JP3566852B2

JP3566852B2 - ウエハを研磨する方法

Info

Publication number: JP3566852B2
Application number: JP13098698A
Authority: JP
Inventors: 宏一西巻; 敏政山田; 司中原; 真紀雄田中
Original assignee: 株式会社岡本工作機械製作所; 直江津電子工業株式会社
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2004-09-15
Anticipated expiration: 2018-04-27
Also published as: JPH11309672A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ベアウエハ、デバイスウエハ、磁気ディスクウエハ等のウエハの表面を鏡面的な平滑度に研磨する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣの高集積化は、６４Ｍｂｉｔから２５６Ｍｂｉｔへと移行しつつあり、更に２１世紀初頭には１Ｇｂｉｔになることが予測されている。この様な高集積化に対応するためデバイスの多層構造化が進み、デバイス表面の凹凸のため、露光時に焦点を合せることが困難になりつつある。
【０００３】
そのため、半導体ウエハの６インチ、８インチから１２インチへの拡径および薄肉化、ウエハの表面平坦度を１μｍから、０．５μｍ、更には０．３μｍ、０．２μｍにもっていくことが要求されている（「精密工学会誌」、Ｖｏｌ．６２、Ｎｏ．４、１９９６年４８６−４９０頁）。
【０００４】
従来、半導体ウエハ５の研磨方法としては、図３に示すように中空回転軸１０上に設けた作業テーブル１１の上に研磨布（発泡ポリウレタンパッド、フェルトパッド）１２を載置し、この研磨布１２の上面に、上部チャック機構Ａのヘッド３内に取り付けられたポーラスなセラミックス板、もしくは酸化アルミナ板または穿孔した樹脂板、アルミニウム板よりなる剛体の吸着パッド４に通気性の不織布１を粘着テープ７で貼合し、この不織布面に吸着させたウエハ５をＺ軸方向に下降させて当接し、ロータリージョイントにより回転可能に軸２に取りつけられたヘッド３をモーター（図示してない）により軸２を作業テーブルの回転方向と逆方向または同一方向に回転させて研磨布でウエハを研磨する方法が行われている（「砥粒加工学会誌」、Ｖｏｌ．４２、Ｎｏ．１、１９９８年１月号、１８−２１頁）。ウエハと研磨布は上下逆に取りつける研磨盤も存在する。
【０００５】
この研磨の際、ウエハと研磨布の間には、水、アルカリ性水溶液、酸性水溶液あるいは、酸化アルミナ粉、ダイヤモンド粉もしくは酸化珪素粉を水に分散させたスラリー状研磨剤が供給されることもある（ケミカルメカニカルポリシング）。
この不織布を利用した研磨盤は前に研磨されたウエハの削り屑や埃が上部チャックに付着しても又、ウエハを洗浄した液が薄い膜となり、内に気泡を含んだ水泡として付着しても柔らかい不織布に吸着、仮り止めされるのでそれらの存在は余り問題とならないが、不織布の表面の平坦性が粗いので研磨されたウエハの平坦度が１〜２μｍと大きく、好ましくない。
【０００６】
可撓性の不織布の欠点を改良する研磨盤（ポリシングマシン）として、回転軸２に固定されたガラス製もしくはセラミック製の剛性の高い貼付板に半導体ウエハ５をホットメルト接着剤のポリエチレンワックスを用いて接着して次いで半導体ウエハを下降させて研磨布に当接し研磨する方法が行われている（「砥粒加工学会誌」、Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．３，１９９４年５月号、１８−２０頁、「砥粒加工学会誌」、Ｖｏｌ．３９，Ｎｏ．４，１９９５年７月号、１９０−１９３頁参照）。
この方法は、ワックスがクッション材の役目を果たし、又、異物の影響が小さいので不織布を利用する研磨盤よりより平坦性の良好な半導体ウエハが得られるが、この研磨方法でも、８インチウエハの場合、平坦度は０．５μｍまで、あるいはデバイスの段差は１００ｎｍ（ナノメーター）である。
逆に、このホットメルト接着剤を利用するウエハの研磨方法は、▲１▼ウエハを貼着板にホットメルト接着剤で貼合する。▲２▼研磨終了後、貼着板を新しいものに置き代える。▲３▼研磨されたウエハに付着したホットメルト接着剤を次の回路印刷工程に持っていく前に洗浄で取り除く必要があり、工程が長く、かつ、環境上問題がある。
上記対策としてウエハをセラミックチャック等に直接吸着する方法が周知されている。この方法をとるとウエハ平坦度が０．５μｍ以下になると共に、ウエハを直接チャックに保持する為研磨後の厚さ精度を１μｍ以下にできると共に、研磨後の洗浄を簡素化しコストダウン及び環境にやさしい工程が可能となる。
しかし、ウエハとチャック間に異物及び気泡、水泡等が混入すると研磨後それが原因で局部的に数μｍのヘコミとなる。加圧力にもよるが厚さ５００μｍ以上のウエハではこの影響が発生しにくいが、５００μｍ未満の薄いウエハでは、吸着面の影響が受けやすく、ひどいときには、ウエハが割れてしまう問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、平坦度が０．５μｍ以下であると共に、研磨加工後のウエハ間の厚さのバラツキの小さいウエハを得ることができる、平面研磨盤を用いてウエハを研磨する方法の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、回転可能な中空回転軸２に取り付けられたヘッド３および該ヘッド内に取り付けられたウエハを直接吸着することが可能な剛体の吸着パッド４を備える上部チャック機構Ａ、回転軸１０に備え付けられた作業テ−ブル１１上に載置された研磨布１２および、前記上部チャック機構Ａの剛体の吸着パッド４表面と、この吸着パッドのウエハ５の吸着面に液体を上部チャック機構Ａの側面または下面から吹きつけることができる液体供給ノズルＢを具備するウエハの平面研磨盤１を用い、ウエハを前記吸着パッド４に吸着させる前に、上部チャック機構Ａの中空回転軸２の中空部を減圧しつつ上部チャック機構Ａの剛体の吸着パッド４の下面または側面の位置の高さに設けた液体供給ノズルＢより液体を回転している吸着パッド４の吸着面に吹きつけ、この吸着パッド４に吹きつけられた液体を中空回転軸２の中空部を経て上部チャック機構Ａ外へ排出しつつ上部チャック機構Ａを下降させてウエハを吸着し、次いで液体供給ノズルＢからの液体吹付を中止した後、ウエハを作業テ−ブル１１上の研磨布に押し当て研磨布の回転とウエハの回転を利用してウエハの表面を研磨する方法を提供するものである。
【００１０】
【作用】
先の段階で残されたウエハの研削屑や埃、水泡が吸着パッド４や中空回転軸２、ヘッド３に付着していても、ノズルＢより吹きつけられた液体により上部チャック機構Ａより中空回転軸２を経由して排出され、及び水泡は消滅し、その後、上部チャック機構の剛体のガラスまたはセラミック等の吸着パッド４にウエハ５が吸着され、その後、研磨布によりウエハが研磨される。
吸着パッドとウエハの間には研削屑、異物や埃、水泡、気泡が夾雑されないので、かつ、吸着パッドは剛体であるので中空回転軸の中空軸内を減圧しても吸着パッドは変形しないので研磨時、これら夾雑物や吸着パッドの変形によるウエハの変形がないので、肉厚の薄いウエハであってもへこみの発生がなく、平坦度０．５μｍ以下、ウエハの厚さ精度１μｍ以下と表面が平坦で、かつ、段差の小さいウエハが得られる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明を説明する。
図１は、本発明の一態様を示す平面研磨盤の平面図、図２は、上部チャック機構の別の態様を示す一部を切り欠いた断面図である。
図１において、１は平面研磨盤、Ａは上部チャック機構、２は中空回転軸、２ａは中空部、３はヘッド、３ａはヘッドのチャンパー、４は剛体の吸着パッド、４ａは流体通路用孔、４ｂは小孔、５はウエハ、Ｂは液体供給ノズル、１０は下部チャック機構の中空回転軸、１０ａは中空部、１１は作業テーブル、１１ａは研磨布の上載台、１２は研磨布である。
【００１２】
吸着パッド４、研磨布上載台１１ａの材料としては、ポーラス酸化アルミナ板、ポーラスセラミックス板、焼結金属板、樹脂やアルミニウム板に通気用の小孔を穿ったもの等が使用される。この吸着パッドは曲げ強度が２０，０００ｋｇ／ｃｍ^２以上、好ましくは４０，０００ｋｇ／ｃｍ^２以上と剛性の高いものを素材とする。
研磨布１２は、発泡ポリウレタンシート、フェルト等が利用される。かかる平面研磨盤１を用いてウエハ５を研磨するには、上部チャック機構Ａを、アーム等により移動して液体供給ノズルＢの近傍に吸着パッド４下面を位置させるか、上部チャック機構Ａの下面に液体供給ノズルＢを移動させ、次いで回転、減圧している吸着パッド４の下面に前記液体供給ノズルＢより洗浄用液体を吹きつける。
【００１３】
吸着パッド４に吹きつけられた液体は、中空回転軸２が３００〜７００ｍｍＨｇに減圧されているのでヘッド３のチャンバー３ａ、中空回転軸２の中空部２ａを経由して上部チャック機構Ａ外へ放出される。
液体としては水、アルカリ性水溶液、酸性水溶液等が使用できるが、中でもＣａイオン、Ｓｉイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオンの総含有量が２０ｐｐｍ以下、好ましくは０〜１０ｐｐｍのイオン交換水、蒸留水が好ましい。吸着パッド４への液体の吹き付け量は、ウエハの表面積当り１〜２０ｃｍ^３／分／ｃｍ^２、水量で０．１〜５０リットル／分が好ましい。吸着パッド４下面へのノズルＢからの吹き付け角度（α）は、０〜９０度、好ましくは０〜３０度である。ノズルＢの数は、１個でも２〜６個の複数でもよい。又、ドーナツ状の中空リング管に流体吹出用の小孔を多数穿ったものでもよい。吸着パッド４を回転させる場合は液体が吸着パッドの下面全体をくまなく洗浄する。
【００１４】
次いで、上部チャック機構Ａを、ウエハ供給台上に載置されているウエハ上面に移動し、下降させウエハを吸着パッドに吸着させ、液体供給ノズルからの液体吹付を中止した後、作業テーブル１１上の研磨布１２の上に上部チャック機構を下降させて当接し、ウエハの回転と研磨布の回転を利用してウエハの表面を研磨布で研磨する。
【００１５】
このウエハの研磨方法において、研磨布の上面に、従来のＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭａｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）方法と同じく、水、苛性ソーダ水溶液、トリメチルテトラミン水溶液、塩酸水溶液、酸化硅素粉やダイヤモンド結晶粉、ガラス粉を水に分散したスラリー状研磨剤を供給して研磨を行ってもよい。又、ウエハの冷却上、そのようにするのが好ましい。
【００１６】
回転軸２はモーターにより１０〜１，５００ｒｐｍ、好ましくは５０〜１，０００ｒｐｍの回転数で回転させる。作業テーブルの回転軸１０はモーターにより１０〜１，５００ｒｐｍ、好ましくは４０〜１，０００ｒｐｍの回転数で回転させる。作業テーブルの回転軸１０と回転軸２の回転方向は、正逆いずれの方向でもよいが、逆方向回転の方がより平坦なウエハが得られるので好ましい。
【００１７】
ウエハ５にかかる研磨布１２の圧力は、５〜１，０００ｇ／ｃｍ^２、好ましくは２０〜８００ｇ／ｃｍ^２である。
回転軸の回転数は、ウエハの研磨の状態により段階的に階段上り状に変更してもよい。例えば、０．５〜１μｍの平坦度のときは圧を５〜２００ｇ／ｃｍ^２、回転軸１０の回転数を２０〜４００ｒｐｍ、回転軸２の回転数を３０〜５００ｒｐｍ、０．３〜０．４μｍの平坦度のときは圧３００〜８００ｇ／ｃｍ^２、回転軸１０の回転数３０〜６００ｒｐｍ、回転軸２の回転数５０〜１，０００ｒｐｍ、０．１〜０．２μｍの平坦度のときは、圧５００〜１，０００ｇ／ｃｍ^２、回転軸１０の回転数６００〜１，５００ｒｐｍ、回転軸２の回転数８００〜２，０００ｒｐｍとする。
【００１８】
【実施例】
実施例１
図１に示す研磨盤を用い、液体供給ノズルよりイオン交換水（Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａの全量は３ｐｐｍ以下）を１０ｃｍ^３／分／ｃｍ^２の割合で上部チャック機構の吸着パッド（ポーラス酸化アルミナ板；曲げ強度５０，０００ｋｇ／ｃｍ^２以上）の下面より角度（α）５度で吹きつけた。
【００１９】
ついで、２分間吹付後、受台上の８インチ径の平坦度３．５μｍのシリコンウエハを吸着パッド４を下降させて吸着パッドに吸着させ、ノズルよりイオン交換水の供給を中断した。
ウエハを吸着した上部チャック機構を作業テーブル１１上の研磨布１２の上に移動し、下降してウエハを研磨布に押し当て、回転軸１０を右方向に回転数６００ｒｐｍ、回転軸２を左方向に回転数８００ｒｐｍ、ウエハへの研磨布の圧力５０ｇ／ｃｍ^２、加工速度１．５μｍ／分で研磨布の上面に水を時々加えながら１０分間研磨した。
研磨されたウエハの探針式粗さ計測定の粗さ（Ｒｍａｘ）は０．０３μｍ、平坦度；静電容量型厚み計で測定は０．３μｍであった。
【００２０】
比較例１
流体供給ノズルよりのイオン交換水の供給を行わない他は実施例１と同様にしてウエハの研磨を行った。
研磨されたウエハの平滑性は、探針式粗さ計測定の粗さ（Ｒｍａｘ）は０．０５μｍ、平坦度は０．５μｍであった。
【００２１】
【発明の効果】
従来の不織布を利用したＣＭＰ法では、研磨されたウエハは、粗さ（Ｒｍａｘ）０．１μｍ、平坦度０．５〜１．０μｍであったのが本発明方法によるとより平坦なウエハが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に用いる平面研削盤の一部を切り欠いた断面図である。
【図２】上部チャック機構を示す断面図である。
【図３】従来の平面研磨盤の一部を切り欠いた断面図である。

Claims

回転可能な中空回転軸（２）に取り付けられたヘッド（３）および該ヘッド内に取り付けられたウエハを直接吸着することが可能な剛体の吸着パッド（４）を備える上部チャック機構（Ａ）、回転軸（１０）に備え付けられた作業テ−ブル（１１）上に載置された研磨布（１２）および、前記上部チャック機構（Ａ）の剛体の吸着パッド（４）表面と、この吸着パッドのウエハ（５）の吸着面に液体を上部チャック機構（Ａ）の側面または下面から吹きつけることができる液体供給ノズル（Ｂ）を具備するウエハの平面研磨盤（１）を用い、ウエハを前記吸着パッド（４）に吸着させる前に、上部チャック機構（Ａ）の中空回転軸（２）の中空部を減圧しつつ上部チャック機構（Ａ）の剛体の吸着パッド（４）の下面または側面の位置の高さに設けた液体供給ノズル（Ｂ）より液体を回転している吸着パッド（４）の吸着面に吹きつけ、この吸着パッド（４）に吹きつけられた液体を中空回転軸（２）の中空部を経て上部チャック機構（Ａ）外へ排出しつつ上部チャック機構（Ａ）を下降させてウエハを吸着し、次いで液体供給ノズル（Ｂ）からの液体吹付を中止した後、ウエハを作業テ−ブル（１１）上の研磨布に押し当て研磨布の回転とウエハの回転を利用してウエハの表面を研磨する方法。