semiconductor wafer due to centrifugal force (hereinafter, also simply referred to as “mist”), but the scattered cleaning liquid is recovered by providing a spin cup surrounding the periphery of the wafer. ing.
- the scattered cleaning liquid is configured to collide with the inner surface of the side wall portion of the spin cup.
- An object of the present invention is to propose a cleaning device and a cleaning method for a semiconductor wafer, which can suppress the mist of a cleaning liquid from adhering to the surface of the semiconductor wafer during cleaning of the semiconductor wafer.
- a chamber having an opening at the bottom and An air supply unit provided in the upper part of the chamber and supplying gas downward, A rotary table inserted into the chamber from below the opening, A wafer holding portion provided on the upper surface of the rotary table and holding a semiconductor wafer to be cleaned, and a wafer holding portion.
- the spin cup An annular side wall and An annular inclined portion whose lower end portion is connected to the upper end portion of the side wall portion and is inclined toward the rotary table side with respect to the vertical direction.
- An annular return portion whose upper end is connected to the upper end of the inclined portion, Have,
- the height position of the upper end portion of the side wall portion is arranged at a position lower than the height position of the upper end portion of the wafer holding portion.
- the inclination angle ⁇ 22 and the width w are configured to satisfy the following formula (A), where ⁇ 22 is the inclination angle of the inclined portion with respect to the horizontal plane and w is the radial width of the inclined portion.
- a featured semiconductor wafer cleaning device ⁇ 22 (°) ⁇ ⁇ 0.65 ⁇ w (mm) +72.9 ° (A)
- the semiconductor wafer to be cleaned is placed on the wafer holding portion, and from the air supply portion. While supplying gas, the cleaning liquid is sprayed from the upper nozzle onto the upper surface of the semiconductor wafer, and the cleaning liquid is sprayed from the lower nozzle onto the lower surface of the semiconductor wafer while rotating the rotary table to rotate the semiconductor wafer.
- a method for cleaning a semiconductor wafer which comprises cleaning the front and back surfaces of the semiconductor wafer while exhausting the gas from a gap between the spin cup and the rotary table.
- the present invention it is possible to prevent the mist of the cleaning liquid from adhering to the surface of the semiconductor wafer during cleaning of the semiconductor wafer.
- FIG. 1 shows an example of a semiconductor wafer cleaning apparatus according to the present invention.
- the cleaning device 1 shown in FIG. 1 includes a chamber 11 having an opening 11c in the lower portion 11b, an air supply portion 12 provided in the upper portion 11a in the chamber 11 and supplying gas downward, and the opening 11c.
- a substantially cylindrical rotary table 13 inserted into the chamber 11 from below, a wafer holding portion 14 provided on the upper surface 13a of the rotary table 13 and holding the semiconductor wafer W to be cleaned, and the semiconductor wafer W.
- a spin cup 20 for collecting the cleaning liquid L to be used is provided.
- the present inventors examined the shape of the spin cup 20 in order to solve the above problems.
- the spin cup 20 was assumed to have the structure shown in FIG. That is, in the spin cup 20 shown in FIG. 2, the annular side wall portion 21 and the lower end portion 22d are connected to the upper end portion 21c of the side wall portion 21, and are inclined toward the rotary table 13 in the vertical direction. It has an annular inclined portion 22 and an annular return portion 23 whose upper end portion 23c is connected to the upper end portion 22c of the inclined portion 22.
- the spin cup 20 is used when the semiconductor wafer W is placed on the wafer holding portion 14, or when the semiconductor wafer W is delivered, such as when the semiconductor wafer W placed on the wafer holding portion 14 is removed.
- the height position of the upper end portion 20a of the wafer holding portion 14 is configured to be lower than the height position of the upper end portion 14a of the wafer holding portion 14. Therefore, a gap of about 2 to 3 mm is provided in the horizontal direction between the rotary table 13 and the return portion 23 of the spin cup 20 so that the two do not collide when the spin cup 20 is lowered. It is configured.
- the horizontal distance between the inner surface 23a of the return portion 23 of the spin cup 20 and the wafer holding portion 14 is 25 to 27 mm, preferably 25.5 to 26.5 mm.
- An exhaust path 17 is formed between the spin cup 20 and the rotary table 13, and is placed on a gas such as air supplied from the air supply portion 11 and an upper end portion 14a of the wafer holding portion 14. The mist of the cleaning liquid L scattered from the rotating semiconductor wafer W is exhausted from the exhaust port (not shown) via the exhaust path 17.
- the present inventors have parameters of the spin cup 20, specifically, the vertical length l 21 of the side wall portion 21, the height position h 21 of the upper end portion 21c of the side wall portion 21, and the inclination.
- the inclination angle theta 22 relative to the horizontal plane of the section 22, the radial width of the inclined portion 22 i.e., the distance between the inner surface 23a of the inner surface 21a and the return portion 23 of the side wall portion 21, hereinafter simply referred to as "width".
- the behavior of the gas flow (air flow) passing through the exhaust path 17 when w and the vertical length l 23 of the return portion 23 were changed in detail was investigated by fluid simulation.
- FIG. 4 shows a schematic diagram of an example of the airflow passing through the exhaust path 17 obtained by the fluid simulation.
- the airflow passing through the exhaust path 17 is roughly divided by the mainstream M flowing downward, the inner surface 21a of the side wall portion 21, the inner surface 22a of the inclined portion 22, and the outer surface 23b of the return portion 23. It was found that it was formed in the region to be partitioned and was composed of an inner surface 21a of the side wall portion 21 and a vortex S rising along the inner surface 22a of the inclined portion 22.
- the present inventors In the process of investigating the behavior of the air flow by variously changing the parameters of the spin cup 20 shown in FIG. 3, the present inventors satisfactorily discharge the mist scattered from the semiconductor wafer W from the exhaust path 17, and the semiconductor wafer W In order to prevent it from adhering to the surface of the wafer, it is important to meet the following two requirements.
- the height position h 21 of the upper end portion 21c of the side wall portion 21 (that is, the height position of the line of intersection between the inner surface 21a of the side wall portion 21 and the inner surface 22a of the inclined portion 22) is the upper end portion of the wafer holding portion 14. It shall be located at a height position h 14a or less of 14a.
- the inclination angle ⁇ 22 of the inclined portion 22 with respect to the horizontal plane is the direction of the mainstream M in the discharge path 17, that is, the mainstream M is at least the inclination angle ⁇ M with respect to the horizontal plane.
- the height position h 21 of the upper end portion 21c of the side wall portion 21 the height position h 14a of the upper end portion 14a of the wafer holder 14
- the mist scattered from the semiconductor wafer W side collides with the inner surface 21a of the side wall portion 21 parallel to the vertical direction and is reflected toward the semiconductor wafer W side, and is reflected on the semiconductor wafer W. It is thought that it can adhere to.
- the height position h 21 of the upper end portion 21c of the side wall portion 21 is arranged at a position equal to or lower than the height position h 14a of the upper end portion 14a of the wafer holding portion 14, it scatters from the semiconductor wafer W side. It is considered that the mist collides with the inner surface 22a of the inclined portion 22 and is reflected downward, and is unlikely to adhere to the surface of the semiconductor wafer W.
- the requirements (b), by the fluid simulation, when the inclination angle theta 22 of the inclined portion 22 is smaller than the inclination angle theta M mainstream M is vortex S is found to be larger swells downward .
- the inclination angle theta 22 of the inclined portion 22 is not less than the inclination angle theta M mainstream M is swirl flow S becomes a thin shape along the inner surface 22a of the inclined portion 22, mist vortex that is discharged from the discharge path 17 It was found that it became difficult to return to the semiconductor wafer W on the surface of the wafer, and the mist was satisfactorily discharged along the flow of the mainstream M.
- the fluid simulation was performed by changing the parameters of the spin cup 20 in various ways.
- the direction of the mainstream M that is, the inclination angle ⁇ M of the mainstream M with respect to the horizontal plane is the vertical length l 21 of the side wall portion 21, the inclination angle ⁇ 22 of the inclined portion 22, and the vertical length of the return portion 23. It was found that the width w of the inclined portion 22 was greatly affected without being affected by the horizontal portion 23.
- the present inventors have the relationship between the inclination angle theta M with respect to the width w and the main horizontal surface of the inclined portion 22, the tilt angle theta 22 requirements to be met with respect to the horizontal plane of the inclined portion 22 on the basis of the requirements (b) Was examined.
- the width w of the inclined portion 22 and the angle ⁇ 22 of the inclined portion 22 from the horizontal plane satisfy the following equation (A)
- the mist scattered in the outer peripheral direction of the rotary table 13 returns to the semiconductor wafer W.
- the present invention has been completed by finding that it is possible to suppress adhesion to the surface of the semiconductor wafer W. ⁇ 22 (°) ⁇ ⁇ 0.65 ⁇ w (mm) +72.9 ° (A)
- the inclination angle ⁇ 22 of the inclined portion 22 and the width w of the inclined portion 22 are independently adjusted in designing the spin cup 20 capable of suppressing the mist from returning to the semiconductor wafer W and adhering to the semiconductor wafer W. It is not enough to do so, and it is shown that it is important to optimize the relationship between the inclination angle ⁇ 22 of the inclined portion 22 and the width w of the inclined portion 22.
- the semiconductor wafer cleaning device 1 is characterized by the configuration of the spin cup 20, and other configurations are not particularly limited.
- an example of a configuration other than the spin cup 20 will be described.
- the chamber 11 is a container for accommodating the semiconductor wafer W to be cleaned placed on the wafer holding portion 14 during cleaning and drying.
- the shape of the chamber 11 can be, for example, a substantially rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.
- the air supply unit 12 is provided in the upper portion 11a in the chamber 11 and supplies a gas such as air from the outside of the chamber 11 downward in the chamber 11 during cleaning and drying.
- a gas such as air from the outside of the chamber 11 downward in the chamber 11 during cleaning and drying.
- an opening 11c is provided in the lower portion 11b of the chamber 11.
- the shape of the opening 11c can be, for example, a circle.
- the rotary table 13 is a table that rotates the semiconductor wafer W during cleaning and drying, and is rotated at a predetermined rotation speed (for example, 100 rpm to 2000 rpm) by a rotation mechanism (not shown) provided below the rotary table 13. It is configured as follows.
- a wafer holding portion 14 for holding the semiconductor wafer W is provided on the upper surface 13a of the rotary table 13.
- the wafer holding portion 14 can be composed of, for example, a plurality of (for example, three) chuck pins, and can support the semiconductor wafer W by point contact.
- an upper nozzle 15 for injecting the cleaning liquid L toward the surface (front surface) of the semiconductor wafer W is provided above the rotary table 13.
- the upper nozzle 15 is provided for each type of chemical solution.
- the upper nozzle 15 can be composed of four nozzles arranged at equal intervals.
- a lower nozzle 16 for injecting the cleaning liquid L toward the back surface of the semiconductor wafer W is held, and is arranged so that the cleaning liquid L can be injected toward the center of the back surface of the semiconductor wafer W.
- the lower nozzle 16 is prepared for each type of chemical solution. For example, when ejecting four types of chemical solutions, the lower nozzle 16 is composed of four nozzles arranged at equal intervals. Can be done. The lower nozzle 16 does not rotate even if the rotary table 13 rotates. Further, in addition to the cleaning liquid, a nozzle for blowing gas to the semiconductor wafer W may be provided.
- the semiconductor wafer W to be cleaned is placed on the wafer holding unit 14, gas is supplied from the air supply unit 12, and the cleaning liquid L is injected from the upper nozzle 15 and the lower nozzle 16 to rotate.
- gas is supplied from the air supply unit 12
- the cleaning liquid L is injected from the upper nozzle 15 and the lower nozzle 16 to rotate.
- the width w of the inclined portion 22 is preferably 20 mm or more and 90 mm or less.
- the width w of the inclined portion 22 is preferably 20 mm or more and 90 mm or less.
- the difference h between the height position of the lower end portion 23d of the return portion 23 and the height position h 14a of the upper end portion 14a of the wafer holding portion 14 is 0 mm or more and 30 mm or less.
- the difference h is 0 mm or more, the mist of the cleaning liquid L scattered from the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W can collide with the inner surface 22a of the inclined portion 22.
- the gap between the return portion 23 and the rotary table 13 is narrowed, the flow velocity of the airflow passing through this gap is increased, and the mist trying to return to the semiconductor wafer W Can interfere with exercise.
- the lower end portion 23d of the return portion 23 is inclined toward the side wall portion 21 side.
- the movement of the mist contained in the vortex S to return to the semiconductor wafer W is hindered by the return portion 23, but the movement can be further hindered by inclining the lower end portion 23d of the return portion 23 toward the side wall portion 21. it can.
- the semiconductor wafer W to be cleaned is placed on the wafer holding unit 14 by using the above-described semiconductor wafer cleaning device according to the present invention, and gas is supplied from the air supply unit 11.
- the rotary table 13 is rotated while injecting the cleaning liquid L from the upper nozzle 15 and the lower nozzle 16 to rotate the semiconductor wafer W, and the semiconductor wafer is exhausted from the exhaust path between the spin cup 20 and the rotary table 13. It is characterized by cleaning the front and back surfaces of W.
- the flow rate F of the gas supplied from the air supply unit 11 is F
- the rotation speed of the rotary table 13 is R
- the flow rate F of the gas and the rotation speed R of the rotary table 13 are the following formula (B). It is preferable to carry out under the conditions satisfying. F (m 3 / min) ⁇ 6.9 ⁇ 10 -3 ⁇ R (rpm) (B)
- a semiconductor wafer composed of a group IV semiconductor and a group III-V semiconductor can be satisfactorily cleaned, and in particular, the front and back surfaces of a silicon wafer can be satisfactorily cleaned.
- the structure of the spin cup 20 is such that the width of the inclined portion 22 is 60 mm, the distance from the lower end portion 23d of the return portion 23 to the upper end portion 14a of the wafer holding portion 14 is 15 mm, and the inclination angle of the inclined portion 22.
- ⁇ 22 was set to 40 °.
- the height position h 21 of the side wall portion 21 (upper end portion 21c) is set to a position lower than the upper end portion 14a of the wafer holding portion 14.
- FIG. 5 shows the relationship between the adhesion time and the adhesion amount of the mist of the cleaning liquid adhering to the surface of the silicon wafer during cleaning.
- the relationship in FIG. 5 was obtained by a simulation in which the behavior of the air flow and the cleaning liquid was taken into consideration.
- the “mist adhesion time” on the horizontal axis is the elapsed time from the start of mist adhesion to the surface of the silicon wafer, and corresponds to the cleaning time when actually cleaning the silicon wafer.
- the “mist adhesion amount” on the vertical axis is an integrated value (total value) of the mass of the mist attached to the silicon wafer. From FIG. 5, it can be seen that the amount of mist adhered to the invention example is significantly reduced as compared with the comparative example.
- the present invention it is possible to suppress the mist of the cleaning liquid from adhering to the surface of the semiconductor wafer during the cleaning of the semiconductor wafer, which is useful in the semiconductor wafer manufacturing industry.
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Abstract
半導体ウェーハの洗浄中に半導体ウェーハの表面に洗浄液のミストが付着するのを抑制することができる半導体ウェーハの洗浄装置および洗浄方法を提案する。本発明による半導体ウェーハの洗浄装置1においては、スピンカップ20が、環状の側壁部21と、下端部22dが側壁部21の上端部21cに接続されており、鉛直方向に対して回転テーブル13側に傾斜している傾斜部22と、上端部23cが傾斜部22の上端部22cに接続されている環状の返し部23とを有し、側壁部21の上端部21cの高さ位置h21が、ウェーハ保持部14の上端部14aの高さ位置h14aよりも低い位置に配置されており、水平面に対する傾斜部22の角度θ22および傾斜部22の幅wが下記の式(A)を満たすように構成されている。 θ22(°)≧-0.65×w(mm)+72.9° (A)
Description
本発明は、半導体ウェーハの洗浄装置および半導体ウェーハの洗浄方法に関する。
従来、半導体デバイスの基板として、シリコンウェーハが使用されている。シリコンウェーハは、チョクラルスキー(Czochralski、CZ)法などによって育成した単結晶シリコンインゴットに対して、ウェーハ加工処理を施すことによって得られる。上記ウェーハ加工処理の際、シリコンウェーハの表面には、研磨粉などのパーティクルが付着する。そのため、ウェーハ加工処理後にシリコンウェーハに対して洗浄処理を行ってパーティクルを除去している。
シリコンウェーハなどの半導体ウェーハの洗浄装置には、複数枚のウェーハを同時に洗浄するバッチ式の洗浄装置と、ウェーハを一枚ずつ洗浄する枚葉式の洗浄装置が存在する。中でも、必要とする洗浄液の量が比較的少ないこと、ウェーハ間の相互汚染を回避できること、大口径化により複数枚のウェーハを同時に処理するのが困難になってきていることなどから、近年では、枚葉式の洗浄装置が主に使用されるようになっている。
枚葉式の洗浄装置には様々な形式のものがあるが、スピン洗浄と呼ばれる枚葉式の半導体ウェーハの洗浄装置では、洗浄対象の半導体ウェーハを回転テーブルの上面に設けられたウェーハ保持部に載置し、半導体ウェーハを高速で回転させながら、洗浄液供給ノズルから洗浄液をウェーハ表裏面に噴射することによって、半導体ウェーハの表裏面を洗浄する。
このとき、遠心力によって半導体ウェーハの外周方向に洗浄液が細かいミストとして飛散するが(以下、単に「ミスト」とも言う。)、ウェーハの周囲を取り囲むスピンカップを設けることにより、飛散した洗浄液を回収している。例えば、特許文献1に記載された装置においては、飛散した洗浄液は、スピンカップの側壁部の内面に衝突するように構成されている。
本発明者らが、特許文献1に記載されたようなスピンカップを備える洗浄装置を用いてシリコンウェーハを洗浄したところ、スピンカップによって受け止められたミストの一部が跳ね返され、シリコンウェーハの表面に付着することが判明した。
シリコンウェーハの表面にミストが付着すると、ミストに含まれる洗浄液の成分とシリコンとの間に化学反応が生じて、後の検査工程において輝点欠陥(Light Point Defects、LPD)として検出される。検出されたLPDの数が多い場合には不合格となり、歩留まりが低下する。そのため、洗浄中に洗浄液のミストがシリコンウェーハの表面に付着するのを抑制する必要がある。
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり。その目的とするところは、半導体ウェーハの洗浄中に半導体ウェーハの表面に洗浄液のミストが付着するのを抑制することができる半導体ウェーハの洗浄装置および洗浄方法を提案することにある。
[1]下部に開口部を有するチャンバと、
該チャンバ内の上部に設けられ、下方に向かって気体を供給する給気部と、
前記開口部の下方から前記チャンバ内に挿入されている回転テーブルと、
該回転テーブルの上面に設けられ、洗浄対象の半導体ウェーハを保持するウェーハ保持部と、
前記半導体ウェーハの上面に向かって洗浄液を供給する上部ノズルと、
前記半導体ウェーハの下面に向かって洗浄液を供給する下部ノズルと、
前記回転テーブルの外周部に設けられ、前記回転テーブルの外周方向に飛散する前記洗浄液を回収するスピンカップと、
を備え、
前記スピンカップは、
環状の側壁部と、
下端部が前記側壁部の上端部に接続されており、鉛直方向に対して前記回転テーブル側に傾斜している環状の傾斜部と、
上端部が前記傾斜部の上端部に接続されている環状の返し部と、
を有し、
前記側壁部の上端部の高さ位置が、前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置よりも低い位置に配置されており、
前記傾斜部の水平面に対する傾斜角度をθ22、前記傾斜部の径方向の幅をwとして、前記傾斜角度θ22および前記幅wが下記の式(A)を満たすように構成されていることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄装置。
θ22(°)≧-0.65×w(mm)+72.9° (A)
該チャンバ内の上部に設けられ、下方に向かって気体を供給する給気部と、
前記開口部の下方から前記チャンバ内に挿入されている回転テーブルと、
該回転テーブルの上面に設けられ、洗浄対象の半導体ウェーハを保持するウェーハ保持部と、
前記半導体ウェーハの上面に向かって洗浄液を供給する上部ノズルと、
前記半導体ウェーハの下面に向かって洗浄液を供給する下部ノズルと、
前記回転テーブルの外周部に設けられ、前記回転テーブルの外周方向に飛散する前記洗浄液を回収するスピンカップと、
を備え、
前記スピンカップは、
環状の側壁部と、
下端部が前記側壁部の上端部に接続されており、鉛直方向に対して前記回転テーブル側に傾斜している環状の傾斜部と、
上端部が前記傾斜部の上端部に接続されている環状の返し部と、
を有し、
前記側壁部の上端部の高さ位置が、前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置よりも低い位置に配置されており、
前記傾斜部の水平面に対する傾斜角度をθ22、前記傾斜部の径方向の幅をwとして、前記傾斜角度θ22および前記幅wが下記の式(A)を満たすように構成されていることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄装置。
θ22(°)≧-0.65×w(mm)+72.9° (A)
[2]前記幅wは、20mm以上90mm以下である、前記[1]に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
[3]前記返し部の下端部の高さ位置と前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置との差hが0mm以上30mm以下である、前記[1]または[2]に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
[4]前記返し部の下端部が前記側壁部側に傾斜している、前記[1]~[3]のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
[5]前記[1]~[4]のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄装置を用いて、洗浄対象の半導体ウェーハを前記ウェーハ保持部の上に載置し、前記給気部から気体を供給するとともに前記上部ノズルから前記半導体ウェーハの上面に洗浄液を噴射し、かつ前記下部ノズルから前記半導体ウェーハの下面に洗浄液を噴射しつつ前記回転テーブルを回転させて前記半導体ウェーハを回転させ、前記気体を前記スピンカップと前記回転テーブルとの隙間から排気しながら前記半導体ウェーハの表裏面を洗浄することを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法。
[6]前記半導体ウェーハの洗浄は、前記給気部から供給される前記気体の流量をF、前記回転テーブルの回転数をRとして、前記気体の流量Fおよび前記回転数Rが下記の式(B)を満たす条件の下で行う、前記[5]に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
F(m3/min)≧6.9×10-3×R(rpm) (B)
F(m3/min)≧6.9×10-3×R(rpm) (B)
[7]前記洗浄対象の半導体ウェーハがシリコンウェーハである、前記[5]または[6]に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
本発明によれば、半導体ウェーハの洗浄中に半導体ウェーハの表面に洗浄液のミストが付着するのを抑制することができる。
(半導体ウェーハの洗浄装置)
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明による半導体ウェーハの洗浄装置の一例を示している。図1に示した洗浄装置1は、下部11bに開口部11cを有するチャンバ11と、該チャンバ11内の上部11aに設けられ、下方に向かって気体を供給する給気部12と、開口部11cの下方からチャンバ11内に挿入されている略円筒状の回転テーブル13と、該回転テーブル13の上面13aに設けられ、洗浄対象の半導体ウェーハWを保持するウェーハ保持部14と、半導体ウェーハWの上面に向かって洗浄液Lを供給する上部ノズル15と、半導体ウェーハWの下面に向かって洗浄液Lを供給する下部ノズル16と、回転テーブル13の外周部に設けられ、回転テーブル13の外周方向に飛散する洗浄液Lを回収するスピンカップ20とを備える。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明による半導体ウェーハの洗浄装置の一例を示している。図1に示した洗浄装置1は、下部11bに開口部11cを有するチャンバ11と、該チャンバ11内の上部11aに設けられ、下方に向かって気体を供給する給気部12と、開口部11cの下方からチャンバ11内に挿入されている略円筒状の回転テーブル13と、該回転テーブル13の上面13aに設けられ、洗浄対象の半導体ウェーハWを保持するウェーハ保持部14と、半導体ウェーハWの上面に向かって洗浄液Lを供給する上部ノズル15と、半導体ウェーハWの下面に向かって洗浄液Lを供給する下部ノズル16と、回転テーブル13の外周部に設けられ、回転テーブル13の外周方向に飛散する洗浄液Lを回収するスピンカップ20とを備える。
本発明者らは、上記課題を解決するために、スピンカップ20の形状について検討を行った。その際、スピンカップ20としては、図2に示す構造を有するものを想定した。すなわち、図2に示したスピンカップ20は、環状の側壁部21と、下端部22dが側壁部21の上端部21cに接続されており、鉛直方向に対して回転テーブル13側に傾斜している環状の傾斜部22と、上端部23cが傾斜部22の上端部22cに接続されている環状の返し部23とを有している。
上記スピンカップ20は、半導体ウェーハWをウェーハ保持部14上に載置する際、またはウェーハ保持部14上に載置された半導体ウェーハWを除去するなどの半導体ウェーハWの受け渡し時に、スピンカップ20の上端部20aの高さ位置がウェーハ保持部14の上端部14aの高さ位置よりも低い位置に下降するように構成されている。そのため、上記回転テーブル13とスピンカップ20の返し部23との間には、水平方向に2~3mm程度の隙間が設けられており、スピンカップ20を下降させた際に両者が衝突しないように構成されている。
上記スピンカップ20の返し部23の内面23aとウェーハ保持部14との間の水平方向の距離は25~27mmであり、好ましくは25.5~26.5mmである。
上記スピンカップ20と回転テーブル13との間には、排気経路17が形成されており、給気部11から供給された空気などの気体、およびウェーハ保持部14の上端部14aに載置されて回転する半導体ウェーハWから飛散した洗浄液Lのミストが、排気経路17を経由して排気口(図示せず)から排気される。
本発明者らは、図3に示すように、スピンカップ20のパラメータ、具体的には側壁部21の鉛直方向の長さl21、側壁部21の上端部21cの高さ位置h21、傾斜部22の水平面に対する傾斜角度θ22、傾斜部22の径方向の幅(すなわち、側壁部21の内面21aと返し部23の内面23aとの間の距離、以下、単に「幅」とも言う。)w、返し部23の鉛直方向の長さl23、を種々変更した際の排気経路17を通過する気体の流れ(気流)の挙動を流体シミュレーションによって詳細に調査した。
図4は、流体シミュレーションによって求められた、排気経路17を通過する気流の一例の模式図を示している。図4に示すように、排気経路17を通過する気流は、大きく分けて、下方に向かって流れる主流Mと、側壁部21の内面21a、傾斜部22の内面22aおよび返し部23の外面23bによって区画される領域に形成され、側壁部21の内面21aおよび傾斜部22の内面22aに沿って上昇する渦流Sとで構成されていることが分かった。
本発明者らは、図3に示したスピンカップ20のパラメータを種々変更して気流の挙動を調査する過程で、半導体ウェーハWから飛散したミストが排気経路17から良好に排出されて半導体ウェーハWの表面に付着しないようにするためには、以下の2つの要件を満たすことが肝要であると考えた。
(a)側壁部21の上端部21cの高さ位置h21(すなわち、側壁部21の内面21aと傾斜部22の内面22aとの交線の高さ位置)が、ウェーハ保持部14の上端部14aの高さ位置h14a以下の位置に配置されていること。
(b)傾斜部22の水平面に対する傾斜角度θ22が、排出経路17における主流Mの向き、すなわち主流Mが水平面に対する傾斜角度θM以上であること。
(b)傾斜部22の水平面に対する傾斜角度θ22が、排出経路17における主流Mの向き、すなわち主流Mが水平面に対する傾斜角度θM以上であること。
上記要件(a)について、特許文献1に記載されたスピンカップのように、上記側壁部21の上端部21cの高さ位置h21がウェーハ保持部14の上端部14aの高さ位置h14aを超える位置に配置されている場合には、半導体ウェーハW側から飛散したミストは、鉛直方向に対して平行な側壁部21の内面21aに衝突して半導体ウェーハW側に反射し、半導体ウェーハW上に付着しうると考えられる。
一方、上記側壁部21の上端部21cの高さ位置h21がウェーハ保持部14の上端部14aの高さ位置h14a以下の位置に配置されている場合には、半導体ウェーハW側から飛散したミストは、傾斜部22の内面22aに衝突して下方に反射され、半導体ウェーハWの表面には付着しづらいと考えられる。
また、要件(b)について、上記流体シミュレーションによって、傾斜部22の傾斜角度θ22が主流Mの傾斜角度θMに比べて小さい場合には、渦流Sが下方に膨らんで大きくなることが分かった。一方、傾斜部22の傾斜角度θ22が主流Mの傾斜角度θM以上の場合には、渦流Sは傾斜部22の内面22aに沿った薄い形状となり、排出経路17から排出されたミストが渦流に載って半導体ウェーハWに戻りづらくなり、ミストが主流Mの流れに沿って良好に排出されることが分かった。
ただし、上記要件(b)について、主流Mの向きがスピンカップ20のどのようなパラメータによって決定されるかが不明であるため、スピンカップ20のパラメータを種々変更して流体シミュレーションを行った。その結果、主流Mの向き、すなわち主流Mの水平面に対する傾斜角度θMは、側壁部21の鉛直方向の長さl21、傾斜部22の傾斜角度θ22、および返し部23の鉛直方向の長さl23には影響されず、傾斜部22の幅wに大きく影響されることが判明した。
そこで、本発明者らは、上記傾斜部22の幅wと主流の水平面に対する傾斜角度θMとの関係から、要件(b)に基づいて傾斜部22の水平面に対する傾斜角度θ22が満たすべき要件について検討した。その結果、傾斜部22の幅wおよび傾斜部22の水平面からの角度θ22が、下記の式(A)を満たすことによって、回転テーブル13の外周方向に飛散したミストが半導体ウェーハWに戻って半導体ウェーハWの表面に付着するのを抑制できることを見出し、本発明を完成させたのである。
θ22(°)≧-0.65×w(mm)+72.9° (A)
θ22(°)≧-0.65×w(mm)+72.9° (A)
上記式(A)は、ミストが半導体ウェーハWに戻って付着するのを抑制できるスピンカップ20を設計する上で、傾斜部22の傾斜角度θ22および傾斜部22の幅wをそれぞれ独立に調整しただけでは不十分であり、傾斜部22の傾斜角度θ22と傾斜部22の幅wとの関係の適正化が重要であることを示している。
このように、本発明による半導体ウェーハの洗浄装置1は、スピンカップ20の構成に特徴を有するものであり、その他の構成については特に限定されない。以下、スピンカップ20以外の構成の例について説明する。
チャンバ11は、洗浄中および乾燥中に、ウェーハ保持部14上に載置された洗浄対象の半導体ウェーハWを収容する容器である。このチャンバ11の形状は、例えば、図1に示すように略直方体形状とすることができる。
給気部12は、チャンバ11内の上部11aに設けられており、洗浄中および乾燥中に、チャンバ11の外部からチャンバ11内の下方に向かって空気などの気体を供給する。一方、チャンバ11の下部11bには、開口部11cが設けられている。この開口部11cの形状は、例えば円形とすることができる。
回転テーブル13は、洗浄中および乾燥中に、半導体ウェーハWを回転させるテーブルであり、その下部に設けられた回転機構(図示せず)によって所定の回転速度(例えば、100rpm~2000rpm)で回転するように構成されている。
上記回転テーブル13の上面13aには、半導体ウェーハWを保持するウェーハ保持部14が設けられている。このウェーハ保持部14は、例えば複数本(例えば、3本)のチャックピンで構成することができ、半導体ウェーハWを点接触で支持することができる。
一方、回転テーブル13の上方には、半導体ウェーハWの表面(おもて面)にむけて洗浄液Lを噴射する上部ノズル15が設けられている。この上部ノズル15は、薬液の種類分設けられており、例えば4種類の薬液を噴射する場合には、上部ノズル15は、等間隔に配置された4本のノズルで構成することができる。
また、回転テーブル13内には、半導体ウェーハWの裏面に向けて洗浄液Lを噴射する下部ノズル16が保持されており、半導体ウェーハWの裏面中央部に向けて洗浄液Lを噴射できるように配置されている。下部ノズル16は、上部ノズル15と同様に、薬液の種類分用意し、例えば4種類の薬液を噴射する場合には、下部ノズル16は、等間隔に配置された4本のノズルで構成することができる。なお、回転テーブル13が回転しても、下部ノズル16は回転しない構造になっている。また、洗浄液以外に、半導体ウェーハWに気体を吹き付けるノズルが設けられていてもよい。
このような洗浄装置1において、洗浄対象の半導体ウェーハWをウェーハ保持部14上に載置し、給気部12から気体を供給するとともに上部ノズル15および下部ノズル16から洗浄液Lを噴射しつつ回転テーブル13を所定の回転速度で回転させて半導体ウェーハWを回転させ、気体をスピンカップ20と回転テーブル13との間の排気経路17から排気しながら半導体ウェーハWの表裏面を洗浄することにより、洗浄中に半導体ウェーハW上に洗浄液Lのミストが付着するのを抑制することができる。
傾斜部22の幅wは、20mm以上90mm以下であることが好ましい。傾斜部22の幅wを20mm以上とすることによって、ミストが渦流Sの流れに乗るのを抑制して、半導体ウェーハW側に戻るのを抑制することができる。一方、傾斜部22の幅wが増加するにつれて、傾斜部22の内壁22aに衝突したミストが半導体ウェーハW側に戻りやすくなるが、幅wを90mm以下とすることによって、傾斜部22の内面22aに衝突したミストが半導体ウェーハW側に戻るのを十分に抑制することができる。
返し部23の下端部23dの高さ位置と、ウェーハ保持部14の上端部14aの高さ位置h14aとの差hが0mm以上30mm以下であることが好ましい。上記差hを0mm以上とすることによって、半導体ウェーハWの外周部から飛散した洗浄液Lのミストを傾斜部22の内面22aに衝突させることができる。一方、上記hを30mm以下とすることによって、返し部23と回転テーブル13との間の隙間を狭くして、この隙間を通過する気流の流速を高めて、半導体ウェーハWに戻ろうとするミストの運動を妨げることができる。
また、返し部23の下端部23dが側壁部21側に傾斜していることが好ましい。渦流Sに含まれるミストが半導体ウェーハWに戻ろうとする運動は、返し部23によって妨げられるが、返し部23の下端部23dを側壁部21側に傾斜させることによって、上記運動をより妨げることができる。
(半導体ウェーハの洗浄方法)
本発明による半導体ウェーハの洗浄方法は、上述した本発明による半導体ウェーハの洗浄装置を用いて、洗浄対象の半導体ウェーハWをウェーハ保持部14上に載置し、給気部11から気体を供給するとともに上部ノズル15および下部ノズル16から洗浄液Lを噴射しつつ回転テーブル13を回転させて半導体ウェーハWを回転させ、気体をスピンカップ20と回転テーブル13との間の排気経路から排気しながら半導体ウェーハWの表裏面を洗浄することを特徴とする。
本発明による半導体ウェーハの洗浄方法は、上述した本発明による半導体ウェーハの洗浄装置を用いて、洗浄対象の半導体ウェーハWをウェーハ保持部14上に載置し、給気部11から気体を供給するとともに上部ノズル15および下部ノズル16から洗浄液Lを噴射しつつ回転テーブル13を回転させて半導体ウェーハWを回転させ、気体をスピンカップ20と回転テーブル13との間の排気経路から排気しながら半導体ウェーハWの表裏面を洗浄することを特徴とする。
上記半導体ウェーハの洗浄は、給気部11から供給される気体の流量をF、回転テーブル13の回転数をRとして、気体の流量Fおよび回転テーブル13の回転数Rが下記の式(B)を満たす条件の下で行うことが好ましい。
F(m3/min)≧6.9×10-3×R(rpm) (B)
F(m3/min)≧6.9×10-3×R(rpm) (B)
本発明者らが検討した結果、回転テーブル13(すなわち、半導体ウェーハW)の回転数Rが大きくなると、渦流Sが大きく発達し、回転数Rが小さい場合に比べて半導体ウェーハW側に戻るミストが増える傾向にあることが分かった。しかし、本発明者らのさらなる検討の結果、気体の流量Fおよび回転テーブル13の回転数Rが上記式(B)を満足することにより、渦流Sが大きく発達するのを抑制して、半導体ウェーハW側に戻るミストが増えるのを抑制できる。
上述した本発明による洗浄方法により、IV族半導体、III-V族半導体で構成された半導体ウェーハを良好に洗浄することができ、特にシリコンウェーハの表裏面を良好に洗浄することができる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されない。
(発明例)
図1に示した本発明による半導体ウェーハの洗浄装置1を用いて、シリコンウェーハの洗浄を行った。その際、スピンカップ20の構造は、図2において、傾斜部22の幅を60mm、返し部23の下端部23dからウェーハ保持部14の上端部14aまでの距離を15mm、傾斜部22の傾斜角度θ22を40°とした。また、側壁部21(上端部21c)の高さ位置h21をウェーハ保持部14の上端部14aに対して低い位置とした。
図1に示した本発明による半導体ウェーハの洗浄装置1を用いて、シリコンウェーハの洗浄を行った。その際、スピンカップ20の構造は、図2において、傾斜部22の幅を60mm、返し部23の下端部23dからウェーハ保持部14の上端部14aまでの距離を15mm、傾斜部22の傾斜角度θ22を40°とした。また、側壁部21(上端部21c)の高さ位置h21をウェーハ保持部14の上端部14aに対して低い位置とした。
(比較例)
発明例と同様に、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、スピンカップの構造は、図2において、傾斜部22の傾斜角度θ22を20°とした。その他の条件は、発明例と全て同じである。
発明例と同様に、シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、スピンカップの構造は、図2において、傾斜部22の傾斜角度θ22を20°とした。その他の条件は、発明例と全て同じである。
図5は、洗浄中にシリコンウェーハの表面に付着した洗浄液のミストの付着時間と付着量との関係を示している。図5の関係は、気流および洗浄液の挙動を加味したシミュレーションによって得られたものである。図5において、横軸の「ミストの付着時間」は、シリコンウェーハの表面へのミストの付着が始まってからの経過時間であり、実際のシリコンウェーハの洗浄を行う場合の洗浄時間に相当する。また、縦軸の「ミストの付着量」は、シリコンウェーハに付着したミストの質量の積算値(合計値)である。図5から、発明例に対するミストの付着量は、比較例に比べて大きく低減されることが分かる。
本発明によれば、半導体ウェーハの洗浄中に半導体ウェーハの表面に洗浄液のミストが付着するのを抑制することができるため、半導体ウェーハ製造業において有用である。
1 洗浄装置
10 チャンバ
11a チャンバの上部
11b チャンバの下部
11c 開口部
12 給気部
13 回転テーブル
14 ウェーハ保持部
15 上部ノズル
16 下部ノズル
17 排気経路
20 スピンカップ
20a スピンカップの上端部
21 側壁部
21a,22a,23a 内面
21b,22b,23b 外面
21c,22c,23c 上端部
21d,22d,23d 下端部
22 傾斜部
23 返し部
M 主流
S 渦流
W 半導体ウェーハ
10 チャンバ
11a チャンバの上部
11b チャンバの下部
11c 開口部
12 給気部
13 回転テーブル
14 ウェーハ保持部
15 上部ノズル
16 下部ノズル
17 排気経路
20 スピンカップ
20a スピンカップの上端部
21 側壁部
21a,22a,23a 内面
21b,22b,23b 外面
21c,22c,23c 上端部
21d,22d,23d 下端部
22 傾斜部
23 返し部
M 主流
S 渦流
W 半導体ウェーハ
Claims (7)
- 下部に開口部を有するチャンバと、
該チャンバ内の上部に設けられ、下方に向かって気体を供給する給気部と、
前記開口部の下方から前記チャンバ内に挿入されている回転テーブルと、
該回転テーブルの上面に設けられ、洗浄対象の半導体ウェーハを保持するウェーハ保持部と、
前記半導体ウェーハの上面に向かって洗浄液を供給する上部ノズルと、
前記半導体ウェーハの下面に向かって洗浄液を供給する下部ノズルと、
前記回転テーブルの外周部に設けられ、前記回転テーブルの外周方向に飛散する前記洗浄液を回収するスピンカップと、
を備え、
前記スピンカップは、
環状の側壁部と、
下端部が前記側壁部の上端部に接続されており、鉛直方向に対して前記回転テーブル側に傾斜している環状の傾斜部と、
上端部が前記傾斜部の上端部に接続されている環状の返し部と、
を有し、
前記側壁部の上端部の高さ位置が、前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置よりも低い位置に配置されており、
前記傾斜部の水平面に対する傾斜角度をθ22、前記傾斜部の径方向の幅をwとして、前記傾斜角度θ22および前記幅wが下記の式(A)を満たすように構成されていることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄装置。
θ22(°)≧-0.65×w(mm)+72.9° (A) - 前記幅wは、20mm以上90mm以下である、請求項1に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
- 前記返し部の下端部の高さ位置と前記ウェーハ保持部の上端部の高さ位置との差hが0mm以上30mm以下である、請求項1または2に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
- 前記返し部の下端部が前記側壁部側に傾斜している、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄装置。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄装置を用いて、洗浄対象の半導体ウェーハを前記ウェーハ保持部の上に載置し、前記給気部から気体を供給するとともに前記上部ノズルから前記半導体ウェーハの上面に洗浄液を噴射し、かつ前記下部ノズルから前記半導体ウェーハの下面に洗浄液を噴射しつつ前記回転テーブルを回転させて前記半導体ウェーハを回転させ、前記気体を前記スピンカップと前記回転テーブルとの隙間から排気しながら前記半導体ウェーハの表裏面を洗浄することを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法。
- 前記半導体ウェーハの洗浄は、前記給気部から供給される前記気体の流量をF、前記回転テーブルの回転数をRとして、前記気体の流量Fおよび前記回転数Rが下記の式(B)を満たす条件の下で行う、請求項5に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
F(m3/min)≧6.9×10-3×R(rpm) (B) - 前記洗浄対象の半導体ウェーハがシリコンウェーハである、請求項5または6に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
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