TWI657309B - 晶圓之洗淨方法 - Google Patents

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Abstract

提供晶圓的洗淨方法，其能夠抑制在晶圓上形成起因於臭氧水的段差缺陷。
本發明係為一邊使晶圓旋轉，一邊將洗淨液供給至該晶圓的表面上之晶圓的洗淨方法，其特徵在於：開始對於上述晶圓表面上的氟酸供給；停止上述氟酸的供給之前、或者在停止的同時，開始純水的供給；於停止上述氟酸供給以後，停止上述純水的供給之前，開始臭氧水的供給，設置對於上述晶圓表面上同時供給純水及臭氧水的期間；之後停止上述純水的供給，對於上述晶圓表面上僅供給臭氧水。

Description

晶圓之洗淨方法
本發明係關於晶圓的洗淨方法，尤其是關於使用臭氧水、氟酸、及純水的晶圓之枚葉式洗淨方法。
過去，在矽晶圓等的半導體晶圓之洗淨程序中，一般係使用臭氧水或氟酸，例如已有重複臭氧水洗淨和氟酸洗淨進行洗淨以除去粒子的方法。在此種方法中，藉由臭氧水洗淨而在晶圓表面上形成氧化膜，接著再藉由氟酸洗淨將晶圓表面的粒子等連同氧化膜一起除去。
但是，在此種方法中，在切換洗淨液時，臭氧水和氟酸共存於晶圓表面上，在晶圓表面上同時發生臭氧水造成的氧化膜的形成和氟酸造成的氧化膜的除去(蝕刻)，而造成表面粗度惡化的問題。
另外，若用氟酸除去氧化膜，則晶圓裸面露出，粒子非常容易附著在此晶圓裸面。因此，用氟酸將氧化膜除去後，再次用臭氧水進行洗淨時，在晶圓外周部因為晶圓裸面的撥水性而使得臭氧水被排斥，無法順利使臭氧水遍及，結果造成在晶圓外周部有粒子殘留的問題。
專利文獻1中記載一種晶圓的洗淨方法作為解決此問題的技術，其特徵在於，在包含使用臭氧水的洗淨程序、 和使用氟酸的洗淨程序的晶圓的洗淨方法中，在上述使用臭氧水的洗淨程序和上述使用氟酸的洗淨程序之間具有使用純水的旋轉洗淨程序，其係為依據(1)使用臭氧水的洗淨程序、(2)使用純水的旋轉洗淨程序、(3)使用氟酸的洗淨程序的順序、或者(1)使用氟酸的洗淨程序、(2)使用純水的旋轉洗淨程序、(3)使用臭氧水的洗淨程序的順序進行洗淨的方法，上述使用純水的旋轉洗淨程序中的純水的流量為1.2L/min以上，晶圓的旋轉數為1,000rpm以上。
先行技術文獻
專利文獻：
專利文獻1：日本特開2015-220284號公報
專利文獻1記載的技術中，藉由避免臭氧水和氟酸的共存，抑制洗淨後的晶圓的表面粗度之惡化，另外，用特定的純水流量及晶圓旋轉數進行純水旋轉洗淨，使得純水遍及到晶圓外周部，改善洗淨後的晶圓外周部中的粒子殘留。
但是，本案發明人認知到，用一邊使晶圓旋轉，一邊將洗淨液供給到該晶圓的表面上的晶圓的洗淨方法(以下僅稱之為「旋轉洗淨」)中，像過去那樣重複臭氧水洗淨和氟酸洗淨的方法、或像專利文獻1那樣，在臭氧水洗淨和氟酸洗淨之間進行純水洗淨的方法，則之後的晶圓檢查程序中的LPD(輝點缺陷：Light point defect)的降低有其限制。專利文獻1的技術中，應該能夠降低起因於粒子的LPD，但應該有起因 於粒子以外的任何缺陷的LPD。
本案發明人，在對研磨後的晶圓執行了過去的洗淨方法(臭氧水洗淨→氟酸洗淨→臭氧水洗淨)之後，調查在該晶圓表面觀察到的LPD。其結果之細節如後述，但如圖6所示，可以看出有多數圓形的段差缺陷存在。已確認此種段差缺陷有別於專利文獻1中視為問題的粒子，即使經過之後的最後洗淨程序也會有殘留。而且，為了探究形成此段差缺陷的原因，本案發明人用高速攝影機仔細觀察旋轉洗淨時的晶圓表面。結果發現，從氟酸洗淨切換到臭氧水洗淨的瞬間，發生了以下的(A),(B)之現象。亦即，(A)晶圓表面上的洗淨液量在極短期間中減少，裸矽面有部分露出，(B)在臭氧水最先從噴嘴吐出(噴射)的時點，臭氧水以細霧的形態放出，因此該細霧附著在裸矽面，引起局部氧化。此局部氧化部分，在之後的洗淨程序中難以用氟酸處理或SC1處理進行蝕刻，於是在洗淨後的晶圓中產生段差缺陷。
因此，本發明有鑑於上記課題，其目的在於提供一種晶圓的洗淨方法，其能夠抑制在晶圓上形成起因於臭氧水的段差缺陷。
本案發明人基於如上記的詳細探討，探討一種洗淨方法，當從氟酸洗淨切換到臭氧水洗淨的瞬間，即使在臭氧水最先從噴嘴噴射的時點產生了細霧，也不會讓細霧附著在裸矽面。然後想出後述方法：在臭氧水洗淨之前進行的對於晶圓表面的純水供給，在臭氧水的供給開始後也繼續特定期間，使得對於晶圓表面的純水的供給期間和臭氧水的供給期間重疊。依據此方法， 在臭氧水的供給開始的時點，足夠量的純水層覆蓋晶圓的全面，因此，即使有臭氧水的細霧發生，細霧也不會附著在裸矽面。
基於上記知識及見解完成之本發明的要旨構成如下。
(1)一種晶圓的洗淨方法，其係為一邊使晶圓旋轉，一邊將洗淨液供給至該晶圓的表面上之晶圓的洗淨方法，其特徵在於：開始對於上述晶圓表面上的氟酸供給；停止上述氟酸的供給之前、或者在停止的同時，開始純水的供給；設置於停止上述氟酸供給以後，停止上述純水的供給之前，開始臭氧水的供給，對於上述晶圓表面上同時供給純水及臭氧水的期間；之後停止上述純水的供給，對於上述晶圓表面上僅供給臭氧水。
(2)如上記(1)所記載的晶圓的洗淨方法，在上述晶圓表面上，於停止上述氟酸的供給前開始上述純水的供給，設置同時供給氟酸及純水的期間。
(3)如上記(2)所記載的晶圓的洗淨方法，在上述晶圓表面上，停止上述氟酸的供給後，開始上述臭氧水的供給，設置僅供給純水的期間。
(4)如上記(1)~(3)任一項所記載的晶圓的洗淨方法，上述氟酸從第1噴嘴吐出，上述純水及上述臭氧水從有別於上述第1噴嘴的共通噴嘴吐出。
(5)如上記(1)~(3)中任一項所記載的晶圓的洗淨方法，上述氟酸、上述純水、及上述臭氧水分別由個別的噴嘴吐出。
依據本發明的晶圓的洗淨方法，能夠抑制在晶圓 上形成起因於臭氧水的段差缺陷。
10‧‧‧氟酸供給系
11‧‧‧第1配管
12‧‧‧第1噴嘴
13‧‧‧氟酸流量調整用閥
20‧‧‧純水供給系
21‧‧‧第2配管
22‧‧‧第2噴嘴
23‧‧‧純水流量調整用閥
30‧‧‧臭氧水供給系
31‧‧‧第3配管
32‧‧‧第3噴嘴
33‧‧‧臭氧水流量調整用閥
40‧‧‧純水‧臭氧水供給系
41‧‧‧純水用配管
42‧‧‧臭氧水用配管
43‧‧‧第4配管
44‧‧‧第4噴嘴
45‧‧‧純水流量調整用閥
46‧‧‧臭氧水流量調整用閥
【圖1】(A),(B)為表示在依據本發明的一實施形態的晶圓的洗淨方法中使用的洗淨液的供給噴嘴的構成例之圖。
【圖2】(A),(B)為表示在分別使用圖1(A),(B)的供給噴嘴的情況下之洗淨液的供給順序之一例的圖。
【圖3】(A),(B)為表示在分別使用圖1(A),(B)的供給噴嘴的情況下之洗淨液的供給順序之其他例的圖。
【圖4】表示過去的洗淨方法中的洗淨液之供給順序的一例的圖。
【圖5】表示過去的洗淨方法中的洗淨液之供給順序的其他例的圖。
【圖6】用原子間力顯微鏡(AFM)觀察起因於臭氧水的段差缺陷之圖像。
本發明關於晶圓的洗淨方法，其係一邊使晶圓旋轉，一邊將洗淨液供給到該晶圓的表面上的旋轉洗淨。此洗淨適合對於將晶圓施以鏡面研磨處理而得到的研磨後晶圓，在其檢查前進行。
圖1(A),(B)中，表示在依據本發明的一實施形態之晶圓的洗淨方法中使用的洗淨液的供給噴嘴的構成例。
圖1(A)表示將氟酸、純水、及臭氧水分別從個別的噴嘴吐出的態樣。在此態樣中，氟酸供給系10(標記為Nz1) 包含：第1配管11、位於其先端部的第1噴嘴(吐出口)12、設置於第1配管11的氟酸流量調整用閥13。同樣地，純水供給系20(標記為Nz2)包含：第2配管21、位於其先端部的第2噴嘴22、設置於第2配管21的純水流量調整用閥23。同樣地，臭氧水供給系30(標記為Nz3)包含：第3配管31、位於其先端部的第3噴嘴32、設置於第3配管31的臭氧水流量調整用閥33。各噴嘴12,22,32都設置於晶圓中心部的上方，來自各噴嘴的洗淨液滴下並供給到正在旋轉的晶圓的中心部。
圖1(B)表示將純水及臭氧水從共通噴嘴吐出的態樣。在此態樣中，氟酸供給系10(標記為Nz1)和圖1(A)相同。純水‧臭氧水供給系40(標記為Nz4)包含：純水用配管41、臭氧水用配管42、由上述合流而成的第4配管43、位於其先端部的第4噴嘴44、設置於純水用配管41的純水流量調整用閥45、設置於臭氧水用配管42的臭氧水流量調整用閥46。第1噴嘴12及第4噴嘴44都設置於晶圓中心部的上方，來自各噴嘴的洗淨液滴下並供給到正在旋轉的晶圓的中心部。
在此，參照圖2(A),(B)，說明本發明的第1實施形態的晶圓的洗淨方法中的洗淨液的供給順序。圖2(A)表示使用圖1(A)的供給噴嘴的情況下，圖2(B)顯示使用圖1(B)的供給噴嘴下的供給順序。
如圖2(A),(B)所示，本實施形態中，對晶圓表面上依照順序沒有中斷地執行：僅供給氟酸的程序(1)、同時供給氟酸和純水的程序(2)、僅供給純水的程序(3)、同時供給純水和臭氧水的程序(4)、僅供給臭氧水的程序(5)。換言之，係如下 述。首先，對晶圓表面上開始氟酸的供給。接著，在停止氟酸的供給之前，開始純水的供給，設置對於晶圓表面上同時供給氟酸和純水的期間。接著，停止氟酸的供給。接著，在停止純水的供給之前，開始臭氧水的供給，設置對於晶圓表面上同時供給純水和臭氧水的期間。接著，停止純水的供給。最後，停止臭氧水的供給。
另外，圖2(B)的情況下，使臭氧水流量調整用閥46從閉到開的時點、和對於晶圓上的臭氧水的供給開始時點(亦即程序(4)的開始時點)，具有起因於配管殘留的時間延遲。同樣地，使純水流量調整用閥45從開到閉的時點、和對於晶圓上的純水的供給停止時點(亦即程序(5)的開始時點)，具有起因於配管殘留的時間延遲。
接著，參照圖3(A),(B)，說明本發明的第2實施形態的晶圓的洗淨方法中的洗淨液的供給順序。圖3(A)表示使用圖1(A)的供給噴嘴的情況下，圖3(B)表示使用圖1(B)的供給噴嘴的情況下的供給順序。
如圖3(A),(B)所示，本實施形態中，對晶圓表面上依照順序沒有中斷地執行：僅供給氟酸的程序(1)、同時供給氟酸和純水的程序(2)、同時供給純水和臭氧水的程序(4)、僅供給臭氧水的程序(5)。換言之，係如下述。首先，對晶圓表面上開始氟酸的供給。接著，停止氟酸的供給之前，開始純水的供給，設置對於晶圓表面上同時供給氟酸和純水的期間。接著，停止氟酸的供給。與此同時，不停止純水的供給，而開始臭氧水的供給，設置對於晶圓表面上同時供給純水和臭氧水的期 間。接著，停止純水的供給。最後，停止臭氧水的供給。
另外，圖3(B)的情況下，使臭氧水流量調整用閥46從閉到開的時點、和對於晶圓上的臭氧水的供給開始時點(亦即程序(4)的開始時點)，具有起因於配管殘留的時間延遲。同樣地，使純水流量調整用閥45從開到閉的時點、和對於晶圓上的純水的供給停止時點(亦即程序(5)的開始時點)，具有起因於配管殘留的時間延遲。
參照與上述本實施形態對比之圖4及圖5，說明過去的洗淨方法中的洗淨液的供給順序。
圖4所示的第1過去例中，對晶圓表面上依照順序沒有中斷地執行：僅供給氟酸的程序(1)、僅供給臭氧水的程序(5)。換言之，係如下述。首先，對晶圓表面上開始氟酸的供給。接著，停止氟酸的供給之同時，開始臭氧水的供給。最後，停止臭氧水的供給。此過去例，使用圖1(A)的噴嘴構成，氟酸的供給係由第1噴嘴12進行，臭氧水的供給係由第3噴嘴32進行。
圖5所示的第2過去例中，對晶圓表面上依照順序沒有中斷地執行：僅供給氟酸的程序(1)、僅供給純水的程序(3)、僅供給臭氧水的程序(5)。換言之，係如下述。首先，對晶圓表面上開始氟酸的供給。接著，停止氟酸的供給之同時，開始純水的供給。接著，停止純水的供給之同時，開始臭氧水的供給。最後，停止臭氧水的供給。此過去例，使用圖1(A)的噴嘴構成，氟酸的供給係由第1噴嘴12進行，純水的供給係由第2噴嘴22進行，臭氧水的供給係由第3噴嘴32進行。
將圖2,3所示的實施形態、和圖4,5所示的過去例進行對比。圖4所示的第1過去例中，如圖4中所示，晶圓表面上的洗淨液量只在有剛開始程序(5)後的極短的期間有減少，裸矽面部分露出。因此，剛開始程序(5)後放出的臭氧水的細霧附著在裸矽面，造成局部氧化。其結果為，在洗淨後的晶圓表面形成段差缺陷。在圖5所示的第2過去例中也發生同樣的現象，在洗淨後的晶圓表面形成段差缺陷。
相對於此，在圖2(A),(B)及圖3(A),(B)所示的本實施形態中，在各程序中經過如下述的洗淨過程。首先，程序(1)中，藉由氟酸將晶圓表面的氧化膜蝕刻除去。程序(2)中，藉由氟酸的氧化膜之蝕刻繼續進行，同時追加純水，藉此將晶圓表面的液層強化。圖2(A),(B)所示的程序(3)中，藉由純水將晶圓表面上的氟酸排除。藉此，避免臭氧水和氟酸的共存，抑制晶圓的表面粗度的惡化。程序(4)中，藉由純水以維持晶圓表面的液層強化的狀態，同時藉由臭氧水在晶圓表面形成氧化膜。程序(5)中，也繼續用臭氧水在晶圓表面形成氧化膜。
圖2(A)和圖3(A)的順序中，在程序(4)開始的瞬間，從第3噴嘴32產生臭氧水的細霧。但是，在圖2(A)中與程序(3)連續供給純水，圖3(A)中與程序(2)連續供給純水，因此，在程序(4)開始的瞬間已有充分量的純水層覆蓋在晶圓的全面。因此，臭氧水的細霧不附著在裸矽面。其結果為，能夠抑制起因於段差缺陷的臭氧水之段差缺陷在晶圓上形成。
依據圖2(B)的圖3(B)的順序，流過配管42的臭氧水和流過配管41的純水合流，所以，在臭氧水從第4噴嘴44吐出的瞬間(程序(4)開始的瞬間)，根本不會發生細霧。而且，因為有程序(2)或程序(3)，在程序(4)開始的瞬間已有充分量的純水層覆蓋在晶圓的全面。因此，能夠抑制起因於段差缺陷的臭氧水之段差缺陷在晶圓上形成。
本發明中，在臭氧水的供給開始的時點，已經有充分量的純水層覆蓋在晶圓的全面，這是很重要的。因此，上記第1及第2實施形態以外，亦可依照順序沒有中斷地執行程序(1)、程序(3)、程序(4)、及程序(5)。亦即，本發明中，程序(1)和程序(5)之間，進行了程序(2)及程序(3)當中的至少一者之後，再進行程序(4)。
就抑制晶圓之表面粗度惡化的觀點而言，設置程序(3)為佳，亦即，停止氟酸的供給後，開始臭氧水的供給，設置僅供給純水的期間。
程序(1)及程序(2)中供給的氟酸之濃度，依據晶圓的汙染等級適當設定即可，雖然沒有特別限定，但是可以為0.5~3.0質量%。另外，程序(4)及程序(5)中供給的臭氧水之濃度，只要能在晶圓表面形成氧化膜即可，並不特別限定，但可以為5~20質量ppm。另外，在此的臭氧水濃度，在圖2(B)及圖3(B)的以第4配管43混合純水和臭氧水的實施形態的情況下，係指混合前的通過配管42的臭氧水的濃度。
程序(1)及程序(2)中氟酸的流量，依據晶圓的汙染等級適當設定即可，雖然沒有特別限定，但是可以為0.5~1.5L/min。另外，工程(2),(3),(4)中的純水的流量，只要是在能夠形成充分的液層的範圍內適當設定即可，並沒有特別限定，但可以為1.0~2.0L/min。另外，程序(4)及程序(5)中的臭 氧水的流量，只要能在晶圓表面形成氧化膜即可，並不特別限定，但可以為1.0~2.0L/min。
各程序中的晶圓的旋轉數雖然沒有特別限定，但是可以為300~1000rpm。
各程序的處理時間依據晶圓的汙染等級適當設定即可，雖然沒有特別限定，但程序(1)的處理時間為10~60秒為佳，程序(2)的處理時間為5秒以下為佳，程序(3)的處理時間為10秒以下為佳，程序(4)的處理時間為0.5~2秒為佳，程序(5)的處理時間為10~30秒為佳。
對於鏡面研磨處理後的矽單結晶晶圓(直徑300mm)，進行使用各種洗淨液的旋轉洗淨。在比較例及發明例1,2中，各旋轉洗淨程序係將表1所示者不中斷地執行。另外，表1中，「○」表示已進行對應的洗淨程序，「×」表示未進行。
各洗淨程序的條件如下。另外，各洗淨程序中的晶圓的旋轉數為500rpm。
氟酸洗淨程序(HF)
氟酸濃度：1.0質量%
流量：0.8L/min
處理時間：10秒
氟酸‧純水洗淨程序(HF/DIW)
氟酸濃度：1.0質量%
氟酸流量：0.8L/min
純水流量：1.2L/min
處理時間：3秒
純水洗淨程序(DIW)
純水流量：1.2L/min
處理時間：10秒
純水‧臭氧水洗淨程序(DIW/O3W)
臭氧水濃度：15質量ppm
純水流量：1.2L/min
臭氧水流量：1.2L/min
處理時間：1秒
臭氧水洗淨程序(O3W)
臭氧水濃度：15質量ppm
流量：1.2L/min
處理時間：20秒
在各水準中，按照上記順序洗淨6枚晶圓，並使其旋轉乾燥。之後，對各晶圓進行定法的枚葉旋轉洗淨作為最終洗淨，之後將之旋轉乾燥。之後，用雷射粒子計數器(KLA-Tencor公司製、SP-3)以DCO模式測定各晶圓的表面， 求出大小在26nm以上的LPD之個數。於表1中顯示各水準中的平均LPD個數。
由表1可知，相較於比較例，發明例1,2中能夠降低LPD個數。另外，用原子間力顯微鏡(AFM)觀察比較例中被檢出為LPD之處時，觀察到多個如圖6所示的段差缺陷(大概為直徑3~12μm、高度0.05~0.24nm的凸圓柱狀缺陷)。相對於此，用AFM觀察發明例1,2中被檢出為LPD的所有位置時，並未觀察到此種段差缺陷。
【產業上的利用可能性】
依據本發明的晶圓的洗淨方法，能夠抑制起因於臭氧水的段差缺陷形成於晶圓上。

Claims (5)

  1. 一種晶圓的洗淨方法，其係為一邊使晶圓旋轉，一邊將洗淨液供給至該晶圓的表面上之晶圓的洗淨方法，其特徵在於：開始對於上述晶圓表面上的氟酸供給；停止上述氟酸的供給之前、或者在停止的同時，開始純水的供給；於停止上述氟酸供給以後，停止上述純水的供給之前，開始臭氧水的供給，設置對於上述晶圓表面上同時供給純水及臭氧水的期間；之後停止上述純水的供給，對於上述晶圓表面上僅供給臭氧水。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載的晶圓的洗淨方法，在上述晶圓表面上，於停止上述氟酸的供給前開始上述純水的供給，設置同時供給氟酸及純水的期間。
  3. 如申請專利範圍第2項所記載的晶圓的洗淨方法，在上述晶圓表面上，停止上述氟酸的供給後，開始上述臭氧水的供給，設置僅供給純水的期間。
  4. 如申請專利範圍第1到3項中任一項所記載的晶圓的洗淨方法，上述氟酸從第1噴嘴吐出，上述純水及上述臭氧水從有別於上述第1噴嘴的共通噴嘴吐出。
  5. 如申請專利範圍第1到3項中任一項所記載的晶圓的洗淨方法，上述氟酸、上述純水、及上述臭氧水分別由個別的噴嘴吐出。
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