JP2003188127A - ワックスレスマウント式研磨方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 単一な厚さのテンプレートを使って、半導体
ウェーハの厚さに応じた研磨を行うワックスレスマウン
ト式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の研磨前の厚さ変更
時または研磨後の目標厚さ変更時には、各変更後のウェ
ーハ厚さに合わせ、研磨ヘッド１２とプレート固定部材
１５との間にスペーサＳを抜き差しする。こうして、テ
ンプレート１４の高さを調整する。その結果、単一な厚
さのテンプレート１４を使用して、シリコンウェーハＷ
の厚さに応じた研磨を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はワックスレスマウ
ント式研磨方法およびその装置、詳しくはワックスレス
で保持した半導体ウェーハの表面に機械的化学的研磨を
行うワックスレスマウント式の研磨技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウェーハの研磨方法の一種とし
て、ワックスレスマウント式研磨方法が知られている。
以下、図面に基づき、これに用いられるワックスレスマ
ウント式研磨装置を説明する。図４は、従来手段に係る
ワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。図
４に示すように、ワックスレスマウント式研磨装置１０
０は、上面に研磨布１０２が張設された研磨定盤１０３
と、下面にウェーハ固定用のテンプレート１０４が設け
られた枚葉式の研磨ヘッド１０１とを備えている。この
テンプレート１０４は合成樹脂製で、保水性を有する不
織布製のバックパッド１０５を介して、研磨ヘッド１０
１の下面に取り付けられている。研磨時には、バックパ
ッド１０５に純水を供給し、その表面張力により、テン
プレート１０４の孔部に収容されたシリコンウェーハＷ
をその裏面側から保持する。このとき、シリコンウェー
ハＷは、その研磨面の全域をテンプレート１０４の端面
から所定高さだけ下方に向かって突出している。そし
て、遊離砥粒を含む研磨剤を研磨布１０２の研磨作用面
に供給しながら、研磨ヘッド１０１を研磨定盤１０３上
で回転させ、シリコンウェーハＷの研磨面を鏡面研磨す
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のワックスレスマウント式の研磨では、以下の
不都合があった。すなわち、研磨ヘッド１０１の下面に
は、研磨中にシリコンウェーハＷが移動しないようにテ
ンプレート１０４が取り付けられている。これ以外に
も、テンプレート１０４の役目として、研磨時のウェー
ハ平坦度の維持およびウェーハ平坦度の悪化防止などが
挙げられる。したがって、テンプレート１０４の厚さ
は、研磨前のシリコンウェーハＷの厚さおよび研磨後の
目標厚さに合わせて変更する必要がある。そのため、テ
ンプレート１０４は、同じ大きさのシリコンウェーハＷ
用であっても、厚さが異なるものを数種類、用意してお
かなければならなかった。

【０００４】

【発明の目的】そこで、この発明は、単一な厚さのテン
プレートを使って、半導体ウェーハの厚さに応じた研磨
を行うことができるワックスレスマウント式研磨方法お
よびその装置を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、テンプレートの高さ調整の容易化お
よび低コスト化を図ることができるワックスレスマウン
ト式研磨装置を提供することを、その目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、環状のテンプレートの内側に半導体ウェーハを収容
するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘッドとの間
にバックパッドを介在させて半導体ウェーハを研磨する
ワックスレスマウント式研磨方法において、前記研磨ヘ
ッドに、前記テンプレートが固定されるプレート固定部
材を研磨ヘッドの厚さ方向へ移動自在に設け、前記研磨
ヘッドとプレート固定部材との間にスペーサを抜き差し
可能に介在させてテンプレートの高さを調整するワック
スレスマウント式研磨方法である。研磨ヘッドは、上面
に研磨布が展張された研磨定盤の上方に対向して配置さ
れる。この研磨ヘッドは、研磨定盤との対向面に１枚の
半導体ウェーハが保持される枚葉式でもよいし、多数枚
の半導体ウェーハが一括して保持されるバッチ式でもよ
い。また、研磨ヘッドは、研磨布の表面に沿って往復運
動する方式でもよいし、往復運動しない方式でもよい。
往復運動する場合には、半導体ウェーハの外周部の一部
を研磨布の外部にはみ出して研磨してもよいし、そうで
なくてもよい。研磨ヘッドを研磨定盤の上方に対向配置
してもよいし、これとは上下を反対にしてもよい。さら
に、研磨ヘッドと研磨定盤との軸線方向をそれぞれ水平
方向とした縦型の研磨装置でもよい。

【０００６】スペーサの素材としては、例えばステンレ
ス鋼といった各種の金属、各種のセラミックスなどを採
用することができる。スペーサの厚さは、例えば１０μ
ｍ程度である。スペーサの形状は限定されない。例えば
円板状でもよいし、環状でもよい。さらには馬蹄形状で
もよい。バックパッドの素材としては、例えばスウェー
ド布などの不織布を採用することができる。また、その
硬度も限定されない。バックパッドの厚さは、２ｍｍ以
下が好ましい。２ｍｍを超えると、バックパッドに硬度
ムラが生じやすい。テンプレートの素材は限定されな
い。例えば、ガラスエポキシ樹脂、各種のセラミックス
などが挙げられる。プレート固定部材の素材としては、
例えば研磨ヘッドと同じ素材を含む各種の金属、テンプ
レートと同じ素材を含む各種の合成樹脂などが挙げられ
る。プレート固定部材の形状は限定されない。例えば、
テンプレートと同じ環状でもよいし、半導体ウェーハの
外周に配置可能な各種のブロック形状でもよい。この半
導体ウェーハは、その研磨時における研磨布の研磨面に
沿った移動が、研磨ヘッドの研磨定盤側の面から所定長
さだけ突出したプレート固定部材によって規制される。
そのため、このテンプレートを省略し、プレート固定部
材だけを利用しながら研磨することも可能である。

【０００７】請求項２に記載の発明は、環状のテンプレ
ートの内側に半導体ウェーハを収容するとともに、この
半導体ウェーハと研磨ヘッドとの間にバックパッドを介
在させたワックスレスマウント式研磨装置において、前
記研磨ヘッドに、前記テンプレートが固定されるプレー
ト固定部材を研磨ヘッドの厚さ方向へ移動自在に設け、
前記研磨ヘッドとプレート固定部材との間に、スペーサ
を抜き差し可能に介在させて前記テンプレートの高さを
調整する高さ調整手段を設けたワックスレスマウント式
研磨装置である。高さ調整手段の構造は限定されない。
例えば、ボルトナットで手動調整する構造が考えられ
る。この他にも、エアシリンダによりエアで調整する構
造、油圧シリンダにより油圧を用いて調整する構造、歯
車を使用した機械的構造で自動調整可能とすることも含
まれる。また、モータなどを使用してボールシャフト、
直進型シャフトなどを電動によって駆動する構造など、
すべての駆動調整方法と構造が含まれる。

【０００８】請求項３に記載の発明は、前記高さ調整手
段が、前記プレート固定部材に固定されたボルトと、該
ボルトに螺合され、前記プレート固定部材を研磨ヘッド
に締着するナットと、前記ボルトに着脱自在に挿着され
るスペーサとを有する請求項２に記載のワックスレスマ
ウント式研磨装置である。

【０００９】請求項４に記載の発明は、前記スペーサが
馬蹄形状である請求項３に記載のワックスレスマウント
式研磨装置である。

【００１０】

【作用】この発明によれば、研磨前の半導体ウェーハの
厚さの変更および研磨後の目標厚さの変更時には、各変
更後のウェーハ厚さに合わせ、研磨ヘッドとプレート固
定部材との間にスペーサを抜き差しする。こうして、テ
ンプレートの高さを調整する。その結果、単一な厚さの
テンプレートを使用して、半導体ウェーハの厚さに応じ
た研磨を行うことができる。

【００１１】特に、請求項３の発明によれば、変更され
たスペーサの挿着枚数に合わせて、ボルトへのナットの
ねじ込み量を加減して、テンプレートの高さを調整す
る。これにより、テンプレートの高さ調整が容易化し、
しかも高さ調整手段の構造が簡単であるので、低コスト
化も図れる。

【００１２】また、請求項４の発明によれば、スペーサ
を馬蹄形状としたので、ボルトへのスペーサの着脱時
に、例えば環状のスペーサの使用時よりもスペーサの着
脱が簡単になる。すなわち、環状のスペーサであれば、
スペーサの着脱時にナットをボルトから外す必要があっ
た。これに対して、スペーサが馬蹄形状であれば、ナッ
トをボルトに螺合したまま、スペーサをボルトの軸線方
向に直交する方向からボルトに挿着することができる。
また、抜き取ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施例を説明
する。図１は、この発明の一実施例に係るワックスレス
マウント式研磨装置の縦断面図である。図２（ａ）は、
この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨
装置に利用されるスペーサの拡大平面図である。図２
（ｂ）は、この発明の一実施例に係るワックスレスマウ
ント式研磨装置に利用される別のスペーサの拡大平面図
である。図３は、この発明の一実施例に係るワックスレ
スマウント式研磨装置の分解斜視図である。図１におい
て、１０はこの発明の一実施例に係るワックスレスマウ
ント式研磨装置（以下、研磨装置）であり、この研磨装
置１０は、研磨定盤１１と、これに対向して上方に配設
された研磨ヘッド１２とを備えている。研磨定盤１１
は、その上面に、研磨布１３が展張されている。研磨ヘ
ッド１２は、その下面に、ウェーハ固定用のテンプレー
ト１４が設けられている。

【００１４】図１および図３に示すように、研磨定盤１
１および研磨ヘッド１２は円板形で、対向する各面はそ
れぞれ平坦面である。これらの研磨定盤１１および研磨
ヘッド１２は、各回転軸を中心にして、図示しない回転
手段によってそれぞれ回転される。このうち、研磨ヘッ
ド１２は、略シリコンウェーハＷと同じ直径を有し、回
転軸の昇降により上下動する。研磨ヘッド１２の厚さ方
向の略中間部には、外方へ突出する厚肉で環状のフラン
ジ１２ａが一体形成されている。このフランジ１２ａに
は、周方向へ１２０度ごとに、研磨ヘッド１２の厚さ方
向へ向かう３つのボルト挿通孔１２ｂ…が形成されてい
る。このフランジ１２ａの下方には、環状体であるプレ
ート固定部材１５が配置されている。このプレート固定
部材１５はステンレス鋼製で、その平面視した大きさお
よび形状は、ほぼフランジ１２ａと同じである。プレー
ト固定部材１５の上面には、各ボルト挿通孔１２ｂ…の
下方にボルト１６…がそれぞれ立設されている。各ボル
ト１６…は、対応するボルト挿通孔１２ｂ…に遊挿され
たのち、その上向きの先端部にナット１７…をそれぞれ
螺合することで、対応するプレート固定部材１５が研磨
ヘッド１２に締着される。これらのボルト１６…と、ナ
ット１７…と、後述するスペーサＳとを有し、スペーサ
Ｓの抜き差しによってテンプレート１４の高さを調整す
る高さ調整手段が構成される。

【００１５】研磨ヘッド１２の下面には、保水性を有す
る不織布製のバックパッド１８が設けられている。この
バックパッド１８を介して、８インチのシリコンウェー
ハＷが研磨ヘッド１２の下面に取り付けられる。テンプ
レート１４は、例えば円形のリング状のガラスエポキシ
板で、プレート固定部材１５の下面に固着されている。
このテンプレート１４は、その内径がシリコンウェーハ
Ｗより若干大径で、その厚さは特に限定されない。バッ
クパッド１８は、例えばスウェード製で、その大きさは
シリコンウェーハＷと略同じで、厚さはパッド全域で均
一である。研磨されるシリコンウェーハＷはＣＺウェー
ハである。

【００１６】この発明の特長は、研磨ヘッド１２とプレ
ート固定部材１５との間に、シリコンウェーハＷの厚さ
の変更分に応じて、所定枚数のスペーサＳを抜き差しし
て、テンプレート１４の高さを調整する点である。スペ
ーサＳは、ステンレス鋼製の平面視して馬蹄形状を有す
る薄い板片である（図２（ａ））。具体的なスペーサＳ
の厚さは１０μｍである。また、このスペーサＳに代え
て、環状のスペーサＳ１を採用してもよい（図２
（ｂ））。

【００１７】次に、この実施例に係るワックスレスマウ
ント式研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷのワッ
クスレスマウント式研磨方法を説明する。まず、バック
パッド１８に純水を供給し、その表面張力により、テン
プレート１４の孔部に収容されたシリコンウェーハＷを
その裏面側から保持する。次いで、ナット１７…をゆる
め、フランジ１２ａとプレート固定部材１５との間に隙
間を形成し、そこから露出したボルト１６…の元部に、
所定枚数のスペーサＳをボルト１６…の軸線方向に直交
する方向から挿着して、テンプレート１４の下面とシリ
コンウェーハＷの研磨面との高さを略揃える。その後、
ナット１７を締めてプレート固定部材１５と所定枚数の
スペーサＳとを固定する。ここでは、スペーサＳを馬蹄
形状としたので、ボルト１６…に対するスペーサＳの着
脱が、ナット１７…をボルト１６…に螺合したままでも
行える。これにより、例えば図２（ｂ）の環状ボルト挿
通孔１２ｂ…のスペーサＳ１であれば、スペーサＳ１の
着脱時にナット１７…をボルト１６…から外す必要があ
ったが、それが不要になる。その結果、スペーサＳの着
脱作業を容易化する。その後、遊離砥粒を含む研磨剤を
研磨布１３の研磨作用面に供給しながら、研磨ヘッド１
２を研磨定盤１１上で回転させ、シリコンウェーハＷの
研磨面を鏡面研磨する。

【００１８】次に、別のシリコンウェーハＷを研磨する
とき、例えば研磨前のシリコンウェーハＷの厚さ変更時
の操作、研磨後における目標厚さ変更時の操作を説明す
る。すなわち、変更後のシリコンウェーハＷの厚さに合
わせ、研磨ヘッド１２とプレート固定部材１５との間か
ら露出したボルト１６…の元部に、その不足分のスペー
サＳを挿着する。もしくは余分なスペーサＳを引き抜
く。こうして、テンプレート１４の高さを調整する。そ
の結果、１枚のテンプレート１４を使用して、シリコン
ウェーハＷの厚さ（研磨前の厚さおよび研磨後の目標厚
さ）に応じた研磨を行うことができる。また、ここで
は、変更されたスペーサＳの挿着枚数に合わせて、ボル
ト１６…へのナット１７…のねじ込み量を加減し、この
テンプレート１４の高さを調整する高さ調整手段を採用
したので、テンプレート１４の高さ調整が容易になり、
しかもその構造が簡単であるため、低コスト化も図れ
る。

【００１９】

【発明の効果】この発明によれば、半導体ウェーハの厚
さ変更時および研磨後の目標厚さの変更時には、それぞ
れの変更後のウェーハ厚さに合わせ、研磨ヘッドとプレ
ート固定部材との間にスペーサを抜き差ししてテンプレ
ートの高さを調整するので、単一な厚さのテンプレート
を使用し、半導体ウェーハの厚さに応じた研磨を行うこ
とができる。

【００２０】特に、請求項３の発明によれば、高さ調整
手段としてボルトナット構造体を採用したので、テンプ
レートの高さを調整する際には、変更されたスペーサの
挿着枚数に合わせて、ボルトへのナットのねじ込み量を
変更すればよい。そのため、テンプレートの高さ調整が
容易化し、構造が簡単であるので、低コスト化も図れ
る。

【００２１】また、請求項４の発明によれば、スペーサ
を馬蹄形状としたので、ボルトに対するスペーサの着脱
の作業が、ナットをボルトに螺合したままでも行うこと
ができる。その結果、スペーサの着脱が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係るワックスレスマウン
ト式研磨装置の縦断面図である。

【図２】（ａ）は、この発明の一実施例に係るワックス
レスマウント式研磨装置に利用されるスペーサの拡大平
面図である。（ｂ）は、この発明の一実施例に係るワッ
クスレスマウント式研磨装置に利用される別のスペーサ
の拡大平面図である。

【図３】この発明の一実施例に係るワックスレスマウン
ト式研磨装置の分解斜視図である。

【図４】従来手段に係るワックスレスマウント式研磨装
置の縦断面図である。

【符号の説明】

１０ ワックスレスマウント式研磨装置、 １２ 研磨ヘッド、 １４ テンプレート、 １５ プレート固定部材、 １６ ボルト、 １７ ナット、 １８ バックパッド、 Ｓ スペーサ、 Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

フロントページの続き (72)発明者 佐藤 平 東京都千代田区大手町１丁目５番１号 三 菱マテリアルシリコン株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 CB01 DA17

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 環状のテンプレートの内側に半導体ウェ
   ーハを収容するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘ
   ッドとの間にバックパッドを介在させて半導体ウェーハ
   を研磨するワックスレスマウント式研磨方法において、 前記研磨ヘッドに、前記テンプレートが固定されるプレ
   ート固定部材を研磨ヘッドの厚さ方向へ移動自在に設
   け、 前記研磨ヘッドとプレート固定部材との間にスペーサを
   抜き差し可能に介在させてテンプレートの高さを調整す
   るワックスレスマウント式研磨方法。
2. 【請求項２】 環状のテンプレートの内側に半導体ウェ
   ーハを収容するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘ
   ッドとの間にバックパッドを介在させたワックスレスマ
   ウント式研磨装置において、 前記研磨ヘッドに、前記テンプレートが固定されるプレ
   ート固定部材を研磨ヘッドの厚さ方向へ移動自在に設
   け、 前記研磨ヘッドとプレート固定部材との間に、スペーサ
   を抜き差し可能に介在させて前記テンプレートの高さを
   調整する高さ調整手段を設けたワックスレスマウント式
   研磨装置。
3. 【請求項３】 前記高さ調整手段が、 前記プレート固定部材に固定されたボルトと、 該ボルトに螺合され、前記プレート固定部材を研磨ヘッ
   ドに締着するナットと、 前記ボルトに着脱自在に挿着されるスペーサとを有する
   請求項２に記載のワックスレスマウント式研磨装置。
4. 【請求項４】 前記スペーサが馬蹄形状である請求項３
   に記載のワックスレスマウント式研磨装置。