JP6572790B2 - ウェーハの両面研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハの表裏面を同時に研磨する両面研磨方法に関し、特に、ウェーハの全面形状において優れた平坦度が得られるとともに、ウェーハ外周におけるダレを十分に抑制することができるウェーハの両面研磨方法に関するものである。

例えばシリコン単結晶をスライスして得られたシリコンウェーハ等の半導体ウェーハの製造工程では、ウェーハ形状の平坦化や表面粗さを改善する等の目的から、ウェーハの表裏面を同時に研磨する両面研磨が一般的に採用されている。

両面研磨は、一般に、研磨布が貼付された上定盤と下定盤でウェーハを狭圧し、ウェーハにスラリーを供給しながら、上定盤及び下定盤を回転駆動させて、ウェーハの表裏面を同時に研磨する方法である。図１２は、一般的な両面研磨工程において、研磨時間が図１２（ａ）〜図１２（ｅ）の順に経過する際に、その経過に従ってウェーハの形状が変化していく様子を表した図である。なお、図１２には、図１２（ａ）〜図１２（ｅ）の各時点におけるウェーハの厚さとキャリアプレートの厚さの大小関係も示している。図１２（ａ）〜図１２（ｅ）において、縦軸はウェーハの厚みを示しており、横軸はウェーハの半径をＲとしたときのウェーハ中心からの位置を示している。即ち、これらの図は、それぞれウェーハの鉛直方向における断面形状の様子を、ウェーハ中心からの各位置における厚さによって表したものであり、右拡大図はそのウェーハ外周（エッジ部）の一端を拡大したものである。

図１２に示すように、両面研磨では、上定盤及び下定盤に貼付された研磨布でウェーハの表裏面が同時に研磨され、研磨時間の経過とともに、図１２（ａ）〜図１２（ｅ）のように形状が変化していく。図１２（ａ）に示す研磨工程の初期段階では、ウェーハ全面形状（グローバル形状）は、中心付近の厚みが大きい凸形状となっており、ウェーハ外周にも大きなダレ（Roll off）がみられる。また、この初期段階では、ウェーハの厚みはキャリアプレートの厚みより十分に厚くなっている。続く図１２（ｂ）の段階では、ウェーハの全面形状は、上述の凸形状よりも若干平坦な形状に近づくものの、初期段階でみられたウェーハ外周のダレは残っている。更に研磨が進行し、図１２（ｃ）の段階になると、ウェーハの厚みとキャリアプレートの厚みは、ほぼ等しくなり、ウェーハの全面形状は、ほぼ平坦な形状となる。また、研磨布は弾性体であり、一定の圧力を掛けて研磨することから、特に図１２（ａ）、図１２（ｂ）の段階では、研磨中に研磨布が一定量沈み込むことで、ウェーハ外周には中心付近に比べて大きな応力が掛かっている。一方、ウェーハの厚みとキャリアプレートの厚みがほぼ等しくなると、ウェーハ外周に掛かる研磨布からの応力がキャリアプレートに分散され、当該応力が低減される。このため、図１２（ｃ）の段階では、ウェーハ外周にみられたダレ量も小さくなっている。

その後、図１２（ｄ）の段階まで研磨が進行すると、ウェーハ中心付近が凹んだ形状となり、ウェーハ外周が切上がり形状となる。この段階から、更に研磨が進行して、図１２（ｅ）の段階になると、図１２（ｄ）の段階における形状から、ウェーハ中心付近が更に凹んだ形状となり、ウェーハ外周の切上がり量も更に大きくなる。また、ウェーハの厚みも、キャリアプレートの厚みに対して更に薄くなっている。

以上のことから、平坦度が高く、ウェーハ外周のダレが少ないウェーハを得るためには、ウェーハの厚みがキャリアプレートの厚みとほぼ同等になるように制御して研磨を行うのが一般的であり、この制御は、従来、研磨時間の調整により行っていた。

しかし、研磨時間の調整による制御では、装置を停止するタイミングのずれや研磨環境の影響等を受けることで、正確に制御することが困難であった。また、近年のマイクロエレクトロニクスデバイス構造の微細化や半導体ウェーハの大口径化等に伴い、製造されるウェーハ形状、特に平坦度やナノトポロジー等のより高度な制御が求められている。このため、より良好な平坦度やナノトポロジーを有するウェーハを得るために、研磨工程おける様々な改良の試みが検討されている。

例えば、研磨時にウェーハ表面に掛かる研磨布からの圧力が、ウェーハ面内で不均一に分布すると、研磨速度及び研磨量もウェーハ面内において不均一となり、ウェーハが平坦に研磨されなくなる。このような問題を解消する方法として、定盤に貼付される研磨布を、定盤に貼付する前に、研磨装置とは別の装置を使用して研磨時の使用温度よりも高い温度及び／又は研磨時の圧力と同じかそれ以上の圧力で圧縮させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。粘弾性体である研磨布は、荷重を加えた直後は急激に、その後は緩慢に変形が進行する。また、荷重を加えた時の研磨布の変位量（厚さの減少量）は、荷重を加えている時間に大きく依存するが、研磨布の位置により、研磨荷重の存在時間が不均一になることがある。研磨布の位置によって研磨荷重の存在時間が不均一であると、研磨布の変位量も研磨布の各位置で均一とはならず、研磨されるウェーハの平坦度も損なわれる。上記特許文献１の方法では、研磨装置以外の装置を用いて、定盤に貼付する前の研磨布を高温、高圧条件にて圧縮させ、研磨直後に急激に進行する研磨布の変形を出し切らせることで、研磨中に起こる研磨布のクリープ変形を抑制し、これによりウェーハの平坦度等を高めている。

特開平１１−２６７９７８号公報（請求項２、段落［０００６］〜段落［０００８］、段落［００２２］）

しかしながら、上記特許文献１に示された研磨方法では、ウェーハの全面形状における平坦度は高められるものの、特に、ウェーハ外周のダレを抑制する効果までは十分な検討がなされていない。また、上述の研磨時間を調整して、ウェーハの厚みとキャリアプレートの厚みを同等になるように制御する一般的な方法では、これらが同等の厚みになっている状態でも、研磨時の加圧により弾性体である研磨布がキャリアプレートとウェーハの隙間に入り込むことで、ウェーハ外周に掛かる応力がキャリアプレートに十分に分散されず、当該応力が低減されない場合がある。そのため、この両者間の関係を制御して研磨を行うという通常の方法のみでは、例えば研磨時間をより精度良く調整しても、ウェーハ外周のダレを抑制する効果が十分に得られない場合がある。このように、従来の方法では、特にウェーハ外周のダレを十分に抑制できないことから、ウェーハ外周における平坦度とウェーハの全面形状における平坦度を両立させて研磨を行うのが難しく、近年の要求に十分に対応することが困難であった。

本発明の目的は、ウェーハの全面形状において優れた平坦度が得られるとともに、ウェーハ外周におけるダレを十分に抑制することができるウェーハの両面研磨方法を提供することにある。

本発明の第１の観点は、中央部に中央孔をそれぞれ有し、研磨面に研磨布がそれぞれ貼付されたドーナツ形状の上定盤及び下定盤でウェーハを狭圧して、スラリー供給孔からウェーハにスラリーを供給しながら、上定盤と下定盤を回転駆動させることにより、ウェーハの両面を研磨する両面研磨方法において、上定盤及び下定盤にそれぞれ貼付された研磨布の双方に、当該研磨布の外周又は内周を研磨布圧縮治具を用いて鉛直方向に圧縮して成型した外周側圧縮部又は内周側圧縮部のいずれか一方或いは双方が設けられ、外周側圧縮部の水平方向における圧縮幅をＡ、内周側圧縮部の水平方向における圧縮幅をＢ、ウェーハの直径をＤとするとき、前記圧縮幅Ａが０．１５×Ｄ≦Ａ≦０．２５×Ｄを満たし、前記圧縮幅Ｂが０．１５×Ｄ≦Ｂ≦０．２５×Ｄを満たすことを特徴とする。

本発明の第２の観点は、第１の観点に基づく発明であって、更に内周側圧縮部及び外周側圧縮部の鉛直方向における圧縮量が、研磨布の圧縮前の厚さの０．７７％以上であることを特徴とする。

本発明の第３の観点は、第１又は第２の観点に基づく発明であって、更に上定盤及び下定盤にそれぞれ貼付された研磨布の双方に、外周側圧縮部及び内周側圧縮部の双方が設けられていることを特徴とする。

本発明の第４の観点は、第１ないし第３の観点に基づく発明であって、更に研磨布が不織布系研磨布、ポリウレタン研磨布又はスウェード系研磨布であることを特徴とする。

本発明の第５の観点は、第１ないし第４の観点に基づく発明であって、更に研磨布圧縮治具が、１つのパーツから構成されたリング形状の治具であるか、若しくは結合によって１つのリング形状となる２以上のパーツから構成された治具であることを特徴とする。

本発明の第６の観点は、第１ないし第５の観点に基づく発明であって、更に研磨布圧縮治具は厚さが０．３ｍｍ以上であって、無機材料で形成された治具又は樹脂製の治具であることを特徴とする。

本発明の第１の観点の両面研磨方法は、中央部に中央孔をそれぞれ有し、研磨面に研磨布がそれぞれ貼付されたドーナツ形状の上定盤及び下定盤でウェーハを狭圧して、スラリー供給孔からウェーハにスラリーを供給しながら、上定盤と下定盤を回転駆動させることにより、ウェーハの両面を研磨する両面研磨方法であり、上定盤及び下定盤にそれぞれ貼付された研磨布の双方に、当該研磨布の外周又は内周を研磨布圧縮治具を用いて鉛直方向に圧縮して成型した外周側圧縮部又は内周側圧縮部のいずれか一方或いは双方を形成しておく。その際、外周側圧縮部の水平方向における圧縮幅をＡ、内周側圧縮部の水平方向における圧縮幅Ｂを、ウェーハの直径Ｄに対して、所定の条件である０．１５×Ｄ≦Ａ≦０．２５×Ｄ及び０．１５×Ｄ≦Ｂ≦０．２５×Ｄの条件を満たすように制御する。このように、水平方向における圧縮幅を適正に制御して、研磨布の一部を圧縮して研磨を行うことにより、研磨中に研磨布が一定量沈み込んでも、ウェーハ外周には、中心付近の応力に比べて大きな応力が掛かるのを抑制することができる。これにより、研磨後のウェーハにおいてウェーハ外周における平坦度とウェーハの全面形状における平坦度を両立させることができる。

本発明の第２の観点の両面研磨方法では、内周側圧縮部及び外周側圧縮部の鉛直方向における圧縮量を、研磨布の圧縮前の厚さに対して所定の割合になるように制御する。これにより、研磨中にウェーハ外周に掛かる応力とウェーハ中心付近に掛かる応力をより均一にしやすくできる。

本発明の第３の観点の両面研磨方法では、上定盤及び下定盤にそれぞれ貼付された研磨布の双方に、外周側圧縮部及び内周側圧縮部の双方を形成しておくため、研磨中に大きな応力がウェーハ外周に掛かるのを抑制する効果がより高められる。

本発明の第４の観点の両面研磨方法では、研磨布として、不織布系研磨布等の所定の研磨布を用いるため、圧縮幅を形成する際、水平方向の圧縮幅や鉛直方向の圧縮量を正確に調整して形成しやすい。また、圧縮部が研磨中等に復元しにくく、表面粗さにも優れる。

本発明の第５の観点の両面研磨方法では、上記内周側圧縮部及び外側圧縮部の形成に使用する研磨布圧縮治具として、１又は２以上のパーツから構成されたリング形状の治具を使用する。このように、リング形状の治具を使用することで、他の装置を使用することなく、研磨布を上定盤又は下定盤に貼付した状態で当該治具を狭圧するという簡単な方法により、精度良く研磨布に圧縮部を形成することができる。

本発明の第６の観点の両面研磨方法では、研磨布圧縮治具を所定値以上の厚さとすることで、研磨布の鉛直方向における圧縮量を所望の量に、かつ正確に制御しやすくすることができる。また、研磨布圧縮治具として、所望の材料で製造された治具を使用することで、研磨布圧縮治具の製造に使用された材料によって研磨中のウェーハが汚染されるのを防止することができる。

本発明実施形態の方法で使用される研磨装置の一例を示した概略断面図である。 本発明実施形態の方法によりウェーハの研磨が行われている状態を上面からみた概略図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 ウェーハ外周に掛かる応力が従来法に比べて低減される原理を模式的に示した説明図である。 本発明実施形態で使用される研磨布圧縮治具の一例を示した模式図である。 図５におけるＸ−Ｙ線断面図である。 実施例１における試験結果を示したグラフである。 実施例２における試験結果を示したグラフである。 実施例３における試験結果を示したグラフである。 実施例４における外周形状比較に関する評価結果を示したグラフである。 実施例で使用した研磨布の鉛直方向における圧縮量と、圧縮面圧及び圧縮部形成後の放置時間との関係を示したグラフである。 一般的な両面研磨工程において研磨時間の経過に従ってウェーハ形状が変化していく様子を表した図である。

次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。

本発明は、中央部に中央孔をそれぞれ有し、研磨面に研磨布がそれぞれ貼付されたドーナツ形状の上定盤及び下定盤でウェーハを狭圧して、スラリー供給孔からウェーハにスラリーを供給しながら、上定盤と下定盤を回転駆動させることにより、ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨方法の改良である。

本発明の両面研磨方法を実施するに際して用いられる装置は、後述する研磨布の構成を除いて特に限定されず、一般的な両面研磨装置を用いることができる。例えば、図１に示す装置１０は、本発明実施形態で用いられる両面研磨装置の一例を示した概略図であり、この装置１０では、研磨布１１の構成以外は、一般的な両面研磨装置と同様の構成により構成される。なお、図１〜図３において同一符号は同一部品又は部材を示す。

装置１０は、図１に示すように、研磨面に研磨布１１がそれぞれ貼付され、中央部に中央孔がそれぞれ設けられたドーナツ形状の上定盤１２及び下定盤１３からなる２つの定盤を備える。なお、上定盤１２と下定盤１３の間の中心部にはサンギア２１が、周縁部にはインターナルギア２２が設けられている。このインターナルギア２２の内径は、上定盤１２又は下定盤１３の外径よりも大きい。研磨布１１が貼付された下定盤１３上には、両定盤１２、１３で挟まれるようにキャリアプレート１４が設置され、キャリアプレート１４の保持孔内には被研磨体としてのウェーハ１６が配置される。

一方、上定盤１２には、スラリー（研磨液）１７を供給するスラリー供給孔１８が設けられ、供給孔１８の上方には供給管１９が設けられており、供給管１９から供給されたスラリー１７は供給孔１８を通じてウェーハ１６へ供給される。上定盤１２は、上定盤１２に貼付された研磨布１１がウェーハ１６の表側表面に接するように下定盤１３に相対向して設置され、上定盤１２を加圧することにより、キャリアプレート１４内のウェーハ１６が両定盤１２、１３により狭圧される。

キャリアプレート１４の外周には、サンギア２１及びインターナルギア２２に噛合する外周歯が設けられる。また、両定盤１２、１３の中央孔には軸２０が設けられ、上定盤１２と下定盤１３が、図示しない動力源により回転駆動するに伴い、キャリアプレート１４は自転しながらサンギア２１を中心に公転する。このとき、ウェーハ１６はキャリアプレート１４の自転により、図１又は図２に示すようにキャリアプレート１４内を移動する。

本発明は、このような装置を用いた両面研磨方法の改良であり、その特徴ある構成は、上定盤１２及び下定盤１３にそれぞれ貼付された研磨布１１の双方に、研磨布１１の外周又は内周を研磨布圧縮治具を用いて鉛直方向に圧縮して成形した外周側圧縮部１１ａ又は内周側圧縮部１１ｂのいずれか一方或いは双方が、所定の圧縮幅で設けられることにある。

このように、水平方向における圧縮幅を適正に制御して、研磨布の一部を圧縮して研磨を行うことにより、圧縮部を形成しない場合に比べてウェーハ外周に掛かる応力を低減させることができる。圧縮部が形成していない状態で、ウェーハを上定盤及び下定盤で狭圧すると、弾性体である研磨布にウェーハが押し付けられて研磨布が一定量沈み込む。このため、図４（ａ）に示すように、ウェーハ１６外周には、ウェーハ１６中心付近に比べて研磨布１１から大きな応力が掛かる。一方、図４（ｂ）に示すように、適正な圧縮幅で外周側圧縮部１１ａ又は内周側圧縮部１１ｂを形成することにより、ウェーハ１６外周に、ウェーハ１６中心付近に比べて大きな応力が掛かるのが抑制される。これにより、研磨中、ウェーハ１６中心付近とウェーハ１６外周に掛かる応力が面内で略均一化される。これにより、ウェーハ全面において良好な平坦度が得られるとともに、ウェーハ１６外周のダレが抑制される。一般に、ウェーハ１６の全面形状における平坦度を表す指標としては、後述のＧＢＩＲが用いられ、またウェーハ１６外周における平坦度を表す指標としてＳＦＱＲ又はＥＳＦＱＲが用いられる。即ち、本発明の両面研磨方法では、研磨後のウェーハ１６において、ＧＢＩＲとＳＦＱＲ又はＥＳＦＱＲとを両立させることができる。

ここで、圧縮幅は、外周側圧縮部１１ａの水平方向における圧縮幅をＡ、内周側圧縮部１１ｂの水平方向における圧縮幅をＢ、ウェーハ１６の直径をＤとするとき、圧縮幅Ａは０．０５×Ｄ≦Ａを満たし、圧縮幅Ｂは０．３０×Ｄ≧Ｂを満たすように制御する。研磨中、ウェーハ１６は、図２に示す軌道により、研磨布１１の最内外周部まで走行する。圧縮部を上述のように制御することによって、研磨中に、ウェーハ１６の外周部分が研磨布１１に形成された外周側圧縮部１１ａ又は内周側圧縮部１１ｂを通過することになり、これによりウェーハ１６外周に掛かる応力が低減される。圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂをこのように制御したのは、ウェーハ１６の直径Ｄに対して圧縮幅Ａが小さすぎると、研磨中に、ウェーハ１６外周において外周側圧縮部１１ａを通過する部分が少なくなり、ウェーハ外周に掛かる大きな応力を低減させる効果が十分に得られないからである。一方、ウェーハ１６の直径Ｄに対して圧縮幅Ｂが大きすぎると、ウェーハ１６との接触面が小さくなることに起因して、研磨布１１からの応力が研磨布１１の圧縮されていない部分に集中し、当該部分から強い応力がウェーハ１６に掛かる。そのため、ウェーハ１６の全面形状における平坦度が損なわれ、ＧＢＩＲを悪化させる。また、ＧＢＩＲが悪化すると、ウェーハ１６外周の平坦度も損なわれ、ＥＳＦＱＲの評価においても数ｎｍ程度の影響を及ぼす。このうち、圧縮幅Ａは好ましくは０．０５×Ｄ≦Ａ≦０．３０×Ｄ、更に好ましくは０．１５×Ｄ≦Ａ≦０．２５×Ｄを満たすように、圧縮幅Ｂは好ましくは０．０５×Ｄ≦Ｂ≦０．３０×Ｄ、更に好ましくは０．１５×Ｄ≦Ｂ≦０．２５×Ｄを満たすように制御する。なお、研磨中にウェーハ１６が研磨布１１の最内外周部まで走行する場合の上記圧縮幅Ａ又は圧縮幅Ｂとは、図３に示すように、研磨布１１の最外周部又は最内周部をそれぞれ起点として測定される外周側圧縮部１１ａ又は内周側圧縮部１１ｂの水平方向における幅である。即ち、この場合の圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂとは、外周側圧縮部１１ａ又は内周側圧縮部１１ｂの水平方向における実際の幅と一致する。但し、研磨中にウェーハ１６が研磨布１１の最外周部又は最内周部まで走行しない場合の上記圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂとは、図１に示すように、研磨中にウェーハ１６が到達する研磨布１６の最も外周側の地点又は最も内周側の地点をそれぞれ起点として測定される外周側圧縮部１１ａ又は内周側圧縮部１１ｂの水平方向における幅をいう。即ち、この場合の圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂとは、外周側圧縮部１１ａ又は内周側圧縮部１１ｂの水平方向における実際の幅から、研磨中にウェーハ１６が走行しない未走行部分の水平方向における幅を差し引いた値である。

また、研磨布１１に形成される外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂの鉛直方向における圧縮量は、研磨布１１の圧縮前の厚さの０．７７％以上とするのが好ましい。鉛直方向における圧縮量がこれより小さすぎると、研磨中に研磨布が沈み込んだ際にウェーハ外周に掛かる大きな応力を低減させる効果が得られにくい場合があるからである。このうち、鉛直方向における圧縮量は、研磨布の圧縮前の厚さの０．９０％以上とするのが特に好ましい。また、外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂの断面形状は、図３に示すように、研磨布１１中心からの圧縮開始位置から内周又は外周へ向かって傾斜するように形成された形状のほか、傾斜させずに圧縮部の圧縮面が水平になるように形成された形状であっても良い。なお、外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂを、研磨布１１の内周又は外周へ向かって傾斜するように形成する場合の上記鉛直方向における圧縮量とは、当該圧縮部において圧縮量が最も大きい箇所で測定した値をいう。

また、上記圧縮部は、一枚の研磨布１１に対して外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂのいずれか一方を形成しても良いが、上述の効果を十分に発現させるという観点から、外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂの双方を形成するのが好ましい。

上記外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂは、例えば図５及び図６に示すようなリング形状の研磨布圧縮治具３１を用いて形成することができる。具体的には、例えば上定盤１２及び下定盤１３の研磨面に研磨布１１を貼付した後、下定盤１３に貼付した研磨布１１の外周又は内周に、図５に示す外周側の研磨布圧縮治具３１ａ又は内周側の研磨布圧縮治具３１ｂを配置し、所定の条件でこれらを上定盤１２及び下定盤１３にて狭圧する。これにより、上述した所望の圧縮部を研磨布１１の外周又は内周に容易に形成することができる。このときの圧縮条件は、例えば圧縮部分が研磨中に一部復元して寸法が変動するのを防止するため、圧縮温度２０〜３０℃、圧縮時間１時間以上、面圧５００ｇ／ｃｍ²に制御するのが好ましい。

上記研磨布圧縮治具３１は、図５に示すように１つのパーツから構成されたリング形状の治具であっても良いが、例えば結合によって１つのリング形状となる２以上のパーツから構成された治具であっても良い。研磨布圧縮治具３１の断面形状は、特に限定されず、形成する圧縮部の断面形状に応じて、例えば図６（ａ）に示す形状や図６（ｂ）に示す形状とすることができる。

また、研磨布圧縮治具３１は、ステンレスやチタン等を用いて製造されたもので有っても良いが、治具の製造に使用された材料によって研磨中のウェーハが汚染されるのを防止するという観点から、無機材料で形成された治具又は樹脂製の治具であることが好ましい。無機材料としては、例えば窒化ケイ素やジルコニア等が挙げられる。また、樹脂としては、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やポリテトラフルオロエチレンポリ四フッ化エチレン等が挙げられる。また、研磨布圧縮治具３１の厚さは、外周側圧縮部１１ａ又は内周側圧縮部１１ｂの鉛直方向における圧縮量を上述の所望の圧縮量に制御するため、０．３ｍｍ以上であることが好ましい。

また、上定盤１２及び下定盤１３に貼付される研磨布１１は、特に限定されないが、圧縮部を形成しやすいこと、圧縮部が元の厚さに復元しにくいこと、表面粗さに優れること等から、不織布系研磨布、ポリウレタン研磨布又はスウェード系研磨布を使用するのが好ましい。

なお、本発明の研磨方法では、上述した研磨布の構成以外の、研磨を実施するときの具体的な手順やその他の条件については、特に限定されず、周知の条件で行うことができる。以上、本発明の両面研磨方法では、研磨後のウェーハにおいてウェーハの全面形状において優れた平坦度が得られるとともに、ウェーハ外周におけるダレを十分に抑制することができる。

次に本発明の実施例について詳しく説明する。

＜実施例１＞
図１に示す両面研磨装置１０を用い、研磨布１１の外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂの圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂを各試験例ごとに変更してウェーハの両面研磨を行い、圧縮幅の変量による平坦度の推移を検証した。その結果を以下の表１及び図７に示す。なお、この実施例１における試験例２〜９では、いずれも、表１に示すように、圧縮幅Ａ＝圧縮幅Ｂの条件で圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂ変更させた。また、試験例１は、圧縮部を形成せずにウェーハの両面研磨を行った。

具体的には、先ず、研磨布１１として、研磨布厚みが１．３ｍｍ、硬度（AskerC）が８３、圧縮率が３．３％である不織布系研磨布（ニッタ・ハース社製 商品名：suba800）を用意し、装置１０が備える両定盤１２、１３の研磨面に上記研磨布１１をそれぞれ貼布した。その後、下定盤１３に貼付した研磨布１１の外周及び内周に、図５に示す２つの研磨布圧縮治具３１ａ、３１ｂをそれぞれ配置し、圧縮温度２５℃、面圧５００ｇ／ｃｍ²、圧縮時間１時間の条件で狭圧した。これにより、両定盤１２、１３の研磨面に貼付された研磨布１１の双方に、外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂを形成した。なお、研磨布圧縮治具３１ａ、３１ｂには、断面が、図６（ａ）に示す断面形状のＰＶＣ製の治具をそれぞれ使用した。

次に、上記外周側圧縮部１１ａ及び内周側圧縮部１１ｂが形成された下定盤１３側の研磨布１１上に、厚さが７７８μｍのキャリアプレート１４を載置し、更に当該キャリアプレート１４の保持孔に、直径が３００ｍｍ、厚さ７９０μｍのシリコンウェーハを被研磨体（ウェーハ１６）として設置した。次いで、キャリアプレート１４の保持孔に設置された上記ウェーハ１６を、キャリアプレート１４とともに、加工面圧３００ｇ／ｃｍ²の条件で狭圧して、スラリー供給孔１８からスラリー（ニッタ・ハース社製 商品名：nalco2350）１７を供給しながら上定盤１２と下定盤１３を回転駆動させ、ウェーハ１６の両面研磨を行った。なお、このときの狙い厚みは７８０μｍとした。

両面研磨後のウェーハの平坦度については、測定装置（KLA Tencor社製 型名：Wafer Sight2）を用いてＧＢＩＲ及びＳＦＱＲｍａｘを測定することにより評価した。このときの測定条件は、測定範囲を、ウェーハの外周２ｍｍを除外した２９６ｍｍとした。なお、表１及び図７に示すＧＢＩＲ及びＳＦＱＲｍａｘの値は、上述の条件で圧縮部を形成した１組の研磨布につき、それぞれ１０枚ずつ、同一条件で両面研磨を行い、それらを平均した値である。また、表１及び図７に示す係数αとは、圧縮幅Ａ又は圧縮幅Ｂをそれぞれウェーハ直径Ｄに対する長さ、即ちＡ＝α×Ｄ又はＢ＝α×Ｄで表したときの係数αである。ＧＢＩＲ（Grobal Backside Ideal focalplane Range）とは、ウェーハの全面形状の平坦度を示す指標として用いられる値である。このＧＢＩＲは、ウェーハの裏面を完全に吸着したと仮定した場合におけるウェーハの裏面を基準として、ウェーハ全体の最大厚みと最小厚みとの差を算出することにより求められる。

また、ＳＦＱＲ（Site Front least sQuares Randge）とは、ＳＥＭＩ規格にかかる、ウェーハの局所的な平坦度を示す指標である。このＳＦＱＲは、表面基準のサイト内の各点の表面位置を示す全データから、最小二乗法によりサイト内の基準平面を計算し、この平面からのずれの最大値と最小値の和をとったものであり、ＳＦＱＲｍａｘはウェーハ内全サイトのＳＦＱＲの最大値を示す。

表１及び図７から明らかなように、係数αが所定の条件を満たすように圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂを増加させた場合には、ＧＢＩＲはほぼ変化せず、ＳＦＱＲｍａｘが良好な値を示した（試験例２〜試験例７）。また、特に、係数αが０．２０のときに最も良好な結果が得られた（試験例５）。一方、係数αが０．３０を超えた時点から平坦度が悪化し、係数αが０．３５の試験例８では、圧縮幅を形成していない試験例１と同様にＳＦＱＲｍａｘが悪い値を示し、また、係数αが０．４０の試験例９では、ＧＢＩＲ及びＳＦＱＲｍａｘがいずれも試験例１よりも大幅に悪い値を示した。これらの結果から、圧縮幅は、係数αが所定の条件を満たすように制御することが研磨表面の平坦度を向上させる上で好適であることが確認された。

＜実施例２＞
以下の表２に示すように、研磨布に設けられる外周側圧縮部及び内周側圧縮部の圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂを、圧縮幅Ａ≠圧縮幅Ｂの条件で各試験例ごとに変更し、ウェーハの両面研磨を行うことによって、圧縮幅の変量による平坦度の推移を検証した。この結果を以下の表２及び図８に示す。なお、この実施例２の各試験例における圧縮幅以外の他の条件及び評価方法は、上述の実施例１と同様に行った。

表２及び図８から明らかなように、係数αが所定の範囲内になるように制御すれば、圧縮幅Ａ及び圧縮幅Ｂを同じ圧縮幅に形成しなくても、研磨表面の平坦度を向上させることができることが確認された。

＜実施例３＞
研磨布の外周又は内周のいずれか一方のみに圧縮部を形成し、この圧縮幅を、以下の表３に示す範囲で変更してウェーハの両面研磨を行い、平坦度の推移を検証した。この結果を以下の表３及び図９に示す。なお、この実施例３の各試験例における圧縮幅以外の他の条件及び評価方法については、上述の実施例１と同様に行った。

表３及び図９から明らかなように、研磨布の外周又は内周のいずれか一方のみに圧縮部を形成し、その圧縮幅を、係数αが所定の条件を満たすように制御した場合でも、若干平坦度は落ちるケースもみられるものの、試験例２〜試験例７等と同様に、研磨表面の平坦度の改善効果は十分に得られることが確認された。

＜実施例４＞
上述の実施例１の結果から、係数αが０．２０である試験例５において最も高い評価が得られたことから、再度、試験例５の条件と同条件でウェーハの両面研磨を実施し、外周ダレ量の評価を行った。この結果を以下の表４及び図１０に示す。なお、表４及び図１０に示す結果は、各試験例ごとに２５枚ずつ、同一条件で両面研磨を行い、それらを平均した値である。

表４中、試験例２４は、上述の実施例１における試験例１と同様、研磨布に圧縮部を形成せずにウェーハの両面研磨を実施した例であり、試験例２５は、上述の実施例１における試験例５と同様の条件で圧縮部を形成し、ウェーハの両面研磨を実施した例である。研磨時の条件及びＧＢＩＲ、ＳＦＱＲｍａｘの評価方法については、試験例２４、試験例２５ともに、実施例１における各試験例と同様に行った。外周ダレ量の評価についても、上述の測定装置（KLA Tencor社製 型名：Wafer Sight2）を用いて測定した。

表４から明らかなように、ＧＢＩＲの値については、試験例２４と試験例２５とでほぼ同等の結果が得られた。一方、ＳＦＱＲｍａｘは、数値が小さい程、平坦度が高いことを示していることから、研磨布に所望の圧縮部を形成した試験例２５の方が、試験例２４よりも平坦度が改善されていることが判る。図１０はウェーハの外周部分の形状を示す。研磨布に所望の圧縮部を形成することにより、ウェーハ外周におけるダレ量が改善されることが確認された。

＜実施例５＞
実施例１〜３の各試験例で使用した研磨布と同じ研磨布を用いて、この研磨布に圧縮部を形成するときの鉛直方向における圧縮量と、圧縮面圧及び圧縮部を形成してから両面研磨を開始するまでの放置時間との関係について試験した。この結果を図１１に示す。図１１には、圧縮面圧を１００〜１０００ｇ／ｃｍ²とし、圧縮部を形成してから両面研磨を開始するまでの放置時間を１０分間〜６時間としたときの結果を示している。なお、放置時間が６時間を超えても、６時間放置したときの圧縮量から変化はみられなかった（図示せず）。また、実施例１〜３の各試験例と同様、圧縮部を形成する時の圧縮時間はいずれも１時間とし、圧縮温度はいずれも２５℃（室温）とした。

上述の実施例１〜３の各試験例において、ウェーハ形状における平坦度の改善効果がみられた試験例では、圧縮面圧を５００ｇ／ｃｍ²とし、圧縮部を形成した後、最短の試験例で１０分（圧縮量１７μｍ＝圧縮率１．３％）、最長の試験例で６時間（圧縮量１０μｍ＝圧縮率０．７７％）放置した状態で両面研磨を実施した。図１１に示す結果によれば、これらの試験例では、研磨布の鉛直方向における圧縮量はいずれも１０μｍ以上であり、その値から圧縮前の研磨布の厚さ（１００％）に対する圧縮量を算出すると、いずれも研磨布の鉛直方向における圧縮量は、圧縮前の研磨布の厚さに対して０．７７％以上であった。このことから、圧縮部の鉛直方向における圧縮量は、圧縮前の研磨布の厚さに対して０．７７％以上とすることが好ましいことが確認された。

本発明は、例えばシリコンウェーハに代表される半導体ウェーハの製造工程において、ウェーハの平坦度を得るためのウェーハの両面研磨に利用できる。

１１ 研磨布
１１ａ 外周側圧縮部
１１ｂ 内周側圧縮部
１２ 上定盤
１３ 下定盤
１４ キャリアプレート
１６ ウェーハ
１７ スラリー
１８ スラリー供給孔

Claims (6)

1. 中央部に中央孔をそれぞれ有し、研磨面に研磨布がそれぞれ貼付されたドーナツ形状の上定盤及び下定盤でウェーハを狭圧して、スラリー供給孔から前記ウェーハにスラリーを供給しながら、前記上定盤と前記下定盤を回転駆動させることにより、前記ウェーハの両面を研磨する両面研磨方法において、
   前記上定盤及び前記下定盤にそれぞれ貼付された前記研磨布の双方に、前記研磨布の外周又は内周を研磨布圧縮治具を用いて鉛直方向に圧縮して成形した外周側圧縮部又は内周側圧縮部のいずれか一方或いは双方が設けられ、
   前記外周側圧縮部の水平方向における幅を圧縮幅Ａ、前記内周側圧縮部の水平方向における幅を圧縮幅Ｂ、前記ウェーハの直径をＤとするとき、前記圧縮幅Ａが０．１５×Ｄ≦Ａ≦０．２５×Ｄを満たし、前記圧縮幅Ｂが０．１５×Ｄ≦Ｂ≦０．２５×Ｄを満たす
   ことを特徴とするウェーハの両面研磨方法。
2. 前記内周側圧縮部及び前記外周側圧縮部の鉛直方向における圧縮量が、前記研磨布の圧縮前の厚さの０．７７％以上であることを特徴とする請求項１記載のウェーハの両面研磨方法。
3. 前記上定盤及び下定盤にそれぞれ貼付された前記研磨布の双方に、前記外周側圧縮部及び内周側圧縮部の双方が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハの両面研磨方法。
4. 前記研磨布が不織布系研磨布、ポリウレタン研磨布又はスウェード系研磨布であることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項に記載のウェーハの両面研磨方法。
5. 前記研磨布圧縮治具が、１つのパーツから構成されたリング形状の治具であるか、若しくは結合によって１つのリング形状となる２以上のパーツから構成された治具であることを特徴とする請求項１ないし４いずれか１項に記載のウェーハの両面研磨方法。
6. 前記研磨布圧縮治具は厚さが０．３ｍｍ以上であって、無機材料で形成された治具又は樹脂製の治具であることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項に記載のウェーハの両面研磨方法。

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