JPH11251275A - 研磨装置、研磨装置用の洗浄装置、研磨・洗浄方法並びに配線部の作製方法 - Google Patents

研磨装置、研磨装置用の洗浄装置、研磨・洗浄方法並びに配線部の作製方法

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JPH11251275A
JPH11251275A JP32842998A JP32842998A JPH11251275A JP H11251275 A JPH11251275 A JP H11251275A JP 32842998 A JP32842998 A JP 32842998A JP 32842998 A JP32842998 A JP 32842998A JP H11251275 A JPH11251275 A JP H11251275A
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cleaning
polishing
polished
pure water
unit
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JP32842998A
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Matsuomi Nishimura
松臣 西村
Kazuo Takahashi
一雄 高橋
Minokichi Ban
箕▲吉▼ 伴
Atsushi Ikeda
敦 池田
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 Kに代表されるアルカリ金属を効率よく除去
できる研磨装置、被研磨体の洗浄方法、及び半導体や電
気光学デバイスの配線部の作製方法の提供。 【解決手段】 被研磨体を研磨する為の研磨ユニット2
と、研磨後の被研磨体を洗浄する為の洗浄ユニット3
と、を一体的に有する研磨装置1において、該研磨ユニ
ット及び該洗浄ユニットは外部雰囲気から内部雰囲気を
隔離する為の隔離手段4を有しており、前記洗浄ユニッ
トは、温純水を該被研磨体に接触させて洗浄する為の洗
浄手段5を有していることを特徴とする。洗浄方法は、
該研磨装置で研磨した被研磨体を乾燥させることなく、
温純水を該被研磨体に接触させて洗浄することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、DRAM等の半導
体メモリー、マイクロプロセッサーに代表される半導体
デバイスの配線部の作製工程、又は、液晶表示素子やプ
ラズマ表示素子に代表される電気光学デバイスの配線部
の作製工程に用いられる研磨装置及びそれに用いられる
研磨・洗浄方法並びに配線部の作製方法の技術分野に属
する。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの配線部の作製工程を例
に挙げて説明する。
【0003】フォトリソグラフィーの露光における焦点
深度の問題や、半導体デバイス用の被膜の段差被覆性を
改善するために、最近の半導体デバイス、電気光学デバ
イスの作製工程にCMP(化学機械研磨法)が採用され
始めている。
【0004】図14は、半導体装置の作製法を示す模式
図である。
【0005】ゲート電極等を構成する多結晶シリコンや
シリサイドの下層配線101が形成された半導体ウエハ
100上にプラズマCVD法により酸化シリコン膜10
2を形成する。形成された酸化シリコン膜は下地の配線
に応じてその表面に凹凸がみられる。(工程PAS1)
ポリウレタン製の研磨パッドと、KOH水溶液に酸化シ
リコンの微粒子を分散させた研磨剤で、ウエハの表面の
酸化シリコン膜を研磨して凹凸を平坦化する。(工程P
AS2)その後、酸やアルカリの薬液洗浄やブラシ洗浄
を行う。
【0006】こうして、平坦化された酸化シリコン膜上
にホトレジストを塗布し、KrFエキシマレーザーを用
いてホトレジストを露光しホトレジストにコンタクトホ
ール形成用のパターン像を形成し、現像してホトレジス
トパターンを形成する。
【0007】このホトレジストパターンをマスクにして
RIE(反応性イオンエッチング)を行い、コンタクト
ホール103を形成する。(工程PAS3)その後、ホ
トレジストを剥離して、コンタクトホール内及び酸化シ
リコン膜上にシリコンを含むアルミニウム膜105を形
成する。(工程PAS4)この工程を繰返すことで多層
配線が得られる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、最近の
半導体デバイスの製造工程で付着した物質のうちあるも
のは上述した洗浄方法では除去できないことが判明し
た。
【0009】例えば、上記CMP工程では、水酸化カリ
ウム(KOH)水溶液のようなカリウム(K)を含む処
理剤に酸化シリコン等の研磨粒子を分散させた研磨液を
用いる。そして、この研磨液中のKが被研磨面となる層
間絶縁膜に付着すると、硫酸を含む過酸化水素水やアン
モニアを含む過酸化水素水を用いての薬液洗浄では除去
できない。勿論ブラシ洗浄でも無理であった。
【0010】本発明の目的は、Kに代表されるアルカリ
金属を効率よく除去できる研磨装置及び研磨方法並びに
配線部の作製方法を提供することにある。
【0011】本発明の別の目的は、硫酸等の高濃度の薬
液を用いることなく、Kに代表されるアルカリ金属の除
去が可能な簡単な研磨装置及び研磨方法並びに配線部の
作製方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の研磨装置は、被
研磨体を研磨剤を用いて研磨する為の研磨ユニットと、
研磨後の被研磨体を洗浄する為の洗浄ユニットと、を一
体的に有する研磨装置において、該研磨ユニット及び該
洗浄ユニットは外部雰囲気から内部雰囲気を隔離する為
の隔離手段を有しており、前記洗浄ユニットは、温純水
を該被研磨体に接触させて洗浄する為の洗浄手段を有し
ていることを特徴とする。
【0013】該洗浄ユニットは、温純水洗浄後、被研磨
体を乾燥させる乾燥手段を有することができる。
【0014】該研磨ユニット及び該洗浄ユニットには排
気口が設けられ、内部雰囲気を外部雰囲気より負圧に維
持する為の手段を有することができる。
【0015】該研磨ユニットでは、Kを含む研磨剤を用
いて研磨を行うことができる。
【0016】洗浄ユニットの有する該洗浄手段は、純水
を80℃以上に加熱する加熱手段を有することができ
る。
【0017】該洗浄手段で使用する温純水に、0.8M
Hz以上10MHz以下の超音波を付与する為の超音波
付与手段を、該洗浄ユニットは有することができる。
【0018】該温純水は、更にオゾンを含むようにする
ことができる。
【0019】該洗浄ユニットは、該被研磨体に接触させ
て物理的に異物を除去する洗浄部材を有することができ
る。
【0020】また、本発明の被研磨体の研磨・洗浄方法
は、被研磨体を研磨する為の研磨ユニットと、研磨後の
被研磨体を洗浄する為の洗浄ユニットと、を一体的に有
する研磨装置を用いて、被研磨体を研磨剤を用いて研磨
した後、該被研磨体を乾燥させることなく、温純水又は
水蒸気を該被研磨体に接触させて洗浄する工程を含むこ
とを特徴とする。
【0021】該洗浄方法に於いて、該研磨剤はカリウム
を含むことができる。
【0022】該洗浄方法に於ける該被研磨体はプラズマ
処理された表面を有するものであることができる。
【0023】該洗浄方法で使用する該温純水を、80℃
以上に加熱して該被研磨体に接触させて洗浄することが
できる。
【0024】該洗浄方法で使用する該温純水には0.8
MHz以上10MHz以下の超音波を付与することがで
きる。
【0025】該洗浄方法に於ける該被研磨体は、配線部
が形成されつつある電子デバイス作製用基板であること
ができる。
【0026】また、上記本発明の被研磨体の洗浄方法に
よる洗浄を行なったのち、本発明の洗浄方法は、更に前
記研磨装置の外部で、オゾンを含む超純水を用いた第1
の洗浄工程と、フッ酸と過酸化水素と界面活性剤を含む
液体を用い100KHz以上の超音波を付与して洗浄を
行う第2の洗浄工程と、オゾンを含む超純水を用い10
0KHz以上の超音波を付与して洗浄を行う第3の洗浄
工程と、フッ酸を含む液体を用いて洗浄を行う第4の洗
浄工程と、超純水と100KHz以上の超音波を付与し
て洗浄を行う第5の洗浄工程と、を行うことができる。
【0027】更に、本発明の配線部の作製方法は、絶縁
膜の形成工程、該絶縁膜の平坦化工程、該絶縁膜への開
孔形成工程、該開孔への導電体の充填工程、該絶縁膜上
への導電膜の形成工程とを含む配線部の作製方法におい
て、該絶縁膜の形成工程はプラズマ処理法又はCVD法
による絶縁体の堆積工程を含み、該平坦化工程はカリウ
ムを含む研磨剤を用いた研磨工程と、研磨後の被研磨面
を乾燥させることなく温純水を該被研磨面に接触させて
洗浄する洗浄工程とを含むことを特徴とする。
【0028】更に、本発明は絶縁膜の形成工程、該絶縁
膜に溝を形成する溝形成工程、少なくとも該溝内に導電
体を形成する導電体形成工程、該導電体の一部を除去す
る除去工程、を含む配線部の作製方法において、該絶縁
膜の形成工程は、プラズマ処理法又はCVD法による絶
縁体の形成工程を含み、該除去工程は、カリウムを含む
研磨剤を用いた研磨工程と、研磨後の被研磨面を乾燥さ
せることなく温純水を該被研磨面に接触させて洗浄する
洗浄工程とを含むことを特徴とする。
【0029】更に本発明は、基体上に、プラズマ処理法
又はCVD法により絶縁膜を形成する工程、該絶縁膜又
は該絶縁膜上に形成された導電体或いは該絶縁膜の溝に
形成された導電体を研磨剤を用いて研磨する工程、該研
磨の後、該絶縁膜の表面を乾燥させることなく、温純水
を該表面に接触させて洗浄する工程、を含む。
【0030】そして、前記温純水は、前記研磨装置外か
ら供給されてもよい。
【0031】又、前記温純水は、前記研磨装置が設置さ
れた工場の配管より供給されてもよい。
【0032】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。
【0033】図1は本発明の好適な実施の形態による研
磨装置を示す模式図である。この研磨装置1は、被研磨
体Wを研磨剤SLYを用いて研磨する為の研磨ユニット
2と、研磨後の被研磨体Wを洗浄する為の洗浄ユニット
3と、を一体的に有している。そして、該研磨ユニット
2及び該洗浄ユニット3は低湿度でクリーン度の高い外
部雰囲気から高湿度でクリーン度の低い内部雰囲気を隔
離する為の隔壁からなる隔離手段4を有しており、前記
洗浄ユニット3は、温純水HPWを該被研磨体Wに供給
し接触させて洗浄する為の洗浄手段5を有していること
を特徴とする。
【0034】6はポリウレタンや不織布等の研磨パッド
8を保持し自転する研磨プラテン、7は被研磨体Wとし
ての半導体ウエハ等を保持し回転するホルダー、9は研
磨剤SLYを研磨パッド8上に供給するノズルを有する
研磨剤供給手段である。研磨ユニット2内部は隔壁4に
より外部雰囲気とは隔離されており、排気口10によっ
て大気圧より若干負圧になるように排気されている。1
1は研磨剤の廃液回収口であり、11aは研磨剤の廃液
受けである。
【0035】12は洗浄廃液の回収口、13は研磨後の
ウエハWを保持し回転するホルダーである。洗浄液はノ
ズル14と加熱手段としての発熱体15を有する洗浄手
段5から、昇温されて供給される。洗浄液の廃液は回収
口12より回収される。洗浄ユニット3内部も隔壁4に
よって外部雰囲気と隔離されている。研磨ユニット2の
排気口11からの減圧により、開口16を介して洗浄ユ
ニット内も若干負圧になる。17は装置外部のクリーン
ルーム側におかれたウエハWを出し入れする搬入搬出口
に設けられたシャッターである。装置1内では不図示の
ウエハ搬送アームによりウエハを搬送する。
【0036】研磨動作について説明する。搬入搬出口付
近に研磨すべきウエハWを置いてシャッター17を開け
る。不図示の搬送アームがウエハWを装置1内に搬入
し、研磨ユニット2内に移送しホルダー7の下面に被研
磨面を下に向けて取り付ける。研磨パッド8が貼り付け
られたプラテン6を10〜100rpmで自転させなが
ら、供給手段9よりK(カリウム)等のアルカリ金属を
含む水溶液に酸化シリコンの微粒子を分散させた研磨剤
を供給する。自転可能なホルダー7を下方に移動させて
研磨パッド8の表面にウエハの被研磨面を押し付ける。
この時プラテンは自転しているので、研磨パッドの微細
な気泡に保持された研磨粒子によりウエハが研磨され
る。研磨の実行時間やプラテンの駆動トルクを検出する
などして所定の時間が経過するとホルダー7を上昇させ
てウエハWとパッド8とを離間させて研磨を終了させ
る。
【0037】次に、本発明の洗浄方法について、再び図
1を参照して述べる。
【0038】本発明の実施形態による研磨・洗浄方法
は、上述したとおり研磨剤SLYを用いて研磨した後、
該被研磨体Wを乾燥させることなく、即ち、被研磨体が
研磨剤でぬれたまま温純水HPWを該被研磨体Wに接触
させて洗浄する工程を含むことを特徴とする。
【0039】不図示のアームにより研磨後のウエハはホ
ルダー7より取り外され、高湿雰囲気下を開口16を介
して洗浄ユニット3内に移送されホルダー13上に上下
を反転させて載置される。ホルダー13は湿潤している
ウエハWを固定したまま自転する。この時、発熱体15
に通電がなされて洗浄液が80℃以上に加熱昇温されノ
ズル14からウエハの被研磨面上に吹き付けられる。こ
のようにして被研磨面に付着ないし吸着したKが除去さ
れる。図1の装置のように隔離手段により比較的低湿度
の外部雰囲気より内部雰囲気が隔離され研磨ユニットと
洗浄ユニットが一体的に集積されている為、ウエハを乾
燥させずに温純水で洗浄できる。
【0040】以下、温純水によるKの除去作用について
述べる。
【0041】(K含有被研磨剤による被研磨体へのK付
着)図2は、K含有液への浸漬時間と物品へのK付着濃
度との関係を示すグラフである。
【0042】試料としてシリコンの有機化合物であるテ
トラエトキシシラン(TEOS)をもちいたプラズマC
VDによりノンドープの酸化シリコン膜を、シリコンウ
エハ上に被膜した試料を用意した。一方、KOHを5.
6×10−3重量%含む水溶液を用意した。その水溶液
に試料を浸して所定時間経た時のK濃度を測定した結果
が図2に示されている。
【0043】試料をこれらの水溶液に浸した瞬間にKは
1×1012atm/cmの濃度で試料に吸着し、そ
の後徐々に濃度が高くなり、1012から1013at
m/cmの濃度の範囲内で飽和する傾向がわかる。
【0044】K含有液のKOH濃度を56ppm、56
0ppm、5600ppm、5%と変えた水溶液を用い
て同様の実験を行った結果、何れの濃度でも10の12
乗オーダーのK付着が見られた。
【0045】また、シリコンウエハ(ベアウエハ)と、
シリコンウエハの表面を熱酸化させたものの2種の試料
を用意して同じK含有水溶液に浸した場合には、10分
経てもK付着は認められなかった。
【0046】ここで、Kの付着反応について考察する。
カチオン交換樹脂の反応を考えてみると、図3に示すと
おり、中和反応がある。これにならって、酸化シリコン
が化学量論比を満足していないとすると、図3に示すと
おりの予想される反応により非化学量論的な酸化シリコ
ンにKが付着するものと考えられる。
【0047】(温水洗浄によるK除去処理)次に、物品
に付着したKの除去方法について述べる。
【0048】図4は、各種溶液による物品洗浄後のK付
着濃度を棒グラフで示している。洗浄液として、0.5
重量%のHFと0.5重量%の過酸化水素とを含む80
℃の水溶液(FPM)と、硫酸と過酸化水素とを含む8
0℃の水溶液(SPM)と、80℃の超純水(HPW)
と、80℃のアンモニアと過酸化水素とを含む水溶液
(APM)と、の4つを用意した。また試料としてプラ
ズマCVDにより形成した酸化シリコン膜を有するシリ
コンウエハを1.0mol/lのKOH水溶液に10分
浸したものを用意した。洗浄前の試料のK付着濃度を測
定した後、それぞれの洗浄液中に10分間(FPMのみ
3分間)浸した。こうして各種の洗浄液による洗浄後の
K付着濃度を図4に示す。HPWのみが検出限界DL以
下にKを除去できていることがわかる。
【0049】比較例としてHPW以外の洗浄液によるK
除去の様子を図5に棒グラフで示す。用いた試料は上述
した実験と同様の工程で作製したプラズマCVDによる
酸化シリコンを有するシリコンウエハである。用いた洗
浄液は硫酸、塩酸、アンモニア水、オゾン含有水、硫酸
ナトリウム水溶液である。液温はいずれも室温である。
図5から明らかなように、これらの洗浄液ではKは十分
に除去できなかった。
【0050】図6は、プラズマCVDによる酸化シリコ
ン膜を形成したシリコンウエハをKF水溶液に10分間
浸してKを付着させた試料を、クリーニング液としての
0.05%のHF水溶液に浸したときのK付着濃度(線
グラフ)と酸化シリコン膜のエッチング量(棒グラフ)
とを示している。HF溶液に浸す時間が増すにつれてエ
ッチング量が増え、Kが付着した酸化シリコンがエッチ
ング除去されているにもかかわらず、K付着濃度がほと
んど低下していない。これは、広義の洗浄方法の一種で
あるエッチングではKを充分に除去できない、というこ
とを示す結果となっている。
【0051】図7は残留K濃度の洗浄液温依存性を棒グ
ラフで示している。試料として、プラズマCVDにより
形成した酸化シリコン膜を有するシリコンウエハを10
分間、1mol/lのKOH水溶液に浸したものを用意
した。洗浄液として、液温がそれぞれ30℃、40℃、
60℃、80℃、90℃の超純水を用意した。これら5
種の洗浄液に試料を浸した結果80℃及び90℃の超純
水の場合のみK含有量は10以下となった。図7には
示していないが、70℃でも10以下にはならない。
【0052】以上図2乃至7に示した実験結果から、物
品に付着したKの除去には80℃以上の液温の純水を用
いて洗浄することが望ましい。本発明では、80℃から
99℃、最適には80℃から95℃の液温の温純水を図
1に示すような装置をもちいて研磨後の被研磨体に接触
させることによりKを除去できる。
【0053】又、温純水を上記温度に加熱するとともに
0.8MHzから10MHzの超音波を付与したり、オ
ゾンを含有させることも好ましいものである。又、被研
磨体を自転させながら洗浄液を供給すること以外に、温
純水をためた液槽に被研磨体を浸す方法であってもよ
い。更に、温純水を供給しながら、ブラシや多孔質体で
被研磨面を物理的に洗浄してもよい。
【0054】(被研磨体)Kが付着し易い材料として
は、プラズマCVD法により800℃以下の温度で堆積
し、必要に応じて100℃〜450℃にて熱処理した化
合物絶縁体、或いはスパッタリング法により堆積し、必
要に応じて熱処理された化合物絶縁体が挙げられる。又
は酸素プラズマに基板の表面を晒すプラズマ処理により
形成し、必要に応じて熱処理された酸化物絶縁体等にも
Kは付着しやすい。或いは、熱酸化により形成された酸
化シリコンであっても、その後のプラズマエッチング等
により表面の少なくとも一部がプラズマ処理された絶縁
体にもKは付着しやすい。このような絶縁体は、多層配
線部の層間絶縁膜として使用されるために研磨が必須と
なる。具体的には、酸化シリコン、窒化シリコン、窒化
酸化シリコン等の非単結晶化合物であり、それらは必要
に応じて硼素や燐やフッ素がドープされたものであって
もよい。そしてこのようなプラズマ処理法により形成さ
れた化合物膜は化学量論的原子組成比を満足しない非化
学量論的な非単結晶化合物となっているものが多い。
又、熱CVDや光CVD等により堆積した膜もKを吸着
し易い。
【0055】上述した化合物絶縁体の膜が形成される基
板としては、Si、Ge、GaAs、InP等の単結晶
半導体ウエハ、石英基板、ガラス基板等である。
【0056】本発明に用いられる研磨剤としては、シリ
カ(SiO)、アルミナ(Al)、酸化セリウ
ム(CeO)等の、一次粒子径が1〜300nm程度、
二次粒子径が3〜1000nm程度の研磨粒子を分散媒
中に分散させたものが望ましい。分散媒としては、KO
HやKFe(CN)、酢酸カリウム等の、カリウム
を含む水溶液である。
【0057】図8は本発明に用いられる別の洗浄ユニッ
トを備えた研磨装置を示す図である。
【0058】この研磨装置1は2つの洗浄室31、32
と一つの乾燥室33とを有している。
【0059】搬入搬出口の近くのカセット21に置かれ
たウエハWは可動アーム20により隔壁4で隔離された
研磨装置内に搬入される。アーム20が移動してウエハ
Wをホルダー7の下面に取り付け、そして前述の図1の
装置と同様に研磨が行われる。この装置には、研磨パッ
ドのドレッシングないしコンディショニングの為の研磨
能力回復部材18とその支持アーム19が設けられてお
り、ウエハWの研磨と同時にパッド8のドレッシングな
いしコンディショニングがなされる。回復部材はナイロ
ンブラシや金属ブラシやダイヤモンドペレット等で構成
される。
【0060】研磨終了後は、可動アーム20によりホル
ダー7からウエハWを取り外し、第1の洗浄室31内の
ホルダー上にウエハを置く。図9に示すように第1の洗
浄室31は隔壁4により隔離された部屋の中にホルダー
22と物理洗浄部材としてのナイロン製のブラシ23が
配置されている。ホルダー22上に被研磨面を上に向け
て置かれたウエハWは、ブラシ23を回転させながらウ
エハ表面を移動させることにより洗浄され、ウエハ上の
研磨粒子が除去される。このときノズル27からは純水
が供給される。物理的洗浄部材はナイロン製のブラシの
他に、ポリビニルアルコール製のブラシやスポンジ等で
あってもよい。
【0061】洗浄室31にて洗浄されたウエハWはアー
ム20により取り出され次の洗浄室32内のホルダー1
3上に載置される。この洗浄室32は図1の洗浄ユニッ
ト3とほぼ同じ構成であり、発熱体15により80℃以
上に加熱された温純水からなる洗浄液がノズル14から
自転するウエハWに向けて吹きつけられる。この時メガ
ソニックと呼ばれる0.8MHzから10MHzの超音
波を付与してもよい。
【0062】洗浄室32での洗浄が終了したウエハは乾
燥室33に移送される。乾燥室33は加熱されたドライ
エアを吹き付けるノズル24と、発熱体26を有し自転
可能なテーブル25とを含む。ウエハは先に温純水で洗
浄されている為に昇温しているので、ここでの乾燥時間
は少なくてすむ。こうして複数回の洗浄工程と一回の乾
燥工程を経たウエハはアーム20により装置1外に搬出
され、もとのカセットに収容される。
【0063】この図9では、洗浄排液の回収口の図示は
省略されている。
【0064】より好ましくは、次にエッチング又は堆積
が行われる前に、研磨装置外で以下に述べる方法により
再度洗浄を行うことが望ましい。その洗浄方法のフロー
チャートを図10に示す。
【0065】先ず、有機物や金属からなる付着物を除去
すべく、ウエハを5ppmのオゾンを含有する超純水
(室温)で洗浄する(工程SS1)。
【0066】その後、自然酸化膜、パーチクル、金属を
除去する為に、0.5%のHFと0.1〜1.0%のH
とを含む水溶液に界面活性剤を添加した洗浄液に
0.95MHzの超音波を付与して室温でウエハを洗浄
する(工程SS2)。
【0067】更に、オゾン含有超純水に0.95MHz
の超音波を付与した室温の洗浄液で洗浄を行う(工程S
S3)。
【0068】次に、自然酸化膜の除去と水素によるシリ
コン表面のターミネーションを目的として、0.1%の
希ふっ酸(DHF)を用いて室温でウエハを洗浄する
(工程SS4)。
【0069】最後に、ウエハを超純水中に浸し、0.9
5MHzの超音波を与えて洗浄する(工程SS5)。こ
の工程では超純水を80℃以上に加熱してもよい。
【0070】図11は本発明の別の研磨装置を示す。図
1と同符号の個所は、図1の装置と同じ構成である。図
11の装置では、温純水は装置1の外で作られる。
【0071】44は研磨装置1が設置される工場或いは
工場内のクリーンルームに設けられた温水器であり、ヒ
ーター15によって80℃を越える温純水が作られる。
【0072】補給管45の先には不図示の純水を溜める
液槽がある。
【0073】研磨装置外の温純水供給用の配管43を通
して、温純水が研磨装置1に供給される為、工場やクリ
ーンルーム内に複数の研磨装置1を設置して研磨・洗浄
を行う場合に、この方法は特に有効である。
【0074】42は継ぎ手、41はバルブである。
【0075】又、図11に示したような温純水供給系
(43、44、45)は、図8、図9に示す装置に採用
することもできる。
【0076】以上、説明した本発明の装置では、温純水
に代えて水蒸気を用いることもできる。
【0077】即ち、洗浄手段として、80℃〜100℃
に加熱された液槽内の水の水面の上方に研磨後の被研磨
体を配して水蒸気により被研磨面を洗浄してもよい。
又、別の洗浄手段としては、ノズルより80℃以上に加
熱された水蒸気を被研磨面に吹き付けてもよい。
【0078】ここで水蒸気とは、気体状のHO及び/
又は100℃以下80℃以上のHOのミストをも含む
ものとして定義される。
【0079】次に、図12を参照して半導体デバイス等
の多層配線部の製造方法について説明する。
【0080】被研磨体となるシリコンウエハ100を用
意して、多結晶シリコンやシリサイド等からなる厚さ
0.5〜1.5ミクロン程の下層配線101を形成する
(工程S1)。
【0081】テトラエトキシシラン(TEOS)を用い
たプラズマCVD法により下層配線101を有するシリ
コンウエハ100上に非化学量論比の組成をもつ酸化シ
リコン膜102を1.5〜2.5ミクロン程形成する
(工程S2)。
【0082】図8及び9に示したような研磨装置を用い
てKOHを含有する水溶液に粒径30ミクロン乃至25
0ミクロンのシリカの微粒子を分散させた研磨剤とポリ
ウレタン研磨パッドとを用いて酸化シリコン膜を約50
0nm〜1.2μm程研磨する。その後、研磨装置内で
純水を供給しながらブラシ洗浄を行う。その後、Kを除
去するために、超純水を80℃に加熱して0.95MH
zの超音波振動を与えた超純水からなる洗浄液を回転す
るウエハの被研磨面に付与してスピン洗浄を行う。そし
て、乾燥室でウエハを乾燥させて研磨装置外に搬出する
(工程S3)。
【0083】このウエハにヘキサメチルジシラザン(H
MDS)を塗布し、更にホトレジストを膜厚1.0〜
1.3ミクロンになるように塗布した後、ベーキングす
る。このウエハを露光装置に投入し、多数のコンタクト
ホールのパターンの潜像が形成できるようにKrFエキ
シマレーザーにより露光する。ウエハを露光装置から取
り出してホトレジストを現像する。その後、反応性イオ
ンエッチング装置にウエハを投入して、現像されたホト
レジストパターンをマスクにしてマスクより露出した酸
化シリコンを異方性エッチングし、コンタクトホールパ
ターンを形成し、ウエハ上のレジストを剥離する(工程
S4)。
【0084】このコンタクトホールが形成されたウエハ
を5つの洗浄工程により洗浄する。
【0085】有機物や金属からなる付着物を除去すべ
く、レジスト剥離したウエハを5ppmのオゾンを含有
する超純水(室温)で洗浄する。その後、自然酸化膜、
パーチクル、金属を除去する為に、0.5%のHFと
0.1〜1.0%のHとを含む水溶液に界面活性
剤を添加した洗浄液に0.95MHzの超音波を付与し
て室温でウエハを洗浄する。更に、オゾン含有超純水に
0.95MHzの超音波を付与した室温の洗浄液で洗浄
を行う。次に、自然酸化膜の除去と水素によるシリコン
表面のターミネーションを目的として、0.1%の希ふ
っ酸(DHF)を用いて室温でウエハを洗浄する。最後
に、ウエハを80℃の高温超純水(HPW)中に浸し、
0.95MHzの超音波を与えて洗浄する。
【0086】次に、クラスター式マルチチャンバ装置の
プラズマクリーニングチャンバ内でウエハのプラズマク
リーニングを行い、次にスパッタリングチャンバ内でス
パッタリングによりTi/TiN(Ti層とTiN層と
の積層体)からなるバリア層104を20〜60nm程
形成し、次にアルミニウムのスパッタリングチャンバ内
でTi/TiNのバリア層104上にアルミニウム膜又
は銅を含むアルミニウム膜105をスパッタリングによ
り形成する。次に400〜500℃でリフローする(工
程S5)。
【0087】その後、研磨剤として、シリカの微粒子を
水に分散させ硫酸アンモニウム鉄を0.01mol/l
〜0.5mol/l添加したスラリーを用いてCMPに
より酸化シリコン膜102上のバリア層104とアルミ
ニウム膜105を除去し、コンタクトホール内のバリア
層104とアルミニウム105のみ残す(工程S6)。
次いで表面を洗浄した後、TiNからなる層106をス
パッタリングにより20〜60nm形成し、次いでアル
ミニウムシリコン膜107をスパッタリングにより1〜
2ミクロン形成し、配線パターン状にエッチングする。
更にプラズマCVDにより酸化シリコン膜108を2ミ
クロン程形成すると凹凸面を有する酸化シリコン膜が得
られる(工程S7)。更に配線を積層する場合には上記
工程を繰返し行う。
【0088】次に、図13を参照して半導体デバイス等
の多層配線部の製造方法について説明する。
【0089】被研磨体となるシリコンウエハ100を用
意して、多結晶シリコンやシリサイド等からなる厚さ
0.5〜1.5ミクロン程の下層配線101を形成する
(工程S1)。
【0090】テトラエトキシシラン(TEOS)を用い
たプラズマCVD法等により下層配線101を有するシ
リコンウエハ100上に非化学量論比の組成をもつ酸化
シリコン膜102を1.5〜2.5ミクロン程形成する
(工程S2)。
【0091】図8及び9に示したような研磨装置を用い
てKOHを含有する水溶液に粒径30ミクロン乃至25
0ミクロンのシリカの微粒子を分散させた研磨剤とポリ
ウレタン研磨パッドとを用いて酸化シリコン膜を約50
0nm〜1.2μm程研磨する。その後、研磨装置内で
純水を供給しながらブラシ洗浄を行う。その後、Kを除
去すべく、超純水を80℃に加熱して0.95MHzの
超音波振動を与えた超純水からなる洗浄液を回転するウ
エハの被研磨面に付与してスピン洗浄を行う。そして、
乾燥室でウエハを乾燥させて研磨装置外に搬出する。プ
ラズマCVD法により窒化シリコン膜を成膜し、続いて
プラズマCVD法により酸化シリコン膜102を再び成
膜する(工程S3)。
【0092】このウエハにヘキサメチルジシラザン(H
MDS)を塗布し、更にホトレジストを膜厚1.0〜
1.3ミクロンになるように塗布した後、ベーキングす
る。このウエハを露光装置に投入し、配線用溝113の
パターンの潜像が形成できるように露光する。ウエハを
露光装置から取り出してホトレジストを現像する。その
後、反応性イオンエッチング装置にウエハを投入して、
現像されたホトレジストパターンをマスクにしてマスク
より露出した酸化シリコンを窒化シリコン膜が露出する
まで異方性エッチングし、配線用溝113を形成する。
【0093】再びこのウエハにヘキサメチルジシラザン
(HMDS)を塗布し、更にホトレジストを膜厚1.0
〜1.3ミクロンになるように塗布した後、ベーキング
する。このウエハを露光装置に投入し、コンタクトホー
ルのパターンの潜像が形成できるように露光する。ウエ
ハを露光装置から取り出してホトレジストを現像する。
その後、反応性イオンエッチング装置にウエハを投入し
て、現像されたホトレジストパターンをマスクにしてマ
スクより露出した窒化シリコン膜をエッチングし、更に
酸化シリコンを異方性エッチングして、コンタクトホー
ルパターンを形成する(工程S4)。CFとCHF
の流量比等を変えれば、酸化シリコンと窒化シリコンの
エッチング選択比を変えられる。
【0094】このコンタクトホールが形成されたウエハ
を5つの洗浄工程により洗浄する。
【0095】有機物や金属からなる付着物を除去すべ
く、レジスト剥離したウエハを5ppmのオゾンを含有
する超純水(室温)で洗浄する。その後、自然酸化膜、
パーチクル、金属を除去する為に、0.5%のHFと
0.1〜1.0%のHとを含む水溶液に界面活性
剤を添加した洗浄液に0.95MHzの超音波を付与し
て室温でウエハを洗浄する。更に、オゾン含有超純水に
0.95MHzの超音波を付与した室温の洗浄液で洗浄
を行う。次に、自然酸化膜の除去と水素によるシリコン
表面のターミネーションを目的として、0.1%の希ふ
っ酸(DHF)を用いて室温でウエハを洗浄する。最後
に、ウエハを80℃の高温超純水(HPW)中に浸し、
0.95MHzの超音波を与えて洗浄する。
【0096】次に、クラスター式マルチチャンバ装置の
プラズマクリーニングチャンバ内でウエハのプラズマク
リーニングを行い、次にスパッタリングチャンバ内でス
パッタリングによりTi/TiN(Ti層とTiN層と
の積層体)からなるバリア層104を20〜60nm程
形成し、次にアルミニウムのスパッタリングチャンバ内
でTi/TiNのバリア層104上にアルミニウム膜又
は銅を含むアルミニウム膜105をスパッタリングによ
り形成する。次に400〜500℃でリフローする(工
程S5)。アルミニウム膜に代えて、銅や銅を主成分と
する金属をCVD法、スパッタリング、メッキ法等によ
り形成してもよい。
【0097】その後、研磨剤として、シリカの微粒子を
水に分散させ、添加剤として酢酸カリウムを添加したス
ラリーを用いてCMPにより酸化シリコン膜102上の
バリア層104とアルミニウム膜105を除去し、溝1
13内及びコンタクトホール内のバリア層104とアル
ミニウム105のみ残す(工程S6)。続いて、ブラシ
洗浄及び温純水による洗浄を行いシリカ粒子やKを除去
する。次いでTiNからなる層106をスパッタリング
により20〜60nm形成し、次いで、熱処理後、配線
パターン状にエッチングする。更にプラズマCVDによ
り酸化シリコン膜108を2ミクロン程形成すると酸化
シリコン膜が得られる(工程S7)。更に配線を積層す
る場合には上記工程S2〜S7を繰返し行う。
【0098】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲内で
あれば適宜変更できるものである。
【0099】物品として単結晶シリコンウエハを4枚用
意して、それらの表面にTEOSを用いたプラズマCV
D法により非化学量論比の組成をもつ酸化シリコン膜を
形成した。
【0100】酸化シリコン膜が形成された4枚のウエハ
を本発明の化学機械研磨装置に搭載し、KOHの水溶液
にシリカ微粒子を分散させた研磨液と、ポリウレタン製
の研磨パッドとを用いて、研磨を行い酸化シリコン膜を
研磨し薄くした。
【0101】そのうち一枚を室温の超純水で洗浄後、こ
のウエハに付着しているカリウム(K)の濃度を測定し
たところ8×1012atm/cmであった。
【0102】Kが付着した研磨後の酸化シリコン膜を有
する別の一枚のシリコンウエハを、乾燥させることなく
研磨装置に付設している恒温槽内で80℃に保温された
超純水中に10分間浸した。
【0103】その後、恒温槽よりウエハを取り出して、
乾燥させた後、Kの付着濃度を測定してみると、Kの付
着濃度は測定限界以下を示し、ウエハ表面の酸化シリコ
ン膜へのKの付着は確認できなかった。
【0104】Kが付着した研磨後の酸化シリコン膜を有
する更に別の一枚のシリコンウエハを、乾燥させること
なく研磨装置に付設している図9のようなスピン洗浄装
置により80℃に保温された超純水によりスピン洗浄し
た。
【0105】その後、乾燥させた後、Kの付着濃度を測
定してみると、Kの付着濃度は測定限界以下を示し、ウ
エハ表面の酸化シリコン膜へのKの付着は確認できなか
った。
【0106】最後に、研磨後、一旦乾燥させたウエハを
温純水でスピン洗浄した。カリウムの濃度は8×10
12atm/cmより大幅に低下したが、シリカ微粒
子とともにKの付着が確認された。
【0107】
【発明の効果】本発明によれば、CMPにより層間絶縁
膜に付着するKに代表されるアルカリ金属を許容できる
濃度にまで充分に除去できる。これにより、Kによる多
層配線部のショートや腐蝕等の欠陥の発生を予防でき
る。この洗浄方法は、硫酸、硝酸といった高濃度の薬液
を使う必要がない簡単な方法であり、研磨装置にK除去
の為の洗浄ユニットを一体的に設けても研磨ユニットの
構成部品の薬液による腐蝕を予防できる。又、隔壁に囲
まれた装置内の高湿雰囲気中を搬送し、被研磨体を乾燥
させることなく温純水洗浄するので、Kとともに研磨粒
子や研磨くずも容易に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の研磨装置の一例を示す模式図。
【図2】K含有液への浸漬時間と物品へのK付着濃度と
の関係を示すグラフ。
【図3】イオン交換反応を説明する為の図。
【図4】各種洗浄液と、それによる洗浄後の物品へのK
付着濃度との関係を示すグラフ。
【図5】比較例による各種洗浄液と、それによる洗浄後
の物品へのK付着濃度との関係を示すグラフ。
【図6】比較例によるHF洗浄液と、それによる洗浄後
の物品へのK付着濃度及びエッチング量との関係を示す
グラフ。
【図7】純水の温度と、純水洗浄後の物品へのK付着濃
度との関係を示すグラフ。
【図8】本発明の研磨装置の別の例を示す模式図。
【図9】図8に示す研磨装置に用いられる洗浄ユニット
を示す模式図。
【図10】本発明に用いられる洗浄工程を説明するため
のフローチャート。
【図11】本発明の別の研磨装置を示す模式図。
【図12】本発明の配線部の作製方法を説明するための
模式工程図で、(a)→(g)の順に工程S1→S7を
示している。
【図13】本発明の別の配線部の作製方法を説明するた
めの模式工程図。
【図14】従来の技術における半導体装置の作製方法を
示す模式工程図で、(a)→(d)の順にPAS1→P
AS4を示している。
【符号の説明】
1 研磨装置 2 研磨ユニット 3 洗浄ユニット 4 隔離手段または隔壁 5 洗浄手段 6 研磨プラテン 7,13,22 ホルダー 8 研磨パッド 9 研磨剤供給手段 10 排気口 11,12 廃液回収口 14,24,27 ノズル 15,26 発熱体 16 開口 17 シャッター 18 研磨能力回復部材 19 支持アーム 20 可動アーム 21 カセット 23 ブラシ 25 テーブル 31,32 洗浄室 33 乾燥室 100 半導体ウエハ 101 下層配線 102,108 酸化シリコン膜 103 コンタクトホール 104 バリア層 105 アルミニウム膜 106 TiN層 107 アルミニウムシリコン膜
フロントページの続き (72)発明者 池田 敦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被研磨体を研磨剤を用いて研磨する為の
    研磨ユニットと、研磨後の被研磨体を洗浄する為の洗浄
    ユニットと、を一体的に有する研磨装置において、 該研磨ユニット及び該洗浄ユニットは外部雰囲気から内
    部雰囲気を隔離する為の隔離手段を有しており、 前記洗浄ユニットは、温純水又は水蒸気を該被研磨体に
    接触させて洗浄する為の洗浄手段を有していることを特
    徴とする研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記洗浄ユニットが温純水洗浄後、被研
    磨体を乾燥させる乾燥手段を更に有する、請求項1に記
    載の研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記研磨ユニット及び前記洗浄ユニット
    には排気口が設けられていて、各ユニットの内部雰囲気
    を外部雰囲気より負圧に維持する為の手段を有する、請
    求項2に記載の研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記研磨ユニットでは、カリウムを含む
    研磨剤を用いて研磨を行う、請求項1に記載の研磨装
    置。
  5. 【請求項5】 前記洗浄手段が純水を80℃以上に加熱
    する加熱手段を有する、請求項1に記載の研磨装置。
  6. 【請求項6】 前記洗浄手段で使用する温純水に0.8
    MHz以上10MHz以下の超音波を付与する為の超音
    波付与手段を、前記洗浄ユニットが有する、請求項1に
    記載の研磨装置。
  7. 【請求項7】 前記洗浄手段で使用する温純水が更にオ
    ゾンを含有する、請求項1に記載の研磨装置。
  8. 【請求項8】 前記洗浄ユニットが、前記被研磨体に接
    触させて物理的に異物を除去する洗浄部材を有する、請
    求項1に記載の研磨装置。
  9. 【請求項9】 前記温純水は、前記研磨装置外から供給
    される、請求項1に記載の研磨装置。
  10. 【請求項10】 前記温純水は、前記研磨装置が設置さ
    れた工場の配管より供給される、請求項1に記載の研磨
    装置。
  11. 【請求項11】 隔離手段によって外部雰囲気から内部
    雰囲気が隔離された、被研磨体を研磨する為の研磨ユニ
    ット及び研磨後の被研磨体を洗浄する為の洗浄ユニット
    を一体的に有する研磨装置用の洗浄装置において、被研
    磨体を研磨剤を用いて研磨した後、該被研磨体を乾燥さ
    せることなく、温純水又は水蒸気を該被研磨体に接触さ
    せて洗浄する手段を有することを特徴とする研磨装置用
    の洗浄装置。
  12. 【請求項12】 前記温純水を80℃以上に加熱して前
    記被研磨体に接触させて洗浄する、請求項11に記載の
    研磨装置用の洗浄装置。
  13. 【請求項13】 前記温純水に0.8MHz以上10M
    Hz以下の超音波を付与する、請求項11に記載の研磨
    装置用の洗浄装置。
  14. 【請求項14】 請求項1記載の研磨装置を用いて被研
    磨体を研磨後、乾燥させることなく、温純水を該被研磨
    体に接触させて洗浄を行うことを特徴とする研磨・洗浄
    方法。
  15. 【請求項15】 被研磨体を研磨する為の研磨ユニット
    と、研磨後の被研磨体を洗浄する為の洗浄ユニットと、
    を一体的に有する研磨装置を用いて、被研磨体を研磨剤
    を用いて研磨した後、該被研磨体を乾燥させることな
    く、温純水又は水蒸気を該被研磨体に接触させて洗浄す
    る工程を含むことを特徴とする研磨・洗浄方法。
  16. 【請求項16】 前記研磨剤がカリウムを含むものであ
    る、請求項15に記載の研磨・洗浄方法。
  17. 【請求項17】 前記被研磨体がプラズマ処理された表
    面を有するものである、請求項15に記載の研磨・洗浄
    方法。
  18. 【請求項18】 前記温純水を80℃以上に加熱して前
    記被研磨体に接触させて洗浄する、請求項15に記載の
    研磨・洗浄方法。
  19. 【請求項19】 前記温純水に0.8MHz以上10M
    Hz以下の超音波が付与されている、請求項15に記載
    の研磨・洗浄方法。
  20. 【請求項20】 前記被研磨体が配線部が形成されつつ
    ある電子デバイス作製用基板である、請求項15に記載
    の研磨・洗浄方法。
  21. 【請求項21】 前記洗浄後、更に前記研磨装置の外部
    で、オゾンを含む超純水を用いた第1の洗浄工程と、フ
    ッ酸と過酸化水素と界面活性剤を含む液体を用い100
    KHz以上の超音波を付与して洗浄を行う第2の洗浄工
    程と、オゾンを含む超純水を用い100KHz以上の超
    音波を付与して洗浄を行う第3の洗浄工程と、フッ酸を
    含む液体を用いて洗浄を行う第4の洗浄工程と、超純水
    と100KHz以上の超音波を付与して洗浄を行う第5
    の洗浄工程と、を行う、請求項15に記載の研磨・洗浄
    方法。
  22. 【請求項22】 前記温純水は、前記研磨装置外から供
    給される、請求項15に記載の研磨・洗浄方法。
  23. 【請求項23】 前記温純水は、前記研磨装置が設置さ
    れた工場の配管より供給される、請求項15に記載の研
    磨・洗浄方法。
  24. 【請求項24】 請求項15に記載の研磨・洗浄方法に
    より研磨・洗浄する工程を含む配線部の形成方法。
  25. 【請求項25】 絶縁膜の形成工程、該絶縁膜の平坦化
    工程、該絶縁膜への開孔形成工程、該開孔への導電体の
    充填工程、該絶縁膜上への導電膜の形成工程とを含む配
    線部の作製方法において、 該絶縁膜の形成工程はプラズマ処理法又はCVD法によ
    る絶縁体の形成工程を含み、 該平坦化工程はカリウムを含む研磨剤を用いた研磨工程
    と、研磨後の被研磨面を乾燥させることなく温純水又は
    水蒸気を該被研磨面に接触させて洗浄する洗浄工程とを
    含むことを特徴とする配線部の作製方法。
  26. 【請求項26】 絶縁膜の形成工程、該絶縁膜に溝を形
    成する溝形成工程、少なくとも該溝内に導電体を形成す
    る導電体形成工程、該導電体の一部を除去する除去工
    程、を含む配線部の作製方法において、 該絶縁膜の形成工程は、プラズマ処理法又はCVD法に
    よる絶縁体の形成工程を含み、 該除去工程は、カリウムを含む研磨剤を用いた研磨工程
    と、研磨後の被研磨面を乾燥させることなく温純水又は
    水蒸気を該被研磨面に接触させて洗浄する洗浄工程とを
    含むことを特徴とする配線部の作製方法。
  27. 【請求項27】 基体上に、プラズマ処理法又はCVD
    法により絶縁膜を形成する工程、 該絶縁膜又は該絶縁膜上に形成された導電体或いは該絶
    縁膜の溝に形成された導電体を研磨剤を用いて研磨する
    工程、 該研磨の後、該絶縁膜の表面を乾燥させることなく、温
    純水又は水蒸気を該表面に接触させて洗浄する工程、 を含む配線部の作製方法。
  28. 【請求項28】 前記温純水は80℃以上の温水であ
    る、請求項25〜27のいずれか1項に記載の配線部の
    作製方法。
  29. 【請求項29】 前記温純水又は水蒸気は、気体状のH
    O及び/又は80℃以上のHOのミストを含む、請
    求項25〜27のいずれか1項に記載の配線部の作製方
    法。
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