JP4061989B2 - 半導体ウェーハのウエット処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハのウエット処理方法に係り、特に、集積回路等の半導体デバイスの形成に用いられるシリコン等の半導体ウェーハの洗浄などに用いて好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体ウェーハとしては、例えばＣＺ（チョクラルスキー）法で引上成長されたシリコン単結晶インゴットを加工して作製されたシリコンウェーハなどがある。このような半導体ウェーハは、表面に各種の薄膜がフォトリソグラフィ工程やエッチング工程等を経て所定のパターンで積層されることで、デバイスが形成される。
このような半導体ウェーハは、ウェーハの表面および裏面に平坦な主面と、これらの主面の周縁部に設けられる面取り部とを有しており、面取り部は、例えば主面に対して傾斜する傾斜面を有するものである。
【０００３】
半導体ウェーハは、作製時には最終仕上げとして洗浄を施され、またデバイス形成工程の各段階でも洗浄が施される。
この洗浄は、例えばＨＦ系あるいはＢＨＦ系、もしくはＳＣ−１等の洗浄液の入った洗浄槽に半導体ウェーハを浸して、表面に付着したパーティクルを除去し、その後洗浄槽から半導体ウェーハを引き上げて、リンス液の入ったリンス槽に浸してすすぎを行い、表面からパーティクルや洗浄液を除去する。このとき、半導体ウェーハは、主面を洗浄液またはリンス液の液面に対して直交する向きにした状態で出し入れされる。
ここで、上記の洗浄工程では、半導体ウェーハを複数の洗浄槽またはリンス槽に順次浸してゆくこともある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これら従来の半導体ウェーハでは、このように洗浄を施しても、パーティクルを効果的に除去することは困難であった。特にデバイス製造工程で使われるＨＦ系やＢＨＦ系等、フッ酸系の洗浄液による洗浄では、シリコンのベア面が露出するために、再付着によるパーティクルの転写が生じやすい。
このように半導体ウェーハの表面にパーティクルが転写されてしまうと、表面に形成されるデバイスに不良が生じやすくなってデバイスの収率が低下してしまう。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、半導体ウェーハ表面に付着するパーティクルを低減することのできる半導体ウェーハのウエット処理方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウェーハのウエット処理方法は、半導体ウェーハを処理液に浸漬してウエット処理する工程を繰り返し行う方法であって、
前記半導体ウェーハを前記処理液に浸漬する際に、前記半導体ウェーハの表面が上側になるように前記処理液面に対して傾いた状態とし、
前記処理液中から前記半導体ウェーハを引き上げる際に、パーティクルを含んだ処理液が残りにくく、次の槽に移した際に半導体ウェーハとともに持ち込まれるパーティクルの量が低減されるとともに、前記半導体ウェーハを前記処理液液面に漬けた際に、ウェーハ端部または裏面側に付着しているパーティクルが分離した場合や、前記処理液液面に浮遊しているパーティクルが前記半導体ウェーハの端部に巻き込まれた場合でも、このパーティクルが、前記ウェーハ端部付近から鉛直上側に上昇して、パーティクルが前記半導体ウェーハ表面に付着せずに分離するように前記半導体ウェーハの表面が前記処理液面に対して１５°〜４５°傾いた状態で前記半導体ウェーハを前記処理液に浸漬することにより上記課題を解決した。
本発明において、前記半導体ウェーハの表面が前記処理液面に対して１５°〜２０°傾いた状態で前記半導体ウェーハを前記処理液に浸漬する手段を採用することができる。
【０００７】
本発明の半導体ウェーハのウエット処理方法においては、半導体ウェーハの表面を洗浄液やリンス液等の処理面に対して傾けた状態でこの半導体ウェーハを処理液に浸すことにより、ウエット処理後に、半導体ウェーハ表面に付着しているパーティクル数を劇的に低減することができる。
ここで、半導体ウェーハの表面とは、後工程においてデバイス等を形成するより平坦に研磨した研磨面を意味する。
また、表面が上側になるようにとは、液面上にウェーハ厚み方向を水平にしてウェーハを位置し、下側端部を中心として厚み方向表面側から裏面に向かう方向９０°以内にウェーハを回動した位置にすることを意味する。
【０００８】
ここで、半導体ウェーハ表面を洗浄液等の処理液面に垂直に浸漬した場合に、パーティクルの除去が困難である理由としては、以下のようなことが考えられる。
洗浄槽中の洗浄液の液面（またはリンス槽中のリンス液の液面）には、以前に洗浄した半導体ウェーハから除去されたパーティクルや、空気中からもたらされたパーティクルが浮いている。このため、半導体ウェーハを洗浄液中またはリンス液中に出し入れする際に液面に浮いているパーティクルが巻き込まれて半導体ウェーハの表面に付着してしまっていることが考えられる。
また、半導体ウェーハを洗浄槽（またはリンス槽）から次の槽に移す際に、半導体ウェーハとともにパーティクルを含んだ洗浄液（またはリンス液）を次の槽に持ち込んでしまい、汚染された洗浄液（またはリンス液）によって洗浄（またはリンス）が行われていることが考えられる。
【０００９】
また、半導体ウェーハにおいて、デバイスが形成される表面では、その主面が高精度の平坦面に加工されている。すなわち、裏面（粗面）は表面に比べて相対的に面が粗く、微視的には裏面の表面積は表面の表面積よりも大きい。このため、裏面には表面よりもパーティクルの付着が生じやすく、半導体ウェーハを洗浄する際に、裏面に付着していたパーティクルが表面に回り込んで表面に転写されてしまっていることが考えられる。
【００１０】
上記のような状態に対し、半導体ウェーハを洗浄液中またはリンス液中に出し入れする際に、上述した本願発明のように半導体ウェーハを傾けることにより、液面に浮いているパーティクルが裏面側に巻き込まれやすくなるように洗浄液の流れが形成され、結果として表面にパーティクルが付着しにくくなっているためと思われる。
または、半導体ウェーハを傾けて洗浄液中に出し入れすることにより、洗浄液中またはリンス液中から半導体ウェーハを引き上げた際に、パーティクルを含んだ洗浄液またはリンス液が半導体ウェーハ表面に残りにくく、次の槽に移した際に半導体ウェーハとともに持ち込まれるパーティクルの量が低減されるためと思われる。
もしくは、半導体ウェーハを傾けて洗浄液中に出し入れすることにより、半導体ウェーハの洗浄の際に、裏面側に比べて表面側に付着するパーティクルの量が少なく、また裏面側に付着しているパーティクルが表面側に回りこみにくくなっているためと思われる。
【００１１】
さらに、上述したパーティクルの除去が困難である理由として、垂直に浸漬した場合にはウェーハ表面に再付着してしまう、また、液持ち込みのため再付着してしまういうことがあり、本願発明によれば、この様な再付着を防止することができる。具体的には、端面部からの液残りによる表面への回り込み防止、端面部も裏面同様、表面よりパーティクルが多く付着しているがこの回り込みによる再付着防止、両面研磨をおこなったウェーハにおいても回り込みによる再付着防止を図ることができる。
また、端面部が表面より加工精度が悪いため、特にＨＦ処理等のベア面処理をおこなう際にはパーティクルを含んだ洗浄液が端面部に一部液残りする可能性がある。この残った液により次工程のリンス槽にパーティクルを持ち込み、表面へと転写されてしまうが、本発明によれば、半導体ウェーハを傾けて洗浄液中に出し入れすることにより、このような再付着状態を低減することが可能となる。
また、両面研磨処理ウェーハにおいても、検査工程におけるハンドリング吸着による影響でパーティクルが付着されて、これが転写汚染源となる可能性があるが、本発明によれば、半導体ウェーハを傾けて洗浄液中に出し入れすることにより、再付着防止を図ることができる。
【００１２】
本発明において、半導体ウェーハの表面を処理液面に対して３°〜４５°傾けることが好ましく、より好ましくは、半導体ウェーハの表面を処理液面に対して１０°〜２０°傾けることができる。ここで、上記の角度を３°より小さくした場合には、半導体ウェーハ表面に付着するパーティクルを低減する効果が見られないため好ましくなく、また、上記の角度を４５°より大きくした場合には、処理液中で半導体ウェーハがあばれる、つまり、処理液に出し入れした際に処理液の形成する流れにより半導体ウェーハがラック等の保持手段内でがたがた振動する等半導体ウェーハの保持が不安定になるため好ましくない。
【００１３】
さらに、半導体ウェーハの表面が処理液面に対して１０°〜２０°傾いた状態とすることにより、半導体ウェーハ表面を処理液面に対して垂直に出し入れした場合に比べて、半導体ウェーハ表面に付着するパーティクルの個数を２０〜３０％削減することができるため、より好ましい。
上記の半導体ウェーハの表面を処理液面に対して３°〜４５°または１０°〜２０°傾けるとは、半導体ウェーハ表面が上側になる状態として、半導体ウェーハ表面の面内方向を鉛直方向に向けた際の鉛直方向に位置するウェーハ径方向と、鉛直方向と、がなす角が上記の様に設定されることをいう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る半導体ウェーハのウエット処理方法の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明にかかる半導体ウェーハのウエット処理方法を示す縦断面図、図２は図１における半導体ウェーハ端部を拡大した断面図、図３は半導体ウェーハを垂直にした状態における半導体ウェーハ端部を拡大した断面図である。
図において、符号Ｗは半導体ウェーハ、Ｈは処理液面、Ｖは鉛直方向である。
【００１５】
本実施形態では、半導体ウェーハＷとして、ＣＺ法で引上成長されたシリコン単結晶のインゴットを加工して作製されたシリコンウェーハを用いている。 この半導体ウェーハＷは略円板形状をなしており、表面Ｗ１がほぼ平坦な主面とされ、その周縁部に取り部が設けられている。
また、裏面Ｗ２は、平坦面である主面と、周縁部に形成された取り部とを有している。
【００１６】
このように構成される半導体ウェーハＷは、従来の半導体ウェーハと同様に、作製時には最終仕上げとして洗浄を施され、またデバイス形成工程の各段階でも洗浄が施される。
半導体ウェーハＷの洗浄工程では、まず、半導体ウェーハＷは、例えばＨＦ系あるいはＢＨＦ系、もしくはＳＣ−１等の洗浄液（処理液）の入った洗浄槽に浸されることで、表面に付着したパーティクルが除去される。ここで、デバイス製造工程で使われるＨＦ系やＢＨＦ系等、フッ酸系の洗浄液による洗浄を行った場合には、洗浄によってシリコンのベア面が露出することとなる。
【００１７】
その後、洗浄槽から半導体ウェーハＷを引き上げて、リンス液（処理液）の入ったリンス槽に浸してすすぎを行うことで、半導体ウェーハＷからパーティクルや洗浄液を除去する。
この洗浄工程においては、洗浄槽及びリンス槽をそれぞれ一槽ずつ用意し、これらに半導体ウェーハＷを順次浸してゆくようにしてもよく、また洗浄槽やリンス槽を複数用意して、これら複数の洗浄槽及びリンス槽に半導体ウェーハＷを順次浸してゆくようにしてもよい。
【００１８】
上記の洗浄工程において、図１，図２に示すように、半導体ウェーハＷは、表面Ｗ１が上側になるように洗浄液やリンス液等の処理面Ｈに対して傾けた状態で出し入れされる。
ここで、半導体ウェーハＷは、図１，図２に示すように、その表面Ｗ１と平行で半導体ウェーハＷの中心を通る上下方向の中心線Ｃと鉛直方向Ｖとのなす角を角度θとして、３°≦θ≦４５°となるように処理液面Ｈに対して傾けることが好ましい。言い換えると、半導体ウェーハＷは、その表面Ｗ１の法線と処理液面Ｈとのなす角を同じく角度θとして、３°≦θ≦４５°となるように処理液面Ｈに対して傾けることが好ましく、より好ましくは、上記の角度θを１０°≦θ≦２０°とすることができる。
【００１９】
上記の角度θを３°より小さくした場合には、半導体ウェーハ表面Ｗ１に付着するパーティクルＰを低減する効果が充分でないため好ましくなく、また、上記の角度θを４５°より大きくした場合には、処理液中で半導体ウェーハＷがあばれる、つまり、処理液面Ｈからウェーハを出し入れした際に、処理液の形成する流れにより半導体ウェーハＷがラック等の保持手段内でがたがた振動する等半導体ウェーハＷの保持が不安定になるため好ましくない。
【００２０】
さらに、半導体ウェーハＷの表面Ｗ１が処理液面Ｈに対して１０°≦θ≦２０°傾いた状態とすることにより、図３に示す半導体ウェーハ表面Ｗ１を処理液面Ｈに対して垂直に出し入れした場合に比べて、半導体ウェーハ表面Ｗ１に付着するパーティクルＰの個数を２０〜３０％削減することができるため、より好ましい。
【００２１】
洗浄槽中の洗浄液の液面、またはリンス槽中のリンス液の液面には、以前に洗浄した半導体ウェーハから除去されたパーティクルや、空気中からもたらされたパーティクルが浮いていることがある。
本実施形態においては、半導体ウェーハＷを上記のように角度θを設定して、処理液面Ｈに対して傾けることにより、半導体ウェーハＷの表面Ｗ１にパーティクルＰを付着しにくくすることができる。
【００２２】
これは、半導体ウェーハＷを洗浄液中またはリンス液中に出し入れする際に、半導体ウェーハＷを角度θ傾けたことにより、液面Ｈに浮いているパーティクルＰが裏面Ｗ２側に巻き込まれやすくなり、結果として表面Ｗ１にパーティクルＰが付着しにくくなっており、また裏面Ｗ２側に付着しているパーティクルＰが表面Ｗ１側に回りこみにくくなっているためと思われる。
【００２３】
さらに、半導体ウェーハＷを角度θ傾けたことにより、洗浄液中またはリンス液中から半導体ウェーハＷを引き上げた際に、パーティクルＰを含んだ洗浄液またはリンス液が残りにくく、次の槽に移した際に半導体ウェーハＷとともに持ち込まれるパーティクルの量が低減されるためと思われる。さらに、端面部にパーティクルを含んだ液残りがあった場合にも、リンス液液面Ｈに漬けた際に、表面Ｗ１にパーティクルが再付着しにくくすることができる。
【００２４】
もしくは、半導体ウェーハＷを液面Ｈに漬けた際に、ウェーハＷ端部または裏面Ｗ２側に付着しているパーティクルＰが洗浄されて分離した場合や、液面Ｈに浮遊しているパーティクルＰがウェーハＷの端部に巻き込まれた場合でも、半導体ウェーハＷを角度θ傾けたことにより、このパーティクルＰが、図２に矢印Ｐ１で示すように、ウェーハＷ端部付近から鉛直上側に上昇することになる、つまり、パーティクルＰが表面Ｗ１に付着せずに分離するため、洗浄工程終了後に表面Ｗ１に付着しているパーティクルＰの量が少なくなるためと思われる。
【００２５】
このように、本実施形態にかかる半導体ウェーハＷのウエット処理方法によれば、半導体ウェーハＷを角度θ傾けたために、洗浄を施すことでパーティクルＰを効果的に除去するとともに、再付着を防止することができるので、表面ｗ１に付着するパーティクルＰの量を低減することができる。
これにより、半導体ウェーハＷにおいてデバイスの形成される表面Ｗ１にパーティクルＰが転写されにくくなり、表面Ｗ１に形成されるデバイスに不良が生じにくくなってデバイスの収率が向上する。
【００２６】
より具体的には、本実施形態のウエット処理方法において、半導体ウェーハＷが、図１，図２に示すように、その表面Ｗ１と平行で半導体ウェーハＷの中心を通る上下方向の中心線Ｃと鉛直方向Ｖとのなす角を角度θとして、３°≦θ≦４５°となるように処理液面Ｈに対して傾けることにより、表面Ｗ１に付着するパーティクルＰの量を低減することができる。
さらに、上記の角度θを１０°≦θ≦２０°とすることにより、表面Ｗ１に付着するパーティクルＰの個数を２０〜３０％削減することができる。
【００２７】
【実施例】
ここで、本発明にかかる半導体ウェーハのウエット処理方法（以下実施例とする）と、従来の半導体ウェーハのウエット処理方法（以下、従来例とする）とで、洗浄によるパーティクルの除去効果を比較した。
【００２８】
実施例として、それぞれ直径２０ｃｍのポリッシュトウェーハ（８インチウェーハ）を１００枚用意して、これら半導体ウェーハＷを、処理液面Ｈに対して傾けて出し入れをおこなうことで洗浄をおこなった。
ここで、上記実施形態のように、全ての半導体ウェーハＷが、図１，図２に示すように、その表面Ｗ１と平行で半導体ウェーハＷの中心を通る上下方向の中心線Ｃと鉛直方向Ｖとのなす角を角度θとして、θ＝１５°となるように処理液面Ｈに対して傾けた。
【００２９】
従来例は、実施例と同様に１００枚の半導体ウェーハＷを、図３に示すように、処理液面Ｈに対して垂直に出し入れして洗浄をおこなった。
【００３０】
そして、各試料をＳＣ−１の入った洗浄槽で５分間洗浄した後に５％ＨＦの入った洗浄槽で１分間洗浄し、この洗浄工程を３回繰り返し行った後に各試料上に残留している直径０．１μｍ以上のパーティクルの数をパーティクルカウンターによって計測し、この結果をもとに、洗浄効果の差を検証した。ここで、パーティクルカウンターとしては、ＫＬＡテンコール社製ｓｕｒｆｓｃａｎ ６４２０を用いた。
【００３１】
その結果、残留パーティクル数の平均は、従来例では５７．６個であるのに対し、実施例では１４．３個と、従来例に比べて明らかに少なかった。
【００３２】
上記の結果から、半導体ウェーハを１５°傾けることにより、半導体ウェーハを垂直に洗浄した場合に比べて、洗浄後に表面Ｗ１に付着しているパーティクルＰの個数を平均して２０〜３０％削減できることがわかる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の半導体ウェーハのウエット処理方法によれば、半導体ウェーハの表面を洗浄液やリンス液等の処理面に対して傾けた状態でこの半導体ウェーハを処理液に浸すことにより、ウエット処理後に、半導体ウェーハ表面に付着しているパーティクル数を低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る半導体ウェーハのウエット処理方法の一実施形態を示す縦断面図である。
【図２】 図１における半導体ウェーハ端部を拡大した断面図である。
【図３】 半導体ウェーハを垂直にした状態を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｗ 半導体ウェーハ
Ｗ１ 表面
Ｗ２ 裏面
Ｈ 処理液面
Ｖ 鉛直方向

Claims (2)

1. 半導体ウェーハを処理液に浸漬してウエット処理する工程を繰り返し行う方法であって、
   前記半導体ウェーハを前記処理液に浸漬する際に、前記半導体ウェーハの表面が上側になるように前記処理液面に対して傾いた状態とし、
   前記処理液中から前記半導体ウェーハを引き上げる際に、パーティクルを含んだ処理液が残りにくく、次の槽に移した際に半導体ウェーハとともに持ち込まれるパーティクルの量が低減されるとともに、前記半導体ウェーハを前記処理液液面に漬けた際に、ウェーハ端部または裏面側に付着しているパーティクルが分離した場合や、前記処理液液面に浮遊しているパーティクルが前記半導体ウェーハの端部に巻き込まれた場合でも、このパーティクルが、前記ウェーハ端部付近から鉛直上側に上昇して、パーティクルが前記半導体ウェーハ表面に付着せずに分離するように前記半導体ウェーハの表面が前記処理液面に対して１５°〜４５°傾いた状態で前記半導体ウェーハを前記処理液に浸漬することを特徴とする半導体ウェーハのウエット処理方法。
2. 前記半導体ウェーハの表面が前記処理液面に対して１５°〜２０°傾いた状態で前記半導体ウェーハを前記処理液に浸漬することを特徴とする請求項１記載の半導体ウェーハのウエット処理方法。

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