DE102005039896A1

DE102005039896A1 - Polierflüssigkeit

Info

Publication number: DE102005039896A1
Application number: DE102005039896A
Authority: DE
Inventors: Kazuya Miyazaki
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2004-08-24
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2006-03-02
Also published as: US20060042501A1

Abstract

Es wird eine Polierflüssigkeit offenbart, welche durch Mischen mindestens eines anorganischen Alkalis, eines Salzes und eines organischen Alkalis erhältlich ist. Die Polierflüssigkeit ist zum Polieren der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern, indem Schleifkörner in ein Polierkisten eingebracht sind, nützlich. Die Polierflüssigkeit weist einen hohen Polierwirkungsgrad durch Konstanthaltung des pH-Wertes der Polierflüssigkeit für eine lange Zeit auf.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polierflüssigkeit und genauer betrifft sie eine Polierflüssigkeit, welche zum Polieren der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern, in dem Schleifkörner in ein Polierkissen eingebracht sind, nützlich ist.
In den letzten Jahren ist eine Mehrschichtverdrahtungstechnik eine Art der LSI (Integrierte Schaltung im Großmaßstab)-Hochintegrationstechnologie. Die Mehrschichtverdrahtungstechnik ist eine Verdrahtungstechnik um eine Halbleiterschaltung sterisch auf einem Silicium-Wafer herzustellen, und sie wurde schnell als eine Technik beliebt, welche zur Erhöhung des Schaltungsmaßstabes pro Flächeneinheit in der Lage ist. Um eine solche Mehrschichtverdrahtung auf einem Silicium-Wafer herzustellen, ist es notwendig, einen Planarisierungsschritt für einen Halbleiter-Wafer unter Verwendung einer CMP (Chemisch-mechanischen Polier)-Apparatur zu verwenden, bevor bei dem Waferverfahren neue Verdrahtungen aufeinander geschichtet werden, so dass eine Exposition sogar bei einer flachen Fokustiefe zu der Oberfläche einer niedrigeren Schicht als eine Basis mit einem Spielraum durchgeführt werden kann.
Weiter ist die vorstehend beschriebene CMP-Apparatur auch zum Durchführen eines Damaszenerverfahrens wesentlich, welches für eine Kupferverdrahtungstechnik zum Erreichen eines Hochgeschwindigkeits-LSI-Betriebs notwendig ist. Das Damaszenerverfahren ist eine Versenkungstechnik für Verdrahtungsmaterialien, welche ein Verfahren zum Herstellen eines dünnen Films, so dass ein Verdrahtungsmaterial in Rillen versenkt wird, welche in einem Isolierfilm gebildet wurden, und der Entfernung des Überschusses eines dünnen Films, welcher außerhalb der Rillen gebildet wurde, durch CMP ist.
Mit einem Trend zur Verringerung der Größe und der Verringerung der Dicke von Halbleitervorrichtungen in der letzten Zeit war weiter eine Verringerung der Dicke des Halbleiter-Wafers erforderlich. Zur Verringerung der Dicke des Halbleiter-Wafers wurde die Rückseite eines Halbleiter-Wafers mit einem Schleifstein oder dergleichen mechanisch geschliffen, und dann wurde die Rückseite (geschliffene Oberfläche) des Halbleiter-Wafers mit einer CMP-Apparatur poliert, um Spannungen, welche auf der geschliffenen Oberfläche verblieben, zu entfernen oder um die Biegebruchfestigkeit zu verbessern.
CMP wurde, wie vorstehend beschrieben, in verschiedenen Schritten auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung notwendig. Bei CMP wird die Oberfläche des Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Polierkissens, welches aus einem Vliesstoff hergestellt wurde, und einer lose Schleifmittel enthaltenden Polierflüssigkeit poliert. Da eine lose Schleifmittel enthaltende Polierflüssigkeit verwendet wird, ist es bei CMP unter Verwendung des aus Vliesstoff hergestellten Polierkissens jedoch schwierig, einfach die flüssigen Abfälle zu behandeln, da der Großteil der losen Schleifmittel (zum Beispiel Siliciumoxid) in den flüssigen Abfällen verbleibt.
Mit dem vorstehend beschriebenen Hintergrund wurde CMP unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern, in dem Schleifkörner in ein Polierkissen eingebracht sind, ohne Verwendung der lose Schleifmittel enthaltenden Polierflüssigkeit untersucht. Bei dem CMP unter Verwendung des Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern, bei dem eine Polierflüssigkeit verwendet werden kann, die keine losen Schleifmittel enthält, (zum Beispiel Alkali-Lösung), wird der Großteil der Schleifkörner (zum Beispiel Siliciumoxid) verbraucht, während sie zum Polieren beitragen. Da Schleifkörner kaum in den flüssigen Abfällen verbleiben, kann demgemäß erwartet werden, dass die flüssigen Abfälle durch Filtration wieder effizient verwendet werden können. Bei einem Vergleich mit dem CMP unter Verwendung von losen Schleifmitteln können weiter die laufenden Kosten für den Polierschritt stark verringert werden, da die Schleifkörner nicht verschwenderisch verbraucht werden.

Für das CMP unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern offenbart JP-A-2002-164306 in einem Fall von Polieren eines Halbleiter-Wafers (zum Beispiel Silicium-Wafers) die Verwendung einer Polierflüssigkeit, welche zum Beispiel gereinigtes Wasser, ein Amin, einen Chelatbildner und ein Alkalimittel einschließt, als eine Polierflüssigkeit, welche keine losen Schleifmittel enthält. Der Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer wird durch die Verwendung einer solchen Polierflüssigkeit verbessert, obwohl der Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer nicht vorteilhaft ist, wenn nur gereinigtes Wasser als die Polierflüssigkeit verwendet wird. Da die Polierflüssigkeit mit Metallelementen Komplexverbindungen bildet, kann weiter eine Kontamination auf der Oberfläche des Halbleiter-Wafers mit den Metallelementen verhindert werden.

Als ein anderes Beispiel offenbart JP-A-2002-252189 weiter, dass der Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer durch die Verwendung einer Polierflüssigkeit, welche gereinigtes Wasser und ein anorganisches Alkalimittel einschließt, verbessert werden kann.

Es wurde gefunden, dass obwohl der Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer durch die Verwendung von jeder der vorstehend beschriebenen Polierflüssigkeiten im Vergleich mit einem Fall, bei welchem gereinigtes Wasser als eine Polierflüssigkeit verwendet wird, verbessert werden kann, der Polierwirkungsgrad nicht stabil ist und ein hoher konstanter Polierwirkungsgrad nicht aufrechterhalten werden kann. Die Erfinder nehmen an, dass der Polierwirkungsgrad nicht konstant aufrechterhalten werden kann, weil der pH-Wert der Polierflüssigkeit über die Zeit nicht stabil ist, sondern zeitabhängig schwankt.

Aufgrund der zeitabhängigen Veränderung des pH-Werts der Polierflüssigkeit variiert weiter nicht nur die Poliergenauigkeit an jeden einzelnen Halbleiter-Wafer, sondern die Wiederverwendung der flüssigen Abfälle durch Recyceln ist auch schwierig.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine neue und verbesserte Polierflüssigkeit bereit zu stellen, welche zur Konstanthaltung des pH-Wertes der Polierflüssigkeit für eine lange Zeit in der Lage ist und welche in der Lage ist, stabil einen hohen Polierwirkungsgrad zu erhalten. Weiterhin sollte es möglich sein, die flüssigen Abfälle effizient wieder zu verwenden.

Um die vorstehend beschriebenen Probleme zu überwinden, stellt die vorliegende Erfindung in einer ersten Ausführungsform eine Polierflüssigkeit bereit, wobei die Polierflüssigkeit durch Mischen mindestens eines anorganischen Alkalis, eines Salzes, eines organischen Alkalis und Wasser erhältlich ist.

In einer zweiten Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung die Verwendung der beanspruchten Polierflüssigkeit zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern, in dem Schleifkörner in ein Polierkissen eingebracht sind, bereit.

Da die Polierflüssigkeit, welche das anorganische Alkali und das organische Alkali enthält, einen erhöhten pH-Wert aufweist und eine chemische Umsetzung zwischen dem Halbleiter- Wafer und der Polierflüssigkeit fördert, kann sie in der vorstehend beschriebenen Erfindung den Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer verbessern. Da das Salz bei der Herstellung der Polierflüssigkeit zugegeben wird, kann weiter der pH-Wert der Polierflüssigkeit für eine lange Zeit konstant gehalten werden. Als ein Ergebnis kann der Halbleiter-Wafer bei einer einheitlichen Poliergenauigkeit poliert werden und, da die Polierflüssigkeit eine weniger zeitabhängige Veränderung des pH-Wertes zeigt, können die flüssigen Abfälle davon durch Recyceln wieder verwendet werden.

Weiter wird das Salz durch Mischen einer schwachen Säure und eines starken Alkalis hergestellt. Da das in die Polierflüssigkeit gemischte Salz durch Mischen des starken Alkalis und der schwachen Säure hergestellt wird, kann es mit einer solchen Zusammensetzung als ein Salz fungieren und das Verhältnis der Bestandteile der Polierflüssigkeit kann einfach kontrolliert werden.

Weiter kann das starke Alkali eines der Materialien, ausgewählt aus Hydroxiden von Alkalimetallen, Hydroxiden von Erdalkalimetallen, Ammoniak und organischen Alkalien, oder Gemische davon umfassen.

Die Polierflüssigkeit wird auf einen pH-Wert innerhalb eines Bereichs von 10 bis 13 eingestellt. Mit einer solchen Zusammensetzung kann ein hoher Polierwirkungsgrad und eine hohe Poliergenauigkeit aufrechterhalten werden. Das heißt, in einem Fall, wo der pH-Wert der Polierflüssigkeit niedriger als 10 ist, neigt der Polierwirkungsgrad dazu, zu niedrig zu sein. Auf der anderen Seite, in einem Fall, wo der pH-Wert 13 übersteigt, kann die chemische Umsetzung zu umfangreich stattfinden und es könnte sein, dass der Halbleiter-Wafer nicht flach poliert wird.

Das anorganische Alkali kann eines der Hydroxide von Alkalimetallen und der Hydroxide von Erdalkalimetallen oder Gemische davon umfassen.

Das organische Alkali kann eines von Ammoniak und Amine oder Gemische davon umfassen.

Das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern umfasst bevorzugt mindestens ein Polurethan-Bindematerial mit mindestens einem harten Segment und einem weichen Segment und Schleifkörner mit Hydroxylgruppen oder Schleifkörner, welche mit Hydroxylgruppen versehen sind, wobei das Molekulargewicht des harten Segments auf 20 % oder mehr und 60 % oder weniger des Gesamtanteils auf der Basis des Molekulargewichtsverhältnisses eingestellt ist. Demgemäß kann die chemische Umsetzung mit der Polierflüssigkeit gefördert werden und der Polierwirkungsgrad des Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern kann verbessert werden.

Die Polierflüssigkeit kann in einer Polierapparatur zum Polieren einer Waferoberfläche unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern, in dem Schleifkörner in ein Polierkissen eingebracht sind, durch relative Bewegung mit dem Wafer, während die Polierflüssigkeit zwischen dem Wafer und dem Kissen zugeführt wird, verwendet werden. Durch die Verwendung der Polierflüssigkeit in einer solchen Polierapparatur kann der Halbleiter-Wafer bei einer einheitlichen Poliergenauigkeit poliert werden, während ein hoher Polierwirkungsgrad aufrechterhalten wird.

In der erfindungsgemäßen Polierflüssigkeit, welche das anorganische Alkali und das organische Alkali enthält, ist der pH-Wert erhöht und die chemische Umsetzung zwischen dem Halbleiter-Wafer und der Polierflüssigkeit wird gefördert und demgemäß kann der Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer verbessert werden. Weiter wird das Salz zugegeben, wenn die Polierflüssigkeit hergestellt wird, und so kann der pH-Wert der Polierflüssigkeit für eine lange Zeit konstant aufrechterhalten werden. Als ein Ergebnis kann der Halbleiter-Wafer bei einer einheitlichen Poliergenauigkeit poliert werden, und die flüssigen Abfälle können durch Recyceln wieder verwendet werden, da der pH-Wert der Polierflüssigkeit eine weniger zeitabhängige Veränderung zeigt.

1 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch eine Polierapparatur unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform zeigt; und

2A und 2B sind perspektivische Ansichten, welche jeweils die Konstitutionen von bevorzugten Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern gemäß der Erfindung zeigen.

Die vorliegende Erfindung wird im Einzelnen über bevorzugte Ausführungsformen mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben. In der Beschreibung und den Zeichnungen tragen jene Bestandteilelemente mit im Wesentlichen identischen Funktionen und Aufbau gleiche Bezugsziffern, für welche doppelte Beschreibungen weggelassen wurden.

Zuerst wird eine Beschreibung für den Aufbau einer Polierapparatur unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern gemäß einer Ausführungsform mit Bezug auf 1 gegeben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche den Aufbau einer Polierapparatur unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern gemäß dieser Ausführungsform zeigt.

Eine Polierapparatur 10 unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern gemäß dieser Ausführungsform umfasst, wie in 1 gezeigt, einen Poliertisch 14, welcher durch einen Motor 12 rotiert werden kann, ein Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16, welches über dem Poliertisch 14 bereitgestellt wird, einen Substrat-haltenden Teil 20 zum Pressen der zu polierenden Oberfläche eines gehaltenen Halbleiter-Wafers 30 auf das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16, eine Antriebsvorrichtung 18 zum Antreiben des Substrat-haltenden Teils 20 zur Rotation unter Druck, eine Polierflüssigkeit-Bereitstellungsöffnung 24 zur Bereitstellung einer Polierflüssigkeit 25 auf den Poliertisch 14.

Der Poliertisch 14 ist ein im Wesentlichen scheibenförmiger Tisch, welcher zum Beispiel aus Edelstahl oder Keramik gebildet wird, und weist auf der oberen Oberfläche eine glatte horizontale Oberfläche auf. Der Poliertisch 14 rotiert mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit (zum Beispiel 40 UpM) in der Richtung des dicken Pfeils in 1 durch Übertragung einer Antriebskraft eines Motors 12, welcher darunter in der Apparatur angeordnet ist, über eine Spindel 26 und einen Geschwindigkeitsverringerungsmechanismus (nicht gezeigt) oder dergleichen.

Das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 ist an den Poliertisch 14 gebunden, so dass es so flach wie möglich ist, und bewegt sich in Rotation relativ zum Halbleiter-Wafer 30 zusammen mit der Rotation des Poliertisches 14, wobei die zu polierende Oberfläche des Halbleiter-Wafers 30 durch die Polierflüssigkeit 25, welche aus der Polierflüssigkeit-Bereitstellungsöffnung 24 bereitgestellt wird, poliert wird.

Die Antriebsvorrichtung 18 ist ein Mechanismus zum Rotieren des Substrat-haltenden Teils 20 unter Druck durch einen Stab 28 und umfasst einen Motor und einen Zylinder (nicht gezeigt) und dergleichen. Das heißt zum Beispiel, dass sie durch den Zylinder als ein Druckmechanismus den Substrat-haltenden Teil 20 zum Halten des Halbleiter-Wafers 30 in der vertikalen Richtung zu dem Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 drücken kann und den Substrat-haltenden Teil 20 durch den Motor als einen rotierenden Mechanismus in der Richtung des dünnen Pfeils in 1 rotieren kann. Weiter kann die Antriebsvorrichtung 18 so aufgebaut sein, dass der Substrat-haltende Teil 20 dazu veranlasst werden kann, in einer im Wesentlichen willkürlichen horizontalen Richtung zu schwingen.

Weiter weist der Substrat-haltende Teil (welcher auch als Polierkopf oder Träger bezeichnet wird) 20 insgesamt eine im Wesentlichen runde zylindrische Gestalt auf und ist über dem Poliertisch 14 in Rotation angeordnet. Der Substrat-haltende Teil 20 ist mit einer Antriebsvorrichtung 18 durch den Stab 28 verbunden und weist einen Ring (Haltering) 22 zur Verhinderung von seitlicher Versetzung des Halbleiter-Wafers 30 an der unteren Oberfläche auf.

Bei normalem Polieren drückt das Substrat-haltende Teil 20 die zu polierende Oberfläche des Halbleiter-Wafers 30 auf das Polierkissen mit fixieren Schleifkörnern 16, während es in einem Zustand von Halten des Halbleiter-Wafers 30 rotiert. Der so auf das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 gedrückte Halbleiter-Wafer 30 wird reibend gegen das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16, welches in der gegenteiligen Richtung in beiden Richtungen rotiert, gerieben, wobei die gesamte zu polierende Oberfläche einheitlich poliert wird.

Die Polierflüssigkeit-Bereitstellungsdüse 24 stellt die Polierflüssigkeit 25 auf dem Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 bereit, welches während dem Polieren des Halbleiter-Wafers 30 rotiert. Die Polierflüssigkeit 25 dringt während dem Polieren zwischen den Halbleiter-Wafer 30 und das Polierkissen mit fixieren Schleifkörnern 16 ein, wobei die zu polierende Oberfläche des Halbleiter-Wafers 30 bei einer hohen Genauigkeit unter chemischer Umsetzung mit der Oberfläche geglättet wird.

Als die Polierflüssigkeit 25 gemäß dieser Ausführungsform wird eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen von mindestens einem anorganischen Alkali, einem Salz, einem organischen Alkali und Wasser hergestellt wird. Details werden später beschrieben. Da der pH-Wert der Polierflüssigkeit, welche das anorganische Alkali und das organische Alkali enthält, erhöht ist, kann die chemische Umsetzung zwischen dem Halbleiter-Wafer und der Polierflüssigkeit gefördert werden, wobei der Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer verbessert wird. Da das Salz bei der Herstellung der Polierflüssigkeit zugegeben wird, kann weiter der pH-Wert der Polierflüssigkeit für eine lange Zeit konstant aufrechterhalten werden. Als das Ergebnis ist es möglich, den Halbleiter-Wafer bei einer einheitlichen Poliergenauigkeit zu polieren und, da der pH-Wert der Polierflüssigkeit eine geringere zeitabhängige Veränderung zeigt, kann sie recycelt werden.

In der Polierapparatur gemäß dieser Ausführungsform kann an jedem von dem Substrathaltenden Teil (Polierkopf) 20, dem Poliertisch 14 und der Polierflüssigkeit-Bereitstellungsdüse 24 eine Temperaturkontrollvorrichtung (nicht gezeigt) angebracht sein und ein stärker bevorzugtes Polieren kann durch geeignetes Einstellen der Temperatur an jedem der Teile durchgeführt werden.

Wie in den 2A und 2B gezeigt, können weiter Rillen 16a, 16b in die Oberfläche des Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern 16 gemäß dieser Ausführungsform eingebracht werden. Solche Rillierung kann durchgeführt werden, damit die Polierflüssigkeit effizient auf dem gesamten Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern (insbesondere nahe des Zentrums) vorhanden ist. Dies kann die Waferebene des Halbleiters planarisieren, die Polierrate verbessern und die Wärmeausdehnung aufgrund von lokaler Temperaturerhöhung verhindern. Zum Beispiel können eine radiale Rillierung wie in 2A gezeigt oder eine gitterähnliche Rillierung wie in 2B gezeigt verwendet werden.

Weiter kann das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 gemäß dieser Ausführungsform einen Aufbau aufweisen, in welchen Schleifkörner mit Hydroxylgruppen oder Schleifkörner, welche mit Hydroxylgruppen versehen sind, in ein Polyurethan-Bindemittel eingebracht sind, welches mindestens ein polyfunktionelles Isocyanat, ein polyfunktionelles Polyol und ein Treibmittel aus Wasser oder Carbonsäure umfasst. Das heißt, dass sich in dem Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern gemäß dieser Ausführungsform zum Beispiel Hydroxylgruppen (-OH) der Schleifkörner (z.B. Siliciumoxid) über eine kovalente Bindung mit einer Isocyanat-Verbindung (Verbindung mit -N=C=O) des Bindemittels (Urethan) umsetzen und chemisch binden.

Weiter wird das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 bei dieser Ausführungsform bevorzugt so angepasst, dass das Molekulargewicht des harten Segments des Polyurethans 20 bis 60 % für den Gesamtanteil auf der Basis des Molekulargewichtsverhältnisses umfasst. Durch Kontrollieren des Molekulargewichts des harten Segments des Polyurethans bei 20 % oder mehr und 60 % oder weniger für den Gesamtanteil auf der Basis des Molekulargewichtsverhältnisses kann die Wasserstoffbrückenbindung für den Silicium-Wafer und die Schleifkörner mit den Hydroxylgruppen (oder Schleifkörner, welche mit Hydroxylgruppen versehen sind) gefördert werden. Mit einer solchen Wasserstoffbrückenbindung stellt das Bindemittel eine chemische Polierfunktion relativ zum Silizium-Wafer bereit, wobei der CMP-Polierwirkungsgrad verbessert wird, genauso wie es die Ablösung von Schleifkörnern in dem Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 verhindern kann.

Das heißt, die Schleifkörner weisen per se Hydroxylgruppen (oder Hydroxylgruppen werden an der Oberfläche der Schleifkörner angehaftet) auf und das Bindemittel weist eine [O-]-Einheit der Urethanbindung auf. Durch die Wasserstoffbrückenbindung zwischen den Hydroxylgruppen und der [O-]-Einheit der Urethanbindung kann eine Ablösung der Schleifkörner von dem Bindemittel verhindert werden. Da die Belastung für die Schleifkörner aufgrund der Verbesserung des CMP-Wirkungsgrades für den Silizium-Wafer vermindert wird, kann weiter eine Ablösung der Schleifkörner verhindert werden.

Da der Umfang der Urethanbindung im Verhältnis mit dem Molekulargewichtsverhältnis des harten Segments steht, sogar wenn das Molekulargewichtsverhältnis 20 % oder weniger beträgt, wird weiter eine Urethanbindung durchgeführt, um eine mehr oder weniger starke Förderung der Wasserstoffbrückenbindung zu erreichen. Bei einem Molekulargewichtsverhältnis von 20 % oder weniger kann es jedoch sein, dass es nicht zur Verbesserung der Polierleistung (Polierrate) beträgt, da der Umfang der Urethanbindung ungenügend sein kann. Auf der anderen Seite, bei einem Molekulargewichtsverhältnis von 60 % oder mehr, da das harte Segment übermäßig vorhanden sein kann, kann dies in einem Zustand resultieren, wo die Härte des Polierkissens übermäßig hoch ist, was das Problem mit sich bringt, dass Kratzer in dem Halbleiter-Wafer verursacht werden.

Mit den vorstehend beschriebenen Gründen nimmt man an, dass die Wasserstoffbrückenbindung gefördert werden kann, wenn das Molekulargewicht des harten Segments in dem Polyurethanbindemittel auf 20 % oder mehr und 60 % oder weniger für die Gesamtmenge auf der Basis des Molekulargewichtsverhältnisses kontrolliert wird.

Als die Polierflüssigkeit 25 gemäß dieser Ausführungsform wird eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen eines anorganischen Alkalis, eines Salzes und eines organischen Alkalis hergestellt wird. Da zwei unterschiedliche Typen von Alkalien verwendet werden, d.h. es werden das anorganische Alkali und das organische Alkali verwendet, kann in der Polierflüssigkeit gemäß dieser Ausführungsform die chemische Umsetzung zwischen dem Halbleiter-Wafer und der Polierflüssigkeit mehr gefördert werden, verglichen mit dem Fall, wenn sie einzeln verwendet werden. Weiter kann die chemische Umsetzung bedeuten, dass Hydroxylgruppen (OH-) von der Polierflüssigkeit an der Oberfläche des Halbleiter-Wafers bereitgestellt werden und chemisch binden, wobei sie Wasserstoffbrückenbindungen mit polaren Resten bilden, aus welchen das harte Segment des Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern 16 aufgebaut ist, oder Wasserstoffbrückenbindungen mit den Hydroxylgruppen der Schleifkörner, die in dem Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 enthalten sind, bilden oder eine Entwässerungsreaktion zwischen den Hydroxylgruppen untereinander verursachen, wobei die Oberfläche des Halbleiter-Wafers poliert wird.

Obwohl die genauen Gründe, warum die chemische Umsetzung durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Typen von Alkalien gefördert wird, nicht klar sind, kann die folgende Theorie, welche in einer beispielhaften Form dargelegt wird, richtig sein. Wenn Kaliumhydroxid (KOH) als ein anorganisches Alkali getrennt als K⁺ und OH^– in der Polierflüssigkeit vorhanden ist, setzt sich Ammoniak (NH₃) als das organische Alkali mit Wasser in der Polierflüssigkeit um und ist getrennt als NH₄ ⁺ und OH^– vorhanden. Man nimmt an, dass aus dem Grund, dass der Zustand der Bildung der Hydroxylgruppen (OH^–) unterschiedlich ist, eine synergistische Wirkung der chemischen Umsetzungen stattfindet.

Durch Einbringen des anorganischen Alkalis und des organischen Alkalis in die Polierflüssigkeit kann wie vorstehend beschrieben der Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer verbessert werden, da der pH-Wert der Polierflüssigkeit steigt was die chemische Umsetzung fördert. Jedoch kann der pH-Wert der Polierlösung nicht für eine lange Zeit aufrechterhalten werden und der pH-Wert der Polierflüssigkeit wird im Laufe der Zeit beträchtlich erniedrigt. Demgemäß ist es notwendig, häufig die Polierflüssigkeit auszutauschen, um die Qualität (pH-Wert) der Polierflüssigkeit konstant zu halten. Deshalb werden nicht nur die Herstellungskosten erhöht, sondern auch das vorteilhafte Merkmal des Polierverfahrens des Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern 16, dass die Polierflüssigkeit einfach wieder verwendet werden kann, wird beeinträchtigt.

Um ein solches Problem zu vermeiden und um den pH-Wert der Polierlösung für eine lange Zeit aufrecht zu erhalten, wird in dieser Ausführungsform das Salz beim Mischen des anorganischen Alkalis und des organischen Alkalis zugemischt. Wie vorstehend beschrieben kann ein hoher pH-Wert der Polierflüssigkeit für eine lange Zeit durch Herstellen der Polierflüssigkeit durch Mischen des anorganischen Alkalis, des Salzes, des organischen Alkalis und Wasser aufrechterhalten werden.

In diesem Fall liegt der pH-Wert der Polierflüssigkeit bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 10 bis 13. Das heißt, in einem Fall, wo der pH-Wert der Polierflüssigkeit niedriger als 10 ist, kann der Polierwirkungsgrad erniedrigt sein. Auf der anderen Seite kann in einem Fall, wo der pH-Wert 13 übersteigt, die chemische Umsetzung übermäßig fortschreiten und demgemäß kann es sein, dass der Halbleiter-Wafer durch Polieren nicht planarisiert werden kann.

Die Polierflüssigkeit gemäß dieser Ausführungsform wird durch Mischen des anorganischen Alkalis, des Salzes, des organischen Alkalis und Wasser hergestellt. Die Details werden nachstehend beschrieben.

Das anorganische Alkali gemäß dieser Ausführungsform ist eines der Hydroxide von Alkalimetallen und der Hydroxide von Erdalkalimetallen oder Gemische davon. Die Hydroxide der Alkalimetalle schließen zum Beispiel Lithiumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid ein und die Hydroxide der Erdalkalimetalle können zum Beispiel aus Calciumhydroxid, Strontiumhydroxid und Bariumhydroxid ausgewählt werden.

Weiter ist das organische Alkali gemäß dieser Ausführungsform eines von Ammoniak und Amin oder Gemische davon. Das Amin ist nicht besonders eingeschränkt, solange es ein wasserlösliches Amin ist. Zum Beispiel schließt das wasserlösliche Amin Anilin, Monoethanolamin, Diethanolamin, Triethanolamin, Piperazin, 1,6-Hexadiamin, Hydrazin, Ethylamin, Diethylamin, Triethylamin, Methylamin, Dimethylamin, Trimethylamin, Isopropanolamin, Aminoethylethanolamin, Aminoethylpiperazin, Ethylendiamin, Diethylentriamin, Tetraethylenpentamin, Triethylentetramin, Hexamethylentetramin und Pentaethylenhexamin ein.

Das Salz in dieser Ausführungsform wird durch Mischen eines starken Alkalis und einer schwachen Säure hergestellt. Als das starke Alkali kann ein Hydroxid eines Alkalimetalls oder ein Hydroxid eines Erdalkalimetalls verwendet werden und jeweils mit einer schwachen Säure wie Borsäure, Phosphorsäure, hypochlorige Säure, hypobromige Säure, hypoiodige Säure, Kohlensäure, Ameisensäure, Essigsäure, Benzoesäure oder dergleichen gemischt werden. Zum Beispiel kann das Salz aus Ammoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat, Ammonium carbamat, Lithiumcarbonat, Natriumcarbonat, Natriumhydrogencarbonat, Kaliumcarbonat, Kaliumhydrogencarbonat, Calciumcarbonat, Strontiumcarbonat und Bariumcarbonat ausgewählt werden.

Weiter kann in dieser Ausführungsform gegebenenfalls auch ein Chelatbildner zugegeben werden, um Verunreinigungen zu entfernen. Der Chelatbildner schließt zum Beispiel Ethylendiamintetraessigsäure, Dinatriumethylendiamintetraacetat, Diethylentriaminpentaessigsäure, Propylendiamintetraessigsäure, Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure, Glycoletherdiamintetraessigsäure, Nitrilotriessigsäure, Hydroxyethyliminodiessigsäure, Dihydroxyethylglycin und Triethylentetraminhexaessigsäure, Oxalsäure, Acetylaceton, 2,2'-Bipyridin und andere ähnliche Verbindungen ein. Unter diesen sind Ethylendiamintetraessigsäure, Dinatriumethylendiamintetraacetat, Diethylentriaminpentaessigsäure, Propylendiamintetraessigsäure, Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure, Glycoletherdiamintetraessigsäure, Nitrilotriessigsäure, Hydroxyethylethylendiamintriessigsäure, Dihydroxyethylglycin und Tetraethylentetraminhexaessigsäure bevorzugt.

Während das für das Salz verwendete starke Alkali manchmal identisch mit den Bestandteilen des organischen Alkalis oder des anorganischen Alkalis sein kann, da dies in einem Zustand des Salzes, das durch Mischen des starken Alkalis und der schwachen Säure hergestellt wurde, ist, fungiert die starke Säure nicht in identischer Weise wie das organische Alkali oder das anorganische Alkali. Weiter kann das Salz nicht als das Puffersalz fungieren, und es kann nicht das Verhältnis der Bestandteile kontrollieren, wenn es nicht vorher als das Salz durch Mischen des starken Alkalis und der schwachen Säure hergestellt wurde.

Da die Polierflüssigkeit, welche das anorganische Alkali und das organische Alkali enthält, in dieser Ausführungsform die chemische Umsetzung zwischen dem Halbleiter-Wafer und der Polierflüssigkeit aufgrund des erhöhten pH-Werts fördern kann, kann sie den Polierwirkungsgrad für den Halbleiter-Wafer verbessern. Da das Salz bei der Herstellung der Polierflüssigkeit zugegeben wird, kann der pH-Wert der Polierflüssigkeit für lange Zeit konstant gehalten werden. Als ein Ergebnis kann der Halbleiter-Wafer bei einer einheitlichen Poliergenauigkeit poliert werden und, da der pH-Wert der Polierflüssigkeit eine geringere Veränderung mit der Zeit zeigt, können die flüssigen Abfälle durch Recyceln wieder verwendet werden.

Beispiele

Das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 wurde basierend auf der vorstehend beschriebenen Ausführungsform hergestellt, und der Polierwirkungsgrad für den zu polierenden Gegenstand, usw. wurde unter Verwendung von verschiedenen Arten von Polierflüssigkeiten untersucht, und sie sind nachstehend genau beschrieben.

Bei dieser Untersuchung wurden 7 Arten von Polierflüssigkeiten für ein identisches Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 verwendet (Testbeispiele 1 bis 7) und mit einer Polierflüssigkeit eines erfindungsgemäßen Beispiels verglichen. Weiter wurde als ein Vergleichsbeispiel zum Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 ein kommerziell erhältliches Polierkissen für lose Schleifkörner verwendet.

In Testbeispiel 1 wurde eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen von nur einem anorganischen Alkali in Wasser erhalten wurde. In Testbeispiel 2 wurde eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen von nur einem Salz, das ein starkes Alkali und eine schwache Säure umfasste, in Wasser erhalten wurde. In Testbeispiel 3 wurde eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen von nur einem Salz, das ein schwaches Alkali und eine schwache Säure umfasste, in Wasser erhalten wurde. In Testbeispiel 4 wurde eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen von nur einem Salz, das ein schwaches Alkali und eine starke Säure umfasste, in Wasser erhalten wurde. In Testbeispiel 5 wurde eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen von nur einem Salz, das ein starkes Alkali und eine schwache Säure umfasste, in Wasser erhalten wurde. In Testbeispiel 6 wurde eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen von nur einem organischen Alkali in Wasser erhalten wurde. In Testbeispiel 7 wurde eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen eines anorganischen Alkalis und eines organischen Alkalis in Wasser gebildet wurde. Im erfindungsgemäßen Beispiel wurde eine Polierflüssigkeit verwendet, welche durch Mischen eines anorganischen Alkalis, eines organischen Alkalis und eines Salzes in Wasser gebildet wurde.

Weiter wurden als das Vergleichsbeispiel ein kommerziell erhältliches Polierkissen für lose Schleifkörner (SUBA400, hergestellt von Rodel Nitta Company) und eine Polierflüssigkeit (COMPOLE 80, hergestellt von Fujimi Incorporated) verwendet. Ein Beispiel von Polieren eines Silicium-Wafers ist gezeigt.

Das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 wurde durch Mischen von einem Polyetherpolyol mit einem Molekulargewicht von 250 bis 4000 und einer Anzahl an funktionellen Gruppen von 2 bis 5 (SANNIX, Handelsname der von Sanyo Chemical Industries, Ltd. hergestellten Produkte), einem Polyesterpolyol (ADECA NEWACE, Handelsname der von Asahi Denka Co. Ltd. hergestellten Produkte; DESMOFEN, BYCOL, Handelsname der von Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd. hergestellten Produkte), Isocyanat mit einem Isocyanat-NCO-gehalt von 31 % (PAPI 135, Handelsname der von Dow Polyurethane Co., Ltd. hergestellten Produkte), Wasser, Aminkatalysator (TOYOCAT-ET, Handelsname der von Tosoh Corporation hergestellten Produkte), Silikon-Schaumregulierungsmittel (L-5309, Handelsname der von Nippon Unicar Company Limited hergestellten Produkte) und Schleifkörnern (Kolloidales Siliciumoxid: hergestellt von Fuso Chemical Co., Ltd., Quarzstaub: hergestellt von Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd., Korngröße jeweils 2 bis 8 μm) in einem vorbestimmten Verhältnis (Gewichtsteile) hergestellt, wobei ein flüssiges Gemisch hergestellt wurde, Giessen des flüssigen Gemischs in eine Form, Stehenlassen bei einer Raumtemperatur bei 20 bis 30°C für 24 Stunden und Treiben und Härten lassen, um das Kissen herzustellen.

Das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 wurde an die Oberfläche einer Platte einer Poliermaschine durch ein Klebeband gebunden, und die Oberfläche des Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern 16 wurde durch einen Anpassungsring, auf dem Diamanten elektrochemisch abgeschieden waren, angepasst, um ein Polierkissen von 9 mm Dicke zu erhalten, wobei die geschäumte Struktur auf der Oberfläche offen lag. Ein zu polierender Gegenstand wurde an das Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 gepresst, und der zu polierende Gegenstand wurde einem Polieren unterzogen durch eine relative Bewegung zwischen dem Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 und dem zu polierenden Gegenstand, während die Polierflüssigkeit zwischen dem Polierkissen mit fixierten Schleifkörnern 16 und dem zu polierenden Gegenstand zugeführt wurde.

0,04 Gew.-% Natriumhydroxid wurden als das anorganische Alkali in Wasser gemischt. Weiter wurden 0,12 Gew.-% Natriumcarbonat als das Salz, welches ein starkes Alkali und eine schwache Säure umfasst, in Wasser gemischt. 0,12 Gew.-% Ammoniumacetat wurden als das Salz, welches ein schwaches Alkali und eine schwache Säure umfasst, in Wasser gemischt. 0,12 Gew.-% Ammoniumchlorid wurden als das Salz, welches ein schwaches Alkali und eine starke Säure umfasst, in Wasser gemischt. Weiter wurden 0,12 Gew.-% Natriumchlorid als das Salz, welches ein starkes Alkali und eine starke Säure umfasst, in Wasser gemischt. Weiter wurden 0,05 Gew.-% Ethylendiamin als das organische Alkali in Wasser gemischt.

Polierbedingungen

Polierdruck: 200 gwt/cm²
Rotationszahl der Oberfläche der Platte (⌀ 650): 80 UpM

Ergebnisse der Experimente
Tabelle 1
(1) Polierter Zustand
Wie in vorstehender Tabelle 1 gezeigt, konnte ein Polieren im Anfangsstadium in den Testbeispielen 1 und 2 und den Testbeispielen 6 und 7 und im erfindungsgemäßen Beispiel durchgeführt werden. In den Testbeispielen 3 bis 5 konnte ein Polieren nicht durchgeführt werden, weil der pH-Wert übermäßig erniedrigt war.
(2) Polierrate
Wie in vorstehender Tabelle 1 gezeigt, betrug die Polierrate etwa 0,5 μm/min, welche im Wesentlichen in den Anfangsstadien in den Testbeispielen 1, 2 und 6 konstant war. Im Gegensatz wurde im Anfangsstadium im Testbeispiel 7 und im erfindungsgemäßen Beispiel eine höhere Polierrate als in den Testbeispielen 1, 2 und 6 erhalten. Wenn weiterhin die Polierflüssigkeit für 24 Stunden bei 50°C gehalten wurde, war die Polierrate in Testbeispiel 2 und im erfindungsgemäßen Beispiel kaum erniedrigt.
Vergleichsbeispiel
Im Vergleichsbeispiel war die Polierrate verglichen mit dem Fall der Verwendung des Kissens mit fixierten Schleifkörnern erniedrigt. Aus diesem Grund nimmt man an, dass die zeitabhängige Veränderung des pH-Wertes beträchtlich war, da die Polierflüssigkeit nur mit dem organischen Alkali hergestellt wurde. Wenn weiterhin die Polierflüssigkeit für 24 Stunden bei 50°C gehalten wurde, wurde ein Phänomen beobachtet, bei welchem lose Schleifmittel agglomerierten und die Polierrate erniedrigt war.
Im Hinblick auf das Ergebnis des Experiments wurden befriedigende Ergebnisse sowohl für den Polierzustand als auch die Polierrate für den Halbleiter-Wafer unter Verwendung der Polierflüssigkeit des erfindungsgemäßen Beispiels, welche durch Mischen des anorganischen Alkalis, des organischen Alkalis und des Salzes in Wasser erhalten wurde, erhalten. Im Hinblick auf das Vorstehende wird es als am stärksten geeignet betrachtet, die Polierflüssigkeit des erfindungsgemäßen Beispiels zu verwenden, welche durch Mischen des anorganischen Alkalis, des organischen Alkalis und des Salzes in Wasser gebildet wurde.
Obwohl die vorliegende Erfindung für bevorzugte Ausführungsformen mit Bezug auf die angefügten Zeichnungen beschrieben wurde, soll es als selbstverständlich angesehen werden, dass die Erfindung nicht nur auf solche Beispiele eingeschränkt ist. Es ist offensichtlich, dass der Fachmann verschiedene verbesserte Beispiele oder modifizierte Beispiele innerhalb eines Bereiches, welcher im Umfang der Ansprüche des Patents beschrieben wird, erreichen kann und sie gehören auch zum technischen Bereich der Erfindung.
Die vorliegende Erfindung kann bei einer Polierflüssigkeit und einer Polierapparatur verwendet werden und genauer kann sie bei einer Polierflüssigkeit, welche zum Polieren der Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern, in dem Schleifkörner in ein Polierkissen eingebracht sind, verwendet wird, sowie einer Polierapparatur unter Verwendung einer solchen Polierflüssigkeit verwendet werden.

Claims

Polierflüssigkeit, wobei die Polierflüssigkeit durch Mischen mindestens eines anorganischen Alkalis, eines Salzes und eines organischen Alkalis erhältlich ist.
Polierflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei das Salz durch Mischen einer schwachen Säure und eines starken Alkalis erhältlich ist.
Polierflüssigkeit nach Anspruch 2, wobei das starke Alkali eines der Materialien, ausgewählt aus Hydroxiden von Alkalimetallen, Hydroxiden von Erdalkalimetallen, Ammoniak oder organischen Alkalien, oder Gemische davon ist.
Polierflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei das anorganische Alkali eines der Hydroxide von Alkalimetallen oder Erdalkalimetallen oder Gemische davon ist.
Polierflüssigkeit nach Anspruch 1, wobei das organische Alkali eines von Ammoniak und Amin oder Gemische davon ist.
Polierflüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der pH-Wert der Polierflüssigkeit innerhalb eines Bereichs von 10 bis 13 eingestellt ist.
Verwendung einer Polierflüssigkeit nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zum Polieren einer Oberfläche eines Halbleiter-Wafers unter Verwendung eines Polierkissens mit fixierten Schleifkörnern, in dem Schleifkörner in ein Polierkissen eingebracht sind.