JP2009010071A

JP2009010071A - ウエハの研磨方法

Info

Publication number: JP2009010071A
Application number: JP2007168458A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Kiyozawa; 努清澤
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2007-06-27
Filing date: 2007-06-27
Publication date: 2009-01-15

Abstract

【課題】ウエハにダメージを与えることなく複数のウエハの厚みを揃えて、複数のウエハを同時に研磨できるウエハの研磨方法を提供する。
【解決手段】複数のウエハ１の各々の厚さを測定して所定の枚数の一まとめにする研磨ウエハ組とするウエハ厚測定工程と、前記研磨ウエハ組を構成するウエハ１の内でその厚みが最大のものを基準ウエハとして前記基準ウエハ以外のウエハの厚さと前記基準ウエハの厚さの差分値を演算するウエハ厚差分値演算工程と、前記基準ウエハ以外のウエハ１の研磨すべき面とは反対側の面にその差分値と一致するように液体材料２をスピンコートするスピンコート工程とを行い、前記研磨ウエハ組を同時に研磨するように構成したものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエハの研磨方法に関するもので、より詳細には複数のＳｉＣ単結晶ウエハを同時に研磨する方法に関するものである。

半導体ウエハで用いられている研磨技術にＣＭＰ（化学的機械研磨）がある。この技術は化学的作用と機械的作用を併せ持つ研磨であるため、ウエハに損傷を与えることなく非常に平坦な表面を得ることができる。そのため、ＬＳＩ製造工程において半導体ウエハ表面に形成された絶縁膜やメタル配線の凹凸の平坦化する研磨手法として広く行われている。また、ＣＭＰ研磨は仕上げ研磨として優れた特性があり、炭化シリコン単結晶ウエハの研磨工程では、ダイヤ研磨等の機械研磨でウエハ表面に生じたスクラッチ傷や加工変質層（結晶構造が乱れた層）を除去する仕上げ研磨として使用されている（例えば、特許文献１参照）。

ウエハの生産性と製造コストを向上させるためには、複数のウエハを一括して同時に研磨を行う方法が知られている。これは、１枚のプレートに複数のウエハを取り付け、このプレートを研磨装置の研磨ヘッドにセットして研磨を行うが、プレート内のウエハ厚が異なると、それぞれのウエハには研磨ヘッドによる加圧が均一にならない。そのため、加圧力が、厚いウエハに偏るので、ウエハ毎の研磨量にばらつきが生じ、ウエハの平坦性を悪化させてしまう。そのため、予め複数枚のウエハの厚み測定を行い、これら複数枚のウエハの内で最も薄いウエハを基準として、その他のウエハに研削を施して厚みを揃えてから研磨処理を行なう複数枚研磨の方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００５―１１７０２７号公報特開２０００―２１６１１９号公報

しかしながら、従来例の技術では、研削という機械加工によってウエハ厚を揃えているので、ウエハ表面に機械的ダメージ（スクラッチ傷、加工変質層、マイクロクラック）が発生する。この研削ダメージは数時間程度のＣＭＰでは完全に除去できないため、その後に行われる成膜工程（エピタキシャル成長など）において、この残存している機械的ダメージによって、成膜した膜の内部に新たな結晶欠陥や転位を誘発させるため、膜の品質を著しく損ねてしまう。

本発明の目的は、前記従来技術の課題を解決するもので、ウエハにダメージを与えることなく複数のウエハの厚みを揃えて、複数のウエハを同時に研磨できるウエハの研磨方法を提供することである。

従来の課題を解決するために、本発明のウエハの研磨方法は、複数のウエハの各々の厚さを測定して所定の枚数の一まとめにする研磨ウエハ組とするウエハ厚測定工程と、前記研磨ウエハ組を構成するウエハの内でその厚みが最大のものを基準ウエハとして前記基準ウエハ以外のウエハの厚さと前記基準ウエハの厚さの差分値を演算するウエハ厚差分値演算工程と、前記基準ウエハ以外のウエハの研磨すべき面とは反対側の面にその差分値と一致するように液体材料をスピンコートするスピンコート工程と、前記スピンコートされた複数のウエハと前記基準ウエハとを研磨装置の研磨ヘッドが備えているプレートに装着して前記複数のウエハを同時に研磨する研磨工程と、からなることを特徴としたものである。

本発明のウエハの研磨方法によれば、研磨前のウエハ厚調整をウエハの研磨すべき面とは反対の面に液体材料を塗布することによって行なうためウエハに機械的ダメージを与えることはなく複数のウエハの厚みを揃えることができ、研磨量ばらつきの少ない複数枚研磨の方法を提供することができる。

さらに、液体材料を塗布する工程は、１枚当たりの作業時間が数十分程度と作業効率が良く生産性を高めることができるため、製造コストを低減できるというメリットがある。

以下に、本発明のウエハの研磨方法の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態１）
通常、半導体ウエハには数十μｍ程度の厚みばらつきが生じている（例えば、ＳｉＣ単結晶ウエハは、±２５μｍ程度の厚みばらつきがある。）。そのため、複数のウエハを同時に研磨する際には、ウエハの厚みを測定して、同じ厚みをもつウエハの組を作る必要がある。そのため、本発明は次のような一連の工程を持つ。図１は、本発明の実施の形態１における一連の工程をフローチャートで示したものであり、この一連の工程はウエハ厚測定工程、ウエハ厚差分値演算工程、スピンコート工程、研磨工程から構成されている。以下に各工程の手順について説明する。

まず、ウエハ厚測定工程として、図２に示すようにマイクロゲージを用いて複数のウエハ１の各々のウエハ厚を測定する。本発明では、ウエハの中心を含む複数の位置で測定を行い、この複数の値の平均値をウエハ厚とする。測定した値は、ウエハ毎に記録しておく。ウエハ厚の測定方法としては、接触方式（マイクロゲージ）と非接触方式（静電容量やレーザ干渉）があるが、このいずれを用いても良い。本実施例では、この工程で測定した３枚のウエハを同時に研磨する組とする研磨ウエハ組とした。この研磨ウエハ組は、３枚に限る必要はなく、研磨工程にて同時研磨できる最適の枚数を適宜選択して研磨ウエハ組とすれば良い。表１に、研磨ウエハ組を構成するウエハのウエハ厚を測定した結果を示す。

表１に示すように、本実施例で測定されたウエハ１、２および３枚のウエハ厚は、それぞれ３７０μｍ、３６０μｍ、３５０μｍであった。

次のウエハ厚差分値演算工程では、表１の結果を用いて研磨ウエハ組の内、最大の厚みを持つウエハを基準ウエハとし、基準ウエハの厚みから基準ウエハ以外のウエハの厚みを減算して差分値を計算する。本実施例では、基準ウエハがウエハ１となるので、ウエハ２とウエハ３の厚みの差分値は、それぞれ１０μｍ、２０μｍとなる。これをウエハ毎に記録しておき、次のスピン工程でウエハ毎に必要な膜厚を塗布する。

スピンコート工程では、図３に示しように、前記基準ウエハ以外の研磨すべき面とは反対側の面にそのウエハの差分値と一致するように液体材料２をスピンコートにより塗布して複数のウエハの厚みを揃える。液体材料２の膜厚はスピンコートの回転数によって調整することができる。使用する液体材料２としては、常温で液体であり、且つ熱や紫外線により硬化ができ、且つウエハに悪影響を与えず容易に除去できるものが適している（例えば、フェノール樹脂やエポキシ樹脂）。

次いで、研磨工程として、図４に示すように、液体材料２を塗布された複数のウエハと基準ウエハとを１枚のプレート３に貼付けし、ウエハ貼付け済みのプレート３を研磨装置の研磨ヘッド４に装着し、この研磨ヘッド４を研磨布５が貼り付けられている回転テーブル６に押し付けつつ、研磨剤であるスラリー７を研磨布５に供給することによって複数枚研磨が行なわれる。なお、ＳｉＣ単結晶基板の仕上げ研磨としてはコロイダルシリカスラリーを用いたＣＭＰ処理が行なわれる。

（実施の形態２）
図５は、本発明の実施の形態２における一連の工程をフローチャートで示したものである。実施の形態１との違いは、あらたにウエハ露光工程とウエハ現像工程とを、研磨工程の前に設けたことである。その他の工程は、実施の形態１と同一なので説明を割愛する。

実施の形態１で説明したスピンコート工程において、液体材料をスピンコートする際に、図６に示すように特に粘度が高い液体材料を遅い回転数でスピンコートした場合において、ウエハの縁に液体材料の盛り上がり部分２１が発生する。この盛り上がり部分２１は、後の研磨工程では、各ウエハの厚み前記基準ウエハ以外の研磨すべき面とは反対側の面にその差分値と一致するように感光性レジストや感光性ポリイミド等の感光性液体材料２をスピンコートにより塗布して複数枚のウエハの厚みを揃える。

次いで、ウエハ露光工程として、ポジ型の感光性液体材料を使用した場合には、図７ａに示すように、ウエハの縁の感光性液体材料の盛り上がり部分２１に対して露光を行なう。また、ネガ型の感光性液体材料を使用した場合には、図７ｂに示すように、感光性液体材料の盛り上がり部分２１以外に対して露光を行なう。

次いで、現像工程として、図８に示すように、現像液を用いて現像を行なうことで、ウエハの縁の感光性液体材料の盛り上がり部分２１を除去し、高精度に複数のウエハの厚みを揃えることが可能となる。

次いで、研磨工程として、実施の形態１と同様に、液体材料を塗布した複数のウエハと基準ウエハとを１枚のプレート３に貼付けを行い、このプレート３を研磨装置の研磨ヘッド４に装着し、研磨ヘッド４で複数枚研磨を行なう。ＳｉＣ単結晶基板の仕上げ研磨としては、コロイダルシリカスラリーを用いたＣＭＰ処理が用いられるが、液体材料としてポジ型感光性液体材料を用いた場合においてはｐＨが７以上１０以下のコロイダルシリカスラリーを使用する必要がある。これは、ポジ型の感光性液体材料は強アルカリ溶液に溶けやすいためである。

次に本発明の作用効果を示す。比較例として、本発明を使用しない研磨ウエハ組と実施の形態１および２で作製した研磨ウエハ組（実施例１および２）との研磨工程での研磨ばらつきの詳細を以下に説明する。本実施例で用いた比較例と実施例とのサンプルは、次のようにして作製した。

（比較例）平均ウエハ厚が３５０μｍ±２５μｍのＳｉＣ単結晶ウエハ群から３枚を１組とした研磨ウエハ組を５組用意した。各々の研磨ウエハ組に対して、ＣＭＰ研磨を行った。ＣＭＰ研磨は、以下の通りである。コロイダルシリカを主成分としたｐＨ９のスラリーを使用して、研磨すべきウエハに圧力５００ｇ/ｃｍ²を加えて研磨ヘッドの回転数を４０ｒｐｍ、研磨用の回転テーブルの回転数４０ｒｐｍに設定して、３時間の研磨を行った。

（実施例１）使用した研磨ウエハ組は、比較例１と同じものを使用したが、本実施の形態１に従って、液体材料に熱硬化型エポキシ樹脂３８６６（ヘンケル社製）を用いてスピンコート処理を行いウエハの厚みを揃えた。また、ＣＭＰ研磨は比較例１と同じにした。

（実施例２）使用した研磨ウエハ組は、比較例１と同じものを使用したが、本実施の形態２に従って、ポジ型感光性レジストＰＭＥＲ−Ｐ-ＬＡ９００ＰＭ（東京応化工業株式会社製）をスピンコートして、この処理により生じたウエハの感光性レジストの盛り上がり部分をウエハ現像工程で除去したものを用いた。また、ＣＭＰ研磨は比較例１と同じにした
その結果を図９に示す。図で明らかなように比較例では、各ウエハ間の研磨量のばらつきが＋１５％、−２０％である。一方、実施例１では、各ウエハ間の研磨量のばらつきは＋５％、−３％と小さく、実施例２では、さらに±２％とさらにばらつきが減少している。すなわち、実施例１では、研磨前のウエハ厚の調整をウエハの裏面への液体材料の塗布によって行なうため、ウエハに機械的ダメージを与えることはなく、容易に複数のウエハの厚みを揃えることができることを示している。さらに、実施例２では、液体材料として感光性液体材料を使用し且つ露光工程と現像工程を追加することによって、スピンコート工程に発生したウエハの縁の液体材料の盛り上がり部分を除去することができるため、実施例１に比べ、さらに高精度に複数のウエハの厚みを揃えることができることを示している。従って、本発明により、複数枚のウエハを用いて複数枚研磨を行う際に、研磨量ばらつきが少なく、表面平坦性良好なウエハを得ることが可能となる。

なお、本実施例では示していないが、研磨完了後にウエハを取外して、アセトンなどによる有機洗浄を行い、塗布した液体材料を除去する。また、その後、金属不純物やパーティクルなどの除去するため、酸洗浄やアルカリ洗浄を行なっても良い。

以上のように、本発明に係るウエハの研磨方法は、ウエハに機械的ダメージを与えることはなく複数のウエハ厚の揃えることができるため、研磨量のばらつきの少ない複数枚研磨が可能であり、生産性にも優れるため、半導体ウエハ製造やＬＳＩ製造において適用可能な技術である。

本発明の実施の形態１における工程を示すフローチャートウエハ厚測定工程における研磨ウエハ組を示す図スピンコート工程後の研磨ウエハ組を構成するウエハの断面図研磨工程を示す断面図本発明の実施の形態２における工程を示すフローチャートウエハの縁における液体材料の盛り上がりを示すウエハ断面図露光工程を示すウエハ断面図現像工程後のウエハ断面図本発明による研磨量ばらつきの効果を示す図

符号の説明

１ウエハ
２液体材料、感光性液体材料
３プレート
４研磨ヘッド
５研磨布
６回転テーブル
７スラリー
８マスク（遮光層）
９紫外線
１０マイクロゲージ
２１液体材料の盛り上がり部分
２２現像後の感光性液体材料

Claims

複数のウエハの各々の厚さを測定して所定の枚数の一まとめにする研磨ウエハ組とするウエハ厚測定工程と、
前記研磨ウエハ組を構成するウエハの内でその厚みが最大のものを基準ウエハとして前記基準ウエハ以外のウエハの厚さと前記基準ウエハの厚さの差分値を演算するウエハ厚差分値演算工程と、
前記基準ウエハ以外のウエハの研磨すべき面とは反対側の面にその差分値と一致するように液体材料をスピンコートするスピンコート工程と、
前記スピンコートされた複数のウエハと前記基準ウエハとを研磨装置の研磨ヘッドが備えているプレートに装着して前記複数のウエハを同時に研磨する研磨工程と、
からなるウエハの研磨方法。
前記ウエハ厚測定工程において、そのウエハの中心を含む二分割線に沿って複数の位置で厚みを測定し、その平均値をウエハ厚さとする請求項１に記載のウエハの研磨方法。
前記スピンコート工程において、スピンコートすべきウエハの厚さの差分値に応じて液体材料の量とスピンコート時の回転数とを変更する請求項１に記載のウエハの研磨方法。
前記液体材料はポジ型感光性液体材料である請求項１に記載のウエハの研磨方法。
前記ポジ型感光性液体材料は、感光性レジストあるいは感光性ポリイミドである請求項４に記載のウエハの研磨方法。
前記スピンコート工程の後に前記感光性液体材料が塗布された前記ウエハ上の縁を露光するウエハ露光工程と、前記露光されたウエハの縁の感光性液体材料を除去するウエハ現像工程と、をさらに備えた請求項４に記載のウエハの研磨方法。
前記液体材料はネガ型感光性液体材料である請求項１に記載のウエハの研磨方法。
前記ネガ型感光性液体材料は、感光性レジストあるいは感光性ポリイミドである請求項７に記載のウエハの研磨方法。
前記スピンコート工程の後に前記感光性液体材料が塗布された前記ウエハ上の縁以外を露光するウエハ露光工程と、前記工程において露光されていない感光性液体材料を除去するウエハ現像工程と、をさらに備えた請求項７に記載のウエハの研磨方法。
前記研磨工程は、ＣＭＰ処理である請求項１に記載のウエハの研磨方法。
前記ウエハは、ＳｉＣ単結晶からなるウエハである請求項１に記載のウエハの研磨方法。
前記ＣＭＰ処理は、ｐＨ７〜１０のコロイダルシリカをスラリーに用いたＣＭＰ処理である請求項１０に記載のウエハの研磨方法。