JP4085356B2 - 半導体ウェーハの洗浄乾燥方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの洗浄乾燥方法、詳しくは研磨面のパーティクルが少なく、またウェーハの素材よりもイオン化傾向が小さい金属の研磨面への吸着を防ぐ半導体ウェーハの洗浄乾燥方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
仕上げ研磨されたシリコンウェーハには、洗浄が施される。この研磨後の洗浄の一種として、“水研磨”と呼ばれる方法が知られている。これは、研磨装置による仕上げ研磨後、研磨剤に代えて超純水を研磨布上に供給しながら、研磨装置を運転してシリコンウェーハの研磨面をリンスし、研磨面に付着した研磨剤を洗い流すものである。
次に、(1) この水研磨されたシリコンウェーハの表面に、超純水をジェットスプレーしながら、回転中のパフを押し付けることでスクラビングされ、その後、スピン乾燥される。スクラビングによる洗浄は、１μｍ以上の微粒子を除去するのに有効である。
また、他の洗浄法として、(2) 例えば上記超純水による水研磨後、界面活性剤を含む超純水を研磨布上に供給しながら別の水研磨を施し、次にこのウェーハを超純水の保管水を入れた保管タンクに収納し、保管タンクをスピン乾燥のステージまで搬送する。ここで、シリコンウェーハをスピン乾燥するという方法も知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、(1) のスクラビングを伴う従来の洗浄乾燥方法では、スクラビングによってシリコンウェーハのＳｉ面が露出する。このウェーハのＳｉ面は疎水性の面であって、このＳｉ面が露出した状態でスピン乾燥すると、例えばＳｉ化膜のような親水性の表面に比べて、ウェーハの表面にパーティクルが付着しやすい。しかも、疎水性の表面に付着したパーティクルは除去されにくい。
一方、(2) の超純水入りの保管タンクを用いたシリコンウェーハの保管・搬送にあっては、超純水中で、Ｓｉよりもイオン化傾向が小さいＣｕなどの金属が、シリコンウェーハの表面に吸着するおそれがあった。Ｃｕは、例えば研磨剤中に不純物として含まれている。
【０００４】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、乾燥直前のシリコンウェーハの表面を、従来の疎水性ではなく親水性とすれば、シリコンウェーハの表面に、パーティクルが付着しにくいこと、また、Ｓｉよりもイオン化傾向が小さい金属が付着しにくいことを知見し、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、研磨面のパーティクルを低減することができる半導体ウェーハの洗浄乾燥方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、ウェーハの素材よりもイオン化傾向が小さい金属の研磨面への付着を防止することができる半導体ウェーハの洗浄乾燥方法を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハへの表面研磨直後の研磨装置上で、表面研磨された前記半導体ウェーハに超純水を使用して超純水リンスを行い、前記半導体ウェーハの研磨面に付着した研磨砥粒を除去する超純水リンス工程と、この超純水リンス工程直後の同じ前記研磨装置上で、超純水リンスされた前記半導体ウェーハに対して界面活性剤を含む洗浄液を使用する界面活性剤リンスを行い、前記半導体ウェーハの表面に前記界面活性剤の被膜を形成する界面活性剤リンス工程と、この界面活性剤リンス工程後、前記半導体ウェーハを乾燥する乾燥工程とを備えた半導体ウェーハの洗浄乾燥方法である。
【０００７】
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられる。
半導体ウェーハは、少なくともデバイス形成面となるウェーハの表面が研磨されていればよい。すなわち、表裏両面を研磨したウェーハでもよい。表面だけが研磨された半導体ウェーハの製造時には、例えば片面研磨装置が採用される。一方、両面研磨ウェーハの作製時には、この片面研磨装置を採用してもよいし、遊星歯車方式などの両面研磨装置を採用してもよい。
洗浄工程は、研磨後に行われる洗浄が、界面活性剤を含む洗浄液を使用した洗浄であればよい。したがって、最終洗浄の前の段階で、超純水による洗浄が行われていてもよい。
洗浄液としては、界面活性剤を含む超純水などが挙げられる。界面活性剤の種類は限定されない。ただし、非イオン性の界面活性剤が好ましい。または水溶性の高分子樹脂でもよい。
【０００８】
界面活性剤の濃度は１〜１０ｗｔ％、好ましくは２〜５ｗｔ％である。１ｗｔ％未満では完全に研磨した面内を親水化できない。また、１０ｗｔ％を超えると研磨布に界面活性剤の成分が残って摩擦抵抗が低下し、研磨自体に影響がある。
半導体ウェーハのスピン乾燥時には、高速回転による遠心力を利用してウェーハの表面に付着した水分を吹き飛ばすスピン乾燥装置が使用される。
【０００９】
洗浄後の半導体ウェーハは、界面活性剤を含む保管水が貯液された保管タンクに保管し、その後、この保管タンクを乾燥が施されるステージまで搬送するようにしてもよい。
半導体ウェーハを保管タンク中の保管水に浸漬すると、界面活性剤の作用によって半導体ウェーハの表面に薄い洗浄液の膜が形成される。これにより、仮にウェーハの素材よりもイオン化傾向が小さい金属が保管水に溶けても、半導体ウェーハを保管タンク内で保管したり、保管タンクごとスピン乾燥のステージまで搬送する間に、半導体ウェーハの表面に金属が付着しにくい。
界面活性剤は、非イオン性の界面活性剤としてもよい。非イオン性の界面活性剤としては、例えば日化精工（株）製の「ドライノン」を採用することができる。
界面活性剤は、水溶性の高分子樹脂としてもよい。
乾燥は、スピン乾燥でもよい。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記乾燥が、引き上げ乾燥である請求項１に記載の半導体ウェーハの洗浄乾燥方法である。
【００１１】
【作用】
この発明によれば、表面研磨された半導体ウェーハを、表面研磨直後の研磨装置上で超純水リンスし、半導体ウェーハの研磨面に付着した研磨砥粒を除去する。次に、超純水リンス工程直後の同じ研磨装置上で、超純水リンスされた半導体ウェーハに界面活性剤リンスする。ここでは、界面活性剤を含む洗浄液が使用される。これにより、半導体ウェーハの表面に界面活性剤の被膜が形成され、乾燥される半導体ウェーハの研磨面は親水性の面となる。この親水性の研磨面にスクラビングを施すことなく半導体ウェーハをそのまま乾燥させる。その結果、スクラビングを施すことでウェーハの研磨面が疎水性の面となる従来法に比べて、半導体ウェーハの研磨面にパーティクルが付着しにくい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。まず、第１の実施例を説明する。
図１（ａ）は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における仕上げ研磨工程を示す断面図である。図１（ｂ）は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における超純水リンス工程を示す断面図である。図１（ｃ）は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における界面活性剤入り超純水リンス工程を示す断面図である。図１（ｄ）は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるスピン乾燥工程を示す断面図である。図２は、この発明法により得られた半導体ウェーハと、従来法により得られた半導体ウェーハとの各表面に付着したパーティクル数を比較したグラフである。
【００１３】
ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程で、厚さ８６０μｍ程度の８インチのシリコンウェーハにスライスされる。このスライスドウェーハは、続く１次面取り工程で、その外周部に１次面取り砥石が押し付けられ、所定の形状に粗く面取りされる。
次のラッピング工程では、シリコンウェーハを互いに平行なラップ定盤間に配置し、ラップ液を流し込みながら、シリコンウェーハの表裏両面を機械的にラッピングする。
このラップドウェーハの外周部は、仕上げ面取り砥石により仕上げ面取りされる。次に、フッ酸と硝酸とを混合した混酸液によって、シリコンウェーハがエッチングされる。それから、エッチドウェーハの外周部がＰＣＲ加工され、このＰＣＲ加工後のシリコンウェーハの表面に１次研磨が施される。
【００１４】
次いで、この１次研磨されたシリコンウェーハの表面が仕上げ研磨される。ここでは、図１（ａ）に示すような仕上げ研磨装置１０が用いられる。仕上げ研磨装置１０は、上面に仕上げ研磨用の研磨布１１が展張された研磨定盤１２と、この研磨定盤１２の上方に対向配置され、下面にシリコンウェーハＷが展張された研磨ヘッド１３とを備えている。
研磨ヘッド１３の下面には、円板形状のキャリアプレート１４が着脱自在に取り付けられている。キャリアプレート１４の下面には、４枚のシリコンウェーハＷがワックス貼着されている。
研磨時には、スラリーノズル１５を介して、仕上げ研磨用の研磨剤（スラリー）を仕上げ研磨用の研磨布１１に供給しながら、シリコンウェーハＷを研磨布１１の表面（研磨作用面）に、所定の相対回転速度および所定の研磨圧で摺接させ、シリコンウェーハＷの表面を鏡面研磨する。
【００１５】
こうして得られたシリコンウェーハＷは、次に研磨装置１０を利用して、研磨剤に代えた超純水を研磨布１１上に供給しながら水研磨される（図１（ｂ））。
超純水の供給量は５〜１０リットル／分である。この水研磨により、研磨時に付着した研磨剤がシリコンウェーハＷから洗い流される。超純水によるリンス時間は１〜２分である。
次いで、２ｗｔ％の界面活性剤を含む超純水を研磨布１１上に供給しながら他の水研磨を施す（図１（ｃ））。これが、洗浄工程における最終洗浄となる。界面活性剤には、非イオン性の日化精工（株）製の「ドライノン」が採用される。界面活性剤を含んだ超純水によりリンスすることで、シリコンウェーハＷの研磨面に、界面活性剤による薄い洗浄液の膜が生じる。その結果、シリコンウェーハＷの研磨面は親水性の面となる。このときのリンス時間は１〜２分である。
【００１６】
次に、シリコンウェーハＷをスピン乾燥する。なお、スピン乾燥ではなく引き上げ乾燥でもよい。使用するスピン乾燥装置２０は、平面視して円形状のウェーハ保持板２１にキャリアプレート１４を固定し、ウェーハ保持板２１を回転モータ２２により回転する汎用タイプである。
乾燥時には、ウェーハ保持板２１上に、最終洗浄によって研磨面が親水性の面で維持されたシリコンウェーハＷの裏面を、キャリアプレート１４を介して真空吸着する。その後、回転モータ２２によってウェーハ保持板２１を高速回転すると、シリコンウェーハＷの研磨面に付着した水分が遠心力によって吹き飛ばされ、短時間のうちに研磨面が乾燥される。ウェーハ保持板２１の回転速度は７００〜１０００ｒｐｍである。乾燥時間は１〜２分である。
このように、仕上げ研磨されたシリコンウェーハＷを、界面活性剤を含む超純水により最終洗浄して研磨面を親水性の面とし、この親水性の面を維持したまま、従来のスクラビング工程を経ることなく、直接、スピン乾燥する。これにより、ウェーハ乾燥時、ウェーハ研磨面が疎水性だった従来法に比べて、このシリコンウェーハＷの表面にパーティクルが付着しにくい。図２は、この表面のパーティクル数をパーティクルカウンタで測定したものである。
【００１７】
次に、図３〜図５に基づき、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法を説明する。
図３（ａ）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における仕上げ研磨工程を示す断面図である。図３（ｂ）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における超純水リンス工程を示す断面図である。図３（ｃ）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における界面活性剤入り超純水リンス工程を示す断面図である。図４（ａ１）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるウェーハ搬出工程を正面視した断面図である。図４（ａ２）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるウェーハ搬出工程を側面視した断面図である。図４（ｂ１）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるウェーハ押し上げ工程を正面視した断面図である。図４（ｂ２）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるウェーハ押し上げ工程を側面視した断面図である。図４（ｃ１）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における引き上げ乾燥工程を正面視した断面図である。図４（ｃ２）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における引き上げ乾燥工程を側面視した断面図である。図５は、この発明法により得られた半導体ウェーハと、従来法により得られた半導体ウェーハとの各表面におけるＣｕ濃度を比較したグラフである。Ｃｕ濃度測定は常法による。
【００１８】
この第２の実施例の特長は、研磨装置としてワックスレスタイプの研磨装置２０を採用し、スピン乾燥に代えて引き上げ乾燥を採用した点である。図３（ａ）に示すように、研磨装置２０は、研磨ヘッド１３の下面に環状のテンプレート１６が固着されている。テンプレート１６の内側には、シリコンウェーハＷの直径より若干大径な孔部１６ａが形成され、この孔内にバックパッド（スエードパッドなど）１７が収納されている。バックパッド１７の発泡層（ナップ部）とシリコンウェーハＷの裏面とに純水を供給し、その純水の表面張力によってシリコンウェーハＷがハンドリングされる。
【００１９】
図３（ａ）の仕上げ研磨が施されたシリコンウェーハＷは、次に超純水によってリンスされる（図３（ｂ））。それから、界面活性剤入りの超純水による最終洗浄を行う（図３（ｃ））。次いで、シリコンウェーハＷをウェーハカセット３０に挿填し、このウェーハカセット３０を保管水入りの保管タンク３１に収納する（図４（ａ１，ａ２））。これを最終洗浄のステージから搬出し、必要によって一時保管後、保管タンク３１をシリコンウェーハＷの引き上げ乾燥が施される乾燥ステージまで搬送する。この保管水には、２ｗｔ％の界面活性剤を含む超純水を採用している。
この乾燥ステージでは、ウェーハカセット３０内のシリコンウェーハＷが、液面下に配された押し上げ装置の押し上げ部材３２によって押し上げられる。これにより、シリコンウェーハＷの上部だけが液面上に配置され（図４（ｂ１，ｂ２）、その後、上方から下降してきた引き上げ装置の１対の把持アーム３３により、シリコンウェーハＷが両側方から把持される。次いで、把持アーム３３が上昇し、シリコンウェーハＷが完全に液面から引き上げられる。この状態が所定時間だけ保持されて、シリコンウェーハＷの引き上げ乾燥が行われる（図４（ｃ１，ｃ２））。
ところで、保管タンク３１に収納する前に、あらかじめ２種類の水研磨を施しても（図３（ｂ）、（ｃ））、シリコンウェーハＷの研磨面に不純物が若干残ることがある。このような場合には、シリコンウェーハＷを保管タンク３１に収納した際、保管水中にＳｉよりもイオン化傾向が小さいＣｕなどの金属が溶け、それがシリコンウェーハＷの表面に付着するおそれがあった。
【００２０】
しかしながら、この第２の実施例では、あらかじめ保管水中に界面活性剤が含まれているので、この界面活性剤の作用により、シリコンウェーハＷの表面に薄い洗浄液の膜が生じる。これにより、仮にＳｉよりもイオン化傾向が小さいＣｕが水中に溶けていても、シリコンウェーハＷを保管タンク３１内で保管したり、この保管タンク３１を引き上げ乾燥のステージまで搬送する間に、このウェーハの表面にＣｕが付着しにくい（図５参照）。なお、このＣｕは、研磨剤などに不純物として含まれている。
その他の構成、作用、効果は、第１の実施例と略同じであるので、説明を省略する。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、表面研磨された半導体ウェーハを、表面研磨直後の研磨装置上で超純水リンスし、半導体ウェーハの研磨面に付着した研磨砥粒を除去する。その直後、同じ研磨装置上で、超純水リンスされた半導体ウェーハを界面活性剤リンスする。これにより、半導体ウェーハの表面に界面活性剤の被膜が形成され、乾燥される半導体ウェーハの研磨面は親水性の面となり、この親水性の研磨面のままで半導体ウェーハを乾燥するので、半導体ウェーハの表面にパーティクルが付着しにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 （ａ）は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における仕上げ研磨工程を示す断面図である。
（ｂ）は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における超純水リンス工程を示す断面図である。
（ｃ）は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における界面活性剤入り超純水リンス工程を示す断面図である。
（ｄ）は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるスピン乾燥工程を示す断面図である。
【図２】 この発明法により得られた半導体ウェーハと、従来法により得られた半導体ウェーハとの各表面に付着したパーティクル数を比較したグラフである。
【図３】 （ａ）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における仕上げ研磨工程を示す断面図である。
（ｂ）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における超純水リンス工程を示す断面図である。
（ｃ）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における界面活性剤入り超純水リンス工程を示す断面図である。
【図４】 （ａ１）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるウェーハ搬出工程を正面視した断面図である。
（ａ２）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるウェーハ搬出工程を側面視した断面図である。
（ｂ１）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるウェーハ押し上げ工程を正面視した断面図である。
（ｂ２）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法におけるウェーハ押し上げ工程を側面視した断面図である。
（ｃ１）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における引き上げ乾燥工程を正面視した断面図である。
（ｃ２）は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの洗浄乾燥方法における引き上げ乾燥工程を側面視した断面図である。
【図５】 この発明法により得られた半導体ウェーハと、従来法により得られた半導体ウェーハとの各表面におけるＣｕ濃度を比較したグラフである。
【符号の説明】
３１ 保管タンク、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims (2)

1. 半導体ウェーハへの表面研磨直後の研磨装置上で、表面研磨された前記半導体ウェーハに超純水を使用して超純水リンスを行い、前記半導体ウェーハの研磨面に付着した研磨砥粒を除去する超純水リンス工程と、
   この超純水リンス工程直後の同じ前記研磨装置上で、超純水リンスされた前記半導体ウェーハに対して界面活性剤を含む洗浄液を使用する界面活性剤リンスを行い、前記半導体ウェーハの表面に前記界面活性剤の被膜を形成する界面活性剤リンス工程と、
   この界面活性剤リンス工程後、前記半導体ウェーハを乾燥する乾燥工程とを備えた半導体ウェーハの洗浄乾燥方法。
2. 上記乾燥が、引き上げ乾燥である請求項１に記載の半導体ウェーハの洗浄乾燥方法。

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