ウェーハ洗浄の原理、プロセス、方法、および装置

図：バッチ式洗浄と枚葉式洗浄の比較

一般的なウェーハ洗浄プロセスには、次の主な手順が含まれます。

1. プレクリーニング（プレクリーン）

前洗浄の目的は、ウェーハ表面から遊離汚染物質や大きな粒子を除去することです。これは通常、脱イオン水（DI Water）リンスと超音波洗浄によって実現されます。脱イオン水はウェーハ表面から粒子や溶解不純物を最初に除去し、超音波洗浄はキャビテーション効果を利用して粒子とウェーハ表面の結合を切断し、粒子の除去を容易にします。

2. 化学洗浄

化学洗浄はウェーハ洗浄プロセスの中核となるステップの 1 つであり、化学溶液を使用してウェーハ表面から有機物、金属イオン、酸化物を除去します。

有機物除去：有機汚染物質の溶解と酸化には、通常、アセトンまたはアンモニア/過酸化水素混合液（SC-1）が使用されます。SC-1溶液の典型的な比率は、NH₄OHです。

₂O₂

₂O = 1:1:5、動作温度は約20°Cです。

金属イオン除去：ウェーハ表面から金属イオンを除去するには、硝酸または塩酸/過酸化水素混合液（SC-2）を使用します。SC-2溶液の典型的な比率は、HClです。

₂O₂

₂O = 1:1:6、温度は約80℃に維持されます。

酸化膜除去：一部のプロセスでは、ウェーハ表面の自然酸化膜の除去が必要であり、そのためにフッ化水素酸（HF）溶液が使用されます。HF溶液の典型的な比率はHF

₂O＝1：50で常温でも使用可能です。

3. 最終清掃

化学洗浄後、ウェーハは通常、表面に化学残留物が残らないように最終洗浄工程を経ます。最終洗浄では、主に脱イオン水を用いて徹底的にすすぎます。さらに、オゾン水洗浄（O₃/H₂O）を用いて、ウェーハ表面に残留する汚染物質をさらに除去します。

4. 乾燥

洗浄されたウェーハは、ウォーターマークや汚染物質の再付着を防ぐために、迅速に乾燥させる必要があります。一般的な乾燥方法には、スピン乾燥と窒素パージがあります。前者はウェーハを高速回転させることにより表面から水分を除去し、後者は乾燥窒素ガスをウェーハ表面に吹き付けることで完全な乾燥を実現します。

汚染物質

清掃手順名

化学混合物の説明

化学薬品

粒子	ピラニア（SPM）	硫酸/過酸化水素/純水	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	SC-1（APM）	水酸化アンモニウム/過酸化水素/脱イオン水	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
金属（銅以外）	SC-2（HPM）	塩酸/過酸化水素/脱イオン水	HCl/H2O2/H2O1:1:6; 85°C
	ピラニア（SPM）	硫酸/過酸化水素/純水	H2SO4/H2O2/H2O3-4:1; 90°C
	DHF	希フッ化水素酸/DI水（銅は除去しません）	HF/H2O1:50
オーガニック	ピラニア（SPM）	硫酸/過酸化水素/純水	H2SO4/H2O2/H2O 3-4:1; 90°C
	SC-1（APM）	水酸化アンモニウム/過酸化水素/脱イオン水	NH4OH/H2O2/H2O 1:4:20; 80°C
	DIO3	脱イオン水中のオゾン	O3/H2O最適化混合物
自然酸化物	DHF	希フッ化水素酸/脱イオン水	HF/H2O 1:100
	BHF	緩衝フッ化水素酸	NH4F/HF/H2O

3. 一般的なウェーハ洗浄方法

1. RCAクリーニング方法

RCA洗浄法は、半導体業界で最も古典的なウェーハ洗浄技術の一つであり、RCAコーポレーションによって40年以上前に開発されました。この方法は主に有機汚染物質と金属イオン不純物の除去に使用され、SC-1（標準洗浄1）とSC-2（標準洗浄2）の2つのステップで完了します。

SC-1洗浄：この工程は主に有機汚染物質やパーティクルを除去するために使用されます。溶液はアンモニア、過酸化水素、水の混合液で、ウェーハ表面に薄いシリコン酸化物層を形成します。

SC-2洗浄：この工程は主に金属イオン汚染物質を除去するために行われ、塩酸、過酸化水素、水の混合液を使用します。ウェーハ表面に薄い不活性化層を形成し、再汚染を防ぎます。