JP2022184372A - 両面研磨方法及び両面研磨シリコンウェーハ - Google Patents
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Abstract
【課題】裏面が粗化された両面研磨ウェーハが得られる両面研磨方法、及び裏面が粗化された両面研磨シリコンウェーハを提供すること。【解決手段】（動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを使用した第１研磨をウェーハに対して行い、前記第１研磨後に、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨を前記ウェーハに対して行うことを特徴とする両面研磨方法。【選択図】図２
Description
本発明は、ウェーハの両面研磨方法及び両面研磨シリコンウェーハに関する。
現在行われている研磨では、可能な限り凹凸のないような精密な面を作り出すために部材や研磨条件などが模索されている。そのため、出来上がるウェーハ面のＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）粗さ（原子間力顕微鏡解析により得られる粗さ）Ｒａも０．１ｎｍ以下といったように粗さは小さいことがほとんどであり、ウェーハ表裏共にフラットな面となりやすい。過去には、特許文献１のようにスラリー中の会合型コロイダルシリカの会合度を調整することで研磨レートを向上させるといった報告や、特許文献２及び３のように、砥粒の会合度を例えば１．０以上５．０未満として、研磨レートを向上させながら砥粒形状起因の表面粗さを良好にするといった報告もある。
特許文献４には、片面研磨において、第１（粗）研磨工程において発生する、ウォーターマーク欠陥を、その後の第２（仕上げ）研磨工程にて、水溶性高分子を仕上げスラリーに添加し、仕上げ研磨布で研磨することにより、保護膜を形成し、且つウェーターマーク欠陥を低減する方法が記載されている。
近年の顧客ニーズとしてフォトリソグラフィ工程における真空ピンチャックに対して裏面が粗いほうがピンとウェーハとの間の摩擦を低減できるため、裏面が粗化された両面研磨ウェーハが望まれている。さらに、半導体から製造されるデバイスの高集積化の発展に伴ってウェーハの表面品質が重要視されるようになり、そのニーズの一部として粗化された両面研磨ウェーハの要求が高まっている。このように、裏面が粗化された両面研磨ウェーハの需要が高まっているのに対して、これまでの研磨方法や部材の使用では加工面を粗くする（例えば、ＡＦＭ粗さＲａを２μｍ２当たり０．２ｎｍ以上にする）ことは困難である。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、裏面が粗化された両面研磨ウェーハが得られる両面研磨方法、及び裏面が粗化された両面研磨シリコンウェーハを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、（動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを使用した第１研磨をウェーハに対して行い、
前記第１研磨後に、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨を前記ウェーハに対して行うことを特徴とする両面研磨方法を提供する。
前記第１研磨後に、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨を前記ウェーハに対して行うことを特徴とする両面研磨方法を提供する。
（動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを使用した第１研磨をウェーハに対して行うことで、裏面が粗化された両面研磨ウェーハ、例えば裏面のＡＦＭ粗さＲａが２μｍ２当たり０．３ｎｍ以上である両面研磨ウェーハを得ることができる。また、第１研磨後に、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨（以後、仕上げ研磨とも呼称する）をウェーハに対して行うことで、裏面の粗さを維持しながら、表裏面保護を達成することができる。
前記第１研磨を、ショアＡ硬度７０以上の発泡ウレタン系又は不織布系の研磨布を用いて行うことができる。
例えば第１研磨をこのような硬度の研磨布を用いて行うことができる。
また、本発明は、裏面の２μｍ２当たりのＡＦＭ粗さＲａが０．３ｎｍ以上のものであることを特徴とする両面研磨シリコンウェーハを提供する。
このような両面研磨シリコンウェーハは、両面研磨がなされていながらも、裏面が十分に粗化されたものである。このような両面研磨シリコンウェーハは、裏面が粗化された両面研磨ウェーハを望む顧客のニーズに応えることができる。本発明の両面研磨シリコンウェーハを例えばフォトリソグラフィ工程において用いることにより、真空ピンチャックのピンとウェーハとの間の摩擦を低減することができる。
以上のように、本発明の両面研磨方法であれば、裏面が粗化された両面研磨ウェーハを得ることができる。
また、本発明の両面研磨シリコンウェーハは、裏面が粗化された両面研磨ウェーハを望む顧客のニーズに応えることができる。
上述のように、裏面が粗化された両面研磨ウェーハが得られる両面研磨方法、及び裏面が粗化された両面研磨シリコンウェーハの開発が求められていた。
本発明者らは、上記課題について鋭意検討を重ねた結果、（動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを使用した研磨をウェーハに対して行い、次いで、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の仕上げ研磨をウェーハに対して行うことで、裏面が粗化された両面研磨ウェーハが得られることを見出し、本発明を完成させた。
即ち、本発明は、（動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを使用した第１研磨をウェーハに対して行い、
前記第１研磨後に、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨を前記ウェーハに対して行うことを特徴とする両面研磨方法である。
前記第１研磨後に、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨を前記ウェーハに対して行うことを特徴とする両面研磨方法である。
また、本発明は、裏面の２μｍ２当たりのＡＦＭ粗さＲａが０．３ｎｍ以上のものであることを特徴とする両面研磨シリコンウェーハである。
以下、本発明について詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（両面研磨方法）
本発明の両面研磨方法は、第１研磨及び第２研磨（仕上げ研磨）をこの順でウェーハに対して行う。以下、第１研磨及び第２研磨をそれぞれ説明する。
本発明の両面研磨方法は、第１研磨及び第２研磨（仕上げ研磨）をこの順でウェーハに対して行う。以下、第１研磨及び第２研磨をそれぞれ説明する。
なお、本発明の両面研磨方法での研磨対象のウェーハは、特に限定されないが、例えばシリコンウェーハとすることができる。
また、本発明の両面研磨方法で用いる両面研磨装置は、特に限定されない。
また、本発明の両面研磨方法で用いる両面研磨装置は、特に限定されない。
［第１研磨］
第１研磨では、（動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを使用する。
第１研磨では、（動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを使用する。
上記会合度は、大まかに、砥粒の縦／横比を表す指標ということができる。また、走査型電子顕微鏡に加え、動的散乱法を用いることにより、実際に研磨中に使用する溶液状態の砥粒の濃度における会合度を測定することができる。
動的散乱法から得られる砥粒の粒子径分布は、散乱強度から求められる体積基準の粒子径分布である。動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径は、このようにして得られた粒子径分布から得られる体積基準の平均粒子径（モード径；砥粒径ということもできる）である。
走査型電子顕微鏡を用いて得られる砥粒の粒子径分布は、個数基準の粒子径分布であり、砥粒の一次粒子のみの粒子径分布である。走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径は、このようにして得られた粒子径分布から得られる個数基準の平均粒子径（モード径）である。
（動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを用いて第１研磨を行うことにより、詳細な理由は不明であるが、ウェーハ裏面の粗化、例えば２μｍ２当たり０．３ｎｍ以上のウェーハ裏面のＡＦＭ粗さＲａを達成することができる。
一方、上記会合度が１．０以上であると、２μｍ２当たりのウェーハ裏面のＡＦＭ粗さＲａが０．２ｎｍ以下にしかならない。
上記会合度は、０．９７以下であることが好ましい。また、上記会合度の下限は特に限定されないが、上記会合度は例えば０．９以上とすることができる。
例えば、スラリー調製時に、砥粒に塩基性化合物（例えばＫＯＨ）を加えた水溶液に界面活性剤を加え、界面活性剤の添加量を調整することにより、砥粒の会合度を調整することができる。
砥粒の材料は特に限定されないが、例えばシリカ（水ガラス、コロイダルシリカ）、ＳｉＣ等を砥粒として用いることができる。
第１研磨で用いるスラリーは、砥粒の分散媒を含むことができる。分散媒は特に限定されないが、例えば水を分散媒として用いることができる。
第１研磨で用いるスラリーのｐＨは、特に限定されないが、例えば１０以上１２以下とすることができる。
第１研磨で用いるスラリーは、塩基性化合物を更に含んでいても良い。塩基性化合物は特に限定されないが、例えば水酸化カリウム又は水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）を用いることができる。
第１研磨で用いるスラリーは、界面活性剤を更に含むこともできる。
第１研磨で用いる研磨布は、特に限定されないが、例えばショアＡ硬度７０以上の発泡ウレタン系又は不織布系の研磨布を用いることができる。
第１研磨の後、以下に説明する第２研磨の前に、両面研磨したウェーハに対して、ＳＣ－１洗浄を行っても良い。
［第２研磨（仕上げ研磨）］
第１研磨に供されたウェーハに対し、表裏面保護を目的として、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨（仕上げ研磨）を行う。
第１研磨に供されたウェーハに対し、表裏面保護を目的として、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨（仕上げ研磨）を行う。
１５秒以下の第２研磨を行うことにより、裏面のＡＦＭ粗さＲａを２μｍ２当たり０．３ｎｍ以上に維持しながら、表裏面保護を達成することができる。
また、第２研磨時間を５秒以上１５秒以下とすることにより、裏面の高い粗さを維持しながら、表裏面保護をより確実に達成することができる。
一方、１５秒を超えた第２研磨では第１研磨により得られた粗化面が正され、ＡＦＭ粗さＲａが２μｍ２当たり０．３ｎｍを下回ってしまう。
第２研磨で用いるスラリーが含有する水溶性ポリマーは、特に限定されないが、例えばＨＥＣ（ヒドロキシセルロース）、ＰＶＡ（ポリビニルアルコール）を挙げることができる。
第２研磨で用いるスラリーは、砥粒を含んでもよいし、砥粒を含まないものであってもよい。
第２研磨で用いる研磨布は、特に限定されず、仕上げ研磨で一般に用いられる研磨布を用いることができる。
第２研磨後、両面研磨ウェーハを得ることができる。この両面研磨ウェーハは、両面研磨がなされたものでありながら、裏面が十分に粗化されており、具体的には２μｍ２当たり０．３ｎｍ以上のＡＦＭ粗さＲａを示すことができる。更には、両面研磨ウェーハの表裏面上に保護膜が形成されている。
なお、本発明の両面研磨方法によれば、両面研磨ウェーハの裏面に対して反対側の表面も粗化される。この表面に対しては、所望の表面粗さを達成するために、片面研磨などを行っても良い。
（両面研磨シリコンウェーハ）
図１は、本発明の両面研磨シリコンウェーハの一例を示す概略断面図である。
図１は、本発明の両面研磨シリコンウェーハの一例を示す概略断面図である。
両面研磨シリコンウェーハ１は、表面２と、その反対側の裏面３とを有する。両面研磨シリコンウェーハ１の裏面３の２μｍ２当たりのＡＦＭ粗さＲａは、０．３ｎｍ以上である。
本発明の両面研磨シリコンウェーハ１は、例えば本発明の両面研磨方法によって得ることができる。
本発明の両面研磨方法によって得られる両面研磨シリコンウェーハ１の表面２の２μｍ２当たりのＡＦＭ粗さＲａは、裏面３と同様に、０．３ｎｍ以上であり得る。先に述べたように、表面２に対しては、所望の表面粗さを達成するために、後に片面研磨などを行っても良い。
このような両面研磨シリコンウェーハ１は、両面研磨がなされたものでありながらも、十分に粗化された裏面３を有するので、裏面が粗化された両面研磨ウェーハを望む顧客のニーズに応えることができる。本発明の両面研磨シリコンウェーハ１を例えばフォトリソグラフィ工程において用いることにより、真空ピンチャックのピンとウェーハとの間の摩擦を低減することができる。
両面研磨シリコンウェーハ１の裏面のＡＦＭ粗さＲａは、原子間力顕微鏡解析により求めることができる。
以下、実施例及び比較例を用いて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（比較例１～３、及び実施例１）
比較例１～３及び実施例１では、以下の手順でスラリーＡ～Ｄをそれぞれ調製した。
比較例１～３及び実施例１では、以下の手順でスラリーＡ～Ｄをそれぞれ調製した。
比較例１では、コロイダルシリカにＫＯＨを加えた水溶液に、界面活性剤としてポリオキシアルキレングリコール系（ＥＯ／ＰＯ系）界面活性剤をコロイダルシリカの質量１００質量部に対して５ｐｐｍ質量部の量で加えて、ｐＨ１０．５のスラリーＡを調製した。
比較例２では、比較例１と同じ界面活性剤をコロイダルシリカの質量１００質量部に対して１０ｐｐｍ質量部の量で加えたこと以外は比較例１と同様の手順で、ｐＨ１０．５のスラリーＢを調製した。
比較例３では、比較例１と同じ界面活性剤をコロイダルシリカの質量１００質量部に対して３０ｐｐｍ質量部の量で加えたこと以外は比較例１と同様の手順で、ｐＨ１０．５のスラリーＣを調製した。
実施例１では、比較例１と同じ界面活性剤をコロイダルシリカの質量１００質量部に対して５０ｐｐｍ質量部の量で加えたこと以外は比較例１と同様の手順で、ｐＨ１０．５のスラリーＤを調製した。
以下の表１に、スラリーＡ～Ｄの砥粒について、体積基準の平均粒子径、個数基準の平均実粒径、及び（体積基準の平均粒子径）／（個数基準の平均実粒径）で求められる会合度を示す。体積基準の平均粒子径は、ＢＥＣＫＭＡＮ ＣＯＵＬＴＥＲ社製のＤｅｌｓａ－ｎａｎｏを用いて、動的散乱法で測定した。個数基準の平均実粒径は、ＪＥＯＬ社製のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）を用いた観察を行って、測定した。
・実験条件
両面研磨装置には４ウェイ方式の両面研磨装置である不二越機械製ＤＳＰ－２０Ｂを用いた。研磨布にはショアＡ硬度９０の発泡ウレタンパッドを採用した。
両面研磨装置には４ウェイ方式の両面研磨装置である不二越機械製ＤＳＰ－２０Ｂを用いた。研磨布にはショアＡ硬度９０の発泡ウレタンパッドを採用した。
研磨対象としては、直径が３００ｍｍである単結晶シリコンウェーハを準備した。
比較例１～３、及び実施例１では、単結晶シリコンウェーハに対し、上記スラリーＡ～Ｄをそれぞれ用いた第１研磨を行った。
第１研磨後の各ウェーハに対しては、ＳＣ－１洗浄を条件ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１５で行った。
ＳＣ－１洗浄後の各両面研磨シリコンウェーハの裏面のＡＦＭ粗さＲａを、ＰａｒｋＳＹＳＴＥＭＳ社製のＡＦＭ Ｐａｒｋを用いて、２μｍ２で測定した。その結果を図２に示す。
・測定結果
図２の点線より上部が、ＡＦＭ粗さＲａが０．３ｎｍ以上の領域である。
図２に示すように、砥粒の会合度が１．０以上であるスラリーＡ～Ｃを用いた比較例１～３では、ウェーハ裏面のＡＦＭ粗さＲａが２μｍ２当たり０．２ｎｍ以下にしかならず、０．３ｎｍ以上の裏面の粗化を達成できなかった。
図２の点線より上部が、ＡＦＭ粗さＲａが０．３ｎｍ以上の領域である。
図２に示すように、砥粒の会合度が１．０以上であるスラリーＡ～Ｃを用いた比較例１～３では、ウェーハ裏面のＡＦＭ粗さＲａが２μｍ２当たり０．２ｎｍ以下にしかならず、０．３ｎｍ以上の裏面の粗化を達成できなかった。
一方、砥粒の会合度が１未満であるスラリーＤを用いた実施例１では、ウェーハ裏面のＡＦＭ粗さＲａが２μｍ２当たり０．３ｎｍ以上となり、裏面の粗化を達成できた。
次いで、スラリーＤを用いて上記と同じ条件で第１研磨及びＳＣ－１洗浄を行った両面研磨シリコンウェーハを複数枚準備した。
これらの両面研磨シリコンウェーハに対し、１０秒、１５秒及び２０秒の異なる時間での第２研磨（仕上げ研磨）を行った。
第２研磨では、砥粒としてシリカを含み、水溶性ポリマーとしてＨＥＣ（ヒドロキシセルロース）を含有し、更に、ｐＨ１０であるスラリーを用いた。
第２研磨後の各両面研磨シリコンウェーハの裏面のＡＦＭ粗さＲａを、ＰａｒｋＳＹＳＴＥＭＳ社製のＡＦＭ Ｐａｒｋを用いて、２μｍ２で測定した。その結果を図３に示す。
図３に示すように、１５秒以下の仕上げ研磨（第２研磨）では、裏面の２μｍ２当たりのＡＦＭ粗さＲａが０．３ｎｍ以上となり、十分な粗化を達成しつつ、保護膜の形成が可能であった。一方、１５秒を超えた第２研磨を行うと、粗化面が正され、２μｍ２当たりのＡＦＭ粗さＲａが０．３ｎｍを下回ることが分かった。
さらに、５秒以上の仕上げ研磨を行えば、保護膜をより十分に形成できることが分かった。よって、仕上げ研磨（第２研磨）のより適正な時間は、５秒以上１５秒以下である。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…両面研磨シリコンウェーハ、 ２…表面、 ３…裏面。
Claims (3)
- （動的散乱法で測定した体積基準の平均粒子径）／（走査型電子顕微鏡を用いて測定した個数基準の平均実粒径）で求められる会合度が１．０未満の砥粒のスラリーを使用した第１研磨をウェーハに対して行い、
前記第１研磨後に、水溶性ポリマーを含有したスラリーを用いて１５秒以下の第２研磨を前記ウェーハに対して行うことを特徴とする両面研磨方法。 - 前記第１研磨を、ショアＡ硬度７０以上の発泡ウレタン系又は不織布系の研磨布を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載の両面研磨方法。
- 裏面の２μｍ２当たりのＡＦＭ粗さＲａが０．３ｎｍ以上のものであることを特徴とする両面研磨シリコンウェーハ。
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