JP3701126B2 - 基板の洗浄方法及び研磨装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の洗浄方法及び研磨装置に関し、特に、半導体基板、ガラス基板、液晶パネル等の高度の清浄度が要求される基板を洗浄するのに好適な洗浄方法及び研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて半導体基板上の回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。これに伴い、光リソグラフィなどで回路形成を行なう場合に焦点深度が浅くなるので、ステッパの結像面のより高い平坦度を必要とする。半導体基板の表面を平坦化する手段として、図8に示すように、上面に研磨クロス(研磨布)70を貼り付けた研磨テーブル72と、半導体基板Wを保持しつつ研磨テーブル72に押しつけるトップリング74とを具備した化学・機械的研磨(CMP)装置76が用いられている。研磨テーブル72の上方には、研磨液Qを研磨クロス70に供給するノズル78が設けられ、また、研磨クロスの再生(目立て)を行なうドレッシング装置80が付設されている。
【0003】
図9は、このような研磨装置76とその付属装置を含めたユニットとして構成されたCMPユニットを示すもので、ほぼ長方形の床の一端側にCMP装置76が、他端側に研磨すべき半導体基板を収容するカセットを収容するロードアンロードユニット84a,84bが設けられ、これらの間に搬送ロボット86a,86bが走行可能に設けられている。搬送ロボット86a,86bの走行経路の両側には、基板を反転するための反転機88a,88bと、洗浄を行なう洗浄機90a,90b,90cが設けられている。搬送ロボット86bと研磨装置76の間では、昇降式の受け渡し台(プッシャ)10を介して基板を授受するようになっている。
【0004】
このような構成の研磨装置において、トップリング74の下面に半導体基板Wを保持し、半導体基板Wを回転している研磨テーブル72の上面の研磨クロス70に押圧する。一方、砥液ノズル78から研磨液Qを流すことにより、研磨クロス70に研磨液Qが保持され、半導体基板Wの研磨される面(下面)と研磨クロス70の間に研磨液Qが存在する状態で研磨が行われる。研磨液Qは、種々の砥粒を含むとともに、研磨対象に応じてpH調整がなされている。
【0005】
ところで、上記のように半導体デバイスの高集積化が進み、半導体基板上の回路の配線が微細化すると、配線間距離もより狭くなる。従って、上記の研磨工程において、半導体基板上に配線間距離よりも大きなパーティクルが付着し、これが製品に残留すると、製造された半導体デバイスの配線がショートするなどの不具合が生じる。このような事情はマスク等に用いるガラス基板、或いは液晶パネル等の基板のプロセス処理においても同様である。
【0006】
上記のCMP工程においては、研磨工程を終了した半導体基板は洗浄機90a,90b,90cに搬送して、例えば、純水等の洗浄液を供給しながらブラシやスポンジからなる洗浄体を擦り付けるスクラブ洗浄と、これに続くスピン乾燥とからなる洗浄工程を行い、研磨工程中に供給されて基板に付着した砥粒や研磨屑を除去するようにしている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、研磨後の基板に純水を供給すると、基板面上に残留している研磨液のpHが大きく変化し、もとのpHの液中では互いに分散していた砥粒が、互いに凝集して基板表面に付着する場合が有る。例えば、SiO2膜を研磨する場合に一般的に用いられるコロイダルシリカ系のスラリーでは、砥粒であるシリカの微粒子はpH10程度のアルカリ溶液中で安定であり、0.2μm程度の2次粒子を形成している。これに純水を供給して一気に希釈してpHを7〜8まで急激に低下させると、いわゆるpHショックにより、シリカ粒子表面電位の急激な変化が起こり、不安定となって凝集しやすくなる。
【0008】
これは、研磨クロス70のドレッシングの工程においても同様で、研磨液Qを含む研磨クロス70に純水をドレッシング液として供給すると、上記と同様にpHが低下して砥粒が凝集し、これが研磨クロス70中に残って、研磨工程において基板Wにスクラッチを形成する原因となる。
【0009】
本発明は、上記事情に鑑みて為されたもので、研磨工程が終了した基板や研磨工具の研磨液に含まれる砥粒を凝集させることなく効率良く基板の洗浄を行なうことができる基板の洗浄方法及び研磨装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、基板と研磨工具との間に研磨液を供給しつつ該基板と研磨工具とを摺動させて基板の研磨を行なう研磨工程の後に行なう基板の洗浄方法において、前記基板の被研磨面に、該被研磨面に付着する研磨液のpHを急変させないような第1の洗浄液を、その後第1の洗浄液と中性の第2の洗浄液との混合液であって、第2の洗浄液の比率を徐々に高めた混合液を、最終的には第2の洗浄液のみを供給して前記基板の被研磨面の粗洗浄工程を行なうことを特徴とする基板の洗浄方法である。ここで、「付着する研磨液のpHを急変させないような洗浄液」とは、具体的には研磨液と同じか近いpH値を有する洗浄液を指し、例えば、pH10であるシリカスラリーの場合には、pH9〜11の範囲であれば良い。
【0011】
これにより、基板に付着する研磨液のpHを急変させることなく、従って、pHショックによって砥粒を凝集させることなく、基板の洗浄が行われる。そして、最終的に中性の安定した状態で基板を次工程に送ることができる。このような粗洗浄工程は、研磨工程が終了してから最初に研磨液以外の液体を基板面に供給する場合に行なう。これは、基板を研磨テーブルの近傍で濯ぎ洗浄する場合や、洗浄機において洗浄液を供給しながらスクラブ洗浄を行なう場合等がある。
【0012】
請求項2に記載の発明は、前記第1の洗浄液として電解イオン水を用いることを特徴とする請求項1に記載の基板の洗浄方法である。これにより、金属イオンによる汚染を防止しつつpH調整を行なうことができる。
【0013】
請求項3に記載の発明は、基板と研磨工具との間に研磨液を供給しつつ該基板と研磨工具とを摺動させて基板の研磨を行なう研磨部と、前記研磨部での研磨工程が終了した後に、前記基板の被研磨面に、該被研磨面に付着する研磨液のpHを急変させないような第1の洗浄液を、その後第1の洗浄液と中性の第2の洗浄液との混合液であって、第2の洗浄液の比率を徐々に高めた混合液を、最終的には第2の洗浄液のみを供給して前記基板の被研磨面の粗洗浄工程を行なう粗洗浄部を有することを特徴とする基板の研磨装置である。
【0014】
請求項4に記載の発明は、前記第1の洗浄液として電解イオン水を用いることを特徴とする請求項3に記載の基板の研磨装置である。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の洗浄方法及び装置を用いるポリッシング装置の実施の形態を、図1ないし図7に基づいて説明する。このポリッシング装置の全体的な構成は、図8及び図9に示す従来の装置と同様なので、詳しい説明を省略する。
【0017】
このポリッシング装置には、図1ないし図3に示すように、受け渡し装置(プッシャ)10において、研磨工程を終えた基板を粗洗浄する粗洗浄装置Cが設けられている。すなわち、プッシャ10は載置台12とこれを昇降駆動する駆動部14とを備えており、その周囲に、ドレンポート16を有する水受けパン18と、その内側に取り付けられたノズル取付部材20とが設けられている。載置台12は、図2に示すように円板状の基部22とこれから立設された2つの円弧板状の保持板24からなり、保持板24の間には隙間26が形成されている。
【0018】
ノズル取付部材20には、この実施の形態では、トップリング74の下面に向けて洗浄液を噴射する上ノズル28と、載置台12に保持された基板Wの上面に向けて洗浄液を噴射する中ノズル30と、保持板24の隙間26から載置台12に保持された基板Wの裏面側に向けて洗浄液を噴射する下ノズル32の3つのノズルが取り付けられている。これらは、通常の噴射圧1.1〜1.2kg/cm2程度のノズルでも良いが、メガソニック超音波装置を用いて噴射液に超音波振動を付与してもよい。なお、図には複数のノズルが周方向1つの方向に配置されたものが示されているが、周方向複数箇所に配置してもよい。図3に示すように、プッシャ10の周囲の空間を覆って洗浄液の飛散を防止するカバー34が設けられており、これには一方の側にトップリング進入用の窓36が、他方の側にロボットアーム進入用の窓38が設けられている。
【0019】
図4に示すように、粗洗浄装置Cの各ノズル28,30,32に洗浄液を供給する洗浄液供給装置40が設けられている。これは、研磨液と同じ、例えば研磨液がシリカスラリーの場合に10程度のpHを有する第1の洗浄液を貯留する第1洗浄液槽42と、中性である第2の洗浄液を貯留する第2洗浄液槽44と、これらの貯液槽から延びる配管46a,46bに設けられた流量調整弁48a,48bと、各流量調整弁の下流側で合流する配管50と、これから分岐して開閉弁52a,52b,52cを介して各ノズル28,30,32につながる配管54a,54b,54cとから構成されている。各流量調整弁48a,48bの開度は、制御装置やタイマーによって、最初は第1の洗浄液のみが供給され、徐々に第2の洗浄液の比率が上昇して、最終的に中性の第2の洗浄液のみが供給されるように調整可能になっている。
【0020】
なお、上記の実施の形態では、第1洗浄液のpHが10程度であり、アルカリ性pH調整剤としてKOH等を用いているが、pHショックを起こさないためにpHが9程度であっても充分である場合には、水を適当なイオン交換膜を用いて電気分解することによって得られる電解イオン水を用いることができる。この場合には、洗浄液中に金属イオンが含まれていないので汚染の可能性が少ない。
【0021】
以上のように構成された研磨装置における工程を説明する。図8に示すように、トップリング74で基板Wを保持し、研磨液Qを供給しながら研磨テーブル72に摺接させて研磨を行なう。研磨が終了した状態では、基板W及びトップリング74には、研磨屑とともに砥粒を含む研磨液Qが付着している。ここで、トップリング74をプッシャ10の上方に旋回させ、カバー34の内部の初期洗浄位置に置き、図1に示す状態で、基板Wを下面に保持したままで、上ノズル28から洗浄液を噴射して洗浄を行なう。この場合は、第1の洗浄液槽42から第1の洗浄液のみを供給して噴射する。
【0022】
次に、駆動部14を作動してプッシャ10を上昇させ、トップリング74における基板Wの吸着を解除して載置台12上に移し、載置台12を下降させて図5に示す状態にする。ここで、3つのノズル28,30,32から洗浄液をそれぞれトップリング74の下面、基板Wの上面、基板Wの下面に向けてそれぞれ噴射する。この場合、例えば図6に示すように、初期の間は洗浄液を第1の洗浄液槽42から供給し、徐々に第2の洗浄液槽44からの洗浄液を混合し、その比率を徐々に上げて行く。そして、最終的には第2の洗浄液槽44からのpH7の洗浄液のみを供給する。
【0023】
このように、初期洗浄工程で基板やトップリングに付着する液体のpHを変えずに洗浄工程を行って砥粒を除去しつつ、徐々に洗浄液を中性に移行させて付着液体のpHも中性に移行させることにより、砥粒を含む状態でpHショックを与えずに、基板を中性に戻すことができる。従って、基板やトップリングに砥粒が凝集して残留することが防止され、これによる汚染も防止される。
【0024】
この粗洗浄を行いながら基板をプッシャ10に受け渡した後、トップリング74を研磨テーブル72側に待避させ、ロボット86bのアームをプッシャ10に移動して基板Wを把持し、洗浄機90a,90b,90cに搬送して純水による洗浄工程を行なう。空のプッシャ10にはロボット86bにより新たな基板Wを載置し、そこにトップリング74を移動させて基板Wを保持し、次の研磨を行なう。
【0025】
なお、上記の実施の形態では、基板の粗洗浄工程をプッシャ10に設けた粗洗浄装置Cで行ったが、例えば、研磨テーブル72上やその近傍で行なうようにノズルを配置してもよい。また、場合によっては、洗浄機90a,90b,90cで行ってもよい。即ち、プッシャ10及び洗浄機90a,90b,90cにおいて、用いる洗浄液を徐々に研磨液と同程度の洗浄液から純水に段階的に変えていってもよい。
【0026】
次に、この発明の他の実施の形態のドレッシング方法について説明する。図7に示すように、ドレッシング工程は、研磨工程の合間に、ドレッシング液ノズル92よりドレッシング液を供給しながらドレッシングツール94を研磨クロスに押し付けることにより行われる。この実施の形態では、ドレッシング液としてpHが研磨液のpHと同じかそれに近いような液体を、例えば、図4の第1の洗浄液槽から供給して用いる。これによって、研磨クロス70上にドレッシング液が供給された時に、その箇所に存在する研磨液のpHが大きく変化することが無いので、砥粒の凝集を防止することができる。
【0027】
なお、上記においては、研磨液としてシリカスラリーを用いた場合の粗洗浄工程を説明したが、例えば、砥粒としてアルミナ(Al2O3)粒子を用いた場合には、pH8〜9において凝集しやすいので、シリカスラリーと同様にあるいはそれ以上に緩やかなpH制御を行なう必要がある。
【0028】
例えば基板Wを研磨する場合に一般的に用いられるアルミナ系スラリーでは、砥粒であるアルミナ(Al2O3)の粒子は、特にpH4程度の酸性溶液中(実用化されているスラリーでは硝酸溶液が主)で安定であり、0.2μm程度の2次粒子を形成している。
実用化されているポリッシング用アルミナ系スラリーでは、砥粒としてα−アルミナが主に用いられている。α−アルミナはpH7以下で安定であるが、pH3.5〜5がより望ましい。一方、pH8〜9では凝集しやすいので、この付近のpHの溶液は洗浄液としては好ましくない。従って、洗浄液のpHとしてはpH7以下が望ましく、「pH3.5〜5」の範囲が特に望ましいと考える。
【0029】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、基板や研磨工具に付着する研磨液のpHを急変させることなく、従って、pHショックによって研磨液に含まれる砥粒を凝集させることなく、基板の洗浄を効率良く行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の1つの実施の形態の粗洗浄装置の構造を示す断面図である。
【図2】図1の載置台の構造を示す(a)平面図、(b)側面断面図である。
【図3】図1のカバーを示す斜視図である。
【図4】洗浄液供給装置を示す配管系統図である。
【図5】粗洗浄装置の構造を示す断面図である。
【図6】粗洗浄工程における洗浄液のpHの変化を示すグラフである。
【図7】ポリッシング装置におけるドレッシング工程を示す正面図である。
【図8】従来のポリッシング装置を示す正面図である。
【図9】従来のポリッシング装置を示す平面図である。
【符号の説明】
10 プッシャ
12 載置台
14 駆動部
16 ドレンポート
18 パン
20 ノズル取付部材
22 基部
24 保持板
26 隙間
28 上ノズル
30 中ノズル
32 下ノズル
34 カバー
36,38 窓
40 洗浄液供給装置
42,44 洗浄液槽
46a,46b,50,54a,54b,54c 配管
48a,48b 各流量調整弁
52a,52b,52c 開閉弁
70 研磨クロス
72 研磨テーブル
74 トップリング
76 研磨装置
78 砥液ノズル
80 ドレッシング装置
84a,84b ロードアンロードユニット
86a,86b 搬送ロボット
88a,88b 反転機
90a,90b,90c 洗浄機
92 ドレッシング液ノズル
94 ドレッシングツール
C 粗洗浄装置
Q 研磨液
W 基板
Claims (4)
- 基板と研磨工具との間に研磨液を供給しつつ該基板と研磨工具とを摺動させて基板の研磨を行なう研磨工程の後に行なう基板の洗浄方法において、
前記基板の被研磨面に、該被研磨面に付着する研磨液のpHを急変させないような第1の洗浄液を、その後第1の洗浄液と中性の第2の洗浄液との混合液であって、第2の洗浄液の比率を徐々に高めた混合液を、最終的には第2の洗浄液のみを供給して前記基板の被研磨面の粗洗浄工程を行なうことを特徴とする基板の洗浄方法。 - 前記第1の洗浄液として電解イオン水を用いることを特徴とする請求項1に記載の基板の洗浄方法。
- 基板と研磨工具との間に研磨液を供給しつつ該基板と研磨工具とを摺動させて基板の研磨を行なう研磨部と、
前記研磨部での研磨工程が終了した後に、前記基板の被研磨面に、該被研磨面に付着する研磨液のpHを急変させないような第1の洗浄液を、その後第1の洗浄液と中性の第2の洗浄液との混合液であって、第2の洗浄液の比率を徐々に高めた混合液を、最終的には第2の洗浄液のみを供給して前記基板の被研磨面の粗洗浄工程を行なう粗洗浄部を有することを特徴とする基板の研磨装置。 - 前記第1の洗浄液として電解イオン水を用いることを特徴とする請求項3に記載の基板の研磨装置。
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