JPH07263386A - 半導体ウェーハの表面基準研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ウェーハの研磨にあたり表面（すなわち研磨
面）を基準として研磨することを前提に、かかる表面基
準の研磨においてウェーハの平坦度を高め、もって研磨
工程の自動化を実現する。 【構成】研磨すべき半導体ウェーハＷを保持する保持プ
レート１と研磨布３を有する研磨用定盤２とを対向して
配置し、前記保持プレートに保持された半導体ウェーハ
を前記研磨用定盤の研磨布に押しつけて保持プレートと
研磨用定盤とを相対的に回転させることにより、半導体
ウェーハを研磨する。保持プレートと半導体ウェーハと
の間に設けられ、半導体ウェーハを吸着保持するための
弾性体からなるバッキング部材４と、半導体ウェーハを
包囲するようにバッキング部材に対して位置固定に設け
られた繊維強化プラスチックスからなる表面基準プレー
ト５とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェーハの研磨
装置に関し、特に半導体ウェーハの表面（研磨面）を基
準として研磨するための研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウェーハの研磨装置として
は、保持プレートと定盤とを対向して配置し、保持プレ
ートの下面にワックス等を介して半導体ウェーハを接着
するとともに、定盤の表面に研磨布（クロス）を貼着
し、保持プレートに保持された半導体ウェーハを研磨布
に押しつけて保持プレートと定盤とを相対的に回転させ
ることにより、半導体ウェーハの下面を化学的機械研磨
し（ケミカルメカニカル研磨：ＣＭＰ＝Chemical Mecha
nical Polishing)、半導体ウェーハの下面を平坦化する
ものが知られている。この半導体ウェーハの研磨装置を
用いる場合、半導体ウェーハと研磨布との間にノズル等
によって研磨剤が供給される。この種の研磨装置では、
半導体ウェーハを保持する保持プレート表面と研磨布が
貼着された定盤の表面との平行度が半導体ウェーハの研
磨面の平坦度を決定する重要な要因となる。すなわち、
半導体ウェーハについて言えば、この種の研磨装置では
半導体ウェーハの裏面（研磨面の裏面）を基準として表
面の凸部分を余計に研磨され平坦化されることになる。
この半導体ウェーハの裏面を平坦度の高い真空チャック
で保持し転写露光により半導体デバイスが形成されてい
るため、通常は平坦度は半導体ウェーハの裏面を真空チ
ャックし、裏面基準でその平坦度が測定されている。ま
た微細加工を行うステッパでは、露光表面の傾斜を検知
し真空チャックごと傾斜して平面を出し転写露光も行わ
れており、裏面基準で平坦度が高くしておくことが条件
となる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た裏面基準の研磨方法では、半導体ウェーハ表面が均一
に研磨されるのではないため、半導体デバイスの形成途
中で表面のポリシリコン膜、酸化膜、窒化膜、ＢＰＳＧ
膜、ＳＯＧ膜、更にはフォトレジスト膜パターンの凹凸
を平坦化し、微細露光の際の焦点ぼけを防ぐＣＭＰ加工
において厚さが不均一になる。その結果、半導体デバイ
ス特性に影響したり、品質を満たした製品とならなくな
るため、表面基準で表面の凹凸を平坦化して研磨する必
要がある。またシリコン単結晶ウェーハの表面に熱膨張
係数の異なる膜が堆積されれば半導体ウェーハの反りが
生じ、この反りを矯正しつつ研磨しなければならない。

【０００４】さらに張り合わせウェーハの２枚の半導体
ウェーハの張り合わせ面の密着度を高めるには研磨面を
基準として平坦度が要求されることは当然である。また
通常の半導体デバイス形成用ウェーハでは端面３〜６ｍ
ｍは平坦度要求の範囲外であるが、張り合わせウェーハ
では張り合わせ面に空隙が生じれば半導体ウェーハの剥
がれの原因となるため端面まで平坦に研磨する必要があ
る。

【０００５】本発明は、このような従来技術の問題点を
改善することに鑑みてなされたものであり、半導体ウェ
ーハの研磨にあたり表面（すなわち研磨面）を基準と
し、半導体ウェーハの端面まで平坦に研磨することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の半導体ウェーハの研磨装置は、研磨すべき
半導体ウェーハを保持する保持プレートと研磨面が形成
された研磨用定盤とを対向して配置し、保持プレートに
保持された半導体ウェーハを研磨用定盤の研磨面に押し
つけて保持プレートと研磨用定盤とを相対的に回転させ
ることにより、半導体ウェーハを研磨する研磨装置にお
いて、保持プレートと半導体ウェーハとの間に設けら
れ、半導体ウェーハを吸着保持するための弾性体からな
るバッキング部材と、半導体ウェーハを包囲するように
バッキング部材に対して位置固定に設けられた繊維強化
プラスチックスからなる表面基準プレートとを備えたこ
とを特徴とする。

【０００７】この場合、バッキング部材と表面基準プレ
ートとの間に、半導体ウェーハの移動を規制する繊維強
化プラスチックスからなる規制プレートを設けることが
好ましい。

【０００８】

【作用】弾性体からなるバッキング部材に半導体ウェー
ハを吸着保持するとともに、半導体ウェーハを包囲する
ようにバッキング部材に対して繊維強化プラスチックス
からなる表面基準プレートを位置固定に設け、この状態
で半導体ウェーハを研磨用定盤の研磨面に押しつけて、
保持プレートと研磨用定盤とを相対的に回転させる。

【０００９】そうすると、半導体ウェーハは弾性体から
なるバッキング部材に吸着保持されているので、反りが
矯正され半導体ウェーハの表面が研磨用定盤の研磨面に
押しつけられることになる。このとき、当該半導体ウェ
ーハを包囲するように設けられた表面基準プレートが研
磨用定盤に当接し、この表面基準プレートの研磨用定盤
との当接面が研磨の基準面となって半導体ウェーハの研
磨が行われ、表面の凸部分が高い研磨圧力によりその他
部分より多く研磨除去され平坦度が増加する。つまり、
半導体ウェーハの裏面ではなく、表面を基準とした研磨
が行われる。

【００１０】この表面基準プレートは繊維強化プラスチ
ックスから構成されているので、上述した研磨用定盤と
の当接面の精度出しが容易であり、しかも研磨され難い
ので寿命の点でも有利である。また、半導体ウェーハに
対する重金属汚染の心配もない。

【００１１】さらに、バッキング部材と表面基準プレー
トとの間に半導体ウェーハの移動を規制する繊維強化プ
ラスチックスからなる規制プレートを設ければ、半導体
ウェーハを研磨用定盤に押しつけて相対的な回転を与え
ても、半導体ウェーハが研磨面内でスライドすることは
ない。

【００１２】

【実施例】本発明の半導体ウェーハの研磨装置の実施例
を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施例に係
る半導体ウェーハの研磨装置を示す要部断面図、図２は
図１に示した半導体ウェーハの研磨装置を示す要部断面
図であって研磨中の様子を示す図、図３（Ａ）〜（Ｃ）
は表面基準プレートの研磨基準面とウェーハの研磨面と
の相対的高さの違いによる平坦度の違いを説明するため
の断面図、図４（Ａ）〜（Ｄ）は表面基準プレートとウ
ェーハの周縁との隙間の違いによる平坦度の違いを説明
するための断面図、図５（Ａ）および（Ｂ）は本発明に
係る表面基準の研磨方法にて研磨した場合における加工
精度の評価方法の一例を説明するための断面図である。

【００１３】まず、図１に示すように本実施例の研磨装
置では、研磨すべき半導体ウェーハＷを保持する保持プ
レート１と研磨面（後述する研磨布）３が形成された研
磨用定盤２とが対向して配置されており、相対的に保持
プレート１と，研磨用定盤２とが接近離反移動可能にな
っている。この場合、研磨用定盤２を上下方向に固定と
し、保持プレート１を上下移動可能に設けても、あるい
はその逆、あるいは両者共に移動可能に設けてもよい。

【００１４】図１に示す下方に設けられた研磨用定盤２
は、例えば高純度石英などのセラミックス製剛体からな
り、その表面には不飽和ポリエステル等の繊維からなる
研磨布（クロス）３が均一に接着されている。半導体ウ
ェーハＷの研磨を行う場合には、この研磨布３に研磨剤
を供給する。ただし、本発明の研磨装置では、このよう
な研磨布を用いた研磨以外にも、セラミックス製剛体定
盤を用いて半導体ウェーハＷを直接的に研磨してもよ
い。

【００１５】一方、研磨用定盤２の上方に設けられた保
持プレート１の下面にはシリコンゴムやシリコン発泡体
などの弾性体からなるバッキング部材４が固着されてお
り、半導体ウェーハＷは半導体ウェーハＷが入る空隙部
に純水で濡らして張り付け水膜により固着保持されるこ
とになる。また、図２に示すように、保持プレート１と
研磨用定盤２とを接近させて半導体ウェーハＷを研磨布
３に押し当てたときには、このバッキング部材４が有す
る弾性力によって、半導体ウェーハＷがバッキング部材
内に沈み込んで半導体ウェーハＷに作用する加圧力が均
一となり、後述する表面基準プレート５の規制のみによ
って半導体ウェーハＷの研磨が行われることになる。

【００１６】バッキング部材４の下面には、半導体ウェ
ーハＷが嵌まり込む開口を有する規制プレート６が固着
されている。この規制プレート６は：例えば繊維強化プ
ラスチックス（ＦＲＰ）からなり、半導体ウェーハＷの
厚さより薄く形成されている。なお、後述する表面基準
プレート５を当該規制プレート６に固定する場合には、
この規制プレート６の厚さを精度よく管理する必要があ
る。また、規制プレート６を構成する材料はＦＲＰ以外
にも、半導体ウェーハＷが重金属で汚染されず、研磨布
３により研磨されない程度の硬度を有する材料であれ
ば、他の任意の材料を用いることも可能である。

【００１７】一方、図１に示すように、規制プレート６
にはその周縁に、円板状に形成された表面基準プレート
５が固着されている。この表面基準プレート５も規制プ
レート６と同様に、例えば繊維強化プラスチックス（Ｆ
ＲＰ）など、半導体ウェーハＷが重金属で汚染されず、
研磨布３により研磨されない程度の硬度を有する材料か
ら構成されている。特にこの表面基準プレート５は上述
した規制プレート６とともに、その厚さを精度よく管理
しながら作製する必要がある。

【００１８】この表面基準プレート５によれば、表面基
準プレート５が研磨用定盤２の研磨布３に当接し、この
表面基準プレート５の研磨布３との当接面が研磨の基準
面となって半導体ウェーハＷの研磨が行われ、半導体ウ
ェーハＷの裏面ではなく表面を基準とした研磨が行われ
る。この場合、図３に示す半導体ウェーハＷの研磨面と
の差（Ｔ−ｔ）、図４に示す半導体ウェーハＷの周縁と
の隙間Ｓ、および加圧力やバッキング部材４の弾性力に
よって研磨の仕上げ精度が影響されることになる。この
点について図３および図４を参照しながら説明する。

【００１９】まず、半導体ウェーハＷの研磨面と表面基
準プレート５の表面との差については、以下のように考
えることができる。この差（Ｔ−ｔ）が大きいと、図３
（Ａ）に示すように半導体ウェーハＷの周縁に、いわゆ
る面だれが生じてしまう。逆に、図３（Ｃ）に示すよう
に、この差（Ｔ−ｔ）が小さいと、半導体ウェーハＷの
中央部が研磨し過ぎてしまうことになるため、図３
（Ｂ）に示す適切な差（Ｔ−ｔ）を設定しておく必要が
ある。

【００２０】また、半導体ウェーハＷの周縁との隙間Ｓ
についても、この隙間Ｓが小さいと図４（Ａ）に示すよ
うに半導体ウェーハＷの中央部が研磨し過ぎてしまい、
逆に図４（Ｄ）に示すように隙間Ｓが大きいと半導体ウ
ェーハＷの周縁に面だれが生じてしまう。従って、図４
（Ｂ）や図４（Ｃ）に示すように適切な隙間Ｓとする必
要がある。ただし、この隙間Ｓは上述した差（Ｔ−
ｔ）、および加圧力やバッキング部材４の弾性力と相ま
って研磨の仕上げ精度に影響することから、これらを総
合的に検証することが重要である。

【００２１】以下、作用を説明する。弾性体からなるバ
ッキング部材４に半導体ウェーハＷを吸着保持するとと
もに、半導体ウェーハＷを包囲するようにバッキング部
材４に対して繊維強化プラスチックスからなる規制プレ
ート６と表面基準プレート５とを位置固定に設ける。こ
の状態で半導体ウェーハＷを研磨用定盤２の研磨布３に
押しつけて、保持プレート１と研磨用定盤２とを相対的
に回転させる。

【００２２】そうすると、半導体ウェーハＷは弾性体か
らなるバッキング部材４に吸着保持されているので、反
りが矯正されて半導体ウェーハＷの表面が研磨用定盤の
研磨布３に押しつけられることになる。このとき、図２
に示すように、当該半導体ウェーハＷを包囲するように
設けられた表面基準プレート５が研磨布３に当接し、こ
の表面基準プレート５の研磨布３との当接面が研磨の基
準面Ｆとなって半導体ウェーハの研磨が行われる。つま
り、半導体ウェーハＷの裏面ではなく、その表面を基準
とした研磨が行われる。これにより、表面基準プレート
５（本実施例では、表面基準プレートと規制プレート）
の厚さ精度を確保しておけば、凸面が多く研磨された後
は半導体ウェーハ全体が均一に研磨されて、半導体ウェ
ーハＷの研磨面の平坦度を高めることができる。

【００２３】この表面基準プレート５は繊維強化プラス
チックスから構成されているので、上述した研磨布３と
の当接面の精度出しが容易であり、しかも研磨され難い
ので寿命の点でも有利である。また、半導体ウェーハに
対する重金属による汚染の心配もない。さらに、バッキ
ング部材４と表面基準プレート５との間に半導体ウェー
ハＷの移動を規制する繊維強化プラスチックスからなる
規制プレート５を設けているので、半導体ウェーハＷを
研磨布３に押しつけて相対的な回転を与えても、半導体
ウェーハＷが研磨面内でスライドすることはない。

【００２４】なお、以上説明した実施例は、本発明の理
解を容易にするために記載されたものであって、本発明
を限定するために記載されたものではない。したがっ
て、上記の実施例に開示された各要素は、本発明の技術
的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨で
ある。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、表
面基準で研磨を行うので表面基準プレートの精度を確保
しておけば研磨面の平坦度を高めることができる。ま
た、本発明においては、表面基準プレートは繊維強化プ
ラスチックスから構成されているので、上述した研磨用
定盤との当接面の精度出しが容易であり、しかも研磨さ
れ難いので寿命の点でも有利である。さらに、半導体ウ
ェーハに対する重金属汚染の心配もない。

【００２６】さらに本発明において、バッキング部材と
表面基準プレートとの間に半導体ウェーハの移動を規制
する繊維強化プラスチックスからなる規制プレートを設
ければ、半導体ウェーハを研磨用定盤に押しつけて相対
的な回転を与えても、半導体ウェーハが研磨面内でスラ
イドすることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体ウェーハの研磨装
置を示す要部断面図である。

【図２】図１に示した半導体ウェーハの研磨装置を示す
要部断面図であって、研磨中の様子を示す図である。

【図３】図３（Ａ）〜（Ｃ）は表面基準プレートの研磨
基準面とウェーハの研磨面との相対的高さの違いによる
平坦度の違いを説明するための断面図である。

【図４】図４（Ａ）〜（Ｄ）は表面基準プレートとウェ
ーハの周縁との隙間の違いによる平坦度の違いを説明す
るための断面図である。

【符号の説明】

Ｗ…半導体ウェーハ １…保持プレート ２…研磨用定盤 ３…研磨布（研磨面） ４…バッキング部材 ５…表面基準プレート ６…規制プレート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨すべき半導体ウェーハを保持する保持
   プレートと研磨面が形成された研磨用定盤とを対向して
   配置し、保持プレートに保持された半導体ウェーハを研
   磨用定盤の研磨面に押しつけて保持プレートと研磨用定
   盤とを相対的に回転させて半導体ウェーハを研磨する研
   磨装置において、 前記保持プレートと前記半導体ウェーハとの間に設けら
   れ、前記半導体ウェーハを吸着保持する弾性体からなる
   バッキング部材と、 前記半導体ウェーハを包囲するように前記バッキング部
   材に対して位置的に固定して設けられた繊維強化プラス
   チックスからなる表面基準プレートとを備えたことを特
   徴とする半導体ウェーハの表面基準研磨装置。
2. 【請求項２】前記バッキング部材と前記表面基準プレー
   トとの間に設けられ、前記半導体ウェーハの移動を規制
   する繊維強化プラスチックスからなる規制プレートを備
   えたことを特徴とする、請求項１に記載の半導体ウェー
   ハの研磨装置。