JP2017188526A - 半導体基板の保護膜形成方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の半導体基板の保護膜形成方法は、研磨された半導体基板の表面を、界面活性剤溶液による親水化処理を行うことにより保護膜を形成する第1の保護膜形成工程Y1と、前記第1の保護膜形成工程Y1の後、界面活性剤溶液からなる保護膜形成処理液の液面に、前記研磨された半導体基板の少なくとも表面が接した状態で、研磨ヘッドから半導体基板が剥離され、研磨された半導体基板が前記保護膜形成処理液に浸漬されることにより、半導体基板の表面及び裏面に保護膜が形成される第2の保護膜形成工程Y2とを含む。
【選択図】図1
Description
ところで、近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、半導体基板に対するパーティクル等の不純物付着の更なる抑制が求められる。
この不純物付着の抑制方法として、例えば、特許文献1において、研磨中に研磨剤であるスラリーと同時に界面活性剤溶液を研磨テーブル上に供給し、研磨表面を研磨終了と同時に界面活性剤で覆うことによって、後工程の洗浄においてウェーハ表面のパーティクルの除去効率を向上させるという提案がなされている。
図13に示すように、この不純物付着の抑制方法にあっては、界面活性剤ノズル4より界面活性剤溶液を吐出しウェーハWの裏面を覆うことによって保護膜を形成し、更に界面活性剤溶液をノズル7から研磨テーブル5上に流すことにより、ウェーハWの表面を界面活性剤で覆うことによって、保護膜を形成する。
即ち、特許文献1に記載された不純物付着の抑制方法は、前記界面活性剤溶液による保護膜をウェーハWの表面及び裏面に形成することにより、不純物付着の抑制を図るものである。
次に、ウェーハ保持部(研磨ヘッド)3が下降し、ウェーハWを装着する。ウェーハ保持部(研磨ヘッド)3は研磨テーブル5上を矢印の方向に移動し、下降してスラリー供給ノズル6よりスラリーを流しながら、回転する研磨テーブル5にウェーハWを押し付けて、ウェーハWの表面を研磨する。
また、前記スラリーの供給と同時に界面活性剤溶液をノズル7から研磨テーブル5上に流すことにより、ウェーハWの研磨終了と同時にウェーハWの表面を界面活性剤溶液の保護膜を形成する。
次に、アンローダ8のアーム8aが回転し、液槽9の純水10中より引上げられたウェーハカセット11にウェーハWを収納する。そして、図示していないエレベータ機構によりウェーハカセット11を下降させ、研磨が完了したウェーハWを純水10中に浸漬する。その後、別の液槽に搬送され、ウェーハWの洗浄が行われる。
その結果、研磨後、ウェーハ保持部(研磨ヘッド)3でウェーハWを搬送する際に、ウェーハWが空気中に晒されても、ウェーハWの裏面と表面が共に界面活性剤溶液でぬれた状態(保護膜が形成された状態)が維持され、洗浄工程においてウェーハ表面のパーティクルの除去効率が向上する。
また、特許文献1記載の発明にあっては、研磨中に、ウェーハ表面に界面活性剤が供給され、保護膜を形成しているため、研磨中に研磨表面に保護膜が形成され、研磨レートが低下し、表面粗さ(Haze)が悪化するという技術的な課題があった。
しかしながら、研磨加工中に、ウェーハ保持部(研磨ヘッド)とウェーハ裏面との接触によって前記保護膜が剥がれる虞があり、ウェーハ保持部(研磨ヘッド)からウェーハを取り外した際、ウェーハ裏面にパーティクル等の不純物が付着しやすく、ウェーハ裏面のLPD数が悪化するという技術的課題があった。
しかしながら、ウェーハが純水に浸漬される際の水流や水圧によって、前記保護膜は剥がれ易く、特に、前記純水を収容する液槽がオーバーフロー槽である場合には、ウェーハに対して前記純水が所定の水圧で衝突し、ウェーハに形成された界面活性剤の保護膜が剥がれる虞があり、前記保護膜の剥がれた部位のLPD数が悪化するという技術的課題があった。
即ち、本発明にあっては、研磨終了前に保護膜を形成せず、研磨終了後に半導体基板の表面に保護膜を形成することによって、研磨レートの低下を抑制し、またパーティクル等の不純物の付着を抑制し、LPD数の悪化を抑制することができる。
また、本発明では、前記研磨された半導体基板の少なくとも表面が接した状態で、研磨ヘッドから半導体基板が剥離されるため、半導体基板の裏面に界面活性剤溶液の保護膜を直ちに形成することができ、パーティクル等の不純物の付着を抑制することができ、LPD数の悪化を抑制することができる。
そのため、液槽がオーバーフロー槽であって、半導体基板に対して界面活性剤溶液が所定の水圧で衝突した場合でも、親水化処理の際に形成された界面活性剤の保護膜が除去される虞がない(界面活性剤の保護膜が維持される)。尚、保護膜形成処理液が純水である場合には、半導体基板に対して純水が所定の水圧で衝突することにより、親水化処理の際に形成された界面活性剤の保護膜が剥がれる虞があり、好ましくない。
前記濃度が1重量%未満では、十分に保護膜が形成されず大きい欠陥(LPD;LightPoint Defects)の数が増加するため、好ましくない。また、50重量%を超えて界面活性剤を使用すると、LPD数の抑制効果が少ない一方、コストが増大するため、好ましくない。
尚、前記保護膜形成処理液の界面活性剤濃度が、親水化処理で用いられる界面活性剤溶液の濃度よりも高い場合には、研磨ヘッドから半導体基板を剥離する際に半導体基板の裏面に素早く保護膜を形成することができ、好ましい。
このように、研磨ヘッドから半導体基板を剥離する際の加圧空間への加圧速度が1〜8kPa/secであることで、より確実に研磨ヘッドから半導体基板を剥離することができ、剥離と同時に半導体基板を保護膜形成処理液に浸漬することができる。
尚、加圧速度が1kPa/sec未満の場合には、研磨ヘッド(メンブレン)から半導体基板を剥離することができない、もしくは、半導体基板を剥離する速度が遅いため、剥離と同時に半導体基板を保護膜形成処理液に浸漬することができない虞がある。一方、加圧速度が8kPa/secを超える場合には、メンブレンが破損する虞がある。
本発明にかかる半導体基板の保護膜形成方法は、一般的になされる粗研磨工程A、メイン研磨工程B、リンス処理工程C(一連の工程を研磨加工工程Xという)の後、研磨された半導体基板を洗浄する洗浄工程Gの前になされる。
具体的には、研磨終了前に保護膜を形成することなく、ウェーハを親水化処理する親水化処理工程Dにおける第1の保護膜形成工程Y1と、親水化処理工程D(第1の保護膜形成工程Y1)の後、保護膜形成処理液にウェーハを接触させる保護膜形成処理液接触工程Eと研磨ヘッドからウェーハを剥離する剥離工程Fによってなされる、第2の保護膜形成工程Y2とを有している。
また、第2の保護膜形成工程Y2は、ウェーハの剥離時に露出するウェーハ裏面に新たな保護膜を形成する工程であって、ウェーハ裏面のLPD数の増加が抑制される。
このように、前記第1の保護膜形成工程Y1及び第2の保護膜形成工程Y2によって、ウェーハ表面、裏面に保護膜を形成することによって、ウェーハ表面だけでなく裏面においてもLPD数の増加を抑制することができる。
この図2に示した研磨装置は、図9に示した研磨装置のようなアンローダを備えておらず、研磨加工工程Xが終了したウェーハWに対して、界面活性剤溶液をノズル7から研磨テーブル5上に流すこと(親水化処理)により、ウェーハWの表面を界面活性剤溶液の保護膜を形成する(第1の保護膜形成工程)。
続いて、前記ウェーハWを研磨ヘッド3によって液槽9に搬送し、ウェーハWを液槽9の保護膜形成処理液12中に浸漬し、前記保護膜形成処理液接触工程Eと前記剥離工程Fとを実行する(第2の保護膜形成工程Y2)。
尚、前記保護膜形成処理液12は、界面活性剤溶液が用いられる。また、液漕9として、オーバーフロー漕が用いられる。
図4に示す研磨ヘッド3は、ヘッド本体3Aと回転軸3Bを備えている。前記回転軸3Bは図示しない搬送手段に取り付けられ、研磨ヘッド3を搬送するように構成されている。
また、符号3Cはメンブレンであって、図に示すように前記凹部3aを閉塞して前記ヘッド本体3Aに取り付けられており、全体がゴム等からなるほぼ皿状の弾性素材によって形成されている。
これにより、前記凹部3a内に加圧空間(気密空間)3A1が形成され、研磨布上にウェーハWを圧接し得るように構成されている。
図2(a)には示していないが、図13に示す場合と同様に、ローダ1によりウェーハカセット2からウェーハWを取出し、ローダ1のアーム1aを回転させ研磨ヘッド3の下まで搬送する。このとき、従来のようにウェーハの裏面に界面活性剤溶液は供給されない。ウェーハの裏面に供給された界面活性剤溶液が研磨前にウェーハ表面に付着すると、部分的に研磨レートが低下し、表面粗さ(Haze)が悪化するため、好ましくないためである。
次に、研磨ヘッド3が下降しウェーハWを装着する。研磨ヘッド3は研磨テーブル5上に移動し、スラリー供給ノズル6よりスラリーを流しながら回転する研磨テーブル5にウェーハWを押し付けてウェーハWの表面を研磨する。
また、ウェーハWの研磨終了後、リンス処理工程、ウェーハWの表面を界面活性剤で覆う親水化処理工程(第1の保護膜形成工程Y1)を行う。
この親水化処理工程Dは、研磨ヘッドを3〜6kPaで加圧し、研磨ヘッドの回転数を20〜40rpmとすることがより好ましい。
ここで、研磨ヘッドに対する加圧が3kPa未満、または6kPaを超える場合はウェーハW上に十分に親水化処理による保護膜が形成されないため、好ましくない。
また、研磨ヘッドの回転数が20rpm未満の場合は、前記同様にウェーハW上に十分に親水化処理による保護膜が形成されず、研磨ヘッドの回転数が40rpmを超える場合は親水化処理により形成された保護膜が剥がれる虞があるため、好ましくない。
尚、親水化処理に用いられる界面活性剤としては、水溶性陰イオン性界面活性剤、水溶性非イオン活性剤、水溶性両性界面活性剤等の界面活性剤を特に限定されることなく用いることができるが、水溶性非イオン活性剤、水溶性両性界面活性剤を用いることが好ましい。水溶性非イオン活性剤としては、ジラウリン酸ポリエチレングリコールエステル、トリデシルポリオキシエチレンエーテル、ノニルフェニルポリオキシエチレンエーテル、モノステアリン酸ポリエチレングリコール等が挙げられ、HLB(親水性親油性バランス)値が10以上のものが好ましい。両性界面活性剤としては、N−アルキルスルホベタイン変性シリコンオイル、N−アルキルニトリロトリ酢酸、N−アルキルジメチルベタイン、α−トリメチルアンモニオ脂肪酸、N−アルキルβ−アミノプロピオン酸、N−アルキルβ−イミノジプロピオン酸塩、N−アルキルオキシメチル−N,N−ジエチルベタイン、2−アルキルイミダゾリン誘導体、N−アルキルスルホベタイン等が挙げられる。
また、親水化処理に用いられる界面活性剤溶液の濃度は、1〜50重量%が好ましい。
前記界面活性剤の濃度が1重量%未満では、十分に保護膜が形成されず大きい欠陥(LPD;LightPoint Defects)の数が増加するため、好ましくない。また、50重量%を超えて界面活性剤を使用すると、LPD数の抑制効果が少ない一方、コストが増大するため、好ましくない。
その後、図2(b)、図4に示すように、加圧速度が1〜8kPa/secとなるように加圧空間3A1内にエアを供給し、メンブレン3Cを下方向に突出する湾曲形状に変形させ、ウェーハWの外周部から中心に向かって徐々に剥離する。
この研磨ヘッド3(メンブレン3C)からの剥離によって、ウェーハWは保護膜形成処理液12中に浸漬され、保護膜が形成される(第2の保護膜形成工程Y2)。
このように、第2の保護膜形成工程Y2は、ウェーハの剥離時に露出するウェーハ裏面に新たな保護膜を形成する工程であって、ウェーハ裏面のLPD数の増加が抑制される。
また、ウェーハWの表面が、保護膜形成処理液12の液面に接する位置に置かれた状態で、ウェーハWを剥離する場合について説明したが、図3に示すように、ウェーハW裏面が保護膜形成処理液12に浸漬した状態(ウェーハW全体が浸漬した状態)で、研磨ヘッド3(メンブレン3C)からウェーハWを剥離するのがより好ましい。
ウェーハW全体が保護膜形成処理液12に浸漬した状態で剥離した場合には、ウェーハWの表面及び裏面は大気に全く曝さらされず、保護膜を形成することができる。
好ましくは、水溶性非イオン活性剤として、ジラウリン酸ポリエチレングリコールエステル、トリデシルポリオキシエチレンエーテル、ノニルフェニルポリオキシエチレンエーテル、モノステアリン酸ポリエチレングリコール等が挙げられ、HLB(親水性親油性バランス)値が10以上のものが好ましい。両性界面活性剤としては、N−アルキルスルホベタイン変性シリコンオイル、N−アルキルニトリロトリ酢酸、N−アルキルジメチルベタイン、α−トリメチルアンモニオ脂肪酸、N−アルキルβ−アミノプロピオン酸、N−アルキルβ−イミノジプロピオン酸塩、N−アルキルオキシメチル−N,N−ジエチルベタイン、2−アルキルイミダゾリン誘導体、N−アルキルスルホベタイン等が挙げられる。
前記界面活性剤の濃度が1重量%未満では、十分に保護膜が形成されず大きい欠陥(LPD;LightPoint Defects)の数が増加するため、好ましくない。また、50重量%を超えて界面活性剤を使用すると、LPD数の抑制効果が少ない一方、コストが増大するため、好ましくない。
また、研磨ヘッド3からアンローダのアームにウェーハが移載されることなく、研磨ヘッド3から、液槽9にウェーハWが直接投入されるため、従来のようなアームが接触するウェーハWの接触部における、界面活性剤(親水化処理溶液)の保護膜の剥がれを防止することができる。
そのため、剥離と同時にウェーハを保護膜形成処理液に浸漬することができ、ウェーハ裏面に素早く保護膜を形成することができる。
直径300mm単結晶シリコンウェーハを、一般的な枚葉型研磨装置を用いて研磨した。この実施例で用いた枚葉型研磨装置研磨は、ウェーハを装着した研磨ヘッドが3つの研磨テーブルを順に移動することによって、研磨処理を行った。
具体的には、表1に示す条件下で、研磨テーブルにおいて、粗研磨工程、メイン(精密)研磨、リンス処理、親水化処理(第1の保護膜形成工程)を行った。
尚、リンス処理液としては、純水を用いた。また親水化処理液としては、濃度1重量%の水溶性非イオン活性剤からなる界面活性剤溶液を用いた。
その後、第2の保護膜形成工程に移行し、ウェーハ表面をオーバーフロー漕の保護膜形成処理液に接触させた状態で、研磨ヘッドからウェーハを剥離した。その際の加圧速度は5kPa/secとした。
測定したシリコンウェーハ上の26nmよりも大きいLPD数と界面活性剤の濃度との相関関係を図5〜図8に示す。
測定したシリコンウェーハ上の26nmよりも大きいLPD数と界面活性剤の濃度との相関関係を図5〜図8に示す。
したがって、保護膜形成処理液としての界面活性剤の濃度は0.5〜50重量%が好ましい。より好ましくは1〜50重量%が良い。さらに好ましくは、30〜50重量%が良い。
前記実施例5の場合と、研磨前にウェーハ裏面に界面活性剤を吹き付けた場合(比較例2)と、研磨中に界面活性剤を供給した場合(比較例3)の研磨レートと表面粗さ(Haze)の比較を行った。
具体的には、実施例5では、上記表1に示す条件下で、研磨テーブルにおいて、粗研磨工程、メイン(精密)研磨、リンス処理、親水化処理(第1の保護膜形成工程)を行った。その後、ウェーハ表面をオーバーフロー漕の保護膜形成処理液に接触させた状態で、研磨ヘッドからウェーハを剥離し、オーバーフロー漕に浸漬した。親水化処理液として、濃度1重量%の水溶性非イオン活性剤からなる界面活性剤溶液を用い、保護膜形成処理液として、親水化処理液と同一組成で、濃度が30重量%のものを用いた。
その後、研磨レートと表面粗さ(Haze)を測定した。研磨レートは、WaferSight(KLA−Tencor社製)で測定した研磨前と研磨後のウェーハ厚さの変化量を粗研磨と精密研磨の合計時間で除することによって算出し、相対評価を行った。また、表面粗さ(Haze)測定は、レーザー散乱パーティクルカウンター(KLA−Tencor社製 Surfscan SP−3)で測定し、実施例5の条件に対する比較例2、3の相対評価を行った。
その結果を図9、図10に示す。
また、比較例3として、研磨中に濃度1重量%の水溶性非イオン活性剤からなる界面活性剤を供給し、それ以外の条件は実施例5と同様に処理を行った。
これら比較例2、比較例3について、実施例5と同様に、研磨レートと表面粗さ(Haze)を測定した。その結果を図9、図10に示す。
図9、図10から明らかなように、研磨前や研磨中に界面活性剤を供給する場合よりも研磨後の親水化処理にて界面活性剤を供給する(第1の保護膜を形成する)ことで、研磨レートの低下と表面粗さの悪化を抑制することができることが認められた。
従来例に示すアンローダを用いた場合(比較例4)と、アンローダを用いることなく、ウェーハ表面を保護膜形成処理液に接触させた状態で研磨ヘッドからウェーハを剥離した場合(実施例5)のLPD数の比較を行った。
具体的には、比較例4では、実施例5と同一条件で処理を行った後、研磨ヘッドから、ウェーハを剥離し、アンローダにウェーハを移載し、オーバーフロー漕に浸漬した。その後、実施例5と同様な方法でLPD数を測定した。その結果を実施例5の結果とともに図11に示す。
一方、ウェーハ表面をオーバーフロー漕の保護膜形成処理液に接触させた場合、ウェーハはアンローダとの接触がなく、ウェーハは保護膜が付着した状態で剥離されるため、LPD数の減少が確認された。
上記表1に示す条件下で、研磨テーブルにおいて、粗研磨工程、メイン(精密)研磨、リンス処理、親水化処理を行った後、親水化処理液として、濃度1重量%の水溶性非イオン活性剤からなる界面活性剤溶液を用い、保護膜形成処理液として、親水化処理液と同一組成で、濃度が30重量%のものを用い、加圧速度(1〜8kPa/sec)を変化させた場合のウェーハ裏面のLPD数を調べた。その結果を図12に示す。
また、8kPa/sec超えの場合、メンブレンの破裂が確認された。一方、1〜8kPa/secの場合、LPD数の減少が確認され、5〜8kPa/secにおいて、より減少していることが確認された。
B メイン研磨工程
C リンス処理工程
D 親水化処理工程
E 保護膜形成処理液接触工程
F 研磨ヘッドからの剥離工程
G 洗浄工程
X 研磨加工工程
Y1 第1の保護膜形成工程
Y2 第2の保護膜形成工程
W ウェーハ
3 研磨ヘッド
9 液槽
12 保護膜形成処理液(界面活性剤溶液)
Claims (3)
- 半導体基板を保持するための研磨ヘッドと、半導体基板を研磨するための研磨布が貼り付けられた定盤を用い、研磨布と半導体基板との間に研磨剤を供給し、研磨ヘッドを加圧・摺動しながら加工する研磨工程の後、
研磨された半導体基板の表面を、界面活性剤溶液による親水化処理を行うことにより保護膜を形成する第1の保護膜形成工程と、
前記第1の保護膜形成工程の後、
界面活性剤溶液からなる保護膜形成処理液の液面に、前記研磨された半導体基板の少なくとも表面が接した状態で、研磨ヘッドから半導体基板が剥離され、
研磨された半導体基板が前記保護膜形成処理液に浸漬されることにより、半導体基板の表面及び裏面に保護膜が形成される第2の保護膜形成工程と、
を含むことを特徴とする半導体基板の保護膜形成方法。 - 前記保護膜形成処理液の界面活性剤濃度が1〜50重量%であることを特徴とする請求項1記載の半導体基板の保護膜形成方法。
- 前記研磨ヘッドのヘッド本体には、
下方に開口し、かつ半導体基板を内部に保持するための凹部と、
加圧空間にエア圧を供給するための流通路と、
前記凹部を閉塞して取り付けられ、皿状の弾性素材によって形成されたメンブレンと、を備え、
研磨ヘッドから半導体基板を剥離する際の加圧空間への加圧速度が、1〜8kPa/secであることを特徴とする請求項1記載の半導体基板の保護膜形成方法。
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