特許 7578063 洗浄処理装置

(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】

(24)【登録日】2024-10-28

(45)【発行日】2024-11-06

(54)【発明の名称】洗浄処理装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20241029BHJP

   B08B 1/32 20240101ALI20241029BHJP

   B08B 3/04 20060101ALI20241029BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 644G

H01L21/304 644C

H01L21/304 644B

H01L21/304 647Z

B08B1/32

B08B3/04

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2021083033

(22)【出願日】2021-05-17

(65)【公開番号】P2022176545

(43)【公開日】2022-11-30

【審査請求日】2023-04-18

【前置審査】

(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

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 健作

【審査官】小池 英敏

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１２４２１１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００２－１７７８９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０７０９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１７５０６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ０８Ｂ １／３２

Ｂ０８Ｂ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエーハの被洗浄面に洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、前記被洗浄面に対して対向配置されて該被洗浄面をブラシ洗浄する自転可能な洗浄ブラシとを備えた洗浄処理装置であって、
前記洗浄ブラシは、自転可能なブラシヘッドと、該ブラシヘッドの前記ウエーハの被洗浄面と対向するブラシ配設面に配設された複数のブラシ体とを有しており、
前記複数のブラシ体は、
材質がフッ素樹脂であり、
各々の断面形状が半円形、Ｌ字型、三角形、およびハート型のうちのいずれかであり、
前記ブラシ配設面の中心に対して放射状または渦巻状に並んで配設されているものであることを特徴とする洗浄処理装置。

【請求項2】

前記複数のブラシ体は、材質がＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、およびＥＣＴＦＥのうちのいずれかのものであることを特徴とする請求項１に記載の洗浄処理装置。

【請求項3】

前記複数のブラシ体は、各々、中空糸の束または発泡体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の洗浄処理装置。

【請求項4】

前記洗浄液は、純水、ＳＣ１液、フッ酸、およびオゾン水のうちのいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の洗浄処理装置。

【請求項5】

前記ウエーハは、研磨されたシリコンウエーハであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の洗浄処理装置。

【請求項6】

前記複数のブラシ体は、各々、前記自転可能なブラシヘッドの回転方向を縦方向とした場合に、前記断面形状が横長になる向きで配設されているものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の洗浄処理装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエーハの被洗浄面に洗浄液を供給してブラシ洗浄を行う洗浄処理装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウエーハなどの製造工程中、ウエーハ表面に付着した異物を除去するために、洗浄ブラシを用いてブラシ洗浄が行われる（特許文献１）。例えば、研磨直後のウエーハをブラシ洗浄する場合、ウエーハをオゾン水で処理して酸化膜を形成後、洗浄処理装置を用いて純水またはＳＣ１液でブラシ洗浄を行うことが一般的である。

【0003】

図１１に示すように、この従来の洗浄処理装置１０１としては、ウエーハＷの被洗浄面に上記のような洗浄液を供給する洗浄液供給機構１０２と、ウエーハＷの被洗浄面に対して対向配置されて該被洗浄面をブラシ洗浄する洗浄ブラシ１０３とを備えたものが挙げられる。
洗浄ブラシ１０３はブラシヘッド１０５と、該ブラシヘッド１０５に固定配設されたブラシ体１０６を有している。ウエーハＷ上において、ブラシヘッド１０５は回転（自転）し、また左右任意の方向へ平行移動が可能である。

【0004】

ここで図１２、図１３に従来の洗浄ブラシにおけるブラシ体の例を示す。図１２のようにブラシヘッドに対してブラシ体が１つだけ配設されている場合もあれば、図１３のように複数配設されている場合もあるが、ブラシ体の形状は一般的に円柱状である。すなわち、ブラシ体の断面形状は円形である。
また、ブラシ体の材質は一般的にＰＶＡである。

【0005】

そして、ウエーハの被洗浄面をブラシ洗浄するとき、ウエーハを回転させるとともに、ウエーハ上に洗浄液を供給しながら、自転するブラシヘッドを動かして洗浄ブラシのブラシ体をウエーハへ接触させることで、ウエーハについている異物の除去を行う。洗浄ブラシのブラシ体がウエーハの被洗浄面の全体に接触してブラシ洗浄するように、ウエーハおよびブラシヘッドを動かしながら洗浄を行なう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開平１０－９２７８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述したような従来の洗浄処理装置を用い、洗浄能力を向上させるためにフッ酸（ＨＦ）やオゾン水を用いてブラシ洗浄を行おうとすると、ＨＦ処理後には酸化膜再形成のためにオゾン水処理が必要になる。洗浄ブラシのブラシ体としてＰＶＡ製のものを使用しているとオゾン水でブラシ体がダメージを受けてしまい、破損してしまう可能性があった。
またＰＶＡ製のブラシ体は洗浄能力（異物の除去能力）が低いという問題がある。

【0008】

また、従来の洗浄ブラシは、前述したようにブラシ体が１つでブラシヘッドへの配設のパターンがないものや、ブラシ体が複数ある場合でも円柱状のものであった（断面形状が円形）。この場合、ブラシ体によって除去された異物がスムーズにウエーハ上から除去されずにウエーハに再付着してしまう問題があった。
図１４は、洗浄ブラシの円柱状のブラシ体において、異物を除去できる範囲（除去効果範囲）と、除去した異物の再付着が発生してしまう範囲（再付着範囲）の位置を示す説明図である。洗浄効果（異物除去効果）を持つのは進行方向（ブラシヘッドの自転方向）に対して前側のエッジ付近のみであり、パターンのない場合や円柱状のブラシ体の場合では、ブラシ体の後側で洗浄液が不足することで異物のウエーハへの再付着が発生してしまう。

【0009】

またブラシ体の配設パターンが適切ではない場合、洗浄液の排液を効率的に行えず、ブラシ体周辺で洗浄液が滞留してしまい、このような点でも、除去された異物がウエーハに再付着してしまう問題がある。

【0010】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、洗浄効果が高く、一旦除去した異物の再付着の発生を抑制することができる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】

【0011】

上記目的を達成するために、本発明は、ウエーハの被洗浄面に洗浄液を供給する洗浄液供給機構と、前記被洗浄面に対して対向配置されて該被洗浄面をブラシ洗浄する自転可能な洗浄ブラシとを備えた洗浄処理装置であって、
前記洗浄ブラシは、自転可能なブラシヘッドと、該ブラシヘッドの前記ウエーハの被洗浄面と対向するブラシ配設面に配設された複数のブラシ体とを有しており、
前記複数のブラシ体は、
材質がフッ素樹脂であり、
各々の断面形状が半円形、Ｌ字型、長方形、三角形、およびハート型のうちのいずれかであり、
前記ブラシ配設面の中心に対して放射状または渦巻状に並んで配設されているものであることを特徴とする洗浄処理装置を提供する。

【0012】

このように洗浄処理装置において、洗浄ブラシのブラシ体の材質がフッ素樹脂であれば、洗浄液が特にはオゾン水の場合であってもブラシ体がダメージを受けて破損するのを抑制できるため、オゾン水の下でもブラシ洗浄が可能になり、例えばＨＦでのブラシ洗浄とオゾン水でのブラシ洗浄とを交互に行うことができ、洗浄能力を向上させることができる。
またブラシ体の断面形状が上記のような形状のものであれば、従来の断面形状が円形のブラシ体とは異なり、洗浄液の不足により再付着範囲が発生してしまうのを防ぎ、実質的に除去効果範囲のみを有するものとすることができる。そのため、一旦除去された異物の再付着を抑制することができる。
また、ブラシ体の配設パターンが上記の通りのため洗浄ブラシ下に取り込まれた洗浄液をスムーズに排液することができる。そのため、洗浄ブラシ下での洗浄液の滞留を防ぐことができ、該滞留を起因とした、除去された異物の再付着を抑制することができる。

【0013】

また、前記複数のブラシ体は、材質がＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、およびＥＣＴＦＥのうちのいずれかのものとすることができる。

【0014】

このような材質のものであれば、より確実に、ブラシ体を傷めずにオゾン水下におけるブラシ洗浄が可能である。

【0015】

また、前記複数のブラシ体は、各々、中空糸の束または発泡体とすることができる。

【0016】

このようなものであれば、異物の除去能力をより向上させることができる。

【0017】

また、前記洗浄液は、純水、ＳＣ１液、フッ酸、およびオゾン水のうちのいずれかとすることができる。

【0018】

このように従来と同様に純水やＳＣ１液を使用可能なものでもあるし、それに加えてフッ酸やオゾン水も使用可能なものであり、洗浄能力をより向上させることも可能である。

【0019】

また、前記ウエーハは、研磨されたシリコンウエーハとすることができる。

【0020】

このように本発明の洗浄処理装置は、研磨されたシリコンウエーハの洗浄処理に特に有効である。

【0021】

また、前記複数のブラシ体は、各々、前記自転可能なブラシヘッドの回転方向を縦方向とした場合に、前記断面形状が横長になる向きで配設されているものとすることができる。

【0022】

このようなものであれば、より確実に、異物の除去効果範囲のみを有するものとすることができ、異物の再付着をさらに効果的に抑制することができる。

【発明の効果】

【0023】

以上のように、本発明の洗浄処理装置であれば、洗浄効果の向上、除去した異物の再付着の発生の抑制を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の洗浄処理装置の一例を示す概略図である。

【図2】ブラシ体の半円形の断面形状の一例を示す説明図である。

【図3】ブラシ体のＬ字型の断面形状の一例を示す説明図である。

【図4】ブラシ体の長方形の断面形状の一例を示す説明図である。

【図5】ブラシ体の三角形の断面形状の一例を示す説明図である。

【図6】ブラシ体のハート型の断面形状の一例を示す説明図である。

【図7】断面形状が半円形のブラシ体の場合における除去効果範囲の一例を示す説明図である。

【図8】放射状の配設パターンの例を示す説明図である。

【図9】渦巻状の配設パターンの例を示す説明図である。

【図10】ブラシ体の断面形状が長方形の場合の、ブラシヘッドの回転方向（自転方向）に対するブラシ体の配設向きの一例を示す平面視における説明図である。

【図11】従来の洗浄処理装置の一例を示す概略図である。

【図12】従来の洗浄ブラシにおけるブラシ体の形状の一例を示す概略図である。

【図13】従来の洗浄ブラシにおけるブラシ体の形状の別の一例を示す概略図である。

【図14】円柱状のブラシ体において、異物の除去効果範囲と再付着範囲の位置の一例を示す説明図である。左側が洗浄ブラシを側方から見た場合の位置を示したものであり、右側がブラシ体の平面視における位置を示したものである。

【発明を実施するための形態】

【0025】

前述したように、洗浄ブラシを用いたブラシ洗浄によるウエーハの洗浄処理装置において、洗浄能力の低さや異物の再付着について問題があった。そこで本発明者らは鋭意研究を行ったところ、洗浄ブラシにおける複数のブラシ体において、材質がフッ素樹脂であり、各々の断面形状が半円形、Ｌ字型、長方形、三角形、およびハート型のうちのいずれかであり、ブラシ配設面の中心に対して放射状または渦巻状に並んで配設されているものであれば、オゾン水の下でのブラシ洗浄も可能になったり、洗浄能力の向上や、異物の再付着の抑制を図ることができることを見出し、本発明を完成させた。

【0026】

以下、本発明について図面を参照して実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の洗浄処理装置の一例を示す。洗浄処理装置１は枚葉式の装置であり、洗浄液供給機構２と洗浄ブラシ３を備えている。また、洗浄対象のウエーハＷを保持するウエーハ保持具４を備えている。

【0027】

本発明の洗浄処理装置１の洗浄対象のウエーハは特に限定されず、半導体シリコンウエーハ、化合物半導体ウエーハなど各種の半導体ウエーハが挙げられ、特には研磨されたシリコンウエーハとすることができる。その他、ガラス基板など各種のウエーハ状のものも洗浄可能な装置である。

【0028】

ウエーハ保持具４は不図示の駆動源により自転可能であり、その回転により、保持されたウエーハＷは自転可能である。例えば従来と同様のものを用いることができる。
また洗浄液供給機構２は図１に示すように例えばノズルとすることができる。このノズルは、ウエーハ保持具４に保持されたウエーハＷの被洗浄面Ｓに洗浄液を供給するものである。洗浄液の例としては、従来から洗浄時に一般的に用いられる純水やＳＣ１液が挙げられる。さらにはＨＦやオゾン水を供給可能なものでもある。後述するように本発明における洗浄ブラシ３は特にはオゾン水にも耐性があるものであり、洗浄能力向上および酸化膜再形成のために、ブラシ洗浄時にＨＦとオゾン水を交互に供給することもできる。
なお、洗浄液供給機構２としてノズルの例を述べたが、その他、洗浄ブラシ３と一体化しており、洗浄ブラシ３の中央下部より洗浄液を排出できるような形態とすることもできる。

【0029】

洗浄ブラシ３はウエーハＷの上方に位置してウエーハＷの被洗浄面Ｓに対して対向配置されているものである。被洗浄面Ｓと対向するブラシ配設面Ｂを有するブラシヘッド５と、ブラシ配設面Ｂに配設された複数のブラシ体６を備えている。そしてこのブラシ体６を被洗浄処理面Ｓに接触させてブラシ洗浄するものである。

【0030】

ブラシヘッド５は不図示の駆動源により自転可能であり、このブラシヘッド５が自転することにより、ブラシ配設面Ｂに固定配設されているブラシ体６が共に回転するようになっている。

【0031】

またブラシ体６は材質がフッ素樹脂である。従来のＰＶＡ製のブラシ体ではオゾン水の下ではダメージを受けて破損する可能性があった。しかしながら、本発明のようにフッ素樹脂製のブラシ体６では、オゾン水に対して耐性があり、従来品のようにダメージから破損することもない。したがって、ＨＦとオゾン水を交互に用いたブラシ洗浄を行うことも可能になる。この場合、ブラシ体６を破損することなくオゾン水の下でのブラシ洗浄をより確実に行うことができるように、例えば、ＰＴＦＥ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＶＦ、ＰＦＡ、ＦＥＰ、ＥＴＦＥ、ＥＣＴＦＥなどから選ぶことができる。
また、そもそもＰＶＡ製のものと比較してフッ素樹脂製のものの方が洗浄能力が高い。

【0032】

また、このブラシ体６としては、各々、例えば中空糸の束からなるものとすることができる。一束あたりの本数は特に限定されないが、例えば数十本から数百本とすることができる。また、中空糸の束の代わりに発泡体とすることもできる。これらのようなものであれば、異物の除去能力をより向上させることができる。

【0033】

また、ブラシ体６の形状にも特徴がある。従来装置のものでは円柱状、すなわち、断面形状が円形であったが、本発明におけるブラシ体６は、断面形状が半円形、Ｌ字型、長方形、三角形、およびハート型のうちのいずれかのものである。これらの形状例を図２－６に示す。
ここで従来のように断面形状が円形の場合は、図１４で示したように、自転するブラシヘッドの回転方向に対して前側で異物を除去することができるものの（除去効果範囲）、後側では洗浄液が不足してしまうことにより、除去した異物が再付着してしまう再付着範囲が発生してしまっていた。
一方で本発明の場合、円形ではなく半円形などであるため、図７に示すように、実質的に除去効果範囲のみ有する形状となり、再付着範囲の発生を抑制することができる。したがって従来の洗浄装置で問題となる、一旦除去された異物の再付着を抑制することが可能である。
なお、図７では半円形の場合について例を示したが、他の形状（Ｌ字型、長方形、三角形、ハート型）でも同様に除去効果範囲のみ有するものとなる。

【0034】

そして上記のようなブラシ体６がブラシヘッド５のブラシ配設面Ｂに複数並んで配設されているが、その配設パターンは、ブラシ配設面Ｂの中心に対して放射状または渦巻状となっている。図８に放射状の配設パターン、図９に渦巻状の配設パターンを示す（各々、左上端）。なお、ブラシ体６の断面形状が図２－６のものを配設した場合の例も併せて示す。
放射状や渦巻状の配設パターンであることにより、洗浄中に洗浄ブラシ３（ブラシヘッド５）とウエーハＷとの間に取り込まれた洗浄液を効率的に排液することができる。すなわち、洗浄ブラシ３を用いたブラシ洗浄で除去された異物も洗浄液と共にスムーズに排出することができる。したがって、洗浄ブラシとウエーハＷとの間での洗浄液の滞留を防ぐことができる。そのため、洗浄液の滞留を起因として、除去された異物が再付着するのを防ぐことができる。

【0035】

なお、ブラシ配設面Ｂに配設するブラシ体６の数は複数であればよく、その数は特に限定されない。ブラシ配設面Ｂのサイズや、各々のブラシ体６のサイズ、洗浄対象のウエーハＷの種類、洗浄液の種類等により適宜決定することができる。

【0036】

また、ブラシ配設面Ｂへのブラシ体６の配設の仕方についても特に限定されないが、特には、ブラシヘッド５の回転方向（自転方向）に対して、ブラシ体６の断面形状が横長になる向きで配設されているのが好ましい。ここで、一例として、ブラシ体６の断面形状が長方形の場合の、ブラシヘッド５の回転方向（自転方向）に対するブラシ体６の配設向きについて図１０に示す。図１０の平面視に示すように、ブラシヘッド５の回転方向を縦方向とした場合に（図面の上方向）、長方形（断面形状）の長辺が横方向（図面の左右方向）になるように、断面形状が全体として横長になる向きでブラシ体６が配設されたものとなっている。なお、ブラシヘッド５の自転方向に対して長辺が垂直に交わるように配設している例を示したが、当然、角度をずらして斜めになっていても良い。他の断面形状の場合においても同様にして、各ブラシ体６が横長になる向きで配設されたものとすることができる。このような向きでの配設であれば、より確実に、除去効果範囲のみを有し、再付着範囲のないものとすることができ、異物の再付着をさらに効果的に抑制できる。

【0037】

上記のような本発明の洗浄処理装置１を用いたウエーハのブラシ洗浄を含む洗浄処理工程の一例について説明する。
まず、例えば、研磨処理にかけた後、オゾン水処理によって表面に付着している研磨剤の有機物の分解除去と酸化膜形成を行ったウエーハＷ（シリコンウエーハなど）を用意し、洗浄処理装置１のウエーハ保持具４で保持する。

【0038】

洗浄液供給機構２であるノズルから洗浄液としてＨＦを被洗浄面Ｓに供給しつつ、洗浄ブラシ３のブラシ体６を被洗浄面Ｓに接触させてブラシ洗浄する。このとき、洗浄ブラシ３を自転させるとともにウエーハＷ上で平行移動させることで、被洗浄面Ｓの全体をブラシ洗浄する。
供給するＨＦの濃度は、例えば１．０質量％以下とすることができるが、特に限定されない。
洗浄処理時間は、酸化膜が除去されてベア面が出ないように処理できる時間とすることが好ましい。例えば５秒以上６０秒以下とすることができる。
ＨＦ流量は、例えば０．８Ｌ／分以上４．０Ｌ／分以下とすることができる。
洗浄ブラシ３の回転数は特に限定されないが、例えば５ｒｐｍ以上２００ｒｐｍ以下とすることができる。

【0039】

なお、このブラシ洗浄時、ウエーハＷ自体は回転させても良いし、回転させなくとも良い。回転させる場合、ウエーハＷのスピン回転数は、例えば、５ｒｐｍ以上６０ｒｐｍ以下とすることができる。ウエーハＷの回転方向は特に限定されない。洗浄ブラシ３の回転方向は特に限定されない。例えば、ウエーハＷのスピン方向をＣＣＷ（反時計回り）とし、洗浄ブラシ３の回転方向をＣＷ（時計回り）とすることができる。或いは、どちらも時計回り又は反時計回りとすることもできる。

【0040】

次に、ＨＦの代わりにオゾン水を供給してブラシ洗浄を行う。
供給するオゾン水の濃度は、例えば１０ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下とすることができる。
洗浄時間は、例えば１０秒以上１８０秒以下とすることができる。
オゾン水流量は、０．８Ｌ／分以上４．０Ｌ／分以下とすることができる。
洗浄ブラシ３の回転数は特に限定されないが、例えば５ｒｐｍ以上２００ｒｐｍ以下とすることができる。
ウエーハＷ自体の回転については、例えば上記のＨＦでのブラシ洗浄のときと同様とすることができる。
この工程で形成される酸化膜厚が０．８ｎｍ以上１．５ｎｍ以下となる条件で行うことが好ましい。

【0041】

このようなＨＦでのブラシ洗浄とオゾン水でのブラシ洗浄を、必要に応じて、交互に繰り返して行うことができる。各回の洗浄条件は、全て同じにしても良いし、互いに異なる条件にしても良い。

【0042】

なお、必要に応じて適当なタイミングで、純水やＳＣ１液を用いてブラシ洗浄を行っても良い。上記のようにして本発明の洗浄処理装置１を用いてブラシ洗浄を行った後は、仕上げ洗浄として、例えばスピン洗浄またはバッチ洗浄を行うことができる。これらの洗浄時、特には、ＨＦを用いて酸化膜除去を行った後、オゾン水を用いて再酸化膜形成を行うことができる。

【0043】

以上のような洗浄処理工程により、異物が効率良く除去され、その再付着も抑制され、清浄度の高いウエーハＷを得ることができる。

【0044】

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】

【0045】

１…本発明の洗浄処理装置、 ２…洗浄液供給機構、 ３…洗浄ブラシ、
４…ウエーハ保持具、 ５…ブラシヘッド、 ６…ブラシ体、
Ｂ…ブラシ配設面、 Ｓ…被洗浄面、 Ｗ…ウエーハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】