JP2013235898A - 両面研磨装置用キャリアの製造方法及びこれを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の凹溝を有するウエハキャリアを製造する際には、切削研磨によってウエハキャリア表面にスラリー導入用の凹溝を形成している。ところが、切削加工では精度良く凹溝を形成するためには費用がかかってしまう、あるいは切削加工時にキャリア本体に圧力がかかるため本体がひずんでしまう可能性がある、などの課題がある。
【解決手段】以上の課題を解決するために、本発明は費用がかからず、また化学的加工であるためキャリア本体へのダメージも少ないエッチング加工処理によって定盤側表面に凸組構造を形成するウエハキャリアの製造方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、両面研磨装置において、半導体ウエハを研磨する際に半導体ウエハを保持する両面研磨装置用キャリアの製造方法に関する。

従来、半導体ウエハを両面研磨する際、半導体ウエハを保持するためのキャリアが利用される。このキャリアは、半導体ウエハより薄い厚みに形成され、両面研磨装置の上定盤、下定盤の間の所定位置にウエハを保持するためのウエハ保持孔を備えている。このウエハ保持孔に半導体ウエハが挿入されて保持され、上定盤、下定盤の対向面に設けられた研磨布等の研磨具で半導体ウエハの上下面が挟み込まれ、研磨面に研磨剤を供給しながら研磨が行われる。

このように両面研磨を行う場合、半導体ウエハの外周部分に圧力が集中すると研磨剤や研磨布の粘弾性の影響などにより、半導体ウエハの外周部のみが過剰に研磨されて外周ダレが生じる。この外周ダレがウエハの平坦度を悪化させてしまう、という問題があった。
そこで特許文献１や２には、キャリア外側面から内側の保持穴などに向けて研磨剤導入用の溝を設けることを特徴とするキャリアを利用することで、効率的に研磨剤がウエハに対して供給され、したがって外周ダレなどを生じさせることなくウエハを均一に研磨することができる技術が開示されている。

特開平０５−００４１６５号公報 特開２００３−２３１０５５号公報

しかし、上記特許文献に開示のキャリアには以下のような課題がある。すなわち、キャリアを製造する際には、例えばサンドブラスト加工やレーザー加工、切削加工などによってキャリア表面にスラリー導入用の凹溝を形成している。ところが、これら加工方法では精度良く凹溝を形成するためには費用がかかってしまう、あるいは加工時にキャリア本体に必要以上の圧力がかかり本体がひずんでしまう可能性がある、などの課題がある。

そこで、上記課題を解決するために、費用がかからず、また化学的加工であるためキャリア本体に必要以上の圧力が加わらずダメージも少ないエッチング加工処理によって定盤側表面に凸組構造を形成するキャリアの製造方法を提供する。

具体的には、両面研磨装置において、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれた半導体ウエハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアで、表又は／及び裏面に凸組構造を有する両面研磨装置用キャリアの製造方法であって、表又は／及び裏面が平面のキャリア中間構造体を準備する準備工程と、表又は／及び裏面にエッチングマスクを被覆する被覆工程と、エッチングマスクの被覆されたキャリア中間構造体の被覆されていない部分をエッチング処理によりエッチングするエッチング工程と、エッチング工程ののちエッチングマスクの被覆を取り除くマスク取り除き工程と、からなる両面研磨装置用キャリアの製造方法を提供する。

また、上記製造方法において、両面研磨装置用キャリアの材質がステンレス材料、ＳＫ鋼材料、ＳＫＨ鋼材料、ＳＫＤ鋼材料、ＳＵＪ鋼材料、チタン材料、ガラスエポキシ材料、樹脂材料など、の一または二以上の組合せなどを材質とすることを特徴とする両面研磨装置用キャリアの製造方法も提供する。

また、上記製造方法によって製造した凸組構造を有する両面研磨用キャリアを具備したものであること特徴とする両面研磨装置も提供する。
また、半導体ウエハを両面研磨する方法であって、研磨布が貼付された上下定盤の間に上記製造方法により製造したキャリアを配設し、該キャリアに形成された保持孔に半導体ウエハを保持して、前記上下定盤の間に挟みこんで両面研磨することを特徴とする半導体ウエハの両面研磨方法も提供する。

以上のような構成をとる本発明によって、費用をおさえて、かつキャリア本体にひずみなどを生じさせることなく、キャリアの表又は／及び裏面に凸組構造を形成することができる。また、キャリア本体へのダメージが小さいため、本体表面に形成された凹凸の剥落も抑えることができ、したがって剥落物質によってワーク（ウエハ）に損傷が生じる事態を防ぐこともできる。

実施例１の両面研磨装置用キャリアの製造方法による凸組構造形成の一例を表す概念図 実施例１における両面研磨装置用キャリアの製造方法の一例を表す工程図 実施例１の両面研磨装置用キャリアの製造方法におけるエッチングマスクの被膜形態の一例を表す図 実施例１の両面研磨装置用キャリアの製造方法におけるエッチングマスクの被膜形態の、別の一例を表す図 実施例１の製造方法で製造された両面研磨装置用キャリアを利用したウエハの研磨処理の検証説明のための図 実施例１の製造方法で製造された両面研磨装置用キャリアの検証に際して、ウエハの研磨処理における外周ダレ量を説明するための図 実施例１の製造方法で製造された両面研磨装置用キャリアの検証結果を示す各ケースでの外周ダレ量を示す図 実施例１の製造方法で製造された両面研磨装置用キャリアの検証結果を示す各ケースでの外周ダレ量を示す概念図 実施例２における半導体ウエハの製造方法の一例を表す工程図 実施例２の半導体ウエハの製造方法の配置工程における定盤とキャリアの配置位置関係の一例を表す図

以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施の形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。

なお、実施例１は、主に請求項１，２，３，４について説明する。また、実施例２は、主にその他の実施例について説明する。

≪実施例１≫
<概要>
本実施例において、表又は／及び裏面に凸組構造を有するウエハキャリアの製造方法について説明する。具体的に本実施例の両面研磨装置用キャリアの製造方法は、図１に示すように、まず表裏面が平坦なキャリア（中間構造体）αに凸組構造が形成されるようエッチングマスクβを施し、そこにエッチング溶剤やエッチングガスを導入してエッチング加工処理を行う。するとエッチングマスクが施されていない定盤側表面の箇所が化学反応により腐食などされ、エッチングマスクを除去してキャリアの定盤側表面に凸組構造が形成される、という具合である。

このようなエッチング加工処理によって、切削加工よりも費用を抑え、かつキャリア本体へのダメージも少ないようにキャリアの表面や裏面に凸組構造を形成することができる。

<工程>
図２は、本実施例における表又は／及び裏面に凸組構造を有する両面研磨装置用キャリアの製造方法の一例を表す工程図である。なお、このキャリアは、両面研磨装置において、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれた半導体ウエハを保持するための保持孔が形成されたものである。

また「凸組構造」とは、一の突起又は二以上の突起の組からなる構造をいう。なお凸組構造は、一の突起からなっていても良いし、２以上の突起の組からなっていても良い。また、この凸組構造を構成する一の突起の形状は特段限定しないが、例えば直方体状が挙げられる。またその場合のサイズは、例えば２ｍｍ×６ｍｍなどが挙げられる。

また、その他の突起の形状としては、例えば楕円形状やカプセル形、星型多角形状なども挙げられる。そしてこの凸組構造が複数並べて形成されることで、その凸形状に挟まれた凹部が溝として機能する、という具合である。

そして、この図２にあるように、まず「準備工程」（ステップＳ０２０１）として、表又は／及び裏面が平面のキャリア中間構造体を準備する。なお、「キャリア中間構造体」とは、本実施例の製造方法において製造される両面研磨装置用キャリアにおいて製造の中間に位置するものをいい、一般的には最終製品である表又は／及び裏面が平坦な両面研磨装置用キャリアを利用することができる。

また、この中間構造体の材質は特に限定しないが、例えばステンレス材料、ＳＫ鋼材料、ＳＫＨ鋼材料、ＳＫＤ鋼材料、ＳＵＪ鋼材料、チタン材料、ガラスエポキシ材料、樹脂材料など、の一または二以上の組合せなどを材質とするものが挙げられる。

つづいて「被膜工程」（ステップＳ０２０２）として、キャリアの前記表又は／及び裏面に定盤側表面にエッチングマスクを被覆する。なお「エッチングマスク」とは、後述するエッチング工程において利用されるエッチング溶剤やエッチングガスに対して化学反応をおこさない（おこしにくい）材料で構成されるもので、その材料は特に限定せず加工条件等に応じて適宜選択されると良い。

またエッチングマスクの被膜方法も特には限定せず、従来同様に、例えばキャリアの中間構造体を洗浄した後に、その表面にエッチング溶剤などに耐性のある感光性の膜を生成する。続いて非感光性素材を上記凸組構造が形成される形状となるよう例えばレーザ加工などで作成し、感光性の膜が張られたキャリア本体にその非感光性素材を被せる。そして中間構造体を露光して非感光性素材を取り除くと、そこにエッチングマスクが被膜されるといった方法が挙げられる。

そして、このエッチングマスクが被膜された箇所はエッチング工程において化学反応が起こらないため、そのマスク箇所が腐食などせずに残ることでウエハキャリアの定盤側表面に凸組構造を形成することができる、という具合である。

図３は、このエッチングマスクの被膜形態の一例を表す図である。この図にあるようにウエハキャリアの表面と裏面で同方向に伸びる溝が形成されるよう、それ以外のキャリア表面に凸組構造ができるようマスクする形態が挙げられる。また、溝部分（被膜されない部分）は、例えばキャリアを２０等配するようにし、そのＲを１５０、幅を３ｍｍにする形状などが挙げられる。

図４は、このエッチングマスクの被膜形態の、別の一例を表す図である。この図にあるようにウエハキャリアの表面と裏面で逆方向に伸びる溝（反対面の溝を破線で示す）が形成されるよう、それ以外のキャリア表面に凸組構造ができるようマスクする形態が挙げられる。また、溝部分は、上記図３同様に、例えばキャリアを２０等配するようにし、そのＲを１５０、幅を３ｍｍにする形状などが挙げられる。

また、その溝が連続する一本の直線となるようにマスクする以外に、例えば所定形状の細かい凸部位の組み合わせ（並び）によって、あたかも図３や４に示すような長い溝が形成されるようにマスクする態様などであっても良い。

つづいて「エッチング工程」（ステップＳ０２０３）として、エッチングマスクの被覆されたキャリア中間構造体の被覆されていない部分をエッチング処理によりエッチングする。

具体的に、例えば腐食機の中にキャリア中間構造体を設置し、化学反応に好適な温度（例えば５０度〜６０度など）で調整されたエッチング溶剤を、その表面にスプレーやパドル（羽根車）などで吹き付ける。あるいは攪拌したエッチング溶液を満たした容器中にウエハキャリア中間構造体を沈め浸透させる。すると、中間構造体の素材の前記被膜（マスク）されていない領域とエッチング溶液とが化学反応を起こし、その部分が所定の深さ、例えば１００μｍまでエッチングされるとエッチング処理を終了する。なお、ここでのエッチング処理の種類については特に限定せず、前述のようにエッチング溶剤を利用するウェットエッチングであっても良いし、エッチングガスを利用するドライエッチングであっても良い。また、使用するエッチング溶液やエッチングガスの種類も、中間構造体の材料に合せて任意に選択し使用されると良い。例えば中間構造体がステンレス鋼であればエッチング溶液として例えばＦｅＣｌ溶液を利用し、チタンであればフッ化水素溶液を利用すると良い。

そして最後に「マスク取り除き工程」（ステップＳ０２０４）として、エッチング工程ののちエッチングマスクの被覆を取り除く。具体的には、例えばエッチングマスクの素材に応じた専用の剥離剤やベンゼンなどの有機溶剤に中間構造体を浸すことでマスクを除去する方法などが挙げられるが、その方法は特に限定しない。また、このあとキャリア表面を数回にわたり純水で洗浄したり、エッチングされた箇所を研磨などして形状を整えたりすると良い。

また、エッチングマスクを取り除いた後で、図示しない「コーティング工程」を行っても良い。このコーティング工程では、硝酸などを利用して形成された凸組構造も含むキャリア本体をコーティングすると良い。
そして、少なくとも、上記の方法により製造した凸組構造を有する両面研磨用キャリアを具備した両面研磨装置を利用して下記のようにして半導体ウエハの両面研磨を行うことができる。すなわち、研磨布が貼付された上下定盤の間に、この凸組構造を有するキャリアを配設し、該キャリアに形成された保持孔に半導体ウエハを保持して、前記上下定盤の間に挟みこんで両面研磨する、という具合である。これによって、半導体ウエハをより正確に研磨することができる。

<従来方法との比較>
以下、従来のサンドブラスト加工やレーザー加工、切削加工などによる溝形成と、本願のエッチング加工による溝形成とを比較する。まずサンドブラスト加工によって両面研磨装置用キャリア上に形成された溝形状を測定したところ、加工時に使用される砥粒が拡散することで溝の凹部位と凸部位のエッジラインにダレが生じており、溝形状にばらつきが生じている、との測定結果が得られた。

また、レーザー加工によってキャリア上に形成された溝形状を測定したところ、加工時の熱でキャリア本体の各所に不均一に分布する歪みが生じており、それがキャリア本体の反りとして発現している、との測定結果が得られた。

最後に、切削加工によって両面研磨装置用キャリア上に形成された溝形状を測定したところ、切削加工時に加わる応力によって、やはりキャリア本体の各所に不均一に分布する歪みが生じており、それがキャリア本体の反りとして発現している、との測定結果が得られた。また、このような両面研磨装置用キャリアを使用するためには反りを矯正する熱処理が必要となり、安定的な製造のためには工数を増加させる必要があった。

一方で、上記本願のようにエッチング加工によって両面研磨装置用キャリア上に形成された溝形状を測定したところ、エッチング溶剤またはガスは均一に分散するため形成される溝のエッジラインにダレが生じることがなく、均一な形状の溝を形成することができた。また加工時にキャリア本体に応力などが加わることがないため、キャリア本体に歪みが生じることも無かった。

<検証結果>
以下に本実施例で説明したようにエッチング処理によって表裏面に凸組構造を設けた本実施例の両面研磨装置用キャリアを利用した半導体ウエハの両面研磨加工について、具体的な検証結果を説明する。まず定盤の研磨布をドレッシングした後、図５（ａ）に示すように、ウエハの保持穴を１つ有するキャリア４枚に、直径３００ｍｍのエッチング済みシリコンウエハをそれぞれセットする。なお、この４枚のキャリアは、図５（ａ）に示すように順にＮｏ．１〜Ｎｏ．４（丸囲み数字の１から４）とし、Ｎｏ．１およびＮｏ．３はエッチング処理によって凸組構造を設けた本実施例のキャリアとし、Ｎｏ．２およびＮｏ．４は従来の機械加工処理によって同様に凸組構造を設けたキャリアとした。

つづいて図５（ｂ）に示すように、このキャリアに対し上下から定盤を当て、上定盤は時計廻り方向に、下定盤は反時計廻り方向にそれぞれ回転数を２０ｒｐｍ、荷重を２５０ｇ／ｃｍ^２とし、また研磨剤としてコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を導入しシリコンウエハの両面研磨処理を２回繰り返して行った。

そして、このように研磨したそれぞれのシリコンウエハの外周ダレ量を、黒田精工（登録商標）製のＮａｎｏｍｅｔｒｏ（登録商標）３００ＴＴ−Ａを用いて測定した。具体的には、図６に示すように、ウエハエッジより３０ｍｍから外周ダレが始まる位置の間を基準面として、ウエハ最外周より１ｍｍと３ｍｍとの差をダレ量として測定した。

すると、図７や図８に示すように、本実施例のキャリア（Ｎｏ．１、Ｎｏ．３）を利用したシリコンウエハは、従来のキャリア（Ｎｏ．２、Ｎｏ．４）を利用したシリコンウエハと比較して２回のいずれの研磨でも外周ダレ量が大幅に少なく、高平坦度のシリコンウエハを得ることができた。

これは、従来の機械加工処理で凸組構造を形成したキャリアでは、加工歪の影響で変形が生じ、凸組構造で形成される研磨剤の導入溝も変形してしまうためシリコンウエハに研磨剤を効果的に供給できない。それに対し、本実施例のようにエッチング処理によって定盤側表面に凸組構造を形成した両面研磨装置用キャリアでは加工歪が生じないため変形がなく、したがってシリコンウエハに研磨剤を効果的に供給できたためと考えられる。

<効果の簡単な説明>
以上のように、本実施例の両面研磨装置用キャリアの製造方法では、エッチング加工処理によってその凸組構造を形成するため、サンドブラストやレーザー、あるいは切削などによる加工よりも費用を抑え、かつキャリア本体へのダメージも少なくすることができる。また、キャリア本体へのダメージが小さいため、本体表面に形成された凹凸の剥落も抑えることができ、したがって剥落物質によってワーク（ウエハ）に損傷が生じる事態を防ぐこともできる。

≪実施例２≫
<概要>
本実施例は、上記実施例の両面研磨装置用キャリアの製造方法にて製造されたキャリアを利用した半導体ウエハの製造方法の一例である。

<工程>
図９は、本実施例における半導体ウエハの製造方法の一例を表す工程図である。この図にあるように、「配置工程」（ステップＳ０９０１）としては、例えば図１０（ａが側面図、ｂが上面図）に示すように、定盤上に凸組キャリアをその凸組構造の少なくとも一部が定盤からはみ出すように配置する。

そして、このようにキャリアを配置することで、周囲の空気が外部にはみ出た溝（凸組構造）を伝って定盤内部に向って入っていきやすく、その空気の流れによって研磨剤が装置中央の排出口に流れやすくなる。つまり研磨剤が循環しやすく研磨中の研磨剤の入れ替えを容易に行うことが出来る。

続いて両面研磨装置用キャリアのウエハ保持穴にウエハをセットし、反対側からも定盤を押し付けてキャリア及び研磨前のウエハを定盤で挟み込むようにする。あるいは最初に非定盤の上に凸組キャリアを、その凸組構造が上側にくるよう配置し、そこにウエハをセットする。そして、その上から定盤を、キャリアの凸組構造の少なくとも一部が定盤からはみ出すように上から被せて配置しても良い。

そしてこのようにセットされたキャリア又は／及び定盤を揺動や回転などさせながら研磨剤を所定周期で複数回に分けて導入する。すると、前述の通り定盤の外側にはみ出た溝を伝って流れる空気によって研磨剤が循環される。したがって、研磨に常に新しい研磨剤が使われることになるので、研磨効率をよくすることができる。また、古い研磨剤と共に研磨の残滓なども一緒に外部に排出される効果も期待できるので、半導体ウエハの品質を向上する効果も期待できる。

また、図９に示すように、本実施例の半導体ウエハの製造方法は、さらに「濡らし工程」（ステップＳ０９０２）を有していてもよい。この「濡らし工程」は、少なくとも研磨工程の前に凸組キャリアの凸組構造を有する側を研磨剤にて濡らす工程である。

このように凸組キャリアの凸組構造を有する側を研磨剤にて濡らすことで、研磨時に導入された研磨剤が拡散しやすくなる。

<効果の簡単な説明>
以上のように、本実施例の半導体ウエハの製造方法では、上記実施例１の方法で製造された両面研磨装置用キャリアを用い、溝に沿った空気の流れを誘導し研磨剤を循環させることができる。したがって研磨に常に新しい研磨剤が使われることになるので、研磨効率をよくすることができる。また、古い研磨剤と共に研磨の残滓なども一緒に外部に排出される効果も期待できるので、半導体ウエハの品質を向上する効果も期待できる。

また、そのキャリアの溝を形成する凸組構造を有する側を研磨剤にて濡らすことで、研磨時に導入された研磨剤を拡散しやすくすることもできる。

０２０１ 準備工程
０２０２ 被膜工程
０２０３ エッチング工程
０２０４ マスク取り除き工程

Claims (4)

1. 両面研磨装置において、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれた半導体ウエハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアで、表又は／及び裏面に凸組構造を有する両面研磨装置用キャリアの製造方法であって、
   表又は／及び裏面が平面のキャリア中間構造体を準備する準備工程と、
   表又は／及び裏面にエッチングマスクを被覆する被覆工程と、
   エッチングマスクの被覆されたキャリア中間構造体の被覆されていない部分をエッチング処理によりエッチングするエッチング工程と、
   エッチング工程ののちエッチングマスクの被覆を取り除くマスク取り除き工程と、
   からなる両面研磨装置用キャリアの製造方法。
2. 両面研磨装置用キャリアの材質がステンレス材料、ＳＫ鋼材料、ＳＫＨ鋼材料、ＳＫＤ鋼材料、ＳＵＪ鋼材料、チタン材料、ガラスエポキシ材料、樹脂材料など、の一または二以上の組合せなどを材質とすることを特徴とする、請求項１に記載の両面研磨装置用キャリアの製造方法。
3. 少なくとも、請求項１または請求項２に記載の方法により製造した両面研磨用キャリアを具備したものであること特徴とする両面研磨装置。
4. 半導体ウエハを両面研磨する方法であって、研磨布が貼付された上下定盤の間に請求項１または請求項２に記載の方法により製造したキャリアを配設し、該キャリアに形成された保持孔に半導体ウエハを保持して、前記上下定盤の間に挟みこんで両面研磨することを特徴とする半導体ウエハの両面研磨方法。