JP6575463B2 - ウェーハの研磨方法 - Google Patents

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Description

本発明は、研磨装置及びウェーハの研磨方法に関する。
シリコン単結晶ウェーハなどの半導体ウェーハの研磨方法では、図12のような、回転可能な定盤102上に貼り付けられた研磨布103と、1つの定盤の上方に位置する二個以上の研磨ヘッド130a、130bと、研磨スラリを研磨布103に供給できる研磨剤供給機構104を具備した研磨装置101を用いる。
各研磨ヘッド130a、130bには、バッキングパッド131とガラスエポキシ材等の樹脂からなるリテーナガイド132などが一体と成ったテンプレートアセンブリが貼り付けられており、バッキングパッド131とリテーナガイド132によって、それぞれ、ウェーハWの裏面と側面を保持できる(特許文献1、2参照)。また、研磨ヘッド130a、130bは回転可能であり、保持したウェーハを研磨布103に押し当てて研磨することができる。また、研磨ヘッドは、研磨荷重を制御することができ、例えば、図12に示すような研磨ヘッド130a、130bの場合、第一の空間部133の内部の圧力A(外圧)を制御することによって、リテーナガイド132と研磨布103との接触圧を制御でき、また、第二の空間部134の内部の圧力B(内圧)を制御することによって、ウェーハWと研磨布103との接触圧を制御できる。
また、一般的な研磨装置では、ウェーハWにかかる研磨荷重とウェーハWの周速を制御することで、研磨後のウェーハWの形状をコントロールする。図12の研磨装置101では、リテーナガイド132(テンプレートのガイド部)と研磨布103の接触圧を制御する圧力A(外圧)と、ウェーハWと研磨布103の接触圧を制御する圧力B(内圧)とを制御し、これら圧力A、Bの圧力差を調整することで研磨後のウェーハWの形状をコントロールできる。また、ウェーハWの周速は、研磨ヘッド130a、130bの回転速度によって制御できる。
特許第4833355号 特開2012−35393号公報
一般的に、図12のような複数の研磨ヘッド130a、130bを有する研磨装置101では、全ての研磨ヘッドで共通の研磨荷重と周速条件(回転速度)を用いて研磨加工を行っている。全ての研磨ヘッドで同じ研磨荷重と回転速度となるのは、二個以上の研磨ヘッドを有する場合にも、全研磨ヘッドの荷重制御が共通の圧力制御機構でコントロールされ、さらに、周速制御(回転速度の制御)も全研磨ヘッドが共通の回転制御機構でコントロールされる装置構成であるためである。研磨装置101の場合、図12、13のように、研磨ヘッド130a、130bの研磨荷重の制御、即ち、上記の外圧と内圧の制御が、それぞれ、共通のコントローラ及び電空レギュレータで行われている。同様に、図12、13のように、研磨ヘッド130a、130bの回転速度が、同じコントローラ及びモータで制御されている。
研磨装置が複数の研磨ヘッドを有する場合、研磨ヘッド間でウェーハの取り代形状(取り代分布及び取り代の量など)の差が発生する。従来から、この差を小さくするために、研磨ヘッド間の取り代形状の差がより小さくなるような研磨荷重を、全ての研磨ヘッドで共通して用いて研磨を行っている。例えば、全研磨ヘッドで共通の外圧と内圧を適切な値に設定して、外圧と内圧の差を研磨ヘッド間の取り代形状の差がより小さくなるように最適化し、ウェーハ外周部の跳ねとダレを制御することが一般的に行われている。また、研磨ヘッドの回転速度と定盤の回転速度との比率の制御によってもウェーハの形状を制御することができるため、取り代形状の差がより小さくなるような共通の回転速度を全研磨ヘッドで用いて研磨を行うことが一般的に行われている。
しかしながら、全ての研磨ヘッドで共通の研磨荷重及び回転速度を用いる従来の研磨装置では、研磨ヘッド固有の取り代分布ばらつきを研磨ヘッド毎に個別に調整できず、また、複数の研磨ヘッドの全てで、研磨ヘッド間の取り代形状の差がより小さくなるように研磨荷重を設定するため、実際には研磨ヘッド間の取り代形状の差を限りなくゼロに近づけることができなかった。さらに、取り代分布を合わせるために研磨荷重の調整を行うと、研磨ヘッド間の取り代(取り代の量)のばらつきが大きくなり、研磨ヘッド間の取り代を合わせることができないという問題もあった。
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、研磨ヘッド間の取り代分布及び取り代のばらつきを小さく抑制することが可能な研磨装置及びウェーハの研磨方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、ウェーハを研磨する研磨布が貼り付けられた定盤と、前記ウェーハを保持しながら回転可能であり、前記ウェーハに研磨荷重を加えながら前記研磨布に押し当てることが可能な複数の研磨ヘッドとを具備し、前記研磨ヘッドを回転させながら、前記研磨ヘッドで保持されたウェーハを前記研磨布に押し当てて研磨する研磨装置であって、前記複数の研磨ヘッドが、研磨ヘッド毎にそれぞれ個別に、前記研磨ヘッドの研磨荷重を制御する圧力制御機構と前記研磨ヘッドの回転速度を制御する回転制御機構とを有するものであることを特徴とする研磨装置を提供する。
このようなものであれば、研磨ヘッド毎に個別に研磨荷重及び回転速度を任意の値に設定でき、特に、研磨ヘッド間でのウェーハの取り代分布の差及び取り代の差を小さく抑制するように、研磨ヘッド毎に研磨荷重及び回転速度を設定できる。
このとき、前記研磨ヘッドが、前記ウェーハの裏面を保持するバックパッド、及び、前記ウェーハの側面を保持する円環状のリテーナガイドを有するものであり、前記圧力制御機構が、前記研磨荷重として、前記研磨ヘッドに保持された前記ウェーハと前記研磨布との接触圧と、前記リテーナガイドと前記研磨布との接触圧とを制御するものであることが好ましい。
研磨ヘッドに保持されたウェーハと研磨布との接触圧と、リテーナガイドと研磨布との接触圧とを制御可能な研磨装置であれば、これらの接触圧の差を調整することでより精度よくウェーハの取り代分布を制御することができる。
また、上記目的を達成するために、本発明は、上記の研磨装置を用いたウェーハの研磨方法であって、研磨ヘッド毎に設けられた前記圧力制御機構及び前記回転制御機構によって、前記複数の研磨ヘッドの前記研磨荷重及び前記回転速度を、研磨ヘッド毎にそれぞれ個別に制御して前記ウェーハの研磨を行うことを特徴とするウェーハの研磨方法を提供する。
研磨ヘッド毎に個別に研磨荷重及び回転速度を制御することで、各研磨ヘッドで研磨されるウェーハの取り代分布及び取り代をウェーハ毎に設定できる。特に、研磨ヘッド間でのウェーハの取り代分布の差及び取り代の差を小さく抑制することができる。
また、前記研磨ヘッド毎に前記研磨荷重を制御することにより、前記複数の研磨ヘッド間の前記ウェーハの取り代分布差を制御し、前記研磨ヘッド毎に前記回転速度を制御することにより、前記複数の研磨ヘッド間の前記ウェーハの取り代差を制御することができる。
このようにして、研磨ヘッド間の取り代分布差及び取り代差を制御し、特に、これらの差を小さくすることで、研磨ヘッド間のウェーハの形状のばらつきを小さく抑制することができる。
本発明の研磨装置及びウェーハの研磨方法であれば、研磨ヘッド間の取り代分布及び取り代のばらつきを小さく抑制することが可能である。特に、複数の研磨ヘッド間に生じるウェーハの取り代分布の差及び取り代の差を小さく抑制するように、研磨ヘッド毎に研磨荷重及び回転速度を制御することができ、均一な形状を持つウェーハを得ることができる。
本発明の研磨装置の一例を示した概略図である。 本発明の研磨装置の研磨荷重及び回転速度の制御方法を示す概略図である。 本発明のウェーハの研磨方法における調整工程のフロー図である。 実施例の研磨荷重調整前の各研磨ヘッドにおける取り代分布である。 実施例の研磨荷重調整後の各研磨ヘッドにおける取り代分布である。 実施例の研磨荷重及び回転速度調整前後の各研磨ヘッドにおける取り代である。 比較例の研磨荷重調整後の各研磨ヘッドにおける取り代分布である。 比較例の研磨荷重調整後の各研磨ヘッドにおける取り代である。 実施例、比較例の本研磨後のシリコンウェーハのΔSFQR(max)の測定結果である。 実施例、比較例の本研磨後のシリコンウェーハのΔESFQR(max)の測定結果である。 実施例、比較例の本研磨後のシリコンウェーハの取り代の測定結果である。 従来の研磨装置の一例を示した概略図である。 従来の研磨装置の研磨荷重及び回転速度の制御方法を示す概略図である。
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明の研磨装置について、図1、2を参照して説明する。図1に示すように、本発明の研磨装置1は、ウェーハWを研磨する研磨布3が貼り付けられた定盤2と、ウェーハWを保持しながら回転可能であり、ウェーハWに研磨荷重を加えながら研磨布3に押し当てることが可能な複数の研磨ヘッド30とを具備する。図1には、一つの定盤2の上に二つの研磨ヘッド(図1中の研磨ヘッド30a及び研磨ヘッド30b)を具備する場合を例示した。しかしながら、複数の研磨ヘッド30の個数はこれに限定されることはなく、本発明の研磨装置は、一つの定盤2の上に三つ以上の研磨ヘッドを具備していてもよい。また、さらに、研磨布3上に研磨剤を供給する研磨剤供給機構4を具備していてもよい。
本発明の研磨装置では、複数の研磨ヘッドが、研磨ヘッド毎にそれぞれ個別に、研磨ヘッドの研磨荷重を制御する圧力制御機構と研磨ヘッドの回転速度を制御する回転制御機構とを有する。図1の研磨装置1の場合、研磨ヘッド30aが圧力制御機構10aと回転制御機構20aを、研磨ヘッド30bが圧力制御機構10bと回転制御機構20bを有しており、研磨ヘッド30aと研磨ヘッド30bは、互いに独立して研磨荷重及び回転速度を制御できる構成となっている。このような研磨装置1では、研磨ヘッド30a、30bを回転させながら、研磨ヘッド30a、30bで保持されたウェーハWを研磨布3に押し当てて研磨することができる。
このようなものであれば、研磨ヘッド毎に個別に研磨荷重及び回転速度を任意の値に制御でき、研磨ヘッド毎にウェーハ形状を制御できる。これによって、特に、研磨ヘッド間でのウェーハの取り代分布の差及び取り代の差を小さく抑制するように、研磨ヘッド毎に研磨荷重及び回転速度を設定できる。即ち、全ての研磨ヘッドで、ウェーハの取り代分布の差及び取り代の差がほとんどない同一形状のウェーハを得ることができる。また、研磨ヘッド毎に異なる研磨荷重及び回転速度で研磨を実施できるため、一度の研磨で、異なる規格の形状を有するウェーハを製造し、多品種のウェーハを得ることも可能である。
また、上記のような本発明の研磨装置1は以下のような構成のものとすることができる。即ち、より具体的には、研磨ヘッドが、ウェーハの裏面を保持するバックパッド、及び、ウェーハの側面を保持する円環状のリテーナガイドを有するものであることが好ましく、圧力制御機構が、研磨荷重として、研磨ヘッドに保持されたウェーハと研磨布との接触圧と、リテーナガイドと研磨布との接触圧とを制御するものとすることができる。
図1の研磨装置1の場合、研磨ヘッド30a、研磨ヘッド30bが、それぞれ、バックパッド31a、31b及びリテーナガイド32a、32bを有するものであり、ウェーハWの側面と裏面を保持できる。
また、研磨ヘッド30a、30bはラバーチャック方式の研磨ヘッドとすることができ、それぞれ、第一の空間部33a、33bの内部の圧力A(外圧)を制御することによって、リテーナガイド32a、32bと研磨布3との接触圧を制御でき、また、第二の空間部34a、34bの内部の圧力B(内圧)を制御することによって、ウェーハWと研磨布3との接触圧を制御できるものとなっている。
また、本発明の研磨装置1の場合、研磨ヘッド30a、研磨ヘッド30bのそれぞれに個別に備え付けられた、圧力制御機構10aと圧力制御機構10bによって、上記の圧力A、Bをそれぞれ制御することができる。より具体的には、図1のように、圧力制御機構10a、10bは、第一の空間部33a、33bの内部の圧力A(外圧)を制御する第一の電空レギュレータ11a、11bと第二の空間部34a、34bの内部の圧力B(内圧)を制御する第二の電空レギュレータ12a、12bと、これらの電空レギュレータに制御信号を送り、出力を制御するコントローラ13a、13bとからなるものとすることができる。これによって、図2のように、本発明では、研磨ヘッド毎に圧力A及びBを研磨ヘッド毎に個別に制御することができる。
また、回転制御機構20a、20bは、図1、2のように、研磨ヘッド30a、30bをそれぞれ自転させる、モータ21a、21bと、これらのモータに制御信号を送り、回転速度を制御するコントローラ22a、22bとからなるものとすることができる。これによって、図2のように、研磨ヘッド毎に回転速度を制御することができる。
次に、本発明の研磨装置1を用いたウェーハの研磨方法について説明する。本発明のウェーハの研磨方法では、研磨ヘッド毎に設けられた圧力制御機構10a、10b及び回転制御機構20a、20bによって、複数の研磨ヘッド30の研磨荷重及び回転速度を、研磨ヘッド毎にそれぞれ個別に制御してウェーハWの研磨を行う。
この際に、特に、研磨ヘッド毎に研磨荷重を制御することにより、複数の研磨ヘッド30間のウェーハWの取り代分布差を制御し、研磨ヘッド毎に回転速度を制御することにより、複数の研磨ヘッド30間のウェーハWの取り代差を制御することができる。
この際、図3のような調整工程で、研磨ヘッド毎の取り代分布差及び取り代差が小さくなるように、各研磨ヘッドの研磨荷重及び回転速度を個別に調整することができる。
まず、複数の研磨ヘッドを組み上げる(図3の(A))。
次に、全研磨ヘッドで上記圧力A(外圧)、圧力B(内圧)、及び回転速度を同じ数値に設定する(図3の(B))。
次に、全研磨ヘッドでウェーハを研磨する(図3の(C))。この際、上記のように、全ての研磨ヘッドで圧力A及び圧力B、即ち、研磨荷重は同じとなっている。
次に、研磨したウェーハの取り代分布を算出する(図3の(D))。取り代分布は、研磨加工前後のウェーハの表面の平坦度を平坦度測定機などで測定することで算出できる。
次に、取り代分布に基づき各研磨ヘッドの外圧と内圧を調整する(図3の(E))。より具体的には、各研磨ヘッドにおいて研磨されたウェーハの取り代のプロファイルをそれぞれ計算し、取り代プロファイルが取り代変位量のゼロ線(基準線)から離れていた量に応じて、外圧と内圧の差を各研磨ヘッドで変更する。取り代変位量のゼロ線としては、例えば、ウェーハの中心部の取り代量をゼロ線(基準線)として用いることができる。
次に、外圧と内圧の調整後の全研磨ヘッドでウェーハを研磨する(図3の(F))。
次に、各研磨したウェーハの取り代分布を算出し、取り代変位量がゼロに近づいたら各研磨ヘッドにおける内圧と外圧の調整を終了する(図3の(G))。取り代変位量が大きい場合には、取り代変位量が十分に小さくなるまで、上記のように内圧と外圧の調整を行う。以上のようにして、取り代変位量がゼロに近づく研磨荷重を各研磨ヘッドにおいて選別する。
次に、選別した研磨荷重における取り代を各研磨ヘッドで確認し、研磨ヘッド間で取り代の差があれば、研磨ヘッドの回転速度を調整する(図3の(H))。例えば、取り代が少ない研磨ヘッドの回転速度をより大きく設定して取り代をより大きくして、取り代差をより小さくすればよい。
次に、回転速度の調整後の全研磨ヘッドでウェーハを研磨する(図3の(I))。
次に、研磨後のウェーハの取り代分布差と取り代差とを計算し、これらがともに十分小さくなったら、各研磨ヘッドの研磨荷重及び回転速度の調整を終了する(図3の(J))。
以上のようにして、各研磨ヘッドの研磨荷重及び回転速度を調整した後に、本研磨を実施することで、取り代分布差及び取り代差を小さくすることができる。
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(実施例)
図1に示すような、二つの研磨ヘッド30a、30bを有し、研磨ヘッド毎に個別に圧力制御機構と回転制御機構とを有する研磨装置1を用いてシリコンウェーハの研磨を行った。このような研磨装置は、不二越機械工業株式会社製の片面研磨機の各研磨ヘッドに圧力制御機構と回転制御機構とを装着したものとした。
シリコンウェーハの研磨は以下のように行った。まず、図3に示す調整工程に従って、二つの研磨ヘッド30a、30bの研磨荷重及び回転速度を、研磨ヘッド30a、30b間のウェーハの取り代分布差と取り代差とが小さくなるような値に設定した。その結果、研磨ヘッド30aの内圧と外圧の圧力差を7.5kPa、回転速度を33rpmに調整した。また、研磨ヘッド30bの内圧と外圧の圧力差を5.2kPa、回転速度を38rpmに調整した。
研磨荷重の調整前(即ち、全ての研磨ヘッドで研磨荷重(内圧と外圧の圧力差が15kPa)及び回転速度(30rpm)が同じ値)の各研磨ヘッドの取り代分布を図4に示す。また、調整工程において最終的に測定した調整終了後の各研磨ヘッドの取り代分布を図5に示す。なお、図4、5及び下記の図7の「取代変位量」とは、ウェーハの中心の取り代量をゼロ線(基準線)とした場合の、該基準線からの変位量を表す。図5から分かるように、研磨ヘッド間の取り代分布の差をほとんどゼロにすることができた。
また、研磨荷重及び回転速度の調整前後の各研磨ヘッドにおける研磨レートを図6に示す。実施例では研磨荷重及び回転速度の調整後、研磨レートが各研磨ヘッドでほぼ同じとなり、研磨ヘッド間で取り代差を無くすことができた。
研磨荷重及び回転速度の調整後、本研磨を行った。本研磨の研磨加工条件は下記の通りである。
[研磨加工条件]
加工ウェーハ: 直径300mm P品<100>
研磨布: 二次研磨クロス 不織布
研磨剤: KOHベースコロイダルシリカ
研磨ヘッド数: 2
研磨ウェーハ枚数: 各ヘッド10枚加工
また、本研磨後のシリコンウェーハのΔSFQR(max)、ΔESFQR(max)、及び取り代を測定した。なお、測定装置としては、KLA−Tencor社製フラットネス測定機 WaferSight2を用いた。
(比較例)
図12のような、研磨ヘッド毎に個別に圧力制御機構と回転制御機構とを有しておらず、全研磨ヘッドを共通の研磨荷重及び回転速度として研磨を行う従来の研磨装置を用いて、実施例と同様にシリコンウェーハの研磨を行った。
比較例においては、2個の研磨ヘッド130a、130b間のウェーハの取り代分布差と取り代差とが小さくなるように、2個の研磨ヘッドで、いずれも、内圧と外圧の圧力差を5kPaに調整した。なお、この際の研磨ヘッドの回転速度はいずれの研磨ヘッドでも共通の30rpmとした。このときの各研磨ヘッドの取り代分布を図7に、取り代を図8に示す。図7から分かるように、実施例ほど取り代分布差を小さくすることができず、また、図8からわかるように、取り代差は実施例よりも大きくなった。
次に、実施例と同様にシリコンウェーハの本研磨、及び本研磨後のシリコンウェーハのΔSFQR(max)、ΔESFQR(max)、及び取り代の測定を行った。比較例の本研磨では、2個の研磨ヘッドのいずれも、内圧と外圧の圧力差を5kPa、回転速度を30rpmとした。
上記実施例、比較例のΔSFQR(max)、ΔESFQR(max)、及び取り代の測定結果を、それぞれ、図9、10、11に示す。
実施例では、比較例に比べて、ΔSFQR(max)、ΔESFQR(max)、及び取り代のばらつきが小さく、このことから、研磨ヘッド毎に研磨荷重及び回転速度を制御することで、研磨ヘッド間のウェーハの取り代分布差及び取り代差を小さくできることが確認できた。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
1…本発明の研磨装置、 2…定盤、 3…研磨布、
4…研磨剤供給機構、
10a、10b…圧力制御機構、 11a、11b…第一の電空レギュレータ、
12a、12b…第二の電空レギュレータ、 13a、13b…コントローラ、
20a、20b…回転制御機構、 21a、21b…モータ、
22a、22b…コントローラ、
30…複数の研磨ヘッド、 30a、30b…研磨ヘッド、
31a、31b…バックパッド、 32a、32b…リテーナガイド、
33a、33b…第一の空間部、 34a、34b…第二の空間部、
W…ウェーハ。

Claims (2)

  1. ウェーハを研磨する研磨布が貼り付けられた定盤と、前記ウェーハを保持しながら回転可能であり、前記ウェーハに研磨荷重を加えながら前記研磨布に押し当てることが可能な複数の研磨ヘッドとを具備する研磨装置を用い、前記研磨ヘッドを回転させながら、前記研磨ヘッドで保持されたウェーハを前記研磨布に押し当てて研磨するウェーハの研磨方法であって
    前記研磨装置として、前記複数の研磨ヘッドが、研磨ヘッド毎にそれぞれ個別に、前記研磨ヘッドの研磨荷重を制御する圧力制御機構と前記研磨ヘッドの回転速度を制御する回転制御機構とを有するものを用い、
    研磨ヘッド毎に設けられた前記圧力制御機構及び前記回転制御機構によって、前記複数の研磨ヘッドの前記研磨荷重及び前記回転速度を、研磨ヘッド毎にそれぞれ個別に制御して前記ウェーハの研磨を行うとき、
    前記研磨ヘッド毎に前記研磨荷重を制御することにより、前記複数の研磨ヘッド間の前記ウェーハの取り代分布差を制御し、前記研磨ヘッド毎に前記回転速度を制御することにより、前記複数の研磨ヘッド間の前記ウェーハの取り代差を制御することを特徴とするウェーハの研磨方法。
  2. 前記研磨ヘッド、前記ウェーハの裏面を保持するバックパッド、及び、前記ウェーハの側面を保持する円環状のリテーナガイドを有するものとし
    前記圧力制御機構、前記研磨荷重として、前記研磨ヘッドに保持された前記ウェーハと前記研磨布との接触圧と、前記リテーナガイドと前記研磨布との接触圧とを制御するものとすることを特徴とする請求項1に記載のウェーハの研磨方法
JP2016163541A 2016-08-24 2016-08-24 ウェーハの研磨方法 Active JP6575463B2 (ja)

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