(57)【要約】【課題】両面研磨後の半導体ウェーハの表面に発生するスクラッチの発生率を従来より低減することができる両面研磨装置用のインサート材と、それを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法を提供する。【解決手段】少なくとも、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれたウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア母材の前記保持孔の内周部に沿って配置され、前記保持されるウェーハの周縁部に接するリング状の樹脂インサート材であって、該インサート材は、灰分が０．０５ｗｔ％以下の樹脂からなるものであることを特徴とするインサート材。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれたウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア母材の前記保持孔の内周部に沿って配置され、前記保持されるウェーハの周縁部に接するリング状の樹脂インサート材であって、
該インサート材は、灰分が０．０５ｗｔ％以下の樹脂からなるものであることを特徴とするインサート材。
【請求項２】
前記インサート材は、該インサート材の厚さＨｉ［μｍ］が、前記キャリア母材の厚さＨｃ［μｍ］に対して、Ｈｃ≧Ｈｉ≧Ｈｃ−１０μｍとの関係を満たすものであることを特徴とする請求項１に記載のインサート材。
【請求項３】
前記インサート材は、ポリカーボネートまたはポリアセタールからなるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインサート材。
【請求項４】
前記インサート材は、押出成形または射出成形によって作製されたものであることを特徴とする請求項３に記載のインサート材。
【請求項５】
少なくとも、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のインサート材と前記キャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアを具備したものであることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項６】
半導体ウェーハを両面研磨する方法であって、
研磨布が貼付された上下定盤の間に請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のインサート材と前記キャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアを配設し、該キャリアに形成された保持孔に半導体ウェーハを保持して、前記上下定盤の間に挟み込んで両面研磨することを特徴とする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、半導体ウェーハの両面研磨加工に用いるキャリアに備え付けられるインサート材に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェーハの両面をポリッシング等で同時に研磨する際、キャリアによって半導体ウェーハを保持している。
このキャリアは、一般的には半導体ウェーハより薄い厚みに形成され、両面研磨装置の上定盤と下定盤の間の所定位置にウェーハを保持するための保持孔を備えている。この保持孔に半導体ウェーハが挿入されて保持され、上定盤と下定盤の対向面に設けられた研磨布等の研磨具で半導体ウェーハの上下面が挟み込まれ、研磨面に研磨スラリーを供給しながら研磨が行われる。
【０００３】
ここで、このような半導体ウェーハの研磨工程の両面研磨に使用しているキャリアは、金属製のキャリアが主流である。このため、ウェーハ周縁部を金属製のキャリアによるダメージから保護するために樹脂製のインサート材がこの保持孔の内周部に沿って取り付けられている。
【０００４】
従来用いられているウェーハ保持孔の内周部に嵌め込まれた樹脂製インサート材は、炭素繊維等の無機繊維やアラミド不織布に、エポキシ樹脂を含浸させた繊維強化樹脂を積層成形加工したものが使用されている（例えば特許文献１等参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０２２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、このようなインサート材が取り付けられたキャリアを用いて半導体ウェーハの両面研磨を行うと、研磨されたウェーハの表面にスクラッチが生じていることがあった。
このようなスクラッチが発生した半導体ウェーハは当然不良となるため、再研磨が必要になるなど半導体ウェーハの製造歩留りに影響し、延いては製造コストに跳ね返ることになる。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みなされたものであって、両面研磨後の半導体ウェーハの表面に発生するスクラッチの発生率を従来より低減することができる両面研磨装置用のインサート材と、それを用いた両面研磨装置並びに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】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明では、少なくとも、研磨布が貼付された上下定盤の間に配設され、研磨の際に前記上下定盤の間に挟まれたウェーハを保持するための保持孔が形成されたキャリア母材の前記保持孔の内周部に沿って配置され、前記保持されるウェーハの周縁部に接するリング状の樹脂インサート材であって、該インサート材は、灰分が０．０５ｗｔ％以下の樹脂からなるものであることを特徴とするインサート材を提供する。
【０００９】
詳しくは後述するが、インサート材に含まれる無機不純物が、摩耗等によって両面研磨中にインサート材から脱落することでスクラッチが発生することが本発明者らによって明らかにされた。
そこで、両面研磨用キャリアのウェーハ保持孔の内周部に配置されるインサート材を、その灰分が０．０５ｗｔ％以下のものとすると、半導体ウェーハの両面研磨の際に、インサート材に含まれる無機化合物量が十分に少ないものとなるため、研磨後の半導体ウェーハの表面に発生するスクラッチの発生率を従来に比べて大幅に低くすることができる。すなわち、半導体ウェーハの生産効率を向上させることができ、製造歩留りを向上させることができる。
なお、本発明における灰分とは、インサート材を構成する樹脂を高温で加熱した際に残る残渣（無機不純物やその酸化物）のことを示すものである。例えば、樹脂を白金るつぼに入れ、電気炉において８００℃で加熱し続けて樹脂を完全に燃焼させた際に、白金るつぼ内に残留する残留物のことを示すものである。
【００１０】
ここで、前記インサート材は、該インサート材の厚さＨｉ［μｍ］が、前記キャリア母材の厚さＨｃ［μｍ］に対して、Ｈｃ≧Ｈｉ≧Ｈｃ−１０μｍとの関係を満たすものであることが好ましい。
このように、インサート材の厚さＨｉを、キャリア母材厚みをＨｃとした時に、Ｈｃ≧Ｈｉ≧Ｈｃ−１０μｍとの関係を満たすものとすることによって、半導体ウェーハの研磨加工によるインサート材の磨耗を抑制することができ、インサート材の寿命が長いものとなり、ランニングコストを低減することができる。
【００１１】
また、前記インサート材は、ポリカーボネートまたはポリアセタールからなるものであることが好ましい。
無機不純物の含有量が少ないポリカーボネートやポリアセタールからなるインサート材であれば、半導体ウェーハ表面のスクラッチ発生率をより確実に低くすることができ、また無機不純物の含有量が低い高純度品が比較的容易かつ安価に入手できるため、安価なインサート材とすることができる。
【００１２】
そして、前記インサート材は、押出成形または射出成形によって作製されたものであることが好ましい。
このように、押出成形または射出成形であれば、無機不純物の含有量の少ないポリカーボネートやポリアセタールの作製に好適であり、スクラッチ発生率の低いインサート材とするのに好適である。
【００１３】
また、本発明では、少なくとも、本発明に記載のインサート材と前記キャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアを具備したものであることを特徴とする両面研磨装置を提供する。
【００１４】
このように、少なくとも本発明のインサート材とキャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置であれば、スクラッチの発生を低減し、生産性良く半導体ウェーハを両面研磨でき、平坦度の高い半導体ウェーハを製造するのに大きな寄与を果たすものとすることができる。
【００１５】
更に、本発明では、半導体ウェーハを両面研磨する方法であって、研磨布が貼付された上下定盤の間に本発明に記載のインサート材と前記キャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアを配設し、該キャリアに形成された保持孔に半導体ウェーハを保持して、前記上下定盤の間に挟み込んで両面研磨することを特徴とする半導体ウェーハの両面研磨方法を提供する。
【００１６】
上述のような本発明のインサート材とキャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアの保持孔に半導体ウェーハを保持して両面研磨すれば、スクラッチの発生を低減し、生産性良く研磨でき、平坦度の高い半導体ウェーハにすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、スクラッチの原因となる無機不純物濃度の低い樹脂インサート材となり、両面研磨における半導体ウェーハのスクラッチ発生率を従来に比べて大きく改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】インサート材中の灰分含有量と、半導体ウェーハ表面のスクラッチ発生率の関係を示した図である。
【図２】従来のインサート材に含まれる灰分の外観と、その組成の分析結果の一例を示した図である。
【図３】インサート材中に含まれる灰分によって半導体ウェーハ表面にスクラッチが発生するか否かを確認した実験の結果を示した図である。
【図４】従来のインサート材を用いた際に、スクラッチが発生する原因を模式的に示した図である。
【図５】本発明のインサート材の製造方法の一例を示した図である。
【図６】従来のインサート材の製造方法の一例を示した図である。
【図７】本発明のインサート材とキャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置の断面の一例を示した概略図である。
【図８】平面視による両面研磨装置の内部構造の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明についてより具体的に説明する。
前述のように、両面研磨後の半導体ウェーハの表面に発生するスクラッチの発生率を従来より低減することができる両面研磨装置用のインサート材と、それを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法の開発が待たれていた。
【００２０】
そこで、本発明者らは、まずスクラッチの発生原因を探るべく、鋭意検討を重ねた。
まず、例えば特開平１１−１９８６６号公報や特開２００８−４４０８３号公報に示すように、スクラッチの原因は、キャリアから脱落した破片やインサート材から脱落した繊維の破片にあることが知られている。
そこで、アラミド不織布を添加していないインサート材を作製して、ウェーハの両面研磨を行ったが、このようなインサート材を用いても、スクラッチの発生率をほとんど低下させることができなかった。
【００２１】
そこで、インサート材を構成する樹脂の中にスクラッチの発生原因となる物質が含有されていると考え、インサート材を構成する樹脂を分析することとし、加熱して昇華せずに残る無機不純物の組成分析をＥＤＸにて行った。
その結果、従来からあるインサート材の材質であるアラミド−エポキシ積層板１５．５ｇを加熱して燃焼させたところ、残渣（灰分・無機不純物）は２．９８×１０−２ｇあり、重量濃度で０．２０ｗｔ％であることが判った。またその組成は、図２に示すように、Ｃａ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉやその酸化物であることが判った。
【００２２】
そして、研磨スラリー中にこのような灰分１ｍｇを混入させて、予め準備したスクラッチが発生していない半導体ウェーハを約２μｍ両面研磨した。
その結果、図３に示すように、灰分の添加の有無以外は同一条件であるにも係わらず、灰分が混入していないスラリーで研磨したウェーハ（バッチＮｏ．１）ではスクラッチが発生していないのに対し、灰分を混入させたスラリーで研磨したウェーハ（バッチＮｏ．２，３）では、高確率でその表面にスクラッチが発生していることが判った。
【００２３】
すなわち、従来のような繊維強化樹脂からなるインサート材では、例えば図６に示すように、インサート材２３をくり抜くための樹脂板を積層させて作製している。
そしてその積層成形工程では、繊維基材に張力をかける為のロールや絞りロール等、金属製の部品に触れる機会が多い。この為、金属不純物が樹脂シートに多く取り込まれることとなり、これが積層されるため、不純物は積層数だけ積算される。従って、こうして出来た積層樹脂板２２にはＳｉ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｎａ、Ｍｇ、Ａｌ等の無機不純物がトータルで０．１〜０．３ｗｔ％含まれることになる。
【００２４】
そして図４に示すように、この無機不純物は微量でありながら一般的に半導体ウェーハより硬いため、両面研磨加工中にインサート材１３から脱落した際に、ウェーハ表面を傷つけ、スクラッチを生じさせていることが判った。
すなわち、両面研磨後の半導体ウェーハ表面に発生しているスクラッチの原因は、インサート材に含まれる無機不純物にあることを突き止めた。
【００２５】
そして本発明者らは更に鋭意検討を重ねた結果、リング状の樹脂インサート材を、その灰分が０．０５ｗｔ％以下の樹脂からなるものとすることによって、両面研磨後の半導体ウェーハの表面に発生するスクラッチの発生率を従来より低減することができることを知見し、本発明を完成させた。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
ここで、図７は本発明のインサート材とキャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置の断面の一例を示した概略図、図８は平面視による両面研磨装置の内部構造の一例を示した図である。
【００２７】
まず、図７、８において、少なくとも、本発明のインサート材１３とキャリア母材１２からなる両面研磨装置用キャリア１１を具備した両面研磨装置１０は、上下に相対向して設けられた下定盤１５ｂと上定盤１５ａを備えており、各定盤１５ａ、１５ｂの対向面側には、それぞれ研磨布１６ａ、１６ｂが貼付されている。そして上定盤１５ａと下定盤１５ｂの間の中心部にはサンギヤ１９が、周縁部にはインターナルギヤ２０が設けられている。半導体ウェーハＷはキャリア母材１２の保持孔１４に保持され、上定盤１５ａと下定盤１５ｂの間に挟まれている。
【００２８】
また、サンギヤ１９及びインターナルギヤ２０の各歯部にはキャリアの外周歯が噛合しており、上定盤１５ａ及び下定盤１５ｂが不図示の駆動源によって回転されるのに伴い、キャリア１１は自転しつつサンギヤ１９の周りを公転する。このとき半導体ウェーハＷはキャリア母材１２の保持孔１４で保持されており、上下の研磨布１６ａ、１６ｂにより両面を同時に研磨される。そして研磨時には、ノズル１７から貫通孔１８を通して研磨スラリーが供給される。
【００２９】
なお、図８では各キャリアがそれぞれ１枚のウェーハを保持して研磨を行っているが、複数の保持孔を有するキャリアを用いて、各キャリア内にウェーハを複数枚保持して研磨を行ってもよい。
また、上記では遊星式の両面研磨装置のキャリアを例として述べてきたが、本発明の両面研磨装置用キャリアは遊星式に限定されず、揺動式の両面研磨装置のキャリアに採用しても有効である。
【００３０】
ここで、この半導体ウェーハＷを保持するための保持孔１４が形成されたキャリア母材１２の保持孔１４の内周部に沿って配置され、保持されるウェーハＷの周縁部に接するリング状の樹脂インサート材１３は、その中の灰分が０．０５ｗｔ％以下の樹脂からなるものである。
【００３１】
上述のように、両面研磨中にインサート材に含まれる無機不純物が多く、灰分の含有量が０．０５ｗｔ％より多いと、インサート材の摩耗などによってインサート材から脱落する灰分が多くなるが、その灰分によってウェーハ表面にスクラッチが多発することになる。
しかし、本発明のように、灰分が０．０５ｗｔ％以下の樹脂製のインサート材であれば、ウェーハ表面にスクラッチを発生させる原因となる物質の含有量が十分に少ないものであるため、両面研磨の際にスクラッチが発生する確率が従来に比べて小さくさせた状態で研磨を行うことができる。従って、スクラッチの少ない平坦な半導体ウェーハを効率よく得ることができる。
【００３２】
なお、灰分が０．０５ｗｔ％より多い樹脂からなるインサート材を用いると、ウェーハ表面のスクラッチ発生率が高くなるため、灰分は０．０５ｗｔ％以下とする。
また、繊維強化樹脂を用いる場合、繊維にはガラス繊維、炭素繊維等の無機物は使用しないことが望ましい。更に、樹脂中、繊維中共に無機物の充填材、添加剤等を配合しないほうがより望ましい。
【００３３】
従って、このようなインサート材とキャリア母材からなる両面研磨装置用キャリアを具備した両面研磨装置であれば、スクラッチをほとんど発生させることなく、生産性良く半導体ウェーハの両面研磨を行うことができ、平坦度の高い半導体ウェーハを製造するのに大きく貢献するものとなる。
【００３４】
ここで、インサート材１３は、ポリカーボネートまたはポリアセタールからなるものとすることができる。
高純度のポリカーボネート樹脂の灰分含有量を測定したところ、残渣（灰分）は、重量濃度で０．０１２ｗｔ％であった。この灰分は極微量であった為、試料が採取出来ず、ＥＤＸ測定を行うことができなかった。また同様に高純度のポリアセタールについても同様に灰分含有量を測定した結果、灰分はごく微量であり、ポリカーボネートと同様にＥＤＸ測定を行うことができなかった。
このような無機不純物の含有量が少ないポリカーボネートやポリアセタールから作製されたインサート材とすることによって、ウェーハ表面のスクラッチ発生率をより確実に低くすることができる。またこれらの材料は無機不純物の含有量の低い高純度品を比較的容易に準備することができるため、インサート材に要する費用の低減を図ることができる。
【００３５】
そして、このインサート材は、押出成形または射出成形によって作製されたポリカーボネートまたはポリアセタールからなるものとすることができる。
このように、図５に示すような押出成形によって形成された単層樹脂板２１から作製された樹脂を加工したリング状樹脂インサート材であれば、母材となる樹脂シートは単層となり、積層しない分だけシート成形時の無機不純物の取り込みを少なくすることができ、スクラッチ発生率が従来に比べて低いインサート材を得るには好都合である。また、同様に射出成形によっても、同様に母材となる樹脂シートを単層とするのに好適である。
しかしより確実に灰分の含有量が０．０５ｗｔ％以下のインサート材とするためには、押出成形や射出成形において、無機不純物が混入しないような措置を講ずることが望ましい。
【００３６】
また、インサート材１３の厚さＨｉ［μｍ］が、キャリア母材１２の厚さＨｃ［μｍ］に対して、Ｈｃ≧Ｈｉ≧Ｈｃ−１０μｍとの関係を満たすものとすることができる。
このように、インサート材の厚さが、キャリア母材の厚さと略同じか１０μｍ以下の範囲で薄いものであれば、半導体ウェーハを研磨する際にインサート材が研磨布に接触する割合を小さくできるため、摩耗することを抑制できる。これによって、インサート材の寿命を長くでき、ランニングコストの削減を達成することができる。しかも、インサート材の摩耗が抑制されるのであるから、スクラッチもより発生しにくくなる。
【００３７】
また、インサート材１３の内径Ｒ［ｍｍ］は、半導体ウェーハＷの直径ｒ［ｍｍ］に対して、ｒ≦Ｒ≦ｒ＋２ｍｍとの関係を満たすものとすることが望ましい。
インサート材の内径がこのような関係を満たすものであれば、ウェーハの両面研磨の際にインサート材によって半導体ウェーハを適度に保持できるため、両面研磨中にウェーハが保持孔内で暴れることを抑制でき、より平坦なウェーハに仕上げることができる。
【００３８】
そして、研磨布１６ａ，１６ｂが貼付された上下定盤１５ａ，１５ｂの間に本発明のインサート材１３とキャリア母材１２からなる両面研磨装置用キャリア１１を配設し、キャリア１１に形成された保持孔１４に半導体ウェーハＷを保持させて、上下定盤１５ａ，１５ｂの間に挟み込んで半導体ウェーハＷを両面研磨することによって、スクラッチの発生を抑制して、生産性良く半導体ウェーハの両面研磨を行うことができ、これによって平坦度の高い半導体ウェーハを製造することができる。
【実施例】
【００３９】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
まず、インサート材を作製するための樹脂板として、高純度単層樹脂板となるような押出成形によって作製したポリカーボネート樹脂板（実施例１）、高純度単層樹脂板となるような押出成形によって作製したポリアセタール樹脂板（実施例２）、ポリプロピレン（ＰＰ）の単層板（比較例１）、アラミド不織布基材にエポキシ樹脂を含浸させた繊維強化樹脂板を積層成形により作製した積層樹脂板（比較例２）、アラミド不織布にフェノール樹脂を含浸させた繊維強化樹脂板を積層成形により作製した積層樹脂板（比較例３）の計５枚を準備し、この樹脂板からインサート材を作製した。
【００４０】
そしてこれらのインサート材を作製する際の余りの樹脂部分に含まれる灰分を測定した。具体的には、重量を予め測定した樹脂の余りを白金るつぼに入れ、電気炉において８００℃で加熱し続けて樹脂を完全に燃焼させ、白金るつぼ内に残留した残留物の重量を測定し、（残留物の重量）／（余りの樹脂の重量）として計算した。
【００４１】
そしてこれらのキャリアインサート材を、チタンにＤＬＣコーティングを行ったキャリア母材に形成されているウェーハ保持孔の内周部に配置して、シリコンウェーハ１００枚の両面研磨を、時期をずらして計５回行った。
そして両面研磨されたシリコンウェーハの表面にスクラッチが発生しているか否かについて、ＴＥＮＣＯＲ製ＳＵＲＦＳＣＡＮ  ＳＰ−１装置により表面形状の測定を行うことによって評価した。
【００４２】
その結果、実施例１のポリカーボネートの高純度単層樹脂板から作製したインサート材の灰分は０．０２ｗｔ％であった。また、実施例２のポリアセタールの高純度単層樹脂板から作製したインサート材の灰分は０．０４８ｗｔ％であった。そして比較例１のインサート材の灰分は０．１１ｗｔ％、比較例２のインサート材の灰分は０．２０ｗｔ％、比較例３のインサート材の灰分は０．２３ｗｔ％であった。
【００４３】
そして、実施例１のインサート材を用いた場合、スクラッチ発生率は２〜５％であった。また実施例２のインサート材では、スクラッチ発生率は３〜６％であった。これに対し、比較例１のインサート材を用いた場合のスクラッチ発生率は８〜１１％、比較例２のインサート材では１０〜１５％、比較例３のインサート材では１２〜１６％であった。
【００４４】
そしてこの樹脂中に含まれる灰分とウェーハ表面のスクラッチの発生率との関係を調べたところ、図１に示すように、樹脂中に含まれる灰分とウェーハ表面のスクラッチの発生率には比例関係が存在しており、インサート材中の灰分が少なければスクラッチの発生率は低くできるが、灰分が多くなる程スクラッチの発生率も上昇することが判った。
すなわち、灰分が０．０５ｗｔ％以下の樹脂からなるインサート材を用いることにより、ウェーハ表面にスクラッチが発生する率を低減できることが判った。
【００４５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【符号の説明】
【００４６】
１０…両面研磨装置、
１１…キャリア、  １２…キャリア母材、  １３…インサート材、  １４…保持孔、  １５ａ…上定盤、  １５ｂ…下定盤、  １６ａ，１６ｂ…研磨布、  １７…ノズル、  １８…貫通孔、  １９…サンギヤ、  ２０…インターナルギヤ、
２１…単層樹脂板、  ２２…積層樹脂板、  ２３…インサート材、
Ｗ…半導体ウェーハ。
【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】
2011143520.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011143520.tif 000009
【図８】
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