JP3453977B2 - ウェーハの研磨装置 - Google Patents

ウェーハの研磨装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコン半導体ウ
ェーハや化合物半導体ウェーハ(以下、両者を総称して
「ウェーハ」と称する)の研磨装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ウェーハを鏡面研磨する方法として、従
来、強アルカリ液中にコロイダルシリカを分散させた研
磨剤を使い、適切な研磨布を使って、アルカリによる化
学研磨とシリカによる機械研磨を組み合わせて行う、い
わゆるメカノケミカル研磨法が用いられている。このメ
カノケミカル研磨法としては、通常、ウェーハをワック
スでプレートに貼り付ける、いわゆるワックス方式が採
用されている。しかし、このワックス方式ではプレート
下面の平坦度が要求される上、このプレート下面にウェ
ーハを貼り付けるためのワックスの厚さも均一にしなけ
ればなければならない。また、図3(a)に示すように
プレート30の下面とウェーハWとの間に異物31が入
った状態でウェーハWを研磨すると、プレート30は硬
いため、図3(b)に示すように、ウェーハWの異物に
対応する部分が研磨布32に強く押し付けられることか
ら、図3(c)に示すようにウェーハWの異物31に対
応する部分が多く削れてしまい、プレート30から取り
外したウェーハWの表面にへこみ33ができてしまうと
いう問題があった。
【0003】そこで、現在では、ワックスを用いない
で、ウェーハをプレートに保持させる、いわゆるワック
スフリー方式も用いられている。このワックスフリー方
式はウェーハと密着性の良い特殊なフィルムからなるバ
ッキングパッドを用いるものである。このワックスフリ
ー方式にあっては、ウェーハの位置を保つため、キャリ
アを用いることとしており、このキャリアおよびウェー
ハはプレートに対して固定となっている。このワックス
フリー方式の効果を図4を用いて説明すれば、ウェーハ
Wを研磨布に対して押圧するバッキングパッド34は柔
らかいため、図4(a)に示すようにバッキングパッド
34とウェーハWとの間に異物31が入った場合であっ
ても、図4(b)に示すようにバッキングパッド34が
たわむので、ウェーハWの異物31に対応する部分が研
磨布33に強く押し付けられることはなく、ウェーハW
の異物31に対応する部分が多く削れてしまうことはな
くなる(図4(c))。また、ワックス方式では、ワッ
クスが必要であるばかりか、研磨後にウェーハおよびプ
レートを苛性ソーダで洗浄した後、水洗いし、イソプロ
ピルアルコールを用いて乾燥させなければならないな
ど、後洗浄の負荷が大きいという問題があったが、ワッ
クスフリー方式では、ワックスを用いない分、コストの
低減が図れ、しかも、後洗浄もプレートを温水を用いて
ブラシ洗浄するだけで済むという利点がある。
【0004】しかし一方で、バッキングパッドは軟らか
いため、平坦度を出すのが困難であり、このバッキング
パッドの平坦度の悪さ故、研磨されたウェーハの平坦度
も悪いという問題が生じた。
【0005】この問題点を解決するための方法として、
界面活性剤をバッキングパッドに塗布して、研磨中に、
ウェーハをその場で回転させることも考えられる。この
方法によれば、ウェーハを回転させるので、ウェーハが
回転によってバッキングパッドの広い面に当たることと
なり、ウェーハを回転させない場合に比較して、平坦性
が向上することになる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、この研磨方法
によれば、バッキングパッド上同一位置におけるウェー
ハの回転によって、バッキングパッドにおけるウェーハ
の外周部対応部分が劣化し易く、定盤の外周近くと中心
近くとではバッキングパッドの劣化の具合が異なるた
め、平坦性に優れたウェーハを安定的に得ることができ
なかった。
【0007】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、平坦性に優れたウェーハを安定的に得られるウェー
ハの研磨装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の研磨装置
は、研磨布が張られた定盤と、この定盤の中心からずれ
た位置の上方に設けられた研磨ヘッドと、この研磨ヘッ
ドの下側に設置されるプレートとを備え、前記プレート
には、ウェーハを押圧するためのバッキングパッドが設
けられると共に、複数枚の前記ウェーハを担持可能に構
成されたキャリアが当該プレートに対して回転自在とな
るように設けられ、前記プレートに対して前記ウェーハ
を自転させつつ公転させることによって当該ウェーハの
研磨を行うように構成されていることを特徴とする。
【0009】請求項2記載の研磨装置は、請求項1記載
の研磨装置において、前記バッキングパッドの下面に界
面活性剤を塗布したものである。
【0010】上記した手段によれば、プレートに対して
ウェーハを自転させつつ公転させることによって、研磨
を行うようになっているので、バッキングパッドのほぼ
全面が活用できることとなり、バッキングパッドの劣化
はゆっくりと全体的に進行することになる。換言すれ
ば、劣化部分の偏在が少なくなる。したがって、平坦性
に優れたウェーハを安定して得られることになる。
【0011】
【発明の実施の形態】図1には実施形態の研磨装置1が
示されている。この研磨装置1は、研磨布2が張られた
定盤3と、この定盤3の中心から離れた部分の上方に設
けられた研磨ヘッド4と、図示しないが水またはスラリ
ーを供給するノズルとを備えている。
【0012】定盤3は図示しない電動モータによって回
転できるように構成されている。この定盤3に張られる
研磨布2としては硬質発泡ウレタンが用いられる。この
硬質発泡ウレタンは発泡径が小さく、密度が高いため、
砥粒保持力が大きく研磨能力が高いという特質を持つ。
【0013】研磨ヘッド4は、空気シリンダ、油圧シリ
ンダまたはラック・ピニオン機構などから構成される昇
降装置(図示せず)によって、軸5を持ち上げることに
よって昇降可能となっている。研磨ヘッド4の下側に
は、キャリア6が付設されたプレート7が設置される。
このプレート7は中央に軸孔8を有する。この軸孔8の
上部は当該軸孔8よりも大きな円形凹部9に連通してい
る。軸孔8には軸受10が取り付けられる。また、プレ
ート7の下面には、軸孔8の周りに、ドーナツ状の浅い
溝11を有している。この溝11の幅はプレート7に対
してのウェーハWの公転を円滑にさせるためウェーハW
の直径よりも少し大きめとなっている。溝11内にはバ
ッキングパッド12が張られている。このバッキングパ
ッド12としては軟質発泡ウレタンが用いられる。この
軟質発泡ウレタンは発泡径が小さく、硬度が大きいの
で、寿命が長いという特質を持つ。また、バッキングパ
ッド12には界面活性剤が塗布され、研磨布2よりもバ
ッキングパッド12の摩擦係数が小さくなるようにされ
ている。この界面活性剤としては、例えばアルキルベン
ゼンスルホン酸等の陰イオン活性剤が使用される。この
界面活性剤は湿潤性、浸透性、付着物質乳化性等の機能
を有する物質なので洗浄が極めて容易である。なお、バ
ッキングパッド12がそもそも研磨布2よりも摩擦係数
が小さいならば、界面活性剤は不要である。また、この
実施形態の研磨装置1では、プレート7の下面にドーナ
ツ状の溝11を設けたが、必ずしも溝11を設けなくと
も良い。キャリア6があればウェーハWの位置ずれは起
こらないからである。この場合には、ウェーハWが通過
する部分だけにバッキングパッド12を張っても良い
し、プレート7の下面全体にバッキングパッド12を張
っても良い。
【0014】キャリア6は軸部13を有し、この軸部1
3は前記軸孔8に挿入され、前記軸受10の働きによっ
て、キャリア6はプレート7に対して回転できるように
なっている。軸部13の上には、前記円形凹部9に着座
する円板14がボルト、接着剤あるいは溶接などで取り
付けられ、この円板14の働きによって、キャリア6が
プレート7から脱落するのが防止されている。円板14
の取付けがボルトによる場合には、プレート7からキャ
リア6を簡単に取り外すことができ、その場合には、プ
レート7の下側のバッキングパッド12の張り替えが容
易となると共に、キャリア6が単体として扱えることか
ら、そのキャリア6の洗浄が容易となる。キャリア6の
板状部15は円形に構成されている。この板状部15の
直径はプレート7の直径と同じである。この板状部15
には、プレート7の溝11に対応する部分に、複数個、
ここでは4個の開口15aが形成されている。この開口
15aの直径はウェーハWの装着を容易にするため直径
よりも少し大きめとしてある。なお、キャリア6の回転
は、この実施形態では、自由回転となっているが、強制
的にキャリア6を回転させるようにしても良い。このよ
うな構成とすれば、本装置の確実性は増加するが、装置
構造が複雑化になる。よって、装置の複雑化を避けるた
め、ここではキャリア6を自由回転させるようにした
が、装置構造の複雑化を厭わなければ、キャリア回転手
段を設けてキャリア6を強制的に回転させるようにして
も良い。なお、プレート7の中心を研磨ヘッド4の中心
と一致させるために、プレート7の外周に接し、軸5の
中心にその接触部の法線が一致するように2個のガイド
ローラ20が設けられている。
【0015】次に、この研磨装置1を使用してのウェー
ハWの研磨方法について説明する。
【0016】まず、ウェーハWのリンスを行った後、ウ
ェーハWにSiO2膜を形成して親水性を持たせるため
アンモニア過水で洗浄する。この場合、ワックス方式の
ようにパーティクル除去のための苛性ソーダによる洗浄
は不要である。次に、キャリア6が付設されたプレート
7に、このウェーハWを装着する。この場合のウェーハ
Wの装着はキャリア6に設けられた開口15aを介して
行われる。そして、ウェーハWが装着されたプレート7
を、ウェーハWが定盤3の研磨布2に接するようにして
研磨ヘッド4の下方に置く。この際、昇降装置(図示せ
ず)によって、軸5を持ち上げることによって研磨ヘッ
ド4を上昇させておく。次に、昇降装置によって、軸5
を下降させて研磨ヘッド4をプレート7の上に乗せる。
この状態で、定盤3を図示しない電動モータによって回
転させる。すると、ウェーハWに押されてキャリア6が
その場で定盤3の回転方向と同じ方向に回転する。この
回転は、定盤3の回転による線速度が外周と中心とで異
なることによって生じる。また、キャリア6が回転する
と、プレート7の中心の周りをウェーハWが自転しつつ
公転することになる。
【0017】このようにすれば、バッキングパッド12
の広い面を使ってウェーハWの研磨が行われるので、バ
ッキングパッド12の劣化が少なくなり、バッキングパ
ッド12の平坦性の悪さの影響が低減されることにな
る。具体的には、バッキングパッド12の平坦度寿命が
著しく向上することになる。
【0018】以上、本発明者がなした実施形態について
説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、
その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変形が可能
である。
【0019】
【発明の効果】本発明は、研磨布が張られた定盤と、こ
の定盤の中心からずれた位置の上方に設けられた研磨ヘ
ッドと、この研磨ヘッドの下側に設置されるプレートと
を備え、前記プレートには、下側にバッキングパッドが
設けられると共に、下側に複数のウェーハを坦持可能で
当該プレートに対して回転自在なキャリアが設けられ、
前記プレートに対して前記ウェーハを自転させつつ公転
させることによって研磨を行うように構成されているの
で、プレートに対してウェーハを自転させつつ公転させ
て研磨を行うことができ、バッキングパッドのほぼ全面
が活用できることとなる結果、バッキングパッドの劣化
はゆっくりと全体的に進行することになる。換言すれ
ば、劣化部分が偏在しなくなる。したがって、平坦性に
優れたウェーハを安定して得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態の研磨装置の主要部を示す正面図であ
る。
【図2】実施形態の研磨装置の主要部を示す平面図であ
る。
【図3】ワックス方式の研磨装置の研磨のされ方を示す
図である。
【図4】ワックスフリー方式の研磨装置の研磨のされ方
を示す図である。
【符号の説明】 1 研磨装置 2 研磨布 3 定盤 12 バッキングパッド W ウェーハ
フロントページの続き (72)発明者 鈴木 文夫 福島県西白河郡西郷村大字小田倉字大平 150番地 信越半導体株式会社 半導体 白河研究所内 (56)参考文献 特開 平7−58066(JP,A) 特開 昭59−169758(JP,A) 特開 平6−23664(JP,A) 特開 平7−136927(JP,A) 実開 昭62−35761(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24B 37/04 H01L 21/304

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨布が張られた定盤と、この定盤の中
    心からずれた位置の上方に設けられた研磨ヘッドと、こ
    の研磨ヘッドの下側に設置されるプレートとを備え、前
    記プレートには、ウェーハを押圧するためのバッキング
    パッドが設けられると共に、複数枚の前記ウェーハを担
    持可能に構成されたキャリアが当該プレートに対して回
    転自在となるように設けられ、前記プレートに対して前
    記ウェーハを自転させつつ公転させることによって当該
    ウェーハの研磨を行うように構成されていることを特徴
    とする、ウェーハの研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記バッキングパッドの下側には界面活
    性剤が塗布されていることを特徴とする請求項1記載
    の、ウェーハの研磨装置。
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