JP3134719B2 - 半導体ウェーハ研磨用研磨剤及び研磨方法 - Google Patents

半導体ウェーハ研磨用研磨剤及び研磨方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェーハ、特に
単結晶シリコンウェーハ(以下、単にウェーハというこ
とがある)研磨用研磨剤及び研磨方法並びに従来にない
裏面形状を有する新規な半導体ウェーハに関する。
【0002】
【関連技術】一般に、半導体ウェーハの製造方法は、図
10に示すように、単結晶引上装置によって引き上げら
れた単結晶インゴットをスライスして薄円板状のウェー
ハを得るスライス工程Aと、該スライス工程Aによって
得られたウェーハの割れや欠けを防ぐためにその外周エ
ッジ部を面取りする面取り工程Bと、面取りされたウェ
ーハをラッピングしてこれを平面化するラッピング工程
Cと、面取り及びラッピングされたウェーハに残留する
加工歪を除去するエッチング工程Dと、エッチングされ
たウェーハの片面を一次鏡面研磨する表面一次鏡面研磨
工程E1と、一次鏡面研磨されたウェーハ表面を表面仕
上げ鏡面研磨する表面仕上げ鏡面研磨工程Gと、表面仕
上げ鏡面研磨されたウェーハを洗浄してこれに付着した
研磨剤や異物を除去する洗浄工程Hが含まれる。
【0003】ところで、前記エッチング工程Dでのエッ
チング処理には、混酸等の酸エッチング液を用いる酸エ
ッチングと、NaOH等のアルカリエッチング液を用い
るアルカリエッチングとがある。そして、酸エッチング
では、高いエッチング速度が得られ、ウェーハ表面には
図11に示すように周期10μm以下、P−V(Peakto
Valley) 値0.6μm以下の細かな粗さの凹凸が観察
されるのに対し、アルカリエッチングでは、エッチング
速度は遅く、ウェーハ表面には図12に示すように周期
10〜20μmの大きな粗さの凹凸(P−V値が1.5
μmを超えるものもある)が観察される。
【0004】図10に示した諸工程を経て製造される半
導体ウェーハにおいては、その裏面に関しエッチング面
が最後まで残るため、以下のような弊害が発生してい
た。
【0005】即ち、ウェーハの表面は次の表面研磨工程
で鏡面研磨され、しかも、該表面は吸着されることがな
いために問題はないが、エッチング工程でエッチングさ
れたウェーハの裏面を吸着盤に吸着すると、表面粗さの
大きな該ウェーハ裏面の凹凸の鋭利な先部がチッピング
によって欠けて発塵し、多数のパーティクルが発生して
デバイスの歩留りが低下するという問題が発生する。
【0006】そこで、ウェーハの表裏両面を鏡面研磨す
れば、ウェーハ裏面には大きな粗さの凹凸が存在しない
ために発塵が抑えられるため、発塵の影響はなくなり、
上記問題は解消される。
【0007】ところが、上記両面鏡面研磨方法によれ
ば、ウェーハの裏面も鏡面となるため、表裏の判別がつ
かず、プロセス装置のセンサーが働かないとか搬送中に
ウェーハがすべってしまうという問題がある。しかしな
がら、今までのところ半導体ウェーハ面を低輝度化研磨
する有効な手段は存在しなかった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑みてなされたもので、ウェーハ裏面の低輝度化研磨処
理を可能とし、センサーによるウェーハの表裏の検知が
可能であって、発塵性を低下せしめることによって裏面
のチッピングによる発塵を抑えてデバイスの歩留りを高
めることができるようにした新規な半導体ウェーハ研磨
用研磨剤及び研磨方法並びに従来にない裏面形状を有す
る新規な半導体ウェーハを提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の半導体ウェーハ研磨用研磨剤は、シリカ含
有研磨剤を主成分とし、ポリオレフィン系微粒子材料を
添加してなることを特徴とする。
【0010】上記シリカ含有研磨剤としてはコロイダル
シリカ研磨剤を挙げることでき、また上記ポリオレフィ
ン系微粒子材料としてはポリオレフィン水性ディスパー
ジョンが好適である。上記ポリオレフィン系微粒子材料
の添加量は、研磨剤の総量に対して0.01〜1wt
%、好ましくは0.01〜0.5wt%、さらに好まし
くは0.01〜0.1wt%の範囲である。
【0011】上記ポリオレフィン系粒子材料又はポリオ
レフィン水性ディスパージョンとしては、特開平4−4
6904号公報、同4−88025〜6号公報、同4−
89830〜2号公報及び同4−218548〜9号公
報に開示された水分散体を用いることができ、またケミ
パール(ポリオレフィン水性ディスパージョンの商品
名、三井石油化学工業株式会社製)が好適である。
【0012】本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、半
導体ウェーハを研磨するにあたり、上記半導体ウェーハ
研磨用研磨剤を用いて低輝度化研磨を行なうことを特徴
とする。
【0013】本発明の半導体ウェーハは、その表面が鏡
面であり、裏面が多数の半球面状の小突起を有すること
を特徴とする。
【0014】また、該小突起は、その高さが0.05〜
0.5μmであり、直径が50〜500μmであるのが
好適である。
【0015】
【作用】本発明の最大の特徴点は、シリカ含有研磨剤中
にポリオレフィン系微粒子材料を添加して半導体ウェー
ハ面を研磨することにより、直径50〜500μm、高
さ0.05〜0.5μm程度の半球面状の小突起を形成
させ低輝度化することができたことである。従って、ウ
ェーハ表面を鏡面研磨及びウェーハ裏面を上記低輝度化
研磨することによって、ウェーハの表裏両面に輝度差が
発生し、センサーによるウェーハの表裏の検知が可能と
なる。尚、輝度とは、完全鏡面を100としたときの反
射率の割合を言う。
【0016】そして、上記のポリオレフィン系微粒子材
料を添加したシリカ含有研磨剤を用いて低輝度化研磨さ
れたウェーハ面の発塵性は低く抑えられており、例えば
デバイス工程中のフォトリソグラフィー工程においてウ
ェーハをその裏面で吸着した場合、その裏面を上記低輝
度化研磨面としておけば、チッピングによる発塵が抑え
られ、これによってもデバイスの歩留りが高められる。
【0017】さらに、本発明の半導体ウェーハ研磨用研
磨剤を使用することにより、従来にない斬新な裏面形状
を有する半導体ウェーハを得ることが可能となる。
【0018】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面とともに説
明する。
【0019】図8は本発明の実施例及び比較例に使用し
た研磨装置を示す側面図である。図8において、研磨装
置10は、回転定盤12とウェーハホルダー13と研磨
剤供給装置14からなっている。回転定盤12の上面に
は研磨パッド16が貼付してある。回転定盤12は回転
軸17により所定の回転速度で回転される。
【0020】ウェーハホルダー13は真空吸着等により
その下面にウェーハWを保持し、回転シャフト18によ
り回転されると同時に所定の荷重で研磨パッド16にウ
ェーハWを押しつける。研磨剤供給装置14は所定の流
量で研磨剤19を研磨パッド16上に供給し、この研磨
剤19がウェーハWと研磨パッド16の間に供給される
ことによりウェーハWが研磨される。
【0021】実施例及び比較例の各ウェーハは、上記研
磨装置10によって、まず裏面を各々の条件で研磨した
のち、反転して表面の鏡面研磨を行った。
【0022】(実験例1) 試料ウェーハ:CZ、p型、結晶方位<100>、15
0mmφ、シリコンウェーハ 研磨パッド:不織布(ベロアタイプ)、硬度80(アス
カーC硬度) 研磨剤:AJ−1325〔SiO2 2wt%、pH1
1、コロイダルシリカ研磨剤原液の商品名、日産化学工
業(株)製〕10.0vol%+ポリオレフィン系微粒
子材料〔ケミパールS650(ポリオレフィン水性ディ
スパージョンの商品名、三井石油化学工業株式会社
製)〕+純水(残部) 研磨荷重:400g/cm2 研磨時間:10分
【0023】上記研磨条件において、上記ポリオレフィ
ン系微粒子材料の添加量(wt%)を、0.025、
0.1、0.45及び1.0と変化させ、また純水添加
量についても、研磨剤の総量が100vol%になるよ
うに変化させ、図8に示した研磨装置を用いて試料ウェ
ーハ(各2枚)の裏面を研磨し、研磨中の研磨速度を測
定した。その結果を図9に示した。
【0024】図9の結果から明らかなごとく、ポリオレ
フィン系微粒子材料の未添加レベルに比較して、0.0
1〜0.1wt%の添加量であれば研磨速度の低下する
ことはほとんどなく、また0.01〜1%の範囲であれ
ば、研磨速度の大幅な低下を招くことなく研磨できるこ
とが確認された。
【0025】(実施例1)上記実験例1における研磨条
件において、ケミパールS650(ポリオレフィン水性
ディスパージョンの商品名、三井石油化学工業株式会社
製)を0.025wt%添加し、その他の条件は同様に
して試料ウェーハの裏面を研磨加工した。この後この試
料ウェーハを反転して同様の研磨装置によりその表面の
鏡面研磨を行った。この試料研磨ウェーハ裏面の顕微鏡
写真をとり、図1に示した。また、同じくこの試料研磨
ウェーハの別の裏面部分の顕微鏡写真をとり、その裏面
の起伏を表面粗さ計で測定し、その結果を顕微鏡写真と
ともに図2に示した。
【0026】さらに、この試料研磨ウェーハの裏面の輝
度を測定し、その結果を図3に示した。図1及び図2か
ら明らかなように直径50〜500μm、高さ0.05
〜0.5μm程度の半球面状の小突起が形成され、輝度
は図3に示すように95%であり、低輝度化が達成され
ていた。
【0027】さらに、図5に示すように、評価用鏡面ウ
ェーハW1の清浄鏡面Wmにこの試料研磨ウェーハWの
評価面Weを当接せしめて1kg/cm2 で加圧した。
この加圧によって、試料研磨ウェーハWの評価面Weか
ら評価用鏡面ウェーハW1の清浄鏡面Wmに転写された
異物の数(0.1μmを超えるパーティクル数)をパー
ティクルカウンターによって測定し、試料研磨ウェーハ
Wの低輝度研磨面Weの発塵性の評価を行ない、その結
果を図4に示した。
【0028】図4から明らかなように、低輝度研磨面W
eのパーティクル数は300個程度であり、後記する鏡
面研磨処理面のパーティクル数の200個程度に近い数
値であり、極めて低い発塵性を有することが確認でき
た。
【0029】(比較例1)上記実験例1における研磨条
件において、研磨剤としてAJ−1325〔SiO2
wt%、pH11、コロイダルシリカ研磨剤原液の商品
名、日産化学工業株式会社製〕10vol%+純水90
vol%を使用し(ポリオレフィン水性ディスパージョ
ンの添加なし)、その他の条件は同様にして試料ウェー
ハの表裏両面を鏡面研磨加工をした。
【0030】この鏡面研磨ウェーハの表面の顕微鏡写真
をとり、図6に示した。また、実施例1と同様に輝度を
測定し、その結果を図3に示し、実施例1と同様の手法
で発塵性評価を行い、その結果を図4に示した。図6か
ら明らかなように、大きな粗さの凹凸は存在せず、輝度
は図3に示すように100%であった。発塵性評価にお
けるパーティクル数は200個程度と極めて低い数値を
示した。
【0031】(比較例2)エッチング工程として酸エッ
チング処理までを施した上記実験例1と同様の試料ウェ
ーハの表面側のみを実施例1の表面研磨と同じ条件で鏡
面研磨した試料ウェーハの裏面すなわち酸エッチング面
を顕微鏡写真にとり、図7に示した。図7から明らかな
ように、試料ウェーハ裏面には周期10μm以下、P−
V(Peak to Valley)値0.6μm以下の細かな粗さの
凹凸が形成されていた。また、該試料ウェーハの裏面す
なわち酸エッチング面について輝度を測定し、その結果
を図3に示し、実施例1と同様の手法で裏面すなわち酸
エッチング面について発塵性評価を行い、その結果を図
4に示した。この酸エッチング面の輝度は60%で、実
施例1のものよりも低輝度であるが、発塵性評価におけ
るパーティクル数は700個程度であり、実施例1に比
較して発塵性がかなり高いことが分かった。
【0032】(比較例3)エッチング工程としてアルカ
リエッチング処理までを施した上記実験例1と同様の試
料ウェーハの表面側のみを実施例1の表面研磨と同じ条
件で鏡面研磨した試料ウェーハの裏面すなわちアルカリ
エッチング面について輝度を測定し、その結果を図3に
示した。また、実施例1と同様の手法でアルカリエッチ
ング面の発塵性評価を行い、その結果を図4に示した。
このアルカリエッチング面の輝度は30%で、比較例2
のものよりもさらに低輝度であるが、発塵性評価におけ
るパーティクル数は1500個程度であり、比較例2よ
りもはるかに高い発塵性を示すことが分かった。
【0033】なお、上記実施例においてはp型ウェーハ
を使用したが、これはn型ウェーハでもその効果は全く
同様であることを確認している。
【0034】また、上記実施例においては、シリカ含有
研磨剤にポリオレフィン系微粒子材料を添加した例を示
したが、シリカ含有研磨剤に通常添加される物質、例え
ばエチレンジアミン等をさらに添加した場合でも同様の
効果が得られることも確認してある。
【0035】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の半導体ウェ
ーハ研磨用研磨剤を使用してウェーハの裏面を研磨する
ことにより、ウェーハの裏面に滑らかな半球面状の小突
起を形成させて低輝度化させることができ、センサーに
よるウェーハの表裏の検知が可能となり、裏面のチッピ
ングによる発塵を抑えてデバイスの歩留りを高めること
ができる。その上、本発明の新規な半導体ウェーハ研磨
用研磨剤を使用することにより、従来にない斬新な裏面
形状を有する半導体ウェーハを得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1における低輝度化研磨処理されたウェ
ーハ表面の顕微鏡写真である。
【図2】実施例1における低輝度化研磨処理されたウェ
ーハの別の表面部分の顕微鏡写真とその表面の平坦度を
示すグラフである。
【図3】実施例1及び比較例1〜3における各種処理を
受けたウェーハ面の輝度の測定結果を示すグラフであ
る。
【図4】実施例1及び比較例1〜3における各種処理を
受けたウェーハ面の発塵性の評価結果を示すグラフであ
る。
【図5】実施例1及び比較例1〜3におけるウェーハ面
の発塵性の評価方法を示す説明図である。
【図6】比較例1における鏡面研磨処理されたウェーハ
表面の顕微鏡写真である。
【図7】比較例2における酸エッチング処理されたウェ
ーハ表面の顕微鏡写真である。
【図8】本発明の実施例及び比較例に使用した研磨装置
を示す側面図である。
【図9】実験例1におけるポリオレフィン系微粒子材料
の添加量と研磨速度との関係を示すグラフである。
【図10】従来の半導体ウェーハの製造方法の一例を示
すフローチャートである。
【図11】酸エッチングされたウェーハ表面の粗さ分布
を示す図面である。
【図12】アルカリエッチングされたウェーハ表面の粗
さ分布を示す図面である。
【符号の説明】
A スライス工程 B 面取り工程 C ラッピング工程 D エッチング工程 E1 表面一次鏡面研磨工程 G 表面仕上げ鏡面研磨工程 H 洗浄工程 10 研磨装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 工藤 秀雄 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社 半導体 白河研究所内 (72)発明者 深見 輝明 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社 半導体 白河研究所内 (56)参考文献 特開 平8−124894(JP,A) 特開 昭61−54614(JP,A) 特開 平6−302484(JP,A) 特開 平6−275480(JP,A) 特開 平7−292350(JP,A) 特開 昭51−72794(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304,21/02 B24B 37/00 C09K 3/14

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリカ含有研磨剤を主成分とし、ポリオ
    レフィン系微粒子材料を添加してなることを特徴とする
    半導体ウェーハ研磨用研磨剤。
  2. 【請求項2】 上記シリカ含有研磨剤がコロイダルシリ
    カ研磨剤であることを特徴とする請求項1記載の半導体
    ウェーハ研磨用研磨剤。
  3. 【請求項3】 上記ポリオレフィン系微粒子材料がポリ
    オレフィン水性ディスパージョンであることを特徴とす
    る請求項1又は2記載の半導体ウェーハ研磨用研磨剤。
  4. 【請求項4】 上記ポリオレフィン系微粒子材料の添加
    量が研磨剤の総量に対して0.01〜1wt%の範囲で
    あることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載
    の半導体ウェーハ研磨用研磨剤。
  5. 【請求項5】 半導体ウェーハを研磨するにあたり、請
    求項1〜4のいずれか1項記載の半導体ウェーハ研磨用
    研磨剤を用い低輝度化研磨を行なうことを特徴とする半
    導体ウェーハの研磨方法。
  6. 【請求項6】 表面は鏡面であり、裏面が多数の半球面
    状の小突起を有することを特徴とする半導体ウェーハ。
  7. 【請求項7】 前記半球面状の小突起の高さが0.05
    〜0.5μmであり、直径が50〜500μmであるこ
    とを特徴とする請求項6記載の半導体ウェーハ。
JP18113095A 1995-06-23 1995-06-23 半導体ウェーハ研磨用研磨剤及び研磨方法 Expired - Fee Related JP3134719B2 (ja)

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