JP2007274012A - ワックスレスマウント式研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨中におけるテンプレート内での半導体ウェーハのガタつきの有無にかかわりなく、半導体ウェーハの外周立ちを、簡単かつ低コストで防止するワックスレスマウント式研磨方法を提供する。
【解決手段】オリフラ付きのシリコンウェーハＷの外周部の裏面に、半導体ウェーハと相似した環状のスペーサ１６を着脱自在に貼着するという簡単で低コストな方法で、シリコンウェーハＷの外周部を、その中央部よりも研磨布１３に向かって突出させる。その後、このウェーハＷを研磨する。これにより、研磨中におけるテンプレート１４内でのシリコンウェーハＷのガタつきの有無にかかわりなく、シリコンウェーハＷの外周立ちの発生を防止することができる。
【選択図】図１

Description

この発明はワックスレスマウント式研磨方法、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。

従来より、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。この方法に用いられるワックスレスマウント式研磨装置は、図５に示すように、上面に研磨布１０５が張設された研磨定盤１０４と、下面にウェーハ固定用のテンプレート１０２が設けられた研磨ヘッド１０１とを備えている。このテンプレート１０２は、保水性を有する不織布製のバックパッド１０３を介して、研磨ヘッド１０１の下面に設けられている。

研磨時には、バックパッド１０３に純水を供給し、その表面張力によって、テンプレート１０２の孔部内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１０２の端面から所定高さだけ下方に向かって突出させている。
そして、遊離砥粒を含む研磨剤を研磨布１０５の研磨作用面に供給しながら、研磨ヘッド１０１を研磨定盤１０４上で回転させることで、シリコンウェーハＷの研磨面が鏡面研磨される。

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、バックパッド１０３がやわらかい不織布からなるので、バックパッド１０３の外周部における保形性が低下していた。
具体的には、研磨時のシリコンウェーハＷには、研磨ヘッド１０１側から面圧力が作用する。また、自転および公転による外力も加わる。この研磨ヘッド１０１の面圧力は、ミクロ的には面全域において均一ではない。
したがって、研磨中には、これらの複合力が、テンプレート１０２によって水平移動が規制されたシリコンウェーハＷを介して、テンプレート１０２内のバックパッド１０３の外周部に偏在してしまう。その結果、このバックパッド１０３の外周部が押し潰され、これによりシリコンウェーハＷは、その外周部が反り上がった外周立ちの状態で仕上がるという現象が起きていた。

そこで、この現象を解消するため、バックパッド１０３の外周部を、その中央部より高硬度化（例えばショアＡ硬度計で３５〜５５）させる従来技術が知られている。
しかしながら、硬いウェーハ保持板にシリコンウェーハを保持して研磨する場合、基本的に研磨後のシリコンウェーハの表面形状は、エッチ後のシリコンウェーハの裏面形状によって決定される。これは、研磨後に硬いウェーハ保持板からシリコンウェーハを剥離した際、シリコンウェーハの裏面の形状が、研磨により平坦化されたシリコンウェーハの表面に転写されるためである。
したがって、かりにエッチドウェーハの裏面の外周部にダレが存在すれば、このバックパッド１０３の外周部が高硬度であるほど、研磨後、例えばキャリアプレートにシリコンウェーハがワックス貼着されたワックス研磨時と同様に、このシリコンウェーハＷの裏面の外周部のダレが、ウェーハ表面の外周部に転写される。その結果、シリコンウェーハＷは、外周立ちの状態で仕上がることになる。

これにより、中央部に比べて外周部が厚いシリコンウェーハＷが作製され、シリコンウェーハＷの厚さにムラが生じていた。そのため、例えばＳＯＩウェーハを作製する際、この外周立ちを原因として、活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ界面にボイドが発生しやすかった。
しかも、このテンプレート１０２は、シリコンウェーハＷを円滑に出し入れできるように、通常、その内径がシリコンウェーハＷの外径よりも若干大きくなっている。その結果、研磨時、テンプレート１０２の内側で、シリコンウェーハＷのガタつきが若干生じるおそれがあった。

そこで、この発明は、研磨中におけるテンプレート内での半導体ウェーハのガタつきの有無にかかわりなく、オリフラ（ＯＦ）付の半導体ウェーハの外周立ちを、簡単かつ低コストで防止することができるワックスレスマウント式研磨方法を提供することを、その目的としている。

請求項１に記載の発明は、環状のテンプレートの内側にオリフラ付きの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、前記半導体ウェーハの外周部の研磨面とは反対側の面に、該半導体ウェーハの外周部と相似した形状を有し、かつその中央部より研磨布に向かって所定高さだけ突出した状態で保持する環状のスペーサを着脱可能に取り付け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である。

請求項１の発明によれば、研磨に際して、あらかじめオリフラ付きの半導体ウェーハの外周部の研磨面とは反対側の面に、半導体ウェーハの外周部と相似した環状のスペーサを着脱自在に取り付ける。そして、バックパッドに純水などを供給した後、半導体ウェーハをテンプレートに収容する。これにより、半導体ウェーハが水の表面張力によってバックパッドに吸着される。その際、スペーサによって、半導体ウェーハの外周部が、その中央部よりも研磨布に向かって突出する。この突出状態を維持したまま、研磨布に研磨剤を供給しながら研磨ヘッドを回転させ、半導体ウェーハの研磨面を研磨布の研磨作用面に押し付けて研磨する。
その結果、ウェーハ外周部はその中央部に比べて、研磨布との単位時間当たりの接触面積および単位面積当たりの圧力が大きくなる。これにより、半導体ウェーハの外周立ちの発生を、簡単かつ低コストで防ぐことができる。よって、例えばＳＯＩウェーハを作製する際、この外周立ちを原因とする活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ界面でのボイドの発生を防ぐことができる。

また、このように半導体ウェーハの外周部の裏面に、直接、スペーサを着脱自在に取り付けるようにしたので、研磨時、かりにテンプレートの内側で半導体ウェーハのガタつきが生じても、半導体ウェーハの外周部では、その中央部よりも外方へ突出する部分が常に安定する。これにより、研磨中においてテンプレート内での半導体ウェーハのガタつきの有無にかかわりなく、半導体ウェーハの外周立ちを防止することができる。さらに、半導体ウェーハの裏面に、直接、スペーサを着脱自在に取り付ける構成を採用したことで、外周形状の一部分に半月形状の切欠部が存在するオリフラ付ウェーハの研磨にも、支障なく対応することができる。

研磨布は、研磨定盤の露出面のうち、研磨ヘッドとの対向面に展張される。研磨布としては、硬質ウレタンパッド、ＣｅＯ₂ パッドなどが挙げられる。
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の乳白色のコロイド液である。

半導体ウェーハは、代表的なシリコンウェーハ以外にも、例えばガリウム砒素ウェーハなど、各種のウェーハを採用することができる。
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、この研磨ヘッドは、研磨布の表面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。研磨ヘッドの使用台数は限定されない。１機でもよいし、複数機でもよい。
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。

テンプレートは、そのプレート内側に、半導体ウェーハの直径より若干大径な孔部を有している。この孔部に半導体ウェーハが収納される。テンプレートの高さは限定されない。ただし、半導体ウェーハの厚さと略同じ高さか、１〜２００μｍだけ半導体ウェーハが突出する高さが好ましい。
この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や、各種のセラミックスなどが挙げられる。
バックパッドの素材は限定されない。例えばスウェード布などの不織布が挙げられる。また、その硬度も限定されない。そして、このバックパッドの一部分（例えば外周部）だけを、その中央部よりも高硬度（例えばショアＡ硬度計で３５〜５５）としてもよい。
バックパッドの厚さは限定されない。ただし、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。

スペーサの形状は、オリフラ付きの半導体ウェーハの外周部と相似したリング形状である。例えばリング形状のスペーサの外周部の一部分を半月形状に切除してもよい。また、平面視して半導体ウェーハと同じ大きさおよび同じ形状のスペーサをベース部分とし、その外周部だけを環状に厚肉化してもよい。
スペーサの高さ（厚さ）は限定されない。ただし、半導体ウェーハの最外周部が、この半導体ウェーハの中央部よりも１〜２００μｍ突出する高さが好ましい。
スペーサは、厚さ２００μｍ以下で、半径方向の幅が５ｍｍ以下の略環状のテープでもよい。
スペーサの厚さが２００μｍを超えると、半導体ウェーハの外周部がウェーハ中央部より突出する量が大きくなる。よって、半導体ウェーハの外周部の研磨量が増大し、半導体ウェーハの外周部に若干ダレが生じるおそれがある。
さらに、スペーサの半径方向の幅が５ｍｍを超える場合、半導体ウェーハの中央部を磨きすぎるおそれがある。

この請求項１の発明によれば、半導体ウェーハの外周部の研磨面とは反対側の面に着脱自在に取り付けられ、かつオリフラ付きの半導体ウェーハの外周部と相似した形状のスペーサによって、半導体ウェーハの外周部を、その中央部より研磨布に向かって突出させて研磨するので、研磨中におけるテンプレート内での半導体ウェーハのガタつきの有無にかかわりなく、半導体ウェーハの外周立ちの発生を簡単かつ低コストで防止することができる。
これにより、例えば張り合わせウェーハの製造時に、この外周立ちを原因とする半導体ウェーハと半導体ウェーハとの張り合わせ界面におけるボイドの発生を防ぐことができる。このような効果は、オリフラ付きの半導体ウェーハの研磨時にも得られる。

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。

図１は、この発明の第１の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は、この発明の第１の実施例に係るスペーサが貼着された半導体ウェーハの斜視図である。
図１において、１０はこの発明の第１の実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置である。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、その上面に厚地のスポンジゴムを介して研磨布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。

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。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。この研磨ヘッド１２は、回転軸の昇降により上下動する。
テンプレート１４は円形のリング状のガラスエポキシ板である。テンプレート１４は、研磨ヘッド１２の下面に貼着されたバックパッド１５を介して、研磨ヘッド１２の下面に設けられている。テンプレート１４の厚さは、シリコンウェーハＷと略同じである。
図１，図２に示すように、バックパッド１５はスウェード製であり、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。

この第１の実施例の特長は、シリコンウェーハＷの外周部の裏面（研磨面とは反対側の面）に環状のスペーサ１６を着脱自在に貼着し、シリコンウェーハＷの外周部を、シリコンウェーハＷの中央部よりも下方に向かって所定高さｄだけ突出させて研磨する点である。
スペーサ１６は、厚さ２００μｍ以下、半径方向の幅が５ｍｍ以下の円形のリング形状、または、シリコンウェーハＷの外周部と相似形状の樹脂テープである。スペーサ１６をシリコンウェーハＷの外周に沿って、このシリコンウェーハＷの下面に貼着することで、研磨時に前記シリコンウェーハＷの外周部が、テンプレート１４の外縁面から幅ｄだけ外方へ突出する。

次に、この第１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。
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１４を所定位置に装着し、バックパッド１５に純水などを所定量供給しておく。その後、スペーサ１６を裏面に貼着したシリコンウェーハＷをテンプレート１４に収納する。これにより、シリコンウェーハＷの裏面側が、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（研磨面）は、テンプレート１４の下縁面と略同じ高さとなる。しかも、スペーサ１６によりシリコンウェーハＷの最外周部の表面が、ウェーハ中央部から高さｄだけ下方に向かって突出する。
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上で自転および公転させ、シリコンウェーハＷの表面を研磨布１３により研磨する。

このような研磨を実施するので、シリコンウェーハＷの外周部はその中央部に比べて、研磨布１３との単位時間当たりの接触面積および単位面積当たりの圧力が大きくなる。その結果、シリコンウェーハＷの外周部の研磨量が、この中央部よりも増える。したがって、研磨前のエッチドウェーハの外周部の裏面形状がダレていても、研磨後、シリコンウェーハＷをバックパッド１５から剥離した時に、ウェーハ表面へのダレの転写によるシリコンウェーハＷの外周立ちの分だけ、あらかじめシリコンウェーハＷの外周部の表面が研磨される。これにより、シリコンウェーハＷの外周立ちを防止することができる。その結果、シリコンウェーハＷの表面の平坦性が改善される。よって、例えばＳＯＩウェーハを作製する際、この外周立ちを原因とする活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ界面でのボイドの発生を防ぐことができる。
また、この第１の実施例では、このようにシリコンウェーハＷの外周部の裏面に、直接、スペーサ１６を貼着している。そのため、研磨時、かりにテンプレート１４の内側でシリコンウェーハＷのガタつきが生じても、シリコンウェーハＷの外周部は、ウェーハ中央部よりも外方へ突出する部分が常時一定となる。その結果、研磨中におけるテンプレート１４内でのシリコンウェーハＷのガタつきの有無にかかわりなく、このシリコンウェーハＷの外周立ちを防止することができる。しかも、このようにシリコンウェーハＷの外周部の裏面に、直接、スペーサ１６を取り付けたので、オリフラ付きのシリコンウェーハＷの研磨にも支障なく対応することができる。

次に、図３および図４に基づき、この発明の参考例を説明する。
図３は、この発明の参考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４は、この発明の参考例に係るスペーサが貼着された半導体ウェーハの斜視図である。
図３および図４に示すように、この参考例のワックスレスマウント式研磨装置２０の特長は、シリコンウェーハＷの中央部の裏面に略円形状のスペーサ１６Ａを着脱自在に貼着し、ウェーハ中央部をウェーハ外周部よりも若干研磨量を多くして研磨する点である。

スペーサ１６Ａは、厚さ２００μｍ以下、シリコンウェーハＷの直径より２ｍｍ以上小径な略円形状、または、シリコンウェーハＷと相似形状の樹脂テープである。スペーサ１６ＡをシリコンウェーハＷの中央部の下面に貼着することで、研磨時にシリコンウェーハＷの中央部が、テンプレート１４の外縁面から幅ｄだけ外方へ突出する。これにより、ウェーハ中央部はその外周部に比べて、研磨布１３との単位時間当たりの接触面積および単位面積当たりの圧力が大きくなる。その結果、シリコンウェーハＷの外周ダレの発生を、簡単かつ低コストで防止することができる。よって、例えばＳＯＩウェーハを作製する際に、この外周ダレを原因とする活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ界面でのボイドの発生を防ぐことができる。

また、このようにシリコンウェーハＷの中央部の裏面に、直接、スペーサ１６Ａを着脱自在に取り付けたので、研磨時、かりにテンプレート１４の内側でシリコンウェーハＷのガタつきが生じた場合でも、シリコンウェーハＷの中央部では、その外周部よりもテンプレート１４の端面から外方に突出する部分が常に安定する。これにより、研磨中においてテンプレート１４内でのシリコンウェーハＷのガタつきの有無にかかわりなく、シリコンウェーハＷの外周ダレを防止することができる。
その他の構成、作用および効果は、第１の実施例と略同様であるので、説明を省略する。

この発明の第１の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。 この発明の第１の実施例に係るスペーサが貼着された半導体ウェーハの斜視図である。 この発明の参考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。 この発明の参考例に係るスペーサが貼着された半導体ウェーハの斜視図である。 従来手段に係るワックスレスマウント式研磨方法が適用された研磨装置の研磨中の状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１２ 研磨ヘッド、
１３ 研磨布、
１４ テンプレート、
１５ バックパッド、
１６ スペーサ、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims (1)

1. 環状のテンプレートの内側にオリフラ付きの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、
   前記半導体ウェーハの外周部の研磨面とは反対側の面に、該半導体ウェーハの外周部と相似した形状を有し、かつその中央部より研磨布に向かって所定高さだけ突出した状態で保持する環状のスペーサを着脱可能に取り付け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。

Images