JP2022509482A - 半導体製造のための方法および構成 - Google Patents

Abstract

洗浄水供給構成（５０）は、超純水製造ユニット（５４）と、供給配管（５２）と、動作制御手段（５３）と、超純水推進構成（５５）と、を含む。供給配管（５２）の第１端部は、超純水製造ユニット（５４）からの出口に対して接続されている。供給配管の第２端部は、半導体洗浄装置に対して接続されるように構成されている。動作制御手段（５３）は、要求に応じた所定量の超純水を製造するよう、超純水製造ユニット（５４）を制御するように構成されている。超純水推進構成（５５）は、不活性ガス供給源に対してのアクセスを有するとともに、所定量の超純水の供給後には、供給配管（５２）を、水が残らないように、不活性ガスを使用して浄化するように構成されている。また、半導体洗浄システムと、半導体製造システムと、洗浄水を供給するための方法と、が開示されている。

Description

本開示は、一般的には半導体製造に関し、特に半導体製造時の洗浄手順に関する。

半導体製品の品質は、製造時の清浄度に大きく依存する。半導体ウェハの製造は、今日では、少なくとも部分的にクリーンエリア内に収容された製造ライン内で行われるのが一般的である。製造時のクリーン条件の重要性は、製造される半導体製品の素子の線幅が小さくなるにつれて、増大する。

電子部品の製造では、今日の一般的な傾向は、より小さい線幅を有した電子回路を製造することである。今日では、いくつかの電子機器メーカは、線幅が約４００ｎｍのナノチップを市販している。しかしながら、研究プロジェクトでは、１０ｎｍや５ｎｍなどのさらに小さい線幅が報告されている。そのため、小型電子回路の多くのユーザは、線幅が１０ｎｍや５ｎｍのチップを市販製品とすることを、要求している。

しかしながら、研究成果と市販製品との間には、常に大きな隔たりが存在する。研究開発時に使用される手順は、大規模製造において直接的に実施するのには必ずしも適切ではない。

製造ラインは、５０個の、あるいは最大で１００個さえもの、あるいは、それ以上のプロセスステップを含み得る。製造時にチップに接触する粒子は、小さな線幅の電子機器を製造するに際しての、制限要因の１つである。この目的のために、製造ライン全体を超クリーンな環境に維持し、人との接触を可能な限り少なくすることが一般的である。特定のプロセスステップどうしの間では、例えば先行するプロセスステップからの余分な化学物質を除去するためにあるいは粒子を除去するために、チップのクリーニングが必要とされる。

典型的には、超純水（ＵＰＷ）製造ユニットが、超純水を製造し、超純水をタンクに貯蔵する。各クリーニングステップでは、化学物質および粒子を除去するために、このＵＰＷによって、チップを洗浄することができる。

公開された米国特許第６，４６１，５１９（Ｂ１）号明細書では、半導体製造を目的とした超純水を製造するプロセスが開示されている。第１の処理ステップでは、未処理の水が、例えば市水または湧き水が、特定レベルの清浄度へと到達するまで、前処理される。最終処理ステップは、分散化されており、それぞれの最終浄化ユニットは、各製造ユニットのクリーンエリアに近接したサービスエリア内に設けられている。このように最終処理を分割することで、第１処理ユニットからそれぞれの最終処理ユニットへと、低コストの配管を使用することが可能とされる。また、各最終処理ユニットと、対応する製造ユニットと、の間の距離が短いため、高品質の配管が使用され、汚染への寄与が少ない。

このようなアプローチは、洗浄水の清浄度を一歩前進させる。しかしながら、残りの低汚染の供給ラインは、依然として汚染に寄与しており、次の洗浄ステップを待つ貯蔵庫および／または配管内における超純水のすべての貯蔵は、依然として汚染の増加をもたらす。

一般的な目的は、半導体製造のための超純水の清浄度を向上させるための方法およびデバイスを提供することである。

上記の目的は、独立請求項による方法およびデバイスによって達成される。好ましい実施形態は、従属請求項に規定されている。

提案する技術による１つの利点は、半導体製造ラインの洗浄ステップに対して提供される超純水の清浄度が向上することである。他の利点は、詳細な説明を読むことにより、明瞭となるであろう。

本発明は、その更なる目的および利点とともに、添付図面と併せて以下の説明を参照することにより、最良に理解されるであろう。

図１は、半導体製造システムの一実施形態を概略的に示している。 図２は、半導体製造ステージの一実施形態を示している。 図３は、洗浄水供給方法の一実施形態における各ステップに関するフロー図を示している。 図４は、洗浄水供給構成の一実施形態に関する概略図を示している。

複数の図面にわたって、同様の構成部材または対応する構成部材に関しては、同じ参照符号を使用する。

超純水は、クリーニングの目的のために使用し得る興味深い特性を有している。飲料水をはるかに下回るレベルでの溶存物質の欠如により、超純水は、ほとんどすべての物質に対して強い親和性を有している。したがって、半導体製造ラインでのクリーニング液体として超純水を使用することは、非常に有利であり、それ自体は長年にわたって知られている。ナノチップを製造する際には、クリーニング液体からの粒子の残存が、製造プロセスにおいて得られる幾何学的構造を乱す可能性があるため、粒子が存在しないことは、また、重要なものとなる。

汚染との親和性が高いことにより、超純水は、また、貯蔵時におよび輸送時に物質を溶解させることとなる。超純水製造ユニットと、半導体製造ラインの洗浄ステップと、の間における貯蔵時間および輸送距離を最小とするために、大きな努力が行われてきた。超純水の作用にある程度は耐える材料によって被覆された配管および貯蔵容器が使用されている。しかしながら、そのような材料は、高価であり、汚染を完全に回避するものではない。製造されるチップの線幅が数ナノメートルになると、異なる製造ステップどうしの間における洗浄のために使用される水の品質は、さらに困難になる。

超純水内への物質の溶解は、その周囲の材料に依存するだけでなく、接触時間にも、すなわち超純水が物質を溶解するように作用する時間にも、依存することとなる。したがって、すべてのタイプの貯蔵が不利である。さらに、長い搬送配管も、また、超純水に対しての曝露時間を増加させる。

したがって、本明細書で提示する技術は、超純水が、クリーニング対象物以外の他の部品と接触する時間を、低減することを目的とする。

図１は、クリーンルームエリア２０内に収容された半導体製造ステージ１０がなすラインを有した半導体製造システム１の一実施形態を概略的に示している。ラインは、少なくとも１つの半導体製造ステージ１０を含むけれども、典型的には、多数のステージを、例えば５０個～１００個のステージを、含む。サービスエリア２５は、クリーンルームエリア２０内に配置し得ない必須サービスを供給するために、あるいは、クリーンルームエリア２０内に配置することが少なくとも不要であるような必須サービスを供給するために、クリーンルームエリアに沿っておよびクリーンルームエリアと関連して配置されている。

半導体製造ステージ１０のうちの少なくとも１つは、典型的には多数のものは、半導体洗浄装置４０と洗浄水供給構成５０とを有した半導体洗浄システム３０を含む。洗浄装置４０は、ディッピング、撹拌、遠心分離、またはこれらの組合せによって、半導体物品を洗い流すものであり、手動または自動で操作される。洗浄水供給構成５０に対しては、水配管５１によって、サービスエリア２５から、水が供給される。水配管５１によって供給される水は、清浄ではあるけれども超純水ではなく、典型的には通常の水道水である。

従来技術によるシステムでは、上記とは異なり、超純水の製造は、典型的にはサービスエリア内で行われ、超純水は、その後、供給配管によってクリーンルームエリア内へと搬送される。

洗浄水供給構成５０をクリーンルームエリア２０内に配置することにより、洗浄水供給構成５０を半導体洗浄装置４０に対して接続する供給配管５２を、極めて短くすることができる。本発明による洗浄水供給構成の開発は、クリーンルームでの操作を可能とする。超純水を製造する時には、ある程度の熱が、製造ユニットの周囲の容積内へと放散される。今日サービスエリアで使用されているような大型の製造ユニットに関しては、大型の製造ユニットをクリーンルームエリア内へと移動させた場合には、放出熱量が問題となる。しかしながら、製造ライン全体に広がっている小さな局所的な超純水製造ユニットに関しては、特定の冷却構成がなくても、典型的には、熱放出は、許容可能であることとなる。

半導体製造システム１は、当然のことながら、クリーンルームエリア２０とサービスエリア２５との両方において、他の多くの機能を含む。しかしながら、それらの機能は、それ自体が従来技術において周知であり、本明細書が提示する技術にとって決定的に重要なものではないため、本明細書では省略されている。

図２は、半導体製造ステージ１０の一実施形態を、より詳細に示している。半導体製造ステージ１０は、半導体製造プロセスのプロセスステップを実行するために設置されたプロセスユニット１１を含む。半導体物品は、原料としてあるいは先行するステージから、入口１２を介して、プロセスユニット１１内へと搬入される。半導体物品は、それ自体が従来技術において公知であるプロセスに従って、プロセスユニット１１内において処理される。プロセスが終了して、処理済みの半導体物品を洗浄するに際し、半導体物品は、接続部材１３を介して、半導体洗浄システム３０の半導体洗浄装置４０内へと移送される。

これに代えて、プロセスユニット１１と半導体洗浄装置４０とは、１つの共通ユニットとして統合することができる。

半導体洗浄装置４０における洗浄プロセスは、所定量の超純水を必要とする。この量は、典型的には、ラインの設置に関連して、例えば超純水の量の関数として廃棄率を監視することによって、決定される。このように決定される超純水の必要量は、製造プロセス時における以降の様々な機会に、更新され得る。

処理済みの半導体物品が洗浄待ちである時点で、洗浄水供給構成５０は、半導体洗浄装置４０のニーズに対応した所定量の超純水を半導体洗浄装置４０に対して供給するように要求される。この供給の動作については、より詳細に後述する。

洗浄プロセスが終了すると、洗浄済みの半導体物品は、出口１４を介して、次の半導体製造ステージ１０へと、あるいは最終製品として、搬出される。

図３は、洗浄水を供給する方法の一実施形態における各ステップに関するフロー図を示している。ステップＳ２では、洗浄水供給構成が、所定量の超純水の供給に関する要求を受領する。ステップＳ４では、所定量の超純水を製造する。このように、この製造は、要求に応じてのみ行われる。ステップＳ６では、製造に直接的に関連して、所定量の超純水を、供給配管を通して半導体洗浄装置に対して供給する。供給が行われる時には、供給配管内には、典型的には、いくらかの量の超純水が残存する。このような超純水を、次の供給機会までの間に供給配管内に留めておいた場合には、超純水がかなり汚染されてしまいかねない。そこで、ステップＳ８では、供給配管を、水が残らないように、浄化する。この浄化は、供給配管を通して所定量の超純水を供給した後に、好ましくはそのような供給の直後に、不活性ガスを使用して行う。このようにして、供給システム内には、超純水が残存することがない。

図４は、洗浄水供給構成５０の一実施形態に関する概略図を示している。水配管５１は、超純水製造ユニット５４に対して接続されている。超純水製造ユニット５４から供給配管５２を通して超純水を供給するために、超純水推進構成５５が配置されている。供給配管５２は、第１端部が超純水推進構成５５に対して接続され、第２端部が半導体洗浄装置に対して接続されている。超純水推進構成５５は、例えばサービスエリア内に配置されたガス供給源に対して接続されたガス配管５６によって示されているように、不活性ガス供給源に対するアクセスを有している。これに代えて、ガス容器５７を設けることができる。

一実施形態では、超純水製造ユニット５４は、より詳細に後述するようにして、要求に応じて超純水を製造する。超純水は、複数のレセプタクル６０内に準備される。好ましくは、レセプタクル６０は、順次的に充填され、これにより、より詳細に後述するように、フェーズをずらせつつ導出する手順を容易とする。レセプタクル６０の超純水を、供給配管５２内へと導出する時には、加圧された不活性ガスを含有しているガス配管５６と、導出を行うべきレセプタクル６０の第１端部と、の間に、ガス接続部材５９が接続される。これにより、加圧された不活性ガスは、レセプタクル６０の内容物を、第２端部を介して供給配管５２内へと吹き込み、洗浄装置内への更なる搬送を行う。典型的な３０ｐｓｉの圧力の不活性ガスは、典型的には、ほとんどのクリーンルーム施設において既に設置されており、このような目的のためにも有利に使用することができる。超純水推進構成５５は、水の供給フェーズ時には、一度につき１つのレセプタクル６０から導出し得るように構成されている。これは、図示のような可動式のガス接続部材５９によって、あるいは、個別に操作されるバルブを有した固定式のガス接続部材によって、のいずれかにより、行うことができる。

言い換えれば、超純水製造ユニット５４は、製造された超純水が導入されるとともに製造された超純水が供給配管５２へと導出される複数のレセプタクル６０を含む。

他の実施形態では、供給配管へと供給されるべき新規に製造された超純水を受領するために、単一のレセプタクルが使用されてもよい。

また、他の実施形態では、供給配管を通しての超純水の供給は、他の手段によって、例えばポンピングによって、推進されてもよい。

超純水推進構成５５は、供給配管５２を通して所定量の超純水を供給した後には、供給配管５２を、水が残らないように、不活性ガスを使用して浄化するように構成されている。例えば図４のレセプタクル６０などの、超純水と接触するための追加的な容積または追加的な配管が使用される場合、これらも、使用後には、好ましくは浄化される。この目的のために不活性ガスが使用され、供給配管５２から、残存している超純水を吹き飛ばすとともに、供給配管５２の内面を少なくとも部分的に乾燥させる。これにより、供給配管５２（あるいは、存在する場合には、レセプタクル）内には、もはや水が存在しないことが確保され、ひいては、供給配管５２の内面から溶解する汚染粒子または汚染物質が存在しないことが確保される。

洗浄水供給構成５０は、超純水製造ユニット５４の動作を制御する動作制御手段５３をさらに含む。動作制御手段５３は、超純水に関する要求を受領するように構成されている。製造されるべき超純水の量は、予め設定されているか、あるいは、要求に添付されているか、のいずれかである。よって、動作制御手段５３は、超純水の所定量を設定し得るように構成されていることが好ましい。動作制御手段５３は、要求に対する応答として所定量の超純水を製造するよう、超純水製造ユニットを制御するように構成されている。

好ましくは、超純水に関する要求には、また、超純水が供給されるべき提供時刻も添付されている。動作制御手段５３は、好ましくは、新規に製造された要求量の超純水が要求時刻に確実に利用可能となるのに適した製造開始時刻を決定する。この製造時刻は、製造ラインに一切の停滞が生じないよう、洗浄が開始される時点で超純水が確実に利用可能であるように計画されるべきである。しかしながら、同時に、製造と消費との間の平均時間ができるだけ小さく維持されるように、すなわち、最後に製造される超純水の液滴が、供給配管５２内へと供給される直前に製造されるように、製造時刻が計画されるべきである。

言い換えれば、動作制御手段５３は、受領した要求が設定した時刻に、所定量の超純水を新規に製造して供給するよう、超純水製造ユニット５４の動作タイミングを制御するように構成されている。

図４の実施形態では、レセプタクル６０は、半導体洗浄装置が超純水を受領する準備ができた時点で順次的に充填することができ、レセプタクル６０からは、同じ順序で導出される。このことは、最初のレセプタクルからの導出を行うのと同時に、最後の（いくつかの）レセプタクル６０を充填し得るという点で、タイミングを最適化する可能性さえ与える。このようにして、レセプタクル内への貯蔵時間が短縮される。

好ましくは、所定量の超純水は、上述したように、半導体洗浄装置における洗浄動作によって必要とされる水の量に等しい。

好ましい実施形態では、洗浄水供給構成５０は、水分析セクションをさらに含む。そのようなセクションは、所定量の超純水から抽出された超純水テスト容積中の粒子含有量を測定するように構成されている。超純水テスト容積の水は、分析後に洗浄手順内へと戻ることは許容されておらず、このことは、所定量の超純水が、この抽出した容積を補償しなければならないことを意味する。このようにして、超純水の清浄度を検証することができる。半導体製品に、欠陥品の量が多くなりすぎた場合には、実際に使用された水品質の後方参照を利用することができ、これにより、製造ラインでの故障部品の発見を補助し得る。このような分析は、少なくとも１００ｎｍ前後の粒子サイズについては、従来技術においてそれ自体が公知の標準的分析手段に従って、例えば精密抵抗率測定に基づいて、行うことができる。

上述の様々な実施形態は、本発明のいくつかの例示として理解されるべきである。当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、それら実施形態に対して、様々な改変や組合せや変更を加え得ることは、理解されるであろう。特に、異なる実施形態における異なる部分的な解決方法は、技術的に可能であれば、他の構成において組み合わせることができる。しかしながら、本発明の範囲は、添付の請求項によって規定される。

Claims (13)

1. 洗浄水供給構成（５０）であって、
   －超純水製造ユニット（５４）と、
   －供給配管（５２）であり、その第１端部が、前記超純水製造ユニット（５４）からの出口に対して接続された供給配管（５２）と、を含み、
   前記供給配管の第２端部は、半導体洗浄装置（４０）に対して接続されるように構成されている、洗浄水供給構成（５０）において、
   －前記超純水製造ユニット（５４）のための動作制御手段（５３）であり、要求に応じた所定量の超純水を製造するよう、前記超純水製造ユニット（５４）を制御するように構成された動作制御手段（５３）を含むことと、
   －不活性ガスの供給源に対してのアクセスを有した超純水推進構成（５５）であり、前記供給配管（５２）を通して前記所定量の超純水を供給した後には、前記供給配管（５２）を、水が残らないように、前記不活性ガスを使用して浄化するように構成された超純水推進構成（５５）を含むことと、を特徴とする、洗浄水供給構成（５０）。
2. 前記超純水推進構成（５５）は、前記不活性ガスによって、前記供給配管（５２）を通して前記所定量の超純水を推進駆動するように構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の洗浄水供給構成（５０）。
3. 前記超純水製造ユニット（５４）は、クリーンルームエリア（２０）内において動作可能であるように構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の洗浄水供給構成（５０）。
4. 前記動作制御手段（５３）は、超純水の前記所定量を設定し得るように構成されていることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の洗浄水供給構成（５０）。
5. 前記動作制御手段（５３）は、受領した要求が設定した時刻に、前記所定量の超純水を新規に製造して供給するよう、前記超純水製造ユニット（５４）の動作タイミングを制御するように構成されていることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の洗浄水供給構成（５０）。
6. 前記超純水製造ユニット（５４）は、製造された超純水が導入されるとともに前記製造された超純水が前記供給配管（５２）へと導出される複数のレセプタクル（６０）を含むことを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項に記載の洗浄水供給構成（５０）。
7. 前記所定量の超純水から抽出された超純水テスト容積中の粒子含有量を測定するように構成された水分析セクションを含むことを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の洗浄水供給構成（５０）。
8. 半導体洗浄システム（３０）であって、
   －請求項１～７のいずれか一項に記載の洗浄水供給構成（５０）と、
   －前記供給配管（５２）の前記第２端部が接続されている半導体洗浄装置（４０）と、を含むことを特徴とする、半導体洗浄システム（３０）。
9. 前記所定量の超純水は、前記半導体洗浄装置（４０）における洗浄動作によって必要とされる水の量に等しいことを特徴とする、請求項８に記載の半導体洗浄システム（３０）。
10. 半導体製造システム（１）であって、
    －少なくとも１つの半導体製造ステージ（１０）を収容しているクリーンルームエリア（２０）と、
    －前記クリーンルームエリア（２０）と関連して配置されたサービスエリア（２５）と、を含む半導体製造システム（１）において、
    前記少なくとも１つの半導体製造ステージ（１０）のうちの少なくとも１つは、前記クリーンルームエリア（２０）内に配置された請求項８または９に記載の半導体洗浄システム（３０）を含み、
    前記半導体洗浄システム（３０）の前記洗浄水供給構成（５０）に対しては、前記サービスエリア（２５）から水が供給されることを特徴とする、半導体製造システム（１）。
11. 洗浄水を供給するための方法であって、
    －要求に応じた所定量の超純水を製造するステップ（Ｓ４）と、
    －前記製造に関連して、前記所定量の超純水を、供給配管（５２）を通して半導体洗浄装置（４０）に対して供給するステップ（Ｓ６）と、を含む方法において、
    －前記供給配管（５２）を通しての前記所定量の超純水の前記供給の後に、前記供給配管（５２）を、水が残らないように、不活性ガスを使用して浄化するステップ（Ｓ８）をさらに含むことを特徴とする、方法。
12. 前記供給配管（５２）を通しての前記超純水の前記供給は、前記不活性ガスによって、前記供給配管（５２）を通して前記超純水を推進することを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記所定量の超純水から抽出された超純水テスト容積中の粒子含有量を測定するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１１または１２に記載の方法。

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