JP3006249B2 - 半導体ウェーハの研磨装置 - Google Patents
半導体ウェーハの研磨装置Info
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- JP3006249B2 JP3006249B2 JP3356287A JP35628791A JP3006249B2 JP 3006249 B2 JP3006249 B2 JP 3006249B2 JP 3356287 A JP3356287 A JP 3356287A JP 35628791 A JP35628791 A JP 35628791A JP 3006249 B2 JP3006249 B2 JP 3006249B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェーハを所定
の表面粗さに鏡面研磨する研磨装置に関する。
の表面粗さに鏡面研磨する研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェーハは、ＳｉやＧｅのような
単体元素、ＩＩＩ−Ｖ族やＩＩ−ＶＩ族化合物に代表さ
れる化合物半導体の単結晶から製造され、各種エレクト
ロニクス製品を製造するための重要な素材となってい
る。その代表的製品である、シリコン単結晶ウェーハ
（以下単にウェーハとする）の場合、例えば図４に示す
ような製造工程により作られる。まず、シリコン単結晶
インゴットを作り、それの外径を円筒研磨すると共に一
部面取り（ＯＦ加工）を行う。次に、所定の厚みにスラ
イシングし、外周を面取り（ベベリング）した後、所定
のラッピング，エッチングおよび熱処理を行い、研磨工
程に入る。研磨工程は通常、１次研磨、２次研磨、３次
研磨と複数段階で構成される。１次研磨および２次研磨
は半導体ウェーハを所定の厚みにすべく所定取代だけ研
磨すると共に概略の平坦度を得るための研磨工程を分担
する。一方、３次以上の研磨は所定の表面粗さを得るた
めのものである。
単体元素、ＩＩＩ−Ｖ族やＩＩ−ＶＩ族化合物に代表さ
れる化合物半導体の単結晶から製造され、各種エレクト
ロニクス製品を製造するための重要な素材となってい
る。その代表的製品である、シリコン単結晶ウェーハ
（以下単にウェーハとする）の場合、例えば図４に示す
ような製造工程により作られる。まず、シリコン単結晶
インゴットを作り、それの外径を円筒研磨すると共に一
部面取り（ＯＦ加工）を行う。次に、所定の厚みにスラ
イシングし、外周を面取り（ベベリング）した後、所定
のラッピング，エッチングおよび熱処理を行い、研磨工
程に入る。研磨工程は通常、１次研磨、２次研磨、３次
研磨と複数段階で構成される。１次研磨および２次研磨
は半導体ウェーハを所定の厚みにすべく所定取代だけ研
磨すると共に概略の平坦度を得るための研磨工程を分担
する。一方、３次以上の研磨は所定の表面粗さを得るた
めのものである。
【０００３】図４は横軸に研磨代（取代）を表示し、縦
軸に表面粗さを表示したものであり、前記の各研磨工程
の分担をわかり易く表示したものである。この表面粗さ
は、一例として光学干渉式表面粗さ計で測定することが
でき、その値はＲrms （Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｒｏｏｔ
−Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ）記号によりｎｍ（ナノメー
ター）単位で表示される。
軸に表面粗さを表示したものであり、前記の各研磨工程
の分担をわかり易く表示したものである。この表面粗さ
は、一例として光学干渉式表面粗さ計で測定することが
でき、その値はＲrms （Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｒｏｏｔ
−Ｍｅａｎ−Ｓｑｕａｒｅ）記号によりｎｍ（ナノメー
ター）単位で表示される。
【０００４】以上の研磨工程を終了した後、ウェーハは
図４に示すように洗浄工程で洗浄された後、検査，出荷
される。なお、図示していないが、ウェーハの研磨方法
としては、研磨布を表面に敷設して回転する研磨テーブ
ル上に、ウェーハ保持ヘッドに保持されたウェーハを押
圧しながら回転し、ウェーハと研磨布間に砥粒とアルカ
リ性の液剤とを混合したメカノケミカルの研磨剤を介在
させて行う。
図４に示すように洗浄工程で洗浄された後、検査，出荷
される。なお、図示していないが、ウェーハの研磨方法
としては、研磨布を表面に敷設して回転する研磨テーブ
ル上に、ウェーハ保持ヘッドに保持されたウェーハを押
圧しながら回転し、ウェーハと研磨布間に砥粒とアルカ
リ性の液剤とを混合したメカノケミカルの研磨剤を介在
させて行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】半導体ウェーハの研磨
条件としては、研磨テーブルとウェーハ保持ヘッド間の
相対速度と、半導体ウェーハを研磨布側に押圧する研磨
圧力と、研磨布および研磨剤の種類等が上げられる。図
５は横軸に研磨圧力（ｇ／ｃｍ2 ）をとり、縦軸に研磨
布単位長さあたりの切込量（ｎｍ／ｍ）をとったもので
ある。また、符号Ｄ，Ｅ，Ｆは研磨布の種類を表わす。
図示のように研磨布の種類の如何に拘らず、研磨圧力が
高い方が切込量は大きい。一方、研磨テーブルとウェー
ハ保持ヘッド間の相対速度は速い程表面粗さはよくなる
傾向にあり、研磨布は軟らかい方が表面粗さがよくなる
が切込量は小さくなる。以上のことから、従来の研磨工
程では予め研磨条件を各段階ごとに一定にしてウェーハ
研磨を行っていた。従って、ウェーハの面粗さは初期に
設置された研磨条件により略決められていた。図６に示
すように、研磨布３の表面はその硬，軟に拘らず凹凸に
形成され、その凹凸に沿って研磨剤１１が付着してい
る。ウェーハ５が仮りに平坦に形成されていても（実際
はかなり凹凸している）、所定の研磨圧力によりウェー
ハ５を波状の研磨布３に押圧して研磨すると、図７に示
すように研磨布３の波状形状がウェーハ５に転写され、
ウェーハ５の表面を粗らす。そのため、長時間研磨して
も所望の表面粗さのウェーハ５を得ることが出来ない問
題点があった。
条件としては、研磨テーブルとウェーハ保持ヘッド間の
相対速度と、半導体ウェーハを研磨布側に押圧する研磨
圧力と、研磨布および研磨剤の種類等が上げられる。図
５は横軸に研磨圧力（ｇ／ｃｍ2 ）をとり、縦軸に研磨
布単位長さあたりの切込量（ｎｍ／ｍ）をとったもので
ある。また、符号Ｄ，Ｅ，Ｆは研磨布の種類を表わす。
図示のように研磨布の種類の如何に拘らず、研磨圧力が
高い方が切込量は大きい。一方、研磨テーブルとウェー
ハ保持ヘッド間の相対速度は速い程表面粗さはよくなる
傾向にあり、研磨布は軟らかい方が表面粗さがよくなる
が切込量は小さくなる。以上のことから、従来の研磨工
程では予め研磨条件を各段階ごとに一定にしてウェーハ
研磨を行っていた。従って、ウェーハの面粗さは初期に
設置された研磨条件により略決められていた。図６に示
すように、研磨布３の表面はその硬，軟に拘らず凹凸に
形成され、その凹凸に沿って研磨剤１１が付着してい
る。ウェーハ５が仮りに平坦に形成されていても（実際
はかなり凹凸している）、所定の研磨圧力によりウェー
ハ５を波状の研磨布３に押圧して研磨すると、図７に示
すように研磨布３の波状形状がウェーハ５に転写され、
ウェーハ５の表面を粗らす。そのため、長時間研磨して
も所望の表面粗さのウェーハ５を得ることが出来ない問
題点があった。
【０００６】一方、研削技術の１つとしてスパークアウ
ト研削方法が従来より行われている。スパークアウト研
削とは、砥石でワークを研削加工する際に、砥石の送り
を止めてワークを研削し、その状態で研削する技術であ
り、公知のものである。特公平３−４９７０５号公報は
その一例を示す開示例である。同技術はウェーハをカッ
プ形砥石で研削仕上げするもので、所定の切込量に達し
た位置で砥石の切込を止め、同時にウェーハの回転を減
速して所望の仕上面精度を得るようにしたものである。
ト研削方法が従来より行われている。スパークアウト研
削とは、砥石でワークを研削加工する際に、砥石の送り
を止めてワークを研削し、その状態で研削する技術であ
り、公知のものである。特公平３−４９７０５号公報は
その一例を示す開示例である。同技術はウェーハをカッ
プ形砥石で研削仕上げするもので、所定の切込量に達し
た位置で砥石の切込を止め、同時にウェーハの回転を減
速して所望の仕上面精度を得るようにしたものである。
【０００７】本発明は、特公平３−４９７０５号公報に
開示するような公知のスパークアウト研削技術から着想
したものであるが、ウェーハの研磨工程には切込の概念
がなく研削工程のようなスパークアウト研削技術をその
まま適用することが出来ない。また、図６および図７に
示したように、ウェーハの研磨圧力により、研磨布３側
の凹凸がウェーハ側に転写されてしまい、表面粗さをそ
れ以上向上させることが出来ない。そこで、本発明は、
図６および図７に示した問題点が研磨条件、特に研磨圧
力に影響があることを見出すと共に、前記スパークアウ
ト研削技術を基にして前記スパークアウト研磨工程を創
案し、ウェーハの面粗さを効率よく改善することが出来
るウェーハの研磨装置を提供することを目的とする。
開示するような公知のスパークアウト研削技術から着想
したものであるが、ウェーハの研磨工程には切込の概念
がなく研削工程のようなスパークアウト研削技術をその
まま適用することが出来ない。また、図６および図７に
示したように、ウェーハの研磨圧力により、研磨布３側
の凹凸がウェーハ側に転写されてしまい、表面粗さをそ
れ以上向上させることが出来ない。そこで、本発明は、
図６および図７に示した問題点が研磨条件、特に研磨圧
力に影響があることを見出すと共に、前記スパークアウ
ト研削技術を基にして前記スパークアウト研磨工程を創
案し、ウェーハの面粗さを効率よく改善することが出来
るウェーハの研磨装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、本発明に係る半導体ウェーハの研磨装置は、研磨
テーブルの表面に敷設された研磨布にウェーハ保持ヘッ
ドに保持された半導体ウェーハを所定の研磨圧力で押圧
し、前記研磨布と前記ウェーハ間に研磨剤を介在させな
がら該ウェーハの鏡面研磨を行う研磨装置において、研
磨テーブルを回転駆動する研磨テーブル駆動部と、ウェ
ーハ保持ヘッドを回転駆動するウェーハ保持ヘッド駆動
部と、ウェーハの研磨圧力を調整する研磨圧力調整部
と、実際の研磨圧力を検出する研磨圧力検出部と、制御
装置とから構成され、該制御装置は、前記ウェーハにつ
いて所定の研磨代を得るために行う通常研磨工程と、該
通常研磨工程後のウェーハを所定の表面粗さに鏡面研磨
仕上げするために行うスパークアウト研磨工程とを自動
制御するものであって、これら通常研磨工程およびスパ
ークアウト研磨工程では、研磨テーブル駆動部，ウェー
ハ保持ヘッド駆動部，研磨圧力調整部，研磨圧力検出部
にそれぞれ連結してこれらを自動制御すると共に、通常
研磨工程の時間を所定時間ｔ0 に調整制御した後、スパ
ークアウト研磨工程における研磨圧力，時間ｔ1 ，前記
研磨テーブルとウェーハ保持ヘッド間の相対速度等を、
研磨布，研磨剤，ウェーハの形状および材質，通常研磨
工程条件等を基にして調整制御すべく構成されることを
特徴とする。
めに、本発明に係る半導体ウェーハの研磨装置は、研磨
テーブルの表面に敷設された研磨布にウェーハ保持ヘッ
ドに保持された半導体ウェーハを所定の研磨圧力で押圧
し、前記研磨布と前記ウェーハ間に研磨剤を介在させな
がら該ウェーハの鏡面研磨を行う研磨装置において、研
磨テーブルを回転駆動する研磨テーブル駆動部と、ウェ
ーハ保持ヘッドを回転駆動するウェーハ保持ヘッド駆動
部と、ウェーハの研磨圧力を調整する研磨圧力調整部
と、実際の研磨圧力を検出する研磨圧力検出部と、制御
装置とから構成され、該制御装置は、前記ウェーハにつ
いて所定の研磨代を得るために行う通常研磨工程と、該
通常研磨工程後のウェーハを所定の表面粗さに鏡面研磨
仕上げするために行うスパークアウト研磨工程とを自動
制御するものであって、これら通常研磨工程およびスパ
ークアウト研磨工程では、研磨テーブル駆動部，ウェー
ハ保持ヘッド駆動部，研磨圧力調整部，研磨圧力検出部
にそれぞれ連結してこれらを自動制御すると共に、通常
研磨工程の時間を所定時間ｔ0 に調整制御した後、スパ
ークアウト研磨工程における研磨圧力，時間ｔ1 ，前記
研磨テーブルとウェーハ保持ヘッド間の相対速度等を、
研磨布，研磨剤，ウェーハの形状および材質，通常研磨
工程条件等を基にして調整制御すべく構成されることを
特徴とする。
【０００９】
【作用】所望の研磨代に対して研磨布及び研磨剤の種
類、半導体ウェーハの形状及び材質等を考慮して通常研
磨工程の研磨圧力，研磨すべき時間ｔ0 および研磨テー
ブルとウェーハ保持ヘッドとの相対速度等を定め、通常
研磨を行う。時間ｔ0 が経過したことを制御装置により
確認したら、予め決められた研磨条件に基づきウェーハ
保持ヘッドの研磨圧力を下げ、スパークアウト研磨工程
内に調整する。所定の研磨圧力の有無を研磨圧力を検出
部にて検出し、ＯＫの場合は所定時間ｔ1 だけスパーク
アウト研磨を行う。時間ｔ1 経過後、所望の表面粗さに
仕上げられたら研磨工程を終了し、次工程の洗浄を行
う。本発明のスパークアウト研磨工程は、研磨布と研磨
剤によるメカノケミカルな鏡面研磨方法において、研磨
布および研磨剤による切込作用のあることを発見し、そ
れを応用した研磨方法であるから、その作用は、通常研
磨工程における研磨圧力が比較的高く、また硬度が高く
圧縮率の低い研磨布を用いた場合に、より効果的に発揮
される。すなわち、このような特性の研磨布を使用する
ことにより、従来の研磨法よりも面粗さは向上する。従
って、本発明の適用は前述の鏡面研磨段階の１次研磨ま
たは２次研磨の段階で行なうことがより効果的であり、
それにより３次研磨が省略できるか、またはその工程の
手間を省いたり、３次研磨時間を短縮することができ
る。また、従来法における１次研磨、２次研磨、３次研
磨の各段階で研磨機や研磨の諸条件を使い分ける必要性
も簡略化できるので、スパークアウト研磨導入に伴う研
磨時間の延長は、研磨機の種類切替えの手間が省略され
たり、研磨条件の簡略化により相殺され、しかも表面粗
さは従来法に比して改善されるので、その分が利得とな
るものである。勿論このスパークアウト研磨は、最終の
研磨段階での適用も可能であるし、スパークアウトを１
段のみとせず、２〜３段に分けて行なうこともできる。
また、装置は、ウェーハ単枚処理の枚葉式研磨機または
複数枚単位処理のバッチ式研磨機のいずれにても適用が
可能である。
類、半導体ウェーハの形状及び材質等を考慮して通常研
磨工程の研磨圧力，研磨すべき時間ｔ0 および研磨テー
ブルとウェーハ保持ヘッドとの相対速度等を定め、通常
研磨を行う。時間ｔ0 が経過したことを制御装置により
確認したら、予め決められた研磨条件に基づきウェーハ
保持ヘッドの研磨圧力を下げ、スパークアウト研磨工程
内に調整する。所定の研磨圧力の有無を研磨圧力を検出
部にて検出し、ＯＫの場合は所定時間ｔ1 だけスパーク
アウト研磨を行う。時間ｔ1 経過後、所望の表面粗さに
仕上げられたら研磨工程を終了し、次工程の洗浄を行
う。本発明のスパークアウト研磨工程は、研磨布と研磨
剤によるメカノケミカルな鏡面研磨方法において、研磨
布および研磨剤による切込作用のあることを発見し、そ
れを応用した研磨方法であるから、その作用は、通常研
磨工程における研磨圧力が比較的高く、また硬度が高く
圧縮率の低い研磨布を用いた場合に、より効果的に発揮
される。すなわち、このような特性の研磨布を使用する
ことにより、従来の研磨法よりも面粗さは向上する。従
って、本発明の適用は前述の鏡面研磨段階の１次研磨ま
たは２次研磨の段階で行なうことがより効果的であり、
それにより３次研磨が省略できるか、またはその工程の
手間を省いたり、３次研磨時間を短縮することができ
る。また、従来法における１次研磨、２次研磨、３次研
磨の各段階で研磨機や研磨の諸条件を使い分ける必要性
も簡略化できるので、スパークアウト研磨導入に伴う研
磨時間の延長は、研磨機の種類切替えの手間が省略され
たり、研磨条件の簡略化により相殺され、しかも表面粗
さは従来法に比して改善されるので、その分が利得とな
るものである。勿論このスパークアウト研磨は、最終の
研磨段階での適用も可能であるし、スパークアウトを１
段のみとせず、２〜３段に分けて行なうこともできる。
また、装置は、ウェーハ単枚処理の枚葉式研磨機または
複数枚単位処理のバッチ式研磨機のいずれにても適用が
可能である。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図１は本実施例の全体構成図であり、図２は本実
施例の作用動作を説明するためのフローチャートであ
り、図３は研磨圧力，時間ｔ1 と表面粗さの関係を示す
線図である。図１に示すように表面が平坦な研磨テーブ
ル２の表面には研磨布３が敷設される。研磨テーブル２
は研磨テーブル駆動部４により回転駆動される。半導体
ウェーハ５を保持するトップリング６を有するウェーハ
保持ヘッド７は研磨テーブル２の表面上に配設され、ウ
ェーハ保持ヘッド駆動部８により回転駆動される。な
お、半導体ウェーハ５は研磨布３に当接係合する。ウェ
ーハ保持ヘッド７には半導体ウェーハ５を研磨布３側に
押圧し研磨圧力を調整するための研磨圧力調整部９と研
磨圧力を検出するための研磨圧力検出部１０がそれぞれ
係合して配置される。また、研磨テーブル２の表面側に
は研磨剤１１を研磨布３側に供給する研磨剤供給手段１
２等が配置される。
する。図１は本実施例の全体構成図であり、図２は本実
施例の作用動作を説明するためのフローチャートであ
り、図３は研磨圧力，時間ｔ1 と表面粗さの関係を示す
線図である。図１に示すように表面が平坦な研磨テーブ
ル２の表面には研磨布３が敷設される。研磨テーブル２
は研磨テーブル駆動部４により回転駆動される。半導体
ウェーハ５を保持するトップリング６を有するウェーハ
保持ヘッド７は研磨テーブル２の表面上に配設され、ウ
ェーハ保持ヘッド駆動部８により回転駆動される。な
お、半導体ウェーハ５は研磨布３に当接係合する。ウェ
ーハ保持ヘッド７には半導体ウェーハ５を研磨布３側に
押圧し研磨圧力を調整するための研磨圧力調整部９と研
磨圧力を検出するための研磨圧力検出部１０がそれぞれ
係合して配置される。また、研磨テーブル２の表面側に
は研磨剤１１を研磨布３側に供給する研磨剤供給手段１
２等が配置される。
【００１１】制御装置１は、研磨テーブル駆動部４，ウ
ェーハ保持ヘッド駆動部８，研磨圧力調整部９，研磨圧
力検出部１０等を自動制御するもので、それ等と電気的
に連結する。また、制御装置１には半導体ウェーハ５の
形状および材質等のデータや研磨布３，研磨剤の種類等
の研磨工程に必要な各データが入力，記憶される。図１
の表示部１３に示すように、制御装置１は研磨工程にお
ける研磨圧力，研磨時間，研磨テーブル２とウェーハ保
持ヘッド７間の相対速度等を研磨剤，研磨布３の種類と
ウェーハの形状および材質等のデータを基にして設定す
ると共に、それ等に基づき研磨テーブル２，ウェーハ保
持ヘッド７等を自動制御するように構成される。本実施
例では研磨工程を研磨圧力ｐ0 で研磨時間ｔ0 の通常研
磨工程と研磨圧力ｐ1 で研磨時間ｔ1 のスパークアウト
研磨工程の２工程から形成される。半導体ウェーハ５は
まず、研磨圧力ｐ0 で研磨布３に押圧され、時間ｔ0 だ
け通常研磨が行われた後、研磨圧力ｐ0 よりも低圧力の
研磨圧力ｐ1 で研磨時間ｔ1 のスパークアウト研磨によ
り仕上げられて完成品となる。
ェーハ保持ヘッド駆動部８，研磨圧力調整部９，研磨圧
力検出部１０等を自動制御するもので、それ等と電気的
に連結する。また、制御装置１には半導体ウェーハ５の
形状および材質等のデータや研磨布３，研磨剤の種類等
の研磨工程に必要な各データが入力，記憶される。図１
の表示部１３に示すように、制御装置１は研磨工程にお
ける研磨圧力，研磨時間，研磨テーブル２とウェーハ保
持ヘッド７間の相対速度等を研磨剤，研磨布３の種類と
ウェーハの形状および材質等のデータを基にして設定す
ると共に、それ等に基づき研磨テーブル２，ウェーハ保
持ヘッド７等を自動制御するように構成される。本実施
例では研磨工程を研磨圧力ｐ0 で研磨時間ｔ0 の通常研
磨工程と研磨圧力ｐ1 で研磨時間ｔ1 のスパークアウト
研磨工程の２工程から形成される。半導体ウェーハ５は
まず、研磨圧力ｐ0 で研磨布３に押圧され、時間ｔ0 だ
け通常研磨が行われた後、研磨圧力ｐ0 よりも低圧力の
研磨圧力ｐ1 で研磨時間ｔ1 のスパークアウト研磨によ
り仕上げられて完成品となる。
【００１２】次に、図２のフローチャートにより本実施
例の作用動作を説明する。まず、研磨圧力ｐ0 ，研磨時
間ｔ0 の通常研磨が行われる（ステップ１００）。通常
研磨の研磨時間がｔ0 に達したか否かの自動チェックが
行われ（ステップ１０１）、ｙｅｓの場合には次工程は
スパークアウト研磨の各研磨条件，本実施例では研磨圧
力ｐ1 ，および研磨時間ｔ1 の設定（ステップ１０２）
を経た後、設定値通りに形成されているかの条件チェッ
クを行う（ステップ１０３）。ｙｅｓの場合には次工程
のスパークアウト研磨実施を行う（ステップ１０４）。
スパークアウト研磨の研磨時間ｔ1 の経過を確認する
（ステップ１０５）。ｙｅｓの場合には表面粗さの測定
を行う（ステップ１０６）。所定の表面粗さを満足した
か否かを確認し（ステップ１０７）、ｙｅｓの場合には
スパークアウト研磨工程を終了し、次工程側に搬送され
る（ステップ１０８）。
例の作用動作を説明する。まず、研磨圧力ｐ0 ，研磨時
間ｔ0 の通常研磨が行われる（ステップ１００）。通常
研磨の研磨時間がｔ0 に達したか否かの自動チェックが
行われ（ステップ１０１）、ｙｅｓの場合には次工程は
スパークアウト研磨の各研磨条件，本実施例では研磨圧
力ｐ1 ，および研磨時間ｔ1 の設定（ステップ１０２）
を経た後、設定値通りに形成されているかの条件チェッ
クを行う（ステップ１０３）。ｙｅｓの場合には次工程
のスパークアウト研磨実施を行う（ステップ１０４）。
スパークアウト研磨の研磨時間ｔ1 の経過を確認する
（ステップ１０５）。ｙｅｓの場合には表面粗さの測定
を行う（ステップ１０６）。所定の表面粗さを満足した
か否かを確認し（ステップ１０７）、ｙｅｓの場合には
スパークアウト研磨工程を終了し、次工程側に搬送され
る（ステップ１０８）。
【００１３】図３はスパークアウト研磨の効率を示す線
図である。図中には３つの研磨圧力Ａ，Ｂ，Ｃの場合が
示され、Ｃ＞Ｂ＞Ａである。前記研磨圧力ｐ0 がＣ表示
に相当し、前記研磨圧力ｐ1 がＢ，Ａで示される。下方
の横軸には研磨圧力Ａ，Ｂ，Ｃの場合の研磨時間ｔ1 が
それぞれ示され、上方の横軸には研磨代（取代）が示さ
れる。また、縦軸には表面粗さが示される。研磨圧力Ｃ
で研磨時間ｔ0 の通常研磨が行われた後、研磨圧力を
Ａ，Ｂに変えることにより表面粗さが変化することがわ
かる。例えば、一番低い研磨圧力のＡの場合には研磨時
間ｔ1 が長いが表面粗さは大巾に小さくなる。一方、研
磨圧力が中間のＢの場合には表面粗さは勿論改善され、
かつ研磨時間ｔ1 が比較的短いが途中から飽和してしま
うため、研磨代が増加しても所望の表面粗さを得ること
が出来ない場合が生ずる。当然ながら研磨圧力Ｃを維持
した場合、表面粗さも変化しない。
図である。図中には３つの研磨圧力Ａ，Ｂ，Ｃの場合が
示され、Ｃ＞Ｂ＞Ａである。前記研磨圧力ｐ0 がＣ表示
に相当し、前記研磨圧力ｐ1 がＢ，Ａで示される。下方
の横軸には研磨圧力Ａ，Ｂ，Ｃの場合の研磨時間ｔ1 が
それぞれ示され、上方の横軸には研磨代（取代）が示さ
れる。また、縦軸には表面粗さが示される。研磨圧力Ｃ
で研磨時間ｔ0 の通常研磨が行われた後、研磨圧力を
Ａ，Ｂに変えることにより表面粗さが変化することがわ
かる。例えば、一番低い研磨圧力のＡの場合には研磨時
間ｔ1 が長いが表面粗さは大巾に小さくなる。一方、研
磨圧力が中間のＢの場合には表面粗さは勿論改善され、
かつ研磨時間ｔ1 が比較的短いが途中から飽和してしま
うため、研磨代が増加しても所望の表面粗さを得ること
が出来ない場合が生ずる。当然ながら研磨圧力Ｃを維持
した場合、表面粗さも変化しない。
【００１４】
【実験例】次に、本発明の実験例を示す。実験に使用の
半導体ウェーハは、Ｓｉ単結晶でＰ型の引上結晶方位＜
１００＞、直径１２５ｍｍのものであり、装置は枚葉式
鏡面研磨機を使用した。実験は通常の鏡面研磨工程を想
定し、研磨布／研磨剤について、次の３通りの条件組み
合わせで行った。 （１）１次研磨用：硬質ベロアタイプクロス／コロイダ
ルシリカ系研磨剤（研磨布のＪＩＳアスカーＣ硬度８
５、圧縮率４．０％） （２）２次研磨用：軟質ベロアタイプクロス／コロイダ
ルシリカ系研磨剤（研磨布のＪＩＳアスカーＣ硬度７
５、圧縮率９．０％） （３）３次研磨用：スウェードタイプクロス／コロイダ
ルシリカ系研磨剤 表面粗さは、光学干渉式表面粗さ計によりＲrms 値（単
位ｎｍ）で測定した。通常研磨条件は、研磨圧力を４０
０ｇ／ｃｍ2 、相対速度を５０〜１５０ｍ／分の範囲と
し、研磨時間は１０分に固定した。これに対し、スパー
クアウト研磨は、研磨圧力を通常研磨時の圧力以下と
し、研磨時間は０〜３０分の範囲で試験した。結果とし
て（１）及び（２）の場合には、スパークアウト研磨に
おける研磨圧力の低下により、ウェーハの面粗さが大幅
に改良されることが測定された。すなわち、（１）の場
合において、スパークアウト研磨圧力２５０ｇ／ｃｍ2
として３分間研磨した結果は、通常研磨条件におけるＲ
rms 値の１．００ｎｍが０．８０ｎｍに、同様（２）の
場合は１．００ｎｍが０．８５ｎｍに、しかし、（３）
の場合は１．００ｎｍが０．９２ｎｍとスパークアウト
による効果は小さかった。前記条件方法において、スパ
ークアウトの研磨圧力のみを１００ｇ／ｃｍ2 の低い圧
力に変更したところ、（１）（２）それぞれにおける面
粗さは０．７５ｎｍ、０．８０ｎｍと更に改善された
が、（３）の場合は誤差範囲の効果しか得られなかっ
た。
半導体ウェーハは、Ｓｉ単結晶でＰ型の引上結晶方位＜
１００＞、直径１２５ｍｍのものであり、装置は枚葉式
鏡面研磨機を使用した。実験は通常の鏡面研磨工程を想
定し、研磨布／研磨剤について、次の３通りの条件組み
合わせで行った。 （１）１次研磨用：硬質ベロアタイプクロス／コロイダ
ルシリカ系研磨剤（研磨布のＪＩＳアスカーＣ硬度８
５、圧縮率４．０％） （２）２次研磨用：軟質ベロアタイプクロス／コロイダ
ルシリカ系研磨剤（研磨布のＪＩＳアスカーＣ硬度７
５、圧縮率９．０％） （３）３次研磨用：スウェードタイプクロス／コロイダ
ルシリカ系研磨剤 表面粗さは、光学干渉式表面粗さ計によりＲrms 値（単
位ｎｍ）で測定した。通常研磨条件は、研磨圧力を４０
０ｇ／ｃｍ2 、相対速度を５０〜１５０ｍ／分の範囲と
し、研磨時間は１０分に固定した。これに対し、スパー
クアウト研磨は、研磨圧力を通常研磨時の圧力以下と
し、研磨時間は０〜３０分の範囲で試験した。結果とし
て（１）及び（２）の場合には、スパークアウト研磨に
おける研磨圧力の低下により、ウェーハの面粗さが大幅
に改良されることが測定された。すなわち、（１）の場
合において、スパークアウト研磨圧力２５０ｇ／ｃｍ2
として３分間研磨した結果は、通常研磨条件におけるＲ
rms 値の１．００ｎｍが０．８０ｎｍに、同様（２）の
場合は１．００ｎｍが０．８５ｎｍに、しかし、（３）
の場合は１．００ｎｍが０．９２ｎｍとスパークアウト
による効果は小さかった。前記条件方法において、スパ
ークアウトの研磨圧力のみを１００ｇ／ｃｍ2 の低い圧
力に変更したところ、（１）（２）それぞれにおける面
粗さは０．７５ｎｍ、０．８０ｎｍと更に改善された
が、（３）の場合は誤差範囲の効果しか得られなかっ
た。
【００１５】以上に説明したように、スパークアウト研
磨により半導体ウェーハの５の面粗さは大巾に改善させ
るが、スパークアウト研磨の研磨条件は前記実施例のよ
うに研磨圧力，研磨時間の変更にのみ限定するものでな
く、通常研磨とスパークアウト研磨間で研磨布，研磨剤
等の各条件を変えることにより、更に、面粗さの改善を
図ることが出来る。
磨により半導体ウェーハの５の面粗さは大巾に改善させ
るが、スパークアウト研磨の研磨条件は前記実施例のよ
うに研磨圧力，研磨時間の変更にのみ限定するものでな
く、通常研磨とスパークアウト研磨間で研磨布，研磨剤
等の各条件を変えることにより、更に、面粗さの改善を
図ることが出来る。
【００１６】
【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が上げ
られる。 （１）研磨代を目的とした比較的高い研磨圧力で研磨し
た場合に較べ、研磨条件、特に研磨圧力を変えることに
より、研磨布の凹凸の影響を直接うけることが減少し面
粗さを大巾に向上することが出来る。 （２）通常研磨からスパークアウト研磨への移行は制御
装置により自動的に行われるため従来の１次，２次，３
次研磨工程に較べ、効率的な研磨が行われる。 （３）制御装置に、面粗さに影響を与える因子を入力
し、最適の条件でスパークアウト研磨をすることが可能
のため、所望の面粗さを有するウェーハ研磨が可能とな
る。 （４）研磨工程における研磨圧力が比較的高く、また硬
度が高く圧縮率の低い研磨布を用いた場合に、研磨布に
よる切込作用がより効果的に発揮される。 （５）鏡面研磨段階の１次研磨または２次研磨の段階で
本発明を適用することにより、３次研磨が省略できる
か、またはその工程の手間を省いたり、３次研磨時間を
短縮することができる。 （６）１次研磨、２次研磨、３次研磨の各段階で研磨機
や研磨の諸条件を使い分ける必要性も簡略化できるの
で、スパークアウト研磨導入に伴う研磨時間の延長は、
研磨機の種類切替えの手間が省略されたり、研磨条件の
簡略化により相殺され、しかも表面粗さは従来法に比し
て改善されるので、その分が利得となる。 （７）研磨圧力の変更は特に難しいものでなく、容易に
実施可能である。
られる。 （１）研磨代を目的とした比較的高い研磨圧力で研磨し
た場合に較べ、研磨条件、特に研磨圧力を変えることに
より、研磨布の凹凸の影響を直接うけることが減少し面
粗さを大巾に向上することが出来る。 （２）通常研磨からスパークアウト研磨への移行は制御
装置により自動的に行われるため従来の１次，２次，３
次研磨工程に較べ、効率的な研磨が行われる。 （３）制御装置に、面粗さに影響を与える因子を入力
し、最適の条件でスパークアウト研磨をすることが可能
のため、所望の面粗さを有するウェーハ研磨が可能とな
る。 （４）研磨工程における研磨圧力が比較的高く、また硬
度が高く圧縮率の低い研磨布を用いた場合に、研磨布に
よる切込作用がより効果的に発揮される。 （５）鏡面研磨段階の１次研磨または２次研磨の段階で
本発明を適用することにより、３次研磨が省略できる
か、またはその工程の手間を省いたり、３次研磨時間を
短縮することができる。 （６）１次研磨、２次研磨、３次研磨の各段階で研磨機
や研磨の諸条件を使い分ける必要性も簡略化できるの
で、スパークアウト研磨導入に伴う研磨時間の延長は、
研磨機の種類切替えの手間が省略されたり、研磨条件の
簡略化により相殺され、しかも表面粗さは従来法に比し
て改善されるので、その分が利得となる。 （７）研磨圧力の変更は特に難しいものでなく、容易に
実施可能である。
【図１】本発明の一実施例の全体構成図である。
【図２】本実施例の作用動作を説明するためのフローチ
ャートである。
ャートである。
【図３】本実施例の効果を説明するための線図である。
【図４】従来のウェーハの製造工程を説明するための説
明用フローチャートである。
明用フローチャートである。
【図５】研磨圧力と研磨代との関係を示す線図である。
【図６】従来の研磨前の研磨布とウェーハとの係合状態
を示す拡大一部断面図である。
を示す拡大一部断面図である。
【図７】従来の研磨後の研磨布とウェーハとの係合状態
を示す拡大一部断面図である。
を示す拡大一部断面図である。
１ 制御装置 ２ 研磨テーブル ３ 研磨布 ４ 研磨テーブル駆動部 ５ 半導体ウェーハ ６ トップリング ７ ウェーハ保持ヘッド ８ ウェーハ保持ヘッド駆動部 ９ 研磨圧力調整部 １０ 研磨圧力検出部 １１ 研磨剤 １２ 研磨剤噴射手段 １３ 表示部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 正志 新潟県中頸城郡頸城村大字城野腰新田 596の２ 直江津電子工業株式会社内 (72)発明者 岡田 守 長野県更埴市大字屋代1393 長野電子工 業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−19672（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−86468（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−7452（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−71848（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24B 37/00 H01L 21/304 622
Claims (1)
- 【請求項１】 研磨テーブルの表面に敷設された研磨布
にウェーハ保持ヘッドに保持された半導体ウェーハを所
定の研磨圧力で押圧し、前記研磨布と前記ウェーハ間に
研磨剤を介在させながら該ウェーハの鏡面研磨を行う研
磨装置において、研磨テーブルを回転駆動する研磨テー
ブル駆動部と、ウェーハ保持ヘッドを回転駆動するウェ
ーハ保持ヘッド駆動部と、ウェーハの研磨圧力を調整す
る研磨圧力調整部と、実際の研磨圧力を検出する研磨圧
力検出部と、制御装置とから構成され、該制御装置は、
前記ウェーハについて所定の研磨代を得るために行う研
磨圧力の高い高荷重研磨工程と、該高荷重研磨工程後の
ウェーハを所定の表面粗さに鏡面研磨仕上げするために
高荷重研磨工程より低い研磨圧力で行う低荷重研磨工程
とを自動制御するものであって、これら高荷重研磨工程
および低荷重研磨工程では、研磨テーブル駆動部，ウェ
ーハ保持ヘッド駆動部，研磨圧力調整部，研磨圧力検出
部にそれぞれ連結してこれらを自動制御すると共に、高
荷重研磨工程の時間を所定時間ｔ0 に調整制御した後、
低荷重研磨工程における研磨圧力，時間ｔ1 ，前記研磨
テーブルとウェーハ保持ヘッド間の相対速度等を、研磨
布，研磨剤，ウェーハの形状および材質，高荷重研磨工
程条件等を基にして調整制御すべく構成されることを特
徴とする半導体ウェーハの研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3356287A JP3006249B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 半導体ウェーハの研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3356287A JP3006249B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 半導体ウェーハの研磨装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05177533A JPH05177533A (ja) | 1993-07-20 |
| JP3006249B2 true JP3006249B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=18448277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3356287A Expired - Fee Related JP3006249B2 (ja) | 1991-12-24 | 1991-12-24 | 半導体ウェーハの研磨装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3006249B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5816891A (en) * | 1995-06-06 | 1998-10-06 | Advanced Micro Devices, Inc. | Performing chemical mechanical polishing of oxides and metals using sequential removal on multiple polish platens to increase equipment throughput |
| JP4688456B2 (ja) * | 2004-09-10 | 2011-05-25 | 株式会社ディスコ | 化学的機械的研磨装置 |
| JP5170642B2 (ja) * | 2008-01-23 | 2013-03-27 | 株式会社ニコン | 研磨装置 |
| JP6917233B2 (ja) * | 2017-07-25 | 2021-08-11 | 株式会社ディスコ | ウエーハの加工方法 |
| JP7175698B2 (ja) * | 2018-10-03 | 2022-11-21 | 株式会社ディスコ | ウェーハの加工方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59219142A (ja) * | 1983-05-26 | 1984-12-10 | Supiide Fuamu Kk | 平面研磨方法 |
-
1991
- 1991-12-24 JP JP3356287A patent/JP3006249B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05177533A (ja) | 1993-07-20 |
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