JP2018022714A - ウェーハの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】新規なリンス用純水の使用量を抑制しつつウェーハの清浄度を高められるウェーハの洗浄方法を提供すること。【解決手段】ウェーハの洗浄方法は、リンス用純水を掛け流してウェーハＷを洗浄し、この洗浄に利用したリサイクル液をウェーハＷのリンス洗浄処理に再利用するリサイクル液使用工程と、リサイクル液使用工程後、新液を掛け流してウェーハＷを洗浄し、この洗浄に利用した新液を排水する新液使用工程とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハの洗浄方法に関する。

従来、薬液洗浄やエッチング処理後のウェーハに残存する薬液を純水でリンスして除去する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１の方法では、ウェーハがセットされたリンス槽に純水を供給して、ウェーハをリンス洗浄処理する。そして、このリンス洗浄処理に利用した純水をリンス槽底部のパンチング板の排水孔から排水し、その一部を流量調整バルブを介して外部に排水する。また、残りの部分を循環ラインに流し、不純物粒子をフィルタで濾過するとともに、脱気装置で脱ガスして再生可能な状態に処理する。その後、この再生可能な状態に処理された水を新規な純水とともにリンス槽に供給し、ウェーハの洗浄に利用する。
特許文献２の方法では、ウェーハがセットされた処理槽に大量の純水を供給し、処理槽のリンス廃液を溢れさせることでリンス廃液を純水に置換し、ウェーハをリンス洗浄処理している。

特開平１０−４１２６６号公報 特開平７−２７３０７７号公報

しかしながら、特許文献１の方法のように、ウェーハのリンス洗浄処理に用いられた純水を循環ラインで処理しても、新規な純水と同等の品質にすることは困難である。このため、循環ラインでの処理水を新規な純水とともに利用しても、ウェーハの清浄度を高められないおそれがある。
特許文献２の方法では、リンス廃液全てを新規な純水に置換して新規な純水のみでウェーハを洗浄するためには、大量の新規な純水が必要になる。

本発明の目的は、新規なリンス用純水の使用量を抑制しつつウェーハの清浄度を高められるウェーハの洗浄方法を提供することにある。

本発明のウェーハの洗浄方法は、リンス用純水を掛け流してウェーハを洗浄し、この洗浄に利用したリンス用純水を前記ウェーハのリンス洗浄処理に再利用するリサイクル液使用工程と、前記リサイクル液使用工程後、新規なリンス用純水を掛け流して前記ウェーハを洗浄し、この洗浄に利用したリンス用純水を排水する新液使用工程とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、再利用のリンス用純水のみの掛け流しでウェーハをある程度リンス洗浄処理し、最終的には、新規なリンス用純水のみの掛け流しでウェーハをリンス洗浄処理するため、特許文献１の方法と比べてウェーハの清浄度を高められる。
また、リサイクル液使用工程後、ウェーハが再利用のリンス用純水に浸漬していない状態から新液使用工程を開始するため、再利用のリンス用純水をウェーハ周囲から除去するための新規なリンス用純水が不要になり、新規なリンス用純水の使用量を抑制できる。

本発明のウェーハの洗浄方法において、前記リサイクル液使用工程は、前記リンス洗浄処理に利用したリンス用純水のｐＨを８以下に調整し、前記ウェーハのリンス洗浄処理に再利用することが好ましい。

薬液洗浄やエッチング処理後のウェーハ表面に残存する薬液のｐＨは高いため、リンス用純水を繰り返し再利用しているとリンス用純水のｐＨが大きくなる。ｐＨが８を超えるリンス用純水でウェーハを洗浄すると、リンス用純水がウェーハ表面と反応し、当該ウェーハのエッチングが進行し、表面が荒れてしまう問題がある。
本発明によれば、ｐＨが８以下に調整されたリンス用純水をリサイクル液使用工程で常時使用することができ、洗浄によりウェーハ表面が荒れることを抑制できる。

本発明のウェーハの洗浄方法において、前記リサイクル液使用工程と前記新液使用工程とにおける前記ウェーハのリンス洗浄処理に用いるリンス用純水の単位時間当たりの使用量が同じ場合、前記リサイクル液使用工程の時間は、当該リサイクル液使用工程開始から前記新液使用工程終了までの洗浄タクト時間の６０％以下であることが好ましい。

リンス洗浄処理における、リサイクル液使用工程の時間と新液使用工程の時間に関しては、上記ウェーハ表面の品質を考慮した設計が必要である。上記のように、ｐＨを規定範囲に抑えた場合であっても、ウェーハ表面のエッチング進行が発生する可能性があるため、リンス洗浄処理における、最終リンス段階では、所定時間の新液使用工程が必要となる。具体的には、リサイクル液使用工程の時間をリンス洗浄処理の洗浄タクト時間の６０％を超えるように設定する場合、新液使用工程の時間（新規なリンス用純水の使用量）は洗浄タクト時間の４０％以下となり、所望の清浄度を得るための新規なリンス用純水が不足する状況となる。このため、洗浄タクト時間に対する新液使用工程の時間の割合を変えずに、所望の洗浄度が得られる量の新規なリンス用純水を確保するためには、結果的として洗浄タクト時間を長くする必要がある。
本発明では、リサイクル液使用工程の時間を洗浄タクト時間の６０％以下にし、新液使用工程の時間をある程度確保することで、洗浄タクト時間の長期化抑制とリンス用純水の使用量抑制とを図りつつ、所望の清浄度を確保できる。

本発明の一実施形態に係るウェーハの洗浄装置の模式図。 リサイクル液使用工程の説明図。 新液使用工程の説明図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、本実施形態では、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」といった方向を表す用語は、図１を基準として用いる。なお、「前」とは、紙面直交方向の手前側を指し、「後」とは、紙面直交方向の奥側を指す。

［ウェーハの洗浄装置の構成］
図１に示すように、ウェーハＷの洗浄装置１は、ウェーハＷを新規なリンス用純水としての超純水と、洗浄に利用された超純水とで洗浄する。以下において、リンス洗浄処理に利用される超純水のうち、新規なものを「新液ＡＮ」といい、一度、リンス用純水として利用されたものを「リサイクル液ＡＲ」という。また、新液ＡＮとリサイクル液ＡＲとを区別しない場合には、単に「超純水」という。
洗浄装置１は、処理槽２と、リンス用純水掛け流し手段としてのノズル３と、バッファタンク４と、バッファバルブ５と、新液供給手段としての超純水供給手段６と、供給量調整手段７と、掛け流し液切替手段としての噴射液切替手段８と、フィルタ９と、ポンプ１０と、排水管１１と、排水バルブ１２と、制御手段１３とを備えている。

処理槽２の底部には、ウェーハＷを支持する支持部２１が設けられている。支持部２１は、複数のウェーハＷを垂直に立てた状態で前後に並ぶように支持する。
ノズル３は、処理槽２の上方において前後および左右に並ぶように設けられ、超純水を霧状にしてウェーハＷに噴射する。なお、ノズル３の配置位置および個数は、処理槽２内の全てのウェーハＷにほぼ同等に超純水を噴射できる態様であれば、特に限定されない。
バッファタンク４は、バッファバルブ５を介して処理槽２の底部に接続され、ウェーハＷの洗浄に利用された超純水を一時的に貯蔵する。このバッファタンク４に貯蔵された超純水は、リサイクル液ＡＲとしてノズル３に供給される。
超純水供給手段６は、供給量調整手段７および噴射液切替手段８を介してノズル３に接続され、供給量調整手段７を介してバッファタンク４に接続されている。超純水供給手段６は、新液ＡＮをノズル３およびバッファタンク４に供給する。

供給量調整手段７は、ノズル３への新液ＡＮの供給量と、バッファタンク４への新液ＡＮの供給量とを調整する。なお、供給量調整手段７は、新液ＡＮの供給先を選択できることが好ましい。
噴射液切替手段８は、フィルタ９およびポンプ１０を介してバッファタンク４に接続され、ノズル３に供給される超純水を新液ＡＮまたはリサイクル液ＡＲに切り替える。なお、噴射液切替手段８は、１個のノズル３毎に設けられてもよいし、２個以上のノズル３毎に設けられてもよい。
ポンプ１０は、例えばレビトロポンプであり、バッファタンク４に貯蔵されたリサイクル液ＡＲをノズル３に供給する。このリサイクル液ＡＲに含まれる異物は、フィルタ９によって除去される。なお、フィルタ９はなくてもよい。

排水管１１は、処理槽２の底部に接続されている。
排水バルブ１２は、排水管１１に設けられている。
制御手段１３は、洗浄装置１全体を制御する。
バッファタンク４と、ポンプ１０と、フィルタ９と、噴射液切替手段８と、ノズル３と、処理槽２と、バッファバルブ５とは、リサイクル液ＡＲの掛け流しでウェーハＷをリンス洗浄処理するリサイクル液ラインＬＲを構成している。超純水供給手段６と、供給量調整手段７と、噴射液切替手段８と、ノズル３と、処理槽２と、排水バルブ１２と、排水管１１とは、新液ＡＮの掛け流しでウェーハＷをリンス洗浄処理する新液ラインＬＮを構成している。

［ウェーハの洗浄方法］
次に、上記洗浄装置１を用いたウェーハＷの洗浄方法について説明する。
まず、作業者は、バッファタンク４にリサイクル液ＡＲが貯蔵されている状態で、制御手段１３に洗浄タクト時間Ｔ１（１バッチあたりの洗浄時間（リサイクル液使用工程と新液使用工程の時間の和））と、１バッチあたりのリサイクル液使用工程の時間とを設定する。リサイクル液使用工程は、洗浄タクト時間Ｔ１の６０％以下の所定時間Ｔ２だけ行われることが好ましい。なお、バッファタンク４に貯蔵されているリサイクル液ＡＲは、実際に前バッチで洗浄に利用されたものでもよいし、超純水供給手段６から供給され、洗浄に利用されていないものでもよい。
また、作業者は、薬液洗浄やエッチング処理後のウェーハＷを、図２に示すように処理槽２内にセットする。なお、ウェーハＷのセットは、手作業で行ってもよいし、図示しない搬送ロボットが行ってもよい。

次に、制御手段１３は、バッファバルブ５を開状態、噴射液切替手段８をノズル３にリサイクル液ＡＲを供給する状態、排水バルブ１２を閉状態に設定し、ポンプ１０の駆動を開始する。この各構成の設定により、バッファタンク４内のリサイクル液ＡＲは、フィルタ９で異物が除去された後、ノズル３から連続的に噴射される。リサイクル液ＡＲの噴射量としては、処理を行うウェーハサイズにより適正値に設定する必要があるが、例えば、３００ｍｍウェーハの処理の場合、１５Ｌ／分以上であることが好ましい。１５Ｌ／分以下の流量では、３００ｍｍウェーハ表面を均一に処理することが困難である。流量上限に関しては過剰である分には問題はない。そして、リサイクル液ＡＲの掛け流しによりウェーハＷが洗浄される。その後、洗浄に利用されたリサイクル液ＡＲは、処理槽２に溜まることなく、あるいは、当該リサイクル液ＡＲにウェーハＷが浸漬する前に、バッファタンク４に排水された後、再度ウェーハＷの洗浄に利用される（リサイクル液使用工程）。

また、リサイクル液使用工程中に、制御手段１３は、超純水供給手段６から供給量調整手段７を介してバッファタンク４に新液ＡＮを補充することが好ましい。新液ＡＮの補充量としては、バッファタンク容量により適正値に設定する必要があるが、例えば容量５０Ｌのバッファタンクの場合、１Ｌ／分以上であることが好ましく、新液使用工程におけるノズル３からの新液ＡＮの噴射量よりも少ないことがより好ましい。この設定による新液ＡＮの補充により、バッファタンク４内のリサイクル液ＡＲのｐＨを８以下に調整することが可能となる。
なお、バッファタンク４への新液ＡＮの補充は、リサイクル液使用工程の間、常時行われてもよいし、所定間隔で行われてもよいし、バッファタンク４内のリサイクル液ＡＲのｐＨを監視して、８を超えそうになったときのみに行われてもよい。また、バッファタンク４からリサイクル液ＡＲが溢れないように、リサイクル液ＡＲを適宜排水してもよい。さらに、リサイクル液使用工程の間、供給量調整手段７と噴射液切替手段８との間に、新液ＡＮが供給されないことが好ましい。

リサイクル液使用工程開始からの経過時間が所定時間Ｔ２になると、制御手段１３は、ポンプ１０の駆動を停止するとともに、バッファバルブ５を閉状態、噴射液切替手段８をノズル３に新液ＡＮを供給する状態、排水バルブ１２を開状態に設定する。この各構成の設定により、リサイクル液使用工程が終了し、図３に示すように、ノズル３から連続的に噴射される新液ＡＮの掛け流しによりウェーハＷが洗浄される。その後、洗浄に利用された新液ＡＮは、処理槽２に溜まることなく、あるいは、当該新液ＡＮにウェーハＷが浸漬する前に、排水管１１から排水される（新液使用工程）。新液ＡＮの噴射量としては、処理を行うウェーハサイズにより適正値に設定する必要があるが、例えば、３００ｍｍウェーハの処理の場合、１５Ｌ／分以上であることが好ましい。１５Ｌ／分以下の流量では、３００ｍｍウェーハ表面を均一に処理することが困難である。流量上限に関しては過剰である分には問題はなく、リサイクル液使用工程におけるリサイクル液ＡＲの噴射量と同じであることがより好ましい。
なお、新液使用工程においても、バッファタンク４への新液ＡＮの補充が継続されるが、補充を行わなくてもよい。

リサイクル液使用工程開始からの経過時間が洗浄タクト時間Ｔ１になると、制御手段１３は、超純水供給手段６の駆動を停止する。その後、作業者が洗浄後のウェーハＷを処理槽２から取り出して、次に洗浄するウェーハＷを処理槽２にセットし、次バッチの洗浄を開始する。

［実施形態の作用効果］
上述したように、リサイクル液ラインＬＲを用いてリサイクル液ＡＲのみでウェーハＷをある程度洗浄した後、新液ラインＬＮを用いて新液ＡＮのみでウェーハＷを洗浄するため、脱気装置などで再生可能に処理したリンス用純水を最後まで利用し続ける構成と比べて、ウェーハＷの清浄度を高められる。
また、リサイクル液使用工程後、ウェーハＷがリサイクル液ＡＲに浸漬していない状態から新液使用工程を開始するため、リサイクル液ＡＲをウェーハ周囲から除去するための新液ＡＮが不要になり、新液ＡＮの使用量を抑制できる。
さらに、バッファタンク４内のリサイクル液ＡＲのｐＨを８以下に調整するため、リサイクル液ＡＲを繰り返し再利用しても、洗浄によりウェーハＷの表面が荒れることを抑制できる。特に、ウェーハＷの洗浄に用いる新液ＡＮをリサイクル液ＡＲのｐＨ調整にも用いるため、新液ＡＮの有効活用を図れる。
また、リサイクル液使用工程の時間を洗浄タクト時間の６０％以下にしたため、所望の清浄度確保と洗浄タクト時間の長期化抑制と新液ＡＮの使用量抑制とを図れる。

［変形例］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能であり、その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造などは本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などとしてもよい。

例えば、リンス用純水としては、超純水ではなく純水でもよい。
処理槽２から排水されたリサイクル液ＡＲをバッファタンク４で貯蔵せずに、ノズル３に供給してもよい。
支持部２１は、ウェーハＷを斜めにした状態で支持してもよい。
バッファタンク４内のリサイクル液ＡＲのｐＨ調整に、ｐＨ調整剤や純水など、清浄度に影響を与えないいずれのものを用いてもよい。
リサイクル液使用工程中にバッファタンク４内のリサイクル液ＡＲのｐＨを調整しなくてもよく、この場合、バッチ間にｐＨを調整してもよいし、バッファタンク４内のリサイクル液ＡＲを新液ＡＮに置換してもよい。
リサイクル液ＡＲと新液ＡＮとの両方を掛け流すリンス用純水掛け流し手段としてのノズル３を設けたが、リサイクル液ＡＲを掛け流すリサイクル液掛け流し手段と、新液ＡＮを掛け流す新液掛け流し手段とを別々に設けてもよく、この場合、掛け流し液切替手段としての噴射液切替手段８を設けずに、リサイクル液掛け流し手段をバッファタンク４に、新液掛け流し手段を超純水供給手段６に接続すればよい。
リサイクル液ＡＲ、新液ＡＮのうち少なくとも一方は、ウェーハＷに掛け流すときに霧状でなくてもよい。

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。

［サンプルの作成方法］
〔実験例１−１〕
上述の洗浄装置１を準備した。処理槽２として、直径３００ｍｍの２５枚のウェーハＷを垂直に立てた状態で支持するものを用いた。ノズル３は、全ウェーハＷに超純水がほぼ同等に噴射されるように、左右方向に２個並べ、前後方向に複数個並べた。
そして、ＳＣ−１洗浄後の直径３００ｍｍの２５枚のウェーハＷを処理槽２にセットした。ここで、ＳＣ−１洗浄とは、アンモニア水／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏが混合されたＳＣ１液による洗浄処理をいう。本実施例におけるＳＣ−１洗浄とは、ＮＨ_４ＯＨ：Ｈ_２Ｏ_２：Ｈ_２Ｏ＝１：１：５の体積比で混合されたＳＣ−１液（液温６０℃）中に、５分間、ウェーハＷを浸漬処理することをいう。
この後、表１に示すように、リサイクル液使用工程を行わずに、新液使用工程を０．５分間行い、新液ＡＮのみの掛け流しによりウェーハを洗浄した。なお、新液ＡＮの噴射量を１５Ｌ／分とした。また、新液使用工程中、新液ＡＮのバッファタンク４への補充は行わなかった。

〔実験例１−２〜１−６〕
新液使用工程の時間を表１に示すように変更したこと以外は、実験例１−１と同じ条件でウェーハを洗浄した。

〔実験例２−１〕
表１に示すように、リサイクル液使用工程を１分間、新液使用工程を０．５分間行い、リサイクル液ＡＲのみの掛け流し後、新液ＡＮのみの掛け流しによりウェーハＷを洗浄したこと以外は、実験例１−１と同じ条件でウェーハＷを洗浄した。なお、リサイクル液使用工程開始前にバッファタンク４に貯蔵されているリサイクル液ＡＲとして、各実験例での洗浄条件を同じにするために、洗浄に利用されていない新液ＡＮを用いた。また、リサイクル液ＡＲの噴射量を新液ＡＮと同じ１５Ｌ／分とした。さらに、リサイクル液使用工程および新液使用工程の間、新液ＡＮをバッファタンク４へ補充した。この補充は、１Ｌ／分で行った。

〔実験例２−２〜２−６，３−１〜３−６，４−１〜４−６，５−１〜５−６〕
リサイクル液使用工程および新液使用工程の時間を表１に示すように変更したこと以外は、実験例２−１と同じ条件でウェーハを洗浄した。

［品質評価］
各実験例について、２５枚のウェーハのＬＰＤ（Light Point Defect：ライト・ポイント・デフェクト）とヘイズ値（表１では、「DWO Haze」と表記）とを評価した。
ＬＰＤの測定には、パーティクルカウンタ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製ＳＰ−２）を用い、３７ｎｍ以上のＬＰＤを測定対象にした。
ヘイズ値の測定にも、ＬＰＤ測定と同じパーティクルカウンタを用い、ＤＷＯモード（Dark Field Wide Obliqueモード、暗視野ワイド斜め入射モード）で測定した。
ウェーハ１枚あたりのＬＰＤの平均個数、ヘイズ値の平均値、ＬＰＤおよびヘイズ値の評価結果を表１に示す。なお、ＬＰＤの閾値を２０個／枚、ヘイズ値の閾値を０．１２０ｐｐｍとして、これらの閾値以下の場合を「ＯＫ」とし、閾値を超える場合を「ＮＧ」とした。

次に、実験例１〜５のそれぞれについて、ＬＰＤおよびヘイズ値の両方の品質を満たす条件のうち、新液使用工程が最も短い条件を抽出した。表２に示すように、抽出された条件は、実験例１−５，２−４，３−４，４−３，５−３であった。
そして、これらの実験例について、洗浄タクト時間、以下の式（１）に基づくリサイクル液使用工程の割合、以下の式（２），（３）に基づく新液使用量、以下の式（４）に基づく新液使用量削減率を求めた。その結果を表２に示す。

リサイクル液使用工程の割合（％）＝Ｔ２／Ｔ１ … （１）
Ｔ１：洗浄タクト時間（分）
Ｔ２：リサイクル液使用工程の時間（分）
実験例１−５の新液使用量（Ｌ／バッチ）
＝１５（Ｌ／分）×Ｔ３ … （２）
Ｔ３：新液使用工程の時間（分）
実験例１−５以外の新液使用量（Ｌ／バッチ）
＝１５（Ｌ／分）×Ｔ３＋１（Ｌ／分）×Ｔ１ … （３）
新液使用量削減率（％）＝１−Ｃ２／Ｃ１ … （４）
Ｃ１：実験例１−５の新液使用量
Ｃ２：実験例１−５以外の新液使用量

表２に示すように、実験例２−４、３−４，４−３，５−３の新液使用量は、実験例１−５よりも少なかった。
このことから、リサイクル液のみの掛け流しでウェーハＷをある程度洗浄し、最終的には、新液のみの掛け流しでウェーハＷを洗浄することで、新液のみの掛け流しでウェーハＷを洗浄する場合と同等の清浄度を得られるとともに、新液の使用量を抑制できることが確認できた。

また、実験例５−３の新液使用工程の時間は実験例４−３のそれと同じ２分であり、実験例４−３と実験例５−３との新液使用量はほぼ同じである。実験例１−５と実験例４−３との洗浄タクト時間の差は１分だが、実験例１−５と実験例５−３との洗浄タクト時間の差は３分である。
このことから、リサイクル液使用工程の時間を洗浄タクト時間の６０％以下にすることで、洗浄タクト時間の長期化抑制と新液の使用量抑制とを図りつつ、所望の清浄度を確保できることが確認できた。

ＡＮ…新液（新規なリンス用純水）、ＡＲ…リサイクル液（洗浄に利用したリンス用純水）、Ｗ…ウェーハ。

Claims (3)

1. リンス用純水を掛け流してウェーハを洗浄し、この洗浄に利用したリンス用純水を前記ウェーハのリンス洗浄処理に再利用するリサイクル液使用工程と、
   前記リサイクル液使用工程後、新規なリンス用純水を掛け流して前記ウェーハを洗浄し、この洗浄に利用したリンス用純水を排水する新液使用工程とを備えていることを特徴とするウェーハの洗浄方法。
2. 請求項１に記載のウェーハの洗浄方法において、
   前記リサイクル液使用工程は、前記リンス洗浄処理に利用したリンス用純水のｐＨを８以下に調整し、前記ウェーハのリンス洗浄処理に再利用することを特徴とするウェーハの洗浄方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のウェーハの洗浄方法において、
   前記リサイクル液使用工程と前記新液使用工程とにおける前記ウェーハのリンス洗浄処理に用いるリンス用純水の単位時間当たりの使用量が同じ場合、前記リサイクル液使用工程の時間は、当該リサイクル液使用工程開始から前記新液使用工程終了までの洗浄タクト時間の６０％以下であることを特徴とするウェーハの洗浄方法。

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