JPH11216661A - ウェーハの枚葉式研磨方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワックスレスマウント法を用いた化学機械的
研磨法において、前工程におけるウェーハの平坦度が不
十分である場合に、簡単な構造若しくは安価で汎用的な
部材の付加で高精度の平坦度を得ることの出来る研磨装
置の提供。 【解決手段】 ウェーハ回転中心と該ウェーハを支持す
る研磨ヘッドの回転中心を一致させた状態で研磨を行な
う枚葉式研磨装置であって、特にワックスを用いること
なく研磨ヘッドとバッキングパッドによりウェーハを保
持するワックスレスの枚葉式装置の場合に、研磨ヘッド
とバッキングパッドの研磨前工程時におけるウェーハの
平坦度の凸側部分に対応する部分に回転対称のシート体
を配置し、その凸側部分の面圧を高めて研磨を行なうこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高平坦度を得るこ
との出来る枚葉式研磨方法とその装置に係り、特にワッ
クスレスマウント方式によるウェーハの枚葉研磨におい
て、高平坦度を得るのに好適なウェーハの枚葉式研磨方
法とその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体ウェーハは円筒状のイン
ゴットをスライス切断、面取りを行なった後、研磨（ラ
ップ）定盤とアズカットウェーハとを砥粒を含む研磨液
を介して摺擦させながらラッピングを行ない、そして該
ラッピングされたウェーハはケミカルエッチング処理さ
れた後、仕上げ加工工程に導かれる。

【０００３】仕上加工工程においては、研磨（ポリッシ
ング）パッドとウェーハとの間にＳｉＯ₂ 系微粒子を弱
アルカリ液中に懸濁させたポリッシング液を用い、化学
機械的研磨法により、平滑で無歪の鏡面に鏡面研磨され
る。

【０００４】半導体ウェーハの化学機械的研磨法は、研
磨剤を供給しながらウェーハと研磨布の間に一定の荷重
と相対速度を与えながら行なう。研磨剤はアルカリ溶液
中に焼成シリカやコロイダルシリカ等を分散させたもの
が主に用いられる。シリコンウェーハの鏡面研磨はアル
カリ溶液によってウェーハ表面に軟質なシリ力水和膜が
形成され、その水和膜が研磨剤粒子によって除去されて
加工が進むと考えられている。

【０００５】かかる化学機械的研磨法においては、従来
複数のウェーハをワックスの接着材によりガラスプレー
トやセラミックプレートに貼り付けて研磨する方法が主
流であった。かかるワックス法においては、接着層（ワ
ックス層）の厚さの不均一性がそのまま、研磨後ウェー
ハの平面度、平行度等を反映するため、接着層厚を均一
にすることが重要である。また、ウェーハ研磨後にウェ
ーハからワックスを除去する必要があるため、工程が複
雑になるという問題点があった。

【０００６】かかる欠点を解消するために、ワックスを
用いることなくウェーハを保持するワックスレスマウン
ト方式が提案されている。かかるワックスレスマウント
方式には真空吸着によるワックスレス保持方法と、多孔
質の樹脂、例えばポリウレタン樹脂多孔質体からなるバ
ッキングパッドを用いてウェーハを水貼りするワックス
レス保持方法とが利用されているが、いずれも前記した
ウェーハに対するワックスの塗布、除去が不要になると
いう長所がある。

【０００７】さて前記した研磨装置は生産効率の面よ
り、テンプレートに複数枚のウェーハを保持して研磨を
行なうバッチ式研磨方法が主流であったが、近年、ウェ
ーハの大口径化と、より平坦度に優れたウェーハ需要を
背景に、テンプレートに一枚のウェーハを保持してウェ
ーハ回転中心と該ウェーハを支持する研磨ヘッドの回転
中心を一致させた状態で研磨を行なう枚葉式研磨方式が
検討されている。

【０００８】かかる枚葉式研磨方式に一枚ずつバッキン
グパッドとテンプレートで保持しつつ研磨するワックレ
スマウント方式を採用した場合、弾性に優れた研磨布、
バッキングパッド、及び研磨ヘッドの機構により、ウェ
ーハ面内に比較的一様な圧力が加わり、その結果、取り
代の面内分布が均一となり、結果として前工程のウェー
ハの平坦度を維持するような研磨が行なわれる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
従来の技術では、以下の問題を有している。従来の技術
では、前工程のウェーハの平坦度を維持するような研磨
が行なわれるため、前工程における平坦度が優れている
場合には、その平坦度を悪化させることなく研磨でき、
結果として平坦度に優れたウェーハを得ることができ
る。一方、前工程における平坦度が不十分である場合に
は、従来の技術では、前工程のウェーハの平坦度を維持
するような研磨が行なわれるため、結果として得られる
ウェーハの平坦度は不十分なままであり、平坦度を改善
することができないという問題があった。

【００１０】かかる欠点を解消するために、研磨ヘッド
背面側より印加する研磨荷重分布、言換えればウェーハ
の面内荷重を部分的に強制変化させるために、研磨ヘッ
ド背面側より液体圧（ウオータバッグ）若しくは空気圧
（エアバッグ）を利用して前工程時のウェーハ平坦度の
凹凸に対応した面内荷重を得るようにした技術も開示さ
れているが、エアバッグやウオータバッグを研磨ヘッド
に押圧する場合、装置構成が複雑になりやすく且つ必ず
しも精度良い任意の面内荷重分布を得ることは困難であ
る。

【００１１】本発明は、特にワックレスマウント法を用
いた化学機械的研磨法において、前工程におけるウェー
ハの平坦度が不十分である場合に、簡単な構造若しくは
安価で汎用的な部材の付加で高精度の平坦度を得ること
の出来るウェーハの枚葉式研磨方法とその装置を提供す
ることを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項１記載の本発明は、ウェーハ回転中心と該ウ
ェーハを支持する研磨ヘッドの回転中心を一致させた状
態で研磨を行なう枚葉式研磨方法において、研磨前工程
時におけるウェーハの平坦度の凸側部分に対応する部分
に配した回転対称のシート体により、その凸側部分の面
圧を高めて研磨を行なうことを特徴とする。

【００１３】請求項２記載の発明は、かかる発明を効果
的に実施するための装置に関する発明で、研磨前工程時
におけるウェーハの平坦度の凸側部分に対応する、研磨
ヘッドとウェーハとの間に、回転対称の形状をしたシー
ト体を介装させたことを特徴とする。そして前記枚葉式
研磨装置が、ワックスを用いることなく研磨ヘッドとバ
ッキングパッドによりウェーハを保持するワックスレス
の枚葉式装置の場合においては、前記シート体を研磨ヘ
ッドとバッキングパッドとの間に介装させるのがよい。

【００１４】尚、本発明に用いるシート体は、バッキン
グパッド（例えばポリウレタン樹脂多孔質体）より硬質
な薄層シート、より具体的にはシートの材質にもよる
が、前記凸側部分の平坦度偏差（通常は０．５〜３０μ
ｍ程度）より大で、約１００μｍ以下の面圧分布が変化
する程度の肉厚の紙若しくは樹脂シートで形成するのが
よい。ウェーハの凸側部の偏差より薄いシート体では面
圧を高める効果が少なく、また厚過ぎても過剰な研磨に
つながる。具体的には、ポリエチレンテレフタレート、
ポリプロピレン、塩化ビニル樹脂等の樹脂シートが用い
られるが、これらに限定されるものではない。

【００１５】又、その径方向の幅（若しくは半径）もウ
ェーハの凸部幅目一杯に設定することなく、凸部幅より
小なる幅に設定するのがよい。

【００１６】本発明を図１及び図２に基づいて説明す
る。前述したように化学機械的研磨法による枚葉式研磨
装置、特にワックスレスの枚葉式装置の場合において
は、弾性に優れた研磨布、バッキングパッド、及び研磨
ヘッドの機構により、略０．５〜３０μｍ程度の平坦度
偏差を有するウェーハであってもウェーハ面内に比較的
一様な圧力が加わる。しかしバッキングパッド６と研磨
ヘッド４の間に挿入されたシート１２がある部分では、
シート１２の厚みにより、シート１２が存在していない
領域に比べウェーハ１０に大きい圧力が加わり、取り代
が増加する。

【００１７】前工程で得られるウェーハ１０の形状が図
１に示すように、ウェーハ１０中央部が凸になっている
回転対称の形状を考える。この場合、通常通り研磨を行
なうと前述のように前工程の形状が維持されるよう研磨
されるため、中央部の凸形状が維持されたまま研磨され
る。平坦度を改善向上させるには、外周部に比べ、中央
部の取り代が大きければよい。中央部の取り代を外周部
より大きくするには、研磨時における中央部の面圧が外
周部より大きくすればよい。よって図１に示したよう
に、中央部の凸形状に対応した形状、大きさのシート１
２を研磨ヘッド４とバッキングパッド６の間に挿入す
る。このことにより、シート１２が挿入された中央部の
面圧が増し、外周部に比べ取り代が大きくなり、平坦度
を改善することが出来る。

【００１８】逆に前工程で得られるウェーハ１０の形状
が図２に示すように、ウェーハ１０中央部が凹になって
いる回転対称の形状を考える。この場合には、外周部の
取り代が中央部のそれより大きくなれば平坦度を改善す
ることが出来る。よって、図２に示したように、外周部
の凹形状に対応した形状、大きさのシート１２を研磨ヘ
ッド４とバッキングパッド６の間に挿入する。このこと
により、シート１２が挿入された外周部の面圧が増し、
中央部に比べ取り代が大きくなり、平坦度を改善するこ
とが出来る。このような研磨方法はひとつの研磨ヘッド
で１枚のウェーハを処理する枚葉式が好ましい。枚葉式
にすることでウェーハ形状に対応したシートを容易に選
択できる。また、ウェーハの保持については真空吸着や
水貼りタイプがある。研磨ヘッドが回転するため、ウェ
ーハの保持方法は特に限定されないが、水貼りタイプで
ウェーハを保持した場合、研磨中にウェーハがウェーハ
保持部材内で回転し、回転対称の形状を効率よく改善で
きる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。図３は本発明の実施例に係る枚葉式ワ
ックスレス化学機械的研磨装置を示し、バッキングパッ
ドを用いたワックスフリー研磨装置は、同図に示すよう
に、研磨布２（ポリッシングパッド）を貼着した下側回
転テーブル１と、下面側にバッキングパッド６を介し
て、ひとつの保持孔１３ａに１枚のウェーハ１０が保持
されたテンプレート１３が接着された複数の研磨ヘッド
４と、前記研磨布２にスラリー（研磨懸濁液）を供給す
るスラリー管５からなり、そして前記研磨布２を介して
ウェーハ１０を回転テーブル１側に押し付けてウェーハ
１０の凹凸を平滑化する研磨装置であり、そしてかかる
装置に用いるテンプレート１３はガラスエポキシ樹脂、
ポリカーボネートシート、ポリエステルシート等から形
成されており、またバッキングパッド６は多孔質の樹
脂、例えばポリウレタン樹脂多孔質体から形成されてい
る。

【００２０】そして、ウェーハ１０は研磨ヘッド４との
回転中心を一致させてバッキングパッド６に一体的に保
持するとともに、回転テーブル１の回転中心に対し、複
数の研磨ヘッド４の回転中心を半径方向に変位した位置
に配置し、両者を互いに矢印方向に回転させることによ
り、テンプレート１３の保持孔１３ａに嵌設させたウェ
ーハ１０は研磨布２に対し相対的に自転且つ公転しなが
ら研磨される。

【００２１】かかる装置を用いて、研磨パッド４とウェ
ーハ１０との間にＳｉＯ₂ 系微粒子を弱アルカリ液中に
懸濁させたポリッシング液を供給しながら化学機械的研
磨を行なった場合の加工速度Ｖ（取り代）は、近似的に
下記１）式であらわせられる。 Ｖ＝Ｋ・ｐ・ｖ・ ｔ …… １） Ｋ：比例定数 ｐ：加工圧力 ｖ：相対速度 ｔ：加工
時間

【００２２】さて本装置のように、ワックスレスの枚葉
式装置の場合においては研磨時のウェーハ１０の平坦度
偏差が略０．５〜３０μｍ程度あっても、弾性に優れた
研磨布、バッキングパッド６、及び研磨ヘッド４の機構
により、ウェーハ１０面内に比較的一様な圧力が加わ
る。そこで本実施例では、バッキングパッド６と研磨ヘ
ッド４の間にシート１２を装入して、シート１２の厚み
によりその部分の加工圧力ｐが増加するようにシート１
２の形状を選択することによって、凸形状部分の面圧の
増加を図り、言換えればシート１２が存在していない領
域に比べウェーハ１０に大きい圧力が加わり、加工速度
Ｖ（取り代）が増加するように設定する。

【００２３】従って前工程で得られるウェーハ１０の形
状が図１に示すように、ウェーハ１０中央部が凸になっ
ているもの（図３の右図）であっても、また図２に示す
ように、ウェーハ１０中央部が凹になっているもの（図
３の左図）であっても、シート１２の装入により、面内
に不均一な面圧が生じ、取り代が調整され研磨される。

【００２４】次に本発明と従来技術との比較実験を行な
った。先ず本装置を用いた研磨時の面圧を示す。図４は
従来通り研磨へッド４とバッキングパッド６の間に何も
介装することなくウェーハ１０にセットした場合の面圧
分布である。また図５はウェーハ１０形状の中央部が凸
だった場合を想定し、研磨ヘッド４とバッキングパッド
６の間にその凸部分より多少小さい径の円形シート１２
（厚さ約９０μｍの樹脂シート）を挿入し、ウェーハ１
０をセットしたときの面圧分布である。この図で凸状に
なっている部分の面圧が高い。図４の従来の方法ではウ
ェーハ１０面内全域にほぼ均一に圧力がかかっている
が、一方図５のバッキングパッド６と研磨ヘッド４の間
にシート１２を挿入した場合には、シート１２がある部
分で圧力が増加していることが分かる。

【００２５】前述したように、面圧が高い場合には、取
り代が増加するので、シート１２を挿入した部分で取り
代が増加し、ウェーハ平坦度を改善できることが分か
る。

【００２６】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、前工
程におけるウェーハの平坦度が不十分である場合に、簡
単な構造若しくは安価で汎用的な部材の付加で高精度の
平坦度を得ることの出来、特に弾性に優れた研磨布、バ
ッキングパッド、及び研磨ヘッドの機構により、ウェー
ハ面内に比較的一様な圧力が加わるワックレスマウント
式の枚葉式研磨装置に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るウェーハ形状が中央部が
凸になっているウェーハのシート形状とその装入位置を
示す研磨ヘッド部の要部断面図である。

【図２】本発明の実施例に係るウェーハ形状が中央部が
凹になっているウェーハのシート形状とその装入位置を
示す研磨ヘッド部の要部断面図である。

【図３】本発明の実施例に係る枚葉式ワックスレス化学
機械的研磨装置を示す全体図である。

【図４】従来技術に係る研磨へッドとバッキングパッド
の間に何も介装することなくウェーハをセットした場合
の面圧分布図である。

【図５】本発明に係る研磨へッドとバッキングパッドの
間にシートを介装した状態でウェーハをセットした場合
の面圧分布図である。

【符号の説明】

１ 下側回転テーブル ２ 研磨布 ４ 研磨ヘッド ５ スラリー管 ６ バッキングパッド １０ ウェーハ １２ シート １３ テンプレート

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハ回転中心と該ウェーハを支持す
   る研磨ヘッドの回転中心を一致させた状態で研磨を行な
   う枚葉式研磨方法において、 研磨前工程時におけるウェーハの平坦度の凸側部分に対
   応する部分に配した回転対称のシート体により、その凸
   側部分の面圧を高めて研磨を行なうことを特徴とするウ
   ェーハの枚葉式研磨方法。
2. 【請求項２】 ウェーハ回転中心と該ウェーハを支持す
   る研磨ヘッドの回転中心を一致させた状態で研磨を行な
   う枚葉式研磨装置において、 研磨前工程時におけるウェーハの平坦度の凸側部分に対
   応する、研磨ヘッドとウェーハとの間に、回転対称の形
   状をしたシート体を介装させたことを特徴とするウェー
   ハの枚葉式研磨装置。
3. 【請求項３】 前記枚葉式研磨装置が、ワックスを用い
   ることなく研磨ヘッドとバッキングパッドによりウェー
   ハを保持するワックスレスの枚葉式装置の場合に、前記
   シート体を研磨ヘッドとバッキングパッドの間に介装さ
   せたことを特徴とするウェーハの枚葉式研磨装置。