JP5427876B2 - シリコンからなる半導体ウェハを半導体ウェハの研磨のプロセス直後に洗浄するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリコンからなる半導体ウェハを、半導体ウェハの化学機械研磨のプロセス直後に研磨剤残渣について洗浄するための方法に関する。

シリコンからなる半導体ウェハは、一般的に、半導体ウェハの片側または両側を平滑化するための化学機械研磨（ＣＭＰ）のプロセスを施される。研磨プロセス後、半導体ウェハは研磨剤の残渣により汚染され、洗浄しなければならない。残渣は、半導体ウェハの傷つきやすい表面を侵し得るため、できるだけ迅速に除去しなければならない。また、残渣はできるだけ完全に除去しなければならない。なぜなら、洗浄された表面に残存するパーティクルは、表面欠陥を引き起こし得、それらは後に洗浄によって除去できないためである。さらに、洗浄は、経済的理由から可能な限り短時間で完了されねばならない。

特許文献１は、ＣＭＰ後の半導体ウェハをモジュール式に構成された洗浄設備で洗浄するための方法を記載している。方法は、半導体ウェハを、少なくとも２つの洗浄モジュールで個々に洗浄し、乾燥モジュールで乾燥することを可能にする。３つの副工程を含み、金属不純物を除去することを意図する洗浄手順が、同じ洗浄モジュールで実施される。

特許文献２は、水酸化アンモニウム、過酸化水素および水を含有する洗浄液を用いた洗浄に対して有利な代替法として、半導体ウェハを研磨プロセス後、まずフッ酸の水溶液を用いて洗浄し、次にオゾン含有水を用いて洗い流し、最後に水の存在下でブラシを用いて洗浄することが提案されている。

特許文献３は、表面が少なくとも２種の異なる材料により形成される半導体ウェハを研磨プロセス後に洗浄する方法を記載している。この方法を使用する際、半導体ウェハは、一連の洗浄水溶液により連続的に処理される。一連の洗浄液は、フッ酸、ｐＨが１から４の範囲内である界面活性剤溶液、水酸化アンモニウム水溶液、ｐＨが８から１０の範囲内である界面活性剤溶液、および脱イオン水を含む。

ＤＥ １０ ２００７ ０３２ ３８５ Ａ１ ＥＰ ０ ７０８ ４８０ Ａ１ ＵＳ ５，９４４，９６０

本発明の目的は、化学機械研磨のプロセス後、シリコンからなる半導体ウェハから、個々に、また高スループットで効果的に、研磨された表側および裏側の研磨プロセスの残渣を取り除くことができる洗浄方法を提供することである。

目的は、シリコンからなる半導体ウェハを半導体ウェハの化学機械研磨のプロセス直後に洗浄するための方法であって、
ａ）半導体ウェハを研磨板から第１の洗浄モジュールに搬送し、搬送中、半導体ウェハの両側面に、少なくとも１回、１０００Ｐａ以下の圧力で水を吹付ける工程と、
ｂ）回転ローラに挟まれた半導体ウェハを、水を供給しながら洗浄する工程と、
ｃ）半導体ウェハの側面に、７００００Ｐａ以下の圧力でフッ化水素および界面活性剤を含有する水溶液を吹付ける工程と、
ｄ）半導体ウェハの側面に、２００００Ｐａ以下の圧力で水を吹付ける工程と、
ｅ）半導体ウェハをアルカリ性洗浄水溶液に浸漬する工程と、
ｆ）回転ローラに挟まれた半導体ウェハを、水を供給しながら洗浄する工程と、
ｇ）半導体ウェハに水を吹付ける工程と、
ｈ）半導体ウェハを乾燥する工程とを、示す順に含む方法、により達成される。

この方法は、半導体ウェハの化学機械研磨のプロセス直後に、シリコンからなる半導体ウェハの研磨された表側および裏側をも迅速かつ効率的に洗浄することを可能にする。

半導体ウェハは、方法の間、異なる洗浄モジュールで処理される。洗浄モジュールは、半導体ウェハの側面に液体を吹付けることにより、または、半導体ウェハを槽へと浸漬することにより、または、回転ローラに挟まれた半導体ウェハを、水を供給しながらもしくは洗浄液を供給しながら洗浄することにより、半導体ウェハが洗浄される機能的ユニットである。半導体ウェハは、洗浄モジュールでの上述の処理の間、その中心の周りを好ましくは鉛直面で回転することが好ましい。

方法は、特定の操作の手順を含み、それら全体で、本発明の目的を達成する。方法に従って洗浄されたシリコンからなる半導体ウェハは、パーティクルによる汚染に関して、梱包して客先に送ろうとしているシリコンからなる研磨された半導体ウェハに期待される範囲内に既にある純度を有する。同時に、方法が継続するのは、半導体ウェハがロボットにより搬送される時間を考慮し、方法の工程ａ）に従う研磨板からの搬送から工程ｈ）における乾燥の完了まで計算して、３６０秒以下、好ましくは３００秒以下である。

方法を使用する際、単位時間（サイクル時間）当りの乾燥された半導体ウェハの搬出は、７５秒当り少なくとも１枚の半導体ウェハ、好ましくは、６６秒当り少なくとも１枚の半導体ウェハである。

方法は、研磨板から第１の洗浄モジュールへの搬送、洗浄工程ｂ）からｇ）、および、最後に、乾燥モジュールでの半導体ウェハの乾燥を含む。方法の洗浄工程ｂ）からｇ）を実施するために、３つ以下の洗浄モジュールが用いられることが好ましく、これは高スループットに貢献する。

半導体ウェハの洗浄のために用いられる水は、好ましくは脱イオン水である。
方法の始めに、研磨剤の残渣が研磨された表側および裏側に付着している半導体ウェハが、研磨板から第１の洗浄モジュールにできるだけ迅速に運ばれる。この搬送中、半導体ウェハの両側には、少なくとも１回水が吹付けられる。半導体ウェハは、水平に置かれるか、または鉛直方向に立てた態様で保持されることが好ましい。半導体ウェハを端縁で把持するロボットシステムの援助によりそれを受け入れステーションに運び、そこに載置し、方法の工程（ａ）に従ってそこで水を吹付け、次にロボットシステムの援助により第１の洗浄モジュールにさらに運ぶことが特に好ましい。側面の水の吹付けは、１秒以上１０秒以下続くことが好ましい。期間が１秒より短いと、これは方法の効率に悪影響を与え、１０秒より長いと、これは方法の生産性に好ましくない。

方法の工程ａ）中、半導体ウェハの側面に水を吹付ける圧力は、１０００Ｐａ（１０ｍｂａｒ）以下である。方法のこの時点での圧力がより高いと、新たに研磨され、したがって傷つきやすい半導体ウェハに水を吹付けるとき、そのより高い圧力により表面欠陥が生じる虞があり、この表面欠陥は、後に洗浄によっては除去できない。

方法の工程ｂ）からｄ）は、第１の洗浄モジュールで実施されることが好ましい。
方法の工程ｂ）は、回転ローラに挟まれた半導体ウェハを、水を供給しながら洗浄することを含む。ローラは、洗浄の間半導体ウェハと接触するポリビニルアルコールなどのプラスチックからなるスポンジ状のカバーを有することが好ましい。回転ブラシも好適である。この処理の間、半導体ウェハは鉛直方向に立てて保持され、その中心の周りを回転することが好ましい。方法の工程ｂ）は、１０秒以上３０秒以下続くことが好ましい。期間が１０秒より短いと、これは方法の効率に悪影響を与え、３０秒よりも長いと、これは方法の生産性に好ましくない。

方法の工程ｃ）は、半導体ウェハの側面に、フッ化水素および少なくとも１種類の界面活性剤を含有する水溶液を吹付けることを含む。この処理の間、半導体ウェハは、鉛直方向に立てて保持され、その中心の周りを回転することが好ましい。方法の工程ｃ）は、２０秒以上３０秒以下続くことが好ましい。期間が２０秒より短いと、これは方法の効率に悪影響を与え、３０秒より長いと、方法の生産性に好ましくない。

フッ化水素（ＨＦ）の濃度は、好ましくは、０．５から１．５重量％であり、界面活性剤の濃度は、好ましくは、０．０１５から０．０３重量％である。好ましくは、１以上の酸基を含有し、したがってｐＨが７未満の水溶液を構成する界面活性剤が検討される。

方法の工程ｃ）中、半導体ウェハの側面に水溶液が吹付けられる圧力は、７００００Ｐａ（０．７ｂａｒ）以下であり、好ましくは４００００Ｐａ（０．４ｂａｒ）以上である。方法のこの時点での圧力がより高いと、半導体ウェハに水溶液を吹付けるとき、表面欠陥が生ずる虞があり、この表面欠陥は、後に洗浄によっては除去できない。圧力が低過ぎると、洗浄が不完全なままとなる。

方法の工程ｄ）は、半導体ウェハの側面に水を吹付けることを含む。この処理の間、半導体ウェハは、鉛直方向に立てて保持され、その中心の周りを回転することが好ましい。方法の工程ｄ）は、１秒以上１０秒以下続くことが好ましい。期間が１０秒より長いと、これは方法の生産性に好ましくない。

工程ｄ）中、半導体ウェハの側面に水を吹付ける圧力は、２００００Ｐａ（０．２ｂａｒ）以下である。方法のこの時点での圧力がより高いと、半導体ウェハに水を吹付けるとき、表面欠陥が生じる虞があり、この表面欠陥は、後に洗浄によっては除去できない。

方法の工程ｅ）は、第２の洗浄モジュールで実施されることが好ましい。それは、半導体ウェハをアルカリ性洗浄水溶液に浸漬することを含む。この処理の間、半導体ウェハは、鉛直方向に立てて保持され、その中心の周りを回転することが好ましい。洗浄液は、５０℃以上６０℃以下の温度を有することが好ましい。それは、好ましくは水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）であるアルカリ性化合物、および、適宜、過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）を含有する。アルカリ性化合物の濃度は、好ましくは、０．１から０．４重量％の範囲内であり、過酸化水素の濃度は、好ましくは、０．７から１．５重量％の範囲内である。

方法の工程ｅ）は、４０秒以上６０秒以下続くことが好ましい。期間が４０秒より短いと、これは方法の効率に悪影響を与え、６０秒より長いと、これは方法の生産性に好ましくない。

方法の工程ｆ）およびｇ）は、第３の洗浄モジュールで実施されることが好ましい。
方法の工程ｆ）は、回転ローラに挟まれた半導体ウェハを、水を供給しながら洗浄することを含む。ローラは、洗浄の間半導体ウェハと接触するポリビニルアルコールなどのプラスチックからなるスポンジ状のカバーを有することが好ましい。回転ブラシも好適である。この処理の間、半導体ウェハは鉛直方向に立てて保持され、その中心の周りを回転することが好ましい。方法の工程ｆ）は、１０秒以上３０秒以下続くことが好ましい。期間が１０秒より短いと、これは方法の効率に悪影響を与え、３０秒より長いと、これは方法の生産性に好ましくない。

方法の工程ｇ）は、半導体ウェハの側面に水を吹付けることを含む。この処理の間、半導体ウェハは、鉛直方向に立てて保持され、その中心の周りを回転することが好ましい。工程ｇ）は、５秒以上１０秒以下続くことが好ましい。期間が５秒より短いと、これは方法の効率に悪影響を与え、１０秒より長いと、これは方法の生産性に好ましくない。

方法の工程ｈ）は、乾燥モジュールで半導体ウェハを乾燥することを含む。乾燥をイソプロパノール蒸気の存在下で行う乾燥モジュールが特に好ましい。乾燥は、好ましくは、４５秒以上、かつ、好ましくは６５秒以下続く。

発明に従う方法は、シリコンからなる半導体ウェハ、特に２００から４５０ｍｍの範囲内の直径を有するものを洗浄するために好適である。

図１は、表側で見られたパーティクルのマップを示し、各マップは、半導体ウェハの第１の群の半導体ウェハの研磨された表側に見られたパーティクルの全体を示す。 図２は、表側で見られたパーティクルのマップを示し、各マップは、半導体ウェハの第２の群の半導体ウェハの研磨された表側に見られたパーティクルの全体を示す。 図３は、表側に見られたパーティクルのマップを示し、各マップは、半導体ウェハの第３の群の半導体ウェハの表側に見られたパーティクルの全体を示す。 図４は、表側に見られたパーティクルのマップを示し、各マップは、半導体ウェハの第４の群の半導体ウェハの表側に見られたパーティクルの全体を示す。

シリコンからなる半導体ウェハを化学機械研磨に供し、研磨プロセス後、発明に従う態様で洗浄した。方法の効率は、梱包して客先に送る前の半導体ウェハ上で測定されたパーティクルの数で証明された。検査した半導体ウェハの半数の場合、３７ｎｍより大きい最大長さを有する５つ以下のパーティクルが見られた。比較の様式で、半導体ウェハを標準的な方法にも従って洗浄した。これらの半導体ウェハの場合、パーティクルの相当数は、１５から２０個の範囲内であった。

工程ｃ）の間の界面活性剤の重要性を示すために、半導体ウェハの第１の群および第２の群を化学機械研磨に供し洗浄した。各群は、シリコンからなる４０個の半導体ウェハを含んだ。研磨プロセス直後の第２の群の洗浄は、発明に従って行なった。第１の群の洗浄は、工程ｃ）の間に界面活性剤を分配したという点においてのみ異なった。洗浄された半導体ウェハを先行技術に相当する最終的な洗浄に供し、４０ｎｍ以上のサイズを有するパーティクルの存在を検査した。図１および図２は、表側で見られたパーティクルのマップを示し、各マップは、半導体ウェハのそれぞれの群の半導体ウェハの研磨された表側に見られたパーティクルの全体を示す。図１と図２との比較は、発明に従って洗浄した半導体ウェハ（第２の群、図２）の表側に見られたパーティクル数が、発明に従って洗浄されなかった半導体ウェハ（第１の群、図１）の場合に見られた数より著しく少なかったことを示す。

工程ｃ）の間の圧力の重要性を示すために、第３の群および第４の群の半導体ウェハを化学機械研磨に供し、洗浄した。各群は、シリコンからなる１０個の半導体ウェハを含んだ。研磨プロセス直後の第４の群の洗浄は、発明に従って行なわれた。第３の群の洗浄は、工程ｃ）の間の水溶液を１０００００Ｐａの圧力で半導体ウェハの側面に吹付けた点においてのみ異なる。６００００Ｐａの相当する圧力を第４の群の半導体ウェハの洗浄のために設定した。洗浄した半導体ウェハを先行技術に相当する最終的な洗浄に供し、４０ｎｍ以上のサイズを有するパーティクルの存在について検査した。図３および図４は、表側に見られたパーティクルのマップを示し、各マップは、半導体ウェハのそれぞれの群の半導体ウェハの表側に見られたパーティクルの全体を示す。図３と図４との比較は、発明に従って洗浄した半導体ウェハ（第４の群、図４）の表側に見られたパーティクル数が、発明に従って洗浄しなかった半導体ウェハ（第３の群、図３）の場合に見られた数より著しく低かったことを示す。

Claims (6)

1. シリコンからなる半導体ウェハを前記半導体ウェハの化学機械研磨のプロセス直後に洗浄するための方法であって、
   ａ）前記半導体ウェハを研磨板から第１の洗浄モジュールに搬送し、搬送中、前記半導体ウェハの両側面に、少なくとも１回、１０００Ｐａ以下の圧力で水を吹付ける工程と、
   ｂ）回転ローラに挟まれた前記半導体ウェハを、水を供給しながら洗浄する工程と、
   ｃ）前記半導体ウェハの前記側面に、７００００Ｐａ以下の圧力でフッ化水素および界面活性剤を含有する水溶液を吹付ける工程と、
   ｄ）前記半導体ウェハの前記側面に、２００００Ｐａ以下の圧力で水を吹付ける工程と、
   ｅ）前記半導体ウェハをアルカリ性洗浄水溶液に浸漬する工程と、
   ｆ）回転ローラに挟まれた前記半導体ウェハを、水を供給しながら洗浄する工程と、
   ｇ）前記半導体ウェハに水を吹付ける工程と、
   ｈ）前記半導体ウェハを乾燥する工程とを、示す順に含み、前記工程ａ）に従って前記研磨板から前記半導体ウェハを搬送してから、前記工程ｈ）に従う前記半導体ウェハの乾燥が完了するまで、３６０秒以下が経過する、方法。
2. 前記工程ｂ）からｄ）は、前記第１の洗浄モジュールで実施され、前記工程ｅ）は、第２の洗浄モジュールで実施され、前記工程ｆ）およびｇ）は、第３の洗浄モジュールで実施される、請求項１に記載の方法。
3. 前記半導体ウェハは、前記工程ｂ）からｇ）の間、鉛直方向に立てて保持され、その中心の周りを回転する、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記工程ｂ）からｇ）は、前記工程ｂ）については、１０秒以上３０秒以下の長さの期間内で実施され、前記工程ｃ）については、２０秒以上３０秒以下の長さの期間内で実施され、前記工程ｄ）については、１秒以上１０秒以下の長さの期間内で実施され、前記工程ｅ）については、４０秒以上６０秒以下の長さの期間内で実施され、前記工程ｆ）については、１０秒以上３０秒以下の長さの期間内で実施され、前記工程ｇ）については、５秒以上１０秒以下の長さの期間内で実施される、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
5. 乾燥された前記半導体ウェハは、７５秒以下のサイクル時間後に搬出される、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
6. 洗浄された前記半導体ウェハは、２００ｍｍから４５０ｍｍの範囲内の直径を有する、請求項１から５のいずれかに記載の方法。