洗浄方法
【課題】研磨加工後の半導体基板から残渣を効率良く除去できる洗浄方法を提供すること。
【解決手段】本発明の実施形態に係る洗浄方法は、回転するロールブラシにより半導体基板上の残渣を洗浄する洗浄方法であって、ロールブラシを７．３５ｋＰａ以下の第１の圧力で半導体基板に押し当てて、半導体基板上の残渣を洗浄する第１の洗浄工程と、ロールブラシを７．３５ｋＰａよりも高い第２の圧力で半導体基板に押し当てて、半導体基板上の残渣を洗浄する第２の洗浄工程と、を有する。
【解決手段】本発明の実施形態に係る洗浄方法は、回転するロールブラシにより半導体基板上の残渣を洗浄する洗浄方法であって、ロールブラシを７．３５ｋＰａ以下の第１の圧力で半導体基板に押し当てて、半導体基板上の残渣を洗浄する第１の洗浄工程と、ロールブラシを７．３５ｋＰａよりも高い第２の圧力で半導体基板に押し当てて、半導体基板上の残渣を洗浄する第２の洗浄工程と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に関する実施形態は、研磨加工後の半導体基板の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴い、半導体デバイスの製造には、種々の技術（例えば、新たな材料や加工方法）が導入されている。その中でも、ＣＭＰ（化学機械研磨）は、層間絶縁膜（ＩＬＤ：inter layer dielectric）の平坦化、埋め込み素子分離（ＳＴＩ：shallow trench isolation）、プラグ、埋め込み金属配線の形成等、半導体デバイスの製造に不可欠の技術となっている。
【０００３】
ＣＭＰは、半導体デバイスの表面を研磨して平坦化する技術であり、この研磨の際にスラリーと呼ばれる研磨剤を使用する。ＣＭＰでは、研磨剤に含まれる成分が半導体基板表面に化学反応（例えば、酸化、水和、錯体形成）を引き起こし、この化学反応により半導体基板表面にできた層が研磨剤に含まれる研磨粒子により機械的に除去される。
【０００４】
研磨終了後は、研磨面を含めた半導体基板全体が洗浄され、半導体基板に付着した研磨粒子等の残渣が除去される。これら残渣が半導体基板表面上に存在すると、この半導体基板上に形成されている半導体デバイスの配線の短絡等、様々な悪影響を引き起こす原因となる。このため、半導体基板表面上の残渣を洗浄する様々な方法が従来から提案されている。
【０００５】
例えば、回転する２つのロールブラシにより半導体基板を挟み込むようにして洗浄する方法、小型のブラシ（ペンブラシ）で半導体基板を洗浄する方法、１ＭＨｚ付近の超音波を使用して半導体基板を洗浄する方法（メガソニック洗浄）、純水と高圧ガス（Ｎ２）とをノズル内で混合して半導体基板へ噴射し、純水の液滴が半導体基板表面に衝突した際に発生する衝撃波を利用して半導体基板を洗浄する方法（２流体ジェット洗浄）等が提案されている。
【０００６】
また、ＣＭＰ後の洗浄ではないが、回転する２つのロールブラシにより半導体基板を挟み込むようにして洗浄する方法において、第１の圧力でロールブラシを半導体基板に押し当てて洗浄した後、第１の圧力よりも低い第２の圧力でロールブラシを半導体基板に押し当てて洗浄する方法も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１４２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の洗浄方法では、ＣＭＰ後の半導体基板に付着した残渣を十分に除去できないという問題があった。
【０００９】
本発明の実施形態は、かかる従来の問題を解消するためになされたもので、研磨加工後の半導体基板から残渣を効率良く除去できる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】
【００１０】
本発明の実施形態に係る洗浄方法は、回転するロールブラシにより半導体基板上の残渣を洗浄する洗浄方法であって、ロールブラシを７．３５ｋＰａ以下の第１の圧力で半導体基板に押し当てて、半導体基板上の残渣を洗浄する第１の洗浄工程と、ロールブラシを７．３５ｋＰａよりも高い第２の圧力で半導体基板に押し当てて、半導体基板上の残渣を洗浄する第２の洗浄工程と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る研磨装置の側面構成図である。
【図２】ロールブラシの正面構成図である。
【図３】洗浄メカニズムの説明図である。
【図４】実施形態に係る研磨装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施例１の検査結果を示す図である。
【図６】実施例２の検査結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る研磨装置１の側面構成図である。図１に示すように、実施形態に係る研磨装置１は、搬送機構１０、研磨機構２０、洗浄機構３０、乾燥機構４０、薬液供給機構５０、操作機構６０、制御機構７０を備える。以下、図１を参照して研磨装置１が備える各機構について説明する。
【００１３】
（搬送機構１０）
搬送機構１０は、半導体基板（以下、ウェハＷと称する）が収容された収容器２のドアを開閉するオープナー１１と、研磨機構２０、洗浄機構３０及び乾燥機構４０間でウェハＷの搬送を行う搬送ロボット１２とを備える。なお、収容器２は、研磨対象であるウェハＷを収容する容器であり、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）やＳＭＩＦ（Standard of Mechanical Interface）Ｐｏｄ等である。
【００１４】
（研磨機構２０）
研磨機構２０は、搬送ロボット１２及びトップリング２２との間でウェハＷを受け渡すための台である受渡台２１と、ウェハＷを研磨するためのトップリング２２（ヘッドとも称する）及びターンテーブル２３（研磨テーブルとも称する）と、トップリング２２を回転駆動するためのモータ２４と、ターンテーブル２３を回転駆動するためのモータ２５と、ターンテーブル２３上のパッド２３ａへ研磨剤を供給する研磨剤供給ノズル２６と、パッド２３ａをドレスするドレス２７とを備える。
【００１５】
ウェハＷを研磨機構２０内へ搬送する際には、搬送ロボット１２が受渡台２１上に研磨面（半導体デバイスの形成面）を下向きにして載置したウェハＷをトップリング２２で受け取り、ウェハＷを研磨機構２０外へ搬送する際には、トップリング２２が受渡台２１上に載置したウェハＷを搬送ロボット１２で受け取ることによりウェハＷの受け渡しを行う。
【００１６】
トップリング２２は、搬送ロボット１２により研磨面を下に向けて受渡台２１上に載置されたウェハＷを受け取ると、後述するターンテーブル２３上にウェハＷを移送させた後、ウェハＷの研磨面をターンテーブル２３上のパッド２３ａに押し付けた状態でモータ２４により回転駆動される。研磨剤供給ノズル２６からは、薬液供給機構５０から供給される研磨剤（スラリー）がパッド２３ａ上に供給される。ドレス２７は、パッド２３ａ上を往復駆動し、パッド２３ａのコンディショニングを行う。
【００１７】
（洗浄機構３０）
洗浄機構３０は、ウェハＷを洗浄するロールブラシ３１ａ，３１ｂと、洗浄液（例えば、アンモニア水溶液等のアルカリ性液体）を供給する洗浄液供給ノズル３２ａ、３２ｂと、リンス用の純水を供給する純水供給ノズル３３ａ，３３ｂと、ウェハＷの端部を把持するとともに自転してウェハＷを回転させる把持手段３４とを備える。ウェハＷの洗浄の際には、洗浄液供給ノズル３２ａ，３２ｂから洗浄液が供給されるとともに把持手段３４が自転してウェハＷを回転させる。
【００１８】
ロールブラシ３１ａ，３１ｂは後述する支持部材により回転駆動され、ウェハＷを挟み込むようにしてウェハＷを洗浄し、ウェハＷに付着している研磨粒子等の残渣を除去する。ウェハＷの洗浄後は、純水供給ノズル３３ａ，３３ｂから純水が供給されウェハＷのリンスが行われる。なお、図１には、洗浄機構３０をウェハＷを水平方向に把持する方式（いわゆる横型）で図示しているが、ウェハＷを垂直方向に把持する方式（いわゆる縦型）としてもよい。
【００１９】
（ロールブラシ３１ａ，３１ｂの構成）
図２は、ロールブラシ３１ａ，３１ｂの正面構成図である。以下、図２を参照してロールブラシ３１ａ，３１ｂの構成について説明する。なお、ロールブラシ３１ａ，３１ｂは同一の構成であるため、以下の説明ではロールブラシ３１ａの構成についてのみ説明し、ロールブラシ３１ｂの構成の説明は省略する。
【００２０】
ロールブラシ３１ａは、筒状に形成され、外周面上に円筒形の突起ａが複数列配置されているスポンジ状の多孔質体からなるブラシ体３０１ａと、ブラシ体３０１ａの長手方向に沿ってブラシ体３０１ａに挿入された芯体３０２ａと、芯体３０２ａを支持するとともに芯体３０２ａを回転駆動する支持部材３０３ａと、支持部材３０３ａに係合され、該支持部材３０３ａを図２の上下方向（矢印の方向）に駆動するエアシリンダ３０４ａとを備える。なお、ロールブラシ３１ａをウェハＷ表面へ押しつける力は、エアシリンダ３０４ａへ供給する窒素（Ｎ２）ガスもしくはＣＤＡ（Clean Dry Air）の圧力で制御される。
【００２１】
支持部材３０３ａにより芯体３０２ａが回転させられると、芯体３０２ａとともにブラシ体３０１ａが回転する。次に、エアシリンダ３０４ａによりブラシ体３０１ａがウェハＷ表面（洗浄面）に押し当てられ、ウェハＷ表面上に付着した残渣が洗浄される。なお、先にブラシ体３０１ａをウェハ表面に押し当てた後、ブラシ体３０１ａを回転させるようにしてもよい。また、ウェハＷの洗浄時には、図１に示す洗浄液供給ノズル３２ａ，３２ｂから洗浄液が供給される。なお、ブラシ体３０１ａの一部のみがウェハＷ表面に接触することを防止するため、ロールブラシ３１ａの長手方向に沿って、ブラシ体３０１ａの外周とウェハＷの表面と略平行となるようにロールブラシ３１ａを取り付けることに留意が必要である。また、ブラシ体３０１ａの形状は、種々のものを使用することが可能であり、例えば、外周面上に突起が形成されていないブラシ体を使用するようにしてもよい。
【００２２】
（乾燥機構４０）
乾燥機構４０は、窒素ガスもしくはＣＤＡをウェハＷへ噴出する噴出ノズル４１ａ，４１ｂと、ウェハＷの端部を把持するとともに自転してウェハＷを回転させる把持手段４２とを備える。乾燥機構４０では、把持手段４２によりウェハＷを回転させた状態で、噴出ノズル４１ａ，４１ｂから窒素ガスもしくはＣＤＡを噴出しウェハＷを乾燥する。
【００２３】
（薬液供給機構５０）
薬液供給機構５０は、研磨機構２０へ供給する研磨剤を収容するタンク５１と、このタンク５１に収容された研磨剤を送出するポンプ５２と、洗浄機構３０へ供給する洗浄液を収容するタンク５３と、このタンク５３に収容された洗浄液を送出するポンプ５４とを備える。
【００２４】
（操作機構６０）
操作機構６０は、ユーザ（オペレータ）からの指示を受け付け、受け付けた指示を制御装置７０へ入力する入力手段（例えば、キーボードやマウス）と、研磨装置１の操作に必要な情報を表示するディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube））を備える。
【００２５】
（制御機構７０）
制御機構７０は、メモリ７１、ＣＰＵ（central processing unit）７２、ＨＤＤ(hard disk drive)７３を備える。ＨＤＤ７３には、研磨装置１の動作プログラムやレシピと呼ばれるウェハＷの処理条件（研磨条件や洗浄条件）等が記憶されている。
【００２６】
各レシピは、研磨及び洗浄の項目から構成されており、研磨の項目では、ウェハＷの研磨に必要なパラメータ、例えば、トップリング２２の押圧（Ｐａ）、トップリング２２の回転数（回転／分）、ターンテーブル２３の回転数（回転／分）、研磨剤の供給量（ｃｃ／分）、ドレス２７の回転数（回転／分）等を設定できる。
【００２７】
洗浄の項目では、洗浄機構３０におけるウェハＷの洗浄時間（秒）、ロールブラシ３１ａ、３１ｂの回転数（回転／分）、ロールブラシ３１ａ、３１ｂのウェハＷへの押し付け圧（ニュートン）、洗浄液及び純水の供給量（ｃｃ／分）等の条件を設定できる。
【００２８】
制御機構７０は、操作機構６０を介してユーザにより指定されたレシピもしくは図示しないホスト（host）により指定されたレシピでウェハＷを研磨及び洗浄する。
【００２９】
（洗浄メカニズム）
図３は、洗浄メカニズムの説明図である。以下、図３を参照して、ウェハＷに付着した残渣を洗浄（除去）するメカニズムについて説明する。なお、ロールブラシ３１ａ側及びロールブラシ３１ｂ側での洗浄メカニズムは同じであるため、以下の説明では、ロールブラシ３１ａ側での洗浄メカニズムについてのみ説明し、ロールブラシ３１ｂ側での洗浄メカニズムの説明を省略する。また、図３に記載の符号Ｕは、ロールブラシ３１ａのブラシ体３１ａの最外周面の速度（Tip velocity）である。
【００３０】
ウェハＷ表面に付着している残渣Ｓを除去する力Ｆｄ（以下、除去力Ｆｄと称する）は、ロールブラシ３０１ａとウェハＷの回転によって作り出される洗浄液の流速ｕと、ロールブラシ３０１ａとウェハＷ間の距離Ｌとに応じて発生すると考えられる（参考文献：Haedo Jeong et al., “Analysis of Particle Removal Mechanism Based on PVA Brush Dynamics”, ICPT2008）。
【００３１】
すなわち、ロールブラシ３１ａ及びウェハＷの回転によって、洗浄液がロールブラシ３１ａとウェハＷとの間に入り込むハイドロプレーン現象が引き起こされる。そして、ロールブラシ３１ａとウェハＷ間に生じた洗浄液の流れが残渣Ｓを押し流す力、すなわち除去力ＦｄをウェハＷ表面上の残渣Ｓへ及ぼすと考えられる。
【００３２】
ここで、除去力Ｆｄは、以下の（１）式で表すことができる。
Ｆｄ＝（π・Ｃｄ・ρ・ｄ２・ｕ２）／８・・・（１）
なお、（１）式中の各パラメータの意味は以下の通りである。
π：円周率
Ｃｄ：定数
ρ：洗浄液の密度
ｄ：残渣Ｓの直径
ｕ：洗浄液の流速
なお、上記（１）式を算出するにあたって、流速ｕの値をロールブラシ３１ａのブラシ体３０１ａの外周面のウェハＷに対する相対速度と近似した（洗浄液の流速ｕの値は、ロールブラシ３１ａとウェハＷ間の距離に依存しているため）。また、残渣Ｓの形状は球体であると近似した。
【００３３】
上記（１）式からは、残渣Ｓのサイズ（直径ｄ）が小さくなると洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが小さくなり、残渣Ｓのサイズが大きくなると洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが大きくなることがわかる。また、上記（１）式からは、洗浄液の流速ｕが遅くなると洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが小さくなり、洗浄液の流速ｕが速くなると洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが大きくなることがわかる。
【００３４】
以上のことから、サイズの小さな残渣を除去するためには、洗浄液の流速ｕを速くすれば良いことがわかる。ここで、ロールブラシ３１ａとウェハＷとの間に生じる洗浄液の流速は、ロールブラシ３１ａのブラシ体３０１ａの最外周面が最も速く、ウェハＷ表面上が最も遅いことを考慮すると、洗浄液の流速ｕを速くするためには、以下の２通りの方法があることがわかる。
【００３５】
１：ロールブラシ３１ａの単位時間当たりの回転数を多くする。
２：ロールブラシ３１ａのブラシ体３０１ａの最外周面及びウェハＷ表面間の距離Ｌを短くする（すなわち、ロールブラシ３１ａをウェハＷに押し付ける力を大きくする）。
【００３６】
一方、（１）式によれば、サイズの大きな残渣Ｓは、洗浄液の流速ｕが遅くても、洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが大きいため、ロールブラシ３１ａをウェハＷに押し付ける力は小さくても除去が可能である。逆に、サイズの大きな残渣Ｓを除去する場合には、ロールブラシ３１ａをウェハＷ表面に押し付ける力を大きくしてロールブラシ３１ａのブラシ体３０１ａの最外周面とウェハＷ表面間の距離Ｌを短くすると、残渣Ｓの直径ｄが大きいために、いったん洗浄液により押し流された残渣Ｓが途中で引っかかってしまいウェハＷ外にまで排出されにくくなる。このため、サイズの大きな残渣Ｓを除去する場合は、ロールブラシ３１ａをウェハＷ表面に押し付ける力を大きくすると却って残渣Ｓを除去できない。
【００３７】
以上のことから、ウェハＷを以下のように２つのステップに分けて洗浄することにより、ウェハＷ表面上に付着した残渣を効率よく除去できることがわかる。
ステップ１：ロールブラシ３１ａを小さな力でウェハＷ表面に押し当てて洗浄し、サイズの大きな残渣Ｓを除去する。
ステップ２：ロールブラシ３１ａを１よりも大きな力でウェハＷ表面に押し当てて洗浄し、サイズの小さな残渣Ｓを除去する。
【００３８】
なお、ステップ１の前に、ロールブラシ３１ａを大きな力でウェハＷ表面に押し当ててウェハＷを洗浄し、ウェハＷ表面の膜に食い込んだり強固に付着したりしている残渣Ｓを引き剥がす処理を実施してもよい。
【００３９】
図４は、実施形態に係る研磨装置１の動作を示すフローチャートである。以下、図１〜４を参照して、研磨装置１の動作について説明する。なお、研磨装置１は、制御機構７０からの指示に基づいて動作する。
（ステップＳ１０１：設置工程）
搬送機械（例えば、ＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）やＯＨＶ（Over Head Vehicle））もしくはオペレータにより、収容器２がオープナー１１にセットされると、オープナー１１により収容器２のドアがオープンする。
【００４０】
（ステップＳ１０２：搬送工程）
搬送機構１０の搬送ロボット１２は、収容器２に収容された研磨加工対象であるウェハＷを搬出して、研磨機構２０の受渡台２１上に反転載置する。
【００４１】
（ステップＳ１０３：研磨工程）
受渡台２１に載置されたウェハＷは、トップリング２２で受け取られた後、ターンテーブル２３上にウェハＷを移送される。その後、薬液供給機構５０のポンプ５２が駆動されて研磨剤が供給されるとともに、ウェハＷの研磨面（半導体デバイス形成面）をターンテーブル２３上のパッド２３ａに押し付けた状態でターンテーブル２３が回転駆動し、ウェハＷ表面が研磨加工される。
【００４２】
（ステップＳ１０４：第１の洗浄工程（低圧））
研磨加工後、搬送ロボット１２は、ウェハＷを研磨機構２０から洗浄機構３０へウェハＷを搬送する。洗浄機構３０では、ウェハＷが洗浄され、ウェハＷに付着している残渣が除去される。具体的には、洗浄機構３０に搬送されたウェハＷは、把持手段３４によりウェハＷの端部が把持され、レシピに設定された回転数で回転する。また、ウェハＷには、洗浄液供給ノズル３２ａ，３２ｂから洗浄液が供給される。その後、回転するロールブラシ３１ａ，３１ｂは、圧力が７．３５ｋＰａ以下となるようにウェハＷに押し当てられてウェハＷが洗浄される。この第１の洗浄工程（低圧）では、ウェハＷ表面に付着している残渣の内、粒径の大きな残渣（粒径１５０ｎｍ以上）が主に取り除かれる。
【００４３】
（ステップＳ１０５：第２の洗浄工程（高圧））
第１の洗浄工程終了後、ロールブラシ３１ａ，３１ｂは、圧力が７．３５ｋＰａよりも高くなるようにウェハＷに押し当てられ、ウェハＷが更に洗浄される。この第２の洗浄工程（高圧）では、第１の洗浄工程（低圧）で除去されなかった粒径の小さな残渣（粒径８０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満）が主に取り除かれる。このように、洗浄工程を第１，第２の洗浄工程から構成することで、ウェハＷに付着している残渣が効率よく除去される。
【００４４】
（ステップＳ１０６：リンス工程）
洗浄後は、薬液供給機構５０のポンプ５４が停止されて洗浄液の供給が停止するとともに、ロールブラシ３１ａ，３１ｂがウェハＷ表面から離れる。その後、純水供給ノズル３３ａ，３３ｂから純水が供給され、ウェハＷがリンスされる。なお、リンス中は、ウェハＷは把持手段３４により回転されている。
【００４５】
（ステップＳ１０７：乾燥工程）
リンス終了後、搬送ロボット１２は、ウェハＷを洗浄機構３０から乾燥機構４０へ搬送する。乾燥機構４０では、ウェハＷが乾燥される。具体的には、乾燥機構４０に搬送されたウェハＷは、把持手段４２によりウェハＷの端部が把持された状態で回転し、噴出ノズル４１ａ，４１ｂから窒素ガスもしくはＣＤＡが噴出されウェハＷが乾燥させられる。
【００４６】
ウェハＷの乾燥後、搬送ロボット１２は、ウェハＷを収容器２内へ収容し、オープナー１１が収容器２のドアをクローズする。
【実施例】
【００４７】
次に、実施形態に係る研磨装置１の具体的実施例及び検査結果について説明する。この実施例では、実施形態に係る研磨装置１を使用してロールブラシの押し付け力とウェハ表面上の残渣との関係（実施例１）、ロールブラシの最外周面での速度（以下、線速度と称する）とウェハ表面上の残渣との関係（実施例２）、及び洗浄工程を第１，第２のステップに分けてウェハを洗浄した際の残渣の変化（実施例３）について調べた。なお、各実施例に記載した圧力は、洗浄時におけるブラシ体とウェハとの接触面積（９５４ｍｍ２）から換算している。
【００４８】
（共通条件）
初めに、以下の実施例１〜３に共通する処理条件について説明する。
洗浄対象：表面上に酸化膜を５５０ｎｍ形成した直径３００ｍｍのウェハを使用。
研磨剤：シリカ（ＳｉＯ２）を研磨粒子として含む酸化膜用スラリーを使用。
研磨時間：３０ｓｅｃとした（酸化膜を５０ｎｍ程度研磨した）。
洗浄液：純水を使用。
ブラシ体：筒状に形成された外径φが６０ｍｍのものを使用。なお、外周面上には、円筒形の突起が複数列配置されており、材質はＰＶＡ（Polyvinyl Alcohol）である。
ウェハの洗浄後、純水でのリンス及びＣＤＡでの乾燥を行った。
【００４９】
（実施例１）
実施例１では、ロールブラシの押し付け力とウェハ表面上の残渣との関係を調べた。実施例１では、ロールブラシの押し付け力２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）〜１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）に変化させた際に、ウェハ表面上に残っている残渣のサイズ（直径）と個数とを、欠陥検査装置を用いて調べた。残渣の個数は、残渣のサイズが８０ｎｍ以上及び１５０ｎｍ以上の２通りについて調べた。なお、圧力は、ロールブラシのブラシ体表面に複数配列された円筒形の突起のうちの一列がウェハＷ表面に接触しているものとして算出した。
【００５０】
図５は、実施例１の検査結果を示す図である。図５の縦軸及び横軸は、ウェハ表面上に残っている残渣の個数及びロールブラシのウェハ表面への押し付け力をそれぞれ示している。また、図５中では、サイズが８０ｎｍ以上の残渣の個数を実線で、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数を一点鎖線で示した。
【００５１】
図５の結果からは、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣については、ロールブラシの押し付け力が低い方が少なくなり、逆に、サイズが８０ｎｍ以上の残渣については、ロールブラシの押し付け力が高い方が少なくなることがわかる。そして、この実施例１の結果は、図３を参照して説明した洗浄メカニズムの説明とも一致する。
【００５２】
また、図５の結果からは、ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力が７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）以下になると、押し付ける力が低下するに伴い、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数が減少し、逆に、ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力が７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）を超えている場合、押し付ける力を変化させてもサイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数にほとんど変化がないことがわかる。以上のことから、ウェハを２つのステップに分けて洗浄する場合、ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力の境を７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）とすることが好ましいことがわかる。
【００５３】
（実施例２）
実施例２では、ロールブラシの線速度とウェハ表面上の残渣との関係について調べた。実施例２では、ロールブラシの押し付け力が２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）の場合及びロールブラシの押し付け力が１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）のそれぞれについて、線速度を変化させた際に、ウェハ表面上に残っている残渣のサイズ（直径）と個数とを、欠陥検査装置を用いて調べた。残渣の個数は、残渣のサイズが８０ｎｍ以上及び１５０ｎｍ以上の２通りについて調べた。なお、圧力は、ロールブラシのブラシ体表面に複数配列された円筒形の突起のうちの一列がウェハＷ表面に接触しているものとして算出した。
【００５４】
図６は、実施例２の検査結果を示す図である。図６の縦軸及び横軸は、ウェハ表面上に残っている残渣の個数及びロールブラシの線速度をそれぞれ示している。また、図６中では、サイズが８０ｎｍ以上でブラシの力が２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）の残渣の個数を実線で、サイズが８０ｎｍ以上でブラシの力が１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）の残渣の個数を一点鎖線で、サイズが１５０ｎｍ以上でブラシの力が２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）の残渣の個数を鎖線で、サイズが１５０ｎｍ以上でブラシの力が１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）の残渣の個数を二点鎖線で示した。なお、ロールブラシの線速度は、ロールブラシの直径と回転数から算出した。
【００５５】
図６の結果からは、サイズが８０ｎｍ以上及び１５０ｎｍ以上の両方について、ロールブラシの線速度が速い方が残渣の個数が少ないことがわかる。また、ロールブラシの線速度が２００ｍｍ／ｓ以上になると、ロールブラシの線速度を速くしても残渣の個数がほとんど変化しないことがわかる。このため、ロールブラシの線速度が２００ｍｍ／ｓ以上であれば十分な洗浄効果を得ることができる。
【００５６】
さらに、図６の結果からは、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣については、押し付け力が低い場合（２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ））の方がロールブラシの押し付け力が高い場合（１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ））よりも一貫して少なく、サイズが８０ｎｍ以上の残渣については、押し付け力が高い場合（１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ））の方がロールブラシの押し付け力が低い場合（２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ））よりも一貫して少ないことがわかる。そして、この実施例２の結果は、図３を参照して説明した洗浄メカニズムの説明及び図５に示す実施例１の結果とも一致する。
【００５７】
（実施例３）
実施例３では、洗浄工程を以下の２ステップに分けてウェハを洗浄した際の残渣の変化について調べた。
ステップ１：ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力を２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）とし、かつ、ロールブラシの線速度を４００〜６００ｍｍ／ｓとしてウェハを洗浄。
ステップ２：ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力を１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）とし、かつ、ロールブラシの線速度を４００〜６００ｍｍ／ｓとしてウェハを洗浄。
【００５８】
上記条件でウェハを洗浄後、ウェハ表面上に残っている残渣の個数を調べたところ、ウェハの洗浄中にロールブラシをウェハ表面に押し付ける力を７〜１２Ｎの間で一定とし、ウェハ表面に押し付ける力を洗浄途中で変化させない従来の洗浄方法で洗浄した場合に比べて、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数が２／３に減少し、サイズが８０ｎｍ以上の残渣の個数が１／２に減少した。
【００５９】
さらに、上記ステップ１の前にロールブラシをウェハ表面に押し付ける力を１２Ｎ以上とし、かつ、ロールブラシの線速度を４００〜６００ｍｍ／ｓとしてウェハを洗浄した後、上記ステップ１，２の条件で洗浄を実施した場合、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数が１／３に減少し、サイズが８０ｎｍ以上の残渣の個数が１／３に減少した。これは、ロールブラシ３１ａを大きな力でウェハＷ表面に押し当てて洗浄することにより、ウェハＷ表面の膜に食い込んだり強固に付着したりしている残渣Ｓが引き剥がされるためと考えられる。
【００６０】
なお、発明者らは、洗浄液として純水のかわりにアンモニア水溶液（ｐＨ１０〜１２）を使用してウェハ表面に付着した残渣を洗浄したが、純水を使用した場合との違いは認められなかった。
【００６１】
以上のように、ロールブラシを７Ｎ以下の力でウェハ表面に押し当てて洗浄した後、ロールブラシを７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）よりも高い力でウェハ表面に押し当てて洗浄することにより、ウェハ表面上に付着した残渣を効率よく除去できることがわかった。また、ロールブラシを７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）以下の力でウェハに押し当てて洗浄する前に、ロールブラシを１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）以上の力でウェハに押し当てて洗浄することにより残渣をさらに少なくできることがわかった。
【００６２】
なお、各実施例では、サイズが８０ｎｍ未満の残渣については調べていないが、これは、欠陥測定装置で測定できる残渣のサイズが８０ｎｍ以上であることに起因する。サイズが未満の残渣は、スクラッチ等の疑似欠陥との見分けがつかず、残渣の数を正確にカウント出来ないためである。図３を参照して説明した洗浄メカニズムからは、洗浄を２段階に分けて行うことによりサイズが８０ｎｍ未満の残渣についても効果的に除去されることが容易に推察される。また、各圧力についても、２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）、７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）、１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）に厳密に限定されるものではなく、各圧力を中心値として±２Ｎ（２．１ｋＰａ）の範囲内であれば従来に比べて洗浄後の残渣数を低減できる傾向に変わりはない。
【００６３】
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は例示であり発明の範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、半導体デバイスが形成されている表面側だけを、７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）以下の力でロールブラシをウェハの表面に押し当てて洗浄した後、７Ｎよりも大きな力でロールブラシをウェハの表面に押し当てて洗浄するようにし、半導体デバイスが形成されている裏面側については、７（圧力：７．３５ｋＰａ）〜１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）の間で一定とし、ロールブラシをウェハ裏面に押し付ける力を洗浄途中で変化させないようにしてもよい。
【００６４】
さらに、ロールブラシによるウェハの洗浄後に、小型のブラシ（ペンブラシ）やメガソニック洗浄、２流体ジェット洗浄等によりウェハを洗浄するように構成してもよい。また、乾燥機構４０に純水を供給するノズルを備えるようにし、該乾燥機構４０において、ウェハＷをリンスするように構成してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…研磨装置、２…収容器、１０…搬送機構、１１…オープナー、１２…搬送ロボット、２０…研磨機構、２１…受渡台、２２…トップリング（ヘッド）、２３…ターンテーブル（研磨テーブル）、２３ａ…パッド、２４…モータ、２５…モータ、２６…研磨剤供給ノズル、２７…ドレス、３０…洗浄機構、３１ａ，３１ｂ…ロールブラシ、３２ａ、３２ｂ…洗浄液供給ノズル、３３ａ，３３ｂ…純水供給ノズル、３４…把持手段、４０…乾燥機構、４１ａ，４１ｂ…噴出ノズル、４２…把持手段、５０…薬液供給機構、５１…タンク、５２…液送ポンプ、６０…操作機構、７０…制御機構、７１…メモリ、７２…ＣＰＵ（central processing unit）、７３…ＨＤＤ(hard disk drive)、３０１ａ，３０１ｂ…ブラシ体、３０２ａ，３０２ｂ…芯体、３０３ａ，３０３ｂ…支持部材、３０４ａ，３０４ｂ…エアシリンダ。
【技術分野】
【０００１】
本発明に関する実施形態は、研磨加工後の半導体基板の洗浄方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの微細化に伴い、半導体デバイスの製造には、種々の技術（例えば、新たな材料や加工方法）が導入されている。その中でも、ＣＭＰ（化学機械研磨）は、層間絶縁膜（ＩＬＤ：inter layer dielectric）の平坦化、埋め込み素子分離（ＳＴＩ：shallow trench isolation）、プラグ、埋め込み金属配線の形成等、半導体デバイスの製造に不可欠の技術となっている。
【０００３】
ＣＭＰは、半導体デバイスの表面を研磨して平坦化する技術であり、この研磨の際にスラリーと呼ばれる研磨剤を使用する。ＣＭＰでは、研磨剤に含まれる成分が半導体基板表面に化学反応（例えば、酸化、水和、錯体形成）を引き起こし、この化学反応により半導体基板表面にできた層が研磨剤に含まれる研磨粒子により機械的に除去される。
【０００４】
研磨終了後は、研磨面を含めた半導体基板全体が洗浄され、半導体基板に付着した研磨粒子等の残渣が除去される。これら残渣が半導体基板表面上に存在すると、この半導体基板上に形成されている半導体デバイスの配線の短絡等、様々な悪影響を引き起こす原因となる。このため、半導体基板表面上の残渣を洗浄する様々な方法が従来から提案されている。
【０００５】
例えば、回転する２つのロールブラシにより半導体基板を挟み込むようにして洗浄する方法、小型のブラシ（ペンブラシ）で半導体基板を洗浄する方法、１ＭＨｚ付近の超音波を使用して半導体基板を洗浄する方法（メガソニック洗浄）、純水と高圧ガス（Ｎ２）とをノズル内で混合して半導体基板へ噴射し、純水の液滴が半導体基板表面に衝突した際に発生する衝撃波を利用して半導体基板を洗浄する方法（２流体ジェット洗浄）等が提案されている。
【０００６】
また、ＣＭＰ後の洗浄ではないが、回転する２つのロールブラシにより半導体基板を挟み込むようにして洗浄する方法において、第１の圧力でロールブラシを半導体基板に押し当てて洗浄した後、第１の圧力よりも低い第２の圧力でロールブラシを半導体基板に押し当てて洗浄する方法も提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１４２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の洗浄方法では、ＣＭＰ後の半導体基板に付着した残渣を十分に除去できないという問題があった。
【０００９】
本発明の実施形態は、かかる従来の問題を解消するためになされたもので、研磨加工後の半導体基板から残渣を効率良く除去できる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】
【００１０】
本発明の実施形態に係る洗浄方法は、回転するロールブラシにより半導体基板上の残渣を洗浄する洗浄方法であって、ロールブラシを７．３５ｋＰａ以下の第１の圧力で半導体基板に押し当てて、半導体基板上の残渣を洗浄する第１の洗浄工程と、ロールブラシを７．３５ｋＰａよりも高い第２の圧力で半導体基板に押し当てて、半導体基板上の残渣を洗浄する第２の洗浄工程と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る研磨装置の側面構成図である。
【図２】ロールブラシの正面構成図である。
【図３】洗浄メカニズムの説明図である。
【図４】実施形態に係る研磨装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施例１の検査結果を示す図である。
【図６】実施例２の検査結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る研磨装置１の側面構成図である。図１に示すように、実施形態に係る研磨装置１は、搬送機構１０、研磨機構２０、洗浄機構３０、乾燥機構４０、薬液供給機構５０、操作機構６０、制御機構７０を備える。以下、図１を参照して研磨装置１が備える各機構について説明する。
【００１３】
（搬送機構１０）
搬送機構１０は、半導体基板（以下、ウェハＷと称する）が収容された収容器２のドアを開閉するオープナー１１と、研磨機構２０、洗浄機構３０及び乾燥機構４０間でウェハＷの搬送を行う搬送ロボット１２とを備える。なお、収容器２は、研磨対象であるウェハＷを収容する容器であり、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）やＳＭＩＦ（Standard of Mechanical Interface）Ｐｏｄ等である。
【００１４】
（研磨機構２０）
研磨機構２０は、搬送ロボット１２及びトップリング２２との間でウェハＷを受け渡すための台である受渡台２１と、ウェハＷを研磨するためのトップリング２２（ヘッドとも称する）及びターンテーブル２３（研磨テーブルとも称する）と、トップリング２２を回転駆動するためのモータ２４と、ターンテーブル２３を回転駆動するためのモータ２５と、ターンテーブル２３上のパッド２３ａへ研磨剤を供給する研磨剤供給ノズル２６と、パッド２３ａをドレスするドレス２７とを備える。
【００１５】
ウェハＷを研磨機構２０内へ搬送する際には、搬送ロボット１２が受渡台２１上に研磨面（半導体デバイスの形成面）を下向きにして載置したウェハＷをトップリング２２で受け取り、ウェハＷを研磨機構２０外へ搬送する際には、トップリング２２が受渡台２１上に載置したウェハＷを搬送ロボット１２で受け取ることによりウェハＷの受け渡しを行う。
【００１６】
トップリング２２は、搬送ロボット１２により研磨面を下に向けて受渡台２１上に載置されたウェハＷを受け取ると、後述するターンテーブル２３上にウェハＷを移送させた後、ウェハＷの研磨面をターンテーブル２３上のパッド２３ａに押し付けた状態でモータ２４により回転駆動される。研磨剤供給ノズル２６からは、薬液供給機構５０から供給される研磨剤（スラリー）がパッド２３ａ上に供給される。ドレス２７は、パッド２３ａ上を往復駆動し、パッド２３ａのコンディショニングを行う。
【００１７】
（洗浄機構３０）
洗浄機構３０は、ウェハＷを洗浄するロールブラシ３１ａ，３１ｂと、洗浄液（例えば、アンモニア水溶液等のアルカリ性液体）を供給する洗浄液供給ノズル３２ａ、３２ｂと、リンス用の純水を供給する純水供給ノズル３３ａ，３３ｂと、ウェハＷの端部を把持するとともに自転してウェハＷを回転させる把持手段３４とを備える。ウェハＷの洗浄の際には、洗浄液供給ノズル３２ａ，３２ｂから洗浄液が供給されるとともに把持手段３４が自転してウェハＷを回転させる。
【００１８】
ロールブラシ３１ａ，３１ｂは後述する支持部材により回転駆動され、ウェハＷを挟み込むようにしてウェハＷを洗浄し、ウェハＷに付着している研磨粒子等の残渣を除去する。ウェハＷの洗浄後は、純水供給ノズル３３ａ，３３ｂから純水が供給されウェハＷのリンスが行われる。なお、図１には、洗浄機構３０をウェハＷを水平方向に把持する方式（いわゆる横型）で図示しているが、ウェハＷを垂直方向に把持する方式（いわゆる縦型）としてもよい。
【００１９】
（ロールブラシ３１ａ，３１ｂの構成）
図２は、ロールブラシ３１ａ，３１ｂの正面構成図である。以下、図２を参照してロールブラシ３１ａ，３１ｂの構成について説明する。なお、ロールブラシ３１ａ，３１ｂは同一の構成であるため、以下の説明ではロールブラシ３１ａの構成についてのみ説明し、ロールブラシ３１ｂの構成の説明は省略する。
【００２０】
ロールブラシ３１ａは、筒状に形成され、外周面上に円筒形の突起ａが複数列配置されているスポンジ状の多孔質体からなるブラシ体３０１ａと、ブラシ体３０１ａの長手方向に沿ってブラシ体３０１ａに挿入された芯体３０２ａと、芯体３０２ａを支持するとともに芯体３０２ａを回転駆動する支持部材３０３ａと、支持部材３０３ａに係合され、該支持部材３０３ａを図２の上下方向（矢印の方向）に駆動するエアシリンダ３０４ａとを備える。なお、ロールブラシ３１ａをウェハＷ表面へ押しつける力は、エアシリンダ３０４ａへ供給する窒素（Ｎ２）ガスもしくはＣＤＡ（Clean Dry Air）の圧力で制御される。
【００２１】
支持部材３０３ａにより芯体３０２ａが回転させられると、芯体３０２ａとともにブラシ体３０１ａが回転する。次に、エアシリンダ３０４ａによりブラシ体３０１ａがウェハＷ表面（洗浄面）に押し当てられ、ウェハＷ表面上に付着した残渣が洗浄される。なお、先にブラシ体３０１ａをウェハ表面に押し当てた後、ブラシ体３０１ａを回転させるようにしてもよい。また、ウェハＷの洗浄時には、図１に示す洗浄液供給ノズル３２ａ，３２ｂから洗浄液が供給される。なお、ブラシ体３０１ａの一部のみがウェハＷ表面に接触することを防止するため、ロールブラシ３１ａの長手方向に沿って、ブラシ体３０１ａの外周とウェハＷの表面と略平行となるようにロールブラシ３１ａを取り付けることに留意が必要である。また、ブラシ体３０１ａの形状は、種々のものを使用することが可能であり、例えば、外周面上に突起が形成されていないブラシ体を使用するようにしてもよい。
【００２２】
（乾燥機構４０）
乾燥機構４０は、窒素ガスもしくはＣＤＡをウェハＷへ噴出する噴出ノズル４１ａ，４１ｂと、ウェハＷの端部を把持するとともに自転してウェハＷを回転させる把持手段４２とを備える。乾燥機構４０では、把持手段４２によりウェハＷを回転させた状態で、噴出ノズル４１ａ，４１ｂから窒素ガスもしくはＣＤＡを噴出しウェハＷを乾燥する。
【００２３】
（薬液供給機構５０）
薬液供給機構５０は、研磨機構２０へ供給する研磨剤を収容するタンク５１と、このタンク５１に収容された研磨剤を送出するポンプ５２と、洗浄機構３０へ供給する洗浄液を収容するタンク５３と、このタンク５３に収容された洗浄液を送出するポンプ５４とを備える。
【００２４】
（操作機構６０）
操作機構６０は、ユーザ（オペレータ）からの指示を受け付け、受け付けた指示を制御装置７０へ入力する入力手段（例えば、キーボードやマウス）と、研磨装置１の操作に必要な情報を表示するディスプレイ（例えば、液晶ディスプレイやＣＲＴ（Cathode Ray Tube））を備える。
【００２５】
（制御機構７０）
制御機構７０は、メモリ７１、ＣＰＵ（central processing unit）７２、ＨＤＤ(hard disk drive)７３を備える。ＨＤＤ７３には、研磨装置１の動作プログラムやレシピと呼ばれるウェハＷの処理条件（研磨条件や洗浄条件）等が記憶されている。
【００２６】
各レシピは、研磨及び洗浄の項目から構成されており、研磨の項目では、ウェハＷの研磨に必要なパラメータ、例えば、トップリング２２の押圧（Ｐａ）、トップリング２２の回転数（回転／分）、ターンテーブル２３の回転数（回転／分）、研磨剤の供給量（ｃｃ／分）、ドレス２７の回転数（回転／分）等を設定できる。
【００２７】
洗浄の項目では、洗浄機構３０におけるウェハＷの洗浄時間（秒）、ロールブラシ３１ａ、３１ｂの回転数（回転／分）、ロールブラシ３１ａ、３１ｂのウェハＷへの押し付け圧（ニュートン）、洗浄液及び純水の供給量（ｃｃ／分）等の条件を設定できる。
【００２８】
制御機構７０は、操作機構６０を介してユーザにより指定されたレシピもしくは図示しないホスト（host）により指定されたレシピでウェハＷを研磨及び洗浄する。
【００２９】
（洗浄メカニズム）
図３は、洗浄メカニズムの説明図である。以下、図３を参照して、ウェハＷに付着した残渣を洗浄（除去）するメカニズムについて説明する。なお、ロールブラシ３１ａ側及びロールブラシ３１ｂ側での洗浄メカニズムは同じであるため、以下の説明では、ロールブラシ３１ａ側での洗浄メカニズムについてのみ説明し、ロールブラシ３１ｂ側での洗浄メカニズムの説明を省略する。また、図３に記載の符号Ｕは、ロールブラシ３１ａのブラシ体３１ａの最外周面の速度（Tip velocity）である。
【００３０】
ウェハＷ表面に付着している残渣Ｓを除去する力Ｆｄ（以下、除去力Ｆｄと称する）は、ロールブラシ３０１ａとウェハＷの回転によって作り出される洗浄液の流速ｕと、ロールブラシ３０１ａとウェハＷ間の距離Ｌとに応じて発生すると考えられる（参考文献：Haedo Jeong et al., “Analysis of Particle Removal Mechanism Based on PVA Brush Dynamics”, ICPT2008）。
【００３１】
すなわち、ロールブラシ３１ａ及びウェハＷの回転によって、洗浄液がロールブラシ３１ａとウェハＷとの間に入り込むハイドロプレーン現象が引き起こされる。そして、ロールブラシ３１ａとウェハＷ間に生じた洗浄液の流れが残渣Ｓを押し流す力、すなわち除去力ＦｄをウェハＷ表面上の残渣Ｓへ及ぼすと考えられる。
【００３２】
ここで、除去力Ｆｄは、以下の（１）式で表すことができる。
Ｆｄ＝（π・Ｃｄ・ρ・ｄ２・ｕ２）／８・・・（１）
なお、（１）式中の各パラメータの意味は以下の通りである。
π：円周率
Ｃｄ：定数
ρ：洗浄液の密度
ｄ：残渣Ｓの直径
ｕ：洗浄液の流速
なお、上記（１）式を算出するにあたって、流速ｕの値をロールブラシ３１ａのブラシ体３０１ａの外周面のウェハＷに対する相対速度と近似した（洗浄液の流速ｕの値は、ロールブラシ３１ａとウェハＷ間の距離に依存しているため）。また、残渣Ｓの形状は球体であると近似した。
【００３３】
上記（１）式からは、残渣Ｓのサイズ（直径ｄ）が小さくなると洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが小さくなり、残渣Ｓのサイズが大きくなると洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが大きくなることがわかる。また、上記（１）式からは、洗浄液の流速ｕが遅くなると洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが小さくなり、洗浄液の流速ｕが速くなると洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが大きくなることがわかる。
【００３４】
以上のことから、サイズの小さな残渣を除去するためには、洗浄液の流速ｕを速くすれば良いことがわかる。ここで、ロールブラシ３１ａとウェハＷとの間に生じる洗浄液の流速は、ロールブラシ３１ａのブラシ体３０１ａの最外周面が最も速く、ウェハＷ表面上が最も遅いことを考慮すると、洗浄液の流速ｕを速くするためには、以下の２通りの方法があることがわかる。
【００３５】
１：ロールブラシ３１ａの単位時間当たりの回転数を多くする。
２：ロールブラシ３１ａのブラシ体３０１ａの最外周面及びウェハＷ表面間の距離Ｌを短くする（すなわち、ロールブラシ３１ａをウェハＷに押し付ける力を大きくする）。
【００３６】
一方、（１）式によれば、サイズの大きな残渣Ｓは、洗浄液の流速ｕが遅くても、洗浄液の流れによる残渣Ｓの除去力Ｆｄが大きいため、ロールブラシ３１ａをウェハＷに押し付ける力は小さくても除去が可能である。逆に、サイズの大きな残渣Ｓを除去する場合には、ロールブラシ３１ａをウェハＷ表面に押し付ける力を大きくしてロールブラシ３１ａのブラシ体３０１ａの最外周面とウェハＷ表面間の距離Ｌを短くすると、残渣Ｓの直径ｄが大きいために、いったん洗浄液により押し流された残渣Ｓが途中で引っかかってしまいウェハＷ外にまで排出されにくくなる。このため、サイズの大きな残渣Ｓを除去する場合は、ロールブラシ３１ａをウェハＷ表面に押し付ける力を大きくすると却って残渣Ｓを除去できない。
【００３７】
以上のことから、ウェハＷを以下のように２つのステップに分けて洗浄することにより、ウェハＷ表面上に付着した残渣を効率よく除去できることがわかる。
ステップ１：ロールブラシ３１ａを小さな力でウェハＷ表面に押し当てて洗浄し、サイズの大きな残渣Ｓを除去する。
ステップ２：ロールブラシ３１ａを１よりも大きな力でウェハＷ表面に押し当てて洗浄し、サイズの小さな残渣Ｓを除去する。
【００３８】
なお、ステップ１の前に、ロールブラシ３１ａを大きな力でウェハＷ表面に押し当ててウェハＷを洗浄し、ウェハＷ表面の膜に食い込んだり強固に付着したりしている残渣Ｓを引き剥がす処理を実施してもよい。
【００３９】
図４は、実施形態に係る研磨装置１の動作を示すフローチャートである。以下、図１〜４を参照して、研磨装置１の動作について説明する。なお、研磨装置１は、制御機構７０からの指示に基づいて動作する。
（ステップＳ１０１：設置工程）
搬送機械（例えば、ＲＧＶ（Rail Guided Vehicle）やＯＨＶ（Over Head Vehicle））もしくはオペレータにより、収容器２がオープナー１１にセットされると、オープナー１１により収容器２のドアがオープンする。
【００４０】
（ステップＳ１０２：搬送工程）
搬送機構１０の搬送ロボット１２は、収容器２に収容された研磨加工対象であるウェハＷを搬出して、研磨機構２０の受渡台２１上に反転載置する。
【００４１】
（ステップＳ１０３：研磨工程）
受渡台２１に載置されたウェハＷは、トップリング２２で受け取られた後、ターンテーブル２３上にウェハＷを移送される。その後、薬液供給機構５０のポンプ５２が駆動されて研磨剤が供給されるとともに、ウェハＷの研磨面（半導体デバイス形成面）をターンテーブル２３上のパッド２３ａに押し付けた状態でターンテーブル２３が回転駆動し、ウェハＷ表面が研磨加工される。
【００４２】
（ステップＳ１０４：第１の洗浄工程（低圧））
研磨加工後、搬送ロボット１２は、ウェハＷを研磨機構２０から洗浄機構３０へウェハＷを搬送する。洗浄機構３０では、ウェハＷが洗浄され、ウェハＷに付着している残渣が除去される。具体的には、洗浄機構３０に搬送されたウェハＷは、把持手段３４によりウェハＷの端部が把持され、レシピに設定された回転数で回転する。また、ウェハＷには、洗浄液供給ノズル３２ａ，３２ｂから洗浄液が供給される。その後、回転するロールブラシ３１ａ，３１ｂは、圧力が７．３５ｋＰａ以下となるようにウェハＷに押し当てられてウェハＷが洗浄される。この第１の洗浄工程（低圧）では、ウェハＷ表面に付着している残渣の内、粒径の大きな残渣（粒径１５０ｎｍ以上）が主に取り除かれる。
【００４３】
（ステップＳ１０５：第２の洗浄工程（高圧））
第１の洗浄工程終了後、ロールブラシ３１ａ，３１ｂは、圧力が７．３５ｋＰａよりも高くなるようにウェハＷに押し当てられ、ウェハＷが更に洗浄される。この第２の洗浄工程（高圧）では、第１の洗浄工程（低圧）で除去されなかった粒径の小さな残渣（粒径８０ｎｍ以上１５０ｎｍ未満）が主に取り除かれる。このように、洗浄工程を第１，第２の洗浄工程から構成することで、ウェハＷに付着している残渣が効率よく除去される。
【００４４】
（ステップＳ１０６：リンス工程）
洗浄後は、薬液供給機構５０のポンプ５４が停止されて洗浄液の供給が停止するとともに、ロールブラシ３１ａ，３１ｂがウェハＷ表面から離れる。その後、純水供給ノズル３３ａ，３３ｂから純水が供給され、ウェハＷがリンスされる。なお、リンス中は、ウェハＷは把持手段３４により回転されている。
【００４５】
（ステップＳ１０７：乾燥工程）
リンス終了後、搬送ロボット１２は、ウェハＷを洗浄機構３０から乾燥機構４０へ搬送する。乾燥機構４０では、ウェハＷが乾燥される。具体的には、乾燥機構４０に搬送されたウェハＷは、把持手段４２によりウェハＷの端部が把持された状態で回転し、噴出ノズル４１ａ，４１ｂから窒素ガスもしくはＣＤＡが噴出されウェハＷが乾燥させられる。
【００４６】
ウェハＷの乾燥後、搬送ロボット１２は、ウェハＷを収容器２内へ収容し、オープナー１１が収容器２のドアをクローズする。
【実施例】
【００４７】
次に、実施形態に係る研磨装置１の具体的実施例及び検査結果について説明する。この実施例では、実施形態に係る研磨装置１を使用してロールブラシの押し付け力とウェハ表面上の残渣との関係（実施例１）、ロールブラシの最外周面での速度（以下、線速度と称する）とウェハ表面上の残渣との関係（実施例２）、及び洗浄工程を第１，第２のステップに分けてウェハを洗浄した際の残渣の変化（実施例３）について調べた。なお、各実施例に記載した圧力は、洗浄時におけるブラシ体とウェハとの接触面積（９５４ｍｍ２）から換算している。
【００４８】
（共通条件）
初めに、以下の実施例１〜３に共通する処理条件について説明する。
洗浄対象：表面上に酸化膜を５５０ｎｍ形成した直径３００ｍｍのウェハを使用。
研磨剤：シリカ（ＳｉＯ２）を研磨粒子として含む酸化膜用スラリーを使用。
研磨時間：３０ｓｅｃとした（酸化膜を５０ｎｍ程度研磨した）。
洗浄液：純水を使用。
ブラシ体：筒状に形成された外径φが６０ｍｍのものを使用。なお、外周面上には、円筒形の突起が複数列配置されており、材質はＰＶＡ（Polyvinyl Alcohol）である。
ウェハの洗浄後、純水でのリンス及びＣＤＡでの乾燥を行った。
【００４９】
（実施例１）
実施例１では、ロールブラシの押し付け力とウェハ表面上の残渣との関係を調べた。実施例１では、ロールブラシの押し付け力２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）〜１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）に変化させた際に、ウェハ表面上に残っている残渣のサイズ（直径）と個数とを、欠陥検査装置を用いて調べた。残渣の個数は、残渣のサイズが８０ｎｍ以上及び１５０ｎｍ以上の２通りについて調べた。なお、圧力は、ロールブラシのブラシ体表面に複数配列された円筒形の突起のうちの一列がウェハＷ表面に接触しているものとして算出した。
【００５０】
図５は、実施例１の検査結果を示す図である。図５の縦軸及び横軸は、ウェハ表面上に残っている残渣の個数及びロールブラシのウェハ表面への押し付け力をそれぞれ示している。また、図５中では、サイズが８０ｎｍ以上の残渣の個数を実線で、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数を一点鎖線で示した。
【００５１】
図５の結果からは、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣については、ロールブラシの押し付け力が低い方が少なくなり、逆に、サイズが８０ｎｍ以上の残渣については、ロールブラシの押し付け力が高い方が少なくなることがわかる。そして、この実施例１の結果は、図３を参照して説明した洗浄メカニズムの説明とも一致する。
【００５２】
また、図５の結果からは、ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力が７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）以下になると、押し付ける力が低下するに伴い、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数が減少し、逆に、ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力が７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）を超えている場合、押し付ける力を変化させてもサイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数にほとんど変化がないことがわかる。以上のことから、ウェハを２つのステップに分けて洗浄する場合、ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力の境を７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）とすることが好ましいことがわかる。
【００５３】
（実施例２）
実施例２では、ロールブラシの線速度とウェハ表面上の残渣との関係について調べた。実施例２では、ロールブラシの押し付け力が２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）の場合及びロールブラシの押し付け力が１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）のそれぞれについて、線速度を変化させた際に、ウェハ表面上に残っている残渣のサイズ（直径）と個数とを、欠陥検査装置を用いて調べた。残渣の個数は、残渣のサイズが８０ｎｍ以上及び１５０ｎｍ以上の２通りについて調べた。なお、圧力は、ロールブラシのブラシ体表面に複数配列された円筒形の突起のうちの一列がウェハＷ表面に接触しているものとして算出した。
【００５４】
図６は、実施例２の検査結果を示す図である。図６の縦軸及び横軸は、ウェハ表面上に残っている残渣の個数及びロールブラシの線速度をそれぞれ示している。また、図６中では、サイズが８０ｎｍ以上でブラシの力が２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）の残渣の個数を実線で、サイズが８０ｎｍ以上でブラシの力が１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）の残渣の個数を一点鎖線で、サイズが１５０ｎｍ以上でブラシの力が２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）の残渣の個数を鎖線で、サイズが１５０ｎｍ以上でブラシの力が１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）の残渣の個数を二点鎖線で示した。なお、ロールブラシの線速度は、ロールブラシの直径と回転数から算出した。
【００５５】
図６の結果からは、サイズが８０ｎｍ以上及び１５０ｎｍ以上の両方について、ロールブラシの線速度が速い方が残渣の個数が少ないことがわかる。また、ロールブラシの線速度が２００ｍｍ／ｓ以上になると、ロールブラシの線速度を速くしても残渣の個数がほとんど変化しないことがわかる。このため、ロールブラシの線速度が２００ｍｍ／ｓ以上であれば十分な洗浄効果を得ることができる。
【００５６】
さらに、図６の結果からは、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣については、押し付け力が低い場合（２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ））の方がロールブラシの押し付け力が高い場合（１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ））よりも一貫して少なく、サイズが８０ｎｍ以上の残渣については、押し付け力が高い場合（１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ））の方がロールブラシの押し付け力が低い場合（２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ））よりも一貫して少ないことがわかる。そして、この実施例２の結果は、図３を参照して説明した洗浄メカニズムの説明及び図５に示す実施例１の結果とも一致する。
【００５７】
（実施例３）
実施例３では、洗浄工程を以下の２ステップに分けてウェハを洗浄した際の残渣の変化について調べた。
ステップ１：ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力を２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）とし、かつ、ロールブラシの線速度を４００〜６００ｍｍ／ｓとしてウェハを洗浄。
ステップ２：ロールブラシをウェハ表面に押し付ける力を１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）とし、かつ、ロールブラシの線速度を４００〜６００ｍｍ／ｓとしてウェハを洗浄。
【００５８】
上記条件でウェハを洗浄後、ウェハ表面上に残っている残渣の個数を調べたところ、ウェハの洗浄中にロールブラシをウェハ表面に押し付ける力を７〜１２Ｎの間で一定とし、ウェハ表面に押し付ける力を洗浄途中で変化させない従来の洗浄方法で洗浄した場合に比べて、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数が２／３に減少し、サイズが８０ｎｍ以上の残渣の個数が１／２に減少した。
【００５９】
さらに、上記ステップ１の前にロールブラシをウェハ表面に押し付ける力を１２Ｎ以上とし、かつ、ロールブラシの線速度を４００〜６００ｍｍ／ｓとしてウェハを洗浄した後、上記ステップ１，２の条件で洗浄を実施した場合、サイズが１５０ｎｍ以上の残渣の個数が１／３に減少し、サイズが８０ｎｍ以上の残渣の個数が１／３に減少した。これは、ロールブラシ３１ａを大きな力でウェハＷ表面に押し当てて洗浄することにより、ウェハＷ表面の膜に食い込んだり強固に付着したりしている残渣Ｓが引き剥がされるためと考えられる。
【００６０】
なお、発明者らは、洗浄液として純水のかわりにアンモニア水溶液（ｐＨ１０〜１２）を使用してウェハ表面に付着した残渣を洗浄したが、純水を使用した場合との違いは認められなかった。
【００６１】
以上のように、ロールブラシを７Ｎ以下の力でウェハ表面に押し当てて洗浄した後、ロールブラシを７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）よりも高い力でウェハ表面に押し当てて洗浄することにより、ウェハ表面上に付着した残渣を効率よく除去できることがわかった。また、ロールブラシを７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）以下の力でウェハに押し当てて洗浄する前に、ロールブラシを１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）以上の力でウェハに押し当てて洗浄することにより残渣をさらに少なくできることがわかった。
【００６２】
なお、各実施例では、サイズが８０ｎｍ未満の残渣については調べていないが、これは、欠陥測定装置で測定できる残渣のサイズが８０ｎｍ以上であることに起因する。サイズが未満の残渣は、スクラッチ等の疑似欠陥との見分けがつかず、残渣の数を正確にカウント出来ないためである。図３を参照して説明した洗浄メカニズムからは、洗浄を２段階に分けて行うことによりサイズが８０ｎｍ未満の残渣についても効果的に除去されることが容易に推察される。また、各圧力についても、２Ｎ（圧力：２．１ｋＰａ）、７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）、１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）に厳密に限定されるものではなく、各圧力を中心値として±２Ｎ（２．１ｋＰａ）の範囲内であれば従来に比べて洗浄後の残渣数を低減できる傾向に変わりはない。
【００６３】
（その他の実施形態）
なお、上記実施形態は例示であり発明の範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、半導体デバイスが形成されている表面側だけを、７Ｎ（圧力：７．３５ｋＰａ）以下の力でロールブラシをウェハの表面に押し当てて洗浄した後、７Ｎよりも大きな力でロールブラシをウェハの表面に押し当てて洗浄するようにし、半導体デバイスが形成されている裏面側については、７（圧力：７．３５ｋＰａ）〜１２Ｎ（圧力：１２．６ｋＰａ）の間で一定とし、ロールブラシをウェハ裏面に押し付ける力を洗浄途中で変化させないようにしてもよい。
【００６４】
さらに、ロールブラシによるウェハの洗浄後に、小型のブラシ（ペンブラシ）やメガソニック洗浄、２流体ジェット洗浄等によりウェハを洗浄するように構成してもよい。また、乾燥機構４０に純水を供給するノズルを備えるようにし、該乾燥機構４０において、ウェハＷをリンスするように構成してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１…研磨装置、２…収容器、１０…搬送機構、１１…オープナー、１２…搬送ロボット、２０…研磨機構、２１…受渡台、２２…トップリング（ヘッド）、２３…ターンテーブル（研磨テーブル）、２３ａ…パッド、２４…モータ、２５…モータ、２６…研磨剤供給ノズル、２７…ドレス、３０…洗浄機構、３１ａ，３１ｂ…ロールブラシ、３２ａ、３２ｂ…洗浄液供給ノズル、３３ａ，３３ｂ…純水供給ノズル、３４…把持手段、４０…乾燥機構、４１ａ，４１ｂ…噴出ノズル、４２…把持手段、５０…薬液供給機構、５１…タンク、５２…液送ポンプ、６０…操作機構、７０…制御機構、７１…メモリ、７２…ＣＰＵ（central processing unit）、７３…ＨＤＤ(hard disk drive)、３０１ａ，３０１ｂ…ブラシ体、３０２ａ，３０２ｂ…芯体、３０３ａ，３０３ｂ…支持部材、３０４ａ，３０４ｂ…エアシリンダ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するロールブラシにより半導体基板上の残渣を洗浄する洗浄方法であって、
前記ロールブラシを７．３５ｋＰａ以下の第１の圧力で前記半導体基板に押し当てて、前記半導体基板上の残渣を洗浄する第１の洗浄工程と、
前記ロールブラシを７．３５ｋＰａよりも高い第２の圧力で前記半導体基板に押し当てて、前記半導体基板上の残渣を洗浄する第２の洗浄工程と、
を有することを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記ロールブラシは、第１，第２のロールブラシから構成され、
前記第１，第２の洗浄工程は、前記第１，第２のロールブラシを夫々前記半導体基板の表面及び裏面に押し当てて、前記半導体基板上の残渣を洗浄することを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記ロールブラシの最外周面の前記半導体基板表面に対する相対速度が２００ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の洗浄方法。
【請求項４】
前記第１の圧力及び前記第２の圧力は、夫々２．１ｋＰａ及び１２．６ｋＰａであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の洗浄方法。
【請求項５】
前記ロールブラシを７．３５ｋＰａ以下の第１の圧力で前記半導体基板に押し当てて、前記半導体基板を洗浄する第１の洗浄工程の前に、前記ロールブラシを１２．６ｋＰａ以上の第３の圧力で前記半導体基板に押し当てて、前記半導体基板を洗浄する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の洗浄方法。
【請求項６】
前記ロールブラシを前記半導体基板表面に対して垂直方向に駆動するシリンダを有し、該シリンダにより、前記ロールブラシの前記半導体基板に押し当てる圧力を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の洗浄方法。
【請求項１】
回転するロールブラシにより半導体基板上の残渣を洗浄する洗浄方法であって、
前記ロールブラシを７．３５ｋＰａ以下の第１の圧力で前記半導体基板に押し当てて、前記半導体基板上の残渣を洗浄する第１の洗浄工程と、
前記ロールブラシを７．３５ｋＰａよりも高い第２の圧力で前記半導体基板に押し当てて、前記半導体基板上の残渣を洗浄する第２の洗浄工程と、
を有することを特徴とする洗浄方法。
【請求項２】
前記ロールブラシは、第１，第２のロールブラシから構成され、
前記第１，第２の洗浄工程は、前記第１，第２のロールブラシを夫々前記半導体基板の表面及び裏面に押し当てて、前記半導体基板上の残渣を洗浄することを特徴とする請求項１記載の洗浄方法。
【請求項３】
前記ロールブラシの最外周面の前記半導体基板表面に対する相対速度が２００ｍｍ／ｓ以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の洗浄方法。
【請求項４】
前記第１の圧力及び前記第２の圧力は、夫々２．１ｋＰａ及び１２．６ｋＰａであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１記載の洗浄方法。
【請求項５】
前記ロールブラシを７．３５ｋＰａ以下の第１の圧力で前記半導体基板に押し当てて、前記半導体基板を洗浄する第１の洗浄工程の前に、前記ロールブラシを１２．６ｋＰａ以上の第３の圧力で前記半導体基板に押し当てて、前記半導体基板を洗浄する工程をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の洗浄方法。
【請求項６】
前記ロールブラシを前記半導体基板表面に対して垂直方向に駆動するシリンダを有し、該シリンダにより、前記ロールブラシの前記半導体基板に押し当てる圧力を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の洗浄方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１３８４９８（Ｐ２０１２−１３８４９８Ａ）
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９０５２８（Ｐ２０１０−２９０５２８）
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月１９日（２０１２．７．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２７日（２０１０．１２．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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