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JP7040591B1 - シリコンウェーハの研磨方法及びシリコンウェーハの製造方法 - Google Patents

シリコンウェーハの研磨方法及びシリコンウェーハの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、LPDの発生を抑制することのできる、シリコンウェーハの研磨方法及びシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】前段研磨工程と、その後の仕上げ研磨工程と、を最終研磨工程として行うことを含む、シリコンウェーハの研磨方法であって、前記最終研磨工程における前記仕上げ研磨工程は、前記第2研磨液として砥粒の密度が1×1013個/cm3以上である研磨液を用いる、仕上げスラリー研磨工程と、前記仕上げスラリー研磨工程に先立って行われ、前記第2研磨液として砥粒の密度が1×1010個/cm3以下である研磨液を用いる、プレ研磨工程と、を含む、シリコンウェーハの研磨方法。チョクラルスキー法で育成した単結晶シリコンインゴットの外周部にノッチ部を形成し、次いでスライスしてシリコンウェーハを得た後、得られたシリコンウェーハに対して、上記のシリコンウェーハの研磨方法により研磨処理を施す、シリコンウェーハの製造方法。【選択図】図1

Description

本発明は、シリコンウェーハの研磨方法及びシリコンウェーハの製造方法に関する。
シリコンウェーハを製造するためのプロセスは、主に、単結晶インゴットを作製するための単結晶引上工程と、作製された単結晶インゴットの加工工程からなる。この加工工程は、一般に、スライス工程、ラッピング工程、面取り工程、エッチング工程、鏡面研磨工程、洗浄工程等を含み、これら工程を経ることにより、表面が鏡面加工されたシリコンウェーハが製造される。
鏡面研磨工程では、シリコンウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨工程(粗研磨工程)や、その後、シリコンウェーハの片面を鏡面化する最終研磨工程といった多段階の研磨が行われる。一般に、最終研磨工程は、表面に研磨パッドを設けた定盤と、シリコンウェーハを保持する研磨ヘッドとを含む研磨ユニットを用いて行う。研磨ヘッドに保持したシリコンウェーハの片面を研磨パッドに押圧し、研磨パッドに砥粒を含むアルカリ水溶液である研磨液(研磨スラリー)を供給しつつ、研磨ヘッドと定盤を共に回転させる。これにより、シリコンウェーハの片面は、砥粒による機械的研磨作用と、アルカリ水溶液による化学的研磨作用とが複合したメカノケミカル研磨(CMP)によって研磨されて、優れた平滑性を有する鏡面となる。
ここで、最終研磨工程では、1つ以上の前段研磨ユニットにおいて行う1つ以上の前段研磨工程と、その後仕上げ研磨ユニットにおいて行う仕上げ研磨工程とからなる2段階以上の研磨を行う。
ここで、特許文献1、2には、最終研磨工程におけるスラリー研磨後にリンス液を用いた研磨を行うことが記載されている。このような手法によれば、研磨ヘッドに研磨スラリーの砥粒が蓄積されていくのを抑制することができる。
特開平11-243072号公報 特開2007-103703号公報
しかしながら、特許文献1の手法では、以下のような問題が生じていた。すなわち、特許文献1ではリンス液として超純水を用いているが、研磨用パッド上に残留しているスラリー状の研磨液が超純水によって希釈されると、研磨液のpHが中性付近まで下がり、砥粒が分散状態を保持できなくなって凝集するとともにシリコンウェーハ表面に付着して残留しやすくなる。この研磨液中で凝集した砥粒は、pHの中性付近への低下によりシリコンウェーハ表面と相互に作用して、これによりシリコンウェーハ表面にマイクロスクラッチ、ダメージ等を生じる不都合がある。さらに、シリコンウェーハ表面に砥粒が残留した場合には、研磨装置から取外した後の洗浄工程でシリコンウェーハ表面にピットが形成されてしまう。
また、特許文献2の手法では、前段研磨工程におけるスラリー研磨後にリンス液を用いた研磨を行っており、前段研磨に用いる研磨ヘッドへのスラリーの砥粒の蓄積を抑制することはできるものの、仕上げ研磨工程でのシリコンウェーハ表面への傷等の発生に対する対策は十分でなく、例えば研磨ユニット間の搬送時に付着するパーティクルや仕上げ研磨ヘッドに付着している仕上げスラリー残渣がLPD(light point defect)の発生を招いてしまう場合があった。
そこで、本発明は、LPDの発生を抑制することのできる、シリコンウェーハの研磨方法及びシリコンウェーハの製造方法を提供することを目的とする。
本発明の要旨構成は、以下の通りである。
(1)表面に第1研磨パッドを設けた第1定盤と、第1研磨ヘッドと、を含む前段研磨ユニットを用いて、前記第1研磨パッドに第1研磨液を供給しつつ、前記第1研磨ヘッドにより保持したシリコンウェーハを前記第1研磨パッドに接触させた状態で前記第1定盤及び前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面を研磨する前段研磨工程と、
その後、表面に第2研磨パッドを設けた第2定盤と、第2研磨ヘッドと、を含む仕上げ研磨ユニットを用いて、前記第2研磨パッドに第2研磨液を供給しつつ、前記第2研磨ヘッドにより保持した前記シリコンウェーハを前記第2研磨パッドに接触させた状態で前記第2定盤および前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面をさらに研磨する仕上げ研磨工程と、
を最終研磨工程として行うことを含む、シリコンウェーハの研磨方法であって、
前記最終研磨工程における前記仕上げ研磨工程は、
前記第2研磨液として砥粒の密度が1×1013個/cm以上である研磨液を用いる、仕上げスラリー研磨工程と、
前記仕上げスラリー研磨工程に先立って行われ、前記第2研磨液として砥粒の密度が1×1010個/cm以下である研磨液を用いる、プレ研磨工程と、を含むことを特徴とする、シリコンウェーハの研磨方法。
ここで、「前記第2研磨液として砥粒の密度が1×1010個/cm以下である研磨液」には、純水等、砥粒を含まない研磨液も含まれる。
(2)前記プレ研磨工程において用いる前記第2研磨液は、純水である、上記(1)に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
(3)前記プレ研磨工程は、10~60秒の範囲で行う、上記(1)又は(2)に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
(4)前記プレ研磨工程における前記第2研磨ヘッドの回転数は、前記仕上げスラリー研磨工程における前記第2研磨ヘッドの回転数より大きい、上記(1)~(3)のいずれか1つに記載のシリコンウェーハの研磨方法。
(5)前記プレ研磨工程における前記第2研磨ヘッドの回転数は、前記仕上げスラリー研磨工程における前記第2研磨ヘッドの回転数の1.5倍以上である、上記(4)に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
(6)チョクラルスキー法で育成した単結晶シリコンインゴットをスライスして研磨前シリコンウェーハを得た後、得られた研磨前シリコンウェーハに対して、上記(1)~(6)のいずれか1つに記載のシリコンウェーハの研磨方法により研磨処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
本発明によれば、LPDの発生を抑制することのできる、シリコンウェーハの研磨方法及びシリコンウェーハの製造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態にかかるシリコンウェーハの研磨方法を含む、シリコンウェーハの製造工程を示すフロー図である。 本発明の一実施形態のシリコンウェーハの研磨方法における仕上げ研磨工程で用いる、片面研磨装置を示す模式図である。 実施例の評価結果を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に例示説明する。
(シリコンウェーハの研磨方法)
図1は、本発明の一実施形態にかかるシリコンウェーハの研磨方法を含む、シリコンウェーハの製造工程を示すフロー図である。図2は、本発明の一実施形態のシリコンウェーハの研磨方法における仕上げ研磨工程で用いる、片面研磨装置を示す模式図である。
図1に示す前工程(ステップS1)では、スライス工程、ラッピング工程、面取り工程、及びエッチング工程などが行われる。
次いで、両面研磨(DSP工程)(ステップS2)によって、シリコンウェーハの形状が作り込まれる。
次いで、両面研磨されたシリコンウェーハは、洗浄(ステップS3)工程に供される。
これらのステップS1~ステップS3については、従来の手法と同様にして行うことができるため、詳細な説明を省略する。
次いで、洗浄後のシリコンウェーハは、前段研磨工程(ステップS5)と仕上げ研磨工程(ステップS6)とからなる最終研磨工程に供される。なお、前段研磨工程は複数の段階を含んでいても良く、また、仕上げ研磨工程は後述の通り複数の段階を含む。
前段研磨工程S4は、従来の手法で行うことができ、具体的には、表面に第1研磨パッドを設けた第1定盤と、第1研磨ヘッドと、を含む研磨ユニットを用いて、第1研磨パッドに第1研磨液を供給しつつ、第1研磨ヘッドにより保持したシリコンウェーハを第1研磨パッドに接触させた状態で第1定盤およびシリコンウェーハを回転させることで、シリコンウェーハの表面を研磨する。なお、前段研磨に用いる研磨ユニットの構成は、一例としては、後述の仕上げ研磨に用いる研磨ユニットと同様のものを用いることができる。
仕上げ研磨工程(ステップS6)については、後に詳細に説明する。
最終研磨工程を経たシリコンウェーハは、仕上げ研磨工程(ステップS6)における洗浄後に検査(ステップS7)に供され、シリコンウェーハの平坦度や目視できる傷、汚れの有無等が確認される。
その後、シリコンウェーハは、最終洗浄工程(ステップS8)に供給され、面検査(ステップS9)に供された後に出荷される。
ステップS7~ステップS9については、従来の手法と同様にして行うことができるため、詳細な説明を省略する。
上記工程中の最終研磨工程の仕上げ研磨工程(ステップS6)について、以下詳細に説明する。まず、図2を参照して、本発明の一実施形態にかかるシリコンウェーハの研磨方法おいて用いる片面研磨装置について説明する。片面研磨装置100は、シリコンウェーハWの一方の面を研磨するための研磨パッド12が貼付された回転定盤10と、シリコンウェーハWの他方の保持面となるバッキングパッド22およびバッキングパッド22の当該保持面側の外縁部に取り付けられたリテーナリング24を具備し、回転定盤10に対向配置された研磨ヘッド20と、研磨スラリー32を研磨パッド12上に供給するスラリー供給部30と、を備える。研磨スラリー32は砥粒およびエッチング剤を含有することができる。なお、リテーナリング24は、シリコンウェーハWの直径と同等以上の内径を有するように構成すればよい。
また、研磨ヘッド20は、研磨ヘッド20を昇降および回転させるシャフト部26と、シャフト部26の下端に設けられ、下面にバッキングパッド22が取り付けられた回転フレーム部28と、を具備することができる。また、片面研磨装置100は、回転定盤10に接続され、かつ回転定盤10を回転させる定盤回転軸14を備えることができる。なお、シャフト部26や定盤回転軸14はモータ等の駆動機構(不図示)に接続することができる。
仕上げ研磨工程(ステップS6)は、前段研磨工程(ステップS6)の後、表面に第2研磨パッド(研磨パッド12)を設けた第2定盤(回転定盤10)と、第2研磨ヘッド(研磨ヘッド20)と、を含む仕上げ研磨ユニット(片面研磨装置100)を用いて、第2研磨パッド(研磨パッド12)に第2研磨液を供給しつつ、第2研磨ヘッド(研磨ヘッド20)により保持したシリコンウェーハWを第2研磨パッド(研磨パッド12)に接触させた状態で第2定盤(回転定盤10)およびシリコンウェーハWを回転させることで、シリコンウェーハWの表面をさらに研磨する。
ここで、最終研磨工程における仕上げ研磨工程(ステップS5)は、第2研磨液として砥粒の密度が1×1013個/cm以上である研磨液を用いる、仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)と、仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)に先立って行われ、第2研磨液として砥粒の密度が1×1010個/cm以下である研磨液を用いる、プレ研磨工程(ステップS51)と、を含む。
仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)において、研磨液は、アルカリ性であることが好ましく、水溶性高分子と、密度が5×1013個/cm以下の砥粒とを含むアルカリ水溶液を用いることが好ましい。このアルカリ水溶液におけるシリコンに対する研磨レートは5~20nm/分とすることが好ましい。5nm/分以上であれば、所望の研磨量を得るための研磨時間が長くなることがないため生産性を悪化させることがなく、また、前段研磨工程でシリコンウェーハ表面に形成された欠陥を除去する効果を十分にえることができる。20nm/分以下であれば、アルカリのエッチング効果が過度になることがなく、シリコンウェーハ表面の粗さが悪化することがない。このような研磨レートを得る観点から、上記アルカリ水溶液は、アンモニアを含有することが好ましく、水溶性高分子を含むことが好ましい。水溶性高分子としては、ヒドロキシエチルセルロース(HEC)、ポリエチレングリコール(PEG)、およびポリプロピレングリコール(PPG)から選択される1種以上を用いることが好ましい。なお、上記アルカリ水溶液は、使用温度(18~25℃)における粘度は1.5~5.0mPa・sとすることが好ましい。粘度が1.5mPa・s未満の場合、研磨液が流れやすくなり、所望のエッチングレートを得られない可能性があり、粘度が5.0mPa・s以上の場合、仕上げ研磨後に洗浄しても研磨液がシリコンウェーハ表面に残留、固着する可能性があるからである。
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もしくは化合物類、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、などからなるものを用いることができるが、低コスト、研磨液中での分散性、砥粒の粒径制御の容易性等の理由から、SiO粒子を含むことが好ましい。加えて、SiO粒子の種類としては、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。砥粒の形状は、球状、繭型などを用いることができる。
仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)の研磨時間は60~900秒とすることが好ましい。60秒以上とすることでシリコンウェーハを十分に研磨することができ、一方で、900秒以下とすることでシリコンウェーハ表面の粗さを荒れないようにすることができる。
次に、一方で、プレ研磨工程(ステップS51)において、研磨液は、中性又はアルカリ性であることが好ましく、砥粒の密度が1×1010個/cm以下である。研磨液がアルカリ溶液である場合、シリコンに対する研磨レートは10nm/分以下とすることが好ましい。10nm/分以下であれば、シリコンウェーハ表面の粗さが荒れることがなく、シリコンウェーハ面内を均一に研磨することができるからである。研磨液は、純水であることが好ましく、超純水であることがより好ましい。シリコンウェーハの粗さが荒れないようにすることができるからである。または、研磨液は、アルカリ溶液とすることもできる。アルカリ溶液の場合は研磨ヘッド(特にリテーナリングの内壁)に残存しているパーティクルをより一層除去しやすい。この場合は、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ナトリウム(NaOH)、テトラメチルアンモニウム(TMAH)、およびテトラエチルアンモニウム(TEAH)から選択される1種以上のアルカリを含有することが好ましく、水溶性高分子を含有していても良い。この場合シリコンウェーハが保護されてリテーナリングにパーティクルが再付着することや傷がつくのを防止することができる。研磨液が純水である場合、20℃における研磨液の粘度はおよそ1mPa・sとなる。研磨液が水溶性高分子を含有する場合、使用温度(18~25℃)における研磨液の粘度は5.0mPa・s以下とすることが好ましい。粘度を5.0mPa・s超としても効果がそれ以上得られず生産性が悪化するからである。砥粒の種類については、上述の仕上げ研磨工程で用いる研磨スラリーについて説明したのと同様である。
プレ研磨工程(ステップS51)は、10~60秒の範囲で行うことが好ましい。10秒以上とすることで研磨パッドに蓄積したパーティクル等をより確実に除去することができ、一方で、60秒以下とすることでシリコンウェーハ表面の粗さを荒れないようにすることができる。
プレ研磨工程(ステップS51)における第2研磨ヘッドの回転数は、仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)における第2研磨ヘッドの回転数より大きいことが好ましい。具体的には、プレ研磨工程(ステップS51)における第2研磨ヘッドの回転数は、仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)における第2研磨ヘッドの回転数の1.5倍以上であることが好ましい。メカニカル作用を増大させてパーティクルの除去作用をより向上させることができるからである。
以下、本実施形態のシリコンウェーハの研磨方法の作用効果について説明する。
本発明者らは、仕上げ研磨工程で用いる研磨ヘッド、特にリテーナリングの内壁にパーティクルが蓄積し、このパーティクルにより仕上げ研磨工程時にシリコンウェーハの表面に傷が発生してLPDが発生する原因となっていたことを突き止めた。
これに対し、本実施形態のシリコンウェーハの研磨方法によれば、最終研磨工程における仕上げ研磨工程(ステップS5)は、第2研磨液として砥粒の密度が1×1013個/cm以上である研磨液を用いる、仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)と、仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)に先立って行われる、第2研磨液として砥粒の密度が1×1010個/cm以下である研磨液を用いる、プレ研磨工程(ステップS51)と、を含む。
このように、プレ研磨工程(ステップS51)を仕上げスラリー研磨工程(ステップS52)に先立って行うことにより、仕上げ研磨の研磨ヘッド(特にリテーナリングの内壁)に付着しているパーティクルを除去することができ、パーティクルが起因となるLPDの発生を抑制することができる。
ここで、プレ研磨工程において用いる第2研磨液は、純水であることが好ましい。シリコンウェーハの粗さが荒れないようにすることができるからである。
また、上述したように、プレ研磨工程は、10~60秒の範囲で行うことが好ましい。
さらに、上述したように、プレ研磨工程における第2研磨ヘッドの回転数は、仕上げスラリー研磨工程における第2研磨ヘッドの回転数より大きいことが好ましく、特には、プレ研磨工程における第2研磨ヘッドの回転数は、仕上げスラリー研磨工程における第2研磨ヘッドの回転数の1.5倍以上であることが好ましい。
(シリコンウェーハの製造方法)
本発明の一実施形態にかかるシリコンウェーハの製造方法では、まず、チョクラルスキー法で育成した単結晶シリコンインゴットをスライスして研磨前シリコンウェーハを得る。単結晶シリコンインゴットの育成やスライス工程については、従来の手法と同様に行うことができる。
その後、得られた研磨前シリコンウェーハに対して、上述の実施形態にかかるシリコンウェーハの研磨方法により研磨処理を施す。
これによれば、上述したのと同様のメカニズムにより、仕上げ研磨の研磨ヘッド(特にリテーナリングの内壁)に付着しているパーティクルを除去することができ、パーティクルが起因となるLPDの発生を抑制することができる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
本発明の効果を確かめるため、実施例及び従来例1、2にかかる方法でシリコンウェーハを研磨し、LPDの個数を検査して評価する試験を行った。実施例及び従来例1、2において、シリコンウェーハとしては、p型、径300mm、結晶面方位(100)のものを用いた。なお、研磨装置は図2に示すようなものを用いた。
・実施例1
前段研磨まで終えたシリコンウェーハに対して、プレ研磨工程を行ってから、仕上げ研磨工程を行った。その後、シリコンウェーハを洗浄し、LPDを測定した。
プレ研磨工程では、研磨液として砥粒を含まない純水を用いた。研磨時間を30秒とし、研磨ヘッドの回転速度を仕上げ研磨工程での研磨ヘッドの回転速度の2倍とした。
仕上げ研磨工程では、砥粒としてSiOを用いたアルカリ水溶液であって、砥粒の密度が5×1013個/cmである、研磨スラリーを用いた。研磨時間を180秒とした。
LPDの測定は、KLA-Tencor社製、Surfscan SP5を用いて、測定モードDCNで、35nm以上のサイズのLPDを検出して個数をカウントした。これを4枚のシリコンウェーハで行い、LPD個数の平均値を算出した。
・従来例1
プレ研磨工程を行わなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で研磨を行った。
・従来例2
前段研磨工程の後、仕上げ研磨工程の前には研磨を行わず、且つ、仕上げ研磨工程の後に、実施例1のプレ研磨工程と同様の研磨工程を行ったこと以外は、実施例1と同様の方法で研磨を行った。
評価結果を図3に示している。図3に示すように、実施例1によれば、従来例1、2よりもLPDを低減できたことがわかる。
100:片面研磨装置、
10:回転定盤、
12:研磨パッド、
14:定盤回転軸、
20:研磨ヘッド、
22:バッキングパッド、
24:リテーナリング、
26:シャフト部、
28:回転フレーム部、
30:スラリー供給部、
32:研磨スラリー、
W:シリコンウェーハ

Claims (6)

  1. 表面に第1研磨パッドを設けた第1定盤と、第1研磨ヘッドと、を含む前段研磨ユニットを用いて、前記第1研磨パッドに第1研磨液を供給しつつ、前記第1研磨ヘッドにより保持したシリコンウェーハを前記第1研磨パッドに接触させた状態で前記第1定盤及び前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面を研磨する前段研磨工程と、
    その後、表面に第2研磨パッドを設けた第2定盤と、第2研磨ヘッドと、を含む仕上げ研磨ユニットを用いて、前記第2研磨パッドに第2研磨液を供給しつつ、前記第2研磨ヘッドにより保持した前記シリコンウェーハを前記第2研磨パッドに接触させた状態で前記第2定盤および前記シリコンウェーハを回転させることで、前記シリコンウェーハの表面をさらに研磨する仕上げ研磨工程と、
    を最終研磨工程として行うことを含む、シリコンウェーハの研磨方法であって、
    前記最終研磨工程における前記仕上げ研磨工程は、
    前記第2研磨液として砥粒の密度が1×1013個/cm以上である研磨液を用いる、仕上げスラリー研磨工程と、
    前記仕上げスラリー研磨工程に先立って行われ、前記第2研磨液として砥粒の密度が1×1010個/cm以下である研磨液を用いる、プレ研磨工程と、を含むことを特徴とする、シリコンウェーハの研磨方法。
  2. 前記プレ研磨工程において用いる前記第2研磨液は、純水である、請求項1に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
  3. 前記プレ研磨工程は、10~60秒の範囲で行う、請求項1又は2に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
  4. 前記プレ研磨工程における前記第2研磨ヘッドの回転数は、前記仕上げスラリー研磨工程における前記第2研磨ヘッドの回転数より大きい、請求項1~3のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
  5. 前記プレ研磨工程における前記第2研磨ヘッドの回転数は、前記仕上げスラリー研磨工程における前記第2研磨ヘッドの回転数の1.5倍以上である、請求項4に記載のシリコンウェーハの研磨方法。
  6. チョクラルスキー法で育成した単結晶シリコンインゴットをスライスして研磨前シリコンウェーハを得た後、得られた研磨前シリコンウェーハに対して、請求項1~5のいずれか一項に記載のシリコンウェーハの研磨方法により研磨処理を施すことを特徴とするシリコンウェーハの製造方法。
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