JP2015141923A - 半導体ウェーハの洗浄槽及び貼り合わせウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 半導体ウェーハを洗浄液に浸漬して洗浄する半導体ウェーハの洗浄槽であって、石英からなり、前記洗浄液を貯留し、複数の前記半導体ウェーハを前記洗浄液中に浸漬する槽本体部と、石英からなり、前記槽本体部の開口部の周囲に設けられ、前記槽本体部の開口部上端からオーバーフローした前記洗浄液を受けるオーバーフロー受部と、前記槽本体部の周囲に設けられている断熱壁部とを備え、前記断熱壁部は切れ目なく前記槽本体部を囲っていて、前記断熱壁部と前記槽本体部の側壁との間に中空層が形成されているものであることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄槽。
【選択図】 図1
Description
前記断熱壁部は切れ目なく前記槽本体部を囲っていて、前記断熱壁部と前記槽本体部の側壁との間に中空層が形成されているものであることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄槽を提供する。
オーバーフロー受部から下方では、槽本体部の壁面から放熱しやすいので、この箇所に断熱壁部を好適に設けることができる。
上記の構成により、浸漬された半導体ウェーハ全体の周囲の洗浄液の温度均一性をより向上させることができる。
上記の構成により、断熱壁部の下部に溜まった低温の空気を逃がすことができる。
断熱壁部の下部を封鎖することで、断熱壁部の下部からの放熱を抑制することができ、空気抜き孔を設けることで、空気の膨張による断熱壁部の破損を防止することができる。
断熱壁部の下部に流路を形成する整流板を設けることで、流路の表面積を増加させて保温性を高めることができる。
上記の構成により、浸漬された半導体ウェーハ全体の周囲の洗浄液の温度均一性をより向上させることができる。
ボンドウェーハとしてシリコンウェーハを好適に用いることができる。
また、アンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液は、パーティクルや有機物汚染の除去能力が高いため、エッチング液として好適に用いることができる。
エッチング液の温度が50℃以上であれば、エッチング速度が適度であり、膜厚調整に時間がかかりすぎない。また、エッチング液の温度が80℃以下であれば、エッチング速度が大きすぎないため、膜厚調整を行うのに適している。
なお、本明細書では貼り合わせウェーハとして、シリコンウェーハを用いて作製するSOIウェーハを例に挙げて説明するが、本発明の「貼り合わせウェーハ」はSOIウェーハにも、シリコンウェーハにも限定されない。
例えば、SiGeウェーハや化合物半導体、その他のウェーハを、シリコン、石英、Al2O3等と貼り合わせる場合が挙げられる。この場合、貼り合わせるボンドウェーハには絶縁膜はあってもなくてもよい。また、エッチング液は、形成された薄膜をエッチングできるものであればよく、用いるボンドウェーハに合せて適宜選択すればよい。
ボンドウェーハの表面に、水素イオン及び希ガスイオンから選ばれる一種類以上のガスイオンをイオン注入してボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成し、ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接又は絶縁膜を介して貼り合わせた後、イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離することにより、ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製する。
減厚加工は、温度調節されたエッチング液を満たした本発明の洗浄槽(薬液槽)に剥離後の貼り合わせウェーハを浸漬して薄膜をエッチングすることによって行うが、本発明ではこのとき薬液槽の周囲を中空層を有する断熱壁部で囲った状態でエッチングを行う。
エッチング工程に用いられる第1の実施形態の薬液槽(洗浄槽)1の概略断面図を図1に示す。
薬液槽1内には剥離後の貼り合わせウェーハ3が配置されており、SC1等のエッチング液(洗浄液)16は図1右側の駆動エリアのポンプ8の作用により図1中の実線矢印aのように循環され、エッチングが行われる。
一方、本発明では槽本体部15の周囲に断熱壁部2を設けており、これにより、断熱壁部2と槽本体部15の側壁との間に中空層13が形成される。この中空層13によって槽本体部15の側壁面からの放熱を低減させることができるとともに、中空層内で空気の対流が起こることで槽本体部15の側壁面内の温度均一性を向上させることができる。
このような薬液槽1を用いてエッチングを行うことで、薬液槽1内のエッチング液16の温度の偏りを低減し、これによりウェーハ面内、ウェーハ間ともに取り代均一性が極めて高いエッチング(洗浄)を行うことができる。すなわち、エッチング後も膜厚均一性を維持することが可能となる。
オーバーフロー受部5から下方では、槽本体部15の側壁面から放熱しやすいので、この箇所に断熱壁部2を好適に設けることができる。
上記の構成により、浸漬された半導体ウェーハ3の全体の周囲のエッチング液(洗浄液)16の温度均一性をより向上させることができる。
上記の構成により、断熱壁部2の下部に溜まった低温の空気を逃がすことができる。
エッチング工程に用いられる第2の実施形態の薬液槽(洗浄槽)21の概略断面図を図4に示す。
第2の実施形態の薬液槽(洗浄槽)21は、断熱壁部2の下部に空気の流路を形成する整流板14が設けられている点で、第1の実施形態の薬液槽(洗浄槽)1と異なっている。
上記の構成により、浸漬された半導体ウェーハ3の全体の周囲のエッチング液(洗浄液)16の温度均一性をより向上させることができる。
断熱壁部の下部を封鎖することで、断熱壁部の下部からの放熱を抑制することができ、空気抜き孔を設けることで、空気の膨張による断熱壁部の破損を防止することができる。
SC1はパーティクルや有機物汚染を除去するため、イオン注入剥離法を用いたSOIウェーハの製造工程において頻繁に用いられるため効果が高い。
エッチング液の温度が50℃以上であれば、エッチング速度が適度であり、膜厚調整に時間がかかりすぎない。また、エッチング液の温度が80℃以下であれば、エッチング速度が大きすぎないため、膜厚調整を行うのに適している。
図2中のAはロードエリア、Bは第一洗浄エリア(アルカリ)、Cは第二洗浄エリア(酸)、Dは乾燥エリア、Eはアンロードエリアである。Bの第一洗浄エリア(アルカリ)では、上述の図1の薬液槽1にSC1等のアルカリ性のエッチング液を用いてエッチング後、リンス槽11、リンス槽12でリンスする。Cの第二洗浄エリア(酸)では、エッチング液をSC2(塩酸と過酸化水素水の混合水溶液でシリコンのエッチング作用なし)等の酸性のエッチング液として第一洗浄エリアと同様にエッチング及びリンスを行う。
なお、上述の図1は、図2中の矢印方向から見た薬液槽1の概略断面図である。
上述のように、図1中のクリーンエアーと薬液槽1や図2中のリンス槽11などの間で熱交換が行われるため、薬液槽の周囲や薬液中に微量の温度分布が生じ、ウェーハ面内やウェーハ間の取り代に微小な差異が生ずるものと推定される。
洗浄(エッチング)中の薬液中の微小な温度差(ウェーハ間、ウェーハ面内)の測定は困難であるため、図2のBで示される第一洗浄エリアにおいて、1バッチ(25枚)のSOIウェーハ(直径300mmのシリコン単結晶ウェーハからなるベースウェーハ上にSiO2からなる埋め込み酸化膜層とシリコン単結晶層からなるSOI層が順次積層された構造)の繰り返し洗浄を行って、ウェーハ間やウェーハ面内の取り代を調査する実験を行った。
図6のグラフから、ウェーハキャリア内において、駆動エリア側(メイン排気側)に配置されたウェーハの取り代が少ないことがわかった。すなわち、薬液槽の駆動エリア側(メイン排気側)の液温が相対的に低いことが推定される。
図7のグラフから、ロードエリア側の半面に比べ、リンス槽側の半面の平均取り代が少ないことがわかった。すなわち、リンス槽側の液温が相対的に低いことが推定される。
図2の洗浄ラインの第一洗浄エリアB(図1の洗浄ラインの洗浄エリア)を用い、断熱壁部2を有する本発明の第1の実施形態の洗浄槽1を用いた場合(実施例)と、断熱壁部のない従来の洗浄槽を用いた場合(比較例)で1バッチ(25枚)のSOIウェーハを繰り返し洗浄(エッチング)し、取り代を比較した。
(洗浄フロー)
SC1(75±1℃)→リンス(25℃)→リンス(25℃)を6回繰り返した。
(洗浄槽)
材質:透明石英、厚さ3mm(槽本体部、オーバーフロー受部、断熱壁部共通)
構造:
(オーバーフロー受部)
洗浄用ウェーハの上端より30mm上の位置に底部を配置した。
(断熱壁)
洗浄用ウェーハの下端より30mm下の位置まで設けた。
イオン注入剥離法(ボンドウェーハ及びベースウェーハとしてシリコン単結晶ウェーハを使用)により作製され、剥離後に犠牲酸化処理及び平坦化熱処理を行い、SOI層の平均膜厚が90nm、膜厚レンジ(ウェーハ面内)が1.0nm(±0.5nm)に調整されたSOIウェーハ25枚(直径300mm、結晶方位<100>)を使用した。なお、この25枚のSOIウェーハは、バッチ内のウェーハ間の膜厚レンジ(最大−最小)も1.0nmに調整されている。
ADE社製Acumapにより周辺3mmを除外した全面(4237点)を測定した。
3…剥離後の貼り合わせウェーハ(半導体ウェーハ)、 4…フィルター、
5…オーバーフロー受部、 6…温度計、 7…ヒーター、 8…ポンプ、
9…エアフィルター、 10…排気ダクト、 11、12…リンス槽、
13…中空層、 14…整流板、 15…槽本体部、
16…エッチング液(洗浄液)、
a…エッチング液の流れ、 b…エアーの流れ、
A…ロードエリア、 B…第一洗浄エリア(アルカリ)、
C…第二洗浄エリア(酸)、 D…乾燥エリア、 E…アンロードエリア。
Claims (10)
- 半導体ウェーハを洗浄液に浸漬して洗浄する半導体ウェーハの洗浄槽であって、
石英からなり、前記洗浄液を貯留し、複数の前記半導体ウェーハを前記洗浄液中に浸漬する槽本体部と、
石英からなり、前記槽本体部の開口部の周囲に設けられ、前記槽本体部の開口部上端からオーバーフローした前記洗浄液を受けるオーバーフロー受部と、
前記槽本体部の周囲に設けられている断熱壁部と
を備え、
前記断熱壁部は切れ目なく前記槽本体部を囲っていて、前記断熱壁部と前記槽本体部の側壁との間に中空層が形成されているものであることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄槽。 - 前記断熱壁部は、前記オーバーフロー受部から下方に延在しているものであることを特徴とする請求項1に記載の半導体ウェーハの洗浄槽。
- 前記オーバーフロー受部の底面は、前記浸漬された半導体ウェーハの上端よりも上方に位置し、
前記断熱壁部の下端は、前記浸漬された半導体ウェーハの下端よりも下方に位置することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体ウェーハの洗浄槽。 - 前記断熱壁部の下部は開放されていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄槽。
- 前記断熱壁部の下部は封鎖され、前記断熱壁部には空気抜き孔が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄槽。
- 前記断熱壁部の下部に、整流板が設けられていることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄槽。
- 前記整流板は、前記浸漬された半導体ウェーハの下端より下方に設けられていることを特徴とする請求項6に記載の半導体ウェーハの洗浄槽。
- ボンドウェーハの表面に、水素イオン及び希ガスイオンから選ばれる一種類以上のガスイオンをイオン注入して前記ボンドウェーハ内部にイオン注入層を形成し、前記ボンドウェーハのイオン注入した表面とベースウェーハの表面とを直接又は絶縁膜を介して貼り合わせた後、前記イオン注入層を剥離面としてボンドウェーハを剥離することにより、前記ベースウェーハ上に薄膜を有する貼り合わせウェーハを作製した後、前記薄膜の減厚加工を行う貼り合わせウェーハの製造方法であって、
前記減厚加工を行う工程は、温度調節されたエッチング液を満たした薬液槽に前記貼り合わせウェーハを浸漬して前記薄膜をエッチングすることによって前記薄膜の膜厚調整を行うエッチング段階を含み、
前記エッチング段階において、前記薬液槽として請求項1から請求項7のいずれか一項の半導体ウェーハの洗浄槽を用いて、前記薄膜をエッチングすることを特徴とする貼り合わせウェーハの製造方法。 - 前記ボンドウェーハとしてシリコンウェーハを用い、前記エッチング液としてアンモニア水と過酸化水素水の混合水溶液を用いることを特徴とする請求項8に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
- 前記温度調節は、50℃以上、80℃以下の温度に調節することを特徴とする請求項8又は請求項9に記載の貼り合わせウェーハの製造方法。
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