JP2002217152A - ウエハの総合研磨洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来よりも最終洗浄工程における洗浄負荷を
低減できると共に、仕上げ研磨から最終洗浄に亘って効
率的な洗浄工程でウエハ表面の高清浄な最終洗浄上がり
が可能なウエハの総合研磨洗浄方法の提供。 【解決手段】 ウエハ基板の表面に研磨剤を含んだ研磨
水を供給しながら該表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程
と、この鏡面研磨工程で用いた研磨手段と同一構成を持
つ別の研磨手段によってウエハ基板表面に予め定められ
た処理が施された機能水からなる研磨剤を含まない洗浄
水のみを供給しながら該表面を研磨洗浄する水研磨洗浄
工程と、水研磨洗浄されたウエハ基板を少なくとも研磨
済表面が搬送水に接した状態のまま搬出する搬送工程
と、該搬送工程を経て搬入されたウエハ基板に対して直
ちに最終洗浄を行う最終洗浄工程と、を備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ基板の仕上
げ研磨工程の後に、研磨工程からの汚染持ち込みを極力
低減させた状態で最終洗浄工程へ受け渡し、最終洗浄上
がりでウエハの高清浄化表面を得る総合研磨洗浄方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な半導体ウエハの製造加工工程に
おいては、まず、シリコン単結晶インゴットをワイヤソ
ーや内周刃等により一定の厚さにスライシングしてウエ
ハ基板を得る。このウエハ基板の表面にはスライシング
で生じた凹凸があったりウエハ基板の厚さが不均一であ
ったりするため、ラッピングを行なって、表面の凹凸を
平坦にすると共に加工歪みの深さを均一化してウエハ基
板の厚さを均一に調製している。

【０００３】ラッピング後のウエハ基板には、加工によ
って加工歪層が生じ、この加工歪層には微小なメタルや
研磨粉、シリコン屑等のパーティクルが付着しているた
め、これらを除去するために、強酸およびフッ酸等を用
いた化学的腐食法によってエッチングを行なっている。

【０００４】エッチング後のウエハ基板は、表面に付着
している酸をアルカリ中和し、水洗し乾燥させてから、
片面に鏡面研磨を行なう。通常、鏡面研磨には、粗研磨
と仕上げ研磨との二段階研磨があり、最終的には仕上げ
研磨で微細な表面粗さであるマイクロラフネスの向上、
ヘイズの除去を行なった後、最終洗浄工程へ進む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、通常
は、最終洗浄工程は仕上げ研磨から切り離されており、
最終洗浄への汚染持ち込みを少なくして最終洗浄におけ
る負荷を軽減するために、仕上げ研磨工程の次に、研磨
後のウエハ表面からパーティクルを除去する研磨後洗浄
を行ってから最終洗浄工程に行くというプロセスを組ん
でパーティクルの低減を図っていたが、このプロセスは
非常に手間のかかるものであった。

【０００６】これは、仕上げ研磨直後のウエハ表面が非
常に活性な面であるため、研磨直後に研磨後洗浄へ移行
する前に既に多量のパーティクルが付着してしまい、し
かも研磨後洗浄を行った後の洗浄工程でも除去し辛い状
況を作っていたことに起因する。従って、最終洗浄工程
での洗浄負荷の軽減は不充分であり、化学的洗浄のみで
高清浄化表面を得るのは難しく、ロールスポンジブラシ
等によるスクラブ洗浄という物理的洗浄の必要性は変わ
らなかった。

【０００７】そこで、実質的に最終洗浄における負荷を
軽減するための手段として、研磨直後のウエハ表面にパ
ーティクルが付着し難いように、研磨後ウエハをウエッ
ト状態で搬出し、研磨後洗浄および最終洗浄工程へ搬送
する方法が検討されている。この方法によってパーティ
クルの或程度の低減は可能となったが、更なる洗浄効率
の向上とウエハ表面の高清浄化が望まれている。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来
よりも、最終洗浄工程における洗浄負荷を低減できると
共に、仕上げ研磨から最終洗浄に亘って効率的な洗浄工
程でウエハ表面の高清浄な最終洗浄上がりが可能なウエ
ハの総合研磨洗浄方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係るウエハの総合研磨洗浄
方法は、ウエハ基板の表面を平坦化または平滑化すると
共にウエハ基板表面に付着した異物等を取り除くウエハ
の総合研磨洗浄方法であって、前記ウエハ基板の表面に
研磨剤を含んだ研磨水を供給しながら該表面を鏡面研磨
する鏡面研磨工程と、この鏡面研磨工程で用いた研磨手
段と同一構成を持つ別の研磨手段によって、前記ウエハ
基板の表面に予め定められた処理が施された機能水から
なる研磨剤を含まない洗浄水のみを供給しながら該表面
を研磨洗浄する水研磨洗浄工程と、前記水研磨洗浄され
たウエハ基板を、少なくとも研磨済の前記表面が搬送水
に接した状態のまま搬出する搬送工程と、該搬送工程を
経て搬入されたウエハ基板に対して直ちに最終洗浄を行
う最終洗浄工程と、を有するものである。

【００１０】また、請求項２に記載の発明に係るウエハ
の総合研磨洗浄方法は、請求項１に記載のウエハの総合
研磨洗浄方法において、前記水研磨洗浄工程は、前記機
能水としてオゾン水または過酸化水素水を用いる第１工
程と、その直後に電解カソード水を用いる第２工程とを
含むものである。

【００１１】また請求項３に記載の発明に係るウエハの
総合研磨洗浄方法は、請求項１に記載のウエハの総合研
磨洗浄方法において、前記最終洗浄工程は、スピン洗浄
工程のみを含むものである。

【００１２】本発明においては、仕上げ研磨とは別の洗
浄を兼ねた研磨を研磨工程の流れのなかで一連の工程と
して行なうものであるため、従来の研磨後洗浄工程を省
き、仕上げ研磨工程からウエット状態のまま直接最終研
磨工程にウエハ基板を渡して直ちに最終洗浄を行うこと
ができる。従って、研磨後のウエハ表面へのパーティク
ルの付着を回避して最終洗浄における洗浄負荷を大幅に
軽減できるため、研磨洗浄工程全体の作業効率とともに
洗浄効率を向上させることができる。

【００１３】本発明における仕上げ研磨とは別の洗浄を
兼ねた研磨は、即ち、鏡面研磨工程から引き続き連続的
に行なえる水研磨洗浄工程であって、鏡面研磨工程で用
いた研磨手段と別の研磨手段によって、ウエハ基板の表
面に予め定められた処理が施された機能水からなる研磨
剤を含まない洗浄水のみを供給しながら該表面を研磨洗
浄するものである。

【００１４】この水研磨洗浄工程は、所謂、水研磨の水
の替わりに機能水を用いることによって水研磨自体の物
理的洗浄に機能水による化学的洗浄効果を付加して双方
の相乗効果でウエハ表面の高洗浄化を期待できる方法で
あり、最終洗浄工程への搬送時点でウエハ表面のパーテ
ィクル数を極力低減し、最終洗浄での洗浄負荷を大幅に
軽減することができる。

【００１５】従って、水研磨洗浄用の研磨手段は、特別
のものを用意する必要はなく、一般的に鏡面研磨工程で
用いられる研磨手段と同一構成のものを用いればよい。
即ち、回転定盤上に鏡面研磨で用いるのと同種の研磨布
を設置し、研磨スラリーに替わって機能水を供給すれ
ば、本発明の水研磨洗浄を行うことができる。このよう
に水研磨洗浄用に別の研磨手段を一つの研磨工程の流れ
の中に増設するのは、従来のような完全に切り離された
鏡面研磨工程と最終洗浄工程との間に研磨後洗浄装置を
別個に設置するのに比べて、全体の装置構成が格段に簡
略化され、作業工程も簡便となる。

【００１６】なお、本発明で云う「機能水」とは、主に
超純水を基にし特定の処理を施したもので、パーティク
ル除去、金属不純物除去、有機物除去、或は自然酸化膜
除去や静電気除去等の機能を持つ種々のものが選択でき
る。具体的には、例えば、メガソニック（以下、ＭＳと
記す）照射超純水や、オゾン添加超純水、電解アノード
水、電解カソード水、低溶存酸素水、電気抵抗調整水、
ＭＳ照射＋オゾン水、ＭＳ照射＋アノード水、カソード
水＋オゾン水、カソード水＋低溶存酸素水、或はこれら
機能水を組み合わせたもの＋電気抵抗調整水等が挙げら
れる。

【００１７】なかでも、後述する実施例で明らかなよう
に、水研磨洗浄工程において、第１工程で機能水として
オゾン水あるいは過酸化水素水を用い、その直後に第２
工程として電解カソード水を用いた場合には、非常に優
れたパーティクル低減効果が得られることが明らかとな
った。

【００１８】従来から、最終洗浄工程は、ロールブラシ
等を用いたスクラブ洗浄の後、スピン洗浄、スピン乾燥
を行うのが一般的となっているが、上述のように、水研
磨洗浄工程での高い洗浄効果によって、最終洗浄工程で
の洗浄負荷は大幅に軽減されるため、従来のようなスク
ラブ洗浄などの物理的洗浄工程を少なくしても、充分に
高清浄なウエハ表面が最終洗浄上がりで得ることが可能
となる。例えば、水研磨洗浄工程でパーティクルが激減
できていれば、ロールブラシによるスクラブ洗浄を省い
て比較的物理的洗浄工程が少なく化学的洗浄工程が主で
あるスピン洗浄工程のみで最終洗浄を行っても、充分な
高清浄化ウエハ表面を得ることができる。

【００１９】このように、物理的洗浄工程が省かれるこ
とによって、その分、装置構成も工程も簡略化でき、研
磨洗浄工程全体の作業効率向上と共に設備コストの低化
が可能となる。また、物理的洗浄工程が少なくなること
によって、ウエハ鏡面に傷が生じる可能性もより低くな
る。

【００２０】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態としてのウエ
ハの総合研磨洗浄方法を、大口径ウエハの枚葉式研磨洗
浄を例に取って図示の実施態様と共に以下に説明する。
図１は、本実施形態によるウエハの総合研磨洗浄を行う
のに適した研磨洗浄装置の概略構成図である。

【００２１】本装置は、鏡面研磨工程から最終洗浄工程
までを連続的に行える構成を備えた研磨洗浄装置であ
り、主に、研磨洗浄部１と、最終洗浄部５と、研磨洗浄
部１から鏡面研磨および水研磨洗浄済のウエハ基板Ｗを
最終洗浄部５へ直接搬送するための搬送部４とから構成
されている。

【００２２】研磨洗浄部１は、隔壁２を介して隣接設置
された鏡面研磨部１０と水研磨洗浄部２０とからなり、
両者は隔壁２を貫通する水中搬送路３のみで連通してい
る。鏡面研磨部１０内には、それぞれ所定研磨布が取付
けられ回転定盤からなる粗研磨装置１２と仕上げ研磨装
置１３が設置されており、水研磨洗浄部２０内には、鏡
面研磨部１０の研磨装置１３とほぼ同じ装置構成を持つ
水研磨装置２１が設置されている。

【００２３】水中搬送路３は、仕上げ研磨後のウエハ基
板Ｗを水研磨洗浄部２０へ搬送するものであり、搬送機
構として、例えばローラコンベアを備えたものである。
この水中搬送路３は流水で満たされており、鏡面研磨部
１０の雰囲気と水研磨洗浄部２０の雰囲気とを実質的に
互いに遮断し、それぞれを密閉系にできる構成となって
いる。水研磨洗浄部２０は高清浄度の維持が求められる
が、上記のように鏡面研磨部１０の雰囲気と実質的に遮
断されるので、水研磨洗浄部２０の雰囲気コントロール
は、鏡面研磨部１０の雰囲気に影響されることなく、ま
た、鏡面研磨後のウエハ基板Ｗが水中を搬送されること
からも、鏡面研磨工程からの汚染物質の持ち込みは回避
される。

【００２４】また、粗研磨装置１２と仕上げ研磨装置１
３では、それぞれの研磨工程に応じた研磨スラリーが回
転定盤上に供給されるが、水研磨洗浄装置２１において
は、回転定盤上に所定の機能水やリンス水が供給され
る。

【００２５】水研磨洗浄が終了したウエハ基板Ｗは、直
ちに搬送部４によって直接最終洗浄部５へ搬送される。
搬送部４では、少なくともウエハの研磨済面が搬送水に
接した状態のまま搬出されるものとし、これによってウ
エハ表面へのパーティクルの付着が防止される。本実施
形態では、搬送部４は、枚葉式でトレー搬送を行う構成
で、該トレー内の搬送水にウエハの研磨済表面側が浸漬
状態となるものとした。この搬送水は超純水でもよい
が、機能水を用いれば搬送中に洗浄効果が期待できる。
これは、鏡面研磨部１０から水研磨洗浄部２０への水中
搬送部３における搬送水についても同様である。

【００２６】最終洗浄部５内には、ロールスポンジブラ
シによる物理的洗浄が行われるスクラブ洗浄装置３１
と、各種機能水やリンス水が供給されるスピン洗浄装置
３２とが設置されており、搬送部４から搬送されてきた
ウエハ基板Ｗを直ちにいずれの洗浄装置にもまた両洗浄
装置に順次にセットできる構成とした。

【００２７】以上の装置によれば、ウエハ基板Ｗに対し
て、粗研磨および仕上げ研磨の鏡面研磨の後、連続的に
水研磨洗浄を行うことができ、水研磨洗浄終了後、最終
洗浄工程へウエハ表面をウエット状態のまま直接搬送し
て直ちに最終洗浄を行うことができ、各工程間の搬送途
中におけるウエハ表面へのパーティクルの付着を防止し
つつ、鏡面研磨工程から最終洗浄工程に亘って一連の連
続した工程で効率良く搬送および洗浄が行える。

【００２８】

【実施例】本発明の第１実施例として、図１に示した研
磨洗浄装置を用いて、機能水による水研磨洗浄の評価を
直径４００ｍｍのウエハ基板を対象に検討した結果を以
下に説明する。本実施例では、シリコン単結晶インゴッ
トからスライシングしてラッピング処理、エッチング処
理後のウエハ基板Ｗを鏡面研磨部１０へ搬送し、粗研磨
装置１２による粗研磨及び仕上げ研磨装置１３による仕
上げ研磨の後、直ちに（仕上げ研磨装置による水研磨工
程無し）搬送路３を介して水研磨洗浄部２０へ水中ロー
ル搬送し、水研磨洗浄装置２１にて、それぞれのレシピ
（No.1〜No.4）の機能水による水研磨洗浄を行った後、
トレー搬送してウエハ表面をリンス、乾燥した後、粒径
８０ｎｍ以上のパーティクル数を計測し、仕上げ研磨上
がりとしてのウエハ表面の清浄度評価を行った。

【００２９】水研磨洗浄における機能水レシピは、順
に、オゾン水・９０秒供給（No.1），オゾン水・９０秒
供給後電解カソード水・６０秒供給（No.2），オゾン水
・９０秒供給後電解アノード水・６０秒供給（No.3）を
行った場合を、水研磨洗浄工程なしの場合（No.4）と、
水中ロール搬送後に水研磨洗浄工程なしでそのままトレ
ー搬送した後、従来の研磨後洗浄工程としてオゾン水お
よび超純水によるスクラブ洗浄という物理的洗浄を行っ
てリンス・乾燥した場合（No.5）を対照に評価を行っ
た。その結果は表１に示すとおりである。

【００３０】

【表１】

【００３１】表１からわかるように、機能水による水研
磨洗浄によって、最終洗浄工程前の鏡面研磨工程直後の
時点で既にウエハ表面のパーティクル数を低減でき、次
の最終洗浄工程での洗浄負荷が大幅に軽減されることが
明らかである。

【００３２】また、機能水による水研磨洗浄は、オゾン
水のみによるものでも、従来の研磨後洗浄に相当する物
理的洗浄よりも高い洗浄効果が見られ、各種機能水の選
択組合せによって、より高い洗浄効果が得られることが
わかった。特に、オゾン水を用いた洗浄研磨の直後に電
解カソード水を用いた洗浄研磨を行うと、非常に高い洗
浄効果が得られた。

【００３３】そこで、本発明の第２の実施例として、機
能水としてオゾン水を９０秒用いた水研磨洗浄およびオ
ゾン水を９０秒用いた直後に電解カソード水を６０秒用
いた水研磨洗浄を行った後、それぞれ最終洗浄部５へト
レー搬送し、スクラブ洗浄およびスピン洗浄による最終
洗浄またはスピン洗浄のみによる最終洗浄を行い、リン
ス、乾燥の後、パーティクル粒径８０ｎｍ以上のパーテ
ィクル数を計測し、機能水による水研磨洗浄の最終洗浄
工程に対する洗浄負荷軽減効果を評価した。

【００３４】本実施例における水研磨洗浄までの工程
は、上記第１の実施例と同様に、シリコン単結晶インゴ
ットからスライシングしてラッピング処理、エッチング
処理後のウエハ基板Ｗ（直径４００ｍｍ）を鏡面研磨部
１０へ搬送し、粗研磨装置１２による粗研磨および仕上
げ研磨装置１３による仕上げ研磨の後、直ちに（仕上げ
研磨装置による水研磨工程無し）搬送路３を介して水研
磨洗浄部２０へ水中ロール搬送したものである。

【００３５】なお、最終洗浄工程のスクラブ洗浄および
スピン洗浄の各具体的手順は以下の通りである。スクラ
ブ洗浄は、まずオゾン水、次いで超純水を用いたロール
ブラシによる物理的洗浄を行った。スピン洗浄は、まず
電解カソード水を供給しながらのディスクブラシ洗浄の
後、超純水供給、フッ酸（ＨＦ）水溶液・５秒供給、オ
ゾン水供給、超純水を供給しながらのディスクブラシ洗
浄、メガソニック照射超純水供給、最後に超純水供給と
いう順にスピン洗浄を行い、スピン乾燥した。

【００３６】即ち、オゾン水・９０秒供給による水研磨
洗浄工程の後スクラブ洗浄およびスピン洗浄を行った場
合（No.11）、オゾン水・９０秒供給後電解カソード水
・６０秒供給による水研磨洗浄工程の後スクラブ洗浄お
よびスピン洗浄を行った場合（No.12）、オゾン水・９
０秒供給による水研磨洗浄工程の後スピン洗浄のみを行
った場合（No.13）、オゾン水・９０秒供給後電解カソ
ード水・６０秒供給による水研磨洗浄工程の後スピン洗
浄のみを行った場合（No.14）、の各スピン洗浄・乾燥
後のパーティクル数の比較による洗浄効果の評価を行っ
た。結果は表２に示すとおりである。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２からわかるように、機能水を用いた水
研磨洗浄を行っていれば、特にオゾン水と電解カソード
水を用いた場合、最終洗浄工程をスピン洗浄工程のみに
よるものとしても、スクラブ洗浄とスピン洗浄の両方の
洗浄を行った場合と同程度までパーティクル数を低減で
きることが明らかとなった。即ち、水研磨洗浄を行うこ
とによって、スクラブ洗浄を最終洗浄工程から省くこと
が可能となった。その分、最終洗浄部の装置構成および
作業工程を簡略化できると共に、物理的洗浄によるウエ
ハ鏡面への傷発生の可能性も低減できる。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
従来よりも最終洗浄工程における洗浄負荷を低減できる
と共に、仕上げ研磨から最終洗浄に亘って連続した洗浄
工程により最終洗浄上がりで高清浄なウエハ表面を効率
的に得ることができるという効果がある。

【００４０】また、本発明のウエハの総合研磨洗浄方法
では、最終洗浄工程における洗浄負荷が大幅に軽減する
ため、従来から最終洗浄工程に含まれていた物理的洗浄
工程を少なくすることができ、その分、最終洗浄部の装
置構成や作業工程を簡略化することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのウエハの総合研磨
洗浄方法に適した総合研磨洗浄装置の概略構成図であ
る。

【符号の説明】

１：研磨洗浄部 ２：隔壁 ３：水中搬送路 ４：搬送部 ５：最終洗浄部 １０：鏡面研磨部 １２：粗研磨装置 １３：仕上げ研磨装置 ２０：水研磨洗浄部 ２１：水研磨洗浄装置 ３１：スクラブ洗浄装置 ３２：スピン洗浄装置 Ｗ：ウエハ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川副 公之 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 林 健郎 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 Ｆターム(参考） 3B201 AA03 AB14 AB34 BA02 BA08 BB21 BB89 BB92 BB93 BB96 BB98 CC01 CC13 CC21

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハ基板の表面を平坦化または平滑化
   すると共にウエハ基板表面に付着した異物等を取り除く
   ウエハの総合研磨洗浄方法であって、 前記ウエハ基板の表面に研磨剤を含んだ研磨水を供給し
   ながら該表面を鏡面研磨する鏡面研磨工程と、 この鏡面研磨工程で用いた研磨手段と同一構成を持つ別
   の研磨手段によって、前記ウエハ基板の表面に予め定め
   られた処理が施された機能水からなる研磨剤を含まない
   洗浄水のみを供給しながら該表面を研磨洗浄する水研磨
   洗浄工程と、 前記水研磨洗浄されたウエハ基板を、少なくとも研磨済
   の前記表面が搬送水に接した状態のまま搬出する搬送工
   程と、 該搬送工程を経て搬入されたウエハ基板に対して直ちに
   最終洗浄を行う最終洗浄工程と、を有することを特徴と
   するウエハの総合研磨洗浄方法。
2. 【請求項２】 前記水研磨洗浄工程は、前記機能水とし
   てオゾン水または過酸化水素水を用いる第１工程と、そ
   の直後に電解カソード水を用いる第２工程とを含むこと
   を特徴とする請求項１に記載のウエハの総合研磨洗浄方
   法。
3. 【請求項３】 前記最終洗浄工程は、スピン洗浄工程の
   みを含むことを特徴とする請求項１に記載のウエハの総
   合研磨洗浄方法。