JP6369263B2 - ワークの研磨装置およびワークの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はワークの研磨装置およびワークの製造方法に関し、特に、研磨工程におけるワークの表面品質の低下を防止することができるワークの研磨装置およびワークの製造方法に関するものである。

従来、研磨に供するワークの典型例であるシリコンウェーハなどの半導体ウェーハの製造において、より高精度なウェーハの平坦度品質や表面粗さ品質を得るために、ウェーハの表裏面を同時に研磨する両面研磨工程が一般的に採用されている（例えば、特許文献１参照）。

図１は、一般的な両面研磨装置の模式断面図を示している。この図に示す両面研磨装置１００は、上定盤１１およびこれに対向する下定盤１２を有する回転定盤１０と、下定盤１２の下方にて研磨パッド１２ａに供給された研磨スラリーＳを回収する受け盤１３とを備えている。上定盤１１および下定盤１２の対向する表面には、研磨パッド１１ａおよび１２ａがそれぞれ設けられている。

この装置１００を用いたワークＷの両面研磨処理は以下のように行われる。すなわち、まず、ワークをキャリアプレート（図示せず）の保持孔内に嵌め込み、次いで、キャリアプレートを下定盤１２上に載置した後、上定盤１１と下定盤１２とでキャリアプレートを挟み込み、上下定盤とキャリアプレートとを相対的に回転させる。これにより、ワークＷの両面を鏡面研磨することができる。

上記したワークＷの鏡面研磨処理の間、研磨スラリーＳは、スラリータンク１４と両面研磨装置１００との間を循環させる。すなわち、ポンプ１５によりスラリータンク１４から研磨スラリーＳをフィルター１６を介して上定盤１１に導いて、研磨スラリーＳを上定盤１１の中心部からワークＷの表面に供給する。研磨後の研磨スラリーＳは、受け盤１３の周縁領域に落下し、この周縁領域の底部に設けられたスラリー排出口１７から排出される。その後、排出された研磨スラリーＳは回収され、フィルター１８により研磨スラリーＳに含まれるパッド屑やキャリアプレート屑等を除去した後、スラリータンク１４に戻される。こうして、研磨スラリーＳは、スラリータンク１４と研磨装置１００との間を循環する。

さて、下定盤１２の周縁部下方には、下定盤１２の中心部下方に存在する回転機構（図示せず）に研磨スラリーＳが侵入するのを抑制する遮蔽構造が設けられているのが一般的である。図２は、一般的な両面研磨装置に設けられた遮蔽構造の模式断面図を示している。この図に示すように、下定盤１２は、受け盤１３側の表面に、周縁に同心円状に配置された少なくとも２つの第１環状壁１２ｂを有している。一方、受け盤１３は、下定盤１２よりも大きな径を有する円盤状の底板１３ａと、該底板１３ａの下定盤１２側の表面に該底板１３ａの周縁に同心円状に配置された少なくとも３つの第２環状壁１３ｂとを有している。

そして、下定盤１２の少なくとも２つの第１環状壁１２ｂを、受け盤１３の底板１３ａおよび少なくとも３つの第２環状壁１３ｂで区画される環状領域２１および２２に差し込み配置することにより遮蔽構造Ｌが構成されている。このような遮蔽構造Ｌにより、下定盤１２の回転機構に向かって侵入しようとする研磨スラリーＳを堰き止めて、回転機構のベアリングが錆びたり、モーターが漏電したりするといったトラブルを回避することができる。

ところで、上述のような周縁の環状領域２１に設けられたスラリー排出口１７以外に、遮蔽構造Ｌ内の環状領域２２に侵入した研磨スラリーＳを排出するためのスラリー排出口２３が別途設けられている。これは、上記した遮蔽構造Ｌにより下定盤１２の回転機構に向かって侵入しようとする研磨スラリーＳの多くを抑制できるが、それでもなお、ごく一部の研磨スラリーＳが環状領域２２内に侵入する。そのため、環状領域２２にスラリー排出口２３を設けて、環状領域２２内に侵入した研磨スラリーＳが排出されるように構成されている。

特許第３１０９４１９号公報

上述のような環状構造を有する両面研磨装置を用いて、長期間に亘ってワークの研磨処理を行うと、当初予想しなかった汚染によりワークの表面品質が低下してくることが判明した。
そこで、本発明の目的は、研磨工程におけるワークの表面品質の低下を防止することができるワークの研磨装置およびワークの製造方法を提案することにある。

本発明者は、上記課題を解決する方途について鋭意検討した。そのために、上記したワークの汚染の原因を詳細に調査した。その結果、図２に示した環状構造２２において、固着した研磨スラリーＳが環状領域２２の底部から積み上がり、下定盤１２の第１環状壁１２ｂの下部に接触する高さに達していることが判明した。

上記予想しなかった汚染の原因は、研磨処理時に下定盤１２を回転させた際に、固着した研磨スラリーＳと下定盤１２の第１環状壁１２ｂの下部とが接触し、固着した研磨スラリーＳが削り取られて粉塵となり、この粉塵が図１に示した装置１００において循環する研磨スラリーＳに混入したことによるものと考えられる。この対策としては、フィルター１６および／または１８のフィルターサイズを小さくすることや、フィルター１６および／または１８を多段化することが考えられる。しかし、フィルターサイズを小さくすることによって、フィルター閉塞までの時間が短くなり、フィルターの交換頻度が増加する。また、フィルターの多段化によって設備の大型化やフィルター使用量が増加し、維持管理が困難になる。そこで、本発明者は、環状領域２２に侵入した研磨スラリーＳを固着させない方途について鋭意検討した。

上述のように、周縁の環状領域２１に落下した使用済みの研磨スラリーＳは、その多くが第２環状壁１３ｂにより堰き止められて、スラリー排出口１７から排出される。よって、環状領域２２に侵入する研磨スラリーＳは、研磨スラリーＳの流動等によって発生した霧状や水滴状のものであると考えられる。そして、このような霧状あるいは水滴状の研磨スラリーＳが環状構造２２内に侵入し、環状構造２２の底部や側壁にて付着および乾燥が繰り返されて積み上がったものと予想される。

このような研磨スラリーＳの固着原理を考えると、環状領域２２内のスラリー排出口２３を大きくしたり、スラリー排出口２３の数を増やしたりしても、霧状あるいは水滴状の研磨スラリーＳが固着するのを防止する上で有効に機能しないものと考えられる。そこで、こうした霧状あるいは水滴状の研磨スラリーＳが遮蔽構造Ｌの環状領域２２内において固着させない方途について鋭意検討した結果、遮蔽構造Ｌに侵入した研磨スラリーＳが固着するのを防止するための固着防止液を遮蔽構造Ｌ内に供給する固着防止液供給手段を設けることが極めて有効であることを見出し、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の要旨構成は以下の通りである。
（１）表面に研磨パッドが取り付けられた少なくとも下定盤を有する回転定盤と、前記下定盤の下方にて前記研磨パッドに供給された研磨スラリーを回収する受け盤とを備え、前記研磨パッド上に載置されたワークに研磨スラリーを供給して前記ワークを研磨する装置であって、前記下定盤と前記受け盤との間に前記下定盤の回転機構に研磨スラリーが侵入するのを抑制する遮蔽構造を有し、かつ該遮蔽構造内に侵入した研磨スラリーを排出するスラリー排出口が前記遮蔽構造内に設けられた、ワークの研磨装置において、前記遮蔽構造に侵入した研磨スラリーが固着するのを防止するための固着防止液を前記遮蔽構造内に供給する固着防止液供給手段が設けられていることを特徴とするワークの研磨装置。

（２）前記下定盤は、前記受け盤側の表面に、前記回転定盤の周縁に同心円状に配置された少なくとも２つの第１環状壁を有し、前記受け盤は、前記下定盤よりも大きな径を有する円盤状の底板と、該底板の前記下定盤側の表面に該底板の周縁に同心円状に配置された少なくとも３つの第２環状壁とを有し、前記遮蔽構造は、前記下定盤の前記少なくとも２つの第１環状壁を、前記受け盤の前記底板および前記少なくとも３つの第２環状壁で区画される環状領域に差し込み配置されてなり、前記スラリー排出口は前記環状領域内に設けられている、前記（１）に記載のワークの研磨装置。

（３）前記固着防止液供給手段は、前記環状領域内の前記スラリー排出口に対向する位置に設けられている、前記（１）または（２）に記載のワークの研磨装置。

（４）前記環状領域内における前記固着防止液の液位を感知するセンサーを更に備える、前記（２）または（３）に記載のワークの研磨装置。

（５）前記底板の前記下定盤側の表面は、前記環状領域内において前記スラリー排出口側に向かって傾斜している、前記（２）〜（４）のいずれか一項に記載のワークの研磨装置。

（６）前記固着防止液は水である、前記（１）〜（５）のいずれか一項に記載のワークの研磨装置。

（７）前記回転定盤は上定盤を更に有する、前記（１）〜（６）のいずれか一項に記載のワークの研磨装置。

（８）ワークの研磨工程において、前記（１）〜（７）に記載のワークの研磨装置を用いて研磨処理を施すことを特徴とするワークの製造方法。

（９）前記ワークはシリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハである、前記（８）に記載のワークの製造方法。

本発明によれば、遮蔽構造に侵入した研磨スラリーが固着するのを防止するための固着防止液が遮蔽構造内に供給されるため、遮蔽構造に侵入した研磨スラリーが固着するのを防止して、研磨スラリーの粉塵が発生するのを防止することができるため、研磨工程におけるワークの表面品質の低下を防止することができる。

一般的な両面研磨装置の模式断面図である。 研磨装置に設けられた一般的な遮蔽構造の模式断面図である。 本発明に係るワークの研磨装置に設けられた遮蔽構造の模式断面図である。 本発明に係る別のワークの研磨装置に設けられた遮蔽構造の模式断面図である。 本発明に係るワークの製造方法の一例のフローチャートを示す図である。

（ワークの研磨装置）
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、図１および２と同じ構成には同じ符号が付されており、説明を省略する。本発明に係るワークの研磨装置は、図１に示した研磨装置１００と同様に、表面に研磨パッド１２ａが取り付けられた少なくとも下定盤１２を有する回転定盤１０と、下定盤１２の下方にて研磨パッド１２ａに供給された研磨スラリーＳを回収する受け盤１３とを備える。また、下定盤１２と受け盤１３との間に、下定盤１２の回転機構（図示せず）に研磨スラリーＳが侵入するのを抑制する遮蔽構造Ｌを有し、かつ該遮蔽構造Ｌ内に侵入した研磨スラリーＳを排出するスラリー排出口２３が遮蔽構造Ｌ内に設けられている。

また、遮蔽構造Ｌは、図２に示したように、下定盤１２の受け盤１３側の表面に、周縁に同心円状に配置された少なくとも２つの第１環状壁１２ｂを設け、また、受け盤１３を下定盤１２よりも大きな径を有する円盤状の底板１３ａと、該底板１３ａの下定盤１２側の表面に該底板１３ａの周縁に同心円状に配置された少なくとも３つの第２環状壁１３ｂとで構成し、下定盤１２の少なくとも２つの第１環状壁１２ｂを、受け盤１３の底板１３ａおよび少なくとも３つの第２環状壁１３ｂで区画される環状領域２１および２２に差し込み配置することにより構成することができる。

図３は、本発明に係るワークの研磨装置に設けられた遮蔽構造の模式断面図を示している。この図に示すように、本発明に係るワークの研磨装置の特徴とするところは、遮蔽構造Ｌ内に固着防止液供給手段２４を設け、環状構造２２に侵入した研磨スラリーＳが固着するのを防止するための固着防止液を供給するように構成した点にある。

このような構成とすることにより、霧状あるいは水滴状の研磨スラリーＳが環状領域２２内に侵入した場合にも、研磨スラリーＳを固着防止液に溶解させてスラリー排出口２３から排出するため、固着した研磨スラリーＳの粉塵が発生するのを防止して、研磨工程におけるワークの表面品質の低下を防止することができるのである。

なお、本発明において、「遮蔽構造」とは、図３において、第１環状壁１２ｂを含む、３つの第２環状壁１３ｂのうち定盤中心に近い側２つに挟まれた範囲の領域を意味している。これは、第１環状壁１２ｂが３つ以上であり、第２環状壁１３ｂが４つ以上の場合も同様である。

環状領域２２内に供給される固着防止液としては、水やアルコール、水酸化カリウム等のアルカリ溶液等を用いることができる。中でも、周囲の雰囲気への影響が小さく、また安価であることから、水を用いることが好ましい。

固着防止液の環状領域２２内への供給量（流量）は、環状領域２２内に侵入した霧状あるいは水滴状の研磨スラリーＳが固着するのを防止することができれば特に限定されず、環状領域２２の大きさやスラリー排出口２３の大きさ等を考慮して適切に設定すれば良い。

また、固着防止液の供給は、研磨工程時に常に供給している必要はなく、研磨スラリーＳが環状領域２２内で固着しない条件の下で断続的に行うことができる。これにより、固着防止液の使用量を低減することができる。

なお、図３においては、固着防止液供給手段２４は環状領域２２の底部に設けられているが、これに限定されない。例えば、第１環状壁１２ｂあるいは第２環状壁１３ｂの所定の高さ位置に固着防止液供給口（図示せず）を設け、この供給孔から固着防止液を環状領域２２内に供給するように構成することもできる。

固着防止液供給手段２４は、環状領域２２内のスラリー排出口２３に対向する位置に設けられていることが好ましい。これにより、環状領域２２の全体に亘って、環状領域２２内に侵入した研磨スラリーＳを固着防止液に溶解させ、スラリー排出口２３から排出させることができる。

また、受け盤１３を構成する底板１３ａの下定盤１２側の表面は、環状領域２２内においてスラリー排出口２３側に向かって傾斜していることが好ましい。これにより、環状領域２２内に供給した固着防止液をスラリー排出口２３から効果的に排出することができる。

さらに、図４に示すように、環状領域２２内における固着防止液の液位を感知するセンサー２５を設けることができる。これにより、固着防止液を環状領域２２内に過剰に供給するのを防止することができる。また、何らかの原因により固着防止液および研磨スラリーＳがスラリー排出口２３から排出されないトラブルを事前に検知することができる。

なお、本発明に係るワークの研磨装置は、図１に示した両面研磨装置に限定されるものではなく、枚葉式の研磨装置や化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置とすることもできることは言うまでもない。

こうして、遮蔽構造に侵入した研磨スラリーが固着するのを防止するための固着防止液が遮蔽構造内に供給されるため、遮蔽構造に侵入した研磨スラリーが固着するのを防止して、研磨スラリーの粉塵が発生するのを防止することができるため、研磨工程におけるワークの表面品質の低下を抑制することができる。

（ワークの製造方法）
次に、本発明に係るワークの製造方法について説明する。本発明のワークの製造方法は、ワークの研磨工程において、上述したワークの研磨装置を用いて研磨処理を施すことを特徴としている。従って、上記それ以外の製造条件は一切限定されない。以下、図５を参照して、ワークがシリコンウェーハである場合を例に本発明に係るワークの製造方法について説明する。

まず、ステップＳ１にて、例えばチョクラルスキー（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ，ＣＺ）法により、石英るつぼに投入された多結晶シリコンを１４００℃程度に溶融し、次いで種結晶を液面に漬けて回転させながら引き上げることによりシリコンインゴットを製造する。ここで、所望の抵抗率を得るために、例えばホウ素やリン等をドープする。また、インゴットの製造の際に磁場を印加する磁場印加チョクラルスキー（Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ，ＭＣＺ）法を用いることにより、シリコンインゴット中の酸素濃度を制御することができる。

次いで、ステップＳ２にて、得られたシリコンインゴットの外周研削処理を施して直径を均一にした後、ワイヤーソーや内周刃切断機を用いてシリコンインゴットを１ｍｍ程度の厚さにスライスしてシリコンウェーハを得る。

続いて、ステップＳ３にて、得られたシリコンウェーハを研磨装置に搬送し、アルミナ研磨剤等を用いて、シリコンウェーハに対してラッピング処理を施す。これによりウェーハの厚さを所定の値にし、ウェーハの表裏面の平行度を高めることができる。
なお、ラッピング処理を行う研磨装置がラビリンス構造を有し、シリコンウェーハを回転させる回転機構を有している場合には、この研磨装置にも本発明を適用することができる。

その後、ステップＳ４にて、フッ酸、硝酸、酢酸、燐酸のうち少なくとも１つからなる水溶液を用いた酸エッチング、あるいは水酸化カリウム水溶液や水酸化ナトリウム水溶液等を用いたアルカリエッチングあるいは上記酸エッチングとアルカリエッチングの併用により、前工程までの処理により生じたウェーハの歪みを除去する。

続いて、ステップＳ５にて、上述のような本発明に係るワークの研磨装置を用いて、エッチング処理が施されたシリコンウェーハに対して、鏡面研磨処理を施す。ここでは、ウェーハの両面を研磨するＤＳＰ処理を施す。即ち、キャリアプレートにシリコンウェーハを嵌め込み、ウェーハを、研磨布を貼りつけた上定盤１１および下定盤１２で挟み、上下定盤とウェーハとの間に、例えばコロイダルシリカ等の研磨スラリーＳを供給して、上下定盤およびキャリアプレートを互いに相対的に回転させて、シリコンウェーハの両面に対して鏡面研磨処理を施す。これにより、ウェーハ表面の凹凸を低減して平坦度の高いウェーハを得ることができる。

次に、ステップＳ６にて、両面研磨処理が施されたシリコンウェーハを洗浄工程に搬送し、例えば、アンモニア水、過酸化水素水および水の混合物であるＳＣ−１洗浄液や、塩酸、過酸化水素水および水の混合物であるＳＣ−２洗浄液を用いて、ウェーハ表面のパーティクルや有機物、金属等を除去する。

最後に、ステップＳ７にて、洗浄されたシリコンウェーハを検査工程に搬送し、上述の本発明の検査工程と同様に、ウェーハの平坦度、ウェーハ表面のＬＰＤの数、ダメージ、ウェーハ表面の汚染等を検査する。この検査工程において所定の品質を満足するウェーハのみが製品として出荷される。

こうして、研磨工程におけるワークの表面品質の低下を抑制してワークを製造することができる。

本発明によれば、遮蔽構造に侵入した研磨スラリーが固着するのを防止するための固着防止液が遮蔽構造内に供給されるため、遮蔽構造に侵入した研磨スラリーが固着するのを防止して、研磨スラリーの粉塵が発生するのを防止することができるため、研磨工程におけるワークの表面品質の低下を抑制することができるため、半導体産業に有用である。

１０ 回転定盤
１１ 上定盤
１１ａ，１２ａ 研磨パッド
１２ 下定盤
１２ｂ 第１環状壁
１３ 受け盤
１３ａ 底板
１３ｂ 第２環状壁
１４ スラリータンク
１５ ポンプ
１６，１８ フィルター
１７，２３ スラリー排出口
２１，２２ 環状領域
２４ 固着防止液供給手段
２５ 液位センサー
１００ 両面研磨装置
Ｌ 遮蔽構造
Ｓ 研磨スラリー
Ｗ ワーク

Claims (6)

1. 表面に研磨パッドが取り付けられた少なくとも下定盤を有する回転定盤と、前記下定盤の下方にて前記研磨パッドに供給された研磨スラリーを回収する受け盤とを備え、前記研磨パッド上に載置されたワークに研磨スラリーを供給して前記ワークを研磨する装置であって、前記下定盤と前記受け盤との間に前記下定盤の回転機構に研磨スラリーが侵入するのを抑制する遮蔽構造を有し、かつ該遮蔽構造内に侵入した研磨スラリーを排出するスラリー排出口が前記遮蔽構造内に設けられた、ワークの研磨装置において、
   前記遮蔽構造に侵入した研磨スラリーが固着するのを防止するための固着防止液を前記遮蔽構造内に供給する固着防止液供給手段が設けられており、
   前記下定盤は、前記受け盤側の表面に、前記回転定盤の周縁に同心円状に配置された少なくとも２つの第１環状壁を有し、
   前記受け盤は、前記下定盤よりも大きな径を有する円盤状の底板と、該底板の前記下定盤側の表面に該底板の周縁に同心円状に配置された少なくとも３つの第２環状壁とを有し、
   前記遮蔽構造は、前記下定盤の前記少なくとも２つの第１環状壁を、前記受け盤の前記底板および前記少なくとも３つの第２環状壁で区画される環状領域に差し込み配置されてなり、前記スラリー排出口は前記環状領域内に設けられており、
   前記環状領域内における前記固着防止液の液位を感知するセンサーを更に備えることを特徴とするワークの研磨装置。
2. 前記底板の前記下定盤側の表面は、前記環状領域内において前記スラリー排出口側に向かって傾斜している、請求項１に記載のワークの研磨装置。
3. 前記固着防止液は水である、請求項１または２に記載のワークの研磨装置。
4. 前記回転定盤は上定盤を更に有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のワークの研磨装置。
5. ワークの研磨工程において、請求項１〜４に記載のワークの研磨装置を用いて研磨処理を施すことを特徴とするワークの製造方法。
6. 前記ワークはシリコンインゴットから切り出されたシリコンウェーハである、請求項５に記載のワークの製造方法。