JP4346712B2

JP4346712B2 - Wafer edge polishing method

Info

Publication number: JP4346712B2
Application number: JP33115798A
Authority: JP
Inventors: 弘明田中; 佳久小川; 明利吉田
Original assignee: SpeedFam Co Ltd
Current assignee: SpeedFam Co Ltd
Priority date: 1998-11-20
Filing date: 1998-11-20
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2018-11-20
Also published as: JP2000158329A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、シリコンウェーハあるいは化合物ウェーハ等よりなる半導体基板のエッジ部の研磨加工を行なう研磨剤を用いた研磨加工方法に関する。更に詳しくは、緩衝作用を有し、かつ導電率の大きい研磨用組成物を用いたエッジ部の研磨方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコンウェーハあるいは化合物ウェーハ等よりなる半導体基板の工作物（以下ウェーハ等と略記する）のエッジ部分の研磨加工を行なう研磨用組成物としては酸化珪素またはその水和物をコロイド状に分散した懸濁液、所謂コロイダルシリカが使用され、加工に際しては合成樹脂発泡体あるいはスウェード調合成皮革等よりなるポリッシャーを展張した回転加工なドラムに工作物を載置し、押圧回転しつつ前記研磨剤溶液を定量的に供給しながら加工を行なう方法が一般的である。ここでいう研磨加工とは、ベベリング、ラッピング、エッチング等の前加工を行なったウェーハ等を、より凹凸をなくした鏡面に近づけるためにエッジ部をポリッシングする工程を指すものである。
【０００３】
研磨剤としては、例えば米国特許第３３２８１４１号公報に示されているように、アルカリ成分を含んだ溶液に微細なコロイド状酸化珪素粒子を分散した溶液が一般的に使用される。この加工は、その前までの、例えばダイヤモンド砥石を使用したり、あるいは硬質なアルミナ系砥粒を用いた所謂機械的な加工とは異なるものであって、その成分であるアルカリの化学的作用、具体的にはシリコンウェーハ等工作物に対する浸蝕性を応用したものである。すなわち、アルカリの腐食性により、ウェーハ等工作物表面に薄い軟質の浸蝕層が形成される。その薄層を微細なコロイド状酸化珪素粒子の機械的作用により除去してゆくことにより加工が進むのである。研磨剤溶液のｐＨは、溶液が持つアルカリ成分の化学的作用により加工が進むのであるから、７以上のアルカリ性領域になければならない。すなわちｐＨが７の中性を示す数値に近くなるにつれその化学作用の力は弱くなり、研磨加工速度は遅くなるしまた、１１を越え１４に近い強アルカリ領域になるほどその力は強くなり研磨加工速度は速くなる。
【０００４】
従って、このような加工においては、研磨剤の性質が極めて重要なファクターとなる。即ち、工作物表面はアルカリ成分によって浸蝕され薄層が形成されるのであり、その性状や性質、具体的にはその厚さ硬度等は使用する研磨剤溶液の性質、特に電気化学的性質に影響されること極めて大であるため、その電気化学的性質具体的にはｐＨが安定した範囲にあることが大変重要である。もしこれが、熱、外気との接触、あるいは外部からの混入物等の外的条件によって容易に変化するようであれば、浸蝕層の深さ、浸蝕の速度、均一性、除去のし易さ等が微妙に変化し精密かつ均質な加工を期待することはできない。また、前記浸蝕層は、研磨用組成物中に研磨剤として含有されるコロイド状酸化珪素粒子の機械的作用によって除去されるのであるから、その粒子は適度なサイズを有し、容易に破壊したり、あるいは高次に凝集してゲル化するものであってはならない。即ち、酸化珪素粒子は、アルカリ成分により形成された浸蝕層を機械的作用により効果的に除去してゆくものである。従って、除去後の新しい鏡面に何らかの影響を与えるようなものであってはならないのである。
【０００５】
従来より様々な研磨用組成物がウェーハ等の研磨剤として提案されている。たとえば、米国特許第３１７０２７３号公報では、シリカゾル及びシリカゲルが研磨剤として提案されている。さらに米国特許第３３２８１４１号公報では、該懸濁液のｐＨを１０．５〜１２．５の範囲内にすることにより、研磨速度が増大する事が開示されている。米国特許第４１６９３３７号公報では、アミン類を研磨用組成物に添加することが開示されている。特開平２−１５８６８４号公報には、水、コロイダルシリカ、分子量１０万以上の水溶性高分子、水溶性塩類からなる研磨用組成物が開示されている。更に特開平５−１５４７６０号公報では、水溶性アミンの一種であるピペラジンを、シリカゾルまたはシリカゲルのシリカ基準にて、１０〜８０重量％含む研磨組成物を使用した研磨方法を開示している。これら開示されている方法は、アルカリ性の母液にコロイダルシリカあるいはシリカゾル等の微細粒子からなる研磨剤を分散させた基本構造の溶液に、様々な添加剤を加えることにより研磨剤の分散性を上げたり、加工力の安定性を図ったりするものであって、従来の研磨用組成物加工速度を画期的に改善するようなものではない。
【０００６】
基本的に、プレポリッシング、あるいはポリッシング工程は上述の研磨用組成物を用いる方法によるものであるから、一般的に加工速度が遅く生産効率に劣る上、外的条件の変化によりｐＨが変化し易く加工の安定性に欠くことが多く、時間がかかりまた難度の高い加工方法であり、完全な方法とは言い難いものであった。しかしながら、特に近年電子回路の高集積化およびウェーハ自体の大型化に伴いシリコンウェーハ、半導体デバイス基板表面の高度な平坦化が必須となっている。さらに、生産効率を向上させるため、加工速度が速い研磨用組成物及び研磨方法が望まれている。更に研磨加工後のシミの発生のない研磨用組成物による研磨方法も強く望まれている。
【０００７】
更に、同時にウェーハエッジ部分の研磨についてもその加工精度の重要性が重要課題としてクローズアップされて来ている。すなわち、ウェーハーのより清浄化や大型ウェーハーの搬送時の割れや接触によるパーティクルの発生を未然に防ぐためウェーハーエッジ表面の凹凸を減らし、鏡面に出来るだけ近づけるため、ウェーハーエッジ部を研磨する研磨用組成物と研磨機械によりその目的の達成の検討がなされてきた。加えるに、ウェーハエッジ部分の研磨の特徴として、加工物と研磨パッドの間での厳しい条件に耐え、更に数回ないし数十回のリサイクルが可能であり、加工液の粘度の上昇のないものが要求されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者等は上述の、従来の研磨用組成物を用いたウェーハエッジ研磨方法が持つ問題点に鑑み、鋭意努力研究を行ない、研磨用組成物溶液として、微細な酸化珪素の粒子を含むコロイド、すなわちコロイダルシリカのアルカリ性水溶液であって、ｐＨの緩衝作用を有し、かつ導電率の高い溶液を研磨用組成物溶液とすることで、安定した高速加工が達成されることを見出しこの研磨用組成物でエッジ部を研磨することにより目的とする優れたエッジ部分の加工が可能であることを見出し、本発明方法を完成するに至ったものであり、その目的と為す所はｐＨの変化が少なく、かつ研磨速度が高速で、繰り返し使用においても変化の少ない安定した研磨用組成物による半導体ウェーハのエッジ部分の研磨方法を提供すること及び前記研磨用組成物の調整方法を提供することにある。さらに本発明の他の目的は研磨機械による具体的研磨方法を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、酸化珪素粒子を含むコロイド状溶液よりなる研磨用組成物により半導体ウェーハのエッジ部分を研磨する方法であって、前記酸化珪素粒子の平均一次粒子径が８〜５００ｎｍであり、またその含有量が全液量に対して１〜２５重量％であり、かつ前記コロイド溶液よりなる研磨用組成物が、水酸化テトラメチルアンモニウムと炭酸水素カリウムを組み合わせたものを添加することによって、ｐＨ８．３〜１１．５の間で緩衝作用を有する緩衝溶液として調整され、さらに２５℃における導電率が酸化珪素１重量％あたり２０ｍＳ／ｍ以上である、ことを特徴とする半導体ウェーハのエッジ部分の研磨方法にて達成することができる。
【００１０】
更に、研磨用組成物に含有される酸化珪素微粒子の表面がアルミニウムで表面を被覆されたものであってもよい。アルミニウムで被覆した微細な酸化珪素微粒子を含む特定のコロイダルシリカが、未被覆の酸化珪素微粒子を含む通常のコロイダルシリカよりも中性領域及び高アルカリ領域で安定であり、このアルミニウム被覆タイプ酸化珪素微粒子を含んだ研磨用組成物を用いることにより、特に高アルカリ領域でより安定した半導体ウェーハのエッジ部分の高速加工を達成することができる。
【００１１】
また、本発明の研磨用組成物が水溶性の有機溶媒を含ませることにより、加工後の半導体ウェーハの汚染を効果的に防止することができる。すなわち、このようなポリッシング用の研磨用組成物においては、酸化珪素微粒子は水に分散されているが、加工の際の液の温度の上昇や乾燥した空気の流れとの接触により研磨用組成物が容易に乾燥され、固形部分である酸化珪素微粒子のみがゲル状乾燥物としてウェーハ表面に部分的に残留し、白色系のシミとして現れるようになる。また、ウェーハの成分やコロイダルシリカの一部がアルカリ成分に溶解し、ポリッシング加工後に表面に不均質に研磨用組成物が残留していると、これらの溶解物の乾燥したものがウェーハのエッチャント（溶解促進剤）の働きをし斑点状のシミを発生させる原因ともなっていたのであるが、これらのシミ発生の現象は研磨用組成物中に水溶性有機溶剤、特に１価アルコールまたは多価アルコール、あるいは水酸基を含む有機化合物を含有させることによって、効果的に防止することができる。特に、高分子量のアルコールあるいはグリコール類等の多価アルコールは蒸発しにくくシミ防止の効果は顕著である。具体的な好ましい例としてはエチレングリコール、ポリエチレングリコール、グリセリンおよびヒドロキシジエチルアミンを挙げることができる。
【００１２】
更に、半導体ウェーハのエッジ部分の具体的研磨方法としては、回転可能なドラムに、合成樹脂発泡体、合成皮革あるいは不織布等からなるポリッシャーを貼付した研磨加工機に、工作物である半導体ウェーハを減圧吸引方式をもってキャリアに把持し、前記ドラムおよびキャリアの少なくとも一方を回転させながらそのエッジ部を前記ドラムに押圧して行なう方法をあげることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明方法の研磨用組成物に用いるコロイド溶液に含まれる酸化珪素の微粒子は平均一次粒子径が８〜５００ｎｍのものであり、望ましくは、８〜２００ｎｍのものである。これらの酸化珪素の微粒子は二次凝集していても良い。平均一次粒子径が、８ｎｍより小さいとコロイド溶液が凝集し易く研磨用組成物としての安定性が低下する。また、平均一次粒子径が、２００〜５００ｎｍの場合、研磨用組成物としての性能に影響はないが、安定した製品の製造が難しくまた、価格的にも不利である。平均一次粒子径が、５００ｎｍを越えると、粒子がコロイド次元を外れ好ましくない。
【００１４】
酸化珪素の濃度は、実際の研磨加工時において１〜２５重量％であることが肝要であり、より好ましい範囲は、３〜１５重量％である。濃度が、１重量％以下であると研磨加工速度は低くなり実用的ではない。研磨時の酸化珪素濃度が高くなれば研磨加工速度自体は増大するが約２５重量％を越えるあたりでその値は飽和値に達し、それ以上は濃度を高くした意味が少なくなる。また、加工屑として発生する珪素微粉はそのまま液中に残り酸化されてケイ酸や酸化珪素となり液中の酸化珪素濃度を高めて行く。酸化珪素濃度が最初から高濃度であると、前述の珪素微粉が酸化したものも加わって、リサイクル液のゲル化をより早める傾向も見られコロイド溶液としての安定性に欠き、研磨用組成物溶液のリサイクル性を著しく低下せしめ好ましくない。さらにコスト的にも不利である。
【００１５】
本発明においては研磨用組成物のｐＨは８．７〜１０．６の範囲にあることが特に好ましい。ｐＨが８．６以下であると研磨速度は低下し好ましくない。また、ｐＨが１０．７以上になると、コロイダルシリカが凝集をはじめるため研磨用組成物の安定性が低下しこれも好ましくない。そしてまた、このｐＨは摩擦、熱、外気との接触あるいは他の成分との混合等、考えられる外的条件の変化により容易に変化するようなものであってはならないが、本発明においては研磨用組成物溶液自体を、外的条件の変化に対してｐＨの変化の幅の少ない、所謂緩衝作用の強い液とすることをその必要条件とするものである。緩衝溶液を形成する弱酸及び／または、弱塩基は、２５℃における酸解離定数（ｋａ）の逆数の対数値（ｐＫａ）が８．０〜１２．０の範囲にあることが好ましい。２５℃における酸解離定数の逆数の対数値が８．０以下の場合、ｐＨを上昇させるために、弱酸及び／または、弱塩基を大量に添加することが必要となるため好ましくない。２５℃における酸解離定数の逆数の対数値が１２．０より大きいとｐＨを８．７〜１０．６の範囲で安定させる大きな緩衝能を持つ緩衝溶液を形成することができない。
【００１６】
本発明方法に用いる緩衝作用を有する研磨用組成物溶液の形成には、炭酸水素カリウムと水酸化テトラメチルアンモニウムを組み合わせたものを添加することが必要である。緩衝溶液を形成させるため、弱酸と強塩基の組み合わせの塩類、または、塩類と塩基、または、塩類と酸、で添加しても良い。本発明で述べる緩衝溶液とは、上述の組み合わせで形成され、溶液の中で弱酸及び／または、弱塩基がイオンとして解離している状態及び、未解離の状態が共存している溶液を示し、少量の酸または、塩基が混入してもｐＨの変化が少ないことが特徴である。
【００１７】
本発明方法においては、研磨用組成物溶液の導電率を高くすることにより、研磨加工速度を著しく向上することができる。導電率とは液中の電気の通り易さを示す数値であり、単位長さあたりの電気抵抗値の逆数の数値である。本発明においては単位長あたりの導電率の数値（ｍｉｃｒｏ・Ｓｉｅｍｅｎｓ）を酸化珪素１重量％当りに換算した数値で示す。本発明においては、導電率が２０ｍＳ／ｍ／１％−ＳｉＯ²以上であれば研磨加工速度の向上に対して好ましく、２５ｍＳ／ｍ／１％−ＳｉＯ²以上であれば更に好ましい。導電率を上昇させる方法としては、次の二方法がある。一つは緩衝溶液の濃度を濃くする方法、もう一つは塩類を添加する方法である。
緩衝溶液の濃度を濃くするには、（１）弱酸と強塩基、（２）強酸と弱塩基、（３）弱酸と弱塩基、の何れかの組み合わせで、酸と塩基のモル比を変えずに濃度のみを濃くすればよい。
塩類を添加する方法に用いる塩類は、酸と塩基の組み合わせより構成されるが、酸としては、強酸、弱酸いずれであってもかまわず、鉱酸および、有機酸が使用できその混合物であってもよい。塩基としては、強塩基、弱塩基いずれであってもよく、アルカリ金属の水酸化物、水溶性の第４アンモニウムの水酸化物、水溶性アミンが使用できその混合物であってもかまわない。弱酸と強塩基、強酸と弱塩基、弱酸と弱塩基の組み合わせで添加する場合は、緩衝液のｐＨを変化させることがあるため、大量に添加することは望ましくない。前述の二方法を併用してもかまわない。
【００１８】
本発明方法に使用するの研磨組成物の物性を改良するため、界面活性剤、分散剤、沈降防止剤などを併用することができる。分散剤、沈降防止剤としては、水溶性の有機高分子物質、無機層状化合物などがあげられる。また、本発明の研磨組成物は水溶液としているが、有機溶媒を添加してもかまわない。本発明の研磨組成物は、研磨時にコロイダルシリカ及び、塩基と添加剤と水を混合して調製してもよい。また、一般的にはコロイダルシリカとして、１５〜６５％の高濃度の組成物を調製しておき、水あるいは、水と有機溶媒の混合物で希釈して使用することが多い。
【００１９】
【実施例】
次に実施例及び比較例をあげて本発明の研磨用組成物、およびそれを用いた研磨加工方法を具体的に説明するが、特にこれに限定されるものではない。
実施例及び比較例において使用する研磨組成物は以下の方法にて調製した。使用したコロイダルシリカは、平均一次粒子径６０、９０及び１１０ｎｍで二酸化珪素濃度３０重量％の市販品である。また一部コロイダルシリカの表面がアルミニウムで被覆された市販品も使用した。
これらコロイダルシリカを所定量分取し、純水１０００ｇを添加の後、撹拌しながら、酸及びまたは塩基、あるいは塩類を加えてｐＨを調整し緩衝溶液とし、更にグリセリン、エチレングリコール等添加剤を必要に応じて順次添加し、ついで必要量の純水で調製したものを使用液とした。この状態での液中の酸化珪素の濃度は１０、及び１５重量％である。
研磨条件は以下の方法でエッジ部の研磨加工を実施した。
研磨装置：スピードファム株式会社製ＥＰ−２００−Ｖ型
ドラム回転数：１８００ｒｐｍドラム上下速度：１ｍｍ／ｍｉｎ．
研磨布：ＳＵＢＡ４００（ロデールニッタ社製）
研磨組成物流量：６００ｍＬ／分加工時間：５分
工作物：８インチ低温酸化膜付シリコンウエーハ
エッジ研磨はシリコンウェーハを傾斜させた状態で回転ドラムに押圧し５分間研磨を行い次いでウェーハの表裏を逆転させ同じく５分間の研磨を行った。研磨量は、加工時間片面５分で両面の研磨の研磨前後のシリコンウエーハ１枚当たりの重量差（ｍｇ／ｍ）より求めた。研磨組成物のｐＨはｐＨメーターを用いて測定した。測定にあたっては、ｐＨ６．８６とｐＨ９．１８のｐＨ標準液であらかじめｐＨ電極の校正を行った後測定した。導電率は導電率計にて測定した。研磨面の評価は、サーフコムプロファイラーＭ２０００（チャップマン、インスツルメント社製）を使用してエッジ面の表面粗さを測定した。
【００２０】
実施例１〜８、比較例１〜５
実施例の研磨組成物の調製方法で、表１〜３に示す処方の研磨組成物を調製使用し、ベアウェーハーのエッジ部の研磨速度と表面粗さを測定した。表１、表２および表３に本発明方法の実施例と従来技術の比較例を示す。本実施例においては、表中の結果から明らかな如く、比較例に比較して各実施例のスラリーによるエッジ部の研磨は研磨速度がはやく、また、表面粗さもミラー研磨面に近い良好な表面粗さの値が得られることが明らかである。表１〜表３において
＊１：アルミムニウム被覆コロイダルシリカを示す
＊２：ＴＭＡＯＨとは、水酸化テトラメチルアンモニウム
＊３：グリセリンの略
＊４：エチレングリコールの略
＊５：モノエタノールアミンの略
＊６：研磨量はエッジ部片面５分ずつの加工で両面研磨後のウェーハ一枚当たりの重量差を示す
実施例５〜８および比較例１〜５では研磨後洗浄しても残るシミの付着試験を行なった。本試験は研磨時ウェーハを保持するキャリアが減圧吸着方式のため、キャリアに保持された場所、周辺が風で乾燥しやすく、研磨終了に続く水洗浄でもシミとして残る状態を目視でその程度を判定する方法で行なった。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
【表３】

【００２４】
【発明の効果】
以上の記載内容から明らかなように、８〜５００ｎｍの酸化珪素粒子を含み特定な条件下で緩衝作用を有するコロイダルシリカイダルシリカを使用した本発明になる半導体ウェーハエッジ部分を研磨する方法は、シリコンウェーハのエッジポリッシングにおいて優れた研磨加工速度が得られるとともに、仕上げ面粗さも良好で、十分な鏡面が得られ、汚染も少なく、シリコンウェーハの高精度化に十分対応して行くことができる。[0001]
[Technical field to which the invention belongs]
The present invention relates to a polishing method using a polishing agent for polishing an edge portion of a semiconductor substrate made of a silicon wafer or a compound wafer. More specifically, the present invention relates to a method for polishing an edge portion using a polishing composition having a buffering action and high electrical conductivity.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a polishing composition for polishing an edge portion of a workpiece (hereinafter abbreviated as a wafer) of a semiconductor substrate made of a silicon wafer or a compound wafer, silicon oxide or a hydrate thereof is colloidally dispersed. Suspension, so-called colloidal silica is used, and the workpiece is placed on a rotating drum on which a polisher made of synthetic resin foam or suede-like synthetic leather is stretched for processing. A method is generally used in which processing is performed while quantitatively supplying. The term “polishing” as used herein refers to a step of polishing an edge portion in order to bring a wafer or the like that has undergone pre-processing such as beveling, lapping, etching, etc. closer to a mirror surface with no unevenness.
[0003]
As the abrasive, for example, as shown in US Pat. No. 3,328,141, a solution in which fine colloidal silicon oxide particles are dispersed in a solution containing an alkali component is generally used. This processing is different from the so-called mechanical processing using, for example, a diamond grindstone or hard alumina-based abrasive grains up to that point, and the chemical action of alkali as a component thereof, Specifically, it applies erosion to workpieces such as silicon wafers. That is, a thin soft erosion layer is formed on the surface of a workpiece such as a wafer due to the corrosiveness of alkali. Processing proceeds by removing the thin layer by mechanical action of fine colloidal silicon oxide particles. The pH of the abrasive solution must be in an alkaline region of 7 or more because processing proceeds by the chemical action of the alkaline component of the solution. That is, as the pH approaches a value indicating neutrality of 7, the chemical action force becomes weaker, the polishing speed becomes slower, and the force becomes stronger as it becomes a strong alkali region exceeding 11 and close to 14. Speed increases.
[0004]
Therefore, in such processing, the nature of the abrasive becomes a very important factor. That is, the workpiece surface is eroded by an alkali component to form a thin layer, and its properties and properties, specifically its thickness and hardness, influence the properties of the abrasive solution used, especially the electrochemical properties. Therefore, it is very important that the electrochemical property, specifically, the pH is in a stable range. If this changes easily due to external conditions such as heat, contact with outside air, or external contaminants, the depth of the erosion layer, erosion speed, uniformity, ease of removal, etc. However, it is difficult to expect precise and homogeneous processing. Further, since the eroded layer is removed by the mechanical action of colloidal silicon oxide particles contained as an abrasive in the polishing composition, the particles have an appropriate size and are easily destroyed. Or it should not be agglomerated and gelled. That is, the silicon oxide particles effectively remove the erosion layer formed by the alkali component by mechanical action. Therefore, it should not have any influence on the new mirror surface after removal.
[0005]
Conventionally, various polishing compositions have been proposed as polishing agents for wafers and the like. For example, in US Pat. No. 3,170,273, silica sol and silica gel are proposed as abrasives. Furthermore, US Pat. No. 3,328,141 discloses that the polishing rate is increased by setting the pH of the suspension within the range of 10.5 to 12.5. U.S. Pat. No. 4,169,337 discloses adding amines to the polishing composition. JP-A-2-158684 discloses a polishing composition comprising water, colloidal silica, a water-soluble polymer having a molecular weight of 100,000 or more, and a water-soluble salt. Further, JP-A-5-154760 discloses a polishing method using a polishing composition containing 10 to 80% by weight of piperazine, which is a kind of water-soluble amine, based on silica sol or silica gel of silica gel. These disclosed methods increase the dispersibility of an abrasive by adding various additives to a solution having a basic structure in which an abrasive composed of fine particles such as colloidal silica or silica sol is dispersed in an alkaline mother liquor. It is intended to improve the stability of the processing force and does not significantly improve the conventional polishing composition processing speed.
[0006]
Basically, the pre-polishing or polishing step is based on the above-described method using the polishing composition, so that the processing speed is generally slow and the production efficiency is inferior, and the pH is likely to change due to changes in external conditions. In many cases, the processing stability is lacking, and it is a time-consuming and difficult processing method, and it is difficult to say a complete method. However, in recent years, with the high integration of electronic circuits and the increase in size of the wafer itself, high level planarization of silicon wafers and semiconductor device substrate surfaces is essential. Furthermore, in order to improve production efficiency, a polishing composition and a polishing method having a high processing speed are desired. Further, there is a strong demand for a polishing method using a polishing composition that does not cause spots after polishing.
[0007]
At the same time, the importance of the processing accuracy has been highlighted as an important issue for the polishing of the wafer edge portion. In other words, a polishing composition that polishes the wafer edge to reduce the unevenness of the wafer edge surface and to make it as close as possible to the mirror surface in order to prevent the generation of particles due to the cleaning of the wafer and the breakage and contact of large wafers. The object and polishing machine have been studied to achieve that purpose. In addition, as a feature of polishing of the wafer edge part, it can withstand severe conditions between the workpiece and the polishing pad, can be recycled several times to several tens of times, and does not increase the viscosity of the processing liquid. It is requested.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the problems of the above-described conventional wafer edge polishing methods using a polishing composition, the present inventors have conducted intensive research and have developed a colloid containing fine silicon oxide particles as a polishing composition solution. That is, it has been found that stable high-speed processing can be achieved by using an alkaline aqueous solution of colloidal silica having a pH buffering action and a high conductivity as the polishing composition solution. It has been found that the desired excellent edge portion can be processed by polishing the edge portion with the composition, and has led to the completion of the method of the present invention. Provided is a method for polishing an edge portion of a semiconductor wafer with a stable polishing composition that has a low polishing rate, a high polishing rate, and little change even during repeated use, and the polishing assembly It is to provide an adjustment method of the object. Still another object of the present invention is to provide a specific polishing method using a polishing machine.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The above object is a method for polishing an edge portion of a semiconductor wafer with a polishing composition comprising a colloidal solution containing silicon oxide particles, wherein the silicon oxide particles have an average primary particle diameter of 8 to 500 nm, By adding a combination of tetramethylammonium hydroxide and potassium bicarbonate to a polishing composition having a content of 1 to 25% by weight with respect to the total liquid amount and comprising the colloidal solution, the pH is 8 Of the edge portion of the semiconductor wafer, characterized in that it is prepared as a buffer solution having a buffering action between 3 and 11.5 , and the conductivity at 25 ° C. is 20 mS / m or more per 1% by weight of silicon oxide This can be achieved by a polishing method.
[0010]
Furthermore, it may be I der those surfaces of the silicon oxide fine particles contained in the polishing composition is coating the surface with aluminum. Specific colloidal silica containing fine silicon oxide particles coated with A aluminum is stable in neutral region and the high alkaline range than conventional colloidal silica containing silicon oxide particles uncoated, the aluminum coated type silicon oxide By using the polishing composition containing fine particles, it is possible to achieve high-speed processing of the edge portion of the semiconductor wafer, which is more stable particularly in a high alkali region.
[0011]
Moreover, contamination of the semiconductor wafer after processing can be effectively prevented by including the water-soluble organic solvent in the polishing composition of the present invention. That is, in such a polishing composition for polishing, the silicon oxide fine particles are dispersed in water, but the polishing composition is brought into contact with an increase in the temperature of the liquid during processing or contact with a dry air flow. However, it is easily dried, and only the silicon oxide fine particles as a solid part partially remain on the wafer surface as a gel-like dry matter and appear as white spots. In addition, if a component of the wafer or a part of the colloidal silica is dissolved in the alkali component and the polishing composition remains on the surface inhomogeneously after the polishing process, the dried product of the dissolved product becomes the etchant of the wafer ( The phenomenon of the generation of spots was caused by the action of a water-soluble organic solvent, particularly a monohydric alcohol or a polyhydric alcohol in the polishing composition. Or it can prevent effectively by containing the organic compound containing a hydroxyl group. In particular, polyhydric alcohols such as high molecular weight alcohols or glycols are difficult to evaporate, and the effect of preventing stains is remarkable. Specific preferred examples include ethylene glycol, polyethylene glycol, glycerin and hydroxydiethylamine.
[0012]
Further, as a specific method for polishing an edge portion of the semi-conductor wafer, a rotatable drum, synthetic resin foam, synthetic leather or polishing machine attached the polisher made of nonwoven fabric or the like, a semiconductor wafer is workpiece An example is a method in which a carrier is held by a vacuum suction method and the edge portion is pressed against the drum while rotating at least one of the drum and the carrier.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The silicon oxide fine particles contained in the colloidal solution used in the polishing composition of the method of the present invention have an average primary particle size of 8 to 500 nm, preferably 8 to 200 nm. These silicon oxide fine particles may be secondary agglomerated. If the average primary particle size is smaller than 8 nm, the colloidal solution is likely to aggregate and the stability as a polishing composition is lowered. In addition, when the average primary particle size is 200 to 500 nm, the performance as a polishing composition is not affected, but it is difficult to produce a stable product and it is disadvantageous in terms of price. If the average primary particle diameter exceeds 500 nm, the particles are not preferred because they are out of colloidal dimensions.
[0014]
It is important that the concentration of silicon oxide is 1 to 25% by weight during actual polishing, and a more preferable range is 3 to 15% by weight. When the concentration is 1% by weight or less, the polishing processing speed becomes low, which is not practical. If the silicon oxide concentration at the time of polishing increases, the polishing speed itself increases, but the value reaches a saturation value when it exceeds about 25% by weight, and the meaning of increasing the concentration further decreases. Further, the silicon fine powder generated as processing waste remains in the liquid as it is and is oxidized to become silicic acid or silicon oxide, and the silicon oxide concentration in the liquid is increased. If the silicon oxide concentration is high from the beginning, some of the above-mentioned oxidized silicon powder is added, and there is a tendency to accelerate the gelation of the recycle liquid. This is not preferable because the recyclability of the resin is remarkably lowered. It is also disadvantageous in terms of cost.
[0015]
In the present invention, the pH of the polishing composition is particularly preferably in the range of 8.7 to 10.6. When the pH is 8.6 or less, the polishing rate decreases, which is not preferable. On the other hand, when the pH is 10.7 or higher, colloidal silica begins to aggregate, and the stability of the polishing composition is lowered, which is also not preferable. In addition, this pH should not easily change due to possible changes in external conditions such as friction, heat, contact with outside air, or mixing with other components. It is a necessary condition that the composition solution itself is a so-called buffering solution having a small range of pH change with respect to changes in external conditions. The weak acid and / or weak base forming the buffer solution preferably has a logarithmic value (pKa) of the reciprocal of the acid dissociation constant (ka) at 25 ° C. in the range of 8.0 to 12.0. When the logarithmic value of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. is 8.0 or less, it is not preferable because it is necessary to add a large amount of a weak acid and / or a weak base to raise the pH. If the logarithmic value of the reciprocal of the acid dissociation constant at 25 ° C. is larger than 12.0, a buffer solution having a large buffering capacity that stabilizes the pH in the range of 8.7 to 10.6 cannot be formed.
[0016]
In order to form a polishing composition solution having a buffering action used in the method of the present invention, it is necessary to add a combination of potassium hydrogen carbonate and tetramethylammonium hydroxide. Slow to form a衝溶solution, combinations of salts of weak acids and Tsuyoshio group or a salt with a base or, salts and acids, in may be added. The buffer solution described in the present invention refers to a solution formed by the above-mentioned combination, in which a weak acid and / or a weak base is dissociated as an ion and an undissociated state coexists, It is characterized by little change in pH even when a small amount of acid or base is mixed.
[0017]
In the method of the present invention, the polishing rate can be remarkably improved by increasing the conductivity of the polishing composition solution. The conductivity is a numerical value indicating the ease of passing electricity in the liquid, and is a numerical value that is the reciprocal of the electrical resistance value per unit length. In the present invention, the numerical value of conductivity per unit length (micro · Siemens) is shown as a numerical value converted per 1% by weight of silicon oxide. In the present invention, the conductivity is preferably relative improvement in polishing rate if 20mS / m / 1% -SiO ² or more, further preferably equal to 25mS / m / 1% -SiO ² or more. There are the following two methods for increasing the conductivity. One is a method of increasing the concentration of the buffer solution, and the other is a method of adding salts.
To increase the concentration of the buffer solution, (1) weak acid and strong base, (2) strong acid and weak base, and (3) weak acid and weak base, without changing the molar ratio of acid to base Only the concentration needs to be increased.
The salt used in the method of adding salts is composed of a combination of an acid and a base. The acid may be either a strong acid or a weak acid, and a mineral acid and an organic acid can be used. Also good. The base may be either a strong base or a weak base, and an alkali metal hydroxide, a water-soluble quaternary ammonium hydroxide, or a water-soluble amine may be used, and a mixture thereof may be used. When adding a combination of a weak acid and a strong base, a strong acid and a weak base, or a combination of a weak acid and a weak base, the pH of the buffer solution may be changed. The above two methods may be used in combination.
[0018]
In order to improve the physical properties of the polishing composition used in the method of the present invention, a surfactant, a dispersant, an anti-settling agent and the like can be used in combination. Examples of the dispersant and the anti-settling agent include water-soluble organic polymer substances and inorganic layered compounds. Moreover, although the polishing composition of the present invention is an aqueous solution, an organic solvent may be added. The polishing composition of the present invention may be prepared by mixing colloidal silica, a base, an additive, and water during polishing. In general, a highly concentrated composition of 15 to 65% is prepared as colloidal silica, and it is often used by diluting with water or a mixture of water and an organic solvent.
[0019]
【Example】
Next, the polishing composition of the present invention and the polishing method using the same will be specifically described with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not particularly limited thereto.
Polishing compositions used in Examples and Comparative Examples were prepared by the following method. The colloidal silica used is a commercial product having an average primary particle size of 60, 90 and 110 nm and a silicon dioxide concentration of 30% by weight. Moreover, the commercial item in which the surface of the colloidal silica was partially coated with aluminum was also used.
Take a predetermined amount of these colloidal silica, add 1000 g of pure water, and then add acid and / or base or salt to adjust pH to make a buffer solution with stirring, and add additives such as glycerin and ethylene glycol. The solution was added sequentially according to the required amount and then prepared with the required amount of pure water. The concentration of silicon oxide in the liquid in this state is 10 and 15% by weight.
As the polishing conditions, the edge portion was polished by the following method.
Polishing apparatus: EP-200-V type drum rotation speed: 1800 rpm manufactured by Speed Fem Co., Ltd. Drum vertical speed: 1 mm / min.
Polishing cloth: SUBA400 (Rodel Nitta)
Polishing composition flow rate: 600 mL / min Processing time: 5 minutes Workpiece: 8 inch silicon wafer with low-temperature oxide film Polishing is performed by pressing a silicon wafer against a rotating drum and polishing for 5 minutes. It was reversed and polished for 5 minutes. The amount of polishing was determined from the difference in weight (mg / m) per silicon wafer before and after polishing on both sides with a processing time of 5 minutes per side. The pH of the polishing composition was measured using a pH meter. In the measurement, the pH electrode was calibrated in advance with pH standard solutions of pH 6.86 and pH 9.18, and then measured. The conductivity was measured with a conductivity meter. For the evaluation of the polished surface, the surface roughness of the edge surface was measured using a Surfcom Profiler M2000 (Chapman, manufactured by Instrument).
[0020]
Examples 1-8 , Comparative Examples 1-5
The polishing composition of the formulation shown in Tables 1 to 3 was prepared and used in the method for preparing the polishing composition of the examples, and the polishing rate and surface roughness of the edge portion of the bare wafer were measured. Tables 1, 2 and 3 show examples of the method of the present invention and comparative examples of the prior art. In this example, as is apparent from the results in the table, the polishing of the edge portion with the slurry of each example has a faster polishing rate than the comparative example, and the surface roughness is a good surface close to the mirror polished surface. It is clear that a roughness value is obtained. In Tables 1 to 3, * 1: shows aluminum-coated colloidal silica * 2: TMAOH means tetramethylammonium hydroxide * 3: abbreviation for glycerin * 4: abbreviation for ethylene glycol * 5: abbreviation for monoethanolamine * 6 : The polishing amount is the processing of 5 minutes per side of the edge part, and the difference in weight per wafer after double-side polishing is shown in Examples 5 to 8 and Comparative Examples 1 to 5. I did it. In this test, the carrier that holds the wafer during polishing is a vacuum adsorption method, so the place where it is held on the carrier and the surroundings are easy to dry with wind, and the level of spots remaining even after water cleaning after polishing is visually determined. It was done by the method.
[0021]
[Table 1]

[0022]
[Table 2]

[0023]
[Table 3]

[0024]
【The invention's effect】
As apparent from the above description, the method for polishing an edge portion of a semiconductor wafer according to the present invention using colloidal silica idal silica containing silicon oxide particles of 8 to 500 nm and having a buffering action under specific conditions An excellent polishing speed can be obtained in edge polishing of the wafer, the finished surface roughness is good, a sufficient mirror surface is obtained, the contamination is small, and it is possible to sufficiently cope with high precision of the silicon wafer.

Claims

A method for polishing an edge portion of a semiconductor wafer with a polishing composition comprising a colloidal solution containing silicon oxide particles, wherein the silicon oxide particles have an average primary particle diameter of 8 to 500 nm, and the content thereof is all The polishing composition comprising 1 to 25% by weight with respect to the liquid volume and made of the colloidal solution is added with a combination of tetramethylammonium hydroxide and potassium hydrogen carbonate, so that the pH is 8.3 to 11. 5. A method for polishing an edge portion of a semiconductor wafer, characterized in that it is prepared as a buffer solution having a buffering action between 5 and the conductivity at 25 ° C. is 20 mS / m or more per 1% by weight of silicon oxide .

2. The method for polishing an edge portion of a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the polishing composition is prepared as a buffer solution having a buffering action between pH 8.7 and 10.6.