基板の洗浄方法
【課題】たとえＣＭＰ後洗浄の場合等、残留物が基板に強固に付着して、既存の二流体ジェット洗浄を単に適用するだけでは十分な洗浄性能が得られない場合であっても、二流体ジェット洗浄をより有効に利用して、洗浄能力を高めた洗浄を行うことができるようにする。
【解決手段】基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を洗浄する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行う。
【解決手段】基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を洗浄する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等の基板の洗浄方法に関し、特にＣＭＰ後洗浄工程に使用される基板の洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程における半導体ウェーハの平坦化工程や埋込み配線形成工程等でＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術が広く使用されている。半導体ウェーハのＣＭＰ技術では、半導体ウェーハに形成されたＳｉＯ２膜や金属膜など、様々な研磨対象膜をスラリーと呼ばれる砥粒を含む研磨剤を使用して研磨するようにしている。このため、研磨後にスラリー中に含まれる砥粒や溶液、研磨残渣が半導体ウェーハ上に残留する。これら半導体ウェーハ上の残留物を除去するために、ＣＭＰ後洗浄が実施される。このＣＭＰ後洗浄としては、超純水や薬液を洗浄液として用いながら、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を材料とするスポンジブラシ（ＰＶＡスポンジ）等の洗浄具を半導体ウェーハに接触させて洗浄する接触洗浄が一般に用いられている。
【０００３】
ＣＭＰ後洗浄は、一般に第１段洗浄と第２段洗浄、更にはそれ以上に分けて行われる。接触洗浄法による第１段洗浄は、例えば図３に示すように、基板Ｗの表裏面に一対のロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）４０を接触させ、純水や薬液などの洗浄液４２を基板Ｗの表裏面に供給しながら、ロール型ＰＶＡスポンジ４０を適当な圧力で基板Ｗに押し当てることで行われる。基板Ｗとロール型ＰＶＡスポンジ４０は、それぞれ保持具（図示せず）によって保持されて自転している。
【０００４】
図９は、接触洗浄法によって第２段洗浄を行うのに適した洗浄機７０を示す。この洗浄機７０は、チャック（図示せず）等で保持されて回転する基板Ｗの周囲を囲繞する洗浄カップ７２と、揺動アーム７４の自由端に垂設されて基板Ｗの上方に配置される回転自在なペンシル型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）７６と、基板Ｗの表面に洗浄液７８を供給する洗浄液ノズル８０を備えている。洗浄液ノズル８０に洗浄液を供給する洗浄液供給ラインには、マスフロコントローラ等の制御部８２が設置されている。
【０００５】
これにより、チャック（図示せず）を介して保持して回転させた基板Ｗの表面に、ペンシル型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）７６を所定の押圧力で接触させて自転ながら揺動させ、同時に、基板Ｗの表面に、純水や薬液等の洗浄液を供給することで、洗浄カップ７２内で基板Ｗの表面の第２段洗浄（接触洗浄）が行われる。洗浄後、基板Ｗは、高速スピンまたはＩＰＡ（イソプロピルアルコール）蒸気などにより乾燥させられる。
【０００６】
しかし、上述のような従来の接触洗浄法で半導体ウェーハ等の基板を洗浄すると、基板の洗浄を繰り返すうちにＰＶＡスポンジ等の洗浄具の内部にＣＭＰ残渣などの汚染物が蓄積され、基板上への逆汚染が発生することが問題となる。この問題は、ＰＶＡスポンジの形、洗浄液の種類や供給方法によらない普遍的な課題である。
【０００７】
基板上に残留した微小異物を走査型電子顕微鏡などで観察して分析すると、その殆どがスラリーに含まれる砥粒であり、砥粒がＰＶＡスポンジに大量に蓄積される可能性が非常に高いことが判る。更に、異物検査装置で基板上の汚染を測定した際に、接触洗浄の最後にＰＶＡスポンジが半導体ウェーハに接触した箇所で多くの付着物が検出される場合があり、逆汚染の発生を裏付ける結果であることが判る。
【０００８】
接触洗浄のこのような課題に対し、噴出ノズル内に液体と気体を供給し、噴出ノズルから基板に向けて二流体を高速で噴出させて基板を洗浄する、いわゆる二流体ジェット洗浄が提案されている（特許文献１参照）。二流体ジェット洗浄は、例えば図４に示すように、噴出ノズル部５４で純水またはＣＯ２ガス溶解水など洗浄液とＮ２ガスまたは乾燥エアなどのガスを高速で噴出させることにより、ガス中に洗浄液が微小ミストとなって存在する二流体ジェット流５２を生成し、この二流体ジェット流５２を基板Ｗの表面に高速で噴霧して、ミスト衝突時の圧力で基板Ｗ上の異物を除去する。二流体ジェット洗浄は、非接触式で、静電気ダメージのない安定した洗浄性能の観点から、次世代洗浄技術として期待されている。
【０００９】
また、二流体ジェット洗浄法を利用したものとして、基板に第１の薬液を供給して基板表面を第１の薬液で満たし、第１の薬液で満たした基板表面に対して第２の薬液を用いて二流体洗浄法により基板表面を洗浄するようにした洗浄方法が提案されている（特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５０４０２３号公報
【特許文献２】特開２００８−２２６９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
接触洗浄法を用いた一部または全ての洗浄ステップを、二流体ジェット洗浄を用いた洗浄ステップに置き換えて使用することで、逆汚染のない洗浄が期待できる。しかしＣＭＰ後洗浄の場合、ＣＭＰ工程でスラリーに含まれる砥粒が強い圧力で基板に押し付けられるため、一般の洗浄工程によって除去される場合よりも残留物が基板に強固に付着して、既存の二流体ジェット洗浄を単にＣＭＰ後洗浄に適用するだけでは、十分な洗浄性能が得られないことが判った。
【００１２】
表１に直径３００ｍｍの半導体ウェーハの表面に成膜したＴＥＯＳ膜をＳｉＯ２砥粒またはＣｅＯ２砥粒を含むスラリーでＣＭＰし、従来の接触洗浄で洗浄した後の残留パーティクル数と、同様のＣＭＰを行った後に二流体ジェット洗浄を行った場合の残留パーティクル数を計測した結果を表１に示す。
【表１】
【００１３】
パーティクル数の測定は、半導体ウェーハの端部２ｍｍを除外して、８０ｎｍ以上のパーティクル数を検出した。接触洗浄の洗浄ステップは、図３に示す第１洗浄機１６を使用した第１段洗浄と、図９に示す洗浄機７０を使用した第２段洗浄からなり、洗浄液には全て超純水を使用した。そして、図９に示す洗浄機７０のペンシル型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）７６を新品に交換した直後と、半導体ウェーハ６００枚の洗浄処理に使用した後の２回の評価を行った。二流体ジェット洗浄では、図３に示す第１洗浄機１６を用いて第１段洗浄を行った後、図４に示す第２洗浄機１８を使用して、ＣＯ２ガス溶解水（流量２００ｍｌ／ｍｉｎ）とＮ２ガス（流量１００Ｌ／ｍｉｎ）の二流体による二流体ジェット洗浄を行った。
【００１４】
表１から判るように、接触洗浄ではＰＶＡスポンジの使用前後にかかわらず８０ｎｍ以上パーティクル数が26,000個以上と非常に多く、１２０ｎｍ以上のパーティクル・サイズに限定しても、1,500〜2,000個のパーティクルが検出された。一方、二流体ジェット洗浄では８０ｎｍ以上パーティクル数はやや減少しており、接触洗浄よりも洗浄性能が若干優れている様子が伺えるものの、依然多くのパーティクルが残留している。接触洗浄のほうが二流体ジェット洗浄に比べ残留パーティクル数が多いのは、ＰＶＡスポンジ内に汚染が蓄積され、逆汚染が発生しているためであると考えられる。なおＣＯ２ガス溶解水の替わりに超純水を用いても表１の傾向に違いは見られなかった。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、たとえＣＭＰ後洗浄の場合等、残留物が基板に強固に付着して、既存の二流体ジェット洗浄を単に適用するだけでは十分な洗浄性能が得られない場合であっても、二流体ジェット洗浄をより有効に利用して、洗浄能力を高めた洗浄を行うことができるようにした基板の洗浄方法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】
【００１６】
本発明の基板の洗浄方法は、基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を洗浄する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行うことを特徴とする。
【００１７】
このように、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行うことで、基板と汚染物との間の電気的反発力を増加させ、これによって、例えばＣＭＰ中に基板表面に強固に押し付けられた砥粒も基板表面から脱離可能となし、その後、接触洗浄と二流体ジェット洗浄を行うことで洗浄能力を高めることができる。
【００１８】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理で増加させた後の基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位は、−５０ｍＶ以下または＋５０ｍＶ以上であることが好ましい。
【００１９】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給することで行うことができる。前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、アルカリ性の洗浄液を基板表面に供給することで行ってもよい。
【００２０】
前記洗浄具は、例えばＰＶＡスポンジからなる。これにより、ＰＶＤスポンジ内に汚染が蓄積されることを防止することができる。
【００２１】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理をＣＭＰ直後の基板に対して行うことが好ましい。これにより、残留物が基板に強固に付着して、既存の二流体ジェット洗浄を単に適用するだけでは十分な洗浄性能が得られないＣＭＰ後洗浄の場合であっても、基板に対する洗浄効果を高めることができる。
【００２２】
前記接触洗浄及び前記二流体ジェット洗浄の少なくとも一方を、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させながら行うことが好ましい。これによって、接触洗浄または二流体ジェット洗浄の際にも、基板と汚染物との間の電気的反発力を増加させて、洗浄効果を更に高めることができる。
【００２３】
本発明の他の基板の洗浄方法は、基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、基板に界面活性剤を含む液体を供給して基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を接触する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行うことで、基板と汚染物との間の電気的反発力を増加させ、これによって、例えばＣＭＰ中に基板表面に強固に押し付けられた砥粒も基板表面から脱離可能となし、その後、接触洗浄と二流体ジェット洗浄を行うことで洗浄能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の基板の洗浄方法に使用されるＣＭＰ装置の全体配置図である。
【図２】図１に示すＣＭＰ装置に備えられている研磨部の概要を示す図である。
【図３】図１に示すＣＭＰ装置に備えられている第１の洗浄機の概要を示す図である。
【図４】図１に示すＣＭＰ装置に備えられている第２の研磨機の概要を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の基板の洗浄方法の処理フロー図である。
【図６】本発明の他の実施形態の基板の洗浄方法の処理フロー図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態の基板の洗浄方法の処理フロー図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態の基板の洗浄方法の処理フロー図である。
【図９】従来の洗浄機の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、ＳｉＯ２砥粒またはＣｅＯ２砥粒等の砥粒を含むスラリーを使用してＣＭＰを行った直後の半導体ウェーハ等の基板を洗浄する、基板のＣＭＰ後洗浄に適用した例を示す。本発明は、ＣＭＰ後洗浄以外の基板の洗浄一般に広く適用できることは勿論である。
【００２７】
図１は、本発明の基板の洗浄方法に使用されるＣＭＰ装置の全体配置図である。図１に示すように、ＣＭＰ装置は、研磨部１０、ロード・アンロード部１２、２基の搬送機１４ａ，１４ｂ、基板の接触洗浄による第１段洗浄を行う第１洗浄機１６、基板の二流体ジェット洗浄による第２段洗浄を行う第２洗浄機１８及び反転機２０を備えており、研磨部１０と搬送機１４ａとの間には、基板受渡台２２が配置されている。
【００２８】
研磨部１０は、半導体ウェーハ等の基板Ｗの研磨（ＣＭＰ）処理と、ＣＭＰ直後の基板Ｗと該基板Ｗ上に付着している汚染物（スラリーに含まれる砥粒）のゼータ電圧の絶対値を増加させる処理とを行うもので、図２に示すように、上面に研磨パッド２４を貼り付けた回転自在な研磨テーブル２６と、基板Ｗを保持しつつ研磨テーブル２６に所定の押圧力で押し付ける回転自在な基板ホルダ２８と、研磨パッド２４上にスラリー（研磨剤）３０を供給するスラリーノズル３２と、研磨パッド２４上に洗浄液３４を供給する洗浄液ノズル３６とを具備している。
【００２９】
これにより、基板ホルダ２８と研磨テーブル２６をそれぞれ回転させながら基板ホルダ２８で保持した基板Ｗを研磨パッド２４に押圧させ、同時に研磨パッド２４上にスラリーノズル３２からスラリー３０を供給して基板Ｗの研磨を行う。そして、基板Ｗの研磨終了後、基板ホルダ２８と研磨テーブル１２をそれぞれ回転させながら基板ホルダ２８で保持した基板Ｗを研磨パッド２４に押圧させた状態のまま、研磨パッド２４上に洗浄液ノズル３６から界面活性剤を含む洗浄液３４を供給することで、基板Ｗと該基板Ｗの表面に付着している、例えばスラリー３０に含まれる砥粒等の汚染物のゼータ電圧の絶対値を増加させる。界面仮性剤を含む洗浄液３４の代わりに、アルカリ性の洗浄液を使用しても良い。
【００３０】
基板Ｗの接触洗浄による第１段洗浄を行う第１洗浄機１６は、図３に示すように、例えばローラ等で外周部を把持され該ローラ等の回転に伴って回転する基板Ｗの表裏両面に互いに接離する方向に移動自在で、自転自在な一対のロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）４０と、基板Ｗの表裏両面に洗浄液４２を供給する洗浄液ノズル４４を備えており、洗浄液ノズル４４に洗浄液を供給する洗浄液供給ラインには、流量制御のためのマスフロコントローラ等の制御部４６が設置されている。
【００３１】
これにより、ローラ等の回転に伴って回転している基板Ｗの表裏両面に一対のロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）４０を所定の押圧力で接触させながら自転させながら、基板Ｗの表裏両面に洗浄液ノズル４４から洗浄液４２を供給することで、基板Ｗの表裏両面を洗浄（第１段洗浄）する。
【００３２】
基板Ｗの二流体ジェット洗浄による第２段洗浄を行う第２洗浄機１８は、図４に示すように、チャック（図示せず）等で保持し該チャックの回転に伴って回転する基板Ｗの周囲を囲繞する洗浄カップ５０と、このチャック等に保持された基板Ｗの上方に平行移動自在に配置され、基板Ｗに向けて洗浄液とガスを高速で噴出させて二流体ジェット流５２を生成し高速で噴霧する噴出ノズル５４とを備えている。噴出ノズル５４には、純水またはＣＯ２ガス溶解水など洗浄液を供給する洗浄液供給ライン５６と、Ｎ２ガスまたは乾燥エアなどのガスを供給するガス供給ライン５８が接続され、この各ライン５６，５８には、洗浄液とガスそれぞれの流量を調整する制御部６０，６２が設けられている。
【００３３】
これにより、純水またはＣＯ２ガス溶解水などの洗浄液と、Ｎ２ガスまたは乾燥エアなどのガスを噴出ノズル５４から高速で噴出させることにより、ガス中に洗浄液が微小ミストとなって存在する二流体ジェット流５２が生成され、この二流体ジェット流５２をチャック等で保持されて回転している基板Ｗに向けて高速で噴霧することにより、ミスト衝突時の圧力で基板Ｗ上の異物が除去される。これによって、基板Ｗの洗浄（第２段洗浄）が行われる。
【００３４】
次に、本発明の実施形態の基板の洗浄方法を図５の処理フローを参照して説明する。
先ず、基板カセット等の保管ケース内に収納された基板Ｗをロード・アンロード部１２にセットする。基板Ｗは、例えば直径３００ｍｍで、表面にＴＥＯＳ膜が成膜されている半導体ウェーハである。ロード・アンロード部１２にセットされた保管ケースから１枚の基板Ｗを搬送機１４ｂで取り出し反転機２０に搬送する。反転機２０によって表面が下向きに反転された基板Ｗを搬送機１４ａで基板受渡台２２に搬送し、研磨部１０の基板ホルダ２８で保持する。
【００３５】
基板Ｗを保持した基板ホルダ２８を研磨テーブル２６の上方に移動させた後、基板ホルダ２８及び研磨テーブ２６をそれぞれ回転させながら、基板ホルダ２８を下降させて基板Ｗを所定の押圧力で押圧し、同時に研磨パッド２４上にスラリーノズル３２からスラリー３０を供給して基板Ｗの研磨（ＴＥＯＳ膜の研磨）を行う。そして、基板Ｗの研磨終了後、基板ホルダ２８と研磨テーブル２６をそれぞれ回転させながら基板ホルダ２８で保持した基板Ｗを研磨パッド２４に押圧させた状態のまま、研磨パッド２４上に洗浄液ノズル３６から界面活性剤を含む洗浄液３４を供給することで、基板Ｗと該基板Ｗ上に付着している、例えばスラリーに含まれる砥粒等の汚染物のゼータ電圧の絶対値を増加させる。界面活性剤を含む洗浄液３４の供給時間は、数秒以上必要であり、１０秒以上であることが好適である。界面活性剤を含む洗浄液３４を供給している間に基板Ｗを研磨パッド２４に向けて押圧する押圧力は、研磨時に基板Ｗを研磨パッド２４に向けて押圧する押圧力よりも小さくて良い。
【００３６】
次に、基板ホルダ２８で保持した基板Ｗを基板受渡台２２に搬送して受け渡し、この基板受渡台２２で受け取った基板を搬送機１４ａで第１洗浄機１６に搬送する。この洗浄機１６で、ローラ等の回転に伴って回転している基板Ｗの表裏両面に一対のロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）４０を所定の押圧力で接触させながら自転させながら、基板Ｗの表裏両面に洗浄液ノズル４４から、純水からなる洗浄液４２を供給することで、基板Ｗの表裏両面を接触洗浄（第１段洗浄）する。
【００３７】
この第１段洗浄後の基板Ｗを搬送機１４ａで反転機２０に搬送し、この反転機２０で表面を上向きに反転させた基板を、搬送機１４ａで第２洗浄機１８に搬送する。この洗浄機１８で、例えばＮ２ガス１００Ｌ／ｍｉｎとＣＯ２溶解水２００ｍｌ／ｍｉｎからなる二流体を噴出ノズル５４から基板Ｗの表面に高速で噴霧して、二流体ジェット洗浄（第２段洗浄）を行う。
【００３８】
次に、洗浄機１８で基板Ｗを高速スピンで乾燥させ、乾燥後の基板Ｗを、搬送機１４ｂによりロード・アンロード部１２の保管ケース（基板カセット）に戻す。
【００３９】
上記処理を行った場合の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測した結果を、二流体ジェット洗浄として表２に示す。比較のために、上記第２の洗浄機１８による二流体ジェット洗浄の代わりに、図９に示す洗浄機７０を使用し、洗浄液として純水を用いて洗浄した時の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測した結果も、接触洗浄として表２に示す。
【表２】
【００４０】
表２より、界面活性剤を含む洗浄液での処理（基板と基板上の汚染物のゼータ電圧の絶対値を増加させる処理）を追加したことにより、８０ｎｍ以上パーティクルは、接触洗浄で9,601個、二流体ジェット洗浄で6,400個となり、従来の洗浄方法で20,000〜36,000個残留していたのに対して大幅に改善されることが判る。さらに、半導体デバイスの歩留りに影響を及ぼす可能性の高い、よりサイズの大きい１２０ｎｍ以上のパーティクル数で比較すると、接触洗浄後に1,905個であるのに対し、二流体ジェット洗浄後は717個まで低減していることが判る。
【００４１】
界面活性剤を含む洗浄液を二流体ジェット洗浄処理前に供給することで残留パーティクル数が低減できるメカニズムとして、以下の理由が考えられる。すなわち、ＣＭＰ対象である基板表面膜（ＳｉＯ２膜）と砥粒（ＳｉＯ２粒子またはＣｅＯ２粒子）の洗浄液中でのゼータ電位を比較すると、洗浄液が超純水（ｐＨ７）の場合にはＳｉＯ２、ＣｅＯ２とも−２０〜−５０ｍＶと弱いマイナス電位を持つ程度だが、界面活性剤を加えた超純水の場合には−５０ｍＶ以上の強いマイナス電位を示しており、ＳｉＯ２膜と砥粒との間の電気的反発力が増加している。その結果、ＣＭＰ中に基板表面膜（ＳｉＯ２膜）表面に強固に押し付けられた砥粒も脱離可能となり、再付着も抑制される。同時に、二流体ジェットで生成される微小ミスト衝突時の圧力がペンシル型ＰＶＡスポンジによる接触洗浄を上回り、異物除去しやすいためと、二流体ジェット洗浄は、非接触洗浄で逆汚染がないために、表２に示すような優れた洗浄性能が達成できたと考えられる。
【００４２】
表２の結果は、Ｎ２ガス流量が１００Ｌ／ｍｉｎ、ＣＯ２ガス溶解水流量が２００ｍｌ／ｍｉｎの条件の場合であるが、Ｎ２ガス流量を７５Ｌ／ｍｉｎ、５０Ｌ／ｍｉｎまたはそれ以下に落としても、ＣＯ２ガス溶解水流量を１００ｍｌ／ｍｉｎ以下に落としても、ほぼ同様の洗浄性能が得ることができることが確かめられている。またＣＯ２ガス溶解水は、洗浄時の帯電防止には有効であるが、パーティクル除去のみを目的とすれば、ＣＯ２ガス溶解水の替わりに超純水を用いても同様の効果を得ることができることが確かめられている。
【００４３】
上記実施形態では、基板表面膜と砥粒との間に電気的反発力を与える手段として界面活性剤を用いたが、アルカリ性薬液でも同等の効果を得ることができる。また界面活性剤を含む洗浄液、あるいはアルカリ性薬液などを研磨パッド上に供給する回数は一回に限定されることなく、ＣＭＰ後に何度かに分けて供給しても良く、その間に超純水やスラリー、または別の薬液を研磨パッドに供給しても良い。また上記実施形態では、２つの洗浄機で第１段洗浄と第２段洗浄を行うようにしているが、洗浄機の数は３つ以上として、第３段もしくはそれ以上の洗浄を行うようにしてもよい。更に、第１段洗浄を行う第１洗浄機１６におけるロール型ＰＶＡスポンジ４０や基板Ｗの設置位置及び方向は任意に設定できる。例えば、基板を垂直に設置して、ロール型ＰＶＡスポンジが基板の少なくとも表面に接触するようにしてもよい。第２段洗浄を行う第２洗浄機１８における乾燥方法は、高速スピン回転に限らず、ＩＰＡ乾燥、または別の乾燥手段であってもよい。このことは、以下の各例においても同様である。
【００４４】
図６は、本発明の他の実施形態の処理フローを示す。この例の図５に示す例と異なる点は、図３に示す第１洗浄機１６による接触洗浄に使用される洗浄液３４として、純水の代わりに、０．５％の界面活性剤を含む純水を使用している点にある。これによって、ロール型ＰＶＤスポンジ（洗浄具）４０による接触洗浄を、基板Ｗと基板Ｗ上に付着している砥粒等の汚染物の絶対値を増加させながら行うようにしている。
【００４５】
上記処理を行った場合の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測した結果を、二流体ジェット洗浄として表３に示す。比較のために、上記第２の洗浄機１８による二流体ジェット洗浄の代わりに、図９に示す洗浄機７０を使用し、洗浄液として純水を用いて洗浄した時の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測した結果も、接触洗浄として表３に示す。
【表３】
【００４６】
二流体ジェット洗浄にあっては、表２と比較して、８０ｎｍ以上のパーティクル数において約1,100個の低減効果があり、特に１２０ｎｍ以上のパーティクル数は半減している。接触洗浄にあっては、界面活性剤を添加した効果はなく、逆に表２で示した純水での洗浄結果よりもパーティクル数が増加している。この現象は、接触洗浄で除去したパーティクルの一部がスポンジ内部に蓄積されるが、界面活性剤添加によりスポンジ自体も洗浄されてしまい、蓄積されたパーティクルが基板上に放出されて残留するためであると考えられる。
【００４７】
前述の第１段洗浄に使用する洗浄液の界面活性剤濃度を０．５〜８％に段階的に変えた場合の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測して結果を表４に示す。
【表４】
【００４８】
表４から、洗浄液の界面活性剤濃度が２％と４％の場合に残留パーティクル数が多い傾向が見られ、界面活性剤濃度が０．５％と８％の場合にはパーティクル数が少ないことが判る。したがって、洗浄液の界面活性剤濃度は、２％未満もしくは４％より高い条件であることがより好適である。洗浄液の界面活性剤濃度が２〜４％の領域でパーティクル数が若干増加する原因は、次のように推察される。すなわち研磨砥粒は微小な砥粒粒子が数個から数十個程度凝集してスラリー中に存在し、砥粒間の電気的反発力に変化がない限り、研磨後の基板（ＳｉＯ２）表面でもこの凝集状態で残存する。後洗浄で界面活性剤の添加量を増やしていくと、砥粒間の電気的反発力が増加して砥粒の凝集が弱まり、砥粒が散在して砥粒の全表面積は増加する。ところが界面活性剤の量が中途半端に多い状態（ここでは濃度２〜４％の領域に相当）では、増加した砥粒表面には界面活性剤が吸着するものの、基板表面膜（ＳｉＯ２膜）表面への界面活性剤吸着量が不足してしまう。そのため、基板表面膜（ＳｉＯ２膜）と砥粒間の電気的反発力が十分でなくなり、残留パーティクル数の増加として検出されてしまう。洗浄液の界面活性剤濃度が４％より高い条件、例えば８％では、基板表面膜（ＳｉＯ２表面）にも十分な量の界面活性剤が吸着できるので、残留パーティクル数は再び減少する。
【００４９】
図７は、本発明の更に他の実施形態の基板の洗浄方法の処理フローを示す。この例の図５及び図６に示す例と異なる点は、図４に示す第２洗浄機１８による二流体ジェット洗浄に使用される洗浄液５２として、純水の代わりに、界面活性剤を含む純水を使用している点にある。これによって、二流体ジェット洗浄を、基板Ｗと基板Ｗ上に付着している砥粒等の汚染物の絶対値を増加させながら行うようにしている。
【００５０】
この場合、例えばＣＯ２ガス溶解水に界面活性剤を添加してもよいが、発泡しやすい界面活性剤を使用した場合には、ミスト生成時に界面活性剤が発泡して洗浄の妨げとなる。その場合には、界面活性剤と一緒に消泡剤を適宜添加することが好ましく、例えばＮ２ガスとＣＯ２ガス溶解水からなる二流体ジェットを基板表面に噴射するのと同時に、図４に図示しない別の洗浄液ノズルより界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給するようにしても良い。界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給するタイミングは、二流体ジェットを噴射している全ての時間ではなく、一部の時間、例えば二流体ジェットを噴射する初期の時間のみでも良い。
【００５１】
図８は、本発明の更に他の実施形態の処理フローを示す。この例の図７に示す例と異なる点は、図４に示す第２洗浄機１８による二流体ジェット洗浄に際して、先ず図４に図示しない洗浄液ノズルから基板の表面に界面活性剤を含む洗浄液を供給し、しかる後、二流体ジェットを基板表面に噴射するようにしている点にある。このように、界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に二流体ジェット洗浄前に供給しても、前述と同様な洗浄効果を得ることができる。また界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給する工程と二流体ジェット洗浄を行う工程とを交互に繰り返して行うことにより、より高い洗浄効果が得られる。
【００５２】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 研磨部
１２ ロード・アンロード部
１４ａ，１４ｂ 搬送機
１６，１８ 洗浄機
２４ 研磨パッド
２６ 研磨テーブル
２８ 基板ホルダ
３０ スラリー
３２ スラリーノズル
３４，４２ 洗浄液
３６，４４ 洗浄液ノズル
４０ ロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）
５０ 洗浄カップ
５２ 二流体ジェット流
５４ 噴出ノズル
５６ 洗浄液供給ライン
５８ ガス供給ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハ等の基板の洗浄方法に関し、特にＣＭＰ後洗浄工程に使用される基板の洗浄方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程における半導体ウェーハの平坦化工程や埋込み配線形成工程等でＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術が広く使用されている。半導体ウェーハのＣＭＰ技術では、半導体ウェーハに形成されたＳｉＯ２膜や金属膜など、様々な研磨対象膜をスラリーと呼ばれる砥粒を含む研磨剤を使用して研磨するようにしている。このため、研磨後にスラリー中に含まれる砥粒や溶液、研磨残渣が半導体ウェーハ上に残留する。これら半導体ウェーハ上の残留物を除去するために、ＣＭＰ後洗浄が実施される。このＣＭＰ後洗浄としては、超純水や薬液を洗浄液として用いながら、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を材料とするスポンジブラシ（ＰＶＡスポンジ）等の洗浄具を半導体ウェーハに接触させて洗浄する接触洗浄が一般に用いられている。
【０００３】
ＣＭＰ後洗浄は、一般に第１段洗浄と第２段洗浄、更にはそれ以上に分けて行われる。接触洗浄法による第１段洗浄は、例えば図３に示すように、基板Ｗの表裏面に一対のロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）４０を接触させ、純水や薬液などの洗浄液４２を基板Ｗの表裏面に供給しながら、ロール型ＰＶＡスポンジ４０を適当な圧力で基板Ｗに押し当てることで行われる。基板Ｗとロール型ＰＶＡスポンジ４０は、それぞれ保持具（図示せず）によって保持されて自転している。
【０００４】
図９は、接触洗浄法によって第２段洗浄を行うのに適した洗浄機７０を示す。この洗浄機７０は、チャック（図示せず）等で保持されて回転する基板Ｗの周囲を囲繞する洗浄カップ７２と、揺動アーム７４の自由端に垂設されて基板Ｗの上方に配置される回転自在なペンシル型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）７６と、基板Ｗの表面に洗浄液７８を供給する洗浄液ノズル８０を備えている。洗浄液ノズル８０に洗浄液を供給する洗浄液供給ラインには、マスフロコントローラ等の制御部８２が設置されている。
【０００５】
これにより、チャック（図示せず）を介して保持して回転させた基板Ｗの表面に、ペンシル型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）７６を所定の押圧力で接触させて自転ながら揺動させ、同時に、基板Ｗの表面に、純水や薬液等の洗浄液を供給することで、洗浄カップ７２内で基板Ｗの表面の第２段洗浄（接触洗浄）が行われる。洗浄後、基板Ｗは、高速スピンまたはＩＰＡ（イソプロピルアルコール）蒸気などにより乾燥させられる。
【０００６】
しかし、上述のような従来の接触洗浄法で半導体ウェーハ等の基板を洗浄すると、基板の洗浄を繰り返すうちにＰＶＡスポンジ等の洗浄具の内部にＣＭＰ残渣などの汚染物が蓄積され、基板上への逆汚染が発生することが問題となる。この問題は、ＰＶＡスポンジの形、洗浄液の種類や供給方法によらない普遍的な課題である。
【０００７】
基板上に残留した微小異物を走査型電子顕微鏡などで観察して分析すると、その殆どがスラリーに含まれる砥粒であり、砥粒がＰＶＡスポンジに大量に蓄積される可能性が非常に高いことが判る。更に、異物検査装置で基板上の汚染を測定した際に、接触洗浄の最後にＰＶＡスポンジが半導体ウェーハに接触した箇所で多くの付着物が検出される場合があり、逆汚染の発生を裏付ける結果であることが判る。
【０００８】
接触洗浄のこのような課題に対し、噴出ノズル内に液体と気体を供給し、噴出ノズルから基板に向けて二流体を高速で噴出させて基板を洗浄する、いわゆる二流体ジェット洗浄が提案されている（特許文献１参照）。二流体ジェット洗浄は、例えば図４に示すように、噴出ノズル部５４で純水またはＣＯ２ガス溶解水など洗浄液とＮ２ガスまたは乾燥エアなどのガスを高速で噴出させることにより、ガス中に洗浄液が微小ミストとなって存在する二流体ジェット流５２を生成し、この二流体ジェット流５２を基板Ｗの表面に高速で噴霧して、ミスト衝突時の圧力で基板Ｗ上の異物を除去する。二流体ジェット洗浄は、非接触式で、静電気ダメージのない安定した洗浄性能の観点から、次世代洗浄技術として期待されている。
【０００９】
また、二流体ジェット洗浄法を利用したものとして、基板に第１の薬液を供給して基板表面を第１の薬液で満たし、第１の薬液で満たした基板表面に対して第２の薬液を用いて二流体洗浄法により基板表面を洗浄するようにした洗浄方法が提案されている（特許文献２参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３５０４０２３号公報
【特許文献２】特開２００８−２２６９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
接触洗浄法を用いた一部または全ての洗浄ステップを、二流体ジェット洗浄を用いた洗浄ステップに置き換えて使用することで、逆汚染のない洗浄が期待できる。しかしＣＭＰ後洗浄の場合、ＣＭＰ工程でスラリーに含まれる砥粒が強い圧力で基板に押し付けられるため、一般の洗浄工程によって除去される場合よりも残留物が基板に強固に付着して、既存の二流体ジェット洗浄を単にＣＭＰ後洗浄に適用するだけでは、十分な洗浄性能が得られないことが判った。
【００１２】
表１に直径３００ｍｍの半導体ウェーハの表面に成膜したＴＥＯＳ膜をＳｉＯ２砥粒またはＣｅＯ２砥粒を含むスラリーでＣＭＰし、従来の接触洗浄で洗浄した後の残留パーティクル数と、同様のＣＭＰを行った後に二流体ジェット洗浄を行った場合の残留パーティクル数を計測した結果を表１に示す。
【表１】
【００１３】
パーティクル数の測定は、半導体ウェーハの端部２ｍｍを除外して、８０ｎｍ以上のパーティクル数を検出した。接触洗浄の洗浄ステップは、図３に示す第１洗浄機１６を使用した第１段洗浄と、図９に示す洗浄機７０を使用した第２段洗浄からなり、洗浄液には全て超純水を使用した。そして、図９に示す洗浄機７０のペンシル型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）７６を新品に交換した直後と、半導体ウェーハ６００枚の洗浄処理に使用した後の２回の評価を行った。二流体ジェット洗浄では、図３に示す第１洗浄機１６を用いて第１段洗浄を行った後、図４に示す第２洗浄機１８を使用して、ＣＯ２ガス溶解水（流量２００ｍｌ／ｍｉｎ）とＮ２ガス（流量１００Ｌ／ｍｉｎ）の二流体による二流体ジェット洗浄を行った。
【００１４】
表１から判るように、接触洗浄ではＰＶＡスポンジの使用前後にかかわらず８０ｎｍ以上パーティクル数が26,000個以上と非常に多く、１２０ｎｍ以上のパーティクル・サイズに限定しても、1,500〜2,000個のパーティクルが検出された。一方、二流体ジェット洗浄では８０ｎｍ以上パーティクル数はやや減少しており、接触洗浄よりも洗浄性能が若干優れている様子が伺えるものの、依然多くのパーティクルが残留している。接触洗浄のほうが二流体ジェット洗浄に比べ残留パーティクル数が多いのは、ＰＶＡスポンジ内に汚染が蓄積され、逆汚染が発生しているためであると考えられる。なおＣＯ２ガス溶解水の替わりに超純水を用いても表１の傾向に違いは見られなかった。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、たとえＣＭＰ後洗浄の場合等、残留物が基板に強固に付着して、既存の二流体ジェット洗浄を単に適用するだけでは十分な洗浄性能が得られない場合であっても、二流体ジェット洗浄をより有効に利用して、洗浄能力を高めた洗浄を行うことができるようにした基板の洗浄方法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】
【００１６】
本発明の基板の洗浄方法は、基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を洗浄する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行うことを特徴とする。
【００１７】
このように、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行うことで、基板と汚染物との間の電気的反発力を増加させ、これによって、例えばＣＭＰ中に基板表面に強固に押し付けられた砥粒も基板表面から脱離可能となし、その後、接触洗浄と二流体ジェット洗浄を行うことで洗浄能力を高めることができる。
【００１８】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理で増加させた後の基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位は、−５０ｍＶ以下または＋５０ｍＶ以上であることが好ましい。
【００１９】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給することで行うことができる。前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、アルカリ性の洗浄液を基板表面に供給することで行ってもよい。
【００２０】
前記洗浄具は、例えばＰＶＡスポンジからなる。これにより、ＰＶＤスポンジ内に汚染が蓄積されることを防止することができる。
【００２１】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理をＣＭＰ直後の基板に対して行うことが好ましい。これにより、残留物が基板に強固に付着して、既存の二流体ジェット洗浄を単に適用するだけでは十分な洗浄性能が得られないＣＭＰ後洗浄の場合であっても、基板に対する洗浄効果を高めることができる。
【００２２】
前記接触洗浄及び前記二流体ジェット洗浄の少なくとも一方を、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させながら行うことが好ましい。これによって、接触洗浄または二流体ジェット洗浄の際にも、基板と汚染物との間の電気的反発力を増加させて、洗浄効果を更に高めることができる。
【００２３】
本発明の他の基板の洗浄方法は、基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、基板に界面活性剤を含む液体を供給して基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を接触する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行うことで、基板と汚染物との間の電気的反発力を増加させ、これによって、例えばＣＭＰ中に基板表面に強固に押し付けられた砥粒も基板表面から脱離可能となし、その後、接触洗浄と二流体ジェット洗浄を行うことで洗浄能力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の基板の洗浄方法に使用されるＣＭＰ装置の全体配置図である。
【図２】図１に示すＣＭＰ装置に備えられている研磨部の概要を示す図である。
【図３】図１に示すＣＭＰ装置に備えられている第１の洗浄機の概要を示す図である。
【図４】図１に示すＣＭＰ装置に備えられている第２の研磨機の概要を示す図である。
【図５】本発明の実施形態の基板の洗浄方法の処理フロー図である。
【図６】本発明の他の実施形態の基板の洗浄方法の処理フロー図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態の基板の洗浄方法の処理フロー図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態の基板の洗浄方法の処理フロー図である。
【図９】従来の洗浄機の概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。なお、以下の例では、ＳｉＯ２砥粒またはＣｅＯ２砥粒等の砥粒を含むスラリーを使用してＣＭＰを行った直後の半導体ウェーハ等の基板を洗浄する、基板のＣＭＰ後洗浄に適用した例を示す。本発明は、ＣＭＰ後洗浄以外の基板の洗浄一般に広く適用できることは勿論である。
【００２７】
図１は、本発明の基板の洗浄方法に使用されるＣＭＰ装置の全体配置図である。図１に示すように、ＣＭＰ装置は、研磨部１０、ロード・アンロード部１２、２基の搬送機１４ａ，１４ｂ、基板の接触洗浄による第１段洗浄を行う第１洗浄機１６、基板の二流体ジェット洗浄による第２段洗浄を行う第２洗浄機１８及び反転機２０を備えており、研磨部１０と搬送機１４ａとの間には、基板受渡台２２が配置されている。
【００２８】
研磨部１０は、半導体ウェーハ等の基板Ｗの研磨（ＣＭＰ）処理と、ＣＭＰ直後の基板Ｗと該基板Ｗ上に付着している汚染物（スラリーに含まれる砥粒）のゼータ電圧の絶対値を増加させる処理とを行うもので、図２に示すように、上面に研磨パッド２４を貼り付けた回転自在な研磨テーブル２６と、基板Ｗを保持しつつ研磨テーブル２６に所定の押圧力で押し付ける回転自在な基板ホルダ２８と、研磨パッド２４上にスラリー（研磨剤）３０を供給するスラリーノズル３２と、研磨パッド２４上に洗浄液３４を供給する洗浄液ノズル３６とを具備している。
【００２９】
これにより、基板ホルダ２８と研磨テーブル２６をそれぞれ回転させながら基板ホルダ２８で保持した基板Ｗを研磨パッド２４に押圧させ、同時に研磨パッド２４上にスラリーノズル３２からスラリー３０を供給して基板Ｗの研磨を行う。そして、基板Ｗの研磨終了後、基板ホルダ２８と研磨テーブル１２をそれぞれ回転させながら基板ホルダ２８で保持した基板Ｗを研磨パッド２４に押圧させた状態のまま、研磨パッド２４上に洗浄液ノズル３６から界面活性剤を含む洗浄液３４を供給することで、基板Ｗと該基板Ｗの表面に付着している、例えばスラリー３０に含まれる砥粒等の汚染物のゼータ電圧の絶対値を増加させる。界面仮性剤を含む洗浄液３４の代わりに、アルカリ性の洗浄液を使用しても良い。
【００３０】
基板Ｗの接触洗浄による第１段洗浄を行う第１洗浄機１６は、図３に示すように、例えばローラ等で外周部を把持され該ローラ等の回転に伴って回転する基板Ｗの表裏両面に互いに接離する方向に移動自在で、自転自在な一対のロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）４０と、基板Ｗの表裏両面に洗浄液４２を供給する洗浄液ノズル４４を備えており、洗浄液ノズル４４に洗浄液を供給する洗浄液供給ラインには、流量制御のためのマスフロコントローラ等の制御部４６が設置されている。
【００３１】
これにより、ローラ等の回転に伴って回転している基板Ｗの表裏両面に一対のロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）４０を所定の押圧力で接触させながら自転させながら、基板Ｗの表裏両面に洗浄液ノズル４４から洗浄液４２を供給することで、基板Ｗの表裏両面を洗浄（第１段洗浄）する。
【００３２】
基板Ｗの二流体ジェット洗浄による第２段洗浄を行う第２洗浄機１８は、図４に示すように、チャック（図示せず）等で保持し該チャックの回転に伴って回転する基板Ｗの周囲を囲繞する洗浄カップ５０と、このチャック等に保持された基板Ｗの上方に平行移動自在に配置され、基板Ｗに向けて洗浄液とガスを高速で噴出させて二流体ジェット流５２を生成し高速で噴霧する噴出ノズル５４とを備えている。噴出ノズル５４には、純水またはＣＯ２ガス溶解水など洗浄液を供給する洗浄液供給ライン５６と、Ｎ２ガスまたは乾燥エアなどのガスを供給するガス供給ライン５８が接続され、この各ライン５６，５８には、洗浄液とガスそれぞれの流量を調整する制御部６０，６２が設けられている。
【００３３】
これにより、純水またはＣＯ２ガス溶解水などの洗浄液と、Ｎ２ガスまたは乾燥エアなどのガスを噴出ノズル５４から高速で噴出させることにより、ガス中に洗浄液が微小ミストとなって存在する二流体ジェット流５２が生成され、この二流体ジェット流５２をチャック等で保持されて回転している基板Ｗに向けて高速で噴霧することにより、ミスト衝突時の圧力で基板Ｗ上の異物が除去される。これによって、基板Ｗの洗浄（第２段洗浄）が行われる。
【００３４】
次に、本発明の実施形態の基板の洗浄方法を図５の処理フローを参照して説明する。
先ず、基板カセット等の保管ケース内に収納された基板Ｗをロード・アンロード部１２にセットする。基板Ｗは、例えば直径３００ｍｍで、表面にＴＥＯＳ膜が成膜されている半導体ウェーハである。ロード・アンロード部１２にセットされた保管ケースから１枚の基板Ｗを搬送機１４ｂで取り出し反転機２０に搬送する。反転機２０によって表面が下向きに反転された基板Ｗを搬送機１４ａで基板受渡台２２に搬送し、研磨部１０の基板ホルダ２８で保持する。
【００３５】
基板Ｗを保持した基板ホルダ２８を研磨テーブル２６の上方に移動させた後、基板ホルダ２８及び研磨テーブ２６をそれぞれ回転させながら、基板ホルダ２８を下降させて基板Ｗを所定の押圧力で押圧し、同時に研磨パッド２４上にスラリーノズル３２からスラリー３０を供給して基板Ｗの研磨（ＴＥＯＳ膜の研磨）を行う。そして、基板Ｗの研磨終了後、基板ホルダ２８と研磨テーブル２６をそれぞれ回転させながら基板ホルダ２８で保持した基板Ｗを研磨パッド２４に押圧させた状態のまま、研磨パッド２４上に洗浄液ノズル３６から界面活性剤を含む洗浄液３４を供給することで、基板Ｗと該基板Ｗ上に付着している、例えばスラリーに含まれる砥粒等の汚染物のゼータ電圧の絶対値を増加させる。界面活性剤を含む洗浄液３４の供給時間は、数秒以上必要であり、１０秒以上であることが好適である。界面活性剤を含む洗浄液３４を供給している間に基板Ｗを研磨パッド２４に向けて押圧する押圧力は、研磨時に基板Ｗを研磨パッド２４に向けて押圧する押圧力よりも小さくて良い。
【００３６】
次に、基板ホルダ２８で保持した基板Ｗを基板受渡台２２に搬送して受け渡し、この基板受渡台２２で受け取った基板を搬送機１４ａで第１洗浄機１６に搬送する。この洗浄機１６で、ローラ等の回転に伴って回転している基板Ｗの表裏両面に一対のロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）４０を所定の押圧力で接触させながら自転させながら、基板Ｗの表裏両面に洗浄液ノズル４４から、純水からなる洗浄液４２を供給することで、基板Ｗの表裏両面を接触洗浄（第１段洗浄）する。
【００３７】
この第１段洗浄後の基板Ｗを搬送機１４ａで反転機２０に搬送し、この反転機２０で表面を上向きに反転させた基板を、搬送機１４ａで第２洗浄機１８に搬送する。この洗浄機１８で、例えばＮ２ガス１００Ｌ／ｍｉｎとＣＯ２溶解水２００ｍｌ／ｍｉｎからなる二流体を噴出ノズル５４から基板Ｗの表面に高速で噴霧して、二流体ジェット洗浄（第２段洗浄）を行う。
【００３８】
次に、洗浄機１８で基板Ｗを高速スピンで乾燥させ、乾燥後の基板Ｗを、搬送機１４ｂによりロード・アンロード部１２の保管ケース（基板カセット）に戻す。
【００３９】
上記処理を行った場合の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測した結果を、二流体ジェット洗浄として表２に示す。比較のために、上記第２の洗浄機１８による二流体ジェット洗浄の代わりに、図９に示す洗浄機７０を使用し、洗浄液として純水を用いて洗浄した時の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測した結果も、接触洗浄として表２に示す。
【表２】
【００４０】
表２より、界面活性剤を含む洗浄液での処理（基板と基板上の汚染物のゼータ電圧の絶対値を増加させる処理）を追加したことにより、８０ｎｍ以上パーティクルは、接触洗浄で9,601個、二流体ジェット洗浄で6,400個となり、従来の洗浄方法で20,000〜36,000個残留していたのに対して大幅に改善されることが判る。さらに、半導体デバイスの歩留りに影響を及ぼす可能性の高い、よりサイズの大きい１２０ｎｍ以上のパーティクル数で比較すると、接触洗浄後に1,905個であるのに対し、二流体ジェット洗浄後は717個まで低減していることが判る。
【００４１】
界面活性剤を含む洗浄液を二流体ジェット洗浄処理前に供給することで残留パーティクル数が低減できるメカニズムとして、以下の理由が考えられる。すなわち、ＣＭＰ対象である基板表面膜（ＳｉＯ２膜）と砥粒（ＳｉＯ２粒子またはＣｅＯ２粒子）の洗浄液中でのゼータ電位を比較すると、洗浄液が超純水（ｐＨ７）の場合にはＳｉＯ２、ＣｅＯ２とも−２０〜−５０ｍＶと弱いマイナス電位を持つ程度だが、界面活性剤を加えた超純水の場合には−５０ｍＶ以上の強いマイナス電位を示しており、ＳｉＯ２膜と砥粒との間の電気的反発力が増加している。その結果、ＣＭＰ中に基板表面膜（ＳｉＯ２膜）表面に強固に押し付けられた砥粒も脱離可能となり、再付着も抑制される。同時に、二流体ジェットで生成される微小ミスト衝突時の圧力がペンシル型ＰＶＡスポンジによる接触洗浄を上回り、異物除去しやすいためと、二流体ジェット洗浄は、非接触洗浄で逆汚染がないために、表２に示すような優れた洗浄性能が達成できたと考えられる。
【００４２】
表２の結果は、Ｎ２ガス流量が１００Ｌ／ｍｉｎ、ＣＯ２ガス溶解水流量が２００ｍｌ／ｍｉｎの条件の場合であるが、Ｎ２ガス流量を７５Ｌ／ｍｉｎ、５０Ｌ／ｍｉｎまたはそれ以下に落としても、ＣＯ２ガス溶解水流量を１００ｍｌ／ｍｉｎ以下に落としても、ほぼ同様の洗浄性能が得ることができることが確かめられている。またＣＯ２ガス溶解水は、洗浄時の帯電防止には有効であるが、パーティクル除去のみを目的とすれば、ＣＯ２ガス溶解水の替わりに超純水を用いても同様の効果を得ることができることが確かめられている。
【００４３】
上記実施形態では、基板表面膜と砥粒との間に電気的反発力を与える手段として界面活性剤を用いたが、アルカリ性薬液でも同等の効果を得ることができる。また界面活性剤を含む洗浄液、あるいはアルカリ性薬液などを研磨パッド上に供給する回数は一回に限定されることなく、ＣＭＰ後に何度かに分けて供給しても良く、その間に超純水やスラリー、または別の薬液を研磨パッドに供給しても良い。また上記実施形態では、２つの洗浄機で第１段洗浄と第２段洗浄を行うようにしているが、洗浄機の数は３つ以上として、第３段もしくはそれ以上の洗浄を行うようにしてもよい。更に、第１段洗浄を行う第１洗浄機１６におけるロール型ＰＶＡスポンジ４０や基板Ｗの設置位置及び方向は任意に設定できる。例えば、基板を垂直に設置して、ロール型ＰＶＡスポンジが基板の少なくとも表面に接触するようにしてもよい。第２段洗浄を行う第２洗浄機１８における乾燥方法は、高速スピン回転に限らず、ＩＰＡ乾燥、または別の乾燥手段であってもよい。このことは、以下の各例においても同様である。
【００４４】
図６は、本発明の他の実施形態の処理フローを示す。この例の図５に示す例と異なる点は、図３に示す第１洗浄機１６による接触洗浄に使用される洗浄液３４として、純水の代わりに、０．５％の界面活性剤を含む純水を使用している点にある。これによって、ロール型ＰＶＤスポンジ（洗浄具）４０による接触洗浄を、基板Ｗと基板Ｗ上に付着している砥粒等の汚染物の絶対値を増加させながら行うようにしている。
【００４５】
上記処理を行った場合の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測した結果を、二流体ジェット洗浄として表３に示す。比較のために、上記第２の洗浄機１８による二流体ジェット洗浄の代わりに、図９に示す洗浄機７０を使用し、洗浄液として純水を用いて洗浄した時の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測した結果も、接触洗浄として表３に示す。
【表３】
【００４６】
二流体ジェット洗浄にあっては、表２と比較して、８０ｎｍ以上のパーティクル数において約1,100個の低減効果があり、特に１２０ｎｍ以上のパーティクル数は半減している。接触洗浄にあっては、界面活性剤を添加した効果はなく、逆に表２で示した純水での洗浄結果よりもパーティクル数が増加している。この現象は、接触洗浄で除去したパーティクルの一部がスポンジ内部に蓄積されるが、界面活性剤添加によりスポンジ自体も洗浄されてしまい、蓄積されたパーティクルが基板上に放出されて残留するためであると考えられる。
【００４７】
前述の第１段洗浄に使用する洗浄液の界面活性剤濃度を０．５〜８％に段階的に変えた場合の基板（ウェーハ）上の残留パーティクル数を計測して結果を表４に示す。
【表４】
【００４８】
表４から、洗浄液の界面活性剤濃度が２％と４％の場合に残留パーティクル数が多い傾向が見られ、界面活性剤濃度が０．５％と８％の場合にはパーティクル数が少ないことが判る。したがって、洗浄液の界面活性剤濃度は、２％未満もしくは４％より高い条件であることがより好適である。洗浄液の界面活性剤濃度が２〜４％の領域でパーティクル数が若干増加する原因は、次のように推察される。すなわち研磨砥粒は微小な砥粒粒子が数個から数十個程度凝集してスラリー中に存在し、砥粒間の電気的反発力に変化がない限り、研磨後の基板（ＳｉＯ２）表面でもこの凝集状態で残存する。後洗浄で界面活性剤の添加量を増やしていくと、砥粒間の電気的反発力が増加して砥粒の凝集が弱まり、砥粒が散在して砥粒の全表面積は増加する。ところが界面活性剤の量が中途半端に多い状態（ここでは濃度２〜４％の領域に相当）では、増加した砥粒表面には界面活性剤が吸着するものの、基板表面膜（ＳｉＯ２膜）表面への界面活性剤吸着量が不足してしまう。そのため、基板表面膜（ＳｉＯ２膜）と砥粒間の電気的反発力が十分でなくなり、残留パーティクル数の増加として検出されてしまう。洗浄液の界面活性剤濃度が４％より高い条件、例えば８％では、基板表面膜（ＳｉＯ２表面）にも十分な量の界面活性剤が吸着できるので、残留パーティクル数は再び減少する。
【００４９】
図７は、本発明の更に他の実施形態の基板の洗浄方法の処理フローを示す。この例の図５及び図６に示す例と異なる点は、図４に示す第２洗浄機１８による二流体ジェット洗浄に使用される洗浄液５２として、純水の代わりに、界面活性剤を含む純水を使用している点にある。これによって、二流体ジェット洗浄を、基板Ｗと基板Ｗ上に付着している砥粒等の汚染物の絶対値を増加させながら行うようにしている。
【００５０】
この場合、例えばＣＯ２ガス溶解水に界面活性剤を添加してもよいが、発泡しやすい界面活性剤を使用した場合には、ミスト生成時に界面活性剤が発泡して洗浄の妨げとなる。その場合には、界面活性剤と一緒に消泡剤を適宜添加することが好ましく、例えばＮ２ガスとＣＯ２ガス溶解水からなる二流体ジェットを基板表面に噴射するのと同時に、図４に図示しない別の洗浄液ノズルより界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給するようにしても良い。界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給するタイミングは、二流体ジェットを噴射している全ての時間ではなく、一部の時間、例えば二流体ジェットを噴射する初期の時間のみでも良い。
【００５１】
図８は、本発明の更に他の実施形態の処理フローを示す。この例の図７に示す例と異なる点は、図４に示す第２洗浄機１８による二流体ジェット洗浄に際して、先ず図４に図示しない洗浄液ノズルから基板の表面に界面活性剤を含む洗浄液を供給し、しかる後、二流体ジェットを基板表面に噴射するようにしている点にある。このように、界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に二流体ジェット洗浄前に供給しても、前述と同様な洗浄効果を得ることができる。また界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給する工程と二流体ジェット洗浄を行う工程とを交互に繰り返して行うことにより、より高い洗浄効果が得られる。
【００５２】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５３】
１０ 研磨部
１２ ロード・アンロード部
１４ａ，１４ｂ 搬送機
１６，１８ 洗浄機
２４ 研磨パッド
２６ 研磨テーブル
２８ 基板ホルダ
３０ スラリー
３２ スラリーノズル
３４，４２ 洗浄液
３６，４４ 洗浄液ノズル
４０ ロール型ＰＶＡスポンジ（洗浄具）
５０ 洗浄カップ
５２ 二流体ジェット流
５４ 噴出ノズル
５６ 洗浄液供給ライン
５８ ガス供給ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、
基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、
基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を洗浄する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行うことを特徴とする基板の洗浄方法。
【請求項２】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理で増加させた後の基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位は、−５０ｍＶ以下または＋５０ｍＶ以上であることを特徴とする請求項１記載の基板の洗浄方法。
【請求項３】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給することで行うことを特徴とする請求項１または２記載の基板の洗浄方法。
【請求項４】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、アルカリ性の洗浄液を基板表面に供給することで行うことを特徴とする請求項1または２記載の基板の洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄具は、ＰＶＡスポンジからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板の洗浄方法。
【請求項６】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理をＣＭＰ直後の基板に対して行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板の洗浄方法。
【請求項７】
前記接触洗浄及び前記二流体ジェット洗浄の少なくとも一方を、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させながら行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板の洗浄方法。
【請求項８】
基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、
基板に界面活性剤を含む液体を供給して基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、
基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を接触する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行うことを特徴とする基板の洗浄方法。
【請求項９】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、ＣＭＰ直後の基板に界面活性剤を含む液体を供給して行うことを特徴とする請求項８記載の基板の洗浄方法。
【請求項１】
基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、
基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、
基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を洗浄する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行うことを特徴とする基板の洗浄方法。
【請求項２】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理で増加させた後の基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位は、−５０ｍＶ以下または＋５０ｍＶ以上であることを特徴とする請求項１記載の基板の洗浄方法。
【請求項３】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、界面活性剤を含む洗浄液を基板表面に供給することで行うことを特徴とする請求項１または２記載の基板の洗浄方法。
【請求項４】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、アルカリ性の洗浄液を基板表面に供給することで行うことを特徴とする請求項1または２記載の基板の洗浄方法。
【請求項５】
前記洗浄具は、ＰＶＡスポンジからなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の基板の洗浄方法。
【請求項６】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理をＣＭＰ直後の基板に対して行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の基板の洗浄方法。
【請求項７】
前記接触洗浄及び前記二流体ジェット洗浄の少なくとも一方を、基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させながら行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の基板の洗浄方法。
【請求項８】
基板に付着した汚染物を洗浄する基板の洗浄方法において、
基板に界面活性剤を含む液体を供給して基板と基板上に付着している汚染物のゼータ電位の絶対値を増加させる処理を行い、しかる後、
基板の表面に洗浄具を接触させて基板の表面を接触する接触洗浄と、ガスと液体を基板表面に向け同時に噴射して基板表面を洗浄する二流体ジェット洗浄とを行うことを特徴とする基板の洗浄方法。
【請求項９】
前記ゼータ電位の絶対値を増加させる処理を、ＣＭＰ直後の基板に界面活性剤を含む液体を供給して行うことを特徴とする請求項８記載の基板の洗浄方法。
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１】
【公開番号】特開２０１０−２３８８５０（Ｐ２０１０−２３８８５０Ａ）
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８４２０４（Ｐ２００９−８４２０４）
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月２１日（２０１０．１０．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３１日（２００９．３．３１）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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