JPH08250455A - 化学機械的に研磨される半導体ウェーハ面から汚染粒子を除去する方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウェーハ面から高いレベルで、しかも
平易な設備で、汚染粒子を除去するための方法および装
置を提供する。 【解決手段】 この洗浄方法は、クリーニングパッド２
０にウェーハ面の第１部分を接触させ、ウェーハ面の第
２部分に洗浄流体を供給し、そしてクリーニングパッド
の外縁に１．２２ｍ／秒（４フィート／秒）を超える接
線速度を与えるのに十分な回転速度でクリーニングパッ
ドを回転させることを特徴とする。ウェーハ１０はクリ
ーニングステーション１４内でウェーハホルダ１２に保
持される。クリーニングステーション１４は粒子除去時
に例えば脱イオン（ＤＩ）水をウェーハ面に供給する洗
浄流体供給装置１８を有する。クリーニングパッド２０
は例えば電気モーターの駆動機構２４に連結されたプラ
テン２２に取り付けられる。駆動機構２４をステーショ
ン１４に連結する係合機構２６が、プラテン２２を昇降
させて、パッドによる制御された接触圧力を与えるよう
になされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に半導体の処理
に係わり、特に製造時の半導体装置からの汚染粒子を除
去する方法と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置はこの分野でクリーンルーム
として知られている製造環境の中で組み立てられ、クリ
ーンルームは汚染粒子のろ過および排除のために特に設
計されている。粒子の管理は半導体の製造に成功するた
めに極めて重大であり、装置表面に付着した１つの「キ
ラー（ｋｉｌｌｅｒ）」粒子がマイクロ電子回路全体を
ダメにしてしまうので、装置の歩留りに直接に影響す
る。このような「キラー」粒子は大きい必要はないが、
一般に導電ワイヤーおよび他の回路造作幅の少なくとも
半分である。それにしても０．８μｍの造作による回路
に付着した０．２μｍの粒子は機能不全を引き起こす一
方、０．３５μｍの造作による回路に付着した同じ粒子
は回路をほとんど「殺してしまう」ほどである。

【０００３】クリーンな製造環境にもかかわらず、回路
が形成されるウェーハすなわちスライスから粒子を除去
するために、浄化段階が一般に半導体製造作業を通じて
行われている。リトグラフィーのような重要な処理の
前、および化学機械的研磨（ＣＭＰ）のような本来的に
汚れる処理の後には、浄化段階が特に重要である。例え
ば、半導体ウェーハ面を平面化すなわち平滑化するため
に典型的に使用される化学機械的研磨（ＣＭＰ）機械
は、シリカまたはアルミナのような一般に１ミクロン未
満の寸法の研磨粒子を含む磨きスラリーを使用してい
る。研磨加工時には数百〜数千のこのような粒子がウェ
ーハ自体から除去された粒子と一緒にウェーハの研磨面
上に見られる。これらの粒子は浄化段階で除去されねば
ならず、そうでないと装置の歩留りに徹底的に影響を及
ぼすことになる。

【０００４】多くの浄化方法は、酸洗浄、脱イオン（Ｄ
Ｉ）水または界面活性剤溶液による洗浄、超音波、ブラ
シ、またはこれらの洗浄および溶液を使用した機械的な
バフ掛けクリーニング、およびそれらの組み合わせを含
めて、半導体処理に共通している。例えば、１９９４年
６月１４日付けでブラックウェル氏に付与された米国特
許第５３２０７０６号は、脱イオン（ＤＩ）水および界
面活性剤の混合液がウェーハおよび研磨パッドに付与さ
れている間に、該研磨パッドで半導体ウェーハを研磨す
ることで該半導体ウェーハから研磨スラリー粒子を除去
する方法を開示している。この方法は１２．７ｃｍ（５
インチ）ウェーハ上に残留する粒子の個数を、０．５ミ
クロン径およびそれ以上のもので約１００まで減少させ
ることが明らかに可能である。都合の悪いことに、粒子
の個数は粒径で大体指数関数的に変化する。すなわち洗
浄後に１００個の０．５ミクロン粒子が残留するなら
ば、１０００個以上の０．２ミクロン粒子も残留し、そ
の各々が０．３５ミクロンの造作寸法の回路を殺す可能
性がある。許容できる歩留りが維持できるとしても、回
路造作寸法が連続して小さくなるにつれて格段に有効な
浄化方法が必要とされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は半導体ウェー
ハ面から汚染粒子を除去するための方法および装置を提
供する。これは、これらの数千にも及ぶ粒子を最初に含
んでいるウェーハに関して、１５．２ｃｍ（６インチ）
径のウェーハ面上の０．２ミクロン以上の粒子の個数を
約１０またはそれ未満にまで再現性を有して減少させる
ことのできる最初の発明であるらしい。したがって、本
発明の１つの利点は、粒子の除去とウェーハ間の再現性
の両方のレベルにおいて、これまで知られていなかった
レベルの粒子の除去能力である。本発明の他の利点は、
浄化処理の平易化である。何故なら、本発明は大型の高
価な浄化設備、連続して行われる浄化処理、および長い
クリーニング時間の必要性をなくするからである。少な
くとも１つの実施例における本発明の更に他の利点は、
有効な浄化を行う間にその浄化処理から危険な化学物質
を排除することである。

【０００６】例えば、高速な回転速度（ｒｐｍ）で運転
される小さなクリーニングパッドが他の知られている粒
子除去方法よりも格段に有効に半導体ウェーハから１ミ
クロン未満の汚染物質を驚くほど除去するということが
発見された。十分に理解されていないが、例えば、脱イ
オン（ＤＩ）水のような洗浄液を使用したウェーハ洗浄
と同時の大体２００ｒｐｍまたはそれ以上で作動される
１１．４ｃｍ（４．５インチ）のパッドによる１５．２
ｃｍ（６インチ）径のウェーハのバフ掛けは、同じパッ
ドで同じ洗浄をより低速の回転速度（ｒｐｍ）で行なう
場合よりも、たとえこの低速の回転速度（ｒｐｍ）がよ
り高いパッド圧力または長い浄化時間と組み合わされて
いるとしても、大幅に高い有効性で粒子を除去すること
のできることが観察されたのである。本発明の予期しな
い成功は、高速な回転速度（ｒｐｍ）と、同時にウェー
ハ全体を浄化せず、その代わりに浄化時にウェーハと部
分的にのみ重なるパッドの使用という粒子浄化様式とに
よると考えられる。

【０００７】洗浄時に回転するパッドがどの程度でウェ
ーハと物理的に接触するのか、またパッドとウェーハと
の間の洗浄流体の層によってパッドとウェーハとの間に
どの程度の接触が与えられるのか、知られていない。本
明細書で使用する接触または接触するということは、い
ずれかの物理的接触と流体層の介在する接触とのいずれ
かの組み合わせと理解される。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の１つの見地にお
いて、クリーニングパッドにウェーハ面の一部を接触さ
せ、クリーニングパッドの縁部に１．２２ｍ／秒（４フ
ィート／秒）を超える接線速度を与えるために十分な回
転速度でクリーニングパッドを回転させる段階を含む、
化学機械的に研磨される半導体ウェーハ面から汚染粒子
を除去する方法が提供される。この方法は、接触および
回転段階の前、中および（または）後にウェーハ面およ
び（または）クリーニングパッドに洗浄流体を供給する
段階を更に含む。

【０００９】この方法は、接触段階時に例えばウェーハ
ホルダ内でウェーハを回転させる段階を更に含む。接触
段階は０．０７０３ｋｇ／ｃｍ² （１ポンド／平方イン
チ）以上の圧力でウェーハおよびクリーニングパッドを
一緒に保持する段階を含むことができる。幾つかの利点
が長い接触時間で観察されているが、接触段階の好まし
い継続時間は２０秒間未満である。洗浄流体は、例えば
脱イオン（ＤＩ）水、界面活性剤、ＫＯＨまたはＭＨ₄
ＯＨのようなｐＨ調整剤、またはそれらの組み合わせを
含むことができる。好ましいクリーニングパッドは重合
材の頂面を有する。該パッドは該頂面の下側に位置され
る弾性層（頂面よりも容易に圧縮される弾性手段）を更
に含む。クリーニングパッドは浄化するウェーハに接触
する該ウェーハ面よりも小さな頂面を有することができ
る。浄化は、ウェーハから汚染された頂面を除去する化
学機械的研磨を行うことにより、および上述したように
高速バフ掛け処理で浄化することにより、ウェーハを浄
化する手段としての化学機械的研磨（ＣＭＰ）と目的に
応じて組み合わされることができる。

【００１０】本発明の他の見地において、半導体ウェー
ハ面から汚染粒子を除去するための装置が提供される。
この装置は、粒子の除去時にウェーハを保持することの
できるウェーハホルダと、クリーニングパッドと、ウェ
ーハホルダ内に保持されているウェーハの表面に洗浄流
体を供給する洗浄流体供給装置とを含む。この装置は、
ウェーハホルダで保持されているウェーハおよびクリー
ニングパッドを少なくとも０．０７０３ｋｇ／ｃｍ
² （１ポンド／平方インチ）の圧力で接触させて保持す
ることのできる係合機構と、パッド縁部に１．２２ｍ／
秒（４フィート／秒）を超える接線速度を与えるために
十分な回転速度でクリーニングパッドを同時に回転させ
ることのできる駆動機構とを更に含む。クリーニングパ
ッドはウェーハホルダと整合されて、ウェーハの一部分
を供給される洗浄流体に露出させたままにするようにな
される。

【００１１】幾つかの実施例で、駆動機構は２１３ｃｍ
／秒（７フィート／秒）より速い特別な条件のもとで接
線速度を与えられることができる。クリーニングパッド
は実質的に平坦（すなわち回転が浄化面内で行われる）
および実質的に円形に形成されて、その中心のまわりに
パッドを駆動機構が回転させるようにすることができ
る。ウェーハの異なる面積部分をパッドに接触させるよ
うに移動させるために、相対運動する幾つかの手段が使
用される。この手段は、ウェーハホルダを装置に回転可
能に連結する手段を含み、ウェーハが接触平面内でクリ
ーニングパッドに対して回転できるようにする。

【００１２】本発明は、その様々な特徴および利点を含
めて、以下の図面を参照して最もよく理解されよう。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、この明細書に記載する
ように、半導体ウェーハから汚染物質を除去する方法お
よび装置を含む。本発明は化学機械的研磨（ＣＭＰ）に
よる浄化に関して記載され、本発明が他の半導体に対す
る作業の前または後に使用され得ることが実現される。
技術状況において現在のところ粒子カウンタは０．１５
〜０．２ミクロンよりも小さい粒子を信頼性を有して検
出することができないので、明細書で記載する全ての粒
子カウント数は０．２ミクロン以上の粒子に関する。こ
れより小さな粒子の除去の必要性ならびにそれらの粒子
の検出機器が出現すれば、明細書に記載の本発明はそれ
らの粒子を除去するように改良（例えばパッド速度を変
化させることで）することができる。

【００１４】半導体ウェーハの化学機械的研磨（ＣＭ
Ｐ）は一般に研磨したウェーハ面上にスラリーを残留さ
せて残し、この残留物は典型的にスラリー液体および多
数の粒子を含んでなる。スラリー液体（またはいずれか
の置換液体）はウェーハ面からの蒸発を可能とされて、
付着した粒子が典型的に非常に除去し難くなり、それ故
に、粒子が完全に除去されるまでウェーハは適当な液体
中に浸されるか、または実質的に飽和した大気中に置か
れることが好ましいのであり、粒子の除去時にウェーハ
は例えば回転されることで乾燥されることができる。１
つの点で、本発明の化学機械的研磨（ＣＭＰ）との結合
は相乗作用を与え、これが粒子の性質によって浄化を改
良する結果を生む。例えば、化学機械的研磨（ＣＭＰ）
は主として湿潤したスラリー粒子で構成された粒子を残
して、有機物のような他の種類の粒子を除去すると考え
られている。現在のところ、化学機械的研磨（ＣＭＰ）
直後の浄化は粒子の除去に有利であるとも考えられてい
る。明細書で言及する処理による浄化は、２面ウェーハ
の洗い（ｓｃｒｕｂ）および回転乾燥の最終段階をも含
む。この段階は、円筒形の洗いブラシおよび脱イオン
（ＤＩ）水による洗浄を使用して研磨済みウェーハの両
面を浄化するオントレック（Ｏｎｔｒｅｋ）社の市販さ
れているような洗い機械で遂行できる。

【００１５】図１は数回の浄化処理（毎回、オントレッ
ク洗い機械に引き継がれる）後の１５．２ｃｍ（６イン
チ）径のウェーハに残った残留粒子の典型的な範囲を示
している。処理Ａはウェーハ面の脱イオン（ＤＩ）水洗
浄であり、典型的に回転ウェーハ面に約３０秒間にわた
り洗浄流体の流れを当てる段階を含む。この処理は大き
な変動性を有しており、典型的に数百の粒子をウェーハ
上に残す。処理Ｂは大きな比較的ゆっくりと回転（すな
わち８０ｒｐｍ以下）されるパッドおよびプラテン上に
遂行されるバフ掛け段階である。パッドが３０〜５０ｒ
ｐｍで回転され、ウェーハが多少速い回転速度で回転さ
れる間に、典型的に脱イオン（ＤＩ）水または界面活性
剤のような洗浄流体がパッドに対して供給される。０．
２１〜０．４２ｋｇ／ｃｍ² （３〜６プサイ）のクリー
ニングパッド圧力が典型的に２〜３分間にわたり使用さ
れ、粒子カウント数は典型的に３５〜１００の範囲とな
る。

【００１６】処理Ｃは、市販されて購入可能なストラス
バウ（Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ）社の６ＤＳ−ＳＰ研磨機
械のクリーニングステーションに見られるような、小さ
な比較的ゆっくり回転するパッドおよびプラテンに対し
て遂行されるバフ掛け段階である。この処理は７５ｒｐ
ｍ以下のパッド回転速度およびウェーハ面に対する洗浄
液体の供給と関連して、約１５ｒｐｍのウェーハ回転速
度を使用する。パッドは１１．４ｃｍ（４．５インチ）
径で、約０．０７０３ｋｇ／ｃｍ² （１プサイ）のクリ
ーニングパッド圧力が典型的に２〜４分間にわたって使
用され、結果的に粒子カウント数は典型的に約６０〜数
百が観察された。

【００１７】処理Ｄは、ヴェルテック（Ｖｅｒｔｅｑ）
社が市販しているメガソニック（Ｍｅｇａｓｏｎｉｃ）
超音波浄化タンクで遂行されるような超音波浄化であ
る。この処理は典型的に１つ以上の超音波浄化および洗
浄段階を使用して粒子を水面へ浮上させるのであり、現
在のところ半導体工業に好ましい浄化方法である。

【００１８】処理Ｅは本発明の浄化典型例を表してい
る。図１より、本発明は一般的に他の方法によって遂行
されるような浄化を改良するものであり、半導体ウェー
ハ面から除去可能な粒子の実質的に全てを除去するため
に使用できる。

【００１９】本発明の実施例は図２および図３に示され
ており、ここにはウェーハホルダ１２およびクリーニン
グステーション１４の２つの主要な装置部分が示されて
いる。この装置は、ストラスバウ（Ｓｔｒａｓｂａｕｇ
ｈ）社の６ＤＳ−ＳＰ研磨機械に供給されるような標準
的なクリーニングステーションを示しており、本発明に
より改良されている。この研磨機械において、ウェーハ
ホルダ１２は研磨および浄化の作業時にウェーハ１０を
保持するために真空圧を使用しており、またウェーハ１
０を図３に示すように回転させることができる。クリー
ニングステーション１４はそれに取り付けられているロ
ーラ１６を含み、浄化の間にホルダ１２はローラ１６上
に置かれて回転されるようになされる。ステーション１
４は洗浄流体供給装置１８を更に含み、この装置は作動
時に恐らく他の化学物質を含む例えば脱イオン（ＤＩ）
水の流れをウェーハ１０の研磨面へ向けて放出する。ク
リーニングパッド２０はパッドプラテン２２に取り付け
られており、これはウェーハ１０の研磨面と実質的に平
行とされている。パッド２０は２つのパッドスタックを
含んでなり、スバ（Ｓｕｂａ）−４のような弾性の下側
パッドと、ポリテックスシュープリーム（Ｐｏｌｙｔｅ
ｘ Ｓｕｐｒｅｍｅ）のような高分子組織で典型的に作
られた上側パッドを有し、これらのいずれもロデル社
（Ｒｏｄｅｌ）によって製造されている。完全に覆う、
すなわちプラテン２２を僅かに超えて延在するパッドス
タックが好ましい。パッドプラテン２２は駆動機構２４
に取り付けられ、駆動機構２４は明細書に記載したよう
な比較的高速回転で圧力を加えられた状態のパッドを回
転できねばならない。最終的に係合機構２６が駆動機構
２４に固定されて、プラテン２２の垂直方向の動作を制
御して、これによりパッド２０とウェーハ１０との係合
および係合解除を可能にし、またパッドの接触圧力を制
御できるようにしている。典型的に、ホルダ１２がロー
ラ１６上に置かれたときに、或る間隙が係合解除された
パッドとウェーハとの間に形成される。

【００２０】ここで図３を参照すれば、幾つかの重要な
構成部材の垂直方向の整合が下方から見た状態で示され
ている。特に１５．２ｃｍ（６インチ）径のウェーハ１
０と１１．４ｃｍ（４．５インチ）径のクリーニングパ
ッド２０とが好ましい配置にて示されており、パッド全
体はウェーハと接触し、パッド縁部２１がウェーハ縁部
１１にほぼ整合されている（同図の３時位置）。回転方
向は矢印ＩおよびＪで示されており、ウェーハおよびパ
ッドの両方ともこの実施例では時計方向へ回転してい
る。洗浄流体供給装置１８の位置から、作動時に洗浄流
体はウェーハ１０の研磨面に対して、主としてクリーニ
ングパッド２０で覆われていない領域で放出されること
が認識できる。

【００２１】クリーニングステーション１４は工場から
供給された状態では高性能な粒子除去装置に使用するこ
とを意図されていたわけではなく、むしろ大量のスラリ
ー除去装置として使用されることを意図されていた。も
ともと、ステーション１４は０．０７０３ｋｇ／ｃｍ²
（１プサイ）のクリーニングパッド圧力のもとで７５ｒ
ｐｍ以下の回転が可能な小型空気モーターで構成された
駆動機構２４を取り付けられていた。これは、本発明の
１実施例において０．３５１ｋｇ／ｃｍ² （５プサイ）
のパッド圧力のもとで６００ｒｐｍで回転可能な可変速
の電気モーターと交換された。

【００２２】所定位置に可変速電気モーター備えて、パ
ッド回転速度、パッド圧力、バフ掛け時間、および洗浄
溶液の様々な組み合わせのもとで実験が行われた。これ
らの実験は、約１０秒間のウェーハの事前洗浄、それに
続く予め定めた時間のバフ掛け、それに続く１０秒間の
ウェーハの事後洗浄を一般に含み、これらの全てはウェ
ーハが１５ｒｐｍで回転されている間に行われる。ウェ
ーハが回転乾燥された後、粒子の測定がテンコールイン
スツルメンツサーフスキャン（ＴｅｎｃｏｒＩｎｓｔｒ
ｕｍｅｎｔｓ Ｓｕｒｆｓｃａｎ）６４００表面走査装
置を使用して行われた。パッド圧力は約０．０７０３ｋ
ｇ／ｃｍ² 〜０．２８１ｋｇ／ｃｍ²（１プサイ〜４プ
サイ）で変化した（小さなパッドでは、大きな圧力がウ
ェーハを破損する傾向のあることが見出された）パッド
接触時間は、幾つかの場合において１５秒〜２８０秒で
変化された。パッド回転速度は各実験において６０，７
５，９０，１８０，２４０，４００または６００ｒｐｍ
のいずれかに選定された。ほとんど全ての実験は洗浄流
体として脱イオン（ＤＩ）水を使用して行われたが、試
験は脱イオン（ＤＩ）水にＮＨ₄ ＯＨを含む溶液でも行
われた。

【００２３】パッド接触圧力を増大すると、与えられた
パッド回転速度に関して一般にウェーハ間の粒子数の相
違を減少させ、平均粒子カウント数の減少はあったとし
ても僅かしか示さないように見えることが見出された。
また、パッド接触時間の増大は与えられたパッド回転速
度に関して一般にウェーハ間の粒子数の相違を減少さ
せ、平均粒子カウント数の減少はあったとしても僅かし
か示さないように見えることが見出された。本発明で遂
行される回転速度範囲では特に、１５秒間の継続を超え
るパッド接触時間は、バフ掛け後の平均粒子カウント数
に対する影響を無視できるように見える。７５ｒｐｍで
のバフ掛けに関しては、脱イオン（ＤＩ）水にＮＨ₄ Ｏ
Ｈを含めた洗浄液体に比較して、脱イオン（ＤＩ）水の
洗浄液体に改良された浄化が観察された。

【００２４】しかしながら、図４に示されるように、極
めて驚くべき結果が高速のパッド回転速度に関して一般
的に観察された。図４はパッド速度の関数としてのウェ
ーハ当たりの平均粒子を示しており、ｎは平均に含まれ
るウェーハ数を表している。１００ｒｐｍ未満では、最
良の平均粒子カウント数は７０台であり、パッド速度が
２００ｒｐｍを超えると、粒子のカウント数の劇的な減
少が観察され、４〜６のウェーハロットでは平均粒子カ
ウント数が１０粒子／ウェーハほどの少数を達成した。
これらの結果は、３０〜８０ｒｐｍにおける大型パッド
でのバフ掛けを使用した装置に比較したときに、特に驚
かされる。８０ｒｐｍで回転される大型パッドは、２０
０ｒｐｍにおける１１．４ｃｍ（４．５インチ）径のパ
ッドで達成されるパッド縁部の接線速度と対等のウェー
ハ／パッドの接触点での直線パッド速度を達成し得るの
であるが、それでもこのような大型パッド装置は本発明
で達成されるような少ない粒子カウント数を生じること
は知られていない。

【００２５】良く理解されてはいないが、本発明におい
て観察された改良された浄化の要因は、ウェーハを直接
湿潤し、回転するパッドの縁部の下側にてウェーハに当
てる粒子浄化構造に関係するものと考えられる。対照的
に、大型のテーブル形式のパッドは、浄化の間にウェー
ハ面の全体を典型的に覆って、パッドにだけ洗浄流体を
供給する。

【００２６】この構成は本発明の一部を担うと考えられ
るが、１１．４ｃｍ（４．５インチ）径のパッドに関し
ては、パッドの回転速度と浄化効果との間に重要な関係
のあることが見出された。パッドの速度はウェーハから
見てパッドの中心からの半径距離の関数であるので、異
なる半径のパッドは似た様な浄化を行うためには対応す
る異なる回転速度を必要とする。所定の半径で、特定の
回転速度で回転されるパッドは、パッド縁部における接
線方向速度を特徴として、浄化効果に対してはパッド回
転速度よりも更に特別に関係するものと考えられる。１
５．２ｃｍ（６インチ）径のウェーハに関する特に好ま
しい実施例は、上述のように１１．４ｃｍ（４．５イン
チ）径のスバ（Ｓｕｂａ）−４／ポリテックスシュープ
リーム（Ｐｏｌｙｔｅｘ Ｓｕｐｒｅｍｅ）のパッドを
使用しており、０．１７６ｋｇ／ｃｍ² （２．５プサ
イ）のパッド圧力のもとでの１５秒間の接触、５〜２０
ｒｐｍのウェーハ回転速度、６００ｒｐｍのパッド回転
速度（３６６ｃｍ／秒（１２フィート／秒）のパッド縁
部の接線速度）、およびパッドが接触される前の１０秒
間およびパッドが係合解除された後の１０秒間にわたり
露出ウェーハ面に当てられる２５゜Ｃの脱イオン（Ｄ
Ｉ）水の洗浄流体供給を採用している。一般に、接触時
間および（または）圧力の増大は、多少良好な結果を生
じた。６００ｒｐｍの試験に関する結果は表１に概要を
示されている。

【表１】

【００２７】本発明の他の利点はウェーハの間の再現性
である。多くの装置は最初の数個のウェーハが浄化され
た後に性能に変化を生じる。本発明に関する再現性試験
の結果は、図９に示されており、これにおいては１０個
の１５．２ｃｍ（６インチ）径のウェーハのロットが順
次に本発明により構成されて作動される浄化ステーショ
ンを通して処理された。６０００Åの熱酸化物が炉内の
１０個のウェーハにおいて成長され、炉から取り出した
後に粒子がカウントされた。線Ｇは酸化物の成長後の測
定粒子を示しており、これは典型的に１０個のウェーハ
に関して浄化処理が３３個の粒子平均値および１８個の
粒子の標準偏差を有するとみなされた。これらのウェー
ハはその後化学機械的研磨（ＣＭＰ）機械で研磨され、
１７００Åほど熱酸化物を除去され、１５秒間にわたり
０．１７６ｋｇ／ｃｍ² （２．５プサイ）の圧力のもと
で脱イオン（ＤＩ）水の中で６００ｒｐｍで浄化を行わ
れ、事前および事後の１０秒間にわたり洗浄されて浄化
された。化学機械的研磨（ＣＭＰ）後および浄化後のウ
ェーハ１〜１０の粒子のカウント数は、線Ｈで示されて
おり、１５個の粒子平均値および５粒子の標準偏差を有
していた。第１のウェーハから最後のウェーハまで良好
な浄化が維持された。驚くことに、１０個の中の９個の
ウェーハが化学機械的研磨（ＣＭＰ）および本発明によ
る浄化によって熱酸化物の成長後の状態よりも清浄な状
態であり、このことは化学機械的研磨（ＣＭＰ）および
浄化の組み合わせにより、酸化物の成長または化学蒸着
のような「清浄」とみなされる処理の行われたウェーハ
に対して、平坦性および清浄性の両方を改良したことを
示唆する。

【００２８】本発明の教示をもとに、他の粒子の除去装
置が構成できる。例えば、図５はウェーハ１０と直径が
対等のパッド２０がウェーハと部分的に重ね合わされ、
両方ともが浄化時に回転されるような装置を示してい
る。図６に示されるように、このような装置は洗浄流体
供給装置１８がウェーハ１０とパッド２０とを同時に洗
浄できるようにする。理論的に、このようなそのパッド
の回転速度は同様な性能のパッドがウェーハよりも小さ
い装置に望まれる回転速度よりも僅かに低下され得る。

【００２９】図７はウェーハ１０の直径の半分より小さ
い直径を有するパッド２０を備えた装置を示している。
このような装置では、パッド２０および（または）ウェ
ーハ１０はウェーハ面全体につき浄化を行うように移動
されることができる。図示するように、パッド２０は例
えば回転するウェーハ１０を横切って横方向へ移動され
て、これを達成するようにできる。これは、１０００ｒ
ｐｍで回転する６．８６ｃｍ（２．７インチ）径のパッ
ドが６００ｒｐｍで回転する１１．４ｃｍ（４．５イン
チ）径のパッドに等しいパッド縁部の接線方向速度を有
するので、非常に小型で有効な装置である。

【００３０】図９はウェーハ１０の２倍の直径を有する
パッド２０を備えた装置を示している。このような装置
は２個以上のウェーハを同時に浄化するために多数のウ
ェーハホルダを使用できる。しかしながら、パッド縁部
から２２．９ｃｍ（９インチ）の位置で例えば６００ｒ
ｐｍで回転する１１．４ｃｍ（４．５インチ）径のパッ
ドの縁部における接線方向速度を達成するために、テー
ブル形式のパッドプラテンは１５０ｒｐｍで回転されね
ばならず、恐らくパッドならびにウェーハに大量の洗浄
流体が供給されることを必要とするであろう。

【００３１】これらの実施例の他の変更は、この説明を
読むことで当業者に明白となろう。例えば、パッドは下
側に代えてウェーハ面の上側に配置でき、またはウェー
ハは水平以外の配置で浄化できる。パッドおよびウェー
ハは対向回転されることができる。洗浄流体はウェーハ
面に向けて供給される流体に関係してパッドプラテンを
通して供給することができる。係合、係合解除およびパ
ッドで加えられる圧力の制御のための他の手段が使用で
き、これには単純な重力誘起圧力が含まれる。洗浄流体
は必要な回転速度に影響を与え、室温以外の温度の流
体、または与えられた温度で脱イオン（ＤＩ）水とは大
きく異なる粘性を有する流体が本発明に含まれる。基本
的に、粒子除去のために明細書で教示された速度を発生
させるような粒子除去のために回転するパッド以外の機
構を使用する他の手段を具備することができる。以上の
説明に関して更に以下の項を開示する。 （１） ａ） 外縁を有するクリーニングパッドにウェ
ーハ面の第１部分を接触させる段階、 ｂ） 前記ウェーハ面の第２部分に洗浄流体を供給する
段階、および ｃ） 前記外縁に１．２２ｍ／秒（４フィート／秒）を
超える接線速度を与えるために十分な回転速度で前記ク
リーニングパッドを回転させる段階を含む化学機械的に
磨かれた半導体ウェーハ面から汚染粒子を除去する方
法。 （２） 第１項記載の方法であって、前記接触段階の間
に前記ウェーハを回転させる段階を更に含む化学機械的
に磨かれた半導体ウェーハ面から汚染粒子を除去する方
法。 （３） 第１項記載の方法であって、前記接触段階が前
記ウェーハおよび前記クリーニングパッドを少なくとも
０．０７０３ｋｇ／ｃｍ² （１ポンド／平方インチ）の
平均圧力で互いに保持する段階を含む化学機械的に磨か
れた半導体ウェーハ面から汚染粒子を除去する方法。 （４） 第１項記載の方法であって、前記接触段階が２
０秒間未満の継続時間を有する化学機械的に磨かれた半
導体ウェーハ面から汚染粒子を除去する方法。 （５） 第１項記載の方法であって、前記クリーニング
パッドが重合体の頂面を含んでなる化学機械的に磨かれ
た半導体ウェーハ面から汚染粒子を除去する方法。 （６） 第５項記載の方法であって、前記クリーニング
パッドが前記頂面の下側に位置する弾性層を更に含んで
なる化学機械的に磨かれた半導体ウェーハ面から汚染粒
子を除去する方法。 （７） 第１項記載の方法であって、前記クリーニング
パッドが前記ウェーハと接触する頂面を含み、前記頂面
が前記ウェーハ面よりも小さい化学機械的に磨かれた半
導体ウェーハ面から汚染粒子を除去する方法。 （８） 第１項記載の方法であって、前記洗浄流体が脱
イオン水を含んでなる化学機械的に磨かれた半導体ウェ
ーハ面から汚染粒子を除去する方法。 （９） 外縁を有する実質的に円形のクリーニングパッ
ドを使用して化学機械的研磨された半導体ウェーハ面か
ら汚染粒子を除去する方法であって、前記ウェーハ面の
第１部分および前記クリーニングパッドを０．０７０３
ｋｇ／ｃｍ² （１ポンド／平方インチ）より大きい接触
圧力で接触させる段階と、前記外縁にて１．２２ｍ／秒
（４フィート／秒）を超える接線速度を与えるために十
分な回転速度で前記クリーニングパッドを回転させる間
に、前記ウェーハ面の第２部分に洗浄流体を供給する段
階とを含む汚染粒子を除去する方法。 （１０） 第９項記載の方法であって、前記接線方向の
速度が２１３ｃｍ／秒（７フィート／秒）を超える汚染
粒子を除去する方法。 （１１） ａ） 脱イオン（ＤＩ）水でウェーハ面を洗
浄する段階と、 ｂ） 半導体ウェーハが回転する間、外縁に２１３ｃｍ
／秒（７フィート／秒）を超える接線方向速度を与える
ために十分な回転速度でクリーニングパッドを回転させ
る間に、０．０７０３ｋｇ／ｃｍ² （１ポンド／平方イ
ンチ）より大きい接触圧力でウェーハ面の第１部分とク
リーニングパッドとを接触させ、およびウェーハ面の第
２部分に脱イオン（ＤＩ）水を供給する段階とを含む、
外縁を有する実質的に平坦なクリーニングパッドを使用
して化学機械的研磨された半導体ウェーハ面から汚染粒
子を除去する方法。 （１２） 第１１項記載の方法であって、前記ウェーハ
が実質的に円形で第１直径を有し、また前記クリーニン
グパッドが実質的に円形で第２直径を有し、前記第２直
径は前記第１直径の２分の１より小さい汚染粒子を除去
する方法。 （１３） 第１１項記載の方法であって、化学機械的研
磨段階の直後に実施される汚染粒子を除去する方法。 （１４） ａ） 粒子を除去する間、ウェーハを保持で
きるウェーハホルダと、 ｂ） 外縁を有するクリーニングパッドと、 ｃ） 前記ウェーハが前記ウェーハホルダ内に保持され
ている間に、洗浄流体を前記ウェーハに供給する洗浄流
体供給装置と、 ｄ） 前記ウェーハホルダで保持された前記ウェーハお
よび前記クリーニングパッドを少なくとも０．０７０３
ｋｇ／ｃｍ² （１ポンド／平方インチ）の圧力で接触さ
せて保持することのできる係合機構と、 ｅ） 前記クリーニングパッドに連結され、少なくとも
０．０７０３ｋｇ／ｃｍ² （１ポンド／平方インチ）の
圧力による前記接触の間、前記外縁に１．２２ｍ／秒
（４フィート／秒）を超える接線速度を与えるために十
分な回転速度で該クリーニングパッドを回転させること
のできる駆動機構とを含み、 前記クリーニングパッドが前記ウェーハホルダと整合さ
れて、該ウェーハホルダで保持されている前記ウェーハ
の第１部分と接触するようになされ、これにより前記ウ
ェーハの第２部分が前記洗浄流体供給装置に受け入れら
れて、前記クリーニングパッドが前記ウェーハと係合し
ている間に洗浄流体を前記ウェーハの第２部分へ供給で
きるようになされている化学機械的に磨かれた半導体ウ
ェーハ面から汚染粒子を除去する装置。 （１５） 第１４項記載の装置であって、前記接線方向
の速度が２１３ｃｍ／秒（７フィート／秒）を超える汚
染粒子を除去する装置。 （１６） 第１４項記載の装置であって、前記クリーニ
ングパッドが実質的に平坦で実質的に円形であり、また
前記クリーニングパッドが前記駆動機構に連結されて前
記実質的に円形のパッドの中心のまわりで前記実質的に
平坦なパッドの平面内で回転されるようになされた汚染
粒子を除去する装置。 （１７） 第１４項記載の装置であって、前記洗浄流体
供給装置が作動時に前記クリーニングパッドに洗浄流体
を供給できる汚染粒子を除去する装置。 （１８） 第１５項記載の装置であって、前記ウェーハ
ホルダが前記装置に回転可能に連結され、これにより前
記ウェーハホルダに保持された前記ウェーハが前記クリ
ーニングパッドに対して前記ウェーハと前記クリーニン
グパッドとの間の接触平面内で回転され得る汚染粒子を
除去する装置。 （１９） 半導体ウェーハから汚染粒子を除去するため
の方法および装置が開示される。ウェーハ１０はクリー
ニングステーション１４内でウェーハホルダ１２に保持
される。クリーニングステーション１４は洗浄流体供給
装置１８を有し、この装置は粒子除去時に例えば脱イオ
ン（ＤＩ）水をウェーハ面に供給する。クリーニングパ
ッド２０が実質的にウェーハ１０の平面内でプラテン２
２に取り付けられる。プラテン２２は駆動機構２４に連
結され、駆動機構２４は例えば電気モーターとされ、ま
た駆動機構２４は係合機構２６によってステーション１
４に連結され、係合機構２６はパッド２０とウェーハ１
０とを粒子除去のために係合させるように垂直方向の変
位を与え、また粒子除去時にパッドによる制御された接
触圧力を与える。作動時に、洗浄流体供給装置１８から
の洗浄流体は、パッド２０が好ましくは２００〜６００
ｒｐｍで回転する間、またウェーハと接触される間、ゆ
っくり回転するウェーハ１０に供給される。高速のパッ
ド速度は浄化に特に有利であるように見られ、パッド接
触圧力および接触時間は浄化処理でウェーハ間の相違を
少なくとも減少させる二次的な効果を有するようにみえ
る。 関連出願の相互参照 以下の共通して譲渡された特許願は、参照することでこ
こに組み入れられる。１９９４年１１月３０日（１１／
３０／９４）付けで出願された「化学機械的な平坦化の
後の研磨後のバフ掛けを使用する浄化処理」と題するロ
イ氏他に付与された特許出願番号第０８／３４７５４５
号、および１９９５年２月１５日付けで出願された「粒
子除去のための機械的洗浄」と題するジェイン氏に付与
された特許出願番号第０８／３８９８３３号である。

【図面の簡単な説明】

【図１】５つの異なる方法でウェーハを浄化した後に観
察された典型的な粒子カウント数を示すグラフ。

【図２】本発明に有用な浄化装置の側面図。

【図３】図２の装置のクリーニングパッド、ウェーハお
よび洗浄流体供給装置の配置を更に示す底面図。

【図４】図２の装置で行われた試験に関する粒子カウン
ト数対ｒｐｍのグラフ。

【図５】（Ａ）は本発明の実施に有用な浄化構造の平面
図であり、（Ｂ）は（Ａ）の側面図。

【図６】本発明の実施に有用な他の浄化構造の平面図。

【図７】本発明の実施に有用な更に他の浄化構造の平面
図。

【図８】本発明の実施に有用な更に他の浄化構造の平面
図。

【図９】酸化炉からの取り出し後の化学機械的研磨（Ｃ
ＭＰ）および本発明による浄化後の一連のウェーハに関
する粒子カウント数を比較するグラフ。

【符号の説明】

１０ ウェーハ １２ ウェーハホルダ １４ クリーニングステーション １８ 洗浄流体供給装置 ２０ クリーニングパッド ２２ プラテン ２４ 駆動装置 ２６ 係合機構

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ａ） 外縁を有するクリーニングパッド
   にウェーハ面の第１部分を接触させる段階、 ｂ） 前記ウェーハ面の第２部分に洗浄流体を供給する
   段階、および ｃ） 前記外縁に１．２２ｍ／秒（４フィート／秒）を
   超える接線速度を与えるために十分な回転速度で前記ク
   リーニングパッドを回転させる段階を含む化学機械的に
   研磨される半導体ウェーハ面から汚染粒子を除去する方
   法。
2. 【請求項２】 ａ） 粒子を除去する間、ウェーハを保
   持できるウェーハホルダと、 ｂ） 外縁を有するクリーニングパッドと、 ｃ） 前記ウェーハが前記ウェーハホルダ内に保持され
   ている間に、洗浄流体を前記ウェーハに供給する洗浄流
   体供給装置と、 ｄ） 前記ウェーハホルダで保持された前記ウェーハお
   よび前記クリーニングパッドを少なくとも０．０７０３
   ｋｇ／ｃｍ² （１ポンド／平方インチ）の圧力で接触さ
   せて保持することのできる係合機構と、 ｅ） 前記クリーニングパッドに連結され、少なくとも
   ０．０７０３ｋｇ／ｃｍ² （１ポンド／平方インチ）の
   圧力による前記接触の間、前記外縁に１．２２ｍ／秒
   （４フィート／秒）を超える接線速度を与えるために十
   分な回転速度で該クリーニングパッドを回転させること
   のできる駆動機構とを含み、 前記クリーニングパッドが前記ウェーハホルダと整合さ
   れて、該ウェーハホルダで保持されている前記ウェーハ
   の第１部分と接触するようになされ、これにより前記ウ
   ェーハの第２部分が前記洗浄流体供給装置に受け入れら
   れて、前記クリーニングパッドが前記ウェーハと係合し
   ている間に洗浄流体を前記ウェーハの第２部分へ供給で
   きるようになされている化学機械的に研磨される半導体
   ウェーハ面から汚染粒子を除去する装置。