JP2003257900A - 半導体ウェーハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストで高精度の平坦度を有する片面鏡面
ウェーハを得る。 【解決手段】 キャリアプレート１６に形成されたキャ
リアホール１６ａ内に自然放置中又は洗浄中に生じた薄
膜を両面に有する半導体ウェーハ１９を保持し、研磨液
をウェーハ表面に供給しながら、第１研磨布１３が貼り
付けられた上定盤１１及び第２研磨布１４が貼り付けら
れた下定盤１２の間で、キャリアプレートの表面と平行
な面内でプレートを運動させてウェーハを平面研磨する
半導体ウェーハの研磨方法の改良である。この特徴ある
構成は、ウェーハの表裏面の薄膜のうち下定盤と接する
ウェーハ裏面に薄膜を残留させて、上定盤と接するウェ
ーハ表面の薄膜を除去する工程を含み、研磨液はウェー
ハの材料に対する研磨速度が薄膜に対する研磨速度より
も高く、第１研磨布が親水性を有し、第２研磨布が撥水
性を有するところにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低コストで超高平
坦度を得ることができる半導体ウェーハの研磨方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウェーハ、例えばシリコンウェー
ハの製造工程は、引上げたシリコン単結晶インゴットか
ら切出し、スライスして得られたウェーハを面取り、機
械研磨（ラッピング）、エッチング、鏡面研磨（ポリッ
シング）及び洗浄する工程から構成され、高精度の平坦
度を有するウェーハとして生産される。これらの工程は
目的により、その一部の工程が入替えられたり、複数回
繰返されたり、或いは熱処理、研削等他の工程が付加、
置換されたりして種々の工程が行われる。

【０００３】このうち鏡面研磨は、光学的光沢をもち加
工歪みのない鏡面ウェーハを製造するプロセスである。
従来、一般的にシリコンウェーハの鏡面研磨は片面研磨
法により行われていた。

【０００４】しかしながら半導体デバイスの微細化と高
集積化が進むに従って、更に高精度の平坦度を有するシ
リコンウェーハ製造が要求されており、従来のシリコン
ウェーハの片面鏡面研磨方法では限界が指摘されてい
る。この問題を解決する１つの方策としてシリコンウェ
ーハの両面鏡面研磨方法が提案された。これは、シリコ
ンウェーハを仕上げ厚さより若干薄いキャリアの中に装
填し、両面ラッピングと同様の機構で鏡面研磨する方法
である。この両面研磨装置によりウェーハの表裏面とも
に鏡面研磨され、極めて高精度の平坦度、均一厚みが得
られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記両面研磨
装置による鏡面研磨方法は高精度の平坦度が得られるた
め非常に有用な方法であるが、現状の半導体デバイスプ
ロセスでは片面のみを鏡面研磨した、片面鏡面ウェーハ
を使用することが殆どであり、両面同時研磨で得られる
両面鏡面ウェーハはウェーハの表裏面を同時に鏡面研磨
することにより作製されるため、表裏面の区別がつき難
く、例えば、デバイスプロセスでの搬送系でのウェーハ
有無の検知が裏面が研磨されているために、検査困難や
誤検知する等の問題を生じていた。

【０００６】このため、ウェーハ表裏面が鏡面研磨され
たものではなく、片面のみが鏡面研磨され、両面鏡面研
磨されたものと同様の高い平坦度を有するウェーハが要
望されている。このような要望に対応するため、高平坦
化加工法として有効である両面研磨装置を用い、片面の
みを研磨する技術が提案されている。例えば、両面鏡面
研磨を施す前にウェーハの非研磨予定面に酸化膜又は窒
化膜を形成し、ウェーハに両面研磨を施してウェーハの
予定面のみに鏡面加工を行う方法が提案されている（特
開平１０−３０３１５４）。この方法では、保護膜であ
る酸化膜又は窒化膜をＣＶＤ法や熱酸化処理により形成
している。

【０００７】しかし、上記公報に示された研磨技術で
は、成膜及び除去の工程が追加されるため製造コストが
増大し、スループットが低下してしまう問題があった。
また、熱工程による汚染や膜除去時のパーティクルの発
生等の問題が生じるおそれもあった。

【０００８】一方、研磨に用いられる研磨布は、通常そ
の研磨能力を備えるために親水性にされている。しかし
両面研磨装置を用いて片面のみを研磨する際に、研磨布
と非研磨予定面との間に水素結合を生じて、研磨時の接
触抵抗が大きくなり、加工における安定性が低下する不
具合を生じていた。

【０００９】本発明の目的は、低コストで高精度の平坦
度を有する片面鏡面ウェーハを得ることができる半導体
ウェーハの研磨方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
図１に示すように、キャリアプレート１６に形成された
キャリアホール１６ａ内に自然放置中又は洗浄中に生じ
た薄膜を両面に有する半導体ウェーハ１９を保持し、研
磨液をウェーハ１９表面に供給しながら、第１研磨布１
３が貼り付けられた上定盤１１及び第２研磨布１４が貼
り付けられた下定盤１２の間で、キャリアプレート１６
の表面と平行な面内でプレート１６を運動させてウェー
ハ１９を平面研磨する半導体ウェーハの研磨方法の改良
である。この特徴ある構成は、ウェーハ１９の表裏面の
薄膜のうち下定盤１２と接するウェーハ裏面に薄膜を残
留させて、上定盤１１と接するウェーハ表面の薄膜を除
去する工程を含み、研磨液はウェーハの材料に対する研
磨速度が薄膜に対する研磨速度よりも高く、第１研磨布
１３が親水性を有し、第２研磨布１４が撥水性を有する
ところにある。請求項２に係る発明は、請求項１に係る
発明であって、ウェーハの表裏面の薄膜のうち上定盤と
接するウェーハ裏面に薄膜を残留させて、下定盤と接す
るウェーハ表面の薄膜を除去する工程を含み、第１研磨
布が撥水性を有し、第２研磨布が親水性を有する研磨方
法である。請求項１又は２に係る発明では、ウェーハの
材料に対する研磨速度が薄膜に対する研磨速度よりも高
い研磨液を供給して半導体ウェーハの表面側を選択的に
研磨することにより、薄膜が残留するウェーハ裏面側は
研磨レートが低く、研磨は殆ど進行しないのに対して、
薄膜が除去されたウェーハ表面側は研磨レートが高く、
良好な研磨が行われる。更に、第２研磨布１４に撥水性
を持たせることにより、この非研磨面である薄膜が残留
するウェーハ裏面との間に水素結合を生じることがない
ため、研磨時の薄膜との接触抵抗を小さくすることがで
きる。従って、自然放置中又は洗浄中に生じた薄膜でも
保護膜として十分に機能し、特に酸化膜を設ける工程を
必要としないため、成膜や除去における工程追加による
コストの増大を抑制でき、熱工程による汚染や膜除去に
伴うパーティクルの発生も抑えることができる。その結
果、加工における安定性が向上し、高精度の平坦度を有
するウェーハを高収率で得ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面に
基づいてシリコンウェーハの研磨を例に挙げて説明す
る。図１に示すように、両面研磨装置１０は、相対する
上定盤１１及び下定盤１２に上定盤１１には第１研磨布
１３を下定盤１２には第２研磨布１４をそれぞれ貼付
け、その間に自然放置中又は洗浄中に生じた薄膜を有す
るシリコンウェーハを仕上げ厚さより若干薄いキャリア
プレート１６と称する薄円盤を定盤全体で４〜５枚セッ
トする。図１中の符号２１は上定盤と下定盤との間に研
磨液を供給する配管を示す。キャリアプレートは、図２
に示すように、ウェーハ外径より０．５〜２ｍｍ程度大
きい直径のキャリアホール１６ａが４個設けられ、この
キャリアホール１６ａ内にウェーハ１９が装填可能な構
造をとっている。図３に示すように、キャリアプレート
１６は定盤１２の中心に位置するサンギア１７と定盤の
外周周囲に位置するインターナルギア１８とそれぞれか
み合って保持される。そのキャリアホール１６ａにシリ
コンウェーハ１９をセットした後、上定盤１１と下定盤
１２の間にウェーハ１９を挟んで所定圧力を加えなが
ら、上下定盤の回転、キャリアの公転及びウェーハ自体
の自転という複雑な運動を利用してウェーハの表裏面の
研磨を行う。なお図３では、定盤に保持されたキャリア
プレートは１枚のみ示している。

【００１２】本発明の特徴ある構成は、ウェーハ１９の
表裏面の薄膜のうち下定盤１２と接するウェーハ裏面に
薄膜を残留させて、上定盤１１と接するウェーハ表面の
薄膜を除去する工程を含み、研磨液はウェーハの材料に
対する研磨速度が薄膜に対する研磨速度よりも高く、第
１研磨布１３が親水性を有し、第２研磨布１４が撥水性
を有するところにある。

【００１３】研磨を施す前のオゾン洗浄等による洗浄や
自然酸化により生じたシリコンウェーハの酸化膜のう
ち、上定盤１１と接するウェーハ表面の酸化膜はフッ酸
系エッチング液により予め除去される。この酸化膜は、
極めて薄い酸化膜であるので、フッ酸系エッチング液で
容易に除去できる。ウェーハの材料に対する研磨速度が
薄膜に対する研磨速度よりも高い研磨液としては、研磨
砥粒濃度が１重量％以下のアルカリ性溶液が使用され
る。この研磨液は、砥粒による機械的研磨作用が殆どな
く、アルカリ性溶液による化学的研磨作用即ち、エッチ
ング作用のみを有するため、この研磨液を用いて研磨を
施してもウェーハ裏面に残留する酸化膜は殆ど研磨され
ず、酸化膜を除去して露出したウェーハ表面のみが研磨
される。

【００１４】研磨装置は、通常上定盤及び下定盤に貼り
付けた研磨布は研磨能力を持たせるために親水性とされ
ている。従って、研磨布に親水性を持たせず、逆に撥水
性とすることにより研磨時における抵抗を小さくでき
る。そこで、ウェーハ１９裏面と接触する下定盤１２に
貼付された第２研磨布１４を撥水性とし、ウェーハ表面
と接触する上定盤１１に貼付された第１研磨布１３を親
水性とすることにより、ウェーハ１９裏面に残留する酸
化膜１９ａと第２研磨布１４との間には水素結合を生じ
ることなく研磨抵抗は小さくなるため、研磨による酸化
膜１９ａの脱離や欠落等を抑制でき、ウェーハ１９表面
は親水性を有する第１研磨布１３との間に大きな研磨抵
抗が得られるため、鏡面に研磨される。従って、高精度
の平坦度を維持した一方のみが鏡面研磨されたウェーハ
を作製することができる。本発明の撥水性の研磨布は不
織布にフッ素系樹脂を含浸させた不織布やその表面をフ
ッ素系樹脂によりコーティングされた不織布、発泡ウレ
タン、スエード等が挙げられる。親水性の研磨布は樹脂
加工或いは化学薬品加工を特別に施さない不織布、発泡
ウレタン、スエード等が挙げられる。スエードとはスエ
ード皮に似せた表面仕上げを施した織物又は編物や、ポ
リエステルフェルトにポリウレタンを含浸させたシート
等を用いた基材にポリウレタンを積層し、ポリウレタン
内に発泡層を成長させ、表面部位を除去して発泡層に羽
毛状の開口部を設けたものをいう。

【００１５】なお、本実施の形態ではサンギアが組み込
まれた両面研磨装置を用いて説明したが、サンギアが組
み込まれていない両面研磨装置を用いてもよい。

【００１６】また、下定盤１２と接するウェーハ裏面に
薄膜１９ａを残留させて、上定盤１１と接するウェーハ
表面の薄膜を除去し、親水性を有する第１研磨布１３と
撥水性を有する第２研磨布１４によりウェーハを研磨し
たが、上定盤１１と接するウェーハ裏面に薄膜１９ａを
残留させて、下定盤１２と接するウェーハ表面の薄膜を
除去し、撥水性を有する第１研磨布１３と親水性を有す
る第２研磨布１４によりウェーハを研磨しても良い。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ウ
ェーハの材料に対する研磨速度が薄膜に対する研磨速度
よりも高い研磨液を供給して半導体ウェーハの表面側を
選択的に研磨することにより、薄膜が残留するウェーハ
裏面側は研磨レートが低く、研磨は殆ど進行しないのに
対して、薄膜が除去されたウェーハ表面側は研磨レート
が高く、良好な研磨が行われる。更に、第２研磨布に撥
水性を持たせることにより、この非研磨面である薄膜が
残留するウェーハ裏面との間に水素結合を生じることが
ないため、研磨時の薄膜との接触抵抗を小さくすること
ができる。従って、自然放置中又は洗浄中に生じた薄膜
でも保護膜として十分に機能し、特に酸化膜を設ける必
要がないため、成膜や除去における工程追加によるコス
トの増大を抑制でき、パーティクルの発生も抑えること
ができる。その結果、加工における安定性が向上し、高
精度の平坦度を有するウェーハを高収率で得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に用いる両面研磨装置の部分断面
図。

【図２】両面研磨装置におけるキャリアの上面説明図。

【図３】両面研磨装置におけるキャリアをセットした定
盤の上面説明図。

【符号の説明】

１０ 両面研磨装置 １１ 上定盤 １２ 下定盤 １３ 第１研磨布 １４ 第２研磨布 １６ キャリアプレート １６ａ キャリアホール １７ サンギア １８ インターナルギア １９ シリコンウェーハ ２１ 配管

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャリアプレート(16)に形成されたキャ
   リアホール(16a)内に自然放置中又は洗浄中に生じた薄
   膜を両面に有する半導体ウェーハ(19)を保持し、研磨液
   を前記ウェーハ(19)表面に供給しながら、第１研磨布(1
   3)が貼り付けられた上定盤(11)及び第２研磨布(14)が貼
   り付けられた下定盤(12)の間で、前記キャリアプレート
   (16)の表面と平行な面内で前記プレート(16)を運動させ
   て前記ウェーハ(19)を平面研磨する半導体ウェーハの研
   磨方法において、 前記ウェーハ(19)の表裏面の薄膜のうち下定盤(12)と接
   するウェーハ裏面に薄膜(19a)を残留させて、上定盤(1
   1)と接するウェーハ表面の薄膜を除去する工程を含み、 前記研磨液は前記ウェーハの材料に対する研磨速度が前
   記薄膜に対する研磨速度よりも高く、 前記第１研磨布(13)が親水性を有し、前記第２研磨布(1
   4)が撥水性を有することを特徴とする半導体ウェーハの
   研磨方法。
2. 【請求項２】 ウェーハ(19)の表裏面の薄膜のうち上定
   盤(11)と接するウェーハ裏面に薄膜(19a)を残留させ
   て、下定盤(12)と接するウェーハ表面の薄膜を除去する
   工程を含み、 前記第１研磨布(13)が撥水性を有し、前記第２研磨布(1
   4)が親水性を有する請求項１記載の研磨方法。
3. 【請求項３】 半導体ウェーハ(19)がシリコンウェーハ
   であって、薄膜(19a)が酸化膜である請求項１又は２記
   載の研磨方法。
4. 【請求項４】 研磨液は研磨砥粒濃度が１重量％以下の
   アルカリ性溶液である請求項１又は２記載の研磨方法。
5. 【請求項５】 ウェーハ(19)表面に生じた薄膜をフッ酸
   系エッチング液により除去する請求項１又は２記載の研
   磨方法。
6. 【請求項６】 撥水性の研磨布が不織布にフッ素系樹脂
   を含浸させた不織布である請求項１又は２記載の研磨方
   法。
7. 【請求項７】 撥水性の研磨布がその表面をフッ素系樹
   脂によりコーティングされた不織布、発泡ウレタン又は
   スエードである請求項１又は２記載の研磨方法。
8. 【請求項８】 親水性の研磨布が不織布、発泡ウレタン
   又はスエードである請求項１又は２記載の研磨方法。