ミツオ君が彼女とうまくいかなかった理由を聞いてママは’洗浄’という言葉に思いあたったようです。しかし、その根拠がよくわからないミツオ君とセミオ君。とりあえずウェハー洗浄のことを話続けます。
今回はその基本的な手法について紹介していきます。
洗浄の基本的な工程
前回のお話でウェハー洗浄の工程は、各メーカーによって違うということを紹介しました。しかし、だからといって全くのゼロからスタートするわけではなく、ある程度決まったシーケンスはあります。
シリコンウェハーに関わる汚染やゴミの性質、そして各工程で使用される薬液、ガスの種類がはっきりしているので、汚染の性質や不純物も予想可能です。また、最近では各工程ごとに、金属汚染レベルをチェックしているメーカーもあるので、どんな物質に汚染されているのか、を判定できるのでそれに対応したウェハー洗浄が可能なのです。
そこで、元になっているといっても過言ではない、ウェハー洗浄のバイブルともいえる方法を紹介します。
ＲＣＡ洗浄とは
ＲＣＡ洗浄とは1970年代に開発されたものが基本となって長い間使われているいわば伝統的な手法です。開発したのは、アメリカのエレクトロニクスメーカーＲＣＡ社で、それでこの名称がつきました。
このように長いときを経ているのにも関わらず、ＲＣＡ洗浄は今でも輝きを失っていません。これは日進月歩の半導体の世界において非常にまれなケースなのです。
ＳＣ1洗浄
ＲＣＡ洗浄はおおよそ三つのプロセスで構成されています。最初はＳＣ1洗浄（standarad clean 1)といいます。
ＳＣ1洗浄はまずアンモニア＋過酸化水素水＋純水のいわゆる混酸で、目的はウェハー表面の有機物およびパーティクルの除去が目的です。
アンモニア（29％ＮＨ３）、過酸化水素水（３０％）、純水の三つの混合液ですが、１：１：５の割合で行われ、加熱して使用することが一般的です。
この場合の溶液のｐｈは１０．５前後になります。（もちろん、比率を変更して行うことはよくありますが、一般的はこの程度になります。）
ウェハーの表面にはファンデルワールス力という力で粒子がついています。これは分子間力とも言います。
少し話がそれますが、結合の種類には結合する種類には共有結合、イオン結合、金属結合があります。それに加えて、水素結合、ファンデルワールス力があります。そしてこれらのななかで最も結合力が弱いのが、ファンデルワールス力です。
ファンデルワールス力は極性分子間に働く静電気的な力や、分子同士で働く引力なども含まれます。この力でシリコンウェハーの表面に有機物やパーティクルといったものがついています。
このようにして付いてしまったパーティクルなどをまずは除去していきます。
ＳＣ１の洗浄メカニズム
まず過酸化水素水でシリコンウェハーの表面を酸化させます。そして次の段階でアンモニアがシリコン酸化膜を溶かしていきます。これを繰り返していき、ウェハー表面がエッチングされていきます。
エッチングは、パーティクルや粒子といった汚れが接している部分にも及びます。それによってそれらははがれていきます。
はがれたパーティクルなどは、再度シリコンウェハーについてしまいそうですが、ＳＣ1洗浄液のｐｈ＝10.5付近であり、このｐｈであればシリコンウェハーの表面電位が負に傾くので、静電反発にてパーティクルの再付着が防ぐことができるのです。（粒子などの表面も負の電荷をもっているので）
ここで一度純水でリンスします。
ＳＣ2洗浄
ＲＣＡ洗浄の次はＳＣ2（standarad clean 2)です。以下が主なシーケンスです。
ＳＣ2工程での目的は金属汚染の除去です。塩酸（約37％）、過酸化水素水（３０％）、純水の混酸を加熱して使用します。各薬液の比率は１：１：６です。ｐｈは大体0～0.2程度になります。
シリコンウェハーをＳＣ2薬液につけると、ウェハー表面についていた鉄やニッケルなどの金属イオンが溶解して薬液中に入り込みます。酸性溶液中では金属のイオンが安定状態で存在するので、再析出の心配はありません。
一定時間浸潤させたら、純水でリンスします。
次にパーティクル除去時に形成された薄い酸化膜（化学酸化膜といいます）とそれに含まれている汚染物をきわめて薄いフッ酸あるいはＢＨＦに浸潤させて除去します。
再度純水にてリンスします。
最後は乾燥させますが、洗浄工程で最も神経をつかうところかもしれません。
乾燥するときにはスピンドライとういう回転させながらウェハーを乾燥させる方式を使うことが多かったのですが、ウォーターマークと呼ばれる円形状の水滴のような跡が残ってしまいます。
この水滴には濃縮されたパーティクルが含まれており、デバイスに大きな悪影響を及ぼすことがわかっています。
そこで最近ではＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を使って蒸気乾燥させたり、ＩＰＡと純水の界面を通してウェハーに対し垂直に薬液を引き下げる方法などが採用されています。
ウォーターマークはスピン乾燥→ＩＰＡによる蒸気乾燥→ＩＰＡ直接置換乾燥法の順で改善されてきました。ですがおそらくこれが最終改善ではないでしょう。他の工程と同じく今後のさらなる改善が期待されるところです。
ミツオ君はいつになくつっかります。でもママはそ知らぬふりで軽くかわします。
それまで二人の会話を聞いていたセミオ君が突然声を出しました。
意味ありげな笑みを浮かべるママ。続けて
衝撃の展開です。続きは次回で。
お問い合わせ
