特許 7215412 半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法及びそれを用いた半導体ウェーハの研磨方法、並びに半導体ウェーハ研磨システム

(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】2023-01-23

(45)【発行日】2023-01-31

(54)【発明の名称】半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法及びそれを用いた半導体ウェーハの研磨方法、並びに半導体ウェーハ研磨システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/304 20060101AFI20230124BHJP

   B24B 49/10 20060101ALI20230124BHJP

   B24B 37/005 20120101ALI20230124BHJP

【ＦＩ】

H01L21/304 622F

B24B49/10

B24B37/005 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019237212

(22)【出願日】2019-12-26

(65)【公開番号】P2021106226

(43)【公開日】2021-07-26

【審査請求日】2021-12-27

(73)【特許権者】

【識別番号】302006854

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＭＣＯ

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100165696

【弁理士】

【氏名又は名称】川原 敬祐

(74)【代理人】

【識別番号】100179903

【弁理士】

【氏名又は名称】福井 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】多久島 武

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 忠広

(72)【発明者】

【氏名】溝脇 浩二

【審査官】中田 剛史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２８８６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０８６７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１４３８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０２７９３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０７４０８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第６４３２７２８（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ４９／１０

Ｂ２４Ｂ ３７／００５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ウェーハの研磨装置の定盤に設置された半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法であって、
第１の半導体ウェーハ用研磨布を用いて少なくとも１枚以上の半導体ウェーハの表面を順次研磨し、各回研磨での前記定盤の定盤負荷電流値の時間波形データを波形解析した結果と、各回研磨後の前記半導体ウェーハの研磨結果指標との対応関係に基づく判定条件を求める予備工程と、
第２の半導体ウェーハ用研磨布を前記定盤に設置する第１工程と、
前記予備工程と同種の研磨条件を用いて、少なくとも１枚以上の半導体ウェーハを順次研磨して、各回研磨での前記時間波形データを取得して波形解析する第２工程と、
前記第２工程において波形解析した結果が、前記判定条件を満足するか否かを判定する第３工程と、
を含むことを特徴とする半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法。

【請求項2】

前記研磨結果指標は研磨後の半導体ウェーハの被研磨面において観察されるＬＰＤ個数である、請求項１に記載の半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法。

【請求項3】

ＳＡＸ法を用いて前記時間波形データにおける前記定盤負荷電流値を３段階以上に分割して符号化し、かつ、時系列に対応させた離散パラメータ群を求めることにより前記波形解析を行う、請求項１又は２に記載の半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法。

【請求項4】

前記研磨装置は半導体ウェーハの片面研磨装置である、請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法に従い、前記第２の半導体ウェーハ用研磨布を使用開始可能と判定される回までは非製品用の半導体ウェーハを用いて前記研磨を行い、前記使用開始可能と判定された回の後に製品用の半導体ウェーハを用いて前記研磨を行うことを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。

【請求項6】

半導体ウェーハを保持する保持部と、表面に研磨布が設置された定盤とを有し、前記研磨布に前記半導体ウェーハを接触させて、前記定盤及び前記半導体ウェーハを回転させることで、前記半導体ウェーハの表面を研磨する研磨処理を、同一の研磨布により複数回行う半導体ウェーハ研磨システムであって、
半導体ウェーハ研磨システムは、制御部、並びに、前記制御部を介して制御される波形解析部、記憶部、判定部、ウェーハ交換部をさらに備え、
前記記憶部には、前記研磨布と同種の研磨布を用いて少なくとも１枚以上の半導体ウェーハの表面を順次研磨したときに、各回研磨での前記定盤の定盤負荷電流値の時間波形データを波形解析した結果と、各回研磨後の前記半導体ウェーハの研磨結果指標との対応関係に基づく判定条件が記憶され、
前記制御部は、
（ｉ）前記保持部にダミーウェーハを保持させ、
（ｉｉ）前記波形解析部を用いて、前記記憶部に記憶された研磨条件と同種の研磨条件を用いて、少なくとも１枚以上の前記ダミーウェーハを順次研磨して、各回研磨での前記時間波形データを取得して波形解析し、
（ｉｉｉ）前記判定部を用いて、前記ダミーウェーハを用いて波形解析した結果が、前記記憶部に記憶された判定条件を満足するか否かを判定し、
（ｉｖ）前記判定条件を満足した後、前記ウェーハ交換部を用いて前記保持部に前記半導体ウェーハを保持させる
ことを特徴とする半導体ウェーハ研磨システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法及びそれを用いた半導体ウェーハの研磨方法、並びに半導体ウェーハ研磨システムに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体ウェーハとして、シリコンウェーハおよびＧａＡｓ等の化合物半導体ウェーハが知られている。半導体ウェーハは、一般的に、単結晶インゴットをワイヤーソーによりスライスして薄円板状のウェーハとするスライス工程と、スライスしたウェーハの表裏面を平坦化しつつ、所定の厚みにする研削工程と、粗研磨及び仕上げ研磨を経て平坦度の高い鏡面仕上げを施す研磨工程とを順次行うことで得られる。また、用途に応じて、研磨後の半導体ウェーハ表面に、ＣＶＤ法などを用いてエピタキシャル層を形成することもある。

【0003】

上述の半導体ウェーハの研磨工程においては、半導体ウェーハの両面を同時に研磨する両面研磨法と、片面のみを研磨する片面研磨法とのいずれか一方または両方が用いられる。両面研磨法を行った後、さらに片面研磨法を順次行う多段研磨も行われている。

【0004】

例えば片面研磨法を用いる仕上げ研磨工程では、図１に示すような片面研磨装置２００で半導体ウェーハ２９０の片面をメカノケミカル研磨（ＣＭＰ）する。ＣＭＰは、被研磨材である半導体ウェーハ２９０に対してエッチング作用を有する研磨液を用い、半導体ウェーハ２９０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、半導体ウェーハを保持するヘッド２０２と、表面に半導体ウェーハ用研磨布（以下、単に「研磨布」と略称する場合がある）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。

【0005】

ところで一般に、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、半導体ウェーハの被研磨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（以下、「ダミーウェーハ」と称することがある。）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（以下、「製品用ウェーハ」と称することがある。）の研磨を行っている。以下、本明細書では、新品の研磨布の使用初期に行う、ダミーウェーハを用いて行う研磨を「ダミー研磨」と称し、その後に行う、製品用ウェーハを研磨して、研磨後のウェーハを製品とする研磨を「本研磨」と称する。

【0006】

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てか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。

【0007】

しかし、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数等の研磨結果指標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。そのため、製品用ウェーハの品質を確保するためには、本研磨に先立つダミー研磨の回数を十分に大きくする必要があった。また、ダミー研磨を行う回数が多くなれば研磨布の使用可能回数（ライフ）が減少するし、生産時間にも影響するため、研磨布の使用開始時期を正確に判定する手法の確立が望まれる。なお、特許文献１には、研磨布中の銅の濃度が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ものの、この方法は銅の濃度を測定するために研磨布から試験片を切り出す破壊検査を伴う。そのため、特許文献１に記載の方法では研磨布の状態をリアルタイムで把握することはできず、実用面で改善の余地がある。

【0008】

そこで本出願人は、特許文献２において、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を提案している。この特許文献２において提案するウェーハの研磨方法により、ダミー研磨によるウェーハロスを確実に減らすことができ、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である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００５－２０９８６３号公報

【文献】国際公開第２０１５／０９２２９４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、特許文献２に記載の研磨方法では、ダミー研磨を行う度に、研磨布の接触角を都度測定する必要がある。特許文献２に記載の研磨方法において接触角を正確に測定するための準備工程を考慮すると、半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期をリアルタイムに判定するためには改善の余地がある。

【0011】

そこで本発明は、半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期を正確かつリアルタイムに判定することのできる半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法を提供することを目的とする。さらに本発明は、この判定方法を用いた半導体ウェーハの研磨方法及び半導体ウェーハ研磨システム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】

上記課題を解決すべく本発明者らは鋭意検討し、順次行う研磨の各回での定盤の定盤負荷電流値の時間波形データと、研磨後の半導体ウェーハの研磨結果指標とに相関関係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。

【0013】

（１）半導体ウェーハの研磨装置の定盤に設置された半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法であって、
第１の半導体ウェーハ用研磨布を用いて少なくとも１枚以上の半導体ウェーハの表面を順次研磨し、各回研磨での前記定盤の定盤負荷電流値の時間波形データを波形解析した結果と、各回研磨後の前記半導体ウェーハの研磨結果指標との対応関係に基づく判定条件を求める予備工程と、
第２の半導体ウェーハ用研磨布を前記定盤に設置する第１工程と、
前記予備工程と同種の研磨条件を用いて、少なくとも１枚以上の半導体ウェーハを順次研磨して、各回研磨での前記時間波形データを取得して波形解析する第２工程と、
前記第２工程において波形解析した結果が、前記判定条件を満足するか否かを判定する第３工程と、
を含むことを特徴とする半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法。

【0014】

（２）前記研磨結果指標は研磨後の半導体ウェーハの被研磨面において観察されるＬＰＤ個数である、前記（１）に記載の半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法。

【0015】

（３）ＳＡＸ法を用いて前記時間波形データにおける前記定盤負荷電流値を３段階以上に分割して符号化し、かつ、時系列に対応させた離散パラメータ群を求めることにより前記波形解析を行う、前記（１）又は（２）に記載の半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法。

【0016】

（４）前記研磨装置は半導体ウェーハの片面研磨装置である、前記（１）～（３）のいずれかに記載の半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法。

【0017】

（５）前記（１）～（４）のいずれか１項に記載の半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法に従い、前記第２の半導体ウェーハ用研磨布を使用開始可能と判定される回までは非製品用の半導体ウェーハを用いて前記研磨を行い、前記使用開始可能と判定された回の後に製品用の半導体ウェーハを用いて前記研磨を行うことを特徴とする半導体ウェーハの研磨方法。

【0018】

（６）半導体ウェーハを保持する保持部と、表面に研磨布が設置された定盤とを有し、前記研磨布に前記半導体ウェーハを接触させて、前記定盤及び前記半導体ウェーハを回転させることで、前記半導体ウェーハの表面を研磨する研磨処理を、同一の研磨布により複数回行う半導体ウェーハ研磨システムであって、
半導体ウェーハ研磨システムは、制御部、並びに、前記制御部を介して制御される波形解析部、記憶部、判定部、ウェーハ交換部をさらに備え、
前記記憶部には、前記研磨布と同種の研磨布を用いて少なくとも１枚以上の半導体ウェーハの表面を順次研磨したときに、各回研磨での前記定盤の定盤負荷電流値の時間波形データを波形解析した結果と、各回研磨後の前記半導体ウェーハの研磨結果指標との対応関係に基づく判定条件が記憶され、
前記制御部は、
（ｉ）前記保持部にダミーウェーハを保持させ、
（ｉｉ）前記波形解析部を用いて、前記記憶部に記憶された研磨条件と同種の研磨条件を用いて、少なくとも１枚以上の前記ダミーウェーハを順次研磨して、各回研磨での前記時間波形データを取得して波形解析し、
（ｉｉｉ）前記判定部を用いて、前記ダミーウェーハを用いて波形解析した結果が、前記記憶部に記憶された判定条件を満足するか否かを判定し、
（ｉｖ）前記判定条件を満足した後、前記ウェーハ交換部を用いて前記保持部に前記半導体ウェーハを保持させる
ことを特徴とする半導体ウェーハ研磨システム。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期を正確かつリアルタイムに判定することのできる半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法及びこれを用いた半導体ウェーハの研磨方法、並びに半導体ウェーハ研磨システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】従来の片面研磨装置の模式図である。

【図2】本発明者らの実験による研磨時間と定盤負荷電流値と関係を示すグラフである。

【図3A】図２の定盤負荷電流値から各研磨回の時間波形データを抽出し、さらにＳＡＸ法を用いて負荷電流値を３段階で時系列に離散化したグラフである。

【図3B】図３Ａの各研磨回の符号出現頻度を研磨順に並べた帯グラフである。

【図4】本発明者らの実験による各研磨回における研磨後の被研磨面のＬＰＤ個数を示すグラフである。

【図5】本発明に従う判定方法及び研磨方法を説明するためのフローチャートである。

【図6】本発明に従う半導体ウェーハ研磨システムを説明するためのブロック図である。

【図7A】実施例１において、定盤負荷電流値から各研磨回の時間波形データを抽出し、さらにＳＡＸ法を用いて負荷電流値を６段階で時系列に離散化したグラフである。

【図7B】図７Ａの各研磨回の符号出現頻度を研磨順に並べた帯グラフである。

【図8A】実施例２において、定盤負荷電流値から各研磨回の時間波形データを抽出し、さらにＳＡＸ法を用いて負荷電流値を１０段階で時系列に離散化したグラフである。

【図8B】図８Ａの各研磨回の符号出現頻度を研磨順に並べた帯グラフである。

【図9】実施例２において、各研磨回における研磨後の被研磨面のＬＰＤ個数を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施形態の説明に先立ち、本発明を完成させるに至った予備実験例をまず説明する。

【0022】

［予備実験例］
直径３００ｍｍ、総厚み７７５μｍであるシリコンウェーハを３４枚用意した。また、枚葉式の片面研磨装置の定盤に、未使用状態のスウェード素材の研磨布を設置した。この枚葉式片面研磨装置を用いて、コロイダルシリカ砥粒含有アルカリ研磨液を研磨スラリーとして研磨布表面に供給しながら、１枚のシリコンウェーハの表面を化学機械研磨して、研磨を終える度にシリコンウェーハを交換して、これら３４枚のシリコンウェーハの片面研磨を同様の研磨条件で順次行った。ただし、１回目の研磨と２回目の研磨では、研磨布の不純物を除去するために、研磨時間を３回目以降の研磨時間よりも十分長くした。また、研磨中には定盤負荷電流値を測定した。定盤負荷電流値の測定結果を図２に示す。

【0023】

図２に示すグラフから、研磨回ごとに時間波形データを抽出した。次いで、各回の時間波形データに対して、時系列データを離散化させるための公知の離散化手法であるＳＡＸ（Symbolic Aggregate approXimation）法を用いて、時系列に対応させた離散パラメータ群を取得した。なお、ＳＡＸ法は特開2017-156942号公報、特開2016-058027号公報などにおいても使用される周知の時系列データの近似表現方法であり、これら公報を引用して本明細書に援用する。

【0024】

ＳＡＸ法による具体的な離散化条件は次のとおりである。定盤負荷電流値については図２のグラフに図示したとおり３段階に分割し、レベルＡ、Ｂ、Ｃに符号化（レベルＡが低電流値領域であり、レベルＣが高電流値領域である）した。時間軸については研磨時間を正規化した後、５３区間に分割して最終３区間を除外した後、５区間毎に分割して合計１０区間に分割した。ＳＡＸ法による離散化後の定盤負荷電流値のグラフを図３Ａに示し、図３Ａの各研磨回の符号出現頻度を研磨回の順序で並べた帯グラフを図３Ｂに示す。例えば１回目の研磨による定盤負荷電流値から取得した離散パラメータ群は「ＡＢＢＢＢＢＢＢＢＢ」（Ａが１個、Ｂが９個、Ｃが０個）であり、８回目の研磨から取得した離散パラメータ群は「ＡＢＢＢＢＢＣＣＣＣ」（Ａが１個、Ｂが５個、Ｃが４個）である。なお、図３Ａには、３４個の波形データ（図２参照）から取得した３４個の離散パラメータ群を重ね合わせている。

【0025】

さらに、研磨後の３４枚のシリコンウェーハのそれぞれに対し、市販のレーザパーティクルカウンタ（ＳＰ２；ＫＬＡテンコール社製）を用いて、被研磨面におけるＬＰＤサイズ３５ｎｍ以上のＬＰＤの個数／ウェーハを測定した。結果を図４に示す。

【0026】

まず、図２のグラフと，図４のグラフとを対比すると、研磨回数を重ねるにつれて定盤負荷電流値が増大し、研磨回数を重ねるにつれてＬＰＤ個数が減少していくことが確認される。さらに、研磨初期のＬＰＤ個数に比べて、ＬＰＤ個数が一度大幅に減少した後は、以降の研磨ではＬＰＤ個数が実用上の許容値を超えることはない。この傾向は、研磨布の使用初期ではＬＰＤが多発するためダミー研磨が必要であるとの従来の経験則と整合するものであり、定盤負荷電流値の時間波形データを波形解析して得られるパラメータと、ＬＰＤ個数とには有意な相関関係があることが確認された。

【0027】

さて、この予備実験例では、図４より８回目の研磨より後（９回目以降）ではＬＰＤ個数が１０個／ウェーハ以下となることが確認された。そして図３Ｂ及び図４によれば、離散パラメータ群の中に初めてレベルＣが登場するのは８回目であるため、レベルＣが出現すれば、次回以降の研磨ではＬＰＤ個数が１０個／ウェーハ以下になる。そこで本例において、ダミー研磨を終えてもよい、すなわち、実研磨を開始してもよいとの判定基準の一例は、定盤負荷電流値の時間波形データから取得した離散パラメータ群の中にレベルＣが１以上出現するか否かを判定条件とすれば、次回以降の研磨ではＬＰＤ個数が１０個／ウェーハ以下になると判断できる。そして、本予備実験例で用いたのと同種のスウェード素材の研磨布を用いた場合でも、同様の離散化処理を行った場合にレベルＣが出現すれば以後の研磨でもＬＰＤ個数が１０個／ウェーハ以下になることが確認された。

【0028】

このように、定盤負荷電流値の時間波形データから波形解析して取得した離散パラメータ群と、研磨後の半導体ウェーハの被研磨面のＬＰＤ個数とには有意な相関関係があることを本発明者らは確認した。また、本予備実験例による時系列対応の離散パラメータ群は一例であって、定盤負荷電流値の各回研磨での時間波形データを波形解析したパラメータと、研磨後の半導体ウェーハの被研磨面のＬＰＤ個数とにも有意な相関関係は認められるし、本予備実験例におけるＬＰＤ個数は表面粗さなどの研磨結果指標であっても代替可能である。定盤負荷電流値は研磨中にリアルタイムで取得可能なデータであるため、この実験事実を考慮すれば、半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期を正確かつリアルタイムに判定できることを本発明者らは知見した。

【0029】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図中の各構成は模式図であり、実際の縦横比とは異なる。

【0030】

（半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法）
図５のフローチャートを参照する。本発明の一実施形態による半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法は、予備工程Ｓ１０と、第１工程Ｓ２１、第２工程Ｓ２２及び第３工程Ｓ２３とを少なくとも含む。この予備工程Ｓ１０では、第１の半導体ウェーハ用研磨布を用いて少なくとも１枚以上の半導体ウェーハの表面を順次研磨し、各回研磨での定盤の定盤負荷電流値の時間波形データを波形解析した結果と、各回研磨後の半導体ウェーハの研磨結果指標との対応関係に基づく判定条件を求める。この予備工程とは別に、第１工程Ｓ２１では第２の半導体ウェーハ用研磨布を定盤に設置する。次いで、第２工程Ｓ２２では、予備工程Ｓ１０と同種の研磨条件を用いて、少なくとも１枚以上の半導体ウェーハを順次研磨して、各回研磨での時間波形データを取得して波形解析する。そして、第３工程Ｓ２３では、第２工程Ｓ２２において波形解析した結果が、判定条件を満足するか否かを判定する。以下、各工程の詳細を順次説明する。また、以下では、第１の半導体ウェーハ用研磨布を「プレ研磨布」と称し、第２の半導体ウェーハ用研磨布を「判定対象研磨布」と称する。

【0031】

＜予備工程＞
予備工程Ｓ１０は、第１工程～第３工程による本研磨布の使用開始時期の判定に先立って行う工程であり、判定対象研磨布と同種のプレ研磨布を用いて少なくとも１枚以上の半導体ウェーハの表面を順次研磨する。なお、ここでいう「同種」とは、同一素材の研磨布であり、かつ、製品としては同一の研磨布であるが、製造時期等の異なる研磨布を指す。また、枚葉式片面研磨、バッチ式片面研磨などの研磨方式、加圧力、定盤回転数、使用スラリー種などの研磨条件は、多数枚の半導体ウェーハを順次研磨するときに不可避的に変化する条件を除き、プレ研磨布を用いて研磨するときの研磨条件と、判定対象研磨布を用いて研磨するときの研磨条件とを同一にする。また、半導体ウェーハの研磨枚数は特に制限されないが、例示すると概ね５～２０枚程度であり、判定条件を求めるために必要な枚数の研磨を行えばよい。

【0032】

予備工程Ｓ１０では、プレ研磨布を用いて半導体ウェーハを順次研磨したときに得られる各回研磨での定盤負荷電流値の時間波形データを取得する。次いで、この時間波形データを波形解析する。例えば、既述の予備実験例と同様にＳＡＸ法を用いて、時間波形データにおける定盤負荷電流値を３段階以上に分割して符号化し、かつ、時系列に対応させた離散パラメータ群を求めることで上記波形解析を行うことができる。

【0033】

そして、上記波形解析とは別に、プレ研磨布を用いて順次研磨した場合の、各回研磨後の研磨結果指標を求める。研磨結果指標は既述の予備実験例と同様に研磨後の被研磨面のＬＰＤ個数を用いてもよいし、表面粗さやＳＦＱＲ（Site front least squares range）、ＧＢＩＲ（Global backside ideal range）などの平坦度など、研磨で作り込むための任意の品質パラメータを用いることができる。

【0034】

さらに、時間波形データを波形解析した結果と、各回研磨後の上記研磨結果指標との対応関係に基づく判定条件を求める。例えば、以後の研磨では研磨結果指標が所定の閾値以下が得られる判定条件を求めればよい。既述の予備実験例ではレベルＣが出現すれば、次回以降の研磨では研磨指標に相当するＬＰＤ個数が１０個／ウェーハ以下となることを判定条件としたが、これは一例に過ぎず、波形解析結果と、研磨結果指標との対応関係を照らし合わせて適宜定めればよい。

【0035】

なお、波形解析の手法はＳＡＸ法に限定されるものではなく、ＬＰＤ個数などの研磨結果指標が良好なプレ研磨布の時間波形データの集合を単位空間としてダミー研磨時の時間波形の各時間の電流値が、当該単位空間からどの程度離れているかを、ＭＴ法を適用して解析してもよい。解析の対象として、実際に測定した時間波形データを用いてもよいが、波形が特定の値を横切った回数や、特定の範囲内の値をとっている時間を特徴量として、これらの特徴量を解析の対象にしてもよい。また、予め測定しておいた時間波形データを、k－means法などのクラスタリング手法を用いていくつかのグループに分けておき、本研磨時でのダミー研磨の時間波形データがどのグループに属するかを求め、そのグループの研磨結果指標の過去の実績が良好であったか否かに基づき、本研磨時の判定対象研磨布のダミー研磨終点を判定することも可能である。

【0036】

＜第１工程＞
予備工程Ｓ１０を行った後、第１工程Ｓ２１では判定対象研磨布（第２の半導体ウェーハ用研磨布）を定盤に設置する。この段階では、判定対象研磨布はダミーウェーハの研磨を含めて、一度も研磨が行われていない未使用の状態である。

【0037】

＜第２工程＞
第１工程Ｓ２１に次いで、第２工程Ｓ２２では、予備工程Ｓ１０と同種の研磨条件を用いて、少なくとも１枚以上の半導体ウェーハを順次研磨する。研磨中には、各回研磨での時間波形データを取得し、予備工程Ｓ１０と同じ手法を用いて時間波形データを波形解析する。

【0038】

＜第３工程＞
そして、第３工程Ｓ２３では、第２工程Ｓ２２において波形解析した結果が、予備工程Ｓ１０において求めた判定条件を満足するか否かを判定する。判定対象研磨布を用いて研磨したときの波形解析した結果が判定条件を満足していれば、この後に判定対象研磨布の使用を開始すれば、次回以降の研磨でも、半導体ウェーハの研磨結果指標が製品用ウェーハとして良好な結果になると判定することができる。逆に、判定対象研磨布を用いて研磨したときの波形解析した結果が判定条件を満足していないのであれば、次回の半導体ウェーハの研磨結果指標が必ずしも製品用ウェーハとして十分なものになるとは限らない。したがって、後者の場合、判定対象研磨布を本研磨に適用するためには、本研磨に先立って、さらなるダミー研磨処理を行う必要があると判断できる。

【0039】

なお、判定結果をディスプレイ、スピーカ、ランプ等の通知部を介してオペレータに通知してもよいし、判定結果を結果信号として研磨装置又はその制御部に通知してもよい。

【0040】

本判定方法を用いれば、あらかじめ求めた判定条件と、研磨中に得られる定盤負荷電流値とから非破壊検査でリアルタイムに判定対象研磨布を本研磨に適用開始してよいか（換言すればダミー研磨を終了してよいか）を判定することができる。次に、本発明の一実施形態に従う研磨方法を、図５のフローチャートを参照して以下で説明する。

【0041】

（半導体ウェーハの研磨方法）
本発明の一実施形態による半導体ウェーハの研磨方法は、上述した半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法に従い、判定対象研磨布（第２の半導体ウェーハ用研磨布）を使用開始可能と判定される回まではダミーウェーハ（非製品用の半導体ウェーハ）を用いて研磨を行う（Ｓ２１～Ｓ２３）。判定が完了するまではいわゆるダミー研磨を行うことに相当する。

【0042】

そして、判定対象研磨布が使用開始可能と判定された回の後に、製品用の半導体ウェーハを用いて研磨を行う（Ｓ３０）。使用開始可能と判定された回の次回から、本研磨を開始してもよいし、使用開始可能と判定された回の次回からさらに数回のダミー研磨を経て、本研磨を開始してもよい。

【0043】

本実施形態によれば、研磨布の使用開始時期を判定するために研磨を実質的に停止することなく、ダミー研磨の回数を少なくすることができる点でも、本研磨方法は有用である。

【0044】

なお、ダミーウェーハには、製品用の半導体ウェーハと同種（同素材、同形状）の半導体ウェーハを用いることができる。ただし、ダミーウェーハの厚さに関しては、研磨可能でありさえすれば、製品用の半導体ウェーハより薄くてもよい。また、判定対象研磨布及び研磨装置を汚染しなければ、不純物が付着していてもよい。製品用ウェーハと異なり、ダミーウェーハは研磨可能な厚みを有すれば、繰り返しダミーウェーハをダミー研磨に供してもよい。

【0045】

（半導体ウェーハ研磨システム）
図６を参照し、本発明の一実施形態に従う半導体ウェーハ研磨システムを説明する。半導体ウェーハ研磨システム１００は、半導体ウェーハ１９０を保持する保持部１２０と、表面に研磨布１１２が設置された定盤１１０とを有し、この研磨布１１２に半導体ウェーハ１９０を接触させて、定盤１１０及び半導体ウェーハ１９０を回転させることで、半導体ウェーハ１９０の表面を研磨する研磨処理を、同一の研磨布１１２により複数回行う。そして、この半導体ウェーハ研磨システム１００は、制御部１３０、並びに、制御部１３０を介して制御される波形解析部１４０、記憶部１５０、判定部１６０、ウェーハ交換部１７０をさらに備える。ウェーハ交換部１７０はダミーウェーハ保管部１７１及び製品用ウェーハ保管部１７２を有することができ、ダミーウェーハ保管部１７１にはダミー研磨用のダミーウェーハが格納され、製品用ウェーハ保管部１７２には本研磨用の半導体ウェーハ１９０が保管される。

【0046】

そして、記憶部１５０には、研磨布１１２と同種の研磨布を用いて少なくとも１枚以上の半導体ウェーハの表面を順次研磨したときに、各回研磨での定盤１１０の定盤負荷電流値の時間波形データを波形解析した結果と、各回研磨後の半導体ウェーハ１９０の研磨結果指標との対応関係に基づく判定条件が記憶されている。本実施形態における波形解析手法、研磨結果指標及び判定条件については上述の判定方法の実施形態におけるプレ研磨布を用いて行った場合と同様であり、詳細については既述の説明を援用する。

【0047】

制御部１３０は、まず、（ｉ）保持部１２０にダミーウェーハを保持させる。ダミーウェーハは、ウェーハ交換部１７０が有するダミーウェーハ保管部１７１から取得すればよい。

【0048】

次に、制御部１３０は、（ｉｉ）波形解析部１４０を用いて、記憶部１５０に記憶された研磨条件と同種の研磨条件を用いて、少なくとも１枚以上のダミーウェーハを順次研磨して、各回研磨での時間波形データを取得して波形解析する。波形解析部１４０が定盤負荷電流値の波形データを取得する取得部を兼ねてもよい。定盤負荷電流値は、定盤１１０を回転させるモータ等から取得することができる。

【0049】

引き続き、制御部１３０は、（ｉｉｉ）判定部１６０を用いて、ダミーウェーハを用いて波形解析した結果が、記憶部１５０に記憶された判定条件を満足するか否かを判定する。

【0050】

そして制御部１３０は、（ｉｖ）判定条件を満足した後、ウェーハ交換部１７０を用いて保持部１２０に半導体ウェーハ１９０を保持させる。したがって、研磨対象がダミーウェーハから半導体ウェーハに切り替わる。

【0051】

半導体ウェーハ研磨システム１００を用いることにより、上記研磨方法を行うことができる。

【0052】

なお、上述した判定方法、研磨方法及び研磨システムは任意の半導体ウェーハの研磨装置に用いる研磨布に適用可能であるが、特に片面研磨装置の研磨布に適用することが好ましい。

【0053】

本発明が研磨対象とする半導体ウェーハはシリコンウェーハであることが好ましいが、他にも、例えば、ＳｉＣウェーハ、サファイアウェーハなどの任意の半導体ウェーハに対しても本発明を適用することが可能である。また、半導体ウェーハはバルクのウェーハであってもよいし、その表面にホモエピタキシャル層又はヘテロエピタキシャル層が形成されていてもよいし、貼合せウェーハであってもよい。

【0054】

また、定盤１１０及び研磨布１１２には、半導体ウェーハの研磨装置に用いられる一般的な構成を適用することができる。また、片面研磨装置においては、保持部１２０に研磨ヘッドを適用することができる。両研磨装置においては保持部１２０にロボットハンド及びそれに取り付けたウェーハチャック等を適用することができ、保持部１２０を用いてキャリアプレートに半導体ウェーハ１９０を装填すればよい。

【実施例1】

【0055】

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。

【0056】

既述の予備実験例において取得した定盤負荷電流値から、ＳＡＸ法により離散パラメータ群を取得した。具体的な離散化条件は次のとおりである。定盤負荷電流値については６段階に分割し、レベルＡ～Ｆに符号化（レベルＡが低電流値領域であり、レベルＦが高電流値領域である）した。時間軸については研磨時間を正規化した後、５３区間に分割して最終６区間を除外した。ＳＡＸ法による離散化後の定盤負荷電流値のグラフを図７Ａに示し、図７Ａの各研磨回の符号出現頻度を研磨回の順序で並べた帯グラフを図７Ｂに示す。図７Ａには、既述の予備実験例と同様、３４個の波形データ（図２参照）から取得した３４個の離散パラメータ群を重ね合わせている。なお、各回研磨後のウェーハ１枚あたりのＬＰＤ個数は、既述の図４に示したとおりである。

【0057】

図４と図７Ｂとを対比し、本実施例１では、以下の３種の判定条件を得た。
・判定条件１：離散パラメータ群にレベルＥが１０個以上出現すれば、本研磨を開始可能と判定する。
研磨バッチ８回目のＬＰＤ個数がそれより前のＬＰＤ個数から急速に低減し、当該研磨バッチでレベルＥが初めて１０個以上出現したためである。
・判定条件２：離散パラメータ群にレベルＥが１０個以上出現する研磨バッチが２回連続したら本研磨を開始可能と判定する。
研磨バッチ９回目では８回目に引き続きレベルＥが１０個以上出現したためである。
・判定条件３：離散パラメータ群にレベルＦが出現すれば、本研磨を開始可能と判定する。
研磨バッチ１２回目で初めてレベルＦが出現したためである。

【0058】

本研磨開始後のＬＰＤ個数をより確実に低減するためには、判定条件３が最も好ましく、次に条件２が好ましく、条件１でも確実に本研磨開始後のＬＰＤ個数を低減できる。

【0059】

従来はダミー研磨の回数を２０回としていたところ、本実施例１の判定条件２を用いて評価を行うことによりダミー研磨を約８回で終了することができた。そして、ダミー研磨終了後のＬＰＤ個数の水準も、従来のダミー研磨を２０回としていた場合と同等であることを確認した。これにより、本発明の判定条件を適用可能であることを確認できた。

【実施例2】

【0060】

直径３００ｍｍ、総厚み７７５μｍであるシリコンウェーハを３４枚用意した。また、枚葉式の片面研磨装置の定盤に、既述の予備実験例と同型番であり、未使用状態のスウェード素材の研磨布を設置した。この枚葉式片面研磨装置を用いて、水溶性高分子成分をさらに含んだコロイダルシリカ砥粒含有アルカリ研磨液を研磨スラリーとして研磨布表面に供給しながら、１枚のシリコンウェーハの表面を化学機械研磨して、研磨を終える度にシリコンウェーハを交換して、これら３４枚のシリコンウェーハの片面研磨を同様の研磨条件で順次行った。研磨中には定盤負荷電流値を測定した。

【0061】

取得した定盤負荷電流値から、ＳＡＸ法により離散パラメータ群を取得した。具体的な離散化条件は次のとおりである。定盤負荷電流値については１０段階に分割し、レベルＡ～Ｊに符号化（レベルＡが低電流値領域であり、レベルＪが高電流値領域である）した。時間軸については研磨時間を正規化した後、５０区間に分割した。ＳＡＸ法による離散化後の定盤負荷電流値のグラフを図８Ａに示し、図８Ａの各研磨回の符号出現頻度を研磨回の順序で並べた帯グラフを図８Ｂに示す。図８Ａには、３４個の離散パラメータ群を重ね合わせている。

【0062】

また、各回研磨後のウェーハ１枚あたりのＬＰＤ個数を予備実験例と同様にして測定した。結果を図９に示す。

【0063】

図９と図８Ｂとを対比し、本実施例２では、以下の２種の判定条件を得た。
・判定条件１：離散パラメータ群にレベルＪが出現すれば、本研磨を開始可能と判定する。
研磨バッチ１０回目のＬＰＤ個数がそれより前のＬＰＤ個数から急速に低減し、当該研磨バッチでレベルＪが初めて出現したためである。
・判定条件２：離散パラメータ群にレベルＪが出現する研磨バッチが２回連続したら本研磨を開始可能と判定する。
研磨バッチ１３回目では１２回目に引き続きレベルＪが出現したためである。

【0064】

本研磨開始後のＬＰＤ個数をより確実に低減するためには、判定条件２が好ましく、判定条件１でも確実に本研磨開始後のＬＰＤ個数を低減できる。

【産業上の利用可能性】

【0065】

本発明によれば、半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期を正確かつリアルタイムに判定することのできる半導体ウェーハ用研磨布の使用開始時期の判定方法及びこれを用いた半導体ウェーハの研磨方法、並びに半導体ウェーハ研磨システムを提供することができる。

【符号の説明】

【0066】

１１０ 定盤
１１２ 半導体ウェーハ用研磨布
１２０ 保持部
１３０ 制御部
１４０ 波形解析部
１５０ 記憶部
１６０ 判定部
１７０ ウェーハ交換部
１７１ ダミーウェーハ保管部
１７２ 製品用ウェーハ保管部
１９０ 半導体ウェーハ

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図9】