JP2010278448A - シリコン・ポリシリコン表面の制御的パッシベーションのための研磨プラーテンリンス - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板の研磨済み表面が、この研磨済み表面と相対的に移動する状態にある洗浄溶液と接触する方法と装置を提示する。
【解決手段】この洗浄溶液は、研磨済み表面にパッシベーション層を形成させる。好ましくは、洗浄溶液はＡＰＭ又は脱イオン水で希釈されたＡＰＭで、基板の研磨済み表面に対して相対的に移動している研磨パッドの表面に供給され、これにより基板の研磨済み表面がＡＰＭ又は希釈されたＡＰＭと接触する。研磨済み表面全体との素早く更に完全な接触を確保するために、このＡＰＭ及び又は脱イオン水には加圧することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体基板を製造する方法及び装置に関し、詳しくは、ＣＭＰ（化学機械研磨：Chemical Mechanical Polishing）後のシリコン洗浄を促進する方法及び装置に関する。

半導体基板の製造では、単結晶または多結晶シリコン等の半導体材料の細長いビレットを、約０．７ｍｍの厚さの薄いスライスにカットする。このスライス又は基板は、その後、基板を押し付けた回転研磨パッドに研磨スラリを加える処理によって、ラッピング及び研磨される。研磨パッドが回転すると、スラリが基板表面と反応し、これを研磨し、滑らかで鏡のような表面ができる。研磨中、表面のシリコン結合が分離し、ダングリング状態で非常に反応性が強く不飽和のシリコン結合が残る。この不飽和結合は酸素又は酸化剤と反応し、シリコン基板の表面をパッシベーションする薄い酸化物層を形成する（つまりパッシベーション層を形成する）。このパッシベーション層は親水性（粒子を引き寄せない）ため、その後の洗浄処理を促進する。粒子はパッシベーション前の疎水性シリコンに引き寄せられる。したがって、その後のパッシベーション中、こうした高密度の吸収された粒子が基板表面に埋め込まれ、高い表面欠陥レベルを発生させ、表面を粗くし、続く洗浄処理中に洗浄を困難にする恐れがある。

従来、こうした欠陥を減らすために、シリコン基板を継続的に湿らせ、研磨機の脱イオン水から取り出してから即座に基板を洗浄溶液水槽に浸す。ここで、「洗浄溶液」とは、過酸化アンモニウム混合物（ＡＰＭ）、テトラメタル水酸化アンモニウム（ＴＭＡＨ）、テトラメタル及び過酸化物混合物、過酸化アンモニウム混合物（ＡＰＭ）、及び（ＴＭＡＨ）と過酸化水素の混合物等のオキシダント及びエッチング剤の両方を含む溶液を指す。アンモニウム又はＴＭＡＨを使用する理由は、洗浄前に可能な限り多くの粒子を酸化物面でゆっくりとエッチングするためであり、したがって、洗浄溶液槽は、より清潔で再現可能な環境を提供する。洗浄溶液内で形成されたパッシベーション層に含まれる欠陥は少なくなり、したがって洗浄が容易である。しかしながら、ＡＰＭ槽を使用しても、埋め込まれた欠陥及び洗浄の問題点は存在する。

従って、表面の洗浄可能性を促進するために、研磨済み基板表面を取り扱う方法及び装置を改善する必要がある。

本発明で提示する方法では、半導体基板（シリコン、ポリシリコン、又は絶縁体上のシリコン）が洗浄溶液によってＣＭＰ後にパッシベーションされ、この洗浄溶液は、好ましくは、脱イオン水によって大幅に希釈された（１０倍まで等）洗浄溶液で、この洗浄溶液は、基板が押し付けられ、基板に対して相対的に移動している（つまり洗浄溶液バフ中）パッドに送られる。したがって、基板及び又はパッドは移動することができる（回転、並進等）。好ましくは、この洗浄溶液バフは、（例えば、従来の研磨装置の）研磨プラーテン又はバフィングプラーテン上で、従来のリンスステップ直後、又は更には研磨ステップ直後に実行される。テスト結果は、本発明の方法によって製造された基板に関して、優れた欠陥率と改善された洗浄率とを実証する。

優れた欠陥率と改善された洗浄率とは、基板表面に埋め込まれる粒子の劇的な減少によるものと考えられる。粒子の大幅な減少は以下の理由から生じると考えられる。

（１）研磨済み表面がパッドに対して絶えず相対的に移動しているため、研磨済み表面と接触する粒子は静止状態で接触しない。したがって粒子は研磨済み表面の一つの位置に吸収されず、代わりに回転パッドに押し付けられ、研磨済み表面を移動するため、パッシベーション中に研磨済み基板表面に埋め込まれる確率が劇的に減少する。

（２）希釈洗浄溶液を使用することで、パッシベーション層は好ましくは遅い速度で形成されるため、パッシベーション層に欠陥が埋め込まれる確率が減少する。

（３）洗浄溶液が誘導するパッシベーション層は、研磨完了後、従来よりも素早く形成されるため、基板の研磨済み表面が欠陥と接触する確率が減り、特に、洗浄溶液が誘導するパッシベーション層は、好ましくは研磨装置内で形成されるため、基板ハンドラ、基板キャリヤ（ウエハカセット等）、及び除去処理に伴う欠陥への露出が回避される。

欠陥の可能性を減少させるだけでなく、本発明の処理では、それぞれの基板がＣＭＰ後の同じ時期にパッシベーションされるため、基板の取り扱いの変動が小さくなり、表面の品質の偏りの水準が小さくなる。

本発明の方法を実行する装置は、プラーテンに２本の液体供給ラインを設ける限り、基板を研磨するものと同じプラーテン上でこの方法を実行するように構成可能であり、又は本発明を別のプラーテンで実行するように構成することもできる。圧力をかけた洗浄溶液及び又は圧力をかけた脱イオン水を利用することで更なる利点が達成可能であり、これにより研磨済みパッドから素早く均一に粒子を洗い流す。

本発明のその他の目的、特徴、及び利点は、以下の好適な実施形態の詳細な説明と前記特許請求の範囲及び添付図面によって、より完全に明らかになろう。

本発明の方法を実行するように構成された研磨装置を示す平面図である。 図１の研磨装置を備える基板研磨用システムを示す平面図である。

図１は、本発明の方法を実行するように構成された本発明の研磨装置１１の平面図である。本発明の研磨装置１１は、研磨パッド１５が取り付けられた回転可能プラーテン１３を備える。基板取付ヘッド１７は、半導体基板（シリコン又はポリシリコン基板等）を研磨パッド１５にしっかりと押し付ける。一つ以上の液体供給ライン１９ａ〜ｃは、液体源から液体を送るために、研磨パッド１５に結合される。好ましくは、液体供給ライン１９ａ〜ｃは、この技術に置いて従来から知られるように研磨パッド１５の表面上で延びるスラリ／リンスアーム２１に結合される。

第１の液体源２３ａは、研磨済みシリコン面でパッシベーション層を発生させる洗浄溶液（ＡＰＭ等）を含み、洗浄溶液供給ライン１９ａを介して研磨パッド１５に動作的に結合される。第２の液体源２３ｂは、脱イオン水を含み、脱イオン水供給ライン１９ｂを介して研磨パッド１５に動作的に結合される。しかしながら、或いは、洗浄溶液と脱イオン水とを単一の源に収容し、単一の液体供給ラインを介して研磨パッド１５に供給することもできる。洗浄溶液及び又は脱イオン水には圧力をかけることができる（１５〜２０ｐｓｉ等）。第３の液体源２３ｃは、基板取付ヘッド１７に取り付けられた基板の表面を研磨するのに使用されるスラリを含む。このスラリ源２３ｃは、スラリ供給ライン１９ｃを介して研磨パッド１５に動作的に結合される。或いは、図２に関して以下で説明するように、研磨が別のプラーテンで実行される場合は、スラリ源２３ｃは省略できる。好ましくは、研磨パッド１５は、回転可能プラーテン１３と研磨パッド１５とが回転する際に液体を分配するために形成された一つ以上の溝２５を有する。溝なしのパッドを同様に利用することもできる。

コントローラ２４は、液体供給ライン１９ａ〜ｃと動作的に結合され、それぞれの液体を研磨パッド１７に供給するプログラムと、この研磨装置をここに説明するように動作させるプログラムとを含む。

動作においては、基板Ｓを基板取付ヘッド１７に取り付けることで、基板Ｓ（単結晶シリコン、多結晶シリコン、又は絶縁体上のシリコン等）は本発明の研磨装置に設置される。基板取付ヘッド１７は、基板Ｓを研磨パッド１５に押し付け、研磨パッド１５は回転を始める。研磨スラリは、溝２５を介してパッド全体に分配され、基板Ｓの表面を研磨し、これと反応し、最終的に滑らかで平坦なシリコン面が生じる。その後、スラリと粒子とは、脱イオン水供給ライン１９ｂからの高圧脱イオン水スプレによって、研磨パッド１５から洗い流され、この間、研磨パッドは、従来通り、基板取付ヘッド１７によって基板Ｓを押し付けられた状態で、回転を続ける。

研磨パッド１５及び基板Ｓのリンス後、洗浄溶液がスラリ源２３ｃから研磨パッド１５に供給され、この間、高圧水は引き続き研磨パッド１５に供給され、研磨パッドは基板Ｓを押し付けられた状態で回転を続ける。好ましくは、この洗浄溶液は、基板Ｓと研磨パッド１５とが相対的に移動する状態で、毎分２００ｍｌの流量で２０秒間供給される。この洗浄溶液は基板Ｓの表面と反応し、親水性の酸化物パッシベーション層を形成する。このパッシベーション層は研磨パッド自体での洗浄溶液バフ中に形成されることから、基板Ｓと接触する任意の粒子は、回転研磨パッド１５によって運ばれるため、欠陥が研磨済み基板表面に埋め込まれるのを防止する慣性力を有する。洗浄溶液の濃度は研磨パッド上で大幅に低下し、これにより、こうした遅い相対移動における酸化速度も減少し、埋め込まれる粒子が最小限となる状態が維持される。更に、基板Ｓは、ウエハハンドラ及び除去処理が生み出す欠陥に晒されない。洗浄溶液との接触は、リンスが完了して間もなく（好ましくは直後に）発生するため、周囲の環境から吸収される欠陥が僅かになると考えられる。理由に関係なく、テスト結果は、本発明の方法により、欠陥が少なく、優れた洗浄可能性を有する基板が製造されることを証明している。

図２は、基板を研磨するシステム２９の平面図である。このシステム２９は、標準的な研磨工程を実行するように構成された従来型研磨装置３１ａ〜ｂを備え、更に、本発明の方法を実行するように構成された図１の本発明の研磨装置１１を備える。しかしながら、図２の実施形態において、従来型研磨装置３１ａ〜ｂでは研磨のみが実行され、本発明の研磨装置１１では洗浄溶液バフのみが実行される。したがって、この例では、本発明の研磨装置１１はスラリ源２３Ｃを含まず、２本のみの液体供給ライン（洗浄溶液用及び脱イオン水用）を含み、従来型研磨装置３１ａ〜ｂは洗浄溶液源２３ａを含まず、２本のみの液体供給ライン（スラリ用及び脱イオン水用）を含む。或いは、図２の従来型研磨装置３１ａ〜ｂ及び本発明の研磨装置１１は、図１の本発明の研磨装置１１と同じ構成要素を備える。したがって、この研磨装置において、同じ参照番号は対応する構成要素を特定するために使用される。

具体的には、従来型研磨装置３１ａ〜ｂは、それぞれ、回転可能プラーテン１３ａ、１３ｂと、回転可能プラーテンに取り付けられた研磨パッド１５ａ、１５ｂと、一つ以上の液体供給ライン１９ｂ₁〜ｃ₁、１９ｂ₂〜ｃ₂と、脱イオン水供給ライン１９ｂ₁、１９ｂ₂を介して研磨パッド１５ａ、１５ｂに結合される脱イオン水源２３ｂ₁、２３ｂ₂と、スラリ供給ライン１９ｃ₁、１９ｃ₂を介して研磨パッド１５ａ、１５ｂに結合される脱イオン水源２３ｃ₁、２３ｃ₂とを備える。

システム２９は更に、ロードカップ１４と、複数の基板取付ヘッド１７ａ〜ｄが結合される回転可能クロスバー３３とを含む。したがって、基板取付ヘッド１７ｂ〜ｄが様々な研磨装置の研磨パッドに基板を押し付けている間に、基板Ｓを回転可能プラーテン１３ｃに設置し、そこから基板取付ヘッド１７ａに設置又は取り付けすることができる。

動作においては、第１の基板Ｓ₁が（表示されていないウエハハンドラ等を介して）ロードカップ１４に設置され、ここから第１の基板取り付けヘッド１７ａに取り付けられる。回転可能クロスバー３３は割り出しされ、第１の基板Ｓ₁が第１の従来型研磨装置３１ａに搬送され、ここで第１の基板Ｓ₁は上で説明したように研磨され、同時に第２の基板Ｓ₂はロードカップ１４に設置され、ここから第２の基板取り付けヘッド１７ｂに取り付けられる。回転可能クロスバーは再び割り出しされ、Ｓ₁は第２の従来型研磨装置３１ｂによって（第１の従来型研磨装置３１ａで使用されたものよりも細かいスラリ等により）研磨され、第２の基板Ｓ₂は第１の従来型研磨装置３１ａで研磨され、第３の基板Ｓ₃がロードカップ１４に設置され、第３の基板取付ヘッド１７ｃに取り付けられる。

その後、回転可能クロスバー３３が割り出しされ、第１の基板Ｓ₁は本発明の研磨装置１１に搬送され、ここで洗浄溶液又は洗浄溶液及び脱イオン水が研磨パッド１５に供給され、図１に関して前に説明したように、第１の基板Ｓ₁の研磨済み表面上でパッシベーション層が形成される。その間に、第２の基板Ｓ₂は第２の従来型研磨装置３１ｂによって研磨され、第３の基板Ｓ₃は第１の従来型研磨装置３１ａによって研磨され、第４の基板Ｓ₄がロードカップ１４に設置され、第４の基板取付ヘッド１７ｄに取り付けられる。

回転可能クロスバー３３が更に割り出しされ、第１の基板Ｓ₁はロードカップ１４に搬送され、ここで第１の基板取付ヘッド１７ａが第１の基板Ｓ₁をロードカップ１４に配置し、基板ハンドラ（表示なし）が第１の基板Ｓ₁をシステム２９から抜き出す。第１の基板Ｓ₁の表面には本質的に非反応性の層であるパッシベーション層が存在するため、周囲の環境、ロードカップ１４、又は基板ハンドラ（表示なし）からの欠陥は、第１の基板Ｓ₁によって吸収されない。前に説明したように、テストのデータから、この方法で製造した基板が、従来技術の方法で製造した基板と比較して、優れた低欠陥水準を示すことが明らかになっている。

前記の説明では本発明の好適な実施形態のみを開示しており、本発明の範囲に含まれる上で開示した装置及び方法の変更は、当業者にとって容易に明らかとなる。例えば、既存のスラリ／リンスアームへの洗浄溶液供給ラインの追加、及び研磨パッドへの洗浄溶液の供給は、最低限の修正を加えた従来型装置を利用できるため、必然的に望ましい。しかしながら、洗浄前のステップとして、好ましくは研磨機から基板を除去する前に、基板の研磨済み表面に洗浄溶液を加えるためにその他の装置を利用することも可能である。

基板の研磨済み表面と接触し、装置の接触面（又は基板の研磨済み表面）に洗浄溶液が加えられる際に基板との相対的な移動状態（回転、並進等）が維持される表面を有する任意の装置を利用することができる。こうした装置は、一つ以上のブラシ又はベルトを利用可能であり、好ましくは、基板の研磨済み表面全体に同時に接触する。同様に、不導体層の欠陥の数を減らすために、粒子が基板表面に対して静止しないような形態、及び又は研磨済み表面の酸化速度を遅らせるような形態で、洗浄溶液を研磨済み基板表面に加える任意の方法が利用できる。したがって、（例えば、洗浄溶液の希釈度を増やすことで）酸化速度を減少させれば（研磨済み表面に対する）欠陥の移動速度を遅くすることができるため、基板と接触面との間の相対速度は、洗浄溶液の希釈度とは逆に変化させることができる。

したがって、本発明を好適な実施形態と関連させて開示したが、他の実施形態も、以下の請求項に定義される本発明の趣旨と範囲に含まれる可能性がある。

１１…本発明の研磨装置、１３…回転可能プラーテン、１５…研磨パッド、１７…基板取付ヘッド、１９…液体供給ライン、２１…スラリ／リンスアーム、２３…液体源、２４…コントローラ、２５…溝、２９…システム、３１…従来型研磨装置、３３…回転可能クロスバー。

Claims (14)

1. 研磨に先立ち基板を研磨装置に装填するステップと、
   前記基板の表面を研磨するステップと、
   前記基板の研磨済み表面全体を、前記基板と相対移動している接触面に同時に接触させるステップと、
   前記基板の前記研磨済み表面を、オキシダント及びエッチング剤を含む洗浄溶液に接触させるステップと、
   前記洗浄溶液との接触によって前記基板の前記研磨済み表面にパッシベーション層を形成するステップの際に、前記接触面と前記基板の前記研磨済み表面全体との間の相対移動を維持するステップと、
   前記パッシベーション層の形成後、前記基板を前記研磨装置から除去するステップと、
   を備え、
   前記基板の表面を研磨するステップと、前記基板の前記研磨済み表面を洗浄溶液に接触させるステップとは、前記研磨装置において連続して行われ、
   前記洗浄溶液との接触によって前記基板の前記研磨済み表面にパッシベーション層を形成するステップは、前記パッシベーション層をエッチングするステップを含む基板製造方法。
2. 前記基板の表面を研磨するステップは、
   スラリを研磨パッドに供給するステップと、
   前記基板の前記表面を前記研磨パッドに接触させるステップと、
   前記研磨パッドを回転させるステップと、
   前記研磨パッドからスラリと粒子を洗い流すステップと、
   を含む請求項１に記載の方法。
3. 前記基板の前記研磨済み表面を洗浄溶液に接触させるステップは、洗浄溶液の加圧源から洗浄溶液を供給するステップを含む請求項１に記載の方法。
4. 前記洗浄溶液は脱イオン水によって希釈されている請求項１に記載の方法。
5. 前記基板の前記研磨済み表面を洗浄溶液に接触させるステップは、洗浄溶液の加圧源から洗浄溶液を供給するステップを含む請求項４に記載の方法。
6. 前記洗浄溶液は、過酸化アンモニウム混合物を含む請求項１に記載の方法。
7. 前記基板の前記研磨済み表面全体を前記接触面に接触させるステップは、前記研磨済み表面を前記研磨装置の研磨パッドに接触させるステップを含む請求項１に記載の方法。
8. 前記基板の前記表面を洗浄溶液に接触させるステップは、洗浄溶液の加圧源から洗浄溶液を供給するステップを含む請求項７に記載の方法。
9. 洗浄溶液は脱イオン水によって希釈されている請求項７に記載の方法。
10. 前記基板の前記研磨済み表面を洗浄溶液に接触させるステップは、洗浄溶液の加圧源から洗浄溶液を供給するステップを含む請求項９に記載の方法。
11. 前記洗浄溶液は、過酸化アンモニウム混合物を含む請求項７に記載の方法。
12. 前記パッシベーション層をエッチングするステップは、低いレートでパッシベーション層をエッチングするステップを含む請求項７に記載の方法。
13. 前記基板の表面を研磨するステップは、研磨パッドを使用するステップを含み、
    前記基板の前記研磨済み表面全体を接触面に同時に接触させるステップは、前記基板の前記研磨済み表面全体を同時に研磨パッドに接触させるステップを含む、
    請求項１に記載の方法。
14. 前記研磨するステップ及び前記研磨済み表面全体を接触させるステップにおいて、同一の研磨パッドが使用される請求項１３に記載の方法。

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