JP2014063894A - 研磨装置及びｓｏｉウェーハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークの外周部におけるハネ形状の形成を抑制できる研磨装置及びこの研磨装置を用いたＳＯＩウェーハの研磨方法を提供する。
【解決手段】定盤上に貼り付けられた研磨布と研磨ヘッドを有し、該研磨ヘッドは、円盤状のプレートの外周部に下方に延伸するように設けられたリング部材を有する保持プレートと、該保持プレートのリング部材の下面部に貼着され、かつワークの裏面が当接する発泡樹脂層を有するバッキング材と、保持プレートとバッキング材で囲まれた圧力室に流体を供給してバッキング材を押圧するための流体供給手段と、バッキング材の発泡樹脂層の下面の周辺部に設けられワークのエッジ部を保持するリング状のテンプレートを含むものであり、テンプレートは保持プレートのリング部材の内周面より内側に突出して配置され、該突出したテンプレートの突出部をバッキング材を介して上方から押さえ付ける押さえ部材を有する研磨装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は円盤状のウェーハ等のワークを研磨する研磨装置に関し、特にＳＯＩウェーハのＳＯＩ層を微量研磨するのに好適な研磨装置と、その研磨装置を用いたＳＯＩウェーハの研磨方法に関する。

近年、半導体装置の高集積化が進むのに伴い、その基板であるシリコン単結晶ウェーハの平坦度や表面品質の向上が厳しく要求されている。半導体装置を形成する材料ウェーハがＳＯＩウェーハの場合、平坦度や表面品質に加えてＳＯＩ層の高い膜厚均一性も要求されるため、ＳＯＩ層を研磨する際には高精度の研磨が必要である。
ＳＯＩウェーハの代表的な製造方法として、２枚のウェーハを貼り合せた後、一方のウェーハの薄膜化を研削・研磨で行う方法とイオン注入剥離法（スマートカット（登録商標）法ともいう）で行う方法が知られているが、シリコン薄膜が５００ｎｍ以下の貼り合わせウェーハの製造に限定すればイオン注入剥離法が主流となっている。

イオン注入剥離法は、２枚のシリコンウェーハの少なくとも一方のウェーハ（ボンドウェーハ）の一主面に水素イオン、希ガスイオンの少なくとも一種類を注入し、ウェーハ内部にイオン注入層（剥離層）を形成させた後、該イオン注入した面と他方のシリコンウェーハ（ベースウェーハ）の一主面を直接あるいは酸化膜を介して密着させ、その後熱処理を加えて剥離層で分離する方法であり、±１０ｎｍ以下のＳＯＩ層膜厚均一性を有する薄膜ＳＯＩウェーハを容易に作製できる優位性と、剥離したボンドウェーハを複数回再利用しコスト低減が図れる優位性を有している。

しかしながら、剥離直後のＳＯＩウェーハ表面はラフネスが十分ではないために、そのままではデバイス作製用の基板としては使用できない。そこで、平坦化のための追加プロセスとして、例えば、タッチポリッシュと呼ばれる微量研磨（１００ｎｍ以下の研磨代）が行われることがある。

一方、ウェーハＷを囲んでそのエッジ部を保持するリング状のテンプレートを具備した研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この研磨装置は、従来の研磨装置に比べ、テンプレートの高さ精度を向上させることができ、精度よくワークの研磨を行うことができるとされている。

特開２０１２−３５３９３号公報

しかし、イオン注入剥離法によって作製された剥離直後のＳＯＩウェーハのＳＯＩ層表面の平坦化を行うため、特許文献１の研磨装置を用いてＳＯＩ層表面の微量研磨を行い、研磨後のＳＯＩ層の膜厚分布を測定したところ、ＳＯＩ層の外周端から数ｍｍ〜１０ｍｍ程度の位置の膜厚が急激に厚くなる形状（ハネ形状）が観察され、このハネ形状によって研磨後の膜厚分布を悪化させてしまうことが分かった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、例えばＳＯＩウェーハなどのワークを研磨する際、ワークの外周部におけるハネ形状の形成を抑制できる研磨装置及びこの研磨装置を用いたＳＯＩウェーハの研磨方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、定盤上に貼り付けられた研磨布と、ワークを保持するための研磨ヘッドを有し、該研磨ヘッドは、円盤状のプレートの外周部に下方に延伸するように設けられたリング部材を有する保持プレートと、該保持プレートのリング部材の下面部に貼着され、かつ前記ワークの裏面が当接する発泡樹脂層を有するバッキング材と、前記保持プレートとバッキング材で囲まれた圧力室に流体を供給して前記バッキング材を押圧するための流体供給手段と、前記バッキング材の発泡樹脂層の下面の周辺部に設けられ前記ワークのエッジ部を保持するリング状のテンプレートを含むものであり、前記ワークの表面を前記研磨布に摺接させて研磨する研磨装置であって、前記テンプレートは前記保持プレートのリング部材の内周面より内側に突出して配置され、該突出したテンプレートの突出部を前記バッキング材を介して上方から押さえ付ける押さえ部材を有するものであることを特徴とする研磨装置が提供される。

このような研磨装置であれば、研磨中にテンプレートが圧力室側に反ってしまうのを抑制でき、ワークの外周部にハネ形状が形成されてしまうのを抑制できるものとなる。

このとき、前記押さえ部材は金属製又は樹脂製であることが好ましい。
このようなものであれば、研磨中にテンプレートが圧力室側に反ってしまうのを効果的に抑制できる。

前記押さえ部材の垂直断面形状はＬ字型であり、該押さえ部材の側面が前記保持プレートのリング部材の内周面に当接し、前記押さえ部材の底面で前記テンプレートの突出部を前記バッキング材を介して上方から押さえ付けるものであることが好ましい。
このようなものであれば、押さえ部材の剛性を確保してテンプレートの反りを抑制する効果を十分に発揮させつつ、ワークの外周部に対する圧力室の圧力調整への影響を最小限に抑えることができる。

また、本発明によれば、上記本発明の研磨装置を用い、前記ワークとしてＳＯＩウェーハを用い、該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層を研磨することを特徴とするＳＯＩウェーハの研磨方法が提供される。
このような研磨方法であれば、研磨中にテンプレートが圧力室側に反ってしまうのを抑制でき、ＳＯＩウェーハの外周部にハネ形状が形成されてしまうのを抑制できる。

このとき、前記研磨するＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の膜厚が１０００ｎｍ以下であり、研磨代を１００ｎｍ以下として研磨することができる。
ＳＯＩ層の膜厚が１０００ｎｍ以下の薄膜ＳＯＩを研磨する際、研磨代が１００ｎｍ以下の微量研磨の場合には、僅かなテンプレートの反りが、面内膜厚分布の均一性に対し大きく影響するので、テンプレートの反りを抑制できる本発明が極めて有効に機能する。

またこのとき、前記研磨するＳＯＩウェーハの前記発泡樹脂層の下面に当接する面を疎水性とすることができる。
このようにすれば、ワークの保持力をより高めることができる。

本発明の研磨装置では、テンプレートは保持プレートのリング部材の内周面より内側に突出して配置され、該突出したテンプレートの突出部をバッキング材を介して上方から押さえ付ける押さえ部材を有するものであるので、研磨中にテンプレートが圧力室側に反ってしまうのを抑制でき、ワークの外周部にハネ形状が形成されてしまうのを抑制できる。特にＳＯＩウェーハのＳＯＩ層を研磨する場合、ＳＯＩ層膜厚分布の悪化を抑制できる。

本発明の研磨装置の一例を示した概略図である。 本発明の研磨装置を用いてワークを研磨した際のテンプレート付近の様子を示した説明図である。 本発明の研磨装置における押さえ部材の一例を示した上面図である。 従来の研磨装置のテンプレート付近を拡大した概略図である。 実施例及び比較例の結果を示した図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記したように、従来の研磨装置を用いてＳＯＩ層表面の微量研磨を行う際にＳＯＩ層の外周部にハネ形状が形成されてしまう原因について、本発明者等が鋭意検討した結果、次のような知見を得た。

すなわち、図４に示すように、テンプレート１２５は、保持プレート１２６のリング部材１２８の内周面よりも内側に数ｍｍ程度突出して配置される。これは、ワークＷの外周部に対しても圧力室１２９の圧力調整の効果が働くようにするためである。しかしながら、このテンプレート１２５の突出部は、その上部には軟質のバッキング材１２２が存在するのみで剛性の高い部材が存在しないため、研磨中に定盤からの圧力により、圧力室１２９側に反ってしまう。

このようにテンプレート１２５の突出部に反りが発生した状態で研磨が行われると、ワークＷの外周部の研磨代が少なくなるため、結果として外周部にハネ形状が形成されてしまう。
そこで、発明者等は更に検討を重ね、テンプレートの突出部をバッキング材を介して上方から押さえ付ける押さえ部材によってその突出部の反りを抑制させれば上記問題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。

図１に示すように、本発明の研磨装置１は、定盤３上に貼り付けられた研磨布４と、ワークＷを保持するための研磨ヘッド２と、研磨布４上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構５を有するものである。
定盤３の下部には駆動軸６が垂直に連結され、その駆動軸６の下部に連結された定盤回転モータ（不図示）によって定盤３が回転できるようになっている。

図１に示すように、研磨ヘッド２は、円盤状のプレート２７の外周部に下方に延伸するように設けられたリング部材２８を有する保持プレート２６、バッキング材２２、テンプレート２５を有する。図２に示すように、バッキング材２２は例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムなどからなる樹脂シート層２３とその表面に形成された発泡ポリウレタン等からなる発泡樹脂層２４で構成される。バッキング材２２の発泡樹脂層２４は下方に向けられ、樹脂シート層２３は保持プレート２６のリング部材２８の下面部に貼着される。
研磨するワークＷは、その裏面が発泡樹脂層２４に当接して保持される。ワークＷを保持する際にはバッキング材２２に水を含ませ、水の表面張力によりワークＷを確実に保持することができる。

バッキング材２２の発泡樹脂層２４の下面の周辺部にはリング状のテンプレート２５が設けられている。このテンプレート２５は、ワークＷのエッジ部を保持してワークＷの飛び出しを防止するためのものである。テンプレート２５の内径は研磨する例えば円盤状のウェーハなどのワークの直径よりも１〜２ｍｍ程度大きく形成することができる。
研磨ヘッド２には、保持プレート２６とバッキング材２２で囲まれた圧力室２９が形成され、この圧力室２９に流体を供給してバッキング材２２を押圧するための流体供給手段３０が設けられている。流体供給手段３０で流体を圧力室２９に供給してバッキング材２２を押圧することにより、ワークＷを研磨布４に対して押圧できる。

図２に示すように、テンプレート２５は保持プレート２６のリング部材２８の内周面より内側に数ｍｍ程度突出して配置される。このテンプレート２５の突出部の幅は特に限定されないが、例えば５ｍｍ程度とすることができる。このようにすれば、ワークＷの外周部に対する押圧を効果的に調整できる。
更に、図１、２に示すように、本発明の研磨装置１は、テンプレート２５の突出部をバッキング材２２を介して上方から押さえ付ける押さえ部材２１を有する。この押さえ部材２１により、研磨中にテンプレート２５の突出部が圧力室２９側に反ってしまうのを抑制できる。

押さえ部材２１の材質としては、剛性を有する、例えばＳＵＳやＡｌなどの金属や、エポキシ樹脂やＰＯＭ（ポリアセタール）材などの樹脂とすることが好ましい。このような材質の押さえ部材２１を設ければ、テンプレート２５の突出部が圧力室２９側に反るのを効果的に抑制できる。
尚、このような押さえ部材２１をテンプレート２５の突出部の上方に設置すると、ワークの外周部に対する圧力室の圧力調整が作用しにくくなることが懸念されるが、押さえ部材２１の底面とバッキング材２２とを接着しない構造にすれば、ワークＷの外周部に対する圧力調整が妨げられることを抑制できる。

図２に示すように、押さえ部材２１の垂直断面形状はＬ字型とし、押さえ部材２１の側面が保持プレート２６のリング部材２８の内周面に当接し、押さえ部材２１の底面でテンプレート２５の突出部をバッキング材２２を介して上方から押さえ付けるものであることが好ましい。
このようなものであれば、押さえ部材２１の剛性を確保してテンプレート２５の突出部の反りを効果的に抑制しつつ、ワークの外周部に対する圧力室の圧力調整への影響を最小限に抑えることができる。

上記Ｌ字型の押さえ部材２１は、図３に示すように、リング部材２８の内周面の全面に当接する円筒状の一体構造のものとすることができる。或いは、円筒状の一体構造が分割され、リング部材２８の内周面に隙間をあけて部分的に当接するものとすることもできる。

本発明の研磨装置１を用いてワークＷを研磨する際には、研磨剤供給機構５から研磨布４上に研磨剤を供給するとともに、定盤３と研磨ヘッド２をそれぞれ回転させてワークＷの表面を研磨布４に摺接させながら、ワークＷを研磨布４に対して押圧して研磨を行う。
このような研磨装置であれば、上記したように、研磨中にテンプレート２５の突出部が圧力室２９側に反ってしまうのを抑制できるので、ワークの外周部にハネ形状が形成されてしまうのを抑制でき、特にＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の微量研磨においても、研磨前の面内膜厚分布の均一性を維持できる。

本発明のＳＯＩウェーハの研磨方法では、上記した本発明の研磨装置を用い、ワークとしてＳＯＩウェーハを用い、該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層を研磨する。特に、研磨するＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の膜厚を１０００ｎｍ以下、研磨代を１００ｎｍ以下とすることができる。このような微量研磨の場合には、僅かなテンプレートの反りが、面内膜厚分布の均一性に対し大きく影響するので、テンプレートの反りを抑制できる本発明を好適に適用できる。

また、研磨するＳＯＩウェーハの発泡樹脂層の下面に当接する面は、研磨前の洗浄工程の最終薬液としてＨＦ水溶液を用いることで疎水性としておくことが好ましい。疎水性の面は親水性の面に比べてバッキング材の保持力が高いので、ワークを安定して保持できる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例）
図１に示すような本発明の研磨装置を用いてＳＯＩウェーハを研磨し、ＳＯＩ膜厚分布を評価した。
研磨したＳＯＩウェーハは、直径が３００ｍｍ、ＳＯＩ膜厚が８８ｎｍ、ＢＯＸ層厚が１４６ｎｍのものを用いた。研磨前の洗浄工程でＨＦ水溶液を用いて洗浄し、発泡樹脂層の下面に当接するＳＯＩウェーハの裏面を疎水性にした。

テンプレートはガラスエポキシ樹脂製のものを用い、その内径を３０２ｍｍとし、保持プレートのリング部材の内周面より内側に突出した突出部の幅を５．５ｍｍとした。
バッキング材は、ＰＥＴフィルムからなる樹脂シート層及び発泡ウレタンからなる発泡樹脂層を有するものを用いた。
押さえ部材の材質はＰＯＭ製とし、垂直断面形状がＬ字型で、リング部材の内周面の全面に当接する円筒状の側面を有するものとした。また、Ｌ字型の底面の幅を４ｍｍとした。

研磨前にＳＯＩ膜厚分布を測定したところ、平均８７．８ｎｍ、Ｐ−Ｖ（Ｐｅａｋ ｔｏ Ｖａｌｌｅｙ）値は１．１ｎｍであった。
研磨後にＳＯＩ膜厚分布を測定したところ、平均５７．２ｎｍ、Ｐ−Ｖ値は２．９ｎｍであった。研磨後のＰ−Ｖ値が１．８ｎｍ増加したが、比較的小さい値に抑えることができた。また、図５に示すように、研磨後のウェーハの外周部にハネ形状は観察されなかった。更に、研磨代の面内分布のＰ−Ｖ値も２．６ｎｍに抑制することができた。

このようにして本発明の研磨装置は、例えばＳＯＩウェーハなどのワークを研磨する際、ワークの外周部におけるハネ形状の形成を抑制できるものであることが確認できた。

（比較例）
押さえ部材を有さない従来の研磨装置を用いた以外、実施例と同様な条件でＳＯＩウェーハを研磨し、実施例と同様な方法で評価した。
研磨前のＳＯＩ膜厚分布は平均８８．１ｎｍ、Ｐ−Ｖ値は１．０ｎｍであったのに対し、研磨後のＳＯＩ膜厚分布は平均５６．４ｎｍ、Ｐ−Ｖ値は３．４ｎｍと大きかった。また、図５に示すように、研磨後のウェーハの外周部にハネ形状が明確に形成されていた。これは、外周部の研磨代が中央部に比べて小さかったことを示しており、そのため、研磨代の面内分布のＰ−Ｖ値は３．２ｎｍと大きくなってしまった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…研磨装置、 ２…研磨ヘッド、 ３…定盤、 ４…研磨布、
５…研磨剤供給機構、 ６…駆動軸、
２１…押さえ部材、 ２２…バッキング材、 ２３…樹脂シート層、
２４…発泡樹脂層、 ２５…テンプレート、 ２６…保持プレート、
２７…プレート、 ２８…リング部材、 ２９…圧力室、 ３０…流体供給手段。

Claims (6)

1. 定盤上に貼り付けられた研磨布と、ワークを保持するための研磨ヘッドを有し、該研磨ヘッドは、円盤状のプレートの外周部に下方に延伸するように設けられたリング部材を有する保持プレートと、該保持プレートのリング部材の下面部に貼着され、かつ前記ワークの裏面が当接する発泡樹脂層を有するバッキング材と、前記保持プレートとバッキング材で囲まれた圧力室に流体を供給して前記バッキング材を押圧するための流体供給手段と、前記バッキング材の発泡樹脂層の下面の周辺部に設けられ前記ワークのエッジ部を保持するリング状のテンプレートを含むものであり、前記ワークの表面を前記研磨布に摺接させて研磨する研磨装置であって、
   前記テンプレートは前記保持プレートのリング部材の内周面より内側に突出して配置され、該突出したテンプレートの突出部を前記バッキング材を介して上方から押さえ付ける押さえ部材を有するものであることを特徴とする研磨装置。
2. 前記押さえ部材は金属製又は樹脂製であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記押さえ部材の垂直断面形状はＬ字型であり、該押さえ部材の側面が前記保持プレートのリング部材の内周面に当接し、前記押さえ部材の底面で前記テンプレートの突出部を前記バッキング材を介して上方から押さえ付けるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の研磨装置を用い、前記ワークとしてＳＯＩウェーハを用い、該ＳＯＩウェーハのＳＯＩ層を研磨することを特徴とするＳＯＩウェーハの研磨方法。
5. 前記研磨するＳＯＩウェーハのＳＯＩ層の膜厚が１０００ｎｍ以下であり、研磨代を１００ｎｍ以下として研磨することを特徴とする請求項４に記載のＳＯＩウェーハの研磨方法。
6. 前記研磨するＳＯＩウェーハの前記発泡樹脂層の下面に当接する面を疎水性とすることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のＳＯＩウェーハの研磨方法。
   
   

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