WO2004109787A1 - ウエーハの研磨方法 - Google Patents

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WO2004109787A1
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polishing
wafer
polishing pad
hardness
pad
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PCT/JP2004/007188
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tomoshi Egusa
Original Assignee
Shin-Etsu Handotai Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Shin-Etsu Handotai Co., Ltd. filed Critical Shin-Etsu Handotai Co., Ltd.
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a polishing method for a wafer that can obtain a wafer with high flatness.
  • a method for producing silicon wafers used as a semiconductor substrate material generally produces a single crystal ingot using a Czochralski (CZ) method, a floating zone (FZ) method, or the like.
  • CZ Czochralski
  • FZ floating zone
  • a single crystal ingot is sliced, and at least one principal surface is processed into a mirror surface, ie, an aa processing step.
  • the ⁇ processing step includes a slicing step of obtaining a thin disk-shaped ⁇ wafer by slicing a single crystal ingot, and a step of preventing cracking and chipping of the ⁇ wafer obtained by the slicing step.
  • the above e-wafer processing step shows the main steps, and other steps such as a heat treatment step are added, the same step is performed in multiple stages, and the order of the steps is changed.
  • the mirror polishing method for silicon wafers is a double-sided polishing method in which both sides are simultaneously mirror-finished like a wrapping cartridge, or a sheet-like method in which a single wafer is polished by vacuum suction and held on a plate.
  • polishing methods such as a wax-free polishing method in which polishing is carried out while using a backing pad and a template without using an adhesive such as wax.
  • the mainstream is a wax mount batch type single-side polishing apparatus in which a plurality of wafers are attached to a glass or ceramic plate with wax to polish one side.
  • the plate holding the wafer is placed on a surface plate on which a polishing pad is stuck, a load is applied to the upper top ring, and polishing is performed while rotating the surface plate and the top ring.
  • a combination of various types of polishing apparatuses is used, such as using a double-sided simultaneous polishing apparatus for the first primary polishing and a single-side polishing apparatus for the secondary polishing and finish polishing. Polishing is performed.
  • Non-woven fabric type polishing pad As a polishing pad used for such polishing, a nonwoven fabric type polishing pad / a suede type polishing pad is generally used.
  • Non-woven polishing pad is made of polyester felt (textured with random structure) impregnated with polyurethane, is porous, has moderate elasticity, has high polishing rate and excellent flatness, and can be processed with less sag. You can do it.
  • This nonwoven fabric type polishing pad is widely used for the primary polishing of silicon substrates.
  • a suede type polishing pad is obtained by growing a foamed layer in polyurethane on a base material made of polyester felt impregnated with polyurethane, removing the surface portion, and providing an opening in the foamed layer (this layer is referred to as a nap layer). ), which is used especially for finish polishing, and the polishing agent proceeds in a state where the abrasive held in the foam layer acts between the workpiece and the inner surface of the foam layer.
  • This suede type polishing pad is frequently used for chemical mechanical polishing, and a surface without damage is obtained.
  • polishing pads such as urethane foam sheets.
  • a polishing pad of a nonwoven fabric type or the like is prepared by impregnating a polyester felt with a resin such as polyurethane and hardening the same, and using a roll-shaped grinding stone or sandpaper with diamond abrasive grains on the surface. It is used to grind (called buffing) to produce a polishing pad with any desired characteristics.
  • the hardness and compressibility of the polishing pad are controlled by the resin material, the impregnation amount and the surface buffing conditions.
  • polishing pads with an ASKER C hardness of 50 or more are used.
  • Ascar C hardness is a value measured by an ASKAR rubber hardness tester Model C, which is a kind of spring hardness tester, and is a value according to SRIS (Japanese Rubber Association Standard) 0101.
  • a high-hardness polishing pad has been used in a double-side polishing apparatus.
  • a hard polishing pad generally has poor porosity, and is likely to be easily clogged. It is difficult to handle. Therefore, recently, a polishing pad or the like has been developed in which the hardness of the resin to be impregnated is set to be a hard resin and the resin is hardened while being porous.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and provides an abrasion method for an aerial wafer capable of eliminating the above-described protruding portion on the outer peripheral portion of the aerial wafer and obtaining an aerial wafer with high flatness. Aim.
  • the inventors of the present invention have conducted intensive studies to solve the above-mentioned problems. As a result, the roughness of the polishing pad is particularly affected in order to eliminate the abnormal shape of the outer periphery of the wafer and obtain a wafer with high flatness. And completed the present invention.
  • a first aspect of the method for polishing a wafer according to the present invention is a polishing method in which the main surface of the wafer is brought into sliding contact with a polishing pad in which a non-woven fabric is impregnated with a resin, and the mirror surface is polished. It is characterized in that the roughness Ra is 3.0 ⁇ m 5.0 ⁇ m.
  • polishing cloths generally have a rough surface because the polishing cloth is relatively soft, and Ra is generally 10 zm or more.
  • the polishing cloth surface has poor porosity or the resin itself impregnated into the nonwoven fabric has a small thickness.
  • the surface roughness Ra was only about 2 ⁇ m unless buffing was particularly aggressive. Until now, it has not been considered that the surface roughness of the nonwoven fabric affects the flatness. Using a polishing cloth with a roughness of.
  • a second aspect of the polishing method according to the present invention is a polishing method in which the main surface of the wafer is brought into sliding contact with a polishing pad in which a non-woven fabric is impregnated with a resin, and the mirror surface is polished.
  • the ratio (Ra / hardness) of the Ra (xm unit) to the hardness (Ascar C hardness) is 0.032-0.058.
  • the hardness of the polishing pad used at this time is preferably 87-93 in Asker C hardness. If the polishing pad is softer than this, the surface roughness becomes 10 / m or more due to the buffing and an abnormal protruding shape is generated.However, the outer peripheral sagging may easily occur, and the flatness is not sufficient. Re, sometimes. Conventionally, when diamond dress and sandpaper were used and the buffering (dressing) was performed, the flatness deteriorated. This is the case where a relatively soft polishing pad is used. If it is, a wafer with high flatness can be polished.
  • the polishing method for mirror polishing uses a method in which the polishing pad is attached while holding the wafer in a wafer holding hole formed in the carrier plate and supplying slurry.
  • the polishing pad is attached while holding the wafer in a wafer holding hole formed in the carrier plate and supplying slurry.
  • a double-side polishing device for simultaneously polishing both the front and back surfaces of the above-mentioned A-8.
  • polishing the wafer use a polishing pad having the above surface roughness Ra and hardness. And good les. This is because an abnormality in the outer peripheral portion of the wafer is likely to occur particularly in such a type of polishing apparatus.
  • the polishing pad a polishing pad in which a nonwoven fabric is impregnated with a resin is used.
  • the density is 0.39 ⁇ 0.03 g / cm 3
  • the hardness is 90 ⁇ 3 (Ascar C hardness)
  • the compressibility is 2.3 ⁇ 1.0 %
  • a polishing pad having characteristics such that the compressive modulus is 60 ⁇ 15% enables polishing to a wafer with high flatness.
  • the use of the polishing pad can prevent an abnormal shape on the outer periphery, and in particular, a high flatness of 0.13 zm or less in SFQRmax excluding 2 mm. (4) It is possible to stably achieve the production of A8.
  • FIG. 1 is an explanatory longitudinal sectional view showing an example of a double-side polishing apparatus used when carrying out the method of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory plan view showing an example of a carrier plate in the double-side polishing apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a table showing polishing results (SFQRmax and bird's-eye view of a wafer shape) in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2.
  • FIG. 4 is a drawing showing an example of a polishing result of a wafer using a conventional polishing pad, wherein (a) is a bird's-eye view of the wafer and (b) is a graph showing the roughness of the wafer surface.
  • 10 double-side polishing machine
  • 12 upper surface plate
  • 13 slurry supply means
  • 13a slurry supply hole
  • 14 lower surface plate
  • 16 upper cylinder rod
  • 17 housing
  • 18, 24 polishing pad
  • 20 Lower cylinder rod
  • 22 Thrust bearing
  • 26 Carrier plate
  • 28 Ea holding hole
  • 30 Carrier holder
  • 32 Bearing
  • 34 Eccentric arm
  • 36 Rotating shaft
  • 38 Timing chain
  • H Inflection Points
  • R outer protrusion
  • W wafer.
  • FIG. 1 is an explanatory longitudinal sectional view showing an example of a double-side polishing apparatus used when carrying out the method of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing an example of a carrier plate in the double-side polishing apparatus of FIG. FIG.
  • reference numeral 10 denotes a double-side polishing apparatus, which includes an upper surface plate 12 and a lower surface plate 14 provided so as to face each other.
  • the upper surface plate 12 includes an upper cylinder rod 16 for applying a rotation and a polishing load, a housing 17 for transmitting the load to the upper surface plate 12, and the like.
  • a polishing pad 18 is attached to a lower portion of the upper stool 12.
  • cooling means (not shown) for controlling the temperature of the upper stool 12 and a slurry supply means 13 for supplying a slurry are provided in the upper stool 12.
  • the lower platen 14 is constituted by a lower cylinder rod 20 connected to a motor for giving rotation and a reduction gear (not shown), a thrust bearing 22 for supporting the load of the lower platen 14, and the like.
  • a polishing pad 24 is attached to the upper part of the lower platen 14.
  • cooling means (not shown) for controlling the temperature of the lower stool 14 is provided in the lower stool 14.
  • Reference numeral 26 denotes a carrier plate provided between the upper stool 12 and the lower stool 14.
  • a wafer W is rotatably inserted and held in a wafer holding hole 28 of the carrier plate 26.
  • the wafer W held in the wafer holding hole 28 is sandwiched between the upper surface plate 12 and the lower surface plate 14 in an upward / downward direction and rotates the upper surface plate 12 and the lower surface plate 14 relative to the wafer W. As a result, the wafer surface is polished.
  • Reference numeral 30 denotes an annular carrier holder for supporting the carrier plate 26 with external force.
  • the carrier plate 26 is formed, for example, as a disk-shaped plate having five wafer holding holes 28 as shown in FIG.
  • the material and the like of the carrier plate 26 are not particularly limited, but those made of glass epoxy, for example, are used.
  • the carrier plate 26 is configured so that the carrier plate 26 itself swings by a circular motion mechanism.
  • an annular carrier holder 30 for holding the carrier plate 26 from outside is provided.
  • a plurality of bearing portions 32 projecting outward are provided on the outer peripheral portion of the carrier holder 30.
  • a small-diameter disk-shaped eccentric arm 34 is attached to each bearing portion 32.
  • a rotating shaft 36 is vertically provided at the center of each lower surface of the eccentric arm 34.
  • Sprockets (not shown) are fixed to the tips protruding below the rotating shafts 36, respectively. I have.
  • a timing chain 38 is stretched over each sprocket in a horizontal state. The sprocket and the timing chain 38 constitute a synchronizing means for simultaneously rotating the rotating shaft 36 so as to perform a circular motion in synchronization with the eccentric arm 34.
  • the carrier plate 26 turns while maintaining a state of being eccentric by a predetermined distance from the axis of the upper stool 12 and the lower stool 14. This predetermined distance is the same as the distance between the eccentric arm 34 and the rotating shaft 36. Due to this circular motion, all points on the carrier plate 26 follow the locus of a small circle of the same size.
  • the polishing pad used in the polishing method of the present invention will be described in more detail.
  • a polishing pad in which a nonwoven fabric is impregnated with a resin is mainly used.
  • a polishing pad with a density of 0.39 soil 0.03 g m 3 , a compressibility of 2.3 ⁇ 1.0%, and a compressive modulus of 60 ⁇ 15% is used, a wafer with high flatness can be polished.
  • the polishing pad used in the present invention needs to be manufactured while paying particular attention to the surface roughness.
  • a method of manufacturing the polishing pad as described above for example, a polyester felt is impregnated with a high-hardness polyurethane using a non-woven type polishing pad, the amount of the polyurethane impregnated is adjusted, and the hardness and porosity of the polishing pad are adjusted. Then, the surface roughness may be adjusted by puffing the surface of the polishing pad with a grindstone or a sand vapor so that the surface roughness becomes an arbitrary value.
  • Both sides of the wafer are polished by a double-sided simultaneous polishing apparatus to which such a polishing pad is attached.
  • the upper platen 12 is rotated in a horizontal plane by an upper rotation motor via a rotation shaft (cylinder rod 16) extending upward.
  • the upper platen 12 is vertically moved up and down by an elevating device that moves back and forth in the axial direction.
  • This elevating device is used when supplying and discharging the silicon wafer W to and from the carrier plate 26.
  • the upper surface plate 12 and the lower surface plate 14 are pressed against both front and back surfaces of the silicon wafer W by a pressurizing method via a fluid or the like. It is mainly pressurized by the housing part arranged on the upper surface plate 12.
  • the lower platen 14 is rotated in a horizontal plane by a lower rotation motor via its output shaft (cylinder rod 20).
  • the carrier plate 26 makes a circular motion in a plane (horizontal plane) parallel to the surface of the carrier plate 26 by a carrier plate circular motion mechanism so that the carrier plate 26 itself does not rotate.
  • slurry supply means 13 for example, a plurality of slurry supply holes 13a formed in the upper platen 12 are arranged in an annular area of a predetermined width where the silicon wafer W always exists. ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ The slurry is always supplied to the back surface even if the wafer W swings.
  • the type of slurry used is not limited.
  • an alkaline solution of pH 911 containing colloidal silica can be employed.
  • the amount of slurry supplied varies depending on the size of the carrier plate and is not limited, but is usually 2.0-6.0 liters / minute.
  • the rotation speeds of the upper stool 12 and the lower stool 14 are not limited. Each rotation direction is not limited.
  • the pressing force of the upper stool 12 and the lower stool 14 against the wafer A is not limited, but is usually 100 to 300 g / cm 2 .
  • the polishing amount and polishing rate of both sides of the wafer are not limited. Further, the polishing apparatus to which the method of the present invention is applied is not particularly limited to the above-described embodiment.
  • each wafer holding hole 28 (five wafer holding holes) For example, five silicon wafers with a diameter of 300 mm (five per batch) are inserted into each of the carrier plates with holes for rotation. Each wafer W is pressed and polished with an arbitrary load as described above by the upper and lower stools 12, 14 to which the polishing pads 18, 24 are attached.
  • the timing chain 38 is rotated by the circular motion motor while the slurry is supplied from the upper surface plate 12 while the polishing pads 18 and 24 are pressed against the front and back surfaces of the wafer W while the polishing pads 18 and 24 are pressed against both surfaces.
  • each eccentric arm 34 rotates synchronously in the horizontal plane, and the carrier holder 30 and the carrier plate 26 which are collectively connected to each eccentric arm 34 force a circular motion without rotation in a horizontal plane parallel to the plate surface. (Circular motion about 10cm in diameter).
  • each silicon wafer W is polished on both front and back surfaces of each wafer W while rotating in a horizontal plane in the corresponding wafer holding hole 28.
  • a silicon wafer having a diameter of 300 mm was polished under the above-described polishing conditions (pressing force on the wafer: 250 g / cm 2 ), and the surface roughness of the polishing pad and the outer periphery of the wafer were polished.
  • As the slurry a slurry in which abrasive grains made of colloidal silica having an average particle size of 0.035 xm were dispersed in an alkaline solution having a pH of 11 was used.
  • the surface of this polishing pad was dressed (buffed) with diamond dress consisting of # 80, # 120, and # 240 sandpaper.
  • the compressibility of the polishing pad was measured by a method according to JIS L-1096. Specifically, using a compression elasticity tester, read the thickness T1 of the polishing pad one minute after applying the initial load W0 to the polishing pad, and at the same time increase the load to W1, and after one minute, Polishing pad Read the pad thickness T2. Then, the compression ratio (%) was calculated by ⁇ ( ⁇ 1- ⁇ 2) / ⁇ 1 ⁇ ⁇ 100.
  • W0 was evaluated at 50 g / cm 2 and W1 was evaluated at 300 g / cm 2 .
  • the surface roughness was measured by measuring the surface of the polishing pad with a stylus-type roughness tester under the measurement conditions (800 zm, measurement length 7.5 mm, measurement speed lmmZs, cutoff 0.8 mm, Ra Value).
  • the flatness of the polished wafer was measured using a flatness measuring device, and the flatness (SFQRmax) was measured under the conditions excluding 2 mm around the periphery.
  • the SFQR is a value that indicates the maximum value of the unevenness on the surface by calculating an average plane based on the surface with respect to the flatness for each site (usually a 26 mm x 33 mm square area).
  • the plane inside the site calculated by the least squares method is used as the reference plane, and the sum of the absolute value of the maximum displacement on each of the + side and one side from this plane is the value evaluated for each site, and SFQRmax Is the maximum value among SFQRs of all sites on the eAha.
  • Ra was about 3-5 / im (Ascar C hardness 87-93).
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above embodiments are merely examples, and those having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same function and effect are those that can be achieved. Even so, they are included in the technical scope of the present invention.

Abstract

　本発明は、ウエーハ外周部の突起部分をなくし、高平坦度なウエーハを得ることができるウエーハの研磨方法を提供する。本発明は、ウエーハ主面を不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドに摺接して鏡面研磨する研磨方法において、該研磨パッドの表面粗さＲａが３.０μｍ～５.０μｍであるか又は該研磨パッドの表面粗さＲａ（μｍ単位）と硬度（アスカーＣ硬度）の比（Ｒａ／硬度）が０．０３２～０．０５８であるようにした。上記研磨パッドの硬度はアスカーＣ硬度で８７～９３である。

Description

明 細 書
ゥエーハの研磨方法
技術分野
[0001] 本発明は、高平坦度なゥエーハを得ることができるゥエー八の研磨方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、半導体基板材料として用いられるシリコンゥエー八の製造方法は、一般にチ ョクラルスキー（Czochralski； CZ)法や浮遊帯域溶融（Floating Zone； FZ)法等 を使用して単結晶インゴットを製造する結晶成長工程、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エーハ加工工程を経る。更に詳しく その工程を示すと、ゥエーハ加工工程は、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ィ匕す るラッピング工程と、面取り及びラッピ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（ポリツシング）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、主な工程を示したもので、他に熱処理ェ 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。
[0003] これらの工程のうち、研磨（ポリツシング）工程ではいろいろな形態の研磨方法があ る。例えば、シリコンゥエーハの鏡面研磨方法は、ラッピングカ卩ェのように両面を同時 に鏡面化する両面研磨方式や:!枚ずっゥエーハをプレートに真空吸着保持して研磨 する枚様方式、ゥエーハをワックス等の接着剤を使用しないで、バッキングパッドとテ ンプレートで保持しつつ研磨するワックスフリー研磨方式など様々な方式がある。現 在のところガラスやセラミック等のプレートに複数枚のゥエーハをワックスで貼り付けて 片面を研磨するワックスマウントバッチ式片面研磨装置が主流である。この研磨装置 ではゥエーハが保持されたプレートを研磨パッドを貼った定盤上に置き、上部トツプリ ングに荷重を掛けて、定盤及びトップリングを回転させながら研磨を行う。 [0004] また、直径 300mmゥエーハの研磨では、初めの 1次研磨では、両面同時研磨装 置を用い、 2次研磨、仕上げ研磨などで片面研磨装置を用いるなど、種々の態様の 研磨装置を組合せ研磨することが行われてレ、る。
[0005] これらの研磨で用いられる研磨パッドは、一般的に不織布タイプの研磨パッドゃス エードタイプの研磨パッドなどが用いられている。不織布タイプの研磨パッドはポリエ ステルフェルト（組織はランダムな構造）にポリウレタンを含浸させたもので多孔性があ り、かつ弾性も適度で、高い研磨速度と平坦性にすぐれ、ダレの少ない加工ができる ようになつている。この不織布タイプの研磨パッドは、シリコン基板の 1次研磨用として 広く使用されている。
[0006] スエードタイプ研磨パッドは、ポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させた基材 に、ポリウレタン内に発泡層を成長させ、表面部位を除去し発泡層に開口部を設けた もの（この層をナップ層と呼ぶ）であって、特に仕上げ研磨用に使用されており、発泡 層内に保持された研磨剤が、工作物と発泡層内面との間で作用することにより研磨 が進行する。このスエードタイプの研磨パッドはケミカルメカニカルな研磨に多用され 、ダメージのない面が得られる。上記した不織布タイプやスエードタイプの研磨パッド の他にも発泡ウレタンシートなどの研磨パッドがある。
[0007] 研磨パッドの製造方法としては、例えば不織布タイプの研磨パッド等はポリエステル フェルトにポリウレタン等の樹脂を含浸させ硬化させ、その表面をダイヤモンドの砥粒 の付いたロール状の砥石あるいはサンドペーパーを用いて研削（バフイングという）し て任意の特性の研磨パッドを作製してレ、る。樹脂の材質や含浸量及び表面のバフィ ング加工条件によってその研磨パッドの硬度や圧縮率等を制御している。現状、研 磨パッドの硬度としてはァスカー C硬度で 50以上のものが用いられている。
[0008] ァスカー C硬度とは、スプリング硬さ試験機の一種であるァスカーゴム硬度計 C型に より測定した値であり、 SRIS (日本ゴム協会規格) 0101に準じた値である。
[0009] 1次研磨で両面研磨装置を用いた場合、片面研磨と比較し、ゥエーハ外周がダレ やすいと言う問題がある。外周ダレを制御するには一般的には研磨パッドの表面硬 度が高レ、（ァスカー C硬度で 85以上の高硬度の）研磨パッドが用いられるようになつ ている。 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0010] 上記のように、両面研磨装置において、高硬度の研磨パッドが用いられるようにな つているが、硬質研磨パッドでは一般的に多孔性が乏しくなり、直ぐに目詰まり等が 起こりやすく研磨パッドとしては扱いにくい。そこで最近では含浸させる樹脂の硬度 自体を硬い樹脂にして、多孔性を有したまま硬質にした研磨パッドなどが開発されて いる。
[0011] 研磨工程では、ゥエーハを高平坦度にカ卩ェすることが重要である。しかし、上記の ような研磨装置及び硬質の研磨パッド（例えば、ァスカー C硬度が 87— 93程度で表 面粗さ Raが 2. 5 z m程度）を用いて研磨を行った場合、ゥエーハ外周部のダレはあ る程度改善されるものの、図 4に示すように、ゥエーハ Wの外周部に突起状の異常形 状、即ち外周突起 Rが観察されることがあった。
[0012] 本発明は、上記事情を鑑みなされたものであって、上記のようなゥエーハ外周部の 突起部分をなくし、高平坦度なゥエーハを得ることができるゥエーハの研磨方法を提 供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0013] 上記課題を解決するため、本発明者が鋭意調査したところ、このようなゥエーハ外 周部の異常形状を無くし高平坦度なゥエーハを得るためには、研磨パッドの粗さが 特に影響することを見出し、本発明を完成させた。
[0014] つまり、本発明のゥエーハの研磨方法の第 1の態様は、ゥエーハ主面を不織布に 樹脂を含浸させた研磨パッドに摺接して鏡面研磨する研磨方法において、該研磨パ ッドの表面粗さ Raが 3.0 μ m 5.0 μ mであることを特徴とする。
[0015] 従来の研磨布は、研磨布が比較的柔らかいために表面粗さも粗くなり Raは 10 z m 以上となるのが一般的であった。また、近年外周部のダレの改善に用いられる高硬 度の研磨布（例えば、ァスカー C硬度で 85以上の研磨布）では、研磨布表面の多孔 性が乏しい、または不織布に含浸させる樹脂自体の硬度が高いなどの理由から、特 に積極的にバフイングしない限り、表面粗さ Raは 2 μ m程度の粗さにしかならなかつ た。今まで不織布の表面粗さが平坦度に影響することは考えられておらず、この程度 の粗さの研磨布を用レ、研磨されてレ、た。
[0016] 本発明者は研磨パッドの表面粗さに着目し、上記のような範囲の表面粗さ Raの研 磨パッドを用いることによりゥエーハ外周部の異常形状を無くし高平坦度なゥエーハ を得ることができることを見出した。なお、この表面粗さ Raは研磨布を使用する前の 初期表面粗さを確認すれば、実際に使用中の粗さを確認しなくてもほぼ目的を達成 すること力 Sできる。つまり、初期表面粗さ Ra = 3.0 x m— 5.0 x mの研磨パッドを定盤 に貼付し研磨すると良い。
[0017] 本発明のゥエー八の研磨方法の第 2の態様は、ゥエーハ主面を不織布に樹脂を含 浸させた研磨パッドに摺接して鏡面研磨する研磨方法において、該研磨パッドの表 面粗さ Ra ( x m単位）と硬度（ァスカー C硬度）の比（Ra/硬度）が 0. 032-0. 058 であることを特徴とする。
[0018] このような範囲の研磨パッドを用いることで、特にゥエーハ外周部の異常形状を無く し高平坦度なゥエーハを得ることができる。
[0019] また、この時用いる研磨パッドの硬度がァスカー C硬度で 87— 93であると好ましい 。これより柔らかい研磨パッドではバッフイングにより表面粗さが 10 / m以上となり突 起状の異常形状は発生しに《なるが、外周ダレ等が逆に発生しやすくなることがあり 平坦度が十分でなレ、こともある。従来ダイヤモンドドレス及びサンドペーパー等を用 レ、バッフイング（ドレッシング)すると平坦度が悪くなることがあった力 これは比較的 柔らかい研磨パッドを用いた場合であり、本発明のように硬質の研磨パッドであれば 高平坦度なゥエーハが研磨できる。
[0020] 特に、前記鏡面研磨するための研磨方法が、キャリアプレートに形成されたゥエー ハ保持孔内にゥエーハを揷入'保持し、スラリーを供給しながら、前記研磨パッドが貼 付された上定盤及び下定盤の間で、キャリアプレートを運動させて、前記ゥエー八の 表裏両面を同時に研磨する両面研磨装置を用いゥエーハを研磨する場合に、上記 表面粗さ Ra及び硬度の研磨パッドを用いると良レ、。このようなタイプの研磨装置で特 にゥエーハ外周部の異常が発生しやすレ、からである。
[0021] また、研磨パッドとしては、不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドが用いられる。特 に密度が 0.39 ± 0.03g/cm3、硬度が 90 ± 3 (ァスカー C硬度）、圧縮率が 2.3 ± 1.0 %、及び圧縮弾性率が 60± 15%であるような特性を有する研磨パッドを用いると高 平坦度なゥエーハに研磨できる。
発明の効果
[0022] 以上述べたごとぐ本発明の代表的なものの効果について説明すれば、上記研磨 パッドを用いた事により外周の異常形状が防止でき、特に 2mm除外の SFQRmaxで 0.13 zm以下の高平坦度なゥエー八の製造が安定して達成することが可能となる。 図面の簡単な説明
[0023] [図 1]本発明方法を実施する際に用いられる両面研磨装置の一例を示す縦断面説 明図である。
[図 2]図 1の両面研磨装置におけるキャリアプレートの一例を示す平面説明図である
[図 3]実施例 1及び比較例 1、 2における研磨結果（SFQRmax及びゥエーハ形状の 鳥瞰図）を示す図表である。
[図 4]従来の研磨パッドを用いたゥエーハの研磨結果の一例を示す図面で、（a)はゥ エーハ形状の鳥瞰図及び (b)はゥエーハ表面の粗さを示すグラフである。
符号の説明
[0024] 10:両面研磨装置、 12:上定盤、 13:スラリー供給手段、 13a:スラリー供給孔、 14: 下定盤、 16:上シリンダーロッド、 17:ハウジング、 18, 24:研磨パッド、 20:下シリン ダーロッド、 22:スラスト軸受、 26:キャリアプレート、 28:ゥエーハ保持孔、 30:キヤリ ァホルダ、 32:軸受部、 34:偏心アーム、 36:回転軸、 38:タイミングチェーン、 H:変 曲点、 R:外周突起、 W:ゥェーハ。
発明を実施するための最良の形態
[0025] 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 レ、うまでもない。
[0026] 図 1は本発明方法を実施する際に用いられる両面研磨装置の一例を示す縦断面 説明図である。図 2は図 1の両面研磨装置におけるキャリアプレートの一例を示す平 面説明図である。
[0027] 図 1において、 10は両面研磨装置で、互いに相対向するように設けられた上定盤 1 2及び下定盤 14を備えている。
[0028] 上記上定盤 12は、回転及び研磨荷重をかける上シリンダーロッド 16やその荷重を 上定盤 12に伝えるハウジング 17などから構成されている。該上定盤 12の下部には 研磨パッド 18が貼付してある。この他に、該上定盤 12内には該上定盤 12の温度を 制御するための冷却手段（図示せず)や、スラリーを供給するためのスラリー供給手 段 13が設けられている。
[0029] 上記下定盤 14は、回転を与えるモータ及び減速機（図示せず）に接続する下シリン ダーロッド 20や、下定盤 14の荷重を支えるスラスト軸受 22など力 構成されている。 下定盤 14の上部には研磨パッド 24が貼付してある。この他に、下定盤 14内には下 定盤 14の温度を制御するための冷却手段（図示せず）が設けられている。
[0030] 26は上定盤 12及び下定盤 14の間に設けられたキャリアプレートである。該キャリア プレート 26のゥエーハ保持孔 28にはゥエーハ Wが旋回自在に挿入保持される。該 ゥエーハ保持孔 28に保持されたゥエーハ Wは、上定盤 12及び下定盤 14によって上 下方向力 挟み込まれるとともに、該上定盤 12及び下定盤 14をゥエーハ Wに対して 相対的に回転させることでゥエーハ面が研磨される。 30はキャリアプレート 26を外方 力ら支持する環状のキャリアホルダである。キャリアプレート 26は、例えば図 2に示す ように 5つのゥエーハ保持孔 28を有する円板形状のプレート状に形成されている。こ のキャリアプレート 26の材質等は特に限定するものではなレ、が、例えばガラスェポキ シ製のものが使用される。
[0031] このキャリアプレート 26は、そのキャリアプレート 26自体が円運動機構によって、揺 動するような構成となっている。このために、キャリアプレート 26を外方から保持する 環状のキャリアホルダ 30を有してレ、る。
[0032] このキャリアホルダ 30の外周部には、外方へ突出した複数の軸受部 32が配設され ている。各軸受部 32には、小径円板形状の偏心アーム 34が揷着されている。また、 偏心アーム 34の各下面の中心部には、回転軸 36が垂設されている。これらの回転 軸 36の下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット（図示せず）が固着されて いる。そして、各スプロケットには、一連にタイミングチェーン 38が水平状態で架け渡 されている。これらのスプロケットとタイミングチェーン 38とは、偏心アーム 34と同期し て円運動を行うように、回転軸 36を同時に回転させる同期手段を構成している。
[0033] したがって、円運動用モータの出力軸を回転させると、その回転力は回転軸 36に 固着されたスプロケットを介してタイミングチェーン 38に伝達され、このタイミングチェ ーン 38が周転することで、偏心アーム 34が同期して回転軸 36を中心に水平面内で 回転する。これにより、それぞれの偏心アーム 34に一括して連結されたキャリアホル ダ 30、ひいてはこのキャリアホルダ 30に保持されたキャリアプレート 26が、このキヤリ ァプレート 26に平行な水平面内で、 自転をともなわない円運動を行う。
[0034] すなわち、キャリアプレート 26は上定盤 12及び下定盤 14の軸線から所定距離だけ 偏心した状態を保って旋回する。この所定距離は、偏心アーム 34と回転軸 36との離 間距離と同じである。この円運動により、キャリアプレート 26上の全ての点は、同じ大 きさの小円の軌跡を描く。
[0035] 本発明の研磨方法で用いる研磨パッドについて更に詳しく説明する。研磨パッドは 、不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドが主に用いられる。特に研磨パッドの硬度が ァスカー C硬度で 87— 93程度の研磨パッドを用いると良レ、。なかでも密度が 0.39土 0.03gん m3、圧縮率が 2·3 ± 1.0%、圧縮弾性率が 60 ± 15%であるような特性の研 磨パッドを用いると高平坦度なゥエーハが研磨できる。この時、初期の研磨パッド粗 さが (使用前の研磨パッド表面粗さが）、触針式の粗さ測定器で測定して Ra = 3.0 β m— 5.0 μ mの範囲であると好ましい。
[0036] 研磨パッドの製造方法は特に従来方法とは違わないが、本発明に用いる研磨パッ ドでは特に表面粗さに注意し製造する必要がある。上記のような研磨パッドを製造す る時の方法としては、例えば不織布タイプの研磨パッドでポリエステルフェルトに硬度 の高いポリウレタンを含浸させ、ポリウレタンの含浸量を調整し、研磨パッドの硬度及 び多孔性を制御し、次に表面粗さが任意の粗さとなるように砥石あるいはサンドべ一 パーにより研磨パッド表面をパフイングすることにより表面粗さを調整すれば良い。特 にァスカー C硬度で 87— 93程度の研磨布とした場合、本発明の条件になるようにバ ッフイングするには # 200番より粗いダイヤモンドドレスなどの砥石あるいはサンドぺ 一パーを用いればよい。
[0037] このような研磨パッドが貼付された両面同時研磨装置によりゥエーハ表裏両面を研 磨している。具体的には図 1に示すように、上定盤 12は、上方に延びた回転軸（シリ ンダーロッド 16)を介して、上側回転モータにより水平面内で回転される。また、この 上定盤 12は軸線方向へ進退させる昇降装置により垂直方向に昇降させられる。この 昇降装置は、シリコンゥエーハ Wをキャリアプレート 26に供給及び排出する際などに 使用される。なお、上定盤 12及び下定盤 14のシリコンゥエーハ Wの表裏両面に対す る押圧は、流体等を介した加圧方法により行う。主に上定盤 12に配置したハウジング 部分により加圧される。
[0038] 下定盤 14は、その出力軸（シリンダーロッド 20)を介して、下側回転モータにより水 平面内で回転させられる。
[0039] 上記キャリアプレート 26は、該キャリアプレート 26自体が自転しないように、キャリア プレート円運動機構によって、該キャリアプレート 26の面と平行な面（水平面）内で円 運動する。
[0040] スラリー供給手段 13においては、例えば上定盤 12に形成される複数のスラリー供 給孔 13aがシリコンゥエーハ Wが常に存在する所定幅の円環状の領域に配置されて いる。ゥエーハ Wが揺動してもその裏面に常にスラリーが供給されるよう構成されてい る。
[0041] 使用するスラリーの種類は限定されなレ、。例えば、コロイダルシリカを含有した pH9 一 11のアルカリ溶液を採用することができる。スラリーの供給量はキャリアプレートの 大きさにより異なり限定されなレ、が、通常は 2. 0— 6. 0リットル/分である。
[0042] 上定盤 12及び下定盤 14の回転速度は限定されなレ、。各回転方向も限定されない 。上定盤 12及び下定盤 14のゥエーハ Wに対しての押圧力も限定されなレ、が、通常 は 100 300g/cm2である。また、ゥエーハ表裏両面の研磨量及び研磨速度も限 定されない。さらに、本発明方法が適用される研磨装置は、特に上記した図示例の 形態に限定されるものではない。
[0043] 次に、このような両面研磨装置 10を用いてシリコンゥエーハ Wの両面を研磨する方 法を説明する。まず、キャリアプレート 26の各ゥエーハ保持孔 28 (5つのゥエーハ保 持孔を有するキャリアプレート）にそれぞれ旋回自在に、例えば、直径 300mmのシリ コンゥエーハを 5枚（1バッチ 5枚）挿入する。各ゥエーハ Wは研磨パッド 18, 24が貼 付された上下定盤 12, 14により上記したような任意の荷重で押し付けられ研磨され る。
[0044] その後、これらの両研磨パッド 18， 24をゥエーハ Wの表裏両面に押し付けたまま、 上定盤 12側からスラリーを供給しながら、円運動用モータによりタイミングチェーン 38 を周転させる。これにより、各偏心アーム 34が水平面内で同期回転し、各偏心アーム 34に一括して連結されたキャリアホルダ 30及びキャリアプレート 26力 このプレート 表面に平行な水平面内で、 自転をともなわない円運動（直径 10cm程度の円運動）を 行う。その結果、各シリコンゥエーハ Wは、対応するゥエーハ保持孔 28内で水平面 内に旋回しながら、それぞれのゥエーハ Wの表裏両面が両面研磨される。
実施例 1
[0045] 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力 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いうまでもない。
[0046] 図 1に示した研磨装置を用い、上述した研磨条件（ゥエーハへの押圧力： 250g/c m2)で直径 300mmのシリコンゥエーハを研磨し、研磨パッドの表面粗さと、ゥエーハ 外周部の異常形状（凸部）の発生状況を確認する実験を行った。なお、スラリーとし ては、 pHl lのアルカリ性溶液中に、平均粒度 0. 035 x mのコロイダルシリカからな る研磨砥粒が分散したものを使用した。
[0047] 確認した研磨パッドは、上記のように作製したウレタン樹脂からなる不織布 (密度： 0 .39 ± 0.03g/cm3、圧縮弾性率： 60 ± 15 % )で圧縮率 = 2.3 ± 1.0 %、ァスカー C硬 度 = 87— 93からなる研磨パッドである。この研磨パッドの表面を # 80からなるダイヤ モンドドレス、 # 120、 # 240力もなるサンドペーパーでドレッシング（バッフイング）し 、表面粗さが、 Ra = 8.0 x m (Ra/硬度 =0. 092)、 Ra = 4.0 μ m (RaZ硬度 =0. 044)、 Ra = 2.5 μ m (Ra/硬度 =0· 027)の 3種類の研磨パッドを用意した。
[0048] ここで、研磨パッドの圧縮率は JIS L— 1096に準拠した方法で測定した。具体的に は圧縮弾性試験機を使用し、研磨パッドに対して初荷重 W0を負荷した後 1分経過 後の研磨パッドの厚さ T1を読み、同時に荷重を W1に増やし、 1分経過後の研磨パ ッドの厚さ T2を読む。そして圧縮率（％)は、 { (Τ1-Τ2) /Τ1 } Χ 100で算出した。こ こで W0は 50g/cm2、 W1は 300g/cm2で評価した。
[0049] また、表面粗さは、研磨パッドの表面を触針式の粗さ測定器で、測定条件 (測定端 子 800 z m、測定長 7. 5mm、測定速度 lmmZs、カットオフ 0.8mm、 Ra値）で測定 した。
[0050] (実施例 1)
上述した研磨方法により直径 300mmゥエーハを 100枚研磨した。この研磨に際し ては、上記した表面粗さ Ra = 4.0 x m (ァスカー C硬度 91 )の研磨パッドを用いた。 研磨したゥエーハの平坦度をフラットネス測定機を用レ、、周辺 2mm除外の条件で平 坦度（SFQRmax)を測定した。
[0051] SFQRとは、平坦度に関して表面基準の平均平面をサイト（通常 26mm X 33mm の正方形のエリア）毎に算出し、その面に対する凹凸の最大値を表した値 (設定され たサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、この平 面からの +側、一側各々最大変位量の絶対値の和）であり各サイト毎に評価された値 で、 SFQRmaxとはゥエーハ上の全サイトの SFQRの中の最大値である。
[0052] 研磨終了後、ゥエーハの形状及び平坦度を確認し、その結果の 1例を図 3に示した 。すべてのゥエーハで図 3に示すような形状を有し、ゥエーハ外周部の異常形状は 観察されなかった。また SFQRmaxはすべてのゥエーハで 0. 13 μ ΐη以下と高平坦 度なゥエーハが得られた。外周部まで平坦なゥエーハが安定して研磨されている事 力 sわ力る。
[0053] なお、本実施例及び後述する比較例においては、図 4に示すように、フラットネス測 定機で測定した時に、断面図にて最外周から外周 50mm間に変曲点 Hをもつような 突起状の形状、即ち、外周突起 Rが現れた時に異常形状と判断した。
[0054] (比較例 1)
実施例 1と同様な方法で上記した表面粗さ Ra = 2. 5 μ τη (ァスカー C硬度 93)の研 磨パッドを用い研磨した。その結果を図 3に示した。図 3に示されるように、図 4に示す ような形状をしたゥエーハが複数枚観察された。平坦度は SFQRmaxで 0. 13 z m 以下のゥエーハも存在するものの、 SFQRmax = 0. 20 μ m程度のゥエーハもあり安 定した特性（平坦度）のゥエーハが得られなかった。
[0055] なお、他の粗さの研磨パッドを用意し、ゥエーハ外周部の形状異常を観察したとこ ろ、特に表面粗さ Raが 3 μ ΐη程度を境に、これより粗さが小さいとゥエーハ外周部の 形状異常が出やすぐこれより粗さが大きいとゥエーハ外周部の形状異常が観察され なかった。
[0056] (比較例 2)
実施例 1と同様な方法で上記した表面粗さ Ra = 8. Ο μ m (ァスカー C硬度 87)の研 磨パッドを用い研磨した。その結果を図 3に示した。図 3に示されるように、形状異常 は発生しなかったものの、平坦度は SFQRmaxで 0. 20 μ m程度のゥエーハであつ た。
[0057] このように研磨パッド表面の粗さを 5 x m以上としても、ゥエーハ外周部の形状異常 の発生は抑えられるものの、研磨パッドの硬度への影響が発生し高平坦度なゥエー ハが得られに《なる。好ましくは Ra = 3— 5 /i m (ァスカー C硬度 87— 93)程度にす るのが適当であった。
[0058] 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、レ、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。

Claims

請求の範囲
[1] ゥエーハ主面を不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドに摺接して鏡面研磨する研 磨方法にぉレ、て、該研磨パッドの表面粗さ Raが 3.0 μ m 5.0 μ mであることを特徴 とするゥエーハの研磨方法。
[2] ゥエーハ主面を不織布に樹脂を含浸させた研磨パッドに摺接して鏡面研磨する研磨 方法にぉレ、て、該研磨パッドの表面粗さ Ra ( μ m単位）と硬度（ァスカー C硬度）の比 (Ra/硬度）が 0· 032— 0· 058であることを特徴とするゥエーハの研磨方法。
[3] 前記研磨パッドの硬度がァスカー C硬度で 87— 93であることを特徴とする請求項 1 又は 2記載のゥエーハの研磨方法。
[4] 請求項 1一 3のいずれ力 1項記載のゥエーハの研磨方法であって、キャリアプレート に形成されたゥエーハ保持孔内に前記ゥエーハを挿入 ·保持し、スラリーを供給しな がら、前記研磨パッドが貼付された上定盤及び下定盤の間で、該キャリアプレートを 運動させて、前記ゥエーハの表裏両面を同時に研磨する両面研磨装置を用い研磨 することを特徴とするゥエーハの研磨方法。
[5] 前記研磨パッドの密度が 0.39 ± 0.03gん m3、圧縮率が 2.3 ± 1.0%、及び圧縮弾 性率が 60± 15%であることを特徴とする請求項 1一 4のいずれ力、 1項記載のゥエー ハの研磨方法。
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