JP2001198799A

JP2001198799A - 半導体ウェーハの研磨方法

Info

Publication number: JP2001198799A
Application number: JP2000004724A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Takahashi; 剛紀高橋
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-01-13
Publication date: 2001-07-24

Abstract

(57)【要約】【課題】加工時間を短縮できて生産性が高く、良好な面
粗さの半導体ウェーハを製造できる半導体ウェーハの研
磨方法を提供する。【解決手段】回転する定盤５上に貼付された研磨布６
に、シリカを分散させた研磨剤Ｓを供給し、半導体ウェ
ーハＷを研磨布６に押圧させることにより、半導体ウェ
ーハＷの表面を研磨する半導体ウェーハの研磨方法にお
いて、研磨剤をコロイダルシリカ濃度１．０〜１．５重
量％、ｐＨ１１．０〜１１．５に調整し、加工温度３０
〜３３℃で加工を行う半導体ウェーハの研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウェーハの研
磨方法に係わり、特に、良好な面粗さの半導体ウェーハ
を製造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】半導体ウェーハはスライス処理後、ラッ
プ処理、エッチング処理を経てポリッシュ工程にて鏡面
研磨される。

【０００３】鏡面研磨は、一般的に図６に示すような研
磨装置２１を用いて行われ、回転軸２２に取り付けられ
たプレート２３の下面に真空吸着、またはワックス等に
より保持された半導体ウェーハＷ_１を、所定の速度で回
転する定盤２４上に貼付された研磨布２５に所定の力で
押圧し、さらに研磨剤供給ノズル２６から研磨剤Ｓ
_１を、研磨布２５と半導体ウェーハＷ_１間に供給しなが
ら、摺擦させることによって半導体ウェーハＷ_１の下面
を研磨するものである。

【０００４】従来、鏡面研磨は、粗面研磨、精面研磨、
仕上研磨からなる３段階の研磨が行われ、半導体ウェー
ハＷ_１の加工面を所定の粗さに仕上げるのが通常であ
る。

【０００５】このような研磨工程における鏡面加工メカ
ニズムは、一般には図５に示すようなものと考えられて
いる。すなわち、広く用いられているコロイダルシリカ
系研磨剤は主にアルカリで構成されており、図５（ａ）
に示すようにアルカリを示すＯＨ⁻が最初にシリコン表
面層のエッチングを行う（化学的研磨）。このエッチン
グによってＳｉ表面上にＳｉ（ＯＨ）_ｘ中間体が生成
し、図５（ｂ）に示すように、この生成体は、弱塩基で
は不安定で溶解せずにゲル状で残存する。この残存物を
図５（ｃ）に示すようにコロイダルシリカにより剥離で
除去する（機械的研磨）。このように半導体ウェーハＷ
を鏡面研磨する方法は、機械的化学的研磨（メカノケミ
カル）で行われている。

【０００６】従来の研磨剤として特開平１―１５３２６
２号公報には、水溶性アミン：０．０５〜０．２重量
％、研磨砥粒：０．０５〜１．０重量％、残部が純水の
研磨剤が開示されている。この研磨剤の問題点として、
加工速度が遅く、このため多くの加工時間を必要とし、
生産性が低いという点が挙げられる。

【０００７】また、加工速度を挙げるために、種々の研
磨剤を用いた半導体ウェーハの研磨方法が提案されてい
るが、いずれの研磨方法も加工温度に対する配慮がなさ
れていないため、加工時間が短く、かつ良好な面粗さを
得ることができなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】そこで、加工時間を短
縮できて生産性が高く、良好な面粗さの半導体ウェーハ
を製造できる半導体ウェーハの研磨方法が要望されてい
る。

【０００９】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、加工時間を短縮できて生産性が高く、良好な面
粗さの半導体ウェーハを製造できる半導体ウェーハの研
磨方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた本願請求項１の発明は、回転する定盤上に貼
付された研磨布に、シリカを分散させた研磨剤を供給
し、半導体ウェーハを研磨布に押圧させることにより、
半導体ウェーハの表面を研磨する半導体ウェーハの研磨
方法において、前記研磨剤をコロイダルシリカ濃度１．
０〜１．５重量％、ｐＨ１１．０〜１１．５に調整し、
加工温度３０〜３３℃で加工を行うことを特徴とする半
導体ウェーハの研磨方法であることを要旨としている。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係わる半導体ウェーハの
研磨方法の実施の形態について図面を参照して説明す
る。

【００１２】図１に示すように、本発明に係わる半導体
ウェーハの研磨方法に用いられる半導体ウェーハの研磨
装置１は、回転軸２に取り付けられたプレート３と、こ
のプレート３の下方に配置され、モータ４により回転さ
れる定盤５と、この定盤５に設けられた研磨布６と、こ
の研磨布６の当接面（研磨面）とプレート３に貼付され
た半導体ウェーハＷ間に研磨剤Ｓを供給する研磨剤供給
ノズル７を有している。

【００１３】この研磨剤供給ノズル７は研磨剤Ｓの温度
を制御する研磨剤温度調整装置８を介して研磨剤調合タ
ンク９に連通されており、研磨剤温度調整装置８には、
温度検知装置１０が設けられており、研磨剤温度調整装
置８内の研磨剤Ｓの温度を検知し、電磁切替弁１１を制
御して、研磨剤温度調整装置８を囲繞するように設けら
れた冷温パイプ１２に、適宜冷水または温水を供給して
研磨剤供給ノズル７に供給される研磨剤Ｓの温度を制御
できるようになっている。

【００１４】なお、研磨剤Ｓは、研磨工程時半導体ウェ
ーハＷと研磨布６との摩擦熱により温度上昇するので、
研磨剤Ｓの温度は、加工温度よりも若干低めに設定され
るのが好ましい。

【００１５】また、研磨剤調合タンク９に供給される研
磨剤Ｓは、半導体ウェーハの研磨装置１外で事前に、所
定のコロイダルシリカ濃度、ｐＨに調整される。

【００１６】なお、研磨剤を回収して一部再利用する場
合等には、コロイダルシリカ濃度検知装置とこれに制御
されてコロイダルシリカを供給するコロイダルシリカ供
給タンク、研磨剤調合タンクにｐＨ検知装置とこれに制
御されて弱塩基性物質を供給する弱塩基性物質供給タン
クおよびこれに制御されて水を供給する水供給タンク等
を設け、研磨剤のコロイダルシリカ濃度およびｐＨを自
動的に管理するようにしてもよい。また、加工温度を直
接温度センサーにより検知し、電磁切替弁を制御して、
適宜冷温パイプに、冷水または温水を供給して研磨剤供
給ノズルに供給される研磨剤の温度を制御できるように
してもよい。

【００１７】研磨剤Ｓは、コロイダルシリカ、塩基性化
合物（例えば、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、アンモニア、有機ア
ミン等）および水を含み、コロイダルシリカの濃度が
１．０〜１．５重量％であり、塩基性化合物はｐＨが１
１．０〜１１．５になるように調整されている。

【００１８】コロイダルシリカ濃度を１．０〜１．５重
量％にするのは、１．０重量％未満では機械的研磨性が
低下し、表面粗さ（Ｒａ）が大きくなり、また、コロイ
ダルシリカ濃度が大きいほど面粗さが良くなるが、１．
５重量％を超えるとコロイダルシリカの凝縮によるキズ
の発生が懸念され、シリコンウェーハＷ面上に微細なキ
ズが多数発生するおそれがある。

【００１９】研磨剤ＳのｐＨを１１．０〜１１．５にす
るのは、ｐＨが１１．０未満では化学的研磨性が低下
し、表面粗さが大きくなり、さらに、エッチング速度が
低下するので加工時間が長くなり、また、ｐＨが１１．
５を超えると化学的研磨性が強くなり過ぎて、面粗さが
大きくなり、表面粗さレベルの悪化が生じるからであ
る。

【００２０】また、加工時の加工温度は、３０〜３３℃
に保たれるが、３０℃未満では、化学的研磨性が低下
し、表面粗さが大きくなり、さらに、エッチング速度が
低下するので加工時間が長くなり、また、３３℃を超え
ると、化学的研磨性が強くなり過ぎて、面粗さが大きく
なり、表面粗さレベルの悪化が生じる。

【００２１】次に本発明に係わる半導体ウェーハの研磨
方法を説明する。

【００２２】ワックスを用いて半導体ウェーハの研磨装
置１のプレート３に半導体ウェーハ、例えばシリコンウ
ェーハＷを貼付ける。研磨布６が貼付された定盤５を回
転させるとともに、研磨剤供給ノズル７から研磨剤Ｓを
研磨布６に供給する。さらに、シリコンウェーハＷが貼
付されたプレート３を回転させながら降下させ、研磨剤
Ｓが供給されて湿潤した研磨布６に所定荷重で押付け研
磨する。

【００２３】半導体ウェーハＷは研磨剤Ｓが含まれるア
ルカリ溶液によって半導体ウェーハＷの表面に軟質なシ
リカ水和膜が形成され、その水和膜が研磨剤Ｓの研磨剤
粒子によって除去されて鏡面研磨される。

【００２４】図５（ａ）に示すように、半導体ウェーハ
Ｗは研磨剤Ｓが含まれる塩基性化合物ＯＨ⁻によって最
初にシリコン表面層のエッチングが行われ、このエッチ
ングによってＳｉ表面上にＳｉ（ＯＨ）_ｘ中間体が生成
し、図５（ｂ）に示すように、この生成体は、弱塩基で
は不安定で溶解せずにゲル状で残存する。この残存物を
図５（ｃ）に示すようにコロイダルシリカにより剥離で
除去する。このようにして半導体ウェーハＷは機械的化
学的研磨（メカノケミカル）により研磨される。

【００２５】研磨工程中、常時研磨剤Ｓのコロイダルシ
リカ濃度およびｐＨはチェックされ、また、加工温度も
温度検知装置１０により研磨剤Ｓの温度を検知して、電
磁切替弁１１を制御し、研磨剤温度調整装置８に設けら
れた冷温パイプ１２に、適宜冷水または温水を供給し研
磨剤Ｓを所定範囲の温度に制御する。従って、研磨剤Ｓ
は、常時コロイダルシリカ濃度１．０〜１．５重量％、
ｐＨ１１．０〜１１．５、に維持され、加工温度も３０
〜３３℃に維持される。

【００２６】この研磨工程において、機械的化学的研磨
による研磨は、コロイダルシリカ濃度が増加するとこの
増加に伴って表面粗さレベルは良化するが、これは機械
的研磨要素の向上による加工取代の増加のためと考えら
れる。しかし、ある濃度を超えると、コロイダルシリカ
同士の凝縮により一つの大きな粒子が形成され、これが
微細なキズを発生させてしまうものと推察される。従っ
て、コロイダルシリカ濃度を一定の値以下に調整する必
要がある。

【００２７】また、ｐＨおよび加工温度を高くすること
による表面粗さレベルの良化は、化学的研磨要素の向上
によるものと考えられる。

【００２８】しかし、この特性はある限界値を超えると
化学的研磨要素の方が強まり、過剰なエッチングによっ
て逆に表面を粗してしまう傾向が存在するものと推察さ
れる。従って、ｐＨおよび加工温度を一定の値以下に調
整する必要があるが、ｐＨおよび加工温度の値がある値
よりも小さいとエッチング速度が低下し、加工時間が長
くなるので、一定の値以上にすることが必要である。

【００２９】上述のような研磨工程において、研磨剤Ｓ
のコロイダルシリカ濃度が１．０〜１．５重量％である
ので、面粗さは良好であり、キズも発生せず、また、研
磨剤ＳはｐＨ１０．５〜１１．６、加工温度は３０〜３
３℃であるので、表面粗さは良化され、また、加工速度
の向上も図れて加工時間も短縮され、生産性が向上す
る。

【００３０】

【実施例】（試験１）図１に示すような半導体ウェー
ハの研磨装置を用いて本発明に係わるシリコンウェーハ
の研磨方法を行ない、研磨剤のコロイダルシリカ濃度を
変化させ、微分干渉式表面粗さ計を用いて表面粗さを調
べた。

【００３１】・加工条件：研磨剤：ｐＨ１１．０〜
１１．５加工温度：３０〜３３℃ （結果）測定結果を図２に示す。

【００３２】・コロイダルシリカ濃度が１．０重量％以
上では表面粗さＲａ０．４５ｎｍ以下で極めて表面粗さ
が良いことがわかった。しかし、２．０重量％では、シ
リコンウェーハ面上に微細なキズが多数発生した。

【００３３】・０．８重量％以下では表面粗さＲａ０．
５３ｎｍ以上となり、表面粗さが大きいことがわかっ
た。

【００３４】（試験２）試験１と同様の試験を行い、
ＫＯＨを用いて研磨剤のｐＨを変化させ、面粗さを調べ
た。

【００３５】・加工条件：コロイダルシリカ濃度：
１．０〜１．５重量％加工温度：３０〜３３℃ （結果）測定結果を図３に示す。

【００３６】・研磨剤のｐＨ１１．０〜１１．５の範囲
では、表面粗さＲａ０．４２ｎｍ以下で極めて表面粗さ
が良いことがわかった。しかし、ｐＨ１０．１では、Ｒ
ａ０．８となり、表面粗さが著しく劣化することがわか
った。また、ｐＨ１２．５でも、Ｒａ０．５７となり、
表面粗さが劣化することがわかった。

【００３７】（試験３）試験１と同様の試験を行い、
加工温度（研磨剤温度）を変化させ、面粗さを調べた。

【００３８】・加工条件：コロイダルシリカ濃度：
１．０〜１．５重量％研磨剤：ｐＨ１１．０〜１１．５（結果）測定結果を図４に示す。

【００３９】・加工温度が３０〜３３℃の範囲では、表
面粗さＲａ０．４５ｎｍ以下で極めて表面粗さが良いこ
とがわかった。しかし、２７℃では、Ｒａ０．８とな
り、表面粗さが著しく劣化することがわかった。また、
３５℃でもＲａ０．５となり劣化することがわかった。

【００４０】

【発明の効果】本発明に係わる半導体ウェーハの研磨方
法によれば、加工時間を短縮できて生産性が高く、良好
な面粗さの半導体ウェーハを製造できる半導体ウェーハ
の研磨方法を提供することができる。

【００４１】すなわち、半導体ウェーハの研磨方法にお
いて、研磨剤をコロイダルシリカ濃度１．０〜１．５重
量％、ｐＨ１１．０〜１１．５に調整し、加工温度３０
〜３３℃で加工を行うので、表面粗さは良好であり、キ
ズもなく、また、加工速度の向上も図れて加工時間も短
縮され、生産性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体ウェーハの研磨方法に用いられ
る半導体ウェーハの研磨装置の概念図。

【図２】本発明の半導体ウェーハの研磨方法による半導
体ウェーハのコロイダルシリカ−表面粗さの測定値図。

【図３】本発明の半導体ウェーハの研磨方法による研磨
剤ｐＨ−表面粗さの測定値図。

【図４】本発明の半導体ウェーハの研磨方法による加工
温度−表面粗さの測定値図。

【図５】図５（ａ）〜（ｃ）は機械的化学的研磨（メカ
ノケミカル）による加工メカニズムを説明する概念図。

【図６】従来の半導体ウェーハの研磨方法の説明図。

【符号の説明】

１半導体ウェーハの研磨装置２回転軸３プレート４モータ５定盤６研磨布７研磨剤供給ノズル８研磨剤温度調整装置９研磨剤調合タンク１０温度検知装置１１電磁切替弁１２冷温パイプＳ研磨剤Ｗシリコンウェーハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転する定盤上に貼付された研磨布に、
シリカを分散させた研磨剤を供給し、半導体ウェーハを
研磨布に押圧させることにより、半導体ウェーハの表面
を研磨する半導体ウェーハの研磨方法において、前記研
磨剤をコロイダルシリカ濃度１．０〜１．５重量％、ｐ
Ｈ１１．０〜１１．５に調整し、加工温度３０〜３３℃
で加工を行うことを特徴とする半導体ウェーハの研磨方
法。