特許 7617788 ウェハ研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-01-09

(45)【発行日】2025-01-20

(54)【発明の名称】ウェハ研磨方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20250110BHJP

   B24B 37/00 20120101ALI20250110BHJP

   B24B 37/12 20120101ALI20250110BHJP

   B24B 37/24 20120101ALI20250110BHJP

   B24B 49/12 20060101ALI20250110BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622R

H01L21/304 622D

H01L21/304 621D

B24B37/00 H

B24B37/12 D

B24B37/24 B

B24B37/24 D

B24B49/12

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021051293

(22)【出願日】2021-03-25

(65)【公開番号】P2022149234

(43)【公開日】2022-10-06

【審査請求日】2023-10-10

(73)【特許権者】

【識別番号】000004293

【氏名又は名称】ノリタケ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001117

【氏名又は名称】弁理士法人ぱてな

(72)【発明者】

【氏名】北嶋 将太

(72)【発明者】

【氏名】近藤 庸市

【審査官】柴垣 俊男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１２６９３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１９３３３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１３５６７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３２１０７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１１９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００５／０９９０５７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ３７／００

Ｂ２４Ｂ ３７／１２

Ｂ２４Ｂ ３７／２４

Ｂ２４Ｂ ４９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨体及び研磨液を用い、前記研磨体及び前記研磨液の少なくとも一方が研磨粒子を有し、ウェハと前記研磨体とを前記研磨液の存在下で所定の面圧の下で相対移動させ、前記ウェハを研磨するウェハ研磨方法において、
ラマン分光法によって前記ウェハの加工変質層の最大値を測定する測定工程と、
前記最大値に応じて少なくとも前記研磨粒子を選択する選択工程と、
前記選択工程で選択された前記研磨粒子により前記ウェハを研磨する加工工程とを備え、
前記選択工程では、前記最大値がＡ（μｍ）であるとき、
Ａ／２－｛５×１０ ^-8 ×Ｚ ² ＋８×１０ ^-5 ×Ｚ－０．１｝≦０を満たすヌープ硬度Ｚ（ＫＨ（ｋｇｆ／ｍｍ ² ））を有する前記研磨粒子を選択することを特徴とするウェハ研磨方法。

【請求項2】

前記研磨体は繊維又は発泡樹脂からなり、
前記研磨液は前記研磨粒子を含む請求項１記載のウェハ研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はウェハ研磨方法に関する。

【背景技術】

【0002】

インゴットからスライスされたウェハの表面を研磨するウェハ研磨方法の一例が特許文献１に開示されている。このウェハ研磨方法は、研磨体及び研磨液を用いる。研磨体は研磨粒子を含まず、研磨液が研磨粒子を含んでいる。そして、ウェハと研磨体とを研磨液の存在下で所定の面圧の下で相対移動させ、ウェハを研磨する。研磨粒子の種類、径及び量は、ウェハの材質、面圧の条件、相対移動の条件等により、経験的に選択されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－２１１９９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、従来のウェハ研磨方法でウェハの研磨を行うと、研磨後のウェハに局所的にスクラッチが入る場合がある。スクラッチの入ったウェハは、半導体デバイスを製造するための後工程でそのまま用いることができないことから、スクラッチの入ったウェハにさらに研磨を行ってスクラッチのないウェハにしたとしても、得られたウェハは半導体デバイスを製造するための歩留まりが十分とは言えない。

【0005】

すなわち、スクラッチが入ったウェハは、たとえスクラッチがなくなっていたとしても、スクラッチが存在していた箇所では、圧縮応力又は引張応力によって加工変質層が潜在していることがある。その加工変質層は半導体デバイスにおいて電気特性等の不良を起こすことから、ある程度取り除く必要がある。そもそも、ウェハは、インゴットからワイヤーソー等によって切断されることにより、表面に不可避的に加工変質層を有している。

【0006】

また、従来の半導体デバイスの各加工工程では、工具のスペックや取り代（研磨量）が一律に定められている。このため、一律の工具で加工を行うことにより、無駄にウェハを研磨したり、長時間を要したり、ウェハが未だ加工変質層を多く有していたり、新たに加工変質層を生じたりする場合もある。

【0007】

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、半導体デバイスを製造するための高い歩留まりを実現可能なウェハ研磨方法を提供することを解決すべき課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のウェハ研磨方法は、研磨体及び研磨液を用い、前記研磨体及び前記研磨液の少なくとも一方が研磨粒子を有し、ウェハと前記研磨体とを前記研磨液の存在下で所定の面圧の下で相対移動させ、前記ウェハを研磨するウェハ研磨方法において、
ラマン分光法によって前記ウェハの加工変質層の最大値を測定する測定工程と、
前記最大値に応じて少なくとも前記研磨粒子を選択する選択工程と、
前記選択工程で選択された前記研磨粒子により前記ウェハを研磨する加工工程とを備え、
前記選択工程では、前記最大値がＡ（μｍ）であるとき、
Ａ／２－｛５×１０ ^-8 ×Ｚ ² ＋８×１０ ^-5 ×Ｚ－０．１｝≦０を満たすヌープ硬度Ｚ（ＫＨ（ｋｇｆ／ｍｍ ² ））を有する前記研磨粒子を選択することを特徴とする。

【0009】

発明者の知見によれば、ラマン分光法によってウェハの加工変質層を非破壊で検出できる。そして、その加工変質層の最大値に応じて選択した研磨粒子によりウェハを研磨すれば、加工変質層を効果的に減らすことができる。こうして研磨した後のウェハは半導体デバイスの電気特性等の不良を起こし難い。

【0010】

したがって、本発明のウェハ研磨方法によれば、半導体デバイスを製造するための高い歩留まりを実現できる。

【0011】

選択工程では、測定工程において検出された加工変質層の最大値がＡ（μｍ）であるとき、
Ａ／２－｛５×１０^-8×Ｚ²＋８×１０^-5×Ｚ－０．１｝≦０を満たすヌープ硬度Ｚ（ＫＨ（ｋｇｆ／ｍｍ²））を有する研磨粒子を選択することが好ましい。

【0012】

発明者は、種々のヌープ硬度（Knoop hardness）の研磨粒子を用い、各研磨粒子によってウェハに生じる加工変質層の深さ（μｍ）を確認することにより、各研磨粒子のヌープ硬度と、各研磨粒子によって生じる加工変質層の深さとの関係を見出した。こうして選択した研磨粒子によりウェハを研磨すれば、加工変質層の少なくとも５０％以上を取り除くことが可能である。加工変質層の少なくとも５０％以上を取り除いたウェハであれば、半導体デバイスの電気特性等の不良を起こし難い。また、こうして選択した研磨粒子によりウェハを研磨すれば、無駄にウェハを研磨したり、新たに加工変質層を生じたりすることがなく、効果的に加工変質層を取り除くことができる。なお、日本工業規格ＪＩＳＺ２２５１はヌープ硬さ試験の試験方法について定めており、ヌープ硬度Ｚはこの規格で規定されている。

【0013】

発明者は、研磨体が発泡樹脂からなり、研磨液が研磨粒子を含む場合に本発明の効果を確認している。研磨体は繊維からなってもよい。（１）研磨体がバインダと、バインダに保持された研磨粒子とを有し、研磨液が研磨粒子を含む場合、（２）研磨体がバインダと、バインダに保持された研磨粒子とを有し、研磨液が研磨粒子を含まない場合、（３）研磨体は、樹脂からなり、複数の気泡が形成された母材と、母材又は気泡内に保持された研磨粒子とを有し、研磨液が研磨粒子を含まない場合であってもよい。

【発明の効果】

【0014】

本発明のウェハ研磨方法によれば、半導体デバイスを製造するための高い歩留まりを実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】図１は、ウェハの平面図である。

【図2】図２は、ラマン分光法による測定結果である。

【図3】図３は、各研磨粒子のヌープ硬度と、各研磨粒子によってウェハに生じる加工変質層の深さとの関係を示すグラフである。

【図4】図４は、各研磨粒子のヌープ硬度と、研磨能率指数との関係を示すグラフである。

【図5】図５は、加工工程で用いたウェハ研磨装置の模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（試験１）
図１に示すように、直径が４インチの４Ｈ－ＳｉＣ単結晶からなるウェハ１を用意した。このウェハ１について、ウェハ１の表面に中心点Ｏから延びるｘ軸及びｙ軸を規定するとともに、ウェハ１の厚み方向にｚ軸を規定した座標軸を仮定した。そして、中心点Ｏに近い領域１ａから順に合計３つの領域１ａ～１ｃを定めた。各領域１ａ～１ｃは、ｘ方向が－５～５（μｍ）、ｚ方向が０～－５（μｍ）の範囲に規定されている。

【0017】

そして、ラマン分光装置によって各領域１ａ～１ｃにレーザ光を順に照射し、ラマン散乱光を測定した。ラマン分光法によって得られた測定結果の一例を図２に示す。図２に示されるように、ウェハ１は、各領域１ａ～１ｃにおいて、表面側に加工変質層３を有している。

【0018】

但し、各領域１ａ～１ｃにおいて、ｘ＝－０．５～０．５（μｍ）、ｚ＝－４．５～－５（μｍ）で指定される部分Ｃは一般的に研磨加工前のウェハでは加工変質層がないと考えられる深さ領域であるから、部分Ｃのラマンピークの平均値を基準とし、ラマンピークが高波数側に０．１５ｃｍ^-1以上シフトしておれば圧縮応力を有する加工変質層であり、ラマンピークが低波数側に０．１５ｃｍ^-1以上シフトしておれば引張応力を有する加工変質層であると定義した。

【0019】

各領域１ａ～１ｃにおける加工変質層３の最大深さａ（μｍ）を測定した。検査の画面上では例えば０．７μｍの深さまでダメージがあるように見えたとしても、実際にはＳｉＣの内部にレーザ光が侵入すると、ＳｉＣの屈折率である２．６５を乗じた深さまでレーザ光が達している。つまり、０．７×２．６５＝１．８５５μｍの深さまで加工変質層３が存在する。それらのａの中で最大の値をＡとした。

【0020】

一方、シリカ（ＳｉＯ₂）からなる研磨粒子と、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる研磨粒子と、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる研磨粒子と、ダイヤモンドからなる研磨粒子とを用意し、これら研磨粒子を用いた研磨加工によって新たに形成される加工変質層３の深さ（μｍ）を確認した。シリカ（ＳｉＯ₂）からなる研磨粒子のヌープ硬度は９３７（ＫＨ）、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）からなる研磨粒子のヌープ硬度は２２２０（ＫＨ）、立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）からなる研磨粒子のヌープ硬度は４６００（ＫＨ）、ダイヤモンドからなる研磨粒子のヌープ硬度は８０００（ＫＨ）である。この結果を図３に示す。図３に示される曲線は、ヌープ硬度をｘ軸とし、加工変質層３の深さをｙ軸とすれば、以下の数１の式で表される。

【0021】

数１…ｙ＝５×１０^-8ｘ²＋８×１０^-5ｘ－０．１

【0022】

この数１式のｘをヌープ硬度Ｚとし、加工変質層の最大値Ａの５０％以上を取り除く場合、以下の数２の式が得られる。

【0023】

数２…Ａ／２－｛５×１０^-8×Ｚ²＋８×１０^-5×Ｚ－０．１｝≦０

【0024】

なお、上記４種のヌープ硬度の研磨粒子を用い、各研磨粒子のヌープ硬度と、研磨能率指数との関係を確認した。研磨能率指数はシリカからなる研磨粒子による研磨レートを１として評価した。この結果を図４に示す。図４に示される曲線は、ヌープ硬度をｘ軸とし、研磨能率指数をｙ軸とすれば、以下の数３の式で表される。

【0025】

数３…ｙ＝２×１０^-10ｘ³－１×１０^-6ｘ²＋０．００２８ｘ－０．７６１１

【0026】

この数３の式によれば、数２を満たす研磨粒子で加工工程を行う場合、効果的に加工変質層３を取り除くことができる。

【0027】

（試験２）
「測定工程」
試験１のウェハ１を用意した。ウェハ１について、試験１と同様、ラマン分光法によって加工変質層３の最大値Ａを測定した。この結果、加工変質層３の最大値Ａは１．９μｍであった。

【0028】

「選択工程」
上記数２の式において、Ａ＝１．９を代入し、Ｚを求めると、Ｚ≦３８５２（ＫＨ）が得られる。このため、実施例として、ヌープ硬度が２２２０（ＫＨ）であるアルミナからなる研磨粒子を採用した。一方、比較例として、ヌープ硬度が４６００（ＫＨ）である立方晶窒化ホウ素からなる研磨粒子を採用した。

【0029】

「加工工程」
図５に示す研磨装置（Engis EJW-380）を用意した。この研磨装置は、複数のキャリヤ５と、定盤７と、駆動装置９と、研磨液供給装置１１とを備えている。

【0030】

図５には単一のキャリヤ５だけを図示しているが、研磨装置は複数のキャリヤ５を有している。各キャリヤ５は水平な円板状をなしている。各キャリヤ５の下面には凹部５ａが凹設されており、凹部５ａにはウェハ１が固定されるようになっている。各キャリヤ５の上面にはキャリヤ回転軸５ｂが垂直に突設されている。ウェハ１のＳｉ面である被研磨面１ａは下方を向いている。

【0031】

定盤７は、全てのキャリヤ５を内包する水平な円板状をなしている。定盤７の下面には定盤回転軸７ａが垂直に突設されている。定盤７の上面には、各ウェハ１と対面するように円板状の研磨パッド１３が接着剤によって固定されている。研磨パッド１３は直径３００ｍｍのウレタンパッド（ニッタハース製、IC1000）である。

【0032】

駆動装置９は、主駆動装置９ａと、副駆動装置９ｂと、加圧装置９ｃとを有している。主駆動装置９ａは定盤回転軸７ａを第１軸心Ｏ１周りで所定速度で回転駆動する。副駆動装置９ｂは各キャリヤ回転軸５ｂを第２軸心Ｏ２周りで所定速度で回転駆動する。加圧装置９ｃは各キャリヤ回転軸５ｂ及び副駆動装置９ｂを定盤７に向けて所定荷重で加圧する。

【0033】

研磨液供給装置１１は定盤７の上方に設けられている。研磨液供給装置１１は各ウェハ１と研磨パッド１３との間に研磨液１１ａを介在させる。研磨液１１ａは、いずれかの研磨粒子が５質量％の濃度で純水に分散されたものである。

【0034】

この研磨装置において、以下の条件で各ウェハ１を研磨した。
研磨液１１ａの流量：１０ｍＬ／分
荷重：３０ｋＰａ
定盤７の回転数：６０ｒｐｍ
キャリア５の回転数：６０ｒｐｍ
加工時間：３０分

【0035】

実施例の研磨粒子で研磨したウェハ１と、比較例の研磨粒子で研磨したウェハ１とについて、試験１と同様、ラマン分光法によって加工変質層３の最大値Ａを測定した。この結果、実施例の研磨粒子で研磨したウェハ１は、加工変質層３の最大値Ａが０．２６５μｍであり、研磨前の１４％であった。

【0036】

一方、比較例の研磨粒子で研磨したウェハ１は、加工変質層３の最大値Ａが１．５μｍであり、研磨前の７９％であった。

【0037】

このため、実施例の研磨粒子によりウェハ１を研磨すれば、加工変質層３を効果的に減らすことができる。こうして研磨した後のウェハ１は半導体デバイスの電気特性等の不良を起こし難い。

【0038】

したがって、実施例のウェハ研磨方法によれば、半導体デバイスを製造するための高い歩留まりを実現できる。

【0039】

以上において、本発明を実施例に即して説明したが、本発明は上記実施例に制限されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して適用できることはいうまでもない。

【0040】

例えば、ウェハ１は、ＳｉＣに限られず、Ｓｉ、ＧａＮ等の半導体基板であってもよい。また、研磨粒子としては、本発明によって選択されるものであれば、アルミナに限定されず、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、Ｂ₄Ｃ（炭化ホウ素）、ＣｅＯ₂、炭化ケイ素、シリカ、ジルコニア、チタニア、マンガン酸化物、炭酸バリウム、酸化クロム、酸化鉄等であってもよい。

【0041】

また、上記実施例では、研磨体が発泡樹脂からなり、研磨液が研磨粒子を含むが、研磨液ＮａＯＨ水溶液、過マンガン酸カリウム水溶液、アミン系水溶液等を含んでいてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0042】

本発明は半導体デバイスの製造方法に利用可能である。

【符号の説明】

【0043】

１３…研磨体（研磨パッド）
１１ａ…研磨液
１…ウェハ
３…加工変質層
Ａ…最大値
Ｚ…ヌープ硬度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】