JP2000294527A

JP2000294527A - ウエハの処理方法及びその処理装置

Info

Publication number: JP2000294527A
Application number: JP11095187A
Authority: JP
Inventors: Kaori Watanabe; かおり渡邉
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-20
Also published as: GB2349742A; GB2349742B; GB0007920D0

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、素子形成後のウエハの洗浄方法に
関し、成膜物質が付着したウエハの裏面全面及び表面の
端部領域を、同時にかつ精度よく洗浄処理、除去処理す
る処理方法及び処理装置を提供することを目的とする。【解決手段】ウエハ3の素子形成面にガスを吹き付け
た状態で、薬液6に浸漬し、薬液6の前記ウエハ3の端部
からの回り込み面積を制御しながら洗浄、除去処理を行
うウエハの処理方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハの処理方法
及び処理装置に関し、特に回路形成後にウエハの裏面及
び表面の端部領域に付着した成膜物質等を、洗浄処理ま
たは除去処理する方法及びその処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴い、要求
される信頼性はますます厳しいものになってきている。
その一方で、基板上に素子を形成する工程で、数多くの
成膜工程を経るため、各成膜工程に用いる材料のクロス
コンタミネーションの危険性が高まっている。したがっ
て、各成膜工程の前後で、素子形成領域以外の成膜不要
の領域に付着した成膜物質を正確にしかも完全に取り除
く処理技術の確立が強く望まれている。

【０００３】例えば、素子表面に強誘電体膜を成膜する
場合や、素子にアルミ配線等の金属回路を形成する場合
に、スパッタリングやＣＶＤ法を用いて成膜するが、成
膜材料雰囲気中にウエハが置かれるため、ウエハの裏面
（素子が形成されない方の面）や、表面の素子が形成さ
れていない端部領域に成膜物が付着する。

【０００４】また、素子側に銅回路を形成する場合に、
銅がシリコンに拡散しやすいことから、あらかじめ裏面
に保護膜としてシリコン酸化膜を形成し、銅成膜工程を
経た後、銅が混入したシリコン酸化膜を改めて除去する
場合もある。

【０００５】これらのウエハの裏面や端部領域に付着し
た成膜物質は、キャリアに収納し搬送する場合に、キャ
リアとの摩擦により剥がれ落ちて汚染源となったり、ま
た、端部を挟持して移動する場合や、基板の裏面を支持
する場合も剥がれ落ちて汚染源になる場合がある。

【０００６】これまで、洗浄方法や洗浄装置としては特
開平１０−２２３５９３号公報、特開平５−３４７２８
９号公報に開示されているように、表面または表裏の両
面をムラなく処理する方向で技術開発が進められてき
た。しかしながら、素子形成領域には、薬液がかからな
いように、端部領域や裏面のみを精度よく処理する技術
については、これまで開示がなかった。

【０００７】本発明者は、これまでは、スピン洗浄とい
う方法を採用してきた。この洗浄装置を図6を用いて説
明する。半導体素子が形成されたウエハ61は、表面側
（素子側）を下にして、ウエハ支持台62の上に保持さ
れ、ウエハ保持ピン63で固定される。このウエハ支持台
62は、回転駆動部（回転駆動機構）64により、回転軸65
を中心に回転する機構を有し、同時に回転軸65はウエハ
の表面側に窒素ガスを供給できるＮ₂ガス供給口67とな
っている。さらに、ウエハ裏面上方に薬液／純水供給口
66を有し、成膜物質を除去する薬液と、その後薬液を除
去するための純水を流すことができる。また、処理後の
処理液を排出できる排出口68を有する。

【０００８】処理のプロセスとしては、ウエハ61を回転
駆動部（回転駆動機構）64により、回転させながら、成
膜物質除去に最適な薬液を薬液／純水供給口66から供給
し、次いで純水を供給し、洗浄を行い、さらに液の供給
を止めた状態で回転することによりウエハの乾燥も行
う。この際に、ウエハ裏面及びウエハ表面側の端部領域
を同時に洗浄するために、Ｎ₂ガス供給口66から窒素ガ
スを吹き付けながらウエハ61を、ウエハ支持台62から僅
かに浮かし、かつ200rpmの低回転で回転させることによ
り、薬液を若干回り込ませることを行ってきた。

【０００９】しかしながら、この方法は、薬液の回り込
みを薬液にかかる遠心力の微妙なバランスによってコン
トロールしているために、処理可能な領域は、裏面全面
と端部領域のごく一部（概ね半径方向に2mm内側までの
領域）に限定されていた。

【００１０】ところが、例えばキャリアのウエハを保持
する溝の深さが通常8〜10mmであり、半径方向2mm内側の
領域までは、特に溝のエッジ部が接触する危険性があ
る。したがって、キャリアによる収納、搬送時に汚染源
になる可能性が皆無とは言い切れないのである。

【００１１】さらに、ウエハを浮かせるために導入する
窒素ガスは、素子形成領域への薬液回り込みの防止と素
子表面にきずが付くことを防止する役割があり、例えば
6インチウエハの処理には180L/min、8インチウエハでは
300L/minという大量の流量を要した。

【００１２】また、薬液等についても、処理と同時に遠
心力により飛ばされているために、1〜2L/minの大量な
供給量を必要し、そのために数回の再利用（循環リサイ
クル）を行った後に液交換を行っていた。したがって、
一度汚染されると、次に処理するウエハをも汚染してし
まうおそれもあった。

【００１３】さらには、薬液を供給するための配管をあ
まり太くできないため、発泡性の薬液（例えば、Ｈ₂Ｏ₂
等）を使用できないなど、使用できる薬液種にも制限が
あった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ウエ
ハ表面側の薬液接触面積を精度良くコントロールし、端
部領域における処理面積を広げるとともに、ウエハ裏面
の処理を同時に行うことで汚染の生じない処理方法及び
処理装置を提供することにある。さらには、従来の処理
方法で、大量に必要であった薬液量を低減し、薬液コス
トの低減、循環リサイクルによるクロスコンタミネーシ
ョンの低減を図った処理方法及び処理装置を提供するこ
とにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウエハの素子
形成面にガスを吹き付けた状態で、前記素子形成面を上
にして処理液中に浸漬することにより、前記処理液の前
記素子形成面における前記ウエハの端部からの回り込み
面積を制御しながら処理を行うウエハの処理方法に関す
る。

【００１６】前記ガスの吹き付け方向が、前記ウエハの
中心から端部に向かう半径方向の方向成分を有する。こ
のことによって、素子形成領域に処理液が侵入すること
を防ぐ。

【００１７】また、ガスは窒素ガスまたはドライエアで
あることが好ましい。

【００１８】さらに本発明は、ウエハを素子形成面を上
にして保持しながら、ウエハ表面にガスを吹き付けた状
態で、処理液中に浸漬して処理を行う処理装置であっ
て、前記処理液をためる処理槽と、前記ウエハを保持す
るとともに前記ウエハ表面にガスを吹き付けるガス噴出
口を有する１つまたは複数のウエハ保持部と、前記ウエ
ハをウエハ保持部に固定するためのウエハ保持具と、前
記ガスを供給するためのガス供給装置と、前記処理液を
供給するための処理液供給タンクと、を有する処理装置
に関する。

【００１９】この処理装置において、前記ウエハ保持部
が、処理液面に対して昇降自在であり、高さ制御が可能
であることが好ましい。また、前記ガス供給装置は、流
量制御が可能であることが好ましい。

【００２０】また、この処理装置において、前記処理槽
の底部に超音波を発生させる超音波発生源を有すること
が好ましい。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の詳細
を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の処理装置
の一実施形態についての模式図である。

【００２２】同図に示すように、ウエハ処理部1の処理
槽2の中に薬液／純水6（処理液）がためられ、その処理
液の中に、ウエハ3が浸漬され処理されるようになって
いる。この薬液／純水6の液量は、半導体素子側の面が
処理槽の底に触れない程度、例えば、100mL程度ためら
れいる。また、処理槽2の底部には、超音波発生装置7が
配設されている。さらに、処理液は、薬液供給タンク9
または純水供給タンク10から供給され、排液口13より排
液される。これらの制御は、バルブ15をバルブ制御部14
により制御することにより行われる。

【００２３】なお、排液は、クロスコンタミネーション
防止のため、使い捨てにするか、もしくは、排液処理装
置に回収して、フィルタ処理するなどして汚染物質を除
去した後、再使用するは可能である。

【００２４】また、加熱ヒータ（不図示）が設けられて
おり、必要に応じて処理液の加熱が可能である。

【００２５】ウエハ3は、素子形成面（以下単に表面
（おもてめん））を上にしてウエハ保持部5に、ウエハ
保持具であるピン4により固定される。図４は、ウエハ
を保持した様子を示した平面図である。この図では、6
本のウエハ保持具（ピン）4を用いて、ウエハ3をチャッ
キングしている。また、処理中にＢ位置の保持具でウエ
ハをチャッキングしたまま、Ａ位置の保持具をＡ’位置
に可動であることを示す。また、さらにＡ’位置の保持
具はチャッキングしたまま、Ｂ位置の保持具を動かすこ
とができる。このようにチャッキング位置を変更するこ
とができるようにしたのは、チャッキング位置における
処理残りを防ぐためである。

【００２６】ウエハ保持具については、特に限定を設け
ないが、棒状のもので、ウエハを横から支持するもので
あって、Ｌ状のもので、横及び下から支持するものであ
ってよく、いずれの場合も、数100〜数1000rpmの回転で
ウエハがはずれなければよい。

【００２７】このウエハ保持部5は、ガスを表面に吹き
付けるガス噴出口16を有し、図１では、窒素ガス供給装
置8より、流量を制御した窒素ガスを送り込み、表面に
吹き付ける機構となっている。

【００２８】図２は、図１のウエハ保持部の拡大図であ
る。例えば図２(a)のように、ウエハ保持部5が三角錐状
の形状をしており、ガス噴出口16が、ウエハ3の周辺に
設けられ、窒素ガス流17が、その三角錐の内壁をつた
い、ウエハ3の端面領域に向けて吹き付けられるような
構造となっている。

【００２９】また別の形態として、図２(b)のように、
ウエハ保持部5が円盤状の形状をしており、ガス噴出口1
6がウエハ中心の上部に設けられ、窒素ガス流17が、ウ
エハ3のほぼ中央部から、端部方向に吹き抜けるような
構造であってもよい。

【００３０】さらに、この図２(b)の他の形態として、
図２(c)のように、ガス噴出口16をウエハのさらに上方
に配置し、テーパー状にすることにより、窒素ガス流17
の流れをスムーズにすることも可能である。

【００３１】図３は、ウエハ表面側から、ウエハ保持部
を見たときの、ガス噴出口の様子とガスの噴出方向を模
式的に示したものである。図３(a-1)、(a-2)は、図２
(a)に示したウエハ保持部に対応し、図３(b-1)、(b-2)
は、図２(b)のウエハ保持部に対応する。

【００３２】ガスの噴出方向は、図３(a-1)、(b-1)に示
すように、窒素ガス流17の矢印が示すように放射状であ
っても、図３(a-2)、(b-2)に示すようにウエハ円周方向
に向かった方向成分を有するスパイラル状であってもよ
い。この噴出方向については、例えば、ウエハ保持具の
内壁部（ガス流路）に放射状に溝を入れたり、らせん状
に溝をいれたりすることにより、容易に方向を制御でき
る。

【００３３】しかし、ガスを吹き付ける目的は、薬液の
素子形成領域の侵入を防ぐためのものであり、いずれの
場合も、ガスの噴出方向が、ウエハの中心から端部に向
かう半径方向の方向成分を持つことが必要である。

【００３４】このウエハ保持部5は、回転駆動部11と連
結されており、ウエハ保持部の軸（ウエハ保持部の柄の
部分）を中心としてウエハ円周方向に回転駆動が与えら
れる構造となっている。このような構造により、ウエハ
保持部5は、ウエハ3チャッキングしたまま低回転〜数10
00rpmの回転速度で回転できるようになっている。

【００３５】ついで図１を示しながら、さらに処理プロ
セスについて説明する。

【００３６】まず、処理槽2に処理液として薬液を導入
する。薬液は、付着した成膜物質を溶解、エッチングま
たは分解するためのものであり、処理対象物により適宜
選択される。

【００３７】次いでウエハ3を、ウエハ保持部5に固定
し、Ｎ₂ガス供給装置8により窒素ガスを供給しながら、
このウエハ保持部5を下げていく。ウエハ保持部5の高さ
は、洗浄槽の底から、0.1〜1.0mm程度の範囲で制御す
る。

【００３８】ウエハ裏面が、処理液に接液したらウエハ
表面側の素子形成領域に薬液が回り込まないように、窒
素ガスの流量をコントロールする。このときに供給する
窒素ガス供給量は、ウエハサイズにもよるが、概ね10.0
〜100.0L/minの範囲である。この際に、スピン処理のよ
うに、回転させないために、薬液の表面端部領域への回
り込み面積を、薬液のウエハ面における表面張力と窒素
ガスの圧力のバランスで比較的容易にコントロールする
ことが可能である。

【００３９】このウエハの表面端部領域への回り込み面
積は、窒素ガスの流量と、ウエハと薬液面の高さ関係に
より、精度よく制御される。

【００４０】表面端部領域とは、素子が形成されていな
い端部の領域をいい、このうち、特に洗浄を必要とする
領域は、保管、搬送、あるいは、製造工程において、他
の物質と接触する領域である。例えば、前述のキャリア
を用いて保管、搬送する場合は、端部から2mm程度の領
域が接触領域となり、石英ボードや、スパッタリング装
置（ウエハ保持リング）を用いる場合は、端部から10mm
程度の領域が接触領域となる。

【００４１】このように洗浄後の成膜工程や、またウエ
ハサイズ、素子形成領域の面積等により洗浄の必要な端
部領域に変動があり、必要に応じて洗浄する端部領域の
面積を適宜選択することができる。

【００４２】薬液の回り込みが所定の位置になったら、
このガス流量、高さを制御しながら、超音波発生装置7
により0.1〜2MHzの超音波を発生させる。超音波を発生
させることにより処理効率があがる。

【００４３】なお、この薬液処理については、同一薬液
種を用いて数回処理したり、また薬液種を変更して、数
種の成膜物質を処理除去することも可能である。

【００４４】一定時間経過後に、超音波を止めるととも
に、薬液を排液口13から排液し、さらに純水タンク10か
ら純水を導入し、再度上記薬液処理と同様に窒素ガスの
流量と保持部の高さ制御を行いながら純水処理を行う。
この時も処理時に超音波を発生させることにより処理効
率をあげることが好ましい。純水処理は、ウエハの裏面
及び表面端部領域に付着した薬液を純水置換するための
ものであり、ウエハ表面の素子形成領域に液が侵入しな
いように、ガス噴出をコントロールしながら処理するこ
とが好ましい。また、この純水処理については、数回繰
り返すこともできる。

【００４５】一定時間純水処理を行った後に超音波を止
めるとともに、純水を排液口13から排液し、さらにウエ
ハ保持部5を1000rpmで回転させて、ウエハを乾燥する。
この際に、素子表面にガス（例えば窒素ガスまたはドラ
イエア）を供給して乾燥効率を高めることもできる。

【００４６】なお、薬液は、処理対象である成膜物質に
よって薬液種を選択できる。以下の表１に成膜物質と薬
液種の例、及びその薬液による代表的な処理時間につい
て示す。

【００４７】

【表１】

【００４８】表１に代表例を示したが、本発明は浸漬処
理であるために、酸、アルカリ、有機系溶剤、過酸化物
（Ｈ₂Ｏ₂等）などいずれの処理液にも適用可能である。

【００４９】また、１つの処理槽で、１枚のウエハを処
理する場合は、薬液量は、10〜200mL程度で十分であ
り、従来の1〜2L/minと比較すると、薬液使用量が非常
に少なくて済む。

【００５０】また、本実施形態では、ウエハ表面に吹き
付けるガスとして、窒素ガスを用いたが、室温付近で、
半導体素子に影響のないガスであれば、特に限定されな
い。経済性を考慮すると、例えばドライエアも好適なガ
ス種として挙げることができる。

【００５１】本実施形態では、処理装置は、1つの処理
槽で、1枚のウエハを処理する形になっているが、図５
に示すように、1つの処理槽に複数のウエハ保持部を設
けて処理することも可能である。

【００５２】図５(a)は、処理装置の横方向からみたと
きの断面図であり、図5(b)は処理槽の上からみたときの
ウエハの配置を示したものである。

【００５３】この図に示すように、ウエハ処理部51の処
理槽52の中に薬液／純水56（処理液）がためられ、その
処理液の中に、5枚のウエハ53が浸漬され、処理をされ
るようになっている。図１とは、ウエハの処理枚数のみ
が異なる。処理槽52の底部には、超音波発生装置57が配
設され、その他ウエハ保持部55、回転駆動部511、窒素
ガス供給装置58、処理液の供給、排液の排出についても
図１と同様である。

【００５４】このように、１つの処理槽に、複数のウエ
ハ保持部を設けることにより、複数枚のウエハの処理を
一括して行うこともできる。

【００５５】なお、本発明の処理対象であるウエハは、
シリコンウエハ、化合物半導体ウエハ等のウエハ状のも
のであれば、その種類は限定されない。

【００５６】また、本発明の処理方法、処理装置は、ウ
エハの裏面及び端部領域の洗浄に対して主に用いること
ができるが、その部分のレジスト剥離や、エッチングに
対しても用いることができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第一に、ウエハ表面側端部領域における薬液接触面積を
精度良く制御することができ、したがって、本発明の処
理方法を用いて処理したウエハは、クロスコンタミネー
ションを発生させにくい。

【００５８】第二にウエハ表面の端部領域と裏面を同時
に処理することができるため、処理が非常に効率的であ
る。

【００５９】第三に、処理液（薬液及び純水）の使用量
が、従来法と比較して極端に少なくて済み、薬液コスト
を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の処理装置の一実施形態を示す。

【図２】本発明の一実施形態で用いるウエハ保持部の拡
大断面図である。

【図３】本発明の一実施形態で用いるウエハ保持部のウ
エハ表面側から見た平面図であり、特にガス噴出方向を
模式的に示したものである。

【図４】本発明の一実施形態で用いるウエハ保持具が、
ウエハを保持している様子を示す。

【図５】本発明の処理装置の一実施形態である複数枚数
のウエハの処理可能な処理装置を示す。

【図６】従来より用いてきたスピン処理装置の模式図を
示す。

【符号の説明】

1 ウエハ処理部 2 処理槽 3 ウエハ 4 ウエハ保持ピン（ウエハ保持具） 5 ウエハ保持部 6 薬液／純水 7 超音波発生装置 8 Ｎ₂ガス供給装置 9 薬液供給タンク 10 純水供給タンク 11 回転駆動部 12 排気口 13 排液口 14 バルブ制御部 15 バルブ 16 ガス噴出口 17 窒素ガス流 51 ウエハ処理部 52 処理槽 53 ウエハ 55 ウエハ保持部 56 薬液／純水 57 超音波発生装置 58 Ｎ₂ガス供給装置 511 回転駆動部 61 ウエハ 62 ウエハ支持台 63 ウエハ保持ピン 64 回転駆動部 65 回転軸 66 薬液／純水供給口 67 Ｎ₂ガス供給口 68 排液口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハの素子形成面にガスを吹き付けた
状態で、前記素子形成面を上にして処理液中に浸漬する
ことにより、前記処理液の前記素子形成面における前記
ウエハの端部からの回り込み面積を制御しながら処理を
行うウエハの処理方法。
【請求項２】前記ガスの吹き付け方向が、前記ウエハ
の中心から端部に向かう半径方向の方向成分を有するこ
とを特徴とする請求項１記載のウエハの処理方法。
【請求項３】前記ガスが、窒素ガスまたはドライエア
であることを特徴とする請求項１または２記載のウエハ
の処理方法。
【請求項４】前記ウエハの素子形成面の端部領域と、
素子が形成されていない裏面を同時に処理することを特
徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のウエハの処理
方法。
【請求項５】前記端部領域が、前記ウエハの端部から
半径方向に、前記素子の形成領域までの領域であること
を特徴とする請求項４記載のウエハの処理方法。
【請求項６】前記ウエハの処理時に、処理液中に超音
波を発生させることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載のウエハの処理方法。
【請求項７】ウエハを素子形成面を上にして保持しな
がら、ウエハ表面にガスを吹き付けた状態で、処理液中
に浸漬して処理を行う処理装置であって、前記処理液を
ためる処理槽と、前記ウエハを保持するとともに前記ウ
エハ表面にガスを吹き付けるガス噴出口を有する１つま
たは複数のウエハ保持部と、前記ウエハをウエハ保持部
に固定するためのウエハ保持具と、前記ガスを供給する
ためのガス供給装置と、前記処理液を供給するための処
理液供給タンクと、を有する処理装置。
【請求項８】前記ウエハ保持部が、処理液面に対して
昇降自在であり、高さ制御が可能であることを特徴とす
る請求項７記載の処理装置。
【請求項９】前記ガス供給装置が、流量制御が可能で
あることを特徴とする請求項７または８記載の処理装
置。
【請求項１０】前記ガス噴出口から噴出するガスの吹
き付け方向が、前記ウエハの中心から端部に向かう半径
方向の方向成分を有することを特徴とする請求項７〜９
のいずれかに記載の処理装置。
【請求項１１】前記ウエハ保持部を前記ウエハの円周
方向に回転するための回転駆動部を有することを特徴と
する請求項７〜１０のいずれかに記載の処理装置。
【請求項１２】前記処理槽の底部に、超音波を発生さ
せる超音波発生源を有する請求項７〜１１のいずれかに
記載の処理装置。
【請求項１３】前記超音波発生源が、0.1〜2MHzの超
音波を発生させることを特徴とする請求項７〜１２のい
ずれかに記載の処理装置。