JP2000015571A

JP2000015571A - 半導体ウェーハの研磨方法

Info

Publication number: JP2000015571A
Application number: JP18473298A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kuroda; 幸夫黒田; Keiichi Tanaka; 恵一田中
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2000-01-18

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの表面粗さを改善し、研磨工
程全体の所要時間を短縮可能な半導体ウェーハの研磨方
法を提供する。【解決手段】シリコンウェーハＷ表面に研磨液を供給
しながら、上面に研磨布１３が展張された研磨定盤１１
上で、シリコンウェーハＷの研磨面を研磨布１３により
表面研磨する。この際、シリコンウェーハＷと研磨布と
の間の相対速度を５００〜１０００ｍ／分と高速化し
た。その結果、ウェーハ表面粗さを改善することができ
る。また、シリコンウェーハＷの研磨、特にウェーハ表
面粗さの矯正時間が大幅に短縮される。仕上げ研磨工程
を含むタクトタイムをも大幅に短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体ウェーハの
研磨方法、詳しくは半導体ウェーハの表面粗さを改善す
ることができ、かつ研磨時間の短縮を図ることができる
半導体ウェーハの研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハ表面の面取り後、エッチング加
工が施されたシリコンウェーハは、次のポリッシング工
程において、そのウェーハ表面に機械的化学的研磨が施
される。ここで、ウェーハ表面が、研磨装置により平滑
で無歪の鏡面に仕上げられる。そして、この研磨は、１
次研磨、２次研磨、仕上げ研磨などの工程を経て行われ
る。これらの研磨に際して使用される研磨装置は、上面
に研磨布が張設された研磨定盤と、研磨されるシリコン
ウェーハを裏面に固定した研磨ヘッドとを備えている。
よって、研磨装置によれば、研磨布上に焼成シリカやコ
ロイダルシリカ（シリカゾル）などの研磨砥粒を含む研
磨液（スラリー）を供給しながら、研磨布と半導体ウェ
ーハとの間に所定の荷重（押圧力）および所定の相対速
度を与えて、そのウェーハ表面を研磨する。なお、従来
の研磨装置でのウェーハと研磨布との相対速度は、３０
〜１００ｍ／分と比較的低速度であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、１次研磨，
２次研磨などの後に行われるウェーハ表面の仕上げ研磨
には、通常、ウェーハの表面粗さの矯正と、ヘイズの除
去という２つの目的が存在する。この場合、従来の半導
体ウェーハが受ける相対速度は１００ｍ／分程度にもか
かわらず、ヘイズの除去工程は比較的短い時間で完了す
ることが知見された。通常、所定の条件下で、１〜２分
間くらいの仕上げ研磨で完了する。しかしながら、シリ
コンウェーハの表面粗さの矯正は、研磨時間に正比例し
て矯正レベルが高まるため、従来は、約１５分間も行わ
れている。この結果、半導体ウェーハの仕上げ研磨の全
体にかかる時間は、ワークの搬送、研磨布のクリーニン
グを含めて１５〜２０分程度にもなるという問題点があ
った。また、このような相対速度を有して研磨が施され
たウェーハ表面についてその中心粗さＲａは、０．３〜
０．８ｎｍ程度（チャップマン社製「ＭＰ−２０００」
により測定）と比較的粗い数値にとどまっていた。この
結果、ユーザより要求されるウェーハ鏡面度のレベルに
は、十分に応えることができないという問題点があっ
た。

【０００４】

【発明の目的】そこで、この発明は、半導体ウェーハ表
面粗さの改善と、研磨工程に要する時間の短縮を満足さ
せることができる半導体ウェーハの研磨方法を提供する
ことを、その目的としている。この発明は、研磨定盤お
よび研磨ヘッドの相対速度を高速化しても、研磨ヘッド
から半導体ウェーハが剥がれにくい半導体ウェーハの研
磨方法を提供することを、その目的としている。この発
明は、高速研磨時に、研磨液中の研磨剤の凝固が起きに
くい半導体ウェーハの研磨方法を提供することを、その
目的としている。この発明は、高速研磨時の研磨布の損
傷が少ない半導体ウェーハの研磨方法を提供すること
を、その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、研磨定盤に展張された研磨布に研磨液を供給し、こ
の研磨布と、研磨ヘッドに装着された半導体ウェーハと
の間に、所定の押圧力および所定の相対速度を与えなが
ら、このウェーハ表面を研磨する研磨装置において、上
記相対速度を５００〜１０００ｍ／分と高速化した半導
体ウェーハの研磨方法である。研磨装置としては、どの
ようなタイプの装置でもよい。例えば、１台の研磨ヘッ
ドに１枚の半導体ウェーハを真空吸着して研磨する枚葉
式の研磨装置でも、複数枚を吸着して一度に研磨するバ
ッチ式の研磨装置でもよい。ワックスなどの接着剤によ
り半導体ウェーハを研磨ヘッドに保持するワックスマウ
ント式研磨装置でも、水を含んだバックパッドにより半
導体ウェーハを研磨ヘッドに保持するワックスレスマウ
ント式研磨装置でもよい。

【０００６】半導体ウェーハとしては、例えばシリコン
ウェーハ，ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられる。ま
た、これらのウェーハ表面に酸化膜などを施したもので
あってもよい。この場合、使用する研磨布の種類は限定
されない。不織布タイプ（例えば「ｓｕｂａパッ
ド」）、硬質ウレタンパッド（例えば「ＭＨパッ
ド」）、スウェードパッド、ＣｅＯ_２を含浸させたパッ
ドなどを用いることができる。研磨液としては、焼成シ
リカやコロイダルシリカ（研磨砥粒）、アミン（加工促
進材）、有機高分子（ヘイズ抑制材）などを混合したも
のを採用することができる。コロイダルシリカは、珪酸
微粒子が凝集しないで一次粒子のまま水中に分散して、
透明もしくは不透明の乳白色のコロイド液の形で存在す
る。

【０００７】研磨定盤の１分間あたりの回転速度は、装
置（定盤）の大きさに依存している。装置（定盤）が小
型であれば、上記相対速度を得るために回転数を上げな
ければならない。ところが、回転数を上げ過ぎると、研
磨剤が飛散してしまい、研磨剤が研磨に使用されずに期
待通りの効果が得られないなどの問題が生じる。よっ
て、定盤は適切な大きさのものを用いることが好まし
い。そして、半導体ウェーハと研磨布との間の相対速度
は５００〜１０００ｍ／分である。５００ｍ／分未満で
は所定の表面粗さを得るのに時間がかかるという不都合
が生じる。１０００ｍ／分を超えると研磨剤の飛散が多
くなり、半導体ウェーハでの焼きつきが生じて、所定の
効果が得られないという不都合が生じる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、半導体ウェーハ
の研磨面がシリコン面である請求項１に記載の半導体ウ
ェーハの研磨方法である。

【０００９】請求項３に記載の発明は、研磨時における
半導体ウェーハの研磨面の温度を２０〜５０℃とした請
求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの研磨方
法である。好ましい半導体ウェーハの研磨面の温度は２
０〜３０℃である。２０℃未満では時間がかかり過ぎる
という不都合が生じる。また、５０℃を超えると研磨剤
が凝固してウェーハ表面にスクラッチが発生しやすいと
いう不都合が生じる。

【００１０】請求項４に記載の発明は、半導体ウェーハ
が、上記研磨ヘッドに真空吸着されている請求項１〜請
求項３のうちのいずれか１項に記載の半導体ウェーハの
研磨方法である。

【００１１】請求項５に記載の発明は、上記半導体ウェ
ーハと研磨布との間に作用する押圧力は１０〜５００ｇ
／ｃｍ^２である請求項１〜請求項４のうちのいずれか１
項に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。半導体ウ
ェーハを研磨布へ押し付ける際の好ましい押圧力は３０
〜１００ｇ／ｃｍ^２である。１０ｇ／ｃｍ^２未満では所
定の効果を得るために時間がかかり過ぎる。また、５０
０ｇ／ｃｍ^２を超えると、研磨布およびウェーハの高温
化が短時間に起こり、研磨剤が凝固してウェーハ表面に
スクラッチが発生しやすいという不都合が生じる。

【００１２】請求項６に記載の発明は、上記研磨液の供
給量が０．１〜２０リットル／分である請求項１〜請求
項５のうちのいずれか１項に記載の半導体ウェーハの研
磨方法である。好ましい研磨液の供給量は、装置（定
盤）の大きさにより異なる。例えば、定盤径が５００ｍ
ｍの場合、０．５〜３リットル／分が適量である。０．
５リットル／分未満では研磨液が研磨布上に均等に供給
されず、所定の効果が得られない。３リットル／分を超
えると過剰分の研磨液が飛散し、無駄になるという不都
合が生じる。

【００１３】請求項７に記載の発明は、上記研磨液のｐ
Ｈが９〜１２である請求項１〜請求項６のうちのいずれ
か１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。好ま
しい研磨液のｐＨは１０〜１０．５である。ｐＨ９未満
では所定の効果が得られにくく、ｐＨ１２を超えるとコ
ロイダルシリカが溶解するという不都合が生じる。

【００１４】

【作用】この発明の半導体ウェーハの研磨方法によれ
ば、研磨定盤および研磨ヘッドをそれぞれ所定速度で回
転させながら、半導体ウェーハの表面に研磨布を所定押
圧力で押しつけてその表面を研磨する。この場合、所定
の研磨液が研磨布上面に供給されている。このとき、半
導体ウェーハと研磨布との間の相対速度を５００〜１０
００ｍ／分と高速化している。この結果、今までにない
表面粗さを比較的短時間で得ることができる（図２のグ
ラフ参照）。よって、ヘイズ除去の処理時間は、従来通
り短時間で済むので、研磨工程全体を通してのタクトタ
イムをも短縮することができる。

【００１５】特に、請求項３に記載の発明では、研磨時
における半導体ウェーハの研磨面の温度を２０〜５０℃
に制御するので、研磨液の凝固を防ぐことができ、スク
ラッチ発生を抑止することができるという効果が得られ
る。

【００１６】また、請求項４に記載の発明では、半導体
ウェーハを研磨ヘッドに真空吸着して装着することによ
り、研磨定盤および研磨ヘッドの相対速度を高速化して
も、研磨ヘッドから半導体ウェーハが剥離・脱落しにく
い。

【００１７】さらに、請求項５に記載の発明では、半導
体ウェーハを研磨布に１０〜５００ｇ／ｃｍ^２の押圧力
で押圧するので、研磨時の研磨液中の研磨剤の凝固を防
止することができるという効果が得られる。

【００１８】さらにまた、請求項６に記載の発明では、
研磨液を０．１〜２０リットル／分で研磨定盤に展張さ
れた研磨布上へ供給するので、高速研磨時に研磨液中の
研磨剤の凝固が起きにくく、これにより半導体ウェーハ
にスクラッチ傷が発生しにくい。

【００１９】そして、請求項７に記載の発明では、研磨
液のｐＨを９〜１２としたので、短時間で所望の表面粗
さが得られる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。図１はこの発明の一実施例に係る半
導体ウェーハの研磨方法に使用される研磨装置の正面図
である。図１において、１０は枚葉式の研磨装置であ
り、この研磨装置１０は、研磨定盤１１と、この上方に
配設された研磨ヘッド１２とを備えている。研磨定盤１
１には、その上面に厚地のスポンジゴムを介して、研磨
布１３が接着・展張されている。研磨布１３としては、
厚さ１ｍｍの硬質発泡ウレタンパッド（「ＭＨパッ
ド」：ロデール・ニッタ（株）製）を採用している。研
磨ヘッド１２には、その下面に直径６インチのシリコン
ウェーハＷが１枚、この研磨ヘッド１２に具備された真
空吸着手段によって真空吸着されている。

【００２１】研磨定盤１１および研磨ヘッド１２はとも
に円板形であり、対向する各表面は平坦面となってい
る。これらの研磨定盤１１および研磨ヘッド１２は、そ
れぞれ鉛直線上に回転軸を中心に矢印方向へ回転する。
研磨ヘッド１２は、ヘッド駆動部１４の回転軸１４ａの
昇降により上下動可能に構成されている。このとき、研
磨布１３が展張された研磨定盤１１と、シリコンウェー
ハＷが真空吸着された研磨ヘッド１２との間の相対速度
は１０００ｍ／分に設定される。具体的には、研磨布１
３の回転数が２０００ｒｐｍ、シリコンウェーハＷの回
転数が２０００ｒｐｍである。また、シリコンウェーハ
Ｗの表面に作用する押圧力は５０ｇ／ｃｍ^２に設定され
る。研磨液の供給量は１０リットル／分である。これに
より、高速研磨にもかかわらず、研磨時におけるシリコ
ンウェーハＷの研磨面の温度は約３０℃に抑えることが
できる。

【００２２】なお、研磨定盤１１の中央上方には、研磨
布１３の表面に研磨液を供給するスラリーノズル１５が
配設されている。研磨液は例えば株式会社ロデール・ニ
ッタ製の「ナルコ」一次研磨用（純水による希釈率は
１：１０）で、ｐＨは１０．５である。この研磨液は、
研磨中、常に研磨布１３上に１０リットル／分の流量で
供給されるものとする。

【００２３】次に、この研磨装置１０を用いた半導体ウ
ェーハの研磨方法（１次研磨）を説明する。図１に示す
ように、研磨ヘッド１２の下面にシリコンウェーハＷを
真空吸着し、所定高さ位置まで研磨ヘッド１２を下降さ
せてウェーハＷ表面を研磨布１３表面に摺接させる。こ
のとき、スラリーノズル１５より研磨液が研磨布１３表
面に１０リットル／分の割合で供給されている。また、
このとき、研磨布１３とシリコンウェーハＷとはそれら
の相対速度１０００ｍ／分という高速度で回転してい
る。この結果、このシリコンウェーハ表面が研磨され
る。このように、相対速度を従来の相対速度（１００ｍ
／分）に比べて高速化したので、シリコンウェーハＷの
表面粗さが、研磨での取り代とは無関係に改善される。
この後、仕上げ研磨ではヘイズ除去の目的の研磨のみを
行うことができ（２分間の仕上げ研磨）、その結果、全
体の研磨時間（タクトタイム）を大幅に短縮することが
できる。なお、研磨されるシリコンウェーハＷは、ＣＺ
ウェーハであって、その厚さが６２５μｍとする。

【００２４】また、この研磨時におけるシリコンウェー
ハＷの研磨面の温度を約３０℃に制御したので、研磨時
に研磨液が凝固することを抑止することができるという
効果が得られる。さらに、研磨ヘッド１２へのシリコン
ウェーハＷの装着方法として真空吸着を採用したので、
研磨定盤１１および研磨ヘッド１２の相対速度を高速化
しても、研磨ヘッド１２からシリコンウェーハＷが剥が
れ（離脱）にくくなる。この他、シリコンウェーハＷの
研磨布１３への押圧力を５０ｇ／ｃｍ^２に設定したの
で、研磨時の研磨液中の研磨剤の凝固を防止することが
できるという効果が得られる。

【００２５】また、研磨液の研磨布１３上への供給量を
１０リットル／分に設定したので、高速研磨時に研磨液
中の研磨剤の凝固が起きにくい。そして、研磨液のｐＨ
を１０．５としたので、短時間で所望の表面粗さが得ら
れる。

【００２６】ここで、この研磨装置１０を用いた実際の
シリコンウェーハの研磨試験を示す。この試験は１次研
磨または２次研磨として行うものとする。（試験例１〜４，比較例１）試験例１〜４における試験
の条件は前述した通りである。すなわち、研磨定盤１１
および研摩ヘッド１２の相対速度は１０００ｍ／分とす
る。また、押圧力、研磨布、研磨液、その供給量などは
上記の通りである。そして、研磨時間は１０分間とす
る。各試験例とも同じ研磨布を用いて同一条件で研磨し
た。測定値の違いは、研磨布のロットの違いによる。ま
た、比較例１の試験条件としては、研磨布に「ｓｕｂａ
８００」（ロデール・ニッタ（株）製）を使用し、研磨
液に「マジン」（希釈率が１：１０、三菱モンサント
（株）製）を使用し、相対速度を１１６ｍ／分とした。
その他は、試験例１〜４と同様の条件である。

【００２７】評価に際しては、研磨試験後、２分間程度
の仕上げ研磨をそれぞれに施してから評価する。ウェー
ハ表面の中心粗さＲａは「ＭＰ−２０００」（チャップ
マン（株）製）により測定した。その結果を表１に示
す。Ｒａが０．２ｎｍ以下の場合を○、これを上回る値
の場合を×とした。

【００２８】

【表１】

【００２９】表１から明らかなように、試験例１〜４で
は、シリコンウェーハと研磨布との相対速度（１０００
ｍ／分）を、比較例１の相対速度（１１６ｍ／分）に比
べて高速化したので、シリコンウェーハの表面粗さが大
幅に改善された。また、全体としての研磨時間が大幅に
短縮することができた。仕上げ研磨ではヘイズ除去研磨
のみを行うからである。

【００３０】

【発明の効果】この発明によれば、回転する研磨布に、
半導体ウェーハの研磨面を摺接させて研磨する際、その
半導体ウェーハと研磨布との間の相対速度を５００〜１
０００ｍ／分と高速にしたので、半導体ウェーハの表面
粗さを大幅に改善することができた。また、仕上げ研磨
時間を短縮することもでき、さらには全体の研磨時間を
短縮することができた。

【００３１】特に、請求項３に記載の発明では、研磨時
における半導体ウェーハの研磨面の温度を２０〜５０℃
に制御したので、研磨液の凝固を防ぎ、スクラッチ発生
を抑止することができる。

【００３２】また、請求項４に記載の発明では、半導体
ウェーハを研磨ヘッドに真空吸着させたので、研磨定盤
および研磨ヘッド間の相対速度を高速化しても、研磨ヘ
ッドから半導体ウェーハが剥がれにくい。

【００３３】さらに、請求項５に記載の発明では、半導
体ウェーハを研磨布に１０〜５００ｇ／ｃｍ^２の圧力で
押圧するようにしたので、研磨時の研磨液中の研磨剤の
凝固を防止することができる。

【００３４】さらにまた、請求項６に記載の発明では、
研磨液を０．１〜２０リットル／分で研磨布上へ供給す
るようにしたので、高速研磨時に研磨液中の研磨剤の凝
固が起きにくい。

【００３５】そして、請求項７に記載の発明では、研磨
液のｐＨを９〜１２としたので、短時間で所望の表面粗
さが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研
磨方法に使用される研磨装置の正面図である。

【図２】研磨布と半導体ウェーハとの相対速度の違いに
よるウェーハ表面の研磨精度の変化を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０半導体ウェーハの研磨装置、１１研磨定盤、１２研磨ヘッド、１３研磨布、Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｒ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨定盤に展張された研磨布に研磨液を
供給し、この研磨布と、研磨ヘッドに装着された半導体
ウェーハとの間に、所定の押圧力および所定の相対速度
を与えながら、このウェーハ表面を研磨する研磨装置に
おいて、上記相対速度を５００〜１０００ｍ／分と高速化した半
導体ウェーハの研磨方法。
【請求項２】半導体ウェーハの研磨面がシリコン面で
ある請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項３】研磨時における半導体ウェーハの研磨面
の温度を２０〜５０℃とした請求項１または請求項２に
記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項４】半導体ウェーハは、上記研磨ヘッドに真
空吸着されている請求項１〜請求項３のうちのいずれか
１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項５】上記半導体ウェーハと研磨布との間に作
用する押圧力は１０〜５００ｇ／ｃｍ^２である請求項１
〜請求項４のうちのいずれか１項に記載の半導体ウェー
ハの研磨方法。
【請求項６】上記研磨液の供給量が０．１〜２０リッ
トル／分である請求項１〜請求項５のうちのいずれか１
項に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項７】上記研磨液のｐＨが９〜１２である請求
項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の半導体ウ
ェーハの研磨方法。