JPS6368360A - 半導体ウエ−ハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 例　技術分野 この発明は、半導体ウェーハの鏡面研磨方法の改良に関
する。特に、プレートに接着されたウェーハの平坦度、
厚みのバラつきを低減するための研磨方法に関する。

近年、半導体ＩＣの集積度が高くなり、ＩＣパターンの
微細化が著しく進んできている。

半導体材料メーカーでは、ＩＣパターンのアライメント
による歩留りを向上させるため、ウェーハの平坦度さ厚
みバラツキを改善するための設備投資、及び技術開発を
行なってきた。

（イ）従来技術 半導体単結晶から、ミラーウェーハを加工する工程は、
次の通りである。

（１）　　スライシング・・・・・・インゴットを薄い
アズカットウェーハに切断する （２）　　ベベリング・・・・・・外周部を面取りする
（３）　　エツチング・・・・・・スライシングの加工
変質層を除く （４）両面ラッピング・・・・・・ウェーハの厚さをそ
る（又は片面ラッピング）　　える （５）　　エツチング・・・・・・ラッピングによる歪
みを取る （６）研磨プレートへのワックスによる接着（７）鏡面
ボリシング（片面ボリシング）（８）研磨プレートから
の剥離 （９）洗浄 （１ｑｌ　　ミラーウェーハ 本発明は、この内（７）の工程に関係する。

鏡面研磨はアズカットウェーハをミラーウェーハにする
ための研磨であるが、鏡面、ポリッシング又は単にポリ
ッシングという事がある。

鏡面ウェーハにとって厚みバラツキは少い方が良いし、
平坦度は高い方がよい。

鏡面ウェーハの厚みバラツキや平坦度は、鏡面ポリッシ
ングに用いる研磨布の材質によって左右される。

厚みバラツキを少なくシ、平坦度の高い境面ウェーハを
加工するために、比較的硬度の高い不織布タイプの研磨
布がしばしば用いられる。

不織布タイプの研磨布を用いる場合、使用する前に、ダ
イヤモンドペレットなどを付着させた（ゆ正治具で「慣
らし」を行なう。慣らしをシーズニングと呼ぶ。シーズ
ニングをした後、ウェーハの鏡面ポリッシングに使用す
る。

また、研磨によって、ウェーハの接触する部分だけが、
局所的に磨滅し、平坦でないようになる。

このため、局所的な磨耗を、定期的に修正しなければな
らない。修正作業をドレッシングと呼んでいる。

や）従来技術の問題点 本発明は、ドレッシングを不要とする研磨方法を与える
。

まず、局所的に研磨布が磨耗する理由を説明する。

第４図は従来の鏡面ポリッシング装置を示す。

加圧ヘッド１は、平坦度の高いプレート２を下面に備え
ている。加圧ヘッド１は複数個設けられるのが普通であ
る。３．４個の加圧ヘッド１を用いる事が多い。

加圧ヘッド１は、ヘッド回転軸６により回転昇降自在に
支持されている。

加圧ヘッド１の下方には、円形の定盤５が設けられる。

定盤回転軸１６が定盤５を回転可能に支持している。定
盤５の上面に円形の研磨布４が貼付けられている。

定盤の半径は加圧ヘッドの直径より太きい。

研磨布４は一様な円板であって、平坦である。

平坦度の高いプレート２の下面に、ウェーハを接着ワッ
クスなどを使用して平坦度よく貼り付げる。

ヘッド回転軸６を下降させ、ウェーハ下面セ研磨布４に
接触させる。ヘッド回転軸６、定盤回転軸１６を独立に
回転させる。加圧ヘッド１；こは、一定の圧力が与えら
れている。ウェーハ下面は加圧下に於て、研磨布４によ
り、研磨される。

プレート２の下面に貼付けられたウェーハは、研磨布４
により、平坦に研磨され平坦度、厚みバラツキともに良
好なミラーウェーハに加工される。

しかし、同一の研磨布４を長期間使用すると、第５図に
示すように、局所的な摩耗が生ずる。

摩耗域Ｑは、上に向って凹の形状になる。これが円形の
研磨布土面に加で、円環状ζこ生ずる。

このような摩耗域Ｑが生じてしｔうと、平坦なプレート
２にウェーハ３７２、平坦度良く貼付けたところで、ウ
ェーハ３を平坦に研磨することはできない。このような
研磨布で、ウェーハを研磨すると、第６図りこ示すよう
な丸みを帯びた形状になってしまう。

第７図は拡大断面図である。

ウェーハのうち、外周部りが最も深く研磨される。内周
部Ｎもやや深く研磨される。中間部Ｍの研磨は浅くなる
。こうして、下に凸な円弧Ｎ　Ｍ　Ｌｌこ沿うような研
磨面を持つようになる。

このような、研磨布の局所的な摩耗により、ウェーハ平
坦度が損なわれる。ウェーハ平坦度の低下を防ぐために
、ドレッシングを行わなければならなかったのである。

ドレッシングを行なう事にすれば、その間鏡面ポリッシ
ングをその装置で行なう事ができない。

また、ドレッシングの手数も煩雑である。

さらに、ドレッシングは定期的に、又は随時性なうが、
ドレッシングの直前に研磨されたウェーハは、やはり平
坦度が悪いわけである。

江）　　目　　　　　的 鏡面研磨を行なう定盤の研磨布が局所的に摩耗する事か
ら生ずるウェーハの平坦度、厚みバラツキ精度の低下を
防止し、平坦度の優れた厚みバラツキの小さいミラーウ
ェーハを提供できるようにする事が本発明の目的である
。　・ 従来行なわれていた研磨布のドレッシングを不要とする
ことが本発明の第２の目的である。

オ）構　成 研磨布の上面の平坦性を維持するために、本発明に於て
は、 （１）プレートにウェーハを貼付けてウェーハの研磨を
行う際、同時に、修正治具も研磨布に当てて、研磨布の
平坦度を修正するようにする。つまり、研磨と修正とを
同時に行なう。

同時修正によって、研磨布の平坦度を、常に高く維持す
る。

（２）研磨布の中央部及び周辺部の研磨に不必要な部分
を除去し、研磨に必要な同心円状の部分のみを残すこと
。これは不必要な部分の存在のために、研磨布が凹状に
摩耗するから、これを防ぐためである。

（１）　、　（２）の内、（１）だけでも効果的である
が、（２）を併用すると、さらに有効である。

第１図、第２図によって本発明の詳細な説明する。

第１図に於て右半部は、既に説明したものである。加圧
ヘッド１、プレート２、ウェーハ３、研磨布４、定盤５
よりなり、ウェーハ３を鏡面研磨するものである。研壽
布４はこれまでの使用により凹形の摩耗域ｑが生じてい
る。

左半部に於ては、加圧ヘッド１の下面に、修正治具γが
取付けられている。

修正治具７は、基板８の下面にペレット９．９゜・・・
・・・を固着したものである。加圧ヘッド１を下降し、
修正治具７によって研磨布４の上を擦る。ペレッ（・９
の分布は、凹形の摩耗域Ｑの全体をカバーできるように
する。ペレット９が研磨布４を平坦に摩耗させる。

こうして、第２図に示すように、広く平坦な摩耗域Ｋに
なる。凹状の狭い摩耗域Ｑが、平坦な広い摩耗域Ｒｊこ
修正される。

実効的に平坦な研磨布４に復元される。

この研磨布４によって、ウェーハを研磨すれば、厚みの
バラツキの少い、平坦度のよいミラーウェーハが得られ
る。

前記の（２）の条件は、研磨布をドーナツ形にする、と
いう事であるが、この例を第３図に示す。

従来の研磨布４は、第３図の破線で示すように直径ＳＴ
を有する円板である。

本発明の（２）の条件で要求している研磨布は、Ｕ■、
〜ＶＸ間で示されるリング（ドーナツ状）状の研磨布で
ある。

従来の研磨布に比べて、中央の円形部Ｖ　Ｗと、外周の
ＳＵ　、Ｘ・Ｔが除去されている。

ＶＷ、ＳＵ、ＸＴを除くのは、これらの部分の存在が、
面ブレを生ずるからである。余分な部分がなければ、研
磨布は一様（こ摩耗し、平坦度を保ちやすい。

本発明の方法は以上のようであるが、加工条件について
、より詳しく説明する。

（１）修正治具の加圧力は、研磨布との接触面に対して
、３０力賞以上３００５’、／ｄ以下に設定する。

（１１）修正治具の回転数は、ＩＱ　ｒｐｍ以上１００
　ｒＰｍ以下とする。

（町　修正治具の基板の材質は、 イ）ステンレス製基板 （Ｏｌ　　セラミック製基板 （ハ）ベークライト製基板 などを用いる事ができる。

基板の上にペレットを貼付けているが、このペレットは
粒度が＃　３０００以下の表面を持っている事が必要で
ある。これは研磨布を摩耗させるものであるから、ある
程度の粒度がなければならない。ペレットが摩耗したら
、これらを貼り替えればよい。

ペレットを貼りつけず、上記イ）〜（ハ）の基板の表面
を粗面化し、粒度が＃　３０００以下の表面として用い
てもよい。この場合、表面が摩滅すれば修正治具の全体
を取り替える。

（１■）修正治具の平坦度は２５ｔｔｍ以下でなければ
ならない。望ましくは５μｍ以下とする。

Ｍ　　修正治具の接触部の直径を”Ｅとし、プレートに
接着されたウェーハの直径をＤとする。

Ｅ）Ｄである。修正治具は、つ千−ハが研磨布上を接触
してゆく円形の軌跡を覆う事が必要である。修正治具７
を加圧ヘラ！・１のひとつに付けるとすれば、ヘッドの
回転軸と定盤回転軸との距離が全て等しい場合、Ｅ）Ｄ
であればよい。

力）作　用 １、　定盤に貼付けられた研磨布に、プレートに接着し
たウェーハを押しつけて、相互に、定盤、プレートを回
転させる。ウェーハはミラーウェーハに加工される。

研磨布は、ウェーハによって、逆に凹状に摩耗する。

ところが、平面度のよい修正治具で研磨布を加圧し、こ
れを摩耗させてゆくから、研磨布は、常に平坦な研磨布
を持つことになる。

実際ζこは、ウェーハの研磨と、修正治具による修正を
平行して行なうから、研磨布は常に平坦な上面を維持す
る。

平坦度のよい研磨布で研磨されるから、ウェーハは平坦
度に優れ、厚みバラツキの少ないものになる。

２、　研磨布にウェーハを押しつけて加工する際、ウェ
ーハが通る部分と、ウェーハが通らない部分とが研磨布
上に生ずる。このため、ウェーハの通る軌跡に当る部分
と、非接触部の間に段差が生ずる。

この段差の部分で、研磨布の研磨面が傾いている。この
ため、段差の近くを通るウェーハにブレを発生させる。

そこで、第３図のように、段差の生じる部分を予め除去
しておくと、研磨面の傾きが発生しない。

このようにすると、より一層平坦度の高いウェーハの加
工が可能になる。

（＋）実施例 Ｇ　ａ　Ａ　ｓウェーハについて本発明の方法を使って
ミラーウェーハ加工した。試験例は７つあるが、この内
ひとつは、本発明の方法を用いない比較例である。

ｆａｌ　　材料　ＧａＡ　ｓウェーハ　　直径　５０問
面内厚みバラツキ　２μｍ （アズカットウェーハをベベリング、エツチング、ラッ
ピング、エツチングした後のウェーハ） ｆｂｌ　　研磨プレート　材質　　セラミック直径　　
３００關 平坦度　５１１ｍ ｆｃｌ　　研磨条件　加圧力　１５０１肩加工量　５０
μｍ ｆｄｌ　　修正治具　材質　　ステンレス基板に面粗さ
：　３０００のダイヤペ レットが付いている。

直径　　３００　ｍｍ　、　４００　ｒｒｒｍ平坦度　
５μｍ以下 ｌｅ）　　修正条件　加圧力　３０　、２００　、３０
０９−肩ｆｆ）　　研磨布　５０μｍ以上の凹凸がウェ
ーハ研磨軌跡に沿って生じた劣化状態の研 磨布を用いた。（平坦な研磨布で は効果が分らないからである。） 次に７つの試験例１〜■について条件を述べ、第１表に
各試験例に於ける、厚みバラツキの平均値マと、標準偏
差σを示した。

厚みバラツキというのは面内の厚みのバラツキという事
である。ウェーハのミラー面に於て、平坦度のよい平面
ζこ吸着されたウェーハの裏面を基準として凹凸がある
。最高の高さの凸部と最低の高さの凹部があり、両者の
高さの差を厚みバラツキＸという。

１枚のウェーハについて、ひとつのＸの値が測定できる
。面内での高さの分布を考慮しているわけではない。

平均値マというのは、複数のウェーハについて同一の試
験を行ない１、この中で平均した値という意味である。

標準偏差というのは、複数のウェーハ、こついてデータ
があるので、平均値とこのデータ値の差の２乗平均を計
算し、この平方根を求めたものである。

平均値マの小さい方が平坦度が高いという事である。標
準偏差σの小さい方が、ウェーハ品質のバラツキが少い
という事である。

試験争件 試験例１　（比較例） 研磨だけを行なう。プレートにウェーハを貼付け、５０
μｍの凹凸を有する研磨布に押付は鏡面研磨する。修正
を行なわない。従来法と同じである。比較のために行な
った。

ウェーハサンプル数は１０７枚であった。

試験例■　（研磨＋修正） 研磨と同時に、修正も行なう。

修正治具は上に述べたものの内、直径３００叫のものを
用いた。加圧力は２００Ｐ／Ｃ！！であった。

サンプル数は１０７枚であった。

試験例■　（修正治具の直径の効果） 試験例■とほぼ同じであるが、修正治具の直径を４００
間とした。加圧力は２００　ｙ−ｙｃｉであって変わら
ない。

サンプル数は５０枚であった。

試験例Ｉ　（修正治具加圧力の効果） 試験例■とほぼ同じで、研磨と修正を同時に行なう。修
正治具の加圧力を、より小さくして、３０　ＶＣｌｆｔ
にした。修正治具の直径は３００　ｍｍである０ サンプル数は５０枚であった。

試験例Ｖ　（修正治具の加圧力の効果）試験例■とほぼ
同じである。修正治具（３００間戸）の加圧力を太きく
し、３００Ｐ／ｄとした。

サンプル数は５０枚であった。

試験例■　（研磨布形状の効果） 例Ｉとほぼ同じで修正治具を用いない。研磨のみ行う。

ただし、研磨布を、ウェーハが通る軌跡にそったドーナ
ツ形としている。第３図にサンプル数は５０枚である。

試験例■　（研磨布形状、修正） 試験例■と同じ研磨布を用いるが、研磨だけではなく修
正も行なう。

修正治具は例■と同じである。直径３００　ｒａｎのイ
６正治具で、加圧力は２００５’／ｃｒＩであった。サ
ンプル数は５０枚である。

以上の例■〜■について、厚みバラツキの平均値Ｘと標
準偏差σを第１表に示す。

第１表　研磨例Ｉ〜■に於ける厚み バラツキ平均値、標準偏差 修正治具を用いて、イツ正しながら研磨を行なうと、平
坦度のよいミラーウェーハができる、という事が分る。

加圧力は３０ｙ−／ｄより大きい方が望ましい。■と皿
を比較して、３０ｙ−であっても効果がある、という事
が分る。

加圧力はあまりに大きすぎてもよくない。しかし、３０
０　ｇ／ｃｍ２あっても、効果がある。

加圧力は１００ｙ−刑が最も良いが、３０〜３００１肩
の範囲であっても効果がある。

修正治具の直径は３００間でも４００　ｒｔｒｍでも効
果がある。ウェーハが研磨される軌跡をカバーできれば
よいのである。

さらに、研磨布をドーナツ状）こ切っておく、というの
も効果がある。単独でも効果的であるが、修正治具によ
る修正と併用すればさらに、優れた平坦性を得る事がで
きる。

（り）効　果 （１）一度劣化した研磨布であっても、本発明の方法に
よれば、ウェーハの平坦度を向上させる事ができる。

（２）　　ウェーハの加工に於て、両面ラップ後のウェ
ーハの厚みバラツキは小さい。したがって、プレートへ
のウェーハの貼付を薄く、均一に貼付けることができれ
ば、本発明の方法により、高い平坦度のミラーウェーハ
を得る事ができる。

（３）　　ウェーハが研磨中に接触する円環状の部分の
みを残して、他の部分を除去した研磨布を用いると、よ
り一層平坦度が向上する。

（４）修正治具に加圧する加圧力は、ペレットの粒度や
研磨布の摩耗の程度によって、３０−〜３００　Ｐ−Ａ
Ｍｔとする。１００ｙ−屑程度の加圧力が最も効果的で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の研磨方法を実行するための研磨装置部
分の縦断面図。修正治具を使用する前の状態を示す。 第２図は本発明の研磨方法を実行するための研磨装置の
、修正治具を使用して、研を布を修正した後の縦断面図
。 第３図は、ウェーハの周辺の面ブレを防ぐための研磨布
をドーナツ状に切断したものの縦断面図。 第４図は従来のウェーハ研窟装置を示す縦断面図。 第５図は従来のウェーハ研磨方法に於て、研磨布のウェ
ーハに接触する部分が摩耗する事を示す縦断面図。 第６図は摩耗した研磨布を用いて、ウェーハを鏡面研磨
した時のウェーハ研磨形状を示す縦断面図。 第７図は摩耗した研磨布を用いてウェーハを研磨した時
、ウェーハが不均等に研磨される事を示す拡大断面図。 １・・・・・・加圧ヘッド ２・・・・・・プレート ３・・・・・・ウェーハ ４・・・・・・研　磨　布 ５・・・・・・定　　　盤 ６・・・・・・ヘッド回転軸 ７・・・・・・修正治具 ８・・・・・・基　　板 ９・・・・・・ペレット １６・・・・・・定盤回転軸 発明者　　佐藤純輔 第　　　４　　　図 従来例 第　　６　　　図 第　　５　　図 第　　　７　　　図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）研磨布４を貼付けた回転可能な円形の定盤５と、
   定盤５の上面に複数個設けられた加圧ヘッド１と、加圧
   ヘッド１を回転昇降可能に支持するヘッド回転軸６と、
   加圧ヘッド１の下面に設けられた平坦なプレート２とよ
   りなり、複数のウェーハをプレート２に貼りつけて加圧
   ヘッドを下降させ、ウェーハ面を研磨布４に接触させ一
   定の加圧力をかけながら、定盤５及び加圧ヘッド１を回
   転させる事によってウェーハを鏡面に研磨する方法に於
   て、加圧ヘッド１のいずれかの下面に粗面化したウェー
   ハの取付部の直径Ｄより広い直径Ｅを有する修正のため
   の面を持つ修正治具７を取りつけ、研磨布４に修正治具
   ７を押しつけ、修正治具７を研磨布４に一定の加圧力を
   かけながら回転させる事によって、研磨布が平坦になる
   よう修正し、ウェーハ研磨と同時に研磨布の修正を行な
   うようにした事を特徴とする半導体ウェーハの研磨方法
   。
2. （２）ウェーハが接触する面以外の面を除去した円環状
   の研磨布４を用いる事を特徴とする特許請求の範囲第（
   １）項記載の半導体ウェーハの研磨方法。
3. （３）修正治具の修正面の粗面化した表面の粒度が＃３
   ０００以下である事を特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項又は第（２）項記載の半導体ウェーハの研磨方法。
4. （４）修正治具の加圧力が３０ｇ／ｃｍ＾２〜３００ｇ
   ／ｃｍ＾２ある事を特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項又は第（２）項記載の半導体ウェーハの研磨方法。