(57)【要約】【課題】ウェーハ表面の微小欠陥も少なく、またＤＩＣ欠陥も少なく、かつ表面粗さが良好な半導体シリコンウェーハの研磨方法を提供する。【解決手段】研磨剤を供給しつつ、定盤に貼り付けられた研磨布に、研磨ヘッドで保持された半導体シリコンウェーハを摺動させて研磨を行う研磨方法であって、半導体シリコンウェーハに一次研磨、二次研磨、仕上げ研磨を順に施すとき、二次研磨を、遊離砥粒を含有し、水溶性高分子剤を含有しないアルカリベースの研磨剤による研磨と、その後の水溶性高分子剤を含有する研磨剤によるリンス研磨からなるものとし、リンス研磨を２段階の研磨からなるものとし、水溶性高分子剤を含有する研磨剤を供給しつつ１段階目のリンス研磨を施した後、水溶性高分子剤の平均分子量が１段階目の研磨剤のものよりも大きい研磨剤に切り替えて供給しつつ２段階目のリンス研磨を施す研磨方法。【選択図】図１
2019021719.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨剤を供給しつつ、定盤に貼り付けられた研磨布に、研磨ヘッドで保持された半導体シリコンウェーハを摺動させることで前記半導体シリコンウェーハの研磨を行う研磨方法であって、
前記半導体シリコンウェーハに一次研磨、二次研磨、仕上げ研磨を順に施すとき、
前記二次研磨を、遊離砥粒を含有し、水溶性高分子剤を含有しないアルカリベースの研磨剤による研磨と、その後の水溶性高分子剤を含有する研磨剤によるリンス研磨からなるものとし、
前記リンス研磨を２段階の研磨からなるものとし、水溶性高分子剤を含有する研磨剤を供給しつつ１段階目のリンス研磨を施した後、水溶性高分子剤の平均分子量が１段階目の研磨剤のものよりも大きい研磨剤に切り替えて供給しつつ２段階目のリンス研磨を施すことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
前記遊離砥粒を、コロイダルシリカとすることを特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
【請求項３】
前記水溶性高分子剤を、ヒドロキシエチルセルロースとすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨方法。
【請求項４】
前記１段階目のリンス研磨の研磨剤を、平均分子量が２０万以上７０万未満の水溶性高分子剤を含有するものとし、前記２段階目のリンス研磨の研磨剤を、平均分子量が７０万以上１５０万以下の水溶性高分子剤を含有するものとすることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項５】
前記１段階目のリンス研磨における研磨荷重、定盤回転数、および研磨ヘッド回転数の値を、前記アルカリベースの研磨剤による研磨のときの値の±３０％以内とすることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の研磨方法。
【請求項６】
前記２段階目のリンス研磨における研磨荷重、定盤回転数、および研磨ヘッド回転数の値を、前記アルカリベースの研磨剤による研磨のときの値の７０％以下とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体シリコンウェーハの研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体シリコンウェーハ（以下、単にシリコンウェーハやウェーハとも呼ぶ）の研磨は、通常、研磨布や研磨剤の種類を変えて複数段階で行われる。このとき、図４に示すように最初に行われる研磨を一次研磨、一次研磨後に行われる研磨を二次研磨、二次研磨後に行われる最終研磨を仕上げ研磨と呼ぶことがある。以下では一次研磨、二次研磨および仕上げ研磨という呼び名で説明を行う。
【０００３】
一次研磨工程は、上下定盤に不織布や発泡ウレタン製の硬質研磨布が貼り付けられた両面研磨機にて実施されることが一般的である。ウェーハはキャリアのホール内に保持され、キャリアは上下定盤間に挟み込まれた状態で、研磨剤が上下定盤間に滴下されながら互いに逆方向に回転しつつ、キャリアも自公転することでウェーハ表裏面が同時に研磨される。キャリアは上下定盤の内周部と外周部にあるサンギヤとインターナルギヤによって回転駆動力を得る。研磨剤としてはコロイダルシリカなどの遊離砥粒を含むアルカリベースの研磨剤が用いられる。
【０００４】
二次研磨工程は片面研磨装置にて研磨布が貼り付けられた定盤にウェーハが保持された研磨ヘッドを押し付けて、コロイダルシリカなどの遊離砥粒を含むアルカリベースの研磨剤を滴下して互いに回転し摺動させることで研磨が行われる。二次研磨の研磨布も硬質の不織布や発泡ウレタン製のものが一般的に使用される。
【０００５】
一次研磨や二次研磨の研磨終了直前には、一次研磨剤や二次研磨剤によるウェーハ表面のエッチングや異物の付着を抑制するため、ウェーハ表面を親水化する目的でヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）のような水溶性高分子セルロースを含んだ研磨剤を使用して研磨を実施する。この研磨はリンス研磨などと呼ばれる。またこの時使用される研磨剤はリンス研磨剤と呼ばれる。
【０００６】
仕上げ研磨工程も二次研磨と同様に片面研磨装置で実施される。ここで仕上げ研磨の目的の一つは、表面欠陥を減らしつつウェーハの表面粗さ、特にヘイズと呼ばれる空間波長が数ミクロン以下の微細な粗さを改善することである。
【０００７】
ヒドロキシエチルセルロースのような水溶性高分子を含む研磨剤は、ヘイズのような空間波長の短いウェーハ表面粗さを改善する効果が知られている（特許文献１）。これは水溶性高分子がウェーハ表面へ吸着することで、その部分のウェーハ研磨を抑制する機能があり、ウェーハ粗さ成分である凹凸部の凸部に付着した高分子は研磨布との接触により容易に剥離され、この部分は研磨される一方で、凹部は水溶性高分子が滞留し研磨されない。その結果、凸部が選択的に研磨されることでウェーハ表面粗さが改善されると推測される。
【０００８】
このことから、仕上げ研磨においてはヒドロキシエチルセルロースのような水溶性高分子を含む研磨剤、およびスウェードタイプのような軟質性の研磨布を用いて研磨が行われる。
【０００９】
ここでヒドロキシエチルセルロースの平均分子量が大きいもの（例えば１００万以上）は、それ自身が溶液中で媒介となって研磨剤中の遊離砥粒を凝集する傾向にあり、このような研磨剤で研磨をすると、ウェーハ表面に微小な表面欠陥（マイクロスクラッチ）が発生しやすくなるという問題がある。
そこでこの問題を解決する手段として、平均分子量の小さいヒドロキシエチルセルロースを含有した研磨剤を用いる方法や、さらに濾過を実施することで凝集を減らす方法がとられていることがある（特許文献２）。
【００１０】
一方で、平均分子量の小さい（例えば４０万以下）ヒドロキシエチルセルロースはウェーハ表面への吸着力が弱く、つまりウェーハ表面の保護性能が低く、特に研磨における機械的作用が強い場合、例えば硬質研磨布を使用し、ウェーハ荷重が高い場合や研磨時の定盤や研磨ヘッドの回転数が高いといった場合には、ウェーハ表面に付着した水溶性高分子が剥離し、十分にウェーハ表面保護がなされずにウェーハ表面のエッチングによるヘイズムラやスラリーバーンまたはＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ  Ｃｏｎｔｒａｓｔ（ＤＩＣ）欠陥と呼ばれるなだらかな凸または凹形状の欠陥といった品質不良の増加につながる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−０５３４１４号公報
【特許文献２】特開２０１０−３４５０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、ウェーハ表面の微小欠陥も少なく、またＤＩＣ欠陥も少なく、かつ表面粗さが良好な半導体シリコンウェーハの研磨方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は、研磨剤を供給しつつ、定盤に貼り付けられた研磨布に、研磨ヘッドで保持された半導体シリコンウェーハを摺動させることで前記半導体シリコンウェーハの研磨を行う研磨方法であって、前記半導体シリコンウェーハに一次研磨、二次研磨、仕上げ研磨を順に施すとき、前記二次研磨を、遊離砥粒を含有し、水溶性高分子剤を含有しないアルカリベースの研磨剤による研磨と、その後の水溶性高分子剤を含有する研磨剤によるリンス研磨からなるものとし、前記リンス研磨を２段階の研磨からなるものとし、水溶性高分子剤を含有する研磨剤を供給しつつ１段階目のリンス研磨を施した後、水溶性高分子剤の平均分子量が１段階目の研磨剤のものよりも大きい研磨剤に切り替えて供給しつつ２段階目のリンス研磨を施すことを特徴とする研磨方法を提供する。
【００１４】
このような研磨方法であれば、二次研磨後のシリコンウェーハにおいて、ウェーハ表面の微小欠陥や、ＤＩＣ欠陥が少ないものとすることができるし、表面粗さを改善することができる。そして、その結果、仕上げ研磨の研磨条件を変更することなく、仕上げ研磨後のシリコンウェーハにおいても、上記微小欠陥、ＤＩＣ欠陥、表面粗さの面で良好なものを得ることが可能である。
【００１５】
このとき、前記遊離砥粒を、コロイダルシリカとすることができる。
【００１６】
二次研磨での遊離砥粒としてコロイダルシリカはよく使用されており、簡単に用意することができる。
【００１７】
また、前記水溶性高分子剤を、ヒドロキシエチルセルロースとすることができる。
【００１８】
リンス研磨剤での水溶性高分子剤として、ヒドロキシエチルセルロースはよく使用されており、簡単に用意することができる。また、効率良くウェーハの表面粗さの改善や保護を図ることができる。
【００１９】
また、前記１段階目のリンス研磨の研磨剤を、平均分子量が２０万以上７０万未満の水溶性高分子剤を含有するものとし、前記２段階目のリンス研磨の研磨剤を、平均分子量が７０万以上１５０万以下の水溶性高分子剤を含有するものとすることができる。
【００２０】
このように１段階目のリンス研磨の研磨剤の水溶性高分子剤の平均分子量を上記範囲とすることで、微小欠陥数の悪化をより効果的に抑制することができ、また、表面粗さをより効果的に改善することができる。
また、２段階目のリンス研磨の研磨剤の水溶性高分子剤平均分子量を上記範囲とすることで、ウェーハ表面を十分に保護させることができ、ＤＩＣ欠陥数の悪化をより効果的に抑制することができる。
【００２１】
また、前記１段階目のリンス研磨における研磨荷重、定盤回転数、および研磨ヘッド回転数の値を、前記アルカリベースの研磨剤による研磨のときの値の±３０％以内とすることができる。
【００２２】
このようにすれば、研磨ウェーハの生産性が低減するのを効果的に防止することができるし、二次研磨後、仕上げ研磨後の表面粗さを改善することができる。
【００２３】
また、前記２段階目のリンス研磨における研磨荷重、定盤回転数、および研磨ヘッド回転数の値を、前記アルカリベースの研磨剤による研磨のときの値の７０％以下とすることができる。
【００２４】
このようにすれば、水溶性高分子剤によりウェーハ表面をより効果的に保護させ、微小欠陥やＤＩＣ欠陥等の表面欠陥の悪化をより一層防ぐことができる。
【発明の効果】
【００２５】
以上のように、本発明の研磨方法であれば、二次研磨後、仕上げ研磨後のシリコンウェーハにおいて、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥の数を低減することができ、また、表面粗さが良好なものとすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の研磨方法の一例を示すフロー図である。
【図２】本発明の研磨方法における研磨荷重の変化の一例を示すグラフである。
【図３】本発明の二次研磨にて使用可能な研磨装置の一例を示す概略図である。
【図４】従来の研磨方法の一例を示すフロー図である。
【図５】従来の研磨方法における研磨荷重の変化の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の研磨方法について、実施態様の一例として、図を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図３は、本発明の研磨方法の二次研磨で使用することができる研磨装置を示している。研磨装置１は、片面研磨装置であり、研磨布５が貼られた定盤２と、研磨ヘッド３、および研磨剤供給機構４から構成されている。定盤２は回転シャフト６の回転により回転可能であり、また、研磨ヘッド３も回転可能である。
そして、研磨剤供給機構４から研磨剤７を供給しつつ、研磨ヘッド３に保持された半導体シリコンウェーハＷを研磨布５に摺接しながら定盤２および研磨ヘッド３を回転することでウェーハＷが研磨される。研磨剤供給機構４は研磨中に複数種類の研磨剤を順次切り替えることができる。
【００２８】
なお、一次研磨においては、例えば両面研磨機を用いることができる。該両面研磨機は上下定盤、ウェーハを保持するためのホールが設けられたキャリア、該キャリアを上下定盤間で回転させるためのサンギヤおよびインターナルギヤを備えている。
そして、研磨の際には、ウェーハはキャリアに保持されて上下定盤間に挟み込まれた状態で、研磨剤が上下定盤間に滴下されながら互いに逆方向に回転しつつ、キャリアも自転公転することでウェーハ表裏面が同時に研磨される。
また、仕上げ研磨においては、二次研磨と同様、片面研磨装置を用いることができる。二次研磨とは異なる研磨布を用いたり、異なる研磨剤を供給することができる。
【００２９】
なお、これらの一次研磨、二次研磨、仕上げ研磨において用いる装置自体は、例えば従来と同様のものとすることができる。
【００３０】
次に、本発明の研磨方法について説明する。本発明の研磨方法の工程の一例を図１に示す。図１に示すように、大きく分けると一次研磨、二次研磨、仕上げ研磨の３つからなっている。
【００３１】
［一次研磨について］
まず、一次研磨であるが、この工程自体は特に限定されず、例えば従来と同様の両面研磨機を用い、従来と同様の研磨条件（研磨布や研磨剤の種類、研磨荷重、上下定盤回転数、研磨時間等）でウェーハの両面研磨を施すことが可能である。所望の品質が得られるよう、適宜決定することができる。
【００３２】
［二次研磨について］
次に、二次研磨について説明する。二次研磨は、アルカリベースの研磨剤による研磨と、その後に行うリンス研磨からなっている。
【００３３】
（アルカリベースの研磨剤による研磨）
二次研磨において、最初に行うアルカリベースの研磨剤による研磨では、遊離砥粒を含有し、水溶性高分子剤を含有しない、アルカリベースの研磨剤を使用する。遊離砥粒としては、例えば、よく用いられており、比較的簡単に用意することができるコロイダルシリカを使用することができる。
【００３４】
コロイダルシリカとしては、ＢＥＴ法により平均一次粒子径が例えば３８ｎｍ程度のものを使用することができる。これはコロイダルシリカの一次粒子径が２０ｎｍよりも小さいと表面粗さは改善されるが、研磨レートが下がり生産性が悪化しやすくなる。またシリカが凝集しやすくなるため表面欠陥も増える傾向にある。一方で一次粒子径が５０ｎｍ以上であると表面粗さが悪化しやすくなる。そこでコロイダルシリカの一次粒子径は生産性と表面粗さ、表面欠陥の観点から２０ｎｍから４０ｎｍの範囲のものが好ましい。このような範囲のものを使用することで、生産性をより向上させ、表面粗さや表面欠陥の改善をより効果的に図ることができる。
【００３５】
また研磨剤のｐＨは９より低くなると、コロイダルシリカのゼータ電位が０に近づき粒子間の反発力が弱まることで凝集しやすくなる。一方でｐＨが１２よりも高くなるとコロイダルシリカが溶液中へ溶解しやすくなる。以上のことからこのアルカリベースの研磨剤のｐＨは９から１２の範囲内に収まるように調整されていることが好ましく、１０から１１の範囲で調整されることがより好ましい。ｐＨ調整はＫＯＨ溶液を添加することで実施することができる。
【００３６】
また、研磨荷重等の他の研磨条件に関しては、所望の品質に応じて、その都度決定することができる。
【００３７】
（リンス研磨）
次に、研磨剤を切り替えてリンス研磨する。このリンス研磨は２段階の研磨からなっている。水溶性高分子剤を含有する研磨剤を用いる１段階目のリンス研磨と、水溶性高分子剤の平均分子量が１段階目の研磨剤のものよりも大きい研磨剤を用いる２段階目のリンス研磨である。
なお、水溶性高分子剤は特に限定されるものではないが、例えば、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）などとすることができる。リンス研磨剤としてよく使用されているし、ウェーハの表面粗さの改善や保護を効率良く行うことができる。以下では、ヒドロキシエチルセルロースを使用する場合を例に挙げて説明する。
【００３８】
まず、１段階目のリンス研磨についてであるが、平均分子量が例えば２０万以上７０万未満のヒドロキシエチルセルロースを含有する研磨剤に切り替えて供給しつつ研磨した場合、ウェーハ表面粗さを効果的に改善できることが分かった。また、二次研磨後、仕上げ研磨後の微小欠陥数の悪化をより効果的に防ぐことができる。
【００３９】
このとき生産性を可能な限り失わせないために、研磨荷重や定盤回転数、研磨ヘッド回転数はリンス研磨剤に切り替える前のアルカリベースの研磨剤を使用時の条件と同様または±３０％の範囲内の条件下であることが好ましい。また表面粗さを改善するにあたって前記条件下で７秒以上研磨することが好ましく、１０秒以上研磨することがより好ましい。これらのような研磨条件下で１段階目のリンス研磨を行うことで、生産性、表面粗さの改善の点でより優れた結果を得ることができる。
【００４０】
その後、分子量が７０万以上１５０万以下のヒドロキシエチルセルロースを含有した研磨剤に切り替えて供給しつつ２段階目のリンス研磨を行う。このような平均分子量のものを用いれば、ヒドロキシエチルセルロースによるウェーハ表面の保護性能をより高くすることができ、ウェーハ表面の部分的なエッチング（スラリーバーン）やＤＩＣ欠陥が発生するのを効果的に防ぐことができる。
【００４１】
この際、ウェーハへの機械的作用を減らして表面欠陥を防止するために、研磨荷重と定盤回転数および研磨ヘッド回転数は、アルカリベースの研磨剤使用時の条件から３０％以上下げて（すなわち、前記アルカリベースの研磨剤による研磨使用時の条件の７０％以下の条件で）研磨することが好ましく、５０％以上下げることがより好ましい。また表面保護が目的のため研磨時間は２０秒以下であることが好ましく、１５秒以下であることがより好ましい。これにより、ヒドロキシエチルセルロースによりウェーハ表面を十分に保護させ、表面品質の悪化を防ぐことができる。
【００４２】
図２は上記の研磨方法における研磨荷重の変化を例示したものである。この例では、１段階目のリンス研磨においては、アルカリベースの研磨剤使用時と同様の条件となっており、２段階目のリンス研磨においては、アルカリベースの研磨剤使用時の５０％程度となっている。このような研磨条件とすることで、前述した効果をより一層確実に得ることができる。
【００４３】
また１段階目のリンス研磨剤には、研磨を促進するためにコロイダルシリカといった遊離砥粒を含むことが望ましいが、調査の結果、アルカリベースの研磨剤から１段階目のリンス研磨剤に研磨剤を切り替えてもアルカリベースの研磨剤中の遊離砥粒が研磨布に暫くの間残留しているため、必ずしもこの１段階目のリンス研磨剤に遊離砥粒を含む必要はない。ただし、研磨時間が３０秒以上では残留砥粒の影響がなくなるため、１段階目のリンス研磨剤にコロイダルシリカを含有しない場合は、１段階目のリンス研磨時間は３０秒以下であることが望ましい。
【００４４】
２段階目のリンス研磨剤は、ウェーハ表面保護という目的からして遊離砥粒を含む必要はないが、含んでいたとしても品質上の問題はない。含まない場合、コスト面での向上を図ることができる。
【００４５】
ここで、二次研磨等で使用する研磨布と平坦度に関して述べる。
従来においては、微小欠陥やＤＩＣ欠陥の問題に対して、一次研磨や二次研磨時における、従来のリンス研磨としてはヒドロキシエチルセルロースの平均分子量が７０万から２００万程度のリンス研磨剤を使用し、図５のようにウェーハ研磨荷重や研磨布回転数を下げて短時間研磨することで表面欠陥を増加させず、かつ良好な表面保護性能を確保することが一般的であった。
【００４６】
その一方で、その後の仕上げ研磨では表面欠陥を抑制する目的で、平均分子量が２０万以上７０万未満のヒドロキシエチルセルロースを含んだ研磨剤が使用される。さらにヒドロキシエチルセルロースによる表面保護性能を確保するために、軟質研磨布を用いてウェーハ研磨荷重を低くし、定盤回転数および研磨ヘッド回転数を低くすることで、研磨における機械的作用を減らして表面欠陥が少なくかつ良好な表面粗さを確保していた。
【００４７】
ところで、ウェーハ品質のひとつとして何度も述べてきたように表面粗さがある。表面粗さにはヘイズと呼ばれる空間波長が数ミクロン以下のものが重要視されている。これは表面欠陥検査装置においてヘイズレベルが悪いとウェーハ上の欠陥から得られる信号強度とウェーハのノイズ（ヘイズ）成分の信号強度の比（Ｓ／Ｎ比）が小さくなることで微小欠陥検出の妨げになるからである。ヘイズは例えばＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ２等で測定され、その面内全体の平均値がウェーハの代表値として使用される。
【００４８】
ところが近年ヘイズとは別に、数ミクロンから５０ミクロン程度の空間波長をもつ表面粗さがデバイス製造時の歩留まりに影響することがわかってきており注目されてきている。このような表面粗さは例えばＳｃｈｍｉｔｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ製  ＴＭＳ３０００  ＲＣにて測定され、その面内全体の平均値がウェーハの代表粗さとして使用される。この領域のウェーハ表面粗さは軟質な研磨布を使用することで改善することができ、例えば軟質な研磨布を使用する仕上げ研磨の研磨取代を増やすことで、この種のウェーハ表面粗さは改善することができるとされている。
【００４９】
しかし、このような軟質な研磨布で研磨取代を増やすと、ウェーハ外周部の取代が多くなりウェーハ平坦度が悪化してしまうといった問題がある。これは研磨荷重を受けたウェーハが軟質な研磨布内へ沈み込むことで、ウェーハ外周部が受ける研磨布からの反発力が高くなり、その結果として外周部の研磨がより促進されることが原因と考えられている。
【００５０】
前述したように、通常、二次研磨では硬質の研磨布がよく用いられており、この点、本発明の二次研磨においても同様に硬質のものを好適に用いることができる。そのような硬質の研磨布を用いる二次研磨では、アルカリベースの研磨剤による研磨の後、研磨剤を切り替えた１段階目のリンス研磨において、表面粗さ改善のためにその研磨時間を延ばしても平坦度を悪化させることがない。
このように、従来法では、軟質の研磨布を使用する仕上げ研磨の条件変化により表面粗さの改善を図るものの平坦度の悪化を招いてしまうが、本発明においては、仕上げ研磨の条件をあえて変化させる必要もない。そして一般的に硬質の研磨布が用いられる二次研磨において、平坦度を損なうことなく表面粗さの改善を図ることができる。
【００５１】
［仕上げ研磨について］
仕上げ研磨の工程自体は特に限定されず、例えば従来と同様の片面研磨装置を用い、従来と同様の研磨条件（研磨布や研磨剤の種類、研磨荷重、定盤回転数、研磨ヘッド回転数、研磨時間等）でウェーハの片面研磨を施すことが可能である。所望の品質が得られるよう、適宜決定することができる。なお、従来のように、軟質研磨布を使用する仕上げ研磨での研磨取代を増やす必要もなく、平坦度を損なうこともない。
【００５２】
以上、本発明の研磨方法について詳述してきたが、上記のようにして二次研磨をすることでウェーハ平坦度や表面欠陥を悪化させることなく二次研磨後の表面粗さを改善することが可能となる。また二次研磨後の粗さが改善する結果、仕上げ研磨条件を変更すること無く、仕上げ研磨後の表面粗さも併せて改善することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例及び比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
［実施例１−８について］
図１に示すフローに沿って、本発明の研磨方法を実施した。
被研磨物として直径３００ｍｍの半導体シリコンウェーハを用意して、まず、両面研磨機を用いて一次研磨を施した。この一次研磨の研磨条件は以下の通りである。
研磨装置は不二越機械工業製のＤＳＰ−２０Ｂを用いた。また、研磨布はアスカーＣ硬度９２の発泡ウレタン製のものを用い、スラリーは平均粒径３８ｎｍのコロイダルシリカを１．０ｗｔ％含むアルカリベースのものを用意し、ＰＨ１０．５になるようにＫＯＨ溶液で調整した。
【００５４】
次に、一次研磨を施したウェーハに対して、図３に示す研磨装置を用いて二次研磨を施した。二次研磨としては、アルカリベースの研磨剤による研磨、１段階目のリンス研磨、２段階目のリンス研磨を順に施した。研磨装置として岡本製作所製のＰＮＸ３３２Ｂを用いた。
また、これらの二次研磨で使用する研磨布は、平坦度の悪化をより効果的に防ぐためにＡｓｋｅｒ  Ｃ硬度６７の不織布タイプのものをシーズニング処理後のものを用意した。なおシーズニング方法は本発明において特に限定されるものではないが、ここではウェーハを用いて、アルカリベースの研磨剤による研磨と同じ研磨荷重、定盤および研磨ヘッド回転数、研磨剤条件で６０分間連続研磨を実施した。
【００５５】
アルカリベースの研磨剤による研磨では、研磨剤は遊離砥粒であるコロイダルシリカを含むアルカリベースのものを使用し、コロイダルシリカはＢＥＴ法により平均一次粒子径が３８ｎｍ程度のものを使用した。ｐＨ調整はＫＯＨ溶液を用いて行い、ｐＨが１０．５のものを使用した。
また、その他の研磨条件については実施例ごとに後述する。
【００５６】
リンス研磨において使用した２種類のリンス研磨剤１、２を下記の表１に示す。
１段階目のリンス研磨では、表面粗さ改善のためのリンス研磨剤１として、平均一次粒子径が３８ｎｍのコロイダルシリカを含むアルカリベースの研磨剤を用いた。コロイダルシリカ濃度は０．４ｗｔ％、ヒドロキシエチルセルロースを０．０５ｗｔ％になるように調整してある。
【００５７】
２段階目のリンス研磨では、ウェーハ表面保護用としてのリンス研磨剤２として、遊離砥粒を含まず、ヒドロキシエチルセルロースを０．０５ｗｔ％含有したものを使用した。
リンス研磨剤１、２のヒドロキシエチルセルロースの平均分子量や、その他の研磨条件については実施例ごとに後述する。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
二次研磨後には、スウェードタイプの研磨布を使用した片面研磨装置を用いて仕上げ研磨を実施した。この仕上げ研磨の研磨条件は以下の通りである。
アスカーＣ硬度６０の研磨布を使用し、スラリーは平均粒径３８ｎｍのコロイダルシリカを０．４ｗｔ％含有し、平均分子量が３０万のヒドロキシエチルセルロースを０．０５ｗｔ％含むスラリーを使用した。
【００６０】
その後、ウェーハを洗浄した後にウェーハ表面の粗さを測定した。表面粗さはＳｃｈｍｉｔｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ製  ＴＭＳ３０００  ＲＣにて測定し、ウェーハ面内全測定点の平均値をウェーハの代表粗さとして設定した。
また、微小欠陥や、ＤＩＣ欠陥は、ＫＬＡ  Ｔｅｎｃｏｒ社製のＳＰ２で測定した。
【００６１】
以下、実施例ごとの研磨条件、研磨ウェーハの品質結果についてさらに詳述するが、後述される内容以外の、二次研磨中における研磨剤を用いた際の条件、および仕上げ研磨の条件は以下の全ての実施例（および後述する比較例）において同一条件下で実施した。
なお、表２にリンス研磨での研磨条件（リンス研磨剤１、２のＨＥＣ平均分子量や、各研磨剤供給時の研磨荷重、定盤回転数、研磨ヘッド回転数、研磨時間）と研磨ウェーハの品質結果をまとめた。
【００６２】
（実施例１）
二次研磨における、アルカリベースの研磨剤を用いた主たる研磨における定盤回転数を３０ｒｐｍ、ヘッド回転数を３０ｒｐｍ、ウェーハ研磨荷重を１５ｋＰａ、アルカリベースの研磨剤を１０００ｍｌ／ｍｉｎの条件下で６０秒研磨した。
その後、研磨剤のみを平均分子量が３０万のヒドロキシエチルセルロースを含むリンス研磨剤１に切り替えて２０秒間研磨した。
さらにその後、定盤回転数、ヘッド回転数をそれぞれ１５ｒｐｍ、１５ｒｐｍとし、ウェーハ荷重を７ｋＰａにした状態で、平均分子量が１００万のヒドロキシエチルセルロースを含むリンス研磨剤２に切り替えて１０秒間研磨した。
その結果、仕上げ研磨後での表面粗さは１．２９Åとなり、満足する結果が得られた。また微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は共に満足する結果が得られた。
【００６３】
（実施例２）
リンス研磨剤１の条件を表２で示した条件、すなわちヒドロキシエチルセルロースの平均分子量を２０万にした以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、表面粗さ、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は、いずれも満足する結果が得られた。
【００６４】
（実施例３）
リンス研磨剤１の条件を表２で示した条件、すなわちヒドロキシエチルセルロースの平均分子量を６０万にした以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、表面粗さ、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は、いずれも満足する結果が得られた。
【００６５】
（実施例４）
リンス研磨剤２の条件を表２で示した条件、すなわちヒドロキシエチルセルロースの平均分子量を７０万にした以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、表面粗さ、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は、いずれも満足する結果が得られた。
【００６６】
（実施例５）
リンス研磨剤２の条件を表２で示した条件、すなわちヒドロキシエチルセルロースの平均分子量を１５０万にした以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、表面粗さ、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は、いずれも満足する結果が得られた。
【００６７】
（実施例６）
リンス研磨剤１の条件を表２で示した条件、すなわち定盤回転数およびヘッド回転数をそれぞれ２５ｒｐｍにしたこと以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、表面粗さ、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は、いずれも満足する結果が得られた。
【００６８】
（実施例７）
リンス研磨剤１の条件を表２で示した条件、すなわちヒドロキシエチルセルロースの平均分子量を２０万にし、定盤回転数およびヘッド回転数をそれぞれ３５ｒｐｍ、研磨時間を１５秒にし、またリンス研磨剤２の条件を、ヒドロキシエチルセルロースの平均分子量を７０万にし、研磨荷重５ｋＰａ、定盤回転数およびヘッド回転数をそれぞれ２０ｒｐｍにしたこと以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、表面粗さ、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は、いずれも満足する結果が得られた。
【００６９】
（実施例８）
リンス研磨剤１の条件を表２で示した条件、すなわち研磨荷重を１２ｋＰａ、研磨時間を３０秒にし、またリンス研磨剤２の条件を、研磨荷重５ｋＰａ、定盤回転数およびヘッド回転数をそれぞれ２０ｒｐｍにしたこと以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、表面粗さ、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は、いずれも満足する結果が得られた。
【００７０】
［比較例１−５について］
実施例１と同様の半導体シリコンウェーハを用意し、実施例１と同様の条件で一次研磨を施した。その後、各比較例において、表２に示すようにして二次研磨を施した。二次研磨での詳細な条件については後述する。その後、実施例１と同様の条件で仕上げ研磨を行った。
そして、実施例１と同様に、ウェーハを洗浄した後にウェーハ表面の粗さ、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥の評価を行った。
【００７１】
（比較例１）
比較例１は、表２に示すように、二次研磨剤による研磨の後、リンス研磨剤１による研磨を省略したこと以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、仕上げ研磨後における表面粗さは１．６３Åであり、実施例と比べると悪い結果となった。また、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は共に満足する結果が得られた。
【００７２】
（比較例２）
リンス研磨剤２の条件を表２で示した条件、すなわちリンス研磨剤１による研磨を省略し、研磨荷重を１５ｋＰａ、定盤回転数、ヘッド回転数をそれぞれ３０ｒｐｍ、研磨時間を２０秒にしたこと以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、仕上げ研磨後における表面粗さは１．３３Åであり、満足する結果になったが、微小欠陥は悪化した。またＤＩＣ欠陥数も微増した。
【００７３】
（比較例３）
リンス研磨剤１の条件を表２で示した条件、すなわち研磨荷重を７ｋＰａ、定盤回転数、ヘッド回転数をそれぞれ１５ｒｐｍで１０秒間研磨し、リンス研磨剤２による研磨を省略したこと以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、仕上げ研磨後の表面粗さは１．６１Åであり、実施例と比べて悪化した。微小欠陥は満足する結果が得られたが、ＤＩＣ欠陥数は悪化した結果となった。
【００７４】
（比較例４）
表２に示すように、リンス研磨剤２の研磨を省略したこと以外は実施例１と同じ条件で研磨を実施し、ウェーハの品質を評価した。
その結果、仕上げ研磨後の表面粗さは１．３２Åとなった。また微小欠陥は満足する結果が得られたが、ＤＩＣ欠陥は実施例と比べて悪化した。
【００７５】
（比較例５）
リンス研磨剤１、２の条件を表２で示した条件、すなわちリンス研磨剤１のヒドロキシエチルセルロースの平均分子量を１００万にし、リンス研磨剤２のヒドロキシエチルセルロースの平均分子量を３０万にしたこと以外は実施例１と同じ条件である。
その結果、仕上げ研磨後の表面粗さは１．３２Åとなり実施例と同等の品質が得られたが、微小欠陥、ＤＩＣ欠陥は共に実施例と比べて悪化した結果となった。
【００７６】
【表２】
2019021719.tif 000004
【００７７】
前述したように、また表２に示すように、各実施例では表面粗さは改善し、また表面の微小欠陥やＤＩＣ欠陥については満足する結果が得られている。また、各実施例において、平坦度が悪化することもなかった。
【００７８】
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】
【００７９】
１…研磨装置、  ２…定盤、  ３…研磨ヘッド、  ４…研磨剤供給機構、
５…研磨布、  ６…回転シャフト、  ７…研磨剤、
Ｗ…半導体シリコンウェーハ。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月22日(2018.6.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
この際、ウェーハへの機械的作用を減らして表面欠陥を防止するために、研磨荷重と定盤回転数および研磨ヘッド回転数は、アルカリベースの研磨剤使用時の条件から３０％以上下げて（すなわち、前記アルカリベースの研磨剤による研磨時の条件の７０％以下の条件で）研磨することが好ましく、５０％以上下げることがより好ましい。また表面保護が目的のため研磨時間は２０秒以下であることが好ましく、１５秒以下であることがより好ましい。これにより、ヒドロキシエチルセルロースによりウェーハ表面を十分に保護させ、表面品質の悪化を防ぐことができる。