(57)【要約】【課題】  半導体基板の周縁部に発生する表面荒れや周縁部に付着し汚染源となる膜を研磨によって除去することができ、且つこの研磨に伴い基板表面にパーティクルが付着するのを防止でき、半導体装置の信頼性や製造歩留まりの向上をはかる。【解決手段】  被処理基板１２を保持した基板保持機構１１を回転させると共に、被処理基板１２の周縁部に研磨材１３を接触・加圧し、この接触・加圧部に純水又は研磨液を供給することにより被処理基板１２の周縁部を研磨する基板処理方法であって、基板１２の表面に予め界面活性剤又は水溶性高分子剤を塗布しておく。【選択図】      図１
2005277050.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理基板の表面に界面活性剤又は水溶性高分子剤を塗布する工程と、
前記基板の周縁部と研磨材とを相対的に摺動させ、該基板の周縁部を研磨する工程と、
を含むことを特徴とする基板処理方法。
【請求項２】
被処理基板を保持した基板保持機構を回転させると共に、被処理基板の周縁部に研磨材を接触・加圧し、この接触・加圧部に純水又は研磨液を供給することにより被処理基板の周縁部を研磨する基板処理方法であって、
前記基板の表面に予め界面活性剤又は水溶性高分子剤を塗布しておくことを特徴とする基板処理方法。
【請求項３】
前記界面活性剤又は水溶性高分子剤を塗布するために、前記被処理基板の表面側中央部に前記界面活性剤又は水溶性高分子剤を供給し、前記基板保持機構により前記基板を回転させることを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
【請求項４】
前記研磨の処理中に、前記基板保持機構により回転している基板の表面側中央部に前記界面活性剤又は水溶性高分子剤を連続的又は断続的に供給することを特徴とする請求項２記載の基板処理方法。
【請求項５】
前記基板として、所定のプロセス工程を経た後に周縁部以外が有機膜で保護されたものを用い、前記研磨の処理後に該有機膜の少なくとも一部を除去することを特徴とする請求項１又は２記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハなどの被処理基板の周縁部（ベベル部及びエッジ部）に発生する表面荒れや基板周縁部に付着して汚染源となる膜を除去するための基板処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の微細化、半導体装置の高密度化に伴い、パーティクルの管理は益々重要になりつつある。パーティクルを管理する上での大きな問題の１つとして、半導体装置の製造工程中に半導体ウェハ（基板）のベベル部及びエッジ部に生じる表面荒れに起因する発塵がある。ここで、ベベル部とは、半導体ウェハの端部において断面が曲率を有する部分を意味し、エッジ部とは、ベベル部からウェハの内周側に向かった数ｍｍ程度の表面が平坦な部分を意味する。
【０００３】
例えば、トレンチキャパシタのトレンチ（ディープトレンチ）をＳｉウェハの表面に形成するＲＩＥ（Reactive Ion Etching）工程においては、エッチング中に生じる副生成物がＳｉウェハのベベル部及びエッジ部に付着する。そして、これがエッチングのマスクとして作用するため、Ｓｉウェハのベベル部及びエッジ部に針状突起が形成されることがある（図２（ｂ）参照：図中の２５が針状突起）。特に、マスクの開口径がサブミクロンオーダーであり、アスペクト比が数十と非常に高いディープトレンチを精度良く形成しようとした場合には、そのプロセス条件により上述した針状突起がベベル部及びエッジ部に必然的に発生してしまう。
【０００４】
針状突起の高さは位置によりバラツキがあるが、最大で１０μｍ近くにもなり、Ｓｉウェハの搬送時或いはプロセス時に破損してパーティクルが発生する原因となる。このようなパーティクルは歩留りの低下につながるため、ベベル部及びエッジ部に形成された針状突起を除去する必要がある。
【０００５】
従来から、このような針状突起等を除去するためにＣＤＥ（Chemical Dry Etching）法が用いられている。しかし、ＣＤＥ法においては、等方的なエッチングにより尖った針状部分は除去することができるが、針状突起の高さのバラツキに応じて凹凸が形成されてしまう。この種の凹凸は、次工程以降で行われるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等の加工時にダストが溜まり易く、問題となる場合がある。さらに、ＣＤＥ工程に要する１枚当たりの処理時間は通常５分以上と長く、ＣＤＥ工程はスループットを下げる原因となると共に、原料コストが高いという問題を有している。
【０００６】
また、半導体装置の製造工程中において、ウェハのベベル部及びエッジに付着した材料膜は汚染源となる。このため、これらの材料膜を除去する必要があるが、ＣＤＥでは、これらの材料膜を簡易に除去するのは困難であった。
【０００７】
そこで最近、ウェハの周縁部に発生する表面荒れや周縁部に付着し汚染源となる膜を除去するために、周縁部を研磨する方法が行われている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、ウェハを回転させると共にウェハ側面に研磨テープ等の研磨材を当てて、ウェハの周縁部を研磨する。これにより、ウェハの周縁部に発生する表面荒れや周縁部に付着し汚染源となる膜を、短時間で除去することができる。
【０００８】
しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題があった。即ち、基板側面を研磨することによって、基板の主成分である微小なＳｉ片や、研磨テープ中の研磨粒子等のパーティクル（Particle）が飛散する。特に、基板表面が疎水性の場合には、これらパーティクルが強固に付着するため、研磨終了後に基板表面の物理洗浄を施してもパーティクルは殆ど除去できない。その結果、半導体装置の信頼性や、歩留まり等の著しい劣化を招くことになる。
【特許文献１】特開２００３−２３４３１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、半導体基板の周縁部に発生する表面荒れや周縁部に付着し汚染源となる膜を研磨によって除去することができ、且つこの研磨に伴い基板表面にパーティクルが付着するのを防止でき、半導体装置の信頼性や製造歩留まりの向上等に寄与し得る基板処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の一態様は、次のような構成を採用している。
【００１１】
即ち、本発明の一態様の基板処理方法は、被処理基板の表面に界面活性剤又は水溶性高分子剤を塗布する工程と、前記基板の周縁部と研磨材とを相対的に摺動させ、該基板の周縁部を研磨する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の別の一態様は、被処理基板を保持した基板保持機構を回転させると共に、被処理基板の周縁部に研磨材を接触・加圧し、この接触・加圧部に純水又は研磨液を供給することにより被処理基板の周縁部を研磨する基板処理方法であって、前記基板の表面に予め界面活性剤又は水溶性高分子剤を塗布しておくことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、被処理基板の周縁部の研磨に際して、予め基板表面に界面活性剤又は水溶性高分子剤を供給することにより、基板表面に界面活性剤又は水溶性高分子剤のコーティングを施すことができ、基板表面にパーティクルが強固に付着するのを未然に防止できる。このため、研磨処理後の物理洗浄等により基板表面からのパーティクルの除去が容易となり、基板表面をパーティクルの無い、若しくは極めて少ない状態に保つことができる。これにより、半導体装置の信頼性や製造歩留まりの向上等に寄与することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１５】
（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態方法に使用した研磨装置の概略構成を示す斜視図である。
【００１６】
図中の１１は、平面運動の一つとして回転運動が可能な基板保持機構であり、この基板保持機構１１上に半導体ウェハ等の被処理基板１２が保持される。基板保持機構１１は、図示しないモータにより垂直方向の軸を中心に回転駆動されるようになっている。基板保持機構１１の直径は基板１２のそれよりも小さく、従って基板１２の周辺部は基板保持機構１１よりも外側に突出する状態になる。
【００１７】
基板１２の周縁部の研磨に供される研磨テープ１３は、水平方向に移動可能な研磨ヘッド１４に装着されている。そして、研磨ヘッド１４を基板１２側に移動させることにより、研磨テープ１３が基板１２の側面に対して、接触・加圧されるようになっている。
【００１８】
また、図中の１５は基板１２上に純水を供給するための純水供給ノズルであり、回転中の基板１２の表面中央部に純水を滴下することにより、遠心力によって基板１２と研磨テープ１３との接触・加圧部に純水を供給できるようになっている。ここで、純水の代わりに研磨液を用いることも可能である。
【００１９】
また、図中の１６は基板１２上に界面活性剤を供給するための界面活性剤供給ノズルであり、基板１２の表面中央部に界面活性剤を含む薬液を滴下し、かつ基板１２を回転させることにより、遠心力によって基板１２の表面全体に界面活性剤を供給できるようになっている。この界面活性剤の供給により、基板表面に界面活性剤のコーティングが施される。ここで、界面活性剤の代わりに、水溶性高分子剤を用いることも可能である。
【００２０】
研磨テープ１３としては、研磨面となるその片面（例えばＰＥＴフィルム）に、例えばダイヤモンド砥粒やＳｉＣをウレタンタイプ接着剤で接着したものを用いることができる。研磨テープ１３に接着する砥粒は、基板の種類や要求される性能に応じて選択されるが、例えば粒度＃２０００〜＃３００００のダイヤモンドや粒度＃２０００〜＃２００００のＳｉＣを用いることができる。
【００２１】
界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤：ポリカルボン酸系（例えばポリカルボン酸アンモニウム），ポリアクリル酸系（例えばポリアクリル酸アンモニウム），アルキルベンゼンスルホン酸系（例えばドデシルベンゼンスルホン酸カリウム）、カチオン系界面活性剤：ポリエチレンイミン系，第四級アンモニム塩（ポリジアルキルアンモニウムクロライド）、ノニオン系界面活性剤：アセチレンジオール系，ポリオキシエチレンアルキルエーテル，ポリビニルピロリドンがある。
【００２２】
水溶性高分子剤としては、セルロース系（メチルセルロース，メチルヒドロキシエチルセルロース，メチルヒドロキシプロピルセルロース，ヒドロキシエチルセルロース，ヒドロキシプロピルセルロース，カルボキシメチルセルロース，カルボキシエチルセルロース，カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース）、キトサン類がある。
【００２３】
これらの溶液は、被処理基板表面及び汚染源となるパーティクルによって適宜選択すればよい。後述するように基板表面にレジストを塗布した場合、レジストの親水化に効果があるのは、セルロース系，アセチレンジオール系，アルキルベンゼンスルホン酸系であり、これらを適宜選択すればよい。
【００２４】
次に、上記構成の研磨装置を用いた基板処理方法について説明する。ここでは、ＲＩＥ法によりトレンチキャパシタのディープトレンチを半導体ウェハ（Ｓｉウェハ）の表面に形成したときに半導体ウェハの周縁部（ベベル部及びエッジ部）の表面に生じる荒れを除去する方法について説明する。このトレンチキャパシタは、例えばＤＲＡＭのメモリセルに使用されるものである。
【００２５】
まず、図２（ａ）に示すように、Ｓｉウェハ２１上にＳｉＯ2 膜２２とＳｉＮ膜２３の積層膜からなるハードマスクを形成する。ここで、例えばＳｉＯ2 膜２２の厚さは９０ｎｍ、ＳｉＮ膜２３の厚さは２００ｎｍとした。
【００２６】
次いで、図２（ｂ）に示すように、上記ハードマスクをマスクにしてＳｉウェハ２１をＲＩＥ法にてエッチングしてディープトレンチ２４を形成する。例えば、ディープトレンチの開口径は０．２５μｍ、深さは７μｍである。このＲＩＥ工程によって、半導体ウェハ２１の周縁部の表面には、針状突起２５が形成される。
【００２７】
より具体的には、エッチング中に生じる副生成物がＳｉウェハ２１のベベル部及びエッジ部に付着し、これがエッチングのマスクとして作用して、Ｓｉウェハ２１のベベル部及びエッジ部に針状突起２５が形成される。特に、開口径がサブミクロンオーダーであり、アスペクト比が数十と非常に高いディープトレンチ２４を精度良く形成しようとした場合には、そのプロセス条件により上述した針状突起２５がベベル部及びエッジ部に必然的に発生してしまう。本実施形態では、この針状突起２５を上述した研磨装置を用いて除去する。
【００２８】
研磨の前に、図２（ｃ）に示すように、基板表面保護のためにベベル部及びエッジ部を除いてレジスト２６を塗布形成する。レジスト２６の材料は、例えば芳香族アジド化合物，芳香族ジアジド化合物であり、このレジスト２６の形成により基板表面は疎水性となる。また、レジスト２６は、後述する研磨による研磨片がトレンチ２４内に入るのを防ぐ役割も果たすことになる。
【００２９】
図２（ｃ）に示す構造を被処理基板１２とし、この基板１２を前記図１に示す研磨装置の基板保持機構１１上に保持する。そして、基板保持機構１１を回転させると共に、界面活性剤供給ノズル１６から基板表面の中心部に界面活性剤を滴下するか、界面活性剤供給ノズル１６から基板表面の中心部に界面活性剤を滴下した後、基板保持機構１１を回転させる。これにより、遠心力によって界面活性剤を基板表面全体に供給し、基板表面に界面活性剤のコーティングを施す。
【００３０】
次いで、研磨ヘッド１４を基板１２の中心方向に移動させ、基板１２のベベル部が研磨ヘッド１４の研磨テープ１３によって挟み込まれるように、研磨ヘッド１４を基板１２に押圧する。また、このようにすることで、デバイス形成面のエッジ部の数ｍｍの領域を研磨することができる。そして、基板保持機構１１を回転させることにより基板１２を回転させ、基板１２のベベル部及びエッジ部と研磨ヘッド１４の研磨テープ１３とを摺動させて基板１２のベベル部及びエッジ部を研磨する。
【００３１】
このとき、純水供給ノズル１５から基板１２の表面に純水が連続的に滴下され、この純水は遠心力により外側に導かれて基板１２の周縁部と研磨テープ１３との接触・加圧部に導かれる。また、基板表面への純水の供給により界面活性剤のコーティング効果が弱くなると考えられる場合、研磨処理中に界面活性剤供給ノズル１６から界面活性剤を滴下するようにしても良い。この場合の界面活性剤の滴下は連続的であっても良いし、一定時間毎等断続的に行っても良い。
【００３２】
上記の研磨処理により、図２（ｄ）に示すように、Ｓｉウェハ２１の周縁部は突起が無くなり、平滑面となる。
【００３３】
研磨が終了したら、基板表面に対しブラシスクラブや超音波洗浄等の物理洗浄処理を施し、レジスト２６の表面に付着したパーティクル等を除去する。本実施形態の場合、基板表面がレジスト２６で保護されているため、レジスト２６上に残ったパーティクル等を化学エッチングで除去することも可能である。その後、図２（ｅ）に示すように、酸素ガス等を用いたアッシングによりレジスト２６を除去する。
【００３４】
図３は、ベベル部の研磨において、界面活性剤を用いることによる基板上の残留パーティクルの低減効果を示すグラフである。
【００３５】
界面活性剤を供給することなくベベル部の研磨を行った場合、ベベル研磨直後の疎水性膜（レジスト）表面に残留するパーティクル数は、数万個確認された。これに対し、本実施形態のように界面活性剤による表面コーティング処理を施すことにより、レジスト表面に残留するパーティクル数を、１０００個弱までに低減することができた。そして、物理洗浄を付加することで、更に１０個程度と大幅に低減することができる。ちなみに、従来の方法では、研磨後に物理洗浄を加えても、図３に示されるパーティクル数から殆ど低下が認められなかった。
【００３６】
このように本実施形態によれば、ＲＩＥ法によりトレンチキャパシタのディープトレンチが形成されたＳｉウェハ２１に対し、その周縁部の研磨処理を施す前段階として、基板表面に界面活性剤を供給してコーティングを施すことにより、研磨中に基板表面にパーティクルが強固に付着するのを未然に防止できる。このため、研磨処理後の物理洗浄等により基板表面からのパーティクルの除去が容易となり、基板表面をパーティクルの無い、若しくは極めて少ない状態に保つことができる。これによって、信頼性及び製造歩留まりの向上をはかることができる。
【００３７】
また、ウェハ２１のベベル部及びエッジ部から針状突起２５を除去した後の面は、平滑面となるので、前述したＣＤＥ法における問題が解決される。即ち、従来のＣＤＥ法では、針状突起の除去後に、針状突起の高さのバラツキに応じて凹凸が形成され、次工程以降で行われるＣＭＰ等の加工時に凹凸にダストが溜まり易いという問題があるが、本実施形態によればこの問題が解消される。
【００３８】
また、本実施形態に使用する研磨装置は極めて簡単な装置構成でよいため、装置単体の価格を安くすることができる。さらに、使用する原料も純水と界面活性剤だけであるので、ランニングコストを大幅に削減することができる。このように、本実施形態によればコスト削減の点で大きな利点がある。
【００３９】
また、研磨テープを用いた研磨により基板の周縁部等に付着し汚染源となる膜を除去することとすれば、単一の工程で除去工程を実現することができるので、従来のウェットエッチング法に比べて短時間で汚染源となる膜を除去することができ、スループットが向上する。
【００４０】
（変形例）
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、研磨ヘッドに装着した研磨テープとの摺動により基板周縁部を研磨したが、研磨材として研磨テープの代わりに研磨布を取り付け、純水の代わりに研磨粒子を含む研磨液を供給して基板周縁部を研磨するようにしても良い。
【００４１】
実施形態では被処理基板を保持した基板保持機構を回転したが、この代わりに研磨ヘッドを回転させるようにしても良い。また、被処理基板と研磨ヘッドの両方を回転させるようにしても良い。さらに、基板保持機構や研磨ヘッドの移動は必ずしも回転に限るものではなく、平面的に移動させるものであればよい。研磨ヘッドは１つに限らず、被処理基板の周辺部に沿って複数個配置しても良い。
【００４２】
また、実施形態では、純水又は研磨液を基板表面の中心部に滴下し、遠心力を利用して基板周縁部と研磨材との接触・加圧部に供給するようにしたが、接触・加圧部に純水又は研磨液を直接供給するようにしても良い。具体的には、回転している基板の周縁部に対し接触・加圧部の摺動方向上流側に供給するようにしても良い。
【００４３】
また、研磨ヘッドに弾性を持たせることにより、接触面における圧力のバラツキを少なくして研磨量を均一にすることができる。さらにこの場合、ベベル部のみではなくエッジ部に研磨材を当てることができ、ウェハ周縁部の研磨を全体にわたって均一に行うことが可能となる。さらに、研磨ヘッドを垂直面から傾けることにより、ウェハのベベル部だけではなく、エッジ部を十分に研磨することができる。
【００４４】
また、実施形態においては、基板としてＳｉウェハを用いた例を説明したが、ＳＯＩウェハ、ＳｉＧｅウェハ等の他の半導体ウェハ、デバイス形成面がＳｉＧｅで形成されたＳｉウェハ等を用いてもよい。
【００４５】
さらに、基板表面保護のためにレジスト以外の有機膜を用いてもよく、研磨終了後には有機膜を全部除去することなく、汚染された表面の一部のみを除去して、有機膜の残部は後のプロセス工程における保護膜としてそのまま利用してもよい。
【００４６】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態方法に使用した研磨装置の概略構成を示す斜視図。
【図２】同実施形態に係わる基板処理方法を説明するための工程断面図。
【図３】同実施形態を用いることによる基板上の残留パーティクル低減効果を示す特性図。
【符号の説明】
【００４８】
１１…基板保持機構
１２…被処理基板
１３…研磨テープ
１４…研磨ヘッド
１５…純水供給ノズル
１６…界面活性剤供給ノズル
２１…Ｓｉウェハ
２２…ＳｉＯ2 膜
２３…ＳｉＮ膜
２４…トレンチ
２５…針状突起
２６…レジスト
【図１】
2005277050.tif 000003
【図２】
2005277050.tif 000004
【図３】
2005277050.tif 000005