JP5028354B2 - ウェーハの研磨方法 - Google Patents
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Description
このような両面研磨装置としては、通常、中心部のサンギヤと外周部のインターナルギヤの間にウェーハを保持するキャリアが配置された遊星歯車構造を有するいわゆる4ウェイ方式の両面研磨装置が用いられている。
これは、ウェーハの研磨速度と平坦性にはトレードオフの関係があるためである。そしてこの問題に対応するためには、仕上げの段階で、可能な限り研磨速度を下げ、準静的に加工する必要がある。
更に、研磨条件の変更のタイミングが、研磨布、キャリア等の加工治具、材料の劣化に係わらずいつも一定にしているため、研磨布の劣化とともに研磨時間が延びて生産性が悪化するといった問題や、研磨取り代の過不足等の問題が発生していた。
また、研磨前後や研磨中の厚さを抜き取りで計測して調整すれば、研磨取り代の過不足の問題が発生することは抑制しやすくなるが、研磨を途中で中断することになり、生産性が著しく悪化するため、現実的ではなかった。
このように、ウェーハの厚さを測定することによって、仕上がりの厚さを目標厚さにすることができるが、研磨速度が速い場合と遅い場合で研磨時間が大きく異なってしまう。そのため、研磨工程に要する時間が安定せず、ウェーハ品質も不安定となって、ボトルネックとなっていた。
また、例えば最初に研磨速度の速い研磨スラリーでウェーハの研磨を行い、研磨途中で研磨速度の遅い研磨スラリーに切り替えることによって、まず粗いが高速な条件で研磨を行い、その後に低速だが精度の高い研磨を行うことができる。このため、ウェーハの研磨に掛かる時間を短縮することができ、またウェーハの平坦性・平滑性を損なうことなく生産性が高いものとすることができる。
これらによって、高生産性で歩留り良くウェーハを研磨することができ、高平坦性・高平滑性のウェーハを製造することができる。
上定盤に設けた複数の窓から、研磨中のウェーハの厚さを測定することによって、窓から研磨スラリーの漏れが発生することはなく、孔の中に研磨スラリーが進入することがないため、漏れ対策を行わなくても良い。これによって、定盤のメンテナンスが容易になり、またウェーハの厚さの測定に支障が生じる可能性を抑制することができる。
本発明のウェーハの研磨方法は、高い生産性で平坦なウェーハとすることができるものであるため、バッチ式で研磨することによって、生産性をより高めることができる。また、本発明では複数の窓からウェーハ厚さを測定しながら研磨するので、バッチ式のように、同時に複数のウェーハを研磨する場合であっても、全てのウェーハの厚さを測定することができ、精度良く測定できる。
このように、波長可変赤外線レーザーを用いて、ウェーハ表面での反射スペクトル(ウェーハ表面と裏面で反射する光の干渉の様子)を評価することによって、研磨中のウェーハ厚さを高精度で測定することができる。
このように、研磨スラリーの切り替えとして、研磨布の寿命や、研磨開始からの経過時間、研磨速度、研磨取り代によって決定することによって、研磨布、キャリア等の加工治具、材料等の劣化状態によって変化するウェーハの研磨状態に対して臨機応変に対応することができる。従って、目標のウェーハ形状、取り分け外周ダレの改善やフラットネスの安定化、狙い通りの研磨取代量をより容易に達成することができる。
このように、ウェーハの研磨途中で研磨速度の異なるスラリーに切り替えるのみならず、研磨加重、上定盤の回転速度、下定盤の回転速度のうち少なくとも1つ以上を変更することで、ウェーハの研磨中に、研磨に用いる機構の劣化などによる研磨条件の変化によりきめ細かに適切に対応することができる。よって、研磨終了後の表面の平坦度が非常に高いウェーハを安定して得ることができる。
また、ウェーハの厚さを測定しながら研磨を行うため、研磨布、キャリア等の加工治具、材料等の劣化に応じて研磨剤の切り替えタイミングを変えることができ、比較的短時間で狙い通りの研磨取代量が得られる。このため、生産性が向上し、また厚さバラツキが非常に小さくなり、歩留りを大幅に改善することができる。
本発明のウェーハの研磨方法に用いる両面研磨装置について図を用いて説明するが、もちろんこれに限定されるものではない。
そして、上定盤11側に、研磨中のウェーハ厚さを測定するために複数の窓14と、研磨スラリー供給機構15が設けられている。
また、詳しくは後述するが、研磨中に研磨荷重、上定盤11の回転速度、下定盤12の回転速度のうち少なくとも1つ以上を変更したい場合、研磨機制御ユニット17を備えることによって、上定盤11や下定盤12を制御する。これによって、研磨荷重、上定盤11の回転速度、下定盤12の回転速度のうち少なくとも1つ以上を変更することができる。
そして上定盤の研磨下面と、下定盤の研磨上面と、キャリアによってウェーハを挟持して、研磨スラリーを供給しながら、上定盤及び下定盤を水平面内で回転させながら、研磨を開始する。
これによって、研磨を中断せずに研磨中にウェーハの厚さを知ることができ、特に研磨中のウェーハ厚さを随時知ることができるため、ウェーハの目標厚さに達したかどうかを研磨しながら判断することができる。このため、研磨を中断することなく目標厚さに到達したかどうかを判定することができ、結果として研磨に掛かる時間を短くすることができる。
また、研磨時間を固定せずとも、ウェーハを目標厚さにすることができるため、研磨の過不足が発生することはなく、平坦度が悪化することを抑制することができる。すなわち、研磨布その他の劣化などにも対応できる。
例えば、研磨初期には、研磨速度の速い研磨スラリーによって高速で粗く研磨する(高研磨レート条件)。そして、例えばウェーハの厚さが目標厚さγになった時点で切り替えを行う。この切り替えでは、研磨途中で研磨速度の遅い研磨スラリーに切り替えて低速で精度良く研磨する(低研磨レート条件)。
このような研磨方法であれば、トータルでウェーハの研磨に掛かる時間を短縮することができる。また、仕上げの段階で精度の高い研磨スラリーに切り替えて研磨を行っているため、研磨後のウェーハの平坦性を犠牲にすることもない。このため、平坦性・平滑性の高いウェーハを、高い生産性で得ることができる。
上定盤に設けた複数の窓からウェーハの厚さを測定することによって、窓をウェーハの上部に設置することができるため、研磨スラリーの漏れを抑制することができる。これによってスラリー漏れ対策を施す必要がなくなるため、定盤のメンテナンスを簡易化することができるが、下定盤に設けた複数の穴からウェーハの厚さを測定することももちろんできる。
このような、高速に波長掃引する「波長可変レーザー」光のウェーハ表面での反射強度から、反射の波長分散(反射スペクトル−ウェーハ表面と裏面で反射する光の干渉の様子)を再構成して周波数解析する光反射干渉法であれば、高い精度でウェーハの厚さを測定することができる。
ウェーハの研磨速度などの研磨条件は、研磨布、キャリア等の加工治具、材料等の劣化状態によって変化してしまう。
しかし、本発明では、複数の窓によりウェーハ厚さを逐次正確に測定しながら研磨しているので、研磨スラリーの切り替えタイミングの決定に、研磨布の寿命や、研磨開始からの経過時間、研磨速度、研磨取り代を用いることによって、ウェーハの研磨条件の僅かな変化に対して臨機応変に対応することができる。これによれば、研磨後のウェーハ形状を安定して高精度に平坦にすることができ、特に外周ダレを改善することができる。また、容易に狙い通りのウェーハ厚さにすることができる。
このように、ウェーハの研磨途中で研磨速度の異なるスラリーに切り替えるとともに、少なくとも、研磨加重、上定盤の回転速度、下定盤の回転速度のうち1つ以上を変更して研磨することによって、よりきめ細かに研磨速度などを研磨中に自由に変更することができる。従って、ウェーハの研磨中であっても研磨条件の変化に適切に対応することができる。よって、研磨終了後の表面の平坦度が非常に高いウェーハにすることができる。
本発明のウェーハの研磨方法は、高い生産性で平坦なウェーハを製造することができるものである。このため、バッチ式で研磨することによって、生産性をより高めることができる。
前述のように、研磨開始からの経過時間や、研磨速度、研磨取り代によっても切り替えタイミングを変更することができるし、複数を総合して切り替えタイミングを変更することももちろんできる。
このように、随時厚さを測定しながら研磨を行っているので、所定目標厚さで確実にスラリーの切り替えが行えるとともに、最終的に得られるウェーハ厚さもバラツキのないものとすることができる。
この研磨布の劣化は、研磨中の厚さ測定により得られた厚さデータから求めた研磨速度から決定する。また、予め、同じ種類の研磨布で研磨速度と延べ研磨時間との関係を蓄積し、平均的な研磨速度と延べ研磨時間の対応表と高速研磨スラリー、低速研磨スラリーの切り替え条件を作成しておくことができる。
(実施例1)
図2に示すようなウェーハの研磨方法を用いてウェーハの研磨を行った。
研磨するウェーハとして、CZ法で成長したインゴットよりワイヤソーでスライスして切り出した直径300mmのp−型のシリコン単結晶ウェーハを720枚用意した。このp−型とは、p型の高抵抗率のウェーハのことである。これに通常の条件で面取り、ラッピング、エッチングを施した。
これに、図5で示した両面研磨装置を用いて、準備したシリコン単結晶ウェーハのうち240枚をバッチ式(1バッチ15枚)で両面研磨を施した。研磨布としてはニッタハウスのMH−S15Aを用いた。また、切り替え前の研磨スラリーはフジミFGL11022番(高速研磨用)、切り替え後の研磨スラリーはフジミFGL2100(低速研磨用)を用いて研磨した。但し、研磨後のウェーハの厚さは、全ウェーハで常に一定に保つこととした。
図6において、研磨中に研磨スラリーの切り替えを行わずに、研磨時間を一定として、オーバーポリッシュや研磨不足が発生することを厭わないことにした以外は実施例と同じ条件で、準備した720枚のうち240枚のウェーハの研磨を行い、同様の評価を行った。
図7に示すように、ウェーハの厚さを測定しながら研磨を行って研磨後のウェーハの目標厚さαを一定とするが、研磨中に研磨スラリーの切り替えを行わなかった以外は実施例と同じ条件で残りの240枚のウェーハの研磨を行い、同様の評価を行った。
これに対し、図4(b)に示したように比較例2のウェーハの研磨方法によって研磨されたウェーハの表面形状は面内に分布を持っており、均一に研磨されていないことが判った。
これに対し、比較例1,2の研磨方法はともに研磨布の寿命に生産能力が左右され、安定しないことが判った。
11…上定盤、 12…下定盤、 13…キャリア、 14…窓、 15…スラリー供給機構、
16…ウェーハ厚さ測定機構、 16a…光学ユニット、 16b…フォトディテクタ、 16c…レーザー光源ユニット、 16d…演算・制御機構、
17…研磨機制御ユニット、
W…ウェーハ。
Claims (3)
- 少なくとも、回転駆動する平坦な研磨上面を有する下定盤と、前記下定盤に対向して配置され回転駆動する平坦な研磨下面を有する上定盤と、ウェーハを保持するウェーハ保持孔を有するキャリアとによって、前記ウェーハを挟持して押圧摺動することで両面を同時に研磨するウェーハの研磨方法において、
前記上定盤の回転中心と周縁との間に設けた複数の窓から前記ウェーハの厚さを波長可変赤外線レーザーによる光反射干渉法で測定しながら研磨を行い、前記ウェーハの研磨途中で研磨速度の異なる研磨スラリーに切り替え、該研磨スラリーの切り替えタイミングは研磨布寿命によって決定されることを特徴とするウェーハの研磨方法。 - 前記ウェーハを、バッチ式で研磨す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。
- 前記ウェーハの厚さの測定データを用いて、前記ウェーハの研磨途中で、研磨荷重、前記上定盤の回転速度、前記下定盤の回転速度のうち少なくとも1つ以上を変更することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のウェーハの研磨方法。
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