(57)【要約】【課題】半導体ウェーハの平坦度および半導体ウェーハの表裏両面の状態を効率良く制御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】研磨剤を供給しながら、表面研磨用の研磨布１５および裏面研磨用の研磨布１４と、シリコンウェーハＷとをそれぞれ相対的に回転させ、両研磨布１４，１５をシリコンウェーハＷの表裏両面に押圧して両面研磨する。１回目の両面研磨後、この１回目とはウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件を変更して２回目の両面研磨を行う。具体的には、研磨布の種類、研磨剤の種類、研磨時間、上下定盤の回転数などを変更する。その結果、半導体ウェーハの平坦度および半導体ウェーハの表裏両面の状態を効率良く制御することができる。【選択図】        図１
2004356336.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、研磨布の研磨作用面をそれぞれ押し付け、両研磨作用面に研磨剤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って、
前記半導体ウェーハの両面研磨を、ウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件を変更して複数回行う半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項２】
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、前記研磨剤を供給しながら、前記研磨布が貼着された上定盤および前記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に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法。
【請求項３】
前記複数回の両面研磨を、１台の両面研磨装置により行う請求項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は、その片面または表裏両面が酸化膜により被覆されている請求項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】
前記変更されるウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件が、前記研磨布の種類である請求項１、請求項２、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。
【請求項６】
前記変更されるウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件が、前記研磨剤の種類である請求項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。
【請求項７】
前記変更されるウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件が、研磨時間である請求項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。
【請求項８】
前記変更されるウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件が、前記上定盤の回転数およびまたは下定盤の回転数である請求項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平坦度および半導体ウェーハの表裏両面の状態を効率良く制御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】
従来の両面研磨ウェーハの製造では、単結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコンウェーハを作製した後、このシリコンウェーハに対して面取り、ラッピング、酸エッチングまたは表面研削の各工程が順次なされる。次いで、ウェーハ表裏両面を鏡面化する両面研磨が施される。
この両面研磨には、従来、（１）  遊星歯車式の両面研磨装置による両面研磨方法と、（２）  無サンギヤ式の両面研磨装置による両面研磨方法とが知られている。
（１）  遊星歯車式の両面研磨装置は、通常、中心部にサンギヤが配置される一方、外周部にインターナルギヤが配置された遊星歯車構造を有している。この両面研磨装置では、キャリアプレートに複数個形成されたウェーハ保持孔の内部にシリコンウェーハを挿入・保持する。そして、その上方から研磨砥粒を含むスラリーをシリコンウェーハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が展張された上定盤および下定盤を各ウェーハの表裏両面に押し付けて、キャリアプレートをサンギヤとインターナルギヤとの間で自転、公転させることで、各シリコンウェーハの両面を同時に研磨する。
【０００３】
（２）  無サンギヤ式の両面研磨装置としては、例えば、特許文献１に記載の「両面研磨装置」が知られている。この無サンギヤ式の両面研磨装置は、遊星歯車式のように装置中央部にサンギヤが設けられていない。その分だけ、キャリアプレート上における各ウェーハ保持孔の形成スペースが拡大される。その結果、仮にキャリアプレートがサンギヤ式と同じ外径を有しても、無サンギヤ式の両面研磨装置では、取り扱い可能なシリコンウェーハの寸法を大きくすることができる。例えば、直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハを両面研磨する場合に有利である。
【特許文献１】特開平１１−２５４３０２号公報
【０００４】
無サンギヤ式両面研磨装置の構成は、シリコンウェーハが保持される複数個のウェーハ保持孔を有するキャリアプレートと、キャリアプレートの上下方向に配置されて、それぞれの対向面に、各ウェーハ保持孔内のシリコンウェーハの表裏両面を研磨する研磨布が展張された上定盤および下定盤と、これらの上定盤および下定盤の間に保持されたキャリアプレートを、キャリアプレートの表面と平行な面内で運動させるキャリア運動手段とを備えている。
キャリアプレートの運動とは、上定盤および下定盤の間に保持されたシリコンウェーハが、その対応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、キャリアプレートの自転をともなわない円運動である。また、ウェーハの両面研磨中、上定盤および下定盤は、垂直な各回転軸を中心にして互いに反対方向に回転している。
【０００５】
したがって、ウェーハ両面研磨時には、キャリアプレートの各ウェーハ保持孔にシリコンウェーハを挿入・保持し、研磨砥粒を含むスラリーをシリコンウェーハに供給しながら、しかも上定盤および下定盤を回転させつつ、キャリアプレートに自転をともなわない円運動を行わせることで、各シリコンウェーハが同時に両面研磨する。
無サンギヤ式の両面研磨装置にはサンギヤが組み込まれていないので、その分だけ、キャリアプレート上における各ウェーハ保持孔の形成スペースが拡大される。その結果、サンギヤ式と同じ大きさの外径を有しても、両面研磨装置（以下、無サンギヤ式両面研磨装置という場合がある）では、取り扱い可能なシリコンウェーハの寸法を大きくすることができる。
従来、シリコンウェーハの両面研磨は１次研磨だけ行われていた。その後、片面研磨装置によりシリコンウェーハの表面にだけ、２次研磨以降の研磨（例えば２次研磨、その後の仕上げ研磨など）が施されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の（１）  遊星歯車式および（２）  無サンギヤ式の何れの両面研磨装置によるシリコンウェーハの両面研磨方法であっても、以下の課題があった。
すなわち、従来の両面研磨方法では、施される両面研磨は１回だけであった。その後は、片面研磨装置によりウェーハの表面だけを加工する、例えば２次研磨、仕上げ研磨となっていた。そのため、両面研磨装置による両面研磨だけでは、ウェーハ裏面の粗さを制御することはできなかった。
【０００７】
【発明の目的】
この発明は、半導体ウェーハの平坦度および半導体ウェーハの表裏両面の状態を効率良く制御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、研磨布の研磨作用面をそれぞれ押し付け、両研磨作用面に研磨剤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って、前記半導体ウェーハの両面研磨を、ウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件を変更して複数回行う半導体ウェーハの両面研磨方法である。
【０００９】
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ、ガリヒ素ウェーハなどを採用することができる。半導体ウェーハの大きさは限定されない。例えば６インチウェーハ、８インチウェーハを採用することができる。その他、直径３００ｍｍ以上の大口径ウェーハでもよい。
使用する研磨剤の種類としては、例えばｐＨ濃度が９〜１１のアルカリ性エッチング液に、平均粒径０．１〜０．０２μｍ程度のコロイダルシリカ粒子（研磨砥粒）を分散させたものを採用することができる。また、酸性エッチング液中に研磨砥粒を分散させたものでもよい。研磨剤の供給量は半導体ウェーハの大きさなどにより異なる。通常は、１．０〜２．０リットル／分である。
研磨布の種類および材質は限定されない。例えば、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた不織布パッド、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パッドなどを採用することができる。その他、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パッドでもよい。
【００１０】
半導体ウェーハと両研磨布との相対運動とは、半導体ウェーハだけの回転でもよいし、両研磨布だけの回転でもよい。その他、半導体ウェーハと両研磨布とのそれぞれを回転させてもよい。
両面研磨装置は限定されない。例えば、サンギヤを有する遊星歯車式の両面研磨装置を採用することができる。その他、サンギヤが無い無サンギヤ式の両面研磨装置を採用することもできる。
半導体ウェーハの研磨は、半導体ウェーハを１枚ずつ研磨する枚葉式の研磨装置による研磨でもよいし、複数枚の半導体ウェーハを同時に研磨するバッチ式の研磨装置による研磨でもよい。複数回行う両面研磨は、１台の両面研磨装置により行ってもよいし、複数台の研磨装置により行ってもよい。
変更される研磨条件は、ウェーハ表面の研磨条件だけでもよい。また、ウェーハ裏面の研磨条件だけでもよい。さらに、ウェーハ表面の研磨条件とウェーハ裏面の研磨条件との両方でもよい。変更される具体的な研磨条件としては、例えば研磨量、研磨レート、研磨圧力、研磨布の回転方向、半導体ウェーハの回転方向などが挙げられる。
両面研磨の回数は、複数回であればよい。例えば２回、３回などである。
【００１１】
請求項２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、前記研磨剤を供給しながら、前記研磨布が貼着された上定盤および前記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に記載の半導体ウェーハの両面研磨方法である。
両面研磨装置としては、サンギヤが組み込まれておらず、上定盤および下定盤の間でキャリアプレートを運動させてウェーハ表裏両面を同時に研磨する無サンギヤ式両面研磨装置であれば限定されない。
自転をともなわない円運動とは、キャリアプレートが上定盤および下定盤の回転軸から所定距離だけ偏心した状態を、常時、維持して旋回する円運動をいう。この運動によって、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。
キャリアプレートに形成されるウェーハ保持孔の個数は、１個（枚葉式）でも複数個でもよい。ウェーハ保持孔の大きさは、研磨される半導体ウェーハの大きさにより、任意に変更される。
無サンギヤ式両面研磨の場合、必ずしも上定盤および下定盤を同時に回転させなくてもよい。それは、無サンギヤ式両面研磨装置が、半導体ウェーハの表裏両面に上定盤および下定盤の各研磨布を押し付けた状態でキャリアプレートを運動させる構成を採用しているためである。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記複数回の両面研磨を、１台の両面研磨装置により行う請求項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。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記半導体ウェーハは、その片面または表裏両面が酸化膜により被覆されている請求項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。
酸化膜により被覆されるのは、ウェーハ表面だけでもよいし、ウェーハ裏面だけでもよい。また、半導体ウェーハの表裏両面でもよい。
酸化膜の種類は限定されない。例えば、シリコンウェーハの場合におけるシリコン酸化膜などを採用することができる。酸化膜の厚さも限定されない。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記変更されるウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件が、前記研磨布の種類である請求項１、請求項２、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。
研磨布の種類を異ならせる方法として、例えば不織布パッド、発泡性ウレタンパッド、スエードパッドのうち、１つを表面研磨用の研磨布とし、別の１つを裏面研磨用の研磨布とすることができる。
また、互いに硬度が異なる材質の研磨布、互いに密度が異なる材質の研磨布、互いに圧縮率が違う材質の研磨布、または、互いに圧縮弾性率が違う材質の研磨布などを採用することができる。
【００１５】
研磨布の硬度は限定されない。ただし、通常、５０〜１００゜（Ａｓｋｅｒ硬度計）のものが使用される。一方の研磨布と他方の研磨布との硬度比も限定されない。ただし、通常、１：１．０５〜１．６０のものが使用される。
研磨布の圧縮率は限定されない。例えば１．０〜８．０％である。
研磨布の密度は限定されない。例えば０．３０〜０．８０ｇ／ｃｍ３である。一方の研磨布と他方の研磨布との密度比は、例えば１：１．１〜２．０である。
研磨布の圧縮率の比率は、例えば１：１．２〜８．０である。
一方の研磨布の圧縮弾性率と他方の研磨布の圧縮弾性率との比率は、例えば１：１．１〜１．５である。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、前記変更されるウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件が、前記研磨剤の種類である請求項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。
研磨剤としては、例えば遊離砥粒を含まないアルカリ液のみでもよい。また、アルカリ液に平均粒径０．０２〜０．１μｍ程度の研磨砥粒を分散させたスラリーでもよい。研磨砥粒としては、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たものでもよい。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、前記変更されるウェーハ表面の研磨条件およびまたウェーハ裏面の研磨条件が、研磨時間である請求項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。
例えば、１回目の両面研磨の時間より、２回目の両面研磨の時間を長くする。または短くする。
【００１８】
請求項８に記載の発明は、前記変更されるウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件が、前記上定盤の回転数およびまたは下定盤の回転数である請求項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。
上定盤および下定盤の回転速度は限定されない。例えば、低速回転側の定盤の回転速度を５〜１５ｒｐｍの範囲内で変化させ、高速回転側の定盤の回転速度を２０〜３０ｒｐｍで変化させてもよい。このときの上定盤および下定盤の回転速度比も限定されない。例えば１：４から１：５までとする。
【００１９】
【作用】
この発明によれば、研磨剤を供給しながら、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押圧して両面研磨する。１回目の両面研磨後、２回目以降の両面研磨を行う。その際、２回目以降の両面研磨時には、ウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件を変更して両面研磨する。具体的には、研磨布の種類（請求項５）、研磨剤の種類（請求項６）、研磨時間（請求項７）、上下定盤の回転数（請求項８）を変更する。その結果、半導体ウェーハの平坦度および半導体ウェーハの表裏両面の状態を効率良く制御することができる。
【００２０】
特に、請求項２に記載の発明によれば、上定盤および下定盤の間で半導体ウェーハを保持し、この状態を維持したまま、キャリアプレートをこのプレートの自転をともなわない円運動をさせて両面研磨する。自転しない円運動によれば、キャリアプレート上のすべての点がまったく同じ運動をする。これは、一種の揺動運動ともいえる。すなわち、揺動運動の軌跡が円になると考えることもできる。このようなキャリアプレートの運動により、研磨中、半導体ウェーハはウェーハ保持孔内で旋回しながら研磨される。これにより、ウェーハ研磨面の略全域にわたって均一に研磨を行うことができる。例えば、ウェーハ外周部の研磨ダレなども低減させることができる。
【００２１】
また、請求項３に記載の発明によれば、１台の両面研磨装置だけを使用して複数回の両面研磨を行うので、設備コストを低減することができ、また複数回を通した研磨時間を短縮することができる。
【００２２】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、半導体ウェーハの片面または表裏両面が酸化膜によって被覆されている。そのため、異なる回数の両面研磨時において、酸化膜を有する面と酸化膜を有しない面とを所定の度合いで研磨することができる。
【００２３】
【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に示すように、第１の実施例にあっては、スライス、面取り、ラップ、エッチング、表面研削、１次両面研磨、酸化膜除去、２次両面研磨、仕上げ洗浄の各工程を経て、シリコンウェーハが作製される。以下、各工程を詳細に説明する。
ＣＺ（チョクラルスキー）法により引き上げられた単結晶シリコンインゴットは、スライス工程（Ｓ１０１）で、厚さ７３０μｍ程度の直径２００ｍｍまたは３００ｍｍの多数枚のシリコンウェーハにスライスされる。
次に、シリコンウェーハに面取り（Ｓ１０２）が施される。すなわち、ウェーハ外周部が＃６００〜＃１５００のメタル面取り用砥石により、所定の形状にあらく面取りされる。これにより、ウェーハ外周部は、所定の丸みを帯びた形状（例えばＭＯＳ型の面取り形状）に成形される。
【００２４】
次に、この面取り加工されたシリコンウェーハは、ラップ工程（Ｓ１０３）でラッピングされる。ラップ工程では、シリコンウェーハを互いに平行に保たれたラップ定盤の間に配置し、ラップ定盤とシリコンウェーハとの間に、アルミナ砥粒、分散剤、水の混合物であるラップ液を流し込む。そして、加圧下で回転・すり合わせを行い、ウェーハ表裏両面を機械的にラップする。ラップ量はウェーハ表裏両面を合わせて４０〜８０μｍ程度である。
続いて、ラップ後のシリコンウェーハには、そのダメージを除去するためにエッチング（Ｓ１０４）が行われる。エッチング後の表面には４０ｎｍ程度の厚さのシリコン自然酸化膜が形成される。
【００２５】
続いて、エッチング後のシリコンウェーハには、図２に示す表面研削装置を用いて、ウェーハ表面を研削する表面研削が施される（Ｓ１０５）。
表面研削装置５０は、主に下定盤５１と、その上方に配置される研削ヘッド５２とを備えている。シリコンウェーハＷは、下定盤５１の上面に真空吸着されている。研削ヘッド５２の下面の外周部には、環状の研削砥石５３が固定されている。研削砥石５３は、多数個のレジノイド研削砥石製の研削チップ５３ａを、環状に配設したものである。レジノイド研削砥石の砥粒の番手は、＃４０００である。研削ヘッド５２を６０００ｒｐｍで回転させながら、これを０．３μｍ／秒で徐々に下降させ、下定盤５１上のシリコンウェーハＷの表面を研削する。このとき、下定盤５１の回転速度は４０ｒｐｍである。表面研削されたシリコンウェーハＷの裏面には、シリコン酸化膜が残存している。
【００２６】
次に、表面研削されたシリコンウェーハＷに、１次両面研磨を施す（Ｓ１０６）。以下、１次両面研磨工程で使用される両面研磨装置を、図３〜図８を参照して具体的に説明する。この両面研磨装置は、２次両面研磨工程でも利用される。
図３，図４において、１０は第１の実施例に係る半導体ウェーハの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。具体的には、不二越株式会社製の両面研磨装置（ＬＰＤ３００）が採用されている。
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）よりも若干薄くなっている。
【００２７】
図５（Ａ）に示すように、上定盤１２の下面には、シリコンウェーハＷの裏面（シリコン酸化膜Ｗａ側）を研磨する裏面側研磨布１４として、Ｂｅｌｌａｔｒｉｘ  ＶＮ５７３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表面側研磨布１５として、ＳＵＢＡ８００が展張されている。裏面側研磨布１４の硬度は９１゜（Ａｓｋｅｒ硬度計）、密度は０．４ｇ／ｃｍ３、圧縮率は２．３％、圧縮弾性率は８９％、その厚さは１．０μｍである。一方、表面側研磨布１５の硬度は８３゜（Ａｓｋｅｒ硬度計）、密度は０．４ｇ／ｃｍ３  、圧縮率は３．２％、圧縮弾性率は７４％であって、厚さは１．２μｍとなっている。
なお、両研磨布１４，１５に関して、研磨砥粒を含む研磨剤の保持力について言及すると、当然、軟らかい表面側研磨布１５の方が、硬い裏面側研磨布１４と比較して研磨剤の保持力は大きくなる。研磨剤の保持力が大きいほど、研磨砥粒が研磨作用面に多量に付着し、研磨速度は大きくなる。
【００２８】
図３および図４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、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。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３，図４，図６および図７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。
【００２９】
これらの図に示すように、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。キャリア円運動機構１９とキャリアホルダ２０とは、連結構造２１を介して連結されている。連結構造２１とは、キャリアプレート１１を、キャリアプレート１１が自転せず、しかもキャリアプレート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、連結構造２１は、図７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、キャリアプレート１１の外周部の各ピン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。
【００３０】
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、前記内周フランジ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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。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。
【００３３】
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が同期して回転軸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との距離と同じである。この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８には両面研磨装置１０にあって、その研磨剤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剤供給孔は、これらのシリコンウェーハＷの中心位置に配置されている。すなわち、研磨剤供給孔（ＳＬ）は、上定盤１２の中心部、言い換えればキャリアプレート１１の中心部に位置している。その結果、研磨中においてシリコンウェーハＷの裏面には研磨剤による薄膜が常に保持されることとなる。
【００３４】
次に、両面研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの１次両面研磨方法を説明する。
まず、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、上定盤１２とともに５ｒｐｍで回転中の裏面側研磨布１４を、各ウェーハ裏面に２００ｇ／ｃｍ２で押し付けるとともに、下定盤１３とともに２５ｒｐｍで回転中の表面側研磨布１５を各ウェーハ表面に２００ｇ／ｃｍ２で押し付ける。
【００３５】
その後、両研磨布１４，１５をウェーハ表裏両面に押し付けたまま、上定盤１２から研磨剤を２リットル／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の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内で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研磨される。ここで使用する研磨剤は、無砥粒タイプのものである。１次両面研磨工程での研磨時間は１５分間である。
【００３６】
このとき、上定盤１２の裏面側研磨布１４は、下定盤１３の表面側研磨布１５より硬度が高い。しかも、ウェーハ裏面にはシリコン酸化膜Ｗａが形成されている。そのため、シリコン酸化膜Ｗａの面であるウェーハ裏面が、ほとんど研磨されておらず、ウェーハ表面が鏡面となった１次両面研磨を行うことができる。
次に、１次両面研磨後のシリコンウェーハＷの裏面から、シリコン酸化膜Ｗａを除去する（Ｓ１０７）。具体的には、濃度０．５ｗｔ％、温度２２℃のフッ酸溶液中に、３０秒間だけシリコンウェーハＷを浸漬する。シリコン酸化膜Ｗａの除去後、純水によるリンスを１分以上行う。
【００３７】
続いて、純水リンス後のシリコンウェーハＷを２次両面研磨する。
２次両面研磨の条件は、研磨時間が１５分間から５分間に短縮された他は、１次両面研磨の条件と同じである。図５（Ｂ）に示すように、この２次両面研磨では、シリコンウェーハＷの裏面からシリコン酸化膜Ｗａが除去されている。
実際、２次両面研磨後のシリコンウェーハＷの表裏両面の光沢度を測定したところ、２次両面研磨後のウェーハ裏面は、日本電色社製測定器の光沢度測定器による光沢度の測定で、平均３４０％（３９０％以上が鏡面）であった。一方、ウェーハ表面の光沢度は、平均３９０％であった。また、平坦度においては、ＳＢＩＲで平均０．２μｍ以下、ＧＢＩＲで平均０．５μｍ以下であった。
【００３８】
このように、シリコンウェーハＷの両面研磨を、ウェーハ表面の研磨条件およびウェーハ裏面の研磨条件を変更して２回行ったので、シリコンウェーハＷの平坦度およびシリコンウェーハＷの表裏両面の状態を効率良く制御することができる。
また、１次両面研磨時に、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。
その後、２次両面研磨されたシリコンウェーハＷに仕上げ洗浄を施す（Ｓ１０９）。具体的には、ＲＣＡ系の洗浄とする。
【００３９】
次に、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法を説明する。
第２の実施例では、第１の実施例におけるシリコン酸化膜Ｗａの形成からシリコン酸化膜Ｗａを介しての両面研磨、そしてシリコン酸化膜Ｗａの除去というシリコン酸化膜Ｗａに関する事項を削除している。そして、１次両面研磨装置用の研磨布としては、硬度９５゜の裏面側研磨布１４と、硬度８３゜の表面側研磨布１５とを採用する一方、２次両面研磨装置用の研磨布としては、硬度７０゜の裏面側研磨布１４と硬度８４°の表面側研磨布１５とを搭載した点を特徴としている。硬度は、何れもＡｓｋｅｒ硬度計による。
その他の構成、作用、効果は、第１の実施例と略同じであるので説明を省略する。
【００４０】
次に、この発明の第３の実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法を説明する。
第３の実施例では、第１の実施例のシリコン酸化膜Ｗａに関する事項を削除する一方、１次研磨時の研磨剤として前記無砥粒研磨剤を使用し、２次研磨時の研磨剤として砥粒を有するタイプの研磨剤を使用し、さらには第１の両面研磨と第２の両面研磨とを１台の両面研磨装置１０により行った点を特徴としている。
その他の構成、作用、効果は、第１の実施例と略同じであるので説明を省略する。
【００４１】
次に、この発明の第４の実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法を説明する。
第４の実施例では、第１の実施例のシリコン酸化膜Ｗａに関する事項を削除する一方、１次研磨時の上定盤の回転速度を２５ｒｐｍ、下定盤の回転速度を５ｒｐｍとし、２次研磨時の上定盤の回転速度を２０ｒｐｍ、下定盤の回転速度を１５ｒｐｍとし、さらには第１の両面研磨と第２の両面研磨とを１台の両面研磨装置１０により行った点を特徴としている。
その他の構成、作用、効果は、第１の実施例と略同じであるので説明を省略する。
【００４２】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体ウェーハの両面研磨を、ウェーハ表面の研磨条件およびまたはウェーハ裏面の研磨条件を変更して複数回行うようにしたので、半導体ウェーハの平坦度および半導体ウェーハの表裏両面の状態を効率良く制御することができる。
【００４３】
特に、請求項２に記載の発明によれば、上定盤および下定盤の間で半導体ウェーハを保持し、この状態を維持したまま、キャリアプレートをこのプレートの自転をともなわない円運動をさせて両面研磨するので、ウェーハ研磨面の略全域にわたって均一に研磨を行うことができる。その結果、ウェーハ外周部の研磨ダレなども低減させることができる。
【００４４】
また、請求項３に記載の発明によれば、１台の両面研磨装置だけを使用して複数回の両面研磨を行うので、設備コストを低減することができ、また複数回を通した研磨時間を短縮することができる。
【００４５】
さらに、請求項４に記載の発明によれば、半導体ウェーハの片面または表裏両面を酸化膜によって被覆したので、異なる回数の両面研磨時において、酸化膜を有する面と酸化膜を有しない面とを所定の度合いで研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の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半導体ウェーハの製造方法を示すフローシートである。
【図２】この発明の第１の実施例に係る表面研削装置の使用状態の斜視図である。
【図３】この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの両面研磨方法に用いられる両面研磨装置の全体斜視図である。
【図４】この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置によるウェーハ両面研磨中の縦断面図である。
【図５】（Ａ）は、１次両面研磨中の状態を示す要部拡大断面図である。（Ｂ）は、２次両面研磨中の状態を示す要部拡大断面図である。
【図６】この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置の概略平面図である。
【図７】この発明の第１の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要部拡大断面図である。
【図８】（Ａ）は、この発明の第１の実施例に係る研磨剤供給孔の位置を示す断面図である。
（Ｂ）は、この発明の第１の実施例に係る研磨剤供給孔の位置を示す平面図である。
【符号の説明】
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  裏面側研磨布、
１５  表面側研磨布、
Ｗ  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
Ｗａ  シリコン酸化膜。
【図１】
2004356336.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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