JP2004087521A

JP2004087521A - 片面鏡面ウェーハおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2004087521A
Application number: JP2002242287A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Denda; 伝田　正; Keiji Hatano; 畑野　桂司; Kazunari Takaishi; 高石　和成
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-08-22
Filing date: 2002-08-22
Publication date: 2004-03-18

Abstract

【課題】両面研磨ウェーハの利点を有しながら、表裏両面を容易に判別でき、ウェーハ保持板のウェーハ保持面からウェーハを容易に剥がせる片面鏡面ウェーハおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】シリコンウェーハＷの表面が鏡面で、その裏面の粗さを鏡面と同じ程度まで高めた片面鏡面ウェーハとしたので、ウェーハ裏面に対しての有機物およびパーティクルなどの付着、金属汚染が発生しにくく、ウェーハ表面の平坦度が高く、しかもウェーハ表裏両面の判別が容易で、例えばデバイス工程に配備された真空チャック板のチャック面からウェーハを容易に剥がすことができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は片面鏡面ウェーハおよびその製造方法、詳しくは裏面の粗さを鏡面と同じ程度まで小さくした片面鏡面ウェーハおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハの種類として、片面が鏡面仕上げされた片面鏡面ウェーハが知られている。
片面鏡面ウェーハの製造方法は、単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製し、その後、このウェーハに対して面取り、ラッピング、酸エッチングなどの各工程が順次なされ、それからウェーハ表面を鏡面化する研磨が施される。この研磨は、片面研磨用の研磨装置により行われる。すなわち、研磨布が展張された研磨定盤と、研磨定盤に対向配置された研磨ヘッドと、研磨ヘッドに取り付けられ、シリコンウェーハが貼着されるキャリアプレートとを備え、スラリーを供給しながら、回転中のウェーハ表面を研磨布の研磨作用面に押し付け、その表面を研磨する。
片面鏡面ウェーハの裏面は、エッチング処理されたままのエッチング面である。このようなエッチング面には、高い密度で微細な凹凸が存在する。そのため、有機物およびパーティクルなどが付着しやすい。また、金属汚染も発生しやすい。
【０００３】
そこで、これを解消する技術として、両面が鏡面仕上げされた両面研磨ウェーハが知られている。
両面研磨ウェーハの製造方法は、中心部にサンギヤが配置され、外周部にインターナルギヤが配置された遊星歯車構造の両面研磨装置を用いる。両面研磨装置は、キャリアプレートに複数形成されたウェーハ保持孔の内部にシリコンウェーハを挿入・保持し、研磨砥粒を含むスラリーを供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が貼着された上定盤および下定盤を各ウェーハの表裏両面に押し付け、キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させ、各ウェーハの表裏両面を同時に研磨する。
シリコンウェーハの表面だけでなく裏面も研磨されているので、ウェーハ裏面に有機物およびパーティクルなどが付着しにくく、金属汚染も発生しにくい。また、研磨後にキャリアプレートからシリコンウェーハを剥がす必要がないので、ワックス貼着されたシリコンウェーハの剥離時の表面あれが発生せず、ウェーハ表面の平坦度が高まる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の両面研磨ウェーハにあっては、その表裏両面が同じ高水準の鏡面に仕上げられていた。そのため、デバイス工程でデバイスが形成されるウェーハ表面と、例えば真空チャック板に真空吸着されるウェーハ裏面との判別が困難であった。
また、真空吸着によるウェーハ保持を採用した場合、デバイスの形成後に両面研磨ウェーハを真空チャック板から剥がそうとしても、真空チャックされるウェーハ裏面が鏡面である。そのため、このシリコンウェーハが真空チャック板に張り付き、剥がし難くかった。
【０００５】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、片面鏡面ウェーハの裏面の粗さを鏡面と同じ程度まで小さくすれば、両面研磨ウェーハの利点を有しながら、ウェーハ表裏両面を容易に判別することができ、しかもウェーハ保持板のウェーハ保持面からウェーハを容易に剥がせることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は、ウェーハ裏面に対しての有機物およびパーティクルなどの付着、金属汚染が発生しにくく、ウェーハ表面の平坦度が高く、しかもウェーハ表裏両面の判別が容易で、ウェーハ保持板のウェーハ保持面からウェーハを容易に剥がすことができる片面鏡面ウェーハおよびその製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、表面が鏡面で、裏面の粗さがＲａで５００〜５０００オングストロームである片面鏡面ウェーハである。
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は、デバイス形成面となるウェーハ表面が鏡面で、裏面はこのウェーハ表面と同一ではないが、同じ程度の粗さとなる。
ウェーハの裏面の好ましい粗さは、Ｒａで１０００〜３０００オングストロームである。５００オングストローム未満では両面研磨ウェーハと同じになるので、表裏の判別が困難になる。また、５０００オングストロームを超えると、片面鏡面ウェーハと同じになるので、有機物およびパーティクルなどが付着しやすくなる。粗さの測定には、株式会社チャップマンＭＰ−２０００を用いる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、表面が鏡面で、裏面においてエッチピットの占める割合が５〜９０％である片面鏡面ウェーハである。
ウェーハの裏面においてエッチピットが占める好ましい割合は２０〜７０％である。５％未満では、両面研磨ウェーハと同じになるので、表裏の判別が困難になる。９０％を超えると、片面鏡面ウェーハと同じになるので、有機物およびパーティクルなどが付着しやすくなる。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記エッチピットの大きさが、３〜５０μｍである請求項２に記載の片面鏡面ウェーハである。
好ましいエッチピットの大きさは１０〜２０μｍである。３μｍ未満では、両面研磨ウェーハと同じになるので、表裏の判別が困難になる。５０μｍを超えると、片面鏡面ウェーハと同じになるので、有機物およびパーティクルなどが付着しやすくなる。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、表面が鏡面で、裏面の光沢度が表面の光沢度の５０％以上で１００％未満である片面鏡面ウェーハである。
好ましい光沢度は６０〜９０％である。５０％未満では、片面鏡面ウェーハと同じになるので、有機物およびパーティクルなどが付着しやすくなる。１００％であると、両面研磨ウェーハと同じになるので、表裏の判別が困難になる。光沢度の測定には、日本電色製測定器を用いる。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、ナノトポグラフィが１０ｍｍ角の範囲で５０ｎｍ以下である片面鏡面ウェーハである。
好ましいナノトポグラフィは、３０ｎｍ以下である。５０ｎｍを超えると酸化膜の膜厚にムラが生じる。ナノトポグラフィの測定には、ウェーハ検査装置（ＡＤＥ社製　ＷＩＳ−ＣＲ８３　ＳＱＭ）を用いる。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、ＳＢＩＲで０．２μｍ以下である片面鏡面ウェーハである。
ＳＢＩＲの好ましい値は０．１５μｍ以下である。０．２μｍを超えるとステッパ露光工程で焦点不良が生じやすい。ＳＢＩＲの測定には、ＡＤＥ　９６００などを用いる。条件はＦＱＡ１９４ｍｍ、サイトサイズ２０×２０ｍｍ、オフセット０×０ｍｍである。
【００１３】
請求項７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、表面が研削面で裏面がエッチング面である半導体ウェーハを保持し、研磨剤を供給しながら、それぞれ研磨布が貼着された上定盤および下定盤の間で、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片面鏡面ウェーハの製造方法である。
キャリアプレートに形成されるウェーハ保持孔の個数は、１個（枚葉式）でも複数個（バッチ式）でもよい。ウェーハ保持孔の大きさは、研磨される半導体ウェーハの大きさに応じて、任意に変更される。
【００１４】
半導体ウェーハは、その表面が研削面で、その裏面がエッチング面である。このような表裏両面の加工処理が異なる半導体ウェーハの製造方法としては、例えば半導体ウェーハのエッチング後、この半導体ウェーハの表面を研削する方法などが挙げられる。
エッチングには、各種の酸性エッチング液または各種のアルカリ性エッチング液を採用することができる。酸性エッチング液としては、例えばＨＦ／ＨＮＯ_３系の混酸を採用することができる。また、アルカリ性エッチング液としては、例えばＫＯＨ、ＮａＯＨなどを採用することができる。エッチング量は、ウェーハ片面で５〜２０μｍ程度、ウェーハ表裏両面を合わせて１０〜４０μｍ程度である。
【００１５】
半導体ウェーハの表面研削は、研削精度が異なる複数の段階別の表面研削を施してもよい。例えば粗い１次表面研削と、仕上げ表面研削との組み合わせでもよい。さらに、１次表面研削と仕上げ表面研削との間に２次研削を行ったり、３次研削以上の表面研削を行ってもよい。少なくとも仕上げ時に低ダメージの表面研削を行った方が好ましい。もちろん、仕上げ表面研削だけでもよい。
表面研削に使用される研削砥石は限定されない。例えば、レジノイド研削砥石を採用することができる。ただし、この仕上げ表面研削工程では、ウェーハ表面があれにくく、しかも非ダメージ面でも研削することができる高番手の研削砥石（例えば＃２０００のレジノイド研削砥石）が好ましい。表面研削時の研削量は７〜８μｍ程度、加工後のダメージは約２μｍである。
【００１６】
研磨剤の種類は限定されない。例えば、焼成シリカやコロイダルシリカ（研磨砥粒）、アミン（加工促進剤）および有機高分子（ヘイズ抑制剤）などを混合したものを採用することができる。コロイダルシリカとは、珪酸粒子の疑集が起こらないで一次粒子のまま水中に分散した透明もしくは不透明な乳白色のコロイド液として提供される。その他、遊離砥粒を含まないアルカリ液のみでもよい。
研磨剤の供給量は、キャリアプレートの大きさにより異なる。例えば、１．０〜２．０リットル／分である。研磨剤の半導体ウェーハへの供給は、半導体ウェーハの鏡面側に行うことができる。
上定盤および下定盤の回転速度は限定されない。例えば、同じ速度で回転させてもよいし、異なる速度で回転させてもよい。また、それらの回転方向も限定されない。すなわち、同じ方向に回転させてもよいし、互いに反対方向へ回転させてもよい。
上定盤および下定盤の半導体ウェーハに対しての押圧力は限定されない。例えば、１５０〜２５０ｇ／ｃｍ^２である。
また、ウェーハ表裏両面の研磨量および研磨速度も限定されない。このウェーハ表面とウェーハ裏面との研磨速度の違いは、ウェーハ表裏両面の粗さに大きな影響を及ぼす。
【００１７】
これらの上定盤および下定盤に展張される研磨布の種類および材質は限定されない。例えば、硬質発泡ウレタンフォームパッド、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた不織布パッドが挙げられる。その他、不織布からなる基布の上にウレタン樹脂を発泡させたパッドなども挙げられる。
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をいう。この自転を伴わない円運動によって、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。
【００１８】
請求項８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半導体ウェーハを保持し、研磨剤を供給しながら、それぞれ研磨布が貼着された上定盤および下定盤の間で、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、研磨条件を異ならせることで半導体ウェーハの表面を鏡面とし、半導体ウェーハの裏面を粗面とする無サンギヤ式両面研磨工程と、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、研磨剤を供給しながら、各対向面に研磨布が貼着された上定盤および下定盤を半導体ウェーハの表裏両面に押し付け、前記キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで、半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨するサンギヤ式両面研磨工程とを備え、前記無サンギヤ式両面研磨後に、前記サンギヤ式両面研磨を行う片面鏡面ウェーハの製造方法である。
【００１９】
無サンギヤ式両面研磨時における半導体ウェーハの表面と裏面との研磨条件は、例えば、（１）　上定盤の研磨布および下定盤の研磨布のうちのいずれか一方に、他方とは研磨時における半導体ウェーハの沈み込み量が異なる研磨布を用いる。（２）　一方の研磨布を、他方の研磨布とは異なる硬度とする。（３）　一方の研磨布を、他方の研磨布とは異なる密度にする。（４）　一方の研磨布を、他方の研磨布とは異なる圧縮率とする。（５）　一方の研磨布を、他方の研磨布とは異なる圧縮弾性率とする。（６）　上定盤および下定盤のうちのいずれか一方の回転速度を、他方とは異なる回転速度とする。
【００２０】
（１）　研磨時における上定盤用の研磨布における半導体ウェーハの沈み込み量と、下定盤用の研磨布における半導体ウェーハの沈み込み量とは限定されない。
この半導体ウェーハの沈み込み量を異ならせる方法は限定されない。例えば、互いに硬度が異なる材質の研磨布、互いに密度が異なる材質の研磨布、互いに圧縮率が違う材質の研磨布、または、互いに圧縮弾性率が違う材質の研磨布などを採用することができる。また、例えば同じ材質の研磨布において、硬度、密度、圧縮率、圧縮弾性率を異ならせてもよい。このように硬度、密度、圧縮率または圧縮弾性率が異なる研磨布を使用して、ウェーハ表裏両面を研磨するようにすれば、ウェーハ表面とウェーハ裏面との粗さが異なり、半導体ウェーハの表裏両面が別々の光沢度に研磨される。ここで「光沢度が異なる」とは、鏡面仕上げされるウェーハ表面がウェーハ裏面に比べて高光沢度であることを意味する。光沢度の測定は公知の測定器（例えば日本電色社製測定器）を用いて行うことができる。
【００２１】
（２）　これらの研磨布の各硬度は限定されない。例えば、５０〜１００゜（Ａｓｋｅｒ硬度計）のものが使用される。
一方の研磨布と他方の研磨布との硬度比も限定されない。例えば、１：１．０５〜１：１．６０のものが使用される。
（３）　これらの研磨布の各密度は限定されない。例えば、０．３０〜０．８０ｇ／ｃｍ^３のものが使用される。
一方の研磨布と他方の研磨布との密度比も限定されない。例えば、１：１．１〜１：２．０のものが使用される。
（４）　それぞれの研磨布の圧縮率は限定されない。例えば、１．０〜８．０％の範囲のものが使用される。
これらの研磨布の圧縮率の比率も限定されない。例えば、１：１．２〜１：８．０のものが使用される。
【００２２】
（５）　それぞれの研磨布の圧縮弾性率は限定されない。例えば、６０〜９０％の範囲のものが使用される。
一方の研磨布の圧縮弾性率と他方のそれとの比率も限定されない。例えば、１：１．１〜１：１．５のものが使用される。
（６）　上定盤および下定盤の回転速度は限定されない。例えば、低速で回転させられる側の定盤の回転速度を５〜１５ｒｐｍの範囲内で変化させ、高速で回転させられる側の定盤の回転速度を２０〜３０ｒｐｍで変化させる。このときの上定盤および下定盤の回転速度比も限定されない。例えば、１：４から１：５までとする。なお、一方の定盤を回転させずに、半導体ウェーハの片面だけを研磨するようにしてもよい。
【００２３】
請求項９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半導体ウェーハを保持し、研磨剤を供給しながら、それぞれ研磨布が貼着された上定盤および下定盤の間で、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、研磨条件を異ならせることで半導体ウェーハの表面を鏡面とし、半導体ウェーハの裏面を粗面とする無サンギヤ式両面研磨工程と、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、研磨剤を供給しながら、各対向面に研磨布が貼着された上定盤および下定盤を半導体ウェーハの表裏両面に押し付け、前記キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで、半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨するサンギヤ式両面研磨工程とを備え、前記サンギヤ式両面研磨後に、前記無サンギヤ式両面研磨を行う片面鏡面ウェーハの製造方法である。
【００２４】
【作用】
請求項１〜請求項６の片面鏡面ウェーハによれば、ウェーハの表面が鏡面で、その裏面の粗さを鏡面と同じ程度まで小さくした片面鏡面ウェーハとしたので、ウェーハ裏面に対しての有機物およびパーティクルなどの付着、金属汚染が発生しにくく、ウェーハ表面の平坦度が高く、しかもウェーハ表裏両面の判別が容易で、ウェーハ保持板のウェーハ保持面からウェーハを容易に剥がすことができる。
【００２５】
また、請求項７〜請求項９の片面鏡面ウェーハの製造方法によれば、研磨剤を供給しながら、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。このとき、例えば半導体ウェーハとして、表面が研削面で裏面がエッチング面であるものを採用し、キャリアプレートに自転を伴わない円運動をさせる無サンギヤ式両面研磨を施せば、裏面の粗さを鏡面と同じ程度まで小さくした片面鏡面ウェーハを製造することができる。その他、ウェーハ表裏両面の研磨条件を異ならせた無サンギヤ式両面研磨後、キャリアプレートを自転させて表裏両面を同時に研磨するサンギヤ式両面研磨を施してもこの片面鏡面ウェーハを製造することができる。さらには、これとは反対に、サンギヤ式両面研磨後、無サンギヤ式両面研磨を施した場合でも片面鏡面ウェーハを製造することができる。
【００２６】
【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５はこの発明の第１の実施例を説明する図である。
この第１の実施例の片面鏡面ウェーハは、裏面の粗さを表面の鏡面と同じ程度まで小さくした単結晶シリコン製のウェーハである。
【００２７】
以下、この片面鏡面ウェーハの製造方法を説明する。
図１〜図５において、１０は第１の実施例に係る半導体ウェーハの片面鏡面ウェーハの製造方法が適用されるサンギヤを有しない両面研磨装置（以下、無サンギヤ式両面研磨装置という）である。この無サンギヤ式両面研磨装置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。このシリコンウェーハＷは、デバイス形成面（鏡面）となる表面がＲａで３００オングストロームの研削面で、裏面が粗さがＲａで５０００オングストロームのエッチング面である。ウェーハ表面の粗さと、ウェーハ裏面の粗さとの比は１：１５である。
【００２８】
このシリコンウェーハＷの製造方法にあっては、まず、ブロック切断されたインゴットからシリコンウェーハＷをスライスする。次の面取り工程では、このシリコンウェーハＷの外周部に、＃６００〜＃２０００のメタルダイヤ砥石により粗い面取り加工を施す。続くラップ工程では、ラップ盤によりそのシリコンウェーハＷの表裏両面をラッピング加工する。ラップ量は、ウェーハ表裏両面を合わせて６０〜１２０μｍである。その後、シリコンウェーハＷを、常温〜５０℃の所定のエッチング液（混酸またはアルカリ＋混酸）に所定時間だけ浸漬し、そのラップ加工での歪み、面取り工程での歪みなどを除去する。エッチ後の表裏両面はＳＢＩＲで０．５μｍ程度である。エッチング量は、例えば両面で４０μｍ程度である。
【００２９】
次に、このシリコンウェーハＷの表面を研削砥石により研削する。研削には、＃６００〜＃４０００のレジノイド研削砥石を搭載した研削装置により研削する。このときの研削量は５〜１５μｍである。研削後のウェーハ表面の平坦度はＳＢＩＲで０．４μｍ程度、加工ダメージは５μｍ程度である。次に、シリコンウェーハＷを洗浄し、研削によってウェーハ表裏両面に付着した研削砥粒を除去する。続くＰＣＲ（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｒｎｅｒ　Ｒｏｕｎｄｉｎｇ）工程では、シリコンウェーハＷの表裏両面がチャックに吸着され、ウェーハ外周部にＰＣＲ加工が施される。ＰＣＲ加工では、面取り面が研磨布により鏡面仕上げされる。
【００３０】
図１および図２に示すように、このように表裏両面に異なる加工が施されたシリコンウェーハＷを、無サンギヤ式両面研磨装置１０を用いて両面研磨する。ここでは、上定盤１２の下面および下定盤１３の上面に、ウェーハ表面を鏡面化するための不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた軟質の不織布パッド（ロデール社製Ｓｕｂａ６００）の研磨布１５，１５が貼着されている。この研磨布１５の硬度は８０゜（Ａｓｋｅｒ）、圧縮率は３．５％、圧縮弾性率は７５．０％であって、厚さは１２７０μｍとなっている。
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、このキャリア円運動機構１９を詳細に説明する。
【００３１】
図１〜図５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４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。
【００３２】
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、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２３ａ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。
【００３３】
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。
【００３４】
また、これらの４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂは他の３本の回転軸より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、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。
【００３５】
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２８，３０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５にはこの無サンギヤ式両面研磨装置１０におけるスラリー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スラリー供給孔は、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、スラリー供給孔（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。スラリー（研磨液）としては、平均粒度０．０５μｍの研磨砥粒を含むコロイダルシリカが採用されている。
【００３６】
次に、この無サンギヤ式両面研磨装置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の研磨布１５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の研磨布１５を２００ｇ／ｃｍ^２で押し付ける。
その後、これらの両パッド１５，１５をウェーハ表裏両面に押し付けたまま、上定盤１２側からスラリーを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。研磨時間は２０分間である。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）。このとき、ウェーハ表裏両面の研磨量は１０μｍである。
【００３７】
このように、研磨されるシリコンウェーハＷとして、平坦度０．４μｍ（ＳＢＩＲ）の研削面で、裏面がエッチング面となったウェーハを採用し、これを上定盤１２および下定盤１３に貼着された同じ不織布パッドの研磨布１５，１５によって両面研磨したので、裏面の粗さを表面の鏡面と同じ程度まで小さくした片面鏡面ウェーハを製造することができる。
こうして得られた片面鏡面ウェーハは、表面が鏡面で、裏面の粗さがＲａで３０００オングストローム程度のウェーハである。また、このウェーハの裏面は、エッチピットの占める割合が７０％程度、エッチピットの大きさは１０〜３０μｍ、日本電色社製測定器を利用した測定でのウェーハ裏面の光沢度がウェーハ表面の光沢度（３３０％）の９５％程度、ウェーハ検査装置（ＡＤＥ社製　ＷＩＳ−ＣＲ８３　ＳＱＭ）を利用した測定で、ナノトポグラフィが１０ｍｍ角の範囲で４０ｎｍ程度、ＳＢＩＲで０．２μｍ程度のものとなる。
また、このような無サンギヤ式両面研磨装置１０を採用したので、両面研磨時には、キャリアプレート１１に対して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同時に研磨する。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することができる。
【００３８】
なお、この第１の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ができる。
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均一に研磨することができる。
このように、上定盤１２と下定盤１３とに回転速度の差をつけるようにして両面研磨をしても、無サンギヤ式両面研磨装置１０を用いて、裏面の粗さを表面の鏡面と同じ程度まで小さくした片面鏡面ウェーハを得ることができる。
【００３９】
次に、図１および図６〜図８に基づき、この発明の第２の実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法を説明する。
この第２の実施例の片面鏡面ウェーハの製造方法は、表裏両面がエッチングされたエッチドウェーハに対して、表裏両面で研磨条件を異ならせた無サンギヤ式両面研磨装置１０（図１）による両面研磨を施し、その後、ウェーハ表面の研磨条件とウェーハ裏面の研磨条件とを同一にして、前記サンギヤ式両面研磨装置４０（図７）によりウェーハの表裏両面を研磨したものである。このような研磨方法でも、第１の実施例と同じように、裏面の粗さを表面の鏡面と同じ程度まで小さくした片面鏡面ウェーハを製造することができる。
【００４０】
以下、この第２の実施例の片面鏡面ウェーハの製造方法を具体的に説明する。図１および図６に示す無サンギヤ式両面研磨装置１０の上定盤１２の下面には、ウェーハ裏面を梨地面に研磨する硬質の発泡ウレタンフォームパッド１４が展張されている。また、下定盤１３の上面には、ウェーハ表面を鏡面化する軟質の不織布パッド１５が展張されている。硬質発泡ウレタンフォームパッド１４（ロデール社製ＭＨＳ１５Ａ）の硬度は８５゜（Ａｓｋｅｒ硬度計）、密度は０．５３ｇ／ｃｍ^３、圧縮率は３．０％、その厚さは１０００μｍである。一方、軟質不織布パッド１５（ロデール社製Ｓｕｂａ６００）の場合には、前記したようにその硬度は８０゜（Ａｓｋｅｒ）、圧縮率は３．５％、圧縮弾性率は７５．０％であって、厚さは１２７０μｍとなっている。このように、上定盤１２側の硬質発泡ウレタンフォームパッド１４の方が硬いので、所定の研磨圧でのウェーハ両面研磨時に、シリコンウェーハＷがパッドの内部に沈み込みにくく、反対に軟質不織布パッド１５の方が軟らかいので、ウェーハ両面研磨時に、シリコンウェーハＷがパッドの内部に沈み込みやすい。
【００４１】
なお、これらの硬質発泡ウレタンフォームパッド１４と軟質不織布パッド１５との密度、圧縮率および圧縮弾性率の各関係においても、同じように硬質発泡ウレタンフォームパッド１４の方が、高密度で、高圧縮率、低圧縮弾性率であって、いずれもシリコンウェーハＷがパッドの内部に沈み込みやすい条件となっている。
このことは、図６を参照しても明らかである。すなわち、硬質発泡ウレタンフォームパッド１４側の沈み込み量ｄ１に比べて、軟質不織布パッド１５の沈み込み量ｄ２の方が大きくなっている。
なお、両パッド１４，１５に関して、研磨砥粒を含むスラリーの保持力について言及すると、当然、軟らかい軟質不織布パッド１５の方が、硬い硬質発泡ウレタンフォームパッド１４と比較してスラリーの保持力は大きくなる。スラリーの保持力が大きいほど、研磨砥粒がパッド面に多量に付着して、研磨速度は大きくなる。
【００４２】
また、この第２の実施例では、無サンギヤ式両面研磨装置１０だけでなく、図７および図８に示すサンギヤ式両面研磨装置４０も使用される。
このサンギヤ式両面研磨装置４０は、互いに平行に設けられ、各対向面に研磨布４１，４１がそれぞれ貼着された上定盤４２および下定盤４３と、これらの上定盤４２、下定盤４３間に介在されて、軸線回りに回転自在に設けられた小径なサンギヤ４４と、この軸線と同じ軸線を中心に回転自在に設けられた大径なインターナルギヤ４５と、それぞれ４枚のシリコンウェーハＷを保持するウェーハ保持孔４６ａを有し、かつ各外縁部に、サンギヤ４４およびインターナルギヤ４５に噛合される外ギヤ４６ｂが形成された計４枚の円盤形状のキャリアプレート４６とを備えている。
両研磨布４１，４１としては、例えばウェーハ表面を鏡面化する軟質の不織布パッドが採用されている（ロデール社製Ｓｕｂａ６００）。
【００４３】
次に、この第２の実施例の片面鏡面ウェーハの製造方法を説明する。
まず、第１の実施例と同じ無サンギヤ式両面研磨装置１０により、シリコンウェーハＷの表裏両面を同時に研磨する（１次研磨）。具体的には、図１および図６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、これらの両パッド１４，１５をウェーハ表裏両面に押し付けたまま、上定盤１２側からスラリーを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。研磨時間は２０分である。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に収納された状態で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。このとき、ウェーハ表面の研磨量は約８μｍ、平坦度は０．２μｍ（ＳＢＩＲ）である。一方、ウェーハ裏面の研磨量は０．５〜４μｍである。
【００４４】
この両面研磨時、上定盤１２の硬質発泡ウレタンフォームパッド１４は、下定盤１３の軟質不織布パッド１５よりもシリコンウェーハＷの沈み込み量が小さい。そのため、第１の実施例のように、上定盤１２および下定盤１３に、同じ材質、同じ種類の研磨布１５，１５を貼着し、シリコンウェーハＷとして表面が研削面で裏面がエッチング面の特別なウェーハを採用しなくても、この第２の実施例では、表裏両面が同じエッチング面であるシリコンウェーハＷを使用して、表面より裏面の方が粗いシリコンウェーハＷを得ることができる。
【００４５】
次に、図７および図８に示すサンギヤ式両面研磨装置４０を使用し、無サンギヤ式両面研磨後のシリコンウェーハＷを仕上げ研磨する。具体的には、キャリアプレート４６の各ウェーハ保持孔４６ａ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、各ウェーハ表裏両面に研磨布４１，４１をそれぞれ２００ｇ／ｃｍ^２で押し付ける。また、上定盤４２と下定盤４３との間で、スラリーを２０００ｍｌ／分で供給しながらキャリアプレート４６を自転および公転させ、各ウェーハ保持孔４６ａに保持された４枚のシリコンウェーハＷの表裏両面を、上下１対の研磨布４１，４１に押圧しながら一括して両面研磨する。このようにしても、裏面の粗さを表面の鏡面と同じ程度まで小さくした片面鏡面ウェーハを製造することができる。
なお、このサンギヤ式両面研磨装置４０による両面研磨を先に施し、その後、無サンギヤ式両面研磨装置１０による両面研磨を後に施しても、同様の片面鏡面ウェーハを製造することができる。
その他の構成、作用および効果は、第１の実施例と同じであるので、説明を省略する。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１〜請求項６の片面鏡面ウェーハによれば、このように裏面の粗さを鏡面（表面）と同じ程度、具体的には裏面の粗さがＲａで５００〜５０００オングストローム、裏面におけるエッチピットの占める割合が５〜９０％、裏面のエッチピットの大きさが３〜５０μｍ、裏面の光沢度が表面の光沢度の５０％以上１００％未満、裏面のナノトポグラフィが１０ｍｍ角の範囲で２０〜５０ｎｍ、ＳＢＩＲで０．２μｍ以下まで小さくしたので、ウェーハ裏面に対しての有機物およびパーティクルなどの付着、金属汚染が発生しにくく、ウェーハ表面の平坦度が高く、しかもウェーハ表裏両面の判別が容易で、ウェーハ保持板のウェーハ保持面からウェーハを容易に剥がすことができる。
【００４７】
また、請求項７〜請求項９の片面鏡面ウェーハの製造方法によれば、表面が研削面で裏面がエッチング面である半導体ウェーハを無サンギヤ式両面研磨装置を用いて両面研磨することで、裏面の粗さを鏡面と同じ程度まで小さくした片面鏡面ウェーハを製造することができる。その他、表裏両面で研磨条件を異ならせた無サンギヤ式両面研磨後に、ウェーハ表裏両面の研磨条件が同じサンギヤ式両面研磨を施すか、このウェーハ表裏両面が同じ研磨条件のサンギヤ式両面研磨後に、このウェーハ表裏両面が異なる研磨条件の無サンギヤ式両面研磨を施しても同様の片面鏡面ウェーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に用いられる無サンギヤ式両面研磨装置の全体斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に用いられる無サンギヤ式両面研磨装置の使用中の縦断面図である。
【図３】この発明の第１の実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に用いられる無サンギヤ式両面研磨装置の概略平面図である。
【図４】この発明の第１の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系の要部拡大断面図である。
【図５】この発明の第１の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。
【図６】この発明の第２の実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法における研磨中の状態を示すその断面図である。
【図７】この発明の第２の実施例に係る片面鏡面ウェーハ製造方法に用いられるサンギヤ式両面研磨装置の使用状態を示す一部に断面図を含んだ斜視図である。
【図８】この発明の第２の実施例に係る片面鏡面ウェーハの製造方法に用いられるサンギヤ式両面研磨装置の使用状態におけるキャリアプレート外周部の要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０　無サンギヤ式両面研磨装置、
１１，４６　キャリアプレート、
１１ａ，４６ａ　ウェーハ保持孔、
１２，４２　上定盤、
１３，４３　下定盤、
１４，１５，４１　研磨布、
４０　サンギヤ式両面研磨装置、
４４　サンギヤ、
４５　インターナルギヤ、
Ｗ　シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims

表面が鏡面で、裏面の粗さがＲａで５００〜５０００オングストロームである片面鏡面ウェーハ。
表面が鏡面で、裏面においてエッチピットの占める割合が５〜９０％である片面鏡面ウェーハ。
前記エッチピットの大きさが、３〜５０μｍである請求項２に記載の片面鏡面ウェーハ。
表面が鏡面で、裏面の光沢度が表面の光沢度の５０％以上で１００％未満である片面鏡面ウェーハ。
ナノトポグラフィが１０ｍｍ角の範囲で５０ｎｍ以下である請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の片面鏡面ウェーハ。
ＳＢＩＲで０．２μｍ以下である請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の片面鏡面ウェーハ。
キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に、表面が研削面で裏面がエッチング面である半導体ウェーハを保持し、研磨剤を供給しながら、それぞれ研磨布が貼着された上定盤および下定盤の間で、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片面鏡面ウェーハの製造方法。
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、研磨剤を供給しながら、それぞれ研磨布が貼着された上定盤および下定盤の間で、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、研磨条件を異ならせることで半導体ウェーハの表面を鏡面とし、半導体ウェーハの裏面を粗面とする無サンギヤ式両面研磨工程と、
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、研磨剤を供給しながら、各対向面に研磨布が貼着された上定盤および下定盤を半導体ウェーハの表裏両面に押し付け、前記キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで、半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨するサンギヤ式両面研磨工程とを備え、
前記無サンギヤ式両面研磨後に、前記サンギヤ式両面研磨を行う片面鏡面ウェーハの製造方法。
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、研磨剤を供給しながら、それぞれ研磨布が貼着された上定盤および下定盤の間で、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、研磨条件を異ならせることで半導体ウェーハの表面を鏡面とし、半導体ウェーハの裏面を粗面とする無サンギヤ式両面研磨工程と、
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、研磨剤を供給しながら、各対向面に研磨布が貼着された上定盤および下定盤を半導体ウェーハの表裏両面に押し付け、前記キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで、半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨するサンギヤ式両面研磨工程とを備え、
前記サンギヤ式両面研磨後に、前記無サンギヤ式両面研磨を行う片面鏡面ウェーハの製造方法。