特許 7087166 研磨装置および研磨方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-06-10

(45)【発行日】2022-06-20

(54)【発明の名称】研磨装置および研磨方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/30 20120101AFI20220613BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20220613BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20220613BHJP

【ＦＩ】

B24B37/30 Z

B24B37/10

H01L21/304 622G

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021093560

(22)【出願日】2021-06-03

(62)【分割の表示】P 2018001412の分割

【原出願日】2018-01-09

(65)【公開番号】P2021137960

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2021-06-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000190149

【氏名又は名称】信越半導体株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591037498

【氏名又は名称】長野電子工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100102532

【弁理士】

【氏名又は名称】好宮 幹夫

(74)【代理人】

【識別番号】100194881

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 俊弘

(74)【代理人】

【識別番号】100215142

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 徹

(72)【発明者】

【氏名】山田 健人

(72)【発明者】

【氏名】田中 忠雄

(72)【発明者】

【氏名】中村 正三

(72)【発明者】

【氏名】神頭 宏俊

【審査官】小川 真

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１４８４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１６１５２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４７－２３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１５９３８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３０５６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－３０８９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２０６１８９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／３０

Ｂ２４Ｂ ３７／１０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨布が貼り付けられた定盤と、該定盤上の中心および外周にそれぞれ配設されたセンターローラおよびガイドローラと、ウェーハを保持し、前記センターローラおよび前記ガイドローラと回転可能に接触しているトップリングとを具備し、前記定盤の回転により前記トップリングを回転させながら、該トップリングで保持された前記ウェーハを前記研磨布に押し当てて研磨するバッチ式の研磨装置であって、
前記トップリングは前記ウェーハを保持するプレートを下方で保持しており、
該トップリングは、外周側面のうち、前記センターローラおよび前記ガイドローラと対向する領域に２つの外周溝が設けられており、該２つの外周溝同士の間の対向領域で接触しているか、または、
前記センターローラおよび前記ガイドローラは、各々、前記トップリングおよび前記プレートと対向するローラ面を１つだけ有し、各々の前記ローラ面のうち、前記トップリングと対向する領域に１つ以上のローラ溝が設けられており、該ローラ溝以外の対向領域で接触しているものであることを特徴とする研磨装置。

【請求項2】

研磨布が貼り付けられた定盤上の中心および外周にそれぞれセンターローラおよびガイドローラを配設し、該センターローラおよびガイドローラと回転可能に接触しているトップリングに保持したウェーハを、前記定盤の回転により前記トップリングを回転させながら、前記研磨布に押し当てて研磨するバッチ式の研磨方法であって、
前記トップリングにより前記センターローラおよび前記ガイドローラと接触させ、かつ、前記トップリングにより前記ウェーハを保持するプレートを下方で保持しつつ、前記ウェーハを研磨するとき、
前記トップリングの外周側面のうち、前記センターローラおよび前記ガイドローラと対向する領域に２つの外周溝を設け、該２つの外周溝同士の間の対向領域で接触させるか、または、
前記センターローラおよび前記ガイドローラを、各々、前記トップリングおよび前記プレートと対向するローラ面を１つだけ有するものとし、各々の前記ローラ面のうち、前記トップリングと対向する領域に１つ以上のローラ溝を設け、該ローラ溝以外の対向領域で接触させながら研磨することを特徴とする研磨方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、バッチ式の研磨装置および研磨方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、シリコンウェーハ等のウェーハを研磨するために、ウェーハを保持するためのトップリング、該トップリングに保持されたウェーハに接触してウェーハの表面を研磨する研磨布等を具備するバッチ式の研磨装置が使用されている。研磨装置を用いて、キズがなく平坦性の高い表面を有する研磨ウェーハが求められている（特許文献１）。

【0003】

ここで、従来の一般的なバッチ式の研磨装置について説明する。
研磨装置では、定盤に貼着された研磨布の上方に複数のトップリングが上下動可能に対向して設けられている。該トップリングの下方には、研磨中に１枚以上のウェーハを保持するプレートが配設されており、該プレートをトップリングが保持している。
また、定盤上には、その中心および外周にそれぞれセンターローラおよびガイドローラが配設されている。トップリングは、定盤上においてセンターローラとガイドローラの間で、回転可能にそれらと接触している。

【0004】

そして、研磨の際には、研磨剤を供給しつつ、上記定盤の回転運動によりトップリングには回転力が与えられ、センターローラおよびガイドローラに接触して回転運動（いわゆるつれ廻り）を行う。この時、研磨布とウェーハ間に発生する摺擦運動によりウェーハが研磨される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０００－１３５６６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記のような一般的な研磨装置を用いて得られた研磨ウェーハでは、表面にキズ（研磨キズ）が発生することがある。本発明者らが調査したところ、このキズが発生する理由は以下の通りである。まず、研磨加工中に研磨剤がトップリングに付着し、研磨待機中に乾燥され固化する。そして、次の研磨加工中にセンターローラやガイドローラとの接触により、固化された研磨剤が研磨布上に落下し、研磨ウェーハの表面に研磨キズを発生させる。
トップリングの定期的な清掃によって固化した研磨剤を除去していたが、固化を未然に防ぐことができていない。

【0007】

本発明はこのような上記の課題を解決するためになされたものであり、トップリングに研磨剤が付着して固化（固着）するのを抑制し、さらには研磨ウェーハに研磨キズが発生するのを低減することができるバッチ式の研磨装置および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】

【0008】

上記目的を達成するために、本発明は、研磨布が貼り付けられた定盤と、該定盤上の中心および外周にそれぞれ配設されたセンターローラおよびガイドローラと、ウェーハを保持し、前記センターローラおよび前記ガイドローラと回転可能に接触しているトップリングとを具備し、前記定盤の回転により前記トップリングを回転させながら、該トップリングで保持された前記ウェーハを前記研磨布に押し当てて研磨するバッチ式の研磨装置であって、
前記トップリングは前記ウェーハを保持するプレートを下方で保持しており、
該トップリングは、外周側面のうち、前記センターローラおよび前記ガイドローラと対向する領域に１つ以上の外周溝が設けられており、該外周溝以外の対向領域で接触しているか、または、
前記センターローラおよび前記ガイドローラは、各々のローラ面のうち、前記トップリングと対向する領域に１つ以上のローラ溝が設けられており、該ローラ溝以外の対向領域で接触しているものであることを特徴とする研磨装置を提供する。

【0009】

本発明者らの調査により、トップリングの、センターローラおよびガイドローラとの接触箇所に研磨剤の固着が見られることが分かった。上記のような研磨装置であれば、トップリングの外周溝や、センターローラおよびガイドローラのローラ溝が設けられているため、トップリングと、センターローラおよびガイドローラとが接触する領域を従来よりも少なくすることができる。これにより、トップリングへの研磨剤の付着量、そして固着量を少なくすることができる。その結果、研磨布上に落下する固着した研磨剤を原因として、研磨ウェーハに研磨キズが発生するのを効果的に低減することができる。

【0010】

また、本発明は、研磨布が貼り付けられた定盤上の中心および外周にそれぞれセンターローラおよびガイドローラを配設し、該センターローラおよびガイドローラと回転可能に接触しているトップリングに保持したウェーハを、前記定盤の回転により前記トップリングを回転させながら、前記研磨布に押し当てて研磨するバッチ式の研磨方法であって、
前記トップリングにより前記センターローラおよび前記ガイドローラと接触させ、かつ、前記トップリングにより前記ウェーハを保持するプレートを下方で保持しつつ、前記ウェーハを研磨するとき、
前記トップリングの外周側面のうち、前記センターローラおよび前記ガイドローラと対向する領域に１つ以上の外周溝を設け、該外周溝以外の対向領域で接触させるか、または、
前記センターローラおよび前記ガイドローラの各々のローラ面のうち、前記トップリングと対向する領域に１つ以上のローラ溝を設け、該ローラ溝以外の対向領域で接触させながら研磨することを特徴とする研磨方法を提供する。

【0011】

このような研磨方法によって、トップリングへの研磨剤の固着量を低減することができ、該固着を原因とする研磨ウェーハの研磨キズの発生を効果的に低減することができる。

【0012】

また、本発明は、研磨布が貼り付けられた定盤と、該定盤上の中心および外周にそれぞれ配設されたセンターローラおよびガイドローラと、ウェーハを保持し、前記センターローラおよび前記ガイドローラと回転可能に接触しているトップリングとを具備し、前記定盤の回転により前記トップリングを回転させながら、該トップリングで保持された前記ウェーハを前記研磨布に押し当てて研磨するバッチ式の研磨装置であって、
前記トップリングは前記ウェーハを保持するプレートを下方で保持しており、
前記センターローラおよび前記ガイドローラと、前記トップリングとは、Ｏリングを介して接触しているものであることを特徴とする研磨装置を提供する。

【0013】

このような研磨装置であれば、Ｏリングを介して、トップリングと、センターローラおよびガイドローラとが接触しているため、トップリングと、センターローラおよびガイドローラとが接触する領域を従来よりも少なくすることができる。これにより、トップリングへの研磨剤の付着量、そして固着量を少なくし、研磨ウェーハの研磨キズの発生を効果的に低減することができる。

【0014】

また、本発明は、研磨布が貼り付けられた定盤上の中心および外周にそれぞれセンターローラおよびガイドローラを配設し、該センターローラおよびガイドローラと回転可能に接触しているトップリングに保持したウェーハを、前記定盤の回転により前記トップリングを回転させながら、前記研磨布に押し当てて研磨するバッチ式の研磨方法であって、
前記トップリングにより前記センターローラおよび前記ガイドローラと接触させ、かつ、前記トップリングにより前記ウェーハを保持するプレートを下方で保持しつつ、前記ウェーハを研磨するとき、
前記センターローラおよび前記ガイドローラと、前記トップリングとを、Ｏリングを介して接触させながら研磨することを特徴とする研磨方法を提供する。

【0015】

このような研磨方法によって、トップリングへの研磨剤の固着量を低減することができ、該固着を原因とする研磨ウェーハの研磨キズの発生を効果的に低減することができる。

【発明の効果】

【0016】

以上のように、本発明の研磨装置および研磨方法であれば、トップリングと、センターローラおよびガイドローラとが接触する領域を少なくすることができ、トップリングへの研磨剤の固着量の低減、さらには研磨ウェーハの研磨キズの発生の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の研磨装置の一例を示す概略図である。

【図2】研磨装置の上面図の一例を示す概略図である。

【図3】本発明の研磨装置の別態様の一例を示す概略図である。

【図4】本発明の研磨装置の別態様の一例を示す概略図である。

【図5】研磨キズの一例を示す観察図である。

【図6】実施例および比較例における汚れ面積の相対値と研磨キズによる不良率の相対値との関係を示すグラフである。

【図7】従来の研磨装置の一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明について図面を参照して実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
まず、本発明の研磨装置について説明する。図１は本発明のバッチ式の研磨装置の一例である。また、図２は研磨装置１の上面図である。この研磨装置１は、主に以下の構成からなっている。
研磨装置１はまず回転可能な定盤２を有しており、該定盤２には研磨布３が貼付されている。この定盤２の上方にはトップリング４が上下動可能に対向して設けられている。ここでは４つのトップリング４が配設されている例を示す。また、定盤２の中心および外周には、センターローラ５およびガイドローラ６がそれぞれ配設されている。また、研磨剤が研磨布３上に供給可能になっている。例えばセンターローラ５付近に不図示の研磨剤供給機構を適宜設けることができる。

【0019】

これらの定盤２上の研磨布３、トップリング４、センターローラ５、ガイドローラ６の位置関係について、さらに図２を参照して説明する。図２に示すように、各々のトップリング４は、研磨布３上において、センターローラ５とガイドローラ６との間に位置しており、これらのセンターローラ５およびガイドローラ６と接触している。定盤２が回転することにより、トップリング４はセンターローラ５およびガイドローラ６との間で回転することになる（つれ回り）。

【0020】

トップリング４はその下方でプレート７を保持している。そして、該プレート７はその下面側で、研磨対象である１枚あるいは複数枚のウェーハＷをワックス等により接着固定している。トップリング４の上記つれ回りにより、ウェーハＷの表面が研磨布３で研磨されることになる。

【0021】

また、トップリング４の外周側面４ａのうち、センターローラ５およびガイドローラ６と対向する領域（対向領域）８に、１つ以上の外周溝９が設けられている。これにより、トップリング４は、センターローラ５およびガイドローラ６とは、外周溝９以外の対向領域で実際に接触することになる（接触対向領域８ａ）。このため、図７に示すような、対向領域（矢印の範囲）のほぼ全体（例えば、高さ方向の長さが１０ｍｍ）で接触し、広範囲の汚れ面積（図７のトップリングにおける網掛け部分）が生じていた従来装置よりも、本発明の装置では図１に示すように互いに接触する領域を少なくすることができ、トップリング４の外周側面４ａに沿っての汚れ面積（図１のトップリング４の網掛け部分）を小さくすることができる。例えば、接触対向領域８ａの高さ方向の長さを５ｍｍ以下、さらには３ｍｍ以下にすることができる。すなわち、１／２以下、さらには１／３以下にすることができる。

【0022】

なお、ここでは２つの外周溝９が設けられているが、その数や形状は特に限定されない。研磨時のトップリング４の回転運動に支障がないように、適宜、外周溝９の数や形状を決定して、接触する領域の低減度合を調整することができる。

【0023】

従来では、トップリングは、センターローラおよびガイドローラと対向領域のほぼ全体にわたって接触し、研磨布上に供給された研磨剤が付着して固化してしまっていた。
しかしながら、上記のような本発明の研磨装置１であれば、外周溝９の形成により、トップリング４と、センターローラ５およびガイドローラ６とが接触する領域を従来装置よりも小さくすることができる。トップリングにおける、付着した研磨剤による汚れ面積は、（トップリングの直径）×π×（センターローラ及びガイドローラとの接触対向領域の高さ方向の長さ）で表される。上述したように本発明の装置によって接触対向領域の高さ方向の長さを１／２以下、さらには１／３以下に低減することができるため、同様にその汚れ面積を低減することができる。
そして、このようにトップリング４への研磨剤の付着量を抑制することができ、その固着量を低減することができる。したがって、該固着した研磨剤が剥がれ、それを原因とする研磨ウェーハの研磨キズの発生を低減することが可能である。

【0024】

なお、図１に示す例ではトップリング４の外周側面４ａに外周溝９を示す例を示したが、その代わりにセンターローラ５およびガイドローラ６に溝を形成することも可能である。図３にその別態様の本発明の研磨装置を示す。なお、簡単のため、１つのトップリング付近のみ示す。

【0025】

図３に示すように、センターローラ５のローラ面５ａのうち、トップリング４と対向する領域（対向領域）１０に、１つ以上のローラ溝１１が設けられている。これにより、センターローラ５は、トップリング４とは、ローラ溝１１以外の対向領域（実際に接触している領域：接触対向領域１０ａ）で接触することになる。
一方、ガイドローラ６のローラ面６ａのうち、トップリング４と対向する領域（対向領域）１２にも、１つ以上のローラ溝１３が設けられている。これにより、ガイドローラ６は、トップリング４とは、ローラ溝１３以外の対向領域（実際に接触している領域：接触対向領域１２ａ）で接触することになる。

【0026】

このようなローラ溝１１、１３の形成によっても、トップリング４と、センターローラ５およびガイドローラ６とが接触する領域の低減化、研磨剤の付着量や固着量の低減化、ひいては研磨ウェーハＷの研磨キズの発生の低減化を図ることが可能である。

【0027】

図４にさらに別態様の本発明の研磨装置を示す。この例では、トップリング４と、センターローラ５およびガイドローラ６とが、Ｏリング１４を介して接触している。図４に示す例ではセンターローラ５およびガイドローラ６にＯリング１４を設けているが、代わりに、トップリング４に対してＯリングを設けても良い。Ｏリングの幅等は特に限定されず、適宜決定することができる。

【0028】

上記のようなＯリング１４を介在させることによっても、トップリング４と、センターローラ５およびガイドローラ６とが接触する領域を小さくし、トップリング４への研磨剤の付着量、固着量を低減し、研磨ウェーハの研磨キズの発生の抑制を図ることができる。

【0029】

次に、図１に示す本発明の研磨装置１を用いた本発明のバッチ式の研磨方法について説明する。
ウェーハＷをプレート７の表面にワックス等で接着したうえで、ウェーハＷを定盤２に貼付された研磨布３に接するように配置する。トップリング４を下降してプレート７上に載置して押圧する。これにより、トップリング４によってプレート７を下方で保持しつつ、プレート７に保持されたウェーハＷと研磨布の間に研磨圧力を発生させることができる。

【0030】

またこのとき、トップリング４の外周側面４ａは、センターローラ５のローラ面５ａおよびガイドローラ６のローラ面６ａと接触する。より具体的には、トップリング４の外周側面４ａに外周溝９を設けているため、センターローラおよびガイドローラとの対向領域８の全体で接触するのではなく、外周溝９以外の対向領域（接触対向領域８ａ）でのみ接触させることができる。

【0031】

このような状態で、研磨剤供給機構から研磨剤を供給しつつ定盤２を回転駆動させると、ウェーハＷと研磨布３との間の摩擦力に起因して、トップリング４（およびプレート７）には回転運動（つれ回り）が生じ、ウェーハＷと研磨布３との間に相対運動が発生して、ウェーハＷを研磨することができる。

【0032】

なお、上記例ではトップリング４に外周溝９を設けた装置を使用したが、この他、図３に示すような、センターローラ５のローラ面５ａやガイドローラ６のローラ面６ａに、各々ローラ溝１１、１３を設けた装置を用いて研磨することも可能である。
あるいは、図４に示すような、トップリング４と、センターローラ５およびガイドローラ６とを、Ｏリング１４を介して接触させながら研磨を行うことも可能である。
いずれの方法においても、トップリング４と、センターローラ５およびガイドローラ６と接触する領域を従来の研磨方法に比べて小さくすることができるため、トップリング４への研磨剤の付着量を低減し（すなわち、研磨剤による汚れ面積を小さくし）、ひいては研磨ウェーハの研磨キズの発生を抑制することができる。

【実施例】

【0033】

以下、本発明の実施例及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。
（実施例１－４、比較例）
ウェーハを用意して片面研磨を行った。研磨は１次研磨、２次研磨、仕上げ研磨の３段階からなるものとした。
研磨装置として、従来の研磨装置と本発明の研磨装置を用意した。従来の研磨装置では、トップリングと、センターローラおよびガイドローラとの接触対向領域の高さ方向の長さは１０ｍｍであった。一方、本発明の研磨装置としては、図３に示す態様のものを用意した。すなわち、センターローラおよびガイドローラの各ローラ面にローラ溝が１つずつ形成されているものである。接触対向領域の高さ方向の長さが５ｍｍのものと、３ｍｍのものの２つのタイプを用意した。

【0034】

各実施例では、１次研磨のみ、あるいは１次研磨と２次研磨の両方で、上記２つのタイプのうちのいずれかの本発明の研磨装置を用いた。仕上げ研磨はいずれも従来の研磨装置を用いた。
一方、比較例では１次研磨、２次研磨、仕上げ研磨のいずれも従来の研磨装置を用いた。
その他の、使用する研磨剤、研磨布などの条件は同様の条件とし、各々、ウェーハの研磨を行い、研磨ウェーハの研磨キズの有無を検査した。なお、研磨キズの一例を図５に示す。検査装置ＳＰ１（ＫＬＡ－Ｔｅｎｃｏｒ社製）により研磨ウェーハの表面を検査し、図５のような研磨キズ（楕円で囲った箇所のキズ）が観察される場合に不良品と判定した。

【0035】

研磨条件および研磨結果をまとめ、トップリングにおける高さ方向の接触長さ（１次研磨、２次研磨、仕上げ研磨（３次研磨））、トップリングにおける研磨剤による汚れ面積の相対値（比較例の値を１．００とする）、研磨キズによる不良率の相対値（比較例の値を１．００とする）を表１に示す。
また、汚れ面積の相対値と研磨キズによる不良率の相対値との関係グラフを図６に示す。

【0036】

【表1】

【0037】

表１から分かるように、トップリングにおける高さ方向の接触長さが短くなるほど（接触する領域が小さくなるほど）、また、本発明の研磨装置を使用する研磨段階の数が増えるほど、汚れ面積の相対値を低くすることができた。そして表１、図６から分かるように、汚れ面積の相対値が低くなるほど研磨キズによる不良率の相対値も低くすることができた。
より具体的には、例えば、実施例１と比較例を比較して分かるように、１次研磨で本発明の装置を用いることで、不良率を４４％に低減できた。実施例４にいたっては、比較例の１３％にまで不良率を低減できた。

【0038】

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。

【符号の説明】

【0039】

１…本発明の研磨装置、 ２…定盤、 ３…研磨布、 ４…トップリング、
４ａ…トップリングの外周側面、 ５…センターローラ、
５ａ…センターローラのローラ面、 ６…ガイドローラ、
６ａ…ガイドローラのローラ面、 ７…プレート、
８…トップリングの、センターローラおよびガイドローラと対向する領域、
８ａ…トップリングの接触対向領域、 ９…外周溝、
１０…センターローラのトップリングと対向する領域、
１０ａ…センターローラの接触対向領域、 １１…センターローラのローラ溝、
１２…ガイドローラのトップリングと対向する領域、
１２ａ…ガイドローラの接触対向領域、 １３…ガイドローラのローラ溝、
１４…Ｏリング、 Ｗ…ウェーハ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】