(57)【要約】【課題】ウェハー裏面のパーティクルに対して、ウェハーのダメージを抑えながら十分な洗浄効果を得ることが可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供する。【解決手段】ウェハーｗ裏面に接触させる薬液を溜める薬液溜め１２と、この薬液溜め１２の壁面を構成するとともに、ウェハー裏面に対して摺動させるブラシ１１と、薬液溜め内に設置され、前記ウェハー裏面にキャビテーションを発生させるために前記薬液に超音波を照射する超音波照射機構１３と、薬液溜め１２内に薬液を供給する薬液供給機構１４と、薬液溜め１２の上方に設置され、ウェハーｗを保持し、回転させる機構１７、１８、１９を備える。【選択図】図１
2009302385.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハー裏面に接触させる薬液を溜める薬液溜めと、
この薬液溜めの壁面を構成するとともに、前記ウェハー裏面に対して摺動させるブラシと、
前記薬液溜め内に設置され、前記ウェハー裏面にキャビテーションを発生させるために前記薬液に超音波を照射する超音波照射機構と、
前記薬液溜め内に前記薬液を供給する薬液供給機構と、
前記薬液溜めの上方に設置され、前記ウェハーを保持し、回転させる機構を備えることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項２】
前記超音波照射機構は、複数の周波数の超音波を照射することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記薬液供給機構と接続され、供給される前記薬液にガスを溶解させるガス溶解機構を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
ウェハー裏面を摺動させるブラシにより壁面が構成される薬液溜めに薬液を供給し、
前記ウェハー裏面に前記薬液を接触させ、
前記薬液に超音波を照射することにより、前記ウェハー裏面にキャビテーションを発生させ、
前記ウェハーを回転させることにより、前記ウェハー裏面と前記ブラシを摺動させることを特徴とする半導体製造方法。
【請求項５】
前記薬液に複数の周波数の超音波を照射することにより、異なる大きさのキャビテーションを発生させることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば洗浄工程における半導体基板裏面の異物の除去に用いられる半導体製造装置および半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体装置の製造工程において、半導体基板（以下ウェハーと記す）の裏面には、各種半導体製造装置の搬送系や、ウェハーを保持するためのステージ、チャックなどから、その構成材料などに起因するパーティクルが付着する。そして、このようなパーティクルは、例えば、リソグラフィ工程でのデフォーカスの要因となる。
【０００３】
そこで、各種ブラシ洗浄や、超音波洗浄などの高いポテンシャルを持つ洗浄方法により、ウェハーダメージを抑えた裏面のパーティクルの除去が行われている。
【０００４】
ブラシ洗浄は、ウェハー裏面に薬液を供給しながら、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）などから構成されるスポンジを接触、摺動させる洗浄方法である。ブラシ洗浄によれば、安価で、全面にブラシを接触させて洗浄することができる。しかしながら、このような方法では、強固にウェハー裏面に吸着したパーティクルを除去するために、ウェハーの片方から高い圧力でブラシを押し付ける必要があるが、ウェハーが割れてしまうため、その圧力にも限界がある。また、例えば５０ｎｍ以下の微小パーティクルに対しては、十分な洗浄効果が得られないという問題がある。
【０００５】
また、超音波洗浄は、ウェハーを薬液に浸漬、あるいはウェハーに薬液に接触させて、薬液に超音波を照射し、キャビティーの形成によりパーティクルを除去する洗浄方法であり、ブラシなどを接触させることなく洗浄することができる。しかしながら、このような方法では、超音波の入力電圧を上げることで洗浄効果を高めることができるものの、入力電圧の上昇により、例えばウェハー表面に形成された素子領域のパターンの倒壊を引き起こしてしまう。そのため、その入力電圧は制限される上に、キャビティーが洗浄面にまんべんなく形成されるわけではないため、十分な洗浄効果が得られないという問題がある。
【０００６】
近年、さらなる半導体素子の微細化、ウェハーの大口径化などに伴い、裏面パーティクルの歩留まりへの影響が増大することから、裏面パーティクルの洗浄効果のさらなる向上が要求されている。そこで、これらブラシ洗浄、超音波洗浄を共に、さらには連続して行う手法が用いられている。しかしながら、十分な洗浄効果の向上が得られないという問題がある。
【０００７】
また、ブラシ洗浄と超音波洗浄を同時に行う手法についても提案されている（例えば特許文献１など参照）。しかしながら、単に超音波により基板を振動させてブラシ洗浄を行うだけでは、ウェハーのダメージを抑えながら十分な洗浄効果を得ることは困難であるという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−２８１０１２号公報（段落［００１０］、［００１６］、図２など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、ウェハー裏面のパーティクルに対して、ウェハーのダメージを抑えながら十分な洗浄効果を得ることが可能な半導体製造装置および半導体製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、ウェハー裏面に接触させる薬液を溜める薬液溜めと、この薬液溜めの壁面を構成するとともに、前記ウェハー裏面に対して摺動させるブラシと、前記薬液溜め内に設置され、前記ウェハー裏面にキャビテーションを発生させるために前記薬液に超音波を照射する超音波照射機構と、前記薬液溜め内に前記薬液を供給する薬液供給機構と、前記薬液溜めの上方に設置され、前記ウェハーを保持し、回転させる機構を備えることを特徴とする半導体製造装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の一態様によれば、ウェハー裏面を摺動させるブラシにより壁面が構成される薬液溜めに薬液を供給し、前記ウェハー裏面に前記薬液を接触させ、前記薬液に超音波を照射することにより、前記ウェハー裏面にキャビテーションを発生させ、前記ウェハーを回転させることにより、前記ウェハー裏面と前記ブラシを摺動させることを特徴とする半導体製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一実施態様によれば、ウェハー裏面のパーティクルに対して、ウェハーのダメージを抑えながら十分な洗浄効果を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。
【００１３】
（実施形態１）
図１に本実施形態の半導体製造装置である洗浄装置の断面図を、図２にその上面図を示す。図に示すように、ウェハーｗ設置位置の下部には、例えばＰＦＡスポンジからなるブラシ１１で壁面の少なくとも上部が構成され、洗浄のための薬液が溜められる薬液溜め１２が設置されている。薬液溜め１２は、長手方向の両端部が、ウェハーｗの端部より若干内側となるように配置されている。
【００１４】
薬液溜め１２内部には、薬液に超音波を照射する超音波振動子１３が配置されている。超音波振動子１３は圧電振動子などからなり、電圧を印加する機構などの制御機構（図示せず）とともに超音波照射機構が構成される。薬液溜め１２の下方には、薬液を供給するための薬液供給口１４が設置されており、薬液供給量を調整するバルブ１５と、薬液にガスを溶解させるガス溶解機構１６と接続されている。
【００１５】
そして、薬液溜め１２の上部には、リング１７と、ウェハーｗを保持するためのクランプ１８が配置されており、リング１７を回転させるための回転機構１９と接続されている。さらにその上方には、薬液溜め１２より排出された薬液が、ウェハーｗ裏面から端部に沿って表面に回り込むのを抑制するために、表面側よりエアあるいは洗浄水を供給する薬液回り込み抑制機構２０が設けられている。
【００１６】
このような洗浄装置を用いて、以下のようにしてウェハー裏面が洗浄される。
【００１７】
先ず、ウェハーｗを、そのべベル部において、リング１７上のクランプ１８により、必要に応じてブラシ１１に所定の圧力で押さえつけるように固定する。次いで、ガス溶解機構１６によりエアなどを飽和濃度に溶存させた薬液を、薬液供給口１４より薬液溜め１２に供給する。そして、ブラシ１１の上部まで薬液を満たすことにより、ウェハーｗ裏面を薬液と接触させる。薬液の一部はブラシ１１に薬液溜め１２の内壁側から浸潤し、一部はウェハーｗとブラシ１１の界面からそれぞれ薬液溜め１２の外部に排出される。薬液の排出量は、バルブ１５により供給量が制御されることにより制御される。
【００１８】
さらに、超音波振動子１３により、薬液に例えば１．６ＭＨｚの超音波を照射するとともに、回転機構１９によりリング１７上のウェハーｗを例えば３０００ｒｐｍ程度で回転させることにより、ウェハーｗ裏面とブラシ１１を摺動させる。ウェハーｗ裏面とブラシ１１の摺動により、例えば５０ｎｍ以上のパーティクルがある程度除去される。一方、薬液に超音波を照射することにより、キャビティーを発生させる。そして、ウェハーｗ裏面をこの薬液と接触させることにより、ウェハーｗ裏面でのキャビティーの崩壊によりキャビテーションが生成され、ウェハーｗ裏面に固着したパーティクルが除去される。
【００１９】
さらに、薬液回り込み抑制機構２０により、ウェハーｗ表面側にエアあるいは洗浄水が供給される。
【００２０】
洗浄完了後、超音波の照射、薬液の供給およびウェハーｗ表面側へのエアあるいは洗浄水の供給を止める。そして、必要に応じて設けられるウェハーｗと薬液溜め１２を離間させるための位置制御機構（図示せず）により、ウェハーｗを上昇あるいは薬液溜め１２を下降させてウェハーｗを回転させることにより、ウェハーｗ裏面を乾燥させる。
【００２１】
このようにして、ブラシで壁面が構成された薬液溜め内に超音波振動子を配置して、ウェハーを回転させることにより、ウェハー裏面全面にブラシを接触させて、パーティクルを除去することができる。そして、ウェハーｗを反らせるような大きな圧力を加えることなく、ウェハーｗ裏面に固着したパーティクルを除去することが可能となる。
【００２２】
そして、通常、ブラシ洗浄において、ブラシにパーティクルが蓄積し、逆汚染を引き起こすが、ウェハーｗ裏面の洗浄とともに、ブラシをセルフクリーニングすることができる。そのため、逆汚染が抑制されるとともに、ブラシの交換頻度を低減させることが可能となる。
【００２３】
また、薬液を供給する際に、予め薬液中にエアなどのガスを溶解させることにより、超音波を照射した際に、よりキャビティーを発生しやすくなり、ブラシで取りきれないパーティクルをより高い確率で除去することが可能となる。
【００２４】
さらに、ウェハーｗ裏面に薬液を供給し、ウェハーｗを回転させるため、薬液溜め１２より排出された薬液が、ウェハーｗ裏面から端部に沿って表面に回り込むが、ウェハーｗ表面側にエアあるいは洗浄水を供給することにより、薬液の回り込みを抑制することが可能となる。
【００２５】
（実施形態２）
図３に本実施形態の半導体製造装置である洗浄装置の上面図を示す。実施形態１とほぼ同様の構成であるが、薬液溜め２２（ブラシ２１）内に設置される超音波振動子が、異なる周波数の超音波を照射する２つの超音波振動子２３ａ、２３ｂから構成されている点で異なっている。これら超音波振動子としては、例えば１ＭＨｚ以上の高周波数帯域のものと、１００〜８００ｋＨｚ程度の比較的低い周波数帯域のものを用いることができる。
【００２６】
本実施形態の洗浄装置を用いて、実施形態１と同様にウェハーｗの裏面を洗浄する。このとき、異なる周波数帯域の超音波を照射することにより、異なる大きさのキャビティーが形成される。
【００２７】
そして、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、異なる大きさのキャビティーを形成することができるため、異なる大きさの異物を効果的に除去することが可能となる。
【００２８】
（実施形態３）
図４に本実施形態の半導体製造装置である洗浄装置の上面図を示す。実施形態１とほぼ同様の構成であるが、薬液溜め３２（ブラシ３１）の長手方向の一端がウェハーｗの中心、他端がウェハーｗの端部より若干内側となるように配置して、その内部に超音波振動子３３を設置している点で異なっている。
【００２９】
本実施形態の洗浄装置を用いて、実施形態１と同様にウェハーｗの裏面を洗浄する。このとき、ウェハーｗを回転させるため、ウェハーｗの半径分のブラシ３１で全面を洗浄することができる。
【００３０】
そして、実施形態１と同様の効果を得ることができるとともに、ブラシ長を短くすることができるため、ウェハー裏面に均一な圧力で接触させることができ、より均一で安定した洗浄が可能となる。
【００３１】
（実施形態４）
図５に本実施形態の半導体製造装置である洗浄装置の上面図を示す。実施形態１とほぼ同様の構成であるが、超音波振動子が、異なる周波数の超音波を照射する２つの超音波振動子４３ａ、４３ｂから構成され、薬液溜め４２（ブラシ４１）の長手方向の一端がウェハーｗの中心、他端がウェハーｗの端部より若干内側となるように配置している点で異なっている。すなわち、実施形態２と３を組合せた構成となっている。
【００３２】
本実施形態の洗浄装置を用いて、実施形態１と同様にウェハーｗの裏面を洗浄する。そして、実施形態２、３の効果を合わせた効果を得ることができる。
【００３３】
これら実施形態において、薬液溜めの壁面の少なくとも上部がブラシで構成されているが、長手方向の両端部あるいはいずれかの端部に切り欠きが設けられていてもよい。切り欠きにより、薬液の排出量を増大させることができるため、薬液中のパーティクル濃度を低下することができ、逆汚染を抑えることができる。また、ウェハーｗ端部近傍において、ブラシの接触により抑制されることなく、キャビテーションを生成することができるため、端部近傍における洗浄効果を向上させることができる。なお、薬液溜め下方に薬液の排出部を設けてもよい。
【００３４】
そして、ブラシとして、ＰＦＡスポンジを用いているが、その他ＰＶＣなど、通常用いられるウェハー洗浄用のブラシを用いることができる。ブラシは薬液溜めの壁面の少なくとも上部に配置されていればよく、壁面の下部および薬液溜めの下面は薬液の保持が可能な材料で構成されていればよい。
【００３５】
また、超音波振動子には圧電振動子のみならず、磁界により制御される磁歪振動子など超音波を照射することが可能な素子を用いることができる。さらに、超音波振動子の位置を制御する機構を設けてもよい。照射された超音波がウェハーｗの裏面からウェハーｗ内部、ウェハーｗ表面に伝播し、ウェハーｗ表面に形成されたパターンにダメージを与えないように、超音波振動子をウェハーｗ裏面で反射する位置に配置することが可能となる。またその周波数、出力などは特に制限されるものではなく、ウェハーｗへの影響を考慮した上で適宜設定することができる。
【００３６】
また、供給される薬液にエアを溶解させているが、薬液中に溶存するガス種はウェハーｗに影響を与えないものであれば、特に限定されるものではない。例えば、エアの他、窒素ガス、炭酸ガス、酸素ガスなどを用いることができる。そして、キャビテーションを効果的に生成する上で、そのガス濃度は飽和濃度であることが好ましい。
【００３７】
また、リングを保持・回転させるための機構において、リングに接続されたクランプによりウェハーｗが保持されているが、図６に示すように、コロタイプのクランプ５８として、コロを回転させることによりウェハーｗを回転させる構造とすることにより、薬液溜めをウェハーｗの端部より外側に突出した構造とすることができる。従って、ウェハーｗのベベル部まで洗浄することが可能となる。この場合、十分な回転が得られないことから、洗浄の後段にスピン乾燥を行うことが好ましい。
【００３８】
また、薬液の回り込みを抑制するために、ウェハーｗ表面側にエアあるいは洗浄水を供給しているが、供給されるものはウェハーｗに影響を与えないものであれば、特に限定されるものではない。例えば、エアの他、窒素ガス、炭酸ガス、酸素ガス、その他不活性ガスなどのガスや、純水、薬液などの洗浄水を適宜用いることができる。
【００３９】
そして、これら実施形態において、ブラシ洗浄と超音波洗浄を同時に行っているが、ウェハーｗの回転などと超音波の照射は、それぞれを独立して制御可能であり、ブラシ洗浄のみ、超音波洗浄のみを行うことも可能である。あるいはブラシ洗浄の後段に超音波洗浄を行う、超音波洗浄の後段にブラシ洗浄を行う、さらにはブラシ洗浄、超音波洗浄、ブラシ洗浄など自由な組合せでの洗浄も可能であり、ウェハーｗ裏面に吸着したパーティクルの付着状態に応じて、シーケンスを組合せることができる。
【００４０】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の一態様による洗浄装置の断面図。
【図２】本発明の一態様による洗浄装置の上面図。
【図３】本発明の一態様による洗浄装置の上面図。
【図４】本発明の一態様による洗浄装置の上面図。
【図５】本発明の一態様による洗浄装置の上面図。
【図６】本発明の一態様における洗浄装置クランプを示す上面図。
【符号の説明】
【００４２】
ｗ…ウェハー
１１、２１、３１、４１…ブラシ
１２、２２、３２、４２…薬液溜め
１３、２３ａ、２３ｂ、３３、４３ａ、４３ｂ…超音波振動子
１４…薬液供給口
１５…バルブ
１６…ガス溶解機構
１７…リング
１８、５８…クランプ
１９…回転機構
２０…薬液回り込み抑制機構
【図１】
2009302385.tif 000003
【図２】
2009302385.tif 000004
【図３】
2009302385.tif 000005
【図４】
2009302385.tif 000006
【図５】
2009302385.tif 000007
【図６】
2009302385.tif 000008