TW202044396A - 半導體矽晶圓之清洗處理裝置及清洗方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之半導體矽晶圓之清洗方法，包含下述步驟：研磨後之臭氧水處理步驟，將研磨後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水；第一超音波臭氧水處理步驟，將半導體矽晶圓浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊以常溫進行清洗；及第二超音波臭氧水處理步驟，於第一超音波臭氧水處理步驟之後，進行將半導體矽晶圓從臭氧水取出並使其旋轉之晶圓旋轉處理，接著再次浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊以常溫進行清洗；將第二超音波臭氧水處理步驟進行1次以上，其後進行氟酸處理步驟及臭氧水處理步驟。藉此，可提供一種半導體矽晶圓之清洗方法及清洗處理裝置，其可抑制晶圓面上的凸起狀的缺陷的產生或表面粗糙度的惡化，而提升晶圓品質，又，可較習知技術更能削減成本。

Description

半導體矽晶圓之清洗處理裝置及清洗方法
本發明係關於半導體矽晶圓之清洗處理裝置及清洗方法。
習知，於將剛研磨後之於晶圓面附著有研磨劑之晶圓，以批次式清洗(浸漬式清洗)進行清洗時，為了去除研磨劑等所含之有機物或二氧化矽粒子，一般係進行使用SC1(氨水與雙氧水的混合溶液)之清洗，且此為必要步驟。
圖2係習知的研磨後之半導體矽晶圓的清洗流程的一例圖。
習知的清洗流程，如圖2所示，對於研磨後之晶圓利用SC1和超音波將研磨劑去除之後，進行純水處理，接著進行利用氟酸而去除氧化膜之微粒和金屬汙染的去除，於利用臭氧水之再氧化而形成氧化膜後，進行純水處理，之後，進行乾燥處理。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特願2015－023069號
[發明欲解決之問題]
然而，SC1係伴隨有異向性蝕刻的化學液，會有如於晶圓面上產生凸起狀缺陷或表面粗糙度惡化等問題。
又，如SC1這般的藥品對環境負荷高而必須進行廢水處理或必須設有調溫機構，因此有成本極高的問題。
另一方面，有揭露下述技術：於旋轉清洗方法中，將分子量10,000以下的高分子中性水溶液供給至基板，使高分子從基板脫離，並以溶解有臭氧的溶液進行清洗(專利文獻1)。
然而，於批次式清洗方法中，對於解決上述問題的方法並無提案。
本發明係為了解決上述問題而成，其目的在於提供一種半導體矽晶圓之清洗方法及清洗處理裝置，其可抑制習知的半導體矽晶圓之清洗方法中之晶圓面上的凸起狀的缺陷的產生或表面粗糙度的惡化，而提升晶圓品質。 又，本發明之另一目的在於，提供一種半導體矽晶圓之清洗方法及清洗處理裝置，其可較習知技術更能削減成本。 [解決問題之方法]
為了解決上述課題，本發明提供一種半導體矽晶圓之清洗方法，其清洗研磨後之半導體矽晶圓，該清洗方法包含下述步驟： 研磨後之臭氧水處理步驟，將該研磨後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水； 第一超音波臭氧水處理步驟，將該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊以常溫進行清洗；及 第二超音波臭氧水處理步驟，於該第一超音波臭氧水處理步驟之後，進行將該半導體矽晶圓從該臭氧水取出並使其旋轉之晶圓旋轉處理，接著將該晶圓旋轉處理後之該半導體矽晶圓再次浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊以常溫進行清洗； 將該第二超音波臭氧水處理步驟進行1次以上，其後，進行將該半導體矽晶圓浸泡於氟酸之氟酸處理步驟、及將該氟酸處理步驟後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水之臭氧水處理步驟。
依據如此的半導體矽晶圓之清洗方法，藉由使晶圓旋轉，可有效去除附著於不僅晶圓面內還有邊緣部分之研磨劑，而能提升晶圓品質。 又，因係為未伴隨有晶圓的蝕刻之清洗，故可改善表面粗糙度及凸起狀缺陷。 再者，因藉由使用臭氧水而可進行常溫處理，故可削減成本。
又，於此情形時，於假設將該第二超音波臭氧水處理步驟進行n次時，宜將該晶圓旋轉處理中之該半導體矽晶圓的旋轉角度設為360°／(1＋n)。
若為如此的清洗方法，不僅晶圓面內連邊緣部分亦可均等地碰觸超音波，可更提升晶圓品質。
又，於此情形時，宜將該第二超音波臭氧水處理步驟進行2次。
若為如此的清洗方法，則於實際的製造步驟中不會發生產能下降的情形。
又，於此情形時，宜具有將該半導體矽晶圓浸泡於純水之純水處理步驟，且該純水處理步驟至少於該氟酸處理步驟之前進行。
若為如此的清洗方法，可更確實提升晶圓品質。
又，於此情形時，宜將於該各步驟產生的廢液中之臭氧水及純水廢液加以回收並再利用。
若為如此的清洗方法，因廢液可再利用，故可削減成本。
又，於此情形時，宜將該各步驟中使用臭氧水的步驟之臭氧水濃度設為10ppm以上。
若為如此的清洗方法，可更確實提升晶圓品質。
又，於此情形時，該研磨後之半導體矽晶圓宜為使用二氧化矽作為研磨劑所研磨而成之半導體矽晶圓。
若為如此的清洗方法，藉由第一及第二超音波臭氧水處理步驟，不僅有機物連二氧化矽亦可去除，其後，藉由以氟酸處理去除自然氧化膜，可去除二氧化矽及金屬汙染，故可更確實提升晶圓品質。
再者，本發明提供一種半導體矽晶圓之清洗處理裝置，其用以清洗研磨後之半導體矽晶圓，其具有： 第一臭氧水槽，填充有臭氧水，用以將該研磨後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水； 氟酸槽，填充有氟酸，用以將該半導體矽晶圓浸泡於氟酸； 第二臭氧水槽，填充有臭氧水，用以將浸泡過該氟酸之該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水； 具有超音波施加機構之臭氧水槽，用以將該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊進行清洗；及 晶圓旋轉處理機構，用以將該半導體矽晶圓從該具有超音波施加機構之臭氧水槽取出並使其旋轉。
若為如此的半導體矽晶圓之清洗處理裝置，藉由使晶圓旋轉，可有效去除附著於不僅晶圓面內還有邊緣部分之研磨劑，而能提升晶圓品質。 又，可為未伴隨有晶圓的蝕刻之清洗，故可改善表面粗糙度及凸起狀缺陷。 再者，因藉由使用臭氧水而能進行常溫處理，故為可削減成本的裝置。
又，於此情形時，填充至該臭氧水槽的臭氧水，其濃度宜為10ppm以上。
若為如此的半導體矽晶圓之清洗處理裝置，可更確實提升晶圓品質。 [發明效果]
若為本發明的半導體矽晶圓之清洗方法及清洗處理裝置，藉由使晶圓旋轉，可有效去除附著於不僅晶圓面內還有邊緣部分之研磨劑，而能提升晶圓品質。 又，可為未伴隨有晶圓的蝕刻之清洗，故可改善表面粗糙度及凸起狀缺陷。 再者，因藉由使用臭氧水而能進行常溫處理，故可削減成本。
為了解決上述問題，本發明人歷經無數精心研討結果得知，不使用如SC1之鹼性化學液，而以未伴隨有矽蝕刻的化學液，於常溫且pH＝7.0以下的狀態，對剛研磨後之全面附著有研磨劑的晶圓進行清洗，藉此可減少晶圓上的缺陷，可防止表面粗糙度的惡化。
又，本發明人得知，取代SC1，以併用臭氧水和超音波的清洗方法(超音波臭氧水處理)作為研磨劑之去除方法，且進行複數次之改變晶圓旋轉角度並施加超音波之臭氧水處理，藉此可達到優於習知技術的表面品質。
再者，本發明人得知，藉由超音波臭氧水處理，可進行常溫處理或可使廢水再利用，故能達到成本削減，而完成本發明。
以下，針對本發明進行具體說明，但本發明不限於此。
首先，針對本發明的半導體矽晶圓之清洗處理裝置，進行說明。
本發明的半導體矽晶圓之清洗處理裝置，其用以清洗研磨後之半導體矽晶圓，該清洗處理裝置具有：第一臭氧水槽，填充有臭氧水，用以將該研磨後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水；氟酸槽，填充有氟酸，用以將該半導體矽晶圓浸泡於氟酸；第二臭氧水槽，填充有臭氧水，用以將浸泡過該氟酸之該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水；具有超音波施加機構之臭氧水槽，用以將該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊進行清洗；及晶圓旋轉處理機構，用以將該半導體矽晶圓從該具有超音波施加機構之臭氧水槽取出並使其旋轉。
圖6係本發明的半導體矽晶圓之清洗處理裝置的一例圖。
半導體矽晶圓之清洗處理裝置1中，第一臭氧水槽2填充有臭氧水，藉由將剛研磨後的全面附著有研磨劑的半導體矽晶圓W加以浸泡，能以臭氧水處理去除研磨劑，且於半導體矽晶圓的表面形成氧化膜。
具有超音波施加機構之臭氧水槽3，可將縱向放置的半導體矽晶圓W浸泡於臭氧水。又，因具有對臭氧水槽施加超音波的超音波施加機構，故可一邊施加超音波一邊將半導體矽晶圓浸泡於臭氧水。
藉由晶圓旋轉處理機構4，將一邊施加超音波一邊浸泡於臭氧水之半導體矽晶圓W，從具有超音波施加機構之臭氧水槽3取出並使其旋轉後，搬運至下一個槽。又，在此，具有超音波施加機構之臭氧水槽3有複數個，於每次旋轉半導體矽晶圓W時改換所浸泡的槽，但亦可浸泡於相同的槽。
晶圓旋轉處理機構4，可以半導體矽晶圓W的晶圓面的中心作為旋轉中心，僅旋轉既定旋轉角度的量。
氟酸槽5填充有氟酸，使半導體矽晶圓W浸泡，以進行利用氟酸而去除氧化膜之微粒和金屬汙染的去除。
第二臭氧水槽6填充有臭氧水，將浸泡過氟酸之半導體矽晶圓W浸泡於臭氧水，藉由臭氧水形成自然氧化膜，而完成面狀態。
若為如此的半導體矽晶圓之清洗處理裝置，藉由使晶圓旋轉，可有效去除附著於不僅晶圓面內還有邊緣部分之研磨劑，而能提升晶圓品質。 又，可進行未伴隨有半導體矽晶圓的蝕刻之清洗，可改善表面粗糙度及凸起狀缺陷。 再者，因藉由使用臭氧水而可進行常溫處理，故可削減成本。
又，填充至半導體清洗處理裝置的臭氧水槽的臭氧水，以濃度10ppm以上者為佳。
若為如此的半導體矽晶圓之清洗處理裝置，可更確實提升晶圓品質。
其次，說明本發明的半導體矽晶圓之清洗方法。
本發明的半導體矽晶圓之清洗方法，其用以清洗研磨後之半導體矽晶圓，該清洗方法包含下述步驟：研磨後之臭氧水處理步驟，將該研磨後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水；第一超音波臭氧水處理步驟，將該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊以常溫進行清洗；及第二超音波臭氧水處理步驟，於該第一超音波臭氧水處理步驟之後，進行將該半導體矽晶圓從該臭氧水取出並使其旋轉之晶圓旋轉處理，將該晶圓旋轉處理後之該半導體矽晶圓再次浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊以常溫進行清洗；將該第二超音波臭氧水處理步驟進行1次以上，其後，進行將該半導體矽晶圓浸泡於氟酸之氟酸處理步驟、及將該氟酸處理步驟後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水之臭氧水處理步驟。
若為如此的半導體矽晶圓之清洗方法，藉由使晶圓旋轉，可有效去除附著於不僅晶圓面內還有邊緣部分之研磨劑，而能提升晶圓品質。 又，因係未伴隨有晶圓的蝕刻之清洗，故可改善表面粗糙度及凸起狀缺陷。 再者，因藉由使用臭氧水而可進行常溫處理，故可削減成本。
圖1係本發明的研磨後之半導體矽晶圓的清洗流程的一例圖。
如圖1所示，藉由使剛研磨後之於全面附著有研磨劑之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水之臭氧水處理，形成氧化膜之後(研磨後之臭氧水處理步驟)，於常溫下，進行施加超音波之臭氧水處理(超音波臭氧水處理)(第一超音波臭氧水處理步驟)，將［晶圓旋轉處理→超音波臭氧水處理］(第二超音波臭氧水處理步驟)進行1次以上，以進行清洗。其後，進行氟酸處理步驟、臭氧水處理步驟。又，可進行氟酸處理步驟前之純水處理步驟、臭氧水處理步驟後之純水處理步驟、乾燥處理。
晶圓旋轉處理，係將半導體矽晶圓先從具有超音波施加機構之臭氧水槽取出，並使其旋轉至規定的旋轉角度之後，搬運至下一個槽。
雖然第二超音波臭氧水處理步驟的重複次數增加越多，越能提升晶圓品質，但若為2次，於實際的製造步驟中不會造成產能的下降，故第二超音波臭氧水處理步驟，宜進行2次。
晶圓的旋轉角度，於將縱向放置於具有超音波施加機構之臭氧水槽內的晶圓的6點鐘方向設為0°時，可僅被旋轉既定的旋轉角度的量。
又，若將第二超音波臭氧水處理步驟進行n次，則晶圓之1次的旋轉角度宜為以360°／(1＋n)表示的角度。
圖3係本發明之將第二超音波臭氧水處理步驟重複2次時之流程圖。圖4係本發明之將第二超音波臭氧水處理步驟重複2次時之半導體矽晶圓的旋轉角度的圖。
如圖3所示，於進行超音波臭氧水處理之後(第一超音波臭氧水處理步驟)，進行晶圓旋轉處理，再搬往下一個具有超音波施加機構之臭氧水槽，並再度進行超音波臭氧水處理(第二超音波臭氧水處理步驟)。其後，進行晶圓旋轉處理，更再搬往下一個具有超音波施加機構之臭氧水槽，並進行超音波臭氧水處理(第2次之第二超音波臭氧水處理步驟)。
又，於將第二超音波臭氧水處理步驟重複2次的情形時，如圖3、4所示，可將晶圓旋轉處理的1次的旋轉角度設為360°／(1＋2)＝120°。
藉由重複進行如此之第二超音波臭氧水處理步驟，不僅晶圓的面內連邊緣部分亦可碰觸超音波，可更提升晶圓品質。
又，研磨後之半導體矽晶圓，宜為使用二氧化矽作為研磨劑所研磨而成之半導體矽晶圓。若如此，可藉由超音波臭氧水處理將有機物完全分解去除，亦可去除一定程度的二氧化矽。其後，藉由氟酸處理去除自然氧化膜，藉此，去除二氧化矽及金屬汙染，最後藉由臭氧水形成自然氧化膜而可完成面狀態。
又，具有將半導體矽晶圓浸泡於純水之純水處理步驟，該純水處理步驟宜至少於該氟酸處理步驟之前進行。若如此，可更確實提升晶圓品質。當然，純水處理不限於此，亦可於各步驟間或各步驟前後進行。
又，於上述各步驟所產生的廢液中，宜將臭氧水和純水的廢液回收並再利用。若如此，因可使廢液再利用，故能削減成本。
又，上述各步驟中使用臭氧水的步驟之臭氧水濃度，宜設為10ppm以上。若為如此的臭氧水濃度，可確實地形成自然氧化膜，可更確實提升晶圓品質。 [實施例]
以下，以實施例及比較例，更具體地說明本發明，但本發明並不限於此等實施例。
下述比較例及實施例中之半導體矽晶圓的評價之進行，係使用KLA－Tencor公司製的晶圓檢查裝置SP5，針對直徑19nm以上的微粒，對清洗後的半導體矽晶圓進行微粒測量。
(實施例) 於如圖1所示的清洗流程中，對研磨後之附著有研磨劑的半導體矽晶圓，進行180秒期間的臭氧水處理而形成氧化膜之後(臭氧水處理步驟)，進行180秒期間之施加超音波的超音波臭氧水處理(第一超音波臭氧水處理步驟)，並將［晶圓旋轉處理→180秒期間的超音波臭氧水處理］(第二超音波臭氧水處理步驟)重複2次而進行清洗。其後，依序進行純水處理、180秒期間的氟酸處理步驟、180秒期間的臭氧水處理步驟、純水處理及乾燥處理。又，實施例中之全部步驟係於常溫下進行。
因第二超音波臭氧水處理步驟的重複次數為2次，故將半導體矽晶圓的1次之旋轉角度設為360／(1＋2)＝120°。
又，實施例中，各步驟所產生的廢液中之臭氧水及純水的廢液，可回收再利用。
實施例中之各步驟中使用臭氧水的步驟之臭氧水濃度，係設為10ppm。又，氟酸處理步驟的氟酸清洗液之氟酸濃度，係設為1.0質量%。
(比較例) 於如圖2所示的清洗流程中，於對研磨後之附著有研磨劑的晶圓進行純水處理後，進行180秒期間之施加超音波的SC1處理，其後，進行純水處理、180秒期間的氟酸處理、180秒期間的臭氧水處理、純水處理及乾燥處理。SC1處理中所使用的SC1清洗液中，將氨、雙氧水、超純水的混合比設為1：1：10，將SC1清洗液的溫度設為80℃。又，氟酸處理、臭氧水處理中之臭氧水及氟酸的濃度，設為與實施例相同。
圖5係比較例及實施例中之清洗後的半導體矽晶圓的霧度及凸起狀缺陷數的圖。
如圖5所示，以使用SC1之一般清洗條件進行清洗之例子(比較例)及使用臭氧水和超音波進行清洗之例子(實施例)中，實施例相較於比較例，於霧度、凸起狀缺陷數皆有減少且改善。
又，針對LLS(localized light scatterers：局部光散射體)，亦是實施例相較於比較例有減少且改善。
又，本發明不限於上述實施形態。上述實施形態為例示，凡具有與本發明的專利申請範圍所記載的技術思想實質相同的構成，且能發揮同樣的作用效果者，不論何者皆包含於本發明的技術範圍。
1:清洗處理裝置 2:第一臭氧水槽 3:具有超音波施加機構之臭氧水槽 4:晶圓旋轉處理機構 5:氟酸槽 6:第二臭氧水槽
【圖1】本發明的研磨後之半導體矽晶圓的清洗流程的一例圖。 【圖2】習知的研磨後之半導體矽晶圓的清洗流程的一例圖。 【圖3】本發明之將第二超音波臭氧水處理步驟重複2次時之流程圖。 【圖4】本發明之將第二超音波臭氧水處理步驟重複2次時之半導體矽晶圓的旋轉角度的圖。 【圖5】比較例及實施例中之清洗後的半導體矽晶圓的霧度(Haze)及凸起狀缺陷數的圖。 【圖6】本發明的半導體矽晶圓之清洗處理裝置的一例圖。

Claims (9)

  1. 一種半導體矽晶圓之清洗方法，用來清洗研磨後之半導體矽晶圓，該清洗方法包含下述步驟：研磨後之臭氧水處理步驟，將該研磨後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水；第一超音波臭氧水處理步驟，將該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊以常溫進行清洗；及第二超音波臭氧水處理步驟，於該第一超音波臭氧水處理步驟之後，進行將該半導體矽晶圓從該臭氧水取出並使其旋轉之晶圓旋轉處理，接著將該晶圓旋轉處理後之該半導體矽晶圓再次浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊以常溫進行清洗；將該第二超音波臭氧水處理步驟進行1次以上，其後，進行將該半導體矽晶圓浸泡於氟酸之氟酸處理步驟、及將該氟酸處理步驟後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水之臭氧水處理步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體矽晶圓之清洗方法，其中，假設將該第二超音波臭氧水處理步驟進行n次時，將該晶圓旋轉處理中之該半導體矽晶圓的旋轉角度設為360°／(1＋n)。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體矽晶圓之清洗方法，其中，將該第二超音波臭氧水處理步驟進行2次。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體矽晶圓之清洗方法，更具有將該半導體矽晶圓浸泡於純水之純水處理步驟，該純水處理步驟至少於該氟酸處理步驟之前進行。
  5. 如申請專利範圍第4項之半導體矽晶圓之清洗方法，其中，將該各步驟產生的廢液中之臭氧水及純水的廢液加以回收並再利用。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體矽晶圓之清洗方法，其中，將該各步驟中使用臭氧水的步驟之臭氧水濃度設為10ppm以上。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體矽晶圓之清洗方法，其中，將該研磨後之半導體矽晶圓，設為使用二氧化矽作為研磨劑所研磨而成之半導體矽晶圓。
  8. 一種半導體矽晶圓之清洗處理裝置，其用來將研磨後之半導體矽晶圓加以清洗，具有：第一臭氧水槽，填充有臭氧水，用以將該研磨後之半導體矽晶圓浸泡於臭氧水；氟酸槽，填充有氟酸，用以將該半導體矽晶圓浸泡於氟酸；第二臭氧水槽，填充有臭氧水，用以將浸泡過該氟酸之該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水；具有超音波施加機構之臭氧水槽，用以將該半導體矽晶圓浸泡於臭氧水，並一邊施加超音波一邊進行清洗；及晶圓旋轉處理機構，用以將該半導體矽晶圓從該具有超音波施加機構之臭氧水槽取出並使其旋轉。
  9. 如申請專利範圍第8項之半導體矽晶圓之清洗處理裝置，其中，填充至該臭氧水槽的臭氧水，其濃度為10ppm以上。
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