JPH1074716A

JPH1074716A - 半導体装置の製造装置および製造方法

Info

Publication number: JPH1074716A
Application number: JP23015696A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Takayasu; 淳高安; Naoto Miyashita; 直人宮下
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: JP3426866B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、半導体ウェーハを研磨および洗浄す
る半導体製造装置において、有機物汚染の問題もなく、
ウェーハの被研磨面を親水性にすると同時に洗浄できる
ようにすることを最も主要な特徴とする。【解決手段】たとえば、半導体ウェーハ１６の研磨処理
が終了すると、供給装置１７からの研磨剤１７ａの供給
を停止するとともに、研磨定盤１１およびウェーハ保持
盤１４の回転はそのままに、移動機構２３によってウェ
ーハ保持盤１４の位置を移動する。このウェーハ保持盤
１４の移動にともなって、半導体ウェーハ１６を研磨ク
ロス１３のクロス面上をスライドさせ、洗浄槽３１へ移
動させる。このとき、研磨定盤１１と内槽３１ａとの間
が、内槽３１ａから溢れ出す洗浄液により研磨クロス１
３と同じ高さで埋め込まれるようにすることで、被研磨
面を大気に晒すことなく、半導体ウェーハ１６を移動で
きる構成となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、たとえば半導体
ウェーハの表面を平坦化する半導体装置の製造装置およ
び製造方法に関するもので、特に、研磨処理および研磨
後のウェーハ面（被研磨面）を洗浄する後処理に用いら
れるものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の製造の分野において
は、半導体装置の高密度化・微細化にともない、種々の
微細加工技術が研究・開発されている。その中でも、化
学的機械研磨（以下、単にＣＭＰと記す）法は、層間絶
縁膜の平坦化、プラグの形成、埋め込み金属配線の形成
や埋め込み素子分離などを行う際にはかかすことのでき
ない、必須の技術となっている。

【０００３】さて、研磨剤が塗布された研磨布との擦り
合わせによりウェーハをポリッシュするＣＭＰ法では、
研磨後にウェーハを研磨布面より離し、超純水により洗
浄して研磨剤を洗い流した後、さらに、ブラシ洗浄など
の物理洗浄や薬液を用いた薬液洗浄を行って、被研磨面
に付着するパーティクルを除去するようにしている。

【０００４】これは、たとえば単結晶シリコン（Ｓｉ）
や多結晶Ｓｉのように、ウェーハを研磨布面より離した
時点で、研磨することによって活性面があらわれて、そ
の表面（被研磨面）が疎水性になるものにおいて、ウェ
ーハ面上の水滴中に含まれるＳｉＯ2 などの研磨剤の残
りなどが乾燥する際に水をはじいた後のような形状（い
わゆる、水ガラス状）に残存するのを防ぐためである。

【０００５】Ｓｉや多結晶Ｓｉの活性面に付着するパー
ティクルは、活性面が疎水性であるため、超純水のみの
洗浄では除去しきれず、後処理として、薬液洗浄を行わ
なければならない。

【０００６】パーティクルの付着を防ぐ方法としては、
研磨後のウェーハ面を、大気に晒す前に親水性にするこ
とが有効であることが知られている。しかしながら、活
性面の表面を親水性にするためには、界面活性剤を用い
て有機被膜を形成することも考えられるが、界面活性剤
を用いる方法の場合には有機物汚染の心配があり、環境
に優しくないなどの問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、研磨後のウェーハ面にパーティクルが付着
するのを防ぐために、界面活性剤を用いて有機被膜を形
成することによって活性面の表面を親水性にする方法の
場合、有機物汚染の心配があり、環境に優しくないなど
の問題があった。

【０００８】そこで、この発明は、有機物汚染の問題も
なく、半導体基板の被研磨面を親水性にすると同時に、
洗浄することが可能な半導体装置の製造装置および製造
方法を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の半導体装置の製造装置にあっては、半
導体基板を研磨する研磨装置と、この研磨装置の研磨定
盤に近接して設けられ、前記研磨装置によって研磨され
た前記半導体基板の被研磨面を洗浄するための洗浄装置
とを具備し、前記洗浄装置に対して、前記半導体基板
が、その被研磨面を大気に晒すことなく供給されるよう
に構成されている。

【００１０】また、この発明の半導体装置の製造装置に
あっては、半導体基板を保持する保持部と、この保持部
を回転する回転機構と、この回転機構により回転される
前記保持部を加圧する加圧機構と、この加圧機構によ
り、前記保持部によって保持された前記半導体基板を、
研磨液が供給される研磨布面に当接させることにより、
前記半導体基板を研磨する、回転可能に設けられた研磨
定盤と、この研磨定盤に近接して設けられ、研磨後の半
導体基板の被研磨面を洗浄するための、回転可能に設け
られた洗浄用ブラシを有してなる洗浄槽と、この洗浄槽
内に洗浄液を供給する供給路と、この供給路から供給さ
れる前記洗浄液で満たされた前記洗浄槽内に、前記保持
部をスライド移動させることにより、研磨後の半導体基
板を、その被研磨面を大気に晒すことなく供給する移動
機構とから構成されている。

【００１１】また、この発明の半導体装置の製造方法に
あっては、半導体基板を研磨する研磨工程と、この研磨
工程で研磨された前記半導体基板を、その被研磨面を大
気に晒すことなくスライド移動する移動工程と、この移
動工程によりスライド移動された前記半導体基板の被研
磨面を洗浄する洗浄工程とからなっている。

【００１２】さらに、この発明の半導体装置の製造方法
にあっては、半導体基板を保持する工程と、この保持さ
れた前記半導体基板を回転する工程と、この回転される
前記半導体基板を加圧し、該半導体基板を、研磨液が供
給される、回転可能に設けられた研磨定盤上の研磨布面
に当接させることによって研磨する工程と、研磨後の前
記半導体基板を、その被研磨面を前記研磨布面に当接さ
せたまま大気に晒すことなくスライドさせ、洗浄液によ
り満たされた洗浄槽内に移動する工程と、前記洗浄槽内
に移動された前記半導体基板の被研磨面をブラシ洗浄す
る工程とからなっている。

【００１３】この発明の半導体装置の製造装置および製
造方法によれば、研磨後の半導体基板が乾燥する前に、
該半導体基板の被研磨面に自然酸化膜を形成できるよう
になる。

【００１４】また、アルカリ性イオン水を用いる場合に
は、電位操作した洗浄水を使用するため、パーティクル
が付着しにくい環境でブラシ洗浄を行うことが可能であ
り、残存パーティクルを除去しやすい。この場合、薬液
濃度が低いにもかかわらず、酸化性の強い洗浄液を用い
るため、環境にも優しいものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の
一形態にかかる、半導体製造装置の概略構成を示すもの
である。なお、同図（ａ）は半導体製造装置の要部の平
面図、同図（ｂ）は同じく断面図である。

【００１６】すなわち、研磨定盤１１は、軸１２を中心
に図示矢印ａ方向に定速回転できるようになっている。
そして、その研磨定盤１１の上面には、研磨クロス（研
磨布）１３が貼付されている。

【００１７】上記研磨定盤１１の上方には、該研磨定盤
１１の中心から外れた位置にウェーハ保持盤（保持部）
１４が配置されている。このウェーハ保持盤１４は、モ
ータなどからなる回転機構２１によって、回転軸１５を
中心に図示矢印ｂ方向に定速回転できるようになってい
る。

【００１８】また、上記ウェーハ保持盤１４は、その下
面において、単結晶シリコン（Ｓｉ）や多結晶Ｓｉ（Po
ly−Si）からなる半導体ウェーハ（半導体基板）１６を
真空チャック方式などにより保持できるようになってい
る。

【００１９】そして、上記ウェーハ保持盤１４は、油圧
シリンダなどの加圧機構２２によって、研磨定盤１１の
上面に対して昇降可能に支持されて、研磨（平坦化加
工）処理を行う際には、保持する半導体ウェーハ１６の
被研磨面を所定の圧力で上記研磨クロス１３のクロス面
に押圧できるように構成されている。

【００２０】加圧機構２２は、後述する洗浄処理を行う
際には、保持する半導体ウェーハ１６の被研磨面を所定
の圧力で洗浄ブラシに押圧できるようになっている。さ
らに、上記ウェーハ保持盤１４は、水平シャフトなどか
らなる移動機構２３によって、上記研磨定盤１１上と洗
浄装置の洗浄槽３１との間を自由に移動することが可能
な構成となっている。

【００２１】上記研磨定盤１１の上方には供給装置１７
が配設されている。この供給装置１７は、上記半導体ウ
ェーハ１６の外周部分が位置する上記研磨クロス１３の
回転の中心の近傍で、かつ、上記半導体ウェーハ１６が
対応する上流側の位置に、ＳｉＯ2 などを含む研磨剤１
７ａを供給するようになっている。

【００２２】この半導体製造装置においては、上記した
各部、つまり、上記研磨定盤１１、上記ウェーハ保持盤
１４、上記供給装置１７、上記回転機構２１、上記加圧
機構２２、および、上記移動機構２３などによって研磨
装置が構成されている。

【００２３】一方、上記研磨装置の側方には、これに隣
接させて、該研磨装置によって研磨された、上記半導体
ウェーハ１６の被研磨面を洗浄するための洗浄装置が設
けられている。

【００２４】すなわち、上記研磨定盤１１に近接して洗
浄槽３１が設けられている。この洗浄槽３１は、洗浄液
または超純水を溜めるための内槽３１ａと、この内槽３
１ａより溢れ出る洗浄液を受けるための外槽３１ｂとか
らなっている。

【００２５】上記洗浄槽３１の内槽３１ａおよび外槽３
１ｂは、上記研磨定盤１１に対向する面が、それぞれ上
記研磨定盤１１の外周に沿う円弧状とされている。上記
洗浄槽３１には、上記内槽３１ａ内に洗浄液または超純
水を供給するための供給路３２が接続されて、この供給
路３２を流れる洗浄液または超純水が供給口３３を介し
て槽内に供給されるようになっている。

【００２６】また、上記洗浄槽３１には、上記内槽３１
ａおよび上記外槽３１ｂ内の洗浄液または超純水を、排
出口３４を介して排出するための排出路３５が接続され
ている。

【００２７】なお、上記洗浄液としては、たとえば、超
純水または純水を電気分解して生成される酸性イオン
水、もしくは、オゾン水が用いられる。酸性イオン水ま
たはオゾン水は、非常にクリーンで、強い酸化性を有す
るとともに、金属や有機物による汚染を除去する能力を
有している。

【００２８】一方、上記内槽３１ａは、油圧シリンダな
どからなる高さ調節機構３６によって、その上記外槽３
１ｂに対する高さ位置を任意に調整できるように構成さ
れている。

【００２９】また、上記内槽３１ａ内には、モータなど
からなる駆動機構３７によって図示矢印ｃ方向に回転さ
れる洗浄ブラシ３８が設けられている。この洗浄ブラシ
３８は、ＰＶＡ（Poly Vinyl Alcohol）などによって構
成され、上記内槽３１ａの底部に設けられたブラシ洗浄
器３９との接触によって、自身を洗浄できるように構成
されている。

【００３０】さらに、上記内槽３１ａは、上記研磨定盤
１１との間に５ｍｍ程度の隙間を有して配設されるよう
になっている。そして、この内槽３１ａと上記研磨定盤
１１との間の隙間は、上記内槽３１ａに供給される洗浄
液の、上記内槽３１ａより溢れる際の表面張力によって
埋められるように構成されている。

【００３１】すなわち、上記内槽３１ａの高さ位置を調
整することによって、上記内槽３１ａと上記研磨定盤１
１との間に、上記研磨定盤１１上の研磨クロス１３のク
ロス面とほぼ同じ高さの洗浄水の橋を形成することによ
り、被研磨面を大気に晒すことなく、上記半導体ウェー
ハ１６を上記研磨クロス１３上から上記洗浄槽３１の内
槽３１ａ内まで移動できる。

【００３２】次に、上記した構成における動作について
説明する。図２は、かかる動作を概略的に示すものであ
る。まず、ウェーハ保持盤１４によって保持された半導
体ウェーハ１６は、回転機構２１によって回転されつ
つ、加圧機構２２によって研磨定盤１１上の研磨クロス
１３のクロス面に当接される。

【００３３】その際、研磨定盤１１が回転され、供給装
置１７より研磨剤１７ａが供給されることにより、半導
体ウェーハ１６の被研磨面が研磨される（同図
（ａ））。そして、半導体ウェーハ１６の研磨処理が終
了すると、供給装置１７からの研磨剤１７ａの供給が停
止されるとともに、上記研磨定盤１１および上記ウェー
ハ保持盤１４の回転はそのままに、移動機構２３によっ
てウェーハ保持盤１４の位置が移動される。

【００３４】これにより、上記半導体ウェーハ１６は研
磨クロス１３のクロス面上をスライドされて、洗浄装置
の洗浄槽３１の位置に移動される。このとき、上記洗浄
槽３１は、すでに、洗浄液によって槽内が満たされてお
り、上記半導体ウェーハ１６は、その被研磨面を大気に
晒すことなく、上記研磨クロス１３上から上記洗浄槽３
１へ移動される。

【００３５】すなわち、研磨処理を終えた半導体ウェー
ハ１６を洗浄装置に移動する場合、上記洗浄槽３１は、
あらかじめ内槽３１ａの位置が高さ調節機構３６によっ
て調整され、壁の高さが研磨クロス１３のクロス面より
も２〜５ｍｍほど低くなるように設定されている。

【００３６】そして、供給口３３を介して供給される、
供給路３２からの洗浄液が内槽３１ａ内より溢れ出し、
その溢れ出る洗浄液の表面張力によって、上記内槽３１
ａと上記研磨定盤１１との間の隙間が、上記研磨定盤１
１上の研磨クロス１３のクロス面とほぼ同じ高さで埋め
込まれる。

【００３７】これにより、半導体ウェーハ１６が研磨ク
ロス１３上をスライドするようにウェーハ保持盤１４を
移動させることで、半導体ウェーハ１６は、その被研磨
面を大気に晒すことなく、研磨クロス１３のクロス面上
より洗浄槽３１内の洗浄液の液面上をすべるようにして
移動される。

【００３８】さて、研磨後の半導体ウェーハ１６が上記
洗浄槽３１へと移動されると、上記加圧機構２２によ
り、さらに、ウェーハ保持盤１４によって保持された半
導体ウェーハ１６の位置が下げられて、半導体ウェーハ
１６の被研磨面が洗浄ブラシ３８に当接される（同図
（ｂ））。

【００３９】すると、半導体ウェーハ１６の被研磨面が
洗浄されると同時に、被研磨面の表面が親水性にされ
る。すなわち、研磨後の半導体ウェーハ１６は乾燥する
前に、洗浄液のもつ強酸化性によって、その被研磨面の
表面に自然酸化膜が均一に成長するとともに、回転機構
２１による半導体ウェーハ１６の回転と駆動機構３７に
よる洗浄ブラシ３８の回転とによって、被研磨面のパー
ティクルが除去される。

【００４０】こうして、１〜３分間程度の洗浄処理を施
した後、供給路３２からの洗浄液の供給が止められる。
また、加圧機構２２による、半導体ウェーハ１６の洗浄
ブラシ３８への押し付けがとかれる。

【００４１】洗浄後の半導体ウェーハ１６は、洗浄槽３
１内の洗浄液が排出口３４より排出路３５を介して排出
された後、必要に応じて、供給口３３を介して供給され
る、供給路３２からの超純水によってリンスされる。

【００４２】また、洗浄後の半導体ウェーハ１６は、加
圧機構２２によってウェーハ保持盤１４が上昇されて、
研磨クロス１３のクロス面よりも高い位置に移動され、
さらに、移動機構２３によるウェーハ保持盤１４の移動
にともなって次工程へと搬送される。

【００４３】なお、半導体ウェーハ１６の洗浄後におい
ては、供給路３２からの超純水を内槽３１ａ内に供給し
つつ、駆動機構３７によって回転される洗浄ブラシ３８
をブラシ洗浄器３９と接触させることにより、ブラシ自
身の洗浄が行われるようになっている。

【００４４】上記したように、研磨後の半導体ウェーハ
が乾燥する前に、該半導体ウェーハの被研磨面に自然酸
化膜を形成できるようにしている。すなわち、研磨され
た半導体ウェーハの被研磨面を大気に晒すことなく、洗
浄装置に供給できるようにしている。これにより、半導
体ウェーハが乾燥する前に、活性面を親水性にすること
が可能となるため、自然酸化膜の形成に酸化性が強くて
クリーンな酸性イオン水やオゾン水を洗浄液として用い
ることが可能となる。したがって、有機物汚染の問題を
生じない、非常に環境に優しい処理とすることができる
ものである。

【００４５】しかも、酸性イオン水やオゾン水は金属や
有機物による汚染を除去する能力があるため、自然酸化
膜を形成すると同時に、半導体ウェーハの被研磨面を充
分に洗浄することが可能となる。

【００４６】また、酸性イオン水やオゾン水は、容易に
中性の水に戻るので装置の腐食の心配がないばかりか、
界面活性剤に比べて安価なため、コスト的にも非常に有
利なものとすることができる。

【００４７】なお、上記した本発明の実施の一形態にお
いては、研磨処理を終えた半導体ウェーハを洗浄装置に
移動する前に、内槽の位置を高さ調節機構によって調整
するようにした場合について説明したが、これに限ら
ず、たとえば内槽と研磨定盤との間の隙間を、内槽内よ
り溢れ出る洗浄液によって、常に、研磨定盤上の研磨ク
ロスのクロス面とほぼ同じ高さで埋め込むことができる
ような位置にあらかじめ内槽を配置させておき、その高
さ位置を研磨後の半導体ウェーハを移動する際に高さ調
節機構によって微調整するように構成してもよい。その
他、この発明の要旨を変えない範囲において、種々変形
実施可能なことは勿論である。

【００４８】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、有機物汚染の問題もなく、半導体基板の被研磨面を
親水性にすると同時に、洗浄することが可能な半導体装
置の製造装置および製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の一形態にかかる、半導体製造
装置の構成を示す概略図。

【図２】同じく、かかる動作を説明するために示す半導
体製造装置の概略断面図。

【符号の説明】

１１…研磨定盤１２…軸１３…研磨クロス１４…ウェーハ保持盤１５…回転軸１６…半導体ウェーハ１７…供給装置１７ａ…研磨剤２１…回転機構２２…加圧機構２３…移動機構３１…洗浄槽３１ａ…内槽３１ｂ…外槽３２…供給路３３…供給口３４…排出口３５…排出路３６…高さ調節機構３７…駆動機構３８…洗浄ブラシ３９…ブラシ洗浄器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体基板を研磨する研磨装置と、この研磨装置の研磨定盤に近接して設けられ、前記研磨
装置によって研磨された前記半導体基板の被研磨面を洗
浄するための洗浄装置とを具備し、前記洗浄装置に対して、前記半導体基板が、その被研磨
面を大気に晒すことなく供給されるようにしたことを特
徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】前記洗浄装置は、洗浄液によって満たさ
れる洗浄槽の内部に、回転可能に設けられた洗浄用ブラ
シを有してなることを特徴とする請求項１に記載の半導
体装置の製造装置。
【請求項３】前記洗浄液は、超純水または純水を電気
分解して生成される電解イオン水、もしくは、オゾン水
であることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の
製造装置。
【請求項４】前記研磨装置は、前記半導体基板を回転
させつつ、前記研磨定盤上の研磨布面に当接させるため
の保持部を、前記研磨定盤上をスライドさせて前記洗浄
装置の位置まで移動させる移動機構を備えてなることを
特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】半導体基板を保持する保持部と、この保持部を回転する回転機構と、この回転機構により回転される前記保持部を加圧する加
圧機構と、この加圧機構により、前記保持部によって保持された前
記半導体基板を、研磨液が供給される研磨布面に当接さ
せることにより、前記半導体基板を研磨する、回転可能
に設けられた研磨定盤と、この研磨定盤に近接して設けられ、研磨後の半導体基板
の被研磨面を洗浄するための、回転可能に設けられた洗
浄用ブラシを有してなる洗浄槽と、この洗浄槽内に洗浄液を供給する供給路と、この供給路から供給される前記洗浄液で満たされた前記
洗浄槽内に、前記保持部をスライド移動させることによ
り、研磨後の半導体基板を、その被研磨面を大気に晒す
ことなく供給する移動機構とを具備したことを特徴とす
る半導体装置の製造装置。
【請求項６】前記洗浄液は、超純水または純水を電気
分解して生成される電解イオン水、もしくは、オゾン水
であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の
製造装置。
【請求項７】前記洗浄槽は、前記洗浄液を溜めるため
の内槽と、この内槽より溢れ出る洗浄液を受けるための
外槽とからなることを特徴とする請求項５に記載の半導
体装置の製造装置。
【請求項８】半導体基板を研磨する研磨工程と、この研磨工程で研磨された前記半導体基板を、その被研
磨面を大気に晒すことなくスライド移動する移動工程
と、この移動工程によりスライド移動された前記半導体基板
の被研磨面を洗浄する洗浄工程とからなることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
【請求項９】前記洗浄工程は、洗浄液によって満たさ
れた洗浄槽内に、回転可能に設けられた洗浄用ブラシに
より行われることを特徴とする請求項８に記載の半導体
装置の製造方法。
【請求項１０】前記洗浄液は、超純水または純水を電
気分解して生成される電解イオン水、もしくは、オゾン
水であることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置
の製造方法。
【請求項１１】前記研磨工程は、前記半導体基板を保
持する保持部を回転させつつ、該保持部によって保持さ
れた前記半導体基板を、研磨液が供給される研磨定盤上
の研磨布面に当接させるものであることを特徴とする請
求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】前記移動工程は、前記半導体基板を研
磨するための研磨定盤上の研磨布面に、該半導体基板の
被研磨面を当接させたままスライドさせるものであるこ
とを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項１３】半導体基板を保持する工程と、この保持された前記半導体基板を回転する工程と、この回転される前記半導体基板を加圧し、該半導体基板
を、研磨液が供給される、回転可能に設けられた研磨定
盤上の研磨布面に当接させることによって研磨する工程
と、研磨後の前記半導体基板を、その被研磨面を前記研磨布
面に当接させたまま大気に晒すことなくスライドさせ、
洗浄液により満たされた洗浄槽内に移動する工程と、前記洗浄槽内に移動された前記半導体基板の被研磨面を
ブラシ洗浄する工程とからなることを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項１４】前記洗浄液は、超純水または純水を電
気分解して生成される電解イオン水、もしくは、オゾン
水であることを特徴とする請求項１３に記載の半導体装
置の製造方法。
【請求項１５】前記洗浄槽は、前記洗浄液を溜めるた
めの内槽と、この内槽より溢れ出る洗浄液を受けるため
の外槽とからなることを特徴とする請求項１３に記載の
半導体装置の製造方法。
【請求項１６】前記半導体基板の前記洗浄槽内への移
動は、前記洗浄液によって前記洗浄槽内が満たされるこ
とにより、前記研磨定盤上の研磨布との間の隙間を埋め
た状態で行われることを特徴とする請求項１３に記載の
半導体装置の製造方法。