JP2007067179A - 半導体ウエーハの鏡面研磨方法及び鏡面研磨システム - Google Patents

Abstract

【課題】ヘイズやパーティクルが低減された高品質の鏡面ウエーハを、低コストで、かつ、高い生産性で製造することができる半導体ウエーハの鏡面研磨方法及び鏡面研磨システムを提供する。
【解決手段】半導体ウエーハの表面に対して複数段の研磨を施して鏡面化するための研磨システムであって、少なくとも、前記ウエーハの表面を粗研磨するための粗研磨用の研磨装置１０と、該粗研磨用の研磨装置とは別に、前記粗研磨をした後のウエーハの表面を鏡面化するための仕上げ研磨用の研磨装置２０を備えることを特徴とする半導体ウエーハの鏡面研磨システム１。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハを製造する場合に用いる鏡面研磨方法及び鏡面研磨システムに関する。

半導体ウエーハを製造する場合、例えばチョクラルスキー法でシリコン単結晶インゴットを育成し、このインゴットをスライスして薄い円板状に加工した後、面取り、ラッピング、エッチング、研磨等の種々の工程を経て鏡面状のウエーハ（鏡面ウエーハ）に仕上げられる。
シリコンウエーハの研磨工程では、通常、粗研磨から仕上げ研磨へと複数の段階を経て研磨が行われる（特許文献１参照）。例えば、ラッピング工程あるいはエッチング工程の後、ウエーハの表面における歪みを除去し、平坦化するため、数μｍ程度の研磨代で１次研磨を行う。次いで、１次研磨で発生したキズ等を除去し、表面粗さを改善するため、１μｍ程度の研磨代で２次研磨を行う。さらに、ヘイズフリーの表面にするため、１μｍ未満の研磨代で仕上げ研磨を行う。このように粗研磨（１次研磨及び２次研磨）と、仕上げ研磨を経てウエーハの表面が鏡面化される。

上記のように段階的な研磨を行う場合、それぞれの研磨工程で使用する研磨布と研磨スラリーの種類が異なるため、１つの装置に複数の研磨ヘッドと複数の定盤を備えたものを用いて研磨が行われる。例えば、図１０に示した研磨装置８１は、各研磨工程で使用する研磨布が貼着された３つの研磨定盤８３，８４，８５が９０°の間隔で同心円上に配置されている。また、ウエーハを保持するための８つの研磨ヘッド８２が２つずつ、９０°の間隔で同心円上に配置されており、ヘッド移動機構によって反時計回りに９０°ずつ回転できるように構成されている。研磨ヘッド８２は、例えば図１２に示したようにウエーハＷの周辺を囲むリング９２を備えたものが使用される。このようなリング９２を備えていれば、研磨中にウエーハＷが離脱することを防ぐことができるとともに、ウエーハＷの周辺の研磨布９３を押圧することでウエーハＷの外周部が過剰に研磨されることを抑制することができる。

このような研磨装置８１では、ロード部８６に搬送されたウエーハを研磨ヘッド８２で保持し、一定のタクトタイムで順次各定盤間を搬送され、最初の定盤８３で１次研磨、次の定盤８４で２次研磨、最後の定盤８５で仕上げ研磨が施される。粗研磨（１次研磨及び２次研磨）と仕上げ研磨とが順次行われて鏡面化されたウエーハは、アンローダ部８７へと搬出される。
なお、図１１に示したように、最初の定盤８８で１次研磨と２次研磨を兼ねた粗研磨を行った後、他の２つの定盤８９，９０で仕上げ研磨を行う場合もある。

このように複数の定盤を備えた研磨装置８１，９１により一連の研磨を行う研磨装置は、一台の装置でウエーハを同じ研磨ヘッド８２で保持したまま粗研磨から仕上げ研磨まで順次行うことができるため、ウエーハを効率的に鏡面化することができるとされている。

ところが、上記のように一台の研磨装置でウエーハの粗研磨から仕上げ研磨まで順次行うには、性質の異なる研磨を同一のタクトタイムで実施する必要がある。従って、律速でない研磨工程では、時間調整のため、意図的に研磨荷重を低く設定したり、回転数を減らすなどして研磨速度を下げ、タクトを合わせて研磨が行われる。そのため、このような鏡面研磨システムは必ずしも生産性やコスト面で良好とは言えないものであった。

一方、最近では電子デバイスの集積度が一段と進み、デバイス製造上障害となるパーティクルの粒径がより小さくなり、ウェーハ上のパーティクル数の低減が要求されている。そのため、パーティクルの検出上障害となるヘイズレベルの低減要求もより厳しくなっている。
しかし、前記のような研磨装置８１，９１では、粗研磨工程で使用しているエッチング作用の強い研磨スラリーが研磨ヘッド８２に付着して仕上げ研磨工程に混入し、仕上げ研磨での研磨代は非常に少ないため、意図しないエッチング作用によってヘイズレベルが悪化する危険性がある。また、仕上げ研磨前に発生したパーティクル等の異物が研磨ヘッド等に付着し、仕上げ研磨後のウエーハの表面に残留するおそれもある。

特開平９−３８８４９号公報

上記問題に鑑み、本発明は、ヘイズやパーティクルが低減された高品質の鏡面ウエーハを、低コストで、かつ、高い生産性で製造することができる半導体ウエーハの鏡面研磨方法及び鏡面研磨システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明によれば、半導体ウエーハの表面に対して複数段の研磨を施して鏡面化する方法において、前記ウエーハの表面を粗研磨用の研磨装置で粗研磨した後、該粗研磨用の研磨装置とは別に用意した仕上げ研磨用の研磨装置で仕上げ研磨して鏡面化することを特徴とする半導体ウエーハの鏡面研磨方法が提供される（請求項１）。

粗研磨用の研磨装置で粗研磨した後、別途用意した仕上げ研磨用の研磨装置で仕上げ研磨して鏡面化すれば、粗研磨と仕上げ研磨でタクトを合わせる必要はなく、各研磨工程のタクトに応じて各装置で独立して研磨を進めることができる。従って、一連の研磨工程を効率的に行うことができ、全体として生産性が向上し、低コスト化をはかることができる。また、粗研磨工程における研磨スラリーやパーティクルが仕上げ研磨工程に混入することを防ぐことができるため、ヘイズレベルの悪化やパーティクルの付着を防ぎ、高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる。

前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置のうち、少なくとも粗研磨用の研磨装置として、ウエーハを保持するための複数の研磨ヘッドと、研磨布が貼着された複数の研磨定盤を具備するものを用いて前記粗研磨を行うことが好ましい（請求項２）。
粗研磨工程は仕上げ研磨工程よりも研磨代が多いため、タクトが比較的長くなり易いが、複数の研磨ヘッドと複数の研磨定盤を具備する研磨装置を用いて粗研磨を行えば、粗研磨工程と仕上げ研磨工程でのスループットが同等となり、生産性を一層向上させることができる。

この場合、前記粗研磨用の研磨装置における前記複数の研磨定盤の一部の定盤で１次研磨を行った後、他の定盤で２次研磨を行うことができる（請求項３）。
複数の定盤を備えた粗研磨用の研磨装置で１次研磨と２次研磨を行えば、装置コストを低く抑えるとともに、高生産性と低コスト化を一層はかることが可能となる。

また、前記粗研磨を１次研磨と２次研磨に分け、該１次研磨と２次研磨を、それぞれ別の研磨装置を用いて順次行うこともできる（請求項４）。
仕上げ研磨を粗研磨とは別の装置で行うのみならず、粗研磨を１次研磨と２次研磨に分けてそれぞれ専用の研磨装置で研磨を行えば、特に量産化する場合に生産性を一層向上させることが可能となる。

前記粗研磨を行う前に、前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置とは別の研磨装置を用いて前記ウエーハの裏面及び／又は両面を研磨することができる（請求項５）。
ウエーハの裏面あるいは両面を研磨する場合は、裏面あるいは両面を別の研磨装置で予め研磨することで、高い生産性を維持したまま、より高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる。

前記ウエーハの少なくとも粗研磨終了時から仕上げ研磨終了時まで、該ウエーハの裏面又は面取り部を保持して搬送を行うことが好ましい（請求項６）。
本発明では、粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置とが別の装置であるので、この間でウエーハの搬送が必要となるが、粗研磨後のウエーハの裏面又は面取り部を保持して搬送を行えば、研磨後の面にキズが付くことを防ぎ、より確実に高品質のウエーハに仕上げることができる。

また、前記ウエーハの仕上げ研磨を行う際、該ウエーハの周辺の研磨布を押圧するためのリングが無い研磨ヘッドを用いて研磨を行うか、前記リングを備えている研磨ヘッドであっても該リングが研磨布を押圧しないようにして研磨を行うことが好ましい（請求項７）。
ウエーハの外周部における過剰な研磨を防ぐため、ウエーハの周辺の研磨布を押圧するリングを備えた研磨ヘッドで研磨を行う場合があるが、このリングからパーティクルが発生することがある。しかし、本発明では、粗研磨用の装置とは別に仕上げ研磨用の装置で仕上げ研磨を行うので、仕上げ研磨の際、上記リングに起因したパーティクルの発生を防ぐことで、より高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる。

また、前記ウエーハの粗研磨を行った後、該ウエーハを保管用水に入れ、その後、前記仕上げ研磨を行うことが好ましい（請求項８）。
粗研磨後のウエーハを保管用水に入れれば、ウエーハの表面に付着している粗研磨用の研磨スラリーを確実に除去して仕上げ研磨への影響を防ぐことができる。また、別の装置である仕上げ研磨装置に搬送するまでの待ち時間に残留している研磨スラリーによりウエーハが汚染されることを防ぐことができ、より確実に高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる。

この場合、前記保管用水として、界面活性剤が添加された中性又は酸性の水溶液を用いることが好ましい（請求項９）。
このような保管用水を用いれば、粗研磨後のウェーハの表面の撥水性を保つことで、仕上げ研磨の研磨代がウエーハ面内でより均一化され、仕上げ研磨後のヘイズレベルの悪化やパーティクルの付着が低減される。また、保管用水を中性、又は酸性にすることで研磨スラリーのアルカリ成分によるウエーハ表面のエッチングを防止することができる。

また、前記ウエーハの粗研磨を行った後、仕上げ研磨を行う前に、純水シャワーによりウエーハを洗浄することが好ましい（請求項１０）。
このような純水シャワーによりウエーハを洗浄すれば、より確実に研磨スラリーを除去することができ、仕上げ研磨工程に粗研磨スラリーが混入することを防ぐことができる。

また、本発明によれば、半導体ウエーハの表面に対して複数段の研磨を施して鏡面化するための研磨システムであって、少なくとも、前記ウエーハの表面を粗研磨するための粗研磨用の研磨装置と、該粗研磨用の研磨装置とは別に、前記粗研磨をした後のウエーハの表面を鏡面化するための仕上げ研磨用の研磨装置を備えることを特徴とする半導体ウエーハの鏡面研磨システムが提供される（請求項１１）。

このような鏡面研磨システムであれば、粗研磨と仕上げ研磨でタクトタイムを合わせる必要はなく、各研磨工程のタクトに応じて各装置で独立して研磨を進めることができるため、高生産性と、低コスト化をはかることができる。また、粗研磨工程における研磨スラリーやパーティクルが仕上げ研磨工程に混入することを防ぐことができるので、ヘイズレベルの悪化やパーティクルの付着が低減され、高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる鏡面研磨システムとなる。

前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置のうち、少なくとも粗研磨用の研磨装置が、ウエーハを保持するための複数の研磨ヘッドと、研磨布が貼着された複数の研磨定盤を具備するものとすることができる（請求項１２）。
粗研磨用の研磨装置が複数の研磨ヘッドと複数の研磨定盤を具備していれば、タクトが比較的長くなり易い粗研磨とタクトが短い仕上げ研磨を同等のスループットで行うことができ、生産性を一層向上させることができる鏡面研磨システムとなる。

この場合、前記粗研磨用の研磨装置が、前記ウエーハの粗研磨として、前記複数の研磨定盤の一部の定盤で１次研磨を行った後、他の定盤で２次研磨を行うものとすることができる（請求項１３）。
複数の定盤を備えた粗研磨用の研磨装置を備えていれば、一台でも１次研磨と２次研磨に分けて粗研磨を行うことができ、高生産性と低コスト化を一層図ることが可能な鏡面研磨システムとなる。

この場合、前記粗研磨用の研磨装置として、１次研磨を行うための１次研磨用の研磨装置と、前記１次研磨後、２次研磨を行うための２次研磨用の研磨装置をそれぞれ独立して備えることもできる（請求項１４）。
それぞれ１次研磨と２次研磨を行う研磨装置を備えていれば、特に量産化する場合に一層生産性を向上させることができる鏡面研磨システムとなる。

前記粗研磨を行う前に前記ウエーハの裏面を研磨するための裏面用の研磨装置を備えることもできる（請求項１５）。
裏面用の研磨装置も備えていれば、ウエーハの裏面を研磨する場合でも、高い生産性を維持したまま、より高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる鏡面研磨システムとなる。

前記ウエーハの少なくとも粗研磨終了時から仕上げ研磨終了時まで、該ウエーハの裏面又は面取り部を保持して搬送を行う搬送手段を備えることが好ましい（請求項１６）。
このような搬送手段を備えていれば、粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置との間の搬送において、粗研磨後のウエーハの表面にキズが付くことを防ぎ、より確実に高品質のウエーハに仕上げることができる鏡面研磨システムとなる。

前記仕上げ研磨用の研磨装置の研磨ヘッドが、前記ウエーハの周辺の研磨布を押圧するためのリングが無いか、前記リングが研磨布を押圧しないように研磨を行うものであることが好ましい（請求項１７）。
仕上げ研磨用の研磨装置が上記のような研磨ヘッドを備えていれば、ウエーハの周辺の研磨布を押圧するリングに起因したパーティクルの発生を防ぎ、より高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる鏡面研磨システムとなる。

前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ用の研磨装置との間に、前記粗研磨後のウエーハを保管するための水槽を備えることが好ましい（請求項１８）。
上記のような水槽を備えていれば、粗研磨後のウエーハを仕上げ研磨する前に、水槽内の保管用水に保管することができる。従って、ウエーハの表面に付着している粗研磨用の研磨スラリーやパーティクルを確実に除去した上で仕上げ研磨を行うことができ、より確実に高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる鏡面研磨システムとなる。

この場合、前記水槽内の保管用水に界面活性剤を供給する手段と、前記保管用水のｐＨを調整する手段を備えることができる（請求項１９）。
このような界面活性剤供給手段とｐＨ調整手段を備えていれば、保管された粗研磨後のウェーハの表面の撥水性を保つことで、研磨スラリーのアルカリ成分によるウエーハ表面のエッチングを防ぐことができ、より高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる鏡面研磨システムとなる。

また、前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ用の研磨装置との間に、前記粗研磨後のウエーハを純水シャワー洗浄するための純水シャワー槽を備えることが好ましい（請求項２０）。
純水シャワー槽を備えていれば、純水シャワーによりウエーハの表面に付着している粗研磨用の研磨スラリーやパーティクルをより確実に除去することができ、仕上げ研磨工程に粗研磨スラリーが混入することを防いで仕上げ研磨を行うことができる鏡面研磨システムとなる。

本発明によれば、半導体ウエーハの表面に対して複数段の研磨を施して鏡面化する際、粗研磨用の研磨装置と、この粗研磨用の研磨装置とは別の仕上げ研磨用の研磨装置によって粗研磨から仕上げ研磨まで行うため、粗研磨と仕上げ研磨とでタクトを合わせる必要はなく、各研磨工程のタクトに応じて各装置で独立して研磨を進めることができる。従って、生産性が向上し、低コスト化を達成することができる。また、粗研磨工程における研磨スラリーやパーティクルが、仕上げ研磨工程に混入することを防ぐことができるため、ヘイズレベルの悪化やパーティクルの付着が低減され、高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明に係る半導体ウエーハの鏡面研磨方法及び鏡面研磨システムについて具体的に説明する。
図１は本発明に係る半導体ウエーハの鏡面研磨システムの構成の一例を概略的に示している。この鏡面研磨システム１は、ウエーハの表面を粗研磨するための粗研磨用の研磨装置１０と、粗研磨用の研磨装置１０とは別に、粗研磨をした後のウエーハの表面を鏡面化するための仕上げ研磨用の研磨装置２０を備えている。両研磨装置１０，２０は移送部３０を介して配置されている。移送部３０には、ウエーハを移載するための移載ロボット３１、粗研磨後のウエーハを保管するための水槽３２、シャワー槽３３、ｐＨ調整剤タンク３４、界面活性剤タンク３５が設けられている。

粗研磨用の研磨装置１０は、８つの研磨ヘッド１４と３つの研磨定盤１１，１２，１３を具備している。８つの研磨ヘッド１４は同心円上に配置されており、２つずつ、９０°の間隔で割り出されている。また、３つの研磨定盤１１，１２，１３も９０°の間隔で同心円上に配置されている。１番目と２番目の定盤１１，１２は１次研磨を行うためのものであり、それぞれ１次研磨用の研磨布が貼着されている。３番目の定盤１３は２次研磨を行うためのものであり、２次研磨用の研磨布が貼着されている。また、ウエーハの搬送を行うためのロボットアーム３ａ，３ｂ、ウエーハを位置決めするためのウエーハ位置決めユニット４、研磨後のウエーハを搬出するためのアンロードトレイ５が備わっている。

一方、仕上げ研磨用の研磨装置２０も、８つの研磨ヘッド２４と３つの研磨定盤２１，２２，２３を具備し、各研磨定盤２１，２２，２３には、仕上げ研磨用の研磨布が貼着されている。また、粗研磨用の研磨装置１０と同様、ウエーハの搬送を行うためのロボットアーム６ａ，６ｂ、ウエーハ位置決めユニット７、アンロードトレイ８も備わっている。

このような鏡面研磨システム１を用いて、半導体ウエーハに段階的に研磨を施して鏡面化する方法について説明する。
まず、粗研磨用の研磨装置１０のローダ部２にウエーハを収納した容器が搬送される。ロボットアーム３ａによってウエーハ収納容器からウエーハが取り出され、ウエーハの面取り部を支持する形でウエーハ位置決めユニット４にセットされる。ウエーハ位置決めユニット４に２枚のウエーハをセットした後、位置決めユニット４の上部に位置する２つの研磨ヘッド１４によりウエーハの裏面が吸着保持される。

ウエーハを保持した２つの研磨ヘッド１４は、ヘッド移動手段１５によって反時計回りに９０°回転され、最初の１次研磨用の定盤１１上に移動される。そして、図３に示されるように、各研磨ヘッド１４と定盤１１をそれぞれ所定の回転数で回転させ、定盤１１に貼着された研磨布１１ａ上に研磨スラリー供給手段３７から研磨スラリー３８が供給されるとともに、研磨ヘッド１４で保持されたウエーハＷが所定の研磨圧力で研磨布１１ａに摺接される。
このように最初の定盤１１で１次研磨が行われている間、次の２枚のウエーハが前記と同様にウエーハ位置決めユニット４にセットされ、次の２つの研磨ヘッド１４により保持される。

最初の定盤１１で所定の時間、１次研磨が行われた後、前記と同様の手順で、ヘッド移動手段１５による各研磨ヘッドの９０°回転、定盤での研磨、ウエーハの保持を繰り返す。これにより、各ウエーハは２つの定盤１１，１２で１次研磨が施された後、３番目の定盤１３で２次研磨が施される。このような粗研磨用の装置１０は、例えば、１次研磨のタクトタイムが２次研磨のタクトタイムの２倍である場合、滞り無く粗研磨工程を進めることができる。なお、１次研磨用の定盤と２次研磨用の定盤は各研磨工程でのタクトタイムに応じて決めれば良く、例えば、２次研磨のタクトタイムが１次研磨のタクトタイムの２倍である場合には、１次研磨用の定盤を１つとし、２次研磨用の定盤を２つに設定して粗研磨を行えばよい。但し、通常１次研磨の方が取り代を多くするので、それだけ時間がかかり、１次研磨用の定盤の方を多くすることが好ましい。

２次研磨後、９０°回転によって元の位置に戻った研磨ヘッド１４には、図２に示されるようにアンロードトレイ５が移動し、研磨ヘッド１４から離脱されたウエーハが面取り部が支持される形でアンロードトレイ５に載置される。次いで、ウエーハは、アンロードトレイ５からロボットアーム３ｂでウエーハの裏面又は面取り部を支持する形で保持され、移送部３０にある水槽３２内の保管用水に投入される。保管用水には、粗研磨直後のウェーハ表面の撥水性を一様に保つため、界面活性剤タンク３５から、非エッチング性薬液として界面活性剤が添加される。また、ウエーハの表面に残留している研磨スラリーのアルカリ成分によるエッチングからウェーハの表面を保護するため、保管用水が中性又は酸性側に保たれるようにｐＨ調整剤タンク３４から酸性溶液が滴下される。

粗研磨後のウエーハを、仕上げ研磨する前に上記のような保管用水に投入することで、一様に撥水面が保たれたウエーハを仕上げ研磨用の装置で確実に研磨することが可能になる。仕上げ研磨の研磨代は非常に少ないため、仕上げ研磨前のウエーハ表面の性状が仕上げ研磨後の品質に大きく影響するが、前記の一様に撥水面が保たれたウエーハであれば、仕上げ研磨の研磨代がウエーハ面内均一になり、ウエーハの表面のヘイズレベルの低減とパーティクル数の低減をはかることができる。ウエーハは保管用水中に所定時間浸漬された後、移載ロボット３１により水槽３２からシャワー槽３３に移され、純水シャワーが施される。
純水シャワーによりウエーハ表面の研磨スラリーと保管用水を除去した後、ウエーハは仕上げ研磨用の研磨装置２０のロボットアーム６ａによってウエーハ位置決めユニット７にセットされる。そして、研磨ヘッド２４によりウエーハが保持され、各定盤２１，２２，２３において仕上げ研磨が行われる。

図４は、仕上げ研磨で使用する研磨ヘッド２４の一例を示している。この研磨ヘッド２４は、ヘッド本体４１にゴム製のダイヤフラム４０を介して保持板４６が連結されている。保持板４６にはウエーハＷを真空吸着するための多数の貫通孔４７が形成されている。ウエーハＷを吸着する側にはバッキングパッド４５が貼着され、裏面側には裏板４３が設けられている。さらに保持板を囲むようにリング４４が設けられている。ウエーハ吸着制御用通路４９を通じて保持板４６と裏板４３との間の空間の圧力を調整することでウエーハの吸着及び離脱を行うことができる。また、ウエーハ押圧用通路４８を通じて裏板４３とヘッド本体４１との間の空間の圧力を調整することで研磨布２１ａに対するウエーハＷの押圧を調整することができる。

このようなリング４４を備えた研磨ヘッド２４でウエーハＷを保持して研磨を行えば、研磨中、ウエーハＷが保持板４６から外れることを防ぐことができる。ただし、リング４４が研磨布を押圧した状態で研磨を行うと、リング自体がパーティクルの発生原因となり得る。

そこで、仕上げ研磨では、図５に示したようにリング４４が研磨布２１ａを押圧しないように研磨を行うことができる。例えばウエーハＷの表面（被研磨面）がリング４４の下面よりも０．２０〜０．３５ｍｍ突き出るようにリング４４の位置を設定しておく。これにより、研磨中のウエーハＷの離脱が防止されるとともに、リング４４が研磨布２１ａを押圧せずに研磨を行うことができ、リング４４からパーティクルが発生することを防止することができる。なお、仕上げ研磨では粗研磨と比べて研磨代が極めて少ないため、ウエーハＷの周辺の研磨布２１ａを押圧せずに研磨を行ってもウエーハＷの外周部において過剰な研磨が生じることも無い。

このように、本発明に係る鏡面研磨システム１では、粗研磨用の研磨装置１０とは別に、仕上げ研磨用の研磨装置２０を備えているので、粗研磨用の研磨ヘッド１４とは別の仕上げ研磨用の研磨ヘッド２４でウエーハＷを保持して仕上げ研磨を行うことができる。従って、仕上げ研磨においてリング４４に起因するパーティクルの発生を防ぐことができる。なお、仕上げ研磨では、ウエーハＷの周辺の研磨布を押圧するリングが無い研磨ヘッドを用いることもできる。

各研磨ヘッド２４に保持されたウエーハＷは、仕上げ研磨用の研磨装置２０の各定盤２１〜２３において仕上げ研磨が行われる。このとき、粗研磨用の研磨装置１０と同様に２つの研磨ヘッド２４を９０°ずつ回転させて３回に分けて仕上げ研磨を行うこともできるし、３組の研磨ヘッド２４で６つのウエーハＷを保持した後、各定盤２１，２２，２３で同時に仕上げ研磨を行うこともできる。

仕上げ研磨されたウエーハは、アンロードトレイ８及びロボットアーム６ｂによってアンロード部９へと搬出される。仕上げ研磨用の研磨装置２０でも、ロボットアーム６ａ，６ｂ、ウエーハ位置決めユニット７、アンロードトレイ８によりウエーハの搬送が行われるが、これらの搬送手段は粗研磨用の研磨装置１０のものと同様、ウエーハの裏面又は面取り部を保持する。従って、粗研磨終了時から仕上げ研磨終了時まで、ウエーハの裏面又は面取り部を保持して搬送を行うことができ、研磨後の表面にキズが付くことを防ぐことができる。

上記のように粗研磨用の研磨装置１０で粗研磨を行った後、仕上げ研磨用の研磨装置２０で仕上げ研磨を行うことにより、各研磨工程のタクトタイムに応じて効率的に研磨を行うことができる上、ヘイズレベルが良く、パーティクルの付着が少ない高品質の鏡面ウエーハを得ることができる。
なお、本発明に係る鏡面研磨システムは、ウエーハの表面を粗研磨するための粗研磨用の研磨装置とは別に、粗研磨をした後のウエーハの表面を鏡面化するための仕上げ研磨用の研磨装置を備えていれば良く、各装置の研磨ヘッドと定盤の数等は、各研磨工程におけるタクトタイムに応じて設定すれば良い。

図６は、本発明に係る鏡面研磨システムの他の一例を示している。この鏡面研磨システム５０は、仕上げ研磨用の研磨装置５３のほか、１次粗研磨を行うための１次研磨用の研磨装置５１と、１次研磨後、２次粗研磨を行うための２次研磨用の研磨装置５２をそれぞれ独立して備えている。各研磨装置５１，５２，５３はいずれも８つの研磨ヘッドと３つの定盤を備えている。１次研磨用の研磨装置５１と２次研磨用の研磨装置５２は移送部５７によりウエーハが受け渡され、２次研磨用の研磨装置５２と仕上げ研磨用の研磨装置５３は移送部５８によりウエーハが受け渡される。そして、ローダ部５６に搬送されたウエーハは、各研磨装置５１，５２，５３において、それぞれ１次研磨、２次研磨、仕上げ研磨へと順次研磨されて、鏡面化され、アンローダ部５９に搬出される。このような鏡面研磨システム５０は、例えば１次研磨、２次研磨、仕上げ研磨のそれぞれのタクトタイムにかかわらず、独立して各研磨工程を滞り無く行うことができる。

図７は、本発明に係る鏡面研磨システムのさらに他の一例を示している。この鏡面研磨システム６１は、図１に示した鏡面研磨システムにさらに裏面用の研磨装置６２を備えている。各研磨装置は６２，６３，６４はいずれも８つの研磨ヘッドと３つの定盤を備えている。裏面用の研磨装置６２と粗研磨用の研磨装置６３は移送部６６によりウエーハが受け渡され、粗研磨用の研磨装置６３と仕上げ研磨用の研磨装置６４は移送部６７によりウエーハが受け渡される。

ローダ部６５に搬送されたウエーハは、裏面用の研磨装置６２によって裏面が研磨される。裏面研磨後、ウエーハは粗研磨用の研磨装置６３に搬送され、図１に示した鏡面研磨システム１と同様に１次研磨及び２次研磨が施される。さらに、仕上げ研磨用の研磨装置６４に搬送され、仕上げ研磨が施されることにより鏡面ウエーハとなった後、アンローダ部６８に搬出される。
このように裏面用の研磨装置６２も別途備えた鏡面研磨システム６１では、粗研磨を行う前に、ウエーハの裏面を研磨することができ、裏面も研磨する場合に特に効率的である。

以上のように本発明に係る半導体ウエーハの鏡面研磨システムは、粗研磨用の研磨装置とは別に、仕上げ研磨用の研磨装置を備えているため、粗研磨と仕上げ研磨とでタクトを合わせる必要はなく、各研磨工程のタクトに応じて各装置で独立して研磨を進めることができる。従って、生産性が向上し、低コスト化を達成することができる。また、粗研磨工程で使用する研磨スラリー等が仕上げ研磨工程に混入することを防ぐことができるので、ヘイズレベルの悪化やパーティクルの付着を防ぎ、高品質の鏡面ウエーハに仕上げることができる。さらに、各工程におけるタクトタイムを無理に合わせる必要がない結果、各工程で品質上最適な条件を採用することができ、より高品質にウエーハを研磨できるという利点もある。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。
チョクラルスキー法で引き上げたＰ型、＜１００＞、抵抗８〜１２Ωｃｍの単結晶シリコンインゴットをスライスして薄円板状のウエーハを得た。ウエーハの割れ、欠けを防止するため、外縁部に面取り加工を施した後、ウェーハを平面化するためラッピング加工を行った。次いで、ラッピング後のウェーハの表面に残留する加工歪を除去するため、エッチング加工を実施した。さらに、ウエーハの表裏両面に対し両面研磨加工を行い、面取り部にも研磨加工を行った。
このようにして得られたウエーハを２つのグループに分け、以下の実施例と比較例の条件でそれぞれ一次、二次、仕上げの各研磨加工を行った。

（実施例）
図１に示したような鏡面研磨システムを構築し、上記ウエーハの鏡面研磨を行った。研磨条件等は以下の通りである。
＜１次粗研磨＞
研磨布には、ポリエステル不織布ウレタン樹脂含浸品（アスカーＣ硬度８８°）を使用し、研磨スラリーには、コロイダルシリカを含有するｐＨ１１のアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドは、ウエーハの周囲の研磨布に対して押圧の調整が可能な押圧リングを備えたものを用いた。
研磨ヘッドと研磨定盤はそれぞれ３０ｒｐｍで回転させ、ウエーハの研磨圧力は３０ｋＰａ、押圧リングの圧力は３５ｋＰａに設定して１次研磨を行った。

＜２次粗研磨＞
研磨布には、ポリエステル不織布ウレタン樹脂含浸品（アスカーＣ硬度７６°）を使用し、研磨スラリーには、コロイダルシリカを含有するｐＨ１０．５のアルカリ溶液を用いた。
研磨ヘッドと研磨定盤はそれぞれ３０ｒｐｍで回転させ、ウエーハの研磨圧力は３０ｋＰａ、押圧リングの圧力は３２ｋＰａに設定して２次研磨を行った。

＜移送部＞
移送部の保管槽には、保管用水のｐＨが３〜７に保たれるように１０％濃度のクエン酸を滴下し、また、界面活性剤（ポリオキシエチレンアルキルエーテル）を濃度が０．０１％以上に保たれるように滴下した。
２次研磨後のウェーハを上記のような保管用水に１分間以上保管した後、シャワー槽に移動した。

＜仕上げ研磨＞
スウェードタイプの研磨布（東レコーティング社製「Ｃｉｅｇａｌ ７３５５」 アスカーＣ硬度７３°） を使用し、研磨スラリーには、粒径６０〜１００ｎｍのコロイダルシリカを含有するｐＨ９．５のアルカリ溶液 （シリカ濃度：０．５重量％）を用いた。研磨ヘッドは、図４に示したものを用いた。
研磨ヘッドと研磨定盤はそれぞれ２０ｒｐｍで回転させ、ウェーハの研磨圧力は１０ｋＰａに設定し、リングは研磨布から退避した状態で研磨を行った。

（比較例）
図１０に示したような研磨装置を２台用いてシリコンウエーハの鏡面研磨を行った。
それぞれの８つの研磨ヘッドは、全てウエーハの周辺部の研磨布を押圧する押圧リングを備えたものを用い、各定盤における研磨布、研磨スラリー、研磨圧力等は、それぞれ実施例と同様にした。ただし、２次研磨では、１次研磨のタクトタイムと合わせるため、研磨ヘッドと研磨定盤の回転数はそれぞれ１５ｒｐｍに設定した。

＜生産性の比較＞
比較例では、各装置で１次研磨、２次研磨、及び仕上げ研磨を行うので、２次研磨及び仕上げ研磨のタクトタイムを、取り代が多くタクトが長い１次研磨に合わせる必要があった。
一方、実施例では、粗研磨用の研磨装置において、１次研磨を２つの定盤で行い、２次研磨を１つの定盤で行ったため、タクトタイムを合わせずに効率的に粗研磨を行うことができた。また、仕上げ研磨では、２次研磨後のウエーハを仕上げ研磨用の研磨装置にローディングする搬送時間等が必要であったが、本来のタクトタイムで仕上げ研磨を行うことができ、仕上げ研磨に要する時間は比較例と同等であった。
結果的に、ウエーハ１枚当たりの総研磨時間は、実施例では比較例の３分の２程度となった。
なお、比較例では回転数を増やしたり、圧力を上げたりしたが、ウェーハの平坦度が悪化し、研磨時間を短縮することはできなかった。

＜パーティクル測定結果＞
実施例と比較例の各研磨条件でシリコンウエーハを鏡面研磨加工した後、ＳＣ−１洗浄を行った。洗浄後、パーティクルカウンター（ＫＬＡテンコール社製 「Ｓｕｒｆｓｃａｎ ＳＰ−１ ＴＢＩ」）を使用してパーティクルとヘイズについて、それぞれ２枚ずつ評価した。なお、結晶欠陥（ＬＰＤ−Ｎ）とパーティクル（ＬＰＤ）を分けて評価するため、斜入射ビームを使用して高分解能条件で測定を実施することにより、０．０６５μｍ以上のパーティクルを検出した。また、ヘイズについては、前記パーティクル測定時に同時に測定され、暗視野ワイド斜入射チャンネル（ＤＷＯ）でのヘイズ値を用いた。

図８（Ａ）（Ｂ）は、実施例の鏡面研磨システムを用いて鏡面研磨加工したウエーハを示し、図９は（Ａ）（Ｂ）は、比較例の鏡面研磨システムを用いて鏡面研磨加工したウエーハを示している。表１にパーティクルとヘイズについての評価結果を示す。

図８及び図９並びに表１から、パーティクル及びヘイズのいずれも実施例１，２の方が値が小さく、高品質の鏡面ウエーハが得られたことが分かる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、実施形態では、粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置が、それぞれ８つの研磨ヘッドと３つの定盤を有する鏡面研磨システムについて説明したが、本発明に係る鏡面研磨システムにおける研磨ヘッドの数や定盤の数は特に限定されるものではなく、各研磨工程におけるタクトタイムに応じて構成すれば良い。例えば、仕上げ研磨のタクトタイムが粗研磨のタクトタイムの３分の１程度であれば、定盤を１つ備えた仕上げ研磨用の研磨装置を用いて仕上げ研磨を行ってもよい。
また、粗研磨は１次研磨と２次研磨を兼ねて１回で行っても良い。

本発明に係る半導体ウエーハの鏡面研磨システムの一例を示す概略構成図である（ロード時）。 本発明に係る半導体ウエーハの鏡面研磨システムの一例を示す概略構成図である（アンロード時）。 研磨ヘッドで保持したウエーハを研磨する状態を示す概略図である。 仕上げ研磨で使用する研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 図４に示した研磨ヘッドのリング周辺を拡大した概略図である。 本発明に係る半導体ウエーハの鏡面研磨システムの他の例を示す概略構成図である。 本発明に係る半導体ウエーハの鏡面研磨システムのさらに他の例を示す概略構成図である。 仕上げ研磨後に測定したウエーハの表面状態を示す図である。（Ａ）実施例１ （Ｂ）実施例２ 仕上げ研磨後に測定したウエーハの表面状態を示す図である。（Ａ）比較例１ （Ｂ）比較例２ 従来の研磨装置の一例を示す概略構成図である。 従来の研磨装置の他の例を示す概略構成図である。 押圧リングを備えた研磨ヘッドの概略構成図である。

符号の説明

１…鏡面研磨システム、 ３ａ，３ｂ，６ａ，６ｂ…ロボットアーム、 ４，７…ウエーハ位置決めユニット、 ５，８…アンロードトレイ、 １０…粗研磨用の研磨装置、 １１ａ…研磨布、 １１，１２…１次研磨用の研磨定盤、 １３…２次研磨用の研磨定盤、 １４，２４…研磨ヘッド、 ２０…仕上げ研磨用の研磨装置、 ２１ａ…研磨布、 ２１，２２，２３…仕上げ研磨用の研磨定盤、 ３０…移送部、 ３２…水槽、 ３３…シャワー槽、 ３４…ｐＨ調整剤タンク、 ３５…界面活性剤タンク、 ４４…リング、 ５０，６１…鏡面研磨システム、 ６２…裏面用の研磨装置、 Ｗ…半導体ウエーハ。

Claims (20)

1. 半導体ウエーハの表面に対して複数段の研磨を施して鏡面化する方法において、前記ウエーハの表面を粗研磨用の研磨装置で粗研磨した後、該粗研磨用の研磨装置とは別に用意した仕上げ研磨用の研磨装置で仕上げ研磨して鏡面化することを特徴とする半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
2. 前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置のうち、少なくとも粗研磨用の研磨装置として、ウエーハを保持するための複数の研磨ヘッドと、研磨布が貼着された複数の研磨定盤を具備するものを用いて前記粗研磨を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
3. 前記粗研磨用の研磨装置における前記複数の研磨定盤の一部の定盤で１次研磨を行った後、他の定盤で２次研磨を行うことを特徴とする請求項２に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
4. 前記粗研磨を１次研磨と２次研磨に分け、該１次研磨と２次研磨を、それぞれ別の研磨装置を用いて順次行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
5. 前記粗研磨を行う前に、前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置とは別の研磨装置を用いて前記ウエーハの裏面及び／又は両面を研磨することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
6. 前記ウエーハの少なくとも粗研磨終了時から仕上げ研磨終了時まで、該ウエーハの裏面又は面取り部を保持して搬送を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
7. 前記ウエーハの仕上げ研磨を行う際、該ウエーハの周辺の研磨布を押圧するためのリングが無い研磨ヘッドを用いて研磨を行うか、前記リングを備えている研磨ヘッドであっても該リングが研磨布を押圧しないようにして研磨を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
8. 前記ウエーハの粗研磨を行った後、該ウエーハを保管用水に入れ、その後、前記仕上げ研磨を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
9. 前記保管用水として、界面活性剤が添加された中性又は酸性の水溶液を用いることを特徴とする請求項８に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
10. 前記ウエーハの粗研磨を行った後、仕上げ研磨を行う前に、純水シャワーによりウエーハを洗浄することを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨方法。
11. 半導体ウエーハの表面に対して複数段の研磨を施して鏡面化するための研磨システムであって、少なくとも、前記ウエーハの表面を粗研磨するための粗研磨用の研磨装置と、該粗研磨用の研磨装置とは別に、前記粗研磨をした後のウエーハの表面を鏡面化するための仕上げ研磨用の研磨装置を備えることを特徴とする半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
12. 前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ研磨用の研磨装置のうち、少なくとも粗研磨用の研磨装置が、ウエーハを保持するための複数の研磨ヘッドと、研磨布が貼着された複数の研磨定盤を具備するものであることを特徴とする請求項１１に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
13. 前記粗研磨用の研磨装置が、前記ウエーハの粗研磨として、前記複数の研磨定盤の一部の定盤で１次研磨を行った後、他の定盤で２次研磨を行うものであることを特徴とする請求項１２に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
14. 前記粗研磨用の研磨装置として、１次研磨を行うための１次研磨用の研磨装置と、前記１次研磨後、２次研磨を行うための２次研磨用の研磨装置をそれぞれ独立して備えることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
15. 前記粗研磨を行う前に前記ウエーハの裏面を研磨するための裏面用の研磨装置を備えることを特徴とする請求項１１ないし請求項１４のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
16. 前記ウエーハの少なくとも粗研磨終了時から仕上げ研磨終了時まで、該ウエーハの裏面又は面取り部を保持して搬送を行う搬送手段を備えることを特徴とする請求項１１ないし請求項１５のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
17. 前記仕上げ用の研磨装置の研磨ヘッドが、前記ウエーハの周辺の研磨布を押圧するためのリングが無いか、前記リングが研磨布を押圧しないように研磨を行うものであることを特徴とする請求項１１ないし請求項１６のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
18. 前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ用の研磨装置との間に、前記粗研磨後のウエーハを保管するための水槽を備えることを特徴とする請求項１１ないし請求項１７のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
19. 前記水槽内の保管用水に界面活性剤を供給する手段と、前記保管用水のｐＨを調整する手段を備えることを特徴とする請求項１８に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。
20. 前記粗研磨用の研磨装置と仕上げ用の研磨装置との間に、前記粗研磨後のウエーハを純水シャワー洗浄するための純水シャワー槽を備えることを特徴とする請求項１１ないし請求項１９のいずれか一項に記載の半導体ウエーハの鏡面研磨システム。

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