(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハ表面に付着した粒子を除去するための方法であって、
フッ化水素を主成分とする洗浄液により半導体ウェハを洗浄する工程と、
継続的に洗浄液が供給される洗浄液槽内に上記半導体ウェハを浸漬する工程と、
上記洗浄液内への上記半導体ウェハの浸漬の時点から所定の時間が経過した後に上記洗浄液内に超音波を供給する工程と、
を有する半導体ウェハ上の粒子を除去する方法。
【請求項２】
上記所定の時間が２０秒以上である、請求項１に記載の半導体ウェハ上の粒子を除去する方法。
【請求項３】
上記所定の時間が上記洗浄液槽内の洗浄液の置換率が０．４以上となる時間である、請求項１に記載の半導体ウェハ上の粒子を除去する方法。
【請求項４】
上記超音波の供給時間が４００秒以上である、請求項２に記載の半導体ウェハ上の粒子を除去する方法。
【請求項５】
上記半導体ウェハの洗浄時間が６００秒以上である、請求項４に記載の半導体ウェハ上の粒子を除去する方法。
【請求項６】
上記洗浄液が超純水である、請求項１、２、３、４又は５に記載の半導体ウェハ上の粒子を除去する方法。
【請求項７】
上記洗浄液が水素添加超純水である、請求項１、２、３、４又は５に記載の半導体ウェハ上の粒子を除去する方法。
【請求項８】
上記水素添加超純水における水素の濃度が０．３〜１．６ｐｐｍの範囲である、請求項７に記載の半導体ウェハ上の粒子を除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハの洗浄方法に関し、特に半導体ウェハ表面に付着した粒子を除去するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの高集積化・高密度化の要求に伴って、半導体ウェハ表面の微細な異物に対する清浄度の要求が、一層厳しいものとなって来ている。従って、半導体チップの製造歩留まりを向上させるためには、半導体ウェハの洗浄によって、異物を効果的に除去する必要がある。
【０００３】
半導体ウェハの洗浄は、多種類の不純物、例えば、金属不純物、有機不純物、またはシリコンなどからなる微細粒子を、半導体ウェハ表面から除去するための複数のプロセスを含む。洗浄プロセスでは、各種の洗浄液が環流する複数の洗浄液槽で、順次半導体ウェハを洗浄する。複数枚の半導体ウェハが、任意のトレイに保持されて搬送され、予め決められた洗浄時間だけ洗浄液槽内に置かれる。以下に、現在実施されている代表的な洗浄プロセスの工程を示す。
【０００４】
（１）主として半導体ウェハ表面の微細粒子を除去する目的で、ＳＣ−１（アンモニア・過酸化水素水溶液:NH4OH/H2O2/H2O）の洗浄液槽に半導体ウェハを搬入し、およそ１０分間洗浄を行なう。
（２）次いで、ＳＣ−１を半導体ウェハ表面上から洗い流すために、超純水による洗浄液槽に上記半導体ウェハを搬入し、およそ１０分間リンスを行なう。
（３）次いで、主として半導体ウェハ表面の金属不純物や有機不純物を除去する目的で、ＳＣ−２（HCl/H2O2/H2O）の洗浄液槽に半導体ウェハを搬入し、およそ１０分間洗浄を行なう。
（４）次いで、ＳＣ−２を半導体ウェハ表面上から洗い流すために、超純水による洗浄液槽に上記半導体ウェハを搬入し、およそ１０分間リンスを行なう。
（５）次いで、主として半導体ウェハ表面のシリコン酸化膜（自然酸化膜）を除去する目的で、フッ化水素混合液（希HF、FPM（HF/H2O2/H2O）洗浄溶液など）の洗浄液槽に上記半導体ウェハを搬入し、１〜５分間洗浄を行なう。
（６）最終工程として、ＨＦ（フッ化水素）混合液を洗い流すために、超純水による洗浄液槽に上記半導体ウェハを搬入し、およそ１０分間リンスを行なう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の代表的な洗浄プロセスにおいては、微細粒子が十分に除去されないという問題がある。これは、上記第５工程において半導体ウェハ表面から剥離されたシリコン酸化膜からなる微細粒子が、ベアシリコン表面上に付着し、これを後の第６ステップで洗い流すことができないためである。すなわち、酸性のＨＦ混合液中では、シリコンウェハ表面と主な微細粒子表面の電位は異極となり、お互いに引き合う性質にあるため、超純水によるリンスのみではこれを分離することができない。
【０００６】
このような問題に対処するために、従来の洗浄プロセスにおいては、前記第６の工程で用いる洗浄液槽に超音波振動子を配置し、該液槽内の超純水又は水素添加超純水（０．３〜１．６ｐｐｍの水素を添加した超純水）に、超音波を一定時間照射しつつリンスを行なう方法が採られている。しかしながら、このような対策にも拘わらず、依然十分な微細粒子の除去ができていないというところが現状である。
【０００７】
従って本発明の目的は、上記洗浄プロセスにおいて、半導体ウェハの表面に付着した微細粒子の除去を効果的に行なう方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、半導体ウェハ表面に付着した粒子を除去するための方法であって、洗浄液が供給される洗浄液槽内に半導体ウェハを浸漬する工程と、上記洗浄液内への上記半導体ウェハの浸漬の時点から所定の時間が経過した後に上記洗浄液内に超音波を供給する工程とを有する。
【０００９】
発明者らは、上記本発明の工程に従って、半導体ウェハを浸漬した洗浄液内における超音波の発生を、所定時間遅延させて開始させることによって、半導体ウェハ表面に付着した微細粒子の除去効率が格段に高まることを見出した。従来から、半導体ウェハ表面に付着した微細粒子は、超音波によるキャビテーション効果による物理的衝撃力により、該表面から離脱されるとされている。しかしながら、前段のＨＦ混合液による洗浄工程では、半導体ウェハ表面のシリコン酸化膜をエッチングするため、該洗浄液槽から引き上げられた半導体ウェハ表面には、この薬液と共に、エッチングされたシリコン酸化膜がコロイド状（一種の微細粒子）に混在している。また、半導体ウェハのエッジ部、裏面部からも多くの微細粒子がはがれ落ち、それらも同様に上記薬液と共に混在している。このような半導体ウェハを本工程における洗浄液内に浸漬して超音波を照射した場合、これによって洗浄液中に生じる気泡（キャビテーション）の一部は、半導体ウェハ表面にその表面張力で滞在し、しかも上記微細粒子を取り込んでしまうという結果がもたらされる。従って、発明者らの考察によれば、本発明の工程に従い、最初超音波を発生させずに、半導体ウェハ表面のＨＦ混合液の除去をある程度行い、所定の時間をおいて超音波を発生させれば、ＨＦ混合液中の微細粒子が気泡内に取り込まれる可能性が減り、効果的に微細粒子を除去可能になるものである。
【００１０】
好適な実施形態において、上記所定の時間は、２０秒以上である。
【００１１】
また、上記所定の時間を、洗浄液槽内の洗浄液の置換率が０．４以上となるとき（但し、単位容量の洗浄液槽内に同量の洗浄液を単位時間で供給した場合を１とする）とすることができる。
【００１２】
好適な実施形態において、上記半導体ウェハの洗浄時間は、６００秒以上である。
【００１３】
好適な実施形態において、上記所定の超音波の供給時間は、４００秒以上である。
【００１４】
更に、上記洗浄液を、超純水、又は水素添加超純水、より好ましくは、超純水に０．３〜１．６ｐｐｍの水素を添加してなる水素添加超純水とすることが好ましい。
【００１５】
また、好ましくは、超音波を利用した半導体ウェハの洗浄工程が、半導体ウェハをフッ化水素を主体とする洗浄液で洗浄する工程の後に実施される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図示した一実施形態に基いて本発明を詳細に説明する。本発明に係る半導体ウェハ上の粒子を除去する方法は、前述した代表的な半導体ウェハの洗浄プロセスにおける最終リンス工程で、好適に用いられる。図１は、本発明に係る最終リンス工程と、その前段のＨＦ混合液による洗浄工程の各プロセスを概念的に示している。
【００１７】
複数枚の半導体ウェハ１００は、任意のトレイ１０２に保持され、ここでは図示しない搬送クレーンによって、各洗浄プロセスを実施する洗浄液槽間を搬送される。上述した（１）〜（４）の洗浄プロセスを経た半導体ウェハ１００は、ＨＦ混合液による洗浄液槽１０４に導入され、１〜５分間の洗浄を実施される。ここでは、主として半導体ウェハ表面の自然酸化膜の除去が達成される。ＨＦ混合液による洗浄工程での洗浄時間が経過すると、搬送クレーンが起動され、洗浄液槽１０４から半導体ウェハ１００を引き上げ、次いで、本発明に係る最終リンス工程を実施する洗浄液槽１０６内にこれを搬入する。
【００１８】
最終リンス工程を実施する洗浄液槽１０６には、超純水（ＵＰＷ）又は、０．３〜１．６ｐｐｍの水素が添加された水素添加超純水（以下、水素水という）が入れられる（以下では、これらを総称して洗浄水ということがある）。洗浄水は、少なくとも半導体ウェハ１００が洗浄液槽中にあるときは、図示しない供給手段により洗浄液槽１０６内に継続的に供給されている。洗浄液槽１０６には、超音波振動子１０８が備えられ、これにより洗浄液槽１０６内の洗浄水に、所定周波数の超音波が供給、すなわち照射される。本発明に係る本最終リンス工程の実施においては、洗浄液槽１０６内に半導体ウェハを搬入してから、所定の時間をおいて超音波の照射が開始される。この具体的な実施シーケンスについては後述する。本最終リンス工程においては、上記洗浄水により半導体ウェハ表面のＨＦ混合液が洗い流されると共に、該混合液中に混入した微細粒子が効果的に除去される。
【００１９】
図２は、本発明に係る最終リンス工程を実施するための制御ブロック図を示している。超音波振動子２１０及び半導体ウェハの搬送クレーン２１４は、シーケンサ２０４からの制御信号に基づいて駆動制御される。シーケンサ２０４は、タイマー２０６を備えており、これはウェハ検出センサ２０２からの検出信号を受けて起動（セット）又は停止（リセット）される。ウェハ検出センサ２０２は、図１における洗浄液槽１０６の上部又は内部に設置され、半導体ウェハ１００が洗浄液槽１０６内に存在するか否かを検出する。
【００２０】
シーケンサ２０４は、タイマー２０６で計測される時間を監視しており、それが予め設定された時間、すなわち所定の時間、照射時間及び洗浄時間に達したとき、それぞれ所定の制御信号を出力するよう構成される。ここで、上記所定の時間は、超音波の照射を開始させるタイミングを決定するもので、半導体ウェハ１００が洗浄液槽１０６に搬入されてからの経過時間を規定する。好適な実施形態において、この所定の時間は、３０〜１８０秒の範囲である。上記洗浄時間は、半導体ウェハ１００を洗浄液槽１０６内に置く経過時間であり、好適な実施形態において、１０分（６００秒）程度である。上記照射時間は、洗浄液槽１０６内で超音波を照射している経過時間を決定するもので、最大照射時間は、（洗浄時間−所定の時間）として規定されるが、それ以下の時間を照射時間として設定することができる。これらの設定時間は、ユーザが任意に変更できる。例えば、上記所定の時間を２０秒〜１８０秒の範囲としたり、上記洗浄時間を約３００秒程度とすることもできる。シーケンサ２０４からの所定の制御信号は、発信回路２０８に与えられ、これにより超音波振動子２１０が励起され、洗浄液槽内には超音波が照射される。また、シーケンサ２０４は、搬送駆動部２１２に所定の制御信号を送出し、これによって搬送クレーン２１４が起動され、半導体ウェハ１００が洗浄液槽１０６から搬出される。
【００２１】
図３は、前記制御ブロックに示されたシーケンサにおける制御を示すフローチャートである。以下、図２及び本図に従って、本発明に係るシーケンサ２０４の制御について説明する。制御は、ウェハ検出センサ２０２が、洗浄液槽１０６への半導体ウェハ１００の搬入を検出したことにより開始される。すなわち、搬送クレーン２１４により半導体ウェハ１００が、最終リンス工程を実施する洗浄液槽１０６に搬入されると、ウェハ検出センサ２０２はこれを検知し、シーケンサ２０４に検出信号を送出する（３０２）。シーケンサ２０４が、この検出信号を入力すると、タイマー２０６がセットされ、時間の計測が開始される（３０４）。シーケンサ２０４は、タイマー２０６で計測される時間を監視しており、予め設定された上述の所定の時間になるまで、制御信号を送出することなく、待機状態を維持する。従って、最終リンス工程は、上記所定の時間が経過するまでは、超音波を照射することなく、洗浄水の供給のみによって実施される。この過程で、各半導体ウェハ１００表面のＨＦ混合液が洗い流される。
【００２２】
タイマー２０６が設定した所定の時間を計測し、シーケンサ２０４がこれを感知すると（３０６）、シーケンサ２０４は、発信回路２０８に対し、超音波の照射を開始させる信号を出力する（３０８）。発信回路２０８は、これを受けて洗浄液槽に設置した超音波振動子２１０を励起させる。これによって、洗浄液槽１０６内には超音波が照射され、そのキャビテーション効果に基づく物理的衝撃力により、半導体ウェハ１００表面の微細粒子の除去が促進される。
【００２３】
次に、予め設定した照射時間が経過したことをシーケンサ２０４が感知すると（３１０）、シーケンサ２０４は、発信回路２０８に対し、超音波の照射を終了させる信号を出力する（３１２）。発信回路２０８は、これを受けて超音波振動子２１０による励起を終了させる。一方、照射時間の設定がなされていないか又は設定した照射時間が経過する前に、予め設定した照射時間が経過すると、シーケンサ２０４はこれを感知し（３１４）、搬送駆動部２１２に対し、半導体ウェハ１００を洗浄液槽１０６から搬出させる制御信号を出力する（３１６）。搬送駆動部２１２は、これを受けて搬送クレーン２１４を起動し、洗浄液槽１０６から半導体ウェハ１００を搬出する。搬送クレーン２１４の起動により半導体ウェハ１００が洗浄液槽１０６から正常に搬出されると、ウェハ検出センサ２０２はこれを検出し、シーケンサ２０４に通知する（３１８）。シーケンサ２０４は、この検出信号を受けて、発信回路２０８に対し、超音波の照射を終了させる信号を出力する（３２０）。発信回路２０８は、これを受けて超音波振動子２１０による励起を終了させる。次いで、シーケンサ２０４は、タイマーをリセットして（３２２）、次の半導体ウェハが洗浄液槽１０６に搬入されるまで、待機状態となる。以上により、一連の最終リンス工程で実行される制御が終了する。
【００２４】
【実施例】
発明者らは、本発明による効果及び最適な所定の時間を検証するために実験を行った。最初の実験は、シリコンベアウェハ（初期状態の微細粒子残留率は、５個／６インチウェハ以下。）に、ＨＦ混合液（FPM：0.5wt%HF、0.5wt%H2O2混合液）で１０分間洗浄を行なったのち、従来の方法及び本発明による方法で最終リンス工程を１０分間実施し、それぞれ残留した微細粒子数を測定した。すなわち、最終リンス工程として、以下を行なった。
【００２５】
従来例１：超音波を照射せずに超純水で洗浄を行なった場合
従来例２：最初から超音波を照射して超純水で洗浄を行なった場合
従来例３：最初から超音波を照射して水素水（NH4OH(水酸化アンモニウム)を不添加のもの）で洗浄を行なった場合
従来例４：最初から超音波を照射して水素水（NH4OHを添加したもの）で洗浄を行なった場合
実施例１−１：本発明に従い、１２０秒の所定の時間をおいてから超音波を照射し水素水（NH4OHを不添加のもの）で洗浄を行なった場合
実施例１−２：同じく１２０秒の所定の時間をおいてから超音波を照射し水素水（NH4OHを添加したもの）で洗浄を行なった場合
【００２６】
各最終リンス工程では、洗浄液を１５．０ｌ／ｍｉｎの供給量で、１８．２４リットルの洗浄液槽内に供給した。超音波の出力は、１．０ＭＨｚ、４．１Ｗ／ｃｍ2とし、また、残留粒子の測定は、０．２μｍ以上のものを対象に、レーザー散乱式パーティクルカウンタで行なった。これらの結果を下記グラフに示す。
【００２７】
【表１】
0004752117.tif 000002
【００２８】
以上の結果より、最終リンス工程において一定の所定の時間をおいてから超音波を照射した場合、半導体ウェハ表面に付着した微細粒子の除去率が著しく向上することが確認された。
【００２９】
次に、同様の実験条件（実施例１−１）で、今度は、超音波の照射を開始する迄の所定の時間を、０秒〜１８０秒まで変化させ、所定の時間に対する微細粒子の除去率の影響を測定した。これらの結果を下記グラフに示す。
【００３０】
【表２】
0004752117.tif 000003
【００３１】
また、上記グラフの示す値を、洗浄液槽に対する洗浄液の置換率でプロットした結果を以下に示す。これは、単位容量（リットル）の洗浄液槽内に同量の洗浄液を単位時間（分）で供給した場合を１として、上記グラフの結果を換算したものである。
【００３２】
【表３】
0004752117.tif 000004
【００３３】
以上の結果より、微小粒子を効果的に除去するためには、所定の時間を、２０〜３０秒以上、又は洗浄液槽に対する洗浄液の置換率が０．４以上となるときとするのが好ましいことが確認された。なお、表１〜表３における粒子残留数は、６インチ半導体ウェハにおける測定結果である。
【００３４】
以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は上記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。
【００３５】
【発明の効果】
以上の如く本発明によれば、半導体ウェハの洗浄において、超音波の発生を所定時間遅らせるだけで、半導体ウェハ表面に付着した微細粒子の除去率が格段に改善されることが明らかにされた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る最終リンス工程と、その前段のＨＦ混合液による洗浄工程の各プロセスを概念的に示した図である。
【図２】本発明に係る最終リンス工程を実施するための制御ブロック図である。
【図３】制御ブロックに示されたシーケンサにおける制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００  半導体ウェハ
１０２  トレイ
１０４、１０６  洗浄液槽
１０８  超音波振動子
２０２  ウェハ検出センサ
２０４  シーケンサ
２０６  タイマー
２０８  発信回路
２１０  超音波振動子
２１２  搬送駆動部
２１４  搬送クレーン
【図１】
0004752117.tif 000005
【図２】
0004752117.tif 000006
【図３】
0004752117.tif 000007