JP2005534170A - ウエハに施される化学機械研磨平坦化プロセス後のリンス処理 - Google Patents
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Abstract
少なくとも部分的にシリコンを含む非金属材料を有するウエハ上に化学機械平坦化（ＣＭＰ）処理を施す方法であって、ウエハの表面を化学的にアタックするための化学剤とウエハ表面を機械的にアタックするための摩擦粒子を含む研磨溶液と共に研磨プレートを用いてウエハ表面を研磨する工程と、研磨工程の結果である残留物をリンスする工程と、最終洗浄工程を備え、所望の平坦化を越える前に研磨工程での化学的アタックが制御されて停止するようにリンス工程においてリンス溶液を徐々にウエハ表面上に供給する。
Description
この発明は、一般に、シリコンを含む非金属材料のウエハ、特に、シリコンウエハの研磨に関する。
さらに、詳細には、シリコンを含む非金属材料のウエハを化学機械的に平坦化する方法であって、ウエハの表面を化学的にアタックできる化学剤とこの表面を機械的にアタックできる摩擦粒子を含む研磨溶液と共に研磨プレートを用いてウエハの表面を研磨する工程と、リンス溶剤と共に研磨プレートを用いて上記研磨工程の結果の残留物をリンスする工程と、洗浄工程とを備えた方法に関する。
上記のようなタイプの方法は既に知られている。
文言“化学機械平坦化”は、ウエハ表面の機械的なアタックと同表面の化学的エッチングと、任意ではあるが、これに続くリンス且つ又は洗浄工程との組み合わせによる研磨を意味するものと理解される。このタイプの方法は摩擦ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）としても知られている。
この目的のために、ウエハ表面を化学的にアタックできる化学剤と同表面を機械的に浸食できる摩擦粒子を含む溶液を用いて研磨が行われる。
既知の応用においては、研磨されるウエハ材料の厚みは数十ミクロン程度、又は、それ以上である。
これらのウエハは単一材料層、又は、複数層構造から成る。
研磨プレートは、通常、ディスク形状で、その表面は適切な組成と生地で覆われている。
これらの研磨プレートは、圧力が制御されて、研磨且つ又はリンスすべきウエハ表面に適用され、その間ウエハに対して移動される（典型的には、ウエハ表面に垂直な軸を回転される）。
さらに、研磨用プレートは、通常、リンス用プレートより硬い。
研磨とリンス用に異なるプレートを用いることも知られている。
同じプレートで上記の二工程を行うと、研磨の結果である残留物がプレートとリンスすべき表面との間に捕捉されて残る。これら残留物はプレートにより運ばれ、リンス溶液と混ざり、そして、ウエハ表面を浸食し続ける。これは、通常、望ましくない。
何故ならば、リンスの機能は、ウエハ表面の最終洗浄処理へ移行する前に、特に、これらの研磨の結果である残留物を可能な限り取り除くことであり、これら残留物が、後で、ウエハ上に形成される又はいずれ形成される集積回路にダメージを与えることがあるからである。
“研磨残留物”とは研磨に用いる摩擦粒子からの残留物とウエハ表面上に発生しうる金属汚染物との両者を意味することに留意されたい。
研磨工程と洗浄工程との間に行われる研磨されたウエハをリンスする工程は既知の技術で、通常、脱イオン水（ＤＩＷ）を含む溶液を用いて行われる。
これらＤＩＷリンス工程の一つの問題は研磨残留物が十分に除去されるように時間をかける必要があり、これによる遅延により研磨されたウエハの製造率が低下し、産業上の観点からは損失となる。
リンスＤＩＷにＮＨ４ＯＨ／Ｈ２Ｏ２（ＳＣ１）又はＨＣＬ／Ｈ２Ｏ２（ＳＣ２）タイプの添加剤を混合することも知られており、これにより研磨残留物の除去速度を早めることができる。
ところが、これを行うと、通常、これら添加剤が化学エッチングにより数ナノメートルのオーダの厚みでウエハ表面をアタックしようとする。
そのようなさらなるエッチングは、数ミクロンの厚みの薄い層の場合は表面の平坦化最終仕様との兼ね合いから許容できるものではあるが、厚い層の場合は問題となる。
特に、シリコンを含む非金属材料から成り、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）タイプの構造を有する活性薄層を備えるウエハの化学機械平坦化においては、上記のタイプの技術は適切ではないであろう。
これら活性層の厚みは薄くなる傾向にあるので、実際、±５ナノメートルのオーダの精度の研磨を行った後では、ウエハの厚みを制御することが望ましいが、それは、ＳＣ１又はＳＣ１タイプの添加剤を用いるリンスの場合には困難と思われる。
さらに、表面研磨工程を含み、タングステンウエハの表面を化学機械平坦化するもので、特に、界面活性剤を含む研磨溶剤を用いる方法が知られている。この方法はＭ．Ｌ．ＦｒｅｅによりＭｉｃｒｏｍａｇａｚｉｎｅ、Ｍａｙ、１９９８（“Ｕｓｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｔａｎｔｓ ｉｎ ｉｒｏｎ−ｂａｓｅｄ ＣＭＰ ｓｌｕｒｒｉｅｓ ｔｏ ｍｉｎｉｍｉｚｅ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ”）に記載されている。
ここで、“界面活性剤”は溶液中の化学剤、例えば、洗剤又は石鹸のような、溶液とウエハとの間の界面張力を低減させ、ウエハ表面の溶液のぬれ性を高めるものを意味する。従って、これらはウエハ表面上に存在する残留物の除去を助長できるものである。
ＣＭＰ方法による研磨工程では、ウエハ上の摩擦粒子により行われる機械的作用と、ウエハ上のエッチャントにより行われる化学的作用という二つの主なる作用により研磨が行われることを明記するものである。
金属表面を研磨する場合には、例えば、Ｆｒｅｅにより記載されているように、これら二つの作用は共に重要なものである。
これは、何故ならば、アルミニウム摩擦粒子は非常に大きく（約１ミクロン）、それらの作用が化学エッチャントの作用と比べて無視できないからである。
これらの摩擦粒子はかなり大きいので研磨すべき表面に損傷を与えうる（スクラッチ、穴等）。
界面活性剤を研磨溶液に加えるとこの損傷を防止して研磨の機械的摩擦作用を和らげる。
シリコンを含む非金属材料等の他の種類の材料の表面の研磨においては、化学的エッチャントは典型的には塩基性であるが、Ｆｒｅｅに開示された方法の教示を持ち込むことはできず、これは、研磨中に界面活性剤を加えると研磨時間が大幅に長くなると思われるからである。
これは、何故ならば、金属表面でＦｒｅｅにより用いられるアルミニウム摩擦粒子とは異なり、これらの種類の材料とっては、 摩擦粒子がより小さく、機械的作用より化学的作用が多くを占めるからである。
さらには、表面を研磨中に、通常、酸性を供給すると研磨溶液の塩基性に関わる化学的作用が低減又は中和されるという結果となる。
従って、ウエハ研磨時間が大幅に長くなるであろう。これにより、そのような研磨工程を含むウエハ製造ラインの生産性が落ちることにもなる。
このようにして、研磨溶液に界面活性剤を用いるか否かによってシリコンの研磨時間が、典型的には、１０の倍数長くなるであろう。
さらに、大きい研磨粒子に比べて、小さな研磨粒子がウエハ表面に与えうる損傷のリスクが低減され、そして、Ｆｒｅｅにより提案されているような研磨粒子の活動を抑えるための界面活性剤を研磨中に供給することの効果が現れにくくなる。
研磨中に界面活性剤を供給する方法は、そのような材料を含む表面の化学機械平坦化にとっては適切ではないように思える。
ＵＳ５、９９６、５９４文書では研磨工程の後に界面活性剤が導入される。
この文書に開示された方法は、塩基性溶液に界面活性剤を溶かして塩基性リンス溶液を得ることによる、ＣＭＰプロセス（塩基性pH）の研磨工程とリンス工程（酸性pH）との間に起き得るpHショックによる、研磨粒子のゲル化という特別な問題を解決しようとするものである。
この発明の目的は、そのような材料のためにＣＭＰの効果を高めることを目的としている。
この目的を達成するために、第一のアスペクトによれば、この発明は、少なくとも部分的にシリコンを含む非金属材料を有するウエハ上に化学機械平坦化（ＣＭＰ）処理を施す方法であって、前記ウエハの表面を化学的にアタックするための化学剤と前記表面を機械的にアタックするための摩擦粒子を含む研磨溶液と共に研磨プレートを用いて前記表面を研磨する工程と、前記研磨工程の結果である残留物をリンスする工程と、最終洗浄工程を備え、所望の平坦化を越える前に前記研磨工程での化学的アタックが制御されて停止するように前記リンス工程においてリンス溶液を徐々に前記ウエハ表面上に供給することを特徴とする方法を提供する。
好ましく、しかし限定の無いこの発明のアスペクトは以下の通りである。
前記研磨溶液は塩基性pHを有し、前記リンス溶液は酸性pHを有し、前記リンス工程において前記リンス溶液を徐々に供給することにより前記研磨溶液のpHを徐々に変化させて前記ウエハ表面上での前記化学剤の前記化学的アタックを終了させる。
前記ウエハ表面上に存在する前記溶液のpHが徐々に塩基性pHから中性pHに変化するような速度で前記リンス溶液及び洗浄溶液を前記ウエハ表面上に注入する。
前記ウエハのシリコンを含む前記非金属表面材料は結晶シリコン、シリカ、ガラス、石英の内のいずれかである。
前記化学剤は約７から１０，好ましくは、約８から１０の間のｐＨを有する。
前記化学剤は水性アンモニアのような窒素含有基である。
前記リンス溶液は３から５の間，好ましくは、約４のｐＨを有する。
前記リンス溶液は界面活性剤を含む。
界面活性剤溶液はポリオキシアルキレンアルキルエーテルを含む水溶液である。
前記界面活性剤の臨界ミセル濃度は０．１％に近く又は低い。
微粒子である前記残留物を含む溶液が乾く前に前記リンス工程を開始する。
前記リンス溶液及び前記洗浄溶液は脱イオン水を含む。
前記リンス工程におけるリンス処理は前記研磨工程における処理とは異なるリンス位置で行われる。
前記リンス工程は、さらに、前記リンス溶液の注入と同時に、前記研磨工程で用いられるプレートとは異なる研磨プレートを用いる。
前記研磨用プレート及び前記リンス用プレートは各々織った材料で覆われている。
前記洗浄工程では洗浄溶液と共に研磨プレートを用いる。
前記洗浄用プレートは前記研磨用プレート及び前記リンス用プレートから分離されている。
前記洗浄用プレートは織った材料で覆われている。
前記ウエハ表面を処理して前記ウエハ表面の前記材料により受容される集積回路素子を形成する工程をさらに備える。
後続の処理の前に前記ウエハを乾燥させる工程をさらに備える。
第二のアスペクトによれば、この発明は、さらに、セミコンダクタ・オン・インシュレータ構造の表面への上記したような化学機械平坦化方法の応用を提供し、セミコンダクタはシリコンを含み、インシュレータはシリカ、ガラス又は石英のいずれかであると効果的である。
この発明のさらなるアスペクト、目的並びに効果が、添付図面を参照して、この発明を限定するものではない以下のこの発明の好ましい実施形態の詳細な説明により明らかになる。
この発明により平坦化されるウエハとしては数マイクロメートルから数ミリメートルの範囲の厚みを有するものが適用可能である。
通常、ウエハは表面層を含み、これは、数ナノメートルから数マイクロメートルの範囲にあり、さらには、１ナノメートルから数十ナノメートルの間にあり、これは、電子素子を有する又は受入れるウエハの活性層となる。
この層はシリコンを含む非金属材料より形成される。
この層のシリコンを含む非金属材料は、例えば、結晶シリコン、シリカ、ガラス、石英、又は、他の混合物である。
ある好ましい状態では、それはシリコンであり、例えば、それ自体がウエハ上部に存在するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）構造の上層層の一部を形成する。
この発明による方法は研磨第一工程を備え、この目的は研磨すべきウエハの少なくとも一面を最適に平坦化するもので、以下の組み合わさった三つの作用を行う。
少なくとも一つの研磨プレートによりウエハの少なくとも一面を擦ることによる摩擦力によるウエハの巨視的機械的アタック。
研磨溶液に含まれる研磨粒子によるウエハの微視的機械的アタック。
研磨溶液に含まれる化学剤によるウエハの化学的アタック。
通常、これら三つの作用は、ウエハが研磨プレート（又は複数プレート）により擦られている間に、研磨粒子と化学剤を含む研磨溶液が供給されると同時に組み合わさって行われる。
プレートの表面は、好ましくは、平坦でウエハに平行であり、ウエハに対して軸の周りを回転運動し、そして、これらパラメータすべてが、ウエハ表面全体に渡って可能な限り一定にプレートがウエハ上に摩擦力を与えるように、調整されると効果的である。
プレートが繊維で覆われると効果的である。
この発明で用いることができる機械的研磨装置の例が後で紹介される。
研磨粒子に関しては、一方では、ウエハ表面を擦る摩擦粒子として十分大きく、しかし、他方で、過度に表面を擦さないようなサイズに調整され、そうでないと、スクラッチ又は“ピンホール”のような重大な損傷を表面に与えかねない。
シリコン表面を擦るための粒子のサイズは０．１ミクロンのオーダである。これは、典型的な直径が１ミクロンであるＦｒｅｅが彼の文書で記載している摩擦粒子よりかなり小さい。
さらに、シリコンを研磨するためのこれら摩擦粒子の濃度は、通常、タングステン等の研磨材料に用いられる濃度よりはるかに低い。
摩擦粒子は、化学的にアタックされる少なくとも部分的にシリコンを含む表面と比較して、それらの硬度が十分であり、研磨溶液の化学剤に十分な抵抗性がり、そして、互いに過度に凝塊しないようなものが選ばれる。
金属材料を擦るための摩擦粒子の濃度は、典型的には、５％から２５％の範囲であり、シリコンを擦る場合では、典型的には、０．０１％から１％の範囲である。
さらに、シリコン用の摩擦粒子の濃度は、通常、０．２％から０．７％の範囲であり、好ましくは、０．３％から０．４％の範囲である。
ここで用いられる摩擦粒子としてはシリカ粒子が効果的である。これら注入された摩擦粒子の機能は、従って、ウエハ表面を擦り、そこから半導体材料の薄膜を剥がすことである。
研磨プレートの作用により摩擦が促進され、プレートは、ウエハ表面のみならず、ウエハに対して摩擦粒子を押し付け、ウエハ表面全体に摩擦粒子を分散させる。
さらに、ウエハ表面に注入される溶液からの液流により摩擦が助長され、摩擦粒子がウエハ表面から除去される。
研磨溶液に加えられる化学剤は、通常、ウエハ表面に化学反応を生じさせ、ウエハ表面粒子を脆弱化又は薄利さえするものから選ばれ、従って、摩擦作用を補助的に助長するものとして機能する。
化学剤は、結晶シリコン、シリカ（ＳｉＯ２とも記される）、ガラスそして石英等の材料を化学的にアタックするように塩基性pHを有するものである。
研磨粒子と化学剤を含む研磨溶液の基になるのは、特に、中性pHであり、好ましくは脱イオン化された水が効果的である。
研磨溶液のある実施形態としては、ウエハ表面上での研磨溶液のぬれ性を高めることができる表面活性剤を溶液に加えて、摩擦と化学的アタックが均一になるように研磨粒子と溶解した化学剤を分散させる。
擦る、摩擦、そして化学的アタックという以上の三つの同時に行われる作用が組み合わさってウエハ表面を迅速に平坦化させる。
研磨される厚みは二つの手段により制御される。
第一に、この研磨作用を決めるパラメータであり（プレート回転速度、プレートに垂直に加わる圧力、摩擦粒子の濃度、化学剤の濃度等）、そして第二に、これら三つの組み合わさった作用を停止させるために用いられる手段である。
研磨される厚みを制御する第一の手段は直接的であり、成分濃度、プレート回転速度等のパラメータやそれらが研磨に与える影響が簡単に調整でき、これは、数多くの実験が行われた結果、ナノメートル以内で、十分な許容範囲を持って、予期、そして、再現できるものである。
研磨される厚みを制御する第二の手段はより間接的であり、研磨プレート又は複数プレートの回転を停止させてウエハ上でのこの又はこれらの作用を終了させるが、一方で、摩擦及び化学的作用を生じさせる化学剤と粒子がウエハ表面上に残る限り摩擦及び化学的作用が継続する。
この微視的なアタックの終了、そして、それが起こる時間の制御とは別に、研磨工程の結果として残存する他のすべて粒子（ウエハ表面から剥がれる粒子、（各）研磨プレートが繊維で覆われている場合は繊維の磨耗の結果の粒子等）を効果的に除去しなければない。
従って、この目的のために効果的なウエハリンス及び洗浄工程が必要となる。
そこで、ウエハリンス工程ではこれら粒子を除去し、そして、これらの“目に見えない”表面アタック作用を制御しながら終了できるものでなければならない。
この発明においては、水性リンス溶液中の界面活性剤が物理化学的に且つ化学的に作用してウエハ表面から望ましくない粒子を完全に除去する効果的な手段となる。
第一に、界面活性剤粒子の物理化学的作用はそれが常に親水基と疎水基を有しているという事実に大きく関わっている。
通常、アルカリ性の長い炭素鎖より成る疎水基は水分を遊離させ、従って、ウエハ表面により形成された固体部分と表面に残留し懸濁している残留粒子とに結び付こうとする。
親水基に関しては、これは水分と接触しようとするので、界面活性剤分子が互いに離れ、横方向に圧力を及ぼして溶液とウエハ表面間の界面張力を低下させ、そして、ウエハ表面上にリンス溶液を分布させ、従って、表面上での溶液のぬれ性を高める。
ウエハ表面上で吸収される界面活性剤粒子は残留物と表面との間に及ぼされるＶａｎ ｄｅ Ｗａａｌｓタイプの引力を低下させる。
残留物に結合される界面活性剤粒子は溶液中に多数あり、臨界ミセル濃度（又はＣＭＣ）と呼ばれるある濃度以上で、界面活性剤分子の疎水基により界面活性剤分子が取り付く残留粒子と、そして、水分と接触しようとする界面活性剤分子の親水基により懸濁化される残留粒子との集合体である懸濁したミセルを生成する。
そこで、界面活性剤は、リンス溶液中の残留粒子を分散させ、従って、それらが表面上で分解するのを低減し、除去させるようにすることができるものである。
さらには、そして、特筆すべきは、ＣＭＣは除去されるべき残留粒子のサイズに依存するということである。ここで、通常、半導体表面が研磨された後に溶液中で発見される残留粒子は、通常、（上記のように）金属表面が研磨された後に溶液中で発見される残留粒子より小さく、ＣＭＣが低い。
第二に、界面活性剤溶液の化学的作用はそのpH値に依存するということである。
シリコン、石英、ガラス、シリカ等の表面材料にとって、研磨溶液による表面の化学的アタックは塩基性pH基において起こり、これがウエハ表面粒子の結合を弱める。
酸性界面活性剤を研磨溶液に加えると研磨溶液の化学的作用を迅速に終了させることができる。
シリコンを含む表面にとって、化学的作用は、通常、機械的作用に勝り、これは、シリコンを研磨した結果の摩擦粒子のサイズが小さいからである。
そのような酸性界面活性剤を含むリンスを行うとほぼ研磨作用を停止させ、そのウエハ上での影響を制御することができる。従って、研磨後の厚みが保障され、再現性あるものとなる。
従って、研磨の終了を制御することができる。
例えば、タングステン表面用の界面活性剤を含まない研磨溶液中に含まれる摩擦粒子により起きる明らかな表面損傷が、界面活性剤が無いために研磨の段階で起きないように、この発明の界面活性剤を含まない研磨溶液中に含まれる摩擦粒子のサイズは十分に小さいことに留意されたい。
ウエハ表面上の研磨溶液が乾く前にリンス溶液を注入することが推奨され、これは粒子残留物が乾くと除去するのが困難になることがあるからである。
界面活性剤は静電気的な役割も果たし、強制的に、それらの化学的作用により、残留粒子とウエハ表面がそれらの電気的結合が妨げられる。
これは、特に、塩基性研磨溶液を用いてシリカ分子によりシリコン表面を研磨した場合に起こる。用いられた溶液の塩基性により粒子がウエハ表面に引きつけられる。ところが、リンス中に注入された（酸性）界面活性剤によりもたらされた酸性により、実際、研磨粒子とウエハ表面との間の引力を低下させ、又は、さらには研磨粒子をウエハ表面から剥離させる。
界面活性剤の電気的中性により半導体表面の電気的特性に界面活性剤が与える悪影響が防止され、そして、表面材料内に侵入して汚染するさらなるリスクも防止される。
しかし、さらには、ウエハ表面に存在する材料の極性と反対の極性のイオン化界面活性剤を選ぶことにより、電気的観点から、より強く作用することができ、従って、イオン化分子がウエハ表面に集合し、この表面の電位の極性を反転させて、表面に結合しようとする同じ電荷の残留粒子を剥離させる。
界面活性剤を含む水性溶液は好ましくは脱イオン水である。
このリンス処理は研磨プレートと同一の一つ又はそれ以上のリンスプレートをウエハ上で作用させることにより効果的となり、これは、柔軟な繊維で覆い、リンスすべきウエハと接触させると効果的である。
リンスプレートはウエハに対して移動させ、好ましくは、ウエハの平面に垂直な軸の周りを回転させる。
このプレートの移動を伴うプレートとウエハの接触によりウエハ表面上に存在する流体をより迅速に除去することができる。
最後に、水によるウエハ表面の洗浄工程により表面を中性pHとし、そして、最終残留物と化学的生成物が除去される。
洗浄水は脱イオン水であると効果的である。
リンスプレートと同一の洗浄プレートを作用させて洗浄を行うと効果的である。
図１に示すのはウエハの一面又は両面の荒さを調整するための化学機械平坦化装置である。
駆動シャフト６００の周りを回転可能な研磨ヘッド２００がウエハを収容するのに適した内部空洞を有する。
ウエハは研磨ヘッドの内部空洞内に収容されるので図示されていないことに留意されたい。この目的のために、研磨ヘッドの内部空洞の形状及び大きさは研磨されるウエハの形状及び大きさとほぼ対応する。
研磨プレート１００も回転可能であり、研磨ヘッド２００の内部空洞を塞ぎ、研磨ヘッドがプレート表面に押しつけられて、研磨ヘッド２００の空洞の底部とプレート表面との間にウエハを収納する。
プレート１００がその周りを回転する軸１０００は固定であることに留意されたい。
駆動シャフト６００自体がその周りを回転する軸６００はプレートの回転軸１０００と平行であるが、これら二つの回転軸に垂直な平面内でずれていても構わない（この平面も研磨プレート１００と研磨されるウエハが存在する平面である）。
シャフト６００に沿って研磨ヘッドに加わる力１がヘッド２００の空洞の横断壁とプレート１００の上面とにウエハを接触させる。
典型的には、この力１は０．１４ｋｇ／ｃｍ２（２ｐｓｉ）に等しい。
ウエハに対するヘッド２００とプレート１００の各々の回転運動２，４によりウエハの少なくとも一面が擦られ、そして、この又はこれらの面が研磨される。
運動２，４に関わる回転速度は、典型的には、３０ｒｐｍから６０ｒｐｍの範囲である。
ある好ましい実施形態では、ウエハを伴う研磨ヘッド２００が研磨プレート１００の上面上の所定経路を動いて可能な限り研磨を均一にする。この動きは、例えば、所定軸周りを往復する過渡的な動き３又は螺旋状の動きでもよい。
研磨プレートは織った材料又は繊維で覆われると効果的である。
研磨、リンス且つ又は洗浄溶液はプレート１００の両端から注入され、繊維を濡らし、そして、最適にはウエハ表面全体に分散されると効果的である。
これらプレートの第一実施形態では、これらプレートの研磨、リンス、そして、洗浄機能が一つのプレートのみで達成される。
しかし、この方法の全体的な生産性を高めるには幾つかのプレートを有する複数の装置であることが好ましい。
これらプレートの第二実施形態では、研磨機能が研磨プレートで、そして、リンス及び洗浄機能が、リンス・洗浄プレートと呼ばれる一つのプレートのみで達成される。研磨をリンス・洗浄から切り離したこの実施形態では、プレートに付着し残存しうる如何なる粒子残留物もない“バージン” プレートをリンスに用いてリンスの質を高めることができる。
これらプレートの第三実施形態では、研磨プレート、リンスプレート、そして、洗浄プレートが、それぞれ別のプレートとなる。第二実施形態と比べて、第三実施形態では、リンスを洗浄から切り離すことにより、リンスプレートに付着し残存しうる如何なる粒子残留物もないバージンプレートを洗浄に用いてウエハの最終清浄度を高めることができる。
この第三実施形態によるＣＭＰ装置を図２に示す。
この装置は、ウエハ表面荒さを調整する工程と、これに続くリンス工程と洗浄工程とによりこの発明によるＣＭＰ方法を採用できる。これは、研磨プレート１００ａ、リンスプレート１００ｂ、洗浄プレート１００ｃ、そして、これら三つのプレートの各々に関わる三つの溶液注入器３００ａ、３００ｂ、３００ｃを備える。
互いに接合された三つの研磨ヘッド２００ａ、２００ｂ、２００ｃが回転シャフト７００から等距離離れ、ｃａｒｏｕｓｅｌの原理により回転シャフト７００に対して移動する。
好ましくは、プレート１００ａ、１００ｂ、１００ｃが三つのブラシ装置４００ａ、４００ｂ、４００ｃ各々と接触し、それらプレートから表面残留物を定期的に除去できるとよい。
この装置を用いた一つの方法では、プレート１００ａとヘッド２００ａが図１に示したのと同じ研磨作用を行い、この機械的な研磨作用に加えて、注入器３００ａにより供給された研磨溶液がエッチャントによる化学的エッチングと摩擦粒子による機械的エッチングを行う。
そして、研磨プレート１００ａが、シャフト７００の周りを回ることにより、ウエハを第二のリンスプレート１００ｂ、そして、第三の洗浄プレート１００ｃへと運び、注入器３００ｂ、３００ｃにより各々供給されたリンス、洗浄溶液を用いてウエハ表面をリンスし、そして、洗浄する。
同様な機械的研磨又はＣＭＰ方法を用いてウエハ表面の荒さを調整してもよい。
この発明による方法の応用の一例は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）構造の平坦化である。
ウエハ表面がシリコンで出来ているので、pHが７から１０，さらに、好ましくは、８から１０の塩基性溶液が適切な研磨溶液となる。
化学剤は水性アンモニアのような窒素含有基であると好ましい。
摩擦粒子は、好ましくは、ミクロンの１／１０のオーダのサイズのシリカ粒子である。
用いられる界面活性剤はpHが３から５の間、さらには、４程度で、０．１％又はそれ以下のＣＭＣであると好ましい。
この発明による方法において用いられる界面活性剤の例としてはＷａｋｏ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＧｍｂｈのＮＣＷ−１００１があり、これは、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル混合物の非イオン界面活性剤でpHが約３．７で、室温でのＣＭＣが０．０１％程度である。
既に研磨されたシリコン表面のリンス処理に関しては、リンス溶液を徐々に注入するのが好ましく、注入が速すぎるとウエハ表面に存在する溶液のpH値が急速に低下して集塊化によりシリカ粒子サイズが大きくなり、従って、これらのより大きな粒子集塊により摩擦損傷が起こることがある。
この目的のために、リンス工程の時間は研磨時間の５０％程度とする。
さらに好ましいことしては、図２に見られる研磨装置において、三つの連続したプレートを用い、そして、リンス及び洗浄溶液の注入速度を制御することにより塩基性（研磨）pHを中性pHに、次に、酸性（リンス）pHに、そして最後に中性（洗浄）pHと段階的に変化させることができる。
Claims (22)
- 少なくとも部分的にシリコンを含む非金属材料を有するウエハ上に化学機械平坦化（ＣＭＰ）処理を施す方法であって、
前記ウエハの表面を化学的にアタックするための化学剤と前記表面を機械的にアタックするための摩擦粒子を含む研磨溶液と共に研磨プレートを用いて前記表面を研磨する工程と、
前記研磨工程の結果である残留物をリンスする工程と、
最終洗浄工程を備え、
所望の平坦化を越える前に前記研磨工程での化学的アタックが制御されて停止するように前記リンス工程においてリンス溶液を徐々に前記ウエハ表面上に注入することを特徴とする方法。 - 前記研磨溶液は塩基性pHを有し、前記リンス溶液は酸性pHを有し、前記リンス工程において前記リンス溶液を徐々に供給することにより前記研磨溶液のpHを徐々に変化させて前記ウエハ表面上での前記化学剤の前記化学的アタックを終了させることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記ウエハ表面上に存在する前記溶液のpHが徐々に塩基性pHから中性pHに変化するような速度で前記リンス溶液及び洗浄溶液を前記ウエハ表面上に供給することを特徴とする請求項２に記載の方法。
- 前記ウエハのシリコンを含む前記非金属表面材料は結晶シリコン、シリカ、ガラス、石英の内のいずれかであることを特徴とする請求項２又は３に記載の方法。
- 前記化学剤は約７から１０，好ましくは、約８から１０の間のｐＨを有することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の方法。
- 前記化学剤は水性アンモニアのような窒素含有基であることを特徴とする請求項５に記載の方法。
- 前記リンス溶液は３から５の間，好ましくは、約４のｐＨを有することを特徴とする請求項４乃至６いずれかに記載の方法。
- 前記リンス溶液は界面活性剤を含むことを特徴とする請求項７に記載の方法。
- 界面活性剤溶液はポリオキシアルキレンアルキルエーテルを含む水溶液であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
- 前記界面活性剤の臨界ミセル濃度は０．１％に近く又は低いことを特徴とする請求項１乃至９いずれかに記載の方法。
- 微粒子である前記残留物を含む溶液が乾く前に前記リンス工程を開始することを特徴とする請求項１乃至１０いずれかに記載の方法。
- 前記リンス溶液及び前記洗浄溶液は脱イオン水を含むことを特徴とする請求項１乃至１１いずれかに記載の方法。
- 前記リンス工程におけるリンス処理は前記研磨工程における処理とは異なるリンス位置で行われることを特徴とする請求項１乃至１２いずれかに記載の方法。
- 前記リンス工程は、さらに、前記リンス溶液の注入と同時に、前記研磨工程で用いられるプレートとは異なる研磨プレートを用いることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
- 前記研磨用プレート及び前記リンス用プレートは各々織った材料で覆われていることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
- 前記洗浄工程では洗浄溶液と共に研磨プレートを用いることを特徴とする請求項１４又は１５いずれかに記載の方法。
- 前記洗浄用プレートは前記研磨用プレート及び前記リンス用プレートから分離されていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
- 前記洗浄用プレートは織った材料で覆われていることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
- 前記ウエハ表面を処理して前記ウエハ表面の前記材料により受容される集積回路素子を形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至１８いずれかに記載の方法。
- 後続の処理の前に前記ウエハを乾燥させる工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
- 少なくとも部分的にシリコンを含む材料のセミコンダクタのセミコンダクタ・オン・インシュレータ構造のＣＭＰへの請求項１乃至２０いずれかに記載の方法の応用。
- 前記インシュレータはシリカ、ガラス又は石英のいずれかであることを特徴とする請求項２１に記載の応用。
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