JP3611029B2

JP3611029B2 - 半導体基板の研磨用保持板

Info

Publication number: JP3611029B2
Application number: JP2001015561A
Authority: JP
Inventors: 直也成尾
Original assignee: 三菱住友シリコン株式会社
Priority date: 2001-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2005-01-19
Anticipated expiration: 2021-01-24
Also published as: US20020098786A1; JP2002222783A; US6638146B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シリコンウェーハ等の半導体基板を鏡面研磨する研磨装置に用いる保持板の改良に係り、接着剤もしくは真空吸着を利用してウェーハを保持する保持板の外径を被研磨基板の直径より小径にし、かつ基板との接触面積を特定幅の外周部のみ内周部側より減少させることにより、外周部側の研磨圧力を低減して研磨を遅延して保持する半導体基板の研磨精度を向上させ、いわゆる基板の外周だれをなくし、極めて平坦度の高いウェーハを得ることができる半導体基板の研磨用保持板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハ等の半導体基板の製造に際し、スライス時の表面破壊層を削り、欠陥の無い単結晶面を得るため、ラッピングやポリッシング等の表面加工工程が不可欠である。
【０００３】
表面加工工程において、基板を研削、研磨する場合、研削、研磨装置にウェーハ等を固定するため、例えば、図１に示す研磨装置では、回転キャリア１に保持された保持板２表面に半導体基板、ウェーハ３を当接させ接着剤もしくは真空吸着を利用して固定し、研磨布定盤５の上面に設けた研磨布４にウェーハ３の被研磨面を当接させ、回転キャリア１を加圧回転させて研磨する。
【０００４】
被研磨基板の保持方法としては、主にベアウェーハの研磨には硬質材料のセラミックまたは、アクリル、ポリカーボネード等の樹脂板にワックスでウェーハを貼りつける方法、または保持板表面に細孔を多数穿孔もしくは溝加工を行い、吸着によりウェーハを保持する方法（以下ハードチャック方式という）が用いられられていた。
【０００５】
ベアウェーハの仕上げ研磨用、デバイス作成後の表面酸化膜の研磨用としては、主に軟質のバッキングパッド表面に水による表面張力でウェーハを張りつけ、ガイドリングでウェーハ外周を保持する方式（以下ソフトチャック方式という）が用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
今日の半導体デバイスの高精度化並びにシリコンウェーハの大口径化の要請が高まり、研磨精度、特に平坦度の向上が強く求められている。
【０００７】
ウェーハの最終的な平坦度を決定する鏡面研磨工程では、加工歪を除去して鏡面研磨するため、一般的には研磨布としては、発泡ウレタンやポリエステル不織布等のウェーハよりも軟質な材料が用いられる。
【０００８】
ウェーハよりも軟質な材料の研磨布で研磨を行う場合、加工中の研磨布４はウェーハより加圧されているため、図２の研磨モデルに示したようにウェーハ３外周で変形することとなる。この状態で研磨を行うとウェーハ３外周部が積極的に加工されることになり、研磨後のウェーハ３の平坦度が外周部で極端に悪化することになる。図中、細破線６はウェーハの研磨量、太破線７は研磨圧力、二点鎖線８は研磨布変形量を示す。
【０００９】
発明者の実験、すなわち１５分間の研磨でウェーハ外周端より内側約１０ｍｍの範囲において、中心部に比べて約１μｍ程度研磨が促進することを確認している。かかる外周だれという研磨異常の防止には研磨布を硬質化し、ウェーハ外周での研磨布の変形量を小さくすることも有効だと考えられるが、硬質の研磨布はウェーハ表面へのスクラッチ傷の発生が懸念される。
【００１０】
ウェーハの仕上げ研磨では、バッキングパッド外周部にリテーナリングを設置し、研磨中にリテーナリングによりウェーハ外周部の研磨布を押え込み、ウェーハの領域の研磨布変形量を少なくする方法、または小径のバッキングパッドを用いて外周部の加圧を減少させる方法が取られている。
【００１１】
しかし、小径の保持板を用いると、軟質のバッキングパッドを用いた場合、バッキングパッド外周部が加圧時変形してウェーハ外周部での加工圧力の差を吸収するのに対して、ハードチャック方式では保持板が変形することはないため、小径にしても外周部の加工圧力低減効果が得られ難い。
【００１２】
また、十分に保持板の直径を小さくしてやると、ウェーハにかかる保持板外周部の圧力差が直接ウェーハに伝わることとなるため、研磨後圧力の急変している部分に凹みを形成することとなり、外周だれは改善されても研磨後の精度は悪化する。このためハードチャック方式では、ウェーハより小径の保持板は使用できなかった。
【００１３】
すなわち、この発明は、半導体デバイスの高精度化並びにシリコンウェーハの大口径化の要請が強い、シリコンウェーハ等の半導体基板を鏡面研磨する研磨装置に用いる保持板、特にハードチャック方式での保持板において、前記の外周だれを防止して、研磨精度、特に平坦度の向上効果が高い半導体基板の研磨用保持板の提供を目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
発明者は、硬質の研磨用保持板においてもウェーハ外周部に外周だれを起こさない研磨用保持板の構成を目的に種々検討した。すなわち一般に、ウェーハ研磨における研磨量は、研磨圧力に強く依存するため、外周部の加圧力を少なくしてやれば、前記外周だれは低減できる。外周だれは使用する研磨布の物性にもよるが、一般的に直径２００ｍｍウェーハの場合、ウェーハの外周から１０ｍｍの領域で起こり、ウェーハ外周部に向って指数関数的に強くなる。
【００１５】
この外周だれ形状に相反するよう加圧を変化させるには、ウェーハ外周部は保持せずに研磨を行えばよいが、前述のごとく硬質の研磨保持板では、ウェーハより保持板を小径にしても保持板自体は軟質のバッキングパッドのようにウェーハからの加圧により変形することがないため、かかる効果が得られ難く、また保持部と無保持部での加圧の変化が大きくなりすぎて、かえって研磨後のウェーハ形状が悪化してしまう。
【００１６】
そこでウェーハの外周だれを防止できる研磨用保持板について、さらに鋭意検討した結果、ウェーハより小径で外周部に溝加工もしくはポーラス構造等によりウェーハとの接触面積が減少する領域を持たせた構成の硬質材料からなる保持板を使用することにより、外周部の加工圧力の低減が可能となり、外周だれの起こる領域の研磨が遅延されるため、研磨による除去量はウェーハ面内において均一になり、高精度のウェーハ加工が可能となることを知見し、この発明を完成した。
【００１７】
すなわち、この発明は、研磨用回転キャリアに半導体基板を接着剤又は吸着により保持するためのハードチャック方式の研磨用保持板において、該保持板は硬質材料でその直径が被研磨基板の直径より小径であり、その外周部に該基板ヘの接触面積が保持板内周部に比べて減少する手段を有することを特徴とする半導体基板の研磨用保持板である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
この発明は、硬質の保持板において、保持板をウェーハより小径化し、保持板外周部にウェーハとの接触面積を減少させる領域を設けることによって、ウェーハ外周部の加工圧力を減衰させ、外周だれを抑止し高平坦度のウェーハ研磨を可能としたものである。
【００１９】
通常、硬質の保持板を小径とした場合には、図３に示すように保持板２の剛性が高いためウェーハ３外周部において研磨圧力７が急激に変動することになり、外周だれが抑止できてもウェーハ平坦度には悪影響を与える。
【００２０】
そこでこの発明の保持板２は、研磨布４の変形量８に研磨圧力７が倣うようにするため、図４に示すように保持板２外周部に溝加工を施してウェーハとの接触面積を減少させる領域を設けると、研磨布変形量８と研磨圧力７の関係は図示のごとくウェーハ３外周部において相対関係となり、ウェーハ３面内の研磨量は均一となり、高平坦度のウェーハを得ることができる。
【００２１】
この発明において、保持板の直径は、被研磨基板直径の９０％以上、１００％未満であることが望ましい。すなわち、保持板の直径が被研磨基板直径の１００％を超えると、外周だれの低減効果がなく、９０％未満であると逆にウェーハの外周部が立って形状性が悪くなる。
【００２２】
この発明において、保持板外周部の接触面積の減少率は、内周部に比べて面積比で１％以上、１０％以下であることが好ましい。前記面積比で１％未満では、外周だれを抑止する効果がなく、１６％を超えると逆にウェーハの外周部が立って形状性が悪くなる。さらに好ましくは、４％〜１３％の範囲である。
【００２３】
この発明において、接触面積の減少手段としては、溝加工、ポーラス構造等を採用することができる。保持板材質としては、セラミックス、アクリル、金属などいずれの材質であっても採用でき、例えば、吸着用としてポーラスセラミックスからなる場合、基板吸着側に幅寸法が０．５ｍｍ〜１．０ｍｍ、深さ寸法が０．５ｍｍ以上の複数の細溝を配設したり、細溝を同心円状に配置することが望ましい。すなわち、溝加工は、予め設定した保持板の直径を減少、変更することはない。
【００２４】
さらに、ポーラスセラミックスの平均細孔径が１０μｍを超え５０μｍ以下であり、気孔率が３０％〜５０％であること、外周端から３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあるポーラスセラミックスの平均細孔径を１０μｍ以下となし、これ以外のポーラスセラミックスの平均細孔径を２０μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。
【００２５】
【実施例】
実施例１
材質がアクリル樹脂からなる直径１９５ｍｍの保持板を用い、その外周部１０ｍｍの領域を溝加工により、それぞれ１％、５％、１０％、１５％、２０％接触面積を減少させた５種類の保持板を作製した。
【００２６】
上記５種類の保持板を用いて直径が２００ｍｍのシリコンウェーハを５０ｋｇの研磨圧力て表面を１０μｍ除去する研磨を行った。研磨後、シリコンウェーハの外周部の平坦度を測定した。
【００２７】
測定結果を、接触面積の減少率とウェーハ外周部のＬＴＶとの関係を示した図５のグラフに示す。グラフより明らかなように外周部の接触面積は、内周部に比べて２〜１５％減少させると良好な研磨が実現できることが分かった。
【００２８】
実施例２
材質がアクリル樹脂からなる直径が、１７５ｍｍ、１８５ｍｍ、１９５ｍｍ、１９８ｍｍ、２００ｍｍの保持板を用い、その外周部１０ｍｍの領域を溝加工により、５％接触面積を減少させた５種類の保持板を作製した。
【００２９】
上記５種類の保持板を用いて直径が２００ｍｍのシリコンウェーハを５０ｋｇの研磨圧力て表面を１０μｍ除去する研磨を行った。研磨後、シリコンウェーハの外周部の平坦度を測定した。
【００３０】
測定結果を、保持板直径とウェーハ外周部のＬＴＶとの関係を示した図６のグラフに示す。グラフより明らかなようにウェーハと同一のものについては外周部がたれてしまいＴＴＶが１．５ｕｍとなった。また、保持板直径が１８０ｍｍ以下になると研磨後外周部が立ち上がり精度は悪化したことが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
この発明は、半導体ウェーハの研削、研磨装置において、ウェーハの保持板を被加工ウェーハより小径とし、保持板外周部に溝加工もしくはポーラス構造により、ウェーハとの接触面積を減少させた領域を設けることにより、外周部の研磨圧力を低減させることができ、研磨中のウェーハ外周部の研磨布の変形を低減し、これによって起こる外周だれを防止でき、極めて高平坦度の半導体ウェーハを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】シリコンウェーハ研磨装置の一例を示す説明図である。
【図２】図１の装置において、保持板直径が被研磨ウェーハの直径以上である従来例の場合の研磨モデルを示す説明図である。
【図３】図１の装置において、保持板直径が被研磨ウェーハの直径以下である比較例の場合の研磨モデルを示す説明図である。
【図４】図１の装置において、保持板直径が被研磨ウェーハの直径以下でこの発明の場合の研磨モデルを示す説明図である。
【図５】接触面積の減少率とウェーハ外周部のＬＴＶとの関係を示したグラフである。
【図６】保持板直径とウェーハ外周部のＬＴＶとの関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１回転キャリア
２保持板
３ウェーハ
４研磨布
５研磨布定盤
６ウェーハ研磨量
７研磨圧力
８研磨布変形量

Claims

研磨用回転キャリアに半導体基板を接着剤又は吸着により保持するためのハードチャック方式の研磨用保持板において、該保持板は硬質材料でその直径が被研磨基板の直径より小径であり、その外周部に該基板ヘの接触面積が保持板内周部に比べて減少する手段を有する半導体基板の研磨用保持板。
保持板の直径が、被研磨基板直径の９０％以上、１００％未満である請求項１に記載の半導体基板の研磨用保持板。
保持板外周部の接触面積の減少率は、内周部に比べて面積比で１％以上、１６％以下である請求項１に記載の半導体基板の研磨用保持板。
接触面積の減少手段が溝加工（但し保持板直径を減ずるものでない）である請求項１に記載の半導体基板の研磨用保持板。
接触面積の減少手段がポーラス構造である請求項１に記載の半導体基板の研磨用保持板。