JP2006156653A

JP2006156653A - ウェーハ保持体

Info

Publication number: JP2006156653A
Application number: JP2004344228A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Kuhara; 巧己久原
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2004-11-29
Publication date: 2006-06-15

Abstract

【課題】半導体ウェーハを研磨する研磨装置のヘッド本体に取り付けられるウェーハ保持体に関し、特に、安価で、かつ、研磨後のウェーハ面内のうねりを抑制し、高い平坦度を得ることができるウェーハ保持体を提供する。
【解決手段】一方の面がヘッド本体に接着して取り付けられる円盤板状の第１の保持部材２と、第１の保持部材２に接着して取り付けられるリング状の押圧部材３と、押圧部材３に接着して取り付けられる円盤板状の第２の保持部材４と、第２の保持部材４に接着して取り付けられるリング部材５により構成されており、第１の保持部材２、押圧部材３、第２の保持部材４に囲まれた部分、すなわち、押圧部材３の内側部分には、半導体ウェーハを押圧する閉鎖空間である押圧空間６が形成されているウェーハ保持体１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウェーハを研磨する研磨装置のヘッド本体に取り付けられるウェーハ保持体に関し、特に、安価で、かつ、研磨後のウェーハ面内のうねりを抑制し、高い平坦度を得ることができるウェーハ保持体に関する。

一般的に、半導体ウェーハ（以下、単にウェーハという）の製造では、半導体デバイスが形成される面を鏡面研磨する。なお、近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、鏡面研磨後のウェーハの高平坦化が望まれており、ウェーハの表面を研磨する研磨装置の開発が進められている。

従来、ウェーハを鏡面研磨する場合には、ウェーハの裏面にワックス等を塗布してセラミックスプレート等に接着して研磨するワックス法と、ウェーハの裏面を真空吸着して研磨するワックスレス法と、多孔質の樹脂からなる弾性部材を用いてウェーハを水貼りして研磨するテンプレート法が利用されている。

近年のウェーハの大口径化に伴いワックス法ではワックスの塗布量の面内均一化が難しく、また、使用するワックス量が増大し、その廃棄等の環境問題が深刻となっている。また、ワックスレス法では、研磨中に流す研磨剤が真空吸着部、すなわち、ウェーハの裏面に回り込み、裏面汚れ等の問題が生じるため、より複雑な構造を有する研磨装置に改造する必要がある。

テンプレート法は、より詳しくは、例えば、図６に示すように回転可能なヘッド本体２１の下部に接着されたバッキングパッド等の弾性部材２２と、弾性部材２２の下部に固着されたリング部材２３で構成されたテンプレート２４にウェーハＷを保持して研磨を行う方法である。テンプレート法は、他の方法と比べて、コスト面において非常に安価であり、容易に実施可能である。

しかしながら、テンプレート法は、バッキングパッド等の弾性部材によりウェーハの裏面を保持して研磨を行うため、弾性部材の粘弾性によりウェーハ面内での押圧荷重が不均一となり、うねり等が発生するため平坦度が悪化する問題がある。

そこで、テンプレート法にて均一な研磨により平坦度の高いウェーハを得る方法として、ウェーハの外周と当接する研磨クロスの当接面に撓みを発生させないテンプレートによりウェーハを保持して研磨する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、近年では、ウェーハの研磨面における研磨圧力の面内分布がきわめて小さいという利点から、直接エア圧により加圧されるメンブレン等の弾性部材によりウェーハを保持して研磨する研磨ヘッドが採用されている。

具体的には、上側基板ホルダの下面ほぼ中央部に、研磨対象のウェーハの直径よりも小さな直径を有する円形の凹部が形成され、この凹部の開口部は、ゴムシートで蓋がされており、その内部は気密性が保たれている。この凹部には、上側基板ホルダを貫通する孔を介して加圧用チューブが接続されており、加圧用チューブから凹部内にガスを導入することにより加圧する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、下方に開口部が形成される略円盤形状のヘッド本体と、このヘッド本体内に張られて開口部内に外部と仕切られてなる加工室を形成すると共に、内周部の下面でウェーハを受ける可撓膜と、加圧室の内圧を調整する圧力調整機構を設け、可撓膜の外周部の肉厚を、可撓膜においてウェーハを受ける部分である内周部の肉厚よりも厚く形成する技術が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開平９−３２１００２号公報特開平７−２４１７６４号公報特開２００２−７５９３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている技術は、平坦度の高い研磨ができる旨が記載されているが、ウェーハ面内のうねりを抑制することができる旨の記載はされておらず、その解決手段の示唆もされていない。

また、特許文献２、及び、特許文献３に記載されている技術は、弾性部材をエア圧により加圧してウェーハの研磨を行うため、エア圧が変動するとウェーハ面内での押圧荷重が不均一となり、うねり等で平坦度が悪化する場合があった。また、このような構造を取る場合は、装置自体が複雑となり、コストの面で高いものとなっていた。

そこで、本発明は、安価で、かつ、研磨後のウェーハ面内のうねりを抑制し、高い平坦度を得ることができるウェーハ保持体を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、半導体ウェーハを研磨する研磨装置のヘッド本体に取り付けられるウェーハ保持体であって、前記ヘッド本体に取着される第１の保持部材と、前記第１の保持部材に取着されるリング状の押圧部材と、前記押圧部材に取着される第２の保持部材と、前記第２の保持部材に取着され、半導体ウェーハを保持するリング部材とから成り、前記第１の保持部材と前記押圧部材と前記第２の保持部材で囲繞され、半導体ウェーハを研磨装置の定盤に押圧する押圧空間が形成されていることを特徴とするウェーハ保持体が提供される。

本発明によれば、安価で、かつ、研磨後のウェーハ面内のうねりを抑制し、高い平坦度を得ることができる。

以下に、本発明の実施の形態にかかるウェーハ保持体について、図面を参照しながら説明する。図１及び図２は、ウェーハ保持体とウェーハ保持体を構成する各部材を個別に示した概念図、図３は本発明の実施の形態にかかるウェーハ保持体を用いた研磨装置を示す概念図である。

図１において、ウェーハ保持体１は、一方の面がヘッド本体に接着して取り付けられる円盤板状の第１の保持部材２と、第１の保持部材２に接着して取り付けられるリング状の押圧部材３と、リング状の押圧部材３に接着して取り付けられる円盤板状の第２の保持部材４と、第２の保持部材４に接着して取り付けられるリング部材５により構成されている。第１の保持部材２、押圧部材３、第２の保持部材４に囲まれた部分、すなわち、押圧部材３の内側部分には、ウェーハを押圧する閉鎖空間である押圧空間６が形成されている。

第１の保持部材２は、後述する研磨装置のヘッド本体に取り付ける接着面と、押圧部材３と接着して取り付ける接着面があり、ヘッド本体との接着面には、例えば、両面テープ等の接着部材が取り付けられている。

押圧部材３の両面には、第１の保持部材２、第２の保持部材４が接着されて取り付けられている。

第２の保持部材４は、一方の面に、押圧部材３が接着して取り付けられており、また、他方の面には、ウェーハを研磨中保持するリング部材５が接着して取り付けられている。

第１の保持部材２の材質は、ＰＥＴフィルム等の硬質部材でもよく、または、スウェードタイプのバッキングパッド等の多孔質の樹脂からなる弾性部材、シリコーン等のゴム系素材などの弾性部材であってもよく、さらには、このような弾性部材と硬質部材とを接着して弾性部材の軟化を補強した複合部材であってもよい。

第２の保持部材４の材質は、スウェードタイプのバッキングパッド等の多孔質の樹脂からなる弾性部材、シリコーン等のゴム系素材などの弾性部材であることが好ましい。第２の保持部材４の材質が硬質部材であった場合は、第２の保持部材４の下部に保持してウェーハを研磨する際、ウェーハがリング部材５の中で空転してしまい、平坦度が悪化してしまう。

押圧部材３及びリング部材５の材質は、プラスチック等の硬質部材であることが好ましい。

第１の保持部材２、押圧部材３、第２の保持部材４に囲まれた部分には、ウェーハを押圧する押圧空間６が形成される。この押圧空間６の存在は、後述するヘッド本体の押圧荷重をウェーハに面内均一に伝えることができる。

ウェーハ保持体１には、押圧空間６に通じる貫通孔７が形成されていることが好ましい。例えば、図２に示すように、押圧部材３に複数の貫通孔７を形成してもよく、また、第１の保持部材２又は第２の保持部材４の、押圧部材３との接着面に溝を設けて貫通孔７としてもよい。

押圧部材３の内径ｔ_ａは、被研磨物であるウェーハと同径かそれ以上であることが好ましい。言い換えると、押圧部材３の内径ｔ_ａは、リング部材５の内径ｔ_ｂと同径かそれ以上であることが好ましい。押圧部材３の内径ｔ_ａがリング部材５の内径ｔ_ｂより小さい場合は、押圧部材３がウェーハの外周部を直接押圧することになり、ウェーハの外周部の押圧荷重が増加して外周ダレ発生の原因となる。

次に、本発明の実施形態にかかるウェーハ保持体１を用いて、ウェーハを研磨する際の研磨方法について説明する。

ウェーハ保持体１は、例えば、図３に示される研磨装置のヘッド本体８に接着して取り付けられる。

次に、第２の保持部材４の下部に水貼り等によりウェーハＷを貼り付け、リング部材５内に保持する。次いで、ウェーハＷを、図示しない駆動機構により回転可能に設けられた定盤９上に貼設された研磨布１０上に押圧し、ノズル１１から研磨剤１２を供給してヘッド本体８と定盤９を回転させ、ウェーハＷの表面研磨を行う。ウェーハＷを研磨布１０に押圧すると、ウェーハＷが貼り付けられている第２の保持部材４は、上方に圧縮される。この際、ウェーハＷの上方に存在する押圧空間６により、ヘッド本体８からの押圧荷重をウェーハに面内均一に伝えることができ、研磨中での研磨圧力の面内分布を均一に保つことができる。

なお、例えば、図２に示すように、押圧空間６に貫通孔７が形成されており、かつ、第２の保持部材４が弾性部材であるウェーハ保持体を用いた場合は、ウェーハＷが研磨布１０に押圧されると同時にリング部材５も押圧されるため、研磨中に貫通孔７は、第２の保持部材４の弾性により埋め込まれ押圧空間６が閉鎖空間となる。すなわち、押圧空間６に貫通孔７を形成させた構成とすることで、未使用時は、押圧空間６内の通気がよく、また、貫通孔７を通して洗浄液等を流し込み、押圧空間６内を洗浄することができるため、ウェーハ保持体１の品質寿命を長く保つことができ、また、使用時（研磨中）には、閉鎖空間となった押圧空間６により、ヘッド本体８からの押圧荷重をウェーハに面内均一に伝えることができ、研磨中での研磨圧力の面内分布を均一に保つことができる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により限定されるものではない。

第１の保持部材２がスウェードタイプのバッキングパッドにＰＥＴフィルムが接着した複合部材、第２の保持部材４がスウェードタイプのバッキングパッドで構成されており、ウェーハ保持体１に、直径３００ｍｍ、厚さ７２５μｍのウェーハを保持し、図４に示されている研磨装置を用いて、研磨取代１５μｍを目標に片面研磨を行った。得られたウェーハを、ＡＤＥ社製の静電容量型フラットネス測定器を用いて厚さ分布（鳥瞰図）と、平坦度（ＳＦＱＲ：Site flatness Front Surface a site least squares Range）を測定した。図４にそれぞれ結果を示す。

（比較例）
スウェードタイプのバッキングパッドを用いた図６に示されている従来のウェーハ保持体２４に、直径３００ｍｍ、厚さ７２５μｍのウェーハを保持し、研磨取代１５μｍを目標に片面研磨を行った。得られたウェーハを、ＡＤＥ社製の静電容量型フラットネス測定器を用いて厚さ分布（鳥瞰図）と、平坦度（ＳＦＱＲ：Site flatness Front Surface a site least squares Range）を測定した。図５にそれぞれ結果を示す。

図４（実施例）及び図５（比較例）を比較すると、比較例では、ウェーハ面内においてＳＦＱＲが、０．０７〜０．０９μｍのサイトが存在しており、ウェーハの面内でうねりが発生していることが確認できる。なお、実施例では、ウェーハ面内におけるＳＦＱＲは、０．０５μｍ以下であり、面内のうねりが改善されていることが確認できる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の実施形態にかかるウェーハ保持体と、ウェーハ保持体を構成する各部材を個別に示した概念図。本発明の別の実施形態にかかるウェーハ保持体と、ウェーハ保持体を構成する各部材を個別に示した概念図。本発明の実施形態にかかるウェーハ保持体を用いた場合の研磨装置を示す概念図。本発明の実施例に関わるウェーハの結果図。本発明の比較例に関わるウェーハの結果図。従来のテンプレート法によるウェーハ支持体を用いた研磨装置を示す概念図。

符号の説明

１：ウェーハ保持体、２：第１の保持部材、３：押圧部材、４：第２の保持部材、５：リング部材、６：押圧空間、７：貫通孔、８：ヘッド本体、９：定盤、１０：研磨布、１１：ノズル、１２：研磨剤、Ｗ：ウェーハ。

Claims

半導体ウェーハを研磨する研磨装置のヘッド本体に取り付けられるウェーハ保持体であって、前記ヘッド本体に取着される第１の保持部材と、前記第１の保持部材に取着されるリング状の押圧部材と、前記押圧部材に取着される第２の保持部材と、前記第２の保持部材に取着され、半導体ウェーハを保持するリング部材とから成り、前記第１の保持部材と前記押圧部材と前記第２の保持部材で囲繞され、半導体ウェーハを研磨装置の定盤に押圧する押圧空間が形成されていることを特徴とするウェーハ保持体。
前記保持部材のうち少なくとも第２の保持部材は弾性部材であることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ保持体。
前記ウェーハ保持体には、前記押圧空間に通じる貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のウェーハ保持体。