WO2004015752A1

WO2004015752A1 - ウェーハの研磨方法及び装置

Info

Publication number: WO2004015752A1
Application number: PCT/JP2003/009658
Authority: WO
Inventors: Toshihiro Tsuchiya
Original assignee: Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd.
Priority date: 2002-08-09
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2004-02-19
Also published as: JP2004072025A; EP1542267A1; EP1542267A4; US7291055B2; EP1542267B1; US20060068681A1; JP3978780B2

Abstract

本発明は、研磨による面ダレを防止し平坦度の高いウエーハ、特にＳＯＩウエーハの製造ができるウエーハの研磨方法及び装置を提供する。本発明は、上面に研磨布を貼付した回転可能な定盤と、該定盤に相対向して設けられウエーハ保持盤を備えた研磨ヘッドとを有し、該ウエーハ保持盤の保持面にウエーハの裏面を保持し該ウエーハの表面を該研磨布に押圧して研磨する研磨装置を用い、該研磨装置を変えることなく所定の総研磨代まで該ウェーハの表面を研磨する研磨工程を有する研磨方法であって、前記研磨工程を複数段の分割研磨工程に分割して構成し、後段の分割研磨工程における前記ウエーハの保持位置を前段の分割研磨工程における前記ウエーハの保持位置とは異なる位置に変更するようにした。

Description

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明細書ゥエーハの研磨方法及び装置

技術分野

本発明は、研磨による面ダレを防止し平坦度の高いゥエーハ、特に S O I ( Silicon on Insulator) ゥエーハの製造ができるゥエーハの研磨方法及び装置に関するものである。背景技術

近年、デバイス工程における歩留りの向上を目的として、シリコン等の半導体ゥエーハの平坦度に関する要求は高まる一方である。この高平坦度を有する鏡面研磨ゥエーハの製造方法は、一般にチヨクラルスキー ( Czochralski ； C Z ) 法や浮遊帯域溶融（Floating Zone ； F Z ) 法等を使用して単結晶インゴットを製造する単結晶成長工程と、この単結晶インゴットをスライスし、少なくとも一主面が鏡面状に加工されるゥェーハ製造（加工）工程とからなるものであって、この製造された鏡面研磨ゥエーハを用いてデバイスが形成される。

更に詳しくゥエーハ製造（加工）工程について示すと、単結晶インゴットをスライスして薄円板状のゥエーハを得るスライス工程と、該スライス工程によって得られたゥエーハの割れ、欠けを防止するためにその外周部を面取りする面取り工程と、このゥエーハを平坦化するラッピング工程と、面取り及ぴラッビングされたゥエーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、そのゥエーハ表面を鏡面化する研磨（ポリッシング）工程と、研磨されたゥエーハを洗浄して、これに付着した研磨剤や異物を除去する洗浄工程を有している。上記ゥエーハ加工工程は. 9658

2 主な工程を示したもので、他に熱処理工程や平面研削工程等の工程が加わったり、同じ工程を多段で行ったり、工程順が入れ換えられたりする。また、近年、集積回路はその集積度を著しく増し、それに伴い鏡面研磨されたゥエーハ表面の平坦度や平滑度のような加工精度もより厳しい条件が課されるようになった。しかも、性能 '信頼性 '歩留まりの高い集積回路を得る為には、機械的な精度だけではなく、電気的な特性についても高いことが要請されるようになつた。中でも S〇 I ゥエーハについて言えば、理想的な誘電体分離基板なので、主に移動通信機器や医療機器関係で高周波、高速系デバイスとして利用され、今後の大幅な需要拡大が予想されている。

図 7に示すように、 S O I ゥエーハ 5 0は、単結晶シリコン層のような素子を形成するための S O I層 5 2 (半導体層や活性層ともいう）が, シリコン酸化膜のような絶縁層 5 4 〔埋め込み（B O X ) 酸化膜層や単に酸化膜層ともいう〕の上に形成された構造をもつ。また絶縁層 5 4は支持基板 5 6 (基板層ともいう）上に形成され、 S O I層 5 2、絶縁層 5 4、支持基板 5 6が順次形成された構造となっている。

従来、 S O I層 5 2及ぴ支持基板 5 6が、例えばシリコン、及び絶縁層 5 4が例えばシリコン酸化膜からなる上記 S O I構造を持つ S O I ゥエーハ 5 0の製造方法としては、酸素イオンをシリコン単結晶に高濃度で打ち込んだ後に、高温で熱処理を行い、酸化膜を形成する S I M O X ( Separation by implanted oxygen) 法によるものと、 2枚の鏡面研磨したゥエーハを、接着剤を用いることなく結合し、片方のゥエーハを薄膜化する結合法（貼り合わせ法）がある。

S I M O X法は、デバイス活性領域となる活性層部（S O I層） 5 2 の膜厚を、酸素イオン打ち込み時の加速電圧で決定、制御できるために. 薄層でかつ膜厚均一性の高い活性層を容易に得る事ができる利点がある力 S、埋め込み（B OX) 酸化膜（絶縁層） 5 4の信頼性や、活性層の結晶性等問題が多い。

一方、ゥエーハ結合法は、単結晶のシリコン鏡面ゥエーハ 2枚のうち少なくとも一方に酸化膜（絶縁層） 5 4を形成し、接着剤を用いずに貼り合わせ、次いで熱処理（通常は 1 1 0 0 °C〜 1 2 0 0 °C) を加えることで結合を強化し、その後片方のゥエーハを研削や湿式ェツチングにより薄膜化した後、薄膜の表面を鏡面研磨して S O I層 5 2を形成するものであるので、埋め込み酸化膜（絶縁層） 5 4の信頼性が高く S O I層 5 2の結晶性も良好であるという利点がある。しかし、このようにして貼り合わされた S〇 I ゥエーハ 5 0は研削や研磨により機械的な加工を行い薄膜化しているため、得られる 30 1層 5 2の膜厚おょぴその均一性に限界がある。

また最近 S O I ゥエーハの製造方法として、イオン注入したゥエーハを結合及び分離して S O I ゥエーハを作製する方法が新たに注目され始めている。この方法はイオン注入剥離法などとも言われ、図 8に示すように、 2枚のシリコンゥエーハ 5 2 a， 5 6 aを準備し（図 8 ( a ) 、ステップ 1 0 0 ) 、そのうち、少なくとも一方のゥエーハ 5 2 a (ボンドウーハといわれる）に酸化膜（絶縁層） 5 4 aを形成する（図 8 ( b ) 、ステップ 1 0 2 ) と共に、一方のシリコンゥエーハ 5 2 aの上面から水素イオンまたは希ガスイオンを注入し（図 8 ( c ) 、ステップ 1 0 4) 、該ゥエーハ内部に微小気泡層（封入層） 5 8を形成させた後. 該イオンを注入した方の面を、酸化膜 5 4 aを介して他方のシリコンゥエーハ 5 6 a (ベースウェーハといわれる）と密着させて貼り合わせ (図 8 ( d ) 、ステップ 1 0 6 ) 、その後熱処理を加えて微小気泡層 5 8を劈開面として一方のゥエーハ 5 2 aを薄膜状に剥離し（図 8 ( e ) . ステップ 1 0 8 ) 、さらに熱処理を加えて、強固に結合して S O I ゥェーハ 5 0 とする（図 8 ( f ) 、ステップ 1 1 0 ) 技術（特開平 5— 2 1 1 1 2 8号参照）である。そして、該劈開面は良好な鏡面であり、 S O I層 5 2の膜厚の均一性も高い S O I ゥエーハ 5 0が比較的容易に得られている。更にこのように得られた S〇 I層 5 2を歪み除去や薄膜化するため C M P研磨を行うことがある（図 8 ( g ) 、ステップ 1 1 2 ) 。このような鏡面研磨ゥエーハゃ S O I ゥエーハの製造に用いられる研磨装置には種々の形態が開発されているが、多くは研磨の保持方法（研磨ヘッド、更にはゥエーハ保持盤）の改良であり、バッキングパッド等の軟質保持面でゥエーハを保持するものや、真空吸着、さらにはテンプレート（リテーナ）の改良が行われている。

例えば、特開平 7— 1 7 1 7 5 7号公報では、ゥエーハ保持部材の下方開口部に配設される可撓性の薄板のゥエーハ吸着保持板でゥエーハを吸着支持すると共に、ゥエーハ保持部材をハウジングに伸縮性の筒状部材と高可撓性の支持部材で垂下支持し、密閉室内に所定の圧力の圧縮空気を導入しゥエーハ保持部材の自重の影響をなくし、均一な空気圧のみによりゥエーハの研磨を行う研磨へッドが開示されている。

また、特開 2 0 0 0— 1 9 8 0 6 9号公報では、ワークを真空吸着保持する多数の貫通孔を有するワーク保持盤本体を具備した研磨用ワーク保持盤において、保持盤本体の保持面が、保持面に塗布された熱硬化性樹脂を熱硬化させた皮膜で被覆され、かつ皮膜の表面が研磨されたものとした研磨ヘッド（ゥエーハ保持方法）に関する技術が開示されている < また、特開 2 0 0 2— 1 1 3 6 5 3号公報には、ポリッシング対象物である半導体ゥエーハを保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、半導体ゥエーハを保持するトップリング本体と、トツプリング本体に固定されるか又は一体に設けられ半導体ゥエーハの外周縁を保持するリテーナリングと、トツプリング本体内に設けられるとともに弾性膜で覆われ流体が供給される流体室とを備え、流体室内に' 加圧流体を供給することにより半導体ゥエーハを弾性膜を介して研磨面に押圧し、トツプリング本体に押圧力を加えることによりリテーナリングを研磨面に押圧するようにした研磨へッドが開示されている。

その他にも、特開平 0 8— 2 5 7 8 9 3号公報では、ゥエーハの外周部がゥエーハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態に保持する研磨へッドゃ、特開平 1 1一 4 2 5 5 0号公報ではキヤリァを押圧する第 1空間部及びリテーナリングを押圧する第 2空間部を有し、第 1、第 2空間部に圧力エアを供給して弾性シートの中央部と外周部とを弾性変形させてキヤリァとリテーナリングを研磨定盤に押し付ける技術などが開示されている c このように鏡面研磨ゥエーハ及ぴ s O I ゥエーハ等の製造に用いられる研磨装置に関して、研磨へッドゃゥエーハ保持に関する様々な技術が開発されているが、図 9に示すように、この種の研磨装置 1 0は、基本的構造として、上面に研磨布 1 2を貼付した回転可能な定盤 1 4 と、該定盤 1 4に相対向して設けられたゥエーハ保持盤 1 6を備えた研磨へッド 1 8 と、ゥエーハ Wの外周縁を保持するリテーナリング 2 0とを有し. 研磨に際しては研磨布 1 2上に研磨剤供給管 2 2から研磨剤 2 4を供給するとともに、ゥエーハ裏面をバッキングパッド 2 6等（合成樹脂ゃセラミックス、弾性体等で保持する場合もある）を介してゥエーハ保持盤 1 6の保持面 1 6 aに保持し、この研磨ヘッド 1 8を加圧しゥエーハ表面を研磨布 1 2に押圧して研磨するものである。なお、図 9において、 2 8は定盤 1 4の回転軸であり、 3 0は研磨へッド 1 8の駆動軸である _t また、上記リテーナリング 2 0を具備しない構成の研磨装置も従来から用いられている。

しかしながら、このように研磨ヘッドの機構等を工夫し、ゥエーハを高平坦度に加工しようとするが、機械的に改善するには限界があった。 3 009658

6 つまり、ゥエーハ保持盤の保持面の平坦度（厚さばらつき）や組み立て起因のゆがみ等の影響が残ってしまい改善しきれない部分がある。

例えば、前述した S O I ゥエーハの製造では、図 8に示したイオン注入剥離法とよばれる方法で平坦度の優れた S O I層を有するゥエーハが製造できるが、その S O I層を薄膜化するために、研磨を行うことがあり、この研磨を行うと逆に S O I層の平坦度を悪化（面ダレ）させてしまうことがあった。特に S O I ゥエーハに要求される平坦度は、直径 3 O O m mのゥエーハで面内パラツキが 1 O n m以下であり、通常のゥェーハ製造（加工）工程を経た鏡面研磨ゥエーハの面内バラツキの要求約 1 μ τα ( = 1 0 0 O n m ) 以下のレベルに比べてはる力こ厳しいものである。従って、僅かな平坦度の悪化も問題である。この平坦度の悪化が研磨へッドのゥエーハ保持盤の保持面のばらつきや組み立て起因のゆがみの影響であった。このような機械的に改善しきれない部分での形状の悪化を改善する必要が出てきた。発明の開示

本発明は、上記した従来技術の問題点に鑑みなされたもので、研磨による面ダレを防止し平坦度の高いゥェーハ、特に S O I ゥエーハの製造ができるゥエーハの研磨方法及び装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、本発明のゥエーハの研磨方法は、上面に研磨布を貼付した回転可能な定盤と、該定盤に相対向して設けられゥエーハ保持盤を備えた研磨へッドとを有し、該ゥエーハ保持盤の保持面にゥエーハの裏面を保持し該ゥエーハの表面を該研磨布に押圧して研磨する研磨装置を用い、該研磨装置を変えることなく所定の総研磨代まで該ゥーハの表面を研磨する研磨工程を有する研磨方法であって、前記研磨 P T/JP2003/009658

7 工程を複数段の分割研磨工程に分割して構成し、後段の分割研磨工程における前記ゥエーハの保持位置を前段の分割研磨工程における前記ゥェーハの保持位置とは異なる位置に変更するようにしたものである。

つまり、本発明の研磨方法においては、同一の研磨装置、換言すれば同一の研磨ヘッド及ぴゥエーハ保持盤を用い、ゥエーハ保持位置のみを変更して、研磨し直す一種の多段研磨を行う。このように、特定のゥェーハ保持盤で保持するゥエーハのゥエーハ保持位置のみを研磨途中で変更することによって、研磨へッドのゥエーハ保持盤の保持面のばらつきや組み立て起因のゆがみの影響で機械的に改善しきれない部分の影響、特にゥエーハ外周部のダレやハネを打ち消すことができ、高平坦度なゥエーハが製造できる。

上記したゥエーハ保持位置の変更は、ゥエーハの中心を回動中心として所定の回動角度だけ該ゥエーハの保持位置を回動させること、例えばゥエーハをゥエーハ保持盤から取り外して、ゥエーハ保持盤、ゥエーハ又は両者を回動させることによって行えばよい。このようにして、特にゥエーハ外周部の同じ位置をゥエーハ保持盤によって再び保持しないようにする。またゥエーハ保持位置の変更は任意の回数及び任意の角度で設定してもかまわないが、事前に研磨へッド毎に得られるゥエーハ形状の特徴を調べておき、形状に応じ適宜設定することが好ましい。

例えば、研磨ヘッドのゥエーハ保持盤の保持面のばらつきや組み立て起因のゆがみが影響する場合、ゥエーハ形状がくら型になる傾向があつた。つまり、図 1 0に示すようにゥエーハ Wの外周部の一部がダレ Dており、このダレ Dと対象の位置（ 1 8 0度回転した位置）にも同じようにダレ Dが発生し、それから約 9 0度回転した部分ではハネ Hており、このハネ Hと対象の位置も同じようにハネ Hている形状であった。ここでハネ Hとはゥエーハ外周部にあるゥエーハ面内より若干厚さが厚い部分、例えば図 1 0 ( a ) (b ) のゥエーハ外周部の色の薄い部分及ぴダレ Dとはゥエーハ外周部にあるゥエーハ面内より若干厚さが薄い部分、例えば図 1 0 ( a ) ( b ) のゥエーハ外周部の色の濃い部分'である。

このような場合、初めに分割研磨工程の分割段数を決めたとすると、ゥエーハ外周部のうねりの周期を複数段の分割研磨工程の分割段数 nで割った角度に設定しこの角度でゥエーハ保持位置を変更する。つまり、ゥエーハ外周部のうねりの周期が図 1 0に示した場合では 1 8 0° であり、この場合、複数段の分割研磨工程の分割研磨段数 nを例えば n = 3 とすると、 1 8 0° / 3で 6 0° 間隔でゥエーハ保持位置をずらし研磨する。

また、別の方法としてゥエーハ保持位置の変更は、ゥエーハ外周のうねりの周期の 1ノ 2に設定しても良い。この場合、分割研磨工程の分割研磨段数 nは、 2段以上の偶数段にするのが好ましい。

上記のような 1 8 0° 周期のうねりを有するゥエーハを製造しやすい研磨へッドを有する研磨装置の場合、研磨途中で、ゥエーハ保持位置を 9 0度（ 1 8 0° / 2 = 9 0° ) ずらして保持し直し再度研磨すればよい。つまり、このようなゥエーハ外周部に特徴的な周期の形状（外周部うねり）が現れる場合は、外周部うねりの周期の 1 Z 2程度の角度でゥエーハをずらすことにより研磨を実施する。このような条件で複数段の分割研磨工程による研磨を行えば、効率的にゥエーハ外周部の面ダレ等を防止できる。

また、分割研磨工程 1段あたりの研磨代は前記総研磨代を分割研磨段数 nで割った値に設定すると好ましい。各分割研磨工程の研磨代を略同じにすることでダレゃハネの打ち消し効果が得られやすい。

なお、ゥエーハの片面を研磨する方法であっても研磨条件により研磨中にゥエーハ自体が回転する形式のものもある。例えば、バッキングパッドで水貼りしたワックスフリ一法と呼ばれる形式や、研磨中にゥエーハ保持部分からエアを吹き付ける方法などでは、研磨へッドの回転速度ゃ定盤（研磨布）の回転速度などの研磨条件によりゥエーハ自体が回転する場合がある。研磨中にゥエーハ自体が回転すれば研磨へッドの保持面のばらつきなども打ち消されることとなるが、ゥエーハを回転させるとゥエーハ裏面に傷がつく場合や、また研磨へッドのゥエーハ保持盤の保持面のばらつきや組み立て起因のゆがみにより不規則に回転したり、またはゆがみの影響等で途中で回転しなくなつたりする場合があり、逆に偏った研磨を行う場合もあり、平坦度を悪化させてしまうこともあつて安定した研磨が行えないことがある。

従って、本発明方法においてはゥエーハ自体は研磨中に回転しないほうが好ましい。つまり、本発明方法は、ゥエーハ裏面を保持してゥエーハ表面を研磨する形式の研磨で特に有効な方法である。しかも、本発明方法は、どのような形式のゥエーハ保持盤及び保持方法であっても所定の効果を達成できるものである。また、本発明方法で用いられる研磨装置としては、枚葉式（ 1研磨ヘッドに対し 1枚のゥエーハを保持して研磨する方式）で行うのが行いやすいが、バッチ式（ 1研磨ヘッドに複数枚のゥエーハを保持する研磨方式）でも同様の効果が得られる。

また、鏡面ゥエーハの製造工程（研磨工程）では、 1次研磨、 2次研磨、仕上げ研磨など異なる研磨ヘッドでゥエーハを保持し、複数段で研磨されるのが一般的である。本発明方法はこのような複数の工程のどの工程で用いられる研磨ヘッドに対しても実施できる。しかし、このような多段研磨を行う場合、最終的な研磨工程で実施することが好ましい。これはこのような工程で残った（又は発生した）うねりはその後の工程では改善されずデバイス工程での歩留まりの低下に直結するからである _c また、 1次研磨工程などでは、次に 2次研磨工程を行うことから例え 1 次研磨装置の研磨へッドの影響を受けても、 2次研磨工程で異なる研磨へッドを使用することによって特定の部分の形状のみ悪化することはなく均等化される可能性が大きい。但し、この場合再度 2次研磨装置の研磨へッドのうねり等の影響が残る。このような影響を次の工程で除去できれば良いが、研磨代（研磨量）によっては完全に除去し切れないケースもある。従って、それぞれの工程の研磨代等を考慮に入れ、どの工程で本発明方法を用いればよいか適宜設定する。

更には、本発明方法は、近年注目されている S O I ゥエーハの製造に用いれば、特に有効である。 S O I ゥエーハの製造では S O I層の薄膜化が重要な課題となっている。この薄膜化は熱処理や研磨等により行われているが、研磨で行う場合、もともと高平坦度に加工されているゥェーハ表面（S O I層）をいかに形状を崩さずに薄く研磨できるかが重要であり、研磨へッドのゥエーハ保持部の形状の影響がでやすい工程である。このような S O I ゥエーハの製造で行われる研磨工程で本発明の研磨方法を用いることにより、高平坦度に加工した薄膜 S O I ゥエーハを製造することができ特に好ましい。

本発明の研磨装置は、上面に研磨布を貼付した回転可能な定盤と、該定盤に相対向して設けられゥエーハ保持盤を備えた研磨へッドとを有し. 該ゥエーハ保持盤の保持面にゥエーハの裏面を保持し該ゥエーハの表面を該研磨布に押圧して研磨する研磨装置であって、本発明の研磨方法に用いられるとともに、前記研磨へッドの所定位置に目印となるマーキングを施したものである。

研磨へッドのマーキングは、ゥエーハの所定位置（例えばノツチ部分）と研磨へッドのゥエーハ保持盤の所定位置の相対的位置関係が確認できるように施しておけばよく、研磨ヘッドの側面、ゥエーハ保持盤の一部、リテナーリングを有する場合、リテナーリングの一部等どのような位置に設けても良い。またマーキングの形等は任意である。このようなマーキングを有した研磨へッドを用いれば、正確にゥエーハ保持位置を変更することができる。

本発明の研磨装置に回動可能な張替えステージを備えたゥエーハ張替えユニットをさらに設け、複数段の分割研磨工程の切替え時に、ゥエーハ保持盤から上記張替えステージに受け渡し、該ゥエーハを保持した張替えステージとゥエーハ保持盤の相対位置を所定の回動角度だけ回動させた後、該張替えステージから該ゥヱーハ保持盤に戻して再度保持し、研磨を再度行うことができるようにするのが好ましい。

なお、張替えステージとゥエーハ保持盤の相対位置の回動の態様としでは、張替えステージを所定の回動角度だけ回動させる機構だけでなく . 研磨へッド側を所定の回動角度だけ回動させる機構でもよく、また所定の回動角度となるように両者を回動させることもできる。

上記ゥエーハ張替えュニットとして'は、ゥエーハを着脱自在に保持する回動可能な張替えステージと、該張替えステージを所定角度に回動させる張替えステージ回動機構と、前記研磨へッドを前記定盤と該ゥエーハ張替えュニットとの間を移動させる研磨へッド移動機構とを有する構成とするのが好適である。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の研磨装置の一つの実施の形態を示す側面的概略説明図である。

図 2は、実施例 1における S O I ゥエーハの研磨後のゥエーハの外周部の S O I層の厚さ分布を示すグラフである。

図 3は、実施例 1における S O I ゥエーハの研磨後のゥエーハの直径方向の S O I層の厚さ分布を示すグラフである。図 4は、比較例 1における S O I ゥエーハの研磨後のゥエーハの外周部の S〇 I層の厚さ分布を示すダラフである。

図 5は、比較例 1における S〇 I ゥエーハの研磨後のゥエーハの直径方向の S O I層の厚さ分布を示すグラフである。 '

図 6は、ゥエーハの形状評価の手法の一例を示す上面説明図である。図 7は、 S O I ゥエーハの構造の一例を示す説明図であって、（a ) は上面説明図及び（b ) は断面説明図である。

図 8は、 S O I ゥエーハの製造手順を模式図とともに示すフローチヤートである。

図 9は、従来の研磨装置の一例を示す側面的概略説明図である。

図 1 0は、研磨ゥエーハの外周部に生ずるダレ及びハネの一例を示す説明図で、（ a ) はゥエーハ面の凹凸を濃淡で示すグラフ、（ b ) は ( a ) の模式図である。発明を実施するための最良の形態

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。

図 1は本発明のゥエーハの研磨方法を実施する際に用いられる本発明の研磨装置の一つの実施の形態を示す側面的概略説明図である。図 1において、 1 0 aは本発明の研磨装置で、その基本的構造は図 9に示した従来の研磨装置 1 0と同様である。図 1において図 9 と同一又は類似部材に対しては同一の符号が用いられる。

上記研磨装置 1 0 aは、図 9の研磨装置 1 0 と同様に上面に研磨布 1 2を貼付した回転可能な定盤 1 4と、該定盤 1 4に相対向して設けられたゥエーハ保持盤 1 6を備えた研磨へッド 1 8と、ゥエーハ Wの外周縁を保持するリテーナリング 2 0とを有している。上記ゥエーハ保持盤 1 6には真空吸着用の貫通孔（不図示）が設けられている。ゥエーハ Wを研磨する際には、上記研磨布 1 2上に研磨剤供給管 2 2から研磨剤 2 4 を供給するとともに、ゥエーハ裏面をバッキングパッド 2 6を介してゥエーハ保持盤 1 6の保持面 1 6 aに保持し、この研磨ヘッド 1 8を加圧しゥエーハ表面を研磨布 1 2に押圧して研磨する。図 1において、 2 8 は定盤 1 4の回転軸であり、 3 0は研磨ヘッド 1 8の駆動軸である。なお、上記したバッキングパッドの代わりに合成樹脂、セラミックス、弾性体等によって保持することもできる。また、上記リテーナリング 2 0 を具備しない構成も採用できることは従来の研磨装置 1 0の場合と同様である。

本発明のゥエーハの研磨方法では、研磨装置を変えることなく、即ち同一の研磨装置を用いて、所定の研磨代まで研磨を行う研磨工程を実施する際、所定の研磨代に達する前に少なくとも一回はゥエーハ保持位置を変更して研磨を行うものであり、換言すれば上記研磨工程を複数段の分割研磨工程に分割して構成し、後段の分割研磨工程におけるゥエーハの保持位置を前段の分割研磨工程におけるゥエーハの保持位置とは異なる位置に変更するものである。

そのために、研磨へッド 1 8、特にゥエーハ保持盤 1 6 とゥエーハ W の位置関係が研磨後にも確認できるようにしておく事が好ましい。例えば、図 1に示したように、研磨へッド 1 8のゥエーハ保持盤 1 6の一部に目印となるマーキング 3 2を行い、機械的に又は手動でゥエーハの特定位置、例えば、ノッチ部 N (図 6 ) をその位置に合わせるなどして保持する。このマーキング 3 2の位置を基準に第 2段目以降の分割研磨ェ程におけるゥエーハ保持位置を調整する。

図 1において、 3 4はゥエーハ張替えユニットで、上記研磨装置 1 0 aに隣接して設けられている。該ゥエーハ張替えユニット 3 4は、ゥェーハ Wをその上面に着脱自在に保持する張替えステージ 3 6を有している。該張替えステージ 3 6は軸 3 8を介して張替えステージ回動機構 4 0によって回動せしめられる。一方、 4 2は研磨ヘッド移動機構で、研磨へッド 1 8を前記定盤 1 4と上記ゥエーハ張替えュニット 3 4 との間を移動させる。

上記ゥエーハ張替えュニット 3 4を用いることによって、上述したゥエーハ保持位置の変更を自動的に行うことができる。例えば、第 1段目の分割研磨が終わった後、ゥエーハ Wを保持した研磨へヅド 1 8をゥェーハ張替えュニット 3 4まで移動させ、研磨へッド 1 8及ぴゥエーハ保持盤 1 6の位置を固定したまま、ゥエーハ張替えュニット 3 4の張替えステージ 3 6上にゥエーハ Wを受け渡し、この張替えステージ 3 6を一定角度回動させた後、再度研磨ヘッド 1 8に保持しなおし、該研磨へッド 1 8を定盤 1 4上に移動させて分割研磨を繰り返すことができる。上述したゥエーハ保持位置の変更を正確に行うには、上記張替えステージ 3 6はゥエーハ Wの位置がずれることなく吸着できるように作動し、上記張替えステージ回動機構 4 0は、この張替えステージ 3 6を任意の角度正確に回動させるように作動することが必要である。

なお、ゥエーハ張替えユニット 3 4の構成は、ゥエーハ保持盤 1 6おょぴゥエーハ Wの相対的な保持位置を正確に制御できるものであれば特に限定きれるものではなく、上記した図示例以外にも種々の構成を採用することができる。また、張替えステージ 3 6 とゥエーハ保持盤 1 6の相対位置の回動の態様としては、上述したように張替えステージ 3 6を所定の回動角度だけ回動させる機構の他に、研磨へッド 1 8側を所定の回動角度だけ回動させる機構でもよく、所定の回動角度となるように両者を回動させることもできる。 5 実施例

以下に実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの実施例は例示的に示されるもので限定的に解釈されるべきでないことはレヽうまでもない。

(実施例 1 )

研磨対象となる S O I ゥエーハとしてイオン注入剥離法によって製造した複数枚のゥエーハを準備した。この S O I ゥエーハの直径は 3 0 0 mm、支持基板は約 7 7 5 μ m、酸化膜層の厚さは約 1 4 5 n m、 S O I層の厚さは約 3 4 0 n mであるゥエーハを出発原料とし、 S O I層の総研磨代を約 9 0 n mとして研磨する場合を例に説明する。

研磨装置としては、（株）荏原製作所 F _R E X 3 0 0を使用し上記 S O I ゥエーハを研磨した。研磨布には、東レコーテックス（株）製 Ciegal7355fm (格子溝 2 0 mm口）のスエードタイプの研磨布を使用し、研磨剤として（株）フジミィンコーポレーテッド製 G 3 9 0 0 R S を用いた。研磨圧力は 2 4 0 gノ c m²である。

本実施例における目標研磨代（総研磨代）は 9 0 nmである為、第 1 段目の分割研磨における研磨代は約 4 5 n mに設定し分割研磨を行った ( 次にゥエーハを保持し直し第 2段目の分割研磨を行った。なお、第 2段目の分割研磨におけるゥエーハ保持位置は第 1段目の分割研磨におけるゥエーハ保持位置からゥエーハの中心を回動中心として 9 0度回動させた。

この回動角度を決定するためには事前に研磨へッドの特徴を把握しておき確認しておくことが必要である。本実施例では、下記比較例 1の s 〇 1 ゥエーハと同様に、ゥエーハ外周部に周期的なうねり（約 1 8 0'度の周期）が観察された為、回動角度 = 1 8 0° Z2 = 9 0° と決定し、第 2段目の分割研磨においてはゥエーハ保持位置を第 1段目の分割研磨におけるゥエーハ保持位置からゥエーハ中心を回動中心として 9 0度回動して研磨を続けた。分割研磨段数 nは 2段で実施した。

第 2段目の分割研磨では約 4 5 n mの研磨を行い、全体で約 9 0 n m の研磨代を目標に行った。

その結果、実際には全体で約 9 4 n m研磨した。また、研磨終了後のゥエーハの形状としては図 2及び図 3に示すような結果が得られた。図 2は、図 6のようにゥエーハの外周部（外周 5 m mの位置）の S O I層の厚さを A D E社製 ACUMAP IIにより 4 ° 間隔（ノッチ部を 0 ° ) として評価した値である。図 6において、 Nはゥエーハ Wのノッチ部、 A は外周うねり評価の為の走査方向及び Bは径方向評価の為の走査方向をそれぞれ示す。図 3は同様にゥエーハの直径方向の厚さを 4 m m間隔で測定したものである。

図 2からわかるように若干の周期的なものが見られるが、その厚さばらつきは 6 . 6 3 η πχ程度であり以下に示す比較例 1 よりかなり改善された。また直径方向の厚さばらつきも 5 . 2 3 n mと良好であった。

(比較例 1 )

研磨対象となる S O I ゥエーハは、 S O I層が約 2 8 0 n mである以外は、実施例 1 と同様のものを使用した。この S O I ゥエーハに対して実施例 1 と同じ条件で研磨を行った。研磨へッドに保持したゥエーハはその位置を変更することなく研磨目標である研磨代約 9 0 n mを 1回で研磨した。

その結果、実際の研磨代は 8 3 n mであった。またゥエーハの形状は図 4及び図 5に示すような結果が得られた。これらは実施例 1 と同様に評価した値である。図 4は、研磨後のゥエーハの外周部の厚さ分布、図 5は研磨後のゥエーハの直径方向の厚さを測定したものである。

図 4からわかるように、このようなわずかな研磨代においても、はつ 7 きりした周期的なゥエーハ外周ダレが観察された。その厚さばらつきは 1 0 . 2 7 n mであった。また直径方向の厚さばらつきも 6 . 4 0 n m 程度であった。

以上のように同じ研磨へッド及びゥエーハ保持盤を用い、ゥエーハ保持位置のみを変更して、研磨し直す一種の多段研磨を行うことにより、研磨へッドのゥエーハ保持盤の保持面のばらつきや組み立て起因のゆがみの影響で機械的に改善しきれない部分の影響を打ち消すことができ高平坦度なゥエーハが研磨できることがわかった。

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、いかなるものであつても本発明の技術的範囲に包含される。

例えば、本発明方法におけるゥエーハの分割研磨工程の段数は 2段に限らず、更に増やしても良い。また、本発明方法はどのような形態の研磨装置を用いても実施可能である。産業上の利用可能性

以上述べたごとく、本発明によれば、研磨による面ダレを防止し平坦度の高いゥエーハ、特に S〇 I ゥエーハの製造ができるという優れた効果がある。

Claims

請求の範囲

1 . 上面に研磨布を貼付した回転可能な定盤と、該定盤に相対向して設けられゥエーハ保持盤を備えた研磨へッドとを有し、該ゥエーハ保持盤の保持面にゥエーハの裏面を保持し該ゥエーハの表面を該研磨布に押圧して研磨する研磨装置を用い、該研磨装置を変えることなく所定の総研磨代まで該ゥエーハの表面を研磨する研磨工程を有する研磨方法であつて、前記研磨工程を複数段の分割研磨工程に分割して構成し、後段の分割研磨工程における前記ゥエーハの保持位置を前段の分割研磨工程における前記ゥエーハの保持位置とは異なる位置に変更するようにしたことを特徴とするゥエーハの研磨方法。

2 . 前記ゥエーハの保持位置の変更を該ゥエーハの中心を回動中心として所定の回動角度だけ該ゥエーハの保持位置を回動させることによって行い、該所定の回動角度を該ゥーハの外周部のうねりの周期を複数段の分割研磨工程の分割研磨段数 nで割った値に設定することを特徴とする請求項 1記載のゥエーハの研磨方法。

3 . 前記ゥエーハの保持位置の変更を該ゥエーハの中心を回動中心として所定の回動角度だけ該ゥエーハを回動させることによって行い、該所定の回動角度を該ゥエーハの外周部のうねりの周期の 1 / 2に設定することを特徴とする請求項 1記載のゥエーハの研磨方法。

4 . 前記分割研磨工程 1段あたりの研磨代を前記総研磨代を分割研磨段数 nで割った値に設定することを特徴とする請求項 1 〜 3のいずれか 1 項記載のゥエーハの研磨方法。

5 . 前記ゥエーハが S〇 I ゥエーハであることを特徴とする請求項 1 〜 4 のいずれか 1項記載のゥエーハの研磨方法。

6 . 請求項 1 〜 5のいずれか 1項記載のゥエーハの研磨方法に用いられ、上面に研磨布を貼付した回転可能な定盤と、該定盤に相対向して設けられゥエーハ保持盤を備えた研磨へッドとを有し、該ゥエーハ保持盤の保持面にゥエーハの裏面を保持し該ゥエーハの表面を該研磨布に押圧して研磨する研磨装置であって、前記研磨へッドの所定位置に目印となるマ一キングを施したことを特徴とする研磨装置。

7 . ゥエーハを着脱自在に保持する張替えステージを備えたゥエーハ張替えュニットをさらに有し、請求項 1〜 5のいずれか 1項記載のゥエーハの研磨方法における複数段の分割研磨工程の切替え時に、前記ゥエーハ保持盤の保持面に保持されたゥエーハを該張替えステージに受け渡し. 該ゥエーハを保持した張替えステージとゥエーハ保持盤の相対位置を所定の回動角度だけ回動させた後、該張替えステージから該ゥエーハ保持盤に戻して再度保持せしめ、研磨を再度行うことができるようにしたことを特徴とする請求項 6記載の研磨装置。

8 . 前記ゥエーハ張替えユニットが、ゥエーハを着脱自在に保持する回動可能な張替えステージと、該張替えステージを回動させる張替えステージ回動機構と、前記研磨へッドを前記定盤と該ゥエーハ張替えュニットとの間を移動させる研磨へッド移動機構とを有することを特徴とする請求項 7記載の研磨装置。