(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状部材を保持部材に保持した状態で該保持部材を定盤上で自転させながら公転させて研磨するに際し、板状部材保持部材の自転回転数をｒとし、板状部材保持部材の公転回転数をＲとするとき、研磨初期ではこれらの比ｒ／Ｒを研磨終了時の比ｒ／Ｒより小さくすることを特徴とする板状部材の研磨方法。
【請求項２】
前記板状部材の研磨代の１／２を研磨する研磨工程の前半では、前記比ｒ／Ｒを研磨工程の後半での前記比ｒ／Ｒより小さくすることを特徴とする請求項１に記載の板状部材の研磨方法。
【請求項３】
研磨工程の前半では前記比ｒ／Ｒを０．５〜１．５の範囲内の適宜値とし、研磨工程の後半では前記比ｒ／Ｒを３〜１０の範囲内の適宜値とすることを特徴とする請求項１または２に記載の板状部材の研磨方法。
【請求項４】
前記比ｒ／Ｒを研磨時間経過に伴って複数回、段階的に増大させることを特徴とする請求項１または３に記載の板状部材の研磨方法。
【請求項５】
前記比ｒ／Ｒを研磨時間に経過に伴って無段階に増大させることを特徴とする請求項１または３に記載の板状部材の研磨方法。
【請求項６】
前記板状部材の研磨代の残りが１μｍになる以前に前記比ｒ／Ｒを最大値に設定することを特徴とする請求項４または５に記載の板状部材の研磨方法。
【請求項７】
前記比ｒ／Ｒの増大操作を、タイマーを用いて自動的に行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の板状部材の研磨方法。
【請求項８】
前記比ｒ／Ｒの増大操作を、板状部材の厚さ検出手段を用いて自動的に行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つの項に記載の板状部材の研磨方法。
【請求項９】
前記板状部材が半導体ウエーハであり、前記研磨工程がラッピングであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つの項に記載の板状部材の研磨方法。
【請求項１０】
前記板状部材が半導体ウエーハであり、前記研磨工程が鏡面研磨であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つの項に記載の板状部材の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハ等の板状部材の研磨方法に関し、例えば半導体ウエーハを、ラッピングまたは鏡面研磨において高平坦度に研磨する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自転する上下定盤間で半導体ウエーハを保持部材に保持した状態で該保持部材を自転させかつ、定盤に対し相対的に公転させて、該ウエーハを研磨する方法はよく知られている。
半導体ウエーハの平坦度を高めることは、ウエーハプロセスにおいて極めて重要な要求事項の一つである。ところで、上記研磨方法において、ウエーハの平坦度に特に重大な影響を与える要素として、ウエーハ保持部材の自転状態および定盤に対する公転状態が挙げられ、また、平坦度向上のためには、ウエーハ保持部材の公転回転数を高めるよりも、自転回転数を増大させる方が効果的であることが実験で確認されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記自転回転数を公転回転数よりも高く設定すると、（１）ウエーハ保持部材の寿命が短くなる、（２）ウエーハの厚さが不均一な研磨初期においては、ウエーハが保持部材から外れやすくなるなどの問題があった。
そのため従来技術では、ウエーハ保持部材の自転回転数をｒとし、ウエーハ保持部材の公転回転数をＲとするとき、ｒとＲの比ｒ／Ｒを研磨工程の間、０．５〜１．５の範囲内の適宜値に設定していたが、ウエーハの平坦度を高めるには限界があった。
【０００４】
したがって本発明の目的は、半導体ウエーハ等の板状部材の平坦度を大幅に高めることができ、これと同時に、上記した従来の問題点（１），（２）を解決することが可能な板状部材の研磨方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨方法は、板状部材を保持部材に保持した状態で該保持部材を定盤上で自転させながら公転させて研磨するに際し、板状部材保持部材の自転回転数をｒとし、板状部材保持部材の公転回転数をＲとするとき、研磨初期ではこれらの比ｒ／Ｒを研磨終了時の比ｒ／Ｒより小さくすることを特徴とする板状部材の研磨方法である。
【０００６】
すなわち本発明の研磨方法は、板状部材の保持部材（例えば半導体ウエーハの保持金具）と板状部材とのなじみが良くない研磨初期においてはｒ／Ｒ値を低めに設定することにより、板状部材を保持部材により確実に保持した状態で研磨し、保持部材と板状部材とのなじみが良くなった時点でｒ／Ｒ値を、高平坦度研磨に好適な値に増大させることにより、板状部材の平坦度を従来方法に比べて大幅に向上させるようにしたものである。
【０００７】
本発明では、研磨工程の前半においてｒ／Ｒ値を０．５〜１．５の範囲内の適宜値とするが、この範囲は従来技術で広く採用されてきたものであり、この範囲では、高平坦度研磨は無理であるものの、板状部材を保持部材により確実に保持した状態で研磨することができる。
また、本発明においては、研磨工程の後半でｒ／Ｒ値を３〜１０の範囲内の適宜値とするが、その理由は、ｒ／Ｒ値が３未満では高平坦度研磨が望めず、ｒ／Ｒが１０を超えると、ウエーハ外周部と保持部材との摩擦によって面取り外周部にダメージが入り、特に保持部材からウエーハが飛び出す事故の発生率が高くなるとともに、研磨後ウエーハの平坦度の向上も頭打ちとなるためである。
【０００８】
本発明では、前記板状部材の研磨代の１／２を研磨する研磨工程の前半では、前記比ｒ／Ｒを研磨工程の後半での前記比ｒ／Ｒより小さくすることが好ましい。具体的には、研磨代の１／２を研磨する研磨工程の前半で前記比ｒ／Ｒを０．５〜１．５の範囲内の適宜値（一定値）に維持し、研磨工程の後半では前記比ｒ／Ｒを３〜１０の範囲内の適宜値（一定値）に維持する方法が採用できる（これについては後記する実施例の欄を参照）。
この方法は、研磨の途中まではｒ／Ｒ値を低くして、安定した研磨を継続させ、その後にｒ／Ｒ値の増大操作を１回行い、研磨工程の後半において高平坦度研磨を行うものである。
【０００９】
本発明では、ｒ／Ｒ値を研磨時間の経過とともに次第に増大させる方法も採用できる。この場合、研磨時間の経過に伴って複数回、段階的に増大させてもよいし、研磨時間に経過に伴って無段階（連続的）に増大させてもよい。
【００１０】
本発明では、板状部材の研磨代の残りが１μｍになる以前にｒ／Ｒ値を最大値に設定するのが好ましい。その理由は、研磨代の残りが１μｍになった後に、ｒ／Ｒ値を最大値に設定した場合、高平坦度研磨が終了する前に研磨代の残りがなくなってしまうときがあるからである。
また、本発明ではｒ／Ｒ値の増大操作を、タイマーまたは板状部材の厚さ検出手段を用いて、それぞれ自動的に行うことが望ましい。
本発明の研磨方法は、シリコンウエーハ等の半導体ウエーハをラッピング、または鏡面研磨するのに極めて効果的である。
また、研磨初期における比ｒ／Ｒを研磨終了時の比ｒ／Ｒより小さくすることを特徴とする本発明に係る板状部材の研磨方法によって上記半導体ウエーハのラッピングまたは鏡面研磨を行う場合には、以下の方法すなわち、板状部材を遊星ギヤからなるキャリア（板状部材保持部材）で保持し、該キャリアを太陽ギヤおよびインターナルギヤに噛合させるとともに、該キャリアを上定盤および下定盤で挟み込んだ状態で自転させながら公転させ、上定盤および下定盤により上記板状部材の上下面を同時に研磨するものが特に好ましい。
【００１１】
板状部材を保持部材で保持し、この保持部材を研磨装置にセットして板状部材の研磨を行う場合、その目的は以下の３つ、
（１）板状部材の厚さを規格値にそろえること、
（２）板状部材の平坦度を目標の水準に高めること、
（３）板状部材の表面粗さを均等化すること、
である。
【００１２】
言い換えると、研磨前の板状部材は厚さが不揃いで、平らでなく、表面粗さも大きいのが通常である。このような板状部材の複数枚をまとめて保持部材で保持して研磨を行なえば、研磨初期には保持部材が振動を起こすため、円滑な状態の研磨を開始することは困難である。やがて、研磨が進むと板状部材の各寸法が整い、均等なあたりが出て滑らかな研磨に移行して、板状部材の平坦度が高められる。したがって、平坦度向上のための研磨は、研磨工程の後半で行なえばよいことになる。
このように本発明の研磨方法では、研磨工程の前半で板状部材の各寸法を整え、後半で板状部材の平坦度を目標の水準にまで高めるようにしている。
【００１３】
なお、保持部材は一般に繰返し使用を前提とするため、研磨の進行方向の寸法すなわち保持部材の厚さは、研磨後の板状部材の厚さに比べて薄くしておくのが通常である。これは、研磨初期において板状部材が保持金具に（相対的に）浅く保持されていること、したがって、研磨初期にあっては、研磨装置および板状部材の動きに非常に大きな負荷がかかることを意味している。
【００１４】
一般に半導体ウエーハをラッピングする場合、図１に示す両面ラップ盤が使用される。
このラップ盤は、上定盤１を下定盤２と逆向きに回転させ、これらの定盤間に配置した保持部材すなわちキャリア３（遊星ギア）を、定盤中心の太陽ギア４とその周囲に位置するインターナルギア５とに噛み合わせることにより、このキャリア３を自転させながら下定盤２の回転方向に公転させるように構成したものである。
この両面ラップ盤では、キャリ３内にセットした複数枚の半導体ウエーハに４方向の運動が与えられるため、キャリア３および半導体ウエーハに無理な、または偏った負荷がかからないので確実、かつ、安定したラッピングを行うことができる。
【００１５】
図１の両面ラップ盤の構成・作用について更に詳しく説明すると、無段変速機付モータ１５の動力がクラッチ１７、傘歯車１８，１９を介して垂直軸２０に伝達される。この垂直軸２０には複数の歯車２１，２２，２４，２５が設けられており、歯車２１の回転は、中間歯車１６を介して上ラップ盤１の駆動軸６に設けた歯車１４に伝達される。歯車２２の回転は、太陽ギア４の駆動軸７に設けた歯車１３に伝達される。歯車２５の回転は、下定盤２の駆動軸１２に設けた歯車１１に伝達される。歯車２４の回転は、インターナルギア５の駆動軸９に設けた歯車１０に伝達される。
【００１６】
また、本発明により半導体ウエーハのラップを行う場合、図１の装置において上ラップ盤１、下ラップ盤２、太陽ギア４、インターナルギア５の駆動軸をそれぞれ別個の無段変速機付モータで駆動させる構造を有するフォーウエイ方式のラッピング装置を使用することが望ましい。各駆動軸の回転数を変えることにより容易にｒ／Ｒ値を変えることができる。
【００１７】
【実施例】
つぎに、本発明の実施例、および従来方法による比較例について説明する。
実施例１
直径１５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのシリコンウエーハ３４枚について、図１に示すラップ盤を用いてラッピングを行った。この場合、保持部材（キャリア）１個当たりのウエーハ保持枚数を４枚とし、キャリアは５個用いた。研磨代は０．１ｍｍとした。
保持部材の自転回転数と公転回転数の比（ｒ／Ｒ）を、研磨工程の前半（研磨開始時から、研磨代の１／２が研磨される時点まで）では０．７とし、その後、一旦研磨装置の運転を停止し、ｒ／Ｒ値を一挙に３．８に増大させてから研磨工程の後半を実施した。
【００１８】
実施例２
実施例１と同一のシリコンウエーハ３３枚について、同様のラッピングを行った。研磨代も実施例１と同一とした。
研磨工程の前半（研磨開始時から、研磨代の１／２が研磨される時点まで）ではｒ／Ｒ値を０．７とし、その後、一旦研磨装置の運転を停止し、ｒ／Ｒ値を一挙に６．１に増大させて研磨工程の後半を実施した。
【００１９】
実施例３
実施例１と同一のシリコンウエーハ２５枚について、同様のラッピングを行った。研磨代も実施例１と同一とした。
研磨工程の前半（研磨開始時から、研磨代の１／２が研磨される時点まで）ではｒ／Ｒ値を０．７とし、その後、一旦研磨装置の運転を停止し、ｒ／Ｒ値を一挙に９．３に増大させて研磨工程の後半を実施した。
【００２０】
比較例１
実施例１と同一のシリコンウエーハ３５枚についてラッピングを行った。研磨代も実施例１と同一とした。ｒ／Ｒ値は、研磨工程の全工程で０．７の一定値に維持した。
【００２１】
実施例１，２，３、比較例１の結果をそれぞれ図２、図３、図４、図５に示す。これらの図は、研磨後ウエーハの平坦度に関するヒストグラムである。これらの図において「平坦度」は、ＴＴＶにより評価したものであり、また図中の数字は、比較例１の平均値を１．００としたときの各実施例の平均値を相対値で示したものである。ＴＴＶは、ウエーハの全領域を測定したときのウエーハ厚さの最大値と最小値の差の値である。この場合、厚さは、汎用の厚さ測定器を用いて測定した。
【００２２】
図１〜図４を比較して明らかなように、本発明の研磨方法によれば、従来の研磨方法による場合に比べて、平坦度が著しく優れた研磨ウエーハを得ることができる。また、本発明では、研磨工程の後半におけるｒ／Ｒ値を、より高く設定することによって、より平坦度の高い研磨ウエーハが得られることが分かる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の研磨方法では、板状部材の厚さが不均一な研磨初期（または研磨工程の前半）において、板状部材保持部材の自転回転数と公転回転数の比：ｒ／Ｒ値を低めに設定することにより、保持部材で板状部材を確実に保持して安定した研磨を行うことができるので、板状部材の寸法を的確に整えることができるとともに、保持部材に無理な負荷がかからないようになる。
また、研磨終了時（または研磨工程の後半）では、ｒ／Ｒ値を従来方法に比べて相当高めに設定することにより、板状部材の平坦度を高水準の目標値に向上させることができる。この場合、あらかじめ研磨初期において板状部材の寸法を整えてあるため、板状部材が保持部材から外れたり、保持部材に無理は荷重がかかって寿命が短くなったりする問題も解決される。
したがって本発明によれば、半導体ウエーハを安定してラッピングまたは鏡面研磨し、平坦度が著しく高いウエーハを作製することができるとともに、ウエーハ保持部材の寿命が延びる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１〜３で使用したラップ盤の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１の結果を示すヒストグラムである。
【図３】本発明の実施例２の結果を示すヒストグラムである。
【図４】本発明の実施例３の結果を示すヒストグラムである。
【図５】比較例１の結果を示すヒストグラムである。
【符号の説明】
１  上定盤
２  下定盤
３  保持部材（キャリア）
４  太陽ギア
５  インターナルギア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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