JP3680624B2 - 高平坦度ウェーハの作製方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は高平坦度ウェーハの作製方法、詳しくはバッチ式の研磨装置による表面研磨において、半導体ウェーハの平坦度を高める高平坦度ウェーハの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面がエッチングされたシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）は、次工程のポリッシング工程で、そのウェーハ表面に機械的化学的研磨が施される。すなわち、研磨装置により、このウェーハ表面が平滑で無歪の鏡面に仕上げられる。
研磨装置の一種として、バッチ式の研磨装置が知られている。これは、上面に研磨布が展張された研磨定盤と、ワックスを介して裏面に複数枚のシリコンウェーハが貼着されたキャリアプレートが着脱自在に装着される研磨ヘッドとを備えている。なお、各シリコンウェーハは、キャリアプレートにてその中心点を中心とした同心円上に配置される。
このバッチ式の研磨装置での研磨は、研磨布上に焼成シリカやコロイダルシリカ（シリカゾル）などの研磨砥粒を含む研磨液（スラリー）を供給しながら、研磨布とシリコンウェーハとの間に、所定の荷重および相対速度を与えることで行われる。
ところで、この研磨段階は、通常、複数の工程（研磨段数）から構成される。すなわち、例えば１次研磨工程、２次研磨工程、３次研磨工程、および、仕上げ研磨工程の４つの研磨段数で構成される。それぞれの研磨工程では、例えば各工程に配備された研磨装置の研磨定盤に、硬度が異なる研磨布を展張させたりして、各々の研磨工程の研磨条件を相違させている。
【０００３】
ところで、従来のバッチ式研磨装置としては、キャリアプレートの中心部に空気圧による中心荷重（変化する研磨荷重）をかけ、しかもプレート外周部に、おもりによる外周荷重（一定の静荷重）をかける研磨装置が知られている。
このような研磨装置では、空気圧でプレート中心部にかけられた荷重の集中を原因とした突出変形、具体的には、シリコンウェーハのプレート中心部側が薄くなったテーパ状の変形を、キャリアプレートの中心部と外周部との荷重バランスを調整することにより解消している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような荷重調整機能を備えた従来の研磨装置でシリコンウェーハを研磨しても、若干の変形がキャリアプレート１００に生じていた。すなわち、図７および図８に示すように、このプレート１００の中心部への圧力を原因にして、各シリコンウェーハＷのキャリアプレート１００中心部側に小さなダレａが発生していた。
しかも、上記おもりにより、キャリアプレート１００の外周部にかかる外周荷重で、シリコンウェーハＷの中央部からキャリアプレート１００外周側の端部にかけて、比較的大きな波形の凹部ｂが形成されていた。その結果、ＴＴＶ(Total Thickness Variation) およびＳＢＩＲ(Site Back-side Ideal Range)などで評価される、シリコンウェーハＷの表面の平坦度が低下していた。
なお、図７は従来手段に係る研磨ヘッドの底面図である。また、図８は従来手段に係る研磨後のシリコンウェーハの断面形状を示す模式図である。
【０００５】
そこで、発明者らは、鋭意研究の結果、この研磨時の押圧力（研磨圧力）の大きさが、キャリアプレートの中心部とその外周部とで異なることにより研磨後のシリコンウェーハの表面形状に変化が生じる点、および、研磨工程が複数の研磨段数から構成される点に着目した。すなわち、各段階の研磨時におけるプレート中心部側の押圧力と、プレート外周部側の押圧力との大小関係が適切となるように調整すれば、研磨後のシリコンウェーハの平坦度が高まることを見い出し、この発明を完成させるに至った。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、この発明は、半導体ウェーハの平坦度を高めることができる高平坦度ウェーハの作製方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、研磨布の張り替え直後における半導体ウェーハの平坦度の低下を防ぐことができる高平坦度ウェーハの作製方法を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、研磨定盤上に展張された研磨布に、研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、キャリアプレートの同心円上にワックスで貼着された複数枚の半導体ウェーハの表面を、所定の研磨圧力でもって上記研磨布の研磨作用面に押しつけることにより研磨する研磨段階を含む高平坦度ウェーハの作製方法において、上記研磨段階が、１次研磨工程、仕上げ研磨工程を含む３つ以上の研磨段数で構成され、上記仕上げ研磨工程の直前の研磨工程より前の研磨工程での研磨圧力は、上記キャリアプレートの中心部よりその外周部の方を大きくし、上記仕上げ研磨工程の直前の研磨工程の研磨圧力は、これとは反対に、上記キャリアプレートの中心部の方をその外周部より大きくすることにより、相対的に厚肉化していたウェーハ内側部分の研磨量を増やす反面、それまで相対的に薄肉化していたウェーハ外側部分の研磨量を減少させ、上記仕上げ研磨工程では、上記キャリアプレートの中心部と外周部との研磨圧力を同等にした高平坦度ウェーハの作製方法である。
【０００８】
この高平坦度ウェーハの作製方法に適用される研磨装置は、研磨ヘッドに取り付けられたキャリアプレートに複数枚の半導体ウェーハをワックス貼着するタイプであれば限定されない。キャリアプレートに貼着されるこの半導体ウェーハの枚数も複数枚であれば限定されない。
半導体ウェーハには、例えばシリコンウェーハ，ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられる。研磨布の種類は限定されず、例えば硬質ウレタンパッド，ＣｅＯ２パッドなどが挙げられる。
研磨液の種類は限定されない。例えば、焼成シリカ，コロイダルシリカ（研磨砥粒），アミン（加工促進材）および有機高分子（ヘイズ抑制材）などを混合したものを採用することができる。コロイダルシリカは、珪酸微粒子の凝集が起こらないで一次粒子のまま水中に分散した透明もしくは不透明の乳白色のコロイド液を形成して存在する。また、この研磨砥粒の平均粒径は限定されない。好ましくは０．００５〜０．１μｍ、特に約０．０３μｍである。
【０００９】
キャリアプレートの中心部に中心荷重をかける方法は限定されない。例えば、キャリアプレートの中心部に空気圧により荷重をかける方法などが挙げられる。また、キャリアプレートの外周部に荷重をかける方法も限定されない。例えば、おもりによってプレート外周部に荷重をかけるようにしてもよい。
仕上げ研磨工程を含む研磨段数は、３つ以上であれば限定されない。すなわち、請求項２に記載の発明および請求項３に記載の発明のように、３つまたは４つの研磨段数でもよいし、５つ以上の研磨段数で構成してもよい。
各研磨工程における中心荷重および外周荷重の大きさは限定されない。また、それぞれの研磨工程間において、同じ中心荷重＜外周荷重の関係であっても、各研磨工程内での、中心荷重および外周荷重の荷重比は限定されない。例えば中心荷重１：外周荷重２、または、中心荷重２：外周荷重３としてもよい。
【００１０】
各研磨工程での半導体ウェーハの研磨量は、仕上げ研磨の直前の研磨工程時に高平坦度が得られ、しかも仕上げ研磨時にこの高平坦度を維持することができる量であれば限定されない。同様に、各研磨工程での研磨時間も限定されない。
また、おのおのの研磨工程で使用される研磨布の種類、硬度なども限定されない。例えば４次研磨まで有する場合、例えば、１次研磨時にローデル・ニッタ株式会社製の「Ｓｕｂａ９００」（プレス加工品）を用い、２次研磨時に「Ｓｕｂａ８００」を用い、３次研磨時に「Ｓｕｂａ６００」を用い、仕上げ研磨時に第１レース株式会社製「シーガル」を用いる。なお、この商品名「Ｓｕｂａ」シリーズの研磨布の場合、その数字が小さくなるにつれて硬度が小さくなる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、上記研磨段階は、１次研磨工程、２次研磨工程、３次研磨工程および上記仕上げ研磨工程により構成され、１次研磨工程での研磨時および２次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力よりその外周部の研磨圧力を大きくし、これとは反対に、３次研磨時には、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力をその外周部の研磨圧力より大きくした請求項１に記載の高平坦度ウェーハの作製方法である。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の発明は、上記研磨段階が、１次研磨工程と、２次研磨工程と、上記仕上げ研磨工程とで構成され、１次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの外周部の研磨圧力を中心部のそれより大きくし、これとは反対に、２次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力をその外周部の研磨圧力より大きくした請求項１に記載の高平坦度ウェーハの作製方法である。
【００１３】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、上記各研磨工程では、研磨定盤に冷却水を流しながら、半導体ウェーハの表面を研磨するとともに、特定の研磨工程で研磨定盤の研磨布を交換するとき、交換しない研磨定盤への冷却水の供給を制御することにより、その研磨定盤の温度を一定に保持する請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの作製方法である。
各研磨定盤の水冷構造は限定されない。どのような方式でもよい。例えば、研磨定盤の表面側に渦巻き形状のウォータジャケットを設け、このウォータジャケットに研磨定盤の回転軸の内部に穿孔された軸水路を経て、外設の冷却水タンクから循環ポンプにより冷却水を循環させてもよい。非交換の研磨定盤への冷却水の供給制御は、例えば冷却水を流し続けることで行う。
【００１４】
そして、請求項５に記載の発明は、上記研磨布が交換される研磨定盤は、仕上げ研磨用の研磨定盤である請求項４に記載の高平坦度ウェーハの作製方法である。
【００１５】
【作用】
この発明に係る半導体ウェーハの研磨装置によれば、まず１次研磨工程から、仕上げ研磨工程の直前の研磨工程より前の研磨工程（仕上げ研磨より２段前）までは、キャリアプレートの中心部の研磨圧力よりプレート外周部の研磨圧力の方を大きくして半導体ウェーハの研磨を行う（中心荷重＜外周荷重）。これにより、半導体ウェーハの表面のプレート外周部側の端部付近に凹部が形成されやすい。
次の仕上げ研磨直前の研磨工程では、キャリアプレートの中心部の研磨圧力を、このプレート外周部の研磨圧力より大きくして所定の研磨を行う（中心荷重＞外周荷重）。この結果、それ以前の研磨段数の研磨工程において、相対的に厚肉化していたウェーハ内側部分の研磨量が増える反面、それまで相対的に薄肉化していたウェーハ外側部分の研磨量が減少する。その結果、半導体ウェーハの表面の平坦度が高まる。
続く仕上げ研磨工程では、キャリアプレートの中心部と外周部との研磨圧力を略等しくして、仕上げ研磨が施される。よって、仕上げ研磨直前の研磨により得られた高い平坦度状態を維持したまま仕上げ研磨が行われる。その結果、半導体ウェーハの研磨後の変形量が従来よりも小さくなる。よって、半導体ウェーハ表面の平坦度（ＴＴＶなど）が高まる。
【００１６】
特に、請求項４および請求項５の発明よれば、例えば交換頻度が高い仕上げ研磨用の研磨定盤に展張された研磨布を交換する際には、通常、この交換される研磨定盤に対する冷却水の供給を一時中断して、その交換が行われる。
なお、通常、この特定の研磨布（仕上げ研磨用の研磨布など）の交換時には、各研磨段数の研磨工程における研磨の流れ上、その他の研磨工程も一時中断される。この際、従来では、交換されない他の研磨定盤への冷却水の供給が一時中断していた。このように他の研磨定盤への冷却水の供給も一時中断すると、各研磨段数において、それまで、研磨時の研磨熱による研磨布および研磨定盤の熱変形量（定盤の上方への反り量）を考慮して、他の研磨工程での研磨量の配分を行っていた、研磨工程全体にわたったウェーハ厚さの制御が無駄になる。
【００１７】
すなわち、研磨定盤への冷却水（例えば１８℃）の供給を中断すると研磨定盤の温度が上昇し、研磨布および研磨定盤の反りが、それまでより小さくなる。これにより、研磨布交換の直後において、当該研磨段数の研磨工程での、半導体ウェーハのプレート中心部側とその外周部側との研磨量が、研磨布を交換する前と異なる。よって、その後の研磨段数の研磨工程における研磨量とのバランスがくずれる。その結果、半導体ウェーハが、プレート中心部側より外周部側が薄くなったテーパ状のウェーハになる。このため、平坦度の高い半導体ウェーハＷが得られなかった。
【００１８】
一方、この請求項４および請求項５の発明では、研磨布が交換されない他の研磨工程に配備された研磨定盤への冷却水の供給を継続したままにする。これにより、他の研磨工程に配備された研磨布および研磨定盤の熱変形を原因とした反りの低下が抑えられる。このため、上記張り替え直後の半導体ウェーハ表面の平坦度の低下を防ぐことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。まず、図１〜図３に基づいて、４つの研磨工程からなるこの発明の第１実施例を説明する。
図１はこの発明の第１実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を用いたウェーハ研磨中の研磨ヘッド部分の拡大断面図である。図２はこの発明の第１実施例に係るウェーハ研磨中の研磨ヘッドの底面図である。図３はこの発明の第１実施例に係る各研磨段数の研磨工程での半導体ウェーハの変形を示す説明図である。
【００２０】
図１において、１０は第１実施例のバッチ式の研磨装置であり、１次〜３次研磨用と、仕上げ研磨用の４台が配備されている。各研磨装置１０は、表面に硬質ウレタンパッド製の研磨布１１が展張された研磨定盤１２と、この上方に配設された研磨ヘッド１３とを備えている。
各研磨布１１としては、１次研磨用としてローデル・ニッタ株式会社製の「Ｓｕｂａ９００」，２次研磨用に同社製「Ｓｕｂａ８００」，３次研磨用に同社製「Ｓｕｂａ６００」を用い、仕上げ研磨時に第１レース株式会社製の「シーガル」が用いられる。
【００２１】
研磨ヘッド１３は、円盤状のヘッド本体１４を有している。このヘッド本体１４の外周部下面には、厚肉な環状フランジ１４ａが一体形成されている。環状フランジ１４ａの下端面には、Ｏリング１５を介して、セラミック製のキャリアプレート１６が着脱可能に固着されている。このプレート１６の裏面には、直径 インチ，厚さ７４０±７μｍの４枚のシリコンウェーハＷがワックスにより貼着されている。なお、各シリコンウェーハＷは、このキャリアプレート１６の中心点から半径方向に所定距離だけ離間した仮想円上に、周方向へ９０度ごと離間して貼着されている（図２参照）。
【００２２】
一方、このキャリアプレート１６の中心部一帯の上面には、円板状のセンター押圧治具１７が取り付けられている。センター押圧治具１７の中心部上には、ヘッド本体１４の貫通孔１４ｂを介して、その上方に配設されたヘッド駆動部（図外）側へと延びるセンター押し用シャフト１８の下端が固着されている。なお、このセンター押し用シャフト１８は空気圧シリンダのピストンロッドまたはこれに連結されているものとする。このヘッド本体１４の上面には、円板形状をしたおもり１９が装着されている。なお、図１において、１９ａはおもり１９の中央部に穿孔されて、センター押し用シャフト１８を遊挿するための貫通孔である。
【００２３】
次に、この研磨装置１０を用いた第１実施例のシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
図１，図２に示すように、まず４枚のシリコンウェーハＷをキャリアプレート１６の裏面に９０度ごとにワックス貼着する。その後、このキャリアプレート１６は、研磨ヘッド１３のヘッド本体１４の環状フランジ１４ａの下縁面と、センター押圧治具１７の裏面とに固着される。
まず、１次研磨工程での研磨時には、センター押し用シャフト１８を用いたセンター押圧治具１７により、おもり１９による荷重（３１５ｇｆ／ｃｍ２）の中心荷重と外周荷重とのバランスを外周荷重の方が大きくなるようにして研磨する。その他の研磨条件は、研磨定盤１２の回転速度３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度を３０ｒｐｍとする。研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は５μｍ、研磨時間は６分間である。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を用いる。
研磨後には、図３（ａ）に示すように、各シリコンウェーハＷのキャリアプレート１６中心部側に小さなダレａが生じる一方、シリコンウェーハＷの中央部からキャリアプレート１６外周側の端部にかけて、比較的大きな波形の凹部ｂが発生する。
【００２４】
次いで、２次研磨工程での研磨時には、１次研磨工程での研磨装置１０からキャリアプレート１６を外し、これを２次研磨工程用の研磨装置１０の研磨ヘッド１３の裏面に取り付ける。この２次研磨も同様の方法で、キャリアプレート１６の中心荷重を、外周荷重に比べて小さくし、研磨する。総荷重としては２５８ｇｆ／ｃｍ２である。その他の研磨条件は、研磨定盤１２の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度が３０ｒｐｍである。研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は４μｍ、研磨時間は６分間である。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を用いる。研磨後、１次研磨工程後と同じように、大小のダレａ，凹部ｂが残った（図３（ｂ）参照）。
【００２５】
次に、３次研磨工程での研磨時は、２次研磨工程での研磨装置１０からキャリアプレート１６を外し、これを３次研磨用の研磨ヘッド１３の裏面に取り付ける。３次研磨のウエイト荷重は２０７ｇｆ／ｃｍ２である。３次研磨では、キャリアプレート１６の中心荷重を、外周荷重に対して大きくする。その他の研磨条件は、研磨定盤１２の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度が３０ｒｐｍである。しかも、研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は３μｍ、研磨時間は６分間である。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を使用する。この３次研磨により、１次研磨および２次研磨で生じた大小のダレａ，凹部ｂのほとんどが除去される（図３（ｃ）参照）。これにより、シリコンウェーハＷの表面が略平坦になる。
【００２６】
そして、最後の仕上げ研磨が行われる。この仕上げ研磨時は、３次研磨用の研磨装置１０からキャリアプレート１６を外し、これを仕上げ研磨用の研磨装置１０の研磨ヘッド１３の裏面に取り付ける。この仕上げ研磨の場合には、キャリアプレート１６の中心荷重と、外周荷重とを等しくして研磨する。中押し圧の設定範囲は０〜１ｋｇ／ｃｍ２とする。他の研磨条件としては、研磨定盤１２の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度が３０ｒｐｍである。研磨液の供給量は１分間当たり２〜３リットル、研磨量は１μｍ以下、研磨時間は６分間である（図３（ｄ）参照）。研磨液としては、フジミコーポレーテッド社製「グランゾックス３９００ＲＳ」を用いる。
こうして、４つの研磨工程（仕上げ研磨工程を含む）を行った後のシリコンウェーハＷの表面の平坦度は、ＴＴＶで１．０μｍであった。これは、従来の平坦度１．２〜１．４μｍに比べて高い平坦度である。
【００２７】
次に、図４に基づいて、この発明の第２実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を説明する。
図４は、この発明の第２実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を用いた各研磨工程の半導体ウェーハの変形を示す説明図である。
第２実施例では、１次研磨用と、２次研磨用と、仕上げ研磨用との３台の研磨装置１０が用いられる。
１次研磨用の研磨布には第１実施例と同様に「Ｓｕｂａ９００」または「Ｓｕｂａ８００」が用いられ、２次研磨用には第１実施例の３次研磨と同じ「Ｓｕｂａ６００」が用いられる。また、仕上げ研磨用としては、第１レース株式会社製の「シーガル」が用いられる。
【００２８】
次に、図４に基づいて、この第２実施例のシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
図４に示すように、まず１次研磨時には、センター押し用シャフト１８を用いることにより、センター押圧治具１７による中心荷重を、外周荷重に比べて小さくして研磨する。おもりによる総荷重は２７０ｇ／ｃｍ２である。研磨定盤１２の回転速度３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度を３０ｒｐｍとする。研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は６μｍ、研磨時間は１０分間である。研磨後、各シリコンウェーハＷには上記ダレａ，凹部ｂが発生する（図４（ａ）参照）。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を用いる。
【００２９】
次いで、２次研磨時には、キャリアプレート１６の中心荷重を、外周荷重に対して大きくして研磨する。ウェーハへの荷重は２２０ｇ／ｃｍ２である。研磨定盤１２の回転速度３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度を３０ｒｐｍとする。研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は６μｍ、研磨時間は１０分間である。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を用いる。この２次研磨により、１次研磨で発生したダレａ，凹部ｂが概略取り除かれる（図４（ｂ）参照）。その結果、シリコンウェーハＷの表面が略平坦になる。
【００３０】
仕上げ研磨時には、キャリアプレート１６の中心荷重と、外周荷重とを略等しくして研磨する。ウェーハ荷重は１２５ｇ／ｃｍ２である。研磨定盤１２の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨液の供給量は１分間当たり２〜３リットル、研磨量は１μｍ以下、研磨時間は６分間である。（図４（ｃ）参照）。研磨液としては、フジミ社製「グランゾックス３９００ＲＳ」を用いる。
こうして３つの研磨工程（仕上げ研磨工程を含む）により仕上げられたシリコンウェーハＷの表面の平坦度は、ＴＴＶで１．０μｍと高い平坦度であった。
その他の構成、作用および効果は、第１実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００３１】
次に、図５，図６に基づいて、この発明の第３実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を説明する。
図５（ａ）は、この発明の第３実施例に係る研磨布交換待機前の研磨布および研磨定盤の反りを示す要部拡大断面図である。図５（ｂ）は、この発明の第３実施例に係る各研磨工程での研磨バランスがとれた状態で研磨された半導体ウェーハの概略断面図である。図６（ａ）は、この発明の第３実施例に係る研磨布交換待機中の研磨布および研磨定盤を示す要部拡大断面図である。図６（ｂ）は、この発明の第３実施例に係る各研磨工程での研磨バランスが崩れた状態で研磨された半導体ウェーハの概略断面図である。
【００３２】
この第３実施例の高平坦度ウェーハの作製方法は、第１実施例の仕上げ研磨用の研磨定盤１２に展張された研磨布１１の交換時において、交換されない残りの３つの研磨定盤１２の表面側に刻設された渦巻き形のウォータジャケット１２ａに、研磨定盤１２の図示しない回転軸内に穿孔された軸水路から冷却水を供給し続けることで、研磨布１１の張り替え直後におけるシリコンウェーハＷの平坦度の低下を防ぐようにした例である。
各研磨段数の研磨工程の研磨定盤１２および研磨布１１は、各研磨時の研磨熱による熱変形量（定盤の上方への反り量）を考慮して、最終的に平坦度の高いシリコンウェーハＷが得られるように、それぞれの研磨量の配分がなされている（図５（ａ），（ｂ）参照）。
【００３３】
ところで、仕上げ研磨用の研磨布１１を交換する際には、この仕上げ研磨用の研磨装置１０だけでなく、残りの研磨装置１０も研磨作業が停止され、各研磨定盤１２に刻設されたウォータジャケット１２ａへの冷却水の供給も停止される。
このため、各研磨工程において、前述したように、それまで研磨時の研磨熱による研磨布１１および研磨定盤１２の熱変形量を考慮して他の研磨工程の研磨量の配分を行っていたことが無駄となる。
【００３４】
すなわち、残りの研磨定盤１２への冷却水（例えば１７±３℃）の供給を中断すると研磨定盤１２の温度が上昇し、研磨布１１および研磨定盤１２の反りが減少する（図６（ａ）参照）。このため、研磨布交換の直後において、当該研磨段数の研磨工程での、シリコンウェーハＷのキャリアプレート１６中心部側とその外周部側との研磨量が、研磨布１１を交換する前と異なる。その結果、その後しばらくの間は、研磨工程全体にわたる研磨量のバランスがくずれて、シリコンウェーハＷが、このプレート中心部側より外周部側が薄いテーパ状になる（図６（ｂ）参照）。このため、平坦度の高いシリコンウェーハＷが得られないおそれがあった。
【００３５】
第３実施例の高平坦度ウェーハの作製方法は、この問題を解決するものである。すなわち、仕上げ研磨工程での研磨布の交換時にも、他の研磨段数の研磨工程に配備された研磨定盤１２への冷却水の供給を継続したままとする。その結果、使用される冷却水の熱（水温１７℃）により、研磨布が交換されない研磨工程に配備された研磨布１１および研磨定盤１２が保温され、よって両部材１１，１２の熱変形による反りの低下が抑えられる。このため、張り替え直後のしばらくの間、シリコンウェーハＷの平坦度が低下する現象を防ぐことができる。換言すると、この反り状態を維持するには、研磨定盤にあって冷却水通路の位置が定盤表面側か否かに拘わらず、定盤表面側を高温にその裏面側を低温にという研磨時と同じ温度勾配を維持することが重要である。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、仕上げ研磨工程の直前の研磨工程より前の研磨工程での研磨圧力を、キャリアプレートの中心部よりその外周部の方を大きくし、仕上げ研磨工程の直前の研磨工程の研磨圧力は、このプレートの中心荷重をその外周荷重よりも大きくし、また仕上げ研磨工程では、この中心荷重と外周荷重とを略等しくしたので、半導体ウェーハの平坦度を高めることができる。
【００３７】
また、この請求項４および請求項５の発明によれば、特定の研磨装置の研磨布の交換時にも、交換されない残りの研磨定盤に冷却水を供給しながら行うようにしたので、研磨布の張り替え直後における半導体ウェーハの平坦度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を用いたウェーハ研磨中の研磨ヘッド部分の拡大断面図である。
【図２】 この発明の第１実施例に係るウェーハ研磨中の研磨ヘッドの底面図である。
【図３】 この発明の第１実施例に係る各研磨工程の半導体ウェーハの変形を示す説明図である。
【図４】 この発明の第２実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を用いた各研磨工程の半導体ウェーハの変形を示す説明図である。
【図５】 （ａ）はこの発明の第３実施例に係る研磨布交換待機前の研磨布および研磨定盤の反りを示す要部拡大断面図である。
（ｂ）はこの発明の第３実施例に係る各研磨工程での研磨バランスがとれた状態で研磨された半導体ウェーハの概略断面図である。
【図６】 （ａ）はこの発明の第３実施例に係る研磨布交換待機中の研磨布および研磨定盤を示す要部拡大断面図である。
（ｂ）はこの発明の第３実施例に係る各研磨工程での研磨バランスが崩れた状態で研磨された半導体ウェーハの概略断面図である。
【図７】 従来手段に係る研磨ヘッドの底面図である。
【図８】 従来手段に係る研磨後のシリコンウェーハの断面形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 半導体ウェーハの研磨装置、
１１ 研磨布、
１２ 研磨定盤、
１２ａ ウォータジャケット、
１３ 研磨ヘッド、
１６ キャリアプレート、
Ｗ 半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）、
ａ ダレ、
ｂ 凹部。
【発明の属する技術分野】
この発明は高平坦度ウェーハの作製方法、詳しくはバッチ式の研磨装置による表面研磨において、半導体ウェーハの平坦度を高める高平坦度ウェーハの作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面がエッチングされたシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）は、次工程のポリッシング工程で、そのウェーハ表面に機械的化学的研磨が施される。すなわち、研磨装置により、このウェーハ表面が平滑で無歪の鏡面に仕上げられる。
研磨装置の一種として、バッチ式の研磨装置が知られている。これは、上面に研磨布が展張された研磨定盤と、ワックスを介して裏面に複数枚のシリコンウェーハが貼着されたキャリアプレートが着脱自在に装着される研磨ヘッドとを備えている。なお、各シリコンウェーハは、キャリアプレートにてその中心点を中心とした同心円上に配置される。
このバッチ式の研磨装置での研磨は、研磨布上に焼成シリカやコロイダルシリカ（シリカゾル）などの研磨砥粒を含む研磨液（スラリー）を供給しながら、研磨布とシリコンウェーハとの間に、所定の荷重および相対速度を与えることで行われる。
ところで、この研磨段階は、通常、複数の工程（研磨段数）から構成される。すなわち、例えば１次研磨工程、２次研磨工程、３次研磨工程、および、仕上げ研磨工程の４つの研磨段数で構成される。それぞれの研磨工程では、例えば各工程に配備された研磨装置の研磨定盤に、硬度が異なる研磨布を展張させたりして、各々の研磨工程の研磨条件を相違させている。
【０００３】
ところで、従来のバッチ式研磨装置としては、キャリアプレートの中心部に空気圧による中心荷重（変化する研磨荷重）をかけ、しかもプレート外周部に、おもりによる外周荷重（一定の静荷重）をかける研磨装置が知られている。
このような研磨装置では、空気圧でプレート中心部にかけられた荷重の集中を原因とした突出変形、具体的には、シリコンウェーハのプレート中心部側が薄くなったテーパ状の変形を、キャリアプレートの中心部と外周部との荷重バランスを調整することにより解消している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような荷重調整機能を備えた従来の研磨装置でシリコンウェーハを研磨しても、若干の変形がキャリアプレート１００に生じていた。すなわち、図７および図８に示すように、このプレート１００の中心部への圧力を原因にして、各シリコンウェーハＷのキャリアプレート１００中心部側に小さなダレａが発生していた。
しかも、上記おもりにより、キャリアプレート１００の外周部にかかる外周荷重で、シリコンウェーハＷの中央部からキャリアプレート１００外周側の端部にかけて、比較的大きな波形の凹部ｂが形成されていた。その結果、ＴＴＶ(Total Thickness Variation) およびＳＢＩＲ(Site Back-side Ideal Range)などで評価される、シリコンウェーハＷの表面の平坦度が低下していた。
なお、図７は従来手段に係る研磨ヘッドの底面図である。また、図８は従来手段に係る研磨後のシリコンウェーハの断面形状を示す模式図である。
【０００５】
そこで、発明者らは、鋭意研究の結果、この研磨時の押圧力（研磨圧力）の大きさが、キャリアプレートの中心部とその外周部とで異なることにより研磨後のシリコンウェーハの表面形状に変化が生じる点、および、研磨工程が複数の研磨段数から構成される点に着目した。すなわち、各段階の研磨時におけるプレート中心部側の押圧力と、プレート外周部側の押圧力との大小関係が適切となるように調整すれば、研磨後のシリコンウェーハの平坦度が高まることを見い出し、この発明を完成させるに至った。
【０００６】
【発明の目的】
そこで、この発明は、半導体ウェーハの平坦度を高めることができる高平坦度ウェーハの作製方法を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、研磨布の張り替え直後における半導体ウェーハの平坦度の低下を防ぐことができる高平坦度ウェーハの作製方法を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、研磨定盤上に展張された研磨布に、研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、キャリアプレートの同心円上にワックスで貼着された複数枚の半導体ウェーハの表面を、所定の研磨圧力でもって上記研磨布の研磨作用面に押しつけることにより研磨する研磨段階を含む高平坦度ウェーハの作製方法において、上記研磨段階が、１次研磨工程、仕上げ研磨工程を含む３つ以上の研磨段数で構成され、上記仕上げ研磨工程の直前の研磨工程より前の研磨工程での研磨圧力は、上記キャリアプレートの中心部よりその外周部の方を大きくし、上記仕上げ研磨工程の直前の研磨工程の研磨圧力は、これとは反対に、上記キャリアプレートの中心部の方をその外周部より大きくすることにより、相対的に厚肉化していたウェーハ内側部分の研磨量を増やす反面、それまで相対的に薄肉化していたウェーハ外側部分の研磨量を減少させ、上記仕上げ研磨工程では、上記キャリアプレートの中心部と外周部との研磨圧力を同等にした高平坦度ウェーハの作製方法である。
【０００８】
この高平坦度ウェーハの作製方法に適用される研磨装置は、研磨ヘッドに取り付けられたキャリアプレートに複数枚の半導体ウェーハをワックス貼着するタイプであれば限定されない。キャリアプレートに貼着されるこの半導体ウェーハの枚数も複数枚であれば限定されない。
半導体ウェーハには、例えばシリコンウェーハ，ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられる。研磨布の種類は限定されず、例えば硬質ウレタンパッド，ＣｅＯ２パッドなどが挙げられる。
研磨液の種類は限定されない。例えば、焼成シリカ，コロイダルシリカ（研磨砥粒），アミン（加工促進材）および有機高分子（ヘイズ抑制材）などを混合したものを採用することができる。コロイダルシリカは、珪酸微粒子の凝集が起こらないで一次粒子のまま水中に分散した透明もしくは不透明の乳白色のコロイド液を形成して存在する。また、この研磨砥粒の平均粒径は限定されない。好ましくは０．００５〜０．１μｍ、特に約０．０３μｍである。
【０００９】
キャリアプレートの中心部に中心荷重をかける方法は限定されない。例えば、キャリアプレートの中心部に空気圧により荷重をかける方法などが挙げられる。また、キャリアプレートの外周部に荷重をかける方法も限定されない。例えば、おもりによってプレート外周部に荷重をかけるようにしてもよい。
仕上げ研磨工程を含む研磨段数は、３つ以上であれば限定されない。すなわち、請求項２に記載の発明および請求項３に記載の発明のように、３つまたは４つの研磨段数でもよいし、５つ以上の研磨段数で構成してもよい。
各研磨工程における中心荷重および外周荷重の大きさは限定されない。また、それぞれの研磨工程間において、同じ中心荷重＜外周荷重の関係であっても、各研磨工程内での、中心荷重および外周荷重の荷重比は限定されない。例えば中心荷重１：外周荷重２、または、中心荷重２：外周荷重３としてもよい。
【００１０】
各研磨工程での半導体ウェーハの研磨量は、仕上げ研磨の直前の研磨工程時に高平坦度が得られ、しかも仕上げ研磨時にこの高平坦度を維持することができる量であれば限定されない。同様に、各研磨工程での研磨時間も限定されない。
また、おのおのの研磨工程で使用される研磨布の種類、硬度なども限定されない。例えば４次研磨まで有する場合、例えば、１次研磨時にローデル・ニッタ株式会社製の「Ｓｕｂａ９００」（プレス加工品）を用い、２次研磨時に「Ｓｕｂａ８００」を用い、３次研磨時に「Ｓｕｂａ６００」を用い、仕上げ研磨時に第１レース株式会社製「シーガル」を用いる。なお、この商品名「Ｓｕｂａ」シリーズの研磨布の場合、その数字が小さくなるにつれて硬度が小さくなる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、上記研磨段階は、１次研磨工程、２次研磨工程、３次研磨工程および上記仕上げ研磨工程により構成され、１次研磨工程での研磨時および２次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力よりその外周部の研磨圧力を大きくし、これとは反対に、３次研磨時には、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力をその外周部の研磨圧力より大きくした請求項１に記載の高平坦度ウェーハの作製方法である。
【００１２】
さらに、請求項３に記載の発明は、上記研磨段階が、１次研磨工程と、２次研磨工程と、上記仕上げ研磨工程とで構成され、１次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの外周部の研磨圧力を中心部のそれより大きくし、これとは反対に、２次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力をその外周部の研磨圧力より大きくした請求項１に記載の高平坦度ウェーハの作製方法である。
【００１３】
さらにまた、請求項４に記載の発明は、上記各研磨工程では、研磨定盤に冷却水を流しながら、半導体ウェーハの表面を研磨するとともに、特定の研磨工程で研磨定盤の研磨布を交換するとき、交換しない研磨定盤への冷却水の供給を制御することにより、その研磨定盤の温度を一定に保持する請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの作製方法である。
各研磨定盤の水冷構造は限定されない。どのような方式でもよい。例えば、研磨定盤の表面側に渦巻き形状のウォータジャケットを設け、このウォータジャケットに研磨定盤の回転軸の内部に穿孔された軸水路を経て、外設の冷却水タンクから循環ポンプにより冷却水を循環させてもよい。非交換の研磨定盤への冷却水の供給制御は、例えば冷却水を流し続けることで行う。
【００１４】
そして、請求項５に記載の発明は、上記研磨布が交換される研磨定盤は、仕上げ研磨用の研磨定盤である請求項４に記載の高平坦度ウェーハの作製方法である。
【００１５】
【作用】
この発明に係る半導体ウェーハの研磨装置によれば、まず１次研磨工程から、仕上げ研磨工程の直前の研磨工程より前の研磨工程（仕上げ研磨より２段前）までは、キャリアプレートの中心部の研磨圧力よりプレート外周部の研磨圧力の方を大きくして半導体ウェーハの研磨を行う（中心荷重＜外周荷重）。これにより、半導体ウェーハの表面のプレート外周部側の端部付近に凹部が形成されやすい。
次の仕上げ研磨直前の研磨工程では、キャリアプレートの中心部の研磨圧力を、このプレート外周部の研磨圧力より大きくして所定の研磨を行う（中心荷重＞外周荷重）。この結果、それ以前の研磨段数の研磨工程において、相対的に厚肉化していたウェーハ内側部分の研磨量が増える反面、それまで相対的に薄肉化していたウェーハ外側部分の研磨量が減少する。その結果、半導体ウェーハの表面の平坦度が高まる。
続く仕上げ研磨工程では、キャリアプレートの中心部と外周部との研磨圧力を略等しくして、仕上げ研磨が施される。よって、仕上げ研磨直前の研磨により得られた高い平坦度状態を維持したまま仕上げ研磨が行われる。その結果、半導体ウェーハの研磨後の変形量が従来よりも小さくなる。よって、半導体ウェーハ表面の平坦度（ＴＴＶなど）が高まる。
【００１６】
特に、請求項４および請求項５の発明よれば、例えば交換頻度が高い仕上げ研磨用の研磨定盤に展張された研磨布を交換する際には、通常、この交換される研磨定盤に対する冷却水の供給を一時中断して、その交換が行われる。
なお、通常、この特定の研磨布（仕上げ研磨用の研磨布など）の交換時には、各研磨段数の研磨工程における研磨の流れ上、その他の研磨工程も一時中断される。この際、従来では、交換されない他の研磨定盤への冷却水の供給が一時中断していた。このように他の研磨定盤への冷却水の供給も一時中断すると、各研磨段数において、それまで、研磨時の研磨熱による研磨布および研磨定盤の熱変形量（定盤の上方への反り量）を考慮して、他の研磨工程での研磨量の配分を行っていた、研磨工程全体にわたったウェーハ厚さの制御が無駄になる。
【００１７】
すなわち、研磨定盤への冷却水（例えば１８℃）の供給を中断すると研磨定盤の温度が上昇し、研磨布および研磨定盤の反りが、それまでより小さくなる。これにより、研磨布交換の直後において、当該研磨段数の研磨工程での、半導体ウェーハのプレート中心部側とその外周部側との研磨量が、研磨布を交換する前と異なる。よって、その後の研磨段数の研磨工程における研磨量とのバランスがくずれる。その結果、半導体ウェーハが、プレート中心部側より外周部側が薄くなったテーパ状のウェーハになる。このため、平坦度の高い半導体ウェーハＷが得られなかった。
【００１８】
一方、この請求項４および請求項５の発明では、研磨布が交換されない他の研磨工程に配備された研磨定盤への冷却水の供給を継続したままにする。これにより、他の研磨工程に配備された研磨布および研磨定盤の熱変形を原因とした反りの低下が抑えられる。このため、上記張り替え直後の半導体ウェーハ表面の平坦度の低下を防ぐことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。まず、図１〜図３に基づいて、４つの研磨工程からなるこの発明の第１実施例を説明する。
図１はこの発明の第１実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を用いたウェーハ研磨中の研磨ヘッド部分の拡大断面図である。図２はこの発明の第１実施例に係るウェーハ研磨中の研磨ヘッドの底面図である。図３はこの発明の第１実施例に係る各研磨段数の研磨工程での半導体ウェーハの変形を示す説明図である。
【００２０】
図１において、１０は第１実施例のバッチ式の研磨装置であり、１次〜３次研磨用と、仕上げ研磨用の４台が配備されている。各研磨装置１０は、表面に硬質ウレタンパッド製の研磨布１１が展張された研磨定盤１２と、この上方に配設された研磨ヘッド１３とを備えている。
各研磨布１１としては、１次研磨用としてローデル・ニッタ株式会社製の「Ｓｕｂａ９００」，２次研磨用に同社製「Ｓｕｂａ８００」，３次研磨用に同社製「Ｓｕｂａ６００」を用い、仕上げ研磨時に第１レース株式会社製の「シーガル」が用いられる。
【００２１】
研磨ヘッド１３は、円盤状のヘッド本体１４を有している。このヘッド本体１４の外周部下面には、厚肉な環状フランジ１４ａが一体形成されている。環状フランジ１４ａの下端面には、Ｏリング１５を介して、セラミック製のキャリアプレート１６が着脱可能に固着されている。このプレート１６の裏面には、直径 インチ，厚さ７４０±７μｍの４枚のシリコンウェーハＷがワックスにより貼着されている。なお、各シリコンウェーハＷは、このキャリアプレート１６の中心点から半径方向に所定距離だけ離間した仮想円上に、周方向へ９０度ごと離間して貼着されている（図２参照）。
【００２２】
一方、このキャリアプレート１６の中心部一帯の上面には、円板状のセンター押圧治具１７が取り付けられている。センター押圧治具１７の中心部上には、ヘッド本体１４の貫通孔１４ｂを介して、その上方に配設されたヘッド駆動部（図外）側へと延びるセンター押し用シャフト１８の下端が固着されている。なお、このセンター押し用シャフト１８は空気圧シリンダのピストンロッドまたはこれに連結されているものとする。このヘッド本体１４の上面には、円板形状をしたおもり１９が装着されている。なお、図１において、１９ａはおもり１９の中央部に穿孔されて、センター押し用シャフト１８を遊挿するための貫通孔である。
【００２３】
次に、この研磨装置１０を用いた第１実施例のシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
図１，図２に示すように、まず４枚のシリコンウェーハＷをキャリアプレート１６の裏面に９０度ごとにワックス貼着する。その後、このキャリアプレート１６は、研磨ヘッド１３のヘッド本体１４の環状フランジ１４ａの下縁面と、センター押圧治具１７の裏面とに固着される。
まず、１次研磨工程での研磨時には、センター押し用シャフト１８を用いたセンター押圧治具１７により、おもり１９による荷重（３１５ｇｆ／ｃｍ２）の中心荷重と外周荷重とのバランスを外周荷重の方が大きくなるようにして研磨する。その他の研磨条件は、研磨定盤１２の回転速度３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度を３０ｒｐｍとする。研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は５μｍ、研磨時間は６分間である。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を用いる。
研磨後には、図３（ａ）に示すように、各シリコンウェーハＷのキャリアプレート１６中心部側に小さなダレａが生じる一方、シリコンウェーハＷの中央部からキャリアプレート１６外周側の端部にかけて、比較的大きな波形の凹部ｂが発生する。
【００２４】
次いで、２次研磨工程での研磨時には、１次研磨工程での研磨装置１０からキャリアプレート１６を外し、これを２次研磨工程用の研磨装置１０の研磨ヘッド１３の裏面に取り付ける。この２次研磨も同様の方法で、キャリアプレート１６の中心荷重を、外周荷重に比べて小さくし、研磨する。総荷重としては２５８ｇｆ／ｃｍ２である。その他の研磨条件は、研磨定盤１２の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度が３０ｒｐｍである。研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は４μｍ、研磨時間は６分間である。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を用いる。研磨後、１次研磨工程後と同じように、大小のダレａ，凹部ｂが残った（図３（ｂ）参照）。
【００２５】
次に、３次研磨工程での研磨時は、２次研磨工程での研磨装置１０からキャリアプレート１６を外し、これを３次研磨用の研磨ヘッド１３の裏面に取り付ける。３次研磨のウエイト荷重は２０７ｇｆ／ｃｍ２である。３次研磨では、キャリアプレート１６の中心荷重を、外周荷重に対して大きくする。その他の研磨条件は、研磨定盤１２の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度が３０ｒｐｍである。しかも、研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は３μｍ、研磨時間は６分間である。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を使用する。この３次研磨により、１次研磨および２次研磨で生じた大小のダレａ，凹部ｂのほとんどが除去される（図３（ｃ）参照）。これにより、シリコンウェーハＷの表面が略平坦になる。
【００２６】
そして、最後の仕上げ研磨が行われる。この仕上げ研磨時は、３次研磨用の研磨装置１０からキャリアプレート１６を外し、これを仕上げ研磨用の研磨装置１０の研磨ヘッド１３の裏面に取り付ける。この仕上げ研磨の場合には、キャリアプレート１６の中心荷重と、外周荷重とを等しくして研磨する。中押し圧の設定範囲は０〜１ｋｇ／ｃｍ２とする。他の研磨条件としては、研磨定盤１２の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度が３０ｒｐｍである。研磨液の供給量は１分間当たり２〜３リットル、研磨量は１μｍ以下、研磨時間は６分間である（図３（ｄ）参照）。研磨液としては、フジミコーポレーテッド社製「グランゾックス３９００ＲＳ」を用いる。
こうして、４つの研磨工程（仕上げ研磨工程を含む）を行った後のシリコンウェーハＷの表面の平坦度は、ＴＴＶで１．０μｍであった。これは、従来の平坦度１．２〜１．４μｍに比べて高い平坦度である。
【００２７】
次に、図４に基づいて、この発明の第２実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を説明する。
図４は、この発明の第２実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を用いた各研磨工程の半導体ウェーハの変形を示す説明図である。
第２実施例では、１次研磨用と、２次研磨用と、仕上げ研磨用との３台の研磨装置１０が用いられる。
１次研磨用の研磨布には第１実施例と同様に「Ｓｕｂａ９００」または「Ｓｕｂａ８００」が用いられ、２次研磨用には第１実施例の３次研磨と同じ「Ｓｕｂａ６００」が用いられる。また、仕上げ研磨用としては、第１レース株式会社製の「シーガル」が用いられる。
【００２８】
次に、図４に基づいて、この第２実施例のシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
図４に示すように、まず１次研磨時には、センター押し用シャフト１８を用いることにより、センター押圧治具１７による中心荷重を、外周荷重に比べて小さくして研磨する。おもりによる総荷重は２７０ｇ／ｃｍ２である。研磨定盤１２の回転速度３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度を３０ｒｐｍとする。研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は６μｍ、研磨時間は１０分間である。研磨後、各シリコンウェーハＷには上記ダレａ，凹部ｂが発生する（図４（ａ）参照）。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を用いる。
【００２９】
次いで、２次研磨時には、キャリアプレート１６の中心荷重を、外周荷重に対して大きくして研磨する。ウェーハへの荷重は２２０ｇ／ｃｍ２である。研磨定盤１２の回転速度３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度を３０ｒｐｍとする。研磨液の供給量は１分間当たり７リットル、研磨量は６μｍ、研磨時間は１０分間である。研磨液としては、デュポン社製「マジンＳＲＳ１」を用いる。この２次研磨により、１次研磨で発生したダレａ，凹部ｂが概略取り除かれる（図４（ｂ）参照）。その結果、シリコンウェーハＷの表面が略平坦になる。
【００３０】
仕上げ研磨時には、キャリアプレート１６の中心荷重と、外周荷重とを略等しくして研磨する。ウェーハ荷重は１２５ｇ／ｃｍ２である。研磨定盤１２の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨ヘッド１３の回転速度が３０ｒｐｍ、研磨液の供給量は１分間当たり２〜３リットル、研磨量は１μｍ以下、研磨時間は６分間である。（図４（ｃ）参照）。研磨液としては、フジミ社製「グランゾックス３９００ＲＳ」を用いる。
こうして３つの研磨工程（仕上げ研磨工程を含む）により仕上げられたシリコンウェーハＷの表面の平坦度は、ＴＴＶで１．０μｍと高い平坦度であった。
その他の構成、作用および効果は、第１実施例と同様であるので、説明を省略する。
【００３１】
次に、図５，図６に基づいて、この発明の第３実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を説明する。
図５（ａ）は、この発明の第３実施例に係る研磨布交換待機前の研磨布および研磨定盤の反りを示す要部拡大断面図である。図５（ｂ）は、この発明の第３実施例に係る各研磨工程での研磨バランスがとれた状態で研磨された半導体ウェーハの概略断面図である。図６（ａ）は、この発明の第３実施例に係る研磨布交換待機中の研磨布および研磨定盤を示す要部拡大断面図である。図６（ｂ）は、この発明の第３実施例に係る各研磨工程での研磨バランスが崩れた状態で研磨された半導体ウェーハの概略断面図である。
【００３２】
この第３実施例の高平坦度ウェーハの作製方法は、第１実施例の仕上げ研磨用の研磨定盤１２に展張された研磨布１１の交換時において、交換されない残りの３つの研磨定盤１２の表面側に刻設された渦巻き形のウォータジャケット１２ａに、研磨定盤１２の図示しない回転軸内に穿孔された軸水路から冷却水を供給し続けることで、研磨布１１の張り替え直後におけるシリコンウェーハＷの平坦度の低下を防ぐようにした例である。
各研磨段数の研磨工程の研磨定盤１２および研磨布１１は、各研磨時の研磨熱による熱変形量（定盤の上方への反り量）を考慮して、最終的に平坦度の高いシリコンウェーハＷが得られるように、それぞれの研磨量の配分がなされている（図５（ａ），（ｂ）参照）。
【００３３】
ところで、仕上げ研磨用の研磨布１１を交換する際には、この仕上げ研磨用の研磨装置１０だけでなく、残りの研磨装置１０も研磨作業が停止され、各研磨定盤１２に刻設されたウォータジャケット１２ａへの冷却水の供給も停止される。
このため、各研磨工程において、前述したように、それまで研磨時の研磨熱による研磨布１１および研磨定盤１２の熱変形量を考慮して他の研磨工程の研磨量の配分を行っていたことが無駄となる。
【００３４】
すなわち、残りの研磨定盤１２への冷却水（例えば１７±３℃）の供給を中断すると研磨定盤１２の温度が上昇し、研磨布１１および研磨定盤１２の反りが減少する（図６（ａ）参照）。このため、研磨布交換の直後において、当該研磨段数の研磨工程での、シリコンウェーハＷのキャリアプレート１６中心部側とその外周部側との研磨量が、研磨布１１を交換する前と異なる。その結果、その後しばらくの間は、研磨工程全体にわたる研磨量のバランスがくずれて、シリコンウェーハＷが、このプレート中心部側より外周部側が薄いテーパ状になる（図６（ｂ）参照）。このため、平坦度の高いシリコンウェーハＷが得られないおそれがあった。
【００３５】
第３実施例の高平坦度ウェーハの作製方法は、この問題を解決するものである。すなわち、仕上げ研磨工程での研磨布の交換時にも、他の研磨段数の研磨工程に配備された研磨定盤１２への冷却水の供給を継続したままとする。その結果、使用される冷却水の熱（水温１７℃）により、研磨布が交換されない研磨工程に配備された研磨布１１および研磨定盤１２が保温され、よって両部材１１，１２の熱変形による反りの低下が抑えられる。このため、張り替え直後のしばらくの間、シリコンウェーハＷの平坦度が低下する現象を防ぐことができる。換言すると、この反り状態を維持するには、研磨定盤にあって冷却水通路の位置が定盤表面側か否かに拘わらず、定盤表面側を高温にその裏面側を低温にという研磨時と同じ温度勾配を維持することが重要である。
【００３６】
【発明の効果】
この発明によれば、仕上げ研磨工程の直前の研磨工程より前の研磨工程での研磨圧力を、キャリアプレートの中心部よりその外周部の方を大きくし、仕上げ研磨工程の直前の研磨工程の研磨圧力は、このプレートの中心荷重をその外周荷重よりも大きくし、また仕上げ研磨工程では、この中心荷重と外周荷重とを略等しくしたので、半導体ウェーハの平坦度を高めることができる。
【００３７】
また、この請求項４および請求項５の発明によれば、特定の研磨装置の研磨布の交換時にも、交換されない残りの研磨定盤に冷却水を供給しながら行うようにしたので、研磨布の張り替え直後における半導体ウェーハの平坦度の低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を用いたウェーハ研磨中の研磨ヘッド部分の拡大断面図である。
【図２】 この発明の第１実施例に係るウェーハ研磨中の研磨ヘッドの底面図である。
【図３】 この発明の第１実施例に係る各研磨工程の半導体ウェーハの変形を示す説明図である。
【図４】 この発明の第２実施例に係る高平坦度ウェーハの作製方法を用いた各研磨工程の半導体ウェーハの変形を示す説明図である。
【図５】 （ａ）はこの発明の第３実施例に係る研磨布交換待機前の研磨布および研磨定盤の反りを示す要部拡大断面図である。
（ｂ）はこの発明の第３実施例に係る各研磨工程での研磨バランスがとれた状態で研磨された半導体ウェーハの概略断面図である。
【図６】 （ａ）はこの発明の第３実施例に係る研磨布交換待機中の研磨布および研磨定盤を示す要部拡大断面図である。
（ｂ）はこの発明の第３実施例に係る各研磨工程での研磨バランスが崩れた状態で研磨された半導体ウェーハの概略断面図である。
【図７】 従来手段に係る研磨ヘッドの底面図である。
【図８】 従来手段に係る研磨後のシリコンウェーハの断面形状を示す模式図である。
【符号の説明】
１０ 半導体ウェーハの研磨装置、
１１ 研磨布、
１２ 研磨定盤、
１２ａ ウォータジャケット、
１３ 研磨ヘッド、
１６ キャリアプレート、
Ｗ 半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）、
ａ ダレ、
ｂ 凹部。
Claims (5)
- 研磨定盤上に展張された研磨布に、研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、キャリアプレートの同心円上にワックスで貼着された複数枚の半導体ウェーハの表面を、所定の研磨圧力でもって上記研磨布の研磨作用面に押しつけることにより研磨する研磨段階を含む高平坦度ウェーハの作製方法において、
上記研磨段階が、１次研磨工程、仕上げ研磨工程を含む３つ以上の研磨段数で構成され、
上記仕上げ研磨工程の直前の研磨工程より前の研磨工程での研磨圧力は、上記キャリアプレートの中心部よりその外周部の方を大きくし、
上記仕上げ研磨工程の直前の研磨工程の研磨圧力は、これとは反対に、上記キャリアプレートの中心部の方をその外周部より大きくすることにより、相対的に厚肉化していたウェーハ内側部分の研磨量を増やす反面、それまで相対的に薄肉化していたウェーハ外側部分の研磨量を減少させ、
上記仕上げ研磨工程では、上記キャリアプレートの中心部と外周部との研磨圧力を同等にした高平坦度ウェーハの作製方法。 - 上記研磨段階は、１次研磨工程、２次研磨工程、３次研磨工程および上記仕上げ研磨工程により構成され、
１次研磨工程での研磨時および２次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力よりその外周部の研磨圧力を大きくし、
これとは反対に、３次研磨時には、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力をその外周部の研磨圧力より大きくした請求項１に記載の高平坦度ウェーハの作製方法。 - 上記研磨段階が、１次研磨工程と、２次研磨工程と、上記仕上げ研磨工程とで構成され、
１次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの外周部の研磨圧力を中心部のそれより大きくし、
これとは反対に、２次研磨工程での研磨時は、上記キャリアプレートの中心部の研磨圧力をその外周部の研磨圧力より大きくした請求項１に記載の高平坦度ウェーハの作製方法。 - 上記各研磨工程では、研磨定盤に冷却水を流しながら、半導体ウェーハの表面を研磨するとともに、
特定の研磨工程で研磨定盤の研磨布を交換するとき、交換しない研磨定盤への冷却水の供給を制御することにより、その研磨定盤の温度を一定に保持する請求項１〜請求項３のうちのいずれか１項に記載の高平坦度ウェーハの作製方法。 - 上記研磨布が交換される研磨定盤は、仕上げ研磨用の研磨定盤である請求項４に記載の高平坦度ウェーハの作製方法。
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