JP4202955B2 - 有機膜の化学的機械的研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、レジスト膜等の有機膜用の化学的機械的研磨スラリーを用いた研磨方法に関する。

半導体装置の製造プロセスにおいては、所望の構造を形成するためにフォトレジスト膜が犠牲膜として用いられる。例えば、半導体基板にトレンチ、あるいは絶縁膜にホールを形成した後、フォトレジストを塗布して犠牲膜を形成する。犠牲膜をリセスあるいは剥離することによって、所望の構造が得られる。こうした方法は、例えば、トレンチキャパシタを有する半導体記憶装置の製造において、ストレージノード電極とセルトランジスタ拡散層とを電気的に接続する埋め込みストラップを形成するために用いられる。

いずれの場合も、フォトレジスト膜の膜厚は、ウエハー全体にわたって均一であることが要求される。しかしながら、パターン密度が高いトレンチあるいはホールにレジストが埋め込まれる場合には、密パターン上のレジスト体積が減少する。このため、密パターン上のレジスト膜厚と、疎なパターン上あるいはフィールド上のレジスト膜厚との間には、数１００ｎｍオーダーのバラツキが生じてしまう。

レジストの膜厚バラツキは、その後に施されるリセスにおいてさらに拡大されて、デバイス形状を悪化させる。さらに、焦点深度の低下や歩留まり悪化を引き起こす。

こうしたレジスト膜厚のバラツキに起因した問題を解消すべく、レジスト塗布後に化学的機械的研磨法によりフォトレジストを平坦化する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、フォトレジスト膜の表面が疎水性であるため、研磨により疎水性の削りカスが発生して研磨布上に滞留し、これが種々の問題を引き起こす。例えば、研磨布に目詰まりが生じて研磨速度が不安定となり、ウエハー表面にも削りカスや研磨粒子が付着して表面欠陥の原因となる。さらに、ＣＭＰ後のレジストリセス工程においては、リセス深さバラツキといった不都合が引き起こされる。
特開２００２−１５５２６８号公報

本発明は、低い表面欠陥密度でレジスト膜等の有機膜を研磨する方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる研磨方法は、半導体基板上のＳｉＮ膜およびＳｉＯ ₂ 膜から選択される無機絶縁膜に形成された凹部を埋め込んで堆積された疎水性の有機レジスト膜を化学的機械的に研磨して、前記無機絶縁膜の表面を露出する方法であって、ターンテーブル上に貼付された研磨布上に、前記有機レジスト膜を有する半導体基板を当接させる工程、および、前記研磨布上に、前記凹部の径より大きく、かつ０．０５μｍ以上５μｍ以下の一次粒子径を有し、０．０１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の濃度で配合された樹脂粒子と、親水部を有し、０．０１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の濃度で配合された界面活性剤とを含有する有機膜用化学的機械的研磨スラリーを供給して、前記有機レジスト膜を研磨する工程を具備することを特徴とする。

本発明の他の態様にかかる研磨方法は、半導体基板上のＳｉＮ膜およびＳｉＯ ₂ 膜から選択される無機絶縁膜に形成された凹部を埋め込んで堆積された疎水性の有機レジスト膜を化学的機械的に研磨して、前記無機絶縁膜の表面を露出する方法であって、ターンテーブル上に貼付された研磨布上に、前記有機レジスト膜を有する半導体基板を当接させる工程、前記研磨布上に、前記凹部の径より大きく、かつ０．０５μｍ以上５μｍ以下の一次粒子径を有する樹脂粒子を０．０１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の濃度で含有する分散液を供給して前記有機レジスト膜を研磨する第１の研磨工程、および、前記第１の研磨工程に続いて、親水部を有する界面活性剤を０．０１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の濃度で含有する溶液を前記研磨布上に供給して前記有機レジスト膜を研磨する第２の研磨工程を具備することを特徴とする。

本発明の一態様によれば、低い表面欠陥密度でレジスト膜等の有機膜を研磨する方法が提供される。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

本発明の実施形態にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリーに含有される樹脂粒子は、一次粒子径が０．０５μｍ以上５μｍ以下に制限される。樹脂粒子の一次粒子径は、例えば、動的、静的光散乱法により測定することができる。樹脂粒子の一次粒子径が０．０５μｍ未満の場合には、有機膜が埋め込まれる凹部、すなわち半導体基板に設けられたトレンチあるいは絶縁膜に設けられたホール内に粒子が侵入しやすくなって、ディッシングが拡大する傾向にある。一方、５μｍを越えると粒子の分散性を制御するのが困難になり、スラリーが沈降しやすくなる。樹脂粒子の一次粒子径は、好ましくは０．１μｍ以上３．０μｍ以下である。

こうした一次粒子径を有する樹脂粒子は、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）等のメタクリル樹脂、ＰＳＴ（ポリスチレン）樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリアセタール樹脂、およびポリカーボネイト樹脂からなる群から選択される粒子を用いることができる。特に、ＣＭＰに適した硬度・弾性を有することから、ＰＭＭＡあるいはＰＳＴ樹脂が好ましい。

分散性を高めるために、樹脂粒子は表面に官能基を有していてもよい。官能基は特に限定されず、アニオン系、カチオン系、両性系、および非イオン系官能基から選択することができる。アニオン系官能基としては、例えば、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、リン酸エステル型等が挙げられ、カチオン系官能基としては、例えば、アミン塩型、第４級アンモニウム塩型等が挙げられる。両性系官能基としては、例えば、アルカノールアミド型、カルボキシベタイン型、およびグリシン型等が挙げられ、非イオン系官能基としては、例えば、エーテル型、エステル型等が挙げられる。粒子の製造が容易であることから、カルボキシル基が特に好ましい。

本発明の実施形態にかかるスラリーに含有される樹脂粒子は、上述したようにトレンチ等の凹部の径よりも大きな一次粒子径を有するので、レジスト膜等の有機膜の研磨中にトレンチ内に侵入することはなく、ディッシングを抑制することができる。しかも、レジストと同質の樹脂からなるので、ウエハー表面に残留してもその後のドライ工程（レジストリセス工程）で除去できる。また、レジストが埋め込まれるＳｉＮなどの無機絶縁膜の研磨速度が極めて小さく、高選択比を得ることができる。

一方、界面活性剤は親水部を有し、この親水部は、研磨中に研磨布およびウエハーの表面、さらにはレジスト削りカスに付着して、それらに親水性を付与するといった作用を有する。例えば、親水部は、アニオン系、カチオン系、両性系、および非イオン系官能基のいずれでもよく、具体的にはカルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、およびリン酸エステル型等が挙げられる。例えば、アニオン性の親水部を有する界面活性剤としては、ポリカルボン酸アンモニウム、ドデシルベンゼンスルホン酸アンモニウム等が挙げられ、カチオン性の親水部を有する界面活性剤としては、セチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド等が挙げられる。非イオン性の親水部を有する界面活性剤としては、アセチレンジオール系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤等が挙げられる。また、両性の親水部を有する界面活性剤を用いてもよい。

本発明の実施形態にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリーは、例えば、上述したような樹脂粒子と界面活性剤とを水に加えることによって調製することができる。水としては、イオン交換水、純水等を用いることができる。樹脂粒子は、スラリー中０．０１〜３０ｗｔ％程度の濃度となるよう分散させることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満の場合には、十分に高い速度で有機膜を研磨することが困難となる。一方、３０ｗｔ％を越えると、有機膜が埋め込まれるＳｉＮ、ＳｉＯ₂等といった無機絶縁膜との選択比が取れなくなるおそれがある。また、界面活性剤の含有量は、スラリー中０．０１〜１０ｗｔ％が好ましく、０．１〜３ｗｔ％がより好ましい。０．０１ｗｔ％未満の場合には、基板や研磨布に十分に付着することができず、削りカスを排出することが困難となる。一方、１０ｗｔ％を越えると、スラリーの粘度が高くなり、配管を詰らせる等、取り扱いが困難になるおそれがある。

スラリー中には、酸化剤、有機酸あるいはｐＨ調整剤といった添加剤を、通常用いられている量で必要に応じて配合してもよい。

樹脂粒子と界面活性剤とは、必ずしも予め水中に配合されている必要はなく、有機膜のＣＭＰが行なわれる際に研磨布上で、本発明の実施形態にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリーが調製されてもよい。この場合には、上述したような樹脂粒子を含有する分散液と、界面活性剤を含有する溶液とを研磨布上に供給して混合する。樹脂粒子分散液としては、例えば、ＪＳＲ製ＲＳＴ−０１等の市販のスラリーを用いることができる。混合後の有機膜用化学的機械的研磨スラリーにおける各成分の含有量が上述した範囲内となるよう、濃度や流量を制御して分散液および溶液を供給することが望まれる。

以下、ストレージノード電極とセルトランジスタ拡散層とを電気的に接続する埋め込みストラップを形成するプロセスを例に挙げて、本発明の実施形態を説明する。

（実施形態１）
図１乃至図３は、埋め込みストラップの形成方法を表わす。

まず、図１（ａ）に示すように、Ｐａｄ酸化膜１２およびＰａｄ窒化膜１３が順次堆積された半導体基板１１に対し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング法によりトレンチ１４を形成する。トレンチ周面の下部には、ｎ型の不純物を拡散させることによって埋め込みプレート電極１５を形成する。

こうして形成された埋め込みプレート電極１５の内周にキャパシタ誘電膜１６を堆積し、さらに、このキャパシタ誘電膜上にストレージノード電極となるＡｓ−ｄｏｐｅｄポリシリコン膜（以下、ストレージノードと称す）１７を堆積する。このストレージノード１７によってトレンチ１４内が埋め込まれる。次に、ストレージノード１７を所望の深さまでエッチバックし、Ｈ₃ＰＯ₄等の溶液を用いてトレンチ１４側壁のキャパシタ誘電膜１６をエッチングにより除去して、図１（ｂ）に示す構造を得る。その後、半導体基板上に熱酸化膜（図示せず）を形成する。

さらに、図１（ｃ）に示すように、ストレージノード１７が埋め込まれていないトレンチ１４の上部内壁にカラー酸化膜１８を堆積する。このカラー酸化膜１８は、埋め込みプレート電極１５とセルトランジスタの拡散層（図示せず）とを電気的に絶縁する機能を有する。その後、後述するポリシリコン膜とストレージノード１７とのコンタクトをとるために、ドライエッチング法を用いて、ストレージノード１７上のカラー酸化膜１８を除去する。

次いで、図２（ｄ）に示すように全面にレジスト膜１９を形成した後、レジスト膜にＣＭＰを施し、図２（ｅ）に示すように平坦化してＰａｄ窒化膜１３の表面を露出する。レジスト膜１９の研磨には、本発明の実施形態にかかる方法が適用され、これによってレジスト削りカスを滞留させることなく平坦な表面が得られる。ここでのレジストＣＭＰに関しては、追って詳細に説明する。

さらに、図２（ｆ）に示すように、セルトランジスタ拡散層（図示せず）とのコンタクトをとるために必要な深さまで、ＣＤＥ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によりレジスト膜１９がリセスされる。

ウエットエッチング法により、図３（ｇ）に示すようにカラー酸化膜１８の一部を除去して、トレンチ１４内に半導体基板１１の一部を露出する。カラー酸化膜１８の表面は、図示するようにレジスト膜１９の表面よりも下方に存在し、埋め込みストラップの開口部２０が形成される。

図３（ｈ）に示すようにレジスト膜１９を除去した後、図３（ｉ）に示すように、セルトランジスタの拡散層（図示せず）とストレージノード１７とのコンタクトをとるためのポリシリコン膜２１を堆積する。このポリシリコン膜２１により埋め込みストラップの開口部２０が埋め込まれる。こうして、埋め込みストラップが形成される。

本実施形態の方法により、レジスト削りカスを研磨布上に滞留させることなく、レジスト膜１９の表面を平坦化することができる。このため、研磨布の目詰まりや削りカスの付着といった、レジスト削りカスに起因した不都合は何等生じることはない。その後、レジストリセスが行なわれるので、ウエハー全体にわたって均一な深さでレジスト膜をリセスすることができる。したがって、エッチバック後には、カラー酸化膜１８の膜厚バラツキを回避することが可能となった。

カラー酸化膜の膜厚バラツキは、埋め込みストラップにおける抵抗値バラツキを招き、歩留まり低下の原因となる。このため、バラツキは３０ｎｍ以下に抑制することが必要とされる。

従来は、削りカスを排除することなくレジスト膜の表面を研磨して平坦化し、引き続いてリセスした後に、カラー酸化膜のエッチバックが行なわれていた。削りカスが部分的に残留したままレジストがトレンチに埋め込まれることにより、ウエハー全体におけるレジスト膜厚は一定ではなく不均一となる。例えば、開口径０．１４μｍ、深さ１．２μｍのトレンチにレジストを埋め込んだ場合、削りカスが残留した部分と残留しない部分とにおけるレジストの膜厚には、２００ｎｍ程度の差が生じる。その結果、レジストリセス深さがばらつくため、カラー酸化膜エッチバック後の膜厚にバラツキが生じる。具体的には、カラー酸化膜の膜厚には、５０ｎｍ程度のバラツキが生じて、プロセスの破綻を招いていた。

上述したように本発明の実施形態における研磨によって、レジスト削りカスはレジスト膜上に滞留することなく排除されるので、リセス前には清浄な表面のレジスト膜１９を確保することができる。このため、カラー酸化膜１８の膜厚のバラツキを３０ｎｍ以下に低減することが可能となった。

ここで、本発明の実施形態にかかるレジストＣＭＰについて詳細に説明する。

本実施形態においては、ＣＭＰ装置として荏原製作所製ＥＰＯ−２２２を用いて、レジスト膜の研磨を行なった。具体的には、図４に示すように、研磨布３１が貼付されたターンテーブル３０を５０ｒｐｍで回転させつつ、半導体ウエハー３２を保持したトップリング３３を５００ｇｆ/ｃｍ²の研磨荷重で当接させた。研磨布３１としては、弾性圧縮率が２９０ＭＰａのロデール社製ＩＣ１０００を用い、トップリング３３は５２ｒｐｍの回転数で回転させた。

樹脂粒子を含有する分散液を第１の供給ノズル３４から供給しつつ、界面活性剤を含有する溶液を第２の供給ノズル３５から研磨布３１上に供給し、研磨布３１上で混合することにより本実施形態にかかる有機膜用化学的機械的研磨スラリー３７（スラリーサンプル１）を調製した。分散液としては、一次粒子径２００ｎｍのポリスチレン粒子を１ｗｔ％含有するスラリー（ＪＳＲ製ＲＳＴ−０１）を用いて、１５０ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給した。一方、界面活性剤を含有する溶液としては、０．１５ｗｔ％ポリカルボン酸水溶液を１００ｃｃ／ｍｉｎの流量で供給した。樹脂粒子と界面活性剤とが予め混合された有機膜用化学的機械的研磨スラリーを用いる場合には、供給ノズルは１つでよい。研磨後には、水供給ノズル（図示せず）から水を供給して、水研磨を行なった。なお、図４には、ドレッサー３６も併せて示してある。

レジスト膜の研磨に当たって、トップリング３３を研磨布３１に当接する研磨圧力は、２００〜６００ｇｆ/ｃｍ²の範囲内で選択することができる。また、ターンテーブル３０およびトップリング３３の回転数は、それぞれ１０〜５０ｒｐｍおよび５〜６０ｒｐｍの範囲で適宜決定すればよい。

図５には、本発明の実施形態にかかる方法に用いられる研磨装置の構成を模式的に示す。図示する研磨装置は一般的な構成であり、二系統で研磨が行なわれるＣＭＰ部４０と、それぞれから搬送されたウエハーを洗浄する洗浄部４１とを有している。ロードされた半導体ウエハー４３は、ＣＭＰ部４０において、ターンテーブル４２上で有機膜の研磨が行なわれた後、ポリッシングユニット４４に保持される。上述した例においては、ターンテーブル４２上に貼付された研磨布（図示せず）上でスラリー研磨および水研磨が行なわれた後、ウエハー４３が搬送される。なお、ＣＭＰ部４０には、ドレッシングユニット４５も併せて示してある。

洗浄部４１においては、ウエハー搬送ロボット４６のウェハーハンガー（図示せず）が、ポリッシングユニット４４から半導体ウエハー４３を受け取り、両面ロール洗浄機４７に搬送する。ウエハー４３は、両面ロール洗浄機４７でロールスポンジにより純水で両面が洗浄され、さらにウエハー搬送ロボット４６により反転機４８に搬送される。反転されたウエハーは、ペンシル洗浄機４９でペンシルスポンジにより純水洗浄が行なわれた後、スピン乾燥してカセット５０に収容される（ウエハーアンロード）。

研磨後のウエハーの欠陥を、ＫＬＡテンコール社製ＫＬＡ２１３９を用いて評価した結果、残渣欠陥数は７５ｃｏｕｎｔであった。なお、図１（ｃ）に示したようなレジスト塗布前における欠陥数は７０ｃｏｕｎｔであり、欠陥の増加は実質的に抑制されたということができる。

さらに、次のような分散液および界面活性剤溶液を研磨布上に供給して、種々のスラリーサンプルを調製し、前述と同様の条件で有機膜の研磨を行なった。

（スラリーサンプル２）
分散液：一次粒子径２００ｎｍのＰＳＴ粒子を１ｗｔ％含有
流量１５０ｃｃ／ｍｉｎ
界面活性剤溶液：０．２ｗｔ％ドデシンベンゼンスルホン酸カリウム水溶液
流量２００ｃｃ／ｍｉｎ
（スラリーサンプル３）
分散液：一次粒子径２００ｎｍのＰＳＴ粒子を１ｗｔ％含有
流量１５０ｃｃ／ｍｉｎ
界面活性剤溶液：０．２ｗｔ％アセチレンジオール系ノニオン界面活性剤水溶液
流量２００ｃｃ／ｍｉｎ
（スラリーサンプル４）
分散液：一次粒子径２００ｎｍのＰＳＴ粒子を１ｗｔ％含有
流量１５０ｃｃ／ｍｉｎ
界面活性剤溶液：０．２ｗｔ％シリコーン系界面活性剤水溶液
流量２００ｃｃ／ｍｉｎ
ここで用いたＰＳＴ粒子は、以下のような手法により合成した。まず、スチレン９２重量部、メタクリル酸４重量部、ヒドロキシエチルアクリレート４重量部、ラウリル硫酸アンモニウム０．１重量部、過硫酸アンモニウム０．５重量部、およびイオン交換水４００重量部を、容量２リットルのフラスコに収容した。窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら７０℃に昇温し、６時間重合させることによって、一次粒子径２００ｎｍのＰＳＴ粒子が得られた。粒子の表面には、カルボキシル基が結合していた。

（スラリーサンプル５）
分散液：一次粒子径３００ｎｍのＰＭＭＡ粒子を１ｗｔ％含有
流量１５０ｃｃ／ｍｉｎ
界面活性剤溶液：０．２ｗｔ％ポリカルボン酸水溶液
流量２００ｃｃ／ｍｉｎ
ここで用いたＰＭＭＡ粒子は、以下のような手法により合成した。まず、メチルメタクリレ−ト９４重量部、メタクリル酸１重量部、ヒドロキシメチルメタクリレート５重量部、ラウリル硫酸アンモニウム０．０３重量部、過硫酸アンモニウム０．６重量部、およびイオン交換水４００重量部を、容量２リットルのフラスコに収容した。窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら７０℃に昇温し、６時間重合させることによって、一次粒子径３００ｎｍのＰＭＭＡ粒子が得られた。粒子の表面には、カルボキシル基が結合していた。

いずれのスラリーサンプルを用いた場合も、前述と同様に、欠陥の増加を抑制することができた。特に、スラリーサンプル４，５では、欠陥低減効果がより顕著であることが確認された。これらのサンプルにおいては、樹脂粒子の表面に官能基が結合しており、この官能基によって、樹脂粒子の分散性をよりいっそう高めることができた。樹脂粒子の分散性の確保は、研磨特性上、さらには保存安定性の観点から非常に重要な要因である。粒子が良好に分散されていない場合には、粗大粒子が形成されてスクラッチの原因となるおそれがある。あるいは、スラリーがハードケーキ化して、保存安定性が悪化してしまう。樹脂粒子の表面に官能基が存在しているので、スラリーサンプル４，５では、こうした不都合が生じることはない。

比較のため、界面活性剤溶液を用いない以外は同様の条件で、レジスト膜の研磨を行なった（比較例１）。前述と同様にして評価したところ、研磨後の残渣欠陥数は、２００ｃｏｕｎｔにも及んでいた。

上述したように本実施形態にかかる方法により、レジスト残渣に起因する有機膜の欠陥数を大幅に低減することが可能となった。図６を参照して、これについて説明する。本実施形態にかかる方法においては、有機膜を研磨する際のスラリー中には、樹脂粒子５２とともに界面活性剤が含有され、この界面活性剤の親水部５３の作用によって、研磨布３１およびウエハー３２表面が親水化される。

疎水性のレジスト削りカス（図示せず）が発生しても、親水部５３の作用により親水化される。このため、削りカスは、研磨布３１表面に滞留することがなく排出されて、ウエハー３２表面に付着することは避けられる。すなわち、研磨中のウエハー３２においては、図７に示されるようにレジスト膜１９上にレジスト削りカスは存在せず、ウエハー３２全体にわたってレジスト膜１９の表面は平坦化されている。レジスト削りカスが残留しないことから、このように清浄な表面を得ることが可能となった。レジスト膜１９の表面が平坦化、清浄化されていることから、ＣＭＰ後のリセス工程に影響を及ぼすことはなく、図８に示すように一定の深さでレジストリセスを行なうことができる。その結果、カラー酸化膜エッチバック後の膜厚は均一とすることができ、埋め込みストラップにおける抵抗値バラツキを低減させることが可能となった。

これに対して、比較例１の場合には界面活性剤が用いられないので、研磨布３１およびウエハー３２の表面は、図９に示すようにいずれも疎水性を呈している。レジスト削りカス５４もまた疎水性であるので、場合によっては、ウエハー３２表面にレジスト削りカス５４が付着することがある。研磨中のウエハー３２においては、図１０（ａ）に示すように削りカス５４の付着した領域と、図１０（ｂ）に示すように削りカスの存在しない領域とが混在することになる。さらに、基板１１上に設けられたＰａｄ窒化膜１３は、本来親水性ではないことから、図１０（ａ）に示すように、このＰａｄ窒化膜１３上にもレジスト削りカス５４が付着しやすい。

レジスト膜１９上に残留した削りカス５４は、ＣＭＰ後のリセス工程に影響を及ぼし、レジストリセス後のレジスト膜１９においては、図１１（ａ）および（ｂ）に示すようにリセス深さにバラツキが生じてしまう。その結果、均一性よくレジストリセスを行なうことができず、カラー酸化膜エッチバック後の膜厚は不均一となって、埋め込みストラップにおける抵抗値バラツキの原因となる。

本実施形態にかかる方法においては、レジスト削りカスは界面活性剤の作用によりウエハー上から排除されるので、こうした不都合を回避することが可能となった。

（実施形態２）
本実施形態においては、樹脂粒子を含有する分散液と界面活性剤を含有する溶液とを、研磨布上に順次供給する以外は前述の実施形態１のスラリーサンプル１を使用した場合と同様にして、レジスト膜の研磨を行なった。

図５を参照して本実施形態の方法を説明すると、ターンテーブル４２上でのレジスト膜の研磨は、樹脂粒子分散液による第１の研磨と、これに引き続いた界面活性剤溶液による第２の研磨との２工程で行なわれることになる。第２の研磨が終了すると、ウエハー４２は洗浄部４１に搬送されて、両面ロール洗浄機４７においてロールスポンジにより純水洗浄が行なわれる。ロールスポンジ洗浄後のウエハーは、前述と同様にペンシルスポンジ洗浄およびスピン乾燥を経て、アンロードされる。

樹脂粒子分散液を用いた第１の研磨の結果、研磨布およびウエハーの表面には、レジスト削りカスが付着することがある。こうした削りカスは、界面活性剤溶液を用いた第２の研磨を行なうことにより、上述したようなメカニズムにしたがって除去される。

研磨後のウエハーの欠陥を、ＫＬＡテンコール社製ＫＬＡ２１３９を用いて評価した結果、残渣欠陥数は７０ｃｏｕｎｔであった。レジスト塗布前の欠陥数は７０ｃｏｕｎｔであり、本実施形態における研磨の結果、欠陥は増加しないことが確認された。また、界面活性剤でのポリッシュによるレジストディッシングの拡大はほとんどなく、ＳｉＮの研磨速度は１ｎｍ／ｍｉｎ以下であり、Ｐａｄ窒化膜の研磨はほとんど進行しない。

比較のため、界面活性剤溶液を、研磨布上ではなくロールスポンジ洗浄に用いた以外は、同様の条件でレジスト膜の研磨を行なった（比較例２）。すなわち、ウエハーは、研磨布上で樹脂粒子分散液のみによる研磨、および純水洗浄を経て、両面ロール洗浄機に搬送される。ここで、界面活性剤溶液を用いてロールスポンジ洗浄が行なわれた後、ペンシルスポンジ洗浄およびスピン乾燥を経てアンロードされる。前述と同様にして評価したところ、研磨後の残渣欠陥数は１５０ｃｏｕｎｔにも及んでいた。

本実施形態においては、樹脂粒子分散液によるレジスト研磨直後に、研磨布とウエハーとを接触させながら界面活性剤溶液を用いた研磨により洗浄が行なわれる。このため、ロールスポンジ等による洗浄に比べて高い洗浄効果を得ることができる。界面活性剤溶液を用いたところで、比較例２のようにロールスポンジによる洗浄では、レジスト残渣に起因する欠陥数は低減することはできない。界面活性剤における親水性基は、研磨布とウエハーとに作用して、その効果が得られるので、界面活性剤溶液を研磨布上で用いることによって、レジスト残渣に起因した欠陥を大幅に低減することが初めて可能となった。

（実施形態３）
前述の実施形態１のように、樹脂粒子分散液と界面活性剤溶液とを研磨布上に供給して有機膜用化学的機械的研磨スラリーによりレジスト膜を研磨した後、樹脂粒子分散液の供給を停止して界面活性剤溶液のみを供給してもよい。この場合には、有機膜用化学的機械的研磨スラリーによる研磨と、界面活性剤溶液による洗浄とが、研磨布上で行なわれることにより、研磨布表面とウエハー表面の親水化効果がさらに高められる。その結果、レジスト残渣に起因した欠陥数をよりいっそう低減するとともに、より安定してレジスト膜を研磨することが可能になる。

本発明の一実施形態にかかる半導体装置の製造方法を示す工程断面図。 図１に続く工程を示す断面図。 図２に続く工程を示す断面図。 ＣＭＰの状態を示す概略図。 研磨装置の構成を示す概略図。 実施形態における研磨中の研磨布とウエハーとの状態を示す模式図。 実施形態における研磨中のレジスト膜の断面図。 実施形態におけるレジストリセス後のレジスト膜の断面図。 比較例における研磨中の研磨布とウエハーとの状態を示す模式図。 比較例における研磨中のレジスト膜の断面図。 比較例におけるレジストリセス後のレジスト膜の断面図。

符号の説明

１１…半導体基板； １２…Ｐａｄ酸化膜； １３…Ｐａｄ窒化膜； １４…トレンチ
１５…プレート電極； １６…キャパシタ誘電膜； １７…ストレージノード
１８…カラー酸化膜； １９…レジスト膜； ２０…埋め込みストラップの開口部
２１…ポリシリコン； ３０…ターンテーブル； ３１…研磨布； ３２…半導体基板
３３…トップリング； ３４…第１の供給ノズル； ３５…第２の供給ノズル
３６…ドレッサー； ３７…スラリー； ４０…ＣＭＰ部； ４１…洗浄部
４２…ターンテーブル； ４３…半導体ウエハー； ４４…ポリッシングユニット
４５…ドレッシングユニット； ４６…ウエハー搬送ロボット
４７…両面ロール洗浄機； ４８…反転機； ４９…ペンシル洗浄機
５０…カセット； ５２…樹脂粒子； ５３…親水部； ５４…レジスト削りカス。

Claims (4)

1. 半導体基板上のＳｉＮ膜およびＳｉＯ ₂ 膜から選択される無機絶縁膜に形成された凹部を埋め込んで堆積された疎水性の有機レジスト膜を化学的機械的に研磨して、前記無機絶縁膜の表面を露出する方法であって、
   ターンテーブル上に貼付された研磨布上に、前記有機レジスト膜を有する半導体基板を当接させる工程、および
   前記研磨布上に、前記凹部の径より大きく、かつ０．０５μｍ以上５μｍ以下の一次粒子径を有し、０．０１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の濃度で配合された樹脂粒子と、親水部を有し、０．０１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の濃度で配合された界面活性剤とを含有する有機膜用化学的機械的研磨スラリーを供給して、前記有機レジスト膜を研磨する工程
   を具備することを特徴とする有機膜の化学的機械的研磨方法。
2. 半導体基板上のＳｉＮ膜およびＳｉＯ ₂ 膜から選択される無機絶縁膜に形成された凹部を埋め込んで堆積された疎水性の有機レジスト膜を化学的機械的に研磨して、前記無機絶縁膜の表面を露出する方法であって、
   ターンテーブル上に貼付された研磨布上に、前記有機レジスト膜を有する半導体基板を当接させる工程、
   前記研磨布上に、前記凹部の径より大きく、かつ０．０５μｍ以上５μｍ以下の一次粒子径を有する樹脂粒子を０．０１ｗｔ％以上３０ｗｔ％以下の濃度で含有する分散液を供給して前記有機レジスト膜を研磨する第１の研磨工程、および
   前記第１の研磨工程に続いて、親水部を有する界面活性剤を０．０１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の濃度で含有する溶液を前記研磨布上に供給して前記有機レジスト膜を研磨する第２の研磨工程
   を具備することを特徴とする有機膜の化学的機械的研磨方法。
3. 前記樹脂粒子は、メタクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリアセタール樹脂、およびポリカーボネイト樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の樹脂からなる粒子であることを特徴とする請求項１または２に記載の有機膜の化学的機械的研磨方法。
4. 前記界面活性剤における親水部は、アニオン性、カチオン性、および非イオン性から選択されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の有機膜の化学的機械的研磨方法。

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