JP2018037671A

JP2018037671A - シリコンウェーハの研磨方法

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Publication number: JP2018037671A
Application number: JP2017201605A
Authority: JP
Inventors: 秀光岡部; Hidemitsu Okabe
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2018-03-08

Abstract

【課題】ウェーハ表面の高平坦化を得るとともに、ウェーハ裏面に所定厚みのシリコン酸化膜が確保されたシリコンウェーハの研磨方法を提供する。【解決手段】表面に自然酸化膜が形成され、裏面にシリコン酸化膜が形成されたシリコンウェーハの研磨方法である。シリコンウェーハの研磨が、アルカリ性水溶液に水溶性高分子添加剤を含む研磨液を用いた両面研磨処理であり、シリコンウェーハの表面の自然酸化膜が除去されて鏡面研磨され、かつシリコンウェーハの裏面に形成されたシリコン酸化膜が残存するように行われる。研磨液は砥粒を含まず、両面研磨処理時に用いるシリコンウェーハの表面を研磨する第１研磨布が砥粒の固定された研磨布であり、シリコンウェーハの裏面を研磨する第２研磨布が砥粒の固定されていない研磨布であり、水溶性高分子添加剤を、シリコンウェーハの表裏面における摩擦抵抗の差が緩和されるようにアルカリ性水溶液に含ませる。【選択図】図１

Description

本発明は、貼合せＳＯＩウェーハの製造方法における、シリコンウェーハの研磨方法の改良に関するものである。

ＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェーハとして、支持用ウェーハに電気絶縁性の高いシリコン酸化膜であるＢＯＸ（Buried Oxide）層を介して活性層用ウェーハを貼合せた貼合せＳＯＩウェーハが知られている。この貼合せＳＯＩウェーハは、活性層用ウェーハと活性層用ウェーハを支持する支持用ウェーハに酸化膜を形成し貼合せた後に貼合せ強度を確保するために熱処理し、活性層用ウェーハの外縁をＢＯＸ層まで研削し、活性層用ウェーハの表面を所望の厚みにまで減じるように片面研削し、その後、活性層用ウェーハの研削された表面を片面研磨することにより製造されていた。

従来、片面研削された貼合せＳＯＩウェーハの活性層用ウェーハの表面の研磨は、貼合せＳＯＩウェーハの裏面の支持用ウェーハをワックス保持、真空保持、ワックスレスのテンプレート保持などで固定し、活性層用ウェーハの表面のみを研磨布で鏡面研磨するいわゆる片面研磨装置により片面研磨が行われていた（例えば、特許文献１参照。）。

一方、半導体ウェーハとして使用されるポリシュドウェーハの製造にあっては、ラッピング処理や研削処理によってウェーハ表面に導入された加工歪（加工ダメージ層）を除去するように、ウェーハ表裏面を同時に両面研磨処理することが行われている。両面研磨処理は基準面を持たない研磨処理であるため平坦度に優れる特性があるものの、ウェーハの両面が同時に鏡面研磨加工されるために、表裏面を区別しがたいという問題があった。このため、両面研磨装置を用いてウェーハの片側のみを鏡面研磨する技術が提案されている。たとえば、研磨液に砥粒を含ませた両面研磨装置でウェーハを片面研磨するために研磨前にウェーハの裏面のみに酸化保護膜を形成したり、ウェーハの表面に空気との接触により自然に発生する自然酸化膜のうち研磨面側の自然酸化膜をあらかじめフッ酸で除去したり、研磨液に砥粒を含ませずに固定砥粒研磨布を使用して両面研磨装置にて片面研磨する場合は、固定砥粒研磨布を研磨する片側のみに設置し研磨するなどの処理が行われていた（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００４−０２２８３９号公報（段落［００２１］〜［００２３］、図６）特開２００２−０１６０２５号公報（段落［０００２］〜［０００６］、［００３２］〜［００４４］）

しかし、上記従来の特許文献１に示された片面研磨では研磨時にウェーハの研磨面の裏側を基準面として保持するためにウェーハをワックス保持、真空保持、ワックスレスのテンプレート保持するので、ワックスの斑、真空保持される場所とされない場所、テンプレート形状がウェーハに転写されたり、保持によりウェーハにストレスがかかった状態で研磨するため保持を解放するとウェーハにうねりが顕れるなど、高平坦化が難しかった。

一方、上記従来の特許文献２に示された両面研磨装置による片面研磨では、両面研磨装置で研磨する前にウェーハの両面のうち片面を研磨させないためにウェーハの裏面のみに酸化保護膜を形成したり、ウェーハ表面が洗浄処理や空気接触により発生する研磨面側の自然酸化膜をあらかじめフッ酸で除去しなければならないなど、簡便に研磨が行えなかった。

また、両面研磨装置で固定砥粒研磨布を片側のみに設置し研磨する場合には、固定砥粒研磨布とウェーハの表面、他方の研磨布とウェーハの裏面による摩擦抵抗の違いによってウェーハを保持するキャリアプレートにウェーハが押しつけられ、ウェーハの外縁が変形する外縁ダレがおきたり、研磨時に異音や騒音がおこり、激しい場合にはウェーハがキャリアから外れウェーハや両面研磨装置が破損することもあった。

本発明の目的は、ウェーハ表面の高平坦化を得るとともに、ウェーハ裏面に所定厚みのシリコン酸化膜が確保されたシリコンウェーハの研磨方法を提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、両面研磨装置を用いて貼合せＳＯＩウェーハを研磨することを想起し、研磨液に高分子を加えることで、貼合せＳＯＩウェーハの活性層側ウェーハ表面が鏡面研磨され、支持側ウェーハ裏面に所定厚みのシリコン酸化膜を確保できることを見出し、具体的には以下の知見を得て本発明を完成させたものである。

一般的に、砥粒を含む研磨液を使用して両面研磨処理を行うと、研磨液中の砥粒による機械的な研磨作用によりシリコンウェーハ表面のシリコン酸化膜は除去されることが知られている。本発明者らの実験によれば、砥粒を含む研磨液に高分子を添加した場合には、自然酸化膜のような数ｎｍ程度の厚みレベルのものは除去されるものの、貼合せＳＯＩウェーハの製造過程で行われる接合強化熱処理により貼合せＳＯＩウェーハ露出面に形成された熱酸化膜であるシリコン酸化膜の厚みレベルは数μｍ〜数十μｍレベルであり、研磨処理を受けても除去されるシリコン酸化膜の量は極僅かであり、十分にシリコン酸化膜の厚みを確保できることを知見した。

また、砥粒を含まない研磨液を使用して両面研磨処理した場合、活性層側ウェーハ表面に形成された自然酸化膜は除去されない。このため、砥粒の固定された研磨布などを用いれば自然酸化膜を除去することが可能となるが、活性層側ウェーハ表面は自然酸化膜が除去されて支持側ウェーハ裏面の酸化膜は残存した状態で研磨が進行するため、ウェーハの表裏面における摩擦抵抗の差が大きくなってしまい、両面研磨処理そのものが行えないことが明らかとなった。本発明者らの実験によれば、砥粒を含まない研磨液に高分子を添加することにより、上下の摩擦抵抗による差が緩和され、固定砥粒研磨布によりウェーハ表面が鏡面研磨され、支持側ウェーハ裏面に所定厚みのシリコン酸化膜を確保できることを知見した。

本発明の第１の観点は、表面に自然酸化膜が形成され、裏面にシリコン酸化膜が形成されたシリコンウェーハの研磨方法において、その特徴ある構成は、シリコンウェーハの研磨が、アルカリ性水溶液に水溶性高分子添加剤を含む研磨液を用いた両面研磨処理であり、シリコンウェーハの表面の自然酸化膜が除去されて鏡面研磨され、かつシリコンウェーハの裏面に形成されたシリコン酸化膜が残存するように行われ、研磨液は砥粒を含まず、両面研磨処理時に用いるシリコンウェーハの表面を研磨する第１研磨布が砥粒の固定された研磨布であり、シリコンウェーハの裏面を研磨する第２研磨布が砥粒の固定されていない研磨布であり、水溶性高分子添加剤を、シリコンウェーハの表裏面における摩擦抵抗の差が緩和されるようにアルカリ性水溶液に含ませることにある。

本発明の第２の観点は、第１の観点において、その特徴ある構成は、シリコンウェーハの表面を下向きにして第１研磨布によりシリコンウェーハの表面を研磨することにある。

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点において、その特徴ある構成は、両面研磨処理後のシリコンウェーハの表面を片面研磨処理により鏡面研磨することにある。

本発明の第１の観点では、両面研磨装置に砥粒が固定されたパッドを使用することで、活性層用ウェーハ側のウェーハ表面の自然酸化膜が除去されて鏡面研磨され、かつ研磨液に水溶性高分子添加剤を含ませることで貼合せウェーハの支持用ウェーハ側のウェーハ裏面に形成されたシリコン酸化膜は残存するので、自然酸化膜が除去された活性層用ウェーハ側のウェーハ表面は研磨液によって化学的研磨されるが、シリコン酸化膜のある支持用ウェーハ側のウェーハ裏面はシリコン酸化膜が保護膜となって化学的研磨されないので、両面研磨装置にて貼合せＳＯＩウェーハの活性層用ウェーハ側のウェーハ表面が高平坦化した片面研磨ができるようになる。特に、砥粒を含まない研磨液に水溶性高分子添加剤を含ませることにより、上下の摩擦抵抗による差が緩和され、固定砥粒研磨布によりウェーハ表面が鏡面研磨され、支持側ウェーハ裏面に所定厚みのシリコン酸化膜を確保できる。

また本発明の第１の観点では、両面研磨装置のウェーハ表面側と裏面側の研磨布の材質が異なることによるシリコンウェーハにかかる応力の差を研磨液に水溶性高分子添加剤を含ませることで軽減し研磨されるシリコンウェーハにも研磨する両面研磨装置にも負担をかけずに研磨することができるようになる。

本発明の第２の観点では、第１の観点で形成された製品領域として使用される活性層側のウェーハ表面に触れることなく、支持側ウェーハ裏面のシリコン酸化膜面を静電チャックや真空チャックすることで貼合せＳＯＩウェーハを両面研磨装置から取り出すことができるようになる。すなわち、両面研磨処理後、第１研磨布上の貼合せＳＯＩウェーハは、支持側のウェーハ裏面はシリコン酸化膜が残存した親水面であり、鏡面研磨された活性層表面側のウェーハ表面は撥水面の状態にある。このため、第１研磨布上から貼合せＳＯＩウェーハを取り出す際、鏡面研磨された活性層面のウェーハ表面と第１研磨布とは引き剥がれ易く、支持側のウェーハ裏面（シリコン酸化膜面）を吸着して上方に引き上げることにより、貼合せＳＯＩウェーハを両面研磨装置から容易に取り出すことができる。

また本発明の第２の観点では、第１の観点で形成されたウェーハの高平坦化された表面に触れることなく静電チャックや真空チャックで貼合せＳＯＩウェーハを両面研磨装置から取り出すことができるようになる。

本発明の第３の観点では、第１又は第２の観点において両面研磨処理後の活性層用ウェーハ側のウェーハ表面を片面研磨処理により鏡面研磨することで更に高平坦な表面を得ることができるようになる。

本発明実施形態の貼合せＳＯＩウェーハの製造方法の一例を模式的に表した図である。本発明実施形態の貼合せＳＯＩウェーハの研磨に使用する両面研磨装置の一例の全体の断面を模式的に表した図である。図２に示す両面研磨装置においてウェーハを中心に拡大した部分の断面を模式的に表した図である。水溶性高分子添加剤を含ませない場合の図３に示す両面研磨装置の一例においてウェーハを中心に拡大した部分の断面を模式的に表した図である。実施例１、２及び比較例２の貼合せＳＯＩウェーハの裏面酸化膜研磨量を比較した図である。図５に示すウェーハの裏面の測定ポイントを表した図である。実施例１、２及び比較例１、２の貼合せＳＯＩウェーハの平坦度測定結果を表す図である。実施例１の貼合せＳＯＩウェーハの平坦度を視覚化した表面（ａ）及び断面（ｂ）を表す図である。実施例２の図８に対応する図である。比較例１の図８に対応する図である。比較例２の図８に対応する図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

本発明は、図１（ａ）〜（ｆ）に示すように、シリコン酸化膜を形成したシリコンウェーハを貼合せて作製する貼合せＳＯＩウェーハ１００において、工程の最後に活性層側のウェーハ表面を研磨し高平坦化する方法の改良である。

本発明の特徴ある構成は、図１（ｆ）の研磨工程にある。図１（ｆ）の研磨工程に両面研磨装置を採用するにあたって、砥粒が固定されたパッドを使用する、もしくは研磨液に砥粒を含ませることで、活性層用ウェーハ１０１に発生した自然酸化膜が除去されて鏡面研磨され、支持用ウェーハ１０２に形成したシリコン酸化膜は研磨液に水溶性高分子添加剤を含ませることで残存させることができる。また、研磨液に水溶性高分子添加剤を含ませることで両面研磨装置のウェーハの表面側と裏面側に接する研磨布の材質が異なることによる応力の差を軽減し研磨されるウェーハにも研磨する両面研磨装置にも負担をかけずに研磨することができるようになる。このことで、簡便に両面研磨装置で貼合せＳＯＩウェーハ１００の表面だけを高平坦化することができ、両面研磨装置やウェーハの破損、故障を軽減し安定して貼合せＳＯＩウェーハ１００を作製することができる。

本発明の実施の工程を図１を参照して詳しく説明する。

図１（ａ）はシリコンウェーハにシリコン酸化膜を形成する工程の一例を示す図である。活性層用ウェーハ１０１と支持用ウェーハ１０２は、インゴットから一般的な製造工程を経て鏡面加工されたものである。活性層用ウェーハ１０１は後のＳＯＩ層１０３となる。シリコン酸化膜１０４は、水素及び酸素混合ガスの雰囲気下で熱処理を行い形成する。このシリコン酸化膜１０４が後の埋め込み酸化膜層１０５（ＢＯＸ層）となる。埋め込み酸化膜層１０５の膜厚は数μｍ〜数十μｍに設定可能である。図１（ａ）には支持用ウェーハ１０２のみにシリコン酸化膜を形成した場合を示しているが、貼合せ熱処理の工程で高温高酸素濃度で熱処理を行うことで発生するシリコンの結晶面に添った欠陥であるスリップの発生を防ぐため、両基板をシリコン酸化膜で保護するようにしてもよい。この工程で設定した活性層用ウェーハ１０１のシリコン酸化膜厚と支持用ウェーハ１０２のシリコン酸化膜厚が埋め込み酸化膜層１０５の膜厚になる。

図１（ｂ）は活性層用ウェーハ１０１と支持用ウェーハ１０２を重ね合わせて接着する工程の一例を示す図である。シリコン酸化膜１０４が形成された両シリコンウェーハを洗浄液にて洗浄し純水でリンスした後フッ酸有機酸洗浄を行い、シリコンウェーハの表面を水素終端させる。その後、両シリコンウェーハを重ね合わせ加圧し接着する。

図１（ｃ）は貼合せ熱処理の工程の一例を示す図である。貼合せ熱処理することで、水素結合していた活性層用ウェーハ１０１と支持用ウェーハ１０２の接着強度を高める。貼合せ熱処理は、重ね合わせ工程で接着したシリコンウェーハを水素及び酸素混合ガス雰囲気中１２００℃で６０〜１８０分間保持することで行う。

図１（ｄ）はＳＯＩ層１０３の外縁にテラス１０６を作成する外縁研削工程の一例を示す図である。活性層用ウェーハ１０１と支持用ウェーハ１０２を貼合せた外縁部分にはシリコンウェーハの面取りなどで貼合せが十分でない領域ができる。その領域である外縁を貼合せ面に達する前まで研削する。その後、ＫＯＨ（水酸化カリウム）などで外縁部分の残渣シリコンをエッチング処理することによりテラス１０６が作成される。なお、このテラス１０６の形成は省略してもよく、後述する図１（ｅ）で示す片面研削処理後にテラス１０６の形成処理を行ってもよい。

図１（ｅ）はＳＯＩ層１０３を形成するために活性層用ウェーハ１０１の厚みを減じる研削処理をする平面研削工程の一例を示す図である。片面研削装置により、使用されるデバイスによってＳＯＩ層１０３が０．０２〜３００μｍになるように後の研磨工程での取り代を加えて厚みを減じる処理をする。

図１（ｆ）はＳＯＩ層１０３の表面を高平坦化するための研磨工程の一例を示す図である。両面研磨装置２００によって基準面を持たずに活性層用ウェーハ１０１の表面のみ研磨する。研磨には有砥粒の研磨液２０１に添加剤として水溶性高分子添加剤を含ませ研磨布には固定砥粒を含ませないで研磨する場合と、無砥粒の研磨液に添加剤として水溶性高分子添加剤を含ませ研磨布には固定砥粒を含ませて研磨する場合がある。

図２は図１（ｆ）の研磨工程で使用される両面研磨装置２００の一例を示す図である。下定盤２０２の周囲にはインターナルギア２０３、中心にはサンギア２０４が設置され、第１研磨布２０５が敷かれた下定盤２０２上にインターナルギア２０３とサンギア２０４に挟まれてキャリアプレート２０６にセットされたウェーハは両面研磨装置２００の大きさによって、４〜８組配置される。上定盤２０７にはウェーハに接する面に第２研磨布２０８が敷かれ、研磨液２０１を供給する供給孔２０９が設けられている。供給孔２０９の上方には供給管２１０が設けられ、研磨液２０１が供給される。サンギア２０４の上方にはサンギア２０４を回転させる図示しない動力原からの回転を伝達する軸２１１が設置されている。そして、上定盤２０７は第２研磨布２０８をウェーハに接するように設置され、上定盤２０７によって加圧しながらサンギア２０４は図示しない動力原によって回転する。ウェーハを設置したキャリアプレート２０６はサンギア２０４が回転すると自転しながらサンギア２０４を中心として公転する。

＜参考の形態＞
次に本発明の特徴ある構成の研磨工程を中心に図３を参照して、最初に参考の形態を説明する。

図３は研磨液２０１に水溶性高分子添加剤及び砥粒を含んだ場合の貼合せＳＯＩウェーハ１００の研磨に使用する両面研磨装置２００のウェーハを中心に拡大した部分の断面を模式的に表した図である。貼合せＳＯＩウェーハ１００は、研磨される活性層用ウェーハ１０１側を下向きにして下定盤２０２上面に展張された第１研磨布２０５上に載置され、上定盤２０７下面に展張された第２研磨布２０８が支持用ウェーハ１０２と接するように載置される。両面研磨装置２００は供給管２１０から研磨液２０１を供給しつつ、サンギア２０４を回転させてキャリアプレート２０６を自転させながらサンギア２０４を中心に公転させる。なお、本実施の形態では、サンギア方式の両面研磨装置の使用について説明したが、これに限定されるものではなく、無サンギア方式や非公転タイプの両面研磨装置を用いてもよい。

上記研磨液２０１の主剤はアルカリ性水溶液である。アルカリ性水溶液中のアルカリ剤の含有量は１００〜１０００ｐｐｍが好ましい。１００ｐｐｍ未満ではアルカリ剤によるシリコンウェーハの表面のエッチングが十分でなくシリコンウェーハを研磨するのに長時間を要すようになり、１０００ｐｐｍを越えると研磨液２０１の取扱いが困難となるとともにエッチングの反応が過度になるためシリコンウェーハの表面に面荒れが生じるからである。

アルカリ性水溶液のアルカリ剤（ｐＨ調整剤）としては、塩基性アンモニウム塩、塩基性カリウム塩、塩基性ナトリウム塩のいずれかが添加されたアルカリ性水溶液若しくは炭酸アルカリ水溶液、或いはアミンが添加されたアルカリ水溶液の他、ヒドラジンやアミン類の水溶液を採用することができる。研磨レートを高める観点からアンモニアを除いたアルカリ、特にアミンを用いることが好適である。

このアルカリ性水溶液中に、コロイダルシリカ砥粒、ダイヤモンド砥粒、アルミナ砥粒などの砥粒を混入する。砥粒の平均粒径は３０〜２００ｎｍ、特に５０〜１５０ｎｍが好適である。平均粒径３０ｎｍ未満では砥粒が凝集することによるマイクロスクラッチなどの欠陥を発生しやすく２００ｎｍを越えるとコロイド分散が困難となり濃度ばらつきが生じるためである。

上記水溶性高分子としては、アニオン系とその両性及びノニオン系の各ポリマー及び各モノマー等を使用する。具体的には、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコールが好適である。ヒドロキシエチルセルロースは、シリコンウェーハの表面で高分子膜を形成しやすいので、アルカリによるエッチング反応を抑制する効果が高く、シリコンウェーハの外縁部では研磨布により研磨液の掃き出しが少ないため高分子膜が除去されにくくシリコンウェーハの外縁部がダレる現象であるロールオフの量を軽減する効果があるので好適である。よってアルカリ性水溶液によるシリコンウェーハのエッチングを促進させる効果のある水溶性高分子は不適当である。また、水溶性高分子は、１種類以上使用してもよい。研磨液中の水溶性高分子の濃度は１ｐｐｍ〜２００ｐｐｍの範囲で設定し、特に１００ｐｐｍ以下が好ましい。

上記砥粒の含有量と水溶性高分子の濃度は、研磨レートを極端に低下させずかつ自然酸化膜を除去し支持用ウェーハ１０２の酸化膜１０４が残存する範囲にするためである。また、上記水溶性高分子に代えて、界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテルなど）、脂肪族アルコール（ポリビニルアルコール）を採用しても良い。

研磨布としては、第１研磨布および第２研磨布とも、シリコンウェーハ外縁部の形状に追従しない程度で、シリコンウェーハ表面に研磨傷が発生しない程度に硬質な研磨布が上記ロールオフの軽減に好ましい。具体的にはポリエステル製、ポリウレタン製の研磨布が望ましく、ＪＩＳＫ６２５３−１９９７／ＩＳＯ７６１９で規程されるショアＡ硬度で７０°〜９０°、圧縮率が０．５〜５％、特に２〜４％の研磨布を使用することが望ましい。

シリコンウェーハの研磨レートは、研磨時間の短縮とシリコンウェーハの表面荒れを防ぐ観点から０．０５〜１μｍ／分に設定する。両面研磨装置２００の回転速度、キャリアプレート２０６の回転速度、研磨厚は上記研磨レートの範囲内即ち、両面研磨装置２００の回転速度、キャリアプレート２０６の回転速度は５〜１００ｒｐｍ、研磨圧は３０〜５００ｇ／ｃｍ２に設定する。両面研磨工程における研磨量は前段処理として実施する片面研削処理によって導入される加工歪深さに応じて研磨量を設定すればよく、概ね２０μｍ以下の研磨量で十分である。

＜実施の形態＞
次に本発明の特徴ある構成の研磨工程を中心に図３を参照して、実施の形態を説明する。この実施の形態は、図３の両面研磨装置２００を用い、砥粒を含まない研磨液２０１に添加剤として水溶性高分子を添加した研磨液を使用するとともに、第１研磨布２０５として弾性基材に粒径（平均粒径）２〜８μｍの砥粒を分散固定（例えば混練して分散固化）させた固定砥粒研磨布を採用した。砥粒の素材としては、例えば、シリカ（ヒュームドシリカを含む）などを採用することができる。その他、コロイダルシリカなどでもよい。弾性基材の素材としては、例えばポリエーテル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂などを採用することができる。ウェーハは研磨面である活性層用ウェーハ１０１を第１研磨布２０５が敷かれた下定盤２０２に面して設置した。その他の条件は参考の実施の形態と同じである。

ここで、実施の形態に特有の効果を図４を参照し説明する。研磨液２０１に水溶性高分子を含まない場合は、第１研磨布２０５は固定砥粒を含むために第１研磨布２０５の摩擦抵抗は、第２研磨布２０８の摩擦抵抗より少なくなる。すると、回転するときにウェーハの第２研磨布２０８側の摩擦が大きくなる。ウェーハはその摩擦によりキャリアプレート２０６に圧力を加える。ウェーハはその圧力を逃がす第１研磨布２０５側に曲がり、ウェーハの外縁は第１研磨布２０５側にダレが発生する。この圧力は、回転中に異音を発生させたり、更に圧力が大きくなれば、ウェーハを外させたり、外れたウェーハによってキャリアプレート２０６や両面研磨装置２００のギア等を破損すると考えられる。研磨液２０１に水溶性高分子を添加することで上下の摩擦抵抗による差が緩和され上記現象が起こらなくなると考えられる。

なお、前記両面研磨処理を施した貼合せＳＯＩウェーハ１００に対して、活性層用ウェーハ１０１の表面粗さを改善するように、活性層用ウェーハ１０１の表面を片面研磨処理により再度、鏡面研磨することが望ましい。

このようにして得られた貼合せＳＯＩウェーハ１００は、素子間が完全分離構造となるため、高速動作、低消費電力、高耐圧が期待される高速ＣＭＯＳ、高集積デジタルＩＣ、アナログデジタル混在ＩＣ、自動車用のパワーＩＣなどの基板として使用することができる。

次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。なお、本明細書及び図面において、実施例１は実施例ではなく「参考例」であり、実施例２は単に「実施例」である。

＜実施例１＞
直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍのシリコンウェーハ２枚を活性層用ウェーハ１０１と支持用ウェーハ１０２として埋め込み酸化膜層１０５の膜厚を２０００ｎｍ、支持用ウェーハ１０１のシリコン酸化膜１０４を２０００ｎｍ、ＳＯＩ層１０３の膜厚は片面研削処理により活性層厚み１５μｍとした貼合せＳＯＩウェーハ１００を用意した。その後、貼合せＳＯＩウェーハに洗浄処理を施した後、ＳＯＩ層１０３の表面を観察したところ、洗浄処理後のＳＯＩ層１０３の表面には約１０Åの自然酸化膜が形成されていることが確認された。次に洗浄後の貼合せＳＯＩウェーハ１００に対して両面同時研磨処理を施した。両面研磨で使用する研磨液２０１の条件は、アルカリ性水溶液中のアルカリ剤をＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムヒドロキシド）としてアルカリ剤の含有量を約５００ｐｐｍとした。このアルカリ性水溶液中に、平均粒径は３０〜４０ｎｍのコロイダルシリカ砥粒を約５質量％含有し、水溶性高分子としてヒドロキシエチルセルロースを濃度１００ｐｐｍに設定した。また、第１研磨布２０５および第２研磨布２０８の研磨布としてポリウレタン製の研磨布を使用した。この両面研磨工程における研磨量は活性層ウェーハ１０１表面が１０μｍ除去されるように研磨条件を調整した。上記条件にて両面研磨装置２００で研磨したウェーハを実施例１の貼合せＳＯＩウェーハ１００とした。

＜実施例２＞
実施例１と同条件の貼合せＳＯＩウェーハ１００を用い、砥粒を含まない研磨液２０１を用いるとともに、第１研磨布２０５として砥粒を固定させた固定砥粒研磨布を用いて両面研磨処理を行い、実施例２の貼合せＳＯＩウェーハ１００とした。具体的には、砥粒を含まない以外は実施例１で使用した研磨液と同条件の研磨液を使用し、第１研磨布２０５としてポリウレタン系樹脂にコロイダルシリカを分散固定させた固定砥粒研磨布を用いた。その他の条件は実施例１と同条件である。

＜比較例１＞
実施例１と同条件の貼合せＳＯＩウェーハ１００を片面研磨装置で研磨したウェーハを実施例２の貼合せＳＯＩウェーハ１００とした。

＜比較例２＞
研磨液２０１に水溶性高分子を含ませない以外は実施例１と同条件で両面研磨装置２００で研磨したウェーハを比較例２の貼合せＳＯＩウェーハ１００とした。

＜実施例と比較例の対比＞
実施例１、２及び比較例２について裏面のシリコン酸化膜１０４の研磨量を比較した。実施例１、２及び比較例２についての裏面のシリコン酸化膜１０４の研磨量を図５に示す。図６は、貼合せＳＯＩウェーハ１００の測定ポイントを示す図である。同図は貼合せＳＯＩウェーハ１００の裏面を表している。基準点であるＮｏｔｃｈを２とし、それぞれ１、２、３、４、５の測定ポイントを割り当ててある。測定ポイントは図５の測定ポイントに対応する。測定には可視光反射干渉式膜厚測定装置（ナノメトリクス・ジャパン株式会社、型式Nanospec）を使用した。なお、比較例１は片面研磨装置による研磨であるから裏面のシリコン酸化膜１０４は研磨されないので比較の対象外とした。

裏面のシリコン酸化膜１０４の研磨量は、実施例１では３６０〜４５０Å、実施例２では０〜２７Å、比較例２では１５００〜２２５０Åであり、実施例１、２では裏面のシリコン酸化膜１０４は殆ど除去されずに十分な酸化膜厚みが残存していることが確認できた。

次に、実施例１、２及び比較例１、２の研磨で得られた各貼合せＳＯＩウェーハ１００それぞれについて平坦度を裏面を基準としてウェーハの表面の最大、最小の幅を測定するＧＢＩＲ（Global Back Ideal Range）により測定した。ＧＢＩＲ測定はＡＤＥ社のフラットネス測定器（Ultra Gage 9500）を使用した。ＧＢＩＲ測定の結果を図７に示す。

実施例１は０．２６２６μｍ、実施例２は０．２９７６μｍ、比較例１は０．３４４０μｍ、比較例２は０．８０５５μｍであった。実施例１に対し、実施例２は約１０％、比較例１は約３０％、比較例２では約３倍ＧＢＩＲが劣った。

次に、フラットネス測定器によって測定したデータによりウェーハの表面を３次元に視覚化するとともに、ウェーハの矢印の方向の断面を視覚化した。図８〜１１に実施例１、２、比較例１、２に対応した３次元及び断面図を示す。また、３次元に視覚化した図をそれぞれの（ａ）に、断面を視覚化した図をそれぞれの（ｂ）に示してある。

実施例１は、ウェーハ全体に小さな凹凸はあるもののウェーハの外縁の落ち込みがなく結果良い平坦度となった。実施例２では、全体の凹凸は少ないもののウェーハの片側の外縁に若干の落ち込みがあるため実施例１より平坦度が劣っていたと考えられる。比較例１では、ウェーハ全体に凹凸がありウェーハの片側の外縁に落ち込みがあるため平坦度が劣っていたと考えられる。比較例２では、ウェーハ全体に凹凸がありウェーハの片側の外縁に大きな落ち込みがあるため平坦度が大きく劣化していたと考えられる。

上記結果より、支持用ウェーハの裏面にシリコン酸化膜が残存し、活性層用ウェーハ表面は自然酸化膜が除去されて鏡面研磨されたＧＢＩＲ特性に優れる貼合せＳＯＩウェーハが得られることが確認された。

本発明の両面研磨処理を施した貼合せＳＯＩウェーハは、高速動作、低消費電力、高耐圧が期待される高速ＣＭＯＳ、高集積デジタルＩＣ、アナログデジタル混在ＩＣ、自動車用のパワーＩＣなどの基板として使用することができる。

１００貼合せＳＯＩウェーハ
１０１活性層用ウェーハ
１０２支持用ウェーハ
１０４シリコン酸化膜
２００両面研磨装置
２０１研磨液
２０２下定盤
２０５第１研磨布
２０８第２研磨布

Claims

表面に自然酸化膜が形成され、裏面にシリコン酸化膜が形成されたシリコンウェーハの研磨方法において、
前記シリコンウェーハの研磨が、アルカリ性水溶液に水溶性高分子添加剤を含む研磨液を用いた両面研磨処理であり、前記シリコンウェーハの表面の前記自然酸化膜が除去されて鏡面研磨され、かつ前記シリコンウェーハの裏面に形成された前記シリコン酸化膜が残存するように行われ、
前記研磨液は砥粒を含まず、前記両面研磨処理時に用いる前記シリコンウェーハの表面を研磨する第１研磨布が砥粒の固定された研磨布であり、前記シリコンウェーハの裏面を研磨する第２研磨布が砥粒の固定されていない研磨布であり、
前記水溶性高分子添加剤を、前記シリコンウェーハの表裏面における摩擦抵抗の差が緩和されるように前記アルカリ性水溶液に含ませることを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。
前記シリコンウェーハの表面を下向きにして前記第１研磨布により前記シリコンウェーハの表面を研磨する請求項１記載のシリコンウェーハの研磨方法。
前記両面研磨処理後の前記シリコンウェーハの表面を片面研磨処理により鏡面研磨することを特徴とする請求項１又は２記載のシリコンウェーハの研磨方法。