JPH11330024A - 半導体基板の研磨終了時の研磨反応停止液及びこれを用いた研磨停止方法 - Google Patents
半導体基板の研磨終了時の研磨反応停止液及びこれを用いた研磨停止方法Info
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Abstract
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、及びダメージを生じさせない。 【解決手段】 半導体基板16の表面の研磨終了時に半
導体基板16表面の研磨反応を停止する水溶液19であ
る。この停止液は増粘剤を含有し、砥粒を含まないこと
を特徴とする。停止液はアルカリを更に含有し、pHが
8.0以上であることが好ましく、酸化剤を更に含有
し、酸化還元電位が10mV以上であるとより好まし
い。
Description
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の研磨反応を停止する研磨
反応停止液及びこれを用いた研磨反応停止方法に関する
ものである。
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研磨圧力
を低下させながら、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。
によるリンス法では、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
液の粘性が急激に低下して、砥粒が除去しきれないリン
ス初期の段階で半導体基板と研磨用パッドの間の水膜の
厚さが減少する。その結果、半導体基板表面にマイクロ
スクラッチ、ダメージ等を生じる不都合がある。またウ
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。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、及びダメージを生じさせない半導体基
板の研磨終了時の研磨反応停止液及びこれを用いた研磨
停止方法を提供することにある。
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表面の研磨反応を停止する水溶液19で
あって、増粘剤を含有し、砥粒を含まないことを特徴と
する半導体基板の研磨終了時の研磨反応停止液である。
研磨反応停止液は増粘剤を含有し、砥粒を含まないた
め、研磨反応の停止時に半導体基板表面と研磨用パッド
の間の水膜の厚さが一定値以上に保たれ、半導体基板表
面にマイクロスクラッチ、ダメージを残さずに研磨スラ
リー中に含まれていた砥粒を速やかに除去する。
明であって、アルカリを更に含有し、pHが8.0以上
である研磨反応停止液である。停止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。請求項3に係る発明は、請求項
1又は2に係る発明であって、酸化剤を更に含有し、酸
化還元電位が10mV以上である研磨反応停止液であ
る。研磨反応が停止した後、速やかに半導体基板の表面
に酸化膜が形成され、この酸化膜は砥粒や環境からのパ
ーティクルが研磨後の基板の活性な表面に付着すること
を防止する。
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
表面の研磨反応を停止する方法において、研磨圧力が高
い状態で、請求項1ないし3いずれか記載の研磨反応停
止液19により半導体基板16の研磨反応を停止するこ
とを特徴とする半導体基板の研磨反応停止方法である。
研磨圧力が高い状態で、増粘剤を含有し、砥粒を含まな
い停止液を半導体基板表面に供給することにより、研磨
装置による研磨に引続いて、研磨効率は低いものの一種
の無砥粒研磨が行われ、半導体基板表面上に残留したダ
メージ層を除去する。
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。この停止液は増粘剤の水溶液であって、こ
の停止液に含まれる増粘剤としてはポリビニルアルコー
ル、ヒドロキシエチルセルロース等の水溶性高分子、及
びリン酸、ホウ酸、ケイ酸等の増粘作用を持つ水溶性酸
化物及びその塩類、タンパク質、酵素等の生体高分子等
が挙げられる。増粘剤の好ましい含有量は0.01〜5
重量%である。含有量が0.01重量%未満の場合に
は、所望の増粘効果が得られず、5重量%を超えると溶
解が困難となる上、研磨中にウェーハが剥離する等の問
題を生じ好ましくない。また停止液に含まれるアルカリ
としてはアンモニア、水酸化アルカリ、炭酸アルカリ、
ヒドラジン、有機アミン類等が挙げられる。停止液中の
アルカリの含有量は、停止液の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停止液のpHが
8.0に満たない場合には、停止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9.0〜11.0である。この停止
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。停止液中の酸化剤の含有量は、停止液の
酸化還元電位が10mV以上になるように決められる。
この酸化剤により停止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。
板表面の研磨反応を停止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1
0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、停止液19を供給するための配管20が設けられ
る。
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の表面の研磨反応を
停止する場合、研磨液の供給を停止すると同時に配管2
0から停止液19を研磨用パッド13に供給し始める。
停止液を供給しながら、加圧ヘッド12aと回転定盤1
1を回転させる。このときしばらくの間、加圧ヘッド1
2aの加圧力を80〜500gf/cm2の高い状態に
維持することが好ましい。研磨用パッド13上に供給さ
れた停止液は増粘剤を含むため、半導体基板16の表面
と研磨用パッド13の間に十分に行渡り、研磨用パッド
13と半導体基板16表面との間の停止液の膜厚を一定
値以上に保持する。
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からポリビニルアルコール(PVA)
(分子量9000〜10000)を0.05重量%含
み、砥粒を含まない水溶液からなる研磨反応停止液19
を研磨用パッド13に滴下しながらシリコンウエーハ1
6に加わる研磨圧力を基板保持具12の自重のみの30
gf/cm2に減圧して1分間無砥粒の研磨を続行し、
研磨反応を停止させた。
1の研磨反応停止液にアンモニアを更に添加して停止液
のpHが10.5になるように調製した停止液を用いた
以外、実施例1と同様にしてシリコンウェーハの表面の
研磨反応を停止させた。
1の研磨反応停止液に更に過酸化水素水を1重量%添加
して停止液の酸化還元電位が50mVになるように調製
した停止液を用いた以外、実施例1と同様にしてシリコ
ンウェーハの表面の研磨反応を停止した。
2の研磨反応停止液に更に過酸化水素水を1重量%添加
して停止液の酸化還元電位が70mVになるように調製
した停止液を用いた以外、実施例1と同様にしてシリコ
ンウェーハの表面の研磨反応を停止した。
4の研磨反応停止液を使用した。この研磨反応停止液1
9を研磨用パッド13に滴下しながらシリコンウエーハ
16に加わる研磨圧力を120gf/cm2にして2分
間無砥粒の研磨を実施した。その後、シリコンウエーハ
16に加わる研磨圧力を基板保持具12の自重のみの3
0gf/cm2に減圧して1分間無砥粒の研磨を続行
し、研磨反応を停止させた。
いた以外、実施例1と同様にしてシリコンウェーハの表
面の研磨反応を停止させた。
磨反応停止液の停止効果を確かめるために、停止直後の
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。
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1〜5は優れていた。実
施例1〜5の中で研磨圧力が高い状態で、増粘剤の他に
アルカリ及び酸化剤を更に含有する研磨反応停止液を用
いて半導体基板の研磨反応を停止する実施例5の結果が
特に優れていた。
止液を用いた研磨停止方法によれば、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、ピット及びダメージを生じさせ
ない優れた効果がある。特に研磨圧力が高い状態で、増
粘剤の他にアルカリ及び酸化剤を更に含有する研磨反応
停止液を用いて研磨終了時の半導体基板の研磨反応を停
止すると、その効果はより優れたものとなる。
止する研磨装置の構成図。
Claims (4)
- 【請求項1】 半導体基板(16)の表面の研磨終了時に前
記半導体基板(16)表面の研磨反応を停止する水溶液(19)
であって、 増粘剤を含有し、砥粒を含まないことを特徴とする半導
体基板の研磨終了時の研磨反応停止液。 - 【請求項2】 アルカリを更に含有し、pHが8.0以
上である請求項1記載の研磨反応停止液。 - 【請求項3】 酸化剤を更に含有し、酸化還元電位が1
0mV以上である請求項1又は2記載の研磨反応停止
液。 - 【請求項4】 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)の表面の研磨反応を停止する方法
において、 研磨圧力が高い状態で、請求項1ないし3いずれか記載
の研磨反応停止液(19)により前記半導体基板(16)の研磨
反応を停止することを特徴とする半導体基板の研磨反応
停止方法。
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-
1998
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