JP2014207450A - 同時両面研磨により半導体ウエハを研磨する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＤＳＰが行われた後に半導体ウエハの平面性を向上させる手法を提供する。
【解決手段】研磨装置の下方研磨パッド４と上方研磨パッド３との間の間隙において同時両面研磨によって半導体ウエハを研磨する方法に関し、目直し器具を用いて一方または両方の研磨パッドを目直しするステップと、目直しの後に間隙において半導体ウエハを研磨するステップとを含み、目直し時において、目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドから目直し器具への距離は、この研磨パッドの内縁において、この研磨パッドの外縁における対応する距離とは異なる。
【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明
本発明は、研磨剤を供給しながら研磨装置の下方研磨パッドと上方研磨パッドとの間の間隙において同時両面研磨によって半導体ウエハを研磨する方法に関し、下方研磨パッドは下方研磨板を覆い、上方研磨パッドは上方研磨板を覆い、研磨板および研磨パッドは内縁と外縁とを有する。方法は、一方または両方の研磨パッドを目直し器具を用いて目直しするステップと、目直しの後に間隙において半導体ウエハを研磨するステップとを含む。

半導体ウエハ、特に単結晶シリコンからなる半導体ウエハは、電子部品を製造するための基本材として必要である。このような部品の製造者は、納品される半導体ウエハの前側および後側が可能な限り平坦かつ平行であることを求めている。この要件を満たすために、このような半導体ウエハを製造するための処理工程には従来より半導体ウエハの研磨が含まれる。半導体ウエハの前側および後側を研磨剤を用いて同時に研磨する両面研磨（ＤＳＰ）が特に適している。ＤＳＰ時において、半導体ウエハは、さらなる半導体ウエハとともに下方研磨パッドと上方研磨パッドとの間の間隙に置かれる。研磨パッドの各々は、対応する下方研磨板および上方研磨板を覆う。半導体ウエハは、ＤＳＰ時において、半導体ウエハをガイドおよび保護するキャリアの開口内に置かれる。キャリアは、外側に歯の付いたディスクであって、研磨装置の内側と外側の歯車またはピンギヤの間に配置される。歯車またはピンギヤは、以下では駆動ギヤという。研磨時において、キャリアは、キャリアの中間部および研磨盤の中間部を中心に、内側駆動ギヤまたは内側および外側ギヤによって回転動作を行う。さらに、研磨板は、通常はそれらの軸を中心に反対方向に回転し、これにより、半導体ウエハの研磨される側の点が対応する研磨パッド上でサイクロイド軌道を描くというＤＳＰの運動学的特徴が得られる。

最初に使用する前、および摩耗がある程度に達した後に、下方研磨パッドおよび上方研磨パッドの目直しが通常行われる。目直し時において、研磨パッドの作業状態を好ましくするために、研磨パッドの表面は粗くされ、若干の材料の摩耗が引き起こされる。

米国特許出願公開第２０１２／０１８９７７７号Ａ１によれば、研磨板に対して成形目直し（形直し）を施すと有利であり、これによって研磨パッド間の間隙が可能な限り均一に幅広くなる。さらに、研磨パッドを目直しするためにキャリアが目直しリングと置き換えられることが記載されている。目直しは冷却潤滑剤を用いて行われ、目直しリングは、半導体ウエハが挿入されていない状態で、ＤＳＰの運動と同様の動きで下方研磨パッドおよび上方研磨パッドに上を移動する。

米国特許出願公開第２０１２／０１８９７７７号Ａ１

本発明の目的は、ＤＳＰが行われた後に半導体ウエハの平面性を向上させる手法を提供することにある。

この目的は、研磨剤を供給しながら研磨装置の下方研磨パッドと上方研磨パッドとの間の間隙において同時両面研磨によって半導体ウエハを研磨する方法によって達成され、下方研磨パッドは下方研磨板を覆い、上方研磨パッドは上方研磨板を覆い、研磨板および研磨パッドは内縁と外縁とを有し、方法は、目直し器具を用いて、１つの研磨パッド、または第１の研磨パッドおよび後続の他の研磨パッドを目直しするステップを含み、目直しされる研磨パッドで覆われる研磨板は回転し、目直し器具は、目直しされる研磨パッドの内縁から外縁に延在するように間隙内に取り付けられ、方法はさらに、目直しの後に間隙において半導体ウエハを研磨するステップを含み、目直し時において、目直しされる研磨パッドの反対側に置かれる研磨パッドから目直し器具への距離は、この研磨パッドの内縁において、この研磨パッドの外縁における対応する距離とは異なる。

発明者は、特に半導体ウエハの縁領域における平面性を向上させるためには、半導体ウエハにＤＳＰを施し、この場合においては研磨パッドの内縁から外縁への間隙の幅を同じ幅に維持する代わりに変更することが有利であることを発見した。間隙の幅は、下方研磨パッドと上方研磨パッドとの間の距離である。この幅は、線形で異なるのが好ましい。間隙は、研磨パッドの内縁の方が研磨パッドの外縁よりも広く、くさび形の形状であるのが好ましい。研磨パッドの内縁における間隙の幅を研磨パッドの外縁における間隙の幅と比較した場合、間隙の幅の差の量は、１０μｍから２５０μｍであり、好ましくは３０μｍから１５０μｍである。目直しされた研磨パッドは、好ましくは内縁が外縁よりも薄いのが好ましい。

間隙の好ましい形状は、目直し器具を用いて一方または両方の研磨パッドを目直しすることによって達成される。両方の研磨パッドが目直しされる場合、下方研磨パッドまたは上方研磨パッドが最初に目直しされ、目直しされた研磨パッドの反対側にある研磨パッドが続いて目直しされる。

目直し器具は、複数の目直しリングを含むのが好ましく、３つの目直しリングを含むのが特に好ましい。リングは、内側駆動ギヤと外側駆動ギヤとの間にキャリアの代わりに置かれる。各目直しリングは、目直しされる研磨パッドに向けられた上方側を有し、研削体が設けられる。下に設けられる下方側にも同様に研削体が設けられる。研削体は、研磨作用を有する材料を含み、好ましくはダイヤモンド、立方晶窒化硼素、鋼玉石、または炭化ケイ素の粒である。平均粒径は、６０μｍから３００μｍであるのが好ましい。

目直し器具は、目直しされる研磨パッドの内縁から外縁へ延在する。本発明によれば、目直し時において、目直し器具から目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドへの距離は、この研磨パッドの内縁において、この研磨パッドの外縁における対応する距離とは異なる。これは、目直し器具が水平位置から傾斜して配置されるように取り付けられることによって達成される。好ましくは、目直し器具と目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドとの間にスペーサが置かれる。目直し器具と目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドとの間の距離は、この研磨パッドの内縁において、この研磨パッドの外縁よりも大きい。これは、研削体によって形成される目直し器具の表面と目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドの表面との間の距離である。

一実施形態によれば、スペーサは、目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドに担持される１つ以上のリングを含む。このようなスペーサリングは、研磨パッドの内縁から外縁に延在する。研磨パッドの内縁において、スペーサリングは、研磨パッドの外縁における厚さよりも好ましくは大きい厚さを有する。目直し器具は、研磨パッドの内縁および外縁の領域内においてスペーサに担持される。これにより、目直し器具と目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドとの間の距離は、この研磨パッドの内縁において研磨パッドの外縁よりも大きい。

好ましくは、３つのスペーサが設けられ、これらは目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッド上において均一に分散して担持される。スペーサは、スペーサの捻りに対する対抗手段として作用する棒によって互いに接続されるのが好ましい。

研磨パッドを目直しするために、研磨板が閉じられ、目直しされる研磨パッドによって覆われる研磨板が回転する。他方の研磨板は回転しない。さらに、本発明に基づき取り付けられる目直し器具は、その中間部を中心に内側駆動ギヤもしくは外側駆動ギヤ、または両方によって回転する。上方研磨板は、全体的に垂下し、回転する目直し器具と研磨板との相対移動を可能とし、目直しされる研磨パッドの全表面がこれによって加工される。

他の実施形態によれば、スペーサは、目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッド上に担持される単一のリングである。このスペーサリングは、研磨パッドの内縁と内側駆動ギヤとを囲う。目直し器具は、研磨パッドの内縁の領域においてスペーサ上に担持され、研磨パッドの外縁の領域において研磨パッド上に担持される。この研磨パッドの内縁において、目直し器具と目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドとの間の距離は、目直し器具の厚さとスペーサの厚さとの合計に等しい。研磨板の外縁において、距離はスペーサの厚さ分だけ小さい。

目直しは、冷却潤滑剤を用いて行われる。
一方または両方の研磨パッドの目直しに続き、キャリアにある半導体ウエハに対して、研磨パッドの間の間隙において同時両面研磨が施され、一方の研磨が行われている間に複数の半導体ウエハが同時に研磨される。再び本発明に係る目直しが一方の研磨パッドまたは両方の研磨パッドに対して行われる前に、複数の研磨が行われる。間隙の形状が所望のくさび型を保持している間は、後続の目直しは行われない。不均一な研磨による摩耗によって、複数の研磨された半導体ウエハに関して期待される研磨が満たされない場合、間隙の好ましい形状を回復させる必要がある。この場合において、さらなる目直しサイクルが行われる。研磨パッドは、前もって交換する必要があり得る。

本発明は、添付の図面を用いて説明される。

本発明の第１の実施形態に係る研磨パッドの目直しの際の目直し器具の配置を示す断面図である。 目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドの図１に係る配置を示す平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る研磨パッドの目直しの際の目直し器具の配置を示す断面図である。 目直しされる研磨パッドの反対側にある研磨パッドの図３に係る配置を示す平面図である。 くさび形状を有する間隙におけるＤＳＰの際の半導体ウエハの配置を示す断面図である。

図１によれば、下方研磨板２および上方研磨板１は、内縁から外縁へ径方向に延在し、それぞれの研磨盤を覆う下方研磨パッド４および上方研磨パッド３も同様に延在する。下方研磨パッド４は、環状の表面を形成し、研磨装置の内側ピンギヤ６に内縁で接合し、研磨装置の外側ピンギヤ７で外縁に接合する。３つの目直しリング１１が均一に分散した状態で下方研磨パッド４に置かれる。目直しリング１１は、プラスチックからなるスペーサリング１４上にそれぞれ担持される。スペーサリングは、くさび形状の断面を有する。スペーサリング１１は、目直しされる上方研磨パッド３の内縁から外縁に延在し、周囲に歯１２を有し、これらの歯１２は内側および外側ピンギヤ６，７のピンに係合する。

スペーサリング１１の上方側には研削体１３が設けられる。上方研磨パッドの目直しの際、上方研磨パッド１は回転軸５を中心に回転する。下方研磨パッド２は、この際に静止する。研磨パッドの内縁における下方研磨パッド４とスペーサリング１１との間の距離Ｄ_ｉは、研磨パッドの外縁における対応する距離Ｄ_ｏよりも大きい。

研磨パッド４の内縁および外縁において異なる厚さを有するスペーサリング１４の断面のくさび形の構成により、スペーサリング１１は目直しの際に水平に対して傾斜した位置を取る。これにより、目直しの際に引き起こされる上方研磨パッド３からの材料の研磨は、径方向の位置に依存する。その研磨は、研磨パッドの内縁から研磨パッドの外縁に向けて減少する。

続いて下方研磨パッド４に対しても目直しすることが意図される場合、目直しリング１１およびスペーサリング１４が１８０°回転され、研磨パッドの間の間隙に配置され、下方研磨パッド２は目直しの際に上方研磨パッド１の代わりに回転する。

図２は、目直しされる研磨パッド３の反対にある下方研磨パッド４の平面図において、目直しリング１１およびスペーサリング１４の配置を示す図である。スペーサリング１４は、棒１６によって互いに接続され、研磨パッドの目直しの際に回転動作をスペーサリングが行わないようにする。

図３に係る実施形態は、下方研磨パッド４の内縁の周りおよび内側駆動ギヤ６の周りに位置するスペーサとして単一のスペーサリング１７が使用される点において、図１に係る実施形態とは異なる。スペーサリング１７は、均一な厚さを有する。この実施形態における目直し器具は目直しリング１８であり、これは他の実施形態における目直し器具よりも厚く、硬度も高い。目直しリング１８は、下方研磨パッド４の内縁の領域においてスペーサリング１７上に担持され、下方研磨パッド４の外縁の領域において下方研磨パッド４上に担持される。好ましくは、３つのこのような目直しリング１８が設けられる。下方研磨パッドの内縁における目直し器具１１と目直しされる研磨パッド３の反対側にある下方研磨パッド４との間の距離Ｄ_ｉは、下方研磨パッド４の外縁における対応する距離Ｄ_оよりも大きい。厚さの差は、スペーサリング１７の厚さの差に対応する。

図４は、下方研磨パッド４の平面図における目直しリング１８の配置を示す。目直しリング１８は、下方研磨パッド４の内縁の領域においてスペーサリング１７上に担持される。スペーサリング１７は、下方研磨パッド４の内縁と内側駆動ギヤ６とを囲う。

図５は、くさび形を有する間隙におけるＤＳＰの際の半導体ウエハ１０の配置を示す断面図である。くさび形の形状は、上記の方法によって研磨パッドが目直しされる操作が２つ連続して行われる結果として得られる。半導体ウエハはキャリア８の凹部に置かれる。キャリアは外側歯９を有し、この外側歯９は内側ピンギヤ６および外側ピンギヤ７に係合する。研磨パッド内縁における間隙の幅Ｗ_ｉは、研磨パッドの外縁における間隙の幅Ｗ_ｏよりも大きい。研磨パッドは内縁のほうが外縁よりも薄い。ＤＳＰ時において、研磨パッドは、回転軸５を中心に反対方向に回転する。

Claims (4)

1. 研磨剤を供給しながら研磨装置の下方研磨パッドと上方研磨パッドとの間の間隙において同時両面研磨によって半導体ウエハを研磨する方法であって、前記下方研磨パッドは下方研磨板を覆い、前記上方研磨パッドは上方研磨板を覆い、前記研磨板および前記研磨パッドは内縁と外縁とを有し、方法は、
   目直し器具を用いて、１つの研磨パッド、または第１の研磨パッドおよび後続の他の研磨パッドを目直しするステップを備え、目直しされる前記研磨パッドで覆われる前記研磨板は回転し、前記目直し器具は、目直しされる前記研磨パッドの前記内縁から前記外縁に延在するように前記間隙内に取り付けられ、方法はさらに、
   前記目直しの後に前記間隙において半導体ウエハを研磨するステップを備え、前記前記目直し時において、目直しされる前記研磨パッドの反対側に置かれる前記研磨パッドから前記目直し器具への距離は、この研磨パッドの前記内縁において、この研磨パッドの前記外縁における対応する距離とは異なる、方法。
2. 前記目直しが再び行われる前に１つ以上の研磨方法が行われる、請求項１に記載の方法。
3. 前記研磨パッドの前記内縁における前記間隙の前記幅が前記研磨パッドの前記外縁よりも大きい態様は、前記目直し時に前記間隙に与えられる、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記目直し器具は１つ以上のリングを含み、リングは、前記研磨装置の内側駆動ギヤと外側駆動ギヤとの間に位置し、前記リングの中間部を中心に前記内側駆動ギヤ、前記外側駆動ギヤ、または前記内側および外側駆動ギヤによって回転する、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。