JP2008060598A - ワックスレスマウント式研磨方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】保水したバックパッドによる半導体ウェーハの保持力をほとんど低下させず、半導体ウェーハの外周ダレを簡単かつ低コストで防ぐワックスレスマウント式研磨方法および装置を提供する。
【解決手段】バックパッド１５の中央部の表側にバックパッド１５と同素材で略円形状の中央部分バックパッド１６Ａを一体形成し、テンプレート１４の孔部内でバックパッド１５の中央部をその外周部より研磨布１３に向かって所定高さｄだけ突出させ、この状態で半導体ウェーハＷの研磨を行う。その結果、保水状態のバックパッド１５および中央部分バックパッド１６Ａによる半導体ウェーハＷの保持力をほとんど低下させず、半導体ウェーハＷの外周ダレを、簡単かつ低コストで防止できる。
【選択図】図３

Description

この発明はワックスレスマウント式研磨方法およびその装置、詳しくはワックスレスで保持した半導体ウェーハの表面に機械的化学的研磨を行うワックスレスマウント式の研磨技術に関する。

従来より、シリコンウェーハの研磨方法の一種として、ワックスレスマウント式研磨方法が知られている。この方法に用いられるワックスレスマウント式研磨装置は、図５に示すように、上面に研磨布１０５が張設された研磨定盤１０４と、下面にウェーハ固定用のテンプレート１０２が設けられた研磨ヘッド１０１とを備えている。このテンプレート１０２は、保水性を有する不織布製のバックパッド１０３を介して、研磨ヘッド１０１の下面に設けられている。
研磨時には、バックパッド１０３に純水を供給し、その表面張力によって、テンプレート１０２の孔部内に収容されたシリコンウェーハＷをその裏面側から保持する。このとき、シリコンウェーハＷは、その研磨面の全域をテンプレート１０２の端面から所定高さだけ下方に向かって突出されている。
そして、遊離砥粒を含む研磨剤を研磨布１０５の研磨作用面に供給しながら、研磨ヘッド１０１を研磨定盤１０４上で回転させることで、シリコンウェーハＷの研磨面が鏡面研磨される。

しかしながら、このような従来のワックスレスマウント式の研磨では、以下の不都合があった。
すなわち、バックパッド１０３がやわらかい不織布からなるので、バックパッド１０３の外周部における保形性が低下していた。
具体的には、研磨時のシリコンウェーハＷには、研磨ヘッド１０１側から面圧力が作用する。また、自転および公転による外力も加わる。この研磨ヘッド１０１の面圧力は、ミクロ的には面全域において均一ではない。

この発明は、保水したバックパッドによる半導体ウェーハの保持力をほとんど低下せずに、半導体ウェーハの外周ダレを簡単かつ低コストで防止することができるワックスレスマウント式研磨方法および装置を提供することを、その目的としている。
さらに、この発明は、既存の研磨装置であっても、簡単かつ低コストでこの発明の効果を有する研磨装置に変更することができるワックスレスマウント式研磨方法およびその装置を提供することを、その目的としている。

請求項１に記載の発明は、環状のテンプレートの内側の孔部に半導体ウェーハを収容するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘッドとの間にバックパッドを介在させて半導体ウェーハを研磨するワックスレスマウント式研磨方法において、前記バックパッドの中央部の表側に、該バックパッドと同じ素材からなる略円形状の中央部分バックパッドを一体形成し、前記テンプレートの孔部内で前記バックパッドの中央部を、その外周部より厚肉化することで、前記半導体ウェーハの中央部を、その外周部より研磨布に向かって所定高さだけ突出させた状態で保持して半導体ウェーハを研磨するワックスレスマウント式研磨方法である。
研磨布は、研磨定盤の露出面のうち、研磨ヘッドとの対向面に展張される。研磨布としては、硬質ウレタンパッド、ＣｅＯ₂ パッドなどが挙げられる。
研磨剤としては、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ（研磨砥粒）、アミン（加工促進剤）および有機高分子（ヘイズ抑制剤）などを混合したものを採用することができる。コロイダルシリカとは、珪酸微粒子の凝集が起こらないで１次粒子のまま水中に分散した透明または不透明の乳白色のコロイド液である。

半導体ウェーハは、代表的なシリコンウェーハ以外にも、例えばガリウム砒素ウェーハなど、各種のウェーハを採用することができる。
研磨ヘッドは、研磨定盤との対向面に１枚の半導体ウェーハが保持される枚葉式でもよいし、多数枚の半導体ウェーハが一括して保持されるバッチ式でもよい。また、この研磨ヘッドは、研磨布の表面に沿って往復運動する方式でもよいし、往復運動しない方式でもよい。往復運動する場合には、半導体ウェーハの外周部の一部を研磨布の外部にはみ出して研磨してもよいし、そうでなくてもよい。研磨ヘッドの使用台数は限定されない。１機でもよいし、複数機でもよい。
研磨ヘッドは、通常、研磨定盤の上方に対向配置されているが、これとは上下を反対にしてもよい。さらに、研磨ヘッドと研磨定盤との軸線方向をそれぞれ水平方向とした縦型の研磨装置でもよい。

テンプレートは、そのプレート内側に、半導体ウェーハの直径より若干大径な孔部を有している。この孔部に半導体ウェーハが収容される。このテンプレートの高さは限定されない。ただし、半導体ウェーハの厚さと略同じ高さか１〜２００μｍだけ半導体ウェーハが突出する高さが好ましい。
このテンプレートの素材は限定されない。例えば、ガラスエポキシ樹脂や、各種のセラミックスなどが挙げられる。
バックパッド（厚肉部分を含む）の素材は限定されない。例えばスウェード布などの不織布が挙げられる。また、その硬度も限定されない。
バックパッドの厚さは限定されない。ただし、２ｍｍ以下が好ましい。２ｍｍを超えると、バックパッドに硬度ムラが生じやすい。

テンプレートの孔部内でバックパッドの中央部を、その外周部より厚肉化する方法は限定されない。例えば、テンプレートの孔部内において、バックパッドの中央部を厚肉に一体形成してもよい。
バックパッドの厚肉化された中央部の厚さは限定されない。ただし、半導体ウェーハ中央部が、半導体ウェーハの最外周部よりも１〜２００μｍ突出する厚さが好ましい。

中央部分バックパッドの素材はバックパッドと同じ素材である。

請求項２に記載の発明は、環状のテンプレートの内側の孔部に半導体ウェーハを収容するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘッドとの間にバックパッドを介在させて半導体ウェーハを研磨するワックスレスマウント式研磨装置において、このバックパッドの中央部を厚肉化することで、半導体ウェーハの中央部をその外周部より研磨布に向かって所定高さだけ突出させる中央厚肉部を、前記半導体ウェーハの中央部とバックパッドとの間に配設し、この中央厚肉部は、前記バックパッドの中央部の表面に、前記バックパッドと同じ素材で一体形成された略円状の中央部分バックパッドであるワックスレスマウント式研磨装置である。

請求項３に記載の発明は、前記中央部分バックパッドは厚さ２００μｍ以下で、この中央部分バックパッドの直径は半導体ウェーハの直径より２ｍｍ以上小さい請求項２に記載のワックスレスマウント式研磨装置である。
中央部分バックパッドの厚肉部の厚さが２００μｍを超えると、半導体ウェーハの中央部がウェーハ外周部より突出する量が大きくなる。よって、半導体ウェーハの中央部の研磨量が増大し、半導体ウェーハに若干外周立ちが生じるおそれがある。
さらに、中央部分バックパッドの直径と半導体ウェーハの直径との差が２ｍｍ未満の場合には、半導体ウェーハの外周部を磨きすぎるおそれがある。

請求項１および請求項２の発明によれば、テンプレートの孔部内のバックパッドに半導体ウェーハを水の表面張力によって吸着し、通常の研磨を施す。このとき、半導体ウェーハの中央部が、バックパッドの厚肉部分によってその外周部より研磨布に向かって突出しているので、研磨中、ウェーハ中央部はその外周部に比べて、研磨布との単位時間当たりの接触面積および単位時間当たりの圧力が大きくなる。これにより、保水したバックパッドによる半導体ウェーハの保持力をほとんど低下せずに、半導体ウェーハの外周ダレを簡単かつ低コストで防止することができる。その結果、高平坦度な半導体ウェーハが得られる。よって、例えばＳＯＩウェーハを作製する際に、この外周ダレを原因としたボイドの発生を防ぐことができる。
そして、テンプレートの孔部内において、バックパッドの中央部の表側に、バックパッドと同じ素材で一体形成された略円形状の中央部分バックパッドを配置する。これにより、半導体ウェーハの中央部が、その外周部よりも所定高さだけ高く研磨布に向かって突出される。その結果、既存の研磨装置であっても、簡単かつ低コストで、バックパッドの中央部を厚肉化したこの発明の効果が得られる研磨装置に変更することができる。

請求項１および請求項２の発明によれば、テンプレートの孔部内において、バックパッドの中央部をその外周部より厚肉化して、半導体ウェーハの中央部をその外周部より研磨布に向かって所定高さだけ突出させたので、保水状態のバックパッドによる半導体ウェーハの保持力をほとんど低下せず、半導体ウェーハの外周ダレを簡単かつ低コストで防ぐことができる。これにより、高平坦度な半導体ウェーハを作製することができ、例えば張り合わせウェーハの製造時に、この外周ダレを原因とした半導体ウェーハと半導体ウェーハとの張り合わせ界面におけるボイドの発生を防止することができる。
そして、テンプレートの孔部内において、バックパッドの中央部の表側に、バックパッドと同じ素材で一体形成された略円形状の中央部分バックパッドを配置することで半導体ウェーハの中央部が、その外周部よりも所定高さだけ高く研磨布に向かって突出される。これにより、既存の研磨装置であっても、簡単かつ低コストで、バックパッドの中央部を厚肉化したこの発明の効果が得られる研磨装置に変更することができる。

以下、この発明の参考例を説明する。

図１は、この発明の参考例に係るワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。図２は、この発明の参考例に係るバックパッドの斜視図である。
図１において、１０はこの発明の参考例に係るワックスレスマウント式研磨装置である。この研磨装置１０は、研磨定盤１１と、これに対向して上方に配設された研磨ヘッド１２とを備えている。研磨定盤１１は、その上面に厚地のスポンジゴムを介して研磨布１３が展張されている。研磨ヘッド１２は、その下面に、ウェーハ固定用のテンプレート１４が設けられている。

研磨定盤１１および研磨ヘッド１２は円板形で、対向する各面はそれぞれ平坦面である。これらの研磨定盤１１および研磨ヘッド１２は、各回転軸を中心にして、図示しない回転手段によってそれぞれ回転する。この研磨ヘッド１２は、回転軸の昇降により上下動する。
テンプレート１４は円形のリング状のガラスエポキシ板である。テンプレート１４は、研磨ヘッド１２の下面に貼着されたバックパッド１５を介して、研磨ヘッド１２の下面に設けられている。テンプレート１４の厚さは、シリコンウェーハＷと略同じである。
図１および図２に示すように、バックパッド１５はスウェード製であり、厚さはパッド全域で均一である。研磨されるシリコンウェーハＷはＣＺウェーハである。

この参考例の特長は、テンプレート１４の孔部内において、バックパッド１５の外周部の表側に環状の外周部分バックパッド１６を配置し、シリコンウェーハＷの外周部を、シリコンウェーハＷの中央部よりも下方に向かって所定高さだけ突出させて研磨する点である。
外周部分バックパッド１６は、バックパッド１５の外周部だけを厚肉化させるもので、厚さ２００μｍ以下、半径方向の幅が５ｍｍ以下のリング形状を有するスウェード製のパッドである。外周部分バックパッド１６をテンプレート１４の内周に沿って、バックパッド１５の下面に貼着すると、研磨時に前記シリコンウェーハＷの外周部が、テンプレート１４の外縁面から高さｄだけ外方へ突出する。

次に、この参考例に係るワックスレスマウント式研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷのワックスレスマウント式研磨方法を説明する。
図１に示すように、シリコンウェーハＷの研磨時には、テンプレート１４および外周部分バックパッド１６をそれぞれ所定位置に装着し、バックパッド１５および外周部分バックパッド１６に純水などを所定量供給しておく。その後、シリコンウェーハＷをテンプレート１４に収容する。これにより、シリコンウェーハＷの裏面が、水の表面張力によりバックパッド１５に吸着・保持される。この際、シリコンウェーハＷの外周部が、外周部分バックパッド１６に吸着・保持される。
これにより、シリコンウェーハＷの中央部の表面（研磨面）は、テンプレート１４の下縁面と略同じ高さとなる一方、シリコンウェーハＷの最外周部の表面が、ウェーハ中央部よりも高さｄだけ下方に向かって突出する。
その後、砥粒を含む研磨剤を供給しながら、研磨ヘッド１２を研磨定盤１１上で自転および公転させ、シリコンウェーハＷの表面を研磨布１３により研磨する。

このような研磨を実施するので、シリコンウェーハＷの外周部はその中心部に比べて、研磨布１３との単位時間当たりの接触面積および単位面積当たりの圧力が大きくなる。その結果、シリコンウェーハＷの外周部の研磨量が、この中央部よりも増える。したがって、研磨前のエッチドウェーハの外周部の裏面形状がダレていても、研磨後、シリコンウェーハＷをバックパッド１５から剥離した時に、ウェーハ表面へのダレの転写によるシリコンウェーハＷの外周立ちの分だけ、あらかじめシリコンウェーハＷの外周部の表面が研磨される。これにより、シリコンウェーハＷの外周立ちが防止され、シリコンウェーハＷの表面の平坦性が改善される。その結果、例えばＳＯＩウェーハを作製する際、この外周立ちを原因とした活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ界面でのボイドの発生を防ぐことができる。
しかも、この参考例では、テンプレート１４の孔部内において、バックパッド１５の表側にバックパッド１５とは別体である外周部分バックパッド１６を貼着している。そのため、既存の研磨装置であっても、簡単かつ低コストで上述した効果を有する研磨装置に変更することができる。

次に、図３および図４に基づき、この発明の実施例を説明する。
図３は、この発明の実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。図４は、この発明の実施例に係るバックパッドの斜視図である。
図３および図４に示すように、この実施例のワックスレスマウント式研磨装置２０の特長は、参考例の外周部分バックパッド１６に代え、バックパッド１５の中央部の表側に略円形状の中央部分バックパッド１６Ａを配置した点である。これにより、シリコンウェーハＷの中央部の研磨量がウェーハ外周部よりも大きくなる。

中央部分バックパッド１６Ａは、バックパッド１５の中央部だけを厚肉化させるもので、厚さ２００μｍ以下、シリコンウェーハＷの直径より２ｍｍ以上小径な略円形状のパッドである。中央部分バックパッド１６Ａを、バックパッド１５の中央部の下面に貼着することで、研磨時にシリコンウェーハＷの中央部が、テンプレート１４の外縁面から高さｄだけ外方へ突出する。これにより、ウェーハ中央部はその外周部に比べて、研磨布１３との単位時間当たりの接触面積および単位面積当たりの圧力が大きくなる。その結果、保水したバックパッド１５によるシリコンウェーハＷの保持力をほとんど低下せずに、シリコンウェーハＷの外周ダレの発生を、簡単かつ低コストで防止することができる。その結果、平坦度が高いシリコンウェーハＷを得ることができる。よって、例えばＳＯＩウェーハを作製する際に、この外周ダレを原因とする活性層用ウェーハと支持基板用ウェーハとの張り合わせ界面でのボイドの発生を防ぐことができる。
また、テンプレート１４の孔部内において、バックパッド１５の中央部に略円形状の中央部分バックパッド１６Ａを配置したので、既存の研磨装置であっても、簡単かつ低コストで、バックパッド１５の中央部が厚肉なこの発明の効果が得られる研磨装置に変更することができる。
その他の構成、作用および効果は、参考例と略同様であるので、説明を省略する。

この発明の参考例に係るワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。 この発明の参考例に係るバックパッドの斜視図である。 この発明の実施例に係るワックスレスマウント式研磨装置の縦断面図である。 この発明の実施例に係るバックパッドの斜視図である。 従来手段に係るワックスレスマウント式研磨方法が適用された研磨装置の研磨中の状態を示す縦断面図である。

符号の説明

１０，２０ ワックスレスマウント式研磨装置、
１２ 研磨ヘッド、
１３ 研磨布、
１４ テンプレート、
１５ バックパッド、
１６Ａ 中央部分バックパッド、
Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims (3)

1. 環状のテンプレートの内側の孔部に半導体ウェーハを収容するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘッドとの間にバックパッドを介在させて半導体ウェーハを研磨するワックスレスマウント式研磨方法において、
   前記バックパッドの中央部の表側に、該バックパッドと同じ素材からなる略円形状の中央部分バックパッドを一体形成し、前記テンプレートの孔部内で前記バックパッドの中央部を、その外周部より厚肉化することで、前記半導体ウェーハの中央部を、その外周部より研磨布に向かって所定高さだけ突出させた状態で保持して半導体ウェーハを研磨するワックスレスマウント式研磨方法。
2. 環状のテンプレートの内側の孔部に半導体ウェーハを収容するとともに、この半導体ウェーハと研磨ヘッドとの間にバックパッドを介在させて半導体ウェーハを研磨するワックスレスマウント式研磨装置において、
   このバックパッドの中央部を厚肉化することで、半導体ウェーハの中央部をその外周部より研磨布に向かって所定高さだけ突出させる中央厚肉部を、前記半導体ウェーハの中央部とバックパッドとの間に配設し、
   この中央厚肉部は、前記バックパッドの中央部の表面に、前記バックパッドと同じ素材で一体形成された略円状の中央部分バックパッドであるワックスレスマウント式研磨装置。
3. 前記中央部分バックパッドは厚さ２００μｍ以下で、この中央部分バックパッドの直径は半導体ウェーハの直径より２ｍｍ以上小さい請求項２に記載のワックスレスマウント式研磨装置。

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