JP3413726B2 - ウエハ洗浄方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、仕上げ研磨後の半
導体ウエハを洗浄するウエハ洗浄方法に関するものであ
り、特にオゾン水とフッ酸溶液を用いたウエハ洗浄方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シリコン単結晶インゴットから
切り出されたシリコンウエハは、ラッピング工程、エッ
チング工程の後、ウエハ表面の平坦化のため研磨剤を用
いた鏡面研磨工程が施される。一般に、シリコンウエハ
表面の清浄度は、半導体デバイス特性に直接影響を与
え、清浄度が低下すると、デバイスパターン形成時の不
良原因となったり、半導体デバイスの電気的特性等に悪
影響を及ぼす。

【０００３】ウエハ基板表面の清浄度の低下は、ウエハ
基板表面の微細な凹凸の他、ウエハ加工の各工程でウエ
ハ基板表面に付着したパーティクル（微粒子）等の異物
にも起因している。このため、鏡面研磨工程後は、ウエ
ハ表面に残存するパーティクル等の異物を除去するため
に洗浄処理を行っている。

【０００４】洗浄処理の一つとしてウエハを一枚ごとに
その中心周りに回転させながら洗浄を行うスピン洗浄が
あげられるが、このスピン洗浄として、従来から次のよ
うな洗浄方法が行われている。まず、鏡面研磨の仕上げ
研磨後のウエハ表面をオゾン水により洗浄することによ
り、ウエハ表面に酸化膜を形成する。これにより、ウエ
ハ表面に付着したパーティクル等の異物はウエハ表面か
ら浮いてくる。次いで、希フッ酸を含む溶液によりウエ
ハ表面を洗浄し、ウエハ表面に形成された酸化膜を完全
に剥離することにより、酸化膜と共にウエハ表面のパー
ティクルを除去する。そして、更にウエハ表面をオゾン
水洗浄する。これにより、ウエハ表面にはパーティクル
の少ないきれいな状態の酸化膜が形成される。このよう
なオゾン水洗浄とフッ酸溶液による洗浄処理を、繰り返
し行うことにより、ウエハ表面に発生するパーティクル
を最小限に抑えていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の洗浄方法では、希フッ酸処理によってウエハ
表面に形成された酸化膜を全て剥離しているので、希フ
ッ酸処理後のウエハ表面は酸化膜のないむき出しの面に
なっている。このウエハ表面は疎水面であるため、せっ
かく希フッ酸処理によってパーティクルを除去したとし
ても、パーティクルの再付着が生じやすい状態となって
しまう。このため、パーティクルの再付着により、その
後オゾン水洗浄を行っても最終的にはウエハ表面のパー
ティクルを増加させてしまうという問題がある。

【０００６】また、従来の洗浄方法では、ウエハ表面か
らパーティクル等の異物を確実に除去するために、オゾ
ン水洗浄及び希フッ酸溶液洗浄を繰り返し行っているた
め、洗浄処理に時間を要するという問題もある。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、確実にウエハ表面のパーティクルの低減
を図ることができるウエハ洗浄方法を提供することを主
な目的とする。本発明の別の目的は短時間の洗浄処理で
確実にパーティクルの低減を図ることができるウエハ洗
浄方法を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る発明は、仕上げ研磨後の半導体ウエ
ハの表面に対し、オゾン水洗浄により、複数の層からな
る酸化膜を形成する第１オゾン水洗浄工程と、フッ酸溶
液洗浄により、ウエハ表面に形成された酸化膜をウエハ
表面側の層を残して剥離するフッ酸溶液洗浄工程と、フ
ッ酸溶液洗浄終了後のウエハ表面に対し、更にオゾン水
洗浄により酸化膜を形成する第２オゾン水洗浄工程と、
を含むことを特徴とする。

【０００９】この請求項１に係る発明では、仕上げ研磨
後のパーティクルが多量に付着しているウエハ表面に、
第１オゾン水洗浄工程によって複数層からなる酸化膜を
形成し、その後、フッ酸溶液洗浄工程によってこの酸化
膜層をウエハ表面側の層を残して剥離する。このため、
フッ酸溶液洗浄後のウエハ表面は疎水状態とならず、パ
ーティクルの再付着が防止される。その後、第２オゾン
水洗浄工程によってウエハ表面をオゾン水洗浄を行うこ
とにより、ウエハ表面にはパーティクルの残存しない高
清浄度の酸化膜が形成される。従って、本発明によれ
ば、希フッ酸処理によってウエハ表面が疎水面となりパ
ーティクルの再付着を生じやすい従来のウエハ洗浄方法
に比べて、確実にパーティクルの低減を図ることが可能
となる。

【００１０】また、本発明では、このように第１オゾン
水洗浄工程、フッ酸溶液洗浄工程及び第２オゾン水洗浄
工程の一連の工程によって確実にパーティクルの低減が
図られるので、オゾン水洗浄とフッ酸溶液洗浄を何度も
繰り返す必要はなく、洗浄処理時間の短縮化にも繋が
る。

【００１１】本発明における複数の層からなる酸化膜と
は、シリコン原子の結晶構造の層をいい、第１オゾン水
洗浄工程により形成する酸化膜の層は少なくとも２層以
上である必要がある。

【００１２】第１オゾン水洗浄工程は、ウエハ表面に複
数の層からなる酸化膜を形成するのであれば良く、この
ためのオゾン水の濃度、洗浄時間は任意に定めることが
できる。

【００１３】フッ酸溶液洗浄工程は、ウエハ表面に形成
された酸化膜をウエハ表面側の層を残して剥離するもの
であれば良く、剥離する層に応じて、フッ酸溶液の濃
度、洗浄時間は任意に定めることができる。また、ウエ
ハ表面側に残す酸化膜の層の数や割合及び剥離する酸化
膜の層の数や割合は本発明では特に限定しない。例え
ば、酸化膜の層を最上層から全体の１／３程度剥離する
ように構成することができるが、ウエハ表面側に残す酸
化膜の層数が最も最適なものとして、請求項２に係る発
明が挙げられる。

【００１４】請求項２に係る発明は、請求項１に記載の
ウエハ洗浄方法において、前記フッ酸溶液洗浄工程は、
ウエハ表面に形成された酸化膜をウエハ表面側の一層の
みを残して剥離するものであることを特徴とする。

【００１５】この請求項２に係る発明は、フッ酸溶液洗
浄工程がウエハ表面に形成された酸化膜をウエハ表面側
の一層のみを残して剥離するので、酸化膜に浮いてきた
パーティクルの大部分を酸化膜の剥離と共に除去するこ
とができ、パーティクルの更なる低減を図ることができ
る。

【００１６】請求項３に係る発明は、請求項１又は２に
記載のウエハ洗浄方法において、前記フッ酸溶液洗浄工
程は、濃度約０．５％の前記フッ酸溶液により５秒間程
度の洗浄処理を行うものであることを特徴とする。

【００１７】この請求項３に係る発明は、フッ酸溶液洗
浄工程の好ましい態様であり、本願発明者が種々のパタ
ーンで実験した結果、濃度約０．５％のフッ酸溶液によ
り５秒間程度の洗浄処理を行った場合に、パーティクル
の低減効果が最も現れたものである。

【００１８】請求項４に係る発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のウエハ洗浄方法において、前記第１
オゾン水洗浄工程終了後で前記フッ酸溶液洗浄工程前の
ウエハ表面を、機械的に洗浄する機械的洗浄工程を更に
含むことを特徴とする。

【００１９】この請求項２に係る発明では、第１オゾン
水洗浄工程終了後でフッ酸溶液洗浄工程前の機械的洗浄
工程で、ウエハ表面を機械的洗浄処理により、第１オゾ
ン水洗浄工程による酸化膜形成によって浮上したパーテ
ィクルのうち、大きいサイズのパーティクルを除去す
る。このため、次工程のフッ酸溶液洗浄工程で酸化膜層
の剥離により、大きいサイズのパーティクルが残存する
ことはなく、さらなるパーティクルの低減が図られる。

【００２０】本発明における機械的洗浄工程は、ウエハ
表面を機械的に洗浄するものであれば良く、例えばロー
ルブラシによる洗浄、ディスクブラシによる洗浄があげ
られるがこれらに限定されるものではない。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照して、この
発明に係るウエハ洗浄方法の好適な実施の形態を詳細に
説明する。本実施形態のウエハ洗浄方法は、鏡面研磨の
仕上げ研磨処理終了後のシリコンウエハを一枚ずつその
中心周りに回転させながら洗浄するいわゆる枚葉式スピ
ン洗浄法により行うものである。

【００２２】（ウエハ洗浄装置の構成）図１は、本実施
形態のウエハ洗浄装置の概略構成図である。図１に示す
ように、本実施形態のウエハ洗浄装置１は、研磨装置か
らのシリコンウエハの搬送路１０と、搬送されてきたシ
リコンウエハの表面にオゾン（Ｏ_３）水又はフッ化水素
（ＨＦ）溶液を供給して洗浄する第１洗浄部２と、ウエ
ハをロールブラシ１１により機械洗浄する第２洗浄部３
と、ウエハを第１洗浄部２と第２洗浄部３との間で搬送
するロボットハンド４とを主に備えている。

【００２３】第１洗浄部２は、研磨装置（図示せず）か
ら搬送されてくるウエハを載置する基台５と、オゾン水
を噴射する第１ノズル７と、フッ化水素溶液を噴射する
第２ノズル８と、基台５を回転させる回転駆動機構（図
示せず）とから構成される。第１ノズル７には、濃度１
０ｐｐｍのオゾン水を貯蔵したオゾン水タンクに接続さ
れており、当該タンクから供給されるオゾン水を噴射す
るようになっている。第２ノズル８には、濃度０．５％
のフッ化水素溶液を貯蔵したフッ化水素溶液タンクに接
続されており、当該タンクから供給されるフッ化水素溶
液を噴射するようになっている。

【００２４】第２洗浄部３は、ロールブラシ洗浄処理を
行うものであり、ウエハを載置する基台６と、ＰＶＡ製
ロールブラシ１１と、ロールブラシ１１を軸心周りに回
転させながら移動させる移動機構（図示せず）と、純水
タンク（図示せず）、純水タンクから供給される純水を
ウエハ表面に噴射する２個の第３ノズル９とから構成さ
れる。

【００２５】（ウエハ洗浄処理）次に、以上のように構
成されたウエハ洗浄装置１によるウエハの洗浄処理につ
いて説明する。図２は本実施形態のウエハ洗浄処理によ
るウエハ表面の状態を各工程ごと時系列で模式的に示し
た工程図である。図２（ａ）は仕上げ研磨終了直後、図
２（ｂ）は１回目のオゾン水洗浄後、図２（ｃ）はロー
ルブラシ洗浄中、図２（ｄ）はフッ化水素溶液洗浄中、
図２（ｅ）は２回目のオゾン水洗浄後、のウエハ表面の
状態を示している。

【００２６】仕上げ研磨終了後に第１洗浄部２に搬送さ
れてきたウエハ表面は疎水面であるため、図２（ａ）に
示すように多数のパーティクルが強固に付着した状態と
なっている。このウエハに対し、第１洗浄部２の第１ノ
ズル７からオゾン水を噴射させて、１回目のオゾン水洗
浄処理を行う（第１オゾン水洗浄工程）。この第１オゾ
ン水洗浄工程では、ウエハを回転数１００ｒｐｍで中心
周りに回転させながら、濃度１０ｐｐｍのオゾン水を流
量１Ｌ／ｍｉｎで９０秒間、ウエハ表面に供給すること
により行う。これにより、図２（ｂ）に示すようにウエ
ハ表面には酸化膜が形成され、ウエハ表面のパーティク
ルが酸化膜上に浮いてきた状態となる。

【００２７】次いで、ウエハをロボットハンド４によっ
て第２洗浄部３へ移動し基台６上に載置する。そして、
噴射口９から純水をウエハ表面に供給する。かかる純水
洗浄を行いながら、ロールブラシ１１を駆動機構により
その軸心周りに回転させてウエハ表面上を移動し、ロー
ルブラシ洗浄処理を行う（機械洗浄工程）。このロール
ブラシ洗浄は、ウエハを回転数３０ｒｐｍでその中心周
りに回転させながら、ロールブラシ１１を回転数６００
ｒｐｍで軸回転させて６０秒間行う。このとき、図２
（ｃ）に示すように、酸化膜上に浮上してきたパーティ
クルの中でサイズの大きなパーティクルがロールブラシ
洗浄により除去される。

【００２８】次いで、ウエハをロボットハンド４によっ
て第１洗浄部２へ戻し基台５上へ載置する。そして、第
２ノズル８から濃度１０ｐｐｍのフッ化水素溶液を約５
秒間噴射して、ウエハ表面のフッ化水素溶液洗浄処理を
行う（フッ酸溶液洗浄工程）。図２（ｄ）に示すよう
に、このフッ化水素溶液洗浄によって、ウエハ表面の酸
化膜がシリコン原子１層分のみを残して剥離され、これ
により酸化膜上に浮いてきた微小パーティクルも同時に
除去される。即ち、本実施形態のフッ化水素溶液洗浄処
理によって、ウエハ表面の酸化膜は完全に剥離されない
状態で残り、ウエハ表面が疎水面となることはない。こ
のため、ウエハ表面へのパーティクルの再付着が防止さ
れる。

【００２９】次に、第１洗浄部２で、第１ノズル７から
１０ｐｐｍのオゾン水をウエハ表面に噴射することによ
り２回目のオゾン水洗浄を行う（第２オゾン水洗浄工
程）。このオゾン水洗浄処理は、３０秒間行う。これに
より、図２（ｅ）に示すように、ウエハ表面にはクリー
ンな酸化膜が形成される。第２オゾン水洗浄工程終了後
は、ウエハ表面の乾燥処理を行ってウエハ洗浄を終了す
る。

【００３０】このように本実施形態のウエハ洗浄方法で
は、フッ化水素溶液洗浄処理によって酸化膜をウエハ表
面側のシリコン原子１層分のみを残して剥離し、完全に
酸化膜を剥離しないので、パーティクルの再付着が防止
され、確実にパーティクルの低減を図ることができる。
また、１回目のオゾン水洗浄（第１オゾン水洗浄工
程）、ロールブラシ洗浄（機械的洗浄工程）、フッ化水
素溶液洗浄（フッ酸溶液洗浄工程）、及び２回目のオゾ
ン水洗浄（第２オゾン水洗浄工程）の一連の工程によっ
てパーティクルを低減できるので、オゾン水洗浄とフッ
酸溶液洗浄を何度も繰り返す必要はなく洗浄処理時間が
短縮される。

【００３１】尚、本実施形態のウエハ洗浄方法では、１
回目のオゾン水洗浄（第１オゾン水洗浄工程）、ロール
ブラシ洗浄（機械的洗浄工程）、フッ化水素溶液洗浄
（フッ酸溶液洗浄工程）、及び２回目のオゾン水洗浄
（第２オゾン水洗浄工程）をこの順で行えば良く、ロー
ルブラシ洗浄工程とフッ化水素溶液洗浄工程の間に純水
洗浄やカソード水によるディスクブラシ洗浄の工程を含
めても良く、また、２回目のオゾン水洗浄工程終了後
に、純水洗浄、純水によるディスク洗浄、純水によるメ
ガソニック洗浄等の工程を行った後乾燥工程に移行する
ようにしても良い。

【００３２】また、本実施形態のウエハ洗浄方法では、
フッ化水素溶液洗浄工程で使用するフッ化水素溶液の濃
度を１０ｐｐｍとし、洗浄時間を５秒間としているが、
ウエハ表面の酸化膜を完全に剥離しないものであれば、
任意の濃度、洗浄時間を採択することが可能である。

【００３３】

【実施例】［実施例１］ （１）洗浄処理のプロセス 仕上げ研磨後のシリコンウエハに対し以下のプロセスＡ
及びプロセスＢの処理を行った。 プロセスＡ：［1］→［2］→［3］→［4］→［6］→
［7］ プロセスＢ：［1］→［2］→［3］→［4］→［5］→
［6］→［7］ ここで、 [1]オゾン水洗浄（第１オゾン水洗浄工程） [2]ロールブラシ洗浄（機械的洗浄工程） [3]純水洗浄 [4]フッ化水素溶液洗浄（フッ酸溶液洗浄工程） [5]オゾン水洗浄（第２オゾン水洗浄工程） [6]純水洗浄 [7]乾燥処理 としている。

【００３４】（２）洗浄条件 上記[1]、[2]、[4]、[5]の各工程の洗浄条件は以下の通
りである。 [1]オゾン水洗浄（第１オゾン水洗浄工程） オゾン水濃度：１０ｐｐｍ 洗浄時間：９０秒 [2]ロールブラシ洗浄（機械的洗浄工程） 洗浄時間：６０秒 [4]フッ化水素溶液洗浄（フッ酸溶液洗浄工程） フッ化水素溶液の濃度：０．５％ 洗浄時間：５秒 [5]オゾン水洗浄（第２オゾン水洗浄工程） オゾン水濃度：１０ｐｐｍ 洗浄時間：３０秒

【００３５】（３）実施結果プロセスＡ及びプロセスＢ
の各処理を実行後、ウエハ表面上に残存する８０ｎｍ以
上のパーティクル数を測定したところ、以下のような結
果が得られた。 プロセスＡ：パーティクル数（８０ｎｍ以上）：９８０ プロセスＢ：パーティクル数（８０ｎｍ以上）：３７０

【００３６】（４）対比例 対比例として、以下のプロセスＣ，Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｈを
[4]フッ化水素溶液洗浄の条件を変えてそれぞれ実行し
た場合の８０ｎｍ以上のパーティクル数を表１に 示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】（５）評価 以上からわかるように、本実施例によれば、ウエハ表面
の８０ｎｍ以上のパーティクル数は対比例に比べて、き
わめて低減していることがわかる。

【００３９】［実施例２］ （１）洗浄処理のプロセス 以下の順で仕上げ研磨後のシリコンウエハに対してスピ
ン洗浄を行った。 [1]オゾン水洗浄（第１オゾン水洗浄工程） [2]ロールブラシ洗浄（機械的洗浄工程） [3]カソード水によるディスクブラシ洗浄 [4]純水洗浄 [5]フッ化水素溶液洗浄（フッ酸溶液洗浄工程） [6]オゾン水洗浄（第２オゾン水洗浄工程） [7]純水によるディスクブラシ洗浄 [8]純水によるメガソニック洗浄 [9]純水洗浄 [10]乾燥処理

【００４０】（２）洗浄条件 洗浄条件は実施例１と同様である。

【００４１】（３）実施結果 全プロセス終了後のパーティクル数（８０ｎｍ以上）：
５９個 この結果から分かるように、パーティクル数をほぼ除去
することができた。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
パーティクルの再付着を生じることなく、確実にパーテ
ィクルの低減を図れるという効果がある。また、オゾン
水洗浄とフッ酸溶液洗浄を何度も繰り返す必要はなく、
洗浄処理時間の短縮化が図られるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のウエハ洗浄装置の概略構成図であ
る。

【図２】本実施形態のウエハ洗浄処理によるウエハ表面
の状態を各工程ごと時系列で模式的に示した工程図であ
る。

【符号の説明】

１：洗浄装置 ２：第１洗浄部 ３：第２洗浄部 ４：ロボットハンド ５，６：基台 ７：第１ノズル ８：第２ノズル ９：第３ノズル １０：搬送路 １１：ロールブラシ Ｗ：シリコンウエハ Ｐ：パーティクル Ｏ：酸化膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 健郎 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式 会社スーパーシリコン研究所内 (56)参考文献 特開 平３−228328（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−251275（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−153698（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−111661（ＪＰ，Ａ) 特開2001−53050（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 21/304 H01L 21/308

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 仕上げ研磨後の半導体ウエハの表面に対
   し、オゾン水洗浄により、複数の層からなる酸化膜を形
   成する第１オゾン水洗浄工程と、 フッ酸溶液洗浄により、ウエハ表面に形成された酸化膜
   をウエハ表面側の層を残して剥離するフッ酸溶液洗浄工
   程と、 フッ酸溶液洗浄終了後のウエハ表面に対し、更にオゾン
   水洗浄により酸化膜を形成する第２オゾン水洗浄工程
   と、を含むことを特徴とするウエハ洗浄方法。
2. 【請求項２】 前記フッ酸溶液洗浄工程は、ウエハ表面
   に形成された酸化膜をウエハ表面側の一層のみを残して
   剥離するものであることを特徴とする請求項１に記載の
   ウエハ洗浄方法。
3. 【請求項３】 前記フッ酸溶液洗浄工程は、濃度約０．
   ５％の前記フッ酸溶液により約５秒間の洗浄処理を行う
   ものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のウ
   エハ洗浄方法。
4. 【請求項４】 前記第１オゾン水洗浄工程終了後で前記
   フッ酸溶液洗浄工程前のウエハ表面を、機械的に洗浄す
   る機械的洗浄工程を更に含むことを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか１項に記載のウエハ洗浄方法。