JP7388324B2 - ウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法、およびウェーハの片面研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法、およびウェーハの片面研磨装置に関する。

ウェーハの製造においては、種々の工程が行われる。そのうちの一つに、ウェーハの研磨工程がある。ウェーハの研磨工程では、目的に応じて、ウェーハの両面を研磨する両面研磨、またはウェーハの片面のみを研磨する片面研磨が行われる。

ウェーハの片面研磨においては、ウェーハ表面の高い平坦度が要求される。
例えば、特許文献１には、被研磨物の表面の平坦性に優れた研磨パッドおよびその製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、ウェーハの外周ダレを効果的に防止するウェーハの研磨方法およびそのウェーハの研磨方法に好適に用いられるウェーハ研磨用研磨パッドが開示されている。

国際公開第２０１５／１７８２８９号 特開２００３－１４２４３７号公報

近年、デバイスの微細化およびウェーハのデバイス形成領域の拡大の観点から、ウェーハの最外周付近でも高い平坦度が要求され、ウェーハの最外周付近の平坦度および表面変位量のみならず、その外周の周方向においても、平坦化が求められている。
しかし、前記特許文献１に記載の研磨パッドにおいては、多層構造の研磨パッドにより、微小な欠陥を低減しようとするもので、平坦度の指標としてはＥＳＦＱＲの変化を測定するのみで、ウェーハの周方向のバラツキに対して注目するものではない。
また、前記特許文献２に記載の研磨パッドにおいては、研磨パッド表面粗さと圧縮率の関係を基にウェーハの外周ダレを改善しようとするものであるが、ウェーハの周方向のバラツキに対して注目するものではない。

なお、本明細書における「ＥＳＦＱＲ（Ｅｄｇｅ Ｓｉｔｅ ｆｌａｔｎｅｓｓ Ｆｒｏｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｌｅａｓｔ ｓＱｕａｒｅ Ｒａｎｇｅ）」とは、ＳＥＭＩＭ６７に規定されるＥＳＦＱＲの最大値と最小値の差分を意味する。
具体的には、ＥＳＦＱＲの測定には、平坦度測定装置（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製：Ｗａｆｅｒ ｓｉｇｈｔ ２）を用いる。ＥＳＦＱＲは、ウェーハの外周部（エッジ）でのサイトフラットネスを示す指標である。ＥＳＦＱＲは、ウェーハの外周部を多数（例えば７２個）の扇形の領域（サイト）に分割し、サイト内でのデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準とし、このサイト内平面からの変位量のことであり、各サイトには１つのデータを持つ。
また、本明細書における「ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅ」とは、扇形の各サイトで算出されたＥＳＦＱＲの最大量と最小量の差分のことで、そのウェーハの周方向のばらつき量を示す。
本明細書におけるＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅのサイトは、例えば、直径３００ｍｍのウェーハにおいて、最外周から直径方向に２ｍｍの領域を除外領域とし、それよりも内側の外周基準端から径方向中心側に伸びるセクター長が３００ｍｍの２本の直線と、ウェーハ外周方向５度（±２．５度）に相当する円弧により囲まれた略矩形の７２個の分割されたサイトである。そして、ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅはそれら７２個のＥＳＦＱＲの値のうち、最大値と最小値の差分で算出される値である。

本発明の目的は、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減できる、ウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法、およびウェーハの片面研磨装置を提供することにある。

本発明者らが、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減できる研磨方法について、鋭意検討した結果、チャックに保持されたウェーハの自転率を高めることで、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減することができることを見出した。これは、研磨装置のチャック等の凹凸等に基づいてウェーハ裏面へ転写される面圧のばらつきが、平均化するためと考えられる。

本発明者らが特性の異なる各種研磨パッドを作成して検討した結果によれば、ウェーハの自転率を高める要素としては、（１）研磨パッドの圧縮率、（２）研磨パッドの純水に対する接触角、（３）研磨パッドの構成、（４）ウェーハ外周とリテーナリング内周との隙間、（５）研磨ヘッドおよび定盤の研磨時の回転数、並びに（６）研磨加圧力等がある。これらの要素を管理することで、ウェーハの自転率を管理でき、平坦度のばらつき量を低減できる。なお、ウェーハの自転率を高める要素は、単独で適用してもよいし、これらの要素の複数を適用してもよい。換言すると、ウェーハの自転率を高める各要素に求められる範囲は、全ての要素が同時にそれらの範囲を満足している必要はなく、少なくとも単独でその範囲を満足していれば良い。

本発明者らの検討によるウェーハの自転率を高める各要素とウェーハの自転率との関係を図４～図８に基づいて簡単に説明する。
これらの図４～図８は、特性の異なる各種研磨パッドを作成して取得したデータに基づいて作成した。
図４は、ウェーハの自転率（度／ｍｉｎ）とＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅ（ｎｍ）との関係を示すグラフである。
図４によれば、自転率が大きくなるほどＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅ（ｎｍ）が小さくなる（改善される）ことが分かる。
従って、ウェーハの自転率が大きくなるような対策を取ることにより、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減するという本発明の目標を達成できることとなる。

図５は、研磨パッドが有するナップ層の圧縮率（Ｎａｐ圧縮率）（％）とウェーハの自転率（ａ．ｕ．）との関係を示すグラフである。
図５によれば、Ｎａｐ圧縮率（％）が大きいほど、ウェーハの自転率（ａ．ｕ．）が大きくなることが分かる。
従って、Ｎａｐ圧縮率（％）をある程度大きくすることにより、ウェーハの自転率（ａ．ｕ．）が大きくなって、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減することができる。
ここにおいて、図５から後述の図８までのウェーハの自転率（ａ．ｕ．）の具体的単位としては、例えば、（度／ｍｉｎ）である。

図６は、研磨パッドのウェーハを研磨する面（ウェーハ研磨面）の表面における純水に対する接触角（度）とウェーハの自転率（ａ．ｕ．）との関係を示すグラフである。
図６によれば、研磨パッドのウェーハ研磨面の表面における純水に対する接触角（度）が大きくなるほどウェーハの自転率（ａ．ｕ．）が大きくなることが分かる。
従って、研磨パッドのウェーハ研磨面の表面における純水に対する接触角（度）をある程度大きくすることにより、ウェーハの自転率（ａ．ｕ．）が大きくなって、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減することができる。

図７は、リテーナリングの内径（ｍｍ）とウェーハの自転率（ａ．ｕ．）との関係を示すグラフである。図７において使用されたウェーハの直径は３００ｍｍである。
図７によれば、リテーナリングの内径が大きいほど、ウェーハの自転率（ａ．ｕ．）が大きくなることが分かる。
従って、リテーナリングの内径（ｍｍ）をある程度大きくすることにより、ウェーハの自転率（ａ．ｕ．）が大きくなって、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減することができる。
リテーナリングの内径（ｍｍ）が大きいと言うことは、ウェーハ外周との間の隙間が大きくなり、ウェーハの自転率（ａ．ｕ．）が大きくなると考えられる。

図８はウェーハ研磨時の研磨加圧（ｇ／ｃｍ^２）とウェーハの自転率（ａ．ｕ．）との関係を示すグラフである。
図８によれば、直線的関係ではないが、研磨加圧（ｇ／ｃｍ^２）が大きくなるほど、ウェーハの自転率（ａ．ｕ．）大きくなることが分かる。
従って、研磨加圧（ｇ／ｃｍ^２）をある程度大きくすることにより、ウェーハの自転率（ａ．ｕ．）が大きくなって、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減することができる。

本発明の研磨方法は、ウェーハの片面研磨方法であって、研磨ヘッドに保持されたウェーハを、定盤の表面に固定された研磨パッドに押しつけ、前記研磨ヘッドおよび前記定盤を回転させることにより、前記ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す研磨工程を備え、前記研磨工程において、前記ウェーハの自転率が２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎ以下となるように前記ウェーハを研磨することを特徴とする。

この発明によれば、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減できる。

上記ウェーハの片面研磨方法において、前記研磨パッドとして、圧縮率が５８．５％以上７０％以下のナップ層を有する研磨パッドを用いることが好ましい。

上記ウェーハの片面研磨方法において、前記研磨パッドとして、前記ウェーハを研磨する面の表面における純水に対する接触角が、前記純水の滴下から１８００秒後に５８度以上７０度以下である研磨パッドを用いることが好ましい。

上記ウェーハの片面研磨方法において、前記研磨パッドとして、不織布を用いないナップ層単体の研磨パッドを用いることが好ましい。

上記ウェーハの片面研磨方法において、前記ウェーハを保持するリテーナリングの内径は、前記リテーナリングの内径と前記ウェーハの直径との比率が次式
リテーナリング内径／ウェーハ直径＝１．００１５以上１．００６７以下
で表されるリテーナリングを用いることが好ましい。

上記ウェーハの片面研磨方法において、前記定盤の研磨時の回転数を、１５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ以下とすることが好ましい。

上記ウェーハの片面研磨方法において、研磨加圧を、１００ｇ／ｃｍ^２以上３００ｇ／ｃｍ^２以下とすることが好ましい。

上記ウェーハの片面研磨方法において、予め研磨条件とウェーハの自転率との関係を求め、前記関係を基に研磨条件を決定することが好ましい。

上記ウェーハの片面研磨方法において、前記研磨条件が、研磨パッドの圧縮率、接触角、リテーナリングの内径と前記ウェーハの直径との比率、研磨定盤の回転数、研磨加圧量のいずれかまたはその組み合わせであることが好ましい。

また、本発明の製造方法は、ウェーハの製造方法であって、前記ウェーハの少なくとも一方の面を仕上げ加工する片面仕上げ工程を備え、前記片面仕上げ工程において、上記ウェーハの片面研磨方法により、前記ウェーハの被研磨面に研磨加工を施すことを特徴とする。

また、本発明の研磨装置は、ウェーハの片面研磨装置であって、前記ウェーハを保持する研磨ヘッドが設けられたヘッド回転軸部材と、表面に研磨パッドが固定された定盤と、前記ヘッド回転軸部材を駆動するヘッド駆動手段と、前記定盤を駆動する定盤駆動手段と、前記ウェーハを前記研磨パッドに押圧する圧力を調整するウェーハ加圧力調整手段と、研磨条件を決定する研磨条件決定部と、を備え、前記研磨条件決定部は、ウェーハの自転率が２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎ以下となるように研磨条件を決定することを特徴とする。

本発明によれば、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減できる、ウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法、およびウェーハの片面研磨装置を提供することができる。

本発明の片面研磨方法に用いられる本発明の一実施形態に係る研磨装置の概略構成を示す模式図である。 本発明の片面研磨方法に用いられる本発明の一実施形態に係る研磨装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る片面研磨方法を用いる本発明の一実施形態に係るシリコンウェーハの製造方法について説明するフローチャートである。 ウェーハの自転率とＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅとの関係を示すグラフである。 研磨パッドが有するナップ層の圧縮率（Ｎａｐ圧縮率）とウェーハの自転率との関係を示すグラフである。 研磨パッドのウェーハを研磨する面の表面における純水に対する接触角とウェーハの自転率との関係を示すグラフである。 リテーナリングの内径とウェーハの自転率との関係を示すグラフである。 ウェーハ研磨時の研磨加圧とウェーハの自転率との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。
〔研磨装置の構成〕
まず、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態に係る片面研磨装置１について説明する。
図１および図２に示すように、片面研磨装置１は、複数のヘッド回転軸部材１１と、各ヘッド回転軸部材１１に設けられた研磨ヘッド１２と、各研磨ヘッド１２に設けられたバックパッド１３と、各バックパッド１３に設けられたリテーナリング１４と、定盤１５と、定盤１５に設けられた研磨パッド１６と、各ヘッド回転軸部材１１を駆動するヘッド駆動手段２０と、定盤駆動手段３０と、研磨液供給手段４０と、各研磨ヘッド１２に保持されたウェーハＷを研磨パッド１６に押圧する際の圧力を調整するウェーハ加圧力調整手段５０と、研磨制御手段６０と、研磨条件決定部７０と、を備える。

ヘッド回転軸部材１１は、軸状部材から構成される。ヘッド回転軸部材１１は、軸回りに回転可能であり、モータ等の回転駆動源を備えたヘッド駆動手段２０の回転軸に接続され、研磨ヘッド１２を回転させる。

研磨ヘッド１２は、ヘッド回転軸部材１１の下端部に接続される。研磨ヘッド１２は、ヘッド回転軸部材１１の回転中心を中心とする円形の厚肉板状体から構成される。研磨ヘッド１２は、水の表面張力等により、ウェーハＷの被研磨面（表面）とは反対側の面（裏面）を保持する。

バックパッド１３は、研磨ヘッド１２の下面に設けられており、研磨ヘッド１２と同径の円形板状体である。バックパッド１３は、例えば、多孔質樹脂材により構成され、水等の液体を含むことができる。

リテーナリング１４は、バックパッド１３の下面の外周部に設けられており、リング状部材から形成されている。リテーナリング１４は、ウェーハＷの外周端部に接触し、ウェーハＷがバックパッド１３と後述する研磨パッド１６の隙間から外れないように保持している。
ウェーハＷの研磨にあたり、研磨中にリテーナリング１４を研磨パッド１６に接触させる場合とさせない場合とがある。接触させる場合にはリテーナリング１４の厚みのバラツキがウェーハＷの外周部周方向の平坦度バラツキに影響するが、本発明の方法により、コストを増加させることなく周方向のバラツキを低減できる。

定盤１５は、複数の研磨ヘッド１２に対向して設けられており、円形状に形成されている。定盤１５は、回転自在に支持され、研磨ヘッド１２の回転方向と同方向または逆方向に回転する。定盤１５の上面には、ウェーハＷの被研磨面を研磨するための研磨パッド１６が貼り付けられている。

研磨パッド１６は、基材としての不織布と、当該不織布の一方の面に積層されたナップ（Ｎａｐ）層により構成される。ウェーハＷの表面（研磨パッド１６に対向する面）が所定の力で研磨パッド１６のナップ層に押圧されることにより、ウェーハＷの研磨が行われる。ここで、ナップ層とは発泡により形成された多数の孔を有する層をいう。

ヘッド駆動手段２０は、研磨ヘッド１２のヘッド回転軸部材１１を回転させる。

定盤駆動手段３０は、モータなどから構成され、定盤１５の下面に接続された定盤回転軸部材３１を回転させる。

研磨液供給手段４０は、定盤１５の上方に設けられており、ノズル４１により、研磨パッド１６とウェーハＷとの接触面にスラリー状の研磨液を供給するように構成されている。

ウェーハ加圧力調整手段５０は、固定加圧方式であり、ウェーハＷを研磨パッド１６に押圧する圧力を調整する。固定加圧方式では、シリンダー加圧によって研磨ヘッド１２全体が押し下げられ、研磨ヘッド１２がバックパッド１３を介してウェーハＷの上面に押し付けられることにより、ウェーハＷの被研磨面が定盤１５上の研磨パッド１６に押し付けられる。

研磨制御手段６０は、研磨条件決定部７０により決定された所定の研磨条件に基づき、ヘッド駆動手段２０、定盤駆動手段３０、研磨液供給手段４０、およびウェーハ加圧力調整手段５０のうち少なくとも１つを制御して、片面研磨装置１の動作を制御する。

研磨条件決定部７０は、予め求めた研磨条件とウェーハの自転率との関係を記憶しており、記憶した関係を基に研磨条件を決定する。その際、計算機等を用いて自動で研磨条件を決定してもよい。

〔研磨方法〕
次に、片面研磨装置１を用いた、ウェーハの片面研磨方法の一例について説明する。
片面研磨装置１の研磨条件決定部７０では、ウェーハＷの研磨に先立ち、予め研磨条件とウェーハの自転率との関係を求め、記憶する。
片面研磨装置１は、ウェーハＷの研磨を開始する旨の指令が設定入力されると、研磨条件決定部７０において、記憶している研磨条件とウェーハの自転率との関係を基に、研磨条件を決定する。
そして、決定した研磨条件で、研磨制御手段６０により、ヘッド駆動手段２０、定盤駆動手段３０、研磨液供給手段４０、ウェーハ加圧力調整手段５０を制御して、ウェーハＷの研磨工程を実施する。
具体的には、まず、決定された研磨条件に適合した研磨パッド１６を選定し、定盤１５に配置する。ついで、定盤１５の研磨パッド１６上に、研磨液供給手段４０により研磨液を所定量供給する。そして、ウェーハＷを保持した研磨ヘッド１２を、ヘッド駆動手段２０の駆動によって回転させながら下降させ、定盤駆動手段３０の駆動によって回転している定盤１５の研磨パッド１６上にウェーハＷを接触させる。その後、ウェーハ加圧力調整手段５０がウェーハＷを研磨パッド１６に押圧する圧力を調整して、ウェーハＷの被研磨面を研磨する研磨工程が行われる。

本実施形態では、研磨工程において、ウェーハＷの自転率が２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎとなるように制御して、ウェーハＷの被研磨面に研磨加工を施す。
ウェーハＷの自転率を２５度／ｍｉｎ以上に制御することで、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減できる。また、ウェーハＷの自転率を６０度／ｍｉｎ以下とすることで、ウェーハＷのすれ傷、およびウェーハ飛び出し等を防止することができる。
一方、ウェーハＷの自転率が６０度／ｍｉｎを超えると、バックパッドがウェーハを保持できなくなる可能性がある。
ウェーハＷの自転率は、より好ましくは、２５度／ｍｉｎ以上４０度／ｍｉｎ以下であり、さらに好ましくは、２６度／ｍｉｎ以上３０度／ｍｉｎ以下である。なお、ウェーハＷの自転率に関しては、２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎ以下の範囲内において、最も好ましい２６度／ｍｉｎ以上３０度／ｍｉｎ以下の範囲に近づくほど、本発明の効果が発揮できる。したがって、２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎ以下の範囲内のいかなる数値においてその範囲を区切っても、それに応じた効果を発揮できる。

ウェーハＷの自転率は、研磨条件の選択時に確認すればよい。あるいは、シミュレーションにて、自転率を求めてもよい。また、研磨前後のウェーハＷのノッチ位置を観察する、またはセンサ等によりリアルタイムに検知する等して、実際の研磨時のウェーハＷの自転率を直接観察してもよい。
ノッチ位置を観察してウェーハＷの自転率を求める際は、具体的には、研磨前後のウェーハＷのノッチ位置を観察し、ノッチ位置が移動した角度を研磨時間（分）で割ることにより、１分あたりの自転率（度／ｍｉｎ）を計算する。

本実施形態において、自転率の制御により、ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅを６．５ｎｍ以下に制御することが好ましい。

本実施形態において、例えば、研磨パッド１６として、圧縮率が５８．５％以上のナップ層を有する研磨パッドを用いることで、研磨工程におけるウェーハＷの自転率を２５度／ｍｉｎ以上となるように制御できる。
ナップ層の圧縮率は、例えば、ショッパー型厚さ測定器を用い、以下の方法で測定できる。
（１） 所定の初荷重で一定時間加圧し、その厚さ（ｔ_０）を測る。
（２） その上に所定の追加荷重を載せ、一定時間後に厚さ（ｔ_１）を測る。
（３） 次式にて圧縮率を計算する。
圧縮率（％）＝｛（ｔ_０－ｔ_１）／ｔ_０｝×１００
研磨によるナップ層の摩耗が少なくて済むことから、ナップ層の圧縮率は７０％以下であることが好ましい。ナップ層の圧縮率は、より好ましくは、５８．５％以上６３％以下である。なお、ナップ層の圧縮率に関しては、５８．５％以上７０％以下の範囲内において、より好ましい５８．５％以上６３％以下の範囲に近づくほど、本発明の効果が発揮できる。したがって、５８．５％以上７０％以下の範囲内のいかなる数値においてその範囲を区切っても、それに応じた効果を発揮できる。

また例えば、本実施形態において、研磨パッド１６として、ウェーハＷを研磨する面の表面における純水に対する接触角が５８度以上７０度以下の研磨パッドを用いることで、研磨工程におけるウェーハＷの自転率を２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎ以下となるように制御できる。
研磨パッド１６のウェーハＷを研磨する面の表面における純水に対する接触角が７０度を超える研磨パッドは、生産上作成が困難である。
なお、本明細書における接触角は、研磨パッド１６の表面に純水を１μｍ滴下し、前記純水の滴下から１８００秒後に、側面からの画像解析により測定した水滴と研磨パッド表面との接触角である。

上述のナップ層の圧縮率および研磨パッドの接触角は、例えば、研磨パッド１６を構成する樹脂および添加剤等の選定、並びに成膜プロセス条件およびバフィングの取代量の制御により、所望の値に調整できる。例えば、圧縮率は、樹脂の種類によって調整し、接触角は添加剤の種類によって調整する等、圧縮率および接触角は、それぞれ独自に調整できる。
研磨パッドを構成する樹脂としては、例えば、ポリウレタン樹脂、およびポリイミド樹脂等が挙げられる。
添加剤としては、例えば、顔料、成膜安定剤、および発泡形成剤等が挙げられる。さらに、顔料としては、カーボンブラック等が挙げられる。成膜安定剤としては、ノニオン系界面活性剤等が挙げられる。発泡形成剤としては、アニオン系界面活性剤等が挙げられる。

本実施形態において、自転率をより向上させる観点から、ウェーハＷの直径に対する内径の比率（リテーナリング１４の内径／ウェーハＷの直径）が１．００１５以上１．００６７以下のリテーナリングを用いることが好ましい。例えば、ウェーハＷの直径が３００ｍｍの場合、リテーナリング１４の内径は、３００．５ｍｍ以上３０２ｍｍ以下であることが好ましい。

本実施形態において、自転率をより向上させる観点から、定盤１５の研磨時の回転数は、１５ｒｐｍ以上であることが好ましい。一方、外周ダレ防止の観点から、定盤１５の研磨時の回転数は、８０ｒｐｍ以下であることが好ましい。
定盤１５の研磨時の回転数は、より好ましくは、２０ｒｐｍ以上４０ｒｐｍ以下である。上記回転数が４０ｒｐｍ以下であれば、平坦度の絶対値が悪化する恐れもない。なお、上記回転数に関しては、１５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ以下の範囲内において、より好ましい２０ｒｐｍ以上４０ｒｐｍ以下の範囲に近づくほど、本発明の効果が発揮できる。したがって、１５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ以下の範囲内のいかなる数値においてその範囲を区切っても、それに応じた効果を発揮できる。

本実施形態において、ウェーハＷの自転率をより向上させる観点から、研磨加圧（研磨時にウェーハＷを研磨パッド１６に押圧する圧力）は、１００ｇ／ｃｍ^２以上とすることが好ましい。一方、ウェーハの割れ防止の観点から、研磨加圧は、３００ｇ／ｃｍ^２以下とすることが好ましい。
研磨加圧は、より好ましくは、１２５ｇ／ｃｍ^２以上２００ｇ／ｃｍ^２以下である。研磨加圧が２００ｇ／ｃｍ^２以下であれば、研磨パッド１６とウェーハＷとの間へのスラリーの流入を阻害することがなく、ウェーハＷに傷を発生させてしまう恐れもない。なお、研磨加圧に関しては、１００ｇ／ｃｍ^２以上３００ｇ／ｃｍ^２以下の範囲内において、より好ましい１２５ｇ／ｃｍ^２以上２００ｇ／ｃｍ^２以下の範囲に近づくほど、本発明の効果が発揮できる。したがって、１００ｇ／ｃｍ^２以上３００ｇ／ｃｍ^２以下の範囲内のいかなる数値においてその範囲を区切っても、それに応じた効果を発揮できる。

本実施形態において、研磨対象のウェーハＷは特に限定されない。ウェーハＷとしては、例えば、シリコンウェーハ、およびＳｉＣウェーハ等が挙げられる。
また、本実施形態において、研磨対象のウェーハＷの直径は、特に限定されない。例えば、直径１５０ｍｍのウェーハ、直径２００ｍｍのウェーハ、および直径３００ｍｍのウェーハ等が挙げられる。
これらの異なる直径のウェーハを研磨する場合も、前述と同様に、ウェーハを保持するリテーナリングの内径とウェーハの直径との比率は、次式で表されるリテーナリングを用いることが好ましい。
リテーナリング内径／ウェーハ直径＝１．００１５以上１．００６７以下

本実施形態の研磨方法に用いる研磨液は、特に制限されない。ウェーハの研磨に用いられる一般的な研磨液を、本実施形態においても用いることができる。

〔ウェーハの製造方法〕
次に、本実施形態の片面研磨方法を含むシリコンウェーハの製造方法について説明する。
シリコンウェーハの製造方法の概略は、チョクラルスキー法を用いてシリコンウェーハを製造し、上記片面研磨方法でウェーハＷの研磨を行う方法である。

図３に示されるように、シリコンウェーハの製造方法は、引き上げ工程Ｓ１と、ブロック加工工程Ｓ２と、スライス工程Ｓ３と、前処理工程Ｓ４と、両面同時研磨工程Ｓ５と、片面研磨装置セット工程Ｓ６と、研磨条件決定工程Ｓ７と、研磨工程Ｓ８と、ウェーハ取り出し工程Ｓ９と、を有する。

ここにおいて、片面研磨装置セット工程Ｓ６、研磨条件決定工程Ｓ７、研磨工程Ｓ８およびウェーハ取り出し工程Ｓ９により、片面仕上げ工程Ｓ２０が構成されている。

引き上げ工程Ｓ１は、チョクラルスキー法を用いてシリコン融液からシリコン単結晶を引き上げる工程である。これにより、円柱状の単結晶インゴットが得られる。
ブロック加工工程Ｓ２は、単結晶インゴットをブロックに加工する工程である。ブロック加工工程Ｓ２では、単結晶インゴットの外周研削を行い、結晶方位に応じてノッチ加工を行った後、例えばバンドソーにより、単結晶インゴットを複数のブロックに切断する。

スライス工程Ｓ３では、内周刃切断機やワイヤーソーにより、ブロックが例えば厚さ１ｍｍ程度の複数のシリコンウェーハにスライスされる。
前処理工程Ｓ４では、面取り加工を行うとともに、ウェーハ両面が平行になるように、例えばアルミナ研磨材などで粗研磨（ラッピング）を行い、必要に応じてエッチングなどを施した後、ウェーハ表面の凹凸をなくす平坦化加工を行う。

両面同時研磨工程Ｓ５では、前処理が行われたウェーハは平坦度の高い鏡面仕上げが行われる。例えばコロイダルシリカ液などを用いて両面研磨（ポリッシング）が行われて、平坦度がさらに作り込まれ、所定平坦度のウェーハとされる。

所定平坦度のウェーハは片面研磨装置セット工程Ｓ６で片面研磨装置にセットされる。
研磨条件決定工程Ｓ７では、研磨制御手段における研磨条件決定部の研磨条件を決定し、決定された研磨条件に適合した研磨パッドを定盤に配置するとともに、片面研磨装置の各部、具体的には、ヘッド駆動手段、定盤駆動手段、研磨液供給手段、ウェーハ加圧力調整手段に決定された研磨条件を指令する。
研磨工程Ｓ８では、決定された研磨条件に従って、研磨が行われ、ウェーハ取り出し工程Ｓ９においてウェーハが取り出される。
片面研磨装置セット工程Ｓ６、研磨条件決定工程Ｓ７、研磨工程Ｓ８およびウェーハ取り出し工程Ｓ９による片面仕上げ工程Ｓ２０において、研磨加工を施すことで、前記平坦度加工後のシリコンウェーハの表面の傷およびダメージを除去すると同時に、シリコンウェーハの表面粗さを整えることができる。

ウェーハ取り出し工程Ｓ９で取り出された各々のシリコンウェーハは、洗浄工程Ｓ１０では、例えばアルカリ性溶液などによる洗浄が行われる。

ウェーハ最終検査工程Ｓ１１は、ウェーハ表面検査装置などを用いて、シリコンウェーハ上に存在する表面パーティクルや、傷などを検査する工程である。
ウェーハの品質上必要な検査が行われた後、合格品は、梱包され、出荷される。

［実施形態の作用効果］
上述のように、本発明者らの知見によれば、片面研磨は、ウェーハの裏面をチャックして表面側を研磨する機構であることから、保持する側のチャックの形状ばらつき、バックパッドの保持材厚みばらつき、およびリテーナリングの厚み等、副資材による影響を受けて、ウェーハ裏面へ転写される面圧にばらつきが生じ、シリコンウェーハ外周部の周方向の取代がばらついてしまうことがわかっている。
上記実施形態によれば、ウェーハの自転率を高めることで、上述のような副資材による裏面へ転写される面圧のばらつきを平均化できる。よって、ウェーハの周方向の平坦度ばらつき量を低減できる。

上記実施形態においては、ウェーハの自転率を高める要素として研磨パッドの圧縮率、接触角、リテーナリングの内径と前記ウェーハの直径との比率、研磨定盤の回転数、研磨加圧量に着目し、各要素のいずれかを単独またはその組み合わせで所望のウェーハの自転率を得られるようにしたから、研磨条件選定の自由度が高く、ウェーハの状況に応じた研磨を行えるという効果がある。

［変形例］
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の改良および設計の変更などが可能である。

例えば、上記実施形態においては、片面研磨装置１におけるバックパッド１３およびリテーナリング１４として、バックパッド１３の下面の外周部にリテーナリング１４が設けられて一体となったテンプレートタイプを用いた例を説明したが、研磨装置本体がリテーナリングを有していてもよい。

また、例えば、上記実施形態においては、片面研磨装置１における研磨パッド１６として、基材としての不織布とナップ層とを有する研磨パッドを用いた例を説明したが、研磨パッドは、不織布を用いないナップ層単体の研磨パッドを用いてもよい。不織布を用いないナップ層単体の研磨パッドを用いることで、不織布などの他のベース層の厚みうねりおよび密度の粗密の影響を受けることがなく、ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅの悪化を抑制できる。あるいは、樹脂フィルム等を基材とした研磨パッドを用いてもよい。

ポリウレタン樹脂の選定、ＣＢ（カーボンブラック）、成膜安定剤および溶剤（ＤＭＦ）等の添加剤、成膜プロセス条件、並びにバフィングの取代量を調整することで、圧縮率と接触角の異なる研磨パッド（パッドＡ～Ｃ）を制作した。なお、パッドＡ～Ｃにおいて、圧縮率と接触角以外の物性は変化しないように制御した。パッドＡ～Ｃの各物性を表１に示す。

研磨には、研磨パッドとして、上記記載のパッドＡ～Ｃを用いた。また、バックパッドおよびリテーナリングとしては、これらが一体となったテンプレートタイプを用いた。なお、当該テンプレートとして、リテーナリングの内径が３０１ｍｍ、バックパッドの直径が２９０ｍｍ位置の周方向Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｒａｎｇｅ（３６点測定）が１０μｍの、フジボウ製のテンプレート（ＰＯＬＹＰＡＳ＿Ｔｅｍｐｌａｔｅ）を用いた。

研磨対象のウェーハは、直径３００ｍｍの単結晶シリコンウェーハで、片面研磨（ＳＭＰ）前のＥＳＦＱＤ平均値が０ｎｍ以上５ｎｍ以下の物を各６０枚準備した。研磨加圧は、１５０ｇ／ｃｍ^２とし、研磨ヘッドおよび定盤の回転数は、各々３０ｒｐｍとした。研磨液には、粒径が３５ｎｍのコロイダルシリカを０．３ｗｔ％含む物を用い、４分間ウェーハを研磨し、取代量が５００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下となるようにした。

［自転率の測定］
研磨前後のノッチ位置を観察することで、ウェーハＷの自転率を測定した。結果を表２に示す。

［ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅの算出］
研磨後のウェーハについて、以下の方法により、ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅを算出し、外周部の周方向の平坦度ばらつき量の評価を行った。結果を表２に示す。
ウェーハ最外周から直径方向に２ｍｍの領域を除外領域とし、それよりも内側の外周基準端から径方向中心側に伸びるセクター長が３００ｍｍの２本の直線と、ウェーハ外周方向５度（±２．５度）に相当する円弧により囲まれた略矩形の７２個の分割されたサイトを、ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅのサイトとした。そして、それら７２個のサイトにおけるＥＳＦＱＲを、平坦度測定装置（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製：Ｗａｆｅｒ ｓｉｇｈｔ ２）を用いて測定した。ＥＳＦＱＲ Ｒａｎｇｅは、測定した７２個のＥＳＦＱＲの値のうち、最大値と最小値の差分により算出した。

表２に示すように、ウェーハの自転率が２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎ以下となるように制御してウェーハを研磨することで、ウェーハ外周部の周方向の平坦度ばらつき量を低減できた。

１…片面研磨装置、１１…ヘッド回転軸部材、１２…研磨ヘッド、１３…バックパッド、１４…リテーナリング、１５…定盤、１６…研磨パッド、２０…ヘッド駆動手段、３０…定盤駆動手段、４０…研磨液供給手段、５０…ウェーハ加圧力調整手段、６０…研磨制御手段、７０…研磨条件決定部、Ｗ…ウェーハ、Ｓ２０…片面仕上げ工程。

Claims (11)

1. ウェーハの片面研磨方法であって、
   研磨ヘッドに保持されたウェーハを、定盤の表面に固定された研磨パッドに押しつけ、前記研磨ヘッドおよび前記定盤を回転させることにより、前記ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す研磨工程を備え、
   前記研磨工程において、前記研磨ヘッドに対する前記ウェーハの自転の程度を表す自転率が２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎ以下となるような研磨条件で前記ウェーハを研磨する
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
2. 請求項１に記載のウェーハの片面研磨方法において、
   前記研磨条件が、前記研磨パッドとして、圧縮率が５８．５％以上７０％以下のナップ層を有する研磨パッドを用いることである
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
3. 請求項１または請求項２に記載のウェーハの片面研磨方法において、
   前記研磨条件が、前記研磨パッドとして、前記ウェーハを研磨する面の表面における純水に対する接触角が、前記純水の滴下から１８００秒後に５８度以上７０度以下である研磨パッドを用いることである
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のウェーハの片面研磨方法において、
   前記研磨条件が、前記研磨パッドとして、不織布を用いないナップ層単体の研磨パッドを用いることである
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のウェーハの片面研磨方法において、
   前記研磨条件が、前記ウェーハを保持するリテーナリングの内径は、前記リテーナリングの内径と前記ウェーハの直径との比率が次式
   リテーナリング内径／ウェーハ直径＝１．００１５以上１．００６７以下
   で表されるリテーナリングを用いることである
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のウェーハの片面研磨方法において、
   前記研磨条件が、前記定盤の研磨時の回転数を、１５ｒｐｍ以上８０ｒｐｍ以下とすることである
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のウェーハの片面研磨方法において、
   前記研磨条件が、研磨加圧を、１００ｇ／ｃｍ^２以上３００ｇ／ｃｍ^２以下とすることである
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のウェーハの片面研磨方法において、
   予め研磨条件とウェーハの自転率との関係を求め、前記関係を基に前記研磨条件を決定する
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
9. 請求項８に記載のウェーハの片面研磨方法において、
   前記研磨条件が、研磨パッドの圧縮率、接触角、リテーナリングの内径と前記ウェーハの直径との比率、研磨定盤の回転数、研磨加圧量のいずれかまたはその組み合わせである
   ことを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
10. ウェーハの製造方法であって、
    前記ウェーハの少なくとも一方の面を仕上げ加工する片面仕上げ工程を備え、
    前記片面仕上げ工程において、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のウェーハの片面研磨方法により、前記ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す
    ことを特徴とするウェーハの製造方法。
11. ウェーハの片面研磨装置であって、
    前記ウェーハを保持する研磨ヘッドが設けられたヘッド回転軸部材と、
    表面に研磨パッドが固定された定盤と、
    前記ヘッド回転軸部材を駆動するヘッド駆動手段と、
    前記定盤を駆動する定盤駆動手段と、
    前記ウェーハを前記研磨パッドに押圧する圧力を調整するウェーハ加圧力調整手段と、
    研磨条件を決定する研磨条件決定部と、を備え、
    前記研磨条件決定部は、前記研磨ヘッドに対するウェーハの自転の程度を表す自転率が２５度／ｍｉｎ以上６０度／ｍｉｎ以下となるように研磨条件を決定する
    ことを特徴とするウェーハの片面研磨装置。

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