JP4824976B2 - 半導体ウェハの研磨方法 - Google Patents
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Description
この特許文献1に記載のものは、バッファタンクに、未使用スラリー供給ユニットから供給される新規なスラリーと、再生ユニットから供給される濾過後の再生スラリーが供給される。そして、バッファタンクに貯留された研磨スラリーは、各研磨部に接続され各々独立に制御可能なポンプによって、各研磨部に供給される。
しかしながら、このような仕上げスラリー調合液を用いて仕上げ研磨した場合、仕上げスラリー調合液に存在する異物により、半導体ウェハに多数の微小な突起状欠陥が生じてしまうおそれがあるという問題点が挙げられる。
しかし、乾燥シリカを除去するために仕上げスラリー原液をフィルタにより濾過すると、水溶性高分子剤の影響で凝集して生成される粒子径が大きいシリカによりフィルタの目詰まりが早く、乾燥シリカ以外のシリカを除去してしまう。このため、仕上げスラリー原液の比重が下がり、研磨能力が著しく損なわれる。
本発明は、このような知見に基づいて案出されたものである。
研磨スラリー原液に超音波を与えることで、この研磨スラリー原液に含まれる例えば水溶性高分子剤などの影響により凝集して生成される粒子径が大きいシリカを分散させることが可能となる。そして、このシリカを分散させた研磨スラリー原液をフィルタで濾過することにより、フィルタの目詰まりが抑制され、シリカの結晶体(乾燥シリカ)を選択的に除去可能となる。このため、研磨スラリーの比重の低下を抑えられ、研磨能力の著しい低下を招くことがない。
また、超音波および濾過を用いて、研磨スラリーを、Si/O組成比が50wt%〜60wt%/40wt%〜50wt%、弾性率が1.4×1010Pa以上、粒径が1μm以上のシリカ、すなわち粒径が1μm以上の乾燥シリカが1000個/ml以下となる状態に調整するので、仕上げ研磨工程で発生する微小欠陥数を所定数以下に抑制可能となる。
よって、半導体ウェハを良好に研磨可能となる。
このような発明によれば、超音波付与手順にて、研磨スラリー原液の温度を40度以下に維持した状態で超音波を与えるため、熱による研磨スラリー原液に含まれるアルカリ液の蒸発を確実に抑えた状態で、水溶性高分子剤などの影響により生成される粒子径が大きいシリカを分散させることが可能となる。
このような発明によれば、濾過手順にて、超音波が与えられてからの経過時間が3時間以内の研磨スラリー原液を濾過するので、分散されたシリカが水溶性高分子剤の影響により再凝集する前に濾過可能となり、より確実にフィルタの目詰まりを抑制可能となる。
図1は、本発明に係る半導体ウェハWの研磨装置100の概略構成を示すブロック図である。
研磨装置100は、シリカを含む研磨スラリーを用いて、直径寸法が200mmの半導体ウェハWの表面を複数段階的に研磨する装置である。具体的には、研磨装置100は、半導体ウェハWを1次研磨、2次研磨、仕上げ研磨する装置である。なお、直径寸法が200mm以外の半導体ウェハWを対象とした研磨装置100としてもよい。
この研磨装置100は、図1に示すように、粗研磨原液供給部110と、粗研磨調合液供給部120と、スラリー調整部130と、研磨部140と、回収部150と、を備える。ここで、以下において、1次研磨および2次研磨をまとめて説明する際には、粗研磨と称して説明する。
この粗研磨原液供給部110の内部空間には、粗研磨に用いられる研磨スラリーの原液(以下、粗研磨スラリー原液と称す)が貯蔵される。そして、粗研磨原液供給部110は、内部空間に貯蔵された粗研磨スラリー原液を、粗研磨調合液供給部120に適宜供給する。
この粗研磨調合液供給部120は、粗研磨原液供給部110から供給される粗研磨スラリー原液を適宜貯蔵する。そして、この粗研磨スラリー原液に純水を調合して1次研磨および2次研磨に用いる研磨スラリーの調合液(以下、粗研磨スラリー調合液と称す)を生成し、この粗研磨スラリー調合液を1次研磨部141や2次研磨部142へ供給する。
また、粗研磨調合液供給部120は、1次研磨部141や2次研磨部142での粗研磨に利用され回収部150から供給される後述する粗研磨スラリー回収濾過液を適宜貯蔵して、粗研磨スラリー調合液として1次研磨部141や2次研磨部142へ適宜供給する。
この仕上げ原液供給部131の内部空間には、仕上げ研磨に用いられ、図6に示すような粒度分布の研磨スラリーの原液(以下、仕上げスラリー原液と称す)が貯蔵される。また、仕上げ原液供給部131には、詳しくは後述するが超音波照射部132により超音波が与えられる。
そして、仕上げ原液供給部131は、超音波照射部132により超音波が与えられた例えば直後に、内部空間に貯蔵された仕上げスラリー原液を仕上げ濾過液供給部133に供給する。
載置部132Aは、仕上げ原液供給部131を載置可能な構成を有している。
照射処理部132Bは、載置部132Aを超音波で振動させ、この載置部132Aに載置された仕上げ原液供給部131中の仕上げスラリー原液に、例えば15kHzの超音波を所定時間与える処理をする。
ここで、仕上げスラリー原液に与える超音波としては、MHz単位の超音波を適用すると水溶性高分子剤などの影響により凝集したシリカを分散させることができないため、kHz単位の超音波を適用することが好ましい。また、仕上げスラリー原液の温度が40度よりも高くなると、仕上げスラリー原液に含まれるアルカリ液を蒸発してしまうおそれがあるため、仕上げスラリー原液の温度を40度以下に維持した状態で超音波を与える構成が好ましい。
これらのことから、照射処理部132Bにて、仕上げスラリー原液に15kHzの超音波を与える構成としている。
この仕上げ濾過液供給部133は、仕上げ原液供給部131から供給され超音波が与えられた直後の仕上げスラリー原液を、仕上げフィルタ134で例えば4回濾過させる状態に循環させることにより、粒径が1μm以上の乾燥シリカが1000個/ml以下となる状態に調整して、仕上げスラリー濾過液として貯蔵する。そして、この4回濾過された仕上げスラリー濾過液を研磨仕上げ液供給部135へ供給する。
なお、濾過する回数としては、4回に限らず、粒径が1μm以上の乾燥シリカが1000個/ml以下となる状態に調整可能な回数であれば、3回以下あるいは5回以上とする構成としてもよい。
この仕上げフィルタ134は、粒径が5μm以上の固形分の捕捉効率が99.99%以上の能力を有している。
この仕上げフィルタ134としては、デプスフィルタ、メンブレンフィルタなど、液体を濾過可能ないずれのフィルタを適用できる。
この研磨仕上げ液供給部135は、仕上げ濾過液供給部133から供給される仕上げスラリー濾過液を適宜貯蔵する。そして、この仕上げスラリー濾過液に純水を調合して、研磨スラリー仕上げ液を生成し、仕上げ研磨部143へ適宜供給する。
1次研磨パッドは、半導体ウェハWを1次研磨する状態にポリウレタン樹脂が含浸された構成を有している。
1次研磨液供給部は、粗研磨調合液供給部120に接続され、この粗研磨調合液供給部120からの粗研磨スラリー調合液を1次研磨パッドに供給する。
1次研磨保持部は、搬送部により搬送される半導体ウェハWを保持する。
1次排出部は、回収部150に接続され、この回収部150に1次研磨で利用した粗研磨スラリー調合液を排出する。
この1次研磨部141は、1次研磨パッドにより、1次研磨液供給部から供給される粗研磨調合液供給部120からの粗研磨スラリー調合液を利用して、1次研磨保持部で保持された半導体ウェハWを1次研磨するとともに、利用済みの粗研磨スラリー調合液を回収部150へ排出する。
この2次研磨部142は、2次研磨パッドにより、2次研磨液供給部から供給される粗研磨スラリー調合液を利用して、2次研磨保持部で保持された半導体ウェハWを2次研磨するとともに、2次排出部により利用済みの粗研磨スラリー調合液を回収部150へ排出する。
仕上げ研磨液供給部は、スラリー調整部130に接続され、このスラリー調整部130からの研磨スラリー仕上げ液を仕上げ研磨パッドに供給する。
この仕上げ研磨部143は、仕上げ研磨パッドにより、仕上げ研磨液供給部から供給されるスラリー調整部130からの研磨スラリー仕上げ液を利用して、仕上げ研磨保持部で保持された半導体ウェハWを仕上げ研磨する。
この回収装置151は、研磨部140で利用済みの粗研磨スラリー調合液を適宜貯蔵して、研磨スラリー回収液として回収フィルタ152へ適宜供給する。
この回収フィルタ152は、濾過により回収装置151からの研磨スラリー回収液に含まれる所定サイズ以上の固形分を除去して、研磨スラリー回収濾過液として粗研磨調合液供給部120へ供給する。
この回収フィルタ152としては、仕上げフィルタ134と同様の構成が適用できる。
次に、上述した研磨装置100の動作として、半導体ウェハWの研磨処理を説明する。
まず、半導体ウェハWの研磨処理として、1次研磨工程を説明する。
そして、粗研磨調合液供給部120は、粗研磨原液供給部110から供給される粗研磨スラリー原液を調合して粗研磨スラリー調合液を生成し、1次研磨部141へ供給する。また、粗研磨調合液供給部120は、回収部150から供給される研磨スラリー回収濾過液を、粗研磨スラリー調合液として1次研磨部141へ供給する。
この後、1次研磨部141は、粗研磨調合液供給部120からの粗研磨スラリー調合液により半導体ウェハWを1次研磨するとともに、利用済みの粗研磨スラリー調合液を回収部150へ排出する。
次に、半導体ウェハWの研磨処理として、2次研磨工程を説明する。
そして、粗研磨調合液供給部120は、1次研磨工程と同様の処理を実施して、粗研磨スラリー調合液を2次研磨部142へ供給する。
この後、2次研磨部142は、粗研磨スラリー調合液により半導体ウェハWを2次研磨するとともに、利用済みの粗研磨スラリー調合液を回収部150へ排出する。
次に、半導体ウェハWの研磨処理として、スラリー調整工程を説明する。
研磨装置100は、スラリー調整部130の超音波照射部132にて、仕上げ原液供給部131に貯蔵された仕上げスラリー原液に超音波を与える超音波付与手順を実施する。そして、仕上げ原液供給部131にて、超音波付与手順が終了した直後に、仕上げスラリー原液を仕上げ濾過液供給部133に供給する。
この後、仕上げ濾過液供給部133にて、仕上げスラリー原液を仕上げフィルタ134で4回濾過させる濾過手順を実施して、仕上げスラリー濾過液として研磨仕上げ液供給部135へ供給する。そして、研磨仕上げ液供給部135にて、粒径が1μm以上の乾燥シリカが1000個/ml以下となる状態に調整された仕上げスラリー濾過液を調合して研磨スラリー仕上げ液を生成し、仕上げ研磨部143へ供給する。
次に、半導体ウェハWの研磨処理として、仕上げ研磨工程を説明する。
そして、仕上げ研磨部143は、スラリー調整部130からの研磨スラリー仕上げ液により半導体ウェハWを仕上げ研磨する。
上述した一実施形態によれば、以下の作用効果がある。
(1)研磨装置100は、スラリー調整部130におけるスラリー調整工程にて、仕上げスラリー原液に超音波を与え、この超音波を与えた仕上げスラリー原液を仕上げフィルタ134で濾過することにより、粒径が1μm以上の乾燥シリカ、すなわちSi/O組成比が50wt%〜60wt%/40wt%〜50wt%、弾性率が1.4×1010Pa以上、粒径が1μm以上のシリカが1000個/ml以下となる状態に調整した研磨スラリー仕上げ液を生成する。そして、仕上げ研磨部143における仕上げ研磨工程にて、スラリー調整部130から供給される研磨スラリー仕上げ液を利用して半導体ウェハWを仕上げ研磨する。
このため、仕上げスラリー原液に超音波を与えることで、この仕上げスラリー原液に含まれる水溶性高分子剤などの影響により凝集して生成される粒子径が大きいシリカを分散させることができる。そして、このシリカを分散させた仕上げスラリー原液を仕上げフィルタ134で濾過することにより、仕上げフィルタ134の目詰まりが抑制され、乾燥シリカを選択的に除去できる。したがって、研磨スラリー仕上げ液の比重の低下を抑えられ、研磨能力の著しい低下を招くことがない。
また、仕上げ研磨工程にて、超音波および濾過を用いて、仕上げスラリー原液を、Si/O組成比が50wt%〜60wt%/40wt%〜50wt%、弾性率が1.4×1010Pa以上、粒径が1μm以上のシリカ、すなわち粒径が1μm以上の乾燥シリカが1000個/ml以下となる状態に調整した研磨スラリー仕上げ液を生成するので、この研磨スラリー仕上げ液を仕上げ研磨工程で用いた際に発生する微小欠陥数を所定数以下に抑制できる。
よって、半導体ウェハWを良好に研磨できる。
このため、熱による仕上げスラリー原液に含まれるアルカリ液の蒸発を確実に抑えた状態で、水溶性高分子剤などの影響により生成される粒子径が大きいシリカを分散させることができる。
このため、超音波により分散されたシリカが水溶性高分子剤の影響により再凝集する前に濾過でき、より確実に仕上げフィルタ134の目詰まりを抑制できる。
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
また、濾過手順にて、超音波が与えられてから所定時間経過した仕上げスラリー原液を濾過する構成としてもよい。ここで、超音波が与えられてからの経過時間が3時間以内のものを濾過する構成とすれば、上記実施形態と同様に超音波により分散されたシリカが水溶性高分子剤の影響により再凝集する前に濾過でき、より確実に仕上げフィルタ134の目詰まりを抑制できるが、3時間以上経過したものを濾過する構成としてもよい。
また、例えば液中パーティクルカウンタにて仕上げフィルタ134で濾過後の仕上げスラリー原液中の乾燥シリカ数を測定し、この測定結果に基づいて更に濾過する処理あるいは仕上げ研磨部143へ供給する処理を実施する構成としてもよい。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
図2は、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液および超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の濾過回数と、これら研磨スラリー仕上げ液に含まれる乾燥シリカの個数と、の関係を示すグラフである。図3は、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液および超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の濾過回数と、これら研磨スラリー仕上げ液の比重と、の関係を示すグラフである。図4は、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液および超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の濾過回数と、これら研磨スラリー仕上げ液を用いた仕上げ研磨での研磨レートと、の関係を示すグラフである。図5は、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液の濾過回数、および、この研磨スラリー仕上げ液を用いた仕上げ研磨で発生した微小欠陥数の関係を示すグラフである。
まず、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液および超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の濾過回数と、これら研磨スラリー仕上げ液に含まれる乾燥シリカの個数と、の関係について説明する。
15kHzの超音波(US)を所定時間照射した仕上げスラリー原液を、仕上げフィルタ134で所定回数濾過して研磨スラリー仕上げ液を生成した。そして、1mlあたりに存在する1μm以上の乾燥シリカの個数を計数した。また、超音波を照射しない仕上げスラリー原液を調合して研磨スラリー仕上げ液を生成し、同様に乾燥シリカの個数を計数した。
具体的には、ホルダ(Whatman社製、商品名:Swin-Lok Holder 25mm)の下部に、メッシュサイズ3μmのメンブレンフィルタ(Whatman社製、商品名:NucleporeTrack-EtchMembrane)をセットして、注射器で1ml〜5mlの各研磨スラリー仕上げ液をホルダに注入する。そして、注射器で20mlの水をホルダに注入してメンブレンフィルタを洗浄する処理を3回実施して、この洗浄したメンブレンフィルタをSEM(走査電子顕微鏡)で観察して、1μm以上の乾燥シリカの個数を計数した。また、液中パーティクルカウンタ(Rion社製、商品名:KS71)を用いて、各研磨スラリー仕上げ液に含まれる1μm以上の乾燥シリカの個数を計数した。
図2に示すように、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液の場合、濾過回数が10回までは濾過回数が増えるに従って乾燥シリカの個数が減少することが確認された。また、濾過回数が10回以上の場合、濾過回数が増えても乾燥シリカの個数があまり減少しないことが確認された。特に、濾過を4回実施すれば、乾燥シリカの個数を1000個以下にできることが確認された。
さらに、超音波照射により水溶性高分子剤の影響で凝集して生成されるサイズが大きいシリカを分散させるため、捕捉するシリカのサイズを小さくでき、濾過回数が50回の場合であっても仕上げフィルタ134に目詰まりが生じずに、濾過可能であることが確認された。
一方、超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の場合、超音波照射ありの場合と同様に濾過回数が10回までは濾過回数が増えるに従って乾燥シリカの個数が減少することが確認された。
また、超音波を照射していないため、水溶性高分子剤の影響で凝集して生成されるサイズが大きいシリカが捕捉され、濾過回数が10数回となった時点で仕上げフィルタ134に目詰まりが生じ、濾過不可能な状態になることが確認された。
次に、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液および超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の濾過回数と、これら研磨スラリー仕上げ液の比重と、の関係について説明する。
15kHzの超音波を所定時間照射した仕上げスラリー原液を、仕上げフィルタ134で所定回数濾過して研磨スラリー仕上げ液を生成した。そして、比重を比較した。また、超音波を照射しない仕上げスラリー原液を調合して研磨スラリー仕上げ液を生成し、同様に比重を比較した。
図3に示すように、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液の場合、上述したように超音波照射により捕捉するシリカのサイズを小さくできるため、濾過回数に対する比重の減少割合が小さいことが確認された。
一方、超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の場合、上述したようにサイズが大きいシリカが捕捉されるため、濾過回数に対する比重の減少割合が超音波照射ありの場合と比べて大きいことが確認された。
次に、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液および超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の濾過回数と、これら研磨スラリー仕上げ液を用いた仕上げ研磨での研磨レートと、の関係について説明する。
15kHzの超音波を所定時間照射した仕上げスラリー原液を、仕上げフィルタ134で所定回数濾過して研磨スラリー仕上げ液を生成した。そして、これらを用いた半導体ウェハWの仕上げ研磨処理を実施して、研磨レートを比較した。また、超音波を照射しない仕上げスラリー原液を調合して研磨スラリー仕上げ液を生成し、同様に研磨レートを比較した。
図4に示すように、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液の場合、上述したように濾過回数に対する比重の減少割合が小さいため、濾過回数に対する研磨レートの減少割合が小さいことが確認された。
一方、超音波照射なしの研磨スラリー仕上げ液の場合、上述したように濾過回数に対する比重の減少割合が大きいため、濾過回数に対する研磨レートの減少割合が超音波照射ありの場合と比べて大きいことが確認された。
次に、超音波照射ありの研磨スラリー仕上げ液の濾過回数、および、この研磨スラリー仕上げ液を用いた仕上げ研磨で発生した微小欠陥数の関係について説明する。
15kHzの超音波を所定時間照射した仕上げスラリー原液を、仕上げフィルタ134で所定回数濾過して研磨スラリー仕上げ液を生成した。そして、これらを用いた半導体ウェハWの仕上げ研磨処理を実施して、1枚あたりの微小欠陥数を比較した。
図5に示すように、1枚あたりの微小欠陥数は、濾過回数が10回までは濾過回数が増えるに従って減少することが確認された。また、濾過回数が10回以上の場合、濾過回数が増えても微小欠陥数があまり減少しないことが確認された。特に、濾過を4回実施すれば、微小欠陥数を10個以下にできることが確認された。
W・・・半導体ウェハ
Claims (3)
- 研磨スラリー原液を所定の状態に調整して、研磨スラリーを得るスラリー調整工程と、
このスラリー調整工程で得られた前記研磨スラリーを用いて仕上げ研磨する仕上げ研磨工程と、を備え、
前記研磨スラリー原液には、当該研磨スラリー原液が乾燥することで形成され、Si/O組成比が50wt%〜60wt%/40wt%〜50wt%、かつ弾性率が1.4×1010Pa以上であるシリカの結晶体が含まれ、
前記スラリー調整工程は、
前記研磨スラリー原液に超音波を与える超音波付与手順と、
この超音波付与手順で超音波が与えられた前記研磨スラリー原液をフィルタで濾過する濾過手順と、を有し、
粒径が1μm以上のシリカの結晶体が1000個/ml以下となる状態に前記研磨スラリー原液を調整して前記研磨スラリーを得る
ことを特徴とする半導体ウェハの研磨方法。 - 請求項1に記載の半導体ウェハの研磨方法であって、
前記超音波付与手順は、前記研磨スラリー原液の温度を40度以下に維持した状態で超音波を与える
ことを特徴とする半導体ウェハの研磨方法。 - 請求項1または請求項2に記載の半導体ウェハの研磨方法であって、
前記濾過手順は、前記超音波付与手順で超音波が与えられてからの経過時間が3時間以内の前記研磨スラリー原液を濾過する
ことを特徴とする半導体ウェハの研磨方法。
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