(57)【要約】【課題】高平坦度ウェーハが得られ、ランニングコストの低減が図れ、ウェーハ表裏両面を短時間で研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法を提供する。【解決手段】各研磨作用面に研磨砥粒を固定した表面研磨用の研磨布１５と裏面研磨用の研磨布１４とにより、表裏両面を高い平坦度で研磨できる。しかも、ランニングコストも低減され、表裏両面を短時間で研磨できる。また、研磨液として、研磨砥粒を含まないｐＨ１０．５〜ｐＨ１３のＫＯＨ溶液を使用する。よって、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液の再利用もしやすい。【選択図】　　　　図１
2004071833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェーハの表裏両面に、研磨作用面に研磨砥粒が固定された研磨布をそれぞれ押し付け、両研磨作用面に研磨液をそれぞれ供給しながら、前記半導体ウェーハと両研磨布との相対運動により、この半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項２】
前記研磨液は、研磨砥粒を含まないｐＨ１０．５〜ｐＨ１３のアルカリ性溶液である請求項１に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項３】
キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に前記半導体ウェーハを保持し、前記研磨液を供給しながら、前記表面研磨用の研磨布が貼着された上定盤および前記裏面研磨用の研磨布が貼着された下定盤の間で、前記キャリアプレートの表面と平行な面内でこのキャリアプレートに自転を伴わない円運動をさせる請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項４】
前記半導体ウェーハの表面の研磨レートを、前記半導体ウェーハの裏面の研磨レートにより除した値が、３〜１００である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項５】
前記表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、前記裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した値が、１０〜１００００である請求項１〜請求項４のうち、何れか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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの両面研磨方法、詳しくは半導体ウェーハの表裏両面を、各研磨作用面に固定砥粒を含む２枚の研磨布によって研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デバイスの高集積化に伴い、シリコンウェーハの表面（デバイス形成面）に例えば０．１８μｍの設計ルールで微細な回路素子を形成するには、解像度の高いリソグラフィー技術が必要となる。パターン形成時には、ステッパの高性能化によりレンズ開口数の増大と光の短波長化が進み、焦点深度が浅くなる。そのため、ウェーハ表面に凹凸が存在すれば高い解像度が得られない。すなわち、デバイスの高集積化には、ウェーハ表面の平坦度が問題となる。
そこで、高平坦度のシリコンウェーハを得るための技術として、近年、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が開発されている。ＣＭＰ法は、スラリー中の研磨液による化学的なエッチング作用と、スラリーに含まれる研磨砥粒（遊離砥粒）および研磨布による機械的な研削作用との複合作用により、シリコンウェーハの表面を高精度、高平坦度で鏡面研磨する。
【０００３】
しかしながら、このＣＭＰ法では、研磨布上でのスラリーの供給位置に偏りがある。そのため、研磨布の全面に均一にスラリーを供給することができない。これにより、研磨量がシリコンウェーハの表面内で均一化せず、研磨にムラが発生していた。
また、研磨時に消費される研磨砥粒の量は、砥粒全体の３〜４％程度と少ない。そのため、そのほとんどは研磨に寄与することなく無駄に浪費されていた。これにより、ランニングコストが高騰していた。
ところで、使用後のスラリーは再利用することが望ましい。しかしながら、このようにスラリー中に多量の研磨砥粒が残存するため、従来の再処理法ではその処理に高いコストを要するにもかかわらず、砥粒を十分に濾過することができなかった。
【０００４】
そこで、これらの問題を解消する従来技術として、例えば特開平１１−２０４４６７号公報に記載されたものが知られている。従来法では、研磨作用面に研磨砥粒が固定された研磨布と、研磨砥粒を含まないフッ酸溶液を用い、シリコンウェーハを鏡面研磨する。
この研磨方法によれば、研磨布の研磨作用面に固定砥粒が存在するので、シリコンウェーハの研磨量がその表面内で略均一化し、高い平坦度のシリコンウェーハを製造することができる。また、従来法では、このように研磨砥粒を含まない研磨液を使用するため、ランニングコストを抑えることができる。しかも、研磨廃液中にはシリカなどの研磨砥粒がほとんど存在しない。よって、この研磨廃液は濾過して再利用できる可能性が大きい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来法による研磨は、シリコンウェーハの表面だけを鏡面研磨する技術であった。そのため、ウェーハ表裏両面を鏡面研磨する場合、または、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨する場合などには、ウェーハ表面の研磨後にシリコンウェーハを表裏反転し、それからウェーハ裏面を研磨しなければならなかった。これにより、ウェーハ表裏両面の研磨に長い時間を要し、作業効率が低下していた。
また、このように従来の研磨法では、研磨液として腐食性の高い薬品であるフッ酸溶液を使用していた。そのため、研磨液の取り扱いが難しく、使用後の研磨廃液の処理が困難であった。
【０００６】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、研磨作用面に研磨砥粒を固定した２枚の研磨布を使用し、ウェーハの表裏両面を同時に研磨するようにすれば、高平坦度なウェーハが得られるとともに、ランニングコストも安価でありながら、表裏両面を効率良く短時間で研磨することができることを知見し、この発明を完成させた。
また、研磨液として、研磨砥粒を含まないｐＨ１０．５〜ｐＨ１３のアルカリ性溶液を使用するようにすれば、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液を再利用しやすいことを知見し、この発明を完成させた。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、高平坦度のウェーハが得られ、ランニングコストも安価でありながら、表裏両面を効率良く短時間で研磨することが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、その目的としている。
また、この発明は、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液を再利用しやすい半導体ウェーハの両面研磨方法を提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨することが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、その目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、半導体ウェーハの表裏両面に、研磨作用面に研磨砥粒が固定された研磨布をそれぞれ押し付け、両研磨作用面に研磨液をそれぞれ供給しながら、前記半導体ウェーハと両研磨布との相対運動により、この半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨する半導体ウェーハの両面研磨方法である。
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ、ガリウム砒素ウェーハなどを採用することができる。
研磨後の半導体ウェーハの表面と裏面とは、同じ平坦度でもよいし、異なる平坦度でもよい。
【０００９】
研磨布の種類は限定されない。例えば、ポリエステルフェルトにポリウレタンを含浸させた多孔性の不織布タイプでもよい。また、発泡したウレタンのブロックをスライスした発泡性ウレタンタイプでもよい。さらに、ポリエステルフェルトにポリウレタンが含浸された基材の表面に発泡ポリウレタンを積層し、このポリウレタンの表層部分を除去して発泡層に開口部を形成したスエードタイプでもよい。
好ましい研磨布としては、多官能イソシアネートおよび多官能ポリオールを主原料とし、これに発泡倍率１．１〜５倍となるように発泡剤を所定量だけ添加して攪拌混合後、平均粒径５０μｍ以下の研磨砥粒を所定量添加することで、表面硬さがＪＩＳ　Ｋ　６２５３−１９９７／ＩＳＯ　７６１９により規定されたショアＤ硬度で２０〜８５とした研磨布などが挙げられる。
発泡剤としては、水、カルボン酸などを採用することができる。
【００１０】
研磨布に固定される研磨砥粒の素材としては、例えばダイヤモンド、シリカ（二酸化珪素）、炭化珪素、アルミナ（酸化アルミニウム）、セリア（酸化セリウム）、ジルコニア、酸化マンガン、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、酸化マグネシウムおよびアルミナ−シリカの何れかを採用することができる。また、これらの２種類以上を所定の配合比で混合してもよい。例えば、シリカとアルミナとセリアの混合物、シリカとセリアの混合物などが挙げられる。ただし、シリカのうちでも単結晶シリカを使用した方が、研磨レートが増大して好ましい。
研磨砥粒の形状は限定されない。例えば球形でも、不定形でもよい。研磨砥粒の粒径も限定されない。
また、研磨砥粒の好ましい平均粒径は０．５〜４μｍである。５０μｍを超えると研磨布の研磨作用面に傷（スクラッチ）が発生しやすい。
研磨砥粒が固定されるのは、少なくとも２枚の研磨布の各研磨作用面である。もちろん、それ以外の面に研磨砥粒を固定してもよい。
【００１１】
表面研磨用の研磨布への研磨砥粒の混入量は限定されない。ただし、体積比で研磨布１００に対して研磨砥粒５〜７０、特に３０〜６０が好ましい。
体積比で５未満では、研磨レートが低下するおそれがある。また、７０を超えると傷が多発するおそれがある。
裏面研磨用の研磨布への研磨砥粒の混入量も限定されない。ただし、体積比で研磨布１００に対して研磨砥粒０．０００５〜７、特に０．００１〜１が好ましい。
体積比で０．０００５未満では、研磨レートが安定しない。また、７を超えると研磨レートが大きすぎる。
【００１２】
研磨砥粒を、各研磨布の研磨作用面に固定する方法は限定されない。液状の合成樹脂（例えば発泡ポリウレタン）中に所定量の研磨砥粒を混入する方法などを採用することができる。液状の合成樹脂に研磨砥粒を混入する方法では、微細な研磨砥粒を、研磨布の研磨作用面に確実に固定することができる。ウェーハ表面研磨用の研磨布と、ウェーハ裏面研磨用の研磨布とで、この研磨砥粒を研磨布の研磨作用面に固定する方法を異ならせてもよい。
好ましいショアＤ硬度は４０〜７０である。ショアＤ硬度が２０未満ではウェーハ表面の平坦度が低下し、８５を超えるとスクラッチが発生しやすくなる。このショアＤ硬度に保つため、研磨布の素材の発泡倍率は１．１〜５倍となっている。
表面研磨用の研磨布と半導体ウェーハとの相対的な回転速度と、裏面研磨用の研磨布と半導体ウェーハとの相対的な回転速度とは、同じ速度でもよいし、異なる速度でもよい。また、両研磨布だけを回転させてもよいし、半導体ウェーハだけを回転させてもよい。さらには、両研磨布と半導体ウェーハとの双方を回転させてもよい。このように回転する部材の回転方向は任意である。
【００１３】
半導体ウェーハの研磨時には、研磨砥粒（遊離砥粒）を含む研磨液を供給しながら研磨してもよい。または、研磨砥粒を含まない研磨液（アルカリ性溶液など）を供給しながら研磨してもよい。ただし、研磨砥粒を含まない研磨液の方が、この発明の効果（廃液処理の容易性など）が顕著となる。研磨砥粒を含む研磨液の使用時には、できるだけ研磨砥粒の含有量は少ない方が好ましい。
半導体ウェーハの表裏両面を同時研磨する両面研磨装置としては、例えば、互いに平行な上定盤と下定盤との間に、小径なサンギヤと大径なインターナルギヤとを同一軸線で配置し、半導体ウェーハを保持するウェーハ保持孔が形成されたキャリアプレートの外ギヤを、サンギヤとインターナルギヤとに噛合させた遊星歯車タイプの両面研磨装置を採用することができる。
【００１４】
その他、キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に半導体ウェーハを保持し、研磨液を供給しながら、表面研磨用の研磨布が貼着された上定盤と、裏面研磨用の研磨布が貼着された下定盤との間で、キャリアプレートの表面と平行な面内でキャリアプレートに自転を伴わない円運動をさせる両面研磨装置を採用してもよい。この両面研磨装置は、サンギヤが組み込まれていない無サンギヤ式の装置である。
両面研磨装置は、半導体ウェーハを１枚ずつ研磨する枚葉式、または、複数枚の半導体ウェーハを同時に研磨するバッチ式でもよい。
表面研磨用の研磨布の半導体ウェーハに対する研磨圧力、および、裏面研磨用の研磨布の半導体ウェーハに対する研磨圧力はそれぞれ限定されない。例えば、１５０〜２５０ｇ／ｃｍ２　である。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、前記研磨液は、研磨砥粒を含まないｐＨ１０．５〜ｐＨ１３のアルカリ性溶液である請求項１に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。
研磨砥粒を含まないアルカリ性溶液の種類は限定されない。例えばＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ４ＯＨなどを採用することができる。その他にも、例えば純水に対して、アミノエチルエタノールアミンと、ジエチレントリアミン五酢酸（ＤＴＰＡ）とからなる混合液を作製後、その混合液について水酸化カリウム溶液を使用してｐＨ値を調整したものなどを採用することができる。特に、ＫＯＨ、ＮａＯＨにより調整されたアルカリ性溶液は、中和装置を用いることにより簡便に研磨廃液を処理することができる。
研磨液の好ましいｐＨは１１．５〜１２．５である。ｐＨ１０．５未満では研磨レートが小さすぎる。また、ｐＨ１３を超えると研磨レートが得られないばかりか、表面がエッチングされて粗度が低下する。
アルカリ性溶液の研磨液の供給量は、装置の大きさにより異なるが、標準的な装置においては２００〜２０００ｍｌ／分、好ましくは５００〜１０００ｍｌ／分である。２００ｍｌ／分未満ではウェーハに対して有害な傷を発生し易くなる。２０００ｍｌ／分を超えると研磨レートが低下する。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に前記半導体ウェーハを保持し、前記研磨液を供給しながら、前記表面研磨用の研磨布が貼着された上定盤および前記裏面研磨用の研磨布が貼着された下定盤の間で、前記キャリアプレートの表面と平行な面内でこのキャリアプレートに自転を伴わない円運動をさせる請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。
ここでいう自転を伴わない円運動とは、キャリアプレートが上定盤および下定盤の軸線から所定距離だけ偏心した状態を常に保持して旋回するような円運動である。この円運動によって、キャリアプレート上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描くことになる。
このような無サンギヤ式の両面研磨装置は、遊星歯車式のもののようにサンギヤが存在しないので、例えば３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハ用として適している。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、前記半導体ウェーハの表面の研磨レートを、前記半導体ウェーハの裏面の研磨レートにより除した値が、３〜１００である請求項１〜請求項３のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。半導体ウェーハの表面の研磨レートを、半導体ウェーハの裏面の研磨レートにより除した好ましい値は３〜１００である。この値が３未満では、裏面光沢度が高くなってしまう。また、この値が１００を超えると裏面が研磨されない。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、前記表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、前記裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した値が、１０〜１００００である請求項１〜請求項４のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。
表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した好ましい値は１００〜１０００である。この値が１０未満では研磨レートが安定しない。また、この値が１００００を超えると研磨レートが大きすぎる。
【００１９】
【作用】
この発明によれば、研磨液を供給しながら、表面研磨用の研磨布および裏面研磨用の研磨布と、半導体ウェーハとをそれぞれ相対的に回転させ、これらの研磨布を半導体ウェーハの表裏両面に所定の研磨圧力で押圧して研磨する。両研磨布には、あらかじめ研磨砥粒が固定されている。そのため、半導体ウェーハの研磨面の全域を均一な研磨量で研磨することができる。その結果、平坦度が高い半導体ウェーハを得ることができる。しかも、研磨時に使用される研磨液は、従来の研磨液より研磨砥粒が少ないもの、または、研磨砥粒が全く含まれていないものである。そのため、研磨中に消費される研磨液に起因したランニングコストを低減させることができる。さらには、従来法のように、研磨途中でウェーハを表裏反転させず、これらの表裏両面を同時に研磨することができるため、この半導体ウェーハの表裏両面を効率良く短時間で研磨することができる。
【００２０】
特に、請求項２の発明によれば、研磨液が研磨砥粒を含まないアルカリ性溶液となるので、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液を再利用しやすい。
【００２１】
また、請求項３の発明によれば、無サンギヤ式の両面研磨装置を利用し、キャリアプレートに自転をともなわない円運動をさせてウェーハ表裏両面を研磨するので、ウェーハ表裏両面の略全域において、高い平坦度で均一に研磨を行うことができる。しかも、その研磨は、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ裏面が梨地面となる研磨である。これにより、片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。
【００２２】
さらに、請求項４の発明によれば、ウェーハ表面の研磨レートをウェーハ裏面の研磨レートで除した値を、３〜１００としたので、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨した半導体ウェーハが簡単に得られる。
【００２３】
さらにまた、請求項５の発明によれば、表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した値を、１０〜１００００としたので、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨した半導体ウェーハが簡単に得られる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。図１〜図６はこの発明の一実施例を説明する図である。一実施例では、シリコンウェーハの表面を鏡面とし、その裏面を梨地面とする両面研磨を例に説明する。
図１，図２において、１０は一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法が適用される両面研磨装置（以下、両面研磨装置という）である。この両面研磨装置１０は、５個のウェーハ保持孔１１ａがプレート軸線回りに（円周方向に）７２度ごとに穿設された平面視して円板形状のガラスエポキシ製のキャリアプレート１１と、それぞれのウェーハ保持孔１１ａに旋回自在に挿入されて保持された直径３００ｍｍのシリコンウェーハＷを、上下から挟み込むとともに、シリコンウェーハＷに対して相対的に移動させることでウェーハ面を研磨する上定盤１２および下定盤１３とを備えている。キャリアプレート１１の厚さ（６００μｍ）は、シリコンウェーハＷの厚さ（７３０μｍ）よりも若干薄い。
【００２５】
上定盤１２の下面には、ウェーハ裏面を粗研磨して梨地面とする裏面用の研磨布１４が貼着されている。また、下定盤１３の上面には、ウェーハ表面を鏡面化するための表面用の研磨布１５が貼着されている。研磨布１４は、厚さ９ｍｍの発泡ウレタン製で、研磨作用面に所定量の研磨砥粒が固定されている。研磨布１４には、平均粒径４μｍのＳｉＯ２製の研磨砥粒が、０．５重量％含まれている。研磨布１５には、平均粒径４μｍのＳｉＯ２製の研磨砥粒が、５０重量％含まれている。研磨布１４の硬度はショアＤ硬度で５５、研磨布１５の硬度はショアＤ硬度で６５である。
研磨布１５の砥粒密度（０．４５ｇ／ｃｍ３）を、研磨布１４の砥粒密度（０．００４５ｇ／ｃｍ３）により除した値は１００に設定されている。このように、研磨布１４，１５の砥粒密度を設定したので、ウェーハ表面を鏡面仕上げし、ウェーハ裏面を梨地面としたシリコンウェーハＷを簡単に作製することができる。
【００２６】
図１および図２に示すように、上定盤１２は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モータ１６により水平面内で回転駆動される。また、この上定盤１２は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂直方向に昇降させられる。この昇降装置１８は、シリコンウェーハＷをキャリアプレート１１に給排する際などに使用される。なお、上定盤１２および下定盤１３のシリコンウェーハＷの表裏両面に対する押圧は、上定盤１２および下定盤１３に組み込まれた図示しないエアバック方式などの加圧手段により行われる。
下定盤１３は、その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により水平面内で回転させられる。このキャリアプレート１１は、そのプレート１１自体が自転しないように、キャリア円運動機構１９によって、そのプレート１１の面と平行な面（水平面）内で円運動する。次に、図１，図２，図４，図５および図６を参照して、このキャリア円運動機構１９を詳細に説明する。
【００２７】
これらの図に示すように、このキャリア円運動機構１９は、キャリアプレート１１を外方から保持する環状のキャリアホルダ２０を有している。これらの部材１１，２０は、連結構造２１を介して連結されている。ここでいう連結構造２１とは、キャリアプレート１１を、そのキャリアプレート１１が自転せず、しかもこのプレート１１の熱膨張時の伸びを吸収できるようにキャリアホルダ２０に連結させる手段である。
すなわち、この連結構造２１は、図５に示すように、キャリアホルダ２０の内周フランジ２０ａに、ホルダ周方向へ所定角度ごとに突設された多数本のピン２３と、各対応するピン２３を、キャリアプレート１１の外周部に各ピン２３と対応する位置に対応する数だけ穿設された長孔形状のピン孔１１ｂとを有している。
【００２８】
これらのピン孔１１ｂは、ピン２３を介してキャリアホルダ２０に連結されたキャリアプレート１１が、その半径方向へ若干移動できるように、その孔長さ方向をプレート半径方向と合致させている。それぞれのピン孔１１ｂにピン２３を遊挿させてキャリアプレート１１をキャリアホルダ２０に装着することで、両面研磨時のキャリアプレート１１の熱膨張による伸びが吸収される。なお、各ピン２３の元部は、この部分の外周面に刻設された外ねじを介して、上記内周フランジ２０ａに形成されたねじ孔にねじ込まれている。また、各ピン２３の元部の外ねじの直上部には、キャリアプレート１１が載置されるフランジ２３ａが周設されている。したがって、ピン２３のねじ込み量を調整することで、フランジ２３に載置されたキャリアプレート１１の高さ位置が調整可能となる。
【００２９】
このキャリアホルダ２０の外周部には、９０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設されている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心アーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロケット２６が固着されている。そして、各スプロケット２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で架け渡されている。なお、このタイミングチェーン２７をギヤ構造の動力伝達系に変更してもよい。これらの４個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる同期手段を構成している。
【００３０】
また、これらの４本の回転軸２４ｂのうち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されており、その先端部がスプロケット２６より下方に突出されている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されている。このギヤ２８は、例えばギヤドモータなどの円運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。なお、このようにタイミングチェーン２７により同期させなくても、例えば４個の偏心アーム２４のそれぞれに円運動用モータ２９を配設させて、各偏心アーム２４を個別に回転させてもよい。ただし、各モータ２９の回転は同期させる必要がある。
【００３１】
したがって、円運動用モータ２９の出力軸を回転させると、その回転力は、ギヤ３０，２８および長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介してタイミングチェーン２７に伝達され、このタイミングチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期し、回転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、それぞれの偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャリアプレート１１が、このプレート１１に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キャリアプレート１１は上定盤１２および下定盤１３の軸線ａから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。この距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離に等しい。このような自転をともなわない円運動により、キャリアプレート１１上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描く。
また、図６にはこの両面研磨装置１０における研磨液供給孔の位置を示す。例えば上定盤１２に形成される複数の研磨液供給孔は、これらシリコンウェーハＷの中心位置に配置されている。すなわち、研磨液供給孔（ＳＬ）は、上定盤１２の中心部、すなわちキャリアプレート１１の中心部に位置している。研磨液としては、ｐＨ１２．５のＫＯＨ溶液が採用されている。このように、研磨砥粒を含まないアルカリ性溶液の研磨液を採用したので、研磨液の取り扱いが容易になり、研磨廃液を再利用しやすい。
【００３２】
次に、この両面研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
まず、図１および図２に示すように、キャリアプレート１１の各ウェーハ保持孔１１ａにそれぞれ旋回自在にシリコンウェーハＷを挿入する。このとき、各ウェーハ裏面は上向きとする。次いで、この状態のまま、各ウェーハ裏面に裏面用研磨布１４を２００ｇ／ｃｍ２で押し付けるとともに、各ウェーハ表面に表面用研磨布１５を２００ｇ／ｃｍ２で押し付ける。
その後、これらのパッド１４，１５をウェーハ表裏両面に押し付けたまま、上定盤１２側から研磨液を１０００〜２０００ｍｌ／分で供給しながら、円運動用モータ２９によりタイミングチェーン２７を周転させる。これにより、各偏心アーム２４が水平面内で同期回転し、各偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリアホルダ２０およびキャリアプレート１１が、このプレート１１表面に平行な水平面内で、自転をともなわない円運動を２４ｒｐｍで行う。その結果、各シリコンウェーハＷは、対応するウェーハ保持孔１１ａ内において水平面内で旋回しながら、それぞれのウェーハ表裏両面が両面研磨される（図２および図３）。
【００３３】
このとき、研磨布１５によるウェーハ表面の研磨レートは０．３μｍ／分である。研磨布１４によるウェーハ裏面の研磨レートは０．０５μｍ／分である。したがって、ウェーハ表面の研磨レートをウェーハ裏面の研磨レートにより除した値は６に設定されている。このように、研磨布１４，１５による研磨レートを設定したので、ウェーハ表面を鏡面仕上げし、ウェーハ裏面を梨地面としたシリコンウェーハＷを簡単に作製することができる。
また、ここでは、両面研磨時に、キャリアプレート１１を、このプレート１１の自転をともなわない円運動をさせてウェーハ表裏両面を研磨する。このようなキャリアプレート１１の特殊な運動によりシリコンウェーハＷを両面研磨するようにしたので、ウェーハ表裏両面の略全域において均一に研磨を行うことができる。これにより、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ裏面が梨地面であるシリコンウェーハＷを、さらに容易に作製することができる。
無サンギヤ式の両面研磨装置１０に組み込まれた２枚の研磨布１４，１５に、固定砥粒式の研磨布を採用したので、ウェーハ表面の平坦度（ＳＢＩＲ）は、０．２０μｍ以下となり、ナノトポグラフィも１０ｍｍ角で５０ｎｍ以下となって、従来にない高い平坦度ウェーハが得られた。ナノトポグラフィとは、ウェーハ製造時のエッチング工程で発生した気泡によってウェーハ表裏両面に生じる周期２０ｍｍ程度、高さ数十ｎｍ程度のうねりである。無サンギヤ式の従来の両面研磨装置による固定砥粒を含まない研磨布とスラリーとによる研磨時のウェーハ平坦度は、ＳＢＩＲ０．２μｍ程度、ナノトポグラフィ４０ｎｍ程度であった。
【００３４】
一実施例の両面研磨装置１０は、キャリアプレート１１を円運動させなくても、上側回転モータ１６により上定盤１２を５ｒｐｍで回転させるとともに、下側回転モータ１７により下定盤１３を２５ｒｐｍで回転させるだけで、各シリコンウェーハＷを両面研磨することもできる。
この場合、各シリコンウェーハＷがウェーハ保持孔１１ａの中で旋回自在に挿入・保持されているので、この研磨中、各シリコンウェーハＷは回転速度が速い側の定盤の回転方向へ連れ回り（自転）する。このようにシリコンウェーハＷを自転させることで、上定盤１２および下定盤１３による研磨ではウェーハ外周へ向かうほど周速度が大きくなるという影響をなくすことができる。その結果、ウェーハ表裏両面のそれぞれの面全域をさらに均一に研磨することができる。
【００３５】
そして、このキャリアプレート１１を円運動させながら、上定盤１２および下定盤１３を回転させて、シリコンウェーハＷを両面研磨してもよい。この場合、上定盤１２および下定盤１３の回転速度は、ウェーハ表裏両面に研磨ムラが発生しない程度に遅くした方が好ましい。このようにすれば、シリコンウェーハＷの表裏両面をその各面の全域において均一に研磨することができる。なお、上定盤１２および下定盤１３を回転させれば、シリコンウェーハＷに接触する定盤面を常に新しくさせて、スラリーをシリコンウェーハＷの全面に平均的に供給することができるために好ましい。
【００３６】
このように、研磨作用面に研磨砥粒を固定した研磨布１４，１５を用いて、シリコンウェーハＷの表裏両面を同時に研磨するようにしたので、シリコンウェーハＷの研磨面の全域を均一な研磨量で研磨することができる。その結果、平坦度が高いシリコンウェーハＷを得ることができる。しかも、研磨時に使用される研磨液は、研磨砥粒が全く含まれていない。そのため、研磨中に消費される研磨液に起因したランニングコストを低減させることができる。さらには、従来法のように、研磨途中でウェーハを表裏反転させず、これらの表裏両面を同時に研磨することができる。そのため、このシリコンウェーハＷの表裏両面を効率良く短時間で研磨することができる。また、ウェーハ裏面が研磨されているので、ウェーハ裏面に傷、ダメージが少ない。そのため、後工程でのピンチャックによるウェーハ保持時に、異常を起こしにくい。
【００３７】
ここで、実際に、従来法および本発明法により研磨布を作製し、それぞれをウェーハ表面だけを研磨する研磨装置の研磨定盤の上面に貼着し、シリコンウェーハを表面研磨したときの試験結果を報告する。表１には、各研磨布の組成および物性を示す。
【００３８】
【表１】
2004071833.tif 000003
【００３９】
表１中、ポリオールＡは、分子量２５０〜６００で官能基数２〜３のポリエーテルポリオール（三洋化成社製、商品名：サンニックス）、そしてポリオールＢは、分子量１０００〜５０００で官能基数２〜３のポリエーテルポリオール（三洋化成社製、商品名：サンニックス）の中から適宜選択される。
これらのポリオールＡ，Ｂの他に、イソシアネートＮＣＯ基含有量３１％のイソシアネート（ダウ・ポリウレタン社製、商品名ＰＡＰＩ＊１３５）、水、アミン系触媒（東ソー社製、商品名ＴＯＹＯＣＡＴ−ＥＴ）、シリコーン整泡剤（日本ユニカー社製、商品名：Ｌ−５３０９）、および、研磨砥粒を所定割合で配合し、液状混合物を調整した。
【００４０】
研磨砥粒としては、シリカ（日本触媒社製：シーホスター、龍森社製：クリスタライト、扶桑化学工業社製：ＳＰ、関東化学社製試薬を分粒して使用）、アルミナ（フジミインコーポレーテッド社製：ＦＯ）、炭化珪素（フジミインコーポレーテッド社製：ＦＯ）、ジルコニア（第一稀元素科学社製：ＥＰ酸化ジルコニウム）、セリア（第一稀元素科学社製：高純度酸化セリウム）、酸化マグネシウム（神島化学工業社製：スターマグ）、炭酸カルシウム（日東粉化工業社製：ＮＳ）、アルミナ−シリカ系（日東粉化工業社製：ゼオライトＳＰ）の中から任意に選択して使用した。
次に、得られた液状混合物を金型に注入し、２０〜３０℃の室温で２４時間放置することで発泡硬化させ、これにより研磨砥粒が固定された表面研磨用の研磨布と、裏面研磨用の研磨布とをそれぞれ作製した。研磨布の硬度は、ＪＩＳ　Ｋ６２５３−１９９７／ＩＳＯ　７６１９により規定されたショアＤ硬度計により測定した。発泡倍率は、未発泡の硬化物の密度Ｄ１と研磨布の密度Ｄ２とから、Ｄ１／Ｄ２とした。
【００４１】
こうして作製された研磨布を、研磨装置の研磨定盤の上面に貼着し、研磨布の研磨作用面を、ダイヤモンドが電着された修正リングにより削って修正し、厚さ９ｍｍとし、研磨布の発泡構造を研磨作用面に露出させた。
それから、下面に８インチ用のシリコンウェーハが貼着された研磨ヘッドを２０ｒｐｍで回転させ、それを５ｒｐｍで回転中の研磨定盤に向かって下降し、シリコンウェーハを研磨布の研磨作用面に２００ｇ／ｃｍ２で押し付けて研磨した。そのときの研磨レートを表２に示す。研磨レートは、シリコンウェーハの重量変化より厚さの変化を測定して算出した。
【００４２】
【表２】
2004071833.tif 000004
【００４３】
表２から明らかなように、研磨布に研磨砥粒を固定させた試験例１〜３では、いずれも研磨砥粒の含有量に応じた良好な研磨レートが得られた。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によれば、研磨作用面に研磨砥粒を固定して２枚の研磨布を作製し、これらの固定砥粒を含む研磨布により半導体ウェーハの表裏両面を同時に研磨するようにしたので、高平坦度のウェーハが得られ、ランニングコストも安価でありながら、表裏両面を効率良く短時間で研磨することができる。
【００４５】
特に、請求項２の発明によれば、研磨液が研磨砥粒を含まないアルカリ性溶液であるので、研磨液の取り扱いが容易で、研磨廃液を再利用しやすい。
【００４６】
また、請求項３の発明によれば、無サンギヤ式の両面研磨装置によりウェーハ表裏両面を同時に研磨すると、ウェーハ表裏両面の略全域を高い平坦度で均一に研磨することができる。しかも、このときの研磨は、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ裏面が梨地面となる研磨である。これにより、片面鏡面ウェーハを簡単に製造することができる。
【００４７】
さらに、請求項４の発明によれば、ウェーハ表面の研磨レートをウェーハ裏面の研磨レートにより除した値を３〜１００として研磨したので、ウェーハ表面が鏡面で、ウェーハ裏面が粗研磨された片面鏡面ウェーハが簡単に得られる。
【００４８】
さらにまた、請求項５の発明によれば、表面研磨用の研磨布の砥粒密度を、裏面研磨用の研磨布の砥粒密度により除した値を、１０〜１００００としたので、ウェーハ表面を鏡面研磨し、ウェーハ裏面を粗研磨した半導体ウェーハが簡単に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法が適用されたウェーハ両面研磨装置の全体斜視図である。
【図２】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法が適用されたウェーハ両面研磨装置の使用中の縦断面図である。
【図３】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法におけるウェーハ研磨中の状態を示す断面図である。
【図４】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法が適用されたウェーハ両面研磨装置の概略平面図である。
【図５】この発明の一実施例に係るキャリアプレートに運動力を伝達する運動力伝達構造を示す要部拡大断面図である。
【図６】この発明の一実施例に係る研磨液供給孔の位置を示す断面図および平面図である。
【符号の説明】
１０　両面研磨装置、
１１　キャリアプレート、
１１ａ　ウェーハ保持孔、
１２　上定盤、
１３　下定盤、
１４　裏面研磨用の研磨布、
１５　表面研磨用の研磨布、
Ｗ　シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。
【図１】
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【図２】
2004071833.tif 000006
【図３】
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【図４】
2004071833.tif 000008
【図５】
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【図６】
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