JP2015071197A - メンブレン、研磨ヘッド、ワークの研磨装置及び研磨方法、並びに、シリコンウェーハ - Google Patents

メンブレン、研磨ヘッド、ワークの研磨装置及び研磨方法、並びに、シリコンウェーハ Download PDF

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Abstract

【課題】平坦度の高いワークを得ることのできるワークの研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレンを提供する。また、所定の平坦度を有するシリコンウェーハを提供する。
【解決手段】メンブレン11は、外周部における最大厚みが、内周部における最小厚みより薄い。研磨ヘッド及びワークWの研磨装置は、上記メンブレン11を用いる。さらに、ワークの研磨方法は、上記メンブレン11を用いる。また、シリコンウェーハWは、直径が450mm以上であり、SEMI規格により定義されるGBIRが0.2μm以下、且つ、前記ワークの外縁から径方向内側に2mmの円環状の領域を除外したSFQRの最大値が0.04μm以下である。
【選択図】図2

Description

本発明は、半導体ウェーハなどの円盤状のワークを片面研磨するための研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレン、並びに、所定の平坦度を有するシリコンウェーハに関するものである。
研磨に供するワークの典型例であるシリコンウェーハなどの半導体ウェーハの製造において、近年、半導体素子の微細化や半導体ウェーハの大口径化などの背景から、露光時における半導体ウェーハの平坦度に対する要求が厳しくなってきている。
従来、ワークの片面を研磨する技術として、メンブレンによりワークを裏面から押圧するワークの研磨方法が知られている。例えば、特許文献1では、剛性リングに接着されたメンブレンの平面度を40μm以下にすることにより、ワーク全面における研磨の取代を均一にして、研磨されるワークの平坦度を向上させることが提案されている。
特開2010−247254号公報
しかしながら、本発明者らが検討を重ねた結果、特許文献1に記載の手法では、ワークの外周部の研磨取代が小さくなる傾向にあり、研磨後のワークの平坦度が十分でないということが新たに判明した。さらに、特許文献1に記載の手法では、所望の平面度を有するメンブレンを作製する際に、金型を用いて剛性リングと一体成型するため、メンブレンの交換の際には、剛性リングごと再作製する必要があり、コストの増大を招くという問題があった。
本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、その目的は、平坦度の高いワークを得ることのできるワークの研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレンを提供することにある。また、本発明は、所定の平坦度を有するシリコンウェーハを提供することも目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、研磨に供するメンブレンの厚みは、その径方向に所定の不均一性を有する方が、より平坦度の高いワークを得るために有効であるという新規知見を得て本発明を完成するに至った。
本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
本発明の研磨ヘッド用のメンブレンは、円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドの下面に取り付けられ、該ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する可撓性材料からなるメンブレンであって、
前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に20mmまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に20mmまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄いことを特徴とする。
ここで、「メンブレンのワークへの接触領域」とは、円盤状のメンブレンの中心を円の中心として、研磨に供するワークの半径と同一の大きさの半径を有する円で囲まれる領域をいうものとする。
また、本発明の研磨ヘッド用のメンブレンにおいては、前記接触領域内において、前記メンブレンの径方向における最大厚みをTrmax、最小厚みをTrmin、平均厚みをTraveとし、前記メンブレンの径方向における厚みの均一性hr(%)を、関係式(1)、
hr={(Trmax−Trmin)/Trave}×100
で定義するとき、hrは、2.8%以上であることが好ましい。
なお、メンブレンの径方向における最大厚みをTrmax、最小厚みをTrmin、平均厚みをTraveとは、メンブレンの直径での最大厚み、最小厚み、平均厚みをいうものとする。
さらに、本発明の研磨ヘッド用のメンブレンにあっては、前記メンブレンの厚みは、該メンブレンの中心から前記接触領域の外縁まで、径方向外側に向かうにつれて漸減することが好ましい。
加えて、本発明の研磨ヘッド用のメンブレンでは、前記メンブレンの前記接触領域の外縁から径方向内側に5mmの円周上において、前記メンブレンの周方向における最大厚みをTcmax、最小厚みをTcmin、平均厚みをTcaveとし、前記メンブレンの周方向における厚みの均一性hc(%)を、関係式(2)、
hc={(Tcmax−Tcmin)/Tcave}×100
で定義するとき、hcは、10.2%以下であることが好ましい。
ここで、本発明の研磨ヘッドは、円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドであって、上記メンブレンと、前記メンブレンの外縁部を保持する保持プレートと、前記メンブレンに圧力を供給する圧力供給部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明のワークの研磨装置は、円盤状のワークの研磨装置であって、上面に前記研磨パッドが貼布されている定盤と、前記定盤の上方に設けられた、上記研磨ヘッドと、を備えたことを特徴とする。
ここで、本発明のワークの研磨方法は、円盤状のワークの研磨方法であって、
研磨ヘッドの下面に取り付けられた可撓性材料からなるメンブレンに圧力を供給して、該メンブレンにより前記ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する工程と、
前記研磨ヘッドを回転させて前記ワークを研磨する工程と、を含み、
前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に20mmまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に20mmまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄いことを特徴とする。
さらに、本発明のシリコンウェーハは、直径が450mm以上のシリコンウェーハであって、SEMI規格により定義されるGBIRが0.2μm以下、且つ、前記シリコンウェーハの外縁から径方向内側に2mmの領域を除外した、SEMI規格により定義されるSFQRの最大値が0.04μm以下であることを特徴とする。
ここで、GBIR(Grobal BacksideIdeal focal planeRange)は、具体的には、シリコンウェーハの裏面を完全に吸着したと仮定した場合におけるシリコンウェーハの裏面を基準として、シリコンウェーハ全体の最大変位と最小変位との差を算出することにより求められる。
また、SFQR(Site Front Least Squares Range)とは、設定されたサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、この平面からの+側(すなわち、ウェーハの主表面を上に向け水平に置いた場合の上側)、−側(同下側)の各々の最大変位量の絶対値の和で表したサイト毎に評価された値のことであり、SFQRの最大値とは、ウェーハ上の全サイトのSFQRの中の最大値のことである。本発明で規定する、平坦度SFQRmaxは、平坦度測定器(KLA−Tencor社製:WaferSight)を用い、26×8mmのサイトサイズ内を測定したときの値である。
本発明によれば、平坦度の高いワークを得ることのできるワークの研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレンを提供することができる。また、本発明によれば、所定の平坦度を有するシリコンウェーハを提供することができる。
本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置を示す概略断面図である。 (a)〜(c)メンブレンがシリコンウェーハに圧接する様子を示す模式図である。 メンブレンの周方向の均一性と取代の均一性との関係を示す図である。 研磨取代の3次元分布を示す図である。 (a)〜(e)メンブレンの表面の断面形状(上図)及びシリコンウェーハの表面の断面形状(下図)を示す図である。 SFQRの評価結果を示す図である。 GBIRの評価結果を示す図である。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に例示説明する。
図1は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置1を示す概略断面図である。図1に示すように、この両面研磨装置1は、研磨ヘッド2と、定盤3とを有している。研磨ヘッド2は、定盤3の上方に設けられており、定盤3の上面には、研磨パッド4が貼布されている。また、定盤3は、該定盤3を回転させる(図示しない)モータ等に接続されている。
ここで、図1に示すように、研磨ヘッド2は、他の構成要素を取り囲むハウジング頂部5a及びハウジング側部5bを備え、研磨ヘッド2を回転させるためのモータ等(図示せず)に接続された軸6を備えている。このハウジング5a、5bにより内部の構成要素は不所望な露出や摩耗から防止される。
図1に示すように、研磨ヘッド2は、円盤状のワーク(この例ではシリコンウェーハ)Wを取り囲むリテーナリング7を有している。このリテーナリング7は、シリコンウェーハWが研磨ヘッド2から脱落しないように保持する。また、図1に示すように、リテーナリング7は、ハウジング側部5bの下方に連結されている。
ここで、図1に示すように、研磨ヘッド2は、ハウジング5a、5bの内部に円盤状部材8、リング状部材9、円盤状の保持プレート10を有する内部ヘッド12を備えている。また、研磨ヘッド2の下面となる内部ヘッド12の下面には、シリコンウェーハWの裏面(研磨面を表側とする)を接触保持して研磨パッド4に押圧するメンブレン11が取り付けられている。このメンブレン11は、可撓性材料からなる。図1に示すように、リング状部材9は、円盤状部材8の下面に連結されており、リング状部材9の下面には、保持プレート10がねじ止めされて連結されている。そして、メンブレン11の外縁部は、リング状部材9及び保持プレート10に挟み込まれるようにして保持され、固定されている。
また、図1に示すように、ハウジング側部5bと内部ヘッド12は、可撓性部材13により接続されている。これにより、ハウジング頂部5a、ハウジング側部5b、円盤状部材8、及び可撓性部材13により、第1圧力供給部14が区画形成されている。図1に示すように、軸6及びハウジング頂部5aには、第1エア供給ライン15が形成され、第1圧力供給部14は、この第1エア供給ライン15を介して、図示しない第1エア供給装置に接続されている。この構成により、第1エア供給装置からのエアの供給によって、第1圧力供給部14内の体積が膨張し、可撓性部材13が撓み、該可撓性部材13に接続された内部ヘッド12が図示の下方に押圧される。なお、内部ヘッド12の下方への移動は、ストッパ18により、所定の範囲内に制限され、従って、シリコンウェーハWへの押圧力も所定の範囲内に制限される。
図1に示すように、メンブレン11は、その外縁部が保持プレート10の上方で保持されつつ、シリコンウェーハWに接触可能な領域が保持プレート10の下方で延在している。そして、図1に示すように、円盤状部材8、リング状部材9、保持プレート10、及びメンブレン11により、第2圧力供給部16が区画形成されている。
図1に示すように、軸6及びハウジング頂部5a、円盤状部材8、及び保持プレート10には、第2エア供給ライン17が形成され、第2圧力供給部16は、この第2エア供給ライン17を介して、図示しない第2エア供給装置に接続されている。この構成により、第2エア供給装置からのエアの供給によって、第2圧力供給部16内の体積が膨張し、メンブレン11が撓む。このように、第2圧力供給部16によってメンブレン11をシリコンウェーハWの方向へ付勢するように圧力を加えつつ、第1圧力供給部14によりメンブレン11が設けられた内部ヘッド12をシリコンウェーハWの方向へ付勢するように圧力を加えることにより、メンブレン11をシリコンウェーハWの裏面に圧接させることができる。これにより、シリコンウェーハWを研磨パッド4が配置されている図示の下方に押圧することができる。
このようにして、シリコンウェーハWに圧力を加えつつ、研磨パッド4上に研磨スラリーを供給しながら研磨ヘッド2及び定盤3をそれぞれ回転させることにより、研磨パッド4とシリコンウェーハWの表側の面を摺動させて、シリコンウェーハWの片面を研磨することができる。
さて、本実施形態においては、メンブレン11の、シリコンウェーハWへの接触領域のうち、該接触領域の外縁からメンブレン11の径方向内側に20mmまでの領域をメンブレン11の外周部とし、メンブレン11の中心から径方向外側に20mmまでの領域をメンブレン11の内周部とするとき、メンブレン11の外周部における最大厚みが、メンブレン11の内周部における最小厚みより薄いことが肝要である。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
図2(a)〜(c)は、第2圧力供給部16にエアを供給した際に、外縁部が保持プレート10に保持されたメンブレン11がシリコンウェーハWに圧接する様子を示す模式図である。
図2(a)は、メンブレン11の厚みが外周部と内周部とでほぼ同等の場合を示している。図2(a)に示すように、メンブレン11の外縁部は、保持プレート10により保持され、固定されているため、可撓性部材であるメンブレン11のうち、保持プレート10の下方に延在する部分は、エアの供給により一定の圧力を受けた際に断面形状で円弧をなすように変形する。さらに、内部ヘッド12の下方への動きは、ストッパ18により一定の範囲に制限されている。このため、メンブレン11は、シリコンウェーハWの内周部への圧力は相対的に大きくなる一方で、シリコンウェーハWの外周部への圧力は相対的に小さくなる。よって、シリコンウェーハWの片面研磨を行った際、シリコンウェーハWの外周部の研磨取代が小さくなる傾向となる。
図2(b)は、メンブレン11の外周部の厚みを内周部に比して減少させた場合を示し、図2(c)は、図2(b)より、メンブレン11の外周部の厚みを内周部に比してさらに減少させた場合を示している。ここで、メンブレン11は、厚みが薄い部分の方が、伸縮性が高く、従って同じ圧力を受けた場合に、厚みが薄い部分の方が良く伸びることとなる。よって、図2(b)に示すように、メンブレン11の外周部の厚みが薄いことにより、メンブレン11の厚みが厚い内周部に比して、圧力を受けた際の外周部の伸びが内周部の伸びより相対的に大きく、メンブレン11が内周部と外周部とに、より均等に接するようになる。従って、メンブレン11をシリコンウェーハWに押圧した際にかかる、外周部での圧力と内周部での圧力の差が小さくなる。さらに、図2(c)に示すように、メンブレン11の外周部の厚みを内周部の厚みに比してさらに相対的に薄くすると、メンブレン11の外周部の伸びがさらに相対的に大きくなるため、メンブレン11が内周部と外周部とに、さらに均等に接するようになる。従って、シリコンウェーハWの外周部への圧力をシリコンウェーハWの中央部への圧力とほぼ同等にすることができる。
本実施形態によれば、メンブレン11の外周部における最大厚みは、メンブレン11の内周部における最小厚みより薄いため、メンブレン11をシリコンウェーハW全面にわたって十分に均一に圧接させることができ、この状態で研磨を行うことにより、一層平坦度の高いシリコンウェーハを得ることができる。さらに、メンブレン11の交換時には、一度メンブレン11の作成に供した金型を用いればよく、他の部材と一体成型等する必要もないため、低コストでの交換が可能である。本実施形態の研磨装置によれば、装置自体に何ら工夫の必要はなく、その厚みが径方向において所定の不均一性を有するメンブレン11を用いるという簡易な手法により、上記の効果を得ることができる。
ここで、本発明にあっては、上記接触領域内において、上記関係式(1)で定義されるメンブレンの径方向における厚みの均一性hr(%)は、2.8%以上であることが好ましく、22%以上であることがより好ましく、34%以上であることがさらに好ましい。上述したように(後述の実施例でも説明するように)、メンブレンの径方向における均一性が低い(hrの数値が大きい)方が、ワーク外周部でのメンブレンの伸びを確保することができ、研磨後のワークの平坦度がより高くなるからである。
一方で、メンブレンの径方向における厚みの均一性が低く(hrの数値が大きく)なりすぎると、メンブレンの外周部での伸びが大きくなりすぎるために、ワークの外周部での研磨量が大きくなって、却ってワークの形状が不均一となってしまうおそれがあることから、hr(%)は、37%以下であることが好ましい。
また、本発明にあっては、メンブレン11の厚みは、該メンブレン11の中心から上記接触領域の外縁まで、径方向外側に向かうにつれて漸減することが好ましい。厚みが均一の場合、図2(a)に示すように、メンブレン11の中心から外縁にかけて圧力が漸減するため、これを相殺するように、メンブレン11の伸びがメンブレン11の中心から外縁にかけて漸増するようにすることにより、メンブレン11がワークWの全面をより一層均一に押圧するようにすることができるからである。
さらに、本発明にあっては、メンブレン11の上記接触領域の外縁から径方向内側に5mmの円周上において、上記関係式(2)で定義される、メンブレン11の周方向における厚みの均一性hc(%)が10.2%以下であることが好ましく、6.5%以下であることがより好ましく、1.4%以下であることがさらに好ましい。後述の実施例で説明するように、メンブレン11の周方向における厚みの均一性が高い(hcの数値が小さい)方が、研磨後のワークWの平坦度がより高くなるからである。
なお、周方向の均一性は高いほど(hcの数値が小さいほど)好ましいため、hcの下限は特に限定されない。
ここで、本発明において、可撓性材料であるメンブレン11は、JIS−A硬度30〜90°のものを用いることが好ましく、具体的な材質としては、特には限定しないが、例えばエチレンポロピレンゴム、シリコーンゴム、ブチルゴムなどを用いることが好ましい。
また、本発明のメンブレン11は、基本的に既知の手法により製造することができる。例えば、注型成形用の金型にメンブレンの材料となるシリコーンゴム等を注入し、金型の平面度及びプレス機の圧力分布を調整することにより、外周部の厚みの最大値が内周部の厚みの最小値より薄いメンブレンを作製することができる。
さらに、本発明において、メンブレン11の厚みは0.5〜1.5mmとすることが好ましい。また、本発明では、メンブレン11の外周部における厚みは、内周部における厚みの1.3%〜66%とすることが好ましい。
1.3%以上とすることにより、メンブレン11がワークWに及ぼす外周部での圧力を内周部での圧力に、より一層近づけることができ、一方で、66%以下とすることにより、メンブレンゴムの構造上、伸びにくい特性をもつ外周部において、厚みを薄くすることにより、面内に対してよく伸びるようにし、外周部まで均一に加圧することができるからである。
なお、メンブレン11の厚みを薄くするにあたっては、ワークWを圧接する側の厚みを減じても良いし、第2圧力供給部16から圧力を受ける側の厚みを減じても良いし、それら両方を減じてもよい。
ここで、後述の実施例にて詳細に説明するように、本発明によれば、直径が450mm以上の大口径のシリコンウェーハにおいても、高い平坦度を達成するウェーハを得ることができ、具体的には、直径が450mm以上で、SEMI規格により定義されるGBIRが0.2μm以下、且つ、ワークの外縁から径方向内側に2mmの円環状の領域を除外したSFQRの最大値が0.04μm以下である、シリコンウェーハを得ることができる。
これにより、デバイス製造工程等における歩留まりを向上させることができる。
次に、本発明の一実施形態にかかるワークの研磨方法について説明する。
本実施形態のワークの研磨方法では、図1に示す装置を用いて研磨を行う。図1に示す装置構成については、既に説明したため、再度の説明を省略する。
本実施形態のワークの研磨方法では、まず、第1エア供給装置により、第1エア供給ライン15を介して第1圧力供給部14にエアを供給し、第1圧力供給部14の体積を膨張させ、内部ヘッド12を下方に押圧する。
また、第2エア供給装置により、第2のエア供給ライン17を介して第2圧力供給部16にエアを供給し、第2圧力供給部16の体積を膨張させ、メンブレン11に圧力を供給してメンブレン11を下方に付勢する。
このように、メンブレン11を取り付けた内部ヘッド12を下方のシリコンウェーハWの方向へと押圧しつつ、メンブレン11に圧力を供給することにより、該メンブレン11にシリコンウェーハWを押圧させることができる。
そして、研磨パッド4上に研磨スラリーを供給し、メンブレン11がシリコンウェーハWの裏面から該シリコンウェーハに圧接した状態で、モータ等の駆動手段により研磨ヘッド2及び定盤3を回転させることにより、研磨パッド4とシリコンウェーハWの研磨面を摺動させて、シリコンウェーハWの片面を研磨することができる。
ここで、本実施形態のワークの研磨方法は、メンブレン11の外周部における最大厚みが、メンブレン11の内周部における最小厚みより薄いことを特徴とするものである。
これにより、メンブレン11をシリコンウェーハW全面にわたって十分に均一に圧接させることができ、この状態で研磨を行うことにより、一層平坦度の高いシリコンウェーハを得ることができる。さらに、メンブレン11の交換時には、一度メンブレン11の作成に供した金型を用いればよく、他の部材と一体成型等する必要もないため、低コストでの交換が可能である。本実施形態の研磨方法によれば、工程の追加等の必要はなく、その厚みが径方向において所定の不均一性を有するメンブレン11を用いるという簡易な手法により、上記の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明においては、メンブレン11を用いてワークWの裏面を押圧してワークWの片面研磨をする研磨ヘッド、研磨装置、研磨方法であれば広く適用可能であり、本発明は、上述した実施形態には何ら限定されない。例えば、上記の実施形態では、エアによりメンブレン11を加圧する方式について説明したが、加圧流体によりメンブレン11を加圧する方式としてもよい。また、上記の実施形態では、メンブレン11がワークWを直接押圧する例を示したが、図1に示す装置において、メンブレン11の下面に発砲ポリウレタン製のバッキングパッドを貼布し、該バッキングパッドを介してワークWを押圧するように構成することもできる。また、上記の実施形態では、第1の圧力供給部14はエアで可撓性部材を撓ませる例を説明したが、他の弾性体等により内部ヘッド12を下方に付勢する構成とすることもできる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、この実施例に何ら限定されるものではない。
<実施例1>
メンブレンの周方向の均一性と研磨取代との関係を評価するため、周方向の均一性の異なるメンブレンを複数作製して、それぞれの研磨取代を計測する試験を行った。ここで、メンブレンとしては、EPDMゴムを用いた。また、円盤状のワークとして、直径450mm、厚さ925μm、結晶方位(100)のp型のシリコンウェーハを用いた。さらに、研磨は、図1に示した装置を用いて行った。この試験においては、研磨スラリーとして砥粒(微粒コロイダルシリカ)を含む水酸化カリウム(KOH)を主剤とするアルカリ水溶液を用い、押圧力を10kPaとし、研磨ヘッドの回転数を30rpm、定盤の回転数を30rpmとし、研磨時間を240secとした。
ここで、メンブレンの周方向の均一性は、上記式(2)で定義したものであり、数値が小さい方が、均一性が高いことを示す。また、取代の均一性U(%)は、シリコンウェーハの外縁から径方向内側に2mmまでの円環状の領域を除外し、残余の領域全面について、最大取代をdmax、最小取代をdmin、平均取代をdaveとし、
U={(dmax−dmin)/(2×dave)}×100
で定義したものであり、数値が小さいほうが、均一性が高いことを示す。
なお、メンブレンの厚みは、接触式の厚み測器を用いることにより計測した。また、上記各取代は、黒田社製ナノメトロを用いて計測したものであり、黒田社製ナノメトロを用いて3次元分布も計測した。
図3は、メンブレンの周方向の均一性と取代の均一性との関係を示す図である。また、図4は、特にメンブレンの周方向の均一性が15.2%、11.1%、10.2%、6.5%、1.4%それぞれの場合の研磨取代の3次元分布を示す図である。
図3、図4に示すように、メンブレンの周方向の均一性が高いほどシリコンウェーハの研磨取代の均一性も高いことがわかる。特に、メンブレンの周方向の均一性が1.4%〜10.2%の範囲で研磨取代が20%以下となった。なお、このときの径方向の均一性(上記式(1)で定義したもの)は、1.5%〜2%であった。
<実施例2>
次に、メンブレンの径方向の均一性と研磨取代との関係を評価する試験を行った。研磨条件は、先の試験と同様である。ここで、メンブレンの径方向の均一性は、上記式(1)で定義されるものとし、数値が小さい方が、均一性が高いことを示す。
図5(a)〜(e)は、メンブレンの径方向の均一性が、7.7%、9.8%、13%、18.2%、20.2%それぞれの場合における、メンブレンの表面の断面形状(上図)及びシリコンウェーハの表面の断面形状(下図)を示す図である。
図5(a)〜(e)に示すように、メンブレンの径方向の均一性が低いほどシリコンウェーハの研磨取代の均一性が高いことがわかる。特に、メンブレンの径方向の均一性が2.8%〜37%の範囲で研磨取代が20%以下となった。なお、このときの周方向の均一性(上記式(2)で定義したもの)は、12%〜15%であった。
<実施例3>
次に、本発明により得られるシリコンウェーハと、従来例にかかるシリコンウェーハの平坦度及び表面粗さ(RMS)を比較する試験を行った。本発明のシリコンウェーハとして、上記の試験により得られた研磨後のシリコンウェーハを用いた。このシリコンウェーハは、直径が450mmであり、メンブレンの径方向の均一性が20%、周方向の均一性が7%であるものを用い、上記の研磨条件にて研磨を行った際に得られたものである。
また、従来例にかかるシリコンウェーハとしては、剛性リングと一体成型したメンブレンを有する研磨装置を用いて研磨したものを用意した。従来例にかかる研磨に用いたメンブレンは、径方向における厚みがほぼ均一のものであった。
ここで、シリコンウェーハの平坦度は、GBIR及びSFQRの最大値を計測することにより行った。まず、GBIRは、(KLA−Tencor社製:WaferSight)を用いて計測した。また、SFQRの最大値は、黒田精工社製Nanometoro450TTを用いて、シリコンウェーハの外縁から径方向内側に2mmの円環状の領域を除外した領域について、26mm×8mmの矩形状のサンプルを複数取得して計測した。
さらに、シリコンウェーハの表面粗さ(RMS)については、ChapmanInstruments社製ChapmanMPSを用いてシリコンウェーハの表裏面の粗さを計測した。
以下、評価結果について説明する。
図6は、SFQRの最大値の評価結果について示す図である。図6に示すように、本発明により得られたシリコンウェーハは、SFQRの最大値が0.04μm以下の範囲で分布しており、従来例のシリコンウェーハと比較して平坦度が高いことがわかる。
また、図7は、GBIRの評価結果について示す図である。図7に示すように、本発明により得られたシリコンウェーハは、従来例のシリコンウェーハよりGBIRが小さく、平坦度が高いことがわかる。
従って、本発明により得られたシリコンウェーハは、直径が450mm以上の大口径のシリコンウェーハでありながらも、GBIRが0.2μm以下、且つ、SFQRの最大値が0.04μm以下であるという高い平坦度を達成することができていることがわかる。
さらに、シリコンウェーハの表面粗さ(RMS)は、研磨面である表側の表面粗さが2nm以下であり、且つ、裏面の表面粗さBに対する表面の表面粗さAの比A/Bが0.4未満であった。
本発明によれば、平坦度の高いワークを得ることのできるワークの研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレンを提供することができる。また、本発明によれば、所定の平坦度を有するシリコンウェーハを提供することができる。
1 両面研磨装置
2 研磨ヘッド
3 定盤
4 研磨パッド
5a ハウジング頂部
5b ハウジング側部
6 軸
7 リテーナリング
8 円盤状部材
9 リング状部材
10 保持プレート
11 メンブレン
12 内部ヘッド
13 可撓性部材
14 第1圧力供給部
15 第1エア供給ライン
16 第2圧力供給部
17 第2エア供給ライン
18 ストッパ
本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置を示す概略断面図である。 (a)〜(c)メンブレンがシリコンウェーハに圧接する様子を示す模式図である。 メンブレンの周方向の均一性と取代の均一性との関係を示す図である。 研磨取代の3次元分布を示す図である。 (a)〜(e)メンブレンの表面の断面形状(図)及びシリコンウェーハの 磨取代の断面形状(図)を示す図である。 SFQRの評価結果を示す図である。 GBIRの評価結果を示す図である。
<実施例2>
次に、メンブレンの径方向の均一性と研磨取代との関係を評価する試験を行った。研磨条件は、先の試験と同様である。ここで、メンブレンの径方向の均一性は、上記式(1)で定義されるものとし、数値が小さい方が、均一性が高いことを示す。
図5(a)〜(e)は、メンブレンの径方向の均一性が、37%、34%、22%。2.8%、2%それぞれの場合における、メンブレンの表面の断面形状(図)及びシリコンウェーハの研磨取代の断面形状(図)を示す図である。
図5(a)〜(e)に示すように、メンブレンの径方向の均一性が低いほどシリコンウェーハの研磨取代の均一性が高いことがわかる。特に、メンブレンの径方向の均一性が2.8%〜37%の範囲で研磨取代の均一性が20%以下となった。なお、このときの周方向の均一性(上記式(2)で定義したもの)は、12%〜15%であった。

Claims (8)

  1. 円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドの下面に取り付けられ、該ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する可撓性材料からなるメンブレンであって、
    前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に20mmまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に20mmまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
    前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄いことを特徴とする、研磨ヘッド用のメンブレン。
  2. 前記接触領域内において、前記メンブレンの径方向における最大厚みをTrmax、最小厚みをTrmin、平均厚みをTraveとし、前記メンブレンの径方向における厚みの均一性hr(%)を、関係式(1)、
    hr={(Trmax−Trmin)/Trave}×100
    で定義するとき、hrは、2.8%以上である、請求項1に記載の研磨ヘッド用のメンブレン。
  3. 前記メンブレンの厚みは、該メンブレンの中心から前記接触領域の外縁まで、径方向外側に向かうにつれて漸減する、請求項1又は2に記載の研磨ヘッド用のメンブレン。
  4. 前記メンブレンの前記接触領域の外縁から径方向内側に5mmの円周上において、前記メンブレンの周方向における最大厚みをTcmax、最小厚みをTcmin、平均厚みをTcaveとし、前記メンブレンの周方向における厚みの均一性hc(%)を、関係式(2)、
    hc={(Tcmax−Tcmin)/Tcave}×100
    で定義するとき、hcは、10.2%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の研磨ヘッド用のメンブレン。
  5. 円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドであって、
    請求項1〜4のいずれか一項に記載のメンブレンと、
    前記メンブレンの外縁部を保持する保持プレートと、
    前記メンブレンに圧力を供給する圧力供給部と、を備えたことを特徴とする、研磨ヘッド。
  6. 円盤状のワークの研磨装置であって、
    上面に前記研磨パッドが貼布されている定盤と、
    前記定盤の上方に設けられた、請求項5に記載の研磨ヘッドと、を備えたことを特徴とする、ワークの研磨装置。
  7. 円盤状のワークの研磨方法であって、
    研磨ヘッドの下面に取り付けられた可撓性材料からなるメンブレンに圧力を供給して、該メンブレンにより前記ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する工程と、
    前記研磨ヘッドを回転させて前記ワークを研磨する工程と、を含み、
    前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に20mmまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に20mmまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
    前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄いことを特徴とする、ワークの研磨方法。
  8. 直径が450mm以上のシリコンウェーハであって、
    SEMI規格により定義されるGBIRが0.2μm以下、且つ、前記シリコンウェーハの外縁から径方向内側に2mmの領域を除外した、SEMI規格により定義されるSFQRの最大値が0.04μm以下であることを特徴とする、シリコンウェーハ。
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