JP6491812B2 - メンブレン、研磨ヘッド、ワークの研磨装置及び研磨方法、並びに、シリコンウェーハ - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウェーハなどの円盤状のワークを片面研磨するための研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレン、並びに、所定の平坦度を有するシリコンウェーハに関するものである。
研磨に供するワークの典型例であるシリコンウェーハなどの半導体ウェーハの製造において、近年、半導体素子の微細化や半導体ウェーハの大口径化などの背景から、露光時における半導体ウェーハの平坦度に対する要求が厳しくなってきている。
従来、ワークの片面を研磨する技術として、メンブレンによりワークを裏面から押圧するワークの研磨方法が知られている。例えば、特許文献１では、剛性リングに接着されたメンブレンの平面度を４０μｍ以下にすることにより、ワーク全面における研磨の取代を均一にして、研磨されるワークの平坦度を向上させることが提案されている。
しかしながら、本発明者らが検討を重ねた結果、特許文献１に記載の手法では、ワークの外周部の研磨取代が小さくなる傾向にあり、研磨後のワークの平坦度が十分でないということが新たに判明した。さらに、特許文献１に記載の手法では、所望の平面度を有するメンブレンを作製する際に、金型を用いて剛性リングと一体成型するため、メンブレンの交換の際には、剛性リングごと再作製する必要があり、コストの増大を招くという問題があった。
本発明は、上記の問題を解決しようとするものであり、その目的は、平坦度の高いワークを得ることのできるワークの研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレンを提供することにある。また、本発明は、所定の平坦度を有するシリコンウェーハを提供することも目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、研磨に供するメンブレンの厚みは、その径方向に所定の不均一性を有する方が、より平坦度の高いワークを得るために有効であるという新規知見を得て本発明を完成するに至った。
本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
本発明の研磨ヘッド用のメンブレンは、円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドの下面に取り付けられ、該ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する可撓性材料からなるメンブレンであって、
前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄いことを特徴とする。
ここで、「メンブレンのワークへの接触領域」とは、円盤状のメンブレンの中心を円の中心として、研磨に供するワークの半径と同一の大きさの半径を有する円で囲まれる領域をいうものとする。
本発明の研磨ヘッド用のメンブレンは、円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドの下面に取り付けられ、該ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する可撓性材料からなるメンブレンであって、
前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄いことを特徴とする。
ここで、「メンブレンのワークへの接触領域」とは、円盤状のメンブレンの中心を円の中心として、研磨に供するワークの半径と同一の大きさの半径を有する円で囲まれる領域をいうものとする。
また、本発明の研磨ヘッド用のメンブレンにおいては、前記接触領域内において、前記メンブレンの径方向における最大厚みをＴｒｍａｘ、最小厚みをＴｒｍｉｎ、平均厚みをＴｒａｖｅとし、前記メンブレンの径方向における厚みの均一性ｈｒ（％）を、関係式（１）、
ｈｒ＝｛（Ｔｒｍａｘ−Ｔｒｍｉｎ）／Ｔｒａｖｅ｝×１００
で定義するとき、ｈｒは、２．８％以上であることが好ましい。
なお、メンブレンの径方向における最大厚みをＴｒｍａｘ、最小厚みをＴｒｍｉｎ、平均厚みをＴｒａｖｅとは、メンブレンの直径での最大厚み、最小厚み、平均厚みをいうものとする。
ｈｒ＝｛（Ｔｒｍａｘ−Ｔｒｍｉｎ）／Ｔｒａｖｅ｝×１００
で定義するとき、ｈｒは、２．８％以上であることが好ましい。
なお、メンブレンの径方向における最大厚みをＴｒｍａｘ、最小厚みをＴｒｍｉｎ、平均厚みをＴｒａｖｅとは、メンブレンの直径での最大厚み、最小厚み、平均厚みをいうものとする。
さらに、本発明の研磨ヘッド用のメンブレンにあっては、前記メンブレンの厚みは、該メンブレンの中心から前記接触領域の外縁まで、径方向外側に向かうにつれて漸減することが好ましい。
加えて、本発明の研磨ヘッド用のメンブレンでは、前記メンブレンの前記接触領域の外縁から径方向内側に５ｍｍの円周上において、前記メンブレンの周方向における最大厚みをＴｃｍａｘ、最小厚みをＴｃｍｉｎ、平均厚みをＴｃａｖｅとし、前記メンブレンの周方向における厚みの均一性ｈｃ（％）を、関係式（２）、
ｈｃ＝｛（Ｔｃｍａｘ−Ｔｃｍｉｎ）／Ｔｃａｖｅ｝×１００
で定義するとき、ｈｃは、１０．２％以下であることが好ましい。
ｈｃ＝｛（Ｔｃｍａｘ−Ｔｃｍｉｎ）／Ｔｃａｖｅ｝×１００
で定義するとき、ｈｃは、１０．２％以下であることが好ましい。
ここで、本発明の研磨ヘッドは、円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドであって、上記メンブレンと、前記メンブレンの外縁部を保持する保持プレートと、前記メンブレンに圧力を供給する圧力供給部と、を備えたことを特徴とする。
また、本発明のワークの研磨装置は、円盤状のワークの研磨装置であって、上面に前記研磨パッドが貼布されている定盤と、前記定盤の上方に設けられた、上記研磨ヘッドと、を備えたことを特徴とする。
ここで、本発明のワークの研磨方法は、円盤状のワークの研磨方法であって、
研磨ヘッドの下面に取り付けられた可撓性材料からなるメンブレンに圧力を供給して、該メンブレンにより前記ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する工程と、
前記研磨ヘッドを回転させて前記ワークを研磨する工程と、を含み、
前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄いことを特徴とする。
研磨ヘッドの下面に取り付けられた可撓性材料からなるメンブレンに圧力を供給して、該メンブレンにより前記ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する工程と、
前記研磨ヘッドを回転させて前記ワークを研磨する工程と、を含み、
前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄いことを特徴とする。
さらに、本発明のシリコンウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上のシリコンウェーハであって、ＳＥＭＩ規格により定義されるＧＢＩＲが０．２μｍ以下、且つ、前記シリコンウェーハの外縁から径方向内側に２ｍｍの領域を除外した、ＳＥＭＩ規格により定義されるＳＦＱＲの最大値が０．０４μｍ以下であることを特徴とする。
ここで、ＧＢＩＲ（Ｇｒｏｂａｌ ＢａｃｋｓｉｄｅＩｄｅａｌ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅＲａｎｇｅ）は、具体的には、シリコンウェーハの裏面を完全に吸着したと仮定した場合におけるシリコンウェーハの裏面を基準として、シリコンウェーハ全体の最大変位と最小変位との差を算出することにより求められる。
また、ＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒａｎｇｅ）とは、設定されたサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、この平面からの＋側（すなわち、ウェーハの主表面を上に向け水平に置いた場合の上側）、−側（同下側）の各々の最大変位量の絶対値の和で表したサイト毎に評価された値のことであり、ＳＦＱＲの最大値とは、ウェーハ上の全サイトのＳＦＱＲの中の最大値のことである。本発明で規定する、平坦度ＳＦＱＲｍａｘは、平坦度測定器（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）を用い、２６×８ｍｍ２のサイトサイズ内を測定したときの値である。
ここで、ＧＢＩＲ（Ｇｒｏｂａｌ ＢａｃｋｓｉｄｅＩｄｅａｌ ｆｏｃａｌ ｐｌａｎｅＲａｎｇｅ）は、具体的には、シリコンウェーハの裏面を完全に吸着したと仮定した場合におけるシリコンウェーハの裏面を基準として、シリコンウェーハ全体の最大変位と最小変位との差を算出することにより求められる。
また、ＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ Ｆｒｏｎｔ Ｌｅａｓｔ Ｓｑｕａｒｅｓ Ｒａｎｇｅ）とは、設定されたサイト内でデータを最小二乗法にて算出したサイト内平面を基準平面とし、この平面からの＋側（すなわち、ウェーハの主表面を上に向け水平に置いた場合の上側）、−側（同下側）の各々の最大変位量の絶対値の和で表したサイト毎に評価された値のことであり、ＳＦＱＲの最大値とは、ウェーハ上の全サイトのＳＦＱＲの中の最大値のことである。本発明で規定する、平坦度ＳＦＱＲｍａｘは、平坦度測定器（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）を用い、２６×８ｍｍ２のサイトサイズ内を測定したときの値である。
本発明によれば、平坦度の高いワークを得ることのできるワークの研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレンを提供することができる。また、本発明によれば、所定の平坦度を有するシリコンウェーハを提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して詳細に例示説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置１を示す概略断面図である。図１に示すように、この両面研磨装置１は、研磨ヘッド２と、定盤３とを有している。研磨ヘッド２は、定盤３の上方に設けられており、定盤３の上面には、研磨パッド４が貼布されている。また、定盤３は、該定盤３を回転させる（図示しない）モータ等に接続されている。
図１は、本発明の一実施形態にかかるワークの両面研磨装置１を示す概略断面図である。図１に示すように、この両面研磨装置１は、研磨ヘッド２と、定盤３とを有している。研磨ヘッド２は、定盤３の上方に設けられており、定盤３の上面には、研磨パッド４が貼布されている。また、定盤３は、該定盤３を回転させる（図示しない）モータ等に接続されている。
ここで、図１に示すように、研磨ヘッド２は、他の構成要素を取り囲むハウジング頂部５ａ及びハウジング側部５ｂを備え、研磨ヘッド２を回転させるためのモータ等（図示せず）に接続された軸６を備えている。このハウジング５ａ、５ｂにより内部の構成要素は不所望な露出や摩耗から防止される。
図１に示すように、研磨ヘッド２は、円盤状のワーク（この例ではシリコンウェーハ）Ｗを取り囲むリテーナリング７を有している。このリテーナリング７は、シリコンウェーハＷが研磨ヘッド２から脱落しないように保持する。また、図１に示すように、リテーナリング７は、ハウジング側部５ｂの下方に連結されている。
ここで、図１に示すように、研磨ヘッド２は、ハウジング５ａ、５ｂの内部に円盤状部材８、リング状部材９、円盤状の保持プレート１０を有する内部ヘッド１２を備えている。また、研磨ヘッド２の下面となる内部ヘッド１２の下面には、シリコンウェーハＷの裏面（研磨面を表側とする）を接触保持して研磨パッド４に押圧するメンブレン１１が取り付けられている。このメンブレン１１は、可撓性材料からなる。図１に示すように、リング状部材９は、円盤状部材８の下面に連結されており、リング状部材９の下面には、保持プレート１０がねじ止めされて連結されている。そして、メンブレン１１の外縁部は、リング状部材９及び保持プレート１０に挟み込まれるようにして保持され、固定されている。
また、図１に示すように、ハウジング側部５ｂと内部ヘッド１２は、可撓性部材１３により接続されている。これにより、ハウジング頂部５ａ、ハウジング側部５ｂ、円盤状部材８、及び可撓性部材１３により、第１圧力供給部１４が区画形成されている。図１に示すように、軸６及びハウジング頂部５ａには、第１エア供給ライン１５が形成され、第１圧力供給部１４は、この第１エア供給ライン１５を介して、図示しない第１エア供給装置に接続されている。この構成により、第１エア供給装置からのエアの供給によって、第１圧力供給部１４内の体積が膨張し、可撓性部材１３が撓み、該可撓性部材１３に接続された内部ヘッド１２が図示の下方に押圧される。なお、内部ヘッド１２の下方への移動は、ストッパ１８により、所定の範囲内に制限され、従って、シリコンウェーハＷへの押圧力も所定の範囲内に制限される。
図１に示すように、メンブレン１１は、その外縁部が保持プレート１０の上方で保持されつつ、シリコンウェーハＷに接触可能な領域が保持プレート１０の下方で延在している。そして、図１に示すように、円盤状部材８、リング状部材９、保持プレート１０、及びメンブレン１１により、第２圧力供給部１６が区画形成されている。
図１に示すように、軸６及びハウジング頂部５ａ、円盤状部材８、及び保持プレート１０には、第２エア供給ライン１７が形成され、第２圧力供給部１６は、この第２エア供給ライン１７を介して、図示しない第２エア供給装置に接続されている。この構成により、第２エア供給装置からのエアの供給によって、第２圧力供給部１６内の体積が膨張し、メンブレン１１が撓む。このように、第２圧力供給部１６によってメンブレン１１をシリコンウェーハＷの方向へ付勢するように圧力を加えつつ、第１圧力供給部１４によりメンブレン１１が設けられた内部ヘッド１２をシリコンウェーハＷの方向へ付勢するように圧力を加えることにより、メンブレン１１をシリコンウェーハＷの裏面に圧接させることができる。これにより、シリコンウェーハＷを研磨パッド４が配置されている図示の下方に押圧することができる。
このようにして、シリコンウェーハＷに圧力を加えつつ、研磨パッド４上に研磨スラリーを供給しながら研磨ヘッド２及び定盤３をそれぞれ回転させることにより、研磨パッド４とシリコンウェーハＷの表側の面を摺動させて、シリコンウェーハＷの片面を研磨することができる。
このようにして、シリコンウェーハＷに圧力を加えつつ、研磨パッド４上に研磨スラリーを供給しながら研磨ヘッド２及び定盤３をそれぞれ回転させることにより、研磨パッド４とシリコンウェーハＷの表側の面を摺動させて、シリコンウェーハＷの片面を研磨することができる。
さて、本実施形態においては、メンブレン１１の、シリコンウェーハＷへの接触領域のうち、該接触領域の外縁からメンブレン１１の径方向内側に２０ｍｍまでの領域をメンブレン１１の外周部とし、メンブレン１１の中心から径方向外側に２０ｍｍまでの領域をメンブレン１１の内周部とするとき、メンブレン１１の外周部における最大厚みが、メンブレン１１の内周部における最小厚みより薄いことが肝要である。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
以下、本実施形態の作用効果について説明する。
図２（ａ）〜（ｃ）は、第２圧力供給部１６にエアを供給した際に、外縁部が保持プレート１０に保持されたメンブレン１１がシリコンウェーハＷに圧接する様子を示す模式図である。
図２（ａ）は、メンブレン１１の厚みが外周部と内周部とでほぼ同等の場合を示している。図２（ａ）に示すように、メンブレン１１の外縁部は、保持プレート１０により保持され、固定されているため、可撓性部材であるメンブレン１１のうち、保持プレート１０の下方に延在する部分は、エアの供給により一定の圧力を受けた際に断面形状で円弧をなすように変形する。さらに、内部ヘッド１２の下方への動きは、ストッパ１８により一定の範囲に制限されている。このため、メンブレン１１は、シリコンウェーハＷの内周部への圧力は相対的に大きくなる一方で、シリコンウェーハＷの外周部への圧力は相対的に小さくなる。よって、シリコンウェーハＷの片面研磨を行った際、シリコンウェーハＷの外周部の研磨取代が小さくなる傾向となる。
図２（ｂ）は、メンブレン１１の外周部の厚みを内周部に比して減少させた場合を示し、図２（ｃ）は、図２（ｂ）より、メンブレン１１の外周部の厚みを内周部に比してさらに減少させた場合を示している。ここで、メンブレン１１は、厚みが薄い部分の方が、伸縮性が高く、従って同じ圧力を受けた場合に、厚みが薄い部分の方が良く伸びることとなる。よって、図２（ｂ）に示すように、メンブレン１１の外周部の厚みが薄いことにより、メンブレン１１の厚みが厚い内周部に比して、圧力を受けた際の外周部の伸びが内周部の伸びより相対的に大きく、メンブレン１１が内周部と外周部とに、より均等に接するようになる。従って、メンブレン１１をシリコンウェーハＷに押圧した際にかかる、外周部での圧力と内周部での圧力の差が小さくなる。さらに、図２（ｃ）に示すように、メンブレン１１の外周部の厚みを内周部の厚みに比してさらに相対的に薄くすると、メンブレン１１の外周部の伸びがさらに相対的に大きくなるため、メンブレン１１が内周部と外周部とに、さらに均等に接するようになる。従って、シリコンウェーハＷの外周部への圧力をシリコンウェーハＷの中央部への圧力とほぼ同等にすることができる。
図２（ａ）は、メンブレン１１の厚みが外周部と内周部とでほぼ同等の場合を示している。図２（ａ）に示すように、メンブレン１１の外縁部は、保持プレート１０により保持され、固定されているため、可撓性部材であるメンブレン１１のうち、保持プレート１０の下方に延在する部分は、エアの供給により一定の圧力を受けた際に断面形状で円弧をなすように変形する。さらに、内部ヘッド１２の下方への動きは、ストッパ１８により一定の範囲に制限されている。このため、メンブレン１１は、シリコンウェーハＷの内周部への圧力は相対的に大きくなる一方で、シリコンウェーハＷの外周部への圧力は相対的に小さくなる。よって、シリコンウェーハＷの片面研磨を行った際、シリコンウェーハＷの外周部の研磨取代が小さくなる傾向となる。
図２（ｂ）は、メンブレン１１の外周部の厚みを内周部に比して減少させた場合を示し、図２（ｃ）は、図２（ｂ）より、メンブレン１１の外周部の厚みを内周部に比してさらに減少させた場合を示している。ここで、メンブレン１１は、厚みが薄い部分の方が、伸縮性が高く、従って同じ圧力を受けた場合に、厚みが薄い部分の方が良く伸びることとなる。よって、図２（ｂ）に示すように、メンブレン１１の外周部の厚みが薄いことにより、メンブレン１１の厚みが厚い内周部に比して、圧力を受けた際の外周部の伸びが内周部の伸びより相対的に大きく、メンブレン１１が内周部と外周部とに、より均等に接するようになる。従って、メンブレン１１をシリコンウェーハＷに押圧した際にかかる、外周部での圧力と内周部での圧力の差が小さくなる。さらに、図２（ｃ）に示すように、メンブレン１１の外周部の厚みを内周部の厚みに比してさらに相対的に薄くすると、メンブレン１１の外周部の伸びがさらに相対的に大きくなるため、メンブレン１１が内周部と外周部とに、さらに均等に接するようになる。従って、シリコンウェーハＷの外周部への圧力をシリコンウェーハＷの中央部への圧力とほぼ同等にすることができる。
本実施形態によれば、メンブレン１１の外周部における最大厚みは、メンブレン１１の内周部における最小厚みより薄いため、メンブレン１１をシリコンウェーハＷ全面にわたって十分に均一に圧接させることができ、この状態で研磨を行うことにより、一層平坦度の高いシリコンウェーハを得ることができる。さらに、メンブレン１１の交換時には、一度メンブレン１１の作成に供した金型を用いればよく、他の部材と一体成型等する必要もないため、低コストでの交換が可能である。本実施形態の研磨装置によれば、装置自体に何ら工夫の必要はなく、その厚みが径方向において所定の不均一性を有するメンブレン１１を用いるという簡易な手法により、上記の効果を得ることができる。
ここで、本発明にあっては、上記接触領域内において、上記関係式（１）で定義されるメンブレンの径方向における厚みの均一性ｈｒ（％）は、２．８％以上であることが好ましく、２２％以上であることがより好ましく、３４％以上であることがさらに好ましい。上述したように（後述の実施例でも説明するように）、メンブレンの径方向における均一性が低い（ｈｒの数値が大きい）方が、ワーク外周部でのメンブレンの伸びを確保することができ、研磨後のワークの平坦度がより高くなるからである。
一方で、メンブレンの径方向における厚みの均一性が低く（ｈｒの数値が大きく）なりすぎると、メンブレンの外周部での伸びが大きくなりすぎるために、ワークの外周部での研磨量が大きくなって、却ってワークの形状が不均一となってしまうおそれがあることから、ｈｒ（％）は、３７％以下であることが好ましい。
一方で、メンブレンの径方向における厚みの均一性が低く（ｈｒの数値が大きく）なりすぎると、メンブレンの外周部での伸びが大きくなりすぎるために、ワークの外周部での研磨量が大きくなって、却ってワークの形状が不均一となってしまうおそれがあることから、ｈｒ（％）は、３７％以下であることが好ましい。
また、本発明にあっては、メンブレン１１の厚みは、該メンブレン１１の中心から上記接触領域の外縁まで、径方向外側に向かうにつれて漸減することが好ましい。厚みが均一の場合、図２（ａ）に示すように、メンブレン１１の中心から外縁にかけて圧力が漸減するため、これを相殺するように、メンブレン１１の伸びがメンブレン１１の中心から外縁にかけて漸増するようにすることにより、メンブレン１１がワークＷの全面をより一層均一に押圧するようにすることができるからである。
さらに、本発明にあっては、メンブレン１１の上記接触領域の外縁から径方向内側に５ｍｍの円周上において、上記関係式（２）で定義される、メンブレン１１の周方向における厚みの均一性ｈｃ（％）が１０．２％以下であることが好ましく、６．５％以下であることがより好ましく、１．４％以下であることがさらに好ましい。後述の実施例で説明するように、メンブレン１１の周方向における厚みの均一性が高い（ｈｃの数値が小さい）方が、研磨後のワークＷの平坦度がより高くなるからである。
なお、周方向の均一性は高いほど（ｈｃの数値が小さいほど）好ましいため、ｈｃの下限は特に限定されない。
なお、周方向の均一性は高いほど（ｈｃの数値が小さいほど）好ましいため、ｈｃの下限は特に限定されない。
ここで、本発明において、可撓性材料であるメンブレン１１は、ＪＩＳ−Ａ硬度３０〜９０°のものを用いることが好ましく、具体的な材質としては、特には限定しないが、例えばエチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ブチルゴムなどを用いることが好ましい。
また、本発明のメンブレン１１は、基本的に既知の手法により製造することができる。例えば、注型成形用の金型にメンブレンの材料となるシリコーンゴム等を注入し、金型の平面度及びプレス機の圧力分布を調整することにより、外周部の厚みの最大値が内周部の厚みの最小値より薄いメンブレンを作製することができる。
さらに、本発明において、メンブレン１１の厚みは０．５〜１．５ｍｍとすることが好ましい。また、本発明では、メンブレン１１の外周部における厚みは、内周部における厚みの１．３％〜６６％とすることが好ましい。
１．３％以上とすることにより、メンブレン１１がワークＷに及ぼす外周部での圧力を内周部での圧力に、より一層近づけることができ、一方で、６６％以下とすることにより、メンブレンゴムの構造上、伸びにくい特性をもつ外周部において、厚みを薄くすることにより、面内に対してよく伸びるようにし、外周部まで均一に加圧することができるからである。
なお、メンブレン１１の厚みを薄くするにあたっては、ワークＷを圧接する側の厚みを減じても良いし、第２圧力供給部１６から圧力を受ける側の厚みを減じても良いし、それら両方を減じてもよい。
１．３％以上とすることにより、メンブレン１１がワークＷに及ぼす外周部での圧力を内周部での圧力に、より一層近づけることができ、一方で、６６％以下とすることにより、メンブレンゴムの構造上、伸びにくい特性をもつ外周部において、厚みを薄くすることにより、面内に対してよく伸びるようにし、外周部まで均一に加圧することができるからである。
なお、メンブレン１１の厚みを薄くするにあたっては、ワークＷを圧接する側の厚みを減じても良いし、第２圧力供給部１６から圧力を受ける側の厚みを減じても良いし、それら両方を減じてもよい。
ここで、後述の実施例にて詳細に説明するように、本発明によれば、直径が４５０ｍｍ以上の大口径のシリコンウェーハにおいても、高い平坦度を達成するウェーハを得ることができ、具体的には、直径が４５０ｍｍ以上で、ＳＥＭＩ規格により定義されるＧＢＩＲが０．２μｍ以下、且つ、ワークの外縁から径方向内側に２ｍｍの円環状の領域を除外したＳＦＱＲの最大値が０．０４μｍ以下である、シリコンウェーハを得ることができる。
これにより、デバイス製造工程等における歩留まりを向上させることができる。
これにより、デバイス製造工程等における歩留まりを向上させることができる。
次に、本発明の一実施形態にかかるワークの研磨方法について説明する。
本実施形態のワークの研磨方法では、図１に示す装置を用いて研磨を行う。図１に示す装置構成については、既に説明したため、再度の説明を省略する。
本実施形態のワークの研磨方法では、図１に示す装置を用いて研磨を行う。図１に示す装置構成については、既に説明したため、再度の説明を省略する。
本実施形態のワークの研磨方法では、まず、第１エア供給装置により、第１エア供給ライン１５を介して第１圧力供給部１４にエアを供給し、第１圧力供給部１４の体積を膨張させ、内部ヘッド１２を下方に押圧する。
また、第２エア供給装置により、第２のエア供給ライン１７を介して第２圧力供給部１６にエアを供給し、第２圧力供給部１６の体積を膨張させ、メンブレン１１に圧力を供給してメンブレン１１を下方に付勢する。
このように、メンブレン１１を取り付けた内部ヘッド１２を下方のシリコンウェーハＷの方向へと押圧しつつ、メンブレン１１に圧力を供給することにより、該メンブレン１１にシリコンウェーハＷを押圧させることができる。
そして、研磨パッド４上に研磨スラリーを供給し、メンブレン１１がシリコンウェーハＷの裏面から該シリコンウェーハに圧接した状態で、モータ等の駆動手段により研磨ヘッド２及び定盤３を回転させることにより、研磨パッド４とシリコンウェーハＷの研磨面を摺動させて、シリコンウェーハＷの片面を研磨することができる。
また、第２エア供給装置により、第２のエア供給ライン１７を介して第２圧力供給部１６にエアを供給し、第２圧力供給部１６の体積を膨張させ、メンブレン１１に圧力を供給してメンブレン１１を下方に付勢する。
このように、メンブレン１１を取り付けた内部ヘッド１２を下方のシリコンウェーハＷの方向へと押圧しつつ、メンブレン１１に圧力を供給することにより、該メンブレン１１にシリコンウェーハＷを押圧させることができる。
そして、研磨パッド４上に研磨スラリーを供給し、メンブレン１１がシリコンウェーハＷの裏面から該シリコンウェーハに圧接した状態で、モータ等の駆動手段により研磨ヘッド２及び定盤３を回転させることにより、研磨パッド４とシリコンウェーハＷの研磨面を摺動させて、シリコンウェーハＷの片面を研磨することができる。
ここで、本実施形態のワークの研磨方法は、メンブレン１１の外周部における最大厚みが、メンブレン１１の内周部における最小厚みより薄いことを特徴とするものである。
これにより、メンブレン１１をシリコンウェーハＷ全面にわたって十分に均一に圧接させることができ、この状態で研磨を行うことにより、一層平坦度の高いシリコンウェーハを得ることができる。さらに、メンブレン１１の交換時には、一度メンブレン１１の作成に供した金型を用いればよく、他の部材と一体成型等する必要もないため、低コストでの交換が可能である。本実施形態の研磨方法によれば、工程の追加等の必要はなく、その厚みが径方向において所定の不均一性を有するメンブレン１１を用いるという簡易な手法により、上記の効果を得ることができる。
これにより、メンブレン１１をシリコンウェーハＷ全面にわたって十分に均一に圧接させることができ、この状態で研磨を行うことにより、一層平坦度の高いシリコンウェーハを得ることができる。さらに、メンブレン１１の交換時には、一度メンブレン１１の作成に供した金型を用いればよく、他の部材と一体成型等する必要もないため、低コストでの交換が可能である。本実施形態の研磨方法によれば、工程の追加等の必要はなく、その厚みが径方向において所定の不均一性を有するメンブレン１１を用いるという簡易な手法により、上記の効果を得ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明においては、メンブレン１１を用いてワークＷの裏面を押圧してワークＷの片面研磨をする研磨ヘッド、研磨装置、研磨方法であれば広く適用可能であり、本発明は、上述した実施形態には何ら限定されない。例えば、上記の実施形態では、エアによりメンブレン１１を加圧する方式について説明したが、加圧流体によりメンブレン１１を加圧する方式としてもよい。また、上記の実施形態では、メンブレン１１がワークＷを直接押圧する例を示したが、図１に示す装置において、メンブレン１１の下面に発砲ポリウレタン製のバッキングパッドを貼布し、該バッキングパッドを介してワークＷを押圧するように構成することもできる。また、上記の実施形態では、第１の圧力供給部１４はエアで可撓性部材を撓ませる例を説明したが、他の弾性体等により内部ヘッド１２を下方に付勢する構成とすることもできる。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、この実施例に何ら限定されるものではない。
以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は、この実施例に何ら限定されるものではない。
＜実施例１＞
メンブレンの周方向の均一性と研磨取代との関係を評価するため、周方向の均一性の異なるメンブレンを複数作製して、それぞれの研磨取代を計測する試験を行った。ここで、メンブレンとしては、ＥＰＤＭゴムを用いた。また、円盤状のワークとして、直径４５０ｍｍ、厚さ９２５μｍ、結晶方位（１００）のｐ型のシリコンウェーハを用いた。さらに、研磨は、図１に示した装置を用いて行った。この試験においては、研磨スラリーとして砥粒（微粒コロイダルシリカ）を含む水酸化カリウム（ＫＯＨ）を主剤とするアルカリ水溶液を用い、押圧力を１０ｋＰａとし、研磨ヘッドの回転数を３０ｒｐｍ、定盤の回転数を３０ｒｐｍとし、研磨時間を２４０ｓｅｃとした。
ここで、メンブレンの周方向の均一性は、上記式（２）で定義したものであり、数値が小さい方が、均一性が高いことを示す。また、取代の均一性Ｕ（％）は、シリコンウェーハの外縁から径方向内側に２ｍｍまでの円環状の領域を除外し、残余の領域全面について、最大取代をｄｍａｘ、最小取代をｄｍｉｎ、平均取代をｄａｖｅとし、
Ｕ＝｛（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）／（２×ｄａｖｅ）｝×１００
で定義したものであり、数値が小さいほうが、均一性が高いことを示す。
なお、メンブレンの厚みは、接触式の厚み測器を用いることにより計測した。また、上記各取代は、黒田社製ナノメトロを用いて計測したものであり、黒田社製ナノメトロを用いて３次元分布も計測した。
メンブレンの周方向の均一性と研磨取代との関係を評価するため、周方向の均一性の異なるメンブレンを複数作製して、それぞれの研磨取代を計測する試験を行った。ここで、メンブレンとしては、ＥＰＤＭゴムを用いた。また、円盤状のワークとして、直径４５０ｍｍ、厚さ９２５μｍ、結晶方位（１００）のｐ型のシリコンウェーハを用いた。さらに、研磨は、図１に示した装置を用いて行った。この試験においては、研磨スラリーとして砥粒（微粒コロイダルシリカ）を含む水酸化カリウム（ＫＯＨ）を主剤とするアルカリ水溶液を用い、押圧力を１０ｋＰａとし、研磨ヘッドの回転数を３０ｒｐｍ、定盤の回転数を３０ｒｐｍとし、研磨時間を２４０ｓｅｃとした。
ここで、メンブレンの周方向の均一性は、上記式（２）で定義したものであり、数値が小さい方が、均一性が高いことを示す。また、取代の均一性Ｕ（％）は、シリコンウェーハの外縁から径方向内側に２ｍｍまでの円環状の領域を除外し、残余の領域全面について、最大取代をｄｍａｘ、最小取代をｄｍｉｎ、平均取代をｄａｖｅとし、
Ｕ＝｛（ｄｍａｘ−ｄｍｉｎ）／（２×ｄａｖｅ）｝×１００
で定義したものであり、数値が小さいほうが、均一性が高いことを示す。
なお、メンブレンの厚みは、接触式の厚み測器を用いることにより計測した。また、上記各取代は、黒田社製ナノメトロを用いて計測したものであり、黒田社製ナノメトロを用いて３次元分布も計測した。
図３は、メンブレンの周方向の均一性と取代の均一性との関係を示す図である。また、図４は、特にメンブレンの周方向の均一性が１５．２％、１１．１％、１０．２％、６．５％、１．４％それぞれの場合の研磨取代の３次元分布を示す図である。
図３、図４に示すように、メンブレンの周方向の均一性が高いほどシリコンウェーハの研磨取代の均一性も高いことがわかる。特に、メンブレンの周方向の均一性が１．４％〜１０．２％の範囲で研磨取代が２０％以下となった。なお、このときの径方向の均一性（上記式（１）で定義したもの）は、１．５％〜２％であった。
＜実施例２＞
次に、メンブレンの径方向の均一性と研磨取代との関係を評価する試験を行った。研磨条件は、先の試験と同様である。ここで、メンブレンの径方向の均一性は、上記式（１）で定義されるものとし、数値が小さい方が、均一性が高いことを示す。
図５（ａ）〜（ｅ）は、メンブレンの径方向の均一性が、３７％、３４％、２２％。２．８％、２％それぞれの場合における、メンブレンの表面の断面形状（下図）及びシリコンウェーハの研磨取代の断面形状（上図）を示す図である。
次に、メンブレンの径方向の均一性と研磨取代との関係を評価する試験を行った。研磨条件は、先の試験と同様である。ここで、メンブレンの径方向の均一性は、上記式（１）で定義されるものとし、数値が小さい方が、均一性が高いことを示す。
図５（ａ）〜（ｅ）は、メンブレンの径方向の均一性が、３７％、３４％、２２％。２．８％、２％それぞれの場合における、メンブレンの表面の断面形状（下図）及びシリコンウェーハの研磨取代の断面形状（上図）を示す図である。
図５（ａ）〜（ｅ）に示すように、メンブレンの径方向の均一性が低いほどシリコンウェーハの研磨取代の均一性が高いことがわかる。特に、メンブレンの径方向の均一性が２．８％〜３７％の範囲で研磨取代の均一性が２０％以下となった。なお、このときの周方向の均一性（上記式（２）で定義したもの）は、１２％〜１５％であった。
＜実施例３＞
次に、本発明により得られるシリコンウェーハと、従来例にかかるシリコンウェーハの平坦度及び表面粗さ（ＲＭＳ）を比較する試験を行った。本発明のシリコンウェーハとして、上記の試験により得られた研磨後のシリコンウェーハを用いた。このシリコンウェーハは、直径が４５０ｍｍであり、メンブレンの径方向の均一性が２０％、周方向の均一性が７％であるものを用い、上記の研磨条件にて研磨を行った際に得られたものである。
また、従来例にかかるシリコンウェーハとしては、剛性リングと一体成型したメンブレンを有する研磨装置を用いて研磨したものを用意した。従来例にかかる研磨に用いたメンブレンは、径方向における厚みがほぼ均一のものであった。
ここで、シリコンウェーハの平坦度は、ＧＢＩＲ及びＳＦＱＲの最大値を計測することにより行った。まず、ＧＢＩＲは、（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）を用いて計測した。また、ＳＦＱＲの最大値は、黒田精工社製Ｎａｎｏｍｅｔｏｒｏ４５０ＴＴを用いて、シリコンウェーハの外縁から径方向内側に２ｍｍの円環状の領域を除外した領域について、２６ｍｍ×８ｍｍの矩形状のサンプルを複数取得して計測した。
さらに、シリコンウェーハの表面粗さ（ＲＭＳ）については、ＣｈａｐｍａｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＣｈａｐｍａｎＭＰＳを用いてシリコンウェーハの表裏面の粗さを計測した。
以下、評価結果について説明する。
次に、本発明により得られるシリコンウェーハと、従来例にかかるシリコンウェーハの平坦度及び表面粗さ（ＲＭＳ）を比較する試験を行った。本発明のシリコンウェーハとして、上記の試験により得られた研磨後のシリコンウェーハを用いた。このシリコンウェーハは、直径が４５０ｍｍであり、メンブレンの径方向の均一性が２０％、周方向の均一性が７％であるものを用い、上記の研磨条件にて研磨を行った際に得られたものである。
また、従来例にかかるシリコンウェーハとしては、剛性リングと一体成型したメンブレンを有する研磨装置を用いて研磨したものを用意した。従来例にかかる研磨に用いたメンブレンは、径方向における厚みがほぼ均一のものであった。
ここで、シリコンウェーハの平坦度は、ＧＢＩＲ及びＳＦＱＲの最大値を計測することにより行った。まず、ＧＢＩＲは、（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製：ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）を用いて計測した。また、ＳＦＱＲの最大値は、黒田精工社製Ｎａｎｏｍｅｔｏｒｏ４５０ＴＴを用いて、シリコンウェーハの外縁から径方向内側に２ｍｍの円環状の領域を除外した領域について、２６ｍｍ×８ｍｍの矩形状のサンプルを複数取得して計測した。
さらに、シリコンウェーハの表面粗さ（ＲＭＳ）については、ＣｈａｐｍａｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製ＣｈａｐｍａｎＭＰＳを用いてシリコンウェーハの表裏面の粗さを計測した。
以下、評価結果について説明する。
図６は、ＳＦＱＲの最大値の評価結果について示す図である。図６に示すように、本発明により得られたシリコンウェーハは、ＳＦＱＲの最大値が０．０４μｍ以下の範囲で分布しており、従来例のシリコンウェーハと比較して平坦度が高いことがわかる。
また、図７は、ＧＢＩＲの評価結果について示す図である。図７に示すように、本発明により得られたシリコンウェーハは、従来例のシリコンウェーハよりＧＢＩＲが小さく、平坦度が高いことがわかる。
従って、本発明により得られたシリコンウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上の大口径のシリコンウェーハでありながらも、ＧＢＩＲが０．２μｍ以下、且つ、ＳＦＱＲの最大値が０．０４μｍ以下であるという高い平坦度を達成することができていることがわかる。
さらに、シリコンウェーハの表面粗さ（ＲＭＳ）は、研磨面である表側の表面粗さが２ｎｍ以下であり、且つ、裏面の表面粗さＢに対する表面の表面粗さＡの比Ａ／Ｂが０．４未満であった。
また、図７は、ＧＢＩＲの評価結果について示す図である。図７に示すように、本発明により得られたシリコンウェーハは、従来例のシリコンウェーハよりＧＢＩＲが小さく、平坦度が高いことがわかる。
従って、本発明により得られたシリコンウェーハは、直径が４５０ｍｍ以上の大口径のシリコンウェーハでありながらも、ＧＢＩＲが０．２μｍ以下、且つ、ＳＦＱＲの最大値が０．０４μｍ以下であるという高い平坦度を達成することができていることがわかる。
さらに、シリコンウェーハの表面粗さ（ＲＭＳ）は、研磨面である表側の表面粗さが２ｎｍ以下であり、且つ、裏面の表面粗さＢに対する表面の表面粗さＡの比Ａ／Ｂが０．４未満であった。
本発明によれば、平坦度の高いワークを得ることのできるワークの研磨装置及び研磨方法、該研磨装置用の研磨ヘッド、該研磨ヘッド用のメンブレンを提供することができる。また、本発明によれば、所定の平坦度を有するシリコンウェーハを提供することができる。
１ 両面研磨装置
２ 研磨ヘッド
３ 定盤
４ 研磨パッド
５ａ ハウジング頂部
５ｂ ハウジング側部
６ 軸
７ リテーナリング
８ 円盤状部材
９ リング状部材
１０ 保持プレート
１１ メンブレン
１２ 内部ヘッド
１３ 可撓性部材
１４ 第１圧力供給部
１５ 第１エア供給ライン
１６ 第２圧力供給部
１７ 第２エア供給ライン
１８ ストッパ
２ 研磨ヘッド
３ 定盤
４ 研磨パッド
５ａ ハウジング頂部
５ｂ ハウジング側部
６ 軸
７ リテーナリング
８ 円盤状部材
９ リング状部材
１０ 保持プレート
１１ メンブレン
１２ 内部ヘッド
１３ 可撓性部材
１４ 第１圧力供給部
１５ 第１エア供給ライン
１６ 第２圧力供給部
１７ 第２エア供給ライン
１８ ストッパ
Claims (5)
- 円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドの下面に取り付けられ、該ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する可撓性材料からなるメンブレンであって、
前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄く、
前記接触領域内において、前記メンブレンの径方向における最大厚みをＴｒｍａｘ、最小厚みをＴｒｍｉｎ、平均厚みをＴｒａｖｅとし、前記メンブレンの径方向における厚みの均一性ｈｒ（％）を、関係式（１）、
ｈｒ＝｛（Ｔｒｍａｘ−Ｔｒｍｉｎ）／Ｔｒａｖｅ｝×１００
で定義するとき、ｈｒは、２．８％以上３７％以下であり、かつ、
前記メンブレンの前記接触領域の外縁から径方向内側に５ｍｍの円周上において、前記メンブレンの周方向における最大厚みをＴｃｍａｘ、最小厚みをＴｃｍｉｎ、平均厚みをＴｃａｖｅとし、前記メンブレンの周方向における厚みの均一性ｈｃ（％）を、関係式（２）、
ｈｃ＝｛（Ｔｃｍａｘ−Ｔｃｍｉｎ）／Ｔｃａｖｅ｝×１００
で定義するとき、ｈｃは、１２％以上１５％以下であり、
前記可撓性材料は、ＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜９０°であることを特徴とする研磨ヘッド用のメンブレン。 - 前記メンブレンの厚みは、該メンブレンの中心から前記接触領域の外縁まで、径方向外側に向かうにつれて漸減する、請求項１に記載の研磨ヘッド用のメンブレン。
- 円盤状のワークの研磨に用いる研磨ヘッドであって、
請求項１又は２に記載のメンブレンと、
前記メンブレンの外縁部を保持する保持プレートと、
前記メンブレンに圧力を供給する圧力供給部と、を備えたことを特徴とする、研磨ヘッド。 - 円盤状のワークの研磨装置であって、
上面に前記研磨パッドが貼布されている定盤と、
前記定盤の上方に設けられた、請求項３に記載の研磨ヘッドと、を備えたことを特徴とする、ワークの研磨装置。 - 円盤状のワークの研磨方法であって、
研磨ヘッドの下面に取り付けられた可撓性材料からなるメンブレンに圧力を供給して、該メンブレンにより前記ワークの裏面を接触保持して研磨パッドに押圧する工程と、
前記研磨ヘッドを回転させて前記ワークを研磨する工程と、を含み、
前記メンブレンの、前記ワークへの接触領域のうち、該接触領域の外縁から前記メンブレンの径方向内側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの外周部とし、前記メンブレンの中心から径方向外側に２０ｍｍまでの領域を前記メンブレンの内周部とするとき、
前記メンブレンの外周部における最大厚みは、前記メンブレンの内周部における最小厚みより薄く、
前記接触領域内において、前記メンブレンの径方向における最大厚みをＴｒｍａｘ、最小厚みをＴｒｍｉｎ、平均厚みをＴｒａｖｅとし、前記メンブレンの径方向における厚みの均一性ｈｒ（％）を、関係式（１）、
ｈｒ＝｛（Ｔｒｍａｘ−Ｔｒｍｉｎ）／Ｔｒａｖｅ｝×１００
で定義するとき、ｈｒは、２．８％以上３７％以下であり、かつ、
前記メンブレンの前記接触領域の外縁から径方向内側に５ｍｍの円周上において、前記メンブレンの周方向における最大厚みをＴｃｍａｘ、最小厚みをＴｃｍｉｎ、平均厚みをＴｃａｖｅとし、前記メンブレンの周方向における厚みの均一性ｈｃ（％）を、関係式（２）、
ｈｃ＝｛（Ｔｃｍａｘ−Ｔｃｍｉｎ）／Ｔｃａｖｅ｝×１００
で定義するとき、ｈｃは、１２％以上１５％以下であり、
前記可撓性材料は、ＪＩＳ−Ａ硬度が３０〜９０°であることを特徴とする、ワークの研磨方法。
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