JP3810172B2 - Polishing aid for silicon wafer - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体の製造工程でのシリコンウェハーの鏡面研磨に好適に使用されるシリコンウェハー用研磨助剤、該研磨助剤を用いたシリコンウェハー用研磨助剤組成物並びに該組成物を用いるシリコンウェハーの研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体用シリコンウェハーの鏡面研磨工程には、シリコンインゴットから切断によってウェハー状に切り出した際に生じる切断歪層及び表面うねりを除去するラッピング工程（粗研磨）と、ラッピング工程を経たラップドシリコンウェハーを、目的とする表面精度に仕上げるポリッシング工程（精密研磨工程）がある。又、後者のポリッシング工程には、大体の精度に仕上げる１次ポリッシング工程（１次研磨工程）と、目的とする表面精度に仕上げるファイナルポリッシング工程（最終研磨工程）に分別され、場合によっては１次ポリッシング工程を２つに分け、１次、２次ポリッシング工程と称する場合もある。
【０００３】
従来、シリコンウェハーの研磨剤としてはコロイダルシリカが一般的に使用されてきた。しかし、コロイダルシリカ研磨液のみを用いると研磨工程終了時にシリコンウェハーの表面にヘイズ（曇り）が生じるという問題がある。又、パウダー状シリカを研磨剤として用いるとヘイズは発生しにくいが、水溶液に均一に分散させる工程が新たに必要となり、更に、静置しておくと沈殿するために常に研磨液を撹拌している必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの問題を解決すべく、従来からシリコン研磨液に添加する助剤が検討されてきた。例えば、特開平４−２９１７２２号には、コロイダルシリカ及び特定のＨＬＢ値を示す非イオン界面活性剤を含むシリコンウェハー用研磨剤が開示されている。特開平４−２９１７２３号には、コロイダルシリカ及び特定のアニオン界面活性剤を含むシリコンウェハー用研磨剤が開示されている。
【０００５】
これらの界面活性剤は、研磨液の表面張力を調整して、研磨時に研磨されるシリコンェハーの研磨表面に研磨液を十分保持させるために使用されていた。しかし、半導体産業の発展の結果、より高精度、高品質のシリコンウェハーが求められるにつれ上述のような界面活性剤では研磨助剤としての性能が不十分であることが指摘されはじめた。
【０００６】
従って、本発明の目的は、半導体の製造工程でのシリコンウェハーの鏡面研磨に好適に使用される新規なシリコンウェハー用研磨助剤、該研磨助剤を用いたシリコンウェハー用研磨助剤組成物並びに該組成物を用いるシリコンウェハーの研磨方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者らは鋭意検討し、特定の構造を有するポリエーテルが従来の研磨助剤より優れた性能を示すことを発見し本発明を完成させた。
即ち、本発明は下記の一般式（１）
ＨＯ−（ＥＯ）ａ−（ＰＯ）ｂ−（ＥＯ）ｃ−Ｈ （１）
（式中、ＥＯはエチレンオキサイド残基を表わし、ＰＯはプロピレンオキサイド残基を表わし、ａ、ｂ及びｃは１以上の数を表わす。）
で表わされるブロック型ポリエーテルであって、ＥＯ及びＰＯの重量比がＥＯ：ＰＯ＝３０：７０〜５０：５０であるブロック型ポリエーテル（Ａ）及び一般式（１）中のＥＯ／ＰＯの重量比がＥＯ：ＰＯ＝５：９５〜２０：８０であるブロック型ポリエーテル（Ｂ）からなるシリコンウェハー用研磨助剤である。又、本発明は、上記のシリコンウェハー用研磨助剤を含むシリコンウェハー用研磨剤組成物である。更に、本発明は、上記研磨剤組成物を用いるシリコンウェハーの研磨方法である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
一般式（１）中、ＥＯはエチレンオキサイド残基、即ち−ＣＨ２−ＣＨ２−Ｏ−基を表わし、ＰＯはプロピレンオキサイド残基、即ち−ＣＨ（ＣＨ３）−ＣＨ２−Ｏ−基を表わす。ａ、ｂ及びｃは１以上の数を表わす。一般式（１）で表わされるブロック型ポリエーテルは、例えばプロピレンオキサイドを重合させて得られたポリプロピレングリコールに、エチレンオキサイドを付加させることにより得ることができる。この際、ポリプロピレングリコールの分子量や付加させるエチレンオキサイドの量により、得られるブロック型ポリエーテルの物性、例えば表面張力、親水性等を制御することができるので、研磨されるシリコンウェハーや研磨する方法に適したブロック型ポリエーテルを選択して使用することが可能である。ブロック型ポリエーテルの分子量は１，０００〜１０，０００が好ましい。
【０００９】
本発明のシリコンウェハー用研磨助剤は、一般式（１）で表わされるブロック型ポリエーテルの中でも、ＥＯ及びＰＯの重量比がＥＯ：ＰＯ＝３０：７０〜５０：５０であるブロック型ポリエーテル（Ａ）及びＥＯ及びＰＯの重量比がＥＯ：ＰＯ＝５：９５〜２０：８０であるブロック型ポリエーテル（Ｂ）の２種類のブロック型ポリエーテルを併用するものである。ブロック型ポリエーテル（Ａ）と（Ｂ）とを併用すると、シリコンウェハーを研磨するのに特に適した表面張力を与えるので、ヘイズが無く、表面が平滑・平坦なシリコンウェハーを得ることができ、その結果、高性能の半導体素子が得られる。
【００１０】
又、ブロック型ポリエーテル（Ａ）及び（Ｂ）に更にプロピレングリコールを添加することは、研磨液の粘度を下げ、又コロイダルシリカ等の水分散シリカの分散性を向上させるので好ましい。ブロック型ポリエーテル（Ａ）及び（Ｂ）とプロピレングリコールを併用する場合、ブロック型ポリエーテル（Ａ）及び（Ｂ）を組成物全量に対して６０〜９９重量％、プロピレングリコールを組成物全量に対して１〜４０重量％含有する組成にすることが好ましい。
【００１１】
上記の本発明のシリコンウェハー用研磨助剤は通常、研磨剤である水分散シリカに添加して使用される。水分散シリカとしては例えば水分散パウダーシリカ、コロイダルシリカ等が挙げられるが、中でもｐＨ８〜１２に調整されたアルカリ性コロイダルシリカが好ましい。アルカリ性コロイダルシリカの中でも、平均粒子径は７〜１００μｍが好ましく、濃度は２０〜６０重量％が好ましい。
【００１２】
本発明のシリコンウェハー用研磨助剤の添加量は特に限定されないが、水分散パウダーシリカ、コロイダルシリカ等の固形分に対して０．００５重量％〜５重量％添加することが好ましい。
【００１３】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。尚、以下の実施例中、部及び％は特に記載が無い限り重量基準である。
試験に用いた本発明の研磨助剤及び比較品は以下のとおりである。
【００１４】
【表１】
なお、表１中のブロック型ポリエーテル（Ａ）及び（Ｂ）は、ＰＯをｂモル重合させたポリプロピレングリコールに、ＥＯをａ＋ｃモル付加させることにより製造されたものである。
【００１６】
比較品１：アルミン酸ナトリウム
比較品２：ラウリルスルホン酸ナトリウム
比較品３：ノニルフェノールエチレンオキサイド５０モル付加物
【００１７】
（実施例１）
コロイダルシリカとしてアデライトＡＴ−３０［商品名、旭電化工業（株）製、平均粒子径１０〜１５μｍ、シリカ固形分３０％、ｐＨ＝９．５］をシリカ固形分５．０％に希釈した。これに本発明の研磨助剤及び比較品をシリカ固形分に対して０．１％（比較品１は１．０％）添加し、よく撹拌して均一化して希釈研磨液とした。この希釈研磨液を以下の条件で流し込み、１次ポリッシング工程を経たシリコンウェハーを研磨した。
【００１８】
＜条件＞
ポリッシングマシーン：ＬＰＨ−１５改良機［ラップマスター（株）製］
ポリッシング盤直径：１５インチ
加工圧力：１００ｇ／ｃｍ２
加工温度：３０℃
加工液供給量：１０リットル／時間
加工時間：１時間
加工枚数：１枚
ポリッシャー：ＳＵＰＲＥＭＥ ＲＮ−Ｈ ローデル・ニッタ（株）製
上記条件下でファイナルポリッシングを行い、終了後、ウェハー表面を乾燥させないように注意して過酸化水素−アンモニア溶液８０℃でＲＣＡ洗浄した。洗浄後、クイックダンプ洗浄を行い、スピンドライヤーで乾燥させた。乾燥後、以下の評価を行った。
【００１９】
＜評価１＞ グリーンベンチ内でハロゲン平行光［超高輝度検査用照明装置ＵＩＨ−１Ｈ、インテック（株）製］の反射を目視で測定し、ヘイズの発生を観察した。
【００２０】
＜評価２＞ 研磨ウェハーの表面粗さを光学干渉式粗さ計（ＷＹＫＯ社ＷＹＫＯＴＯＰＯ−３Ｄ、２５０μｍ）で平均２乗粗さを測定した。
【００２１】
＜評価３＞ 研磨ウェハーの表面平坦度（最大厚さと最小厚さの差、ＴＴＶ）をＴＴＶ測定装置（ＡＤＥマイクロスキャン８３００、ＡＤＥ社製）により測定した。
【００２２】
＜評価４＞ 研磨中の研磨速度を測定した。
【００２３】
【表２】
（実施例２）
コロイダルシリカとしてアデライトＡＴ−５０［商品名、旭電化工業（株）製、平均粒子径２０〜３０μｍ、シリカ固形分５０％、ｐＨ＝１０．０］をシリカ固形分５．０％に希釈した。これに本発明の研磨助剤及び比較品をシリカ固形分に対して０．０１％（比較例１は０．５％）添加し、よく撹拌して均一化して希釈研磨液とした。以下、実施例１と同様の方法で評価を行った。
結果を以下に示す。
【００２５】
【表３】
以上の実施例から、本発明の研磨助剤はアニオン界面活性剤（比較品２）、非イオン界面活性剤（比較品３）に比べて表面粗さ、平坦度、研磨速度等に優れていることが分かる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の効果は、新規なシリコンウェハー研磨助剤、該研磨助剤を用いたシリコンウェハー用研磨助剤組成物並びに該組成物を用いるシリコンウェハーの研磨方法を提供したことにある。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is silicon using the semiconductor polishing aids for silicon wafer which is suitably used in the mirror polishing of silicon wafers in the production process, the grinding aid composition for polishing aids silicon wafer was used as well as the composition about the polishing how of the wafer.
[0002]
[Prior art]
In the mirror polishing process of a semiconductor silicon wafer, a lapping process (rough polishing) that removes the cut strain layer and surface waviness that occurs when the silicon ingot is cut into a wafer by cutting, and a lapped silicon wafer that has undergone the lapping process are used. There is a polishing process (precision polishing process) for finishing to the desired surface accuracy. Also, the latter polishing process is divided into a primary polishing process (primary polishing process) that finishes to a high degree of accuracy and a final polishing process (final polishing process) that finishes the target surface accuracy. There are cases where the polishing process is divided into two and referred to as primary and secondary polishing processes.
[0003]
Conventionally, colloidal silica has been generally used as an abrasive for silicon wafers. However, when only the colloidal silica polishing liquid is used, there is a problem that haze (cloudiness) occurs on the surface of the silicon wafer at the end of the polishing process. In addition, when powdered silica is used as an abrasive, it is difficult for haze to occur, but a new step for uniformly dispersing in an aqueous solution is required. There was a need to be.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In order to solve these problems, an auxiliary agent added to the silicon polishing liquid has been conventionally studied. For example, JP-A-4-291722 discloses a polishing agent for silicon wafers containing colloidal silica and a nonionic surfactant exhibiting a specific HLB value. Japanese Patent Laid-Open No. 4-291723 discloses an abrasive for silicon wafers containing colloidal silica and a specific anionic surfactant.
[0005]
These surfactants have been used to adjust the surface tension of the polishing liquid so that the polishing liquid is sufficiently retained on the polishing surface of the silicon wafer polished during polishing. However, as a result of the development of the semiconductor industry, it has begun to be pointed out that the surfactant as described above has insufficient performance as a polishing aid as a silicon wafer with higher accuracy and quality is required.
[0006]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel silicon wafer polishing aid that is suitably used for mirror polishing of a silicon wafer in a semiconductor manufacturing process, a silicon wafer polishing aid composition using the polishing aid , and It is to provide a polishing how the silicon wafer using the composition.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
Thus, the present inventors diligently studied and discovered that a polyether having a specific structure exhibits performance superior to that of conventional polishing aids, thereby completing the present invention.
That is, the present invention provides the following general formula (1)
HO- (EO) a- (PO) b- (EO) c- H (1)
(In the formula, EO represents an ethylene oxide residue, PO represents a propylene oxide residue, and a, b, and c represent one or more numbers.)
The block type polyether represented by the formula (1), wherein the weight ratio of EO and PO is EO: PO = 30: 70 to 50:50, and EO / PO in the general formula (1) It is a polishing aid for silicon wafers made of block-type polyether (B) having a weight ratio of EO: PO = 5: 95 to 20:80 . The present invention is also a silicon wafer polishing composition comprising the silicon wafer polishing aid. Furthermore, the present invention is a method for polishing a silicon wafer using the above abrasive composition .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the general formula (1), EO represents an ethylene oxide residue, ie, —CH 2 —CH 2 —O— group, and PO represents a propylene oxide residue, ie, —CH (CH 3 ) —CH 2 —O— group. Represent. a, b and c each represent a number of 1 or more. The block type polyether represented by the general formula (1) can be obtained, for example, by adding ethylene oxide to polypropylene glycol obtained by polymerizing propylene oxide. At this time, the physical properties of the resulting block-type polyether, such as surface tension and hydrophilicity, can be controlled by the molecular weight of polypropylene glycol and the amount of ethylene oxide to be added. It is possible to select and use a suitable block polyether. The molecular weight of the block polyether is preferably 1,000 to 10,000.
[0009]
Grinding aid for silicon wafers of the present invention, among the block type polyether represented by the general formula (1), the weight ratio of E O and PO is EO: PO = 30: 70~50: block poly 50 The block type polyether (B) in which the weight ratio of ether (A) and EO and PO is EO: PO = 5: 95 to 20:80 is used in combination . When the block type polyether (A) and (B) are used in combination, a surface tension particularly suitable for polishing a silicon wafer is given, so that a silicon wafer having no haze and a smooth and flat surface can be obtained. As a result, a high-performance semiconductor element can be obtained.
[0010]
Further, it is preferable to add propylene glycol to the block type polyethers (A) and (B) because the viscosity of the polishing liquid is lowered and the dispersibility of water-dispersed silica such as colloidal silica is improved. When block type polyethers (A) and (B) are used in combination with propylene glycol, block type polyethers (A) and (B) are 60 to 99% by weight based on the total amount of the composition, and propylene glycol is the total amount of the composition. It is preferable to make it the composition which contains 1 to 40weight% with respect to it.
[0011]
The above-mentioned silicon wafer polishing aid of the present invention is usually used by adding to water-dispersed silica which is an abrasive. Examples of the water-dispersed silica include water-dispersed powder silica and colloidal silica. Among them, alkaline colloidal silica adjusted to pH 8 to 12 is preferable. Among the alkaline colloidal silica, the average particle diameter is preferably 7 to 100 μm, and the concentration is preferably 20 to 60% by weight.
[0012]
The amount of the silicon wafer polishing aid of the present invention is not particularly limited, but it is preferably 0.005 to 5% by weight based on the solid content of water-dispersed powder silica, colloidal silica and the like.
[0013]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In the following examples, parts and% are based on weight unless otherwise specified.
The polishing aid and comparative product of the present invention used in the test are as follows.
[0014]
[Table 1]
Incidentally, the block-type polyether in Table 1 (A) and (B) is a PO polypropylene grayed recall obtained by b mole polymerization, in which the EO was prepared by a + c-mole adduct.
[0016]
Comparative product 1: Sodium aluminate comparative product 2: Sodium lauryl sulfonate comparative product 3: Nonylphenol ethylene oxide 50 mol adduct
Example 1
As colloidal silica, Adelite AT-30 [trade name, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., average particle size: 10 to 15 μm, silica solid content: 30%, pH = 9.5] was diluted to silica solid content of 5.0%. The polishing aid of the present invention and a comparative product were added to the silica solid content by 0.1% (comparative product 1 was 1.0%), and the mixture was well stirred and homogenized to obtain a diluted polishing liquid. The diluted polishing liquid was poured under the following conditions to polish the silicon wafer that had undergone the primary polishing process.
[0018]
<Conditions>
Polishing machine: LPH-15 improved machine [manufactured by Lapmaster Corporation]
Polishing disk diameter: 15 inches Processing pressure: 100 g / cm 2
Processing temperature: 30 ° C
Processing liquid supply amount: 10 liters / hour Processing time: 1 hour Number of processed sheets: 1 Polisher: SUPREME RN-H manufactured by Rodel Nitta Co., Ltd. Final polishing is performed under the above conditions, and the wafer surface is not dried after completion. RCA cleaning was performed at 80 ° C. with a hydrogen peroxide-ammonia solution. After washing, quick dump washing was performed, and drying was performed with a spin dryer. The following evaluation was performed after drying.
[0019]
<Evaluation 1> The reflection of the halogen parallel light [ultra high brightness inspection illumination device UIH-1H, manufactured by Intec Co., Ltd.] was visually measured in the green bench, and the occurrence of haze was observed.
[0020]
<Evaluation 2> The mean square roughness of the surface roughness of the polished wafer was measured with an optical interference roughness meter (WYKO, WYKOTOPO-3D, 250 μm).
[0021]
<Evaluation 3> The surface flatness (difference between the maximum thickness and the minimum thickness, TTV) of the polished wafer was measured with a TTV measuring apparatus (ADE Microscan 8300, manufactured by ADE).
[0022]
<Evaluation 4> The polishing rate during polishing was measured.
[0023]
[Table 2]
(Example 2)
As colloidal silica, Adelite AT-50 [trade name, manufactured by Asahi Denka Kogyo Co., Ltd., average particle size 20-30 μm, silica solid content 50%, pH = 10.0] was diluted to silica solid content 5.0%. To this was added 0.01% of the polishing aid of the present invention and a comparative product (0.5% in Comparative Example 1) with respect to the silica solid content, and the mixture was well stirred and homogenized to obtain a diluted polishing liquid. Hereinafter, evaluation was performed in the same manner as in Example 1.
The results are shown below.
[0025]
[Table 3]
From the above examples, the polishing aid of the present invention is superior in surface roughness, flatness, polishing rate and the like as compared with the anionic surfactant (Comparative product 2) and the nonionic surfactant (Comparative product 3). I understand that.
[0027]
【The invention's effect】
Effect of the present invention is to provided a polishing how the silicon wafer using a novel silicon wafer grinding aids, grinding aid composition for silicon wafers using the polishing aid and the composition.
Claims (5)
ＨＯ−（ＥＯ）ａ−（ＰＯ）ｂ−（ＥＯ）ｃ−Ｈ （１）
（式中、ＥＯはエチレンオキサイド残基を表わし、ＰＯはプロピレンオキサイド残基を表わし、ａ、ｂ及びｃは１以上の数を表わす。）
で表わされるブロック型ポリエーテルであって、ＥＯ及びＰＯの重量比がＥＯ：ＰＯ＝３０：７０〜５０：５０であるブロック型ポリエーテル（Ａ）及び一般式（１）中のＥＯ／ＰＯの重量比がＥＯ：ＰＯ＝５：９５〜２０：８０であるブロック型ポリエーテル（Ｂ）からなるシリコンウェハー用研磨助剤。The following general formula (1)
HO- (EO) a- (PO) b- (EO) c- H (1)
(In the formula, EO represents an ethylene oxide residue, PO represents a propylene oxide residue, and a, b, and c represent one or more numbers.)
The block type polyether represented by the formula (1), wherein the weight ratio of EO and PO is EO: PO = 30: 70 to 50:50, and EO / PO in the general formula (1) A polishing aid for silicon wafers comprising a block-type polyether (B) having a weight ratio of EO: PO = 5: 95 to 20:80 .
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