半导体晶片的清洗装置以及半导体晶片的清洗方法与流程

1.本发明涉及半导体晶片的清洗装置以及半导体晶片的清洗方法。


背景技术：

2.以往，作为半导体设备的基板，使用硅晶片。硅晶片能够通过对由高温提拉（czochralski，cz）法等培育的单晶硅锭实施晶片加工处理而得到。上述晶片加工处理时，研磨粉等的颗粒附着于硅晶片的表面。因此，在晶片加工处理后对硅晶片进行清洗处理而除去颗粒。
3.硅晶片等的半导体晶片的清洗装置中，存在同时清洗多张晶片的批量式的清洗装置、一张张地清洗晶片的单张式的清洗装置。其中，由于需要的清洗液的量较少、能够避免晶片间的相互污染、由于大口径化而难以同时处理多张晶片等，近年来，主要使用单张式的清洗装置。
4.单张式的清洗装置中存在各种形式的装置，在被称为旋转清洗的单张式的半导体晶片的清洗装置中，将清洗对象的半导体晶片载置在设置于旋转工作台的上表面的晶片保持部，一边令半导体晶片以高速旋转，一边从清洗液供给喷嘴将清洗液向晶片表面背面喷射，从而清洗半导体晶片的表面背面。
5.此时，清洗液作为微细烟雾利用离心力而向半导体晶片的外周方向飞散（以下，简称“烟雾”。），通过设置包围晶片的周围的旋转杯，回收飞散的清洗液。例如，在专利文献1所述的装置中，构成为飞散的清洗液与旋转杯的侧壁部的内表面碰撞。
6.【专利文献1】日本实开平1－120980号公报。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的课题本发明者判断出在使用专利文献1所述那样的具备旋转杯的清洗装置而清洗硅晶片后，由旋转杯承接的烟雾的一部分弹回而附着于硅晶片的表面。
8.若烟雾附着于硅晶片的表面，则在包含于烟雾的清洗液的成分与硅之间发生化学反应，在之后的检查工序中检测到辉点缺陷（light point defects，lpd）。在检出的lpd的数量多时为不合格，成品率降低。因此，在清洗中需要抑制清洗液的烟雾附着于硅晶片的表面。
9.本发明是鉴于上述课题而提出的。其目的在于提供一种能够抑制在半导体晶片的清洗中清洗液的烟雾向半导体晶片的表面附着的半导体晶片的清洗装置以及清洗方法。
10.用于解决技术课题的手段［1］半导体晶片的清洗装置，其特征在于，构成为具备：在下部具有开口部的腔室；设置于该腔室内的上部且向下方供给气体的供气部；
从前述开口部的下方插入到前述腔室内的旋转工作台；设置于该旋转工作台的上表面且保持清洗对象的半导体晶片的晶片保持部；朝向前述半导体晶片的上表面供给清洗液的上部喷嘴；朝向前述半导体晶片的下表面供给清洗液的下部喷嘴；设置于前述旋转工作台的外周部且回收向前述旋转工作台的外周方向飞散的前述清洗液的旋转杯，前述旋转杯具有：环状的侧壁部；下端部与前述侧壁部的上端部连接且相对于铅直方向向前述旋转工作台侧倾斜的环状的倾斜部；上端部与前述倾斜部的上端部连接的环状的折返部，前述侧壁部的上端部的高度位置配置在比前述晶片保持部的上端部的高度位置低的位置，令前述倾斜部相对于水平面的倾斜角度为θ
22
，令前述倾斜部的径方向的宽度为w，前述倾斜角度θ
22
以及前述宽度w满足下式（a）θ
22
（
°
）≥－0.65
×
w（mm）＋72.9
°
（a）。
11.［2］前述［1］所述的半导体晶片的清洗装置，其中，前述宽度w为20mm以上90mm以下。
12.［3］前述［1］或者［2］所述的半导体晶片的清洗装置，其中，前述折返部的下端部的高度位置与前述晶片保持部的上端部的高度位置的差h为0mm以上30mm以下。
13.［4］前述［1］～［3］的任一项所述的半导体晶片的清洗装置，其中，前述折返部的下端部向前述侧壁部侧倾斜。
14.［5］半导体晶片的清洗方法，其特征在于，使用前述［1］～［4］的任一项所述的半导体晶片的清洗装置，将清洗对象的半导体晶片载置在前述晶片保持部上，一边从前述供气部供给气体并且从前述上部喷嘴向前述半导体晶片的上表面喷射清洗液，且从前述下部喷嘴向前述半导体晶片的下表面喷射清洗液并令前述旋转工作台旋转而令前述半导体晶片旋转，将前述气体从前述旋转杯与前述旋转工作台的间隙排气，一边清洗前述半导体晶片的表面背面。
15.［6］前述［5］所述的半导体晶片的清洗方法，其中，前述半导体晶片的清洗在令从前述供气部供给的前述气体的流量为f，令前述旋转工作台的转速为r，前述气体的流量f以及前述转速r满足下式（b）的条件下进行f（m3／min）≥6.9
×
10
－3
×
r（rpm）（b）。
16.［7］前述［5］或者［6］所述的半导体晶片的清洗方法，其中，前述清洗对象的半导体晶片为硅晶片。
17.发明效果根据本发明，能够抑制在半导体晶片的清洗中清洗液的烟雾向半导体晶片的表面的附着。
附图说明
18.图1是表示 本发明所述的半导体晶片的清洗装置的一例的图。
19.图2是表示本发明中设想的旋转杯的构造的图。
20.图3是说明在旋转杯中变更了的参数的图。
21.图4是通过排气路径的气流的一例的示意图。
22.图5是表示针对发明例以及以往例的、清洗液的烟雾的附着时间和附着量的关系的图。
23.附图标记说明1清洗装置10腔室11a腔室的上部11b腔室的下部11c开口部12供气部13旋转工作台14晶片保持部15上部喷嘴16下部喷嘴17排气路径20旋转杯20a旋转杯的上端部21侧壁部21a、22a、23a内表面21b、22b、23b外表面21c、22c、23c上端部21d、22d、23d下端部22倾斜部23折返部m主流s涡流w半导体晶片。
具体实施方式
24.（半导体晶片的清洗装置）以下，参照图面说明本发明的实施方式。图1表示本发明所述的半导体晶片的清洗装置的一例。图1所示的清洗装置1具备：在下部11b具有开口部11c的腔室11、设置于该腔室11内的上部11a且向下方供给气体的供气部12、从开口部11c的下方插入到腔室11内的大致圆筒状的旋转工作台13、设置于该旋转工作台13的上表面13a且保持清洗对象的半导体晶片w的晶片保持部14、向半导体晶片w的上表面供给清洗液l的上部喷嘴15、向半导体晶片w
的下表面供给清洗液l的下部喷嘴16、设置于旋转工作台13的外周部且回收向旋转工作台13的外周方向飞散的清洗液l的旋转杯20。
25.本发明者为了解决上述课题，钻研了旋转杯20的形状。此时，作为旋转杯20，设想具有图2所示构造的情况。即，图2所示的旋转杯20具有：环状的侧壁部21、下端部22d与侧壁部21的上端部21c连接且相对于铅直方向向旋转工作台13侧倾斜的环状的倾斜部22、上端部23c与倾斜部22的上端部22c连接的环状的折返部23。
26.上述旋转杯20构成为，在将半导体晶片w载置于晶片保持部14上时、或者将载置于晶片保持部14上的半导体晶片w除去等的半导体晶片w的交接时，旋转杯20的上端部20a的高度位置下降到低于晶片保持部14的上端部14a的高度位置的位置。因此，在上述旋转工作台13与旋转杯20的折返部23之间，沿水平方向设置2～3mm程度的间隙，构成为在令旋转杯20下降时二者不会碰撞。
27.上述旋转杯20的折返部23的内表面23a与晶片保持部14之间的水平方向的距离为25～27mm，优选为25.5～26.5mm。
28.在上述旋转杯20与旋转工作台13之间形成有排气路径17，从供气部11供给的空气等的气体、以及从载置于晶片保持部14的上端部14a而旋转的半导体晶片w飞散的清洗液l的烟雾经由排气路径17而从排气口（未图示）排气。
29.如图3所示，本发明者利用流体模拟计算详细地考察了对旋转杯20的参数，具体而言侧壁部21的铅直方向的长度l
21
、侧壁部21的上端部21c的高度位置h
21
、倾斜部22相对于水平面的倾斜角度θ
22
、倾斜部22的径方向的宽度（即，侧壁部21的内表面21a与折返部23的内表面23a之间的距离，以下，简称为“宽度”。）w、折返部23的铅直方向的长度l
23
进行各种变更时的通过排气路径17的气体的流动（气流）的运动。
30.图4示出了由流体模拟计算求得的、通过排气路径17的气流的一例的示意图。如图4所示，可知通过排气路径17的气流大致地分为包括向下方流动的主流m、形成于由侧壁部21的内表面21a和倾斜部22的内表面22a以及折返部23的外表面23b划分的区域而沿侧壁部21的内表面21a以及倾斜部22的内表面22a上升的涡流s。
31.本发明者对图3所示的旋转杯20的参数进行各种变更而考察气流的运动的过程中，认为为了令从半导体晶片w飞散的烟雾良好地从排气路径17排出而不会附着于半导体晶片w的表面，满足以下的两个要件是重要的。
32.（a）侧壁部21的上端部21c的高度位置h
21
（即，侧壁部21的内表面21a与倾斜部22的内表面22a的交线的高度位置）配置在晶片保持部14的上端部14a的高度位置h
14a
以下的位置。
33.（b）倾斜部22的相对于水平面的倾斜角度θ
22
是排出路径17中的主流m的朝向、即主流m相对于水平面的倾斜角度θm以上。
34.关于上述要件（a），如专利文献1所述的旋转杯那样地，上述侧壁部21的上端部21c的高度位置h
21
配置在超过晶片保持部14的上端部14a的高度位置h
14a
的位置时，从半导体晶片w侧飞散的烟雾向相对于铅直方向平行的侧壁部21的内表面21a碰撞而向半导体晶片w侧反射，认为会附着在半导体晶片w上。
35.另一方面，上述侧壁部21的上端部21c的高度位置h
21
配置在晶片保持部14的上端部14a的高度位置h
14a
以下的位置时，从半导体晶片w侧飞散的烟雾与倾斜部22的内表面22a
碰撞而向下方反射，认为难以附着于半导体晶片w的表面。
36.此外，对于要件（b），根据上述流体模拟计算可知，倾斜部22的倾斜角度θ
22
比主流m的倾斜角度θm小时，涡流s向下方膨胀变大，另一方面，可知倾斜部22的倾斜角度θ
22
为主流m的倾斜角度θm以上时，涡流s变为沿倾斜部22的内表面22a的薄形状，从排出路径17排出的烟雾变得不易乘着涡流返回半导体晶片w，烟雾沿主流m的流动而良好地排出。
37.其中，对于上述要件（b），由于主流m的朝向由旋转杯20的哪个参数决定的是不明确的，所以对旋转杯20的参数进行各种变更而进行流体模拟计算。其结果，主流m的朝向，即主流m的相对于水平面的倾斜角度θm不受侧壁部21的铅直方向的长度l
21
、倾斜部22的倾斜角度θ
22
、以及折返部23的铅直方向的长度l
23
的影响，受倾斜部22的宽度w的较大影响。
38.因此，本发明者从上述倾斜部22的宽度w和主流相对于水平面的倾斜角度θm的关系，基于要件（b）而研究倾斜部22相对于水平面的倾斜角度θ
22
应满足的要件。其结果发现，通过令倾斜部22的宽度w以及倾斜部22自水平面的角度θ
22
满足下式（a），能够抑制向旋转工作台13的外周方向飞散的烟雾返回半导体晶片w而附着于半导体晶片w的表面，完成了本发明。
39.θ
22
（
°
）≥－0.65
×
w（mm）＋72.9
°
（a）上述式（a）示出，仅设计能够抑制烟雾向半导体晶片w返回而附着的旋转杯20，并且分别独立地调整倾斜部22的倾斜角度θ
22
以及倾斜部22的宽度w是不够的，倾斜部22的倾斜角度θ
22
与倾斜部22的宽度w的关系的优化是重要的。
40.这样地，本发明所述的半导体晶片的清洗装置1的特征在于旋转杯20的构成，对于其他的结构没有特别地限定。以下，说明旋转杯20以外的构成的例子。
41.腔室11是在清洗中以及干燥中收容载置在晶片保持部14上的清洗对象的半导体晶片w的容器。该腔室11的形状能够例如如图1所示地为大致长方体形状。
42.供气部12设置在腔室11内的上部11a，在清洗中以及干燥中从腔室11的外部向腔室11内的下方供给空气等的气体。另一方面，在腔室11的下部11b设置有开口部11c。该开口部11c的形状能够为例如圆形。
43.旋转工作台13是在清洗中以及干燥中令半导体晶片w旋转的工作台，构成为利用设置于其下部的旋转机构（未图示）以既定的旋转速度（例如，100rpm～2000rpm）旋转。
44.上述旋转工作台13的上表面13a上设置有保持半导体晶片w的晶片保持部14。该晶片保持部14能够由例如多根（例如，3根）的卡盘销构成，能够以点接触支承半导体晶片w。
45.另一方面，在旋转工作台13的上方设置有向半导体晶片w的表面（正面）喷射清洗液l的上部喷嘴15。该上部喷嘴15按照药液的种类设置，例如喷射4种药液时，上部喷嘴15能够由等间隔地配置的4个喷嘴构成。
46.此外，在旋转工作台13内，保持向半导体晶片w的背面喷射清洗液l的下部喷嘴16，配置为能够向半导体晶片w的背面中央部喷射清洗液l。下部喷嘴16与上部喷嘴15同样，按照药液的种类进行准备，在例如喷射4种药液时，下部喷嘴16能够由等间隔地配置的4个喷嘴构成。另外，为即便旋转工作台13旋转，下部喷嘴16也不旋转的构造。此外，在清洗液以外，也可以设置向半导体晶片w喷吹气体的喷嘴。
47.在这样的清洗装置1中，将清洗对象的半导体晶片w载置在晶片保持部14上，从供气部12供给气体，并且从上部喷嘴15以及下部喷嘴16喷射清洗液l，同时令旋转工作台13以
既定的旋转速度旋转而令半导体晶片w旋转，一边将气体从旋转杯20与旋转工作台13之间的排气路径17排气一边对半导体晶片w的表面背面进行清洗，从而能够在清洗中抑制清洗液l的烟雾附着于半导体晶片w上。
48.倾斜部22的宽度w优选为20mm以上90mm以下。通过令倾斜部22的宽度w为20mm以上，能够抑制烟雾乘载于涡流s的流动而抑制其向半导体晶片w侧返回。另一发明，随着倾斜部22的宽度w增加，与倾斜部22的内壁22a碰撞的烟雾变得容易返回半导体晶片w侧，通过令宽度w为90mm以下，能够充分地抑制与倾斜部22的内表面22a碰撞的烟雾向半导体晶片w侧返回。
49.优选折返部23的下端部23d的高度位置与晶片保持部14的上端部14a的高度位置h
14a
的差h为0mm以上30mm以下。通过令上述差h为0mm以上，能够令从半导体晶片w的外周部飞散的清洗液l的烟雾与倾斜部22的内表面22a碰撞。另一方面，通过令上述h为30mm以下，能够缩小折返部23与旋转工作台13之间的间隙，提高通过该间隙的气流的流速，妨碍要返回半导体晶片w的烟雾的运动。
50.此外，优选折返部23的下端部23d向侧壁部21侧倾斜。包含于涡流s的烟雾想要向半导体晶片w返回的运动会被折返部23妨碍，通过令折返部23的下端部23d向侧壁部21侧倾斜，能够进一步妨碍上述运动。
51.（半导体晶片的清洗方法）本发明所述的半导体晶片的清洗方法的特征在于，使用上述的本发明所述的半导体晶片的清洗装置，将清洗对象的半导体晶片w载置在晶片保持部14上，从供气部11供给气体，并且从上部喷嘴15以及下部喷嘴16喷射清洗液l同时令旋转工作台13旋转而令半导体晶片w旋转，一边将气体从旋转杯20与旋转工作台13之间的排气路径排气一边对半导体晶片w的表面背面进行清洗。
52.上述半导体晶片的清洗为，令从供气部11供给的气体的流量为f，令旋转工作台13的转速为r，优选在气体的流量f以及旋转工作台13的转速r满足下述式（b）的条件下进行f（m3／min）≥6.9
×
10
－3
×
r（rpm）（b）。
53.本发明者研究的结果发现，若旋转工作台13（即，半导体晶片w）的转速r变大，则涡流s发展较大，与转速r小时相比有向半导体晶片w侧返回的烟雾增加的倾向。但是，本发明者进一步研究的结果发现，通过令气体的流量f以及旋转工作台13的转速r满足上述式（b），能够抑制涡流s较大发展而抑制向半导体晶片w侧返回的烟雾增加的情况。
54.根据上述的本发明所述的清洗方法，能够良好地清洗由iv族半导体、iii-v族半导体构成的半导体晶片，特别地能够良好地清洗硅晶片的表面背面。
55.【实施例】以下，说明本发明的实施例，但本发明不限定于实施例。
56.（发明例）使用图1所示的本发明所述的半导体晶片的清洗装置1进行硅晶片的清洗。此时，旋转杯20的构造为，在图2中令倾斜部22的宽度为60mm，令从折返部23的下端部23d到晶片保持部14的上端部14a的距离为15mm，令倾斜部22的倾斜角度θ
22
为40
°
。此外，令侧壁部21（上端部21c）的高度位置h
21
为相对于晶片保持部14的上端部14a更低的位置。
57.（比较例）
与发明例同样地进行硅晶片的清洗。但是，旋转杯的构造为在图2中令倾斜部22的倾斜角度θ
22
为20
°
。其他的条件与发明例完全相同。
58.图5表示清洗中附着于硅晶片的表面的清洗液的烟雾的附着时间与附着量的关系。图5的关系由考虑了气流以及清洗液的动态的模拟计算得到。图5中，横轴的“烟雾的附着时间”是向硅晶片的表面的烟雾的附着开始后的经过时间，相当于进行实际的硅晶片的清洗时的清洗时间。此外，纵轴的“烟雾的附着量”是附着于硅晶片的烟雾的质量的累积值（合计值）。从图5可知，相对于发明例的烟雾的附着量与比较例相比大幅降低。
59.根据本发明，能够抑制在半导体晶片的清洗中清洗液的烟雾附着于半导体晶片的表面，所以在半导体晶片制造业中是有用的。