(57)【要約】【課題】ＣＭＰ工程で、半導体ウェハの端面とリテーナリングとの衝突により発生する応力を小さくでき、ＣＭＰ工程におけるチッピングによる不良率を小さくできる端面形状の半導体ウェハを得ることである。【解決手段】本発明の半導体ウェハは、半導体ウェハの端面の形状が、下記（１）式と（２）式とで規定される曲率半径Ｒの円弧のものである。Ｒ＝ｄ／ｓｉｎβ          （１）α＜β≦２α            （２）ただし、ｄ：半導体ウェハの厚さの１／２、β：半導体ウェハの端面の円弧の中心角の１／２、α：ＣＭＰ研磨時の半導体ウェハの最大傾斜角の絶対値。【選択図】          図５
2004214489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの端面の形状が、下記（１）式と（２）式とで規定される曲率半径Ｒの円弧である半導体ウェハ。
Ｒ＝ｄ／ｓｉｎβ          （１）
α＜β≦２α            （２）
ただし、ｄ：半導体ウェハの厚さの１／２、β：半導体ウェハの端面の円弧の中心角の１／２、α：ＣＭＰ研磨時の半導体ウェハの最大傾斜角の絶対値。
【請求項２】
（２）式のαが５°であることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハ。
【請求項３】
半導体ウェハの研磨面から厚さ方向で０．０５ｄから０．２５ｄまでの距離部分と前記研磨面に対向する裏面から厚さ方向で０．０５ｄから０．２５ｄまでの距離部分とを形成する第１の円弧と、前記第１の円弧以外の部分を形成する第２の円弧とからなる端面形状を有する半導体ウェハであって、前記第２の円弧が、請求項２の曲率半径を有する円弧であり、前記第１の円弧が前記第２の円弧の曲率半径より小さい曲率半径の円弧である半導体ウェハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ、特にＣＭＰの研磨において、チッピングの発生を防止できる端面形状に面取り加工された半導体ウェハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程には各種の処理工程があり、半導体ウェハは、各処理装置へ投入され、処理され、搬出される。また、半導体ウェハは、各工程の一つの処理装置から取り出し、別の工程の処理装置へ投入するために搬送される。
半導体ウェハは円形形状であり、その端面は、半導体ウェハの各処理装置への投入、処理、搬出および各処理装置間の搬送時における治具やホルダとの衝突による欠けを防止するため、半円状に面取り加工されている（例えば非特許文献１参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】
電子情報技術産業協会規格  ＪＥＩＴＡ  ＥＭ−３６０２（第２−３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体デバイスはますます微細化され素子構造が複雑になり、半導体デバイスの表面はますます凹凸が増え段差が大きくなる傾向にある。そのため、半導体デバイスの製造工程において、半導体表面の平坦化工程が不可欠であり、平坦化の方法として、化学機械的研磨｛ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）｝がある。このＣＭＰにおいては、ポリシング装置を用いて、砥粒を含んだ研磨液を研磨パッド等の研磨面上に供給しつつ半導体ウェハを研磨面に摺動させて研磨を行うものである。
【０００５】
半導体ウェハは、ポリシング装置のウェハホルダに取り付けられて研磨され、ウェハホルダは、トップリングと半導体ウェハを研磨面に押圧するウェハ加圧機構と半導体ウェハの外周縁を保持するリテーナリングとから構成されている。そこで、半導体ウェハは、研磨時にその外周縁がリテーナリングと衝突する場合があり、半導体ウェハは端面が半円状に面取り加工されていても、この衝突により端面が欠けるチッピングの問題があった。
【０００６】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、ＣＭＰ工程で、半導体ウェハの端面とリテーナリングとの衝突により発生する応力を小さくでき、ＣＭＰ工程におけるチッピングによる不良率を小さくできる端面形状の半導体ウェハを得ることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウェハは、半導体ウェハの端面の形状が、下記（１）式と（２）式とで規定される曲率半径Ｒの円弧のものである。
Ｒ＝ｄ／ｓｉｎβ          （１）
α＜β≦２α            （２）
ただし、ｄ：半導体ウェハの厚さの１／２、β：半導体ウェハの端面の円弧の中心角の１／２、α：ＣＭＰ研磨時の半導体ウェハの最大傾斜角の絶対値。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、ＣＭＰにおいて半導体ウェハが研磨されている状態を示す断面模式図である。
半導体ウェハ１は、ポリシング装置１０のウェハホルダ２に取り付けられ、パッド６に押し付けられて研磨される。ウェハホルダ２は、トップリング３と、トップリング３の内部に収納され半導体ウェハ１をパッド６に押し付けるエアバック４と、半導体ウェハ１の外周縁を保持するリテーナリング５とからなる。そのため、半導体ウェハ１は研磨時に、研磨面に対して傾斜するとともに、このような状態で、リテーナリング５と衝突し、荷重をうける。
【０００９】
図２は傾斜した半導体ウェハ１がリテーナリング５と衝突し荷重をうける状態を示す模式図である。
図２に示すように、研磨時に半導体ウェハ１が、例えばθ°傾斜したとしても、半導体ウェハ１の角部とリテーナリング５との衝突を防止するとともに、リテーナリング５との衝突により発生する応力を低減させるため、その端面は特定の曲率を持った円弧形状に加工されている。本発明における、半導体ウェハ端面形状の円弧とは、半導体ウェハの研磨面に対して垂直方向の断面における端部の円弧７を示すものである。
しかし、半導体ウェハ１端面の円弧形状において、その曲率が小さ過ぎると、やはり、その角部とリテーナリング５との衝突がおこり、曲率が大きくなり過ぎると、リテーナリング５との衝突により発生する応力が大きく、どちらの場合でも、半導体ウェハ１にチッピングが生じる。
そこで、半導体ウェハ１の端面における円弧形状の曲率を調整することにより、ＣＭＰ工程の研磨時において、その角部がリテーナリング５と衝突せず、その端面がリテーナリング５と衝突しても、発生応力が小さく、チッッピングの発生を防止できる半導体ウェハを得ることができることを見出した。
【００１０】
図３は、本実施の形態の半導体ウェハの端面における円弧形状を規定する方法を説明する模式図である。
図３に示すように、本実施の形態の半導体ウェハ１の端面の円弧形状は、下記の（１）式から求められる曲率半径Ｒ（ｍｍ）を有するものである。
Ｒ＝ｄ／ｓｉｎβ          （１）
ただし、ｄ：半導体ウェハの厚さの１／２（ｍｍ）、β：中心角の１／２（°）であり、そして、βは、下記（２）式で規定されるものである。
α＜β≦２α            （２）
ただし、α：ＣＭＰ工程の研磨時における半導体ウェハとパッド面との最大傾斜角の絶対値（°）である。
【００１１】
本実施の形態で用いられる半導体ウェハとしては、例えば、シリコンやガリウム砒素などの半導体ウェハである。半導体ウェハの直径は１００ｍｍ以上であるが、ＣＭＰの研磨に用いられるものであれば特に限定されない。また、半導体ウェハの厚さは、例えば、ＣＭＰによる研磨に良く用いられる０．６２４〜０．７７６ｍｍのものである。
【００１２】
次に、本実施の形態の半導体ウェハ１にチッピングが起きない機構について説明する。
半導体ウェハ１のＣＭＰによる研磨においては、平坦に研磨するため、研磨時のパッド面に対する半導体ウェハ１の傾斜は、５°より大きくならないように抑制されている。すなわち、研磨時の半導体ウェハ１のパッド面に対する傾斜は±５°以内であり、αは５°より大きくなることはない。
例えば、図４に示すように、（１）式におけるβが、αと同じ５°である曲率半径の円弧形状の端面を有する半導体ウェハ１では、半導体ウェハ１が研磨時の最大傾斜角の５°に傾斜している場合、上記円弧の中心点Ｃと上記円弧端面の角部Ｅ点とを結ぶ半径Ｒ５が、半導体ウェハ１が衝突するリテーナリング５の壁面と直角となる。すなわち、Ｅ点で半導体ウェハ１の端面がリテーナリング５の壁面と接していることになる。
そこで、図５に示すように、上記βが５°より大きい例えば７°である曲率半径Ｒ７の円弧形状の端面を有する半導体ウェハ１では、半導体ウェハが最大に傾斜（５°）しても、Ｅ点の内側の円弧部でリテーナリング５と接触し、Ｅ点がリテーナリング５と接触することはなく、半導体ウェハの角部におけるチッピングが防止できる。
【００１３】
次に、本実施の形態におけるβ＝２α、即ちβが１０°である円弧形状の端面の曲率半径Ｒ１０と、上記βが９０°、すなわち半円形状の端面の曲率半径Ｒ９０を比べると、下記（３）式のとおり、
2004214489.tif 000003
となる。
すなわち、βが１０°である円弧形状の端面の曲率半径Ｒ１０は、半円形状の端面の曲率半径Ｒ９０の５．７５倍であり、つまり、βが１０°である円弧形状の端面の曲率は半円形状の端面の曲率の（１／５．７５）となり非常に小さく、リテーナリング５との衝突により発生する半導体ウェハ１の応力を低減でき、チッピングが防止できる。
また、βは１０°と、５°より大きいので、半導体ウェハ１の端面の角部がリテーナリング５と衝突することもなく、このことによりチッピングが発生することもない。
【００１４】
５°＜β＜１０°の場合は、βが１０°である円弧形状の端面の曲率より小さいので、βが１０°の場合と同様な効果が得られる。
【００１５】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２における半導体ウェハ１の端面の形状を示す、断面模式図である。
本実施の形態では、図６に示すように、実施の形態１の半導体ウェハ１における表面から厚さ方向の一定の距離Ｌまでを、実施の形態１における円弧形状の端面の曲率半径ＲＬより小さい曲率半径ＲＳの円弧形状としたものである。この小さい曲率半径ＲＳの円弧形状の端面とする距離Ｌとしては、０．０５ｄから０．２５ｄが好ましい。
このような、半導体ウェハ１における表面近くの端面部の曲率半径ＲＳを小さくする、すなわち曲率を大きくすると、ＣＭＰによる研磨工程で、半導体ウェハ１の最大傾斜角が５°より大きく傾くことが瞬間的に起きても、半導体ウェハ１のチッピングを防止できる。
上記Ｌが０．０５ｄ未満であると、研磨時に半導体ウェハが５°より大きく８°まで傾いた時、半導体ウェハ１の端面における表面近傍の端面部のチッピングが防止できない。０．２５ｄより大きいと、半導体ウェハ端面におけるリテーナリング５と衝突する部分の厚さが薄くなり、チッピンッグが起きやすくなる。
【００１６】
【実施例】
本発明の効果をさらに明確にするため、実施例を挙げて詳細に説明する。
【００１７】
実施例１．
試験体として、直径が３００ｍｍ、、厚さが０．７７６ｍｍ、すなわちｄ＝０．７７６／２＝０．３８８ｍｍで、（１）式のβが５．５°、すなわち、端面の円弧形状の曲率半径（Ｒ）が
2004214489.tif 000004
である円弧形状である半導体ウェハを準備した。
このような半導体ウェハの１０００枚を、所定のＣＭＰの条件（回転数７５ｒ．ｐ．ｍ、押し付け圧力３５ＫＰ）で研磨し、チッピングの有無を調べた結果、全ての半導体ウェハにチッピングは認められなかった。
【００１８】
実施例２．
試験体として、βが１０°すなわち、端面の円弧形状の曲率半径（Ｒ）が１．９４（ｍｍ）である以外、実施例１と同様の半導体ウェハを準備し、この半導体ウェハの１０００枚を実施例１と同様にして研磨し、チッピングの有無を調べた結果、全ての半導体ウェハにチッピングは認められなかった。
【００１９】
比較例１．
試験体として、βが４°すなわち、端面の円弧形状の曲率半径（Ｒ）が４．８５（ｍｍ）である以外、実施例１と同様の半導体ウェハを準備し、この半導体ウェハの１０００枚を実施例１と同様にして研磨し、チッピングの有無を調べた結果、半導体ウェハの端面の角部にチッピングが発生したものが５５枚認められた。
【００２０】
比較例２．
試験体として、βが１２°すなわち、端面の円弧形状の曲率半径（Ｒ）が１．２１（ｍｍ）である以外、実施例１と同様の半導体ウェハを準備し、この半導体ウェハの１０００枚を実施例１と同様にして研磨し、チッピングの有無を調べた結果、半導体ウェハの端面にチッピングが発生したものが１８枚認められた。
【００２１】
実施例１、２と比較例１、２とから、前記（１）式と（２）式から規定される曲率半径（Ｒ）、または、曲率半径の逆数である曲率（１／Ｒ）の円弧形状の端面を有する半導体ウェハは、ＣＭＰによる研磨におけるチッピングが防止できるという効果を有する。
【００２２】
実施例３．
試験体として、実施例１と同様な、βが５．５°で規定される曲率半径の端面形状を有する半導体ウェハにおいて、この半導体ウェハの表面から、Ｌ＝０．０５ｄ＝０．０１９（ｍｍ）の距離までの端面部の曲率半径をβが３０°で規定されるＲ＝０．３８８／ｓｉｎ３０°＝０．７７６（ｍｍ）としたものを準備した。
この半導体ウェハの１０００枚を、ＣＭＰ装置のエアバックの圧力をさげ、研磨時に半導体ウェハが最大傾斜角が７°なる条件で研磨し、チッピングの有無を調べた結果、全ての半導体ウェハの端面にチッピングの発生は認められなかった。
【００２３】
実施例４．
試験体として、実施例１と同様な、βが５．５°で規定される曲率半径の端面形状を有する半導体ウェハにおいて、この半導体ウェハの表面から、Ｌ＝０．２５ｄ＝０．０９７（ｍｍ）の距離までの端面部の曲率半径をβが３０°で規定されるＲ＝０．３８８／ｓｉｎ９０°＝０．７７６（ｍｍ）としたものを準備した。
この半導体ウェハの１０００枚を実施例３と同様な方法で研磨し、チッピングの有無を調べた結果、全ての半導体ウェハの端面にチッピングが発生は認められなかった。
【００２４】
比較例３．
試験体として、実施例１と同様な、βが５．５°で規定される曲率半径の端面形状を有する半導体ウェハにおいて、この半導体ウェハの表面から、Ｌ＝０．０４ｄ＝０．０１６（ｍｍ）の距離までの端面部の曲率半径をβが３０°で規定されるＲ＝０．３８８／ｓｉｎ９０°＝０．７７６（ｍｍ）としたものを準備した。
この半導体ウェハの１０００枚を実施例３と同様な方法で研磨し、チッピングの有無を調べた結果、半導体ウェハの端面の表面近傍にチッピングが発生したものが２１枚認められた。
【００２５】
比較例４．
試験体として、実施例１と同様な、βが５．５°で規定される曲率半径の端面形状を有する半導体ウェハにおいて、この半導体ウェハの表面から、Ｌ＝０．３０ｄ＝０．１１６（ｍｍ）の距離までの端面部の曲率半径をβが３０°で規定されるＲ＝０．３８８／ｓｉｎ９０°＝０．７７６（ｍｍ）としたものを調製した。
この半導体ウェハの１０００枚を実施例３と同様な方法で研磨し、チッピングの有無を調べた結果、チッピングが発生した半導体ウェハが１９枚認められた。
【００２６】
実施例３、４と比較例３、４とから、前記（１）式と（２）式から規定される円弧形状の曲率半径（Ｒ）または、曲率半径の逆数である曲率（１／Ｒ）の円弧形状の端面を有する半導体ウェハにおいて、表面から厚さ方向の一定の距離Ｌまでを、前記（１）式と（２）式から規定される円弧形状の曲率半径（Ｒ）より小さくし、Ｌが０．０５ｄ≦Ｌ≦０．２５ｄである円弧形状の端面を有する半導体ウェハは、研磨時に半導体ウェハが５°より大きく８°まで傾く場合あがあっても、ＣＭＰによる研磨におけるチッピングが防止できるという効果がある。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の半導体ウェハは、半導体ウェハの端面の形状が、下記（１）式と（２）式とで規定される曲率半径Ｒの円弧のものであり、ＣＭＰによる研磨においても、チッピングの発生が防止できる。
Ｒ＝ｄ／ｓｉｎβ          （１）
α＜β≦２α            （２）
ただし、ｄ：半導体ウェハの厚さの１／２、β：半導体ウェハの端面の円弧の中心角の１／２、α：ＣＭＰ研磨時の半導体ウェハの最大傾斜角の絶対値。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＭＰにおいて半導体ウェハが研磨されている状態を示す断面模式図である。
【図２】傾斜した半導体ウェハがリテーナリングと衝突し荷重をうける状態を示す模式図である。
【図３】実施の形態１における半導体ウェハの端面における円弧形状を規定する方法を説明する模式図である。
【図４】βが５°である曲率半径Ｒ５の円弧形状の端面を有する半導体ウェハがリテーナリングと衝突する状態を示す断面模式図である。
【図５】βが７°である曲率半径Ｒ７の円弧形状の端面を有する半導体ウェハがリテーナリングと衝突する状態を示す断面模式図である。
【図６】実施の形態２における半導体ウェハの端面の形状を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１  半導体ウェハ、２  ウェハホルダ、３  トップリング、４  エアバック、５  リテーナリング、６  パッド、１０  ポリシング装置。
【図１】
2004214489.tif 000005
【図２】
2004214489.tif 000006
【図３】
2004214489.tif 000007
【図４】
2004214489.tif 000008
【図５】
2004214489.tif 000009
【図６】
2004214489.tif 000010