JPH0691058B2 - 半導体ウエーハ研磨方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、半導体ウエーハを高精度に鏡面状に研磨する
為の研磨方法に係り、特に負圧力を利用して半導体ウエ
ーハ又は該ウエーハを保持するキャリアをプレート面上
に吸着させながら所定の研磨を行う半導体ウエーハ研磨
方法に関する。

「従来の技術」 従来より、ダイオード、トランジスタ、IC（集積回
路）、LSI（大規模集積回路）等の半導体装置を製造す
る為の基体となるべき半導体ウエーハは、シリコン、ゲ
ルマニウム等の半導体単結晶インゴットをスライスして
薄板化した後、その少なくとも一側表面をいわゆるメカ
ノケミカルポリシング法と呼ばれる研磨方法（機械的研
磨と化学研磨を組み合わせた研磨方法）に基づいて鏡面
研磨する事により形成される。

かかる研磨装置は例えば第２図に示すように、上面に研
磨布１が貼設された外部よりの駆動力を受けて回転する
ターンテーブル（以下定盤２という）と、該研磨布貼設
面（以下研磨面1Aという）上に位置し、下面に一又は複
数の半導体ウエーハ３を固定させたプレート４と、加圧
軸50を利用して該プレート４の上面側より押圧力を付勢
するマウントヘッド（以下ヘッド部５という）とからな
り、研磨剤分散器６等を利用して前記研磨布１上に例え
ばSiO₂の砥粒を含む研磨剤を分散させながら、半導体ウ
エーハ３と研磨布１（研磨剤剤）間で摺擦運動を生じせ
しめて所定の研磨を行うように構成されているが、半導
体ウエーハ３の鏡面仕上精度は、IC、LSI上に形成され
る半導体素子の微細化、高集積化に伴ない年々厳しくな
り、特にチップ当たりの素子数が100,000以上のVLSIの
時代に突入した現在においては、鏡面に仕上げられたウ
エーハ３表面の平面度は、サブミクロン以下に設定され
つつある。

この為前記ウエーハ３をプレート４下面に固定する際に
おいても極めて精度よく平坦性を維持して固定する必要
がある。

一般にかかる固定手段は、ワックスを用いて半導体ウエ
ーハ３をプレート４面に接着させる方法と、負圧力を利
用した吸引手段によりプレート４面にウエーハ３を直接
吸着させるノンワックス方法が存在するが、前者におい
ては、ウエーハ３がワックス膜を介した間接的な固定方
法である為にウエーハ３の平坦度の向上等を図る上で次
のような問題が生じる。

即ちかかる固定手段は熱溶融化されたワックス面上にウ
エーハ３を圧着させた後、前記ワックス膜を冷却固化さ
せる事により固定する訳であるが、プレート上のワック
スを軟化状態に保持し、これに前記ウエーハ３を圧着す
る際の加圧力の均一化、又冷却固化時の温度分布の均一
化を図る事は極めて困難であり、ワックス膜厚分布に多
少のバラツキが発生したり又ウエーハ自身の変形を生ず
る。従って、剛体であるプレート４面にウエーハ３を直
接吸着させる後者のノンワックス法に比較してウエーハ
３の平坦性を維持する事が困難である。

一方、後者のノンワックス法は、説明を簡単にするため
に枚葉式プレートを想定すると、例えば第２図に示すよ
うにプレート４に穿孔した多数の吸引孔41′を介してヘ
ッド部５とプレート４間の密閉空間51′内を真空吸引す
る事により剛体のプレート４面にウエーハ３を直接吸着
させるものである為に、前記欠点を解消し得るが、かか
る固定方法においては、研磨作業中にウエーハ３を固定
する為の真空吸引を常に行う必要がある為に、ウエーハ
３背面側のプレート４接触面内に研磨剤がしばしば侵入
し、これは吸引孔41′を経て減圧系配管に到達するが、
その前にプレート４の吸引孔41′内が減圧状態となって
いる為に、侵入研磨液は吸着孔端に到達した段階で、直
ちにその入口部で水分が蒸発除去され濃縮化されて該研
磨液中に含まれるコロイダルシリカはゲル化し、次いで
固体物となり、吸引孔41′入口部に付着固化してしま
う。

また侵入研磨液のために、ウエーハ３背面が化学的に腐
食し、微妙な凹凸を発生したり、外観上好ましくなくな
る。またプレート４吸着孔41′端と同様に、その近傍で
ウエーハ３にゲルが固着する。

そしてこのように付着した固形物は、その後の洗浄にに
よっても完全には除去し得ず、第３図に示すようにその
一部が吸引孔41′入口部に突起状を形成し、該突起が次
位のウエーハ３吸着時に該ウエーハ３を該当部分におい
て僅かに隆起させる原因となり、当然のことであるが研
磨工程により該隆起した部分が除去され、研磨後におい
て該ウエーハ３の吸着を解除するとその部分のみが凹み
となってウエーハの平面度が部分的に劣化する。

かかる欠点を解消する為に、前記ウエーハ３と接するプ
レート４下面の外縁側にリング状ゴム弾性体を密着して
囲繞し、該弾性体をプレート４下面より微小寸法突出さ
せた技術を開示している。（特公昭63−4937号） 「発明が解決しようとする問題点」 しかしながらかかる従来技術によれば、前記弾性体をプ
レート下面より微小寸法突出させる構成の為に、研磨時
にウエーハ中心部と周縁域の押圧力が必然的に不均一と
なり、高精度な平坦研磨を行い得ない。

更に前記微小寸法の設定及び弾性体を周方向に均一な寸
法で形成する事は加工上中々困難であり、またリング状
弾性体内部は、研磨時に常に負圧であり、研磨液に直接
接するために、完全な研磨液侵入防止が不可能であり、
次位のウエーハ研磨に際し、前述と同様な固化ゲルによ
る不具合を生ずる。

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、ウエハ各域で
の押圧力の均一さを維持しつつ、ウエーハ背面側のプレ
ート接触面内への研磨剤の侵入を完全に阻止し得る研磨
方法を提供する事を目的とする。

「課題を解決しようとする手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、前記プレー
トを単一のプレートで形成すると共に、該プレート面の
吸着されたウエーハ背面の中心域に形成した負圧力発生
部位を囲繞する如く、該プレートと半導体ウエーハ面間
に流体シール層、特に水を用いてシール層を形成すると
ともに、前記シール層を形成する流体の圧力を0.1〜0.4
Kgf/cm²（ゲージ圧）の範囲で制御しながら、研磨材の
吸引を防ぐことを特徴とする半導体ウエーハの研磨方法
を提案する。

「作用」 かかる技術手段によれば、プレート面に吸着されたウエ
ーハ背面の中心域に負圧力発生部位が形成されている為
に、ウエーハを円滑に吸着保持する事が出来るととも
に、該負圧力発生部位の外周側には、該発生部位を囲繞
する如く正圧の流体シール層が形成されてある為に、該
シール層によりウエーハ背面側への研磨剤の侵入を完全
に阻止し得る。

又本発明は流体、特に水によりシール層を形成する構成
を取る為に、その構成が極めて簡単であり且つ特公昭63
−4937号に示す従来技術のように、シール層たる弾性体
をプレート下面より微小寸法突出させる必要もなく、ウ
エーハ背面側全域に亙って剛性且つ平坦なプレート面で
保持出来る為に、押圧力の不均一性が生じる余地もなく
高精度な平坦研磨が可能となる。

尚、前記流体シール層は好ましいシール効果を達成する
には正圧状態に維持する事が必要である。

シール層は、ウエーハとプレートが密着していても、表
面粗さのため両者の間に僅かに存在するすきまに存在し
ているが、水圧が、ウエーハの押圧力即ち研磨圧力より
高くなるとウエーハとプレートの密着が維持できなくな
るため、ウエーハの加圧精度が低下してしまう。このた
め水圧は正圧であつても研磨圧力が一般に0.5Kgf/cm²以
上あるためにそれより低く、具体的には0.1〜0.4Kgf/cm
²（ゲージ圧）の範囲になければならない。

又、前記流体シール層を形成する流体が負圧力発生部位
側に侵入したとしても、該流体が水や空気であれば特に
問題となる事はないが、特にプレートを回転可能に構成
する事により遠心力の作用を受け、前記シール層を形成
している流体が、負圧力発生部位側に侵入する事なく、
前記ウエーハとプレート面間の外縁側より漏出可能に構
成するのがよい。

これにより、流体シール層と負圧力発生部位間のシール
性の維持とともに前記流体が常に外部に漏出する為の、
ウエーハ背面側の清浄度の維持を図る事が出来る。

又前記シール層を形成する流体を水で構成する事によ
り、該流体が研磨剤中に混入しても何等支障となる事が
なく、且つ空気の場合に比較してシール効果も増大す
る。

「実施例」 以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特
定定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみ
に限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図は本発明の実施例に係る研磨装置であって、特に
枚葉式の研磨装置を示し、前記従来技術と同様に上面に
研磨布１が貼設され外部よりの駆動力を受けて回転する
定定盤２と、研磨面1A上に位置し、下面に半導体ウエー
ハ３を同心状に固定させるプレート４と、該プレート４
の上面側より押圧力を付勢しながら回転軸により回転可
能に構成したヘッド部５を含む点においては前記従来技
術と同様である。

次にこれらの部材の内、本実施例の要部構成について詳
細に説明する。

ヘッド部５はその下面側中心域に円形凹部51と、仕切壁
53を介してその外周側にリング状凹部54を夫々形成する
とともに、そ前記円形凹部51には回転軸52内に穿孔した
中心孔55を介して真空ポンプ61と、又リング状凹部54に
は側孔56及び流体調整弁62を介して水圧源63と夫々連結
させている。

プレート４は、前記ヘッド部５外径と同一の外径を有し
且つ上下両面が平滑な平面状をなすステンレス製の円板
で形成するとともに、前記円形凹部51と対応する面上に
吸引用細孔41を、又リング状凹部54と対応する個所に流
体導入用細孔42を夫々多数穿孔しておく。

尚流体導入用細孔42の穿孔位置は、該細孔42〜ウエーハ
３外端までの距離より、該細孔42〜最外側の吸引用細孔
41までの距離を大に設定するのが好ましい。

そしてかかる実施例において前記円形凹部51内の負圧を
約−0.5Kg/cm²（ゲージ圧）、又リング状凹部54内に供
給される水は、前記ヘッド部５側の押圧力に抗して極め
て薄い薄膜状にウエーハ３背面側の外周端側に水シール
層が形成可能に、言い換えれば水圧は正圧であってウエ
ーハの研磨圧力よりは低い範囲で制御して且つ回転軸を
介してヘッド部５−プレート４を回転させる際に生じる
遠心力によりウエーハ３外周端より適度に水が漏出する
程度にかつ押圧力より低い水圧及び流量を調整するのが
よい。

前記水圧及び流量は細孔42よりウエーハ３背面側に直接
噴出する構成を取る為に、前記水圧がウエーハの研磨圧
力より高いとその細孔42周囲のウエーハ３を局部的に変
形させたり、又前記吸引用細孔41よりの保持力を大幅に
低下させる方向に働きウエーハ３のプレート４面への密
着を維持出来ない場合がある。

又逆に前記水圧が正圧以下になると、流体シール層とし
ての機能が低下し、本発明の効果を円滑に達成し得な
い。従って前記水圧は細孔42の直径及びウエーハ３の肉
厚にも関係するが具体的には0.1〜0.4KgF/cm²、又流量
は例えば0.1〜0.3cc/min程度に設定するのがよい。

例えば第1A図に示すように、前記細孔42の流出端を段差
状又はすり鉢状に拡径化するかリング状凹部を形成し
て、いわゆる水圧緩衝手段42aを介して細孔42とウエー
ハ３を接触するように構成する事もできる。

複葉式の場合には、遠心力を利用せず、流体圧を若干高
めると良い。流体圧、流量は具体的には、上述の水の場
合枚葉式の操作と殆ど変わらない。

かかる実施例によれば前記した本発明の作用効果が円滑
に達成し得る。

第４図は、第２発明に係る実施例を示し、半導体ウエー
ハ３外径より僅かに大なる内穴を有し且つ該ウエーハ３
より僅かに小なる肉厚をもって形成したキャリア71と、
該キャリア71の中心域側に吸引用細孔71を又その両側に
流体導入用細孔72、73を穿孔したプレート４と、前記細
孔71〜73と対応する部位に、夫々仕切壁82、84を介して
同心状にリング状凹部81、83、85を形成したヘッド部５
よりなり、前記各リング状凹部81、83、85に夫々穿孔し
た貫通孔81a、83a、85aを介して、真空ポンプ61と、又
流体調整弁62を介して水圧源63と夫々連結させている。

かかる実施例においてはキャリア71中心域の側でキャリ
ア71を吸着しつつ、その両側周縁側で流体シール層が形
成される為に、キャリア71の背面側に研磨剤が侵入する
事を阻止する事が出来る。尚本実施例の場合には前記仕
切壁84にＯリングを設けてもウエーハ３の平坦研磨を図
る上で特に問題となる事がなく且つキャリア71中心域側
への流体の侵入も防止出来好ましい。

「発明の効果」 以上記載の如く本発明によれば、ウエハ各域での押圧力
の均一さを維持しつつ、ウエーハ背面側のプレート接触
面内への研磨剤の侵入を完全に阻止し得、これにより高
平坦度を維持しながらウエーハの研磨が可能になるとと
もに、ウエーハ背面側の汚染防止と洗浄の容易化等が達
成し得る。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る研磨装置を示す概略断面
図、第1A図は第１図の変形例を示す要部拡大図、第４図
は他の実施例に係る研磨装置を示す概略断面図、第２図
及び第３図は従来技術の研磨装置を示す概略断面図と、
その問題点を示す作用図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】負圧力を利用して半導体ウエーハをプレー
   ト面上に吸着させながら所定の研磨を行う半導体ウエー
   ハ研磨方法において、 前記プレートを単一のプレートで形成すると共に、前記
   プレート面の吸着ウエーハの背面中心域に形成した負圧
   力発生部位を囲繞する如く、該プレートと半導体ウエー
   ハ面間に正圧の流体シール層を形成し、研磨材の吸引を
   防ぐことを特徴とする半導体ウエーハの研磨方法
2. 【請求項２】前記シール層を形成する流体が水である請
   求項１）記載の半導体ウエーハの研磨方法
3. 【請求項３】負圧力を利用して半導体ウエーハをプレー
   ト面上に吸着させながら所定の研磨を行う半導体ウエー
   ハ研磨方法において、前記プレート面の吸着ウエーハの
   背面中心域に形成した負圧力発生部位を囲繞する如く、
   該プレートと半導体ウエーハ面間に正圧の流体シール層
   を形成するとともに、前記シール層を形成する流体の圧
   力を0.1〜0.4Kgf/cm²（ゲージ圧）の範囲で制御しなが
   ら、研磨材の吸引を防ぐことを特徴とする半導体ウエー
   ハの研磨方法