(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体シリコンウェーハを両面研磨する両面研磨装置において、研磨布がそれぞれ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前記半導体シリコンウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアであって、
該両面研磨装置用キャリアは樹脂製であり、
前記研磨布と接触する表裏面の純水に対する接触角の平均値が４５°以上６０°以下であり、かつ、オモテ面とウラ面の接触角の平均値の差が５°以内であることを特徴とする両面研磨装置用キャリア。
【請求項２】
前記樹脂製の両面研磨装置用キャリアは、樹脂積層板からなり、該樹脂積層板は親水性の繊維基材に樹脂を含浸させたものからなるものであることを特徴とする請求項１に記載の両面研磨装置用キャリア。
【請求項３】
前記樹脂積層板は、前記親水性の繊維基材の表面露出率が５０％以上のものであることを特徴とする請求項２に記載の両面研磨装置用キャリア。
【請求項４】
研磨布がそれぞれ貼付された上下定盤と、該上下定盤間にスラリーを供給するスラリー供給機構と、前記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半導体シリコンウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアを備えた両面研磨装置であって、
前記両面研磨装置用キャリアとして、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の両面研磨装置用キャリアを備えたものであることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項５】
半導体シリコンウェーハを両面研磨する方法であって、
研磨布がそれぞれ貼付された上下定盤の間に、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の両面研磨装置用キャリアを配設し、該両面研磨装置用キャリアに形成された保持孔に前記半導体シリコンウェーハを保持して、前記上下定盤間にスラリーを供給しつつ両面研磨することを特徴とする両面研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体シリコンウェーハを両面研磨する際に、半導体シリコンウェーハを保持する両面研磨装置用キャリア及びこのキャリアを用いた両面研磨装置並びに両面研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体シリコンウェーハ（以下、単にシリコンウェーハまたはウェーハともいう）の両面をポリッシング等で同時に研磨する際、両面研磨装置用キャリアによってウェーハを保持している。両面研磨装置用キャリアは、ウェーハより薄い厚みに形成され、ウェーハを保持するための保持孔を備えている。ウェーハはこの保持孔に挿入されて保持され、このキャリアが両面研磨装置の上定盤と下定盤の間の所定位置に配設される。この上定盤と下定盤に研磨布を貼付してウェーハの上下表面を挟み込み、上下定盤間に研磨剤（スラリー）を供給しながら両面研磨を行う（特許文献１）。【０００３】
上記のような両面研磨装置用キャリアは、その基板材質・デザイン・表面状態（被覆や粗さなど）によって様々なものが存在する。
中でも樹脂基板のもの（樹脂製キャリア）は、軽量かつ安価で、金属基板のもの（金属製キャリア）のように保持孔にウェーハ周縁部を保護するためのインサートを必要としないためにシンプルな構造を有するという長所をもつ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１２３５５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし一方で、樹脂製キャリアは、金属製キャリアと比較すると、ウェーハの研磨レートが約４割程度低く、両面研磨ウェーハの生産性に問題があった。【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、樹脂製キャリアを用いた、半導体シリコンウェーハの研磨レートを向上させることができる両面研磨装置用キャリア及びこ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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体シリコンウェーハを両面研磨する両面研磨装置において、研磨布がそれぞれ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前記半導体シリコンウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアであって、該両面研磨装置用キャリアは樹脂製であり、前記研磨布と接触する表裏面の純水に対する接触角の平均値が４５°以上６０°以下であり、かつ、オモテ面とウラ面の接触角の平均値の差が５°以内であることを特徴とする両面研磨装置用キャリアを提供する。【０００８】
このような両面研磨装置用キャリアであれば、該キャリアにより保持した半導体シリコンウェーハを両面研磨する際の研磨レートを、従来の樹脂製の両面研磨装置用キャリアを用いた場合に比べて著しく向上させることができ、両面研磨ウェーハの生産性を高めることができる。【０００９】
また、前記樹脂製の両面研磨装置用キャリアは、樹脂積層板からなり、該樹脂積層板は親水性の繊維基材に樹脂を含浸させたものからなるものとすることができる。【００１０】
樹脂製の両面研磨装置用キャリアとして、繊維基材に樹脂を含浸させた樹脂積層板はよく用いられている。このため、本発明は従来から用いられている材料を用いて製造可能なものであり、簡便に用意することができるものである。また、このような親水性の繊維基材が用いられていることで、上記のような純水に対する接触角を有するような親水性のある表面を形成しやすい。【００１１】
また、前記樹脂積層板は、前記親水性の繊維基材の表面露出率が５０％以上のものとすることができる。【００１２】
このようなものであれば、両面研磨装置用キャリアの表裏面が、より確実に、上記のような純水に対する接触角の条件を満たすようにすることが可能である。【００１３】
また、本発明は、研磨布がそれぞれ貼付された上下定盤と、該上下定盤間にスラリーを供給するスラリー供給機構と、前記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半導体シリコンウェーハを保持するための保持孔が形成された両面研磨装置用キャリアを備えた両面研磨装置であって、前記両面研磨装置用キャリアとして、上記本発明の両面研磨装置用キャリアを備え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】
このような両面研磨装置であれば、半導体シリコンウェーハを両面研磨する際の研磨レートを、従来の樹脂製の両面研磨装置用キャリアを配設した両面研磨装置を用いた場合に比べて著しく向上させることができる。それにより両面研磨ウェーハの生産性を向上させることができる。【００１５】
また、本発明は、半導体シリコンウェーハを両面研磨する方法であって、研磨布がそれぞれ貼付された上下定盤の間に、上記本発明の両面研磨装置用キャリアを配設し、該両面研磨装置用キャリアに形成された保持孔に前記半導体シリコンウェーハを保持して、前記上下定盤間にスラリーを供給しつつ両面研磨することを特徴とする両面研磨方法を提供する。【００１６】
このような両面研磨方法であれば、従来に比べて研磨レートを著しく向上させることができ、生産性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明の両面研磨装置用キャリア及びこれを備えた両面研磨装置並びに両面研磨方法によれば、従来の樹脂製の両面研磨装置用キャリアを用いた場合に比べ、研磨レートを著しく向上させることができるため、生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の両面研磨装置用キャリアおよび両面研磨装置の一例を示す縦断面図である。
【図２】平面視による両面研磨装置の一例を示す内部構造図である。
【図３】樹脂製のキャリア（本発明品）の表面の一例を示す撮影画像である。
【図４】樹脂製のキャリア（従来品）の表面の他の一例を示す撮影画像である。
【図５】実施例および比較例の研磨レートを比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
前述した課題を解決するため、本発明者らが鋭意研究を行ったところ、樹脂製キャリア表面の親水性が半導体シリコンウェーハの研磨レートに寄与することが分かった。
本発明者らは、親水性を純水に対する接触角の測定により定量化し、表裏面の接触角平均値が４５°以上６０°以下、かつ、オモテ面とウラ面の接触角の平均値の差が５°以内であれば、ウェーハの研磨レートを格段に向上させることができることを見出し、本発明を完成させた。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１は本発明の両面研磨装置用キャリアを具備した本発明の両面研磨装置の一例の縦断面図であり、図２は平面視による両面研磨装置の内部構造図である。
【００２１】
図１、２に示すように、本発明の両面研磨装置用キャリア１（以下、単にキャリアともいう）を具備した本発明の両面研磨装置２は、上下に相対向して設けられた下定盤３と上定盤４を備えており、各定盤３、４の対向面側には、それぞれ研磨布５が貼付されている。研磨布５としては、例えば、発砲ポリウレタンパッドを用いることができる。
また、上定盤４の上部には、上定盤４と下定盤３の間にスラリーを供給するスラリー供給機構６（ノズル７、および上定盤４の貫通孔８）が設けられている。スラリーとしては、コロイダルシリカを含有した無機アルカリ水溶液を用いることができる。
【００２２】
そして、図１、２に示す態様では、上定盤４と下定盤３の間の中心部にはサンギア９が、周縁部にはインターナルギア１０が設けられており、４ｗａｙ式の両面研磨装置である。
なお、本発明の両面研磨装置においては、このような遊星歯車方式のものに限定されず、揺動方式のものとすることも可能である。
【００２３】
半導体シリコンウェーハＷはキャリア１の保持孔１１に保持され、上定盤４と下定盤３の間に挟まれている。
このキャリア１は樹脂製であり、研磨布５と接触する表裏面の純水に対する接触角の平均値が４５°以上６０°以下であり、かつ、オモテ面とウラ面の接触角の平均値の差が５°以内のものである。この本発明のキャリア１は、上記のような接触角条件を満たしており、それによってウェーハＷの研磨レートを従来の樹脂製キャリアを用いた場合に比べて格段に向上することができる。例えば１０％以上、さらには２５％以上、あるいはそれ以上に研磨レートを向上させることが可能である。比較する従来品によっては、本発明であれば研磨レートを倍以上にすることも可能である。その結果、両面研磨ウェーハの生産性を格段に高めることができる。
【００２４】
なお、キャリアの接触角測定には、例えば協和界面科学株式会社のＰＣＡ−１１を用いることができる。測定は、例えば片面毎に純水２．０μＬの液滴を５箇所に滴下し、画像解析から接触角を求め、それらの平均値を片面の平均値とすることができる。そして表裏を考慮する場合、オモテ面の平均値とウラ面の平均値で平均値及び差を算出することができる。ただし、接触角測定方法は、これに限定されず、その都度決定することができる。必要に応じて５箇所ではなく、それ以上（またはそれ以下）で測定を行って平均値を得ることも可能である。
【００２５】
またキャリア１は、上記の所定の接触角条件を満たす樹脂製のものであれば良く、形成材料は特に限定されない。
より好ましくはキャリア１は樹脂積層板からなり、その形成材料の一例として、親水性の繊維基材に樹脂を含浸させた複合材料（ＦＲＰ）を用いることができる。繊維基材としては、ガラス・液晶ポリマー・セルロースなどが挙げられる。樹脂としては、エポキシ・アラミド・フェノールなどが挙げられる。これらの材料自体は従来からもよく用いられており、簡便に用意してキャリア１を製造することができる。ただし、本発明では表裏面の親水性が調整されている。これらの材料であれば、キャリアに適度な親水性の表面を形成しやすく、上記接触角条件を満たすのに有効である。
【００２６】
なお、上記樹脂積層板は、親水性の繊維基材の表面露出率が５０％以上であれば、より確実に、上記の接触角条件を満たすようにすることが可能である。特に、キャリア１のオモテ面およびウラ面の両面共に、その繊維基材の表面露出率が５０％以上であることが好ましい。しかしながら、当然、本発明はこれに限定されるものではなく、使用する繊維基材、樹脂等により、繊維基材の表面露出率を自由に調整することができ、最終的に、上記の接触角条件を満たすものであれば良い。
【００２７】
このように親水性の繊維基材の表面露出率をより適切な範囲に調整するにあたっては、実際にウェーハを研磨するよりも機械的な条件でキャリアを研磨することで調整できる。例えば、研磨パッドは発泡ポリウレタンパッドを用いてシリカ砥粒含有のスラリーを供給して研磨することで繊維基材を露出させることができる。
【００２８】
ここで、親水性の繊維基材としてガラス繊維を用いた場合の、純水に対する接触角が５０．７°のときの表面の一例を図３に示す（本発明品）。暗視野顕微鏡でそのキャリア１の表面を撮影した画像である。黒色がガラス繊維である。ガラス繊維の表面露出率は６７％である。
一方、接触角が６６．８°のときの一例を図４示す（従来品）。このときのガラス繊維の表面露出率は３６％である。
ガラス繊維の露出率が高い方が、接触角が低減している。
このように親水性の繊維基材の表面露出率によって接触角は異なりやすいので、その都度適切に表面露出率を調整することで、上記接触角条件を満たすキャリア１を得ることができる。
【００２９】
そして、図１、２に示すように、サンギア９及びインターナルギア１０の各歯部にはキャリア１の外周歯が噛合しており、上定盤４及び下定盤３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１は自転しつつサンギア９の周りを公転する。このときウェーハＷはキャリア１の保持孔１１で保持されており、上下の研磨布５により両面を同時に研磨される。なお、研磨時には、ノズル７から貫通孔８を通してスラリーが供給される。
【００３０】
このような両面研磨装置であれば、本発明のキャリア１を備えており、ウェーハＷの研磨レートを大きく向上させ、ひいては両面研磨ウェーハの生産性の向上につなげることができる。
【００３１】
また、本発明の両面研磨方法では、研磨布がそれぞれ貼付された上下定盤の間に、上記本発明の両面研磨装置用キャリアを配設し、該両面研磨装置用キャリアに形成された保持孔に前記半導体シリコンウェーハを保持して、前記上下定盤間にスラリーを供給しつつ両面研磨する。このようにすれば、従来の両面研磨装置用キャリアを用いて両面研磨する場合に比べて研磨レートを著しく向上させ、生産性を向上させることができる。
【００３２】
具体的には例えば、図１、２に示すように、キャリア１の保持孔１１内にウェーハＷを保持する。次に、両面研磨装置２の上下定盤３、４間にウェーハＷを保持したキャリア１を挿入する。そして、スラリー供給装置６でスラリーを研磨面に供給しつつ、上下定盤３、４を回転させながらキャリア１を自転及び公転させる。このようにしてウェーハＷの両面を研磨布５に摺接させることで、ウェーハＷの両面研磨をすることができる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例を示して、本発明を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。
（実施例１−３）
接触角条件の異なる本発明の両面研磨装置用キャリアを用意した。そして、図１に示す両面研磨装置を用意し、上下定盤間に、両面研磨装置用キャリアの保持孔に保持した半導体シリコンウェーハを挟み込み、スラリーを供給しつつ両面研磨した。
そして、両面研磨後、ウェーハを洗浄し、研磨前後の厚み差から研磨レートを算出した。【００３４】
研磨加工及び測定条件は以下の通りである。
・ウェーハは直径３００ｍｍのＰ型シリコン単結晶ウェーハを用いた。
・研磨装置は、不二越機械工業株式会社のＤＳＰ−２０Ｂを用いた。
・研磨パッドは、ショアＡ硬度９０の発泡ポリウレタンパッドを用いた。
・キャリアは、ガラス繊維にエポキシ樹脂を含浸したＦＲＰを用いた。
・スラリーはシリカ砥粒含有、平均粒径３５ｎｍ、砥粒濃度１．０ｗｔ％、ｐＨ１０．５でＫＯＨベースのものを用いた。【００３５】
・加工荷重は１００ｇｆ／ｃｍ２に設定した。
・加工時間はウェーハ厚みがキャリアと同一になるように設定した。
・各駆動部の回転速度は、上定盤：−１３．４ｒｐｍ、下定盤：３５ｒｐｍ、サンギア：２５ｒｐｍ、インターナルギア：７ｒｐｍに設定した。
・研磨パッドのドレッシングは、ダイヤ砥粒が電着されたドレスプレートを所定圧で純水を流しながら上下研磨パッドに摺接させることで行った。
・ＳＣ−１洗浄を条件ＮＨ４ＯＨ：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏ＝１：１：１５で行った。【００３６】
・１バッチ５枚の各ウェーハの前後厚み差をＮａｎｏｍｅｔｒｏ（黒田精工株式会社製）で測定し、その５枚分の厚み差の平均値を研磨時間で割ることで研磨レートを求めた。
・キャリアの接触角測定には、協和界面科学株式会社のＰＣＡ−１１を用いた。測定は片面毎に純水２．０μＬの液滴を５箇所に滴下し、画像解析から接触角を求め、それらの平均値を片面の平均値とした。そして表裏を考慮する場合、オモテ面の平均値とウラ面の平均値で平均値（Ａｖｅ）及び差（Ｄｉｆ）を算出した。【００３７】
（比較例１−４）
接触角条件が本発明の範囲外の従来の両面研磨装置用キャリアを用意した。
両面研磨装置用キャリア以外は実施例と同様の両面研磨装置を用意し、実施例と同様にして半導体シリコンウェーハの両面研磨を行い、洗浄し、研磨レートを算出した。【００３８】
実施例１−３、比較例１−４の、キャリアの接触角条件と研磨レートをまとめたものを表１に示す。また、研磨レートに関してグラフ化したものを図５に示す。なお、表１、図５の研磨レートは、両方とも、比較例２の研磨レートで規格化したものである。
なお、実施例１−３は、純水に対する接触角の条件Ａ：４５°≦Ａｖｅ≦６０°、条件Ｂ：Ｄｉｆ≦５°の両方を満たしており、比較例１−４は、条件Ａ、Ｂを共に満たしていないか、いずれか一方のみしか満たしていない。【００３９】
【表１】
0006652202.tif 000002
【００４０】
表１および図５に示すように、本発明における接触角条件Ａ、Ｂの両方を満たす両面研磨装置用キャリアおよび両面研磨装置を用いた実施例１−３は、本発明における接触角条件Ａ、Ｂを、せいぜい片方しか満たしていない両面研磨装置用キャリアを用いた比較例１−４に比べて、いずれも研磨レートを向上することができた。
例えば、基準の比較例２（研磨レート：１．００）に対して、実施例１では１．１３とすることができ、１０％以上向上することができた。また、実施例３では１．２５であり、２５％も向上することができた。それどころか、比較例４（０．５０）と実施例３（１．２５）を比べるとわかるように、倍以上の研磨レートを得ることができた。【００４１】
実施例と比較例の比較から、本発明における接触角条件の上限・下限の数値に臨界性があることが分かる。
例えば、比較例４（研磨レート：０．５０）ではＡｖｅ、Ｄｉｆの組み合わせが（４２°、２°）であり、実施例３（１．２５）は（４５°、２°）である。このようにＡｖｅが４５°以上であるかどうかで、研磨レートを飛躍的に向上させることができる。
なお、比較例４では、使用後の両面装置用キャリアを観察すると損耗があった。【００４２】
また、比較例２（研磨レート：１．００）（６４°、３°）と実施例１（１．１３）（６０°、３°）の比較からわかるように、Ａｖｅが６０°以下であることによって、研磨レートを１．１倍以上に向上させることができた。【００４３】
また、比較例３（研磨レート：０．６７）（５５°、７°）と実施例２（１．１７）（５３°、５°）の比較からわかるように、Ｄｉｆが５°以内であることによって、研磨レートを１．７倍以上に向上させることができた。【００４４】
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。
【図１】
0006652202.tif 000003
【図２】
0006652202.tif 000004
【図３】
0006652202.tif 000005
【図４】
0006652202.tif 000006
【図５】
0006652202.tif 000007