ウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法およびウェーハの片面研磨装置
【課題】研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能なウェーハの片面研磨方法を提供する。
【解決手段】本発明のウェーハの片面研磨方法は、半径ｒのウェーハＷを研磨プラテン１２の表面に固定された研磨布１１に押しつけ、研磨液を供給しながら研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させることにより、ウェーハＷの被研磨面に研磨加工を施す、ウェーハの片面研磨方法であって、ウェーハＷの回転中心Ｏ１の初期位置が、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域１２ａ内である配置の下に、研磨加工を開始する工程と、ウェーハの回転中心Ｏ１を初期位置から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する工程と、を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明のウェーハの片面研磨方法は、半径ｒのウェーハＷを研磨プラテン１２の表面に固定された研磨布１１に押しつけ、研磨液を供給しながら研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させることにより、ウェーハＷの被研磨面に研磨加工を施す、ウェーハの片面研磨方法であって、ウェーハＷの回転中心Ｏ１の初期位置が、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域１２ａ内である配置の下に、研磨加工を開始する工程と、ウェーハの回転中心Ｏ１を初期位置から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法およびウェーハの片面研磨装置に関する。本発明は、特に、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能なウェーハの片面研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高平坦度が要求される半導体ウェーハなどのウェーハの表面研磨には、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が採用されている。ＣＭＰは、研磨対象物に対してエッチング作用を有する研磨液を用い、研磨対象物を化学的作用によりエッチングしながら、典型的には砥粒を含む研磨液と研磨対象物との相対運動による機械的研磨を行う研磨技術である。
【０００３】
ＣＭＰを行う典型的な片面研磨装置は、ウェーハを保持する研磨ヘッドと、該研磨ヘッドと対向し、表面に研磨布を固定した研磨プラテン（回転定盤）とを有する。そして、研磨ヘッドを制御し、ウェーハの被研磨面を研磨プラテン上の研磨布に押しつけ、研磨布上に研磨液を供給しながら研磨ヘッドおよび研磨プラテンを回転させることにより、ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す。
【０００４】
ここで、図３（ａ）を用いて、従来の片面研磨方法を説明する。図３（ａ）に示すとおり、ウェーハＷの直径よりも大きい半径Ｒを有する研磨プラテン１２上の研磨布（不図示）にウェーハの被研磨面を押しつけ、研磨プラテン１２およびウェーハＷを同方向にそれぞれ回転させる。図３（ａ）では、研磨プラテン１２の回転方向を実線矢印、ウェーハＷの回転方向を破線矢印で示しており、研磨プラテン１２およびウェーハＷをともに研磨装置上方から見て左回りに回転させている。なお、ウェーハＷの回転中心をＯ１、研磨プラテン１２の回転中心をＯ２とする。従来の片面研磨方法では、図３（ａ）に示すとおり、ウェーハＷの回転中心Ｏ１が、研磨プラテン上の比較的外周部、例えば、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２からＲ／２だけ離れた位置になるようウェーハＷを研磨プラテン１２に押しつけ、その後回転を始めることで研磨加工を開始していた。研磨開始以降も、研磨加工は研磨プラテン１２の外周領域にウェーハＷを固定させて、または、ウェーハＷを研磨プラテン１２上で揺動させながら、行うのが一般的である。これは、研磨プラテンの外周領域のほうがウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度がウェーハ内で均一になり、より均一な研磨が可能だからである。
【０００５】
従来の片面研磨方法の一例として、特許文献１には、研磨プラテンを回転させるモータおよび研磨ヘッドを回転させるモータのいずれか一方または両方の負荷電流値が一定となるように、ウェーハの研磨プラテンに対する押圧力を調整しながら研磨する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９− ３８２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３（ａ）に示した研磨方法は、均一な研磨を実現する観点からは好ましいものである。しかしながら、本発明者らが、当該方法での研磨の初期段階で研磨を中止したウェーハの外観を観察したところ、図３（ｃ）に示すように、ウェーハの被研磨面に多数のスクラッチが発生していることがわかった。初期段階で中止せず所定厚みの研磨を終了したウェーハでは、スクラッチの数は減少していたものの、依然として残存しているものもあった。ウェーハ表面のスクラッチは、ウェーハから製造する半導体デバイスの性能を悪化させ、または、半導体デバイスの製造歩留まりを悪化させるため、よりスクラッチを減少させることが望まれる。
【０００８】
しかも、初期段階で多くのスクラッチが発生する傾向は、特に直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハで顕著であることが判明した。半導体デバイスの生産性の向上のために大口径ウェーハが求められる現在、大口径ウェーハ表面のスクラッチを減少させることも特に必要である。
【０００９】
特許文献１は、研磨の途中からウェーハの研磨プラテンに対する押圧力を調整することでスクラッチの発生を抑制する技術であり、研磨の初期段階でウェーハ表面にスクラッチが発生するとの課題認識はなく、これを解決するための手段を何ら開示するものではない。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能なウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法、およびウェーハの片面研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らが、図３（ａ）で説明した従来の片面研磨方法において、研磨プラテン１２を回転させるモータの負荷電流値を測定したところ、図３（ｂ）に示すとおり、研磨開始初期に大きな負荷電流が観測された。これは、研磨開始時に過大な研磨トルクが発生したことを示すものである。本発明者らは、この過大な研磨トルクが研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチの原因であると考え、研磨開始時の負荷電流値を低下させるべく、鋭意検討したところ、研磨開始時は研磨プラテンの中央領域にウェーハを位置させておき、その後、研磨プラテンの外側にウェーハを移動させながら研磨加工を継続することで、初期の目的を達成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明は、上記の知見および検討に基づくものであり、その要旨構成は以下の通りである。
（１）研磨ヘッドに保持された半径ｒのウェーハを、研磨プラテンの表面に固定された研磨布に押しつけ、研磨液を供給しながら前記研磨ヘッドおよび前記研磨プラテンを回転させることにより、前記ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す、ウェーハの片面研磨方法であって、
前記ウェーハの回転中心の初期位置が、前記研磨プラテンの回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内である配置の下に、研磨加工を開始する工程と、
前記ウェーハの回転中心を前記初期位置から前記研磨プラテンの径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する工程と、
を有することを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
【００１３】
（２）前記研磨加工継続工程では、前記ウェーハの回転中心を前記中央領域外の所定位置となるまで移動させ、
該所定位置に前記ウェーハの回転中心を固定して、研磨加工を継続する工程をさらに有する上記（１）に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１４】
（３）前記研磨プラテンの半径をＲとしたとき、前記所定位置がＰ≧Ｒ／２の外周領域である上記（２）に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１５】
（４）前記研磨加工開始工程は、前記ウェーハの被研磨面と前記研磨プラテン上の研磨布とを接触させ、その後、前記研磨ヘッドおよび前記研磨プラテンを回転させる上記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１６】
（５）前記ウェーハの回転中心の初期位置が、前記中央領域のうち、０＜Ｐとなる領域である上記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１７】
（６）前記研磨加工継続工程では、前記ウェーハの回転中心を、前記初期位置から直線移動させる上記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１８】
（７）前記ウェーハが、直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハである上記（１）乃至（６）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１９】
（８）上記（１）乃至（７）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法による研磨工程を有することを特徴とするウェーハの製造方法。
【００２０】
（９）半径ｒのウェーハを保持する研磨ヘッドと、
該研磨ヘッドと対向し、表面に固定された研磨布を有する研磨プラテンと、
該研磨ヘッドおよび研磨プラテンをそれぞれ回転させるための第１および第２モータと、
前記研磨布上に研磨液を供給する研磨液供給機構と、
前記研磨ヘッドと前記研磨プラテンとの相対移動を可能とする可動機構と、
該可動機構を制御する制御部と、
を有するウェーハの片面研磨装置であって、
該制御部は、研磨加工の開始にあたり、前記研磨プラテンの回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内に前記ウェーハの回転中心を配置させ、研磨加工中に、前記ウェーハの回転中心を前記初期位置から前記研磨プラテンの径方向外側へ移動させるように、前記可動機構を制御することを特徴とするウェーハの片面研磨装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、研磨プラテンの中央領域で研磨加工を開始することで、研磨開始時に過大な研磨トルクが発生するのを防ぎ、その結果、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従う代表的な片面研磨装置の模式的な側面図である。
【図２】本発明に従う代表的な片面研磨方法を説明する、研磨プラテンおよびウェーハを片面研磨装置の上方から透視した上面図であり、（ａ）は研磨開始時のウェーハと研磨プラテンとの位置関係を示した図、（ｂ）はその後ウェーハを研磨プラテンの外周部に移動させて研磨を継続する時のウェーハと研磨プラテンとの位置関係を示した図である。
【図３】（ａ）は従来の片面研磨方法を説明する、研磨プラテンおよびウェーハを片面研磨装置の上方から透視した上面図であり、（ｂ）は従来の片面研磨方法における研磨プラテンを回転させるモータの負荷電流値の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は従来の片面研磨方法において、研磨初期段階で研磨を終了した場合のウェーハ表面の目視外観図である。
【図４】研磨トルクが生じる態様を説明するための、ウェーハおよび研磨プラテンの上面模式図であり、（ａ）は本発明に従う片面研磨方法により研磨を開始する場合、（ｂ）は従来の片面研磨方法により研磨を開始する場合を示す。
【図５】ウェーハおよび研磨プラテンの回転中心間距離Ｌを種々の値としたときの、研磨プラテンを回転させるモータの負荷電流値の経時変化を示すグラフであり、（ａ）はＬ＝ｒ（比較例）、（ｂ）はＬ＝ｒ／２（実施例）、（ｃ）はＬ＝ｒ／４（実施例）、（ｄ）はＬ≒０（実施例）の場合である。
【図６】実施例および比較例におけるウェーハのスクラッチ発生率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００２４】
（ウェーハの片面研磨装置）
本発明に従う代表的な片面研磨装置を、図１を用いて説明する。ウェーハＷの片面研磨装置１００は、半径ｒのウェーハＷを保持する研磨ヘッド１０と、この研磨ヘッド１０と対向し、表面に固定された研磨布１１を有する研磨プラテン１２と、を含む。第１モータ１３は研磨ヘッド１０を回転させ、第２モータ１４は研磨プラテン１２を回転させる。研磨ヘッド１０と研磨プラテン１２との相対運動を可能とする可動機構として、この片面研磨装置１００は、研磨ヘッド１０を水平方向（研磨プラテン１２に平行な方向）に直線運動させるための揺動用ガイド１６および揺動用モータ１７と、研磨ヘッド１０を鉛直方向（研磨プラテン１２に垂直な方向）に上下運動させるための上下用モータ１８を有する。揺動用モータ１７を駆動すると、研磨ヘッド１０は揺動用ガイド１６に沿って移動し、その結果、ウェーハＷの研磨プラテン１２での面内位置を変えることができる。また、上下用モータ１７を駆動すると、ウェーハＷと研磨プラテン１２上の研磨布１１との接触、非接触を制御することができる。上下用モータ１７によりウェーハＷを研磨布１１に押しつけ、研磨液供給機構１５から研磨布１１上に研磨液を供給しながら、第１モータ１３および第２モータ１４により研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させると、ウェーハの被研磨面に研磨加工を施すことができる。
【００２５】
制御部１９は、可動機構である揺動用モータ１７および上下用モータ１８の駆動を制御する。第１モータ１３および第２モータ１４の制御は、別途の制御部（不図示）により行ってもよいが、制御部１９で行えば、研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２の相対移動および回転をあわせて制御することができる。片面研磨装置１００の特徴は、制御部１９による可動機構の制御であり、詳細は後述するが、研磨加工の開始にあたり、研磨プラテン１２の回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内にウェーハの回転中心を配置させ、研磨加工中に、ウェーハＷの回転中心を初期位置から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させる。この片面研磨装置１００により、以下に詳細に説明する片面研磨方法を実施することができる。
【００２６】
（ウェーハの片面研磨方法）
本発明に従う代表的なウェーハの片面研磨方法を、図２を用いて説明する。この片面研磨方法では、研磨ヘッド１０に保持された半径ｒのウェーハＷを、研磨プラテン１２の表面に固定された研磨布１１に押しつけ、研磨液を供給しながら研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させることにより、ウェーハＷの被研磨面に研磨加工を施す。
【００２７】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、ウェーハＷの研磨プラテン１２での面内位置を示す図である。通常、研磨プラテン１２はウェーハＷの半径ｒよりも十分大きな半径Ｒを有しており、本実施形態ではＲ＞２ｒとして説明する。図２では、研磨プラテン１２の回転方向を実線矢印、ウェーハＷの回転方向を破線矢印で示しており、研磨プラテン１２およびウェーハＷをともに研磨装置上方から見て同方向（左回り）に回転させる。ウェーハＷの回転中心をＯ１、研磨プラテン１２の回転中心をＯ２とし、両者の回転中心間距離をＬとする。なお、本実施形態のように、ウェーハＷおよび研磨プラテンともに、回転中心と幾何学中心は一致させることが通常であるが、本発明はこれに限定されることはない。
【００２８】
図２（ａ）は、研磨開始時のウェーハと研磨プラテンとの位置関係を示した図である。このように、ウェーハＷの回転中心Ｏ１の初期位置が、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域１２ａ内である配置の下に、研磨加工を開始する。例えば、研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させない状態で、ウェーハＷと研磨プラテン１２とが図２（ａ）に示す位置関係となるように、ウェーハＷを研磨布１１に押しつける。その後、研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させて、研磨加工を開始する。
【００２９】
図２（ｂ）は、その後ウェーハを研磨プラテンの外周部に移動させて研磨を継続する時のウェーハと研磨プラテンとの位置関係を示した図である。このように、研磨開始後、ウェーハの回転中心Ｏ１を初期位置から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する。
【００３０】
本発明の片面研磨方法で上記のような特徴的工程を採用したことの技術的意義を、図４を参照しつつ作用効果とともに説明する。
【００３１】
既述のとおり、研磨プラテン１２の外周部にウェーハＷを押しつけて研磨加工を開始する場合、過大な研磨トルクが発生し、研磨プラテン１２を回転させるモータ（図１における第２モータ１４）で研磨開始初期に過大な負荷電流が観測された。これは、以下のような理由によるものと考えられる。まず、研磨開始時のウェーハＷおよび研磨プラテン１２の回転方向は、図４（ｂ）に示すとおりとなる。ここで、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を基準として図４（ｂ）中の左半分の領域では、ウェーハＷの回転方向は研磨プラテン１２の回転方向と同じであるため、ウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度は比較的小さくなる。しかし、ウェーハＷの右半分の領域は、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２を基準とすると左半分の領域となるため、ウェーハＷの回転方向が研磨プラテン１２の回転方向と反対になる。このため、ウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度は大きくなるため、研磨開始にあたり、この領域において非常に大きな摩擦抵抗が生じ、過大な研磨トルクが発生する大きな要因となっているのである。さらに、研磨開始時には、研磨液がウェーハＷと研磨布１１との間に十分に浸透しておらず、摩擦係数が高い状態であることも、摩擦抵抗を大きくする大きな要因となっている。
【００３２】
そこで、本発明では、研磨開始時にウェーハＷを研磨プラテン１２の中央領域に位置させておくこととした。一例として、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２と一致させた状態で研磨を開始する場合を図４（ａ）に示す。この場合、ウェーハＷの左半分のみならず右半分においても、回転方向が研磨プラテン１２の回転方向と同じになるため、ウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度は小さくなり、摩擦抵抗もより小さくなる。よって、研磨プラテン１２の外周部で研磨を開始する場合に生じる過大な研磨トルクが発生することがなく、研磨開始時の過大な研磨トルクに起因してウェーハ表面に生じるスクラッチを効果的に低減することが可能となる。
【００３３】
なお、ウェーハＷおよび研磨プラテン１２の回転速度のいかんに関わらず、上記の作用効果を奏することは明らかであるが、例えば、ウェーハＷの角速度と研磨プラテン１２の角速度を等しく設定すれば、ウェーハＷの全ての位置において研磨プラテン１２との相対速度がゼロとなり、いかに摩擦係数が高い状態であろうが、研磨トルクが生じることはない。
【００３４】
本発明では、研磨プラテン１２の中央領域１２ａを、回転中心Ｏ２からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである点Ｐの集合と定義し（図２（ａ）参照）、この中央領域１２ａ内にウェーハＷの回転中心Ｏ１が位置する状態で研磨加工を開始する。この場合、回転中心間距離Ｌも、０≦Ｌ＜ｒとなる。Ｌ＜ｒであれば、図２（ａ）に示すとおり、ウェーハＷのうち、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を基準として右半分で、かつ、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２を基準として右半分となる部分が生じる。この部分では、ウェーハＷの回転方向は研磨プラテン１２の回転方向と同じとなるため、既述の作用効果を奏する。
【００３５】
一方、中央領域１２ａ内で研磨を続ける場合、ウェーハの被研磨面内で研磨プラテン１２との相対速度が均一でない。また、研磨開始時の研磨トルクを最小限にするため、ウェーハＷおよび研磨プラテン１２の角速度を近接させている場合、十分な研磨量を得られず、角速度を等しくしている場合には、機械的な研磨量はゼロとなる。そこで、本発明では、研磨開始後は、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を前記初期位置（図２（ａ））から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する（図２（ｂ）参照）。
【００３６】
このように本発明では、研磨プラテンの中央領域で研磨加工を開始することで、研磨開始時に過大な研磨トルクが発生するのを防ぎ、その結果、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能となった。特に、研磨プラテンの中央領域で研磨を行うことは、ウェーハの研磨量を均一にする観点からは通常採りえない工程であり、本発明では、研磨開始時のみウェーハＷを中央領域におき、その後研磨プラテンの径方向外側に移動させることで、均一研磨の要求も満たすものである。
【００３７】
本発明の上記作用効果をより顕著に得る観点から、ウェーハＷの回転中心Ｏ１の初期位置は、中央領域１２ａのうち、０≦Ｐ≦ｒ／２となる領域とすることが好ましい。
【００３８】
また、ウェーハＷの回転中心Ｏ１の初期位置は、中央領域１２ａのうち、０＜Ｐとなる領域であることが好ましい。すなわち、本発明の上記作用効果をより顕著に得る観点からは、研磨開始時、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を、研磨プラテン１２の回転中心とＯ２なるべく近接させることが好ましいが、両回転中心を一致させないことが好ましい（すなわち、Ｌ≠０）。Ｌ＝０の場合、ウェーハを移動させる前の段階ではウェーハＷの回転中心Ｏ１のみが研磨されない状態となるため、研磨工程終了後に、ウェーハＷの回転中心Ｏ１とそれ以外の箇所とに研磨量の差ができてしまい、均一研磨が阻害されるおそれがあるからである。なお、ウェーハＷの角速度と研磨プラテン１２の角速度を完全に等しく設定すれば、上記のような懸念はない。
【００３９】
研磨プラテン１２の中央領域１２ａで研磨加工を開始してから、径方向外側への移動を開始するまでの時間は、特に限定されない。ただし、回転運動によって研磨液がウェーハＷと研磨布１１との間に十分浸透してから移動を開始すれば、より少ない研磨抵抗で移動することができ、移動によるスクラッチの発生を抑制できるため好ましい。具体的には、研磨加工の開始から移動開始するまでの時間は、使用する研磨液組成にもよるが、概ね１０秒もあれば研磨液を十分に浸透させることができる。
【００４０】
研磨加工継続工程（図２（ｂ））では、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を中央領域１２ａ外の所定位置となるまで移動させ、この所定位置にウェーハＷの回転中心Ｏ１を固定して、研磨加工を継続することが好ましい。これにより、低い研磨トルクで研磨を開始した後、より均一な研磨を実現することができる。
【００４１】
さらに、中央領域１２ａ外の所定位置は、Ｐ≧Ｒ／２の外周領域１２ｂであることが好ましい。外周領域１２ｂは、図２（ｂ）において破線で示したＰ＝Ｒ／２となる点Ｐの集合とその外側の領域である。図２（ｂ）では、外周領域１２ｂの最内端であるＰ＝Ｒ／２の位置にウェーハＷの回転中心Ｏ１をさせ、研磨加工を継続している。これにより、より均一な研磨を実現することができる。ただし、ウェーハＷは研磨プラテン１２からはみ出ることはない。
【００４２】
研磨加工継続工程では、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を、初期位置から直線移動させることが好ましい。研磨プラテン１２上を直線的に移動させる方法が、最も簡潔に、装置構造的に簡便であり、狙いとする所定位置に精度よく移動させることが可能となる。
【００４３】
ウェーハＷの回転中心Ｏ１を初期位置から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させる方法としては、ウェーハＷと研磨プラテン１２との相対移動であれば特に限定されない。例えば、図１に示したように、研磨プラテン１２を固定しつつ、研磨ヘッド１０を可動として、研磨プラテン１２に対してウェーハＷを移動させることができる。
【００４４】
上記移動におけるウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度は、特に限定されないが、過度に相対速度が速い場合にはウェーハＷ表面に傷を発生させるおそれがあるため、最大でも３０ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で移動させることが望ましい。
【００４５】
研磨加工が施されるには、１）ウェーハＷの被研磨面と研磨プラテン１２上の研磨布１１とが接触しており、２）研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させる、という２つの条件が少なくとも必要である。そこで、本発明の研磨加工開始工程では、上記２つの条件のどちらが先に満たされるかは限定されない。ウェーハＷが研磨布１１と接触した後回転を始めても、回転している状態でウェーハＷを研磨布１１と接触させても、研磨開始時にウェーハＷを研磨プラテン１２の中央領域に位置させておけば、本発明の作用効果を奏するためである。しかし、本実施形態のように、ウェーハＷの被研磨面と研磨プラテン１２上の研磨布１１とを接触させ、その後、研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させることが好ましい。すなわち、接触直後は弾性体である研磨布１１が変位をもっているために、ウェーハＷと研磨プラテン１２の平行度が十分に確保できず、ウェーハに偏った加圧分布が生じてしまい、ウェーハＷの割れなどを生じる可能性があるからである。特に、ウェーハＷの口径が大口径になるほど、この傾向は大きくなる。
【００４６】
本発明の片面研磨方法は、直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハの研磨に適用することで、特に顕著な効果を得ることができる。研磨対象物が大きいほど、研磨に必要な負荷電流値は大きくなり、また、研磨布１１との接触面積も大きくなるため、研磨開始時により大きな研磨トルクが生じ、本発明が解決すべき課題がより顕著に現れるためである。例えば、直径４５０ｎｍのウェーハにおいて、面圧（ｇ／ｃｍ２）を直径３００ｍｍウェーハの研磨時の面圧（ｇ／ｃｍ２）と同程度に設定した場合でも、総加重（ｋｇ）は２．２５倍となり、また半径も１．５倍となる。この結果、加工点への研磨液の供給も著しく損なわれてしまい、研磨布とウェーハＷとの摩擦もそれに乗じて上昇する。これらの複合要因により、直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハの場合に、本発明が解決すべき課題がより顕著に現れる。
【００４７】
（ウェーハの製造方法）
本発明に従うウェーハの製造方法は、これまで説明した本発明に従うウェーハの片面研磨方法による研磨工程を有することを特徴とする。該方法でウェーハを製造することで、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減し、その結果として研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減したウェーハを得ることができる。
【００４８】
本発明のウェーハの製造方法は、研磨加工を施す前段階のウェーハを用意する工程を含む。例えば、スライス工程→粗面取り工程→ラッピング工程→片面研削工程→仕上げ面取り工程→面取り部の鏡面研磨（ＥＭ）工程→エッチング工程を行う。次に、ウェーハ表面に対して、粗研磨工程および仕上げ研磨工程をこの順序で行う。この仕上げ研磨工程に、本発明の片面研磨方法を適用することができる。このようにして、ポリッシュト・ウェーハを得ることができる。さらに、ウェーハ表面に厚さ数μｍの単結晶シリコン層（エピタキシャル膜）を、エピタキシャル成長させることによって、エピタキシャルウェーハを製造したり、水素下または空気下でアニールして、アニールウェーハを製造しても良い。なお、上記粗研磨工程に対して本発明の片面研磨方法を適用することもできる。
【００４９】
以上、本発明を説明したが、これらは代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【実施例】
【００５０】
本発明の効果をさらに明確にするため、以下に説明する実施例・比較例の実験を行った比較評価について説明する。
【００５１】
（実施例）
まず、表裏面が粗研磨された、直径４５０ｍｍ（半径ｒ＝２２５ｍｍ）のシリコンウェーハを用意した。このシリコンウェーハに対し、以下に説明する本発明にかかる片面研磨方法により、表面を仕上げ研磨した。仕上げ研磨には、図１に示す構成の片面研磨装置を用いた。研磨プラテンの半径Ｒは１２００ｍｍであり、研磨布にはスェードタイプのものを用いた。研磨布上に供給する研磨液は、砥粒として微粒コロイダルシリカを含む水酸化カリウム（ＫＯＨ）を主剤とするアルカリ水溶液を用いた。上下用モータにより研磨ヘッドを制御して、ウェーハＷを研磨布に押しつけた。その際、研磨プラテン上におけるウェーハＷの回転中心と研磨プラテンの回転中心との距離Ｌは、Ｌ≒０（具体的には３０ｍｍ）とした。その後、研磨液を供給しながら、ウェーハの回転速度４０ｒｐｍ、研磨プラテンの回転速度４０ｒｐｍで回転を始め、研磨加工を開始した。その後、ウェーハおよび研磨プラテンの回転中心間距離Ｌを変えることなく１０秒間研磨を続け、その後、１０ｍｍ／ｓの速度で研磨ヘッドを移動させ、ウェーハの回転中心を研磨プラテンの径方向外側に、研磨プラテンの回転中心からＲ／２だけ離れた位置まで直線的に移動させた。その後、回転中心間距離を変えることなく、さらに１８０秒研磨加工を継続した。このようなウェーハの研磨加工を、計３０枚行った。
【００５２】
他の実施例として、研磨加工開始時の中心間距離Ｌを種々の値に変更した以外は、上記と同様の方法でウェーハの研磨加工を行った。具体的には、Ｌ＝ｒ／４，Ｌ＝ｒ／２，Ｌ＝７ｒ／９，Ｌ＝８ｒ／９について、それぞれ３０枚の研磨加工を行った。
【００５３】
（比較例）
研磨加工開始時の中心間距離Ｌを種々の値に変更して本発明の範囲外とした以外は、実施例と同様の方法でウェーハの研磨加工を行った。具体的には、Ｌ＝ｒ，Ｌ＝１０ｒ／９，Ｌ＝１１ｒ／９について、それぞれ３０枚の研磨加工を行った。
【００５４】
（プラテン負荷電流の測定）
研磨加工開始時の中心間距離Ｌを種々の値とした実施例および比較例において、研磨加工中の研磨プラテンを回転させるモータの負荷電流値（以後、「プラテン負荷電流」という。）を測定した。比較例として、Ｌ＝ｒの場合のプラテン負荷電流値の経時変化を図５（ａ）に、実施例として、Ｌ＝ｒ／２，Ｌ＝ｒ／４，Ｌ≒０の場合の経時変化を図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）にそれぞれ示す。
【００５５】
図５（ａ）に示すとおり、比較例であるＬ＝ｒの場合には、図３（ｂ）に示した従来の片面研磨方法の場合と同等の過大なプラテン負荷電流が研磨開始時に観測された。一方、図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すとおり、実施例であるＬ＝ｒ／２，Ｌ＝ｒ／４，Ｌ≒０の場合には、研磨開始時のプラテン負荷電流が大幅に抑制されていることが分かった。
【００５６】
（スクラッチ発生率）
研磨加工開始時の中心間距離Ｌを種々の値とした実施例および比較例のそれぞれにおいて、研磨終了後にウェーハの被研磨面にスクラッチが観察されたウェーハの比率を図６に示した。
【００５７】
図６に示すとおり、Ｌ≧ｒの比較例では、９〜１０％程度の高いスクラッチ率であったのに対し、Ｌ＜ｒの実施例では、６％以下という低いスクラッチ率であった。特に、ｒ≦ｒ／２ではより低いスクラッチ率を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、研磨プラテンの中央領域で研磨加工を開始することで、研磨開始時に過大な研磨トルクが発生するのを防ぎ、その結果、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能となった。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 研磨ヘッド
１１ 研磨布
１２ 研磨プラテン
１２ａ 研磨プラテンの中央領域
１２ｂ 研磨プラテンの外周領域
１３ 第１モータ
１４ 第２モータ
１５ 研磨液供給機構
１６ 揺動用ガイド（可動機構）
１７ 揺動用モータ（可動機構）
１８ 上下用モータ（可動機構）
１９ 制御部
１００ 片面研磨装置
Ｗ ウェーハ
Ｏ１ ウェーハの回転中心
Ｏ２ 研磨プラテンの回転中心
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法およびウェーハの片面研磨装置に関する。本発明は、特に、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能なウェーハの片面研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高平坦度が要求される半導体ウェーハなどのウェーハの表面研磨には、化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）が採用されている。ＣＭＰは、研磨対象物に対してエッチング作用を有する研磨液を用い、研磨対象物を化学的作用によりエッチングしながら、典型的には砥粒を含む研磨液と研磨対象物との相対運動による機械的研磨を行う研磨技術である。
【０００３】
ＣＭＰを行う典型的な片面研磨装置は、ウェーハを保持する研磨ヘッドと、該研磨ヘッドと対向し、表面に研磨布を固定した研磨プラテン（回転定盤）とを有する。そして、研磨ヘッドを制御し、ウェーハの被研磨面を研磨プラテン上の研磨布に押しつけ、研磨布上に研磨液を供給しながら研磨ヘッドおよび研磨プラテンを回転させることにより、ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す。
【０００４】
ここで、図３（ａ）を用いて、従来の片面研磨方法を説明する。図３（ａ）に示すとおり、ウェーハＷの直径よりも大きい半径Ｒを有する研磨プラテン１２上の研磨布（不図示）にウェーハの被研磨面を押しつけ、研磨プラテン１２およびウェーハＷを同方向にそれぞれ回転させる。図３（ａ）では、研磨プラテン１２の回転方向を実線矢印、ウェーハＷの回転方向を破線矢印で示しており、研磨プラテン１２およびウェーハＷをともに研磨装置上方から見て左回りに回転させている。なお、ウェーハＷの回転中心をＯ１、研磨プラテン１２の回転中心をＯ２とする。従来の片面研磨方法では、図３（ａ）に示すとおり、ウェーハＷの回転中心Ｏ１が、研磨プラテン上の比較的外周部、例えば、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２からＲ／２だけ離れた位置になるようウェーハＷを研磨プラテン１２に押しつけ、その後回転を始めることで研磨加工を開始していた。研磨開始以降も、研磨加工は研磨プラテン１２の外周領域にウェーハＷを固定させて、または、ウェーハＷを研磨プラテン１２上で揺動させながら、行うのが一般的である。これは、研磨プラテンの外周領域のほうがウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度がウェーハ内で均一になり、より均一な研磨が可能だからである。
【０００５】
従来の片面研磨方法の一例として、特許文献１には、研磨プラテンを回転させるモータおよび研磨ヘッドを回転させるモータのいずれか一方または両方の負荷電流値が一定となるように、ウェーハの研磨プラテンに対する押圧力を調整しながら研磨する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９− ３８２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３（ａ）に示した研磨方法は、均一な研磨を実現する観点からは好ましいものである。しかしながら、本発明者らが、当該方法での研磨の初期段階で研磨を中止したウェーハの外観を観察したところ、図３（ｃ）に示すように、ウェーハの被研磨面に多数のスクラッチが発生していることがわかった。初期段階で中止せず所定厚みの研磨を終了したウェーハでは、スクラッチの数は減少していたものの、依然として残存しているものもあった。ウェーハ表面のスクラッチは、ウェーハから製造する半導体デバイスの性能を悪化させ、または、半導体デバイスの製造歩留まりを悪化させるため、よりスクラッチを減少させることが望まれる。
【０００８】
しかも、初期段階で多くのスクラッチが発生する傾向は、特に直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハで顕著であることが判明した。半導体デバイスの生産性の向上のために大口径ウェーハが求められる現在、大口径ウェーハ表面のスクラッチを減少させることも特に必要である。
【０００９】
特許文献１は、研磨の途中からウェーハの研磨プラテンに対する押圧力を調整することでスクラッチの発生を抑制する技術であり、研磨の初期段階でウェーハ表面にスクラッチが発生するとの課題認識はなく、これを解決するための手段を何ら開示するものではない。
【００１０】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能なウェーハの片面研磨方法、ウェーハの製造方法、およびウェーハの片面研磨装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らが、図３（ａ）で説明した従来の片面研磨方法において、研磨プラテン１２を回転させるモータの負荷電流値を測定したところ、図３（ｂ）に示すとおり、研磨開始初期に大きな負荷電流が観測された。これは、研磨開始時に過大な研磨トルクが発生したことを示すものである。本発明者らは、この過大な研磨トルクが研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチの原因であると考え、研磨開始時の負荷電流値を低下させるべく、鋭意検討したところ、研磨開始時は研磨プラテンの中央領域にウェーハを位置させておき、その後、研磨プラテンの外側にウェーハを移動させながら研磨加工を継続することで、初期の目的を達成することができることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明は、上記の知見および検討に基づくものであり、その要旨構成は以下の通りである。
（１）研磨ヘッドに保持された半径ｒのウェーハを、研磨プラテンの表面に固定された研磨布に押しつけ、研磨液を供給しながら前記研磨ヘッドおよび前記研磨プラテンを回転させることにより、前記ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す、ウェーハの片面研磨方法であって、
前記ウェーハの回転中心の初期位置が、前記研磨プラテンの回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内である配置の下に、研磨加工を開始する工程と、
前記ウェーハの回転中心を前記初期位置から前記研磨プラテンの径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する工程と、
を有することを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
【００１３】
（２）前記研磨加工継続工程では、前記ウェーハの回転中心を前記中央領域外の所定位置となるまで移動させ、
該所定位置に前記ウェーハの回転中心を固定して、研磨加工を継続する工程をさらに有する上記（１）に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１４】
（３）前記研磨プラテンの半径をＲとしたとき、前記所定位置がＰ≧Ｒ／２の外周領域である上記（２）に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１５】
（４）前記研磨加工開始工程は、前記ウェーハの被研磨面と前記研磨プラテン上の研磨布とを接触させ、その後、前記研磨ヘッドおよび前記研磨プラテンを回転させる上記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１６】
（５）前記ウェーハの回転中心の初期位置が、前記中央領域のうち、０＜Ｐとなる領域である上記（１）乃至（４）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１７】
（６）前記研磨加工継続工程では、前記ウェーハの回転中心を、前記初期位置から直線移動させる上記（１）乃至（５）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１８】
（７）前記ウェーハが、直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハである上記（１）乃至（６）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【００１９】
（８）上記（１）乃至（７）のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法による研磨工程を有することを特徴とするウェーハの製造方法。
【００２０】
（９）半径ｒのウェーハを保持する研磨ヘッドと、
該研磨ヘッドと対向し、表面に固定された研磨布を有する研磨プラテンと、
該研磨ヘッドおよび研磨プラテンをそれぞれ回転させるための第１および第２モータと、
前記研磨布上に研磨液を供給する研磨液供給機構と、
前記研磨ヘッドと前記研磨プラテンとの相対移動を可能とする可動機構と、
該可動機構を制御する制御部と、
を有するウェーハの片面研磨装置であって、
該制御部は、研磨加工の開始にあたり、前記研磨プラテンの回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内に前記ウェーハの回転中心を配置させ、研磨加工中に、前記ウェーハの回転中心を前記初期位置から前記研磨プラテンの径方向外側へ移動させるように、前記可動機構を制御することを特徴とするウェーハの片面研磨装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、研磨プラテンの中央領域で研磨加工を開始することで、研磨開始時に過大な研磨トルクが発生するのを防ぎ、その結果、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に従う代表的な片面研磨装置の模式的な側面図である。
【図２】本発明に従う代表的な片面研磨方法を説明する、研磨プラテンおよびウェーハを片面研磨装置の上方から透視した上面図であり、（ａ）は研磨開始時のウェーハと研磨プラテンとの位置関係を示した図、（ｂ）はその後ウェーハを研磨プラテンの外周部に移動させて研磨を継続する時のウェーハと研磨プラテンとの位置関係を示した図である。
【図３】（ａ）は従来の片面研磨方法を説明する、研磨プラテンおよびウェーハを片面研磨装置の上方から透視した上面図であり、（ｂ）は従来の片面研磨方法における研磨プラテンを回転させるモータの負荷電流値の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は従来の片面研磨方法において、研磨初期段階で研磨を終了した場合のウェーハ表面の目視外観図である。
【図４】研磨トルクが生じる態様を説明するための、ウェーハおよび研磨プラテンの上面模式図であり、（ａ）は本発明に従う片面研磨方法により研磨を開始する場合、（ｂ）は従来の片面研磨方法により研磨を開始する場合を示す。
【図５】ウェーハおよび研磨プラテンの回転中心間距離Ｌを種々の値としたときの、研磨プラテンを回転させるモータの負荷電流値の経時変化を示すグラフであり、（ａ）はＬ＝ｒ（比較例）、（ｂ）はＬ＝ｒ／２（実施例）、（ｃ）はＬ＝ｒ／４（実施例）、（ｄ）はＬ≒０（実施例）の場合である。
【図６】実施例および比較例におけるウェーハのスクラッチ発生率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を参照しつつ本発明をより詳細に説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、説明を省略する。
【００２４】
（ウェーハの片面研磨装置）
本発明に従う代表的な片面研磨装置を、図１を用いて説明する。ウェーハＷの片面研磨装置１００は、半径ｒのウェーハＷを保持する研磨ヘッド１０と、この研磨ヘッド１０と対向し、表面に固定された研磨布１１を有する研磨プラテン１２と、を含む。第１モータ１３は研磨ヘッド１０を回転させ、第２モータ１４は研磨プラテン１２を回転させる。研磨ヘッド１０と研磨プラテン１２との相対運動を可能とする可動機構として、この片面研磨装置１００は、研磨ヘッド１０を水平方向（研磨プラテン１２に平行な方向）に直線運動させるための揺動用ガイド１６および揺動用モータ１７と、研磨ヘッド１０を鉛直方向（研磨プラテン１２に垂直な方向）に上下運動させるための上下用モータ１８を有する。揺動用モータ１７を駆動すると、研磨ヘッド１０は揺動用ガイド１６に沿って移動し、その結果、ウェーハＷの研磨プラテン１２での面内位置を変えることができる。また、上下用モータ１７を駆動すると、ウェーハＷと研磨プラテン１２上の研磨布１１との接触、非接触を制御することができる。上下用モータ１７によりウェーハＷを研磨布１１に押しつけ、研磨液供給機構１５から研磨布１１上に研磨液を供給しながら、第１モータ１３および第２モータ１４により研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させると、ウェーハの被研磨面に研磨加工を施すことができる。
【００２５】
制御部１９は、可動機構である揺動用モータ１７および上下用モータ１８の駆動を制御する。第１モータ１３および第２モータ１４の制御は、別途の制御部（不図示）により行ってもよいが、制御部１９で行えば、研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２の相対移動および回転をあわせて制御することができる。片面研磨装置１００の特徴は、制御部１９による可動機構の制御であり、詳細は後述するが、研磨加工の開始にあたり、研磨プラテン１２の回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内にウェーハの回転中心を配置させ、研磨加工中に、ウェーハＷの回転中心を初期位置から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させる。この片面研磨装置１００により、以下に詳細に説明する片面研磨方法を実施することができる。
【００２６】
（ウェーハの片面研磨方法）
本発明に従う代表的なウェーハの片面研磨方法を、図２を用いて説明する。この片面研磨方法では、研磨ヘッド１０に保持された半径ｒのウェーハＷを、研磨プラテン１２の表面に固定された研磨布１１に押しつけ、研磨液を供給しながら研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させることにより、ウェーハＷの被研磨面に研磨加工を施す。
【００２７】
図２（ａ）および図２（ｂ）は、ウェーハＷの研磨プラテン１２での面内位置を示す図である。通常、研磨プラテン１２はウェーハＷの半径ｒよりも十分大きな半径Ｒを有しており、本実施形態ではＲ＞２ｒとして説明する。図２では、研磨プラテン１２の回転方向を実線矢印、ウェーハＷの回転方向を破線矢印で示しており、研磨プラテン１２およびウェーハＷをともに研磨装置上方から見て同方向（左回り）に回転させる。ウェーハＷの回転中心をＯ１、研磨プラテン１２の回転中心をＯ２とし、両者の回転中心間距離をＬとする。なお、本実施形態のように、ウェーハＷおよび研磨プラテンともに、回転中心と幾何学中心は一致させることが通常であるが、本発明はこれに限定されることはない。
【００２８】
図２（ａ）は、研磨開始時のウェーハと研磨プラテンとの位置関係を示した図である。このように、ウェーハＷの回転中心Ｏ１の初期位置が、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域１２ａ内である配置の下に、研磨加工を開始する。例えば、研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させない状態で、ウェーハＷと研磨プラテン１２とが図２（ａ）に示す位置関係となるように、ウェーハＷを研磨布１１に押しつける。その後、研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させて、研磨加工を開始する。
【００２９】
図２（ｂ）は、その後ウェーハを研磨プラテンの外周部に移動させて研磨を継続する時のウェーハと研磨プラテンとの位置関係を示した図である。このように、研磨開始後、ウェーハの回転中心Ｏ１を初期位置から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する。
【００３０】
本発明の片面研磨方法で上記のような特徴的工程を採用したことの技術的意義を、図４を参照しつつ作用効果とともに説明する。
【００３１】
既述のとおり、研磨プラテン１２の外周部にウェーハＷを押しつけて研磨加工を開始する場合、過大な研磨トルクが発生し、研磨プラテン１２を回転させるモータ（図１における第２モータ１４）で研磨開始初期に過大な負荷電流が観測された。これは、以下のような理由によるものと考えられる。まず、研磨開始時のウェーハＷおよび研磨プラテン１２の回転方向は、図４（ｂ）に示すとおりとなる。ここで、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を基準として図４（ｂ）中の左半分の領域では、ウェーハＷの回転方向は研磨プラテン１２の回転方向と同じであるため、ウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度は比較的小さくなる。しかし、ウェーハＷの右半分の領域は、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２を基準とすると左半分の領域となるため、ウェーハＷの回転方向が研磨プラテン１２の回転方向と反対になる。このため、ウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度は大きくなるため、研磨開始にあたり、この領域において非常に大きな摩擦抵抗が生じ、過大な研磨トルクが発生する大きな要因となっているのである。さらに、研磨開始時には、研磨液がウェーハＷと研磨布１１との間に十分に浸透しておらず、摩擦係数が高い状態であることも、摩擦抵抗を大きくする大きな要因となっている。
【００３２】
そこで、本発明では、研磨開始時にウェーハＷを研磨プラテン１２の中央領域に位置させておくこととした。一例として、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２と一致させた状態で研磨を開始する場合を図４（ａ）に示す。この場合、ウェーハＷの左半分のみならず右半分においても、回転方向が研磨プラテン１２の回転方向と同じになるため、ウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度は小さくなり、摩擦抵抗もより小さくなる。よって、研磨プラテン１２の外周部で研磨を開始する場合に生じる過大な研磨トルクが発生することがなく、研磨開始時の過大な研磨トルクに起因してウェーハ表面に生じるスクラッチを効果的に低減することが可能となる。
【００３３】
なお、ウェーハＷおよび研磨プラテン１２の回転速度のいかんに関わらず、上記の作用効果を奏することは明らかであるが、例えば、ウェーハＷの角速度と研磨プラテン１２の角速度を等しく設定すれば、ウェーハＷの全ての位置において研磨プラテン１２との相対速度がゼロとなり、いかに摩擦係数が高い状態であろうが、研磨トルクが生じることはない。
【００３４】
本発明では、研磨プラテン１２の中央領域１２ａを、回転中心Ｏ２からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである点Ｐの集合と定義し（図２（ａ）参照）、この中央領域１２ａ内にウェーハＷの回転中心Ｏ１が位置する状態で研磨加工を開始する。この場合、回転中心間距離Ｌも、０≦Ｌ＜ｒとなる。Ｌ＜ｒであれば、図２（ａ）に示すとおり、ウェーハＷのうち、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を基準として右半分で、かつ、研磨プラテン１２の回転中心Ｏ２を基準として右半分となる部分が生じる。この部分では、ウェーハＷの回転方向は研磨プラテン１２の回転方向と同じとなるため、既述の作用効果を奏する。
【００３５】
一方、中央領域１２ａ内で研磨を続ける場合、ウェーハの被研磨面内で研磨プラテン１２との相対速度が均一でない。また、研磨開始時の研磨トルクを最小限にするため、ウェーハＷおよび研磨プラテン１２の角速度を近接させている場合、十分な研磨量を得られず、角速度を等しくしている場合には、機械的な研磨量はゼロとなる。そこで、本発明では、研磨開始後は、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を前記初期位置（図２（ａ））から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する（図２（ｂ）参照）。
【００３６】
このように本発明では、研磨プラテンの中央領域で研磨加工を開始することで、研磨開始時に過大な研磨トルクが発生するのを防ぎ、その結果、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能となった。特に、研磨プラテンの中央領域で研磨を行うことは、ウェーハの研磨量を均一にする観点からは通常採りえない工程であり、本発明では、研磨開始時のみウェーハＷを中央領域におき、その後研磨プラテンの径方向外側に移動させることで、均一研磨の要求も満たすものである。
【００３７】
本発明の上記作用効果をより顕著に得る観点から、ウェーハＷの回転中心Ｏ１の初期位置は、中央領域１２ａのうち、０≦Ｐ≦ｒ／２となる領域とすることが好ましい。
【００３８】
また、ウェーハＷの回転中心Ｏ１の初期位置は、中央領域１２ａのうち、０＜Ｐとなる領域であることが好ましい。すなわち、本発明の上記作用効果をより顕著に得る観点からは、研磨開始時、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を、研磨プラテン１２の回転中心とＯ２なるべく近接させることが好ましいが、両回転中心を一致させないことが好ましい（すなわち、Ｌ≠０）。Ｌ＝０の場合、ウェーハを移動させる前の段階ではウェーハＷの回転中心Ｏ１のみが研磨されない状態となるため、研磨工程終了後に、ウェーハＷの回転中心Ｏ１とそれ以外の箇所とに研磨量の差ができてしまい、均一研磨が阻害されるおそれがあるからである。なお、ウェーハＷの角速度と研磨プラテン１２の角速度を完全に等しく設定すれば、上記のような懸念はない。
【００３９】
研磨プラテン１２の中央領域１２ａで研磨加工を開始してから、径方向外側への移動を開始するまでの時間は、特に限定されない。ただし、回転運動によって研磨液がウェーハＷと研磨布１１との間に十分浸透してから移動を開始すれば、より少ない研磨抵抗で移動することができ、移動によるスクラッチの発生を抑制できるため好ましい。具体的には、研磨加工の開始から移動開始するまでの時間は、使用する研磨液組成にもよるが、概ね１０秒もあれば研磨液を十分に浸透させることができる。
【００４０】
研磨加工継続工程（図２（ｂ））では、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を中央領域１２ａ外の所定位置となるまで移動させ、この所定位置にウェーハＷの回転中心Ｏ１を固定して、研磨加工を継続することが好ましい。これにより、低い研磨トルクで研磨を開始した後、より均一な研磨を実現することができる。
【００４１】
さらに、中央領域１２ａ外の所定位置は、Ｐ≧Ｒ／２の外周領域１２ｂであることが好ましい。外周領域１２ｂは、図２（ｂ）において破線で示したＰ＝Ｒ／２となる点Ｐの集合とその外側の領域である。図２（ｂ）では、外周領域１２ｂの最内端であるＰ＝Ｒ／２の位置にウェーハＷの回転中心Ｏ１をさせ、研磨加工を継続している。これにより、より均一な研磨を実現することができる。ただし、ウェーハＷは研磨プラテン１２からはみ出ることはない。
【００４２】
研磨加工継続工程では、ウェーハＷの回転中心Ｏ１を、初期位置から直線移動させることが好ましい。研磨プラテン１２上を直線的に移動させる方法が、最も簡潔に、装置構造的に簡便であり、狙いとする所定位置に精度よく移動させることが可能となる。
【００４３】
ウェーハＷの回転中心Ｏ１を初期位置から研磨プラテン１２の径方向外側へ移動させる方法としては、ウェーハＷと研磨プラテン１２との相対移動であれば特に限定されない。例えば、図１に示したように、研磨プラテン１２を固定しつつ、研磨ヘッド１０を可動として、研磨プラテン１２に対してウェーハＷを移動させることができる。
【００４４】
上記移動におけるウェーハＷと研磨プラテン１２との相対速度は、特に限定されないが、過度に相対速度が速い場合にはウェーハＷ表面に傷を発生させるおそれがあるため、最大でも３０ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で移動させることが望ましい。
【００４５】
研磨加工が施されるには、１）ウェーハＷの被研磨面と研磨プラテン１２上の研磨布１１とが接触しており、２）研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させる、という２つの条件が少なくとも必要である。そこで、本発明の研磨加工開始工程では、上記２つの条件のどちらが先に満たされるかは限定されない。ウェーハＷが研磨布１１と接触した後回転を始めても、回転している状態でウェーハＷを研磨布１１と接触させても、研磨開始時にウェーハＷを研磨プラテン１２の中央領域に位置させておけば、本発明の作用効果を奏するためである。しかし、本実施形態のように、ウェーハＷの被研磨面と研磨プラテン１２上の研磨布１１とを接触させ、その後、研磨ヘッド１０および研磨プラテン１２を回転させることが好ましい。すなわち、接触直後は弾性体である研磨布１１が変位をもっているために、ウェーハＷと研磨プラテン１２の平行度が十分に確保できず、ウェーハに偏った加圧分布が生じてしまい、ウェーハＷの割れなどを生じる可能性があるからである。特に、ウェーハＷの口径が大口径になるほど、この傾向は大きくなる。
【００４６】
本発明の片面研磨方法は、直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハの研磨に適用することで、特に顕著な効果を得ることができる。研磨対象物が大きいほど、研磨に必要な負荷電流値は大きくなり、また、研磨布１１との接触面積も大きくなるため、研磨開始時により大きな研磨トルクが生じ、本発明が解決すべき課題がより顕著に現れるためである。例えば、直径４５０ｎｍのウェーハにおいて、面圧（ｇ／ｃｍ２）を直径３００ｍｍウェーハの研磨時の面圧（ｇ／ｃｍ２）と同程度に設定した場合でも、総加重（ｋｇ）は２．２５倍となり、また半径も１．５倍となる。この結果、加工点への研磨液の供給も著しく損なわれてしまい、研磨布とウェーハＷとの摩擦もそれに乗じて上昇する。これらの複合要因により、直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハの場合に、本発明が解決すべき課題がより顕著に現れる。
【００４７】
（ウェーハの製造方法）
本発明に従うウェーハの製造方法は、これまで説明した本発明に従うウェーハの片面研磨方法による研磨工程を有することを特徴とする。該方法でウェーハを製造することで、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減し、その結果として研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減したウェーハを得ることができる。
【００４８】
本発明のウェーハの製造方法は、研磨加工を施す前段階のウェーハを用意する工程を含む。例えば、スライス工程→粗面取り工程→ラッピング工程→片面研削工程→仕上げ面取り工程→面取り部の鏡面研磨（ＥＭ）工程→エッチング工程を行う。次に、ウェーハ表面に対して、粗研磨工程および仕上げ研磨工程をこの順序で行う。この仕上げ研磨工程に、本発明の片面研磨方法を適用することができる。このようにして、ポリッシュト・ウェーハを得ることができる。さらに、ウェーハ表面に厚さ数μｍの単結晶シリコン層（エピタキシャル膜）を、エピタキシャル成長させることによって、エピタキシャルウェーハを製造したり、水素下または空気下でアニールして、アニールウェーハを製造しても良い。なお、上記粗研磨工程に対して本発明の片面研磨方法を適用することもできる。
【００４９】
以上、本発明を説明したが、これらは代表的な実施形態の例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【実施例】
【００５０】
本発明の効果をさらに明確にするため、以下に説明する実施例・比較例の実験を行った比較評価について説明する。
【００５１】
（実施例）
まず、表裏面が粗研磨された、直径４５０ｍｍ（半径ｒ＝２２５ｍｍ）のシリコンウェーハを用意した。このシリコンウェーハに対し、以下に説明する本発明にかかる片面研磨方法により、表面を仕上げ研磨した。仕上げ研磨には、図１に示す構成の片面研磨装置を用いた。研磨プラテンの半径Ｒは１２００ｍｍであり、研磨布にはスェードタイプのものを用いた。研磨布上に供給する研磨液は、砥粒として微粒コロイダルシリカを含む水酸化カリウム（ＫＯＨ）を主剤とするアルカリ水溶液を用いた。上下用モータにより研磨ヘッドを制御して、ウェーハＷを研磨布に押しつけた。その際、研磨プラテン上におけるウェーハＷの回転中心と研磨プラテンの回転中心との距離Ｌは、Ｌ≒０（具体的には３０ｍｍ）とした。その後、研磨液を供給しながら、ウェーハの回転速度４０ｒｐｍ、研磨プラテンの回転速度４０ｒｐｍで回転を始め、研磨加工を開始した。その後、ウェーハおよび研磨プラテンの回転中心間距離Ｌを変えることなく１０秒間研磨を続け、その後、１０ｍｍ／ｓの速度で研磨ヘッドを移動させ、ウェーハの回転中心を研磨プラテンの径方向外側に、研磨プラテンの回転中心からＲ／２だけ離れた位置まで直線的に移動させた。その後、回転中心間距離を変えることなく、さらに１８０秒研磨加工を継続した。このようなウェーハの研磨加工を、計３０枚行った。
【００５２】
他の実施例として、研磨加工開始時の中心間距離Ｌを種々の値に変更した以外は、上記と同様の方法でウェーハの研磨加工を行った。具体的には、Ｌ＝ｒ／４，Ｌ＝ｒ／２，Ｌ＝７ｒ／９，Ｌ＝８ｒ／９について、それぞれ３０枚の研磨加工を行った。
【００５３】
（比較例）
研磨加工開始時の中心間距離Ｌを種々の値に変更して本発明の範囲外とした以外は、実施例と同様の方法でウェーハの研磨加工を行った。具体的には、Ｌ＝ｒ，Ｌ＝１０ｒ／９，Ｌ＝１１ｒ／９について、それぞれ３０枚の研磨加工を行った。
【００５４】
（プラテン負荷電流の測定）
研磨加工開始時の中心間距離Ｌを種々の値とした実施例および比較例において、研磨加工中の研磨プラテンを回転させるモータの負荷電流値（以後、「プラテン負荷電流」という。）を測定した。比較例として、Ｌ＝ｒの場合のプラテン負荷電流値の経時変化を図５（ａ）に、実施例として、Ｌ＝ｒ／２，Ｌ＝ｒ／４，Ｌ≒０の場合の経時変化を図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）にそれぞれ示す。
【００５５】
図５（ａ）に示すとおり、比較例であるＬ＝ｒの場合には、図３（ｂ）に示した従来の片面研磨方法の場合と同等の過大なプラテン負荷電流が研磨開始時に観測された。一方、図５（ｂ），（ｃ），（ｄ）に示すとおり、実施例であるＬ＝ｒ／２，Ｌ＝ｒ／４，Ｌ≒０の場合には、研磨開始時のプラテン負荷電流が大幅に抑制されていることが分かった。
【００５６】
（スクラッチ発生率）
研磨加工開始時の中心間距離Ｌを種々の値とした実施例および比較例のそれぞれにおいて、研磨終了後にウェーハの被研磨面にスクラッチが観察されたウェーハの比率を図６に示した。
【００５７】
図６に示すとおり、Ｌ≧ｒの比較例では、９〜１０％程度の高いスクラッチ率であったのに対し、Ｌ＜ｒの実施例では、６％以下という低いスクラッチ率であった。特に、ｒ≦ｒ／２ではより低いスクラッチ率を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明によれば、研磨プラテンの中央領域で研磨加工を開始することで、研磨開始時に過大な研磨トルクが発生するのを防ぎ、その結果、研磨初期段階でウェーハ表面に生じるスクラッチを低減することで、研磨終了後のウェーハ表面のスクラッチも効果的に低減することが可能となった。
【符号の説明】
【００５９】
１０ 研磨ヘッド
１１ 研磨布
１２ 研磨プラテン
１２ａ 研磨プラテンの中央領域
１２ｂ 研磨プラテンの外周領域
１３ 第１モータ
１４ 第２モータ
１５ 研磨液供給機構
１６ 揺動用ガイド（可動機構）
１７ 揺動用モータ（可動機構）
１８ 上下用モータ（可動機構）
１９ 制御部
１００ 片面研磨装置
Ｗ ウェーハ
Ｏ１ ウェーハの回転中心
Ｏ２ 研磨プラテンの回転中心
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨ヘッドに保持された半径ｒのウェーハを、研磨プラテンの表面に固定された研磨布に押しつけ、研磨液を供給しながら前記研磨ヘッドおよび前記研磨プラテンを回転させることにより、前記ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す、ウェーハの片面研磨方法であって、
前記ウェーハの回転中心の初期位置が、前記研磨プラテンの回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内である配置の下に、研磨加工を開始する工程と、
前記ウェーハの回転中心を前記初期位置から前記研磨プラテンの径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する工程と、
を有することを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
【請求項２】
前記研磨加工継続工程では、前記ウェーハの回転中心を前記中央領域外の所定位置となるまで移動させ、
該所定位置に前記ウェーハの回転中心を固定して、研磨加工を継続する工程をさらに有する請求項１に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項３】
前記研磨プラテンの半径をＲとしたとき、前記所定位置がＰ≧Ｒ／２の外周領域である請求項２に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項４】
前記研磨加工開始工程は、前記ウェーハの被研磨面と前記研磨プラテン上の研磨布とを接触させ、その後、前記研磨ヘッドおよび前記研磨プラテンを回転させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項５】
前記ウェーハの回転中心の初期位置が、前記中央領域のうち、０＜Ｐとなる領域である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項６】
前記研磨加工継続工程では、前記ウェーハの回転中心を、前記初期位置から直線移動させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項７】
前記ウェーハが、直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハである請求項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法による研磨工程を有することを特徴とするウェーハの製造方法。
【請求項９】
半径ｒのウェーハを保持する研磨ヘッドと、
該研磨ヘッドと対向し、表面に固定された研磨布を有する研磨プラテンと、
該研磨ヘッドおよび研磨プラテンをそれぞれ回転させるための第１および第２モータと、
前記研磨布上に研磨液を供給する研磨液供給機構と、
前記研磨ヘッドと前記研磨プラテンとの相対移動を可能とする可動機構と、
該可動機構を制御する制御部と、
を有するウェーハの片面研磨装置であって、
該制御部は、研磨加工の開始にあたり、前記研磨プラテンの回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内に前記ウェーハの回転中心を配置させ、研磨加工中に、前記ウェーハの回転中心を前記初期位置から前記研磨プラテンの径方向外側へ移動させるように、前記可動機構を制御することを特徴とするウェーハの片面研磨装置。
【請求項１】
研磨ヘッドに保持された半径ｒのウェーハを、研磨プラテンの表面に固定された研磨布に押しつけ、研磨液を供給しながら前記研磨ヘッドおよび前記研磨プラテンを回転させることにより、前記ウェーハの被研磨面に研磨加工を施す、ウェーハの片面研磨方法であって、
前記ウェーハの回転中心の初期位置が、前記研磨プラテンの回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内である配置の下に、研磨加工を開始する工程と、
前記ウェーハの回転中心を前記初期位置から前記研磨プラテンの径方向外側へ移動させつつ、研磨加工を継続する工程と、
を有することを特徴とするウェーハの片面研磨方法。
【請求項２】
前記研磨加工継続工程では、前記ウェーハの回転中心を前記中央領域外の所定位置となるまで移動させ、
該所定位置に前記ウェーハの回転中心を固定して、研磨加工を継続する工程をさらに有する請求項１に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項３】
前記研磨プラテンの半径をＲとしたとき、前記所定位置がＰ≧Ｒ／２の外周領域である請求項２に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項４】
前記研磨加工開始工程は、前記ウェーハの被研磨面と前記研磨プラテン上の研磨布とを接触させ、その後、前記研磨ヘッドおよび前記研磨プラテンを回転させる請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項５】
前記ウェーハの回転中心の初期位置が、前記中央領域のうち、０＜Ｐとなる領域である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項６】
前記研磨加工継続工程では、前記ウェーハの回転中心を、前記初期位置から直線移動させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項７】
前記ウェーハが、直径４５０ｍｍ以上の大口径ウェーハである請求項１乃至６のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のウェーハの片面研磨方法による研磨工程を有することを特徴とするウェーハの製造方法。
【請求項９】
半径ｒのウェーハを保持する研磨ヘッドと、
該研磨ヘッドと対向し、表面に固定された研磨布を有する研磨プラテンと、
該研磨ヘッドおよび研磨プラテンをそれぞれ回転させるための第１および第２モータと、
前記研磨布上に研磨液を供給する研磨液供給機構と、
前記研磨ヘッドと前記研磨プラテンとの相対移動を可能とする可動機構と、
該可動機構を制御する制御部と、
を有するウェーハの片面研磨装置であって、
該制御部は、研磨加工の開始にあたり、前記研磨プラテンの回転中心からの距離Ｐが０≦Ｐ＜ｒである研磨プラテンの中央領域内に前記ウェーハの回転中心を配置させ、研磨加工中に、前記ウェーハの回転中心を前記初期位置から前記研磨プラテンの径方向外側へ移動させるように、前記可動機構を制御することを特徴とするウェーハの片面研磨装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１２４３７８（Ｐ２０１２−１２４３７８Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７４９０８（Ｐ２０１０−２７４９０８）
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月９日（２０１０．１２．９）
【出願人】（３０２００６８５４）株式会社ＳＵＭＣＯ (1,197)
【Ｆターム（参考）】
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