JP7170608B2

JP7170608B2 - ウエハクリーニング装置および半導体装置の製造方法

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Publication number: JP7170608B2
Application number: JP2019163495A
Authority: JP
Inventors: 民雄松村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-09-09
Filing date: 2019-09-09
Publication date: 2022-11-14
Anticipated expiration: 2039-09-09
Also published as: JP2021044301A

Description

本発明は、ウエハクリーニング装置および半導体装置の製造方法に関する。

無電解めっきプロセスは、電気めっきとは異なり電源を用いることなくめっき膜の形成が可能である。半導体ウエハをめっき液に浸した場合、金属膜上にはめっき膜が形成されるものの、絶縁膜上にはめっき膜は形成されない。つまり、選択的にめっき膜の形成が可能である。半導体ウエハの端部におけるベベル面など、金属膜および絶縁膜に覆われていない露出面にもめっき膜は形成されるものの、そのめっき膜は剥がれ易い。そのめっき膜が剥がれて半導体ウエハの表面や裏面に再付着した場合、その後の製造工程において欠陥等の不都合を生じさせる。

特許文献１には、半導体ウエハのベベル部を洗浄する基板洗浄装置が開示されている。その基板洗浄装置は、真空室内でベベル部に洗浄ガスのガスクラスターを照射して、ガスクラスターの衝突により吹き飛ばされた飛散物を真空室の底部に設けられた排気ポートから排出する。

特開２０１２－２１６６３６号公報

ガスを吹き付けてその異物を除去する装置において、排気ポートがガスの吐出方向とは異なる方向に設けられている場合、吹き飛ばされた異物の再付着を防止して、確実に集塵することが困難である。

この発明は上記のような課題を解消するためになされたものであり、半導体ウエハの端部から離脱した異物を確実に集塵するウエハクリーニング装置の提供を目的とする。

本発明に係るウエハクリーニング装置は、回転ステージ、少なくとも１つのノズルおよび集塵ヘッドを含む。回転ステージは、半導体ウエハを保持可能なウエハ載置面を含み、ウエハ載置面を回転させる。少なくとも１つのノズルは、回転ステージに保持される半導体ウエハの端部に向けて、端部よりも半導体ウエハの中央側からガスを吐出する。集塵ヘッドは、回転ステージに保持される半導体ウエハの端部よりも外側に配置される。集塵ヘッドは、収集口を含む。収集口は、半導体ウエハの端部からガスによって吹き飛ばされる異物を、ガスとともに吸気して集塵するために、ガスの吐出方向に向けて開口している。

本発明によれば、半導体ウエハの端部から離脱した異物を確実に集塵するウエハクリーニング装置の提供が可能である。

本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。

実施の形態１におけるウエハクリーニング装置の構成を示す断面図である。実施の形態１におけるウエハクリーニング装置の構成を示す上面図である。実施の形態２におけるウエハクリーニング装置の構成を示す断面図である。実施の形態２におけるウエハクリーニング装置の構成を示す上面図である。実施の形態３におけるウエハクリーニング装置を用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。半導体装置の製造方法において準備される半導体ウエハの構成を示す断面図である。Ｎｉ膜が形成された半導体ウエハの構成を示す断面図である。剥離したＮｉ膜が半導体ウエハに再付着する様子を示す断面図である。剥離したＮｉ膜が半導体ウエハに再付着する様子を示す断面図である。半導体ウエハおよびウエハクリーニング装置の構成を示す断面図である。Ｎｉ膜を除去する工程の詳細を示すフローチャートである。実施の形態３における半導体装置の製造方法を適用して製造される半導体装置の一例を示す断面図である。

＜実施の形態１＞
図１および図２は、それぞれ、実施の形態１におけるウエハクリーニング装置の構成を示す断面図および上面図である。

ウエハクリーニング装置は、回転ステージ７、上部ノズル９、下部ノズル１１および屑収集ホーン１３を含む。

回転ステージ７は、半導体ウエハ１を保持可能なウエハ載置面７Ａを含む。実施の形態１の回転ステージ７は、半導体ウエハ１の裏面の少なくとも一部を真空吸着によって保持する。回転ステージ７は、ウエハ載置面７Ａを回転させる機能を有する。それによりウエハ載置面７Ａに保持された半導体ウエハ１は、図１における矢印で示される方向８に回転する。

上部ノズル９は、ウエハ載置面７Ａを含む平面よりも上方に配置される。下部ノズル１１は、ウエハ載置面７Ａを含む平面よりも下方に配置される。言い換えると、上部ノズル９は、ウエハ載置面７Ａに保持される半導体ウエハ１よりも上方に配置される。また、下部ノズル１１は、ウエハ載置面７Ａに保持される半導体ウエハ１よりも下方に配置される。上部ノズル９および下部ノズル１１は、回転ステージ７に保持される半導体ウエハ１の端部１Ａにおけるベベル面に向けて、その端部１Ａよりも半導体ウエハ１の中央側からガスを吐出する。上部ノズル９および下部ノズル１１は、回転ステージ７が回転しても回転しない。ガスは、例えば、エアーである。

屑収集ホーン１３は、集塵ヘッドである。屑収集ホーン１３は、回転ステージ７に保持される半導体ウエハ１の端部１Ａよりも外側に配置されている。屑収集ホーン１３は、収集口１３Ａを有する。収集口１３Ａは、上部ノズル９のガスの吐出方向９Ａおよび下部ノズル１１のガスの吐出方向１１Ａに向けて開口している。言い換えると、図２に示されるように上方からの平面視において、上部ノズル９のガスの吐出方向９Ａは、屑収集ホーン１３の収集口１３Ａに向いている。下部ノズル１１のガスの吐出方向１１Ａも同様である。屑収集ホーン１３は、真空排気系統１４に接続されている。屑収集ホーン１３は、半導体ウエハ１の端部１Ａからガスによって吹き飛ばされる異物を、ガスとともに吸気して集塵する。屑収集ホーン１３は、先端の収集口１３Ａからその反対側の真空排気系統１４側にかけて徐々に開口面積が小さくなるホーン形状を有する。屑収集ホーン１３の収集口１３Ａは、例えば角型を有する。屑収集ホーン１３は、回転ステージ７が回転しても回転しない。

図１に一例として示される半導体ウエハ１の表面には、第１金属膜２のパターンが形成されている。その第１金属膜２のパターンは、絶縁膜３に囲われた開口から露出している。その開口から露出する第１金属膜２のパターン上には、第２金属膜５１が形成されている。半導体ウエハ１の裏面の全面には、第１金属膜２および第２金属膜５１が順に形成されている。また、半導体ウエハ１の側面である端部１Ａには、半導体ウエハ１が露出している露出面１Ｂが存在しており、その露出面１Ｂ上には、第２金属膜５２が形成されている。半導体ウエハ１は、Ｓｉウエハ、またはＳｉよりもバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体ウエハである。第１金属膜２は、例えば、Ａｌ膜である。第２金属膜５１，５２は、例えば、Ｎｉ膜である。絶縁膜３は、例えば、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等である。

半導体ウエハ１の露出面１Ｂと第２金属膜５２とは密着性が悪いため、その第２金属膜５２は剥離しやすい。ウエハクリーニング装置は、その剥離しやすい第２金属膜５２が半導体ウエハ１の表面または裏面に再付着する前に集塵する。以下、ウエハクリーニング装置による第２金属膜５２の除去動作を説明する。

ウエハ載置面７Ａに真空吸着によって固定される半導体ウエハ１は、回転ステージ７によって回転する。その回転による遠心力で、半導体ウエハ１の端部１Ａの第２金属膜５２はさらに剥離しやすくなる。上部ノズル９および下部ノズル１１は、半導体ウエハ１の中央側から端部１Ａのベベル面に向けてガスを吐出して、その第２金属膜５１を吹き飛ばす。半導体ウエハ１は回転するものの、上部ノズル９および下部ノズル１１は回転しないため、ガスの吹き付け位置は半導体ウエハ１の外周に沿って移動する。そのため、外周に沿って剥離しやすい第２金属膜５２が順次吹き飛ばされる。吹き飛ばされた第２金属膜５２は、上部ノズル９および下部ノズル１１から吐出されたガスおよび屑収集ホーン１３の排気によって形成される気流に乗って、屑収集ホーン１３に集塵される。また、その際、半導体ウエハ１が回転していることにより、第２金属膜５２の半導体ウエハ１への再付着が防止される。

以上をまとめると、実施の形態１におけるウエハクリーニング装置は、回転ステージ７、上部ノズル９、下部ノズル１１および屑収集ホーン１３を含む。回転ステージ７は、半導体ウエハ１を保持可能なウエハ載置面７Ａを含み、ウエハ載置面７Ａを回転させる。上部ノズル９および下部ノズル１１は、回転ステージ７に保持される半導体ウエハ１の端部１Ａに向けて、端部１Ａよりも半導体ウエハ１の中央側からガスを吐出する。屑収集ホーン１３は、回転ステージ７に保持される半導体ウエハ１の端部１Ａよりも外側に配置される。屑収集ホーン１３は、収集口１３Ａを含む。収集口１３Ａは、半導体ウエハ１の端部１Ａからガスによって吹き飛ばされる異物（実施の形態１においては第２金属膜５２）を、ガスとともに吸気して集塵するために、ガスの吐出方向９Ａ，１１Ａに向けて開口している。

このようなウエハクリーニング装置は、半導体ウエハ１の端部１Ａから剥離した第２金属膜５２の屑が舞い上がって、半導体ウエハ１に再付着することを防止し、屑収集ホーン１３により確実に集塵する。つまり集塵性が高まる。その結果、半導体ウエハ１によって製造される半導体装置の品質が安定する。

また、ウエハクリーニング装置は、回転ステージ７によって半導体ウエハ１を回転させ、半導体ウエハ１の外周の第２金属膜５２を順次除去する。そのため、屑収集ホーン１３の位置が固定でき、その設置スペースを小さくできる。その結果、ウエハクリーニング装置の小型化が可能である。

実施の形態１においては、上部ノズル９および下部ノズル１１の２つのノズルを含むウエハクリーニング装置を一例として示したが、いずれか一方のノズルだけであっても上記と同様の効果を奏する。ただし、実施の形態１のように、上部ノズル９および下部ノズル１１の両方を含むウエハクリーニング装置の方が、より効果的に第２金属膜５２を集塵することができる。さらに、ウエハクリーニング装置は、３つ以上のノズルを含んでいてもよい。

＜実施の形態２＞
実施の形態２におけるウエハクリーニング装置を説明する。実施の形態２は実施の形態１の下位概念であり、実施の形態２におけるウエハクリーニング装置は、実施の形態１におけるウエハクリーニング装置の各構成を含む。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。

図３は、実施の形態２におけるウエハクリーニング装置の構成を示す断面図である。図４は、実施の形態２におけるウエハクリーニング装置の構成を示す上面図である。

ウエハクリーニング装置は、回転ステージ７、上部ノズル９、下部ノズル１１、上部後方ノズル１６、下部後方ノズル１８および屑収集ホーン１３を含む。回転ステージ７、上部ノズル９、下部ノズル１１および屑収集ホーン１３の構成は、実施の形態１と同様である。

上部後方ノズル１６は、上部ノズル９に対し屑収集ホーン１３が設けられる方向とは反対方向である上部ノズル９の後方に配置される。下部後方ノズル１８は、下部ノズル１１に対し屑収集ホーン１３が設けられる方向とは反対方向である下部ノズル１１の後方に配置される。上部後方ノズル１６および下部後方ノズル１８は、屑収集ホーン１３に向けて気流が発生するよう、上部ノズル９および下部ノズル１１の後方から、それぞれガスを吐出する。例えば、上部後方ノズル１６は、半導体ウエハ１の表面にガスを吹付けながらも、屑収集ホーン１３の方向に向かって気流が発生するような方向にガスを吐出する。または、上部後方ノズル１６は、半導体ウエハ１の表面と平行な方向にガスを吐出してもよい。同様に、例えば、下部後方ノズル１８は、半導体ウエハ１の裏面にガスを吹付けながらも、屑収集ホーン１３の方向に向かって気流が発生するような方向にガスを吐出する。または、下部後方ノズル１８は、半導体ウエハ１の裏面と平行にガスを吐出してもよい。ガスは、例えばエアーである。

上部後方ノズル１６および下部後方ノズル１８の吹出口の幅は、ぞれぞれ、上部ノズル９および下部ノズル１１の吹出口の幅よりも広い。また、図４に示されるように上方からの平面視において、上部後方ノズル１６のガスの吐出方向１６Ａは、屑収集ホーン１３の収集口１３Ａに向いている。下部後方ノズル１８のガスの吐出方向１８Ａも同様である。つまり、屑収集ホーン１３の収集口１３Ａは、上部ノズル９の吐出方向９Ａ、上部後方ノズル１６の吐出方向１６Ａ、下部ノズル１１の吐出方向１１Ａおよび下部後方ノズル１８の吐出方向１８Ａに向けて開口している。

上部ノズル９および下部ノズル１１から吐出されたガスによって吹き飛ばされた端部１Ａの第２金属膜５２のうち一部は、屑収集ホーン１３の収集口１３Ａに吸い込まれず舞い上がる場合がある。そのような舞い上がった第２金属膜５２は、上部後方ノズル１６および下部後方ノズル１８によって形成される気流に乗って運ばれ、屑収集ホーン１３に集塵される。

このように、実施の形態２におけるウエハクリーニング装置は、剥離した第２金属膜５２の集塵効果を高め、第２金属膜５２が再び半導体ウエハ１の表面に付着することを防ぐ。屑収集ホーン１３の吸引力が弱い場合であっても、その効果を奏する。

＜実施の形態３＞
実施の形態３におけるウエハクリーニング装置および半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態３におけるウエハクリーニング装置は、実施の形態２におけるウエハクリーニング装置の各構成を含む。なお、実施の形態１または２と同様の構成および動作については説明を省略する。

図５は、実施の形態３におけるウエハクリーニング装置を用いた半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。

ステップＳ１にて、表面に第１金属膜２であるＡｌ膜のパターンを含むｎ型の半導体ウエハ１を準備する。図６は、ステップＳ１にて準備される半導体ウエハ１の構成を示す断面図である。絶縁膜３がＡｌ膜２Ａのパターンを囲っており、その絶縁膜３の開口からＡｌ膜２Ａのパターンが露出している。また、半導体ウエハ１の裏面の全面には、Ａｌ膜２Ａが形成されている。また、半導体ウエハ１の側面であるベベル面を含む端部１Ａには、半導体ウエハ１が露出している露出面１Ｂが存在している。

ステップＳ２にて、Ａｌ膜２Ａのパターン上に、無電解めっきによって第２金属膜５１，５２であるＮｉ膜を形成する。図７は、Ｎｉ膜５１Ａ，５２Ａが形成された半導体ウエハ１の構成を示す断面図である。このステップＳ２において、図６に示される半導体ウエハ１がＮｉ無電解めっき液に浸漬されることにより、絶縁膜３の開口から露出するＡｌ膜２Ａのパターン上に、Ｎｉ膜５１Ａが形成される。ただし、絶縁膜３上にはＮｉ膜５１Ａは形成されない。すなわち、Ａｌ膜２Ａ上に、Ｎｉ膜５１Ａが選択的に形成される。また、半導体ウエハ１の裏面のＡｌ膜２Ａ上にもＮｉ膜５１Ａが形成される。さらに、半導体ウエハ１の端部１Ａの露出面１Ｂ上に、Ｎｉ膜５２Ａが形成される。

端部１Ａの露出面１ＢとＮｉ膜５２Ａとは密着性が悪いため、そのＮｉ膜５２Ａは剥離しやすい。そのため、無電解めっき工程後の半導体装置の製造工程において、そのＮｉ膜５２Ａが半導体ウエハ１の端部１Ａから剥離し、例えば、半導体ウエハ１の表面または裏面に再付着することがある。図８よび図９は、剥離したＮｉ膜５２Ａが、半導体ウエハ１に再付着する様子を示す断面図である。このような状態を回避するため、つづいて、ステップＳ３が実行される。

ステップＳ３にて、半導体ウエハ１の端部１ＡのＮｉ膜５２Ａをウエハクリーニング装置によって除去する。図１０は、ステップＳ３における半導体ウエハ１およびウエハクリーニング装置の構成を示す断面図である。図１１は、Ｎｉ膜５２Ａを除去する工程の詳細を示すフローチャートである。

ステップＳ３１にて、ウエハクリーニング装置の回転ステージ７は、ウエハ載置面７Ａに半導体ウエハ１を保持して回転させる。ここでは、回転ステージ７は、半導体ウエハ１の裏面の一部を真空吸着して半導体ウエハ１を固定する。

ステップＳ３２にて、上部ノズル９および下部ノズル１１は、半導体ウエハ１の端部１Ａのベベル面に向けて、その端部１Ａよりも半導体ウエハ１の中央側からエアーを吐出する。半導体ウエハ１の端部１ＡのＮｉ膜５２Ａが、エアーの流速によって剥離して吹き飛ばされる。剥離したＮｉ膜５２Ａの屑は、上部ノズル９および下部ノズル１１から吐出されたガスおよび屑収集ホーン１３の排気によって形成される気流、および、上部後方ノズル１６および下部後方ノズル１８が生成する気流に乗って、屑収集ホーン１３に向かって飛ばされる。

ステップＳ３３にて、屑収集ホーン１３の収集口１３Ａは、Ｎｉ膜５２Ａの屑つまり異物を、エアーとともに吸気して集塵する。屑収集ホーン１３は、回転ステージ７に保持される半導体ウエハ１の端部１Ａよりも外側に配置されている。そして、収集口１３Ａは、ガスの吐出方向９Ａ，１１Ａ，１６Ａ，１８Ａに向けて開口している。そのため、剥離したＮｉ膜５２Ａの屑は、屑収集ホーン１３の吸引力によって、屑収集ホーン１３に導かれて集塵される。

上記の製造方法を適用して製造される半導体装置は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ショットキーバリアダイオード等である。半導体装置は、例えば、電力用半導体装置（パワー半導体装置）である。

図１２は、実施の形態３における半導体装置の製造方法を適用して製造される半導体装置の一例を示す断面図である。半導体ウエハ１の表面には、トレンチ２３、ゲート電極２３Ａ、ゲート絶縁膜２２、ベース層２４、エミッタ層２５、エミッタ電極２６、および層間絶縁膜２７が配置されている。半導体ウエハ１の裏面には、バッファ層２８、コレクタ層２９およびコレクタ電極３０が配置されている。

例えば、図５に示される半導体装置の製造方法のステップＳ２において、無電解めっきによって形成されるＮｉ膜５１Ａは、エミッタ電極２６上またはコレクタ電極３０上に形成される。

以上をまとめると、実施の形態３における半導体装置の製造方法は、表面にＡｌ膜２Ａのパターンを含む半導体ウエハ１を準備する工程と、Ａｌ膜２Ａのパターン上に、無電解めっきによってＮｉ膜５１Ａを形成する工程と、半導体ウエハ１の端部１Ａにおける半導体ウエハ１の露出面１Ｂ上に、無電解めっきによって形成されるＮｉ膜５２Ａを除去する工程と、を含む。Ｎｉ膜５２Ａを除去する工程は、回転ステージ７に設けられたウエハ載置面７Ａに半導体ウエハ１を保持して回転させ、回転ステージ７に保持される半導体ウエハ１の端部１Ａに向けて、端部１Ａよりも半導体ウエハ１の中央側から、上部ノズル９および下部ノズル１１によってガスを吐出し、回転ステージ７に保持される半導体ウエハ１の端部１Ａよりも外側に配置された屑収集ホーン１３に設けられる収集口１３Ａであって、ガスの吐出方向９Ａ，１１Ａ，１６Ａ，１８Ａに向けて開口する収集口１３Ａにより、半導体ウエハ１の端部１Ａからガスによって吹き飛ばされるＮｉ膜５２Ａを、ガスとともに吸気して集塵する。

このような半導体装置の製造方法は、半導体ウエハ１の端部１Ａから剥離したＮｉ膜５２Ａの屑が半導体ウエハ１に再付着することを防ぎ、そのＮｉ膜５２Ａを確実に集塵することができる。つまりこの半導体装置の製造方法は異物の集塵性を高める。そのため、無電解めっき工程の後に実行される製造工程において、例えば、半導体ウエハ１に再付着したＮｉ膜５２Ａの屑が、他の製造装置を汚染すること、裏面に付着したＮｉ膜５２Ａの屑が、ステージやダイシングテープとの間に挟まり、その屑が起点となって半導体ウエハ１が割れることなどを防ぐ。したがって、半導体装置の製造工程における歩留まりが向上し、また、半導体装置の品質も安定する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１半導体ウエハ、１Ａ端部、１Ｂ露出面、２第１金属膜、２ＡＡｌ膜、３絶縁膜、７回転ステージ、７Ａウエハ載置面、９上部ノズル、９Ａ吐出方向、１１下部ノズル、１１Ａ吐出方向、１３屑収集ホーン、１４真空排気系統、１６上部後方ノズル、１６Ａ吐出方向、１８下部後方ノズル、１８Ａ吐出方向、５１第２金属膜、５１ＡＮｉ膜、５２第２金属膜、５２ＡＮｉ膜。

Claims

半導体ウエハを保持可能なウエハ載置面を含み、前記ウエハ載置面を回転させる回転ステージと、
前記回転ステージに保持される前記半導体ウエハの端部に向けて、前記端部よりも前記半導体ウエハの中央側からガスを吐出する少なくとも１つのノズルと、
前記半導体ウエハの前記端部から前記ガスによって吹き飛ばされる異物を、前記ガスとともに吸気して集塵するために前記ガスの吐出方向に向けて開口する収集口を含み、前記回転ステージに保持される前記半導体ウエハの前記端部よりも外側に配置される集塵ヘッドと、を備え、
前記少なくとも１つのノズルは、複数のノズルであり、
前記複数のノズルは、
前記ウエハ載置面を含む平面よりも上方に配置される上部ノズルと、
前記ウエハ載置面を含む平面よりも下方に配置される下部ノズルと、を含む、ウエハクリーニング装置。
前記少なくとも１つのノズルに対し、前記集塵ヘッドが設けられる方向とは反対方向である前記少なくとも１つのノズルの後方に配置される後方ノズルをさらに備え、
前記後方ノズルは、前記収集口に向けて気流が発生するよう、前記少なくとも１つのノズルの前記後方からガスを吐出する、請求項１記載のウエハクリーニング装置。
主面に第１金属膜のパターンを含む半導体ウエハを準備する工程と、
前記第１金属膜の前記パターン上に無電解めっきによって第２金属膜を形成する工程と、
前記半導体ウエハの端部における前記半導体ウエハの露出面上に前記無電解めっきによって形成される前記第２金属膜を除去する工程と、を備え、
前記第２金属膜を除去する工程は、
回転ステージに設けられたウエハ載置面に前記半導体ウエハを保持して回転させ、
前記回転ステージに保持される前記半導体ウエハの前記端部に向けて、前記端部よりも前記半導体ウエハの中央側から、少なくとも１つのノズルによってガスを吐出し、
前記回転ステージに保持される前記半導体ウエハの前記端部よりも外側に配置された集塵ヘッドに設けられる収集口であって、前記ガスの吐出方向に向けて開口する前記収集口により、前記半導体ウエハの前記端部から前記ガスによって吹き飛ばされる前記第２金属膜を、前記ガスとともに吸気して集塵し、
前記少なくとも１つのノズルは、複数のノズルであり、
前記複数のノズルは、前記ウエハ載置面を含む平面よりも上方に配置される上部ノズルと、前記ウエハ載置面を含む平面よりも下方に配置される下部ノズルと、を含む、半導体装置の製造方法。