JP4388454B2 - ワーク保持板並びに半導体ウエーハの製造方法及び研磨方法 - Google Patents
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近年のデバイスの高精度化に伴ない、デバイス作製に用いられる半導体ウェーハは非常に高精度に平坦化することが要求されている。このような要求に対し、半導体ウェーハの表面を平坦化する技術として、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)が用いられている。
一方、ワックス等の接着剤を用いずにウエーハを保持して研磨を行う、いわゆるワックスフリー研磨(ワックスレス研磨とも呼ばれる)方式の一つとして、軟質樹脂製の発泡シート等からなるバッキングパッドを備えた保持板を用いる方法がある。
しかし、バッキングパッドを用いてウエーハWの研磨を行う場合、ウエーハWの中央部が薄くなり、平坦度が悪化する場合がある。
この保持板41では、本体を構成するセラミックスプレート42に、両面粘着テープ43を介してバッキングパッド44が貼り付けられている。また、バッキングパッド44のウエーハWを保持する側には、ウエーハWを収容して位置決めするための円形孔を有するテンプレート45が設けられている。
バッキングパッド44は発泡構造となっており、パッド44の内部、及びウエーハWとパッド44との間には気泡(エア)47及び水等が存在する(図6(A))。
このように、従来の一般的なバッキングパッドを用いて研磨を行った場合、ウエーハの中央部が凹状になり、平坦度を悪化させるという問題がある。
また、溝加工したバッキングパッド54を備えた保持板51を用いてウエーハの研磨を行うと、バッキングパッド54の溝パターンがウエーハWに転写して高い平坦度が達成できないという問題もある。
なお、このような平坦度の問題は、デバイス製造工程において、半導体ウエーハの表面に形成したシリコン酸化膜等の層間絶縁膜を研磨により平坦化する場合も同様である。
また、バッキングパッドには、貫通孔が形成されているだけで溝のような複雑な凹凸は形成されていないので、劣化し難く、寿命が長いものとなる。
このようなテンプレートを備えていれば、研磨の際、ワークのズレやハズレを確実に防ぎ、安定して研磨を行うことができるものとなる。
バッキングパッドに上記のような貫通孔が設けられていれば、エア及び水等の排出が確実に行われるとともに、研磨中、バッキングパッドの貫通孔に基づく凹凸がウエーハに転写することを確実に防ぐことができるものとなる。また、上記のような貫通孔であれば、バッキングパッドの劣化も確実に防止あるいは抑制することができる。
保持板本体に上記のような溝が設けられていれば、エア及び水等の排出が確実に行われるとともに、研磨中、溝パターンがウエーハに転写することを確実に防ぐことができるものとなる。
本発明に係るワーク保持板を用いて半導体ウエーハの研磨を行えば、ウエーハ中央部の凹形状や溝パターンの転写を防止して極めて高い平坦度を達成することができ、デバイス歩留りの向上につながる半導体ウエーハを製造することができる。
すなわち、半導体デバイス作製工程においてウエーハの表面に層間絶縁膜を形成した後、その表面を平坦化するためにCMPが行われる場合があるが、このようなデバイス工程でのウエーハの研磨にも本発明に係るワーク保持板を用いることにより極めて高い平坦度を達成することができる。
また、バッキングパッドには、溝のような複雑で大きな凹凸は形成されていないので、劣化し難く、寿命の長いものとなる。
本発明者らは、本発明の完成に先立ち、バッキングパッドを用いてシリコンウエーハの研磨を行った場合のウエーハの平坦度等について調査を行った。その結果、格子状に溝を形成したバッキングパッドを設けた保持板を用いてシリコンウエーハを研磨した場合、溝が形成されていない一般的なバッキングパッドを備えた保持板を用いた場合よりも、研磨後のウエーハの平坦度は向上していた。
保持板本体2は、セラミックス、ガラス等、加工精度が良好であり、硬質で平坦度の高いプレートにより構成することができる。そして、保持板本体2のバッキングパッド4が貼り合わされた側には、エア9及び水等を保持板1の外側に排除することができるように、本体2の側面で開放する溝7が形成されている。
溝7の断面形状も特に限定されないが、例えばU字形状とすれば、砥粒等が溝7に詰まることを効果的に防ぐことができる。
また、溝7の深さは、溝の断面形状や幅にもよるが、0.5mm以上5mm程度の範囲内であれば、エア9及び水等を確実に排出することができ、好ましい。
バッキングパッド4の貫通孔8は、保持板本体2の溝7に合わせた位置に設けられるので、その大きさや間隔は保持板本体2の溝7の幅や間隔にもよるが、バッキングパッド4に大きな貫通孔が形成されていると、貫通孔とその他の部分による凹凸がウエーハに転写するおそれがある。一方、貫通孔が小さすぎると、エア9及び水等が速やかに通過しなくなるおそれがある。従って、貫通孔8の直径は0.5〜1.5mmの範囲内、特に0.8mm程度とすることが好ましい。
ただし、バッキングパッド4に必要以上に多数の貫通孔8が形成されていると、バッキングパッド4の凹凸がウエーハWに転写するおそれがある。また、貫通孔8を多数形成させるとなると、保持板本体2の溝7の間隔は狭くする必要があるが、その場合、本体の溝とバッキングパッドの貫通孔との位置合わせが難しくなるおそれがある。従って、バッキングパッド4には、10〜15mmの範囲内の間隔で貫通孔8が設けられていることが好ましい。なお、貫通孔8は、必ずしも保持板本体2の全ての溝に沿って設けられている必要はなく、気泡や水を有効に排出できる範囲で溝に合わせて適宜設けられていれば良い。エア、水等はウエーハの中心部に溜まり易いので、パッド4の貫通孔8は、例えばウエーハの中心部付近(例えば半径1/2の領域)では比較的短い間隔とし、周辺部では広い間隔となるように設けても良い。
まず、保持板本体となるセラミックス製の円形プレートを用意し、プレートのウエーハを保持する側に、ダイヤモンドホイール等の工具を用いてU字形、凹形等の溝を格子状に形成する。
次いで、溝を形成した側に両面粘着テープ、両面粘着シート、接着剤等を介してバッキングパッドを貼り付ける。その後、図2に示したようにピン12を用い、保持板本体2の溝7の位置に合わせて、バッキングパッド4に所定の間隔で貫通孔をあける。
なお、テンプレートを設ける場合は、バッキングパッドはテンプレートの円形孔内でのみウエーハと接することになるので、テンプレートをバッキングパッドに貼り付けた後、円形孔の内側に位置する部分に貫通孔を形成しても良い。
また、テンプレートの円形孔は1つに限らず、保持板本体の大きさ、研磨するウエーハの大きさ等に応じ、複数の円形孔を有するテンプレートを設けることもできる。
そして、図1のように半導体ウエーハWの被研磨面とは反対側の面をバッキングパッド4と密着させて保持し、保持板1と定盤をそれぞれ回転させるとともに、研磨布6に研磨剤10を供給しながらウエーハWの被研磨面を研磨布6に摺接させる。研磨中、バッキングパッド4とウエーハWとの間にエア等が存在あるいは発生しても、バッキングパッド4の貫通孔8と保持板本体2の溝7を通じて保持板1の外側に速やかに排出されることになる。
さらに、軟質のバッキングパッドには貫通孔だけが形成されているので、劣化し難く、長寿命のものとなる。また、従来の研磨装置において、保持板さえ本発明の保持板と交換すれば、継続して使用することができるので、コスト面でも有利である。
チョクラルスキー法により直径200mm、方位<100>のシリコン単結晶を引上げ、これをスライスして同一製造ロットのエッチングウェーハを5枚用意した。
また、市販のバッキングパッド(フジボウ社製1000DM)を両面粘着テープ(材質PET)を介して上記セラッミクスプレートに貼り付けた。
さらに、テンプレートとして、ウエーハを5枚保持できるように5つの円形孔を有するものを用意し、バッキングパッドのウエーハを保持する側に貼り付けた。
そして、図3に示されるように、テンプレート26の5つの円形孔21,22,23,24,25のうち、3つの円形孔21,23,25の内側のバッキングパッドに対し、本体を構成するセラミックスプレートの溝の位置に合致するとともに、それぞれ間隔が10mm、15mm、20mmとなるようにピンで押し刺して貫通孔(直径0.8mm)27を形成した。
その結果を図4に示した。
また、バッキングパッドに20mmの間隔で貫通孔を形成した円形孔25で保持したウエーハは、10mm、15mm間隔の場合ほどではないが、貫通孔が無い場合と比べるとSFQRは明らかに改善されており、平坦度の向上が見られた。
例えば、上記実施形態では半導体ウエーハを研磨する場合について説明したが、石英基板等、高い平坦度が要求される他のワークの研磨にも本発明の保持板を適用することができる。また、本発明の保持板は、デバイス工程において半導体ウエーハの表面に層間絶縁膜が形成した後、層間絶縁膜を研磨して膜厚を均一にする場合にも適用することができる。
5…テンプレート、 6…研磨布、 7…溝、 8…貫通孔、 9…気泡(エア)、
10…スラリー。
Claims (7)
- ワークを研磨する際に該ワークを保持するための保持板であって、少なくとも保持板本体と、該保持板本体に貼り合わされたバッキングパッドとを有し、前記保持板本体におけるバッキングパッドが貼り合わされた側には前記保持板本体の最外周部に連通した溝が設けられ、前記バッキングパッドには前記保持板本体の溝の位置に合わせて、直径が0.5〜1.5mmの範囲内の貫通孔が設けられており、前記パッキングパッドに前記ワークの被研磨面とは反対側の面を密着させることにより該ワークを保持して研磨を行うものであることを特徴とするワーク保持板。
- 前記バッキングパッドのワークと密着させる側に、該ワークの位置決めをするテンプレートが設けられていることを特徴とする請求項1に記載のワーク保持板。
- 前記バッキングパッドに、前記貫通孔が10〜15mmの範囲内の間隔で設けられていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のワーク保持板。
- 前記保持板本体の溝の幅が、0.5〜1.5mmの範囲内にあることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載のワーク保持板。
- 前記保持板本体の溝の深さが、0.5mm以上であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載のワーク保持板。
- 半導体ウエーハを製造する方法であって、少なくとも前記請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のワーク保持板を用い、前記半導体ウエーハの片面を前記バッキングパッドと密着させて保持し、研磨布に研磨剤を供給しながら、前記ウエーハの被研磨面を前記研磨布に摺接させることにより研磨する工程を含むことを特徴とする半導体ウエーハの製造方法。
- 層間絶縁膜が形成された半導体ウエーハを研磨する方法であって、前記請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載のワーク保持板を用い、前記半導体ウエーハの片面を前記バッキングパッドと密着させて保持し、研磨布に研磨剤を供給しながら、前記ウエーハに形成された層間絶縁膜を前記研磨布に摺接させることにより研磨することを特徴とする半導体ウエーハの研磨方法。
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