清洗裝置及清洗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一邊向旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片等襯底的表面提供清洗液一邊清洗襯底的清洗裝置以及清洗方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在半導(dǎo)體晶片等襯底的制造過程中，包含對形成于襯底上的金屬等的膜進(jìn)行研磨的研磨工序，在該研磨工序之后，進(jìn)行用于除去作為研磨肩的微小顆粒物的清洗。例如，在用金屬填埋形成于襯底表面的絕緣膜內(nèi)的布線槽而形成布線的鑲嵌(damascene)布線形成工序中，在形成鑲嵌布線后通過化學(xué)機(jī)械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)而除去襯底表面的多余的金屬。在CMP后的襯底表面上，由于存在CMP所使用的漿料的殘渣(漿料殘渣)和金屬研磨肩等的顆粒物(缺陷(defect))，所以需要通過清洗除去它們。
[0003]若由于襯底表面的清洗不充分而在襯底表面殘留了殘渣物，則會從襯底表面的殘留有殘渣物的部分產(chǎn)生泄露(leak)、成為緊貼性不良的原因等在可靠性方面成為問題。因此，需要以較高清洗度清洗露出了金屬膜、阻擋膜、及絕緣膜等的襯底表面。近年來，伴隨著半導(dǎo)體器件的精細(xì)化，應(yīng)當(dāng)除去的顆粒物的直徑變小，所以對清洗的要求也變得嚴(yán)格。
[0004]作為CMP裝置內(nèi)的研磨后的清洗方式，已知有使用了滾動清洗部件的清洗、使用了筆形(pencil)清洗部件的清洗、使用了雙流體噴嘴的清洗等。在這些清洗中，使襯底繞其中心軸旋轉(zhuǎn)，同時對襯底的表面(上表面)提供藥液和沖洗液(以下，將藥液及沖洗(rinse)液統(tǒng)括地稱為“清洗液”。)。另外，在這些清洗中，在進(jìn)行使?jié)L動清洗部件、筆形清洗部件、雙流體噴嘴發(fā)揮作用而進(jìn)行的清洗(藥液清洗)后，作為清洗液至少提供沖洗液，進(jìn)行在不使?jié)L動清洗部件、筆形清洗部件、雙流體噴嘴發(fā)揮作用下進(jìn)行的清洗(沖洗清洗)。
[0005]作為對襯底的表面提供清洗液的方法，已知有從單管噴嘴排出清洗液而使清洗液著落于襯底表面的方法、從噴霧式噴嘴噴出霧狀的清洗液而使清洗液著落于襯底表面的方法、從多孔管噴嘴(棒(bar)式噴嘴)排出清洗液而使清洗液著落于襯底表面的方法等。提供至襯底的表面的清洗液受到由襯底旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，而朝向襯底的外周流動。此外，著落于襯底之后的清洗液的流動不僅受該離心力的影響，而且在襯底的表面著落之前清洗液向與襯底的表面平行的方向在襯底的表面流動的情況下受其流動的慣性的影響，在襯底的表面傾斜的情況下，受重力的影響，另外，清洗液與襯底的表面的接觸角也成為決定清洗液的流動的重要因素。
[0006]當(dāng)與是藥液清洗還是沖洗清洗無關(guān)，在襯底的一部分上具有清洗液的流動較少的部位或清洗液沉淀的部位時，漿料殘渣和/或金屬研磨肩等顆粒物等殘留在該部分中，從而清洗變得不充分。因此，希望清洗液在襯底的整個半徑均勻地流動。
[0007]此外，作為與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)，存在以下的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)I日本專利第4007766號公報
[0011]專利文獻(xiàn)2日本特開平11-47665號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]伴隨著近年來的半導(dǎo)體器件的精細(xì)化，對清洗裝置中的清洗度的要求也變高。然而，在現(xiàn)有的清洗裝置中，微小的顆粒物(例如，65nm以下的顆粒物)的除去極其困難。尤其是，當(dāng)襯底的直徑為現(xiàn)在主流的300mm至將來的450mm時，襯底的一部分中這樣的不充分的清洗變得顯著。
[0013]將使水平平置的襯底旋轉(zhuǎn)而對襯底表面進(jìn)行沖洗清洗的情況作為例子說明不容易除去微小顆粒物的問題。在除去殘留顆粒物及殘留藥液的沖洗清洗中，當(dāng)采用從單管噴嘴排出沖洗液而使沖洗液著落于襯底表面的方法而使從單管噴嘴排出的沖洗液著落于襯底的中心附近時，在中心附近得到較高的清洗度，但顆粒物殘留在襯底的中心附近的外側(cè)。另一方面，當(dāng)使從單管噴嘴排出的沖洗液著落在襯底半徑的一半時，雖然在著落位置得到較高的清洗度，但顆粒物殘留在其以外的部位。即，在使用單管噴嘴提供沖洗液的情況下，雖然在著落位置的周邊良好地進(jìn)行沖洗清洗，但基于液體向襯底上的其他部位漫延的沖洗效果較小。
[0014]另外，當(dāng)從單管噴嘴排出的沖洗液以高角度著落于襯底表面時，襯底表面為銅布線或low-k膜那樣的脆弱的表面的情況下，受到因從單管噴嘴排出的沖洗液的著落而導(dǎo)致的損傷，在著落位置(例如，中心附近)產(chǎn)生缺陷。
[0015]另一方面，在從襯底外側(cè)上方的噴霧式噴嘴噴出霧狀的清洗液而使清洗液著落于襯底表面的方法或/和從多孔管噴嘴(棒式噴嘴)排出沖洗液而使沖洗液著落于襯底表面的方法中，由于是基于平置旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的排出，所以通過離心力而朝向襯底外周排出除去的顆粒物和/或殘留藥液，但由于著落區(qū)域在從中心到外周的范圍內(nèi)較寬廣，所以在該著落區(qū)域著落的沖洗液妨礙除去的顆粒物或/和殘留藥液的基于離心力而產(chǎn)生的朝向外周的移動，并向內(nèi)側(cè)推回。
[0016]另外，在中心部，由于清洗液通過離心力迅速地向外周移動，所以與中心附近以外的通過旋轉(zhuǎn)而清洗液漫延的區(qū)域相比較，沖洗效率變低。而且，關(guān)于基于噴霧式噴嘴或多孔管噴嘴的區(qū)域著落，到著落之前，沖洗液所接觸的空氣的量變多，提高了原本以較低的氧濃度(例如，< 1ppb)從工廠提供至CMP裝置內(nèi)的沖洗液(例如，超純水)的氧濃度(例如，4.0ppm = 4000ppb)，導(dǎo)致襯底的表面的銅等氧化。
[0017]以上的問題并不局限于上述的例子中說明的沖洗清洗，在藥液清洗中也能同樣產(chǎn)生。
[0018]本發(fā)明是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，在一邊對旋轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體晶片等襯底的表面提供清洗液一邊清洗襯底的清洗裝置中，通過使清洗液在襯底的整個半徑中流動而使清洗度提高。
[0019]本發(fā)明的清洗裝置具有如下結(jié)構(gòu):具有:保持襯底并使上述襯底的中心軸作為旋轉(zhuǎn)軸而使上述襯底旋轉(zhuǎn)的襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；朝向保持于上述襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的上述襯底的上表面排出第I清洗液的第I單管噴嘴，上述第I單管噴嘴以上述第I清洗液著落于上述襯底的中心的近前，著落的上述第I清洗液在上述襯底的上表面朝向上述襯底的中心流動的方式排出上述第I清洗液，從上述第I單管噴嘴排出的上述第I清洗液著落后在上述襯底的上表面的液流通過上述襯底的中心。通過該結(jié)構(gòu)，由于在襯底的中心部，通過從第I單管噴嘴排出的清洗液的在與襯底水平方向上的流動的慣性力使清洗液流動，在襯底的中心部的外側(cè)，通過基于襯底的旋轉(zhuǎn)的離心力，使清洗液朝向襯底的外周流動，所以能夠使清洗液在襯底的整個半徑流動。
[0020]在上述清洗裝置中，可以是，上述第I單管噴嘴的排出方向相對于上述襯底的上表面的入射角為45度以下。通過該結(jié)構(gòu)，能夠充分地得到從第I單管噴嘴排出的清洗液的在與襯底水平方向上的流動的慣性力。
[0021]在上述清洗裝置中，可以是，從上述第I清洗液的向上述襯底的著落位置至上述襯底的中心的距離比上述襯底的半徑的三分之一小。通過該結(jié)構(gòu)，著落后的襯底的上表面的液流能夠可靠地通過襯底的中心。
[0022]在上述清洗裝置中，可以是，還具有朝向保持于上述襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的上述襯底的上表面噴霧第2清洗液的噴霧式噴嘴，可以同時進(jìn)行基于上述第I單管噴嘴的上述第I清洗液的排出和基于上述噴霧式噴嘴的上述第2清洗液的噴霧。通過該結(jié)構(gòu)，能夠更可靠地使清洗液在襯底的整個半徑流動。
[0023]在上述清洗裝置中，可以是，上述第2清洗液的著落位置與上述第I清洗液的著落位置相比位于上述襯底的旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)。通過該結(jié)構(gòu)，基于噴霧式噴嘴的清洗液的著落位置位于通過了襯底的中心的第I清洗液的下游，第I清洗液通過離心力從襯底的外周排出，在第I清洗液變少的位置，能夠通過噴霧式噴嘴提供第2清洗液。
[0024]在上述清洗裝置中，可以是，上述噴霧式噴嘴中噴霧量為最大的噴霧量最大方向從噴霧中心偏移而靠近上述襯底的中心。通過該結(jié)構(gòu)，能夠通過噴霧式噴嘴向靠近襯底中心的位置提供更多的第2清洗液。
[0025]在上述清洗裝置中，可以是，上述噴霧式噴嘴在上述襯底的半徑的大致全長范圍內(nèi)噴霧上述第2清洗液，上述噴霧量最大方向可以朝向上述襯底的中心或者中心附近。通過該結(jié)構(gòu)，防止或減少如下情況:基于噴霧的第2清洗液朝向襯底的中心的流動與在襯底的中心部第2清洗液基于離心力而朝向襯底的外周的流動碰撞，導(dǎo)致第2清洗液在襯底的中心部沉淀這樣的情況，從而第2清洗液從襯底的中心部朝向外周流動。
[0026]在上述清洗裝置中，可以是，還具有朝向保持于上述襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的上述襯底的上表面排出第3清洗液的第2單管噴嘴，上述第2單管噴嘴可以以上述第3清洗液超過上述襯底的中心著落，并從著落位置朝向上述襯底的外周流動的方式排出上述第3清洗液，從上述第3清洗液的著落位置至上述襯底的中心的距離比從上述第I清洗液的著落位置至上述襯底的中心的距離大，上述第3清洗液的著落位置也可以從上述第I清洗液的著落位置位于上述襯底的旋轉(zhuǎn)方向的下游側(cè)。通過該結(jié)構(gòu)，能夠以不妨礙第I清洗液的襯底的表面上的流動的方式，用第2單管噴嘴向襯底上提供第3清洗液。
[0027]可以是，上述清洗裝置還具有在上述襯底的直徑的大致全長范圍內(nèi)直線狀地延伸，一邊繞與上述襯底平行的中心軸自轉(zhuǎn)一邊與上述襯底的上表面滑動接觸的滾動清洗部件，可以是，上述第I單管噴嘴使上述第I清洗液著落于上述滾動清洗部件的滾動卷入側(cè)區(qū)域。通過該結(jié)構(gòu)，能夠使在滾動清洗中需要的清洗液在襯底的整個半徑流動。
[0028]在上述清洗裝置中，可以是，上述第I單管噴嘴的排出方向與上述滾動清洗部件的延伸方向所成的角度在俯視下為90度±30度。通過該結(jié)構(gòu)，第I清洗液進(jìn)入滾動清洗部件之下并進(jìn)入滾動推出側(cè)區(qū)域，通過襯底旋轉(zhuǎn)而被提供至反向清洗區(qū)域，所以能夠提高反向提供區(qū)域的基于清洗液的清洗性。
[0029]可以是，上述清洗裝置還具有向位于上述滾動清洗部件的滾動推出側(cè)區(qū)域的上述滾動清洗部件的表面直接提供第4清洗液的噴嘴。通過該結(jié)構(gòu)，由于第4清洗液直接提供至滾動清洗部件，所以滾動清洗部件以含浸第4清洗液的狀態(tài)在清洗區(qū)域與襯底滑動，能夠提高基于清洗液的清洗性。
[0030]可以是，上述清洗裝置還具有筆形清洗部件，其支承于臂的前端部，繞與上述襯底垂直的中心軸自轉(zhuǎn)并且通過上述臂的轉(zhuǎn)動從上述襯底的中心至外周范圍，一邊與上述襯底的上表面滑動接觸一邊移動，可以是，上述第I單管噴嘴使上述第I清洗液著落于與上述筆形清洗部件的移動軌跡相比的上述襯底的旋轉(zhuǎn)方向的上游側(cè)。通過該結(jié)構(gòu)，能夠使在筆形清洗中需要的清洗液在襯底的整個半徑流動。
[0031]可以是，上述清洗裝置還具有:筆形清洗部件或雙流體噴射噴嘴，其支承于臂的前端部，通過上述臂的轉(zhuǎn)動從上述襯底的中心到外周范圍內(nèi)移動；臂上清洗液提供噴嘴，其設(shè)于上述臂上，在上述筆形清洗部件或上述雙流體噴射噴嘴的附近向上述襯底的上表面提供清洗液。通過該結(jié)構(gòu)，能夠向清洗部位提供新鮮的清洗液。
[0032]在上述清洗裝置中，可以是，上述臂上清洗液提供噴嘴以朝向基于上述筆形清洗部件或上述雙流體噴射噴嘴的上述襯底的清洗部位提供清洗液的方式傾斜。通過該結(jié)構(gòu)，清洗液能夠向朝向清洗部位的方向流動，向清洗部位提供清洗液。
[0033]在上述清洗裝置中，可以是，在上述臂的前端部支承有上述筆形清洗部件的情況下，上述臂上清洗液提供噴嘴相對于上述筆形清洗部件設(shè)于上述襯底的旋轉(zhuǎn)方向的上游偵U。通過該結(jié)構(gòu)，提供至襯底的上表面的清洗液通過襯底的旋轉(zhuǎn)被輸送，提供至襯底與筆形清洗部件滑動接觸的清洗部位。
[0034]在上述的清洗裝置中，可以是，在上述臂的前端部支承有上述雙流體噴射噴嘴的情況下，上述臂上清洗液提供噴嘴相對于上述雙流體噴射噴嘴設(shè)于上述襯底的旋轉(zhuǎn)方向的下游側(cè)。通過該結(jié)構(gòu)，由于提供至襯底的上表面的清洗液通過襯底的旋轉(zhuǎn)，向從來自雙流體噴射噴嘴的噴射流與襯底的上表面碰撞的清洗部位遠(yuǎn)離的方向輸送，所以在清洗部位中清洗液不形成較厚的層，能夠減少基于墊層效果的清洗力的降低。
[0035]在上述清洗裝置中，可以是，上述臂上清洗液提供噴嘴與基于上述筆形清洗部件或上述雙流體噴射噴嘴的上述襯底的清洗部位相比設(shè)于靠近上述襯底的中心的位置。通過該結(jié)構(gòu)，從臂上清洗液提供噴嘴提供的清洗液通過基于襯底的旋轉(zhuǎn)的離心力，在朝向清洗部位或清洗部位的附近后，順暢地朝向襯底的半徑方向的外側(cè)流動，從襯底的外緣排出。
[0036]本發(fā)明的其它方式的清洗裝置具有如下結(jié)構(gòu):具有:襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其保持襯底并將上述襯底的中心軸作為旋轉(zhuǎn)軸而使上述襯底旋轉(zhuǎn)；噴霧式噴嘴，其朝向保持于上述襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的上述襯底的上表面扇狀地噴霧第2清洗液，在上述噴霧式噴嘴中噴霧量成為最大的噴霧量最大方向從噴霧中心偏移而靠近上述襯底的中心。通過該結(jié)構(gòu)，能夠通過噴霧式噴嘴而向靠近襯底的中心的位置提供更多的第2清洗液，在與襯底的中心部相比的外側(cè)，通過襯底的離心力使第2清洗液朝向襯底的外周流動，所以第2清洗液能夠從襯底的中心部向外周部流動。
[0037]本發(fā)明的又一方式的清洗裝置具有如下結(jié)構(gòu):具有:襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，其保持襯底并將上述襯底的中心軸作為旋轉(zhuǎn)軸而使上述襯底旋轉(zhuǎn)；第I單管噴嘴，其朝向保持于上述襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的上述襯底的上表面排出第I清洗液；噴霧式噴嘴，其朝向保持于上述襯底旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的上述襯底的上表面噴霧第2清洗液，同時進(jìn)行基于上述第I單管噴嘴的上述第I清洗液的排出與基于上述噴霧式噴嘴的上述第2清洗液的噴霧。通過該結(jié)構(gòu)，由于同時進(jìn)行基于單管噴嘴的清洗液的排出與基于噴霧式噴嘴的清洗液的噴霧，所以能夠提高在襯底的整個半徑的清洗液的流動性，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的清洗度。
[0038]本發(fā)明的清洗方法是將襯底的中心軸作為旋轉(zhuǎn)軸而使上述襯底旋轉(zhuǎn)，朝向上述襯底的上表面排出第I清洗液的清洗方法，具有如下構(gòu)成:上述第I清洗液著落于上述襯底的中心的近前，著落后的上述襯底的上表面的液流通過上述襯底的中心。通過該構(gòu)成，在襯底的中心部中，清洗液通過從第I單管噴嘴排出的清洗液的在與襯底水平方向上的流動的慣性力而流動，在襯底的中心部的外側(cè)，清洗液通過基于襯底的旋轉(zhuǎn)的離心力而朝向襯底的外周流動，所以能夠使清洗液在襯底的整個半徑流動