(57)【要約】【課題】ウエハを回転させて、遠心力によりウエハ上の水分を除去する構成において、ウエハ上の水分に対して、ウエハ外へ運ぶ力を均一に作用させる。【解決手段】本発明の半導体装置の製造装置１は、ウエハ８を保持する第１の回転部材３を第１の軸２を回転中心として回転可能に設け、第１の回転部材３を回転駆動する第１のモータ４を備え、第１のモータ４及び第１の回転部材３を配設した第２の回転部材６第１の軸２と異なる第２の軸５を回転中心として回転可能に設け、第２の回転部材６を回転駆動する第２のモータ７を備え、第１の回転部材３の回転方向と第２の回転部材６の回転方向とを逆方向としたものである。【選択図】図１
2010087163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の軸を回転中心として回転可能に設けられ、ウエハを保持する第１の回転部材と、
前記第１の回転部材を回転駆動する第１のモータと、
前記第１の軸と異なる第２の軸を回転中心として回転可能に設けられ、回転中心から離間した部位に前記第１のモータ及び前記第１の回転部材を配設した第２の回転部材と、
前記第２の回転部材を回転駆動する第２のモータとを備え、
前記第１の回転部材の回転方向と前記第２の回転部材の回転方向とを逆方向としたことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記第１の回転部材の回転速度と前記第２の回転部材の回転速度とを等しくしたことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
ウエハを洗浄または乾燥する工程を備えた半導体装置の製造方法において、
前記ウエハを保持させた第１の回転部材を、第１の軸を回転中心として回転させると共に、
回転中心から離間した部位に前記第１の軸が位置するように前記第１の回転部材を配設した第２の回転部材を、前記第１の軸と異なる第２の軸を回転中心として前記第１の回転部材の回転方向と前記第２の回転部材の回転方向とが逆方向となるように回転させ、
前記ウエハを洗浄または乾燥することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１の回転部材の回転速度と前記第２の回転部材の回転速度とを等しくしたことを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
ウエハをスピン乾燥させるウエハのスピン乾燥方法において、
前記ウエハを保持させた第１の回転部材を、第１の軸を回転中心として回転させると共に、
回転中心から離間した部位に前記第１の軸が位置するように前記第１の回転部材を配設した第２の回転部材を、前記第１の軸と異なる第２の軸を回転中心として回転させることを特徴とするウエハのスピン乾燥方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハを回転させることにより、遠心力によってウエハ上の水分を除去するようにした半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法およびウエハのスピン乾燥方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程において、半導体ウエハ上の水分除去は、ウエハをその中心を軸心として回転させるスピン乾燥装置により行う方法が一般的である。このスピン乾燥装置では、ウエハの中心を軸心にしてウエハをモーターにより高速回転（例えば１５００回転／分）させることで、ウエハ上の水分を遠心力によりウエハの外へ移動させ、ウエハ表面の水分を除去する。
【０００３】
上記構成の場合、ウエハ上の物体に作用する遠心力の大きさは回転中心からの距離に依存するため、回転中心に近くなるほどウエハ上の水分にかかる遠心力は小さくなり、回転中心においては遠心力が作用しない。このため、ウエハ中心付近の水分はウエハ外へ運ばれずに液滴となり乾燥する。このとき、水分中に不純物が存在した場合、ウエハ上に不純物が析出することがあり、配線ショートあるいは断線等の原因となることがあった。
【０００４】
このような問題点を解消する構成として、ウエハの回転軸を鉛直方向に対して傾斜させることにより、ウエハの回転中心においても重力により水分をウエハ外周へ移動させようとする力を生じさせ、ウエハ上に生じる洗浄むら及び乾燥むらを防止するようにした構成が考えられている。しかし、上記重力による力は遠心力による力よりも圧倒的に小さいため、ウエハ上の水分に対して、ウエハ外へ運ぶ力を均一に加えることはできないという不具合がある。
【０００５】
また、特許文献１には、ウエハを保持したカセットを、ウエハを通らない回転軸を中心にして回転させる方法が記載されている。この方法によれば、回転軸がウエハ内を通らないため、ウエハ上の水分に作用する遠心力が０になる箇所は存在しない。しかし、ウエハ上における回転軸に近い領域では遠心力が小さくなり、回転軸から遠い領域では遠心力が大きくなることから、ウエハ上の水分に対して、ウエハ外へ運ぶ力を均一に加えることはできない。加えて、ウエハ上における回転軸に近い領域においても、十分な大きさの遠心力を作用させるためには、ウエハの外周部と回転軸との間の距離を十分長く取ることが必要となり、装置の全体構成や設置面積が大きくなるという欠点がある。尚、スピン乾燥装置とは異なる装置であるが、関連する技術分野の装置として、ウエハをブラシ洗浄する装置があり、このブラシ洗浄装置の一例が特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特公平３−４８６５１号公報
【特許文献２】特開２００４−１１９７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、ウエハを回転させることにより、遠心力によってウエハ上の水分を除去するようにした構成において、ウエハ上の水分に対して、ウエハ外へ運ぶ力を均一に作用させることができる半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法およびウエハのスピン乾燥方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様の半導体装置の製造装置は、第１の軸を回転中心として回転可能に設けられウエハを保持する第１の回転部材と、前記第１の回転部材を回転駆動する第１のモータと、前記第１の軸と異なる第２の軸を回転中心として回転可能に設けられ回転中心から離間した部位に前記第１のモータ及び前記第１の回転部材を配設した第２の回転部材と、前記第２の回転部材を回転駆動する第２のモータとを備え、前記第１の回転部材の回転方向と前記第２の回転部材の回転方向とを逆方向としたところに特徴を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ウエハを回転させることにより、遠心力によってウエハ上の水分を除去するようにした構成において、ウエハ上の水分に対して、ウエハ外へ運ぶ力を均一に作用させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（第１実施形態）
以下、本発明をスピン乾燥装置に適用した場合の第１実施形態について、図１ないし図５を参照しながら説明する。尚、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。図１は、本実施形態のスピン乾燥装置の構成を概略的に示す縦断面図である。
【００１０】
この図１に示すように、スピン乾燥装置１は、軸２を回転中心にして回転可能に設けられた第１のアーム３と、この第１のアーム３を回転駆動する第１のモータ４と、一端部（回転中心から離間した部位）に前記第１のモータ４及び第１のアーム３を載置固定するものであって軸５（軸２と異なる軸）を中心にして回転可能に設けられた第２のアーム６と、この第２のアーム６を回転駆動する第２のモータ７とから構成されている。第１のアーム３の上には、半導体基板である例えばシリコンのウエハ８がクランプ９、９を介して保持されている。
【００１１】
上記構成の場合、第１のモータ４及び第２のモータ７を通電駆動することにより、第１のアーム３及び第２のアーム６を同時に回転させることができる。また、第１のアーム３及び第２のアーム６の各回転方向並びに各回転速度を任意に設定可能なように構成されている。更に、ウエハ８の上面（表面）に、純水もしくは各種の薬液を供給するノズル１０が配設されている。
【００１２】
図２は、スピン乾燥装置１の動作を概略的に説明する平面図である。この図２に示すように、ウエハ８は、軸２（即ち、ウエハ８の中心）を回転中心にして回転させることができると共に、軸２（即ち、軸２を中心にして回転されるウエハ８）は軸５を回転中心にして円軌道１１を通るように回転させることができる。このとき、軸２を中心とした回転方向Ａと、軸５を中心とした回転方向Ｂは、逆方向となるように設定している。
【００１３】
ここで、上記２つの回転方向Ａ、Ｂを逆方向としたときに、ウエハ８上の任意の点の移動する軌跡を図３を用いて説明する。ウエハ８が位置Ｐ１から軸５を中心に角度ａ１だけ回転して位置Ｐ２に移動したときに、ウエハ８上の点Ｑ１は、軸２を中心とした回転がないと仮定した場合、軸５を中心に角度ａ１だけ回転した点Ｑ１’に移動する。この場合、実際には、軸５を中心として回転方向Ｂへの回転と同時に、軸２を中心として回転方向Ａ（回転方向Ｂと逆方向）に角度ａ２だけ回転するのであるから、ウエハ８上の点Ｑ１は点Ｑ２へ移動することになる。
【００１４】
さて、スピン乾燥装置１においては、軸２を中心とした第１のアーム３の回転速度と、軸５を中心とした第２のアーム６の回転速度を、任意に設定できるが、本実施形態では、第１のアーム３の回転速度と第２のアーム６の回転速度を等しく設定している。ここで、軸２を中心とした回転方向Ａと軸５を中心とした回転方向Ｂが逆方向であると共に、軸２を中心とした第１のアーム３の回転速度と軸５を中心とした第２のアーム６の回転速度が等しい場合のウエハ８上の任意の点の軌道を、図４を参照して説明する。
【００１５】
ウエハ８上の点Ｒ１は、軸１３を中心とした円形の軌道１４を通る。一方、ウエハ８の中心の点Ｒ２は軸５を中心とした円形の軌道１５を通る。軌道１４と軌道１５の半径は等しく、更に、ウエハ８上の点Ｒ１の回転速度とウエハ８中心の点Ｒ２の回転速度とが等しいことから、ウェーハ中心の点Ｒ２上に存在する物体にかかる遠心力とウエハ８上の点Ｒ１上に存在する物体にかかる遠心力とが等しくなる。
【００１６】
そして、本実施形態においては、第１のアーム３の回転速度および第２のアーム６の回転速度をそれぞれ１５００回転／分に設定した。即ち、ウエハ８の中心を通る回転軸２を中心に時計回り方向Ａに１５００回転／分の回転速度で回転させると共に、ウエハ８の中心から例えば２００ｍｍ離れた点を通る回転軸５を中心に反時計回り方向Ｂに１５００回転／分の回転速度で回転させた。このとき、ウエハ８上の物体にかかる加速度を、図５に示す。
【００１７】
この図５に示すように、ウエハ８上の物体にかかる加速度は、ウエハ８の中心からの距離によらず均一となる。このように、軸２を中心とした回転方向Ａと軸５を中心とした回転方向Ｂとが逆方向であり、且つ、軸２を中心とした第１のアーム３の回転速度と軸５を中心とした第２のアーム６の回転速度とが等しい場合には、ウエハ８上のどの点においてもウエハ８上に存在する物体に作用する遠心力は等しくなる。尚、第１のアーム３の回転速度と第２のアーム６の回転速度が完全に等しくなくても、それらの回転方向が逆方向であれば、ウエハ中心あるいはウエハを通らない回転軸を軸心とした一軸回転をさせる場合に比べ、ウエハ面内で遠心力の大きさの均一化を達成することができる。軸２と軸５との間の距離は任意の値で構わないが、ウエハ８上の物体にかかる遠心力の大きさは軸２と軸５との間の距離に依存するため、あまり近くないことが望ましい。また、軸５がウエハ８内を通るように設定しても、通らないように設定してもどちらでも良い。
【００１８】
このような構成の本実施形態によれば、ウエハ８を保持させた第１のアーム３を、第１の軸２を回転中心として回転させると共に、回転中心から離間した部位に第１のモータ４及び第１のアーム３を配設した第２のアーム６を、第１の軸２と異なる第２の軸５を回転中心として回転させ、更に、第１のアーム３の回転方向Ａと第２のアーム６の回転方向Ｂとを逆方向としたので、ウエハ８上に存在する物体（水分）に対してウエハ８外へ運ぼうとする力を均一に加えることができる。
【００１９】
（第２実施形態）
次に、上記したスピン乾燥装置１を実際の半導体装置の製造方法に組み込んだ第２実施形態について、図６を参照して説明する。
【００２０】
この半導体装置の製造方法においては、まず、シリコンウエハの表面上にトランジスタ素子を形成した後、ＣＶＤ法によりシリコン酸化膜２５０ｎｍを成膜する。その後、リソグラフィー法及びドライエッチング法によりトランジスタ素子のゲート電極及びソース・ドレイン領域までの深さのコンタクト及びコンタクト間の配線領域を形成する。この後、チタン（Ｔｉ）膜１０ｎｍ及び窒化チタン（ＴｉＮ）膜５ｎｍを成膜し、さらにタングステン（Ｗ）膜４００ｎｍを成膜する。
【００２１】
その後、ＣＭＰ装置にてシリコン酸化膜上のタングステン膜、チタン膜及び窒化チタン膜が除去されるまでＣＭＰを行う。本実施形態にて使用するＣＭＰ装置の概念図を図６に示す。ＣＭＰ装置１６は、研磨部１７と、ブラシ洗浄部１８と、前記第１実施形態のスピン乾燥装置１を備えたスピン洗浄・乾燥部１９とから構成されている。この構成の場合、ウエハ８は研磨部１７にてＣＭＰを行った後、ブラシ洗浄部１８へ搬送される。ここでは、ウエハ８の表面及び裏面のブラシスクラブ洗浄を行う。さらに、スピン洗浄・乾燥部１９へ搬送され、スピン洗浄及びスピン乾燥を行う。
【００２２】
この場合、ＣＭＰを行った後のウエハ８の表面には、水と共にＣＭＰにて使用した砥粒及び研磨により生成したタングステン化合物が残留しており、ブラシスクラブ洗浄後も一部は残留する。
【００２３】
次に、ウエハ８がスピン洗浄・乾燥部１９へ搬送された後の工程を図１を参照して説明する。まず、スピン洗浄・乾燥部１９に搬送されたウエハ８をクランプ９により第１のアーム３に保持する。この後、ノズル１０から純水をウエハ８の表面に供給しながら、ウエハ８を保持した第１のアーム３を第１のモータ４によって軸２を中心にして時計回り方向Ａに例えば１５００回転／分の回転速度で回転させると同時に、第１のモータ４等を保持した第２のアーム６を第２のモータ７によって軸５を中心にして反時計回り方向Ｂに例えば１５００回転／分の回転速度で回転させることにより、ウエハ８のリンス洗浄工程を行う。
【００２４】
尚、軸２と軸５との距離は例えば１５０ｍｍとする。このとき、ウエハ８の表面に残留している砥粒及びタングステン化合物等の異物に対して、遠心力はウエハ８の表面の全面において均一に働くことから、異物はウエハ８の外へ速やかに運ばれていき、異物残留を防ぐことができる。
【００２５】
そして、上記した純水を供給しながら第１のアーム３及び第２のアーム６を回転させるリンス洗浄工程を例えば１０秒間行った後、純水の供給を停止し、第１のアーム３及び第２のアーム６を逆方向に且つそれぞれ１５００回転／分の回転速度で回転させることにより、ウエハ８の表面上の水を除去する乾燥工程を例えば３０秒間行う。このときも、ウエハ８上の水に対して、遠心力はウエハ８の上面の全面において均一に働くことから、水はウエハ８の外へ速やかに運ばれていき、ウエハ８の表面を均一に乾燥させることができる。この結果、ウエハ８表面の不均一な乾燥による不純物の析出を防ぐことができる。
【００２６】
（第３実施形態）
図７は、本発明の第３実施形態を示すものである。上記した第１、第２実施形態のスピン乾燥装置１においては、第１のアーム３を回転方向と第２のアーム６の回転方向とを、逆方向とするように構成したが、この第３実施形態では、第１のアーム３を回転方向と第２のアーム６の回転方向とを、同一方向（例えば時計回り方向）とするように構成した。
【００２７】
そして、第３実施形態においては、第１のアーム３の回転速度および第２のアーム６の回転速度をそれぞれ１５００回転／分に設定した。即ち、ウエハの乾燥工程を行うときに、ウエハ８の中心を通る回転軸２を中心に時計回り方向に１５００回転／分の回転速度で回転させると共に、ウエハ８の中心から例えば２００ｍｍ離れた点を通る回転軸５を中心に時計回り方向に１５００回転／分の回転速度で回転させた。このとき、ウエハ８上の物体にかかる加速度を、図７に示す。
【００２８】
上記構成の場合、ウエハ８の中心には、軸５を中心とした回転により発生する遠心加速度が作用する。ウエハ８上の物体に作用する加速度は、軸２を中心とした回転により発生する遠心加速度と、軸５を中心とした回転により発生する遠心加速度がつりあう地点においては０となる。しかしながら、ウエハ上におけるある一点は、回転により軸２及び軸５に対して相対的に移動していくため、加速度は時間により変動していく。
【００２９】
図８は、乾燥開始からの時間とウエハ上の物体にかかる加速度との関係を示すグラフである。この図８において、実線Ｌ１はウエハ８上の半径０ｍｍの点（即ち、ウエハの中心）に位置する物体にかかる加速度を示し、実線Ｌ２はウエハ８上の半径５０ｍｍの点に位置する物体にかかる加速度を示し、実線Ｌ３はウエハ８上の半径１００ｍｍの点に位置する物体にかかる加速度を示し、実線Ｌ４はウエハ８上の半径１５０ｍｍの点に位置する物体にかかる加速度を示す。尚、乾燥開始からの時間０．０８秒は、ウエハ８を２回転させるのに要する時間に相当する。
【００３０】
上記図８から、半径０ｍｍの点、即ち、ウエハ８の中心の点では軸５を中心とした回転による遠心加速度のみかかるため、時間にかかわらず一定の加速度がかかる。また、半径１００ｍｍの点においては、一時的に作用する加速度が０になるが、ほとんどの時間においては加速度がかかった状態となっている。このように、回転方向が同一方向であっても、ウエハ８上に加速度が常に０になる点は存在しないため、水はウエハ８の外へ運ばれて、ウエハ８の表面を均一に乾燥させることができる。この結果、ウエハ８表面の不均一な乾燥による不純物の析出を防ぐことができる。
【００３１】
（他の実施形態）
本発明は、上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
【００３２】
第２実施形態では、ＣＭＰを行った後のウエハを対象に、スピン乾燥装置１を使用してウエハの洗浄及び乾燥処理を行ったが、洗浄工程後のウエハや、薬液エッチング工程後のウエハの洗浄及び乾燥処理に使用しても良い。
【００３３】
また、各実施形態では、アーム３及びアーム６の回転速度をそれぞれ１５００回転／分としたが、各回転速度を任意の回転速度に設定しても良い。例えば、一般的な回転速度である１００回転／分から１００００回転／分の間の値に設定することが好ましい。
【００３４】
さらに、第１、第２実施形態では、第１のアーム３を時計回り方向へ、第２のアーム６を反時計回り方向へ回転させたが、第１のアーム３を反時計回り方向へ、第２のアーム６を時計回り方向へ回転させても構わない。また、第１、第２実施形態では、純水を供給しながら洗浄を行ったが、フッ化水素酸等の洗浄用の薬液やイソプロピルアルコール等の乾燥用の薬液を供給しても良いし、薬液を供給後に純水を供給しても良い。あるいは、回転するウエハに液体を供給しながらブラシ等による機械的作用を付加するスクラブ洗浄を行っても良い。また、純水を供給しながら回転させる洗浄工程を行わず、乾燥工程のみを行っても良い。さらに、洗浄工程及び乾燥工程の途中において、ウエハの回転速度を変更することも好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断面図
【図２】動作説明用の平面図（その１）
【図３】動作説明用の平面図（その２）
【図４】動作説明用の平面図（その３）
【図５】ウエハ上の物体にかかる加速度とウエハの中心からの距離との関係を示すグラフ
【図６】（ａ）は研磨部を示す図、（ｂ）はブラシ洗浄部を示す図、（ｃ）はスピン洗浄・乾燥部を示す図
【図７】本発明の第３実施形態を示す図５相当図
【図８】ウエハ上の物体にかかる加速度と乾燥開始からの時間との関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００３６】
図面中、１はスピン乾燥装置、２は軸（第１の軸）、３は第１のアーム（第１の回転部材）、４は第１のモータ、５は軸（第２の軸）、６は第２のアーム（第２の回転部材）、７は第２のモータ、８はウエハである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2010087163.tif 000005
【図４】
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【図５】
2010087163.tif 000007
【図６】
2010087163.tif 000008
【図７】
2010087163.tif 000009
【図８】
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