JP2003285263A - ウェーハ研磨治具とその製造方法及びこれを用いたウェーハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体ウエーハ等の板状体の研磨加工に使用さ
れるセラミック製ウェーハ研磨治具において、ウェーハ
研磨治具の洗浄工程で使用されるアルカリ性の薬液や超
音波等にも侵されることなく、ウエーハの平坦度、平行
度等の精度を向上させるセラミックス製ウェーハ研磨治
具を提供する。 【解決手段】ウェーハ貼付面を有するセラミックス製貼
付板の外周に、上記ウェーハの仕上がり厚みと同じ突出
高さのセラミックス製ガイド部材を接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置、より詳し
くはスライスされたシリコンウェーハ、ガリウムヒ素等
のウェーハや各種厚み精度及び平坦度を要する基板等の
研磨プロセスにおいて、厚みばらつきをより少なくし、
高精度に仕上げるための耐磨耗性に優れたセラミックス
製ウェーハ研磨治具とその製造方法及びこれを用いたウ
ェーハ研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハ研磨治具は、これまでシリコン
ウェーハやガリウムヒ素ウェーハ又は薄物基板等平坦度
等の精度を必要とする加工物や、厚みばらつきが規定さ
れる加工物の研磨やラッピング用の治具として使用され
ている。

【０００３】例えば、半導体ウェーハ等の板状体を研磨
加工する際には、図５に示すようなウェーハ研磨治具１
０の貼付面１０ａに複数又は１枚のウェーハ１２をワッ
クス１３で貼付して保持し、このウェーハ研磨治具１０
を、研磨布１５を貼付した下定盤１４上にセットして、
押圧力Ｆを加えるとともに下定盤１４にコロイダルシリ
カにアルカリまたはアミンを添加した研磨剤を供給しな
がらウェーハ研磨治具１０と研磨布１５を相対的に摺動
させることで、ウェーハ１２の表面を研磨するようにな
っている。

【０００４】また、このウェーハ研磨治具１０はアルミ
ナや炭化珪素等のセラミックスにより形成されており、
ウェーハ１２の貼付面１０ａは、平坦度５μｍ以下の滑
らかな面となっている（特開平６−２７００５５号公報
参照）。

【０００５】研磨加工されたウェーハ１２の平行度ある
いは平坦度の精度を決定づけているのは、ウェーハ研磨
装置４０のウェーハ研磨治具１０の表面形状であり、上
記のようなウェーハ研磨装置４０において使用されるウ
ェーハ研磨治具１０は、ウェーハ１２の研磨精度を向上
させるため高い平坦度と、ウェーハ貼付面１０ａの平滑
性が要求される。

【０００６】特に半導体チップの原料となるウェーハ１
２の平坦度は、例えば表面基準のサイトフラットネス
（１チップの平坦度）でクォーターミクロン以下の精度
が要求されているため、ウェーハ研磨治具１０は僅かな
変形も許されない。このため、ウェーハ研磨治具１０は
熱膨張率の低いアルミナセラミックスや炭化珪素セラミ
ックスを用いて、ウェーハ研磨治具１０そのものの精度
を向上させ、ウエーハ１２の精度を向上させてきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、今日例えば半
導体チップの配線ルールの微細化等に伴い、さらなるウ
ェーハ１２の高精度化が望まれている中、ウェーハ研磨
治具１０そのものの精度にも限界がある上、ウェーハ１
２をウェーハ研磨治具１０に貼付けて、回転させながら
研磨を行う方法では、ウェーハ研磨治具１０の中心部と
外周部との周速の違いや研磨中の発熱等により、ウェー
ハ１２の磨耗度が異なり、ウェーハ１２の精度を悪くす
るという問題があった。

【０００８】なお、上記問題を解決するために、図４に
示すようにウェーハ研磨治具１０のウェーハ貼付面１０
ａの外周部に、ウェーハ１２の仕上がり厚み寸法と同等
の高さのガイド部１０ｂを形成することにより、ウェー
ハ１２の平行度等の精度を向上させる方法も考えられる
がウェーハ研磨治具１０とガイド部１０ｂを一体形成し
て、ウェーハ貼付面１０ａとガイド部１０ｂの端面との
平行度や平坦度等を高精度にすることは大変困難である
という問題がある。

【０００９】本発明は、上述した課題に鑑みなされたも
のであって、その目的は、半導体ウェーハ等の板状体の
研磨加工に使用されるセラミックス製ウェーハ研磨治具
１０において、ウェーハ貼付面１０ａとウェーハ研磨治
具１０の上面との平行度や平坦度等の精度を出すことが
できる構造を提供し、更にはウェーハ研磨治具１０の洗
浄工程で使用されるアルカリ性の薬液や超音波等にも侵
されることなく、ウェーハ１２の平坦度、平行度等の精
度を向上させることにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、ウェーハ貼付
面を有するセラミックス製貼付板の外周に、上記ウェー
ハの仕上がり厚みと同じ突出高さのセラミックス製ガイ
ド部材を接合してウェーハ研磨治具を構成したものであ
り、さらに上記ウェーハ貼付面と、ガイド部材の端面の
平行度を２μｍ以下とした。

【００１１】また、上記貼付板とガイド部材を接着剤で
接合するとともに、Ｏリングを介在させてシールする構
造とした。

【００１２】そして、上定盤と下定盤の間に上記ウェー
ハ研磨治具を配置してウェーハ研磨装置を構成したもの
である。

【００１３】また本発明のウェーハ研磨治具の製造方法
としては、セラミックス製貼付板の貼付面とその裏面と
の平行度が１μｍ以下となるように加工した後、上記貼
付板の外周にセラミックス製ガイド部材を接合し、この
ガイド部材の端面と貼付板の裏面との平行度が２μｍ以
下となるように加工する工程からなるものとした。

【００１４】これにより、高精度なウェーハ及び薄物基
板の加工ができるウェーハ研磨治具を提供することが出
来る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図を参照して詳細に説明する。

【００１６】図１は本発明のウェーハ研磨治具１１を示
す断面図、図２はこのウェーハ研磨治具１１を用いたウ
ェーハ研磨装置を示した概略分解斜視図であり、図３は
その装置の拡大断面図である。

【００１７】図１に示すウェーハ研磨治具１１は、機械
的、熱的変形が少なく、しかも平坦な材料、例えば高純
度アルミナや炭化珪素等のセラミックス材料からなり、
ウェーハ貼付面１１ａを備えた貼付板１９の外周部に、
同様のセラミックス材料からなるガイド部材１６を接合
したものである。

【００１８】このウェーハ研磨治具１１を用いて、シリ
コン製のウェーハ１２等を研磨加工する際には、ウェー
ハ研磨治具１１の貼付面１１ａに１枚のウェーハ１２を
ワックスで貼付して保持し、図２、３に示すウェーハ研
磨装置４１を用いて、複数のウェーハ研磨治具１１を、
保持具２２の貫通孔２２ａ内に保持し、研磨布１５を貼
付した下定盤１４上にセットして、上定盤１７側より押
圧力Ｆを加えるとともに、下定盤１４にコロイダルシリ
カにアルカリまたはアミンを添加した研磨剤（不図示）
を供給しながらウェーハ研磨治具１１と研磨布１５を相
対的に摺動させることで、ウェーハ１２の表面を研磨す
るようになっている。

【００１９】本発明においては、貼付面１１ａを有する
セラミックス製貼付板１９の外周に、上記ウェーハ１２
の仕上がり厚みと同じ突出高さのセラミックス製ガイド
部材１６を接合してあるため、ウェーハ１２を貼付面１
１ａに貼付けて図２，３のように研磨すれば、回転させ
ながら研磨を行う方法でも、ガイド部材１６の端面１６
ａ上にウェーハ１２が研磨されないことから、ウェーハ
１２の磨耗度をほぼ均一にすることができ、ウェーハ１
２の厚み精度や加工面の表面形状を向上することができ
る。

【００２０】これにより、貼付けられたウェーハ１２を
回転しながら研磨をする際に、ウェーハ１２の外周部と
中心部との周速の差によって、研磨量のばらつきによる
加工物の厚み精度や加工面の表面形状が悪化するのを防
ぐことができる。

【００２１】また、このウェーハ研磨治具１１は高精度
を要求されるウェーハ１２を研磨するのに使用されるた
め、ウェーハ研磨治具１１そのものについても高精度に
仕上げる必要があり、図４のような一体物構造では、そ
の精度を守ることが出来ないため、貼付板１９とガイド
部材１６とを分割構造とし後述する加工方法により、高
精度に仕上げられる構造にしている。

【００２２】具体的には、ウェーハ１２の厚みばらつき
を少なくし、高精度に仕上げるため、上記貼付面１１ａ
と、ガイド部材１６の端面１６ａの平行度を２μｍ以下
とすることが好ましい。これは、ウェーハ１２に要求さ
れる厚みばらつきの規格が２μｍ以下であるためであ
る。

【００２３】ここで、貼付面１１ａとガイド部材１６の
端面１６ａの平行度が２μｍを超えると、ウェーハ１２
の厚みのバラツキが大きくなる。

【００２４】また、分割構造とした本発明のウェーハ研
磨治具１１は、両者の接合に無機系やエポキシ系の接着
剤２１を使用するが、定盤の洗浄に使用されるアルカリ
系の薬液や強力な超音波、さらに研磨時に使用されるス
ラリー等により接着剤２１が剥がれたり、腐食したりし
て、貼付板１９とガイド部材１６との接着が外れ、ウェ
ーハ１２の精度を悪くしたり、接着剤２１の一部が研磨
中に出てきてウェーハ１２にキズを付けたりする。

【００２５】このため、直接薬液やスラリーが接着剤２
１に触れないように、耐薬品性のＯリング１８でシール
する構造とした。即ち、貼付板１９とガイド部材１６の
当接面を段状とし、中央部に、０．１ｍｍ以上の厚さで
接着剤２１を塗布し、外部からの薬液等の進入を防ぐた
めに、上記当接面の接着剤２１の両側の２箇所にＯリン
グ１８を備えてシールする。ここで接着剤２１の厚みを
０．１ｍｍ以上としたのは、０．１ｍｍ以下では接着強
度が極端に弱くなるためである。また通常、ウェーハ研
磨冶具１１の使用に際して、Ｏリング１８には流体圧力
はほとんどかからないため、Ｏリング１８が腐食しない
限り、薬液が接着層に進入することはない。よって、耐
酸・耐アルカリ性の材質からなるＯリング１８を使用す
ると良い。

【００２６】これにより、ウェーハ研磨プロセスにおい
て、ウェーハ研磨治具１１の洗浄工程で使用されるアル
カリ性の薬液や超音波等に接着剤２１が侵されたり、接
着剤２１の一部がウェーハ１２の研磨中に剥がれ落ち、
ウェーハ１２表面にキズをつける等の問題も解決され
る。

【００２７】次に本発明のウェーハ研磨治具１１の製造
方法について説明する。まず、セラミックスからなる貼
付板１９の貼付面１１ａと裏面（反対面）１９ａの平行
度をラップ加工により１μｍ以下に仕上げる。この時
に、貼付面１１ａの平坦度は０．５μｍ以下とする。こ
のように貼付板１９の精度を規定するのは後にガイド部
材１６を接着し加工した際に、貼付面１１ａとガイド部
材１６の端面１６ａとの平行度を２μｍ以下に仕上げる
ためである。次に、ガイド部材１６を接着剤２１とＯリ
ング１８を介して接着後、ガイド部材１６の端面１６ａ
の加工を行う。この時貼付面１１ａを基準に研削加工な
らびにラップ加工を行うことは大変困難である。そこ
で、貼付板１９の裏面１９ａを基準にガイド部材１６の
端面１６ａをラップ加工にて仕上げる。この時に基準と
なる貼付板１９の裏面１９ａとガイド部材１６の端面１
６ａの平行度は１μｍ以下に仕上げる。このような手順
と精度加工を行うことで、貼付面１１ａとガイド部材１
６の端面１６ａとの平行度を２μｍ以下に仕上げること
が可能となる。

【００２８】そして、このようにして製造されたウェー
ハ研磨治具１１を図２、３のように、上定盤１７と下定
盤１４の間に配置してウェーハ研磨装置４１を構成する
ことにより、ウェーハの研磨精度を向上させ、歩留りの
高いウェーハ加工を行うことができる。

【００２９】

【実施例】（実験例１）本発明及び比較例のウェーハ研
磨治具１０、１１を用いてウェーハ１２を研磨し、研磨
後のウェーハ１２の平坦度を評価した。

【００３０】まず、本発明実施例として、図１に示す構
造で、直径がφ２３０ｍｍ、厚さ２５ｍｍのアルミナセ
ラミックスからなるウェーハ研磨治具１１を製作した。
貼付面１１ａからガイド部材１６端面１６ａまでの高さ
を０．７ｍｍとした。このウェーハ研磨治具を用いて図
２，３のウェーハ研磨装置４１にてウェーハ１２の研磨
を行った。

【００３１】比較例１として、図５に示すような直径φ
２１０ｍｍ、厚さ２５ｍｍの円盤状のウェーハ研磨治具
１０と、比較例２として直径φ５８０ｍｍ、厚さ２５ｍ
ｍの円盤状のウェーハ研磨治具１０、そして比較例３と
して図４に示すように貼付面１０ａを研削にて０．７ｍ
ｍ座ぐり加工した直径φ２３０ｍｍ、厚さ２５ｍｍの一
体構造のウェーハ研磨治具１０を準備した。比較例１〜
３は図５に示すウェーハ研磨装置４０にてウェーハ１２
の研磨を行った。

【００３２】また、ウェーハ１２としては、導電型がｐ
型で抵抗率が１０Ω・ｃｍ程度の直径２００ｍｍのシリ
コンウェーハ（エッチングウェーハ）を用いた。このウ
ェーハ１２の裏面にワックスをスピンコーティングによ
り塗布後、各々のウェーハ研磨治具１０、１１に固着さ
せ、このウェーハ研磨用治具１０、１１を表面に研磨布
１５を貼付した下定盤１４上に設置して、押圧力Ｆを加
えるとともに、下定盤１４にコロイダルシリカを主成分
とする研磨剤を供給しながら、ウェーハ研磨治具１１と
研磨布１５を相対的に摺動させることで、ウェーハ１２
の表面を研磨代１０μｍとして各々６０枚を研磨した。

【００３３】研磨後のウェーハ１２の平坦度はフラット
ネス測定機を使用して測定し、表面のうねりを魔境によ
り測定した。表１に平坦度及びうねりの合格率を示す。

【００３４】表１の結果より、比較例１〜３について
は、ウェーハ平坦度合格率、ウェーハうねり合格率とも
にレベルが悪く、特に比較例２，３では総合評価が×と
なっているのに対し、本発明実施例は位置の違いや発熱
等による磨耗度に影響されず、精度良く研磨できるとい
う良好な結果が得られた。

【００３５】

【表１】

【００３６】（実験例２）次に、本発明実施例として、
直径がφ２３０ｍｍ、厚さ２５ｍｍのアルミナセラミッ
クスからなる図１のウェーハ研磨治具１１において、貼
付面１１ａからガイド部材１６の端面１６ａまでの高さ
を０．７ｍｍとし、平行度を２μｍとした。この時に耐
薬品性のＯリング１８により接着剤２１の両側をシール
したものと、Ｏリング１８を使用せず接着剤２１で接着
のみ行ったものとを準備し、耐食性の比較を行った。

【００３７】各ウェーハ研磨冶具１１をそれぞれの薬液
の入った容器内に浸け貼付面１１ａとガイド部剤１６の
端面１６ａとの平行度を各時間毎に電気マイクロメータ
を使用し、測定した。その結果を表２に示す。

【００３８】表２の結果より、耐薬品性のＯリング１８
でシールされたウェーハ研磨冶具１１は各薬液に浸漬し
ても貼付面１１ａとガイド部材１６の端面１６ａの平行
度は大きな変化が見られなかったが、Ｏリング１８でシ
ールされていない接着剤２１のみで固定された冶具は長
時間の浸漬では精度が劣化し、接着剤２１が剥がれるも
のもあった。

【００３９】これより、本発明のウェーハ研磨治具１１
においてＯリング１８を用いれば高い耐食性が示され、
シリコンや化合物半導体等の半導体ウェーハの研磨に限
らず、石英基板やガラス基板あるいは磁気ディスク基板
といった高精度を要求される板状ワークの研磨にも用い
ることが可能である。

【００４０】

【表２】

【００４１】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ウェーハ
貼付面を有するセラミックス製貼付板の外周に、上記ウ
ェーハの仕上がり厚みと同じ突出高さのセラミックス製
ガイド部材を接合し、上記ウェーハ貼付面と、ガイド部
材の上面の平行度を２μｍ以下とすることにより、研磨
時に発生する研磨ムラをなくすことができ、ウエーハの
平坦度を向上させることができる。

【００４２】また、上記貼付板とガイド部材を接着剤で
接合するとともに、Ｏリングを介在させてシールする構
造とすることにより、上記分割部が直接薬液やスラリー
が接着剤に触れない構造とすることにより、研磨時に使
用されるスラリー等により接着剤が剥がれたり、腐食し
たりして、ウェーハ貼付部とガイド部との接着が外れた
り、接着剤の一部が研磨中に出てきてウェーハにキズを
付けたりするのを防止することができる。

【００４３】また本発明のウェーハ研磨治具の製造方法
は、セラミックス製貼付板の貼付面とその裏面との平行
度が１μｍ以下となるように加工した後、上記貼付板の
外周にセラミックス製ガイド部材を接合し、このガイド
部材の端面と貼付板の裏面との平行度が１μｍ以下とな
るように加工することにより、ウェーハ貼付面とガイド
部材の端面との平行度を２μｍ以下に仕上げることが可
能となる。

【００４４】そして、上定盤と下定盤の間に上記ウェー
ハ研磨治具を配置してウェーハ研磨装置を構成したこと
により、高精度なウェーハ研磨冶具を提供することがで
きる。

【００４５】従って、本発明のウェーハ研磨冶具を用い
れば、ウェーハの研磨精度を向上させ、歩留りの高いウ
ェーハ加工を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウェーハ研磨冶具の断面図である。

【図２】本発明のウェーハ研磨治具を用いたウェーハ研
磨装置の概略分解斜視図である。

【図３】本発明のウェーハ研磨冶具を用いたウェーハ研
磨装置の概略断面図である。

【図４】従来のウェーハ研磨治具を示す断面図である。

【図５】従来のウェーハ研磨装置の概略断面図である。

【符号の説明】

１１：ウェーハ研磨冶具 １１ａ：貼付面 １２：ウェーハ １３：ワックス １４：下定盤 １５：研磨布 １６：ガイド部材、１６ａ：端面 １７：上定盤 １８：Ｏリング １９：貼付板 ２１：接着剤 ２２：保持具 ４０、４１：ウェーハ研磨装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 大輔 長野県更埴市大字屋代1393番地 長野電子 工業株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB04 CB01 DA17

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェーハ貼付面を有するセラミックス製貼
   付板の外周に、上記ウェーハの仕上がり厚みと同じ突出
   高さのセラミックス製ガイド部材を接合してなるウェー
   ハ研磨治具。
2. 【請求項２】上記ウェーハ貼付面と、ガイド部材の端面
   の平行度が２μｍ以下であることを特徴とする請求項１
   記載のウェーハ研磨治具。
3. 【請求項３】上記貼付板とガイド部材を接着剤で接合す
   るとともに、Ｏリングを介在させてシールする構造とし
   たことを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨治具。
4. 【請求項４】セラミックス製貼付板の貼付面とその裏面
   との平行度が１μｍ以下となるように加工した後、上記
   貼付板の外周にセラミックス製ガイド部材を接合し、こ
   のガイド部材の端面と貼付板の裏面との平行度が２μｍ
   以下となるように加工する工程からなるウェーハ研磨治
   具の製造方法。
5. 【請求項５】上定盤と下定盤の間に請求項１〜３のいず
   れかに記載のウェーハ研磨治具を配置してなるウェーハ
   研磨装置。