JP3991805B2

JP3991805B2 - Dry cleaning apparatus and dry cleaning method

Info

Publication number: JP3991805B2
Application number: JP2002216009A
Authority: JP
Inventors: 義典桃井; 賢悦横川; 宏幸西原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-07-25
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-07-25
Also published as: JP2004063520A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体デバイスの製造工程におけるウエハの洗浄に関する方法及び装置に係わり、特に、半導体装置の製造過程におけるプラズマ処理や平坦化処理の後にウエハ表面に残存する異物等を真空中で除去する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ウエハの洗浄は純水又は純水に各種酸やアルカリ溶液を希釈した溶液を用い、該溶液中にウエハを浸す又は溶液を吹き付ける方法にてウエハ表面の異物を洗い流すことで実施されている。また、ウエハを溶液に浸すと同時にブラシによりウエハ表面を機械的に洗浄する方法等も用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
先に記した従来の洗浄方法は基本的に水を使うウエット洗浄方であるため、下記する課題を有する。
1）ドライエッチングやプラズマCVDといった真空中での処理を連続して真空中で一貫処理すると加工精度及び製造効率を高められるが、各処理後に必要な洗浄がウエット処理であるため、いったんウエハを大気に出す必要性が生じ、先に記した効果を得られない。
2）ウエット洗浄では、洗浄の他にリンス、乾燥の工程が必要となり、製造工程の増加をまねく。
3）ウエット洗浄では、半導体材料の極表面を改質してしまい、半導体の微細化に伴いその表面改質による歩留りの低下が生じる。
4）ウエット洗浄では、液体の表面張力により、微細構造部に十分液体が浸透しない場合があり、微細構造部での洗浄力が不足する。
5）半導体装置の新材料、特に絶縁膜材料に今後有機系膜やポーラスな有機系膜等の吸湿性の高い材料が高性能デバイスでは必要となってきており、それら材料を用いた半導体装置の製造ではウエット洗浄又は場合によっては大気にさらすだけでデバイスの特性劣化が引き起こされる。
これらの課題を解決するため、発明者等は、真空中にてウエハ上に形成する高速ガス流による物理的な洗浄効果とプラズマによる化学的な洗浄効果を組み合わせたドライ洗浄方法（特願2001-7158）及びドライ洗浄装置（特願2001-7157）、さらにこの方式を用いてウエハの表面と裏面を同時に洗浄するドライ洗浄方法（特願2001-7156）を提案した。
該ドライ洗浄方法では、被処理ウエハとパッドとの間にガスを噴出し、荷重を印加しながら該パッドを該被処理ウエハに近接させ高速ガス流を形成させる。該パッドを該被処理ウエハにより近接させるほどガス流が被処理ウエハ表面に及ぼす摩擦応力は大きくなり、洗浄能力は向上する。
しかし、同時に該パッドを該被処理ウエハに近接させるほど、該パッドと該被処理ウエハが直接接触する可能性が増す。検討を進めたところ、洗浄力を向上させるほど該パッドと該被処理ウエハとの直接接触により新たな異物が生じるか、あるいは該被処理ウエハを破壊させる可能性があることがわかった。該パッドが該被処理ウエハに直接接触しないためには、近接する面が互いに平行に保つ必要がある。
本発明の目的は、上記課題を解決し、洗浄力を向上させかつ安定した洗浄力を得ることにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
本発明の一つは、容器と、該容器に接続された真空排気手段と、荷重を印加しながら構造体を被処理ウエハに押し付ける機構と、該構造体と該被処理ウエハの間隙にガスを噴出する手段とを有し、該真空排気手段により排気された該容器内にて、該被処理ウエハ表面を洗浄するためのドライ洗浄装置であって、該構造体の中心における該構造体と該被処理ウエハの間隔が該構造体の外周における該構造体と該被処理ウエハの間隔よりも大きく、その差は1mm〜50mmであることを特徴とする。
本発明の他の一つは、容器と、該容器に接続された真空排気手段と、荷重を印加しながら構造体を被処理ウエハに押し付ける機構と、該構造体と該被処理ウエハの間隙にガスを噴出する手段とを有し、該真空排気手段により排気された該容器内にて、該被処理ウエハ表面を洗浄するためのドライ洗浄装置を用いたドライ洗浄方法であって、洗浄処理中における被処理ウエハ面上のガス圧力は均一でなく最大差が10kPa以上となることを特徴とする。
本発明により、新たな異物の発生あるいは被処理ウエハの破壊が起こることの無いドライ洗浄が可能となる。また、本発明用いることで、ウエット洗浄に適さない材料の使用を含んだ0.1μｍレベルの超微細構造を有する半導体装置を低コストでかつ高精度に製造することが可能となる。
また、真空雰囲気で実施される半導体装置の製造プロセスを複数工程一貫して実施するプロセスモジュールの形成を容易にし、プロセス精度及びコストパフォーマンスを高めた半導体製造装置のシステム構築が可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明のドライ洗浄方法の実施形態について説明する。
まず、本発明のドライ洗浄方法に適応されるドライ洗浄装置について説明する。図1に基本構成図を示す。真空排気手段を有する容器1内に被処理ウエハ２と被処理ウエハ2を設置する被処理ウエハ設置手段3、パッド５、パッドを支えるパッドアーム６を設置する。
本実施の形態では、真空排気手段としてドライポンプ15とメカニカルブースターポンプ14を使用したが、ターボ分子ポンプなど、排気手段であればどのような方式を用いても同様の効果を有する。本実施の形態では被処理ウエハ2として8インチウエハを用いたが、4インチウエハや12インチウエハなどの大きさであっても同様の効果を有する。
被処理ウエハ設置手段3はウエハ回転機構４により回転する。この時、被処理ウエハ設置手段3と被処理ウエハ2とが共に回転できるよう、ウエハ設置手段3は被処理ウエハ2を保持する。
パッド5は、パッドアーム6に接続された上下移動機構７と走査機構８により移動することができる。上下移動機構7はパッド5と被処理ウエハ2の距離を変えることができ、さらに、パッド5に荷重を印加しながら被処理ウエハ2に押し付けることができる。パッド5に印加される荷重は荷重測定装置21により測定した。
本実施の形態では荷重測定装置21としてひずみ測定器を用いた。上下移動機構7と荷重測定装置21は回路ボックス18に接続され、荷重測定装置21にて検出される荷重が望みの荷重に保たれるように回路ボックス18は上下移動機構7の移動量を調整できる。
一方、走査機構8はパッド5を被処理ウエハ2の被処理面に平行に移動させることができる。パッド5を走査機構8により移動させ、同時に被処理ウエハ2をウエハ回転機構4により回転させることでパッド5を被処理ウエハ2全面に走査させることができる。真空容器1の上部にはプラズマ生成手段9が設置されている。
本実施の形態では、UHF電源10、チューナー11、アンテナ12、誘電体13とから構成されるUHF波帯の電磁波を用いたプラズマ生成手段を用いた。プラズマ生成手段としては、マイクロ波帯、ラジオ波帯の電磁波を用いても同様の効果が得られる。
被処理ウエハ2はプラズマ生成手段9によって生成されるプラズマの拡散領域に配置され、プラズマによる過剰な損傷等を被処理ウエハ2に与えないようにした。真空容器内1へのガス導入はパッドガス導入系16とプラズマガス導入系17の２系統に分けた。パッドガス導入系16から導入されるガスは、パッド５中心からパッド5-被処理ウエハ2間に噴出し、主として物理的に被処理ウエハ２を洗浄するための高速ガス流の形成と被処理ウエハ2から除去した異物を被処理ウエハ2上から輸送する作用を担う。プラズマガス導入系17から導入されるガスは、プラズマ生成手段9近傍の真空容器内1に導入され、プラズマにより活性化されることで化学的な洗浄効果を付与する。
本実施の形態では、プラズマガス導入系17をアンテナ12下に設置したシャワープレート20を用いて導入した。真空容器1内の圧力は、圧力測定器19にて測定した。
【０００６】
次に、パッド5の設置方法について説明する。
本実施の形態ではパッド5と被処理ウエハ2の近接面がなす角度がパッド5と被処理ウエハ2との間に噴射するガスの圧力で容易に変化できる構造とした。ガスを噴出させながらパッド5を被処理ウエハ2に接近させると、パッド５-被処理ウエハ２間ガス圧力によりパッド５は押し返され支えられる。この時、パッド５が被処理ウエハ２に対して傾いていると間隔が狭い場所ではガス圧力が上昇し間隔が狭い場所ではガス圧力が低下する。上記構造ではこの圧力差によりパッドの傾きが変化し、自己整合的にパッド5と被処理ウエハ2の互いに近接する面が平行となる。この結果、パッド5と被処理ウエハ2を直接接触させずに近接させることができる。
本実施の形態では、上記構造を図２に示すように球面軸受２５やベアリング構造２４を用いてパッド5とパッドアーム6を接続することで可能にした。さらに、バネ２３を用いてパッドアーム6とパッド5を接続すればパッドアーム６とパッド５の距離は完全に固定されないので、パッド5に印加される荷重をひずみ測定器２１にて正確に測定することができる。
【０００７】
次に、パッド5の形状について説明する。
本実施の形態で用いるパッド5の被処理ウエハ2に近接する面は、直径30mmの円形をしている。材質はステンレス鋼を用いたが、他にアルミ、デルリン、ベスペル、カプトン、酸化シリコン、シリコン、酸化アルミニウム、炭化珪素等を用いても同様の効果がある。
図２に示すようにパッドガス導入系16から導入されるガスは、該面中心に設けた直径2mmの穴から噴出する。さらに該パッド5の被処理ウエハ2に近接する面は凹型形状になっており、パッド5と被処理ウエハ2との距離は中心ほど大きくなる。
パッド5を被処理ウエハ2に近接させる際、パッド5と被処理ウエハ2の間にあるガス圧力によりパッド5と被処理ウエハ2の近接する面が平行になることは先に述べた。しかし、パッド中心からガスを噴出するとガス圧力は中心から周辺に向かって急激に減少するので、このガス圧力に支えられたパッド５はバランスを失い振動を始めてしまうことがしばしばある。凹型形状にすると、圧力変化が緩和されパッド５を振動させずに安定して支えることができる。凹型形状は、最大深さ27が1mm以上、最大径26がパッド5の最大径の1/4以上であればよい。
【０００８】
被処理ウエハ設置手段3の被処理ウエハ保持方法について説明する。
被処理ウエハ設置手段3は被処理ウエハ2と共に回転できるよう被処理ウエハ2を保持しなければならないことは先に述べた。さらに、パッド5から多量のガスを噴出するため、このガスが被処理ウエハ2の裏面に回りこみ被処理ウエハ2を浮き上がらせパッド5と接触させてしまうことも考慮しなければならない。また、被処理ウエハ2全面を洗浄するには、パッド5が全面を走査する必要があるのでパッド5側への突起があってはならない。
本実施の形態では図３に示すように被処理ウエハ2が収まり被処理ウエハ2の厚さよりも浅いくぼみ28を設け、そこに被処理ウエハ2を置く方式とした。被処理ウエハ2の回転力は被処理ウエハ設置手段3と被処理ウエハ2の摩擦力により被処理ウエハ設置手段３から伝えられる。
該くぼみには溝29を加工し、さらに被処理ウエハ設置手段3を貫通する穴空孔30を設けた。この溝と穴により被処理ウエハ2の裏面に回りこんだガスを排気することができるため、被処理ウエハ２が浮き上がることはない。
同様に、被処理ウエハ2がガスにより浮き上がることを防ぐため、静電チャックやメカニカルチャックを用いて強力に被処理ウエハを被処理ウエハ設置手段３に密着させても効果を得ることができる。
さらに、被処理ウエハ保持手段３に冷媒を流す、ヒーターを設置するなど温度調整機構を付加し、被処理ウエハ２の温度を制御することで洗浄効果を一層向上させることができる。
【０００９】
本実施の形態のドライ洗浄方法に適応される洗浄手順について説明する。
洗浄手順は真空排気手段により排気されている真空容器1内にて、上下移動機構7によりパッド5を被処理ウエハ設置手段3から遠ざけ、被処理ウエ2を被処理ウエハ設置手段3に設置する。
次に、ウエハ回転機構4により、被処理ウエハ2を被処理ウエハ設置手段3と共に回転させる。回転速度は100rpmとしたが、10〜200rpmとしても動揺の効果がある。続いて上下移動機構7によりパッド5を被処理ウエハ2に接近させ、パッドガス導入系16からガスを噴出させる。
本実施の形態では、パッド5が被処理ウエハ2から5mmの距離に達したときガスを噴出した。パッドガス導入系からはアルゴンガスを25slm導入したが、他にヘリウム、ネオン、窒素、酸素、二酸化炭素等やこれらの混合ガスを0.5〜500slm導入しても効果がある。さらにプラズマガス導入系17からもガスを導入する。プラズマガス導入系からはCF4と酸素ガスを導入した。プラズマガス導入系には他に、Ar、SF6、Cl2、F2、HF、水素ガスを用いても効果がある。
ガスが設定流量に達したところでプラズマ生成手段9により真空容器1内にプラズマを発生させる。パッド5が上下移動機構7によりさらに被処理ウエハ2に接近させられると、パッド5と被処理ウエハ2の間が狭くなり噴出しているガスの圧力が上昇しパッド5の被処理ウエハ2への接近を妨げる反発力が生じるようになるが、上下移動機構7は荷重を加えて強制的にパッド5を被処理ウエハ2にさらに接近させる。
パッド5に加わる荷重は、荷重測定装置21から検出する。パッド5に荷重が加わった場合においても、パッド5と被処理ウエハ2の間にはパッドガス導入系からガスが噴出されているため、パッド5と被処理ウエハ2が直接接触することはない。
また、パッドガス導入系に導入されるガスは、パッド５−被処理ウエハ２間のガス圧力に応じて加圧し、供給する必要がある。実際、本実施の条件では0.3MPaまで加圧しないとガスが流れ出さず、パッド５−被処理ウエハ２間のガス圧力は0.3MPa程度と考えられる。十分なガス流量を供給するにはさらに加圧し、供給する必要があり、本実施の形態では0.8MPaとした。一方、真空容器１内は真空排気手段により排気されており、パッド5から離れた位置ではガス圧力が300Paになるようにした。
よって、被処理ウエハ表面ではパッド５の揺動によりガス圧力が300Paから0.3MPa程度の間で変動することになる。この圧力変動は被処理ウエハ表面の微細構造内部における洗浄力向上に寄与する。0.1mmの粒子の付着力は数nNであることが知られているので、圧力変動幅が10kPa以上となれば洗浄効果がある。また、真空容器内のガス圧力が低い程除去した異物の被処理ウエハ2への再付着確率が低くなるため、洗浄効率が向上する。
パッド5と被処理ウエハ2真空容器荷重測定装置21から検出される荷重があらかじめ設定した荷重に達したところで、走査機構8によりパッド5を被処理ウエハ2の被処理面と平行に移動させる。本実施の形態での走査機構8は、被処理ウエハ2上のうちパッドアーム6を半径とした円周上にパッド5を移動させる方式とした。荷重を印加され被処理ウエハ2に近接したパッド5は、常に荷重測定装置21から検出される荷重があらかじめ設定した荷重に保たれるよう上下移動機構7により調整される。
本実施の形態では荷重の設定値を120Nとし、パッド5と被処理ウエハ2の近接する面の距離を30mm±3mmに保った。該距離1mm〜100mmであれば同様な効果があり、荷重は15N〜600Nで効果がある。この荷重をパッド5の被処理ウエハ2に近接する面で平均すると2×10⁴Ｎ/m²〜8.5×10⁵Ｎ/m²となる。あらかじめ設定した走査速度にて同様に設定した走査回数を行った後、プラズマ生成手段9によるプラズマ生成を止め、上下移動機構7によりパッド5を被処理ウエハ2から遠ざける。
本実施の形態ではウエハ中心から端までの走査速度を30秒とし、中心→端→中心へと1回走査を行った。パッド5が被処理ウエハ2に接触する可能性が無くなるのに十分な位置までパッド5を遠ざけたところでガスの導入を止める。
本実施の形態では、パッド5が被処理ウエハ2から5mm離れたところでガスの導入を止めた。さらに、被処理ウエハ2を取り出すのに十分な位置までパッド5を被処理ウエハ2から遠ざけた後、被処理ウエハ2を取り出し、洗浄処理を終了する。
【００１０】
以上の洗浄装置及び洗浄方法を用いれば半導体装置用ウエハに付着した異物を真空中にて高効率かつウエハを傷つけることなく安定に除去することができる。本実施の形態では被処理ウエハ２として半導体装置用ウエハを想定し説明したが、他に、液晶パネルやプラズマディスプレイパネルなどのディスプレイ装置、磁気記録用ディスク、光学記録用ディスクといった微細構造を有する装置又は基板の洗浄に適用できる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、パッドの形状に工夫を施した形態について説明する。
【００１１】
本実施の形態では、凹型形状の外周部に図４に示す溝を設けた。溝加工のようにガス流に変動を加えると、パッド5と被処理ウエハ2の間に流れるガス流に乱流を生じさせることができる。乱流ではウエハ２表面近傍において、ウエハ２表面から離れるにしたがいガス流速度が急激に増加する。このようにガス流速度勾配が大きくなると、ウエハ２表面に作用する摩擦応力が大きくなるためウエハ２表面の異物洗浄力が向上する。図４の溝はパッド5の中心を中心とした3重の同心円状に加工してあり、溝に沿って円周上に一様な乱流を生じさせることができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、パッドの形状に工夫を施した他の形態について説明する。
【００１２】
図５に示す例では、円周方向に連続でない溝を加工した。この場合は、円周上に一様ではないものの溝の端でより過激な乱流を生じさせることができる。このような乱流ではウエハ２表面近傍において、ウエハ２表面から離れるにしたがいガス流速度が急激に増加する。ガス流速度勾配が大きくなると、ウエハ２表面に作用する摩擦応力が大きくなるためウエハ２表面の異物洗浄力がより向上する。（実施の形態４）
本方式の洗浄装置では、パッド５と被処理ウエハ２を荷重測定器２１と上下機構７により100mm以下の任意の距離に保つことは先に述べた。しかし、装置外部から意図していない振動が伝わりパッド５や被処理ウエハ２が上記距離程度の振幅で振動すると上記距離を保つことが困難になる。そこで、本実施の形態では、図６に示すように除震台３１に本装置を設置することで装置を設置する床からの振動を排除する。
ポンプは振動を発生するためメカニカルブースターポンプ１４、ドライポンプ１５は除震台３１上には設置しない。さらに、メカニカルブースターポンプ１４、ドライポンプ１５と真空容器１は除震配管３２により接続し、ポンプの振動が真空容器へ伝わらないようにした。除震配管としてはベローズ配管やゴムなどのヤング率が小さい材料を用いた配管が適している。この結果、パッド５と被処理ウエハ２とを安定して近接させられるため、本洗浄装置の洗浄力を向上させることができる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、被処理ウエハの異物を真空内にて高効率な洗浄処理を実現できる。これにより、製造工程の簡略化、歩留りの向上といった効果の他に、被処理ウエハにウエット洗浄ができない材質が含まれていても洗浄が可能、洗浄による被処理ウエハの表面改質低下という効果も得られる。
したがって、半導体装置の製造コスト低下、加工精度向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１における基本構成図である。
【図２】実施の形態１におけるパッドの詳細説明図である。
【図３】実施の形態１における被処理ウエハ設置手段の構成図である。
【図４】実施の形態２における、表面に溝加工がされたパッドの説明図である。
【図５】実施の形態３における、表面に溝加工がされた他のパッドの説明図である。
【図６】実施の形態４における除震台を用いた洗浄装置の構成図である。
【符号の説明】
1…真空容器、2…被処理ウエハ、3…被処理ウエハ設置手段、4…ウエハ回転機構、5…パッド、6…パッドアーム、7…上下移動機構、8…走査機構、9…プラズマ生成手段、10…UHF電源、11…チューナー、12…アンテナ、13…誘電体、14…メカニカルブースターポンプ、15…ドライポンプ、16…パッドガス導入系、17…プラズマガス導入系、18…回路ボックス、19…圧力測定器、20…シャワープレート、21…荷重測定器、22…バリアブルバルブ、23…バネ、24…ベアリング機構、25…球面軸受、26…パッド凹型形状の最大径、27…パッド凹形状の最大深さ、28…被処理ウエハ設置手段のくぼみ、29…被処理ウエハ設置手段の溝、30…被処理ウエハ設置手段の空孔、31…除震台、32…除震配管。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method and apparatus related to wafer cleaning in a semiconductor device manufacturing process, and more particularly to a technique for removing foreign matters remaining on a wafer surface in a vacuum after plasma processing or planarization processing in a semiconductor device manufacturing process. .
[0002]
[Prior art]
Conventionally, cleaning of a wafer has been carried out by using pure water or a solution obtained by diluting various acid or alkali solutions in pure water, and rinsing the foreign matter on the wafer surface by immersing the wafer in the solution or spraying the solution. . A method of mechanically cleaning the wafer surface with a brush at the same time as immersing the wafer in a solution is also used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Since the conventional cleaning method described above is basically a wet cleaning method using water, it has the following problems.
1) Continuous processing in vacuum, such as dry etching and plasma CVD, can improve processing accuracy and manufacturing efficiency. However, since the necessary cleaning after each processing is wet processing, the wafer is temporarily removed from the atmosphere. Therefore, the effect described above cannot be obtained.
2) Wet cleaning requires rinse and drying processes in addition to cleaning, leading to an increase in manufacturing processes.
3) In wet cleaning, the extreme surface of the semiconductor material is modified, and as the semiconductor is miniaturized, the yield is reduced due to the surface modification.
4) In wet cleaning, the liquid may not sufficiently penetrate the fine structure due to the surface tension of the liquid, and the cleaning power in the fine structure will be insufficient.
5) Highly hygroscopic materials, such as organic films and porous organic films, will be required in the future for new materials for semiconductor devices, especially insulating film materials, and semiconductor devices using these materials will be required. In manufacturing, only wet cleaning or, in some cases, exposure to the atmosphere can cause device characteristic degradation.
In order to solve these problems, the inventors have proposed a dry cleaning method that combines a physical cleaning effect by a high-speed gas flow formed on a wafer in a vacuum and a chemical cleaning effect by plasma (Japanese Patent Application 2001- 7158) and a dry cleaning apparatus (Japanese Patent Application 2001-7157), and a dry cleaning method (Japanese Patent Application 2001-7156) for simultaneously cleaning the front and back surfaces of a wafer using this method.
In the dry cleaning method, gas is jetted between the wafer to be processed and the pad, and the pad is brought close to the wafer to be processed while applying a load to form a high-speed gas flow. As the pad is brought closer to the wafer to be processed, the frictional stress exerted by the gas flow on the surface of the wafer to be processed increases, and the cleaning ability improves.
However, the closer the pad is to the wafer to be processed at the same time, the more likely the pad and the wafer to be processed are in direct contact. As a result of investigations, it has been found that, as the cleaning power is improved, new foreign matter may be generated due to direct contact between the pad and the wafer to be processed, or the wafer to be processed may be destroyed. In order for the pad not to contact the wafer to be processed directly, adjacent surfaces must be kept parallel to each other.
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to improve the cleaning power and to obtain a stable cleaning power.
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
One aspect of the present invention includes a container, a vacuum evacuation unit connected to the container, a mechanism for pressing the structure against the wafer to be processed while applying a load, and a gas to the gap between the structure and the wafer to be processed. A dry cleaning apparatus for cleaning the surface of the wafer to be processed in the container evacuated by the vacuum evacuation means, the structure and the structure at the center of the structure The distance between the wafers to be processed is larger than the distance between the structure body and the wafers to be processed on the outer periphery of the structure body, and the difference is 1 mm to 50 mm.
Another aspect of the present invention includes a container, vacuum evacuation means connected to the container, a mechanism for pressing the structure against the wafer to be processed while applying a load, and a gap between the structure and the wafer to be processed. A dry cleaning method using a dry cleaning apparatus for cleaning the surface of the wafer to be processed in the container exhausted by the vacuum exhaust means, The gas pressure on the wafer surface to be processed is not uniform and the maximum difference is 10 kPa or more.
According to the present invention, it is possible to perform dry cleaning without generation of new foreign matters or destruction of a wafer to be processed. Further, by using the present invention, it becomes possible to manufacture a semiconductor device having an ultrafine structure of a 0.1 μm level including use of a material not suitable for wet cleaning at low cost and with high accuracy.
In addition, it is easy to form a process module that consistently performs a plurality of processes for manufacturing a semiconductor device performed in a vacuum atmosphere, and it is possible to construct a system for a semiconductor manufacturing apparatus with improved process accuracy and cost performance.
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the dry cleaning method of the present invention will be described.
First, a dry cleaning apparatus applicable to the dry cleaning method of the present invention will be described. Figure 1 shows the basic configuration. A wafer to be processed 2 and a wafer to be processed 2 are placed in a container 1 having a vacuum evacuation means, a pad 5 and a pad arm 6 that supports the pad.
In the present embodiment, the dry pump 15 and the mechanical booster pump 14 are used as the vacuum evacuation means, but the same effect can be obtained by any method as long as it is an evacuation means such as a turbo molecular pump. In this embodiment, an 8-inch wafer is used as the wafer 2 to be processed, but the same effect can be obtained even if the size is a 4-inch wafer, a 12-inch wafer, or the like.
The wafer processing means 3 to be processed is rotated by the wafer rotating mechanism 4. At this time, the wafer setting means 3 holds the processed wafer 2 so that the processed wafer setting means 3 and the processed wafer 2 can rotate together.
The pad 5 can be moved by a vertical movement mechanism 7 and a scanning mechanism 8 connected to the pad arm 6. The vertical movement mechanism 7 can change the distance between the pad 5 and the wafer 2 to be processed, and can be pressed against the wafer 2 to be processed while applying a load to the pad 5. The load applied to the pad 5 was measured by the load measuring device 21.
In the present embodiment, a strain measuring device is used as the load measuring device 21. The vertical movement mechanism 7 and the load measurement device 21 are connected to the circuit box 18, and the circuit box 18 adjusts the movement amount of the vertical movement mechanism 7 so that the load detected by the load measurement device 21 is maintained at a desired load. it can.
On the other hand, the scanning mechanism 8 can move the pad 5 parallel to the processing surface of the processing target wafer 2. By moving the pad 5 by the scanning mechanism 8 and simultaneously rotating the wafer 2 to be processed by the wafer rotating mechanism 4, the pad 5 can be scanned over the entire surface of the wafer 2 to be processed. Plasma generating means 9 is installed on the upper part of the vacuum vessel 1.
In the present embodiment, a plasma generation means using an electromagnetic wave in the UHF wave band composed of the UHF power source 10, the tuner 11, the antenna 12, and the dielectric 13 is used. The same effect can be obtained by using microwave and radio wave electromagnetic waves as the plasma generating means.
The wafer 2 to be processed is disposed in the diffusion region of the plasma generated by the plasma generating means 9, so that the wafer 2 to be processed is not excessively damaged by the plasma. Gas introduction into the vacuum chamber 1 was divided into two systems, a pad gas introduction system 16 and a plasma gas introduction system 17. The gas introduced from the pad gas introduction system 16 is ejected from the center of the pad 5 between the pad 5 and the wafer 2 to be processed, and the formation of a high-speed gas flow mainly for physically cleaning the wafer 2 to be processed and the wafer to be processed. It is responsible for transporting the foreign matter removed from 2 from the wafer 2 to be processed. The gas introduced from the plasma gas introduction system 17 is introduced into the vacuum container 1 in the vicinity of the plasma generating means 9, and is activated by plasma to give a chemical cleaning effect.
In the present embodiment, the plasma gas introduction system 17 is introduced using the shower plate 20 installed under the antenna 12. The pressure in the vacuum vessel 1 was measured with a pressure measuring device 19.
[0006]
Next, a method for installing the pad 5 will be described.
In the present embodiment, the angle formed by the adjacent surface of the pad 5 and the wafer to be processed 2 can be easily changed by the pressure of the gas injected between the pad 5 and the wafer 2 to be processed. When the pad 5 is brought close to the wafer 2 to be processed while gas is ejected, the pad 5 is pushed back and supported by the gas pressure between the pad 5 and the wafer 2 to be processed. At this time, if the pad 5 is tilted with respect to the wafer 2 to be processed, the gas pressure increases at a narrow space and the gas pressure decreases at a narrow space. In the structure described above, the inclination of the pad changes due to this pressure difference, and the adjacent surfaces of the pad 5 and the wafer 2 to be processed become parallel in a self-aligning manner. As a result, the pad 5 and the wafer 2 to be processed can be brought close to each other without being in direct contact.
In the present embodiment, the above structure is made possible by connecting the pad 5 and the pad arm 6 using the spherical bearing 25 or the bearing structure 24 as shown in FIG. Further, if the pad arm 6 and the pad 5 are connected using the spring 23, the distance between the pad arm 6 and the pad 5 is not completely fixed. Therefore, the load applied to the pad 5 is accurately measured by the strain measuring instrument 21. be able to.
[0007]
Next, the shape of the pad 5 will be described.
The surface of the pad 5 used in the present embodiment that is close to the wafer 2 to be processed has a circular shape with a diameter of 30 mm. Stainless steel is used as the material, but the same effect can be obtained by using aluminum, delrin, vespel, kapton, silicon oxide, silicon, aluminum oxide, silicon carbide, or the like.
As shown in FIG. 2, the gas introduced from the pad gas introduction system 16 is ejected from a hole having a diameter of 2 mm provided at the center of the surface. Further, the surface of the pad 5 that is close to the wafer 2 to be processed has a concave shape, and the distance between the pad 5 and the wafer 2 to be processed becomes larger toward the center.
As described above, when the pad 5 is brought close to the wafer 2 to be processed, the adjacent surfaces of the pad 5 and the wafer 2 to be processed are made parallel by the gas pressure between the pad 5 and the wafer 2 to be processed. However, when gas is ejected from the center of the pad, the gas pressure rapidly decreases from the center toward the periphery, so the pad 5 supported by this gas pressure often loses balance and starts to vibrate. When the concave shape is adopted, the pressure change is alleviated and the pad 5 can be stably supported without vibrating. The concave shape may be such that the maximum depth 27 is 1 mm or more and the maximum diameter 26 is 1/4 or more of the maximum diameter of the pad 5.
[0008]
A processing wafer holding method of the processing wafer setting means 3 will be described.
As described above, the processing wafer setting means 3 must hold the processing wafer 2 so that it can be rotated together with the processing wafer 2. Further, since a large amount of gas is ejected from the pad 5, it must be taken into consideration that this gas wraps around the back surface of the wafer 2 to be processed and causes the wafer 2 to be lifted to come into contact with the pad 5. Further, in order to clean the entire surface of the wafer 2 to be processed, the pad 5 needs to be scanned over the entire surface, and therefore there should be no protrusion on the pad 5 side.
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, a method is adopted in which the wafer to be processed 2 is accommodated and a recess 28 shallower than the thickness of the wafer to be processed 2 is provided, and the wafer to be processed 2 is placed there. The rotational force of the processing target wafer 2 is transmitted from the processing target wafer setting means 3 by the frictional force between the processing target wafer setting means 3 and the processing target wafer 2.
The recess was processed with a groove 29 and further provided with a hole 30 that penetrates the processing target wafer setting means 3. Since the gas that has flowed around the back surface of the wafer to be processed 2 can be exhausted by the grooves and the holes, the wafer to be processed 2 does not float.
Similarly, in order to prevent the wafer to be processed 2 from being lifted by the gas, the effect can be obtained even if the wafer to be processed is brought into close contact with the wafer to be processed installation means 3 using an electrostatic chuck or a mechanical chuck.
Further, the cleaning effect can be further improved by adding a temperature adjustment mechanism such as flowing a coolant to the processing target wafer holding means 3 or installing a heater and controlling the temperature of the processing target wafer 2.
[0009]
A cleaning procedure applied to the dry cleaning method of the present embodiment will be described.
In the cleaning procedure, in the vacuum container 1 evacuated by the vacuum evacuation means, the pad 5 is moved away from the processing target wafer setting means 3 by the vertical movement mechanism 7 and the processing target wafer 2 is set on the processing target wafer setting means 3.
Next, the processing target wafer 2 is rotated together with the processing target wafer setting means 3 by the wafer rotating mechanism 4. Although the rotation speed is 100 rpm, even if it is 10 to 200 rpm, there is an effect of shaking. Subsequently, the pad 5 is brought close to the wafer 2 to be processed by the vertical movement mechanism 7, and gas is ejected from the pad gas introduction system 16.
In the present embodiment, gas is ejected when the pad 5 reaches a distance of 5 mm from the wafer 2 to be processed. Argon gas was introduced at 25 slm from the pad gas introduction system, but it is also effective to introduce helium, neon, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, or a mixed gas of 0.5 to 500 slm. Further, gas is also introduced from the plasma gas introduction system 17. CF4 and oxygen gas were introduced from the plasma gas introduction system. In addition, Ar, SF6, Cl2, F2, HF, and hydrogen gas are also effective for the plasma gas introduction system.
When the gas reaches the set flow rate, plasma is generated in the vacuum vessel 1 by the plasma generating means 9. When the pad 5 is further moved closer to the wafer 2 to be processed by the vertical movement mechanism 7, the space between the pad 5 and the wafer 2 to be processed is narrowed, and the pressure of the jetted gas rises, and the pad 5 is applied to the wafer 2 to be processed. Although a repulsive force that prevents the approach is generated, the vertical movement mechanism 7 applies a load to forcibly bring the pad 5 closer to the wafer 2 to be processed.
The load applied to the pad 5 is detected from the load measuring device 21. Even when a load is applied to the pad 5, since the gas is ejected from the pad gas introduction system between the pad 5 and the wafer 2 to be processed, the pad 5 and the wafer 2 to be processed are not in direct contact.
Further, the gas introduced into the pad gas introduction system needs to be pressurized and supplied in accordance with the gas pressure between the pad 5 and the wafer 2 to be processed. Actually, under this condition, the gas does not flow unless the pressure is increased to 0.3 MPa, and the gas pressure between the pad 5 and the wafer 2 to be processed is considered to be about 0.3 MPa. In order to supply a sufficient gas flow rate, it is necessary to further pressurize and supply. In this embodiment, the pressure is set to 0.8 MPa. On the other hand, the inside of the vacuum vessel 1 was evacuated by the evacuation means, and the gas pressure was set to 300 Pa at a position away from the pad 5.
Therefore, on the surface of the wafer to be processed, the gas pressure varies between about 300 Pa and about 0.3 MPa due to the swing of the pad 5. This pressure fluctuation contributes to the improvement of the cleaning power inside the microstructure on the surface of the wafer to be processed. Since the adhesion force of 0.1 mm particles is known to be several nN, there is a cleaning effect when the pressure fluctuation range is 10 kPa or more. In addition, the lower the gas pressure in the vacuum vessel, the lower the probability of reattachment of the removed foreign matter to the wafer 2 to be processed, so that the cleaning efficiency is improved.
When the load detected from the pad 5 and the wafer 2 vacuum container load measuring device 21 reaches a preset load, the scanning mechanism 8 moves the pad 5 in parallel with the surface to be processed of the wafer 2 to be processed. The scanning mechanism 8 in the present embodiment employs a system in which the pad 5 is moved on a circle having the pad arm 6 as a radius on the wafer 2 to be processed. The pad 5 that is applied with a load and is close to the wafer 2 to be processed is adjusted by the vertical movement mechanism 7 so that the load detected from the load measuring device 21 is always maintained at a preset load.
In the present embodiment, the set value of the load is 120 N, and the distance between the pads 5 and the adjacent surface of the wafer 2 to be processed is kept at 30 mm ± 3 mm. If the distance is from 1 mm to 100 mm, the same effect is obtained, and the load is effective from 15 N to 600 N. When this load is averaged on the surface of the pad 5 adjacent to the wafer 2 to be processed, it becomes 2 × 10 ⁴ N / m ^{2 to} 8.5 × 10 ⁵ N / m ² . After the number of scans similarly set at the preset scanning speed, the plasma generation by the plasma generation means 9 is stopped, and the pad 5 is moved away from the processing target wafer 2 by the vertical movement mechanism 7.
In the present embodiment, the scanning speed from the wafer center to the edge is 30 seconds, and scanning is performed once from the center to the edge to the center. The introduction of gas is stopped when the pad 5 is moved far enough to prevent the pad 5 from coming into contact with the wafer 2 to be processed.
In the present embodiment, the introduction of gas was stopped when the pad 5 was separated from the wafer 2 to be processed by 5 mm. Further, after the pad 5 is moved away from the wafer to be processed 2 to a position sufficient to take out the wafer to be processed 2, the wafer to be processed 2 is taken out and the cleaning process is finished.
[0010]
By using the above-described cleaning apparatus and cleaning method, the foreign matter adhering to the semiconductor device wafer can be efficiently removed in a vacuum and stably without damaging the wafer. In the present embodiment, the description has been made assuming that the wafer 2 to be processed is a wafer for a semiconductor device, but other devices having a fine structure such as a display device such as a liquid crystal panel or a plasma display panel, a magnetic recording disk, and an optical recording disk Alternatively, it can be applied to substrate cleaning.
(Embodiment 2)
In the present embodiment, an embodiment in which the shape of the pad is devised will be described.
[0011]
In the present embodiment, the groove shown in FIG. 4 is provided in the outer periphery of the concave shape. When the gas flow is changed as in groove processing, a turbulent flow can be generated in the gas flow flowing between the pad 5 and the wafer 2 to be processed. In the turbulent flow, in the vicinity of the surface of the wafer 2, the gas flow velocity increases rapidly as the distance from the surface of the wafer 2 increases. When the gas flow velocity gradient increases as described above, the frictional stress acting on the surface of the wafer 2 increases, so that the foreign substance cleaning power on the surface of the wafer 2 is improved. The groove in FIG. 4 is processed into a triple concentric circle centered on the center of the pad 5, and a uniform turbulent flow can be generated along the circumference along the groove.
(Embodiment 3)
In the present embodiment, another embodiment in which the shape of the pad is devised will be described.
[0012]
In the example shown in FIG. 5, grooves that are not continuous in the circumferential direction are processed. In this case, although it is not uniform on the circumference, more extreme turbulence can be generated at the end of the groove. In such turbulent flow, in the vicinity of the wafer 2 surface, the gas flow velocity increases rapidly as the distance from the wafer 2 surface increases. When the gas flow velocity gradient is increased, the frictional stress acting on the surface of the wafer 2 is increased, so that the foreign substance cleaning power on the surface of the wafer 2 is further improved. (Embodiment 4)
In the cleaning apparatus of this system, as described above, the pad 5 and the wafer 2 to be processed are kept at an arbitrary distance of 100 mm or less by the load measuring device 21 and the vertical mechanism 7. However, if an unintended vibration is transmitted from the outside of the apparatus and the pad 5 and the wafer 2 to be processed vibrate with an amplitude of the above-mentioned distance, it becomes difficult to maintain the distance. Therefore, in the present embodiment, the vibration from the floor on which the apparatus is installed is eliminated by installing this apparatus on the vibration isolation table 31 as shown in FIG.
Since the pump generates vibration, the mechanical booster pump 14 and the dry pump 15 are not installed on the vibration isolation table 31. Further, the mechanical booster pump 14, the dry pump 15 and the vacuum vessel 1 are connected by a vibration isolation pipe 32 so that the vibration of the pump is not transmitted to the vacuum vessel. Piping using a material with a low Young's modulus, such as bellows piping or rubber, is suitable as the anti-seismic piping. As a result, since the pad 5 and the wafer 2 to be processed can be stably brought close to each other, the cleaning power of the cleaning apparatus can be improved.
[0013]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to realize highly efficient cleaning processing of foreign matter on a processing target wafer in a vacuum. As a result, in addition to the effects of simplifying the manufacturing process and improving yield, cleaning is possible even if the wafer to be processed contains a material that cannot be wet-cleaned. can get.
Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced and the processing accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a basic configuration diagram in a first embodiment.
FIG. 2 is a detailed explanatory diagram of pads in the first embodiment.
FIG. 3 is a configuration diagram of processing target wafer setting means in the first embodiment.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a pad having a groove formed on the surface in the second embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram of another pad having a groove processed on the surface in the third embodiment.
FIG. 6 is a configuration diagram of a cleaning device using a vibration isolation table in the fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container, 2 ... To-be-processed wafer, 3 ... To-be-processed wafer installation means, 4 ... Wafer rotation mechanism, 5 ... Pad, 6 ... Pad arm, 7 ... Vertical movement mechanism, 8 ... Scanning mechanism, 9 ... Plasma generation means , 10 ... UHF power supply, 11 ... Tuner, 12 ... Antenna, 13 ... Dielectric, 14 ... Mechanical booster pump, 15 ... Dry pump, 16 ... Pad gas introduction system, 17 ... Plasma gas introduction system, 18 ... Circuit box, 19 ... Pressure measuring device, 20 ... Shower plate, 21 ... Load measuring device, 22 ... Variable valve, 23 ... Spring, 24 ... Bearing mechanism, 25 ... Spherical bearing, 26 ... Maximum diameter of pad concave shape, 27 ... Pad concave shape Maximum depth, 28: depression of the wafer processing means for processing, 29: groove of the processing means for processing wafer, 30: hole in the processing means for processing wafer, 31: base for vibration isolation, 32: piping for vibration isolation.

Claims

A container, vacuum evacuation means connected to the container, a mechanism for pressing the structure against the wafer to be processed while applying a load, and means for jetting gas into the gap between the structure and the wafer to be processed A dry cleaning apparatus for cleaning the surface of the wafer to be processed in the container exhausted by the vacuum exhaust means,
The dry cleaning apparatus, wherein the surface of the structure adjacent to the wafer to be processed has a concave shape.

The dry cleaning apparatus according to claim 1,
A dry cleaning apparatus, wherein an interval between the structure and the wafer to be processed at the center of the structure is larger than an interval between the structure and the wafer to be processed on the outer periphery of the structure.

The dry cleaning apparatus according to claim 1,
A dry cleaning apparatus, wherein the gas pressure on the surface of the wafer to be processed during the cleaning process is not uniform and the maximum difference is 10 kPa or more.

The dry cleaning apparatus according to claim 1,
A dry cleaning apparatus having means for generating plasma in the container.