(57)【要約】【課題】半導体基板ベベル部に堆積した膜を洗浄により除去し、半導体装置の製造歩留まりを向上させる。【解決手段】基板洗浄方法は、回転軸の回りで半導体基板を回転させる工程と、前記回転軸に対して第１の角位置に形成された冷却機構により、前記回転している半導体基板外周のベベル部を冷却する工程と、前記回転軸に対して前記第１の角位置とは異なる第２の角位置に形成された加熱機構により、前記回転している半導体基板の前記ベベル部を加熱する工程と、を含み、前記半導体基板の前記ベベル部を交互に加熱および冷却することにより、前記ベベル部において前記半導体基板の表面上に堆積している膜を剥離させる。【選択図】図１
2009224447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸の回りで半導体基板を回転させる工程と、
前記回転軸に対して第１の角位置に形成された冷却機構により、回転している前記半導体基板の外周部を冷却する工程と、
前記回転軸に対して前記第１の角位置とは異なる第２の角位置に形成された加熱機構により、回転している前記半導体基板の前記外周部を加熱する工程と、
を含むことを特徴とする基板洗浄方法。
【請求項２】
前記冷却工程では、前記冷却機構が前記半導体基板の前記外周部にドライアイスを付勢することを特徴とする請求項１記載の基板洗浄方法。
【請求項３】
さらに前記冷却工程と前記加熱工程の間、回転している前記半導体基板の表面に乾燥気体を吹きつける工程を含むことを特徴とする請求項１または２記載の基板洗浄方法。
【請求項４】
前記冷却機構と前記加熱機構とは、前記半導体基板を挟んで対向する位置に設けられることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の基板洗浄方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の基板洗浄方法を使った基板洗浄工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
回転軸の回りで半導体基板を回転させる回転機構と、
前記回転軸に対して第１の角位置に形成され、前記半導体基板の外周部に、ドライアイスを付勢する冷却機構と、
前記回転軸に対して前記第１の角位置とは異なる第２の角位置に形成され、前記半導体基板の前記外周部を加熱する加熱機構と、
を備え、
回転している前記半導体基板の前記外周部を前記冷却機構および前記加熱機構により交互に冷却および加熱することを特徴とする基板洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に半導体装置の製造に係り、特に半導体ウェハ外周部の洗浄技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、半導体ウェハ上に様々な膜が形成される。これらの膜には、例えばレジスト膜などの有機膜や、ＳｉＣ膜やＳｉＯＣＨ膜などの低誘電率絶縁膜が含まれる。有機膜は一般に塗布法により形成され、一方低誘電率絶縁膜は塗布法あるいはＭＯＣＶＤ法により形成される。
【特許文献１】特開平６−５３１９９号公報
【特許文献２】特開２００４−１１９７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
これらのいずれの成膜方法においても、膜の形成はウェハの主面だけでなく、端側面（ベベル部）にも生じるが、このようにウェハベベル部に形成された膜は、基板のハンドリングの際の接触や衝撃により容易に剥離して主要なパーティクル源となるため、除去するのが望ましい。
【０００４】
このようなウェハベベル部に形成された膜を除去する洗浄するに当たり、ウェハベベル部を専用のブラシや研磨テープで直接に研磨する技術が提案されている。しかしこの技術では、処理中にウェハ表面が純水で覆われるため、水分を使用できないウェハプロセス途中の工程に適用することができない。
【０００５】
またウェハベベル部を選択的にドライエッチングすることによりウェハベベル部から膜を除去する技術も提案されているが、この方法では、真空装置およびプラズマ発生装置が必要で、必要な装置構成が大がかりになり、また費用が増大する問題点を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一の側面によれば本発明は、回転軸の回りで半導体基板を回転させる工程と、前記回転軸に対して第１の角位置に形成された冷却機構により、回転している前記半導体基板の外周部を冷却する工程と、前記回転軸に対して前記第１の角位置とは異なる第２の角位置に形成された加熱機構により、回転している前記半導体基板の前記外周部を加熱する工程と、を含むことを特徴とする基板洗浄方法を提供する。
【０００７】
他の側面によれば本発明は、回転軸の回りで半導体基板を回転させる回転機構と、前記回転軸に対して第１の角位置に形成され、前記半導体基板の外周部に、ドライアイスを付勢する冷却機構と、前記回転軸に対して前記第１の角位置とは異なる第２の角位置に形成され、前記半導体基板の前記外周部を加熱する加熱機構と、を備え、回転している前記半導体基板の前記外周部を前記冷却機構および前記加熱機構により交互に冷却および加熱することを特徴とする基板洗浄装置を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、回転する半導体基板の外周のベベル部を前記冷却機構と加熱機構により、交互に繰り返し加熱および冷却することにより、簡単な構成により、前記外周ベベル部に形成された膜を剥離・除去することが可能となる。その結果、その後のプロセスでのパーティクル発生が低減され、半導体装置の製造歩留まりが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の一実施形態による基板洗浄装置１０の構成を示す。
【００１０】
図１を参照するに、前記基板洗浄装置１０は排気口１１Eを形成された処理容器１１を備えており、前記処理容器１１中には、モータ１１Ｍにより回転軸Ｘの回りで回動するステージ１１Ｂが設けられ、前記ステージ１１Ｂ上には被処理基板Ｗが保持される。前記被処理基板Ｗとしては、例えば径が２００ｍｍあるいは３００ｍｍのシリコンウェハが挙げられる。
【００１１】
前記処理容器１１は、さらに矢印で示したように上下に可動で取り外しが可能な蓋部材１１Ａを備え、前記蓋部材１１Ａは前記処理容器１１に装着された場合、前記処理容器１１と共に、処理空間１１Ｓを画成する。
【００１２】
前記蓋部材１１Ａには、前記回転軸Ｘに略一致して窒素ガスや乾燥空気、Ａｒガスなどの乾燥気体のジェットを吹き付けるノズル１１Ｎが設けられており、前記ノズル１１Ｎから出た乾燥気体は前記被処理基板Ｗの表面を径方向に流れ、排気口１１Ｅより排出される。
【００１３】
図１の基板洗浄装置１０では、さらに前記被処理基板Ｗの外周のベベル部（図２の部分「Ａ」）に、ホルダ１１Ｆにより保持されたドライアイスブロック１１Ｃが当接し、前記ベベル部を冷却する。すなわち前記ドライアイスブロック１１Ｃとホルダ１１Ｆは、前記ベベル部の冷却機構１１Ｇを構成する。また前記基板洗浄装置１０では、前記ドライアイスブロック１１Ｃが当接する位置の前記回転軸Ｘに対して反対側の位置に、例えば抵抗ヒータよりなる加熱機構１１Ｈが配設されている。前記冷却機構１１Ｇは、別のモータ１１Ｄにより、図１中矢印で示したように前記被処理基板Ｗに近接・離間する方向に駆動され、これにより、前記ドライアイスブロック１１Ｃは前記被処理基板Ｗのベベル部に付勢されている。
【００１４】
図２は、前記図１の基板洗浄装置１０における前記被処理基板Ｗの周辺部を示す平面図である。
【００１５】
図２を参照するに、前記ドライアイスブロック１１Ｃは前記被処理基板Ｗの外周に沿って、例えば５０〜１００ｍｍの長さＬに渡って延在し、前記ドライアイスブロック１１Ｃの前記回転軸Ｘに対して反対側、すなわち前記ドライアイスブロック１１Ｃから１８０°の角距離だけ離間した位置に、前記加熱機構１１Ｈが設けられているのがわかる。
【００１６】
そこで、このような構成において前記被処理基板Ｗを前記回転軸Ｘの回りで回転させると、前記被処理基板Ｗの外周ベベル部における点Ａの温度は、図３に示すように、時間と共に上昇・下降を交互に繰り返す。
【００１７】
図４は、前記点Ａにおける冷却および加熱による膜１２の剥離プロセスを拡大して示す図である。
【００１８】
図４を参照するに、前記被処理基板Ｗには（Ｉ）の状態においてレジスト膜などの有機膜、あるいはＳｉＣ膜やＳｉＯＣＨ膜などの低誘電率絶縁膜よりなる膜１２が、被処理基板Ｗの主要部のみならず、外周に沿ったベベル部Ｗｂの一部にも形成されているが、これをドライアイスブロック１１Ｃに当接させて冷却すると、（ＩＩ）の状態に示すように、前記ベベル部Ｗｂにおいて前記膜１２の一部が収縮すると同時に脆くなり、クラック１２ｃが発生する。なお前記被処理基板Ｗがシリコンウェハである場合、ウェハＷの厚さｔは典型的には７５０μｍであり、ベベル部Ｗｂは前記ウェハＷの外周に、例えば０．３ｍｍの幅ｒで形成されている。
【００１９】
図４の状態（ＩＩ）では、このようなクラック１２ｃに前記ドライアイスブロック１１Ｃからドライアイスの粒子が侵入するが、侵入したドライアイス粒子は前記加熱機構１１Ｈにより加熱させることにより気化・膨張し、前記膜１２がウェハＷから剥離する。剥離した膜１２は、前記ノズル１１Ｎからの乾燥気体のジェットにより、前記ウェハＷの表面から排気口１１Ｅへと速やかに排除され、前記基板洗浄装置１０により所望の基板洗浄がなされる。
【００２０】
このように、本実施形態では、冷却と加熱を交互に繰り返し行うことにより、前記ベベル部Ｗｂにおける膜１２の剥離を効率的に行うことができる。
【００２１】
図５は、前記ベベル部Ｗｂへのドライアイスブロック１１Ｃの当接の様子を示す図である。
【００２２】
図５を参照するに、前記ドライアイスブロック１１Ｃは、図示を省略しているホルダ１１Ｆに、前記ウェハＷの面Ｐに対する角度θが＋１８０°から−１８０°まで変更可能に保持されており、前記モータ１１Ｄを駆動することにより、選ばれた角度θで前記ベベル部Ｗｂに付勢される。図示の例では、前記膜１２はベベル部Ｗｂの上半分にのみ形成されているため、前記角度θは約４５°に設定されている。一方、仮に前記膜１２が前記ベベル部Ｗｂの上下面に形成されている場合には、前記角度θを９０°に設定することにより、前記ベベル部Ｗｂの上下面において同時に所望の基板洗浄を行うことができる。また仮に前記膜１２がベベル部Ｗｂの下半分に主に形成されている場合には、前記角度θを例えば１３５°に設定することにより、前記下半分において優先的に基板洗浄を行うことができる。
【００２３】
このようにドライアイスブロック１１Ｃをベベル部Ｗｂに当接させる場合には、当初のドライアイスブロック１１Ｃが図６に示すように、ベベル部Ｗｂの形状に整合した凹部１１ｃを有する形状に変化するため、図１の基板洗浄装置１０は、様々な形状のベベル部Ｗｂを有する被処理基板Ｗに対して適用が可能である。
【００２４】
図１の基板洗浄装置１０において、前記被処理基板Ｗの回転速度、すなわちモータ１１Ｍの回転速度が大きすぎると、図３に示す温度変化が小さくなり、望ましい膜の熱膨張による剥離効果が低減する。一方、前記モータ１１Ｍの回転速度が小さすぎると基板処理のスループットが低減する。このようなことから、前記基板洗浄装置１０における前記モータ１１Ｍの回転速度、従って被処理基板Ｗの回転速度は、３００ｍｍ径のシリコンウェハの場合、２００ｒｐｍ以上、１０００ｒｐｍ以下に設定するのが好ましい。
【００２５】
また前記ヒータ１１Ｈは、前記被処理基板Ｗの回転速度に応じて駆動され、より具体的には、前記図３の温度変化パターンにおいて、前記ベベル部Ｗｂの最高温度が４００℃を超えないように駆動される。このため、前記図１の基板洗浄装置１０には、前記モータ１１Ｍの回転速度を検出して前記ヒータ１１Ｈの駆動電流を制御するコントローラ１５が設けられている。例えば前記コントローラ１５は、前記モータ１１Ｍの回転速度と、これに対応した最適なヒータ１１Ｈの駆動電流値の対応関係をルックアップ表の形で保持しており、前記モータ１１Ｍの回転速度を検出し、対応する最適な駆動電流で前記ヒータ１１Ｈを制御する。
【００２６】
図７は、図１の基板洗浄装置１０の一変形例による基板洗浄装置１０Ｂの構成を示す。
【００２７】
図７を参照するに、前記基板洗浄装置１０Ｂでは、第１の角位置にドライアイスブロックを含む前記冷却機構１１Ｇと同様な構成の第１の冷却機構１１Ｇ１が形成され、第２の角位置にヒータを含む前記加熱機構１１Ｈと同様な構成の加熱機構１１Ｈ１が形成される。さらに前記第１の角位置と前記第２の角位置の間の第３の角位置に、前記冷却機構１１Ｈと同様な構成の第２の冷却機構１１Ｇ２が設けられ、前記第１の角位置と前記第３の角位置の間の第４の角位置には、前記加熱機構１１Ｈと同様な構成の第２の加熱機構１１Ｈ２が設けられ、前記第２の角位置に対して前記第３の角位置の反対側の第５の角位置に、第前記冷却機構１１Ｇと同様な構成の第３の冷却機構１１Ｇ３が設けられ、前記第５の角位置に対して前記第２の角位置の反対側の第６の角位置に、前記加熱機構１１Ｈと同様な構成の第３の加熱機構１１Ｈ３が設けられ、前記第６の角位置に対して前記第５の角位置の反対側の第７の角位置に、前記冷却機構１１Ｇと同様な構成の第４の冷却機構１１Ｇ４が設けられ、前記第７の角位置と前記第１の角位置の間の第８の角位置に、前記加熱機構１１Ｈと同様な第４の加熱機構が設けられている。
【００２８】
このような構成の基板洗浄装置１０Ｂでは、被処理基板Ｗの周囲に設けられている加熱機構および冷却機構の数が図１の構成の四倍であるため、同じ速度で被処理基板Ｗを回転させた場合には、図８に示すように前記ベベル部Ｗｂに対応する点Ａの温度変化が、前記図３の場合の１／４の短い周期で生じることになる。
【００２９】
このような短い周期で加熱冷却が繰り返された場合、実際には前記ベベル部Ｗｂの温度変化は平均化されてしまい、十分な温度差が確保できなくなる恐れがあるため、図７の構成では、前記被処理基板Ｗの回転速度を、図１の基板洗浄装置１０の場合の１／４以下に設定する必要がある。
【００３０】
図９は、前記図１あるいは図７の基板洗浄装置１０または１０Ｂを使った半導体装置の製造工程の一部を示す。
【００３１】
図９を参照するに、前工程においてトランジスタやキャパシタなどの素子が形成されたシリコンウェハなどの半導体基板には、ステップ１においてレジスト膜あるいはｌｏｗ−Ｋ膜が成膜されるが、このようにレジスト膜あるいはｌｏｗ−Ｋ膜を成膜された半導体基板は次いでステップ２において前記図１の基板洗浄装置１０あるいは図７の基板洗浄装置１０Ｂの処理容器１１に被処理基板Ｗとして導入され、ベベル部の洗浄が行われる。
【００３２】
このように、図１あるいは図７の基板洗浄装置を使ったウェハベベル部の洗浄工程を、半導体装置の成膜工程、特にレジスト膜の塗布工程や、ｌｏｗ−Ｋ膜の成膜工程の後に行うことにより、かかるベベル部から脱離したパーティクルによる半導体装置製造歩留まりの低下の問題が、効果的に抑制される。
【００３３】
以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
(付記１)
回転軸の回りで半導体基板を回転させる工程と、
前記回転軸に対して第１の角位置に形成された冷却機構により、回転している前記半導体基板の外周部を冷却する工程と、
前記回転軸に対して前記第１の角位置とは異なる第２の角位置に形成された加熱機構により、回転している前記半導体基板の前記外周部を加熱する工程と、
を含むことを特徴とする基板洗浄方法。
(付記２)
前記冷却工程では、前記冷却機構が前記半導体基板の前記外周部にドライアイスを付勢することを特徴とする付記１記載の基板洗浄方法。
（付記３）
さらに前記冷却工程と前記加熱工程の間、回転している前記半導体基板の表面に乾燥気体を吹きつける工程を含むことを特徴とする付記１または２記載の基板洗浄方法。
（付記４）
前記冷却機構と前記加熱機構とは、前記半導体基板を挟んで対向する位置に設けられることを特徴とする付記１〜３のうち、いずれか一項記載の基板洗浄方法。
（付記５）
付記１〜４のいずれか一項記載の基板洗浄方法を使った基板洗浄工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
（付記６）
回転軸の回りで半導体基板を回転させる回転機構と、
前記回転軸に対して第１の角位置に形成され、前記半導体基板の外周部に、ドライアイスを付勢する冷却機構と、
前記回転軸に対して前記第１の角位置とは異なる第２の角位置に形成され、前記半導体基板の前記外周部を加熱する加熱機構と、
を備え、
回転している前記半導体基板の前記外周部を前記冷却機構および前記加熱機構により交互に冷却および加熱することを特徴とする基板洗浄装置。
（付記７）
前記冷却機構は前記ドライアイスを、前記ドライアイスが前記半導体基板の面に対してなす角度を変更可能に保持することを特徴とする付記６記載の基板洗浄装置。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態による基板洗浄装置の構成を示す図である。
【図２】図１の基板洗浄装置の概略を示す平面図である。
【図３】図１の基板洗浄装置によりベベル部に誘起される温度変化を示す図である。
【図４】図１の基板洗浄装置によるベベル部の洗浄の様子を説明する図である。
【図５】図１の基板洗浄装置におけるベベル部へのドライアイスブロックの当接の様子を示す図である。
【図６】ベベル部への当接により生じるドライアイスブロックの形状変化の例を示す図である。
【図７】図１の基板洗浄装置の一変形例を示す図である。
【図８】図７の基板洗浄装置によりベベル部に誘起される温度変化を示す図である。
【図９】ベベル部の基板洗浄工程を含む半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３５】
１０  基板洗浄装置
１１  処理容器
１１Ａ  蓋部材
１１Ｂ  ステージ
１１Ｃ  ドライアイスブロック
１１ｃ  凹部
１１Ｄ  駆動モータ
１１Ｅ  排気口
１１Ｆ  ドライアイスホルダ
１１Ｇ，１１Ｇ１〜１１Ｇ４  冷却機構
１１Ｈ，１１Ｈ１〜１１Ｈ４  加熱機構
１１Ｍ  モータ
１１Ｎ  乾燥気体ノズル
１１Ｓ  処理空間
１２  膜
１２ｃ  クラック
Ｗ  ウェハ
Ｗｂ  ベベル部
【図３】
2009224447.tif 000003
【図６】
2009224447.tif 000004
【図８】
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【図９】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
2009224447.tif 000009
【図５】
2009224447.tif 000010
【図７】
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