JP2001328062A

JP2001328062A - 半導体ウェーハの研磨方法およびその装置

Info

Publication number: JP2001328062A
Application number: JP2000150007A
Authority: JP
Inventors: Kei Komatsu; 圭小松; Yoshimichi Ono; 良道大野
Original assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Silicon Corp
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2000-05-22
Publication date: 2001-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハの外周ダレを抑制し、ウェーハの平
坦度の向上を図る半導体ウェーハの研磨方法およびその
装置を提供する。【解決手段】シリコンウェーハＷを研磨布１１の研磨
作用面に押し付けて研磨定盤１２を回転し、ウェーハ表
面を研磨する。研磨中、ウェーハ外周部はバックパッド
１５による裏面支持を受けない。結果、ウェーハ外周部
はウェーハ中心部よりも研磨定盤１２への押付力が弱ま
り、研磨作用面への単位時間当たりの接触面積が減る。
またテンプレート厚は、その研磨布側の端面とウェーハ
Ｗの研磨面との高さを略揃えた厚さである。よって研磨
時の研磨布１１のリバウンド量が減り、ウェーハ外周部
はウェーハ中心部よりも単位面積当たりの圧力が小さく
なる。結果、ウェーハＷの外周ダレが減少し、ウェーハ
表面の平坦度も高まる。

Description

【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の
研磨方法およびその装置、詳しくは半導体ウェーハの研
磨時のウェーハ外周部の研磨ダレを防いで、平坦度を高
める半導体ウェーハの研磨方法およびその装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＳＯＩ基板は、活性層用ウェーハと支持
基板用ウェーハとの鏡面どうしを常温で張り合わせた
後、張り合わせの接合力を強化する張り合わせ熱処理を
施し、さらに活性層用ウェーハの外周部の面取り、それ
から活性層用ウェーハの表面研削による薄肉化、続いて
鏡面研磨を施して仕上げられている。これらの活性層用
ウェーハおよび支持基板用ウェーハの研磨時に発生する
ウェーハ外周部の研磨ダレ（以下、外周ダレという場合
がある）は、両ウェーハを張り合わせた際のボイド不良
の主要な発生原因といわれている。また、このＳＯＩ基
板の研磨時にも活性層用ウェーハの外周ダレが発生し、
この外周ダレが活性層用ウェーハの保証除外領域の劣化
の原因になる。このような理由から活性層用ウェーハ支
持基板用ウェーハ及びＳＯＩ基板における研磨時の周辺
ダレの防止はそれぞれの収率向上の観点から重要であ
る。

【０００３】従来の研磨装置としては、例えば図８およ
び図９に示すような研磨装置１００が知られている。な
お、図８は、従来手段に係る半導体ウェーハの研磨装置
の正面図である。図９は、従来手段に係る半導体ウェー
ハの研磨装置の使用中の要部拡大断面図である。従来の
研磨装置１００は、上面に研磨布１０１が展張された研
磨定盤１０２と、研磨される張り合わせＳＯＩ基板Ｗを
固定するためのテンプレート１０３内が下面に設けられ
た研磨ヘッド１０４とを備え、テンプレート１０３の内
側に、保水性を有する例えば不織布製のバックパッド１
０５を収納させた装置である。なお、張り合わせＳＯＩ
基板Ｗとは、活性層用ウェーハｗ１と支持基板用ウェー
ハｗ２とを、中間に埋め込み酸化膜ｗ３を介して張り合
わせたものである。

【０００４】研磨時には、バックパッド１０５に純水を
供給し、その表面張力によって張り合わせＳＯＩ基板Ｗ
をその裏面側から保持する。この張り合わせＳＯＩ基板
Ｗは、研磨面がテンプレート１０３の下縁より突出する
ようにテンプレート１０３に保持される。そして、研磨
砥粒を含む研磨液（スラリー）を研磨面に供給しなが
ら、研磨ヘッド１０４を研磨定盤１０２上で自転、そし
て図８の矢印に示す定盤半径方向へ揺動させ、張り合わ
せＳＯＩ基板Ｗの研磨面を研磨布１０１によって鏡面研
磨する。張り合わせＳＯＩ基板Ｗは、バックパッド１０
５に固定された状態で研磨ヘッド１０４により回転す
る。なお、バックパッド１０５の直径は、張り合わせＳ
ＯＩ基板Ｗ（具体的には支持基板用ウェーハ）と略同じ
寸法である。また、研磨液中には、通常、研磨砥粒とし
ての焼成シリカやコロイダルシリカ（シリカゾル）のほ
か、加工促進剤としてのアミン、ヘイズ抑制剤としての
有機高分子などが含まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来技
術のウェーハの研磨装置１００によれば、テンプレート
１０３が薄いために、図９に示すように、張り合わせＳ
ＯＩ基板Ｗがテンプレート１０３の下縁から１００μｍ
程度突出していた。これにより、研磨時の研磨布１０１
のリバウンド量Ｒが大きくなり（例えば５０〜１００μ
ｍ）、張り合わせＳＯＩ基板Ｗの外周部、具体的には活
性層用ウェーハｗ１の外周部の方がウェーハ中央部に比
べて、研磨布１０１に接触する単位面積当たりの圧力を
増大し、張り合わせＳＯＩ基板Ｗの外周ダレが促進され
ていた。なお、研磨布のリバウンドとは、研磨時、ウェ
ーハ研磨面に当接した研磨布部分の周辺部が研磨ヘッド
側に膨出する（リバウンド）際の変形高さを意味する。

【０００６】また、上記バックパッド１０５は張り合わ
せＳＯＩ基板Ｗより大径に設計されていた。これによ
り、張り合わせＳＯＩ基板Ｗの外周部は裏側のバックパ
ッド１０５により、しっかりと支持されていた。このた
め、張り合わせＳＯＩ基板Ｗの外周部は、ウェーハ中心
部に比べて研磨定盤への押し付け力が強くなり、研磨作
用面に対しての単位時間当たりの接触面積が大きくなっ
て、この外周ダレがさらに促進されていた。そこで、こ
の発明者らは、鋭意研究の結果、テンプレートの研磨布
側の端面と半導体ウェーハの研磨面との高さを略揃え、
しかもバックパッドを半導体ウェーハよりも若干小径に
して、ウェーハ外周部の裏側からの支持力を弱めれば、
ウェーハの外周ダレが改善されて、ウェーハ表面の平坦
度も向上されることを見出し、この発明を完成させた。

【０００７】

【発明の目的】この発明は、ウェーハの外周ダレを抑制
し、しかもウェーハの平坦度の向上が図れる半導体ウェ
ーハの研磨方法およびその装置を提供することを、その
目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、研磨布の研磨作用面に、研磨液を供給しながら、回
転中のテンプレートの内側に、保水性を有するバックパ
ッドを介して保持された半導体ウェーハを押し付けて研
磨する半導体ウェーハの研磨方法において、上記テンプ
レートの研磨布側の端面と半導体ウェーハの研磨面との
高さを略揃え、上記バックパッドを半導体ウェーハより
も半径１〜５ｍｍだけ小径にして、半導体ウェーハを回
転しながら研磨する半導体ウェーハの研磨方法である。
この半導体ウェーハの研磨方法に採用される研磨装置と
しては、例えばワックスを使用しないワックスレスタイ
プのものが挙げられる。もちろん、ワックス研磨タイプ
のものなどでもよい。一般的なワックスレス装置は、ウ
ェーハ直径より若干大径な孔部内にバックパッド（スエ
ードパッドなど）を配置したテンプレートを用い、この
バックパッドの表面にある発泡層（ナップ部）と、ウェ
ーハ裏面とに純水などを供給して、その純水の表面張力
を利用し、ウェーハのハンドリングを行う。

【０００９】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。研
磨布としては、例えば硬質ウレタンパッド、ＣｅＯ₂ パ
ッド、不織布パッドなどが挙げられる。研磨液として
は、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ（研磨砥
粒）、アミン（加工促進材）および有機高分子（ヘイズ
抑制材）などを混合したものを採用することができる。
コロイダルシリカは、珪酸微粒子の凝集が起こらないで
一次粒子のまま水中に分散した透明もしくは不透明の乳
白色のコロイド液を形成して存在する。テンプレート
は、直接、研磨ヘッドの研磨布側の面に取り付けてもよ
い。また、このテンプレートを、研磨ヘッドの研磨布側
の面の略全域に展張された大判のバックパッドを介して
間接的に取り付けてもよい。なお、この後者の場合、請
求項１の「半導体ウェーハよりも半径１〜５ｍｍだけ小
径化となるバックパッド」とは、大判のバックパッドの
うちで、テンプレートの内側の空間に存在する一部分を
意味する。また、ここでいう、テンプレートの研磨布側
の端面と半導体ウェーハの研磨面との高さを略揃えると
は、研磨時において、研磨布のリバウンド量が０〜１０
μｍになるような、研磨布側の端面とウェーハ研磨面と
の高さの差の範囲をいう。

【００１０】また、好ましいバックパッドの大きさは、
半導体ウェーハよりも半径２．５〜４ｍｍだけ小径な大
きさである。１ｍｍ未満では、研磨布との単位面積当た
りの接触面積及び圧力が従来方法とほとんど変わらない
という不都合が発生する。また、５ｍｍを超えると、ウ
ェーハ中心部分の研磨が促進されて凹形状のウェーハと
なるという不都合が生じる。バックパッドは、必ずしも
円形でパッド中心をウェーハ中心に合致させる必要はな
い。楕円形、多角形、または任意の形状でもよい。ただ
し、バックパッドの最外周は、常に、半導体ウェーハの
最外周から半径方向内側に向かって２．５〜４ｍｍの範
囲に保たれているウェーハ形状と相似した形状の方が好
ましい。

【００１１】請求項２に記載の発明は、研磨布が展張さ
れる研磨定盤と、この研磨定盤に対向配置された研磨ヘ
ッドと、この研磨ヘッドに取り付けられたリング状のテ
ンプレートと、このテンプレートの内側の空間に配置さ
れて、半導体ウェーハを裏面側から研磨ヘッドに保持す
る保水性を有するバックパッドとを備え、上記研磨布の
研磨作用面に研磨液を供給しながら、上記研磨ヘッドに
より回転中の半導体ウェーハを押し付けて研磨する半導
体ウェーハの研磨装置において、上記テンプレートの厚
さを、このテンプレートの研磨布側の端面が半導体ウェ
ーハの研磨面と略高さが揃う厚さとし、上記バックパッ
ドの大きさを、半導体ウェーハよりも半径１〜５ｍｍだ
け小さくした半導体ウェーハの研磨装置である。

【００１２】

【作用】この発明によれば、半導体ウェーハを研磨定盤
の研磨作用面に押し付けた状態で回転して、その研磨面
（通常、ウェーハ表面）を研磨する。研磨中、ウェーハ
外周部はバックパッドによる背後からの支持を受けてい
ない。その結果、半導体ウェーハの外周部は、ウェーハ
中心部に比べて研磨定盤への押し付け力が弱まり、研磨
作用面に対しての単位時間当たりの接触面積が減少す
る。しかもこの研磨時、テンプレートは、その研磨布側
の端面と半導体ウェーハの研磨面の高さとを略揃えた厚
さに設計されている。このため、研磨時における研磨布
のリバウンド量が減少する。その結果、ウェーハ外周部
はウェーハ中心部に比べて単位面積当たりの圧力が相対
的に小さくなる。よって、半導体ウェーハの外周ダレが
減少するとともに、ウェーハの表面の平坦度が高まる。

【００１３】なお、活性層用ウェーハと支持基板用ウェ
ーハとを張り合わせた張り合わせＳＯＩ基板において
は、活性層用ウェーハの研磨面とテンプレートの研磨布
側の端面との高さを略揃えて、活性層用ウェーハの外周
ダレを抑えられるのは、研削砥石による外周部研削が、
活性層用ウェーハを通り越して支持基板用ウェーハの外
周部にまで達する切り込み面取りウェーハの場合に限定
される。すなわち、外周部研削が支持基板用ウェーハま
で達していない鏡面面取りウェーハにあっては、テンプ
レートの厚さが研磨後の半導体ウェーハの厚さよりも、
例えば０〜５０μｍくらい薄くなった従来の張り合わせ
ＳＯＩ基板の方が外周ダレの発生領域が小さくなる。

【００１４】

【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
半導体ウェーハの研磨装置の正面図である。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装置の使
用中の要部拡大断面図である。図１において、１０は半
導体ウェーハの研磨装置（以下、単に研磨装置という場
合がある）である。この研磨装置１０は、表面に研磨布
１１が展張された研磨定盤１２と、この上方に配設され
た１台の研磨ヘッド１３とを備えている。具体的には、
研磨装置１０として、ワックスレス方式の研磨装置を採
用している。

【００１５】研磨布１１としては、例えば直径３００ｍ
ｍ〜６００ｍｍ，厚さ１ｍｍの独立気泡型の硬質ポリウ
レタンパッドを用いる。研磨ヘッド１３の下面には、外
縁パッド１５ａを介して、直径６インチの張り合わせＳ
ＯＩ基板（半導体ウェーハ）Ｗを固定するテンプレート
１４が配設されている。テンプレート１４は所定半径の
リング状の部材で構成され、このテンプレート１４の内
側に保水性を有する円板状のバックパッド１５が収納さ
れている。張り合わせＳＯＩ基板Ｗとは、活性層用ウェ
ーハｗ１と支持基板用ウェーハｗ２とを、中間に埋め込
み酸化膜ｗ３を介して張り合わせたものである。これら
のバックパッド１５および外縁パッド１５ａは、もとも
と同一の大判な不織布パッドから作製されている。以
下、両パッド１５，１５ａの作製方法を簡単に説明す
る。すなわち、まず大判の不織布パッドを研磨ヘッド１
３の下面に貼着する。次いで、この不織布パッドの下面
にテンプレート１４を固着し、その後、このテンプレー
ト１４の内縁に沿って、研磨ヘッド１３の下面に達する
環状の分離溝を、このプレート１４の内側の空間に配さ
れた不織布パッドの一部分に刻設する。これにより、円
板状のバックパッド１５と、環状の外縁部パッド１５ａ
とが分離される。

【００１６】次に、この研磨装置１０を用いた張り合わ
せＳＯＩ基板Ｗの研磨方法を説明する。研磨時には、バ
ックパッド１５に純水を供給し、その表面張力によって
張り合わせＳＯＩ基板Ｗ、具体的には支持基板用ウェー
ハｗ３を裏面側から保持する。テンプレート１４に保持
された張り合わせＳＯＩ基板Ｗは、活性層用ウェーハｗ
１の研磨面（表面）の高さを、テンプレート１４の研磨
布１１側の端面に揃えている。言い換えれば、活性層用
ウェーハｗ１の研磨面は、テンプレート１４の下縁と面
一になっている。

【００１７】次いで、研磨ヘッド１３からの１００〜３
００ｇｆ／ｃｍ² の押し付け力で、活性層用ウェーハｗ
１を研磨定盤１２上の研磨布１１の表面（研磨作用面）
に押し付ける。そして、この状態を維持し、かつ研磨布
１１上に研磨液を供給しながら、研磨定盤１２を所定の
回転速度で回転させる。しかも、この回転と同時に、研
磨ヘッド１３を所定の回転速度で回転させつつ、所定の
揺動速度、所定の圧力、所定の揺動幅で、張り合わせＳ
ＯＩ基板Ｗを定盤半径方向に向かって揺動させる。これ
により、活性層用ウェーハｗ１の研磨面が、所定時間だ
け研磨される。その際、張り合わせＳＯＩ基板Ｗは研磨
布１１から外部にはみ出さずに研磨される。

【００１８】このように、研磨中、支持基板用ウェーハ
ｗ３の外周部は、バックパッド１５による裏面の支持を
受けない。そのため、図８に示す従来の研磨装置のよう
にバックパッドとウェーハとの直径を同じにしたものに
比べて、ウェーハ外周部の研磨量がウェーハ中央部の研
磨量に近づく。一方、この張り合わせＳＯＩ基板Ｗにか
かる圧力に関して言えば、ウェーハ外周部はウェーハ中
心部に比べて研磨定盤１２への押し付け力が弱まる。し
たがって、研磨作用面に対する単位時間当たりの接触面
積が減少する。その結果、研磨精度の指標の１つである
平坦度悪化率が低下し、ウェーハ平坦度が高まる。な
お、ここでいう平坦度悪化率とは、１μｍ研磨するごと
にＧＢＩＲが何μｍ悪化するかの割合を示す。その数値
がマイナス側では、ゼロに近いほど良好になる。

【００１９】また、このテンプレート１４は、その厚さ
を従来のプレートよりも厚くして、テンプレート１４の
研磨布１１側の端面を、ウェーハ研磨面の高さに略揃え
ている。これにより、研磨時における研磨布１１のリバ
ウンド量Ｒ１（例えば０〜１０μｍ）が、従来品のリバ
ウンド量Ｒ（例えば５０〜１００μｍ）よりも低減する
ことになる。よって、ウェーハ外周部は、ウェーハ中心
部に比べて、単位面積当たりの圧力が相対的に減少す
る。その結果、ウェーハ外周部の研磨ダレがさらに減少
する。

【００２０】ここで、図３〜図７を参照しながら、この
一実施例の研磨装置１０を用いて、実際にＳＯＩ基板の
活性層用ウェーハを研磨した際の外周ダレと、ウェーハ
平坦度との結果を記載する。図３は、この発明の半導体
ウェーハの研磨装置を用いて研磨するＳＯＩ基板の活性
層用ウェーハ上の測定位置を示す正面図である。図４〜
図７は、各比較例の検体基板の外周ダレおよび試験例の
検体基板の外周ダレの状況を示すグラフである。

【００２１】この研磨時の研磨条件は次の通りである。
すなわち、張り合わせＳＯＩ基板の直径；６インチ、張
り合わせＳＯＩ基板の平均厚さ；６２２μｍ、テンプレ
ートの厚さ；ウェーハと同等厚さ、バックパッドの外周
とウェーハ最外周（具体的には支持基板用ウェーハの最
外周）との寸法差Ｌ；０ｍｍ（比較例１），１ｍｍ（比
較例２），２ｍｍ（比較例３），３ｍｍ（試験例１），
３．５ｍｍ（試験例２），４ｍｍ（試験例３），５ｍｍ
（比較例４）である。また、この評価は、活性層用ウェ
ーハの外周部の厚さを測定することができるナノスペッ
ク社製の測定器による。なお、ここでは、この測定器に
よる測定範囲を、シリコン酸化膜の最外周からウェーハ
半径方向内側に２０ｍｍまでの範囲とする。図４のグラ
フに試験例および比較例に係る検体基板の平均的な外周
ダレの状況を示し、図５〜図７のグラフより試験例１〜
３のより具体的な外周ダレの状況を示す。なお、図５〜
図７の各グラフでは、図３中の３つの測定点における測
定結果を３本の線グラフで表している（図５参照）。ま
た、表１中には、各活性層用ウェーハの平坦度悪化率を
示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】図４において、比較例１〜４のグラフと、
試験例１〜３のグラフとの対比により明らかなように、
バックパッド外周とウェーハ最外周とにウェーハ半径方
向の長さが１〜５ｍｍとなる寸法差を与えて研磨すれ
ば、平坦度悪化率が低下してウェーハ平坦度が高まっ
た。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、テンプレートの研磨
布側の端面と半導体ウェーハの研磨面との高さを略揃
え、かつバックパッドを半導体ウェーハよりも半径１〜
５ｍｍだけ小径にしたので、ウェーハ外周部の研磨ダレ
を抑えられるとともに、半導体ウェーハ表面の平坦度を
高めることができる。

【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の研
磨装置の正面図である。

【図２】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研
磨装置の使用中の要部拡大断面図である。

【図３】この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研
磨装置を用いて研磨するＳＯＩ基板の活性層用ウェーハ
上の測定位置を示す正面図である。

【図４】試験例および比較例に係る検体基板の平均的な
外周ダレの状況を示すグラフである。

【図５】試験例１に係る検体基板の外周ダレの状況を示
すグラフである。

【図６】試験例２に係る検体基板の外周ダレの状況を示
すグラフである。

【図７】試験例３に係る検体基板の外周ダレの状況を示
すグラフである。

【図８】従来手段に係る半導体ウェーハの研磨装置の正
面図である。

【図９】従来手段に係る半導体ウェーハの研磨装置の使
用中の要部拡大断面図である。

【符号の説明】

１０半導体ウェーハの研磨装置、１１研磨布、１２研磨定盤、１３研磨ヘッド、１４テンプレート、１５バックパッド、Ｗ張り合わせＳＯＩ基板（半導体ウェーハ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨布の研磨作用面に、研磨液を供給し
ながら、回転中のテンプレートの内側に、保水性を有す
るバックパッドを介して保持された半導体ウェーハを押
し付けて研磨する半導体ウェーハの研磨方法において、上記テンプレートの研磨布側の端面と半導体ウェーハの
研磨面との高さを略揃え、上記バックパッドを半導体ウ
ェーハよりも半径１〜５ｍｍだけ小径にして、半導体ウ
ェーハを回転しながら研磨する半導体ウェーハの研磨方
法。
【請求項２】研磨布が展張される研磨定盤と、この研磨定盤に対向配置された研磨ヘッドと、この研磨ヘッドに取り付けられたリング状のテンプレー
トと、このテンプレートの内側の空間に配置されて、半導体ウ
ェーハを裏面側から研磨ヘッドに保持する保水性を有す
るバックパッドとを備え、上記研磨布の研磨作用面に研磨液を供給しながら、上記
研磨ヘッドにより回転中の半導体ウェーハを押し付けて
研磨する半導体ウェーハの研磨装置において、上記テンプレートの厚さを、このテンプレートの研磨布
側の端面が半導体ウェーハの研磨面と略高さが揃う厚さ
とし、上記バックパッドの大きさを、半導体ウェーハよりも半
径１〜５ｍｍだけ小さくした半導体ウェーハの研磨装
置。