(57)【要約】研磨工程全体を通じてウェーハ表面で高いｐＨを維持し、ＣＭＰの後及び研磨後洗浄の間、制御された態様で必要なときにのみｐＨを低下させるシステム及び方法が提供される。ウェーハ及び研磨成分を濡れた状態に保ち、研磨パッドからスラリー残留物を洗浄するのに、脱イオン水の代わりに、高ｐＨの化学的性質を有し随意に界面活性剤を有する液体が用いられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械的平坦化を受けているウェーハ表面上の欠陥を低減させる方法において、
（ａ） 湿式移動機構を含むウェーハ入出力領域を提供するステップと；
（ｂ） 第１の研磨プラテンを提供するステップと；
（ｃ） 第２の研磨プラテンを提供するステップと；
（ｄ） 低ｐＨリンスステーションを提供するステップと；
（ｅ） 前記湿式移動機構を使用して第１のウェーハを前記第１の研磨プラテンに移動するステップであって、前記湿式移動機構は高ｐＨ溶液により前記第１のウェーハを濡れた状態に保持するステップと；
（ｆ） 前記第１のプラテン上で前記第１のウェーハを高ｐＨスラリーにより研磨するステップと；
（ｇ） ステップ（ｆ）の後、前記第１のウェーハ及び前記第１のプラテンを高ｐＨ溶液によりリンスするステップと；
（ｈ） ステップ（ｇ）の後、前記第１のウェーハを前記第２のプラテンへ移動するステップと；
（ｉ） 前記第２のプラテン上で前記第１のウェーハを高ｐＨスラリーにより研磨するステップと；
（ｊ） ステップ（ｉ）の後、前記第１のウェーハ及び前記第２のプラテンを高ｐＨ溶液によりリンスするステップと；
（ｋ） ステップ（ｊ）の後、前記第１のウェーハを前記低ｐＨリンスステーションへ移動するステップと；
（ｌ） 前記リンスステーションで、前記第１のウェーハを、前記高ｐＨ溶液よりも低いｐＨを有するより低いｐＨの溶液によりリンスするステップと；
を有し、
ステップ（ａ）〜（ｋ）の間前記第１のウェーハの表面のｐＨは実質的に一定に維持される方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記高ｐＨスラリーはｐＨ１０〜１２を有する方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、前記高ｐＨ溶液はｐＨ１０〜１２を有する方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記高ｐＨ溶液は希アンモニアを含み、前記より低いｐＨの溶液はｐＨ約６を有する方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記より低いｐＨの溶液は脱イオン水であり、前記低ｐＨリンスステーションは乾燥ステーションに位置している方法。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の方法において、
少なくとも１つのブラシスクラバを提供するステップと；
ステップ（ｊ）の後で且つ前記より低いｐＨ溶液で前記第１のウェーハをリンスする前に、前記少なくとも１つのブラシスクラバで前記第１のウェーハをスクラブするステップと；
を更に含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載の方法において、前記第１のウェーハをスクラブする間、高ｐＨ溶液を前記第１のウェーハにスプレーするステップを更に含む方法。
【請求項８】
第１のウェーハを研磨するための第１の研磨プラテンであって、第１の高ｐＨスラリー源及び第１の高ｐＨ溶液リンス源を含む第１の研磨プラテンと；
前記第１のウェーハを研磨するための第２の研磨プラテンであって、第２の高ｐＨスラリー源及び第２の高ｐＨ溶液リンス源を含む第２の研磨プラテンと；
前記第１のウェーハを前記第１の研磨プラテンに、そして前記第２の研磨プラテンに、移動するための湿式移動機構を含むウェーハ入出力領域であって、前記湿式移動機構は、前記第１のウェーハを高ｐＨ溶液で濡れた状態に保持するｐＨ調整溶液を含む、ウェーハ入出力領域と；
前記高ｐＨ溶液よりも低いｐＨを有するリンス溶液を含む低ｐＨリンスステーションと；
を有し、
前記第１のウェーハの表面のｐＨは、前記第１のプラテン及び第２のプラテンにおける処理の間に、そして前記プラテン間の移動の最中に、実質的に一定に保たれる、化学的機械的平坦化システム。
【請求項９】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記高ｐＨスラリーはｐＨ１０〜１２を有し、前記高ｐＨ溶液はｐＨ１０〜１２を有するシステム。
【請求項１０】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記高ｐＨ溶液は、希アンモニアを含むシステム。
【請求項１１】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記より低いｐＨの溶液は脱イオン水であるシステム。
【請求項１２】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記低ｐＨリンスステーションは乾燥ステーションに位置しているシステム。
【請求項１３】
請求項８に記載のシステムにおいて、少なくとも１つのブラシスクラバを更に含み、前記より低いｐＨ溶液で前記第１のウェーハをリンスする前に、前記第１のウェーハが、前記第１のウェーハをスクラブする最中に高ｐＨ溶液を前記第１のウェーハにスプレーする前記少なくとも１つのブラシスクラバによってスクラブされるシステム。
【請求項１４】
請求項８に記載のシステムにおいて、前記第１のプラテン上で前記第１のウェーハをリンスするのに脱イオン水が用いられるシステムで用いられるよりも少ないスラリーが前記第２のプラテンで用いられるシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造プロセシングに関する。本発明は、より詳しくは、平坦化工程の間一定のｐＨを維持することによって半導体プロセシングの間の欠陥を減少させるシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１及び２をここで参照すると、従来技術のＣＭＰ装置１００のブロック図及びウェーハ１０５（図２）の側面の部分透視図が示される。ＣＭＰ装置１００は、研磨されるべきウェーハをアーム１０１により供給され、これらウェーハを回転研磨パッド１０２上に置く。研磨パッド１０２は弾性材料でできており、研磨工程を補助するために、多くの場合、複数の所定の溝を有しておりざらつきがある（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）。調節アーム１０３は研磨パッドを調節する。
【０００３】
研磨パッド１０２は、プラテン１０４（研磨パッド１０２の下に位置するターンテーブル）上で所定の速度で回転する。ウェーハはキャリアリング及びキャリアフィルム（示されない）によってアーム１０１により研磨パッド１０２上で保持される。ウェーハ１０５の下面は、研磨パッド１０２に支持される。ウェーハ１０５の上面は、アーム１０１のキャリアフィルムの下面に接する。研磨パッド１０２が回転すると、アーム１０１は所定の速度でウェーハ１０５を回転させる。アーム１０１は、ウェーハ１０５を所定量の下への力で研磨パッド１０２に押し付ける。ＣＭＰ装置１００は、研磨パッド１０２の半径方向に延在するスラリー供給管１０７も含む。スラリー供給管１０７は、スラリー源１１２から研磨パッド１０２にスラリー１０６の流れを供給する。スラリー１０６は、平滑で予測可能なウェーハの平坦化を化学的に補助するように設計された脱イオン水と研磨剤との混合物である。シリカスラリーを使用しているシステムにおいてはスラリーのｐＨは非常に高く、典型的にｐＨは約１０又は１１である。
【０００４】
研磨パッド１０２及びウェーハ１０５の両方の回転動作は、スラリーの研磨動作と組み合わさって、ある定格の速度でウェーハを平坦化又は研磨する。スラリーの研磨動作は、研磨摩擦成分及び化学成分から成る。研磨摩擦成分は、研磨パッドの表面、ウェーハの表面及びスラリー中に縣濁した研磨粒子の間の摩擦によるものである。化学成分は、ウェーハの誘電層又は金属層の材料と化学的に相互作用する研磨剤のスラリー中の存在によるものである。スラリーの化学成分が、研磨されるべき誘電層の表面を軟化するのに用いられる一方、摩擦成分がウェーハの表面から物質を除去する。
【０００５】
スラリーの供給の終了はポンプをオフにすることによって達成され、ポンプをオフにすることによりパッドへのスラリーの流れは止められる。スラリー供給工程が終了した後、ｐＨ約６の脱イオン水が脱イオン水源１１０からパッド上へ水供給管１０８を介して供給される。このときウェーハ基板からスラリーが除去され、ウェーハの表面のｐＨはｐＨ約６に低下する。
【０００６】
典型的な化学的機械的研磨サイクルは、平坦化を行う２つ以上の直線式又は回転式テーブル及びより柔らかいパッド上で水バフを行う第３のテーブルを含む。化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）工程の間、ウェーハは多くのｐＨ変化を経る。最初にウェーハを研磨するのにスラリーが用いられ、その後ウェーハを洗浄するのに脱イオン水が使用される。ｐＨは研磨ステップの間上昇させられ、ウェーハが濡れた状態であるべきときはいつでも脱イオン水によって低下させられる。ポストＣＭＰ洗浄でも、ｐＨは、洗浄の時には上昇させられ、ウェーハがリンスされ乾燥させられるときに低下させられる。これは、ｐＨ約１１とｐＨ約６との間で多くの変動を生じさせる。
【０００７】
図３をここで参照すると、典型的な従来技術のＣＭＰ工程２００の１つの例のブロック図が示されている。ウェーハ上でスラリーが乾燥するのを防止するために、洗浄工程の間中ウェーハ表面は濡れた状態に保たれる。湿式移動入力ステーション機構２１０は、ウェーハの表面を脱イオン水で濡れた状態に保ちつつウェーハを装填する及び取り外すのに用いられる。次にウェーハ１０５は研磨プラテン２２０へ移動され、ここで、高いｐＨでのスラリー研磨の後に、研磨が終了したら、脱イオン水による自動リンスが実行される。ウェーハは、次に２次研磨プラテン２３０へ移動され、ここで再び、第２の高いｐＨでのスラリー研磨の後に、２次研磨が終了したら、脱イオン水リンスが実行される。典型的には、ウェーハは第３のより柔らかいプラテン２４０へ移動され、脱イオン水がパッドにスプレーされ、ウェーハは該パッド上でバフされる。典型的に、上記の３つのプラテン、２２０、２３０及び２４０は、同じ多重プラテンＣＭＰ装置２０５に含まれる。
【０００８】
次にウェーハ１０５は取り外されて、入力ステーション機構２１０を使用して濡れた状態に保持される。次に、随意に、ウェーハ１０５はブラシステーション２５０及び２５５へ移動されてもよく、ここでウェーハは、スラリー、例えば希アンモニア又はＮＨ４ＯＨのｐＨと同様のｐＨを有するスクラブ溶液スプレーにより研磨される。最後に、ウェーハ１０５は乾燥ステーション２６０へ移動され、ここで、脱イオン水によってリンスされ、乾燥する。
【０００９】
図４は、図３のシステム２００の各研磨ステップの終わりにおけるウェーハ表面のｐＨレベルを示す表である。ＣＭＰ工程の間、ウェーハの表面のｐＨがｐＨ約１１とｐＨ約６との間で何度も変動する点に注意する。
【００１０】
全ての粒状物質は、溶液中に懸濁すると帯電薄層を生じる。この電荷は、ゼータ電位として知られており、負でも正でもあり得る。ゼータ電位は、粒子が小さな電場によって囲まれるように粒子の外面に現れる。ｐＨ約１０以上の塩基性の水溶液中のシリカ粒子は、該シリカ粒子上で負のゼータ電位を生じる。加えて、このように高いｐＨでは、存在するあらゆる他の粒子のゼータ電位は、溶液に接触している表面のゼータ電位と同様に負である。従ってシリカ粒子は導体ウェーハから静電的に反発し、ウェーハ表面からのスラリー残留物の除去を容易にする。シリカ粒子の存在下でウェーハ表面のｐＨが低下するとコロイドが生じ、ウェーハ表面においてシリカの凝集が起こる。このように、ウェーハ表面のｐＨが低下すると常に、微細粒子の存在下ではより高い欠陥環境が存在する。生成される欠陥は、スラリー研磨剤の凝集体及びウェーハ表面に付着しているスラリー研磨剤（又は他のあらゆる粒子）によるウェーハのかき傷を含む。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
必要なのは、スラリー研磨剤の凝集及びｐＨの変動を最小化するために、ＣＭＰ研磨及び洗浄工程全体を通じて一定な高いｐＨを提供する方法である。
【００１２】
この目的及びその他の目的は、以下で開示される出願人の発明によって満たされる。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低減された欠陥を伴う化学的機械的平坦化のためのシステム及び方法を目的とする。研磨工程全体を通じて高いｐＨがウェーハ表面で維持され、ｐＨは、ＣＭＰ後及び研磨後の洗浄の最中に、制御された態様で必要なときにのみ低下する。本システムは、ウェーハを高ｐＨ溶液で濡れた状態に保ちつつ、第１のウェーハを第１の研磨プラテンに、また、第２の研磨プラテンに、移動するための湿式移動機構を含むウェーハ入出力領域を含む。第１の高ｐＨスラリー源及び第１の高ｐＨ溶液リンス源を含む第１の研磨プラテンが、ウェーハ表面を研磨してリンスするのに用いられる。第２の研磨プラテンは、第２の高ｐＨスラリー源及び第２の高ｐＨ溶液リンス源を使用してウェーハ上の第２の研磨を実行する。処理中及び好適には研磨後の洗浄の間、ウェーハ表面のｐＨは実質的に一定に保たれるので、ウェーハ表面の欠陥の数は低減させられる。本発明の関連する目的及び利点は、以下の説明から明らかになるであろう。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明は、添付の図において限定としてではなく例により示されるものであり、これらの図においては同様の参照番号が同様の要素を示す。
【００１５】
本発明の原理の理解を助けるために、図中に示された実施例を参照し、これら実施例を説明するのに特別な用語が用いられる。それでも、これにより本発明の範囲の制限は意図されるものではなく、ここで説明された本発明の原理の代替例及び他の変形例は、本発明の技術分野の当業者は通常思いつくものであると理解される。
【００１６】
ウェーハ表面環境を最適化することによって欠陥を最小化するために、ＣＭＰ研磨及び洗浄工程全体を通じて一定の高いｐＨを維持するＣＭＰ研磨システム及び方法が提供される。本発明は、研磨工程全体を通じてウェーハ表面で高いｐＨを維持し、ポストＣＭＰ処理の後、制御された態様で必要なときにのみｐＨを低下させる。このように、欠陥を生じさせることができる最少の数の粒子が環境に存在するときまで、高いｐＨが維持される。
【００１７】
図５をここで参照すると、本発明の１つの実施例において役立つＣＭＰ装置のブロック図が示される。図１の従来技術の装置と同様に、ＣＭＰ装置１００’は研磨されるべきウェーハをアーム１０１により供給され、これらウェーハを回転研磨パッド１０２上に配置する。ウェーハ１０５の下面は研磨パッド１０２に支持される。
【００１８】
ＣＭＰ装置１００’は、研磨パッド１０２の半径方向に延在するスラリー供給管１０７も含む。スラリー供給管１０７は、スラリー源１１２から研磨パッド１０２にスラリー１０６の流れを供給する。シリカスラリーを使用したシステムにおいてスラリーのｐＨは非常に高く、通常ｐＨ約１０又は１１である。
【００１９】
スラリーの供給の終了はポンプをオフにすることによって達成され、ポンプをオフにすることによりパッド上へのスラリーの流れは止められる。スラリー供給工程が終了したあと、スラリーは、リンス管３０８を介したリンス源３１０からのｐＨ調整されたリンス溶液を使用してウェーハからすすぎ落とされる。ｐＨ調整されたリンスは高いｐＨの化学的性質を有し、随意に、界面活性剤を有する。ｐＨ調整されたリンスは、図１の従来技術のシステムの水リンスを置換する。ｐＨ調整されたリンスの１つの例は、１０以上のｐＨを有する希アンモニアである。より好適には、ｐＨ調整されたリンスは、約１１以上のｐＨを有する。本発明の１つの好適な実施例において、入出力領域を含む研磨領域の全体に亘って、最後の回転・リンス・乾燥ステーションまで、ウェーハはｐＨ調整されたリンスによってリンスされる。従って、ウェーハ基板はスラリーを除去され、ウェーハの表面のｐＨは工程全体に亘って高いｐＨに維持される。
【００２０】
図６をここで参照すると、本発明を使用した典型的な化学的機械的研磨サイクル６００が示される。図７は、ウェーハが図６の研磨サイクル６００を経るときのウェーハの表面のおよそのｐＨを示すテーブルである。
【００２１】
図６の研磨サイクルは、ウェーハ６１５の平坦化を行う２つのロータリーテーブル又はプラテン６１０及び６２０、２つのブラシステーション６３０及び６４０並びにより柔らかいパッド上で水バフを行う第３のテーブル６５０を含む。加えて、湿式移動入出力ローダーステーション６６０が提供される。図５と関連して説明されたように、本化学的機械的研磨サイクル６００は、研磨工程の間、脱イオン水の代わりに高いｐＨに調整されたリンスを使用する。図７の表と共に図６を参照すると、まず最初にウェーハが、ｐＨ約１１を有する希アンモニア等の溶液を使用して入力ステーション６６０で濡らされることが分かる。図６の工程において、濡らされたウェーハは、１次研磨プラテン６１０と接触させられる。ｐＨ１０〜１２を有するシリコンベースのスラリーが最初にウェーハを研磨するのに用いられる。本工程において、ウェーハ及びパッドを後に洗浄するのに、スラリーのｐＨに近いｐＨを有するｐＨ調整したリンス溶液が用いられる。このように、ウェーハが依然パッドと接触している間に、ｐＨ調整したリンス溶液はウェーハから、またパッドから、スラリーを洗い落とす。ウェーハ６１５は次に２次研磨プラテン６２０へ移動され、ここで再び、高いｐＨでのスラリー研磨の後に、研磨が終了したら、ｐＨ調整された溶液の自動リンスが実行される。
【００２２】
本実施例において、ウェーハ６１５は、スラリーのｐＨに近似するよう選択された高ｐＨ溶液でより柔らかいパッド６４０上でバフされる。パッド６２０、６３０及び６４０の全ては、所望なら単一のＣＭＰ装置６０５に含まれてもよい。
【００２３】
本実施例におけるバフの後、ウェーハは取り外され、スラリーのｐＨに近似するよう調整された高ｐＨリンス溶液を使用して入力ステーション機構６１０で濡れた状態を保たれ、ブラシステーションへ移動される。あるいは、ＣＭＰ研磨サイクルが終了したあとに、ウェーハは手動で移動されてもよい。
【００２４】
ウェーハ６１５は、随意にブラシステーション６５０及び６５５へ移動されてもよく、そこでウェーハは、スラリーのｐＨと同様のｐＨを有する希アンモニア即ちＮＨ４ＯＨ等のスクラブ溶液スプレーによりブラシされる。サイクル６００の終わりに、ウェーハは乾燥ステーション６６０へ移動され、そこで脱イオン水によってリンスされ、乾燥させられる。図７の表から、研磨サイクル６００中で、乾燥ステーション６６０でのリンスが、ウェーハが中性のｐＨに戻される最も早い時点であることに注意する。
【００２５】
図８及び９をここで参照すると、スラリー消費量の減少は、実験的なデータによって支持されている。
【００２６】
図８は、標準のスラリープライム期間８１０に対する、そして、延長した２５秒のスラリープライム期間８２０に対する、時間対酸化物除去速度のグラフを示す。２５秒のスラリープライムに対する酸化物除去速度が標準的な研磨時間だけ研磨されたウェーハと同等又はより高いことに注意されたい。これは、標準スラリープライムが研磨工程の初めにｐＨを効果的に上昇させていることを示す。
【００２７】
図９は、標準スラリープライムに対する、そして、延長した２５秒のスラリープライムに対する、時間対加えられた欠陥のグラフである。標準スラリープライムにおける６秒の時点での欠陥の数のピークが、同じプラテン上で２５秒のスラリープライムでは発生しなかったことに注意されたい。
【００２８】
大量のスラリープライミングによって処理されたウェーハは、５秒後に高い除去速度を有した。より少ないスラリープライミングによって処理されたウェーハは、１５秒後でさえ低下した除去速度を示した。低減された研磨速度はより高い欠陥の数と併さって、ｐＨが依然として上昇していることを示す。より低い速度をより少ない研磨剤の存在が説明するのであれば、欠陥はより高くはなるのではなく、より低くなる。
【００２９】
このように、本発明の工程におけるスラリープライミングは、ｐＨが工程全体に亘って一定に保たれるので、ウェーハ表面に研磨剤を供給するのに十分な量しか必要としないことになる。必要なポストクリーニングの量を減少させ、必要なスラリープライムの量を減少させることにより、スループットは増加する。加えて、（より高いスループットを介した）より低い欠陥、より少ないスラリー使用量及び改良された資産利用を通じて、経費は減少する。
【００３０】
本発明は、図面及び前述の説明において詳細に説明されたが、これらは性質として説明的であり制限的ではないのであり、好適な実施例のみが示され説明されたのであり、本発明の精神に含まれる全ての変更及び変形は保護されると理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のＣＭＰ装置のブロック図である。
【図２】半導体ウェーハの側面の部分斜視図である。
【図３】従来技術の典型的なＣＭＰ工程システムの１つの例のブロック図である。
【図４】図３のシステムの各研磨ステップの終わりにおけるウェーハ表面のｐＨレベルを示すテーブルである。
【図５】本発明の１つの実施例によるＣＭＰ装置のブロック図である。
【図６】本発明の１つの実施例によるＣＭＰ工程システムのブロック図である。
【図７】図６のシステムの各研磨ステップの終わりにおけるウェーハ表面のｐＨレベルを示すテーブルである。
【図８】標準のスラリープライム期間及び延長したスラリープライム期間についての時間対酸化物除去速度のグラフである。
【図９】標準のスラリープライム期間及び延長したスラリープライム期間についての時間対加えられた欠陥のグラフである。
【図１】
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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７】
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【図８】
2005501411.tif 000009
【図９】
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【国際公開パンフレット】
2005501411.tif 000011
2005501411.tif 000012
2005501411.tif 000013
2005501411.tif 000014
2005501411.tif 000015
2005501411.tif 000016
2005501411.tif 000017
2005501411.tif 000018
2005501411.tif 000019
2005501411.tif 000020
2005501411.tif 000021
2005501411.tif 000022
2005501411.tif 000023
2005501411.tif 000024
2005501411.tif 000025
2005501411.tif 000026
2005501411.tif 000027
2005501411.tif 000028
2005501411.tif 000029
2005501411.tif 000030
【国際調査報告】
2005501411.tif 000031
2005501411.tif 000032
2005501411.tif 000033