(57)【特許請求の範囲】
【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、
増粘剤及び酸化剤をそれぞれ含有し、砥粒を含まず、酸化還元電位が３０〜１５０ｍＶの範囲内である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】
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又は２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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置により半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。
【０００２】
【従来の技術】
単結晶インゴットから切出されてスライ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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の超純水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。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、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、増粘剤及び酸化剤をそれぞれ含有し、砥粒を含まず、酸化還元電位が３０〜１５０ｍＶの範囲内である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。
また研磨反応停止液は酸化剤を含有するため、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。
【０００５】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、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。
【０００６】
請求項３に係る発明は、図１に示すように研磨装置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又は２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。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨反応停止液が適用される半導体基板は、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及び酸化剤の水溶液であって、砥粒は含まず、酸化還元電位が３０〜１５０ｍＶの範囲内にある。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、研磨中にウェーハが剥離する等の問題があり好ましくない。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。
【０００８】
本発明の研磨反応停止液を用いて半導体基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１０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。
【０００９】
この研磨装置１０により半導体基板１６を研磨する場合には、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２０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１１を回転させる。このときしばらくの間、加圧ヘッド１２ａ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。
【００１０】
【実施例】
次に本発明の具体的態様を示すために、本発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、砥粒を含まず、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１６に加わる研磨圧力を基板保持具１２の自重のみの３０ｇｆ／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。
【００１１】
＜実施例２＞
研磨反応停止液として実施例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を１０．５とし、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させた。
【００１４】
＜実施例３＞
研磨反応停止液として実施例２の研磨反応停止液を使用した。この研磨反応停止液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３０ｇｆ／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。
【００１５】
＜比較例＞
研磨反応停止液として純水を用いた以外、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。
【００１６】
＜比較評価＞
実施例１〜３及び比較例の研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。
【００１７】
【表１】
0003551229.tif 000002
【００１８】
表１から明らかなように、マイクロスクラッチ、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１〜３は優れていた。実施例１〜３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３の結果が特に優れていた。
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の研磨反応停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、増粘剤及び酸化剤の他にアルカリ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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨反応停止液を用いて研磨反応を停止する研磨装置の構成図。
【符号の説明】
１０  研磨装置
１１  回転定盤
１３  研磨用パッド
１６  シリコンウェーハ（半導体基板）
１７  研磨液
１９  研磨反応停止液
【図１】
0003551229.tif 000003