(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧状の研磨具の内側表面に研磨布を貼付した円弧状の作業面を有する研磨具に、平均粒子径が２０〜１２０ｎｍであるコロイダルシリカを研磨用組成物全体に対してシリカ濃度が３重量％〜 ２５重量％になるように含み、更に、該研磨用組成物中のフッ素濃度が、１０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍになるようにフッ素化合物を含み、かつ、該研磨用組成物のｐＨが８．７〜１０．５の範囲でｐＨが緩衝溶液状態にあり、また、該研磨用組成物の導電率が２０ミリＳ/ｍ〜５００ミリＳ/ｍの範囲にある研磨用組成物を供給しながら、研磨具作業面と、シリコンウエーハに比較して硬質の薄膜で被覆されたウエーハのエッジ部分を線接触させながらウエーハを回転させて、ウエーハの外周エッジを研磨する研磨方法。
【請求項２】
研磨布が、合成樹脂発泡体、合成皮革、不織布、不織布の合成樹脂加工品のうち少なくとも一つであることを特徴とする請求項第１項に記載の研磨方法。
【請求項３】
不織布の合成樹脂加工品が、ポリエステルを主成分とする不織布をウレタン樹脂及び／または、シリコーン樹脂で加工したシートであることを特徴とする請求項第1項または第２項に記載の研磨方法。
【請求項４】
シリコンウエーハに比較して硬質の薄膜で被覆されたウエーハが、酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは金属膜のうちいずれかの薄膜で被覆されたウエーハであることを特徴とする請求項１項ないし第３項のいずれかに記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、シリコンウエーハの表面が酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜で被覆されたウエーハのエッジ部分の研磨方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
シリコン単結晶等半導体素材を原材料としたＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等の電子部品は、シリコンのインゴットを薄い円板状にスライスしたウエーハに、繊細な電気回路を書き込み分割した小片状の半導体素子チップを基に製造されるものである。インゴットからスライスされたアズカットウエーハは、ラッピング、エッチング、更にはポリッシングという工程を経て、少なくともその片面が鏡面に仕上られた鏡面ウエーハに加工されて行く。ウエーハは、その鏡面仕上げした表面にその後のデバイス工程にて、酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは金属膜等の薄膜が形成され（半導体デバイス基板）、更に微細な電気回路が書き込まれて行くのであるが、半導体素子チップに分割されるまでウエーハは最初の円板状の形状を保ったまま加工されるのであり、各加工工程の間には洗浄、乾燥、搬送等の操作が入る。その間ウエーハの外周側面エッジの形状が切り立ったままでかつ未加工の粗な状態の面であると、そこが各工程中に装置や他物体と接触し微小破壊が起こり微細粒子が発生したり、その粗な状態の面の中に汚染粒子を巻き込み、その後の工程でそれが散逸して精密加工を施した面を汚染し、製品の歩留まりや品質に大きな影響を与えたりすることが多い。
【０００３】
これを防止するために、ウエーハ加工の初期の段階でエッジ部分の面取り（べべリング）を行ない更にその部分を鏡面仕上げ（エッジポリッシング）することが一般に行なわれている。また、前記酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは金属膜等の薄膜は表面、エッジ部分ともに鏡面仕上げを施したウエーハにＣＶＤ等の手法により必要な薄膜を施与するのであるが、この薄膜はウエーハ表面のみならずエッジ部分も被覆することになる。このエッジ部分に薄膜が存在すると以降のデバイス工程での障害にもなりうるので、その時点で除去することが必要となる。通常、これらの酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは金属膜等の薄膜は、シリコンベアウエーハに比較して硬質であり、難研磨性のものである。
【０００４】
従来から、シリコンウエーハのエッジ部分の研磨装置、研磨方法については、例えば以下に述べる方法が提案されている。即ち、特開平７−１５６０４９号公報では、ウエーハの回転手段と前記ウエーハの外周部に対応した曲率の弧状研磨部を持つ研磨バフからなり、前記ウエーハと研磨バフをお互い接近・押圧・離反させるシリンダ装置を備えたウエーハ外周部の研磨装置が提案されている。特開２０００−３１７７８８号公報では、回転可能な凹面形状の研磨面を有する研磨具に、あらかじめワーク保持具に保持されたシリコンウエーハあるいは半導体ウエーハなどの円板状のワークを接触させ、凹面形状の研磨面を有する研磨具を回転駆動するワーク外周の研磨方法と研磨装置が提案されている。特開平８−８５０５１号公報では、半導体シリコン基板の面取り部研磨に於いて、半導体シリコン基板とバフを回転させつつ、前記シリコン基板の周縁部をバフに押し付け、コロイダルシリカを含む研磨液を供給しつつ前記面取り部を鏡面研磨する方法が提案されている。先に出願人により出願した特願２０００−３３９３０５号では、回転する円盤状のワークに、弧状をした作業面を有する研磨部材を接触させる装置が提案されている。
【０００５】
上述の研磨装置あるいは研磨方法はいずれも、コロイダルシリカを含む研磨液を供給しつつ、研磨バフ、パッド等の研磨布（研磨部材）を貼付した研磨具あるいは円板状のワークの双方または、一方を高速回転させながら接触させ、前記面取り部の鏡面研磨を行なうものであり、特に研磨バフ、パッド等の研磨布を貼付した研磨具の形状および動きに特徴を持たせ、歩留まりよくかつ効率的エッジ研磨を行なおうとするものである。
【０００６】
近年の電子回路の高集積化に伴い、ウエーハに対して、より高い品質と歩留まりが要求されて来ている。即ち、エッジ部分の研磨においては研磨速度が速く、安定していること、研磨後のウエーハの洗浄工程に於いて洗浄性が良いことなどが具体的項目として求められている。しかしながら、現実的には、上述の研磨装置あるいは研磨方法を用いてもこの近年の急激な要求の高度化に対応し切れていない。特に、難研磨性の酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは金属膜等の薄膜を被覆した半導体デバイス基板のエッジ部分を研磨する場合において顕著である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明者等は、例えば特願２０００−３３９３０５号に記載されているような方式の装置で上述の問題点の解決について鋭意検討を行なった。特願２０００−３３９３０５号に記載の装置の特徴は、ウエーハエッジ部分と研磨布が線接触しながらウエーハのエッジ部分を鏡面研磨することにあり、線接触部分に研磨用組成物を供給しながら、ワークを回転させて、ワークの外周エッジを研磨する所にある。本発明者等は、ウエーハエッジ部分と研磨布を線接触させウエーハのエッジ部分を鏡面研磨する研磨工程において、特定の組成の研磨用組成物を用いることにより、高い研磨速度と優れた品質の面が得られることを見出し本発明を完成したものである。即ち、本発明の目的はウエーハの表面が酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜で被覆されたウエーハのエッジ部分の研磨において、円弧状の研磨具の内側に貼付された研磨布とウエーハエッジ部分を線接触させウエーハのエッジ部分を鏡面研磨するウエーハエッジ研磨装置において、ウエーハエッジ部分の研磨速度、研磨面品質の向上を目的としている。特に、従来難研磨性で研磨効率の悪い酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは金属膜等の薄膜で被覆されたウエーハを高効率で研磨し、後の洗浄工程において洗浄性が良い研磨方法の提供にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的は、円弧状の研磨具の内側表面に研磨布を貼付した円弧状の作業面を有する研磨具に、平均粒子径が２０〜１２０ｎｍであるコロイダルシリカを研磨用組成物全体に対してシリカ濃度が３重量％〜 ２５重量％になるように含み、更に、該研磨用組成物中のフッ素濃度が、１０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍになるようにフッ素化合物を含み、かつ、該研磨用組成物のｐＨが８．７〜１０．５の範囲でｐＨが緩衝溶液状態にあり、また、該研磨用組成物の導電率が２０ミリＳ/ｍ〜５００ミリＳ/ｍの範囲にある研磨用組成物を供給しながら、研磨具作業面と、シリコンウエーハに比較して硬質の薄膜で被覆されたウエーハのエッジ部分を線接触させながらウエーハを回転させて、ウエーハの外周エッジを研磨する研磨方法により達成される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
上述の円弧状をした作業面を有する研磨具とは、ウエーハの外周円周形状に相当する円弧状の内周形状を持つ研磨具をいい、ウエーハ外周は研磨具の内側表面に貼付された研磨布と円周線上で線接触するものである。この円弧状の研磨具はウエーハ外周の全部に接触するものでなくてもよい。
上述の研磨布は、合成樹脂発泡体、合成皮革、不織布、不織布の合成樹脂加工品のうち少なくとも一つであることが好ましい。上述の不織布の合成樹脂加工品が、ポリエステルを主成分とする不織布をウレタン樹脂及び／または、シリコーン樹脂で加工したシートであると研磨力の向上と安定性につながり本発明達成に好適である。
【００１０】
本発明にいう研磨用組成物とは、研磨用砥粒である微細なコロイド状酸化珪素微粒子（コロイダルシリカ）を分散した水系の分散液が一般的に使用され、必要に応じて例えば界面活性剤、安定剤、添加剤、増量剤等が添加される。本発明の場合鏡面を得ることをその目的としているので、加えられるコロイダルシリカの平均粒子径は２０ｎｍ〜１２０ｎｍ、望ましくは、３０ｎｍ〜８０ｎｍの範囲にあることが肝要である。これより細かいと十分な研磨量（研磨速度）を得ることができないのみならずウエーハの表面に付着したコロイダルシリカが落ちにくくその洗浄性が低下する。１２０ｎｍ以上となるとデバイスの配線の幅に近づき好ましくない。本発明では、ＢＥＴ法で測定されたコロイダルシリカの比表面積より、コロイダルシリカを真球を仮定して算出した粒子径を平均粒子径として使用した。
【００１１】
更に、コロイダルシリカの含有量は研磨用組成物全体に対してシリカ濃度が３重量％〜２５重量％であることが必要である。これより低いと十分な研磨速度を得ることはできず、またこれより高いと研磨速度は増大するが、ウエーハへの汚染が増大し洗浄性が低化する。特に、ウエーハのエッジ部分を研磨する場合、シリカ濃度が３重量％〜１０重量％であることが好ましい。表面に酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜を有するウエーハのエッジ部分を研磨する場合、研磨時のシリカ濃度は、１０重量％〜２５重量％であることが好ましい。
【００１２】
ウエーハのエッジ研磨加工の場合、研磨用砥粒による機械的作用と、研磨用組成物中に含まれるある特定の成分によるウエーハへの化学的作用、具体的には特定のｐＨでの化学作用が組み合わされて行われるものであるため、研磨加工対象であるウエーハの種類によりその添加物が変えられる。すなわち、ウエーハの種類によって最適ｐＨ範囲が異なってくる場合もある。本発明の場合、研磨用組成物のｐＨは８．７〜１０．５の範囲にあることが必要であり、好ましくは、ｐＨ９．３〜１０．５の範囲である。またそのｐＨを安定に維持するために緩衝成分を加え研磨用組成物液全体をｐＨの緩衝溶液状態にしておくことが肝要である。
【００１３】
ｐＨの緩衝溶液を形成するための添加剤については特に限定を受けるものではないが、陰イオンとしては、炭酸イオンと炭酸水素イオンの組み合わせが特に好ましい。陽イオンとしては、カリウムイオン及び／または、ナトリウムイオン及び／または、テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡ）イオンが好ましく、カリウムイオン及び／または、テトラメチルアンモニウムイオンがより好ましい。
【００１４】
更に、本発明においては、研磨用組成物中のフッ素濃度が、１０ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍ、好ましくは１００ｐｐｍ〜２０００ｐｐｍになるようフッ素化合物を添加することが必要である。それにより研磨速度を向上することができる。特に、シリコンウエーハが表面に酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜を有するウエーハの研磨を行なう場合その効果が顕著である。フッ素化合物の種類としては特に限定されないが、水溶性であることが必要である。フッ素化合物としては、フッ化アルカリ、もしくは、フッ素錯体の塩などが使用できる。具体的には、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、フッ化カリウム（ＫＦ）、フッ化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＦ）、テトラフルオロホウ酸ナトリウム（ＮａＢＦ4）、ヘキサフルオロケイ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｉＦ6）などを使用することが好ましい。研磨剤中のフッ素の含有量が、フッ素として、１０ｐｐｍ以下では、十分な研磨速度は与えない。フッ素の含有量が増加すると研磨速度は増加するが、フッ素が過剰に存在すると、洗浄性は低下する。
【００１５】
更に本発明において導電率とは液中の電気の通り易さを示す数値であり、単位長さあたりの電気抵抗値の逆数（Ｓｉｅｍｅｎｓ/ｍ）値である。本発明においては、研磨用組成物の導電率を２０ミリＳ／ｍ〜５００ミリＳ／ｍの間におくことにより研磨性能を顕著に向上することができる。導電率が２０ミリＳ／ｍ以下であると、研磨速度は低下する。導電率が５００ミリＳ／ｍ以上となると表面への汚染が増大し洗浄性が低下する。
【００１６】
以下実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明するが、特にこれにより限定を行なうものではない。なお、実施例および比較例にあげる実験例において、エッジ部分の研磨は以下の条件で鏡面研磨を実施した。
研磨装置：スピードファム株式会社製  特願２０００−３３９３０５に記載の装置
ウエーハ回転速度：２０００ｒｐｍ
研磨時間：１分間
研磨用組成物流量：２０００ｍｌ／分
荷重：４．０Ｋｇ／（１ユニットの研磨具）
研磨布： Ｓｕｂａ６００（ロデールニッタ社製）及び、ＤＲＰ−II（スピードファム社製）
研磨剤：表１及び表２記載の研磨用組成物を使用した。なお、研磨布として用いた、Ｓｕｂａ６００は、ポリエステルを主成分とする不織布をウレタン樹脂にて加工したシートである。ＤＲＰ−IIは、ポリエステルを主成分とする不織布をウレタン樹脂にて加工したシートと、圧縮弾性率が３５０Ｋｇｆ／ｃｍ2、厚み１mmの弾性体シートを組み合わせた多層構造シートである。
【００１７】
実施例および比較例にあげる実験例において、研磨用試料として用いたものは以下の通りである。
Ａ：８インチ、酸化膜８００ｎｍ＋ポリシリコン膜２０００ｎｍ付ウエーハ
Ｂ：８インチ、窒化チタン膜１００ｎｍ付ウエーハ
Ｃ：８インチ、チタン膜１５０ｎｍ付ウエーハ
Ｄ：８インチ、炭化ケイ素膜１００ｎｍ付ウエーハ
【００１８】
研磨用組成物の物性、研磨速度の測定および、加工後のワークの表面状態の評価は以下の方法で行なった。
研磨用組成物のｐＨ：ｐＨメーターを用い測定した。
研磨用組成物の導電率：導電率セルを使用して測定した。
研磨速度：研磨前後のウエーハの重量差より求めた。
研磨面（端面）の評価：光学顕微鏡にてヘイズ及びピットの状態を観察した。
平面状態の評価：スクラブ洗浄後、集光灯下、肉眼観察にて評価した。
【００１９】
【実施例及び比較例】
実施例１−２０
実施例１−２０の研磨用組成物は表２に示す処方にて調製した。研磨用組成物に添加したｐＨの緩衝溶液は、表１に示される４種類の構成の組成を用い、各実施例に示される導電率になるよう添加した。フッ素は、各実施例に示されるフッ素化合物を各実施例に示すフッ素量になるよう添加した。結果をまとめて表２に示す。
【００２０】
【表１】
0004159304.tif 000002
【００２１】
【表２】
0004159304.tif 000003
【００２２】
比較例１−２２
比較例１−２２の研磨用組成物は表３に示す処方にて調製した。研磨用組成物に添加した緩衝溶液は、表１に示される４種類の構成の組成を用い、各実施例に示される導電率になるよう添加した。フッ素は、各実施例に示されるフッ素化合物を各実施例に示すフッ素量になるよう添加した。結果をまとめて表３に示す。
【００２３】
【表３】
0004159304.tif 000004
スレ残り：研磨後に研磨面にピット、スクラッチなどが残存する状態を示す。
【００２４】
特許請求の範囲内の研磨方法にて実施された実施例１〜２０では、８ｍｇ／分以上の研磨速度および、鏡面状態にある端面が得られ、平面部分の洗浄性も全て良好であった。これに対しコロイダルシリカの平均粒子径が１８ｎｍと特許請求の範囲以下にある比較例１及び２ではスクラブ洗浄を行ってもウエーハの平面に付着したコロイダルシリカがシミ状に存在した。また、シリカ濃度が３ｗｔ％以下と特許請求の範囲以下にある比較例３及び４では、研磨速度が著しく低下し、端面に研磨不充分によるスレ残りが発生した。更に、シリカ濃度が３０ｗｔ％以上と特許請求の範囲以上にある比較例５及び６では、スクラブ洗浄を行ってもウエーハの平面に付着したコロイダルシリカがシミ状に存在した。
【００２５】
ｐＨが８．５と特許請求の範囲より低い比較例７及び８では、研磨速度が低下し、端面に研磨不充分によるスレ残りが発生した。また、ｐＨが１０．８と特許請求の範囲より高い比較例９及び１０では、スクラブ洗浄を行ってもウエーハの平面に付着したコロイダルシリカがシミ状に存在した。緩衝溶液を加えていない比較例１１及び１２では、研磨速度が低下し、端面に研磨不充分によるスレ残りが発生した。
更に導電率が５００ミリＳ／ｍ以上と特許請求の範囲以上にある比較例１３及び１４では、スクラブ洗浄を行ってもウエーハの平面に付着したコロイダルシリカがわずかながらシミ状に存在した。一方、導電率が２０ミリＳ／ｍ以下では比較例１５及び１６で示したように、酸化膜＋ポリシリコン膜付きウエーハの場合、端面に研磨不充分によるスレ残りが発生した。
【００２６】
比較例１７〜２２に示すように、表面に機能性膜を被覆したウエーハでは、フッ素化合物が存在しないと、端面に研磨不充分によるスレ残りが発生した。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明になる方法によれば、シリコンウエーハの表面が酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜、金属膜で被覆されたウエーハのエッジ部分の研磨において、円弧状の研磨具の内側表面に貼付された研磨布とウエーハエッジ部分を線接触させウエーハのエッジ部分を鏡面研磨するウエーハエッジ研磨装置において、研磨装置自体の構造を全く変えることなく、研磨用組成物の組成に改良を加えた方法を用いることにより、ウエーハエッジ部分を研磨速度、研磨面品質の向上及び歩留まり等、効率の向上が可能となった。特に、従来難研磨性で研磨効率の悪い酸化物膜、窒化物膜、炭化物膜あるいは金属膜等の薄膜で被覆されたウエーハの高効率研磨及び後の洗浄工程における洗浄性を向上させることが可能となった。