JP6708305B2 - シリコンウェーハの研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、両面研磨されたシリコンウェーハの片面を鏡面研磨する最終研磨工程に特徴を有するシリコンウェーハの研磨方法に関する。

シリコンウェーハを製造するためのプロセスは、主に、単結晶インゴットを作製するための単結晶引上工程と、作製された単結晶インゴットの加工工程からなる。この加工工程は、一般に、スライス工程、ラッピング工程、面取り工程、エッチング工程、鏡面研磨工程、洗浄工程等を含み、これら工程を経ることにより、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハが製造される。

鏡面研磨工程では、シリコンウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程（粗研磨工程）や、その後、シリコンウェーハの片面を鏡面化する最終研磨工程といった多段階の研磨が行われる。一般に、最終研磨工程は、表面に研磨パッドを設けた定盤と、シリコンウェーハを保持するヘッドとを含む研磨ユニットを用いて行う。ヘッドに保持したシリコンウェーハの片面を研磨パッドに押圧し、研磨パッドに砥粒を含むアルカリ水溶液である研磨液（研磨スラリー）を供給しつつ、ヘッドと定盤を共に回転させる。これにより、シリコンウェーハの片面は、砥粒による機械的研磨作用と、アルカリ水溶液による化学的研磨作用とが複合したメカノケミカル研磨（ＣＭＰ）によって研磨されて、優れた平滑性を有する鏡面となる。

ここで、最終研磨工程では、１つ以上の前段研磨ユニットにおいて行う１つ以上の前段研磨工程と、その後仕上げ研磨ユニットにおいて行う仕上げ研磨工程とからなる２段階以上の研磨を行う。特許文献１には、最終研磨工程の仕上げ研磨工程において、水溶性高分子と、密度が５×１０¹³個／ｃｍ³以下の砥粒とを含むアルカリ水溶液を研磨液として用いることにより、ＰＩＤ（Process Induced Defect）を低減したシリコンウェーハを得ることができることが記載されている。

また、特許文献２には、水溶性高分子を含まず、かつ砥粒を含むアルカリ性水溶液を主剤とする研磨液を研磨布に供給しながら、シリコンウェーハの片側表面を研磨する第一研磨工程と、前記第一研磨工程に引き続いて、前記第一研磨工程を終えた後の前記研磨布に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液を供給して、前記シリコンウェーハの前記第一研磨工程で研磨された被研磨面に前記保護膜形成溶液を接触させ、前記被研磨面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、水溶性高分子を含み、かつ砥粒を含むアルカリ性水溶液を主剤とする研磨液を前記第一研磨工程で使用した研磨布とは異なる研磨布に供給しながら、前記シリコンウェーハの前記保護膜形成工程で形成された保護膜の形成面を研磨する第二研磨工程とを備えたことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法が記載されている。この研磨方法は、シリコンウェーハを空中搬送して第一研磨工程から第二研磨工程へ移行する場合に問題となるウォーターマークの発生を、上記の保護膜を形成することで低減する技術である。

国際公開第２０１０／１４０６７１号公報 特開２０１６−５１７６３号公報

特許文献１で評価されているＰＩＤとは、特許文献１の図１（ａ）に示されるような線状の突起欠陥であり、この発生メカニズムは、以下のとおりと考えられている。すなわち、仕上げ研磨の過程で研磨液中の砥粒やその他の異物が一定確率でシリコンウェーハ表面に線状の傷を付ける。この線状の傷の部位は、加工変質層となるため、仕上げ研磨直後の洗浄工程や、検査後の最終洗浄工程といった後続のエッチング工程で、ウェーハ表面の他の部位よりもエッチングレートが低くなる結果、線状の突起となる。そして、特許文献１では、ウェーハ表面をレーザーパーティクルカウンタ（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ２）で測定し、サイズが３５ｎｍ以上でＬＰＤ−Ｎに分類される欠陥をＰＩＤと認定し、その数を評価している。

特許文献１のウェーハの研磨方法によれば、仕上げ研磨工程において砥粒の数を５×１０¹³個／ｃｍ³以下とすることによって、確かにＰＩＤの発生を抑制することはできる。しかしながら、本発明者らが検討したところ、特許文献１のウェーハの研磨方法においては、段差が比較的低いスクラッチの発生を十分に抑制することはできていないことが判明した。この段差の低いスクラッチは、ウェーハ表面をレーザーパーティクルカウンタ（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ３）のＮｏｒｍａｌモードで測定することによって顕在化するものであり、特許文献１で評価しているＰＩＤとは異なる欠陥である。

また、特許文献２のウェーハの研磨方法においても、上記のような段差の低いスクラッチを低減することについては考慮されておらず、本発明者らの検討によると、段差が比較的低いスクラッチの発生を十分に抑制することはできていないことが判明した。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、ＰＩＤのみならず、段差の低いスクラッチの発生を抑制することが可能なシリコンウェーハの研磨方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明者らが鋭意検討したところ、以下の知見を見出した。従来の最終研磨工程において、前段研磨工程では、アルカリによるエッチングレートが比較的高く、砥粒の数も多い研磨液を用いて、研磨作用の強い研磨を行い、仕上げ研磨工程では、アルカリによるエッチングレートが低く、砥粒の数も少ない研磨液を用いて、より高い平坦度を実現する研磨を行っていた。前段研磨工程直後のウェーハは、水をかけながら仕上げ研磨ユニットに搬送される。このとき、前段研磨工程で使用する研磨液の上記特性に起因して、前段研磨工程直後のウェーハ表面は撥水面となっている。本発明者らは、ウェーハ表面が撥水面のままウェーハの搬送を行い、仕上げ研磨を行うと、仕上げ研磨の段階でウェーハ表面において砥粒の凝集が生じるのではないかと考えた。そこで、前段研磨工程の途中で、ウェーハ表面に供給する研磨液を、前段研磨用の研磨液から仕上げ研磨用の研磨液に切り替えて、前段研磨工程直後のウェーハ表面を親水化することで、仕上げ研磨の段階でのウェーハ表面における砥粒の凝集を防ぐことを着想した。そして、このようにして前段研磨工程と仕上げ研磨工程を行ったところ、ウェーハ表面での段差の低いスクラッチが低減することが確認できた。

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）表面に第１研磨パッドを設けた第１定盤と、第１研磨ヘッドを含む前段研磨ユニットを用いて、前記第１研磨パッドに第１研磨液を供給しつつ、前記第１研磨ヘッドにより保持したシリコンウェーハを前記第１研磨パッドに接触させた状態で前記第１定盤および前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面を研磨する前段研磨工程と、
その後、表面に第２研磨パッドを設けた第２定盤と、第２研磨ヘッドとを含む仕上げ研磨ユニットを用いて、前記第２研磨パッドに第２研磨液を供給しつつ、前記第２研磨ヘッドにより保持した前記シリコンウェーハを前記第２研磨パッドに接触させた状態で前記第２定盤および前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面をさらに研磨する仕上げ研磨工程と、
を最終研磨工程として行うシリコンウェーハの研磨方法であって、
前記前段研磨工程では、前記第１の研磨液として、まずは、密度が１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上の砥粒を含む第１アルカリ水溶液を供給し、その後、水溶性高分子と、密度が５×１０¹³個／ｃｍ³以下の砥粒とを含む第２アルカリ水溶液を供給することに切り替え、
前記前段研磨工程の後、前記シリコンウェーハを前記第１研磨ヘッドから取り外し、前記シリコンウェーハの表面に水を供給しつつ前記仕上げ研磨ユニットへ搬送し、前記第２の研磨ヘッドに取り付け、
前記仕上げ研磨工程では、前記第２の研磨液として、水溶性高分子と、密度が５×１０¹³個／ｃｍ³以下の砥粒とを含む第３アルカリ水溶液を供給する
ことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。

（２）前記前段研磨工程では、当該工程での目標研磨量を達成する研磨時間を経過した後に、前記第１アルカリ水溶液から前記第２アルカリ水溶液に供給を切り替える、上記（１）に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（３）前記前段研磨工程において、前記第２アルカリ水溶液を供給する期間を１０秒以上とする、上記（１）または（２）に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（４）前記仕上げ研磨工程では、希釈タンクにて、前記水溶性高分子と前記砥粒とを含むアルカリ原液と、純水とを混合して、前記第３アルカリ水溶液を調製し、
調製した前記第３アルカリ水溶液を前記希釈タンクと連通した配管設備で前記仕上げ研磨ユニットに供給し、
さらに、前記希釈タンク内の前記第３アルカリ水溶液がなくなる前に、新たに前記アルカリ原液と前記純水とを前記希釈タンクに投入して、新たな前記第３アルカリ水溶液を調製する、上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（５）前記第３アルカリ水溶液が前記希釈タンクの容積の１０％以上残っている時に、新たに前記アルカリ原液と前記純水とを前記希釈タンクに投入する、上記（４）に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（６）前記第１乃至第３アルカリ水溶液において、前記砥粒の平均一次粒径が１０〜７０ｎｍの範囲である、上記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（７）前記第１乃至第３アルカリ水溶液において、前記砥粒がＳｉＯ₂粒子を含む、上記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（８）前記第１アルカリ水溶液は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、および水酸化テトラエチルアンモニウムから選択される１種以上のアルカリを含有し、
前記第２および第３アルカリ水溶液はアンモニアを含有する、上記（１）〜（７）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（９）前記第２および第３アルカリ水溶液において、前記水溶性高分子は、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、およびポリプロピレングリコールから選択される１種以上である、上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

本発明のシリコンウェーハの研磨方法によれば、ＰＩＤのみならず、段差の低いスクラッチの発生を抑制することができる。

本発明の一実施形態によるシリコンウェーハの研磨方法を含む、シリコンウェーハの製造工程を示すフロー図である。 本発明の一実施形態のシリコンウェーハの研磨方法中の仕上げ研磨工程で用いる、研磨液の供給機構を示す模式図である。 （Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、それぞれ比較例１、比較例２、発明例１、発明例２において得られたＬＰＤマップである。

図１を参照しつつ、本発明の一実施形態によるシリコンウェーハの研磨方法を説明する。シリコンウェーハは、図１に示すフローで製造される。ステップＳ１の前工程では、スライス工程、ラッピング工程、面取り工程、エッチング工程などが行われ、ステップＳ２の両面研磨（ＤＳＰ工程）によって、ウェーハ形状が作り込まれる。両面研磨されたシリコンウェーハは、ステップＳ３の洗浄を経て、ステップＳ４の前段研磨工程とステップＳ５の仕上げ研磨工程からなる最終研磨工程に供される。最終研磨工程を経たシリコンウェーハは、ステップＳ６の洗浄後、ステップＳ７でウェーハの平坦度や目視できる傷、汚れの有無の検査に供され、その後ステップＳ８の最終洗浄工程後、ステップＳ９で面検査に供され、出荷される。

本実施形態のシリコンウェーハの研磨方法は、上記工程中の最終研磨工程に関するものである。最終研磨工程は、前段研磨ユニットにおいて行う前段研磨工程Ｓ４と、その後仕上げ研磨ユニットにおいて行う仕上げ研磨工程Ｓ５の２段階研磨からなる。

前段研磨工程Ｓ４では、表面に第１研磨パッドを設けた第１定盤と、第１研磨ヘッドとを含む前段研磨ユニットを用いて、前記第１研磨パッドに第１研磨液を供給しつつ、前記第１研磨ヘッドにより保持したシリコンウェーハを前記第１研磨パッドに接触させた状態で前記第１定盤および前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面を研磨する。

前段研磨工程で用いる第１の研磨液としては、アルカリによるエッチングレートが比較的高く、砥粒の数も多い研磨液を用いることが好ましい。このような研磨液として、本実施形態では、密度が１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上の砥粒を含む第１アルカリ水溶液を用いる。第１のアルカリ水溶液におけるシリコンに対する研磨レートは１００〜３００ｎｍ／分とすることが好ましい。１００ｎｍ／分以上であれば、生産性を悪化させることがなく、３００ｎｍ／分以下であれば、ウェーハ表面の粗さが荒れることがなく、ウェーハ面内を均一に研磨することができるからである。このような研磨レートを得る観点から、第１アルカリ水溶液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）、および水酸化テトラエチルアンモニウム（ＴＥＡＨ）から選択される１種以上のアルカリを含有することが好ましく、水溶性高分子は含まないものとする。砥粒の密度は、１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上であれば特に限定されないが、砥粒の凝集を抑制する観点から、１×１０¹⁵個／ｃｍ³以下とすることが好ましい。ここで、本実施形態では、上記の第１アルカリ水溶液を供給し研磨した後、後述のように、第３アルカリ水溶液と同等の仕様の第２アルカリ水溶液を供給することに切り替える。

前段研磨工程直後のウェーハは、第１研磨ヘッドから取り外して、表面が乾燥しないように、ウェーハ表面に水を供給しつつ仕上げ研磨ユニットに搬送する。この搬送を以下、単に「水中搬送」とも称する。具体的には、搬送用容器にウェーハを収容して、ウェーハ表面に水をかけながら仕上げ研磨ユニットに搬送する。また、ウェーハ搬送用の通路に水を満たして、その中を搬送してもよい。また、搬送用容器にウェーハを収容して、該容器内に水を満たして、容器ごと搬送してもよい。

仕上げ研磨工程Ｓ５では、表面に第２研磨パッドを設けた第２定盤と、第２研磨ヘッドとを含む仕上げ研磨ユニットを用いて、前記第２研磨パッドに第２研磨液を供給しつつ、前記第２研磨ヘッドにより保持した前記シリコンウェーハを前記第２研磨パッドに接触させた状態で前記第２定盤および前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面をさらに研磨する。

仕上げ研磨工程で用いる第２の研磨液としては、アルカリによるエッチングレートが低く、砥粒の数も少ない研磨液を用いることが好ましい。このような研磨液として、本実施形態では、水溶性高分子と、密度が５×１０¹³個／ｃｍ³以下の砥粒とを含む第３アルカリ水溶液を用いる。第３のアルカリ水溶液におけるシリコンに対する研磨レートは５〜２０ｎｍ／分とすることが好ましい。５ｎｍ／分以上であれば、所望の研磨量を得るための研磨時間が長くなることがないため生産性を悪化させることがなく、また、前段研磨工程でウェーハ表面に形成された欠陥を除去する効果を十分にえることができる。２０ｎｍ／分以下であれば、アルカリのエッチング効果が過度になることがなく、ウェーハ表面の粗さが悪化することがない。このような研磨レートを得る観点から、第３アルカリ水溶液は、アンモニアを含有することが好ましく、水溶性高分子を含むものとする。水溶性高分子としては、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、およびポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）から選択される１種以上を用いることが好ましい。砥粒の密度は、５×１０¹³個／ｃｍ³以下であれば特に限定されないが、最低限の研磨能力を確保してウェーハ表面の面粗度を確実に向上させる観点から、２×１０¹³個／ｃｍ³以上とすることが好ましい。なお、第３アルカリ水溶液は、水溶性高分子を含むことから、粘度は第１のアルカリ水溶液より高くなるが、使用温度（１８〜２５℃）における粘度は１．５〜５．０ｍＰａ・ｓとすることが好ましい。粘度が１．５ｍＰａ・ｓ未満の場合、研磨液が流れやすくなり、所望のエッチングレートを得られない可能性があり、粘度が５．０ｍＰａ・ｓ以上の場合、仕上げ研磨後に洗浄しても研磨液がウェーハ表面に残留、固着する可能性があるからである。

ここで、本実施形態では、図１に示すように、前段研磨工程において、前段研磨用スラリーの供給（ステップＳ４Ａ）から仕上げ研磨用スラリーの供給（ステップＳ４Ｂ）に切り替えることが肝要である。すなわち、前段研磨工程で、第１の研磨液として、まずは、上記の第１アルカリ水溶液を供給し、その後、上記の第３アルカリ水溶液と同等の仕様の第２アルカリ水溶液を供給することに切り替える。第２アルカリ水溶液は、仕上げ研磨で用いる第３アルカリ水溶液と同等の仕様であり、水溶性高分子と、密度が５×１０¹³個／ｃｍ³以下の砥粒とを含むことを必須とし、それ以外の要件は、既述の第３アルカリ水溶液と同じである。

本実施形態では、このような研磨液供給の切り替えによって、ＰＩＤのみならず、段差の低いスクラッチの発生を抑制することができるが、その作用について、本発明者らは以下のように考えている。
（１）第２アルカリ水溶液は、第１アルカリ水溶液よりも砥粒が少ないため、前段研磨ユニットから仕上げ研磨ユニットへの水中搬送中に、ウェーハ表面に残存した砥粒の凝集が起きにくい。
（２）第２アルカリ水溶液に含まれている水溶性高分子が、水中搬送中のウェーハ表面を保護するため、水中搬送中にウェーハ表面に残存した砥粒の凝集が起きにくい。
（３）仕上げ研磨を開始する際に、ウェーハ表面に残存している液（第２アルカリ水溶液）の組成と、供給する第２研磨液（第３アルカリ水溶液と）の組成とが近いため、ウェーハ表面で第２研磨液のｐＨが変動しにくいため、砥粒の凝集が起きにくい。
（４）第２アルカリ水溶液には、第１アルカリ水溶液中よりも少ないとは言え、砥粒が含まれていることが肝要である。前段研磨で用いる第１アルカリ水溶液中の砥粒濃度は高いため、砥粒が凝集、ウェーハ付着し易い。ここで、仮に第２アルカリ水溶液が、特許文献２に記載の保護膜形成用液のように、砥粒を含まず、水溶性高分子のみを含むものであった場合、ウェーハ表面に水溶性高分子の保護膜が形成されるが、これだけではウェーハに付着した砥粒を十分に除去することができない。本実施形態では、第２アルカリ水溶液中の砥粒が、前段研磨中にウェーハ表面に凝集、付着した砥粒を除去するため、その後の搬送や、仕上げ研磨開始の段階でウェーハ表面に付着している砥粒が少なくなる。この観点からも、既述のように、第２アルカリ水溶液中の砥粒の密度は２×１０¹³個／ｃｍ³以上とすることが好ましい。

なお、上記（１），（２）の作用は、前段研磨ユニットから仕上げ研磨ユニットへの搬送を水中搬送により行うことを前提として得られる作用である。すなわち、本実施形態において、段差の低いスクラッチの発生を抑制するためには、水中搬送も重要な工程の一つである。また、水中搬送により、前段研磨で用いる第１アルカリ水溶液がウェーハ表面で乾燥・濃縮されることに起因するウォーターマークが発生することもない。また、前段研磨で用いる第１アルカリ水溶液中の砥粒がウェーハ側面や、面取り部に付着していたとしても、水中搬送により除去することができる。

研磨液供給の切り替えのタイミングについては特に限定されないが、前段研磨工程では、当該工程での目標研磨量を達成する研磨時間を経過した後に、第１アルカリ水溶液から第２アルカリ水溶液に供給を切り替えることが好ましい。

また、研磨液供給の切り替えによる上記作用および効果を十分に得る観点から、前段研磨工程において、前記第２アルカリ水溶液を供給する期間を１０秒以上とすることが好ましい。なお、当該期間の上限は特に限定されないが、生産性の観点から、３００秒以下とすることが好ましい。

第１乃至第３アルカリ水溶液において、砥粒の平均一次粒径は１０〜７０ｎｍの範囲であることが好ましい。前記粒径が１０ｎｍ未満では、砥粒が凝集して粒径の大きい粗大粒子となり、この粗大粒子がＰＩＤを引き起こすおそれがあり、一方、粒径が７０ｎｍを超えると、粒径が大きすぎるため、研磨後のウェーハ表面のラフネスが悪化するおそれがあるからである。なお、本明細書において「平均一次粒径」は、ＢＥＴ法（粉体粒子表面に吸着占有面積の判った分子を液体窒素の温度で吸着させ、その量から試料の比表面積を求める方法）により、比表面積を球状粒子の直径に換算した値とする。

第１乃至第３アルカリ水溶液において、砥粒は、シリカやアルミナなどのセラミックス類、ダイヤモンドやシリコンカーバイドなどの単体もしくは化合物類、又はポリエチレンやポリプロピレンなどの高分子重合体、などからなるものを用いることができるが、低コスト、研磨液中での分散性、砥粒の粒径制御の容易性等の理由から、ＳｉＯ₂粒子を含むことが好ましい。加えて、ＳｉＯ₂粒子の種類としては、例えば、乾式法（燃焼法・アーク法）、湿式法（沈降法・ゾルゲル法）で作製したもの、いずれでも用いることができる。砥粒の形状は、球状、繭型などを用いることができる。

第１乃至第３アルカリ水溶液は、酸化剤（過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）、過硫酸ナトリウム、等）を含まないことが好ましい。酸化剤を含む場合、ウェーハ表面が酸化されてエッチングレートが落ちるだけでなく、酸化の際に砥粒の表面付着を発生させてＰＩＤの原因になるからである。

第２研磨パッドとしては、不織布、スウェード、ポリウレタン発泡体、ポリエチレン発泡体、多孔質フッ素樹脂等の素材を用いることができる。

次に、本実施形態では仕上げ研磨工程での第３アルカリ水溶液（第２の研磨液）の供給方法を、以下のように工夫することによって、段差の低いスクラッチの発生をより十分に抑制することができる。この点につき図２を参照して説明する。図２は、仕上げ研磨工程で用いる研磨液の供給機構を示す模式図である。仕上げ研磨工程では、希釈タンク１０にて、水溶性高分子と砥粒とを含むアルカリ原液と、純水とを混合して、アルカリ原液を数十倍に希釈することにより第３アルカリ水溶液を調製する。その際、具体的には、純水用配管１６を介して希釈タンク１０に純水を投入し、その後、原液用配管１４を介して所望量のアルカリ原液を希釈タンク１０に投入し、その後、再度純水を投入することが好ましい。希釈タンク１０内に最初にアルカリ原液を入れた後に、その上から純水を供給すると、アルカリ原液中の水溶性高分子の影響で泡立ちが発生し、研磨液中の砥粒の凝集が起きやすくなる。そこで、まず純水を供給し、タンク内の原液用配管１４の吐出口よりも純水液面を高くしてから、アルカリ原液を供給し、その後再度純水を供給する。その後、純水とアルカリ原液の混合液を攪拌する。混合液の攪拌方法は特に限定されず、例えば循環ポンプを用いて行うことができ、また、任意形状の攪拌子とその駆動手段とを備えた攪拌装置をタンク内に配置して行ってもよい。

調製した第３アルカリ水溶液は、希釈タンク１０と連通した配管設備で研磨装置（仕上げ研磨ユニット）に供給する。具体的には、希釈タンク１０の下部に連結した供給用配管１８を介して、第３アルカリ水溶液を仕上げ研磨ユニットに移送する。なお、前段研磨工程で使用する第２アルカリ水溶液を、第３アルカリ水溶液と同じ仕様とする場合には、希釈タンク１０の下部に連結した供給用配管１８を介して、第３アルカリ水溶液を前段研磨ユニットに移送して、それを第２アルカリ水溶液として使用してもよい。

ここで、調製した第３アルカリ水溶液が希釈タンク１０から全て仕上げ研磨ユニットに移送され、希釈タンク１０が空になった後に、新たにアルカリ原液と純水を希釈タンク内に投入、混合して、新たな（フレッシュな）第３アルカリ水溶液を調製する場合、液中のｐＨが大きく変動することになり、その結果砥粒が凝集し、段差の低いスクラッチが発生する原因となることが判明した。そこで本実施形態では、希釈タンク１０内の第３アルカリ水溶液がなくなる前に、新たにアルカリ原液と純水とを希釈タンク１０に投入して、新たな第３アルカリ水溶液を調製する。これにより、液中のｐＨの変動を小さくすることができ、その結果砥粒が凝集しにくくなり、段差の低いスクラッチの発生をより十分に抑制することができる。

このような作用効果を十分に得る観点から、第３アルカリ水溶液が希釈タンク１０の容積の１０％以上残っている時に、新たにアルカリ原液と純水とを希釈タンク１０に投入することが好ましい。また、生産性の観点から、第３アルカリ水溶液が希釈タンク１０の容積の５０％以下残っている時に、新たにアルカリ原液と純水とを希釈タンク１０に投入することが好ましい。

以上の最終研磨工程を経たシリコンウェーハは、リンス、水中保管を経て、最終研磨工程の終了後２４時間以内に、ステップＳ６の洗浄（典型的には硫酸＋オゾン洗浄）に供される。水中保管を行い、ウェーハ表面に研磨液の成分や砥粒が固着する前に洗浄を行うことで、ＰＩＤを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、図１に示すように、１つの前段研磨ユニットにおいて行う１つの前段研磨工程Ｓ４と、その後仕上げ研磨ユニットにおいて行う仕上げ研磨工程Ｓ５の２段階研磨からなる例を示した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、前段研磨工程を２つ以上の前段研磨ユニットによって行ってもよい。すなわち、複数の前段研磨ユニットによって複数の前段研磨工程を行い、そのうち最後の前段研磨工程を、図１のＳ４に相当するものとすることができる。

（比較例１）
定法に従って両面研磨後の洗浄まで行った直径３００ｍｍのシリコンウェーハ２５枚を、以下の条件にて最終研磨工程に供した。前段研磨工程では、第１の研磨液として、水溶性高分子を含まず、アルカリとしてＴＭＡＨを含み、密度が２．５×１０¹⁴個／ｃｍ³の砥粒（平均一次粒径３５ｎｍのＳｉＯ₂粒子）を含む第１アルカリ水溶液を供給した。この第１アルカリ水溶液におけるシリコンに対する研磨レートは２００ｎｍ／分である。研磨時間は３００秒とした。

仕上げ研磨工程では、第２の研磨液として、水溶性高分子としてＨＥＣを含み、アルカリとしてアンモニアを含み、密度が５×１０¹³個／ｃｍ³の砥粒（平均一次粒径３５ｎｍのＳｉＯ₂粒子）を含む第３アルカリ水溶液を供給した。この第３アルカリ水溶液におけるシリコンに対する研磨レートは１０ｎｍ／分であり、２５℃における粘度は３ｍＰａ・ｓである。研磨時間は３００秒とした。仕上げ研磨工程での第２の研磨液の供給方法としては、希釈タンクが空になった後に、新たにアルカリ原液と純水を希釈タンク内に投入、混合して、新たな研磨液を調製した。

最終研磨工程を経たシリコンウェーハは、定法に従い洗浄、検査、および最終洗浄工程を施し、面検査にて以下のとおり、ＰＩＤおよび段差の低いスクラッチの評価を行った。

（発明例１）
以下の点を除いて、上記比較例１と同じ条件でシリコンウェーハの研磨を行い、ＰＩＤおよび段差の低いスクラッチの評価を行った。すなわち、本発明例１では、前段研磨工程において、上記第１アルカリ水溶液を供した３００秒の研磨を行った後、研磨液の供給を上記第３アルカリ水溶液と同じ仕様の第２アルカリ水溶液に切り替えて、さらに３０秒の研磨を行った。

（比較例２）
以下の点を除いて、上記発明例１と同じ条件でシリコンウェーハの研磨を行い、ＰＩＤおよび段差の低いスクラッチの評価を行った。すなわち、本比較例２では、第２アルカリ水溶液として、砥粒を含まない点以外は上記第３のアルカリ水溶液と同じ仕様のアルカリ水溶液を用いた。

（発明例２）
以下の点を除いて、上記発明例１と同じ条件でシリコンウェーハの研磨を行い、ＰＩＤおよび段差の低いスクラッチの評価を行った。すなわち、本発明例２では、仕上げ研磨工程での第２の研磨液の供給方法としては、希釈タンク内の第３アルカリ水溶液がなくなる前（具体的には第３アルカリ水溶液が希釈タンクの容積の２０％残っているタイミング）に、新たにアルカリ原液と純水を希釈タンク内に投入、混合して、新たな研磨液を調製した。

＜ＰＩＤの評価＞
各ウェーハの表面を、レーザーパーティクルカウンタ（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ２）で測定し、サイズが３５ｎｍ以上でＬＰＤ−Ｎに分類される欠陥をＰＩＤと認定し、その個数をカウントした。２５枚の平均で、比較例１は３個、比較例２は３個、発明例１は２個、発明例２は１個であった。このように、比較例１，２、発明例１，２全てでＰＩＤの発生は十分に抑制できていた。

＜段差の低いスクラッチの評価＞
各ウェーハの表面を、レーザーパーティクルカウンタ（ＫＬＡ Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ３）のＮｏｒｍａｌモードで測定し、サイズが３６ｎｍ以上の欠陥として検出されるＬＰＤにより、ウェーハ面内のマップを作成し、その際に、図３に見られるように検出される欠陥が連なり、長い線状に観察されているものを薄いスクラッチとして評価した。なお、図３（Ａ）〜（Ｄ）は、２５枚のウェーハのＬＰＤマップを重ね合わせたものである。比較例１では、２５枚中１５枚でスクラッチが発生し、図３（Ａ）から明らかなように、長いものでウェーハの半径に近い１４０ｍｍ程度の長さであった。比較例２でも、２５枚中１０枚でスクラッチが発生した。これに対し、発明例１では、２５枚中１０枚でスクラッチが発生し、比較例１，２に比べてスクラッチはかなり低減され、しかも、検出されたスクラッチの長さは比較例１，２と比べて非常に短かった。発明例２では、２５枚中スクラッチが発生したものはなかった。

本発明のシリコンウェーハの研磨方法によれば、ＰＩＤのみならず、段差の低いスクラッチの発生を抑制することができる。

１０ 希釈タンク
１４ 原液用配管
１６ 純水用配管
１８ 供給用配管

Claims (9)

1. シリコンウェーハに粗研磨工程としての両面研磨工程を行い、その後、
   表面に第１研磨パッドを設けた第１定盤と、第１研磨ヘッドとを含む前段研磨ユニットを用いて、前記第１研磨パッドに第１研磨液を供給しつつ、前記第１研磨ヘッドにより保持した前記シリコンウェーハを前記第１研磨パッドに接触させた状態で前記第１定盤および前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面を研磨する前段研磨工程と、
   その後、表面に第２研磨パッドを設けた第２定盤と、第２研磨ヘッドとを含む仕上げ研磨ユニットを用いて、前記第２研磨パッドに第２研磨液を供給しつつ、前記第２研磨ヘッドにより保持した前記シリコンウェーハを前記第２研磨パッドに接触させた状態で前記第２定盤および前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面をさらに研磨する仕上げ研磨工程と、
   を最終研磨工程として行うシリコンウェーハの研磨方法であって、
   前記前段研磨工程では、前記第１研磨液として、まずは、密度が１×１０¹⁴個／ｃｍ³以上の砥粒を含む第１アルカリ水溶液を供給して、研磨レートが１００〜３００ｎｍ／分の研磨を行い、その後、水溶性高分子と、密度が５×１０¹³個／ｃｍ³以下の砥粒とを含む第２アルカリ水溶液を供給することに切り替えて、研磨レートが５〜２０ｎｍ／分の研磨を行い、
   前記前段研磨工程の後、前記シリコンウェーハを前記第１研磨ヘッドから取り外し、前記シリコンウェーハの表面に水を供給しつつ前記仕上げ研磨ユニットへ搬送し、前記第２研磨ヘッドに取り付け、
   前記仕上げ研磨工程では、前記第２研磨液として、水溶性高分子と、密度が５×１０¹³個／ｃｍ³以下の砥粒とを含む第３アルカリ水溶液を供給して、研磨レートが５〜２０ｎｍ／分の研磨を行う
   ことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。
2. 前記前段研磨工程では、当該工程での目標研磨量を達成する研磨時間を経過した後に、前記第１アルカリ水溶液から前記第２アルカリ水溶液に供給を切り替える、請求項１に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
3. 前記前段研磨工程において、前記第２アルカリ水溶液を供給する期間を１０秒以上とする、請求項１または２に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
4. 前記仕上げ研磨工程では、希釈タンクにて、前記水溶性高分子と前記砥粒とを含むアルカリ原液と、純水とを混合して、前記第３アルカリ水溶液を調製し、
   調製した前記第３アルカリ水溶液を前記希釈タンクと連通した配管設備で前記仕上げ研磨ユニットに供給し、
   さらに、前記希釈タンク内の前記第３アルカリ水溶液がなくなる前に、新たに前記アルカリ原液と前記純水とを前記希釈タンクに投入して、新たな前記第３アルカリ水溶液を調製する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
5. 前記第３アルカリ水溶液が前記希釈タンクの容積の１０％以上残っている時に、新たに前記アルカリ原液と前記純水とを前記希釈タンクに投入する、請求項４に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
6. 前記第１乃至第３アルカリ水溶液において、前記砥粒の平均一次粒径が１０〜７０ｎｍの範囲である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
7. 前記第１乃至第３アルカリ水溶液において、前記砥粒がＳｉＯ₂粒子を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
8. 前記第１アルカリ水溶液は、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、および水酸化テトラエチルアンモニウムから選択される１種以上のアルカリを含有し、
   前記第２および第３アルカリ水溶液はアンモニアを含有する、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
9. 前記第２および第３アルカリ水溶液において、前記水溶性高分子は、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、およびポリプロピレングリコールから選択される１種以上である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。

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