JP2023108102A - ウェーハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェーハの表面の平坦性を効率的に向上させることが可能なウェーハの研磨方法を提供する。【解決手段】研磨パッドでウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、第１研磨層を有する第１研磨パッドでウェーハの表面を研磨する第１研磨工程と、第２研磨層を有する第２研磨パッドでウェーハの表面を研磨する第２研磨工程と、を含み、第２研磨層のガラス転移温度は、第１研磨層のガラス転移温度よりも低い。【選択図】図１

Description

本発明は、研磨パッドでウェーハを研磨するウェーハの研磨方法に関する。

デバイスチップの製造プロセスでは、格子状に配列された複数のストリート（分割予定ライン）によって区画された複数の領域にそれぞれデバイスが形成されたウェーハが用いられる。このウェーハをストリートに沿って分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが得られる。デバイスチップは、携帯電話、パーソナルコンピュータ等の様々な電子機器に組み込まれる。

ウェーハは、円柱状のインゴットをスライスすることによって製造される。例えば、単結晶シリコンインゴットを径方向に切断することによって、所定の厚さの単結晶シリコンウェーハが得られる。インゴットから切り出されたウェーハには、面取り加工、ラッピング処理、エッチング処理等の各種の処理が施される。その後、ウェーハに研磨加工が施され、ウェーハの表面が平坦化、鏡面化される（特許文献１参照）。

特開平１０－１３５１６４号公報

ウェーハに研磨加工を施すことにより、ウェーハの製造プロセス（インゴットのスライス、ラッピング処理、エッチング処理等）においてウェーハの表面に形成された凹凸が除去される。例えば、ウェーハの研磨には、不織布等によって構成される研磨層を備えた研磨パッドが用いられる。研磨パッドを回転させつつ研磨層をウェーハの表面に接触させることにより、ウェーハの表面が研磨される。

なお、ウェーハの凹凸には、周期的な波形状のうねり（長周期うねり）の成分と、うねりよりも短周期の微細な粗さ（短周期うねり）の成分とが含まれる。そのため、ウェーハの表面の平坦性を高めるためには、凹凸に含まれるうねり成分と粗さ成分の両方を効率的に低減することが望まれる。

本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、ウェーハの表面の平坦性を効率的に向上させることが可能なウェーハの研磨方法の提供を目的とする。

本発明の一態様によれば、研磨パッドでウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、第１研磨層を有する第１研磨パッドで該ウェーハの表面を研磨する第１研磨工程と、第２研磨層を有する第２研磨パッドで該ウェーハの表面を研磨する第２研磨工程と、を含み、該第２研磨層のガラス転移温度は、該第１研磨層のガラス転移温度よりも低いウェーハの研磨方法が提供される。

なお、好ましくは、該第１研磨層のガラス転移温度は、９０℃以上１００℃以下であり、該第２研磨層のガラス転移温度は、３０℃以上４０℃以下である。また、好ましくは、該第１研磨層及び第２研磨層は、砥粒を含有し、該第１研磨工程及び該第２研磨工程では、砥粒を含まない研磨液を該ウェーハに供給しながら該ウェーハの表面を研磨する。また、好ましくは、該第１研磨工程では、該第１研磨パッドで該ウェーハの表面を研磨することにより該ウェーハの表面のうねりを低減し、該第２研磨工程では、該第２研磨パッドで該ウェーハの表面を研磨することにより該ウェーハの表面の粗さを低減する。

本発明の一態様に係るウェーハの研磨方法においては、第１研磨層を有する第１研磨パッドでウェーハの表面を研磨した後、第１研磨層よりもガラス転移温度が低い第２研磨層を有する第２研磨パッドでウェーハの表面を研磨する。これにより、ウェーハの表面に形成されている凹凸のうねり成分と粗さ成分の両方が効率的に低減され、ウェーハの表面の平坦性が向上する。

研磨装置を示す斜視図である。 ウェーハを示す斜視図である。 ウェーハの一部を示す拡大断面図である。 図４（Ａ）はウェーハの表面の断面曲線を示すグラフであり、図４（Ｂ）はウェーハの表面の粗さ曲線を示すグラフであり、図４（Ｃ）はウェーハの表面のうねり曲線を示すグラフである。 チャックテーブルによって保持されたウェーハを示す断面図である。 図６（Ａ）は第１研磨工程におけるウェーハを示す断面図であり、図６（Ｂ）は第１研磨工程後のウェーハの一部を示す拡大断面図である。 図７（Ａ）は第２研磨工程におけるウェーハを示す断面図であり、図７（Ｂ）は第２研磨工程後のウェーハの一部を示す拡大断面図である。 変形例に係る研磨装置を示す斜視図である。

以下、添付図面を参照して本発明の一態様に係る実施形態を説明する。まず、本実施形態に係るウェーハの研磨方法の実施に用いることが可能な研磨装置の構成例について説明する。図１は、研磨装置２を示す斜視図である。なお、図１において、Ｘ軸方向（第１水平方向、前後方向）とＹ軸方向（第２水平方向、左右方向）とは、互いに垂直な方向である。また、Ｚ軸方向（鉛直方向、上下方向、高さ方向）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と垂直な方向である。

研磨装置２は、研磨装置２を構成する各構成要素を支持又は収容する直方体状の基台４を備える。基台４の前端部には、カセット８ａ，８ｂが載置されるカセット載置領域（カセット載置台）６ａ，６ｂが設けられている。カセット８ａ，８ｂは、複数のウェーハ１１を収容可能な容器であり、それぞれカセット載置領域６ａ，６ｂ上に配置される。例えば、カセット８ａには研磨加工前のウェーハ１１が収容され、カセット８ｂには研磨加工後のウェーハ１１が収容される。

図２は、ウェーハ１１を示す斜視図である。例えばウェーハ１１は、半導体材料でなる円盤状の単結晶ウェーハであり、互いに概ね平行な一対の表面（第１面１１ａ及び第２面１１ｂ）を備える。

ウェーハ１１は、円柱状のインゴットをスライスすることによって製造される。具体的には、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ガリウムナイトライド（ＧａＮ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の半導体材料でなる円柱状の単結晶インゴットを、ワイヤーソー等の切断工具で切断することにより、所望の厚さのウェーハ１１が得られる。

インゴットから切り出されたウェーハ１１には、面取り加工、ラッピング処理、エッチング処理等の各種の処理が施される。その後、研磨装置２によってウェーハ１１に研磨加工が施され、ウェーハ１１の第１面１１ａと第２面１１ｂの一方又は両方が平坦化、鏡面化される。以下では一例として、ウェーハ１１の第１面１１ａが研磨される場合について説明する。

ウェーハ１１の第１面１１ａを研磨する際には、ウェーハ１１の第２面１１ｂ側に保護部材１３が貼付される。保護部材１３としては、可撓性を有するフィルム状の基材と、基材上に設けられた粘着層（糊層）とを含むテープ（保護テープ）等が用いられる。例えば、基材はポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタラート等の樹脂でなり、粘着層はエポキシ系、アクリル系、又はゴム系の接着剤等でなる。なお、粘着層は、紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化型の樹脂であってもよい。

ウェーハ１１は、保護部材１３が貼付された状態で、図１に示すカセット８ａに収容される。そして、複数のウェーハ１１を収容したカセット８ａがカセット載置領域６ａ上に載置される。

基台４の上面側のうちカセット載置領域６ａ，６ｂの間に位置する領域には、開口４ａが設けられている。開口４ａの内部には、ウェーハ１１を搬送する第１搬送機構１０が設けられている。また、開口４ａの前方の領域には、研磨装置２に各種の情報（加工条件等）を入力するための操作パネル１２が設置されている。

第１搬送機構１０の斜め後方には、ウェーハ１１の位置を調節する位置調節機構１４が設けられている。カセット８ａに収容されたウェーハ１１は、第１搬送機構１０によって位置調節機構１４上に搬送される。そして、位置調節機構１４はウェーハ１１を挟み込むことによって、ウェーハ１１の位置を調節する。また、位置調節機構１４の近傍には、ウェーハ１１を保持して旋回する第２搬送機構（ローディングアーム）１６が設けられている。

基台４の上面側のうち第２搬送機構１６の後方に位置する領域には、長手方向がＸ軸方向に沿うように形成された矩形状の開口４ｂが設けられている。開口４ｂの内部には、ボールねじ式の第１移動機構１８が設けられている。第１移動機構１８は、Ｘ軸方向に沿って配置されたボールねじ（不図示）、ボールねじを回転させるパルスモータ（不図示）等を含む。また、第１移動機構１８は平板状の移動テーブル２０を備え、移動テーブル２０をＸ軸方向に沿って移動させる。さらに、移動テーブル２０の前方及び後方には、Ｘ軸方向に沿って伸縮可能な蛇腹状の防塵防滴カバー２２が設けられている。防塵防滴カバー２２によって、第１移動機構１８の構成要素（ボールねじ、パルスモータ等）が覆われる。

移動テーブル２０上には、ウェーハ１１を保持するチャックテーブル（保持テーブル）２４が設けられている。チャックテーブル２４の上面は、水平方向（ＸＹ平面方向）と概ね平行な平坦面であり、ウェーハ１１を保持する保持面２４ａを構成している。保持面２４ａは、チャックテーブル２４の内部に形成された吸引路２４ｂ（図５参照）、バルブ（不図示）等を介して、エジェクタ等の吸引源（不図示）に接続されている。位置調節機構１４によって位置合わせが行われたウェーハ１１は、第２搬送機構１６によってチャックテーブル２４の保持面２４ａ上に搬送され、チャックテーブル２４によって保持される。

第１移動機構１８によって移動テーブル２０を移動させると、チャックテーブル２４が移動テーブル２０とともにＸ軸方向に沿って移動する。また、チャックテーブル２４には、チャックテーブル２４を保持面２４ａと概ね垂直な回転軸（Ｚ軸方向と概ね平行な回転軸）の周りで回転させるモータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。

基台４の後端部には、直方体状の支持構造２６が設けられている。支持構造２６の前面側には、第２移動機構２８が設けられている。第２移動機構２８は、支持構造２６の前面側にＺ軸方向に沿って固定された一対のガイドレール３０を備える。また、一対のガイドレール３０には、移動プレート３２がガイドレール３０に沿ってスライド可能に装着されている。

移動プレート３２の後面側（裏面側）には、ナット部（不図示）が設けられている。このナット部には、一対のガイドレール３０の間にＺ軸方向に沿って配置されたボールねじ３４が螺合されている。また、ボールねじ３４の一端部にはパルスモータ３６が連結されている。パルスモータ３６によってボールねじ３４を回転させると、移動プレート３２がガイドレール３０に沿ってＺ軸方向に移動する。

移動プレート３２の前面側（表面側）には、支持部材３８が設けられている。支持部材３８は、ウェーハ１１に研磨加工を施す研磨ユニット４０を支持している。

研磨ユニット４０は、支持部材３８によって支持された中空の円柱状のハウジング４２を備える。ハウジング４２には、円柱状のスピンドル４４が回転可能な状態で収容されている。スピンドル４４の先端部（下端部）はハウジング４２の外部に露出しており、スピンドル４４の基端部（上端部）にはモータ等の回転駆動源（不図示）が連結されている。

スピンドル４４の先端部には、金属等でなる円盤状のマウント４６が固定されている。マウント４６には、ウェーハ１１を研磨する円盤状の研磨パッド４８が装着される。例えば研磨パッド４８は、ボルト等の固定具５０によってマウント４６の下面側に固定される。研磨パッド４８は、回転駆動源からスピンドル４４及びマウント４６を介して伝達される動力により、保持面２４ａと概ね垂直な回転軸（Ｚ軸方向と概ね平行な回転軸）の周りを回転する。

ウェーハ１１を研磨する際は、まず、第１移動機構１８によってチャックテーブル２４を移動させ、ウェーハ１１を研磨ユニット４０の下方に位置付ける。そして、チャックテーブル２４及びスピンドル４４を回転させつつ研磨ユニット４０を第２移動機構２８によって所定の速度で下降させる。これにより、回転する研磨パッド４８がウェーハ１１の被研磨面に接触し、ウェーハ１１が研磨される。

研磨ユニット４０の内部には、研磨液供給路５２がＺ軸方向に沿って形成されている。研磨液供給路５２の一端側（上端側）は、バルブ５４を介して研磨液供給源５６に接続されている。また、研磨液供給路５２の他端側（下端側）は、マウント４６の下面で開口している。研磨パッド４８でウェーハ１１を研磨する際には、研磨液供給源５６からバルブ５４及び研磨液供給路５２を介してウェーハ１１及び研磨パッド４８に研磨液が供給される。

第２搬送機構１６と隣接する位置には、ウェーハ１１を保持して旋回する第３搬送機構（アンローディングアーム）５８が配置されている。また、第３搬送機構５８の前方側には、ウェーハ１１を洗浄する洗浄機構６０が配置されている。研磨ユニット４０によって研磨されたウェーハ１１は、第３搬送機構５８によって洗浄機構６０に搬送され、洗浄機構６０によって洗浄される。そして、洗浄後のウェーハ１１は第１搬送機構１０によって搬送されカセット８ｂに収容される。

研磨装置２でウェーハ１１の第１面１１ａを研磨することにより、第１面１１ａが平坦化される。その後、例えばウェーハ１１の第１面１１ａ側に、ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス等のデバイス（不図示）が複数形成される。複数のデバイスが形成されたウェーハ１１を分割することにより、デバイスをそれぞれ備える複数のデバイスチップが製造される。

図３は、ウェーハ１１の一部を示す拡大断面図である。研磨装置２でウェーハ１１を研磨する前の段階では、ウェーハ１１の第１面１１ａ側に凹凸が存在する。この凹凸は、例えばウェーハ１１の製造プロセス（インゴットのスライス、ラッピング処理、エッチング処理等）においてウェーハ１１の第１面１１ａに形成される。研磨装置２でウェーハ１１の第１面１１ａを研磨することにより、凹凸が除去されて第１面１１ａが平坦化される。

図４（Ａ）は、ウェーハ１１の第１面１１ａの断面曲線１５を示すグラフである。断面曲線１５は、ウェーハ１１の第１面１１ａの断面形状を示す測定断面曲線にカットオフ値λｓの低域フィルタを適用することによって得られる。すなわち、断面曲線１５はウェーハ１１の第１面１１ａの凹凸を表している。

断面曲線１５にカットオフ値λｃ（＞λｓ）の高域フィルタを適用すると、ウェーハ１１の第１面１１ａの粗さ曲線が得られる。また、断面曲線１５にカットオフ値λｃ，λｆ（＞λｃ）の帯域通過フィルタを適用すると、ウェーハ１１の第１面１１ａのうねり曲線が得られる。図４（Ｂ）はウェーハ１１の第１面１１ａの粗さ曲線１７を示すグラフであり、図４（Ｃ）はウェーハ１１の第１面１１ａのうねり曲線１９を示すグラフである。

図３に示すウェーハ１１の第１面１１ａの凹凸には、うねり曲線１９（図４（Ｃ）参照）に対応する周期的な波形状のうねり（長周期うねり）の成分と、粗さ曲線１７（図４（Ｂ）参照）に対応しうねりよりも短周期の微細な粗さ（短周期うねり）の成分とが含まれている。そのため、ウェーハ１１の第１面１１ａの平坦性を高めるためには、ウェーハ１１の第１面１１ａの凹凸に含まれるうねり成分と粗さ成分の両方を効率的に低減することが好ましい。

そこで、本実施形態においては、ガラス転移温度が異なる研磨層を備えた２種類の研磨パッドを用いてウェーハ１１を研磨する。これにより、ウェーハ１１の第１面１１ａに形成された凹凸のうねり成分と粗さ成分の両方が効率的に低減される。以下、本実施形態に係るウェーハの研磨方法の具体例について説明する。

まず、ウェーハ１１をチャックテーブル２４によって保持する。図５は、チャックテーブル２４によって保持されたウェーハ１１を示す断面図である。

ウェーハ１１は、第１面１１ａ（被研磨面）側が上方に露出し、第２面１１ｂ側（保護部材１３側）が保持面２４ａと対向するように、チャックテーブル２４上に配置される。この状態で保持面２４ａに吸引源の吸引力（負圧）を作用させると、ウェーハ１１が保護部材１３を介してチャックテーブル２４によって吸引保持される。

次に、第１研磨パッドでウェーハ１１の第１面１１ａを研磨する（第１研磨工程）。図６（Ａ）は、第１研磨工程におけるウェーハ１１を示す断面図である。第１研磨工程では、研磨パッド４８（図１参照）として研磨パッド７０Ａ（第１研磨パッド）がマウント４６に装着される。

研磨パッド７０Ａは、ステンレス、アルミニウム等の金属やＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂でなる円盤状の基台７２Ａを備える。基台７２Ａの下面側には、ウェーハ１１を研磨する研磨層７４Ａ（第１研磨層）が固定されている。研磨層７４Ａは、基台７２Ａと概ね同径の円盤状に形成され、例えば接着剤によって基台７２Ａの下面側に固定される。研磨層７４Ａの下面は、ウェーハ１１を研磨する平坦な研磨面７６Ａを構成している。

研磨層７４Ａは、砥粒（固定砥粒）を含有している。具体的には、研磨層７４Ａは、母材となる研磨部材と、研磨部材に分散された砥粒とを含む。研磨部材としては、例えばポリウレタン等の樹脂や、フェルト等の不織布でなる円盤状の部材が用いられる。また、砥粒としては、例えば粒径が１μｍ以上１０μｍ以下のシリカ（ＳｉＯ_２）が用いられる。ただし、研磨部材の材質、砥粒の粒径及び材質は、ウェーハ１１の材質等に応じて適宜選択できる。

研磨パッド７０Ａの中心部には、研磨パッド７０Ａを厚さ方向に貫通する円柱状の貫通孔が形成されている。研磨パッド７０Ａがマウント４６に装着されると、研磨パッド７０Ａの貫通孔が研磨液供給路５２に連結される。

ウェーハ１１を保持したチャックテーブル２４は、第１移動機構１８（図１参照）によって研磨ユニット４０の下方に配置される。このときウェーハ１１は、ウェーハ１１の第１面１１ａの全体が研磨パッド７０Ａの研磨面７６Ａと重なるように位置付けられる。そして、チャックテーブル２４及びスピンドル４４を回転させつつ、第２移動機構２８（図１参照）によって研磨ユニット４０を下降させる。これにより、回転する研磨パッド７０Ａの研磨面７６Ａがウェーハ１１の第１面１１ａに押し当てられ、第１面１１ａが研磨される。

ウェーハ１１の研磨中は、研磨液供給源５６からバルブ５４及び研磨液供給路５２を介してウェーハ１１及び研磨パッド７０Ａに研磨液が供給される。研磨層７４Ａが砥粒を含有している場合には、砥粒を含まない研磨液が供給される。研磨液としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等を含むアルカリ溶液、過マンガン酸塩等を含む酸性液、純水等を用いることができる。なお、研磨層７４Ａは砥粒を含有していなくてもよい。この場合には、砥粒（遊離砥粒）が分散された薬液（スラリー）が研磨液として供給される。

ここで、研磨層７４Ａのガラス転移温度は、後述の研磨パッド７０Ｂの研磨層７４Ｂ（図７（Ａ）参照）のガラス転移温度よりも高い。そのため、ウェーハ１１の研磨中にウェーハ１１と研磨層７４Ａとの接触によって摩擦熱が発生しても、研磨層７４Ａの形状が変化しにくく、研磨面７６Ａが平坦に維持される。

図６（Ｂ）は、第１研磨工程後のウェーハ１１の一部を示す拡大断面図である。ガラス転移温度が高い研磨層７４Ａを備える研磨パッド７０Ａでウェーハ１１の第１面１１ａを研磨すると、平坦な状態に維持された研磨面７６Ａによって、第１面１１ａのうち上方に突出している領域、すなわち、うねり（図４（Ｃ）参照）の凸部が優先的に研磨され、ウェーハ１１の第１面１１ａの高低差が低減される。これにより、ウェーハ１１の第１面１１ａに含まれるうねりが効率的に低減される。

次に、第２研磨パッドでウェーハ１１の第１面１１ａを研磨する（第２研磨工程）。図７（Ａ）は、第２研磨工程におけるウェーハ１１を示す断面図である。第２研磨工程では、研磨ユニット４０から研磨パッド７０Ａが取り外され、代わりに研磨パッド７０Ｂ（第２研磨パッド）が装着される。

研磨パッド７０Ｂは、円盤状の基台７２Ｂと、ウェーハ１１を研磨する研磨層（第２研磨層）７４Ｂとを備える。研磨層７４Ｂは、基台７２Ｂと概ね同径の円盤状に形成され、例えば接着剤によって基台７２Ｂの下面側に固定される。研磨層７４Ｂの下面は、ウェーハ１１を研磨する平坦な研磨面７６Ｂを構成している。また、研磨層７４Ｂは砥粒（固定砥粒）を含有している。

研磨パッド７０Ｂの基台７２Ｂ、研磨層７４Ｂの材質、形状、構造等の例はそれぞれ、研磨パッド７０Ａの基台７２Ａ、研磨層７４Ａ（図６（Ａ）参照）と同様である。なお、研磨層７４Ａの材質と研磨層７４Ｂの材質とは、同一であっても異なっていてもよい。

第２研磨工程では、第１研磨工程と同様に、チャックテーブル２４及びスピンドル４４を回転させつつ、第２移動機構２８（図１参照）によって研磨ユニット４０を下降させる。これにより、回転する研磨パッド７０Ｂの研磨面７６Ｂがウェーハ１１の第１面１１ａに押し当てられ、第１面１１ａが研磨される。また、ウェーハ１１の研磨中は、研磨液供給源５６からバルブ５４及び研磨液供給路５２を介してウェーハ１１及び研磨パッド７０Ｂに研磨液が供給される。

ここで、研磨層７４Ｂのガラス転移温度は、研磨パッド７０Ａの研磨層７４Ａ（図６（Ａ）参照）のガラス転移温度よりも低い。そのため、ウェーハ１１の研磨中にウェーハ１１と研磨層７４Ｂとの接触によって摩擦熱が発生すると、研磨層７４Ｂの温度が上昇してガラス転移温度に近づき、研磨層７４Ａが軟化して変形しやすくなる。その結果、研磨面７６Ｂはウェーハ１１の第１面１１ａの凹凸に沿うように変形する。

図７（Ｂ）は、第２研磨工程後のウェーハ１１の一部を示す拡大断面図である。ガラス転移温度が低い研磨層７４Ｂを備える研磨パッド７０Ｂでウェーハ１１の第１面１１ａを研磨すると、研磨面７６Ｂがウェーハ１１の第１面１１ａに沿って変形し、第１面１１ａに形成されている微細な凹凸の凹部に入り込む。これにより、ウェーハ１１の第１面１１ａの全体が均一に研磨され、ウェーハ１１の第１面１１ａに含まれる粗さ（図４（Ｂ）参照）が効率的に低減される。

なお、研磨層７４Ａのガラス転移温度は、研磨層７４Ｂのガラス転移温度よりも３０℃以上高いことが好ましく、５０℃以上高いことがより好ましい。これにより、摩擦熱による研磨層７４Ａの軟化及び変形が抑制され、研磨面７６Ａが平坦に維持される。その結果、第１研磨工程において高い研磨レートが実現される。

ただし、研磨層７４Ａのガラス転移温度が極端に高いと、研磨後のウェーハ１１の第１面１１ａにスクラッチが残存しやすくなる。そのため、研磨層７４Ａのガラス転移温度は、研磨層７４Ｂのガラス転移温度よりも９０℃高い温度以下であることが好ましく、研磨層７４Ｂのガラス転移温度よりも６０℃高い温度以下であることがより好ましい。これにより、スクラッチの残存を抑制しつつウェーハ１１の第１面１１ａのうねりを効率的に除去できる。

また、研磨層７４Ｂのガラス転移温度は、第２研磨工程でウェーハ１１を研磨する際のウェーハ１１と研磨層７４Ｂとの接触領域における温度と同程度であることが好ましい。一般的に、研磨加工中におけるウェーハ１１と研磨層７４Ｂとの接触領域の温度は、３０℃～４０℃程度になる。そのため、研磨層７４Ｂのガラス転移温度も３０℃～４０℃程度であることが好ましい。これにより、研磨加工中に生じる摩擦熱によって研磨層７４Ｂの適度な変形が促進され、研磨面７６Ｂはある程度の剛性を維持しつつウェーハ１１の第１面１１ａに形成されている微細な凹凸の凹部に入り込みやすくなる。その結果、研磨レートを大きく低下させることなくウェーハ１１の第１面１１ａの粗さを効果的に除去することが可能になる。

上記の作用を考慮すると、研磨層７４Ａのガラス転移温度は９０℃以上１００℃以下であることが好ましく、研磨層７４Ｂのガラス転移温度は３０℃以上４０℃以下であることが好ましい。なお、研磨層７４Ａ，７４Ｂのガラス転移温度は、研磨層７４Ａ，７４Ｂの材質、組成等によって調節できる。

例えば、研磨層７４Ａ，７４Ｂをともにポリウレタンによって構成する場合には、原料として用いられるポリオールの種類、官能基数、分子量等を適宜選択することにより、ポリウレタンのガラス転移温度が調節され、研磨層７４Ａ，７４Ｂ間におけるガラス転移温度の差を所望の値に設定することができる。市販品を用いて研磨層７４Ａ，７４Ｂを形成する場合には、例えばサンニックス ＧＰ－６００（三洋化成工業株式会社製）を用いることにより、ガラス転移温度が９０℃以上１００℃以下の研磨層７４Ａを形成できる。また、例えば、サンニックス ＧＰ－６００とサンニックス ＧＰ－１０００（三洋化成工業株式会社製）とを１：１の割合で混合して得られるポリオールを用いることにより、ガラス転移温度が３０℃以上４０℃以下の研磨層７４Ｂを形成できる。

以上の通り、本実施形態においては、研磨層７４Ａを有する研磨パッド７０Ａでウェーハ１１の第１面１１ａを研磨した後、研磨層７４Ａよりもガラス転移温度が低い研磨層７４Ｂを有する研磨パッド７０Ｂでウェーハ１１の第１面１１ａを研磨する。これにより、摩擦熱によって変形しにくい研磨層７４Ａによってウェーハ１１の第１面１１ａの高低差が低減された後、摩擦熱によって変形しやすい研磨層７４Ｂによってウェーハ１１の第１面１１ａの全体が均一に研磨される。その結果、ウェーハ１１の第１面１１ａに形成されている凹凸のうねり成分と粗さ成分の両方が効率的に低減され、ウェーハ１１の第１面１１ａの平坦性が向上する。

なお、上記実施形態においては、第１研磨工程と第２研磨工程との間に研磨パッド７０Ａ（図６（Ａ）参照）を研磨パッド７０Ｂ（図７（Ａ）参照）に交換する場合について説明した。ただし、研磨装置２は２組の研磨ユニット４０を備えていてもよい。この場合には、研磨パッド７０Ａが装着された一方の研磨ユニット４０によって第１研磨工程が実施され、研磨パッド７０Ｂが装着された他方の研磨ユニット４０によって第２研磨工程が実施される。これにより、研磨パッドの交換作業を省略できる。

また、ウェーハ１１は２台の研磨装置２によって加工されてもよい。この場合には、一方の研磨装置２の研磨ユニット４０に研磨パッド７０Ａ（図６（Ａ）参照）が装着され、他方の研磨装置２の研磨ユニット４０に研磨パッド７０Ｂ（図７（Ａ）参照）が装着される。そして、一方の研磨装置２によって第１研磨工程が実施され、他方の研磨装置２によって第２研磨工程が実施される。

さらに、上記実施形態においてはウェーハ１１の下面側を支持して上面側を研磨する研磨装置２について説明したが、ウェーハ１１の下面側を研磨する研磨装置を用いることもできる。図８は、研磨装置２（図１参照）の変形例に相当する研磨装置８０を示す斜視図である。なお、図８において、Ｘ軸方向（第１水平方向）とＹ軸方向（第２水平方向）とは、互いに垂直な方向である。また、Ｚ軸方向（鉛直方向、上下方向、高さ方向）は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向と垂直な方向である。

研磨装置８０は、研磨パッド９０を支持する支持ユニット８２と、ウェーハ１１を保持する保持ユニット９４とを備える。保持ユニット９４によって保持されたウェーハ１１を研磨パッド９０に押し当てることにより、ウェーハ１１に研磨加工が施される。

支持ユニット８２は、金属、セラミックス、樹脂等でなる円盤状の支持台（定盤）８４を備える。支持台８４の上面は、水平方向（ＸＹ平面方向）と概ね平行な平坦面であり、研磨パッド９０を支持する円形の支持面８４ａを構成している。

支持台８４の下面側には、Ｚ軸方向に沿って配置された円柱状のスピンドル８６が接続されている。スピンドル８６の上端側は、支持台８４の下面側の中心部に固定されている。また、スピンドル８６の下端側には、スピンドル８６を回転させるモータ等の回転駆動源８８が連結されている。支持台８４は、回転駆動源８８からスピンドル８６を介して伝達される動力により、Ｚ軸方向と概ね平行な回転軸の周りを回転する。

支持台８４の支持面８４ａには、ウェーハ１１を研磨する研磨パッド９０が固定される。研磨パッド９０は、ウェーハ１１よりも直径が大きい円盤状の研磨層９２を備える。研磨層９２の上面は、水平方向（ＸＹ平面方向）と概ね平行な平坦面であり、ウェーハ１１を研磨する研磨面を構成している。なお、研磨層９２の材質の例は、研磨パッド７０Ａの研磨層７４Ａ（図６（Ａ）参照）及び研磨パッド７０Ｂの研磨層７４Ｂ（図７（Ａ）参照）と同様である。

支持ユニット８２の上方には、保持ユニット９４が設けられている。保持ユニット９４は、ウェーハ１１を保持する円盤状の保持部９６を備える。保持部９６は、研磨層９２の中心と外周縁との間の領域と重なるように配置される。

保持部９６の下面側には、ウェーハ１１を保持する保持部材（不図示）が設けられている。例えば保持部材は、ウェーハ１１よりも直径が大きい円形の基材と、基材の表面（下面）側に設けられた保持膜（バッキングフィルム）とを備える。例えば、基材はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂でなり、保持膜はスエード調のウレタンフォーム等でなる。保持部材は、保持膜が保持部９６の下面側で露出するように配置される。ウェーハ１１を水等の液体で濡らした状態で保持膜に密着させると、ウェーハ１１が表面張力によって保持膜に吸着し、保持部９６によって保持される。ただし、保持部９６によるウェーハ１１の保持方法に制限はない。

保持部９６の上面側には、Ｚ軸方向に沿って配置された円柱状のスピンドル９８が接続されている。スピンドル９８の下端側は、保持部９６の中心部に固定されている。また、スピンドル９８の上端側には、スピンドル９８を駆動する駆動機構１００が連結されている。駆動機構１００は、スピンドル９８を回転させるモータ等の回転駆動源と、スピンドル９８をＺ軸方向に沿って移動（昇降）させるエアシリンダ等の昇降機構とを備える。

保持部９６は、駆動機構１００の回転駆動源からスピンドル９８を介して伝達される動力により、Ｚ軸方向と概ね平行な回転軸の周りを回転する。また、駆動機構１００の昇降機構によってスピンドル９８を昇降させることにより、保持部９６がＺ軸方向に沿って昇降し、研磨パッド９０に対して相対的に接近及び離隔する。

また、支持ユニット８２の上方の保持ユニット９４が設けられていない領域には、研磨パッド９０に研磨液を供給する研磨液供給ユニット１０２が設けられている。研磨液供給ユニット１０２は、研磨液供給源（不図示）に接続されたノズル１０４を備えており、ノズル１０４は研磨パッド９０の上面（研磨面）に向かって研磨液１０６を所定の流量で供給する。

研磨装置８０でウェーハ１１を研磨する際は、まず、保持ユニット９４によってウェーハ１１が保持される。このときウェーハ１１は、被研磨面（第１面１１ａ）側が下方に露出するように保持される。そして、研磨パッド９０を回転駆動源８８によって所定の方向（矢印Ａで示す方向）に回転させ、保持部９６を駆動機構１００によって所定の方向（矢印Ｂで示す方向）に回転させた状態で、保持部９６を駆動機構１００によって下降させる。これにより、ウェーハ１１の第１面１１ａが研磨層９２の上面（研磨面）に接触し、ウェーハ１１の第１面１１ａが研磨される。

研磨装置８０を用いて本実施形態に係るウェーハの研磨方法を実施する場合には、まず、ガラス転移温度が高い研磨層９２（例えば、ガラス転移温度が９０℃以上１００℃以下）を備えた研磨パッド９０（第１研磨パッド）が支持ユニット８２によって支持され、第１研磨パッドによってウェーハ１１の第１面１１ａが研磨される（第１研磨工程）。その後、ガラス転移温度が低い研磨層９２（例えば、ガラス転移温度が３０℃以上４０℃以下）を備えた研磨パッド９０（第２研磨パッド）が支持ユニット８２によって支持され、第２研磨パッドによってウェーハ１１の第１面１１ａが研磨される（第２研磨工程）。

その他、上記実施形態に係る構造、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１１ ウェーハ
１１ａ 第１面（表面）
１１ｂ 第２面（表面）
１３ 保護部材
１５ 断面曲線
１７ 粗さ曲線
１９ うねり曲線
２ 研磨装置
４ 基台
４ａ，４ｂ 開口
６ａ，６ｂ カセット載置領域（カセット載置台）
８ａ，８ｂ カセット
１０ 第１搬送機構
１２ 操作パネル
１４ 位置調節機構
１６ 第２搬送機構（ローディングアーム）
１８ 第１移動機構
２０ 移動テーブル
２２ 防塵防滴カバー
２４ チャックテーブル（保持テーブル）
２４ａ 保持面
２４ｂ 吸引路
２６ 支持構造
２８ 第２移動機構
３０ ガイドレール
３２ 移動プレート
３４ ボールねじ
３６ パルスモータ
３８ 支持部材
４０ 研磨ユニット
４２ ハウジング
４４ スピンドル
４６ マウント
４８ 研磨パッド
５０ 固定具
５２ 研磨液供給路
５４ バルブ
５６ 研磨液供給源
５８ 第３搬送機構（アンローディングアーム）
６０ 洗浄機構
７０Ａ，７０Ｂ 研磨パッド
７２Ａ，７２Ｂ 基台
７４Ａ，７４Ｂ 研磨層
７６Ａ，７６Ｂ 研磨面
８０ 研磨装置
８２ 支持ユニット
８４ 支持台（定盤）
８４ａ 支持面
８６ スピンドル
８８ 回転駆動源
９０ 研磨パッド
９２ 研磨層
９４ 保持ユニット
９６ 保持部
９８ スピンドル
１００ 駆動機構
１０２ 研磨液供給ユニット
１０４ ノズル
１０６ 研磨液

Claims (4)

1. 研磨パッドでウェーハを研磨するウェーハの研磨方法であって、
   第１研磨層を有する第１研磨パッドで該ウェーハの表面を研磨する第１研磨工程と、
   第２研磨層を有する第２研磨パッドで該ウェーハの表面を研磨する第２研磨工程と、を含み、
   該第２研磨層のガラス転移温度は、該第１研磨層のガラス転移温度よりも低いことを特徴とするウェーハの研磨方法。
2. 該第１研磨層のガラス転移温度は、９０℃以上１００℃以下であり、
   該第２研磨層のガラス転移温度は、３０℃以上４０℃以下であることを特徴とする、請求項１に記載のウェーハの研磨方法。
3. 該第１研磨層及び第２研磨層は、砥粒を含有し、
   該第１研磨工程及び該第２研磨工程では、砥粒を含まない研磨液を該ウェーハに供給しながら該ウェーハの表面を研磨することを特徴とする、請求項１又は２に記載のウェーハの研磨方法。
4. 該第１研磨工程では、該第１研磨パッドで該ウェーハの表面を研磨することにより該ウェーハの表面のうねりを低減し、
   該第２研磨工程では、該第２研磨パッドで該ウェーハの表面を研磨することにより該ウェーハの表面の粗さを低減することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載のウェーハの研磨方法。

Images