(57)【要約】【課題】複雑な構造で高付加価値なシリコンウェーハのエピタキシャル膜を、簡易な工程で、目的の膜厚まで高精度に研磨することが可能なシリコンウェーハの研磨方法を提供する。【解決手段】キャリアプレート２１に固定したシリコンウェーハ１０の一面側に上定板２２を接触させ、シリコンウェーハ１０の一面側、即ち、シリコン酸化膜よりも厚みが厚く積層されているエピタキシャル膜を枚葉で研磨する。このような、研磨工程の途上で、シリコンウェーハ１０の膜厚を測定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン単結晶基板の一面を覆うシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜の一部領域を除去して前記シリコン単結晶基板の一面を露呈させたトレンチ部と、該トレンチ部に成長させたエピタキシャル膜とを少なくとも有するシリコンウェーハの研磨方法であって、
研磨装置の１枚のキャリアプレートごとに前記シリコンウェーハを１枚づつ固定し、前記研磨装置を用いて前記エピタキシャル膜を所定の厚みまで枚葉で研磨する研磨工程と、
前記エピタキシャル膜を研磨する工程の途上で、少なくとも１回以上、前記シリコンウェーハを前記キャリアプレートに固定したまま、膜厚測定装置を用いて前記シリコンウェーハの膜厚を測定する測定工程と
を備えたことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。
【請求項２】
前記測定工程は、前記キャリアプレートの一面の位置を基準にして、前記エピタキシャル膜、および前記シリコン酸化膜のそれぞれの表面位置を検出することにより、前記エピタキシャル膜および前記シリコン酸化膜の厚みを測定することを特徴とする請求項１記載のシリコンウェーハの研磨方法。
【請求項３】
前記エピタキシャル膜は、前記シリコン酸化膜の表面に対して―１μｍ以上、１μｍ以下の範囲内の厚み差となる位置まで研磨されることを特徴とする請求項１または２記載のシリコンウェーハの研磨方法。
【請求項４】
前記トレンチ部において、前記シリコン単結晶基板の一面から厚み方向に掘られた複数のトレンチが形成されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載のシリコンウェーハの研磨方法。
【請求項５】
前記エピタキシャル膜は、前記トレンチの内部を埋めていることを特徴とする請求項４記載のシリコンウェーハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリコンウェーハの研磨方法に関し、詳しくは、シリコン単結晶基板の一面に形成されたエピタキシャル膜を研磨する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シリコンウェーハを研磨して所定の厚みにする際には、例えば、複数枚のシリコンウェーハを１枚のキャリアプレートに固定して、所定の時間だけ研磨する方法が行われていた。こうした従来のシリコンウェーハの研磨にあたって、予め単位時間あたりの研磨レートを把握しておくことにより、研磨途上でシリコンウェーハの厚みを測定しなくても、シリコンウェーハの厚みを所定の範囲内に収めることができる（特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、近年、高い耐圧性能と、オン抵抗の低減とを両立可能なパワーＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ）として、スーパージャンクション構造をもつパワーＭＯＳＦＥＴが知られている。ソース、ゲート、ドレインが垂直方向に並ぶ従来の一般的な，いわゆる縦型パワーＭＯＳＦＥＴでは、オン抵抗を下げるために、ｎ型層の不純物濃度を高める必要がある。しかし、従来の縦型パワーＭＯＳＦＥＴでは、オフ時のソース−ドレイン間で電界強度が高まる領域が形成され、耐圧性能が低下してしまう。
【０００４】
一方、スーパージャンクション構造をもつパワーＭＯＳＦＥＴでは、ソース−ドレイン間の電界強度を一様にできるために、耐圧性能が向上し、オン抵抗を小さくすることができる。この結果、発熱による損失が抑えられ、装置の小型化などを実現することができる。
【０００５】
このようなスーパージャンクション構造をもつパワーＭＯＳＦＥＴの製造にあたっては、シリコン単結晶基板の厚み方向に深い溝（トレンチ）を複数形成し、この溝にエピタキシャル膜を成膜するなどの方法によって行われる。
【０００６】
スーパージャンクション構造をもつパワーＭＯＳＦＥＴなどに用いられる、トレンチなどを形成したシリコンウェーハは、高い加工精度が求められ、製造工程も複雑である。こうした複雑な構造で高い加工精度が求められるシリコンウェーハのエピタキシャル膜を研磨する際には、従来のような研磨工程では、十分な研磨精度を保つことが難しい。即ち、予め単位時間あたりの研磨レートを把握して、複数枚のシリコンウェーハを１枚のキャリアプレートに固定して研磨すると、それぞれのシリコンウェーハ同士で、また、１枚のウェーハの表面上で、研磨前でのエピタキシャル膜の膜厚が必ずしも一律ではないため、所定時間だけ研磨した後のエピタキシャル膜の膜厚にバラつきが多かった。
【０００７】
また、予め測定しておいた研磨レートに基づいた予測制御によって研磨を行っているため、研磨後の仕上がり精度が低く、上述したような複雑な構造で高付加価値のシリコンウェーハの研磨工程における歩留まり（収率）を向上させることが困難であった。
【０００８】
一方、研磨レートに基づいた予測制御を行わずに、研磨途上で何回かシリコンウェーハをキャリアプレートから剥離させて膜厚を測定しつつ、所定の膜厚まで研磨を行うことで、研磨工程におけるシリコンウェーハの歩留まり（収率）を向上させることも考えられる。しかしながら、こうした研磨方法では、膜厚測定のたびにキャリアプレートからシリコンウェーハを剥離させて洗浄し、膜厚を測定した後、再びキャリアプレートに貼着するなど多くの手間が掛かり、製造工程が複雑化してしまう。また、キャリアプレートからシリコンウェーハを剥離させる回数が多いと、シリコンウェーハが破損する可能性も高まる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平０７−０５２０３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、複雑な構造で高付加価値なシリコンウェーハのエピタキシャル膜を、簡易な工程で、目的の膜厚まで高精度に研磨することが可能なシリコンウェーハの研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は次のようなシリコンウェーハの研磨方法を提供する。
すなわち、本発明のシリコンウェーハの研磨方法は、シリコン単結晶基板の一面を覆うシリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜の一部領域を除去して前記シリコン単結晶基板の一面を露呈させたトレンチ部と、該トレンチ部に成長させたエピタキシャル膜とを少なくとも有するシリコンウェーハの研磨方法であって、
研磨装置の１枚のキャリアプレートごとに前記シリコンウェーハを１枚づつ固定し、前記研磨装置を用いて前記エピタキシャル膜を所定の厚みまで枚葉で研磨する研磨工程と、前記エピタキシャル膜を研磨する工程の途上で、少なくとも１回以上、前記シリコンウェーハを前記キャリアプレートに固定したまま、膜厚測定装置を用いて前記シリコンウェーハの膜厚を測定する測定工程とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
前記測定工程は、前記キャリアプレートの一面の位置を基準にして、前記エピタキシャル膜、および前記シリコン酸化膜のそれぞれの表面位置を検出することにより、前記エピタキシャル膜および前記シリコン酸化膜の厚みを測定することを特徴とする。
【００１３】
前記エピタキシャル膜は、前記シリコン酸化膜の表面に対して―１μｍ以上、１μｍ以下の範囲内の厚み差となる位置まで研磨されることを特徴とする。また、前記トレンチ部において、前記シリコン単結晶基板の一面から厚み方向に掘られた複数のトレンチが形成されていることを特徴とする。さらに、前記エピタキシャル膜は、前記トレンチの内部を埋めていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のシリコンウェーハの研磨方法によれば、シリコンウェーハをキャリアプレートに固定（貼着）したまま測定を行うことにより、シリコン単結晶基板にトレンチ部や複数のトレンチが形成された、スーパージャンクション構造をもつパワーＭＯＳＦＥＴや、トレンチキャパシタを持つ素子などに好適な、高付加価値のシリコンウェーハの研磨後の歩留まり（収率）を、大幅に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のシリコンウェーハの研磨方法を段階的に示した断面図である。
【図２】シリコンウェーハの一例を示す平面図、および断面図である。
【図３】測定工程におけるシリコンウェーハの測定点の一例を示す説明図である。
【図４】研磨工程におけるシリコンウェーハの厚みの変化を示した断面図である。
【図５】シリコンウェーハの測定装置の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係るシリコンウェーハの研磨方法の最良の実施形態について、図面に基づき説明する。なお、本実施形態は発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
【００１７】
図１は、本発明のシリコンウェーハの研磨方法を段階的に示した説明図である。本発明の研磨方法によってシリコンウェーハ１０を研磨する際には、まず、研磨装置２０を構成するキャリアプレート（下定板）２１にシリコンウェーハ１０を固定する（図１（ａ）参照）。この際、１枚のキャリアプレート２１ごとに１枚のシリコンウェーハ１０を固定する。シリコンウェーハ１０の固定方法としては、例えば、熱可塑性樹脂を用いて、シリコンウェーハ１０をキャリアプレート２１の一面２１ａに貼着させればよい。
【００１８】
ここで、図２（ａ）は、本発明の研磨方法に用いられる、被研磨物であるシリコンウェーハ１０の一例を示す平面図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＡ−Ａ線での断面図、図２（ｃ）は、図２（ｂ）における点線領域の拡大断面図である。このシリコンウェーハ１０は、シリコン単結晶基板１１と、このシリコン単結晶基板１１の一面１１ａを覆うシリコン酸化膜１２とを備えている。そして、シリコン酸化膜１２の一部領域、例えば、多数の矩形領域を除去してシリコン単結晶基板１１ａの一面を露呈させた多数のトレンチ部１３が形成されている。
【００１９】
このトレンチ部１３には、シリコン単結晶基板１１の一面１１ａから厚み方向に掘られた複数のトレンチ１４が形成されていればよい。更に、このトレンチ１４を含むトレンチ部１３には、エピタキシャル膜１５が積層されている。エピタキシャル膜１５は、例えば、シリコン膜であればよい。
【００２０】
このようなシリコンウェーハ１０は、例えば、シリコン単結晶基板１１の一面１１ａから厚み方向に掘られたトレンチ１４に、エピタキシャル膜１５を積層するなどによって、スーパージャンクション構造をもつパワーＭＯＳＦＥＴや、トレンチキャパシタを持つ素子などの製造に用いられる。なお、トレンチ１４の内部は、シリコン層やシリコン酸化膜などからなる複層構造であっても良い。
【００２１】
次に、図１に戻って、キャリアプレート２１に固定したシリコンウェーハ１０の一面側に上定板２２を接触させ、シリコンウェーハ１０の一面側、即ち、シリコン酸化膜１２よりも厚みが厚く積層されているエピタキシャル膜１５を枚葉で研磨する（研磨工程：図１（ｂ）参照）。この研磨工程では、キャリアプレート２１に固定したシリコンウェーハ１０の一面側を上定板２２に接触させた状態でキャリアプレート２１および上定板２２を互いに反対方向に回転させながら研磨液を供給してシリコンウェーハ１０の一面側を研磨すれば良い。
【００２２】
研磨工程の途上で、シリコンウェーハ１０の膜厚を測定する（測定工程：図１（ｃ）参照）。測定にあたっては、シリコンウェーハ１０がキャリアプレート２１に固定されたままの状態で、測定装置３０にセットする。そして、表面位置を検出するプローブ３１が形成された測定部３２をシリコンウェーハ１０の一面側に向けて降下させる。
【００２３】
この測定にあたって、プローブ３１の降下位置（接触位置）は、例えば、図３に示す位置に設定される。即ち、キャリアプレート２１の表面を４箇所（Ｐ１〜Ｐ４）、シリコンウェーハ１０の周縁部に形成されたシリコン酸化膜１２の表面を４箇所（Ｐ５〜Ｐ８）、シリコンウェーハ１０のエピタキシャル膜１５の表面を５箇所（周縁部４箇所と中心部１箇所：Ｐ９〜Ｐ１３）である。
【００２４】
そして、キャリアプレート２１の表面位置を基準（０位置）として、シリコン酸化膜１２の表面位置とエピタキシャル膜１５の表面位置から、シリコン酸化膜１２の膜厚とエピタキシャル膜１５の膜厚とを算出する。
【００２５】
測定工程は、研磨工程の途上で任意の回数だけ行われる。膜厚の仕上がり精度を高めるためには、測定工程の回数を増加させればよい。こうした測定工程は、シリコンウェーハ１０をキャリアプレート２１に固定（貼着）したまま、キャリアプレート２１ごと測定装置３０にセットして行うため、研磨工程の途上であってもシリコンウェーハ１０の膜厚測定を容易に行うことができる。このため、研磨と測定を繰り返して、目的の膜厚まで精度良く研磨を行うことが可能になる。
【００２６】
即ち、従来は、研磨工程の途上でシリコンウェーハの膜厚を測定しつつ研磨しようとすると、測定のたびにシリコンウェーハをキャリアプレートから剥離させて洗浄、乾燥してから膜厚を測定し、その後、再びシリコンウェーハをキャリアプレートに固定（貼着）して研磨することを繰り返すという、大変に手間の掛かる手順が必要であった。シリコンウェーハをキャリアプレートに貼着、剥離を繰り返す際に、シリコンウェーハが破損する懸念も有った。
【００２７】
このため、予め測定しておいた研磨レートに基づいた予測制御によって所定の時間だけ研磨を行うのが一般的であったが、時間管理研磨による予測制御では、研磨後の仕上がり精度が低い。しかしながら、上述したようにシリコンウェーハ１０をキャリアプレート２１に固定（貼着）したまま測定を行うことにより、シリコン単結晶基板１１にトレンチ部１３や複数のトレンチ１４が形成されたスーパージャンクション構造をもつパワーＭＯＳＦＥＴや、トレンチキャパシタを持つ素子など、高付加価値のシリコンウェーハ１０の研磨後の歩留まり（収率）を、大幅に向上させることが可能になる。
【００２８】
図４は、研磨工程における膜厚制御の一例を示す断面図であり、図４（ａ）は研磨開始前、図４（ｂ）は研磨完了後の状態をそれぞれ示している。研磨開始前のシリコンウェーハ１０は、シリコン単結晶基板１１の一面１１ａにシリコン酸化膜１２が厚みｔ１で形成されている。シリコン酸化膜１２の厚みｔ１は、例えば、０．１〜３μｍであればよい。また、シリコン酸化膜１２の一部を除去したトレンチ部１３には、深さ１０〜２０μｍ程度のトレンチ１４が形成されている。そして、このトレンチ１４およびトレンチ部１３を埋め、かつトレンチ部１３の上方に盛り上がるように、エピタキシャル膜１５が厚み０．２〜５μｍで形成されている。このエピタキシャル膜１５は、シリコン酸化膜１２には積層されない。
【００２９】
このようなシリコンウェーハ１０は、本発明の研磨方法によって、研磨工程の途上で測定工程を行いつつ、エピタキシャル膜１５が、シリコン酸化膜１２の一面１２ａに対して±Δｔ、例えば―１μｍ以上、１μｍ以下の範囲になるように研磨される。これにより、研磨後のエピタキシャル膜１５の一面１５ａとシリコン酸化膜１２の一面１２ａとの段差が１μｍ以内の、極めて平坦度の高いシリコンウェーハ１０を得ることができる。
【００３０】
この後、研磨工程が完了した後、キャリアプレート２１からシリコンウェーハ１０を剥離させれば、目的の膜厚まで精度良く研磨されたシリコンウェーハ１０を得ることができる（図１（ｄ）参照）。
【００３１】
図５は、シリコンウェーハの測定装置の一例を示す概略図である。このシリコンウェーハの測定装置３０は、研磨装置２０のキャリアプレート２１を着脱自在に保持する保持部３５、キャリアプレート２１の表面位置やシリコンウェーハ１０の表面位置を検出するプローブ３１を備えた測定部３２を有する。また、プローブ３１によって検出した位置情報に基づいて、シリコン酸化膜やエピタキシャル膜の膜厚を算出するＣＰＵ３６、シリコン酸化膜やエピタキシャル膜の膜厚情報を研磨装置２０の制御手段に向けて出力する出力部３７を有する。
【００３２】
保持部３５は、キャリアプレート２１を定められた位置で保持するための係合部３５ａを備え、シリコンウェーハ１０のオリエンテーションフラットなどの位置決めマークによってシリコンウェーハ１０をキャリアプレート２１に対して定められた向きに貼着することで、複数回の測定において、毎回所定の位置を測定することができる。
【００３３】
プローブ３１は、測定箇所の数だけ形成されていても、あるいは、１つだけ形成されて、測定部３２を水平移動させて測定点を変えてもよい。研磨装置２０は、出力部３７から出力されたシリコン酸化膜やエピタキシャル膜の膜厚情報に基づいて（膜厚情報をフィードバックさせて）研磨する時間を制御すれば（実測制御）、従来のような、研磨レートに基づく予測制御と比較して、シリコンウェーハ１０を高精度に研磨することが可能となる。
【実施例】
【００３４】
シリコン単結晶基板を１０枚用意し、それぞれの表面に膜厚が２．０μｍのシリコン酸化膜を形成後、このシリコン酸化膜を矩形に除去した多数のトレンチ部が配されたシリコンウェーハをサンプル１〜１０とした。このサンプル１〜１０のそれぞれに、膜厚が３〜５μｍのエピタキシャル膜を形成した。
【００３５】
次に、エピタキシャル膜を形成したサンプル１〜１０のうち、サンプル１〜５のそれぞれを本発明の研磨方法によって、エピタキシャル膜の最終厚みが２．０μｍになるように所定時間だけ研磨し、膜厚を測定した（実施例）。
一方、サンプル６〜１０を１枚のキャリアプレートに固定して、エピタキシャル膜の最終厚みが２．０μｍになるように所定時間だけ研磨し、研磨の途中でそれぞれのサンプルをキャリアプレートから剥離させて洗浄してから膜厚を測定した。膜厚を測定した後、それぞれのサンプルを再びキャリアプレートに貼着して研磨を行った（比較例）。
これら実施例、比較例共に、研磨途中での膜厚測定回数は３回とした。
【００３６】
所定時間だけ研磨した後の５枚のウェーハのエピタキシャル膜の膜厚を測定した結果およびこの測定値から算出したエピタキシャル膜の膜厚のバラツキ値、また、シリコン酸化膜の膜厚（２．０μｍ）との差を表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１に示すとおり、実施例では、バラツキを０．５μｍ以内の範囲に抑えることができた。また、エピタキシャル膜の膜厚とシリコン酸化膜の膜厚（２．０μｍ）との差は、何れのサンプルも−１〜１μｍの範囲内に入った。一方、比較例では、バラツキが２．３μｍとなり、しかも、サンプル６〜１０のうち２枚が破損した。また、エピタキシャル膜の膜厚とシリコン酸化膜の膜厚（２．０μｍ）との差は、−１．２〜１．１μｍの範囲であり、−１〜１μｍの範囲外となった。
【符号の説明】
【００３９】
１０  シリコンウェーハ、１１  シリコン単結晶基板、１２  シリコン酸化膜、１３  トレンチ部、１４  トレンチ、１５  エピタキシャル膜、２０  研磨装置、２１  キャリアプレート、３０  測定装置、３１  プローブ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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