特許第6421081号(P6421081)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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特許6421081半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置、及び半導体シリコンウェーハの洗浄方法
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6421081
(24)【登録日】2018年10月19日
(45)【発行日】2018年11月7日
(54)【発明の名称】半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置、及び半導体シリコンウェーハの洗浄方法
(51)【国際特許分類】
   H01L 21/304 20060101AFI20181029BHJP
   H01L 21/027 20060101ALI20181029BHJP
【FI】
   H01L21/304 643A
   H01L21/304 648J
   H01L21/30 572B
【請求項の数】5
【全頁数】11
(21)【出願番号】特願2015-112420(P2015-112420)
(22)【出願日】2015年6月2日
(65)【公開番号】特開2016-225544(P2016-225544A)
(43)【公開日】2016年12月28日
【審査請求日】2017年6月19日
(73)【特許権者】
【識別番号】000190149
【氏名又は名称】信越半導体株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】390004581
【氏名又は名称】三益半導体工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100102532
【弁理士】
【氏名又は名称】好宮 幹夫
(72)【発明者】
【氏名】五十嵐 健作
(72)【発明者】
【氏名】阿部 達夫
(72)【発明者】
【氏名】新井 泉
(72)【発明者】
【氏名】室岡 秀幸
【審査官】 小池 英敏
(56)【参考文献】
【文献】 特開2000−150365(JP,A)
【文献】 特開2014−207320(JP,A)
【文献】 特開平08−089864(JP,A)
【文献】 米国特許出願公開第2013/0074878(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H01L 21/304
H01L 21/027
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体シリコンウェーハを支持して回転するテーブルと、
前記半導体シリコンウェーハの上面に薬液を供給する薬液供給部と、
前記半導体シリコンウェーハを取り囲むカップと
を備えた半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置であって、
前記カップの内側に、塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造が設けられ、
前記メッシュ構造の繊維幅が50μm以上、150μm以下であり、前記メッシュ構造のオープニング幅が200μm以上、400μm以下であり、前記メッシュ構造の開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が50%以上であることを特徴とする半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置。
【請求項2】
前記半導体シリコンウェーハの上面と同じ平面における前記メッシュ構造と、前記カップとの間の距離が、10mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置。
【請求項3】
前記メッシュ構造は、前記テーブルの上面に対して垂直になるように設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置。
【請求項4】
前記メッシュ構造は、前記カップの外周に向かって下方に傾斜するように設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置。
【請求項5】
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置を用いて、前記半導体シリコンウェーハを洗浄することを特徴とする半導体シリコンウェーハの洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置、及び半導体シリコンウェーハの洗浄方法に関する。
【背景技術】
【0002】
半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置として、図6に示すようなものが知られている。図6の洗浄処理装置20は、半導体シリコンウェーハWを支持して回転するテーブル22と、半導体シリコンウェーハWの上面に薬液26を供給する薬液供給部23と、半導体シリコンウェーハWを取り囲むカップ24を有している。半導体シリコンウェーハWの中央部に滴下された薬液26は、遠心力によって半導体シリコンウェーハWの周辺部に移動し、半導体シリコンウェーハWの全面に供給される。
【0003】
しかしながら、図6の洗浄処理装置20において、半導体シリコンウェーハWの最外周まで到達した薬液26は、カップ24に向かってさらに飛散する。このとき、カップ24のみでは、半導体シリコンウェーハWから飛散した薬液26の勢いを抑制するものがなく、カップ24からの薬液26の跳ね返りが発生する。この薬液26の跳ね返りが、ウォータマークの発生や除去されたパーティクルの再付着の原因になる。
【0004】
この薬液26の跳ね返りを抑制するために、カップ24に親水性のスポンジ等の薬液吸収体を設けることや、カップ24の内側にメッシュ状の跳ね返り抑制体を設けること(例えば、特許文献1参照)が提案されている。さらに、特許文献2には、メッシュ状の跳ね返り抑制体として、金属製の金網を設けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2000−150365号公報
【特許文献2】特開平8−089864号公報
【特許文献3】特開2014−207320号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、親水性のスポンジ等の薬液吸収体や金属メッシュでは、薬液として用いられるオゾン水やフッ酸に弱く、材質自体が劣化し、発塵源となり、ウェーハを汚染するといった問題があり、適切な材料を選択する必要がある。
また、スポンジではウェーハから飛散した薬液の吸収量に限界があり、飽和してしまうと機能しなくなるという問題がある。
【0007】
一方、特許文献3には、カップの内側にメッシュ部材を設けることが開示されており、このメッシュ部材の材質をテフロン(登録商標)とすることも開示されている。
【0008】
しかしながら、ウェーハから飛散した薬液の跳ね返りを抑制するという点で、改善の余地があった。
特に、直径450mmウェーハを用いた枚葉洗浄では使用する薬液量も多く、遠心力によりウェーハから脱離した薬液の流速も速いため、メッシュ部材やカップに当たった薬液のウェーハへの跳ね返りを抑制することは非常に困難になってきている。
【0009】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置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】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体シリコンウェーハを支持して回転するテーブルと、前記半導体シリコンウェーハの上面に薬液を供給する薬液供給部と、前記半導体シリコンウェーハを取り囲むカップとを備えた半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置であって、前記カップの内側に、塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造が設けられ、前記メッシュ構造の繊維幅が50μm以上、150μm以下であり、前記メッシュ構造のオープニング幅が200μm以上、400μm以下であり、前記メッシュ構造の開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が50%以上であることを特徴とする半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置を提供する。
【0011】
このように、カップの内側に塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造を設けるとともに、このメッシュ構造の繊維幅、オープニング幅、開口率を上記の範囲とすることで、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる。
【0012】
このとき、前記半導体シリコンウェーハの上面と同じ平面における前記メッシュ構造と、前記カップとの間の距離が、10mm以上であることが好ましい。
メッシュ構造とカップとの間の距離を上記の範囲とすることで、メッシュ構造を通過した薬液がカップで跳ね返って再びメッシュ構造を通過して戻ってくることや、メッシュ構造を通過した薬液がカップで跳ね返ってメッシュ構造に付着し、メッシュ構造の機能が低下することを抑制することができる。
【0013】
本発明の半導体ウェーハの洗浄処理装置においては、前記メッシュ構造は、前記テーブルの上面に対して垂直になるように設けることができる。
メッシュ構造を上記のように設けることにより、装置内を流れる気流を制御して薬液の跳ね返りを効果的に抑制することができる。
【0014】
また、本発明の半導体ウェーハの洗浄処理装置においては、前記メッシュ構造は、前記カップの外周に向かって下方に傾斜するように設けることができる。
メッシュ構造を上記のように設けることによっても、装置内を流れる気流を制御して薬液の跳ね返りを効果的に抑制することができる。
【0015】
また、本発明は、上記の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置を用いて、前記半導体シリコンウェーハを洗浄することを特徴とする半導体シリコンウェーハの洗浄方法を提供する。
【0016】
このような半導体シリコンウェーハの洗浄方法であれば、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生が抑制された洗浄方法とすることができる。
【発明の効果】
【0017】
以上のように、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置であれば、ウェーハの洗浄時に薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる。また、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄方法であれば、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生が抑制された洗浄方法とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の一実施形態を示す図である。
図2図1のメッシュ構造を正面から見た拡大図である。
図3】本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の他の実施形態を示す図である。
図4】実施例1の洗浄処理装置を用いて洗浄した半導体シリコンウェーハのパーティクルマップを示した図である。
図5】実施例2の洗浄処理装置を用いて洗浄した半導体シリコンウェーハのパーティクルマップを示した図である。
図6】従来の半導体ウェーハの洗浄処理装置であり、比較例1の洗浄処理装置である洗浄処理装置を示す図である。
図7】比較例1の洗浄処理装置を用いて洗浄した半導体シリコンウェーハのパーティクルマップを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
上述したように、図6に示すような従来の洗浄処理装置において、カップからの薬液の跳ね返りが発生し、この薬液の跳ね返りが、ウォータマークの発生や除去されたパーティクルの再付着の原因になっている。また、カップの内側にメッシュ部材を設けたものにおいても、ウェーハから飛散した薬液の跳ね返りを抑制するという点で、改善の余地があった。特に、450mmウェーハを用いた枚葉洗浄では使用する薬液量も多く、遠心力によりウェーハから脱離した薬液の流速も速いため、メッシュ部材やカップに当たった薬液のウェーハへの跳ね返りを抑制することは非常に困難になってきている。
【0020】
そこで、本発明者らは、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置について鋭意検討した。その結果、カップの内側に塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造を設けるとともに、このメッシュ構造の繊維幅、オープニング幅、開口率を上記の範囲とすることで、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができることを見出し、本発明をなすに至った。
【0021】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0022】
まず、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の一実施形態について、図1、2を参照しながら説明する。ここで、図1は本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の一実施形態を示す図であり、図2図1のメッシュ構造15を正面から(すなわち、メッシュ構造のなす面と垂直な方向から)見た拡大図である。
【0023】
図1の洗浄処理装置10は、半導体シリコンウェーハWを支持して回転するテーブル12と、半導体シリコンウェーハWの上面に薬液16を供給する薬液供給部13と、半導体シリコンウェーハWを取り囲むカップ14を有し、カップ14の内側には、塩化ビニル又はフッ素系の樹脂からなるメッシュ構造15が設けられている。
メッシュ構造15の繊維幅17(図2参照)は50μm以上、150μm以下であり、メッシュ構造15のオープニング幅18(図2参照)は、200μm以上、400μm以下であり、メッシュ構造15の開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)は50%以上である。
【0024】
メッシュ構造15の繊維幅17、オープニング幅18、開口率を上記の範囲とすることで、飛散した薬液16がメッシュ構造15によって跳ね返らずに通過する確率を増加させ、かつ、メッシュ構造15を通過してカップ14に当たって跳ね返った薬液の飛沫(ミスト)が再度メッシュ構造15を通過して戻ってくる確率を低減させることができるので、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生を抑制することができる。
【0025】
図1の洗浄処理装置10において、半導体シリコンウェーハWの上面と同じ平面におけるメッシュ構造15と、カップ14との間の距離Dが、10mm以上であることが好ましい。
メッシュ構造15とカップ14との間の距離Dを上記の範囲とすることで、メッシュ構造15を通過した薬液16がカップ14で跳ね返って再びメッシュ構造15を通過して戻ってくることや、メッシュ構造15を通過した薬液16がカップ14で跳ね返ってメッシュ構造15に付着し、メッシュ構造15の薬液を通過させるという機能が低下することを抑制することができる。
【0026】
図1の洗浄処理装置10において、メッシュ構造15は、テーブル12の上面に対して垂直になるように設けられている。
メッシュ構造15を上記のように設けることにより、装置内を流れる気流を制御して薬液の跳ね返りを効果的に抑制することができる。
【0027】
次に、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の他の実施形態について、図3を参照しながら説明する。ここで、図3は本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄処理装置の他の実施形態を示す図である。
【0028】
図3の洗浄処理装置11は、メッシュ構造15’が、カップ14の外周に向かって下方に傾斜するように設けられている点を除いて、図1の洗浄処理装置10と同様である。
メッシュ構造15’を上記のように設けることによっても、装置内を流れる気流を制御して薬液16の跳ね返りを効果的に抑制することができる。
【0029】
次に、本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄方法について説明する。
【0030】
本発明の半導体シリコンウェーハの洗浄方法は、上記で説明した図1の洗浄処理装置10又は図3の洗浄処理装置11を用いて、半導体シリコンウェーハWを洗浄するものである。
このような洗浄方法であれば、薬液の跳ね返りに起因するウェーハ上へのパーティクルの付着やウォータマークの発生が抑制された洗浄方法とすることができる。
【実施例】
【0031】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0032】
(実施例1)
図1の洗浄処理装置10を用いて、直径が450mmの半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。
ただし、洗浄は以下の条件を用いて行った。
洗浄フロー :オゾン水 → フッ酸 →オゾン水 → 乾燥
オゾン水濃度 :20ppm
フッ酸濃度 :0.5重量%
薬液処理時回転速度:500rpm
乾燥時回転速度 :1000rpm
【0033】
また、メッシュ構造15は、繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が以下のものを用いた。
繊維幅 :110μm
オープニング幅 :313μm
開口率 :55%
さらに、メッシュ構造15とカップ14との距離Dは30mmとした。
【0034】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、KLA−Tencor社製 Surfscan SP3を用いて、パーティクルマップを測定した。その結果を図4に示す。なお、上記の測定装置において、検出されたパーティクルの数は欠陥数として出力される。図4からわかるように、洗浄後の半導体シリコンウェーハにおいて、ウォータマーク、パーティクル密集は見られず、パーティクル数も低減されている。ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0035】
(実施例2)
図3の洗浄処理装置11を用いて、直径が450mmの半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。
洗浄は実施例1と同じ条件とし、メッシュ構造15’の繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)は、実施例1と同じとした。
また、メッシュ構造15’とカップ14との距離Dは30mmとした。
【0036】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。その結果を図5に示す。図5からわかるように、洗浄後の半導体シリコンウェーハにおいて、ウォータマーク、パーティクル密集は見られず、パーティクル数も実施例1と比べてさらに低減されている。ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0037】
(実施例3)
実施例2と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造15’は、繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が以下のものを用いた。
繊維幅 :50μm
オープニング幅 :204μm
開口率 :65%
【0038】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0039】
(実施例4)
実施例2と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造15’は、繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が以下のものを用いた。
繊維幅 :80μm
オープニング幅 :238μm
開口率 :56%
【0040】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0041】
(実施例5)
実施例2と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造15’は、繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が以下のものを用いた。
繊維幅 :150μm
オープニング幅 :358μm
開口率 :50%
【0042】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0043】
(比較例1)
図6の洗浄処理装置20を用いて、直径が450mmの半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。
洗浄は実施例1と同じ条件とした。
【0044】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。その結果を図7に示す。図7からわかるように、ウェーハ外周部に、薬液の跳ね返りであるライン状のウォータマークや、薬液の飛沫(ミスト)によるパーティクル密集が発生しており、パーティクル数も実施例1、2と比較して多くなっている。ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0045】
(比較例2)
実施例2と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造15’は、繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が以下のものを用いた。
繊維幅 :80μm
オープニング幅 :89μm
開口率 :28%
【0046】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0047】
(比較例3)
実施例2と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造15’は、繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が以下のものを用いた。
繊維幅 :80μm
オープニング幅 :115μm
開口率 :35%
【0048】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0049】
(比較例4)
実施例2と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造15’は、繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が以下のものを用いた。
繊維幅 :110μm
オープニング幅 :144μm
開口率 :32%
【0050】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0051】
(比較例5)
実施例2と同様にして、半導体シリコンウェーハの洗浄を行った。ただし、メッシュ構造15’は、繊維幅、オープニング幅、開口率({(オープニング幅)/(オープニング幅+繊維幅)}×100)が以下のものを用いた。
繊維幅 :250μm
オープニング幅 :766μm
開口率 :57%
【0052】
洗浄後の半導体シリコンウェーハについて、実施例1と同様にしてパーティクルマップを測定した。パーティクルマップから得られる、ウォータマーク、パーティクル密集の有無、欠陥数(パーティクル数)を表1に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
表1からわかるように、メッシュ構造を設け、メッシュ構造の繊維幅を50μm以上、150μm以下とし、メッシュ構造のオープニング幅が200μm以上、400μm以下とし、メッシュ構造の開口率を50%以上とした実施例1−5においては、ウォータマーク、パーティクル密集は見られず、メッシュ構造を設けない比較例1、メッシュ構造のオープニング幅、開口率が上記の範囲にない比較例2−4、メッシュ構造の繊維幅、オープニング幅が上記の範囲にない比較例5と比べて、欠陥数(パーティクル数)が低減されている。
一方、メッシュ構造を設けない比較例1、メッシュ構造のオープニング幅、開口率が上記の範囲にない比較例2−4は、ウォータマーク、パーティクル密集が発生し、メッシュ構造の繊維幅、オープニング幅が上記の範囲にない比較例5は、ウォータマーク、パーティクル密集は見られなかったものの、実施例1−5と比べて欠陥数(パーティクル数)が増加している。
【0055】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【0056】
10、11…洗浄処理装置、 12…テーブル、 13…薬液供給部、
14…カップ、 15、15’…メッシュ構造、 16…薬液、 17…繊維幅、
18…オープニング幅、
20…洗浄処理装置、 22…テーブル、 23…薬液供給部、 24…カップ、
26…薬液、 W…半導体シリコンウェーハ、 D…距離。

図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7