JPH10296623A - 半導体ウエーハの研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエーハをバッチ式にワックスレス法
で研磨する場合に、ウエーハ間に多少の厚さのバラツキ
があっても、平坦度および平行度に優れた鏡面研磨ウエ
ーハが容易に得られる研磨装置および研磨方法を提供す
る。 【解決手段】 研磨プレート２、テンプレートブランク
７、シート状弾性体４およびバッキングパッド５により
テンプレート１１を構成する。ウエーハ挿入保持用の円
形貫通孔７ａを複数形成したテンプレートブランクを研
磨プレートの下面に接着し、樹脂発泡体からなるシート
状弾性体を研磨プレート下面の貫通孔７ａに臨む部分に
接着し、ポリウレタン樹脂多孔質体からなるバッキング
パッドを貫通孔７ａに挿入し、シート状弾性体の下面に
直接接触させて該下面のほぼ全面を被う。ただし、バッ
キングパッドはシート状弾性体に接着しない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はシリコンウエーハ、
ＧａＡｓウエーハ等の半導体ウエーハをバッチ式にワッ
クスレス方法により研磨する装置および、これを用いる
研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、半導体ウエーハの鏡面研磨（化学
的機械的研磨）では、高度の平坦度および平行度を有す
る研磨ウエーハが得られることが要求されている。この
鏡面研磨方法・装置としては、研磨プレートに保持され
たバッキングパッドの片面に半導体ウエーハを水貼りに
より保持してワックスレス法により研磨するものが採用
されてきた。とくに、ワックスレス法でバッチ式に研磨
する場合には、複数枚の半導体ウエーハをセラミック製
またはガラス製の研磨プレートに、樹脂多孔質体による
バッキングパッド、または樹脂多孔質体と不織布とを積
層したバッキングパッドを介して保持し、研磨するのが
一般的であった。

【０００３】図７は、鏡面研磨装置の従来例を示してお
り、この研磨装置２１は研磨荷重２２と、テンプレート
２３と、定盤２５とを備えて構成されている。テンプレ
ート２３は研磨プレート２６と、バッキングパッド２７
と、テンプレートブランク２８とを積層して構成されて
いる。２７ａはバッキングパッド２７のウエーハ保持面
であり、２８ａはテンプレートブランク２８に複数形成
された、ウエーハ挿入用の円形貫通孔である。バッキン
グパッド２７は研磨プレート２６に、テンプレートブラ
ンク２８はバッキングパッド２７に、研磨パッド２４は
定盤２５に、それぞれ接着剤により固定されている。

【０００４】半導体ウエーハの鏡面研磨に際しては、準
備操作として、半導体ウエーハＷをテンプレートブラン
ク２８の円形貫通孔２８ａに挿入し、水貼りによりバッ
キングパッド２７のウエーハ保持面２７ａで保持する。
半導体ウエーハＷは、あらかじめラッピングにより厚さ
がウエーハ内で均一にされたものである。次いで、研磨
荷重２２を降下させ、半導体ウエーハＷの被研磨面を研
磨パッド２４に押圧させ、この状態で、微細な砥粒を含
む研磨液を供給するとともに、研磨荷重２２を研磨パッ
ド２４に対して自転および公転自転させながら、複数枚
の半導体ウエーハＷを同時に鏡面研磨する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記複数枚
の半導体ウエーハ間に厚さのバラツキがある場合、図７
の研磨装置では、ウエーハにかかる研磨圧力が、ウエー
ハ内およびウエーハ間で不均一となるため、研磨後ウエ
ーハの平坦度および平行度が研磨前に比べて低下してし
まうという問題があった。

【０００６】この問題点解決の手段として、厚さが揃っ
た半導体ウエーハを選択して研磨する方法が考えられ
た。しかし、この方法では、研磨前の全てのウエーハに
ついて、厚さを測定して厚さ別に分類し、研磨プレート
にセットされるウエーハの厚さのバラツキが、できるだ
け小さくなるようにウエーハを選択しなければならず、
操作が煩雑になる不具合があった。

【０００７】本発明は、上記問題点に鑑みなされたもの
で、その目的は、研磨プレートで複数枚の半導体ウエー
ハを保持し、バッチ式にワックスレス法で研磨（複数枚
同時研磨）する場合に、ウエーハ間に多少の厚さのバラ
ツキがあっても、研磨前の平坦度および平行度が維持さ
れ、したがって平坦度および平行度に優れた鏡面研磨ウ
エーハが容易に得られる研磨装置および研磨方法を提供
することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体ウエ
ーハの研磨装置は、研磨プレートに保持されたバッキン
グパッドの片面に半導体ウエーハを水貼りにより保持
し、バッチ式のワックスレス法により研磨する装置にお
いて、シート状弾性体が、前記バッキングパッドの反対
面に直接接触して、かつ相互に固定されることなく設け
られていることを特徴とする。

【０００９】また、本発明に係る半導体ウエーハの研磨
装置は、研磨プレートに保持されたバッキングパッドの
片面に半導体ウエーハを水貼りにより保持し、バッチ式
のワックスレス法により研磨する装置において、シート
状弾性体が、前記バッキングパッドの反対面に直接接着
されていることを特徴とする。

【００１０】前記シート状弾性体としてはシート状ゴ
ム、シート状樹脂発泡体、不織布のいずれか一種、また
は、これらから任意に複数種を選んで積層したものが採
用できる。また、シート状弾性体は、圧縮率（ＪＩＳ
Ｌ−１０９６による。荷重はＷ０が３００ｇ／ｃｍ² 、
Ｗ１が１８００ｇ／ｃｍ² である。）が３０％以上、８
０％以下であるものが好ましい。圧縮率が３０％未満で
は、いわゆるクッション効果が充分でなく、ウエーハ内
およびウエーハ間での厚さのバラツキを吸収するのが困
難であり、研磨によるウエーハの平坦度および平行度の
向上が困難になる。圧縮率が８０％を越えると少しの荷
重変化にも大きく変形することとなり、シート状弾性体
を介在させる意味がなくなる。

【００１１】前記バッキングパッドとしては、従来使用
されている市販のポリウレタンの多孔質体が好適に用い
ることができる。このポリウレタン多孔質体は圧縮率が
５〜３０％、厚さが０．５〜０．６ｍｍである。

【００１２】本発明の研磨装置により半導体ウエーハを
研磨するに際しては、厚さが最大の半導体ウエーハと厚
さが最小の半導体ウエーハとの厚さの差をΔｔとすると
き、シート状弾性体として、厚さがΔｔの１．３倍以
上、８倍以下のものを使用することが望ましい。厚さが
Δｔの１．３倍未満であると半導体ウエーハとの厚さの
バラツキを吸収するのに期待される変形量よりも不十分
な変形しか得ることができない。厚さがΔｔの８倍を越
えると半導体ウエーハとの厚さのバラツキを吸収するの
に期待される変形量よりも過剰の変形量となってしま
い、好ましくない。

【００１３】本発明の研磨装置による半導体ウエーハの
研磨では、複数のウエーハ間に厚さのバラツキがあって
も、このバラツキがシート状弾性体の弾性変形により吸
収されるため、それぞれのウエーハ間で、かつ、それぞ
れのウエーハ内で研磨圧力が均一になる。このため、研
磨前ウエーハの平坦度および平行度が維持されるので、
平坦度および平行度に優れた鏡面研磨ウエーハが容易に
得られる。したがって、研磨前ウエーハの厚さ測定を行
った後、ウエーハを厚さごとに分類するという面倒な作
業を省略することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面を参照しながら説明する。 実施の形態１ 図１は研磨装置の要部を示す断面図、図２は図１のＡ部
拡大図である。図３は図１のＢ−Ｂ線矢視図である。こ
の研磨装置は円筒状のトップリング１（研磨荷重）と、
このトップリング１の下面に保持されたテンプレート１
１と、研磨パッド８を接着した定盤９とを備えている。
この研磨装置は、半導体ウエーハ挿入保持用の円形貫通
孔７ａを複数形成したテンプレートブランク７を研磨プ
レート２に固定し、シート状弾性体４およびバッキング
パッド５を円形貫通孔７ａに挿入してテンプレート１１
を構成し、それぞれのバッキングパッド５により半導体
ウエーハを１枚ずつ保持して研磨するようにしたもので
ある。

【００１５】さらに詳細に説明すると、この研磨装置で
は、円形貫通孔７ａが５つ形成された円板状のテンプレ
ートブランク７が、両面テープ３により円板状の研磨プ
レート２の下面に接着されている。円形貫通孔７ａは、
研磨プレート２と同心の円上に等角度ピッチで形成され
ている。直径が円形貫通孔７ａのそれよりわずかに小さ
い円形のシート状弾性体４が、研磨プレート２下面の円
形貫通孔７ａに臨む部分に、両面テープ３により接着さ
れている。直径がシート状弾性体４とほぼ同一の円形シ
ートであるバッキングパッド５が、シート状弾性体４の
下面に直接接触して、かつ、該下面のほぼ全面を被うよ
うに接着されている。バッキングパッド５とシート状弾
性体４とは、接着剤により固定されてはいない。これら
研磨プレート２、テンプレートブランク７、シート状弾
性体４およびバッキングパッド５によりテンプレート１
１が構成されている。

【００１６】研磨プレート２はセラミック製である。シ
ート状弾性体４はポリウレタンゴムからなる。バッキン
グパッド５は、内部に独立気泡が多数形成されたポリウ
レタン樹脂多孔質体からなり、ウエーハ保持面は平坦に
形成されている。テンプレートブランク７は、エポキシ
樹脂を含浸させたガラス繊維の積層板である。研磨パッ
ド８は不織布製である。

【００１７】半導体ウエーハ６はテンプレート１１に、
以下の手順で保持する。まず、研磨プレート２の下面
に、大きさが該下面とほぼ同じ両面接着テープ３を貼り
付ける。テンプレートブランク７を研磨プレート２に、
両面接着テープ３により研磨プレート２と同心状に接着
する。シート状弾性体４を研磨プレート２に、テンプレ
ートブランク７の円形貫通孔７ａを介して両面接着テー
プ３により接着する。バッキングパッド５を円形貫通孔
７ａを介してシート状弾性体４に接触させる。バッキン
グパッド５の下面に水を塗布し、余分な水を除去した
後、半導体ウエーハ６を円形貫通孔７ａに挿入してバッ
キングパッド５に押しつけ、水の表面張力により保持す
る。図１〜３は、このようにして半導体ウエーハ６をテ
ンプレート１１で保持した後、研磨を開始するために半
導体ウエーハ６の下面を、研磨パッド８に接触させた状
態を示している。

【００１８】実施の形態２ 図４は研磨装置の要部を示す断面図である。この研磨装
置では、シート状弾性体４が研磨プレート２の下面に、
かつ、該下面のほぼ全面を被うように接着され、バッキ
ングパッド５がシート状弾性体４下面のほぼ全面を被う
ように接着されている。図１のテンプレートブランク７
と同様構成のテンプレートブランク７がバッキングパッ
ド５の下面に接着され、これら研磨プレート２、シート
状弾性体４、バッキングパッド５およびテンプレートブ
ランク７によりテンプレート１１が構成されている。上
記それぞれの構成部材の材質は、図１に示すものと同一
である。

【００１９】実施の形態１または２の研磨装置により半
導体ウエーハをバッチ式に研磨するに際しては通常、片
面面積がバッキングパッド５のウエーハ保持面面積と同
一、またはこれより小さい半導体ウエーハ６を、バッキ
ングパッド５と同心状に保持する。また、実施の形態１
または２の研磨装置により半導体ウエーハをバッチ式に
研磨するに際しては、厚さが最大の半導体ウエーハと厚
さが最小の半導体ウエーハとの厚さの差をΔｔとすると
き、シート状弾性体として、厚さがΔｔの１．３倍以
上、８倍以下のものを使用し、かつ、片面面積がバッキ
ングパッドのウエーハ保持面面積と同一、またはこれよ
り小さい半導体ウエーハを、バッキングパッドと同心状
に保持することが好ましい。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面を参照しなが
ら説明する。 実施例１ ５枚の、直径１５０ｍｍのシリコン半導体ウエーハをバ
ッチ式に研磨した。コロイダルシリカを含むアルカリ性
研磨液を、図１に示す研磨装置の研磨パッド８上に供給
しながら、トップリング１を定盤９に対して通常の回転
数で自転および公転させた。この場合、シート状弾性体
４として、ポリウレタンゴムからなる厚さ０．５ｍｍ、
圧縮率５０％のものを使用した。バッキングパッド５と
して、厚さ０．６ｍｍのポリウレタン樹脂の多孔質体を
用いた。バッキングパッド５に保持された５枚の半導体
ウエーハの平均厚さ、平坦度および平行度は、［表１］
に示すとおりであった。これらは、厚さ測定器で測定し
た。

【００２１】上記平均厚さ、平坦度および平行度の測定
では、非接触式の静電容量型センサ１対を、半導体ウエ
ーハの裏面および表面に設置し、半導体ウエーハを移動
させながら、全面数千点の厚さを測定した。これを図解
すると図５，６に示すとおりで、平坦度（ＴＩＲ：TOTA
L INDICATOR READING ）は、ウエーハ表面上の３点で決
定される基準平面までの距離の最大値と最小値の差であ
る。平行度（ＴＴＶ：TOTAL THICKNESS VARIATION ）
は、ウエーハ厚さの最大値と最小値の差である。

【００２２】

【表１】

【００２３】研磨後ウエーハの厚さを同様に厚さ測定器
で測定し、平均研磨代、平坦度および平行度を求めた結
果を［表２］に示す。

【００２４】

【表２】

【００２５】［表１］と［表２］を比較して明らかなよ
うに、５枚の半導体ウエーハ間で研磨代が実質的に同一
であるため、研磨によりウエーハの平坦度および平行度
が極端に崩れていないことが確認できた。

【００２６】次に、従来の研磨装置による半導体ウエー
ハの研磨について説明する。 比較例１ シート状弾性体４を設けない点以外は、実施例１と同一
の研磨装置を使用し、実施例１と同一条件で研磨を行っ
た。ただし、バッキングパッドは研磨プレートに接着し
た。研磨前ウエーハの平均厚さ、平坦度および平行度を
［表３］に示し、研磨後ウエーハの平均研磨代、平坦度
および平行度を［表４］に示す。

【００２７】

【表３】

【００２８】

【表４】

【００２９】［表３］と［表４］を比較から明らかなよ
うに、５枚の半導体ウエーハ間、およびウエーハ内で研
磨代が均一にならないため、研磨前後でウエーハの平坦
度および平行度がかなり異なるものとなった。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、複数のウエーハ間に厚さのバラツキがあって
も、このバラツキがシート状弾性体の弾性変形により吸
収されるため、それぞれのウエーハ間で、かつ、それぞ
れのウエーハ内で研磨圧力が均一になる。このため、研
磨前ウエーハの平坦度および平行度が維持され、平坦度
および平行度に優れた鏡面研磨ウエーハが容易に得られ
ので、研磨前ウエーハの厚さ測定を行った後、ウエーハ
を厚さごとに分類するという面倒な作業を省略すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る研磨装置の要部を
示す断面図である。

【図２】図１のＡ部拡大図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ線矢視図である。

【図４】本発明の実施の形態２に係る研磨装置の要部を
示す断面図である。

【図５】平坦度測定方法の説明図である。

【図６】平行度測定方法の説明図である。

【図７】従来の鏡面研磨装置の要部を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１ トップリング ２ 研磨プレート ３ 両面接着テープ ４ シート状弾性体 ５ バッキングパッド ６ 半導体ウエーハ ７ テンプレートブランク ７ａ 円形貫通孔 ８ 研磨パッド ９ 定盤 １１ テンプレート

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨プレートに保持されたバッキングパ
   ッドの片面に半導体ウエーハを水貼りにより保持し、バ
   ッチ式のワックスレス法により研磨する装置において、
   シート状弾性体が、前記バッキングパッドの反対面に直
   接接触して、かつ相互に固定されることなく設けられて
   いることを特徴とする半導体ウエーハの研磨装置。
2. 【請求項２】 研磨プレートに保持されたバッキングパ
   ッドの片面に半導体ウエーハを水貼りにより保持し、バ
   ッチ式のワックスレス法により研磨する装置において、
   シート状弾性体が、前記バッキングパッドの反対面に直
   接接着されていることを特徴とする半導体ウエーハの研
   磨装置。
3. 【請求項３】 前記シート状弾性体はシート状ゴム、シ
   ート状樹脂発泡体、不織布のいずれか一種、または、こ
   れらから任意に複数種を選んで積層したものであること
   を特徴とする請求項１または２に記載の半導体ウエーハ
   の研磨装置。
4. 【請求項４】 前記シート状弾性体は、圧縮率（ＪＩＳ
   Ｌ−１０９６）が３０％以上、８０％以下であること
   を特徴とする請求項３に記載の半導体ウエーハの研磨装
   置。
5. 【請求項５】 前記バッキングパッドは、ポリウレタン
   の多孔質体であることを特徴とする請求項３または４に
   記載の半導体ウエーハの研磨装置。
6. 【請求項６】 半導体ウエーハ挿入保持用の円形貫通孔
   が複数形成されたテンプレートブランクが研磨プレート
   の下面に接着され、請求項３または４に記載のシート状
   弾性体が研磨プレート下面の前記円形貫通孔に臨む部分
   に接着され、前記円形貫通孔に挿入された請求項５に記
   載のバッキングパッドが、シート状弾性体の下面に接触
   して該下面のほぼ全面を被い、これら研磨プレート、テ
   ンプレートブランク、シート状弾性体およびバッキング
   パッドによりテンプレートが構成されていることを特徴
   とする請求項１に記載の半導体ウエーハの研磨装置。
7. 【請求項７】 請求項３または４に記載のシート状弾性
   体が研磨プレートの下面に、かつ、該下面のほぼ全面を
   被うように接着され、請求項５に記載のバッキングパッ
   ドがシート状弾性体の下面に、かつ、該下面のほぼ全面
   を被うように接着され、半導体ウエーハ挿入保持用の円
   形貫通孔が複数形成されたテンプレートブランクがバッ
   キングパッドの下面に接着され、これら研磨プレート、
   シート状弾性体、バッキングパッドおよびテンプレート
   ブランクによりテンプレートが構成されていることを特
   徴とする請求項２に記載の半導体ウエーハの研磨装置。
8. 【請求項８】 請求項６または７に記載の研磨装置によ
   り半導体ウエーハをバッチ式に研磨するに際し、厚さが
   最大の半導体ウエーハと厚さが最小の半導体ウエーハと
   の厚さの差をΔｔとするとき、シート状弾性体として、
   厚さがΔｔの１．３倍以上、８倍以下のものを使用する
   ことを特徴とする半導体ウエーハの研磨方法。
9. 【請求項９】 請求項６に記載の研磨装置により半導体
   ウエーハをバッチ式に研磨するに際し、片面面積がバッ
   キングパッドのウエーハ保持面面積と同一、またはこれ
   より小さい半導体ウエーハを、バッキングパッドと同心
   状に保持することを特徴とする半導体ウエーハの研磨方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項６に記載の研磨装置により半導
    体ウエーハをバッチ式に研磨するに際し、厚さが最大の
    半導体ウエーハと厚さが最小の半導体ウエーハとの厚さ
    の差をΔｔとするとき、シート状弾性体として、厚さが
    Δｔの１．３倍以上、８倍以下のものを使用し、かつ、
    片面面積がバッキングパッドのウエーハ保持面面積と同
    一、またはこれより小さい半導体ウエーハを、バッキン
    グパッドと同心状に保持することを特徴とする半導体ウ
    エーハの研磨方法。