JP3940623B2 - 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

Description

【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１０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１２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、ウェーハ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１２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１０ａ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】
本発明のウェーハ研磨治具は、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、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り、上記貼付板と上記ガイド部材と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してウェーハ研磨治具を構成したものである。本発明のウェーハ研磨治具は、さらに上記ウェーハ貼付面と、上記ガイド部材の端面との平行度を２μｍ以下とすることが好ましい。
【００１２】
そして、本発明のウェーハ研磨装置は、上定盤と下定盤と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を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着剤で接合するとともに、Ｏリングを介在させてシールし、このガイド部材の端面と上記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１１ａ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１６ａ以上にウェーハ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１２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２１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１６ａ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１６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φ２１０ｍｍ、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２５ｍｍ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０．７ｍｍ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】
各ウェーハ研磨治具１１をそれぞれの薬液の入った容器内に浸け、貼付面１１ａとガイド部材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、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り、上記貼付板と上記ガイド部材と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、好ましくは上記ウェーハ貼付面と、上記ガイド部材の端面との平行度を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、ウェーハの平坦度を向上させることができる。
【００４２】
また、上記貼付板と上記ガイド部材と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、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、上記貼付板と上記ガイド部材との接着剤が外れたり、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によれば、セラミックス製貼付板を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着剤で接合するとともに、Ｏリングを介在させてシールし、このガイド部材の端面と上記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、上記貼付面と上記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、好ましくは上定盤と下定盤と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

Claims (4)

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、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り、上記貼付板と上記ガイド部材と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ウェーハ研磨治具。
2. 上記ウェーハ貼付面と、上記ガイド部材の端面との平行度が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. セラミックス製貼付板を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着剤で接合するとともに、Ｏリングを介在させてシールし、このガイド部材の端面と上記貼付面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。
4. 上定盤と下定盤との間に請求項１または２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。

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