(57)【要約】      （修正有）【課題】改善したパッド摩耗プロセスを使用して、半導体ウエハの形状を実質的に変化させることなく、半導体ウエハを研磨する方法を提供する。【解決手段】方法２００は、ウエハの表面を検査して２０２、検査に基づいて、ウエハ厚さプロファイルを判断し、ウエハプロファイルに基づいて、研磨パッドのエッジエリアおよび中心エリアの一方をドレッシングする２０４かを判断し、ウエハを研磨する２０６ことを含む。【選択図】図４
2020025110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン層を半導体ウエハに堆積するステップであって、シリコン層は、実質的に均等な厚さを有するステップと、
シリコン層を研磨してシリコン層を平滑化し、厚さは研磨後に実質的に均等であるようするステップとを含む、半導体ウエハを処理する方法。
【請求項２】
シリコン層は、多結晶シリコン層であり、
該層は、研磨後に減少した粗さを有し、
多結晶粒子境界は、研磨によって減少している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
パッド表面を有する研磨パッドが、シリコン層を研磨するために使用され、
該方法はさらに、半導体ウエハのウエハプロファイルに基づいて、パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの少なくとも一方をドレッシングするステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項４】
エッジエリアは、ドレッシングされ、
パッド表面は、円形形状を有し、
エッジエリアは、研磨パッドの外側エッジから約２．５ｃｍと約５ｃｍの間で放射状に延びている、請求項３記載の方法。
【請求項５】
中心エリアは、ドレッシングされ、
パッド表面は、円形形状を有し、
中心エリアは、研磨パッドの外側エッジから約１５ｃｍと約２０ｃｍの間に内向きに放射状に間隔を空けている、請求項３記載の方法。
【請求項６】
スラリーをシリコン層の外側表面に塗布するステップをさらに含み、
スラリーは、研磨粒子および塩基を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
半導体ウエハを研磨装置に位置決めするステップをさらに含み、
研磨装置は、パッド表面を有する研磨パッドを含み、
パッド表面は、中心エリアおよびエッジエリアを定義する、請求項１記載の方法。
【請求項８】
シリコン層を研磨する前に、半導体ウエハを検査して、初期ウエハプロファイルを判断するステップをさらに含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
半導体ウエハの初期ウエハプロファイルに基づいて、パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの少なくとも一方をドレッシングするステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
シリコン層の一部の除去後、半導体ウエハを検査して、研磨後ウエハプロファイルを判断するステップをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１１】
初期ウエハプロファイルを研磨後ウエハプロファイルと比較して、プロファイル間の変動を判断するステップをさらに含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの一方が、初期ウエハプロファイルと研磨後ウエハプロファイルとの間の変動に基づいてドレッシングされる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
シリコン層を半導体ウエハに堆積するステップであって、シリコン層は、半導体ウエハに面する内側表面と、内側表面とは反対の外側表面とを含み、シリコン層は、内側表面と外側表面との間に定義される第１厚さを有し、第１厚さは、シリコン層全体に渡って実質的に均等である、ステップと、
半導体ウエハを研磨装置に位置決めするステップであって、研磨装置は、パッド表面を有する研磨パッドを含み、パッド表面は、中心エリアおよびエッジエリアを定義する、ステップと、
半導体ウエハのウエハプロファイルに基づいて、パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの少なくとも一方をドレッシングするステップと、
シリコン層の外側表面をパッド表面と接触させるステップと、
スラリーをシリコン層の外側表面に塗布するステップと、
パッド表面がシリコン層の外側表面に接触しつつ、パッドを回転させるステップであって、その結果、シリコン層の一部が除去され、シリコン層の滑らかな表面を提供し、第２厚さが、内側表面と滑らかな表面との間に定義され、第２厚さは、シリコン層全体に渡って実質的に均等である、ステップとを含む、
半導体ウエハを処理する方法。
【請求項１４】
中心エリアおよびエッジエリアの一方が、初期ウエハプロファイルに基づいてドレッシングされ、ドレッシングされたパッド表面は半導体ウエハを研磨して、初期ウエハプロファイルに一致する、請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
シリコン層の外側表面をパッド表面に接触させる前に、半導体ウエハを検査して、初期ウエハプロファイルを判断するステップをさらに含む、請求項１３記載の方法。
【請求項１６】
シリコン層の一部の除去後、半導体ウエハを検査して、研磨後ウエハプロファイルを判断するステップをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
初期ウエハプロファイルを研磨後ウエハプロファイルと比較して、プロファイル間の変動を判断するステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの一方が、初期ウエハプロファイルと研磨後ウエハプロファイルとの間の変動に基づいてドレッシングされる、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
エッジエリアは、ドレッシングされ、
パッド表面は、円形形状を有し、
エッジエリアは、研磨パッドの外側エッジから約２．５ｃｍと約５ｃｍの間で放射状に延びている、請求項１３記載の方法。
【請求項２０】
中心エリアは、ドレッシングされ、
パッド表面は、円形形状を有し、
中心エリアは、研磨パッドの外側エッジから約１５ｃｍと約２０ｃｍの間に内向きに放射状に間隔を空けている、請求項１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願の相互参照］
本願は、米国仮特許出願（第６２／１６８２４７号、２０１５年５月２９日出願）の優先権を主張しており、この開示は参照により全体としてここに組み込まれる。
【０００２】
本開示は、一般に半導体ウエハの処理に関し、詳細には半導体ウエハの研磨面を含む半導体ウエハを処理するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体ウエハは、例えば、集積回路（ＩＣ）チップ、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）ウエハ、高周波−ＳＯＩ（ＲＦ−ＳＯＩ）ウエハなどの半導体デバイスの生産で使用される。典型的には、半導体ウエハは、高伝導度反転蓄積層の形成を生じさせる高抵抗基板を含み、これは半導体デバイスの性能を妨げる。
【０００４】
幾つかのプロセスにおいて、例えば、多結晶シリコン層などの層が、半導体ウエハの表面に堆積され、密度電荷トラップを提供し、これにより高伝導度反転蓄積層の形成を抑制する。例えば、この層は、高抵抗基板と埋め込み酸化物（ＢＯＸ）との間の界面を形成する表面に堆積でき、界面を横切る電荷の移動を妨げる。いったん堆積されると、層は、半導体ウエハ上に粗い表面を形成する傾向がある。従って、半導体ウエハの粗い表面は、ＩＣチップ、ＳＯＩウエハ、ＲＦ−ＳＯＩウエハなどの半導体デバイスの生産のための厳密なパラメータを満たす特性を有するようにさらに処理する必要がある。
【０００５】
典型的には、半導体ウエハの表面は、多結晶層粗さおよび微小欠陥を含む表面特性を改善するように研磨される。半導体ウエハを研磨する１つの方法は、化学機械研磨（ＣＭＰ）と称される。ＣＭＰプロセスは、しばしば垂直軸周りの従動回転のためのターンテーブル上に搭載された円形研磨パッド、およびウエハを保持し、それを研磨パッドに接触させるための機構を使用する。パッドは回転し、ウエハは、研磨ヘッドによってパッドに接触して付勢される。しかしながら、研磨パッドは、時間とともに劣化し、パッドの研磨面は平坦でなくなる。こうしたパッド摩耗は、研磨後の表面特性に影響し、これはウエハを不満足なものとし、または追加の処理を要求する。
【０００６】
ＣＭＰプロセスはまた、半導体ウエハの形状を著しく変化でき、半導体ウエハの部分が不均等な量で除去され、ウエハの厚さが変動を有する。従って、ウエハの部分は、必要または最適なものより厚いまたは薄い材料のエリアを有することがある。これらの変動は、廃棄および非効率性を生じさせる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、改善したパッド摩耗プロセスを使用して、半導体ウエハの形状を実質的に変化させることなく、半導体ウエハを研磨する方法についてニーズがある。この方法は、ＩＣチップ、ＳＯＩウエハ、ＲＦ−ＳＯＩウエハなどの高品質半導体デバイスでの使用のためにウエハの品質を増加させるはずである。
【０００８】
この背景セクションは、以下に説明及び／又は権利請求する本開示の種々の態様に関連し得る技術の種々の態様を読者に紹介することを意図している。この議論は、読者に背景情報を提供して、本開示の種々の態様のより良い理解を促進するのに役立つと考える。従って、これらの記述は、この観点で読むべきであり、先行技術の承認としてではないと理解すべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一態様において、半導体ウエハを処理する方法は、シリコン層を半導体ウエハに堆積することを含む。シリコン層は、実質的に均等な厚さを有する。シリコン層は、研磨され、シリコン層を平滑化し、その結果、厚さは、研磨後に実質的に均等である。
【００１０】
他の態様において、半導体ウエハを処理する方法は、シリコン層を半導体ウエハ上に堆積することを含む。シリコン層は、半導体ウエハに面する内側表面と、内側表面とは反対の外側表面とを含む。シリコン層は、内側表面と外側表面との間に定義される第１厚さを有する。第１厚さは、シリコン層全体に渡って実質的に均等である。半導体ウエハは、研磨装置に位置決めされる。研磨装置は、パッド表面を有する研磨パッドを含む。パッド表面は、中心エリアおよびエッジエリアを定義する。パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの少なくとも一方が、半導体ウエハのウエハプロファイルに基づいてドレッシングされる。シリコン層の外側表面は、パッド表面と接触する。スラリーが、シリコン層の外側表面に塗布される。方法はさらに、パッド表面がシリコン層の外側表面に接触しつつ、パッドを回転させることを含み、その結果、シリコン層の一部が除去され、シリコン層の滑らかな表面を提供する。第２厚さが、内側表面と滑らかな表面との間に定義される。第２厚さは、シリコン層全体に渡って実質的に均等である。
【００１１】
上述した態様に関連して記述した特徴について種々の改良が存在する。更なる特徴を、上述した態様に組み込んでもよい。これらの改良および追加の特徴は、個別にまたは任意の組合せで存在してもよい。例えば、図示した実施形態の何れかに関連して後述する種々の特徴が、上述した態様の何れかに、単独または任意の組合せで組み込んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ウエハ研磨システムの一実施形態の側面図である。
【図２】研磨パッドのエッジをドレッシングするために位置決めされたドレッシングシステムの一実施形態の側面図である。
【図３】研磨パッドの中心をドレッシングするために位置決めされた、図２に示すドレッシングシステムの側面図である。
【図４】半導体ウエハを処理する方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図５】研磨パッドのエッジのドレッシングに起因したウエハ形状の変化を示す図である。
【図６】研磨パッドの中心のドレッシングに起因したウエハ形状の変化を示す図である。
【図７】図７Ａ〜Ｃは、本開示に係る研磨の前後でのウエハプロファイル形状を示す一連の断面図である。
【図８】半導体ウエハを研磨する方法の一実施形態を示すフロー図である。
【図９】研磨プロセス時間を研磨パッドの圧力およびスラリー濃度と比較する、図８に示す方法のチャートである。
【００１３】
種々の図面での同様な参照符号は、同様な要素を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
ここで図面、特に図１を参照して、ウエハ研磨システムの一実施形態が、参照符号１００によって全体に全般的に指定される。ウエハ研磨システム１００は、旋回可能な基台１０４上に搭載された研磨パッド１０２と、半導体ウエハ１１０を研磨パッド１０２の上に搭載するための回転可能ヘッド１０８を有するウエハマウント装置１０６とを含む。ウエハマウント装置１０６は、ウエハ１１０および研磨パッド１０２の両方が回転すると、ウエハ１１０を保持し、ウエハ１１０を研磨パッド１０２に接触させる。研磨パッド１０２は、摩耗により、そして研磨パッド１０２の表面に塗布できる薬品とともにウエハ１１０の表面１１２を研磨する。
【００１５】
研磨パッド１０２の研磨表面が、多くの研磨プロセスについて複数のウエハを研磨するために使用され、連続使用の際に摩耗することがあり、これはウエハ１１０の研磨した表面に悪影響を与えることがある。図２と図３に示す、ウエハ研磨システム１００のパッドドレッシングシステム１２０は、研磨パッド１０２の研磨表面１１４をドレッシング（即ち、摩耗して圧縮する）するために構成され、滑らかな研磨表面および所望の研磨後形状を有するようにウエハ１１０の研磨を促進する。
【００１６】
例示の実施形態において、ドレッシングシステム１２０は、ドレッシング部材１１８を含む。研磨パッド１０２が回転して研磨表面１１４の部分をドレッシングすると、ドレッシング部材１１８は、研磨パッド１０２と接触する。ドレッシング部材１１８は、含浸したダイヤモンドでもよい。適切なドレッシング部材１１８は、台湾のキニック(Kinik)社によって製造される。一実施形態において、ドレッシング部材１１８のドレッシング表面１１７は、約３０ｍｍ〜約１０ｍｍ、例えば、２０ｍｍの直径を有してもよい。小さいドレッシング表面は、研磨パッド１０２のより正確なドレッシングを提供し、研磨パッド１０２が、所望の研磨後形状を有するより滑らかで及び／又はより均等な研磨ウエハを生産するのを促進する。
【００１７】
図１で見えるように、研磨表面１１４は、ウエハ１１０より大きい直径を有する。従って、研磨表面１１４の機能部分だけが、ウエハ１１０を研磨する。例示の実施形態において、研磨表面１１４の直径（例えば、約５４６．１ｍｍ（２１．５インチ）は、ウエハ１１０の直径（例えば、約２００ｍｍ（７．８７インチ）の２倍より大きい。その結果、ドレッシングシステム１２０は、研磨表面１１４全体をドレッシングする必要がなく、研磨表面１１４の機能部分だけをドレッシングように構成できる。
【００１８】
従って、ドレッシングシステム１２０は、ドレッシング部材１１８を位置決めすることによって、研磨表面１１４を選択的にドレッシングように構成される。図２と図３は、研磨表面１１４の異なる部分をドレッシングするために位置決めされたドレッシング部材１１８を備えたドレッシングシステム１２０を示す。図２において、ドレッシング部材１１８は、研磨パッド１０２のエッジエリア１２２をドレッシングするために位置決めされる。図３において、ドレッシング部材１１８は、研磨パッド１０２の中心エリア１２４をドレッシングするために位置決めされる。
【００１９】
コントローラ１２６、例えば、マイクロコントローラは、ドレッシングシステム１２０を制御して、研磨パッド１０２をドレッシングし、例えば、コントローラ１２６は、予めプログラムされたレシピで与えられた命令に従って、ドレッシング部材１１８によって研磨パッド１０２の個々の半径ゾーンに印加される力の量を調整する。コントローラ１２６はまた、研磨パッド１０２（例えば、研磨パッドの回転可能な基台）およびウエハマウント装置１１３（例えば、マウント装置の回転可能ヘッド）の動きを制御してもよい。
【００２０】
図４は、半導体ウエハを処理する例示の方法２００のフローチャートである。方法２００は、一般に、ウエハ１１０の表面１１２を検査して（２０２）、検査に基づいて、ウエハ厚さプロファイルを判断し、ウエハプロファイルに基づいて、研磨パッド１０２のエッジエリア１２２および中心エリア１２４の一方をドレッシングする（２０４）かを判断し、ウエハ１１０を研磨する（２０６）ことを含む。
【００２１】
幾つかの実施形態において、検査（２０２）は、少なくとも部分的にオペレータによって実施してもよく、または完全に自動化してもよい。より詳細に後述するように、ウエハプロファイルは、平坦（図７Ａ）、凹面状（図７Ｂ）、ドーム形状（図７Ｃ）またはいずれか他の適切な形状でもよい。検査したウエハは、ウエハの意図した仕上げ形状のための基礎を提供する初期形状を判断するために使用される未研磨ウエハとすることができる。代替として、検査したウエハは、意図した仕上げ形状からの偏差を判断するために検査された研磨したウエハとすることができる。偏差は、パッドの摩耗及び／又はパッド上の積み上げを示すことができ、これらは正しいコンディショニングを必要とする。
【００２２】
幾つかの実施形態において、検査（２０２）は、ウエハ１１０を検査して、初期のウエハプロファイルを判断することを含む。広くは、オペレータまたはコントローラ１２６は、ウエハ形状プロファイルを分類し、相応に研磨パッド１０２をドレッシングする。例えば、もし初期ウエハプロファイルが皿形状（図７Ｂ）であると判断した場合、研磨パッド１０２は、エッジエリア１２２でドレッシングでき、そのためエッジエリア１２２はそれほど除去されない。その結果、研磨後ウエハプロファイルは、実質的に皿形状になり、初期ウエハプロファイルと一致するようになる。代替として、もし初期ウエハプロファイルがドーム形状（図７Ｃ）であると判断した場合、研磨パッド１０２は、中心エリア１２４でドレッシングでき、そのため中心エリア１２４はそれほど除去されない。その結果、研磨後ウエハプロファイルは、実質的にドーム形状になり、初期ウエハプロファイルと一致するようになる。
【００２３】
幾つかの実施形態において、研磨したウエハは検査され、研磨後ウエハプロファイルを判断することになる。研磨後ウエハプロファイルは、初期ウエハプロファイルと比較され、プロファイル間の変動を判断する。代替として、研磨後ウエハプロファイルは、保存した目標ウエハプロファイルに対して比較できる。研磨後ウエハプロファイルと初期ウエハプロファイルまたは目標ウエハプロファイルとの間の変動に基づいて、パッド表面１１４の中心エリア１２４およびエッジエリア１２２の一方がドレッシングできる。もし研磨後ウエハプロファイルと目標ウエハプロファイルの初期ウエハプロファイルとの間の変動が、ウエハ１１０が中心エリア１２４で摩耗し過ぎたことを示す場合、研磨パッド１０２は中心エリア１２４でドレッシングすべきである。もし変動が、ウエハ１１０がエッジエリア１２２で摩耗し過ぎたことを示す場合、研磨パッド１０２はエッジエリア１２２でドレッシングすべきである。
【００２４】
方法の幾つかの実施形態はさらに、サンプリングしたウエハの厚さを測定するウエハ測定装置（不図示）、例えば、ＡＤＥ  ＵｌｔｒａＧａｇｅ  ９７００を使用することを含み、研磨の前または後でウエハプロファイルを判断するのを支援する。ウエハの厚さは、３６０度を通じて外挿され、サンプリングしたウエハの平均半径２次元プロファイルを取得する。前回研磨したウエハの平均半径プロファイルを取得するためのサンプリングレートは、研磨した２５個のウエハごとから約１つのウエハでもよい。より多くの数のウエハがサンプリング間で研磨してもよく、または代替として、より少ないウエハがサンプリング間で研磨してもよいことが理解される。さらに、サンプリングレートは、研磨パッドの寿命の間に変化してもよい。
【００２５】
方法２００において、ウエハ１００は、研磨パッド１０２の研磨表面１１４ではなく、研磨パッド１０２のための適切なドレッシングプロセスを判断するために解析される。一般に、サンプリングしたウエハに基づいてドレッシングプロセスを導出することは、研磨パッド１０２の研磨表面１１４に基づいてドレッシングプロセスを導出するより容易でより効率的であると考えられる。ウエハの半径プロファイルは、容易に正確に測定でき、半径プロファイルは、研磨パッドのどのエリアがドレッシングする必要があるか、特定エリアがどの程度までドレッシングする必要があるか、を判断するために解析できる。研磨パッドのドレッシングの頻度は、研磨パッドでの観察された摩耗及び／又はウエハ形状の変化の重大性などの要因に基づいて判断できる。方法のいずれかの部分または全体手順が自動化でき、そしてコントローラ１２６が研磨したウエハを測定し、サンプリングした研磨ウエハの半径プロファイルを解析し、及び／又は、サンプリングした研磨ウエハの半径プロファイルに基づいて適切なドレッシングレシピを選択することは想定される。
【００２６】
検査後、幾つかの実施形態において、研磨パッドの所望のエリア、例えば、研磨パッド１０２の中心エリア１２４またはエッジエリア１２２のいずれかがドレッシングされるのが選択される。選択によれば、ドレッシング部材１１８は、研磨パッド１０２のエッジエリア（図２）、中心エリア（図３）及び／又は他の適切なエリアをドレッシングするために適切に位置決めされる。
【００２７】
図５および図６は、研磨パッド１０２のエッジエリア１２２または中心エリア１２４のいずれかをドレッシングするのに起因したウエハ形状の変化を示す図である。図５に示すように、オペレータまたは自動化プロセスのためのコントローラ１２６がより少ないエッジエリア除去が望ましいと判断した場合、例えば、検査したウエハが、研磨パッドがウエハのエッジエリアを過大に除去していることを示す場合、研磨パッド１０２のエッジエリア１２２はドレッシングできる。研磨パッドのエッジエリア１２２は、ウエハ１１０が研磨時に振動する場合、ウエハ１１０のエッジが到達する場所に対応している。従って、エッジエリア１２２のサイズは、研磨されるウエハのサイズおよび研磨パッド１０２の全体サイズに依存するようになる。例示の実施形態において、エッジエリア１２２は、研磨パッド１０２の外側エッジから約２．５ｃｍ（１インチ）と約５ｃｍ（２インチ）の間に放射状に延びている。
【００２８】
図６に示すように、オペレータまたは自動化プロセスのためのコントローラ１２６がより少ない中心エリア除去が望ましいと判断した場合、例えば、検査したウエハが、研磨パッドがウエハの中心エリアを過大に除去していることを示す場合、研磨パッド１０２の中心エリア１２４はドレッシングできる。研磨パッド１０２のエッジエリア１２２は、ウエハ１１０が研磨時に振動する場合、ウエハ１１０の中間部分と接触する。従って、中心エリア１２４のサイズは、ウエハ１１０のサイズおよび研磨パッド１０２の全体サイズに依存するようになる。例示の実施形態において、中心エリア１２４は、研磨パッド１０２の外側エッジから約１５ｃｍ（６インチ）と約２０ｃｍ（８インチ）の間に内向きに放射状に間隔を空けている。
【００２９】
ウエハプロファイルに基づいて研磨表面１１４の異なるエリアをドレッシングすることは、実質的に均等な厚さを備えた研磨ウエハを生産する正確な方法である。従って、説明した研磨方法は、「形状一致研磨」を提供し、ウエハ１１０は、研磨後ウエハプロファイルが初期ウエハプロファイルに実質的に一致するように研磨される。一実施形態において、形状一致研磨は、一般にウエハ１１０上に堆積したシリコン層１２８を研磨して、ウエハ１１０を円滑化することを含み、そのためシリコン層１２８がウエハ１１０に渡って実質的に均等に除去され、即ち、シリコン層１２８の厚さは、ウエハ１１０全体に渡って実質的に均等に除去される。シリコン層１２８がウエハ１１０上に実質的に均等な厚さで堆積されるため、シリコン層１２８は、形状一致研磨の後、実質的に均等な厚さを有することになる。
【００３０】
従って、ウエハ１１０は、研磨前にそうであったように、研磨後に同じ形状を有するようになる。さらに、ウエハ１１０は、研磨後、減少した厚さおよび増強した表面特性、例えば、平滑性を有するようになる。さらに、シリコン層１２８の均等な厚さを維持することによって、形状一致研磨は、半導体ウエハ処理時の廃棄を低減する。例えば、幾つかの実施形態において、典型的な半導体ウエハ処理時よりも形状一致研磨時により少ない材料が除去されることになる。例示の実施形態において、材料の厚さの約０．２マイクロメータ〜約２マイクロメータが、形状一致研磨の際に除去される。
【００３１】
図７Ａ〜図７Ｃは、形状一致研磨の前後における幾つかの半導体ウエハ形状を示す。図７Ａは、平坦形状のウエハ３００を示し、これは上面３０２に渡って実質的に水平である。図７Ｂは、皿形状ウエハ４００を示し、これはその周辺４０２に隣接してより大きい厚さを有し、その中心４０４に向かって半径方向に厚さが徐々に減少する。こうして皿形状ウエハ４００の表面４０６が、全体的に凹面である。図７Ｃは、ドーム形状ウエハ５００を示し、これはその周辺４０２に隣接してより薄く、その中心５０４で厚さが徐々に増加する。こうしてドーム形状ウエハ５００の表面５０６は全体的に凸面である。
【００３２】
ウエハ３００，４００，５００は、それぞれシリコン層３０４，４０８，５０８を含み、これはウエハ３００，４００，５００の前面全体を実質的に被覆する。幾つかの実施形態において、シリコン層３０４，４０８，５０８は、例として、約１マイクロメータ〜約５マイクロメータの厚さを有する。他の実施形態において、シリコン層３０４，４０８，５０８は、任意の適切な厚さを有してもよく、ウエハ３００，４００，５００の任意の部分を被覆してもよい。
【００３３】
ウエハ３００，４００，５００およびシリコン層３０４，４０８，５０８の平均厚さは、形状一致研磨の際に変化するとともに、他の特性、例えば、平坦度が実質的に一定のままである。従って、ウエハ３００，４００，５００は、その初期形状に実質的に類似する研磨後形状を有する。
【００３４】
例示の実施形態において、ウエハ３００，４００，５００上のシリコン層３０４，４０８，５０８は、多結晶シリコン層であり、これは電子電荷トラップとして主に使用される。
【００３５】
図８は、半導体ウエハを研磨する例示の方法６００のフローチャートである。方法６００は、一般に、ウエハ１１０を研磨パッド１０２に接触させること（６０２）、第１スラリーをウエハ１１０に塗布すること（６０４）、ウエハ１１０に接触した研磨パッド１０２を回転すること（６０６）、および研磨パッド１０２をウエハ１１０に対して第１圧力で押圧すること（６０８）を含む。方法はまた、研磨パッド１０２をウエハ１１０に対して第２圧力で押圧すること（６１０）、および研磨パッド１０２がウエハ１１０に対して第２圧力で押圧されつつ、第２スラリーをウエハ１１０に塗布すること（６１２）を含む。方法はさらに、研磨パッド１０２をウエハ１１０に対して第３圧力で押圧すること（６１４）、および研磨パッド１０２がウエハ１１０に対して第３圧力で押圧されつつ、水および希釈スラリーをウエハ１１０に塗布すること（６１６）を含む。
【００３６】
図９は、研磨パッド１０２の圧力およびスラリー濃度と比較した研磨プロセス時間を示す方法６００の図である。図９に示すように、初期段階において、研磨パッド１０２は、ウエハ１１０に対して約０ｐｓｉ〜約５ｐｓｉの第１圧力で押圧される。第２段階において、研磨パッド１０２は、ウエハ１１０に対して約５ｐｓｉ〜約１５ｐｓｉの第２圧力で押圧される。第３段階において、研磨パッド１０２は、ウエハ１１０に対して約０ｐｓｉ〜約５ｐｓｉの第３圧力で押圧される。詳細には、例示の実施形態において、第１圧力は約１ｐｓｉ、第２圧力は約７ｐｓｉ、第３圧力は約１ｐｓｉである。代替の実施形態において、研磨パッド１０２は、ウエハ１１０に対して任意の適切な圧力で押圧してもよい。
【００３７】
研磨パッド１０２は、ウエハ１１０に対して任意の適切な時間で押圧できる。例示の実施形態において、研磨パッド１０２は、ウエハ１１０に対して第１圧力で約５〜約２０秒の時間、押圧される。研磨パッド１０２は、ウエハ１１０に対して第２圧力で約１００〜約３００秒の時間、押圧される。研磨パッド１０２は、ウエハ１１０に対して第３圧力で約１０〜約１００秒の時間、押圧される。
【００３８】
方法６００の例示の実施形態において、研磨粒子を含む第１スラリーが、研磨パッド１０２とウエハ１１０との間に塗布され、ウエハ１１０の表面１１２を研磨するのを支援する。幾つかの実施形態において、第１スラリーは、約１００ナノメータ〜約１６０ナノメータの直径を有する粒子を含む。幾つかの実施形態において、第１スラリーは、強い塩基(base)薬剤、例えば、限定なしで水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなど含む。従来のスラリー、例えば、イリノイ州ネーパービルのナルコ社によって製造されたＮａｌｃｏ  ＤＶＳＴＳ０２９は、方法６００での使用に適している。研磨パッド１０２が研磨粒子を含むに対して第２圧力で押圧された場合、研磨パッドは、スラリーをウエハ１１０の表面１１２に対して作用させ、ウエハ１１０の表面１１２から材料を同時にかつ均等に除去し、ウエハ１１０の全体平滑性を改善するのを支援する。ウエハ１１０の表面１１２が研磨されると、シリコンが除去され、スラリーの研磨作用によって表面１１２上にある小さな損傷が生成される。例として、中間研磨操作は、好ましくは、ウエハ１１０の表面１１２から約１マイクロメータ未満の材料を除去する。続いて表面１１２での研磨スラリーによって生成される小さな損傷は、最終研磨において除去される。
【００３９】
方法６００において、研磨粒子を含む第２スラリーが研磨パッド１０２とウエハ１１０との間に塗布され、ウエハ１１０の表面１１２をさらに研磨するのを支援する。幾つかの実施形態において、第２スラリーは、約１０ナノメータ〜約１００ナノメータの直径を有する粒子を含む。より好ましくは、粒子は、約２０ナノメータ〜約８０ナノメータの直径を有する。最も好ましくは、粒子は、約４０ナノメータ〜約６０ナノメータの直径を有する。一実施形態において、第２ウエハに塗布される第２スラリーは、弱い塩基薬剤、例えば、限定なしで水酸化アンモニウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、アミンなど含む。アンモニア安定化コロイドシリカスラリーは、グランゾックス(Glanzox)３９００であり、これは日本の愛知県のフジミ社から市販されている。グランゾックス３９００は、約８〜約１０％のシリカ含量を有し、約０．０２５〜約０．０３５マイクロメータの粒子サイズを有する。
【００４０】
方法６００において、パッドは、ウエハ１１０に対して第３圧力で押圧され、水がウエハ１１０に印加され、最終「タッチ」または「フラッシュ」研磨操作を提供し、サブマイクロメータ粗さを改善し、ウエハ１１０の表面１１２上に残留する微小欠陥を実質的に除去する。最終研磨はまた、ウエハ平坦性を維持しつつ、滑らかな鏡面仕上げをウエハ１１０の表面１１２に付与し、典型的には研磨ウエハについて多くのデバイス製造によって望まれるものである。このタイプの最終研磨は、一般に材料の約１マイクロメータ未満を除去し、好ましくは材料の約０．２５マイクロメータ〜約０．５マイクロメータをウエハ１１０の表面１１２から除去する。水が追加されると、水はスラリーを希釈する。幾つかの実施形態において、スラリーは、約１部のシリカスラリー対約１０部の脱イオン水に希釈される。
【００４１】
説明した方法およびシステムの実施形態は、先行する方法およびシステムと比較して改善された表面特性を有する半導体ウエハをより効率的に生産できる。例えば、説明したシステムおよび方法は、ウエハ研磨時に廃棄を低減し、効率を増加させる改善された研磨システムを提供する。より詳細には、説明した実施形態は、初期ウエハプロファイルが研磨後ウエハプロファイルに一致するようにウエハの研磨を提供する。実施形態は、研磨時に除去される材料を低減し、研磨ウエハでの層の均等な厚さを維持する。
【００４２】
さらに幾つかの実施形態において、研磨パッドは、その中心エリアおよびエッジエリアにおいて選択的にドレッシングされる。こうして研磨パッドが摩耗し、積み上げを取得する際に研磨パッドでの変動からの影響が減少する。また研磨パッドのエッジエリアまたは中心エリアを選択的にドレッシングすることは、半導体ウエハを一貫したウエハプロファイル形状に研磨するのを促進する。
【００４３】
さらに、方法は、従来の方法と比較してポリ粒子境界を低減できる。例えば、原子間力顕微鏡で２×２ミクロン視野で観察した場合、ポリ粒子境界は目立たなくなる。より少ない粒子境界は、より良好な表面粗さ、下流プロセスでのより少なく再生される粗さ、改善された計測学を含む、多数の利点を有する。
【００４４】
本発明またはその実施形態の要素を導入する場合、冠詞（"a", "an", "the", "said"）は、１つ以上の要素が存在することを意味すると意図している。用語「備える(comprising)、含む(including)、有する(having)」は、包括的であって、列挙した要素以外の追加の要素が存在してもよいことを意味すると意図している。
【００４５】
上述の構造および方法において、本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更が可能であるが、上記記載に含まれ、添付図面に示される全ての事項が、例示として解釈すべきであり、限定する趣旨として解釈すべきでないことを意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年10月10日(2019.10.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン層を含むシリコンウエハを含む半導体ウエハを研磨する方法であって、
シリコン層の外側表面を研磨パッドと接触させる前に、半導体ウエハを検査して、初期ウエハプロファイルを判断するステップと、
半導体ウエハを研磨装置に位置決めするステップであって、研磨装置は、パッド表面を有する研磨パッドを含み、パッド表面は、中心エリアおよびエッジエリアを定義する、ステップと、
シリコン層の外側表面をパッド表面と接触させるステップと、
スラリーをシリコン層の外側表面に塗布するステップと、
パッド表面がシリコン層の外側表面に接触しつつ、該パッドを回転させるステップであって、その結果、シリコン層の一部が除去され、シリコン層の滑らかな表面を提供し、第２厚さが、シリコンウエハの内側表面と滑らかな表面との間に定義され、第２厚さは、シリコン層全体に渡って実質的に均等である、ステップと、
シリコン層の一部の除去後、半導体ウエハを検査して、研磨後ウエハプロファイルを判断するステップと、
初期ウエハプロファイルを研磨後ウエハプロファイルと比較して、プロファイル間の変動を判断し、初期ウエハプロファイルと研磨後ウエハプロファイルとの間の変動に基づいて、パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの一方がドレッシングされるステップとを含む、方法。
【請求項２】
半導体ウエハの初期ウエハプロファイルに基づいて、パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの少なくとも一方をドレッシングするステップをさらに含む請求項１記載の方法。
【請求項３】
中心エリアおよびエッジエリアの一方が、初期ウエハプロファイルに基づいてドレッシングされ、ドレッシングされたパッド表面は、初期ウエハプロファイルに一致するように半導体ウエハを研磨する請求項２記載の方法。
【請求項４】
エッジエリアは、ドレッシングされ、
パッド表面は、円形形状を有し、
エッジエリアは、研磨パッドの外側エッジから約２．５ｃｍと約５ｃｍの間で放射状に延びている、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
中心エリアは、ドレッシングされ、
パッド表面は、円形形状を有し、
中心エリアは、研磨パッドの外側エッジから約１５ｃｍと約２０ｃｍの間に内向きに放射状に間隔を空けている、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
シリコン層は、多結晶シリコン層であり、
該層は、研磨後に減少した粗さを有し、
多結晶粒子境界は、研磨によって減少している、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
スラリーは、研磨粒子および塩基を含む、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
中心エリアおよびエッジエリアを定義するパッド表面を含む研磨パッドをドレッシングする方法であって、
シリコン層の外側表面を研磨パッドと接触させる前に、シリコン層を含む半導体ウエハを検査して、初期ウエハプロファイルを判断するステップと、
パッド表面を用いてシリコン層の外側表面を研磨するステップと、
シリコン層の一部の除去後、半導体ウエハを検査して、研磨後ウエハプロファイルを判断するステップと、
初期ウエハプロファイルを研磨後ウエハプロファイルと比較して、プロファイル間の変動を判断するステップと、
初期ウエハプロファイルと研磨後ウエハプロファイルとの間の変動に基づいて、パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの少なくとも一方をドレッシング部材と接触させるステップとを含む、方法。
【請求項９】
半導体ウエハの初期ウエハプロファイルに基づいて、パッド表面の中心エリアおよびエッジエリアの少なくとも一方をドレッシング部材と接触させるステップをさらに含む請求項８記載の方法。
【請求項１０】
中心エリアおよびエッジエリアの一方が、初期ウエハプロファイルに基づいてドレッシング部材と接触し、ドレッシングされたパッド表面は、初期ウエハプロファイルに一致するように半導体ウエハを研磨する請求項９記載の方法。
【請求項１１】
エッジエリアは、ドレッシング部材と接触し、
パッド表面は、円形形状を有し、
エッジエリアは、研磨パッドの外側エッジから約２．５ｃｍと約５ｃｍの間で放射状に延びている、請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
中心エリアは、ドレッシング部材と接触し、
パッド表面は、円形形状を有し、
中心エリアは、研磨パッドの外側エッジから約１５ｃｍと約２０ｃｍの間に内向きに放射状に間隔を空けている、請求項８〜１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
ドレッシング部材は、ダイヤモンド含浸ドレッシング部材である、請求項８〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
ドレッシング部材は、約３０ｍｍと約１０ｍｍの間の直径を有するドレッシング表面を含む、請求項８〜１３のいずれかに記載の方法。
【外国語明細書】
2020025110000001.pdf