JP2002164306A - 半導体ウェーハ用研磨液 - Google Patents

半導体ウェーハ用研磨液

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JP2002164306A
JP2002164306A JP2000359903A JP2000359903A JP2002164306A JP 2002164306 A JP2002164306 A JP 2002164306A JP 2000359903 A JP2000359903 A JP 2000359903A JP 2000359903 A JP2000359903 A JP 2000359903A JP 2002164306 A JP2002164306 A JP 2002164306A
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polishing
wafer
polishing liquid
liquid
semiconductor wafer
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JP2000359903A
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Seishi Harada
晴司 原田
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
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Mitsubishi Materials Silicon Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/30Reducing waste in manufacturing processes; Calculations of released waste quantities

Abstract

(57)【要約】 【課題】 固定砥粒の成形体によるウェーハの研磨を促
進する。研磨時間が短くなり、製造能力が向上し、製造
原価が下がる。ウェーハ表面の金属元素による汚染を防
止する。廃棄物の排出量を減らす。 【解決手段】 研磨液は、純水にアミンとキレート剤と
を添加し、pH値を10.0〜11.5に調整する。ア
ミノエチルエタノールアミン、ピペラジンの各添加量は
0.05〜0.2重量%である。キレート剤は0.08
〜0.3mol/Lとする。キレート剤としてジエチレ
ントリアミン五酢酸(DTPA)を使用する。研磨作用
面に研磨砥粒を固定した研磨工具を研磨装置にセットす
る。シリコンウェーハ表面に上記研磨液を供給しなが
ら、表面に研磨工具の研磨作用面を圧接して研磨する。
金属汚染がない鏡面ウェーハを0.5〜0.7μm/分
で得る。

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用
研磨液、詳しくは砥粒を固定した研磨テープ、研磨ロー
ラなどを用いた半導体ウェーハの鏡面研磨工程または半
導体デバイスのCMP工程に用いられる半導体ウェーハ
用研磨液に関する。
【0002】
【従来技術】CZシリコン単結晶インゴットからは、ス
ライシング、ラッピング、面取り、エッチング、ドナー
キラー熱処理、鏡面研磨、洗浄などを経てシリコンウェ
ーハが作製され、これがデバイスメーカに出荷される。
デバイスメーカではこのシリコンウェーハ表面にデバイ
スを作製する。デバイス工程ではデバイスを覆う酸化膜
表面を平坦化するCMPなどが施される。鏡面研磨工程
では、ウレタンパッドなどの研磨布に研磨剤を供給しな
がらウェーハを押し付けることによりその表面が鏡面研
磨される。すなわち、水またはアルカリ溶液中にコロイ
ダルシリカを分散させた研磨剤を供給し、回転中の研磨
布の研磨作用面に、シリコンウェーハの表面を押し当て
ることにより、微粒子である遊離砥粒の研削作用によっ
て、このウェーハ表面を研磨している。また、デバイス
工程で行われる平坦化研磨(CMP)についても、上記
と同様に研磨布、研磨剤を用いて研磨処理が行われてい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上のようにこれまで
のウェーハ研磨にあっては、研磨剤中の遊離砥粒によっ
てウェーハ表面を研磨している。このため、長期使用に
より上記研磨布の目詰まりが生じる。よって、一定期間
毎に、上記研磨布のドレッシングや、交換が必要であ
る。また、多量の砥粒を含んだ研磨廃液が生じるといっ
た問題点があった。この対策として、特開平11−21
6676号公報においては、シリカ、アルミナ、セリア
からなる研磨用成形体が開示されている。この研磨用成
形体を研磨定盤に用いた場合、研磨液、または、少量の
研磨砥粒を含んだ研磨液を使用してウェーハを研磨する
こととなる。
【0004】しかしながら、上記研磨用成形体からなる
研磨定盤にあっては、研磨液としては水を使用している
ため、所定の研磨効率が得られない。そこで、発明者
は、研磨効率を向上すべく研究した結果、次に示す性状
の研磨液を完成するに至った。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、砥粒が固定された研磨工具を用いて半導体シリコン
ウェーハを研磨する際に用いられる半導体ウェーハ用研
磨液であって、純水と、アミンと、キレート剤と、アル
カリ剤とからなる半導体ウェーハ用研磨液である。ここ
で砥粒が固定された研磨工具とは、研磨作用面に砥粒を
固定したテープ、研磨砥粒を樹脂で一体成形した研磨ロ
ーラなどを含むものとする。
【0006】請求項2に記載の発明は、上記アミンが、
アミノエチルエタノールアミンおよびピペラジンである
請求項1に記載の半導体ウェーハ用研磨液である。アミ
ンは、研磨促進剤として作用する。
【0007】請求項3に記載の発明は、上記アミノエチ
ルエタノールアミンおよびピペラジンの添加量がそれぞ
れ0.05〜0.2重量%である請求項2に記載の半導
体ウェーハ用研磨液である。アミノエチルエタノールア
ミンおよびピペラジンの各添加量が0.05重量%未満
であると、研磨レートが低くなり、研磨面に傷が発生す
る。これらの各添加量が0.2重量%を越えると、研磨
でのエッチング作用が過大となり、面粗れが生じる。
【0008】請求項4に記載の発明は、上記キレート剤
が、シクロヘキサンジアミン四酢酸、ジエチレントリア
ミン五酢酸、トリエチレンテトラミン六酢酸の群から選
ばれる1種類である請求項1〜請求項3のいずれか1項
に記載の半導体ウェーハ用研磨液である。上記キレート
剤は、金属元素と反応して錯体を形成し、金属元素が半
導体ウェーハに付着することを防止する。この場合、よ
り安定性の高いキレート剤を使用することが好ましい。
その添加量は各キレート剤により異なるが、概ね0.0
8〜0.3mol/Lである。0.08mol/L未満
では、キレート剤によっては効果が生じないことがあ
る。また、0.3mol/Lを越えて添加しても、効果
は変わらず、経済的でない。
【0009】請求項5に記載の発明は、上記半導体ウェ
ーハ用研磨液のpH値は10.0〜11.5である請求
項1〜請求項4のいずれか1項に記載の半導体ウェーハ
用研磨液である。上記アルカリ剤で、上記アミンとキレ
ート剤との混合溶液のpH値を10.0〜11.5に調
整する。pH値が10.0未満では研磨速度が遅くな
る。pH値が11.5を越えるとエッチング作用の方が
大きくなり、研磨面の精度が悪くなる。
【0010】
【作用】この発明に係る半導体ウェーハ用研磨液を用い
た研磨は、以下の通りとなる。まず、純水にアミンとキ
レート剤とを添加し、この溶液のpH値をアルカリ剤で
10.0〜11.5に調整して研磨液を作製する。アミ
ノエチルエタノールアミンおよびピペラジンの各添加量
は0.05〜0.2重量%である。キレート剤は0.0
8〜0.3mol/Lとする。そして、研磨作用面に研
磨砥粒を固定した研磨工具(研磨ローラ、研磨パッド、
研磨テープなど)およびシリコンウェーハを研磨装置に
セットする。ここで、このシリコンウェーハ表面に上記
研磨液を所定流量で供給しながら、このシリコンウェー
ハの表面に上記研磨工具の研磨作用面を圧接して所定条
件でこの表面を研磨する。その結果、金属汚染がない
(表面のCuが1×10atoms/cm以下)鏡
面シリコンウェーハを所定の研磨速度(例えば0.5〜
0.7μm/分)で得ることができる。
【0011】
【発明の実施の態様】図1には、この発明に係る研磨液
を使用する研磨装置の一例を示す。この研磨装置は、シ
リコンウェーハの面取面の研磨(PCR)に使用される
ものである。この研磨装置は、概略、シリコンウェーハ
1を保持(吸着)する回転自在な保持板2と、その中央
部が断面凹状となるように成形された研磨砥粒を固定し
た成形体3と、この成形体3を回転させる駆動部と、成
形体3の研磨作用面に研磨液を供給するためのノズル
(図示せず)とを具備している。この成形体は、エポキ
シ樹脂からなる結合材100重量部に対して、平均粒径
3μmの球形の研磨砥粒(シリカ砥粒)15重量部を混
入し、上記鼓形状に成形した研磨ローラである。また、
保持板2は、駆動装置4によりウェーハ平面と垂直な軸
を中心に回転駆動される。したがって、シリコンウェー
ハ1の面取面の研磨は、シリコンウェーハ1を保持盤2
上に吸引装置により吸着し、駆動装置4によりシリコン
ウェーハを回転させるとともに、その研磨面(面取り
面)に研磨液を供給ノズルより例えば20ml/分で供
給しながら、成形体3を所定速度で回転させてこれをウ
ェーハの面取り面に押しつける。この結果、シリコンウ
ェーハ1の面取り面が鏡面加工されることとなる。研磨
終了後、シリコンウェーハを例えば純水で洗浄してその
シリコンウェーハ表面(面取り面を含む表面全体)の廃
砥粒などを取り除く。
【0012】図2には、研磨装置の別の例を示す。この
研磨装置は、シリコンウェーハの表面(主面)を研磨す
るための装置である。研磨用の成形体13は、エポキシ
樹脂製の結合材100重量部に対し、粒径3μmの研磨
砥粒を15重量部だけ混入し、直径300mm、厚さ1
0mmの円盤状に作製されている。この成形体13は、
軸15を介して回転自在に駆動装置14に支持されてい
る。ウェーハ11の研磨は、まず、研磨装置の保持板1
2にウェーハ裏面を吸着する。この状態を保持して、駆
動装置16によりシリコンウェーハ11を回転しなが
ら、その表面に回転中の研磨成形体13の下面を、所定
の研磨圧力で押し当てる。これにより、ウェーハ11表
面が鏡面研磨される。この際、シリコンウェーハ11の
研磨部分(表面全体)に5ml/分の割合でこの発明に
係る研磨液が供給される。上記面取り面研磨用の成形体
3および表面研磨用の成形体13における研磨砥粒の固
定は、液状の常温硬化エポキシン樹脂に砥粒を混合し、
金型に鋳込むという方法が採用されている。この発明に
係る研磨液は、これにコロイダルシリカを添加し、さら
にpH値を調整すれば、研磨パッドなどを用いた従来の
粗研磨、仕上げ研磨での研磨剤としても使用可能であ
る。
【0013】
【実施例】[実施例1]同一のCZインゴットより切り
出され、同一ロットで面取り、ラッピング、エッチング
されたシリコンウェーハを試験体として採取した。この
試験体を、上記図2に示す装置(エポキシ樹脂製の結合
材100重量部に対し、粒径3μmの研磨砥粒を15重
量部混入した直径300mm、厚さ10mmの円盤状の
成形体)を使用して、所定の条件で(研磨液の供給量:
5ml/分、加工圧力:300g/cm、定盤回転
数:20rpm)鏡面研磨を行った。この際使用した研
磨液は以下の通りである。純水に対して、アミノエチル
エタノールアミンと、キレート剤としてジエチレントリ
アミン五酢酸(DTPA)とを混合して混合液を作製し
た。この後、この混合液について水酸化カリウム溶液で
pH値を調整することにより、研磨液を作製した。 1)キレート剤の添加量(0.08mol/L)および
pH値(11.0)を一定として、アミンの添加量を変
化させた場合の研磨速度の変化状況を定法に則り調査し
た。その結果は、図3に示すとおりである。 2)アミンの添加量(2重量%)、キレート剤の添加量
(0.08mol/L)を一定として、pH値を変化さ
せた場合の研磨速度の変化状況を定法に則り調査した。
その結果は、図4に示すとおりである。 なお、これらの場合、鏡面研磨後のシリコンウェーハ表
面についてICP−MSを用いて金属汚染を測定した
が、いずれも良好であった(Cuで1×10atom
s/cm以下)。
【0014】[実施例2]実施例1に記載の装置を使用
し、その研磨液をアミノエチルエタノールアミンに代え
ピペラジンを使用し、実施例1と同一配合の研磨液を作
成し(pH=11)、研磨液の安定性と研磨量とを計測
した。その結果は、安定性については良好であり、研磨
速度は0.6μm/分と実施例1とほぼ同一であった。
いずれも公知の方法で測定した。
【0015】[実施例3]実施例1に記載の装置を使用
し、その研磨液を実施例1のキレート剤をジエチレンジ
トリアミン五酢酸(DTPA)とし、その添加量を0.
01、0.08、および0.1mol/Lとした以外
は、同一配合とした研磨液(pH=11)を用いて研磨
したウェーハについて、実施例1と同一方法でパーティ
クル(Cu汚染)を測定した。その結果は、いずれも実
施例1と同程度であった。
【0016】[比較例]実施例1の装置を使用し、研磨
液として純水を使用し、そのpH値を水酸化カリウムで
11.0±0.5に調整した。この研磨液を使用し、同
一研磨条件で研磨したところ、研磨速度は0.4μm/
分であり、研磨後の表面の汚染状況(Cu汚染)は1×
1011atoms/cm程度であった。
【0017】
【発明の効果】この発明に係る研磨液は、従来の純水の
みからなる研磨液に比べ、固定砥粒の成形体によるウェ
ーハの研磨を促進することが確認された。したがって、
研磨工程の処理時間が短くなり、製造能力の向上および
製造原価を引き下げることが可能である。この発明に係
る研磨液は、安定性に優れているばかりか、金属元素と
錯体を形成する。このため、ウェーハ表面の金属元素に
よる汚染を防止することができる。さらに、廃砥粒をウ
ェーハ表面から除去して、再利用することができる。こ
のため、廃棄物の排出量を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る研磨液を用いて面取り面の研磨
を行う研磨装置の概略を示す縦断面図である。
【図2】この発明に係る研磨液を用いてウェーハの鏡面
研磨を行う装置の概略を示す縦断面図である。
【図3】この発明の実施例に係る研磨液に添加するアミ
ン添加量と研磨速度との関係を示すグラフである。
【図4】同じくpH値と研磨速度との関係を示すグラフ
である。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 砥粒が固定された研磨工具を用いて半導
    体シリコンウェーハを研磨する際に用いられる半導体ウ
    ェーハ用研磨液であって、 純水と、アミンと、キレート剤と、アルカリ剤とからな
    る半導体ウェーハ用研磨液。
  2. 【請求項2】 上記アミンが、アミノエチルエタノール
    アミンおよびピペラジンである請求項1に記載の半導体
    ウェーハ用研磨液。
  3. 【請求項3】 上記アミノエチルエタノールアミンおよ
    びピペラジンの添加量がそれぞれ0.05〜0.2重量
    %である請求項2に記載の半導体ウェーハ用研磨液。
  4. 【請求項4】 上記キレート剤が、シクロヘキサンジア
    ミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、トリエチレ
    ンテトラミン六酢酸の群から選ばれる1種類である請求
    項1〜請求項3のいずれか1項に記載の半導体ウェーハ
    用研磨液。
  5. 【請求項5】 上記半導体ウェーハ用研磨液のpH値は
    10.0〜11.5である請求項1〜請求項4のいずれ
    か1項に記載の半導体ウェーハ用研磨液。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013502733A (ja) * 2009-08-26 2013-01-24 ジルトロニック アクチエンゲゼルシャフト 半導体ウェハを製造するための方法

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