JP3750466B2

JP3750466B2 - 半導体ウェーハの仕上げ研磨方法

Info

Publication number: JP3750466B2
Application number: JP2000049395A
Authority: JP
Inventors: 健夫加藤; 秀樹坂本; 英之近藤
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: JP2001239452A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハに代表される半導体ウェーハの仕上げ研磨方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に半導体ウェーハの製造工程は、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェーハを得るスライス工程と、スライス工程によって得られたウェーハの割れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取り工程と、このウェーハを平面化するラッピング工程と、面取り及びラッピングされたウェーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、このウェーハの表面を鏡面にする研磨工程と、研磨されたウェーハを洗浄してこれに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程からなる。この鏡面研磨工程では、研磨布とウェーハ間に研磨スラリーを用い、いわゆる、メカノケミカル研磨法（機械化学複合研磨法）でウェーハを研磨している。これは機械研磨が持つ力学的作用とエッチングによる化学的作用とを複合させ、その相乗効果で高能率、高精度の面質を得る方法で、その研磨特性は研磨時の機械的要素と化学的要素の配分により左右される。またこの鏡面研磨工程には、エッチングによる表面の凹凸を除去するための粗研磨工程と、この粗研磨の後のウェーハ表面の最終的な面質を決定する仕上げ研磨工程がある。
従来、この仕上げ研磨工程では、研磨布には圧縮率５％以上の比較的柔らかい布が、研磨スラリーにはＳｉＯ₂系微粒子その他の砥粒を弱アルカリ液中に懸濁させた液が使用される。仕上げ研磨スラリーには、通常更に添加有機物が１０ｐｐｍ以上含有されており、この添加有機物は化学反応を抑制・制御し、また液粘性を高め、ヘイズ・スクラッチを防止する効果を有する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述した研磨布と研磨スラリーを用いた仕上げ研磨では、粗研磨後に残存するエッチングに起因した５μｍ〜１ｍｍの範囲の波長成分の凹凸の除去効率が悪く、この範囲のマイクロラフネスを低減するためには長時間の研磨が必要であった。
また、仕上げ研磨に使用される研磨スラリーは研磨面に成長した自然酸化膜や研磨時に付着した有機物の影響を受ける。そのため、研磨反応を開始する時間が遅れ、短時間の研磨では面質が不安定になる問題があった。
本発明の目的は、ウェーハ表面のマイクロラフネスを短時間で低減しかつ最終的な面質を安定にする半導体ウェーハの仕上げ研磨方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、半導体ウェーハと研磨布との間に研磨スラリーを介在させてウェーハを研磨してウェーハの表面の最終的な面質を決定する半導体ウェーハの仕上げ研磨方法において、圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であってポリビニルアルコール又はヒドロキシエチルセルロースのいずれか一方またはその双方からなる添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ未満の研磨スラリーを用いてウェーハを研磨した後に、圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であってポリビニルアルコール又はヒドロキシエチルセルロースのいずれか一方またはその双方からなる添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ以上の研磨スラリーを用いてウェーハを更に研磨することを特徴とする半導体ウェーハの仕上げ研磨方法である。
請求項１に係る発明では、研磨布の圧縮率及び研磨スラリーの含有有機物に注目し、従来の仕上げ研磨で使用していた組合せとは異なる、圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であって添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ未満の研磨スラリーにより研磨した後、圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であって添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ以上の研磨スラリーを用いてウェーハを更に研磨する仕上げ研磨を行う。前段の研磨の組合せでは、化学反応の抑制をする添加有機物の含有量が１０ｐｐｍ未満の研磨スラリーを用いることで研磨反応開始が速まり、また比較的柔らかい研磨布を用いることで、粗研磨後に残存するエッチングに起因した５μｍ〜１ｍｍの範囲の波長成分の凹凸の除去効率を高めることができ、短時間の研磨でウェーハの最終的な面質が安定する。
【０００５】
後段の研磨の組合せでは、従来の仕上げ研磨に相当する研磨を行うことで、よりマイクロラフネスを低減できる。
【０００６】
また研磨スラリーが上記有機物を含むことにより、より効果的に研磨反応を抑制し、制御することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態について説明する。
本発明の研磨布はスウェードが挙げられる。スウェードの基布はポリウレタン類が通常用いられる。研磨布の圧縮率は、ＪＩＳＬ−１０９６に準拠した方法で求められる。具体的には公知の自動圧縮率測定器を使用し、初荷重Ｌ₀（３００ｇ／ｃｍ²）を付加してその１分後の厚さＴ₁を計測し、この計測と同時に荷重をＬ₁（１８００ｇ／ｃｍ²）に増加させて、その１分後に厚さＴ₂を計測し、前記Ｔ₁とＴ₂に基づいて下記式（１）により圧縮率が求められる。
【０００８】
圧縮率（％）＝｛（Ｔ₁−Ｔ₂）／Ｔ₁｝×１００ ……（１）
本発明の仕上げ研磨方法には、通常片面研磨方法が用いられる。図１に基づいて片面研磨方法について述べる。この研磨装置１０は回転定盤１１とウェーハ保持具１２を備える。回転定盤１１は大きな円板であり、その底面中心に接続されたシャフト１３によって回転する。回転定盤１１の上面には研磨布１４が貼付けられる。ウェーハ保持具１２は加圧ヘッド１２ａとこれに接続して加圧ヘッド１２ａを回転させるシャフト１２ｂからなる。加圧ヘッド１２ａの下面には研磨プレート１６が取付けられる。研磨プレート１６の下面には複数枚の半導体ウェーハ１７が貼付けられる。回転定盤１１の上部には研磨スラリー１８を供給するための配管１９が設けられる。この研磨装置１０により半導体ウェーハ１７を研磨する場合には、加圧ヘッド１２ａを下降して半導体ウェーハ１７に所定の圧力を加えてウェーハ１７を押さえる。配管１９から研磨スラリー１８を研磨布１４に供給しながら、加圧ヘッド１２ａと回転定盤１１とを同一方向に回転させて、ウェーハ１７の表面を平坦に研磨する。
【０００９】
次にこのような装置による仕上げ研磨について説明する。
【００１０】
先ず研磨布に圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布を、研磨スラリーにアルカリ性であって添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ未満の研磨スラリーを用いてウェーハを研磨する。圧縮率１０〜２０％の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であって添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ未満の研磨スラリーを用いてウェーハを研磨することが好ましい。添加有機物含有率が１０ｐｐｍを越えると化学反応の抑制効果が強くなり過ぎるため、研磨レートが低下し、ラフネス除去効率が低下する不具合を生じる。この組合せで研磨することによりウェーハ表面の凹凸の５μｍ〜１ｍｍの波長成分の除去効率を高めることができ、また研磨面に成長した自然酸化膜や付着有機物の影響を速やかに除去できる。
【００１１】
次に、上記研磨に続いて、圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であって添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ以上の研磨スラリーを用いてウェーハを研磨する。圧縮率１０〜２０％の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であって添加有機物の含有率が１００ｐｐｍ〜１％の研磨スラリーを用いてウェーハを研磨することが好ましい。この研磨を行うことで更にウェーハ表面のマイクロラフネスを低減できる。
【００１２】
【実施例】
次に本発明の実施例を説明する。
＜実施例１＞
先ず、半導体ウェーハとして粗研磨工程を終えたシリコンウェーハを用意し、表層がスウェードからなる圧縮率が５％以上の研磨布と有機物が添加されているＳｉＯ ₂ の研磨粒子が分散した市販されているアルカリ性の研磨用スラリー原液を純水で希釈して添加有機物の含有率が１００ｐｐｍ以上になるように調製したアルカリ性研磨スラリーを用いて図１に示す研磨装置により研磨圧力１．９６×１０⁴Ｐａ、研磨布とウェーハの相対速度１．０ｍ／ｓで仕上げ研磨を３分間行った。続いてこのシリコンウェーハを表層がスウェードからなる圧縮率が５％以上の研磨布と有機物が添加されていないＳｉＯ ₂ の研磨粒子が分散した市販されているアルカリ性の研磨用スラリー原液を純水で希釈して調製した有機物が添加されていないアルカリ性研磨スラリーを用いて上記と同様の研磨条件で更に３分間仕上げ研磨を行った。
【００１３】
＜比較例１＞
実施例１と同様に粗研磨されたシリコンウェーハを用意し、表層がスウェードからなる圧縮率が５％以上の研磨布と有機物が添加されていないＳｉＯ ₂ の研磨粒子が分散した市販されているアルカリ性の研磨用スラリー原液を純水で希釈して調製した有機物が添加されていないアルカリ性研磨スラリーを用いて図１に示す研磨装置により研磨圧力１．９６×１０⁴Ｐａ、研磨布とウェーハの相対速度１．０ｍ／ｓで仕上げ研磨を６分間行った。
＜比較評価＞
仕上げ研磨を終えたシリコンウェーハの表面を光学的非接触式プロファイラを用いて表面粗さパワースペクトル（Power Spectral Density、以下、ＰＳＤという。）を測定し、得られたＰＳＤより波長１００μｍ以下の平方根平均ラフネス(root-mean-square roughness、以下、Ｒｍｓという。)を求めた。実施例１及び比較例１で得られたＰＳＤを図２に、Ｒｍｓを表１に示す。なお、図２には実施例１及び比較例１のＰＳＤ曲線の他に粗研磨工程を終えた仕上げ研磨前のウェーハ表面より得られたＰＳＤを基準値をして示す。
なお、ＰＳＤとは、表面粗さプロファイルをフーリエ変換によって空間周波数ごとの成分に分解したものである。また、Ｒｍｓはある空間周波数の範囲でＰＳＤを積分したものの平方根である。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表１より明らかなように比較例１に対して実施例１ではＲｍｓ値が減少しており、短時間の研磨でウェーハ表面のラフネスが低減していることが判る。
また、図２より比較例１に対して実施例１では空間周波数１×１０^-2〜１×１０^-1（μｍ^-1）の範囲でのＰＳＤ強度が小さくなっており、マイクロラフネスが低減されていることがわかる。
【００１６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、半導体ウェーハの仕上げ研磨を圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であってポリビニルアルコール又はヒドロキシエチルセルロースのいずれか一方またはその双方からなる添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ未満の研磨スラリーの組合せで研磨した後に、圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であってポリビニルアルコール又はヒドロキシエチルセルロースのいずれか一方またはその双方からなる添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ以上の研磨スラリーを用いてウェーハを更に研磨するようにしたので、ウェーハ表面のマイクロラフネスを短時間で低減し、かつ最終的な面質を安定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体基板の片面研磨装置の構成図。
【図２】実施例１及び比較例１の空間周波数における表面粗さパワースペクトルを示す図。
【符号の説明】
１０片面研磨装置
１１回転定盤
１２ウェーハ保持具
１２ａ加圧ヘッド
１２ｂシャフト
１３シャフト
１４研磨布
１６研磨プレート
１７半導体ウェーハ
１８研磨スラリー
１９配管

Claims

半導体ウェーハと研磨布との間に研磨スラリーを介在させて前記ウェーハを研磨して前記ウェーハの表面の最終的な面質を決定する半導体ウェーハの仕上げ研磨方法において、
圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であってポリビニルアルコール又はヒドロキシエチルセルロースのいずれか一方またはその双方からなる添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ未満の研磨スラリーを用いて前記ウェーハを研磨した後に、圧縮率５％以上の表層がスウェードからなる研磨布とアルカリ性であってポリビニルアルコール又はヒドロキシエチルセルロースのいずれか一方またはその双方からなる添加有機物の含有率が１０ｐｐｍ以上の研磨スラリーを用いて前記ウェーハを更に研磨することを特徴とする半導体ウェーハの仕上げ研磨方法。