JP6747376B2 - シリコンウエーハの研磨方法 - Google Patents
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Description
本発明は、シリコンウエーハの研磨方法に関する。
半導体デバイスの細線化が進むにつれ、基板となるシリコンウェーハにはより一層の平坦性、低欠陥が求められる。一般的に、シリコンウェーハはチョクラルスキー（ＣＺ）法により引き上げられた単結晶インゴットをスライスした後、多段研磨を行うことで作製される（特許文献１参照）。
特に、樹脂製のパッドを用いた研磨工程では、エッジ・ロールオフ等により外周平坦性が損なわれやすく、その結果、ウェーハ外周部のデバイス歩留まりが悪化してしまう。同時に、スクラッチ等の表面欠陥の導入もデバイスの歩留まりが悪化してしまう原因となるため、研磨工程には、外周平坦性、低欠陥性が求められている。
上記のように研磨工程には平坦性と低欠陥性が求められるが、一般的にその両立は極めて困難であることが分かっている。研磨工程で良好な外周平坦性を維持するためには硬質の研磨パッドを用いることが重要である。硬質の研磨パッドを用いることで外周のパッド変位を抑制し、ウェーハ外周部の圧力集中を抑制できるためである。
しかし、硬質の研磨パッドを用いた場合には低欠陥性の達成が困難である。パッドが硬質であるためパッド自体がウェーハにスクラッチを導入する可能性や、異物がウェーハ／パッド間に侵入した場合、同じ異物でも軟質パッドよりも硬質パッドの方がウェーハへのダメージは大きくなるため、スクラッチの導入可能性が高まる。
以上のことから、外周平坦性と低欠陥性は研磨パッドの硬度においてトレードオフの関係になっていることがわかり、硬質のパッドを用いても低欠陥性を達成することが課題となっている。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、平坦性の向上と低欠陥性を達成することができるシリコンウエーハの研磨方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、シリコンウェーハと研磨パッドとの間に研磨スラリーを介在させて、前記シリコンウエーハを研磨するシリコンウエーハの研磨方法であって、前記研磨スラリーとして、コロイダルシリカとアルカリを含み、（前記研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］（ｍｏｌ／ｌ））／（前記研磨スラリーの質量中の前記コロイダルシリカの質量分率）≧０．１（ｍｏｌ／ｌ）を満たすものを用いて研磨することを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法を提供する。
このように、上記条件を満たす研磨スラリーを用いてシリコンウェーハを研磨することで、例え硬質のパッドを用いても低欠陥性を達成することが可能となる。
またこの場合、前記研磨パッドとして、ショアＡ硬度６０以上の研磨パッドを用いることが好ましい。
更に、前記研磨パッドとして、ショアＡ硬度７０以上の研磨パッドを用いることが好ましい。
このように硬質な研磨パッドを用いて研磨することにより、平坦性と低欠陥性の両立が達成されたシリコンウェーハを得ることができる。
本発明のシリコンウエーハの研磨方法であれば、研磨における機械的作用に対する化学的作用の強さの指標として、研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］を研磨スラリーの質量中のコロイダルシリカの質量分率で割った値に着目し、その値が０．１以上となるような研磨スラリーを用いることで、低欠陥性を達成することができる。そのため、例え硬質な研磨パッドを用いても、低欠陥とできることから、平坦性と低欠陥性の両立が達成されたシリコンウェーハを得ることができる。
上述したように、従来、硬質のパッドを用いても低欠陥性を達成することができるシリコンウエーハの研磨方法が求められていた。
本発明者らは、課題解決にあたり研磨における化学的作用に着目した。従来、パッド硬度、パッド表面粗さ、砥粒径、研磨圧力、又は研磨回転数など、研磨における機械的作用に着目した技術は多いが、化学的作用に着目した例はほとんどない。
研磨における化学的作用とは、シリコンとアルカリによる反応を期待したもので、具体的には、Ｓｉ＋ＯＨ−→ＳｉＯＨの反応に起因し、これは、アルカリに接液しているＳｉの結晶がＯＨ基により変質することを示している。
本発明者らは、研磨における化学的作用を増大させ、ウェーハ表面を変質させることにより、研磨パッドとＳｉ結晶部との間に緩衝層を設け、硬質パッド、又は硬質パッドに保持された異物によるダメージを軽減できると発想した。
そして、本発明者らは、化学的作用により形成された変質層（緩衝層）は、機械的作用により速やかに除去されるため、研磨における化学的作用の強さは、ｐＨなどの絶対的な強さを指標にするのではなく、機械的作用に対しての化学的作用の強さを指標にするべきであると考えた。そこで、本発明では、化学的作用の強さを水酸化物イオンの濃度、機械的作用の強さを研磨スラリーの質量中のコロイダルシリカの質量分率（以下、砥粒濃度ともいう）とし、水酸化物イオンの濃度を砥粒濃度で割った値を機械的作用に対する化学的作用の指標として用い、硬質パッドを用いた際にこの指標がどのような範囲に入っていればよいか求めた。
そして、本発明者らは、研磨における化学的作用の強さの指標として、研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］を砥粒濃度で割った値に着目し、その値が０．１以上になるように研磨スラリーを調製し、研磨に用いることで、例え硬質な研磨パッドを用いても低欠陥性を達成することができることを見出し、本発明に到達した。
即ち、本発明は、シリコンウェーハと研磨パッドとの間に研磨スラリーを介在させて、前記シリコンウエーハを研磨するシリコンウエーハの研磨方法であって、前記研磨スラリーとして、コロイダルシリカとアルカリを含み、（前記研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］（ｍｏｌ／ｌ））／（前記研磨スラリーの質量中の前記コロイダルシリカの質量分率）≧０．１（ｍｏｌ／ｌ）を満たすものを用いて研磨することを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法を提供する。
以下、本発明のシリコンウエーハの研磨方法について詳細に説明する。
本発明のシリコンウェーハの研磨方法で用いる研磨装置としては、両面研磨装置、片面研磨装置のいずれでも良い。例えば、図３に示すような、研磨パッド１が貼り付けられた定盤２と、シリコンウェーハＷを保持するための研磨ヘッド３を具備した、片面研磨装置１０を使用することができる。この片面研磨装置１０は、研磨パッド１上にノズル４から研磨スラリーを供給しつつ、その研磨パッド１に研磨ヘッド３が保持するシリコンウェーハＷの表面を摺接させて研磨するものである。
本発明では、シリコンウェーハＷと研磨パッド１との間に研磨スラリーを介在させて、シリコンウエーハを研磨するが、このノズル４から供給する研磨スラリーとして、コロイダルシリカとアルカリを含み、（研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］（ｍｏｌ／ｌ））／（研磨スラリーの質量中の前記コロイダルシリカの質量分率）≧０．１（ｍｏｌ／ｌ）を満たすものを用いる。
このように、化学的作用の強さを水酸化物イオンの濃度、機械的作用の強さを研磨スラリーの質量中のコロイダルシリカの質量分率とし、水酸化物イオンの濃度を砥粒濃度で割った値を機械的作用に対する化学的作用の指標として用い、この値が０．１以上の研磨スラリーを用いることで、低欠陥性を達成することができる。
従来の研磨スラリーは、（研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］（ｍｏｌ／ｌ））／（研磨スラリーの質量中の前記コロイダルシリカの質量分率）の値が０．１未満のものであり、上記値が０．１以上である研磨スラリー、即ち、砥粒濃度に対する水酸化物イオンの濃度が高い研磨スラリーは用いられていなかった。
（研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］（ｍｏｌ／ｌ））／（研磨スラリーの質量中の前記コロイダルシリカの質量分率）の値が０．１未満の研磨スラリーであると、機械的作用に対する化学的作用が弱くなるため、硬質の研磨パッドを用いた場合にスクラッチ等の表面欠陥が導入されてしまい、低欠陥性を達成することができない。
上記条件を満たす研磨スラリーであれば、アルカリの種類やｐＨ、コロイダルシリカの濃度や粒径は特に限定されない。例えば、ｐＨ９〜１３、コロイダルシリカ粒径１５〜７０ｎｍ、コロイダルシリカ濃度０．０１〜１ｗｔ％のもので、上記値を満たすものを用いることができる。アルカリとしては、ＫＯＨ、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等を用いることができる。
（研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］（ｍｏｌ／ｌ））／（研磨スラリーの質量中のコロイダルシリカの質量分率）の上限は特に限定されないが、例えば、１０ｍｏｌ／ｌ以下とすることができる。
研磨パッド１としては、特に限定されないが、ショアＡ硬度６０以上、特には７０以上の研磨パッド（例えば、不織布）を用いることが好ましい。このように硬質の研磨パッドを用いて研磨することにより、平坦性と低欠陥性の両立が達成されたシリコンウェーハを得ることができる。但し、本発明により低欠陥性は達成されるため、必ずしもこのような硬質の研磨パッドを用いなければならないわけではない。目的に応じ、軟質のパッドを用いる場合にも適用可能である。
また、研磨の際の研磨圧力、定盤回転数、ヘッド回転数、研磨時間は、一般の条件を採用することができ、目的に応じて選択すれば良く、特に限定されない。
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１〜４、比較例１）
ショアＡ硬度６０の硬質パッドを用いた片面研磨装置を使用し、機械的作用に対する化学的作用の検証評価を行った。まず、粒径３５ｎｍの高純度コロイダルシリカの研磨スラリー中の質量分率（砥粒濃度）を０．０１（即ち１％）で一定として、研磨スラリーのアルカリ濃度（水酸化物イオン濃度）を変え、シリコンウェーハの研磨を行った。ｐＨの調整は水酸化カリウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）により行った。研磨圧力は２０ｋＰａとし、定盤回転数、ヘッド回転数は３０ｒｐｍとし、研磨は３分間行った。
ショアＡ硬度６０の硬質パッドを用いた片面研磨装置を使用し、機械的作用に対する化学的作用の検証評価を行った。まず、粒径３５ｎｍの高純度コロイダルシリカの研磨スラリー中の質量分率（砥粒濃度）を０．０１（即ち１％）で一定として、研磨スラリーのアルカリ濃度（水酸化物イオン濃度）を変え、シリコンウェーハの研磨を行った。ｐＨの調整は水酸化カリウムおよび水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）により行った。研磨圧力は２０ｋＰａとし、定盤回転数、ヘッド回転数は３０ｒｐｍとし、研磨は３分間行った。
硬質研磨パッドによる研磨工程を経た後、軟質研磨パッドにより最終仕上げ研磨工程を行った後、研磨評価を行った。研磨評価はＫＬＡテンコール社製ＳＰ２によりＬＬＳ（Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）欠陥（３７ｎｍ以上）の個数を測定することにより行った。
表１に各条件を示し、図１に［ＯＨ−］／コロイダルシリカの質量分率の値と、ＬＬＳ欠陥個数との関係を示すグラフを示す。［ＯＨ−］／コロイダルシリカの質量分率の値が０．１ｍｏｌ／ｌ以上であれば、ＬＬＳ欠陥数が減少していることが判った。
（実施例５〜８、比較例２、３）
次に、研磨スラリーのアルカリ濃度を一定（ＰＨ１０．５）とし、コロイダルシリカの質量分率（砥粒濃度）を変えて研磨評価を行った。その他の条件は実施例１〜４、比較例１と同様とした。表２に各条件を示し、図２に［ＯＨ−］／コロイダルシリカの質量分率の値と、ＬＬＳ欠陥個数との関係を示すグラフを示す。こちらも、［ＯＨ−］／砥粒濃度が０．１ｍｏｌ／ｌ以上であればＬＬＳ欠陥が減少していることが判った。
次に、研磨スラリーのアルカリ濃度を一定（ＰＨ１０．５）とし、コロイダルシリカの質量分率（砥粒濃度）を変えて研磨評価を行った。その他の条件は実施例１〜４、比較例１と同様とした。表２に各条件を示し、図２に［ＯＨ−］／コロイダルシリカの質量分率の値と、ＬＬＳ欠陥個数との関係を示すグラフを示す。こちらも、［ＯＨ−］／砥粒濃度が０．１ｍｏｌ／ｌ以上であればＬＬＳ欠陥が減少していることが判った。
以上の結果から、硬質パッドを用いたにも関わらず、研磨における機械的作用に対する化学的作用の指標である［ＯＨ−］／砥粒濃度の値が０．１以上である研磨スラリーを用いることで（実施例１〜８）、比較例１〜３に比べ、ＬＬＳ欠陥が減少していることが判った。しかも、上記のように、得られたウェーハの平坦度（ＳＦＱＲ）も高いものであった。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
１…研磨パッド、 ２…定盤、 ３…研磨ヘッド、 ４…ノズル、 １０…片面研磨機。
Claims (1)
- シリコンウェーハと研磨パッドとの間に研磨スラリーを介在させて、前記シリコンウェーハを研磨するシリコンウェーハの研磨方法であって、
前記研磨スラリーとして、コロイダルシリカとアルカリを含み、（前記研磨スラリー中の水酸化物イオン濃度［ＯＨ−］（ｍｏｌ／ｌ））／（前記研磨スラリーの質量中の前記コロイダルシリカの質量分率）≧０．１（ｍｏｌ／ｌ）を満たすものを用いて研磨し、
前記研磨パッドとして、ショアＡ硬度７０以上の不織布を用いることを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。
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