(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂製のローラ本体の研磨作用面に微細な研磨砥粒が固定された研磨ローラの製造方法であって、
ポリアミドを境界重縮合反応で生成する際の水溶液相に水ガラスを共存させることによりポリアミド・シリカ複合体を製造する工程と、
このポリアミド・シリカ複合体を原料としてローラ本体を成形する工程とを備え、
上記研磨砥粒は球形であって、その粒径が３．０〜５．０μｍである半導体ウェーハ用研磨ローラの製造方法。
【請求項２】
上記ポリアミド・シリカ複合体において、シリカの含有量が１０〜７０重量％である請求項１に記載の半導体ウェーハ用研磨ローラの製造方法。
【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用研磨ローラの製造方法、詳しくは合成樹脂製ローラ本体の研磨作用面に研磨砥粒を配した半導体ウェーハ用研磨ローラの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハの製造にあっては、ＣＺ法による単結晶シリコンインゴットの引上の後、ブロック切断、外筒研削、オリエンテーションフラット（ＯＦ）加工が施される。そして、多数枚のシリコンウェーハへのスライス、ウェーハ外周部の面取り、ウェーハ表裏面のラッピング、ウェーハ表裏面の加工ダメージ（加工ひずみ）を除去するエッチング、面取り面を鏡面仕上げするＰＣＲ、さらにウェーハ表裏面を鏡面化する鏡面研磨という各工程が行われる。その後、最終洗浄、検査が施されて受注先のデバイスメーカなどへ出荷されることになる。
【０００３】
従来、この鏡面研磨工程は、研磨定盤上にウレタンパッドなどの研磨布が展張された研磨装置により行われていた。すなわち、ウェーハ表面の鏡面研磨時には、研磨砥粒を含むスラリーを供給しながら、回転中の研磨布の研磨作用面に、このシリコンウェーハの表面を押し当てることにより、微粒子である研磨砥粒の研削作用によって、このウェーハ表面を鏡面仕上げしている。
また、従来のＰＣＲ工程は、ウェーハ裏面が保持板に吸着・保持され、この状態でウェーハ外周部にＰＣＲ加工が施される。ＰＣＲ加工は、面取り面を鏡面仕上げする加工法である。すなわち、従来のＰＣＲ加工は、円筒状に付形された研磨布を回転させ、研磨砥粒を含むスラリーを供給しながら、この回転中の研磨布の研磨作用面に、保持板に吸着・保持されたシリコンウェーハの面取り面を押し当てることで、この面取り面を鏡面仕上げする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来法によるウェーハ表面の鏡面研磨工程およびウェーハ外周部のＰＣＲ工程では、いずれもスラリー中の遊離砥粒の研削作用を用いて、ウェーハ表面またはウェーハ面取り面を研磨していた。
これにより、その鏡面化に時間がかかり、通常は、研磨圧力３００ｇ／ｃｍ2の条件で、１μｍ／分程度の低い研磨レートしか得られなかった。
【０００５】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、遊離砥粒に比べて研削力が大きな固定砥粒を利用する新しい研磨ローラの開発に成功した。具体的には、ポリアミドまたはポリウレタンと、シリカからなる研磨砥粒とを混合して、ポリアミドまたはポリウレタンとシリカとの稠密構造のポリアミド・シリカ複合体またはポリウレタン・シリカ複合体を製造し、次に、この複合体を原料にして研磨ローラを成形すれば、研磨ローラに大きな強度と高い弾性力とが与えられ、その結果、高い研磨レートを実現することができるとともに、研磨中に半導体ウェーハを傷つけにくく、研磨後の加工ダメージを低減させることができ、さらに研磨ローラの内部にシリカを均一に分散できることを知見し、この発明を完成させた。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は、研磨レートが高められると同時に、研磨時の加工ダメージも低減させることができ、しかもローラ本体に均一に研磨砥粒を分散させることができる半導体ウェーハ用研磨ローラの製造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、研磨ローラの機能を低下させることなく、研磨砥粒をローラ本体の研磨作用面に固定することができる半導体ウェーハ用研磨ローラの製造方法を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、合成樹脂製のローラ本体の研磨作用面に微細な研磨砥粒が固定された研磨ローラの製造方法であって、ポリアミドを境界重縮合反応で生成する際の水溶液相に水ガラスを共存させることによりポリアミド・シリカ複合体を製造する工程と、このポリアミド・シリカ複合体を原料としてローラ本体を成形する工程とを備え、上記研磨砥粒は球形であって、その粒径が３．０〜５．０μｍである半導体ウェーハ用研磨ローラの製造方法である。
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が挙げられる。
【０００８】
この研磨ローラにより研磨される半導体ウェーハの面は限定されない。例えば、ウェーハ表面，ウェーハ裏面，ウェーハ外周部の面取り面などが挙げられる。研磨時には、１個の研磨ローラで１つのウェーハ面を研磨してもよいし、２つ以上のウェーハ面を研磨してもよい。
ローラ本体の硬度は限定されない。
さらに、ローラ本体の形状も限定されない。例えば、円盤形，円筒形，円錐形，球形，断面台形などが挙げられる。また、半導体ウェーハの面取り面に沿った形状の研磨作用面を有するローラ本体でもよい。
混合される研磨砥粒の形状としては、球形である。
球形の研磨砥粒の場合、その粒径は３．０〜５．０μｍとする。５．０μｍを超えると、有害な傷が生じる。
研磨ローラの成形方法は限定されない。例えば、射出成形などの各種の金型成形でもよい。
【０００９】
ウェーハ研磨時には、半導体ウェーハの研磨面に研磨砥粒を含むスラリーを供給しながら、半導体ウェーハを研磨することができる。
スラリーの種類は限定されない。例えば、従来の研磨布による研磨で用いられていたスラリーが挙げられる。具体的には、スラリー中に含まれる研磨砥粒（遊離砥粒）としては、ダイヤモンド，酸化シリコン，炭化シリコン，アルミナなどである。遊離砥粒の粒径は５μｍ以下、特に１〜３μｍが好ましい。１μｍ未満では研磨レートが低下する。また、５μｍを超えるとウェーハに有害な傷を発生し易くなる。なお、これらの粒径を番手で表せば＃２０００〜＃３００００となる。
【００１０】
この場合のスラリーの供給量は、４０〜１２００ｍｌ／分、好ましくは４０〜１２０ｍｌ／分である。４０ｍｌ／分未満ではウェーハに対して有害な傷を発生しやすくなる。１２０ｍｌ／分を超えると研磨レートが低下する。
ウェーハ研磨時の研磨ローラの回転速度は限定されない。通常は３０〜１５０ｒｐｍ、特に４０〜１００ｒｐｍが好ましい。３０ｒｐｍ未満では研磨レートの低下という若干の不都合が生じる。１５０ｒｐｍを超えると研磨むらが生じる。
研磨ローラを半導体ウェーハの表面および／または裏面に接触させる際の研磨圧力は限定されない。通常は０．１〜１ｋｇ／ｃｍ2、特に０．３〜０．５ｋｇ／ｃｍ2が好ましい。０．３ｋｇ／ｃｍ2未満では研磨レートが低下する。また、０．５ｋｇ／ｃｍ2を超えるとウェーハに対して有害な傷が発生し易い。
【００１１】
ポリアミドとしては、例えば、ナイロン６６，ナイロン４６，ナイロン６１０，ナイロン６１２などが挙げられる。
このポリアミドの生成方法は限定されない。例えば、テトラカルボン酸と、イソシアナートとから得てもよい。この場合、イソシアナートとしては、例えばトルイレンジイソシアナート（ＴＤＩ），ジフェニルメタンジイソシアナート（ＭＤＩ），ナフチレン−１，５−ジイソシアナート（ＮＤＩ），トリフェニルメタントリイソシアナート，ポリメチレンポリゲニルイソシアナートなどが挙げられる。
【００１２】
また、テトラカルボン酸としては、例えばピロメリト酸、３，３′，４，４′−ビフェニルテトラカルボン酸、２，３，３′，４′−ビフェニルテトラカルボン酸、３，３′，４，４′ベンゾフェノンテトラカルボン酸、３，３′，４，４′−ジフェニルエーテルテトラカルボン酸、３，３′，４，４′−ジフェニルメタンテトラカルボン酸、２，２−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）ヘキサフルオロプロパン、３，３′，４，４′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸などが挙げられる。
また、上記シリカは、シリカゾル，コロイダルシリカ，水ガラスとして、ポリアミドに混合することができる。
【００１３】
このようなポリアミド・シリカ複合体は、例えば加熱溶融装置を用いて、ポリアミドとシリカとを熱処理して製造することができる。
【００１４】
また、この熱処理以外の方法でも、ポリアミド・シリカ複合体を得ることができる。例えば、常温でポリアミドとシリカとを複合化してもよい。具体的には、水溶液相と有機溶液相の境界面にモノマーを反応させる、いわゆる境界重縮合反応でポリアミドを生成させ、その際、水溶液相中に水ガラスを共存させる方法などが挙げられる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、上記ポリアミド・シリカ複合体において、シリカの含有量が１０〜７０重量％である請求項１に記載の半導体ウェーハ用研磨ローラの製造方法である。
１０重量％未満では研磨レートの低下という不都合が生じる。また、７０重量％を超えると有害な傷の多発という不都合が生じる。
シリカの含有量は、１５〜４０重量％が特に好ましい。
【００１６】
研磨砥粒の粒径は、３．０〜５．０μｍである。５．０μｍを超えるとウェーハに有害な傷を発生し易くなる。
【００１７】
【作用】
この発明によれば、研磨砥粒を含むスラリーを供給しながら、研磨ローラを回転させ、この回転中の研磨ローラと、半導体ウェーハの面（例えば表面，裏面，面取り面）とを相対的に接触させることにより、このウェーハ面を研磨する。この研磨では、従来の研磨布に比べて硬度が高い研磨ローラが使用されるので、研磨速度が速くなる。その結果、研磨レートを高めることができる。
しかも、この研磨ローラはポリアミド・シリカ複合体からなる。そのため、ローラ本体の研磨作用面には、球形でその粒径が３．０〜５．０μｍの研磨砥粒（シリカ）が、均一かつ一体的に分散されている。したがって、その微細な固定砥粒（研磨砥粒）によって半導体ウェーハの面が高精度に研磨される。これにより、ウェーハ研磨時の加工ダメージも抑えることができる。
【００１８】
また、請求項２の発明によれば、ポリアミド・シリカ複合体の組成において、研磨砥粒の混入割合を１０〜７０重量％に規定したので、半導体ウェーハの研磨に必要十分な研磨砥粒をローラ本体の研磨作用面に現出させることできる。
【００１９】
【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は、この発明の一実施例に係る半導体ウェーハ用研磨ローラを使用した半導体ウェーハの研磨中の状態を示す斜視図である。
【００２０】
図１において、１０Ａ，１０Ｂはこの発明の一実施例に係る半導体ウェーハ用研磨ローラ（以下、研磨ローラ）であり、一方の研磨ローラ１０ＡはシリコンウェーハＷの表裏面を鏡面研磨するウェーハ表裏面研磨装置に組み込まれている。また、他方の研磨ローラ１０Ｂはウェーハ面取り面を研磨するウェーハ面取り面の研磨装置に組み込まれている。
前者の研磨ローラ１０Ａは、ウェーハ表面を鏡面研磨する厚肉大径の円盤形状をした研磨砥石であり、その中央部が、第１の回転モータ１１の下向きの回転軸１１ａに固着されている。この第１の回転モータ１１は、図示しない昇降装置の昇降部に連結されており、下方配置されたシリコンウェーハＷへ向かって垂直移動可能となっている。なお、研磨ローラ１０Ａの平坦なローラ下面が研磨作用面になっている。
【００２１】
一方、後者の研磨ローラ１０Ｂは、ウェーハ外周部の面取り面を鏡面研磨する厚肉小径な鼓型の研磨砥石であり、その中央部が、第２の回転モータ１２の上向きの回転軸１２ａに固着されている。この第２の回転モータ１２は、図示しない水平移動装置の水平移動部に連結されて、側方にあるシリコンウェーハＷの面取り部へ水平移動可能となっている。研磨ローラ１０Ｂの研磨作用面は、ローラ両端部からローラ中央部に向けて徐々に径が小さくなったローラ周側面である。
また、シリコンウェーハＷは、第３の回転モータ１３の上向きの回転軸１３ａに固着された保持板１４の吸着面（上面）に、図示しない負圧力発生装置で発生した負圧力によって吸着・保持されている。
【００２２】
以下、この一実施例の特徴である研磨ローラ１０Ａ，１０Ｂを詳細に説明する。なお、両ローラ１０Ａ，１０Ｂは同じ素材から作製されているので、ここでは説明の都合上、研磨ローラ１０Ａを例に説明する。
図１に示すように、この研磨ローラ１０Ａは、ポリアミド・シリカ複合体からなる直径３００ｍｍ，厚さ１０ｍｍのローラ本体１５Ａを主体とし、研磨作用面を含むその露呈する面の全域に、ポリアミドと複合化した球形をした粒径５．０μｍの研磨砥粒（シリカ粒子）が、均一に分散されたローラである。
ここでいうポリアミド・シリカ複合体とは、ポリアミドと硅素とを所定の条件で混合して得られた複合体である。ここでは、ポリアミドとしてナイロン６６が採用されている。この樹脂全体に対する研磨砥粒の添加量は、１０〜７０重量％に設定されている。
一方、研磨ローラ１０Ｂは、最大径１００ｍｍ，最小径５０ｍｍ，長さ１００ｍｍの鼓形のローラ本体１５Ｂを主体としている。素材は、研磨ローラ１０Ａと同じである。
これらの研磨ローラ１０Ａ，１０Ｂの成形方法は、製造されたゾル状のポリアミド・シリカ複合体を金型に鋳込む方法が採用されている。成形圧は１００ＭＰａ、成形温度は１５０℃、成形時間は２時間である。
【００２３】
また、このポリアミド・シリカ複合体に代えて、ポリウレタン・シリカ複合体を採用することもできる。
ポリウレタン・シリカ複合体とは、ポリオールとイソシアナートとから生成されたポリウレタンに、所定の条件で硅素を混合することで得られた複合体である。
【００２４】
次に、この研磨ローラ１０Ａ，１０Ｂを用いたシリコンウェーハＷの製造方法を概略説明する。なお、ここではウェーハ表裏面が研磨された両面研磨ウェーハについて説明する。図２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のフローチャートである。
図２に示すように、この一実施例にあっては、大略、スライス，面取り，ラッピング，エッチング，研削，洗浄，ＰＣＲ，洗浄，ローラ研磨，１次研磨，仕上げ研磨の各工程を経て、両面鏡面研磨ウェーハが作製される。以下、各工程を詳細に説明する。
【００２５】
ＣＺ法により引き上げられたシリコンインゴットは、スライス工程（Ｓ１０１）で、厚さ８６０μｍ程度の８インチのシリコンウェーハＷにスライスされる。
次に、このスライスドウェーハは、面取り工程（Ｓ１０２）で、その外周部が＃６００〜＃２０００のメタルボンドのダイヤ砥石により、所定の形状に面取りされる。これにより、シリコンウェーハＷの外周部は、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。
そして、この面取りされたシリコンウェーハＷは、ラッピング工程（Ｓ１０３）において、ウェーハ両面がラッピングされる。この工程は、シリコンウェーハＷを互いに平行なラップ定盤間に配置し、その後、このラップ定盤間に、アルミナ砥粒と分散剤と水の混合物であるラップ液を流し込む。それから、加圧下で回転・摺り合わせを行うことにより、このウェーハ両面を機械的にラッピングする。この際、シリコンウェーハＷのラップ量は、ウェーハの表裏面を合わせて６０〜１２０μｍ程度である。
【００２６】
その後、このラップドウェーハＷをエッチングする（Ｓ１０４）。具体的には、フッ酸と硝酸とを混合した混酸液（常温〜５０℃）中にシリコンウェーハＷを浸漬する。
次いで、このエッチドウェーハの表面を研削する（Ｓ１０５）。具体的には、＃６００〜４０００番のレジノイド研削砥石を搭載した研削装置により研削する。このときの研削量は５〜１５μｍ程度である。
次に、シリコンウェーハＷの洗浄工程を行い、研削によりウェーハ表裏面に付着した研削砥粒を除去する（Ｓ１０６）。
【００２７】
続いて、このシリコンウェーハＷの面取り部をＰＣＲ加工する（Ｓ１０７）。この加工時には、図１に示す研磨ローラ１０Ｂを有するウェーハ面取り面研磨装置が用いられる。すなわち、上記スラリーを２０ｍｌ／分で供給しながら、第２の回転モータ１２により回転中の研磨ローラ１０Ｂの周側面を、シリコンウェーハＷの面取り面に０．３ｋｇ／ｃｍ2で押し当てて、この面取り面を鏡面研磨する。このＰＣＲ加工時には、上記ウェーハ外周面に残存した治具跡も除去される。なお、研磨時間を短縮するため、ウェーハ表面研磨装置とウェーハ面取り面研磨装置とを同時に使用し、ウェーハ面取り面の研磨と、ウェーハ表面研磨とを同時に行ってもよい。
【００２８】
その後、シリコンウェーハＷの洗浄工程を行い、研磨によりウェーハ表面に付着した微細な研磨砥粒を除去する（Ｓ１０８）。それから、図１に示す研磨ローラ１０Ａを具備したウェーハ研磨装置によりシリコンウェーハＷの表面を研磨する（Ｓ１０９）。すなわち、吸着板１４にウェーハ裏面を吸着保持する。なお吸着源は、この保持板１４にホースなどを介して外部接続される図示しない負圧発生装置である。この状態を保持して、第３の回転モータ１３によりシリコンウェーハＷを回転させながら、シリコンウェーハＷの表面に第１の回転モータ１１により回転中の研磨ローラ１０Ａの下面を、０．３ｋｇ／ｃｍ2の研磨圧力で押し当てる。これにより、ウェーハ表面が鏡面研磨される。この際、シリコンウェーハＷの研磨部に５ｍｌ／分でスラリーが供給される。スラリーとしては、アルカリ性の砥液（ＫＯＨ，室温）が使用される。
続いて、シリコンウェーハＷの表面を（株）ロデールニッタ製の研磨布を用いて１次研磨する（Ｓ１１０）。
さらに、このシリコンウェーハＷの表面に、同じく研磨布による仕上げ研磨が施される（Ｓ１１１）。
【００２９】
このように、一実施例のウェーハ鏡面研磨方法として、従来使用されていた研磨布に比べて硬度の大きな研磨ローラ１０Ａ，１０Ｂを使用するようにしたので、研磨速度が速くなり、その結果、研磨レートを高めることができる。
しかも、研磨ローラ１０Ａ，１０Ｂは、合成樹脂製のローラ本体１５Ａ，１５Ｂの研磨作用面に粒径５．０μｍ以下の研磨砥粒が均一に分散されている。したがって、この微細な研磨砥粒によりシリコンウェーハＷの面が高精度で研磨される。よって、研磨時の加工ダメージも低減される（例えば、加工ダメージは２μｍ以下）。
また、ローラ本体１５Ａ，１５Ｂへの研磨砥粒の固定方法に合成樹脂との複合法を採用したので、この微細な研磨砥粒を分散状態でローラ本体１５Ａ，１５Ｂの研磨作用面に固定することができる。
さらに、研磨砥粒の混入量を１０〜７０重量％の範囲に入る値に規定したので、研磨ローラの機能を低下させることなく、多量の研磨砥粒をローラ本体１５Ａ，１５Ｂの研磨作用面に固定することができる。
【００３０】
ここで、実際に、ポリウレタン・シリカ複合体製の研磨ローラ（試験例１）と、ポリウレタン・シリカ複合体製の研磨ローラ（試験例２）と、エポキシ樹脂中に研磨砥粒（シリカ粒子）が混入され、その後、金型成形された研磨ローラ（比較例１）とについて、図３（ａ）〜図３（ｃ）の各グラフを参照しながら、シリコンウェーハを表面研磨した際の研磨レート、研磨後の加工ダメージおよびローラ本体中への研磨砥粒の分散性の各試験結果を報告する。なお、上記比較例１の研磨ローラの場合において、エポキシ樹脂に混入される研磨砥粒の割合は、両複合体のときの割合と同じに設定されている。
図３（ａ）は、比較例と試験例とにおけるウェーハ研磨時の研磨レートの違いを示すグラフである。図３（ｂ）は、比較例と試験例とにおけるウェーハ研磨後の加工ダメージの違いを示すグラフである。図３（ｃ）は、比較例と試験例とにおけるローラ本体中への研磨砥粒の分散性の違いを示すグラフである。
図３（ａ）〜図３（ｃ）の各グラフから明らかなように、比較例１によるウェーハ研磨時に比べて試験例１，２による各ウェーハ研磨では、高い研磨レートと、抑えられた加工ダメージと、均一な分散性とを得ることができた。
【００３１】
【発明の効果】
この発明によれば、研磨ローラは、ポリアミド・シリカ複合体製の研磨作用面に、球形でその粒径が３．０〜５．０μｍの研磨砥粒が、均一に分散されたローラであるために、ローラ強度が増大してウェーハの研磨レートを高めることができ、その結果、半導体ウェーハの面を高精度で研磨することができる。その結果、ウェーハ研磨時の加工ダメージも抑えることができる。
また、請求項２に記載の発明によれば、ポリアミド・シリカ複合体中のシリカの含有量が１０〜７０重量％であるので、機能を低下させることなく、多量の研磨砥粒をローラ本体の研磨作用面に固定することができる。
【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用研磨ローラを使用した半導体ウェーハの研磨中の状態を示す斜視図である。
【図２】  この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨方法を示すそのフローチャートである。
【図３】  （ａ）は、試験例と比較例とにおけるウェーハ研磨時の研磨レートの違いを示すグラフである。
（ｂ）は、試験例と比較例とにおけるウェーハ研磨後の加工ダメージの違いを示すグラフである。
（ｃ）は、試験例と比較例とにおけるローラ本体中への研磨砥粒の分散性の違いを示すグラフである。
【符号の説明】
１０Ａ，１０Ｂ  研磨ローラ、
１５Ａ，１５Ｂ  ローラ本体、
Ｗ  シリコンウェーハ。
【図１】
0003750542.tif 000002
【図２】
0003750542.tif 000003
【図３】
0003750542.tif 000004