(57)【要約】【課題】  ウェーハを研磨するための設備や研磨資材の削減が可能で、しかもウェーハの研磨工程の簡略化と研磨時間を短縮できるウェーハの研磨装置及びウェーハ研磨方法の提供。【解決手段】  軸を中心に回転するキャリアプレートに保持されたウェーハＷを、上記軸と異なる軸を中心として回転する研磨定盤１２に設けられた研磨パッド１１に押圧摺動して研磨するウェーハ研磨装置において、  研磨パッド１１は、硬さが異なる第１領域１１ａと第２領域１１ｂを含む複数の領域が設けられ、第１領域１１ａと第２領域１１ｂは、研磨時にウェーハＷが第１領域１１ａを通過する時間又は距離と第２領域１１ｂを通過する時間又は距離とが所定の割合になる分布及び／又は面積比で設けられたことを特徴とする。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を中心に回転するキャリアプレートに保持されたウェーハを、前記軸と異なる軸を中心として回転する研磨定盤に設けられた研磨パッドに押圧摺動して研磨するウェーハ研磨装置において、
前記研磨パッドは、硬さが異なる第１領域と第２領域を含む複数の領域が設けられ、
前記第１領域と第２領域は、研磨時にウェーハが前記第１領域を通過する時間又は距離と前記第２領域を通過する時間又は距離とが所定の割合になる分布及び／又は面積比で設けられたことを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項２】
前記第１領域と第２領域はそれぞれ平面視扇状に形成され、前記第１領域と第２領域が交互に配置されて前記複数の領域が構成されていることを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置。
【請求項３】
前記第１領域と第２領域はそれぞれ平面視螺旋状に形成され、前記第１領域と第２領域が交互に配置されて前記複数の領域が構成されていることを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置。
【請求項４】
硬さが異なる第１領域と第２領域を含む複数の領域が設けられた研磨パッドを回転させ、該研磨パッドに回転するウェーハを押圧摺動してウェーハ表面を研磨することを特徴とするウェーハ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路をウェーハウェーハ等の表面を研磨するためのウェーハ研ウェーハおよびウェーハ研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、表面がエッチングされたシリコンウェーハは、ポリシング工程において、その表面に研磨が施される。従来の研磨では、硬質研磨パッドが備えられたウェーハ研磨装置を用いてウェーハ表面の粗い凹凸を取り除いて表面を平坦にする第１研磨工程と、軟質研磨パッドが備えられたウェーハ研磨装置を用いてウェーハ表面の微小ピットを消滅する第２研磨工程を行うことで、ウェーハの表面を平滑で無歪の鏡面に仕上げている。なお、第１研磨工程と第２研磨工程とでは用いる研磨パッドの種類が異なるために、第１研磨工程と第２研磨工程でそれぞれ専用のウェーハ研磨装置を用いている。
【０００３】
図７は、従来の研磨方法に用いられるウェーハ研磨装置の概略構成を示す図であり、図７の（ａ）は平面図、図７の（ｂ）は側面図である（例えば、特許文献１参照）。
従来のウェーハ研磨装置は、回転円盤３１と、この円盤表面のほぼ全面に亘って貼り付けられた研磨パッド３２と、回転円盤３２の上方に設けられた複数の回転ホルダ３３と、各回転ホルダ３３に固定されたウェーハ取り付けプレート３５から構成されている。回転ホルダ３３は軸３４によって上下運動並びに回転運動を行うように構成されている。ウェーハ取り付けプレート３５に複数のウェーハ３６が取り付けられている。なお、図中符号３７は注入パイプであり、この注入パイプ３７から必要に応じてリンス液やポリシング液３８を供給しながらウェーハの研磨を行うこともある。
【特許文献１】特開昭６４−７８７５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら従来の研磨方法では、第１研磨工程と第２研磨工程でそれぞれ専用のウェーハ研磨装置と研磨パッドを用いて行っているために、ウェーハを研磨するための設備や研磨資材の増加によりウェーハの製造コストがかかると問題があった。また、用いるウェーハ研磨装置を変えて二つの研磨工程を行っているために、研磨工程が煩雑になる、研磨時間がかかるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ウェーハを研磨するための設備や研磨資材の削減が可能で、しかもウェーハの研磨工程の簡略化と研磨時間を短縮できるウェーハの研磨装置及びウェーハ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】
【０００６】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討及び実験を重ねた結果、研磨前のウェーハの表面の粗さ成分には、図１に示すＰＳＤ（power spectral density)解析により波長が大きい（例えば、波長が１０μｍを超える）成分と、波長が小さい（例えば、波長が１０μｍ以下）成分があることがわかった。
また、硬度９０の発泡ウレタンからなる従来の硬質研磨パッドを用いてウェーハ表面の研磨を行った場合、図２（ａ）の曲線Ａに示すように波長が大きい成分は短時間で取り除くことができる（収束率が大きい）が、波長が短い成分の収束率は小さいことがわかった。  また、硬度６８のスエードからなる従来の軟質研磨パッドを用いてウェーハ表面の研磨を行った場合、図２（ａ）の曲線Ｂに示すように波長が小さい成分は短時間で取り除くことができる（収束率が大きい）が、波長が大きい成分の収束率は小さいことがわかった。
なお、上記収束率は、ウェーハ表面が鏡面化するまでの時間の逆数であり、収束率が大きいほど鏡面化するまでの時間が短く、研磨の効率が良いものである。
また、上記研磨パッドの硬度は、スプリング式硬さ計（JIS- A 形）で測定した値である。
【０００７】
さらに、本発明者は鋭意検討及び実験を重ねた結果、硬質研磨材料からなる領域と軟質研磨材料からなる領域の両方が設けられた研磨パッド（混合パッドと呼ぶこともある。）を用いてウェーハの表面の研磨を行うと、図２（ａ）の曲線Ｃに示すように波長が大きい成分については従来の硬質研磨パッドよりも収束率が僅かに小さくなるものの従来の軟質研磨パッドによりも収束率が大幅に大きくなり、また、波長が小さい成分については従来の軟質研磨パッドよりも収束率が僅かに小さくなるものの従来の硬質研磨パッドによりも収束率が大幅に大きくなり、しかも一つのウェーハ研磨装置でウェーハ表面の波長が大きい粗さ成分と波長が小さい粗さ成分の両方を効率良く取り除いて、平滑で無歪の鏡面に仕上げることができることを究明し、本発明を完成した。なお、図２（ｂ）に、ウェーハ表面の粗さ成分の波長との関係を示すグラフを示した。
【０００８】
本発明は、軸を中心に回転するキャリアプレートに保持されたウェーハを、前記軸と異なる軸を中心として回転する研磨定盤に設けられた研磨パッドに押圧摺動して研磨するウェーハ研磨装置において、
前記研磨パッドは、硬さが異なる第１領域と第２領域を含む複数の領域が設けられ、前記第１領域と第２領域は、研磨時にウェーハが前記第１領域を通過する時間又は距離と前記第２領域を通過する時間又は距離とが所定の割合になる分布及び／又は面積比で設けられたことにより上記課題を解決した。
【０００９】
また、本発明のウェーハ研磨装置においては、前記第１領域と第２領域はそれぞれ平面視扇状に形成され、前記第１領域と第２領域が交互に配置されて前記複数の領域が構成されたものであってもよい。
また、本発明のウェーハ研磨装置においては、前記第１領域と第２領域はそれぞれ平面視螺旋状に形成され、前記第１領域と第２領域が交互に配置されて前記複数の領域が構成されたものであってもよい。
【００１０】
本発明のウェーハ研磨方法は、硬さが異なる第１領域と第２領域を含む複数の領域が設けられた研磨パッドを回転させ、該研磨パッドに回転するウェーハを押圧摺動してウェーハ表面を研磨することにより上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のウェーハ研磨装置は、硬さが異なる第１領域と第２領域を含む複数の領域が設けられ、前記第１領域と第２領域は、研磨時にウェーハが前記第１領域を通過する時間又は距離と前記第２領域を通過する時間又は距離とが所定の割合になる分布及び／又は面積比で設けられた研磨パッドが備えられたものであるので、このウェーハ研磨装置を用いてウェーハの表面の研磨を行うと、ウェーハ表面の粗い凹凸と微小ピットの両方を効率良く取り除いて、平滑で無歪の鏡面に仕上げることができる。すななち、本発明のウェーハ研磨装置を用いる研磨では一つのウェーハ研磨装置でウェーハ表面の粗い凹凸と微小ピットの両方を取り除くことができるので、従来のようにウェーハ表面の粗い凹凸を取り除く場合と微小ピットを消滅させる場合で用いるウェーハ研磨装置や研磨パッドを変更しなくても済み、ウェーハを研磨するための設備や研磨資材の削減が可能で、しかもウェーハの研磨工程の簡略化と研磨時間を短縮でき、ウェーハを効率良く研磨できる。
【００１２】
また、本発明のウェーハ研磨方法は、硬さが異なる第１領域と第２領域を含む複数の領域が設けられた研磨パッドを回転させ、該研磨パッドに回転するウェーハを押圧摺動してウェーハ表面を研磨することにより、平坦化工程と微小ピット消滅工程とを１工程でおこない、この研磨パッドでウェーハ表面の粗い凹凸と微小ピットの両方を取り除くことができるので、従来のようにウェーハ表面の粗い凹凸を取り除く場合と微小ピットを消滅させる場合で用いる研磨パッドを変更しなくても済み、ウェーハを研磨するための設備や研磨資材の削減が可能で、しかもウェーハの研磨工程の簡略化と研磨時間を短縮でき、ウェーハを効率良く研磨できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係るウェーハ研磨装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本実施形態のウェーハ研磨装置の要部拡大断面図であり、図４は、図１のウェーハ研磨装置に備えられた研磨定盤とキャリアプレートを示す平面図であり、図５は図１のウェーハ研磨装置に備えられた研磨パッドの平面図である。
本実施形態のウェーハ研磨装置１０は、複数の領域からなる平面視円形の研磨パッド１１が表面に設けられた研磨定盤１２と、この上方に配設された複数台（図面では４台）の研磨ヘッド１３とを備えている。
各研磨ヘッド１３は、軸を中心に回転可能に設けられている。各研磨ヘッド１３の研磨定盤と対向する面にキャリアプレート１４が設けられており、研磨ヘッド１３が回転するとこの研磨ヘッド１３に設けられたキャリアプレート１４も軸を中心に回転することになる。このキャリアプレート１４には複数（図面では５枚）のシリコンウェーハＷがヘッド中心部を中心に所定間隔（図面では７２度間隔）で保持されている。シリコンウェーハＷは、例えば、スライスやラッピング後にエッチングが施されたもので、さらに表面を鏡のように磨く研磨工程（ポリシング工程）を施す必要があるものである。このシリコンウェーハＷの寸法は、例えば、直径３００ｍｍ、厚さ０．７５ｍｍのものが好適に用いられている。
【００１４】
研磨パッド１１は、硬さが異なる第１領域１１ａと第２領域１１ｂを含む複数の領域から構成されている。
第１領域１１ａと第２領域１１ｂは、この研磨パッド１１でウェーハを研磨する時にウェーハＷが第１領域１１ａを通過する時間又は距離と第２領域１１ｂを通過する時間又は距離とが所定の割合になる分布及び／又は面積比で設けられている。
具体的には、後述するように硬い第１領域１１ａと軟らかい第２領域１１ｂが、ウェーハＷのある微小部分に対して、研磨工程時に通過する軌跡の長さが各領域１１ａ，１１ｂの硬度の逆数に比例するようにし、例えば、（第１領域１１ａの長さ）：（第２領域の長さ）＝（第２領域の硬度）：（第１領域の硬度）、または、（第１領域１１ａの通過する時間）：（第２領域の通過する時間）＝（第２領域の硬度）：（第１領域の硬度）となるように設定することができる。
あるいは、硬い第１領域１１ａと軟らかい第２領域１１ｂが、ウェーハＷのある部分に対して、研磨工程時に通過する長さが等しいように設定し、例えば、硬：軟＝１：１となるようにすることができる。
本実施形態では、図５に示すように、平面視扇状の第１領域１１ａと平面視扇状の第２領域１１ｂが交互に配置されて平面視円形の研磨パッド１１が構成されている。すなわち、研磨パッド１１は複数（図面では８つ）の領域に分割されている。
【００１５】
第１領域１１ａの材質は、第２領域１１ｂの硬度より大きいものが用いられ、例えば、硬度９０の発泡ウレタンが用いられる。
第２領域１１ｂの材質は、第１領域１１ａの硬度より小さいものが用いられ、例えば、硬度６８のスエードや不織布が用いられる。
第１領域１１ａと第２領域１１ｂが交互に配置された研磨パッド１１の硬度は、６８〜９０の範囲とされる。
【００１６】
図５は第１領域１１ａと第２領域１１ｂの面積比が１：１の場合を示したが、硬度が小さい第２領域１１ｂの面積を硬度が大きい第１領域１１ａの面積より大きくしてもよい。このようにした場合、研磨パッド１１でシリコンウェーハＷを研磨する時に、シリコンウェーハＷの表面の粗さ成分のうち取り除くのに時間がかかる波長が小さい成分が第２領域１１ｂを通過する時間又は距離を長くすることができるので、波長が小さい粗さ成分の除去効率を向上できる。
【００１７】
研磨定盤１２は上記軸とは異なる軸を中心に回転可能に設けられている。研磨定盤１２および各研磨ヘッド１３の回転方向は同じ方向とされている。なお、研磨ヘッド１３の移動方法は、本実施形態に限るものではない。
シリコンウェーハＷをキャリアプレート１４に取り付ける方法は、ワックス貼着であってもよいし、ワックスレスマウント式でもよい。
【００１８】
次に、この研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
図３と図４に示すように、まず複数枚（図面では５枚）のシリコンウェーハＷを所定間隔（図面では７２度間隔）で各キャリヤ プレート１４にワックス貼着し、それから各キャリヤ プレート１４を対応する研磨ヘッド１３の下面に固着する。
そして、各研磨ヘッド１３を下降することで、各シリコンウェーハＷを、研磨定盤１２上に設けられた研磨パッド１１の研磨作用面に押圧する。この状態を維持しつつ、かつ研磨パット１１上に研磨液を供給しながら、研磨定盤１２を図４の実線矢印方向に回転させる。同時に、各研磨ヘッド１３を、図４の二点鎖線矢印方向に回転させ、各シリコンウェーハＷを研磨パッド１１に押圧摺動し、研磨する。ここでの研磨では、ウェーハＷの研磨面（表面）は第１領域１１ａを通過する時間又は距離と第２領域１１ｂを通過する時間又は距離が所定の割合になる。例えば、研磨パッド１１の第１領域１１ａと第２領域１１ｂの面積比が１：１の場合、ウェーハＷの表面が第１領域１１ａを通過する時間又は距離と第２領域１１ｂを通過する時間又は距離が１：１になる。第２領域１１ｂの面積が第１領域１１ａの面積より大きい場合、ウェーハＷの表面が第２領域１１ｂを通過する時間又は距離の方が第１領域１１ａを通過する時間又は距離よりも大きくなる。
これにより、各シリコンウェーハＷの研磨面（表面）が研磨されて、研磨前にウェーハ表面にあった波長の大きい（周期が大きい）粗さと波長の小さい（周期が小さい）粗さを一つのパッドを用いて収束できる。
【００１９】
本実施形態のウェーハ研磨装置１０は、硬さが異なる第１領域１１ａと第２領域１１ｂが交互に設けられ、しかもこれら第１領域１１ａと第２領域１１ｂは、研磨時にシリコンウェーハＷが第１領域１１ａを通過する時間又は距離と第２領域１１ｂを通過する時間又は距離とが所定の割合になる分布及び／又は面積比で設けられた研磨パッド１１が備えられたものであるので、このウェーハ研磨装置１０を用いてウェーハＷの表面の研磨を行うと、ウェーハ表面の粗い凹凸と微小ピットの両方を効率良く取り除くことができ、平滑で無歪の鏡面に仕上げることができる。すななち、本実施形態のウェーハ研磨装置１０を用いる研磨では一つのウェーハ研磨装置でウェーハ表面の粗い凹凸と微小ピットの両方（波長が大きい粗さ成分と波長が小さい粗さ成分の両方）を同一工程で取り除くことができるので、従来のようにウェーハ表面の粗い凹凸を取り除く場合と微小ピットを消滅させる場合で用いるウェーハ研磨装置や研磨パッドを変更しなくても済み、ウェーハを研磨するための設備や研磨資材の削減が可能で、しかもウェーハの研磨工程の簡略化と研磨時間を短縮でき、ウェーハを効率良く研磨できる。
【００２０】
また、本実施形態のウェーハ研磨方法は、硬さが異なる第１領域１１ａと第２領域１１ｂを含む複数の領域が設けられた研磨パッド１１を回転させ、該研磨パッド１１に回転するシリコンウェーハＷを押圧摺動してウェーハ表面を研磨することにより、研磨パッド１１でウェーハ表面の粗い凹凸と微小ピットの両方を取り除くことができるので、従来のようにウェーハ表面の粗い凹凸を取り除く場合と微小ピットを消滅させる場合で用いる研磨パッドを変更しなくても済み、ウェーハを研磨するための設備や研磨資材の削減が可能で、しかもウェーハの研磨工程の簡略化と研磨時間を短縮でき、ウェーハを効率良く研磨できる。
【００２１】
具体例を挙げると、従来のようにウェーハ表面の粗い凹凸を取り除く場合と微小ピットを消滅させる場合で用いるウェーハ研磨装置や研磨パッドを変更して研磨を行う場合（硬質研磨パッドを用いる第１研磨工程と軟質研磨パッドを用いる第２研磨工程を行う場合、比較例）の加工時間は、図６に示すように約１６５０秒要した。これに対して硬さが異なる第１領域１１ａと第２領域１１ｂが交互に設けられた研磨パッド（混合パッド）１１が備えられた実施形態のウェーハ研磨装置１０を用いてシリコンウェーハＷの表面を研磨した場合（実施例）の加工時間は、図６に示すように約８００秒であり、比較例に比べてウェーハの研磨加工に要する時間を１／２以下に短縮することができ、ウェーハを効率良く研磨することができることがわかった。
本実施例によれば、各粗さ成分に応じた加工を１軸上で行うことにより、研磨加工に要する時間を半減でき、設備も半減でき、研磨パッドも半減でき、コストダウンすることができる。
【００２２】
なお、上記実施形態のウェーハ研磨装置においては、平面視扇状の第１領域１１ａと平面視扇状の第２領域１１ｂが交互に配置されて８つの領域から構成された研磨パッド１１が設けられた場合について説明したが、研磨パッドは硬さが異なる第１領域と第２領域が配置されていればよく、例えば、平面視半円状の第１領域１１ａと平面視半円状の第２領域１１ｂの２つの領域からなるものであってもよい。
また、図８に示すように硬さが異なる第１領域２１ａと第２領域２１ｂがそれぞれ平面視螺旋状に形成され、第１領域２１ａと第２領域２１ｂが交互に配置されて複数の領域が構成された研磨パッド２１であってもよい。
また、図９に示すように硬さが異なる第１領域３１ａと第２領域３１ｂがそれぞれ平面視風車状に形成され、第１領域３１ａと第２領域３１ｂが交互に配置されて複数の領域が構成された研磨パッド３１であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】研磨前のウェーハの表面の粗さのＰＳＤ解析結果を示すグラフ。
【図２】（ａ）は、研磨パッドと収束率の関係を示すグラフ、（ｂ）ウェーハの表面の粗さの成分と波長との関係を示すグラフ。
【図３】本発明の実施形態のウェーハ研磨装置の要部拡大断面図。
【図４】図１のウェーハ研磨装置に備えられた研磨定盤とキャリアプレートを示す平面図。
【図５】図１のウェーハ研磨装置に備えられた研磨パッドの平面図。
【図６】実施例と比較例の研磨加工時間を示すグラフ。
【図７】従来のウェーハ研磨装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。
【図８】本発明のウェーハ研磨装置に備えられた研磨パッドの他の例を示す平面図。
【図９】本発明のウェーハ研磨装置に備えられた研磨パッドの他の例を示す平面図。
【符号の説明】
【００２４】
１０・・・ウェーハ研磨装置、１１・・・研磨パッド、１１ａ・・・第１領域、１１ｂ・・・第２領域、１２・・・研磨定盤、１３・・・研磨ヘッド、１４・・・キャリアプレート、Ｗ・・・シリコンウェーハ
【図１】
2006324416.tif 000003
【図２】
2006324416.tif 000004
【図３】
2006324416.tif 000005
【図４】
2006324416.tif 000006
【図５】
2006324416.tif 000007
【図６】
2006324416.tif 000008
【図７】
2006324416.tif 000009
【図８】
2006324416.tif 000010
【図９】
2006324416.tif 000011