WO2011070699A1 - 半導体ウェーハの研磨方法 - Google Patents

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polishing
slurry
polishing cloth
semiconductor wafer
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良也 寺川
健司 青木
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株式会社Sumco
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    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02002—Preparing wafers
    • H01L21/02005—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H01L21/02008—Multistep processes
    • H01L21/0201—Specific process step
    • H01L21/02024—Mirror polishing

Definitions

  • the present invention relates to a method for polishing a semiconductor wafer, and more specifically, polishing a semiconductor wafer capable of suppressing deterioration of the surface roughness near the center of the resulting semiconductor wafer by efficiently absorbing slurry in a polishing cloth. Regarding the method.
  • a polishing process using a polishing apparatus is performed on the wafer for the purpose of finishing the wafer surface into a mirror surface with no unevenness and high flatness.
  • FIG. 1 is a schematic view showing polishing processing of a semiconductor wafer using a conventional polishing apparatus
  • FIG. 1 (a) is a front view
  • FIG. 1 (b) is a top view.
  • a polishing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a work carrier 4 that holds a wafer, a table 2 that includes a polishing cloth 3, and a nozzle that supplies slurry (not shown).
  • the polishing cloth does not have abrasive grains, during polishing, a slurry containing abrasive grains is supplied to polish the wafer surface.
  • the polishing cloth 3 is provided with a large number of holes. The slurry is held (absorbed) by the holes and supplied to the surface to be polished of the wafer.
  • the polishing cloth 3 is viscoelastic, it has a property of being easily deformed by a load.
  • polishing is performed with the abrasive grains contained in the slurry, if sufficient slurry is not supplied to a part of the surface to be polished of the wafer, the part of the surface to be polished is not polished or the polishing rate is reduced. It becomes a situation to do. As a result, the surface roughness of the obtained wafer deteriorates at the portion, and the thickness becomes non-uniform. For this reason, in the polishing process, it is important to supply a sufficient amount of slurry over the entire surface of the wafer to be polished.
  • FIG. 2 is a view showing a path through which a slurry flows when the slurry is supplied to the center of a table, which is a conventional polishing method.
  • the polishing cloth 3 and the work carrier 4 of the polishing apparatus are shown, and the slurry is supplied to the table center A, and the path through which the supplied slurry flows is indicated by hatching.
  • the supplied slurry moves to the outer peripheral side of the table by the centrifugal force and contacts the outer peripheral portion of the work carrier.
  • the slurry in contact with the outer peripheral portion of the work carrier passes through the outer periphery of the work carrier and further moves to the outer peripheral side of the table by the centrifugal force of the table and the movement of the work carrier. Since the slurry that has reached the point B on the outer periphery of the work carrier is accelerated by the centrifugal force of the table and the movement of the work carrier, it flows away to the outside of the table by the inertial force.
  • the slurry absorbed by the polishing cloth without flowing away to the outside of the table is supplied to the surface to be polished of the wafer by the rotation of the table.
  • the work carrier and the table are rotated while pressing the wafer and the polishing cloth by weight, so that the polishing cloth is compressed by elastic deformation while being pressed. .
  • the polishing cloth is squeezed, and the slurry in the polishing cloth moves to the outside of the wafer.
  • the amount of slurry absorbed by the polishing cloth decreases with the compression of the polishing cloth, so that the amount of slurry supplied to the vicinity of the center decreases compared to the vicinity of the outer periphery of the wafer.
  • the area of the wafer increases and the length (time) at which the polishing cloth contacts the wafer during polishing increases, so the amount of slurry supplied near the center of the wafer decreases. .
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the radial position (mm) of the semiconductor wafer and the length (mm) at which the polishing cloth contacts the semiconductor wafer in the polishing process of a large-diameter wafer. This figure shows the contact length (mm) at each position from the wafer center to the table center when a 450 mm diameter wafer is polished using a 1200 mm diameter table.
  • the contact length shows a maximum at a radial position of 0 mm (wafer center) and is about 480 mm, and gradually decreases as the radial position increases (closer to the table center) and decreases to 0 mm at a radial position of 225 mm (wafer outer periphery).
  • the maximum contact length is about 310 mm, so that the contact length increases as the wafer diameter increases. I can confirm.
  • Patent Document 1 for the purpose of reducing the supply amount of the slurry, by providing an arc-shaped dam on the table, the slurry flowing away to the outside of the table is stored, and the stored slurry is stored. A polishing method that circulates in the center of the table has been proposed.
  • the polishing method proposed in Patent Document 1 is intended to reduce the supply amount of slurry, and is not intended to improve the supply of slurry to the vicinity of the center of the wafer in a large-diameter wafer. Further, in the method proposed in Patent Document 1, polishing pad debris caused by wear or the like is contained in the slurry, and when this debris is supplied to the polished surface of the wafer, scratches are generated on the polished surface. The product will be defective.
  • Patent Document 2 in order to make the temperature distribution of the polishing cloth uniform and perform stable polishing, a large number of thermometers are arranged between the polishing pad and the table, and the slurry is changed according to the measurement result of the thermometer. A polishing method for changing the supply position has been proposed.
  • the conventional polishing method for supplying slurry to the center of the table cannot supply a sufficient amount of slurry to the vicinity of the center of the wafer in polishing processing of a large-diameter wafer.
  • the conventionally proposed polishing methods are not intended to suppress the deterioration of the surface roughness near the center of the wafer, and have problems of generating scratches and transferring unevenness of the table.
  • An object of the present invention is to provide a semiconductor wafer polishing method capable of suppressing deterioration of the surface roughness near the center.
  • the present inventors conducted various tests and made extensive studies. As a result, when the polishing cloth and the semiconductor wafer were pressed by the rotation and load of the table, the polishing that was viscoelastic was performed. Focusing on the deformation of the cloth, the deformation of the polishing cloth was investigated by analysis.
  • FIG. 4 is a diagram showing the strain amount of the polishing cloth pressed by the semiconductor wafer. This figure shows the analysis result of the distortion amount of the polishing cloth in the polishing apparatus shown in FIG. 1.
  • the polishing cloth 3 of the polishing apparatus is shown, and the position of the wafer 5 pressed against the polishing cloth is indicated by an imaginary line.
  • the rotation direction of the work carrier is indicated by a white arrow.
  • the Young's modulus of the polishing cloth was 3.5 Mpa
  • the viscoelastic coefficient was 1 Mpa ⁇ s
  • the rotation conditions of the table and work carrier were 60 rpm
  • the weight of the wafer was 10 Kpa as polishing conditions.
  • the distribution of strain is shown by the shades of white and black, the white part shows the smallest amount of distortion, the black part becomes darker, the amount of distortion increases, and the black part shows the largest amount of distortion. .
  • the polishing cloth 3 is elastically deformed and compressed by pressing the wafer, the amount of strain increases as the contact length increases, and after passing through the wafer, moves away from the wafer. It can be confirmed that the amount of strain decreases (recovers) with time.
  • the inventors have absorbed the slurry into the polishing cloth when the polishing cloth compressed by pressing the wafer and the polishing cloth recovers, so that the polishing cloth efficiently absorbs the slurry, and the center of the wafer. It has been found that a sufficient amount of slurry can be supplied in the vicinity.
  • the present invention has been completed on the basis of the above knowledge, and the gist of the semiconductor wafer polishing method described in (1) to (3) below.
  • the semiconductor wafer is rotated by rotating the work carrier and the table while supplying slurry onto the polishing cloth in a state where the semiconductor wafer held by the work carrier and the polishing cloth included in the table are pressed.
  • a method of polishing A method for polishing a semiconductor wafer, comprising supplying the slurry to a region where the polishing cloth compressed by pressing with the semiconductor wafer as the table rotates is absorbed, and absorbing the polishing cloth.
  • the method for polishing a semiconductor wafer according to the present invention absorbs slurry into the polishing cloth when the polishing cloth compressed by pressing with the wafer as the table rotates, so that the polishing cloth efficiently absorbs the slurry, and the wafer A sufficient amount of slurry can be supplied in the vicinity of the center. For this reason, the polishing method of the semiconductor wafer of the present invention can suppress the deterioration of the surface roughness near the center of the wafer, and the polishing amount is uniform near the center and the outer periphery of the wafer. The flatness of the resulting wafer can be improved.
  • FIG. 1A and 1B are schematic views showing polishing processing of a semiconductor wafer using a conventional polishing apparatus, in which FIG. 1A is a front view and FIG. 1B is a top view.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional polishing method and a path through which the slurry flows when the slurry is supplied to the center of the table.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the radial position (mm) of the semiconductor wafer and the length (mm) at which the polishing cloth contacts the semiconductor wafer in polishing of a large-diameter wafer.
  • FIG. 4 is a diagram showing the strain amount of the polishing cloth pressed by the semiconductor wafer.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a region for supplying slurry in the method for polishing a semiconductor wafer of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a suede type polishing cloth having a base fabric layer and a nap layer having a large number of holes formed by foaming.
  • FIG. 7 is a view showing a slurry supply position in the semiconductor wafer polishing method of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the radial position (mm) of the wafer and the RMS ( ⁇ ) which is the surface roughness.
  • a semiconductor wafer is rotated by rotating a work carrier and a table while supplying slurry onto the polishing cloth while pressing a semiconductor wafer held by the work carrier and a polishing cloth included in the table.
  • the slurry is supplied to a region where the polishing cloth compressed by pressing against the semiconductor wafer as the table rotates is recovered and absorbed by the polishing cloth.
  • the polishing cloth is compressed by pressing the wafer and the polishing cloth, and after passing through the wafer, it recovers with time.
  • the polishing cloth is repeatedly compressed and recovered every rotation, and when slurry is supplied to the area where the compressed polishing cloth recovers, the slurry is absorbed by the polishing cloth as the polishing cloth recovers due to the pumping action of the polishing cloth.
  • the polishing method of the present invention a sufficient amount of slurry can be supplied not only near the outer periphery of the wafer but also near the center of the wafer, and the surface roughness deteriorates near the center of the obtained wafer. Can be suppressed.
  • the slurry it is preferable to supply the slurry to an area satisfying the following formulas (1) to (3) on the XY coordinates with the table center as the origin.
  • the distance between the table center and the work carrier center is l (mm)
  • the coordinate of the work carrier center is (l, 0)
  • the radius of the work carrier is r (mm).
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a region for supplying slurry in the semiconductor wafer polishing method of the present invention.
  • the figure shows a polishing cloth 3 and a work carrier 4 of a polishing apparatus, and it is preferable to supply slurry to the hatched area.
  • the slurry can be supplied to the region where compression and recovery are repeated by contacting the wafer and the polishing cloth in the polishing cloth, and the slurry is recovered when the polishing cloth recovers. Can be efficiently absorbed.
  • the slurry can be supplied to the surface of the polishing cloth that is outside the work carrier and has a large amount of strain, and then the slurry is recovered when the polishing cloth recovers. It can be absorbed efficiently.
  • the method for polishing a semiconductor wafer of the present invention it is preferable to polish a semiconductor wafer having a diameter of 30% or more as compared with the diameter of the table.
  • the ratio of the wafer diameter to the table diameter is less than 30%, that is, when the wafer has a small diameter, since the contact length between the polishing cloth and the wafer is short, the polishing cloth is squeezed by the pressing load and rotation of the wafer and the polishing cloth. Even in such a case, a sufficient amount of slurry remains on the polishing cloth. In this case, even if the semiconductor wafer polishing method of the present invention is applied, it is difficult to obtain the effect of supplying the slurry near the center of the wafer.
  • the polishing cloth is narrowed by the pressing load and rotation of the wafer and the polishing cloth. Therefore, the amount of slurry held on the polishing cloth becomes insufficient, and a sufficient amount of slurry cannot be supplied near the center of the wafer.
  • the method for polishing a semiconductor wafer according to the present invention it is possible to obtain an effect that the slurry can be supplied to the vicinity of the center of the wafer by increasing the amount of the slurry absorbed by the polishing cloth.
  • the wafer diameter is preferably less than 50% of the table diameter. If the wafer diameter is 50% or more of the table diameter, polishing will be performed with the wafer covering the center of the table, and the amount of slurry supplied to the vicinity of the center of the table will be significantly reduced, resulting in severe damage to the polishing cloth. is there.
  • a polishing cloth having a compressibility of 5 to 50% and a hardness of 80 or less as material characteristics.
  • the compression rate is less than 5% or the hardness exceeds 80, the polishing cloth becomes hard, and when the wafer is pressed, the amount of compression becomes small. For this reason, the amount that the polishing cloth recovers after passing through the wafer is small, and a sufficient amount of slurry cannot be absorbed, so that it is difficult to obtain the effect of supplying the slurry near the center of the wafer.
  • the compression ratio exceeds 50%, that is, when the polishing cloth becomes soft, the amount of deformation due to the compression of the polishing cloth increases when the polishing cloth and the wafer are pressed.
  • This increase in the amount of deformation makes the pressure generated on the surface to be polished by pressing the wafer and the polishing cloth non-uniform, resulting in a situation where the polishing amount is different between the center and the outer periphery of the wafer, resulting in a flat wafer. The degree gets worse.
  • the nap layer of the polishing cloth is preferably made of polyurethane, has a nap length of 50 to 1500 ⁇ m, and an average pore diameter of 5 to 150 ⁇ m.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a suede type polishing cloth having a base fabric layer and a nap layer having a large number of holes formed by foaming.
  • the polishing cloth 3 shown in FIG. 1 includes a nap layer 3a made of polyurethane and a base fabric layer 3b that reinforces the nap layer 3a.
  • the nap layer 3a has a large number of holes (nap) formed by foaming.
  • the nap length E is the thickness of the nap layer
  • the nap opening diameter D means an average value of the nap opening diameters.
  • a suede type cloth having a base fabric layer and a nap layer having a large number of holes formed by foaming is used as the polishing cloth, the hardness and the compressibility are appropriate and sufficient for the nap layer of the polishing cloth. An amount of slurry can be absorbed.
  • the nap length is less than 50 ⁇ m or the nap opening diameter is less than 5 ⁇ m, a sufficient amount of slurry cannot be absorbed by the polishing cloth, so that a sufficient amount of slurry cannot be supplied near the center of the wafer.
  • the nap length exceeds 1500 ⁇ m or the nap opening diameter exceeds 150 ⁇ m, the amount of slurry absorbed by the polishing cloth increases and the compressibility also increases.
  • the compression ratio increases, the wafer cannot be pressed against the polishing cloth with a uniform load, and the flatness of the resulting wafer deteriorates.
  • the semiconductor wafer was polished using the polishing apparatus having the configuration shown in FIG. 1, and the surface to be polished of the wafer was investigated.
  • the slurry was supplied by arranging a nozzle at a position shown in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing a slurry supply position in the semiconductor wafer polishing method of the present invention.
  • the figure shows a polishing cloth 3, a work carrier 4 and a nozzle 7 for supplying slurry.
  • a nozzle was placed at the position shown in the figure, and the slurry was supplied to the polishing cloth by dropping from the nozzle.
  • the slurry was supplied to the polishing cloth having a large strain amount, and then the slurry was absorbed by the polishing cloth when the polishing cloth recovered.
  • the polishing apparatus used was a table having a table diameter of 1200 mm and a wafer having a diameter of 450 mm.
  • the polishing cloth uses a suede type having a base fabric layer and a nap layer having a large number of holes formed by foaming, and the material properties thereof are a compression ratio of 11%, a hardness of 36, a nap length of 480 ⁇ m, The average nap opening diameter was 45 ⁇ m.
  • the polishing conditions were such that the rotation speed of the work carrier and the table was 60 rpm, and the weight applied to the wafer was 10 Kpa.
  • the slurry was supplied by arranging a nozzle for supplying the slurry only to the center of the table and dropping the slurry from the nozzle onto the table.
  • the test conditions other than the slurry supply were the same as those of the present invention example.
  • the investigation of the polished surface of the wafer was performed by measuring the RMS, which is the surface roughness of the wafer, from the wafer center to the wafer outer periphery using a non-contact laser roughness meter.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the radial position (mm) of the wafer and the RMS ( ⁇ ) which is the surface roughness.
  • the RMS on the outer periphery is 1.5 to 1.7 mm, but the surface roughness deteriorates as the wafer approaches the center of the wafer. It was 6cm. Therefore, it was confirmed from the comparative example that the surface roughness deteriorates at the center of the wafer in the conventional method of supplying the slurry to the center of the table.
  • the semiconductor wafer polishing method of the present invention can suppress the deterioration of the surface roughness near the center of the wafer.
  • the polishing method of the semiconductor wafer of the present invention can suppress the deterioration of the surface roughness near the center of the wafer, and the polishing amount is uniform near the center and the outer periphery of the wafer. The flatness of the resulting wafer can be improved.
  • the method for polishing a semiconductor wafer of the present invention is applied to the production of a semiconductor wafer, a wafer with improved surface roughness and flatness can be obtained, which can greatly contribute to the quality improvement of a large-diameter wafer.
  • polishing device 1: Polishing device, 2: Table, 3: Polishing cloth, 3a: Nap layer, 3b: Base fabric layer, 4: Work carrier, 5: Semiconductor wafer, 7: Nozzle, A: Table center, B: Points on the outer periphery of the work carrier, D: Nap opening diameter, E: Nap length

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Abstract

半導体ウェーハの研磨方法において、ワークキャリアにより保持された半導体ウェーハと、テーブルが備える研磨クロスとを押し付けた状態で、スラリーを研磨クロス上に供給しつつ、ワークキャリアとテーブルとを回転させて半導体ウェーハを研磨する際、テーブルの回転にともなう半導体ウェーハとの押し付けにより圧縮した研磨クロスが回復する領域にスラリーを供給し、研磨クロスに効率よく吸収させることにより、得られる半導体ウェーハの中心付近の表面粗さが悪化するのを抑制できる。このような本発明の半導体ウェーハの研磨方法を、半導体ウェーハの製造に適用すれば、表面粗さおよび平坦度が向上したウェーハを得ることができ、大口径ウェーハの品質向上に大きく寄与することができる。

Description

半導体ウェーハの研磨方法
　本発明は、半導体ウェーハを研磨する方法に関し、さらに詳しくは、研磨クロスにスラリーを効率よく吸収させることにより、得られる半導体ウェーハの中心付近の表面粗さが悪化するのを抑制できる半導体ウェーハの研磨方法に関する。
　半導体ウェーハの製造では、ウェーハ表面を凹凸が無く、平坦度の高い鏡面に仕上げることを目的として、研磨装置を用いた研磨加工がウェーハに施される。
　図１は、従来の研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨加工を示す模式図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は上面図である。図１に示す研磨装置１は、ウェーハを保持するワークキャリア４と、研磨クロス３を備えたテーブル２と、図示しないスラリーを供給するノズルにより構成される。
　図１（ａ）および（ｂ）に示す研磨装置を用いたウェーハ５の研磨加工では、ワークキャリア４によりウェーハ５を保持した後、加重によりウェーハ５と研磨クロス３を押し付けた状態で、ノズルからスラリーを供給しつつ、ワークキャリア４とテーブル２とを図１（ｂ）に示す白抜き矢印の方向に回転させて行う。
　研磨クロスは砥粒を有さないことから、研磨加工の際には、砥粒を含有するスラリーを供給して、ウェーハ表面を研磨する。一般的に、研磨クロス３は、孔が多数設けられており、この孔によりスラリーを保持（吸収）してウェーハの被研磨面にスラリーを供給する。また、研磨クロス３は、粘弾性であることから加重により変形し易い性質を有する。
　研磨加工ではスラリーが含有する砥粒により研磨することから、ウェーハの被研磨面の一部について十分なスラリーが供給されないと、被研磨面の当該部分について研磨加工が施されない、または研磨速度が低下する事態となる。その結果、得られるウェーハの表面粗さが当該部分で悪化するとともに、厚みも不均一となる。このため、研磨加工においては、ウェーハの被研磨面に十分な量のスラリーを全面にわたって供給することが重要となる。
　従来、ウェーハに十分な量のスラリーを全面にわたって供給するため、テーブル中心にスラリーを供給する方法が用いられていた。テーブル中心に供給されたスラリーの一部は、研磨クロスに保持（吸収）され、ウェーハの被研磨面に供給される。しかし、その大部分はウェーハの被研磨面に供給されることなく、遠心力により、テーブルの外側に流れ去る。
　図２は、従来の研磨方法であって、テーブル中心にスラリーを供給した場合の、スラリーが流れる経路を示す図である。同図では、研磨装置の研磨クロス３と、ワークキャリア４とを示し、テーブル中心Ａにスラリーを供給し、供給されたスラリーが流れる経路をハッチングで示す。
　同図に示すように、テーブル中心Ａにスラリーが供給されると、供給されたスラリーは遠心力により、テーブルの外周側に移動し、ワークキャリアの外周部に接触する。ワークキャリアの外周部と接触したスラリーは、テーブルの遠心力とワークキャリアの運動により、ワークキャリアの外周を通り、さらにテーブルの外周側に移動する。ワークキャリアの外周上の点Ｂに到達したスラリーは、テーブルの遠心力およびワークキャリアの運動により加速されているので、慣性力によりテーブルの外側に流れ去る。
　テーブルの外側に流れ去ることなく、研磨クロスに吸収されたスラリーは、テーブルの回転によりウェーハの被研磨面に供給される。しかしながら、従来のテーブル中心にウェーハを供給する研磨方法では、加重によりウェーハと研磨クロスを押し付けつつ、ワークキャリアとテーブルとを回転させるので、この押し付けられている間、研磨クロスが弾性変形により圧縮する。この圧縮により、研磨クロスは絞られ、研磨クロス内のスラリーはウェーハの外側に移動する。このため、研磨クロスに吸収されたスラリーの量は、研磨クロスの圧縮にともなって減少するので、ウェーハの外周付近に比べ、中心付近へ供給されるスラリーの量は低下する。
　ウェーハが大口径化すると、ウェーハの面積が増大するとともに、研磨加工の際に研磨クロスがウェーハと接触する長さ（時間）が増加するので、ウェーハの中心付近へ供給されるスラリー量が減少する。
　図３は、大口径ウェーハの研磨加工における、半導体ウェーハの半径位置（ｍｍ）と、研磨クロスが半導体ウェーハと接触する長さ（ｍｍ）との関係を示す図である。同図は、直径４５０ｍｍのウェーハを、直径１２００ｍｍのテーブルを用いて研磨加工する場合のウェーハ中心からテーブル中心までの各位置での接触長さ（ｍｍ）を示す。
　同図より、接触長さは、半径位置０ｍｍ（ウェーハ中心）で最大を示して約４８０ｍｍとなり、半径位置の増加（テーブル中心に近づく）とともに漸次減少し、半径位置２２５ｍｍ（ウェーハ外周）で０ｍｍとなる。同図で破線を用いて示すように、ウェーハ直径が３００ｍｍの場合は、接触長さの最大は約３１０ｍｍであることから、ウェーハの大口径化に伴い、接触長さが増加していることが確認できる。
　したがって、大口径ウェーハを、テーブル中心にスラリーを供給する研磨方法により研磨加工すると、十分な量のスラリーがウェーハの中心付近に供給されない事態となる。このため、得られるウェーハの中心付近の表面粗さが悪化するとともに、ウェーハの厚みが外周付近に比べて中心付近で厚くなり平坦度が悪化する。
　スラリーの供給に関し、特許文献１では、スラリーの供給量を低減することを目的として、テーブル上に円弧状のダムを設けることにより、テーブルの外側に流れ去るスラリーを貯留し、貯留されたスラリーをテーブル中心に環流する研磨方法が提案されている。
　特許文献１で提案されている研磨方法は、スラリーの供給量を低減することを目的としており、大口径ウェーハにおけるウェーハの中心付近へのスラリー供給の改善を目的とするものではない。また、特許文献１で提案されている方法では、摩耗等により生じる研磨パッドの屑がスラリー中に含まれ、この屑がウェーハの被研磨面に供給された場合、被研磨面にスクラッチが発生し、製品不良となる。
　特許文献２では、研磨クロスの温度分布を均一化し、安定的な研磨を行うことを目的として、研磨パッドとテーブルの間に多数の温度計を配置し、温度計の測定結果に応じてスラリーの供給位置を変更する研磨方法が提案されている。
　特許文献２で提案されている研磨方法では、研磨パッドとテーブルの間に温度計を配置するために溝等を設けるので、装置構成が煩雑になる。また、テーブルに溝等の凹凸を多数設けると、ウェーハの研磨面に凹凸が転写され、ウェーハの平坦度を悪化させる。
特開２００６－８８２９２号公報 特開２００８－４９４４８号公報
　前述の通り、従来のテーブル中心にスラリーを供給する研磨方法では、大口径ウェーハの研磨加工において、ウェーハの中心付近へ十分な量のスラリーを供給することができないので、ウェーハの外周付近に比べてウェーハの中心付近の表面粗さが悪化する問題があった。従来から提案されている研磨方法は、ウェーハの中心付近の表面粗さ悪化を抑制することを目的としておらず、スクラッチの発生や、テーブルの凹凸が転写する問題がある。
　本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ウェーハの研磨加工において、研磨クロスにスラリーを効率よく吸収させることにより、ウェーハの中心付近に供給されるスラリーの量を増加させ、中心付近の表面粗さの悪化を抑制できる半導体ウェーハの研磨方法を提供することを目的としている。
　本発明者らは、上記問題を解決するため、種々の試験を行い、鋭意検討を重ねた結果、テーブルの回転と加重により、研磨クロスと半導体ウェーハが押し付けられた際に、粘弾性である研磨クロスが変形することに着目し、この研磨クロスの変形について、解析により調査を行った。
　図４は、半導体ウェーハにより押し付けられた研磨クロスのひずみ量を示す図である。同図は、前記図１に示す研磨装置における研磨クロスのひずみ量についての解析結果であり、研磨装置の研磨クロス３を示すとともに、研磨クロスに押し付けるウェーハ５の位置を想像線で示し、研磨クロスおよびワークキャリアの回転方向を白抜き矢印で示す。なお、解析は、研磨クロスのヤング率を３．５Ｍｐａ、粘弾性係数を１Ｍｐａ・ｓとし、研磨条件としてテーブルおよびワークキャリアの回転数を６０ｒｐｍ、ウェーハの加重量を１０Ｋｐａとした。
　同図では、白色と黒色の濃淡によりひずみ量の分布を示し、白色部はひずみ量が最小であり、黒色が濃くなるとともにひずみ量が増加し、黒色部はひずみ量が最大であることを示す。同図に示す解析結果から、研磨クロス３は、ウェーハの押し付けにより弾性変形して圧縮し、接触長さの増加に伴いひずみ量が増加し、ウェーハを通過した後、ウェーハと遠ざかるとともに、すなわち、時間経過とともに、ひずみ量が減少（回復）していることが確認できる。
　本発明者らは、この解析結果から、ウェーハと研磨クロスの押し付けにより圧縮した研磨クロスが回復する際にスラリーを研磨クロスに吸収させることにより、研磨クロスがスラリーを効率よく吸収し、ウェーハの中心付近に十分な量のスラリーを供給できることを知見した。
　本発明は、上記の知見に基づいて完成したものであり、下記（１）～（３）の半導体ウェーハの研磨方法を要旨としている。
（１）ワークキャリアにより保持された半導体ウェーハと、テーブルが備える研磨クロスとを押し付けた状態で、スラリーを前記研磨クロス上に供給しつつ、前記ワークキャリアと前記テーブルとを回転させて前記半導体ウェーハを研磨する方法であって、
　前記テーブルの回転にともなう前記半導体ウェーハとの押し付けにより圧縮した前記研磨クロスが回復する領域に、前記スラリーを供給し、前記研磨クロスに吸収させることを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法である。
（２）上記（１）に記載の半導体ウェーハの研磨方法において、前記テーブルの直径に比べ、その直径が３０％以上である半導体ウェーハを研磨するのが好ましい。
（３）上記（１）または（２）に記載の半導体ウェーハの研磨方法において、物質特性として、圧縮率が５～５０％で、硬度が８０以下である研磨クロスを用いるのが好ましい。
　本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、テーブルの回転にともなうウェーハとの押し付けにより圧縮した研磨クロスが回復する際に、スラリーを研磨クロスに吸収させるので、研磨クロスがスラリーを効率よく吸収し、ウェーハの中心付近に十分な量のスラリーを供給することができる。このため、本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、ウェーハの中心付近で表面粗さが悪化するのを抑制することができるとともに、ウェーハの中心付近と外周付近で研磨量が均一となることにより、得られるウェーハの平坦度を向上させることができる。
図１は、従来の研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨加工を示す模式図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は上面図である。 図２は、従来の研磨方法であって、テーブル中心にスラリーを供給した場合の、スラリーが流れる経路を示す図である。 図３は、大口径ウェーハの研磨加工における、半導体ウェーハの半径位置（ｍｍ）と、研磨クロスが半導体ウェーハと接触する長さ（ｍｍ）との関係を示す図である。 図４は、半導体ウェーハにより押し付けられた研磨クロスのひずみ量を示す図である。 図５は、本発明の半導体ウェーハの研磨方法において、スラリーを供給する領域を説明する図である。 図６は、基布層と、発泡により形成された多数の孔を備えるナップ層とを有するスエードタイプの研磨クロスの構造を模式的に示す断面図である。 図７は、本発明の半導体ウェーハの研磨方法において、スラリーの供給位置を示す図である。 図８は、ウェーハの半径位置（ｍｍ）と表面粗さであるＲＭＳ（Å）との関係を示す図である。
　以下に、本発明の半導体ウェーハの研磨方法について詳細に説明する。
　本発明の研磨方法は、ワークキャリアにより保持された半導体ウェーハと、テーブルが備える研磨クロスとを押し付けた状態で、スラリーを研磨クロス上に供給しつつ、ワークキャリアとテーブルとを回転させて半導体ウェーハを研磨する方法であって、テーブルの回転にともなう半導体ウェーハとの押し付けにより圧縮した研磨クロスが回復する領域に、スラリーを供給し、研磨クロスに吸収させることを特徴とする。
　前述の図４で説明した通り、ウェーハの研磨加工において、ウェーハと研磨クロスの押し付けにより研磨クロスは圧縮し、ウェーハを通過した後、時間経過とともに回復する。研磨クロスは１回転ごとに圧縮と回復を繰り返しており、圧縮した研磨クロスが回復する領域にスラリーを供給すると、研磨クロスのポンピング作用により、研磨クロスの回復にともなってスラリーが研磨クロスに吸収される。
　これにより、研磨クロスに保持されるスラリーの量が増加するので、その後、ウェーハと研磨クロスの押し付けおよび回転により、研磨クロスが絞られた場合でも、研磨クロスにスラリーが残存する。したがって、本発明の研磨方法では、ウェーハの外周付近のみならず、ウェーハの中心付近にも十分な量のスラリーを供給することができ、得られるウェーハの中心付近で表面粗さが悪化するのを抑制できる。
　本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、スラリーを、テーブル中心を原点とするＸＹ座標上で、下記（１）～（３）式を満たす領域に供給するのが好ましい。
　　（ｌ－ｒ）２≦ｘ２+ｙ２≦（ｌ＋ｒ）２　　・・・（１）
　　ｒ２＜（ｘ＋ｌ）２+ｙ２≦（ｒ×１．５）２　　・・・（２）
　　０≦ｙ　　・・・（３）
ただし、テーブル中心とワークキャリア中心との距離をｌ（ｍｍ）、ワークキャリア中心の座標を（ｌ，０）、ワークキャリアの半径をｒ（ｍｍ）とする。
　図５は、本発明の半導体ウェーハの研磨方法において、スラリーを供給する領域を説明する図である。同図は研磨装置の研磨クロス３と、ワークキャリア４とを示し、ハッチングされた領域にスラリーを供給するのが好ましい。
　上記（１）式を満たすことにより、研磨クロス内で、ウェーハと研磨クロスとが接触することにより圧縮と回復を繰り返している領域にスラリーを供給することができ、研磨クロスが回復する際にスラリーを効率よく吸収させることが可能となる。上記（２）および（３）式を満たすことにより、ワークキャリアの外側であって、ひずみ量が大きい研磨クロスの表面にスラリーを供給することができ、その後、研磨クロスが回復する際にスラリーを効率よく吸収させることが可能となる。
　本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、テーブルの直径に比べ、その直径が３０％以上である半導体ウェーハを研磨するのが好ましい。テーブル直径に対するウェーハ直径の割合が３０％未満の場合、すなわち、ウェーハが小口径の場合、研磨クロスとウェーハの接触長さは短いので、ウェーハと研磨クロスの押し付け加重および回転により研磨クロスが絞られた場合でも、研磨クロスに十分な量のスラリーが残存する。この場合、本発明の半導体ウェーハの研磨方法を適用しても、スラリーをウェーハの中心付近に供給できる効果は得がたい。
　一方、ウェーハが大口径であり、テーブル直径に対するウェーハ直径の割合が３０％以上になると、研磨クロスとウェーハの接触長さは増加するので、ウェーハと研磨クロスの押し付け加重および回転により研磨クロスが絞られ、研磨クロスに保持されたスラリーの量が不十分となり、ウェーハの中心付近に十分な量のスラリーを供給することができない。この場合、本発明の半導体ウェーハの研磨方法を適用すれば、研磨クロスに吸収されるスラリー量を増加させることにより、スラリーをウェーハの中心付近に供給できる効果を得ることができる。
　また、ウェーハ直径は、テーブル直径の５０％未満とするのが好ましい。ウェーハ直径がテーブル直径の５０％以上であると、ウェーハがテーブル中心を覆った状態で研磨することとなり、テーブルの中心付近へのスラリー供給量が著しく低下するので、研磨クロスが激しく損傷するからである。
　本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、物質特性として、圧縮率が５～５０％で、硬度が８０以下である研磨クロスを用いるのが好ましい。圧縮率が５％未満または硬度が８０を超えると、研磨クロスは硬質となり、ウェーハを押し付けた場合、圧縮量が小さくなる。このため、研磨クロスがウェーハを通過後に回復する量も小さく、十分な量のスラリーを吸収することができないので、スラリーをウェーハの中心付近に供給できる効果が得がたくなる。
　一方、圧縮率が５０％を超えると、すなわち、研磨クロスが軟質となると、研磨クロスとウェーハを押し付けた際に研磨クロスの圧縮による変形量が増加する。この変形量の増加は、ウェーハと研磨クロスの押し付けによりウェーハの被研磨面に発生する圧力を不均一とするので、ウェーハの中心付近と外周付近で研磨量が異なる事態となり、得られるウェーハの平坦度が悪化する。
　本発明において圧縮率αは、初荷重１００ｇ／ｃｍ２で加圧したときの厚さをｔ０とし、さらに初加重に追荷重１１２０ｇ／ｃｍ２を加えて加圧したときの厚さをｔ１とした場合、下記の（４）式で算出される値をいう。
　　α＝（ｔ１－ｔ０）／ｔ０×１００　　・・・（４）
　また、本発明において硬度は、ショアＡ型硬度計にて測定するものとする。
　本発明の半導体ウェーハの研磨方法では、研磨クロスは基布層と、発泡により形成された多数の孔を有するナップ層とを備えるスエードタイプのものを用いるのが好ましい。この場合、研磨クロスのナップ層は、ポリウレタンからなり、ナップ長５０～１５００μｍで、開孔径の平均が５～１５０μｍとするのが好ましい。
　図６は、基布層と、発泡により形成された多数の孔を備えるナップ層とを有するスエードタイプの研磨クロスの構造を模式的に示す断面図である。同図に示す研磨クロス３は、ポリウレタンからなるナップ層３ａと、ナップ層３ａを補強する基布層３ｂとから構成されている。ナップ層３ａは、発泡により形成された多数の孔（ナップ）を有している。ここで、ナップ長Ｅはナップ層の厚さであり、ナップ開孔径Ｄはナップの開孔径の平均値を意味する。
　研磨クロスとして、基布層と、発泡により形成された多数の孔を有するナップ層とを備えるスエードタイプのものを用いれば、適度な硬度および圧縮率であるとともに、研磨クロスのナップ層に十分な量のスラリーを吸収させることができる。
　ナップ長が５０μｍ未満またはナップ開孔径が５μｍ未満であると、研磨クロスに十分な量のスラリーを吸収させることができないので、ウェーハの中心付近に十分な量のスラリーを供給することができない。一方、ナップ長が１５００μｍを超えると、または、ナップ開孔径が１５０μｍを超えると、研磨クロスのスラリー吸収量が増加するとともに、圧縮率も増加する。前述の通り、圧縮率が増加すると、ウェーハを研磨クロスに均一の加重で押し付けることができないので、得られるウェーハの平坦度が悪化する。
　本発明の半導体ウェーハの研磨方法の効果を確認するため、下記の試験を行った。
［試験条件］
　前記図１に示す構成の研磨装置を用いて半導体ウェーハを研磨し、ウェーハの被研磨面を調査した。スラリーの供給は、後述する図７で示す位置にノズルを配置して行った。
　図７は、本発明の半導体ウェーハの研磨方法において、スラリーの供給位置を示す図である。同図は研磨装置の研磨クロス３と、ワークキャリア４と、スラリーを供給するノズル７とを示す。同図に示す位置にノズルを配置し、ノズルから滴下することによりスラリーを研磨クロスに供給した。これにより、ひずみ量が大きい研磨クロスにスラリーを供給し、その後、研磨クロスが回復する際にスラリーを研磨クロスに吸収させた。
　研磨装置はテーブル直径を１２００ｍｍとし、ウェーハは直径４５０ｍｍのものを供試した。研磨クロスは、基布層と発泡により形成された多数の孔を有するナップ層とを備えるスエードタイプのものを用い、その物質特性は、圧縮率が１１％、硬度が３６、ナップ長が４８０μｍ、ナップ開孔径の平均が４５μｍであった。研磨条件は、ワークキャリアおよびテーブルの回転数を６０ｒｐｍとし、ウェーハへの加重量を１０Ｋｐａとした。
　比較例では、スラリーの供給を、テーブル中心のみにスラリーを供給するノズルを配置し、ノズルからスラリーをテーブルに滴下することにより行った。スラリーの供給以外の試験条件は、本発明例と同一にした。
　ウェーハの被研磨面の調査は、ウェーハの表面粗さであるＲＭＳを非接触レーザー粗さ計によりウェーハ中心からウェーハ外周にわたって測定することにより行った。
［試験結果］
　図８は、ウェーハの半径位置（ｍｍ）と表面粗さであるＲＭＳ（Å）との関係を示す図である。同図に示すグラフにより、比較例では、外周でのＲＭＳは１．５～１．７Åであるが、ウェーハの中心に近づくにつれて表面粗さが悪化し、ウェーハ中心（半径位置０ｍｍ）では３．６Åであった。したがって、比較例より、従来のテーブル中心にスラリーを供給する方法ではウェーハ中心で表面粗さが悪化することが確認できた。
　また、同図に示すグラフにより、本発明例では、表面粗さは１．５～１．７Åであり、ウェーハ中心で表面粗さは悪化しなかった。したがって、本発明の半導体ウェーハの研磨方法により、ウェーハの中心付近で表面粗さが悪化するのを抑制できることが明らかになった。
　本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、テーブルの回転にともなうウェーハとの押し付けにより圧縮した研磨クロスが回復する際に、スラリーを研磨クロスに吸収させるので、研磨クロスがスラリーを効率よく吸収し、ウェーハの中心付近に十分な量のスラリーを供給することができる。このため、本発明の半導体ウェーハの研磨方法は、ウェーハの中心付近で表面粗さが悪化するのを抑制することができるとともに、ウェーハの中心付近と外周付近で研磨量が均一となることにより、得られるウェーハの平坦度を向上させることができる。
　本発明の半導体ウェーハの研磨方法を、半導体ウェーハの製造に適用すれば、表面粗さおよび平坦度が向上したウェーハを得ることができ、大口径ウェーハの品質向上に大きく寄与することができる。
１：研磨装置、　２：テーブル、
３：研磨クロス、　３ａ：ナップ層、　３ｂ：基布層、
４：ワークキャリア、　５：半導体ウェーハ、　７：ノズル、
Ａ：テーブル中心、　Ｂ：ワークキャリアの外周上の点、
Ｄ：ナップ開孔径、　Ｅ：ナップ長

Claims (3)

  1. 　ワークキャリアにより保持された半導体ウェーハと、テーブルが備える研磨クロスとを押し付けた状態で、スラリーを前記研磨クロス上に供給しつつ、前記ワークキャリアと前記テーブルとを回転させて前記半導体ウェーハを研磨する方法であって、
    　前記テーブルの回転にともなう前記半導体ウェーハとの押し付けにより圧縮した前記研磨クロスが回復する領域に、前記スラリーを供給し、前記研磨クロスに吸収させることを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。
  2. 　前記テーブルの直径に比べ、その直径が３０％以上である半導体ウェーハを研磨することを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
  3. 　物質特性として、圧縮率が５～５０％で、硬度が８０以下である研磨クロスを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
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