JPH1119873A - 基板研磨装置及び基板研磨の方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鏡面研磨後のウエハ基板表面に付着する切削
屑や、金属不純物、砥粒粒子などの付着量を低減できる
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、研磨液から溶存酸素を取り除く脱気手段を備えてな
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の方法に
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
クスで貼り付けら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に
おける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ため、
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。

【００１０】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。

【００１１】尚、以上に述べた問題は、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。

【００１２】そこで本発明は、鏡面研磨後の洗浄工程を
短縮可能な基板研磨装置及び基板研磨の方法を提供する
ことを主目的としている。

【００１３】

【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、研磨液供給手段により砥粒
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、前記研磨液供給手段は、研磨液から
溶存酸素を取り除く脱気手段を備えていることを特徴と
している。

【００１４】即ち、本発明の基板研磨装置は、研磨液供
給手段がウエハ基板表面に研磨液を供給した状態で、ウ
エハ基板の研磨パッドに対する押し付け圧力によりウエ
ハ基板表面を研磨するものであるが、研磨液中に含まれ
る溶存酸素を脱気手段が取り除いて溶存酸素含有量の少
ない研磨液（以後、低溶存酸素研磨液と称す。）とし、
この低溶存酸素研磨液を研磨に用いるものである。

【００１５】低溶存酸素研磨液は、ウエハ基板表面に付
着する金属不純物等を取り除くと共にウエハ基板表面に
形成された自然酸化膜を剥ぎ取る作用（以後、化学的洗
浄作用と称す。）を有する。そのため、低溶存酸素研磨
液をウエハ基板と研磨パッドとの間に介在させた状態で
研磨すると、研磨により生じた切削屑や、金属不純物が
低溶存酸素研磨液によりウエハ基板表面から取り除かれ
ると共に、ウエハ基板表面の自然酸化膜が除去されるの
で、パーティクル、有機物及び金属不純物の付着をより
一層低減できる。従って、鏡面研磨が終了した時点での
ウエハ基板は従来よりも清浄度が向上したものとなる。

【００１６】即ち、本発明の装置によるウエハ基板の鏡
面研磨では、ウエハ基板と研磨パッドとの間に介在する
研磨液に化学的洗浄作用を付加し、ウエハ基板の研磨パ
ッドに対する押し付け圧力により鏡面研磨を行う際に、
物理的研磨と同時に研磨液の化学的作用により、ウエハ
基板表面の自然酸化膜を剥ぎ取り、研磨により生じた切
削屑や、金属不純物を研磨液中に取り込んでウエハ基板
表面から取り除いている。

【００１７】そのため、化学的洗浄作用を付加させない
研磨液を用いて鏡面研磨を行った場合と比べて、研磨済
みウエハ基板の表面は清浄となり、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。

【００１８】また、脱気手段は、研磨液中の溶存酸素を
取り除くものであればよい。例えば、一端に流体導入プ
ラグ、他端に流体導出プラグが接続された気体透過膜か
らなる管状流路が、内部が真空に保たれたチャンバ内に
複数設けられ、研磨液が管状流路内を通過する間に溶存
酸素を真空側に取り込む構成の脱気機構等が挙げられ
る。また、１つの脱気機構のみならず、複数の脱気機構
を直列に繋げるなどのように連結して複数回の脱気を行
う構成のものなども採用できる。

【００１９】なお、用いる研磨液としては、例えば、Ｎ
ａＯＨ系などのアルカリを超純水に溶解してＰＨ９以上
ＰＨ１３以下とした液にコロイダルシリカを分散させた
スラリー状にしたものなど挙げられるが、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。

【００２０】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階の研磨工程を経て
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。

【００２１】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。

【００２２】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、前記研磨液供給手段
は、複数回の脱気処理を行うものであることを特徴とし
ている。

【００２３】即ち、請求項２の発明では、複数回の脱気
処理を行うことにより、溶存酸素をより確実に取り除く
ものとしている。

【００２４】即ち、脱気処理対象の研磨液はアルカリ溶
液中にコロイダルシリカ等の研磨剤が分散したスラリー
状であるため、研磨剤に阻まれるなどの物理的要因によ
り一回の脱気処理では溶存酸素量の低減が不十分な場合
がある。そのため、脱気手段が複数回の脱気を行って脱
気率を上げる構成とすることにより、溶存酸素量の低減
を確実に行うものとしている。

【００２５】そのような構成としては、例えば、複数の
脱気機構を直列に設け、研磨剤が全ての脱気機構を通過
する構成や、流路を循環させて１つの脱気機構に何度も
通過させることにより、複数回の脱気処理を施す構成等
が挙げられる。

【００２６】また、請求項３の発明では、砥粒を含んだ
研磨液をウエハ基板と研磨パッドとの間に研磨液を介在
させた状態で、ウエハ基板を回転させながら研磨パッド
に押し付けることにより研磨を行う基板研磨の方法にお
いて、溶存酸素含有量を少なく調整した低溶存酸素研磨
液を研磨液として用い、低溶存酸素研磨液による化学的
洗浄作用により基板表面の付着物を取り除きながら、ウ
エハ基板の研磨パッドに対する押し付け圧力により基板
表面を研磨することを特徴としている。

【００２７】即ち、本発明の基板研磨の方法では、溶存
酸素含有量の少ない研磨液（即ち、低溶存酸素研磨液）
を用いて研磨する方法としている。低溶存酸素研磨液を
用いて基板表面を研磨すると、低溶存酸素研磨液の化学
的洗浄作用により、基板表面からパーティクル、有機物
及び金属不純物等の付着物が取り除かれるので、鏡面研
磨が終了した時点で得られるウエハ基板は従来よりも清
浄度が向上したものとなる。

【００２８】

【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。

【００２９】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。

【００３０】この基板研磨装置は、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。

【００３１】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の回転中心の上方に設けられ、
脱気手段である脱気モジュール６により脱気処理を受け
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
ける押圧力の調整などを行う制御装置５を備えている。

【００３２】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、制御装置５により一定
に保たれている。

【００３３】ノズル１には、３つの脱気ユニット６ａ，
６ｂ，６ｃよりなる脱気モジュール６が取り付けられて
いる。夫々のユニットは、内部が真空状態に保たれた真
空チャンバー内を、長さ寸法５００mm、直径１〜２mmの
気体透過膜からなる中空管を複数貫通させて流体の流路
を形成した構成の脱気モジュールであり、研磨液が中空
管を通過する間に真空中に溶存酸素を取り込むことで研
磨液を脱気するものである。尚、用いる中空管は、必要
に応じて適宜適当なものを選択することができる。

【００３４】本装置において、図示しないタンクから供
給された研磨液は、夫々のユニットを６ａ，６ｂ，６ｃ
の順で通過するうちに、３回の脱気処理を受けて低溶存
酸素研磨液となり、ノズル１から研磨パッド３に向かっ
て噴出される。

【００３５】低溶存酸素水がノズル１から研磨パッド３
に向かって噴出されると、トップリング４が自身の軸を
中心として回動しながらウエハ基板Ｗの下面を研磨パッ
ド３に押しつけるまで下降する。このときの下降量は、
ウエハ基板Ｗの下面に対する押しつけ圧が適度になるよ
うに制御装置５により制御されている。

【００３６】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、低溶存酸素研磨液の化学的洗浄作用とによりウエハ
基板Ｗの表面が研磨と同時に洗浄される。

【００３７】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っ
た後、上昇して次工程の最終洗浄装置にウエハ基板Ｗを
引き渡す。

【００３８】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
付を回転定盤２の軸心上の位置に固定しているが、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。

【００３９】

【発明の効果】このように、本発明の装置では、研磨メ
カニズムに低溶存酸素研磨液による化学的洗浄作用が付
加されているため、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 制御装置 ６ 脱気モジュール ６ａ，６ｂ，６ｃ 脱気ユニット 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】 研磨液供給手段により砥粒を含んだ研磨
   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、 前記研磨液供給手段は、研磨液から溶存酸素を取り除く
   脱気手段を備えていることを特徴とする基板研磨装置。
2. 【請求項２】 前記研磨液供給手段は、複数回の脱気処
   理を行うものであることを特徴とする基板研磨装置。
3. 【請求項３】 砥粒を含んだ研磨液をウエハ基板と研磨
   パッドとの間に研磨液を介在させた状態で、ウエハ基板
   を回転させながら研磨パッドに押し付けることにより研
   磨を行う基板研磨の方法において、 溶存酸素含有量を少なく調整した低溶存酸素研磨液を研
   磨液として用い、 低溶存酸素研磨液による化学的洗浄作用により基板表面
   の付着物を取り除きながら、ウエハ基板の研磨パッドに
   対する押し付け圧力により基板表面を研磨することを特
   徴とする基板研磨の方法。