JP5598607B2 - シリコンウェーハの研磨方法及び研磨剤 - Google Patents
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Description
ここで、シリコンウェーハの研磨において用いられるシリカ系の研磨剤は、水、シリカ、アルカリを含み、研磨中に以下の式で示す反応を起こす。
Si+2OH―+H2O→SiO3 2−+2H2↑
k∝C×[H2O][OH―]2/[SiO3 2−]→k∝C’×[OH―]2
しかし、このような従来のpHを所定値に保つ方法で調整した研磨剤を用いてシリコンウェーハを研磨すると、研磨速度を向上できるものの、研磨バッチ間で研磨速度のばらつきが発生してしまい、毎バッチ同じ研磨時間で研磨しても目標厚さに対し1〜数μm程度の誤差が発生するという問題を生じる。
近年、研磨後のシリコンウェーハに対してより高平坦度が要求されるのに伴い、取代の許容範囲が0.1μm程度以下となってきており、従来の方法ではこの要件を満たすことができない。また、従来の方法では、研磨バッチ処理の進行とともに、研磨速度が大きく低下し、使用できるバッチ処理数が短いという問題もある。
このようにすれば、確実に、高い研磨速度を各バッチ間で一定に保つことができる。
このようにすれば、アルカリを加えることによって一時的にケイ酸イオンの濃度が低下して研磨速度が不安定になることもなく、より簡潔かつ確実にケイ酸イオンの濃度を所定の範囲内の濃度となるように調整できる。
このように、本発明のシリコンウェーハの研磨方法では、様々なアルカリを適用できる。
シリコンウェーハの研磨において、従来、研磨速度を向上するために研磨剤のpHの値を管理し、例えば10.5程度に保つように調整しながら研磨を行っている。しかし、このようにしてシリコンウェーハを研磨した場合、上記したように研磨速度は向上されるものの、研磨速度が各バッチ間で一定とならず、ばらつきが発生してしまう。また、特に研磨剤を新規に希釈調製した直後からしばらくの間は、研磨速度が向上しにくいことも分かってきた。
また、本発明のシリコンウェーハの研磨方法は、タンク内に貯蔵された本発明の研磨剤を定盤上に貼り付けられた研磨布に供給しながらシリコンウェーハを研磨布に摺接させて研磨し、供給した研磨剤をタンク内に回収して循環させるシリコンウェーハの研磨方法である。
以下、本発明の研磨剤について説明する。
本発明の研磨剤は、水、シリカ、アルカリ、及びケイ酸イオンを含むものである。例えば、砥粒が10〜150nm程度のコロイダルシリカを水で希釈し、アルカリを添加し、ケイ酸イオンを含む懸濁液状の研磨剤である。ここで、添加するアルカリは、例えば、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのうち少なくとも1つである。また、金属不純物汚染を防ぐためのキレート剤を含むものであっても良い。
ここで、ケイ酸イオンの濃度の調整方法は特に限定されないが、例えば以下のようにして行うことができる。濃度を減少させる場合には、供給した研磨剤の一部を排液し、ケイ酸イオンが含まれない、又はその調整する濃度より低い濃度のケイ酸イオンが含まれた新研磨剤を加える。濃度を増加させる場合には、ケイ酸イオンを直接加える方法の他に、後述するような、アルカリを加えて研磨中にシリコンウェーハとの反応によってケイ酸イオンを生成させる方法も適用できる。
供給した研磨剤のうち、このように排液される研磨剤と、上記したような研磨中に飛び散る研磨剤などのような、タンク内に回収できない一部の研磨剤による減少分を補うため、それと同量の新研磨剤をタンク内に加える。
そして、研磨剤の一部がタンク内に回収されないことによって減少するケイ酸イオンの濃度を、シリコンウェーハの研磨中にタンク内の研磨剤にアルカリを加え、該アルカリとシリコンウェーハとの反応でケイ酸イオンを生成することによって所定の範囲内の濃度となるように調整する。
ここで、ケイ酸イオンの濃度を所定の範囲内に調整するために加えるアルカリ量及び排液する研磨剤量を、シミュレーションを行うなどして決定することができる。
以下にシミュレーションの一例を示す。
表1の条件でシミュレーションを行った結果を表2に示す。表2に示すように、研磨バッチを繰り返すことによってケイ酸イオンの濃度が増加し、20バッチ以降からはほぼ一定の濃度が保たれていることが分かる。この濃度の結果が所定の範囲内に入るようにシミュレーションすることによって、各バッチで排液する研磨剤の量及び加えるアルカリの量を決定することができる。
このようにすれば、研磨速度を高く、かつ、各バッチ間で一定に確実に保つことができる。
またこのとき、シリコンウェーハの研磨中にタンク内の研磨剤に加えるアルカリの量を所定時間当たり一定量となるように調整することが好ましい。ここで、加えるアルカリの所定時間当たり一定量は、使用する研磨装置やタンクの容量などによって適宜決定される。
このようにすれば、アルカリを加えることによって一時的にケイ酸イオンの濃度が低下して研磨速度が不安定になることもなく、より確実にケイ酸イオンの濃度を所定の範囲内の濃度となるように調整することができる。
ここで、シリコンウェーハの研磨中に加えるアルカリは、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのうち少なくとも1つとすることができ、様々なアルカリを適用できる。
また、仕上研磨のような研磨取代が極僅かな研磨では、溶解するケイ酸イオン濃度の増加があまり期待できない。この場合、スラリー原液に含まれるケイ酸イオン濃度に依存することになるが、高い研磨レートを期待するためには、1.0g/L以上含まれることが好ましい。
図1に示すような5枚のシリコンウェーハを同時に研磨可能な両面研磨装置を用い、本発明のシリコンウェーハの研磨方法に従って、研磨剤中のケイ酸イオンの濃度を4.6g/Lに調整しながら、直径300mmのシリコンウェーハの研磨をバッチ式に繰り返した。ここで、1バッチ当たりの研磨枚数を5枚とした。また、エッチング済みのシリコンウェーハを、研磨前の厚さが793±2μm程度から777μmとなるように、すなわち、研磨取代が16μm程度となるように研磨時間を設定し、研磨圧200g/cm2で研磨した。研磨後のシリコンウェーハの厚さを測定して研磨代を調べ、この研磨代と研磨時間とから研磨速度を算出して評価した。
70Lの容量のタンク内に一次粒子径が35nmのコロイダルシリカを約0.6重量%、アルカリとしてKOHを約0.075重量%入れて攪拌し、ベース研磨剤とした。その後、このベース研磨剤を供給しながらダミーのシリコンウェーハを研磨し、研磨中に5%KOHを加えることによって、研磨剤中のケイ酸イオンの濃度が4.6g/Lになるように調整した。
その結果を図2に示す。図中の研磨速度は、研磨剤を作製するためにダミーウェーハを研磨した際の研磨速度を1としたときの相対値で示されている。図2に示すように、ケイ酸イオンの濃度を4.6g/Lに調整しながら研磨することによって、図3に示す比較例の結果と比べ、同等の高い研磨速度を保ちつつ、研磨速度が各バッチ間で一定になっていることが分かった。また、目的の研磨取代も安定して達成できていることが分かった。
ケイ酸イオンの濃度を考慮せず、研磨剤のpHを一定に保ちながら研磨する従来の研磨方法を用いた以外、実施例と同様な条件でシリコンウェーハを研磨し、実施例と同様に評価した。
その結果を図3に示す。図中の研磨速度は、実施例の研磨速度に対する相対値で示されている。図3に示すように、研磨剤のpHが一定になっているにも関わらず、研磨速度のばらつきが実施例と比べ大きくなっていることが分かった。この研磨速度のばらつきによって、研磨取代にもばらつきが発生してしまった。
Claims (4)
- タンク内に貯蔵された研磨剤を定盤上に貼り付けられた研磨布に供給しながらシリコンウェーハを前記研磨布に摺接させて研磨し、前記供給した研磨剤を前記タンク内に回収して循環させるシリコンウェーハの研磨方法であって、
前記タンク内に回収して循環させる研磨剤中に含まれるケイ酸イオンの濃度を所定の範囲内の濃度となるように調整しながら前記シリコンウェーハを研磨する工程と、前記供給した研磨剤のうち前記タンク内に回収できない一部の前記研磨剤と同量の新研磨剤を前記タンク内に加える工程を有し、前記研磨剤の一部が前記タンク内に回収されないことによって減少する前記ケイ酸イオンの濃度を、前記シリコンウェーハの研磨中に前記タンク内の研磨剤にアルカリを加え、該アルカリと前記シリコンウェーハとの反応で前記ケイ酸イオンを生成することによって前記所定の範囲内の濃度となるように調整することを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。 - 前記所定の範囲内のケイ酸イオンの濃度を、1.0〜4.6g/Lの範囲内に調整することを特徴とする請求項1に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
- 前記シリコンウェーハの研磨中に前記タンク内の研磨剤に加えるアルカリの量を所定時間当たり一定量となるように調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
- 前記シリコンウェーハの研磨中に加えるアルカリを、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムのうち少なくとも1つとすることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
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