JP2000080350A - 研磨用組成物及びそれによるポリッシング加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、シリコンウェーハのエッジ部分ある
いはその表面のポリッシング加工を行なう研磨用組成物
および該研磨用組成物を用いた加工方法に関するもので
あり、加工された面に白色系のシミを残さない研磨用組
成物に係わる。 【構成】平均粒子径が８〜５００ｎｍの金属酸化物から
なる微粒子を固形分濃度で１〜３０％含有し、かつ酸ま
たはアルカリおよび塩含んだ分散液で、そのｐＨが７〜
１２であって被加工体表面にシミを残さないことを特徴
とする研磨用組成物を提供する。該研磨用組成物は液中
に水溶性有機溶剤を含むことが好ましい。さらに、該研
磨用組成物を用いたシリコンウェーハのエッジポリッシ
ング方法および表面ポリッシング方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、シリコンウェーハ
等半導体基板の表面及びそのエッジ部分のポリッシング
加工を行なう研磨用組成物および該研磨用組成物を用い
たポリッシング加工方法に関する。更に詳しくは、ポリ
ッシング加工時においてウェーハ表面にシミを残すこと
のない研磨用組成物溶液に係わる。

【０００２】

【従来の技術】シリコン単結晶等半導体素材を原材料と
したＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の電子部品は、シ
リコンあるいはその他の化合物半導体の単結晶のインゴ
ットを薄い円板状にスライスしたウェーハに多数の微細
な電気回路を書き込み分割した小片状の半導体素子チッ
プを基に製造されるものである。インゴットからスライ
スされてウェーハは、ラッピング、エッチング、更には
ポリッシングという工程を経て、少なくともその片面お
よびエッジ部分が鏡面に仕上げられた鏡面ウェーハに加
工されて行く。ウェーハのポリッシング加工の際にウェ
ーハを保持する方法としては、つかみ方法、減圧吸引方
法あるいは風圧抑え方法が採用されそれぞれの方法に適
した治具が採用されている。

【０００３】また、ポリッシング用に使用される砥粒と
しては金属の酸化物、具体的には珪素、アルミニウム、
セリウム、ジルコニウムあるいはマンガン等の金属の酸
化物の微粒子を挙げることができるが、特にシリコンウ
ェーハのポリッシング用の研磨剤としては酸化珪素の微
粒子が選択的に用いられ、それをアルカリ性の溶液に微
細なコロイド状に分散させた研磨用組成物溶液が使用さ
れている。ここでいうシリコンウェーハとは、基本的な
ベアウェーハの他に、エピタキシャルウェーハ、酸化膜
あるいは窒化膜を乗せたウェーハ、絶縁膜をはさんだＳ
ＯＩウェーハ、さらにはＣＭＰ（ケミカルメカニカルポ
リッシング）加工用半導体デバイスウェーハ等を指すも
のである。

【０００４】上述のようにして行なわれるポリッシング
加工工程において、加工後ウェーハ表面が乾燥される
と、この治具周辺に白色系の筋状、斑点状、縞状等のシ
ミが発生し、中間製品たる鏡面ウェーハの外観を著しく
阻害するのみならず、その製品歩留まりを低下させる等
の問題が指摘されており、これを防止するために過度な
洗浄を行なったり、常時ウェット状態に保つなど特別な
処置がしばしば必要であった。この現象は、シリコンウ
ェーハのエッジポリッシング工程や半導体デバイスポリ
ッシング工程において特に顕著であってその改善が強く
要望されていた。

【０００５】ここでいうエッジポリッシング工程とは、
一般的には、例えば回転可能なドラムの表面に、合成樹
脂発泡体、合成皮革あるいは不織布等からなるポリッシ
ャーを貼付した研磨加工機に、工作物であるべべリング
を施したシリコンウェーハ等のエッジ部分を回転させつ
つ傾斜押圧し、コロイダルシリカを主成分とした研磨用
組成物溶液を供給しつつ、エッジ部分の研磨加工を行な
う方法で行われる。このエッジポリッシング工程におい
ては基板を保持する治具としては、単に押さえたり、填
め込んだりするつかみ方法あるいは減圧吸引方法による
ものが主として採用されている。このエッジポリッシン
グの場合は、つかみ用の治具が当接する部位およびその
周辺、あるいは減圧吸着受具の形状に倣ったシミの発生
が指摘されている。

【０００６】また、一般のウェーハ（ベアウェーハ）
や、半導体デバイスウェーハのポリッシング工程は、一
般の遊離砥粒をスラリーとして使用し、合成樹脂発泡
体、合成皮革あるいは不織布等からなるポリッシングパ
ッドを貼付した回転定盤を用いて行なわれるが、ウェー
ハを固定するウェーハキャリアで減圧吸着する治具、単
にキャリアリングの形状にあわせ貼付ける受具、逆にパ
ッド表面にウェーハを押しつけるために加圧空気を送り
こむ方法などがあり、この場合も前述のエッジポリッシ
ングの場合同様に、空気の流れの起きる治具周辺で、加
工終了洗浄後もシミが残る問題が指摘されている。この
場合も、また前述のエッジポリッシングの場合も同様に
これらのシミ発生の現象を回避するために洗浄工程を長
くしたり、あるいは洗浄水を過剰に使用するなどの対策
が必要であった。

【０００７】従来、一般的に使用されているシリコンウ
ェーハポリッシング用の研磨剤としては前述の通り酸化
珪素の微粒子をあげることができる。酸化珪素の微粒子
としては珪酸ソーダ水溶液からソーダをイオン交換樹脂
で除去して酸化珪素粒子をコロイドサイズに粒子成長さ
せたコロイダルシリカ、エチルシリケートやメチルシリ
ケートなどアルキリシリケートを原料として加水分解し
酸化珪素粒子をコロイドサイズに粒子成長させたコロイ
ダルシリカ、あるいは四塩化珪素を原料とした乾式法ヒ
ュームドシリカを水にコロイド状に分散させたものを挙
ることができる。これ等のコロイダルシリカの水分散液
にアルカリ成分や緩衝剤、分散剤等の添加剤を適宜加え
たものがシリコンウェーハポリッシング加工用の研磨用
組成物として一般的に用いられてる。

【０００８】上述のような組成を持った研磨用組成物を
用いたポリッシング加工は、その前工程までの、例えば
ダイヤモンド砥石を使用したり、あるいは硬質なアルミ
ナ系砥粒を用いた所謂機械的な加工とは異なるものであ
って、その成分であるアルカリの化学的作用、具体的に
はシリコンウェーハ等工作物に対する浸蝕性を応用した
ものである。即ち、アルカリの腐食性により、ウェーハ
等工作物表面に薄い軟質の浸蝕層が形成される。その薄
層を微細なコロイド状酸化珪素粒子の機械的作用により
除去してゆくことにより加工が進むのである。研磨用組
成物溶液のｐＨは、溶液が持つアルカリ成分の化学的作
用により加工が進むのであるから、７以上のアルカリ性
領域になければならない。すなわちｐＨが７の中性を示
す数値に近くなるにつれその化学作用の力は弱くなり、
加工速度は遅くなるしまた、１０以上の強アルカリ領域
になるに従ってその力は強くなり加工速度は速くなる。

【０００９】このようなポリッシング用の研磨用組成物
においては、酸化珪素微粒子は水に分散されているが、
加工の際の液の温度の上昇や乾燥した空気の流れとの接
触により研磨用組成物が容易に乾燥され、固形部分であ
る酸化珪素微粒子のみがゲル状乾燥物としてウェーハ表
面に部分的に残留し、白色系のシミとして現れるように
なる。また、ウェーハの成分やコロイダルシリカの一部
がアルカリ成分に溶解し、ポリッシング加工後に表面に
不均質に研磨用組成物が残留していると、これらの溶解
物の乾燥したものがウェーハのエッチャント（溶解促進
剤）の働きをし斑点状のシミを発生させる原因ともなっ
ていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は上述の、
ポリッシング加工後のシリコンウェーハ等の表面に発生
する白色系のシミの発生についてその発生要因と対策に
関して鋭意研究を行なった結果、ある特定の組成を持っ
た研磨用組成物が、強固な付着物性およびその容易な乾
燥と固形分の析出を防止し、白色系のシミの発生を効果
的に抑制することを見出し本発明を完成するに至ったも
のであり、その目的と成す所は、シリコンウェーハのポ
リッシング加工において白色系のシミを発生させること
のない研磨用組成物を提供することにあり、更に他の目
的は該研磨組成物を用いたシリコンウェーハのポリッシ
ング加工方法およびエッジポリッシング方法を提供する
ことにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的は、平均粒子
径が８〜５００ｎｍの金属酸化物からなる微粒子を固形
分濃度で１〜３０％含有し、かつ酸またはアルカリおよ
び塩含んだ分散液で、そのｐＨが７〜１２であって被加
工体表面にシミを残さないことを特徴とする研磨用組成
物にて達成することができる。この研磨用組成物が液中
に水溶性有機溶剤を含むものであれば更に好適である。

【００１２】更に本発明の他の目的は上述の研磨用組成
物を用いてシリコンウェーハのエッジ部分のポリッシン
グ加工を行なう方法、および、合成樹脂発泡体、合成皮
革あるいは不織布等からなるポリッシングパッドを貼付
した回転可能な定盤を有するポリッシング加工機に、シ
リコンウェーハを減圧吸着をもって把持押圧し、前述の
研磨用組成物を供給しつつ、前記定盤及びシリコンウェ
ーハの双方あるいはその一方を回転することにより、前
記シリコンウェーハのポリッシング加工を行なう方法に
て達成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明に用いる金属酸化物の微粒
子は平均粒子径が８〜５００ｎｍのものであり、望まし
くは、３０〜２５０ｎｍのものであって、その種類とし
てはコロイダルシリカが選択的に使用される。平均粒子
径が、８ｎｍより小さいとコロイダルシリカが凝集し易
く研磨用組成物としての安定性が低下する。平均粒子径
が５００ｎｍを越えると、研磨剤として安定した製品の
製造が難しく、また価格的にも不利である。また、粒子
がコロイド次元を外れ好ましくない。酸化珪素の濃度は
１〜３０重量％であり、研磨加工時において１〜２０重
量％、望ましくは１〜１５重量％が良い。研磨加工時の
濃度が、１重量％以下であると研磨加工速度は低くなり
実用的ではない。研磨時の酸化珪素濃度が高くなれば研
磨加工速度自体は増大するが約１５重量％を越えるあた
りでその値は飽和値に達し、濃度を高くした意味がなく
なる。また、３０重量％より高濃度であると、加工屑と
して発生する珪素微粉が酸化したものもリサイクル液に
加わってゲル化を早める傾向も見られコロイド溶液とし
ての安定性に欠き、研磨用組成物溶液のリサイクル性を
著しく低下せしめるのみならず、前述の白色系のシミの
発生の傾向がより顕著になり好ましくない。

【００１４】本発明においては研磨用組成物のｐＨは７
〜１２の範囲、好ましくは８〜１１．５の範囲にあるこ
とが肝要である。ｐＨが７以下であるとシリコンウェー
ハ用研磨用組成物として機能せず、また、ｐＨが１２以
上になると、コロイダルシリカが凝集をはじめるため研
磨用組成物の安定性が低下しこれも実用の範囲から外れ
る。

【００１５】本発明において、研磨用組成物中に水溶性
有機溶剤、特に１価アルコールまたは多価アルコール、
あるいは水酸基を含む有機化合物を含有させることによ
って、本発明の目的である白色系のシミの発生を防止す
る効果は顕著になる。特に、高分子量のアルコールある
いはグリコール類等の多価アルコールは蒸発しにくく本
発明の研磨用組成物のためには好適である。具体的な好
ましい例としてはエチレングリコール、ポリエチレング
リコール、グリセリンおよびヒドロキシジエチルアミン
を挙げることができる。

【００１６】本発明の研磨用組成物中には、酸またはア
ルカリとそれに塩を含むものであり、その組み合わせに
おいて組成物全体のｐＨを前述の通り、７から１２好ま
しくは８〜１１．５のアルカリ性領域におくことが肝要
である。ここにおいて含まれる酸は酢酸、蓚酸、硫酸、
蟻酸、乳酸、塩酸、硝酸、炭酸、燐酸よりなる群から選
ばれた酸のうち少なくとも一つであることが好ましく、
その含まれる量は研磨用組成物全体に対して０．０５〜
５重量％であることが好ましい。またアルカリは第１ア
ミン、第２アミン、第３アミン、第４アンモニウム水酸
化物よりなる有機アルカリ、あるいは水酸化ナトリウ
ム、水酸化カリウム、水酸化リチウムおよびアンモニア
よりなる無機アルカリのうち少なくとも一つであること
が好ましく、またその含まれる量は研磨用組成物全体に
対して０．０５〜５重量％であることが好ましい。

【００１７】また、加える塩としては、強酸と強塩基、
弱酸と強塩基、強酸と弱塩基、弱酸と弱塩基、の何れか
の組み合わせで得られたものが挙げられるがこれを加え
ることによりｐＨを安定する緩衝剤として作用する。加
える塩の種類は、研磨用組成物中に含まれている酸また
はアルカリの種類と量とを考慮して選定する必要があ
る。加える塩の種類は特に限定を受けるものではない
が、好ましいものとしては第１アミン、第２アミン、第
３アミン、第４アンモニウム水酸化物よりなる有機アル
カリ、あるいは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水
酸化リチウムおよびアンモニアよりなる無機アルカリの
うちの少なくとも一つと、酢酸、蓚酸、硫酸、蟻酸、乳
酸、塩酸、硝酸、炭酸、燐酸よりなる群から選ばれた酸
のうちの少なくとも一つとからなる塩を挙げることがで
きる。また、分散液の導電率を上げるように添加するこ
とも大切である。

【００１８】本発明になる研磨用組成物において含まれ
る各成分において、特に好ましい組み合わせとその量の
範囲を示す具体例は以下の通りである。すなわち、砥粒
としては平均粒子径が３０〜２５０ｎｍの酸化珪素微粒
子をコロイド状に分散したコロイダルシリカであり、及
び炭酸、燐酸から選ばれた酸と一価のアルカリ金属との
塩、さらにアルカリ成分として炭素数１６以下の第４ア
ンモニウム水酸化物を含み、そのｐＨが８〜１１の範囲
にあるものである。この研磨用組成物はシリコンウェー
ハのポリッシング加工に使用された場合、ｐＨの変動が
少なく、ｐＨが加工中に異常に高くならず、シミの要因
となるシリコンの溶解を起こすことがなく、シミの発生
が極めて起こりにくい特徴を有する。

【００１９】更に本発明に併用できる添加剤としては、
界面活性剤、消泡剤、防腐剤、増粘剤等である。本発明
の研磨用組成物とその加工方法の更なる向上を図るた
め、界面活性剤、分散剤、沈降防止剤などを併用するこ
とができる。沈降防止剤としては、水溶性の有機物、無
機層状化合物などがあげられる。また、本発明の研磨組
成物は水分散液としているが、有機溶媒を添加してもか
まわない。本発明の研磨組成物は、コロイダルシリカな
ど金属酸化物微粒子の分散液に酸やアルカリおよび塩類
をいかなる順序でも水分散液として調製してもかまわな
い。

【００２０】

【実施例】次に実施例及び比較例をあげて本発明の研磨
用組成物、およびそれを用いた研磨加工方法を具体的に
説明するが、特にこれにより限定を行なうものではな
い。

【００２１】実施例１〜３、比較例１〜３ 被加工体として８インチサイズのシリコンウェーハを選
定し、これのエッジ部分の鏡面ポリッシング加工を以下
の方法に従い実施し、さらにすぐ洗浄を行ない乾燥後の
シミ付着の判定を行なった。 研磨装置：スピードファム株式会社製、ＥＰ−２００−
ＩＶ型エッジポリッシング加工機 ウェーハ傾斜角：４５度 ドラム回転数：８００Ｒ
ＰＭ ドラム上下速度：３０ｍｍ／分 ウェーハ把持方式：減圧吸引方式 ロァチャック真空度：２００ｍｍＨｇ ロァチャック回転数：正転２分、逆転２分 研磨布：ＳＵＢＡ４００（ロデールニッタ社製） 研磨組成供給量：２５０ｍｌ／分 研磨加工時間：
５分 工作物：８インチシリコンウェーハ 研磨加工後の洗浄：スピードファム株式会社製自動洗浄
機に純粋スプレーと同時にナイロンブラシで２０秒間ブ
ラッシングを行ない、ウェス紙で拭い、室温で２分間放
置した。 シミの評価：集光灯の照射中に、ウェーハ基板を目視で
観察し、シミの面積と濃さで判定した。 本実施例１で使用した研磨用組成物は次の手順で調整し
た。まず２０リッター容量のＳＵＳビーカーに市販のコ
ロイダルシリカで平均粒子径５０ｎｍ、固形分３０重量
％のもの３．５ｋｇおよび水６ｋｇを添加し、撹拌機で
５分撹拌した。更に１０重量％ＫＯＨ水溶液７０ｇを撹
拌下添加し、５分後硝酸アンモニウム１６ｇを添加、５
分間撹拌後さらにエチレングリコール７０ｇを添加し１
０分間撹拌し最後に少量の水を添加して総量を１０ｋｇ
として２分間の撹拌を行ない、研磨用組成物を得た。他
の研磨用組成物もこれに準じた手順で調整した。研磨用
組成物の組成、物性値およびエッジポリッシング加工後
の検査結果を表１に総括して示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】実施例４〜６、比較例４〜６ 被加工体として６インチサイズの半導体デバイスウェー
ハ（酸化膜付きシリコンウェーハ）を選定し、これの表
面平坦化ポリッシング加工を以下の方法に従い実施し、
さらにすぐ洗浄を行ない乾燥後のシミ付着の判定を行な
った。 研磨装置：スピードファム株式会社製、ＳＨ−２４型ポ
リッシング加工機 定盤回転数：６０ＲＰＭ ウェーハ把持方式：減圧吸引方式 キャリアチャック真空度：５０ｍｍＨｇ ウェーハキャリア回転数：１２０ＲＰＭ 研磨布：ＳＵＢＡ６００（ロデールニッタ社製） 研磨組成供給量：６０ｍｌ／分 研磨加工時間：３
分 工作物：６インチ酸化膜付シリコンウェーハ 研磨加工後の洗浄：水道水で３０秒間水洗浄を行ない、
ウェス紙で拭い、室温で２分間放置した。 シミの評価：集光灯の照射中に、ウェーハ基板を目視で
観察し、シミの面積と濃さで判定した。 使用した研磨用組成物は実施例１に記載した手順に準じ
て調整した。研磨用組成物の組成、物性値およびエッジ
ポリッシング加工後の検査結果を表２に総括して示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】表１および表２で明らかな通り、本発明の
実施例の研磨用組成物で加工を行なった被加工体は白色
系のシミを残すことはなく、特に水溶性有機溶剤を含有
させたものの優位性は明らかである。

【００２６】

【発明の効果】以上の説明で示される通り、本発明の研
磨組成物は、現在シリコンウェーハのエッジポリッシン
グおよび半導体デバイスウェーハの平坦化ポリッシング
加工において大きな問題点となっている斑点状、スポッ
ト状あるいは帯状等の白色系のシミの発生のないあるい
は極めて少ない研磨用組成物であり、これを用いること
により、例えば洗浄等の工程の負荷を著しく軽減させる
とともに、これらの工程における中間製品の歩留まりを
向上させることができ、その有用性は極めて顕著であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 裕介 千葉県千葉市花見川区幕張町１−7675−29 −201 (72)発明者 箱守 駿二 東京都目黒区下目黒４−22−16 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AB04 AB08 BB04 CA01 CB01 CB10 DA02 DA06 DA12 DA17

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平均粒子径が８〜５００ｎｍの金属酸化物
   からなる微粒子を固形分濃度で１〜３０重量％含有し、
   かつ酸またはアルカリおよび塩を含んだ分散液で、その
   ｐＨが７〜１２であって被加工体表面にシミを残さない
   ことを特徴とする研磨用組成物。
2. 【請求項２】液中に水溶性有機溶剤を含むことを特徴と
   する請求項第１項記載の研磨用組成物。
3. 【請求項３】水溶性有機溶剤が１価のアルコールまたは
   多価アルコール、あるいは水酸基を含む有機化合物であ
   ることを特徴とする請求項第１項および第２項記載の研
   磨用組成物。
4. 【請求項４】含まれる酸成分が酢酸、蓚酸、硫酸、蟻
   酸、乳酸、塩酸、硝酸、炭酸、燐酸よりなる群から選ば
   れた酸のうち少なくとも一つであることを特徴とする請
   求項第１項ないし第３項記載の研磨用組成物。
5. 【請求項５】含まれるアルカリ成分が、第１アミン、第
   ２アミン、第３アミン、第４アンモニウム水酸化物より
   なる有機アルカリ、あるいは水酸化ナトリウム、水酸化
   カリウム、水酸化リチウムおよびアンモニアよりなる無
   機アルカリのうち少なくとも一つであることを特徴とす
   る請求項第1項ないし第４項記載の研磨用組成物。
6. 【請求項６】含まれる塩が第１アミン、第２アミン、第
   ３アミン、第４アンモニウム水酸化物よりなる有機アル
   カリ、あるいは水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水
   酸化リチウムおよびアンモニアよりなる無機アルカリの
   うちの少なくとも一つと、酢酸、蓚酸、硫酸、蟻酸、乳
   酸、塩酸、硝酸、炭酸、燐酸よりなる群から選ばれた酸
   のうちの少なくとも一つとからなる塩であることを特徴
   とする請求項第1項ないし第５項記載の研磨用組成物。
7. 【請求項７】金属酸化物が酸化珪素であることを特徴と
   する請求項第1項ないし第６項記載の研磨用組成物。
8. 【請求項８】請求項第１項ないし請求項第７項に記載の
   研磨用組成物を用いてシリコンウェーハのエッジ部分の
   ポリッシングを行うことを特徴とするポリッシング加工
   方法。
9. 【請求項９】回転可能なドラムの表面にポリッシングパ
   ッドを貼付した研磨加工機に、シリコンウェーハを傾斜
   させた状態で把持し、回転させながらそのエッジ部分を
   前記ドラムに押圧し、請求項第１項ないし請求項第７項
   に記載の研磨用組成物を供給しつつ、シリコンウェーハ
   のエッジ部分のポリッシング加工を行なう方法。
10. 【請求項１０】合成樹脂発泡体、合成皮革あるいは不織
    布等からなるポリッシングパッドを貼付した回転可能な
    定盤を有するポリッシング加工機に、シリコンウェーハ
    を減圧吸引方式をもってキャリアに把持し、請求項第１
    項ないし請求項第７項に記載の研磨用組成物を供給しつ
    つ、前記定盤及びシリコンウェーハの双方あるいはその
    一方を回転することにより、前記シリコンウェーハのポ
    リッシング加工を行なう方法。
11. 【請求項１１】半導体デバイスのＣＭＰの加工方法にお
    いて、半導体デバイスウェーハを減圧吸引方式あるいは
    加圧風圧方式をもってキャリアに把持し、請求項第１項
    ないし請求項第７項に記載の研磨用組成物を供給しつつ
    ポリッシングを行なうことを特徴とする前記半導体デバ
    イスのＣＭＰ加工方法。