JP2021174912A - 半導体ウェーハの洗浄方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＳＣ１と同等の洗浄レベルを達成することができ、かつ、ＳＣ１を使用した場合のようなウェーハ面上の欠陥発生や表面粗さの悪化を低減したり防止することができ、さらにコスト削減、環境負荷低減に繋げることができる半導体ウェーハの洗浄方法を提供する。【解決手段】研磨後の半導体ウェーハを洗浄する半導体ウェーハの洗浄方法であって、前記研磨後の半導体ウェーハをオゾン水により洗浄し酸化膜を形成する第一のオゾン水処理工程を行い、該第一のオゾン水処理工程後、前記半導体ウェーハを炭酸水によりブラシ洗浄するブラシ洗浄工程を行い、その後、前記半導体ウェーハをフッ酸により洗浄し前記酸化膜を除去した後、オゾン水により洗浄し再度酸化膜を形成する第二のオゾン水処理工程を１回以上行う、半導体ウェーハの洗浄方法。【選択図】図１
Description
本発明は、半導体ウェーハの洗浄方法に関する。
従来、研磨直後のウェーハ面に研磨剤が付着している半導体ウェーハ（単にウェーハとも言う）をバッチ式洗浄（ディップ式洗浄）で洗浄する場合、研磨剤等に含まれる有機物やシリカ粒子を落とすためにＳＣ１（アンモニア水と過酸化水素水の混合溶液）を用いた洗浄を行うことが一般的である。
従来の洗浄フローは、図４に示すように研磨後のウェーハを、オゾン水処理後に純水またはＳＣ１でブラシ洗浄を行い研磨剤を除去した後、フッ酸による酸化膜除去によるパーティクルと金属汚染の除去が行われ、オゾン水による再酸化による酸化膜形成が行われる。そして、その後、乾燥を行う（例えば特許文献１参照）。
上記のように、従来、研磨後のブラシ洗浄ではオゾン水による酸化膜形成後（第一のオゾン水処理工程後）、純水またはＳＣ１でブラシ洗浄をすることが一般的である。
しかし、純水ではパーティクルの除去能力が低いことや、ブラシとウェーハの摩擦により帯電しパーティクルが付着してしまう問題があった。
しかし、純水ではパーティクルの除去能力が低いことや、ブラシとウェーハの摩擦により帯電しパーティクルが付着してしまう問題があった。
また、ＳＣ１は異方性エッチングを伴う薬液であり、ウェーハ面上に突起状の欠陥が発生するという問題や表面粗さが悪化するという問題があった。さらに、ＳＣ１のような薬品は環境負荷が高く廃水処理が必要であることや、温調機構が必要であり非常にコストが高いという問題があった。
そこで本発明はこのような問題点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、ＳＣ１と同等の洗浄レベルを達成することができ、かつ、ＳＣ１を使用した場合のようなウェーハ面上の欠陥発生や表面粗さの悪化を低減あるいは防止することができる半導体ウェーハの洗浄方法を提供することを目的とする。さらに、従来よりもコスト削減、環境負荷低減が可能な半導体ウェーハの洗浄方法を提供することも目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は、研磨後の半導体ウェーハを洗浄する半導体ウェーハの洗浄方法であって、前記研磨後の半導体ウェーハをオゾン水により洗浄し酸化膜を形成する第一のオゾン水処理工程を行い、該第一のオゾン水処理工程後、前記半導体ウェーハを炭酸水によりブラシ洗浄するブラシ洗浄工程を行い、その後、前記半導体ウェーハをフッ酸により洗浄し前記酸化膜を除去した後、オゾン水により洗浄し再度酸化膜を形成する第二のオゾン水処理工程を１回以上行う、ことを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法を提供する。
このような半導体ウェーハの洗浄方法であれば、炭酸水を用いることによりブラシ洗浄での帯電やパーティクル付着を低減させ、ＳＣ１と同等の洗浄レベルを達成することができる。
また、炭酸水というエッチングの伴わない洗浄液でブラシ洗浄を行うことによって、従来のＳＣ１でのブラシ洗浄とは異なり、ウェーハ面上の欠陥発生を低減し、表面粗さの悪化を防止することができる。
さらに、使用する炭酸水やオゾン水では常温処理ができるので、コストを削減することができる。また、炭酸水はＳＣ１に比べて廃水処理が容易であり、再利用可能であるため、環境負荷を低減することができる。
また、炭酸水というエッチングの伴わない洗浄液でブラシ洗浄を行うことによって、従来のＳＣ１でのブラシ洗浄とは異なり、ウェーハ面上の欠陥発生を低減し、表面粗さの悪化を防止することができる。
さらに、使用する炭酸水やオゾン水では常温処理ができるので、コストを削減することができる。また、炭酸水はＳＣ１に比べて廃水処理が容易であり、再利用可能であるため、環境負荷を低減することができる。
また、前記第一のオゾン水処理工程及び前記ブラシ洗浄工程において、前記オゾン水及び前記炭酸水を常温かつｐＨ＝７．０以下とすることができる。
第一のオゾン水処理工程でこのようなオゾン水を用いれば、より簡便かつ効果的に有機物の除去と酸化膜形成を行うことができる。また、ブラシ洗浄工程でこのような炭酸水を用いれば、より確実にウェーハ面上の欠陥発生を低減し、表面粗さの悪化を防止することができる。
第一のオゾン水処理工程でこのようなオゾン水を用いれば、より簡便かつ効果的に有機物の除去と酸化膜形成を行うことができる。また、ブラシ洗浄工程でこのような炭酸水を用いれば、より確実にウェーハ面上の欠陥発生を低減し、表面粗さの悪化を防止することができる。
また、前記ブラシ洗浄工程において、前記炭酸水の濃度を１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下とすることができる。
炭酸水の濃度が１００ｐｐｍ以上であれば、ブラシ洗浄においてより一層十分な洗浄効果を得ることができる。また、１０００ｐｐｍ以下であれば、洗浄中に気泡化して悪影響を及ぼすことを抑制できる。
炭酸水の濃度が１００ｐｐｍ以上であれば、ブラシ洗浄においてより一層十分な洗浄効果を得ることができる。また、１０００ｐｐｍ以下であれば、洗浄中に気泡化して悪影響を及ぼすことを抑制できる。
また、前記第一及び第二のオゾン水処理工程において、前記オゾン水の濃度を１０ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下とすることができる。
オゾン水の濃度が１０ｐｐｍ以上であれば、有機物をより効果的に除去し、ウェーハ品質をより確実に向上させることができる。また、５０ｐｐｍ以下であれば、形成する酸化膜が厚くなりすぎるのを防止できる。
オゾン水の濃度が１０ｐｐｍ以上であれば、有機物をより効果的に除去し、ウェーハ品質をより確実に向上させることができる。また、５０ｐｐｍ以下であれば、形成する酸化膜が厚くなりすぎるのを防止できる。
また、前記第一及び第二のオゾン水処理工程において、前記形成する酸化膜の厚さを０．８ｎｍ以上１．５ｎｍ以下とすることができる。
酸化膜の厚さが０．８ｎｍ以上であれば、研磨剤の有機物や金属汚染を十分に除去することができる。また、１．５ｎｍ以下であれば、形成された酸化膜を除去する場合でも、その工程に要する時間を短くすることができる。
酸化膜の厚さが０．８ｎｍ以上であれば、研磨剤の有機物や金属汚染を十分に除去することができる。また、１．５ｎｍ以下であれば、形成された酸化膜を除去する場合でも、その工程に要する時間を短くすることができる。
また、前記第二のオゾン水処理工程において、前記フッ酸の濃度を１．０％以下とすることができる。
フッ酸の濃度が１．０％以下であれば、酸化膜の除去にかかる時間が短すぎて制御が困難になることがない。
フッ酸の濃度が１．０％以下であれば、酸化膜の除去にかかる時間が短すぎて制御が困難になることがない。
また、前記第二のオゾン水処理工程を、スピン洗浄またはバッチ洗浄で行うことができる。
このような洗浄方法であれば、一般に行われており、個別に又は複数同時に酸化膜の除去と形成を行うことができる。
このような洗浄方法であれば、一般に行われており、個別に又は複数同時に酸化膜の除去と形成を行うことができる。
また、前記各工程で出た廃液のうち、前記オゾン水及び前記炭酸水の廃液を回収し再利用することができる。
このように、廃液を再利用することで、より一層コスト削減、環境負荷低減に繋げることができる。
このように、廃液を再利用することで、より一層コスト削減、環境負荷低減に繋げることができる。
また、前記半導体ウェーハを、シリコンウェーハとすることができる。
本発明の洗浄方法は、ブラシ洗浄においてシリコンのエッチングを伴わない炭酸水を使用するため、シリコンウェーハに対し特に好適である。
本発明の洗浄方法は、ブラシ洗浄においてシリコンのエッチングを伴わない炭酸水を使用するため、シリコンウェーハに対し特に好適である。
以上のように、本発明の半導体ウェーハの洗浄方法であれば、炭酸水を用いることによりブラシ洗浄での帯電やパーティクル付着を低減させＳＣ１と同等の洗浄レベルを達成することができる。しかも、ＳＣ１を用いた場合に起こるウェーハ面上の欠陥発生を低減し、表面粗さの悪化を防止することができる。さらに、常温処理、廃水処理の容易さ、廃液の再利用可能といったことから、コスト削減、環境負荷低減に繋げることができる。
本発明者は、研磨後のウェーハの洗浄についての上述した問題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、ブラシ洗浄工程において、炭酸水によりブラシ洗浄することによって、ブラシ洗浄での帯電やパーティクル付着を低減させ、ＳＣ１と同等の洗浄レベルを達成することができ、かつ、ＳＣ１の様なアルカリ性の薬液を使用せずに、研磨直後の研磨剤が全面に付着しているウェーハの洗浄を炭酸水で行うことによって、ウェーハ上の欠陥を低減し表面粗さの悪化を防止することができることを見出した。
さらに、炭酸水やオゾン水は常温処理や廃液の再利用ができるのでコスト削減、環境負荷低減に繋がることを見出し、本発明を完成させた。
さらに、炭酸水やオゾン水は常温処理や廃液の再利用ができるのでコスト削減、環境負荷低減に繋がることを見出し、本発明を完成させた。
以下、本発明について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図１は本発明の半導体ウェーハの洗浄方法の概略を示すフロー図である。
まず、研磨直後の研磨剤が全面に付着しているウェーハを用意した（工程１）。ウェーハの種類は特に限定されないが、ここではシリコンウェーハとする。ここで、ウェーハに施した研磨条件は特に限定されないが、研磨剤にシリカ、特には、シリカ粒径の一次粒子径が１０〜３５ｎｍ、シリカ濃度が０．０１〜１．０質量％のものを使用することができる。このシリカは、後述するブラシ洗浄工程と第二のオゾン水処理工程（特にフッ酸による洗浄）によって除去が可能である。
まず、研磨直後の研磨剤が全面に付着しているウェーハを用意した（工程１）。ウェーハの種類は特に限定されないが、ここではシリコンウェーハとする。ここで、ウェーハに施した研磨条件は特に限定されないが、研磨剤にシリカ、特には、シリカ粒径の一次粒子径が１０〜３５ｎｍ、シリカ濃度が０．０１〜１．０質量％のものを使用することができる。このシリカは、後述するブラシ洗浄工程と第二のオゾン水処理工程（特にフッ酸による洗浄）によって除去が可能である。
次に、図１の工程２のように、研磨直後の研磨剤が全面に付着しているシリコンウェーハを、オゾン水により洗浄を行う第一のオゾン水処理工程によって、付着している研磨剤の有機物を分解除去し、酸化膜形成を行う。ここでの洗浄方法はオゾン水を用いればよく、特に限定されず、例えば、ブラシ洗浄またはスピン洗浄とすることができる。
このとき、オゾン水を常温かつｐＨ＝７．０以下とすることができる。このようにすれば、より簡便かつ効果的に有機物の除去と酸化膜形成を行うことができる。
また、オゾン水の濃度を１０ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下とすることができる。オゾン水の濃度が１０ｐｐｍ以上であれば、有機物をより効果的に除去でき、ウェーハ品質をより確実に向上させることができる。また、５０ｐｐｍ以下であれば、形成する酸化膜が厚くなりすぎるのを防止できる。
また、このとき形成する酸化膜の厚さを０．８ｎｍ以上１．５ｎｍ以下とすることができる。酸化膜の厚さが０．８ｎｍ以上であれば、研磨剤の有機物や金属汚染をより一層十分に除去することができる。また、１．５ｎｍ以下であれば、形成された酸化膜を除去する場合でも、その工程に要する時間を短くすることができる。
また、オゾン水の濃度を１０ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下とすることができる。オゾン水の濃度が１０ｐｐｍ以上であれば、有機物をより効果的に除去でき、ウェーハ品質をより確実に向上させることができる。また、５０ｐｐｍ以下であれば、形成する酸化膜が厚くなりすぎるのを防止できる。
また、このとき形成する酸化膜の厚さを０．８ｎｍ以上１．５ｎｍ以下とすることができる。酸化膜の厚さが０．８ｎｍ以上であれば、研磨剤の有機物や金属汚染をより一層十分に除去することができる。また、１．５ｎｍ以下であれば、形成された酸化膜を除去する場合でも、その工程に要する時間を短くすることができる。
次に、図１の工程３のように、炭酸水によりブラシ洗浄（物理洗浄）を行う。このブラシ洗浄工程によって、研磨剤を除去する。
このとき、炭酸水を常温かつｐＨ＝７．０以下とすることができる。このようにすれば、より確実にウェーハ面上の欠陥発生を低減し、表面粗さの悪化を防止することができる。
また、炭酸水の濃度を１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下とすることができる。炭酸水の濃度が１００ｐｐｍ以上であれば、ブラシ洗浄においてより一層十分な洗浄効果を得ることができる。また、１０００ｐｐｍ以下であれば、洗浄中に気泡化して悪影響を及ぼすことを抑制できる。
このとき、炭酸水を常温かつｐＨ＝７．０以下とすることができる。このようにすれば、より確実にウェーハ面上の欠陥発生を低減し、表面粗さの悪化を防止することができる。
また、炭酸水の濃度を１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下とすることができる。炭酸水の濃度が１００ｐｐｍ以上であれば、ブラシ洗浄においてより一層十分な洗浄効果を得ることができる。また、１０００ｐｐｍ以下であれば、洗浄中に気泡化して悪影響を及ぼすことを抑制できる。
次に、図１の工程４のように、フッ酸により酸化膜除去を行うことで金属汚染を取り除いた後、オゾン水により再度酸化膜を形成する第二のオゾン水処理工程を１回以上行う。
このとき、上記の第一のオゾン水処理工程と同様に、オゾン水の濃度を１０ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下とすることができる。また、形成する酸化膜の厚さを０．８ｎｍ以上１．５ｎｍ以下とすることができる。
このとき、上記の第一のオゾン水処理工程と同様に、オゾン水の濃度を１０ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下とすることができる。また、形成する酸化膜の厚さを０．８ｎｍ以上１．５ｎｍ以下とすることができる。
また、フッ酸の濃度を１．０％以下とすることができる。フッ酸の濃度が１．０％以下であれば、酸化膜の除去にかかる時間が短すぎて制御が困難になることがない。
また、フッ酸による酸化膜除去及びオゾン水による酸化膜形成を、スピン洗浄またはバッチ洗浄で行うことができる。このような洗浄方法であれば、汎用的に行われており好適であるし、個別に又は複数同時に酸化膜の除去と形成を行うことができる。
また、フッ酸による酸化膜除去及びオゾン水による酸化膜形成を、スピン洗浄またはバッチ洗浄で行うことができる。このような洗浄方法であれば、汎用的に行われており好適であるし、個別に又は複数同時に酸化膜の除去と形成を行うことができる。
また、上記の各工程で出た廃液のうち、オゾン水及び炭酸水の廃液を回収し再利用することができる。このように、廃液を再利用することでより一層コスト削減、環境負荷低減に繋げることができる。
そして、この後乾燥工程（工程５）を行い、洗浄を終了とする。
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、本発明は実施例に限定されるものではない。
（実施例）
図１に示すような本発明の洗浄フローで、研磨後の研磨剤が付着しているシリコンウェーハをオゾン水により第一のオゾン水処理工程を行った後、炭酸水によりブラシ洗浄工程を行い、その後スピン洗浄で、フッ酸及びオゾン水により第二のオゾン水処理工程を１回行い、乾燥処理を行った。各工程は以下の条件で行った。
・第一のオゾン水処理工程：オゾン水濃度＝３０ｐｐｍ、ｐＨ＝５．０
・ブラシ洗浄工程：炭酸水濃度＝１００ｐｐｍ、ｐＨ＝４．０
・第二のオゾン水処理工程：フッ酸濃度＝１．０質量％、ｐＨ＝３．０、オゾン水濃度＝３０ｐｐｍ、ｐＨ＝５．０
図１に示すような本発明の洗浄フローで、研磨後の研磨剤が付着しているシリコンウェーハをオゾン水により第一のオゾン水処理工程を行った後、炭酸水によりブラシ洗浄工程を行い、その後スピン洗浄で、フッ酸及びオゾン水により第二のオゾン水処理工程を１回行い、乾燥処理を行った。各工程は以下の条件で行った。
・第一のオゾン水処理工程：オゾン水濃度＝３０ｐｐｍ、ｐＨ＝５．０
・ブラシ洗浄工程：炭酸水濃度＝１００ｐｐｍ、ｐＨ＝４．０
・第二のオゾン水処理工程：フッ酸濃度＝１．０質量％、ｐＨ＝３．０、オゾン水濃度＝３０ｐｐｍ、ｐＨ＝５．０
（比較例１、２）
図４に示すような洗浄フローで、ブラシ洗浄工程を純水（比較例１）またはＳＣ１（比較例２）で行った以外は、実施例と同様にして洗浄を行った。
図４に示すような洗浄フローで、ブラシ洗浄工程を純水（比較例１）またはＳＣ１（比較例２）で行った以外は、実施例と同様にして洗浄を行った。
なお、実施例及び比較例１において、各工程で出た廃液のうちオゾン水、炭酸水、純水の廃液は回収し再利用した。
実施例及び比較例１、２のウェーハの評価は、洗浄後のウェーハをＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製のウェーハ検査装置ＳＰ５を用いて、直径１９ｎｍ以上のパーティクルについて測定を行った。測定結果を図２及び表１に示す。
また、ヘイズ値については、ＤＷ２のＯｒｉｇｉｎａｌ Ｓｔｄ．Ｃｌａｓｓｉｃ Ａｖｅｒａｇｅを使用した。測定結果を図３及び表１に示す。
また、ヘイズ値については、ＤＷ２のＯｒｉｇｉｎａｌ Ｓｔｄ．Ｃｌａｓｓｉｃ Ａｖｅｒａｇｅを使用した。測定結果を図３及び表１に示す。
図２及び表１に示すように、実施例ではブラシ洗浄工程で純水を用いた比較例１に比べパーティクル数が改善し、ＳＣ１を用いた比較例２と同等以上の洗浄レベルを達成することができた。
また、図３及び表１に示すように、実施例ではＳＣ１を用いた比較例２のようなヘイズ（表面粗さ）の悪化は見られなかった。
さらに、実施例で用いた炭酸水は比較例１の純水と同様に、廃液を回収し再利用することで、コスト削減、環境負荷低減に繋げることができた。
また、図３及び表１に示すように、実施例ではＳＣ１を用いた比較例２のようなヘイズ（表面粗さ）の悪化は見られなかった。
さらに、実施例で用いた炭酸水は比較例１の純水と同様に、廃液を回収し再利用することで、コスト削減、環境負荷低減に繋げることができた。
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。
従来、研磨直後のウェーハ面に研磨剤が付着している半導体ウェーハ（単にウェーハとも言う）をバッチ式洗浄（ディップ式洗浄）で洗浄する場合、研磨剤等に含まれる有機物やシリカ粒子を落とすためにＳＣ１（アンモニア水と過酸化水素水の混合溶液）を用いた洗浄を行うことが一般的である（例えば特許文献１参照）。
従来の洗浄フローは、図４に示すように研磨後のウェーハを、オゾン水処理後に純水またはＳＣ１でブラシ洗浄を行い研磨剤を除去した後、フッ酸による酸化膜除去によるパーティクルと金属汚染の除去が行われ、オゾン水による再酸化による酸化膜形成が行われる。そして、その後、乾燥を行う。
Claims (9)
- 研磨後の半導体ウェーハを洗浄する半導体ウェーハの洗浄方法であって、
前記研磨後の半導体ウェーハをオゾン水により洗浄し酸化膜を形成する第一のオゾン水処理工程を行い、
該第一のオゾン水処理工程後、前記半導体ウェーハを炭酸水によりブラシ洗浄するブラシ洗浄工程を行い、
その後、前記半導体ウェーハをフッ酸により洗浄し前記酸化膜を除去した後、オゾン水により洗浄し再度酸化膜を形成する第二のオゾン水処理工程を１回以上行う、ことを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法。 - 前記第一のオゾン水処理工程及び前記ブラシ洗浄工程において、前記オゾン水及び前記炭酸水を常温かつｐＨ＝７．０以下とす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方法。
- 前記ブラシ洗浄工程において、前記炭酸水の濃度を１００ｐｐｍ以上１０００ｐｐｍ以下と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方法。
- 前記第一及び第二のオゾン水処理工程において、前記オゾン水の濃度を１０ｐｐｍ以上５０ｐｐｍ以下とす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方法。
- 前記第一及び第二のオゾン水処理工程において、前記形成する酸化膜の厚さを０．８ｎｍ以上１．５ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
- 前記第二のオゾン水処理工程において、前記フッ酸の濃度を１．０％以下とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
- 前記第二のオゾン水処理工程を、スピン洗浄またはバッチ洗浄で行うことを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
- 前記各工程で出た廃液のうち、前記オゾン水及び前記炭酸水の廃液を回収し再利用することを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
- 前記半導体ウェーハを、シリコンウェーハとすることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
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