JP2001118814A - 絶縁層の研磨方法とこれに用いるウェハ用吸着治具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面が傾斜する絶縁層の当該表面を確実且つ容
易に平坦化できる絶縁層の研磨方法と、これに用いられ
絶縁層を成膜したウェハを確実且つ安定して吸着するウ
ェハ用吸着治具を提案する。 【解決手段】アルミナ等からなる絶縁層５ａを表面上に
成膜したウェハ１を、このウェハ１の裏面を減圧吸引す
るウェハ用吸着治具１６の底面２２に吸着し、係る治具
１６を回転する定盤１２の上に接近して配置し、該治具
１６に吸着した上記ウェハ１の絶縁層５ａの表面を上記
定盤１２の表面上に供給する研磨液１５中の多数のダイ
ヤモンド砥粒により研磨することにより、上記絶縁層５
ａの表面を平坦化する、絶縁層の研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ上において
多数の磁気ヘッドや集積回路用の素子等を製造する際
に、係るウェハ上に成膜した絶縁層の表面を平坦化する
ための研磨方法と、これに用いるウェハ用吸引治具に関
する。

【０００２】

【従来の技術】磁気ヘッドや集積回路素子(ＩＣ素子)
は、一般にウェハ上で複数の絶縁層を積層し、その間に
フォトリソグラフィー技術により、配線や回路素子等が
配設される。図４(Ａ)，(Ｂ)は、ＡｌＴｉＣ等のセラミ
ックからなる基板４４上に、リリース層４６を介してア
ルミナ等からなる絶縁層４８をスパッタリングにより成
膜したウェハ４０を示す。係るウェハ４０は位置決め用
の直線辺４２を有する。ところで、上記スパッタリング
は、複数のウェハ４０に対して同時に行われるため、一
部のウェハ４０上に成膜される絶縁層４８は、膜厚が数
％程度バラ付くことがある。係るバラ付きにより絶縁層
４８の表面が傾斜していると、製品の寸法等に差が生
じ、係る製品の性能が損なわれることがある。

【０００３】このため、成膜された絶縁層４８の表面を
平坦化するため、ラッピング、粗ポリッシュ、及び仕上
げポリッシュからなる表面研磨と鏡面加工が施される。
このうち、絶縁層４８の表面を平坦化するのに最も影響
するラッピングは、図４(Ｃ)に示すように、回転する金
属製の定盤５０の表面に、図示しないダイヤモンド砥粒
を含む研磨液を供給し、係る表面に絶縁層４８を成膜し
たウェハ４０を押し付けることより行われる。ウェハ４
０は、図示のように、錘を兼ねる押え治具５２の浅い凹
部５４内に、予め水を含浸させたバッククロス５６を介
して貼り付けられ、保持される。以上のような所謂バッ
ククロス法によれば、安価にラッピング(研磨)ができる
反面、クロス５６の硬さやへたりによりウェハ４０の吸
着状態が一定になりにくい。このため、絶縁層４８の表
面平坦化が不十分になる場合がある。しかも、ウェハ４
０自体が反っている場合、係るウェハ４０の吸着具合
は、治具５２と共に定盤５０の表面に押し付けても安定
しにくく、且つ係る吸着具合を確認することも困難であ
った。

【０００４】また、図４(Ｄ)に示すように、押え治具５
２の凹部５４内にバッククロス５６を挿入し、且つ絶縁
層４８の膜厚が厚い部分及びウェハ４０の反り量が大き
い部分の各裏面に相当する位置にスペーサー５８を配置
した状態で、研磨液が表面に供給されている定盤５０に
押し付ける所謂バックスペーサー法も行われている。上
記スペーサー５８には、図４(Ｅ)に示すように、板厚が
約１００μｍのＰＥＴ等の樹脂からなり、ウェハ４０の
反り具合と絶縁層４８の厚肉部を考慮した円弧形等を呈
する樹脂成形材が使用される。この方法によれば、スペ
ーサー５８に裏当てされた部分の絶縁層４８には、研磨
圧力が伝わり易い反面、上記クロス５６のみに裏当てさ
れた部分の絶縁層４８には、研磨圧力が伝わりにくいと
いう圧力分布の差が生じる。このため、絶縁層４８の表
面に研磨圧力のバラ付きが生じ易く、且つスペーサー５
８の形状やサイズにより研磨むらが生じるという問題が
あった。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】本発明は、以上に説明した従
来の技術における問題点を解決し、表面が傾斜する絶縁
層の当該表面を確実且つ容易に平坦化できる絶縁層の研
磨方法と、これに用いられ絶縁層を成膜したウェハを確
実且つ安定して吸着するウェハ用吸着治具を提案するこ
とを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面に成膜さ
れた絶縁層を有するウェハを真空を含む減圧状態で確実
に吸着することに着想して成されたものである。即ち、
本発明の絶縁層の研磨方法は、アルミナ等からなる絶縁
層を表面上に成膜したウェハを、該ウェハの裏面を減圧
吸引する治具により保持し、係る治具を回転する定盤の
上に接近して配置し、上記治具に吸着した上記ウェハの
絶縁層の表面を上記定盤の表面上に供給する多数の砥粒
により研磨することにより、上記絶縁層の表面を平坦化
する、ことを特徴とする。これによれば、ウェハは上記
治具に確実に吸着され、且つ係る吸着状態を常に一定に
保ち且つ再現することができるので、上記ウェハにおけ
る絶縁層の表面を確実に平坦化することが可能になる。
しかも、ウェハを吸着する操作も容易で且つウェハの反
り具合にも左右されることなく吸着状態にすることがで
きる。

【０００７】また、前記ウェハを吸着した前記治具の裏
面において、前記絶縁層のうち肉厚部分の裏面側に当た
る位置に更に錘を載置する、絶縁層の研磨方法も含まれ
る。これによれば、ウェハを吸着した治具自体が錘によ
り定盤の表面に一層圧力をもってウェハを押し付けるの
で、絶縁層のうち厚肉部分を優先的に研磨できる。従っ
て、ラッピング(研磨)工程の効率を高められる。尚、絶
縁層の表面が略平坦に研磨された後で、錘を取り外し更
に研磨を行うことも可能である。更に、絶縁層を表面上
に成膜したウェハの裏面と接触する底面と、この底面内
に一端が開口した複数の吸引孔と、係る吸引孔に連通す
る排気手段とを含む、ウェハ用吸着治具も含まれる。こ
れによれば、表面に絶縁層を成膜したウェハの裏面を治
具の底面に接触させ、且つ各吸引孔を介して排気手段か
らウェハと底面との接触部のエアを排出して減圧し、上
記ウェハの裏面を確実に吸着すると共に、絶縁層の表面
を上記治具の底面を基準にして正確に研磨することがで
きる。尚、上記吸着治具における底面には、各吸引孔の
一端が開口する複数の溝を形成すると吸引が一層容易に
なる。また、上記治具の底面の上方には、前記錘を載置
するのに適したリングや段部等を設けると良い。更に、
錘の形状も係るリングや段部に載せ易い断面形状で且つ
平面視で円弧形状を有することが望ましい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下において本発明の実施に好適
な形態を図面と共に説明する。図１(Ａ)は、本発明が適
用されるウェハ１を示す。ウェハ１は、位置決め用の直
線辺３を有し、図１(Ｂ)に示すように、ＡｌＴｉＣ等の
セラミックからなる基板２上に、銅等からなるリリース
層４を介してデバイス層５を表面に形成している。デバ
イス層５は、図１(Ｃ)にも示すように、スパッタリング
によりアルミナ等からなる複数の絶縁層５ａ〜５ｄを積
層し、且つ最上段の絶縁層５ｄの表面に磁気接触パッド
７と補助パッド８とを所定の位置に突設している。係る
デバイス層５は、図１(Ｂ),(Ｃ)中に示す破線の位置で追
って分離され、上記パッド７，８を有する個別の磁気ヘ
ッド６とされる。尚、各磁気ヘッド６の絶縁層５ａ〜５
ｄ内には、公知のフォトリソグラフィー技術により、図
示しない電極パッド、配線、コイル、及び、コア等が内設さ
れる。

【０００９】上記絶縁層５ａ〜５ｄは、図１(Ｄ)に示す
ように、支持盤９上に複数のウェハ１を固定し、各ウェ
ハ１のリリース層４の上、又は直前に成膜された絶縁層
５ｎの上にアルミナをスパッタすることにより成膜され
る。この際、支持盤９上にセットされるウェハ１の位置
によっては、図１(Ｅ)に示すように、絶縁層５ａの膜厚
ｔが±数％程度バラ付くため、その表面が僅かに傾斜す
ることがある。絶縁層５ａの表面が傾斜していると、製
品である磁気ヘッド６の寸法等に差が生じ、その性能を
損なうことがある。従って、絶縁層５ａ〜５ｄは、各々
を成膜した直後にその表面を平坦にするため、絶縁層５
ａ〜５ｄの各表面を基板２の表面と平行な表面にするこ
とが必要となる。

【００１０】絶縁層５ａ〜５ｄの表面を平坦化するに
は、回転する定盤上に供給するダイヤモンド砥粒により
研磨するラッピング工程、コロイダルシリカと不織布を
用いる粗ポリッシュ工程、及びコロイダルシリカとスウ
ェードを用いる仕上げポリッシュ工程を行う。これらの
うち、上述した平坦化に最も影響する上記ラッピング工
程を以下のように改善したのが本発明の研磨方法であ
る。図２(Ａ)は、表面に絶縁層５ａを成膜したウェハ１
のラッピング工程とこれに用いる研磨装置１０を示す。

【００１１】図２(Ａ)に示すように、研磨装置１０は、
金属製の定盤１２とその表面にウェハ１を吸着しつつ押
し付けるウェハ用吸着治具１６とからなる。定盤１２
は、図示しないモータに接続された回転軸１４により約
３０〜１５０ｒｐｍの速度で回転される。係る定盤１２
の表面には、平均粒径１０μｍ以下のダイヤモンド砥粒
を多数含有する研磨液１５が薄い液膜として連続供給さ
れる。一方、ウェハ用吸着治具１６は、図２(Ｂ)及び図
３(Ａ)，(Ｂ)に示すように、アルミナ等のセラミックか
らなり円筒形の本体２０を有する円盤１８と、その上に
固定したアルミニウム合金製のリング３０とを含む。

【００１２】上記円盤１８は、表面に絶縁層５ａを成膜
したウェハ１の基板２(裏面)が接触する底面２２を本体
２０の下端に有し、且つこの底面２２内に一端が開口し
且つ本体２０を貫通する複数の吸引孔２６を有してい
る。図２(Ｂ)と図３(Ａ)に示すように、底面２２のには
断面角形で縦・横複数本の細溝２４が互いに直交して格
子模様に形成され、細溝２４同士の交点で且つ互いに略
等間隔の位置に、上記各吸引孔２６の一端がそれぞれ開
口されている。また、円盤１８の上方で且つリング３０
の中空部３２内には、各吸引孔２６に連通する複数のパ
イプ２７と、これらのパイプ２７を一つの排気孔に結束
する収束部２８と、この収束部２８から図示しない真空
ポンプ(排気手段)に連通する基パイプ２９とが配置され
ている。

【００１３】図２(Ｂ)及び図３(Ｂ)に示すように、リン
グ３０上には、円盤１８及びウェハ１に数ｋｇの偏心荷
重を与える錘３４が載置される。係る錘３４は、リング
３０に倣った円弧形の本体３６と、この本体３６からリ
ング３０の中空部３２内に垂下する段部３８とを有する
と共に、鋼材等の高い比重の素材からなり且つウェハ１
に加える上記偏心荷重の約２倍程度の重量を有する。そ
して、ウェハ１に成膜した絶縁層５ａのうち、膜厚の厚
い部分の裏面側に相当するリング３０上の位置に載置さ
れ、絶縁層５ａの表面を研磨する際の圧力にレート差を
与えている。

【００１４】ここで本発明の研磨(ラッピング)方法につ
いて説明する。先ず、前述したスパッタリングにより表
面に絶縁層５ａを成膜したウェハ１を用意する。次に、
図２(Ｂ)に示すように、係るウェハ１をその基板２を円
盤１８の底面２２に接触させ、この状態で図示しない真
空ポンプを駆動し基パイプ２９、収束部２８、及び各パ
イプ２７を介して底面２２の各細溝２４内のエアを排気
し減圧しつつ、ウェハ１を底面２２に吸着する。この
際、底面２２の各細溝２４を介してウェハ１の基板２の
裏面を略均一に吸着するので、ウェハ１はその反りを矯
正され、且つ底面２２を基準面として常に同じ状態で吸
着・保持される。

【００１５】次いで、吸着治具１６のリング３０におけ
る所要の位置に錘３４を載置する。これに先立ち、予め
ウェハ１の表面に成膜した絶縁層５ａの膜厚分布を公知
の膜厚測定手段により測定しておき、絶縁層５ａのうち
膜厚が厚肉の部分をウェハ１上で例えば前記直線辺３と
の位置関係や距離等から把握しておくようにする。従っ
て、錘３４は、絶縁層５ａのうち膜厚の厚い部分の裏面
側に相当するリング３０の位置に載置することにより、
絶縁層５ａの表面を研磨する際に、上記絶縁層５ａの厚
肉部分に対し更に数ｋｇの偏心荷重が与えられる。

【００１６】そして、図２(Ａ)，(Ｂ)に示すように、ウ
ェハ１を吸着し且つ錘３４をセットした治具１６を図示
しないホルダに固定し、約２５〜１００ｇ/ｃｍ²の圧力
で回転する定盤１２の表面に押し付ける。この際、定盤
１２の表面に供給される研磨液１５中の多数のダイヤモ
ンド砥粒が絶縁層５ａの表面、特に錘３４により加圧さ
れた膜厚の厚肉部分を優先的に研磨する。そして、絶縁
層５ａ中の膜厚差が小さくなった時点で錘３４を取り外
し、再度定盤１２の表面に押し付ける。この結果、絶縁
層５ａの表面を常に確実且つ迅速に平坦化することがで
きる。尚、研磨液１５は常時連続供給され、ダイヤモン
ド砥粒を研磨面に供給すると共に、係る研磨により除去
されたアルミナの微粉を研磨面から排出する。

【００１７】

【実施例】ここで本発明の研磨方法についての具体的な
実施例を説明する。直径約１５０ｍｍのウェハ１の表面
に対しアルミナをスパッタリングし、膜厚が約２０μｍ
の絶縁層５ａを成膜した。この絶縁層５ａの表面におけ
る膜厚差は１．８μｍであった。係るウェハ１を上記吸
着治具１６に吸着保持し且つ絶縁層５ａの厚肉部分の上
方に約２．４ｋｇの錘３４を載置して、前記速度で回転
する定盤１２の表面に前記圧力にて押し付けた状態で約
１０分間に渉り研磨した。その結果、絶縁層５ａの表面
における膜厚差は約１μｍに低減した。更に、上記錘３
４による偏心荷重を伴う研磨を１．５分間追加して行っ
た。この結果、ウェハ１上の絶縁層５ａの表面における
膜厚差を０．２μｍに低減することができた。

【００１８】本発明は以上において説明した形態に限定
されるものではない。例えば、スパッタリング時の位置
等により絶縁層５ａ中の膜厚差が比較的小さい場合に
は、前記錘３４を用いることなく、係る絶縁層５ａを有
するウェハ１を前記吸着治具１６に吸着し且つ定盤１２
に押し付けて研磨することもできる。また、上記治具１
６の円盤１８における底面２２には、前記格子模様を形
成する細溝２４に限らず、係る底面２２の平面方向に沿
って連続する微細な凹凸群を有する凹凸模様を形成して
も良い。更に、前記錘３４を上記治具１６の所定の位置
に載置する際、錘３４が前記リング３０を挟む断面形状
としたり、或いは錘３４の底面に突設したピンをリング
３０又は円盤１８の上面に穿設した孔内に挿入して位置
決めすることもできる。尚、本発明の研磨方法は、既設
の絶縁層５ａ等に内設した配線等の回路素子を含めて研
磨することもできる。また、ウェハ上に成膜される酸化
シリコン等からなる絶縁層に対しても適用可能である。

【００１９】

【発明の効果】以上において説明した本発明の研磨方法
によれば、表面に絶縁層を成膜したウェハは、その反り
量に影響されずに、吸着治具に確実に吸着され、係る吸
着状態を常に一定に保ち且つ確実に再現することができ
る。従って、絶縁層の表面を確実に平坦化することが可
能になる。しかも、上記ウェハを吸着する操作も容易で
且つ絶縁層の傾斜程度に左右されることなく吸着状態に
することができる。また、請求項２の研磨方法によれ
ば、ウェハを吸着した治具自体が錘により定盤の表面に
一層圧力を加えてウェハを押し付けるので、絶縁層のう
ち厚肉部分を優先的に研磨できる。従って、研磨工程の
効率を高めることが可能になる。更に、本発明のウェハ
用吸着治具によれば、表面に絶縁層を成膜したウェハを
その底面に接触させ、且つ各吸引孔を介して排気手段か
ら底面付近のエアを排出することにより、上記ウェハと
底面の間を減圧し係るウェハの裏面を確実に吸着すると
共に、上記絶縁層の表面を精度良く研磨することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)は本発明が適用されるウェハの概略図、
(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ線に沿った断面図、(Ｃ)は(Ｂ)中
の部分拡大図、(Ｄ)は係る複数のウェハに施すスパッタ
リングの状態を示す概略図、(Ｅ)は絶縁層を表面に成膜
したウェハの部分断面図。

【図２】(Ａ)は本発明の研磨方法を示す概略図、(Ｂ)は
これに用いる本発明のウェハ用吸着治具の断面図。

【図３】(Ａ)，(Ｂ)は図２(Ｂ)に示した吸着治具を互い
に異なる角度から見た斜視図。

【図４】(Ａ)は絶縁層を表面に成膜した一般的なウェハ
の概略図、(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ線に沿った断面図、
(Ｃ)と(Ｄ)はそれぞれ従来の研磨方法を示す概略図、
(Ｅ)は(Ｄ)の研磨方法に用いるスペーサーの斜視図。

【符号の説明】

１……………ウェハ ５ａ〜５ｄ…絶縁層 １２…………定盤 １５…………研磨液(砥粒) １６…………ウェハ用吸着治具 ２２…………底面 ２６…………吸引孔 ３４…………錘

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｈ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アルミナ等からなる絶縁層を表面上に成膜
   したウェハを、該ウェハの裏面を減圧吸引する治具によ
   り保持し、係る治具を回転する定盤の上に接近して配置
   し、上記治具に吸着した上記ウェハの絶縁層の表面を上
   記定盤の表面上に供給する多数の砥粒により研磨するこ
   とにより、上記絶縁層の表面を平坦化する、ことを特徴
   とする絶縁層の研磨方法。
2. 【請求項２】前記ウェハを吸着した前記治具の裏面にお
   いて、前記絶縁層のうち肉厚部分の裏面側に当たる位置
   に更に錘を載置する、 ことを特徴とする請求項１に記載の絶縁層の研磨方法。
3. 【請求項３】絶縁層を表面上に成膜したウェハの裏面と
   接触する底面と、この底面内に一端が開口した複数の吸
   引孔と、係る吸引孔に連通する排気手段とを含む、こと
   を特徴とするウェハ用吸着治具。