JP2004023038A

JP2004023038A - 半導体ウェーハの研磨装置

Info

Publication number: JP2004023038A
Application number: JP2002179713A
Authority: JP
Inventors: Takeo Saito; 齊藤　丈生; Takahiro Uchida; 内田　高広
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】研磨レートおよびウェーハ平坦度の低下を招くことなく、研磨布の安定した研磨性能が得られるとともに、スループットが高まり、設備コストおよびメンテナンスコストも低下する半導体ウェーハの研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨中、研磨ヘッド１２の下面に突設されたテンプレート１６が研磨布１３の研磨作用面に押し当てられる。これにより、シリコンウェーハＷを研磨しながら研磨作用面がドレッシングされる。そのため、シリコンウェーハＷの研磨レートおよびウェーハ平坦度を低下させず、安定した研磨布１３の研磨性能が得られる。しかも、ドレッシングを含む研磨時間が短縮されるので、シリコンウェーハＷのスループットが高まる。また、専用のドレッシング治具が不要なので、設備コストおよびメンテナンスコストを低くすることができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【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装置、詳しくは半導体ウェーハを研磨しながら研磨布の表面をドレッシング（目立て）する、ドレッシング機能を有した半導体ウェーハの研磨技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
面取り後、エッチング処理が施されたシリコンウェーハは、次の研磨工程において、その表面に機械的化学的研磨が施される。これにより、シリコンウェーハの表面は平滑で無歪の鏡面に仕上げられる。
一般的な研磨装置は、上面に研磨布が貼着された研磨定盤と、研磨定盤の常法に対向配置され、下面にシリコンウェーハが所定の保持構造により保持された研磨ヘッドとを備えている。
研磨時には、研磨砥粒を含む研磨液（スラリー）を研磨布に供給しながら、研磨ヘッドと一体的に回転中のシリコンウェーハを、研磨布の表面（研磨作用面）に摺接させることにより、研磨する。
【０００３】
ところで、研磨布は長時間使用していると、例えば研磨作用面に目詰まりが生じたり、磨耗により研磨作用面の平滑性が低下する。その結果、シリコンウェーハに対する研磨性能が低下してしまう。
そこで、これらの問題点を解消するため、一定時間の研磨が終了した後、専用のドレッシング治具によりこの研磨作用面を毛羽だたせるドレッシングが行われる。ドレッシング治具としては、例えば円板状の治具基体のドレッシング作用面の全域に、多数個の焼結体を分散されたものなどが採用される。治具基体の素材にはステンレスなどの金属が採用されている。また、焼結体としては、ダイヤモンド粒を結合材で固めたものが採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のドレッシングにあっては、以下の問題があった。
すなわち、（１）　研磨布のドレッシングは、研磨終了後に別工程で行われていた。そのため、ドレッシングを含めた研磨工程に要する時間が長くなり、スループットが低下していた。
また、（２）　ドレッシング治具は、研磨装置とは別の装置ユニットとして構成されていた。そのため、設備コストおよび消耗品を含むメンテナンスコストが高くなっていた。
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、研磨ヘッドのウェーハ保持側の面で、半導体ウェーハの保持部分を除く領域に、研磨布の研磨作用面をドレッシングするドレッシング体を設ければ、半導体ウェーハを研磨しながら研磨布の表面をドレッシングすることができ、その結果、研磨レートおよびウェーハ平坦度を低下させずに、研磨布の安定した研磨性能が確保でき、さらにはスループットが高まるとともに、設備コストおよびメンテナンスコストも低下できることを知見し、この発明を完成させた。
【０００５】
【発明の目的】
この発明は、研磨レートおよびウェーハ平坦度の低下を招くことなく、研磨布の安定した研磨性能が得られ、またスループットが高まるとともに設備コストおよびメンテナンスコストも低下させることができる半導体ウェーハの研磨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、既存の研磨装置に簡単な設計変更を加えるだけで、この発明の効果を有する研磨装置に改良することができる半導体ウェーハの研磨装置を提供することを、その目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、研磨布に研磨剤を供給し、研磨ヘッドのウェーハ保持側の面に保持された半導体ウェーハを研磨布に摺接させることで、この半導体ウェーハを研磨する半導体ウェーハの研磨装置において、前記研磨ヘッドのウェーハ保持側の面で、半導体ウェーハの保持部分を除く領域に、前記研磨布の研磨作用面をドレッシングするドレッシング体を設けた半導体ウェーハの研磨装置である。
【０００７】
ここで適用される研磨装置としては、例えば半導体ウェーハを研磨ヘッドに真空吸着する方式の装置、キャリアプレートを介して半導体ウェーハを研磨ヘッドにワックス貼着するワックスマウント方式の装置、または、環状のテンプレートの内側で水を含むバックパッドを介して半導体ウェーハを研磨ヘッドに保持するワックスレスマウント方式の装置などが挙げられる。さらに、研磨装置は、研磨ヘッドを研磨装置の上方に対向配置したものでも、これとは上下を逆に配置したものでもよい。そして、研磨ヘッドは、研磨布に沿って往復動する方式でもよいし、往復動しない方式でもよい。往復動する場合には、半導体ウェーハの外周部の一部研磨布の外部にはみ出して研磨していてもよいし、そうでなくてもよい。
【０００８】
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（株）ロデール・ニッタ製の硬質発泡ウレタンフォームからなる「ＭＨパッド」、「ＩＣパッド」、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた「Ｓｕｂａパッド」などを採用することができる。
研磨剤としては、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ（研磨砥粒）、アミン（加工促進剤）および有機高分子（ヘイズ抑制剤）などを混合したものを採用することができる。コロイダルシリカとは、珪酸微粒子の凝集が起こらないで１次粒子のまま水中に分散した透明または不透明な乳白色のコロイド液である。
【０００９】
ドレッシング体は、半導体ウェーハを１枚ごと研磨する枚葉式の研磨装置に組み込まれた研磨布をドレッシングするものでもよい。また、バッチ式の研磨装置に組み込まれた研磨布、さらには両面研磨装置に組み込まれた上下２枚の研磨布を同時または１枚ずつドレッシングするものでもよい。
ドレッシング体が形成される研磨ヘッドのウェーハ保持側の面の領域は限定されない。要は、半導体ウェーハの保持部分を除いた領域であればよい。具体的には、この保持された半導体ウェーハの周りを囲むようにドレッシング体を設けてもよい。または、バッチ式の研磨装置にあっては、隣接する半導体ウェーハの保持部分と保持部分との間に設けてもよい。
ドレッシング体の形状、大きさなどは、研磨布の研磨性能が高まるように研磨作用面を毛羽だたせることができれば限定されない。例えば、ドレッシング作用面に微細な凹凸であるエンボス、微細でなだらかな窪みのディンプル、ドレッシング作用面（環状面を含む）の中心部を中心とした放射線状の凹凸部などが形成されたものを採用してもよい。このような凹凸部分の大きさは、例えば５００μｍ程度である。その他、ドレッシング体としてブラシを採用してもよい。
【００１０】
ドレッシング体の素材は限定されない。例えばエンボスおよびディンプルなどを有する突起状物の場合には、ポリ塩化ビニルなどのプラスチック、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、炭化珪素（ＳｉＣ）などのセラミックス、ダイヤモンド粒をニッケルなどの結合材で固めたものなどを採用することができる。ブラシの場合には、例えばポリアミド系合成高分子繊維などの各種の合成樹脂繊維が挙げられる。
研磨ヘッドに保持されたドレッシング体の高さは、半導体ウェーハの厚さと略同じか、それよりも１〜２００μｍだけ低くなった方が好ましい。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記研磨装置が、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前記研磨ヘッドとの間にバックパッドが介在されたワックスレスマウント方式の研磨装置で、前記テンプレートがドレッシング体と兼用され、該テンプレートの研磨布側の端面が、ドレッシング用の凹凸を有するドッシング作用面となった請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨装置である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記半導体ウェーハは、キャリアプレートを用いて研磨ヘッドのウェーハ保持側の面に保持され、前記ドレッシング体が、前記キャリアプレートのウェーハ保持側の面のうち、半導体ウェーハの保持部分を除く領域に形成された研磨布側に向かって突出する突起で、該突起の先端面がドレッシング用の凹凸を有するドレッシング作用面である請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨装置である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記ドレッシング体がブラシである請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨装置である。
ブラシ毛の素材としては、例えばポリアミド高分子繊維がある。
ブラシ毛の太さは、例えば直径１５０μｍ程度である。
【００１４】
【作用】
この発明では、研磨中、研磨ヘッドのウェーハ保持側の面に突設されたドレッシング体が研磨布の研磨作用面に押し当てられる。これにより、半導体ウェーハを研磨しながら研磨布の表面がドレッシングされる。そのため、半導体ウェーハの研磨レートおよびウェーハ平坦度を低下させず、安定した研磨布の研磨性能が得られる。しかも、ドレッシングを含む研磨全体に要する時間が短縮されるので、半導体ウェーハのスループットが高まる。さらには、従来のように専用の運転機構により作動されるドレッシング治具が不要となる。そのため、設備コストおよびメンテナンスコストを廉価にすることができる。
【００１５】
特に、請求項２に記載の発明によれば、テンプレートがドレッシング体との兼用であるので、研磨ヘッドのウェーハ保持側の面に特別にドレッシング体を設ける必要がない。これにより、既存の研磨装置に簡単な設計変更を加えるだけで、この発明の効果を有する研磨装置に改良することができる。
【００１６】
【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。まず、図１〜図３を参照して第１の実施例を説明する。
図１は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の要部縦断面図である。図２は、この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の一部を構成する研磨ヘッドの底面図である。図３は、この発明の別の態様に係る半導体ウェーハの研磨装置の一部を構成する研磨ヘッドの底面方向からの斜視図である。
【００１７】
図１において、１０は半導体ウェーハの研磨装置（以下、研磨装置）である。研磨装置１０は、例えば枚葉式でもかまわないが、４枚の単結晶シリコン製の６インチウェーハＷの片面を同時に研磨可能なワックスレスマウント式の研磨装置である。
図１および図２に示すように、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。これらの研磨定盤１１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。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りそれぞれ回転自在である。また、研磨ヘッド１２は、昇降自在に設けられている。
【００１８】
研磨定盤１１は、例えばその上面に厚地のスポンジゴムを介して研磨布１３が貼着されている。研磨布１３は、例えば不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させたロデール社製のＳｕｂａ６００（厚さ１２７０μｍ、硬度８０°（Ａｓｋｅｒ））である。研磨ヘッド１２は、その下面にウェーハ保持用のキャリアプレート１４が着脱自在に取り付けられている。キャリアプレート１４の下面には、プレート中心部を中心にした仮想円上に、９０度間隔で４枚のバックパッド１５が貼着されている。バックパッド１５はスウェード製で、厚さはパッド全域で均一となっている。シリコンウェーハＷはＣＺウェーハである。
バックパッド１５の外周部の下面には、シリコンウェーハＷを内側に収納する環状のテンプレート１６が固着されている。テンプレート１６は、円形のリング状のガラスエポキシ製で、その内径はシリコンウェーハＷの外径より０．２〜１．０ｍｍだけ大きい。また、テンプレート１６の高さはシリコンウェーハＷの厚さより１〜２００μｍだけ低い。さらに、テンプレート１６の外径（半径方向の幅）はウェーハ径に１０〜３０ｍｍを加えた程度である。
【００１９】
この第１の実施例の特徴は、テンプレート１６を、研磨布の研磨作用面をドレッシングするドレッシング体と兼用させた点である。これにより、テンプレート１６の下端面がドレッシング作用面となる。ドレッシング作用面には、多数のディンプルａが形成されている。ディンプルａのサイズは、直径ｄが２００〜５００μｍ程度、深さｔが２００〜５００μｍ程度である。また、図３に示すように、テンプレート１６の下端面に、このテンプレート１６の中心部を中心とした放射線状の凹凸部ｂを所定ピッチで形成してもよい。
【００２０】
次に、この第１の実施例の研磨装置１０の作用を説明する。
図１に示すように、シリコンウェーハＷの研磨時には、テンプレート１６を所定の位置に装着し、バックパッド１５に純水などを所定量だけ供給しておく。その後、シリコンウェーハＷをテンプレート１６の内側に収納する。これにより、シリコンウェーハＷの裏面が、水の表面張力によりバックパッド１５に吸着・保持される。
このとき、シリコンウェーハＷの中央部の表面は、テンプレート１６の下端面から１〜２００μｍだけ下方に突出する。その後、砥粒を含む研磨剤を供給しながら、研磨ヘッド１２を研磨定盤１１上で回転させ、シリコンウェーハＷの表面を研磨布１３に摺接させることで、シリコンウェーハＷの表面を研磨布１３により研磨する。
【００２１】
この研磨中、研磨ヘッド１２からの研磨圧力により、研磨布１３のシリコンウェーハＷが押し当てられている部分が圧縮される。これにより、シリコンウェーハＷの周りを囲んだテンプレート１６の下端面、言い換えればドレッシング作用面が研磨布１３の研磨作用面に押し付けられる。これにより、研磨作用面はシリコンウェーハＷを研磨しながらドレッシングされる。すなわち、ドレッシング作用面には多数のディンプルａが形成されて凹凸形状となっている。そのため、テンプレート１６の下端面が研磨布１３に押し付けられた状態で研磨ヘッド１２が回転すると、この研磨布１３の研磨作用面が、凹凸形状を有する硬いドレッシング作用面の形成部によって毛羽だてられる。
【００２２】
その結果、シリコンウェーハＷの研磨レートおよびウェーハ平坦度を低下させず、安定した研磨布１３の研磨性能が得られる。しかも、ドレッシングを含む研磨全体に要する時間が短縮されるので、シリコンウェーハＷのスループットが高まる。さらには、従来のようにドレッシング治具、および、このドレッシング治具を待機位置と研磨布上のドレッシング位置との間で移動させる専用の運転機構などが不要となる。これにより、設備コストおよび各種のメンテナンスコストが廉価になる。
しかも、第１の実施例ではテンプレート１６がドレッシング体との兼用であるので、研磨ヘッド１２の下面に特別にドレッシング体を設ける必要がない。これにより、既存の研磨装置に簡単な設計変更を加えるだけで、この発明の効果を有する研磨装置に改良することができる。
【００２３】
次に、図４および図５に基づき、この発明の第２の実施例を説明する。
図４は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の要部縦断面図である。図５は、この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の一部を構成する研磨ヘッドの底面図である。
図４および図５に示す第２の実施例は、テンプレート１６に代えて、キャリアプレート１４の下面に、直接、シリコンウェーハＷの周りを囲む環状のドレッシング体２１を貼着したワックスマウント方式の研磨装置２０に適用した例である。
ドレッシング体２１は、円形のリング状のガラスエポキシ樹脂製で、その内径はシリコンウェーハＷの外径より０．２〜１．０ｍｍ大きく、高さはシリコンウェーハＷの厚さより１〜２００μｍだけ短い。また、ドレッシング体２１の外径（半径方向の幅）は１０〜２０ｍｍ程度である。ドレッシング体２１の下端面（ドレッシング作用面）には、テンプレート１６と同じディンプルａが形成されている。
その他の構成、作用および効果は、第１の実施例と略同じであるので説明を省略する。
【００２４】
次に、図６および図７に基づき、この発明の第３の実施例を説明する。
図６は、この発明の第３の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の要部縦断面図である。図７は、この発明の第３の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の一部を構成する研磨ヘッドの底面図である。
図６および図７に示す第３の実施例の研磨装置３０は、ドレッシング体としてブラシを採用した例である。
すなわち、キャリアプレート１４の下面には、プレート中心から放射状に、９０度間隔で４枚の長尺なブラシ３１が例えば両面テープにより貼着されている。このブラシ３１は帯状の基体に所定長さのブラシも多数植毛して構成されている。ドレッシング不要時はブラシ３１をキャリアプレート１４の下面から取り外すことができる。また、摩耗したブラシ３１の交換もできる。各ブラシ３１は隣接するシリコンウェーハＷとシリコンウェーハＷとの間に配置される。ブラシ毛の素材はポリアミド系合成高分子繊維で、ブラシ３１の幅は１０〜３０ｍｍ、ブラシ毛の長さは３０〜１０００μｍ、ブラシ毛の太さは直径１５０μｍである。
キャリアプレート１４の中心部には、ブラシ３１が配置されていない。これは研磨布１３における部分的な過度のドレッシングを防止するためである。
【００２５】
研磨時、各ブラシ３１の先端部が研磨布１３の研磨作用面に押し付けられ、研磨ヘッド１２の回転に伴って、ブラシ３１により研磨作用面をドレッシングする。
その他の構成、作用および効果は、第１の実施例と略同じであるので説明を省略する。
【００２６】
【発明の効果】
この発明では、研磨ヘッドの半導体ウェーハの保持部分を除くウェーハ保持側の面の部分にドレッシング体を設けたので、半導体ウェーハを研磨しながら研磨布の表面をドレッシングすることができる。これにより、半導体ウェーハの研磨レートおよびウェーハ平坦度を低下させることなく、安定した研磨布の研磨性能を得ることができる。しかも、ドレッシングを含む研磨全体に要する時間が短縮され、半導体ウェーハのスループットを高めることができる。さらには、従来のような専用の作動機構により作動されるドレッシング治具が不要となるので、設備コストおよびメンテナンスコストを廉価にすることができる。
【００２７】
特に、請求項２に記載の発明によれば、テンプレートとドレッシング体とを兼用としたので、研磨ヘッドのウェーハ保持側の面に特別にドレッシング体を設ける必要がなくなり、テンプレートをドレッシング体と兼用のものに変更するだけで、既存の研磨装置を簡単にこの発明の効果を有する研磨装置に改良することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の要部縦断面図である。
【図２】この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の一部を構成する研磨ヘッドの底面図である。
【図３】この発明の別の態様に係る半導体ウェーハの研磨装置の一部を構成する研磨ヘッドの底面方向からの斜視図である。
【図４】この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の要部縦断面図である。
【図５】この発明の第２の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の一部を構成する研磨ヘッドの底面図である。
【図６】この発明の第３の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の要部縦断面図である。
【図７】この発明の第３の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置の一部を構成する研磨ヘッドの底面図である。
【符号の説明】
１０　半導体ウェーハの研磨装置、
１２　研磨ヘッド、
１３　研磨布、
１４　キャリアプレート、
１５　バックパッド、
１６　テンプレート（ドレッシング体）、
２１　ドレッシング体、
３１　ブラシ、
Ｗ　シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims

研磨布に研磨剤を供給し、研磨ヘッドのウェーハ保持側の面に保持された半導体ウェーハを研磨布に摺接させることで、この半導体ウェーハを研磨する半導体ウェーハの研磨装置において、
前記研磨ヘッドのウェーハ保持側の面で、半導体ウェーハの保持部分を除く領域に、前記研磨布の研磨作用面をドレッシングするドレッシング体を設けた半導体ウェーハの研磨装置。
前記研磨装置が、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前記研磨ヘッドとの間にバックパッドが介在されたワックスレスマウント方式の研磨装置で、
前記テンプレートがドレッシング体と兼用され、該テンプレートの研磨布側の端面が、ドレッシング用の凹凸を有するドッシング作用面となった請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨装置。
前記半導体ウェーハは、キャリアプレートを用いて研磨ヘッドのウェーハ保持側の面に保持され、
前記ドレッシング体が、前記キャリアプレートのウェーハ保持側の面のうち、半導体ウェーハの保持部分を除く領域に形成された研磨布側に向かって突出する突起で、該突起の先端面がドレッシング用の凹凸を有するドレッシング作用面である請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨装置。
前記ドレッシング体がブラシである請求項１に記載の半導体ウェーハの研磨装置。