JP2021106239A - シリコンウェーハの研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リテーナリングを用いたシリコンウェーハの研磨工程においてリテーナリングの表面及び表層部から溶出する金属不純物によって生じるウェーハ表層欠陥を低減すること。【解決手段】研磨ヘッド１にシリコンウェーハＷがリテーナリング３に囲われた状態で保持するとともに、研磨定盤４に貼付された研磨布５に対し、前記研磨ヘッドに保持された前記シリコンウェーハを押し当てて回転させながら、その表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法において、前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程と、前記リテーナリングに対する洗浄工程の後に、前記シリコンウェーハの研磨を行う工程と、を含む。【選択図】図３
Description
本発明は、シリコンウェーハの研磨方法に関し、特にシリコン単結晶から切り出したシリコンウェーハを研磨する際にシリコンウェーハを囲って保持するリテーナリングを用いて研磨するシリコンウェーハの研磨方法に関する。
従来、片面に鏡面を有するシリコンウェーハの製造方法としては、一般的には図５に示すフローに従う。即ち、円柱状に加工したシリコン単結晶をウェーハ状にスライスする工程（ステップＳ１）と、スライスしたウェーハの両面をラップ又は研削する工程（ステップＳ２）と、加工によって生じた歪層を除去するためにエッチングする工程（ステップＳ３）と、エッチドウェーハをワックス等のウェーハ保持具によって例えば片面枚葉研磨装置の研磨ヘッドに貼り付ける工程（ステップＳ４）と、片面枚葉研磨装置を用いてウェーハのデバイス形成面である表面の一次研磨から仕上（最終）研磨まで行う工程（ステップＳ５）と、仕上研磨されたウェーハを純水によって洗浄する工程（ステップＳ６）とを実施する。
研磨工程に用いる片面枚葉研磨装置は、図６に示すように、研磨ヘッド３１にワックスやバッキング材等のウェーハ保持具３２を介して一枚のウェーハＷを保持し、研磨定盤３３に貼付された研磨布３４にウェーハＷを押し当てて回転させながらその表面を研磨するものである。
近年では、半導体デバイスの高集積化及び高密度化に伴い、鏡面研磨後のウェーハ表面に微小な欠陥が無いことが要求されており、そのためにシリコンウェーハＷと研磨布３４との間にスラリー状の研磨剤を供給しながらシリコンウェーハ表面が鏡面化するまで研磨している。
ところで、前記のような片面枚葉研磨装置にあっては、研磨ヘッド３１にシリコンウェーハＷを保持するために、例えば図７に示されるようなシリコンウェーハＷを囲う環状のリテーナリング４０（例えば特許文献１参照）が用いられることが多い。
ところで、前記のような片面枚葉研磨装置にあっては、研磨ヘッド３１にシリコンウェーハＷを保持するために、例えば図７に示されるようなシリコンウェーハＷを囲う環状のリテーナリング４０（例えば特許文献１参照）が用いられることが多い。
図７に示すリテーナリング４０は、シリコンウェーハを囲うための環状のガイド材４１と、これが感熱テープ４２を介して接着固定されたバッキングパッド４３とからなる。
このリテーナリング４０はバッキングパッド４３において前記ガイド材４１が設けられた側とは反対側の面が研磨ヘッド３１に貼り付けられ（ガイド材４１が下側になるようにして）用いられる。
このリテーナリング４０はバッキングパッド４３において前記ガイド材４１が設けられた側とは反対側の面が研磨ヘッド３１に貼り付けられ（ガイド材４１が下側になるようにして）用いられる。
前記シリコンウェーハＷを囲って保持するリテーナリング４０は、シリコンウェーハＷとともに研磨布に押し付けられる。その結果、シリコンウェーハＷの研磨と同時に摩耗するため、定期的な交換が必要である。
交換された後の新品のリテーナリング４０は、研磨ヘッドに装着後、水による簡易的な洗浄と、立ち上げ加工とを行う。立ち上げ加工とは、ダミーワークで慣らし運転をして研磨布と研磨剤をリテーナリング４０に馴染ませる作業（ブレークインともいう）である。
このとき、リテーナリング４０（ガイド材４１）中の表面の金属不純物は立ち上げ加工とともに除去されるが、表層部の金属不純物は除去されず、リテーナリング４０（ガイド材４１）内に残留する。
その結果、シリコンウェーハＷの研磨時にリテーナリング４０（ガイド材４１）から金属不純物が溶出し、それがシリコンウェーハＷ表面に欠陥を発生させる原因となる虞があった。
交換された後の新品のリテーナリング４０は、研磨ヘッドに装着後、水による簡易的な洗浄と、立ち上げ加工とを行う。立ち上げ加工とは、ダミーワークで慣らし運転をして研磨布と研磨剤をリテーナリング４０に馴染ませる作業（ブレークインともいう）である。
このとき、リテーナリング４０（ガイド材４１）中の表面の金属不純物は立ち上げ加工とともに除去されるが、表層部の金属不純物は除去されず、リテーナリング４０（ガイド材４１）内に残留する。
その結果、シリコンウェーハＷの研磨時にリテーナリング４０（ガイド材４１）から金属不純物が溶出し、それがシリコンウェーハＷ表面に欠陥を発生させる原因となる虞があった。
前記のような事情のもと、本願発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を行い、リテーナリングの本研磨での使用前にリテーナリング（ガイド材）を所定の薬液で洗浄処理することによりリテーナリング（ガイド材）の表面及び表層部の金属不純物を除去できることを知見し本発明をするに至った。
本発明の目的は、リテーナリングを用いたシリコンウェーハの研磨工程においてリテーナリングの表面及び表層部から溶出する金属不純物によって生じるウェーハ表層欠陥を低減することのできるシリコンウェーハの研磨方法を提供することにある。
前記課題を解決するためになされた、本発明に係るシリコンウェーハの研磨方法は、研磨ヘッドにシリコンウェーハがリテーナリングに囲われた状態で保持するとともに、研磨定盤に貼付された研磨布に対し、前記研磨ヘッドに保持された前記シリコンウェーハを押し当てて回転させながら、その表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法において、前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程と、前記リテーナリングに対する洗浄工程の後に、前記シリコンウェーハの研磨を行う工程と、を含むことに特徴を有する。
尚、前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程の後、前記シリコンウェーハの研磨を行う工程の前に、慣らし運転をして研磨布と研磨剤を前記リテーナリングに馴染ませる立ち上げ加工を行う工程を含むことが望ましい。
また、前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程において、前記リテーナリングの洗浄に用いる前記アルカリ性溶液は、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ＴＭＡＨのいずれかを含む薬液であることが望ましい。
また、前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程において、前記リテーナリングの洗浄に用いる前記酸性溶液は、フッ化水素酸、硫酸、塩化水素、酢酸、硝酸のいずれかを含む薬液であることが望ましい。
また、前記リテーナリングの材質として、上記記載のアルカリ性溶液及び酸性溶液に耐えられる高分子材料であり、特に、ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ベスペルのいずれかを用いることが望ましい。
尚、前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程の後、前記シリコンウェーハの研磨を行う工程の前に、慣らし運転をして研磨布と研磨剤を前記リテーナリングに馴染ませる立ち上げ加工を行う工程を含むことが望ましい。
また、前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程において、前記リテーナリングの洗浄に用いる前記アルカリ性溶液は、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ＴＭＡＨのいずれかを含む薬液であることが望ましい。
また、前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程において、前記リテーナリングの洗浄に用いる前記酸性溶液は、フッ化水素酸、硫酸、塩化水素、酢酸、硝酸のいずれかを含む薬液であることが望ましい。
また、前記リテーナリングの材質として、上記記載のアルカリ性溶液及び酸性溶液に耐えられる高分子材料であり、特に、ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ベスペルのいずれかを用いることが望ましい。
このような方法によれば、シリコンウェーハの研磨工程において、リテーナリングは、任意の圧力が負荷されて研磨布に摺接するが、事前にアルカリ洗浄、酸洗浄を実施しているため、リテーナリング表面及び表層の金属不純物が研磨工程中に溶出する量が大幅に低減され、ウェーハ表面欠陥の発生を防止することができる。
本発明によれば、リテーナリングを用いたシリコンウェーハの研磨工程においてリテーナリングの表面及び表層部から溶出する金属不純物によって生じるウェーハ表層欠陥を低減することのできるシリコンウェーハの研磨方法を提供することができる。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のシリコンウェーハの研磨方法を適用することのできる片面枚葉研磨装置の正面図である。図２は、図１の片面枚葉研磨装置の一部拡大断面図である。
片面枚葉研磨装置１００は、図１、図２に示すように、研磨ヘッド１に取り付けられるウェーハ保持具として、内部にエアーを封入した偏平な円板状を呈し、シリコンウェーハＷをソフトチャッキングするゴムチャック２と、研磨ヘッド１の下面縁部に接着固定された環状のリテーナリング３と、研磨定盤４に貼付された発泡ウレタンからなる研磨布５とを有している。前記リテーナリング３の材質は、後述するアルカリ性溶液及び酸性溶液に耐えられる高分子材料であり、特に、ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ベスペルのいずれかを用いることが望ましい。
図１は、本発明のシリコンウェーハの研磨方法を適用することのできる片面枚葉研磨装置の正面図である。図２は、図１の片面枚葉研磨装置の一部拡大断面図である。
片面枚葉研磨装置１００は、図１、図２に示すように、研磨ヘッド１に取り付けられるウェーハ保持具として、内部にエアーを封入した偏平な円板状を呈し、シリコンウェーハＷをソフトチャッキングするゴムチャック２と、研磨ヘッド１の下面縁部に接着固定された環状のリテーナリング３と、研磨定盤４に貼付された発泡ウレタンからなる研磨布５とを有している。前記リテーナリング３の材質は、後述するアルカリ性溶液及び酸性溶液に耐えられる高分子材料であり、特に、ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ベスペルのいずれかを用いることが望ましい。
研磨ヘッド１には、ゴムチャック２及びリテーナリング３を介してシリコンウェーハＷを１枚保持し、研磨定盤４の研磨布５にシリコンウェーハＷを押し当て、研磨ヘッド１及び研磨定盤４を回転させながら研磨するようになっている。このとき、リテーナリング３は、任意の圧力を負荷して研磨布５に摺接するものである。
シリコンウェーハＷを製造する場合、先ず、図３に示すように、円柱状に加工した結晶をウェーハ状にスライスし（ステップＳＰ１）、所要の厚さとするため、スライスドウェーハの両面をラップ又は研削し（ステップＳＰ２）、しかる後、加工によって生じた歪層を除去するため、アルカリ等によってエッチングする（ステップＳＰ３）。
次いで、エッチングしたシリコンウェーハＷを、片面枚葉研磨装置１００を用いて研磨することとなるが、先ず、リテーナリング３の洗浄処理を行う（ステップＳＰ４）。この洗浄処理は、例えばガラスエポキシ樹脂により形成されたリテーナリング３を、ＳＣ１（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｃｌｅａｎｉｎｇ ｓｏｌｕｔｉｏｎ １／ＮＨ４ＯＨ：１ｗｔ％、Ｈ２Ｏ２：１ｗｔ％の混合液）に３０分間浸漬してアルカリ洗浄を行い、その後、純水でリンス洗浄する。更にＨＦ（１ｗｔ％）に３０分間浸漬して酸洗浄を行い、その後、純水によりリンス洗浄を行うものである。
尚、前記リテーナリング３の洗浄処理は、研磨ヘッド１にリテーナリング３を取り付けた状態で行ってもよいし、或いは取り付ける前に行ってもよい。
また、前記アルカリ洗浄に用いるアルカリ性溶液として、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ＴＭＡＨのいずれかを用いてよい。
また、前記酸洗浄に用いる酸性溶液として、フッ化水素酸、硫酸、塩化水素、酢酸、硝酸のいずれかを用いてもよい。
また、前記アルカリ洗浄に用いるアルカリ性溶液として、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ＴＭＡＨのいずれかを用いてよい。
また、前記酸洗浄に用いる酸性溶液として、フッ化水素酸、硫酸、塩化水素、酢酸、硝酸のいずれかを用いてもよい。
次に、洗浄したリテーナリング３を片面枚葉研磨装置１００に取り付けて、ダミーワークで慣らし運転をして、研磨布５と研磨剤をリテーナリング３に馴染ませる立ち上げ加工を行う（ステップＳＰ５）。
立ち上げ加工終了後、ゴムチャック２によりシリコンウェーハＷをソフトチャッキングしながらその表面（デバイス形成面）を一次研磨する（ステップＳＰ６）。
立ち上げ加工終了後、ゴムチャック２によりシリコンウェーハＷをソフトチャッキングしながらその表面（デバイス形成面）を一次研磨する（ステップＳＰ６）。
その後、光センサ又は静電容量センサを用いてシリコンウェーハＷの形状に関する厚さ分布を測定し（ステップＳＰ７）、厚さ分布のデータに基づいてシリコンウェーハの裏面の厚さの厚い部分を選択的にプラズマエッチングして（ステップＳＰ８）裏面を平坦化する。
また、再び片面枚葉研磨装置１００を用いてシリコンウェーハＷをソフトチャッキングしながら表面を仕上研磨してから（ステップＳＰ９）、シリコンウェーハＷを純水によって洗浄し（ステップＳＰ１０）、片面鏡面を有するシリコンウェーハを得る。
また、再び片面枚葉研磨装置１００を用いてシリコンウェーハＷをソフトチャッキングしながら表面を仕上研磨してから（ステップＳＰ９）、シリコンウェーハＷを純水によって洗浄し（ステップＳＰ１０）、片面鏡面を有するシリコンウェーハを得る。
ここで、ステップＳＰ６、ＳＰ９の研磨工程において、リテーナリング３は、任意の圧力が負荷されて研磨布５に摺接するが、事前にステップＳＰ４の洗浄工程（アルカリ洗浄、酸洗浄）を実施しているため、リテーナリング３表面及び表層の金属不純物が研磨工程中に溶出する量が大幅に低減され、ウェーハ表面欠陥の発生を防止することができる。
尚、前記実施の形態にあっては、ステップＳＰ４の洗浄工程において、アルカリ洗浄の後に酸洗浄を行うものとしたが、本発明にあっては、これに限定されるものではなく、酸洗浄の後にアルカリ洗浄を行ってもよい。
また、前記実施の形態にあっては、ステップＳＰ５の立ち上げ加工の前にリテーナリング３に対する洗浄工程（アルカリ洗浄、酸洗浄）を行うものとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、立ち上げ加工の後にリテーナリング３に対する洗浄工程（アルカリ洗浄、酸洗浄）を行い、その後、シリコンウェーハＷに対する研磨工程を実施するようにしてもよい。
また、前記リテーナリングの洗浄工程としてアルカリ洗浄、酸洗浄の両方を行うものとしたが、いずれか一方を行うようにしてもよい。
本発明に係るシリコンウェーハの研磨方法について、実施例に基づきさらに説明する。本実施例では、前記実施の形態に基づき以下の実験を行った。
実施例１では、図３に示したフローに従い、直径３００ｍｍのシリコンウェーハに対する片面鏡面研磨加工を行った。
リテーナリング３の材質はガラスエポキシ樹脂とし、リテーナリングに対する洗浄は、アルカリ洗浄としてＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ：１ｗｔ％、Ｈ２Ｏ２：１ｗｔ％の混合液）に３０分間浸漬し、その後、純水でリンス洗浄した。また、酸洗浄として、ＨＦ（１ｗｔ％）に３０分間浸漬して酸洗浄を行い、その後、純水によりリンス洗浄した。
研磨加工したシリコンウェーハに対し、その表面をレーザ散乱パーティクルカウンタ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ−３）を用いてパーティクルの数を測定した。
リテーナリング３の材質はガラスエポキシ樹脂とし、リテーナリングに対する洗浄は、アルカリ洗浄としてＳＣ１（ＮＨ４ＯＨ：１ｗｔ％、Ｈ２Ｏ２：１ｗｔ％の混合液）に３０分間浸漬し、その後、純水でリンス洗浄した。また、酸洗浄として、ＨＦ（１ｗｔ％）に３０分間浸漬して酸洗浄を行い、その後、純水によりリンス洗浄した。
研磨加工したシリコンウェーハに対し、その表面をレーザ散乱パーティクルカウンタ（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ製Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ−３）を用いてパーティクルの数を測定した。
比較例１では、リテーナリングに対するアルカリ洗浄、酸洗浄を行わずに直径３００ｍｍシリコンウェーハに対する研磨処理を実施した。その他の条件は実施例１と同じである。
実施例１と同様に研磨加工したシリコンウェーハに対し、その表面をレーザ散乱パーティクルカウンタを用いてパーティクルの数を測定した。
実施例１と同様に研磨加工したシリコンウェーハに対し、その表面をレーザ散乱パーティクルカウンタを用いてパーティクルの数を測定した。
実施例１、比較例１の結果を図４のグラフに示す。
図４のグラフにおいて横軸に実施例１、比較例１、縦軸に２６ｎｍＬＰＤ（ｃｏｕｎｔｓ／ｗｆ）を示す。尚、２６ｎｍＬＰＤとは、ウェーハ表面の粒径２６ｎｍサイズ以上の欠陥・パーティクル等のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ ＰｏｉｎｔＤｅｆｅｃｔ）数を意味する。
このＬＰＤは、リテーナリングから溶出する金属不純物によって生じるウェーハ表面の欠陥以外にも、ウェーハ表面上の付着物（ゴミ）のパーティクル、研磨加工によって発生するＰＩＤ（ＰｏｌｉｓｈｉｎｇＩｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｆｅｃｔ）の欠陥が含まれる。
このうち、付着物（ゴミ）のパーティクルやＰＩＤによるＬＰＤ数については、リテーナリングの洗浄以外の条件を同じにしている比較例１と実施例１とでは同等であると考えることができる。
図４のグラフから明らかなように実施例１ではウェーハ上のパーティクル（金属不純物）数が大幅に低減されたことが確認できた。
図４のグラフにおいて横軸に実施例１、比較例１、縦軸に２６ｎｍＬＰＤ（ｃｏｕｎｔｓ／ｗｆ）を示す。尚、２６ｎｍＬＰＤとは、ウェーハ表面の粒径２６ｎｍサイズ以上の欠陥・パーティクル等のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ ＰｏｉｎｔＤｅｆｅｃｔ）数を意味する。
このＬＰＤは、リテーナリングから溶出する金属不純物によって生じるウェーハ表面の欠陥以外にも、ウェーハ表面上の付着物（ゴミ）のパーティクル、研磨加工によって発生するＰＩＤ（ＰｏｌｉｓｈｉｎｇＩｎｄｕｃｅｄ Ｄｅｆｅｃｔ）の欠陥が含まれる。
このうち、付着物（ゴミ）のパーティクルやＰＩＤによるＬＰＤ数については、リテーナリングの洗浄以外の条件を同じにしている比較例１と実施例１とでは同等であると考えることができる。
図４のグラフから明らかなように実施例１ではウェーハ上のパーティクル（金属不純物）数が大幅に低減されたことが確認できた。
本実施例により、リテーナリングを用いたシリコンウェーハの研磨工程においてリテーナリングの表面及び表層部から溶出する金属不純物によって生じるウェーハ表層欠陥を低減することができると確認した。
１ 研磨ヘッド
２ ゴムチャック
３ リテーナリング
４ 研磨定盤
５ 研磨布
Ｗ ウェーハ
２ ゴムチャック
３ リテーナリング
４ 研磨定盤
５ 研磨布
Ｗ ウェーハ
Claims (5)
- 研磨ヘッドにシリコンウェーハがリテーナリングに囲われた状態で保持するとともに、研磨定盤に貼付された研磨布に対し、前記研磨ヘッドに保持された前記シリコンウェーハを押し当てて回転させながら、その表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法において、
前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程と、
前記リテーナリングに対する洗浄工程の後に、前記シリコンウェーハの研磨を行う工程と、を含むことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。 - 前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程の後、
前記シリコンウェーハの研磨を行う工程の前に、慣らし運転をして研磨布と研磨剤を前記リテーナリングに馴染ませる立ち上げ加工を行う工程を含むことを特徴とする請求項１に記載されたシリコンウェーハの研磨方法。 - 前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程において、
前記リテーナリングの洗浄に用いる前記アルカリ性溶液は、アンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ＴＭＡＨのいずれかを含む薬液であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載されたシリコンウェーハの研磨方法。 - 前記リテーナリングに対し、少なくともアルカリ性溶液と酸性溶液のいずれかで洗浄する工程において、
前記リテーナリングの洗浄に用いる前記酸性溶液は、フッ化水素酸、硫酸、塩化水素、酢酸、硝酸のいずれかを含む薬液であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたシリコンウェーハの研磨方法。 - 前記リテーナリングの材質は、前記アルカリ性溶液及び前記酸性溶液に耐えられる高分子材料としての、ガラスエポキシ樹脂、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＥＴ、ベスペルのいずれかを用いることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたシリコンウェーハの研磨方法。
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