JP4749700B2 - 研磨クロス,ウェーハ研磨装置及びウェーハ製造方法 - Google Patents
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その後、面取り工程でウェーハ周縁部の面取り加工を行い、ラッピング工程による平坦化加工及びエッチング処理工程を経て、一次研磨・二次研磨した後、ウェーハ表面にエピタキシャル成長処理を施して鏡面ウェーハとなる。
しかしながら、上記の工程を経て作製されたウェーハの表面平坦度が低いと、回路を形成するフォトリソグラフィ工程における露光時にレンズ焦点が部分的に合わなくなり、回路の微細パターン形成が難しくなるという問題が生ずる。
このように極めて高い平坦度を有するウェーハを製造するために、ウェーハの表面研磨は非常に重要である。一般に、ウェーハの表面研磨を行う研磨装置としては、両面研磨装置、枚葉式片面研磨装置、バッチ式片面研磨装置等が広く知られている。
両面研磨装置は、上方から見た場合に円環状をなす上定盤1aと下定盤1bを、図23(B)に示すように研磨クロス2を貼り付けた面を互いに対向させた状態で平行に保持している。
各キャリア51はSK5工具鋼またはSUS等によりつくられ、板面にウェーハWを収容する複数の貫通した装填穴52を有する。ウェーハWが装填穴52の中で自転できるように、装填穴52は、例えば直径200mmのウェーハWを収容する場合には、直径201mmの円形穴とする。
研磨ヘッド64は、研磨定盤1の上方に位置し、研磨定盤1の定盤回転軸から外れた位置にヘッド回転軸を配置し、このヘッド回転軸を中心として回転するように構成されている。
真空チャック機構65は、ウェーハWの一方の面を吸引するために、複数の吸引穴を設けた吸着面と、研磨ヘッド64のヘッド回転軸の中心に設けられた吸引管、及び、吸引管に接続された吸引ポンプなどから構成されている。
また、テンプレート6は、5枚のウェーハWを保持するために5つのウェーハ位置決め穴6aを有している。図21(B)に示すように、ウェーハ位置決め穴6aの直径はウェーハ径よりも大きく、ポリッシングヘッド4を回転させたときには、ウェーハ位置決め穴6a内でウェーハWが自由に自転する。
このように研磨ブロックの下に複数のウェーハを自転しないように配置した場合、隣接して配置されたウェーハ間の距離が外周の位置によって異なるため、研磨クロスの動的粘弾性の影響により、ウェーハの外周部におけるSFQRを均一に確保することが困難であった。
研磨クロス2は弾性を有する不織布よりなり、ウェーハWによって圧力を加えられると表面が一時的に凹む。そして、研磨クロス2がウェーハWから受ける圧力から解放されたときに、研磨クロスは元の状態に戻ろうとする性質を有する。このときの研磨クロスの粘性と弾性のことを称して動的粘弾性と言う。
図18(A)に示す左側に描画された半円形のウェーハWの中心から反時計回りにパラメータθをとり、任意の角度θの位置におけるウェーハWの間の円弧距離Lを示したものが図18(B)である。
図14(A)の三次元図では、ウェーハの外周全体において面ダレが発生していることが分かる。
しかしながら、従来の研磨装置では、研磨クロスの物性変化に対して考慮がなされておらず、その結果、研磨クロスの製造ロットにより、研磨後のウェーハの平坦度に違いが見られた。
さらに、研磨クロスの中心部と最外周部はウェーハの走行量が少ないため研磨クロスの劣化も少なく、累積使用時間が長くなるに従い加工特性が変化し、部分的なウェーハの研磨量が変化する現象も見られた。
上記の発明によれば、研磨クロスの適切な場所に被研磨物を全体的に均一に研磨できるような処理を施すことによって、研磨クロスの粘弾性に起因する部分的な被研磨物の過剰研磨を低減することができる。
上記の発明によれば、研磨クロスのクロス表面と被研磨物の被研磨面との接触圧力を段階的に制御することができる。
上記の発明によれば、研磨クロスのクロス表面と被研磨物の被研磨面との接触圧力を研磨クロスの粘弾性を考慮してより細かく設定することができる。
上記の発明によれば、研削プレートから金属イオンが溶出するのを防止することができ、ウェーハ研磨における金属汚染を低減することができる。
上記の発明によれば、研磨クロスのクロス表面と被研磨物の被研磨面との接触圧力が、研磨クロスの外周部に向かって小さくなるように研磨クロスを研削することができる。
上記の発明によれば、被研磨物に対して傷やポリッシングマーク等の発生を抑制し、高い平坦度の被研磨物を供給することができる。
上記の発明によれば、ウェーハに対して傷やポリッシングマーク等の発生を抑制し、高い平坦度のウェーハを供給することができる。
上記の発明によれば、既存の研磨クロスを利用してウェーハを全体的に均一に研磨するような研磨クロスを得ることができるうえ、その研磨クロスの粘弾性に起因する部分的なウェーハの過剰研磨を低減することができる。
本発明は、研磨クロスに被研磨物を摺り合わせることによって研磨する技術において、研磨クロスの外周部におけるクロス表面の高さが低くなるように、研磨クロスに加工を施したことに特徴を有する。
このような研磨クロスへの加工としては種々のものが考えられるが、以下の説明では、研磨クロスに施す加工の一例として、研削プレートにより研削加工する場合を例に説明する。本願と同様な効果を得るための加工としては、他に研磨による加工も可能であるが、研磨については研削プレートを研磨具に置き換えるだけであるため、説明を省略する。
[装置の構成]
図1及び図2は本発明のウェーハ研磨装置を示し、図1(A)は本発明のウェーハ研磨装置の概略斜視図、図1(B)は本発明の研磨クロスの斜視図、図2は本発明のウェーハ研磨装置の平面図である。
具体的には、研磨クロス12は直径が約1400mmで、面圧0から300kg/cm2における圧縮変位量が30μm程の不織布により形成され、その回転中心から半径640〜650mmまでの内周側領域に相当する標準クロス面12aの高さ0.8〜1.5mmに対して、半径640〜650mmから外径までの外周側の所定の通過領域Eの凹陥クロス面12bの高さは2〜25μm程低くなっている。
図4(B)では傾斜クロス面12cを平坦な傾斜面としているが、例えば図4(C)に示すように傾斜クロス面を2段階以上で構成し、外周に向うほど傾斜角度が緩くなるようにしても良い。
もちろん、標準クロス面12aから円弧状に傾斜させても良い。
このように研磨クロス12の標準クロス面12aに緩やかな傾斜を有する傾斜クロス面12cを連続させることにより、研磨クロス12に段差が発生するのを防ぎ、研磨されるウェーハWへの傷やポリッシングマークの発生を抑制することができる。
また、基台は金属製の台金19aである必要はなく、セラミックスなど他の材質からなるものであっても良い。
このように、台金19a上に配置するダイヤモンド粒子19bの大きさを適宜変化させることによって、研削プレート19における研削量に変化をもたせ、研磨クロスの中心側の研削量が外周側の研削量よりも少なくなるように調整しても良い。
これにより、研磨クロス12は、外周に向うほど研削プレート19による研削量が大きくなり、図4(B)に示したような研磨クロス12の外周に向うほど下方へと傾斜する連続的な傾斜クロス面12cを形成するのに便利となる。
例えば、研削プレート19にこのような傾斜面19cがない場合には、研磨クロス12を研削加工する際に、図22(A)に示すように研削プレート19の角が当たり、研磨クロス12に傷をつけたり、標準クロス面12aと凹陥クロス面12bとの境目に直角な段差ができたりする。特にこの段差が大きい場合には、研磨されるウェーハWに傷やポリッシングマークが発生することもある。
同様な効果を得る方法として、研削プレート19に傾斜面19cがない場合には、図22(C)に示すように研削プレート19自体を傾けて設置し、研磨クロス12を研削しても良い。
ガイドローラ18には、能動的な駆動力は与えられず、研磨ブロック9の回転に従って受動的に回転する。通常の研磨作業時は、図7(A)に示すように、回転している研磨ブロック9の側面にガイドローラ18が当接し、研磨ブロック9の側面を支持する。
まず、図7(B)に示すように、ガイドローラ本体20のアーム23を、支持軸23aを中心として、研磨クロス12から退避するように約180°旋回させる。
次に、先端に研削プレート19を備えたクランク状のアーム24を、ブラケット22に装着する。
また、ブラケット22は、駆動力またはバネにより、研磨クロスの中心に向かってまたは研磨クロスから離れるように前後移動するためのスライド機構を有する。
尚、研削プレート19を装着するのは、複数のガイドローラ本体20のうちの少なくとも1つで良い。
次に、研削プレート19によって研磨クロス12を研削加工して、外周部に凹陥クロス面12bや傾斜クロス面12cを形成する手順について、図8のフロー図を用いて説明する。
ステップS1では、定盤1に研磨クロス12を貼り付ける。この研磨クロス12は一般的に販売されている全体が均一にフラットなものを使用する。研磨クロス12としては、特に不織布にウレタンを含浸させたものが良いが、研磨クロス12の材質・硬度や厚さなどは設計的な事項であるため、種々の選択ができる。
本実施例では0.8〜1.5mmの厚さで、300g/cm2の荷重で30μm程度変位する研磨クロスを使用している。
ステップS2では、複数のガイドローラ本体20のうちの少なくとも1つにおいて、図7(B)に示すように研磨クロス12から退避するようにアーム23を旋回させる。そして、ブラケット22の貫通孔22aにピン24aを通して、研削プレート19を備えたアーム24を装着する。
本実施例では、研磨クロス12の表面粗さを低減させるために、番手の異なるダイヤモンド粒子を備えた2種類の研削プレート19を用いて、2段研削を行っている。ここでは、まず粗研削を行うため、粗研削用の番手#100(ダイヤモンド粒径180μm)の研削プレート19を装着する。
ステップS3では、研磨クロス12を回転させた状態で、粗研削用の研削プレート19を研磨クロス12に当接させ、研磨クロス12の外周側の所定の通過領域Eの研削を開始する。
通過領域Eの範囲は、研磨クロス12のサイズや研磨されるウェーハWの直径に応じて設定すれば良い。本実施例では通過領域Eとして、研磨クロス12の最外周から中心に向かって50〜60mmの範囲で研削を行っている。
そのため、凹陥クロス面12bや傾斜クロス面12cは、研磨クロス12の外周若しくはウェーハWが通過する領域の外周から研磨クロス12の中心側に向かって60mm以下の領域であることが望ましい。
ステップS4では、外周側の所定の通過領域E内の研磨クロス12が所定深さまで研削されたか否かを、ウェイト25による面圧や研磨クロス12の回転速度・時間等によって判断する。研磨クロス12が所定深さまで研削されたら、粗研削が終了したと判断し、研削プレート19を研磨クロス12から退避させ、研磨クロス12の回転を停止する。
そして、ブラケット22の貫通孔22aからピン24aを抜き取り、粗研削用の研削プレート19を備えたアーム24を取り外す。
ステップS5では、ブラケット22の貫通孔22aにピン24aを通して、今度は仕上げ研削用の研削プレート19を備えたアーム24を装着する。ここでは、仕上げ研削を行うため、仕上げ研削用の番手#200の研削プレート19を装着する。
ステップS6では、研磨クロス12を回転させた状態で、仕上げ研削用の研削プレート19を研磨クロス12に当接させ、研磨クロス12の外周側の所定の通過領域Eの仕上げ研削を開始する。
ステップS7では、外周側の所定の通過領域E内の研磨クロス12が所定深さまで研削されたか否かを、ウェイト25による面圧や研磨クロス12の回転速度・時間等によって判断する。但し、仕上げ研削は粗研削と異なり、研削の深さよりも研削された面の面粗さを重視するものであるため、実際に研磨クロス12の研削された面の面粗さを測定する方が良い。
研磨クロス12が所望の面粗さまで研削されたら、仕上げ研削が終了したと判断し、研削プレート19を研磨クロス12から退避させ、研磨クロス12の回転を停止する。
ステップS8では、仕上げ研削の終了を確認したうえでアーム24をブラケット22から離脱させる。ブラケット22の貫通孔22aからピン24aを抜き取り、仕上げ研削用の研削プレート19を備えたアーム24を取り外す。
そして、ガイドローラ本体20を図7(A)に示す元の状態まで旋回させる。
ステップS9にてウェーハWの研磨加工を行う。
図1に示すように研磨ブロック9の下に5枚のウェーハWをワックスや接着剤により貼り付け、研磨クロス12を回転させた状態で、ポリッシングヘッド4により加圧を行う。
また、1つの定盤1に対して複数のポリッシングヘッド4を配置することにより、その回転中心は定盤1の回転中心に対してずれることとなるが、ポリッシングヘッドが一つの場合であっても、ポリッシングヘッドの回転中心と定盤1の回転中心とが同軸上に配置されることはない。
また、ウェーハWはワックス等の接着剤によって研磨ブロック9の下面に貼り付け固定されていなくても良く、ポリッシングヘッド4からの加圧により研磨ブロック9の下面に接触しているだけで、摩擦力により研磨ブロック9の下面に対して位置固定しても良い。
若しくは、バッキングパッドによる水貼りなどのソフトチャックを用いて、ポリッシングヘッド4からの加圧により研磨ブロック9の下面に接触させるだけでも良い。ソフトチャックを用いた場合には、研磨ブロック9の下でウェーハW自身も自転を行う。
一方、研磨クロス12は、定盤1の回転に伴って回転する。研磨クロス12の上には、スラリーなどの研磨液を供給する。
このとき、ウェーハWの外周部は、研磨クロス12の外周側を通過する際、凹陥クロス面12b若しくは傾斜クロス面12cに全く接触せずに研磨されないか、凹陥クロス面12b若しくは傾斜クロス面12cに接触して低い研磨圧で研磨される。
図9〜図12は、このような外周側の所定の通過領域Eに凹陥クロス面12bを形成した研磨クロス12を用いてウェーハWを研磨した場合と、凹陥クロス面12bを形成しない従来の研磨クロス2を用いてウェーハWを研磨した場合の比較例を示す。
ここで、本発明の研磨クロス12は直径約1400mmであり、研削プレート19を用いて面圧50g/cm2、定盤の回転数40rpm、研削時間20分、ダイヤモンド粒子の番手#100および#200で研削を行い、凹陥クロス面12bを形成した。凹陥クロス面12bは、研磨クロス12の最外周から中心に向かって約60mmの幅で形成した。
図9のグラフから、研磨クロス12は外周に向かうにつれて厚みが薄くなっており、上述した条件で研磨クロス12を研削した後の凹陥クロス面12bの厚さは、標準クロス面12aよりも57μm薄くなっていることが分かる。
実際に研磨クロス12を用いてウェーハWを3μmの研磨しろで研磨したところ、ウェーハWのノッチ27の部分が約0.9μmだけ切り立つ形状となった。
図11(A)は凹陥クロス面12bを形成していない従来の研磨クロス2でウェーハWを研磨した場合のグラフ図、図11(B)は凹陥クロス面12bを形成した本発明の研磨クロス12でウェーハWを研磨した場合のグラフ図である。図11(B)では、研磨クロスの最外周から中心に向かって幅60mmを約5μmの深さで研削したものを使用した。
図12(A)は凹陥クロス面12bを形成していない従来の研磨クロス2でウェーハWを研磨した場合のチップ毎のSFQRの分布の説明図、図12(B)は凹陥クロス面12bを形成した本発明の研磨クロス12でウェーハWを研磨した場合のチップ毎のSFQRの分布の説明図、図12(C)は凹陥クロス面12bを形成していない従来の研磨クロス2でウェーハWを研磨した場合と凹陥クロス面12bを形成した本発明の研磨クロス12でウェーハWを研磨した場合の差分値の分布の説明図である。
図12(A)〜(C)においては、図面下側が研磨ブロック9の最外周側に配置された部分である。
例えば、図15(A)に示すように上底側を研磨クロス12の中心側に向けた台形形状のもの、図15(B)に示すように一つの角部を研磨クロス12の中心側に向けて配置した菱形若しくは正方形状のもの、図15(C)に示すように、研磨クロス12の中心側と外周側とに短辺が位置するように配置した長方形状のものなど、その形状等は限定されるものではない。
また、図15(C)に示した長方形の研削プレート19によって図4(A),(B)に示した研磨クロス12の傾斜クロス面12cを形成する場合には、図5(C)に示したようにダイヤモンド粒子19bの径を外周側に向かうにつれて段階的に若しくは徐々に大きくしたり、研削プレート19を傾けて設置すれば良い。
また、研磨クロスの中心部と最外周部はウェーハの走行量が少ないため研磨クロスの劣化も少なく、累積使用時間が長くなるに従い加工特性が変化し、部分的なウェーハの研磨量が変化する現象も見られるが、本願は事後的に研削するため、それらの劣化具合に合わせた研削加工が可能である。
被研磨物の形状は、円板状のウェーハに限られることなく、四角や多角形状のウェーハについても適用することができる。
E…外周側の所定の通過領域
1…定盤 1a…上定盤 1b…下定盤
2…研磨クロス
3…回転軸
4…ポリッシングヘッド
5…ウェイト支持軸
6…テンプレート 6a…ウェーハ位置決め穴
8…スラリー管
9…研磨ブロック
12…研磨クロス 12a…標準クロス面 12b…凹陥クロス面 12c…傾斜クロス面
18…ガイドローラ 18a…回転軸
19…研削プレート 19a…台金 19b…ダイヤモンド粒子 19c…傾斜面
20…ガイドローラ本体
21…基台
22…ブラケット 22a…貫通孔
23…アーム 23a…支持軸
24…アーム 24a…ピン
25…ウェイト
26…センターローラ
27…ノッチ
51…キャリア
52…装填穴
53…プラネットギヤ
54…インターナルギヤ
55…サンギヤ
64…研磨ヘッド
65…真空チャック機構
68…リテーナ。
Claims (4)
- 研磨クロスを保持した定盤と、
前記定盤を回転させる回転機構と、
前記定盤の中央に取り付けられたセンターローラと、
外周形状が円形をなし、被研磨物を保持した状態で前記研磨クロスに該被研磨物を接触させる研磨ブロックと、
前記定盤の外周近傍に配置されて前記研磨ブロックの側面を支えるガイドローラと、
前記ガイドローラを保持するガイドローラ本体と、
を備え、
前記ガイドローラ本体が、前記研磨クロスの外周部におけるクロス表面の高さが低くなるようにクロス表面を加工する研削プレートを着脱可能に設置するための機構を有することを特徴とする研磨装置。 - 研磨クロスを保持した定盤と、
前記定盤を回転させる回転機構と、
前記定盤の中央に取り付けられたセンターローラと、
外周形状が円形をなし、被研磨物を保持した状態で前記研磨クロスに該被研磨物を接触させる研磨ブロックと、
前記定盤の外周近傍に配置されて前記研磨ブロックの側面を支えるガイドローラと、
前記ガイドローラを保持するガイドローラ本体と、
を備え、
前記研磨クロスの外周部におけるクロス表面の高さが低くなるようにクロス表面を加工するための研削プレートを、前記ガイドローラ本体に着脱可能に取り付けたことを特徴とする研磨装置。 - 前記ガイドローラ本体は貫通孔を設けたブラケットを有し、
前記研削プレートを先端に備えたアームは、前記ブラケットの貫通孔にピンを通すことにより、前記アームの前記先端がピンを中心として揺動可能な状態で前記ガイドローラ本体に装着可能であることを特徴とする請求項1または2に記載の研磨装置。 - 前記ブラケットは、駆動力またはバネにより、前記研磨クロスの中心に向かってまたは前記研磨クロスから離れるように前後移動するためのスライド機構を有することを特徴とする請求項3に記載の研磨装置。
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