JP3949941B2 - 半導体装置の製造方法および研磨装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法および研磨装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法および研磨装置に係わり、特に基板の表面荒れや、基板上の付着膜を除去する工程を有する半導体装置の製造方法およびそれを実施するための研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体素子の微細化、半導体装置の高集積化に伴い、パーティクルの管理はますます重要になりつつある。パーティクルを管理する上での大きな問題の一つとして、半導体装置の製造工程中にウェハ（基板）の周縁部であるベベル部およびエッジ部に発生する加工起因の表面荒れからの発塵がある。
【０００３】
ここで、本明細書では、ウェハ端において断面が曲率を有する部分或いは角断面を有する部分など、ウェハ端においてウェハの平坦性が変化する凸状部分をベベル部と呼び、ベベル部からウェハ内側に向かった数ｍｍ程度の表面が平坦な部分をエッジ部と呼ぶことにする。
【０００４】
このような加工起因の表面荒れは、例えばトレンチキャパシタのトレンチをＳｉウェハの表面に形成するＲＩＥ（Reactive Ion Etching）工程で起こる。
【０００５】
すなわち、図１５に示すように、Ｓｉウェハ９０上にシリコン窒化膜９１とＳｉＯ2 膜９２との積層膜からなるハードマスクを形成し、次に図１６に示すように、上記ハードマスクをマスクにしてＳｉウェハ９０をＲＩＥ法にてエッチングし、トレンチ９３を形成する際に、Ｓｉウェハ９０のベベル部およびエッジ部には、一般に、針状突起９４が発生する。これは、ＲＩＥの際に生じる副生成物がＳｉウェハ９０の表面に付着し、エッチングのマスクとして作用するためと言われている。
【０００６】
特に、開口径がサブミクロンオーダーで、アスペクト比が数十と非常に高いトレンチ９３を精度良く形成するためのＲＩＥプロセス条件では、ベベル部およびエッジ部には針状突起９４が必然的に発生してしまう。
【０００７】
針状突起９４は場所によりまちまちであるが、高さが最大で１０μｍ近くにもなり、Ｓｉウェハ９０の搬送時あるいはプロセス時に破損し、パーティクルが発生する。これはパーティクル起因の歩留り低下につながる。そのため、針状突起９４は除去する必要がある。
【０００８】
針状突起９４の除去は、従来より、ＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法により行われている。まず、Ｓｉウェハ９０の表面、すなわちデバイス表面全体にレジスト９５を塗布し、ベベル部およびエッジ部数ｍｍの領域のレジストを除去する。図１７に、この段階の断面図を示す。
【０００９】
そして、ＣＤＥ法を用いて、レジスト９５で覆われていない部分のＳｉウェハ９０を等方的にエッチングすることにより、ベベル部およびエッジ部の針状突起９４を除去する（図１８）。その後、デバイス表面を保護していたレジスト９５を剥離する（図１９）。
【００１０】
ＣＤＥ法では、デバイス表面をレジスト９５で保護する必要があるため、レジスト塗布、レジスト剥離という工程が必要となる。また、等方的なエッチングのため、“針”は消滅するが、最初の“針”の高さばらつきに対応する凹凸９６が残るため（図１８、図１９）、表面荒れを除去することは非常に困難である。
【００１１】
この種の凹凸９６は、次工程以降で行われるＣＭＰ等の加工時にダストが溜まり易く、問題になる場合があった。さらに、ＣＤＥに要する１枚当たりの処理時間は、通常５分以上と長く、スループットを下げ、原料コストが高くなると言う問題もある。
【００１２】
ところで、近年、半導体装置の分野には、配線材料としてのＣｕ、あるいは次世代ＤＲＡＭやＦｅＲＡＭのキャパシタ電極材料としてのＲｕやＰｔ、キャパシタ誘電体材料としてのＴａＯ、ＰＺＴなど、新材料が次々と導入されている。そして、量産化に当たり、これらの新材料による装置汚染の問題を真剣に考えるべき時期となった。
【００１３】
特に、半導体装置製造工程中においてウェハのベベル部、エッジ部および裏面に付着し汚染源となる新材料膜の除去は、重要な課題である。例えば、キャパシタ電極として用いるＲｕ膜を成膜する際、ベベル部、エッジ部および裏面に付着するＲｕ膜の除去である。
【００１４】
このようなＲｕ膜の成膜方法として、現在一般に用いられるのがＣＶＤ法である。この場合、装置構成による程度の差こそあれ、ベベル部、エッジ部および裏面へのＲｕ膜の付着は不可避である。
【００１５】
また、スパッタ法においてエッジカットリングを用いた場合でも、ベベル部およびエッジ部へのスパッタ粒子（Ｒｕ）回り込みによるＲｕ膜の付着をなくすのは困難である。外周チップの歩留りの関係上、エッジカット幅を小さくする場合は、なおさらである。
【００１６】
いずれの成膜方法にせよ、Ｒｕ成膜後のウェハのベベル部、エッジ部あるいは裏面には、Ｒｕ膜が付着している。この種のベベル部等に付着したＲｕ膜は、次工程の装置汚染の原因になるため、除去しなければならない。
【００１７】
ベベル部等に付着したＲｕ膜の除去は、従来より、ウェットエッチング法により行われている。Ｓｉウェハの裏面を上にして水平に回転しているＳｉウェハに薬液を滴下する方式が一般的である。ベベル部およびエッジ部に関しては、回転数等を調整して、薬液のデバイス面側への回り込み量を調整することにより対処している。
【００１８】
しかし、Ｒｕ膜の場合、除去レートが１０ｎｍ／ｍｉｎ程度であるため、１枚当たりの除去時間が通常５分以上と長く、スループットが低いという問題があった。さらに、下地に拡散したＲｕを除去することができず、これを除去するには下地をエッチングできる別の薬液によるウェットエッチングを付加する必要がある。これはスループットをさらに低くすることになる。また、装置ダメージを与えない適当な薬液が存在しないという問題もある。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、トレンチの形成時に、ウェハのベベル部およびエッジ部にパーティクルの原因となる針状突起が発生する。従来技術では、この種の表面荒れの除去をＣＤＥ法により行っている。しかし、“針”は消滅するが、最初の“針”の高さばらつきに対応する凹凸が残るため、表面荒れを除去することが非常に困難であるという問題があった。
【００２０】
また、キャパシタ電極としてのＲｕ膜の形成時に、ウェハのベベル部、エッジ部および裏面に汚染原因となるＲｕ膜が付着する。従来技術では、この種の付着膜をウエットエッチングにより行っている。しかし、除去レートが遅く、付着膜の除去に時間がかかるという問題があった。
【００２１】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、半導体装置の製造中において、基板の周縁部、裏面上の不要なものを効果的に除去できる半導体装置の製造方法および研磨装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本願発明において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。すなわち、上記目的を達成するために、本発明に係る半導体装置の製造方法は、少なくとも基板の上面に半導体素子を形成する工程と、
少なくとも前記半導体素子の一部が形成された状態で前記基板の周縁部を研磨する工程とを有し、
前記基板の周縁部を研磨する工程は、
前記基板の周縁部に研磨面が接触するように研磨フィルムを配置し、
前記基板の上面と底面とに対して夫々所定の角度で前記研磨フィルムを前記基板の周縁部に押し付けるために、溝型の部品にその両端部が取り付けられた弾性体フィルムを用いて、前記基板の周縁部を前記研磨フィルムと前記弾性体フィルムとともに前記溝型の部品の溝内に押し込み、このときに引き伸ばされた弾性体フィルムを前記基板の周縁部に前記研磨フィルムを介して押し付けて前記弾性体フィルムと前記基板の周縁部との間に前記研磨フィルムが挟持されるように前記弾性体フィルムおよび溝型の部品を配置し、
前記引き伸ばされた弾性体フィルムが前記研磨フィルムを介して前記基板の周縁部に押し付けられたときに前記弾性体フィルムに張力が発生されることを特徴とする。前記基板の周辺部は、例えば、ベベル部およびエッジ部、またはベベル部のみである。
【００２３】
また、本発明に係る研磨装置は、基板の周縁部に接触するように配置される研磨面を有する研磨フィルムと、
両端部を有し、この両端部の間で前記基板の上面と底面とに対して夫々所定の角度で前記研磨フィルムを前記基板の周縁部に押し付けるように配置される弾性体フィルムと、
前記弾性体フィルムの両端部が取り付けられる溝型の部品からなり、
前記基板の周縁部が前記研磨フィルムと弾性体フィルムとともに前記溝型の部品における溝内に押し込まれたときに前記基板の周縁部と前記溝の内側面との間に前記研磨フィルムと弾性体フィルムとが挟持されるように配置される押し付け部材と、
を具備し、前記基板の周縁部が前記研磨フィルムと弾性体フィルムとともに前記押し付け部材の溝内に押し込まれたときに前記弾性体フィルムに張力が発生して前記研磨フィルムに押し付けられることを特徴とする。
【００２５】
本発明に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の製造中において、
基板の周縁部、裏面を研磨することによって、基板の周縁部、裏面上の不要なものを十分に除去できたり、短時間で除去できるようになる。
【００２６】
上記研磨は、本発明に係る研磨装置により実施することが望ましい。その理由は、本発明に係る研磨装置によれば、張力を有する押し付け部材を用いて研磨手段を基板に押しつけることによって、研磨手段と基板との接触面積を大きくできるとともに、研磨手段と基板との接触面における圧力のばらつきを改善でき、研磨手段と基板との密着性を改善できるからである。
【００２７】
本発明に係る半導体装置の製造方法、研磨装置のより具体的な形態は以下の通りである。
【００２８】
（１）研磨の方式は固定砥粒方式である。
【００２９】
（２）上記固定砥粒方式は、砥粒をフィルム上に接着剤で結合させた研磨フィルムを用いたものである。
【００３０】
（３）上記研磨フィルムは、基板との接触部が研磨により摩耗する前に、研磨していない箇所が接触するように送り出される巻き取り式である。
【００３１】
（４）上記研磨フィルムは、基板の周縁部および裏面の一方に対し、張力を有する部材によって押しつけられる。
【００３２】
（５）上記研磨フィルムは、該研磨フィルムの裏面から基板の周縁部の曲率および基板の円周の曲率に沿うように変形可能な弾性体により基板に押し当てられ、上記研磨フィルムが基板の周縁部の曲率および基板の円周の曲率に沿うように接触される。
【００３３】
（６）上記弾性体の形状は、フィルム状である。
【００３４】
（７）上記弾性体は、薄い弾性体からなる袋に流体を入れて密閉したクッションである。
【００３５】
（８）上記研磨フィルムのフィルムは、弾性体により形成されている。
【００３６】
（９）上記研磨フィルムは、テープ状の形態をしており、該テープの長手方向が基板の表面に対して斜めになるように該基板の周縁部に接触する。
【００３７】
（１０）上記固定砥粒方式は、薄膜状の砥石を用いたものである。
【００３８】
（１１）上記固定砥粒方式は、砥粒を紐の表面に接着剤で結合させた研磨紐を用いたものである。
【００３９】
（１２）上記固定砥粒は、基板（表面に被研磨膜が形成されたものを含む）に対し、メカノケミカル研磨作用を有する。
【００４０】
（１３）上記研磨の方式は乾式である。
【００４１】
（１４）研磨の最中に基板上に気流を吹き付ける工程（手段）を有し、研磨屑を基板から排除する。
【００４２】
（１５）研磨の最中に前記基板上に液体を流す工程（手段）を有し、研磨屑を基板から排除する。
【００４３】
（１６）研磨時に研磨状態をモニターして研磨動作を制御する工程（手段）を有する。
【００４４】
（１７）上記モニターは、上記基板の被研磨部表面の凹凸度合いに基づいて行うものであって、例えば基板に光を照射する工程（手段）と、該光の散乱光を検出する工程（手段）と、検出結果に基づいて凹凸度合いを求める工程（手段）により行う。
【００４５】
（１８）上記モニターは、基板の周縁部および裏面の少なくとも一方に付着する膜（付着膜）の膜厚に基づいて行うものであって、例えば付着膜の膜厚を該付着膜の電気抵抗を測定する工程（手段）と、測定結果に基づいて膜厚を求める工程（手段）により行う。
【００４６】
本発明の上記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記載および添付図面によって明らかになるであろう。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００４８】
（第１の実施形態）
本実施形態では、トレンチキャパシタのトレンチを、Ｓｉウェハ表面にＲＩＥ法により形成したときに、Ｓｉウェハのベベル部およびエッジ部に発生した表面荒れを除去する方法について説明する。上記トレンチキャパシタは、例えばＤＲＡＭのメモリセルに使用するものである。
【００４９】
まず、図１５および図１６に示した従来の工程に従い、Ｓｉウェハ９０上にハードマスク９１、９２を形成した後、このマスクを用いてトレンチ９３を形成する。ここでは、ハードマスクのシリコン窒化膜９１の厚さは２００ｎｍ、ＳｉＯ2 膜９２の厚さは９００ｎｍとし、トレンチ９３の開口径を０．２５μｍ、深さを７μｍとする。
【００５０】
次に、図１６のＲＩＥ工程で発生した針状突起９４の除去工程に進む。本実施形態では、図１に示す研磨装置を用いて針状突起９４の除去を行う。図１（ａ）はＳｉウェハをセットした状態を真上から見た概略図、図１（ｂ）は真横から見た概略図である。
【００５１】
Ｓｉウェハ９０は、上から落下するパーティクル対策のため、デバイス面が下になるようにセットされており、ローラー１により挟まれ、水平面内で回転できるようになっている。そして、研磨フィルム２が、Ｓｉウェハ９０のベベル部の表面（ベベル面）に沿って接触するように張られている。ベベル面と研磨フィルム２の接触部には、薬液あるいは純水が薬液供給ノズル３から供給されれる。その量は、上記接触部が湿る程度である。このようにして、ベベル面はＳｉウェハ９０を回転させることにより湿式研磨される。ここでは、簡単のため、２つの研磨フィルム２しか示していないが、実際にはより多くの数（例えば後述するように８）の研磨フィルム２が使用される。ただし、同時に使用されるのは４つである。
【００５２】
研磨フィルム２の裏側からは、弾性ゴム等からなる弾性体フィルム４を押し当て、ウェハ円周に沿って研磨フィルム２が接触するようにする。弾性体フィルム４は引っ張れた状態で使用され、張力を有する。
【００５３】
もし、弾性体フィルム４がないと、研磨フィルム２は、ウェハ円周に対して、
その中央部でしか接触することができず、接触長さは高々１０ｍｍ程度になってしまい、接触面積を大きくできない。
【００５４】
さらに、研磨フィルム２とＳｉウェハ９０との接触面における圧力のばらつきを改善でき、接触面における研磨量のばらつきを十分に小さくできるようになる。この接触面における研磨量のばらつき低減の効果は、弾性体を単に押しつけるだけでは得られず、張力を有する状態で押しつける必要がある。
【００５５】
このように研磨に寄与する部分を拡張して研磨レートを大きくするとともに、
接触面における圧力のばらつきを低減して研磨量を一様にするためには、張力を有する弾性体フィルム４は非常に重要である。
【００５６】
ベベル形状には、大別すると、図２０に示すように、フルラウンドタイプと、
角張りタイプと、これらの中間タイプとがある。研磨フィルム２がベベル面全体に接触するように、図１（ｂ）に示す角度θ（Ｓｉウェハ９０と弾性体フィルムとのなす角度の２倍）は、図２０に示す角度α（ベベル部とエッジ部の境界点における、ベベル部に対する両接線が成す角度）以下に設定する。
【００５７】
研磨フィルム２とＳｉウェハ９０との接触面における圧力の大きさは、弾性体フィルム４に作用する張力をＴ、弾性体フィルム４の幅をｗ、ベベル断面の曲率半径をρとすると、Ｔ／（ρｗ）となる。ただし、研磨フィルム２の厚さは、曲率半径ρに比し、十分小さいとする。よって、曲率半径ρがベベル断面全体に渡りほぼ一定なフルラウンドタイプでは、上記接触面における圧力のばらつきが小さいことがわかる。
【００５８】
一方、ベベル断面に直線的部分を有する角張りタイプでは、直線的部分の曲率半径が大きいため、直線的部分での圧力が小さくなり、圧力のばらつきが発生する。
【００５９】
この圧力ばらつきを改善するためには、直線的部分に平行な剛体面が弾性体フィルム４の裏面（研磨フィルム２と接触する面を表面とする。）から押し当たるようにすればよい。
【００６０】
具体的には、図２１に示すような工夫が考えられる。溝型の剛体５１に弾性体フィルム４を取り付けた部品５２を用意する（図２１（ａ））。
【００６１】
Ｓｉウェハ９０のベベルに向かって、部品５２を水平方向に押し込み、角度θが所定の値になるまで弾性体フィルム４を引き伸ばす。この時、溝型の剛体５１の内側面に弾性体フィルム４が接触するようにする。ベベル断面の直線的部分に対応する弾性体フィルム４の裏面が、溝型の剛体５１の内側面に密着して接触するように、溝型の剛体５１の内側面を形成する。この接触による弾性体フィルム４の圧縮応力が、ベベル断面の直線的部分に付加される圧力として作用することになる（図２１（ｂ））。
【００６２】
この圧縮応力が所望の研磨荷重になるように、溝型の剛体５１の内側面を具体的に決定する方法を以下に述べる。
【００６３】
まず、弾性体フィルム４を、溝型の剛体５２の内側面に接触させることなく、
角度θが所定の値になるまで引き伸ばす。この状態で、溝型の剛体５２の仮想的な内側面を、弾性体フィルム４の裏面の直線的部分に沿うように、直線で囲って決める（図２１（ｃ）の点線）。
【００６４】
この仮想的な内側面から法線方向に後述する距離ｄだけ弾性体フィルム４側に移動させた面が、溝型の剛体５２の実際の内側面である（図２１（ｄ）の実線）。距離ｄは、弾性体フィルム４の厚さをＤ、ヤング率をＥとすると、Ｅ・（ｄ／Ｄ）＝研磨荷重の関係を満足する。厚さＤ、ヤング率Ｅ、必要とする弾性体フィルム４の圧縮応力（上記所望の研磨荷重）は予め分かっているので、これらの値を上式に代入することにより、距離ｄは求まる。
【００６５】
ベベル形状が中間タイプの場合も、同様にして、直線的部分に平行な剛体面が弾性体フィルム４の裏面から押し当たるようにすればよい（図２１（ｅ）、図２１（ｆ））。
【００６６】
このように、研磨フィルム２のベベル面への接触の強さは、フルラウンドタイプの場合は、弾性体フィルム４の張力Ｔで、また、角張りタイプと中間タイプの場合は、弾性体フィルム４の張力Ｔと上述した距離ｄで調整する。
【００６７】
それから、ベベル部とは別に、デバイス面のエッジ部数ｍｍの領域を研磨するために、弾性体からなる押し当て板５の水平面を鉛直方向から押し当て、研磨フィルム２がエッジ部領域に圧力換算で９８０６６．５Ｐａ（＝１ｋｇ重／ｃｍ2 ）程度に接触するように調整する。
【００６８】
研磨フィルム２は、巻き取り式になっており、Ｓｉウェハ９０との接触部が摩耗して研磨レートが低下する前に、新しい研磨フィルム部位が接触するように順送りするようになっている。
【００６９】
また、研磨時に発生する研磨屑がＳｉウェハ９０のデバイス面を汚すことを防ぐ目的で、放射状気体噴射ノズル６から空気あるいは窒素等の気体をデバイス面上に吹き付けられるようになっている。デバイス面の中心から放射線状に、流速５ｍ／ｓｅｃ以上の気流をデバイス面に対して浅い角度で入射させる。放射状気体噴射ノズル６は、デバイス面側のみならず、Ｓｉウェハ９０の裏面側にも設置すれば、より効果的である。
【００７０】
Ｓｉウェハ９０のノッチ（不図示）の研磨は、ノッチセンサ７によりノッチの位置合わせをして、Ｓｉウェハ９０の回転を止め、ノッチおよびベベルの形状に合った図２（ａ）に示すような＃１００００程度のダイヤモンド砥石ホイール８により行う。図２（ｂ）は、ダイヤモンド砥石ホイール８をノッチに当てた状態を真上から見た透視図である。ダイヤモンド砥石ホイール８の側面の凹みをノッチのベベル部に合わせ、回転軸８ａを左右、上下に動かして、ノッチのベベル部およびエッジ部の全体を研磨する。
【００７１】
このような構成の研磨装置において、以下の条件によりベベル部およびエッジ部の研磨を行った。
【００７２】
Figure 0003949941
まず、図３に示すように、粗削り用の研磨フィルム２ａをウェハ円周に沿って４箇所接触させ、１分間の研磨を行う。この研磨（粗削り研磨）により針状突起は除去される。しかし、粗削り研磨で発生した研磨痕は残る。
【００７３】
次に、粗削り用の研磨フィルム２ａを仕上げ用の研磨フィルム２ｂに切り替え、仕上げ用の研磨フィルム２ｂによる１分間の研磨を行う。この研磨（仕上げ研磨）により表面に残存する研磨ダメージは十分に除去され、ベベル面は平均粗さＲａが数ｎｍ以下の鏡面になる。
【００７４】
次に、ウェハノッチの研磨を行う。ダイヤモンド砥石ホイール８を１０００ｒｐｍで回転させて３０秒間研磨することにより、ノッチにおける針状突起は十分にに除去される。
【００７５】
この後、別のユニットにおいて、ベベル部およびエッジ部を主体にＳｉウェハ９０をＰＶＡスポンジ等で擦り付けながら、純水あるいは界面活性剤水溶液を用いて洗浄し、リンスし、乾燥させることにより、ベベル部およびエッジ部の針状突起の研磨除去が終了する。
【００７６】
このように、研磨フィルム２ａ，２ｂという固定砥粒を用いることにより、従来のＣＤＥ法では不可欠だった、レジストによるデバイス面の保護が不要になる。その結果、保護用のレジスト塗布、針状突起除去後のレジスト剥離という２工程を省けるようになる。
【００７７】
また、研磨法によると、ベベル部およびエッジ部の針状突起の除去後の面は平滑面となる（図４）。よって、図１８、図１９に示した従来のＣＤＥ法では問題になった、針状突起の除去後に残存する、最初の“針”の高さばらつきに対応する凹凸９６に、次工程以降で行われるＣＭＰ等の加工時にダストが溜まり易いという問題は解決される。
【００７８】
また、洗浄部をユニットとして組み込んだ、本実施形態の研磨装置により針状突起の除去を行えば、ウェハ１枚当たりの処理時間を上述のように３分程度にすることが可能である。よって、従来のＣＤＥ法の５分以上に比べて、処理時間は短縮し、スループットは向上する。
【００７９】
さらに、図５に示すように、本研磨装置を研磨フィルム２が連続するようにして縦に積み上げ、共通の軸でローラーを回す構造にすれば、同時に複数枚のＳｉウェハ９０の研磨処理が可能になり、スループットはさらに向上する。
【００８０】
さらに、本研磨装置は装置構成が簡単なため、装置単体の価格は安くなる。また、使用原料も純水と微量の薬液だけなので、ランニングコストを大幅に削減できる。このように本実施形態によれば、コスト削減の点で大きな利点がある。
【００８１】
本研磨装置には、研磨中に研磨の状態をモニターし、結果を研磨動作にフィードバックさせるＩｎ−ｓｉｔｕタイプのモニター機構を搭載することが可能である。
【００８２】
モニター機構としては、例えばウェハに光を照射する光源と、該光の散乱光を検出する光検出器と、検出結果に基づいて研磨の終点を判定する判定部とで構成された、光学的手法を利用した機構があげられる。
【００８３】
研磨初期はベベル面が荒れているため、ウェハに照射した光は乱反射し、反射強度は弱い。しかし、研磨が進行するにつれ、ベベル面は鏡面反射へと移行していき反射強度は強まる。判定部は、光検出器で検出された光の強度（反射強度）と予め決められたあるレベル（しきい値）とを比較し、反射強度がしきい値以上となった時点を研磨の終点として判定する。
【００８４】
本研磨装置の構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変化させることが可能である。特に、研磨フィルム２のウェハ円周に対する接触のさせ方は、いろいろな変形が考えられる。
【００８５】
本実施形態では、研磨フィルム２は、その長手方向がウェハ面に直交するように配置されている（図６（ａ））。この配置の場合、研磨フィルム２がウェハの回転方向に引きずられ、よじれる可能性がある。また、研磨フィルム２の巻き取りの回転軸がウェハ回転軸と直交するため、研磨フィルム２の巻き取り駆動部がウェハ回転駆動部に対し、コンパクトに収まりにくい。
【００８６】
これらの点を改善するために、研磨フィルム２の長手方向がウェハ面に平行になるように配置する方法もある（図６（ｂ））。この配置の場合、研磨フィルム２の有効面積が極端に小さくなり、高価な研磨フィルムを用いる場合は、非経済的である。
【００８７】
そこで、図６（ｃ）に示すように、研磨フィルム２の長手方向がウェハ面に対して斜めになるようにする方法が考えられる。このようにすれば、研磨フィルム２はよじれにくくなり、かつ、有効面積を大きくすることが可能になる。
【００８８】
張力を有する部材を利用した、研磨フィルム２のベベル部およびエッジ部への荷重印加に関しても、別の方法が考えられる。例えば、図７に示すように、研磨フィルム２と引き伸ばした弾性体フィルム４ａを重ね合わせて両者を同時に巻き取っていく構成もある。また、研磨フィルム２のフィルムの材質そのものを弾性ゴムのような弾性体にする構成もある。
【００８９】
また、弾性体フィルム４を用いる構成の代わりに、図８に示すように、クッション９を研磨フィルム２に当てる構成にしても良い。クッション９は、外側が薄い弾性体膜からなる袋の中に空気などの気体もしくは水などの流体を満たし密閉したもので、パスカルの原理に基づき、ベベル面に均等な圧力をかける効果を期待できる。
【００９０】
また、本実施形態のような、１つの研磨フィルム２でウェハ両面側のベベル面に接触させる構成ではなく、例えば図９に示すように、片面側ずつ接触させる構成もある。この構成の方がベベル面の曲率に確実に沿わせられる。
【００９１】
さらに、このようなベベル面に片面側ずつ接触させる構成では、研磨フィルム２の曲げが少なくなるので、曲がりにくい厚めの研磨フィルムを用いることも可能になる。研磨フィルム２の代わりに薄膜状の砥石を用いることも可能になる。
【００９２】
また、ウェハの回転をローラー１を用いて行ったが、ウェハ裏面を真空吸着チャックし回転駆動させても良い。
【００９３】
また、研磨のプロセス条件も、適宜、変更可能である。研磨フィルムの形態、砥粒の種類も、限定されるものではない。例えば、砥粒にＢａＣＯ3 等のシリコンに対してメカノケミカル作用を有する材料を使用することもできる。
【００９４】
また、湿式研磨の供給液体としては、純水以外に、シリコンをウェットエッチングする薬液、例えばＫＯＨ水溶液、アルカリイオン水等も使用可能である。また、界面活性剤水溶液も使用可能である。これらの薬液の使用により、研磨フィルム２の砥粒の材質とサイズによっては、研磨レートあるいは表面平坦度といった研磨特性が向上する効果が期待できる。
【００９５】
また、研磨屑排除の目的で、デバイス面上に気体を吹き付ける方式を用いているが、デバイス面上に純水等の液体を流すことも可能である。
【００９６】
（第２の実施形態）
図１０は、本発明の第２の実施形態に係る研磨装置を示す概略図である。これはＳｉウェハ９０をセットした状態を真上から見た概略図である。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【００９７】
本研磨装置が第１の実施形態で説明した研磨装置と異なる点は、研磨フィルムの代わりに紐状の研磨体、すなわち、研磨紐２０を用いることである。研磨紐２０は、ＰＥＴ、ポリエステル等の高分子樹脂からなる紐の表面に、砥粒を接着剤で結合させたものである。なるべく多くの本数の研磨紐２０をウェハ円周に沿って接触するように配置することにより、研磨レートの向上を効果的に図れる。
【００９８】
この方式では、研磨フィルム方式では必要であった、接触部をウェハ円周に沿わせるための弾性体フィルム等は、不要になる利点がある。研磨紐２０の断面を長方形にして、長辺側をウェハ円周に接触させることが、接触距離が長くなるため、研磨レート向上の観点から好ましい。
【００９９】
（第３の実施形態）
図１１は、本発明の第３の実施形態に係る研磨装置を示す概略図である。図１１（ａ）はウェハをセットした状態を真上から見た概略図、図１１（ｂ）は真横から見た概略図である。なお、図１と対応する部分には図１と同一符号を付してあり、詳細な説明は省略する。
【０１００】
本研磨装置が第１の実施形態と異なる点は、湿式研磨ではなく乾式研磨を行うという点である。乾式研磨では、一般に、研磨屑等のパーティクルが静電気的に付着し易い。そして、これらのパーティクルは飛散し、デバイス面を汚す危険がある。
【０１０１】
そこで、本実施形態では、研磨時に発生する研磨屑を排除する目的で、空気あるいは窒素等の気体を吹き付ける気体噴射ノズルを設ける。具体的には、デバイス面側へ飛散するパーティクルに対しては、Ｓｉウェハ９０の下方に放射状気体噴射ノズル３０を設ける。
【０１０２】
放射状気体噴射ノズル３０は、デバイス面の中心から放射線状に、デバイス面に対して浅い角度で入射するように、流速５ｍ／ｓｅｃ以上の気流をデバイス面に吹き付ける。これにより、研磨屑を効果的に排除することが可能となる。放射状気体噴射ノズル３０は、デバイス面側のみならず、ウェハ裏面側にも設置すれば、より効果的である。
【０１０３】
さらに、研磨直後、静電気的にベベル面に付着したパーティクルは、接線方向気体噴射ノズル３１から吹き付ける気流により排除する。具体的には、研磨フィルム２に擦られて出てきた直後のウェハ外周に対して、ウェハ外周接線に沿ってウェハ回転方向に流速１０ｍ／ｓｅｃ以上の気流を吹き付けるようにする。
【０１０４】
乾式研磨を用いると、純水を節約でき、廃液処理が不要になる。また、メカノケミカル作用という固相反応を積極的に利用する研磨の場合、乾式の方が湿式より研磨レートが速いことが一般に知られている。よって、シリコンに対してメカノケミカル作用を有するＢａＣＯ3 等の砥粒を研磨フィルム２に使用する際、本実施形態の乾式研磨は有効な手法となる。
【０１０５】
（第４の実施形態）
本実施形態では、スタックキャパシタのキャパシタ電極（下部電極）として用いるＲｕ膜をデバイス面上にＣＶＤ法で成膜した際、Ｓｉウェハのベベル部、エッジ部および裏面に付着し、汚染源となるＲｕ膜の研磨法による除去について説明する。
【０１０６】
図１２に示すように、シリコン窒化膜９７を成膜したＳｉウェハ９０上に、下部キャパシタ電極として用いるＲｕ膜９８をバッチ式のＣＶＤ法により３０ｎｍだけ成膜した場合、Ｒｕ膜９８はデバイス面のみならず、ウェハのベベル部、エッジ部および裏面にも３０ｎｍ程度成膜される。この種のＲｕ膜９８を用いるキャパシタは、例えば、シリンダ型、クラウン型などのよく知られた三次元構造の立体キャパシタである。この立体キャパシタは、例えばＤＲＡＭまたはＦｅＲＡＭに使用されるものである。
【０１０７】
ベベル部、エッジ部および裏面に付着したＲｕ膜９８は、次工程の装置汚染をもたらす関係上、除去することが必要になる。ベベル部およびエッジ部のＲｕ膜９８の除去を第１の実施形態で説明した図１の研磨装置により行った。研磨条件は以下の通りである。
【０１０８】
Figure 0003949941
１分間の研磨により、ベベル部およびエッジ部に付着していたＲｕ膜９８を除去することができた。
【０１０９】
次に、ウェハノッチ（不図示）のベベル部およびエッジ部に付着しているＲｕ膜９８の除去を、第１の実施形態と同様に、ダイヤモンド砥石ホイール８により行う。同ホイール８を１０００ｒｐｍで回転させて３０秒研磨することにより、上記部分のＲｕ膜９８を除去することができた。
【０１１０】
裏面に付着したＲｕ膜９８は、図１３に示す研磨装置により除去する。図１３（ａ）はウェハをセットした状態を真上から見た概略図、図１３（ｂ）は真横から見た概略図である。
【０１１１】
Ｓｉウェハ９０は、デバイス面が下になるようにセットされており、ローラー４１により挟まれ、水平面内で回転できるようになっている。そして、シャワーノズルの形態をした薬液供給ノズル４２から、薬液がウェハ裏面に滴下される。そこへ、研磨フィルムを弾性体に巻き付けた研磨フィルムロール４３が、Ｓｉウェハ９０の裏面に回転しながら接触し、ウェハ裏面は湿式研磨される。
【０１１２】
研磨フィルムロール４３は、円柱状の弾性ゴム、発砲ウレタン等に研磨フィルムを接着して巻き付けたもので、サイズは、２０．３２ｃｍ（８インチ）ウェハ用としては、直径３０ｍｍ程度、長さ２１０ｍｍ程度である。
【０１１３】
また、ＰＶＡスポンジからなるロール４４が、洗浄液供給ノズル４５から供給される洗浄液を介して、Ｓｉウェハのデバイス面に回転しながら接触できるようになっている。ロール４４の役割は、研磨フィルムロール４３の荷重を支えることである。
【０１１４】
このような研磨装置において、以下の条件により研磨を行った。
【０１１５】
研磨フィルム：粒度＃１００００番のダイヤモンドがＰＥＴフィルム上にウレタンタイプ接着剤で結合されたもの
研磨フィルムロール押し付け力：１ｋｇ重
研磨フィルムロール回転数：１００ｒｐｍ
ウェハ回転数：１００ｒｐｍ
薬液：純水（２００ml／min供給）
洗浄液：純水（１０００ml／min供給）
２分間の研磨により、裏面のＲｕ膜９８も除去された（図１４）。
【０１１６】
この後、別のユニットにおいて、ベベル面も含めウェハ全体をＰＶＡスポンジ等で擦り付けながら、純水あるいは界面活性剤水溶液を用いて洗浄し、リンスし、乾燥させることにより、ベベル部、エッジ部および裏面のＲｕ膜の研磨除去が終了する。
【０１１７】
Ｒｕ膜９８が除去されて露出した下地のシリコン窒化膜９７上は、ＩＣＰ分析によるＲｕ汚染が１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 未満になるまで清浄化されることが確認された。
【０１１８】
従来のウェットエッチング法では、例えば、薬液に硝酸二アンモニウムセリウム２０％水溶液を用いた場合、Ｒｕ汚染を１０11ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 未満にするのでさえ５分以上かかり、１０10ａｔｏｍｓ／ｃｍ2 未満にするためには、下地のシリコン窒化膜９７を希フッ酸等の別の薬液で２分間程度ウェットエッチングする必要があった。よって、従来法では、ベベル部、エッジ部および裏面のＲｕ膜を除去するのに、１枚当たり、７分以上の時間を要していた。
【０１１９】
一方、本実施形態の研磨による除去方法では、ベベル部＋エッジ部と裏面を分けて行う場合でも、３.５分である。ベベル部＋エッジ部用装置（図１）と裏面用装置（図１３）は、お互いに干渉しない形で一体化することも可能である。
【０１２０】
一体化した場合、ベベル部＋エッジ部と裏面のＲｕ膜研磨除去を同時に行うことが可能である。これにより、処理時間はさらに短縮され、２.５分になる。よって、大幅なスループット向上につながる。
【０１２１】
また、本実施形態の研磨法を実施する研磨装置は構成が簡単なため、装置単体の価格が安くなり、また、使用原料も純水と微量の薬液だけなので、ランニングコストも大幅に削減できる。
【０１２２】
本研磨装置には、研磨中に研磨の状態をモニターし、結果を研磨動作にフィードバックさせる、Ｉｎ−ｓｉｔｕモニター機構を搭載することが可能である。モニター機構としては、例えばＲｕ膜の膜厚変化に伴う電気抵抗変化を測定する機構のものが好適である。
【０１２３】
同機構は、例えば回転しているウェハに擦れてもウェハを傷付けない導電性樹脂等からなる端子（２個）と、端子間に電圧を印加するための電圧源と、端子間に流れる電流、すなわちＲｕ膜中を流れる電流を測定（モニター）する電流測定とで構成されたものである。
【０１２４】
研磨が進行するにつれ、Ｒｕ膜の膜厚は薄くなり電気抵抗が上昇するため、電流値は小さくなる。そして、Ｒｕ膜が除去され下地のシリコン窒化膜等の絶縁膜が露出した段階で、電流値はゼロになる。この時間に、下地に拡散したＲｕ成分も削り取る時間も加味して終点を決定する。
【０１２５】
ベベル部のＲｕ膜の研磨モニターに関しては、端子がベベル部に接触するように、裏面のＲｕ膜の研磨モニターに関しては、端子が裏面に接触するように、端子形状あるいは端子位置をそれぞれ設定する。運動している面への接触なので、接触が離れないように、端子をバネ等で押すあるいは端子そのものを弾性体にすることが望ましい。
【０１２６】
印加する電圧は、ウェハ上のデバイスへの影響を考慮すると、なるべく小さい方が良く、ｍＶ以下オーダーの電圧が好ましい。また、直流ではなく、交流あるいは高周波の方が、電流波形の増幅、平滑化等の処理がしやすい利点がある。
【０１２７】
本実施形態の研磨装置の構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変化させることが可能である。研磨のプロセス条件も、適宜、変更可能である。研磨フィルムの形態、砥粒の種類も、限定されるものではない。
【０１２８】
また、湿式研磨の供給液体としては、純水以外に、Ｒｕ膜をウェットエッチングする薬液、例えば硝酸二アンモニウムセリウム水溶液、過硫酸アンモニウム水溶液等の酸化剤も使用可能である。これらの薬液の使用により、研磨レートが向上する効果が期待できる。
【０１２９】
研磨法による汚染膜除去の特長は、砥粒のメカニカルな除去作用が加わることである。したがって、化学的に安定な膜の除去に対しても有効であり、また、下地に拡散した上記化学的に安定な膜の成分も、下地の一部を削り取ることにより除去することが可能である。この理由により、本研磨法により除去できる汚染膜は、Ｒｕ膜に限らず、Ｃｕ膜、ＰＺＴ膜、ＢＳＴ膜等、今後、半導体装置の製造に導入される新材料膜一般に広げることができる。
【０１３０】
また、本実施形態では、素子の一部としてスタックキャパシタの下部電極を例にあげたが、プラグもしくは配線、またはこれらの３つうちの２つ以上でも構わない。
【０１３１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、基板としてＳｉウェハを用いた場合について説明したが、ＳＯＩウェハを用いても良い。さらに、ＳｉＧｅウェハ等の他の半導体ウエハ、あるいはデバイス面がＳｉＧｅで形成されたＳｉウェハを用いても良い。また、ベベル部のみ、または基板の裏面のみを研磨対象としても良い。
【０１３２】
また、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決できる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【０１３３】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、半導体装置の製造中において、基板の周縁部、裏面上の不要なものを効果的に除去できる半導体装置の製造方法および研磨装置を実現できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置を示す概略図
【図２】Ｓｉウェハのノッチの研磨を説明するための図
【図３】本発明の第１の実施形態に係る粗削り研磨および仕上げ研磨に用いた研磨装置を示す概略図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る研磨を行ったベベル部およびエッジ部の表面形状を示す断面図
【図５】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の変形例を示す概略図
【図６】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置の研磨フィルムの配置例を示す図
【図７】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置において張力を有する部材を利用して研磨フィルムをベベル部およびエッジ部に押しつける方法を説明するための図
【図８】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置において変形可能な弾性体からなる押し付け部材を利用して研磨フィルムをベベル部およびエッジ部に押しつける他の方法を説明するための図
【図９】本発明の第１の実施形態に係る研磨装置において研磨フィルムをＳｉウェハの片面側ずつ接触させる構成を示す図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る研磨装置を示す概略図
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る研磨装置を示す概略図
【図１２】Ｒｕ膜を成膜したＳｉウェハを示す断面図
【図１３】本発明の第４の実施形態に係る研磨装置を示す概略図
【図１４】同研磨装置を用いて研磨したＳｉウェハの表面形状を示す断面図
【図１５】トレンチの形成方法を説明するための断面図
【図１６】図１５に続くトレンチの形成方法を説明するための断面図
【図１７】従来のトレンチの形成時に発生した針状突起の除去方法を説明するための断面図
【図１８】図１７に続く同針状突起の除去方法を説明するための断面図
【図１９】図１８に続く同針状突起の除去方法を説明するための断面図
【図２０】ベベル形状のタイプを説明するための断面図
【図２１】Ｓｉウェハのベベルに直線的部分がある場合に、研磨フィルムとＳｉウェハとの接触面における圧力のばらつきを改善する方法を説明するための断面図
【符号の説明】
１…ローラー
２，２ａ，２ｂ…研磨フィルム
３…薬液供給ノズル
４、４ａ…弾性体フィルム
５…押し当て板
６…放射状気体噴射ノズル
７…ノッチセンサ
８…ダイヤモンド砥石ホイール
８ａ…回転軸
９…クッション
２０…研磨紐
３０…放射状気体噴射ノズル
３１…接線方向気体噴射ノズル
４１…ローラー
４２…薬液供給ノズル
４３…研磨フィルムロール
４４…ロール
４５…洗浄液供給ノズル
５１…溝型の剛体
５２…部品
９０…Ｓｉウェハ
９１…シリコン窒化膜
９２…ＳｉＯ2 膜
９３…トレンチ
９４…針状突起
９５…レジスト
９６…凹凸
９７…シリコン窒化膜
９８…Ｒｕ膜

Claims (3)

  1. 少なくとも基板の上面に半導体素子を形成する工程と、
    少なくとも前記半導体素子の一部が形成された状態で前記基板の周縁部を研磨する工程とを有し、
    前記基板の周縁部を研磨する工程は、
    前記基板の周縁部に研磨面が接触するように研磨フィルムを配置し、
    前記基板の上面と底面とに対して夫々所定の角度で前記研磨フィルムを前記基板の周縁部に押し付けるために、溝型の部品にその両端部が取り付けられた弾性体フィルムを用いて、前記基板の周縁部を前記研磨フィルムと前記弾性体フィルムとともに前記溝型の部品の溝内に押し込み、このときに引き伸ばされた弾性体フィルムを前記基板の周縁部に前記研磨フィルムを介して押し付けて前記弾性体フィルムと前記基板の周縁部との間に前記研磨フィルムが挟持されるように前記弾性体フィルムおよび溝型の部品を配置し、
    前記引き伸ばされた弾性体フィルムが前記研磨フィルムを介して前記基板の周縁部に押し付けられたときに前記弾性体フィルムに張力が発生されることを特徴とする、半導体装置の製造方法。
  2. 基板の周縁部に接触するように配置される研磨面を有する研磨フィルムと、
    両端部を有し、この両端部の間で前記基板の上面と底面とに対して夫々所定の角度で前記研磨フィルムを前記基板の周縁部に押し付けるように配置される弾性体フィルムと、
    前記弾性体フィルムの両端部が取り付けられる溝型の部品からなり、
    前記基板の周縁部が前記研磨フィルムと弾性体フィルムとともに前記溝型の部品における溝内に押し込まれたときに前記基板の周縁部と前記溝の内側面との間に前記研磨フィルムと弾性体フィルムとが挟持されるように配置される押し付け部材と、
    を具備し、前記基板の周縁部が前記研磨フィルムと弾性体フィルムとともに前記押し付け部材の溝内に押し込まれたときに前記弾性体フィルムに張力が発生して前記研磨フィルムに押し付けられることを特徴とする、研磨装置。
  3. 前記基板上に気流を吹き付ける手段および前記基板上に液体を流す手段の少なくとも一方をさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
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