JP2018049980A

JP2018049980A - 半導体装置の製造方法

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Publication number: JP2018049980A
Application number: JP2016185443A
Authority: JP
Inventors: 貴彦三井; Takahiko Mitsui; 翼坂東; Tsubasa Bando
Original assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Current assignee: Okamoto Machine Tool Works Ltd
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2016-09-23
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-23
Also published as: JP6796978B2

Abstract

【課題】研磨レートが高く且つ好適な親水性が得られる研磨方法を具備する生産性に優れる半導体装置の製造方法を提供する【解決手段】研磨液を供給しながら研磨パッド２５にシリコンウエハ１０を摺接させてシリコンウエハ１０の主面１１を研磨する工程において、前記研磨液は、二酸化ケイ素、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化アンモニウム、ピペラジン及びセルロース誘導体を含み、シリコンウエハ１０には、５ｋＰａから５０ｋＰａの研磨圧力が加えられることを特徴とする。これにより、シリコンウエハ１０の主面１１を高い研磨レートで研磨することができ、且つ、研磨後のシリコンウエハ１０の主面１１には、好適な親水性が得られる。よって、研磨時間を短縮することができ、且つ、研磨工程後の親水化処理のみを目的とするリンス工程を省略することができ、半導体装置の生産性を高めることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に、シリコンウエハの研磨方法を改良した半導体装置の製造方法に関する。

従来、半導体装置の製造方法において、シリコンのインゴットをスライスして形成されたシリコンウエハの表面及び裏面を平滑化するためにシリコンウエハの研磨が行われている。また、シリコンウエハの表面に回路が形成された後、その回路が形成されたシリコンウエハの裏面を研削して研磨することも知られている。

この種のシリコンウエハを研磨する研磨工程では、シリコンウエハの主面に研磨パッドが摺接され、その摺接箇所に研磨液（研磨スラリ）が供給される。通常、研磨工程は、研磨液を変更して粗研磨から精研磨へと複数回実行され、各回の研磨工程の後には、純水等の洗浄液を供給してシリコンウエハの主面等から研磨液や研磨屑等を除去するリンス工程が実行される。リンス工程では、洗浄液として親水剤等が用いられ、シリコンウエハの研磨された主面の親水性が高められる（例えば、特許文献１、特許文献２）。

上記のようにシリコンウエハの主面の親水性が高められることにより、シリコンウエハの主面に研磨屑等が付着し難くなり、研磨屑等の排出が良好になる。これにより、研削屑等がシリコンウエハの主面に残留することに起因する半導体装置の品質の低下等を防止することができる。

なお、例えば、特許文献２に開示されているように、洗浄液として純水のみを供給して研磨液等を除去した後に、親水剤等を供給して親水化処理を行うというように、洗浄液を変えてリンス工程を複数回実行することも一般に行われている。

特開平１１−２８５９６７号公報特開２０１６−１７０５号公報

一般的に、半導体装置の生産性を高めるために、半導体装置を製造する各工程の時間を短縮することが求められる。シリコンウエハの研磨工程においては、単位時間当たりのシリコンウエハの研磨量である研磨レートを高めて研磨時間を短縮することが求められている。

また、上述の通り、半導体装置の品質を向上させるためには、シリコンウエハの主面に研磨屑等が付着、残留しないように、シリコンウエハの主面は、親水性に優れ、濡れ易い方が望ましい。

しかしながら、従来技術の半導体装置の製造方法では、研磨レートが高く且つシリコンウエハの主面を好適に親水化処理できる研磨方法が無かった。具体的には、比較的高い研磨レート、例えば、０．３μｍ／分から０．５μｍ／分程度、で研磨する粗研磨工程では、シリコンウエハの主面に親水性を付与することができなかった。
他方、シリコンウエハに親水化処理を施すリンス工程では、研磨レートが低く、その研磨レートは、例えば、０．０１μｍ／分程度若しくはそれ以下であった。

また、従来、リンス工程等で用いられる親水剤に、例えば、二酸化ケイ素等の砥粒成分を含有させた、いわゆる高研磨レートの親水剤（研磨液若しくは研磨剤と呼ばれることもある。）がある。しかし、このような高研磨レートと称される親水剤は、粗研磨工程の後に実行される精研磨工程で用いられるものであり、その研磨レートは、例えば、約０．０３μｍ／分から０．０４μｍ／分であり、粗研磨工程の研磨レートと比べると遥かに低かった。

このように、従来、研磨レートが高く且つ好適な親水性が得られる研磨方法が無かったので、上述の通り、研磨レートの高い研磨工程を実行した後に、シリコンウエハの主面に親水性を施すためのリンス工程を別途実行する必要があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、研磨レートが高く且つ好適な親水性が得られる研磨方法を具備する生産性に優れる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の半導体装置の製造方法は、研磨液を供給しながら研磨パッドにシリコンウエハを摺接させて前記シリコンウエハの主面を研磨する工程において、前記研磨液は、二酸化ケイ素、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化アンモニウム、ピペラジン及びセルロース誘導体を含み、前記シリコンウエハには、５ｋＰａから５０ｋＰａの研磨圧力が加えられることを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、研磨液を供給しながら研磨パッドにシリコンウエハを摺接させて前記シリコンウエハの主面を研磨する工程において、前記研磨液は、二酸化ケイ素、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化アンモニウム、ピペラジン及びセルロース誘導体を含み、前記シリコンウエハには、５ｋＰａから５０ｋＰａの研磨圧力が加えられる。これにより、シリコンウエハの主面を、例えば、０．３μｍ／分から０．５μｍ／分程度の高い研磨レートで研磨することができ、且つ、研磨後のシリコンウエハの主面には、好適な親水性が得られる。

即ち、本発明によれは、従来技術の親水化処理のみを目的とするリンス工程と比べて約３０倍以上の研磨レートが得られる。また、従来の高研磨レートと称される親水剤を用いた研磨と比較しても、約１０倍以上の高い研磨レートが達成される。よって、シリコンウエハの研磨時間を短縮することができ、且つ、研磨工程の後に親水化処理のみを目的とするリンス工程を行う必要がなくなり、半導体装置の生産性を高めることができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記研磨液は、二酸化ケイ素を０．５質量％から２質量％、水酸化テトラメチルアンモニウムを０．０２質量％から０．１質量％、水酸化アンモニウムを０．００１質量％から０．０２質量％、ピペラジンを０．１質量％から０．６質量％、セルロース誘導体を０．０１質量％から０．２質量％、含んでも良い。このような組成の研磨液を上記の研磨条件下で用いることにより、高い研磨レートと好適な親水性が得られる。

また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記研磨パッドは、周速度１．２ｍ／秒から４．２ｍ／秒で回転駆動され、前記シリコンウエハは、周速度０．３ｍ／秒から１．１ｍ／秒で回転駆動されても良い。このような研磨条件の組み合わせにより、高い研磨レートでシリコンウエハの主面を研磨して主面の表面粗さを好適にすることができ、且つ、シリコンウエハの主面に優れた親水性を付与することができる。

また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、前記研磨パッドとして不織布が用いられても良い。不織布の研磨パッドを上記の研磨条件下で用いることにより、研磨レートを低下させない好適な研磨が可能となり、且つ、シリコンウエハの主面に優れた親水性が得られる。

本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法における製造工程を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法で用いられる研磨装置の概略構成を示す正面図である。本発明の実施例及び比較例による試験結果を示す図であり、（Ａ）はセルロース誘導体の含有量と研磨レートの関係を示すグラフであり、（Ｂ）は水酸化アンモニウムの含有量と研磨レートの関係を示すグラフである。本発明の実施例及び比較例による試験結果を示す表である。

以下、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を図面に基づき詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示すフローチャートである。図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、スライシング工程Ｓ１０と、ラッピング工程Ｓ２０と、エッチング工程Ｓ３０と、１次ポリッシング工程Ｓ４０と、洗浄工程Ｓ５０と、２次ポリッシング工程Ｓ６０と、洗浄工程Ｓ７０と、を具備する。

本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、特に、シリコンウエハ１０（図２参照）の主面１１（図２参照）を研磨する研磨工程としての１次ポリッシング工程Ｓ４０に特徴を有するものである。以下、１次ポリッシング工程Ｓ４０の前に行われるスライシング工程Ｓ１０から１次ポリッシング工程Ｓ４０の後に行われる洗浄工程Ｓ７０までの各工程について順番に説明する。

先ず、スライシング工程Ｓ１０では、前工程において形成された略円柱状の単結晶シリコンインゴットがダイヤモンドブレード等によって切断されて、厚さ約１ｍｍの略円板状のシリコンウエハ１０が形成される。

次に、ラッピング工程Ｓ２０では、スライシング工程Ｓ１０で切断されたシリコンウエハ１０の両主面が、例えば、アルミナ研磨剤等のラップ剤を用いたラッピング加工によって粗研磨される。これにより、シリコンウエハ１０の主面１１である表面及び裏面が平行になるよう整えられ、シリコンウエハ１０が所定の厚さに加工される。

そして次に、エッチング工程Ｓ３０では、溶液やガス等を用いて、シリコンウエハ１０の主面１１がエッチングされる。これにより、シリコンウエハ１０の主面１１に形成された凹凸が減り、シリコンウエハ１０の主面１１が平坦化される。

次に、１次ポリッシング工程Ｓ４０では、例えば、後述する研磨装置２０（図２参照）を用いて、シリコンウエハ１０の主面１１が粗研磨されると共に親水化処理される。詳細については後述する。

次に、洗浄工程Ｓ５０では、純水等の洗浄液を用いてシリコンウエハ１０の主面１１が洗浄され、１次ポリッシング工程Ｓ４０等でシリコンウエハ１０に付着した研磨屑等が洗い流される。

次に、２次ポリッシング工程Ｓ６０では、１次ポリッシング工程Ｓ６０と同様に、例えば、研磨装置２０等を用いて、シリコンウエハ１０の主面１１が精研磨されて、鏡面状に仕上げられる。

次に、洗浄工程Ｓ７０では、洗浄工程Ｓ５０と同様に、純水等の洗浄液を用いてシリコンウエハ１０の主面１１が洗浄され、２次ポリッシング工程Ｓ６０等でシリコンウエハ１０に付着した研磨屑等が洗い流される。

洗浄工程Ｓ７０で洗浄されたシリコンウエハ１０について、その後、シリコンウエハ検査工程、酸化工程、フォトレジスト塗装工程、回路パターン形成工程、エッチング工程、酸化工程、拡散工程、化学気相蒸着（ＣＶＤ）工程、イオン注入工程、化学的機械研磨（ＣＭＰ）工程、バックグラインド工程、バックポリッシング工程、電極形成工程、ダイシング工程、チップマウンティング工程、ワイヤーボンディング工程、モールド工程、トリミング工程、検査工程等の各種後工程が必要に応じて実行され、これにより、半導体装置が完成する。

なお、前述の通り、本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、高い研磨レートで親水化処理が可能な１次ポリッシング工程Ｓ４０に特徴を有する。前述した１次ポリッシング工程Ｓ４０の前に行われるスライシング工程Ｓ１０からエッチング工程Ｓ３０までの各工程、及び１次ポリッシング工程Ｓ４０の後に行われる洗浄工程Ｓ５０から洗浄工程Ｓ７０までの各工程については、加工対象である半導体装置に応じて、他の公知の方法に置き換えられても良いし、省略されても良い。

また、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、表面に回路が形成されたシリコンウエハ１０の裏面を研磨するバックポリッシング工程においても、１次ポリッシング工程Ｓ４０と同等の研磨方法によってシリコンウエハ１０を研磨することができる。即ち、シリコンウエハ１０の表面に回路が形成された後、バックグラインド工程でシリコンウエハ１０の回路が形成されていない裏面が研削される。その後に、１次ポリッシング工程Ｓ４０と同等の研磨方法によるバックポリッシング工程において、シリコンウエハ１０の裏面を高い研磨レートで研磨することができ、且つ、シリコンウエハの裏面に親水性を付与することができる。

次に、図２を参照して、１次ポリッシング工程Ｓ４０で用いられる研磨装置２０について詳細に説明する。
図２は、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法で用いられる研磨装置２０の概略構成を示す正面図である。研磨装置２０は、１次ポリッシング工程Ｓ４０でシリコンウエハ１０の主面１１を研磨するために用いられる装置である。

図２に示すように、研磨装置２０は、シリコンウエハ１０を固定するヘッド２１と、シリコンウエハ１０を研磨する研磨パッド２５と、研磨液を供給する研磨液供給ノズル２６と、を有する。

研磨装置２０は、ヘッド２１及び研磨パッド２５によってシリコンウエハ１０を上下方向から挟み込んだ状態で、ヘッド２１及び研磨パッド２５を回転させてシリコンウエハ１０を研磨するものである。この時、シリコンウエハ１０と研磨パッド２５とが摺接される部分には、研磨液供給ノズル２６から研磨液が供給される。

ヘッド２１は、回転軸２２に取り付けられ、シリコンウエハ１０を押さえて回転駆動させるものである。ヘッド２１の下部には、シリコンウエハ１０を吸着して固定する吸着パッド２７が設けられる。吸着パッド２７としては、例えば、合成樹脂板、酸化アルミナ板、セラミックス板及びステンレス板等が用いられ、シリコンウエハ１０を吸着可能に表面加工された各種バッキングパッドや、多数の小孔が形成された真空吸着式のパッド等でも良い。

ヘッド２１の上部に接続される回転軸２２は、例えば、モータ等の図示しない駆動装置に接続される。そして、該駆動装置によって、回転軸２２及びヘッド２１が回転駆動される。これにより、シリコンウエハ１０が所定の速さで回転し、シリコンウエハ１０の主面１１が研磨パッド２５に摺接される。
また、研磨装置２０は、ヘッド２１をシリコンウエハ１０の切り込み方向に送り移動させる図示しない昇降装置等を備えても良い。

また、研磨装置２０は、シリコンウエハ１０に研磨圧力を加える図示しない加圧手段を有する。ここで、研磨圧力とは、シリコンウエハ１０の切り込み方向、即ち図２に示す研磨装置２０において、ヘッド２１から下方向に加えられる圧力である。加圧手段としては、例えば、可撓性の隔壁を介してヘッド２１や吸着パッド２７を押圧する空気圧式の加圧手段が用いられても良い。これにより、シリコンウエハ１０は、加圧手段によって一定の研磨圧力が加えられた状態で、研磨されることになる。

研磨パッド２５は、シリコンウエハ１０に摺接されてシリコンウエハ１０の主面１１を研磨するものであり、回転駆動されるテーブル２４の上面に、例えば、粘着剤等によって固定される。なお、シリコンウエハ１０は、研磨される主面１１が研磨パッド２５に接するように研磨パッド２５の上面に載置される。

研磨パッド２５としては、例えば、不織布、スウェード、発泡ポリウレタン等の合成樹脂シート、その他各種研磨パッドが用いられる。なお、粗研磨に好適な高い研磨レートを実現し、且つ、シリコンウエハ１０の主面に優れた親水性を付与するために、研磨パッド２５として不織布を用いることが望ましい。これにより、研磨レートを低下させずに平滑で良好な研磨面が形成される好適な研磨が可能となり、且つ、シリコンウエハ１０の主面１１に優れた親水性が得られる。

研磨パッド２５が固定されるテーブル２４の下部には、テーブル２４を支えるための回転軸２３が接続され、回転軸２３は、例えば、モータ等の図示しない駆動装置に接続される。そして、該駆動装置によって、回転軸２３、テーブル２４及び研磨パッド２５が回転駆動される。これにより、シリコンウエハ１０と研磨パッド２５とが摺接されてシリコンウエハ１０が研磨される。

なお、上記の説明では、１次ポリッシング工程Ｓ４０で用いられる研磨装置２０として、ヘッド２１にシリコンウエハ１０が取り付けられ、テーブル２４に研磨パッド２５が取り付けられる構成の例を示したが、研磨装置２０の構成はこれに限定されるものではない。例えは、１次ポリッシング工程Ｓ４０で用いられる研磨装置２０としては、テーブル２４にシリコンウエハ１０が取り付けられ、ヘッド２１に研磨パッド２５が取り付けられる構成の研磨装置でも良い。

また、例示した研磨装置２０は、１回の研磨工程でシリコンウエハ１０の一方の主面１１のみを研磨する片面研磨装置であるが、例えば、１次ポリッシング工程Ｓ４０で用いられる研磨装置としては、シリコンウエハ１０の表面及び裏面を同時に研磨することができる両面研磨装置であっても良い。

次に、図２を参照して、１次ポリッシング工程Ｓ４０における研磨条件等について詳細に説明する。
先ず、シリコンウエハ１０に加えられる研磨圧力は、５ｋＰａから５０ｋＰａであり、好ましくは、１０ｋＰａから３０ｋＰａ、更に好ましくは、１５ｋＰａから２５ｋＰａである。研磨圧力が５ｋＰａよりも低いと、高い研磨レートが得られない。他方、研磨圧力が５０ｋＰａを超えると、シリコンウエハ１０の親水性が低下してしまう。

シリコンウエハ１０の回転条件としては、シリコンウエハ１０の最外端である外周部分の周速度が、０．３ｍ／秒から１．１ｍ／秒であることが望ましい。この条件は、シリコンウエハ１０の直径が２００ｍｍであれば、ヘッド２１及びシリコンウエハ１０の回転数約３０ｒｐｍから１００ｒｐｍに相当し、シリコンウエハ１０の直径が３００ｍｍであれば、回転数約２０ｒｐｍから７０ｒｐｍに相当する。シリコンウエハ１０の周速度が０．３ｍ／秒よりも低いと、研磨レートが低下して粗研磨に適した所望の研磨レートが得られず、周速度が１．１ｍ／秒を超えると、親水性が低下してしまう。

シリコンウエハ１０の周速度として、更に好ましくは、０．４ｍ／秒から０．９ｍ／秒が良い。ヘッド２１及びシリコンウエハ１０の回転数に換算すれば、シリコンウエハ１０の直径が２００ｍｍであれば、回転数は、約４０ｒｐｍから８０ｒｐｍ、シリコンウエハ１０の直径が３００ｍｍであれば、回転数は、約２５ｒｐｍから５５ｒｐｍである。これにより、高い研磨レートで、優れた親水性を有する平滑な研磨面が得られる。

研磨パッド２５の回転条件としては、研磨パッド２５の最外端である外周部分の周速度が、１．２ｍ／秒から４．２ｍ／秒であることが望ましい。この条件は、研磨パッド２５の直径が２４０ｍｍであれば、研磨パッド２５及びテーブル２４の回転数約１００ｒｐｍから３５０ｒｐｍに相当し、研磨パッド２５の直径が８００ｍｍであれば、回転数約３０ｒｐｍから１００ｒｐｍに相当する。研磨パッド２５の周速度が１．２ｍ／秒よりも低いと、研磨レートが低下して粗研磨に適した所望の研磨レートが得られず、周速度が４．２ｍ／秒を超えると、親水性が低下してしまう。

研磨パッド２５の周速度として、更に好ましくは、１．６ｍ／秒から３．４ｍ／秒が良い。研磨パッド２５及びテーブル２４の回転数に換算すれば、研磨パッド２５の直径が２４０ｍｍであれば、回転数は、約１３０ｒｐｍから２７０ｒｐｍ、研磨パッド２５の直径が８００ｍｍであれば、回転数は、約４０ｒｐｍから８０ｒｐｍである。これにより、高い研磨レートと優れた親水性が得られる。

次に、研磨液供給ノズル２６から研磨面に供給される研磨液について詳細に説明する。
研磨液は、純水、二酸化ケイ素、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化アンモニウム、ピペラジン及びセルロース誘導体を含んでいる。

二酸化ケイ素は、研磨液に含まれる研磨成分であり、例えば、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、ゾルゲル法シリカ等である。研磨液に含まれる二酸化ケイ素の量は、研磨液全体の量を基準として、０．５質量％から２質量％が好ましい。二酸化ケイ素の量が０．５質量％よりも少ないと、高い研磨レートが得られず、二酸化ケイ素の量が２質量％よりも多いと、親水性が低下してしまう。
また、二酸化ケイ素の平均一次粒子径は、１５ｎｍから５０ｎｍであり、より好ましくは、２０ｎｍから４０ｎｍである。

水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化アンモニウム及びピペラジンは、研磨促進作用を有する成分である。研磨レートを高くし、且つ、好適な親水性を得る観点から、研磨液に含まれる水酸化テトラメチルアンモニウムの量は、研磨液全体の量を基準として、０．０２質量％から０．１質量％が好ましい。また、研磨液に含まれる水酸化アンモニウムの量は、研磨液全体の量を基準として、０．００１質量％から０．０２質量％であり、好ましくは、０．００２質量％から０．０１質量％、更に好ましくは、０．００３質量％から０．００６質量％である。研磨液に含まれるピペラジンの量は、研磨液全体の量を基準として、０．１質量％から０．６質量％が好ましい。

なお、研磨工程における研磨液として水酸化カリウムを含む研磨液が一般的に用いられているが、水酸化テトラメチルアンモニウムの代わりに水酸化カリウムを含有する研磨液を用いた場合には、本実施形態のような親水性を得ることはできない。

研磨液に含まれるセルロース誘導体として、例えば、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等が挙げられる。

研磨液に含まれるセルロース誘導体の量は、研磨液全体の量を基準として、０．０１質量％から０．２質量％である。セルロース誘導体の量が０．０１質量％よりも少ないと、好適な親水性が得られず、セルロース誘導体の量が０．２質量％よりも多いと、研磨レートが低下して所望の研磨レートを達成することができない。研磨レートを高くし、且つ、好適な親水性を得る観点から、好ましくは、セルロース誘導体の量は、研磨液全体の量を基準として、０．０２質量％から０．１質量％であり、更に好ましくは、０．０３質量％から０．０６質量％である。

以上説明の本実施形態によれば、上記の成分を含む研磨液を用いて、前述の研磨条件下でシリコンウエハ１０を研磨することにより、高い研磨レートと好適な親水性が得られる。具体的には、シリコンウエハ１０の主面１１を、例えば、０．３μｍ／分から０．５μｍ／分程度の高い研磨レートで研磨することができ、平滑で良好な研磨面を形成することができ、且つ、研磨後のシリコンウエハ１０の主面１１には、好適な親水性が得られる。

即ち、本実施形態に係る製造方法によれは、シリコンウエハ１０の主面１１の親水性が高められることにより、主面１１に研磨屑等が付着し難くなり、シリコンウエハ１０の品質を向上させることができ、且つ、従来技術の親水化処理のみを目的とするリンス工程と比べて約３０倍以上の高い研磨レートが得られる。

また、従来の高研磨レートと称される親水剤を用いた研磨と比較しても、約１０倍以上の高い研磨レートが達成される。よって、シリコンウエハ１０の研磨時間を短縮することができ、且つ、研磨工程の後に親水化処理のみを目的とするリンス工程を行う必要がなくなり、半導体装置の生産性を高めることができる。

［実施例］
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下に挙げる実施例によって何ら限定されるものではない。
以下の実施例は、成分比率の異なる複数種類の研磨液の試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を用いてシリコンウエハ１０を研磨し、研磨レート及び親水性を評価した結果の一例である。

先ず、評価用の研磨液として、二酸化ケイ素、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化アンモニウム、ピペラジン、セルロース誘導体及び溶媒となる純水を用いて、成分比率の異なる複数種類の試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を調製した。

調製された試料Ｐ１は、二酸化ケイ素を１質量％、水酸化テトラメチルアンモニウムを０．０５質量％、ピペラジンを０．２７質量％、セルロース誘導体を０．０２４質量％、水酸化アンモニウムを０．００２４質量％含有する。

試料Ｐ２は、二酸化ケイ素を１質量％、水酸化テトラメチルアンモニウムを０．０５質量％、ピペラジンを０．２７質量％、セルロース誘導体を０．０４８質量％、水酸化アンモニウムを０．００４８質量％含有する。

試料Ｐ３は、二酸化ケイ素を１質量％、水酸化テトラメチルアンモニウムを０．０５質量％、ピペラジンを０．２７質量％、セルロース誘導体を０．０９５質量％、水酸化アンモニウムを０．００９５質量％含有する。

上記のように調製された試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を研磨液として、研磨装置２０を用いてシリコンウエハ１０を研磨した。研磨したシリコンウエハ１０の寸法は、直径約２００ｍｍ、厚さ約１ｍｍである。研磨装置２０の研磨パッド２５として、直径約８００ｍｍ、厚さ約１．２７ｍｍ、硬度約８０ＡｓｋｅｒＣ、圧縮率約４．２％の不織布製の研磨パッドを用いた。

研磨パッド２５の上に、被研磨対象物となるシリコンウエハ１０を載置し、研磨液として試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の何れかを３００ｍＬ／分で供給しながら、シリコンウエハ１０を研磨した。

具体的には、ヘッド２１によってシリコンウエハ１０に２１ｋＰａの研磨圧力を加えながら、ヘッド２１及びテーブル２４をそれぞれ６０ｒｐｍで回転させて、シリコンウエハ１０を研磨パッド２５に摺接させた。この時のシリコンウエハ１０の周速度は、０．６３ｍ／秒であり、研磨パッド２５の周速度は、２．５１ｍ／秒である。

そして、研磨時間と、研磨量であるシリコンウエハ１０の厚さ減少量から、それぞれの条件における研磨レートを算出した。その結果を図３及び図４に示す。また、研磨面に純水を吹き付け、目視により親水性を評価した。その結果を図４に示す。

［比較例］
比較例として、以下に示す試料Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を調製した。
試料Ｐ１１は、水酸化アンモニウム及びセルロース誘導体を含まない研磨液である。試料Ｐ１１は、二酸化ケイ素を１質量％、水酸化テトラメチルアンモニウムを０．０５質量％、ピペラジンを０．２７質量％含有する。

試料Ｐ１２は、水酸化テトラメチルアンモニウム、ピペラジン及びセルロース誘導体を含まない研磨液である。試料Ｐ１２は、二酸化ケイ素を０．３３質量％、水酸化アンモニウムを０．０１８％含有する。

試料Ｐ１３は、二酸化ケイ素、水酸化テトラメチルアンモニウム及びピペラジンを含まない。試料Ｐ１３は、セルロース誘導体を０．０３３質量％、水酸化アンモニウムを０．００３３質量％含有する。

そして、研磨液として試料Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３を用い、上記の実施例と同様の研磨条件下で、シリコンウエハ１０を研磨して、研磨レートを算出すると共に、親水性を評価した。算出した研磨レートの結果を図３及び図４に、親水性の評価を図４に示す。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の実施例及び比較例による試験結果を示すグラフである。図３（Ａ）は、横軸に試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ１１に含まれるセルロース誘導体の量を試料全体に対する比率（質量％）で示しており、縦軸に研磨レート（μｍ／分）を示している。また、図３（Ｂ）は、横軸に試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ１１に含まれる水酸化アンモニウムの量を試料全体に対する比率（質量％）で示しており、縦軸に研磨レート（μｍ／分）を示している。
図４は、本発明の実施例及び比較例による試験結果を示す表であり、研磨レート（μｍ／分）及び親水性の評価を示している。

図３及び図４に示すように、水酸化アンモニウム及びセルロース誘導体を含まない比較例としての試料Ｐ１１を用いた研磨では、研磨レートが約０．５５μｍ／分であり、最も高い値となった。しかしながら、比較例の試料Ｐ１１を用いた研磨では、親水性が得られなかった。

水酸化アンモニウム及びセルロース誘導体を含有する試料Ｐ１を用いた研磨では、粗研磨に適した０．４μｍ／分を超える高い研磨レートが示された。また、試料Ｐ１を用いた研磨では、シリコンウエハ１０の研磨された主面１１に大変良好な親水性が得られた。

セルロース誘導体及び水酸化アンモニウムを更に多く含む試料Ｐ２を用いた研磨では、研磨レートは僅かに低下するものの、０．３μｍ／分を超える高い値が示された。また、試料Ｐ２を用いた研磨では、シリコンウエハ１０の研磨された主面１１の親水性が、試料Ｐ１を用いた研磨の結果と比較して、更に良好になることが確認された。

また、セルロース誘導体及び水酸化アンモニウムの量が更に多い試料Ｐ３を用いた研磨では、研磨レートは僅かに低下するものの、０．３μｍ／分に近い値であり、従来技術による研磨レートと比べて遥かに優れた値であることが示された。また、試料Ｐ３を用いた研磨では、試料Ｐ２を用いた研磨と同等に、シリコンウエハ１０の研磨された主面１１の親水性が大変良好であった。

なお、試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ１１の何れを用いた研磨においても、研磨後のシリコンウエハ１０の主面１１の表面粗さは、Ｒａ０．５ｎｍ程度であり、平滑で良好な研磨面が得られた。

図４に示すように、水酸化テトラメチルアンモニウム、ピペラジン及びセルロース誘導体を含まない試料Ｐ１２を用いた研磨では、シリコンウエハ１０の研磨された主面１１に親水性が得られた。しかしながら、試料Ｐ１２を用いた研磨では、研磨レートが０．０３μｍ／分であり、本発明の実施例に係る試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を用いた結果と比較すると遥かに低い。

二酸化ケイ素、水酸化テトラメチルアンモニウム及びピペラジンを含まない試料Ｐ１３を用いた研磨では、シリコンウエハ１０の厚みは殆ど減少しなかった。即ち、試料Ｐ１３では、粗研磨としての十分な研磨レートが得られなかった。また、試料Ｐ１３を用いた研磨では、シリコンウエハ１０の研磨された主面１１に良好な親水性が得られた。しかしながら、試料Ｐ１３を用いた場合の主面１１の親水性は、本発明の実施例に係る試料Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を用いた場合と比較すると、やや劣るものであった。

以上、実施例及び比較例による評価試験結果から明らかなように、本実施形態に係る半導体装置の製造方法によれば、研磨工程における研磨レートが高く、平滑で良好な研磨面を形成することができ、且つ、研磨面に優れた親水性を付与することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更実施が可能である。

１０シリコンウエハ
１１表面
２０研磨装置
２１ヘッド
２２回転軸
２３回転軸
２４テーブル
２５研磨パッド
２６研磨液供給ノズル
２７吸着パッド

Claims

研磨液を供給しながら研磨パッドにシリコンウエハを摺接させて前記シリコンウエハの主面を研磨する工程において、
前記研磨液は、二酸化ケイ素、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化アンモニウム、ピペラジン及びセルロース誘導体を含み、
前記シリコンウエハには、５ｋＰａから５０ｋＰａの研磨圧力が加えられることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記研磨液は、前記二酸化ケイ素を０．５質量％から２質量％、前記水酸化テトラメチルアンモニウムを０．０２質量％から０．１質量％、前記水酸化アンモニウムを０．００１質量％から０．０２質量％、前記ピペラジンを０．１質量％から０．６質量％、前記セルロース誘導体を０．０１質量％から０．２質量％、含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記研磨パッドは、周速度１．２ｍ／秒から４．２ｍ／秒で回転駆動され、
前記シリコンウエハは、周速度０．３ｍ／秒から１．１ｍ／秒で回転駆動されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
前記研磨パッドとして不織布が用いられることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。