JP2005150216A - 半導体ウェハの研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハの両面研磨と同時にウェハエッジ部の鏡面加工を、簡便に効率よく、従来と同じ研磨時間、手間でできるようにする。
【解決手段】上下定盤６、２に、アスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布１を貼り付けると共に、キャリア５のホール３の内周壁に上記研磨布と同じ研磨布１１を貼り付けることを特徴としている。キャリア５としては、その厚さが、研磨すべき半導体ウェハ４の厚さ以下のものを用いることが望ましい。軟質の研磨布１、１１が、ウェハエッジ部１０のテーパー部１０ａや外周円弧部１０ｂの形状に柔軟に適合して、効率よく鏡面加工がなされ得る。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体ウェハの研磨装置の改良に関するものである。

集積回路用の半導体ウェハには、その集積度の向上に伴いウェハの高平坦性が求められている。高平坦性を有するウェハの製造のためには、図４に示すような両面研磨装置を用いた両面研磨方法が広く採用されている。

両面研磨では、不織布製の研磨布１を貼り付けた下定盤２に、図５に示すような、ウェハ外径より僅かに大きい内径のホール３を有する樹脂製のキャリア５を複数枚セットし、そのキャリア５のホール３内にウェハ４をセットした後、不織布製の研磨布１を貼り付けた上定盤６を降ろし、圧力をかけ、上定盤６、下定盤２、キャリア５をそれぞれ回転させて、研磨液供給口９から研磨液を流しながら両面研磨する。ここで上下定盤６，２は互いに逆回転し、この上下定盤６，２に貼り付けた研磨布１にウェハ４の両面が面接触している。キャリア５はサンギア７とインターナルギア８に噛み合い、この二つのギアの回転数の差により自公転を行い、各ウェハ４が研磨布１と均等に接触作用することにより平坦に両面研磨する仕組みとなっている。

上記両面研磨方法の場合、ウェハの両面は鏡面研磨されるが、ウェハエッジ部１０（図２参照）まで研磨することはできず、粗い面のままとなっていた。ウェハエッジ部１０の面が粗いままだと、デバイスプロセス中の異物発塵の原因となったり、ウェハエッジ部からの割れ等の問題があり、これを解決するためシリコン等の場合、片面仕上げ研磨後等にエッジポリッシュという、ウェハエッジ部１０を直接研磨するプロセスを加えている。しかし、上記エッジポリッシュは技術的に難しいことや、工程が増えることによるコスト増加、リードタイム増加に繋がるといった問題点があった。

かかる問題点を解決するため、キャリアホールの内周部をウェハエッジ部の形状にならった形状としたり、キャリアホールの内周部に研磨用バフを設けて当該バフの内面形状をウェハエッジ部の形状にならった形状としたりすることにより、ウェハの両面研磨加工中に同時にウェハエッジ部の鏡面加工を可能とする技術がこれまでに提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。

しかしながら、この従来技術においては、キャリアホールの内周部や研磨用バフを予めウェハエッジ部の形状にならった形状にしておく必要があり、また、研磨加工の途中でウェハを裏返す必要もあって、より一層簡便で効率的な解決手段の開発が望まれていた。
特開平９−１５０３６６号公報

本発明はかかる点に立って為されたものであって、その目的とするところは、前記した従来技術の問題点を解消し、半導体ウェハの両面研磨中に同時にウェハエッジ部の鏡面加工を可能にし、コスト削減を達成し、且つ従来と同じ研磨時間、手間でできるようにした両面研磨装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明は、次のように構成したものである。

請求項１の発明に係る半導体ウェハの研磨装置は、研磨布を貼り付けた上下定盤間のキャリア及び該キャリアに設けたキャリアホールに半導体ウェハをセットして、前記上下定盤の回転により前記半導体ウェハの両面を研磨する半導体ウェハの研磨装置において、前記研磨布にアスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布を用いると共に、前記キャリアホールの内周壁に前記研磨布と同じ研磨布を貼り付けたことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体ウェハの研磨装置において、前記キャリアとして、その厚さが、研磨すべき半導体ウェハの厚さ以下のものを用いることを特徴とする。

ここで、アスカーＣ硬度とは、日本ゴム協会標準規格（ＳＲＩＳ）０１０１に規定されたスプリング式硬度計の一種であるアスカーＣによって測定された硬度を言い、アスカーＣ硬度８０とは、アスカーＣ硬度計で測定した値が８０であることを指す。この数値が大きいほど硬度が高いことを示す。参考までに、軟質ゴムの硬さを表わすための他の表示方法による値と比較すれば、アスカーＣ硬度８０は、スプリング式Ａ型（ＪＩＳ Ｋ ６３０１ Ａ）では約５８、デュロメータＡ（ショアＡ）では約５９、デュロメータＤ（ショアＤ）では約１７、デュロメータＥ（ショアＥ）では約８０に相当する。

本発明において、研磨布としてアスカーＣ硬度８０以下の軟質の研磨布を使用する理由は、アスカーＣ硬度８０を超える硬めの研磨布であると、上下定盤間に挟まれた半導体ウェハに押しつけられている部分の研磨布が殆ど凹むことがなく、そのため、半導体ウェハのエッジ部分に研磨布が幾分覆いかぶさるような状態になることがないため、ウェハエッジ部の研磨が充分に行われ難いからである。また、キャリアのホール内で半導体ウェハが自転する際にも、ホール内周壁に貼り付けられた研磨布の硬度がアスカーＣ硬度８０を超えると、ウェハエッジ部の外周円弧部と研磨布との接触面積が少なく、研磨効率が悪くなるためである。

更にまた、圧縮弾性回復率９０％以上の軟質研磨布を用いる理由は、圧縮弾性回復率がこれより劣ると、回転移動する半導体ウェハの一つが通過した後、次の半導体ウェハが到来するまでの間に、凹んだ研磨布が元の状態に回復せず、上記と同様、ウェハエッジ部分に研磨布が覆いかぶさることがなく、ウェハエッジ部の研磨が充分に行われ難いからである。また、キャリアのホール内で半導体ウェハが自転する際にも、ホール内周壁に貼り付けられた研磨布の圧縮弾性回復率が９０％未満であると、研磨布が凹んだままで、ウェハエッジ部の外周円弧部と研磨布との接触面積が少なく、研磨効率が悪くなるためである。

請求項１の発明によれば、半導体ウェハに接触する研磨布が、アスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の弾性に富んだ軟質研磨布であるため、ウェハのエッジ部の形状に柔軟に適合して、エッジ部に覆いかぶさるような状態となり、回復性も良好なため、いわば自動的にウェハエッジ部の形状に倣うことになる。従って、前記従来技術の如く、キャリアのホール内周や研磨用バフを予めウェハエッジ部の形状に形状に倣ったしておく必要がなく、また、研磨加工の途中でウェハを裏返す必要もないので、半導体ウェハの両面研磨加工と同時にウェハエッジ部の鏡面加工を可能とする簡便で効率的な半導体ウェハの研磨装置を提供し得るものである。

請求項２の発明によれば、キャリアの厚さが、研磨すべき半導体ウェハの厚さ以下であるので、上下定盤に貼り付けられた軟質研磨布が、キャリアに邪魔されることなくウェハエッジ部と接触でき、ウェハエッジ部の鏡面研磨加工を効率よく行ない得るものである。
＜発明の要点＞
上記の如く、本発明の要点とするところは、研磨布を貼り付けた上下定盤間のキャリア及び該キャリアに設けたキャリアホールに半導体ウェハをセットして、前記上下定盤の回転により前記半導体ウェハの両面を研磨する装置において、前記研磨布としてアスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布を用いること、そして更に、前記キャリアホールの内周壁に、上下定盤に貼り付けたものと同じ研磨布を貼り付けたことを特徴とする。上下定盤に貼り付ける研磨布にアスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布を用いると、その回復性により両面研磨中にウェハエッジ部のテーパー部１０ａ（図２参照）を研磨することが可能になる。但し、前記両面研磨用キャリアの厚さは、前記半導体ウェハと同じか若干薄いことが好ましい。さらに、両面研磨用キャリアのキャリアホール内周壁に前記研磨布と同じ研磨布を貼り付けることで、両面研磨中にウェハエッジ部の外周円弧部１０ｂを研磨することが可能になり、従って、ウェハエッジ部全体をウェハ表面と同等レベルに鏡面研磨することが可能になる。

以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る半導体ウェハの両面研磨装置の一実施例を示す断面図、図２は、図１に示した両面研磨装置の要部拡大断面図、図３は、図１に示した両面研磨装置のキャリア部拡大図である。

図１に示す本発明に係る半導体ウェハの両面研磨装置は、アスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布１を貼り付けた下定盤２に、ウェハ４の外径より僅かに大きい内径のホール３を有する樹脂製のキャリア５を複数枚セットし、そのキャリア５のホール３内にそれぞれウェハ４をセットした後、上記と同様のアスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布１を貼り付けた上定盤６を降ろして圧力をかけ、上定盤６、下定盤２、キャリア５をそれぞれ回転させつつ、且つ研磨液供給口９から研磨液を流しながら両面研磨するようになっている。このとき、上下定盤６、２は互いに逆回転し、各キャリア５はサンギア７とインターナルギア８に噛み合い、この二つのギアの回転数の差により自公転を行い、各ウェハ４が研磨布１と均等に接触作用することにより、これらのウェハを平坦に両面研磨する仕組みとなっている。

本発明においては、上下定盤６、２に貼り付けられる研磨布１が、上記の如くアスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上という物性を有する不織布製の軟質研磨布であり、更に、これと同一の不織布製の軟質研磨布１１が、キャリア５の各ホール３の内周壁に貼り付けられている。

そのため、半導体ウェハ４の両面研磨加工時には、図２に拡大して示す如く、半導体ウェハ４が上下定盤６、２の軟質研磨布１の表面に僅かにめり込んだ状態となり、軟質研磨布１が半導体ウェハ４のエッジ部１０のテーパー部１０ａの形状を自動的に倣って当該テーパー部１０ａに幾分覆いかぶさった状態となり、当該テーパー部１０ａの鏡面研磨が、上下両面の鏡面研磨と同時に効率よく行われるものである。更にこれと同時に、キャリア５の各ホール３の内周壁に貼り付けられた軟質研磨布１１が、ウェハエッジ部の外周円弧部１０ｂの形状に自動的に倣って広面積で接触するため、当該外周円弧部１０ｂの鏡面加工も極めて効率よく行われる。

また、図２に示す如く、キャリア５として、半導体ウェハ４の厚さより若干薄いものを用いることによって、上下定盤６、２に貼り付けられた軟質研磨布１が、キャリア５に邪魔されることなくウェハエッジ部のテーパー部１０ａに広面積で接触でき、ウェハエッジ部の鏡面研磨加工を効率良く行ない得るものである。

以下、本発明の半導体ウェハの研磨装置の実施例について具体的に説明する。

まず、本発明の研磨装置の各構成要素及びそれらと共に用いたものは下記の通りである。

ａ．両面研磨装置本体
第一実施例の両面研磨装置本体は、浜井産業株式会社製の１６Ｂ両面研磨装置を用いた。この１６Ｂ両面研磨装置は、外径φ１００mmのウェハを４０枚セットし、ウェハ上下両面を同時に研磨することが出来る。

ｂ．半導体ウェハ４
両面研磨に供した半導体ウェハ４は外径φ１００mmの半絶縁性ＧａＡｓウェハ４を用いた。

ｃ．研磨液９
研磨液９としては、化学研磨作用をする次亜塩素酸水溶液と、機械研磨作用をする微細径のシリカを混合して成るシリカ混合次亜塩素酸水溶液を用いた。

ｄ．研磨布１、１１
研磨布１、１１としては、アスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布を用いた。

ｅ．両面研磨用キャリア５
両面研磨用キャリア５は、ガラス繊維強化エポキシ樹脂から成り、ホール３の内周壁には、上記研磨布と同じ研磨布を貼り付けたものを用いた。

なお、キャリア５の厚さが、研磨すべき半導体ウェハ４より僅かに薄く作製されたものを使用した。
＜第一実施例＞
定盤径φ１１６１mmの両面研磨装置を用い両面研磨を行った。上下定盤６、２にはアスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布１を貼った。

まず、下定盤２に本発明による、ホール内周壁に上記上下定盤に貼ったものと同じ研磨布１１を貼り付けたホール３が８個設けられたφ１００mmウェハ用キャリア５を５枚セットし、計４０枚のφ１００mm径ＧａＡｓウェハ４をウェハオモテ面を上にし、各ホール３に挿入した。次に上定盤６を降ろし、加圧し、下定盤２を２１ｒｐｍ、上定盤６を７ｒｐｍで互いに逆回転させ両面研磨を行った。このとき研磨液９を７５０ｍｌ／ｍｉｎの流量で流し、加圧圧力は１２０ｇ／cm²とし、研磨時間を６０分とした。

この本発明の両面研磨装置で両面研磨したＧａＡｓウェハのウェハエッジ部の面粗さと、従来の両面研磨装置で両面研磨したＧａＡｓウェハのウェハエッジ部の両粗さを比較したところ、ホール内周壁に研磨布を貼り付けた両面研磨用キャリアを用いた本発明の研磨装置で両面研磨したウェハのウェハエッジ部は、従来の両面研磨装置で両面研磨したウェハのウェハエッジ部より格段に面粗さが向上していた。

以上の如く構成される本発明の半導体ウェハの研磨装置を用いて両面研磨を行うことで、従来と同じ研磨操作でウェハエッジ部全体、つまりウェハ全体の鏡面研磨が可能になり、さらにチッピング不良も大幅に低減することでき、それにより両面研磨したウェハの品質、歩留りおよび生産性を向上することができるものであり、工業上有用である。

本発明に係る両面研磨装置の一実施例を示す断面図である。 図１に示した両面研磨装置の要部拡大断面図である。 図１に示した両面研磨装置のキャリア部拡大図である。 従来公知の両面研磨装置の断面図である。 図４に示した両面研磨装置のキャリア部拡大図である。

符号の説明

１ 上下定盤に貼り付けた軟質研磨布
２ 下定盤
３ ホール
４ 半導体ウェハ
５ 両面研磨用キャリア
６ 上定盤
７ サンギア
８ インターナルギア
９ 研磨液供給口（研磨液）
１０ ウェハエッジ部
１０ａ ウェハエッジ部のテーパー部
１０ｂ ウェハエッジ部の外周円弧部
１１ 両面研磨用キャリアのホールの内周壁に貼り付けた軟質研磨布

Claims (2)

1. 研磨布を貼り付けた上下定盤間のキャリア及び該キャリアに設けたキャリアホールに半導体ウェハをセットして、前記上下定盤の回転により前記半導体ウェハの両面を研磨する半導体ウェハの研磨装置において、
   前記研磨布にアスカーＣ硬度８０以下、且つ圧縮弾性回復率９０％以上の不織布製の軟質研磨布を用いると共に、前記キャリアホールの内周壁に前記研磨布と同じ研磨布を貼り付けたことを特徴とする半導体ウェハの研磨装置。
2. 請求項１に記載の半導体ウェハの研磨装置において、
   前記キャリアとして、その厚さが、研磨すべき半導体ウェハの厚さ以下のものを用いることを特徴とする半導体ウェハの研磨装置。

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