JP2527966B2

JP2527966B2 - 両面ポリシング方法及び装置

Info

Publication number: JP2527966B2
Application number: JP62137709A
Authority: JP
Inventors: 徹福井
Original assignee: Japan Energy Corp
Current assignee: Eneos Corp
Priority date: 1987-06-02
Filing date: 1987-06-02
Publication date: 1996-08-28
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JPS63306881A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、両面ポリシング方法及び装置に関するもの
であり、特には使用する研磨剤の成分毎の独立供給を可
能ならしめる技術に関係する。本発明により、混合する
と、分解或いは凝固しやすい研磨剤が使用できるように
なり、今後高速素子、光通信素子等の材料として期待さ
れているInP、GaAs等の半導体材料の高精度加工が実施
可能となる。

発明の背景半導体ウエハの製造においてその表面のポリシングは
不可欠の工程である。表面ポリシングはウエハ表面を鏡
面仕上げするものであるが、片面ポリシングと両面ポリ
シングとに分類される。片面ポリシングは、貼付け板に
ワツクス等の接着剤を用いてウエハを貼着し、これを研
磨布を貼付けた回転自在の円形定盤に所定の負荷の下で
押圧しつつ定盤を回転しそして研磨液を滴下しながら研
磨を行うものである。ウエハを貼着した貼付け板は自在
継手によつて懸吊支持されており、自在に自転を行う。
研磨液による化学的作用と研磨布による機械的作用によ
つて鏡面研磨がもたらされる。他方、両面ポリシング
は、上定盤と下定盤及びその間に介設されるウエハより
少し薄いウエハ保持用のキヤリアを備える両面研磨機を
使用して行われる。

両面ポリシングは、片面ポリシングのようにウエハを
貼付け板に接着することなくフリーの状態で加工するた
め、片面ポリシングと比べ加工精度（表裏面平行度、平
坦度）が良好であり、またウエハの貼付け、ワツクスの
洗浄工程が不要となる等多くの利点を有する。

近年のLSIの高集積化に伴い、半導体ウエハには極め
て高度の平行度、平坦度等の加工精度及び優れた鏡面性
が求められており、その実現の容易な両面ポリシング技
術に大きな関心が寄せられている。

従来技術とその問題点第２（ａ）及び（ｂ）図に従来からの両面ポリシング
装置の例を示す。装置は、上定盤１及び下定盤２を備
え、各々の内側表面にポリシングクロス（パツド）３が
貼付されている。これら上下定盤間には、加工物即ち半
導体ウエハ４を保持する歯車状のキヤリア７が介在す
る。歯車状キヤリアは、中央のサンギア５及び外側のイ
ンタナルギア６と同時に噛合している。上下定盤を同方
向或いは逆方向に所定の回転数で回転させながら、サン
ギアを所定の回転数及び方向に回転することにより加工
物を保持するキヤリアは複雑な自転及び公転運動を行
う。

研磨剤は、加工物全面に均一に分配されるように、そ
の源から研磨剤供給導管12を通つてノズル８から先ず上
定盤１の上方に配置された研磨剤保持用のリング９に供
給され、そこから例えば４本設けられた研磨剤送出配管
10を通つて上定盤に設けられた穴11を経由して上定盤内
部に入り、加工物表面に到達する。

加工物４は、片面ポリシングと違いその上面及び下面
を固定されず自由な状態にありそして上述した複雑な公
転及び自転運動を行うので、加工物上下全面の加工量が
均一化され、両面が同時に優れた鏡面となり且つ平行
度、平坦度等の加工度も高精度に仕上げることが可能で
ある。

ところで、InP、GaAs等の半導体ウエハは次亜塩素酸
系研磨材、コロイダルシリカ系研磨剤等の研磨剤を用い
ることが多い。こうした研磨剤を用いて上述した両面ポ
リシング装置によりポリシングを行つても所期のポリシ
ング効果が生じない状況に多々直面した。また、加工物
表面の汚損も認められた。装置の腐食も多発した。

発明の概要上記のような問題点を解決するべく、本発明者等は従
来型式の両面ポリシング技術の再検討に取組んだ。その
結果、次の事実を認識するに至つた：（１）所期のポリシング効果が得られないのは、上述
した次亜塩素酸系、コロイダルシリカ系等の研磨剤は、
これら研磨剤が加工物に到達するまでの間に、分解、凝
固、組成変化等の劣化を生じ、適正なポリシング作用を
奏しない。

（２）上述した研磨剤は同時に腐食性であることが多
く、従来装置がステンレス鋼製部品であるため、腐食生
成物が加工物表面汚損を生じる原因となつている。

こうした考察の下で、研磨剤と接触する装置部品を耐
食性材料で構成するか或いは耐食性材料コーテイングを
施したものとした上で、混合に際して劣化を生じやすい
研磨剤成分は成分別に装置に導入することを想到し、試
行したところ好結果を得た。

斯くして、本発明は、（１）上定盤と下定盤との間に加工物を保持しつつ混
合に際して劣化する傾向のある複数の成分から成る研磨
剤を用いてポリシングを行う両面ポリシング方法におい
て、前記複数の研磨剤成分を前記定盤の少くとも一方に
所定の混合比となるよう個別に独立して送給することを
特徴とする両面ポリシング方法、及び（２）上定盤と、下定盤と、該上下定盤間に介在する
加工物保持キヤリアと、研磨剤保持用のリングと、該リ
ングと前記上下定盤の少くとも一方を接続する研磨剤送
出配管と、該リングに研磨剤を供給する研磨剤供給配管
とを備える両面ポリシング装置において、前記リングを
多重構造とし、その各々に対応して前記研磨剤送出配管
及び研磨剤供給配管を個別配置したことを特徴とする両
面ポリシング装置を提供する。研磨剤と接触する装置部品乃至部品を耐食
性材料製とするか或いは耐食性材料でコーテイングする
ことが好ましい。

発明の具体的説明前述したように、両面ポリシングは、研磨剤を定盤内
に導入してポリシングを行なう。研磨剤は一般に複数の
成分から成るが、研磨剤の種類によつて複数成分の混合
後、分解、凝固、組成変化等（これらを総称して劣化と
云う）を生じる傾向がある。その代表例は、次亜塩素酸
素研磨剤及びコロイダルシリカ系研磨剤である。コロイ
ダルシリカ系研磨剤を例にとると、これはコロイダルシ
リカ＋強アルカリから成る。コロイダルシリカはゾルと
して安定なのはpH10であり、これより高いpH領域では
ゲル化して凝固しやすくなる。そのため、コロイダルシ
リカ＋NaOH、コロイダルシリカ＋KOH、コロイダルシリ
カ＋Na₃PO₄等の研磨剤では混合後シリカが凝固する傾向
がある。この他、NaClO−H₃PO₄等の次亜塩素酸系研磨剤
は、次亜塩素酸塩が低pH領域で不安定なので分解を起こ
しやすい。

近時、より高品質のポリシング効果を得るため多様な
研磨剤が使われるようになつており、それに伴い上記の
ような劣化を生じやすい研磨剤が多く出現している。

従つて、混合に際して劣化する傾向のある複数の成分
から成る研磨剤を用いる場合には、混合後の劣化を生じ
ないうちにポリシング作用を為しうるようにする必要が
ある。そこで、本発明は、研磨剤成分を上下定盤の少く
とも一方に個別に独立して導入することを本旨とする。

第１図を参照すると、本発明のポリシング装置の一具
体例が示されている。第１図において、第２図と対応す
る部品には同番号を付してある。両面ポリシング装置の
作動機構については既に説明したので、ここでは記述を
一部省略する。

上定盤１及び下定盤２の間に、キヤリア７の適宜の穴
に遊合する加工物（代表的に半導体ウエハ）４が保持さ
れている。加工物は、ポリシングクロス（パツド）３に
より研磨剤の存在下でポリシング作用を受ける。前述し
たように、加工物はサンギア５及びインタカレギア６に
より複雑な自転及び公転運動するので、研磨剤が適正な
作用を奏する限り、加工物上下全面の加工量が均一化さ
れ、平行度、平坦度等が高精度に仕上げられ且つスクラ
ツチ、ヘイズ、オレンジピール等の無い良好な鏡面が得
られる。

研磨剤は、上定盤及び下定盤の少くとも一方に送給さ
れる。一般的には、第１図に示す通り、上定盤１にその
周囲方向に沿つて設けられた穴11を通して導入される
が、これらに限られるものでなく下定盤のみを通して或
いは上下定盤を通して導入されうる。

本発明に従えば、研磨剤を保持するリング９が、その
混合に際して劣化傾向を示す成分の数に対応して多重構
造9a,9b（ここでは２成分として示す）に分割される。
そして、研磨剤送出配管10も、10a及び10bとして示すよ
うにリングの多重構造化に応じて個別に配置される。研
磨剤供給配管12もまた、12a,12bとして示すようにリン
グの多重構造化に応じて個別配置される。研磨剤送出配
管10a及び10bは、上定盤の穴11を覆つて形成される合流
部13において合流し、ここで始めて混合が開始される。
混合後は穴11を通つた後迅や加工物周囲に到達するので
劣化が生じる前にポリシング作用を奏することが出来
る。

研磨剤供給配管12a及び12bには、各成分の供給速度を
独立にコントロールしうるようポンプ14a及び14bがそれ
ぞれ組込まれている。これにより、成分の最適混合比を
容易に実現できると併せて、ポリシング期間中、最初は
強いポリシング作用をそして後半は弱いポリシング作用
を与えるといつたポリシング作用の調整が容易となる。

研磨剤には腐食性の強いものが少なくない。例えばIn
Pは臭素等の強い酸性或いは酸化性の強い研磨剤を用い
ねば加工できない。こうした腐食性研磨剤に対しても装
置が支障なく作動しうるようにまた発銹による加工物表
面の汚損を防止して高歩留まりの加工が実現できるよう
に、研磨剤と接触する装置部品乃至部分を耐食性材料製
とするか或いは耐食性材料でコーテイングすることが推
奨される。例えば、サンギア５、インターナルギア６等
をナイロンその他のプラスチツク製とし、上下定盤の内
面にパイレツクスガラス、プラスチツク等のコーテイン
グを施すといつた対策をとりうる。

実施例及び比較例ラツピング後エツチングした、30枚の、２″直径のSn
−ドープトInPウエハを本発明に従い両面ポリシング処
理した。640mm外径×230mm内径の寸法の定盤寸法を持つ
４ウエイ式両面ポリシング装置において、研磨剤を保持
するリングを第１図に示すように２重とし、各々から研
磨剤送出配管を上定盤穴に接続した。ポリシングパツド
として発泡ポリウレタンタイプの人工皮革を用い、研磨
剤として市販のNaClO溶液の10倍希釈液を６/hrでそし
て市販のH₃PO₄溶液の50倍希釈液を４/hrで、研磨剤供
給配管を通してそこに組込んだポンプを適宜の回転数に
設定することによりリング各区画に供給した。加工条件
は次のとおりとした：加工圧力 :100g/cm² 上定盤回転数: 12rpm 下〃 : 36rpm 加工時間 : 30分また、サンギア及びインタナルギアをMCナイロン製と
しそして上下定盤をステンレス製ベースにパイレツクス
ガラスを貼り付けた構造とした。

この結果、加工量は平均30μｍであり、加工後の平行
度及び平坦度はいずれも１〜２μｍで良好であつた。表
面粗さは20〜50Åであつた。スクラツチ、ヘイズ、オレ
ンジピール等のない良好な鏡面ウエハが得られた。

他方、第２図のような従来装置を用いて同じ研磨剤を
用いてInPウエハを加工したところ、リングにNaClO及び
H₃PO₄を供給すると、NaClOが低pH領域で不安定なため、
NaClOが多量の塩素ガスを発生して分解し、安定した加
工速度は得られず、加工面もヘイズやオレンジピールが
多発して良好な鏡面を得ることが出来なかつた。また、
発生する塩素ガスによる装置の腐食も進行して、加工を
続行することは不可能であつた。

発明の効果劣化性傾向のある研磨剤でも安定した両面ポリシング
加工が実施可能となつたので、今後高速素子、光通信素
子として期待されているInP、GaAs等のウエハに対して
従来実現できなかつた高精度加工が可能となり、これら
を用いるデバイスの品質向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】第１図は、本発明の両面ポリシング装置の断面図であ
る。第２図（ａ）及び第２図（ｂ）は、従来両面ポリシング
装置の一部破除した上面図及び断面図である。 1:上定盤 2:下定盤 3:ポリシングクロス 4:加工物 5:サンギア 6:インタナルギア 7:キヤリア８、8a、8b:ノズル９、9a、9b:リング 10、10a、10b:研磨剤送出配管 11:穴 12、12a、12b:研磨剤供給配管 13:合流部 14a、14b:ポンプ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】上定盤と下定盤との間に加工物を保持しつ
つ混合に際して劣化する傾向のある複数の成分から成る
研磨剤を用いてポリシングを行う両面ポリシング方法に
おいて、前記複数の研磨剤成分を前記定盤の少くとも一
方に所定の混合比となるよう個別に独立して送給するこ
とを特徴とする両面ポリシング方法。
【請求項２】上定盤と、下定盤と、該上下定盤間に介在
する加工物保持キヤリアと、研磨剤保持用のリングと、
該リングと前記上下定盤の少くとも一方を接続する研磨
剤送出配管と、該リングに研磨剤を供給する研磨剤供給
配管とを備える両面ポリシング装置において、前記リン
グを多重構造とし、その各々に対応して前記研磨剤送出
配管及び研磨剤供給配管を個別配置したことを特徴とす
る両面ポリシング装置。
【請求項３】個別配置される研磨剤供給配管の各々にポ
ンプが組込まれる特許請求の範囲第２項記載の装置。
【請求項４】研磨剤と接触する装置部品乃至部分を耐食
性材料製とするか或いは耐食性材料でコーテイングする
特許請求の範囲第２項又は第３項記載の装置。