JPH10277931A - 硬質基板の製造方法およびその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨クロスとの接触研磨と、研磨液との接触
によるフロート研磨との両方の利点を得ることができ、
これにより表面欠陥を大幅に改善することができる硬質
基板の製造方法およびその製造装置を提供する。 【解決手段】 保持部６によりワーク１０に荷重をかけ
て研磨する。接触研磨を終了する際、排出弁５を閉じ
る。研磨クロス２の上面に研磨液７１の液溜めを形成す
る。保持部６による荷重を取り除き、ワーク１０を研磨
クロス２から徐々に離脱させる。ワーク１０と研磨クロ
ス２との間に適度な水膜が形成される位置に止まるよう
に保持する。ワーク１０を研磨クロス２から離脱させフ
ロート研磨をする。定盤１中心から外周方向にかけて水
平方向のオシュレーションを与える。研磨クロス２上に
研磨液７１に替えリンス水７２を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、半導体ウェハ、磁気デ
ィスク、光学レンズといった硬質基板であるワークを加
工する製造方法および製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】硬質基板、例えば半導体ウェハを製造す
るにあたっては、半導体ウェハを何らかの方法により保
持し、研磨荷重を与え、その研磨面を研磨クロスに当接
させて研磨して得られる。この研磨クロスによる研磨に
おいては、アルカリ性のシリカ溶液などの研磨液を研磨
クロス表面に供給し、研磨クロスと半導体ウェハとの摩
擦、研磨液中の砥粒による研磨、および研磨液による化
学的研磨の３つの総合的な研磨作用により研磨する、い
わゆるメカノケミカルな研磨がなされている。

【０００３】ところが、このように硬質基板を研磨クロ
スに当接した状態で研磨すると、研磨面に研磨クロスの
表面形状が転写されたり、スクラッチ等の表面欠陥が生
じたりすることから、これを改善する方法としては例え
ば特開平５−１７７５３３号や特開平５−１７７５３３
号の公開公報に示された研磨方法がある。これらは、い
ずれも研磨中において研磨荷重を制御し、高荷重と低荷
重の組み合わせを変化させ、これにより表面欠陥を改善
するものである。

【０００４】また、研磨クロスを使用せず、研磨するワ
ークを研磨液に浮遊した状態にして研磨する、いわゆる
フロート研磨も多数出願されており（特開平７−９６４
５０号、特開平７−１２４８６１号など）、これらはワ
ークと研磨液との接触のみにより研磨するものであり、
液溜めを形成できるターンテーブルの上面に研磨液の流
れを形成するために凹凸を設けており、これにより研磨
面の平坦度を高めることを目的としたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た荷重を変化させて研磨する方法は、あくまで研磨クロ
スとの接触研磨であり、この接触の影響による表面欠陥
を完全に取り除くことは困難であるという問題点があ
る。すなわち、研磨クロスとの接触研磨ではその仕上が
りにおける面粗さには限界がある。また、上記したフロ
ート研磨においては、効果的な研磨を得るために研磨液
に十分な流速を与えなくてはならず、この高い流速の影
響による波状や研磨液の外方向への偏向による厚さムラ
といった表面欠陥が残りやすいという問題点がある。さ
らに、フロート研磨の殆どでワークの保持が流速による
浮揚を利用しているが、この浮揚ではワークは不安定で
あり、これにより厚さムラや停止後の再接触といった危
険をはらんでいるという問題点がある。本発明は上記問
題点に鑑みてなされたもので、研磨クロスとの接触研磨
と、研磨液との接触によるフロート研磨との両方の利点
を得ることができ、これにより表面欠陥を大幅に改善す
ることができる硬質基板の製造方法およびその製造装置
を提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため本発明では、硬
質基板の製造方法を、硬質基板に研磨荷重を与え、研磨
クロスに接触させて該硬質基板を研磨した後に、研磨ク
ロス表面に研磨クロスと前記硬質基板との間に水膜を形
成するに足る深さの液溜めを形成すると共に、前記研磨
荷重を取り除くことにより前記硬質基板を研磨クロスと
の接触から離脱させて、前記硬質基板の表（ひょう）面
を加工液により加工するようにしたものである。

【０００７】また、硬質基板の裏面を保持し、該硬質基
板のおもて面を研磨クロスおよびその上の加工液により
加工する硬質基板の製造方法において、前記硬質基板を
前記研磨クロスに押圧して研磨した後に、前記硬質基板
のおもて面が前記研磨クロスに当接せず、且つ加工液か
ら離脱しない状態で前記おもて面を加工するようにした
ものである。

【０００８】さらに、硬質基板の製造装置を、表面に研
磨クロスを敷設した定盤と、該定盤の外周部に沿って立
設され、前記研磨クロスの上面に液溜めを形成できるよ
うに設けられた外周壁と、前記研磨クロスの上方で昇降
可能に設けられ、その底面に硬質基板を保持するように
設けられた保持ヘッドとからなるようにしたものであ
る。

【０００９】また、硬質基板の片面を保持し、該硬質基
板を水平方向に回転させるように設けられたトップリン
グと、該トップリングを昇降させる昇降機構と、硬質基
板を研磨する研磨クロスと、該研磨クロスを回転させる
ターンテーブルと、前記研磨クロスの上面に加工液を供
給する供給手段と、前記ターンテーブルの外周部に設け
られ、供給された前記加工液をせき止めることができる
外周壁と、該研磨クロス上面に供給された加工液の排出
を制御する排出弁とからなるようにしたものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明では、従来と同様の研磨ク
ロスに押圧した接触研磨を行うと共に、この研磨クロス
の表面形状の転写を解消する目的で、研磨クロスと非接
触の状態で加工するもので、研磨クロス上に研磨液やエ
ッチング液といった加工液の液溜めを形成して、硬質基
板の研磨面を研磨クロスから離脱させるように上昇さ
せ、研磨面が加工液の液溜めに漬かった状態で、しかも
この研磨面が外気に触れない状態を維持して、研磨液に
よるメカノケミカルなフロート研磨、またはエッチング
液によるエッチングを行うものである。

【００１１】さらに、この加工液による加工の後は、加
工液をリンス水に交換し、これにより加工表面を洗浄し
て終了することにより、その後の工程をより簡素化し
て、作業効率を大幅に向上させることができる。

【００１２】また、この製造方法を実施するにあたって
は、従来の研磨クロスを敷設した定盤の外周面に液溜め
を形成できるように外周壁を形成し、研磨クロス表面に
研磨加工液を供給することにより、適切な深さの液溜め
を形成できる製造装置により加工するようにしたもので
ある。

【００１３】さらに、排出弁を設け、従来と同様の接触
研磨においてはこの排出弁を開放して、研磨液を排出
し、上記した加工液のみによる加工を行う際には排出弁
を閉じて液溜めを形成できるようにしたものである。ま
た、上記した研磨液からリンス水、またはエッチング液
などへの交換についても、この排出弁の開閉により行わ
れる。

【００１４】従来のフロート研磨と本発明におけるフロ
ート研磨との大きな相違点は、その研磨液の流速とワー
クの保持方法にある。すなわち、研磨液の流速を極力遅
くして、速い流速による影響を解消すると共に、ワーク
の保持を浮揚ではなく強制的な保持にすることにより、
厚さムラなどの不具合を改善したものである。

【００１５】尚、本発明における研磨クロスとの接触研
磨としては、従来と同様の粗研磨または仕上げ研磨を行
い、その後に非接触のフロート研磨を行う。したがっ
て、粗研磨からフロート研磨への直接の移行においては
仕上げ研磨を兼ねたフロート研磨を行うことができ、仕
上げ研磨からの移行においてはさらに面粗さを改善した
研磨ができる。

【００１６】また、接触研磨またはフロート研磨から、
砥粒を含まないエッチング液に加工液を交換して、研磨
において発生する加工歪みをエッチングにより除去する
ことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明に係る製造装置の模式図、図２は本
発明に係る製造方法を示す模式図、図３は本実施例のそ
れぞれの加工による仕上がりにおける面粗さを比較する
グラフである。

【００１８】図１に示すように、本実施例の製造装置
は、水平方向に回転する定盤１と、定盤１の上面に敷設
された研磨クロス２と、研磨クロス２の上面に研磨液、
エッチング液などの加工液またはリンス水といった処理
液７を供給する処理液供給口３と、供給された処理液７
をせき止めることができるように定盤１の外周部を囲ん
で設けられた外周壁４と、処理液７を排出する排出弁５
と、加工するワーク１０を保持して水平方向に回転する
と共に、定盤１の上方で昇降可能に設けられた保持部６
とからなる。

【００１９】保持部６の昇降は、例えば電空レギュレー
ターによる昇降機構（図示せず）によって制御され、ワ
ーク１０が研磨クロス２から離脱した際に、その研磨面
が液溜めされた処理液７の液面から出ないような高さに
停止できるように設けられている。

【００２０】次に本実施例の研磨方法について説明す
る。図２（ａ）に示すように、接触研磨においては保持
部６によりワーク１０に荷重をかけて研磨する。この接
触研磨は従来と同様の研磨であり、保持部６によりワー
ク１０を水平方向に自転させながら研磨クロス２に当接
させると共に、研磨クロス２を同様に水平回転させて研
磨する。

【００２１】図２（ｂ）に示すように、接触研磨を終了
する際、排出弁５を閉じることにより研磨クロス２の上
面に研磨液７１の液溜めを形成する。この液溜めの深さ
はワーク１０を上昇させた際に、研磨クロス２が回転し
た状態において研磨クロス２とワーク１０の間に水膜が
形成され、ワーク１０の研磨面が外気に晒されないよう
な深さであり、例えば0.5 〜 5.0mm程度が好適である。

【００２２】十分な液溜めが形成されたなら、保持部６
による荷重を取り除き、ワーク１０を研磨クロス２から
徐々に離脱させる。このワーク１０の研磨クロス２から
の離脱は、従来の浮揚によるものとは異なり、ワーク１
０と研磨クロス２との間に適度な水膜が形成される位置
に止まるように保持する。

【００２３】この際、定盤１の回転と、研磨クロス２と
研磨液７１との間の摩擦力により研磨液７１には、その
回転と同方向の水流がすでに発生している。研磨液７１
の流速としては、従来技術において発生していた高い流
速の影響や外方向への偏向による表面欠陥が発生しない
速度が望ましく、その流速としては０〜３０ｒｐｍ程度
が好適である。

【００２４】また、研磨液７１に流れのない、すなわち
流速０ｒｐｍでは砥粒液７１が停滞して、研磨効率がや
や悪いことから、さらに望ましくは５〜２０ｒｐｍ程度
になるように定盤１を回転させる。

【００２５】砥粒液７１の液溜めに十分な深さと流速を
得られ、ワーク１０を研磨クロス２から離脱することに
よりフロート研磨が行われる。この際、研磨仕上がりを
より均一とするために、定盤１の中心から外周方向にか
けて水平方向のオシュレーションを与える。

【００２６】このフロート研磨が概ね終了する頃に、リ
ンスに移行する。このリンスは図２（ｃ）に示すよう
に、先に供給した研磨液７１に替えリンス水７２を供給
すると同時に、排出弁５から研磨液７１を排出すること
により行われ、供給レートと排出レートとが同等になる
ように制御することにより、液溜めの深さが変化しない
ようする。

【００２７】図３に示すように、従来の粗研磨と仕上げ
研磨によって得られる表面粗さは、それぞれＲＭＳ１０
〜１３Å、ＲＭＳ３〜４Åであったものが、本発明の研
磨方法によるとさらに向上し、ＲＭＳ２Å程度となる。

【００２８】また、本発明の研磨方法によると、従来の
フロート研磨専用機器を使用した研磨方法とは異なり、
通常研磨とフロート研磨を連続して行うため、別々の装
置に投入した場合に必要な中間洗浄やロスタイムが発生
せず、非常に効率的であることが言える。

【００２９】さらに、通常の接触研磨、フロート研磨、
リンスを連続して行うことにより、従来、研磨クロスに
もぐり込んだ砥粒や研磨屑により発生していた再エッチ
ングを起因とした欠陥やスクラッチの防止もできる。ま
た、接触研磨で生じる加工歪も除去できる。

【００３０】ここで表面の加工歪を比較する。たとえ
ば、２つの群の半導体ウェハについて特願平８−２９９
１９９号に示した「半導体ウェハの加工歪層深さの測定
方法」により、その深さを測定すると、従来の接触研磨
による仕上げ研磨で得られた半導体ウェハについては、
エッチング（ＳＣ−１液）取代を１０ｎｍ以上とするこ
とにより良品率が９０％で一定値となった。一方、本案
の製造方法のフロート研磨で得られた半導体ウェハにつ
いては、エッチング前の良品率が９０％で、１ｎｍ以上
とすることにより良品率が１００％で一定値となった。
したがって、従来の仕上げ研磨による加工歪層の深さは
１０ｎｍ以下で、本案のフロート研磨の場合は１ｎｍ以
下であり、加工歪層の深さは大幅に浅くなり、しかもそ
の良品率も向上していることがわかる。

【００３１】尚、上記したフロート研磨の後またはフロ
ート研磨に替えて、砥粒を含有しないアルカリ性又は酸
性のエッチング液により加工するにあたっては、フロー
ト研磨の後またはフロート研磨の為の研磨液の供給に替
えて、エッチング液を供給すればよい。特に、フロート
研磨に引き続きエッチングを行うことにより、フロート
研磨において残存した加工歪を略完全に除去できる。

【００３２】

【発明の効果】本発明では以上のように構成したので、
研磨クロスとの接触研磨と、非接触状態でのフロート研
磨またはエッチングとの両方の利点を得ることができ、
これにより研磨における表面欠陥を大幅に改善すること
ができるという優れた効果がある。また、本発明におけ
る加工は、従来のフロート研磨専用機器によるものとは
異なり、接触研磨と非接触研磨を連続して行うことから
非常に作業効率がよいという優れた効果がある。さら
に、接触研磨において発生していた研磨屑によりエッチ
ング欠陥やスクラッチを防止すると共に、この接触研磨
による加工歪を除去できるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨装置の模式図である。

【図２】本発明に係る研磨方法を示す模式図である。

【図３】本実施例のそれぞれの研磨による仕上がりにお
ける面粗さを比較するグラフである。

【符号の説明】

１‥‥‥定盤 ２‥‥‥研磨クロス ３‥‥‥処理液供給口 ４‥‥‥外周壁 ５‥‥‥排出弁 ６‥‥‥保持部 ７‥‥‥処理液 ７１‥‥研磨液 ７２‥‥リンス水 １０‥‥ワーク

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 硬質基板に研磨荷重をあたえ、研磨クロ
   スに接触させて該硬質基板を研磨した後に、研磨クロス
   表面に研磨クロスと前記硬質基板との間に水膜を形成す
   るに足る深さの液溜めを形成すると共に、前記研磨荷重
   を取り除くことにより前記硬質基板を研磨クロスとの接
   触から離脱させて、前記硬質基板の表（ひょう）面を加
   工液により加工することを特徴とする硬質基板の製造方
   法。
2. 【請求項２】 硬質基板の裏面を保持し、該硬質基板の
   おもて面を研磨クロスおよびその上の加工液により加工
   する硬質基板の製造方法において、前記硬質基板を前記
   研磨クロスに押圧して研磨した後に、前記硬質基板のお
   もて面が前記研磨クロスに当接せず、且つ加工液から離
   脱しない状態で前記おもて面を加工することを特徴とす
   る硬質基板の製造方法。
3. 【請求項３】 表面に研磨クロスを敷設した定盤と、該
   定盤の外周部に沿って立設され、前記研磨クロスの上面
   に液溜めを形成できるように設けられた外周壁と、前記
   研磨クロスの上方で昇降可能に設けられ、その底面に硬
   質基板を保持するように設けられた保持ヘッドとからな
   ることを特徴とする硬質基板の製造装置。
4. 【請求項４】 硬質基板の片面を保持し、該硬質基板を
   水平方向に回転させるように設けられたトップリング
   と、該トップリングを昇降させる昇降機構と、硬質基板
   を研磨する研磨クロスと、該研磨クロスを回転させるタ
   ーンテーブルと、前記研磨クロスの上面に加工液を供給
   する供給手段と、前記ターンテーブルの外周部に設けら
   れ、供給された前記加工液をせき止めることができる外
   周壁と、該研磨クロス上面に供給された加工液の排出を
   制御する排出弁とからなることを特徴とする硬質基板の
   製造装置。
5. 【請求項５】 ターンテーブルの外周部に設けられた外
   周壁が着脱自在に設けられたことを特徴とする請求項３
   または４記載の硬質基板の研磨装置。