JP2017224652A - シリコンウェーハの搬送・保管方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安価に、ウェーハ搬送時又は保管時の金属汚染および表面荒れを抑制することができるシリコンウェーハの搬送・保管方法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハの加工工程において、第１の工程から次工程である第２の工程までシリコンウェーハを搬送、又は、第１の工程後に第２の工程に投入するまでの間シリコンウェーハを保管する、シリコンウェーハの搬送・保管方法であって、 前記第１の工程後に、前記シリコンウェーハの表面に、分子量１００，０００以上のポリマーを吸着させ、前記シリコンウェーハ表面に前記ポリマーを吸着させた状態で前記第２の工程まで搬送・保管することを特徴とするシリコンウェーハの搬送・保管方法。【選択図】図１
Description
本発明は、シリコンウェーハの搬送・保管方法に関する。
近年、半導体デバイスの微細化が進むにつれ、これまで問題にならなかった小さな表面欠陥がデバイスの性能に影響を与える可能性が指摘されるようになっている。今後微細化を更に進めるためには、いっそう表面完全性が高いウェーハ加工技術が求められる。
ウェーハ表面の欠陥検出には、散乱光を用いた検査手法がよく用いられている（特許文献１）。散乱光を用いた測定機によるパーティクルの検出感度は、欠陥信号とそのバックグラウンドノイズの比率によって決まるため、表面粗さが悪いと、Ｓ／Ｎ比が低下し正確な測定ができなくなる。
このように、今後半導体デバイスの微細化を可能にするためには、表面完全性と表面粗さの低減が求められている。
デバイス性能に影響を与え得る表面欠陥の１つとして、金属汚染による欠陥が問題となることが多い。この問題は、Ｃｕ等の酸化力の強い金属不純物がシリコンウェーハに吸着して酸化還元反応を起こし、ウェーハ表面をピット化させることに起因すると考えられている。
この金属汚染によるピット化現象はウェーハ加工工程のいずれか１工程中に発生することもあるが、次工程への搬送時、保管時にも問題となると考えられる。特に生産現場では、搬送、保管時間は装置の稼働状況により大きなばらつきを持つことが多いため、厳重に汚染レベルを管理する必要があり、適切な表面処理を行うことにより金属汚染から表面を保護することが求められる。
また、液体中での保管を想定した場合、表面粗さは純水やアルカリ溶液中で悪化してしまうことが知られている。これはＨ２ＯやＯＨ基がウェーハ表面をエッチングしてしまうからである。よって、面荒れを防ぐという観点でも搬送時、保管時にウェーハ表面を保護し、エッチング耐性を持たせることが求められている。
上記問題に対して、一般的にはオゾン水や過酸化水素水等を用いて、シリコンウェーハ表面に酸化膜を付けることで表面品質の劣化を防いでいる。表面が金属や純水等との反応性に乏しいＳｉＯ２となることで、ウェーハ表面が保護されるからである。
しかし、上記手法は高純度なオゾン水や過酸化水素水等を用いなければならず、薬液自体のコストもかかるうえ、廃液コストも発生する。また、研磨工程への搬送、保管を想定した際、表面酸化膜を付けてしまうと研磨の生産性が下がってしまう。これは、Ｓｉに比べ、ＳｉＯ２は研磨速度が格段に遅いため、表面酸化膜を除去するのに時間がかかってしまうためである。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、安価に、ウェーハ表面を保護することができ、ウェーハ搬送時又は保管時の金属汚染および表面荒れを抑制することができるシリコンウェーハの搬送・保管方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、シリコンウェーハの加工工程において、第１の工程から次工程である第２の工程までシリコンウェーハを搬送、又は、第１の工程後に第２の工程に投入するまでの間シリコンウェーハを保管する、シリコンウェーハの搬送・保管方法であって、前記第１の工程後に、前記シリコンウェーハの表面に、分子量１００，０００以上のポリマーを吸着させ、前記シリコンウェーハ表面に前記ポリマーを吸着させた状態で前記第２の工程まで搬送・保管することを特徴とするシリコンウェーハの搬送・保管方法を提供する。
このようなシリコンウェーハの搬送・保管方法であれば、安価に、ウェーハ表面をポリマーの吸着層で保護することができ、ウェーハ搬送時又は保管時の金属汚染および表面荒れを抑制することができる。
またこのとき、前記第１の工程を、研磨剤を供給しながら前記シリコンウェーハ表面を研磨処理する研磨工程とし、該研磨工程後に、前記供給する研磨剤を前記ポリマーを含む溶液に切り替えて前記シリコンウェーハ表面を処理することにより、前記ポリマーを前記シリコンウェーハ表面に吸着させることが好ましい。
このように、第１の工程が研磨工程である場合には、供給する研磨剤をポリマーを含む溶液に切り替えてシリコンウェーハ表面を処理することにより、より簡便で安価に、ウェーハ表面を保護することができ、ウェーハ搬送時又は保管時の金属汚染および表面荒れを抑制することが可能となる。
またこのとき、前記シリコンウェーハ表面へのポリマーの吸着を、前記ポリマーを含む純水槽中に前記シリコンウェーハを浸漬させるか、又は、前記ポリマーを含む純水を前記シリコンウェーハ表面に飛散させることにより行うことが好ましい。
このように、ポリマーの吸着を行うことで、より確実に、ウェーハ搬送時又は保管時の金属汚染および表面荒れを、安価に抑制することができる。
本発明のシリコンウェーハの搬送・保管方法であれば、分子量１００，０００以上のポリマーを吸着させることで、安価に、なおかつ生産性に影響を与えずに、ウェーハ表面を保護することができ、表面酸化膜を形成した場合と同等の金属汚染耐性およびエッチング耐性を得ることが可能となる。また、本発明におけるポリマーを吸着させたシリコンウェーハの金属汚染耐性とエッチング耐性との間に相関がみられることから、ΔＨａｚｅなどのエッチング耐性を評価することで金属汚染耐性も間接評価が可能となる。
上述したように、安価な手法により、ウェーハ搬送時又は保管時にウェーハ表面を保護することができ、ウェーハ搬送時又は保管時の金属汚染および表面荒れを抑制する手法が求められている。
そして、本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、水溶性の高分子ポリマーにより搬送時及び保管時の表面保護を実現することを考えた。そして、本発明者らは、溶液中に存在するポリマーはウェーハに吸着することを知見し、分子量が大きいポリマーの吸着層が、シリコンウェーハと金属あるいは純水やアルカリとの間で発生する化学反応を抑制できることに想到した。
そして、本発明者らは、任意の工程の後に、一定以上の分子量を持つポリマーをウェーハ表面に吸着させることで、その工程から次の工程までの間の金属汚染および表面荒れを抑制できることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、シリコンウェーハの加工工程において、第１の工程から次工程である第２の工程までシリコンウェーハを搬送、又は、第１の工程後に第２の工程に投入するまでの間シリコンウェーハを保管する、シリコンウェーハの搬送・保管方法であって、前記第１の工程後に、前記シリコンウェーハの表面に、分子量１００，０００以上のポリマーを吸着させ、前記シリコンウェーハ表面に前記ポリマーを吸着させた状態で前記第２の工程まで搬送・保管することを特徴とするシリコンウェーハの搬送・保管方法である。
以下、本発明のシリコンウェーハの搬送・保管方法を、図１に示した工程フロー図を用いて説明する。
本発明における第１の工程（図１（Ａ））は、シリコンウェーハの加工工程における任意の工程であり、例えば、スライス工程、面取り工程、ラッピング工程、エッチング工程、研磨工程、洗浄工程等が挙げられる。
前記第１の工程後に、シリコンウェーハの表面に、分子量１００，０００以上のポリマーを吸着させる（図１（Ｂ））。本発明において吸着させるポリマーは、分子量が１００，０００以上であれば特に限定されず、例えば、ヒドロキシエチルセルロース等の水溶性のポリマーが挙げられる。また、分子量は１，０００，０００以下であることが好ましい。尚、本発明における分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーを用い、ポリエチレンオキサイド換算値として算出した重量平均分子量である。
このように分子量１００，０００以上の分子量が大きいポリマーを吸着させることで、吸着層が厚く形成されるため、金属汚染物質や、塩基等がウェーハ表面に到達しないため、金属汚染および表面荒れを抑制することができる。分子量１００，０００未満では、吸着層が薄くなるために、金属汚染物質や塩基などのウェーハ表面への到達を抑制することができない。
ポリマー吸着の具体的な手法としては、第１の工程が、研磨剤を供給しながらシリコンウェーハ表面を研磨処理する研磨工程である場合には、研磨工程（第１の工程）後に、供給する研磨剤をポリマーを含む溶液（例えば、ポリマーを０．１質量％〜１質量％となるように溶解させた純水）に切り替えて、例えば１０秒〜３０秒程度シリコンウェーハ表面を処理することにより、ポリマーをシリコンウェーハ表面に吸着させることができる。
また、シリコンウェーハ表面へのポリマーの吸着を、ポリマーを含む（例えば、ポリマーが０．１質量％〜１質量％となるように溶解させた）純水槽中に、例えば１０秒〜３０秒程度、シリコンウェーハを浸漬させるか、又は、ポリマーを含む純水をシリコンウェーハ表面にシャワー状に飛散させることによっても行うことができる。
そして、シリコンウェーハ表面にポリマーを吸着させた状態で、第２の工程（図１（Ｃ））までシリコンウェーハを搬送、又は第２の工程に投入するまでの間シリコンウェーハを保管する。尚、搬送・保管は乾燥状態でも湿潤状態でもどちらでも実施可能である。
第２の工程（図１（Ｃ））としては、第１の工程と同様の工程が挙げられる。本発明における第２の工程が研磨工程である場合、研磨工程中にポリマー吸着層は容易に除去されるため、表面酸化膜を付けた場合に生じる研磨の生産性低下の問題が生じない。このように、本発明においては、後工程（第２の工程）が研磨工程等である場合、ウェーハ加工工程以外の、特別にポリマーを剥離する工程は必要としない。
このような本発明のシリコンウェーハの搬送・保管方法であれば、ポリマーを吸着させることで、オゾン水等で表面酸化膜を形成した場合と同等の金属汚染耐性およびエッチング耐性を得ることが可能となる。
また、ウェーハ表面保護能力が高いかを定量的に評価する必要があるが、金属汚染耐性をテストする際、故意汚染を行うことで洗浄槽および装置のアーム、検査機が汚染され、その後長期間にわたって汚染の影響が残る可能性があるため、故意汚染を行わないでポリマーの表面保護性を評価する手法が求められている。
ここで、本発明におけるポリマーを吸着させたシリコンウェーハは、金属汚染耐性とエッチング耐性との間に相関がみられることから、ΔＨａｚｅなどのエッチング耐性を評価することで金属汚染耐性も間接的に評価することができる。
また、エッチング耐性を評価するテストでは、Ｈａｚｅの悪化量が大きすぎるとＫＬＡテンコール社製のＳＰｘでの評価が難しくなってしまうため、Ｈａｚｅ悪化量が１０〜２０％程度となるようエッチング条件（アルカリ濃度や浸漬時間）を調整することで最も比較評価しやすくなる。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、以下で示すポリマーの分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーを用い、ポリエチレンオキサイド換算値として算出した重量平均分子量である。
（実施例１、２）
ポリマーの保護性を評価するため、表１の評価水準に示すように、１枚のシリコンウェーハの表面に、オゾン水を用いて表面酸化膜を形成したものを、ＨＦを用いて表面酸化膜を剥離してベアシリコンとし、該ベアシリコンの表面にポリマーＡ（分子量２５００００のヒドロキシエチルセルロース）を吸着させた（ウェーハ１−１）。なお、ポリマーの吸着はポリマーＡを０．１ｗｔ％溶解させた純水中に１０ｓｅｃ浸漬させることにより実施した。このようにして作製したウェーハ１−１をＣｕ（１ｐｐｍ）により故意汚染した純水中に１日保管し、その後ＫＬＡテンコール社製のＳＰｘとＳＥＭにてピット化した個数を計測した（実施例１）。また、ウェーハ１−１と同様の方法により、ベアシリコンの表面にポリマーＢ（分子量１００，０００のポリビニルアルコール）を吸着させ（ウェーハ２−１）、実施例１と同様にピット化した個数を計測した（実施例２）。結果を図２に示す。
ポリマーの保護性を評価するため、表１の評価水準に示すように、１枚のシリコンウェーハの表面に、オゾン水を用いて表面酸化膜を形成したものを、ＨＦを用いて表面酸化膜を剥離してベアシリコンとし、該ベアシリコンの表面にポリマーＡ（分子量２５００００のヒドロキシエチルセルロース）を吸着させた（ウェーハ１−１）。なお、ポリマーの吸着はポリマーＡを０．１ｗｔ％溶解させた純水中に１０ｓｅｃ浸漬させることにより実施した。このようにして作製したウェーハ１−１をＣｕ（１ｐｐｍ）により故意汚染した純水中に１日保管し、その後ＫＬＡテンコール社製のＳＰｘとＳＥＭにてピット化した個数を計測した（実施例１）。また、ウェーハ１−１と同様の方法により、ベアシリコンの表面にポリマーＢ（分子量１００，０００のポリビニルアルコール）を吸着させ（ウェーハ２−１）、実施例１と同様にピット化した個数を計測した（実施例２）。結果を図２に示す。
（比較例１〜４）
１枚のシリコンウェーハの表面に、表１の評価水準に示すように、濃度３０ｐｐｍのオゾン水を用いて表面酸化膜を形成したもの（ウェーハ３−１）と、ＨＦを用いて表面酸化膜を剥離したベアシリコン３枚を用意し、ベアシリコン３枚のうち１枚はポリマーを吸着させず（ウェーハ４−１）、１枚はポリマーＣ（分子量８００００のポリビニルアルコール）を吸着させ（ウェーハ５−１）、１枚はポリマーＤ（分子量２００００のポリビニルアルコール）を吸着させた（ウェーハ６−１）。なお、ポリマーの吸着はポリマーＣ、Ｄを０．１ｗｔ％溶解させた純水中に１０ｓｅｃ浸漬させることにより実施した。このようにして作製したウェーハ３−１、４−１、５−１、６−１をＣｕ（１ｐｐｍ）により故意汚染した純水中に１日保管し、その後ＫＬＡテンコール社製のＳＰｘとＳＥＭにてピット化した個数を計測した（それぞれ比較例１、２、３、４）。結果を図２に示す。
１枚のシリコンウェーハの表面に、表１の評価水準に示すように、濃度３０ｐｐｍのオゾン水を用いて表面酸化膜を形成したもの（ウェーハ３−１）と、ＨＦを用いて表面酸化膜を剥離したベアシリコン３枚を用意し、ベアシリコン３枚のうち１枚はポリマーを吸着させず（ウェーハ４−１）、１枚はポリマーＣ（分子量８００００のポリビニルアルコール）を吸着させ（ウェーハ５−１）、１枚はポリマーＤ（分子量２００００のポリビニルアルコール）を吸着させた（ウェーハ６−１）。なお、ポリマーの吸着はポリマーＣ、Ｄを０．１ｗｔ％溶解させた純水中に１０ｓｅｃ浸漬させることにより実施した。このようにして作製したウェーハ３−１、４−１、５−１、６−１をＣｕ（１ｐｐｍ）により故意汚染した純水中に１日保管し、その後ＫＬＡテンコール社製のＳＰｘとＳＥＭにてピット化した個数を計測した（それぞれ比較例１、２、３、４）。結果を図２に示す。
ポリマーＡを吸着させたウェーハ１−１（実施例１）、ポリマーＢを吸着させたウェーハ２−１（実施例２）は、オゾン洗浄を行い、表面酸化膜を形成したウェーハ３−１（比較例１）と同等レベルにピットの発生を抑制できているのに対し、表面酸化膜のないウェーハでポリマー吸着処理を施していないウェーハ４−１（比較例２）は大幅に増加していることが判った。また、ポリマーＣを吸着させたウェーハ５−１（比較例３）及びポリマーＤを吸着させたウェーハ６−１（比較例４）はピットの発生が見られた。尚、第２の工程で研磨を行った場合、オゾン洗浄を行い表面酸化膜を形成したウェーハは、ポリマーＡ又はＢを吸着させて表面保護を行ったウェーハに比べ、研磨で所定の取り代を得るのに２倍以上の時間を要し、生産性が大きく低下してしまった。
ポリマーを吸着させた実施例１、２と、比較例３、４との間でピット増加数に差が見られた点に関しては、ポリマーの分子量の寄与が考えられる。分子量が１００，０００以上であるポリマーＡ、Ｂでは、吸着層が厚く形成されたためウェーハと金属間での化学反応が抑制できたのに対し、分子量が１００，０００未満であるポリマーＣ、Ｄでは吸着層が薄いため、抑制しきれなかったと考えられる。
（実施例３、４）
次に、ポリマーの吸着有無による表面荒れの程度を評価するため、ウェーハ１−１と同様の方法により作製したウェーハ１−２、ウェーハ２−１と同様の方法により作製したウェーハ２−２を、Ｃｕによる故意汚染がない純水中に１日浸漬させ、浸漬している部分としていない部位での粗さの差に注目した（それぞれ実施例３、実施例４）。もし、ポリマー吸着により表面荒れを抑制できていれば、浸漬部分と非浸漬部分の粗さが同等となるはずである。
次に、ポリマーの吸着有無による表面荒れの程度を評価するため、ウェーハ１−１と同様の方法により作製したウェーハ１−２、ウェーハ２−１と同様の方法により作製したウェーハ２−２を、Ｃｕによる故意汚染がない純水中に１日浸漬させ、浸漬している部分としていない部位での粗さの差に注目した（それぞれ実施例３、実施例４）。もし、ポリマー吸着により表面荒れを抑制できていれば、浸漬部分と非浸漬部分の粗さが同等となるはずである。
粗さのパラメータとしてＫＬＡテンコール社製のＳＰｘのＨａｚｅ評価を採用した。Ｈａｚｅは斜め方向から入射した光がどの程度以上散乱したかを示すパラメータであり、表面粗さが良好であるほどＨａｚｅは小さくなる。今回はΔＨａｚｅ＝Ｈａｚｅ（浸漬部）−Ｈａｚｅ（非浸漬部）というパラメータにより表面保護性を評価した。表面保護性が悪いほど浸漬部のＨａｚｅが悪化するため、ΔＨａｚｅは悪化する。図３にΔＨａｚｅの結果を示す。
（比較例５〜８）
また、ウェーハ３−１と同様の方法によりウェーハ３−２を、ウェーハ４−１と同様の方法によりウェーハ４−２を、ウェーハ５−１と同様の方法によりウェーハ５−２を、ウェーハ６−１と同様の方法によりウェーハ６−２を作製し、表面保護性を同様に評価した（それぞれ比較例５〜８）。図３にΔＨａｚｅの結果を示す。
また、ウェーハ３−１と同様の方法によりウェーハ３−２を、ウェーハ４−１と同様の方法によりウェーハ４−２を、ウェーハ５−１と同様の方法によりウェーハ５−２を、ウェーハ６−１と同様の方法によりウェーハ６−２を作製し、表面保護性を同様に評価した（それぞれ比較例５〜８）。図３にΔＨａｚｅの結果を示す。
表面酸化膜のないウェーハでポリマー吸着処理を施していないウェーハ４−２（比較例６）はΔＨａｚｅが大幅に増加しており、浸漬部で面荒れが進んでいることが分かる。ポリマーＡを吸着させたウェーハ１−２（実施例３）及びポリマーＢを吸着させたウェーハ２−２（実施例４）は、オゾン水で表面酸化膜を形成したウェーハ３−２（比較例５）と同等の良好なΔＨａｚｅであったのに対し、ポリマーＣを吸着させたウェーハ５−２（比較例７）及びポリマーＤを吸着させたウェーハ６−２（比較例８）はポリマーＡを吸着させたウェーハ１−２（実施例３）やポリマーＢを吸着させたウェーハ２−２（実施例４）より悪化傾向にあった。尚、第２の工程で研磨を行った場合、オゾン洗浄を行い表面酸化膜を形成したウェーハは、ポリマーＡ又はＢを吸着させて表面保護を行ったウェーハに比べ、研磨で所定の取り代を得るのに２倍以上の時間を要し、生産性が大きく低下してしまった。
図３の結果から、ポリマーＡやポリマーＢを吸着させることで純水中保管による面荒れを酸化膜形成時と同等レベルで保護できていることが分かると共に、図２の結果と相関性が高く、金属汚染からの保護性が高いポリマーはエッチングによる面荒れからの保護性も高いことが示され、ΔＨａｚｅなどのエッチング耐性を評価することで金属汚染耐性も間接評価が可能であることが示された。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
Claims (3)
- シリコンウェーハの加工工程において、第１の工程から次工程である第２の工程までシリコンウェーハを搬送、又は、第１の工程後に第２の工程に投入するまでの間シリコンウェーハを保管する、シリコンウェーハの搬送・保管方法であって、
前記第１の工程後に、前記シリコンウェーハの表面に、分子量１００，０００以上のポリマーを吸着させ、前記シリコンウェーハ表面に前記ポリマーを吸着させた状態で前記第２の工程まで搬送・保管することを特徴とするシリコンウェーハの搬送・保管方法。 - 前記第１の工程を、研磨剤を供給しながら前記シリコンウェーハ表面を研磨処理する研磨工程とし、該研磨工程後に、前記供給する研磨剤を前記ポリマーを含む溶液に切り替えて前記シリコンウェーハ表面を処理することにより、前記ポリマーを前記シリコンウェーハ表面に吸着させることを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの搬送・保管方法。
- 前記シリコンウェーハ表面へのポリマーの吸着を、前記ポリマーを含む純水槽中に前記シリコンウェーハを浸漬させるか、又は、前記ポリマーを含む純水を前記シリコンウェーハ表面に飛散させることにより行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウェーハの搬送・保管方法。
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