JP3551226B2 - 半導体基板の研磨終了時のリンス液及びこれを用いたリンス法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置により半導体基板の表面を研磨し、その研磨終了時にこの研磨装置において半導体基板の表面をリンスするリンス液及びこれを用いたリンス法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶インゴットから切出されてスライスされたシリコンウェーハに代表される半導体基板は、機械研磨（ラッピング）、化学エッチング等の工程を経た後、機械的化学的研磨（メカノケミカルポリッシング）が行われる。この最終研磨の機械的化学的研磨工程において、保持具に取付けたシリコンウェーハを回転定盤上に貼付けたポリエステルのフェルト、ラミネート等の柔らかい研磨用パッドに押付け、研磨液を滴下しながら研磨用パッドを回転することにより、ウェーハ表面を鏡面状に研磨する。この研磨液には、例えば約５０ｎｍの粒径を有するＳｉＯ２の微粉からなる砥粒を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液に溶かした研磨液が用いられる。ここで砥粒を水酸化ナトリウム水溶液に溶かして研磨液を調製する理由は、第一にＮａＯＨのＯＨ基をウェーハのＳｉと反応させて酸化シリコンを生成し、これをＳｉＯ２の微粉により削り取ってウェーハの平坦度を高めるためであり、第二に研磨液のｐＨを高め、ＯＨ−イオンによりＳｉＯ２粒子同士を反発させ、粒子の凝集を防ぐためである。
これまで、研磨液による研磨が終了に近づくと、研磨液の供給を停止すると同時に、ウェーハ表面から砥粒を除去するためにリンス液を供給していた。従来、このリンス液として超純水が用いられ、リンス時にはこの定盤上の研磨用パッドに超純水を供給していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の超純水によるリンス法には、次の問題点がある。
（１） 研磨用パッド上に残留しているスラリー状の研磨液が超純水によって希釈されると、研磨液のｐＨが中性付近まで下がり、砥粒が分散状態を保持できなくなって凝集するとともにウェーハ表面に付着して残留しやすくなる。
（２） この研磨液中で凝集した砥粒は、ｐＨの中性付近への低下でウェーハ表面と相互に作用して、これによりウェーハ表面にマイクロスクラッチ、ダメージ等を生じる不都合がある。
（３） 更にウェーハ表面に砥粒が残留した場合には、研磨装置から取外した後の洗浄工程でウェーハ表面にピットが形成される。
【０００４】
本発明の目的は、研磨終了時に研磨液中の砥粒を半導体基板表面に凝集、付着させず、かつ研磨用パッドから速やかに除去し、これにより基板表面にマイクロスクラッチ、ピット、ダメージ及び汚染を生じさせない半導体基板の研磨時のリンス液及びこれを用いたリンス法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように半導体基板１６の表面の研磨終了時に半導体基板１６の表面をリンスするリンス液１９において、酸化剤及び分散剤をそれぞれ含有し、酸化還元電位が１０ｍＶ以上であり、分散剤がキシレン、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム又はリン酸三ナトリウムであることを特徴とする半導体基板の研磨終了時のリンス液である。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、アルカリを更に含有し、ｐＨが８．０以上であるリンス液である。
【０００６】
請求項３に係る発明は、図１に示すように研磨装置１０により半導体基板１６の表面を研磨し、その研磨終了時に研磨装置１０において半導体基板１６の表面をリンスする方法において、酸化剤及び分散剤をそれぞれ含有し、酸化還元電位が１０ｍＶ以上であり、分散剤がキシレン、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム又はリン酸三ナトリウムであるリンス液１９により半導体基板１６をリンスする方法である。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、リンス液１９がアルカリを更に含有し、そのｐＨが８．０以上である研磨方法である。
【０００７】
請求項１及び３に係る発明によれば、リンス液が酸化剤を含み、所定の酸化還元電位を有すると、リンス初期に半導体基板の表面に酸化膜が形成され、この酸化膜は研磨後の基板の活性な表面を保護する。即ち、従来砥粒の凝集により基板表面に生じていたマイクロスクラッチの発生、不純物金属によるシリサイドの形成、ダメージの発生をこの酸化膜は抑制する。また、リンス液が酸化剤に加えて更に分散剤を含むと、研磨液中の砥粒を分散させ、その凝集を抑制する。
請求項２及び４に係る発明によれば、リンス液が酸化剤に加えて更にアルカリを含むと、リンス液の供給によってもこれまでの高いｐＨを低下させずに維持し、研磨液中の砥粒の凝集を抑制する。またアルカリの添加により、酸化剤の酸化力を高める効果もある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のリンス液でリンスされる半導体基板は、主としてシリコンウェーハである。その他の基板としてＧａＡｓ、ＩｎＰなどのウェーハが挙げられる。このリンス液に含まれる酸化剤としては過酸化水素水、オゾン水等が挙げられる。リンス液中の酸化剤の含有量は、リンス液の酸化還元電位が１０ｍＶ以上になるように決められる。この酸化剤によりリンス液の酸化還元電位が１０ｍＶに満たない場合には、酸化剤の酸化力が不十分となる。好ましい酸化還元電位は３０〜１５０ｍＶである。
またリンス液に含まれる分散剤としてはキシレン、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム等が挙げられる。リンス液中の分散剤の含有量は０．００１〜５０ミリｍｏｌ／Ｌの範囲から決められる。
更にリンス液に含まれるアルカリとしては水酸化アンモニム（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、アミン類等が挙げられる。リンス液中のアルカリの含有量は、リンス液のｐＨが８．０以上になるように決められる。このアルカリによりリンス液のｐＨが８．０に満たない場合には、リンス時に希釈される研磨液のｐＨが中性に近づき、砥粒の凝集を生じるようになる。好ましいｐＨは９．０〜１０．５である。
【０００９】
本発明のリンス液を用いて半導体基板をリンスするときの研磨方法には、片面研磨方法と両面研磨方法がある。図１に片面研磨装置１０を示す。
この研磨装置１０は回転定盤１１と基板保持具１２を備える。回転定盤１１は大きな円板であり、その底面中心に接続されたシャフト１５によって回転する。回転定盤１１の上面には研磨用パッド１３が貼付けられる。基板保持具１２は加圧ヘッド１２ａとこれに接続して加圧ヘッド１２ａを回転させるシャフト１２ｂからなる。加圧ヘッド１２ａの下面には研磨プレート１４が取付けられる。研磨プレート１４の下面には複数枚の半導体基板１６が貼付けられる。回転定盤１１の上部にはスラリー状の研磨液１７を供給するための配管１８と、リンス液１９を供給するための配管２０が設けられる。
この研磨装置１０により半導体基板１６を研磨する場合には、加圧ヘッド１２ａを下降して半導体基板１６に所定の圧力を加えて基板１６を押える。配管１８から研磨液１７を研磨用パッド１３に供給しながら、加圧ヘッド１２ａと回転定盤１１とを同一方向に回転させて、基板１６の表面を鏡面状に研磨する。所定の研磨が行われた後、半導体基板１６をリンスする場合、研磨液の供給を停止すると同時に配管２０からリンス液１９を研磨用パッド１３に供給し始める。リンス液を供給しながら、加圧ヘッド１２ａと回転定盤１１を回転させる。このとき加圧ヘッド１２ａの加圧力を下げることが好ましい。研磨用パッド１３上に供給されたリンス液は半導体基板１６の表面と研磨用パッド１３の間に行渡り、これまでの研磨液を洗い流す。
【００１０】
【実施例】
次に本発明の具体的態様を示すために、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
図１に示した研磨装置１０において、シリコンウェーハ１６をＳｉＯ２の砥粒をＮａＯＨ水溶液に溶かした研磨液１７で研磨し、研磨液の供給を停止すると同時に配管２０から１重量％の過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）水と０．６重量％のピロリン酸ナトリウムとを含むリンス液１９を研磨用パッド１３に滴下してシリコンウェーハ１６をリンスした。このリンス液の酸化還元電位は約１４０ｍＶ、ｐＨは約９．０であった。
＜実施例２＞
リンス液として１重量％の過酸化水素水と０．１重量％のＮＨ４ＯＨと０．６重量％のピロリン酸ナトリウムとを含む水溶液を用いた以外、実施例１と同様にしてシリコンウェーハをリンスした。このリンス液の酸化還元電位は約５０ｍＶ、ｐＨは約９．９であった。
【００１１】
＜比較例＞
リンス液として超純水を用いた以外、実施例１と同様にしてシリコンウェーハをリンスした。
【００１２】
＜比較評価＞
実施例１〜２及び比較例のリンス液のリンス効果を確かめるために、リンス直後のシリコンウェーハを図示しないアンロードステーションに移動した後、直ちにウェーハ表面のマイクロスクラッチは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて、ピット、パーティクルはパーティクルカウンタにてそれぞれ計測した。マイクロスクラッチはウェーハ表面の線状キズ、ピットは表面欠陥、パーティクルはウェーハ表面に付着した直径が０．１２μｍ以上の微小の異物をいう。また研磨終了時に残留する砥粒によって生じたウェーハ表面の微小な凹凸であるヘイズを測定した。このヘイズは、ウェーハ表面の微小な凹凸（表面粗さ）などに起因する微小な散乱光の入射光に対する百万分率（ｐｐｍ）で表され、レーザの散乱を利用した表面検査装置により測定した。これらの結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
【００１４】
表１から明らかなように、マイクロスクラッチ、ピット、パーティクル及びヘイズの全ての項目について、比較例と比べて実施例１及び２は優れていた。実施例１及び２の中で酸化剤と分散剤を含む実施例１のリンス液と、酸化剤とアルカリと分散剤を含む実施例２のリンス液の双方の結果が優れていることが判る。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のリンス液を用いたリンス法によれば、研磨終了時に研磨液中の砥粒を半導体基板表面に凝集、付着させず、かつ研磨用パッドから速やかに除去し、これにより基板表面にマイクロスクラッチ、ピット、ダメージ及び汚染を生じさせない優れた効果がある。
特に酸化剤及び分散剤に加えてアルカリを含んだリンス液を用いて研磨終了時の半導体基板をリンスすると、その効果はより優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリンス液を用いてリンスする研磨装置の構成図。
【符号の説明】
１０ 研磨装置
１１ 回転定盤
１３ 研磨用パッド
１６ シリコンウェーハ（半導体基板）
１７ 研磨液
１９ リンス液
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置により半導体基板の表面を研磨し、その研磨終了時にこの研磨装置において半導体基板の表面をリンスするリンス液及びこれを用いたリンス法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶インゴットから切出されてスライスされたシリコンウェーハに代表される半導体基板は、機械研磨（ラッピング）、化学エッチング等の工程を経た後、機械的化学的研磨（メカノケミカルポリッシング）が行われる。この最終研磨の機械的化学的研磨工程において、保持具に取付けたシリコンウェーハを回転定盤上に貼付けたポリエステルのフェルト、ラミネート等の柔らかい研磨用パッドに押付け、研磨液を滴下しながら研磨用パッドを回転することにより、ウェーハ表面を鏡面状に研磨する。この研磨液には、例えば約５０ｎｍの粒径を有するＳｉＯ２の微粉からなる砥粒を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）水溶液に溶かした研磨液が用いられる。ここで砥粒を水酸化ナトリウム水溶液に溶かして研磨液を調製する理由は、第一にＮａＯＨのＯＨ基をウェーハのＳｉと反応させて酸化シリコンを生成し、これをＳｉＯ２の微粉により削り取ってウェーハの平坦度を高めるためであり、第二に研磨液のｐＨを高め、ＯＨ−イオンによりＳｉＯ２粒子同士を反発させ、粒子の凝集を防ぐためである。
これまで、研磨液による研磨が終了に近づくと、研磨液の供給を停止すると同時に、ウェーハ表面から砥粒を除去するためにリンス液を供給していた。従来、このリンス液として超純水が用いられ、リンス時にはこの定盤上の研磨用パッドに超純水を供給していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の超純水によるリンス法には、次の問題点がある。
（１） 研磨用パッド上に残留しているスラリー状の研磨液が超純水によって希釈されると、研磨液のｐＨが中性付近まで下がり、砥粒が分散状態を保持できなくなって凝集するとともにウェーハ表面に付着して残留しやすくなる。
（２） この研磨液中で凝集した砥粒は、ｐＨの中性付近への低下でウェーハ表面と相互に作用して、これによりウェーハ表面にマイクロスクラッチ、ダメージ等を生じる不都合がある。
（３） 更にウェーハ表面に砥粒が残留した場合には、研磨装置から取外した後の洗浄工程でウェーハ表面にピットが形成される。
【０００４】
本発明の目的は、研磨終了時に研磨液中の砥粒を半導体基板表面に凝集、付着させず、かつ研磨用パッドから速やかに除去し、これにより基板表面にマイクロスクラッチ、ピット、ダメージ及び汚染を生じさせない半導体基板の研磨時のリンス液及びこれを用いたリンス法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように半導体基板１６の表面の研磨終了時に半導体基板１６の表面をリンスするリンス液１９において、酸化剤及び分散剤をそれぞれ含有し、酸化還元電位が１０ｍＶ以上であり、分散剤がキシレン、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム又はリン酸三ナトリウムであることを特徴とする半導体基板の研磨終了時のリンス液である。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、アルカリを更に含有し、ｐＨが８．０以上であるリンス液である。
【０００６】
請求項３に係る発明は、図１に示すように研磨装置１０により半導体基板１６の表面を研磨し、その研磨終了時に研磨装置１０において半導体基板１６の表面をリンスする方法において、酸化剤及び分散剤をそれぞれ含有し、酸化還元電位が１０ｍＶ以上であり、分散剤がキシレン、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム又はリン酸三ナトリウムであるリンス液１９により半導体基板１６をリンスする方法である。
請求項４に係る発明は、請求項３に係る発明であって、リンス液１９がアルカリを更に含有し、そのｐＨが８．０以上である研磨方法である。
【０００７】
請求項１及び３に係る発明によれば、リンス液が酸化剤を含み、所定の酸化還元電位を有すると、リンス初期に半導体基板の表面に酸化膜が形成され、この酸化膜は研磨後の基板の活性な表面を保護する。即ち、従来砥粒の凝集により基板表面に生じていたマイクロスクラッチの発生、不純物金属によるシリサイドの形成、ダメージの発生をこの酸化膜は抑制する。また、リンス液が酸化剤に加えて更に分散剤を含むと、研磨液中の砥粒を分散させ、その凝集を抑制する。
請求項２及び４に係る発明によれば、リンス液が酸化剤に加えて更にアルカリを含むと、リンス液の供給によってもこれまでの高いｐＨを低下させずに維持し、研磨液中の砥粒の凝集を抑制する。またアルカリの添加により、酸化剤の酸化力を高める効果もある。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明のリンス液でリンスされる半導体基板は、主としてシリコンウェーハである。その他の基板としてＧａＡｓ、ＩｎＰなどのウェーハが挙げられる。このリンス液に含まれる酸化剤としては過酸化水素水、オゾン水等が挙げられる。リンス液中の酸化剤の含有量は、リンス液の酸化還元電位が１０ｍＶ以上になるように決められる。この酸化剤によりリンス液の酸化還元電位が１０ｍＶに満たない場合には、酸化剤の酸化力が不十分となる。好ましい酸化還元電位は３０〜１５０ｍＶである。
またリンス液に含まれる分散剤としてはキシレン、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム等が挙げられる。リンス液中の分散剤の含有量は０．００１〜５０ミリｍｏｌ／Ｌの範囲から決められる。
更にリンス液に含まれるアルカリとしては水酸化アンモニム（ＮＨ４ＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、アミン類等が挙げられる。リンス液中のアルカリの含有量は、リンス液のｐＨが８．０以上になるように決められる。このアルカリによりリンス液のｐＨが８．０に満たない場合には、リンス時に希釈される研磨液のｐＨが中性に近づき、砥粒の凝集を生じるようになる。好ましいｐＨは９．０〜１０．５である。
【０００９】
本発明のリンス液を用いて半導体基板をリンスするときの研磨方法には、片面研磨方法と両面研磨方法がある。図１に片面研磨装置１０を示す。
この研磨装置１０は回転定盤１１と基板保持具１２を備える。回転定盤１１は大きな円板であり、その底面中心に接続されたシャフト１５によって回転する。回転定盤１１の上面には研磨用パッド１３が貼付けられる。基板保持具１２は加圧ヘッド１２ａとこれに接続して加圧ヘッド１２ａを回転させるシャフト１２ｂからなる。加圧ヘッド１２ａの下面には研磨プレート１４が取付けられる。研磨プレート１４の下面には複数枚の半導体基板１６が貼付けられる。回転定盤１１の上部にはスラリー状の研磨液１７を供給するための配管１８と、リンス液１９を供給するための配管２０が設けられる。
この研磨装置１０により半導体基板１６を研磨する場合には、加圧ヘッド１２ａを下降して半導体基板１６に所定の圧力を加えて基板１６を押える。配管１８から研磨液１７を研磨用パッド１３に供給しながら、加圧ヘッド１２ａと回転定盤１１とを同一方向に回転させて、基板１６の表面を鏡面状に研磨する。所定の研磨が行われた後、半導体基板１６をリンスする場合、研磨液の供給を停止すると同時に配管２０からリンス液１９を研磨用パッド１３に供給し始める。リンス液を供給しながら、加圧ヘッド１２ａと回転定盤１１を回転させる。このとき加圧ヘッド１２ａの加圧力を下げることが好ましい。研磨用パッド１３上に供給されたリンス液は半導体基板１６の表面と研磨用パッド１３の間に行渡り、これまでの研磨液を洗い流す。
【００１０】
【実施例】
次に本発明の具体的態様を示すために、本発明の実施例を比較例とともに説明する。
＜実施例１＞
図１に示した研磨装置１０において、シリコンウェーハ１６をＳｉＯ２の砥粒をＮａＯＨ水溶液に溶かした研磨液１７で研磨し、研磨液の供給を停止すると同時に配管２０から１重量％の過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）水と０．６重量％のピロリン酸ナトリウムとを含むリンス液１９を研磨用パッド１３に滴下してシリコンウェーハ１６をリンスした。このリンス液の酸化還元電位は約１４０ｍＶ、ｐＨは約９．０であった。
＜実施例２＞
リンス液として１重量％の過酸化水素水と０．１重量％のＮＨ４ＯＨと０．６重量％のピロリン酸ナトリウムとを含む水溶液を用いた以外、実施例１と同様にしてシリコンウェーハをリンスした。このリンス液の酸化還元電位は約５０ｍＶ、ｐＨは約９．９であった。
【００１１】
＜比較例＞
リンス液として超純水を用いた以外、実施例１と同様にしてシリコンウェーハをリンスした。
【００１２】
＜比較評価＞
実施例１〜２及び比較例のリンス液のリンス効果を確かめるために、リンス直後のシリコンウェーハを図示しないアンロードステーションに移動した後、直ちにウェーハ表面のマイクロスクラッチは原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて、ピット、パーティクルはパーティクルカウンタにてそれぞれ計測した。マイクロスクラッチはウェーハ表面の線状キズ、ピットは表面欠陥、パーティクルはウェーハ表面に付着した直径が０．１２μｍ以上の微小の異物をいう。また研磨終了時に残留する砥粒によって生じたウェーハ表面の微小な凹凸であるヘイズを測定した。このヘイズは、ウェーハ表面の微小な凹凸（表面粗さ）などに起因する微小な散乱光の入射光に対する百万分率（ｐｐｍ）で表され、レーザの散乱を利用した表面検査装置により測定した。これらの結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】
表１から明らかなように、マイクロスクラッチ、ピット、パーティクル及びヘイズの全ての項目について、比較例と比べて実施例１及び２は優れていた。実施例１及び２の中で酸化剤と分散剤を含む実施例１のリンス液と、酸化剤とアルカリと分散剤を含む実施例２のリンス液の双方の結果が優れていることが判る。
【００１５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のリンス液を用いたリンス法によれば、研磨終了時に研磨液中の砥粒を半導体基板表面に凝集、付着させず、かつ研磨用パッドから速やかに除去し、これにより基板表面にマイクロスクラッチ、ピット、ダメージ及び汚染を生じさせない優れた効果がある。
特に酸化剤及び分散剤に加えてアルカリを含んだリンス液を用いて研磨終了時の半導体基板をリンスすると、その効果はより優れたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のリンス液を用いてリンスする研磨装置の構成図。
【符号の説明】
１０ 研磨装置
１１ 回転定盤
１３ 研磨用パッド
１６ シリコンウェーハ（半導体基板）
１７ 研磨液
１９ リンス液
Claims (4)
- 半導体基板（１６）の表面の研磨終了時に前記半導体基板（１６）の表面をリンスするリンス液（１９）において、
酸化剤及び分散剤をそれぞれ含有し、酸化還元電位が１０ｍＶ以上であり、
前記分散剤がキシレン、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム又はリン酸三ナトリウムであることを特徴とする半導体基板の研磨終了時のリンス液。 - アルカリを更に含有し、ｐＨが８．０以上である請求項１記載のリンス液。
- 研磨装置（１０）により半導体基板（１６）の表面を研磨し、その研磨終了時に前記研磨装置（１０）において前記半導体基板（１６）の表面をリンスする方法において、
酸化剤及び分散剤をそれぞれ含有し、酸化還元電位が１０ｍＶ以上であり、
前記分散剤がキシレン、ピロリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム又はリン酸三ナトリウムであるリンス液（１９）により前記半導体基板（１６）をリンスすることを特徴とする半導体基板のリンス法。 - リンス液（１９）がアルカリを更に含有し、そのｐＨが８．０以上である請求項３記載のリンス法。
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| JP04545098A JP3551226B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 半導体基板の研磨終了時のリンス液及びこれを用いたリンス法 |
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| JP04545098A JP3551226B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 半導体基板の研磨終了時のリンス液及びこれを用いたリンス法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11243072A JPH11243072A (ja) | 1999-09-07 |
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| JP04545098A Expired - Fee Related JP3551226B2 (ja) | 1998-02-26 | 1998-02-26 | 半導体基板の研磨終了時のリンス液及びこれを用いたリンス法 |
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1998
- 1998-02-26 JP JP04545098A patent/JP3551226B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH11243072A (ja) | 1999-09-07 |
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