特許 7363978 ウェーハ研磨条件の決定方法、ウェーハの製造方法およびウェーハ片面研磨システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-10

(45)【発行日】2023-10-18

(54)【発明の名称】ウェーハ研磨条件の決定方法、ウェーハの製造方法およびウェーハ片面研磨システム

(51)【国際特許分類】

   B24B 37/005 20120101AFI20231011BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20231011BHJP

   B24B 37/30 20120101ALI20231011BHJP

   B24B 37/24 20120101ALI20231011BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20231011BHJP

【ＦＩ】

B24B37/005 A

H01L21/304 622R

B24B37/30 E

B24B37/24 A

B24B37/10

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2022107702

(22)【出願日】2022-07-04

【審査請求日】2022-07-05

(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】110000109

【氏名又は名称】弁理士法人特許事務所サイクス

(72)【発明者】

【氏名】高橋 武士

(72)【発明者】

【氏名】江頭 悠司

(72)【発明者】

【氏名】中野 裕生

【審査官】マキロイ 寛済

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－１６７７４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０００９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００４９２８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２４Ｂ ３７／００５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

Ｂ２４Ｂ ３７／３０

Ｂ２４Ｂ ３７／２４

Ｂ２４Ｂ ３７／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨装置によってウェーハ片面を研磨する研磨条件の決定方法であって、
前記研磨装置は、少なくとも、定盤と、該定盤上に配置された研磨パッドと、該研磨パッドの上方に配置された研磨チャックと、を含み、
前記研磨チャックは、押圧面を含む一部が剛体からなるか、または、研磨チャック全体が剛体からなる研磨チャックであり、
ウェーハ研磨量面内差の目標範囲を設定すること、
ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との相関関係に基づき、前記目標範囲のウェーハ研磨量面内差を達成可能と予測されるウェーハ研磨圧力面内差の予測範囲を決定すること、および、
ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との相関関係に基づき、前記予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定すること、
を含み、
前記研磨チャックの押圧面形状は、前記研磨パッド側に対して中央部が外周部より凹んでいる凹形状であるか、または、前記研磨パッド側に対して中央部が外周部より突出している凸形状であり、
前記決定される押圧面形状値範囲は、前記凹形状の凹み深さ範囲または前記凸形状の突出高さ範囲である、前記研磨条件の決定方法。

【請求項2】

ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との前記相関関係は、比例関係である、請求項１に記載の研磨条件の決定方法。

【請求項3】

ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との前記相関関係は、ウェーハ研磨圧力面内差と前記凹み深さとの線形関係またはウェーハ研磨圧力面内差と前記突出高さとの線形関係である、請求項１に記載の研磨条件の決定方法。

【請求項4】

前記研磨チャックの押圧面形状を、径方向の断面形状を二次関数に近似して決定することを更に含む、請求項１に記載の研磨条件の決定方法。

【請求項5】

前記凹形状の凹み深さ範囲または前記凸形状の突出高さ範囲を、更に前記研磨パッドの厚さおよび硬さの一方または両方に基づき決定する、請求項１に記載の研磨条件の決定方法。

【請求項6】

実研磨に使用する研磨パッドの厚さを決定すること、および、
前記決定した研磨パッドの厚さが予め定めた基準厚さより薄い場合、前記凹形状の凹み深さ範囲または前記凸形状の突出高さ範囲をより狭い範囲に決定すること、
を更に含む、請求項５に記載の研磨条件の決定方法。

【請求項7】

実研磨に使用する研磨パッドの硬さを決定すること、および、
前記決定した研磨パッドの硬さが予め定めた基準硬さより硬い場合、前記凹形状の凹み深さ範囲または前記凸形状の突出高さ範囲をより狭い範囲に決定する、請求項５に記載の研磨条件の決定方法。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか１項に記載の研磨条件の決定方法によって研磨条件を決定すること、および、
決定された押圧面形状値範囲の形状の押圧面を有する研磨チャックを含む研磨装置によってウェーハ片面を研磨すること、
を含む、研磨面を有するウェーハの製造方法。

【請求項9】

前記研磨チャックは、凹み深さが５μｍ以上２０μｍ以下の凹形状の押圧面を有する、請求項８に記載の製造方法。

【請求項10】

前記研磨装置は、厚さが０．８６４ｍｍ±２０％であり且つヤング率０．２７ＭＰａ±２０％である研磨パッドを含む、請求項８に記載の製造方法。

【請求項11】

前記ウェーハは半導体ウェーハである、請求項８に記載の製造方法。

【請求項12】

前記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、請求項１１に記載の製造方法。

【請求項13】

少なくとも、定盤と、該定盤上に配置された研磨パッドと、該研磨パッドの上方に配置された研磨チャックと、を含む研磨装置と、
請求項１～７のいずれか１項に記載の研磨条件の決定方法によって研磨条件を決定する研磨条件決定部と、
を有する、ウェーハ片面研磨システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウェーハ研磨条件の決定方法、ウェーハの製造方法およびウェーハ片面研磨システムに関する。

【背景技術】

【0002】

ウェーハの表面を研磨する装置には、ウェーハの片面を研磨する片面研磨装置と、ウェーハの両面を研磨する両面研磨装置とがある。片面研磨装置では、通常、研磨チャックに保持されたウェーハの研磨対象表面を、定盤に貼り付けられた研磨パッドに押し付けながら、研磨チャックと定盤とをそれぞれ回転させて、ウェーハの研磨対象表面と研磨パッドとを接触させる。こうして接触する研磨対象表面と研磨パッドとの間に研磨剤を供給することにより、ウェーハの研磨対象表面を研磨することができる（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２７４０１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

片面研磨装置を用いるウェーハ研磨工程（以下、「ウェーハ片面研磨工程」とも記載する。）では、ウェーハの研磨対象表面の面内において研磨量差が生じ得る。例えば特許文献１には、面内研磨量差が生じることにより研磨後のウェーハ外周部が反り上がることを抑制するために、ウェーハとウェーハを保持するテンプレートとの間に環状のスペーサを取り付けることが提案されている（特許文献１の請求項１、段落０００９等参照）。しかし、スペーサによって面内研磨量差を制御することは、スペーサの形状、配置位置等を調整する必要があるため、容易ではない。また、研磨条件を適切に設定することがウェーハ片面研磨における面内研磨量差を制御することに寄与し得るが、従来、そのような研磨条件を見出すためには、多くの試行錯誤を繰り返さざるを得なかった。

【0005】

本発明の一態様は、適切な研磨条件を設定してウェーハ片面研磨工程において面内研磨量差を容易に制御することを可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、以下の通りである。
［１］研磨装置によってウェーハ片面を研磨する研磨条件の決定方法（以下、「研磨条件決定方法」とも記載する。）であって、
上記研磨装置は、少なくとも、定盤と、該定盤上に配置された研磨パッドと、該研磨パッドの上方に配置された研磨チャックと、を含み、
ウェーハ研磨量面内差の目標範囲を設定すること、
ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との相関関係に基づき、上記目標範囲のウェーハ研磨量面内差を達成可能と予測されるウェーハ研磨圧力面内差の予測範囲を決定すること、および、
ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との相関関係に基づき、上記予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定すること、
を含む、上記研磨条件の決定方法。
［２］ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との上記相関関係は、比例関係である、［１］に記載の研磨条件の決定方法。
［３］上記研磨チャックの押圧面形状は、上記研磨パッド側に対して中央部が外周部より凹んでいる凹形状であるか、または、上記研磨パッド側に対して中央部が外周部より突出している凸形状であり、
上記決定される押圧面形状値範囲は、上記凹形状の凹み深さ範囲または上記凸形状の突出高さ範囲である、［１］または［２］に記載の研磨条件の決定方法。
［４］ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との上記相関関係は、ウェーハ研磨圧力面内差と上記凹み深さとの線形関係またはウェーハ研磨圧力面内差と上記突出高さとの線形関係である、［３］に記載の研磨条件の決定方法。
［５］上記研磨チャックの押圧面形状を、径方向の断面形状を二次関数に近似して決定することを更に含む、［３］または［４］に記載の研磨条件の決定方法。
［６］上記凹形状の凹み深さ範囲または上記凸形状の突出高さ範囲を、更に上記研磨パッドの厚さおよび硬さの一方または両方に基づき決定する、［３］～［５］のいずれかに記載の研磨条件の決定方法。
［７］実研磨に使用する研磨パッドの厚さを決定すること、および、
上記決定した研磨パッドの厚さが予め定めた基準厚さより薄い場合、上記凹形状の凹み深さ範囲または上記凸形状の突出高さ範囲をより狭い範囲に決定すること、
を更に含む、［６］に記載の研磨条件の決定方法。
［８］実研磨に使用する研磨パッドの硬さを決定すること、および、
上記決定した研磨パッドの硬さが予め定めた基準硬さより硬い場合、上記凹形状の凹み深さ範囲または上記凸形状の突出高さ範囲をより狭い範囲に決定する、［６］または［７］に記載の研磨条件の決定方法。
［９］［１］～［８］のいずれかに記載の研磨条件の決定方法によって研磨条件を決定すること、および、
決定された押圧面形状値範囲の形状の押圧面を有する研磨チャックを含む研磨装置によってウェーハ片面を研磨すること、
を含む、研磨面を有するウェーハの製造方法。
［１０］上記研磨チャックは、凹み深さが５μｍ以上２０μｍ以下の凹形状の押圧面を有する、［９］に記載の製造方法。
［１１］上記研磨装置は、厚さが０．８６４ｍｍ±２０％であり且つヤング率０．２７ＭＰａ±２０％である研磨パッドを含む、［９］または［１０］に記載の製造方法。
［１２］上記ウェーハは半導体ウェーハである、［９］～［１１］のいずれかに記載の製造方法。
［１３］上記半導体ウェーハはシリコンウェーハである、［１２］に記載の製造方法。
［１４］少なくとも、定盤と、該定盤上に配置された研磨パッドと、該研磨パッドの上方に配置された研磨チャックと、を含む研磨装置と、
［１］～［８］のいずれかに記載の研磨条件の決定方法によって研磨条件を決定する研磨条件決定部と、
を有する、ウェーハ片面研磨システム。

【発明の効果】

【0007】

本発明の一態様によれば、適切な研磨条件を設定してウェーハ片面研磨工程において面内研磨量差を容易に制御することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】研磨装置の一例の一部概略断面図である。

【図2】押圧面形状が研磨パッド側に対して中央部が外周部より凹んでいる凹形状である研磨チャック（凹チャック）の概略断面図である。

【図3】押圧面形状が研磨パッド側に対して中央部が外周部より突出している凸形状である研磨チャック（凸チャック）の概略断面図である。

【図4】凹チャックを使用した場合および凸チャックを使用した場合のウェーハ研磨量（実測値）の面内分布を示すグラフである。

【図5】ウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力をシミュレーションで計算する際に使用した２次元軸対称モデルの概念図である。

【図6】凹チャックを使用した場合および凸チャックを使用した場合にウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力の面内分布（実測結果およびシミュレーション）を示すグラフである。

【図7】周方向平均取り代ＧＢＩＲとｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎを示す。

【図8】各種押圧面形状の研磨チャックを使用する場合にウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力をシミュレーションで計算した結果を示す。

【図9】各種押圧面形状の研磨チャックを使用する場合にウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力をシミュレーションで計算した結果を示す。

【図10】研磨チャックの押圧面について、径方向の断面形状を二次関数で近似した結果を示す。

【図11】ウェーハ研磨圧力面内差の研磨パッドの厚さ依存性および硬さ依存性を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［研磨条件決定方法］
本発明の一態様は、研磨装置によってウェーハ片面を研磨する研磨条件の決定方法に関する。
上記研磨装置は、少なくとも、定盤と、この定盤上に配置された研磨パッドと、この研磨パッドの上方に配置された研磨チャックと、を含む。
上記研磨条件決定方法は、
ウェーハ研磨量面内差の目標範囲を設定すること、
ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との相関関係に基づき、上記目標範囲のウェーハ研磨量面内差を達成可能と予測されるウェーハ研磨圧力面内差の予測範囲を決定すること、および、
ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との相関関係に基づき、上記予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定すること、
を含む。

【0010】

以下に詳述するように、本発明者は、ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差とが相関すること、および、ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値とが相関すること、を新たに見出した。上記ウェーハ研磨条件の決定方法では、それらの相関関係に基づいて、所望のウェーハ研磨量面内差を達成可能と予測される研磨条件を容易に決定することができる。

【0011】

以下、上記ウェーハ研磨条件の決定方法について、更に詳細に説明する。本発明および本明細書において、「上方」、「下面」等の表記は、研磨装置が研磨処理を行う状態に置かれたときの「上方」、「下面」等を意味する。以下では、図面に基づき説明する場合があるが、図面に示す形態は例示であって、かかる形態に本発明は限定されない。

【0012】

＜研磨対象＞
研磨対象のウェーハは、例えば半導体ウェーハであることができる。半導体ウェーハは、例えば、単結晶シリコンウェーハ等のシリコンウェーハであることができる。例えば、シリコンウェーハは、以下の方法により作製できる。単結晶シリコンインゴットをカットしてブロックを得る。単結晶シリコンインゴットは、ＣＺ法（チョクラルスキー法）、ＦＺ法（浮遊帯域溶融（Ｆｌｏａｔｉｎｇ Ｚｏｎｅ）法）等の公知の方法で育成できる。得られたブロックをスライスしてウェーハとする。このウェーハに各種加工を施すことにより、シリコンウェーハを作製することができる。上記加工としては、面取り加工、平坦化加工（ラップ、研削、研磨）等を挙げることができる。上記研磨条件決定方法により研磨条件が決定されるウェーハ片面研磨工程は、例えば、これらのウェーハ加工の最終工程である仕上げ研磨工程における研磨方法として好適である。

【0013】

＜研磨装置＞
（研磨装置の構成例）
上記研磨装置は、ウェーハ片面研磨装置であり、少なくとも、定盤と、この定盤上に配置された研磨パッドと、この研磨パッドの上方に配置された研磨チャックと、を含む。かかる研磨装置の一例の一部概略断面図を図１に示す。

【0014】

図１に示す研磨装置１は、定盤１１、研磨パッド１２および研磨チャック１４を有し、更に、バックパッド１３を有する。図１中の矢印は、研磨チャック１４の上部が加圧されている状態を模式的に示している。

【0015】

研磨装置１は、定盤１１および研磨チャック１４を、それぞれ回転機構（図示は省略）により回転させながら、研磨対象のウェーハＷの研磨対象表面と定盤１１上に貼り合わされた研磨パッド１２とを摺接させる。研磨装置の研磨剤供給機構（図示は省略）から排出される研磨剤が、ウェーハＷの研磨対象表面（ウェーハＷの下面）と研磨パッド１２との間に供給され、ウェーハＷの研磨対象表面が研磨される。研磨剤としては、ＣＭＰ（ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）に通常使用される研磨スラリーを用いることができる。

【0016】

研磨チャック１４は、下面１４ａを含む一部が剛体からなるか、または研磨チャック全体が剛体からなる研磨チャックであることができる。剛体は、例えばセラミックス（ｃｅｒａｍｉｃｓ）であることができる。研磨チャック１４の下面１４ａは、バックパッド１３を介してウェーハＷを押圧する押圧面である。研磨装置１では、研磨チャック１４の押圧面（下面）１４ａに、バックパッド１３が貼り合わされている。バックパッド１３は、接着剤の使用等の公知の方法によって研磨チャック１４の押圧面１４ａと貼り合わせることができる。バックパッド１３としては、例えば、水を含むと水の表面張力により吸着性を示す材料（例えば発泡ポリウレタン等）製の円盤状の板を用いることができる。これにより、研磨時に水を含んだバックパッド１３にウェーハＷを保持させること（所謂水張り）ができる。

【0017】

（研磨チャックの押圧面形状）
図１に示す研磨装置１において、研磨チャック１４の押圧面１４ａの面形状は平面である。ただし、上記研磨条件決定方法により研磨条件が決定されるウェーハ片面研磨工程において使用される研磨装置では、研磨チャックの押圧面形状は、平面に限定されず、一形態では研磨パッド側に対して中央部が外周部より凹んでいる凹形状であることができ、他の一形態では研磨パッド側に対して中央部が外周部より突出している凸形状であることができる。なお、研磨チャックの押圧面は、通常、平面視は円形である。本発明および本明細書における形状に関する記載は、通常生じ得る誤差を許容するものとする。例えば、円形は、完全な円形に加えて、研磨チャックの製造時等に通常生じ得る範囲で円形から形状誤差が生じた形状も包含するものとする。以下において、押圧面形状が研磨パッド側に対して中央部が外周部より凹んでいる凹形状である研磨チャックを「凹チャック」と呼び、押圧面形状が研磨パッド側に対して中央部が外周部より突出している凸形状である研磨チャックを「凸チャック」と呼ぶ。

【0018】

図２は、押圧面形状が研磨パッド側に対して中央部が外周部より凹んでいる凹形状である研磨チャック（凹チャック）２４の概略断面図である。図２中、矢印で示す方向が、研磨パッド側である。この点は、後述の図３についても同様である。凹形状について、「凹み深さ」は、押圧面の中央部と外周部との鉛直方向距離であり、例えば図２に示す深さＤである。凹み深さは、例えば０μｍ超５０μｍ以下の範囲であることができるが、この範囲に限定されるものではない。

【0019】

図３は、押圧面形状が研磨パッド側に対して中央部が外周部より突出している凸形状である研磨チャック（凸チャック）３４の概略断面図である。凸形状について、「突出高さ」は、押圧面の中央部と外周部との鉛直方向距離であり、例えば図３に示す高さＨである。突出高さは、例えば０μｍ超３０μｍ以下の範囲であることができるが、この範囲に限定されるものではない。

【0020】

＜研磨条件の決定の具体例＞
本発明者は、適切な研磨条件を設定してウェーハ片面研磨工程において面内研磨量差を容易に制御することを可能にするために鋭意検討を重ねる中で、以下の測定およびシミュレーションを行った。

【0021】

直径３００ｍｍのシリコンウェーハのウェーハ片面研磨工程を、凹チャックおよび凸チャックをそれぞれ使用して実施した。使用した凹チャックは、図２に示す凹み深さＤが１０μｍの凹チャックであり、使用した凸チャックは、図３に示す突出高さＨが２μｍの凸チャックである。研磨パッドとしては、厚さが０．４８６ｍｍであり、ヤング率が０．２７ＭＰａの研磨パッドを使用した。

【0022】

図４は、凹チャックを使用した場合および凸チャックを使用した場合のウェーハ研磨量（相対値）の面内分布を示すグラフである。研磨量は、研磨前のウェーハ厚さと研磨後のウェーハ厚さとの差分（「研磨前のウェーハ厚さ」－「研磨後のウェーハ厚さ」）として求めることができる。図４中、ウェーハ研磨量は、ウェーハ研磨量の狙い値を基準とした相対値として示されている。図４に示すグラフから、凸チャックを使用した場合、外周部の研磨量と比べて中心部の研磨量が多いことが確認できる。また、図４に示すグラフから、凹チャックを使用した場合、凸チャックを使用した場合と比べて、ウェーハ面内の研磨量の差が小さいことが確認できる。

【0023】

本発明者は、図５に概念図を示す２次元軸対称モデルを用いて、上記凹チャックを用いたウェーハ片面研磨工程および上記凸チャックを用いたウェーハ片面研磨工程において、研磨チャックに圧力Ｐを加えた状態について、ウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力をシミュレーションで計算した。シミュレーションは、厚さが０．４８６ｍｍであり、ヤング率が０．２７ＭＰａの研磨パッドを使用した場合について行った。圧力のシミュレーションは、ダッソー・システムズ社製ＡＢＡＱＵＳ（汎用非線形構造解析ソフト）を使用して圧力計算（有限要素法）によって行った。
また、先に記載したウェーハ片面研磨工程で使用した研磨装置において、定盤を固定し、研磨チャックに上記シミュレーションと同じ圧力Ｐを加えた状態においてウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力を市販の面圧シートを用いて実測した。実測では、繰り返し測定回数Ｎ＝３でデータを平均し、更に周方向で平均した圧力分布を求めた。

【0024】

図６は、凹チャックを使用した場合および凸チャックを使用した場合にウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力の面内分布（実測結果およびシミュレーション）を示すグラフである。図６中、圧力は、上記圧力Ｐを基準とした相対値として示されている。図６より、シミュレーションでの計算結果がおおよそ実測結果を再現していることが確認できる。また、図４および図６から、凸チャックを使用した場合と比べてウェーハ面内の研磨量差が小さい凹チャックを使用した場合において、ウェーハ面内の圧力差も凸チャックを使用した場合より小さいことが確認できる。

【0025】

図７は、周方向平均取り代ＧＢＩＲとｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎを示す。縦軸の周方向平均取り代ＧＢＩＲとは、図４の周方向平均をとった研磨量の最大値と最小値との差である。横軸のｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎとは、図６に示すシミュレーションで得られた圧力分布の最大値と最小値との差である。十分なシミュレーション精度および測定精度を確保するために、計算にはウェーハの端から５ｍｍを除去したデータを用いた。図７中、左側のプロットが凹チャックを使用した場合の結果を示し、右側のプロットが凸チャックを使用した場合の結果を表す。図７より、ウェーハ面内の圧力分布がより均一であるほど、ウェーハ面内の研磨量がより均一になることが確認できる。

【0026】

以上の結果から、ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との間には相関関係が存在することが確認できる。図７に示す結果から、その相関関係は比例関係であり得ることも確認できる。例えば、図７に基づくと、ウェーハ研磨量面内差の目標範囲を「周方向平均取り代ＧＢＩＲ＜３０ｎｍ」に設定すれば、この目標範囲のウェーハ研磨量面内差は、ウェーハ研磨圧力面内差を「ｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎ＜１．５ｋＰａ」とすることで達成可能と予測することができる。

【0027】

本発明者は更に、ウェーハ片面研磨工程について、ウェーハの研磨対象表面にかかる圧力分布の研磨チャックの押圧面形状依存性を検討するために、以下のシミュレーションも行った。シミュレーションでは、図５に概念図を示す２次元軸対称モデルを用いて、ダッソー・システムズ社製ＡＢＡＱＵＳ（汎用非線形構造解析ソフト）を使用し、圧力計算は有限要素法によって行った。

【0028】

直径３００ｍｍのシリコンウェーハのウェーハ片面研磨工程について、図５に概念図を示す２次元軸対称モデルを用いて、各種押圧面形状の研磨チャックを使用し、厚さが０．４８６ｍｍであり、ヤング率が０．２７ＭＰａの研磨パッドを使用する場合にウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力をシミュレーションで計算した。シミュレーション結果を図８に示す。
上記の各種押圧面形状の研磨チャックは、
押圧面形状が平面の研磨チャック（後述の図８中、「ｆｌａｔ」）、
図２に示す凹み深さＤが１０μｍ、２０μｍ、３０μｍ、４０μｍの凹チャック（図８中、凹１０μｍ、凹２０μｍ、凹３０μｍ、凹４０μｍ）、
図３に示す突出高さＨが１０μｍ、２０μｍの凸チャック（図８中、凸１０μｍ、凸２０μｍ）、
である。

【0029】

図８および図９は、各種押圧面形状の研磨チャックを使用する場合にウェーハの研磨対象表面に掛かる圧力をシミュレーションで計算した結果を示す。
図８は、計算によって得られた圧力の面内分布である。研磨チャックの押圧面形状が凹形状から凸形状に変化するにしたがって、圧力の面内分布も同様の傾向で変化している。このようにウェーハ研磨圧力面内差（例えばｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎ）と研磨チャックの押圧面形状値とが相関することが確認できる。
図９は、図８で求めた圧力の面内分布から、先に記載したようにｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎを計算し、研磨チャックの押圧面形状値についてプロットしたグラフである。この押圧面形状値とは、上記の凹み深さまたは突出高さであり、平面の場合は０μｍである。図９中、点線Ｌ１は、研磨チャックの押圧面形状値が－２０μｍ（凹２０μｍ）、研磨チャックの押圧面形状値が－３０μｍ（凹３０μｍ）および研磨チャックの押圧面形状値が－４０μｍ（凹４０μｍ）の３点のプロットを通る直線である。図９中、点線Ｌ２は、研磨チャックの押圧面形状値が０μｍ（ｆｌａｔ）、研磨チャックの押圧面形状値が１０μｍ（凸１０μｍ）および研磨チャックの押圧面形状値が２０μｍ（凸２０μｍ）の３点のプロットを通る直線である。図９より、ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値とが相関し、線形関係が成り立つと言えることが確認できる。具体的には、ウェーハ研磨圧力面内差と凹チャックの凹形状の凹み深さとの間に線形関係が存在すると言うことができ、ウェーハ研磨圧力面内差と凸チャックの凸形状の突出高さとの間に線形関係が存在すると言うことができる。より詳しくは、研磨チャックの押圧面形状値が－１３μｍから－４０μｍまでの場合には図９中の点線Ｌ１により示される線形関係が存在し、研磨チャックの押圧面形状値が－１３μｍから０μｍまでの場合および０μｍから２０μｍの場合には図９中の点線Ｌ２により示される線形関係が存在するということができる。
先に記載したように、例えば、図７に基づき、ウェーハ研磨量面内差の目標範囲を「周方向平均取り代ＧＢＩＲ＜３０ｎｍ」に設定すれば、この目標範囲のウェーハ研磨量面内差は、ウェーハ研磨圧力面内差を「ｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎ＜１．５ｋＰａ」とすることで達成可能と予測することができる。更に、図９の点線Ｌ１により表される線形関係およびＬ２により表される線形関係に基づけば、「ｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎ＜１．５ｋＰａ」のウェーハ研磨圧力面内差の予測範囲は、凹形状の凹み深さが４μｍ以上２１μｍ以下（図９中、研磨チャックの押圧面形状値が－４μｍから－２１μｍまでの範囲）の凹チャックを使用することによって達成可能と予測することができる。
なお、図９には、複数のプロットを通る直線として点線Ｌ１および点線Ｌ２を示した。ただし、上記線形関係は、かかる例に限定されるものではない。例えば、複数のプロットについて最小二乗法等の公知のフィッティング処理によって線形近似を行い一次関数を取得し、この一次関数によって表される線形関係に基づき、上記予測を行うこともできる。

【0030】

一形態では、研磨チャックの押圧面形状を、径方向の断面形状を二次関数に近似して決定することができる。かかる二次関数による近似は、例えば以下のように行うことができる。

【0031】

研磨チャックの押圧面（平面視が円形）について、最外周位置を半径ｒ＝１６７．５ｍｍの位置とし、押圧面中心と最外周位置との鉛直方向距離を、凹チャックについては凹形状の凹み深さ、凸チャックについては凸形状の突出高さとする。また、以下では、突出高さを正（＋）の値、凹み深さを負（－）の値として表記する。平面、突出高さ１０μｍ、突出高さ２０μｍ、凹み深さ１０μｍ、凹み深さ２０μｍ、凹み深さ３０μｍ、凹み深さ４０μｍの押圧面形状は、押圧面形状値（具体的には突出高さまたは凹み深さ）が決定されば、二次関数として次の式：「ｙ＝ａ＊ｒ^２＋ｂ」を用いて、押圧面の面内各部における押圧面中心との鉛直方向距離を「ｙ」として算出し、算出値を２次元軸対称モデルに適用することで決定することができる。上記式中、ｂは相対高さまたは相対深さを表す。押圧面形状値をＣとすると、ａは、ａ＝Ｃ／（１６７．５）^２により求められる。具体的には、上記の各押圧面形状値の押圧面の形状を算出するための上記式中のａおよびｂは、以下の表１に示す値となる。なお、表１中、「Ｅ－０７」等の表示は、公知の通り指数表示である。表１に示すａおよびｂを用いて上記式によって算出されたｙの算出値を半径方向にプロットして作成された、研磨チャックの押圧面の径方向の断面形状を図１０に示す。

【0032】

【表1】

【0033】

以上説明したように、本発明者の鋭意検討の結果、ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差とが相関すること、および、ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値とが相関すること、が新たに見出された。それらの相関関係に基づいて、以下の手順にしたがい、所望のウェーハ研磨量面内差を達成可能と予測される研磨条件を容易に決定することができる。
まず、ウェーハ研磨量面内差の目標範囲を設定する。ウェーハ研磨量面内差の目標範囲は、実研磨を経て製造されるウェーハに望まれる品質に応じて設定することができる。研磨量面内差がより小さいウェーハ片面研磨工程を行う観点からは、ウェーハ研磨量面内差の目標範囲をより小さく設定することは望ましい。実研磨とは、製品製造のために実際に行われる研磨をいうものとする。
上記目標範囲の設定後、ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との相関関係に基づき、上記記目標範囲のウェーハ研磨量面内差を達成可能と予測されるウェーハ研磨圧力面内差の予測範囲を決定する。
更にその後、ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との相関関係に基づき、上記予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定する。

【0034】

例えば、一形態では、研磨パッドの厚さおよび硬さを特定の値として、上記のようなシミュレーションによって、ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との相関関係情報（例えばグラフ、関係式等）および研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との相関関係情報（例えばグラフ、関係式等）を取得することができる。そして、取得した相関関係情報に基づき、上記の手順にしたがい、所望のウェーハ研磨量面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定することができる。

【0035】

また、一形態では、更に研磨パッドの厚さおよび硬さの一方に基づき、研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定することができる。この点について、以下に更に詳細に説明する。

【0036】

図１１は、ウェーハ研磨圧力面内差の研磨パッドの厚さ依存性および硬さ依存性を示すグラフである。図１１は、以下のように作成されたグラフである。
先に記載したシミュレーションは、厚さ（以下、「基準厚さ」）が０．４８６ｍｍであり、ヤング率（以下、「基準硬さ」）が０．２７ＭＰａの研磨パッドを使用した場合について行った。先に記載したシミュレーションを、研磨パッドの厚さまたは硬さ（具体的にはヤング率）を変更して実施した。具体的には、研磨パッドの厚さおよびヤング率を、それぞれ基準値（基準厚さ、基準硬さ）±２０％振った場合のウェーハにかかる圧力分布を計算し、ｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎ＝１．５ｋＰａとなる凹み深さ、突出高さの上限値を図１１にプロットした。
図１１に示すように、研磨パッドの厚さが薄くなるほど、研磨パッドの硬さが硬くなるほど、「ｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎ＜１．５ｋＰａ」となる研磨チャックの押圧面形状値（凹み深さまたは突出高さ）の範囲は狭くなる。図１１に示す例では、「ｐ＿ｍａｘ－ｐ＿ｍｉｎ＜１．５ｋＰａ」となる研磨チャックの押圧面形状値の範囲は、凹形状で５μｍ以上２０μｍ以下である。

【0037】

以上の結果から、研磨パッドの厚さが薄いほど、予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲は、より狭い範囲に設定することが好ましいことが確認できる。また、研磨パッドの硬さが硬いほど、予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲は、より狭い範囲に設定することが好ましいことが確認できる。
したがって、例えば、実研磨に使用する研磨パッドの厚さを決定した後、決定した研磨パッドの厚さが予め定めた基準厚さより薄い場合、凹チャックの凹形状の凹み深さ範囲または凸チャックの凸形状の突出高さ範囲をより狭い範囲に決定することができる。例えば、実研磨に使用する研磨パッドの硬さを決定した後、決定した研磨パッドの硬さが予め定めた基準硬さより硬い場合、凹チャックの凹形状の凹み深さ範囲または凸チャックの凸形状の突出高さ範囲をより狭い範囲に決定することができる。上記の基準厚さおよび基準硬さは、例えば、先に記載した相関関係情報取得のためのシミュレーションで採用した厚さおよび硬さであることができる。

【0038】

＜研磨面を有するウェーハの製造方法＞
本発明の一態様は、上記研磨条件決定方法によって研磨条件を決定すること、および、決定された押圧面形状値範囲の形状の押圧面を有する研磨チャックを含む研磨装置によってウェーハ片面を研磨すること、を含む、研磨面を有するウェーハの製造方法に関する。

【0039】

上記製造方法では、先に記載したように決定された押圧面形状値範囲の形状の押圧面を有する研磨チャックを含む研磨装置によってウェーハ片面を研磨すること以外、研磨面を有するウェーハの製造方法に関する公知技術を適用することができる。研磨対象のウェーハ、研磨装置の構成、研磨処理等の詳細については、先の記載を参照できる。

【0040】

上記製造方法の一形態では、先に記載した決定結果に基づき、凹み深さが５μｍ以上２０μｍ以下の凹形状の押圧面を有する研磨チャックを用いることができる。また、一形態では、先に記載したシミュレーション結果に基づき、研磨パッドとして、厚さが０．８６４ｍｍ±２０％であり且つヤング率０．２７ＭＰａ±２０％である研磨パッドを用いることができる。

【0041】

また、本発明の一態様は、 凹み深さが５μｍ以上２０μｍ以下の凹形状の押圧面を有する研磨チャックと、厚さが０．８６４ｍｍ±２０％であり且つヤング率０．２７ＭＰａ±２０％である研磨パッドと、を含む研磨装置によってウェーハ片面を研磨することを含む、研磨面を有するウェーハの製造方法に関する。かかる製造方法について、詳細は先の記載を参照できる。

【0042】

＜ウェーハ片面研磨システム＞
本発明の一態様は、少なくとも、定盤と、この定盤上に配置された研磨パッドと、この研磨パッドの上方に配置された研磨チャックと、を含む研磨装置と、上記研磨条件決定方法によって研磨条件を決定する研磨条件決定部と、を有する、ウェーハ片面研磨システムに関する。

【0043】

上記研磨条件決定部では、例えば、ウェーハ研磨量面内差の目標範囲を入力すると、先に記載したように取得されたウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との相関関係情報（例えばグラフ、関係式等）および研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との相関関係情報（例えばグラフ、関係式等）から、予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定することができる。また、更に研磨パッドの厚さおよび硬さの一方または両方に基づき、予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定することができる。研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定のための各種計算は、公知の計算ソフトを用いて行うことができる。

【0044】

上記システムでは、上記研磨条件決定部において研磨チャックの押圧面形状値を決定することができ、更には、先に記載したように径方向の断面形状を二次関数に近似することによって研磨チャックの押圧面形状を決定することもできる。例えば、こうして決定された押圧面形状を有する研磨チャックを、複数の研磨チャックの中から選択して自動または手動で研磨装置に装着させてウェーハ片面研磨工程を実施することができる。

【産業上の利用可能性】

【0045】

本発明の一態様は、シリコンウェーハ等の半導体ウェーハの技術分野において有用である。

【要約】

【課題】適切な研磨条件を設定してウェーハ片面研磨工程において面内研磨量差を容易に制御することを可能にすること。
【解決手段】研磨装置によってウェーハ片面を研磨する研磨条件の決定方法。上記研磨装置は、少なくとも、定盤と、この定盤上に配置された研磨パッドと、この研磨パッドの上方に配置された研磨チャックと、を含む。上記研磨条件決定方法は、ウェーハ研磨量面内差の目標範囲を設定すること、ウェーハ研磨量面内差とウェーハ研磨圧力面内差との相関関係に基づき、上記目標範囲のウェーハ研磨量面内差を達成可能と予測されるウェーハ研磨圧力面内差の予測範囲を決定すること、および、ウェーハ研磨圧力面内差と研磨チャックの押圧面形状値との相関関係に基づき、上記予測範囲のウェーハ研磨圧力面内差を達成可能と予測される研磨チャックの押圧面形状値範囲を決定すること、を含む。
【選択図】なし

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】