JPWO2020066873A1 - キャリアの摩耗が低減されたシリコンウエハーの研磨方法及びそれに用いる研磨液 - Google Patents
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Abstract
Description
研磨機は片面研磨機、両面研磨機が挙げられるが、キャリアを用いて研磨を行う場合は、主に両面研磨機が用いられる。両面研磨機はバッチ処理と呼ばれる加工方式で多くのシリコンウエハーを同時に加工することができる。
両面研磨機は下定盤と上定盤、その間に複数のキャリアが自転駆動し、ギアに沿いながら遊星回転する構造になっている。キャリアは外縁部にギアを持ち、シリコンウエハーを挿入できる円盤上の構造になっていて、一枚のキャリアには複数のシリコンウエハーが装入できる場合もある。両面研磨機は、それらのキャリアが下砥石と上砥石の間で研磨液の供給を受け、遊星回転しながらシリコンウエハーの両面を研磨するものである。
キャリアは研磨布が貼付された下定盤と上定盤の間に加圧されながら存在し、常に研磨液により研磨状態にさらされることで、シリコンウエハーと共に、キャリア自体の摩耗がある。
キャリアは、研磨による摩耗が激しい場合、新しいキャリアに交換されるが、キャリア自体は研磨工程の間、常に研磨にさらされ、キャリア自体が研磨されることになるため、キャリア自体の変形による研磨精度(具体的には、平坦度、平面度、粗さ、平行度/厚みのバラツキなど)の低下、研磨レート(即ち、単位時間あたりの研磨量)や研磨品質のバラツキ、キャリアから発生するノイズ(異音)などが問題となっている。
特許文献1には、ラッピング装置、ポリッシング装置、研削装置において使用するキャリアとして、キャリアの低い摩耗を維持するために、キャリア表面をポリビニリデンフルオリド、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、及びこれらのポリマーアロイから選ばれる硬質材料で被覆したキャリアが開示されている。
特許文献2には、キャリアを含む両面研磨機で研磨を行った後に、気相成長装置を用いてエピタキシャル層を成長させるエピタキシャルウエハーの製造方法における、シリコンウエハーの研磨の方法が開示されている。
前記研磨装置で用いる研磨液が、
BET法で測定される平均一次粒子径が4nm〜30nmの粒子径であり、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であるシリカ粒子(A)と、BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え50nm以下の粒子径であり、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であるシリカ粒子(B)とからなるシリカ粒子を0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度で含み、前記シリカ粒子(A):前記シリカ粒子(B)の質量比が100:0〜85:15である、
上記研磨方法である。
[態様2] シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置によって前記シリコンウエハーの研磨を行う方法であって、
前記研磨装置で用いる研磨液が、
BET法で測定される平均一次粒子径が4nm〜30nmのシリカ粒子(A)と、BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え50nm以下のシリカ粒子(B)とからなるシリカ粒子を0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度で含み、前記シリカ粒子(A):前記シリカ粒子(B)の質量比が100:0〜85:15であるか、又は、
BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え45nm未満のシリカ粒子(B´)のみからなるシリカ粒子を0.1質量%以上2.5質量%未満のシリカ濃度で含む、
上記研磨方法である。
[態様3] 電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときに、前記シリカ粒子(A)並びに前記シリカ粒子(B)と(B´)のいずれも、1.2〜1.8の(X2/X1)比を有する、[態様2]に記載の研磨方法である。
[態様4] 前記研磨装置として両面研磨機を使用し、
研磨が30〜1000g/cm2の荷重下、下定盤回転数5〜100rpm、上定盤回転数2〜30rpm、下定盤/上定盤の回転比率が1〜10、研磨時間10分〜3時間、研磨液供給量1〜20リットル/分の条件で行われる、[態様1]乃至[態様3]のいずれかに記載の研磨方法である。
[態様5] 前記キャリアがエポキシガラス製キャリアである、[態様1]乃至[態様4]のいずれかに記載の研磨方法である。
[態様6] 前記研磨液が更に、アルカリ成分、水溶性化合物、及びキレート剤からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤を含む、[態様1]乃至[態様5]のいずれかに記載の研磨方法である。
[態様7] 前記アルカリ成分が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、水酸化第1級アンモニウム、水酸化第2級アンモニウム、水酸化第3級アンモニウム、水酸化第4級アンモニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素リチウム、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、又は水酸化カリウムである、[態様6]に記載の研磨方法である。
[態様8] 前記キレート剤が、アミノカルボン酸系キレート剤又はホスホン酸系キレート剤である、[態様6]に記載の研磨方法である。
[態様9] 前記研磨液のpHが7〜12である、[態様1]乃至[態様8]のいずれかに記載の研磨方法である。
[態様10] BET法で測定される平均一次粒子径が4nm〜30nmの粒子径であり、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であるシリカ粒子(A)と、BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え50nm以下の粒子径であり、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であるシリカ粒子(B)とからなるシリカ粒子を0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度で含み、前記シリカ粒子(A):前記シリカ粒子(B)の質量比が100:0〜85:15である、シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置用研磨液である。
[態様11] BET法で測定される平均一次粒子径が4nm〜30nmのシリカ粒子(A)と、BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え50nm以下のシリカ粒子(B)とからなるシリカ粒子を0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度で含み、前記シリカ粒子(A):前記シリカ粒子(B)の質量比が100:0〜85:15であるか、又は、
BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え45nm未満のシリカ粒子(B´)のみからなるシリカ粒子を0.1質量%以上2.5質量%未満のシリカ濃度で含む、シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置用研磨液である。
[態様12] 電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときに、前記シリカ粒子(A)並びに前記シリカ粒子(B)と(B´)のいずれも、1.2〜1.8の(X2/X1)比を有する、[態様11]に記載の研磨液である。
キャリアは研磨布が貼付された下砥石と上砥石の間に加圧されながら存在し、常に研磨液により研磨状態にさらされることで、シリコンウエハーと共に、キャリア自体の摩耗がある。
キャリアは研磨によって摩耗が激しい場合は、新しいキャリアに交換されるが、キャリア自体は研磨工程の間、常に研磨にさらされ、キャリア自体が研磨される事により、キャリア自体の変形による研磨精度(平坦度、平面度、粗さ、平行度/厚みのバラツキ)の低下や、研磨レート、またキャリアから発生するノイズが問題となっている。
本発明によるシリコンウエハーの研磨方法や研磨液によれば、シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置で当該シリコンウエハーを研磨するにあたり、シリコンウエハーを研磨するのに良好な研磨速度を維持しながら、当該研磨に一緒にさらされるキャリアの摩耗量を低減できる。シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置で当該シリコンウエハーを研磨するうえで、当該キャリアの摩耗は、キャリア自体の変形を招き、その結果、研磨精度(具体的には、平坦度、平面度、粗さ、平行度/厚みのバラツキなど)の低下につながるところ、本発明による研磨方法や研磨液によれば、上述のとおり、シリコンウエハーを研磨するのに良好な研磨速度を維持しながら、当該研磨に一緒にさらされるキャリアの摩耗を低減できるので、キャリア自体の変形に起因する上記研磨精度の低下を抑制することができる。つまり、本発明による研磨方法や研磨液によれば、シリコンウエハーの研磨精度の向上を図ることができる。
また、本発明による研磨方法や研磨液によれば、シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置を用いてシリコンウエハーを研磨するにあたり、当該キャリアの摩耗量を低減できることから、キャリアの交換頻度の低減、研磨レートや研磨品質のバラツキの抑制、研磨によって摩耗したキャリアから発生するノイズ(異音)の低下を図ることもできる。
よって、本発明による研磨方法や研磨液によれば、シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置でシリコンウエハーを研磨するにあたり、当該研磨装置を用いる従来の研磨方法や研磨液に比べ、簡便で効率的にシリコンウエハーの研磨精度を向上させることができ、生産性の向上を図ることができる。
本発明では、その一態様として、例えば、研磨液中のBET法で測定したシリカ粒子の平均一次粒子径が4nm〜30nmの範囲であり、0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度を有する研磨液を用いることにより、キャリアの摩耗を低減し、シリコンウエハーの研磨において、研磨精度を向上させることが可能となった。
なお、シリカ粒子(A):シリカ粒子(B)が100:0の場合は、シリカ粒子(A)のみが上記範囲の(X2/X1)比を満たすことが好ましいということになる。
具体的には、本発明では、前記「研磨液」に用いられるシリカ粒子(A)とシリカ粒子(B)のいずれも、電子線による透過投影像(透過型電子顕微鏡)から求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法によって測定された表面積(又は比表面積)より算出した球相当粒子径を平均一次粒子径(X1)nmとしたときの両者の比((X2/X1)比)が、1.2〜1.8(即ち、1.2以上1.8以下)の範囲にあることが好ましい。つまり、シリカ粒子(A)は、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であることが好ましく、シリカ粒子(B)も、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であることが好ましい。
なお、シリカ粒子(A):シリカ粒子(B)が100:0の場合は、シリカ粒子(A)のみが上記範囲の(X2/X1)比を満たすことが好ましいということになる。
本願では、研磨液中に含まれるシリカ粒子が、BET法で測定される平均粒子径が30nmを超え45nm未満のシリカ粒子のみからなる場合、当該シリカ粒子を、便宜上、当該平均粒子径を包含する「シリカ粒子(B)」と区別するため、「シリカ粒子(B´)」とも称する。
シリカ粒子がシリカ粒子(B´)で、当該シリカ濃度が0.1質量%以上2.5質量%未満である前記研磨液を使用する場合も、シリカ粒子(B´)は、シリカ粒子(A)やシリカ粒子(B)と同様な方法で求められる(X2/X1)が、1.2〜1.8の範囲にあることが好ましい。
これらアルカリ成分の添加によりpHを7〜12(7以上12以下)の範囲に調整することができる。
まず各種コロイダルシリカを用意し、これを用いて各種研磨用組成物を調製した。ここで、「コロイダルシリカ」とは、シリカゾル中に含まれるシリカ粒子を意味する。次に、これら各種研磨用組成物を研磨液として、シリコンウエハーを保持するためのキャリアを用いてシリコンウエハーを研磨する研磨機において使用して、市販のシリコンウエハーの研磨を行った。その研磨速度と連続8時間研磨後のキャリアの摩耗量から、本発明の具体的一実施態様である研磨用組成物の効果を評価した。その詳細を以下に示す。
まず、以下のコロイダルシリカA〜Gを用意した。
コロイダルシリカA: 窒素ガス吸着法(BET法)から求められる平均一次粒子径23nmのコロイダルシリカ(シリカゾルに基づくシリカ粒子。(X2/X1)比が1.4)。
コロイダルシリカB: 窒素ガス吸着法(BET法)から求められる平均一次粒子径25nmのコロイダルシリカ(シリカゾルに基づくシリカ粒子。(X2/X1)比が1.4)。
コロイダルシリカC: 窒素ガス吸着法(BET法)から求められる平均一次粒子径21nmのコロイダルシリカ(シリカゾルに基づくシリカ粒子。(X2/X1)比が1.7)。
コロイダルシリカD: 窒素ガス吸着法(BET法)から求められる平均一次粒子径45nmのコロイダルシリカ(シリカゾルに基づくシリカ粒子。(X2/X1)比が1.2)。
コロイダルシリカE: 窒素ガス吸着法(BET法)から求められる平均一次粒子径35nmのコロイダルシリカ(シリカゾルに基づくシリカ粒子。(X2/X1)比が1.3)。
コロイダルシリカF: 窒素ガス吸着法(BET法)から求められる平均一次粒子径60nmのコロイダルシリカ(シリカゾルに基づくシリカ粒子。(X2/X1)比が1.2)。
コロイダルシリカG: 窒素ガス吸着法(BET法)から求められる平均一次粒子径20nmのコロイダルシリカ(シリカゾルに基づくシリカ粒子。(X2/X1)比が1.9)。
アルカリ成分として水酸化エチルトリメチルアンモニウム(ETMAH)を使用し、キレート剤としてエチレンジアミンテトラ酢酸ナトリウム(EDTA)を使用した。これらの成分は試薬を用いた。ETMAHは市販のものを使用し、EDTAについては、キレスト株式会社製のものを使用した。
なお、全ての研磨用組成物において、pH緩衝剤として炭酸カリウムを1000ppm添加した。
また、表中の「シリカの種類」で併記する割合は、研磨用組成物中のシリカ粒子源となる各種コロイダルシリカの配合割合を質量%表記したものである。例えば、研磨用組成物(1)では、当該組成物の製造に使用されたコロイダルシリカがコロイダルシリカAのみであることを意味し、研磨用組成物(6)は、当該組成物の製造に使用されたコロイダルシリカがコロイダルシリカAとコロイダルシリカDであって、両者の質量比がコロイダルシリカA:コロイダルシリカDが90:10であることを意味する。
上記研磨用組成物(研磨用組成物(1)〜(8)と比較研磨用組成物(1)〜(7))を研磨液として、シリコンウエハーを保持するためのキャリアを用いてシリコンウエハーを研磨する研磨機で使用して、市販のシリコンウエハーの研磨を行った。このときの研磨条件について以下に示す。
研磨機:浜井産業社製両面研磨機13BF。
荷重:150g/cm2。
上定盤回転数:7rpm。
下定盤回転数:20rpm。
回転比率:3
キャリア自転数:5.9rpm、キャリア公転数:6.6rpm、キャリア自転方向:時計回り。
研磨パッド:発泡ポリウレタン製研磨パッド(LP−57(溝幅2mm、溝ピッチ20mm))。
研磨液の供給量:6.0L/分。
研磨温度:25℃。
研磨枚数:キャリア1枚につき、ウエハー3枚。
キャリア:エポキシガラス製キャリア(厚さ0.70mm)。
連続的に複数枚のシリコンウエハーの研磨を行った研磨時間:8時間。
シリコンウエハー:直径200mm、伝導型P型、結晶方位が<100>、抵抗率が100Ω・cm未満。
上記研磨条件で研磨された研磨結果を以下の表に示す。なお、表中のキャリアの摩耗量は、連続8時間の研磨によるキャリア片面の摩耗量である。
本発明によれば、シリコンウエハーを保持したキャリアを用いた研磨装置で当該シリコンウエハーの研磨を行うにあたり、良好な研磨速度を維持しながらキャリアの摩耗を低減し、研磨精度の向上が図れ、また、キャリアの交換頻度の低減、研磨レートや研磨品質のバラツキの抑制、キャリアから発するノイズ(異音)の低下を図れる研磨方法を提供することができるので、キャリアを用いて簡便で効率的にシリコンウエハーの研磨精度の向上が望まれている様々な産業分野(特に、信頼性の高い半導体デバイスや電子部品機器などの分野)において利用可能性がある。
Claims (12)
- シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置によって前記シリコンウエハーの研磨を行う方法であって、
前記研磨装置で用いる研磨液が、
BET法で測定される平均一次粒子径が4nm〜30nmの粒子径であり、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であるシリカ粒子(A)と、BET法で測定される平均粒子径が30nmを超え50nm以下の粒子径であり、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であるシリカ粒子(B)とからなるシリカ粒子を0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度で含み、前記シリカ粒子(A):前記シリカ粒子(B)の質量比が100:0〜85:15である、
上記研磨方法。 - シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置によって前記シリコンウエハーの研磨を行う方法であって、
前記研磨装置で用いる研磨液が、
BET法で測定される平均一次粒子径が4nm〜30nmのシリカ粒子(A)と、BET法で測定される平均粒子径が30nmを超え50nm以下のシリカ粒子(B)とからなるシリカ粒子を0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度で含み、前記シリカ粒子(A):前記シリカ粒子(B)の質量比が100:0〜85:15であるか、又は、
BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え45nm未満のシリカ粒子(B´)のみからなるシリカ粒子を0.1質量%以上2.5質量%未満のシリカ濃度で含む、
上記研磨方法。 - 電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときに、前記シリカ粒子(A)並びに前記シリカ粒子(B)と(B´)のいずれも、1.2〜1.8の(X2/X1)比を有する、請求項2に記載の研磨方法。
- 前記研磨装置として両面研磨機を使用し、
研磨が30〜1000g/cm2の荷重下、下定盤回転数5〜100rpm、上定盤回転数2〜30rpm、下定盤/上定盤の回転比率が1〜10、研磨時間10分〜3時間、研磨液供給量1〜20リットル/分の条件で行われる請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の研磨方法。 - 前記キャリアがエポキシガラス製キャリアである請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の研磨方法。
- 前記研磨液が更に、アルカリ成分、水溶性化合物、及びキレート剤からなる群より選ばれる少なくとも1種の添加剤を含む請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の研磨方法。
- 前記アルカリ成分が水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、水酸化第1級アンモニウム、水酸化第2級アンモニウム、水酸化第3級アンモニウム、水酸化第4級アンモニウム、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素リチウム、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、又は水酸化カリウムである請求項6に記載の研磨方法。
- 前記キレート剤が、アミノカルボン酸系キレート剤又はホスホン酸系キレート剤である請求項6に記載の研磨方法。
- 前記研磨液のpHが7〜12である請求項1乃至請求項8のいずれか1項に記載の研磨方法。
- BET法で測定される平均一次粒子径が4nm〜30nmの粒子径であり、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であるシリカ粒子(A)と、BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え50nm以下の粒子径であり、電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径を(X2)nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときの(X2/X1)比が1.2〜1.8であるシリカ粒子(B)とからなるシリカ粒子を0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度で含み、前記シリカ粒子(A):前記シリカ粒子(B)の質量比が100:0〜85:15である、シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置用研磨液。
- BET法で測定される平均一次粒子径が4nm〜30nmのシリカ粒子(A)と、BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え50nm以下のシリカ粒子(B)とからなるシリカ粒子を0.1質量%〜5質量%のシリカ濃度で含み、前記シリカ粒子(A):前記シリカ粒子(B)の質量比が100:0〜85:15であるか、又は、
BET法で測定される平均一次粒子径が30nmを超え45nm未満のシリカ粒子(B´)のみからなるシリカ粒子を0.1質量%以上2.5質量%未満のシリカ濃度で含む、シリコンウエハーを保持したキャリアを用いる研磨装置用研磨液。 - 電子線による透過投影像により求めた長軸の平均粒子径をX2nmとし、BET法で測定される平均一次粒子径を(X1)nmとしたときに、前記シリカ粒子(A)並びに前記シリカ粒子(B)と(B´)のいずれも、1.2〜1.8の(X2/X1)比を有する、請求項11に記載の研磨液。
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