JP3791302B2 - 両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法、詳しくはサンギヤが組み込まれていない両面研磨装置を使用して、平坦度の高い半導体ウェーハを得る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の両面研磨ウェーハの製造では、単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、このシリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、酸エッチングの各工程が順次なされ、次いでウェーハ表裏両面を鏡面化する両面研磨が施される。この両面研磨には、通常、中心部にサンギヤが配置される一方、外周部にインターナルギヤが配置された遊星歯車構造を有する両面研磨装置が用いられている。この両面研磨装置は、キャリアプレートに複数形成されたウェーハ保持孔の内部にシリコンウェーハを挿入・保持し、その上方から研磨砥粒を含むスラリーをシリコンウェーハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が展張された上定盤および下定盤を各ウェーハの表裏両面に押し付けて、キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで、各シリコンウェーハの両面を同時に研磨する。
【０００３】
ところで、この遊星歯車式の両面研磨装置では、その装置中央部にサンギヤが設けられている。これにより、例えば次世代のシリコンウェーハとして注目を集めている３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハを両面研磨する装置を製作する場合、このサンギヤが設けられている分だけキャリアプレート、ひいては両面研磨装置の全体が、例えばこの装置の直径が３ｍ以上にもなってしまうといった問題点があった。
【０００４】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば、特開平１１−２５４３０２号公報に記載の「両面研磨装置」が知られている。
この両面研磨装置は、シリコンウェーハが保持される複数個のウェーハ保持孔を有するキャリアプレートと、このキャリアプレートの上下方向に配置されて、それぞれの対向面に、各ウェーハ保持孔内のシリコンウェーハの表裏両面を同じ研磨速度で研磨する研磨布が展張された上定盤および下定盤と、これらの上定盤および下定盤の間に保持されたキャリアプレートを、このキャリアプレートの表面と平行な面内で運動させるキャリア運動手段とを備えている。
ここでいうキャリアプレートの運動とは、上定盤および下定盤の間に保持されたシリコンウェーハが、その対応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、キャリアプレートの自転をともなわない円運動を意味する。なお、シリコンウェーハがウェーハ保持孔内で旋回するのは、ウェーハ研磨中に上定盤側からウェーハ表面にかかる摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面にかかる摩擦抵抗との差による。
【０００５】
ウェーハ両面研磨時には、キャリアプレートの各ウェーハ保持孔にシリコンウェーハを挿入・保持し、研磨剤（スラリー）をシリコンウェーハに供給しながら、しかも上定盤および下定盤を回転させつつ、キャリアプレートに自転をともなわない円運動を行わせることで、各シリコンウェーハが同時に両面研磨される。
この両面研磨装置にはサンギヤが組み込まれていないので、その分だけ、キャリアプレート上における各ウェーハ保持孔の形成スペースが拡大される。その結果、同じ大きさの両面研磨装置（以下、無サンギヤ式両面研磨装置という場合がある）であっても、取り扱い可能なシリコンウェーハの寸法を大きくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無サンギヤ式両面研磨装置を用いたシリコンウェーハの両面研磨方法では、以下の課題があった。
すなわち、従来装置によるウェーハ両面研磨方法にあっては、ウェーハ研磨中、対応するウェーハ保持孔内でのシリコンウェーハの旋回方向、回転数とも不安定であった。これは、上定盤側からウェーハ表面にかかる摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面にかかる摩擦抵抗とのバランスが不安定であったり、これらの差もわずかしか得られなかったためである。
そのため、ウェーハ研磨時のわずかな不具合でも、このシリコンウェーハの旋回が停止してしまいやすかった。また、このような停止状態まではならなくても、前述したようにウェーハの旋回速度および回転方向が不安定であれば、バッチ内での各ウェーハの平坦度のばらつきが大きくなる。その結果、ウェーハ外周部のテーパ形状や研磨ダレによる平坦度不良を発生してしまうおそれがあった。
【０００７】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、上定盤側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに積極的に差をつければ、仮に研磨中、いくらか研磨の不具合が発生しても、この保持孔内でウェーハが停止しなくなることを知見した。しかも、このように研磨中の摩擦抵抗の差が確実なものとなれば、ウェーハ保持孔内でのシリコンウェーハの旋回方向や速度の安定化が可能となり、その結果、ウェーハ外周部の研磨ダレをおさえて、バッチ内での各ウェーハの平坦度のバラつきが抑えられる。これにより、ウェーハの高平坦度化が図れることを知見し、この発明を完成させた。
【０００８】
【発明の目的】
この発明は、ウェーハ外周部の研磨ダレを防いで、半導体ウェーハの平坦度を高めることができる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に半導体ウェーハを挿入・保持し、研磨剤を半導体ウェーハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が展張された上定盤と下定盤との間で、上記キャリアプレートの表面と平行な面内で、このキャリアプレートを、半導体ウェーハがその対応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、上記キャリアプレートの自転をともなわない円運動をさせて、上記半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨することができる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法であって、上記上定盤側の研磨布の半導体ウェーハに対する摩擦抵抗と、上記下定盤側の研磨布の半導体ウェーハに対する摩擦抵抗とを異ならせ、ウェーハ研磨時、上記半導体ウェーハをウェーハ保持孔内で０．１〜１．０ｒｐｍで旋回させる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。
【００１０】
半導体ウェーハには、例えばシリコンウェーハ、ガリヒ素ウェーハなどを挙げることができる。半導体ウェーハの大きさも限定されず、例えば３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハでもよい。半導体ウェーハは片面が酸化膜によって被覆されたものでもよい。この場合、半導体ウェーハの酸化膜とは反対側のベアウェーハ面を選択的に研磨してもよい。
両面研磨装置は、サンギヤが組み込まれておらず、一対の研磨定盤の間でキャリアプレートを運動させることで半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する無サンギヤ式両面研磨装置であれば、限定されない。
【００１１】
キャリアプレートに形成されるウェーハ保持孔の個数は、１個（枚葉式）でも複数個でもよい。ウェーハ保持孔の大きさは、研磨される半導体ウェーハの大きさに応じて、任意に変更される。
キャリアプレートの運動は、キャリアプレートの表面（または裏面）と平行な面内での運動であって、その運動の方向は、一対の研磨定盤の間に保持されたシリコンウェーハが、その対応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、キャリアプレートの自転をともなわない円運動である。この自転をともなわない円運動によって、キャリアプレート上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描くことになる。
【００１２】
使用する研磨剤の種類は限定されない。例えば、遊離砥粒を含まないアルカリ液のみでもよい。また、このアルカリ液に平均粒径０．０２〜０．１μｍ程度のコロイダルシリカ粒子（研磨砥粒）を分散させたスラリーでもよい。
この研磨剤の供給量は、キャリアプレートの大きさによって異なり、限定されない。通常は、１．０〜２．０リットル／分である。研磨剤の半導体ウェーハへの供給は、半導体ウェーハの鏡面側に行うことができる。なお、この研磨剤はウェーハの運動範囲に供給した方が好ましい。
【００１３】
上定盤と下定盤の回転速度は限定されない。例えば、同じ速度で回転させてもよいし、異なる速度で回転させてもよい。また、各回転方向も限定されない。すなわち、同じ方向に回転させてもよいし、互いに反対方向へ回転させてもよい。
ただし、必ずしも一対の研磨部材を同時に回転させなくてもよい。それは、この発明が、半導体ウェーハの表裏両面に各研磨部材を押し付けた状態でキャリアプレートを運動させる構成を採用しているためである。
上定盤と下定盤との半導体ウェーハに対する押圧力は限定されない。ただし、通常は１５０〜２５０ｇ／ｃｍ2 である。
【００１４】
この両面研磨装置による半導体ウェーハの研磨は、ウェーハ表面またはウェーハ裏面だけの選択研磨でもよいし、表裏両面の同時研磨でもよい。
上定盤および下定盤に展張される各研磨布の種類および材質は限定されない。
例えば、硬質の発泡ウレタンフォームパッド、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた軟質の不織布パッドなどが挙げられる。その他、不織布からなる基布の上にウレタン樹脂を発泡させたパッドなども採用することができる。この場合、上定盤側の研磨布と下定盤側の研磨布とに同じ種類のものを採用してもよいし、反対に異なる種類のものを採用してもよい。
ここでいう自転をともなわない円運動とは、キャリアプレートが上定盤および下定盤の軸線から所定距離だけ偏心した状態を常に保持して旋回するような円運動のことをいう。
【００１５】
０．１ｒｐｍ未満ではウェーハ外周部がテーパ形状になりやすい。また、１．０ｒｐｍを超えるとバッチ内での各ウェーハの仕上がり形状が不安定になりやすい。
このような従来よりも高速度の旋回は、研磨時に上定盤側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに大きな差をつけることで、比較的容易に得ることができる。
なお、摩擦抵抗に大きな差を与える方法は限定されない。例えば、請求項２の上，下定盤の直径を異ならせる方法、請求項３の両研磨布の形状を異ならせる方法、そして請求項４の上，下定盤の回転速度を異ならせる方法でもよい。そのほか、上，下側の研磨布のウェーハに対する摩擦係数を異ならせる方法でもよい。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、上記上定盤の直径と、上記下定盤の直径とを異ならせた請求項１に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。
上，下定盤の直径の差は、研磨される半導体ウェーハの大きさ、１回の研磨で処理されるウェーハの枚数などの条件によって適宜選択される。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、上記上定盤側の研磨布の形状と、上記下定盤側の研磨布との形状とを異ならせた請求項１または請求項２に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。
研磨布の形状としては、例えばそれぞれ平面視して、円形，楕円形，三角形または四角形以上の多角形、他の任意の形状などを挙げることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、上記上定盤の回転速度と、上記下定盤との回転速度を異ならせた請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。
【００１９】
【作用】
この発明によれば、研磨剤を半導体ウェーハに供給しながら、上側の研磨布と下側の研磨布との間で、キャリアプレートをそのプレートの表面と平行な面内で運動させる。これにより、半導体ウェーハの表裏両面が、これらの研磨布によって研磨される。
この際、何らかの方法によって、ウェーハ研磨時に、上定盤側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに、積極的な差がつけられる。その結果、ウェーハ研磨中、半導体ウェーハがウェーハ保持孔内で着実に旋回する。これにより、仮にこの研磨中、いくらか研磨の不具合が生じても、ウェーハ保持孔内で半導体ウェーハの旋回が停止することはない。しかも、このような着実な旋回による研磨によって、ウェーハの外周部において、部分的な研磨量の偏りが起きにくくなる。このため、ウェーハ外周部の研磨ダレをおさえて、ウェーハの高平坦度化を図ることができる。
【００２０】
なお、具体的に、上，下定盤側から半導体ウェーハの表面または裏面に作用する摩擦抵抗に積極的な差をつけるには、例えば、直径が異なる上，下定盤間で半導体ウェーハを研磨したり（請求項２）、形状が異なる研磨布間で半導体ウェーハを研磨したり（請求項３）、上，下定盤の回転速度を異ならせて研磨したり（請求項４）する。
【００２１】
【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。図１〜図８はこの発明の第１の実施例を説明するためのものである。第１の実施例では、シリコンウェーハの表面を鏡面とし、その裏面を梨地面とする研磨を例にとって説明する。
【００２２】
図１，図２において、１０は第１の実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法が適用される両面研磨装置（以下、両面研磨装置という）である。この両面研磨装置１０は、５個のウェーハ保持孔１１ａがプレート軸線回りに（円周方向に）７２度ごとに穿設された平面視して円板形状のガラスエポキシ製のキャリアプレート１１と、それぞれのウェーハ保持孔１１ａに旋回自在に挿入・保持された直径３００ｍｍのシリコンウェーハＷを、上下から挟み込むとともに、シリコンウェーハＷに対して相対的に移動させることでウェーハ面を研磨する上定盤１２および下定盤１３とを備えている。シリコンウェーハＷは、その片面がシリコン酸化膜により覆われたものを採用してもよい。また、キャリアプレート１１の厚さ（６００μｍ）は、シリコンウェーハＷの厚さ（７３０μｍ）よりも若干薄くなっている。
【００２３】
上定盤１２の下面には、ウェーハ裏面を梨地面に研磨する硬質の発泡ウレタンフォームパッド１４が展張されている。また、下定盤１３の上面には、ウェーハ表面を鏡面化させる不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた軟質の不織布パッド１５が展張されている。硬質発泡ウレタンフォームパッド１４（ロデール社製ＭＨＳ１５Ａ）の硬度は８５゜（Ａｓｋｅｒ）、密度は０．５３ｇ／ｃｍ3 、圧縮率は３．０％、その厚さは１０００μｍである。一方、軟質不織布パッド１５（ロデール社製Ｓｕｂａ６００）の硬度は８０゜（Ａｓｋｅｒ）、圧縮率は３．５％、圧縮弾性率は７５．０％であって、厚さは１２７０μｍとなっている。
【００２４】
図１および図２に示すように、上定盤１２は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転させられる。また、この上定盤１２は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。この昇降装置１８は、シリコンウェーハＷをキャリアプレート１１に給排する際などに使用される。なお、上定盤１２および下定盤１３のシリコンウェーハＷの表裏両面に対する押圧は、上定盤１２および下定盤１３に組み込まれた図示しないエアバック方式などの加圧手段により行われる。
下定盤１３は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転させられる。このキャリアプレート１１は、そのプレート１１自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１の面と平行な面（水平面）内で円運動する。次に、図１，図２，図４，図５〜図７を参照して、このキャリア円運動機構１９を詳細に説明する。
【００２５】
これらの図に示すように、このキャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。これらの部材１１，２０は、連結構造２１を介して連結されている。ここでいう連結構造体２１とは、キャリアプレート１１を、そのキャリアプレート１１が自転せず、しかもこのプレート１１の熱膨張時の伸びを吸収できるようにキャリアホルダ２０に連結させる手段である。
すなわち、この連結構造２１は、キャリアホルダ２０の内周フランジ２０ａに、ホルダ周方向へ所定角度ごとに突設された多数本のピン２３と、各対応するピン２３を、キャリアプレート１１の外周部に各ピン２３と対応する位置に対応する数だけ穿設された長孔形状のピン孔１１ｂとを有している。
【００２６】
これらのピン孔１１ｂは、ピン２３を介してキャリアホルダ２０に連結されたキャリアプレート１１が、その半径方向へ若干移動できるように、その孔長さ方向をプレート半径方向と合致させている。それぞれのピン孔１１ｂにピン２３を遊挿させてキャリアプレート１１をキャリアホルダ２０に装着することで、両面研磨時のキャリアプレート１１の熱膨張による伸びが吸収される。なお、各ピン２３の元部は、この部分の外周面に刻設された外ねじを介して、上記内周フランジ２０ａに形成されたねじ孔にねじ込まれている。また、各ピン２３の元部の外ねじの直上部には、キャリアプレート１１が載置されるフランジ２３ａが周設されている。したがって、ピン２３のねじ込み量を調整することで、フランジ２３ａに載置されたキャリアプレート１１の高さ位置が調整可能となる。
【００２７】
このキャリアホルダ２０の外周部には、９０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。そして、各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。なお、このタイミングチェーン２７をギヤ構造の動力伝達系に変更してもよい。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる同期手段を構成している。
【００２８】
また、これらの４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されている。このギヤ２８は、例えばギヤードモータなどの円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。なお、このようにタイミングチェーン２７により同期させなくても、例えば４個の偏心アーム２４のそれぞれに円運動用モータ２９を配設させて、各偏心アーム２４を個別に回転させてもよい。ただし、各モータ２９の回転は同期させる必要がある。
【００２９】
したがって、円運動用モータ２９の出力軸を回転させると、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達され、このタイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期して回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、それぞれの偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１が、このプレート１１に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キャリアプレート１１は上定盤１２および下定盤１３の軸線ａから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同じである。この自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く。
【００３０】
また、図６にはこの装置にあってそのスラリー供給孔の位置を示す。例えば上定盤１２に形成される複数のスラリー供給孔は、シリコンウェーハＷが常に存在する所定幅の円環状の領域Ｘに配置されている。ウェーハＷが揺動してもその裏面に常にスラリーが供給されるよう構成されている。この結果、研磨中においてウェーハＷ裏面のスラリーによる薄膜が保持されることとなる。
また、この図６および図７に示すように、キャリアプレート１１に保持された各シリコンウェーハＷは、キャリアプレート１１の自転をともなわない円運動をした際に、それぞれのウェーハＷの外周部の一部が、それぞれのウェーハＷが所定角度回動するごとに、上，下定盤１２，１３の外部からはみ出しながら研磨するように構成されている。すなわち、各ウェーハＷの外周部は、非研磨領域を断続的に通過しながら研磨されていくので、この部分の研磨量が抑制される。よって、それぞれのシリコンウェーハＷの平坦度（ＴＴＶなど）がさらに高まる。
【００３１】
次に、この両面研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
まず、図１および図２に示すように、下定盤１３側のキャリアプレート１１の各ウェーハ保持孔１１ａにそれぞれ旋回自在にシリコンウェーハＷを挿入する。このとき、各ウェーハ裏面は上向きとする。次いで、この状態のまま、上定盤１２をキャリアプレート１１に２００ｇ／ｃｍ2 で押し付ける。
その後、これらの両パッド１４，１５をウェーハ表裏両面に押し付けたまま、上定盤１２側からスラリーを供給しながら、円運動用モータ２９によりタイミングチェーン２７を周転させる。これにより、各偏心アーム２４が水平面内で同期回転し、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０およびキャリアプレート１１が、このプレート１１表面に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を２４ｒｐｍで行う。
【００３２】
この際、各シリコンウェーハＷは、摩擦抵抗が小さい硬質発泡ウレタンフォームパッド１４と、摩擦抵抗が大きい軟質不織布パッド１５との間に挟まれた状態で、このキャリアプレート１１の自転をともなわない円運動に連れまわりしている。このとき、図８に示すように、上定盤１２側の硬質発泡ウレタンフォームパッド１４はシリコンウェーハＷに対する摩擦係数が小さく、下定盤１３側の軟質不織布パッド１５はシリコンウェーハＷに対する摩擦係数が大きい。しかも、両定盤１２，１３は回転していない。その結果、ウェーハ表裏両面に作用する摩擦抵抗の差が積極的に得られる。よって、各シリコンウェーハＷは、対応するウェーハ保持孔１１ａ内で、０．１〜１．０ｒｐｍの回転速度で着実に水平面内で旋回しながら、それぞれの表裏両面が研磨される。
【００３３】
これにより、仮に研磨中、いくらか研磨の不具合が生じても、このウェーハ保持孔１１ａ内でシリコンウェーハＷの旋回が停止することはない。しかも、このような着実な旋回の研磨によって、ウェーハ外周部において、部分的な研磨量の偏りが起きにくくなる。よって、従来に比べてさらにウェーハ外周部の研磨ダレをおさえて、より以上のウェーハの高平坦度化を図ることができる。
なお、ここで使用するスラリーは、ｐＨ１０．６のアルカリ性エッチング液中に、粒度０．０５μｍのコロイダルシリカからなる研磨砥粒が分散されたものである。
【００３４】
また、ここでは、両面研磨時に、キャリアプレート１１を、このプレート１１の自転をともなわない円運動をさせてウェーハ表裏両面を研磨させる。このようなキャリアプレート１１の特殊な運動によりシリコンウェーハＷを両面研磨したので、ウェーハ表裏両面の略全域において均一に研磨を行うことができる。
しかも、研磨布１４，１５の材質を異ならせて、シリコンウェーハＷの表裏両面に対する摩擦抵抗の差を大きくするように構成したので、簡単にかつ低コストで、ウェーハ外周部の研磨ダレを防いで、シリコンウェーハＷの平坦度を従来より高めることができる。
【００３５】
なお、この第１の実施例の両面研磨装置１０は、キャリアプレート１１を円運動させなくても、上側回転モータ１６により上定盤１２を２５ｒｐｍで回転させるとともに、下側回転モータ１７により下定盤１３を３０ｒｐｍで回転させるだけで、各シリコンウェーハＷを両面研磨することができる。
この場合、各シリコンウェーハＷがウェーハ保持孔１１ａの中で旋回自在に挿入・保持されているので、研磨中、各シリコンウェーハＷは回転速度が速い側の定盤の回転方向と同じ方向へ旋回（自転）する。
【００３６】
また、上定盤１２および下定盤１３を同じ回転速度で回転させて、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ裏面が梨地面のシリコンウェーハＷを製造してもよい。この場合、両研磨布１４，１５の摩擦抵抗の差をより以上に大きくすれば、比較的短時間のうちに、表面が鏡面で裏面が梨地面のシリコンウェーハＷを得ることができる。
さらには、このキャリアプレート１１を円運動させながら、上定盤１２および下定盤１３を回転させて、シリコンウェーハＷを両面研磨してもよい。この場合、上定盤１２および下定盤１３の回転速度は、ウェーハ表裏両面に研磨ムラが発生しない程度に遅くした方が好ましい。このようにすれば、シリコンウェーハＷの表裏両面をその各面の全域において均一に研磨することができる。なお、上定盤１２および下定盤１３を回転させれば、シリコンウェーハＷに接触する定盤面を常に新しくさせて、スラリーをシリコンウェーハＷの全面に平均的に供給することができて好ましい。
【００３７】
次に、図９に基づいて、この発明の第２の実施例に係る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法を説明する。
図９に示すように、この第２の実施例では、第１の実施例の上定盤１２に代えて、下定盤１３よりも直径が大きい定盤１２Ａを採用した例である。
このような方法でも、ウェーハ研磨時に、上定盤１２Ａ側からシリコンウェーハＷの表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤１３側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに、従来よりも積極的に差がつけられる。その結果、各ウェーハ保持孔１１ａ内でのシリコンウェーハＷの旋回は着実なものとなる。
その他の構成、作用、効果は、第１の実施例と略同様であるのでその説明を省略する。
【００３８】
次に、図１０に基づいて、この発明の第３の実施例に係る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法を説明する。
図１０に示すように、この第３の実施例では、第１の実施例における上定盤１２に展張された平面視して円形の硬質発泡ウレタンフォームパッド１４に代えて、平面視して六角形の硬質発泡ウレタンフォームパッド１４Ａを採用した例である。
すなわち、研磨布１４が六角形であるので、下定盤１３の円形の軟質不織布パッド１５との間に、積極的に摩擦抵抗の差を生じさせることができる。その結果、ウェーハ研磨時に、上定盤１２側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤１３側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに、従来よりも着実に差がつけられる。
その他の構成、作用、効果は、第１の実施例と略同様であるのでその説明を省略する。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、研磨中、半導体ウェーハがウェーハ保持孔内で着実に旋回するので、ウェーハの外周部の研磨ダレをおさえて、ウェーハの高平坦度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置の全体斜視図である。
【図２】 この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法の両面研磨中の縦断面図である。
【図３】 この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法における研磨中の状態を示すその断面図である。
【図４】 この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置の概略平面図である。
【図５】 この発明の第１の実施例に係るキャリアプレートに運動力を伝達する運動力伝達系の要部拡大断面図である。
【図６】 この発明の第１の実施例に係る研磨剤供給孔の位置を示す平面図である。
【図７】 この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの外周部のはみ出し研磨を示す平面図である。
【図８】 この発明の第１の実施例に係るウェーハ保持孔内で半導体ウェーハが旋回をする原理を説明する斜視図である。
【図９】 この発明の第２の実施例に係る両面研磨装置の要部斜視図である。
【図１０】 この発明の第３の実施例に係る両面研磨装置の要部平面図である。
【符号の説明】
１０ 両面研磨装置、
１１ キャリアプレート、
１１ａ ウェーハ保持孔、
１２，１２Ａ 上定盤、
１２ａ 回転軸、
１３ 下定盤、
１４，１４Ａ 硬質発泡ウレタンフォームパッド、
１５ 軟質不織布パッド、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。
【発明の属する技術分野】
この発明は両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法、詳しくはサンギヤが組み込まれていない両面研磨装置を使用して、平坦度の高い半導体ウェーハを得る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の両面研磨ウェーハの製造では、単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、このシリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、酸エッチングの各工程が順次なされ、次いでウェーハ表裏両面を鏡面化する両面研磨が施される。この両面研磨には、通常、中心部にサンギヤが配置される一方、外周部にインターナルギヤが配置された遊星歯車構造を有する両面研磨装置が用いられている。この両面研磨装置は、キャリアプレートに複数形成されたウェーハ保持孔の内部にシリコンウェーハを挿入・保持し、その上方から研磨砥粒を含むスラリーをシリコンウェーハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が展張された上定盤および下定盤を各ウェーハの表裏両面に押し付けて、キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転公転させることで、各シリコンウェーハの両面を同時に研磨する。
【０００３】
ところで、この遊星歯車式の両面研磨装置では、その装置中央部にサンギヤが設けられている。これにより、例えば次世代のシリコンウェーハとして注目を集めている３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハを両面研磨する装置を製作する場合、このサンギヤが設けられている分だけキャリアプレート、ひいては両面研磨装置の全体が、例えばこの装置の直径が３ｍ以上にもなってしまうといった問題点があった。
【０００４】
そこで、これを解消する従来技術として、例えば、特開平１１−２５４３０２号公報に記載の「両面研磨装置」が知られている。
この両面研磨装置は、シリコンウェーハが保持される複数個のウェーハ保持孔を有するキャリアプレートと、このキャリアプレートの上下方向に配置されて、それぞれの対向面に、各ウェーハ保持孔内のシリコンウェーハの表裏両面を同じ研磨速度で研磨する研磨布が展張された上定盤および下定盤と、これらの上定盤および下定盤の間に保持されたキャリアプレートを、このキャリアプレートの表面と平行な面内で運動させるキャリア運動手段とを備えている。
ここでいうキャリアプレートの運動とは、上定盤および下定盤の間に保持されたシリコンウェーハが、その対応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、キャリアプレートの自転をともなわない円運動を意味する。なお、シリコンウェーハがウェーハ保持孔内で旋回するのは、ウェーハ研磨中に上定盤側からウェーハ表面にかかる摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面にかかる摩擦抵抗との差による。
【０００５】
ウェーハ両面研磨時には、キャリアプレートの各ウェーハ保持孔にシリコンウェーハを挿入・保持し、研磨剤（スラリー）をシリコンウェーハに供給しながら、しかも上定盤および下定盤を回転させつつ、キャリアプレートに自転をともなわない円運動を行わせることで、各シリコンウェーハが同時に両面研磨される。
この両面研磨装置にはサンギヤが組み込まれていないので、その分だけ、キャリアプレート上における各ウェーハ保持孔の形成スペースが拡大される。その結果、同じ大きさの両面研磨装置（以下、無サンギヤ式両面研磨装置という場合がある）であっても、取り扱い可能なシリコンウェーハの寸法を大きくすることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無サンギヤ式両面研磨装置を用いたシリコンウェーハの両面研磨方法では、以下の課題があった。
すなわち、従来装置によるウェーハ両面研磨方法にあっては、ウェーハ研磨中、対応するウェーハ保持孔内でのシリコンウェーハの旋回方向、回転数とも不安定であった。これは、上定盤側からウェーハ表面にかかる摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面にかかる摩擦抵抗とのバランスが不安定であったり、これらの差もわずかしか得られなかったためである。
そのため、ウェーハ研磨時のわずかな不具合でも、このシリコンウェーハの旋回が停止してしまいやすかった。また、このような停止状態まではならなくても、前述したようにウェーハの旋回速度および回転方向が不安定であれば、バッチ内での各ウェーハの平坦度のばらつきが大きくなる。その結果、ウェーハ外周部のテーパ形状や研磨ダレによる平坦度不良を発生してしまうおそれがあった。
【０００７】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、上定盤側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに積極的に差をつければ、仮に研磨中、いくらか研磨の不具合が発生しても、この保持孔内でウェーハが停止しなくなることを知見した。しかも、このように研磨中の摩擦抵抗の差が確実なものとなれば、ウェーハ保持孔内でのシリコンウェーハの旋回方向や速度の安定化が可能となり、その結果、ウェーハ外周部の研磨ダレをおさえて、バッチ内での各ウェーハの平坦度のバラつきが抑えられる。これにより、ウェーハの高平坦度化が図れることを知見し、この発明を完成させた。
【０００８】
【発明の目的】
この発明は、ウェーハ外周部の研磨ダレを防いで、半導体ウェーハの平坦度を高めることができる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法を提供することを、その目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に半導体ウェーハを挿入・保持し、研磨剤を半導体ウェーハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が展張された上定盤と下定盤との間で、上記キャリアプレートの表面と平行な面内で、このキャリアプレートを、半導体ウェーハがその対応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、上記キャリアプレートの自転をともなわない円運動をさせて、上記半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨することができる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法であって、上記上定盤側の研磨布の半導体ウェーハに対する摩擦抵抗と、上記下定盤側の研磨布の半導体ウェーハに対する摩擦抵抗とを異ならせ、ウェーハ研磨時、上記半導体ウェーハをウェーハ保持孔内で０．１〜１．０ｒｐｍで旋回させる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。
【００１０】
半導体ウェーハには、例えばシリコンウェーハ、ガリヒ素ウェーハなどを挙げることができる。半導体ウェーハの大きさも限定されず、例えば３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハでもよい。半導体ウェーハは片面が酸化膜によって被覆されたものでもよい。この場合、半導体ウェーハの酸化膜とは反対側のベアウェーハ面を選択的に研磨してもよい。
両面研磨装置は、サンギヤが組み込まれておらず、一対の研磨定盤の間でキャリアプレートを運動させることで半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する無サンギヤ式両面研磨装置であれば、限定されない。
【００１１】
キャリアプレートに形成されるウェーハ保持孔の個数は、１個（枚葉式）でも複数個でもよい。ウェーハ保持孔の大きさは、研磨される半導体ウェーハの大きさに応じて、任意に変更される。
キャリアプレートの運動は、キャリアプレートの表面（または裏面）と平行な面内での運動であって、その運動の方向は、一対の研磨定盤の間に保持されたシリコンウェーハが、その対応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、キャリアプレートの自転をともなわない円運動である。この自転をともなわない円運動によって、キャリアプレート上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描くことになる。
【００１２】
使用する研磨剤の種類は限定されない。例えば、遊離砥粒を含まないアルカリ液のみでもよい。また、このアルカリ液に平均粒径０．０２〜０．１μｍ程度のコロイダルシリカ粒子（研磨砥粒）を分散させたスラリーでもよい。
この研磨剤の供給量は、キャリアプレートの大きさによって異なり、限定されない。通常は、１．０〜２．０リットル／分である。研磨剤の半導体ウェーハへの供給は、半導体ウェーハの鏡面側に行うことができる。なお、この研磨剤はウェーハの運動範囲に供給した方が好ましい。
【００１３】
上定盤と下定盤の回転速度は限定されない。例えば、同じ速度で回転させてもよいし、異なる速度で回転させてもよい。また、各回転方向も限定されない。すなわち、同じ方向に回転させてもよいし、互いに反対方向へ回転させてもよい。
ただし、必ずしも一対の研磨部材を同時に回転させなくてもよい。それは、この発明が、半導体ウェーハの表裏両面に各研磨部材を押し付けた状態でキャリアプレートを運動させる構成を採用しているためである。
上定盤と下定盤との半導体ウェーハに対する押圧力は限定されない。ただし、通常は１５０〜２５０ｇ／ｃｍ2 である。
【００１４】
この両面研磨装置による半導体ウェーハの研磨は、ウェーハ表面またはウェーハ裏面だけの選択研磨でもよいし、表裏両面の同時研磨でもよい。
上定盤および下定盤に展張される各研磨布の種類および材質は限定されない。
例えば、硬質の発泡ウレタンフォームパッド、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた軟質の不織布パッドなどが挙げられる。その他、不織布からなる基布の上にウレタン樹脂を発泡させたパッドなども採用することができる。この場合、上定盤側の研磨布と下定盤側の研磨布とに同じ種類のものを採用してもよいし、反対に異なる種類のものを採用してもよい。
ここでいう自転をともなわない円運動とは、キャリアプレートが上定盤および下定盤の軸線から所定距離だけ偏心した状態を常に保持して旋回するような円運動のことをいう。
【００１５】
０．１ｒｐｍ未満ではウェーハ外周部がテーパ形状になりやすい。また、１．０ｒｐｍを超えるとバッチ内での各ウェーハの仕上がり形状が不安定になりやすい。
このような従来よりも高速度の旋回は、研磨時に上定盤側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに大きな差をつけることで、比較的容易に得ることができる。
なお、摩擦抵抗に大きな差を与える方法は限定されない。例えば、請求項２の上，下定盤の直径を異ならせる方法、請求項３の両研磨布の形状を異ならせる方法、そして請求項４の上，下定盤の回転速度を異ならせる方法でもよい。そのほか、上，下側の研磨布のウェーハに対する摩擦係数を異ならせる方法でもよい。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、上記上定盤の直径と、上記下定盤の直径とを異ならせた請求項１に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。
上，下定盤の直径の差は、研磨される半導体ウェーハの大きさ、１回の研磨で処理されるウェーハの枚数などの条件によって適宜選択される。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、上記上定盤側の研磨布の形状と、上記下定盤側の研磨布との形状とを異ならせた請求項１または請求項２に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。
研磨布の形状としては、例えばそれぞれ平面視して、円形，楕円形，三角形または四角形以上の多角形、他の任意の形状などを挙げることができる。
【００１８】
請求項４に記載の発明は、上記上定盤の回転速度と、上記下定盤との回転速度を異ならせた請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。
【００１９】
【作用】
この発明によれば、研磨剤を半導体ウェーハに供給しながら、上側の研磨布と下側の研磨布との間で、キャリアプレートをそのプレートの表面と平行な面内で運動させる。これにより、半導体ウェーハの表裏両面が、これらの研磨布によって研磨される。
この際、何らかの方法によって、ウェーハ研磨時に、上定盤側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに、積極的な差がつけられる。その結果、ウェーハ研磨中、半導体ウェーハがウェーハ保持孔内で着実に旋回する。これにより、仮にこの研磨中、いくらか研磨の不具合が生じても、ウェーハ保持孔内で半導体ウェーハの旋回が停止することはない。しかも、このような着実な旋回による研磨によって、ウェーハの外周部において、部分的な研磨量の偏りが起きにくくなる。このため、ウェーハ外周部の研磨ダレをおさえて、ウェーハの高平坦度化を図ることができる。
【００２０】
なお、具体的に、上，下定盤側から半導体ウェーハの表面または裏面に作用する摩擦抵抗に積極的な差をつけるには、例えば、直径が異なる上，下定盤間で半導体ウェーハを研磨したり（請求項２）、形状が異なる研磨布間で半導体ウェーハを研磨したり（請求項３）、上，下定盤の回転速度を異ならせて研磨したり（請求項４）する。
【００２１】
【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。図１〜図８はこの発明の第１の実施例を説明するためのものである。第１の実施例では、シリコンウェーハの表面を鏡面とし、その裏面を梨地面とする研磨を例にとって説明する。
【００２２】
図１，図２において、１０は第１の実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法が適用される両面研磨装置（以下、両面研磨装置という）である。この両面研磨装置１０は、５個のウェーハ保持孔１１ａがプレート軸線回りに（円周方向に）７２度ごとに穿設された平面視して円板形状のガラスエポキシ製のキャリアプレート１１と、それぞれのウェーハ保持孔１１ａに旋回自在に挿入・保持された直径３００ｍｍのシリコンウェーハＷを、上下から挟み込むとともに、シリコンウェーハＷに対して相対的に移動させることでウェーハ面を研磨する上定盤１２および下定盤１３とを備えている。シリコンウェーハＷは、その片面がシリコン酸化膜により覆われたものを採用してもよい。また、キャリアプレート１１の厚さ（６００μｍ）は、シリコンウェーハＷの厚さ（７３０μｍ）よりも若干薄くなっている。
【００２３】
上定盤１２の下面には、ウェーハ裏面を梨地面に研磨する硬質の発泡ウレタンフォームパッド１４が展張されている。また、下定盤１３の上面には、ウェーハ表面を鏡面化させる不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた軟質の不織布パッド１５が展張されている。硬質発泡ウレタンフォームパッド１４（ロデール社製ＭＨＳ１５Ａ）の硬度は８５゜（Ａｓｋｅｒ）、密度は０．５３ｇ／ｃｍ3 、圧縮率は３．０％、その厚さは１０００μｍである。一方、軟質不織布パッド１５（ロデール社製Ｓｕｂａ６００）の硬度は８０゜（Ａｓｋｅｒ）、圧縮率は３．５％、圧縮弾性率は７５．０％であって、厚さは１２７０μｍとなっている。
【００２４】
図１および図２に示すように、上定盤１２は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転させられる。また、この上定盤１２は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。この昇降装置１８は、シリコンウェーハＷをキャリアプレート１１に給排する際などに使用される。なお、上定盤１２および下定盤１３のシリコンウェーハＷの表裏両面に対する押圧は、上定盤１２および下定盤１３に組み込まれた図示しないエアバック方式などの加圧手段により行われる。
下定盤１３は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転させられる。このキャリアプレート１１は、そのプレート１１自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１の面と平行な面（水平面）内で円運動する。次に、図１，図２，図４，図５〜図７を参照して、このキャリア円運動機構１９を詳細に説明する。
【００２５】
これらの図に示すように、このキャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。これらの部材１１，２０は、連結構造２１を介して連結されている。ここでいう連結構造体２１とは、キャリアプレート１１を、そのキャリアプレート１１が自転せず、しかもこのプレート１１の熱膨張時の伸びを吸収できるようにキャリアホルダ２０に連結させる手段である。
すなわち、この連結構造２１は、キャリアホルダ２０の内周フランジ２０ａに、ホルダ周方向へ所定角度ごとに突設された多数本のピン２３と、各対応するピン２３を、キャリアプレート１１の外周部に各ピン２３と対応する位置に対応する数だけ穿設された長孔形状のピン孔１１ｂとを有している。
【００２６】
これらのピン孔１１ｂは、ピン２３を介してキャリアホルダ２０に連結されたキャリアプレート１１が、その半径方向へ若干移動できるように、その孔長さ方向をプレート半径方向と合致させている。それぞれのピン孔１１ｂにピン２３を遊挿させてキャリアプレート１１をキャリアホルダ２０に装着することで、両面研磨時のキャリアプレート１１の熱膨張による伸びが吸収される。なお、各ピン２３の元部は、この部分の外周面に刻設された外ねじを介して、上記内周フランジ２０ａに形成されたねじ孔にねじ込まれている。また、各ピン２３の元部の外ねじの直上部には、キャリアプレート１１が載置されるフランジ２３ａが周設されている。したがって、ピン２３のねじ込み量を調整することで、フランジ２３ａに載置されたキャリアプレート１１の高さ位置が調整可能となる。
【００２７】
このキャリアホルダ２０の外周部には、９０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。そして、各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。なお、このタイミングチェーン２７をギヤ構造の動力伝達系に変更してもよい。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる同期手段を構成している。
【００２８】
また、これらの４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されている。このギヤ２８は、例えばギヤードモータなどの円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。なお、このようにタイミングチェーン２７により同期させなくても、例えば４個の偏心アーム２４のそれぞれに円運動用モータ２９を配設させて、各偏心アーム２４を個別に回転させてもよい。ただし、各モータ２９の回転は同期させる必要がある。
【００２９】
したがって、円運動用モータ２９の出力軸を回転させると、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達され、このタイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期して回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、それぞれの偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１が、このプレート１１に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キャリアプレート１１は上定盤１２および下定盤１３の軸線ａから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同じである。この自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く。
【００３０】
また、図６にはこの装置にあってそのスラリー供給孔の位置を示す。例えば上定盤１２に形成される複数のスラリー供給孔は、シリコンウェーハＷが常に存在する所定幅の円環状の領域Ｘに配置されている。ウェーハＷが揺動してもその裏面に常にスラリーが供給されるよう構成されている。この結果、研磨中においてウェーハＷ裏面のスラリーによる薄膜が保持されることとなる。
また、この図６および図７に示すように、キャリアプレート１１に保持された各シリコンウェーハＷは、キャリアプレート１１の自転をともなわない円運動をした際に、それぞれのウェーハＷの外周部の一部が、それぞれのウェーハＷが所定角度回動するごとに、上，下定盤１２，１３の外部からはみ出しながら研磨するように構成されている。すなわち、各ウェーハＷの外周部は、非研磨領域を断続的に通過しながら研磨されていくので、この部分の研磨量が抑制される。よって、それぞれのシリコンウェーハＷの平坦度（ＴＴＶなど）がさらに高まる。
【００３１】
次に、この両面研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
まず、図１および図２に示すように、下定盤１３側のキャリアプレート１１の各ウェーハ保持孔１１ａにそれぞれ旋回自在にシリコンウェーハＷを挿入する。このとき、各ウェーハ裏面は上向きとする。次いで、この状態のまま、上定盤１２をキャリアプレート１１に２００ｇ／ｃｍ2 で押し付ける。
その後、これらの両パッド１４，１５をウェーハ表裏両面に押し付けたまま、上定盤１２側からスラリーを供給しながら、円運動用モータ２９によりタイミングチェーン２７を周転させる。これにより、各偏心アーム２４が水平面内で同期回転し、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０およびキャリアプレート１１が、このプレート１１表面に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を２４ｒｐｍで行う。
【００３２】
この際、各シリコンウェーハＷは、摩擦抵抗が小さい硬質発泡ウレタンフォームパッド１４と、摩擦抵抗が大きい軟質不織布パッド１５との間に挟まれた状態で、このキャリアプレート１１の自転をともなわない円運動に連れまわりしている。このとき、図８に示すように、上定盤１２側の硬質発泡ウレタンフォームパッド１４はシリコンウェーハＷに対する摩擦係数が小さく、下定盤１３側の軟質不織布パッド１５はシリコンウェーハＷに対する摩擦係数が大きい。しかも、両定盤１２，１３は回転していない。その結果、ウェーハ表裏両面に作用する摩擦抵抗の差が積極的に得られる。よって、各シリコンウェーハＷは、対応するウェーハ保持孔１１ａ内で、０．１〜１．０ｒｐｍの回転速度で着実に水平面内で旋回しながら、それぞれの表裏両面が研磨される。
【００３３】
これにより、仮に研磨中、いくらか研磨の不具合が生じても、このウェーハ保持孔１１ａ内でシリコンウェーハＷの旋回が停止することはない。しかも、このような着実な旋回の研磨によって、ウェーハ外周部において、部分的な研磨量の偏りが起きにくくなる。よって、従来に比べてさらにウェーハ外周部の研磨ダレをおさえて、より以上のウェーハの高平坦度化を図ることができる。
なお、ここで使用するスラリーは、ｐＨ１０．６のアルカリ性エッチング液中に、粒度０．０５μｍのコロイダルシリカからなる研磨砥粒が分散されたものである。
【００３４】
また、ここでは、両面研磨時に、キャリアプレート１１を、このプレート１１の自転をともなわない円運動をさせてウェーハ表裏両面を研磨させる。このようなキャリアプレート１１の特殊な運動によりシリコンウェーハＷを両面研磨したので、ウェーハ表裏両面の略全域において均一に研磨を行うことができる。
しかも、研磨布１４，１５の材質を異ならせて、シリコンウェーハＷの表裏両面に対する摩擦抵抗の差を大きくするように構成したので、簡単にかつ低コストで、ウェーハ外周部の研磨ダレを防いで、シリコンウェーハＷの平坦度を従来より高めることができる。
【００３５】
なお、この第１の実施例の両面研磨装置１０は、キャリアプレート１１を円運動させなくても、上側回転モータ１６により上定盤１２を２５ｒｐｍで回転させるとともに、下側回転モータ１７により下定盤１３を３０ｒｐｍで回転させるだけで、各シリコンウェーハＷを両面研磨することができる。
この場合、各シリコンウェーハＷがウェーハ保持孔１１ａの中で旋回自在に挿入・保持されているので、研磨中、各シリコンウェーハＷは回転速度が速い側の定盤の回転方向と同じ方向へ旋回（自転）する。
【００３６】
また、上定盤１２および下定盤１３を同じ回転速度で回転させて、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ裏面が梨地面のシリコンウェーハＷを製造してもよい。この場合、両研磨布１４，１５の摩擦抵抗の差をより以上に大きくすれば、比較的短時間のうちに、表面が鏡面で裏面が梨地面のシリコンウェーハＷを得ることができる。
さらには、このキャリアプレート１１を円運動させながら、上定盤１２および下定盤１３を回転させて、シリコンウェーハＷを両面研磨してもよい。この場合、上定盤１２および下定盤１３の回転速度は、ウェーハ表裏両面に研磨ムラが発生しない程度に遅くした方が好ましい。このようにすれば、シリコンウェーハＷの表裏両面をその各面の全域において均一に研磨することができる。なお、上定盤１２および下定盤１３を回転させれば、シリコンウェーハＷに接触する定盤面を常に新しくさせて、スラリーをシリコンウェーハＷの全面に平均的に供給することができて好ましい。
【００３７】
次に、図９に基づいて、この発明の第２の実施例に係る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法を説明する。
図９に示すように、この第２の実施例では、第１の実施例の上定盤１２に代えて、下定盤１３よりも直径が大きい定盤１２Ａを採用した例である。
このような方法でも、ウェーハ研磨時に、上定盤１２Ａ側からシリコンウェーハＷの表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤１３側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに、従来よりも積極的に差がつけられる。その結果、各ウェーハ保持孔１１ａ内でのシリコンウェーハＷの旋回は着実なものとなる。
その他の構成、作用、効果は、第１の実施例と略同様であるのでその説明を省略する。
【００３８】
次に、図１０に基づいて、この発明の第３の実施例に係る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法を説明する。
図１０に示すように、この第３の実施例では、第１の実施例における上定盤１２に展張された平面視して円形の硬質発泡ウレタンフォームパッド１４に代えて、平面視して六角形の硬質発泡ウレタンフォームパッド１４Ａを採用した例である。
すなわち、研磨布１４が六角形であるので、下定盤１３の円形の軟質不織布パッド１５との間に、積極的に摩擦抵抗の差を生じさせることができる。その結果、ウェーハ研磨時に、上定盤１２側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤１３側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに、従来よりも着実に差がつけられる。
その他の構成、作用、効果は、第１の実施例と略同様であるのでその説明を省略する。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、研磨中、半導体ウェーハがウェーハ保持孔内で着実に旋回するので、ウェーハの外周部の研磨ダレをおさえて、ウェーハの高平坦度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置の全体斜視図である。
【図２】 この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法の両面研磨中の縦断面図である。
【図３】 この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法における研磨中の状態を示すその断面図である。
【図４】 この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置の概略平面図である。
【図５】 この発明の第１の実施例に係るキャリアプレートに運動力を伝達する運動力伝達系の要部拡大断面図である。
【図６】 この発明の第１の実施例に係る研磨剤供給孔の位置を示す平面図である。
【図７】 この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの外周部のはみ出し研磨を示す平面図である。
【図８】 この発明の第１の実施例に係るウェーハ保持孔内で半導体ウェーハが旋回をする原理を説明する斜視図である。
【図９】 この発明の第２の実施例に係る両面研磨装置の要部斜視図である。
【図１０】 この発明の第３の実施例に係る両面研磨装置の要部平面図である。
【符号の説明】
１０ 両面研磨装置、
１１ キャリアプレート、
１１ａ ウェーハ保持孔、
１２，１２Ａ 上定盤、
１２ａ 回転軸、
１３ 下定盤、
１４，１４Ａ 硬質発泡ウレタンフォームパッド、
１５ 軟質不織布パッド、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。
Claims (4)
- キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に半導体ウェーハを挿入・保持し、研磨剤を半導体ウェーハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が展張された上定盤と下定盤との間で、上記キャリアプレートの表面と平行な面内で、このキャリアプレートを、半導体ウェーハがその対応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、上記キャリアプレートの自転をともなわない円運動をさせて、上記半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨することができる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法であって、
上記上定盤側の研磨布の半導体ウェーハに対する摩擦抵抗と、上記下定盤側の研磨布の半導体ウェーハに対する摩擦抵抗とを異ならせ、ウェーハ研磨時、上記半導体ウェーハをウェーハ保持孔内で０．１〜１．０ｒｐｍで旋回させる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法。 - 上記上定盤の直径と、上記下定盤の直径とを異ならせた請求項１に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法。
- 上記上定盤側の研磨布の形状と、上記下定盤側の研磨布との形状とを異ならせた請求項１または請求項２に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法。
- 上記上定盤の回転速度と、上記下定盤との回転速度を異ならせた請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法。
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