JPH1110526A - 基板研磨装置及び基板研磨の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ基板に対し均一な押しつけ圧力で鏡面
研磨でき、鏡面研磨の際にウエハ基板から削り取られた
切削屑や、砥粒粒子などがウエハ基板に付着しにくい基
板研磨装置を提供する。 【解決手段】 研磨液を供給しながらウエハ基板を研磨
パットに押しつけ、このときの押し付け圧と他の部材の
回動力とによりウエハ基板表面を研磨する基板研磨装置
が研磨液にメガソニック振動を与える超音波励振手段を
備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ基板の表面
を鏡面状に研磨する基板研磨装置及び基板研磨方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】電子デバイスの製造プロセスに供される
ウエハ基板には厳しい寸法精度と共に極めて高精度及び
清浄な表面仕上げが要求される。このため、インゴット
からスライスされたウエハを完成ウエハに仕上げるまで
の加工プロセスには、最終工程の直前にウエハ基板の表
面を化学的機械的研磨（ポリシング）によって鏡面研磨
する工程が含まれる。

【０００３】一般に、ウエハ加工プロセスにおけるウエ
ハ基板表面の鏡面加工法としては、ウエハ基板を研磨対
象面の裏面側から保持して研磨対象面側のみを鏡面研磨
する片面研磨法と、ウエハ基板の両面を研磨パッドで挟
持し、両サイドの研磨パッドを回転させることによりウ
エハ基板の両面を鏡面加工する両面研磨法がある。

【０００４】片面研磨法では、ウエハ基板は、例えば、
研磨対象面の裏面側で真空吸引などにより直接又はワッ
クス貼り付けされたプレートを介してトップリングに保
持され、上面に研磨パッドを配置した定盤上に研磨対象
面が下向きになるように載置される。このようにして上
方からトップリングによりウエハ基板に荷重をかけた状
態でコロイダルシリカ等の極小砥粒を含むアルカリ研磨
液を供給しながら定盤とトップリングとを相対回転させ
ることにより鏡面研磨が行われる。

【０００５】また、両面研磨法では、ウエハ基板はその
研磨対象の両面を露出させる孔を備えたテンプレートキ
ャリアに保持され、このキャリアは、遊星歯車機構によ
って回転及び公転される。キャリアに保持されたウエハ
基板の両面は、適度な荷重で研磨パッドにより挟まれ、
研磨面に研磨液を供給しながらキャリアを遊星運動させ
ることによりウエハ基板の両面が同時に鏡面研磨され
る。

【０００６】どちらの方法にしろ、ウエハ基板表面の仕
上げ精度と清浄度は最終製品としての電子デバイスの特
性に直接影響を与え、これらが低下すると、デバイスパ
ターン形成時の不良発生原因となるので、ウエハの鏡面
研磨に際しては、光学的な鏡面仕上げ精度の達成のみな
らず、欠陥の発生原因や不純物汚染の除去に十分留意す
る必要がある。

【０００７】ウエハ基板表面の仕上げ精度と清浄度の低
下は、鏡面研磨時などの研磨加工時に形成されるウエハ
基板表面の微細な凹凸（即ち、微細な粗面、マイクロラ
フネス）の他、ウエハ加工の各工程でウエハ基板表面に
付着するパーティクル（微粒子）、金属不純物、有機物
等に起因している。

【０００８】従来では、ウエハ基板表面の仕上げ精度と
清浄度の低下を防ぐために、鏡面研磨時に研磨対象面を
光学的に超平坦な鏡面になるように研磨（ポリシング）
することによってマイクロラフネスを極小化し、その
後、大量の洗浄液を供給した洗浄槽にポリッシング後の
ウエハ基板を浸漬してプレ洗浄を行い、プレ洗浄後のウ
エハ基板を更に化学的に洗浄するなど、複数段階の洗浄
工程を経て、ウエハ基板の表面に付着する切削屑、砥粒
粒子、金属不純物、或いはワックスなどの有機物等を取
り除いている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の鏡面研磨装置で
は、ウエハ基板の表面を鏡面研磨する際にウエハ基板と
研磨パッドとを押し付け、研磨液のアルカリで酸化され
たウエハ基板の表面層を押し付け圧力に依存して微小砥
粒で剥ぎ取るという研磨メカニズムであるため、研磨中
にウエハ基板の全面に均一に押し付け圧力を維持しない
限り、仕上げ平行度及び表面粗さに不均一な分布が生じ
やすく、特に、ウエハ基板側のバックアップが局部的に
偏っている場合は押し付け圧力の不均一によってウエハ
基板の内部にダメージが生じてしまう。

【００１０】また、従来の鏡面研磨のメカニズムは、ウ
エハ基板と研磨パッド間の押圧力に依存した機械的研磨
を含んでいるので、研磨後のウエハ基板の表面には、鏡
面研磨の際にウエハ基板から削り取られた切削屑、砥粒
粒子、金属不純物、ウエハ基板をプレートに固定するた
めに用いたワックスなどの有機物が付着し、従って、ウ
エハ基板の鏡面研磨に続いて洗浄処理によりこれらを取
り除くことが不可欠である。このときの洗浄は、流体に
よる物理的及び化学的作用のみに頼っているため洗浄能
力に限界があり、所望の清浄度とするためには長い時間
をかけて洗浄しなければならないという問題もある。

【００１１】更に、洗浄中にウエハ基板表面から取り除
かれた切削屑、砥粒粒子、金属不純物、ワックスなどの
有機物等によって洗浄液が汚染されるため、常に清浄な
洗浄液を供給しないと、洗浄液中に含まれる切削屑、砥
粒粒子、金属不純物、ワックスなどの有機物等が再びウ
エハ基板に付着してウエハ基板を汚染し、ウエハ基板の
高清浄度化を阻害する。そのため、大量の洗浄液が必要
であり、経済的に好ましくないだけでなく、使用後の洗
浄液の処理も大変であるという難点がある。

【００１２】尚、以上述べた問題は、研磨面積（表面
積）が大きいもの、例えば、直径３００mmクラス以上の
大口径ウエハ基板においては一層深刻である。

【００１３】そこで本発明は、研磨パッドによる押し付
け力への依存を極力少なくしてウエハ基板の表面を均一
に鏡面研磨できる基板研磨装置を提供することを主目的
としている。また、鏡面研磨後の洗浄工程を短縮可能な
基板研磨装置を提供することも本発明の別の目的であ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、砥粒を含んだ研磨液を回転
中のウエハ基板の表面に供給しながら前記表面を研磨パ
ッドの押しつけにより研磨する基板研磨装置において、
ウエハ基板表面に供給される研磨液にメガソニック振動
を与える超音波励振手段を備えたことを特徴としてい
る。

【００１５】本発明の基板研磨装置は、超音波励振手段
が、研磨液に直接又は間接的にメガソニック振動を与
え、それによる砥粒粒子の運動エネルギーを研磨に利用
するものである。

【００１６】即ち、本発明の装置によるウエハ基板の鏡
面研磨は、ウエハ基板と研磨パッドとの間に介在する研
磨液にメガソニック振動を与え、ウエハ基板の研磨パッ
ドに対する押し付け圧力のみならず、メガソニック振動
で付勢された研磨液中の砥粒粒子の運動エネルギーによ
り、ウエハ基板の表面を研磨している。

【００１７】そのため、従来のようなウエハ基板と研磨
パッド間の押し付け圧力のみに依存した鏡面研磨に比べ
て、ウエハ基板と研磨パッド間の押し付け圧力を小さく
できるので、鏡面研磨後のウエハ基板表面の平行度を高
精度にすることができ、また、ウエハ基板内にダメージ
も発生しにくくなり、高精度で均一な表面仕上げを達成
することができる。

【００１８】更に、超音波励振手段によるメガソニック
照射によって砥粒粒子のみならず研磨液中のその他の微
粒子（例えば、切削屑、金属不純物及びワックスなどの
有機物）も振動するため、これらがウエハ表面から離脱
して、鏡面研磨後のウエハ基板に付着しにくくなる。

【００１９】なお、メガソニック照射により生じた振動
エネルギーが研磨液に含まれる水分子の結合を解離させ
るので、研磨液中に水素ラジカル、水素イオン（Ｈ・、
Ｈ⁺）と水酸化物ラジカル、水酸化物イオン（・ＯＨ、
ＯＨ^-）が生成される。

【００２０】ＯＨラジカル（・ＯＨ）は有機物から水素
を引き抜いたり、他のＯＨラジカル（・ＯＨ）と反応し
て過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）となった後、超音波の作用で酸
素ラジカルを生成して有機物を酸化するので、ウエハ基
板表面に付着するワックスなどの有機物が化学的作用に
よっても取り除かれる。

【００２１】即ち、本発明の基板研磨装置は、超音波励
振手段によるメガソニックの照射により物理的にウエハ
基板の表面層を剥離すると同時に、ウエハ基板の表面に
付着しやすい微粒子（切削屑、砥粒粒子、金属不純物及
びワックスなどの有機物等）に振動を与えて物理的にウ
エハ表面から離脱しやすくし、また、研磨液中に生成さ
れる水酸化物イオン（ＯＨ^-）の働きにより化学的にワ
ックスなどの有機物をウエハ表面から取り除くので、以
後の洗浄工程に送られる研磨済みウエハ基板は従来技術
のものに比べて清浄である。

【００２２】尚、研磨液に与えるメガソニック振動の周
波数範囲は、０．７MHz以上２MHz以下がとすること好ま
しい。この範囲は、ウエハ基板表面に傷を付けないで、
且つ、高い研磨能力が得られるという理由から決定され
ている。

【００２３】また、超音波励振手段は、研磨液にメガソ
ニック振動を与えるものであれば、直接的に与える構成
でも間接的に与える構成でもよい。例えば、噴射口にメ
ガソニック発振器を備え、研磨液に直接メガソニックを
照射しながらウエハ基板表面に研磨液を供給する構成と
しても良いし、研磨パッドを配置した回転定盤の裏面側
に複数の振動子を設け、回転定盤を介して研磨液にメガ
ソニック振動を与える構成や、上方からウエハ基板を押
圧する回転トップリングに複数の振動子を設け、回転ト
ップリングを介して研磨液にメガソニック振動を与える
構成、更には、鏡面研磨中に回転定盤の上方から研磨液
に対してメガソニックを照射する構成なども採用可能で
ある。

【００２４】なお、研磨液として、例えば、コロイダル
シリカとＰＨ９以上ＰＨ１３以下のＮａＯＨ系などのア
ルカリ液とを混合したスラリー状のものが挙げられる
が、ここでは表面を鏡面研磨に用いられるものであれば
特に限定しない。

【００２５】一般に、ラッピング後のウエハ基板は、粗
研磨と鏡面仕上げ研磨などの複数段の研磨工程を経て精
密な鏡面状に加工される。本発明の装置は、鏡面研磨工
程全てにわたって用いることもできるし、鏡面仕上げ研
磨のみに用いることもできる。鏡面研磨工程全てにわた
って用いる場合は、押し付け力の大きさ、回転数、研磨
パッドの粗さ等の諸条件を一定期間ごとに換えると良
い。

【００２６】尚、本発明の研磨対象となるウエハ基板
は、デバイスプロセス前のウエハ基板に限らず、デバイ
スＣＭＰプロセスを経たパターン付ウエハ基板や、ＳＯ
Ｉプロセスを経た酸化膜付ウエハ基板等のように、清浄
度を保持して表面を研磨する必要のあるウエハ基板も本
発明による基板研磨装置の研磨対象に含まれる。

【００２７】勿論、本発明の装置は、例えば、直径３０
０mmクラス以上のウエハ基板のように大口径ウエハ基板
に対しても有効である。

【００２８】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の基板研磨装置において、前記超音波励振手段が
超音波発振器を含み、該超音波発振器が研磨液供給ノズ
ルの噴射口に取り付けられていることを特徴としてい
る。

【００２９】即ち、請求項２の発明では、研磨液供給ノ
ズルが、超音波発振器からのメガソニック振動で励振さ
れた研磨液をウエハ基板に供給する構成とし、メガソニ
ック発振器からのメガソニック振動を最も効率よく研磨
液に伝達するものとしている。

【００３０】請求項３の発明は、ウエハ基板と研磨パッ
ドとの間に介在する研磨液にメガソニック振動を与え、
ウエハ基板の研磨パッドに対する押し付け圧力と、メガ
ソニック振動で付勢された研磨液中の砥粒粒子の運動エ
ネルギーとにより、ウエハ基板の表面を研磨することを
特徴とする基板研磨方法としている。

【００３１】即ち、本発明の基板研磨方法では、ウエハ
基板の研磨パッドに対する押し付け圧力のみならず、メ
ガソニック振動で付勢された研磨液中の砥粒粒子の運動
エネルギーも利用してウエハ基板の表面を研磨すること
により、研磨の際にウエハ基板表面にかける押し付け圧
力を従来よりも少ない押し付け圧力とすることができ
る。そのため、鏡面研磨後のウエハ基板表面の平行度を
高精度にすることができ、また、ウエハ基板内にダメー
ジも発生しにくくなり、高精度で均一な表面仕上げを実
現できる。

【００３２】勿論、本発明の方法は、例えば、直径３０
０mmクラス以上のウエハ基板のように大口径ウエハ基板
に対しても有効である。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について、図示例とともに説明する。図１は、本発明の
基板研磨装置の一実施形態を示す説明図である。

【００３４】図１に示した基板研磨装置は、鏡面研磨に
おける最終研磨である鏡面仕上げ研磨工程に用いられる
枚葉式の片面研磨装置であり、直径４００mmの大口径の
シリコンイッゴットをワイヤーソーや内周刃により複数
のウエハに切断して、それぞれラッピングにかけた後、
別の研磨装置により粗研磨処理を終えた状態のウエハ基
板Ｗを受け取って、バフ研磨により鏡面仕上げを施すも
のである。

【００３５】基板研磨装置に用いる研磨液は、溶媒とし
て超純水を用いた研磨液を使用しており、そのため、清
浄度の高い気体（例えば 、窒素などの不活性ガス）で
置換されたチャンバ（図示せず）内に設置されている。

【００３６】基板研磨装置は、上面に鏡面仕上げ研磨用
の研磨パッド３が配設され中央を回転中心として回転す
る定盤２と、この定盤２の回転中心から偏心した位置の
上方に設けられ、超音波励振手段である超音波発振器６
によりメガソニック照射を受けた研磨液を研磨パッド３
上に噴射するノズル１と、ウエハ基板Ｗを研磨対象面の
裏面側から吸引して保持し、自身の軸を中心として回転
しながら研磨パッド３に押し付けるトップリング４と、
定盤２の回転数の調整、トップリング４の回転数の制御
や昇降状態、ウエハ基板Ｗにかける押圧力の調整、更に
はメガソニック振動数の調節などを行う制御手段５を備
えている。

【００３７】粗研磨を終えたウエハ基板Ｗは、トップリ
ング４により研磨対象面を下にした状態で裏面側から吸
引保持され、定盤２の上方に搬送される。定盤２は、中
央を回転中心として図示しないモータにより一定速度で
回転しており、その回転速度は、制御手段５により一定
に保たれている。

【００３８】ノズル１には超音波発振器６が取り付けら
れており、この超音波発振器６は、図示しないタンクか
ら供給された研磨液に１MHzのメガソニックを照射す
る。メガソニックで励振された研磨液はノズル１から研
磨パッド３に向かって噴射され、この状態でトップリン
グ４が自身の軸を中心として回動しながら下降し、それ
によりウエハ基板Ｗの下面が研磨パッド３に押しつけら
れる。

【００３９】研磨パッド３は定盤２と共に回転している
ため、ウエハ基板Ｗの表面は、トップリング４自身の回
動と定盤２の回動とによって研磨パッド３と相対的に摺
擦される。このとき、トップリング４への押し付け力
と、メガソニックで励振された研磨液の化学的作用及び
物理作用（即ち、メガソニック励振による砥粒粒子の運
動エネルギー）とによりウエハ基板Ｗの表面が研磨され
る。

【００４０】トップリング４は、ウエハ基板Ｗの表面を
研磨パッドに押しつけた状態で、所用時間研磨動作を行
い、その後、トップリング４が上昇し、次工程の最終洗
浄装置にウエハ基板Ｗが引き渡される。

【００４１】なお、本実施形態の装置では、ノズル１は
１つの噴射口を備えた単ノズルとしているが、このよう
な構成に限らず、複数の噴射口を備えたスリット式ノズ
ルとしても良い。更に、本実施形態では、ノズル１の取
付位置を固定しているが、研磨動作中にノズル１を定盤
２の回転軸と直交する方向へ揺動できるように可動的に
取り付けても良い。

【００４２】

【発明の効果】このように、本発明では、研磨メカニズ
ムにメガソニックの照射による物理的な砥粒振動の作用
が付加されているため、その分だけウエハ基板と研磨パ
ッドとの間の押し付け圧力を小さくでき、鏡面研磨後の
ウエハ基板の平行度に悪影響を与える度合を低減できる
ので、高精度の仕上げ平行度でウエハ基板の全面を鏡面
研磨することができる。

【００４３】また、押しつけ圧力の低減化によって、ウ
エハ基板内にダメージが生じることも少なくなり、均一
な表面仕上げを果たすことができる。

【００４４】更に、メガソニック照射によって研磨液中
の微粒子（例えば、切削屑、砥粒粒子、金属不純物及び
ワックスなどの有機物）を振動させるので、これらがウ
エハ表面に再付着することが防止されるため、鏡面研磨
後のウエハ基板は従来よりも清浄であり、従って次工程
の洗浄工程における洗浄時間、洗浄液の清浄化保全など
の負担を軽減させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の基板研磨装置の概略を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ ノズル ２ 定盤 ３ 研磨パッド ４ トップリング ５ 制御手段 ６ 超音波発振器 Ｗ ウエハ基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 秀旻 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 砥粒を含んだ研磨液を回転中のウエハ基
   板の表面に供給しながら前記表面を研磨パッドとの摺擦
   により研磨する基板研磨装置において、 ウエハ基板表面に供給される研磨液にメガソニック振動
   を与える超音波励振手段を備えたことを特徴とする基板
   研磨装置。
2. 【請求項２】 前記超音波励振手段が超音波発振器を含
   み、該超音波発振器が研磨液供給ノズルの噴射口に取り
   付けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板
   研磨装置。
3. 【請求項３】 ウエハ基板と研磨パッドとの間に介在す
   る研磨液にメガソニック振動を与え、ウエハ基板の研磨
   パッドに対する押し付け圧力と、メガソニック振動で付
   勢された研磨液中の砥粒粒子の運動エネルギーとによ
   り、ウエハ基板の表面を研磨することを特徴とする基板
   研磨方法。