JP2001138225A

JP2001138225A - 半導体用ウエハの鏡面研磨方法

Info

Publication number: JP2001138225A
Application number: JP32787299A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Nishimoto; 康西本
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-22

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体用ウエハの鏡面加工面が外周部のみ研
磨が促進されされないようにすることによって、半導体
用ウエハの平坦度を向上させる半導体用ウエハの鏡面研
磨方法を提供する。【解決手段】定盤の表面に貼着された研磨布２に半導
体用ウエハ３を加圧しながら移動させることにより、半
導体用ウエハの表面を平坦度の高い鏡面に研磨仕上げす
る半導体用ウエハの鏡面研磨方法において、前記半導体
用ウエハ３が、前記研磨布２の全領域、及び前記半導体
用ウエハの一部が前記研磨布の外周縁よりはみ出した範
囲Ｌ₁ まで移動する。このように、半導体用ウエハ３の
外周部を研磨布の外周縁からはみ出させる（オーバーハ
ングさせる）ことにより、外周部の研磨を遅らせて半導
体用ウエハの外周部の過分の研磨量を相殺し、平坦度の
精度低下を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体用ウエハの
片面または両面を鏡面仕上げする半導体用ウエハの鏡面
研磨方法に関し、より詳細には、仕上げ面の平坦度を従
来よりも高精度にすることができる半導体用ウエハの鏡
面研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体用ウエハの鏡面研磨には、半導体
用ウエハの片面だけを鏡面研磨する場合と、両面を鏡面
研磨する場合がある。図３（ａ）は、半導体用ウエハの
片面鏡面研磨に使用される鏡面研磨装置の概要の説明図
であり、定盤１には、平坦面に仕上げられた表面に研磨
布２が貼着され、定盤１の中心を回転軸１ａとして回転
可能に構成されている。また、定盤１の上方には加圧・
回転ヘッド５が配設されている。このヘッド５は、定盤
１の中心から偏位した位置にある回転軸５ａにより上下
動可能に構成され、また回転軸５ａを中心として回転可
能に構成されている（図４参照）。

【０００３】この鏡面研磨装置により半導体用ウエハ３
を片面鏡面研磨するには、半導体用ウエハ３の裏面（非
加工面）３ｂにワックス等を塗布して高精度の平坦度を
有するリファレンスプレート４の表面に貼り付け、次
に、半導体用ウエハ３を貼り付けた面を下向きにしてリ
ファレンスプレート４をヘッド５の下面に取り付ける。
その後、ヘッド５を定盤１に押しつけながら公転および
自転させる。尚、図示しないがヘッド５の下面に開口す
るスラリ供給チューブから、研磨剤が混入されたスラリ
を研磨布２に供給するように構成されている。半導体用
ウエハ３は、研磨布２表面の外周縁から５〜２０mm程度
外側の領域Ａ（図４参照）を摺動（移動）する。その結
果、半導体用ウエハ３の加工面３ａは鏡面加工される。

【０００４】図５（ａ）は、半導体用ウエハ３の両面鏡
面研磨に使用される鏡面研磨装置の概要の説明図であ
り、下部定盤１Ｙの上方に上下動可能な上部定盤１Ｘが
設けられ、上部定盤１Ｘおよび下部定盤１Ｙの相対向す
る表面には、研磨布２Ｘおよび２Ｙが貼着されている。
そしてまた、スラリ供給用チューブ（図示せず）から、
研磨剤を混入したスラリが研磨布２Ｘ上に供給されるよ
うに構成されている。また、研磨中の半導体用ウエハ３
を保持するキャリア治具６は、円板形状に形成され、表
裏を貫通する複数のウエハ収容孔６ａと、外周面にギア
部６ｂが設けられている。更に、定盤１Ｘの外周側に、
キャリア治具６のギア部６ｂが噛み合い可能なインター
ナルギア７が設けられ、インターナルギア７の中心に
は、ギア部６ｂが噛み合い可能な太陽ギア８が設けられ
ている。

【０００５】そして、前記鏡面研磨装置を用いて、半導
体用ウエハ３の両面を鏡面加工するには、上部定盤１Ｘ
を上昇させておき、キャリア６をインターナルギア７及
び太陽ギア８と噛み合うようにセットし、半導体用ウエ
ハ３をキャリア６のウエハ収容孔６ａ内に挿入する。こ
のとき、キャリア６の板厚は半導体用ウエハ３の厚さ寸
法より薄いので、半導体用ウエハ３の両面はキャリア６
の両面より僅かに突出している。

【０００６】この状態から、上定盤１Ｘに一定の圧力を
かけながら太陽ギア８を回転させると、キャリア６が太
陽ギア８の周りを公転しながら、自転する遊星運動を行
う。その結果、両研磨布２Ｘおよび２Ｙに挟圧された半
導体用ウエハ３の両面は、研磨剤混入スラリの供給を受
けながら次第に鏡面加工される。両研磨布２Ｘおよび２
Ｙに挟圧されながら摺動する半導体用ウエハ３の遊星運
動の範囲Ｂは、図６に示したように、通常、両研磨布２
Ｘおよび２Ｙの外周縁から１５ｍｍ程度内側に入った領
域である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の片
面鏡面研磨および両面鏡面研磨方法には、次のような技
術的課題があった。（１）片面鏡面研磨では、図３（ｂ）、図４に示すよう
に、半導体用ウエハ３を押圧する研磨布２の加圧面は圧
縮変形するが、加圧面の外側は圧縮変形しないため、そ
の境界部分に形成される鉢状のテーパ面２ａが半導体用
ウエハの外周部に接触する。そのため、テーパ面２ａの
弾性力を受ける半導体用ウエハ３の外周部の研磨が促進
され、半導体用ウエハ３の鏡面仕上げ面の平坦度精度が
低下するという技術的課題があった。

【０００８】（２）両面鏡面研磨においても、図５、６
に示すように、片面研磨と同様の理由により研磨布２
Ｘ、２Ｙの表面にテーパ面（図５では研磨布２Ｘのテー
パ面２Ｘａのみを示す）が生じて、半導体用ウエハ３の
外周部の研磨が促進される。そのため、半導体用ウエハ
３の鏡面仕上げ面の平坦度精度が低下するという課題が
あった。

【０００９】本発明はかかる技術的課題を解決するため
になされたものであって、半導体用ウエハの鏡面加工面
が外周部のみ研磨が促進されないようにすることによっ
て、半導体用ウエハの平坦度を向上させる半導体用ウエ
ハの鏡面研磨方法を提供することを目的とするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明にかかる半導体用ウエハの鏡面研磨方法
は、定盤の表面に貼着された研磨布に半導体用ウエハを
加圧しながら移動させることにより、半導体用ウエハの
表面を平坦度の高い鏡面に研磨仕上げする半導体用ウエ
ハの鏡面研磨方法において、前記半導体用ウエハが、前
記研磨布の全領域、及び前記半導体用ウエハの一部が前
記研磨布の外周縁よりはみ出した範囲において移動する
ことを特徴としている。

【００１１】本発明は、上記のような構成により、半導
体用ウエハが研磨布の全領域にわたって移動するので、
研磨布の全表面には加圧力を受けて圧縮変形しない領域
はなく、研磨布の平坦度が低下することはない。また、
半導体用ウエハの外周部を研磨布の外周縁からはみ出さ
せる（オーバーハングさせる）ことにより、外周部の研
磨を遅らせて半導体用ウエハの外周部の過分の研磨量を
相殺し、平坦度の精度低下を防止する。

【００１２】ここで、前記半導体用ウエハの一部が前記
研磨布の外周縁よりはみ出すはみ出し範囲は、前記定盤
の外周端縁から約１０乃至３０ｍｍ突出した範囲である
ことが望ましい。このように構成されているため、研磨
布に生じるテーパ面により、半導体用ウエハの外周部が
早く研磨されるが、研磨布の外周縁からはみ出している
（オーバーハングしている）半導体用ウエハの外周部は
研磨されないため、外周部の過分の研磨量が相殺され
て、高精度の平坦度を有する鏡面研磨面になる。

【００１３】また、前記半導体用ウエハの鏡面研磨方法
は、回転可能に設けられ前記定盤を加圧する方向に進退
可能な加圧・回転ヘッドの前面にリファレンスプレート
を設け、前記半導体用ウエハの非加工面に塗布剤を塗布
して前記リファレンスプレートに着脱可能に貼着し、前
記加圧・回転ヘッドを前記定盤の研磨布に加圧しながら
回転させることにより、前記半導体用ウエハの被研磨面
を鏡面研磨することが望ましい。

【００１４】このような研磨加工法では、加圧・回転ヘ
ッドの前面に設けられるリファレンスプレートの平坦度
を高精度にしておき、このリファレンスプレートの表面
に複数の半導体用ウエハの非加工面に塗布剤を塗布して
リファレンスプレートに貼着することにより、半導体用
ウエハを容易な方法でかつ正確に配列することができ
る。また、加圧・回転ヘッドを回転する半導体用ウエハ
の被研磨面を研磨すると、半導体用ウエハが均一の厚み
に、平坦度よく、鏡面研磨される。

【００１５】更に、前記半導体用ウエハの鏡面研磨方法
は、相対向する表面に研磨布が設けられた一対の上下定
盤の間に、前記半導体用ウエハを収容したキャリアを配
置し、該半導体用ウエハを前記一対の上下定盤で挟圧す
ると共に、前記研磨布上を移動させることにより前記半
導体用ウエハの両面を鏡面研磨することが望ましい。こ
のような研磨加工法によれば、前記半導体用ウエハの両
面を鏡面研磨することができると共に、半導体用ウエハ
が均一の厚みに、平坦度よく、鏡面研磨される。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面を
参照して詳細に述べる。図１（ａ）は、本発明の半導体
用ウエハの片面を加工する鏡面研磨方法を説明する略
図、図１（ｂ）は、半導体用ウエハと研磨布との位置関
係を明瞭に示すための図１（ａ）の部分拡大図である。
図２（ａ）は、本発明の半導体用ウエハの両面を加工す
る鏡面研磨方法を説明する概略図、図２（ｂ）は、半導
体用ウエハと研磨布との位置関係を明瞭に示すための図
２（ａ）の部分拡大図である。

【００１７】本発明の半導体用ウエハ片面鏡面研磨方法
に使用される装置は、図１（ａ）に示すように、円板形
状の定盤１は、高精度の平坦面に形成された上面の全面
に研磨布２が貼着され、定盤１の中心を回転軸１ａとし
て回転可能であることは従来例と同様である。定盤１の
上方には、定盤１の回転中心から偏位した位置に、回転
軸５ａにより上下動および回転可能な、加圧・回転ヘッ
ド５（以下、単にヘッドと称する）が設けられている。
また、前記ヘッド５の下面には、荷重変形の少ない材料
よりなり高い平坦度を有する円板状のリファレンスプレ
ート４が貼着され、このリファレンスプレート４の下面
に複数の半導体用ウエハ３がワックス等により着脱自在
に取り付けられることも従来例と同様である。本発明で
は、後述するように、半導体用ウエハ３の摺動範囲（移
動範囲）が研磨布２の外方まで拡大されていることが従
来例と相違する。

【００１８】半導体用ウエハ３を鏡面加工するには、リ
ファレンスプレート４に複数の半導体用ウエハ３を取り
付けた後に、回転軸５ａを回転させながらヘッド５を下
方に押しつけると共に定盤１を回転させ、研磨剤を混入
したスラリを研磨布２に供給する。前記研磨布２は、半
導体用ウエハ３の押圧力を受けて圧縮変形するので、半
導体用ウエハ３の外側に図３（ｂ）に示すような鉢状の
テーパ面２ａが生じて、半導体用ウエハ３の外周部の研
磨量が、他の部分に比べて多くなることも従来例と同様
である。

【００１９】本発明にかかる研磨方法にあっては、半導
体用ウエハ３は、研磨布２の外周縁を含む範囲のみなら
ず、研磨布２の外周縁から寸法Ｌ₁ だけはみ出す（オー
バーハングする）範囲まで移動（摺動）する。そして、
半導体用ウエハ３の外周部が、研磨布２の外周縁からオ
ーバーハングしている部分については研磨されないので
研磨量が減少する。従って、図１に示すように、このオ
ーバーハング寸法Ｌ₁ を適宜選定することにより、上記
の鉢状のテーパ面２ａによって生じる半導体用ウエハ３
の外周部の過分の研磨量をほぼ相殺することができ、半
導体用ウエハ３の鏡面加工面の平坦度の精度が向上す
る。このオーバーハング寸法Ｌ₁ は、定盤１の大きさや
加工される半導体用ウエハ３の直径により異なるが、概
ねウエハ外端周縁から１０乃至３０ｍｍ程度である。

【００２０】また、本発明の半導体ウエハ両面鏡面研磨
方法で使用される研磨装置は、図２（ａ）に示したよう
に、上下一対の定盤１Ｘ、１Ｙの相対する表面に研磨布
２Ｘ、２Ｙが貼着されている。また、研磨布２Ｘ、２Ｙ
の間に挿入されるキャリア６には、半導体用ウエハ３を
収容するウエハ収容孔６ａと、太陽歯車８およびインタ
ーナル歯車７に噛み合うギア部６ｂが設けられている。
更に、半導体用ウエハ３を収容しているキャリア６は、
研磨布２Ｘ、２Ｙに挟圧された状態で太陽歯車８の回転
により太陽歯車８の回りを遊星運動を行い、研磨剤混入
のスラリの供給により半導体用ウエハ３の両面が鏡面加
工されることは従来例と同様である。

【００２１】本発明にかかる研磨方法では、後述するよ
うに、半導体用ウエハ３の摺動範囲が研磨布２Ｘ、２Ｙ
の外方まで拡大されていることが従来例と相違する。即
ち、また、本発明では、半導体用ウエハ３は、半導体用
ウエハ３の外周部が研磨布２Ｘ、２Ｙの外周縁から寸法
Ｌ₂ だけはみ出した（オーバーハングした）範囲まで移
動（摺動）する。このとき、前記したように半導体用ウ
エハ３の外周部はオーバーハングしているため、研磨さ
れない。従って、図５（ｂ）に示すような鉢状のテーパ
面２Ｘａによる半導体用ウエハ３の外周部の過分の研磨
量をほぼ相殺する効果があり、半導体用ウエハ３の鏡面
加工面の平坦度の精度が向上する。このオーバーハング
寸法Ｌ₂ は、定盤１Ｘ、１Ｙの大きさや加工される半導
体用ウエハ３の直径により異なるが、概ねウエハ先端周
縁から１０乃至３０ｍｍ程度である。

【００２２】

【実施例】本発明の効果を次の実験により確認した。「実施例１」６インチ径の半導体用ウエハを、図１に示
した形式の片面鏡面研磨装置により、加工条件（オーバ
ーハング量等）を夫々下記条件に設定して加工し、加工
後のウエハの平坦度を測定した。

【００２３】（加工条件）（ａ）従来条件：オーバーハング無し。ウエハの最外
周位置は研磨布外周から中心方向に１０ｍｍ内側。（ｂ）条件１：オーバーハング無し。ウエハの最外
周位置は研磨布外周と同じ（オーバーハング０ｍｍ）。（ｃ）条件２：オーバーハング有り。ウエハの最外
周位置は研磨布外周から１５ｍｍオーバーハング。（ｄ）条件３：オーバーハング有り。ウエハの最外
周位置は研磨布外周から５０ｍｍオーバーハング。

【００２４】上記（加工条件）の項に記載したように、
ウエハのオーバーハング量を変えて片面鏡面加工を行っ
た時のウエハ平坦度（グローバル値）を表１に示す。ま
た、本発明の方法は特にウエハ外周部の平坦度向上に効
果が大きい。これを示すため、表１に示したウエハ全面
の平坦度値の他に、ウエハ面内を２０ｍｍの矩形状のセ
ルに分割した時のウエハ最外周セルのみの平坦度につい
て測定値をまとめた結果を表２に示した。

【００２５】なお、表１、表２中のＴＴＶ、ＦＰＤ、Ｌ
ＴＶAve 、ＳＴＩＲAve は、夫々は以下のことを意味す
る。ＴＴＶ（Total Thickness Variation ）は、ウエハ
全面に対して、裏面を基準とした場合のウエハ面内での
最大厚さと最小厚さの差を示す。ＦＰＤ（Focal Plane
Deviation ）は、ウエハ全面に対し、表面の３点を基準
とする平面を作り、その基準面に対する凹凸の大きい方
（最大偏差）を示す。ＬＴＶAve （Local Thickness Va
riation Average ）は、ウエハ面内における一定領域
（セル）内での最大厚さと最小厚さとの差を、全セル求
め、その平均値を示す。ＳＴＩＲAve （Site Total Ind
icator Reading Average）は、ウエハ面内における一定
領域（セル）内において、セル毎に最小二乗法によるベ
ストフィット（Best Fit）基準面を設定し、その基準面
からの最大偏差（＋側）と最小偏差（−側）の和を求
め、この和を全セル内で求めたその平均値を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】上記表１、表２において、条件１ではオー
バーハングはないものの、研磨布全面とウエハが接触し
ているため、従来条件と比較して研磨布圧縮量のバラツ
キが低減され、ある程度のウエハ平坦度の向上がみられ
る。これに対し条件２では適度なオーバーハングを取り
入れたため、研磨布全域で圧縮量がほぼ均一となり、ウ
エハ平坦度も大幅に向上している。また、条件３ではオ
ーバーハング量が多すぎるため、ウエハの保持状態がや
や不安定になり研磨布に対する加圧状態も不均一とな
り、ウエハ平坦度は条件２に比べ劣る。

【００２９】「実施例２」６インチ径ウエハを、図２に
示した形式の両面鏡面研磨装置により、加工条件（オー
バーハング量等）を夫々下記条件に設定して加工し、加
工後のウエハ平坦度を測定評価した。（加工条件）（ａ）従来条件：オーバーハング無し。ウエハの最外
周位置は研磨布外周から中心方向に１５ｍｍ内側。（ｂ）条件１：オーバーハング無し。ウエハの最外
周位置は研磨布外周と同じ（オーバーハング０ｍｍ）。（ｃ）条件２：オーバーハング有り。ウエハの最外
周位置は研磨布外周から１５ｍｍオーバーハング。（ｄ）条件３：オーバーハング有り。ウエハの最外
周位置は研磨布外周から５０ｍｍオーバーハング。上記（加工条件）の項に記載したように、ウエハのオー
バーハング量を変えて両面鏡面加工を行った時のウエハ
平坦度（グローバル値）を表３に示す。また、本発明の
方法は特にウエハ外周部の平坦度向上に効果が大きい。
これを示すため、表３に示したウエハ全面の平坦度値の
他に、ウエハ面内を２０ｍｍの矩形形状のセルに分割し
た時のウエハ最外周セルのみの平坦度についての測定値
を表４に示した。なお、上記平坦度の測定は、実施例１
と同様に、ＪＩＳ規格に基づいて行った。

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】上記表３、表４からも、条件１ではオーバ
ーハングはないものの、研磨布全面とウエハが接触して
いるため、従来条件と比較して研磨布圧縮量のバラツキ
が低減され、必ずしも充分ではないが、ある程度のウエ
ハ平坦度の向上がみられる。条件２では適度なオーバー
ハングを取り入れたため、研磨布全域で圧縮量がほぼ均
一となり、ウエハ平坦度も大幅に向上している。条件３
ではオーバーハング量が多すぎるため、ウエハの保持状
態がやや不安定になり研磨布に対する加圧状態も不均一
となり、ウエハ平坦度は条件２の値に比べて劣る。以上
のように、両面研磨においても、前記片面研磨の場合の
結果と同様の結果が得られた。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように、本発明にかかる半導
体用ウエハの鏡面研磨方法では、半導体用ウエハが、前
記研磨布の全領域、及び前記半導体用ウエハの一部が前
記研磨布の外周縁よりはみ出す範囲まで移動（摺動）す
るようになされているため、研磨中に半導体用ウエハの
外周部の過分の研磨量が相殺され、半導体用ウエハの鏡
面加工面の平坦度の精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる半導体ウエハの片面を研磨する
鏡面研磨方法に使用する研磨装置の概略図であって、
（ａ）は全体概略図、（ｂ）は部分拡大図である。

【図２】本発明にかかる半導体ウエハの両面を研磨する
鏡面研磨方法に使用する研磨装置の概略図であって、
（ａ）は全体概略図、（ｂ）は部分拡大図である。

【図３】従来の半導体ウエハの片面を研磨する鏡面研磨
方法に使用する研磨装置の概略図であって、（ａ）は全
体概略図、（ｂ）は部分拡大図である。

【図４】従来の半導体ウエハの片面を研磨する鏡面研磨
方法における半導体ウエハの摺動範囲（移動範囲）を示
す平面図である。

【図５】従来の半導体ウエハの両面を研磨する鏡面研磨
方法に使用する研磨装置の概略図であって、（ａ）は全
体概略図、（ｂ）は部分拡大図である。

【図６】従来の半導体ウエハ両面を研磨する鏡面研磨方
法における半導体ウエハの摺動範囲（移動範囲）を示す
平面図である。

【符号の説明】

１定盤１Ｘ上定盤１Ｙ下定盤２研磨布２Ｘ研磨布（上定盤）２Ｙ研磨布（下定盤）３半導体ウエハ３ａウエハ加工面３ｂウエハ非加工面４リファレンスプレート５（加圧・回転）ヘッド６キャリア６ａエアハ収容孔６ｂギア部７インターナルギア８太陽ギアＡ、Ｂウエハの摺動範囲（移動範囲）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】定盤の表面に貼着された研磨布に半導体
用ウエハを加圧しながら移動させることにより、半導体
用ウエハの表面を平坦度の高い鏡面に研磨仕上げする半
導体用ウエハの鏡面研磨方法において、前記半導体用ウエハは、前記研磨布の全領域、及び前記
半導体用ウエハの一部が前記研磨布の外周縁よりはみ出
した範囲において移動することを特徴とする半導体用ウ
エハの鏡面研磨方法。
【請求項２】前記半導体用ウエハの一部が前記研磨布
の外周縁よりはみ出すはみ出し範囲は、前記定盤の外周
端縁から約１０乃至３０ｍｍ突出した範囲であることを
特徴とする請求項１に記載された半導体用ウエハの鏡面
研磨方法。
【請求項３】前記半導体用ウエハの鏡面研磨方法は、
回転可能に設けられ前記定盤を加圧する方向に進退可能
な加圧・回転ヘッドの前面にリファレンスプレートを設
け、前記半導体用ウエハの非加工面に塗布剤を塗布して
前記リファレンスプレートに着脱可能に貼着し、前記加
圧・回転ヘッドを前記定盤の研磨布に加圧しながら回転
させることにより、前記半導体用ウエハの被研磨面を鏡
面研磨することを特徴とする請求項１または請求項２に
記載された半導体用ウエハの鏡面研磨方法。
【請求項４】前記半導体用ウエハの鏡面研磨方法は、
相対向する表面に研磨布が設けられた一対の上下定盤の
間に、前記半導体用ウエハを収容したキャリアを配置
し、該半導体用ウエハを前記一対の上下定盤で挟圧する
と共に、前記研磨布上を移動させることにより前記半導
体用ウエハの両面を鏡面研磨することを特徴とする請求
項１または請求項２に記載された半導体用ウエハの鏡面
研磨方法。