JP5262306B2

JP5262306B2 - 半導体ウェーハの洗浄方法

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Publication number: JP5262306B2
Application number: JP2008144361A
Authority: JP
Inventors: 健夫加藤; 和成高石; 竜一谷本
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2008-06-02
Filing date: 2008-06-02
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2028-06-02
Also published as: US20090293919A1; JP2009290170A

Description

本発明は、半導体ウェーハの洗浄方法、特に、半導体ウェーハの表面及び／又は裏面の中心位置に対して、所定の洗浄液を供給し、前記ウェーハを回転させながら洗浄を行う枚葉式の半導体ウェーハの洗浄方法に関するものである。

半導体ウェーハの洗浄工程は、有機物、アルカリ・重金属、自然酸化膜又はパーティクル等を、各々選択的に除去ために行われる。そして、半導体ウェーハの表面及び裏面を洗浄するための洗浄方法としては、大別して、ウェット洗浄と、ドライ洗浄がある。ウェット洗浄とは、水や薬液を供給することで前記ウェーハ表面にある被処理物を除去する洗浄方法であり、従来から用いられている洗浄方法である。一方、ドライ洗浄とは、気相において反応種が生成され、これが被除去物と反応することにより、揮発性物質として取り除くことができる方法であり、ウェット洗浄による作業よりも安全で、プロセス制御性にも優れているが、一般的に、洗浄プロセス温度の条件としては、常温〜300℃程度の温度範囲で行わなければならないことから、プロセス温度が高いドライプロセスが使用できる状況は限られており、現実に用いることが困難である。

また、前記ウェット洗浄は、バッチ式と枚葉式に分けることができる。前記バッチ式の洗浄は、例えば図２に示すように、複数枚（通常25枚程度）のウェーハを、キャリア２００に固定した状態で、洗浄液が充填された洗浄槽３００中に浸漬させることで洗浄を行う方法である。この方法は、複数枚のウェーハを一度に洗浄できるため、作業の効率化の点においては好ましいものの、ウェーハを洗浄液に浸漬させるだけの構造であるため、半導体ウェーハ面内での洗浄均一性が低いという問題や、装置１００が大規模であることから、前記洗浄液に用いられる水を大量に消費するという問題があった。

一方、枚葉式の洗浄方法は、図３に示すように、１枚の半導体ウェーハ１０ごとに、ウェーハ表面及び／又は裏面の中心位置に対して、洗浄ノズル３０等から所定の洗浄液を供給し、必要に応じて、超音波純水供給ノズル４０や、ディスクブラシ５０等を用いて、前記ウェーハ１０を回転させながら洗浄を行う半導体ウェーハの洗浄方法である。この枚葉式の洗浄方法は、半導体ウェーハ面内での洗浄均一性が高く、バッチ式の装置に比べると装置の小型化が可能となりクリーンルーム内での設置面積の増大を抑制できるという点で優れているものの、前記バッチ式洗浄方法と同様に、洗浄液に用いる水を大量に消費するという問題があった。

そして、近年、直径が450mm以上の大口径の半導体ウェーハが開発されつつあり、このような大口径のウェーハを洗浄する場合には、ウェーハの面積の増加に伴って、より大量に超純水（TOC：10ppb以下、18MΩ以下の抵抗をもつ純水のこと）の使用が必要となり、リサイクル水等を用いることができないことから、コストや環境上の点から、前記洗浄液の使用を削減できる方法の開発が望まれていた。

本発明の目的は、特に大口径のウェーハに対して、洗浄液を極力少ない量で効率よくウェーハ表面（及び裏面）を洗浄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にある。

本発明者らは、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、半導体ウェーハの表面及び／又は裏面の中心位置に対して、所定の洗浄液を供給し、前記ウェーハを回転させながら洗浄を行う枚葉式の半導体ウェーハの洗浄方法であって、前記洗浄を、前記ウェーハ全体の表面上に、従来は20μm以上あった膜厚の水膜を前記洗浄液からなる膜厚5〜10μmの水膜として均一かつ薄く形成するように制御することで、前記ウェーハ上に均一に形成された前記水膜によって効果的な洗浄が可能になるとともに、前記水膜の厚さが10μmと薄くなるため、使用する洗浄液の量を最小限に抑えることができることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）半導体ウェーハの表面及び／又は裏面の中心位置に対して、所定の洗浄液を供給し、前記ウェーハを回転させながら洗浄を行う枚葉式の半導体ウェーハの洗浄方法であって、前記洗浄は、前記ウェーハ全体の表面上に、前記洗浄液からなる膜厚１〜10μmの水膜を形成するように、前記ウェーハの回転速度、前記洗浄液の供給量、及び／又は前記洗浄液の粘度を制御して行い、前記ウェーハの回転速度が600〜6000rpmの範囲であり、前記洗浄液の供給量が0.5〜5L／分の範囲であり、前記洗浄液の粘度が0.1〜1.5cpsの範囲であることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法。

（２）前記半導体ウェーハは、直径450mm以上の大口径半導体ウェーハである上記（１）に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。

（３）前記洗浄液からなる水膜の膜厚が、5〜10μmである上記（１）又は（２）に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
（４）前記ウェーハの回転速度が2000rpmである上記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体ウェーハの洗浄方法。

この発明によれば、特に大口径のウェーハに対して、洗浄液を極力少ない量で効率よくウェーハ表面（及び裏面）を洗浄することができる半導体ウェーハの洗浄方法を提供が可能となった。

本発明による半導体ウェーハの洗浄方法は、図３に示すように、半導体ウェーハ１０の表面及び／又は裏面の中心位置に対して、所定の洗浄液３０を供給し、前記ウェーハ１０を回転させながら洗浄を行う枚葉式の半導体ウェーハの洗浄方法である。以下に、各構成についての詳細を述べる。

そして、本発明の洗浄方法は、図１に示すように、前記ウェーハ１０全体の表面上に、前記洗浄液からなる膜厚Ｔが10μm以下の水膜２０を形成するように制御して行われることを特徴とする。前記洗浄液からなる水膜２０が、前記ウェーハ１０上の全体に均一に形成されているため、高い洗浄均一性を有する効果的な洗浄が可能になるとともに、従来の枚葉式の洗浄方法に比べて、前記水膜２０の厚さが10μmと薄いため、用いる洗浄液の量を大幅に抑えることができる点で有効な手段である。なお、前記水膜２０を均一に形成するためには、枚葉洗浄におけるウェーハの回転速度と供給される液量を一定に制御することが好ましい。

前記水膜２０の膜厚Ｔを10μm以下としたのは、前記半導体ウェーハ１０のサイズにもよるが、水膜が10μmを超えると、洗浄効果としては問題ないものの、本発明の前記洗浄液の使用量削減効果が得られなくなるためである。また、1μm以下では十分な洗浄能力を得ることができないという点から、前記膜厚は、1〜10μmの範囲とする必要があり、高い洗浄能力を確保する点から、5〜10μmの範囲であることがより好適である。

ここで、図４は、L／ＰＤの数が1000個以上の半導体ウェーハについて、オゾン水及びフッ酸からなる洗浄液を用いて洗浄を行った際の、前記ウェーハ全体の表面上に形成された前記水膜の膜厚（μm）と、洗浄後のL／ＰＤの数との関係を示したグラフである。
図４に示すように、水膜は10μm以上になるとその洗浄効果についてはほとんど差がなく、水の使用量を削減するという点から10μm以下にすることが、無駄な洗浄液の使用を避ける点で好ましいことがわかる。

なお、前記水膜２０の膜厚Ｔの制御は、前記ウェーハ１０の回転速度、前記洗浄液の供給量、及び／又は前記洗浄液の粘度によって制御することが好ましい。上記の３要素が、前記水膜２０の膜厚に最も影響を与える要因であるため、その他の要素によって制御を行う場合、膜厚Ｔの制御が困難になる恐れがあるからである。

ここで、図５は、前記洗浄液の供給量（L／分）と、前記水膜２０の膜厚Ｔとの関係を、２種類の前記ウェーハの回転数（500rpm、1000rpm）について示したグラフである。図５に示すように、前記水膜２０の膜厚Ｔは、洗浄液の供給量によって大きく変化し、さらに、ウェーハの回転数によっても大きく値が異なることから、それらのパラメータが、膜厚Ｔの制御に有効であることがわかる。

また、前記ウェーハ１０の回転速度は、600〜6000rpmの範囲である。前記回転速度が600rpm未満の場合、回転数が小さすぎるため、前記水膜２０をウェーハ上の前面に均一に形成することができず、所望の洗浄効果を得ることが困難であるためであり、一方、6000rpm超えの場合、回転数が大きすぎるため、前記水膜２０の膜厚Ｔを一定に制御することが困難だからである。

さらに、前記洗浄液の供給量は、0.5〜5L／分の範囲である。前記供給量が0.5L／分未満の場合、供給量が少なすぎるため、前記水膜２０をウェーハ上の前面に均一に形成することができず、所望の洗浄効果を得ることが困難であるためであり、一方、5L／分超えの場合、供給量が多すぎるため、前記水膜２０の膜厚Ｔを10μm以下に制御することが困難になるからである。

さらにまた、前記洗浄液の粘度は、0.1〜1.5cpsの範囲である。前記供給量が0.1 cps未満の場合、粘度が小さすぎるため、前記水膜２０をウェーハ上の前面に均一に形成することができず、所望の洗浄効果を得ることが困難であるためであり、一方、1.5cps超えの場合、粘度が大きすぎるため、前記水膜２０の膜厚Ｔを10μm以下に制御することが困難になるからである。

なお、前記洗浄液は、前記水膜２０の膜厚Ｔを10μm以下に制御できるような材料であれば特に限定はされず、一般的に用いられる洗浄液（例えば、アンモニア水、有機酸水溶液又は機能水等）を用いればよい。

また、本発明の洗浄方法は、前記ウェーハ１０の回転によって洗浄が行われるが、必要に応じて、図３に示すように、超音波を併用したノズル４０等を用いることもできる。その場合でも、前記水膜２０の膜厚Ｔが10μm以下であれば、本発明の効果は同様に発揮される。

そして、本発明に用いられる前記半導体ウェーハは、直径450mm以上の大口径半導体ウェーハであることが好ましい。前記大口径ウェーハでは、従来の洗浄方法によって洗浄を行った場合、大量の洗浄液を使用することになるため、本発明による洗浄液の使用量削減効果が顕著に発揮できるためである。

なお、本発明による洗浄方法を用いれば、前記半導体ウェーハ１０の洗浄に要する前記洗浄液の使用量が、従来の枚葉式のウェーハ洗浄方法に対して40％以上削減できる。これにより、コスト的にも環境的にも非常に優れた効果が発揮されていることがわかる。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

（実施例１）
実施例１は、直径が450mm、表面の結晶方位が（１００）である半導体ウェーハの表面に対して、オゾン、フッ酸及びクエン酸を含有する水溶液の洗浄液（粘度：0.9cps）を供給し（供給量：2L／分）、前記ウェーハを回転（回転速度：2000 rpm）させながら洗浄を行った。
なお、洗浄している際の、前記洗浄液からなる水膜の状態を確認したところ、前記水膜の膜厚は10μmであった。

（実施例２）
実施例２は、前記ウェーハの洗浄液の供給量を1L／分としたこと以外は、実施例１と同様の方法によって半導体ウェーハの洗浄を行った。
なお、洗浄している際の、前記洗浄液からなる水膜の状態を確認したところ、前記水膜の膜厚は5μmであった。

（比較例１）
比較例１は、前記ウェーハの回転速度を500rpmとしたこと以外は、実施例１と同様の方法によって半導体ウェーハの洗浄を行った。
なお、洗浄している際の、前記洗浄液からなる水膜の状態を確認したところ、前記水膜の膜厚は15μmであった。

（比較例２）
比較例２は、洗浄液がオゾン、フッ酸及びクエン酸を含有する水溶液からなり、その粘度が2cpsであること以外は、実施例１と同様の方法によって半導体ウェーハの洗浄を行った。
なお、洗浄している際の、前記洗浄液からなる水膜の状態を確認したところ、前記水膜の膜厚は20μmであった。

（評価方法）
上記で作製した各評価用サンプルについて、（１）洗浄能力及び（２）洗浄液に用いた超純水の使用量について評価を行った。

（１）洗浄能力については、レーザーパーティクルカウンタを用いて、洗浄後の各ウェーハのL／ＰＤ（輝点）の数（個）を計測し、以下の基準に従って評価した。
◎：10個以下
○：10個超え、100個以下
×：100個超え

また、（２）洗浄液に用いた超純水の使用量については、比較例２の、水膜の膜厚が20μmの場合に使用した超純水の量を100％としたときの、それに対する各実施例に用いた超純水量（％）を算出して評価した。

表１に示すように、実施例１及び実施例２については、前記ウェーハの回転速度、前記洗浄液の供給量、及び前記洗浄液の粘度の制御によって、前記水膜の膜厚が10μm以下となるため、良好な洗浄能力有しつつ、超純水の使用量低く抑えられていることがわかった。一方、比較例１及び２については、大量の洗浄液を使用しているため、高い洗浄能力を有しているものの、超純水の使用量が多くなっていることがわかる。また、前記ウェーハの回転速度、前記洗浄液の供給量、及び／又は前記洗浄液の粘度の各パラメータを変化させることによって、前記水膜の膜厚を制御できることがわかった。

この発明によれば、特に大口径のウェーハに対して、洗浄液を極力少ない量で効率よくウェーハ表面（及び裏面）を洗浄することができる半導体ウェーハの洗浄方法することが可能になった。

本発明の研磨方法を説明するための、ウェーハ及び水膜の状態を示した側断面図である。従来のバッチ式の洗浄装置を示した断面模式図である。枚葉式研磨装置の示した斜視図である。洗浄液の水膜の膜厚（μm）とＬＰＤの数（個）との関係を示したグラフである。洗浄液の供給量（L／分）と水膜の膜厚（μm）との関係を示したグラフである。

符号の説明

１０ウェーハ
２０水膜
３０洗浄ノズル
４０超音波純水供給ノズル
５０ディスクブラシ
１００バッチ式洗浄装置
２００キャリア
３００洗浄槽

Claims

半導体ウェーハの表面及び／又は裏面の中心位置に対して、所定の洗浄液を供給し、前記ウェーハを回転させながら洗浄を行う枚葉式の半導体ウェーハの洗浄方法であって、
前記洗浄は、前記ウェーハ全体の表面上に、前記洗浄液からなる膜厚１〜10μmの水膜を形成するように、前記ウェーハの回転速度、前記洗浄液の供給量、及び／又は前記洗浄液の粘度を制御して行い、
前記ウェーハの回転速度が600〜6000rpmの範囲であり、前記洗浄液の供給量が0.5〜5L／分の範囲であり、前記洗浄液の粘度が0.1〜1.5cpsの範囲であることを特徴とする半導体ウェーハの洗浄方法。
前記半導体ウェーハは、直径450mm以上の大口径半導体ウェーハである請求項１に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
前記洗浄液からなる水膜の膜厚が、5〜10μmである請求項１又は２に記載の半導体ウェーハの洗浄方法。
前記ウェーハの回転速度が2000rpmである請求項１〜３のいずれかに記載の半導体ウェーハの洗浄方法。