JP5913839B2

JP5913839B2 - 研磨方法

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Publication number: JP5913839B2
Application number: JP2011126211A
Authority: JP
Inventors: 武志佐藤
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2011-06-06
Filing date: 2011-06-06
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2031-06-06
Also published as: JP2012253259A

Description

本発明は、酸性研磨液を用いる研磨方法に関する。

従来、半導体デバイスの製造プロセスにおいて優れた平坦性を有する表面を形成することができる研磨方法として、化学的機械的研磨法、所謂ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）が広く採用されている。

溶けた多結晶シリコンから引き上げる方法（ＣＺ法）や浮遊帯法によって形成された単結晶シリコンインゴットや、リボン結晶育成法（ＥＦＧ法）や熱交換法（ＨＥＭ法）などの結晶育成法で形成された単結晶サファイアインゴット等は、不要部分が除去された後、面方位を指定するオリエンテーションフラットやノッチと呼ばれるマークが形成される。その後、個々のウェーハへとスライスされる。スライスされたウェーハは、ＣＭＰ法などを用いて研磨されて平坦化される。

ＣＭＰは、研磨パッドと被研磨物との間に研磨液（スラリー）を供給しつつ、研磨パッドと被研磨物とをそれぞれ回転させながら、相対的に摺動することで遂行される。例えば、ＣＭＰを用いる研磨方法に関しては、特許文献１に開示されている。

研磨パッドとしては、一般的に不織布が使用され、例えばシリカなどの遊離砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を供給しながら被研磨物の表面を研磨する。

また、炭化珪素（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）から成る単結晶基板のような難加工材料に対しては、ＣＭＰ法による研磨加工において、酸化性の研磨液の存在化において砥粒内包研磨パッドを用いて研磨することで十分な研磨能率が好適に得られることが知られている。このような技術は、例えば特許文献２に開示されている。

特開平３−２４８５３２号公報特開２００８−６８３９０号公報

ＣＭＰによる研磨工程で必要な部材としての研磨パッドや研磨液（スラリー）は、日々改良が加えられてきたが、いまだに生産性向上に関する問題に直面している。したがって、高い研磨レートを達成することにより、更なる生産性の向上を図ることが求められている。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＣＭＰ研磨加工により高研磨レートを達成し、良好な研磨面を得ることができるＣＭＰ研磨加工方法を提供することにある。

本発明は、ＣＭＰの研磨加工において、固定砥粒研磨パッドと新規の酸性研磨液でＳｉＣウェーハを研磨する方法を要旨とする。具体的には、ＣＭＰ研磨加工においてＳｉＣウェーハを研磨する方法であって、ウェーハの一方の面を保持部材で保持するステップと、イソシアネートとポリオールとからなるポリウレタン樹脂で構成される母材と砥粒とからなり中心部から外周部に向け研磨液を放出する溝が複数設けてある固定砥粒研磨パッドをウェーハの他方の面に当接させるステップと、該研磨パッドと該ウェーハとをそれぞれ回転させながら相対的に０．８〜１．５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で押し付けて摺動させる研磨ステップと、該研磨ステップにおいて過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）と酸化性無機塩を混合させた酸性研磨液を用いることを特徴とする研磨方法である。

本発明は、過マンガン酸カリウムと酸化性無機塩とを混合させた酸性研磨液をＳｉＣウェーハと固定砥粒研磨パッドの間に放出しつつ、ＳｉＣウェーハを研磨することで、高研磨レートを達成できるとともに、生産性の向上を図ることができる。

本発明にかかる研磨方法に用いる研磨加工装置の例を表した正面図である。ＳｉＣウェーハの非研磨面を保持するステップを表した正面図である。固定砥粒研磨パッドをＳｉＣウェーハの研磨面に当接させるステップを表した正面図である。研磨液を放出しながら固定砥粒研磨パッドでＳｉＣウェーハを研磨するステップを表した正面図である。硝酸セリウムアンモニウムの添加量を０．１６％に固定し、過マンガン酸カリウム添加率を変化させた場合における研磨レートの変化の実験結果を示すグラフである。過マンガン酸カリウムを０．５％に固定し、各酸化性無機塩を０．２％添加して、それぞれについて研磨レートを確認した実験結果を示すグラフである。

図１に示す研磨加工装置１は、ＳｉＣウェーハ２等の各種被加工物の表面にできた凸凹を平坦化させる装置である。研磨加工装置１は、ＳｉＣウェーハ２の一方の面である非研磨面２ａに貼り付けた保護テープ２ｃ側を保持するチャックテーブル３と、ＳｉＣウェーハ２の他方の面である研磨面２ｂを研磨する研磨ホイール１０とスピンドル６とを備えた研磨手段１４から構成されている。

図１に示すように、チャックテーブル３は、その上部に微小の孔を無数に設けた多孔質保持部材４を備えている。また、チャックテーブル３の中央部には、ＳｉＣウェーハ２の非研磨面２ａ側を吸引するための吸引口５が一定幅に形成され、吸引口５の連結口５ａが多孔質保持部材４の下部に連結している。

図１に示すように、スピンドル６の下端に形成されたマウント６ａの両端部にボルト７を挿入して、スピンドル６と研磨ホイール１０を固設している。研磨ホイール１０は、基台９と固定砥粒研磨パッド１１とから構成され、その基台９の下部に当該固定砥粒研磨パッド１１が固着されている。スピンドル６と基台１０の中央には、貫通した研磨液供給口８が形成され、当該研磨供給口８の下端部に連結口８ａが形成されている。連結口８ａは固定砥粒研磨パッド１１の中央部に連結されており、研磨液が連結口８ａを通過して、固定砥粒研磨パッド１１に流れるようになっている。

スピンドル６は、その中心部を中心軸として矢印Ａ方向に回転駆動可能となっている。また、チャックテーブル３もその中心部を中心軸として矢印Ｂ方向に回転駆動可能となっている。さらに、スピンドル６と多孔質保持部材４は、上記の回転駆動と同時に横矢印Ｃ１、Ｃ２方向に水平移動できる構成としている。

固定砥粒研磨パッド１１は、イソシアネートとポリオールとからなるポリウレタン樹脂を母材として形成され、母材の内部には、無数のシリカ砥粒が固定されている。

また、固定砥粒研磨パッド１１には、外周部に向けて研磨液を放出する供給溝１２が複数設けてある。供給溝１２は、ブロック化した複数の固定砥粒を一定の隣接間隔を設けて配置することにより形成されている。本発明の研磨方法を用いて実際にＳｉＣウェーハを研磨する場合には、研磨液供給口８から適宜供給された研磨液が、供給溝１２を通過して、ＳｉＣウェーハ２と固定砥粒研磨パッド１１の間に放出する構成となっている。供給溝１２を複数設けることにより、酸性研磨液が均一にＳＩＣウェーハ２に流れ渡るため、研磨加工装置１の化学的機械的作用を十分に発揮でき、ＳｉＣウェーハ２の研磨面２ｂを高い研磨精度で平坦化することができる。

以下に、本発明にかかる研磨加工について、図２乃至図４を参照しながら説明する。
（１）保持ステップ
図２に示すように、多孔質保持部材４でＳｉＣウェーハ２の非研磨面２ａを保持するためには、ＳｉＣウェーハ２の非研磨面２ａに保護テープ２ｃを貼り付け、図示しない吸引源から発生する吸引力によって、当該吸引口５および多孔質保持部材４の孔を通じて保護テープ２ｃを多孔質保持部材４に吸着させる。これにより、ＳｉＣウェーハ２は、研磨加工時にチャックテーブル３からずれることなく安定的に保持される。

（２）当接ステップ
次に、図３に示すように、スピンドル６及びチャックテーブル３を矢印Ａ、Ｂ方向にそれぞれ回転駆動させるとともに、固定研磨砥粒パッド１１を矢印Ｄ方向に下降させて、固定研磨砥粒パッド１１の下部をＳｉＣウェーハ２の研磨面２ｂに当接させる。これにより、ＳｉＣウェーハ２を固定砥粒研磨パッド１１と多孔質保持部材４で挟みこむ。

（３）研磨ステップ
図４に示すように、スピンドル６及びチャックテーブル３を回転させながら、ＳｉＣウェーハ２の研磨面２ｂを良好な平坦面にするために、研磨手段１４から例えば０．８〜１．５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力をかけて、ＳｉＣウェーハ２の研磨面２ｂを押圧する。

これにより適度な圧力を得られつつ、スピンドル６及びチャックテーブル３の回転駆動と横矢印Ｃ１方向の相対水平移動とによって、固定砥粒研磨パッド１１とＳｉＣウェーハ２を摺動させて、ＳｉＣウェーハ２の研磨面２ｂを研磨する。

図４に示すように、該研磨ステップにおいては、本発明に係る過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）と酸化性無機塩とを混合させた酸性研磨液１３が、研磨液供給口８を通じて、さらに供給溝１２を通過して固定砥粒研磨パッド１１とＳｉＣウェーハ２の研磨面２ｂとの間に均一に供給される。これにより、酸性研磨液１３の有する化学的作用と固定砥粒研磨パッド１１の有する機械的作用とが相まって、固定砥粒研磨パッド１１が接触するＳｉＣウェーハ２の研磨面２ｂを高い研磨能率で平坦に研磨することができる。

以下に、本発明の実施例について、実験結果を参照しながら説明する。
まず、図１に示す研磨加工装置１によって、表１に示すＳｉＣウェーハの研磨条件で、上記各ステップからなる研磨実験を行った。また、研磨レートの変化を確認した実験結果を表２に示す。

［表１］

［表２］

表２に示す（１）は、固定砥粒研磨パッドのみで研磨したときの研磨量を表したものであり、固定砥粒研磨パッドは、硬質ポリウレタン（ＰＩ９５）パッドにコロイダルシリカ砥粒を固定したものである。（２）〜（４）は、固定砥粒研磨パッドと研磨液による研磨方法で研磨した場合を表している。過マンガン酸カリウムに酸化性無機塩を加えた研磨液を用いた（３）及び（４）は、（１）及び（２）に比べて、研磨量が高いことが確認できる。特に（４）の場合は、研磨能率が高く、顕著な化学的作用効果が発揮されて、良好な平坦面が得られ、生産性の向上を図ることができる。

次に、過マンガン酸カリウムを０．５％に固定した条件で、研磨レートが最大となる硝酸セリウムアンモニウム添加率を求めるための実験を行った。実験結果は表３に示す通りである。過マンガン酸カリウムを０．５％に固定した条件下では、硝酸セリウムアンモニウム添加量が０．１６％であるときに研磨レートが１２２．８１ｎｍ／ｍｉｎと最大になることが確認された。なお、シリカは固定砥粒研磨パッドには固定されているが、遊離砥粒として酸性研磨液には使用されていない。
［表３］
過マンガン酸カリウムを０．５％固定
（研磨液中にコロイダルシリカなし）

そして、上記の表３に示した最適な硝酸セリウムアンモニウム添加量０．１６を固定した条件で過マンガン酸カリウム添加率による研磨レートの変化を確認するための実験を行った。実験結果は表４及び図５に示すとおりである。この結果から、過マンガン酸カリウムが３％のときの研磨レートは、１９７ｎｍ／ｍｉｎで一番高いことが確認された。したがって、ＳｉＣウェーハを研磨する場合には、３％の過マンガン酸カリウムと酸化性無機塩とを混合させた本発明にかかる酸性研磨液を用いることが望ましい。なお、シリカは固定砥粒研磨パッドには固定されているが、遊離砥粒として酸性研磨液には使用されていない。
［表４］
硝酸セリウムアンモニウム０．１６％固定
（研磨液中にコロイダルシリカなし）

次に、条件１として過マンガン酸カリウムを０．５％に固定し、条件２として酸化性無機塩の添加率を０．２％に固定して、種々の酸化性無機塩を添加した場合に研磨レート差がどの程度表れるかを確認するための酸化性無機塩試験を行った。酸化性無機塩としては、硝酸セリウムアンモニウム、硝酸アンモニウム、過硫酸アンモニウム、硝酸鉄、塩化鉄、過塩素酸のそれぞれについて酸化性無機塩を使用した。表５中の過塩素酸に関しては、表５中の硝酸セリウムアンモニウム、硝酸アンモニウム、過硫酸アンモニウム、硝酸鉄、塩化鉄との比較の対照として試験したものである。試験結果は表５及び図６に示すとおりである。この結果から、過塩素酸は酸化性ではないため、研磨レートが５７．１ｎｍ／ｍｉｎと最も低いが、酸化性無機塩を添加した場合は、酸化性無機塩を添加しない場合よりも研磨レートが高くなることが確認された。特に硝酸セリウムアンモニウムについては、研磨レートが１２２．５ｎｍ／ｍｉｎと最も高いことが確認された。

［表５］
酸化性無機塩試験
条件１：過マンガン酸カリウム０，５％固定
条件２：酸化性無機塩添加率０．２％固定

１：研磨加工装置
２：ＳｉＣウェーハ
２ａ：非研磨面
２ｂ：研磨面
２ｃ：保護テープ
３：チャックテーブル
４：多孔質保持部材
５：吸引口
５ａ：連結口
６：スピンドル
６ａ：マウント
７：ボルト
８：研磨液供給口
８ａ：連結口
９：基台
１０：研磨ホイール
１１：固定砥粒研磨パッド
１２：供給溝
１３：酸性研磨液
１４：研磨手段

Claims

ＣＭＰ研磨加工においてＳｉＣウェーハを研磨する方法であって、
ウェーハの一方の面を保持部材で保持するステップと、
イソシアネートとポリオールとからなるポリウレタン樹脂で構成される母材と砥粒とからなり中心部から外周部に向け研磨液を放出する溝が複数設けてある固定砥粒研磨パッドをウェーハの他方の面に当接させるステップと、
該固定砥粒研磨パッドから研磨液が放出されるとともに該研磨パッドと該ウェーハとをそれぞれ回転させながら相対的に０．８〜１．５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で押し付けて摺動させる研磨ステップとから構成され、
該研磨ステップにおいて過マンガン酸カリウム（ＫＭｎＯ_４）と酸化性無機塩を混合させた酸性研磨液を用いることを特徴とする研磨方法。