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技術 研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置

出願人 株式会社日立製作所
発明者 斉藤昭男
出願日 1998年7月21日 (22年5ヶ月経過) 出願番号 1998-204682
公開日 2000年2月2日 (20年11ヶ月経過) 公開番号 2000-036477
状態 未査定
技術分野 洗浄、機械加工
主要キーワード 境界壁面 微小砥粒 シャワー水流 RCA洗浄 付着異物数 オーバフロー槽 超音波発振子 サンプルウエハ
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年2月2日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

半導体素子高集積化に伴い、薄膜を形成したウエハ表面の平坦化が不可欠である。その際、化学機械研磨法が用いられるが、研磨後洗浄が別装置で行われていた。このため、トータルの装置面積が大きくなるという問題点があった。

解決手段

研磨を行う部分と洗浄、乾燥を行う部分がオーバフロー槽内を除き壁面により区切られていることを特徴とする研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置により上記課題は解決される。

概要

背景

半導体素子高集積化に伴い、配線多層化やメモリLSIにおけるキャパシタセルの立体化によるデバイス構造の3次元化が進みつつある。積層による3次元化は結果として段差を生じるため、配線パターン切れリソグラフィ工程における焦点深度マージン不足の原因となる。これを防止するため、平坦化技術が不可欠であるが、ミリメートルオーダの領域内を平坦化するためには化学機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing、略してCMP)を用いる必要がある。

この手法については例えば特開昭62-102543号公報等に記載がある。この手法は微小砥粒および薬液を用いてウエハの表面を研磨するもので、研磨後に微小砥粒を除去しなければならない。従来は研磨装置とは別の洗浄装置を用いて、砥粒ブラシで擦ることにより除去した後、水洗、乾燥することにより行っていた。洗浄装置については、例えば、特開平6-260466号公報、特開平7-66161号公報、特開平8-124889号公報等に記載されている。

従来技術が研磨装置と洗浄装置を別にしているのは、研磨装置が必然的に汚れているため洗浄装置に要求される清浄度が確保できないからである。すなわち、研磨装置では大量の砥粒が用いられており、研磨装置と洗浄装置を一体のものとすると、洗浄装置内にこの砥粒が侵入し清浄度が保てなくなる。

このように研磨装置と洗浄装置を離して設置しているため、研磨後のウエハを研磨装置より洗浄装置まで運搬せねばならないが、この際ウエハ表面を乾かさないようにすることが不可欠で、水槽に入れて運ぶことが一般に行われている。ウエハ表面を乾かすことで十分に砥粒を除去できなくなるためである。また、従来技術ではブラシを用いて大量の砥粒を除去するという手法が用いられていた。

概要

半導体素子の高集積化に伴い、薄膜を形成したウエハ表面の平坦化が不可欠である。その際、化学機械研磨法が用いられるが、研磨後の洗浄が別装置で行われていた。このため、トータルの装置面積が大きくなるという問題点があった。

研磨を行う部分と洗浄、乾燥を行う部分がオーバフロー槽内を除き壁面により区切られていることを特徴とする研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置により上記課題は解決される。

目的

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決するものであり、研磨装置と洗浄装置を一体化させ、研磨後のウエハ面を乾燥させることなく直ちに洗浄に移ることができる研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

薄膜を形成した半導体ウエハ研磨を行う部分と研磨後の当該ウエハの洗浄、乾燥を行う部分からなる研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置において、前記研磨を行う部分と洗浄、乾燥を行う部分の雰囲気遮断されていることを特徴とする研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置。

請求項2

薄膜を形成した半導体ウエハの研磨を行う部分と研磨後の当該ウエハの洗浄、乾燥を行う部分からなる研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置において、前記研磨を行う部分と洗浄、乾燥を行う部分が流水により区切られていることを特徴とする研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置。

請求項3

薄膜を形成した半導体ウエハの研磨を行う部分と研磨後の当該ウエハの洗浄、乾燥を行う部分からなる研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置において、前記研磨を行う部分と洗浄、乾燥を行う部分がオーバフロー槽内を除き壁面により区切られていることを特徴とする研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置。

請求項4

前記請求項3記載のオーバフロー槽でオーバフローされた液体排液が研磨を行う部分のみに流れ出ることを特徴とする請求項2記載の研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置。

請求項5

前記請求項3記載のオーバフロー槽で超純水をオーバフローすることを特徴とする請求項3記載の研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置。

請求項6

前記請求項3記載のオーバフロー槽でアンモニア水過酸化水素水混合水溶液を40〜80℃に加熱してオーバフローすることを特徴とする請求項3記載の研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置。

請求項7

前記請求項3記載のオーバフロー槽で液体をオーバフローさせさらに超音波を発生させることを特徴とする請求項3記載の研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置。

請求項8

ウエハを1枚ずつ処理し搬送することを特徴とする前記請求項1から3のいずれか1項記載の研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置。

技術分野

0001

本発明は、薄膜を形成した半導体ウエハ研磨洗浄、乾燥する処理装置に関するものである。

背景技術

0002

半導体素子高集積化に伴い、配線多層化やメモリLSIにおけるキャパシタセルの立体化によるデバイス構造の3次元化が進みつつある。積層による3次元化は結果として段差を生じるため、配線パターン切れリソグラフィ工程における焦点深度マージン不足の原因となる。これを防止するため、平坦化技術が不可欠であるが、ミリメートルオーダの領域内を平坦化するためには化学機械研磨法(Chemical Mechanical Polishing、略してCMP)を用いる必要がある。

0003

この手法については例えば特開昭62-102543号公報等に記載がある。この手法は微小砥粒および薬液を用いてウエハの表面を研磨するもので、研磨後に微小砥粒を除去しなければならない。従来は研磨装置とは別の洗浄装置を用いて、砥粒ブラシで擦ることにより除去した後、水洗、乾燥することにより行っていた。洗浄装置については、例えば、特開平6-260466号公報、特開平7-66161号公報、特開平8-124889号公報等に記載されている。

0004

従来技術が研磨装置と洗浄装置を別にしているのは、研磨装置が必然的に汚れているため洗浄装置に要求される清浄度が確保できないからである。すなわち、研磨装置では大量の砥粒が用いられており、研磨装置と洗浄装置を一体のものとすると、洗浄装置内にこの砥粒が侵入し清浄度が保てなくなる。

0005

このように研磨装置と洗浄装置を離して設置しているため、研磨後のウエハを研磨装置より洗浄装置まで運搬せねばならないが、この際ウエハ表面を乾かさないようにすることが不可欠で、水槽に入れて運ぶことが一般に行われている。ウエハ表面を乾かすことで十分に砥粒を除去できなくなるためである。また、従来技術ではブラシを用いて大量の砥粒を除去するという手法が用いられていた。

発明が解決しようとする課題

0006

前記従来技術では、洗浄装置を研磨装置と別置きすることで、トータルの装置面積が大きくなるという基本的な問題点があった。また、水槽にウエハを入れて運搬せざるを得ないという実用上の問題点があった。さらに、ブラシ洗浄を行うことで装置が複雑化するという問題点があった。

0007

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決するものであり、研磨装置と洗浄装置を一体化させ、研磨後のウエハ面を乾燥させることなく直ちに洗浄に移ることができる研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

上記従来技術の問題点は、研磨を行う部分と洗浄、乾燥を行う部分の雰囲気遮断されていることを特徴とする研磨、洗浄、乾燥一貫処理装置により達成される。具体的な一例として研磨を行う部分と洗浄、乾燥を行う部分が流水により区切られているものをあげることができる。ここで言う流水についてはその形態が種々考えられるが、流水により研磨部と洗浄、乾燥部が空間的に完全に区切られ雰囲気が遮断されている点が特徴である。また、もう一つの具体的一例として、前記研磨を行う部分と洗浄、乾燥を行う部分がオーバフロー槽内を除き壁面により区切られているものをあげることができる。ここで言うオーバフロー槽とは、純水を下方より供給することで槽上面から純水があふれ出るようになっているものである。

0009

本発明では純水以外の部分では、研磨部と洗浄、乾燥部が完全に区切られている点が特徴である。また、前記オーバフロー槽の構造については、オーバフローされた液体排液が研磨を行う部分のみに流れるよう工夫することがより好ましい。また、前記オーバフロー槽でオーバフローする液体には、超純水や40〜80℃に加熱されたアンモニア水過酸化水素水混合水溶液が用いられる。また、オーバフロー槽で液体をオーバフローさせると共に超音波を発生させることも本発明に含まれる。また、前記装置においては、ウエハを複数枚研磨処理した後、洗浄部に移しても良いし、ウエハを1枚ずつ処理しても良い。

0010

本発明の一概念図を図1に示す。研磨部1は従来のCMP装置等により構成される。洗浄、乾燥部2は従来の枚葉洗浄装置等により構成される。流水部3は純水シャワーのようになっていても良いがこれ以外の部分で研磨部と洗浄、乾燥部の雰囲気は互いに接しない構造になっている点がポイントである。

0011

本発明の別の一概念図を図2に示す。研磨部1は従来のCMP装置等により構成される。洗浄、乾燥部2は従来の枚葉洗浄装置等により構成される。オーバフロー槽6以外の部分で研磨部と洗浄、乾燥部の雰囲気は互いに接しない構造になっている。すなわち、オーバフロー槽の水面の高さよりも低くなるように、研磨部と洗浄、乾燥部の境界壁面5が形成されている。また、オーバフローした純水がすべて研磨部側に流れるようにオーバフロー槽の上面を工夫することで、洗浄部の清浄度をより一層高めることができる。オーバフロー槽には超音波発生部、加熱部7を装備しても良く、超音波印加、加熱を行っても良い。

0012

本発明の別の一概念図を図3に示す。オーバフロー槽内にウエハキャリア9を設けることで、研磨部と洗浄部のタクトの差を吸収でき、実際的な運用が可能となる。

発明を実施するための最良の形態

0013

以下本発明の実施例を図を用いて説明する。

0014

(実施例1)図2に基づく簡単な装置を作成し、洗浄性能について検討した。比較例としては、従来技術による処理、すなわち、研磨後ウエハを水槽に入れて運搬し、アンモニア水を用いたブラシ洗浄、スピン乾燥を行うというものと、図2に基づく装置で研磨部と洗浄、乾燥部の雰囲気を遮断しないようにしてものである。

0015

オーバフロー槽に用いる液体は、(1)超純水、(2)40〜80℃に加熱したアンモニア水、過酸化水素水の混合水溶液(RCA洗浄液)である。処理時間は15分。また、それぞれの液体に超音波印加を組合わせる実験も行った。超音波は950±65kHz、600Wで、印加時間は15分である。洗浄、乾燥部での洗浄については、超純水、アンモニア水を用いたブラシ洗浄、スピン乾燥である。サンプルウエハシリコンウエハ上に酸化膜を形成したものである。得られた実験結果を表1に示す。同一条件でそれぞれ3回実験した。

0016

0017

研磨直後の付着異物数はおおよそ105〜106個/ウエハ程度(粒径>0.2mm)であり、表1には洗浄後の残存異物数を示すことで洗浄能力指標としてある。比較例1は研磨装置、洗浄装置を別装置としてその間の運搬はウエハを水槽に入れて行ったものである。洗浄装置はブラシ洗浄を用い洗浄液はアンモニア水である。残存異物数を30個/ウエハ程度に低減できた。比較例2は研磨、洗浄一体型の装置であるが、本発明と異なり研磨部、洗浄部の雰囲気を遮断しない場合である。

0018

データは図2に基づく装置を用い境界壁面5をはずして実験を行うことで得た。本発明の場合、比較例1と比べてほぼ同等の結果が得られた。すなわち、装置面積が大きい点やウエハを水槽に入れて研磨装置から洗浄装置まで運搬するという従来技術の問題点を解決して、従来技術と同等の洗浄効果が得られたことになる。また、比較例2と比べて良好な結果が得られた。比較例2の結果は研磨装置と洗浄装置を一体化した時、研磨部よりの発塵が洗浄能力に影響を与えることを示唆しており、本発明を用いることでそのような問題点を解決できることが示された。

発明の効果

0019

本発明によれば、研磨装置と洗浄、乾燥装置を一体化することができるため装置面積を小さくでき、さらに研磨装置と洗浄装置間のウエハ運搬を行わなくても良いなるため、半導体製品低コスト生産できるという効果がある。

図面の簡単な説明

0020

図1本発明実施例である研磨・洗浄等の処理装置の一概念図。
図2本発明実施例である研磨・洗浄等の処理装置の一概念図。
図3本発明実施例である研磨・洗浄等の処理装置の一概念図。

--

0021

1…研磨部、 2…洗浄、乾燥部、 3…流水(シャワー水流)、4…ウエハ、 5…研磨部と洗浄、乾燥部の境界壁面、6…オーバフロー槽、 7…超音波発振子加熱ヒータ、8…排水部、 9…ウエハキャリア。

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