JP3561538B2 - 半導体の研磨機、研磨台及び研磨方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は半導体材料に係り、そしてさらに詳しくは、各半導体ウェーハを研磨するための研磨台（ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ｐａｄ） 及び研磨方法に関する。
【０００２】
【発明の背景】
各ウェーハの表面は、それらを、各デバイスがウェーハの表面に形成される色々な処理に対して準備するために研磨される。研磨は、滑らかな表面を提供し、そしてウェーハの表面を横切って一様な各デバイスを作るのに利用される色々な拡散及びマスキング処理を妨げるでこぼこを除去する。研磨は、ウェーハ保持器内の各開口内に幾つかの半導体ウェーハを設けそして研磨台をその上に有する二つの研磨板の間に各ウェーハ及び保持器を置くことにより達成される。そのウェーハ保持器は研磨機の周囲を回り且つ回転させられ、研磨中その各ウェーハの遊星運動を提供する。研磨台に対するそのウェーハの移動は微粒子の研磨スラリ（ａｂｒａｓｉｖｅ ｓｌｕｒｒｙ） と共に使用されて所望の滑らかさを提供する。この処理と出くわす一つの問題は、研磨に影響する色々な制御可能な要素は制御され得るが、平らでない研磨が起こるということである。特に、非平坦さはウェーハのエッジにおいて起こり、このウェーハエッジは、各中央部分よりもより多くの研磨を受けて、「枕形状」のウェーハを結果として生ずる。これが、ウェーハのその中央からその各エッジにかけての望ましくない先細化を提供する。
【０００３】
【発明の概要】
本発明は、改定された研磨台及びその使用方法を提供する。研磨台は、台（ｐａｄ） の厚さを薄くすることで研磨表面の一部を除去した部分を有し、台の厚みが薄くなっている非研磨部分を横切るウェーハ表面の各部分がそのウェーハ表面の他の各部分程は研磨されないようになっている。研磨台と接触するウェーハ表面の各経路は、予知可能で、従って、ウェーハ表面のどの部分が最小の研磨を受けるかが分かる。台の表面の除去された各部分は、研磨がウェーハエッジの先細化を生じないように予め決定される。
【０００４】
本発明の実施例においては、環状の円形の台は、台の厚さを部分的に小さくすることによって研磨表面が除去された２つのストリップを有し、一つのストリップは台の外縁の付近にあり、そしてもう一つのストリップは研磨台の内縁の付近にある。その台の周りの各ウェーハの移動及びウェーハ保持器内の各ウェーハの回転は、その各ウェーハのエッジが、各ウェーハの中央部分よりもより頻繁に台の厚みが小さくされた部分上に置かれるようにする。こうすることで、ウェーハの外側エッジの表面をより少なく除去し、各ウェーハがリレグ状の研磨表面の除去された部分を有しない台でもって研磨されるとき生ずる非平坦さが生じないようにする。その除去された各部分は、連続的なリング形状でもよいし、研磨台に対しより多くの強度を付加する分割されたリングであってもよい。表面が除去されたストリップのエッジにはテーパーがかけられ、ウェーハ保持器の歯の上で引き裂かれたり、動かなくなったりしないようにされている。
【０００５】
本発明により提示される技術的な進歩は、その各目的と同様、添付の各図面及び付属の各請求項にて述べられる新規な特徴と関連して考慮されるとき、本発明のより好ましい実施例の次の記述から明らかになるであろう。
【０００６】
【実施例】
図１は、半導体ウェーハ１０を例示しており、この半導体ウェーハ１０は、周辺部エッジ１２が平らでない摩耗或いは先細化を示している。もしも完全な研磨が達成されたならば、そのウェーハの表面は、本質的には、符号１１にて示されるようにエッジまで平らであろう。
【０００７】
図２は、本発明による研磨台の実施例を示す。この形状においては、平らな平面状の研磨表面１９を有する平らな平面状の台１４は、環状リングの形状であって、外側の外縁エッジ１５及び内側の内縁エッジ１６を有する。台１４の厚みが部分的に小さくされて研磨台表面が除去された二つのリング１７，１８が台１４の中央領域に設けられている。厚さが小さい部分は非研磨の弓形の溝あるいはチャンネルを中央領域に形成し、それらはエッジ１５，１６の縁に沿って配置されている。図２においては、各非研磨リング１７及び１８が研磨台に対し強度を与えるように分割されている。しかしながら、厚さの厚い研磨台を使用するなら連続的な非研磨リングとしてもよい。
【０００８】
図３は、研磨機の部分図の適所における研磨台１４の上面図を例示する。台１４は、研磨板２６（図４）上にある。研磨台１４上には、ウェーハ保持器２０があり、このウェーハ保持器２０は、例示するように、各開口２４内に４つのウェーハを保持する。ウェーハ保持器２０は、外側の歯車２１から成り立つ外側円周を有する。歯車２１の各歯は研磨機上にて各歯車ピン２２及び２３と互いに噛合している。研磨機が作動中であるとき、補助板２５及び研磨台１４は、矢印Ａにより示すように、時計方向或いは反時計方向へ回転し得る。ピン２２及び２３の各リングは異なる回転速度にて回転する。これらの回転運動は、ウェーハ保持器２０を、矢印Ｂにより示されるように回転させ、そしてまた、矢印Ａにより示される方向に研磨機の周りを移動させる。実際には、そのウェーハは、それが研磨機上にて研磨表面１９の周りをサイクロイド運動にて移動しながら、ウェーハ自身の軸の周りに回転させられる。ウェーハが回転するにつれて、その各ウェーハのエッジが、各矢印Ｃ及びＤにて示されるように各非研磨ストリップ（リング）細片１７及び１８上を移動する。研磨の処理中においては、各ウェーハのエッジが非研磨ストリップを横切り、各ウェーハエッジにおける研磨作用を制限し、従って、その各ウェーハのエッジにてはウェーハ表面を多く除去しないようにしている。これが、ウェーハエッジの先細化或いは「枕化」を妨ぎ、そのウェーハ表面を平らに維持する。
【０００９】
図４は、研磨装置の部分の断面図を示す。ウェーハ保持器２０は、下部の研磨板２６及び研磨台１４ａと上部の研磨板２５及び上部の研磨台１４との間にある。二つのウェーハが示されている。非研磨ストリップ１８はテーパーのある各縁１８ａと共に示されており、非研磨ストリップ１７はテーパーのある各縁１７ａを有する。研磨−非研磨界面の縁におけるテーパーの目的は、各エッジがウェーハ保持器２０の歯と台１４の間で結合し、引き裂かれたり或いは動かなくなったりするのをを保護することにある。
【００１０】
ウェーハを通して全ての道をカットすることよりも非研磨領域における研磨台の厚さを減少させることは、ウェーハとウェーハ保持器をより多く支持する形状を提供する。その非研磨領域は、必ずしも円形のセグメントでなくてもよいが、ウェーハ表面の予知可能な選択的研磨を提供するであろう何らかの形状であってもよい。
【００１１】
本発明の研磨台を使用する例は、半導体ウェーハの両側を研磨するための装置を使用してなされたが、片面を研磨する研磨機もまた研磨台を使用して所望の研磨を提供できる。
【００１２】
以上の説明に関して更に以下の項を開示する。
（１）半導体ウェーハの各部分を選択的に研磨するための研磨台であって、
環状の形状を有し、そして外縁と内縁を有する研磨台、
前記台の一つの側面上の研磨表面、そして
前記研磨表面上の非研磨表面の各領域を含む研磨台。
【００１３】
（２）第１項記載の研磨台であって、前記非研磨領域が前記研磨表面内における連続的なリングの形状である研磨台。
（３）第１項記載の研磨台であって、前記非研磨領域が前記研磨表面内にて少なくとも二つのリングを含む研磨台。
【００１４】
（４）第１項記載の研磨台であって、前記研磨表面における前記非研磨領域が二つの非連続的な環状リングの形状である研磨台。
（５）第１項記載の研磨台であって、前記非研磨領域が二つの領域を含み、一つが前記外縁の付近に該外縁に間隔をおいて設けられ、そして一つが前記内縁の付近に該内縁に間隔をおいて設けられた研磨台。
【００１５】
（６）第５項記載の研磨台であって、前記各非研磨領域が非連続的な環状リングである研磨台。
（７）第１項記載の研磨台であって、前記非研磨表面が前記研磨表面の下へ凹所を設けられ、そして前記非研磨表面が前記研磨表面から下方へテーパーを有する研磨台。
【００１６】
（８）半導体ウェーハの各部分を選択的に研磨するための研磨台であって、
環状の形状を有し、そして外縁と内縁を有する研磨台、
前記台の一つの側面上の研磨表面、そして
前記研磨及び非研磨の各表面の間にてテーパーのある領域を有してなる前記研磨表面上の非研磨表面の凹所を設けられた各領域を含む研磨台。
（９）第８項記載の研磨台であって、前記非研磨領域が前記研磨表面における連続的なリングの形状である研磨台。
【００１７】
（１０）第８項記載の研磨台であって、前記非研磨領域が前記研磨表面内にて少なくとも二つのリングを含む研磨台。
（１１）第８項記載の研磨台であって、前記研磨表面における前記非研磨領域が二つの非連続的な環状リングの形状である研磨台。
【００１８】
（１２）第８項記載の研磨台であって、前記非研磨領域が二つの領域を含み、一つが前記外縁の付近に該外縁に間隔をおいて設けられ、そして一つが前記内縁の付近に該内縁に間隔をおいて設けられた研磨台。
（１３）第１２項記載の研磨台であって、前記各非研磨領域が非連続的な環状リングである研磨台。
【００１９】
（１４）半導体ウェーハの表面を選択的に研磨するための方法であって、
半導体ウェーハを回転させ、一方、研磨及び非研磨の各領域をその上に有する表面をもつ研磨台の周りに前記ウェーハを移動させ、そして
前記ウェーハ上の所定の各場所にて各非研磨領域に亘り前記ウェーハを移動させて前記ウェーハ表面の各部分の研磨を選択的に妨ぐ各ステップを含む方法。
（１５）各半導体ウェーハの表面の選択的な研磨のための研磨台を作る方法であって、
研磨表面を有する研磨台を形成し、そして
前記研磨表面内に各非研磨領域を形成する各ステップを含む方法。
【００２０】
（１６）第１５項記載の方法であって、前記研磨台に非研磨表面の環状の各リングを形成するステップを含む方法。
（１７）第１５項記載の方法であって、前記研磨台の前記表面に各非研磨表面の非連続的な各リングを形成するステップを含む方法。
【００２１】
（１８）第１７項記載の方法において、前記非研磨表面が前記研磨表面から凹所を設けられ、そしてそれから前記研磨及び非研磨の各表面の間の界面が前記研磨表面から前記非研磨表面に向けてテーパーを有する方法。
【００２２】
（１９）中央部及び周囲エッジを有する半導体ウェーハを研磨するための研磨台であって、
外周縁、内周縁、及び前記外内周縁の中間に位置してなる各対向側面を有する与えられた厚さの中央領域を有する環状リング部材、
前記外内周縁の縁にそれぞれ位置し、前記厚さにおいて第１及び第２の局部的な減少を与えるために除去された前記研磨表面の第１及び第２の部分を除き、乱されていない平らな平面の研磨表面を規定する前記各側面の少なくとも一つを含み、
厚さにおける前記第１及び第２の減少が、前記研磨表面内にて各非研磨ブレーク（ｂｒｅａｋ） を確立し、そして
前記研磨表面の周りに十分に支持された位置にてサイクロイド状に移動されるウェーハの周囲エッジが、そのウェーハの中央部が前記各ブレークと出くわすよりもより多く前記各ブレークと出くわすように、前記各ブレークが必要な大きさにされそして形成されている研磨台。
（２０）第１９項記載の台であって、前記第１及び第２の除去された部分が各開口を有し、該開口に向け外方へテーパーのかかったエッジを有する溝である台。
【００２３】
（２１）第１９項記載の台であって、前記第１及び第２の除去された部分が、前記外内周縁の縁にそれぞれ位置する第１及び第２のリング状に配置された第１及び第２の弓形の溝である台。
（２２）第１９項記載の台であって、前記第１及び第２の除去された部分が、前記外内周縁の縁にそれぞれ位置する第１及び第２の分割されてなるリング状に配置された第１及び第２の複数の弓形の溝である台。
【００２４】
（２３）第２２項記載の台であって、前記第１及び第２の除去された部分が各開口を有し、該開口に向け外方ヘテーパーのかかったエッジを有する各溝である台。
【００２５】
（２４）中央部及び周囲エッジを有する半導体ウェーハを研磨するための研磨機及び研磨台との組み合わせにおいて、
前記研磨台が、外周縁、内周縁、及び前記外内周縁の中間の平らな平面研磨表面を規定する与えられた厚さの中央領域を含み、
前記研磨表面が、前記外内周縁の縁にそれぞれ位置する前記厚さにおいて第１及び第２の局部的な減少を与えるために除去される前記研磨表面の第１及び第２の部分を除き、乱されておらず、前記第１及び第２の減少が前記研磨表面内に各非研磨ブレークを確立し、そして
前記研磨機が、その中にウェーハを取り付けるためのウェーハ保持器、及び前記取り付けられたウェーハの周囲エッジが、同取り付けられたウェーハの中央部が前記各ブレークと出くわすよりもより多く前記各ブレークと出くわすように、前記研磨台との関連にて前記ウェーハ保持器を移動させて十分に支持された位置にて前記研磨表面の周りに前記取り付けられたウェーハをサイクロイド状に移動させる手段を含む組み合わせ。
【００２６】
（２５）第２４項記載の組み合わせであって、前記ウェーハ保持器が歯車の各歯から成り立つ外周を有し、そして
前記第１及び第２の除去された部分が前記各歯と各溝との間の結合を防止するためにテーパーのかかったエッジを有する各溝である組み合わせ。
（２６）第２４項記載の組み合わせであって、前記第１及び第２の除去された部分が、前記外内周縁の縁にそれぞれ位置する第１及び第２の分割されてなるリング状に配置された第１及び第２の複数の弓形の溝である組み合わせ。
【００２７】
（２７）第２６項記載の組み合わせであって、前記ウェーハ保持器が歯車の各歯から成り立つ外周を有し、そして
前記研磨台との関連にて前記ウェーハ保持器を移動させるための前記手段が、前記歯車の各歯と噛合しそして前記台の外周縁の外側に位置する各ピンの第１リング、前記歯車の各歯と噛合しそして前記台の内周縁の内側に位置する各ピンの第２リング、及び前記各ピンの第１リングとの関連で前記各ピンの第２リングを回転させるための手段を含む組み合わせ。
（２８）第２７項記載の組み合わせであって、前記各溝が各開口を有し、該開口に向け外方へテーパーのかかったエッジを有する組み合わせ。
【００２８】
（２９）中央部及び周エッジを有する半導体ウェーハを研磨するための方法であって、
外周縁、内周縁、及び前記外内周縁の中間に位置する各対向側面を有する中央領域を有する平らな平面環状リング研磨台を提供し、前記各側面の一つが、前記外内周縁の縁にてそれぞれ位置する第１及び第２の溝を有する研磨表面を規定し、前記各溝が前記研磨表面内に各非研磨ブレークを確立し、
ウェーハ保持器上にウェーハを取り付け、そして
前記取り付けられたウェーハの周囲エッジが、そのウェーハの中央部が前記各溝と出くわすよりも多く前記各溝と出くわすように、前記研磨台との関連にて前記ウェーハ保持器を移動させて前記研磨表面の周りに前記取り付けたウェーハをサイクロイド状に移動させる各ステップを含む方法。
【００２９】
（３０）第２９項記載の方法であって、前記各溝がテーパーを有する溝であって、前記ウェーハ保持器が歯車の各歯から成り立つ外周を有し、そして、前記移動ステップが前記歯車の各歯を使用する前記研磨表面に亘り前記ウェーハ保持器を回転させることを含む方法。
【００３０】
（３１）第３０項記載の方法であって、前記各溝が、前記外内周縁の縁にそれぞれ位置する第１及び第２の分割されてなるリング状に配置された第１及び第２の複数の弓形の溝であり、そして前記移動ステップが、前記台の外周縁の外側及び前記台の内周縁の内側にてそれぞれ位置する相対的に移動する各ピンの第１及び第２のリングとの相互作用を介して前記歯車の各歯を駆動することにより、前記ウェーハ保持器をそれ自身の周り及び前記研磨台の中央の周りに回転させることを含む方法。
【００３１】
（３２）複数の前記ウェーハを研磨するための第２９項記載の方法であって、前記第１研磨台と同様に第２研磨台を提供し、第１及び第２の板上にそれぞれ前記第１及び第２の台を取り付ける各ステップをさらに含み、前記取り付けステップにおいて、前記各ウェーハが前記ウェーハ保持器のそれぞれの開口内に取り付けられそして前記ウェーハ保持器が前記各板上に取り付けられた前記研磨台の前記各研磨表面の間に配置され、そして前記移動ステップにおいて、すべての取り付けられた各ウェーハの周エッジが、前記中央部が前記各溝と出くわすよりも多く両研磨表面の前記各溝と出くわすように、前記取り付けられた各ウェーハが前記各研磨表面の周りをサイクロイド状にすべて移動される方法。
【００３２】
（３３）本発明は、研磨表面１９の部分１７及び１８が除去された研磨表面１９を有する研磨台１４に関するものである。除去された領域１７及び１８は、研磨台１４の外縁１５及び内縁１６の付近にある環状リングである。非研磨表面１８及び１９は研磨表面１９から下方に向けテーパー１７ａ及び１８ａさを有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】半導体ウェーハ上の先細にされた摩耗を示す図である。
【図２】本発明の研磨台の一実施例を示す図である。
【図３】補助板及び表面の一部が除去された研磨台を有するウェーハ研磨機の上面図である。
【図４】研磨するときのウェーハ研磨機の一部の断面図である。
【符号の説明】
１０ 半導体ウェーハ
１４ 研磨台
１５ 外縁
１６ 内縁
１９ 研磨表面

Claims (3)

1. 中央部及び周囲エッジを有する半導体ウェーハを研磨するための研磨台であって、
   外周縁、内周縁、及び前記外内周縁の中間に位置してなる各対向側面を有する与えられた厚さの中央領域を有する環状リング部材、
   前記側面の１つが平らな平面研磨表面をなしており，該研磨表面は局部的に厚みの少ない第１と第２の非研磨領域の溝またはチャンネルを前記外内周縁の縁にそれぞれ有し、
   前記研磨表面の周りにサイクロイド状に移動されるウェーハの周囲エッジが、そのウェーハの中央部が前記各溝またはチャンネルと出くわすよりもより多く前記各溝またはチャンネルと出くわすように、前記各溝またはチャンネルが必要な大きさにされそして形成されている研磨台。
2. 中央部及び周囲エッジを有する半導体ウェーハを研磨するための研磨機及び研磨台との組み合わせにおいて、
   前記研磨台が、外周縁、内周縁、及び前記外内周縁の中間の平らな平面研磨表面を規定する与えられた厚さの中央領域を含み、
   前記研磨表面が、前記外内周縁の縁にそれぞれ位置する局部的に厚みの少ない第１と第２の非研磨領域の溝またはチャンネルを有し、
   前記研磨機が、その中にウェーハを取り付けるためのウェーハ保持器と、前記取り付けられたウェーハの周囲エッジが、同取り付けられたウェーハの中央部が前記各溝またはチャンネルと出くわすよりもより多く前記各溝またはチャンネルと出くわすように、前記研磨台との関連にて前記ウェーハ保持器を移動させて前記ウェーハ保持器に取り付けられたウェーハを前記研磨表面の周りにサイクロイド状に移動させる手段とを含む，前記組み合わせ。
3. 中央部及び周囲エッジを有する半導体ウェーハを研磨するための方法であって、
   外周縁、内周縁、及び前記外内周縁の中間に位置する各対向側面を有する中央領域を有する平らな平面環状リング研磨台を提供し、前記側面の一つが、前記外内周縁の縁にそれぞれ位置する第１及び第２の溝を有する研磨表面をなしており、前記各溝が前記研磨表面内に非研磨領域の溝またはチャンネルを確立し、
   ウェーハ保持器上にウェーハを取り付け、そして
   前記取り付けられたウェーハの周囲エッジが、そのウェーハの中央部が前記各溝と出くわすよりも多く前記各溝と出くわすように、前記研磨台との関連にて前記ウェーハ保持器を移動させて前記研磨表面の周りに前記取り付けたウェーハをサイクロイド状に移動させる各ステップを含む方法。

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