(57)【要約】【課題】  高い平坦度（フラットネス）と表面粗さの低減を両立することができるシリコンウエーハの研磨方法を提供する【解決手段】  定盤に貼り付けた研磨布上に砥粒を含むアルカリ水溶液を供給しつつ、前記研磨布に研磨ヘッドが保持するシリコンウエーハの表面を摺接させて研磨する第一研磨工程、及び、前記研磨布に砥粒を含まずに高分子ポリマーを含むアルカリ水溶液を供給しつつ、前記研磨布に前記シリコンウエーハの表面を摺接させて研磨する第二研磨工程とを有するシリコンウエーハの研磨方法であって、前記第二研磨工程中の前記研磨布の表面温度を、前記第一研磨工程中の前記研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように、前記研磨布の表面温度を制御して前記シリコンウエーハの研磨を行うことを特徴とするシリコンウエーハの研磨方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤に貼り付けた研磨布上に砥粒を含むアルカリ水溶液を供給しつつ、前記研磨布に研磨ヘッドが保持するシリコンウエーハの表面を摺接させて研磨する第一研磨工程、及び、前記研磨布に砥粒を含まずに高分子ポリマーを含むアルカリ水溶液を供給しつつ、前記研磨布に前記シリコンウエーハの表面を摺接させて研磨する第二研磨工程とを有するシリコンウエーハの研磨方法であって、
前記第二研磨工程中の前記研磨布の表面温度を、前記第一研磨工程中の前記研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように、前記研磨布の表面温度を制御して前記シリコンウエーハの研磨を行うことを特徴とするシリコンウエーハの研磨方法。
【請求項２】
前記研磨布の表面温度の制御を、前記研磨布の表面温度を赤外線により取得しながら行うことを特徴とする請求項１に記載のシリコンウエーハの研磨方法。
【請求項３】
前記研磨布の表面温度の制御を、前記定盤の回転数、前記定盤に流れる冷却水の流量及び温度の少なくともいずれかを制御することにより行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシリコンウエーハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコンウエーハの研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体素子の小型軽量化、高集積化は目覚ましく、このため母体となるウェーハの高品質化と大直径化が進み、直径３００ｍｍを超えるものも現れ、要求されるウェーハの平坦度や表面粗さはますます厳しさを増している。
【０００３】
従来の研磨方法では、主に、研磨布が貼付された定盤、ウエーハを裏面側から保持する
研磨ヘッド、スラリーを供給するノズルを備えた研磨装置を用い、定盤や研磨ヘッドを回
転させ、また研磨布上にスラリーを供給しつつ、研磨ヘッドによりウエーハの表面を研磨
布に摺接して研磨を行っている（特許文献１参照）。
【０００４】
従来、ウェーハの平坦性（フラットネス）を作り込むために砥粒を含むスラリーを供給しながら加工する１段目と、ウェーハの表面状態（粗さ、キズ、パーティクルなど）を作り込むために砥粒を含まずに高分子ポリマーを含むスラリーを供給しながら加工する２段目とからなる研磨が実施されていた。また、このような複数段の研磨を行う形式において、定盤回転数等の研磨条件は常に一定であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３３４４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らはこれまでの研究において、上記１段目と２段目とからなる研磨を行う場合、定盤回転数を軸として、研磨前後でのΔＥＳＦＱＲｍａｘと、表面粗さとがトレードオフの関係にあることを発見した（図３）。尚、図３は、定盤回転数が３倍速の場合を基準として、表面粗さの相対値（左軸）とΔＥＳＦＱＲｍａｘ（エッジフラットネス）の相対値（右軸）を示したグラフである。しかし、このような関係でも、両品質を良好とする技術が求められている。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであって、平坦度（フラットネス）と表面粗さの改善を両立することができるシリコンウエ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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、定盤に貼り付けた研磨布上に砥粒を含むアルカリ水溶液を供給しつつ、前記研磨布に研磨ヘッドが保持するシリコンウエーハの表面を摺接させて研磨する第一研磨工程、及び、前記研磨布に砥粒を含まずに高分子ポリマーを含むアルカリ水溶液を供給しつつ、前記研磨布に前記シリコンウエーハの表面を摺接させて研磨する第二研磨工程とを有するシリコンウエーハの研磨方法であって、前記第二研磨工程中の前記研磨布の表面温度を、前記第一研磨工程中の前記研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように、前記研磨布の表面温度を制御して前記シリコンウエーハの研磨を行うことを特徴とするシリコンウエーハの研磨方法を提供する。
【０００９】
このように、第一研磨工程より第二研磨工程での研磨布の表面温度を２℃以上高くして研磨することにより、高い平坦度（フラットネス）と表面粗さの低減の両立が達成されたシリコンウェーハを得ることができる。
【００１０】
また、前記研磨布の表面温度の制御を、前記研磨布の表面温度を赤外線により取得しながら行うことが好ましい。
【００１１】
このようにすることで、より正確に研磨布の表面温度の制御を行うことができる。
【００１２】
またこの場合、前記研磨布の表面温度の制御を、前記定盤の回転数、前記定盤に流れる冷却水の流量及び温度の少なくともいずれかを制御することにより行うことが好ましい。
【００１３】
このように研磨布の表面温度の制御を行うことで、容易に、第二研磨工程中の研磨布の表面温度を、第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように制御することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のシリコンウエーハの研磨方法であれば、高い平坦度（フラットネス）と表面粗さの低減のいずれもが達成されたシリコンウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１，２における研磨布の表面温度の推移を示すグラフである。
【図２】本発明のシリコンウエーハの研磨方法において用いることができる片面研磨機の一例を示す概略図である。
【図３】ΔＥＳＦＱＲｍａｘと表面粗さとのトレードオフの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述したように、従来、高い平坦度（フラットネス）と表面粗さの低減を両立することができるシリコンウエーハの研磨方法が求められていた。
【００１７】
本発明者らは、更なる研究により、フラットネスには砥粒のみを含むアルカリ水溶液を供給する１段目の研磨温度（第一研磨工程中の研磨布の表面温度）が、表面粗さには高分子ポリマーのみを含むアルカリ水溶液を供給する２段目の研磨温度（第二研磨工程中の研磨布の表面温度）が支配的に影響することを発見した。そこで、赤外線で研磨布の表面温度をモニタリングし、第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも第二研磨工程中の研磨布の表面温度の温度が高くなるように研磨することで平坦度（フラットネス）と表面粗さの改善の双方が達成される条件を求めた。
【００１８】
そして、本発明者らは、第二研磨工程中の研磨布の表面温度を、第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように制御することで、高い平坦度（フラットネス）と表面粗さの低減を両立することができることを見出し、本発明に到達した。
【００１９】
即ち、本発明は、定盤に貼り付けた研磨布上に砥粒を含むアルカリ水溶液を供給しつつ、前記研磨布に研磨ヘッドが保持するシリコンウエーハの表面を摺接させて研磨する第一研磨工程、及び、前記研磨布に砥粒を含まずに高分子ポリマーを含むアルカリ水溶液を供給しつつ、前記研磨布に前記シリコンウエーハの表面を摺接させて研磨する第二研磨工程とを有するシリコンウエーハの研磨方法であって、前記第二研磨工程中の前記研磨布の表面温度を、前記第一研磨工程中の前記研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように、前記研磨布の表面温度を制御して前記シリコンウエーハの研磨を行うことを特徴とするシリコンウエーハの研磨方法を提供する。
【００２０】
以下、シリコンウエーハの研磨方法について詳細に説明する。
【００２１】
本発明では、図２に示すような、研磨布１が貼り付けられた定盤２と、ウェーハＷを保持するための研磨ヘッド３を具備した、片面研磨機１０を使用することができる。この片面研磨機１０は、研磨布１上にノズル４から研磨液（スラリー）を供給しつつ、その研磨布１に研磨ヘッド３が保持するウェーハＷの表面を摺接させて研磨するものである。
【００２２】
なお、図２では、１つの定盤上に２つの研磨ヘッド３を有する態様を図示したが、本発明で使用する研磨装置はこれに限定されない。例えば、１つの定盤上に１つ又は３つ以上の研磨ヘッドを有していても良い。また、定盤の数も特に限定されず、複数の定盤を有していても良い。
【００２３】
研磨布１としては、発泡ウレタンパッド又は不織布を用いることが好ましい。
【００２４】
本発明では、このような片面研磨機１０を用い、まず、定盤２に貼り付けた研磨布上にノズル４から砥粒を含むアルカリ水溶液を供給しつつ、研磨布１に研磨ヘッド３が保持するシリコンウエーハＷの表面を摺接させて研磨する第一研磨工程を行う。
【００２５】
第一研磨工程の研磨液（スラリー）としては、砥粒を含むアルカリ水溶液を用いる。アルカリ水溶液としては、ＫＯＨ水溶液が挙げられる。砥粒としては、コロイダルシリカが好ましい。ただし、砥粒を含むアルカリ水溶液であれば、砥粒やアルカリ水溶液の種類はこれらに限定されるものではない。
【００２６】
次いで、研磨布１に砥粒を含まずに高分子ポリマーを含むアルカリ水溶液を供給しつつ、研磨布１にシリコンウエーハＷの表面を摺接させて研磨する第二研磨工程を行う。ここで、本発明は、第二研磨工程中の研磨布の表面温度を、第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように、研磨布の表面温度を制御してシリコンウエーハの研磨を行うことを特徴とする（即ち、図１においてΔＴ≧２℃）。このように研磨布の表面温度を制御することで、高い平坦度と表面粗さの低減を両立することができる。
【００２７】
第二研磨工程の研磨液としては、砥粒（例えばコロイダルシリカ）は含まずに高分子ポリマーを含むアルカリ水溶液を用いる。高分子ポリマーとしては、ウェーハに吸着するものが好ましく、例えば、ヒドロキシエチルセルロース等が挙げられる。アルカリ水溶液としては、アンモニア水が挙げられる。ただし、高分子ポリマーやアルカリ水溶液の種類はこれらに限定されない。
【００２８】
第一研磨工程中及び第二研磨工程中の研磨布の表面温度は、第二研磨工程中の研磨布の表面温度が、第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように制御されれば特に限定されず、例えば、２５℃〜３５℃の範囲内の所定の温度とすることができる。研磨時間はそれぞれ、２分〜８分とすることができる。
【００２９】
また、研磨布の表面温度の制御を、研磨布の表面温度を赤外線により取得しながら行うことが好ましい。このようにすることで、より正確に研磨布の表面温度の制御を行うことができる。
【００３０】
第二研磨工程中の研磨布の表面温度が、第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるようにする手段は特に限定されないが、具体的には、研磨布の表面温度を赤外線により取得しながら、定盤の回転数、定盤に流れる冷却水の流量及び温度の少なくともいずれかを制御することにより、研磨布の表面温度制御を行うことができる。例えば、第一研磨工程終了後、定盤回転数上昇により摩擦熱を増大させたり、定盤に流れる冷却水の温度上昇・流量低下を行うことによって研磨布の表面温度を２℃以上上昇させることができる。第一研磨工程から第二研磨工程への移行（昇温）時間は例えば、１５秒〜３０秒とすることができる。第二研磨工程中の研磨布の表面温度が、第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるようにする手段は、供給する研磨液の流量や温度、研磨ヘッドの回転数や研磨ヘッドに流れる冷却水の流量や温度を制御することによってもよい。ただし、研磨布が貼り付けられている定盤の回転数や定盤に流れる冷却水を制御した方がより簡単に研磨布の表面温度を制御することができる。
【００３１】
第二研磨工程中の研磨布の表面温度が第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも低い場合、及び、第二研磨工程中の研磨布の表面温度と第一研磨工程中の研磨布の表面温度との差が２℃未満の場合には、高い平坦度と表面粗さの低減を両立することができない。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３３】
（実施例１〜２、比較例１〜３）
図２に示すような、定盤２に貼り付けた研磨布１上にノズル４からスラリーを供給しつつ、その研磨布１に研磨ヘッド３が保持するウェーハＷの表面を摺接させて研磨する片面研磨機１０を使用した。研磨布１としては、不織布を用いた。研磨スラリーには、第一研磨工程にコロイダルシリカを含むＫＯＨ水溶液を、第二研磨工程に分子量１００万のＨＥＣ（ヒドロキシエチルセルロース）を含むアンモニア水溶液を用いた。
【００３４】
図１に示すように、コロイダルシリカを含むＫＯＨ水溶液を供給しつつ、シリコンウェーハを研磨した（第一研磨工程）後、分子量１００万のＨＥＣを含むアンモニア水溶液の供給開始と同時に定盤冷却水を遮断し、かつ、定盤回転数を１５ｓｅｃの間に上昇させ（昇温パート）、表１に示す、第一研磨工程中の定盤回転数に対する回転数で、第二研磨工程を行った。研磨中の研磨布の表面温度は、赤外線にて採取し、第一研磨工程と第二研磨工程中の平均温度差（ΔＴ）を表１に示した。
【００３５】
第一研磨工程と第二研磨工程の温度差に対するΔＥＳＦＱＲｍａｘと、ＴＭＳ−３０００Ｗ（Ｓｃｈｍｉｔｔ社製）を用いて測定した表面粗さを表１にまとめた。エッジフラットネスは、ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社のＷａｆｅｒ  Ｓｉｇｈｔを用いて測定した。ＥＳＦＱＲｍａｘ算出の際には、Ｍ４９  ｍｏｄｅにゾーン（別称：Ｐｏｌａｒ  Ｓｉｔｅｓ）を全セクタ数７２個、セクタ長さ３０ｍｍ（２ｍｍ  Ｅ．Ｅ．（外周部除外領域））に設定した。ΔＥＳＦＱＲｍａｘとは、研磨前後の差分を表す。
【００３６】
【表１】
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※１・・・規格値を１とした相対値
※２・・・第一研磨工程中の定盤回転数を１とした相対値
【００３７】
表１に示されるように、第二研磨工程中の研磨布の表面温度を、第一研磨工程中の研磨布の表面温度よりも２℃以上高くなるように制御した実施例１、２では、平坦度と表面粗さの双方で規格をクリアした。一方で、比較例１〜３では、表面粗さが規格を満たさず、平坦度と表面粗さの両立を達成できなかった。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３９】
１…研磨布、  ２…定盤、  ３…研磨ヘッド、  ４…ノズル、  １０…片面研磨機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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