(57)【要約】【課題】片面研磨工程において、シリコンウェーハ表面へのウォーターマーク欠陥の発生を低減し得る、シリコンウェーハの研磨方法を提供する。【解決手段】粗研磨用研磨液２２４を粗研磨用研磨布２２３の研磨面に供給しながら、ウェーハＷの表面を研磨する第一研磨工程と、前記第一研磨工程に引き続いて、前記第一研磨工程を終えた後の前記粗研磨用研磨布２２３に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液２２５を供給して、前記ウェーハＷの被研磨面に前記保護膜形成溶液２２５を接触させ、前記被研磨面に保護膜Ｗ１を形成する保護膜形成工程と、仕上げ研磨用研磨液を前記粗研磨用研磨布２２３とは異なる仕上げ研磨用研磨布の研磨面に供給しながら、前記ウェーハＷの保護膜の形成面を研磨する第二研磨工程とを備える。【選択図】図１０
2016051763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水溶性高分子を含まず、かつ砥粒を含むアルカリ性水溶液を主剤とする研磨液を研磨布に供給しながら、シリコンウェーハの片側表面を研磨する第一研磨工程と、
前記第一研磨工程に引き続いて、
前記第一研磨工程を終えた後の前記研磨布に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液を供給して、前記シリコンウェーハの前記第一研磨工程で研磨された被研磨面に前記保護膜形成溶液を接触させ、前記被研磨面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、
水溶性高分子を含み、かつ砥粒を含むアルカリ性水溶液を主剤とする研磨液を前記第一研磨工程で使用した研磨布とは異なる研磨布に供給しながら、前記シリコンウェーハの前記保護膜形成工程で形成された保護膜の形成面を研磨する第二研磨工程と
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】
請求項１に記載のシリコンウェーハの研磨方法において、
前記保護膜形成溶液の水溶性高分子濃度が１０ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下である
ことを特徴とするシリコンウェーハの研磨方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のシリコンウェーハの研磨方法において、
前記保護膜形成溶液に使用される水溶性高分子が、セルロース構造を持つ高分子化合物又はノニオン性高分子化合物である
ことを特徴とする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する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シリコンウェーハの表面を研磨する方法としては、シリカ粒子などの砥粒をアルカリ性水溶液中に含有させた研磨液を供給しながら、シリコンウェーハと、研磨布とを相対的に回転させて行うＣＭＰ（化学的機械的研磨）が一般的である。ＣＭＰは、砥粒による機械的研磨作用と、アルカリ性水溶液による化学的研磨作用とを複合させた技術である。上記２つの研磨作用を複合させることで、シリコンウェーハの表面に対して高い平坦度が得られることが知られている。このシリコンウェーハのＣＭＰ処理は、通常、両面研磨工程から片面研磨工程へと複数の段階を経て研磨が行われる。
【０００３】
両面研磨工程は、所望とする厚みまでシリコンウェーハを研磨することを目的に行われる。具体的には、ポリウレタンなどの硬質の研磨用研磨布を用いて研磨速度が比較的速い条件で、シリコンウェーハの表裏面を同時に研磨する。この両面研磨により、研磨後のシリコンウェーハ厚さのバラツキを小さくするように平坦化されるとともに、ナノトポグラフィーのようなウネリ成分が除去される。
片面研磨工程では、両面研磨されたシリコンウェーハの片側表面の粗さを改善することを目的に行われる。具体的には、スエードのような軟質の研磨布及び微小サイズの砥粒を使用して、ナノトポグラフィーやヘイズといったシリコンウェーハ表面上の微小な面粗さ（マイクロラフネス）を低減するように片面研磨が行われる。この片面研磨工程では、研磨布の種類、研磨液中の砥粒サイズやアルカリ濃度を変更しながら、複数段階に分けて研磨処理が行われる。
【０００４】
この片面研磨工程に関する技術として、シリコンウェーハ表面のヘイズを改善することを目的に、アルカリ性シリカと、水溶性高分子と、環状有機化合物とを含む、シリコンウェーハの鏡面研磨に使用される研磨剤と、それを用いたシリコンウェーハの研磨方法が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５３２１４３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１でも報告されているように、片面研磨工程において、シリコンウェーハ表面のヘイズレベルを低減させることを目的に、研磨液中に水溶性高分子を添加させることが一般的に行われている。
ところで、両面研磨工程を経たシリコンウェーハの表層部には、両面研磨加工時のメカニカル作用により導入された加工ダメージ（歪）が残存している。このため、次の片面研磨工程において、この加工ダメージを除去するように研磨する必要がある。しかし、研磨液中に水溶性高分子が添加されていると、研磨速度（研磨レート）が大きく低下するため、加工ダメージを除去するために、多大な時間と工数がかかる問題がある。
【０００７】
上記問題については、両面研磨工程を経たシリコンウェーハに対して行う１回目の片面研磨処理（以下、粗研磨ともいう）において、研磨液中に水溶性高分子を添加せずに研磨することにより研磨速度を低下させることなく加工ダメージを除去することができる。また、続く２回目以降の片面研磨処理（以下、仕上げ研磨ともいう）において、研磨液に水溶性高分子を添加して研磨することにより所望とする表面粗さに研磨することができる。
ところが、本発明者の実験によれば、上記の粗研磨及び仕上げ研磨により作製されたシリコンウェーハは、そのウェーハ表面にエピタキシャル成長処理を施した場合、作製されたエピタキシャルシリコンウェーハの表面に４５ｎｍサイズ以下の微小ＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｐｏｉｎｔ  Ｄｅｆｅｃｔ）が多発する問題があることが判明した。また、本発明者は、後述するように、粗研磨後にシリコンウェーハ表面にウォーターマーク欠陥が発生し、このウォーターマーク欠陥がエピタキシャルシリコンウェーハの微小ＬＰＤの発生原因であることを知見した。
本発明の目的は、片面研磨工程において、シリコンウェーハ表面へのウォーターマーク欠陥の発生を低減し得る、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】
【０００８】
本発明者は、エピタキシャルシリコンウェーハの表面に微小ＬＰＤが発生する原因を鋭意検討した。
この原因調査として、表面に微小ＬＰＤを有するエピタキシャルシリコンウェーハについて、ＬＰＤのマップ観察をするとともに、ＬＰＤの実体観察を原子間力顕微鏡（Atomic Force Microscope；ＡＦＭ）にて実施した。また、ウェーハ欠陥検査装置（レーザーテック社製；Ｍａｇｉｃｓ）及びＡＦＭを用いて実体観察を行い、ＬＰＤの欠陥分類を行った。
図１はエピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察されたＬＰＤマップであり、エピタキシャルシリコンウェーハの表面には、微小ＬＰＤが多数点在していることがわかる。
図２はエピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察されたＬＰＤの欠陥分類結果を示すグラフであり、ＳＦ（スタッキング・フォルト）欠陥やヒロックなどの一般的なエピタキシャル欠陥に比べて、微小な凹欠陥の個数が多いことがわかる。
図３はエピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察された微小凹欠陥のＡＦＭ像を示す図であり、図４は図３のＡ−Ｂ間における最表面の高低差を示す図である。図３及び図４から明らかなように、エピタキシャルシリコンウェーハの表面で観察される微小凹欠陥の実体は、外縁部がリング状に盛り上がった、直径約２６μｍ、高さ約１５ｎｍ程度のクレーター状の微小凹欠陥であった。
これらの結果から、この微小凹欠陥が微小ＬＰＤの個数レベルを決定していると推察される。
【０００９】
次に、エピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察された微小凹欠陥の発生原因について調査した。具体的には、エピタキシャル成長処理を行う前のシリコンウェーハ表面を表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ−２）を用いて、ＤＩＣモードで段差３ｎｍ以上の欠陥が観察された座標位置と、エピタキシャルシリコンウェーハ表面で微小凹欠陥が観察された座標位置を比較したところ、両者の欠陥発生位置はほぼ一致することが確認された。
このため、シリコンウェーハ表面で観察された欠陥部位をＡＦＭを用いて実体観察を行った。その結果を図５に示す。図６は図５のＣ−Ｄ間における最表面の高低差を示す図である。図５及び図６から明らかなように、エピタキシャルシリコンウェーハ表面で観察された微小凹欠陥と同様に、シリコンウェーハの表面で観察される微小凹欠陥の実体は、外縁部がリング状に盛り上がった、直径約２０μｍ、高さ約２２ｎｍ程度のクレーター状の欠陥（以下、ウォーターマーク欠陥という）であることが確認された。
このシリコンウェーハ表面で観察されるウォーターマーク欠陥は、そのリング形状の中心部が外周部より薄いことから、ウォーターマーク欠陥の形成時の反応にエッチングを伴っていると推察される。すなわち、シリコンウェーハ表面で発生するウォーターマーク欠陥は、シリコンウェーハの表面上にアルカリなどの水溶液が水滴として存在し、このアルカリ成分によってウェーハの表面がエッチングされながら、空気中の酸素が水滴に入り込み、この酸素との反応で、反応塩が生成する現象により生じているものと推察される。
【００１０】
この現象が発生し得る工程としては、片面研磨工程において、粗研磨から仕上げ研磨へとシリコンウェーハが移送される空中搬送時にウォーターマーク欠陥が発生していることが確認された。
おそらく、片面研磨の粗研磨工程終了後のシリコンウェーハの表面に、研磨スラリー成分が含まれる水滴が残存することによって、ウォーターマーク欠陥が形成されていると考えられる。
【００１１】
図７に、ウォーターマーク欠陥の推定発生メカニズムを示す。なお、図７の下段は、上段と対応する、シリコンウェーハの表層部分における部分拡大図である。
片面研磨工程における粗研磨終了後は、シリコンウェーハの被研磨面には、粗研磨で使用した研磨スラリーが残渣として存在している。また、この被研磨面は、疎水性である。このため、図７（Ａ）の上段に示すように、被研磨面には研磨スラリーを含む水滴が形成されている。図７（Ａ）の下段に示すように、この水滴には、研磨スラリー起因のアルカリ成分（図では、Ｋ＋、ＯＨ−と表記）が存在している。また、シリコンウェーハの表層において、水滴に接触している部分では、表層部分のシリコン（図では、Ｓｉと表記）が溶け出し、水滴中に取り込まれる。そして、粗研磨が終了し、次工程の仕上げ研磨へと至るにあたって、研磨ヘッドを上昇させた状態では、水滴には、空気中に存在する酸素（図では、Ｏ２と表記）が取り込まれる。
【００１２】
次に、粗研磨終了後のシリコンウェーハは、研磨ヘッドに貼りつけられたまま乾燥状態で空中搬送され、次工程の仕上げ研磨へと移送される（図７（Ｂ）の上段）。
この空中搬送中に、水滴中のＫＯＨにより、水滴が付着している部分の被研磨面のＳｉがエッチングされ、このエッチング反応によりＫ２ＳｉＯ３やＨ２ＳｉＯ３が生成される。また、水滴は、空中搬送中に蒸発する。このため、生成したＫ２ＳｉＯ３やＨ２ＳｉＯ３は、水滴が存在していた外周部に、堆積するように残留する（図７（Ｂ）の下段）。
そして、仕上げ研磨において、シリコンウェーハの被研磨面が仕上げ研磨される（図７（Ｃ）の上段）。この仕上げ研磨では、少ない取り代での研磨であるため、空中搬送中に形成されたウォーターマークは除去されず、仕上げ研磨終了後のシリコンウェーハの表面には、クレーター状のウォーターマーク欠陥が残存する（図７（Ｃ）の下段）。
なお、本発明において、ウォーターマーク欠陥は、表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ−２）を用いて、ＤＩＣモードでシリコンウェーハの表面で観察される段差３ｎｍ以上の欠陥をＡＦＭで実体観察を行った場合に、少なくとも、高さが約１０ｎｍ、直径が約１０μｍの大きさを有するリング形状の欠陥と定義する。
【００１３】
上記のように、エピタキシャルシリコンウェーハの表面に微小ＬＰＤが発生する原因は、片面研磨工程の粗研磨から仕上げ研磨へと至る、シリコンウェーハの空中搬送中に形成されるウォーターマーク欠陥に起因することを見出した。
本発明は、上述のような知見に基づいて完成されたものである。
【００１４】
すなわち、本発明のシリコンウェーハの研磨方法は、水溶性高分子を含まず、かつ砥粒を含むアルカリ性水溶液を主剤とする研磨液を研磨布に供給しながら、シリコンウェーハの片側表面を研磨する第一研磨工程と、前記第一研磨工程に引き続いて、前記第一研磨工程を終えた後の前記研磨布に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液を供給して、前記シリコンウェーハの前記第一研磨工程で研磨された被研磨面に前記保護膜形成溶液を接触させ、前記被研磨面に保護膜を形成する保護膜形成工程と、水溶性高分子を含み、かつ砥粒を含むアルカリ性水溶液を主剤とする研磨液を前記第一研磨工程で使用した研磨布とは異なる研磨布に供給しながら、前記シリコンウェーハの前記保護膜形成工程で形成された保護膜の形成面を研磨する第二研磨工程とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、第一研磨工程に引き続いて実施する保護膜形成工程において、シリコンウェーハの被研磨面に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液を接触させる。これにより、第一研磨工程後のシリコンウェーハの被研磨面に保護膜を形成する。
この保護膜は、粗研磨としての第一研磨工程から、仕上げ研磨としての第二研磨工程に至るシリコンウェーハの空中搬送中に、被研磨面を空気中の酸素から保護する。また、粗研磨後は、使用した研磨液が被研磨面に残留しているが、保護膜は、この研磨液に含まれるアルカリ成分によるエッチングを抑制するエッチングストッパーとして機能する。
このように、被研磨面が空気中に曝されることを防ぐため、被研磨面と空気中の酸素との反応が抑制される。また、残留する研磨液中のアルカリ成分によって被研磨面がエッチングされることがない。このため、片面研磨工程において、粗研磨から仕上げ研磨へとシリコンウェーハを移送する空中搬送時におけるウォーターマーク欠陥の発生を低減できる。結果として、エピタキシャルシリコンウェーハを製造した後の、ウォーターマーク欠陥を起因とする微小凹欠陥を低減できる。
【００１６】
一般的に、片面研磨工程では両面研磨工程で使用する研磨布よりも軟質の研磨布が使用される。このため、シリコンウェーハが研磨布内に沈み込んだ状態で研磨が進行することから、ウェーハ外周部において研磨布が元に戻ろうとする反力の作用が大きくなり、エッジロールオフと呼ばれるウェーハの外周だれを生じる問題がある。
粗研磨の初期時は、研磨による発熱はウェーハ中心部で高く、外周部で低いことから、粗研磨を行う前のウェーハ表面に存在する自然酸化膜は、発熱性の高いウェーハの中心部に存在する自然酸化膜から先に除去され、ウェーハの外周部の自然酸化膜は遅れて除去される傾向がある。
保護膜形成工程では粗研磨用研磨布の研磨面に、水溶性高分子を含む保護膜形成溶液を供給して被研磨面に保護膜を形成していることから、粗研磨用研磨布に水溶性高分子が残留する。このため、次サイクルの第一研磨工程では、粗研磨用研磨布に水溶性高分子が残留した状態で粗研磨が行われる。この場合、水溶性高分子により、シリコンウェーハ表面の自然酸化膜の除去能が低下することになる。
したがって、水溶性高分子が残留する粗研磨用研磨布による粗研磨では、自然酸化膜の除去能が低下するため、ウェーハ表面の自然酸化膜の除去が遅れるほど、ウェーハの外周部の研磨量が抑制される。すなわち、本発明の研磨方法を適用することで、次サイクル以降の粗研磨において、シリコンウェーハのエッジロールオフ量を低減することができる。
【００１７】
本発明では、前記保護膜形成溶液の水溶性高分子濃度が１０ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下であることが好ましい。
本発明によれば、保護膜形成工程における保護膜形成溶液の水溶性高分子濃度が上記範囲内であれば、シリコンウェーハの被研磨面に、ウォーターマーク欠陥の発生を抑制することが可能な程度の膜厚で保護膜を形成できる。また、上記濃度範囲であれば、粗研磨用研磨布への水溶性高分子の残留も少なく、粗研磨に影響を与えるほどではないため、次サイクルの粗研磨においても研磨レートを極端に低下させることもない。更に、上記濃度範囲であれば、保護膜形成工程でシリコンウェーハの被研磨面に形成される保護膜の厚みは数百Å（数十ｎｍ）程度であり、次の仕上げ研磨において短時間でウェーハ表面の保護膜を除去することができる。
【００１８】
また、本発明では、前記保護膜形成溶液に使用される水溶性高分子は、セルロース構造を持つ高分子化合物又はノニオン性高分子化合物であることが好ましい。具体的には、セルロース構造を持つ高分子化合物としては、例えば、ヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。また、ノニオン性高分子化合物としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンオキシドなどが挙げられ、これら高分子化合物のうち１種もしくは複数種を含有させてもよい。このような水溶性高分子を使用することで、シリコンウェーハの被研磨面に保護膜を容易に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】エピタキシャルシリコンウェーハの表面における、ＬＰＤマップを示す図。
【図２】エピタキシャルシリコンウェーハの表面に存在する微小ＬＰＤの欠陥分類結果を示す図。
【図３】エピタキシャルシリコンウェーハの表面に存在する、直径２６μｍ、高さ１５ｎｍの微小凹欠陥のＡＦＭ像を示す図。
【図４】図３のＡ−Ｂ間における最表面の高低差を示す図。
【図５】シリコンウェーハの表面に存在する、直径２０μｍ、高さ２２ｎｍのウォーターマーク欠陥のＡＦＭ像を示す図。
【図６】図５のＣ−Ｄ間における最表面の高低差を示す図。
【図７】ウォーターマーク欠陥の推定発生メカニズムを示す図。
【図８】本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体を表す平面図。
【図９】前記一実施形態における研磨装置の一部を切り欠いた側面図。
【図１０】本実施形態における保護膜形成プロセスを示す図。
【図１１】実施例１,２及び比較例１のエピタキシャルシリコンウェーハの表面における微小ＬＰＤ数を示す図。
【図１２】実施例１,２及び比較例１のシリコンウェーハの表面粗さＲａを示す図。
【図１３】実施例１のエピタキシャルシリコンウェーハの表面における、ＬＰＤマップを示す図。
【図１４】実施例２のエピタキシャルシリコンウェーハの表面における、ＬＰＤマップを示す図。
【図１５】比較例１のエピタキシャルシリコンウェーハの表面における、ＬＰＤマップを示す図。
【図１６】実施例３の水溶性高分子濃度とウォーターマーク欠陥の個数との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
［ウェーハの研磨装置の構成］
図８は、本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体を表す平面図である。図９は、この一実施形態における研磨装置の一部を切り欠いた側面図である。
図８に示すように、研磨装置１は、研磨スラリーを用いてウェーハＷの表面を複数段階的に研磨する装置である。具体的には、研磨装置１は、ウェーハＷの粗研磨処理、この粗研磨処理よりも細かい粗さで研磨する第１仕上げ研磨処理、この第１仕上げ研磨よりも細かい粗さで研磨する第２仕上げ研磨処理を実施する装置である。また、本実施形態では、仕上げ研磨処理を第１仕上げ研磨処理及び第２仕上げ研磨処理の２段階としたが、仕上げ研磨処理を１段階で行う構成でもよい。
この研磨装置１は、図８に示すように、箱状の筐体２０に設けられた研磨処理部２と、この研磨処理部２の上方に設けられたウェーハ保持回転部３と、このウェーハ保持回転部３に設けられた研磨ヘッド４とを備えている。
【００２１】
研磨処理部２では、研磨ヘッド４の洗浄や、ウェーハＷの研磨やリンスなどが適宜行われる。この研磨処理部２は、筐体２０の上面の外縁方向に沿って配置された、洗浄部２１と、粗研磨部２２と、第一仕上げ研磨部２３と、第二仕上げ研磨部２４とを備えている。なお、粗研磨部２２、第一仕上げ研磨部２３、及び、第二仕上げ研磨部２４は、同様の構成を有しているため、粗研磨部２２について詳細に説明し、第一仕上げ研磨部２３及び第二仕上げ研磨部２４については説明を簡略化する。
【００２２】
＜洗浄部２１＞
洗浄部２１には、ウェーハＷが適宜載置される。このウェーハＷは、研磨ヘッド４に保持されて粗研磨部２２などで研磨される。また、洗浄部２１には、研磨されたウェーハＷが研磨ヘッド４により載置される。このウェーハＷは、外部に適宜搬送される。更に、洗浄部２１では、この洗浄部２１の上方に位置する研磨ヘッド４の洗浄が適宜行われる。
＜粗研磨部２２＞
粗研磨部２２は、図８及び図９に示すように、筐体２０内に設けられた定盤回転駆動手段２２１と、この定盤回転駆動手段２２１の回転軸に設けられた円板状の粗研磨用定盤２２２と、図示しない、粗研磨用研磨液供給部と、保護膜形成溶液供給部とを備えている。
粗研磨用定盤２２２の上面には、粗研磨用研磨布２２３が設けられている。粗研磨用研磨液供給部は、粗研磨用研磨布２２３の研磨面に、粗研磨用研磨液を適宜供給する。保護膜形成溶液供給部は、粗研磨用研磨布２２３の研磨面に、保護膜形成溶液を適宜供給する。
【００２３】
＜第一仕上げ研磨部２３＞
第一仕上げ研磨部２３は、定盤回転駆動手段２３１と、第一仕上げ研磨定盤２３２と、第一仕上げ研磨用研磨布２３３の研磨面に第一仕上げ研磨用研磨液を供給する第一仕上げ研磨用研磨液供給部と、リンス液供給部とを備える。
＜第二仕上げ研磨部２４＞
第二仕上げ研磨部２４は、定盤回転駆動手段２４１と、第二仕上げ研磨定盤２４２と、第二仕上げ研磨用研磨布２４３の研磨面に第二仕上げ研磨用研磨液を供給する第二仕上げ研磨用研磨液供給部と、リンス液供給部とを備える。
【００２４】
ウェーハ保持回転部３は、ウェーハＷを保持して回転させるとともに、ウェーハＷを洗浄部２１、粗研磨部２２、第一仕上げ研磨部２３、第二仕上げ研磨部２４に順次空中搬送が可能に構成されている。そして、ウェーハ保持回転部３は、筐体２０内に配置された支持体スピンドル３１と、この支持体スピンドル３１の回転軸に設けられた平面視で略十字型の箱状の支持体３２と、を備えている。支持体３２の十字状の各先端には、研磨ヘッド４がそれぞれ２個ずつ設けられている。また、支持体３２の内部には、研磨ヘッド４をそれぞれ回転させるヘッド回転駆動手段３３が設けられている。
なお、粗研磨部２２では、定盤回転駆動手段２２１とヘッド回転駆動手段３３とにより、回転駆動手段が構成されている。また、第一仕上げ研磨部２３は、定盤回転駆動手段２３１とヘッド回転駆動手段３３との組合せ、第二仕上げ研磨部２４は、定盤回転駆動手段２４１とヘッド回転駆動手段３３との組合せにより、それぞれ回転駆動手段が構成されている。
【００２５】
［ウェーハの研磨装置の作用］
次に、上述の研磨装置１の作用として、ウェーハＷの研磨方法について説明する。
まず、支持体３２を下降させ、研磨ヘッド４のウェーハチャック（図示略）で洗浄部２１上のウェーハＷを吸引保持する。次に、支持体３２を上昇させた後、支持体３２を９０°回転させて、ウェーハＷを保持している研磨ヘッド４を粗研磨部２２の上方に位置させる。
【００２６】
＜第一研磨工程＞
研磨ヘッド４をヘッド回転駆動手段３３で回転させながら支持体３２を下降させる。そして、粗研磨用研磨布２２３に粗研磨用研磨液２２４を供給し、かつ、回転している粗研磨用研磨布２２３の研磨面に、研磨ヘッド４で保持しているウェーハＷを接触させる。これにより、図１０（Ａ）に示すように、粗研磨用研磨液２２４の存在下、ウェーハＷが粗研磨用研磨布２２３に押し付けられた状態で粗研磨が行われる。
粗研磨用研磨布２２３は、ベロアタイプやスエードタイプのものを採用することができ、研磨レートを高める観点からは、比較的、硬度の高いものを選択することが望ましい。
第一研磨工程は、片面研磨工程における粗研磨工程に相当し、ウェーハＷの表面に形成された自然酸化膜を除去し、ウェーハＷの表面部の加工ダメージを除去することを目的として実施される。研磨レートを高めるために、第一研磨工程で使用される粗研磨用研磨液２２４には、砥粒が含まれる。砥粒としては、コロイダルシリカ、セリア、ダイヤモンド、アルミナなどが挙げられる。
【００２７】
また、粗研磨用研磨液２２４は水溶性高分子を含まない。水溶性高分子は研磨レートを大きく低下させる作用があるため、高い研磨レートが要求される粗研磨用研磨液２２４に水溶性高分子を含有させることは適さない。ただし、粗研磨後のウェーハＷの被研磨面に保護膜Ｗ１が形成されず、研磨レートに支障を来たさない濃度範囲内であれば、砥粒の凝集を抑制するために、若干の水溶性高分子を含有させてもよい。
粗研磨用研磨液２２４は、アルカリ液を主剤とする、ｐＨ８〜ｐＨ１３に調整されたアルカリ性水溶液を用いることが望ましい。アルカリ剤としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化テトラメチルアンモニウム、ピペラジンが代表的なものであるが、その他、炭酸アンモニウム水溶液、その他特定アミンが添加されたアルカリ性水溶液などを例示できる。
第一研磨工程におけるその他の研磨条件としては、研磨時間、研磨ヘッド４の回転数、ウェーハＷの接触圧などが挙げられるが、所望とする研磨量に応じて適宜設定すればよい。
第一研磨工程の終了後は、粗研磨用研磨液２２４の供給を停止する。
【００２８】
＜保護膜形成工程＞
次いで、上記第一研磨工程に引き続いて、保護膜形成工程を実施する。この保護膜形成工程は、従来、粗研磨から仕上げ研磨へと至る際に、ウェーハＷの被研磨面に発生していたウォーターマーク欠陥を抑制するために実施される。
図８に戻って、保護膜形成工程では、第一研磨工程を終えた後、粗研磨用研磨布２２３の研磨面とウェーハＷの被研磨面とを接触させた状態で、粗研磨用研磨布２２３の研磨面に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液を供給する。これにより、図１０（Ｂ）に示すように、ウェーハＷの被研磨面に保護膜形成溶液２２５を接触させる。この接触によって、ウェーハＷの被研磨面に保護膜Ｗ１が形成される。
【００２９】
保護膜形成工程を実施するにあたって、第一研磨工程の終了後に、支持体３２を上昇させ、粗研磨用研磨布２２３からウェーハＷの被研磨面を引き離した場合、ウェーハＷの被研磨面は空気中に対して露出することになる。この被研磨面には、ダングリングボンドが存在するため、粗研磨部２２とは異なる、第一仕上げ研磨部２３などの研磨ステージへと空中搬送する際に、空気中の浮遊パーティクルからの汚染や、酸素との反応により、ウェーハＷの表面にウォーターマーク欠陥が形成されてしまう。ここで形成されたウォーターマーク欠陥は、エピタキシャル成長させると微小凹欠陥となり、最終的に微小ＬＰＤとして検出される問題がある。
そこで、保護膜形成工程は、ウェーハＷの被研磨面の空気中への露出を極力避けるために、第一研磨工程を実施した研磨ステージと同一ステージとなる、粗研磨用研磨布２２３上で行われることが好ましい。
また、保護膜形成溶液をウェーハＷの被研磨面に接触させる際、ウェーハＷと研磨ステージは回転させながら接触させてもよく、停止させた状態で接触させてもよい。ウェーハＷの中心部に対応する位置まで確実に保護膜形成溶液を到達させて保護膜Ｗ１を形成する観点からは、ウェーハＷと研磨ステージ（粗研磨用研磨布２２３）とを互いに逆方向に回転させながら、保護膜形成溶液をウェーハＷの被研磨面に接触させることが望ましい。また、ウェーハＷを粗研磨用研磨布２２３に押し付けるように加圧しながらウェーハＷと研磨ステージの双方を回転させた場合は、保護膜形成溶液中のアルカリ成分によるエッチング作用と、粗研磨用研磨布２２３によるエッチング残渣物の除去作用とにより、粗研磨後のウェーハＷの被研磨面が研磨されることになる。すなわち、保護膜形成工程においては、砥粒を含まない状態でウェーハＷの被研磨面の研磨が進行するため、第一研磨工程（粗研磨）において砥粒起因で生じたウェーハＷの被研磨面の加工傷を除去することができ、かつ研磨後のウェーハＷの被研磨面に所定の保護膜Ｗ１が形成される。
【００３０】
＜保護膜形成溶液２２５＞
保護膜形成溶液２２５に含まれる水溶性高分子は、セルロース構造を持つ高分子化合物又はノニオン性高分子化合物を使用することが好ましい。セルロース構造を持つ高分子化合物としては、ヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。ノニオン性高分子化合物としては、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンオキシドなどが挙げられる。また、水溶性高分子は、直鎖状であって、一端が疎水基、他端が親水基のミセル状に形成されていることが好ましい。
水溶性高分子濃度は、１０ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下の範囲内が好ましい。１０ｐｐｍ未満では、ウェーハＷの被研磨面に保護膜形成溶液２２５を接触させても、ウェーハＷの被研磨面に所望の効果が得られる程度に、保護膜Ｗ１が形成されないおそれがある。この場合、ウェーハＷの被研磨面にウォーターマーク欠陥が形成されるおそれがある。
他方、３０ｐｐｍを超えると、ウェーハＷの被研磨面に形成される保護膜Ｗ１の厚みが厚くなり過ぎてしまい、その後に行う第二研磨工程において、保護膜Ｗ１を除去するための研磨時間が増大するおそれがある。
【００３１】
保護膜形成溶液２２５は、アルカリ液を主剤とすることが好ましい。
粗研磨直後は、粗研磨用研磨布２２３とウェーハＷの被研磨面との間には、粗研磨用研磨液２２４が存在している。このため、粗研磨用研磨液２２４が残存しているところに保護膜形成溶液２２５を供給することになるが、保護膜形成溶液２２５に、アルカリ成分を使用しない場合、粗研磨用研磨液２２４と、保護膜形成溶液２２５とでは、大きなｐＨ差が生じることになる。このような大きなｐＨ差があると、粗研磨用研磨布２２３とウェーハＷの被研磨面との間に、存在している成分が凝集し、この凝集成分によって、ウェーハＷの被研磨面に傷を生じさせてしまうおそれがある。このため、保護膜形成溶液２２５は、例えば、アミンなどのアルカリ成分を微量添加することで、ｐＨ調整することが好ましい。この場合、保護膜形成溶液２２５のｐＨが１０〜１１の範囲内に調整可能であれば、特にアルカリ成分の種類は制限されない。
なお、上述の通り、保護膜形成工程では、砥粒を含まない状態でウェーハＷの被研磨面の研磨を進行させることで、第一研磨工程における砥粒起因の加工傷を除去できるため、保護膜形成溶液２２５は、砥粒を含まないことが好ましい。
【００３２】
＜保護膜Ｗ１＞
保護膜Ｗ１は、水溶性高分子が、疎水基の部分でウェーハＷの被研磨面に付着することによって形成された有機膜である。
保護膜Ｗ１は、膜厚が１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲内が好ましい。膜厚が上記範囲内であれば、粗研磨部２２から第一仕上げ研磨部２３へとウェーハＷを空中搬送しても、被研磨面に、粗研磨用研磨液２２４を起因とするアルカリ成分や、空気中の酸素が接触することを防止できるため、これらの成分によってウェーハＷの被研磨面はエッチングされない。
【００３３】
上記のように保護膜形成工程を実施することで、ウェーハＷの被研磨面には保護膜Ｗ１が形成される。図１０（Ｃ）に示すように、ウェーハＷの被研磨面に保護膜Ｗ１が存在することで、従来、粗研磨から仕上げ研磨に至る空中搬送中の、ウォーターマーク欠陥の発生を低減できる。
保護膜形成工程の終了後は、保護膜形成溶液２２５の供給を停止、並びに、研磨ヘッド４の回転を停止させるとともに、ウェーハＷを保持させたまま研磨ヘッド４を上昇させる。そして、支持体３２を上昇させた後、支持体３２を９０°回転させて、ウェーハＷを保持している研磨ヘッド４を第一仕上げ研磨部２３の上方に位置させる。
【００３４】
＜第二研磨工程＞
第二研磨工程は、片面研磨工程における仕上げ研磨工程に相当し、表面粗さを抑制するために実施される。
本実施形態における第二研磨工程は、第一仕上げ研磨部２３による第１仕上げ研磨、及び、第二仕上げ研磨部２４による第２仕上げ研磨の２段階で実施される。
図８に戻って、研磨ヘッド４をヘッド回転駆動手段３３で回転させながら支持体３２を下降させる。そして、第一仕上げ研磨用研磨布２３３に仕上げ研磨用の仕上げ研磨用研磨液を供給し、かつ、回転している第一仕上げ研磨用研磨布２３３の研磨面に、研磨ヘッド４で保持しているウェーハＷを接触させる。これにより、ウェーハＷが第一仕上げ研磨用研磨布２３３に押し付けられた状態での仕上げ研磨が行われる。第一仕上げ研磨用研磨布２３３は、ベロアタイプやスエードタイプのものを採用することができる。
【００３５】
仕上げ研磨用研磨液には、砥粒が含まれる。具体的には、コロイダルシリカ、ダイヤモンド、アルミナなどの砥粒が混入されたものを採用することができる。砥粒の平均粒径は、マイクロスクラッチなどの加工起因の欠陥を発生させないように、砥粒が凝集しない粒径範囲で選定すればよく、平均粒径が１０〜５０ｎｍのものを使用することが望ましい。
また、仕上げ研磨用研磨液は、アルカリを主剤とするｐＨ８〜ｐＨ１３に調整されたアルカリ性水溶液を用いることが望ましい。アルカリ剤としては、塩基性アンモニウム塩、塩基性カリウム塩、塩基性ナトリウム塩の何れかなどが添加されたアルカリ性水溶液、又は炭酸アルカリ水溶液、或いはアミンが添加されたアルカリ性水溶液などを例示できる。更に、仕上げ研磨用研磨液には水溶性高分子が添加されている。仕上げ研磨用研磨液に使用する水溶性高分子としては、セルロース構造を持つ高分子化合物又はノニオン性高分子化合物が望ましい。具体的には、セルロース構造を持つ高分子化合物としては、例えば、ヒドロキシエチルセルロースが挙げられる。また、ノニオン性高分子化合物としては、例えば、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレンオキシドなどが挙げられる。
【００３６】
なお、前述の保護膜形成工程で使用される保護膜形成溶液の水溶性高分子濃度は、第二研磨工程で使用される仕上げ研磨用研磨液の水溶性高分子濃度よりも、低いことが好ましい。保護膜形成溶液の水溶性高分子濃度が、仕上げ研磨用研磨液の水溶性高分子濃度よりも高いと、保護膜形成溶液からの第二研磨工程へと持ち込まれる水溶性高分子量が大きくなり、第二研磨工程における研磨レートが所定値よりも低下するため、ヘイズ面の作製に支障をきたすおそれがある。
第一仕上げ研磨部２３による第１仕上げ研磨の終了後は、研磨ヘッド４の回転を停止させるとともに、ウェーハＷを保持させたまま研磨ヘッド４を上昇させる。そして、支持体３２を上昇させた後、支持体３２を９０°回転させて、ウェーハＷを保持している研磨ヘッド４を第二仕上げ研磨部２４の上方に位置させる。
【００３７】
第二仕上げ研磨部２４による第２仕上げ研磨では、上記第１仕上げ研磨よりも細かい粗さで研磨する。それ以外は、上記第１仕上げ研磨と同様であるため、説明を省略する。
上記のように、第二研磨工程を実施することで、ヘイズレベルのマイクロラフネスが形成される。
最後に、第二仕上げ研磨部２４による第２仕上げ研磨の終了後は、支持体３２を上昇させた後、支持体３２を９０°回転させて、ウェーハＷを保持している研磨ヘッド４を洗浄部２１の上方に位置させる。そして、支持体３２を下降させ、研磨ヘッド４のウェーハチャックによる吸引保持を解除し、洗浄部２１上にウェーハＷを戻す。
【００３８】
［実施形態の作用効果］
上述したように、上記実施形態では、以下のような作用効果を奏することができる。
（１）第一研磨工程に引き続いて実施する保護膜形成工程において、ウェーハＷの被研磨面に水溶性高分子を含有する保護膜形成溶液２２５を接触させ、被研磨面に保護膜Ｗ１を形成する。
このため、保護膜Ｗ１が、被研磨面が空気中に曝されることを防ぐため、被研磨面と空気中の酸素との反応が抑制される。また、残留する研磨液中のアルカリ成分によって被研磨面がエッチングされることがない。したがって、片面研磨工程において、粗研磨から仕上げ研磨へとウェーハＷを移送する空中搬送時におけるウォーターマーク欠陥の発生が低減される。結果として、エピタキシャルシリコンウェーハを製造した後の、ウォーターマーク欠陥を起因とする微小凹欠陥が低減される。
【００３９】
（２）前サイクルで使用した粗研磨用研磨布２２３に保護膜形成工程で供給した保護膜形成溶液２２５の水溶性高分子が残留する。このため、次サイクルの第一研磨工程では、粗研磨用研磨布２２３に水溶性高分子が残留した状態で粗研磨が行われる。この場合、水溶性高分子により、自然酸化膜の除去能が低下し、ウェーハ中心部に比べて外周部の自然酸化膜の除去が遅れるため、結果として、次サイクル以降のウェーハＷのエッジロールオフ量を低減することができる。
（３）保護膜形成溶液２２５の水溶性高分子濃度が１０ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下である。このため、ウェーハＷの被研磨面に、ウォーターマーク欠陥の発生を抑制することが可能な程度の膜厚で、保護膜Ｗ１が形成される。また、上記濃度範囲であれば、粗研磨用研磨布２２３への水溶性高分子の残留も少なく、粗研磨に影響を与えるほどではないため、次サイクルの粗研磨においても研磨レートを極端に低下させることもない。
【００４０】
［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。
すなわち、本実施形態では、保護膜形成工程において、保護膜形成溶液２２５をウェーハＷの被研磨面に接触させることで、保護膜Ｗ１を形成することとしたが、保護膜形成溶液供給部から保護膜形成溶液２２５を供給しながら、ウェーハＷを研磨してもよい。
また、第一研磨工程と保護膜形成工程との間に、或いは、保護膜形成工程と第二研磨工程との間に、純水リンス洗浄を施してもよい。この純水リンス洗浄は、研磨装置１の粗研磨部２２に純水リンス液供給部を設け、純水リンス液供給部から、粗研磨用研磨布２２３の研磨面に、ウェーハＷの被研磨面をリンスするためのリンス液を適宜供給することで実施される。
更に、第二研磨工程を、第一仕上げ研磨部２３による第１仕上げ研磨、及び、第二仕上げ研磨部２４による第２仕上げ研磨の２段階による実施を説明したが、第二研磨工程を１段階で実施してもよい。
【実施例】
【００４１】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞
先ず、スライス、面取り、ラッピング、エッチング、両面研磨、及び洗浄の各処理を順次行って得た、直径３００ｍｍのシリコンウェーハを用意した。次に、図８に示す研磨装置１を用い、洗浄後のシリコンウェーハに対して、以下の片面研磨工程を行った。
実施例１における片面研磨工程は、粗研磨としての第一研磨工程、保護膜形成工程、仕上げ研磨としての第二研磨工程を順次行った。使用した粗研磨用研磨液及び保護膜形成溶液を下記表１に示す。
＜実施例２＞
下記表１に示すように、実施例１の保護膜形成工程で使用した保護膜形成溶液のアルカリ種をアミンに変更し、添加する水溶性高分子ポリマーをＨＥＣ（ヒドロキシエチルセルロース）にＰＥＧ（ポリエチレングリコール）を添加した以外は、実施例１と同じ条件で各工程の処理を行った。
＜比較例１＞
実施例１で実施した保護膜形成工程を行わず、第一研磨工程後にリンス洗浄を実施した以外は、実施例１と同じ条件で各工程の処理を行った。
【００４２】
【表１】
2016051763.tif 000003
【００４３】
そして、上記条件で片面研磨工程を実施した各シリコンウェーハに対して、ＣＶＤ法により、その表面に厚さ４μｍのシリコンエピタキシャル膜を形成することでエピタキシャルシリコンウェーハを製造した。
【００４４】
ウェーハ評価項目は、エピタキシャルシリコンウェーハのＬＰＤ数、ＬＰＤのマップ観察、エピタキシャル成長前のシリコンウェーハの表面粗さとした。
エピタキシャルシリコンウェーハのＬＰＤ及び数ＬＰＤのマップ観察は、表面欠陥検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ−２）を用い、ＤＩＣモードでウェーハの表面を観察することで求めた。
また、シリコンウェーハの表面粗さＲａは、表面粗さ計（Ｃｈａｐｍａｎ社製）により測定した。
図１１に、実施例１，２及び比較例１のエピタキシャルシリコンウェーハの表面における微小ＬＰＤ数を示す。図１２に、実施例１，２及び比較例１のシリコンウェーハの表面粗さＲａを示す。図１３〜図１５に、実施例１，２、比較例１のエピタキシャルシリコンウェーハの表面における、ＬＰＤマップを示す。
【００４５】
図１１，１２から明らかなように、第一研磨工程後に、保護膜を形成しない比較例１に対して、保護膜を形成した実施例１，２では、微小ＬＰＤ数、表面粗さＲａともに低減されている傾向がみられた。
また、実施例１，２で比較すると、実施例２が微小ＬＰＤ数、表面粗さＲａともに低減されており、ポリマー濃度が高い保護膜形成溶液を用いることで、より保護能力が高い保護膜が形成されたことによるものと推察される。
図１３〜図１５から、エピタキシャルシリコンウェーハ表面のＬＰＤ実体観察結果では、比較例１に比べて、実施例１，２では、微小ＬＰＤ数が低減されていることが確認された。これは、ウォーターマーク欠陥に由来する微小凹欠陥が減少したことによるものと推察される。
また、実施例１，２を比べると、実施例２は微小ＬＰＤ数が少なく、ウォーターマーク欠陥を十分に抑制できているものと推察される。
これらの結果から、実施例２で使用した保護膜形成溶液は、水溶性高分子ポリマーとしてＰＥＧが含有されており、このポリマーにより形成された保護膜のパシベーション効果、エッチングストッパー効果が高いものと推察される。
【００４６】
＜実施例３＞
エピタキシャル成長処理を行わず、保護膜形成工程において、水溶性高分子ポリマーとしてＰＥＧのみが含まれる保護膜形成溶液を用い、保護膜形成溶液中のＰＥＧ濃度を調整した以外は、実施例２と同様にしてシリコンウェーハを製造した。調整したポリマー濃度は、０ｐｐｍ、５ｐｐｍ、１０ｐｐｍ、２０ｐｐｍ、３０ｐｐｍ、５０ｐｐｍ及び１００ｐｐｍとした。
得られたシリコンウェーハについて、ウォーターマークの発生数、研磨レート、エッジ形状及びエッジ付近のウェーハ表面形状を計測した（エッジロールオフ；ＥＲＯ）。
図１６にその結果を示す。なお、図１６の縦軸に示す指標値は、ＰＥＧ濃度が０ｐｐｍ、即ちＰＥＧが含まれていない溶液を用いたときの結果に対する相対値である。
【００４７】
図１６から、保護膜形成溶液のポリマー濃度が高くなるほど、ウォーターマークの発生数が低下しており、ポリマー濃度が高い方が保護膜による保護効果は高く、ウォーターマークの発生を防止できることが確認できる。
一方で、保護膜形成溶液のポリマー濃度が高くなるほど研磨レートが低下する結果となった。これは、ポリマー濃度が高いとポリマーが研磨布に残留してしまい、次サイクルにおける粗研磨において研磨レートが低下してしまうためと推察される。
これらの結果から、保護膜形成溶液のポリマー濃度は、ウォーターマークの発生数が低く、かつ、研磨レートが高い、１０ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下の範囲が最適であることが判った。
なお、保護膜形成溶液のポリマー濃度が高くなるほど、エッジロールオフが低下する結果が得られた。これは、研磨布に残留したポリマーが次サイクルの粗研磨においてシリコンウェーハに作用し、自然酸化膜の除去を遅延させることで、エッジロールオフが抑制されるものと推察される。上記最適としたポリマー濃度範囲においても、エッジロールオフを抑制できており、第一研磨工程に引き続いて、保護膜形成工程を実施し、被研磨面に保護膜を形成することでエッジロールオフを抑制する、更なる効果が得られることが確認された。
【符号の説明】
【００４８】
１…研磨装置、２…研磨処理部、３…ウェーハ保持回転部、４…研磨ヘッド、２０…筐体、２１…洗浄部、２２…粗研磨部、２３…第一仕上げ研磨部、２４…第二仕上げ研磨部、３１…支持体スピンドル、３２…支持体、３３…ヘッド回転駆動手段、２２１…定盤回転駆動手段、２２２…粗研磨用定盤、２２３…粗研磨用研磨布、２２４…粗研磨用研磨液、２２５…保護膜形成溶液、２３１…定盤回転駆動手段、２３２…第一仕上げ研磨定盤、２３３…第一仕上げ研磨用研磨布、２４１…定盤回転駆動手段、２４２…第二仕上げ研磨定盤、２４３…第二仕上げ研磨用研磨布、Ｗ…ウェーハ、Ｗ１…保護膜。
【図１】
2016051763.tif 000004
【図２】
2016051763.tif 000005
【図３】
2016051763.tif 000006
【図４】
2016051763.tif 000007
【図５】
2016051763.tif 000008
【図６】
2016051763.tif 000009
【図７】
2016051763.tif 000010
【図８】
2016051763.tif 000011
【図９】
2016051763.tif 000012
【図１０】
2016051763.tif 000013
【図１１】
2016051763.tif 000014
【図１２】
2016051763.tif 000015
【図１３】
2016051763.tif 000016
【図１４】
2016051763.tif 000017
【図１５】
2016051763.tif 000018
【図１６】
2016051763.tif 000019