JP2002222783A - 半導体基板の研磨用保持板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 シリコンウェーハ等の半導体基板を鏡面研磨
する研磨装置に用いる保持板、特にハードチャック方式
での保持板において、外周だれを防止して研磨精度、特
に平坦度の向上効果が高い半導体基板の研磨用保持板の
提供。 【解決手段】 ウェーハ３より小径で外周部に溝加工も
しくはポーラス構造等によりウェーハ３との接触面積が
減少する領域を持たせた構成の保持板２を使用すること
により、外周部の加工圧力の低減が可能となり、外周だ
れの起こる領域の研磨が遅延されるため、研磨による除
去量はウェーハ面内において均一になり、高精度のウェ
ーハ加工が可能となる。

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、シリコンウェー
ハ等の半導体基板を鏡面研磨する研磨装置に用いる保持
板の改良に係り、接着剤もしくは真空吸着を利用してウ
ェーハを保持する保持板の外径を被研磨基板の直径より
小径にし、かつ基板との接触面積を特定幅の外周部のみ
内周部側より減少させることにより、外周部側の研磨圧
力を低減して研磨を遅延して保持する半導体基板の研磨
精度を向上させ、いわゆる基板の外周だれをなくし、極
めて平坦度の高いウェーハを得ることができる半導体基
板の研磨用保持板に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェーハ等の半導体基板の製造
に際し、スライス時の表面破壊層を削り、欠陥の無い単
結晶面を得るため、ラッピングやポリッシング等の表面
加工工程が不可欠である。

【０００３】表面加工工程において、基板を研削、研磨
する場合、研削、研磨装置にウェーハ等を固定するた
め、例えば、図１に示す研磨装置では、回転キャリア１
に保持された保持板２表面に半導体基板、ウェーハ３を
当接させ接着剤もしくは真空吸着を利用して固定し、研
磨布定盤５の上面に設けた研磨布４にウェーハ３の被研
磨面を当接させ、回転キャリア１を加圧回転させて研磨
する。

【０００４】被研磨基板の保持方法としては、主にベア
ウェーハの研磨には硬質材料のセラミックまたは、アク
リル、ポリカーボネード等の樹脂板にワックスでウェー
ハを貼りつける方法、または保持板表面に細孔を多数穿
孔もしくは溝加工を行い、吸着によりウェーハを保持す
る方法（以下ハードチャック方式という）が用いられら
れていた。

【０００５】ベアウェーハの仕上げ研磨用、デバイス作
成後の表面酸化膜の研磨用としては、主に軟質のバッキ
ングパッド表面に水による表面張力でウェーハを張りつ
け、ガイドリングでウェーハ外周を保持する方式（以下
ソフトチャック方式という）が用いられていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】今日の半導体デバイス
の高精度化並びにシリコンウェーハの大口径化の要請が
高まり、研磨精度、特に平坦度の向上が強く求められて
いる。

【０００７】ウェーハの最終的な平坦度を決定する鏡面
研磨工程では、加工歪を除去して鏡面研磨するため、一
般的には研磨布としては、発泡ウレタンやポリエステル
不織布等のウェーハよりも軟質な材料が用いられる。

【０００８】ウェーハよりも軟質な材料の研磨布で研磨
を行う場合、加工中の研磨布４はウェーハより加圧され
ているため、図２の研磨モデルに示したようにウェーハ
３外周で変形することとなる。この状態で研磨を行うと
ウェーハ３外周部が積極的に加工されることになり、研
磨後のウェーハ３の平坦度が外周部で極端に悪化するこ
とになる。図中、細破線６はウェーハの研磨量、太破線
７は研磨圧力、二点鎖線８は研磨布変形量を示す。

【０００９】発明者の実験、すなわち１５分間の研磨で
ウェーハ外周端より内側約１０ｍｍの範囲において、中
心部に比べて約１μｍ程度研磨が促進することを確認し
ている。かかる外周だれという研磨異常の防止には研磨
布を硬質化し、ウェーハ外周での研磨布の変形量を小さ
くすることも有効だと考えられるが、硬質の研磨布はウ
ェーハ表面へのスクラッチ傷の発生が懸念される。

【００１０】ウェーハの仕上げ研磨では、バッキングパ
ッド外周部にリテーナリングを設置し、研磨中にリテー
ナリングによりウェーハ外周部の研磨布を押え込み、ウ
ェーハの領域の研磨布変形量を少なくする方法、または
小径のバッキングパッドを用いて外周部の加圧を減少さ
せる方法が取られている。

【００１１】しかし、小径の保持板を用いると、軟質の
バッキングパッドを用いた場合、バッキングパッド外周
部が加圧時変形してウェーハ外周部での加工圧力の差を
吸収するのに対して、ハードチャック方式では保持板が
変形することはないため、小径にしても外周部の加工圧
力低減効果が得られ難い。

【００１２】また、十分に保持板の直径を小さくしてや
ると、ウェーハにかかる保持板外周部の圧力差が直接ウ
ェーハに伝わることとなるため、研磨後圧力の急変して
いる部分に凹みを形成することとなり、外周だれは改善
されても研磨後の精度は悪化する。このためハードチャ
ック方式では、ウェーハより小径の保持板は使用できな
かった。

【００１３】すなわち、この発明は、半導体デバイスの
高精度化並びにシリコンウェーハの大口径化の要請が強
い、シリコンウェーハ等の半導体基板を鏡面研磨する研
磨装置に用いる保持板、特にハードチャック方式での保
持板において、前記の外周だれを防止して、研磨精度、
特に平坦度の向上効果が高い半導体基板の研磨用保持板
の提供を目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】発明者は、硬質の研磨用
保持板においてもウェーハ外周部に外周だれを起こさな
い研磨用保持板の構成を目的に種々検討した。すなわち
一般に、ウェーハ研磨における研磨量は、研磨圧力に強
く依存するため、外周部の加圧力を少なくしてやれば、
前記外周だれは低減できる。外周だれは使用する研磨布
の物性にもよるが、一般的に直径２００ｍｍウェーハの
場合、ウェーハの外周から１０ｍｍの領域で起こり、ウ
ェーハ外周部に向って指数関数的に強くなる。

【００１５】この外周だれ形状に相反するよう加圧を変
化させるには、ウェーハ外周部は保持せずに研磨を行え
ばよいが、前述のごとく硬質の研磨保持板では、ウェー
ハより保持板を小径にしても保持板自体は軟質のバッキ
ングパッドのようにウェーハからの加圧により変形する
ことがないため、かかる効果が得られ難く、また保持部
と無保持部での加圧の変化が大きくなりすぎて、かえっ
て研磨後のウェーハ形状が悪化してしまう。

【００１６】そこでウェーハの外周だれを防止できる研
磨用保持板について、さらに鋭意検討した結果、ウェー
ハより小径で外周部に溝加工もしくはポーラス構造等に
よりウェーハとの接触面積が減少する領域を持たせた構
成の保持板を使用することにより、外周部の加工圧力の
低減が可能となり、外周だれの起こる領域の研磨が遅延
されるため、研磨による除去量はウェーハ面内において
均一になり、高精度のウェーハ加工が可能となることを
知見し、この発明を完成した。

【００１７】すなわち、この発明は、研磨用回転キャリ
アに半導体基板を保持するための研磨用保持板におい
て、該保持板の直径が被研磨基板の直径より小径であ
り、その外周部に該基板ヘの接触面積が保持板内周部に
比べて減少する手段を有する半導体基板の研磨用保持板
である。

【００１８】

【発明の実施の形態】この発明は、硬質の保持板におい
て、保持板をウェーハより小径化し、保持板外周部にウ
ェーハとの接触面積を減少させる領域を設けることによ
って、ウェーハ外周部の加工圧力を減衰させ、外周だれ
を抑止し高平坦度のウェーハ研磨を可能としたものであ
る。

【００１９】通常、硬質の保持板を小径とした場合に
は、図３に示すように保持板２の剛性が高いためウェー
ハ３外周部において研磨圧力７が急激に変動することに
なり、外周だれが抑止できてもウェーハ平坦度には悪影
響を与える。

【００２０】そこでこの発明の保持板２は、研磨布４の
変形量８に研磨圧力７が倣うようにするため、図４に示
すように保持板２外周部に溝加工を施してウェーハとの
接触面積を減少させる領域を設けると、研磨布変形量８
と研磨圧力７の関係は図示のごとくウェーハ３外周部に
おいて相対関係となり、ウェーハ３面内の研磨量は均一
となり、高平坦度のウェーハを得ることができる。

【００２１】この発明において、保持板の直径は、被研
磨基板直径の９０％以上、１００％未満であることが望
ましい。すなわち、保持板の直径が被研磨基板直径の１
００％を超えると、外周だれの低減効果がなく、９０％
未満であると逆にウェーハの外周部が立って形状性が悪
くなる。

【００２２】この発明において、保持板外周部の接触面
積の減少率は、内周部に比べて面積比で１％以上、１０
％以下であることが好ましい。前記面積比で１％未満で
は、外周だれを抑止する効果がなく、１６％を超えると
逆にウェーハの外周部が立って形状性が悪くなる。さら
に好ましくは、４％〜１３％の範囲である。

【００２３】この発明において、接触面積の減少手段と
しては、溝加工、ポーラス構造等を採用することができ
る。保持板材質としては、セラミックス、アクリル、金
属などいずれの材質であっても採用でき、例えば、吸着
用としてポーラスセラミックスからなる場合、基板吸着
側に幅寸法が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ、深さ寸法が０．
５ｍｍ以上の複数の細溝を配設したり、細溝を同心円状
に配置することが望ましい。

【００２４】さらに、ポーラスセラミックスの平均細孔
径が１０μｍを超え５０μｍ以下であり、気孔率が３０
％〜５０％であること、外周端から３ｍｍ〜１０ｍｍの
範囲にあるポーラスセラミックスの平均細孔径を１０μ
ｍ以下となし、これ以外のポーラスセラミックスの平均
細孔径を２０μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。

【００２５】

【実施例】実施例１ 材質がアクリル樹脂からなる直径１９５ｍｍの保持板を
用い、その外周部１０ｍｍの領域を溝加工により、それ
ぞれ１％、５％、１０％、１５％、２０％接触面積を減
少させた５種類の保持板を作製した。

【００２６】上記５種類の保持板を用いて直径が２００
ｍｍのシリコンウェーハを５０ｋｇの研磨圧力て表面を
１０μｍ除去する研磨を行った。研磨後、シリコンウェ
ーハの外周部の平坦度を測定した。

【００２７】測定結果を、接触面積の減少率とウェーハ
外周部のＬＴＶとの関係を示した図５のグラフに示す。
グラフより明らかなように外周部の接触面積は、内周部
に比べて２〜１５％減少させると良好な研磨が実現でき
ることが分かった。

【００２８】実施例２ 材質がアクリル樹脂からなる直径が、１７５ｍｍ、１８
５ｍｍ、１９５ｍｍ、１９８ｍｍ、２００ｍｍの保持板
を用い、その外周部１０ｍｍの領域を溝加工により、５
％接触面積を減少させた５種類の保持板を作製した。

【００２９】上記５種類の保持板を用いて直径が２００
ｍｍのシリコンウェーハを５０ｋｇの研磨圧力て表面を
１０μｍ除去する研磨を行った。研磨後、シリコンウェ
ーハの外周部の平坦度を測定した。

【００３０】測定結果を、保持板直径とウェーハ外周部
のＬＴＶとの関係を示した図６のグラフに示す。グラフ
より明らかなようにウェーハと同一のものについては外
周部がたれてしまいＴＴＶが１．５ｕｍとなった。ま
た、保持板直径が１８０ｍｍ以下になると研磨後外周部
が立ち上がり精度は悪化したことが分かる。

【００３１】

【発明の効果】この発明は、半導体ウェーハの研削、研
磨装置において、ウェーハの保持板を被加工ウェーハよ
り小径とし、保持板外周部に溝加工もしくはポーラス構
造により、ウェーハとの接触面積を減少させた領域を設
けることにより、外周部の研磨圧力を低減させることが
でき、研磨中のウェーハ外周部の研磨布の変形を低減
し、これによって起こる外周だれを防止でき、極めて高
平坦度の半導体ウェーハを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シリコンウェーハ研磨装置の一例を示す説明図
である。

【図２】図１の装置において、保持板直径が被研磨ウェ
ーハの直径以上である従来例の場合の研磨モデルを示す
説明図である。

【図３】図１の装置において、保持板直径が被研磨ウェ
ーハの直径以下である比較例の場合の研磨モデルを示す
説明図である。

【図４】図１の装置において、保持板直径が被研磨ウェ
ーハの直径以下でこの発明の場合の研磨モデルを示す説
明図である。

【図５】接触面積の減少率とウェーハ外周部のＬＴＶと
の関係を示したグラフである。

【図６】保持板直径とウェーハ外周部のＬＴＶとの関係
を示したグラフである。

【符号の説明】

１ 回転キャリア ２ 保持板 ３ ウェーハ ４ 研磨布 ５ 研磨布定盤 ６ ウェーハ研磨量 ７ 研磨圧力 ８ 研磨布変形量

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨用回転キャリアに半導体基板を保持
   するための研磨用保持板において、該保持板の直径が被
   研磨基板の直径より小径であり、その外周部に該基板ヘ
   の接触面積が保持板内周部に比べて減少する手段を有す
   る半導体基板の研磨用保持板。
2. 【請求項２】 保持板の直径が、被研磨基板直径の９０
   ％以上、１００％未満である請求項１に記載の半導体基
   板の研磨用保持板。
3. 【請求項３】 保持板外周部の接触面積の減少率は、内
   周部に比べて面積比で１％以上、１６％以下である請求
   項１に記載の半導体基板の研磨用保持板。
4. 【請求項４】 接触面積の減少手段が溝加工である請求
   項１に記載の半導体基板の研磨用保持板。
5. 【請求項５】 接触面積の減少手段がポーラス構造であ
   る請求項１に記載の半導体基板の研磨用保持板。