JPH06120189A - 半導体ウエハ洗浄用薬液の管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体ウエハの洗浄処理に用いる薬液の寿命を
管理する上の指標を簡単な手段で短時間内に取得して管
理レベルを向上する。 【構成】洗浄処理を施すべき処理ウエハとともに例えば
ｎ形の無垢なモニタウエハを洗浄処理工程に投入し、洗
浄済みのモニタウエハに1000℃, 20分程度の簡単な加熱
処理を施した後にキャリアのライフタイムをそのマイク
ロ波吸収減衰特性等により測定し、同じ薬液を用いる洗
浄回数Ｎに対しこのライフタイムLTの測定値が漸次低下
して行く傾向から、例えば 100μＳに設定したライフタ
イムの第１管理限界CL１, あるいは最初の洗浄時のライ
フタイム測定値に対する以後の洗浄時のライフタイム測
定値の比率にして75％に相当する90μＳに設定した第２
管理限界CL２を基準として薬液の可使寿命を管理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハに対し種々
なプロセス，とくに高温加熱プロセスを施す前にその表
面の汚染を除去するために行なう洗浄処理に用いられる
薬液の寿命を管理する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにすべての半導体装置には汚
染が最も禁物なので、半導体ウエハに種々なプロセス，
とくに高温加熱プロセスを施す前に必ずウエハをよく洗
浄してその表面から汚染物質をできるだけ完全に除去し
ておく必要がある。この洗浄の際には、汚染物質に金属
と有機物があるのでそれぞれの除去に適する薬液による
洗浄と純水による洗浄等を組み合わせ必要があるが、１
回の洗浄工程に含まれるステップ数がかなり多くなるの
で洗浄槽を並べたふつうウエットステーションと呼ばれ
ている自動洗浄装置を用いるのが通例である。図２はこ
の種の装置により進められる洗浄ステップの代表例を示
すものである。

【０００３】図２の最初のステップS1では、例えば硫酸
と過酸化水素を混合した第１薬液を用いる洗浄により主
にはフォトレジスト膜の残渣である有機物をウエハから
除去する。このウエハを次のステップS2で温水のＱＤＲ
(Quick Dump Rinse)により,つまり洗浄水を毎回更新し
て洗浄し、ステップS3で希釈されたふっ酸で洗浄し、か
つステップS4で純水によって流水洗浄する。ステップS5
の第２薬液洗浄は第１薬液洗浄でも残った有機不純物の
除去用であり、その薬液に例えばアンモニアと過酸化水
素との混合液を用いてウエハを洗浄した上で、ステップ
S6で純水によりＱＤＲ洗浄し、ステップS7で希釈ふっ酸
により洗浄し、かつステップS8で純水により流水洗浄す
る。

【０００４】ステップS9の第３薬液洗浄は金属, とくに
重金属類の不純物の除去用であり、薬液に塩酸や硝酸と
過酸化水素との混合液を用いてウエハを洗浄した上で、
前と同様にステップＳ10で純水によってＱＤＲ洗浄し、
ステップＳ11で希釈ふっ酸により洗浄し、かつステップ
Ｓ12で純水により流水洗浄する。最後のステップＳ13で
はウエハを例えば窒素ガス中で加熱乾燥し、これで１回
の洗浄工程を終える。なお、この洗浄工程はバッチ処理
であり、例えば２個のウエハキャリア内に収納したふつ
うは50枚程度のウエハを１バッチとして処理する。

【０００５】さて、上述の一連の洗浄ステップの内で、
純水や温水による洗浄はＱＤＲ洗浄ないし流水洗浄なの
で洗浄水が絶えず入れ換わっているが、第１〜第３薬液
洗浄では上述の２個のウエハキャリアに適合したふつう
20〜30リットル程度の容積の洗浄槽内の薬液が複数バッ
チのウエハ洗浄に用いられる。ふっ酸を用いる洗浄も同
様である。しかし、これら薬液は当然ながらいつまでも
使えるわけではなく、何バッチ分かのウエハ洗浄の後は
更新, ふつうは交換する必要があり、本発明はこのため
に薬液の寿命を管理する方法に関する。

【０００６】従来から、この薬液管理は薬液の成分を正
確に化学分析することにより行なうのが通例である。例
えば、図２のステップS5の第２薬液洗浄用の薬液では液
中のアンモニアと過酸化水素の濃度を化学的に定量分析
して、そのいずれかが所定の濃度管理値あるいは最初の
濃度の例えば２分の１以下に下がった時にその寿命が尽
きたものと判定して交換するようにしていた。第１と第
２薬液洗浄用の薬液や希釈ふっ酸液についてもこれと同
様である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の薬液の管理方法
では洗浄槽ごとに薬液を管理するので、まだ使用可能な
薬液を交換するようなむだが発生しない点で原理的には
合理的であるが、上述のように薬液が少なくとも３種あ
りそれぞれが複数の成分をもつので、化学分析にかなり
時間と手間が掛かる問題がある。従って、半導体装置の
量産現場で薬液をバッチの洗浄ごとに化学分析している
とその結果が出るまで次のバッチの洗浄を待つ必要があ
るので、実際には複数バッチの洗浄ごとに化学分析を行
なうことになり兼ねず、このため薬液の管理レベルが低
下して洗浄不足に起因するウエハの残存汚染によるトラ
ブルが発生しやすくなる。

【０００８】また、化学分析の結果が良好であるに関わ
らず、薬液の洗浄力の不足が原因と考えられるウエハの
残存汚染によって不良が発生することがある。かかる不
測のトラブルを防止するには安全を見て２〜３バッチの
洗浄後にすべての薬液を交換すればよいが、管理レベル
は向上してもまだ使用可能な薬液がむだになるほか、交
換のために手間と時間が掛かる。かかる現状に鑑み、本
発明は半導体ウエハの洗浄用薬液の良否を簡単な手段で
短時間内に正確に判定して薬液の管理レベルを向上する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による薬液の管理
方法では、洗浄処理を施すべきウエハとともにモニタウ
エハを洗浄処理工程に投入し、洗浄処理済みのモニタウ
エハに対し加熱処理を施した後にキャリアのライフタイ
ムを測定し、この測定結果を薬液の洗浄能力の指標とし
てその寿命を管理することにより上述の目的を達成す
る。なお、ライフタイムとしては電子のライフタイムを
測定するのがよく、このためモニタウエハにはｎ形を用
い、その比抵抗を１〜数Ωcmの範囲に選定するのがよ
い。

【００１０】薬液に対する管理限界としては最も簡単に
はこのライフタイムの測定値自体に対して設定すること
でよく、この場合にはライフタイム値の最低限界を80μ
Ｓ，より厳格には 100μＳ程度に設定するのがよい。ま
た、より実際的な管理限界としては薬液を用いた最初の
洗浄時のモニタウエハのライフタイム値に対するその後
の洗浄時のライフタイム測定値の比率で設定するのがよ
く、この場合は最初のライフタイムの50％, より厳格に
は75％に設定するのがよい。

【００１１】また、ライフタイム測定前のモニタウエハ
を加熱する温度は 800℃以上とすることでよいが、加熱
処理時間を短縮するには1000℃以上とするのが有利であ
り、この際のふん囲気は酸化性にしてモニタウエハを薄
い酸化膜で覆って表面状態を安定化させるのがライフタ
イムの測定値の再現性を高める上で望ましい。ライフタ
イムは通例のようにモニタウエハのマイクロ波吸収減衰
特性から測定することでよい。このライフタイムの測定
結果と上述の管理限界から薬液の寿命が尽きたものと判
定された場合、本発明方法では洗浄処理に使用した複数
の薬液中のどの寿命が尽きたのかまでは特定できないか
ら、希釈ふっ酸を含めてすべての薬液を一斉に交換ない
し更新する。

【００１２】

【作用】本発明はキャリアのライフタイムがウエハの汚
染状態に非常に敏感な点に着目したもので、本発明方法
ではこの性質を利用して薬液を管理する指標を得るため
前項の構成にいうよう、モニタウエハを洗浄処理を施す
べきウエハとともに洗浄処理工程に投入してそれと同じ
条件で表面を洗浄し、この洗浄処理済みのモニタウエハ
に加熱処理を施して残存汚染物質をいわば活性化した後
にライフタイムを測定して薬液がもっている洗浄力の指
標とする。このライフタイムの測定は加熱処理を含めて
従来の複数の薬液の複数の成分の化学分析よりずっと簡
単なので、管理指標となるデータの取得時間を短縮で
き、かつ分析結果が良好なのに薬液の洗浄力が不足する
ような不測のトラブルの発生がなくむしろ化学分析によ
るより薬液の洗浄力を正確に評価できる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明による半導体ウエハ洗浄用薬液
の管理方法の実施例を説明する。製品用の処理ウエハに
対するバッチの洗浄処理工程は前に説明した図２と同様
に３種の薬液と希釈ふっ酸と純水とを用いる複数個の洗
浄ステップを含み、例えばｎ形やｐ形の不純物を熱拡散
させる際の1000℃以上の高温の加熱工程に先立って施さ
れるものとする。本発明方法によりライフタイムを測定
するモニタウエハは処理ウエハと同じとするよりも電子
伝導性, つまりｎ形のものを用いるのが有利であり、こ
のモニタウエハとして例えば〈１００〉のCZシリコンの
２〜３Ωcmの比抵抗をもついわゆる無垢のｎ形のウエハ
を用いる。

【００１４】このモニタウエハを製品用の処理ウエハと
ともにウエハキャリア内に装入し、図２の洗浄ステップ
により処理ウエハと全く同じ条件で洗浄処理を施す。図
２のステップＳ13による乾燥後にウエハキャリアからモ
ニタウエハだけを取り出し、処理ウエハを所定の次工程
に回すとともに、モニタウエハに対しこの実施例では10
00℃, 20分の加熱処理を施す。これにより洗浄後のモニ
タウエハの表面に残存する汚染物質, とくに重金属類が
内部に侵入ないし拡散し活性化されて、ライフタイムの
測定に適する状態になる。

【００１５】なお、このためには加熱温度をふつうは 8
00℃以上とする必要がある。また、加熱時のふん囲気を
酸化性にしてモニタウエハをドライ酸化し、 0.1μｍ程
度の薄い膜厚の酸化膜で表面を覆って安定化するのがラ
イフタイム測定値の再現性を高める上て有利である。ラ
イフタイムは通例のようにモニタウエハの表面部分をレ
ーザ光で励起した後のマイクロ波吸収減衰特性から測定
することでよく、この実施例ではこれにレオ技研製の測
定器を用いた。なお、モニタウエハは製品用の処理ウエ
ハに対する洗浄処理ごとにもちろん新しいものを用い
て、処理ウエハと一緒に洗浄してそのライフタイムを測
定するようにする。

【００１６】図１に同じ薬液を用いて洗浄処理工程を繰
り返した時のモニタウエハのライフタイムを実測した結
果を示す。図の縦軸はμＳ単位のライフタイムLTの測定
値,縦軸は洗浄回数Ｎであり、この例では奇数番目の洗
浄ごとにライフタイムを測定した。ライフタイムLTは図
示のように最初の洗浄後の 120μＳから洗浄回数Ｎの増
加とともに低下し、洗浄ごとに薬液が消耗しないし汚染
されて洗浄力が落ちて来ることがわかる。洗浄回数Ｎが
10回以上ではライフタイムLTにばらつきが出ており、洗
浄力が不足し薬液の寿命が尽きたものと判断される。

【００１７】本発明方法における薬液の寿命の判定基準
としては、図の第１管理限界CL１を設定してライフタイ
ムLTの値がこれを下回ったとき寿命が尽きたものと判定
するのがよい。図示の例ではライフタイムLTに対する第
１管理限界CL１は 100μｍに設定されており、この限界
値は洗浄後に残存する汚染物質が鉄の場合それにより暗
電流ないし漏洩電流が増えて不良が出やすくなる10¹¹〜
10¹²原子／cm³ の汚染濃度にほぼ相当する。この第１管
理限界CL１の値はもちろん場合に応じ設定することでよ
いが最低でも80μＳ以上に設定するのがよい。

【００１８】上述のようにライフタイムLTの値に対して
管理限界を設定するのが原理的には最も望ましいが、モ
ニタウエハのｎ形不純物の濃度等によってライフタイム
値の基準レベルが変動しやすいので、実用的には新しい
薬液を用いた最初の洗浄時のモニタウエハのライフタイ
ム値に対するその後の洗浄時のライフタイム測定値の比
率により図の第２管理限界CL２を設定するのがよい。図
の例ではこの第２管理限界CL２は最初の洗浄時のライフ
タイム値 120μＳの75％に当たる90μＳに設定されてい
る。もちろん、この第２管理限界CL２の値も薬液の種類
等に応じて設定すべきものであるが、最低でも最初の洗
浄時のライフタイムLTの値の50％以上に設定するのがよ
い。

【００１９】この図１の例では薬液の寿命は第１管理限
界CL１によれば６回の洗浄処理後,第２管理限界CL２に
よれば９回の洗浄処理後となる。もちろん、前者が厳格
ではあるが、後者の方でも実用上は大きな支障はない。
かかる管理限界により薬液の寿命が尽きたものと判定さ
れた場合、本発明方法では洗浄処理に使用した図２の第
１〜第３薬液中のどれが寿命が尽きたのかは特定できな
いから、希釈ふっ酸を含めてすべての薬液を一斉に交換
ないし更新する。なお、モニタウエハは元々が無垢なウ
エハであるから、本発明方法により薬液の管理のための
ライフタイムの測定に利用した後は製品用のウエハとし
て用いることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明による薬液の管理方
法では、洗浄処理を施すべきウエハとともにモニタウエ
ハを洗浄処理工程に投入して、洗浄処理済みのモニタウ
エハに加熱処理を施した後にキャリアのライフタイムを
測定し、この測定結果を薬液がもつ洗浄力を示す指標と
して薬液の可使寿命を管理することにより、次の効果を
上げることができる。

【００２１】(a) モニタウエハを製品用の処理ウエハと
ともに洗浄処理工程に投入した後に簡単な加熱処理を施
した後にライフタイムを測定すればよいので、従来のよ
うに薬液の成分を化学分析するより薬液の管理用データ
を作る手間がずっと少なくて済み、しかもデータが短時
間内に得られるので、量産製品のウエハプロセス現場で
もライフタイムの測定結果を洗浄処理工程に用いる薬液
に対する実際の管理に従来よりも有効に役立たせること
ができる。

【００２２】(b) 従来のように薬液の洗浄力を化学成分
から間接的に推定するのと異なり、薬液を用いて製品用
の処理ウエハと同条件でモニタウエハを実際に洗浄した
後にそのライフタイムから薬液の洗浄力をより直接的に
測定するので、正確な指標に基づいて薬液を適切に管理
することができ、薬液の化学分析の結果が正常なのに洗
浄力の不足によると考えられる製品の不良が発生するよ
うな不測のトラブルを防止することができる。

【００２３】本発明方法は洗浄処理工程に用いる複数種
の薬液の個別管理には適しないが、このように簡単かつ
正確で従来より実用的な薬液の管理方法を提供するもの
で、実際の量産製品用ウエハに対する洗浄処理工程に適
用してその薬液管理レベルを向上する効果を奏し得るも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法により測定されたモニタウエハのラ
イフタイムの洗浄処理回数との関係を例示する線図であ
る。

【図２】洗浄処理工程内の薬液等による洗浄ステップの
例を示す流れ図である。

【符号の説明】

CL１ 薬液の寿命に対するライフタイムの第１管理限
界 CL２ 薬液の寿命に対するライフタイムの第２管理限
界 LT モニタウエハのキャリアのライフタイム Ｎ 同じ薬液を用いる洗浄回数

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウエハの洗浄処理に用いる薬液の寿
   命を管理する方法であって、洗浄処理を施すべき処理ウ
   エハとともにモニタウエハを洗浄処理工程に投入し、洗
   浄処理済みのモニタウエハに対して加熱処理を施した後
   にキャリアのライフタイムを測定し、この測定結果を薬
   液がもつ洗浄力を表す指標としてその寿命を管理するこ
   とを特徴とする半導体ウエハ洗浄用薬液の管理方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、薬液の寿
   命をモニタウエハのライフタイムの測定値に対して設定
   された管理限界によって判定するようにしたことを特徴
   とする半導体ウエハ洗浄用薬液の管理方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において、薬液の寿
   命をモニタウエハのライフタイムの測定値のその薬液を
   用いた最初の洗浄時のモニタウエハのライフタイム値と
   の比率で設定された管理限界によって判定するようにし
   たことを特徴とする半導体ウエハ洗浄用薬液の管理方
   法。