JP2004071833A

JP2004071833A - Method for polishing both sides of semiconductor wafer

Info

Publication number: JP2004071833A
Application number: JP2002229081A
Authority: JP
Inventors: Seishi Harada; 原田　晴司; Kiyosato Nagai; 永井　清郷; Isoroku Ono; 小野　五十六; Tsutomu Kimoto; 木本　勉; Kazuya Miyazaki; 宮崎　一弥
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp; Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Sumco Corp; Disco Corp
Priority date: 2002-08-06
Filing date: 2002-08-06
Publication date: 2004-03-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for polishing both sides of a semiconductor wafer by which a wafer with high flatness can be obtained, the reduction of running cost be realized, and both front and rear sides thereof be quickly polished. <P>SOLUTION: A polishing cloth 15 for front side and a polishing cloth 14 for backside wherein polishing particles are fixed on the respective polishing work surfaces are used to polish both sides in high flatness. Furthermore, running cost can be reduced, and both sides be also quickly polished. In addition, a KOH solution of pH 10.5-13 containing no polishing particles is used as a polishing liquid. Therefore, the polishing liquid can be easily handled, and a polishing waste liquid is easy to be reused. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの両面研磨方法、詳しくは半導体ウェーハの表裏両面を、各研磨作用面に固定砥粒を含む２枚の研磨布によって研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デバイスの高集積化に伴い、シリコンウェーハの表面（デバイス形成面）に例えば０．１８μｍの設計ルールで微細な回路素子を形成するには、解像度の高いリソグラフィー技術が必要となる。パターン形成時には、ステッパの高性能化によりレンズ開口数の増大と光の短波長化が進み、焦点深度が浅くなる。そのため、ウェーハ表面に凹凸が存在すれば高い解像度が得られない。すなわち、デバイスの高集積化には、ウェーハ表面の平坦度が問題となる。
そこで、高平坦度のシリコンウェーハを得るための技術として、近年、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が開発されている。ＣＭＰ法は、スラリー中の研磨液による化学的なエッチング作用と、スラリーに含まれる研磨砥粒（遊離砥粒）および研磨布による機械的な研削作用との複合作用により、シリコンウェーハの表面を高精度、高平坦度で鏡面研磨する。
【０００３】
しかしながら、このＣＭＰ法では、研磨布上でのスラリーの供給位置に偏りがある。そのため、研磨布の全面に均一にスラリーを供給することができない。これにより、研磨量がシリコンウェーハの表面内で均一化せず、研磨にムラが発生していた。
また、研磨時に消費される研磨砥粒の量は、砥粒全体の３〜４％程度と少ない。そのため、そのほとんどは研磨に寄与することなく無駄に浪費されていた。これにより、ランニングコストが高騰していた。
ところで、使用後のスラリーは再利用することが望ましい。しかしながら、このようにスラリー中に多量の研磨砥粒が残存するため、従来の再処理法ではその処理に高いコストを要するにもかかわらず、砥粒を十分に濾過することができなかった。
【０００４】
そこで、これらの問題を解消する従来技術として、例えば特開平１１−２０４４６７号公報に記載されたものが知られている。従来法では、研磨作用面に研磨砥粒が固定された研磨布と、研磨砥粒を含まないフッ酸溶液を用い、シリコンウェーハを鏡面研磨する。
この研磨方法によれば、研磨布の研磨作用面に固定砥粒が存在するので、シリコンウェーハの研磨量がその表面内で略均一化し、高い平坦度のシリコンウェーハを製造することができる。また、従来法では、このように研磨砥粒を含まない研磨液を使用するため、ランニングコストを抑えることができる。しかも、研磨廃液中にはシリカなどの研磨砥粒がほとんど存在しない。よって、この研磨廃液は濾過して再利用できる可能性が大きい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来法による研磨は、シリコンウェーハの表面だけを鏡面研磨する技術であった。そのため、ウェーハ表裏両面を鏡面研磨する場合、または、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨する場合などには、ウェーハ表面の研磨後にシリコンウェーハを表裏反転し、それからウェーハ裏面を研磨しなければならなかった。これにより、ウェーハ表裏両面の研磨に長い時間を要し、作業効率が低下していた。
また、このように従来の研磨法では、研磨液として腐食性の高い薬品であるフッ酸溶液を使用していた。そのため、研磨液の取り扱いが難しく、使用後の研磨廃液の処理が困難であった。
【０００６】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、研磨作用面に研磨砥粒を固定した２枚の研磨布を使用し、ウェーハの表裏両面を同時に研磨するようにすれば、高平坦度なウェーハが得られるとともに、ランニングコストも安価でありながら、表裏両面を効率良く短時間で研磨することができることを知見し、この発明を完成させた。
また、研磨液として、研磨砥粒を含まないｐＨ１０．５〜ｐＨ１３のアルカリ性溶液を使用するようにすれば、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液を再利用しやすいことを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、高平坦度のウェーハが得られ、ランニングコストも安価でありながら、表裏両面を効率良く短時間で研磨することができる半導体ウェーハの両面研磨方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液を再利用しやすい半導体ウェーハの両面研磨方法を提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨することができる半導体ウェーハの両面研磨方法を提供することを、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハの表裏両面に、研磨作用面に研磨砥粒が固定された研磨布をそれぞれ押し付け、両研磨作用面に研磨液をそれぞれ供給しながら、前記半導体ウェーハと両研磨布との相対運動により、この半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法である。
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハなどを採用することができる。
研磨後の半導体ウェーハの表面と裏面とは、同じ平坦度でもよいし、異なる平坦度でもよい。
【０００９】
研磨布の種類は限定されない。例えば、ポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させた多孔性の不織布タイプでもよい。また、発泡したウレタンのブロックをスライスした発泡性ウレタンタイプでもよい。さらに、ポリエステルフェルトにポリウレタンが含浸された基材の表面に発泡ポリウレタンを積層し、このポリウレタンの表層部分を除去して発泡層に開口部を形成したスエードタイプでもよい。
好ましい研磨布としては、多官能イソシアネートおよび多官能ポリオールを主原料とし、これに発泡倍率１．１〜５倍となるように発泡剤を所定量だけ添加して攪拌混合後、平均粒径５０μｍ以下の研磨砥粒を所定量添加することで、表面硬さがＪＩＳ　Ｋ　６２５３−１９９７／ＩＳＯ　７６１９により規定されたショアＤ硬度で２０〜８５とした研磨布などが挙げられる。
発泡剤としては、水、カルボン酸などを採用することができる。
【００１０】
研磨布に固定される研磨砥粒の素材としては、例えばダイヤモンド、シリカ（二酸化珪素）、炭化珪素、アルミナ（酸化アルミニウム）、セリア（酸化セリウム）、ジルコニア、酸化マンガン、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、酸化マグネシウムおよびアルミナ−シリカの何れかを採用することができる。また、これらの２種類以上を所定の配合比で混合してもよい。例えば、シリカとアルミナとセリアの混合物、シリカとセリアの混合物などが挙げられる。ただし、シリカのうちでも単結晶シリカを使用した方が、研磨レートが増大して好ましい。
研磨砥粒の形状は限定されない。例えば球形でも、不定形でもよい。研磨砥粒の粒径も限定されない。
また、研磨砥粒の好ましい平均粒径は０．５〜４μｍである。５０μｍを超えると研磨布の研磨作用面に傷（スクラッチ）が発生しやすい。
研磨砥粒が固定されるのは、少なくとも２枚の研磨布の各研磨作用面である。もちろん、それ以外の面に研磨砥粒を固定してもよい。
【００１１】
表面研磨用の研磨布への研磨砥粒の混入量は限定されない。ただし、体積比で研磨布１００に対して研磨砥粒５〜７０、特に３０〜６０が好ましい。
体積比で５未満では、研磨レートが低下するおそれがある。また、７０を超えると傷が多発するおそれがある。
裏面研磨用の研磨布への研磨砥粒の混入量も限定されない。ただし、体積比で研磨布１００に対して研磨砥粒０．０００５〜７、特に０．００１〜１が好ましい。
体積比で０．０００５未満では、研磨レートが安定しない。また、７を超えると研磨レートが大きすぎる。
【００１２】
研磨砥粒を、各研磨布の研磨作用面に固定する方法は限定されない。液状の合成樹脂（例えば発泡ポリウレタン）中に所定量の研磨砥粒を混入する方法などを採用することができる。液状の合成樹脂に研磨砥粒を混入する方法では、微細な研磨砥粒を、研磨布の研磨作用面に確実に固定することができる。ウェーハ表面研磨用の研磨布と、ウェーハ裏面研磨用の研磨布とで、この研磨砥粒を研磨布の研磨作用面に固定する方法を異ならせてもよい。
好ましいショアＤ硬度は４０〜７０である。ショアＤ硬度が２０未満ではウェーハ表面の平坦度が低下し、８５を超えるとスクラッチが発生しやすくなる。このショアＤ硬度に保つため、研磨布の素材の発泡倍率は１．１〜５倍となっている。
表面研磨用の研磨布と半導体ウェーハとの相対的な回転速度と、裏面研磨用の研磨布と半導体ウェーハとの相対的な回転速度とは、同じ速度でもよいし、異なる速度でもよい。また、両研磨布だけを回転させてもよいし、半導体ウェーハだけを回転させてもよい。さらには、両研磨布と半導体ウェーハとの双方を回転させてもよい。このように回転する部材の回転方向は任意である。
【００１３】
半導体ウェーハの研磨時には、研磨砥粒（遊離砥粒）を含む研磨液を供給しながら研磨してもよい。または、研磨砥粒を含まない研磨液（アルカリ性溶液など）を供給しながら研磨してもよい。ただし、研磨砥粒を含まない研磨液の方が、この発明の効果（廃液処理の容易性など）が顕著となる。研磨砥粒を含む研磨液の使用時には、できるだけ研磨砥粒の含有量は少ない方が好ましい。
半導体ウェーハの表裏両面を同時研磨する両面研磨装置としては、例えば、互いに平行な上定盤と下定盤との間に、小径なサンギヤと大径なインターナルギヤとを同一軸線で配置し、半導体ウェーハを保持するウェーハ保持孔が形成されたキャリアプレートの外ギヤを、サンギヤとインターナルギヤとに噛合させた遊星歯車タイプの両面研磨装置を採用することができる。
【００１４】
その他、キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に半導体ウェーハを保持し、研磨液を供給しながら、表面研磨用の研磨布が貼着された上定盤と、裏面研磨用の研磨布が貼着された下定盤との間で、キャリアプレートの表面と平行な面内でキャリアプレートに自転を伴わない円運動をさせる両面研磨装置を採用してもよい。この両面研磨装置は、サンギヤが組み込まれていない無サンギヤ式の装置である。
両面研磨装置は、半導体ウェーハを１枚ずつ研磨する枚葉式、または、複数枚の半導体ウェーハを同時に研磨するバッチ式でもよい。
表面研磨用の研磨布の半導体ウェーハに対する研磨圧力、および、裏面研磨用の研磨布の半導体ウェーハに対する研磨圧力はそれぞれ限定されない。例えば、１５０〜２５０ｇ／ｃｍ^２である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記研磨液は、研磨砥粒を含まないｐＨ１０．５〜ｐＨ１３のアルカリ性溶液である請求項１に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。
研磨砥粒を含まないアルカリ性溶液の種類は限定されない。例えばＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ_４ＯＨなどを採用することができる。その他にも、例えば純水に対して、アミノエチルエタノールアミンと、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）とからなる混合液を作製後、その混合液について水酸化カリウム溶液を使用してｐＨ値を調整したものなどを採用することができる。特に、ＫＯＨ、ＮａＯＨにより調整されたアルカリ性溶液は、中和装置を用いることにより簡便に研磨廃液を処理することができる。
研磨液の好ましいｐＨは１１．５〜１２．５である。ｐＨ１０．５未満では研磨レートが小さすぎる。また、ｐＨ１３を超えると研磨レートが得られないばかりか、表面がエッチングされて粗度が低下する。
アルカリ性溶液の研磨液の供給量は、装置の大きさにより異なるが、標準的な装置においては２００〜２０００ｍｌ／分、好ましくは５００〜１０００ｍｌ／分である。２００ｍｌ／分未満ではウェーハに対して有害な傷を発生し易くなる。２０００ｍｌ／分を超えると研磨レートが低下する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に前記半導体ウェーハを保持し、前記研磨液を供給しながら、前記表面研磨用の研磨布が貼着された上定盤および前記裏面研磨用の研磨布が貼着された下定盤の間で、前記キャリアプレートの表面と平行な面内でこのキャリアプレートに自転を伴わない円運動をさせる請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。
ここでいう自転を伴わない円運動とは、キャリアプレートが上定盤および下定盤の軸線から所定距離だけ偏心した状態を常に保持して旋回するような円運動である。この円運動によって、キャリアプレート上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描くことになる。
このような無サンギヤ式の両面研磨装置は、遊星歯車式のもののようにサンギヤが存在しないので、例えば３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハ用として適している。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記半導体ウェーハの表面の研磨レートを、前記半導体ウェーハの裏面の研磨レートにより除した値が、３〜１００である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。半導体ウェーハの表面の研磨レートを、半導体ウェーハの裏面の研磨レートにより除した好ましい値は３〜１００である。この値が３未満では、裏面光沢度が高くなってしまう。また、この値が１００を超えると裏面が研磨されない。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、前記裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した値が、１０〜１００００である請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。
表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した好ましい値は１００〜１０００である。この値が１０未満では研磨レートが安定しない。また、この値が１００００を超えると研磨レートが大きすぎる。
【００１９】
【作用】
この発明によれば、研磨液を供給しながら、表面研磨用の研磨布および裏面研磨用の研磨布と、半導体ウェーハとをそれぞれ相対的に回転させ、これらの研磨布を半導体ウェーハの表裏両面に所定の研磨圧力で押圧して研磨する。両研磨布には、あらかじめ研磨砥粒が固定されている。そのため、半導体ウェーハの研磨面の全域を均一な研磨量で研磨することができる。その結果、平坦度が高い半導体ウェーハを得ることができる。しかも、研磨時に使用される研磨液は、従来の研磨液より研磨砥粒が少ないもの、または、研磨砥粒が全く含まれていないものである。そのため、研磨中に消費される研磨液に起因したランニングコストを低減させることができる。さらには、従来法のように、研磨途中でウェーハを表裏反転させず、これらの表裏両面を同時に研磨することができるため、この半導体ウェーハの表裏両面を効率良く短時間で研磨することができる。
【００２０】
特に、請求項２の発明によれば、研磨液が研磨砥粒を含まないアルカリ性溶液となるので、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液を再利用しやすい。
【００２１】
また、請求項３の発明によれば、無サンギヤ式の両面研磨装置を利用し、キャリアプレートに自転をともなわない円運動をさせてウェーハ表裏両面を研磨するので、ウェーハ表裏両面の略全域において、高い平坦度で均一に研磨を行うことができる。しかも、その研磨は、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ裏面が梨地面となる研磨である。これにより、片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。
【００２２】
さらに、請求項４の発明によれば、ウェーハ表面の研磨レートをウェーハ裏面の研磨レートで除した値を、３〜１００としたので、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨した半導体ウェーハが簡単に得られる。
【００２３】
さらにまた、請求項５の発明によれば、表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した値を、１０〜１００００としたので、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨した半導体ウェーハが簡単に得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１〜図６はこの発明の一実施例を説明する図である。一実施例では、シリコンウェーハの表面を鏡面とし、その裏面を梨地面とする両面研磨を例に説明する。
図１，図２において、１０は一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法が適用される両面研磨装置（以下、両面研磨装置という）である。この両面研磨装置１０は、５個のウェーハ保持孔１１ａがプレート軸線回りに（円周方向に）７２度ごとに穿設された平面視して円板形状のガラスエポキシ製のキャリアプレート１１と、それぞれのウェーハ保持孔１１ａに旋回自在に挿入されて保持された直径３００ｍｍのシリコンウェーハＷを、上下から挟み込むとともに、シリコンウェーハＷに対して相対的に移動させることでウェーハ面を研磨する上定盤１２および下定盤１３とを備えている。キャリアプレート１１の厚さ（６００μｍ）は、シリコンウェーハＷの厚さ（７３０μｍ）よりも若干薄い。
【００２５】
上定盤１２の下面には、ウェーハ裏面を粗研磨して梨地面とする裏面用の研磨布１４が貼着されている。また、下定盤１３の上面には、ウェーハ表面を鏡面化するための表面用の研磨布１５が貼着されている。研磨布１４は、厚さ９ｍｍの発泡ウレタン製で、研磨作用面に所定量の研磨砥粒が固定されている。研磨布１４には、平均粒径４μｍのＳｉＯ_２製の研磨砥粒が、０．５重量％含まれている。研磨布１５には、平均粒径４μｍのＳｉＯ_２製の研磨砥粒が、５０重量％含まれている。研磨布１４の硬度はショアＤ硬度で５５、研磨布１５の硬度はショアＤ硬度で６５である。
研磨布１５の砥粒密度（０．４５ｇ／ｃｍ^３）を、研磨布１４の砥粒密度（０．００４５ｇ／ｃｍ^３）により除した値は１００に設定されている。このように、研磨布１４，１５の砥粒密度を設定したので、ウェーハ表面を鏡面仕上げし、ウェーハ裏面を梨地面としたシリコンウェーハＷを簡単に作製することができる。
【００２６】
図１および図２に示すように、上定盤１２は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転駆動される。また、この上定盤１２は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。この昇降装置１８は、シリコンウェーハＷをキャリアプレート１１に給排する際などに使用される。なお、上定盤１２および下定盤１３のシリコンウェーハＷの表裏両面に対する押圧は、上定盤１２および下定盤１３に組み込まれた図示しないエアバック方式などの加圧手段により行われる。
下定盤１３は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転させられる。このキャリアプレート１１は、そのプレート１１自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１の面と平行な面（水平面）内で円運動する。次に、図１，図２，図４，図５および図６を参照して、このキャリア円運動機構１９を詳細に説明する。
【００２７】
これらの図に示すように、このキャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。これらの部材１１，２０は、連結構造２１を介して連結されている。ここでいう連結構造２１とは、キャリアプレート１１を、そのキャリアプレート１１が自転せず、しかもこのプレート１１の熱膨張時の伸びを吸収できるようにキャリアホルダ２０に連結させる手段である。
すなわち、この連結構造２１は、図５に示すように、キャリアホルダ２０の内周フランジ２０ａに、ホルダ周方向へ所定角度ごとに突設された多数本のピン２３と、各対応するピン２３を、キャリアプレート１１の外周部に各ピン２３と対応する位置に対応する数だけ穿設された長孔形状のピン孔１１ｂとを有している。
【００２８】
これらのピン孔１１ｂは、ピン２３を介してキャリアホルダ２０に連結されたキャリアプレート１１が、その半径方向へ若干移動できるように、その孔長さ方向をプレート半径方向と合致させている。それぞれのピン孔１１ｂにピン２３を遊挿させてキャリアプレート１１をキャリアホルダ２０に装着することで、両面研磨時のキャリアプレート１１の熱膨張による伸びが吸収される。なお、各ピン２３の元部は、この部分の外周面に刻設された外ねじを介して、上記内周フランジ２０ａに形成されたねじ孔にねじ込まれている。また、各ピン２３の元部の外ねじの直上部には、キャリアプレート１１が載置されるフランジ２３ａが周設されている。したがって、ピン２３のねじ込み量を調整することで、フランジ２３に載置されたキャリアプレート１１の高さ位置が調整可能となる。
【００２９】
このキャリアホルダ２０の外周部には、９０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。そして、各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。なお、このタイミングチェーン２７をギヤ構造の動力伝達系に変更してもよい。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる同期手段を構成している。
【００３０】
また、これらの４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されている。このギヤ２８は、例えばギヤドモータなどの円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。なお、このようにタイミングチェーン２７により同期させなくても、例えば４個の偏心アーム２４のそれぞれに円運動用モータ２９を配設させて、各偏心アーム２４を個別に回転させてもよい。ただし、各モータ２９の回転は同期させる必要がある。
【００３１】
したがって、円運動用モータ２９の出力軸を回転させると、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達され、このタイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期し、回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、それぞれの偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１が、このプレート１１に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キャリアプレート１１は上定盤１２および下定盤１３の軸線ａから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離に等しい。このような自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く。
また、図６にはこの両面研磨装置１０における研磨液供給孔の位置を示す。例えば上定盤１２に形成される複数の研磨液供給孔は、これらシリコンウェーハＷの中心位置に配置されている。すなわち、研磨液供給孔（ＳＬ）は、上定盤１２の中心部、すなわちキャリアプレート１１の中心部に位置している。研磨液としては、ｐＨ１２．５のＫＯＨ溶液が採用されている。このように、研磨砥粒を含まないアルカリ性溶液の研磨液を採用したので、研磨液の取り扱いが容易になり、研磨廃液を再利用しやすい。
【００３２】
次に、この両面研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
まず、図１および図２に示すように、キャリアプレート１１の各ウェーハ保持孔１１ａにそれぞれ旋回自在にシリコンウェーハＷを挿入する。このとき、各ウェーハ裏面は上向きとする。次いで、この状態のまま、各ウェーハ裏面に裏面用研磨布１４を２００ｇ／ｃｍ^２で押し付けるとともに、各ウェーハ表面に表面用研磨布１５を２００ｇ／ｃｍ^２で押し付ける。
その後、これらのパッド１４，１５をウェーハ表裏両面に押し付けたまま、上定盤１２側から研磨液を１０００〜２０００ｍｌ／分で供給しながら、円運動用モータ２９によりタイミングチェーン２７を周転させる。これにより、各偏心アーム２４が水平面内で同期回転し、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０およびキャリアプレート１１が、このプレート１１表面に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を２４ｒｐｍで行う。その結果、各シリコンウェーハＷは、対応するウェーハ保持孔１１ａ内において水平面内で旋回しながら、それぞれのウェーハ表裏両面が両面研磨される（図２および図３）。
【００３３】
このとき、研磨布１５によるウェーハ表面の研磨レートは０．３μｍ／分である。研磨布１４によるウェーハ裏面の研磨レートは０．０５μｍ／分である。したがって、ウェーハ表面の研磨レートをウェーハ裏面の研磨レートにより除した値は６に設定されている。このように、研磨布１４，１５による研磨レートを設定したので、ウェーハ表面を鏡面仕上げし、ウェーハ裏面を梨地面としたシリコンウェーハＷを簡単に作製することができる。
また、ここでは、両面研磨時に、キャリアプレート１１を、このプレート１１の自転をともなわない円運動をさせてウェーハ表裏両面を研磨する。このようなキャリアプレート１１の特殊な運動によりシリコンウェーハＷを両面研磨するようにしたので、ウェーハ表裏両面の略全域において均一に研磨を行うことができる。これにより、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ裏面が梨地面であるシリコンウェーハＷを、さらに容易に作製することができる。
無サンギヤ式の両面研磨装置１０に組み込まれた２枚の研磨布１４，１５に、固定砥粒式の研磨布を採用したので、ウェーハ表面の平坦度（ＳＢＩＲ）は、０．２０μｍ以下となり、ナノトポグラフィも１０ｍｍ角で５０ｎｍ以下となって、従来にない高い平坦度ウェーハが得られた。ナノトポグラフィとは、ウェーハ製造時のエッチング工程で発生した気泡によってウェーハ表裏両面に生じる周期２０ｍｍ程度、高さ数十ｎｍ程度のうねりである。無サンギヤ式の従来の両面研磨装置による固定砥粒を含まない研磨布とスラリーとによる研磨時のウェーハ平坦度は、ＳＢＩＲ０．２μｍ程度、ナノトポグラフィ４０ｎｍ程度であった。
【００３４】
一実施例の両面研磨装置１０は、キャリアプレート１１を円運動させなくても、上側回転モータ１６により上定盤１２を５ｒｐｍで回転させるとともに、下側回転モータ１７により下定盤１３を２５ｒｐｍで回転させるだけで、各シリコンウェーハＷを両面研磨することもできる。
この場合、各シリコンウェーハＷがウェーハ保持孔１１ａの中で旋回自在に挿入・保持されているので、この研磨中、各シリコンウェーハＷは回転速度が速い側の定盤の回転方向へ連れ回り（自転）する。このようにシリコンウェーハＷを自転させることで、上定盤１２および下定盤１３による研磨ではウェーハ外周へ向かうほど周速度が大きくなるという影響をなくすことができる。その結果、ウェーハ表裏両面のそれぞれの面全域をさらに均一に研磨することができる。
【００３５】
そして、このキャリアプレート１１を円運動させながら、上定盤１２および下定盤１３を回転させて、シリコンウェーハＷを両面研磨してもよい。この場合、上定盤１２および下定盤１３の回転速度は、ウェーハ表裏両面に研磨ムラが発生しない程度に遅くした方が好ましい。このようにすれば、シリコンウェーハＷの表裏両面をその各面の全域において均一に研磨することができる。なお、上定盤１２および下定盤１３を回転させれば、シリコンウェーハＷに接触する定盤面を常に新しくさせて、スラリーをシリコンウェーハＷの全面に平均的に供給することができるために好ましい。
【００３６】
このように、研磨作用面に研磨砥粒を固定した研磨布１４，１５を用いて、シリコンウェーハＷの表裏両面を同時に研磨するようにしたので、シリコンウェーハＷの研磨面の全域を均一な研磨量で研磨することができる。その結果、平坦度が高いシリコンウェーハＷを得ることができる。しかも、研磨時に使用される研磨液は、研磨砥粒が全く含まれていない。そのため、研磨中に消費される研磨液に起因したランニングコストを低減させることができる。さらには、従来法のように、研磨途中でウェーハを表裏反転させず、これらの表裏両面を同時に研磨することができる。そのため、このシリコンウェーハＷの表裏両面を効率良く短時間で研磨することができる。また、ウェーハ裏面が研磨されているので、ウェーハ裏面に傷、ダメージが少ない。そのため、後工程でのピンチャックによるウェーハ保持時に、異常を起こしにくい。
【００３７】
ここで、実際に、従来法および本発明法により研磨布を作製し、それぞれをウェーハ表面だけを研磨する研磨装置の研磨定盤の上面に貼着し、シリコンウェーハを表面研磨したときの試験結果を報告する。表１には、各研磨布の組成および物性を示す。
【００３８】
【表１】

【００３９】
表１中、ポリオールＡは、分子量２５０〜６００で官能基数２〜３のポリエーテルポリオール（三洋化成社製、商品名：サンニックス）、そしてポリオールＢは、分子量１０００〜５０００で官能基数２〜３のポリエーテルポリオール（三洋化成社製、商品名：サンニックス）の中から適宜選択される。
これらのポリオールＡ，Ｂの他に、イソシアネートＮＣＯ基含有量３１％のイソシアネート（ダウ・ポリウレタン社製、商品名ＰＡＰＩ＊１３５）、水、アミン系触媒（東ソー社製、商品名ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ）、シリコーン整泡剤（日本ユニカー社製、商品名：Ｌ−５３０９）、および、研磨砥粒を所定割合で配合し、液状混合物を調整した。
【００４０】
研磨砥粒としては、シリカ（日本触媒社製：シーホスター、龍森社製：クリスタライト、扶桑化学工業社製：ＳＰ、関東化学社製試薬を分粒して使用）、アルミナ（フジミインコーポレーテッド社製：ＦＯ）、炭化珪素（フジミインコーポレーテッド社製：ＦＯ）、ジルコニア（第一稀元素科学社製：ＥＰ酸化ジルコニウム）、セリア（第一稀元素科学社製：高純度酸化セリウム）、酸化マグネシウム（神島化学工業社製：スターマグ）、炭酸カルシウム（日東粉化工業社製：ＮＳ）、アルミナ−シリカ系（日東粉化工業社製：ゼオライトＳＰ）の中から任意に選択して使用した。
次に、得られた液状混合物を金型に注入し、２０〜３０℃の室温で２４時間放置することで発泡硬化させ、これにより研磨砥粒が固定された表面研磨用の研磨布と、裏面研磨用の研磨布とをそれぞれ作製した。研磨布の硬度は、ＪＩＳ　Ｋ６２５３−１９９７／ＩＳＯ　７６１９により規定されたショアＤ硬度計により測定した。発泡倍率は、未発泡の硬化物の密度Ｄ１と研磨布の密度Ｄ２とから、Ｄ１／Ｄ２とした。
【００４１】
こうして作製された研磨布を、研磨装置の研磨定盤の上面に貼着し、研磨布の研磨作用面を、ダイヤモンドが電着された修正リングにより削って修正し、厚さ９ｍｍとし、研磨布の発泡構造を研磨作用面に露出させた。
それから、下面に８インチ用のシリコンウェーハが貼着された研磨ヘッドを２０ｒｐｍで回転させ、それを５ｒｐｍで回転中の研磨定盤に向かって下降し、シリコンウェーハを研磨布の研磨作用面に２００ｇ／ｃｍ^２で押し付けて研磨した。そのときの研磨レートを表２に示す。研磨レートは、シリコンウェーハの重量変化より厚さの変化を測定して算出した。
【００４２】
【表２】

【００４３】
表２から明らかなように、研磨布に研磨砥粒を固定させた試験例１〜３では、いずれも研磨砥粒の含有量に応じた良好な研磨レートが得られた。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、研磨作用面に研磨砥粒を固定して２枚の研磨布を作製し、これらの固定砥粒を含む研磨布により半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨するようにしたので、高平坦度のウェーハが得られ、ランニングコストも安価でありながら、表裏両面を効率良く短時間で研磨することができる。
【００４５】
特に、請求項２の発明によれば、研磨液が研磨砥粒を含まないアルカリ性溶液であるので、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液を再利用しやすい。
【００４６】
また、請求項３の発明によれば、無サンギヤ式の両面研磨装置によりウェーハ表裏両面を同時に研磨すると、ウェーハ表裏両面の略全域を高い平坦度で均一に研磨することができる。しかも、このときの研磨は、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ裏面が梨地面となる研磨である。これにより、片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。
【００４７】
さらに、請求項４の発明によれば、ウェーハ表面の研磨レートをウェーハ裏面の研磨レートにより除した値を３〜１００として研磨したので、ウェーハ表面が鏡面で、ウェーハ裏面が粗研磨された片面鏡面ウェーハが簡単に得られる。
【００４８】
さらにまた、請求項５の発明によれば、表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した値を、１０〜１００００としたので、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨した半導体ウェーハが簡単に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法が適用されたウェーハ両面研磨装置の全体斜視図である。
【図２】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法が適用されたウェーハ両面研磨装置の使用中の縦断面図である。
【図３】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法におけるウェーハ研磨中の状態を示す断面図である。
【図４】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法が適用されたウェーハ両面研磨装置の概略平面図である。
【図５】この発明の一実施例に係るキャリアプレートに運動力を伝達する運動力伝達構造を示す要部拡大断面図である。
【図６】この発明の一実施例に係る研磨液供給孔の位置を示す断面図および平面図である。
【符号の説明】
１０　両面研磨装置、
１１　キャリアプレート、
１１ａ　ウェーハ保持孔、
１２　上定盤、
１３　下定盤、
１４　裏面研磨用の研磨布、
１５　表面研磨用の研磨布、
Ｗ　シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for polishing both surfaces of a semiconductor wafer, and more particularly to a method for polishing both surfaces of a semiconductor wafer using two polishing cloths containing fixed abrasive grains on each polishing surface.
[0002]
[Prior art]
With high integration of devices, lithography technology with high resolution is required to form fine circuit elements on the surface (device formation surface) of a silicon wafer with a design rule of, for example, 0.18 μm. At the time of pattern formation, an increase in the numerical aperture of the lens and a reduction in the wavelength of light progress due to the high performance of the stepper, and the depth of focus becomes shallow. Therefore, if the wafer surface has irregularities, high resolution cannot be obtained. In other words, the flatness of the wafer surface poses a problem for high integration of devices.
Then, as a technique for obtaining a silicon wafer with high flatness, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method has recently been developed. The CMP method raises the surface of a silicon wafer by a combined effect of a chemical etching effect of a polishing liquid in a slurry, a mechanical action of a polishing abrasive (free abrasive) contained in the slurry, and a polishing cloth. Mirror polishing with high precision and high flatness.
[0003]
However, in this CMP method, there is a bias in the slurry supply position on the polishing cloth. Therefore, the slurry cannot be uniformly supplied to the entire surface of the polishing cloth. As a result, the polishing amount did not become uniform on the surface of the silicon wafer, and the polishing was uneven.
Further, the amount of the abrasive grains consumed during polishing is as small as about 3 to 4% of the entire abrasive grains. Therefore, most of them have been wasted without contributing to polishing. As a result, the running cost has risen.
Incidentally, it is desirable to reuse the used slurry. However, since a large amount of abrasive grains remain in the slurry as described above, the conventional reprocessing method cannot sufficiently filter the abrasive grains despite the high cost of the processing.
[0004]
Therefore, as a conventional technique for solving these problems, for example, a technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-204467 is known. In the conventional method, a silicon wafer is mirror-polished using a polishing cloth in which polishing abrasive grains are fixed on a polishing surface and a hydrofluoric acid solution containing no polishing abrasive grains.
According to this polishing method, since the fixed abrasive grains are present on the polishing surface of the polishing cloth, the polishing amount of the silicon wafer is made substantially uniform within the surface, and a silicon wafer with high flatness can be manufactured. In addition, in the conventional method, since the polishing liquid containing no abrasive grains is used, the running cost can be reduced. Moreover, polishing abrasive grains such as silica hardly exist in the polishing waste liquid. Therefore, there is a high possibility that this polishing waste liquid can be filtered and reused.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, the polishing by the conventional method is a technique for mirror-polishing only the surface of a silicon wafer. Therefore, when the front and back surfaces of the wafer are mirror-polished, or when the wafer surface is mirror-polished and the back surface of the wafer is roughly polished, the silicon wafer must be turned upside down after polishing the wafer surface, and then the back surface of the wafer must be polished. I had to. As a result, it takes a long time to polish both the front and back surfaces of the wafer, and the working efficiency is reduced.
As described above, in the conventional polishing method, a hydrofluoric acid solution which is a highly corrosive chemical is used as a polishing liquid. Therefore, it was difficult to handle the polishing liquid, and it was difficult to treat the polishing waste liquid after use.
[0006]
Therefore, as a result of earnest research, the inventor has obtained a highly flat wafer by simultaneously polishing both front and back surfaces of two wafers by using two polishing cloths having abrasive grains fixed on the polishing surface. It has been found that both the front and back surfaces can be polished efficiently and in a short time while the running cost is low, and the present invention has been completed.
Further, the present inventors have found that the use of an alkaline solution having a pH of 10.5 to pH 13 containing no abrasive grains as the polishing liquid makes it easy to handle the polishing liquid and to reuse the polishing waste liquid. Was completed.
[0007]
[Object of the invention]
An object of the present invention is to provide a method for polishing both surfaces of a semiconductor wafer, which can efficiently polish both front and back surfaces in a short time while obtaining a wafer with high flatness and running cost is low. .
Another object of the present invention is to provide a method for polishing both surfaces of a semiconductor wafer, in which the polishing liquid can be easily handled and the polishing waste liquid can be easily reused.
A further object of the present invention is to provide a method for double-sided polishing of a semiconductor wafer capable of mirror polishing the front surface of a wafer and rough polishing the back surface of the wafer.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, the semiconductor wafer is pressed against the front and back surfaces of the semiconductor wafer, respectively, a polishing cloth having abrasive grains fixed to the polishing surface, while supplying a polishing liquid to both polishing surfaces, the semiconductor wafer and This is a double-side polishing method for a semiconductor wafer in which the front and rear surfaces of the semiconductor wafer are simultaneously polished by relative movement with respect to both polishing cloths.
As the semiconductor wafer, for example, a silicon wafer, a gallium arsenide wafer, or the like can be employed.
The front and back surfaces of the polished semiconductor wafer may have the same flatness or different flatnesses.
[0009]
The type of polishing cloth is not limited. For example, a porous nonwoven fabric type obtained by impregnating polyurethane into polyester felt may be used. Further, a foamable urethane type obtained by slicing a foamed urethane block may be used. Further, a suede type in which foamed polyurethane is laminated on the surface of a substrate in which polyester felt is impregnated with polyurethane, and a surface layer portion of the polyurethane is removed to form an opening in the foamed layer may be used.
As a preferred polishing cloth, a polyfunctional isocyanate and a polyfunctional polyol are used as main raw materials, and a foaming agent is added thereto in a predetermined amount so as to have a foaming ratio of 1.1 to 5 times. And a polishing cloth having a surface hardness of 20 to 85 with a Shore D hardness specified by JIS K 6253-1997 / ISO 7619 by adding a predetermined amount of the abrasive grains.
Water, carboxylic acid and the like can be used as the foaming agent.
[0010]
Examples of the material of the abrasive grains fixed to the polishing cloth include diamond, silica (silicon dioxide), silicon carbide, alumina (aluminum oxide), ceria (cerium oxide), zirconia, manganese oxide, calcium carbonate, barium carbonate, and oxide. Either magnesium or alumina-silica can be employed. Further, two or more of these may be mixed at a predetermined compounding ratio. For example, a mixture of silica, alumina, and ceria, a mixture of silica and ceria, and the like can be given. However, it is preferable to use single crystal silica among the silicas because the polishing rate increases.
The shape of the abrasive grains is not limited. For example, it may be spherical or irregular. The particle size of the abrasive grains is not limited.
The preferred average particle size of the abrasive grains is 0.5 to 4 μm. If it exceeds 50 μm, scratches are likely to occur on the polishing surface of the polishing cloth.
The abrasive grains are fixed on each polishing surface of at least two polishing cloths. Of course, abrasive grains may be fixed to other surfaces.
[0011]
The mixing amount of the abrasive grains in the polishing cloth for surface polishing is not limited. However, abrasive grains 5 to 70, particularly 30 to 60, are preferable for the polishing pad 100 in volume ratio.
If the volume ratio is less than 5, the polishing rate may decrease. Further, if it exceeds 70, there is a possibility that scratches may occur frequently.
The amount of the abrasive grains mixed into the polishing cloth for backside polishing is not limited. However, in terms of volume ratio, the abrasive grains are preferably 0.0005 to 7, particularly preferably 0.001 to 1, with respect to the polishing pad 100.
If the volume ratio is less than 0.0005, the polishing rate will not be stable. If it exceeds 7, the polishing rate is too high.
[0012]
The method for fixing the abrasive grains to the polishing surface of each polishing cloth is not limited. A method of mixing a predetermined amount of abrasive grains into a liquid synthetic resin (for example, foamed polyurethane) or the like can be adopted. In the method in which the abrasive grains are mixed into the liquid synthetic resin, the fine abrasive grains can be reliably fixed to the polishing surface of the polishing cloth. The method for fixing the abrasive grains to the polishing surface of the polishing cloth may be different between the polishing cloth for polishing the wafer front surface and the polishing cloth for polishing the back surface of the wafer.
Preferred Shore D hardness is 40-70. If the Shore D hardness is less than 20, the flatness of the wafer surface decreases, and if it exceeds 85, scratches are likely to occur. In order to maintain this Shore D hardness, the foaming ratio of the polishing cloth material is 1.1 to 5 times.
The relative rotation speed between the polishing cloth for front surface polishing and the semiconductor wafer and the relative rotation speed between the polishing cloth for back surface polishing and the semiconductor wafer may be the same or different. Further, only both polishing cloths may be rotated, or only the semiconductor wafer may be rotated. Further, both the polishing cloths and the semiconductor wafer may be rotated. The direction of rotation of the member that rotates in this manner is arbitrary.
[0013]
When polishing a semiconductor wafer, polishing may be performed while supplying a polishing liquid containing polishing abrasive grains (free abrasive grains). Alternatively, polishing may be performed while supplying a polishing liquid (such as an alkaline solution) containing no abrasive grains. However, the effect of the present invention (e.g., ease of waste liquid treatment) is more remarkable in a polishing liquid containing no abrasive grains. When using a polishing liquid containing abrasive grains, it is preferable that the content of the abrasive grains is as small as possible.
As a double-side polishing apparatus for simultaneously polishing the front and rear surfaces of a semiconductor wafer, for example, between an upper surface plate and a lower surface plate parallel to each other, a small-diameter sun gear and a large-diameter internal gear are arranged on the same axis, A planetary gear type double-side polishing apparatus in which an outer gear of a carrier plate having a wafer holding hole for holding a wafer is meshed with a sun gear and an internal gear can be employed.
[0014]
In addition, while holding the semiconductor wafer in the wafer holding hole formed in the carrier plate and supplying the polishing liquid, the upper surface plate on which the polishing cloth for surface polishing is bonded, and the polishing cloth for back polishing are bonded. A double-side polishing apparatus may be employed in which the carrier plate makes a circular motion without rotation in a plane parallel to the surface of the carrier plate between the lower platen and the carrier. This double-side polishing apparatus is a non-sun gear type apparatus in which a sun gear is not incorporated.
The double-side polishing apparatus may be a single wafer type for polishing semiconductor wafers one by one, or a batch type for polishing a plurality of semiconductor wafers simultaneously.
The polishing pressure of the polishing cloth for the front surface polishing on the semiconductor wafer and the polishing pressure of the polishing cloth for the back surface polishing on the semiconductor wafer are not limited. For example, 150 to 250 g / cm ² It is.
[0015]
The invention according to claim 2 is the double-side polishing method for a semiconductor wafer according to claim 1, wherein the polishing liquid is an alkaline solution containing no abrasive grains and having a pH of 10.5 to pH13.
The type of the alkaline solution containing no abrasive grains is not limited. For example, KOH, NaOH, NH ₄ OH or the like can be adopted. In addition, for example, after preparing a mixed solution of aminoethylethanolamine and diethylenetriaminepentaacetic acid (DTPA) in pure water, the pH of the mixed solution is adjusted using a potassium hydroxide solution. Etc. can be adopted. In particular, an alkaline solution adjusted with KOH or NaOH can easily treat a polishing waste liquid by using a neutralization device.
The preferred pH of the polishing liquid is 11.5-12.5. If the pH is less than 10.5, the polishing rate is too small. If the pH exceeds 13, not only the polishing rate cannot be obtained, but also the surface is etched and the roughness decreases.
The supply amount of the polishing solution of the alkaline solution depends on the size of the apparatus, but is 200 to 2000 ml / min, preferably 500 to 1000 ml / min in a standard apparatus. At less than 200 ml / min, harmful scratches on the wafer tend to occur. If it exceeds 2000 ml / min, the polishing rate will decrease.
[0016]
The invention according to claim 3, wherein the upper surface plate to which the polishing cloth for surface polishing is attached while holding the semiconductor wafer in a wafer holding hole formed in a carrier plate and supplying the polishing liquid. The method according to claim 1 or 2, wherein the carrier plate is caused to make a circular motion without rotation in a plane parallel to the surface of the carrier plate between the lower surface plate to which the polishing cloth for back surface polishing is adhered. A double-side polishing method for a semiconductor wafer as described above.
Here, the circular motion without rotation is a circular motion in which the carrier plate rotates while always maintaining a state of being eccentric by a predetermined distance from the axis of the upper surface plate and the lower surface plate. As a result of this circular motion, all points on the carrier plate draw a locus of small circles of the same size.
Such a non-sun gear type double-side polishing apparatus does not have a sun gear unlike the planetary gear type polishing apparatus, and thus is suitable for a large diameter wafer such as a 300 mm wafer.
[0017]
The invention according to claim 4, wherein the value obtained by dividing the polishing rate of the front surface of the semiconductor wafer by the polishing rate of the back surface of the semiconductor wafer is 3 to 100. 2. A double-side polishing method for a semiconductor wafer according to item 1. A preferable value obtained by dividing the polishing rate of the front surface of the semiconductor wafer by the polishing rate of the rear surface of the semiconductor wafer is 3 to 100. If this value is less than 3, the glossiness on the back surface will be high. If this value exceeds 100, the back surface is not polished.
[0018]
In the invention according to claim 5, a value obtained by dividing the abrasive grain density of the polishing cloth for the front surface polishing by the abrasive grain density of the polishing cloth for the back surface polishing is 10 to 10,000. 4. The method of polishing a double-sided semiconductor wafer according to any one of 4.
A preferable value obtained by dividing the abrasive grain density of the polishing cloth for surface polishing by the abrasive grain density of the polishing cloth for back polishing is 100 to 1,000. If this value is less than 10, the polishing rate will not be stable. If this value exceeds 10,000, the polishing rate is too high.
[0019]
[Action]
According to the present invention, while supplying the polishing liquid, the polishing cloth for the front side polishing and the polishing cloth for the back side polishing, and the semiconductor wafer are relatively rotated, and these polishing cloths are placed on both front and back surfaces of the semiconductor wafer. Polishing by pressing at a predetermined polishing pressure. Polishing abrasive grains are fixed to both polishing cloths in advance. Therefore, the entire polishing surface of the semiconductor wafer can be polished with a uniform polishing amount. As a result, a semiconductor wafer having high flatness can be obtained. Moreover, the polishing liquid used at the time of polishing has less polishing abrasive grains than conventional polishing liquids, or contains no polishing abrasive grains at all. Therefore, the running cost caused by the polishing liquid consumed during polishing can be reduced. Furthermore, unlike the conventional method, the front and rear surfaces of the semiconductor wafer can be polished simultaneously without turning the wafer upside down during polishing, so that the front and rear surfaces of the semiconductor wafer can be polished efficiently in a short time.
[0020]
In particular, according to the invention of claim 2, since the polishing liquid is an alkaline solution containing no abrasive grains, the polishing liquid can be easily handled and the polishing waste liquid can be easily reused.
[0021]
Further, according to the invention of claim 3, since the carrier plate is polished on both the front and back surfaces by making a circular motion without rotation on the carrier plate by using the non-sun gear type double-side polishing device, in substantially the entire area of the front and back surfaces of the wafer, Polishing can be performed uniformly with high flatness. Moreover, the polishing is a polishing in which the wafer surface is a mirror surface and the wafer back surface is a matte surface. As a result, a single-sided mirror surface wafer can be easily manufactured.
[0022]
Furthermore, according to the invention of claim 4, since the value obtained by dividing the polishing rate of the wafer front surface by the polishing rate of the back surface of the wafer is set to 3 to 100, the semiconductor wafer whose surface is mirror-polished and the back surface of the wafer is roughly polished Is easily obtained.
[0023]
Furthermore, according to the invention of claim 5, since the value obtained by dividing the abrasive grain density of the polishing cloth for surface polishing by the abrasive grain density of the polishing cloth for backside polishing is set to 10 to 10000, the wafer surface is reduced. A semiconductor wafer that has been mirror-polished and the back of the wafer has been roughly polished can be easily obtained.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 6 are diagrams for explaining an embodiment of the present invention. In one embodiment, a double-side polishing in which the front surface of a silicon wafer is a mirror surface and the back surface is a matte surface will be described as an example.
1 and 2, reference numeral 10 denotes a double-side polishing apparatus (hereinafter, referred to as a double-side polishing apparatus) to which the method for polishing a semiconductor wafer on both sides according to one embodiment is applied. The double-side polishing apparatus 10 includes a carrier plate 11 made of glass epoxy having a disk shape in a plan view in which five wafer holding holes 11a are formed every 72 degrees (in the circumferential direction) around the plate axis, An upper surface plate for polishing a wafer surface by sandwiching a silicon wafer W having a diameter of 300 mm, which is rotatably inserted and held in each wafer holding hole 11a, from above and below, and relatively moving the silicon wafer W. 12 and a lower platen 13. The thickness (600 μm) of the carrier plate 11 is slightly smaller than the thickness (730 μm) of the silicon wafer W.
[0025]
On the lower surface of the upper stool 12, a polishing cloth 14 for the back surface is roughened to roughen the back surface of the wafer to form a matte surface. On the upper surface of the lower platen 13, a surface polishing cloth 15 for mirroring the wafer surface is adhered. The polishing cloth 14 is made of urethane foam having a thickness of 9 mm, and a predetermined amount of abrasive grains are fixed to a polishing surface. The polishing pad 14 has a mean particle size of 4 μm SiO 2. ₂ 0.5% by weight. The polishing pad 15 is made of SiO having an average particle size of 4 μm. ₂ 50% by weight of the abrasive grains produced by the company. The hardness of the polishing pad 14 is 55 in Shore D hardness, and the hardness of the polishing pad 15 is 65 in Shore D hardness.
Abrasive grain density of the polishing cloth 15 (0.45 g / cm ³ ) With the abrasive density of the polishing pad 14 (0.0045 g / cm ³ ) Is set to 100. Since the abrasive density of the polishing

cloths

14 and 15 is set as described above, the silicon wafer W having a mirror-finished wafer surface and a matted surface on the back surface of the wafer can be easily manufactured.
[0026]
As shown in FIGS. 1 and 2, the upper platen 12 is driven to rotate in a horizontal plane by an upper rotation motor 16 via a rotation shaft 12a extending upward. The upper platen 12 is vertically moved up and down by an elevating device 18 that moves back and forth in the axial direction. The elevating device 18 is used when the silicon wafer W is supplied to and discharged from the carrier plate 11. The upper surface plate 12 and the lower surface plate 13 are pressed against both the front and back surfaces of the silicon wafer W by a pressing means such as an airbag system (not shown) incorporated in the upper surface plate 12 and the lower surface plate 13.
The lower surface plate 13 is rotated in a horizontal plane by a lower rotation motor 17 via an output shaft 17a. The carrier plate 11 makes a circular motion in a plane (horizontal plane) parallel to the plane of the plate 11 by the carrier circular motion mechanism 19 so that the plate 11 itself does not rotate. Next, the carrier circular motion mechanism 19 will be described in detail with reference to FIGS. 1, 2, 4, 5 and 6.
[0027]
As shown in these figures, the carrier circular motion mechanism 19 has an annular carrier holder 20 for holding the carrier plate 11 from outside. These

members

11 and 20 are connected via a connection structure 21. The connecting structure 21 is means for connecting the carrier plate 11 to the carrier holder 20 so that the carrier plate 11 does not rotate and can absorb the expansion of the plate 11 during thermal expansion.
That is, as shown in FIG. 5, the connecting structure 21 includes a plurality of pins 23 projecting from the inner peripheral flange 20a of the carrier holder 20 at predetermined angles in the circumferential direction of the holder, and each corresponding pin 23. In addition, the outer peripheral portion of the carrier plate 11 has a long hole-shaped pin hole 11b formed in a number corresponding to a position corresponding to each pin 23.
[0028]
These pin holes 11b have their hole length directions aligned with the plate radial direction so that the carrier plate 11 connected to the carrier holder 20 via the pins 23 can move slightly in the radial direction. By mounting the carrier plate 11 on the carrier holder 20 by loosely inserting the pins 23 into the respective pin holes 11b, the expansion due to the thermal expansion of the carrier plate 11 during double-side polishing is absorbed. Note that the base of each pin 23 is screwed into a screw hole formed in the inner peripheral flange 20a via an external screw carved on the outer peripheral surface of this portion. A flange 23a on which the carrier plate 11 is placed is provided directly above the external screw at the base of each pin 23. Therefore, by adjusting the screwing amount of the pin 23, the height position of the carrier plate 11 placed on the flange 23 can be adjusted.
[0029]
On the outer peripheral portion of the carrier holder 20, four bearing portions 20b protruding outward every 90 degrees are arranged. An eccentric shaft 24a protruding from an eccentric position on the upper surface of the small-diameter disk-shaped eccentric arm 24 is inserted into each bearing portion 20b. Further, a rotation shaft 24b is vertically provided at the center of each lower surface of the four eccentric arms 24. These rotating shafts 24b are inserted into a ring-shaped device base 25 with a total of four bearings 25a arranged at 90 ° intervals with their tips protruding downward. Sprockets 26 are fixed to the tip portions of the rotating shafts 24b projecting downward. A timing chain 27 is stretched over each sprocket 26 in a horizontal state. The timing chain 27 may be changed to a power transmission system having a gear structure. The four sprockets 26 and the timing chain 27 constitute a synchronizing means for simultaneously rotating the four rotation shafts 24b so that the four eccentric arms 24 perform a circular motion in synchronization.
[0030]
Further, one of the four rotating shafts 24b is formed to be longer, and the tip thereof protrudes downward from the sprocket 26. A power transmission gear 28 is fixed to this portion. The gear 28 is meshed with a large-diameter driving gear 30 fixed to an output shaft extending above a circular motion motor 29 such as a geared motor. Instead of being synchronized by the timing chain 27, the eccentric arms 24 may be individually rotated by, for example, disposing a circular motion motor 29 in each of the four eccentric arms 24. However, the rotation of each motor 29 needs to be synchronized.
[0031]
Therefore, when the output shaft of the circular motion motor 29 is rotated, the rotational force is transmitted to the timing chain 27 via the

gears

30 and 28 and the sprocket 26 fixed to the long rotary shaft 24b, and this timing chain As the orbit 27 rotates, the four eccentric arms 24 synchronize with each other via the other three sprockets 26, and rotate in a horizontal plane about the rotation shaft 24b. As a result, the carrier holder 20 connected collectively to the respective eccentric shafts 24a and the carrier plate 11 held by the holder 20 perform a circular motion without rotation in a horizontal plane parallel to the plate 11. . That is, the carrier plate 11 turns while maintaining a state of being eccentric by the distance L from the axis a of the upper stool 12 and the lower stool 13. This distance L is equal to the distance between the eccentric shaft 24a and the rotating shaft 24b. By such a circular motion without rotation, all the points on the carrier plate 11 draw a locus of a small circle of the same size.
FIG. 6 shows the positions of the polishing liquid supply holes in the double-side polishing apparatus 10. For example, a plurality of polishing liquid supply holes formed in the upper platen 12 are arranged at the center positions of these silicon wafers W. That is, the polishing liquid supply hole (SL) is located at the center of the upper stool 12, that is, at the center of the carrier plate 11. As the polishing liquid, a KOH solution having a pH of 12.5 is employed. As described above, since the polishing solution of the alkaline solution containing no abrasive grains is employed, the handling of the polishing solution becomes easy, and the polishing waste liquid is easily reused.
[0032]
Next, a method for polishing a silicon wafer W using the double-side polishing apparatus 10 will be described.
First, as shown in FIGS. 1 and 2, the silicon wafer W is inserted into each of the wafer holding holes 11a of the carrier plate 11 so as to be freely rotatable. At this time, the back surface of each wafer is directed upward. Next, in this state, the back surface polishing cloth 14 was applied to the back surface of each wafer at 200 g / cm. ² And a polishing pad for surface 15 of 200 g / cm on the surface of each wafer. ² Press with.
After that, while the

pads

14 and 15 are pressed against the front and back surfaces of the wafer, the timing chain 27 is rotated by the circular motion motor 29 while the polishing liquid is supplied from the upper surface plate 12 at 1000 to 2000 ml / min. As a result, the eccentric arms 24 rotate synchronously in the horizontal plane, and the carrier holder 20 and the carrier plate 11 collectively connected to the eccentric shafts 24a do not rotate in the horizontal plane parallel to the plate 11 surface. A circular motion is performed at 24 rpm. As a result, each silicon wafer W is polished on both the front and back surfaces of each wafer while rotating in a horizontal plane in the corresponding wafer holding hole 11a (FIGS. 2 and 3).
[0033]
At this time, the polishing rate of the wafer surface by the polishing pad 15 is 0.3 μm / min. The polishing rate of the back surface of the wafer by the polishing cloth 14 is 0.05 μm / min. Therefore, the value obtained by dividing the polishing rate on the front surface of the wafer by the polishing rate on the rear surface of the wafer is set to 6. Since the polishing rates of the polishing

cloths

14 and 15 are set as described above, the silicon wafer W having a mirror-finished wafer surface and a matted surface on the back surface of the wafer can be easily manufactured.
Here, at the time of double-side polishing, the carrier plate 11 is caused to make a circular motion without rotation of the plate 11 to polish the front and rear surfaces of the wafer. Since the silicon wafer W is polished on both sides by such a special movement of the carrier plate 11, it is possible to polish uniformly over substantially the entire area on both the front and back surfaces of the wafer. Thereby, the silicon wafer W having a mirror surface on the wafer surface and a matte surface on the back surface of the wafer can be more easily manufactured.
Since the fixed abrasive type polishing cloth is used for the two polishing

cloths

14 and 15 incorporated in the non-sun gear type double-side polishing apparatus 10, the wafer surface flatness (SBIR) becomes 0.20 μm or less, The nanotopography also became 50 nm or less in a 10 mm square, and an unprecedentedly high flatness wafer was obtained. The nanotopography is a swell having a period of about 20 mm and a height of about several tens nm generated on both the front and back surfaces of a wafer due to bubbles generated in an etching process during wafer manufacturing. The wafer flatness when polishing with a polishing cloth and slurry containing no fixed abrasive grains by a conventional sun-gear type double-side polishing apparatus was about SBIR 0.2 μm and about 40 nm nanotopography.
[0034]
In the double-side polishing apparatus 10 of one embodiment, the upper platen 12 is rotated at 5 rpm by the upper rotation motor 16 and the lower platen 13 is rotated at 25 rpm by the lower rotation motor 17 without rotating the carrier plate 11 circularly. Simply, both silicon wafers W can be polished on both sides.
In this case, since each silicon wafer W is rotatably inserted and held in the wafer holding hole 11a, during this polishing, each silicon wafer W rotates along with the rotation direction of the surface plate having the higher rotation speed ( Rotation). By rotating the silicon wafer W in this way, it is possible to eliminate the influence that the peripheral speed increases toward the outer periphery of the wafer in the polishing by the upper stool 12 and the lower stool 13. As a result, the entire surface of each of the front and back surfaces of the wafer can be further uniformly polished.
[0035]
Then, the upper surface plate 12 and the lower surface plate 13 may be rotated while the carrier plate 11 is making a circular motion to polish both surfaces of the silicon wafer W. In this case, it is preferable that the rotation speeds of the upper stool 12 and the lower stool 13 be reduced to such a degree that polishing unevenness does not occur on both the front and back surfaces of the wafer. In this way, the front and back surfaces of the silicon wafer W can be uniformly polished over the entire area of each surface. It is preferable to rotate the upper platen 12 and the lower platen 13 because the surface of the platen that comes into contact with the silicon wafer W can be constantly renewed and the slurry can be uniformly supplied to the entire surface of the silicon wafer W.
[0036]
As described above, since the front and back surfaces of the silicon wafer W are simultaneously polished by using the polishing

cloths

14 and 15 having the polishing grains fixed to the polishing action surface, the entire polishing surface of the silicon wafer W is uniformly polished. Can be polished in quantity. As a result, a silicon wafer W having high flatness can be obtained. Moreover, the polishing liquid used at the time of polishing does not contain polishing abrasive grains at all. Therefore, the running cost caused by the polishing liquid consumed during polishing can be reduced. Furthermore, unlike the conventional method, the front and back surfaces can be simultaneously polished without turning the wafer upside down during polishing. Therefore, both the front and back surfaces of the silicon wafer W can be efficiently polished in a short time. Further, since the back surface of the wafer is polished, the back surface of the wafer is scarcely damaged or damaged. Therefore, when the wafer is held by the pin chuck in a later process, an abnormality is unlikely to occur.
[0037]
Here, actually, a polishing cloth was prepared by the conventional method and the method of the present invention, and each was attached to the upper surface of a polishing platen of a polishing apparatus for polishing only the wafer surface, and a test result when the surface of the silicon wafer was polished. Report. Table 1 shows the composition and physical properties of each polishing cloth.
[0038]
[Table 1]

[0039]
In Table 1, polyol A is a polyether polyol having a molecular weight of 250 to 600 and having 2 to 3 functional groups (manufactured by Sanyo Chemical Industries, trade name: Sannics), and polyol B is a molecular weight of 1000 to 5000 and having 2 to 3 functional groups. (Manufactured by Sanyo Chemical Co., Ltd., trade name: Sannics).
In addition to these polyols A and B, isocyanate having an isocyanate NCO group content of 31% (manufactured by Dow Polyurethane Co., trade name PAPI * 135), water, an amine-based catalyst (manufactured by Tosoh Corporation, trade name TOYOCAT-ET), A silicone foam stabilizer (trade name: L-5309, manufactured by Nippon Unicar Co., Ltd.) and abrasive grains were blended at a predetermined ratio to prepare a liquid mixture.
[0040]
Examples of abrasive grains include silica (Nippon Shokubai Co., Ltd .: Seahoster, Tatsumori Co., Ltd .: Crystallite, Fuso Chemical Co., Ltd .: SP, Kanto Chemical Co., Ltd. used and divided), alumina (Fujimi Incorporated Co., Ltd.) Manufactured by FO), silicon carbide (FO manufactured by Fujimi Incorporated): zirconia (EP zirconium oxide manufactured by Daiichi Rare Element Science), ceria (high purity cerium oxide manufactured by Daiichi Rare Element Science), magnesium oxide It was arbitrarily selected from (Kamishima Chemical Industry Co., Ltd .: Starmag), calcium carbonate (Nitto Powder Chemical Co., Ltd .: NS), and alumina-silica (Nitto Powder Chemical Co., Ltd .: Zeolite SP).
Next, the obtained liquid mixture is poured into a mold, and left to stand at room temperature of 20 to 30 ° C. for 24 hours to foam and harden. Thus, a polishing cloth for surface polishing in which polishing abrasive grains are fixed, and a back surface A polishing cloth for polishing was prepared. The hardness of the polishing cloth was measured by a Shore D hardness meter specified by JIS K6253-1997 / ISO 7619. The expansion ratio was D1 / D2 based on the density D1 of the unfoamed cured product and the density D2 of the polishing cloth.
[0041]
The polishing cloth thus produced is adhered to the upper surface of a polishing platen of a polishing apparatus, and the polishing surface of the polishing cloth is corrected by shaving with a correction ring on which diamond is electrodeposited to a thickness of 9 mm. Was exposed on the polishing surface.
Then, a polishing head having an 8-inch silicon wafer adhered to the lower surface is rotated at 20 rpm, and the polishing head is lowered toward the rotating polishing platen at 5 rpm, and the silicon wafer is placed on the polishing surface of the polishing cloth by 200 g. / Cm ² Polished by pressing. Table 2 shows the polishing rates at that time. The polishing rate was calculated by measuring a change in thickness from a change in weight of the silicon wafer.
[0042]
[Table 2]

[0043]
As is clear from Table 2, in Test Examples 1 to 3 in which the polishing abrasive grains were fixed to the polishing pad, a favorable polishing rate corresponding to the content of the polishing abrasive grains was obtained.
[0044]
【The invention's effect】
According to the present invention, two abrasive cloths are produced by fixing the abrasive grains on the polishing surface, and both the front and back surfaces of the semiconductor wafer are simultaneously polished by the abrasive cloth containing these fixed abrasive grains. A highly flat wafer can be obtained, and the front and back surfaces can be efficiently polished in a short time while running cost is low.
[0045]
In particular, according to the second aspect of the present invention, since the polishing liquid is an alkaline solution containing no abrasive grains, it is easy to handle the polishing liquid and reuse the polishing waste liquid.
[0046]
According to the third aspect of the present invention, when both the front and rear surfaces of the wafer are simultaneously polished by the non-sun gear type double-side polishing device, substantially the entire surface of both the front and rear surfaces of the wafer can be uniformly polished with high flatness. Moreover, the polishing at this time is a polishing in which the wafer surface is a mirror surface and the wafer back surface is a matte surface. As a result, a single-sided mirror surface wafer can be easily manufactured.
[0047]
Furthermore, according to the invention of claim 4, since the value obtained by dividing the polishing rate of the wafer front surface by the polishing rate of the back surface of the wafer is set to 3 to 100, the wafer surface is a mirror surface, and the single-sided mirror surface of the wafer back surface is roughly polished. Wafers are easily obtained.
[0048]
Furthermore, according to the invention of claim 5, since the value obtained by dividing the abrasive grain density of the polishing cloth for surface polishing by the abrasive grain density of the polishing cloth for backside polishing is set to 10 to 10000, the wafer surface is reduced. A semiconductor wafer that has been mirror-polished and the back of the wafer has been roughly polished can be easily obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall perspective view of a wafer double-side polishing apparatus to which a double-side polishing method for a semiconductor wafer according to one embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of a double-sided wafer polishing apparatus to which the double-sided polishing method for a semiconductor wafer according to one embodiment of the present invention is applied.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state during wafer polishing in the method for polishing a semiconductor wafer on both sides according to one embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a schematic plan view of a wafer double-side polishing apparatus to which a double-side polishing method for a semiconductor wafer according to one embodiment of the present invention is applied;
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part showing a kinetic force transmitting structure for transmitting kinetic force to a carrier plate according to one embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view and a plan view showing a position of a polishing liquid supply hole according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 double-side polishing machine,
11 Carrier plate,
11a wafer holding hole,
12 Upper platen,
13 Lower surface plate,
14 polishing cloth for backside polishing,
15 polishing cloth for surface polishing,
W Silicon wafer (semiconductor wafer).

Claims

On both the front and back surfaces of the semiconductor wafer, pressing a polishing cloth with abrasive grains fixed to the polishing surface, respectively, while supplying a polishing liquid to both polishing surfaces, by the relative movement between the semiconductor wafer and both polishing cloths, A method for polishing both sides of a semiconductor wafer, wherein both sides of the semiconductor wafer are simultaneously polished.

The method for polishing a double-sided semiconductor wafer according to claim 1, wherein the polishing liquid is an alkaline solution containing no abrasive grains and having a pH of 10.5 to pH13.

While holding the semiconductor wafer in the wafer holding hole formed in the carrier plate, while supplying the polishing liquid, the upper surface plate and the polishing cloth for the back surface polishing the polishing cloth for the front surface polishing is 3. The method for polishing a semiconductor wafer on both sides according to claim 1, wherein the carrier plate is caused to make a circular motion without rotation in a plane parallel to the surface of the carrier plate between the attached lower surface plates. 4.

The value obtained by dividing the polishing rate of the front surface of the semiconductor wafer by the polishing rate of the back surface of the semiconductor wafer is 3 to 100, both surfaces of the semiconductor wafer according to any one of claims 1 to 3. Polishing method.

The value obtained by dividing the abrasive grain density of the polishing cloth for the front surface polishing by the abrasive grain density of the polishing cloth for the back surface polishing is 10 to 10000, according to any one of claims 1 to 4. The double-side polishing method for a semiconductor wafer according to the above.