JP5323342B2 - 半導体ウエハの研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハの研磨方法に関する。

シリコン等の半導体ウエハは、チョコラルスキー法等の単結晶製造方法等によって得られたインゴットと呼ばれる円柱状の塊をウエハ状に切断し、その両面を例えばシリカ粒子を水に分散させた研磨液で研磨することによって得られる。

このとき、半導体ウエハの表面層に拡散付着するメタルは、洗浄によって比較的容易に低減させることが可能であるが、研磨液中に存在したメタルによる研磨時汚染は、洗浄によって低減できない層にまで浸透すると考えられている。

このため、従来、研磨液を製造するメーカー等においては、キレート剤を研磨液中に混合するか、または、原材料を高純度化する等の対応を行ってきた（特許文献１〜５参照）が、半導体素子および部品製造に全く悪影響を与えないレベルの低メタル量の研磨液なるものは、いまだに安定供給されるに至っていない。

また、研磨液中のメタル濃度を測定し、研磨特性に悪影響を及ぼさないキレート剤量を決定して添加するという方法も提案されている（特許文献６参照）が、必ずしも実用的ではなかった。

特開２００１−２９４４１７号公報 特開２００４−１４０１７３号公報 特開２００５−１４２５１６号公報 特開２００６−１００７１３号公報 特開２００７−０８１３１６号公報 特開２００５−１０３７００号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、研磨液からその含有量が低減されるべきウエハ内部に浸透するメタルの含有量を確実且つ効率的に低減し、他の研磨特性を悪化させることなく、ウエハを研磨することができる半導体ウエハの研磨方法を提供することにある。

即ち、本発明によれば、半導体ウエハの表面を、研磨液を用いて研磨する半導体ウエハの研磨方法であって、前記研磨液を、メタル選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルターに、１〜３０分滞留させる処理を行った後、０．５〜２４時間の内に前記処理後の研磨液を用いて半導体ウエハの表面を研磨する半導体ウエハの研磨方法が提供される。

このとき、上記半導体ウエハは、特に限定されないが、シリコンであることが好ましい。また、上記メタルが、遷移金属及び／又は重金属であることが好ましく、より好ましくは、銅、ニッケル、マグネシウム、亜鉛、クロム、銀、鉛である。

尚、上記処理後の研磨液中のメタルの含有量は、銅が、１〜３０ｐｐｂ、ニッケルが、１〜３０ｐｐｂ、マグネシウムが、１〜１００ｐｐｂ、亜鉛が、１〜１００ｐｐｂ、クロムが、１〜１００ｐｐｂ、銀が、１〜１００ｐｐｂ、鉛が、１〜１００ｐｐｂであることが好ましい。

ここで、本発明では、上記フィルターにプレフィルターが前置され、且つ前記プレフィルターが、研磨粒子に作用するイオン性分散剤、及び／又は半導体ウエハに吸着して作用するイオン性添加剤以外の選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたものであることが好ましい。尚、上記イオン性添加剤以外の選択吸着性物質は、特に限定されないが、防腐剤であることが好ましい。

また、本発明では、フィルターにプレフィルターが前置され、且つ前記プレフィルターが、研磨液中に含有される大粒径凝集粒子やダストを除去する開口径より大きなものを引っ掛ける物理的作用を主とする繊維から構成されたものであることが好ましい。

更に、本発明では、複数の研磨機に研磨液を供給するタンクに研磨液を補充する際に、メタル選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルターに研磨液を通過させることが好ましい。

本発明の半導体ウエハの研磨方法は、研磨液からその含有量が低減されるべきウエハ内部に浸透するメタルの含有量を確実且つ効率的に低減し、他の研磨特性を悪化させることなく、ウエハを研磨することができる。

以下、半導体ウエハの研磨方法について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。

本発明に係る半導体ウエハの研磨方法は、半導体ウエハの表面を、研磨液を用いて研磨する半導体ウエハの研磨方法であって、前記研磨液を、メタル選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルターに、１〜３０分滞留させる処理を行った後、０．５〜２４時間の内に前記処理後の研磨液を用いて半導体ウエハの表面を研磨するものである。尚、半導体ウエハは、特に限定されないが、シリコンであることが好ましい。

本発明の半導体ウエハの研磨方法では、上記研磨液が、メタル選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から成るフィルターに１〜３０分（より好ましくは、３〜１０分）滞留させないとメタル低減効果が小さく、また、フィルトレーション（ろ過）した研磨液を、特に強いせん断力の働く攪拌状態で放置すると、研磨粒子からのメタル溶出が始まるため、フィルトレーション（ろ過）した研磨液は、２４時間以内（より好ましくは、０．５〜１２時間）に使用する必要があることを新たに見出した。

尚、上記研磨液からその含有量が低減されるべきメタルとしては、鉄、銅、ニッケル、亜鉛、クロム、アルミニウム、ナトリウム、カルシウム、カリウム、マグネシウム、リチウム、マンガン、コバルト等があげられるが、特に銅、ニッケル、アルミ、マグネシウム、亜鉛、クロム、銀、鉛等の遷移金属、重金属が存在すると、半導体素子、部品製造において、リーク電流不良、素子分離不良、酸化膜耐圧不良、及び／又はしきい値不良等の問題を発生しやすくなるため、上記処理後の研磨液中のメタルの含有量は、銅は、３０ｐｐｂ以下（より好ましくは、１〜２０ｐｐｂ）、ニッケルは、３０ｐｐｂ以下（より好ましくは、１〜２０ｐｐｂ）、マグネシウムは、１００ｐｐｂ以下（より好ましくは、１〜１５ｐｐｂ）、亜鉛は、１００ｐｐｂ以下（より好ましくは、１〜２０ｐｐｂ）、クロムは、１００ｐｐｂ以下（より好ましくは、１〜２０ｐｐｂ）、銀は、１００ｐｐｂ以下（より好ましくは、１〜１０ｐｐｂ）、鉛は、１００ｐｐｂ以下（より好ましくは、１〜５ｐｐｂ）であることが好ましい。

ここで、本発明で用いるフィルターは、表面メタル選択吸着性物質が固定化された繊維から構成されたフィルターであり、例えば、ニッケル選択吸着性物質と銅選択吸着性物質を混在させても良いし、あるいは、上流側と下流側に分けても良く、特に、メタル選択吸着性物質の種類や組み合わせについて制限はない。

また、本発明の半導体ウエハの研磨方法では、上記フィルターに、プレフィルター（例えば、プレフィルター（１）及び／又はプレフィルター（２））が前置されていることがより好ましい。これは、研磨液から上記フィルターを劣化させる物質（例えば、研磨粒子に作用するイオン性分散剤、及び／又は半導体ウエハに吸着して作用するイオン性添加剤以外の選択吸着性物質や研磨液中に含有される大粒径凝集粒子やダスト）を、予めプレフィルターでフィルトレーション（ろ過）することにより、メタル低減効果を高めること、および、メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルターのライフ（寿命）を長くすることができるからである。

ここで、本発明で用いるプレフィルター（１）は、研磨粒子に作用するイオン性分散剤、及び／又は半導体ウエハに吸着して作用するイオン性添加剤以外の選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたものである。これにより、本発明で用いるプレフィルター（１）は、メタル低減効果を高めること、及び上記フィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター）のライフ（寿命）を長くすることができる。

上記イオン性添加剤以外の選択吸着性物質とは、特に限定されないが、防腐剤であり、例えば、ｃｉｓ−１−（３−ｃｈｌｏｒｏａｌｌｙｌ）−３，５，７−ｔｒｉａｚａ−１−ａｚｏｎｉａａｄａｍａｎｔａｎｅ ｃｈｌｏｒｉｄｅ等の、研磨液にカビ等の細菌が繁殖することを防止する物質である。

特に、防腐剤は、メタル含有量に比較して桁違いの多量が研磨液に混合される場合が多く、しかもメタル選択吸着性物質に付着しやすいために、メタル選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルターの寿命を著しく低下させる恐れがあり、研磨にあたっては、あらかじめ、例えば分子量の高い非イオン性炭化水素物質を選択吸着するような物質を繊維表面に固定化したフィルターによって除去しておくことが好ましい。

尚、イオン性分散剤やイオン性添加剤とは、ゼータ電位差を利用して電気的に研磨粒子やウエハに吸着する物質である場合が多い。

また、本発明で用いるプレフィルター（２）は、研磨液中に含有される大粒径凝集粒子やダストを除去する開口径より大きなものを引っ掛ける物理的作用を主とする繊維から構成されたものである。これにより、上記フィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター）のライフ（寿命）を長くすることができるだけでなく、研磨時のスクラッチ発生率を低減させる効果もある。

尚、本発明で用いるフィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター）、プレフィルター（１）（研磨粒子に作用するイオン性分散剤、及び／又は半導体ウエハに吸着して作用するイオン性添加剤以外の選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター）及びプレフィルター（２）（研磨液中に含有される大粒径凝集粒子やダストを除去する開口径より大きなものを引っ掛ける物理的作用を主とする繊維から構成されたフィルター）は、一体構造としても良いが、その場合、プレフィルター（１）及び／又はプレフィルター（２）は、必ずフィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター）の上流側に配置されている必要がある。

更に、本発明の半導体ウエハの研磨方法では、フィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター）に通す処理方法について、各研磨装置に小型のフィルターを取り付けてＩｎ ｓｉｔｕ処理を行うか、又は複数の研磨機に研磨液を供給する大型タンクに研磨液を補充する際に処理を行うか、特に制限はないが、複数の研磨機に研磨液を供給するタンクに研磨液を補充する際に、フィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター）に研磨液を通過させることがコストパフォーマンスの点でより好ましい。

以上のことから、本発明の半導体ウエハの研磨方法は、研磨液からその含有量が低減されるべきウエハ内部に浸透するメタルの含有量を確実且つ効率的に低減し、他の研磨特性を悪化させることなく、ウエハを研磨することができるとともに、これにより得られた半導体ウエハをさらに加工して得られる半導体素子および部品の不具合発生防止に寄与することができる。

本発明を実施例に基づいて、更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。

尚、本実施例におけるスラリー中のメタル濃度とは、パーキンエルマー社製Ｚ−５１００ＰＣ等の原子吸光分析装置によって定量分析した結果をいい、ｐｐｂを単位とした。

また、本実施例におけるウエハ内部に浸透するメタル量とは、２５０℃でウエハ表面に炙り出したメタルを回収し、Ａｇｉｌｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製の誘導結合プラズマ質量分析装置等によって定量分析した結果をいい、ａｔｏｍｓ/平方ｃｍを単位とした。

（実施例１〜７、比較例１〜７）
研磨液Ａのメタル含有量、平均粒径、シリカ濃度及びｐＨといった物性値を、表１に示す。

（実施例１〜３、比較例１及び比較例２）
フィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター：野村マイクロ・サイエンス株式会社製のフィルターＭｅｔｏｌａｔｅ(商標)）空隙容量１０Ｌに、表１に示した研磨液Ａを、流量を変えて通した場合におけるフィルター内部滞留時間と、フィルトレーション（ろ過）後の研磨液Ｂのメタル含有量をそれぞれ測定した。その結果を表２に示す。

表１及び表２の結果から、野村マイクロ・サイエンス株式会社製のフィルターＭｅｔｏｌａｔｅ(商標)等のメタル選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター内部に１分以上研磨液を滞留処理することにより、研磨液に含有されていたメタル量は、全て、少なくとも半減されることが明らかとなった（実施例１〜３）。一方、上記フィルター内部への滞留時間が１分未満の場合、十分にメタル（特に、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ）を低減することができなかった（比較例１及び比較例２）。

（実施例４〜６、比較例３）
また、表２に示した研磨液Ｂのフィルター内部滞留時間１分処理品の放置経過時間とメタル含有量の関係を検証した。その結果を表３に示す。

表３の結果から、フィルターで処理した後、２４時間以内に研磨液を使用することが好ましいことを確認した（実施例４〜６）。一方、２４時間を超過した場合、実施例４〜６では変化が無かった研磨液Ｂのメタル含有量が一部増加していることを確認した（比較例３）。

（実施例７、比較例４）
更に、研磨液Ａおよび研磨液Ｂ（フィルトレーション（ろ過）を実施して２４時間以内のもの）を用いて、３００ｍｍ直径シリコンウエハの両面を各１０μｍ研磨し、ウエハ内部に浸透したメタル量（バルクメタル量と称す）を評価した。その結果を表４に示す。

表４の結果から、本発明に基づいてシリコンウエハを研磨すれば、ウエハ内部に浸透するメタル量は、従来の研磨方法（比較例４）と比較して、少なくとも半減されることが明らかとなった（実施例７）。

（実施例８、比較例５及び比較例６）
次に、研磨液Ｂを用いて、３００ｍｍ直径シリコンウエハの両面を各１０μｍ研磨する工程を繰り返した時に発生する研磨液の処理量と研磨液中のメタル含有量との関係を検証した。その結果を表５に示す。

（実施例９〜１２）
また、研磨液Ａを、プレフィルター（１）（メタルイオンや分散剤として良く用いられるアニオンを吸着し難く、高分子量炭化水素を吸着し易い物質を表面に固定化した繊維から構成されたフィルター（同じく、野村マイクロ・サイエンス株式会社製））でフィルトレーション（ろ過）後、更にフィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター：野村マイクロ・サイエンス株式会社製のフィルターＭｅｔｏｌａｔｅ(商標)）でフィルトレーション（ろ過）した研磨液Ｃ（フィルター内部滞留時間１分、フィルトレーション（ろ過）を実施して２４時間以内のもの）を用いて、３００ｍｍ直径シリコンウエハの両面を各１０μｍ研磨する工程を繰り返した時に発生する研磨液の処理量と研磨液中のメタル含有量との関係を検証した。尚、プレフィルター（１）及びフィルターの滞留時間を１分とした。その結果を表６に示す。

表５及び表６の結果から、プレフィルター（１）を用いた研磨液Ｃを用いた場合（実施例９〜１２）、研磨液の処理量が１０ｋＬ（実施例１２）であっても、研磨液中のメタル含有量は、最適値を保持していた。一方、プレフィルター（１）を用いない研磨液Ｂを用いた場合（実施例８、比較例５及び比較例６）、研磨液の処理量が１ｋＬ以上（比較例５及び比較例６）で、研磨液中のメタル含有量は、最適値を逸脱することを確認した。以上のことから、プレフィルター（１）を用いた研磨液Ｃを用いた場合（実施例９〜１２）、実使用時におけるフィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター）のライフ（寿命）を大幅に向上できることを確認した。

（実施例１３、比較例７）
更に、研磨液Ａを、プレフィルター（２）（研磨液中に含有される大粒径凝集粒子やダストを除去する開口径より大きなものを引っ掛ける物理的作用を主とする繊維から構成されたフィルター：ポリプロピレン繊維製の平均開口径１０μｍのフィルター）でフィルトレーション（ろ過）後、更にフィルター（メタル選択吸着物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルター：野村マイクロ・サイエンス株式会社製のフィルターＭｅｔｏｌａｔｅ(商標)）でフィルトレーション（ろ過）した研磨液Ｄ（フィルトレーション（ろ過）を実施して２４時間以内のもの）を用いて、３００ｍｍ直径シリコンウエハの両面を各１０μｍ研磨し、研磨洗浄後のウエハ表面を、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製ＳＰ１で評価した。尚、プレフィルター（１）の滞留時間は、０．５分及びフィルターの滞留時間を１分とした。

その結果、プレフィルター（２）を用いない研磨液Ａを用いて同様に研磨した場合（比較例７）、ウエハ表面に６５ｎｍ以上の欠陥が、平均で５個観察されたのに対して、研磨液Ｄを用いて研磨した場合（実施例１３）、その欠陥個数を、平均で２個まで減少することができた。

尚、実施例７〜１３及び比較例４〜７では、研磨液Ａ〜Ｄをイオン交換水で５０倍に希釈して使用し、上下両盤にＮｉｔｔａ Ｈａａｓ株式会社製Ｓｕｂａ（商標）Ｐａｄを貼ったピーターウォルター株式会社製両面研磨機で研磨した。

本発明の半導体ウエハの研磨方法は、例えば、半導体素子および部品製造の基材となるシリコン等の半導体ウエハの製造において好適に用いることができる。

Claims (9)

1. 半導体ウエハの表面を、研磨液を用いて研磨する半導体ウエハの研磨方法であって、
   前記研磨液を、メタル選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルターに、１〜３０分滞留させる処理を行った後、０．５〜２４時間の内に前記処理後の研磨液を用いて半導体ウエハの表面を研磨する半導体ウエハの研磨方法。
2. 前記半導体ウエハが、シリコンである請求項１に記載の半導体ウエハの研磨方法。
3. 前記メタルが、遷移金属及び／又は重金属である請求項１又は２に記載の半導体ウエハの研磨方法。
4. 前記メタルが、銅、ニッケル、マグネシウム、亜鉛、クロム、銀、鉛である請求項３に記載の半導体ウエハの研磨方法。
5. 前記処理後の研磨液中のメタルの含有量が、銅が、１〜３０ｐｐｂ、ニッケルが、１〜３０ｐｐｂ、マグネシウムが、１〜１００ｐｐｂ、亜鉛が、１〜１００ｐｐｂ、クロムが、１〜１００ｐｐｂ、銀が、１〜１００ｐｐｂ、鉛が、１〜１００ｐｐｂである請求項１又は２に記載の半導体ウエハの研磨方法。
6. 前記フィルターにプレフィルターが前置され、且つ前記プレフィルターが、研磨粒子に作用するイオン性分散剤、及び／又は半導体ウエハに吸着して作用するイオン性添加剤以外の選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたものである請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体ウエハの研磨方法。
7. 前記イオン性添加剤以外の選択吸着性物質が、防腐剤である請求項５に記載の半導体ウエハの研磨方法。
8. 前記フィルターにプレフィルターが前置され、且つ前記プレフィルターが、研磨液中に含有される大粒径凝集粒子やダストを除去する開口径より大きなものを引っ掛ける物理的作用を主とする繊維から構成されたものである請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体ウエハの研磨方法。
9. 複数の研磨機に研磨液を供給するタンクに研磨液を補充する際に、メタル選択吸着性物質が表面に固定化された繊維から構成されたフィルターに研磨液を通過させる請求項１〜８のいずれか１項に記載の半導体ウエハの研磨方法。