JP4499365B2

JP4499365B2 - Semiconductor processing method

Info

Publication number: JP4499365B2
Application number: JP2003044189A
Authority: JP
Inventors: 弘明田中
Original assignee: SpeedFam Co Ltd
Current assignee: SpeedFam Co Ltd
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2003-02-21
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2023-02-21
Also published as: JP2004253696A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハーの研磨工程において発生するウェハー表面への研磨剤付着の防止、及び、重金属汚染を防止する半導体処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン単結晶等半導体素材を原材料としたＩＣ，ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の電子部品は、シリコンの単結晶よりなるインゴットを薄い円板状にスライスしたウェハーに多数の微細な電気回路を書き込み分割した小片状の半導体素子チップを基に製造されるものである。
【０００３】
インゴットからスライスされたウェハー（ベアーウェハー）は、ラッピング、エッチング、更にはポリッシングという工程を経て、少なくともその片面が鏡面に仕上られたミラーウェハーに加工される。ミラーウェハーは、その後のデバイス工程にて鏡面仕上げした表面に微細な電気回路が書き込まれる（デバイスウェハー）。通常、電気回路の書き込みは、半導体素子チップに分割されるまで幾度となく行われ、このときウェハーは最初の円板状の形状を保ったまま加工される。通常、各加工工程の間には洗浄、乾燥、搬送等の操作が入る。
【０００４】
これらのウェハーのポリッシング加工を行なう研磨剤としてはコロイド状に分散した酸化珪素、所謂コロイダルシリカを主成分とする組成物が使用される。合成樹脂発泡体あるいはスウェード調合成皮革等よりなる研磨布を貼付した定盤上にベアーウェハーまたはデバイスウェハーが載置され、押圧しながら回転しつつ前記研磨剤を定量的に供給しながら加工を行なう方法が一般的である。ポリッシング加工を終了したウェハーは洗浄装置に搬送され、薬液洗浄、純水洗浄等が施される。
【０００５】
半導体は年々、高集積度化されてきており、ウェハー表面に対していっそう高度な品質が要求されている。たとえば、特開平６−２１６０９８号（特許文献３）では、シリコンウェハーの結晶欠陥の要因となる重金属汚染について、目的洗浄度を１０^８atoms/cm²オーダーとしている。また、ウェハー表面完全性の創成・評価技術（非特許文献１）では、パーティクル汚染によるディバイス不良が原因で、超ＬＳＩの歩留まりや信頼性に影響を与えると述べている。
【０００６】
これらの汚染は、半導体製造工程の様々な工程で起こりうるが、ポリッシング工程は、汚染が最も発生し易い工程の一つである。このようなポリッシング工程での汚染の問題について以下の文献に開示される技術を見ることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５０−１５８２８１号公報
【特許文献２】
特開昭６３−２７２４６０号公報（特公平０４−０２０７４２号公報）
【特許文献３】
特開平０６−２１６０９８号公報（特許第３１７４８２３号）
【特許文献４】
特開平０９−２２５８１７号公報
【特許文献５】
特開平０９−３１４４６６号公報
【特許文献６】
特開平１１−１８６２０１号公報（特許第３２１９１４２号）
【特許文献７】
特開平１１−１９１５４３号公報（特許第３２５５１０３号）
【特許文献８】
特開平１１−３１２６５８号公報
【特許文献９】
特開２００２−０５０６０６号公報
【特許文献１０】
特開２００２−１１０６０２号公報
【非特許文献１】
サイエンスフォーラム１９９８年ｐ．７０〜８１
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ポリッシュ工程から洗浄工程までについて、通常行われている過程を検討してみる。まず、ポリッシュ工程では通常１回に複数のウェハーが同時に研磨される。ポリッシュ後のウェハーを研磨装置から取り外した後、純水でリンスを行った後、しばらく純水中に保管され、その後、洗浄工程に搬送され洗浄が行われる。
【０００９】
このような、純水中に保管されているポリッシュ後のウェハー表面には、研磨剤及び重金属が残存したままである。ウェハー表面に残存するコロイダルシリカは、純水中であるため乾燥が防げたとしても保管時間が増加するにつれてウェハー表面との化学的結合が強固なものとなる。コロイダルシリカとウェハー表面の結合が強固となると、必要な洗浄時間が長期化し生産性に影響を与えるだけでなく、付着したコロイダルシリカが多い場合には、洗浄によって脱離したコロイダルシリカ粒子が洗浄液を汚染し、循環させて使用している洗浄液の寿命を短縮させる。
【００１０】
更に、研磨剤中には重金属が不可避的に存在するため、正に帯電している金属イオンは負に帯電しているウェハー表面に吸着する。さらに、標準電極電位が大きい銅イオンなどは金属銅まで還元され、これが時間経過とともにウェハー表面部から内部に向けて拡散する。この一旦拡散した重金属を洗浄工程によって除去することは実質的に不可能である。
【００１１】
本発明は、このような問題に対処するため、研磨剤成分であるコロイダルシリカを研磨後にウェハー表面から早急に除去し、表面に残存する量と時間をできるだけ少なくするための技術を提供することを課題とし、更には、研磨後のウェハー表面へ重金属が付着還元及び拡散することを防止抑制するための技術を提供することを課題とするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、以下の手段によって解決される。すなわち、本発明の解決手段は、研磨装置において、コロイダルシリカを主成分とする研磨剤を供給しながら、回転している研磨布を貼付した定盤に半導体ウェハーを押し付けることにより、半導体ウェハー研磨を行う第１工程、上記第１工程の終了直後、この第１工程を実行した上記研磨装置において、ｐＨ８．０〜９．５の範囲の水素イオン濃度を有するｐＨ緩衝溶液であって、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、ＮＴＡ、ＣｙＥＤＴＡ、より選ばれる少なくとも１種類のキレート化剤成分を添加したｐＨ緩衝溶液を供給しながら、引き続き回転している上記定盤に上記半導体ウェハーを押し付けるｐＨ緩衝溶液処理を行う第２工程、及び、上記第２工程の終了後、この第２工程を実行した上記研磨装置において、引き続いて純水を供給しながら、回転している上記定盤に上記半導体ウェハーを押し付ける純水処理を行う第３工程、からなることを特徴とする半導体処理方法である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
＊装置概要
図１は、本発明を実施するための半導体処理装置１の概要を示す説明図である。このような装置は、市販のＦＡＭ５９ＳＰＡＷ−II（スピードファム株式会社製）等の片面研磨装置あるいはＤＳＭ１３Ｂ−７−Ｖ（スピードファム株式会社製）等の両面研磨装置をベースとし、これに後述の液供給装置、制御装置等を付加することによって実現することができる。
【００２２】
なお、ここで使用する研磨布について特に限定されるものではないが、合成樹脂発泡体あるいは不織布等、更に好ましくは、ポリウレタン及び／または、ポリエステルより構成される研磨布を使用することができる。研磨剤は、コロイダルシリカを主成分とする研磨剤であって、市販のＣＯＭＰＯＬシリーズ、ＧＬＡＮＺＯＸシリーズ（株式会社フジミインコーポレーテッド製）、ＩＬＤシリーズ（ロデール・ニッタ株式会社製）などの市販の製品を使用することが可能である。
【００２３】
この半導体処理装置１は、片面研磨の例であり、図１に示されるように、機体１１、定盤２、加圧盤３、液供給装置４、及び、制御装置５を備えている。定盤２は、機体１１に回転可能に支持された定盤軸２１に支持されており、定盤駆動モータ２２によって制御された速度で回転駆動される。定盤２の上面には研磨布３０１が貼付されており、研磨布３０１の上面が研磨面となる。
【００２４】
加圧盤３は、加圧盤軸３１に支持されており、定盤２の上方であって、これと偏心した中心軸線回りで加圧盤モータ３３によって回転駆動される。また、加圧盤軸３１は、加圧装置３２によってその軸方向下方に向かって制御された力で押圧力が付与される。単数あるいは複数のウェハーＷが適宜の治具の下面に支持されており、この治具を介して加圧盤３がウェハーＷを押圧する。定盤２の回転運動と偏心位置にある加圧盤３の回転運動の合成運動の上に上記押圧力（研磨圧）が加わることによって、ウェハーＷには研磨布３０１に対し複雑な相対運動と研磨圧が与えられる。
【００２５】
更に、このような運動の間、後述の各工程において液状の研磨剤、ｐＨ緩衝溶液、あるいは、純水が液供給装置４からウェハーＷと研磨布３０１の間に供給される。これによりウェハーＷの下面が研磨あるいは処理される。なお、ここに示す例では加圧装置３２にピストンシリンダー装置が使用されており、油圧ポンプ３２１からの油圧が油圧切替／調整装置３２２を経由して供給される。油圧切替／調整装置３２２は制御装置５からの指令により加圧装置３２に供給する油圧の方向の切り替えと圧力の調整を行う。
【００２６】
液供給装置４は、液槽４１１、４１２、４１３、ポンプ４２１、４２２、４２３及びバルブ４３１、４３２、４３３が備えられており、各ポンプ及び各バルブは制御装置５によって制御される。液槽４１１にはコロイダルシリカを主成分とする研磨剤が、液槽４１２にはｐＨ緩衝溶液が、また、液槽４１３には純水が貯留されている。
【００２７】
制御装置５は、定盤駆動モータ２２、液供給装置４の各ポンプ及び各バルブ、油圧切替／調整装置３２２、加圧盤モータ３３、及び、これらの動作タイミング、動作時間、その他装置全体をプログラムによって制御する。以下の第１、第２実施形態として示す半導体処理方法には、上記構成の半導体処理装置１が使用可能であるが、これは単なる例示であって別の構成の半導体処理装置によることも可能である。
【００２８】
＊第１実施形態
図２は本発明の第１実施形態の半導体処理方法を説明するための工程図である。この半導体処理方法は、３段階の工程より構成されている。
【００２９】
第１工程
第１工程は、コロイダルシリカを主成分とする研磨剤を供給し研磨圧を加えながら半導体ウェハー（ベアーあるいはデバイスウェハー）を研磨する工程であり、一般的に実施されている工程である。
【００３０】
この工程では、まず、治具にウェハーＷをセットして開始信号を送ると制御装置５は、液供給装置４のポンプ４２１の作動を開始させるとともにバルブ４３１を開き、液槽４１１から研磨剤を研磨布３０１上に注ぎかける。
【００３１】
次いで定盤駆動モータ２２の駆動を開始し、定盤２を予め決められた速度で回転させる。同時に、油圧切替／調整装置３２２を操作し、油圧ポンプ３２１から供給される油圧を切り換え、加圧装置３２に予め決められた圧の油圧を送り込むとともに、加圧盤モータ３３も駆動開始させる。これにより、加圧盤３はウェハーＷを所定の圧力で研磨布に押し付ける。
【００３２】
定盤２の回転と加圧盤３の回転、及び加圧装置３２により、ウェハーＷには研磨圧と研磨布３０１に対する相対運動が与えられ、研磨剤の存在下でウェハーＷ下面に対する研磨が行われる。予め決められた時間この作業が行われて所定の研磨が行われた後、直ちに第２工程に移行する。
【００３３】
第２工程
第２工程は、第１工程終了直後に研磨剤に代えてｐＨ緩衝溶液を供給しながら、引き続き回転している定盤に工作物を押圧する処理である。第２工程にはいると、制御装置５は、液供給装置４のポンプ４２１の作動を停止させるとともにバルブ４３１を閉鎖する。これと実質的に同時にポンプ４２２の作動開始とバルブ４３２の開放を行う。これにより研磨剤に代わって液槽４１２内のｐＨ緩衝溶液が定盤２上に供給される。また、制御装置５は、油圧切替／調整装置３２２を操作することによって加圧装置３２に加える油圧を調整するとともに定盤駆動モータ２２の回転数、したがって定盤２の回転数を調整する。
【００３４】
上記定盤の回転数は、第１工程の最大回転数と同等か小さいことが好ましく、第１工程の最大回転数の７０％程度あるいはそれ以下がより好ましい。工作物を押圧する荷重（研磨圧）は、第１工程の最大荷重より小さいことが好ましく、第１工程の最大荷重の６０％程度あるいはそれ以下がより好ましい。
【００３５】
供給するｐＨ緩衝溶液はｐＨ７．５〜１０．０の範囲にあることが好ましく、より好ましくは、ｐＨ８．０〜９．５の範囲である。さらにｐＨ緩衝溶液中に、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、ＮＴＡ、CyＥＤＴＡ、より選ばれる少なくとも１種類の成分を添加することにより、工作物表面に残存する重金属の除去効率が向上する。ｐＨ緩衝溶液の組成は特に限定されないが、出願人が先に出願した特願２００２−３０３１７４号記載の組成物などが使用できる。所定時間第２工程が続けられた後、次の第３工程に移る。
【００３６】
第３工程
この第３工程は、研磨布と工作物からｐＨ緩衝溶液を除去洗浄する工程である。制御装置５は、液供給装置４のポンプ４２２の作動を停止させるとともにバルブ４３２を閉鎖する。これと実質的に同時にポンプ４２３の作動開始とバルブ４３３を開放を行う。これによりｐＨ緩衝溶液に代わって液槽４１３内の純水が定盤２上に供給される。また、制御装置５は、油圧切替／調整装置３２２を操作することによって加圧装置３２に加える油圧を調整するとともに定盤駆動モータ２２の回転数、したがって定盤２の回転数を調整する。定盤の回転数と押圧する荷重は、第２工程と同等もしくは、小さい方が良い。所定時間第３工程を実行した後、制御装置５は各要素の動作を停止し本発明の処理が終了する。
【００３７】
＊第２実施形態
第２実施形態は、図３に示されるように第１実施形態における第１工程と第２工程の間に純水で処理する中間純水処理工程を加えたものであり、その他の点に関しては第１実施形態と同様であるため第１実施例の説明を援用する。この中間純水処理工程を設けることは、研磨に高濃度の研磨剤を使用している場合に好適であり、第２工程の時間短縮に効果があるが、これも短時間だけ実施することが必要である。具体的には１分以下の時間とすることが好ましい。これはこの中間純水処理工程を長時間実施すると、かえってコロイダルシリカの付着による汚染の増大をもたらす恐れがあるからである。
【００３８】
商業的に本発明を実施する場合、上下両面あるいは片面に合成樹脂発泡体あるいは不織布等からなる研磨布を貼付した回転数を可変できる定盤、および、工作物を可変可能な圧力で押圧する機構を設けると共に、定盤に研磨剤、ｐＨ緩衝溶液、純水を各々を供給する設備を備え、指定されたプログラムに基づき定盤の回転数、工作物を押圧する圧力、および、研磨剤、ｐＨ緩衝溶液、純水を選択して供給する制御部を備えた上述のような半導体処理装置が好ましい。
【００３９】
研磨剤は、リサイクル使用することが可能であるが、ｐＨ緩衝溶液と純水は、かけ捨てが好ましい。本発明は、各工程の時間を決めたプログラムに基づき、時間制御により製造を実施しても良いが、第１工程の終了は終点検出器により検出することも可能である。
【００４０】
このようにして、本発明の半導体製造方法及び半導体処理装置では、半導体ウェハーまたはシリコンウェハーの製造工程において発生するシリコンウェハー表面への重金属汚染や、研磨剤の吸着を抑制することを可能とし、工作物の品質低下を防ぐことができる。
【００４１】
以下、シリコンウェハー加工の具体例により効果を示す。以下の方法と条件で試験を実施した。
【００４２】
＊装置、資材
研磨装置：スピードファム株式会社製、ＳＨ−２４型片面装置
研磨布：ＳＵＢＡ４００（ロデールニッタ社製）
工作物：４インチ、シリコンウェハー
研磨剤：平均粒子径２４ｎｍのコロイダルシリカを純水で希釈し、１０ｗｔ％炭酸カリウムを添加、さらに、汚染物質を想定して鉄と銅を添加し、下記の処方の研磨剤を調製した。鉄と銅は原子吸光分析用の１０００ｐｐｍ標準溶液を用いた。
【００４３】

【００４４】
＊第１工程試験条件
定盤回転数：７０ｍｉｎ^−１
プレッシャープレート回転数：７０ｍｉｎ^−１
面圧力：２００ｇ／ｃｍ^２
研磨剤流量：８０ｍｌ／分
試験時間：１０分
【００４５】
＊第２工程試験条件
定盤回転数：４０ｍｉｎ^−１
プレッシャープレート回転数：４０ｍｉｎ^−１
面圧力：８０ｇ／ｃｍ^２
ｐＨ緩衝溶液流量：１４０ｍｌ／分
試験時間：２分
第２工程で使用したｐＨ緩衝溶液の種類は図４の表１に、添加したキレートは図５の表２に、ｐＨ緩衝溶液とキレート化剤の濃度は図６の表３にそれぞれ示されている。
【００４６】
＊第３工程試験条件
定盤回転数：４０ｍｉｎ^−１
プレッシャープレート回転数：４０ｍｉｎ^−１
面圧力：８０ｇ／ｃｍ^２
純水流量：２００ｍｌ／分
試験時間：３分
【００４７】
＊中間純水処理工程（第１工程と第２工程間の純水洗浄）試験条件
定盤回転数：４０ｍｉｎ^−１
プレッシャープレート回転数：４０ｍｉｎ^−１
面圧力：８０ｇ／ｃｍ^２
純水流量：２００ｍｌ／分
試験時間：４０秒
【００４８】
＊評価方法
試験結果の評価は次の方法によった。
（１）研磨組成物のｐＨ：ｐＨメーターによる測定をした。
（２）研磨面の評価：集光灯下で肉眼にてヘイズ等の状態を目視観察した。
（３）シリコンウェハー表面の銅、鉄の汚染量
：シリコンウェハーの表面を硝酸−フッ酸混合液で溶解し、溶解液中の重金属をＩＣＰ発光分析装置（ＳＰＳ３０００、セイコー電子工業）にて定量分析した。
【００４９】
＊実施例と比較例との比較評価説明
（１）実施例１〜１２の工程で製造されたウェハーは、ヘイズの無い、撥水性の表面を有していた。表面の鉄、銅は検出限界以下であった。
【００５０】
（２）第２工程を実施しなかった比較例１（図７、表４）では、ウェハー表面に部分的にヘイズを生じており、ヘイズ周辺の表面は、親水性であった。表面の鉄、銅の汚染量は、表３の実施例に比べはるかに高い値を示した。
【００５１】
（３）比較例２は、比較例１で得られたウェハーを１５分間純水中に保管し、その後、ＲＣＡ法による洗浄を施した。その結果、ヘイズはなくなり、鉄の汚染量も検出限界以下となったが、銅については完全に洗浄することができなかった。
【００５２】
ヘイズとは、目視で観察される微小な表面の不規則性の集合部分で光が散乱される状態と定義されており、表面に付着した研磨剤も発生原因の一つとされている。比較例におけるヘイズは第１工程で使用したコロイダルシリカが凝集しウェハーに付着するため、比較例のように第３工程（純水で洗浄処理する）のみではこのコロイダルシリカが充分に除去されていないことを示している。
【００５３】
これに対し、本発明実施例のように第１工程の直後に第２工程を設けた場合、コロイダルシリカがウェハーに凝集付着するような実質的な時間を与えないこと、及び、ｐＨ緩衝液によって凝集付着作用が抑制されることにより、その後、第３工程（純水洗浄）に移行したとしても凝集付着する間もなくコロイダルシリカが急速に流し去られるため、ヘイズが生じていないものと考えられる。
【００５４】
また、ウェハー表面の還元重金属Ｃｕ、Ｆｅも比較例に比べて大幅に少なくなっている。これはキレート化剤と重金属イオンが錯体をつくるため、負帯電しているウェハー表面へ重金属（正イオン）が付着還元することなくそのまま第３工程で流し去られることからと考えられる。
【００５５】
また、第１工程と第２工程の間に挿入される中間純水処理工程（第２実施例、工程組み合わせII、実施例５、９）は、きわめて短時間だけ行われる純水洗浄処理であって、このためにｐＨが短期的に低下するとしても実質的にコロイダルシリカの凝集付着や重金属の付着還元が生じるものではない。これにより、ウェハー周辺に多量に存在する研磨剤は一気に洗い流されるので、後の第２工程以降における処理効率を向上させている。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨剤成分であるコロイダルシリカは研磨後に直ちに凝集防止処理を施されてウェハー表面から除去され、表面に残存する量と時間が非常に少なくされている。このため、従来技術のように、洗浄工程の前にポリッシュ後のウェハーを純水中に一旦保管する間にウェハー表面とコロイダルシリカの化学的結合が強固になって鏡面が得にくいという問題を生じさせないという効果を奏する。
【００５７】
また、研磨剤中に不可避的に存在する重金属がウェハー表面に付着するような現象はキレート化剤によって防止されているので、付着還元した重金属の拡散による半導体性能の劣化が防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するための半導体処理装置１の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態の半導体処理方法を説明するための工程図である。
【図３】本発明の第２実施形態の半導体処理方法を説明するための工程図である。
【図４】第２工程で使用したｐＨ緩衝溶液の種類を示す表（表１）である。
【図５】第２工程で使用した添加したキレート化剤の略号と化学名を示す表（表２）である。
【図６】実施例試験条件とその結果を示す表（表３）である。
【図７】比較例試験条件とその結果を示す表（表４）である。
【符号の説明】
１半導体処理装置
１１機体
２定盤
２１定盤軸
２２定盤駆動モータ
３加圧盤
３０１研磨布
３１加圧盤軸
３２加圧装置
３２１油圧ポンプ
３２２油圧切替／調整装置
３３加圧盤モータ
４液供給装置
４１１、４１２、４１３液槽
４２１、４２２、４２３ポンプ
４３１、４３２、４３３バルブ
５制御装置
Ｗウェハー[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor processing method for preventing adhesion of an abrasive to a wafer surface, which occurs in a polishing process of a semiconductor wafer, and preventing heavy metal contamination.
[0002]
[Prior art]
Electronic parts such as ICs, LSIs, or VLSIs that are made of semiconductor materials such as silicon single crystals are small parts in which a large number of fine electric circuits are written and divided on a thin disc-shaped wafer made of a silicon single crystal. It is manufactured on the basis of a piece-like semiconductor element chip.
[0003]
A wafer (bare wafer) sliced from an ingot is processed into a mirror wafer having at least one surface finished to a mirror surface through processes such as lapping, etching, and polishing. In the mirror wafer, a fine electric circuit is written on a mirror-finished surface in a subsequent device process (device wafer). Normally, writing of an electric circuit is performed several times until it is divided into semiconductor element chips, and at this time, the wafer is processed while maintaining the original disk shape. Usually, operations such as cleaning, drying, and conveyance are performed between the processing steps.
[0004]
As a polishing agent for polishing these wafers, a composition mainly composed of colloidally dispersed silicon oxide, so-called colloidal silica is used. A bare wafer or device wafer is placed on a surface plate to which a polishing cloth made of synthetic resin foam or suede-like synthetic leather is attached, and processing is performed while quantitatively supplying the abrasive while rotating while pressing. The method is common. The wafer that has been subjected to the polishing process is transferred to a cleaning device and subjected to chemical cleaning, pure water cleaning, and the like.
[0005]
Semiconductors have been highly integrated year by year, and higher quality is required for the wafer surface. For example, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-216098 (Patent Document 3), the target cleaning degree is set to the order of 10 ⁸ atoms / cm ² for heavy metal contamination that causes crystal defects in a silicon wafer. In addition, the wafer surface integrity creation / evaluation technology (Non-Patent Document 1) states that the device failure due to particle contamination affects the yield and reliability of the VLSI.
[0006]
Although these contaminations can occur in various processes of the semiconductor manufacturing process, the polishing process is one of the processes in which contamination is most likely to occur. The technique disclosed in the following document can be seen about the problem of contamination in such a polishing process.
[0007]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 50-158281 [Patent Document 2]
JP 63-272460 A (Japanese Patent Publication No. 04-020742)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 06-216098 (Japanese Patent No. 3174823)
[Patent Document 4]
Japanese Patent Laid-Open No. 09-225817 [Patent Document 5]
JP 09-314466 A [Patent Document 6]
JP 11-186201 A (Patent No. 3219142)
[Patent Document 7]
JP 11-191543 A (Patent No. 3255103)
[Patent Document 8]
Japanese Patent Laid-Open No. 11-312658 [Patent Document 9]
JP 2002-050606 A [Patent Document 10]
JP 2002-110602 A [Non-Patent Document 1]
Science Forum 1998 p. 70-81
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Let's examine the usual processes from the polishing process to the cleaning process. First, in the polishing process, a plurality of wafers are usually polished at one time. After removing the polished wafer from the polishing apparatus, the wafer is rinsed with pure water, stored in pure water for a while, and then transported to a cleaning process for cleaning.
[0009]
On such a polished wafer surface stored in pure water, the abrasive and heavy metal remain. Since the colloidal silica remaining on the wafer surface is in pure water, even if the drying can be prevented, the chemical bond with the wafer surface becomes stronger as the storage time increases. If the bond between the colloidal silica and the wafer surface is strengthened, not only will the required cleaning time be prolonged and the productivity will be affected, but if there is a large amount of adhering colloidal silica, the colloidal silica particles that have been removed by cleaning will cause the cleaning liquid to flow. Contaminating and shortening the service life of circulating cleaning fluid.
[0010]
Furthermore, since heavy metals are inevitably present in the abrasive, positively charged metal ions are adsorbed on the negatively charged wafer surface. Furthermore, copper ions or the like having a large standard electrode potential are reduced to metallic copper, which diffuses from the wafer surface portion toward the inside over time. It is virtually impossible to remove the heavy metal once diffused by a cleaning process.
[0011]
In order to cope with such problems, the present invention provides a technique for quickly removing the colloidal silica, which is an abrasive component, from the wafer surface after polishing, and reducing the amount and time remaining on the surface as much as possible. It is another object of the present invention to provide a technique for preventing and suppressing heavy metals from adhering, reducing and diffusing to the polished wafer surface.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by the following means. That is, the solution of the present invention is to polish a semiconductor wafer in a polishing apparatus by pressing the semiconductor wafer against a surface plate to which a rotating polishing cloth is attached while supplying an abrasive mainly composed of colloidal silica. performing a first step, immediately after the end of the first step, in the polishing apparatus performing this first step, a pH buffer solution have a hydrogen ion concentration in the range of PH8.0～9.5, EDTA, DTPA, NTA, CyEDTA, while supplying a pH buffer solution prepared by adding at least one chelating agent component is more selected, the second performing the pH buffer solution treatment to the surface plate that continue to rotate pressing the semiconductor wafer After completion of the step and the second step, the polishing apparatus that has executed the second step continues to supply pure water while supplying pure water. A third step, a semiconductor processing method, comprising the performing pure water treatment in the surface plate you are pressed against the semiconductor wafer.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
* Outline of Apparatus FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of a semiconductor processing apparatus 1 for carrying out the present invention. Such an apparatus is based on a single-side polishing apparatus such as a commercially available FAM59 SPAW-II (manufactured by Speedfam Co., Ltd.) or a double-side polishing apparatus such as DSM13B-7-V (manufactured by Speedfam Co., Ltd.). This can be realized by adding a supply device, a control device, and the like.
[0022]
In addition, although it does not specifically limit about the abrasive cloth used here, A synthetic resin foam or a nonwoven fabric etc., More preferably, the abrasive cloth comprised from a polyurethane and / or polyester can be used. The polishing agent is a polishing agent mainly composed of colloidal silica, and commercially available products such as the commercially available COMPOL series, GLANZOX series (manufactured by Fujimi Incorporated) and ILD series (manufactured by Rodel Nitta Co., Ltd.) are used. Is possible.
[0023]
The semiconductor processing apparatus 1 is an example of single-side polishing, and includes a machine body 11, a surface plate 2, a pressure plate 3, a liquid supply device 4, and a control device 5, as shown in FIG. The surface plate 2 is supported by a surface plate shaft 21 that is rotatably supported by the machine body 11, and is rotationally driven at a speed controlled by a surface plate drive motor 22. A polishing cloth 301 is affixed to the upper surface of the surface plate 2, and the upper surface of the polishing cloth 301 becomes the polishing surface.
[0024]
The pressure platen 3 is supported by the pressure platen shaft 31 and is rotationally driven by the pressure platen motor 33 around the central axis that is eccentric to the upper side of the surface plate 2. Further, the pressing plate shaft 31 is given a pressing force with a force controlled downward in the axial direction by the pressing device 32. One or a plurality of wafers W are supported on the lower surface of an appropriate jig, and the pressure plate 3 presses the wafers W through the jig. By applying the pressing force (polishing pressure) to the combined motion of the rotational motion of the surface plate 2 and the rotational motion of the pressure plate 3 in the eccentric position, the wafer W has a complicated relative motion and polishing with respect to the polishing cloth 301. Pressure is applied.
[0025]
Further, during such movement, a liquid abrasive, a pH buffer solution, or pure water is supplied between the wafer W and the polishing cloth 301 from the liquid supply device 4 in each step described later. As a result, the lower surface of the wafer W is polished or processed. In the example shown here, a piston cylinder device is used as the pressurizing device 32, and the hydraulic pressure from the hydraulic pump 321 is supplied via the hydraulic pressure switching / adjusting device 322. The hydraulic pressure switching / adjusting device 322 switches the direction of the hydraulic pressure supplied to the pressurizing device 32 and adjusts the pressure in response to a command from the control device 5.
[0026]
The liquid supply device 4 includes

liquid tanks

411, 412, 413, pumps 421, 422, 423 and

valves

431, 432, 433, and each pump and each valve are controlled by the control device 5. The liquid tank 411 stores an abrasive mainly composed of colloidal silica, the liquid tank 412 stores a pH buffer solution, and the liquid tank 413 stores pure water.
[0027]
The control device 5 is a program for controlling the platen drive motor 22, the pumps and valves of the liquid supply device 4, the hydraulic pressure switching / adjusting device 322, the pressurizing plate motor 33, and their operation timing, operation time, and other entire devices. Control. In the semiconductor processing methods shown as the first and second embodiments below, the semiconductor processing apparatus 1 having the above configuration can be used. However, this is merely an example, and a semiconductor processing apparatus having another configuration may be used. is there.
[0028]
* First Embodiment FIG. 2 is a process diagram for explaining a semiconductor processing method according to a first embodiment of the present invention. This semiconductor processing method is composed of three steps.
[0029]
First Step The first step is a step of polishing a semiconductor wafer (bear or device wafer) while supplying a polishing agent containing colloidal silica as a main component and applying polishing pressure, and is a commonly performed step. .
[0030]
In this step, first, when the wafer W is set on the jig and a start signal is sent, the control device 5 starts the operation of the pump 421 of the liquid supply device 4 and opens the valve 431 to remove the abrasive from the liquid tank 411. Pour onto the polishing cloth 301.
[0031]
Next, driving of the surface plate drive motor 22 is started, and the surface plate 2 is rotated at a predetermined speed. At the same time, the hydraulic pressure switching / adjusting device 322 is operated, the hydraulic pressure supplied from the hydraulic pump 321 is switched, a predetermined hydraulic pressure is sent to the pressurizing device 32, and the pressurizing plate motor 33 is also started to drive. As a result, the pressure plate 3 presses the wafer W against the polishing cloth with a predetermined pressure.
[0032]
The rotation of the surface plate 2, the rotation of the pressure plate 3, and the pressure device 32 give the wafer W a polishing pressure and a relative movement with respect to the polishing cloth 301, and polishing the lower surface of the wafer W in the presence of an abrasive. . After this operation is performed for a predetermined time and predetermined polishing is performed, the process immediately proceeds to the second step.
[0033]
Second Step The second step is a process of pressing the workpiece against the rotating platen while supplying the pH buffer solution instead of the abrasive immediately after the end of the first step. When entering the second step, the control device 5 stops the operation of the pump 421 of the liquid supply device 4 and closes the valve 431. At substantially the same time, the pump 422 is started and the valve 432 is opened. As a result, the pH buffer solution in the liquid tank 412 is supplied onto the surface plate 2 in place of the abrasive. The control device 5 adjusts the hydraulic pressure applied to the pressurizing device 32 by operating the hydraulic pressure switching / adjusting device 322 and adjusts the rotational speed of the surface plate drive motor 22, and hence the rotational speed of the surface plate 2.
[0034]
The rotation speed of the surface plate is preferably equal to or smaller than the maximum rotation speed of the first step, and more preferably about 70% or less of the maximum rotation speed of the first step. The load (polishing pressure) for pressing the workpiece is preferably smaller than the maximum load in the first step, and more preferably about 60% or less of the maximum load in the first step.
[0035]
The supplied pH buffer solution is preferably in the range of pH 7.5 to 10.0, more preferably in the range of pH 8.0 to 9.5. Further, by adding at least one component selected from EDTA, DTPA, NTA, and CyEDTA to the pH buffer solution, the removal efficiency of heavy metals remaining on the workpiece surface is improved. The composition of the pH buffer solution is not particularly limited, and the composition described in Japanese Patent Application No. 2002-303174 filed earlier by the applicant can be used. After the second process is continued for a predetermined time, the process proceeds to the next third process.
[0036]
Third Step This third step is a step of removing and cleaning the pH buffer solution from the polishing cloth and the workpiece. The control device 5 stops the operation of the pump 422 of the liquid supply device 4 and closes the valve 432. At substantially the same time, the operation of the pump 423 is started and the valve 433 is opened. As a result, pure water in the liquid tank 413 is supplied onto the surface plate 2 in place of the pH buffer solution. The control device 5 adjusts the hydraulic pressure applied to the pressurizing device 32 by operating the hydraulic pressure switching / adjusting device 322 and adjusts the rotational speed of the surface plate drive motor 22, and hence the rotational speed of the surface plate 2. The rotation speed of the surface plate and the load to be pressed are preferably equal to or smaller than those in the second step. After executing the third step for a predetermined time, the control device 5 stops the operation of each element, and the processing of the present invention ends.
[0037]
* 2nd Embodiment 2nd Embodiment adds the intermediate | middle pure water treatment process processed with a pure water between the 1st process and 2nd process in 1st Embodiment, as FIG. 3 shows, Since the other points are the same as those of the first embodiment, the description of the first example is incorporated. Providing this intermediate pure water treatment step is suitable when a high-concentration abrasive is used for polishing, and is effective in shortening the time of the second step. is necessary. Specifically, the time is preferably 1 minute or less. This is because, if this intermediate pure water treatment step is carried out for a long time, there is a risk of increasing contamination due to adhesion of colloidal silica.
[0038]
When practicing the present invention commercially, a surface plate capable of varying the number of rotations with a polishing cloth made of synthetic resin foam or nonwoven fabric on both upper and lower surfaces or one surface, and a mechanism for pressing the workpiece with variable pressure And equipped with equipment for supplying abrasive, pH buffer solution, and pure water to the surface plate, respectively, based on the specified program, the rotation speed of the surface plate, the pressure for pressing the workpiece, and the abrasive, pH A semiconductor processing apparatus as described above that includes a control unit that selectively supplies a buffer solution and pure water is preferable.
[0039]
The abrasive can be recycled, but the pH buffer solution and pure water are preferably discarded. In the present invention, manufacturing may be performed by time control based on a program that determines the time of each process, but the end of the first process can also be detected by an end point detector.
[0040]
Thus, in the semiconductor manufacturing method and the semiconductor processing apparatus of the present invention, it is possible to suppress heavy metal contamination on the surface of the silicon wafer and the adsorption of the abrasive generated in the manufacturing process of the semiconductor wafer or the silicon wafer. It is possible to prevent deterioration of the quality of things.
[0041]
Hereinafter, the effect is shown by a specific example of silicon wafer processing. The test was carried out by the following methods and conditions.
[0042]
* Equipment, material polishing equipment: Speed Fam Co., Ltd., SH-24 single-sided polishing cloth: SUBA400 (Rodel Nitta)
Workpiece: 4 inches, silicon wafer abrasive: Colloidal silica with an average particle size of 24 nm is diluted with pure water, 10 wt% potassium carbonate is added, and iron and copper are added assuming contaminants. An abrasive was prepared. For iron and copper, a 1000 ppm standard solution for atomic absorption analysis was used.
[0043]

[0044]
* First process test condition surface plate rotation speed: 70 min ^-1
Pressure plate rotation speed: 70 min ⁻¹
Surface pressure: 200 g / cm ²
Abrasive flow rate: 80 ml / min Test time: 10 minutes
* Second process test condition surface plate rotation speed: 40 min ^-1
Pressure plate rotation speed: 40 min ⁻¹
Surface pressure: 80 g / cm ²
pH buffer solution flow rate: 140 ml / min Test time: 2 minutes The type of pH buffer solution used in the second step is shown in Table 1 of FIG. 4, and the added chelate is shown in Table 2 of FIG. The concentrations of are shown in Table 3 of FIG.
[0046]
* Third process test condition surface plate rotation speed: 40 min ^-1
Pressure plate rotation speed: 40 min ⁻¹
Surface pressure: 80 g / cm ²
Pure water flow rate: 200 ml / min Test time: 3 minutes [0047]
* Intermediate pure water treatment step (pure water cleaning between the first step and the second step) Test condition Surface plate rotation speed: 40 min ^-1
Pressure plate rotation speed: 40 min ⁻¹
Surface pressure: 80 g / cm ²
Pure water flow rate: 200 ml / min Test time: 40 seconds
* Evaluation method The test results were evaluated according to the following method.
(1) pH of polishing composition: Measured with a pH meter.
(2) Evaluation of polished surface: The state of haze and the like was visually observed with the naked eye under a condenser lamp.
(3) Contamination of copper and iron on the silicon wafer surface: Dissolve the silicon wafer surface with a nitric acid-hydrofluoric acid mixture, and quantitatively analyze heavy metals in the solution with an ICP emission spectrometer (SPS3000, Seiko Electronics Industry). did.
[0049]
* Comparative evaluation explanation with an Example and a comparative example (1) The wafer manufactured at the process of Examples 1-12 had the water-repellent surface without a haze. Surface iron and copper were below the detection limit.
[0050]
(2) In Comparative Example 1 (FIG. 7, Table 4) in which the second step was not performed, haze was partially generated on the wafer surface, and the surface around the haze was hydrophilic. The amount of contamination of iron and copper on the surface was much higher than the examples in Table 3.
[0051]
(3) In Comparative Example 2, the wafer obtained in Comparative Example 1 was stored in pure water for 15 minutes, and then washed by the RCA method. As a result, haze disappeared and the amount of iron contamination was below the detection limit, but copper could not be completely cleaned.
[0052]
Haze is defined as a state in which light is scattered at irregularly aggregated portions of a minute surface that are visually observed, and an abrasive attached to the surface is also considered as one of the causes. Since the colloidal silica used in the first step agglomerates and adheres to the wafer in the comparative example, the colloidal silica is not sufficiently removed only by the third step (washing with pure water) as in the comparative example. It is shown that.
[0053]
On the other hand, when the second step is provided immediately after the first step as in the embodiment of the present invention, no substantial time is given such that the colloidal silica aggregates and adheres to the wafer, and the pH buffer solution By suppressing the cohesion and adhesion action, it is considered that no haze is generated because the colloidal silica is rapidly washed away even after the transition to the third step (cleaning with pure water).
[0054]
Further, the reduced heavy metals Cu and Fe on the wafer surface are also greatly reduced as compared with the comparative example. This is presumably because the chelating agent and heavy metal ions form a complex, so that heavy metals (positive ions) are washed away in the third step without adhesion and reduction to the negatively charged wafer surface.
[0055]
In addition, the intermediate pure water treatment process (second example, process combination II, examples 5 and 9) inserted between the first process and the second process is a pure water cleaning process performed for a very short time. For this reason, even if the pH is lowered in a short period of time, substantially no colloidal silica agglomeration or heavy metal adhesion reduction occurs. As a result, a large amount of the abrasive present around the wafer is washed away at a stretch, so that the processing efficiency in the subsequent second step is improved.
[0056]
【The invention's effect】
According to the present invention, the colloidal silica which is an abrasive component is subjected to an anti-aggregation treatment immediately after polishing and removed from the wafer surface, and the amount and time remaining on the surface are greatly reduced. For this reason, as in the prior art, the chemical bond between the wafer surface and colloidal silica is strengthened while the polished wafer is once stored in pure water before the cleaning process, and a mirror surface is difficult to obtain. There is an effect of not letting.
[0057]
In addition, the phenomenon that heavy metals inevitably present in the polishing agent adhere to the wafer surface is prevented by the chelating agent, so that the semiconductor performance can be prevented from deteriorating due to diffusion of the attached and reduced heavy metals. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a semiconductor processing apparatus 1 for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a process diagram for describing the semiconductor processing method according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 3 is a process diagram for explaining a semiconductor processing method according to a second embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a table (Table 1) showing types of pH buffer solutions used in the second step.
FIG. 5 is a table (Table 2) showing abbreviations and chemical names of added chelating agents used in the second step.
FIG. 6 is a table (Table 3) showing example test conditions and results.
FIG. 7 is a table (Table 4) showing comparative test conditions and results.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor processing apparatus 11 Machine body 2 Surface plate 21 Surface plate shaft 22 Surface plate drive motor 3 Pressure plate 301 Polishing cloth 31 Pressure plate shaft 32 Pressure device 321 Hydraulic pump 322 Hydraulic switch / adjustment device 33 Pressure plate motor 4 Liquid supply device 411 412, 413 Liquid tank 421, 422, 423

Pump

431, 432, 433 Valve 5 Controller W Wafer

Claims

研磨装置において、コロイダルシリカを主成分とする研磨剤を供給しながら、回転している研磨布を貼付した定盤に半導体ウェハーを押し付けることにより、半導体ウェハー研磨を行う第１工程、
上記第１工程の終了直後、この第１工程を実行した上記研磨装置において、ｐＨ８．０〜９．５の範囲の水素イオン濃度を有するｐＨ緩衝溶液であって、ＥＤＴＡ、ＤＴＰＡ、ＮＴＡ、ＣｙＥＤＴＡ、より選ばれる少なくとも１種類のキレート化剤成分が添加されたｐＨ緩衝溶液を供給しながら、引き続き回転している上記定盤に上記半導体ウェハーを押し付けるｐＨ緩衝溶液処理を行う第２工程、及び、
上記第２工程の終了後、この第２工程を実行した上記研磨装置において、引き続いて純水を供給しながら、回転している上記定盤に上記半導体ウェハーを押し付ける純水処理を行う第３工程、
からなることを特徴とする半導体処理方法。In the polishing apparatus, a first step of polishing a semiconductor wafer by pressing the semiconductor wafer against a surface plate to which a rotating polishing cloth is attached while supplying an abrasive mainly composed of colloidal silica,
Immediately after completion of the first step, in the polishing apparatus performing this first step, a pH buffer solution have a hydrogen ion concentration in the range of pH8.0~9.5, EDTA, DTPA, NTA, CyEDTA , at least one while supplying a chelating agent pH buffer solution components are added, subsequently a second step performing a pH buffer solution process for pressing the semiconductor wafer to the platen is rotating are more selected, and,
After completion of the second step, in the polishing apparatus that has executed the second step, a third step of performing pure water treatment for pressing the semiconductor wafer against the rotating platen while continuing to supply pure water. ,
A semiconductor processing method comprising: