JP5622124B2

JP5622124B2 - シリコンウェーハの研磨方法

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Publication number: JP5622124B2
Application number: JP2012522710A
Authority: JP
Inventors: 竜一谷本; 晋弥佐土原; 武多久島
Original assignee: Sumco Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2010-07-02
Filing date: 2011-07-01
Publication date: 2014-11-12
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Description

この発明は、シリコンウェーハの研磨方法、詳しくは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、シリコンウェーハの表裏面のうち、被研磨面となる少なくとも表面を研磨するシリコンウェーハの研磨方法に関する。

近年、シリコンウェーハの表面を研磨する方法としては、シリカ粒子などの遊離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、遊離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、シリコンウェーハの表面に高い平坦度が得られることで知られている。ＣＭＰ処理では、通常、粗研磨から仕上げ研磨へと複数の段階を経てウェーハ表面が研磨される。
初期段階の粗研磨は、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とし、ポリウレタンなどの硬質の研磨布を用いて研磨速度が比較的速い条件で、研磨後のシリコンウェーハの厚さのバラツキを小さく、平坦化するように研磨される。この粗研磨工程では、研磨布の種類や遊離砥粒サイズを変更し、シリコンウェーハの研磨量（取り代）を複数段階（例えば１〜３段階）に分けながら研磨処理されることもある。

仕上げ研磨は、シリコンウェーハの表面の粗さを改善することを目的に行われ、スエードのような軟質の研磨布および微小サイズの遊離砥粒を使用し、ヘイズと呼ばれるウェーハ表面上の微小な面粗さのバラツキを低減するように研磨される。この仕上げ研磨工程も粗研磨工程と同様に、研磨布の種類や遊離砥粒サイズを変更しながら、複数段階に分けてなされる場合もある。
しかしながら、遊離砥粒を含む研磨液（スラリー）を用いて仕上げ研磨を実施した場合、ある程度のウェーハ表面の粗さを改善することはできるものの、研磨液中の遊離砥粒の凝集を原因として、シリコンウェーハの表面には、加工起因の欠陥であるマイクロスクラッチが発生していた。

一方、特許文献１では、研磨材（砥粒）を含む仕上げ研磨後、遊離砥粒による仕上げ研磨により発生した潜傷（マイクロスクラッチなど）が存在しなくなるまで、研磨材を含まない化学的研磨液を研磨布に供給しながらウェーハを研磨することが提案されている。具体的には、遊離砥粒を含むスラリーを使用して仕上げ研磨したウェーハについて、研磨材を含まない０．２重量％のＮａＯＨ水溶液により約３０分の研磨を行って、深さ５μｍまで除去するようにウェーハ表面を研磨することにより、スクラッチ像がほぼ消滅することが報告されている。

特許第３２０２３０５号公報

しかしながら、特許文献１のような、遊離砥粒を含まない化学的研磨液を使用し、仕上げ研磨後のシリコンウェーハの表面を潜傷が存在しなくなるまで研磨した場合、ウェーハ表面が等方性エッチングされてしまい、遊離砥粒を含む仕上げ研磨直後のシリコンウェーハに比べて、シリコンウェーハの表面のヘイズレベルが悪化する現象が発生する問題があった。

この発明は、シリコンウェーハ表面のヘイズレベルを改善できるシリコンウェーハの研磨方法を提供することを目的としている。

一般的に行われる遊離砥粒を含む研磨液を使用して仕上げ研磨を行えば、粗研磨で得られたシリコンウェーハ表面のヘイズレベルをある程度まで向上させることができる。しかしながら、遊離砥粒を用いた仕上げ研磨後のシリコンウェーハ表面のヘイズレベルは、使用する遊離砥粒の平均粒径に大きく依存し、微小径サイズの砥粒を使用するほどヘイズレベルの向上が図れるものの、砥粒の平均粒径を小さくすれば研磨液中の砥粒の分散性が低下して砥粒が凝集してしまい、シリコンウェーハ表面へのスクラッチなどの加工起因の欠陥を引き起こす問題がある。このため、遊離砥粒を含む研磨液を使用した仕上げ研磨では、砥粒の凝集を生じない平均粒径の範囲内でしか研磨が行えず、仕上げ研磨により改善できるヘイズレベルに限界があった。

本発明者らは、上述した仕上げ研磨におけるヘイズレベルの問題を解決すべく、遊離砥粒を含まない弱塩基性水溶液を主剤とした研磨液を用いて研磨（最終研磨）することで、仕上げ研磨したシリコンウェーハ表面のヘイズ成分である凹凸部の凸部を選択的にエッチングして除去することを想起し、鋭意研究の結果、以下の知見に基づき本発明を完成させるに至った。
すなわち、遊離砥粒を含まない最終研磨によって達成できるヘイズレベルは、化学的研磨液中のアルカリ種およびアルカリ濃度に依存し、低濃度のアルカリ濃度とすることにより、ヘイズ値を低減できることを突き止め、この発明の完成に至った。

請求項１に記載の発明は、遊離砥粒を含む仕上げ研磨液を研磨布に供給しながら、該研磨布とシリコンウェーハとを相対的に回転させて、該シリコンウェーハの表裏面のうち、少なくとも表面を仕上げ研磨し、該仕上げ研磨後、固定砥粒を有しない研磨布を用い、該仕上げ研磨液に含まれる前記遊離砥粒が該研磨布の表面に残存していない状態で、遊離砥粒を含まない弱塩基性水溶液を主剤とし、水溶性高分子が添加された最終研磨液を研磨布に供給しながら、該研磨布と前記シリコンウェーハとを相対的に回転させて、該シリコンウェーハの仕上げ研磨された面を最終研磨するシリコンウェーハの研磨方法であって、前記シリコンウェーハの最終研磨された面のヘイズ値が、該シリコンウェーハの仕上げ研磨された面のヘイズ値より低くなるように、前記最終研磨液の弱塩基性水溶液のアルカリ濃度を調整し、前記最終研磨液の弱塩基性水溶液のアルカリ濃度は、該弱塩基性水溶液がアンモニア水の場合には０．１〜１０００ｐｐｍ、該弱塩基性水溶液が水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の場合には０．１〜１００ｐｐｍ、該弱塩基性水溶液がアンモニアと炭酸水素アンモニウムとの混合水溶液の場合には０．１〜５００ｐｐｍであるシリコンウェーハの研磨方法である。

この発明のシリコンウェーハの研磨方法によれば、シリコンウェーハの最終研磨時、弱塩基性水溶液のアルカリ濃度を、シリコンウェーハの仕上げ研磨面のヘイズ値に達するアルカリ濃度未満としたので、遊離砥粒を含まない弱塩基性水溶液を主剤とした最終研磨液のアルカリエッチング作用を原因として、シリコンウェーハの最終研磨面のヘイズレベルを、仕上げ研磨面のヘイズレベルより悪化しないようにすることができる。

また、最終研磨液に水溶性高分子を添加したため、ヘイズレベルをさらに改善することができる。

この発明に係る実施例１のシリコンウェーハの研磨方法を示すフローシートである。この発明に係る実施例１のシリコンウェーハの研磨方法に用いられる片面鏡面研磨装置の正面図である。この発明に係る実施例１〜実施例３のシリコンウェーハの研磨方法における最終研磨液への種類別のアルカリ剤の添加量と、ヘイズレベルとの関係を示すグラフである。この発明に係る実施例１のシリコンウェーハの研磨方法における最終研磨液へのヒドロキシエチルセルロースの添加量とヘイズレベルとの関係を示すグラフである。（ａ）〜（ｃ）は、従来のシリコンウェーハの研磨方法における有砥粒研磨の段階別のヘイズレベルの変化を示すシリコンウェーハの要部拡大断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、この発明に係るシリコンウェーハの研磨方法における無砥粒研磨の経時的なヘイズレベルの変化を示すシリコンウェーハの要部拡大断面図である。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

この発明のシリコンウェーハの研磨方法は、遊離砥粒を含む仕上げ研磨液を研磨布に供給しながら、該研磨布とシリコンウェーハとを相対的に回転させて、該シリコンウェーハの表裏面のうち、少なくとも表面を仕上げ研磨し、該仕上げ研磨後、遊離砥粒を含まない弱塩基性水溶液を主剤とした最終研磨液を研磨布に供給しながら、該研磨布と前記シリコンウェーハとを相対的に回転させて、該シリコンウェーハの仕上げ研磨された面を最終研磨するシリコンウェーハの研磨方法であって、前記シリコンウェーハの最終研磨された面のヘイズ値が、該シリコンウェーハの仕上げ研磨された面のヘイズ値より低くなるように、前記最終研磨液の弱塩基性水溶液のアルカリ濃度を調整したシリコンウェーハの研磨方法である。

ここで、この発明のシリコンウェーハの研磨方法により、シリコンウェーハの仕上げ研磨されたシリコンウェーハの表面のヘイズレベルを改善可能な点について詳述する。
この発明のシリコンウェーハの研磨方法では、最終研磨液には遊離砥粒が含まれていないので、遊離砥粒の凝集による加工起因の欠陥は発生せず、使用可能な砥粒サイズの制限によるヘイズレベルの制約を受けることがない。
特に、この発明のシリコンウェーハの研磨方法では、最終研磨液として弱塩基性水溶液を主剤とした研磨液を使用し、最終研磨されたシリコンウェーハの表面のヘイズ値が、仕上げ研磨されたシリコンウェーハの表面のヘイズ値より低くなるように弱塩基性水溶液のアルカリ濃度を調整して、シリコンウェーハの表面を研磨することが肝要となる。

しかも、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、粗研磨としての１次研磨を含み、研磨布１３を使って行われる仕上げ研磨としての２次研磨および３次研磨は、研磨液中に遊離砥粒ａが含まれた有砥粒研磨である。そのため、研磨後のヘイズレベルは、仕上げ研磨時の遊離砥粒ａの粒径に依存する。したがって、長時間研磨しても砥粒サイズを変更しない限り、シリコンウェーハＷの研磨面のヘイズレベルの低下は望めない。
しかしながら、図６（ａ）〜図６（ｃ）に示すように、最終研磨としての４次研磨は、遊離砥粒ａを含まない弱塩基性水溶液のアルカリエッチング作用による無砥粒研磨であるため、シリコンウェーハＷの最終研磨面のヘイズレベルは長く研磨するほど、仕上げ研磨面よりもヘイズ値を低下させることができる。

ここで、弱塩基性水溶液とは、弱塩基性物質を水溶液にするときの電離度が小さいものであり、アンモニア水溶液、アンモニアと炭酸水素アンモニウムとの混合水溶液、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液、水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液などが挙げられる。例えば、アンモニアを水溶液にすると水酸化アンモニウムになり、その一部がアンモニウムイオンと水酸化物イオンに電離して塩基性を示す。電離する水酸化アンモニウムはごく一部であって、残りは水酸化アンモニウムとして水中に存在する。したがって、実効的に効く水酸化物イオンは強塩基性物質を用いた場合に比べて少ないので、エッチング速度は比較的緩やかである。また、弱塩基性物質は、金属イオンが非常に少ない高純度品の入手が容易である。
しかしながら、例えば、弱塩基性水溶液を充填したエッチング槽内にシリコンウェーハを浸漬させ、その表面をアルカリエッチングする処理を行っても、シリコンウェーハの表面のヘイズ成分である凹凸部の凸部を選択的にエッチングする作用は殆ど得られない。

低アルカリ濃度に調整した弱塩基性水溶液を研磨液として使用し、かつウェーハ表面を研磨処理することにより、ヘイズレベルを低減することができる。これは、最終研磨処理中のシリコンウェーハおよび研磨定盤のうち、少なくとも１つの回転により、低アルカリ濃度の弱塩基性水溶液がウェーハの径方向に流動し、シリコンウェーハの深さ方向に対するエッチング作用よりも遠心方向（ウェーハ径方向）のエッチング作用が優先され、シリコンウェーハの表面のヘイズ成分である凹凸部の凸部が選択的にエッチングされ、ヘイズレベルが低減されるものと推測される。
一方、ＮａＯＨやＫＯＨなどの電離度が１に近い強塩基性水溶液を使用した場合、これらの強塩基性物質を水溶液にすれば、ナトリウムイオン（カリウムイオン）と水酸化物イオンに完全に電離する。このため、シリコンに対するエッチング作用が強すぎて、シリコンウェーハの表面のヘイズ成分である凹凸部の凸部を選択的にエッチングする作用は得られず、凹凸部の全体が均一に等方エッチングされてしまい、最終研磨面のヘイズレベルは仕上げ研磨面のヘイズレベルよりむしろ悪化してしまうことになる。また、不純物として金属イオンが残留する欠点もある。

また、この発明のシリコンウェーハの研磨方法では、最終研磨液に水溶性高分子を添加することで、最終研磨後のシリコンウェーハの表面のヘイズレベルをさらに低減させることができる。すなわち、最終研磨液中の水溶性高分子はシリコンウェーハの表面に付着し、エッチング反応を抑制する働きがある。このため、シリコンウェーハの表面のヘイズ成分である凹凸部の凸部に付着した水溶性高分子は研磨布との接触により拭き取られ、凸部のアルカリエッチングが進行し、一方、シリコンウェーハ表面のヘイズ成分である凹凸部の凹部内には水溶性高分子が付着して滞留し、凹部に対するアルカリエッチングの進行が抑制され、凸部の選択的エッチング作用が進行すると推測される。

研磨対象とするシリコンウェーハとしては、例えば単結晶シリコンウェーハ、多結晶シリコンウェーハなどを採用することができる。また、エピタキシャルシリコンウェーハ、ＳＯＩシリコンウェーハなどでもよい。シリコンウェーハの直径としては、例えば１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍなどが挙げられる。

粗研磨されるシリコンウェーハの面は、表面、裏面およびこれらの両方でもよい。粗研磨では、例えばポリウレタン製などの硬質の研磨布を使用し、平均粒径３０〜１００ｎｍの遊離砥粒（コロイダルシリカ、ダイヤモンド砥粒、アルミナ砥粒など）を含む粗研磨液を研磨布に供給しながら、研磨後のシリコンウェーハの厚さのバラツキを小さく、平坦化するように研磨される。粗研磨工程は、研磨布の種類や粗研磨液に含まれる遊離砥粒のサイズを変更し、シリコンウェーハの被研磨面の研磨量を、例えば２段階または３段階に分けて研磨してもよい。
粗研磨液としては、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く、アルカリ剤として、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などが添加されたアルカリ性水溶液、または炭酸アルカリ性水溶液、またはアミンが添加されたアルカリ性水溶液などが望ましい。なお、粗研磨は、遊離砥粒を含まない高濃度アルカリ性水溶液からなる粗研磨液を使用する無砥粒研磨方式であってもよい。

ウェーハ表裏面を粗研磨する場合は、シリコンウェーハを収納するキャリアプレートと、このキャリアプレートを挟む研磨布を貼張した上定盤および下定盤とを備えた両面研磨装置を用いて研磨することが望ましい。両面研磨装置としては、例えばサンギヤ（遊星歯車）方式のもの、または、キャリアプレートに自転をともなわない円運動をさせる無サンギヤ方式のものを採用することができる。これにより、一度の研磨処理でウェーハ表面だけでなく、ウェーハ裏面の高平坦化までを達成することができる。

仕上げ研磨において、遊離砥粒を含むアルカリ性水溶液を仕上げ研磨液とすることができる。例えば、アルカリ性水溶液中に、コロイダルシリカ（砥粒）、ダイヤモンド砥粒、アルミナ砥粒などの遊離砥粒が混入されたものを採用することができる。これにより、シリコンウェーハの被研磨面は、主に遊離砥粒によるメカニカルな研削作用と、アルカリによるケミカル作用により研磨される。
仕上げ研磨液用のアルカリ性水溶液に添加される遊離砥粒の平均粒径は、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。平均粒径が１０ｎｍ未満では、研磨液中の砥粒の分散性が低下して砥粒が凝集して、シリコンウェーハ表面へのスクラッチなどの加工起因の欠陥を引き起こす恐れがある。５０ｎｍを超えれば、仕上げ研磨後のシリコンウェーハの表面のヘイズ値が大きく悪化し、その後に砥粒を含まない弱塩基性水溶液、例えばアンモニア水溶液を主剤とする無砥粒研磨を行っても、現状要求されるヘイズレベルにまで低減することが困難となる。平均粒径はＢＥＴ法により測定されたものである。

使用するアルカリ性水溶液としては、粗研磨液と同様に、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く、アルカリ剤として、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、または炭酸アルカリ性水溶液、また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。
なお、仕上げ研磨は、粗研磨のようなシリコンウェーハの平坦度を調整する研磨とは異なり、ウェーハ表面の微小なうねりやヘイズレベルの改善を目的として実施するものである。現状では、仕上げ研磨されたシリコンウェーハを洗浄（ＳＣ−１洗浄）後、ウェーハ表面を表面検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ２を用いたＤＷＯモード）で評価した場合で、０．０３〜０．２ｐｐｍのヘイズレベルのものが製造される。

仕上げ研磨用の研磨布としては、粗研磨用のポリウレタンなどの硬質の研磨布とは異なり、軟質の研磨布が適している。具体的には、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。ベロアタイプの研磨布は、単層構造のいわゆる不織布であり、立体的な構造の多孔質シート状材料である。スエードタイプの研磨布は、いわば工業材料用の人工皮革で、合成繊維および特殊合成ゴムにより形成した立体構造の不織布からなる基体層と、耐摩耗性に優れたポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂等の高分子樹脂に多数の微細なポア（孔）を形成した表面層とから構成したものである。

最終研磨液としては、遊離砥粒を含まない弱塩基性水溶液を主剤としたものを採用している。ここで、「遊離砥粒を含まない弱塩基性水溶液」とは、最終研磨液の主剤である弱塩基性水溶液中に、コロイダルシリカ、ダイヤモンド砥粒、アルミナ砥粒などの遊離砥粒が混入されていないものをいう。これにより、シリコンウェーハの最終研磨面は、ケミカル作用により研磨され、遊離砥粒を用いた仕上げ研磨のようなメカニカル作用による加工ダメージの発生を回避することができる。しかも、遊離砥粒を利用しない研磨であるため、砥粒凝集に起因したマイクロスクラッチなどの加工起因の欠陥発生も低減することができる。

最終研磨液用の弱塩基性水溶液のアルカリ濃度（アルカリ剤の含有量）は、最終研磨された面のヘイズ値が、シリコンウェーハの仕上げ研磨された面のヘイズ値より低くなるように調整される。アルカリ濃度が、シリコンウェーハの仕上げ研磨面のヘイズ値に達する濃度値以上では、シリコンウェーハの表面のエッチング作用が過度に高まり、最終研磨面のヘイズレベルが仕上げ研磨面より悪化する。

最終研磨液の弱塩基性水溶液がアンモニア水の場合において、弱塩基性水溶液のアルカリ濃度は、０．１〜１０００ｐｐｍの範囲に調整することが望ましい。０．１ｐｐｍ未満では、仕上げ研磨面のヘイズレベルの改善効果が小さい。また、１０００ｐｐｍを超えれば、過度のアルカリエッチング反応によりシリコンウェーハの最終研磨面に面荒れを生じ易い。０．１〜１０００ｐｐｍの範囲であれば、シリコンウェーハの仕上げ研磨面のヘイズ成分（有砥粒研磨により発生したウェーハ面の凹凸部分）を低減することができる。なお、アンモニア水の場合は、アルカリ濃度が５００ｐｐｍを超えたあたりからヘイズ値が悪化していく傾向がある。そのため、効果的なヘイズ値の改善効果を得る観点からは、アルカリ濃度を１０〜５００ｐｐｍの範囲に調整することが特に望ましい。

最終研磨液の弱塩基性水溶液が水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の場合において、弱塩基性水溶液のアルカリ濃度は、０．１〜１００ｐｐｍの範囲に調整することが望ましい。０．１ｐｐｍ未満では、仕上げ研磨面のヘイズレベルの改善効果が小さい。また、１００ｐｐｍを超えれば、過度のアルカリエッチング反応によりシリコンウェーハの最終研磨面に面荒れを生じ易い。０．１〜１００ｐｐｍの範囲であれば、シリコンウェーハの仕上げ研磨面のヘイズ成分（有砥粒研磨により発生したウェーハ面の凹凸部分）を低減することができる。なお、水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の場合は、アルカリ濃度が５０ｐｐｍを超えたあたりからヘイズ値が悪化していく傾向がある。そのため、効果的なヘイズ値の改善効果を得る観点からは、アルカリ濃度を１〜５０ｐｐｍの範囲に調整することが特に望ましい。

最終研磨液の弱塩基性水溶液がアンモニアと炭酸水素アンモニウムとの混合水溶液の場合において、弱塩基性水溶液のアルカリ濃度は、０．１〜５００ｐｐｍの範囲に調整することが望ましい。０．１ｐｐｍ未満では、仕上げ研磨面のヘイズレベルの改善効果が小さい。また、５００ｐｐｍを超えれば、過度のアルカリエッチング反応により、シリコンウェーハの最終研磨面に面荒れを生じ易い。なお、アンモニアと炭酸水素アンモニウムとの混合水溶液の場合は、アルカリ濃度が１００ｐｐｍを超えたあたりからヘイズ値が悪化していく傾向がある。そのため、効果的なヘイズ値の改善効果を得る観点からは、アルカリ濃度を１０〜１００ｐｐｍの範囲に調整することが特に望ましい。

最終研磨用の研磨布としては、仕上げ研磨で使用される軟質の研磨布を採用することができ、特に、スエードタイプの研磨布を採用することが望ましい。理由は定かではないが、本発明者らは、ベロアタイプよりスエードタイプの方がヘイズレベルの改善効果が高いことを確認している。具体的には、ＪＩＳＫ６２５３−１９９７／ＩＳＯ７６１９により規定されたショアＣ硬度で４０°〜８０°、圧縮弾性率が６０〜１００％の研磨布などが適している。

最終研磨（粗研磨および仕上げ研磨も同じ）は、シリコンウェーハと研磨布とを相対的に回転させることにより行われる。「相対的に回転させる」とは、シリコンウェーハを回転させる、研磨布を回転させる、あるいはシリコンウェーハと研磨布との両方を回転させることをいう。シリコンウェーハおよび研磨布の回転方向は任意である。例えば、両方を回転させる場合のシリコンウェーハと研磨布との回転方向は、同一でも異なってもよい。
最終研磨の際、シリコンウェーハの仕上げ研磨面の研磨量は、０Åを超えて８０Å以下とすることが望ましい。すなわち、最終研磨は、仕上げ研磨されたシリコンウェーハの表面のヘイズ成分である凹凸部の凸部のみを選択的に除去しようとするものである。そのため、０Åを超えて８０Å以下という極僅かな研磨量で凸部を除去することができ、十分なヘイズ改善効果が得られる。研磨時間もこの研磨量となるように設定すればよく、最大でも１０分間以下の研磨時間で十分である。これにより、仕上げ研磨面のヘイズ値よりもヘイズ値を小さくすることができる。

シリコンウェーハの最終研磨（粗研磨および仕上げ研磨も同じ）では、枚葉式の研磨装置を使用しても、複数枚のシリコンウェーハを同時に研磨するバッチ式の研磨装置を使用してもよい。また、表面のみの片面研磨でも、ウェーハ表裏面を同時に研磨する両面研磨でもよい。さらに、最終研磨用の研磨装置は、仕上げ研磨用の研磨装置を継続して使用して研磨液のみ変更するようにしてもよい。しかしながら、仕上げ研磨で使用した遊離砥粒が研磨布の表面に残留し、これを除去する洗浄操作や、研磨液交換作業などを行う必要があるため、仕上げ研磨用のものとは異なる最終研磨専用の研磨装置を使用することが特に望ましい。

最終研磨液には、水溶性高分子を添加した方が望ましい。これにより、最終研磨後のシリコンウェーハのヘイズレベルを、さらに低減することができる。
水溶性高分子には、ノニオン系のポリマーおよびモノマーのうちの１種もしくは複数種、または、アニオン系のポリマーおよびモノマーのうちの１種もしくは複数種などを使用する。
水溶性高分子としては、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）を使用することが望ましい。特に、ヒドロキシエチルセルロースは、高純度のものを比較的容易に入手でき、ウェーハ表面で高分子膜を形成し易いため、アルカリによるエッチング反応を抑制する効果が高いという特性を有する。ただし、各種の水溶性高分子のうち、弱塩基性水溶液によるシリコンウェーハのエッチングを促進させるものは不適当である。水溶性高分子は、１種類だけを使用しても、複数種類を使用してもよい。

また、水溶性高分子に代えて、界面活性剤または脂肪族アルコールでもよい。界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテルなどを採用することができる。また、脂肪族アルコールとしては、例えば、ポリビニルアルコールなどを採用することができる。
最終研磨液中の水溶性高分子の濃度は、０．１〜１０００ｐｐｍの範囲で設定すればよく、特に１０〜１００ｐｐｍが好ましい。水溶性高分子としてヒドロキシエチルセルロースを採用した場合も、添加量１０〜１００ｐｐｍが好ましい。過剰に添加すれば、研磨そのものが行えなくなってしまうおそれがある。

ラッピングおよび面取り加工が施された、直径３００ｍｍ、結晶方位（１００）のシリコンウェーハを複数枚準備し、これらのシリコンウェーハに対して、粗研磨に該当する１次研磨と、仕上げ研磨の前段部分となる２次研磨と、仕上げ研磨の後段部分となる３次研磨と、最終研磨に該当する４次研磨とからなる４段階の研磨を施した（図１のフローシート）。

１次研磨工程では、無サンギヤ方式の両面研磨装置を用い、１次研磨液を使用してシリコンウェーハの表裏面を同時に研磨する１次研磨を実施した。１次研磨液には、平均粒径７０ｎｍのコロイダルシリカ粒子（遊離砥粒）が５重量％添加されたＫＯＨ水溶液を使用し、シリコンウェーハの表裏面を粗研磨した。このときの研磨量は、片面で１０μｍとした。

次に、１次研磨されたシリコンウェーハＷの表面に対して、遊離砥粒を含む２次研磨液を供給しながら、片面鏡面研磨装置により２次研磨を施した。
図２に示すように、片面鏡面研磨装置１０は、研磨定盤１１と、その上方に配置された研磨ヘッド１２とを備えている。研磨定盤１１の上面には、硬質発泡ウレタンパッド製の研磨布１３が貼着されている。研磨ヘッド１２はヘッド駆動部１４の回転軸１４ａに固定され、研磨ヘッド１２の下面にはシリコンウェーハＷが１枚、研磨ヘッド１２に真空吸着されている。また、研磨定盤１１の中央部の上方には、２次研磨液を研磨布１３に供給するスラリーノズル１５が配置されている。２次研磨液は、０．０８重量％のＫＯＨ水溶液に、平均粒径が７０ｎｍのコロイダルシリカ粒子が０．５重量％添加したものを使用した。

２次研磨時には、回転軸１４ａを介して、ヘッド駆動部１４により研磨ヘッド１２を回転させながらこれを徐々に下降させ、シリコンウェーハＷを研磨布１３に押圧する。この状態で、スラリーノズル１５から２次研磨液を研磨布１３に供給しながら、シリコンウェーハＷの表面を２次研磨した。これにより、シリコンウェーハＷの１次研磨された表面に、０．６μｍの研磨量とした仕上げ研磨の前段部分を施した。

次に、２次研磨されたシリコンウェーハＷの表面を３次研磨する。具体的には、２次研磨で使用した片面鏡面研磨装置１０を用い、０．０８重量％のＫＯＨ水溶液に、平均粒径が３５ｎｍのコロイダルシリカ粒子が０．５重量％添加された３次研磨液を研磨布１３に供給しながら、シリコンウェーハＷの表面を３次研磨した。これにより、シリコンウェーハＷの２次研磨された表面に、研磨量０．０４μｍとした仕上げ研磨の後段部分を施した。
次いで、３次研磨されたシリコンウェーハＷに、所定のＳＣ１洗浄液によるＳＣ１洗浄を施す。その後、ウェーハ表面のヘイズレベルを測定した。測定の結果、シリコンウェーハＷの表面のヘイズ値は０．０７７ｐｐｍであった。ヘイズ値の測定には、表面検査装置として、ＫＬＡＴｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ２を採用し、そのＤＷＯモード（ＤａｒｋＦｉｅｌｄＷｉｄｅＯｂｌｉｑｕｅモード、暗視野ワイド斜め入射モード）を使用して測定した。なお、本実施例では、仕上げ研磨を２次研磨、３次研磨の二段階で行った例を示したが、３次研磨条件で２次研磨を行う一段研磨処理であってもよい。

次に、３次研磨後のシリコンウェーハＷの表面を、遊離砥粒を含まない４次研磨液（最終研磨液）を用いて４次研磨（最終研磨）した。具体的には、１次研磨〜３次研磨で使用した片面鏡面研磨装置１０を用い、研磨布１３として、ＪＩＳＫ６２５３−１９９７／ＩＳＯ７６１９により規定されたショアＣ硬度が６４°、圧縮弾性率が６３％のスエード製のもの（千代田株式会社製のシーガル）を使用した。
４次研磨時には、遊離砥粒を含有しないアンモニア水からなる４次研磨液を、０．４リットル／分で研磨布１３へ供給しながら、研磨定盤１１および研磨ヘッド１２の回転速度が５０ｒｐｍ（回転方向は反対向き）、研磨圧が１００ｇ／ｃｍ^２、研磨時間が３分間で、しかも濃度を０．１〜１０００ｐｐｍで変化させた研磨条件で、シリコンウェーハＷの表面を４次研磨した。その結果を、図３のグラフに示す。図３のグラフは、最終研磨後のシリコンウェーハＷの表面のヘイズ値が、仕上げ研磨面のヘイズ値（０．０７７ｐｐｍ）に達するまでに必要となるアルカリ剤の添加量（アルカリ濃度）の違いを確認する試験の結果である。ヘイズ値の測定には、表面検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ２を用いたＤＷＯモード）を使用した。また、最終研磨面のヘイズ値を測定する前に、シリコンウェーハＷの表面を所定のＳＣ１洗浄液により洗浄した。

図３のグラフから明らかなように、最終研磨液がアンモニア水の場合には、ウェーハ表面のヘイズ値が０．０７７ｐｐｍに達するまでに必要なアンモニアの添加量は約１０００ｐｐｍとなる。例えば、最終研磨液のアンモニア水に添加されたアンモニアの添加量が１００ｐｐｍのとき、最終研磨面のヘイズ値は０．０６５ｐｐｍであった。

次に、同じく図３のグラフを参照して、この発明の実施例２に係るシリコンウェーハの研磨方法を説明する。
実施例２では、実施例１のアンモニア水に代わる弱塩基性水溶液として、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）の水溶液を採用し、実施例１と同じ条件で、３次研磨後のシリコンウェーハＷの表面を４次研磨した。その結果を、同じく図３のグラフに示す。
図３のグラフから明らかなように、最終研磨液が水酸化テトラメチルアンモニウムの水溶液の場合には、その添加量が０．１〜５０ｐｐｍの範囲で、その添加量の増大に伴いシリコンウェーハＷの表面のヘイズレベルが低下した。一方、水酸化テトラメチルアンモニウムの添加量が５０ｐｐｍを超えた時点からその添加量の増大につれ、ウェーハ表面のヘイズレベルも悪化し、この添加量が約１００ｐｐｍに達した時、ヘイズレベルは仕上げ研磨面のヘイズ値に達した。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので説明を省略する。

次に、同じく図３のグラフを参照して、この発明の実施例３に係るシリコンウェーハの研磨方法を説明する。
実施例３では、実施例１のアンモニア水に代わる弱塩基性水溶液として、アンモニアと炭酸水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＣＯ_３）との混合物の水溶液を採用し、実施例１と同じ条件で、３次研磨後のシリコンウェーハＷの表面に対して４次研磨を行った。その結果を、同じく図３のグラフに示す。なお、アンモニアと炭酸水素アンモニウムとの混合割合は、重量比で１：１である。
図３のグラフから明らかなように、最終研磨液が、アンモニアと炭酸水素アンモニウム（ＮＨ_４ＨＣＯ_３）との混合水溶液の場合には、アンモニアと炭酸水素アンモニウムとの添加量が０．１〜１００ｐｐｍの範囲において、このアルカリ剤の添加量の増大に伴いシリコンウェーハの表面のヘイズレベルが低下した。一方、アンモニアと炭酸水素アンモニウムとの混合物の添加量が１００ｐｐｍを超えた時点から、この混合物の添加量の増大に伴いウェーハ表面のヘイズレベルも悪化し始め、その添加量が約５００ｐｐｍに達した時、そのヘイズレベルは仕上げ研磨面のヘイズ値に達した。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので説明を省略する。

次に、図４のグラフを参照して、この発明の実施例４に係るシリコンウェーハの研磨方法を説明する。
最終研磨における水溶性高分子の添加の有効性を確認するため、実施例１で行った１次研磨〜３次研磨の条件で仕上げ研磨されたシリコンウェーハＷを用い、４次研磨（最終研磨）用の最終研磨液の主剤として、遊離砥粒を含まず、アンモニア（ＮＨ_４ ^＋）の濃度が１００ｐｐｍのアンモニア水からなる４次研磨液を用い、これに、ヒドロキシエチルセルロース（ＨＥＣ；水溶性高分子）を添加し、その添加量を変化させて研磨実験を３回（１回目；▲、２回目；●、３回目；◆）行った。他の４次研磨条件は実施例１と同じである。
最終研磨液中のヒドロキシエチルセルロースの添加量と、シリコンウェーハＷの最終研磨面のヘイズ値とを、表面検査装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製、ＳＰ２）を使用し、ＤＷＯモードで測定した結果を図４のグラフに示す。
図４のグラフから明らかなように、ヒドロキシエチルセルロースの添加量が０．１〜１０００ｐｐｍのとき、大幅にシリコンウェーハＷのヘイズレベルが低下することが確認された。
その他の構成、作用および効果は、実施例１と同じであるので説明を省略する。

この発明は、表面粗さが低減した半導体デバイス用シリコンウェーハの製造方法として有用である。

１３研磨布、
Ｗシリコンウェーハ、
ａ遊離砥粒。

Claims

遊離砥粒を含む仕上げ研磨液を研磨布に供給しながら、該研磨布とシリコンウェーハとを相対的に回転させて、該シリコンウェーハの表裏面のうち、少なくとも表面を仕上げ研磨し、
該仕上げ研磨後、固定砥粒を有しない研磨布を用い、該仕上げ研磨液に含まれる前記遊離砥粒が該研磨布の表面に残存していない状態で、遊離砥粒を含まない弱塩基性水溶液を主剤とし、水溶性高分子が添加された最終研磨液を研磨布に供給しながら、該研磨布と前記シリコンウェーハとを相対的に回転させて、該シリコンウェーハの仕上げ研磨された面を最終研磨するシリコンウェーハの研磨方法であって、
前記シリコンウェーハの最終研磨された面のヘイズ値が、該シリコンウェーハの仕上げ研磨された面のヘイズ値より低くなるように、前記最終研磨液の弱塩基性水溶液のアルカリ濃度を調整し、
前記最終研磨液の弱塩基性水溶液のアルカリ濃度は、
該弱塩基性水溶液がアンモニア水の場合には０．１〜１０００ｐｐｍ、
該弱塩基性水溶液が水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液の場合には０．１〜１００ｐｐｍ、
該弱塩基性水溶液がアンモニアと炭酸水素アンモニウムとの混合水溶液の場合には０．１〜５００ｐｐｍであるシリコンウェーハの研磨方法。