JP2003297776A

JP2003297776A - 研磨方法

Info

Publication number: JP2003297776A
Application number: JP2002093729A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Tanaka; 弘明田中
Original assignee: SpeedFam Co Ltd
Current assignee: SpeedFam Co Ltd
Priority date: 2002-03-29
Filing date: 2002-03-29
Publication date: 2003-10-17
Anticipated expiration: 2022-03-29
Also published as: JP4159304B2

Abstract

(57)【要約】【目的】シリコンウエーハあるいはその表面が酸化物
膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜で被覆されたシリコン
ウエーハまたは、半導体デバイス基板のエッジ部分の研
磨方法を提供する。【構成】表面に研磨布を貼付した、円弧状をした作業面
を有する研磨具に、平均粒子径が２０〜１２０ｎｍであ
るコロイダルシリカを研磨用組成物全体に対してシリカ
濃度が３〜２５重量％となるように含み、かつその研磨
用組成物のｐＨが８．７〜１０．５の範囲でｐＨが緩衝
溶液状態にある研磨用組成物を供給しながら、研磨具及
び／または円板状のワークを回転させて、ワークの外周
エッジを研磨する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、シリコンウエーハ
あるいはその表面が酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金
属膜で被覆されたシリコンウエーハまたは、半導体デバ
イス基板のエッジ部分の研磨方法に関する。

【０００２】

【従来技術】シリコン単結晶等半導体素材を原材料とし
たＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の電子部品は、シリ
コンあるいはその他の化合物半導体単結晶のインゴット
を薄い円板状にスライスしたウエーハに、繊細な電気回
路を書き込み分割した小片状の半導体素子チップを基に
製造されるものである。インゴットからスライスされた
アズカットウエーハは、ラッピング、エッチング、更に
はポリッシングという工程を経て、少なくともその片面
が鏡面に仕上られた鏡面ウエーハに加工されて行く。ウ
エーハは、その鏡面仕上げした表面にその後のデバイス
工程にて、酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは金属
膜等の薄膜が形成され（半導体デバイス基板と称す
る）、更に微細な電気回路が書き込まれて行くのである
が、半導体素子チップに分割されるまでウエーハは最初
の円板状の形状を保ったまま加工されるのであり、各加
工工程の間には洗浄、乾燥、搬送等の操作が入る。その
間ウエーハの外周側面エッジの形状が切り立ったままで
かつ未加工の粗な状態の面であると、そこが各工程中に
装置や他物体と接触し微小破壊が起こり微細粒子が発生
したり、その粗な状態の面の中に汚染粒子を巻き込み、
その後の工程でそれが散逸して精密加工を施した面を汚
染し、製品の歩留まりや品質に大きな影響を与えたりす
ることが多い。

【０００３】これを防止するために、ウエーハ加工の初
期の段階でエッジ部分の面取り（べべリング）を行ない
更にその部分を鏡面仕上げ（エッジポリッシング）する
ことが一般に行なわれている。また、前記酸化物膜、窒
化物膜、炭化物膜あるいは金属膜等の薄膜は表面、エッ
ジ部分ともに鏡面仕上げを施したウエーハにＣＶＤ等の
手法により必要な薄膜を施与するのであるが、この薄膜
はウエーハ表面のみならずエッジ部分も被覆することに
なる。このエッジ部分に薄膜が存在すると以降のデバイ
ス工程での障害にもなりうるので、その時点で除去する
ことが必要となる。通常、これらの酸化物膜、窒化物
膜、炭化物膜あるいは金属膜等の薄膜は、シリコンベア
ウエーハに比較して硬質であり、難研磨性のものであ
る。

【０００４】従来から、シリコンウエーハ、半導体デバ
イス基板（ワーク）のエッジ部分の研磨装置、研磨方法
については、例えば以下に述べる方法が提案されてい
る。即ち、特開平７−１５６０４９号公報では、ウエー
ハの回転手段と前記ウエーハの外周部に対応した曲率の
弧状研磨部を持つ研磨バフからなり、前記ウエーハと研
磨バフをお互い接近・押圧・離反させるシリンダ装置を
備えたウエーハ外周部の研磨装置が提案されている。特
開２０００−３１７７８８号公報では、回転可能な凹面
形状の研磨面を有する研磨具に、あらかじめワーク保持
具に保持されたシリコンウエーハあるいは半導体ウエー
ハなどの円板状のワークを接触させ、凹面形状の研磨面
を有する研磨具を回転駆動するワーク外周の研磨方法と
研磨装置が提案されている。特開平８−８５０５１号公
報では、半導体シリコン基板の面取り部研磨に於いて、
半導体シリコン基板とバフを回転させつつ、前記シリコ
ン基板の周縁部をバフに押し付け、コロイダルシリカを
含む研磨液を供給つつ前記面取り部を鏡面研磨する方法
が提案されている。先に出願人により出願した特願２０
００−３３９３０５号では、回転する円盤状のワーク
に、弧状をした作業面を有する研磨部材を接触させる装
置が提案されている。

【０００５】上述の研磨装置あるいは研磨方法はいずれ
も、コロイダルシリカを含む研磨液を供給しつつ、研磨
バフ、パッド等の研磨布（研磨部材）を貼付した研磨具
あるいは円板状のワークの双方または、一方を高速回転
させながら接触させ、前記面取り部の鏡面研磨を行なう
ものであり、特に研磨バフ、パッド等の研磨布を貼付し
た研磨具の形状および動きに特徴を持たせ、歩留まりよ
くかつ効率的エッジ研磨を行なおうとするものである。

【０００６】近年の電子回路の高集積化に伴い、シリコ
ンウエーハ、半導体デバイス基板に対して、より高い品
質と歩留まりが要求されて来ている。即ち、エッジ部分
の研磨においては研磨速度が速く、安定していること、
研磨後のウエーハの洗浄工程に於いて洗浄性が良いこと
などが具体的項目として求められている。しかしなが
ら、現実的には、上述の研磨装置あるいは研磨方法を用
いてもこの近年の急激な要求の高度化に対応し切れてい
ない。特に、難研磨性の酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜
あるいは金属膜等の薄膜を被覆した半導体デバイス基板
のエッジ部分を研磨する場合において顕著である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明者等
は、例えば特願２０００−３３９３０５号に記載されて
いるような方式の装置で上述の問題点の解決について鋭
意検討を行なった。特願２０００−３３９３０５号に記
載の装置の特徴は、ウエーハエッジ部分と研磨布が線接
触しながらウエーハのエッジ部分を鏡面研磨することに
あり、線接触部分に研磨用組成物を供給しながら、ワー
クを回転させて、ワークの外周エッジを研磨する所にあ
る。本発明者等は、ウエーハエッジ部分と研磨布を線接
触させウエーハのエッジ部分を鏡面研磨する研磨工程に
おいて、特定の組成の研磨用組成物を用いることによ
り、高い研磨速度と優れた品質の面が得られることを見
出し本発明を完成したものである。即ち、本発明の目的
はウエーハあるいはその表面が酸化物膜、窒化物膜、炭
化物膜、金属膜で被覆されたウエーハまたは、半導体デ
バイス基板のエッジ部分の研磨において、円弧状の研磨
具の内側に貼付された研磨布とウエーハエッジ部分を線
接触させウエーハのエッジ部分を鏡面研磨するウエーハ
エッジ研磨装置において、ウエーハエッジ部分の研磨速
度、研磨面品質の向上を目的としている。特に、従来難
研磨性で研磨効率の悪い酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜
あるいは金属膜等の薄膜で被覆されたウエーハを高効率
で研磨する研磨方法の提供にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的は、表面に研
磨布を貼付した円弧状の作業面を有する研磨具に、平均
粒子径が２０ｎｍ〜１２０ｎｍであるコロイダルシリカ
を研磨用組成物全体に対してシリカ濃度が３重量％〜２
５重量％となるように含み、かつその研磨用組成物のｐ
Ｈが８．７〜１０．５の範囲でｐＨが緩衝溶液状態にあ
る研磨用組成物を供給しながら、研磨具及び／または円
板状のワークを回転させて、ワークの外周エッジを研磨
する方法により達成される。

【０００９】

【発明の実施の形態】上述の円弧状をした作業面を有す
る研磨具とは、シリコンウエーハ等ワークの外周円周形
状に相当する円弧状の内周形状を持つ研磨具をいい、ワ
ーク外周は研磨具の表面に貼付された研磨布と円周線上
で線接触するものである。この円弧状の研磨具はワーク
外周の全部に接触するものでなくてもよい。上述の研磨
布は、合成樹脂発泡体、合成皮革、不織布、不織布の合
成樹脂加工品のうち少なくとも一つであることが好まし
く、また前記合成樹脂発泡体、合成皮革、不織布、不織
布の合成樹脂加工品と圧縮弾性率が５０Ｋｇｆ／ｃｍ²
〜５００Ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲のシートを組み合わせた
多層構造シートであることが更に好ましい。圧縮弾性率
が５０Ｋｇｆ／ｃｍ²未満のシートを組み合わせた場
合、十分な反発力を得られず、均一な研磨が達成できな
い。圧縮弾性率が５００Ｋｇｆ／ｃｍ²以上のシートを
組み合わせた場合、シートが応力を吸収しきれず、弾性
体としての十分な効果を発現できない。上述の不織布の
合成樹脂加工品が、ポリエステルを主成分とする不織布
をウレタン樹脂及び／または、シリコーン樹脂で加工し
たシートであると研磨力の向上と安定性につながり本発
明達成に好適である。

【００１０】本発明にいう研磨用組成物とは、研磨用砥
粒である微細なコロイド状酸化珪素微粒子（コロイダル
シリカ）を分散した水系の分散液が一般的に使用され、
必要に応じて例えば界面活性剤、安定剤、添加剤、増量
剤等が添加される。本発明の場合鏡面を得ることをその
目的としているので、加えられるコロイダルシリカの平
均粒子径は２０ｎｍ〜１２０ｎｍ、望ましくは、３０ｎ
ｍ〜８０ｎｍの範囲にあることが肝要である。これより
細かいと十分な研磨量（研磨速度）を得ることができな
いのみならずウエーハの表面に付着したコロイダルシリ
カが落ちにくくその洗浄性が低下する。１２０ｎｍ以上
となるとデバイスの配線の幅に近づき好ましくない。本
発明では、ＢＥＴ法で測定されたコロイダルシリカの比
表面積より、コロイダルシリカを真球を仮定して算出し
た粒子径を平均粒子径として使用した。

【００１１】更に、コロイダルシリカの含有量は研磨用
組成物全体に対してシリカ濃度が３重量％〜２５重量％
であることが必要である。これより低いと十分な研磨速
度を得ることはできず、またこれより高いと研磨速度は
増大するが、ウエーハへの汚染が増大し洗浄性が低化す
る。特に、シリコンウエーハのエッジ部分を研磨する場
合、シリカ濃度が３重量％〜１０重量％であることが好
ましい。表面に酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜
を有するシリコンウエーハまたは、半導体デバイス基板
のエッジ部分を研磨する場合、研磨時のシリカ濃度は、
１０重量％〜２５重量％であることが好ましい。

【００１２】シリコンウエーハや機能膜被覆ウエーハの
エッジ研磨加工の場合、研磨用砥粒による機械的作用
と、研磨用組成物中に含まれるある特定の成分によるワ
ークへの化学的作用、具体的には特定のｐＨでの化学作
用が組み合わされて行われるものであるため、研磨加工
対象であるワークの種類によりその添加物が変えられ
る。すなわち、ワークの種類によって最適ｐＨ範囲が異
なってくる場合もある。本発明の場合、研磨用組成物の
ｐＨは８．７〜１０．５の範囲にあることが必要であ
り、好ましくは、ｐＨ９．３〜１０．５の範囲である。
またそのｐＨを安定に維持するために緩衝成分を加え研
磨用組成物液全体をｐＨの緩衝溶液状態にしておくこと
が肝要である。

【００１３】ｐＨの緩衝溶液を形成するための添加剤に
ついては特に限定を受けるものではないが、陰イオンと
しては、炭酸イオンと炭酸水素イオンの組み合わせが特
に好ましい。陽イオンとしては、カリウムイオン及び／
または、ナトリウムイオン及び／または、テトラメチル
アンモニウム（ＴＭＡ）イオンが好ましく、カリウムイ
オン及び／または、テトラメチルアンモニウムイオンが
より好ましい。

【００１４】更に、ワークが表面に酸化物膜、窒化物
膜、炭化物膜、金属膜を有するシリコンウエーハの研磨
を行なう場合、研磨用組成物中のフッ素濃度が、１０ｐ
ｐｍ〜２０００ｐｐｍ、好ましくは１００ｐｐｍ〜２０
００ｐｐｍになるようフッ素化合物を添加した研磨用組
成物を用いることでその研磨速度を顕著に向上すること
ができる。フッ素化合物の種類としては特に限定されな
いが、水溶性であることが必要である。フッ素化合物と
しては、フッ化アルカリ、もしくは、フッ素錯体の塩な
どが使用できる。具体的には、フッ化ナトリウム（Ｎａ
Ｆ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、フッ化テトラメチルア
ンモニウム（ＴＭＡＦ）、テトラフルオロホウ酸ナトリ
ウム（ＮａＢＦ₄）、ヘキサフルオロケイ酸ナトリウム
（Ｎａ₂ＳｉＦ₆）などを使用することが好ましい。研磨
剤中のフッ素の含有量が、フッ素として、１０ｐｐｍ以
下では、十分な研磨速度は与えない。フッ素の含有量が
増加すると研磨速度は増加するが、フッ素が過剰に存在
すると、洗浄性は低下する。

【００１５】更に本発明において導電率とは液中の電気
の通り易さを示す数値であり、単位長さあたりの電気抵
抗値の逆数（Ｓｉｅｍｅｎｓ/ｍ）値である。本発明に
おいては、研磨用組成物の導電率を２０ミリＳ／ｍ〜５
００ミリＳ／ｍの間におくことにより研磨性能を顕著に
向上することができる。導電率が２０ミリＳ／ｍ以下で
あると、研磨速度は低下する。導電率が５００ミリＳ／
ｍ以上となると表面への汚染が増大し洗浄性が低化す
る。

【００１６】以下実施例および比較例を挙げて本発明を
具体的に説明するが、特にこれにより限定を行なうもの
ではない。なお、実施例および比較例にあげる実験例に
おいて、エッジ部分の研磨は以下の条件で鏡面研磨を実
施した。研磨装置：スピードファム株式会社製特願２０００
−３３９３０５に記載の装置ウエーハ回転速度：２０００ｒｐｍ研磨時間：１分間研磨用組成物流量：２０００ｍｌ／分荷重：４．０Ｋｇ／（１ユニットの研磨具）研磨布：Ｓｕｂａ６００（ロデールニッタ社製）及
び、ＤＲＰ−II（スピードファム社製）研磨剤：表１及び表２記載の研磨用組成物を使用した。
なお、研磨布として用いた、Ｓｕｂａ６００は、ポリエ
ステルを主成分とする不織布をウレタン樹脂にて加工し
たシートである。ＤＲＰ−IIは、ポリエステルを主成分
とする不織布をウレタン樹脂にて加工したシートと、圧
縮弾性率が３５０Ｋｇｆ／ｃｍ²、厚み1mmの弾性体シー
トを組み合わせた多層構造シートである。

【００１７】実施例および比較例にあげる実験例におい
て、研磨用試料として用いたものは以下の通りである。Ａ：８インチ、酸化膜８００ｎｍ＋ポリシリコン膜２０
００ｎｍ付シリコンウエーハＢ：８インチ、窒化チタン膜１００ｎｍ付シリコンウエ
ーハＣ：８インチ、チタン膜１５０ｎｍ付シリコンウエーハＤ：８インチ、炭化ケイ素膜１００ｎｍ付シリコンウエ
ーハＥ：８インチ、ベアシリコンウェーハ

【００１８】研磨用組成物の物性、研磨速度の測定およ
び、加工後のワークの表面状態の評価は以下の方法で行
なった。研磨用組成物のｐＨ：ｐＨメーターを用い測定した。研磨用組成物の導電率：導電率セルを使用して測定し
た。研磨速度：研磨前後のワークの重量差より求めた。研磨面（端面）の評価：光学顕微鏡にてヘイズ及びピッ
トの状態を観察した。平面状態の評価：スクラブ洗浄後、集光灯下、肉眼観察
にて評価した。

【００１９】

【実施例及び比較例】実施例１−２５実施例１−２５の研磨用組成物は表２に示す処方にて調
製した。研磨用組成物に添加したｐＨの緩衝溶液は、表
１に示される４種類の構成の組成を用い、各実施例に示
される導電率になるよう添加した。フッ素は、各実施例
に示されるフッ素化合物を各実施例に示すフッ素量にな
るよう添加した。結果をまとめて表２に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】比較例１−２２比較例１−２２の研磨用組成物は表３に示す処方にて調
製した。研磨用組成物に添加した緩衝溶液は、表１に示
される４種類の構成の組成を用い、各実施例に示される
導電率になるよう添加した。フッ素は、各実施例に示さ
れるフッ素化合物を各実施例に示すフッ素量になるよう
添加した。結果をまとめて表３に示す。

【００２３】

【表３】スレ残り：研磨後に研磨面にピット、スクラッチなどが
残存する状態を示す。

【００２４】特許請求の範囲内の研磨方法にて実施され
た実施例１〜２５では、８ｍｇ／分以上の研磨速度およ
び、鏡面状態にある端面が得られ、平面部分の洗浄性も
全て良好であった。これに対しコロイダルシリカの平均
粒子径が１８ｎｍと特許請求の範囲以下にある比較例１
及び２ではスクラブ洗浄を行ってもウエーハの平面に付
着したコロイダルシリカがシミ状に存在した。また、シ
リカ濃度が３ｗｔ％以下と特許請求の範囲以下にある比
較例３及び４では、研磨速度が著しく低下し、端面に研
磨不充分によるスレ残りが発生した。更に、シリカ濃度
が３０ｗｔ％以上と特許請求の範囲以上にある比較例５
及び６では、スクラブ洗浄を行ってもウエーハの平面に
付着したコロイダルシリカがシミ状に存在した。

【００２５】ｐＨが８．５と特許請求の範囲より低い比
較例７及び８では、研磨速度が低下し、端面に研磨不充
分によるスレ残りが発生した。また、ｐＨが１０．８と
特許請求の範囲より高い比較例９及び１０では、スクラ
ブ洗浄を行ってもウエーハの平面に付着したコロイダル
シリカがシミ状に存在した。緩衝溶液を加えていない比
較例１１及び１２では、研磨速度が低下し、端面に研磨
不充分によるスレ残りが発生した。更に導電率が５００
ミリＳ／ｍ以上と特許請求の範囲以上にある比較例１３
及び１４では、スクラブ洗浄を行ってもウエーハの平面
に付着したコロイダルシリカがわずかながらシミ状に存
在した。一方、導電率が２０ミリＳ／ｍ以下では実施例
２５に示したように、ベアウエーハは研磨可能である
が、比較例１５及び１６で示したように、酸化膜＋ポリ
シリコン膜付きウエーハの場合、端面に研磨不充分によ
るスレ残りが発生した。

【００２６】実施例２１〜２５に示すように、ベアシリ
コンウエーハの研磨では、フッ素化合物を添加しなくと
も８ｍｇ／分以上の研磨速度を達成し、かつ、鏡面状態
にある端面および、平面の良好な洗浄性を達成してい
る。しかしながら、比較例１７〜２２に示すように、表
面に機能性膜を被覆したウエーハでは、フッ素化合物が
存在しないと、端面に研磨不充分によるスレ残りが発生
した。

【００２７】

【発明の効果】以上述べた通り、本発明になる方法によ
れば、シリコンウエーハあるいはその表面が酸化物膜、
窒化物膜、炭化物膜、金属膜で被覆されたシリコンウエ
ーハまたは、半導体デバイス基板のエッジ部分の研磨に
おいて、円弧状の研磨具の内側に貼付された研磨布とウ
エーハエッジ部分を線接触させウエーハのエッジ部分を
鏡面研磨するのウエーハエッジ研磨装置において、研磨
装置自体の構造を全く変えることなく、研磨用組成物の
組成に改良を加えた方法を用いることにより、ウエーハ
エッジ部分を研磨速度、研磨面品質の向上及び歩留まり
等、効率の向上が可能となった。特に、従来難研磨性で
研磨効率の悪い酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは
金属膜等の薄膜で被覆されたウエーハの高効率研磨が可
能となった。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｃ０９Ｋ 3/14 ５５０Ｄ５５０Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に研磨布を貼付した円弧状の作業面
を有する研磨具に、平均粒子径が２０ｎｍ〜１２０ｎｍ
であるコロイダルシリカを研磨用組成物全体に対してシ
リカ濃度が３重量％〜２５重量％となるように含み、か
つその研磨用組成物のｐＨが８．７〜１０．５の範囲で
ｐＨが緩衝溶液状態にある研磨用組成物を供給しなが
ら、研磨具及び／または円板状のワークを回転させて、
ワークの外周エッジを研磨する研磨方法。
【請求項２】研磨布が、合成樹脂発泡体、合成皮革、
不織布、不織布の合成樹脂加工品のうち少なくとも一つ
であることを特徴とする請求項第１項に記載の研磨方
法。
【請求項３】研磨布が、合成樹脂発泡体、合成皮革、
不織布、不織布の合成樹脂加工品のうち少なくとも一つ
と圧縮弾性率が５０Ｋｇｆ／ｃｍ²〜５００Ｋｇｆ／ｃ
ｍ²の範囲のシートを組み合わせた多層構造シートであ
ることを特徴とする請求項第1項または第２項に記載の
研磨方法。
【請求項４】不織布の合成樹脂加工品が、ポリエステ
ルを主成分とする不織布をウレタン樹脂及び／または、
シリコーン樹脂で加工したシートであることを特徴とす
る請求項第1項ないし第３項のいずれかに記載の研磨方
法。
【請求項５】研磨用組成物中のフッ素濃度が、１０ｐ
ｐｍ〜２０００ｐｐｍになるようフッ素化合物を添加し
た研磨用組成物を用いることを特徴とする請求項第１項
ないし第４項のいずれかに記載の研磨方法。
【請求項６】研磨用組成物の導電率が、２０ミリＳ／
ｍ〜５００ミリＳ／ｍの範囲にあることを特徴とする請
求項第１項ないし第５項のいずれかに記載の研磨方法。