JP2003100668A

JP2003100668A - 半導体ウェーハの研磨方法

Info

Publication number: JP2003100668A
Application number: JP2001291957A
Authority: JP
Inventors: Hideki Sakamoto; 秀樹坂本; Hideyuki Kondo; 英之近藤; Hiroshi Higashide; 弘嗣東出; Yoshie Kaido; 義衛海藤; Etsuro Morita; 悦郎森田
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】【課題】酸化膜耐圧の劣化もなく、半導体ウェーハの
表面のパーティクルを減少させる半導体ウェーハの研磨
方法を提供する。【解決手段】１次研磨後に、ウェーハ検査および修正
加工を施した後、仕上げ研磨と連続的に処理されて、こ
の仕上げ研磨よりも研磨レートが大きい直前研磨をシリ
コンウェーハに施す。結果、ウェーハ検査中および修正
加工中にウェーハの表面に付着したパーティクルおよび
ウェーハ表面に形成された自然酸化膜を、仕上げ研磨だ
けで処理した場合より短時間で同時に除去することがで
きる。よって、パーティクルが少ないシリコンウェーハ
が得られる。しかも、自然酸化膜の除去がＨＦ洗浄によ
らないので、酸化膜耐圧の劣化も防げる。

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、詳しくは酸化膜耐圧を劣化させずに半導体ウ
ェーハの表面のパーティクルを減少させる半導体ウェー
ハの研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、シリコンウェーハの表面の鏡
面化処理は、エッチドウェーハに対する１次研磨（平坦
化研磨）、ウェーハ形状検査、検査不合格品に対する不
良部分の加工修正、仕上げ研磨などの各工程が順次行わ
れる。すなわち、１次研磨工程では、１次研磨布の研磨
作用面に１次研磨剤を供給しながら、所定の相対回転お
よび所定の研磨圧を作用させ、この研磨作用面にシリコ
ンウェーハを押し付けて研磨する。その後、ウェーハ平
坦度検査などの各種のウェーハ形状検査が施される。そ
して、検査での不合格品に対して、例えばウェーハ平坦
度を修正するためにプラズマ加工などのウェーハ修正加
工が施される。その後、仕上げ研磨布の研磨作用面に仕
上げ研磨剤を供給しながら、シリコンウェーハは仕上げ
研磨される。

【０００３】ここで、１次研磨布としては、硬質の発泡
ウレタンフォームパッド、不織布にウレタン樹脂を含浸
・硬化させた軟質の不織布パッドなどが採用されてい
る。仕上げ研磨布としては、不織布からなる基布の上に
ウレタン樹脂を発泡させたスエードタイプのパッドなど
が採用されている。また、１次研磨剤には、アルカリ溶
液中に、平均粒径０．０２〜０．１μｍ程度の焼成シリ
カやコロイダルシリカ（シリカゾル）からなる遊離砥粒
と、加工促進剤であるアミンなどとを含むスラリーが採
用されている。また、仕上げ研磨剤としては、アルカリ
溶液中に平均粒径０．０２〜０．１μｍ程度の遊離砥粒
のほか、ヘイズ抑制剤である有機高分子などを含むスラ
リーが採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の半導
体ウェーハの研磨方法によれば、１次研磨工程と仕上げ
研磨工程との間に、それぞれ長時間を要するウェーハ平
坦度検査などの検査工程と、プラズマ加工などの不良品
ウェーハに対する修正加工工程とが存在していた。その
ため、１次研磨後のシリコンウェーハを仕上げ研磨する
までの間に、シリコンウェーハの表面にパーティクルが
付着して汚染されていた。また、このような各種の検査
および修正加工を施している間に、空気中の酸素とシリ
コンウェーハのシリコンとが反応し、ウェーハの表面に
自然酸化膜（Ｓｉ酸化膜）が形成されていた。

【０００５】しかも、続く仕上げ研磨工程では、研磨レ
ートが小さいスエードタイプの仕上げ研磨布と、ヘイズ
抑制剤を含む仕上げ研磨剤とを採用して、シリコンウェ
ーハの表面を精密に研磨している。そのため、自然酸化
膜の除去に長い時間を要していた。また、通常、この仕
上げ研磨布と仕上げ研磨剤との組み合わせによる仕上げ
研磨では、ウェーハの表面に付着したパーティクルを除
去しにくかった。そこで、仕上げ研磨を施す前に、シリ
コンウェーハをＨＦ洗浄して、ウェーハ表面の自然酸化
膜を除去する方法が考えられる。しかしながら、ＨＦ洗
浄後の表面は非常に活性であるため、研磨布と接触した
ときに表面にダメージが入り、従来の研磨布、研磨剤の
組み合わせの場合、ＴＤＤＢ、ＴＺＤＢなどの酸化膜耐
圧が劣化するという別の問題が発生するおそれがあっ
た。

【０００６】そこで、発明者は、鋭意研究の結果、上記
ウェーハ検査工程およびウェーハ修正加工工程後に、仕
上げ研磨と連続的に処理され、しかも仕上げ研磨よりも
研磨レートが大きい直前研磨を施せば、上記ウェーハ検
査中および修正加工中にウェーハの表面に付着したパー
ティクルと、ウェーハの表面に形成された自然酸化膜と
を短時間のうちに同時に除去することができ、しかもＨ
Ｆ洗浄を行わないので、酸化膜耐圧の劣化も防げること
を知見し、この発明を完成させた。

【０００７】

【発明の目的】そこで、この発明は、ウェーハの表面の
パーティクルを低減することができ、仕上げ研磨工程に
おけるウェーハ表面の自然酸化膜の除去時間を短縮する
ことができ、しかもＨＦ洗浄液による自然酸化膜の除去
を原因とした酸化膜耐圧の劣化が発生しない半導体ウェ
ーハの研磨方法を提供することを、その目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、仕上げ研磨よりも粗い研磨用の平坦化研磨布の研磨
作用面に、仕上げ研磨よりも粗い研磨用の平坦化研磨剤
を供給しながら半導体ウェーハを平坦化研磨する工程
と、この平坦化研磨後、上記平坦化研磨布の研磨作用面
に、仕上げ研磨剤を供給しながら半導体ウェーハを直前
研磨する工程と、この直前研磨に連続して、仕上げ研磨
剤を供給しながら半導体ウェーハを上記仕上げ研磨布に
押し付けて仕上げ研磨する工程とを備えた半導体ウェー
ハの研磨方法である。

【０００９】半導体ウェーハの研磨方法に採用される研
磨装置は、研磨布が展張される研磨定盤と、この研磨定
盤に対向配置され、半導体ウェーハが保持された回転自
在の研磨ヘッドとを備え、この研磨布の研磨作用面に、
研磨剤を供給しながら、研磨ヘッドにより回転中の半導
体ウェーハを押し付けて研磨する片面研磨装置でもよ
い。または、この装置とは構造が異なり、例えば遊星歯
車構造を採用した両面研磨装置でもよい。片面研磨装置
としては、例えばワックスを使用しないワックスレス研
磨タイプのものでもよいし、ワックス研磨タイプのもの
でもよい。一般的なワックスレス装置は、ウェーハ直径
より若干大径な孔部内にバックパッド（スエードパッド
など）を配置したテンプレートを用い、このバックパッ
ドの表面にある発泡層（ナップ部）と、ウェーハ裏面と
に純水などを供給して、その純水の表面張力を利用し、
ウェーハのハンドリングを行う。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。研磨布としては、例えば硬質ウレタン
パッド、ＣｅＯ₂ パッド、不織布パッドなどが挙げられ
る。

【００１０】平坦化研磨とは、仕上げ研磨を行う前に、
半導体ウェーハに施される研磨であって、例えば仕上げ
研磨よりも粗い研磨の１次研磨、この１次研磨よりも研
磨精度が仕上げ研磨に近い２次研磨、さらにこの２次研
磨よりも研磨精度が仕上げ研磨に近い３次研磨などをい
う。平坦化研磨布、仕上げ研磨布、平坦化研磨剤および
仕上げ研磨剤としては、従来の技術の欄で説明した各研
磨布、各研磨剤を採用することができる。具体例を挙げ
れば、平坦化研磨布としては、硬質の発泡ウレタンフォ
ームパッド、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた
軟質の不織布パッドなどを採用することができる。一
方、仕上げ研磨布としては、不織布からなる基布の上に
ウレタン樹脂を発泡させたスエードタイプのパッドなど
を採用することができる。また、平坦化研磨剤として
は、例えばアルカリ溶液中に所定粒径の遊離砥粒と加工
促進剤とを含むスラリーを採用することができる。さら
に、仕上げ研磨剤としては、例えばアルカリ溶液中に所
定粒径の遊離砥粒とヘイズ抑制剤とを含むスラリーを採
用することができる。そして、ウェーハ検査工程、およ
び、その不合格品に対するウェーハ修正加工工程は、上
記平坦化研磨工程と直前研磨工程との間に配置される。
直前研磨と仕上げ研磨とは、半導体ウェーハが直前研磨
で使用される研磨液による非乾燥状態を維持したまま、
連続的に施される。これにより、直前研磨後から仕上げ
研磨されるまでの間に、ふたたびウェーハ表面にパーテ
ィクルが付着したり、自然酸化膜が形成されたりするこ
とがない。

【００１１】請求項２に記載の発明は、仕上げ研磨より
も粗い研磨用の平坦化研磨布の研磨作用面に、仕上げ研
磨よりも粗い研磨用の平坦化研磨剤を供給しながら半導
体ウェーハを平坦化研磨する工程と、この平坦化研磨
後、仕上げ研磨布の研磨作用面に、上記平坦化研磨剤を
供給しながら半導体ウェーハを直前研磨する工程と、こ
の直前研磨に連続して、仕上げ研磨剤を供給しながら半
導体ウェーハを仕上げ研磨布に押し付けて仕上げ研磨す
る工程とを備えた半導体ウェーハの研磨方法である。

【００１２】

【作用】この発明によれば、平坦化研磨後の半導体ウェ
ーハに、平坦度検査などの各種の形状検査が行われる。
次いで、必要によりその検査の不合格品に対して、ウェ
ーハ修正加工が施される。この際、これらの検査、修正
加工を施す間に、ウェーハの表面にパーティクルが付着
する一方、自然酸化膜が形成される。これらのパーティ
クルおよび自然酸化膜は、続く直前研磨とこれに連続し
て施される仕上げ研磨とによって除去される。すなわ
ち、仕上げ研磨布よりも研磨レートが大きくなる平坦化
研磨布を使用して、半導体ウェーハの表面を直前研磨す
る。または、仕上げ研磨布の研磨作用面に、仕上げ研磨
剤よりも研磨レートが大きくなる平坦化研磨剤を供給し
ながらウェーハの表面を研磨する。これにより、従来の
仕上げ研磨剤と仕上げ研磨布とを利用した仕上げ研磨に
比べて、平坦化研磨後に半導体ウェーハの表面に形成さ
れた自然酸化膜の除去時間を短縮することができる。し
かも、ウェーハ表面に付着したパーティクルも完全に除
去することができる。

【００１３】そして、この自然酸化膜の除去が、酸化膜
の除去法として汎用されているＨＦ洗浄ではないので、
このＨＦ洗浄を原因とした酸化膜耐圧の劣化を招くおそ
れがない。その後、仕上げ研磨工程が、この半導体ウェ
ーハの表面が乾燥しない連続的な工程として行われる。
そのため、直前研磨後から仕上げ研磨されるまでの間
に、ウェーハの表面に再びパーティクルが付着すること
がなく、かつ、自然酸化膜が形成されることがない。

【００１４】

【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のフローシートである。図２
（ａ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの
研磨方法におけるウェーハ検査および修正加工が施され
た状態の半導体ウェーハを拡大して示すその断面図であ
る。図２（ｂ）は、同じく一実施例に係る半導体ウェー
ハの直前研磨が施された状態の半導体ウェーハを拡大し
て示すその断面図である。図２（ｃ）は、一実施例に係
る半導体ウェーハの研磨方法における仕上げ研磨が施さ
れた状態の半導体ウェーハを拡大して示すその断面図で
ある。ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴット
は、スライス工程（Ｓ１０１）で、厚さ８６０μｍ程度
の８インチのシリコンウェーハにスライスされる。この
スライスドウェーハは、続く１次面取り工程（Ｓ１０
２）で、その外周部に１次面取り砥石が押し付けられ、
所定の形状に粗く面取りされる。１次面取り砥石は、＃
６００のメタルボンド円柱砥石であり、その外周面が研
削作用面となる。面取り量は、ウェーハ半径方向の内側
へ向かって１００μｍ程度である。これにより、シリコ
ンウェーハの外周部は、所定の丸みを帯びた形状（例え
ばＭＯＳ型の面取り形状）に加工される。

【００１５】その後、ラッピング（Ｓ１０３）が行われ
る。このラップ工程は、シリコンウェーハを互いに平行
な一対のラップ定盤間に配置し、ラップ定盤間にアルミ
ナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を流し込
む。そして、加圧下で回転・摺り合わせることで、シリ
コンウェーハの表裏両面を機械的にラッピングする。そ
の際、シリコンウェーハのラップ量は、ウェーハ表裏両
面を合わせて４０〜１００μｍ程度である。次いで、こ
のラップドウェーハの外周部に、仕上げ面取りが施され
る（Ｓ１０４）。ここでは、＃１５００の仕上げ面取り
砥石が使用され、１次面取りされたシリコンウェーハの
面取り面が仕上げ面取りされる。

【００１６】続いて、仕上げ面取り後のシリコンウェー
ハをエッチングする（Ｓ１０５）。具体的には、フッ酸
と硝酸とを混合した混酸液（常温〜５０℃）中に、シリ
コンウェーハを所定時間だけ浸漬する。そして、エッチ
ドウェーハの外周部をＰＣＲ（Polishing Corner Round
ing）加工する（Ｓ１０６）。この加工時には、周知の
ＰＣＲ加工装置が用いられる。すなわち、ここでは円筒
形状のウレタンバフをモータ回転する装置が採用されて
いる。モータによりウレタンバフを回転し、回転中のバ
フ外周面に研磨剤を供給しながらウェーハの外周面を接
触させる。これにより、ウェーハの面取り面が鏡面仕上
げされる。

【００１７】その後、このエッチドウェーハの表面を１
次研磨（平坦化研磨）する（Ｓ１０７）。すなわち、１
次研磨用の研磨装置を使用し、シリコンウェーハＷの表
面を１〜５μｍだけ研磨する。研磨時間は１０分間程度
である。１次研磨装置としては、上面に１次研磨布が展
張された研磨定盤と、研磨定盤の上方に対向配置され、
下面にシリコンウェーハがキャリアプレートを介してワ
ックス貼着された研磨ヘッドとを備えた装置を使用す
る。研磨時には、アルカリ溶液中に所定粒径の遊離砥粒
と加工促進剤とを含むスラリーからなる１次研磨剤を、
硬質の発泡ウレタンフォームパッドからなる１次研磨布
に供給しながら、シリコンウェーハを１次研磨布の表面
（研磨作用面）に、所定の相対回転速度および所定の研
磨圧で摺接させて研磨する。これにより、エッチング後
のシリコンウェーハの歪みが除去される。

【００１８】続いて、シリコンウェーハの表面の平坦度
を検査する（Ｓ１０８）。ここでは、汎用の平坦度測定
機が使用される。この平坦度測定機は、シリコンウェー
ハの表裏面の距離を静電容量により測定するか、もしく
は、シリコンウェーハの表裏両面に向かってそれぞれレ
ーザ光を照射し、その反射光を受光することで、各面の
平坦度をそれぞれ測定する構成を有している。次いで、
必要に応じ、この検査結果に基づき、シリコンウェーハ
の表面をプラズマエッチングして修正加工する（Ｓ１０
９）。ここでは、ＰＡＣＥ方式のプラズマエッチング装
置により、プラズマアシスト化学エッチングを施し、シ
リコンウェーハの不良部分を修正加工する。

【００１９】このようなウェーハ検査中およびウェーハ
修正加工中には、シリコンウェーハＷの表面にパーティ
クルＰが付着したり、自然酸化膜ａが形成されるのが通
常である（図２（ａ））。これらのパーティクルＰおよ
び自然酸化膜ａは、続く直前研磨工程（Ｓ１１０）で除
去される。すなわち、仕上げ研磨布よりも硬質で研磨レ
ートが大きい１次研磨布を使用し、仕上げ研磨剤を供給
してシリコンウェーハＷの表面を直前研磨する（図２
（ｂ））。または、仕上げ研磨布の研磨作用面に、加工
促進剤の多量の添加によって仕上げ研磨剤よりも研磨レ
ートが大きい１次研磨剤を供給する、別の直前研磨を施
してもよい。このように、１次研磨後で、ウェーハ検査
などを行っている間にシリコンウェーハＷの表面に形成
された自然酸化膜ａを、この直前研磨によって除去する
ので、従来の仕上げ研磨剤と仕上げ研磨布とを利用した
仕上げ研磨工程ですべての自然酸化膜ａを除去していた
場合に比べて、自然酸化膜ａの除去時間を短縮すること
ができる。しかも、これと同時にウェーハ表面に付着し
たパーティクルＰも完全に除去することができる。ま
た、この自然酸化膜の除去工程が、従来から汎用されて
いるＨＦ洗浄ではないので、ＨＦ洗浄を原因とした酸化
膜耐圧の劣化を招くおそれもない。

【００２０】続く、仕上げ研磨工程（Ｓ１１１）では、
仕上げ研磨布と仕上げ研磨剤とが適用された通常の研磨
装置を使用して、シリコンウェーハＷの表面が１μｍ以
下の研磨量で研磨される。これにより、ウェーハＷの表
面が鏡面仕上げされる。この仕上げ研磨工程は、直前研
磨を施した直後に、このウェーハＷの表面が乾燥しない
連続的な工程として行う必要がある。そうしなければ、
ふたたびシリコンウェーハＷの表面にパーティクルＰが
付着したり、自然酸化膜ａが形成されたりするおそれが
ある。次に、シリコンウェーハＷを仕上げ洗浄する（Ｓ
１１２）。この洗浄は、ＳＣ−１とＳＣ−２の２種類の
洗浄液をベースとしたＲＣＡ洗浄である。その後、受注
先のデバイスメーカーなどへ出荷される。図３には上記
洗浄後のシリコンウェーハ表面のパーティクル数を、従
来の研磨方法によるそれと比較して示す。パーティクル
の測定は公知のパーティクルカウンタを用いて行った。
図４には、ＴＺＤＢによる良品率を比較して示す。この
発明方法による場合は、従来のＨＦ洗浄による場合に比
べてその良品率が改善されている。ＴＺＤＢ酸化膜耐圧
の測定は定法によって行われた。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、平坦化研磨後、半導
体ウェーハの表面に付着したパーティクルおよびウェー
ハの表面に形成された自然酸化膜を、仕上げ研磨に先駆
けて、仕上げ研磨と連続に施される直前研磨により除去
するので、ウェーハの表面のパーティクルを低減するこ
とができる。しかも、仕上げ研磨におけるウェーハの表
面の自然酸化膜を除去する時間を短縮できる。さらに、
自然酸化膜の除去にＨＦ洗浄を採用しないので、酸化膜
耐圧の劣化も発生しない。

【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
磨方法を示すそのフローシートである。

【図２】（ａ）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おけるウェーハ検査および修正加工
が施された半導体ウェーハの拡大断面図である。（ｂ）
は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの直前研
磨が施された半導体ウェーハの拡大断面図である。
（ｃ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの
研磨方法における仕上げ研磨が施された半導体ウェーハ
の拡大断面図である。

【図３】この発明の一実施例に係る研磨方法により作製
されたシリコンウェーハ表面のパーティクル数を、従来
方法と比較して示すグラフである。

【図４】この発明の一実施例に係る研磨方法により作製
されたシリコンウェーハのＴＺＤＢ測定による良品率
を、ＨＦ処理したときの従来加工のそれとを比較して示
すグラフである。

【符号の説明】

Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、Ｐパーティクル、ａ自然酸化膜。

フロントページの続き (72)発明者東出弘嗣東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者海藤義衛東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内 (72)発明者森田悦郎東京都千代田区大手町１丁目５番１号三菱マテリアルシリコン株式会社内Ｆターム(参考） 3C047 FF08 GG15 3C049 AA07 AC04 BA02 CA01 CB01 CB03 3C058 AA07 AC04 BA02 CB01 CB03 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】仕上げ研磨よりも粗い研磨用の平坦化研
磨布の研磨作用面に、仕上げ研磨よりも粗い研磨用の平
坦化研磨剤を供給しながら半導体ウェーハを平坦化研磨
する工程と、この平坦化研磨後、上記平坦化研磨布の研磨作用面に、
仕上げ研磨剤を供給しながら半導体ウェーハを直前研磨
する工程と、この直前研磨に連続して、上記仕上げ研磨剤を供給しな
がら半導体ウェーハを仕上げ研磨布に押し付けて仕上げ
研磨する工程とを備えた半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項２】仕上げ研磨よりも粗い研磨用の平坦化研
磨布の研磨作用面に、仕上げ研磨よりも粗い研磨用の平
坦化研磨剤を供給しながら半導体ウェーハを平坦化研磨
する工程と、この平坦化研磨後、仕上げ研磨布の研磨作用面に、上記
平坦化研磨剤を供給しながら半導体ウェーハを直前研磨
する工程と、この直前研磨に連続して、仕上げ研磨剤を供給しながら
半導体ウェーハを上記仕上げ研磨布に押し付けて仕上げ
研磨する工程とを備えた半導体ウェーハの研磨方法。