(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
タンク内に貯蔵された研磨剤を定盤上に貼り付けられた研磨布に供給しながら、研磨ヘッドでウェーハに荷重をかけて、前記ウェーハを前記研磨布に摺接させて研磨し、前記供給した研磨剤を前記タンク内に回収して再利用するウェーハの研磨方法であって、
第1の研磨剤を供給して、該第1の研磨剤で前記ウェーハの粗研磨を行う第1の研磨工程と、前記第1の研磨剤の供給を停止した後に、前記定盤上に残留した前記第1の研磨剤を回収する残留研磨剤回収工程と、前記供給する研磨剤を第2の研磨剤に切り替え、該第2の研磨剤で前記ウェーハの精研磨を行う第2の研磨工程とを有し、
前記第2の研磨工程前に行う、前記残留研磨剤回収工程における前記定盤上に残留した前記第1の研磨剤の回収は、前記定盤の回転数を、前記第1の研磨剤の供給を停止した時点における前記定盤の回転数より高くすることにより行い、その後、前記第2の研磨工程を行うことを特徴とするウェーハの研磨方法。
【背景技術】
【0002】
一般にシリコンウェーハの製造方法は、シリコンインゴットをスライスして薄円盤状のウェ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ウェーハの割れ、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、面取りされたウェーハを平坦化するラッピング工程と、面取りおよびラッピングされたウェーハに残留する加工歪みを除去するエッチング工程と、エッチングされたウェーハの表面を鏡面化する研磨工程と、研磨されたウェーハを洗浄して、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。
【0003】
以上は、主な工程のみを示したもので、ほかに熱処理工程や平面研削工程、あるいは自動搬送時のウェーハの表面保護のための工程等が加わったり工程の順番が入れ換えられたりする。また同一の工程を複数回実施することもある。その後検査等を行い、デバイス製造工程に送られ、ウェーハの表面上に絶縁膜や金属配線を形成し、メモリー等のデバイスが製造される。
【0004】
上記研磨工程は、研磨剤を供給しながらウェーハを研磨布に摺接させることによって表面を鏡面化する工程である。ウェーハの研磨加工では、通常、粗研磨から精研磨へと複数の段階を経て研磨が行われる。
【0005】
上記研磨工程では、研磨剤を1回しか使わない方法と、特許文献1に開示されているように、研磨剤をタンク内に回収し、再利用する方法とがある。研磨剤を回収し、再利用する方法は、貯蔵された研磨剤を定盤上に貼り付けられた研磨布に供給しながら、研磨ヘッドでウェーハに荷重をかけて、定盤と研磨ヘッドをそれぞれ回転させてシリコンウェーハの表面を研磨布に摺接させて研磨し、供給した研磨剤を前記タンク内に回収して再利用することにより研磨する方法である。
【0006】
このとき、加工効率の向上のために、粗研磨と精研磨を同じ定盤上で実施することがある。この場合、研磨布に供給する研磨剤を、粗研磨用の第1の研磨剤から精研磨用の第2の研磨剤に切り替えることにより、粗研磨から精研磨に切り替えることができる。
【0007】
このように第1の研磨剤から第2の研磨剤に切り替えを行うと、定盤上に残留した第1の研磨剤と、新たに供給された第2の研磨剤が定盤上で混在してしまう。このような両研磨剤が混在したものを回収しても利用することができないため、第1の研磨剤の供給を停止した後、水を定盤上に供給し、供給した水を第1の研磨剤と共に排出することで、第1の研磨剤を定盤上から除去してから第2の研磨剤の供給を開始するという方法がとられていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
近年では、上記のようなウェーハの研磨方法において、ウェーハ自体の大直径化や、生産性向上のために1バッチ当たりで研磨可能なウェーハ数を増やすなどの目的から、研磨装置の大型化が進んでいる。研磨装置の大型化により定盤の大きさも大きくなり、定盤の中心部から定盤の外周までの距離が長くなるので、定盤上に残留する第1の研磨剤が多くなる。特に中央に開口部のない(中実の)円盤状の定盤の場合、ドーナツ形状の定盤より研磨剤が残留する領域が広くなるので、残留量も増加する。
【0010】
このように定盤上に多量の第1の研磨剤が残留している状態で、定盤上に水を供給し、残留した第1の研磨剤を回収せずに、排水してしまうと、多量の第1の研磨剤が廃棄されてしまうので、第1の研磨剤の回収率が大きく低下してしまう。また、この廃棄される第1の研磨剤の量は定盤サイズが大きくなるほど多くなるため、第1の研磨剤の回収率をますます低下させ、コストを増加してしまう問題があった。
【0011】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、第1の研磨剤を回収する際に、第2の研磨剤が混入することを防止しつつ、かつ第1の研磨剤の回収率を高くすることができるウェ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】
【0012】
上記目的を達成するために、本発明によれば、タンク内に貯蔵された研磨剤を定盤上に貼り付けられた研磨布に供給しながら、研磨ヘッドでウェーハに荷重をかけて、前記ウェーハを前記研磨布に摺接させて研磨し、前記供給した研磨剤を前記タンク内に回収して再利用するウェーハの研磨方法であって、
第1の研磨剤を供給して、該第1の研磨剤で前記ウェーハの粗研磨を行う第1の研磨工程と、前記第1の研磨剤の供給を停止した後に、前記定盤上に残留した前記第1の研磨剤を回収する残留研磨剤回収工程と、前記供給する研磨剤を第2の研磨剤に切り替え、該第2の研磨剤で前記ウェーハの精研磨を行う第2の研磨工程とを有し、
前記残留研磨剤回収工程における前記定盤上に残留した前記第1の研磨剤の回収は、前記定盤の回転数を、前記第1の研磨剤の供給を停止した時点における前記定盤の回転数より高くすることにより行うことを特徴とするウェーハの研磨方法を提供する。
【0013】
このような、ウェーハの研磨方法であれば、第1の研磨剤を回収する際に、第2の研磨剤が混入することを防止しつつ、かつ第1の研磨剤の回収率を高くすることができる。
【0014】
このとき、前記残留研磨剤回収工程において、
前記定盤の回転数を25〜35rpmの範囲内にすることが好ましい。
このようにすることで、より確実に第1の研磨剤の回収率を高くすることができる。
【0015】
またこのとき、前記残留研磨剤回収工程において、
前記研磨ヘッドの回転数を10〜20rpm、時間を4〜8秒とするが好ましい。
このようにすることで、ウェーハの平坦度が悪化してしまうことを防止することができる。
【0016】
またこのとき、前記残留研磨剤回収工程において、
前記研磨ヘッドの前記荷重を30〜80g/cm
2とすることが好ましい。
このようにすることで、ウェーハの平坦度が悪化してしまうことを確実に防止することができる。
【発明の効果】
【0017】
以上のように本発明によれば第1の研磨剤を回収する際に、第2の研磨剤が混入することを防止しつつ、かつ第1の研磨剤の回収率を高くすることができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明について、実施態様の一例として、図や表を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
上記したように、従来のウェーハの研磨方法においては、定盤上に多量の第1の研磨剤が残留している状態でも、これを回収できず定盤上に供給された水とともに廃棄しているため、第1の研磨剤の回収率が大きく低下し、コストが増加してしまうというという問題があった。この廃棄される第1の研磨剤の量は定盤サイズが大きくなるほど多くなる。
【0020】
そこで、本発明者らは前述のような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、ウェーハの研磨方法において、定盤の回転数を、第1の研磨剤の供給を停止した時点における定盤の回転数より高くすることにより、定盤上または研磨布上に残留した第1の研磨剤を、定盤上から振り落としてすばやく配管に集めることができ、これにより回収率を効果的に向上させることができることに想到した。そして、これらを実施するための最良の形態について精査し、本発明を完成させた。
【0021】
本発明のウェーハの研磨方法の実施に用いることができる片面研磨装置について
図1を参照して説明する。
図1に示すように、片面研磨装置1は、研磨布2が貼り付けられた定盤3と、ノズル4と、研磨ヘッド5、タンク7a、7bを有している。タンク7aには粗研磨に用いられる第1の研磨剤8が貯蔵され、タンク7bには、精研磨に用いられる第2の研磨剤12が貯蔵される。なお、どちらの研磨剤を供給するかは、制御手段11によって制御することができる。片面研磨装置1では、研磨ヘッド5でウェーハ6を保持し、第1の研磨剤8または第2の研磨剤12をノズル4を介して研磨布2上に供給とともに、定盤3と研磨ヘッド5をそれぞれ回転させてウェーハ6の表面を研磨布2に摺接させることにより研磨する。
【0022】
また、片面研磨装置1は、ウェーハ6が目標の研磨代となるように、研磨する時間、研磨ヘッド5がウェーハ6にかける荷重、研磨ヘッド5の回転数および定盤3の回転数、さらに第1の研磨剤8および第2の研磨剤12の供給を制御するための制御手段11を有している。なお、供給された第1および第2研磨剤8、12は、例えば、研磨中に一部が飛び散ったり、ミストとして排気されるなどにより回収できない分を除いて、定盤受け9に流れ落ちて配管10に集められた後、それぞれのタンク7a、7b内に回収され、以降の研磨に再利用される。なお、タンク7aまたはタンク7bへそれぞれ第1の研磨剤8または第2の研磨剤12を回収するか、もしくは排水するかは、セパレータ13によってそのルートを変更することができる。
【0023】
次に、本発明のウェーハの研磨方法について説明する。ここでは、
図1に示すような片面研磨装置1を用いた場合について説明する。
【0024】
まず、研磨する対象となるウェーハ6を準備し、ウェーハ6を研磨ヘッド5で保持する。
【0025】
(第1の研磨工程)
第1の研磨工程ではウェーハ6の粗研磨を行う。
タンク7a内に貯蔵された第1の研磨剤8を定盤3上に貼り付けられた研磨布2に供給しながら研磨ヘッド5でウェーハ6を研磨布2に摺接させて粗研磨する。この際に、供給した第1の研磨剤8をタンク7a内に回収した後、再び研磨布2上に供給することで、第1の研磨剤8を再利用しながらウェーハ6の研磨を行う。このようにして、ウェーハ6が目標の厚さになるまで研磨を行う。そして、目標の厚さまで達したら第1の研磨剤8の供給を停止する。
【0026】
(残留研磨剤回収工程)
第1の研磨剤8の供給が停止した後に、定盤3上に研磨剤も水も供給しない状態で、定盤3の回転数を、第1の研磨剤8の供給を停止した時点における定盤3の回転数より高くすることで、すばやくかつ簡単に定盤3上および研磨布2上に残留した第1の研磨剤8の回収を行う。
【0027】
このとき、定盤3の回転数を25〜35rpmの範囲内にすることができる。定盤3の回転数を25rpm以上とすれば、定盤3に付着した第1の研磨剤8を定盤3から振り落とすことができ、35rpm以下であればウェーハ6の平坦度の悪化を抑制し、また第1の研磨剤8が周囲に飛散することなく確実に回収できる。
【0028】
残留研磨剤回収工程の際に第1の研磨剤8の供給が停止したことによって、研磨布2とウェーハ6との間に研磨剤がなくなると、ウェーハ6と研磨布2の間で発生する発熱量が増えるが、この工程はすばやく短時間で実施することで発熱がウェーハ6の平坦度に影響を与えないように実施できる。ここでウェーハ6の平坦度は例えばGBIR(Global Backside Ideal Range:ウェーハ裏面を平面に矯正した状態で、ウェーハ面内に1つの基準面を持ち、この基準面に対する最大、最小の位置変位の差であり、ウェーハの平坦性を示す指標となる)である。
【0029】
このとき、残留研磨剤回収工程において、研磨ヘッド5の回転数を10〜20rpmとすることができる。また、残留研磨剤回収工程の時間を4〜8秒とすることができる。このようにすることで、研磨時にウェーハ6に異常な発熱が生じるのを抑制できるので、ウェーハ6の平坦度が悪化してしまうことを確実に防止することができる。
【0030】
また、残留研磨剤回収工程において、研磨ヘッド5でウェーハ6にかける荷重を30〜80g/cm
2とすることができる。このようにすることで、より確実に、ウェーハ6の平坦度の悪化を防止することができる。
【0031】
なお、上記の各値の条件については、後述するような実験を行うことで求めた。
【0032】
(第1の研磨剤除去工程)
また、残留研磨剤回収工程の後に、水や親水剤などを供給することによって、定盤3、研磨布2、あるいはウェーハ6上に残った第1の研磨剤8を除去する第1の研磨剤除去工程を実施することができる。この場合、供給した水や親水剤は、残りの第1の研磨剤8と共に排水される。この排水の際、
図1に示すように、セパレータ13によって回収と排出のルートを変更できる。
本発明では第1の研磨剤除去工程を実施する前に、上記の残留研磨剤回収工程において定盤3上または研磨布2上の第1の研磨剤8の大部分を既に回収しているので、第1の研磨剤除去工程で残りの第1の研磨剤8を水と共に排出させたとしても、第1の研磨剤8の回収率を高くすることができる。
【0033】
なお、第1の研磨剤除去工程は必ずしも行わなくても良く、残留研磨剤回収工程に続けて、第2の研磨工程を行うこともでき、適宜選択可能である。
【0034】
(第2の研磨工程)
第2の研磨工程では、ウェーハ6の精研磨を行う。
定盤3上へ貼り付けられた研磨布2へ研磨剤を提供する元のタンクをタンク7aから、タンク7bに切り替え、第2の研磨剤12を供給しながらウェーハ6を精研磨する。このとき、第1の研磨工程と同様に、供給した第2の研磨剤12をタンク7b内に回収した後、再び研磨布2上に供給することで、第2の研磨剤12を再利用しながらウェーハ6の研磨を行っても良い。
【0035】
なお、第2の研磨工程終了後に、ウェーハ6を研磨布2から離して、残留研磨剤回収工程で第1の研磨剤8の回収をしたときと同様にして、定盤3上または研磨布2上に残留した第2の研磨剤12を回収する工程を行っても良い。このときは、ウェーハ6と研磨布2は摺接していないため、ウェーハ6の平坦度に影響を及ぼすことはない。
【0036】
以上のようなウェーハの研磨方法であれば、第1の研磨工程の末期に第2の研磨剤12が混入することを防止しつつ、かつ第1の研磨剤8の回収率を高くすることができるので、研磨剤の追加や、交換回数が減り、第1の研磨剤8の使用回数、使用量を減らすこともできる。
【0037】
次に、残留研磨剤回収工程における、各条件の範囲を決定する際に行った実験を示す。
(実験1)
本発明のウェーハの研磨方法で、第1の研磨工程および残留研磨剤回収工程を行った。残留研磨剤回収工程に続けて第1の研磨剤除去工程を行い、表面から第1の研磨剤8を除去したウェーハ6に対して、その平坦度、また、そのときの第1の研磨剤8の回収率の測定を行った。
【0038】
第1の研磨工程において、第1の研磨剤8の供給を停止した時点における定盤3の回転数を19rpm、研磨ヘッド5の回転数を10rpm、研磨ヘッド5の荷重を80g/cm
2としたときに、残留研磨剤回収工程で、研磨ヘッド5の回転を10rpm、研磨ヘッド5の荷重は80g/cm
2で固定し、時間を2から12秒の間で変化させ、定盤3の回転数を20から40rpmの間で変化させた。この条件の研磨方法で研磨したウェーハ6のGBIR、および第1の研磨剤8の回収率を測定し、表1に示した。なお、第1の研磨剤8の回収率は、1バッチ2枚として12バッチ、合計24枚のウェーハ6を研磨した後に、第1の研磨剤8が減少した量を損失量として、計算式は、研磨剤の回収率=(第1の研磨剤初期量−損失量)/第1の研磨剤初期量として測定を行った。
【0040】
(実験2)
第1の研磨工程において、第1の研磨剤8の供給を停止した時点における研磨ヘッド5の回転数が20rpm、残留研磨剤回収工程で、研磨ヘッド5の回転が20rpmであった以外は実験1と同様にして、時間を2から12秒の間で変化させ、定盤3の回転数を20から40rpmの間で変化させた。この条件の研磨方法で研磨されたウェーハ6のGBIR、および第1の研磨剤8の回収率を測定し、表2に示した。
【0042】
(実験3)
第1の研磨工程において、第1の研磨剤8の供給を停止した時点における研磨ヘッド5の回転数が30rpm、残留研磨剤回収工程で、研磨ヘッド5の回転数が30rpmであった以外は実験1と同様にして、時間を2から12秒の間で変化させ、定盤3の回転数を20から40rpmの間で変化させた。この条件の研磨方法で研磨されたウェーハ6のGBIR、および第1の研磨剤8の回収率を測定し、表3に示した。
【0044】
表1から3に示したように、定盤3の回転数を高くすれば、第1の研磨剤8の回収率が高くなる傾向があり、特に定盤3の回転数が25rpm以上が好ましいことが分かった。
また、GBIRの悪化を抑えるために、定盤3の回転数が35rpm以下、研磨ヘッド5の回転数が20rpm以下が好ましい。
【0045】
さらに、GBIRの悪化を抑制するために、残留研磨剤回収工程で発生する熱がGBIRに影響を与えない条件とするとすることが好ましい。特に、残留研磨剤回収工程の時間を4〜8秒とすることが好ましい。
【0046】
表4に、実験1〜3において、より好ましい条件をまとめたものを示す。このような条件であれば、表4の結果からわかるように、研磨剤回収効果が高く、かつウェーハ6のGBIRの悪化が抑制された、ウェーハ6を確実に得られることができるが、本発明はこの条件に限定されることはない。
【0048】
(実験4)
次に、第1の研磨工程において、第1の研磨剤8の供給を停止した時点における定盤3の回転数を19rpm、研磨ヘッド5の回転数を20rpmとし、残留研磨剤回収工程においては、研磨ヘッド5の回転を20rpm、時間を8秒、定盤3の回転数を35rpmとした。このときに、第1の研磨工程および、残留研磨剤回収工程における、研磨ヘッド5の荷重を30から100g/cm
2で変化させた。この条件における本発明の研磨方法で研磨されたウェーハ6のGBIR、および第1の研磨剤8の回収率を測定し、表5に示した。
【0049】
表5に示したように、研磨ヘッド5の荷重が30から80g/cm
2の範囲内であれば、研磨剤回収効果が高く、かつ第1の研磨工程で研磨した後に、GBIRが良好なウェーハ6をより確実に得られることが分かった。
【実施例】
【0051】
以下、本発明の実施例および比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【0052】
(実施例)
片面研磨装置には、不二越機械製片面研磨機SREDを用いた。また、研磨布は軟質不織布を用い、研磨剤はKOHベースのコロイダルシリカを用いた。そして、本発明のウェーハの研磨方法に従って、直径300mmで、導電型がP−、結晶方位<110>のシリコンウェーハの研磨をバッチ式に繰り返し、1バッチ当たりの研磨枚数を2枚として、12バッチ、合計24枚のウェーハの研磨を以下の条件で行った。
【0053】
本発明のウェーハの研磨方法で、第1の研磨工程および残留研磨剤回収工程を行った。残留研磨剤回収工程に続けて第1の研磨剤除去工程を行った。
【0054】
実施例における各値の条件を表6に示す。表6に示すように、第1の研磨工程において、第1の研磨剤の供給を停止した時点における定盤の回転数を19rpm、研磨ヘッドの回転数を20rpm、荷重を80g/cm
2とし、残留研磨剤回収工程における研磨ヘッドの回転数を20rpm、研磨ヘッドの荷重を80g/cm
2、時間を5秒、定盤の回転数を30rpmとした。また、各工程において研磨剤や水、または親水剤の供給の有無(ON/OFF)、さらに、研磨剤の回収もしくは排水のどちらを行っているかについても示した。
【0055】
【表6】
【0056】
このような条件で研磨したときの、第1の研磨剤の回収率を測定し、表7に示した。
また、得られたウェーハのGBIRを測定し、その測定結果を
図2に示した。また、このときの測定結果における、ウェーハのGBIRの最大値、最小値、平均値、および標準偏差を表8に示した。
【0057】
なおウェーハのGBIRの測定には、KLA−Tencor社製平坦度テスターWaferSight2にて行った。
【0058】
【表7】
【表8】
【0059】
表7に示すように実施例における第1の研磨剤の回収率は96.3%であり、後述する比較例に比べて5.0%第1の研磨剤の回収率が向上した。
【0060】
(比較例)
表9に示すように、残留研磨剤回収工程を行わなかった以外は、実施例と同様にして研磨を行い、1バッチ2枚として12バッチ、合計24枚のウェーハを得た。
【0061】
【表9】
【0062】
比較例では、第1の研磨剤の回収率は表7に示すように、91.3%であり、実施例に比べて5.0%低かった。
さらに、得られたウェーハのGBIRを、測定装置を用いて測定し、その測定結果のウェーハのGBIRを
図3に示した。また、
図3におけるウェーハのGBIRの平均値、最大値、最小値、標準偏差は表8に示すような結果であった。
【0063】
図2、3および表8に示したように、実施例におけるGBIRは比較例と比べ、同一水準以下となっていることが分かる。すなわち実施例では回収率の向上に加えて、適切な条件を設定することで、GBIRの悪化の抑制効果も実現できることが確認できた。
【0064】
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、い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。