JPS62199352A

JPS62199352A - 半導体ウエハの表面研磨法およびそれに使用する研磨剤

Info

Publication number: JPS62199352A
Application number: JP61038034A
Authority: JP
Inventors: Takasuke Araki; 荒木　隆祐; Teijiro Matsumoto; 松本　悌二郎; Masamichi Hayashi; 正道林
Original assignee: Seitetsu Kagaku Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Seika Chemicals Co Ltd
Priority date: 1986-02-21
Filing date: 1986-02-21
Publication date: 1987-09-03

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）今や半導体はマイクロチップとして新しい産業革命の担
い手となり、社会生活や産業界にきわめて大きい影響を
及ぼしつつある。

本発明はマイクロチップの材料基板の半導体ウェハの表
面研磨法およびそれに使用する研磨剤に関するものであ
る。

（従来の技術および発明が解決しようとする問題点）半導体ウェハ、例えばシリコンウェハの表面研磨法とし
ては、 ■半導体ウェハの表面を例えば溶融アルミナ粉（粒度Ｊ
ＩＳ、Ｒ６０’０１１１１０００．又は＃　１２００）
を砥粒として用いた機械的なラッピング処理。

■フン酸と硝酸等の混酸による化学エツチング処理。

■コロイダルシリカを砥粒として用いアルカリ水性下で
の機械化学的なポリッシング処理の３つの処理工程を順
次行い、鏡面仕上げする方法が従来から実施されている
。しかしながらこの従来方法の場合、最初の溶融アルミ
ナ粉等を砥粒として用いるラッピング処理で発生したク
ランクや、そこにはさみ込まれた微小な砥粒を除去する
ために、工程の制御がむずかしくまた管理の厄介なコス
トのかかる化学エツチング処理を実施しなければならな
い。この化学エツチング処理工程では、フン酸を含む混
酸を使用する必要があり、装置面・環境面の技術管理が
厄介であるばかりでな（、プロセスが反応制御の困難な
化学反応であるため、両面同時ラッピングで整形された
ウェハの表面平行度が低下するという難点がある。近年
、半導体集積回路の集積度の増大に伴う回路の微細化、
半導体ウェハの大口径化が進み、このため半導体ウェハ
の表面平行度の向上が重要な問題となっている。

本発明者らは、これらの問題点を解決すべく、従来法の
ラッピング処理、ポリッシング処理の処理方法と条件に
ついて鋭意詳細に検討を続髭けた結果、適切な砥粒と処理条件を択ぶことにより、化
学エツチング処理を行わずに鏡面仕上げされた表面平行
度の高い品質のすぐれた半導体ウェハが得られることを
見いだして本発明に至ったものである。

（発明の梼成）本発明は半導体ウェハの表面にラッピング処理化学エツ
チング処理およびポリッシング処理を順次実施して、鏡
面仕上げを行う半導体ウェハの表面研磨法において、結
晶シリカおよびまたは溶融シリカを使用する処理工程を
含めることによって、制御がむずかしく、厄介なコスト
のかかる化学エツチング処理工程を省略して、鏡面仕上
げを行うことを特徴とする方法である。

前述したように、化学エツチング処理は溶融アイルミ九を使用するラフ”ピング処理の際に発生したクラ
ックや、そこにはさみ込まれた微小なアルミナ砥粒を除
去するための処理工程である。

本発明者等はラッピング処理によって発生するクラック
の深さは、使用する砥粒の硬度、粒径などの性状や、液
のアルカリ度などの処理条件によって変化することに着
目し、鋭意検討を続けた結果、適切な種類性状のシリカ
の砥粒と、液のアルカリ度などの処理条件を択べばクラ
ンクの非常に浅いラッピング処理が可能であり、その浅
いクラックは従来法のポリッシング処理で完全に除去で
きること、またポリッシング処理においても砥粒の硬度
、粒径、液の性状およびポリラシャ−などを適切に沢べ
ば、クランク発生の殆どない、しかも加工能率の大きい
ポリッシング処理が可能であること、そして平行度の向
上した鏡面仕上げされた半導体ウェハを従来の化学エツ
チング処理を行わずに得られることが分かった。

本発明を実施する場合、使用する砥粒としては純度９５
％以上の結晶シリカ粉および又は、溶融シリカ粉を使用
する。使用するシリカ粉末の純度としては９°５％を超
えればよいが、重金属によるウェハの汚染が考え“られ
るのでより高い純度が望ましい。

本発明では研磨の各工程でその処理に最も適合したシリ
カ粉末を使用して鏡面仕上げを完成するが・実施態様と
して下記の４通りの処理方法がある。しかしながら本発
明はこれら４つの実施態様にのみ限定されるものではな
い。

１、従来法の溶融アルミナ粉等を使用する第１段のラッ
ピング処理後、シリカ粉末を使用する第２段のラッピン
グ処理を行い、次に化学エツチング処理を行わずに従来
法のポリッシング処理を実施する方法。

２、従来法の溶融アルミナを使用するラッピング処理後
、化学エツチング処理をせずシリカ粉末による第１段の
ポリッシングを行い、引き続き第２段の従来法によるポ
リッシング処理を実施する方法。

３、第１段および第２段のラッピング処理をシリカ粉末
を使用して行い、次に化学エツチング処理を行わず従来
法によるポリッシング処理を行う方法。

４、第１段ラッピング処理をシリカ粉末を使用して行い
、次に化学エツチング処理をすることなく、シリカ粉末
による第１段ポリッシングを行い、引きつづき第２段の
従来法によるポリッシング処理を実施する方法。

■の方法を実施する場合、第２段のラッピング処理に使
用するシリカ粉末としては、純度９５％以上の結晶シリ
カ粉およ泌懺たは溶融シリカ粉で、粒径０．１〜５μｍ
の微粒子を６０重量％以上含むものが適しており、これ
をアルカリ水性下で使用する。又、２の方法を実施する
場合、第１段のポリッシング処理に使用するシリカ粉末
としては、純度９５％以上の結晶シリカ粉および／また
は溶融シリカ粉で粒径１０〜１５Ｉ１ｍの微粒子をｑ重
量％以上含むものが適しており、これをアルカリ水性下
で使用する、又ポリラシャ−を使用する。次に３の方法
を実施する場合であるが、第１段ラッピングに使用する
シリカ粉末としては、２の場合と同じシリカ粉末すなわ
ち、純度９５％以上の結晶シリカ粉および／または溶融
シリカ粉で、粒径１０〜１５μｍの微粒子を＃重量％以
上含むシリカ粉末を用いればよい。

μｍの方法を実施する場合、第１段ラッピングには３の
方法における第１段ラッピング処理に使用するシリカ粉
末と同様の粒径のものを使用し、第１段ポリッシングに
は２の方法における第１段ポリッシングに使用するシリ
カ粉末と同様の粒径のものを使用すればよい。

本発明の１の方法において使用する砥粒のシリカ粉末の
粒径を０．１〜５μの微粒子を６０重量％以上含むとし
たのは６０重量％以下で、かつそれより粗い粒子の多い
ものでは研磨速度は速くなるが、研磨面にクランクが残
り易いためである。又２．３およびμｍの方法において
ポリッシング処理で使用する砥粒のシリカ粉末の粒径を
１０〜１５μの微粒子を４ＩＯ重量％以上含むとしたの
は、２の範囲の粒径のものが４−０重量％以下で細かい
粒子の多いものではクランクは残りにくいが、研磨速度
がおそくなり時間がかかりすぎ、逆に粗い粒子の多いも
のではクランクが残り易いためである。

本発明を実施する場合、使用するシリカ粉の種類、粒径
等によりまた適用する工程によって使用に際しての研磨
条件が微妙に異なるが、これらの制御は使用する機器条
件に応じて、液のアルカリ度、研磨時間などを択べばよ
い。また必要に応じて硫酸アルミニュウムなどを分散剤
として使用することができる０分散剤の添加は、砥粒が
沈澱固化するのを防止する作用があり、簡単な攪拌で容
易に使用可能となる。化学エツチング処理により起こる
欠点を除く方法として、上記４つの処理方法を示したが
必ずしもこれらの方法に限定されず、要求される品質、
処理時間等により種々の組合せが実施できる。例えば、
シリカ粉による、第１、第２のラッピング処理、ついで
第１段ポリッシング、その後従来のラッピング処理を行
う組合せである。

また本発明はシリコンウェハだけでなく、ガ°リウム砒
素等の他の半導体ウェハの表面研磨にも同様に適用する
ことができ・る。

（実施例）以下実施例を用いて本発明の内容をより詳細に説明する
。

シリカ粉の製造純度９９％の珪石、純度９８％の溶融珪石魂および両者
５０重量％づつの混合物をそれぞれアルミナで内張すし
たボールミルを使用して湿式粉砕した。５０時間粉砕後
分級してそれぞれ粒径０．１〜５μｍのものを８０％含
むものと、粒径１０〜１５声のものを５０％含むものと
の計６種類の砥粒を得た。このシリカ粉を以下の実施例
に使用した。

実施例１スライシングされた３インチのシリコンウェハを通常の
両面同時う７ピング装置を用い砥粒として市販の溶融ア
ルミナ粉（粒度ＪＩＳ、Ｒ６００１＃１．２００）で、
ラップ速度５０ｍ／＋＋ｉｎ　、圧力１００ｇｆ／−で
１０分間ラッピング処理し、水洗によリラ・ノピング装
置より砥粒を除去した。引続き旧モース硬度７、純度９
９％、粒径ｏ、ｉ〜５μｍの微粒子を８０重量％含む結
晶シリカ粉の砥粒を１．５ｍｏｌ　ｆ１度のＫＯＨ水溶
液に２０重量％のスラリーとして分散させた研磨剤（分
散剤として硫酸アルミニウムを加えた）を使用して、ラ
ンプ速度５０ｍ／ｍｉｎ　、圧力１００ｇｆ／ｃｄで２
０分間ラッピング処理を行った。結果表面粗さＲｍａｘ
、０８４、平行度２〜３ｔ１ｍクシツクの深さは０．１
−以下（斜め切断法とエツチング法の組合せにより測定
）でこれは次のポリッシング処理で完全に除去できる深
さであるのでエツチング処理を施さず直ちにポリッシン
グ処理が可能であった。

実施例２実施例１と同条件で溶融アルミナ粉によるラッピング処
理したシリコンウェハを水洗し、通常のポリ７シング装
置を使用し、旧モース硬度７純度９９％、粒径１０〜１
５．ｍの微粒子を５０重量％含む結晶シリカ粉の砥粒を
１．５ｍｏｌ濃度のＫＯ）Ｉ水溶液に２０重量％のスラ
リーとして分散させた研磨剤（分散剤として硫酸アルミ
ニウムを加えた）を用い、硬質ポリシャーを使用して速
度５０ｍ／ｌｌ１ｉｎ　、圧力１００ｇｆ／ｃｄで３０
分間第１段ポリッシング処理を行った。結果表面粗さＲ
ｍａｘ、　０．２−５平行度２〜３４クラックの深さは
０であったのでエツチング処理を、施さず直ちに従来の
ポリ、ランプ処理が可能であった。

実施例３実施例１の溶融アルミナ粉によるラッピングに替えて、
実施例２でポリッシングに用いたものと同じ研磨剤を用
いて第１段ラッピングを速度５０ｍ／ｗｉｎ　、圧力１
００ｇｆ／−で１２分間行い、水洗して砥粒を除去後間
モース硬度７、純度９８％、粒径１０〜１５μの微粒子
を５０重量％含む結晶シリカ粉の砥粒を１．５ｍｏｌ　
ｔ１度のＫＯＩＩ水溶液に２０重量％のスラリーとして
分散させた研磨剤（分散剤として硫酸アルミニウムを加
えた）を使用して、ラップ速度５０ｎ／ｍｉｎ　、圧力
１００ｇｆ／ｃｄで１５分間ラッピング処理をおこなっ
た。結果は表面粗さＲＩＩｌａｘ、　０．８Ｍ、平行度
２〜３−、クラック深さ０．１−以下であった。

実施例４実施例３の第１段ラッピングを施したシリコンウェハを
実施例２で用いたポリッシング装置で実施例２で用いた
研磨剤、ポリッシングを用いて速度５０ｍ／ｍｉｎ　、
圧力１００ｇｆ／−で１５分間第１段ポリッシング処理
をおこなった。結果表面粗さＲｍａｘ、　０．２１１ｍ
、平行度２〜３　ｐｔａ、クランクの深さ０であった。

実施例５シリカ粉末を純度９８％の溶融シリカ粉に替えた以外は
実施例１と同様に操作して、実施例１とほぼ同じ結果を
得た。

実施例６シリカ粉末を純度９８％の溶融シリカ粉に替えた以外は
実施例２と同様に操作して、実施例２とほぼ同じ結果を
得た。

実施例７シリカ粉末を純度９８％の溶融シリカ粉に替えた以外は
実施例３と同様に操作して、実施例３とほぼ同じ結果を
得た。

実施９例８シリカ粉末を純度９８％の溶融シリカ粉に替えた以外は
実施例４と同様に操作して、実施例４とほぼ同じ結果を
得た。

実施例９シリカ粉末を純度９９％結晶シリカ粉５０重量％と純度
９８％の溶融シリカ粉５０重量％の混合物に替えた以外
は実施例１と同様に操作して、実施例１とほぼ同じ結果
を得た。

発明の効果本発明を実施することにより、マイクロチップの材料基
板である半導体ウェハの表面研磨法において、最も操作
管理が厄介な工程である化学エツチング処理を行うこと
なくラッピング処理およびポリッシング処理だけで性能
のすぐれた鏡面仕上ウェハを得ることが出来るので、半
導体産業の発展に大いに寄与できる。

また本発明はシリコンウェハだけでなくゲルマニウム、
ガリウム砒素等の他の半導体ウェハの表面研階にも同様
に通用できるがシリコンウェハに適用した場合、特に経
済的な効果が大きい。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）半導体ウェハの表面にラッピング処理、化学エッ
チング処理およびポリッシング処理を順次実施し、鏡面
仕上を行う半導体ウェハの表面研磨法において、結晶シ
リカおよび／または、溶融シリカを使用する研磨工程を
含めることにより、化学エッチング処理を行わずに鏡面
仕上げすることを特徴とする表面研磨法。
（２）従来法の溶融アルミナ粉等を使用する第１段のラ
ッピング処理後、純度９５％以上、粒径０．１〜５μｍ
の微粒子を６０重量％以上含む結晶シリカ粉および／ま
たは溶融シリカ粉を砥粒として、アルカリ水性下必要に
応じて分散剤等を添加して、第２段ラッピング処理を行
い、次に化学エッチング処理を行わずに従来法のコロイ
ダルシリカ等で、ポリッシング処理を実施する特許請求
の範囲第（１）項記載の方法。
（３）従来法の溶融アルミナ粉等を使用するラッピング
処理に引きつづき化学エッチング処理を行わずに、純度
９５％以上、粒径１０〜１５μｍの微粒子を４０重量％
以上含む結晶シリカ粉および／または溶融シリカ粉を砥
粒として、アルカリ水性下、必要に応じて分散剤等を添
加して、ポリッシャーを用いて第１段ポリッシング処理
を行い、ついで従来法のコロイダルシリカ等で第２段の
ポリッシング処理を実施する特許請求の範囲第（１）項
記載の方法。
（４）純度９５％以上、粒径１０〜１５μｍの微粒子を
４０重量％以上含む結晶シリカ粉および／または溶融シ
リカ粉を砥粒として、アルカリ水性下、必要に応じて分
散剤等を添加して、第１段のラッピング処理を行い、次
いで純度９５％以上、粒径０．１〜５μｍの微粒子を６
０重量％以上含む結晶シリカ粉および／または溶融シリ
カ粉を砥粒として、アルカリ水性下、必要に応じて分散
剤等を添加して第２段のラッピング処理を行い、次いで
化学エッチング処理を行わずに従来法のコロイダルシリ
カ等でポリッシング処理を実施する特許請求の範囲第（
１）項記載の方法。
（５）純度９５％以上、粒径１０〜１５μｍの微粒子を
４０重量％以上含む結晶シリカ粉および／または溶融シ
リカ粉を砥粒として、アルカリ水性下、必要に応じて分
散剤等を添加して、第１段ラッピング処理を行い、次い
で化学エッチング処理を行わずに純度９５％以上、粒径
１０〜１５μｍの微粒子を４０重量％以上含む結晶シリ
カ粉および／または溶融シリカ粉を砥粒として、アルカ
リ水性下、必要に応じて分散剤等を添加して、ポリッシ
ャーを用いて第１段ポリッシング処理を行い、次いで従
来法のコロイダルシリカ等で第２段のポリッシング処理
を実施する特許請求の範囲第（１）項記載の方法。
（６）半導体ウェハの表面にラッピング処理、化学エッ
チング処理およびポリッシング処理を順次実施し、鏡面
仕上げを行う半導体ウェハの表面研磨において、結晶シ
リカおよび／または溶融シリカを使用する研磨工程を含
めることにより、化学エッチング処理を行わずに鏡面仕
上げする際に砥粒として用いる研磨材が、特定の純度お
よび粒径の結晶シリカ粉および／または溶融シリカ粉で
あることを特徴とする半導体ウェハ表面研磨剤。
（７）従来法の溶融アルミナ粉等を使用するラッピング
処理に引きつづき、第２段ラッピング処理し、その後、
化学エッチング処理を行わずにポリッシャーを用いて従
来法のコロイダルシリカ等でポリッシング処理を実施す
る、プロセスの第２段ラッピング処理で砥粒として用い
る研磨剤が、純度９５％以上、粒径０．１〜５μｍの微
粒子を６０重量％以上含む結晶シリカおよび／または溶
融シリカ粉と、必要に応じて分散剤を添加したものであ
る特許請求の範囲第（６）項記載の研磨剤。
（８）従来法の溶融アルミナ粉等を使用するラッピング
処理に引きつづき、化学エッチング処理を行わずに、第
１段のポリッシング処理を行い、次いで従来法のコロイ
ダルシリカ等で第２段のポリッシング処理を実施するプ
ロセスの第１段ポリッシング処理に砥粒として用いる研
磨剤が純度９５％以上、粒径１０〜１５μｍの微粒子を
４０重量％以上含む結晶シリカ粉および／または溶融シ
リカ粉と、必要に応じて分散剤を添加したものである特
許請求の範囲第（６）項記載の研磨剤。
（９）第一段ラッピング処理および第２段ラッピング処
理を行い、次いで化学エッチング処理を行わずに従来法
のコロイダルシリカ等でポリッシング処理を実施するプ
ロセスの第１段ラッピング処理に使用する砥粒が、純度
９５％以上、粒径１０〜１５μｍの微粒子を４０重量％
以上含む結晶シリカ粉および／またはは溶融シリカ粉と
、必要に応じて分散剤等を添加したものであり、第２段
のラッピング処理に使用する砥粒が、純度９５％以上、
粒径０．１〜５μｍの微粒子を６０重量％以上含む結晶
シリカ粉および／または溶融シリカ粉と、必要に応じて
分散剤等を添加したものである特許請求の範囲第（６）
項記載の研磨剤。
（１０）第１段のラッピング処理を行い、次いで化学エ
ッチング処理を行わずにポリッシャーを用いて第１段ポ
リッシング処理および従来法のコロイダルシリカ等の第
２段ポリッシング処理を実施するプロセスの第１段ラッ
ピング処理に使用する砥粒が、純度９５％以上、粒径１
０〜１５μｍの微粒子を４０重量％以上含む、結晶シリ
カ粉およびまたは溶融シリカ粉と、必要に応じて分散剤
等を添加したものであり、第１段のポリッシング処理に
使用する砥粒が、純度９５％以上、粒径１０〜１５μｍ
の微粒子を４０重量％以上含む結晶シリカ粉および／ま
たは溶融シリカ粉と、必要に応じて分散剤等を添加した
ものである特許請求の範囲第（６）項記載の研磨剤。