JPWO2010140671A1 - シリコンウェーハの研磨方法及びシリコンウェーハ - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、従来の研磨方法と同様に、高い平坦度を実現でき、さらに、研磨液中に含有する物質がウェーハ表面に残存することに起因した欠陥の発生を抑制できるシリコンウェーハの研磨方法及び研磨されたシリコンウェーハを提供することである。研磨パッドの表面に砥粒を含有する研磨液を供給し、シリコンウェーハに対し前記研磨パッドを相対的に摺動させることで、シリコンウェーハの表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法であって、前記研磨液に含有する砥粒の数が５×１０１３個／ｃｍ３以下であることを特徴とする。

Description

本発明は、研磨パッドの表面に砥粒を含有する研磨液を供給し、シリコンウェーハに対し前記研磨パッドを相対的に摺動させることで、シリコンウェーハの表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法に関するものである。

シリコンウェーハの表面を研磨するために用いられる研磨液としては、従来から遊離砥粒としてのシリカ粒子をアルカリ液中に含有させたものが広く使用されている。また、シリコンウェーハの研磨には、砥粒としてのシリカ微粒子等を含有する研磨液を用いた化学機械研磨（メカノケミカル研磨）が一般的であり、この研磨方法は、シリカ微粒子による機械的研磨作用と、アルカリ液による化学的研磨作用とを複合させたものであり、優れた平滑性及び結晶性を有する鏡面が得られることが知られている。

上記のような砥粒を含有する研磨液等を用いて、シリコンウェーハの研磨を行った場合、高い加工精度や、ウェーハの平坦度が求められる。特に、シリコンウェーハ製造プロセスの最終研磨工程中における仕上げ研磨では、表面に欠陥がなく、平坦度の高いシリコンウェーハが求められることから、種々の方法によって、研磨液や研磨布等の研磨条件の適正化が図られている。例えば、特許文献１に開示されているように、研磨定盤上に展張された研磨布に、研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、キャリアプレートにワックスで貼着された複数枚の半導体ウェーハの表面を、キャリアプレートの中心部と外周部の研磨圧力を調整しながら研磨することで、高平坦度のウェーハを製造する方法が挙げられる。

しかしながら、特許文献１の研磨方法では、ウェーハの平坦度については一定の効果を奏するものの、使用する研磨液には、砥粒やアルカリ、高分子等の多くの物質を含有するため、研磨し、洗浄した後のシリコンウェーハ表面上に、前記物質が残存することで、ＰＩＤ（ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｆｅｃｔ）や粒子の付着による欠陥が新たに発生するという問題があった。

特開２０００−２８８９０９号公報

本発明の目的は、従来の研磨方法と同様に、高い平坦度を実現でき、さらに、研磨液中に含有する物質がウェーハ表面に残存することに起因した欠陥の発生を抑制できるシリコンウェーハの研磨方法及び研磨されたシリコンウェーハを提供することにある。

本発明者らは、研磨パッドの表面に砥粒を含有する研磨液を供給し、シリコンウェーハに対し前記研磨パッドを相対的に摺動させることで、シリコンウェーハの表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法において、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、前記研磨液に含有する物質の中でも、特に、砥粒の数を制御することによって、大幅に、ＰＩＤや粒子の付着による欠陥を抑制できることを見出した。そして、さらに鋭意研究を重ねた結果、前記砥粒の数を５×１０^１３個／ｃｍ^３以下とすることで、所望の面粗度を実現できることに加えて、ＰＩＤ等の研磨液中に含有する物質に起因した欠陥の発生を抑制できる研磨方法が得られることを見出した。

上記目的を達成するため、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）研磨パッドの表面に砥粒を含有する研磨液を供給し、シリコンウェーハに対し前記研磨パッドを相対的に摺動させることで、シリコンウェーハの表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法であって、前記研磨液に含有する砥粒の数が５×１０^１３個／ｃｍ^３以下であることを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。

（２）前記砥粒は、ＢＥＴ法に基づいて算出された平均一次粒径が１０〜７０ｎｍの範囲である上記（１）記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（３）前記砥粒は、ＳｉＯ_２を含有する上記（１）又は（２）記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（４）前記研磨液は、シリコンに対する研磨レートが５ｎｍ／分以上である上記（１）、（２）又は（３）記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（５）前記研磨液は、塩基性化合物及び水溶性高分子化合物を含有する上記（１）〜（４）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（６）前記塩基性化合物は、含窒素塩基性化合物の一種である上記（５）記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（７）前記水溶性高分子化合物は、セルロース誘導体及びポリビニルアルコールのうちの少なくとも一種である上記（５）記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（８）前記シリコンウェーハの研磨は、シリコンウェーハ製造プロセスの最終研磨工程中の仕上げ研磨として行われる上記（１）〜（７）のいずれか１項記載のシリコンウェーハの研磨方法。

（９）上記（１）〜（８）のいずれか１項記載の方法により研磨されたウェーハであって、該ウェーハの研磨面の表面欠陥数は、パーティクルカウンタによる３５ｎｍ以上のサイズの欠陥を測定した時の測定値が、直径３００ｍｍウェーハ換算で２０個以下であるシリコンウェーハ。

この発明によれば、高い平坦度を実現でき、さらに、研磨液中に含有する物質がウェーハ表面に残存することに起因した欠陥の発生を抑制できるシリコンウェーハの研磨方法及び研磨されたシリコンウェーハの提供が可能となった。

研磨液中に含有する物質がウェーハ表面に残存することに起因した欠陥を説明するための写真であって、（ａ）がＰＩＤ、（ｂ）が粒子の付着による欠陥を示す。 本発明のウェーハ製造工程中の最終研磨工程の位置づけを説明するためのフロー図である。 研磨液中に含有される砥粒の数とウェーハ表面上に発生したＰＩＤの数との関係を示したグラフである。

本発明によるシリコンウェーハの研磨方法は、研磨パッドの表面に砥粒を含有する研磨液を供給し、シリコンウェーハに対し前記研磨パッドを相対的に摺動させることで、シリコンウェーハの表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法である。

そして、本発明の研磨方法は、前記研磨液に含有する砥粒の数が、５×１０^１３個／ｃｍ^３以下であることを特徴とする。前記砥粒の数を５×１０^１３個／ｃｍ^３以下とすることで、従来の研磨方法では十分に抑制することができなかった、ＰＩＤや研磨液含有成分の付着等、の欠陥の発生を有効に抑制することができ、さらに、従来の研磨方法と同じく、前記シリコンウェーハ表面の良好な面粗度を実現することができる。

ここで、上述のＰＩＤとは、図１（ａ）に示すように、線状の突起形状を有し、前記研磨液中に含有する砥粒やその他異物に起因したナノメートルオーダーの微小欠陥のことである。また、研磨液含有成分の付着による欠陥とは、図１（ｂ）に示すように、前記砥粒等の微粒子成分が前記ウェーハ表面に付着することで発生する微小欠陥のことである。これらの欠陥は、シリコン単結晶の引上げ工程において発生する欠陥ではなく、研磨工程において前記研磨液に含有される物質に起因して新たに発生する微小欠陥であり、研磨後のウェーハ洗浄によっても除去できないため、本発明のように、研磨工程において、その発生を抑制することが非常に重要である。

なお、前記砥粒の数を、５×１０^１３個／ｃｍ^３以下に制御するのは、５×１０^１３個／ｃｍ^３を超えると、砥粒の数が多くなりすぎるため、上述の欠陥の発生を引き起こすおそれがあるからである。さらに、前記砥粒の数が少なすぎると、前記ウェーハ表面を研磨する能力が低下するため、ウェーハ表面の面粗度を確実に向上させるという観点からは、前記砥粒の数の下限を、２×１０^１３個／ｃｍ^３以上とすることが好ましい。

また、前記砥粒は、ＢＥＴ法（比表面積測定法）に基づいて算出された平均一次粒径が、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。さらに、前記平均一次粒径が２０〜４０ｎｍの範囲内であれば、ＰＩＤをさらに低減できると共に、研磨後のウェーハ表面のラフネス悪化を防止することができるためより好適である。なお、ＢＥＴ法に基づいて算出された平均一次粒径とは、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をいう。

さらに、前記砥粒は、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又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等からなるものを用いることができるが、低コスト、スラリー溶液中での分散性、砥粒の粒径制御の容易性等の理由から、ＳｉＯ_２を含有することが好ましい。加えて、前記ＳｉＯ_２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。さらにまた、前記砥粒の形状は、主に粒子状であるが、上述の条件（粒子の個数、平均粒径など）を満たせば、ゲル状などであっても構わない。

なお、前記研磨液は、前記シリコンウェーハを研磨できるものであれば特に限定はされないが、シリコンに対する研磨レートが５ｎｍ／分以上である研磨液を用いることが好ましい。本発明では、研磨液に含有される砥粒の数が５×１０^１３個／ｃｍ^３以下と、通常の研磨液に含有される砥粒の数に比べて少ないため、機械的な研磨能力が多少低下する傾向にある。そのため、前記研磨レートが５ｎｍ／分未満の場合、研磨レートが小さすぎるため、十分に前記ウェーハの表面を研磨することができず、所望の面粗度を得ることができないおそれがあるからである。

また、前記研磨液は、有効に化学研磨作用が得られる点から、塩基性化合物を含有し、研磨後のウェーハ表面の濡れ性を確保する点から、水溶性高分子化合物を含有することが好ましい。さらに、前記塩基性化合物がアンモニア等の含窒素塩基性化合物であり、前記水溶性高分子化合物が、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロース誘導体及びポリビニルアルコールのうちの１種であることがより好適である。上述した含窒素塩基性化合物以外の塩基性化合物では、エッチング作用が強すぎるため、所望のウェーハ面粗さが得られないおそれがあり、上述したセルロース誘導体及び／又はポリビニルアルコールからなる化合物以外の水溶性高分子化合物では、ウェーハ表面において十分な濡れ性が得られないおそれがあるからである。

また、本発明の研磨方法では、前記シリコンウェーハに対して、前記研磨パッドを相対的に摺動させることで、シリコンウェーハ表面を研磨するが、その摺動方法は、特に限定する必要はなく、前記研磨パッドのみ、又は、前記シリコンウェーハのみを動かすことにより摺動させてもいいし、前記研磨パッド及び前記シリコンウェーハの双方を相対的に動かすことによって摺動させても構わない。さらに、上記研磨パッドに加える圧力、研磨パッドの相対摺動速度、及び／又は研磨液の粘性等については、特に限定はせず、任意の制御を行い、研磨を施すことができる。

また、本発明のシリコンウェーハの研磨は、図２に示すように、シリコンウェーハ製造プロセスの最終研磨工程中の仕上げ研磨として行われることが好ましい。最終研磨工程における仕上げ研磨は、シリコンウェーハを製品として仕上げるための最後の研磨であり、ここで欠陥が発生した場合、その後の欠陥を取り除くことができない。そのため、本発明により、ＰＩＤ等の欠陥の発生を抑制できる結果、高品質のシリコンウェーハを得ることが可能となるからである。

なお、本発明の研磨方法によって研磨されたシリコンウェーハとしては、該ウェーハの研磨面の表面欠陥数が、パーティクルカウンタを用いて３５ｎｍ以上のサイズの欠陥の個数を測定したとき、その測定値が、直径３００ｍｍウェーハ換算で２０個以下となり、欠陥の少ない高品質のウェーハを得ることができる。また、従来の研磨方法によって研磨を施した場合、平坦度が悪化するおそれがあることから、本発明による効果が顕著に発揮できるという点から、直径が３００ｍｍ以上の大口径ウェーハであることが好ましい。

なお、上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の変更を加えることができる。

（評価用サンプルの作製）
直径が３００ｍｍであるシリコンウェーハに対して、最終研磨工程の仕上げ研磨として、ポリウレタン製の研磨パッドの表面に砥粒を含有する研磨液を供給し、シリコンウェーハに対し前記研磨パッドを相対的に摺動させることで、シリコンウェーハ表面の研磨を行った。
評価用サンプル１〜６の各サンプルにおける、研磨に用いられた研磨液の条件（シリコンに対する研磨レート、含有成分）及び砥粒の条件（数、平均粒径、種類）を、表１に示す。また、各評価用サンプルについて３枚のウェーハを作製した。

（評価方法）
上記で作製した各評価用サンプルについて、（１）ＰＩＤの個数、及び（２）ウェーハ表面の平坦度について評価を行った。なお、評価については、３枚の評価用サンプルを用意し、平均値を算出することで評価を行っている。

（１）ＰＩＤの個数
各評価用サンプルについて、ＫＬＡテンコール社製の「Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ２」を用いてウェーハ表面上に存在するサイズが３５ｎｍ以上の欠陥の個数を計測し、Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ２により検出される欠陥のうちＬＰＤ−Ｎに分類される欠陥をＰＩＤとして、ＰＩＤ個数の計測を行った。得られたＰＩＤの個数は、直径３００ｍｍウェーハ換算、すなわち直径３００ｍｍウェーハの表面上における個数とし、次の基準に従って、すなわち、個数が３個以下を○、個数が３個超え１０個以下を△、個数が１０個超えを×として、ＰＩＤ個数の評価を行った。この結果を、表１に示す。
また、各サンプルについての、研磨液中の砥粒の数と発生したＰＩＤ欠陥の数との関係を示したグラフを図３に示す。

（２）ウェーハ表面の平坦度
各サンプルについてＫＬＡテンコール社製の「ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ」を用いて、ウェーハ表面の平坦度を計測し、次の基準に従って、すなわち、平坦度が６０ｎｍ以下を○、平坦度が６０ｎｍ超えを×として、ウェーハ表面の平坦度の評価を行った。この結果を、表１に示す。

表１及び図３に示すように、研磨液中に含有する砥粒の数が５×１０^１３個／ｃｍ^３以下のサンプル１及び６については、ＰＩＤの数が少なく、高い平坦度を有するシリコンウェーハを得られることがわかった。一方、研磨液中に含有する砥粒の数が５×１０^１３個／ｃｍ^３を超えるサンプル２〜５については、高い平坦度を有するものの、ＰＩＤの発生については十分に抑制できていないことがわかった。

この発明によれば、従来の研磨方法と同様に、高い平坦度を実現でき、さらに、研磨液中に含有する物質がウェーハ表面に残存することに起因した欠陥の発生を抑制できるシリコンウェーハの研磨方法及び研磨されたシリコンウェーハを提供することが可能になった。

Claims (9)

1. 研磨パッドの表面に砥粒を含有する研磨液を供給し、シリコンウェーハに対し前記研磨パッドを相対的に摺動させることで、シリコンウェーハの表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法であって、
   前記研磨液に含有する砥粒の数が、５×１０^１３個／ｃｍ^３以下であることを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。
2. 前記砥粒は、ＢＥＴ法に基づいて算出された平均一次粒径が１０〜７０ｎｍの範囲である請求項１記載のシリコンウェーハの研磨方法。
3. 前記砥粒は、ＳｉＯ_２を含有する請求項１又は２記載のシリコンウェーハの研磨方法。
4. 前記研磨液は、シリコンに対する研磨レートが５ｎｍ／分以上である請求項１、２又は３記載のシリコンウェーハの研磨方法。
5. 前記研磨液は、塩基性化合物及び水溶性高分子化合物を含有する請求項１〜４のいずれか１項記載のシリコンウェーハの研磨方法。
6. 前記塩基性化合物は、含窒素塩基性化合物の一種である請求項５記載のシリコンウェーハの研磨方法。
7. 前記水溶性高分子化合物は、セルロース誘導体及びポリビニルアルコールのうちの少なくとも一種である請求項５記載のシリコンウェーハの研磨方法。
8. 前記シリコンウェーハの研磨は、シリコンウェーハ製造プロセスの最終研磨工程中の仕上げ研磨として行われる請求項１〜７のいずれか１項記載のシリコンウェーハの研磨方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項記載の方法により研磨されたウェーハであって、該ウェーハの研磨面の表面欠陥数は、パーティクルカウンタによる３５ｎｍ以上のサイズの欠陥を測定した時の測定値が、直径３００ｍｍウェーハ換算で２０個以下であるシリコンウェーハ。