JP2009081186A - 半導体ウェハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハの高平坦度を確保しつつ、エッジ領域における半導体ウェハの利用率を向上することができる半導体ウェハの製造方法の提供。
【解決手段】半導体ウェハＳを収納するキャリア５０と、このキャリア５０を挟む上定盤１０及び下定盤２０とを備えた両面研磨機１により、半導体ウェハＳの表裏面を同時に研磨加工する半導体ウェハの製造方法は、半導体ウェハＳの厚さ寸法を、キャリア５０の厚さ寸法よりも０μm以上５μm以下の範囲で大きくしてキャリア５０に収納し、半導体ウェハＳの面及び定盤１０、２０の面の間に研磨スラリを供給して研磨を行う研磨工程を含み、研磨工程では、半導体ウェハの取代を、両面で５μm以下とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工前の半導体ウェハを収納するキャリアと、このキャリアを挟む上定盤及び下定盤とを備えた両面研磨機により、前記半導体ウェハの表裏面を同時に研磨加工する半導体ウェハの製造方法に関する。

近年の半導体素子の集積度の大幅な向上に伴い、半導体素子を構成する線幅はより細くなっており、ステッパによりこのような半導体素子を製造する際には、半導体ウェハの露光面となる表面には、高い平坦性が要求されている。
従来、この平坦性評価の尺度としては、グローバルなＧＢＩＲ、ローカルなＳＢＩＲが用いられていたが、最近では、半導体ウェハ面のすべての部分領域におけるステッパの集束能力を考慮する平坦性の尺度として、ＳＦＱＲ（Site Front-surface referenced least Squares/range）によって半導体ウェハの評価が行われている。
そして、このようなＳＦＱＲを向上させる半導体ウェハの製造方法として、両面研磨機による研磨工程おいて、キャリアの厚みと加工前の半導体ウェハの厚みの関係を規定し、所定の取代を確保することでＳＦＱＲを向上させることができるという技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−２３５９４１号公報（〔０００６〕段落）

ところで、１枚の半導体ウェハのすべての領域で要求される平坦度を確保することができればよいが、実際には、両面研磨機等で半導体ウェハを研磨した場合、半導体ウェハのエッジ領域では、中央領域との研磨圧の差によって面ダレ（ＥＲＯ：Edge Roll Off）という現象が生じる。このため、半導体ウェハのエッジから中央に向かった所定寸法部分は、要求品質に応じた平坦度品質を確保することができないので、その部分については廃棄しなければならず、無駄が生じていた。
そして、前記特許文献１に記載の技術では、平坦度を維持しながらＥＲＯを改善することが困難であるという問題がある。

本発明の目的は、半導体ウェハの高平坦度を確保しつつ、エッジ領域における半導体ウェハの利用率を向上することができる半導体ウェハの製造方法を提供するものである。

本発明は、半導体ウェハの評価尺度として、前記のＧＢＩＲ値、ＳＢＩＲ値、ＳＦＱＲ値の他に、ＥＲＯを評価するための新たな尺度を導入し、これらに基づいて、半導体ウェハ全体で高平坦度を確保することができ、かつ半導体ウェハの外周部のＥＲＯ量を少なくできる最適な研磨条件を見出すという知見から案出されたものであり、以下の構成を要旨とする。
（１） 半導体ウェハを収納するキャリアと、このキャリアを挟む上定盤及び下定盤とを備えた両面研磨機により、前記半導体の表裏面を同時に研磨加工する半導体ウェハの製造方法であって、
前記半導体ウェハを前記キャリアに収納し、
前記半導体ウェハの面及び前記定盤の面の間に研磨スラリを供給して研磨を行う研磨工程を、研磨条件を変更して複数段階実施することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。

（２） （１）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記複数段階の研磨工程のうち、最終の研磨工程では、前記半導体ウェハの取代を両面で５μm以下とすることを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
（３） （２）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記最終の研磨前の半導体ウェハの厚さ寸法を、前記キャリアの厚さ寸法よりも５μm以上１０μm以下の範囲で大きくして前記キャリアに収納し、
最終の研磨工程後の半導体ウェハの厚さ寸法を、前記キャリアの厚さ寸法よりも０μm以上５μm以下に研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。

（４） 半導体ウェハを収納するキャリアと、このキャリアを挟む上定盤及び下定盤とを備えた両面研磨機により、前記半導体の表裏面を同時に研磨加工する半導体ウェハの製造方法であって、
前記半導体ウェハを前記キャリアに収納し、
前記半導体ウェハの面及び前記定盤の面の間に研磨スラリを供給して研磨を行う研磨工程を含み、
該研磨工程では、研磨前の半導体ウェハの厚さ寸法を、前記キャリアの厚さ寸法よりも５μm以上１０μm以下の範囲としして前記キャリアに収納し、研磨後の厚さ寸法が、前記キャリアの厚さ寸法よりも０μm以上５μm以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。

（５） （４）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記研磨工程では、ＳＦＱＲが０．０１５μｍ〜０．０３０μｍ、ＳＢＩＲが０．０４μｍ〜０．１μｍとなるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
（６） （４）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記研磨工程では、ＳＦＱＲが０．０１５μｍ〜０．０３０μｍ、ＧＢＩＲが０．１μｍ〜０．３μｍとなるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。

（７） （４）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記研磨工程では、ＳＢＩＲが０．０４μｍ〜０．１μｍ、ＥＲＯ（Edge Roll Off）が０．２μｍ以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
（８） （４）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記研磨工程では、ＧＢＩＲが０．１μｍ〜０．３μｍ、ＥＲＯ（Edge Roll Off）が０．２μｍ以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。

（９） （４）乃至（８）のいずれかに記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記研磨工程における前記半導体ウェハの研磨時間は、砥粒及び装置に起因する金属がウェハ内に拡散しない時間であることを特徴とする半導体ウェハの製造方法。

（１０） （２）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記最終の研磨工程では、ＳＦＱＲが０．０１５μｍ〜０．０３０μｍ、ＳＢＩＲが０．０４μｍ〜０．１μｍとなるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
（１１） （２）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記最終の研磨工程では、ＳＦＱＲが０．０１５μｍ〜０．０３０μｍ、ＧＢＩＲが０．１μｍ〜０．３μｍとなるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。

（１２） （２）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記最終の研磨工程では、ＳＢＩＲが０．０４μｍ〜０．１μｍ、ＥＲＯ（Edge Roll Off）が０．２μｍ以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
（１３） （２）に記載の半導体ウェハの製造方法において、
前記最終の研磨工程では、ＧＢＩＲが０．１μｍ〜０．３μｍ、ＥＲＯ（Edge Roll Off）が０．２μｍ以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。

ここで、前述した研磨工程及び最終の研磨工程における半導体ウェハの取代は、０μｍ〜５μｍとされるが、半導体ウェハ全体の平坦度を向上するには、１μｍ以上とするのが好ましく、より好ましくは、取代は、２μｍ〜４μｍである。
また、前述したＥＲＯ（Edge Roll Off）は、半導体ウェハのエッジから１ｍｍ内側のＴＲＯＡ（Thickness Roll Off Amount）である。
この発明によれば、半導体ウェハの高平坦度を確保しつつ、エッジ領域における半導体ウェハの利用率を向上することができる、という効果がある。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には本発明の実施形態に係る両面研磨機１が示され、この両面研磨機１は、上定盤１０、下定盤２０、インナーギア３０、アウターギア４０、及び複数のキャリア５０を備えて構成され、キャリア５０内には、複数の半導体ウェハＳが収納されている。
上定盤１０は、定盤本体１１と、この定盤本体１１を下定盤２０に対して接近離間させる昇降機構１２とを備えて構成される。

定盤本体１１は、略円坂状に形成され、図１では図示を略したが、その下面には半導体ウェハＳを研磨する際に半導体ウェハＳの面と当接する上研磨パッドが設けられ、上面には、研磨時に研磨スラリの供給や純水でリンスするための孔が複数穿設され、研磨スラリ、純水を上定盤１０及び下定盤２０の間に供給できるようになっている。
昇降機構１２は、定盤本体１１の略中央に設けられる軸部１２１を有し、図示を略したが、上部に配置される門型フレームに設けられるモータによって、定盤本体１１を上下に昇降させる。

下定盤２０は、両面研磨機１の台座上に回転自在に設けられる円板状体であり、この下定盤２０の上定盤１０と対向する面には下研磨パッド２１が設けられ、研磨する際にはこの下研磨パッド２１が半導体ウェハＳの面と当接する。
インナーギア３０は、下定盤２０の円板の略中心に、下定盤２０と独立して回転するように設けられ、その外周側面には、キャリア５０と噛合する歯３１が形成されている。
アウターギア４０は、下定盤２０を囲むリング状体から構成され、リングの内側面には、キャリア５０と噛合する歯４１が形成されている。

上定盤１０、下定盤２０、インナーギア３０、及びアウターギア４０の回転中心には、それぞれ駆動モータの回転軸が結合され、各駆動モータによってそれぞれが独立して回転するようになっている。
キャリア５０は、円板状体から構成され、その外周側面には前記のインナーギア３０及びアウターギア４０と噛合する歯５１が形成され、円板状体内部には、複数の孔５２が形成され、この孔５２内部に半導体ウェハＳが収納される。

このような両面研磨機１により、半導体ウェハＳを研磨する際には、まず、下定盤２０上にキャリア５０をセットし、孔５２内に半導体ウェハＳを収納した後、昇降機構１２により上定盤１０を下降させ、上定盤１０を下方向に所定の圧力で加圧した状態で、上定盤１０の定盤本体１１に形成された孔から研磨スラリを供給した後、それぞれの駆動モータを駆動させることにより、両面研磨が行われる。尚、半導体ウェハＳは、下側が表面研磨、上側が裏面研磨となるように配置され、下定盤２０に取り付けられる研磨パッド２１が半導体ウェハＳの表面研磨用、上定盤１０に取り付けられる研磨パッドが半導体ウェハＳの裏面研磨用となる。

次に、本発明の実施例について説明するが、本発明はこれに限られるものではない。
■１．実施例
研磨条件
前述した実施形態に係る両面研磨機１により、直径３００mmの半導体ウェハＳの２段研磨を行った。具体的には、まず、第１段研磨により、キャリア５０の厚みに対して、５μm未満の厚さ寸法の大きな半導体ウェハＳとし、第２段研磨では、半導体ウェハＳの両面で取代を５μm以下と設定して行う。各段における研磨条件は次の通りである。
(1)第１段研磨における研磨条件
第１段研磨では、表裏面側ともに同じ研磨パッドを使用した。研磨パッドはウレタンパッドを採用した。
第１段研磨における研磨条件は、研磨スラリー（Slurry）を供給しながら、加工圧（Press）、研磨時間（Time）、上定盤回転数（Upper）、下定盤回転数（Lower）、インナーギア３０の回転数（Inner）、アウターギア４０の回転数（Outer）を変化させたＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４の４段で半導体ウェハＳの研磨を行い、最後に純水（DIW)でリンス洗浄を行った（ＳＴＥＰ５）。

(2)第２段における研磨条件
第２段研磨における研磨条件は、第１段階と同様に、ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４の４段で研磨を行い、最後に純水でリンス洗浄をおこなった（Ｌ５）。
尚、第１段研磨は、表１における加工圧１２００ｄａＮ以上の条件で行い、第２段研磨は加工圧１２００ｄａＮ以下で行っている。
また、摺速については、キャリア５０の中心位置でのキャリア５０及び上定盤１０の相対速度を摺速１（mm／sec）、キャリア５０の中心位置でのキャリア５０及び下定盤２０の相対速度を摺速２（mm／sec）としたときに、摺速１／摺速２が０．８〜１．２の範囲に収まるようにした。

■２．比較例
従来の加工方法として、キャリア５０の厚みよりも１０μm以上の厚さ寸法の大きな半導体ウェハＳを準備し、取代２０μm以上に設定して研磨を行った。
尚、実施例及び比較例では、すべてのキャリア５０に半導体ウェハＳを装填した状態で加工を行っており、各キャリア５０に半導体ウェハＳを装填し、キャリア５０を５枚セットして加工を行っている。従って、両面研磨機１でセットされた加工圧（Press）を、半導体ウェハＳの１枚当たりの面圧に換算すると、次の表１に示される関係となる。

■３．評価結果及び考察
(1)エッジ領域における面ダレ（ＥＲＯ）の評価
前記実施例及び比較例において、加工前の半導体ウェハＳの厚さ寸法とキャリア５０の厚さ寸法の差Gapと、研磨による半導体ウェハＳの両面の取代とを段階的に変化させ、これらの関係を求めたところ、図２に示されるような結果が得られた。図２における横軸は、直径３００mmの半導体ウェハＳにおけるウェハ中心を原点とした半径位置（mm）を表し、縦軸は、基準面からの垂直方向位置（nm）を表している。
図２から判るように、Gapを５μm未満とし、研磨による取代を０〜５μm以上とした領域Ａでは、実施例に係るグラフＧ１、Ｇ２に示されるように、グラフＧ１では、横軸１４９mm位置、すなわちＴＲＯＡ１mmの位置のＥＲＯが３００nm以下、グラフＧ２では、ＴＲＯＡ１mmの位置におけるＥＲＯが１００nm以下と極めて良好なＥＲＯの値となることが確認された。
一方、Gapを５μm以上とし、取代を０〜５μmよりも小さくした領域Ｂでは、比較例に係るグラフＧ３に示されるように、ＴＲＯＡ１mmにおけるＥＲＯが−８００nmとなり、エッジ領域における面ダレが大きく生じることが確認された。
つまり、実施例のように２段研磨を行い、最終段の研磨である第２段研磨において、キャリア５０の厚みに対して、５μm以下の厚さ寸法の大きな半導体ウェハＳをキャリア５０に収納し、取代を両面で５μm以下とすることにより、エッジ領域における面ダレを少なくすることができ、これにより、半導体ウェハＳのエッジ領域での利用率を向上させることができる。

(2)ＧＢＩＲ値、ＳＢＩＲ値、ＳＦＱＲ値による評価
次に、実施例及び比較例によって得られた半導体ウェハＳの表面の平坦度をＧＢＩＲ値、ＳＢＩＲ値、ＳＦＱＲ値として測定した。結果を表２に示す。

厚さ寸法の差Gapと取代との関係を調べたところ、図３に示される関係が得られた。
すなわち、Gapを０以下に設定し、取代を５μmを超える量に設定すると、形状ＳＨ１のように半導体ウェハＳの中央部がより多く研磨され、周囲の部分が削られない傾向にあり、ＧＢＩＲ、ＳＢＩＲ、ＳＦＱＲともに数値が悪化する。
一方、Gapを５μm以上に設定し、取代を少なくすると、形状ＳＨ２のように、半導体ウェハＳのエッジ部分がより多く研磨され、中央部があまり研磨されなくなり、ＧＢＩＲ、ＳＢＩＲの数値が悪化する。従って、Gapを０を超え５μmとし、取代を５μm以下とすることにより、形状ＳＨ３のように平坦な加工を施すことが可能となり、ＧＢＩＲ、ＳＢＩＲ、ＳＦＱＲすべてを満足することが確認された。

(3)まとめ
以上のことから、ＥＲＯ、ＧＢＩＲ、ＳＢＩＲ、ＳＦＱＲすべてを満足することのできる条件とは、図２及び図３の結果から、Gapが０μmを超え５μm未満の範囲で、かつ、取代が両面で５μm以下の範囲であると云える。
そして、このような研磨条件で研磨することにより、ＥＲＯ、ＧＢＩＲ、ＳＢＩＲ、ＳＦＱＲすべてを満足させることのできる半導体ウェハＳを製造できることが確認された。

本発明の実施形態に係る両面研磨機を表す概要斜視図。 実施例及び比較例における最適なＥＲＯを与えるGap及び取代の関係を表すグラフ。 実施例及び比較例における最適な平坦度の値を与えるGap及び取代の関係を表すグラフ。

符号の説明

１…両面研磨機、１０…上定盤、１１…定盤本体、１２…昇降機構、２０…下定盤、２１…下研磨パッド、３０…インナーギア、３１…歯、４０…アウターギア、４１…歯、５０…キャリア、５１…歯、５２…孔、１２１…軸部

Claims (13)

1. 半導体ウェハを収納するキャリアと、このキャリアを挟む上定盤及び下定盤とを備えた両面研磨機により、前記半導体の表裏面を同時に研磨加工する半導体ウェハの製造方法であって、
   前記半導体ウェハを前記キャリアに収納し、
   前記半導体ウェハの面及び前記定盤の面の間に研磨スラリを供給して研磨を行う研磨工程を、研磨条件を変更して複数段階実施することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
2. 請求項１に記載の半導体ウェハの製造方法において、
   前記複数段階の研磨工程のうち、最終の研磨工程では、前記半導体ウェハの取代を両面で５μm以下とすることを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
3. 請求項２に記載の半導体ウェハの製造方法において、
   前記最終の研磨前の半導体ウェハの厚さ寸法を、前記キャリアの厚さ寸法よりも５μm以上１０μm以下の範囲で大きくして前記キャリアに収納し、
   最終の研磨工程後の半導体ウェハの厚さ寸法を、前記キャリアの厚さ寸法よりも０μm以上５μm以下に研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
4. 半導体ウェハを収納するキャリアと、このキャリアを挟む上定盤及び下定盤とを備えた両面研磨機により、前記半導体の表裏面を同時に研磨加工する半導体ウェハの製造方法であって、
   前記半導体ウェハを前記キャリアに収納し、
   前記半導体ウェハの面及び前記定盤の面の間に研磨スラリを供給して研磨を行う研磨工程を含み、
   該研磨工程では、研磨前の半導体ウェハの厚さ寸法を、前記キャリアの厚さ寸法よりも５μm以上１０μm以下の範囲としして前記キャリアに収納し、研磨後の厚さ寸法が、前記キャリアの厚さ寸法よりも０μm以上５μm以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
5. 請求項４に記載の半導体ウェハの製造方法において、
   前記研磨工程では、ＳＦＱＲが０．０１５μｍ〜０．０３０μｍ、ＳＢＩＲが０．０４μｍ〜０．１μｍとなるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
6. 請求項４に記載の半導体ウェハの製造方法において、
   前記研磨工程では、ＳＦＱＲが０．０１５μｍ〜０．０３０μｍ、ＧＢＩＲが０．１μｍ〜０．３μｍとなるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
7. 請求項４に記載の半導体ウェハの製造方法において、
   前記研磨工程では、ＳＢＩＲが０．０４μｍ〜０．１μｍ、ＥＲＯ（Edge Roll Off）が０．２μｍ以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
8. 請求項４に記載の半導体ウェハの製造方法において、
   前記研磨工程では、ＧＢＩＲが０．１μｍ〜０．３μｍ、ＥＲＯ（Edge Roll Off）が０．２μｍ以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
9. 請求項４乃至請求項８のいずれかに記載の半導体ウェハの製造方法において、
   前記研磨工程における前記半導体ウェハの研磨時間は、砥粒及び装置に起因する金属がウェハ内に拡散しない時間であることを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
10. 請求項２に記載の半導体ウェハの製造方法において、
    前記最終の研磨工程では、ＳＦＱＲが０．０１５μｍ〜０．０３０μｍ、ＳＢＩＲが０．０４μｍ〜０．１μｍとなるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
11. 請求項２に記載の半導体ウェハの製造方法において、
    前記最終の研磨工程では、ＳＦＱＲが０．０１５μｍ〜０．０３０μｍ、ＧＢＩＲが０．１μｍ〜０．３μｍとなるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
12. 請求項２に記載の半導体ウェハの製造方法において、
    前記最終の研磨工程では、ＳＢＩＲが０．０４μｍ〜０．１μｍ、ＥＲＯ（Edge Roll Off）が０．２μｍ以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。
13. 請求項２に記載の半導体ウェハの製造方法において、
    前記最終の研磨工程では、ＧＢＩＲが０．１μｍ〜０．３μｍ、ＥＲＯ（Edge Roll Off）が０．２μｍ以下となるように研磨することを特徴とする半導体ウェハの製造方法。