WO2015029294A1 - ウェーハの研磨方法およびウェーハの研磨装置 - Google Patents

ウェーハの研磨方法およびウェーハの研磨装置 Download PDF

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    • H10P90/12—Preparing bulk and homogeneous wafers
    • H10P90/129—Preparing bulk and homogeneous wafers by polishing

Definitions

  • the present invention relates to a wafer polishing method and a wafer polishing apparatus.
  • a process for manufacturing a semiconductor wafer mainly includes a single crystal pulling process for manufacturing a single crystal ingot and a processing process for the manufactured single crystal ingot.
  • This processing process generally includes a slicing process, a lapping process, a chamfering process, an etching process, a mirror polishing process, a cleaning process, and the like, and a semiconductor wafer having a mirror-finished surface is manufactured through these processes.
  • a multi-stage polishing process such as rough polishing or finish polishing is performed.
  • one side of the wafer is mechanochemically polished (CMP) with a single-side polishing apparatus 200 as shown in FIG.
  • CMP is a polishing technique in which a polishing liquid that has an etching action on a wafer that is an object to be polished is used, and the wafer is mechanically polished with abrasive grains contained in the polishing liquid while the wafer is being etched.
  • the single-side polishing apparatus 200 includes a head 202 that holds a wafer, and a surface plate 210 provided with a polishing cloth 212 on the surface.
  • the head 202 presses the surface to be polished of the wafer against the polishing cloth 212. Then, the wafer surface is polished by rotating the head 202 and the surface plate 210 together while supplying the polishing liquid 228 from the polishing liquid supply unit 226 onto the polishing cloth 212.
  • the number of dummy polishings is set in advance so that wafers with a large number of LPDs are not mixed in product wafers, the probability of wafer loss due to dummy polishing increases, and conversely, wafer loss due to dummy polishing increases. If the number of dummy polishings is set to be small for the purpose of reducing the number of wafers, the probability that a wafer with a large number of LPDs will be mixed in the product wafer increases.
  • Patent Document 1 describes that dummy polishing is performed until the copper concentration in the polishing cloth becomes 0.01 ppm or less.
  • this method requires a test piece to be cut out from the polishing cloth in order to measure the copper concentration, and there is room for improvement in practical use.
  • the present invention provides a practical wafer polishing method and wafer polishing apparatus capable of reducing wafer loss due to dummy polishing and stabilizing the number of product wafer LPDs at a low level.
  • the purpose is to provide.
  • the present inventor studied to achieve this object, and the following knowledge was obtained. That is, the present inventor paid attention to the contact angle of the polishing cloth as an index for grasping the surface state of the polishing cloth. Then, it was found that there is a good correlation between the contact angle of the polishing cloth and the number of LPDs of the wafer polished with the polishing cloth.
  • the method for polishing a wafer of the present invention comprises: A wafer polishing method in which the wafer is brought into contact with a polishing cloth provided on the surface of the surface plate, and the surface plate and the wafer are rotated to polish the surface of the wafer multiple times with the same polishing cloth. Because The polishing process includes an initial polishing step in which the wafer after polishing is not a product, and a main polishing step in which the wafer after polishing is a product after the initial polishing step, The contact angle of the polishing cloth is measured, and the switching time from the initial polishing step to the main polishing step is determined based on the measured value.
  • the contact angle of the polishing cloth is measured every time or periodically before the polishing process, and the polishing process after the measurement value is stabilized can be determined as the main polishing process. .
  • the subsequent polishing process can be determined as the main polishing step.
  • the threshold is determined based on
  • the wafer to be polished in the initial polishing step is a dummy wafer.
  • the contact angle of the polishing cloth is measured again, and the replacement timing of the polishing cloth in the main polishing step is determined based on the measured value. Is preferred.
  • the wafer polishing apparatus of the present invention comprises: A holding unit for holding the wafer and a surface plate having a polishing cloth on the surface, the wafer is brought into contact with the polishing cloth, and the surface of the wafer is polished by rotating the surface plate and the wafer.
  • a wafer polishing apparatus for performing polishing processing a plurality of times with the same polishing cloth,
  • a measuring device for measuring a contact angle of the polishing cloth;
  • a control unit for determining the switching timing from the initial polishing process that does not use the polished wafer as a product to the main polishing process that uses the polished wafer as a product; It further has these.
  • the wafer loss due to dummy polishing can be reduced and the number of LPDs of product wafers can be stabilized at a low level by a practical method. .
  • FIG. 1 is a schematic view of a wafer single-side polishing apparatus 100 according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is a flowchart illustrating a wafer polishing method according to an embodiment of the present invention. It is a graph which shows LPD of the wafer after grinding
  • polishing in a comparative example and an invention example. 1 is a schematic view of a conventional wafer single-side polishing apparatus 200.
  • the wafer single-side polishing apparatus 100 includes a head 102 for fixing the wafer 104 and a surface plate 110 provided with a polishing cloth 112 on the surface.
  • the head 102 is connected to a motor 108 via a head elevating shaft 106, and the motor 108 is driven to rotate the head 102 and the wafer 104.
  • the surface plate 110 is connected to a motor 116 via a surface plate rotation shaft 114 and drives the motor 116 to rotate the surface plate 110.
  • the wafer 104 fixed to the head 102 is brought into contact with the polishing cloth 112 and the head 102 and the surface plate 110 are rotated together while supplying the polishing liquid 128 from the polishing liquid supply unit 126 onto the polishing cloth 112, thereby Polish the surface to be polished.
  • the wafer single-side polishing apparatus 100 includes a contact angle meter 122 that measures the contact angle of the polishing pad 112.
  • the contact angle meter 122 measures the contact angle of the water droplet 120 dripped on the polishing pad 112 from the water droplet supply unit 118. Thereby, the surface state of the polishing pad 112 can be grasped.
  • the control part 124 is arbitrary structures in this invention, it receives the input of the data of a measured value from the contact angle meter 122. FIG. The function of the control unit 124 will be described later.
  • the type of polishing cloth 112 is not limited.
  • a single-layer type polishing cloth or a two-layer type polishing cloth in which a sponge layer is formed on the back surface of the polishing cloth layer may be used.
  • a polishing cloth made of a synthetic resin foam such as urethane foam for example, a hard velor type polishing in which a polyester fiber nonwoven fabric is impregnated with a urethane resin
  • a suede pad in which a urethane resin is foamed on a cloth or a non-woven fabric base cloth can be employed.
  • the location on the polishing pad 112 for supplying the water droplet 120 is not limited as long as the wafer 104 passes through at the time of polishing.
  • polishing liquid 1208 for example, an alkaline polishing liquid containing colloidal silica or the like as abrasive grains is used.
  • the place for supplying the polishing liquid is not particularly limited, but it is preferable to supply the polishing liquid in the vicinity of the rotation track in the center of the head 102.
  • the present inventor sequentially finished and polished a plurality of wafers one by one with two new polishing cloths (polishing cloths A and B), both of which are suede materials. .
  • polishing cloths A and B both of which are suede materials.
  • the contact angle of the polishing cloth was measured.
  • the number of LPDs of the polished wafer was measured with a laser particle counter.
  • the first 20 polishings were regarded as dummy polishing, and the contact angle of the polishing cloth and the LPD measurement of the polished wafer were not performed.
  • FIG. 3 shows the relationship between the cumulative number of polished sheets and the number of LPDs for each of the polishing pad A and the polishing pad B.
  • polishing cloth A the number of LPDs of the 21st wafer is very large, more than 350, and as the polishing cloth A is further polished, the number of LPDs decreases, and the 40th and subsequent wafers have about 50 LPDs. And stable.
  • the polishing pad B the LPD was already below 50 pieces in the 21st wafer, and the LPD was stabilized at around 50 pieces even in the polished wafer after that.
  • FIG. 4 shows the relationship between the accumulated number of polishing and the contact angle of the polishing cloth for each of the polishing cloth A and the polishing cloth B.
  • the contact angle measured immediately before polishing the 21st wafer is relatively high, about 65 degrees, and is in a water-repellent state. Then, as the polishing pad A is repeatedly polished, the contact angle of the polishing pad also decreases. The contact angle immediately before polishing about the 40th and subsequent wafers was stable in a hydrophilic state in the range of 20 to 30 degrees.
  • the polishing pad B the contact angle of the 21st wafer immediately before polishing was already about 25 degrees, and after that, the contact angle of the polishing cloth was stable in the range of 20 to 30 degrees.
  • the wafer polished with a high contact angle of the polishing cloth has a large amount of LPD, and the wafer polished with a low state has a low LPD. It was found that there was a good correlation with the number of LPDs on the wafer.
  • the number of dummy polishing is not set to 20 uniformly, but every time or periodically before polishing.
  • the contact angle is measured and it is confirmed that the contact angle falls to a range of 20 to 30 degrees and is stabilized, the subsequent polishing is determined as the main polishing.
  • a polishing cloth of the same type as the polishing cloths A and B is installed on the surface of the surface plate, and the polishing method of this embodiment is started.
  • a dummy wafer is fixed to the head (step S1), and the set wafer is polished as a dummy polishing step (step S2).
  • the polished dummy wafer is removed from the head, and the surface plate is rotated to remove the polishing liquid on the polishing cloth (step S3). Thereafter, the contact angle of the polishing pad is measured (step S4).
  • step S5 Based on the measured value of the contact angle, it is determined whether or not the measured value within ⁇ 3 degrees is continued three times or more (step S5). If this condition is not satisfied, the process returns to step S1 again to perform a dummy polishing process. That is, after the first and second dummy polishings, the determination is automatically “No”.
  • step S5 when it is determined in step S5 that the measured value within ⁇ 3 degrees is continuous three times or more, the process proceeds to the polishing process. That is, the product wafer is fixed to the head (step S6), and as a main polishing process, the set product wafer is subjected to final polishing (step S7). All subsequent polishing can be the main polishing step. That is, when the polishing is not completed (step S8), the product wafer after the previous polishing is removed from the head, a new product wafer is fixed to the head (step S6), and the main polishing process (step S7) is performed again. And repeat this. When the polishing is finished (step S8), the present method is finished.
  • the polishing after the 40th time is the main polishing, and the polishing cloth having the same properties as the polishing cloth B is used.
  • polishing after less than the 20th time (for example, the 15th time) will be the main polishing.
  • the contact angle of the polishing cloth is measured as described above, and the initial polishing process (dummy polishing process) is started based on the measured value.
  • the timing for switching to the main polishing process is determined. Therefore, wafer loss due to dummy polishing can be reduced, and the number of LPDs of product wafers can be stabilized at a small level.
  • the polishing cloth is nondestructive and has high practicality.
  • the contact angle of the polishing cloth is measured every time or periodically after the polishing process as described above, and when the measured value is stabilized, the next polishing process can be determined as the main polishing process.
  • the measured value within ⁇ 3 degrees continues three times or more (that is, when the three measured values are within ⁇ 3 degrees for the first time)
  • the measured value is stable (asymptotic state). I decided to consider it.
  • the convergence value of the contact angle varies somewhat depending on the type of polishing cloth, but this definition can be applied regardless of the type of polishing cloth.
  • step S2 in FIG. 2 is set to “whether the measured value of the contact angle is equal to or less than a predetermined value. You may make it judge by. For example, if the measured value exceeds 30 degrees in step S5, the process returns to the dummy polishing process (step S2), and if it is 30 degrees or less, the process proceeds to the main polishing process (step S6). As described above, when the measured value of the contact angle of the polishing pad is equal to or less than the threshold value, the subsequent polishing process can be determined as the main polishing process.
  • this threshold is measured by repeatedly performing the polishing treatment and the measurement of the contact angle of the test polishing cloth using the same type of test polishing cloth as the polishing cloth used in the final polishing (in the above case, the polishing cloths A and B). It is determined based on the value when the measured value of the contact angle of the polishing cloth is stabilized. In this embodiment, since the contact angles of the polishing cloths A and B are stable within a range of 20 to 30 degrees, 30 degrees is set as a threshold value. As described above, whether or not the measured value is stable is determined based on whether or not the measured value within ⁇ 3 degrees is continued three times or more.
  • the method for determining the threshold value is not particularly limited, and may be, for example, the above average value of three times or the maximum value of three times. In this embodiment, the contact angle is measured based on the ⁇ / 2 method by dropping 1000 ⁇ g of water.
  • the measurement of the contact angle of the polishing cloth is not limited to being performed every time after the dummy polishing step as shown in FIG.
  • the contact angle may be measured once every two dummy polishing steps. If the minimum number of dummy polishings required is empirically known, the contact angle measurement may be started after the number of dummy polishings.
  • the wafer used for the dummy polishing step does not become a product, it is preferable to use a dummy wafer having a lower cost than the product wafer.
  • the contact angle of the polishing cloth can be measured even after the main polishing step, and the replacement timing of the polishing cloth in the main polishing step can be determined based on the measured value. That is, the contact angle of the polishing cloth is also an effective index for judging the life of the polishing cloth.
  • Abrasive cloth is a consumable item, and until now it has been discarded after being used for polishing a predetermined number of times and replaced with a new abrasive cloth. However, the number of polishing until the polishing cloth is actually unusable varies depending on the polishing cloth or depending on the polishing conditions, and determine whether the polishing cloth can be used.
  • the predetermined number of times has been set with a margin within a range where the polishing cloth can still be used.
  • the contact angle of the polishing cloth gradually increased from the final polishing step toward the end of use. Therefore, the stage where the contact angle takes a predetermined threshold can be set as the use limit of the polishing pad.
  • the contact angle is measured after the final polishing step, and if the measured value is less than or equal to a predetermined threshold value, the polishing cloth can still be used and is used as it is in the subsequent main polishing step. If it exceeds, the abrasive cloth is no longer usable and prompts replacement. In this way, by grasping the surface state of the polishing cloth from the contact angle of the polishing cloth and accurately determining the replacement time of the polishing cloth, the polishing cloth can be used to the end of the original service life of the polishing cloth. . For this reason, the wafer manufacturing cost can be reduced.
  • the threshold value of the contact angle of the polishing cloth depends on the type, hardness, coefficient of restitution, etc. of the polishing cloth, but can be set to 70 degrees, for example. Further, the life determination based on the contact angle of the polishing cloth described here may be performed independently of the determination of the switching timing from the dummy polishing step to the main polishing step based on the contact angle of the polishing cloth described above.
  • the single-sided finish polishing method for polishing one wafer at a time has been described, but the present invention is not limited to this, and is applied to a method for polishing a plurality of wafers at a time and a double-side polishing method. You can also
  • the determination of the switching time from the dummy polishing step to the main polishing step and the replacement timing of the polishing cloth based on the contact angle measurement value may be automatically performed by the control unit 124 shown in FIG. .
  • the single-side polishing apparatus 100 has a memory (not shown). In this memory, data of a threshold A (30 degrees in this embodiment) when switching from a dummy polishing process to a main polishing process, and polishing are performed. Data of a threshold value B (70 degrees in the present embodiment) for cloth replacement is stored.
  • control unit 124 When the control unit 124 receives the output of the measurement value of the contact angle of the polishing pad 112 output from the contact angle meter 122 in the dummy polishing step, the control unit 124 reads the data of the threshold value A from the memory, In comparison, it is determined whether the subsequent polishing should be the dummy polishing step or the main polishing step.
  • the control unit 124 records the determination result (more specifically, the combination of the cumulative polishing number n and the determination result) in the memory.
  • control unit 124 when the control unit 124 receives the output of the measured value of the contact angle of the polishing pad 112 output from the contact angle meter 122 in the stage of the dummy polishing process, the measured value within the range of ⁇ 3 degrees is measured three times or more. It is determined whether or not it is continuous, and it is determined whether or not the next polishing should be the dummy polishing step or the main polishing step.
  • the control unit 124 records the determination result (more specifically, the combination of the cumulative polishing number n and the determination result) in the memory.
  • the user of the single-side polishing apparatus 100 can grasp from which wafer the product wafer should be a product wafer if the determination result is read from the memory afterwards.
  • the control unit 124 may individually notify the determination result to a notification unit such as a speaker or a display.
  • the control unit 124 When the control unit 124 receives the output of the measurement value of the contact angle of the polishing pad 112 output from the contact angle meter 122 in the stage of the main polishing process, the control unit 124 reads the data of the threshold value B from the memory, In comparison, it is determined whether or not the polishing cloth should be replaced. For example, the control unit 124 may record the determination result in a memory. Further, when the measured value exceeds the threshold value B, the control unit 124 does not drive the motors 108 and 116. The control unit 124 may prompt the replacement of the polishing cloth by a notification means such as a speaker or a display.
  • a notification means such as a speaker or a display.
  • polishing was performed according to the flow of FIG. That is, after the measurement value within ⁇ 3 degrees was continued three times or more, this polishing step was set. As a result, after performing the dummy polishing step 42 times, this polishing step was started. In this experiment, the polishing process was performed 100 times.
  • the contact angle of the polishing pad when this polishing process was completed was 28 degrees. Thereafter, the polishing of the silicon wafer and the measurement of the contact angle were further continued alternately, and the change in the contact angle was investigated. As a result, a tendency for the contact angle to increase greatly after 252 main polishing steps was observed. Conventionally, in order to surely avoid mixing of wafers with a large amount of LPD, this polishing cloth has been replaced by polishing about 200 times. Therefore, it is possible to use the polishing cloth to the limit of the original service life.
  • the surface of the wafer polished in this polishing step was measured with a laser particle counter (manufactured by KLA-Tencorr, SP-3) to determine the number of LPDs. The results are shown in FIG.
  • the dummy polishing process was set to 20 times, and the polishing process was performed 100 times as the main polishing process after the 21st time.
  • the number of LPDs of the wafer polished in this polishing step was determined in the same manner as in the inventive examples. The results are shown in FIG.
  • the wafer loss due to dummy polishing can be reduced and the number of LPDs of product wafers can be stabilized at a low level by a practical method. .

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Abstract

　ダミー研磨によるウェーハロスを減らし、かつ、製品用のウェーハのＬＰＤの数を少ないレベルで安定させることが可能な実用的なウェーハの研磨方法を提供する。本発明のウェーハの研磨方法は、定盤（１１０）の表面に設けられた研磨布（１１２）にウェーハ（１０４）を接触させて、定盤（１１０）およびウェーハ（１０４）を回転させることで、ウェーハ（１０４）表面を研磨する研磨処理を、同一研磨布（１１２）により複数回行う。その際、研磨布（１１２）の接触角を測定し、その測定値に基づいて、初期研磨（ダミー研磨）工程から本研磨工程への切替え時期を決定する。

Description

ウェーハの研磨方法およびウェーハの研磨装置
　本発明は、ウェーハの研磨方法およびウェーハの研磨装置に関する。
　半導体ウェーハを製造するためのプロセスは、主に、単結晶インゴットを作製するための単結晶引上工程と、作製された単結晶インゴットの加工工程からなる。この加工工程は、一般に、スライス工程、ラッピング工程、面取り工程、エッチング工程、鏡面研磨工程、洗浄工程等を含み、これら工程を経ることにより、表面が鏡面加工された半導体ウェーハが製造される。
　鏡面研磨工程では、粗研磨や仕上げ研磨等の多段階の研磨工程が行われる。例えば仕上げ研磨工程では、図６に示すような片面研磨装置２００でウェーハの片面をメカノケミカル研磨（ＣＭＰ）する。ＣＭＰは、被研磨材であるウェーハに対してエッチング作用を有する研磨液を用い、ウェーハをエッチングしながら研磨液に含まれる砥粒によってウェーハを機械的に研磨する研磨技術である。片面研磨装置２００は、ウェーハを保持するヘッド２０２と、表面に研磨布２１２を設けた定盤２１０とを有する。ヘッド２０２は、研磨布２１２に対してウェーハの被研磨面を押圧する。そして、研磨液供給部２２６から研磨布２１２上に研磨液２２８を供給しながら、ヘッド２０２と定盤２１０を共に回転させることにより、ウェーハ表面を研磨する。
　一般に、未使用の研磨布には、研磨布の製造過程で種々の不純物が付着している。これら不純物は、ウェーハ表面にダメージを与える原因となる。そのため、研磨布の使用初期で研磨されたウェーハの表面からは、研磨後の検査工程において多数のＬＰＤ（Light Point Defect）が検出される。そこで、特許文献１に記載のように、新品の研磨布を使用する場合、製品としては出荷しないウェーハを所定の枚数だけ研磨し、その後製品として出荷するウェーハの研磨を行っている。なお、本明細書では、新品の研磨布の使用初期に行う、研磨後のウェーハを製品としない初期研磨工程を「ダミー研磨工程」と称し、その後に行う、研磨後のウェーハを製品とする研磨工程を「本研磨工程」と称する。
　これまでは、ダミー研磨を所定回数行ったら、換言すると、新品の研磨布によるウェーハの累積研磨枚数が所定枚数となったら、本研磨工程に移行しており、この「所定回数」、「所定枚数」は、同種の研磨布を用いる限りは一律に一定の値に設定するのが一般的であった。
特開２００５－２０９８６３号公報
　しかし、本発明者の検討によると、同種の研磨布（同一素材の研磨布、同一製品の研磨布等）であっても、個々の研磨布ごとに、研磨後のウェーハのＬＰＤが少ないレベルで安定するまでに要するダミー研磨工程の回数（ウェーハの累積研磨枚数）が異なることがわかってきた。そのため、同種の研磨布であっても別々の研磨布を用いる場合に、一律にダミー研磨工程の回数を一定回数とする従来の方法では、以下のいずれかの問題が生じる。すなわち、上記の所要ダミー研磨回数が、設定したダミー研磨工程の回数より多い研磨布Ａを用いる場合、ＬＰＤの数が多いウェーハが製品用ウェーハに混在してしまう。一方で、研磨布Ａと同種だが上記所要ダミー研磨回数が、設定したダミー研磨工程の回数より少ない研磨布Ｂを用いる場合、本来であれば製品用ウェーハとして差し支えないＬＰＤの少ない品質レベルのものがダミー研磨により作製されることとなってしまい、ウェーハロスにつながる。
　別の見方をすると、ＬＰＤの数が多いウェーハが製品用ウェーハに混在しないようにダミー研磨回数を予め多く設定すると、ダミー研磨によるウェーハロスが生じる確率が高くなり、逆に、ダミー研磨によるウェーハロスを減らす目的でダミー研磨回数を少なく設定すると、ＬＰＤの数が多いウェーハが製品用ウェーハに混在する確率が高くなる。
　なお、特許文献１には、研磨クロス中の銅の濃度が０．０１ｐｐｍ以下になるまでダミー研磨を行うことが記載されている。しかし、この方法は銅の濃度を測定するために研磨クロスから試験片を切り出す必要があり実用面で改善の余地があった。
　そこで本発明は、上記課題に鑑み、ダミー研磨によるウェーハロスを減らし、かつ、製品用のウェーハのＬＰＤの数を少ないレベルで安定させることが可能な実用的なウェーハの研磨方法およびウェーハの研磨装置を提供することを目的とする。
　この目的を達成すべく本発明者が検討したところ、以下の知見を得た。すなわち、本発明者は、研磨布の表面状態を把握する指標として、研磨布の接触角に着目した。そして、研磨布の接触角と、当該研磨布で研磨したウェーハのＬＰＤの数との間に良好な相関があることを見出した。
　上記知見に基づき完成した本発明の要旨構成は以下のとおりである。
　本発明のウェーハの研磨方法は、
　定盤の表面に設けられた研磨布にウェーハを接触させて、前記定盤および前記ウェーハを回転させることで、前記ウェーハ表面を研磨する研磨処理を、同一研磨布により複数回行うウェーハの研磨方法であって、
　前記研磨処理は、研磨後のウェーハを製品としない初期研磨工程と、前記初期研磨工程後、研磨後のウェーハを製品とする本研磨工程とからなり、
　前記研磨布の接触角を測定し、その測定値に基づいて、前記初期研磨工程から前記本研磨工程への切替え時期を決定することを特徴とする。
　切替え時期の決定の一態様として、前記研磨処理の前に毎回または定期的に前記研磨布の接触角を測定し、測定値が安定した後の研磨処理を前記本研磨工程と決定することができる。
　切替え時期の決定の他の態様として、前記測定値が閾値以下である場合に、以後の研磨処理を前記本研磨工程と決定することができる。
　この場合、前記研磨布と同種の試験研磨布を用いて、前記研磨処理と前記試験研磨布の接触角の測定とをくり返し行い、該試験研磨布の接触角の測定値が安定したときの値に基づき前記閾値を決定することが好ましい。
　本発明において、前記研磨布の接触角を測定する直前に、前記定盤を回転させて前記研磨布上の研磨液を除去することが好ましい。
　本発明において、前記初期研磨工程で研磨される前記ウェーハがダミーウェーハであることが好ましい。
　本発明において、前記初期研磨工程から前記本研磨工程に切り替えた後に、前記研磨布の接触角を再度測定し、その測定値に基づいて前記本研磨工程における前記研磨布の交換時期を決定することが好ましい。
　本発明のウェーハの研磨装置は、
　ウェーハを保持する保持部と、表面に研磨布を有する定盤とを有し、前記研磨布に前記ウェーハを接触させて、前記定盤および前記ウェーハを回転させることで、前記ウェーハ表面を研磨する研磨処理を、同一研磨布により複数回行うウェーハの研磨装置であって、
　前記研磨布の接触角を測定する測定装置と、
　該測定装置により得られた測定値に基づいて、研磨後のウェーハを製品としない初期研磨工程から、研磨後のウェーハを製品とする本研磨工程への切替え時期を決定する制御部と、
をさらに有することを特徴とする。
　本発明のウェーハの片面研磨方法およびウェーハの研磨装置によれば、実用的な方法で、ダミー研磨によるウェーハロスを減らし、かつ、製品用のウェーハのＬＰＤの数を少ないレベルで安定させることができる。
本発明の一実施形態によるウェーハの片面研磨装置１００の模式図である。 本発明の一実施形態によるウェーハの研磨方法を示すフローチャートである。 同種の研磨布２枚でそれぞれ複数枚のウェーハを順次研磨した際の、研磨後のウェーハのＬＰＤを示すグラフである。 図３の実験例において、研磨の直前に毎回研磨布の接触角を測定して得た、累積研磨枚数と研磨布の接触角との関係を示すグラフである。 比較例と発明例における、研磨後のウェーハのＬＰＤを示すグラフである。 従来のウェーハの片面研磨装置２００の模式図である。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。
　まず図１を参照して、本発明で用いるウェーハの片面研磨装置１００を説明する。ウェーハの片面研磨装置１００は、ウェーハ１０４を固定するヘッド１０２と、表面に研磨布１１２を設けた定盤１１０と、を有する。ヘッド１０２は、ヘッド昇降軸１０６を介してモータ１０８につながっており、モータ１０８を駆動してヘッド１０２およびウェーハ１０４を回転させる。定盤１１０は、定盤回転軸１１４を介してモータ１１６につながっており、モータ１１６を駆動して定盤１１０を回転させる。ヘッド１０２に固定したウェーハ１０４を研磨布１１２に接触させて、研磨液供給部１２６から研磨布１１２上に研磨液１２８を供給しながら、ヘッド１０２と定盤１１０を共に回転させることにより、ウェーハの被研磨面を研磨する。
　ウェーハの片面研磨装置１００は、研磨布１１２の接触角を測定する接触角計１２２を有する。接触角計１２２は、水滴供給部１１８から研磨布１１２上に滴下した水滴１２０の接触角を測定する。これにより、研磨布１１２の表面状態を把握することができる。制御部１２４は、本発明において任意の構成であるが、接触角計１２２から測定値のデータの入力を受ける。制御部１２４の機能は後述する。
　研磨布１１２の種類は限定されない。例えば、単層式の研磨布でもよいし、研磨布層の裏面にスポンジ層が形成された２層式の研磨布でもよい。単層式における研磨布および２層式における研磨布層としては、例えば、ウレタンフォームなどの合成樹脂発泡体からなる研磨布、ポリエステル繊維製の不織布にウレタン樹脂を含浸させた硬質なベロアタイプの研磨布、不織布の基布の上にウレタン樹脂を発泡させたスウェードパッドなどを採用することができる。
　水滴１２０を供給する研磨布１１２上の場所は、研磨時にウェーハ１０４が通る位置であれば限定されない。
　研磨液１２８としては、例えばコロイダルシリカ等を砥粒として含むアルカリ系研磨液等が用いられる。研磨液を供給する場所は特に限定されないが、ヘッド１０２の中心部の回転軌道近傍に供給することが好ましい。
　（ウェーハの片面研磨方法）
　次に、図２～４を参照して、本発明の一実施形態によるウェーハの片面研磨方法を説明する。
　まず本発明者は、図１の片面研磨装置１００を用いて、ともにスウェード素材の２枚の新品の研磨布（研磨布Ａ，Ｂ）で、それぞれ複数枚のウェーハを１枚ずつ順次仕上げ研磨した。それぞれの仕上げ研磨工程の直前には、研磨布の接触角を測定した。また、研磨後のウェーハのＬＰＤの数をレーザーパーティクルカウンタにより測定した。ただし、最初の２０回の研磨はダミー研磨とみなして、研磨布の接触角の測定および研磨後のウェーハのＬＰＤ測定を行わなかった。
　図３は、研磨布Ａおよび研磨布Ｂのそれぞれについて、累積研磨枚数とＬＰＤの数との関係を示したものである。研磨布Ａでは、２１枚目のウェーハのＬＰＤは３５０個超と非常に多く、その後研磨布Ａが研磨を重ねるにつれて、ＬＰＤ個数も減少し、約４０枚目以降のウェーハはＬＰＤが５０個前後で安定した。一方研磨布Ｂでは、２１枚目のウェーハですでにＬＰＤが５０個を下回っており、その後研磨したウェーハでもＬＰＤが５０個前後で安定していた。このように、同種の研磨布であっても、個々の研磨布ごとに、研磨後のウェーハのＬＰＤの数が安定するまでに要する研磨回数（ウェーハの累積研磨枚数）が異なることが確認された。このことから、ダミー研磨から本研磨に切り替えるタイミングを、一律に累積研磨枚数で定める方法では、既述のとおり、製品用ウェーハのＬＰＤばらつきとダミー研磨によるウェーハロスのどちらかを犠牲にせざるを得ないことが理解できる。
　図４は、研磨布Ａおよび研磨布Ｂのそれぞれについて、累積研磨枚数と研磨布の接触角との関係を示したものである。研磨布Ａでは、２１枚目のウェーハの研磨直前に測定した接触角が６５度程度と比較的高く撥水状態であり、その後研磨布Ａが研磨を重ねるにつれて、研磨布の接触角も減少し、約４０枚目以降のウェーハを研磨する直前の接触角は２０～３０度の範囲内の親水状態で安定した。一方、研磨布Ｂでは２１枚目のウェーハの研磨直前の接触角がすでに２５度程度であり、その後も研磨布の接触角は２０～３０度の範囲内で安定していた。
　図３および図４から、研磨布の接触角が高い状態で研磨したウェーハのＬＰＤは多く、低い状態で研磨したウェーハのＬＰＤは少ないというように、研磨布の接触角と当該研磨布で研磨したウェーハのＬＰＤの数とには良好な相関関係があることがわかった。
　そこで、研磨布Ａ，Ｂと同種の異なる研磨布で仕上げ研磨をする際には、ダミー研磨の回数を一律に２０回と設定するのではなく、研磨の前に毎回あるいは定期的に研磨布の接触角を測定し、接触角が２０～３０度の範囲内にまで低下して安定することが確認でき次第、以降の研磨を本研磨とする。そうすれば、本研磨工程で得られたウェーハのＬＰＤの数は少ないレベルで安定しており、なおかつダミー研磨によるウェーハロスを必要最小限に抑えることができる。
　このような知見に基づく、本発明の一実施形態によるウェーハ研磨方法を図２に基づき説明する。研磨布Ａ，Ｂと同種の異なる研磨布を定盤表面に設置して、本実施形態の研磨方法を開始する。まず、ヘッドにダミーウェーハを固定し（ステップＳ１）、ダミー研磨工程として、セットされたウェーハの研磨を行う（ステップＳ２）。ダミー研磨の終了後、研磨後のダミーウェーハをヘッドから取り外し、定盤を回転させて研磨布上の研磨液を除去する（ステップＳ３）。その後、研磨布の接触角を測定する（ステップＳ４）。
　接触角の測定値に基づき、±３度以内の測定値が３回以上連続しているか否かを判定する（ステップＳ５）。この条件を満たさない場合には、再びステップＳ１に戻り、ダミー研磨工程を行う。つまり、１回目及び２回目のダミー研磨後は、自ずと「No」の判定となる。
　一方、ステップＳ５において±３度以内の測定値が３回以上連続していると判定された場合には、本研磨工程へと移行する。すなわち、ヘッドに製品用ウェーハを固定し（ステップＳ６）、本研磨工程として、セットされた製品用ウェーハの仕上げ研磨を行う（ステップＳ７）。以降の研磨は全て本研磨工程とすることができる。すなわち、研磨を終了しない場合（ステップＳ８）には、前回の研磨後の製品用ウェーハをヘッドから取り外し、新たな製品用ウェーハをヘッドに固定し（ステップＳ６）、再度本研磨工程（ステップＳ７）を行い、これをくり返す。研磨を終了する場合（ステップＳ８）は、本方法を終了する。
　この方法によれば、研磨布Ａと同様の性質をもつ研磨布を用いた場合には、約４０回目以降の研磨を本研磨とすることになり、研磨布Ｂと同様の性質をもつ研磨布を用いた場合には、２０回目未満（例えば１５回目）以降の研磨を本研磨とすることになる。
　本実施形態の方法では、同一の研磨布で研磨処理を複数回行う場合において、上記のように研磨布の接触角を測定し、その測定値に基づいて、初期研磨工程（ダミー研磨工程）から本研磨工程への切替え時期を決定する。そのため、ダミー研磨によるウェーハロスを減らし、かつ、製品用のウェーハのＬＰＤの数を少ないレベルで安定させることができる。また、研磨クロスは非破壊の評価であり実用性が高い。
　具体的には、上記のように研磨処理の後に毎回または定期的に研磨布の接触角を測定し、測定値が安定したら、次回以降の研磨処理を本研磨工程と決定することができる。本実施形態では、±３度以内の測定値が３回以上連続した場合（すなわち、３回の測定値が初めて±３度以内に収まった場合）に測定値が安定した（漸近状態である）とみなすことにした。接触角の収束値は研磨布の種類により多少異なるが、この定義は研磨布の種類に依存せず適用できる。
　切替え時期の決定の他の態様として、予め、実験的にＬＰＤが少ないウェーハが得られるときの接触角を求めておき、図２のステップＳ２を「接触角の測定値が所定値以下か否か」で判定するようにしてもよい。例えば、ステップＳ５において測定値が３０度超えの場合には、ダミー研磨工程に戻り（ステップＳ２）、３０度以下の場合には本研磨工程に進む（ステップＳ６）。このように研磨布の接触角の測定値が閾値以下である場合に、次回以降の研磨処理を本研磨工程と決定することができる。そして、この閾値は、仕上げ研磨に用いる研磨布と同種の試験研磨布（上記の場合、研磨布Ａ，Ｂ）を用いて、研磨処理と試験研磨布の接触角の測定とをくり返し行い、試験研磨布の接触角の測定値が安定したときの値に基づき決定する。本実施形態では、研磨布Ａ，Ｂの接触角は２０～３０度の範囲内で安定したので、３０度を閾値とした。測定値が安定したかの判定は、既述のとおり、±３度以内の測定値が３回以上連続したかにより行う。閾値の決定方法も特に限定されず、例えば上記３回の平均値としてもよいし、３回の最大値としてもよい。なお、本実施形態において接触角は、１０００μｇの水を滴下してθ／２法に基づき測定するものとする。
　研磨布の接触角の測定は、図２に示すようにダミー研磨工程の後に毎回行うことに限られない。例えば、２回のダミー研磨工程に１回の接触角測定としてもよい。また、最低限必要なダミー研磨の回数が経験的に既知である場合には、その回数のダミー研磨を行った後で、接触角の測定を開始するようにしてもよい。
　ここで、ダミー研磨工程に供するウェーハは、製品にならないことから、製品用ウェーハよりもコストの低いダミーウェーハとすることが好ましい。
　図２に示したとおり、本研磨工程に切り替わった以降は必ずしも接触角を測定する必要はない。しかし、本研磨工程後も研磨布の接触角を測定して、その測定値に基づいて本研磨工程における研磨布の交換時期を決定することもできる。すなわち、研磨布の接触角は、研磨布の寿命を判断する有力な指標ともなる。研磨布は消耗品であり、これまでは所定回数研磨に使用したら廃棄し、新たな研磨布に交換していた。しかし、実際に研磨布が使用不可能になるまでの研磨回数には、研磨布ごとに、あるいは研磨条件に依存して、ばらつきがあるうえに、研磨布が使用可能か否かを判断することはこれまで困難であった。このため、上記所定回数は、研磨布がまだ使用可能な範囲内で余裕をみて設定されていた。しかし、研磨布の接触角は、本研磨工程以降使用末期に向けて少しずつ増加することがわかった。よって、接触角が所定の閾値を取る段階を研磨布の使用限界とすることができる。
　この場合、本研磨工程の後に接触角を測定し、その測定値が所定の閾値以下であれば、その研磨布はまだ使用できるとしてそのまま次回以降の本研磨工程に供し、測定値が所定の閾値を超えた場合には、その研磨布はもう使用できないとして、交換を促す。このように、研磨布の接触角により研磨布の表面状態を把握して、研磨布の交換時期を的確に判断することによって、研磨布の本来の使用寿命ぎりぎりまで研磨布を使用することができる。このため、ウェーハ製造コストを低減することができる。
　研磨布の接触角の閾値は、研磨布の種類、硬さ、反発係数などにも依存するが、例えば７０度とすることができる。また、ここで説明した研磨布の接触角に基づく寿命判定は、既述の研磨布の接触角に基づくダミー研磨工程から本研磨工程への切換え時期の決定とは独立に行ってもよい。
　本実施形態では、１回に１枚のウェーハを研磨する片面仕上げ研磨方法について説明したが、本発明はこれに限定されず、１回に複数枚のウェーハを研磨する方法や両面研磨方法に適用することもできる。
　本発明では、接触角の測定値に基づく、ダミー研磨工程から本研磨工程への切換え時期の決定や、研磨布の交換時期の決定を、図１に示す制御部１２４によって自動で行ってもよい。例えば、片面研磨装置１００はメモリ（不図示）を有し、このメモリには、ダミー研磨工程から本研磨工程への切替えを行う際の閾値Ａ（本実施形態では３０度）のデータと、研磨布の交換を行う際の閾値Ｂ（本実施形態では７０度）のデータを記憶している。
　制御部１２４は、ダミー研磨工程の段階で接触角計１２２から出力された研磨布１１２の接触角の測定値の出力を受けると、メモリから閾値Ａのデータを読み出し、閾値Ａと測定値とを比較して、次回以降の研磨をダミー研磨工程とすべきか本研磨工程とすべきかを判定する。制御部１２４は、判定結果（より具体的には、累積研磨回数ｎと判定結果の組合せ）をメモリに記録する。
　あるいは、制御部１２４は、ダミー研磨工程の段階で接触角計１２２から出力された研磨布１１２の接触角の測定値の出力を受けると、測定値が±３度以内の測定値が３回以上連続した否かを判定して、次回以降の研磨をダミー研磨工程とすべきか本研磨工程とすべきかを判定する。制御部１２４は、判定結果（より具体的には、累積研磨回数ｎと判定結果の組合せ）をメモリに記録する。
　本実施形態の片面研磨装置１００の使用者は、判定結果を事後的にメモリから読み出せば、何枚目のウェーハから製品用ウェーハとすべきかを把握することができる。また、制御部１２４は、個別にスピーカーやディスプレイなどの告知手段に判定結果を告知させてもよい。
　制御部１２４は、本研磨工程の段階で接触角計１２２から出力された研磨布１１２の接触角の測定値の出力を受けると、メモリから閾値Ｂのデータを読み出し、閾値Ｂと測定値とを比較して、研磨布を交換すべきか否かを判定する。制御部１２４は、例えば判定結果をメモリに記録してもよい。また、制御部１２４は、測定値が閾値Ｂを超えている場合、モータ１０８，１１６を駆動させない。制御部１２４は、個別にスピーカーやディスプレイなどの告知手段により、研磨布の交換を促してもよい。
　（発明例）
　直径３００ｍｍのシリコンウェーハを用いて実験を行った。図３，４の実験を行った研磨布と同種のスウェード素材の研磨布を、図１に示す片面研磨装置の定盤上に設置した。この片面研磨装置により、１枚ずつシリコンウェーハの仕上げ研磨を行った。研磨条件は以下のとおりとした。
　研磨圧力：１２５ｇ／ｃｍ2
　研磨時間：３６０秒
　研磨液：アルカリ研磨液（コロイダルシリカ含有）
　各シリコンウェーハの研磨後に、研磨布上に純水を滴下し、研磨布の接触角を自動接触角計（協和界面化学株会社：DMs-400Hi/400）により測定した。図２のフローにしたがって研磨を行った。すなわち、±３度以内の測定値が３回以上連続した以降を本研磨工程とした。その結果、ダミー研磨工程を４２回行った後、本研磨工程を開始することになった。本実験では本研磨工程を１００回行った。
　本研磨工程を終えたときの研磨布の接触角は２８度であった。その後、さらにシリコンウェーハの研磨と接触角の測定を交互に続けて行い、接触角の変化を調査したところ、２５２回の本研磨工程以降において接触角が大きく増加する傾向が観察された。従来、ＬＰＤが多いウェーハの混入を確実に避けるため、この研磨布は２００回程度の研磨で交換していたことから、研磨布を本来の使用寿命ぎりぎりまで研磨布を使用することができる。
　本研磨工程で研磨したウェーハの表面をレーザーパーティクルカウンタ（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒｒ社製、ＳＰ－３）で測定し、ＬＰＤの数を求めた。結果を図５に示す。
　（比較例）
　直径３００ｍｍのシリコンウェーハを用いて実験を行った。図３，４の実験を行った研磨布と同種のスウェード素材の研磨布を、図６に示す片面研磨装置の定盤上に設置した。この片面研磨装置により、１枚ずつシリコンウェーハの仕上げ研磨を行った。研磨条件は発明例と同じとした。
　ダミー研磨工程は２０回と設定し、２１回目以降は本研磨工程として研磨処理を１００回行った。本研磨工程で研磨したウェーハのＬＰＤの数を、発明例と同様にして求めた。結果を図５に示す。
　＜結果＞
　図５から明らかなとおり、比較例では、本研磨工程をうけたウェーハの中にＬＰＤの数が多いウェーハが混在してしまい、ＬＰＤ数のばらつきが大きかった。比較例で用いた研磨布は、図３，４における研磨布Ａと同様の性質を持った研磨布であったことがわかる。一方、発明例では、ダミー研磨回数が４２回であったことから、やはり研磨布Ａと同様の性質を持った研磨布を用いたことがわかるが、本研磨工程を受けたウェーハのＬＰＤの数を少ないレベルで安定させることができた。なお、比較例ではＬＰＤ数の平均は９７．４個、標準偏差は７９．４であったのに対し、発明例ではＬＰＤ数の平均は４５．８個、標準偏差は１３．９であった。
　本発明のウェーハの片面研磨方法およびウェーハの研磨装置によれば、実用的な方法で、ダミー研磨によるウェーハロスを減らし、かつ、製品用のウェーハのＬＰＤの数を少ないレベルで安定させることができる。
　１００　ウェーハの片面研磨装置
　１０２　ヘッド
　１０４　ウェーハ
　１０６　ヘッド昇降軸
　１０８　モータ
　１１０　定盤
　１１２　研磨布
　１１４　定盤回転軸
　１１６　モータ
　１１８　水滴供給部
　１２０　水滴
　１２２　接触角計
　１２４　制御部
　１２６　研磨液供給部
　１２８　研磨液

Claims (8)

  1. 　定盤の表面に設けられた研磨布にウェーハを接触させて、前記定盤および前記ウェーハを回転させることで、前記ウェーハ表面を研磨する研磨処理を、同一研磨布により複数回行うウェーハの研磨方法であって、
    　前記研磨処理は、研磨後のウェーハを製品としない初期研磨工程と、前記初期研磨工程後、研磨後のウェーハを製品とする本研磨工程とからなり、
    　前記研磨布の接触角を測定し、その測定値に基づいて、前記初期研磨工程から前記本研磨工程への切替え時期を決定することを特徴とするウェーハの研磨方法。
  2. 　前記研磨処理の前に毎回または定期的に前記研磨布の接触角を測定し、測定値が安定した後の研磨処理を前記本研磨工程と決定する請求項１に記載のウェーハの研磨方法。
  3. 　前記測定値が閾値以下である場合に、以後の研磨処理を前記本研磨工程と決定する請求項１に記載のウェーハの研磨方法。
  4. 　前記研磨布と同種の試験研磨布を用いて、前記研磨処理と前記試験研磨布の接触角の測定とをくり返し行い、該試験研磨布の接触角の測定値が安定したときの値に基づき前記閾値を決定する請求項３に記載のウェーハの研磨方法。
  5. 　前記研磨布の接触角を測定する直前に、前記定盤を回転させて前記研磨布上の研磨液を除去する請求項１～４のいずれか１項に記載のウェーハの研磨方法。
  6. 　前記初期研磨工程で研磨される前記ウェーハがダミーウェーハである請求項１～５のいずれか１項に記載のウェーハの研磨方法。
  7. 　前記初期研磨工程から前記本研磨工程に切り替えた後に、前記研磨布の接触角を再度測定し、その測定値に基づいて前記本研磨工程における前記研磨布の交換時期を決定する請求項１～６のいずれか１項に記載のウェーハの研磨方法。
  8. 　ウェーハを保持する保持部と、表面に研磨布を有する定盤とを有し、前記研磨布に前記ウェーハを接触させて、前記定盤および前記ウェーハを回転させることで、前記ウェーハ表面を研磨する研磨処理を、同一研磨布により複数回行うウェーハの研磨装置であって、
    　前記研磨布の接触角を測定する測定装置と、
    　該測定装置により得られた測定値に基づいて、研磨後のウェーハを製品としない初期研磨工程から、研磨後のウェーハを製品とする本研磨工程への切替え時期を決定する制御部と、
    をさらに有することを特徴とするウェーハの研磨装置。
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