JP3251419B2 - 半導体ウェーハの研磨用定盤 - Google Patents

半導体ウェーハの研磨用定盤

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体ウェーハの表面を
高精度に研磨することができる半導体ウェーハの研磨用
定盤に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、シリコン(半導体)ウェーハの無
歪鏡面研磨は、厚さが約2mm程度の不飽和ポリエステ
ル繊維からなる研磨布が用いられていたが、半導体ウェ
ーハを研磨布に加圧すると当該ウェーハが柔らかい研磨
布に沈み込んでコロイダルシリカ粒子を懸濁したアルカ
リ液により化学的機械研磨(:ケミカルメカニカル研
磨:CMP=Chemical Mechanical Polishing)されるた
め、半導体ウェーハの周縁にいわゆる面だれが生じると
いう問題があった。また、SOI基板では酸化膜絶縁セ
ルパターンがストッパとなり一定の厚さの活性層を形成
する研磨が行われるが、絶縁壁で囲まれた活性層が中凹
に(中央部が凹面状に)研磨される。そのため、特開平
2ー36069号公報に開示された方法では、高純度石
英などのセラミックス材料からなる剛体定盤を用いて半
導体ウェーハを直接研磨することが提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、剛体定
盤による研磨では半導体ウェーハの研磨面にキズが生じ
易いという問題があり、研磨布による研磨に比べて平坦
度は改善されるもののキズの問題は解消できなかった。
【0004】本発明は、このような従来技術の問題点を
改善するという観点に鑑みてなされたものであり、半導
体ウェーハの表面基準での平坦度を向上させる研磨を目
的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
ウェーハをケミカルメカニカル研磨するために用いる研
磨用定盤であって、該研磨用定盤の平坦な研磨面に、研
磨液を研磨される半導体ウェーハ全体に行き渡らせ、前
記ウェーハと前記研磨用定盤の研磨面との摩擦熱を放散
させる溝を形成し、前記溝を形成した研磨用定盤の研磨
面に、ケミカルメカニカル研磨を可能にする樹脂皮膜を
形成し、前記樹脂皮膜が該研磨用定盤の表面に含浸し凝
固して固着するよう、前記溝を形成した前記研磨用定盤
の研磨面の表面粗さを10〜100μm程度にしたこと
を特徴とする半導体ウェーハの研磨用定盤が提供され
る。
【0006】
【作用】剛体定盤を用いて半導体ウェーハを直接研磨す
る方法では、剛体定盤の平坦度が5μm、表面粗さが
0.01μmの精度を確保しておけば、ケミカルメカニ
カル研磨される半導体ウェーハの平坦度も定盤の平坦度
に漸近する。軟性の研磨布を用いた研磨に比べると表面
基準の平坦度が向上し、酸化膜等のストッパが存在すれ
ばこの面で研磨速度が激減し平坦面が得られる。しかし
ながら、剛体定盤に溝を形成する場合には溝の縁が鋭い
角となり、角が欠けると半導体ウェーハにキズが付き、
また、注意深い研磨を行っても半導体ウェーハの挿入お
よび取り出し時にスクラッチキズが付く確率が高い。
【0007】本発明の半導体の研磨用定盤では、研磨面
の表面に樹脂皮膜を形成することにより半導体ウェーハ
へのキズ付きを防止し、取り扱いを容易にすることがで
きる。また、定盤の表面粗さを10〜100μm程度と
いう多孔質定盤にすることにより、定盤の平坦加工と溝
加工が容易になり、定盤の表面に形成される樹脂が定盤
内に浸透し固着するため当該樹脂皮膜の研磨途中におけ
る硬質の酸化膜ストッパと接触しても溝の縁の欠けや樹
脂皮膜の剥がれを防止することができる。これに加え
て、平坦度の高い剛体研磨盤を使用すると研磨熱が十分
取り除けず研磨面の温度が上昇して研磨条件が変化する
ため、溝を形成すると研磨液をウェーハ全体に行き渡ら
せたり、研磨により生じる摩擦熱を放散することにも機
能する。
【0008】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1(A)は本発明の実施例の半導体ウェーハの
研磨用定盤を示す半断面図、図1(B)は同じく定盤の
表面を拡大して示す要部拡大断面図、図1(C)は同じ
く定盤の表面を拡大して示す要部拡大断面図であって他
の方法により樹脂皮膜を形成した実施例を示す図であ
る。また、図2は本発明の半導体ウェーハの研磨用定盤
を示す要部平面図、図3は本発明の他の実施例に係る半
導体ウェーハの研磨用定盤を示す要部平面図、図4は本
発明のさらに他の実施例に係る半導体ウェーハの研磨用
定盤を示す要部平面図である。
【0009】まず、図1(A)に示すように、本実施例
の研磨用定盤1は機械的、熱的変形が少なく、しかも平
坦な材料、例えば高純度石英などのセラミックス材料に
より構成されている。この研磨用定盤の一主面(研磨
面)1aには、図2〜図4に平面図で示すように縦横に
交差する溝2が形成されており、例えばメカノ・ケミカ
ル研磨を行った場合に生じる半導体ウェーハW全体に研
磨液を行き渡らせるように機能する。また、半導体ウェ
ーハWと研磨用定盤との間に生じる摩擦熱を放散させる
機能をも司る。したがって、溝2の形状は図2に示す格
子状にのみ限定されず、図3に示すサッカーボールの表
面形状、あるいは図4に示す三角形状の他、種々の形状
とすることができる。この溝は、例えば幅1.5mm、
深さ1mm程度とすることができる。
【0010】本実施例の研磨用定盤1は剛体であればセ
ラミックスにのみ限定されることはないが、後述する樹
脂皮膜3との固着性を確保するために、少なくとも研磨
面1aの表面粗さは10〜100μm程度の範囲にする
ことが望ましい。上述したように研磨用定盤1を多孔質
セラミックス材料により作製する場合には、その粒度は
#20〜#350に相当することになる。
【0011】この研磨用定盤の研磨面1aの表面には、
図1(B)に示すように、例えばポリウレタン系樹脂や
フッ素系樹脂からなる樹脂皮膜3が形成されている。樹
脂皮膜3を構成する樹脂の種類は特に限定されないが、
上述したポリウレタン系樹脂はシリコン(半導体)ウェ
ーハWに対する研磨性に優れている他、研磨用定盤1へ
の皮膜の成形性と薬液による除去性能に優れている。
【0012】この樹脂皮膜3は、例えば20μm〜10
0μm程度の膜厚とすることが望ましい。図1(B)に
示す研磨用定盤1は、いわゆる湿式処理により薄膜の樹
脂皮膜3を形成した具体例であって、これは以下のよう
にして形成することができる。まず、研磨用定盤1の周
縁にフェンス(ポリウレタン溶液の溢れ防止)を取り付
けた状態で、樹脂皮膜3を構成するポリウレタンDMF
(ジメチルホルムアミド)溶液を研磨面1a全体に流延
して静置する。そして、研磨面1aの表面に液溜まりが
完全になくなるまで十分に含浸・放置したのち、研磨面
1aを下に向けて水に浸漬しポリウレタンDMF溶液を
凝固させる。最後に約40度Cの温風で樹脂皮膜3を乾
燥させると20μm程度の薄膜の樹脂皮膜3を得ること
ができる。
【0013】これに対して、図1(C)に示す研磨用定
盤1は、いわゆる乾式処理により厚膜の樹脂皮膜3を形
成した具体例であって、以下のようにして形成すること
ができる。まず、研磨用定盤1の周縁にフェンスを取り
付けた状態で、まずMEK(メチル・エチル・ケトン)
溶剤を研磨面1aに含浸させる。次に樹脂皮膜3を構成
するポリウレタンMEK溶液を研磨面1a全体に流延し
て静置する。そして、研磨面1aの表面に液溜まりがで
きるまで、以上の流延及び静置を繰り返し、フェンスを
取り外して溝に溜まった余分なポリウレタン溶液を除去
したのち、約140度Cで乾燥・硬化させる。これによ
り100μm程度の厚膜の樹脂皮膜3を得ることができ
る。
【0014】このような樹脂皮膜3の膜厚は研磨工程に
よって使い分けることが好ましい。例えば、鏡面研磨の
初期工程では研磨速度の確保を重視することから、半導
体ウェーハ全体の平坦度を高めるのに適した厚膜の樹脂
皮膜(図1(C))を用いることが望ましい。これに対
して、鏡面研磨の仕上げ工程ではマイクロラフネスの確
保が極めて重要であることから、これに適した薄膜の樹
脂皮膜(図1(B))を用いることが望ましい。
【0015】次に作用を説明する。セラミックス材料な
どからなる剛体定盤1を用いて半導体ウェーハWを直接
研磨する方法では、剛体定盤1の表面粗さの精度を0.
01μmまで確保しておけば半導体ウェーハWはケミカ
ルメカニカル研磨により平坦化研磨が行われる。そし
て、剛体定盤1の平坦度はウェーハ研磨における平坦度
の確保に比べて容易に達成することができる。したがっ
て、この剛体研磨によれば、従来行われていた軟性の研
磨布を用いた研磨に比べてウェーハの平坦度が著しく向
上することになる。
【0016】一方、剛体定盤1の粒度が粗いと半導体ウ
ェーハWはケミカルメカニカル研磨が行わず、メカニカ
ル研磨となることから鏡面無歪研磨は行われない。そこ
で、本発明の半導体の研磨用定盤では、研磨面1aの表
面に樹脂皮膜3を形成することにより半導体ウェーハW
のケミカルメカニカル研磨が可能となる。これに加え
て、樹脂皮膜3は所定の薬液にて除去することが容易で
あることから樹脂皮膜3の再生が可能となり、一度平坦
度に優れた定盤を製作しておけば樹脂皮膜3を塗り替え
るだけで何度でも用いることができる。
【0017】また、研磨面1aの表面粗さが10〜10
0μm程度であるという多孔質セラミックスにすること
により、定盤の表面に形成される樹脂皮膜3が定盤の表
面に含浸し凝固する。その結果、樹脂皮膜の固着性が向
上し当該樹脂皮膜の研磨途中における剥がれを防止する
ことができる。これに加えて、研磨面に溝2を形成する
と研磨液を半導体ウェーハ全体に行き渡らせたり、研磨
液を保持したり、あるいは研磨で生じた研磨生成物を排
出することができる。また、研磨により生じる摩擦熱を
放散することにも機能する。
【0018】なお、以上説明した実施例は、本発明の理
解を容易にするために記載されたものであって、本発明
を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施例に開示された各要素は、本発明の技術
的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨で
ある。
【0019】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、表面
粗さが10〜100μm程度である剛体定盤の一主面に
溝を有する研磨面を形成し、この研磨面の表面に樹脂皮
膜を形成しているので、剛体定盤による表面基準平坦度
の向上と同時に樹脂皮膜による硬質のストッパによる研
磨停止が期待できる。また、樹脂皮膜の再生も容易であ
る。加えて、研磨面に溝を形成すると研磨液を半導体ウ
ェーハ全体に行き渡らせたり、また、研磨により生じる
摩擦熱を放散することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は本発明の半導体ウェーハの研磨用定盤
を示す半断面図、(B)は同じく定盤の表面を拡大して
示す要部拡大断面図、(C)は同じく定盤の表面を拡大
して示す要部拡大断面図であって他の方法により樹脂皮
膜を形成した実施例を示す図である。
【図2】本発明の半導体ウェーハの研磨用定盤を示す要
部平面図である。
【図3】本発明の他の実施例に係る半導体ウェーハの研
磨用定盤を示す要部平面図である。
【図4】本発明のさらに他の実施例に係る半導体ウェー
ハの研磨用定盤を示す要部平面図である。
【符号の説明】
1…研磨用定盤 1a…研磨面 2…溝 3…樹脂皮膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 B24B 37/04

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体ウェーハをケミカルメカニカル研磨
    するために用いる研磨用定盤であって、 該研磨用定盤の平坦な研磨面に、研磨液を研磨される半
    導体ウェーハ全体に行き渡らせ、前記ウェーハと前記研
    磨用定盤の研磨面との摩擦熱を放散させる溝を形成し、 前記溝を形成した研磨用定盤の研磨面に、ケミカルメカ
    ニカル研磨を可能にする樹脂皮膜を形成し、 前記樹脂皮膜が該研磨用定盤の表面に含浸し凝固して固
    着するよう、前記溝を形成した前記研磨用定盤の研磨面
    の表面粗さを10〜100μm程度にした ことを特徴と
    する半導体ウェーハの研磨用定盤。
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