JP3775176B2

JP3775176B2 - 半導体ウェーハの製造方法及び製造装置

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Publication number: JP3775176B2
Application number: JP2000197037A
Authority: JP
Inventors: 徹谷口; 五十六小野; 芳克栗原; 竜一谷本
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002016025A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低コストで高集積度に対応可能な超高平坦度を得ることができる半導体ウェーハの製造方法及び製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハ等の半導体ウェーハを平坦化する技術として、表面または裏面の被加工面を研磨する方法が用いられている。これらの研磨を行う装置として、特に高い平坦度が得られる両面研磨装置が用いられている。
【０００３】
一般的な両面研磨装置としては、研磨面を有する上下の定盤間に複数のウェーハを保持したウェーハキャリアを複数配置し、これらウェーハキャリアの中央にサンギアを配して各ウェーハキャリアを自転させる、いわゆるサンギア型両面研磨装置が知られている。また、サンギアを用いず、回転する上下の定盤間に配置したウェーハキャリアを、自転しない円運動をさせ、保持されたウェーハを旋回移動させる、いわゆる揺動キャリア型両面研磨装置等が用いられている。
【０００４】
揺動キャリア型両面研磨装置は、例えば特開平１１−２５４３０２号公報に提案されているように、ウェーハキャリアが定盤よりも径が大きく、研磨時にウェーハ周辺が定盤から外方に一時的に出るオーバーハング機構を備えることが容易なため、研磨時に生じてしまうウェーハ周辺の研磨だれを抑制することができる利点等を有している。
【０００５】
これらの両面研磨装置では、機械的化学的研磨において砥粒（シリカなど）を含有した研磨液が用いられ、ウェーハの表面及び裏面が同様に研磨される。しかしながら、両面研磨装置で研磨されたウェーハは、表面だけでなく裏面側も研磨加工されるため、鏡面化された表裏面を区別し難いと共に、静電チャック等でウェーハの裏面を吸着した場合に、ウェーハをリリースし難いという取扱い上の不都合があった。このため、両面研磨されたものではなく、片面研磨されていると共に両面研磨されたものと同様の高平坦度のウェーハが要望されている。
【０００６】
このような要望に対応するため、高平坦化加工法として有効である両面研磨装置を用い、片面のみを研磨する技術が提案されている。例えば、従来、研磨前にウェーハの裏面のみにＬＴＯ(Low Temperature Oxide)等を熱処理で成膜しておき、両面研磨装置で研磨する際に、裏面側をＬＴＯで保護して表面側のみを研磨する技術等が提案されている。例えば、特開平１０−３０３１５４号公報には、シリコンウェーハの非研磨予定面にＣＶＤ装置等で酸化膜を設けた後、両面研磨装置を用いてメカノケミカル研磨を行う技術が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の研磨技術には、以下のような課題が残されている。すなわち、両面研磨装置を用いて片面のみを研磨する技術として、研磨前にウェーハ裏面にＬＴＯ等を熱処理で成膜しておく場合、ＬＴＯの成膜及び除去の工程追加のために製造コストが増大し、スループットが低下してしまう問題や、熱工程による汚染や膜除去時のパーティクルの発生等の問題が生じるおそれがあった。また、メカノケミカル研磨のように多くの砥粒を含んだ研磨液を用いる場合、砥粒によって表面に微細な加工ダメージが生じやすくなる不都合があると共に、砥粒製造のコストが高く、研磨液の低コスト化が要望されていた。
【０００８】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、ＬＴＯ等の保護膜を形成する工程を追加する必要が無く、片面研磨でも低コストで両面研磨と同様の高平坦度を得ることができる半導体ウェーハの製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の半導体ウェーハの製造方法は、半導体ウェーハを表裏面側から挟む研磨面を有した一対の定盤と半導体ウェーハとを相対的に移動させると共に研磨面に研磨液を供給して半導体ウェーハを研磨する研磨工程を有した半導体ウェーハの製造方法であって、前記研磨工程前の自然放置中又は洗浄中に生じた前記半導体ウェーハの表裏面の薄膜のうち表面側の薄膜のみを除去する表面膜除去工程と、前記表面膜除去工程後に、前記半導体ウェーハの材料に対する研磨速度が前記薄膜に対する研磨速度よりも高い前記研磨液を供給して半導体ウェーハの表面側を選択的に化学的研磨する表面研磨工程とを備えていることを特徴とする。
前記酸化膜の厚みが０．５〜１０ｎｍとされる手段か、前記アルカリ性溶液における砥粒濃度が０％とされる手段か、前記表面研磨工程において、前記シリコンウェーハの表面の研磨速度が、前記シリコンウェーハの裏面の研磨速度より高くなるように設定されている手段を採用することもできる。
【００１０】
この半導体ウェーハの製造方法では、表面膜除去工程において、研磨工程前の自然放置中又は洗浄中に生じた前記半導体ウェーハの表裏面の薄膜のうち表面側の薄膜のみを除去することにより、裏面側の薄膜だけを保護膜として残しておき、表面研磨工程において、半導体ウェーハの材料に対する研磨速度が前記薄膜に対する研磨速度よりも高い前記研磨液を供給して半導体ウェーハの表面側を選択的に化学的研磨（ケミカル研磨）することにより、裏面側は研磨レイトが低く薄膜が残って研磨がほとんど進まないのに対し、表面側は研磨レイトが高く良好な研磨が行われ、実質的に片面研磨状態となる。なお、ケミカル研磨であるので、表面側を研磨している間、裏面側の薄膜が機械的作用によって研磨されて除去されることを防ぐことができる。すなわち、メカノケミカル研磨ではなく、ケミカル研磨を行うことにより、厚い酸化膜等を裏面に形成するような保護膜形成工程を追加しなくても、通常の洗浄工程や自然放置中に生じた酸化膜等の薄膜を十分に保護膜として機能させることができる。
【００１１】
本発明の半導体ウェーハの製造装置は、半導体ウェーハを表裏面側から挟む研磨面を有した一対の定盤と半導体ウェーハとを相対的に移動させると共に研磨面に研磨液を供給して半導体ウェーハを研磨する半導体ウェーハの製造装置であって、前記半導体ウェーハの材料に対する研磨速度が前記研磨前の自然放置中又は洗浄中に生じた半導体ウェーハ表面の薄膜に対する研磨速度よりも高い前記研磨液を供給する研磨液供給機構を備え、前記半導体ウェーハの表面に接する研磨面が、半導体ウェーハの裏面に接する研磨面よりも半導体ウェーハの研磨速度が高い構造又は材質の研磨布で構成されていることを特徴とする。
前記別研磨液供給機構が供給する別の研磨液が砥粒濃度が０重量％以上１重量％以下のアルカリ性溶液とされる手段を採用することもできる。
【００１２】
この半導体ウェーハの製造装置では、研磨液供給機構により、半導体ウェーハの材料に対する研磨速度が前記研磨前の自然放置中又は洗浄中に生じた半導体ウェーハ表面の薄膜に対する研磨速度よりも高い前記研磨液を供給し、半導体ウェーハの表面に接する研磨面が、半導体ウェーハの裏面に接する研磨面よりも半導体ウェーハの研磨速度が高い構造又は材質の研磨布で構成されているので、研磨時に表面側の薄膜が裏面側よりも速く研磨されて除去される。そして、裏面側は薄膜が残っているため、研磨レイトが低く研磨がほとんど進まないのに対し、表面側は薄膜が除去されているため研磨レイトが高く良好な研磨が行われ、実質的に片面研磨状態となる。
【００１３】
すなわち、上記の半導体ウェーハの製造方法及び製造装置では、両面研磨装置と同様に表裏面に接触する定盤はどちらも相対的に移動するが、表面のみが研磨されるため、両面研磨と同様の精度で片面研磨が可能になる。また、研磨工程前に通常行われる工程である自然放置中や洗浄中に自然に生じた酸化膜等の薄膜を利用するので、裏面保護のために特別な保護膜形成処理を導入する必要が無い。
【００１４】
また、本発明の半導体ウェーハの製造方法及び製造装置では、前記半導体ウェーハが、シリコンウェーハであると共に、前記薄膜が、酸化膜であり、前記研磨液が、砥粒濃度が０重量％以上１重量％以下のアルカリ性溶液であることが好ましい。
すなわち、これらの半導体ウェーハの製造方法及び製造装置では、研磨液が、砥粒濃度が０重量％以上１重量％以下のアルカリ性溶液であるので、砥粒による機械的研磨作用がほとんど無く、アルカリ性溶液による化学的研磨作用だけで研磨が行われることにより、裏面の酸化膜、すなわちＳｉＯ₂はほとんど研磨されず、例えば０．５ｎｍから１０ｎｍの極薄い酸化膜でも保護膜として機能し、表面のシリコンだけを良好に研磨することができる。なお、砥粒濃度が０重量％、すなわち砥粒を含まないアルカリ性溶液が最も好適であるが、１重量％以下であれば、アルカリによる化学的研磨作用に比べて砥粒による機械的研磨作用をほとんど無視することができ、メカノケミカル研磨ではなくケミカル研磨となる。また、砥粒の削減により、表面への微細な加工ダメージを低減すると共に研磨液のコストを下げることができる。
【００１５】
なお、上述した特開平１０−３０３１５４号公報記載の従来例では、裏面側がＳｉＯ₂で保護されているために研磨レートが低いだけであり、メカノケミカル研磨により、かなりの量の裏面側のＳｉＯ₂が研磨液中の砥粒で研磨されることになる。したがって、削り落とされた裏面側のＳｉＯ₂膜が表面側の鏡面研磨面を傷つける原因になる不都合があるが、本願発明では、機械的研磨作用が無視でき、裏面側の研磨量は理想的にゼロに近い状態となり、上記のような表面側への影響がほとんどない。具体的には、０．５ｎｍ程度の裏面酸化膜の場合でも、本願発明で１時間研磨しても膜が残っており、実質的に研磨されていないとみなせる。また、上記従来技術では、裏面のＳｉＯ₂が削られる分を見越して、所定の厚さを確保した成膜を施さなければならないのに対し、本願発明の場合では、通常の状態で付いた膜、すなわち、ウェーハに雰囲気中等で自然に付いた酸化膜や洗浄工程で付いた酸化膜で極薄い膜で十分に加工が可能になる利点を有している。
【００１６】
さらに、本発明の半導体ウェーハの製造方法では、前記表面膜除去工程において、フッ酸系エッチング液で前記酸化膜を除去することが好ましい。すなわち、フッ酸系エッチング液を用いれば、シリコンウェーハの表面側に生じた酸化膜であるＳｉＯ₂を良好に除去することができる。
【００１７】
また、本発明の半導体ウェーハの製造装置では、前記半導体ウェーハの表裏面に接する研磨面のうち、表面に接する研磨面のみが砥粒を含む固定砥粒研磨布で構成されていることが好ましい。
すなわち、この半導体ウェーハの製造装置では、表面に接する研磨面のみが砥粒を含む固定砥粒研磨布で構成され、裏面に接する研磨面が砥粒を含まない研磨布で構成されていることにより、固定砥粒研磨布が接する表面側の薄膜のみが研磨され、砥粒を含まない研磨布が接する裏面側では薄膜が研磨されずに残ることになる。このように、固定砥粒研磨布を表面側にのみ設けることにより、上述した前処理としての表面酸化膜除去作業が不要になる利点がある。
【００１８】
また、本発明の半導体ウェーハの製造装置では、前記半導体ウェーハの表面に接する研磨面が、複数の溝が表面に形成された研磨布で構成され、前記半導体ウェーハの裏面に接する研磨面が、平坦な表面の研磨布で構成されていることが好ましい。
すなわち、この半導体ウェーハの製造装置では、裏面に接する研磨布が平坦な表面であるため、裏面の薄膜をほとんど研磨しないのに対し、表面に接する研磨布が複数の溝が形成された表面であるため、平坦な裏面側の研磨布よりも研磨レイトが高く、表面の薄膜が研磨されて除去される。
【００１９】
また、本発明の半導体ウェーハの製造方法では、前記表面研磨完了後に引き続いて、砥粒濃度が１重量％を越える研磨液を供給して前記半導体ウェーハの表面と同時に裏面を研磨する表裏面研磨工程を備えていてもよい。
また、本発明の半導体ウェーハの製造装置では、前記研磨液供給機構が、前記研磨液よりも砥粒濃度が高い別の研磨液を供給する別研磨液供給機構を備えていることが好ましい。
すなわち、これらの半導体ウェーハの製造方法及び製造装置では、砥粒濃度が１重量％を越える研磨液を供給して表面と共に裏面を研磨することにより、裏面の光沢度を制御することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る第１実施形態を、図１から図４を参照しながら説明する。
【００２１】
図１から図３は、本実施形態のシリコンウェーハの研磨装置であって、前述した揺動キャリア型両面研磨装置と同様の動き、すなわち回転する上下の上定盤１と下定盤２との間に配置したウェーハキャリア３を、自転しない円運動をさせ、保持されたシリコンウェーハＷを旋回移動させるものであるが、シリコンウェーハＷの表面Ｓのみを研磨するための片面研磨装置である。
【００２２】
すなわち、この研磨装置は、同じ軸心で逆方向に回転する上下に配された上定盤１及び下定盤２と、上定盤１と下定盤２の間に配置され複数のシリコンウェーハＷを保持する平板状のウェーハキャリア３と、上定盤１及び下定盤２を回転させる定盤駆動機構４と、ウェーハキャリア３を旋回移動させるキャリア駆動機構５とを備えている。
【００２３】
上定盤１及び下定盤２は、それぞれの表面に研磨布６が接着され、これらの研磨布６が研磨面を構成する。なお、研磨布６としては、表面が平坦である不織布等が用いられる。
上定盤１には、複数の供給孔１ａが設けられ（図３中には代表的に供給孔１ａひとつを記載している）、各供給孔１ａは研磨面へ研磨液を供給する研磨液供給機構７に接続されている。
【００２４】
研磨液供給機構７は、シリコンに対する研磨速度がその酸化膜（ＳｉＯ₂）に対する研磨速度よりも高い研磨液として砥粒（シリカ）濃度が０重量％以上１重量％以下のアルカリ性溶液を供給可能な第１供給機構８と、砥粒濃度が１重量％を越えるアルカリ性溶液である光沢度調整用の研磨液を供給可能な第２供給機構（別研磨液供給機構）９とからなり、第１供給機構８又は第２供給機構９の一方を任意に選択可能になっている。
【００２５】
なお、第１供給機構８で供給する研磨液は、砥粒濃度が０重量％、すなわち砥粒を含まないアルカリ性溶液であることが好ましい。
アルカリ性溶液としては、無機アルカリ（ＫＯＨ、ＮａＯＨ等）又は有機アルカリ及びこれらの混合溶液などがあるが、本実施形態では、有機アルカリでありアミンを主成分としたもの（例えば、ピペラジン、エチレンジアミン等）を使用する。
【００２６】
ウェーハキャリア３は、上定盤１及び下定盤２よりも径が大きく、例えばガラスエポキシ板で形成され、シリコンウェーハＷを遊嵌状態に保持するための保持孔３ａが複数形成されている。また、ウェーハキャリア３は、シリコンウェーハＷの厚さよりも所定量だけ若干薄く設定されている。なお、保持孔３ａ内に保持されたシリコンウェーハＷは、保持孔３ａ内で自転可能である。
【００２７】
定盤駆動機構４は、上定盤１及び下定盤２に接続されこれらを回転させるモータ等の駆動源１０、１１を備えている。
キャリア駆動機構５は、ウェーハキャリア３をその表裏面と平行な面内で自転しない円運動をさせ、保持孔３ａ内で保持されて上定盤１と下定盤２とによって挟持されたシリコンウェーハＷを旋回移動させるものである。すなわち、キャリア駆動機構５は、ウェーハキャリア３の外周部に取り付けられた円環状のキャリアホルダ１２と、キャリアホルダ１２に回転可能に連結された４つの偏心部材１３と、これらの偏心部材１３に接続されこれらを同期して円運動させる偏心部材同期機構１４とを備えている。
【００２８】
偏心部材１３は、円柱形状であり、下面には回転軸部１３ａが突出して設けられ、上面には偏心軸部１３ｂが回転軸部１３ａの回転軸から偏心した位置に突出して設けられている。また、偏心部材１３は、回転軸部１３ａを装置の基体１４に設けられた支持孔１４ａに回転可能に貫通させて支持されている。
キャリアホルダ１２には、互いに等間隔に円周上に離間した４つの貫通孔１２ａが設けられ、これらの貫通孔１２ａにそれぞれ偏心軸部１３ｂが回転可能に挿入されている。
【００２９】
偏心部材同期機構１４は、各偏心部材１３の回転軸部１３ａに巻回されたタイミングチェーン１５と、一つの偏心部材１３の回転軸部１３ａにモータ側ギア１６で接続された駆動用モータ１７とを備えている。すなわち、駆動用モータ１７の出力軸に設けられたモータ側ギア１６が、回転軸部１３ａ下端に設けられた軸部側ギア１８に噛み合っており、駆動用モータ１７を駆動すると、モータ側ギア１６及び軸部側ギア１８を介して一つの偏心部材１３が回転すると共に、タイミングチェーン１５を介して他の偏心部材１３が同時に同期して回転するようになっている。
【００３０】
この際、各偏心部材１３は、回転軸部１３ａを中心に回転するが、偏心軸部１３ｂは回転軸部１３ａの回転軸を中心に旋回する。すなわち、偏心軸部１３ｂで支持されているキャリアホルダ１２及びウェーハキャリア３は、偏心軸部１３ｂの旋回により自転しない円運動を行うことになる。したがって、ウェーハキャリア３に保持されたシリコンウェーハＷも旋回移動することになる。また、上記ウェーハキャリア３は、シリコンウェーハＷ周辺が上定盤１及び下定盤２から外方に一時的に出る動き、いわゆるオーバーハングするようになっている。
【００３１】
次に、本実施形態によるシリコンウェーハの研磨方法（半導体ウェーハの製造方法）について、図４を参照して説明する。
【００３２】
〔表面酸化膜除去工程〕（表面膜除去工程）
まず、図４の（ａ）に示すように、研磨前の洗浄（例えば、オゾン洗浄）中又は搬送中に生じたシリコンウェーハＷの表裏面の酸化膜（薄膜：ＳｉＯ₂）ＯＸのうち、図４の（ｂ）に示すように、表面Ｓの酸化膜ＯＸのみをフッ酸系エッチング液（例えば、フッ酸（ＨＦ））で予め除去する。なお、表面Ｓの酸化膜ＯＸは、極薄い酸化膜であるので、フッ酸系エッチング液で容易に除去される。
なお、研磨前に、ＳＣ１洗浄を行った場合、当該洗浄中に形成される酸化膜も上記表裏面の酸化膜ＯＸに含まれ、この工程で表面Ｓ側の酸化膜のみが除去される。また、これらの酸化膜は、その厚さが０．５ｎｍから１０ｎｍ未満の極薄いものである。
【００３３】
〔表面研磨工程〕
次に、このシリコンウェーハＷをウェーハキャリア３の保持孔３ａにセットし、このウェーハキャリア３を研磨装置に取り付け、図４の（ｃ）に示すように、表面Ｓの研磨を行う。すなわち、定盤駆動機構４により上定盤１及び下定盤２を回転させると共に、キャリア駆動機構５によりウェーハキャリア３を自転しない円運動させる。そして、同時に研磨液供給機構７の第１供給機構８により、アルカリ性溶液の研磨液を研磨面に供給する。
【００３４】
このとき、シリコンウェーハＷの表裏面の酸化膜ＯＸのうち表面Ｓの酸化膜ＯＸのみが除去されて、裏面Ｒ側の酸化膜ＯＸだけを保護膜として残してあるので、シリコンとＳｉＯ₂との研磨選択比が大きいアルカリ性溶液の研磨液がシリコンウェーハＷの表面Ｓを選択的に研磨することにより、裏面Ｒ側は研磨レイトが低く酸化膜ＯＸが残って研磨がほとんど進まないのに対し、表面Ｓ側は研磨レイトが高く良好な研磨が行われ、実質的に片面研磨状態となる。
【００３５】
また、研磨液が、砥粒濃度が０重量％以上１重量％以下のアルカリ性溶液であるので、砥粒による機械的研磨作用がほとんど無く、アルカリ性溶液による化学的研磨作用だけで研磨が行われることにより、裏面Ｒの酸化膜ＯＸ、すなわちＳｉＯ₂をほとんど研磨せずに、表面Ｓのシリコンだけを良好に研磨することができる。
【００３６】
〔裏面研磨工程〕
なお、研磨されていない裏面Ｒは粗く、光沢度が低いため、裏面Ｒの凹凸にパーティクルが入り、発塵の原因になるおそれがある。このため、裏面Ｒに対してある程度高い光沢度が要望される場合がある。
このような場合、表面Ｓの研磨が終了した後、図４の（ｄ）に示すように、必要に応じて、いわゆるスライトポリッシュを行う。すなわち、第２供給機構９により砥粒（シリカ）濃度が１重量％を越える研磨液（例えば、砥粒濃度５重量％）をシリコンウェーハＷの裏面Ｒに接する研磨面のみに供給して裏面Ｒを所望の光沢度になるまで研磨する。
【００３７】
このとき、光沢度調整用の研磨液は、表面研磨に使用した研磨液に比べて砥粒濃度が高く、機械的作用が強いことから、表面研磨の際にはほとんど研磨されなかった裏面Ｒの酸化膜ＯＸが容易に除去され、さらに裏面Ｒが研磨されて光沢度が増加する。例えば、表面研磨を終了した時点で、裏面Ｒの光沢度は７０〜９０％程度であるが、この裏面研磨工程により裏面Ｒを研磨することにより、光沢度を３２０％程度まで任意にコントロールすることができる。なお、光沢度制御だけの短時間の研磨であるため、既に研磨されている表面Ｓへの影響はほとんどない。
【００３８】
このように本実施形態では、両面研磨装置と同様に表裏面に接触する上定盤１及び下定盤２はどちらも相対的に移動するが、表面Ｓのみが研磨されるため、両面研磨と同様の精度で片面研磨を行うことができる。また、研磨工程前に通常行われる工程である洗浄中や自然放置中に自然に生じた酸化膜を利用するので、裏面保護のために特別な保護膜形成処理を導入する必要が無く、低コストで研磨を行うことができる。
【００３９】
次に、本発明に係る第２実施形態を、図５を参照して説明する。
【００４０】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では上定盤１及び下定盤２の研磨面を構成する研磨布６は両方とも同様のものを用いたのに対し、第２実施形態の研磨装置（半導体ウェーハの製造装置）では、図４に示すように、下定盤２の研磨面、すなわちシリコンウェーハＷの表面Ｓに接する研磨面が、上定盤１の研磨面、すなわちシリコンウェーハＷの裏面Ｒに接する研磨面よりもシリコン及びＳｉＯ₂の研磨速度が高い構造の研磨布である溝付き研磨布１９で構成されている点である。
すなわち、本実施形態の上定盤１には、表面に溝がない通常の平坦な研磨布６が接着され、下定盤２には、表面に溝１９ａが複数形成された溝付き研磨布１９が接着されている。
【００４１】
さらに、第１実施形態では、表面酸化膜除去工程において、表面Ｓ側の酸化膜ＯＸのみを除去して、表面研磨工程において、表面Ｓのみを研磨したのに対し、第２実施形態では、表面酸化膜除去工程を行わず、第１実施形態の表面研磨工程と同様の研磨液を用いて、表裏面両方に酸化膜ＯＸを残したままで上記研磨装置で研磨を行って、表面Ｓのみの酸化膜除去及び研磨を行う点で異なっている。
【００４２】
したがって、本実施形態の研磨装置では、平坦な研磨布６が裏面Ｒに接するため、裏面Ｒの酸化膜ＯＸをほとんど研磨しないのに対し、溝付き研磨布１９が表面Ｓに接するため、表面Ｓの酸化膜ＯＸが裏面Ｓ側よりも速く研磨されて除去される。
【００４３】
研磨時に裏面Ｒの酸化膜ＯＸが残るため、裏面Ｒ側は研磨レイトが低く研磨がほとんど進まないのに対し、表面Ｓ側は酸化膜ＯＸが除去されているため研磨レイトが高く良好な研磨が行われ、実質的に片面研磨状態となる。このように、本実施形態では、表面酸化膜除去工程が不要になるため、さらに製造コストを低減させることができる。
【００４４】
なお、本実施形態の別の例として、シリコンウェーハＷの表面Ｓに接する研磨面を裏面Ｒに接する研磨面よりも研磨速度が高い材質の研磨布で構成しても構わない。すなわち、下定盤２に研磨布として溝付き研磨布１９ではなく砥粒を予め含んだ固定砥粒研磨布を接着してもよい。この場合、表面Ｓ側に接触する研磨面だけが固定砥粒研磨布で構成されているので、表面Ｓ側の酸化膜ＯＸだけが固定砥粒研磨布中の砥粒による機械的作用で除去されて表面Ｓを研磨することができる。
なお、固定砥粒研磨布は、研磨布中に砥粒が固定状態に含まれているため、遊離砥粒のように裏面Ｒ側に砥粒が回って裏面Ｒの酸化膜ＯＸを研磨してしまうことを防ぐことができる。
【００４５】
【実施例】
次に、本発明に係る上記実施形態を実施例により具体的に説明する。
上記第１実施形態により上記研磨を行った際のデータを、図６に示す。なお、図６の（ａ）は従来の片面研磨方式、図６の（ｂ）は従来の両面研磨方式、図６の（ｃ）は上記実施形態の実施例であって、それぞれＧＢＩＲ(Global Backside Ideal Reference)に対する頻度を示したヒストグラムを示したものである。用いた研磨液は、ピペラジン、アミノエチルアミノエタノールとＫＯＨの混合溶液である。
この研磨結果からわかるように、片面研磨であるにもかかわらず、両面研磨と同様の平坦度を得ることができた。
【００４６】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記各実施形態では、定盤を上下に配したが、シリコンウェーハを立てた状態でシリコンウェーハの左右に定盤を配して挟持する縦型の研磨装置に適用しても構わない。
また、上記各実施形態では、研磨前にシリコンウェーハ表裏面に生じた薄膜が酸化膜（ＳｉＯ₂）であったが、研磨前の自然放置中又は洗浄中に生じた他の薄膜であっても構わない。例えば、研磨前の有機化学薬品を用いた洗浄中に生じる有機膜などであっても構わない。この場合、この有機膜よりもシリコンの方が研磨速度の十分に高い研磨液が用いられる。
【００４７】
また、上記各実施形態では、揺動キャリアタイプの研磨装置に適用したが、他の方式の研磨装置に適用しても構わない。例えば、上述したサンギアタイプの研磨装置に適用してもよい。
さらに、上記各実施形態では、半導体ウェーハとしてシリコンウェーハに適用したが、他の半導体ウェーハ、例えば、化合物半導体のウェーハ（ガリウム・ヒ素のウェーハ等）の製造方法に適用してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の導体ウェーハの製造方法によれば、表面膜除去工程において、研磨工程前の自然放置中又は洗浄中に生じた前記半導体ウェーハの表裏面の薄膜のうち表面側の薄膜のみを除去し、表面研磨工程において、半導体ウェーハの材料に対する研磨速度が前記薄膜に対する研磨速度よりも高い前記研磨液を供給して半導体ウェーハの表面側を選択的に化学的研磨するので、研磨液の研磨選択比により、実質的に表面側のみの片面研磨を行うことができる。
【００４９】
本発明の半導体ウェーハの製造装置によれば、研磨液供給機構により、半導体ウェーハの材料に対する研磨速度が前記研磨前の自然放置中又は洗浄中に生じた半導体ウェーハ表面の薄膜に対する研磨速度よりも高い前記研磨液を供給し、半導体ウェーハの表面に接する研磨面が、半導体ウェーハの裏面に接する研磨面よりも半導体ウェーハの研磨速度が高い構造又は材質の研磨布で構成されているので、研磨時に表面側の薄膜が裏面側よりも速く研磨されて除去され、裏面側を薄膜で保護した状態で、研磨液の研磨選択比により、実質的に表面側のみの片面研磨を行うことができる。
【００５０】
すなわち、本発明の半導体ウェーハの製造方法及び製造装置では、両面研磨装置と同様に表裏面に接触する定盤がどちらも相対的に移動するため、両面研磨と同様の精度で片面研磨を行うことができる。
また、研磨工程前に通常行われる工程である自然放置中や洗浄中に自然に生じた酸化膜等の薄膜を利用するので、裏面保護のために特別な保護膜形成処理を導入する必要が無く、保護膜形成及び膜除去の工程追加による製造コストの増大、スループットの低下及び熱工程での汚染やパーティクル発生等を防いで、低コストかつ高品質で高集積度にも対応可能な超高平坦度のウェーハを得ることができる。
さらに、使用する研磨液は、砥粒を含まないか又は僅かであるために、砥粒による微細な加工ダメージを抑制することができると共に、研磨液にかかるコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態における研磨装置を示す要部の断面図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態における研磨装置の定盤とウェーハキャリアとの位置関係を示す平面図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態における研磨装置を示す模式的な拡大断面図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態における研磨方法の各工程でのシリコンウェーハを示す模式的な拡大断面図である。
【図５】本発明に係る第２実施形態における研磨装置を示す模式的な拡大断面図である。
【図６】従来の片面研磨方式、従来の両面研磨方式及び本発明に係る実施例における研磨方式での研磨後の各平坦度（ＧＢＩＲに対する頻度）を示すグラフである。
【符号の説明】
１上定盤
２下定盤
３ウェーハキャリア
５キャリア駆動機構
６研磨布
７研磨液供給機構
８第１供給機構
９第２供給機構（別研磨液供給機構）
１９溝付き研磨布
ＯＸ酸化膜
Ｓシリコンウェーハの表面
Ｒシリコンウェーハの裏面
Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）

Claims

シリコンウェーハを表裏面側から挟む研磨面を有した一対の定盤とシリコンウェーハとを相対的に移動させると共に研磨面に研磨液を供給してシリコンウェーハを研磨する研磨工程を有した半導体ウェーハの製造方法であって、
前記研磨工程前の自然放置中又は洗浄中に生じた前記シリコンウェーハの表裏面の酸化膜のうち表面側の酸化膜のみをフッ酸系エッチング液で除去する表面膜除去工程と、
前記表面膜除去工程後に、前記シリコンウェーハの材料に対する研磨速度が前記薄膜に対する研磨速度よりも高い前記研磨液として砥粒濃度が０重量％以上１重量％以下のアルカリ性溶液を供給してシリコンウェーハの表面側を選択的に化学的研磨する表面研磨工程と、
前記表面研磨完了後に引き続いて、砥粒濃度が１重量％を越える研磨液を供給して前記シリコンウェーハの表面と同時に裏面を研磨する表裏面研磨工程とを備えていることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
請求項１に記載の半導体ウェーハの製造方法において、
前記酸化膜の厚みが０．５〜１０ｎｍとされることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
請求項１または２に記載の半導体ウェーハの製造方法において、
前記アルカリ性溶液における砥粒濃度が０％とされることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
請求項１から３のいずれかに記載の半導体ウェーハの製造方法において、
前記表面研磨工程において、前記シリコンウェーハの表面の研磨速度が、前記シリコンウェーハの裏面の研磨速度より高くなるように設定されていることを特徴とする半導体ウェーハの製造方法。
シリコンウェーハを表裏面側から挟む研磨面を有した一対の定盤とシリコンウェーハとを相対的に移動させると共に研磨面に研磨液を供給してシリコンウェーハを研磨する半導体ウェーハの製造装置であって、
前記シリコンウェーハの材料に対する研磨速度が前記研磨前の自然放置中又は洗浄中に生じたシリコンウェーハ表面の酸化膜に対する研磨速度よりも高い前記研磨液として砥粒濃度が０重量％以上１重量％以下のアルカリ性溶液を供給する研磨液供給機構を備え、
前記シリコンウェーハの表面に接する研磨面が、前記シリコンウェーハの裏面に接する研磨面よりもシリコンウェーハの研磨速度が高い構造又は材質の研磨布で構成され、
前記研磨液供給機構は、前記研磨液よりも砥粒濃度が高い別の研磨液を供給する別研磨液供給機構を備えていることを特徴とする半導体ウェーハの製造装置。
請求項５に記載の半導体ウェーハの製造装置において、
前記半導体ウェーハの表裏面に接する研磨面のうち、表面に接する研磨面のみが砥粒を含む固定砥粒研磨布で構成されていることを特徴とする半導体ウェーハの製造装置。
請求項５又は６に記載の半導体ウェーハの製造装置において、
前記半導体ウェーハの表面に接する研磨面は、複数の溝が表面に形成された研磨布で構成され、
前記半導体ウェーハの裏面に接する研磨面は、平坦な表面の研磨布で構成されていることを特徴とする半導体ウェーハの製造装置。
請求項５から７のいずれかに記載の半導体ウェーハの製造装置において、
前記別研磨液供給機構が供給する別の研磨液が砥粒濃度が０重量％以上１重量％以下のアルカリ性溶液とされることを特徴とする。