(57)【要約】【課題】研磨中の研磨環境変化に対応することにより、研磨品質のばらつきを抑制することのできる半導体ウェーハの両面研磨方法を提供する。【解決手段】本発明による半導体ウェーハの両面研磨方法は、両面研磨の研磨傾向を判定する判定関数を予め求める工程と、初期研磨条件により、前記半導体ウェーハの両面研磨を開始する第１工程と、前記初期研磨条件により前記半導体ウェーハの両面研磨を行いつつ、前記第１工程の所定期間における装置ログデータを用いて前記判定関数の値を計算し、該判定関数の値に基づき、前記初期研磨条件を調整した調整研磨条件を前記両面研磨装置に設定する第２工程と、前記調整研磨条件により、前記半導体ウェーハの両面研磨を行う第３工程と、を含む。【選択図】図２
2018074086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両面研磨装置を用いて半導体ウェーハの両面研磨を行う両面研磨方法であって、
前記両面研磨装置を用いて両面研磨を終えた後の複数の半導体ウェーハの形状指標と、該形状指標に対応する前記両面研磨装置の研磨末期の装置ログデータとに基づき重回帰分析を行って、前記両面研磨の研磨傾向を判定する判定関数を予め求める工程と、
初期研磨条件により、前記半導体ウェーハの両面研磨を開始する第１工程と、
前記第１工程に引き続き、前記初期研磨条件により前記半導体ウェーハの両面研磨を行いつつ、前記第１工程の研磨末期における装置ログデータを用いて前記判定関数の値を計算し、該判定関数の値に基づき、前記初期研磨条件を調整した調整研磨条件を前記両面研磨装置に設定する第２工程と、
前記第２工程に引き続き、前記調整研磨条件により、前記半導体ウェーハの両面研磨を行う第３工程と、
を含むことを特徴とする半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項２】
前記第３工程における研磨時間が前記判定関数の値に基づく、請求項１に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項３】
前記調整研磨条件が、前記両面研磨装置の定盤回転数および定盤荷重の少なくともいずれかの調整を含む、請求項１または２に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項４】
前記第２工程を、前記半導体ウェーハが所定厚みに達したときに開始する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェーハの表裏の両面を同時に研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法に関する。
【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、研削後のウェーハ表面の凹凸をなくし、平坦度の高い鏡面仕上げを施す研磨工程とを順次経ることにより得られる。また、用途に応じて、研磨後の半導体ウェーハ表面に、ＭＯＣＶＤ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、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】
ここで、図１を用いて、従来技術に従う一般的な両面研磨装置１を説明する。図１に示すように、両面研磨装置１は、半導体ウェーハ２０を保持するための保持孔４０を有するキャリアプレート３０と、研磨パッド６０ａ，６０ｂがそれぞれ設けられた上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂと、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂをそれぞれ回転させる一対のモータ９０ａおよび９０ｂとを含む。
【０００５】
上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂは、保持孔４０に保持された半導体ウェーハ２０を所望の荷重で挟み込むことができるように構成される。モータ９０ａおよび９０ｂは、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂを逆方向に回転させる。また、キャリアプレート３０には外周ギアが設けられており、下定盤５０ｂ中心部のサンギア７０と、下定盤５０ｂ外周のインターナルギア８０と噛み合わさることで、キャリアプレート３０は自転かつ公転（「遊星回転」と呼ばれる）する。なお、サンギア７０およびインターナルギア８０は、モータ９０ａおよび９０ｂとは異なるモータ９０ｃ，９０ｄによりそれぞれ駆動する。両面研磨装置１は、挟み込んだキャリアプレート３０を遊星回転させながら、研磨パッド６０ａおよび６０ｂによる加圧と滴下スラリー（図示せず）とにより、半導体ウェーハ２０の表裏面を同時に化学機械研磨する。
【０００６】
両面研磨後の半導体ウェーハに要求される形状仕様は、ウェーハ中心を凸形状にする、あるいは凹形状にするなど、その後に行われる種々の工程に応じて異なる。そのため、両面研磨法においては、仕様に応じて、狙い形状どおりの半導体ウェーハ形状が得られるよう、研磨条件を制御することが求められている。
【０００７】
さて、研磨後の狙い形状を定めて半導体ウェーハの両面研磨を行うものの、狙い形状どおりの完全に精密な形状を得ることは難しく、誤差は生じる。また、両面研磨法において、研磨処理を進めると、研磨パッドの摩耗や、研磨中でのスラリー温度変化、さらには局所的なスラリー供給量変化等の研磨環境変化は不可避であり、このような研磨環境変化が研磨品質の悪化をさらに招く。そこで、両面研磨法における研磨条件を制御する種々の手法が検討されている。
【０００８】
例えば、特許文献１に記載の技術では、高研磨レートで研磨する第１の研磨工程と、次いで低研磨レートで研磨する第２の研磨工程とを含む半導体ウェーハの両面研磨方法において、半導体ウェーハ研磨後に、半導体ウェーハの断面形状を光学的に測定し、当該測定結果に基づき次回研磨時の第１及び第２の研磨工程の研磨条件を設定する。特許文献１によれば、この両面研磨方法により、半導体ウェーハの最外周部を含めた半導体ウェーハ全体の平坦度を向上することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１４−９９４７１号公報
【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１の両面研磨法は、一旦研磨を終えた後の、次回バッチ以降の研磨に対して修正した研磨条件を反映する技術である。そのため、特許文献１に記載される技術では、次回研磨以降の研磨条件を修正することはできても、研磨中の研磨環境変化には対応できない。特許文献１に記載の技術と同様に、従来の両面研磨方法では、複数段階で研磨条件を変えることがあっても、それぞれの段階での所定の研磨条件を研磨開始前に設定し、一旦研磨が開始すれば研磨条件の調整は行われていなかった。そのため、従来技術による両面研磨方法では、研磨中に研磨環境変化が生じたバッチの半導体ウェーハは不良品となってしまうため、歩留まり改善には限界があるし、研磨後の半導体ウェーハを狙い形状どおりとする、すなわち形状制御性などの研磨品質にもばらつきが生じてしまう。
【００１１】
そこで本発明は、研磨中の研磨環境変化に対応することにより、研磨品質のばらつきを抑制することのできる半導体ウェーハの両面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】
【００１２】
上述の目的を達成すべく本発明者らは鋭意検討を重ねた。そして、本発明者らは、研磨中の研磨環境変化に対応するため、研磨中にイン・サイチュ（in-situ；その場）で研磨条件を調整することを着想した。イン・サイチュで研磨条件を調整することで、研磨中の研磨環境変化に対応することが可能となり、その結果、研磨品質のばらつきを改善することができる。
【００１３】
本発明者らは鋭意検討し、半導体ウェーハの形状指標を目的変数とし、研磨中の装置データログを説明変数として重回帰分析をすると、両者に強い重相関関係があることを確認した。さらに、重回帰分析により得られる線形関数に研磨中の装置ログデータを当てはめた場合に、当該線形関数の値に基づき、研磨中の半導体ウェーハの形状状況を判定できることを見出した。そして、当該判定結果に基づき、研磨中に研磨条件を調整することにより、研磨中の環境変化に対応して研磨品質のばらつきを抑制できることを本発明者らは知見し、本発明を完成するに至った。
【００１４】
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。
（１）両面研磨装置を用いて半導体ウェーハの両面研磨を行う両面研磨方法であって、
前記両面研磨装置を用いて両面研磨を終えた後の複数の半導体ウェーハの形状指標と、該形状指標に対応する前記両面研磨装置の研磨末期の装置ログデータとに基づき重回帰分析を行って、前記両面研磨の研磨傾向を判定する判定関数を予め求める工程と、
初期研磨条件により、前記半導体ウェーハの両面研磨を開始する第１工程と、
前記第１工程に引き続き、前記初期研磨条件により前記半導体ウェーハの両面研磨を行いつつ、前記第１工程の研磨末期における装置ログデータを用いて前記判定関数の値を計算し、該判定関数の値に基づき、前記初期研磨条件を調整した調整研磨条件を前記両面研磨装置に設定する第２工程と、
前記第２工程に引き続き、前記調整研磨条件により、前記半導体ウェーハの両面研磨を行う第３工程と、
を含むことを特徴とする半導体ウェーハの両面研磨方法。
【００１５】
なお、本明細書における「研磨条件」とは、定盤回転数や荷重、スラリー流量、スラリー温度などの化学機械研磨に対して経時的に影響を与えるパラメータを指すものとし、「研磨時間」とは区別するものとする。
【００１６】
（２）前記第３工程における研磨時間が前記判定関数の値に基づく、前記（１）に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【００１７】
（３）前記調整研磨条件が、前記両面研磨装置の定盤回転数および定盤荷重の少なくともいずれかの調整を含む、前記（１）または（２）に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【００１８】
（４）前記第２工程を、前記半導体ウェーハが所定厚みに達したときに開始する、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の半導体ウェーハの両面研磨方法によれば、研磨中の研磨環境変化に対応することにより、研磨品質のばらつきを抑制することのできる半導体ウェーハの両面研磨方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術における半導体ウェーハの両面研磨装置の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に従う半導体ウェーハの両面研磨方法を説明するフローチャートである。
【図３】実施例において判定関数を求める際の、狙い形状値との差分の実測値および予測値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ本発明の一実施形態に従う半導体ウェーハの両面研磨方法を説明する。なお、図中の各構成の縦横比は、説明の便宜上誇張して図示しており、実際とは異なる。
【００２２】
本発明の一実施形態に従う半導体ウェーハの両面研磨方法は、両面研磨装置により半導体ウェーハの両面研磨を行うものであり、両面研磨にあたり、図２のフローチャートに示す各工程を含む。本実施形態には、例えば図１を用いて既述の両面研磨装置１を用いることができる。
【００２３】
まず、本実施形態において用いることのできる両面研磨装置１を、既述の図１を用いて改めて説明する。両面研磨装置１は、半導体ウェーハ２０を保持するための保持孔４０を有するキャリアプレート３０と、研磨パッド６０ａ，６０ｂがそれぞれ設けられた上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂと、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂをそれぞれ回転させる一対のモータ９０ａおよび９０ｂとを含む。
【００２４】
上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂは、保持孔４０に保持された半導体ウェーハは２０を所望の荷重で挟み込むことができるように構成される。モータ９０ａおよび９０ｂは、上定盤５０ａおよび下定盤５０ｂを逆方向に回転させる。また、キャリアプレート３０には外周ギアが設けられており、下定盤５０ｂ中心部のサンギア７０と、下定盤５０ｂ外周のインターナルギア８０と噛み合わさることで、キャリアプレート３０は遊星回転する。なお、サンギア７０およびインターナルギア８０は、モータ９０ａおよび９０ｂとは異なるモータ９０ｃ，９０ｄによりそれぞれ駆動する。両面研磨装置１は、挟み込んだキャリアプレート３０を遊星回転させながら、研磨パッド６０ａおよび６０ｂによる加圧と滴下スラリー（図示せず）とにより、半導体ウェーハ２０の表裏面を同時に化学機械研磨する。
【００２５】
両面研磨装置１の模式図を簡略化するため図１には図示しないが、両面研磨装置にはスラリー供給のためのスラリー流入出口および定盤温度を一定に維持するための定常恒温水の流入出口および各定盤内の恒温室、研磨中の半導体ウェーハの厚みを測定するための波長可変型の赤外線レーザ計測器などの、両面研磨装置において用いられる一般的な公知の構成も含まれ得る。また、キャリアプレート３０の外周ギアがサンギア７０およびインターナルギア８０と噛み合わさることでキャリアプレート３０は回転するものの、サンギア７０、インターナルギア８０とキャリアの外周ギアの噛み合わせについては、両面研磨装置１の模式図を簡略化するために図示しない。また、インターナルギア８０は、円周方向に多数の回転駆動軸ピンまたはギアを配置した個々の軸ピンもしくはギアから構成され得るものであり、個々の軸ピンもしくはギアがキャリアプレート３０の外周ギアに噛み合わさることで、キャリアプレート３０を回転させることができる。ただし、個々の軸ピンについては、両面研磨装置１の模式図を簡略化するために図示していない。
【００２６】
また、両面研磨装置１には、測定部１１０が設けられ、測定部１１０は両面研磨中における両面研磨装置１の装置ログデータを研磨の進行に合わせて、リアルタイムで取得することができる。装置ログデータには、研磨中の半導体ウェーハ厚み、上下定盤のばたつき、スラリー流量、スラリーの流入温度、スラリーの流出温度、上定盤の回転数、下定盤の回転数、恒温水の流入温度、恒温水の流出温度、上定盤の負荷率、下定盤の負荷率、サンギア負荷率、キャリアプレート回転数など、両面研磨装置１において測定可能な種々の装置データ種が含まれ得る。両面研磨装置１の制御部１２０は、上述した各構成を制御して、両面研磨を行うと共に、測定部１１０により両面研磨装置１の装置ログデータをリアルタイムで取得する。
【００２７】
さて、本実施形態による両面研磨方法は、上述したような両面研磨装置を用いて、以下の工程Ｓ０〜Ｓ３０を少なくとも含むことにより、半導体ウェーハの両面研磨を行うものである。すなわち、両面研磨装置を用いて両面研磨を終えた後の複数の半導体ウェーハの形状指標と、該形状指標に対応する両面研磨装置の装置ログデータとに基づき重回帰分析を行って、両面研磨による研磨傾向を判定する判定関数を予め求める工程Ｓ０をまず行う。そして、初期研磨条件により、半導体ウェーハの両面研磨を開始する第１工程Ｓ１０を行う。また、第１工程Ｓ１０に引き続き、初期研磨条件により半導体ウェーハの両面研磨を行いつつ、第１工程Ｓ１０の研磨末期における装置ログデータを用いて判定関数の値を計算し、該判定関数の値に基づき、初期研磨条件を調整した調整研磨条件を両面研磨装置に設定する第２工程Ｓ２０を行う。さらに、第２工程Ｓ２０に引き続き、調整研磨条件により、半導体ウェーハの両面研磨を行う第３工程Ｓ３０を行う。なお、本実施形態では、研磨を停止することなく、第１工程Ｓ１０〜第３工程Ｓ３０を連続的に行うものである。以下、各工程の詳細を順次説明する。
【００２８】
＜判定関数を予め求める工程＞
本実施形態における判定関数を予め求める工程Ｓ０について具体的に説明する。なお、本工程Ｓ０は、半導体ウェーハの両面研磨に先立ち、予め行うものである。
【００２９】
本工程Ｓ０において求める判定関数は、以下のようにして求めることができる。まず、両面研磨装置を用いて両面研磨を終えた後の複数の半導体ウェーハの形状指標と、当該形状指標に対応する両面研磨装置の装置ログデータとを予め測定しておく。なお、測定回数は統計学的に有意であるものとする。半導体ウェーハの形状指標としては、グローバルフラットネスの代表的指標である、半導体ウェーハ全面の厚さむらを評価するＧＢＩＲ（Global backside ideal range）を利用することができる。ただし、ＧＢＩＲは絶対値により定義されるため正の値となり、半導体ウェーハの凹凸形状までは表現できない。これは、半導体ウェーハの中心位置での厚みが半導体ウェーハの平均厚みに比べて大きい場合、半導体ウェーハの形状は中心凸形状と目視評価され、逆の場合には中心凹形状と目視評価され、同等のＧＢＩＲの値が測定されても、目視評価が大きく異なるためである。そこで、半導体ウェーハの中心位置での厚みが半導体ウェーハの平均厚みよりも大きい場合にＧＢＩＲの値をプラス表記とし、半導体ウェーハの中心位置での厚みが半導体ウェーハの平均厚みよりも小さい場合にＧＢＩＲの値をマイナス表記とした値を利用するものとする。以下、上記定義に従いプラスマイナス表記されるＧＢＩＲのことを、本明細書では「ＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）」と記載する。
【００３０】
形状指標としてＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）そのものを用いてもよいし、狙い形状のＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）に対しての相対値（例えば、測定結果のＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）と、狙い形状でのＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）との差分）を用いてもよい。
【００３１】
なお、ＧＢＩＲは、研磨後の半導体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該ウェーハの裏面を基準として、該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ることができ、測定にあたっては市販のレーザ変位計を用いることができる。ＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）は、上述したウェーハ中心位置の厚みと、平均厚みとの大小関係に従う。また、半導体ウェーハの形状指標としてＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）を用いて説明したが、グローバルフラットネスに関わる指標に限定せず、フラットネスに関わる指標であれば、他の定義に従う指標（例えばSFQR・ESFQR等）に置き換えてもよい。
【００３２】
さて、目的変数Ｙとして上述した形状指標を用い、説明変数Ｘ（Ｘ１，Ｘ２，・・・，ＸＮ；但しＮは正の整数）として、当該形状指標が得られたときの両面研磨装置の研磨末期の装置ログデータのうち、複数種類の装置データ種を用い、重回帰分析を行う。なお、装置ログデータとしては、両面研磨の終点を含む研磨末期の所定期間の平均値を用いることが好ましく、例えば両面研磨の終点以前の３０秒〜１２０秒の平均値を用いることが好ましい。重回帰分析により、下記式（１）の判定関数が得られる。
Ｙ＝Ａ０＋Ａ１Ｘ１＋Ａ２Ｘ２＋・・・ＡＮＸＮ    ・・・（１）
ここで、Ａ０は定数であり、Ａ１，Ａ２，・・・，ＡＮ（但しＮは正の整数）は、偏回帰係数である。
また、Ａ０，Ａ１，Ａ２，・・・，ＡＮは最小二乗法などの一般的な統計的手法により求めることができる。
【００３３】
実施例においても後述するが、本発明者らの検討により、上記式（１）により得られる形状指標の予測値と、形状指標の実測値とには、強い重相関関係があることが確認された。そのため、研磨中の装置ログデータを上記式（１）に適用すれば、研磨中のその時点での半導体ウェーハの形状指標を精度良く評価でき、両面研磨の研磨傾向（狙い形状に比べて、中心凸形状または凹形状に研磨がどの程度進むか）を判定できることを本発明者らは知見した。そこで本実施形態では、半導体ウェーハの研磨を続けながら、上記式（１）の判定関数を用いて半導体ウェーハの形状を評価し、当該判定関数の値に基づき、研磨条件を調整し、調整後の研磨条件に従い研磨を行うのである。
【００３４】
＜第１工程＞
第１工程Ｓ１０では、任意の初期研磨条件を両面研磨装置に設定し、半導体ウェーハの両面研磨を開始する。第１工程Ｓ１０で行う研磨時間は、所望に応じて研磨時間を設定してもよい。すなわち、当該研磨時間経過後に第１工程Ｓ１０から後続の第２工程Ｓ２０へと移行してもよい。また、研磨取り代の精度を高めるため、半導体ウェーハが所定厚みに達したときに第１工程Ｓ１０から第２工程Ｓ２０に移行する、換言すれば、第２工程Ｓ２０を、半導体ウェーハが所定厚みに達したときに開始することも好ましい。
【００３５】
＜第２工程＞
第２工程Ｓ２０では、第１工程Ｓ１０に引き続き、第１工程Ｓ１０と同じ初期研磨条件により半導体ウェーハの両面研磨を行う。第２工程Ｓ２０では、この両面研磨を行いつつ、第１工程Ｓ１０の研磨末期における装置ログデータを用いて、上記式（１）に従う判定関数の値を計算する（ステップＳ２１）。さらに、この判定関数の値に基づき、上記初期研磨条件を調整した調整研磨条件を両面研磨装置に設定する（ステップＳ２２）。以下、ステップＳ２１、Ｓ２２の具体的態様を順に説明する。
【００３６】
ステップＳ２１では、第１工程Ｓ１０の研磨末期における装置ログデータを読み込み、当該装置ログデータを用いて上記式（１）に装置ログデータを適用し、判定関数の値を計算する。計算した判定関数の値に基づき（より具体的には、狙い形状が得られるときの判定関数の値より大きいか、小さいか、さらにはどの程度の差が生じているかに基づき）、第１工程の研磨末期時点における半導体ウェーハの形状の、狙い形状との近似度合い（すなわち、狙い形状どおりに研磨できているか否かのずれ度合いを含む研磨傾向）を精度良く評価することができる。
【００３７】
そこで、ステップＳ２２では、判定関数の値に基づき、初期研磨条件を調整した調整研磨条件を両面研磨装置に設定する。ステップＳ２２で行う研磨条件の調整に関し、狙い形状が中心凸形状である場合（この場合、ＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）はプラス表記となる）を用いて、より具体的に説明する。
【００３８】
ステップＳ２１で算出した判定関数の値が狙い形状のＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）よりも大きな値の場合、第１工程Ｓ１０の研磨末期の半導体ウェーハの形状は、狙い形状よりもさらに中心凸形状になっていると評価できる。この場合、半導体ウェーハの中心をより集中的に研磨する研磨条件に修正する調整を行う。すなわち、第１工程Ｓ１０の研磨末期において、狙い形状よりもさらに中心凸形状となっているのであれば、研磨環境変化に伴って、初期研磨条件では中心凸度合いの作り込みが強すぎる研磨条件になっていると判定できるため、中心凸度合いを緩和する調整を行うのである。
【００３９】
反対に、ステップＳ２１で算出した判定関数の値が狙い形状のＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）よりも小さな値の場合、第１工程Ｓ１０の研磨末期の半導体ウェーハの形状は、狙い形状よりも中心凹形状になっていると評価できる。すなわち、第１工程Ｓ１０の研磨末期において、狙い形状よりも中心凹形状となっているのであれば、研磨環境変化に伴って、初期研磨条件では中心凸度合いの作り込みが弱い研磨条件になっていると判定できる。そこで、この場合には、半導体ウェーハの外周をより集中的に研磨する研磨条件を修正する調整（すなわち、中心凸度合いの補強）を行えばよい。
【００４０】
なお、例えば定盤回転数を増大させる、あるいは、定盤荷重を増大させると、半導体ウェーハの外周部をより集中的に研磨する研磨条件となることが知られている（中心凸形状に近づく）。同様に、例えば定盤回転数を低減させる、あるいは、定盤荷重を低減させると、半導体ウェーハの中心部をより集中的に研磨する研磨条件となることも知られている（中心凹形状に近づく）。このように、研磨条件を変更すれば、半導体ウェーハの外周部または中心部のいずれかを選択的に集中的に研磨することができるため、調整後の研磨条件により研磨を行うことで、第１工程Ｓ１０の研磨末期における半導体ウェーハ形状を狙い形状に近づける。
【００４１】
両面研磨装置の研磨条件のうち、定盤回転数および定盤荷重を調整することで、ウェーハ中心部側、あるいはウェーハ外周部側など、ウェーハ径方向における集中的に研磨する部分を特に制御しやすくなる。そこで、調整研磨条件は両面研磨装置の定盤回転数および定盤荷重の少なくともいずれかの調整を含むことが好ましく、両面研磨装置の定盤回転数および定盤荷重の両方を増大または低減する調整を行うことがより好ましい。
【００４２】
なお、第２工程Ｓ２０における研磨時間は、前述した判定関数の値を計算する計算時間および、当該値に基づき調整した調整研磨条件を両面研磨装置に設定する時間の合計であるため、両面研磨装置の仕様によっても異なるが、長くてもせいぜい数秒〜数十秒程度である。ただし、本実施形態では、イン・サイチュ（in-situ）で研磨条件を調整するため、第２工程Ｓ２０の間でも、研磨を続ける。
【００４３】
＜第３工程＞
第３工程Ｓ３０では、第２工程Ｓ２０に引き続き両面研磨を行う。第１工程Ｓ１０および第２工程Ｓ２０では、初期研磨条件により研磨していたところ、本第３工程Ｓ３０では、第２工程Ｓ２０により設定された調整研磨条件により、半導体ウェーハの両面研磨を行う。そして、本第３工程Ｓ３０では既述の調整研磨条件による両面研磨を行うため、第３研磨工程Ｓ３０後の半導体ウェーハの形状を、第１研磨工程末期の半導体ウェーハの形状よりも、狙い形状により近づけることができる。
【００４４】
第３工程Ｓ３０における研磨時間は任意であり、所望に応じて研磨時間を設定してもよい。しかしながら、第３工程Ｓ３０における研磨時間が上述の判定関数の値に基づくことが好ましく、下記式（２）により研磨時間を設定することがより好ましい。第１工程Ｓ１０末期における狙い形状との差分を考慮した研磨を行うことができるためである。
［第３工程の研磨時間］＝Ｂ×｜Ｙ１−Ｙ０｜＋Ｃ      ・・・（２）
ここで、ＢおよびＣは、狙い形状に依存する定数であり、Ｃは０の場合を含む。また、Ｙ１は、第２工程Ｓ２０により求めた判定関数の値であり、Ｙ０は、狙い形状の形状指標の値であり、｜Ｙ１−Ｙ０｜は、Ｙ１−Ｙ０の絶対値を意味する。
【００４５】
以上、本実施形態では上述の判定関数を予め求め、さらに第１工程Ｓ１０〜第３工程Ｓ３０に従い、半導体ウェーハの両面研磨を行うため、研磨中の研磨環境変化に対応することができ、研磨品質を改善することができる。さらに、本実施形態に従う両面研磨方法を量産に適用した場合、得られる半導体ウェーハの研磨品質のばらつきを抑制することができる。なお、上述した判定関数を一度求めれば、量産段階で本実施形態に従う研磨を実施する際に、当該判定関数を再度求める必要がないことは当然に理解される。
【００４６】
なお、判定関数の値の信頼性をより高めるためには、本実施形態の第２工程Ｓ２０において用いる装置ログデータを、判定関数を予め求める工程Ｓ０において用いた装置ログデータと整合させておくことが好ましい。すなわち、判定関数を予め求める工程Ｓ０において、装置ログデータとして、両面研磨の終点以前の所定期間の平均値（既述のとおり、例えば３０秒〜１２０秒の平均値）を用いた場合、第２工程Ｓ２０においても、第１工程Ｓ１０の終点以前の、上記所定期間と同一期間の平均値を用いることが好ましい。
【００４７】
なお、上記実施形態では、第３工程Ｓ３０において研磨を行うことを前提に説明してきたものの、仮に第２工程Ｓ２０において計算した判定関数の値が、狙い形状での形状指標の値と一致する場合には、第３工程Ｓ３０での研磨を行わなくてもよい。すなわち、調整研磨条件には、研磨を停止させる場合を含むものとする。この場合、第３工程Ｓ３０の研磨時間を調整するというよりは、定盤回転の停止や定盤荷重を無荷重へと、研磨条件を調整することを意味する。
【００４８】
また、第１工程Ｓ１０〜第３工程Ｓ３０での総研磨時間は、両面研磨における一般的な研磨時間とすることができ、例えば２０分〜１時間程度とすることができる。また、第１工程Ｓ１０の研磨時間を、総研磨時間の５０％以上とすることが好ましく、８０％以上とすることがより好ましい。第３工程Ｓ３０における研磨は、第１工程Ｓ１０による研磨の修正を目的とするものであるからである。
【００４９】
さらに、本実施形態による両面研磨方法は、上述した工程Ｓ０〜Ｓ３０を少なくとも含むものである。第３工程Ｓ３０の後に、本実施形態の第２工程Ｓ２０および第３工程Ｓ３０と同様に、さらに判定関数の値を計算し、この判定関数の値に基づき、第３工程の研磨条件を再調整した再調整研磨条件を両面研磨装置に設定し、研磨を行ってもよい。
【００５０】
また、本実施形態による両面研磨方法の後、研磨を停止し、滴下スラリーの種類を変える、無砥粒のスラリーを用いるなどして、さらに仕上げ研磨を行ってもよい。
【００５１】
以下、本実施形態に適用可能な具体的態様について説明するが、本実施形態は以下の態様に何ら限定されない。
【００５２】
キャリアプレート３０は、例えばステンレス鋼 (SUS: Steel special Use Stainless)、あるいはエポキシ、フェノール、ポリイミドなどの樹脂材料、さらに樹脂材料にガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などの強化繊維を複合した繊維強化プラスチックなど、任意の材質のものを用いることができる。樹脂材料など、摩耗の速いキャリアプレートを用いる場合、研磨環境変化が激しいため、本実施形態による研磨方法を供して好適である。
【００５３】
また、研磨パッド６０ａおよび６０ｂやスラリーは任意のものを用いることができ、例えば研磨パッドとしては、ポリエステル製の不織布からなるパッド、ポリウレタン製のパッドなどを用いることができる。滴下スラリーとしては、遊離砥粒を含むアルカリ性水溶液などを用いることができる。
【００５４】
本発明が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、および化合物半導体ウェーハなど、両面研磨を行う任意の半導体ウェーハの両面研磨に本発明を適用することが可能である。
【実施例】
【００５５】
次に、本発明の効果をさらに明確にするため、以下の実施例を挙げるが、本発明は以下の実施例に何ら制限されるものではない。
【００５６】
＜判定関数＞
まず、図２のフローチャートにおける工程Ｓ０に従い、以下のとおりにして判定関数を求めた。前述の図１に示した構成と同様の両面研磨装置を用い。半導体ウェーハとしては、初期の厚さ７９０μｍ、直径３００ｍｍ、Ｐ＋＋型のシリコンウェーハを用いた。また、本実施例で用いたキャリアプレートは、SUS製であり、全て同一キャリアを使用している。なお、この両面研磨装置には１枚のキャリアプレートに対して１枚のシリコンウェーハを設置し、１バッチあたり５枚のキャリアプレートを設置する。そして、シリコンウェーハの厚みを７７７μｍとするまで両面研磨を行った。両面研磨の最中には、両面研磨装置の装置ログデータを取得し続けた。昇降機により一定の定盤負荷（圧力）の下、キャリアプレートを上下定盤間で挟持しながら、上定盤および下定盤を互いに逆方向に回転させた。キャリアプレートは、インターナルギア、サンギアおよびキャリアプレートの外周ギアの噛み合わせにより上定盤と同方向に回転させて、キャリアプレートに１枚ずつ装填した５枚のシリコンウェーハの表裏面を研磨した。なお、上定盤、下定盤、インターナルギアおよびサンギアは、それぞれ異なるモータにより回転させた。なお、装置ログデータは、下記の装置データ種を含む。
（ｘ１）スラリー流量［Ｌ／分］
（ｘ２）スラリーの流入温度［℃］
（ｘ３）恒温水の流入温度［℃］
（ｘ４）上定盤の負荷率（負荷電流値）（％）
（ｘ５）下定盤の負荷率（負荷電流値）（％）
（ｘ６）サンギア負荷率（負荷電流値）（％）
なお、ｘ４〜ｘ６の負荷電流値とは、上定盤、下定盤およびサンギアのそれぞれのモータ仕様最大容量［Ａ］に対する実使用電流値［Ａ］の比を％表示したものであり、実使用電流値がモータ仕様最大容量に等しいとき１００％となる。
【００５７】
以下では、研磨後の狙い形状におけるＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）のことを単に「狙い形状値」と言う。研磨後のシリコンウェーハのそれぞれのＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）を、平坦度測定装置（KLA-Tencor社製：WaferSight）を用いて測定した。研磨後のＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）の実測値から、研磨後の狙い形状値を差し引いた狙い形状値との差分を図３のグラフに示す。但し、図３のグラフでは、狙い形状値との差分を相対値で記載している。なお、本実施例では、研磨後の狙い形状を中心凸形状としているため、狙い形状値との差分がプラスの値であれば、狙い形状よりもさらに中心凸形状になっていることを意味し、狙い形状値との差分がマイナスの値であれば、狙い形状よりも中心凹形状になっていることを意味する。
【００５８】
次に、狙い形状値からの差分を目的変数Ｙとし、説明変数を上記ｘ１〜ｘ６として、重回帰分析を行ったところ、下記式（３）を得た。なお、上記ｘ１〜ｘ６のそれぞれは、研磨終了時を含む研磨終了以前の６０秒の平均値である。
【数１】
2018074086.tif 000003
上記式（３）より得られる狙い形状値からの差分の予測値を、図３に併せて示す。実測値と、予測値との重相関係数は０．８５であり、十分に強い重相関関係にあると言える。
【００５９】
＜両面研磨＞
上記式（３）を用いて、図２のフローチャートの工程Ｓ１０〜Ｓ３０に従い、シリコンウェーハの両面研磨を行った。シリコンウェーハおよび研磨の初期条件としては、判定関数を求める際の条件と同一とした。また、第１工程の研磨時間を１５００秒とし、研磨開始から１５００秒経過した時点で、第２工程の計算を開始し、上記式（３）に従い判定関数の値αを計算した。なお、第２工程で用いる装置ログデータとして、第１工程の最後の６０秒間（すなわち、１４６０〜１５００秒の間）の平均値を用いた。
【００６０】
第２工程Ｓ２０において、判定関数の値αがプラスの場合、初期研磨条件から上定盤の回転数を１．３５ｒｐｍ増大させ、かつ、定盤荷重を１０％増大させることにより、研磨条件を調整した。さらに、判定関数の値αがマイナスの場合、初期研磨条件から上定盤の回転数を１．３５ｒｐｍ低減させ、かつ、定盤荷重を１０％低減させることにより、研磨条件を調整した。なお、判定関数の値αがゼロの場合はなかった。さらに、第３工程Ｓ３０における研磨時間を、下記式（４）のとおりとした。
［第３工程の研磨時間］＝12.57×α    ・・・（４）
【００６１】
以上の両面研磨を２３バッチ、合計１１５枚のシリコンウェーハに対して行い、全てのウェーハのＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）を測定し、本発明例による測定結果とする。
【００６２】
研磨後のウェーハのＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）が、狙い形状値のＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）から±１０ｎｍの範囲内にあったものを良品として判定し、良品率を判定した。
判定関数を求める際に測定したウェーハのＧＢＩＲ（プラスマイナス表記）を従来技術の結果とみなすと、従来技術による良品判定率は７８．５％であったのに対して、本発明例による良品判定率は９３．８％へと改善されたことが確認された。
【００６３】
以上の結果から、良品判定率に大幅な改善が見られたのは、本発明に従う両面研磨方法では、研磨中の研磨環境変化に対応できたからだと考えられる。また、研磨中の研磨環境変化に対応できたため研磨品質のばらつきを抑制できたことも確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明の半導体ウェーハの両面研磨方法によれば、研磨中の研磨環境変化に対応することにより、研磨品質のばらつきを抑制することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１      研磨装置
２０    半導体ウェーハ
３０    キャリアプレート
４０    保持孔
５０ａ  上定盤
５０ｂ  下定盤
６０ａ  研磨パッド
６０ｂ  研磨パッド
７０    サンギア
８０    インターナルギア
９０ａ  モータ
９０ｂ  モータ
９０ｃ  モータ
９０ｄ  モータ
１１０  測定部
１２０  制御部
【図１】
2018074086.tif 000004
【図２】
2018074086.tif 000005
【図３】
2018074086.tif 000006