JP2016051763A - シリコンウェーハの研磨方法 - Google Patents
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Abstract
Description
片面研磨工程では、両面研磨されたシリコンウェーハの片側表面の粗さを改善することを目的に行われる。具体的には、スエードのような軟質の研磨布及び微小サイズの砥粒を使用して、ナノトポグラフィーやヘイズといったシリコンウェーハ表面上の微小な面粗さ(マイクロラフネス)を低減するように片面研磨が行われる。この片面研磨工程では、研磨布の種類、研磨液中の砥粒サイズやアルカリ濃度を変更しながら、複数段階に分けて研磨処理が行われる。
ところで、両面研磨工程を経たシリコンウェーハの表層部には、両面研磨加工時のメカニカル作用により導入された加工ダメージ(歪)が残存している。このため、次の片面研磨工程において、この加工ダメージを除去するように研磨する必要がある。しかし、研磨液中に水溶性高分子が添加されていると、研磨速度(研磨レート)が大きく低下するため、加工ダメージを除去するために、多大な時間と工数がかかる問題がある。
ところが、本発明者の実験によれば、上記の粗研磨及び仕上げ研磨により作製されたシリコンウェーハは、そのウェーハ表面にエピタキシャル成長処理を施した場合、作製されたエピタキシャルシリコンウェーハの表面に45nmサイズ以下の微小LPD(Light Point Defect)が多発する問題があることが判明した。また、本発明者は、後述するように、粗研磨後にシリコンウェーハ表面にウォーターマーク欠陥が発生し、このウォーターマーク欠陥がエピタキシャルシリコンウェーハの微小LPDの発生原因であることを知見した。
本発明の目的は、片面研磨工程において、シリコンウェーハ表面へのウォーターマーク欠陥の発生を低減し得る、シリコンウェーハの研磨方法を提供することにある。
この原因調査として、表面に微小LPDを有するエピタキシャルシリコンウェーハについて、LPDのマップ観察をするとともに、LPDの実体観察を原子間力顕微鏡(Atomic Force Microscope;AFM)にて実施した。また、ウェーハ欠陥検査装置(レーザーテック社製;Magics)及びAFMを用いて実体観察を行い、LPDの欠陥分類を行った。
図1はエピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察されたLPDマップであり、エピタキシャルシリコンウェーハの表面には、微小LPDが多数点在していることがわかる。
図2はエピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察されたLPDの欠陥分類結果を示すグラフであり、SF(スタッキング・フォルト)欠陥やヒロックなどの一般的なエピタキシャル欠陥に比べて、微小な凹欠陥の個数が多いことがわかる。
図3はエピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察された微小凹欠陥のAFM像を示す図であり、図4は図3のA−B間における最表面の高低差を示す図である。図3及び図4から明らかなように、エピタキシャルシリコンウェーハの表面で観察される微小凹欠陥の実体は、外縁部がリング状に盛り上がった、直径約26μm、高さ約15nm程度のクレーター状の微小凹欠陥であった。
これらの結果から、この微小凹欠陥が微小LPDの個数レベルを決定していると推察される。
このため、シリコンウェーハ表面で観察された欠陥部位をAFMを用いて実体観察を行った。その結果を図5に示す。図6は図5のC−D間における最表面の高低差を示す図である。図5及び図6から明らかなように、エピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察された微小凹欠陥と同様に、シリコンウェーハの表面で観察される微小凹欠陥の実体は、外縁部がリング状に盛り上がった、直径約20μm、高さ約22nm程度のクレーター状の欠陥(以下、ウォーターマーク欠陥という)であることが確認された。
このシリコンウェーハ表面で観察されるウォーターマーク欠陥は、そのリング形状の中心部が外周部より薄いことから、ウォーターマーク欠陥の形成時の反応にエッチングを伴っていると推察される。すなわち、シリコンウェーハ表面で発生するウォーターマーク欠陥は、シリコンウェーハの表面上にアルカリなどの水溶液が水滴として存在し、このアルカリ成分によってウェーハの表面がエッチングされながら、空気中の酸素が水滴に入り込み、この酸素との反応で、反応塩が生成する現象により生じているものと推察される。
おそらく、片面研磨の粗研磨工程終了後のシリコンウェーハの表面に、研磨スラリー成分が含まれる水滴が残存することによって、ウォーターマーク欠陥が形成されていると考えられる。
片面研磨工程における粗研磨終了後は、シリコンウェーハの被研磨面には、粗研磨で使用した研磨スラリーが残渣として存在している。また、この被研磨面は、疎水性である。このため、図7(A)の上段に示すように、被研磨面には研磨スラリーを含む水滴が形成されている。図7(A)の下段に示すように、この水滴には、研磨スラリー起因のアルカリ成分(図では、K+、OH−と表記)が存在している。また、シリコンウェーハの表層において、水滴に接触している部分では、表層部分のシリコン(図では、Siと表記)が溶け出し、水滴中に取り込まれる。そして、粗研磨が終了し、次工程の仕上げ研磨へと至るにあたって、研磨ヘッドを上昇させた状態では、水滴には、空気中に存在する酸素(図では、O2と表記)が取り込まれる。
この空中搬送中に、水滴中のKOHにより、水滴が付着している部分の被研磨面のSiがエッチングされ、このエッチング反応によりK2SiO3やH2SiO3が生成される。また、水滴は、空中搬送中に蒸発する。このため、生成したK2SiO3やH2SiO3は、水滴が存在していた外周部に、堆積するように残留する(図7(B)の下段)。
そして、仕上げ研磨において、シリコンウェーハの被研磨面が仕上げ研磨される(図7(C)の上段)。この仕上げ研磨では、少ない取り代での研磨であるため、空中搬送中に形成されたウォーターマークは除去されず、仕上げ研磨終了後のシリコンウェーハの表面には、クレーター状のウォーターマーク欠陥が残存する(図7(C)の下段)。
なお、本発明において、ウォーターマーク欠陥は、表面欠陥検査装置(KLA−Tencor社製:Surfscan SP−2)を用いて、DICモードでシリコンウェーハの表面で観察される段差3nm以上の欠陥をAFMで実体観察を行った場合に、少なくとも、高さが約10nm、直径が約10μmの大きさを有するリング形状の欠陥と定義する。
本発明は、上述のような知見に基づいて完成されたものである。
この保護膜は、粗研磨としての第一研磨工程から、仕上げ研磨としての第二研磨工程に至るシリコンウェーハの空中搬送中に、被研磨面を空気中の酸素から保護する。また、粗研磨後は、使用した研磨液が被研磨面に残留しているが、保護膜は、この研磨液に含まれるアルカリ成分によるエッチングを抑制するエッチングストッパーとして機能する。
このように、被研磨面が空気中に曝されることを防ぐため、被研磨面と空気中の酸素との反応が抑制される。また、残留する研磨液中のアルカリ成分によって被研磨面がエッチングされることがない。このため、片面研磨工程において、粗研磨から仕上げ研磨へとシリコンウェーハを移送する空中搬送時におけるウォーターマーク欠陥の発生を低減できる。結果として、エピタキシャルシリコンウェーハを製造した後の、ウォーターマーク欠陥を起因とする微小凹欠陥を低減できる。
粗研磨の初期時は、研磨による発熱はウェーハ中心部で高く、外周部で低いことから、粗研磨を行う前のウェーハ表面に存在する自然酸化膜は、発熱性の高いウェーハの中心部に存在する自然酸化膜から先に除去され、ウェーハの外周部の自然酸化膜は遅れて除去される傾向がある。
保護膜形成工程では粗研磨用研磨布の研磨面に、水溶性高分子を含む保護膜形成溶液を供給して被研磨面に保護膜を形成していることから、粗研磨用研磨布に水溶性高分子が残留する。このため、次サイクルの第一研磨工程では、粗研磨用研磨布に水溶性高分子が残留した状態で粗研磨が行われる。この場合、水溶性高分子により、シリコンウェーハ表面の自然酸化膜の除去能が低下することになる。
したがって、水溶性高分子が残留する粗研磨用研磨布による粗研磨では、自然酸化膜の除去能が低下するため、ウェーハ表面の自然酸化膜の除去が遅れるほど、ウェーハの外周部の研磨量が抑制される。すなわち、本発明の研磨方法を適用することで、次サイクル以降の粗研磨において、シリコンウェーハのエッジロールオフ量を低減することができる。
本発明によれば、保護膜形成工程における保護膜形成溶液の水溶性高分子濃度が上記範囲内であれば、シリコンウェーハの被研磨面に、ウォーターマーク欠陥の発生を抑制することが可能な程度の膜厚で保護膜を形成できる。また、上記濃度範囲であれば、粗研磨用研磨布への水溶性高分子の残留も少なく、粗研磨に影響を与えるほどではないため、次サイクルの粗研磨においても研磨レートを極端に低下させることもない。更に、上記濃度範囲であれば、保護膜形成工程でシリコンウェーハの被研磨面に形成される保護膜の厚みは数百Å(数十nm)程度であり、次の仕上げ研磨において短時間でウェーハ表面の保護膜を除去することができる。
[ウェーハの研磨装置の構成]
図8は、本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体を表す平面図である。図9は、この一実施形態における研磨装置の一部を切り欠いた側面図である。
図8に示すように、研磨装置1は、研磨スラリーを用いてウェーハWの表面を複数段階的に研磨する装置である。具体的には、研磨装置1は、ウェーハWの粗研磨処理、この粗研磨処理よりも細かい粗さで研磨する第1仕上げ研磨処理、この第1仕上げ研磨よりも細かい粗さで研磨する第2仕上げ研磨処理を実施する装置である。また、本実施形態では、仕上げ研磨処理を第1仕上げ研磨処理及び第2仕上げ研磨処理の2段階としたが、仕上げ研磨処理を1段階で行う構成でもよい。
この研磨装置1は、図8に示すように、箱状の筐体20に設けられた研磨処理部2と、この研磨処理部2の上方に設けられたウェーハ保持回転部3と、このウェーハ保持回転部3に設けられた研磨ヘッド4とを備えている。
洗浄部21には、ウェーハWが適宜載置される。このウェーハWは、研磨ヘッド4に保持されて粗研磨部22などで研磨される。また、洗浄部21には、研磨されたウェーハWが研磨ヘッド4により載置される。このウェーハWは、外部に適宜搬送される。更に、洗浄部21では、この洗浄部21の上方に位置する研磨ヘッド4の洗浄が適宜行われる。
<粗研磨部22>
粗研磨部22は、図8及び図9に示すように、筐体20内に設けられた定盤回転駆動手段221と、この定盤回転駆動手段221の回転軸に設けられた円板状の粗研磨用定盤222と、図示しない、粗研磨用研磨液供給部と、保護膜形成溶液供給部とを備えている。
粗研磨用定盤222の上面には、粗研磨用研磨布223が設けられている。粗研磨用研磨液供給部は、粗研磨用研磨布223の研磨面に、粗研磨用研磨液を適宜供給する。保護膜形成溶液供給部は、粗研磨用研磨布223の研磨面に、保護膜形成溶液を適宜供給する。
第一仕上げ研磨部23は、定盤回転駆動手段231と、第一仕上げ研磨定盤232と、第一仕上げ研磨用研磨布233の研磨面に第一仕上げ研磨用研磨液を供給する第一仕上げ研磨用研磨液供給部と、リンス液供給部とを備える。
<第二仕上げ研磨部24>
第二仕上げ研磨部24は、定盤回転駆動手段241と、第二仕上げ研磨定盤242と、第二仕上げ研磨用研磨布243の研磨面に第二仕上げ研磨用研磨液を供給する第二仕上げ研磨用研磨液供給部と、リンス液供給部とを備える。
なお、粗研磨部22では、定盤回転駆動手段221とヘッド回転駆動手段33とにより、回転駆動手段が構成されている。また、第一仕上げ研磨部23は、定盤回転駆動手段231とヘッド回転駆動手段33との組合せ、第二仕上げ研磨部24は、定盤回転駆動手段241とヘッド回転駆動手段33との組合せにより、それぞれ回転駆動手段が構成されている。
次に、上述の研磨装置1の作用として、ウェーハWの研磨方法について説明する。
まず、支持体32を下降させ、研磨ヘッド4のウェーハチャック(図示略)で洗浄部21上のウェーハWを吸引保持する。次に、支持体32を上昇させた後、支持体32を90°回転させて、ウェーハWを保持している研磨ヘッド4を粗研磨部22の上方に位置させる。
研磨ヘッド4をヘッド回転駆動手段33で回転させながら支持体32を下降させる。そして、粗研磨用研磨布223に粗研磨用研磨液224を供給し、かつ、回転している粗研磨用研磨布223の研磨面に、研磨ヘッド4で保持しているウェーハWを接触させる。これにより、図10(A)に示すように、粗研磨用研磨液224の存在下、ウェーハWが粗研磨用研磨布223に押し付けられた状態で粗研磨が行われる。
粗研磨用研磨布223は、ベロアタイプやスエードタイプのものを採用することができ、研磨レートを高める観点からは、比較的、硬度の高いものを選択することが望ましい。
第一研磨工程は、片面研磨工程における粗研磨工程に相当し、ウェーハWの表面に形成された自然酸化膜を除去し、ウェーハWの表面部の加工ダメージを除去することを目的として実施される。研磨レートを高めるために、第一研磨工程で使用される粗研磨用研磨液224には、砥粒が含まれる。砥粒としては、コロイダルシリカ、セリア、ダイヤモンド、アルミナなどが挙げられる。
粗研磨用研磨液224は、アルカリ液を主剤とする、pH8〜pH13に調整されたアルカリ性水溶液を用いることが望ましい。アルカリ剤としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、ピペラジンが代表的なものであるが、その他、炭酸アンモニウム水溶液、その他特定アミンが添加されたアルカリ性水溶液などを例示できる。
第一研磨工程におけるその他の研磨条件としては、研磨時間、研磨ヘッド4の回転数、ウェーハWの接触圧などが挙げられるが、所望とする研磨量に応じて適宜設定すればよい。
第一研磨工程の終了後は、粗研磨用研磨液224の供給を停止する。
次いで、上記第一研磨工程に引き続いて、保護膜形成工程を実施する。この保護膜形成工程は、従来、粗研磨から仕上げ研磨へと至る際に、ウェーハWの被研磨面に発生していたウォーターマーク欠陥を抑制するために実施される。
図8に戻って、保護膜形成工程では、第一研磨工程を終えた後、粗研磨用研磨布223の研磨面とウェーハWの被研磨面とを接触させた状態で、粗研磨用研磨布223の研磨面に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液を供給する。これにより、図10(B)に示すように、ウェーハWの被研磨面に保護膜形成溶液225を接触させる。この接触によって、ウェーハWの被研磨面に保護膜W1が形成される。
そこで、保護膜形成工程は、ウェーハWの被研磨面の空気中への露出を極力避けるために、第一研磨工程を実施した研磨ステージと同一ステージとなる、粗研磨用研磨布223上で行われることが好ましい。
また、保護膜形成溶液をウェーハWの被研磨面に接触させる際、ウェーハWと研磨ステージは回転させながら接触させてもよく、停止させた状態で接触させてもよい。ウェーハWの中心部に対応する位置まで確実に保護膜形成溶液を到達させて保護膜W1を形成する観点からは、ウェーハWと研磨ステージ(粗研磨用研磨布223)とを互いに逆方向に回転させながら、保護膜形成溶液をウェーハWの被研磨面に接触させることが望ましい。また、ウェーハWを粗研磨用研磨布223に押し付けるように加圧しながらウェーハWと研磨ステージの双方を回転させた場合は、保護膜形成溶液中のアルカリ成分によるエッチング作用と、粗研磨用研磨布223によるエッチング残渣物の除去作用とにより、粗研磨後のウェーハWの被研磨面が研磨されることになる。すなわち、保護膜形成工程においては、砥粒を含まない状態でウェーハWの被研磨面の研磨が進行するため、第一研磨工程(粗研磨)において砥粒起因で生じたウェーハWの被研磨面の加工傷を除去することができ、かつ研磨後のウェーハWの被研磨面に所定の保護膜W1が形成される。
保護膜形成溶液225に含まれる水溶性高分子は、セルロース構造を持つ高分子化合物又はノニオン性高分子化合物を使用することが好ましい。セルロース構造を持つ高分子化合物としては、ヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。ノニオン性高分子化合物としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンオキシドなどが挙げられる。また、水溶性高分子は、直鎖状であって、一端が疎水基、他端が親水基のミセル状に形成されていることが好ましい。
水溶性高分子濃度は、10ppm以上30ppm以下の範囲内が好ましい。10ppm未満では、ウェーハWの被研磨面に保護膜形成溶液225を接触させても、ウェーハWの被研磨面に所望の効果が得られる程度に、保護膜W1が形成されないおそれがある。この場合、ウェーハWの被研磨面にウォーターマーク欠陥が形成されるおそれがある。
他方、30ppmを超えると、ウェーハWの被研磨面に形成される保護膜W1の厚みが厚くなり過ぎてしまい、その後に行う第二研磨工程において、保護膜W1を除去するための研磨時間が増大するおそれがある。
粗研磨直後は、粗研磨用研磨布223とウェーハWの被研磨面との間には、粗研磨用研磨液224が存在している。このため、粗研磨用研磨液224が残存しているところに保護膜形成溶液225を供給することになるが、保護膜形成溶液225に、アルカリ成分を使用しない場合、粗研磨用研磨液224と、保護膜形成溶液225とでは、大きなpH差が生じることになる。このような大きなpH差があると、粗研磨用研磨布223とウェーハWの被研磨面との間に、存在している成分が凝集し、この凝集成分によって、ウェーハWの被研磨面に傷を生じさせてしまうおそれがある。このため、保護膜形成溶液225は、例えば、アミンなどのアルカリ成分を微量添加することで、pH調整することが好ましい。この場合、保護膜形成溶液225のpHが10〜11の範囲内に調整可能であれば、特にアルカリ成分の種類は制限されない。
なお、上述の通り、保護膜形成工程では、砥粒を含まない状態でウェーハWの被研磨面の研磨を進行させることで、第一研磨工程における砥粒起因の加工傷を除去できるため、保護膜形成溶液225は、砥粒を含まないことが好ましい。
保護膜W1は、水溶性高分子が、疎水基の部分でウェーハWの被研磨面に付着することによって形成された有機膜である。
保護膜W1は、膜厚が10nm以上100nm以下の範囲内が好ましい。膜厚が上記範囲内であれば、粗研磨部22から第一仕上げ研磨部23へとウェーハWを空中搬送しても、被研磨面に、粗研磨用研磨液224を起因とするアルカリ成分や、空気中の酸素が接触することを防止できるため、これらの成分によってウェーハWの被研磨面はエッチングされない。
保護膜形成工程の終了後は、保護膜形成溶液225の供給を停止、並びに、研磨ヘッド4の回転を停止させるとともに、ウェーハWを保持させたまま研磨ヘッド4を上昇させる。そして、支持体32を上昇させた後、支持体32を90°回転させて、ウェーハWを保持している研磨ヘッド4を第一仕上げ研磨部23の上方に位置させる。
第二研磨工程は、片面研磨工程における仕上げ研磨工程に相当し、表面粗さを抑制するために実施される。
本実施形態における第二研磨工程は、第一仕上げ研磨部23による第1仕上げ研磨、及び、第二仕上げ研磨部24による第2仕上げ研磨の2段階で実施される。
図8に戻って、研磨ヘッド4をヘッド回転駆動手段33で回転させながら支持体32を下降させる。そして、第一仕上げ研磨用研磨布233に仕上げ研磨用の仕上げ研磨用研磨液を供給し、かつ、回転している第一仕上げ研磨用研磨布233の研磨面に、研磨ヘッド4で保持しているウェーハWを接触させる。これにより、ウェーハWが第一仕上げ研磨用研磨布233に押し付けられた状態での仕上げ研磨が行われる。第一仕上げ研磨用研磨布233は、ベロアタイプやスエードタイプのものを採用することができる。
また、仕上げ研磨用研磨液は、アルカリを主剤とするpH8〜pH13に調整されたアルカリ性水溶液を用いることが望ましい。アルカリ剤としては、塩基性アンモニウム塩、塩基性カリウム塩、塩基性ナトリウム塩の何れかなどが添加されたアルカリ性水溶液、又は炭酸アルカリ水溶液、或いはアミンが添加されたアルカリ性水溶液などを例示できる。更に、仕上げ研磨用研磨液には水溶性高分子が添加されている。仕上げ研磨用研磨液に使用する水溶性高分子としては、セルロース構造を持つ高分子化合物又はノニオン性高分子化合物が望ましい。具体的には、セルロース構造を持つ高分子化合物としては、例えば、ヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。また、ノニオン性高分子化合物としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンオキシドなどが挙げられる。
第一仕上げ研磨部23による第1仕上げ研磨の終了後は、研磨ヘッド4の回転を停止させるとともに、ウェーハWを保持させたまま研磨ヘッド4を上昇させる。そして、支持体32を上昇させた後、支持体32を90°回転させて、ウェーハWを保持している研磨ヘッド4を第二仕上げ研磨部24の上方に位置させる。
上記のように、第二研磨工程を実施することで、ヘイズレベルのマイクロラフネスが形成される。
最後に、第二仕上げ研磨部24による第2仕上げ研磨の終了後は、支持体32を上昇させた後、支持体32を90°回転させて、ウェーハWを保持している研磨ヘッド4を洗浄部21の上方に位置させる。そして、支持体32を下降させ、研磨ヘッド4のウェーハチャックによる吸引保持を解除し、洗浄部21上にウェーハWを戻す。
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)第一研磨工程に引き続いて実施する保護膜形成工程において、ウェーハWの被研磨面に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液225を接触させ、被研磨面に保護膜W1を形成する。
このため、保護膜W1が、被研磨面が空気中に曝されることを防ぐため、被研磨面と空気中の酸素との反応が抑制される。また、残留する研磨液中のアルカリ成分によって被研磨面がエッチングされることがない。したがって、片面研磨工程において、粗研磨から仕上げ研磨へとウェーハWを移送する空中搬送時におけるウォーターマーク欠陥の発生が低減される。結果として、エピタキシャルシリコンウェーハを製造した後の、ウォーターマーク欠陥を起因とする微小凹欠陥が低減される。
(3)保護膜形成溶液225の水溶性高分子濃度が10ppm以上30ppm以下である。このため、ウェーハWの被研磨面に、ウォーターマーク欠陥の発生を抑制することが可能な程度の膜厚で、保護膜W1が形成される。また、上記濃度範囲であれば、粗研磨用研磨布223への水溶性高分子の残留も少なく、粗研磨に影響を与えるほどではないため、次サイクルの粗研磨においても研磨レートを極端に低下させることもない。
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。
すなわち、本実施形態では、保護膜形成工程において、保護膜形成溶液225をウェーハWの被研磨面に接触させることで、保護膜W1を形成することとしたが、保護膜形成溶液供給部から保護膜形成溶液225を供給しながら、ウェーハWを研磨してもよい。
また、第一研磨工程と保護膜形成工程との間に、或いは、保護膜形成工程と第二研磨工程との間に、純水リンス洗浄を施してもよい。この純水リンス洗浄は、研磨装置1の粗研磨部22に純水リンス液供給部を設け、純水リンス液供給部から、粗研磨用研磨布223の研磨面に、ウェーハWの被研磨面をリンスするためのリンス液を適宜供給することで実施される。
更に、第二研磨工程を、第一仕上げ研磨部23による第1仕上げ研磨、及び、第二仕上げ研磨部24による第2仕上げ研磨の2段階による実施を説明したが、第二研磨工程を1段階で実施してもよい。
<実施例1>
先ず、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のシリコンウェーハを用意した。次に、図8に示す研磨装置1を用い、洗浄後のシリコンウェーハに対して、以下の片面研磨工程を行った。
実施例1における片面研磨工程は、粗研磨としての第一研磨工程、保護膜形成工程、仕上げ研磨としての第二研磨工程を順次行った。使用した粗研磨用研磨液及び保護膜形成溶液を下記表1に示す。
<実施例2>
下記表1に示すように、実施例1の保護膜形成工程で使用した保護膜形成溶液のアルカリ種をアミンに変更し、添加する水溶性高分子ポリマーをHEC(ヒドロキシエチルセルロース)にPEG(ポリエチレングリコール)を添加した以外は、実施例1と同じ条件で各工程の処理を行った。
<比較例1>
実施例1で実施した保護膜形成工程を行わず、第一研磨工程後にリンス洗浄を実施した以外は、実施例1と同じ条件で各工程の処理を行った。
エピタキシャルシリコンウェーハのLPD及び数LPDのマップ観察は、表面欠陥検査装置(KLA−Tencor社製:Surfscan SP−2)を用い、DICモードでウェーハの表面を観察することで求めた。
また、シリコンウェーハの表面粗さRaは、表面粗さ計(Chapman社製)により測定した。
図11に、実施例1,2及び比較例1のエピタキシャルシリコンウェーハの表面における微小LPD数を示す。図12に、実施例1,2及び比較例1のシリコンウェーハの表面粗さRaを示す。図13〜図15に、実施例1,2、比較例1のエピタキシャルシリコンウェーハの表面における、LPDマップを示す。
また、実施例1,2で比較すると、実施例2が微小LPD数、表面粗さRaともに低減されており、ポリマー濃度が高い保護膜形成溶液を用いることで、より保護能力が高い保護膜が形成されたことによるものと推察される。
図13〜図15から、エピタキシャルシリコンウェーハ表面のLPD実体観察結果では、比較例1に比べて、実施例1,2では、微小LPD数が低減されていることが確認された。これは、ウォーターマーク欠陥に由来する微小凹欠陥が減少したことによるものと推察される。
また、実施例1,2を比べると、実施例2は微小LPD数が少なく、ウォーターマーク欠陥を十分に抑制できているものと推察される。
これらの結果から、実施例2で使用した保護膜形成溶液は、水溶性高分子ポリマーとしてPEGが含有されており、このポリマーにより形成された保護膜のパシベーション効果、エッチングストッパー効果が高いものと推察される。
エピタキシャル成長処理を行わず、保護膜形成工程において、水溶性高分子ポリマーとしてPEGのみが含まれる保護膜形成溶液を用い、保護膜形成溶液中のPEG濃度を調整した以外は、実施例2と同様にしてシリコンウェーハを製造した。調整したポリマー濃度は、0ppm、5ppm、10ppm、20ppm、30ppm、50ppm及び100ppmとした。
得られたシリコンウェーハについて、ウォーターマークの発生数、研磨レート、エッジ形状及びエッジ付近のウェーハ表面形状を計測した(エッジロールオフ;ERO)。
図16にその結果を示す。なお、図16の縦軸に示す指標値は、PEG濃度が0ppm、即ちPEGが含まれていない溶液を用いたときの結果に対する相対値である。
一方で、保護膜形成溶液のポリマー濃度が高くなるほど研磨レートが低下する結果となった。これは、ポリマー濃度が高いとポリマーが研磨布に残留してしまい、次サイクルにおける粗研磨において研磨レートが低下してしまうためと推察される。
これらの結果から、保護膜形成溶液のポリマー濃度は、ウォーターマークの発生数が低く、かつ、研磨レートが高い、10ppm以上30ppm以下の範囲が最適であることが判った。
なお、保護膜形成溶液のポリマー濃度が高くなるほど、エッジロールオフが低下する結果が得られた。これは、研磨布に残留したポリマーが次サイクルの粗研磨においてシリコンウェーハに作用し、自然酸化膜の除去を遅延させることで、エッジロールオフが抑制されるものと推察される。上記最適としたポリマー濃度範囲においても、エッジロールオフを抑制できており、第一研磨工程に引き続いて、保護膜形成工程を実施し、被研磨面に保護膜を形成することでエッジロールオフを抑制する、更なる効果が得られることが確認された。
Claims (3)
- 水溶性高分子を含まず、かつ砥粒を含むアルカリ性水溶液を主剤とする研磨液を研磨布に供給しながら、シリコンウェーハの片側表面を研磨する第一研磨工程と、
前記第一研磨工程に引き続いて、
前記第一研磨工程を終えた後の前記研磨布に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液を供給して、前記シリコンウェーハの前記第一研磨工程で研磨された被研磨面に前記保護膜形成溶液を接触させ、前記被研磨面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
水溶性高分子を含み、かつ砥粒を含むアルカリ性水溶液を主剤とする研磨液を前記第一研磨工程で使用した研磨布とは異なる研磨布に供給しながら、前記シリコンウェーハの前記保護膜形成工程で形成された保護膜の形成面を研磨する第二研磨工程と
を備えたことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。 - 請求項1に記載のシリコンウェーハの研磨方法において、
前記保護膜形成溶液の水溶性高分子濃度が10ppm以上30ppm以下である
ことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のシリコンウェーハの研磨方法において、
前記保護膜形成溶液に使用される水溶性高分子が、セルロース構造を持つ高分子化合物又はノニオン性高分子化合物である
ことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。
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