JP2015198112A - 半導体基板の研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板の表面において高さ3nm未満の表面欠陥数が全表面欠陥数の45%以上になるように研磨する中間研磨工程と、前記中間研磨工程の後に前記半導体基板を仕上げ研磨する最終研磨工程とを備える。
【選択図】なし
Description
半導体基板の表面において高さ3nm未満の表面欠陥数が全表面欠陥数の45%以上になるように研磨する中間研磨工程と、
前記中間研磨工程の後に前記半導体基板を仕上げ研磨する最終研磨工程とを備える。
本実施形態の研磨用組成物は、半導体基板の表面において高さ3nm未満の表面欠陥数が全表面欠陥数の45%以上になるように研磨する中間研磨工程と、前記中間研磨工程の後に前記半導体基板を仕上げ研磨する最終研磨工程とを備える。
本実施形態の研磨方法で研磨される半導体基板は、数nmの幅や高さを有する微細な表面欠陥の除去が要求される電子デバイス用のシリコンウエーハー等の半導体基板である。
本実施形態の研磨方法は、前記中間研磨工程の前に、半導体基板の両面を研磨する両面研磨工程を備えていてもよい。
両面研磨工程では、半導体基板の両面を砥粒を含む研磨用組成物を用いて研磨する。
かかる両面研磨工程を実施することで、半導体基板の比較的サイズの大きい表面欠陥を低減させることができる。
本実施形態の研磨方法において、中間研磨工程は、半導体基板の表面において高さ3nm未満の表面欠陥数が全表面欠陥数の45%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは90%以上になるように半導体基板を研磨する。すなわち、前記比較的小さい表面欠陥以外の表面欠陥が残存している割合が少ない状態になるように研磨する。
さらに、本実施形態でいう表面欠陥数とは、例えば、コンフォーカル光学系のレーザー顕微鏡(MAGICS M5640 レーザーテック社製)等の表面欠陥検査装置を用いて測定される各サイズの表面欠陥のカウント数をいう。
しかし、中間研磨工程の実施後、最終研磨工程における研磨時に、カウント数が少なくてもサイズの大きい欠陥が残っていると、微小な欠陥の除去を目的とする最終研磨において十分に欠陥が低減できないことになる。従って、中間研磨工程の実施後には、表面欠陥のカウント数を低減するのではなく、最終研磨工程における研磨で除去しにくいサイズの欠陥を除去することが重要になる。
本実施形態の中間研磨工程で使用する研磨用組成物としては、ヒドロキシエチルセルロースと水と砥粒とを含む研磨用組成物であって、前記ヒドロキシエチルセルロースは分子量が50万以上150万以下であって、前記砥粒の質量%に対する前記ヒドロキシエチルセルロースの質量%の比が0.0075以上0.025以下であるものが挙げられる。
分子量が前記範囲であることにより、研磨対象物の特定のサイズの表面欠陥に対して特に優れた除去性を発揮することができる。
また、ヒドロキシエチルセルロースは、濡れ性を向上させうるが、分子量が前記範囲であることにより、特に、研磨対象物に対する濡れ性が向上し、研磨後の研磨対象物表面のパーティクル等を低減させることができる。
尚、水は後述するように、研磨用組成物を使用時の所望の濃度よりも高濃度である高濃度液として調整しておき、使用時に希釈して用いる場合には、希釈時に希釈液として配合してもよい。
非真球状コロイダルシリカは、研磨用組成物中でヒドロキシエチルセルロースと共存することによって、後述するように、ヒドロキシエチルセルロース水溶液がより吸着しやすく、特定のサイズの表面欠陥の除去性をより高めることができるため好ましい。
研磨用組成物における砥粒の質量%のヒドロキシエチルセルロースの質量%に対する比が前記範囲であることにより、特定のサイズの表面欠陥の除去性をより高めることができる。同時に、研磨対象物の研磨後の表面の濡れ性を向上させることができる。
砥粒の含有量が前記範囲である場合には、適度な研磨速度に調整できるため好ましい。
すなわち、研磨用組成物においてヒドロキシエチルセルロースの一部はコロイダルシリカ等の砥粒表面に吸着される。従って、研磨用組成物中には、砥粒に吸着された状態のヒドロキシエチルセルロースと、砥粒に吸着されずに研磨用組成物中に混合されているヒドロキシエチルセルロースとが存在している。砥粒にヒドロキシエチルセルロースが吸着されると、ヒドロキシエチルセルロースの作用によって砥粒がクラスターを形成すると考えられる。ヒドロキシエチルセルロースの分子量が大きいほど、あるいはヒドロキシエチルセルロースの研磨用組成物中の含有量が多いほど、クラスターは大きくなりやすい。
かかるクラスターの大きさ及び量によって、研磨対象物の表面に存在する特定のサイズの表面欠陥の低減性能が変化すると考えられる。
よって、砥粒に吸着されるヒドロキシエチルセルロースと、吸着されないヒドロキシエチルセルロースとのバランスをとることで、本実施形態の研磨用組成物は、研磨対象物の表面に存在する特定のサイズの表面欠陥を低減することができると考えられる。
研磨用組成物1.5mgを14000rpm/10minで遠心分離した上澄みと、研磨用組成物のTOC(全有機炭素;Total Organic Carbon)量を測定し、以下の式1によって砥粒に吸着されているヒドロキシエチルセルロースの割合(吸着ヒドロキシエチルセルロースの割合(%))は算出される。
吸着ヒドロキシエチルセルロースの割合(%)=(研磨組成物のTOC−上澄みのTOC)/研磨用組成物のTOC・・・(式1)
アンモニアを含むことで、研磨対象物の表面に存在する特定のサイズの表面欠陥をより十分に低減することができるため好ましい。
アンモニアの含有量は特に限定されるものではないが、例えば、0.1質量%以上1.0質量%以下、好ましくは0.25質量%以上0.75質量%以下であることが挙げられる。
アンモニアの含有量が前記範囲である場合には、研磨対象物の表面に存在する特定のサイズの表面欠陥をより十分に低減することができるため好ましい。
またアンモニアの含有量が前記範囲である場合には、研磨用組成物のpHを適切な範囲に調整することもできるため好ましい。
かかる高濃度液として調整した場合には、研磨用組成物の貯蔵、輸送に便利である。
尚、高濃度液として調整する場合には、例えば、使用時の5倍〜100倍、好ましくは20倍〜60倍、より好ましくは21倍〜41倍に希釈する程度の濃度に調整することが挙げられる。
本実施形態の研磨方法は、前記中間研磨工程の後に前記半導体基板を仕上げ研磨する最終研磨工程を備える。
最終研磨工程では、前記中間研磨工程を実施した後に半導体基板表面に残存する、高さが3nm未満の比較的小さい微小な欠陥を除去しつつ、ヘイズ等のない、高い平坦性を有する基板に研磨する。
本実施例では、中間研磨工程において使用する研磨用組成物を用いて研磨試験を行った。
下記表1に示す異なる分子量(50万、100万)のヒドロキシエチルセルロースを準備した。
尚、ヒドロキシエチルセルロースの分子量は以下の方法で測定した分子量である。
分子量は、以下のように測定して得られた重量平均分子量の値である。
測定装置として、GFC装置(日本分光社製:PU−2085plus型システム)を用い、カラムはShodex社製 AsahipakGF−710HQとGF−310HQを2本直列に連結し用い、溶離液に0.7%塩化ナトリウム水溶液を用いて測定した。
各研磨用組成物を水で41倍に希釈して、被研磨物としてのシリコン製ウェーハ(12インチ)を下記研磨条件で研磨を行い、研磨後の表面欠陥を以下の方法で測定した結果を表1に示した。
研磨装置:SPP800S(岡本工作機械社製)
研磨パッド:POLYPAS 24T(フジボウ愛媛株式会社製)
定盤速度:40rpm
研磨荷重:120gf/cm2
流量:0.6L/min
被研磨物:12inch Silicon wafer
研磨時間:300sec
表面欠陥(Defect)は、前記研磨条件で研磨した後のウェーハをアンモニア/過酸化水素混合液で洗浄した後に、測定装置(MAGICS M5640(レーザーテック社製)を用いて測定(エッジエクスクルージョン EE:5mm,Slice level:D37mV)を行った。
MAGICSで測定された欠陥の座標を元に測定装置AFM SAP465 (セイコーインスツル株式会社製)を用いて欠陥の測定を行った。
前記2種類の測定結果から、表面欠陥を以下方法でA〜Fタイプに分類し、図1に示すグラフに各表面欠陥の割合を示した。表1には各タイプの割合を%で示した。
MAGICSレビュー画像の分類方法は、レビュー画像の欠陥部分が、画像の左から右に向かって変化する白黒の色の部分の順序によって以下のようなA〜Fタイプに分類した。尚、MAGICSのレビュー画像の分析にはバンドパスフィルタを使用した。
MAGICSレビュー画像上では、バンドパスフィルタの影響で、欠陥が非常に小さい(低い)場合には、白→黒→白あるいは黒→白→黒というように、3回色が変化する。白→黒→白、黒→白→黒のいずれか高さが低い欠陥かはAFMで分析する。
Aタイプ:白黒白 且つスクラッチ状の像
Bタイプ:白黒白
Cタイプ:黒白黒
Dタイプ:白黒
Eタイプ:黒白
Fタイプ:黒
各タイプの欠陥をAFMで測定すると欠陥の寸法は以下のような範囲になった。
すなわち、欠陥を以下のようなA〜Fに分類した。
Aタイプ:高さ3nm未満、幅50−200nm、長さ200μm以上
Bタイプ:高さ3nm未満、幅150−350nm
Cタイプ:高さ3nm以上10nm未満、幅50−70nm
Dタイプ:高さ10nm以上30nm以下、幅70−250nm
Eタイプ:高さ10nm以上50nm以下、幅100−300nm
Fタイプ:高さ50nm超、幅150nm超
尚、Aタイプはキズ状の長さ成分を持つ欠陥であり、B〜Fは点または不定形の欠陥である。
各研磨組用成物及びこれらの41倍希釈液の液温度25℃の時のpHを、pHメーター(堀場製作所社製)を用いて測定した。
各研磨用組成物を41倍に水で希釈し、1.5mgサンプルとして採取し、遠心分離機 MCD−2000(アズワン社製)で14000rpm/10min遠心分離した。その後沈殿物と上澄みに分離し、該上澄み液を取り出し、該上澄み液及び各研磨用組成物のTOC(全有機炭素;Total Organic Carbon)量を、測定装置 Siervers900(GE社製)で測定した。測定結果から、下記式1により、各研磨用組成物の吸着ヒドロキシエチルセルロースの割合を算出した結果を表1に示す。
吸着ヒドロキシエチルセルロースの割合(%)=(研磨用組成物のTOC−上澄みのTOC)/研磨用組成物のTOC×100・・・(式1)
各研磨用組成物の41倍希釈液中の砥粒(クラスター)の粒子径を測定した。
測定装置は、ゼータ電位・粒径測定システム ELSZ−2(大塚電子社製)を用いて粒子径を測定した。結果を表1に示す。
Claims (5)
- 半導体基板の表面において高さ3nm未満の表面欠陥数が全表面欠陥数の45%以上になるように研磨する中間研磨工程と、
前記中間研磨工程の後に前記半導体基板を仕上げ研磨する最終研磨工程とを備える半導体基板の研磨方法。 - 前記中間研磨工程において、
ヒドロキシエチルセルロースと水と砥粒とを含む研磨用組成物であって、
前記ヒドロキシエチルセルロースは分子量が50万以上150万以下であって、
前記砥粒に対する前記ヒドロキシエチルセルロースの質量比が0.0075以上0.025以下である研磨用組成物を用いて研磨する請求項1に記載の半導体基板の研磨方法。 - 前記中間研磨工程において、
ヒドロキシエチルセルロースと水と砥粒とを含む研磨用組成物であって、
前記ヒドロキシエチルセルロースは分子量が50万以上150万以下であって、
砥粒に吸着されているヒドロキシエチルセルロースの割合が45%以上90%以下である研磨用組成物を用いて研磨する請求項1に記載の半導体基板の研磨方法。 - 前記中間研磨工程の前に、半導体基板の両面を研磨する両面研磨工程を備える請求項1乃至3のいずれか一項に記載の半導体基板の研磨方法。
- 前記最終研磨工程において、
ヒドロキシエチルセルロースと水と砥粒とを含み、
前記ヒドロキシエチルセルロースは分子量が30万以上120万以下である研磨用組成物を用いて研磨する請求項1乃至4のいずれか一項に記載の半導体基板の研磨方法。
Priority Applications (9)
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