JP4013187B2 - ワックスレスマウント式研磨装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はワックスレスマウント式研磨装置、詳しくはワックスレスで保持した半導体ウェーハの表面に機械的化学的研磨を行うワックスレスマウント式の研磨技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウェーハの研磨方法の一種として、ワックスレスマウント式研磨方法が知られている。以下、図面に基づき、これに用いられるワックスレスマウント式研磨装置を説明する。図４は、従来手段に係るワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。
図４に示すように、ワックスレスマウント式研磨装置１００は、上面に研磨布１０２が張設された研磨定盤１０３と、下面にウェーハ固定用のテンプレート１０４が設けられた枚葉式の研磨ヘッド１０１とを備えている。このテンプレート１０４は合成樹脂製で、保水性を有する不織布製のバックパッド１０５を介して、研磨ヘッド１０１の下面に取り付けられている。
研磨時には、バックパッド１０５に純水を供給し、その表面張力により、テンプレート１０４の孔部に収容されたシリコンウェーハＷをその裏面側から保持する。このとき、シリコンウェーハＷは、その研磨面の全域をテンプレート１０４の端面から所定高さだけ下方に向かって突出している。
そして、遊離砥粒を含む研磨剤を研磨布１０２の研磨作用面に供給しながら、研磨ヘッド１０１を研磨定盤１０３上で回転させ、シリコンウェーハＷの研磨面を鏡面研磨する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のワックスレスマウント式の研磨では、以下の不都合があった。
すなわち、研磨ヘッド１０１の下面には、研磨中にシリコンウェーハＷが移動しないようにテンプレート１０４が取り付けられている。これ以外にも、テンプレート１０４の役目として、研磨時のウェーハ平坦度の維持およびウェーハ平坦度の悪化防止などが挙げられる。
したがって、テンプレート１０４の厚さは、研磨前のシリコンウェーハＷの厚さおよび研磨後の目標厚さに合わせて変更する必要がある。そのため、テンプレート１０４は、同じ大きさのシリコンウェーハＷ用であっても、厚さが異なるものを数種類、用意しておかなければならなかった。
【０００４】
【発明の目的】
そこで、この発明は、単一な厚さのテンプレートを使って、半導体ウェーハの厚さに応じた研磨を行うことができるワックスレスマウント式研磨装置を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、テンプレートの高さ調整の容易化および低コスト化を図ることができるワックスレスマウント式研磨装置を提供することを、その目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ガラスエポキシ製で環状でテンプレートの内側に半導体ウェーハを収容するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘッドとの間にバックパッドを介在させたワックスレスマウント式研磨装置において、前記研磨ヘッドに前記テンプレートが固定されるステンレス製で、かつ平面視して前記テンプレートと同一形状および同一寸法のプレート固定部材を研磨ヘッドの厚さ方向へ移動自在に設け、前記テンプレートは前記半導体ウェーハの厚さより薄く、しかも前記テンプレートの内径が前記プレート固定部材の内径と略同一で、前記研磨ヘッドと前記プレート固定部材との間に、スペーサを抜き差し可能に介在させて前記テンプレートの高さを調整する高さ調整手段を設けたワックスレスマウント式研磨装置である。
研磨ヘッドは、上面に研磨布が展張された研磨定盤の上方に対向して配置される。この研磨ヘッドは、研磨定盤との対向面に１枚の半導体ウェーハが保持される枚葉式でもよいし、多数枚の半導体ウェーハが一括して保持されるバッチ式でもよい。また、研磨ヘッドは、研磨布の表面に沿って往復運動する方式でもよいし、往復運動しない方式でもよい。往復運動する場合には、半導体ウェーハの外周部の一部を研磨布の外部にはみ出して研磨してもよいし、そうでなくてもよい。研磨ヘッドを研磨定盤の上方に対向配置してもよいし、これとは上下を反対にしてもよい。さらに、研磨ヘッドと研磨定盤との軸線方向をそれぞれ水平方向とした縦型の研磨装置でもよい。
【０００６】
スペーサの素材としては、例えばステンレス鋼といった各種の金属、各種のセラミックスなどを採用することができる。スペーサの厚さは、例えば１０μｍ程度である。スペーサの形状は限定されない。例えば円板状でもよいし、環状でもよい。さらには馬蹄形状でもよい。
バックパッドの素材としては、例えばスウェード布などの不織布を採用することができる。また、その硬度も限定されない。バックパッドの厚さは、２ｍｍ以下が好ましい。２ｍｍを超えると、バックパッドに硬度ムラが生じやすい。
テンプレートの素材は、ガラスエポキシ樹脂である。
プレート固定部材の素材としては、例えば研磨ヘッドと同じ素材を含む各種の金属、テンプレートと同じ素材を含む各種の合成樹脂などが挙げられる。
プレート固定部材の形状は、テンプレートと同じ環状である。
【０００７】
高さ調整手段の構造は限定されない。例えば、ボルトナットで手動調整する構造が考えられる。この他にも、エアシリンダによりエアで調整する構造、油圧シリンダにより油圧を用いて調整する構造、歯車を使用した機械的構造で自動調整可能とすることも含まれる。また、モータなどを使用してボールシャフト、直進型シャフトなどを電動によって駆動する構造など、すべての駆動調整方法と構造が含まれる。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、前記高さ調整手段が、前記プレート固定部材に固定されたボ ルトと、該ボルトに螺合され、前記プレート固定部材を研磨ヘッドに締着するナットと、前記ボルトに着脱自在に挿着されるスペーサとを有する請求項１に記載のワックスレスマウント式研磨装置である。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、前記スペーサが馬蹄形状である請求項２に記載のワックスレスマウント式研磨装置である。
【００１０】
【作用】
この発明によれば、研磨前の半導体ウェーハの厚さの変更および研磨後の目標厚さの変更時には、各変更後のウェーハ厚さに合わせ、研磨ヘッドとプレート固定部材との間にスペーサを抜き差しする。こうして、テンプレートの高さを調整する。その結果、単一な厚さのテンプレートを使用して、半導体ウェーハの厚さに応じた研磨を行うことができる。
【００１１】
特に、請求項２の発明によれば、変更されたスペーサの挿着枚数に合わせて、ボルトへのナットのねじ込み量を加減して、テンプレートの高さを調整する。これにより、テンプレートの高さ調整が容易化し、しかも高さ調整手段の構造が簡単であるので、低コスト化も図れる。
【００１２】
また、請求項３の発明によれば、スペーサを馬蹄形状としたので、ボルトへのスペーサの着脱時に、例えば環状のスペーサの使用時よりもスペーサの着脱が簡単になる。すなわち、環状のスペーサであれば、スペーサの着脱時にナットをボルトから外す必要があった。これに対して、スペーサが馬蹄形状であれば、ナットをボルトに螺合したまま、スペーサをボルトの軸線方向に直交する方向からボルトに挿着することができる。また、抜き取ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。図２（ａ）は、この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置に利用されるスペーサの拡大平面図である。図２（ｂ）は、この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置に利用される別のスペーサの拡大平面図である。図３は、この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置の分解斜視図である。
図１において、１０はこの発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置（以下、研磨装置）であり、この研磨装置１０は、研磨定盤１１と、これに対向して上方に配設された研磨ヘッド１２とを備えている。研磨定盤１１は、その上面に、研磨布１３が展張されている。研磨ヘッド１２は、その下面に、ウェーハ固定用のテンプレート１４が設けられている。
【００１４】
図１および図３に示すように、研磨定盤１１および研磨ヘッド１２は円板形で、対向する各面はそれぞれ平坦面である。これらの研磨定盤１１および研磨ヘッド１２は、各回転軸を中心にして、図示しない回転手段によってそれぞれ回転される。このうち、研磨ヘッド１２は、略シリコンウェーハＷと同じ直径を有し、回転軸の昇降により上下動する。研磨ヘッド１２の厚さ方向の略中間部には、外方へ突出する厚肉で環状のフランジ１２ａが一体形成されている。このフランジ１２ａには、周方向へ１２０度ごとに、研磨ヘッド１２の厚さ方向へ向かう３つのボルト挿通孔１２ｂ…が形成されている。
このフランジ１２ａの下方には、環状体であるプレート固定部材１５が配置されている。このプレート固定部材１５はステンレス鋼製で、その平面視した大きさおよび形状は、ほぼフランジ１２ａと同じである。プレート固定部材１５の上面には、各ボルト挿通孔１２ｂ…の下方にボルト１６…がそれぞれ立設されている。各ボルト１６…は、対応するボルト挿通孔１２ｂ…に遊挿されたのち、その上向きの先端部にナット１７…をそれぞれ螺合することで、対応するプレート固定部材１５が研磨ヘッド１２に締着される。これらのボルト１６…と、ナット１７…と、後述するスペーサＳとを有し、スペーサＳの抜き差しによってテンプレート１４の高さを調整する高さ調整手段が構成される。
【００１５】
研磨ヘッド１２の下面には、保水性を有する不織布製のバックパッド１８が設けられている。このバックパッド１８を介して、８インチのシリコンウェーハＷが研磨ヘッド１２の下面に取り付けられる。
テンプレート１４は、例えば円形のリング状のガラスエポキシ板で、プレート固定部材１５の下面に固着されている。このテンプレート１４は、その内径がシリコンウェーハＷより若干大径で、その厚さは特に限定されない。
バックパッド１８は、例えばスウェード製で、その大きさはシリコンウェーハＷと略同じで、厚さはパッド全域で均一である。研磨されるシリコンウェーハＷはＣＺウェーハである。
【００１６】
この発明の特長は、研磨ヘッド１２とプレート固定部材１５との間に、シリコンウェーハＷの厚さの変更分に応じて、所定枚数のスペーサＳを抜き差しして、テンプレート１４の高さを調整する点である。
スペーサＳは、ステンレス鋼製の平面視して馬蹄形状を有する薄い板片である（図２（ａ））。具体的なスペーサＳの厚さは１０μｍである。また、このスペーサＳに代えて、環状のスペーサＳ１を採用してもよい（図２（ｂ））。
【００１７】
次に、この実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷのワックスレスマウント式研磨方法を説明する。
まず、バックパッド１８に純水を供給し、その表面張力により、テンプレート１４の孔部に収容されたシリコンウェーハＷをその裏面側から保持する。次いで、ナット１７…をゆるめ、フランジ１２ａとプレート固定部材１５との間に隙間を形成し、そこから露出したボルト１６…の元部に、所定枚数のスペーサＳをボルト１６…の軸線方向に直交する方向から挿着して、テンプレート１４の下面とシリコンウェーハＷの研磨面との高さを略揃える。その後、ナット１７を締めてプレート固定部材１５と所定枚数のスペーサＳとを固定する。
ここでは、スペーサＳを馬蹄形状としたので、ボルト１６…に対するスペーサＳの着脱が、ナット１７…をボルト１６…に螺合したままでも行える。これにより、例えば図２（ｂ）の環状ボルト挿通孔１２ｂ…のスペーサＳ１であれば、スペーサＳ１の着脱時にナット１７…をボルト１６…から外す必要があったが、それが不要になる。その結果、スペーサＳの着脱作業を容易化する。
その後、遊離砥粒を含む研磨剤を研磨布１３の研磨作用面に供給しながら、研磨ヘッド１２を研磨定盤１１上で回転させ、シリコンウェーハＷの研磨面を鏡面研磨する。
【００１８】
次に、別のシリコンウェーハＷを研磨するとき、例えば研磨前のシリコンウェーハＷの厚さ変更時の操作、研磨後における目標厚さ変更時の操作を説明する。すなわち、変更後のシリコンウェーハＷの厚さに合わせ、研磨ヘッド１２とプレート固定部材１５との間から露出したボルト１６…の元部に、その不足分のスペーサＳを挿着する。もしくは余分なスペーサＳを引き抜く。こうして、テンプレート１４の高さを調整する。その結果、１枚のテンプレート１４を使用して、シリコンウェーハＷの厚さ（研磨前の厚さおよび研磨後の目標厚さ）に応じた研磨を行うことができる。
また、ここでは、変更されたスペーサＳの挿着枚数に合わせて、ボルト１６…へのナット１７…のねじ込み量を加減し、このテンプレート１４の高さを調整する高さ調整手段を採用したので、テンプレート１４の高さ調整が容易になり、しかもその構造が簡単であるため、低コスト化も図れる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明によれば、半導体ウェーハの厚さ変更時および研磨後の目標厚さの変更時には、それぞれの変更後のウェーハ厚さに合わせ、研磨ヘッドとプレート固定部材との間にスペーサを抜き差ししてテンプレートの高さを調整するので、単一な厚さのテンプレートを使用し、半導体ウェーハの厚さに応じた研磨を行うことができる。
【００２０】
特に、請求項２の発明によれば、高さ調整手段としてボルトナット構造体を採用したので、テンプレートの高さを調整する際には、変更されたスペーサの挿着枚数に合わせて、ボルトへのナットのねじ込み量を変更すればよい。そのため、テンプレートの高さ調整が容易化し、構造が簡単であるので、低コスト化も図れる。
【００２１】
また、請求項３の発明によれば、スペーサを馬蹄形状としたので、ボルトに対するスペーサの着脱の作業が、ナットをボルトに螺合したままでも行うことができる。その結果、スペーサの着脱が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。
【図２】 （ａ）は、この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置に利用されるスペーサの拡大平面図である。
（ｂ）は、この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置に利用される別のスペーサの拡大平面図である。
【図３】 この発明の一実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置の分解斜視図である。
【図４】 従来手段に係るワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。
【符号の説明】
１０ ワックスレスマウント式研磨装置、
１２ 研磨ヘッド、
１４ テンプレート、
１５ プレート固定部材、
１６ ボルト、
１７ ナット、
１８ バックパッド、
Ｓ スペーサ、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims (3)

1. ガラスエポキシからなる環状のテンプレートの内側に半導体ウェーハを収容するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘッドとの間にバックパッドを介在させたワックスレスマウント式研磨装置において、
   前記研磨ヘッドに、平面視して前記テンプレートと同一形状および同一寸法でかつ前記テンプレートが固定されるステンレス製のプレート固定部材を、前記研磨ヘッドの厚さ方向へ移動自在に設け、
   前記テンプレートは前記半導体ウェーハの厚さより薄く、しかも前記テンプレートの内径が前記プレート固定部材の内径と略同一で、
   前記研磨ヘッドと前記プレート固定部材との間に、スペーサを抜き差し可能に介在させて前記テンプレートの高さを調整する高さ調整手段を設け、たワックスレスマウント式研磨装置。
2. 前記高さ調整手段が、
   前記プレート固定部材に固定されたボルトと、
   該ボルトに螺合され、前記プレート固定部材を研磨ヘッドに締着するナットと、
   前記ボルトに着脱自在に挿着されるスペーサとを有する請求項１に記載のワックスレスマウント式研磨装置。
3. 前記スペーサが馬蹄形状である請求項２に記載のワックスレスマウント式研磨装置。

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