JP2015153939A - 半導体ウェーハの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】鏡面面取り研磨工程において、半導体ウェーハ外周部の平坦度の向上と、面取り部における粗さの平滑化とを両立し得る、半導体ウェーハの製造方法を提供する。【解決手段】表面１２又は表裏両面に酸化膜１２Ａが存在し、面取り部１１には酸化膜が存在しない半導体ウェーハ１０の前記面取り部１１に対して、無砥粒研磨液を使用して鏡面仕上面取り研磨工程を実施する。また、前記鏡面仕上面取り研磨工程の前に、前記表面１２又は前記表裏両面、並びに前記面取り部１１に酸化膜１１Ａ，１２Ａが存在する半導体ウェーハ１０の前記面取り部１１に対して、有砥粒研磨液を使用して仕上前鏡面面取り研磨工程を実施する。【選択図】図１
Description
本発明は、半導体ウェーハの製造方法に関する。
通常、半導体ウェーハの表裏両面に行われる鏡面研磨は、複数段に分けて実施される。具体的には、半導体ウェーハの高平坦度化を目的とした粗研磨と、表面粗さ低減を目的とした仕上研磨とに大別される。
また、半導体ウェーハの表裏両面のみならず、面取り部からの発塵を防止する目的で、面取り部にも鏡面研磨が実施される。
粗研磨は、キャリア内に半導体ウェーハを収納して半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する両面同時研磨により行われる。この両面同時研磨では、半導体ウェーハとキャリア内周面との接触により、面取り部に傷や圧痕が発生する。したがって、面取り部の鏡面研磨は、発生する傷や圧痕の除去を兼ねて、粗研磨後に実施されるのが一般的である。
また、半導体ウェーハの表裏両面のみならず、面取り部からの発塵を防止する目的で、面取り部にも鏡面研磨が実施される。
粗研磨は、キャリア内に半導体ウェーハを収納して半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する両面同時研磨により行われる。この両面同時研磨では、半導体ウェーハとキャリア内周面との接触により、面取り部に傷や圧痕が発生する。したがって、面取り部の鏡面研磨は、発生する傷や圧痕の除去を兼ねて、粗研磨後に実施されるのが一般的である。
従来、面取り部の鏡面研磨は、不織布を使用した研磨パッドと有砥粒研磨液とを用いて研磨する第１ステップと、スウェードを使用した研磨パッドと有砥粒研磨液とを用いて最終仕上げする第２ステップとの、２段階加工を採用している。第１ステップでは、面取り部に発生する傷や圧痕を高効率で除去することを目的として行われ、第２ステップでは、面取り部の微小な面粗さを平滑化することを目的として行われる。
しかし、面取り部の鏡面研磨に用いられる研磨パッドには軟質の研磨布を使用しているため、この軟質の研磨布が面取り部だけでなく、ウェーハ表面側や裏面側にまで回り込んだ状態で研磨が進行してしまう問題があった（以後、オーバーポリッシュともいう。）。
具体的には、図５（Ａ）に示すように、第１ステップでは、先ず、半導体ウェーハ１００の面取り部１０１に存在する酸化膜１０１Ａを除去する。しかし、図５（Ｂ）に示すように、面取り部１０１に存在する酸化膜１０１Ａだけでなく、ウェーハ表面１０２に存在する酸化膜１０２Ａのうち、研磨パッドの研磨布（不織布）１１１が回り込んだ領域における酸化膜１０２Ｂも除去される。更に、酸化膜１０２Ｂが除去されて露出したウェーハ表面１０２と面取り部１０１との境界部分１０３に対して局所的に応力が集中して、この境界部分１０３における領域を中心として研磨が進行する。
続いて、図５（Ｃ）に示すように、第２ステップでは、第１ステップに引き続いて、研磨パッドの研磨布（スウェード）１１２が回り込んだ領域におけるウェーハ表面１０２に存在する酸化膜１０２Ｂが更に除去される。そして、露出したウェーハ表面１０２と面取り部１０１との境界部分１０３に対して局所的に応力が集中して、この境界部分１０３における領域を中心として研磨がより進行する。
このようなオーバーポリッシュが生じると、半導体ウェーハ外周部の厚みが薄くなってしまう不具合を生じる（以後、エッジロールオフともいう。）。
具体的には、図５（Ａ）に示すように、第１ステップでは、先ず、半導体ウェーハ１００の面取り部１０１に存在する酸化膜１０１Ａを除去する。しかし、図５（Ｂ）に示すように、面取り部１０１に存在する酸化膜１０１Ａだけでなく、ウェーハ表面１０２に存在する酸化膜１０２Ａのうち、研磨パッドの研磨布（不織布）１１１が回り込んだ領域における酸化膜１０２Ｂも除去される。更に、酸化膜１０２Ｂが除去されて露出したウェーハ表面１０２と面取り部１０１との境界部分１０３に対して局所的に応力が集中して、この境界部分１０３における領域を中心として研磨が進行する。
続いて、図５（Ｃ）に示すように、第２ステップでは、第１ステップに引き続いて、研磨パッドの研磨布（スウェード）１１２が回り込んだ領域におけるウェーハ表面１０２に存在する酸化膜１０２Ｂが更に除去される。そして、露出したウェーハ表面１０２と面取り部１０１との境界部分１０３に対して局所的に応力が集中して、この境界部分１０３における領域を中心として研磨がより進行する。
このようなオーバーポリッシュが生じると、半導体ウェーハ外周部の厚みが薄くなってしまう不具合を生じる（以後、エッジロールオフともいう。）。
上記オーバーポリッシュを起因とするエッジロールオフを防止する方法として、研磨パッドを研磨布層と、この研磨布層より硬度の低いスポンジ層の少なくとも２層を貼り合せた構造とし、研磨布層の硬度をアスカーＣ硬度で６５以上かつスポンジ層の硬度をアスカーＣ硬度４０以下とすることが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、上記構成の研磨パッドを用いることで、オーバーポリッシュ幅を４００μｍ以下にまで抑制できる。
また、両面研磨工程の後に、半導体ウェーハ表裏両面に樹脂製の保護膜を形成し、鏡面面取り工程を行い、その後に樹脂製の保護膜を除去する半導体ウェーハの製造方法が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。特許文献２では、半導体ウェーハの表裏両面に形成する樹脂製の保護膜によって鏡面面取り工程時のオーバーポリッシュを抑制することで、エッジロールオフを防止する。
しかしながら、上記特許文献１では、ウェーハと接触する研磨布層の硬度を高くすることで、ウェーハへの研磨パッドの沈み込みが抑制されるため、オーバーポリッシュは抑制できるが、一方で、面取り部におけるマイクロラフネスは悪化してしまう問題があった。
上記特許文献２に示される方法では、樹脂による保護膜形成及び樹脂製保護膜を除去するための洗浄がそれぞれ必要になるため、コストアップに繋がる問題があった。
また、保護膜を形成するための樹脂が、表裏両面だけでなく、面取り部にまで及んでしまうと、面取り部の鏡面研磨工程での研磨が部分的あるいは全体的に抑制されてしまう。そのため、面取り部には樹脂が及ばないように、ウェーハ表裏両面のみに保護膜を正確に形成する必要があるが、技術的に困難であった。
更に、樹脂製保護膜の除去のための洗浄では、一旦除去した樹脂が再付着する、樹脂製保護膜が完全に除去されないなどの問題があった。
また、保護膜を形成するための樹脂が、表裏両面だけでなく、面取り部にまで及んでしまうと、面取り部の鏡面研磨工程での研磨が部分的あるいは全体的に抑制されてしまう。そのため、面取り部には樹脂が及ばないように、ウェーハ表裏両面のみに保護膜を正確に形成する必要があるが、技術的に困難であった。
更に、樹脂製保護膜の除去のための洗浄では、一旦除去した樹脂が再付着する、樹脂製保護膜が完全に除去されないなどの問題があった。
本発明の目的は、鏡面面取り研磨工程において、半導体ウェーハ外周部の平坦度の向上と、面取り部における粗さの平滑化とを両立し得る、半導体ウェーハの製造方法を提供することにある。
本発明の半導体ウェーハの製造方法は、表面又は表裏両面に酸化膜が存在し、面取り部には酸化膜が存在しない半導体ウェーハの前記面取り部に対して、無砥粒研磨液を使用して鏡面仕上面取り研磨工程を実施することを特徴とする。
本発明によれば、表面又は表裏両面に酸化膜が存在し、面取り部には酸化膜が存在しない半導体ウェーハに、無砥粒研磨液を使用して鏡面仕上面取り研磨工程を実施する。無砥粒研磨液による研磨では酸化膜は除去されないので、酸化膜が存在する領域、即ち、半導体ウェーハの表面又は表裏両面は研磨が進行せず、酸化膜が存在しない面取り部のみの研磨が進行する。このため、研磨パッドが面取り部だけでなく、ウェーハ表面側、又は表裏両面側にまで回り込んだ状態で研磨しても、表面又は表裏両面に存在する酸化膜がストッパーとして作用するためオーバーポリッシュを生じることがない。結果として、半導体ウェーハ外周部の平坦度の向上と、面取り部における粗さの平滑化とを両立することができる。
本発明によれば、表面又は表裏両面に酸化膜が存在し、面取り部には酸化膜が存在しない半導体ウェーハに、無砥粒研磨液を使用して鏡面仕上面取り研磨工程を実施する。無砥粒研磨液による研磨では酸化膜は除去されないので、酸化膜が存在する領域、即ち、半導体ウェーハの表面又は表裏両面は研磨が進行せず、酸化膜が存在しない面取り部のみの研磨が進行する。このため、研磨パッドが面取り部だけでなく、ウェーハ表面側、又は表裏両面側にまで回り込んだ状態で研磨しても、表面又は表裏両面に存在する酸化膜がストッパーとして作用するためオーバーポリッシュを生じることがない。結果として、半導体ウェーハ外周部の平坦度の向上と、面取り部における粗さの平滑化とを両立することができる。
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、前記鏡面仕上面取り研磨工程の前に、前記表面又は前記表裏両面、並びに前記面取り部に酸化膜が存在する半導体ウェーハの前記面取り部に対して、有砥粒研磨液を使用して仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することが好ましい。
この発明によれば、鏡面仕上面取り研磨工程の前に、仕上前鏡面面取り研磨工程として、有砥粒研磨液による研磨を実施する。有砥粒研磨液による研磨では、酸化膜の除去が可能である。このため、表面又は表裏両面だけでなく、面取り部にも酸化膜が存在する半導体ウェーハの面取り部に対して、この仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、面取り部に存在する酸化膜が除去される。結果として、この仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、表面又は表裏両面に酸化膜が存在し、面取り部には酸化膜が存在しない半導体ウェーハを形成できる。また、有砥粒研磨液による研磨は、無砥粒研磨液による研磨に比べて、面取り部に発生する傷や圧痕を効率良く除去することが可能である。このため、仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、後工程である鏡面仕上面取り研磨工程の作業効率を向上できる。
この発明によれば、鏡面仕上面取り研磨工程の前に、仕上前鏡面面取り研磨工程として、有砥粒研磨液による研磨を実施する。有砥粒研磨液による研磨では、酸化膜の除去が可能である。このため、表面又は表裏両面だけでなく、面取り部にも酸化膜が存在する半導体ウェーハの面取り部に対して、この仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、面取り部に存在する酸化膜が除去される。結果として、この仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、表面又は表裏両面に酸化膜が存在し、面取り部には酸化膜が存在しない半導体ウェーハを形成できる。また、有砥粒研磨液による研磨は、無砥粒研磨液による研磨に比べて、面取り部に発生する傷や圧痕を効率良く除去することが可能である。このため、仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、後工程である鏡面仕上面取り研磨工程の作業効率を向上できる。
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、前記仕上前鏡面面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、圧縮率が７％未満の不織布を使用し、前記鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、圧縮率が６％以上のスウェードを使用することが好ましい。
この発明によれば、仕上前鏡面面取り研磨工程の研磨パッドには、圧縮率が７％未満の不織布を使用し、鏡面仕上面取り研磨工程の研磨パッドには、圧縮率が６％以上のスウェードを使用する。上記各工程の研磨パッドの圧縮率を特定の組合せにすることで、仕上前鏡面面取り研磨工程ではオーバーポリッシュをより抑制でき、鏡面仕上面取り研磨工程では、面取り部の粗さをより低減できる。
この発明によれば、仕上前鏡面面取り研磨工程の研磨パッドには、圧縮率が７％未満の不織布を使用し、鏡面仕上面取り研磨工程の研磨パッドには、圧縮率が６％以上のスウェードを使用する。上記各工程の研磨パッドの圧縮率を特定の組合せにすることで、仕上前鏡面面取り研磨工程ではオーバーポリッシュをより抑制でき、鏡面仕上面取り研磨工程では、面取り部の粗さをより低減できる。
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、前記鏡面仕上面取り研磨工程で使用する前記無砥粒研磨液には、ポリマーが添加されていることが好ましい。
この発明によれば、鏡面仕上面取り研磨工程の無砥粒研磨液には、ポリマーが添加されている。無砥粒研磨液にポリマーが添加されていることで、鏡面仕上面取り研磨工程時における半導体ウェーハの研磨面の濡れ性を向上させることができる。
この発明によれば、鏡面仕上面取り研磨工程の無砥粒研磨液には、ポリマーが添加されている。無砥粒研磨液にポリマーが添加されていることで、鏡面仕上面取り研磨工程時における半導体ウェーハの研磨面の濡れ性を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、先ず、ＣＺ法等により引き上げられた単結晶インゴットを、マルチワイヤソー等によってスライス切断する。次いで、スライスしたウェーハの欠けや割れを防止するために、ウェーハの角隅部等に面取りを行う。
次に、面取りしたウェーハの表面を平坦化するために、ラッピングや平面研削を行う。そして、ウェーハに残留する面取り時及びラッピング時に発生した加工変質層を除去するために、エッチングによる化学的表層除去処理を行う。
本発明の半導体ウェーハの製造方法では、先ず、ＣＺ法等により引き上げられた単結晶インゴットを、マルチワイヤソー等によってスライス切断する。次いで、スライスしたウェーハの欠けや割れを防止するために、ウェーハの角隅部等に面取りを行う。
次に、面取りしたウェーハの表面を平坦化するために、ラッピングや平面研削を行う。そして、ウェーハに残留する面取り時及びラッピング時に発生した加工変質層を除去するために、エッチングによる化学的表層除去処理を行う。
次に、エッチングされたウェーハの表裏両面を粗研磨する。
粗研磨工程は、所望とする厚みまでウェーハを研磨することを目的に行われる。具体的には、両面研磨装置を使用し、ウレタン樹脂などを固めた硬質素材の研磨布を用い、研磨速度が比較的速い条件で、研磨後のウェーハの厚さのバラツキを小さく、平坦化するように研磨が行われる。
粗研磨工程は、所望とする厚みまでウェーハを研磨することを目的に行われる。具体的には、両面研磨装置を使用し、ウレタン樹脂などを固めた硬質素材の研磨布を用い、研磨速度が比較的速い条件で、研磨後のウェーハの厚さのバラツキを小さく、平坦化するように研磨が行われる。
次に、粗研磨工程で使用した砥粒や研磨液などの残存物を除去するためにウェーハを洗浄する。
ここでの洗浄では、アンモニア水及び過酸化水素水を含む洗浄液（ＳＣ−１）などを使用することが好適である。例えば、アンモニア水と過酸化水素水を１：１で混合し、これを５〜３０倍に純水希釈して調製された、５０〜８０℃に加温したＳＣ−１液によるウェットベンチ洗浄により行うことが特に好ましい。
上記ＳＣ−１液による洗浄後は、ウェーハを純水でリンスする。洗浄を終えたウェーハの全面には、不可避的に、膜厚が約１ｎｍ以上約１．１ｎｍ以下（約１０Å以上約１１Å以下）の自然酸化膜が形成される。
ここでの洗浄では、アンモニア水及び過酸化水素水を含む洗浄液（ＳＣ−１）などを使用することが好適である。例えば、アンモニア水と過酸化水素水を１：１で混合し、これを５〜３０倍に純水希釈して調製された、５０〜８０℃に加温したＳＣ−１液によるウェットベンチ洗浄により行うことが特に好ましい。
上記ＳＣ−１液による洗浄後は、ウェーハを純水でリンスする。洗浄を終えたウェーハの全面には、不可避的に、膜厚が約１ｎｍ以上約１．１ｎｍ以下（約１０Å以上約１１Å以下）の自然酸化膜が形成される。
〔仕上前鏡面面取り研磨工程〕
次に、図１（Ａ）に示すように、ウェーハ表面１２に酸化膜１２Ａが、面取り部１１に酸化膜１１Ａがそれぞれ形成されている半導体ウェーハ１０（以後、単に「ウェーハ」ともいう。）の面取り部１１に対して、仕上前鏡面面取り研磨工程を実施する。
次に、図１（Ａ）に示すように、ウェーハ表面１２に酸化膜１２Ａが、面取り部１１に酸化膜１１Ａがそれぞれ形成されている半導体ウェーハ１０（以後、単に「ウェーハ」ともいう。）の面取り部１１に対して、仕上前鏡面面取り研磨工程を実施する。
＜面取り研磨装置の構成＞
本実施形態の仕上前鏡面面取り研磨工程に用いる面取り研磨装置について説明する。図２（Ａ）は面取り研磨装置の部分拡大概略図であり、図２（Ｂ）は面取り研磨装置の平面図である。
図２（Ａ）に示すように、面取り研磨装置２０は、ウェーハ１０の下面を吸着するウェーハ吸着部２１と、このウェーハ吸着部２１で吸着されたウェーハ１０を鏡面研磨する研磨部２２と、研磨部２２の上部には研磨液を供給するための配管２３を備える。
本実施形態の仕上前鏡面面取り研磨工程に用いる面取り研磨装置について説明する。図２（Ａ）は面取り研磨装置の部分拡大概略図であり、図２（Ｂ）は面取り研磨装置の平面図である。
図２（Ａ）に示すように、面取り研磨装置２０は、ウェーハ１０の下面を吸着するウェーハ吸着部２１と、このウェーハ吸着部２１で吸着されたウェーハ１０を鏡面研磨する研磨部２２と、研磨部２２の上部には研磨液を供給するための配管２３を備える。
ウェーハ吸着部２１は、ウェーハ１０の下面を吸着により保持する、保持手段としての吸着ステージ２１１と、この吸着ステージ２１１を回転させる回転手段２１２とを備える。
研磨部２２は、ウェーハ１０の面取り部１１を鏡面研磨する研磨ホイール２２１と、研磨ホイール２２１を回転させたり、上下方向に昇降させたり、ウェーハ１０に押し付ける駆動手段（図示省略）とを備える。研磨ホイール２２１は、上方傾斜面研磨パッド２２２、垂直面研磨パッド２２３及び下方傾斜面研磨パッド２２４から構成される。
なお、図２（Ａ）では、ウェーハ１０の面取り部１１に対する位置関係を説明するために、各研磨パッド２２２，２２３，２２４を図の右側に並べて示している。実際には、図２（Ｂ）に示すように、各研磨パッド２２２，２２３，２２４がそれぞれ同じ長さの円弧状に形成され、所定の間隔をあけてウェーハ１０の周りに配置する構成となっている。
研磨部２２は、ウェーハ１０の面取り部１１を鏡面研磨する研磨ホイール２２１と、研磨ホイール２２１を回転させたり、上下方向に昇降させたり、ウェーハ１０に押し付ける駆動手段（図示省略）とを備える。研磨ホイール２２１は、上方傾斜面研磨パッド２２２、垂直面研磨パッド２２３及び下方傾斜面研磨パッド２２４から構成される。
なお、図２（Ａ）では、ウェーハ１０の面取り部１１に対する位置関係を説明するために、各研磨パッド２２２，２２３，２２４を図の右側に並べて示している。実際には、図２（Ｂ）に示すように、各研磨パッド２２２，２２３，２２４がそれぞれ同じ長さの円弧状に形成され、所定の間隔をあけてウェーハ１０の周りに配置する構成となっている。
また、各研磨パッド２２２，２２３，２２４には研磨布がそれぞれ貼付けられる。面取り研磨装置２０の各研磨パッドとして貼設される研磨布は、仕上前鏡面面取り研磨工程と、後述する鏡面面取り研磨工程とでそれぞれ異なるものを使用することが好ましい。仕上前鏡面面取り研磨工程で使用する研磨パッドは、できるだけ高硬度のものを使用することが好ましい。具体的には、仕上前鏡面面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、研磨布として圧縮率が７％未満の不織布を使用することが好ましい。例えば、不織布としてニッタ・ハース社製のＳＵＢＡ８００やＳＵＢＡ６００などを使用することが特に好ましい。
仕上前鏡面面取り研磨工程で使用される研磨液としては、砥粒が含有されたアルカリ水溶液を使用することが好ましい。このうち、砥粒としては平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ、アルカリ水溶液としてはｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液を使用することが特に好ましい。
仕上前鏡面面取り研磨工程で使用される研磨液としては、砥粒が含有されたアルカリ水溶液を使用することが好ましい。このうち、砥粒としては平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ、アルカリ水溶液としてはｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液を使用することが特に好ましい。
＜面取り研磨装置による仕上前鏡面面取り研磨工程の作用＞
次に、前述した面取り研磨装置２０による仕上前鏡面面取り研磨工程の作用について説明する。
先ず、ウェーハ１０の下面をウェーハ吸着部２１に吸着してウェーハ１０を保持させる。そして、研磨ホイール２２１の各研磨パッド２２２，２２３，２２４を所定の圧力で面取り部の対応する箇所にそれぞれ押し付けて、押し付けた状態を維持する。
次に、配管２３から研磨液を研磨パッドに供給しながら、図２（Ｂ）に示すように、回転手段２１２を回転させてウェーハ１０を回転させるとともに、駆動手段により研磨ホイール２２１を回転させて各研磨パッド２２２，２２３，２２４を回転させる。
これにより、ウェーハ１０の面取り部１１の上方が上方傾斜面研磨パッド２２２によって、面取り部１１の中央部が垂直面研磨パッド２２３によって、及び面取り部１１の下方が下方傾斜面研磨パッド２２４によってそれぞれ研磨される。
次に、前述した面取り研磨装置２０による仕上前鏡面面取り研磨工程の作用について説明する。
先ず、ウェーハ１０の下面をウェーハ吸着部２１に吸着してウェーハ１０を保持させる。そして、研磨ホイール２２１の各研磨パッド２２２，２２３，２２４を所定の圧力で面取り部の対応する箇所にそれぞれ押し付けて、押し付けた状態を維持する。
次に、配管２３から研磨液を研磨パッドに供給しながら、図２（Ｂ）に示すように、回転手段２１２を回転させてウェーハ１０を回転させるとともに、駆動手段により研磨ホイール２２１を回転させて各研磨パッド２２２，２２３，２２４を回転させる。
これにより、ウェーハ１０の面取り部１１の上方が上方傾斜面研磨パッド２２２によって、面取り部１１の中央部が垂直面研磨パッド２２３によって、及び面取り部１１の下方が下方傾斜面研磨パッド２２４によってそれぞれ研磨される。
図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、仕上前鏡面面取り研磨では、研磨パッドとして、硬度が高い研磨布（不織布）２２２Ａを使用しているので、研磨時におけるウェーハ１０への研磨パッドの沈み込みが低減される。このため、研磨パッドの研磨布（不織布）２２２Ａが面取り部１１だけでなく、ウェーハ表面１２側にまで回り込むことを抑制できる。結果として、この仕上前鏡面面取り研磨では、オーバーポリッシュが生じることなく、面取り部１１に存在する酸化膜１１Ａのみが除去される。これにより、表裏両面に酸化膜１２Ａが存在し、面取り部１１には酸化膜が存在しないウェーハ１０が形成される。また、この仕上前鏡面面取り研磨によって、粗研磨工程で生じた傷や圧痕も除去される。
〔鏡面仕上面取り研磨工程〕
仕上前鏡面面取り研磨工程に続いて、表裏両面に酸化膜が存在し、面取り部１１には酸化膜が存在しないウェーハ１０の面取り部１１に対して、鏡面仕上面取り研磨工程を実施する。
＜面取り研磨装置の構成＞
本実施形態の鏡面仕上面取り研磨工程では、前述した仕上前鏡面面取り研磨工程で使用した面取り研磨装置と同様の構成を有する面取り研磨装置２０を使用できる。
鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、できるだけ低硬度のものを使用することが好ましい。具体的には、鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、研磨布として圧縮率が６％以上のスウェードを使用することが好ましい。上記性質を有するスウェードとして、例えば、ニッタ・ハース社製のＳＵＰＲＥＭＥ−ＲＮなどを使用することが特に好ましい。
鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨液としては、砥粒が含有されないアルカリ水溶液を使用することが好ましい。アルカリ水溶液としてはｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液を使用することが特に好ましい。鏡面面取り研磨工程で使用する無砥粒研磨液には、ポリマーが添加されていることが好ましい。
仕上前鏡面面取り研磨工程に続いて、表裏両面に酸化膜が存在し、面取り部１１には酸化膜が存在しないウェーハ１０の面取り部１１に対して、鏡面仕上面取り研磨工程を実施する。
＜面取り研磨装置の構成＞
本実施形態の鏡面仕上面取り研磨工程では、前述した仕上前鏡面面取り研磨工程で使用した面取り研磨装置と同様の構成を有する面取り研磨装置２０を使用できる。
鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、できるだけ低硬度のものを使用することが好ましい。具体的には、鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、研磨布として圧縮率が６％以上のスウェードを使用することが好ましい。上記性質を有するスウェードとして、例えば、ニッタ・ハース社製のＳＵＰＲＥＭＥ−ＲＮなどを使用することが特に好ましい。
鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨液としては、砥粒が含有されないアルカリ水溶液を使用することが好ましい。アルカリ水溶液としてはｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液を使用することが特に好ましい。鏡面面取り研磨工程で使用する無砥粒研磨液には、ポリマーが添加されていることが好ましい。
＜面取り研磨装置による鏡面仕上面取り研磨工程の作用＞
次に、前述した面取り研磨装置２０による鏡面仕上面取り研磨工程の作用について説明する。面取り研磨装置２０の駆動については、上記仕上げ前鏡面面取り研磨と同様であるので記載を省略する。
この鏡面仕上面取り研磨では、無砥粒研磨液を使用しているので、図１（Ｃ）に示すように、酸化膜が存在しない面取り部１１のみの研磨が進行する。即ち、研磨パッドの研磨布（スウェード）２２２Ｂがウェーハ表面１２側や裏面側にまで回り込んだ状態で研磨しても、無砥粒研磨液では酸化膜を研磨できないため、オーバーポリッシュを生じることがなく、面取り部１１のみの粗さが平滑化される。
次に、前述した面取り研磨装置２０による鏡面仕上面取り研磨工程の作用について説明する。面取り研磨装置２０の駆動については、上記仕上げ前鏡面面取り研磨と同様であるので記載を省略する。
この鏡面仕上面取り研磨では、無砥粒研磨液を使用しているので、図１（Ｃ）に示すように、酸化膜が存在しない面取り部１１のみの研磨が進行する。即ち、研磨パッドの研磨布（スウェード）２２２Ｂがウェーハ表面１２側や裏面側にまで回り込んだ状態で研磨しても、無砥粒研磨液では酸化膜を研磨できないため、オーバーポリッシュを生じることがなく、面取り部１１のみの粗さが平滑化される。
鏡面仕上面取り研磨工程を終えた後は、片面研磨装置により、ウェーハ表面１２上に存在する酸化膜１２Ａが除去され、ウェーハ１０の表面又は表裏両面が鏡面研磨される。
〔実施形態の作用効果〕
上述したように、上記実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ウェーハ表面１２又は表裏両面に酸化膜１２Ａが存在し、面取り部には酸化膜が存在しないウェーハ１０の面取り部１１に対して、無砥粒研磨液を使用して鏡面仕上面取り研磨工程を実施する。
本発明によれば、無砥粒研磨液による研磨では酸化膜は除去されないので、酸化膜が存在する領域、即ち、ウェーハ表面１２又は表裏両面は研磨が進行せず、酸化膜が存在しない面取り部１１のみの研磨が進行する。このため、研磨パッドの研磨布（スウェード）２２２Ｂが面取り部１１だけでなく、ウェーハ表面１２側、又は表裏両面側にまで回り込んだ状態で研磨しても、ウェーハ表面１２又は表裏両面に存在する酸化膜１２Ａがストッパーとして作用するためオーバーポリッシュを生じることがない。結果として、ウェーハ１０外周部の平坦度の向上と、面取り部１１における粗さの平滑化とを両立することができる。
上述したように、上記実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）ウェーハ表面１２又は表裏両面に酸化膜１２Ａが存在し、面取り部には酸化膜が存在しないウェーハ１０の面取り部１１に対して、無砥粒研磨液を使用して鏡面仕上面取り研磨工程を実施する。
本発明によれば、無砥粒研磨液による研磨では酸化膜は除去されないので、酸化膜が存在する領域、即ち、ウェーハ表面１２又は表裏両面は研磨が進行せず、酸化膜が存在しない面取り部１１のみの研磨が進行する。このため、研磨パッドの研磨布（スウェード）２２２Ｂが面取り部１１だけでなく、ウェーハ表面１２側、又は表裏両面側にまで回り込んだ状態で研磨しても、ウェーハ表面１２又は表裏両面に存在する酸化膜１２Ａがストッパーとして作用するためオーバーポリッシュを生じることがない。結果として、ウェーハ１０外周部の平坦度の向上と、面取り部１１における粗さの平滑化とを両立することができる。
（２）鏡面仕上面取り研磨工程の前に、ウェーハ表面１２又は表裏両面、並びに面取り部１１に酸化膜１１Ａ，１２Ａが存在するウェーハ１０の面取り部１１に対して、有砥粒研磨液を使用して仕上前鏡面面取り研磨工程を実施する。
この発明によれば、有砥粒研磨液による研磨では、酸化膜の除去が可能である。このため、ウェーハ表面１２又は表裏両面だけでなく、面取り部１１にも酸化膜１１Ａ，１２Ａが存在するウェーハ１０の面取り部１１に対して、この仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、面取り部１１に存在する酸化膜１１Ａが除去される。結果として、この仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、ウェーハ表面１２又は表裏両面に酸化膜１２Ａが存在し、面取り部１１には酸化膜が存在しないウェーハ１０を形成できる。また、有砥粒研磨液による研磨は、無砥粒研磨液による研磨に比べて、面取り部１１に発生する傷や圧痕を効率良く除去することが可能である。このため、仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、後工程である鏡面面取り研磨工程の作業効率を向上できる。
この発明によれば、有砥粒研磨液による研磨では、酸化膜の除去が可能である。このため、ウェーハ表面１２又は表裏両面だけでなく、面取り部１１にも酸化膜１１Ａ，１２Ａが存在するウェーハ１０の面取り部１１に対して、この仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、面取り部１１に存在する酸化膜１１Ａが除去される。結果として、この仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、ウェーハ表面１２又は表裏両面に酸化膜１２Ａが存在し、面取り部１１には酸化膜が存在しないウェーハ１０を形成できる。また、有砥粒研磨液による研磨は、無砥粒研磨液による研磨に比べて、面取り部１１に発生する傷や圧痕を効率良く除去することが可能である。このため、仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することで、後工程である鏡面面取り研磨工程の作業効率を向上できる。
（３）仕上前鏡面面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、圧縮率が７％未満の不織布を使用し、鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、圧縮率が６％以上のスウェードを使用する。
この発明によれば、上記各工程の研磨パッドの圧縮率などを特定の組合せにすることで、仕上前鏡面面取り研磨工程ではオーバーポリッシュをより抑制でき、鏡面仕上面取り研磨工程では、面取り部の粗さをより低減できる。
この発明によれば、上記各工程の研磨パッドの圧縮率などを特定の組合せにすることで、仕上前鏡面面取り研磨工程ではオーバーポリッシュをより抑制でき、鏡面仕上面取り研磨工程では、面取り部の粗さをより低減できる。
（４）鏡面仕上面取り研磨工程で使用する無砥粒研磨液に、ポリマーが添加されている。
この発明によれば、無砥粒研磨液にポリマーが添加されていることで、鏡面仕上面取り研磨工程時における半導体ウェーハの研磨面の濡れ性を向上させることができる。
この発明によれば、無砥粒研磨液にポリマーが添加されていることで、鏡面仕上面取り研磨工程時における半導体ウェーハの研磨面の濡れ性を向上させることができる。
〔他の実施形態〕
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
上記実施形態では、鏡面仕上面取り研磨工程の無砥粒研磨液にポリマーを添加する構成としたが、仕上前鏡面面取り研磨工程の有砥粒研磨液にもポリマーを添加してもよい。
また、本実施形態では、面取り部に酸化膜が存在しない半導体ウェーハを形成するために、仕上前鏡面面取り研磨工程を実施する例を示したが、これに限られるものではない。例えば、面取り部をマスクした状態で酸化膜を形成した後に、マスクを除去することで、面取り部に酸化膜が存在しない半導体ウェーハを形成してもよい。また、例えば、エッチングなどにより、全面に酸化膜が形成された半導体ウェーハの面取り部のみの酸化膜を除去することで、面取り部に酸化膜が存在しない半導体ウェーハを形成してもよい。
また、半導体ウェーハ全面に形成される酸化膜を、洗浄工程で生じる酸化膜によるものとしたが、薬液を用いて半導体ウェーハ全面に酸化膜を形成してもよい。この場合、自然酸化膜とは異なり、酸化膜の膜厚を適宜調整することが可能となる。
また、仕上前鏡面面取り研磨工程で使用する研磨パッドは、できるだけ高硬度としてもよい。仕上前鏡面面取り研磨工程の研磨パッドの硬度を高くすることで、研磨時におけるウェーハへの研磨パッドの沈み込みが低減される。このため、研磨パッドが面取り部だけでなく、ウェーハ表面側、又は表裏両面側にまで回り込んだ状態が抑制されるため、結果として、仕上前鏡面面取り研磨工程時におけるオーバーポリッシュを抑制できる。
その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造等は本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
上記実施形態では、鏡面仕上面取り研磨工程の無砥粒研磨液にポリマーを添加する構成としたが、仕上前鏡面面取り研磨工程の有砥粒研磨液にもポリマーを添加してもよい。
また、本実施形態では、面取り部に酸化膜が存在しない半導体ウェーハを形成するために、仕上前鏡面面取り研磨工程を実施する例を示したが、これに限られるものではない。例えば、面取り部をマスクした状態で酸化膜を形成した後に、マスクを除去することで、面取り部に酸化膜が存在しない半導体ウェーハを形成してもよい。また、例えば、エッチングなどにより、全面に酸化膜が形成された半導体ウェーハの面取り部のみの酸化膜を除去することで、面取り部に酸化膜が存在しない半導体ウェーハを形成してもよい。
また、半導体ウェーハ全面に形成される酸化膜を、洗浄工程で生じる酸化膜によるものとしたが、薬液を用いて半導体ウェーハ全面に酸化膜を形成してもよい。この場合、自然酸化膜とは異なり、酸化膜の膜厚を適宜調整することが可能となる。
また、仕上前鏡面面取り研磨工程で使用する研磨パッドは、できるだけ高硬度としてもよい。仕上前鏡面面取り研磨工程の研磨パッドの硬度を高くすることで、研磨時におけるウェーハへの研磨パッドの沈み込みが低減される。このため、研磨パッドが面取り部だけでなく、ウェーハ表面側、又は表裏両面側にまで回り込んだ状態が抑制されるため、結果として、仕上前鏡面面取り研磨工程時におけるオーバーポリッシュを抑制できる。
その他、本発明の実施の際の具体的な手順、及び構造等は本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
次に、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
〔実施例１〕
先ず、半導体ウェーハ１０として、スライス、面取り、ラッピング、エッチング、両面研磨、及び洗浄の各処理を順次行って得た、直径３００ｍｍ、結晶方位（１００）であり、全面に膜厚０．９ｎｍの自然酸化膜が形成されたシリコンウェーハを用意した。
次に、図２（Ａ）に示す面取り研磨装置２０を用い、洗浄後のシリコンウェーハの面取り部を鏡面面取り研磨した。この鏡面面取り研磨は、第１ステップ（仕上前鏡面面取り研磨）及び第２ステップ（鏡面仕上面取り研磨）の２段階で行った。
・第１ステップ（仕上前鏡面面取り研磨）
研磨パッド：研磨布として圧縮率が４．１％の不織布を使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
・第２ステップ（鏡面仕上面取り研磨）
研磨パッド：研磨布として圧縮率が６．７％のスウェードを使用
研磨液：無砥粒研磨液（ｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
先ず、半導体ウェーハ１０として、スライス、面取り、ラッピング、エッチング、両面研磨、及び洗浄の各処理を順次行って得た、直径３００ｍｍ、結晶方位（１００）であり、全面に膜厚０．９ｎｍの自然酸化膜が形成されたシリコンウェーハを用意した。
次に、図２（Ａ）に示す面取り研磨装置２０を用い、洗浄後のシリコンウェーハの面取り部を鏡面面取り研磨した。この鏡面面取り研磨は、第１ステップ（仕上前鏡面面取り研磨）及び第２ステップ（鏡面仕上面取り研磨）の２段階で行った。
・第１ステップ（仕上前鏡面面取り研磨）
研磨パッド：研磨布として圧縮率が４．１％の不織布を使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
・第２ステップ（鏡面仕上面取り研磨）
研磨パッド：研磨布として圧縮率が６．７％のスウェードを使用
研磨液：無砥粒研磨液（ｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
〔比較例１〕
鏡面面取り研磨条件を以下のように変更した以外は実施例１と同様にしてシリコンウェーハを得た。
・第１ステップ（仕上前鏡面面取り研磨）
研磨パッド：研磨布として圧縮率が６．９％の不織布を使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
・第２ステップ（鏡面仕上面取り研磨）
研磨パッド：研磨布として圧縮率が６．７％のスウェードを使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
鏡面面取り研磨条件を以下のように変更した以外は実施例１と同様にしてシリコンウェーハを得た。
・第１ステップ（仕上前鏡面面取り研磨）
研磨パッド：研磨布として圧縮率が６．９％の不織布を使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
・第２ステップ（鏡面仕上面取り研磨）
研磨パッド：研磨布として圧縮率が６．７％のスウェードを使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
〔比較例２〕
鏡面面取り研磨条件を以下のように変更した以外は実施例１と同様にしてシリコンウェーハを得た。この比較例２は、上記実施例１，比較例１とは異なり、１段階による鏡面面取り研磨である。
研磨パッド：研磨布として圧縮率が６．９％の不織布を使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
鏡面面取り研磨条件を以下のように変更した以外は実施例１と同様にしてシリコンウェーハを得た。この比較例２は、上記実施例１，比較例１とは異なり、１段階による鏡面面取り研磨である。
研磨パッド：研磨布として圧縮率が６．９％の不織布を使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
〔比較例３〕
鏡面面取り研磨条件を以下のように変更した以外は実施例１と同様にしてシリコンウェーハを得た。この比較例３は、上記比較例２と同様、１段階による鏡面面取り研磨である。
研磨パッド：研磨布として圧縮率が４．１％の不織布を使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
鏡面面取り研磨条件を以下のように変更した以外は実施例１と同様にしてシリコンウェーハを得た。この比較例３は、上記比較例２と同様、１段階による鏡面面取り研磨である。
研磨パッド：研磨布として圧縮率が４．１％の不織布を使用
研磨液：有砥粒研磨液（平均粒径５０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒が含有されたｐＨ１０〜１１のＫＯＨ水溶液）を使用
〔評価〕
実施例１及び比較例１〜３で得られた鏡面面取り研磨後のシリコンウェーハを複数枚用意し、これらのシリコンウェーハについて、フラットネス測定装置（ＫＬＡテンコール社製Ｗａｆｅｒ−Ｓｉｇｈｔ２）を用いてＦＺＤＤ（Ｆｒｏｎｔｓｉｄｅ＿ＺＤＤ）（表面プロファイルの２回微分値）を算出した。ＦＺＤＤは、エッジロールオフ大小を表す尺度である。その結果を図３に示す。
また、これらのシリコンウェーハについて、レーザー干渉計装置(Chapman社製)を用いて面取り部におけるマイクロラフネスを測定した。その結果を図４に示す。
実施例１及び比較例１〜３で得られた鏡面面取り研磨後のシリコンウェーハを複数枚用意し、これらのシリコンウェーハについて、フラットネス測定装置（ＫＬＡテンコール社製Ｗａｆｅｒ−Ｓｉｇｈｔ２）を用いてＦＺＤＤ（Ｆｒｏｎｔｓｉｄｅ＿ＺＤＤ）（表面プロファイルの２回微分値）を算出した。ＦＺＤＤは、エッジロールオフ大小を表す尺度である。その結果を図３に示す。
また、これらのシリコンウェーハについて、レーザー干渉計装置(Chapman社製)を用いて面取り部におけるマイクロラフネスを測定した。その結果を図４に示す。
図３の比較例１と比較例２から明らかなように、仕上げに相当する研磨に有砥粒研磨液を使用した場合には、エッジロールオフを大幅に悪化させる。一方、比較例３と実施例１から明らかなように、仕上げに相当する研磨に無砥粒研磨液を使用した場合には、エッジロールオフを悪化させないことが分かる。また、比較例２と比較例３より、有砥粒研磨液を使用した研磨の場合、研磨パッドに研磨布として、より圧縮率の低い高硬度の不織布を使用したほうが、エッジロールオフが小さくなることが分かる。
図４の比較例２と比較例３から明らかなように、１段階の鏡面面取研磨で、有砥粒研磨液を使用し、研磨パッドの研磨布として不織布を使用する条件では、マイクロラフネスは大きくなる。一方、比較例１と実施例１から明らかなように、２段階での鏡面面取研磨を実施し、第２ステップの研磨の研磨パッドに研磨布としてスウェードを使用した場合、第１ステップの研磨で大きかった面取部のマイクロラフネスを、大幅に小さくできることが分かる。
上記図３、図４に示す結果から、本発明の実施例１は、エッジロールオフが抑制でき、また、面取り部における粗さの平滑化とを両立できることが確認された。
上記図３、図４に示す結果から、本発明の実施例１は、エッジロールオフが抑制でき、また、面取り部における粗さの平滑化とを両立できることが確認された。
１０…半導体ウェーハ
１１…面取り部
１１Ａ…酸化膜
１２…表面
１２Ａ…酸化膜
１１…面取り部
１１Ａ…酸化膜
１２…表面
１２Ａ…酸化膜
Claims (4)
- 表面又は表裏両面に酸化膜が存在し、面取り部には酸化膜が存在しない半導体ウェーハの前記面取り部に対して、無砥粒研磨液を使用して鏡面仕上面取り研磨工程を実施することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
- 請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法において、
前記鏡面仕上面取り研磨工程の前に、前記表面又は前記表裏両面、並びに前記面取り部に酸化膜が存在する半導体ウェーハの前記面取り部に対して、有砥粒研磨液を使用して仕上前鏡面面取り研磨工程を実施することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。 - 請求項２に記載の半導体ウェーハの製造方法において、
前記仕上前鏡面面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、圧縮率が７％未満の不織布を使用し、前記鏡面仕上面取り研磨工程で使用する研磨パッドには、圧縮率が６％以上のスウェードを使用することを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。 - 請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法において、
前記鏡面仕上面取り研磨工程で使用する前記無砥粒研磨液には、ポリマーが添加されていることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
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