JP6822432B2 - Wafer single-sided polishing method - Google Patents
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Description
本発明は、ウェーハの片面研磨方法に関する。 The present invention relates to a single-sided polishing method for a wafer.
半導体ウェーハなど、高い平坦性が要求されるウェーハの表面研磨法の一つに、ウェーハの片面のみを研磨する片面研磨法がある。片面研磨法は、比較的硬質な研磨パッドを用いる粗研磨から、比較的軟質な研磨パッドを用いる仕上げ研磨まで、広く用いられている。 One of the surface polishing methods for wafers that require high flatness, such as semiconductor wafers, is a single-sided polishing method that polishes only one side of the wafer. The single-sided polishing method is widely used from rough polishing using a relatively hard polishing pad to finish polishing using a relatively soft polishing pad.
粗研磨には、従来、図4に示すような片面研磨装置200が用いられている。片面研磨装置200は、ウェーハWの一方の面を研磨するための研磨パッド12が貼付された回転定盤10を備える。また、片面研磨装置200は、ウェーハWの他方の保持面となるバッキングパッド22およびバッキングパッド22の当該保持面側の外縁部に取り付けられたリテーナリング24を具備し、回転定盤10と対向配置された研磨ヘッド20を備える。ここで、リテーナリング24は、一般に硬質樹脂材料などからなる。また、片面研磨装置200は、水溶性高分子を含有する研磨スラリー32を研磨パッド12上に供給するスラリー供給部30と、を備える。ここで、研磨スラリー32は、砥粒として機能するシリカ粒子と、ウェーハに対するエッチング剤として機能する水溶性の塩基性化合物と、ウェーハの保護剤として機能する水溶性高分子を含有する。さらに、研磨ヘッド20は、研磨ヘッド20を昇降および回転させるシャフト部26と、シャフト部26の下端に設けられ、下面にバッキングパッド22が取り付けられた回転フレーム部28と、を具備する。また、片面研磨装置200は、回転定盤10に接続され、これを回転させる定盤回転軸14を備える。なお、シャフト部26や定盤回転軸14はモータ等の駆動機構(不図示)に接続されている。片面研磨装置200では、回転定盤10と研磨ヘッド20が共に回転することにより、回転定盤10および研磨ヘッド20が相対回転して、研磨パッド12上に研磨スラリー供給部30から研磨スラリー32を供給しながら、ウェーハWの一方の面のみを研磨する。
Conventionally, a single-
かかる片面研磨装置200においては、バッキングパッド22およびリテーナリング24の使用時間に応じて、研磨後のウェーハの形状が変動することがあり、ウェーハのフラットネスの安定化を図る上で課題となっている。特許文献1には、図4に示すような片面研磨装置200において、以下の方法によってウェーハの平坦度を向上させる技術が記載されている。すなわち、図4に示すような片面研磨装置200において、回転定盤10および研磨ヘッド20の回転速度や研磨圧力やバッキングパッド22の種類といった研磨条件を調整する。かかる調整は、リテーナリング24の内周面とバッキングパッド22のリテーナリング側の面とで画定される、ウェーハWを収容して保持するための凹部の深さの研磨前後の変化量が小さくなるように行われる。その結果、ウェーハのESFQD(Edge Site flatness Front reference leastsQuare Deviation)の絶対値の最大値が抑制される。なお、「ESFQD」とは、ウェーハの平坦度を表わす指標であり、その絶対値の最大値が小さいほどウェーハの平坦度が高いことを示す。
In such a single-
特許文献1では、研磨後のウェーハの平坦度を向上させるために、ウェーハのESFQDの絶対値の最大値を抑制している。確かに、粗研磨直後のウェーハをポリッシュドウェーハとして用いる場合には、粗研磨直後のウェーハのESFQDの最大値を小さくすることが求められる。ところが、粗研磨直後のウェーハのESFQDは、必ずしもその最大値が小さければよいというものではない。例えば、粗研磨直後のウェーハをエピタキシャル成長に供してエピタキシャルウェーハを得る場合には、粗研磨直後のウェーハの形状を外周ダレ形状にしておく必要がある。すなわち、粗研磨後のウェーハのESFQDを負の所定の値にしておく必要がある。なぜならば、ウェーハの外周部のエピタキシャル成長速度が中心部よりも大きいので、外周ダレ形状でなければ、平坦なエピタキシャルウェーハが得られないからである。したがって、粗研磨直後のウェーハでは、必ずしもESFQDを低減させればよいというわけではなく、エピタキシャルウェーハやポリッシュドウェーハに応じた所望のESFQDに高精度に近づけることが求められる。 In Patent Document 1, in order to improve the flatness of the wafer after polishing, the maximum absolute value of the ESFQD of the wafer is suppressed. Certainly, when a wafer immediately after rough polishing is used as a polished wafer, it is required to reduce the maximum value of ESFQD of the wafer immediately after rough polishing. However, the ESFQD of the wafer immediately after rough polishing does not necessarily have to have a small maximum value. For example, when an epitaxial wafer is obtained by subjecting a wafer immediately after rough polishing to epitaxial growth, it is necessary to make the shape of the wafer immediately after rough polishing a sagging shape. That is, it is necessary to set the ESFQD of the wafer after rough polishing to a negative predetermined value. This is because the epitaxial growth rate of the outer peripheral portion of the wafer is higher than that of the central portion, so that a flat epitaxial wafer cannot be obtained unless the outer peripheral sagging shape is obtained. Therefore, it is not always necessary to reduce the ESFQD in the wafer immediately after rough polishing, and it is required to approach the desired ESFQD corresponding to the epitaxial wafer or the polished wafer with high accuracy.
本発明は、上記課題に鑑み、所望のESFQDを有するウェーハを高精度に得ることができるウェーハの片面研磨方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a single-sided polishing method for a wafer capable of obtaining a wafer having a desired ESFQD with high accuracy.
特許文献1では、凹部の深さの研磨前後の変化量を制御しており、これはウェーハの中心厚みとリテーナリングの厚みとの差で定義されるウェーハの突き出し量を制御することに相当する。この突き出し量は、研磨対象のウェーハの中心厚みのばらつきやリテーナリングの経時的な摩耗に起因して、ウェーハを研磨に供する度に変化する。そのため、研磨後のウェーハのESFQDは、ウェーハを研磨に供する度に所望の値からばらついてしまう。ところで、突き出し量が常に一定になるようにμm単位で高精度に制御を行うことは現実的には困難である。例えば、リテーナリングやウェーハを保持するチャックを独立に昇降させて、ウェーハの被研磨面とリテーナリングの下面との間の距離を制御することが可能な片面研磨装置を用いることも考えられるものの、かかる片面研磨装置では、多くのセンサや制御部が必要となり、構造が複雑になってしまう。 In Patent Document 1, the amount of change in the depth of the recess before and after polishing is controlled, which corresponds to controlling the amount of protrusion of the wafer defined by the difference between the center thickness of the wafer and the thickness of the retainer ring. .. This amount of protrusion changes each time the wafer is subjected to polishing due to variations in the center thickness of the wafer to be polished and wear of the retainer ring over time. Therefore, the ESFQD of the wafer after polishing varies from a desired value each time the wafer is subjected to polishing. By the way, it is practically difficult to perform high-precision control in μm units so that the protrusion amount is always constant. For example, although it is conceivable to use a single-sided polishing device capable of controlling the distance between the surface to be polished of the wafer and the lower surface of the retainer ring by independently raising and lowering the chuck holding the retainer ring and the wafer. Such a single-sided polishing device requires many sensors and control units, and the structure becomes complicated.
そこで、本発明者らは、ウェーハの突き出し量を制御しなくとも所望のESFQDを有するウェーハを高精度に得ることができるウェーハの片面研磨方法について検討した。すると、ウェーハの突き出し量とESFQDとの相関関係が、研磨スラリーに含まれるウェーハの保護剤としての水溶性高分子の濃度に大きく依存することを知見した。そこで、ウェーハの突き出し量に応じて、水溶性高分子の濃度を適切に決定することにより、ウェーハの突き出し量を制御しなくとも所望のESFQDを有するウェーハを高精度に得ることができるのではないかという着想を得た。 Therefore, the present inventors have studied a single-sided polishing method for a wafer, which can obtain a wafer having a desired ESFQD with high accuracy without controlling the protrusion amount of the wafer. Then, it was found that the correlation between the amount of protrusion of the wafer and ESFQD largely depends on the concentration of the water-soluble polymer as a protective agent for the wafer contained in the polishing slurry. Therefore, by appropriately determining the concentration of the water-soluble polymer according to the protrusion amount of the wafer, it is not possible to obtain a wafer having a desired ESFQD with high accuracy without controlling the protrusion amount of the wafer. I got the idea.
本発明は、上記着想に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
[1]ウェーハの一方の面を研磨するための研磨パッドが貼付された回転定盤と、
前記ウェーハの他方の面の保持面となるバッキングパッドおよび該バッキングパッドの前記保持面側の外縁部に取り付けられたリテーナリングを具備し、該回転定盤に対向配置された研磨ヘッドと、
水溶性高分子を含有する研磨スラリーを前記研磨パッド上に供給するスラリー供給部と、
を備える、ウェーハの片面研磨装置を用いたウェーハの片面研磨方法であって、
下記(1)式に基づいて、前記ウェーハの突き出し量を算出する第1工程と、
前記突き出し量に基づいて、前記研磨スラリーに含有される水溶性高分子の濃度を決定する第2工程と、
前記回転定盤および前記研磨ヘッドを相対回転させて、前記研磨パッド上に、前記第2工程にて決定した水溶性高分子の濃度の研磨スラリーを供給しながら、前記ウェーハの片面を研磨する第3工程と、
を含むことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
記
[突き出し量]=[ウェーハの中心厚み]-[リテーナリングの厚み]・・・(1)
The present invention has been completed based on the above idea, and its gist structure is as follows.
[1] A rotary surface plate to which a polishing pad for polishing one surface of the wafer is attached, and
A polishing head provided with a backing pad serving as a holding surface for the other surface of the wafer and a retainer ring attached to an outer edge portion of the backing pad on the holding surface side, and arranged to face the rotary surface plate.
A slurry supply unit that supplies a polishing slurry containing a water-soluble polymer onto the polishing pad,
It is a method of single-sided polishing of a wafer using a single-sided polishing device of a wafer.
The first step of calculating the protrusion amount of the wafer based on the following equation (1), and
The second step of determining the concentration of the water-soluble polymer contained in the polishing slurry based on the protrusion amount, and
The rotary surface plate and the polishing head are relatively rotated to polish one side of the wafer while supplying the polishing slurry having the concentration of the water-soluble polymer determined in the second step onto the polishing pad. 3 steps and
A method for single-sided polishing of a wafer, which comprises.
Record
[Extrusion amount] = [Wafer center thickness]-[Retainer ring thickness] ・ ・ ・ (1)
[2]前記第2工程において、前記水溶性高分子の濃度を下記(2)式に基づいて決定する、上記[1]に記載のウェーハの片面研磨方法。
記
[所望のESFQD]=A×([突き出し量]-B)×([水溶性高分子の濃度]-C)+D・・・(2)
但し、A、B、C、及びDは、ウェーハの片面研磨の実績値を線形回帰分析することによって得られる係数である。
[2] The method for single-sided polishing of a wafer according to the above [1], wherein in the second step, the concentration of the water-soluble polymer is determined based on the following formula (2).
Record
[Desirable ESFQD] = A x ([Protrusion amount] -B) x ([Concentration of water-soluble polymer] -C) + D ... (2)
However, A, B, C, and D are coefficients obtained by linear regression analysis of the actual values of single-sided polishing of the wafer.
[3]前記突き出し量を75μm以上200μm以下とする、上記[2]に記載のウェーハの片面研磨方法。 [3] The method for single-sided polishing of a wafer according to the above [2], wherein the protrusion amount is 75 μm or more and 200 μm or less.
[4]前記片面研磨装置は、水溶性高分子の濃度が異なる研磨スラリーをそれぞれ貯留した複数のスラリータンクをさらに備えており、
前記第3工程における研磨に先立って、前記複数のスラリータンクのうちから、前記第2工程にて決定した水溶性高分子の濃度の研磨スラリーが貯留されたスラリータンクを選択する工程をさらに含み、
前記第3工程において、当該選択されたスラリータンクに貯留された研磨スラリーを供給する、上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載のウェーハの片面研磨方法。
[4] The single-sided polishing apparatus further includes a plurality of slurry tanks each storing polishing slurries having different concentrations of water-soluble polymers.
Prior to the polishing in the third step, the step of selecting a slurry tank in which the polishing slurry having the concentration of the water-soluble polymer determined in the second step is stored is further included from the plurality of slurry tanks.
The single-sided polishing method for a wafer according to any one of the above [1] to [3], wherein the polishing slurry stored in the selected slurry tank is supplied in the third step.
本発明のウェーハの片面研磨方法によれば、所望のESFQDを有するウェーハを高精度に得ることができる。 According to the single-sided polishing method for a wafer of the present invention, a wafer having a desired ESFQD can be obtained with high accuracy.
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、図1を参照して、本発明の一実施形態において使用するウェーハの片面研磨装置100を説明する。片面研磨装置100は、ウェーハWの一方の面を研磨するための研磨パッド12が貼付された回転定盤10と、ウェーハWの他方の保持面となるバッキングパッド22およびバッキングパッド22の当該保持面側の外縁部に取り付けられたリテーナリング24を具備し、回転定盤10に対向配置された研磨ヘッド20と、研磨スラリー32を研磨パッド12上に供給するスラリー供給部30と、を備える。研磨スラリー32は水溶性高分子を少なくとも含有し、さらに、砥粒およびエッチング剤を含有することができ、水溶性高分子はウェーハWの保護剤として機能することができる。なお、リテーナリング24は、ウェーハWの直径と同等以上の内径を有するように構成すればよい。
First, the single-
また、研磨ヘッド20は、研磨ヘッド20を昇降および回転させるシャフト部26と、シャフト部26の下端に設けられ、下面にバッキングパッド22が取り付けられた回転フレーム部28と、を具備することができる。また、片面研磨装置100は、回転定盤10に接続され、かつ回転定盤10を回転させる定盤回転軸14を備えることができる。なお、シャフト部26や定盤回転軸14はモータ等の駆動機構(不図示)に接続することができる。
Further, the polishing
さらに、片面研磨装置100は、水溶性高分子の濃度が異なる研磨スラリーをそれぞれ貯留するためのスラリータンク40A〜40Xを備えることができる。これらスラリータンク40A〜40Xは、開閉弁42A〜42Xを介して、研磨スラリーを研磨スラリー供給部30に供給する研磨スラリー供給配管44A〜44Xにそれぞれ接続することができる。
Further, the single-
また、片面研磨装置100は、制御部50を用いて制御することができる。この制御部50は、開閉弁42A〜42Xの開閉ならびにシャフト部26および定盤回転軸14の回転を制御する制御ユニット(不図示)と、研磨条件を算出する計算ユニット(不図示)と、を具備してもよい。なお、制御部50は、コンピュータ内部の中央演算処理装置(CPU)等によって実現することができる。
Further, the single-
以下では、図1,2を参照して、上述した片面研磨装置100を用いて行うことが可能なウェーハの片面研磨方法の一例を説明する。なお、本発明のウェーハの片面研磨方法に供することのできるウェーハは特に限定されず、例えばシリコンウェーハやSiCウェーハ等を挙げることができる。
In the following, with reference to FIGS. 1 and 2, an example of a single-sided polishing method for a wafer that can be performed by using the single-
図2を参照して、第1工程では、下記(1)式に基づいて、ウェーハWの突き出し量を算出する(ステップS10)。 With reference to FIG. 2, in the first step, the protrusion amount of the wafer W is calculated based on the following equation (1) (step S10).
[突き出し量]=[ウェーハの中心厚み]-[リテーナリングの厚み]・・・(1) [Extrusion amount] = [Wafer center thickness]-[Retainer ring thickness] ・ ・ ・ (1)
ここで、図1も参照して、第1工程は、制御部50が記憶部(不図示)からウェーハWの中心厚みを読み出す工程(ステップS11)と、制御部50が記憶部からリテーナリングの厚みを読み出す工程(ステップS12)と、読み出したウェーハWの中心厚みとリテーナリングの厚みを用いて、制御部50が上記(1)式に基づきウェーハWの突き出し量を算出する工程(ステップS13)と、により行うことができる。なお、「ウェーハWの中心厚み」は、粗研磨前のウェーハに対して、その中心厚みを公知の分光干渉変位装置によって予め測定して、記憶部に格納しておけばよい。また、「リテーナリングの厚み」は、公知の分光干渉変位装置を用いて予め測定した、リテーナリングの周方向に等間隔な8点における厚みの平均値とすることができ、その値を記憶部に格納しておけばよい。ただし、本発明における第1工程はこれに限定されず、例えばステップS11〜S13に代えて、ウェーハWを片面研磨に供する度に、ウェーハWの中心厚みとリテーナリングの厚みを公知の分光干渉変位装置によって測定してもよい。
Here, with reference to FIG. 1, in the first step, the
次に、図2を参照して、第2工程では、第1工程で算出した突き出し量に基づいて、研磨スラリーに含有される水溶性高分子の濃度を決定する(ステップS20)。 Next, with reference to FIG. 2, in the second step, the concentration of the water-soluble polymer contained in the polishing slurry is determined based on the protrusion amount calculated in the first step (step S20).
ここで、第2工程は、所定の係数A,B,C及びDを用いた下記(2)式に基づいて研磨スラリーに含有される水溶性高分子の濃度を決定することによって行うことが好ましい。なお、この決定は制御部50を用いて行えばよい。
Here, the second step is preferably performed by determining the concentration of the water-soluble polymer contained in the polishing slurry based on the following equation (2) using the predetermined coefficients A, B, C and D. .. In addition, this determination may be made by using the
[所望のESFQD]=A×([突き出し量]-B)×([水溶性高分子の濃度]-C)+D・・・(2) [Desirable ESFQD] = A x ([Protrusion amount] -B) x ([Concentration of water-soluble polymer] -C) + D ... (2)
以下では、本発明の知見を得るに至った本発明者らによる実験について説明する。まず、種々の研磨スラリーを用意した。そして、ウェーハの突き出し量が所定の範囲(例えば、75μm以上200μm以下)内の特定の値となるようなリテーナリング24を備える研磨ヘッド20およびウェーハWの組み合わせを複数種用意した。実験ではまず、これらのウェーハWに対して、突き出し量及び研磨スラリー以外は、加圧力及び回転速度等の研磨条件を一定として片面研磨を行う。次に、研磨後のウェーハのESFQDの平均値を求める。これにより、所定の水溶性高分子の濃度と突き出し量に対応するESFQDの平均値が得られる。この一連の操作を上述した所定の範囲内で水溶性高分子の濃度と突き出し量を動かして繰り返す。研磨スラリーが含有する保護剤として機能する水溶性高分子に着目すると、図3に示すような、水溶性高分子の各濃度に応じた、ウェーハの突き出し量に対するESFQDの平均値の相関が得られた。この結果から、ウェーハの突き出し量とESFQDとの相関関係が、研磨スラリーに含まれる保護剤としての水溶性高分子の濃度に大きく依存することが判明した。そして、突き出し量を説明変数とし、ESFQDの平均値を目的変数として、図3に示す相関について線形回帰分析を行ったところ、上記(2)式が得られた。したがって、上記(2)式におけるA、B、C、及びDは、このようにウェーハの片面研磨の実績値を線形回帰分析することによって得られる係数である。ここで、Aは、バッキングパッドや研磨パッドの物性(硬度、圧縮率、厚み)や、研磨条件(研磨荷重、研磨ヘッドや回転定盤の回転数、研磨時間)や、純水などによる希釈率に依存する。B及びCは水溶性高分子の種類に依存する。Dはウェーハの端面形状や研磨に供する前のウェーハのESFQD(つまり素材のESFQD)に依存する。
Hereinafter, the experiments by the present inventors who have obtained the findings of the present invention will be described. First, various polishing slurries were prepared. Then, a plurality of combinations of the polishing
なお、本明細書における「ESFQD(Edge Site flatness Front reference leastsQuare Deviation)」とは、SEMI M67に規定されるESFQDを意味する。具体的には、ESFQDの測定には平坦度測定装置(KLA-Tencor社製:WaferSight2)を用いた。ESFQDは、ウェーハの外周部(エッジ)でのサイトフラットネスを示す指標である。ESFQDは、ウェーハの外周部を多数(例えば72個)の扇形の領域(サイト)に分割し、サイト内でのデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準とし、このサイト内平面からの符号を含む最大変位量のことであり、各サイトには1つのデータを持つ。すなわち、ESFQDは各サイトのSFQD値(領域内の最小二乗面からの正または負の大きいほうの偏差)である。ESFQDのサイトは、最外周から直径方向に2mmの領域を除外領域とし、それよりも内側の外周基準端から径方向中心側に伸びるセクター長が30mmの2本の直線と、ウェーハ外周方向5°(±2.5°)に相当する円弧により囲まれた略矩形の領域である。
In addition, "ESFQD (Edge Site flatness Front reference leastsQuare Deviation)" in this specification means ESFQD defined in SEMI M67. Specifically, a flatness measuring device (manufactured by KLA-Tencor: WaferSight2) was used for the measurement of ESFQD. ESFQD is an index showing the site flatness at the outer peripheral portion (edge) of the wafer. The ESFQD divides the outer peripheral portion of the wafer into a large number (for example, 72) fan-shaped regions (sites), and uses the in-site plane calculated by the least squares method as the reference for the data in the site, and starts from this in-site plane. It is the maximum displacement amount including the code of, and each site has one data. That is, the ESFQD is the SFQD value of each site (the deviation of the larger positive or negative from the least squares surface in the region). The ESFQD site excludes a
上記(2)式における「水溶性高分子の濃度」は0ppm以上60ppm以下とすることが好ましく、20ppm以上50ppm以下とすることがより好ましい。20ppm以上であれば、ロールオフを抑制しやすく、50ppm以下であれば、より十分な研磨レートを確保することができるからである。 The "concentration of the water-soluble polymer" in the above formula (2) is preferably 0 ppm or more and 60 ppm or less, and more preferably 20 ppm or more and 50 ppm or less. This is because if it is 20 ppm or more, roll-off can be easily suppressed, and if it is 50 ppm or less, a more sufficient polishing rate can be secured.
なお、「水溶性高分子の濃度」とは、以下の方法にて測定される濃度を意味する。すなわち、水酸化ナトリウムおよび硫酸で研磨スラリーの原液のpHを3.0に調整することによって得た検体を、二酸化炭素を含まない気体(例えば、N2)に通し、遠心分離機(アズワン社製:MCD‐2000)を用いて、14000rpmで30分間遠心分離することにより、研磨スラリーに含有されるシリカ粒子に吸着している水溶性高分子が除去された上澄み液を得る。その後、この上澄み液に対して、全有機炭素測定計(TOC計シーバス型式810)を用いて、シリカ粒子に吸着していない水溶性高分子の濃度を測定する。 The "concentration of the water-soluble polymer" means the concentration measured by the following method. That is, the sample obtained by adjusting the pH of the stock solution of the polishing slurry with sodium hydroxide and sulfuric acid to 3.0 is passed through a gas containing no carbon dioxide (for example, N 2 ) and centrifuged (manufactured by AS ONE Corporation). : By centrifuging at 14000 rpm for 30 minutes using MCD-2000), a supernatant from which the water-soluble polymer adsorbed on the silica particles contained in the polishing slurry has been removed is obtained. Then, the concentration of the water-soluble polymer adsorbed on the silica particles is measured with respect to the supernatant using a total organic carbon measuring meter (TOC meter Seabass model 810).
上記(2)式における「突き出し量」は、75μm以上200μm以下とすることが好ましい。75μm以上であれば研磨レートを確保することができ、200μm以下であれば、ウェーハの割れや欠けを抑制することができるからである。 The "protrusion amount" in the above formula (2) is preferably 75 μm or more and 200 μm or less. This is because if it is 75 μm or more, the polishing rate can be secured, and if it is 200 μm or less, cracking or chipping of the wafer can be suppressed.
上記(2)式を用いれば、所望のESFQDを精度よく実現することが可能な水溶性高分子の濃度を決定することができるが、本発明はこれに限定されない。すなわち、本発明は、研磨スラリーに含有される水溶性高分子の濃度によって、ウェーハWの突き出し量とESFQDとの相関が変化するとの知見に基づくものであり、ウェーハWの突き出し量に応じて、所望のESFQDを実現する水溶性高分子の濃度を適切に決定することが重要である。 By using the above formula (2), the concentration of the water-soluble polymer capable of accurately realizing the desired ESFQD can be determined, but the present invention is not limited to this. That is, the present invention is based on the finding that the correlation between the protrusion amount of the wafer W and the ESFQD changes depending on the concentration of the water-soluble polymer contained in the polishing slurry, and the invention is based on the finding that the protrusion amount of the wafer W changes. It is important to properly determine the concentration of the water-soluble polymer that achieves the desired ESFQD.
次に、図1,2を参照して、第3工程では、回転定盤10および研磨ヘッド20を相対回転させて、研磨パッド12上に、第2工程にて決定した水溶性高分子の濃度の研磨スラリー32を供給しながら、ウェーハWの片面を研磨する(ステップS30)。なお、回転定盤10および研磨ヘッド20の相対回転は、制御部50が定盤回転軸14およびシャフト部26をそれぞれ回転させることによって行えばよい。また、研磨スラリー32の供給は、制御部50がスラリー供給部の開閉弁(不図示)を開くことによって行えばよい。また、所定の研磨時間が経過すると、制御部50が、定盤回転軸14およびシャフト部26の回転を停止させるとともに、スラリー供給部30の開閉弁を閉じることによって、片面研磨を終了させればよい。
Next, referring to FIGS. 1 and 2, in the third step, the
ここで、第3工程における研磨に先立って、制御部50がスラリータンク40A〜40Xのうちから、第2工程において決定した水溶性高分子の濃度の研磨スラリーが貯留されたスラリータンク(本実施形態ではスラリータンク40Aとする)を選択する工程をさらに含んでもよい(ステップS31)。この場合、第3工程では、制御部50がステップS31にて選択したスラリータンク40Aの開閉弁42Aを開くことで、当該選択されたスラリータンク40Aに貯留された研磨スラリー32を研磨パッド12上に供給しながら、ウェーハWの片面を研磨することができる(ステップS32)。
Here, prior to the polishing in the third step, the
次に、本発明の一実施形態において使用することができる研磨スラリー32を説明する。
Next, the polishing
研磨スラリー32の原液は、砥粒として機能するシリカ粒子と、ウェーハに対するエッチング剤として機能する水溶性の塩基性化合物と、ウェーハの保護剤として機能する水溶性高分子と、を含有することができる。かかる研磨スラリーは、原液のまま使用してもよく、あるいは、純水、超純水、またはイオン交換水などの水系媒体を用いて適宜希釈して使用してもよい。以下では、研磨スラリー32の原液が含有することができる各成分を説明する。
The stock solution of the polishing
シリカ粒子としては、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、沈降シリカなどを挙げることができる。シリカ粒子は、これらのうち1種を単独で用いてもよく、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。ウェーハの表面におけるスクラッチの発生を抑制し、かつ研磨性能を向上させる観点から、コロイダルシリカを用いることが特に好ましい。シリカ粒子の濃度は、研磨スラリーの原液において8質量%以上15質量%以下であることが好ましい。8質量%以上であれば、十分な研磨レートを確保することができるので製造コストを抑えることができ、15質量%以下であれば、研磨スラリーのコストやウェーハの表面におけるスクラッチの発生を抑制することができるからである。シリカ粒子の平均一次粒径は15nm以上40nm以下であることが好ましい。15nm以上であれば、十分な研磨レートを確保することができるので製造コストを抑えることができ、40nm以下であれば、研磨スラリーのコストやウェーハの表面におけるスクラッチの発生を抑制することができるからである。 Examples of the silica particles include colloidal silica, fumed silica, and precipitated silica. As the silica particles, one of these may be used alone, or two or more of them may be used in combination. It is particularly preferable to use colloidal silica from the viewpoint of suppressing the generation of scratches on the surface of the wafer and improving the polishing performance. The concentration of silica particles is preferably 8% by mass or more and 15% by mass or less in the stock solution of the polishing slurry. If it is 8% by mass or more, a sufficient polishing rate can be secured, so that the manufacturing cost can be suppressed, and if it is 15% by mass or less, the cost of the polishing slurry and the generation of scratches on the wafer surface are suppressed. Because it can be done. The average primary particle size of the silica particles is preferably 15 nm or more and 40 nm or less. If it is 15 nm or more, a sufficient polishing rate can be secured, so that the manufacturing cost can be suppressed, and if it is 40 nm or less, the cost of the polishing slurry and the occurrence of scratches on the wafer surface can be suppressed. Is.
なお、本明細書において「平均一次粒子径」とは、BET法に基づいて算出されるものであり、粒子表面に吸着占有面積が既知である分子を液体窒素温度で吸着させ、その吸着量から粒子の比表面積を求め、この比表面積を球状粒子の直径に換算した値を意味する。 In the present specification, the "average primary particle diameter" is calculated based on the BET method, and a molecule having a known adsorption area is adsorbed on the particle surface at the liquid nitrogen temperature, and the adsorption amount is used. The specific surface area of the particles is obtained, and this means the value obtained by converting the specific surface area into the diameter of the spherical particles.
水溶性の塩基性化合物は、シリコンウェーハなどの研磨対象を化学的に研磨することができる水酸化物イオンを水中で発生させることができる。さらに、シリカ粒子の分散を助ける作用も有する。こうした作用をより安定的に得る観点から、水溶性の塩基性化合物は組成物中に溶存していることが好ましい。水溶性の塩基性化合物の例としては、アンモニア、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウム、有機アミン化合物、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化ナトリウム、および水酸化カリウムが挙げられ、これらを1種または2種以上で用いることができる。有機アミン化合物としては、メチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、エタノールアミン、ジイソプロピルエチルアミン、エチレンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、トリス(2‐アミノエチル)アミン、N,N,N′,N′‐テトラメチルエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,4,7‐トリアザシクロノナン、1,4,7‐トリメチル‐1,4,7‐トリアザシクロノナン、1,4‐ジアザビシクロオクタン、ピペラジン、およびピペリジンが挙げられ、これらを1種または2種以上で用いることができる。 The water-soluble basic compound can generate hydroxide ions in water that can chemically polish a polishing target such as a silicon wafer. Furthermore, it also has an action of assisting the dispersion of silica particles. From the viewpoint of obtaining such an action more stably, it is preferable that the water-soluble basic compound is dissolved in the composition. Examples of water-soluble basic compounds include ammonia, ammonium carbonate, ammonium hydrogencarbonate, organic amine compounds, tetramethylammonium hydroxide, sodium hydroxide, and potassium hydroxide, one or more of these. Can be used in. Organic amine compounds include methylamine, dimethylamine, trimethylamine, ethylamine, diethylamine, triethylamine, ethanolamine, diisopropylethylamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, tris (2-aminoethyl) amine, N, N, N', N'-tetramethylethylenediamine, hexamethylenediamine, 1,4,7-triazacyclononane, 1,4,7-trimethyl-1,4,7-triazacyclononane, 1,4-diazabicyclooctane, Examples thereof include piperazine and piperidine, and these can be used in one kind or two or more kinds.
研磨スラリーのpHは8以上12以下に調整することが好ましい。pHが8以上であれば、ウェーハに対するエッチング作用を発揮することができ、pHが12以下であれば、砥粒であるシリカ粒子の溶解を防ぎ、砥粒による機械的な研磨作用の低下を抑制することができるからである。 The pH of the polishing slurry is preferably adjusted to 8 or more and 12 or less. When the pH is 8 or more, the etching action on the wafer can be exhibited, and when the pH is 12 or less, the dissolution of the silica particles which are abrasive grains is prevented and the deterioration of the mechanical polishing action by the abrasive grains is suppressed. Because it can be done.
水溶性高分子としては、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ヒドロキシエチルセルロースなどの高分子であって、分子量が10000以上のものを挙げることができ、これらのうち1種を単独で用いてもよく、あるいは2種以上を組み合わせて用いてもよい。研磨レートを向上させる観点から、分子量は20000以上とすることがより好ましい。 Examples of the water-soluble polymer include polymers such as polyvinylpyrrolidone, polyethylene glycol, polyvinyl alcohol, polypropylene glycol, polyethylene glycol, and hydroxyethyl cellulose having a molecular weight of 10,000 or more, and one of them can be used. It may be used alone or in combination of two or more. From the viewpoint of improving the polishing rate, the molecular weight is more preferably 20000 or more.
研磨スラリーの性状の調整、金属イオンの捕捉、水溶性高分子の研磨対象(具体例としてシリコンウェーハが例示される)への吸着の補助などを目的として、研磨スラリーの原料は、上記の成分以外に以下の添加物を含有してもよい。例えば、アルコール類、キレート類、および非イオン性界面活性剤が挙げられ、これらの添加物を1種または2種以上加えてもよい。アルコール類の例としては、メタノール、エタノール、プロピルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、およびグリセリンが挙げられ、これらを1種または2種以上加えることができる。キレート類の例としては、エチレンジアミン四酢酸(EDTA)、ニトリロ三酢酸(NTA)、ヒドロキシエチレンジアミン四酢酸、プロパンジアミン四酢酸、ジエチレントリアミン五酢酸、およびトリエチレンテトラミン六酢酸、ならびにこれらのアンモニウム塩、ナトリウム塩、およびカリウム塩などの金属塩が挙げられ、これらを1種または2種以上加えることができる。非イオン性界面活性剤の例としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルケニルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルケニルエーテル、アルキルポリグリコシド、およびポリエーテル変性シリコーンが挙げられ、これらを1種または2種以上加えることができる。 The raw materials of the polishing slurry are other than the above components for the purpose of adjusting the properties of the polishing slurry, capturing metal ions, and assisting the adsorption of the water-soluble polymer to the polishing target (a silicon wafer is exemplified as a specific example). May contain the following additives. For example, alcohols, chelates, and nonionic surfactants are mentioned, and one or more of these additives may be added. Examples of alcohols include methanol, ethanol, propyl alcohol, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, propylene glycol, and glycerin, and one or more of these can be added. Examples of chelates include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), nitrilotriacetic acid (NTA), hydroxyethylenediaminetetraacetic acid, propanediaminetetraacetic acid, diethylenetriaminetetraacetic acid, and triethylenetetraminehexacetic acid, as well as ammonium and sodium salts thereof. , And metal salts such as potassium salts, and one or more of these can be added. Examples of nonionic surfactants include polyoxyethylene alkyl ethers, polyoxyethylene alkenyl ethers, polyoxyalkylene alkyl ethers, polyoxyalkylene alkenyl ethers, alkyl polyglycosides, and polyether-modified silicones. One or more can be added.
なお、研磨スラリー32の製造方法は特に限定されず、例えば、翼式攪拌機、超音波分散機、ホモミキサーなどの公知の混合装置を用いて、上述した各成分を好適に混合すればよい。
The method for producing the polishing
以上、本実施形態を例にして本発明のウェーハの片面研磨方法を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲において適宜変更を加えることができる。 Although the single-sided polishing method for the wafer of the present invention has been described above by taking the present embodiment as an example, the present invention is not limited to the above embodiment, and modifications can be made as appropriate within the scope of the claims.
(発明例)
本発明の効果を確かめるために、発明例として、図1に示す片面研磨装置および図2に示すフローチャートに従い、ウェーハの片面研磨を行い、研磨後のウェーハのESFQDのばらつきを評価した。
(Example of Invention)
In order to confirm the effect of the present invention, as an example of the invention, single-sided polishing of the wafer was performed according to the single-sided polishing apparatus shown in FIG. 1 and the flowchart shown in FIG. 2, and the variation in ESFQD of the wafer after polishing was evaluated.
上記評価においては、以下の条件を採用した。研磨スラリーとしては、既述の方法にて測定した水溶性高分子(ポリビニルピロリドン、分子量:20000)の濃度が27ppm、33ppm、50ppmである3種類の研磨スラリーを純水にて30倍に希釈したものを用意した。なお、いずれの研磨スラリーも、シリカ粒子としてコロイダルシリカを含み、その原液における濃度は13質量%であり、BET法を用いて測定した平均一次粒子径は35nmであった。また、水溶性の塩基化合物は水酸化テトラメチルアンモニウムとし、pH10.5に調整した。 In the above evaluation, the following conditions were adopted. As the polishing slurry, three types of polishing slurries having concentrations of the water-soluble polymer (polyvinylpyrrolidone, molecular weight: 20000) measured by the above-mentioned method of 27 ppm, 33 ppm, and 50 ppm were diluted 30 times with pure water. I prepared something. All the polishing slurries contained colloidal silica as silica particles, the concentration in the stock solution was 13% by mass, and the average primary particle diameter measured by the BET method was 35 nm. The water-soluble base compound was tetramethylammonium hydroxide, and the pH was adjusted to 10.5.
研磨パッドとしては、フジボウ製の研磨パッド(登録商標:POLYPAS)を用いた。バッキングパッドおよびリテーナリングとしては、これらが一体となったフジボウ製のテンプレート(POLYPAS_Template)を用いた。ウェーハは単結晶シリコンウェーハを用いた。研磨荷重を150g/cm2とし、研磨ヘッドおよび回転定盤の回転数を12rpmとし、取代量が500nm〜1000nmとなるようにした。 As the polishing pad, a polishing pad manufactured by Fujibo (registered trademark: POLYPAS) was used. As the backing pad and retainer ring, a Fujibo template (POLYPAS_Template) in which these were integrated was used. A single crystal silicon wafer was used as the wafer. The polishing load was 150 g / cm 2 , the rotation speed of the polishing head and the rotary surface plate was 12 rpm, and the allowance amount was 500 nm to 1000 nm.
研磨に供するウェーハ及びリテーナリングとして、(1)式により算出される突き出し量が表1の値となるものをそれぞれ200枚(合計600枚)用意した。表1では200枚の平均値を示す。ただし、リテーナリングの厚みは一定値とした。また、前述した式(2)の係数については、予め研磨条件を一定として求めておき、(2)式において、Aは0.0053/ppm、Bは50μm、Cは12.4ppm、Dは−25nmとし、所望のESFQDは−15nmとした。 As the wafers to be polished and the retainer rings, 200 wafers (600 wafers in total) were prepared in which the protrusion amount calculated by the formula (1) was the value shown in Table 1. Table 1 shows the average value of 200 sheets. However, the thickness of the retainer ring was set to a constant value. Further, regarding the coefficient of the above-mentioned formula (2), the polishing conditions are determined in advance as constant, and in the formula (2), A is 0.0053 / ppm, B is 50 μm, C is 12.4 ppm, and D is −. It was 25 nm and the desired ESFQD was -15 nm.
(比較例)
比較例では、研磨に供するウェーハ及びリテーナリングとして、突き出し量が表1の値となるものをそれぞれ200枚(合計600枚)用意した。表1では200枚の平均値を示す。ただし、リテーナリングの厚みは一定値とした。そして、(2)式を用いずに、ポリビニルピロリドンの濃度が33ppmである1種類の研磨スラリーのみを用いて、ウェーハの片面研磨を行った。なお、その他の条件は発明例と同じである。
(Comparison example)
In the comparative example, 200 wafers (600 wafers in total) having a protrusion amount of the value shown in Table 1 were prepared as wafers and retainer rings to be polished. Table 1 shows the average value of 200 sheets. However, the thickness of the retainer ring was set to a constant value. Then, one-sided polishing of the wafer was performed using only one type of polishing slurry having a polyvinylpyrrolidone concentration of 33 ppm without using the formula (2). Other conditions are the same as those of the invention example.
(評価方法および評価結果の説明)
発明例および比較例において、研磨後のウェーハのESFQDを分光干渉変位装置により測定した。そして、所望のESFQDからの乖離量(=[所望のESFQD]−[測定したESFQD])の平均値を算出した。測定結果を表1に示す。
(Explanation of evaluation method and evaluation result)
In the invention example and the comparative example, the ESFQD of the polished wafer was measured by a spectroscopic interference displacement device. Then, the average value of the amount of deviation from the desired ESFQD (= [desired ESFQD]-[measured ESFQD]) was calculated. The measurement results are shown in Table 1.
表1に示すように、発明例では、(1)式および(2)式に基づいて、水溶性高分子の濃度を決定したので、ウェーハの突き出し量が100μm、140μm、及び179μmのいずれの場合も、研磨後のウェーハのESFQDを所望のESFQD(−15nm)に高精度に近づけることができた。一方で、水溶性高分子の濃度につき、(2)式に基づく決定を行わなかった比較例では、突き出し量が100μmや179μmの場合は、乖離量が発明例に比べて大きくなり、研磨後のウェーハのESFQDを所望のESFQDに高精度に近づけることができなかった。 As shown in Table 1, in the example of the invention, since the concentration of the water-soluble polymer was determined based on the equations (1) and (2), when the protrusion amount of the wafer was 100 μm, 140 μm, or 179 μm. However, the ESFQD of the polished wafer could be brought close to the desired ESFQD (-15 nm) with high accuracy. On the other hand, in the comparative example in which the concentration of the water-soluble polymer was not determined based on the equation (2), when the protrusion amount was 100 μm or 179 μm, the deviation amount was larger than that in the invention example, and after polishing. The ESFQD of the wafer could not be brought close to the desired ESFQD with high accuracy.
本発明のウェーハの片面研磨方法によれば、所望のESFQDを有するウェーハを高精度に得ることができる。 According to the single-sided polishing method for a wafer of the present invention, a wafer having a desired ESFQD can be obtained with high accuracy.
100 片面研磨装置
10 回転定盤
12 研磨パッド
14 定盤回転軸
20 研磨ヘッド
22 バッキングパッド
24 リテーナリング
26 シャフト部
28 回転フレーム部
30 研磨スラリー供給部
32 研磨スラリー
40A〜X スラリータンク
42A〜X 開閉弁
44A〜X 研磨スラリー供給配管
50 制御部
W ウェーハ
100 Single-
Claims (4)
前記ウェーハの他方の面の保持面となるバッキングパッドおよび該バッキングパッドの前記保持面側の外縁部に取り付けられたリテーナリングを具備し、該回転定盤に対向配置された研磨ヘッドと、
水溶性高分子を含有する研磨スラリーを前記研磨パッド上に供給するスラリー供給部と、
を備える、ウェーハの片面研磨装置を用いたウェーハの片面研磨方法であって、
下記(1)式に基づいて、前記ウェーハの突き出し量を算出する第1工程と、
前記突き出し量に基づいて、前記研磨スラリーに含有される水溶性高分子の濃度を決定する第2工程と、
前記回転定盤および前記研磨ヘッドを相対回転させて、前記研磨パッド上に、前記第2工程にて決定した水溶性高分子の濃度の研磨スラリーを供給しながら、前記ウェーハの片面を研磨する第3工程と、
を含むことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
記
[突き出し量]=[ウェーハの中心厚み]-[リテーナリングの厚み]・・・(1) A rotary surface plate to which a polishing pad for polishing one surface of the wafer is attached,
A polishing head provided with a backing pad serving as a holding surface for the other surface of the wafer and a retainer ring attached to an outer edge portion of the backing pad on the holding surface side, and arranged to face the rotary surface plate.
A slurry supply unit that supplies a polishing slurry containing a water-soluble polymer onto the polishing pad,
It is a method of single-sided polishing of a wafer using a single-sided polishing device of a wafer.
The first step of calculating the protrusion amount of the wafer based on the following equation (1), and
The second step of determining the concentration of the water-soluble polymer contained in the polishing slurry based on the protrusion amount, and
The rotary surface plate and the polishing head are relatively rotated to polish one side of the wafer while supplying the polishing slurry having the concentration of the water-soluble polymer determined in the second step onto the polishing pad. 3 steps and
A method for single-sided polishing of a wafer, which comprises.
Record
[Extrusion amount] = [Wafer center thickness]-[Retainer ring thickness] ・ ・ ・ (1)
記
[所望のESFQD]=A×([突き出し量]-B)×([水溶性高分子の濃度]-C)+D・・・(2)
但し、A、B、C、及びDは、ウェーハの片面研磨の実績値を線形回帰分析することによって得られる係数である。 The single-sided polishing method for a wafer according to claim 1, wherein in the second step, the concentration of the water-soluble polymer is determined based on the following equation (2).
Record
[Desirable ESFQD] = A x ([Protrusion amount] -B) x ([Concentration of water-soluble polymer] -C) + D ... (2)
However, A, B, C, and D are coefficients obtained by linear regression analysis of the actual values of single-sided polishing of the wafer.
前記第3工程における研磨に先立って、前記複数のスラリータンクのうちから、前記第2工程にて決定した水溶性高分子の濃度の研磨スラリーが貯留されたスラリータンクを選択する工程をさらに含み、
前記第3工程において、当該選択されたスラリータンクに貯留された研磨スラリーを供給する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のウェーハの片面研磨方法。 The single-sided polishing apparatus further includes a plurality of slurry tanks each storing polishing slurries having different concentrations of the water-soluble polymer.
Prior to the polishing in the third step, the step of selecting a slurry tank in which the polishing slurry having the concentration of the water-soluble polymer determined in the second step is stored is further included from the plurality of slurry tanks.
The single-sided polishing method for a wafer according to any one of claims 1 to 3, wherein in the third step, the polishing slurry stored in the selected slurry tank is supplied.
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