(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨ヘッドに着脱自在に取り付けられたキャリアプレートの下面に張られた複数枚の半導体ウェーハを、研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、研磨定盤の上面に展張された研磨布に押しつけて研磨する半導体ウェーハの研磨方法において、
前記キャリアプレートの表裏両面は、それぞれ該キャリアプレートの中心位置を最大高さ位置とした断面円弧形状に隆起し、該それぞれの円弧の寸法が、このキャリアプレートの表面基準で、前記円弧の最大高さとプレート直径との比率を０．５×１０−６〜１．７５×１０−６とし、該円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から前記円弧までの最短距離とプレート半径との比率を１．４０×１０−６以下とし、
一方、前記研磨定盤の上面は、該研磨定盤の中心位置を最大高さ位置とした断面円弧形状に隆起し、該円弧の寸法が、該円弧の最大高さと定盤直径との比率を１．００×１０−６〜１．７５×１０−６とし、該円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から前記円弧までの最短距離と定盤半径との比率を３．８０×１０−６〜７．８０×１０−６とした半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項２】
前記各研磨される半導体ウェーハが、表面研削されたウェーハである請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項３】
前記キャリアプレートは、平面視して前記研磨定盤の中心点をその中心とした所定の半径を有する仮想円に内接して配置され、
該仮想円と、前記研磨定盤の最外周とは、該研磨定盤の半径方向において１０ｍｍ以上離間している請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項４】
研磨中、前記研磨定盤の形状精度の維持は、該研磨定盤の内部に形成された冷却路に供給される冷却水の供給量を制御することで行われる請求項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研磨方法。
【請求項５】
研磨中の研磨熱を、前記研磨布上への研磨液の供給量で制御する請求項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研磨方法。
【請求項６】
前記研磨は複数の段階に分けて行われ、それぞれの段階の研磨量を３μｍ以内とした請求項１〜請求項５のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項７】
前記研磨布の研磨作用面を、１バッチ分の半導体ウェーハの研磨を行うごとに、高圧水によってドレッシングする請求項１〜請求項６のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項８】
前記研磨液のｐＨ値が、ｐＨ１０．７〜ｐＨ１１．２である請求項１〜請求項７のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【請求項９】
半導体ウェーハにかけられる単位面積当たりの荷重が、１５０〜３００ｇ／ｃｍ２  である請求項１〜請求項８のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法。
【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研磨方法、詳しくは半導体ウェーハを裏面基準で高精度に研磨する半導体ウェーハの研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばドナキラー熱処理後、表面がエッチングされたシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）は、次工程であるポリッシング工程で、その表面が機械的化学的研磨される。すなわち、研磨装置によって、ウェーハ表面が平滑で無歪の鏡面に仕上げられる。
この研磨装置による鏡面研磨は、セラミックス製のキャリアプレートの下面に例えば４枚のシリコンウェーハを張りつける。その後、このキャリアプレートを研磨ヘッドの下面に着脱自在に接着し、次いで回転中の研磨定盤の上面に展張された研磨布の上に、研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、研磨ヘッドからの押圧力によって、各シリコンウェーハを押しつけて研磨する。なお、このシリコンウェーハＷの研磨は、一般的に２段階（粗い１次研磨，細かい２次研磨）、または、３段階（１次研磨，２次研磨，仕上げ研磨）に分けて行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の研磨装置によるシリコンウェーハの研磨方法にあっては、以下に示す問題点があった。
(1) すなわち、キャリアプレートの表面形状および裏面形状は、いずれもキャリアプレートの中心位置がプレート外方に２μｍ程度突出された凸型か、キャリアプレートの中央部がプレート内方に２μｍ程度凹んでいる凹型かの何れかであって、凹凸の統一がされていなかった。これにより、研磨後にウェーハ裏面を基準としたシリコンウェーハのサイト平坦度（ＳＢＩＲ）が低下していた。しかも、各バッチ内でのシリコンウェーハ間におけるサイト平坦度のバラツキも拡大していた。
また、従来法にあっては、研磨されるシリコンウェーハの直線性を重視するために、研磨定盤として、研磨布が展張される上面に凹みを有する凹型のものが採用されていた。一般に、この凹型の研磨定盤を用いて研磨すると、研磨後、ウェーハ外周部に研磨ダレが発生しやすかった。そのため、ウェーハのサイト平坦度がさらに低下するおそれがあった。
【０００４】
(2) また、従来の研磨方法では、研磨前のシリコンウェーハは、このように熱処理されたエッチドウェーハであった。したがって、各バッチに組み込まれる所定枚数のシリコンウェーハの平坦度は、通常、サイト平坦度に１μｍ以上ものバラツキが発生していた。
(3) さらに、従来法では、研磨布の最外周と、キャリアプレートの最外周の一部分とが、平面視して略重なった状態で研磨されていた。そのため、シリコンウェーハは研磨定盤の上面の外周ダレの影響を受けやすく、これが研磨後、シリコンウェーハのサイト平坦度をより以上に低下させる原因となっていた。
【０００５】
(4) 一般的にウェーハの研磨は、シリコンウェーハと研磨布との摺接面において、シリコンウェーハと研磨布との間に介在される研磨液の摩擦熱によって促進される。したがって、研磨定盤と一体的に回転する研磨布上では、そのシリコンウェーハとの摺接部分が、ドーナツ形状の軌跡をつくり、この部分が研磨時の摩擦熱で、下方の研磨定盤の部分とともに高温化していた。このように、研磨布の表面温度が変化すれば、研磨速度が変化する。これがウェーハ面内で起きると、結果的に面内各位置での研磨時の取り代（ウェーハ厚さ）にバラツキが発生し、シリコンウェーハの平坦度が低下することになった。
(5) また、従来法では、研磨中、研磨布の上面に供給される研磨液の流量が例えば５リットル／分と一定であった。そのため、研磨布の昇温を制御する研磨液の供給方法を採用していなかった。
【０００６】
(6) そして、従来の研磨方法によると、例えば粗研磨である１次研磨時、またはそれに続く２次研磨時の研磨量が１０〜１５μｍと大きかった。そのため、例えば研磨定盤の上面の加工精度、または、キャリアプレートの表裏両面の加工精度といった研磨装置自体の精度が、ウェーハ平坦度に影響をおよぼしていた。
(7) さらにまた、研磨布は、シリコンウェーハを１バッチ分研磨するだけで、その研磨作用面に研磨砥粒、ウェーハ表面の削りカスなどが大量に付着する。しかしながら、従来の研磨方法では、数バッチ分の研磨を行ってから、この研磨作用面のドレッシングを行っていた。そのため、目詰まりを起こした研磨布で次のバッチのシリコンウェーハを研磨していた。これにより、研磨速度の低下をまねくとともに、研磨精度も低下するおそれがあった。
(8) 続いて、従来の研磨液としては、ｐＨ１０．２〜ｐＨ１０．５のアルカリ度が低いものが使用されていた。このため、シリコンウェーハの削りカスが溶けにくく、研磨布が目詰まりしやすかった。
【０００７】
【発明の目的】
そこで、この発明は、半導体ウェーハの裏面基準によるサイト平坦度を高めることができ、しかも各バッチ内での、各半導体ウェーハのサイト平坦度のバラツキを抑えることができる半導体ウェーハの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、ウェーハ研磨時に、半導体ウェーハが研磨定盤の上面の外周ダレの影響を受けにくい半導体ウェーハの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、研磨装置自体の精度がウェーハ平坦度に影響をおよぼしにくい半導体ウェーハの研磨方法を提供することを、その目的としている。
さらにまた、この発明は、研磨布の目詰まりを起こしにくい半導体ウェーハの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、研磨ヘッドに着脱自在に取り付けられたキャリアプレートの下面に張られた複数枚の半導体ウェーハを、研磨砥粒を含む研磨液を供給しながら、研磨定盤の上面に展張された研磨布に押しつけて研磨する半導体ウェーハの研磨方法において、前記キャリアプレートの表裏両面は、それぞれ該キャリアプレートの中心位置を最大高さ位置とした断面円弧形状に隆起し、該それぞれの円弧の寸法が、このキャリアプレートの表面基準で、前記円弧の最大高さとプレート直径との比率を０．５×１０−６〜１．７５×１０−６とし、該円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から前記円弧までの最短距離とプレート半径との比率を１．４０×１０−６以下とし、一方、前記研磨定盤の上面は、該研磨定盤の中心位置を最大高さ位置とした断面円弧形状に隆起し、該円弧の寸法が、該円弧の最大高さと定盤直径との比率を１．００×１０−６〜１．７５×１０−６とし、該円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から前記円弧までの最短距離と定盤半径との比率を３．８０×１０−６〜７．８０×１０−６とした半導体ウェーハの研磨方法である。
【０００９】
この研磨装置は、複数枚の半導体ウェーハを研磨ヘッドに取り付けられたキャリアプレートにワックス貼着するタイプのもので限定する。１枚のキャリアプレートに張り付けられる半導体ウェーハの枚数（１バッチ分のウェーハの枚数）は４枚以上であればよい。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が挙げられる。
研磨定盤の上方に配設される研磨ヘッドの台数は限定されない。１台でもよいし、複数台でもよい。
研磨布としては、例えば不織布パッド，硬質ウレタンパッド，ＣｅＯ2 パッドなどが挙げられる。また、研磨液としては、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ（研磨砥粒）、アミン（加工促進材）および有機高分子（ヘイズ抑制材）などを混合したものが採用することができる。コロイダルシリカとは、珪酸微粒子が凝集を起こさないで１次粒子のまま水中に分散された、透明もしくは不透明の乳白色のコロイド状の流体である。
【００１０】
キャリアプレートの表裏両面の各断面円弧の最大高さとプレート直径との比率は、好ましくは０．９×１０-6〜１．７×１０-6である。１．７５×１０-6を超えると、キャリアプレートの中心に近くなるほど、研磨圧力が高くなり、半導体ウェーハがテーパ形状になる。
また、キャリアプレートの表裏両面の各円弧において、最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点からそれぞれ対応する円弧までの最短距離とプレート半径との好ましい比率は、１．２×１０-6以下である。１．４０×１０-6を超えると、キャリアプレートの半径の中心位置で、研磨圧力が高くなり、半導体ウェーハの中心部が窪んだ形状となる。
【００１１】
研磨定盤の上面の断面円弧の最大高さと定盤直径との比率は、好ましくは１．００×１０-6〜１．７×１０-6である。１．００×１０-6未満では、キャリアプレートの中心から外周方向へ研磨圧力が大きくなり、半導体ウェーハがテーパ形状となる。また、１．７５×１０-6を超えると、キャリアプレートの中心ほど圧力が大きくなり、逆のテーパ形状に半導体ウェーハが研磨される。
そして、研磨定盤の上面の円弧において、最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点からこの円弧までの最短距離と定盤半径との好ましい比率は、４．０×１０-6〜７．０×１０-6である。３．８０×１０-6未満では、キャリアプレートの外周への圧力分布が極端に高くなり、半導体ウェーハのその部分がダレるおそれがある。７．８０×１０-6を超えると、キャリアプレートの中心部への圧力分布が極端に高くなり、半導体ウェーハの中心部が窪んでしまう。
【００１２】
また、請求項２の発明は、前記各研磨される半導体ウェーハが、表面研削されたウェーハである請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。
この表面研削は、仕上げ用の表面研削装置に組み込まれるウェーハ研削面があれにくく、しかも非ダメージ面でも研削することができる高番手の研削砥石を使用した低ダメージの研削が好ましい。具体的な研削砥石としては、例えば、良質の合成樹脂を結合剤としてダイヤモンド砥粒を結合したレジノイド研削砥石（＃２０００〜＃４０００）を採用することができる。
さらに、具体的な表面研削砥石としては、例えばディスコ株式会社製の＃１５００〜＃３０００のレジノイド研削砥石が挙げられる。また、このディスコ株式会社製のレジノイド研削砥石中でも、特に製品名「ＩＦ−０１−１−４／６−Ｂ−Ｍ０１」が好ましい。
半導体ウェーハの表面研削量は限定されない。ただし、通常は５〜１０μｍである。表面研削することで、各半導体ウェーハの厚さは略均一化する。
【００１３】
さらに、請求項３の発明は、前記キャリアプレートが、平面視して前記研磨定盤の中心点をその中心とした所定の半径を有する仮想円に内接して配置され、該仮想円と、前記研磨定盤の最外周とは、該研磨定盤の半径方向において１０ｍｍ以上離間している請求項１または請求項２に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。
好ましい離間距離は１０〜１５ｍｍである。１０ｍｍ未満では研磨定盤の外周部のダレがある場合、このダレの影響が大きくなって、研磨時にキャリアプレートの外周部に研磨ヘッドから十分に圧力をかけられない。
【００１４】
さらに、請求項４の発明は、研磨中、前記研磨定盤の形状精度の維持は、該研磨定盤の内部に形成された冷却路に供給される冷却水の供給量を制御することで行われる請求項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研磨方法である。
この研磨定盤の熱変形を防止するときの冷却水の供給量は限定されない。例えば１０〜２０リットル／分である。
【００１５】
そして、請求項５の発明は、研磨中の研磨熱を、前記研磨布上への研磨液の供給量で制御する請求項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研磨方法である。
この研磨熱を抑えるための研磨液の供給量は限定されない。例えば５〜２０リットル／分である。研磨熱を低くすることで、研磨定盤の熱変形を防止することができる。
【００１６】
また、請求項６の発明は、前記研磨は複数の段階に分けて行われ、それぞれの段階の研磨量を３μｍ以内とした請求項１〜請求項５のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。
半導体ウェーハの研磨を分割する回数は限定されない。例えば２段階でもよいし、３段階以上でもよい。
好ましい１段階当たりの研磨量は１．０〜２．５μｍである。３μｍを超えると研磨装置の機械精度の影響が大きくなり、ウェーハ外周部のダレが大きくなる。
【００１７】
さらにまた、請求項７の発明は、前記研磨布の研磨作用面を、１バッチ分の半導体ウェーハの研磨を行うごとに、高圧水によってドレッシングする請求項１〜請求項６のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。
【００１８】
続いて、請求項８の発明は、前記研磨液のｐＨ値が、ｐＨ１０．７〜ｐＨ１１．２である請求項１〜請求項７のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。
ｐＨの調整方法としては、ｐＨセンサで研磨剤のｐＨを計測し、ＫＯＨ，ＮａＯＨなどの容器を自動的に補給する方法などが挙げられる。
研磨液の好ましいｐＨ値は、ｐＨ１０．８〜ｐＨ１１．０である。ｐＨ１０．７未満では研磨布が目詰まりしやすく、研磨レートの低下が開始する時期がはやまる。また、ｐＨ１１．２を超えると、研磨中の温度分布の差により、研磨温度が高くなると急激に研磨レートが高まる。
【００１９】
そして、請求項９の発明は、半導体ウェーハにかけられる単位面積当たりの荷重が、１５０〜３００ｇ／ｃｍ2 である請求項１〜請求項８のうち、何れか１項に記載の半導体ウェーハの研磨方法である。
好ましい単位面積当たりの荷重は１８０〜２８０ｇ／ｃｍ2 である。１５０ｇ／ｃｍ2 未満ではキャリアプレートの変形が不足し、キャリアプレートの外周方向への圧力分布が極端に悪化（圧力が不足）し、その部分の研磨レートも低下する。また、３００ｇ／ｃｍ2 を超えると、キャリアプレートの変形が大きくなりすぎてしまい、キャリアプレートの外周部の圧力が極端に高くなり、半導体ウェーハの一部にダレが生じる。
【００２０】
【作用】
この発明によれば、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にあたって、キャリアプレートと研磨定盤とに、それぞれ特殊な露出面形状のものを用いて研磨する。
キャリアプレートは、その表裏両面（露出面）が、キャリアプレートの中心位置を最大高さ位置とした断面円弧形状に隆起している。キャリアプレートの各円弧の具体的な寸法は、最大高さとプレート直径との比率が０．５×１０−６〜１．７５×１０−６、円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から円弧までの最短距離とプレート半径との比率が１．４×１０−６以下である。
一方、研磨定盤は、その上面（露出面）が、この上面の中心位置を最大高さ位置とした断面円弧形状に隆起している。この研磨定盤の円弧の具体的な寸法は、最大高さと定盤直径との比率が１．００×１０−６〜１．７５×１０−６で、円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から円弧までの最短距離と定盤半径との比率が３．８０×１０−６〜７．８０×１０−６である。
【００２１】
このように、表裏両面の凹凸の統一がなされた高平坦度なキャリアプレートの下面に複数枚の半導体ウェーハを張り付け、その後、これらの半導体ウェーハを、回転中の研磨定盤の、凸型で高平坦度な上面に展張された研磨布に押し付けて研磨すると、ウェーハ裏面基準による各半導体ウェーハのサイト平坦度を高めることができる。しかも、１バッチ内での各半導体ウェーハの間において、サイト平坦度のバラツキを抑えることができる。
【００２２】
特に、請求項２の発明によれば、研磨前の半導体ウェーハに表面研削を施すようにしたので、１バッチ分の半導体ウェーハのサイト平坦度のバラツキをさらに抑えることができる。
【００２３】
また、請求項３の発明によれば、研磨定盤の中心点をその中心とした所定の半径を有する仮想円と、この研磨定盤の最外周との間に、研磨定盤の半径方向で１０ｍｍ以上の隙間が形成されるように、研磨定盤の上方でのキャリアプレートの設置位置を決定しているので、研磨後の半導体ウェーハに、研磨定盤の上面の外周ダレの影響が少なくなる。これにより、ウェーハ平坦度をさらに高めることができる。
【００２４】
さらに、請求項４の発明によれば、研磨中、研磨定盤の内部に供給される冷却水の供給量を制御することで、研磨定盤の形状精度を維持する。これにより、半導体ウェーハの裏面基準によるサイト平坦度を、より以上に高めることができる。
【００２５】
さらにまた、請求項５の発明によれば、研磨中の研磨熱の温度管理を、半導体ウェーハと研磨布の研磨作用面との間に供給される研磨液の供給量で制御する。こうすれば、各バッチ間での温度バラツキが小さくなり、半導体ウェーハのサイト平坦度がさらに高まる。
【００２６】
そして、請求項６の発明によれば、半導体ウェーハを段階的に研磨し、各段階での研磨量を３μｍ以内としたので、例えば研磨定盤の上面の加工精度、または、キャリアプレートの表裏両面の加工精度といった研磨装置自体の精度が、ウェーハ平坦度に影響をおよぼしにくい。
【００２７】
次いで、請求項７の発明によれば、１バッチ分の半導体ウェーハの研磨が終了した後、研磨布の研磨作用面に高圧水を吹き付けてドレッシングする。これにより、研磨布が目詰まりを起こしにくくなる。
【００２８】
また、請求項８の発明によれば、研磨液としてアルカリ度の高いｐＨ１０．７〜ｐＨ１１．２のものを使用する。これにより、研磨時に発生する半導体ウェーハの研磨カスなどが溶けやすい。その結果、研磨布の目詰まりが発生しにくい。
【００２９】
そして、請求項９の発明によれば、半導体ウェーハにかけられる単位面積当たりの荷重を１５０〜３００ｇ／ｃｍ2 としたので、請求項１の断面形状を有するキャリアプレートの変形量が、請求項１に記載した研磨定盤の断面形状に適合し、圧力分布が理想的になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１（ａ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられるキャリアプレートの概略図である。図１（ｂ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる研磨定盤の概略図である。図２（ａ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる半導体ウェーハの研磨装置の概略断面図である。図２（ｂ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる半導体ウェーハの研磨装置の概略平面図である。
図２（ａ），図２（ｂ）において、１０はバッチ式の研磨装置であり、この研磨装置１０は、表面に研磨布１１が展張された研磨定盤１２と、この上方にあって、研磨定盤１２の軸線を中心にして放射状に配設された４台の研磨ヘッド１３と、研磨定盤１２の中心部の上方に設けられて、研磨布１１の研磨作用面に研磨液を供給するスラリーノズル１４とを備えている。
【００３１】
研磨布１１としては、直径１４００ｍｍ、厚さ１．３ｍｍの不織布タイプのパッド（「ｓｕｂａ８００」、株式会社ローデルニッタ製）を採用している。研磨定盤１２は、直径１４００ｍｍの厚肉な円盤である。
研磨ヘッド１３は、円板形状のヘッド本体１３ａを有している。このヘッド本体１３ａの上面にはおもり１３ｂが搭載されている。また、ヘッド本体１３ａの外周部下面には、厚肉な環状フランジが一体形成されており、この環状フランジの下面に、Ｏリングを介して、キャリアプレート１５が連結されている。前記おもり１３ｂは円板形状であり、Ｏリングを介して、ヘッド本体１３ａ側からキャリアプレート１５に対して、研磨ヘッド１３の全体荷重（静荷重）として作用する。
【００３２】
キャリアプレート１５は、直径５７６ｍｍのセラミックス製のドーナツ形状の板材である。キャリアプレート１５の裏面（下面）には、５枚のシリコンウェーハＷが、このキャリアプレート１５の軸線を中心に７２度間隔でワックス貼着されている。各シリコンウェーハＷは、直径８インチ、厚さ７３０μｍ（寸法公差±１μｍ）であり、インゴットのブロック切断後、スライシング、面取り、ラッピング、そして通常行われるエッチングに代えて、１０μｍの表面研削が施されたウェーハである。表面研削としては、ディスコ株式会社製の＃２０００のレジノイド研削砥石が採用されている。
一方、ヘッド本体１３ａの内面中央部には、エアシリンダ１３ｃが垂設されている。そのロッドの下端には、円板形状の加圧板１３ｄが固着されている。ロッドを突出させると加圧板１３ｄが下方へ移動し、キャリアプレート１５の中央部一帯が下方へ押される。これにより、キャリアプレート１５に貼着された各シリコンウェーハＷが、研磨定盤１２の上面に展張された研磨布１１に所定の加圧力で押しつけられる。
【００３３】
この研磨定盤１２の内部には、研磨中の研磨熱によって研磨定盤１２の形状精度が低下しないように、冷却水を流す冷却路１６が形成されている。冷却路１６に冷却水を流すことで、研磨定盤１２を冷やして研磨熱による研磨定盤１２の変形を防止する。
研磨液には、デュポン製マジンが採用されている。研磨液のｐＨは１１．０である。また、研磨液の研磨布１１上への供給量は、研磨熱の温度に合わせて変更される。すなわち、研磨装置１０の図示しない制御部には、あらかじめ研磨熱の良好な温度範囲３０±１℃が登録されている。したがって、ウェーハ研磨中、研磨熱が常にこの温度範囲を維持するように、研磨液の供給量を制御する。例えば、３〜１５リットル／分の範囲で研磨液の供給量を制御する。
【００３４】
次に、図１を参照して、キャリアプレート１５の表面形状および裏面形状と、研磨定盤１２の上面形状を詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、このキャリアプレート１５の表裏両面は、それぞれキャリアプレート１５の中心位置を最大高さ位置とした断面円弧形状に隆起している。
プレート表面側の円弧の寸法と、プレート裏面側の円弧の寸法とは、キャリアプレート１５の表面基準で、それぞれの円弧の最大高さｈ１が０．５μｍ、円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から円弧までの高さ（最短距離）ｈ２を０．２μｍとしている。
また、図１（ｂ）に示すように、研磨定盤１２の上面も、研磨定盤１２の中心位置を最大高さ位置とした断面円弧形状に隆起している。
この研磨定盤１２の円弧の寸法は、円弧の最大高さｈ３を２０μｍ、円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から円弧までの高さ（最短距離）ｈ４を３μｍとしている。
【００３５】
次に、この研磨装置１０によるシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
図２に示すように、このシリコンウェーハＷの研磨時には、あらかじめ研磨定盤１２および各研磨ヘッド１３をそれぞれ同じ方向に回転させる。その後、各研磨ヘッド１３を下降させて、それぞれのキャリアプレート１５に貼着された多数枚のシリコンウェーハＷを、一括して研磨布１１の研磨作用面（上面）に押しつけて表面研磨する。
具体的には、研磨定盤１２上の研磨布１１に焼成シリカやコロイダルシリカなどの研磨砥粒を含んだｐＨ１１の研磨液を供給しながら、研磨布１１とシリコンウェーハＷとの間に所定の荷重および相対速度を与えることで行われる。シリコンウェーハＷにかかる単位面積当たりの荷重は１５０〜３００ｇ／ｃｍ2 である。その結果、キャリアプレート１５の面内で理想的な圧力分布が得られる。また、研磨液はアルカリ性が強い。そのため、研磨中に生じるシリコンウェーハＷの研磨カスなどが溶けやすい。その結果、研磨布１１の目詰まりが起きにくい。
【００３６】
また、各キャリアプレート１５は、平面視して研磨定盤１２の中心点をその中心とした所定の半径を有する仮想円Ｃに内接して配置され（図２（ｂ））、しかもそれぞれのキャリアプレート１５は、この仮想円Ｃと、研磨定盤１２の最外周とは、研磨定盤１２の半径方向における離間距離Ｌが１０ｍｍになる位置に配置されている。これにより、ウェーハ研磨時に、研磨定盤１２の上面の外周ダレの影響が少なくなる。その結果、研磨されたシリコンウェーハＷの平坦度をさらに高めることができる。
【００３７】
研磨装置１０に搭載されたキャリアプレート１５と研磨定盤１２とには、上述した特殊な露出面形状を有するものが、それぞれ採用されている。
すなわち、キャリアプレート１５の場合には、表裏両面が断面円弧形状に隆起している。しかも、それぞれの最大高さｈ１は０．５μｍ、円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から円弧までの高さｈ２は０．２μｍである。一方、研磨定盤１２の場合も、その上面が断面円弧形状に隆起している。この際、最大高さｈ３は２０μｍで、円弧の最頂点と最下点とを結ぶ仮想直線の中間点から円弧までの高さｈ４は３μｍである。
【００３８】
このように、表裏両面が凸型に統一された高平坦度な各キャリアプレート１５の下面に各シリコンウェーハＷを張り付け、その後、これらのシリコンウェーハＷを、回転中の研磨定盤１２の、凸型で高平坦度な上面に張られた研磨布１１に押し付けて研磨すると、ウェーハ裏面基準によるそれぞれのシリコンウェーハＷのサイト平坦度が高められる。しかも、各バッチ内での各シリコンウェーハＷの間において、サイト平坦度のバラツキも抑えられる。
【００３９】
研磨前のシリコンウェーハＷには、通常のエッチドウェーハではなく、研削面が低ダメージの表面研削ウェーハが採用されている。これにより、１バッチ分のシリコンウェーハＷのサイト平坦度のバラツキをより抑えることができる。
また、研磨中は、研磨熱による研磨定盤１２の上面側の昇温を抑えるために、研磨定盤１２の冷却路１６に冷却水が流されている。このとき、研磨定盤１２の上面の温度の変動に合わせて、冷却路１６への冷却水の供給量を制御している。なお、研磨定盤１２の上面の温度の測定は、例えば図示しない非接触式の温度センサにより研磨布１１の研磨作用面の温度を測定することで得られる。こうして、研磨熱によって変形しやすい研磨定盤１２の上面形状が維持される。この結果、シリコンウェーハＷの裏面基準によるサイト平坦度を、より以上に高めることができる。
【００４０】
さらに、ここでは、ウェーハ研磨中の研磨熱の温度管理を、研磨液の供給量で制御している。具体的には、まず上記非接触式の温度センサで研磨布１１の研磨作用面の温度を測定し、この検出温度があらかじめ制御部に登録された下限基準温度２９℃を下まわれば研磨液の供給量を減らし、一方、この検出温度が上限基準温度３１℃を上まわれば研磨液の供給量を増やして、研磨中、常に研磨熱が前記良好な研磨熱の範囲を維持するようにする。これにより、シリコンウェーハＷの裏面基準によるサイト平坦度がさらに高まる。
【００４１】
また、この一実施例では、シリコンウェーハＷの研磨を、１次研磨、２次研磨および仕上げ研磨の３段階に分けた分割研磨を採用している。具体的には、１次研磨用の研磨布としてＳｕｂａ８００を用い、１次研磨用の研磨液としてマジンを用いている。また、２次研磨用の研磨布にはＳｕｂａ８００を用い、２次研磨用の研磨液にはマジンを用いている。さらに、仕上げ研磨用の研磨布にはシーガルを用い、仕上げ研磨用の研磨液にはグランゾックスを用いている。しかも、シリコンウェーハＷの研磨量は、１次研磨で３μｍ、２次研磨で３μｍ、仕上げ研磨で０．１μｍ未満である。このように、各段階での研磨量を３μｍ以内としたので、従来の研磨量が３μｍを超える研磨時とは異なり、例えば研磨定盤１２の上面の加工精度、または、キャリアプレート１５の表裏両面の加工精度といった研磨装置１０自体の精度が、ウェーハ平坦度に影響をおよぼしにくくなる。
【００４２】
こうして、１バッチ分のウェーハ研磨の終了後は、その都度、研磨布１１の研磨作用面に高圧水を吹き付けて、研磨布１１のドレッシングを行う。その結果、従来のように数バッチ分の研磨後にドレッシングを施す場合に比べて、研磨布１１が目詰まりにくい。
【００４３】
ここで、図３〜図５を参照しながら、この一実施例の半導体ウェーハの研磨方法と、従来の半導体ウェーハの研磨方法とを用いて、実際にシリコンウェーハをバッチ方式で対比研磨を行ったときの、各ウェーハ表面のサイト平坦度の結果を記載する。
図３（ａ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられるキャリアプレートを等高線で示した斜視図である。図３（ｂ）は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法によって研磨した半導体ウェーハを等高線で示した斜視図である。図４（ａ）は、従来手段に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる外周ダレを有するキャリアプレートを等高線で示した斜視図である。図４（ｂ）は、従来手段に係る半導体ウェーハの研磨方法によって研磨した半導体ウェーハを等高線で示した斜視図である。図５（ａ）は、他の従来手段に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる凹部を有するキャリアプレートを等高線で示した斜視図である。図５（ｂ）は、他の従来手段に係る半導体ウェーハの研磨方法によって研磨した半導体ウェーハを等高線で示した斜視図である。
【００４４】
図４（ａ）に示す、外周部にダレを有するキャリアプレート（円弧の最大高さ（１．０５μｍ）とプレート直径（５７６ｍｍ）との比率１．８×１０-6）に５枚のシリコンウェーハを貼着して研磨を行うと、研磨後のシリコンウェーハは、ウェーハ外周部に、ウェーハの裏面を基準にした２０×２０ｍｍの面積を有するサイトで、ＳＢＩＲ値０．４μｍ以上のサイトが多数含まれた平坦度が悪いウェーハとなった（図４（ｂ））。
また、図５（ａ）に示す、ウェーハ貼着面に環状の凹部が現出されたキャリアプレート（円弧の最大高さ（０．７８μｍ）とプレート直径（５７６ｍｍ）との比率１．３×１０-6）を用いて研磨すると、研磨後のシリコンウェーハは、ウェーハ外周部付近にＳＢＩＲ値が０．４μｍ以上のサイトが多数含まれた、平坦度が悪いウェーハとなった（図５（ｂ））。
これに対して、図３（ａ）に示す、表裏両面が高平坦度でやや凸型のキャリアプレート（円弧の最大高さ（０．３０μｍ）とプレート直径（５７６ｍｍ）との比率０．５×１０-6）を利用して研磨した場合、得られたシリコンウェーハは、すべてのサイトのＳＢＩＲ値が０．４μｍ以下である高平坦度なウェーハであった（図３（ｂ））。
【００４５】
【発明の効果】
この発明によれば、キャリアプレートの表裏両面と研磨定盤の上面とを、それぞれ高平坦度で特殊な凸型に盛り上がった形状としたので、半導体ウェーハの裏面基準によるサイト平坦度を高めることができるとともに、各バッチ内において、各半導体ウェーハのサイト平坦度のバラツキを抑えることができる。
【００４６】
特に、請求項２の発明によれば、研磨前の半導体ウェーハに表面研削を施すようにしたので、１バッチ分の半導体ウェーハのサイト平坦度のバラツキをさらに抑えることができる。
【００４７】
また、請求項３の発明によれば、研磨定盤の中心点をその中心とした所定の半径を有する仮想円と、この研磨定盤の最外周との間に、研磨定盤の半径方向で１０ｍｍ以上の隙間が形成されるように、研磨定盤の上方でのキャリアプレートの設置位置を決定しているので、研磨定盤の上面の外周ダレの影響を少なくすることができる。
【００４８】
さらに、請求項４の発明によれば、研磨中、研磨定盤の内部に冷却水を流すことで研磨定盤の形状精度を維持する。これにより、半導体ウェーハの裏面基準によるサイト平坦度を、より以上に高めることができる。
【００４９】
さらにまた、請求項５の発明によれば、研磨中の研磨熱の温度管理を、半導体ウェーハと研磨布の研磨作用面との間に供給される研磨液の供給量で制御する。これにより、ウェーハ研磨中の研磨熱を常に一定の温度に維持することができる。
【００５０】
そして、請求項６の発明によれば、半導体ウェーハを段階的に研磨し、各段階での研磨量を３μｍ以内としたので、例えば研磨定盤の上面の加工精度、または、キャリアプレートの表裏両面の加工精度といった研磨装置自体の精度が、ウェーハ平坦度に影響をおよぼしにくい。
【００５１】
次いで、請求項７の発明によれば、１バッチ分の半導体ウェーハの研磨が終了した後、研磨布の研磨作用面に高圧水を吹き付けてドレッシングするので、研磨布が目詰まりを起こしにくい。
【００５２】
また、請求項８の発明によれば、研磨液としてアルカリ性の強いｐＨ１０．７〜ｐＨ１１．２のものを採用したので、研磨時に発生する半導体ウェーハの研磨カスが溶けやすくなり、その結果、研磨布の目詰まりが発生しにくくなる。
【００５３】
さらに、請求項９の発明によれば、半導体ウェーハにかかる単位面積当たりの荷重を１５０〜３００ｇ／ｃｍ2 としたので、キャリアプレートの面内で理想的な圧力分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられるキャリアプレートの概略図である。
（ｂ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる研磨定盤の概略図である。
【図２】（ａ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる半導体ウェーハの研磨装置の概略断面図である。
（ｂ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる半導体ウェーハの研磨装置の概略平面図である。
【図３】（ａ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられるキャリアプレートを等高線で示した斜視図である。
（ｂ）この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法によって研磨した半導体ウェーハを等高線で示した斜視図である。
【図４】（ａ）従来手段に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる外周ダレを有するキャリアプレートを等高線で示した斜視図である。
（ｂ）従来手段に係る半導体ウェーハの研磨方法によって研磨した半導体ウェーハを等高線で示した斜視図である。
【図５】（ａ）他の従来手段に係る半導体ウェーハの研磨方法に用いられる凹部を有するキャリアプレートを等高線で示した斜視図である。
（ｂ）他の従来手段に係る半導体ウェーハの研磨方法によって研磨した半導体ウェーハを等高線で示した斜視図である。
【符号の説明】
１０  半導体ウェーハの研磨装置、
１１  研磨布、
１２  研磨定盤、
１３  研磨ヘッド、
１５  キャリアプレート、
１６  冷却路、
Ｌ  離間距離、
Ｗ  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）、
ｈ１，ｈ３  円弧の最大高さ、
ｈ２，ｈ４  高さ（最短距離）。
【図１】
0004096286.tif 000002
【図２】
0004096286.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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