DE112015005277B4

DE112015005277B4 - Verfahren zum Polieren von Siliciumwafern

Info

Publication number: DE112015005277B4
Application number: DE112015005277.1T
Authority: DE
Inventors: Masanao Sasaki; Hiromasa Hashimoto; Kei FUJIYAMA
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2015-11-25
Publication date: 2024-05-02
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: US20170345662A1; SG11201704360UA; JP2016115791A; JP6206388B2; KR102346305B1; WO2016098286A1; TWI632025B; US10460947B2; DE112015005277T5; CN107004594B; TW201632312A; CN107004594A; KR20170094213A

Abstract

Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers, wobei das Verfahren umfasst:Rückgewinnen eines benutzten Slurrys, das Abrasivpartikel zum Polieren enthält, die dem Siliciumwafer bereits zugeführt und zum Polieren benutzt worden sind; undUmwälzen und Zuführen des rückgewonnenen, bereits benutzten Slurrys zum Siliciumwafer, um den Siliciumwafer zu polieren, wobeieine gemischte alkalische Lösung, enthaltendeinen Chelatbildner undeinen oder beide von einem pH-Regler und einem Polierbeschleuniger, zu dem rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry gegeben wird, ohne unbenutzte Abrasivpartikel zum Polieren zuzugeben, und das rückgewonnene, bereits benutzte Slurry umgewälzt und dem Siliciumwafer zugeführt wird, um den Siliciumwafer zu polieren,und ferner umfassendMessen der Konzentration des Chelatbildners im rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry durch ein Extinktionsmessverfahren, wenn das benutzte Slurry umgewälzt und zugeführt wird;quantitatives Bestimmen des Chelatbildners im benutzten Slurry auf der Grundlage eines Ergebnisses der Messung undEinstellen einer Mischungsbedingung für den Chelatbildner in der gemischten alkalischen Lösung auf der Grundlage eines Ergebnisses der quantitativen Bestimmung derart, dass die Konzentration des Chelatbildners im benutzten Slurry konstant gehalten wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Polierprozess zum Bearbeiten eines Siliciumwafers mit einem Poliermittel, auch Polierslurry genannt.
STAND DER TECHNIK
Im Allgemeinen wird ein Siliciumwafer (im Folgenden auch nur als Wafer bezeichnet) mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr durch die folgenden Herstellungsprozesse hergestellt. Zunächst wird in einem Schneidprozess ein Silicium-Rohblock in dünne, scheibenförmige Siliciumwafer geschnitten, und der Außenbereich des durch den Schneidprozess erhaltenen Wafers wird in einem Anfasprozess angefast, um Brüchen und Abplatzungen bei dem Wafer vorzubeugen. Anschließend werden in einem Läppprozess Unebenheiten des angefasten Wafers ausgeglichen, und verbliebene mechanische Beschädigungen des angefasten und geläppten Wafers werden in einem Ätzprozess beseitigt. Dann wird in einem Polierprozess die Oberfläche des geätzten Wafers hochglanzpoliert und geglättet, und in einem Reinigungsprozess wird der polierte Wafer gereinigt, um Polierslurry und am Wafer haftende Fremdstoffe zu entfernen.
Bei den vorstehend beschriebenen Prozessen handelt es sich lediglich um die Hauptprozesse, und es können noch weitere Prozesse hinzugefügt werden, wie etwa ein Wärmebehandlungsprozess und ein Flächenschleifprozess, oder die Reihenfolge der Prozesse kann verändert werden. Zudem kann der gleiche Prozess mehr als einmal durchgeführt werden. Dann wird eine Qualitätsprüfung oder dergleichen durchgeführt, und der Siliciumwafer wird in einen Bauelemente-Produktionsprozess eingesteuert, und auf der Oberfläche des Siliciumwafers werden eine nichtleitende Schicht und metallische Verdrahtungsleitungen gebildet, wodurch ein Bauelement, wie etwa ein Speicher, hergestellt wird.
Ohnehin handelt es sich bei dem Polierprozess im Allgemeinen um einen Prozess des Polierens und Glättens der Oberfläche eines Siliciumwafers, bis ein spiegelglatter Zustand erreicht ist, indem der Siliciumwafer mit einem Polierkissen in Gleitkontakt gebracht wird, während ein Polierslurry zugeführt wird. Im Rahmen des Polierprozesses des Siliciumwafers erfolgt das Polieren üblicherweise in mehreren Stufen vom Grobpolieren bis zum Endpolieren. Im Allgemeinen wird ein Vorpolieren durch doppelseitiges Polieren durchgeführt; es folgen dann ein Feinpolieren und des Weiteren ein Endpolieren durch einseitiges Polieren, um beim Vorpolieren entstandene Schäden zu beseitigen und die Oberflächenrauheit zu verbessern.
Bei dem doppelseitigen Polieren wird der Siliciumwafer in einem Halteloch eines Trägers gehalten, wobei der Träger zwischen einem oberen und unteren Drehteller angeordnet ist, an denen Polierkissen befestigt sind. Dann werden beide Oberflächen des Wafers mit den Polierkissen in Gleitkontakt gebracht, indem der obere und untere Drehteller in zueinander entgegengesetzte Richtungen gedreht werden, während den Polierkissen ein Polierslurry zugeführt wird, wodurch die Oberflächen gleichzeitig poliert werden (siehe beispielsweise Patentschrift 1). Zudem wird bei dem doppelseitigen Polieren oft ein Verfahren angewendet, bei dem eine Vielzahl von Siliciumwafern gleichzeitig poliert wird und das Polieren batchweise wiederholt wird.
Bei dem einseitigen Polieren wird der Siliciumwafer mit einem Polierkopf gehalten, und eine Oberfläche des Siliciumwafers wird in Gleitkontakt mit einem an einem Drehteller befestigten Polierkissen gebracht, indem sowohl der Drehteller als auch der Polierkopf gedreht werden, während dem Polierkissen ein Polierslurry zugeführt wird, wodurch die Oberfläche poliert wird (siehe beispielsweise Patentschrift 2). Das einseitige Polieren wird oft beim Endpolierprozess angewendet, um die Oberflächenrauheit des Siliciumwafers zu verbessern. Die Dicke des bei diesem Endpolierprozess vom Siliciumwafer abzutragenden Materials (Polierabtrag) beträgt nur 0,1 µm oder weniger. Hinzu kommt, dass beim Endpolieren oft ein zum einmaligen Gebrauch bestimmtes Slurry benutzt wird, um einem Auftreten von Kratzern oder dergleichen vorzubeugen.
Für das vorstehend beschriebene Polieren des Siliciumwafers wird als Slurry ein Poliermittel benutzt, bei dem feine SiO₂- (Siliciumdioxid-) Abrasivpartikel oder CeO₂- (Zerdioxid-) Abrasivpartikel in einer alkalischen wässrigen Lösung mit einem pH-Wert von etwa 9 bis 12 kolloidal dispergiert sind. Ein solches Slurry poliert den Siliciumwafer durch eine Kombination der mechanischen Wirkung des SiO₂ oder CeO₂ und der chemischen Wirkung der alkalischen wässrigen Lösung, Silicium zu ätzen. Die Siliciumdioxid-Abrasivpartikel bzw. Zerdioxid-Abrasivpartikel enthalten jedoch Spurenmengen von metallischen Fremdstoffen. Beispiele für metallische Fremdstoffe, die in Abrasivpartikeln zum Polieren, wie etwa Siliciumdioxid-Abrasivpartikeln oder Zerdioxid-Abrasivpartikeln enthalten sind, umfassen u. a. Nickel, Chrom, Eisen und Kupfer.
Insbesondere werden bei den Siliciumdioxid-Abrasivpartikeln metallische Fremdstoffe, wie etwa Kupfer und Nickel, die eine geringere Ionisationsneigung als Wasserstoff haben, als Metallionen im alkalischen Slurry gelöst, fällen während des Polierens des Siliciumwafers an der Waferoberfläche aus und diffundieren tief ins Innere des Siliciums, sodass ein Qualitätsverlust bei dem Wafer und eine signifikante Verschlechterung der Kenndaten eines mittels des Wafers gebildeten Halbleiterbauelements resultieren.
Um es nicht zu einer Verschlechterung der Waferqualität durch das Abrasivpartikel zum Polieren enthaltende Slurry kommen zu lassen, wird beispielsweise ein Polierslurry benutzt, das hochreine Siliciumdioxid-Abrasivpartikel enthält. Jedoch ist es schwierig, metallische Fremdstoffe vollständig aus den Siliciumdioxid-Abrasivpartikeln zu entfernen. Des Weiteren wird ein Verfahren offenbart, bei dem einem Polierslurry ein wasserlöslicher Chelatbildner zugesetzt wird, um mittels des Chelatbildners Metallionen abzufangen (siehe beispielsweise Patentschrift 3).
Deshalb besteht die Gefahr einer Zunahme metallischer Fremdstoffe, wenn die Abrasivpartikel zum Polieren und der wasserlösliche Chelatbildner nicht gleichzeitig und in konstantem Konzentrationsverhältnis zugeführt werden. Zudem wird zur Verbesserung der Polierrate dem Abrasivpartikel zum Polieren enthaltenden Slurry oftmals ein Amin, das alkalisch ist, als Polierbeschleuniger zugesetzt.
Da jedoch das alkalische Amin eine hohe Silicium-Ätzrate aufweist, kann nach Abschluss des Polierens zurückbleibendes Amin die Oberfläche des Siliciumwafers lokal anätzen und eine lokale Rauheit verursachen. Dies hat minderwertige Produkte zur Folge. Deshalb erfolgt im Anschluss an den Polierprozess mit dem Slurry, das Abrasivpartikel zum Polieren und ein alkalisches Amin enthält, eine Nachbearbeitung mit reinem Wasser, um zu verhindern, dass das alkalische Amin an der Oberfläche des Siliciumwafers zurückbleibt.
Beim Endpolierprozess wird ein zum einmaligen Gebrauch bestimmtes Slurry benutzt, um einem Auftreten von Kratzern oder dergleichen vorzubeugen, wohingegen bei dem Polierprozess vor dem Endpolieren das benutzte Slurry wiederaufbereitet wird, um die Kosten zu senken. Genauer gesagt wird das benutzte Slurry umgewälzt und dem Siliciumwafer zum Polieren zugeführt.
Als eine Technik zum Wiederaufbereiten des benutzten Slurrys offenbart beispielsweise die Patentschrift 4 eine Polierslurry-Wiederaufbereitungsvorrichtung. Diese Polierslurry-Wiederaufbereitungsvorrichtung umfasst Slurry-Rückgewinnungsmittel zum Rückgewinnen eines Slurrys, das zum Polieren benutzt wurde, rückgewonnenes Slurry leitende Mittel zum Leiten des rückgewonnenen Slurrys in einen Rückgewinnungsbehälter, frisches Slurry zuführende Mittel zum Zuführen frischen Slurrys zu dem rückgewonnenen Slurry, wiederaufbereitetes Slurry erzeugende Mittel zum Mischen des frischen Slurrys und des rückgewonnenen Slurrys, um wiederaufbereitetes Slurry mit einer homogenen Konzentration herzustellen, und Messmittel zum Messen der Konzentration des wiederaufbereiteten Slurrys, das von den wiederaufbereitetes Slurry erzeugenden Mitteln erzeugt wurde.
Die Mittel frisches Slurry zuführenden Mittel führen frisches Slurry mit einer Konzentration zu, die höher als die des rückgewonnenen Slurrys ist, und stoppen das Zuführen frischen Slurrys, wenn die Konzentration des wiederaufbereiteten Slurrys, gemessen mit den Messmitteln, einen vorgegebenen Wert der Konzentration des zuzuführenden Slurrys übersteigt. Das benutzte Slurry wird umgewälzt und dem Siliciumwafer für ein Polieren zugeführt.
ANFÜHRUNGEN
PATENTLITERATUR

Patentschrift 1: JP 2010-034 462 A
Patentschrift 2: JP 2008-093 811 A
Patentschrift 3: JP H04-20 742 B2
Patentschrift 4: JP 2000-071 172 A

Als Stand der Technik werden noch US 2009 / 0 053 981 A1 und JP 2008 – 188 723 A aufgeführt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Ein Wiederaufbereiten des Polierslurrys, das Abrasivpartikel zum Polieren enthält, hat allerdings zur Folge, dass mehr Siliciumpartikel, die durch das Polieren entstanden sind, und Reaktionsprodukte wie etwa Silicat, in das Slurry gelangen, wodurch sowohl die Messgenauigkeit der Konzentration der Abrasivpartikel zum Polieren, wie etwa der Siliciumdioxid-Abrasivpartikel, im benutzten Slurry als auch die Messgenauigkeit des pH-Werts signifikant verringert werden. In dem Fall, in dem In-line-Messungen des rückgewonnenen, bereits benutzten Slurrys vorgenommen werden und das Messergebnis als Rückkopplung zum Regeln der Menge frischen Slurrys und der chemischen Bestandteile, die zuzuführen sind, verwendetet wird, ist es folglich schwierig, die Zusammensetzung des benutzten Slurrys genau konstant zu halten. Insbesondere bei einem Polierprozess, bei dem ein Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 300 mm oder mehr mit einem Polierabtrag von mehr als 0,1 µm poliert wird, gelangen noch mehr Siliciumpartikel und Reaktionsprodukte, wie etwa Silicat, als vorstehend beschrieben in das Slurry, sodass sich eine signifikant instabile Zusammensetzung des benutzten Slurrys ergibt.
Zudem wird zwar oftmals ein alkalisches Amin als Polierbeschleuniger zugesetzt, um die Polierrate zu verbessern, doch die In-line-Messung der Konzentration eines Amins ist schwierig.
Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass metallische Fremdstoffe in Abrasivpartikel zum Polieren, wie etwa Siliciumdioxid-Abrasivpartikel oder Zerdioxid-Abrasivpartikel, eingemischt werden, solange dem wiederaufbereiteten Slurry frisches Slurry zugeführt wird, das noch nicht zum Polieren benutzt wurde. Selbst wenn dem wiederaufbereiteten Slurry die Abrasivpartikel zum Polieren und der wasserlösliche Chelatbildner gleichzeitig und mit konstantem Konzentrationsverhältnis zugeführt werden, besteht die Gefahr eines Entweichens des wasserlöslichen Chelatbildners, der während der Nachbearbeitung mit reinem Wasser unmittelbar nach Benutzung des alkalischen Slurrys mit metallischen Fremdstoffen reagieren kann.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht. Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers bereitzustellen, welches das Auftreten von Verunreinigungen durch metallische Fremdstoffe unterdrücken und die Zusammensetzung (z. B. die Konzentration des Chelatbildners) des benutzten Slurrys stabilisieren kann, wenn das benutzte Slurry umgewälzt und dem Siliciumwafer für ein Polieren zugeführt wird.
LÖSUNG DER AUFGABE
Um diese Aufgabe zu lösen, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers, wobei das Verfahren umfasst: Rückgewinnen von Abrasivpartikel zum Polieren enthaltendem benutztem Slurry, das dem Siliciumwafer bereits zugeführt und zum Polieren benutzt worden ist; und Umwälzen und Zuführen des rückgewonnenen, bereits benutzten Slurrys zum Siliciumwafer, um den Siliciumwafer zu polieren, wobei eine gemischte alkalische Lösung, enthaltend einen Chelatbildner und einen oder beide von einem pH-Regler und einem Polierbeschleuniger, zu dem rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry gegeben wird, ohne unbenutzte Abrasivpartikel zum Polieren zuzugeben, und das rückgewonnene, bereits benutzte Slurry umgewälzt und dem Siliciumwafer zugeführt wird, um den Siliciumwafer zu polieren, und ferner umfassend Messen der Konzentration des Chelatbildners im rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry durch ein Extinktionsmessverfahren, wenn das benutzte Slurry umgewälzt und zugeführt wird; quantitatives Bestimmen des Chelatbildners im benutzten Slurry auf der Grundlage eines Ergebnisses der Messung und Einstellen einer Mischungsbedingung für den Chelatbildner in der gemischten alkalischen Lösung auf der Grundlage eines Ergebnisses der quantitativen Bestimmung derart, dass die Konzentration des Chelatbildners im benutzten Slurry konstant gehalten wird.
Da bei der vorliegenden Erfindung dem rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry keine unbenutzten Abrasivpartikel zum Polieren beigemischt werden, kommt es nicht zu einer Zunahme metallischer Fremdstoffe, die auf die Abrasivpartikel zum Polieren zurückzuführen sind. Dadurch kann im Polierprozess das Auftreten von Verunreinigungen durch metallische Fremdstoffe im Vergleich zum herkömmlichen Verfahren reduziert werden. Zudem ermöglicht ein Zugeben der gemischten alkalischen Lösung, die einen Chelatbildner enthält, zu dem rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry, den Chelatbildner im benutzten Slurry auf einer geeigneten Menge zu halten, durch welche die Abfangwirkung des Chelatbildners auf metallische Fremdstoffe in hohem Maße bewahrt wird. Da außerdem die gemischte alkalische Lösung einen oder beide von einem pH-Regler und einem Polierbeschleuniger enthält, ist durch ein Zugeben der gemischten alkalischen Lösung zum benutzten Slurry ein Einstellen der Polierrate möglich. Dadurch ermöglicht dieses Polierverfahren, dass eine gewünschte Polierrate erreicht wird. Da keine zusätzlichen Abrasivpartikel zum Polieren zugeführt werden und die Verunreinigung durch metallische Fremdstoffe reduziert ist, kann außerdem der Verbrauch an Abrasivpartikeln zum Polieren und Chelatbildner verringert werden, und der Siliciumwafer kann kostengünstig poliert werden.
Der pH-Regler kann eines oder mehrere von KOH, NaOH, TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid), K₂CO₃, Na₂CO₃, KHCO₃ und NaHCO₃ sein. Der Polierbeschleuniger kann ein Amin sein. Der Chelatbildner kann eine stickstoffhaltige Verbindung mit einer Carbonsäure oder einer Phosphorsäure im Molekül sein.
Als pH-Regler, Polierbeschleuniger und Chelatbildner können insbesondere die vorstehend beschriebenen Substanzen verwendet werden.
Außerdem umfasst das Verfahren ferner: Messen der Konzentration des Chelatbildners im rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry durch ein Extinktionsmessverfahren, wenn das benutzte Slurry umgewälzt und zugeführt wird; quantitatives Bestimmen des Chelatbildners im benutzten Slurry auf der Grundlage des Ergebnisses der Messung und Einstellen einer Mischungsbedingung für den Chelatbildner in der gemischten alkalischen Lösung auf der Grundlage des Ergebnisses der quantitativen Bestimmung derart, dass die Konzentration des Chelatbildners im benutzten Slurry konstant gehalten wird.
Auf diese Weise kann die Konzentration des Chelatbildners genau gemessen werden, nämlich durch Messen der Konzentration des Chelatbildners durch das Extinktionsmessverfahren (ein absorptionsfotometrisches Messverfahren). Zudem ermöglicht ein Einstellen einer Mischungsbedingung für den Chelatbildner in der gemischten alkalischen Lösung auf der Grundlage solch eines genauen Messergebnisses, die Konzentration des Chelatbildners im benutzten Slurry mit größerer Sicherheit während des gesamten Polierprozesses konstant zu halten.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise ferner: regelmäßiges Kontrollieren der Polierrate, während der Siliciumwafer poliert wird, und Einstellen einer Mischungsbedingung für einen oder beide von dem pH-Regler und dem Polierbeschleuniger in der gemischten alkalischen Lösung derart, dass die Polierrate konstant gehalten wird.
Somit ermöglicht ein Einstellen einer Mischungsbedingung für einen oder beide von dem pH-Regler und dem Polierbeschleuniger in der gemischten alkalischen Lösung auf der Grundlage des Ergebnisses der Kontrolle der Polierrate, die Polierrate des benutzten Slurrys mit größerer Sicherheit während des gesamten Polierprozesses konstant zu halten.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der zu polierende Siliciumwafer einen Durchmesser von 300 mm oder mehr aufweisen.
Die vorliegende Erfindung kann die Verunreinigung durch Fremdstoffe unterdrücken und die Zusammensetzung des benutzten Slurrys sogar bei einem Polieren von Siliciumwafern großer Durchmesser, bei dem es schwierig ist, die Zusammensetzung des benutzten Slurrys zu steuern, mit größerer Sicherheit stabilisieren.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der Siliciumwafer mit einem Polierabtrag von 0,1 µm oder mehr poliert werden.
Die vorliegende Erfindung kann die Verunreinigung durch Fremdstoffe unterdrücken und die Zusammensetzung des benutzten Slurrys sogar bei einem Polieren mit einem Polierabtrag von 0,1 µm oder mehr, bei dem es schwierig ist, die Zusammensetzung des benutzten Slurrys zu steuern, mit größerer Sicherheit stabilisieren.
Bei der vorliegenden Erfindung können die Abrasivpartikel zum Polieren Siliciumdioxid-Abrasivpartikel sein.
Die vorliegende Erfindung ist ein Polierverfahren, das für den Fall geeignet ist, in dem Siliciumdioxid-Abrasivpartikel als Abrasivpartikel zum Polieren benutzt werden.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers kann das Auftreten von Verunreinigungen durch Fremdstoffe, die auf die Abrasivpartikel zum Polieren zurückzuführen sind, reduzieren, da zum benutzten Slurry keine unbenutzten Abrasivpartikel zum Polieren zugegeben werden. Zudem ermöglicht ein Zugeben der gemischten alkalischen Lösung, die einen Chelatbildner enthält, zu dem rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry, den Chelatbildner im benutzten Slurry auf einer geeigneten Menge zu halten, durch welche die Abfangwirkung des Chelatbildners auf metallische Fremdstoffe in hohem Maße bewahrt wird. Da außerdem die gemischte alkalische Lösung einen oder beide von einem pH-Regler und einem Polierbeschleuniger enthält, ist durch ein Zugeben der gemischten alkalischen Lösung zum benutzten Slurry ein Einstellen der Polierrate möglich. Folglich kann eine gewünschte Polierrate erzielt werden. Da keine zusätzlichen Abrasivpartikel zum Polieren zugeführt werden und die Verunreinigung durch metallische Fremdstoffe reduziert ist, kann außerdem der Verbrauch an Abrasivpartikeln zum Polieren und Chelatbildner verringert werden, und der Siliciumwafer kann kostengünstig poliert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1 ist eine schematische Darstellung, die ein beispielhaftes Slurry-Wiederaufbereitungssystem zeigt, das für das Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendbar ist;
2 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zum doppelseitigen Polieren zeigt;
3 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Vorrichtung zum einseitigen Polieren zeigt;
4 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Extinktion und Konzentration eines Cu-DTPA-Komplexes zeigt;
5 zeigt Messergebnisse der DTPA-Konzentration in einem Beispiel und einem Vergleichsbeispiel;
6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen DTPA-Konzentration und Cu-Konzentration an der Oberfläche eines polierten Siliciumwafers im Beispiel und im Vergleichsbeispiel zeigt;
7 zeigt Messergebnisse der Polierrate im Beispiel und im Vergleichsbeispiel und
8 ist eine schematische Darstellung, die ein Slurry-Wiederaufbereitungssystem zeigt, das im Vergleichsbeispiel verwendet wurde.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt.
Zunächst wird mit Bezug auf 1 ein Slurry-Wiederaufbereitungssystem beschrieben, das für das Polierverfahren der vorliegenden Erfindung verwendbar ist.
Ein Slurry-Wiederaufbereitungssystem 20 umfasst eine Poliervorrichtung 1 zum Polieren eines Siliciumwafers und einen Slurry-Vorratsbehälter 2 zum Speichern eines Slurrys, das der Poliervorrichtung 1 zuzuführen ist. Das Slurry im Slurry-Vorratsbehälter 2 wird der Poliervorrichtung 1 mittels einer Pumpe 3 durch eine Slurry-Zuführleitung 5 zugeführt. Dabei kann das Slurry durch ein Filter 4 filtriert und dann der Poliervorrichtung 1 zugeführt werden.
Das Slurry, das zum Polieren in der Poliervorrichtung 1 benutzt worden ist, wird durch einen Slurryseparator 6 so in eine Entwässerungsleitung 8 und eine Slurry-Rückgewinnungsleitung 7 separiert, dass die Rückgewinnungsrate maximiert wird. Die Slurry-Rückgewinnungsleitung 7 ist an den Slurry-Vorratsbehälter 2 angeschlossen, und das Slurry, das zum Polieren benutzt worden ist (das benutzte Slurry), wird in den Slurry-Vorratsbehälter 2 rückgewonnen.
Dem Slurry-Vorratsbehälter 2 können mittels einer Pumpe 10 unbenutzte Abrasivpartikel zum Polieren zugeführt werden und zwar aus einem Abrasivpartikel-Vorratsbehälter 9 zum Zuführen der unbenutzten Abrasivpartikel zum Polieren. Dabei werden die unbenutzten Abrasivpartikel durch eine Abrasivpartikel-Zuführleitung 11 zugeführt. Bei der vorliegenden Erfindung werden die unbenutzten Abrasivpartikel zum Polieren nur dann zugeführt, wenn ein Ansatzslurry (ein Slurry, das noch nicht zum Polieren benutzt worden ist) hergestellt wird. Demnach werden die unbenutzten Abrasivpartikel zum Polieren nicht zu dem benutzten Slurry gegeben, das nach einem Zuführen zur Poliervorrichtung 1 rückgewonnen wurde.
Der Slurry-Vorratsbehälter 2 ist mittels einer Zuführleitung 14 für gemischte alkalische Lösung mit einem Vorratsbehälter 12 für gemischte alkalische Lösung verbunden, in dem die gemischte alkalische Lösung gespeichert wird, die einen Chelatbildner und einen oder beide von einem pH-Regler und einem Polierbeschleuniger enthält. Dann wird die gemischte alkalische Lösung aus dem Vorratsbehälter 12 für gemischte alkalische Lösung mittels der Pumpe 13 in den Slurry-Vorratsbehälter 2 zugegeben.
Der Chelatbildner wird dem Vorratsbehälter 12 für gemischte alkalische Lösung mittels einer Pumpe 16 aus einem Chelatbildner-Vorratsbehälter 15 für ein Zuführen des Chelatbildners zugeführt. Außerdem wird dem Vorratsbehälter 12 für gemischte alkalische Lösung mittels einer Pumpe 18 pH-Regler aus einem pH-Regler-Vorratsbehälter 17 für ein Zuführen des pH-Reglers zugeführt.
Obwohl 1 den Fall zeigt, in dem der pH-Regler aus dem pH-Regler-Vorratsbehälter 17 der gemischten alkalischen Lösung im Vorratsbehälter 12 für gemischte alkalische Lösung beigemischt wird, kann anstelle des pH-Regler-Vorratsbehälters 17 ein Polierbeschleuniger-Vorratsbehälter bereitgestellt sein, um den Polierbeschleuniger zuzuführen, wenn der gemischten alkalischen Lösung der Polierbeschleuniger beigemischt wird. Andernfalls, wenn der gemischten alkalischen Lösung sowohl der pH-Regler als auch der Polierbeschleuniger beigemischt werden, können sowohl der pH-Regler-Vorratsbehälter als auch der Polierbeschleuniger-Vorratsbehälter bereitgestellt werden oder es kann ein pH-Regler-Vorratsbehälter verwendet werden, in dem auch der Polierbeschleuniger gespeichert wird.
Zudem werden dem Slurry-Vorratsbehälter 2 der Chelatbildner mit einer Konzentration, die höher als im benutzten Slurry ist, und einer oder beide von dem pH-Regler und dem Polierbeschleuniger mit einer Konzentration, die höher als im benutzten Slurry ist, zugeführt, um die Zusammensetzung des benutzten Slurrys im Slurry-Vorratsbehälter 2 konstant zu halten.
Zudem sind nicht dargestellte Reinwasser-Zuführleitungen an den Abrasivpartikel-Vorratsbehälter 9, den Vorratsbehälter 12 für gemischte alkalische Lösung, den Chelatbildner-Vorratsbehälter 15 und den pH-Regler-Vorratsbehälter 17 (oder den Polierbeschleuniger-Vorratsbehälter) angeschlossen. Dies ermöglicht, im Handel erhältliche Siliciumdioxid-Abrasivpartikel, Chelatbildner und pH-Regler (oder Polierbeschleuniger) auf geeignete Konzentrationen zu verdünnen.
Solch eine Poliervorrichtung 1, die im Slurry-Wiederaufbereitungssystem 20 angeordnet ist, kann eine Vorrichtung zum doppelseitigen Polieren oder eine Vorrichtung zum einseitigen Polieren sein. Die Poliervorrichtung ist eine Vorrichtung, die imstande ist, mit einem Polierslurry zu polieren, und ist nicht auf eine bestimmte Vorrichtung beschränkt. Im Folgenden wird der Hauptaufbau der Vorrichtung zum doppelseitigen Polieren und der Vorrichtung zum einseitigen Polieren mit Bezug auf 2 bzw. 3 beschrieben.
Zunächst wird als Vorrichtung zum doppelseitigen Polieren, die als Poliervorrichtung 1 verwendet werden kann, die in 2 gezeigte Vorrichtung zum doppelseitigen Polieren, die einen Planetenradsatz aufweist, beschrieben. Die Vorrichtung zum doppelseitigen Polieren umfasst, wie in 2 gezeigt, einen oberen Drehteller 21 und einen unteren Drehteller 22, die derart bereitgestellt sind, dass sie in der Vertikalen einander zugewandt sind, und an jedem der Drehteller 21 und 22 ist ein Polierkissen 23 befestigt. Im Zentrum zwischen dem oberen Drehteller 21 und dem unteren Drehteller 22 ist ein Sonnenrad 24 bereitgestellt, und an der Außenkante dieser Teller ist ein Innenzahnrad 25 bereitgestellt. Ein Siliciumwafer W wird in einem Halteloch eines Trägers 26 gehalten und zwischen dem oberen Drehteller 21 und dem unteren Drehteller 22 angeordnet.
Eine Zahnung am Außenumfang des Trägers 26 ist mit der jeweiligen Zahnung des Sonnenrades 24 und des Innenzahnrades 25 in Eingriff. Wenn der obere Drehteller 21 und der untere Drehteller 22 mit Hilfe einer nicht gezeigten Antriebsquelle gedreht werden, läuft der Träger 26 um das Sonnenrad 24 um, während er sich gleichzeitig um seine eigene Achse dreht. Dabei werden beide Oberflächen des Siliciumwafers W, die in das Halteloch des Trägers 26 gehalten werden, gleichzeitig von dem oberen und unteren Polierkissen 23 poliert. Zudem wird während eines Polierens des Siliciumwafers W dem Siliciumwafer durch eine nicht gezeigte Düse ein Slurry zugeführt.
Nun wird als Vorrichtung zum einseitigen Polieren, die als Poliervorrichtung 1 verwendet werden kann, die in 3 gezeigte Vorrichtung zum einseitigen Polieren beschrieben. Wie in 3 gezeigt, umfasst die Vorrichtung zum einseitigen Polieren in der Hauptsache einen Drehteller 32, an dem ein Polierkissen 31 befestigt ist, einen Slurry-Zuführmechanismus 33 und einen Polierkopf 34. Bei dieser Vorrichtung zum einseitigen Polieren hält der Polierkopf 34 einen Siliciumwafer W, der Slurry-Zuführmechanismus 33 führt dem Polierkissen 31 und dann dem Siliciumwafer W ein Slurry zu, und die Oberfläche des Halbleiterwafers W wird mit den Polierkissen 31 in Gleitkontakt gebracht, indem sowohl der Drehteller 32 als auch der Polierkopf 34 gedreht werden, um ein einseitiges Polieren durchzuführen.
Als Nächstes wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers unter Bezugnahme auf den Fall der Verwendung des vorstehend beschriebenen Slurry-Wiederaufbereitungssystems 20 beschrieben.
Zunächst wird ein Ansatzslurry im Slurry-Vorratsbehälter 2 gespeichert. Das Ansatzslurry kann hergestellt werden durch Mischen der Abrasivpartikel zum Polieren, wie etwa der Siliciumdioxid-Abrasivpartikel oder Zerdioxid-Abrasivpartikel, des Chelatbildners, des pH-Reglers, des Polierbeschleunigers und reinen Wassers usw., die aus den jeweiligen Behältern eingebracht werden.
Zum Polieren eines Siliciumwafers wird dann das hergestellte Ansatzslurry durch die Slurry-Zuführleitung 5 dem Siliciumwafer in der Poliervorrichtung 1 zugeführt. Wie bereits beschrieben, kann es sich bei dem Polierprozess um ein doppelseitiges Polieren oder ein einseitiges Polieren handeln.
Dann wird benutztes Slurry, das zum Polieren benutzt worden ist, rückgewonnen. Dabei wird das Slurry durch den Slurryseparator 6 in eine Entwässerungsleitung 8 und die Slurry-Rückgewinnungsleitung 7 separiert. Das benutzte Slurry wird dann durch die Slurry-Rückgewinnungsleitung 7 in den Slurry-Vorratsbehälter 2 rückgewonnen. Folglich wird bei der vorliegenden Erfindung das Slurry, das zum Polieren des Siliciumwafers benutzt wurde, rückgewonnen, und das rückgewonnene, bereits benutzte Slurry wird umgewälzt und dem Siliciumwafer zum Polieren zugeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird dabei eine gemischte alkalische Lösung, die einen Chelatbildner und einen oder beide von einem pH-Regler und einem Polierbeschleuniger enthält, zu dem rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry gegeben, ohne unbenutzte Abrasivpartikel zum Polieren zuzugeben. Wie bereits beschrieben, wird herkömmlich dem benutzten Slurry unbenutztes Slurry beigemischt, das Abrasivpartikel zum Polieren enthält, um die Zusammensetzung des rückgewonnenen, bereits benutzten Slurrys einzustellen. Da jedoch die unbenutzten Abrasivpartikel zum Polieren im Vergleich zu den benutzten Abrasivpartikeln zum Polieren viele metallische Fremdstoffe enthalten, tritt das Problem auf, dass die metallischen Fremdstoffe im benutzten Slurry zunehmen.
Von daher wird nur eine gemischte alkalische Lösung, die einen Chelatbildner und einen oder beide von einem pH-Regler und einem Polierbeschleuniger enthält, beigemischt, ohne unbenutzte Abrasivpartikel zum Polieren zuzugeben. Dies ermöglicht, die Zusammensetzung des benutzten Slurrys einzustellen, während gleichzeitig die Verunreinigung durch metallische Fremdstoffe unterdrückt wird. Da keine zusätzlichen Abrasivpartikel zum Polieren zugeführt werden und die Verunreinigung durch metallische Fremdstoffe reduziert ist, kann außerdem der Verbrauch an Abrasivpartikeln zum Polieren und Chelatbildner verringert werden, und der Siliciumwafer kann kostengünstig poliert werden.
Die Zugabe des pH-Reglers und des Polierbeschleunigers stabilisiert zudem die Polierrate und ermöglicht ein Einstellen einer gewünschten Bearbeitungszeit.
Bei der vorliegenden Erfindung kann der pH-Regler eines oder mehrere von KOH, NaOH, TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid), K₂CO₃, Na₂CO₃, KHCO₃ und NaHCO₃ sein. Der Polierbeschleuniger kann ein Amin sein. Anschauliche Beispiele dafür umfassen u. a. TMAH, Piperazin und N-(2-Aminoethyl)ethanol. Der Chelatbildner kann eine stickstoffhaltige Verbindung mit einer Carbonsäure oder einer Phosphorsäure im Molekül sein. Beispiele für die stickstoffhaltige Verbindung mit einer Carbonsäure im Molekül umfassen u. a. DTPA (Diethylentriaminpentaessigsäure). Beispiele für die stickstoffhaltige Verbindung mit einer Phosphorsäure im Molekül umfassen u. a NTA (Nitrilotriessigsäure).
Das Polierverfahren der vorliegenden Erfindung umfasst: Messen der Konzentration des Chelatbildners im rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry durch ein Extinktionsmessverfahren, wenn das benutzte Slurry umgewälzt und zugeführt wird (einen Messschritt); quantitatives Bestimmen des Chelatbildners im benutzten Slurry auf der Grundlage des Ergebnisses der Messung (einen Quantifizierungsschritt) und Einstellen einer Mischungsbedingung für den Chelatbildner in der gemischten alkalischen Lösung auf der Grundlage des Ergebnisses der quantitativen Bestimmung derart, dass die Konzentration des Chelatbildners im benutzten Slurry konstant gehalten wird (einen Einstellschritt).
Im Messschritt wird die Konzentration des Chelatbildners im rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry durch ein Extinktionsmessverfahren (ein absorptionsfotometrisches Messverfahren) gemessen. Genauer gesagt wird zunächst ein Teil des rückgewonnenen, bereits benutzten Slurrys aus dem Slurry-Vorratsbehälter 2 entnommen. Zu dem entnommenen Teil des benutzten Slurrys wird eine Metalllösung mit einer bekannten Konzentration gegeben, um das Slurry zu färben. Beispiele für die Metalllösung mit einer bekannten Konzentration sind u. a. eine Kupfer lösende Lösung. Dann wird die Extinktion des gefärbten benutzten Slurrys mit einem Absorptionsfotometer gemessen, um die Konzentration des Chelatbildners anhand der Extinktion bestimmen.
Anschließend wird der Quantifizierungsschritt ausgeführt. Im Quantifizierungsschritt wird der Chelatbildner im gesamten benutzten Slurry anhand der Konzentration des Chelatbildners in dem Teil des benutzten Slurrys, an dem im Messschritt die Messung erfolgte, quantitativ bestimmt.
Dann wird der Einstellschritt ausgeführt. Im Einstellschritt erfolgt ein Einstellen einer Mischungsbedingung für den Chelatbildner in der gemischten alkalischen Lösung auf der Grundlage des Ergebnisses der quantitativen Bestimmung des Chelatbildners im Quantifizierungsschritt derart, dass die Konzentration des Chelatbildners im benutzten Slurry konstant gehalten wird. Beispiele für die einzustellenden Mischungsbedingungen umfassen u. a. die Konzentration und die Zugabemenge des Chelatbildners, der der gemischten alkalischen Lösung beigemischt wird.
Außerdem umfasst die vorliegende Erfindung vorzugsweise: regelmäßiges Kontrollieren der Polierrate, während der Siliciumwafer poliert wird, und Einstellen einer Mischungsbedingung für einen oder beide von dem pH-Regler und dem Polierbeschleuniger bei der gemischten alkalischen Lösung derart, dass die Polierrate konstant gehalten wird.
In diesem Fall kann die Polierrate während des Polierens des Siliciumwafers ohne Weiteres durch Messen des Polierabtrags am polierten Siliciumwafer und Dividieren des Polierabtrags durch die Polierzeit geschätzt werden. Somit kann ein Polieren in einer gewünschten Polierzeit durchgeführt werden, indem die Mischungsbedingungen für den pH-Regler und den Polierbeschleuniger in der gemischten alkalischen Lösung anhand der regelmäßig kontrollierten Polierrate derart eingestellt werden, dass die Polierrate konstant gehalten wird.
Zudem kann bei der vorliegenden Erfindung der zu polierende Siliciumwafer einen Durchmesser von 300 mm oder mehr aufweisen, und der Siliciumwafer kann mit einem Polierabtrag von 0,1 µm oder mehr poliert werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die Zusammensetzung des benutzten Slurrys sogar dann konstant zu halten, wenn wegen des Siliciumwafers mit großem Durchmesser oder eines hohen Polierabtrags mehr Siliciumpartikel, die durch das Polieren bewirkt wurden, und Reaktionsprodukte, wie etwa Silicat, in das Slurry gelangen.
BEISPIEL
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf ein Beispiel und ein Vergleichsbeispiel genauer beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf das Beispiel beschränkt.
(Beispiel)
Beide Oberflächen von Siliciumwafern wurden mit Hilfe eines Slurry-Wiederaufbereitungssystems 20, wie in 1 gezeigt, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers poliert. In diesem Beispiel wurde als Poliervorrichtung 1 eine Vorrichtung 20B zum doppelseitigen Polieren, hergestellt von Fujikoshi Machinery Corp., verwendet. Als Polierkissen wurde ein Urethanschaumkissen verwendet, und auf den Siliciumwafer wurde während des Polierens ein Anpressdruck von 200 g/cm² ausgeübt. Der Polierabtrag von beiden Oberflächen betrug insgesamt 20 µm. Unter solchen Polierbedingungen wurden fünf Siliciumwafer mit einem Durchmesser von 300 mm in einem Batch poliert, und es wurden 200 Polierbatches nacheinander ausgeführt.
Das Ansatzslurry wurde wie folgt erzeugt. Zunächst wurde im Handel erhältliches hochreines kolloidales Siliciumdioxid mit einer Primärpartikelgröße von 0,035 µm (Siliciumdioxid-Konzentration: 20 Masse-%) im Abrasivpartikel-Vorratsbehälter 9 angesetzt und mit reinem Wasser im Slurry-Vorratsbehälter 2 derart verdünnt, dass sich eine Siliciumdioxid-Konzentration von 2 % ergab. Zudem wurde eine gemischte alkalische Lösung (eine Mischlösung aus DTPA, KOH und TMAH) derart in den Slurry-Vorratsbehälter 2 gegeben, dass im Ansatzslurry im Slurry-Vorratsbehälter 2 die Chelatbildner- (DTPA-) Konzentration 87 ppm betrug und die Polierbeschleuniger-(TMAH-) Konzentration 740 ppm betrug und das Ansatzslurry auch einen pH-Wert von 10,85 aufwies. Ferner wurden im pH-Regler- (Polierbeschleuniger-) Vorratsbehälter 17 eine wässrige KOH-Lösung und eine wässrige TMAH-Lösung angesetzt, wobei KOH als pH-Regler und TMAH als Polierbeschleuniger benutzt wurden. Dieser pH-Regler und dieser Polierbeschleuniger wurden der gemischten alkalischen Lösung beigemischt, und die gemischte alkalische Lösung wurde in den Slurry-Vorratsbehälter 2 gegeben und derart eingestellt, dass das Ansatzslurry einen pH-Wert von 10,85 aufwies. Somit wurden für das Slurry Siliciumdioxid-Abrasivpartikel als Abrasivpartikel zum Polieren, DTPA als Chelatbildner, KOH als pH-Regler und TMA als Polierbeschleuniger verwendet.
Bei jedem Batch wurde ein Teil des benutzten Slurrys entnommen und mit einer Metalllösung mit einer bekannten Cu-Konzentration gefärbt, um die DTPA-Konzentration durch Extinktionsmessung mit einem Absorptionsfotometer U-2001, hergestellt von Hitachi Ltd., zu bestimmen.
4 zeigt die Beziehung zwischen der Extinktion (E) bei einer Wellenlänge von 289 nm und der Konzentration eines Cu-DTPA-Komplexes. Wie in 4 gezeigt, bestand eine gute lineare Beziehung zwischen E und Konzentration eines Cu-DTPA-Komplexes, und die DTPA-Konzentration konnte anhand dieser Kalibriergeraden genau bestimmt werden.
Auf der Grundlage der genau bestimmten DTPA-Konzentration wurde die Mischungsbedingung für DTPA in der gemischten alkalischen Lösung derart eingestellt, dass die DTPA-Konzentration im benutzten Slurry während des Polierens konstant gehalten wurde.
Wenn das wiederaufbereitete Slurry derart eingestellt war, dass der pH-Wert auf 10,85 gehalten wurde, wobei der pH-Wert des Slurrys während des Polierens kontrolliert wurde, wurde eine Zugabebedingung für die gemischte alkalische Lösung derart bestimmt, dass die Polierrate so schnell wie auf einen konstanten Wert gebracht wurde, wobei die Silicium-Polierrate regelmäßig kontrolliert wurde.
Zudem wurden dem benutzten Slurry während des Polierens in einem Intervall von 60 Sekunden 6 cm³ der gemischten alkalischen Lösung (DTPA 0,27 %/KOH 4,7 %/TMAH 1,5 %) allein zugemischt.
Beide Oberflächen der Siliciumwafer wurden wie vorstehend beschrieben poliert.
Dabei wurde der pH-Wert stets auf 10,85 gehalten.
5 zeigt Messergebnisse der DTPA-Konzentration im Slurry bei den verschiedenen Batches. Wie in 5 gezeigt, wurde die DTPA-Konzentration über 200 aufeinanderfolgende Polierbatches zwischen 86 ppm und 104 ppm gehalten.
Zum Messen der Fremdstoffe an der Waferoberfläche wurde die Oberfläche des Siliciumwafers nach dem doppelseitigen Polieren mit Fluorsalpetersäure abgescannt, und die zum Scannen benutzte Fluorsalpetersäure wurde mittels handelsüblicher ICP-MS gemessen. Im Ergebnis betrug bei einer DTPA-Konzentration von 95,7 ppm die Cu-Konzentration 0,009×10¹⁰ Atome/cm². 6 zeigt die Entsprechung von DTPA-Konzentration und Cu-Konzentration. Wie in 6 gezeigt, betrug bei einer DTPA-Konzentration von 95,7 ppm die Cu-Konzentration 0,009×10¹⁰ Atome/cm², und bei einer höheren DTPA-Konzentration war die Cu-Konzentration niedriger. Dies lässt darauf schließen, dass im DTPA-Konzentrationsbereich des Beispiels die Cu-Konzentration verringert werden konnte und folglich die Verunreinigung durch metallische Fremdstoffe unterdrückt werden konnte.
Um die Polierrate zu messen, wurde die Dicke des Wafers vor und nach dem Polieren mit einem Nanometoro 300TT-A (hergestellt von Kuroda Precision Industries Ltd.) gemessen. Demzufolge betrug die Rate, wie in 7 gezeigt, über 200 aufeinanderfolgende Polierbatches 0,80 µm/min bis 0,85 µm/min. Somit war die Polierrate über alle Batches hinweg stabil.
(Vergleichsbeispiel)
Im Vergleichsbeispiel wurde ein doppelseitiges Polieren durchgeführt, wobei wie bei dem herkömmlichen Verfahren einem benutzten Slurry unbenutzte Abrasivpartikel zum Polieren beigemischt wurden. 8 zeigt ein Slurry-Wiederaufbereitungssystem, das im Vergleichsbeispiel verwendet wurde. Wie in 8 gezeigt, umfasst das Slurry-Wiederaufbereitungssystem 120 eine Poliervorrichtung 101 und einen Slurry-Vorratsbehälter 102, und wiederaufbereitetes Slurry wird durch ein Filter 104 filtriert und dann von einem Vorratsbehälter 103 für wiederaufbereitetes Slurry der Poliervorrichtung 101 zugeführt. Das Slurry, das zum Polieren benutzt worden ist, wird durch einen Slurryseparator 106 so in eine Entwässerungsleitung 108 und eine Slurry-Rückgewinnungsleitung 107 separiert, dass die Rückgewinnungsrate maximiert wird. Die Slurry-Rückgewinnungsleitung 107 ist an den Slurry-Vorratsbehälter 102 angeschlossen.
Dem Slurry-Vorratsbehälter 102 wurde aus einem Behälter 109 für ein Zuführen unbenutzten Siliciumdioxid-Slurrys mittels einer Pumpe 110 zum Zuführen unbenutzten Siliciumdioxid-Slurrys unbenutztes Siliciumdioxid-Slurry zugeführt, dem ein Chelatbildner (DTPA) und ein Polierbeschleuniger (TMAH) beigemischt worden waren. Außerdem wurde dem Slurry-Vorratsbehälter 102 aus einem Behälter 113 zum Zuführen des pH-Reglers (KOH) mittels einer Pumpe 114 zum Zuführen des pH-Reglers der pH-Regler (KOH) zugeführt.
Zudem wurden dem Slurry-Vorratsbehälter 102 das Siliciumdioxid-Slurry (den Chelatbildner und den Polierbeschleuniger in höherer Konzentration als im benutzten Slurry enthaltend) mit einer Konzentration, die höher als die des benutzten Slurry ist, und der pH-Regler zugeführt, um die Zusammensetzung des Slurrys im Slurry-Vorratsbehälter 102 konstant zu halten. Nicht dargestellte Reinwasser-Zuführleitungen waren an den Vorratsbehälter 109 für unbenutztes Siliciumdioxid-Slurry und den pH-Regler-Vorratsbehälter 113 angeschlossen, damit das Siliciumdioxid-Slurry und der pH-Regler, verdünnt auf geeignete Konzentrationen, zugeführt werden konnten.
Der Slurry-Vorratsbehälter 102 war mit einem Slurry-Füllstandsmesser (nicht gezeigt) versehen. Die Slurry-Rückgewinnungsrate beträgt keine 100 %. Deshalb wurde dann, wenn die Menge des wiederaufbereiteten Slurrys unter einen vorgegebenen Wert fiel, die dem Slurry-Füllstandsmesser zugeordnete Pumpe 110 zum Zuführen unbenutzten Siliciumdioxid-Slurrys derart betrieben, dass dem Slurry-Vorratsbehälter 102 das unbenutzte Siliciumdioxid-Slurry mit hoher Konzentration zugeführt wurde. Wenn die Menge des wiederaufbereiteten Slurrys den vorgegebenen Wert erreichte, wurde die Pumpe 110 zum Zuführen unbenutzten Siliciumdioxid-Slurrys abgeschaltet.
Zudem war der Slurry-Vorratsbehälter 102 mit einem Aräometer 112 als Sensor zum Messen der Siliciumdioxid-Konzentration ausgestattet. Wenn das spezifische Gewicht einen vorgegebenen Wert überschritt, wurde durch eine Reinwasser-Zuführleitung (nicht gezeigt), die an den Slurry-Vorratsbehälter 102 angeschlossen und dem Sensor zum Messen der Siliciumdioxid-Konzentration zugeordnet war, reines Wasser zur Verdünnung zugeführt. Wenn sich die Konzentration auf den vorgegebenen Wert oder darunter verringert hatte, wurde die Zuführung des reinen Wassers gestoppt.
Darüber hinaus war der Slurry-Vorratsbehälter 102 mit einem pH-Sensor 116 ausgestattet. Wenn der pH-Wert unter einen vorgegebenen Wert fiel, wurde die zugeordnete Pumpe 114 zum Zuführen des pH-Reglers so betrieben, dass dem Slurry-Vorratsbehälter 102 der pH-Regler aus dem Behälter 113 zugeführt wurde. Wenn der pH-Wert den vorgegebenen Wert erreichte, stoppte die Pumpe 114 zum Zuführen des pH-Reglers.
Es wurde ein doppelseitiges Polieren mit derselben Vorrichtung zum doppelseitigen Polieren wie im Beispiel, unter den gleichen Polierbedingungen wie im Beispiel durchgeführt. Die Zusammensetzung des Ansatzpolierslurrys wurde wie folgt eingestellt.
Im Handel erhältliches hochreines kolloidales 20 % Siliciumdioxid mit einer Primärpartikelgröße von 0,035 µm (Gew.-%), dem der Chelatbildner DTPA und der Polierbeschleuniger TMAH beigemischt worden sind, wurde im Vorratsbehälter 109 für unbenutztes Siliciumdioxid-Slurry angesetzt und mit reinem Wasser im Slurry-Vorratsbehälter 102 auf 2 % verdünnt. Dabei betrug die Anfangskonzentration des Chelatbildners DTPA 87 ppm, und die Anfangskonzentration des Polierbeschleunigers TMAH betrug 740 ppm.
5 % pH-Regler KOH wurde im Vorratsbehälter 113 angesetzt, und das Slurry wurde so eingestellt, dass es, gemessen mit dem pH-Sensor 116 des Slurry-Vorratsbehälters 102, einen pH-Wert von 10,85 hatte. Folglich war die Zusammensetzung zum Zeitpunkt der Herstellung des Ansatzslurrys jener im Beispiel gleich.
Im Vergleichsbeispiel wurde dem Slurry-Vorratsbehälter 102 unbenutztes Siliciumdioxid-Slurry aus dem Behälter 109 für ein Zuführen unbenutzten Siliciumdioxid-Slurrys derart zugeführt, dass die Siliciumdioxid-Konzentration, gemessen mit dem Aräometer 112, 2 % betrug. Gleichzeitig wurde dem Slurry-Vorratsbehälter 102 5 % KOH aus dem Vorratsbehälter 113 derart zugeführt, dass der pH-Wert, gemessen mit dem pH-Sensor 116, 10,85 betrug.
Es wurde ein doppelseitiges Polieren wie vorstehend beschrieben durchgeführt. Wie in 5 gezeigt, betrug die DTPA-Konzentration im Slurry über 200 Polierbatches 27 ppm bis 88 ppm, wobei die DTPA-Konzentration mit dem Fortschritt des Polierens abnahm.
Außerdem wurde die Konzentration der Fremdstoffe an der Waferoberfläche wie im Beispiel gemessen. Die Ergebnisse sind in 6 dargestellt. Im Vergleichsbeispiel betrug die DTPA-Konzentration 30 ppm oder weniger, und die Cu-Konzentration betrug 0,023×10¹¹ Atome/cm² oder mehr. Diese Ergebnisse sind schlechter als im Beispiel.
Wie in 7 gezeigt, betrug die Polierrate 0,76 µm/min bis 0,83 µm/min. Die Polierrate schwankte stärker als im Beispiel und war an sich niedrig.

Claims

Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers, wobei das Verfahren umfasst: Rückgewinnen eines benutzten Slurrys, das Abrasivpartikel zum Polieren enthält, die dem Siliciumwafer bereits zugeführt und zum Polieren benutzt worden sind; und Umwälzen und Zuführen des rückgewonnenen, bereits benutzten Slurrys zum Siliciumwafer, um den Siliciumwafer zu polieren, wobei eine gemischte alkalische Lösung, enthaltend einen Chelatbildner und einen oder beide von einem pH-Regler und einem Polierbeschleuniger, zu dem rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry gegeben wird, ohne unbenutzte Abrasivpartikel zum Polieren zuzugeben, und das rückgewonnene, bereits benutzte Slurry umgewälzt und dem Siliciumwafer zugeführt wird, um den Siliciumwafer zu polieren, und ferner umfassend Messen der Konzentration des Chelatbildners im rückgewonnenen, bereits benutzten Slurry durch ein Extinktionsmessverfahren, wenn das benutzte Slurry umgewälzt und zugeführt wird; quantitatives Bestimmen des Chelatbildners im benutzten Slurry auf der Grundlage eines Ergebnisses der Messung und Einstellen einer Mischungsbedingung für den Chelatbildner in der gemischten alkalischen Lösung auf der Grundlage eines Ergebnisses der quantitativen Bestimmung derart, dass die Konzentration des Chelatbildners im benutzten Slurry konstant gehalten wird.
Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers nach Anspruch 1, wobei der pH-Regler eines oder mehrere von KOH, NaOH, TMAH, K₂CO₃, Na₂CO₃, KHCO₃ und NaHCO₃ ist, der Polierbeschleuniger ein Amin ist und der Chelatbildner eine stickstoffhaltige Verbindung ist, die eine Carbonsäure oder eine Phosphorsäure in seinem Molekül aufweist.
Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, ferner umfassend: regelmäßiges Kontrollieren der Polierrate, während der Siliciumwafer poliert wird; und Einstellen einer Mischungsbedingung für einen oder beide von dem pH-Regler und dem Polierbeschleuniger in der gemischten alkalischen Lösung derart, dass die Polierrate konstant gehalten wird.
Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zu polierende Siliciumwafer einen Durchmesser von 300 mm oder mehr aufweist.
Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Siliciumwafer mit einem Polierabtrag von 0,1 µm oder mehr poliert wird.
Verfahren zum Polieren eines Siliciumwafers nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Abrasivpartikel zum Polieren Siliciumdioxid-Abrasivpartikel sind.