JP2013507764A

JP2013507764A - ウェーハ支持部材、その製造方法及びこれを備えるウェーハ研磨ユニット

Info

Publication number: JP2013507764A
Application number: JP2012533073A
Authority: JP
Inventors: チェルスン，ジェ
Original assignee: エルジー・シルトロン・インコーポレーテッド
Priority date: 2009-10-07
Filing date: 2010-10-04
Publication date: 2013-03-04
Also published as: EP2472571A2; KR101160266B1; EP2472571A4; US20110081841A1; US8574033B2; WO2011043567A2; WO2011043567A3; KR20110037848A

Abstract

【課題】ウェーハの研磨工程で発生し得るウェーハのフロント面の損傷を防止できる、ウェーハ支持部材、その製造方法及びこれを備えるウェーハ研磨ユニットを提供すること。
【解決手段】本発明の一実施例は、ベース基板；前記ベース基板の端に既設定された幅で接着され、端縁がラウンド加工された支持部；前記支持部の縁上に備わるコーティング層を備える。
【選択図】図４

Description

本発明の実施例は、ウェーハの研磨装置に係り、より詳細には、半導体素子用シリコンウェーハの製造工程のうち最終の研磨工程においてウェーハと接触するパッドであるテンプレートアセンブリに関する。

半導体素子製造の材料としてウェーハ（ｗａｆｅｒ）が広く用いられているが、ウェーハとは、シリコンのような半導体材料の結晶を円柱状に成長させた鋳塊を薄くスライスした円盤状の板である。

通常、半導体素子用のシリコンウェーハの製造工程においては、円筒形のシリコン（インゴット）を個々のウェーハに切断するスライス（ｓｌｉｃｉｎｇ）工程を経る。このとき、切断されたウェーハの表面には凹凸が生じるので、研磨による平坦化工程を通さなければならない。

ウェーハの研磨装置は、定盤と装着ブロックと研磨ユニットと中心ガイド（ｃｅｎｔｅｒｇｕｉｄｅ）及び外部ガイド（ｏｕｔｇｕｉｄｅ）を備えてなる。そして、該研磨ユニットが回転しながら、定盤に供給された研磨布と研磨溶液の相互作用によりウェーハの研磨が行われる。

このとき、研磨ユニットがウェーハに圧力を加える方法は次の通りである。

テンプレートアセンブリ（ｔｅｍｐｌａｔｅａｓｓｅｍｂｌｙ）などのウェーハ支持部材上にウェーハが備わり、該ウェーハ支持部材が装着ブロックに接着される。そして、該研磨ユニットが該装着ブロックに所定の圧力を加えながら回転する時、ウェーハと研磨布との間に摩擦を発生させて、ウェーハの表面が鏡面化されるようにウェーハを平坦に研磨する。

該テンプレートアセンブリは、上述したように、ウェーハの最終研磨工程であるファイナルポリッシング（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程で用いられる。

図１は、従来のウェーハ支持部材を示す図面である。以下、図１を参照して従来のウェーハ支持部材を説明する。

図示したように、従来のウェーハ支持部材は、バック材（Ｂａｃｋｍａｔｅｒｉａｌ）１２０の端にエポキシガラス１１０が積層されてなる。ここで、該エポキシガラス１１０は複数個の層が積層されるので、該ウェーハ支持部材は、ウェーハのポリッシング工程において、研磨加工中のヘッドから離脱しないようにガイドして支持するリテーナリング（ｒｅｔａｉｎｅｒｒｉｎｇ）の役割を果たす。

しかし、上述のウェーハの支持部材は次のような問題点がある。

図２は、研磨加工されたウェーハの全面を示す図面である。

ウェーハのフロント面を測定した写真である。ウェーハの研磨加工後にＬＬＳを測定する装備であるＳＰ２にてウェーハのフロント面を測定した結果、図２に示すように、ウェーハのフロント面にはアーク（ＡＲＣ）状の微細なスクラッチ（ｓｃｒａｔｃｈ）が確認されている。該スクラッチは、ウェーハ支持部材の端から微細なガラス繊維及び異物により生じたものである。

図３は、上述のウェーハのフロント面のスクラッチを詳細に示す図面である。図２のウェーハのフロント面をＡＦＭによりさらに微細に測定すれば、下記に示すように、深さが０．２〜０．４ｎｍで幅が３００〜６００ｎｍ程度の浅いスクラッチ（ｓｈａｌｌｏｗｓｃｒａｔｃｈ）の形態を確認することができる。

本発明の実施例は、ウェーハの研磨工程で発生し得るウェーハのフロント面の損傷を防止しようとする。

本発明の一実施例は、ベース基板と、前記ベース基板の端に既設定された幅で接着され、端縁がラウンド加工された支持部と、前記支持部の端上に備えられたコーティング層とを備えるウェーハ支持部材を提供する。

本発明の他の実施例は、ウェーハを支持するウェーハ支持部材と、前記ウェーハ支持部材を加圧する加圧ユニットと、前記加圧ユニットに圧力を供給する圧力提供ユニットとを備え、前記ウェーハ支持部材は、ベース基板と、前記ベース基板の端に既設定された幅で接着されて端縁がラウンド加工された支持部及び前記支持部材の端上に備えられたコーティング層を備えるウェーハ研磨ユニットを提供する。

ここで、前記コーティング層は、エポキシコーティング層であってもよい。

前記コーティング層は、エポキシとポリマーが２対１ないし４対１の質量比で含まれてもよい。

前記コーティング層は、ラウンド加工された支持部の端上に０．２ないし０．５ミリメートルの厚さで備えられてもよい。

前記コーティング層は、前記支持部のラウンド加工された部分より広く備えられてもよい。

前記コーティング層の幅と前記支持部のラウンド加工された部分の幅の比は、１．４対１ないし１．６対１であってもよい。

また、前記コーティング層は、前記支持部のラウンド加工されていない部分に０．１〜０．３ミリメートルの厚さでさらに備えられてもよい。

本発明のさらに他の実施例は、ベース基板の端に複数個の層からなる支持部を積層する段階と、前記支持部の端をラウンド加工する段階と、前記支持部のラウンド加工された部分をコーティングする段階とを備えるウェーハ支持部材の製造方法を提供する。

ここで、前記コーティングする段階は、エポキシとポリマーが２対１ないし４対１で含まれた材料を塗布して乾燥するウェーハ支持部材の製造方法を提供する。

前記乾燥段階で、前記材料を４５℃以上で１次乾燥し、常温で２次乾燥することができる。

前記コーティング段階で、前記支持部の端のラウンド加工された部分に、エポキシとポリマーを含んだ材料を０．２ないし０．５ミリメートルの厚さで塗布することができる。

なお、前記コーティング段階で、前記支持部の加工された部分の幅の１．４倍ないし１．６倍の幅でコーティング材料を塗布することができる。

前記コーティング段階で、前記支持部のラウンド加工されていない部分に、エポキシとポリマーが含まれた材料を０．１ないし０．３ミリメートルの厚さでさらに塗布することができる。

本発明の実施例によれば、ウェーハ支持部材の端の支持部がラウンド加工されてコーティング層が形成され、ウェーハがポリッシング工程中に研磨加工中のヘッドから離脱せず、ウェーハの表面に発生するスクラッチの頻度が減少する。

従来のウェーハ支持部材を示す図である。研磨加工されたウェーハのフロント面を示す図である。研磨加工されたウェーハのフロント面を示す図である。本発明に係るウェーハ研磨ユニットの一実施例を示す図である。本発明に係るウェーハ支持部材の一実施例の製造方法を示す図である。本発明に係るウェーハ支持部材の一実施例の製造方法を示す図である。本発明に係るウェーハ支持部材の一実施例の製造方法を示す図である。本発明に係るウェーハ支持部材の一実施例の製造方法を示す図である。本発明に係るウェーハ支持部材の一実施例に形成されたコーティング層の幅と厚さを示す図である。

本発明の実施例の説明において、各層（膜）、領域、パターンまたは構造物が、基板、各層（膜）、領域、パッドまたはパターンの“上（ｏｎ）”に、または“下（ｕｎｄｅｒ）”に形成されることと記載される場合において、“上（ｏｎ）”と“下（ｕｎｄｅｒ）”は、“直接（ｄｉｒｅｃｔｌｙ）”または “他の層を介して（ｉｎｄｉｒｅｃｔｌｙ）”形成されることをすべて含む。また、各層の上または下に対する基準は、図面を基準として説明する。

図面において、各層の厚さや大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張、省略、または概略的に図示された。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを全面的に反映することではない。

以下、添付された図面を参照して、本発明の実施例に係るウェーハ支持部材、その製造方法及びこれを備えるウェーハの研磨ユニットを説明する。

図４は、本発明の実施例に係るウェーハの研磨ユニットを示す図面である。

本実施例に係るウェーハの研磨ユニットは、チャンバー２５０と、圧力提供ユニットと、加圧ユニットと、ウェーハ支持部材２００及び固定要素２６０を備え、加圧ヘッドとして作用することができる。

加圧ユニットは膨張要素２４０を含み、該膨脹要素２４０は厚さが可変され、圧力を受けて選択的に膨脹することができる。

そして、該チャンバー２５０は、バックプレート２７０、膨脹要素２４０及び固定要素２６０により限定された空間を形成する。該圧力提供ユニットから提供された空圧はチャンバー２５０に供給され、該供給された圧力によりチャンバー２５０の体積は変わり得る。

該圧力提供ユニットは、空圧ライン２８０とバックプレート２７０とからなる。該バックプレート２７０はウェーハと対応できるように丸い円柱状をしている。そして、該空圧ライン２８０は、該バックプレート２７０の中央を貫通して該チャンバー２５０に繋がっているため、空圧を該チャンバー２５０に伝えることができる。

そして、該加圧ユニットは、該チャンバー２５０に供給された空圧を用いて、ウェーハ支持部材２００内に固定されたウェーハを加圧し、膨脹要素２４０からなる。ここで、該膨脹要素２４０は柔軟な材質からなるので、該空圧ライン２８０を介して該チャンバー２５０に供給された圧力により膨脹できる。

また、膨脹要素２４０はゴムからなってもよく、膨脹要素２４０の端は該固定要素２６０に固定されている。したがって、膨脹要素２４０は端部が膨脹しづらいため、膨脹要素２４０の端部を中央部分より薄く形成するとよい。

該ウェーハ支持部材２００は該膨脹要素２４０と当接し、該膨脹要素２４０と当接する面の裏面でウェーハと当接している。該ウェーハ支持部材２００は該膨脹要素２４０の圧力を受けてウェーハを加圧することができる。

該固定要素２６０は該バックプレート２７０の周りに配置されている。そして、該固定要素２６０は該膨脹要素２４０の端を固定しているので、該膨脹要素２４０が膨脹する時にも該膨脹要素２４０がウェーハ研磨ユニットから離脱しないようにし、かつ該チャンバー２５０内の空圧を一定に保持することができる。

図５ないし図８は、本発明に係るウェーハ支持部材の製造方法の一実施例を示す図である。以下では、図５ないし図８を参照して、ウェーハ支持部材の製造方法の一実施例を説明する。

まず、図５に示すように、ベース基板２２０を準備する。該ベース基板２２０は、後述するウェーハの研磨工程において、ウェーハを支持する役割をする。そして、該ベース基板２２０の第１面には接着剤２２３を形成できるが、これは後述するウェーハの研磨工程において、研磨ユニットにウェーハ支持部材を接着するためである。

該接着剤２２３としては、両面接着剤を用いることができる。ここで、該ベース基板２２０の一面には接着剤２２３が備わり、他面には後述する工程でウェーハが置かれることになる。

該ベース基板２２０は円盤状にしてもよく、これは円盤状のウェーハを支持するのに用いられるためである。そして、ベース基板２２０の直径は研磨稼働されるウェーハより大きくなってもよい。

次いで、図６に示すように、該ベース基板２２０の端に支持部２１０を積層するが、該支持部２１０はエポキシガラス（ｅｐｏｘｙｇｌａｓｓ）などであってもよい。

該支持部２１０は、図示したように、複数個の層２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄが積層されて充分な厚さを得ることができ、接着物質２０５を用いて該ベース基板２２０上に固定されるが、該接着物質２０５としてはホットメルトシュート（ｈｏｔｍｅｌｔｓｈｅｅｔ）などが用いられてもよい。

ここで、該支持部２１０は、ウェーハのポリッシング工程のうち研磨加工において、ヘッドからウェーハが離脱しないようにガイドして支持する役割を果たす。したがって、該支持部２１０は、ベース基板２２０の外周に所定の幅をもって接着されてもよく、該支持部２１０の内側の半径はウェーハが置かれても十分な大きさでなければならない。

次いで、図７に示すように、該支持部２１０の端をラウンド加工する。すなわち、図示したように、ベース基板２２０上に積層された支持部２１０の上層のうち外側部分を緩やかなラウンド形に加工する。ここで、外側部分というのは、ウェーハと接触できる部分の反対方向を意味する。

ラウンド加工工程を詳細に説明すれば、次の通りである。

まず、該支持部２１０の上層のうち外側部分をサンドペーパー（ｓａｎｄｐａｐｅｒ）などの方法により１次研磨する。このとき、マスク（不図示）などを用いて、加工しようとする部分を除いた残りの部分の支持部２１０を保護することができる。

そして、研磨工程後には、エアークリーニング（ａｉｒｃｌｅａｎｉｎｇ）などの工程を通じて、残っているサンド（ｓａｎｄ）などを除去する。

上述の１次研磨工程を経た支持部２１０の加工された部位には粗い面が残存しているので、滑らかに加工する必要がある。そして、上述の１次研磨工程で研磨された部分をラビング（ｒｕｂｂｉｎｇ）などの方法により２次研磨する。

そして、１次研磨工程を通じて該支持部２１０の形状がラウンド加工されたとすれば、２次研磨工程を通じては該支持部２１０の表面が滑らかに加工されるとよい。なお、該２次研磨工程後に支持部２１０の表面の残存物などはＤＩＷ（ＤｅｉｏｎｉｚｅｄＷａｔｅｒ）クリーニングなどの洗浄工程を通じて十分に除去することができる。

次いで、図８に示すように、該支持部２１０の端のうち、ラウンド加工された部分の上部をコーティングする。すなわち、１、２次研磨とエアークリーニング及びＤＩＷクリーニング工程後に、該支持部２１０上に微量に残っているかもしれない不純物及び蝕刻物を除去し、練磨された粗い部分を滑らかにして、研磨パッドの損傷を未然に防止するために、該支持部２１０をコーティングする。ここで、コーティング層２１５は、該複数個の支持部２１０のうち主に最上段のレイヤー（ｌａｙｅｒ）にコーティングされるとよい。

このとき、コーティングの材料としてエポキシなどが用いられる。そして、該コーティング材料は、一定割合で混ぜたエポキシをラウンド加工された部分に塗布しなければならないし、また、特定条件で硬化及び乾燥しなければならない。もし、一定割合で配合しなければ、コーティング層２１５が一定レベル以上の硬度に硬化されないこともあり、乾燥方式によってはコーティング層２１５が流れ落ちることや気泡が発生することがあり得る。

コーティング工程を具体的に説明すれば、次の通りである。

まず、コーティングの材料を準備する。コーティングの材料としては、エポキシとポリマーが１０対３の質量比で含まれた材料を用いる。本実施例では、東洋社のポリマーを用いた。そして、上述のエポキシとポリマーの比率は、エポキシ対ポリマーの質量比が２対１ないし４対１の範囲であれば、上述のコーティング層２１５の材料としては充分である。

そして、該コーティング材料を塗布した後、コーティング材料から有機物などを除去する。本実施例においては、該ドーピングされたコーティング材料を４５℃以上の温度で１次乾燥し、常温で２次乾燥する。１次乾燥過程では焼成が主に行われ、コーティング材料内の有機物などが除去され、２次乾燥過程ではコーティング材料の硬化が行われるとよい。

このとき、過度に低い温度で乾燥すると、エポキシを十分に硬化することができず、過度に高い温度で乾燥すると、接着物質２０５の短絡を招き得る。

上述のコーティング層２１５は該支持部２１０の端に形成されるが、その幅と厚さについては、図９を参照して以下で説明する。

図９に示すように、上述の研磨工程を経て、支持部２１０の上層の端はラウンド加工されている。そして、コーティング層２１５は、該支持部２１０の端のラウンド加工された部分に積層されるが、０．２ミリメートルないし０．５ミリメートルの厚さで積層されるとよい。

もし、コーティング層２１５の厚さが０．２ミリメートル以下であれば、ウェーハの研磨工程中にコーティング層２１５が損傷される恐れがあり、コーティング層２１５の厚さが０．５ミリメートル以上であれば、端の圧力が不均一なためにウェーハの研磨中にウェーハがウェーハ支持部材の外部に離脱する恐れがある。

そして、該コーティング層２１５の幅（Ｗ₂）は、該支持部２１０のうちラウンド加工された部分の幅（Ｗ₁）より広いとよい。すなわち、該支持部２１０のうちラウンド加工された部分すべてを保護するためには、該コーティング層２１５をもっと広く作らないといけない。

ここで、該支持部２１０のうちラウンド加工された部分の幅（Ｗ₁）は３．０ミリメートル程度で、１０％の誤差以内の幅に加工されるとよい。そして、該ラウンド加工されたエポキシガラスの幅（Ｗ₁）と該コーティング層２１５の幅（Ｗ₂）の比は、１対１．４ないし１対１．６程度でよい。

また、コーティング層２１５の厚さは、支持部２１０の内部より外部の方が厚いが、これは乾燥及び硬化される前に、塗布されたエポキシなどの材料が外部に流れ落ちることがあるからである。

図８には、上述の工程により製造された、ウェーハ支持部材の一例であるテンプレートアセンブリが示されている。ベース基板２２０の第１面には接着剤２２３が備わり、第２面の端には接着物質２０５により支持部２１０が備わり、該支持部２１０の端はラウンド加工されてコーティング層２１５が形成されている。

図９において、コーティング層２１５の最大厚さ（Ｔ₁）は０．５ミリメートル程度で、該支持部２１０のうち該ラウンド加工されていない部分に積層されたコーティング層２１５の厚さ（Ｔ₂）は約０．１ミリメートルないし０．３ミリメートルでよい。

ここで、コーティング層２１５の厚さ（Ｔ₂）の偏差が±０．１ミリメートルを超えると、塗布液が横に流れ落ちることもあるので、それに注意しなければならない。

上述の工程により完成されたコーティング層２１５は、表面硬度が８２Ｄ（ブリネル硬度計基準）以上であるが、このような表面硬度は完成されたウェーハ支持部材が３０００pｃsのウェーハ研磨工程を行うまでにコーティング層２１５を保持するためのものである。

以下では、上述のウェーハ研磨ユニットを用いてウェーハの表面を鏡面研磨する工程について説明する。

該ウェーハ支持部材の内部にウェーハを付着し、膨脹要素２４０から圧力を加えて、ウェーハの表面を鏡面研磨することができる。すなわち、空圧が空圧ライン２８０を介して供給されれば、空圧ライン２８０がバックプレート２７０を貫通してチャンバー２５０に繋がっているので、空圧ライン２８０から供給された空圧はチャンバー２５０に注入される。

そして、該チャンバー２５０内の圧力が上昇すれば、膨脹要素２４０がバックプレート２７０から離脱し、該膨脹要素２４０は該ウェーハ支持部材２００を加圧する。

最終的に、該ウェーハ支持部材２００はウェーハを加圧し、ウェーハはパッド（不図示）と密着されて研磨工程が進み、研磨工程を通じてウェーハの平坦度が改善される。

上述の研磨工程において、ウェーハ支持部材２００は端の支持部２１０がラウンド加工されて、ラウンド部位にコーティング層２１５が形成されている。したがって、支持部２１０がウェーハの研磨工程で研磨加工中のヘッドから離脱しないようにガイドして支持するだけでなく、ラウンド加工及びエポキシコーティングにより異物が除去されて、ウェーハの表面に発生するスクラッチが減少する。

上述のウェーハ支持部材のデザイン変更を通じて、３００ミリメートルウェーハの場合、最終の加工研磨後の＞３７ナノメートルＰＩＤの不良率が２％内外に減少したが、これはエポキシコーティング層が備わっていない従来のウェーハ支持部材の不良率２５％より減少された数値である。

また、上述した構造のウェーハ支持部材はウェーハの最終研磨工程だけでなく、ウェーハの両面研磨工程においてキャリアにも適用することが可能である。

以上では、本発明の実施例を中心に説明したが、これは単なる例示で、本発明を限定するものでなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の実施例の本質的な特性を逸脱しない範囲で、以上に例示していない種々の変形及び応用が可能であるということが理解されるだろう。例えば、実施例に具体的に示された各構成要素を変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用に関する差異点は、添付の特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものとして解析すべきである。

本発明の実施例に係るウェーハ支持部材、その製造方法及びウェーハ加圧ヘッドは、ウェーハの研磨工程に用いることができる。

Claims

ベース基板；
前記ベース基板の端に既設定された幅で接着され、端縁がラウンド加工された支持部；
前記支持部の縁上に備わるコーティング層を備えるウェーハ支持部材。
前記コーティング層は、エポキシコーティング層である、請求項１に記載のウェーハ支持部材。
前記コーティング層は、エポキシとポリマーが２対１ないし４対１の質量比で含まれている、請求項１に記載のウェーハ支持部材。
前記コーティング層は、ラウンド加工された支持部の端上に０．２ないし０．５ミリメートルの厚さで備えられる、請求項１に記載のウェーハ支持部材。
前記コーティング層は、前記支持部のラウンド加工された部分より広く備えられる、請求項１に記載のウェーハ支持部材。
前記コーティング層の幅と前記支持部のラウンド加工された部分の幅の比は、１．４対１ないし１．６対１である、請求項１に記載のウェーハ支持部材。
前記コーティング層は、前記支持部のラウンド加工されていない部分に０．１〜０．３ミリメートルの厚さでさらに備えられる、請求項６に記載のウェーハ支持部材。
ベース基板の端に複数個の層からなる支持部を積層する段階；
前記支持部の端をラウンド加工する段階；
前記支持部のラウンド加工された部分をコーティングする段階を備える、ウェーハ支持部材の製造方法。
前記コーティングする段階は、
エポキシとポリマーが２対１ないし４対１で含まれた材料を塗布して乾燥する、請求項８に記載のウェーハ支持部材の製造方法。
前記乾燥段階は、
前記材料を４５℃以上で１次乾燥し、常温で２次乾燥する、請求項９に記載のウェーハ支持部材の製造方法。
前記コーティング段階は、
前記支持部の端のラウンド加工された部分に、エポキシとポリマーを含んだ材料を０．２ないし０．５ミリメートルの厚さで塗布する、請求項８に記載の支持部材の製造方法。
前記コーティング段階で、
前記支持部のラウンド加工された部分の幅の１．４倍ないし１．６倍の幅でコーティング材料を塗布する、請求項８に記載のウェーハ支持部材の製造方法。
前記コーティング段階で、
前記支持部のラウンド加工されていない部分に、エポキシとポリマーが含まれた材料が０．１ないし０．３ミリメートルの厚さでさらに塗布される、請求項８に記載のウェーハ支持部材の製造方法。
ウェーハを支持するウェーハ支持部材；
前記ウェーハ支持部材を加圧する加圧ユニット；
前記加圧ユニットに圧力を供給する圧力提供ユニットを備え、
前記ウェーハ支持部材は、ベース基板と、前記ベース基板の端に既設定された幅で接着されて端縁がラウンド加工された支持部及び前記支持部材の端上に備えられるコーティング層を備えるウェーハ研磨ユニット。
前記コーティング層は、エポキシコーティング層である、請求項１４に記載のウェーハ研磨ユニット。
前記コーティング層は、エポキシとポリマーが２対１ないし４対１の質量比で含まれている、請求項１４に記載のウェーハ研磨ユニット。
前記支持部は、ラウンド加工された支持部の端上に０．２ないし０．５ミリメートルの厚さで備えられる、請求項１４に記載のウェーハ研磨ユニット。
前記コーティング層は、前記支持部のラウンド加工された部分より広く備えられる、請求項１４に記載のウェーハ研磨ユニット。
前記コーティング層の幅と前記支持部のラウンド加工された部分の幅の比は１対１．４ないし１対１．６である、請求項１４に記載のウェーハ研磨ユニット。
前記コーティング層は、前記支持部のラウンド加工されていない部分に０．１〜０．３ミリメートルの厚さでさらに備えられる、請求項１９に記載のウェーハ研磨ユニット。