JPH10296627A - 研磨装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空チャック装置の吸着部材を長期にわたっ
て安定して使用できるようにすると共に、半導体ウエハ
ーの研磨工程における歩留まりを向上させることができ
る研磨装置及び方法を提供する。 【解決手段】 多孔質で通気性を有し円板状に形成され
た吸着部材２１を介して、被研磨物（半導体ウエハー）
３を負圧により吸着する真空チャック１５を具備する研
磨装置において、吸着部材２１の厚さを２ｍｍ〜８ｍｍ
位に設定することにより、従来の吸着部材の厚さ（１０
ｍｍ〜２０ｍｍ）よりも大幅に薄くすることができる。
このため、砥粒入り研磨剤４や粉状生成物１０が吸着部
材２１内に長く留まることを防止でき、吸着部材２１は
目詰まりを起こし難くなって、長期にわたって安定して
使用することができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウエ
ハー（基板）等の被研磨物を研磨する研磨装置に関し、
特に真空チャックにより被研磨物を吸着して研磨する研
磨装置及び方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】このような従来の研磨装置としては、例
えば図９に示すようなものがある。同図において、符号
１は研磨定盤であり、この研磨定盤１の上面には研磨作
用を行う研磨パッド５が貼り付けられていて、これらは
一体的に回転できるようになっている。

【０００３】符号１５は真空チャック装置であり、この
真空チャック装置１５の、伏せた碗状に形成されたケー
シング１７の開口部には、吸着部材２が設けられてい
る。この吸着部材２は、多孔質で通気性を有するセラミ
ック材により形成され、直径がケーシング１７の開口の
内径に嵌合するような円板状に形成されている。

【０００４】ケーシング１７の上面にはプレッシャープ
レート８が一体的に設けられており、このプレッシャー
プレート８の中心部には球面軸受６を介して回転自在に
パイプ状の加圧軸７が連結されている。この加圧軸７の
一端部においてはその軸孔７ａがケーシング１７の吸着
部材２より内側の空間１７ａと連通しており、その他端
部においてはその軸孔７ａが真空ポンプ２２の負圧室
（負圧源）と連通している。

【０００５】真空チャック装置１５の吸着部材２の外側
には半導体ウエハー（被研磨物）３が配置され、この半
導体ウエハー３は真空ポンプ２２によりケーシング１７
の空間１７ａが負圧にされることにより、多孔質で通気
性を有する吸着部材２の表面に吸着されて保持される。
このように吸着保持された半導体ウエハー３は、プレッ
シャープレート８により研磨パッド５上に押圧力を加え
られると共に、研磨パッド５に対して相対回転するよう
になっている。

【０００６】研磨定盤１の研磨パッド５の上面中央部に
は、駆動ポンプ２４により研磨砥粒タンク２６からの砥
粒入り研磨剤４が供給され、この砥粒入り研磨剤４は半
導体ウエハー３と研磨パッド５との間に浸入して、半導
体ウエハー３の研磨を行うのに用いられる。

【０００７】このような従来の研磨装置の動作につい
て、図１０のフローチャートに基づいて説明する。まず
ウエハーキャリア（図示せず。半導体ウエハー３を収納
して上下動する容器）から半導体ウエハー３を搬出した
ら（ステップＳ１）、その半導体ウエハー３を真空チャ
ック装置１５の吸着部材２の表面に負圧により吸着させ
る（ステップＳ２）。

【０００８】そして研磨定盤１を真空チャック装置１５
の吸着部材２に対して相対回転させると共に、研磨パッ
ド５と半導体ウエハー３の間に砥粒入り研磨剤４を浸入
させて供給することにより、半導体ウエハー３の研磨作
業を行う（ステップＳ３）。

【０００９】このような研磨作業が完了したら、真空チ
ャック装置１５による半導体ウエハー３の吸着を解除し
（ステップＳ４）、それから半導体ウエハー３の両面を
洗浄剤やベルクリンブラシ等を用いて洗浄する（ステッ
プＳ５）。そして上記洗浄が終わったら、半導体ウエハ
ー３を再びウエハーキャリアに搬入させる（ステップＳ
６）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の研磨装置においては、吸着部材２の直径は２
００ｍｍ位であると共に、吸着部材２の厚さは必要な強
度を持たせるために１０〜２０ｍｍ位となっている。こ
のように吸着部材２の厚さは、必要な強度を持たせるた
めに比較的厚くせざるを得ないため、次のような問題点
を有していた。

【００１１】すなわち、図１１，１２に示すように、研
磨中又はその終了時に、半導体ウエハー３の周縁部とケ
ーシング１７の開口部との間のわずかな隙間から、ケー
シング１７の空間１７ａの負圧に吸引されて大気が吸着
部材２内に浸入する真空洩れにより、使用後の砥粒入り
研磨剤４が、研磨によって生じた粉状生成物１０と共に
吸着部材２内に浸透する。

【００１２】このように浸透した砥粒入り研磨剤４や粉
状生成物１０は、吸着部材２が厚いために途中に留ま
り、時間と共に増加する。そして砥粒入り研磨剤４や粉
状生成物１０は、吸着部材２の周部の多孔質部分から奥
に浸み込むと共に、その多孔質部分に充填して、乾燥す
ると固化して目詰まりを起こす。このため、吸着部材２
の周部はその中心部に比べて真空吸着度が劣化し、半導
体ウエハー３はその中心部と周部とでは均一な厚さの研
磨面を得ることができなくなってしまう。

【００１３】また、通常使用されるコロイダルシリカ系
の砥粒入り研磨剤４では、吸着部材２内に浸透した後乾
燥により固化して、内部に固着することにより除去でき
なくなり、使用できなくなってしまうので、吸着部材２
は長期にわたって安定して使用することができなくなっ
てしまう。このような現象は、吸着部材２の厚さが厚く
なるほど顕著となる傾向にある。

【００１４】また、このような研磨に通常使用されるコ
ロイダルシリカ系の砥粒入り研磨剤４は、吸着部材２や
半導体ウエハー３の表面で乾燥すると、固化して部分的
に凸起物を生成する。図１３に示すように、そのような
凸起物１２をそのままにして半導体ウエハー３を吸着部
材２に吸着させて研磨すると、半導体ウエハー３は硬い
セラミック材の吸着部材２の表面に均一に吸着されず、
半導体ウエハー３の凸起物１２と反対側（研磨パッド５
側）の面が局部的に膨出する。

【００１５】このため研磨当初は、その半導体ウエハー
３の膨出した部分が周囲よりも先に研磨されるため、研
磨終了後の半導体ウエハー３のその膨出した部分の厚さ
は他の部分より薄くなって、厚さにムラが生じて不良品
となってしまい、半導体ウエハー３の研磨工程における
歩止まりを悪化させるという問題がある。

【００１６】そこで本発明は、真空チャック装置の吸着
部材を長期にわたって安定して使用できるようにすると
共に、半導体ウエハーの研磨工程における歩止まりを向
上させることができる研磨装置及び方法を提供すること
を課題とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による研磨装置は、多孔質で通気性を有し円
板状に形成された吸着部材を介して被研磨物を負圧によ
り吸着する真空チャックを具備する研磨装置において、
前記吸着部材の厚さを２ｍｍ〜８ｍｍ位に設定する構成
とし、また、本発明による研磨方法は、真空チャックの
吸着部材に被研磨物を負圧により吸着して研磨するに際
し、前記吸着する前に被研磨物の前記吸着部材に吸着さ
れる側の面から付着凸起物を除去する処理を施す手順を
有することを特徴とし、さらに、本発明による研磨方法
は、真空チャックの吸着部材の表面に被研磨物を吸着し
て研磨し、前記吸着部材から被研磨物を外した後で、前
記吸着部材の被研磨物が吸着される側の表面から付着凸
起物を除去する処理を施す手順を有することを特徴とす
るものである。

【００１８】上記構成の研磨装置によれば、吸着部材の
厚さを２ｍｍ〜８ｍｍ位に設定することにより、従来の
吸着部材の厚さよりも大幅に薄くすることができる。こ
のため、砥粒入り研磨剤や粉状生成物が吸着部材内に長
く留まることを防止でき、吸着部材は目詰まりを起こし
難くなって、長期にわたって安定して使用することがで
きるようになる。この結果、半導体ウエハー等の被研磨
物の加工精度を向上させることができる。

【００１９】また上記研磨方法によれば、真空チャック
の吸着部材に被研磨物を負圧により吸着して研磨するに
際し、前記吸着する前に被研磨物の前記吸着部材に吸着
される側の面から付着凸起物を除去する処理を施すこと
により、吸着部材に吸着された半導体ウエハーの研磨面
が局部的に膨出するのを防止して、研磨により厚さにム
ラが生じるのを防止でき、半導体ウエハー等の研磨工程
における歩留まりを向上させることができる。

【００２０】さらに上記研磨方法によれば、真空チャッ
クの吸着部材の表面に被研磨物を吸着して研磨し、前記
吸着部材から被研磨物を外した後で、前記吸着部材の被
研磨物が吸着される側の表面から付着凸起物を除去する
処理を施すことにより、やはり吸着部材に吸着された半
導体ウエハーの研磨面が局部的に膨出するのを防止し
て、研磨により厚さにムラが生じるのを防止でき、半導
体ウエハー等の研磨工程における歩留まりを向上させる
ことができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて具体的に説明する。図１ないし図８
は、本発明による研磨装置及び方法の第１の実施の形態
を説明するために参照する図である。

【００２２】本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置
は、図１に示すように、基本的には従来と同様の構成を
有しているが、異なる点としてはまず、加圧軸７の途中
にフィルター２０が設けられており、このフィルター２
０は砥粒入り研磨剤４や粉状生成物１０が、吸着部材２
１からケーシング１７の空間１７ａ及び加圧軸７の軸孔
７ａに浸入しても、真空ポンプ２２に行かないように捕
捉するために用いられている。

【００２３】そして、真空チャック装置１５のケーシン
グ１７の開口部には、従来の吸着部材２と同様に、多孔
質で通気性を有するセラミック材により形成され、かつ
円板状に形成された吸着部材２１が設けられている。こ
の吸着部材２１は、その直径は従来と同様に２００ｍｍ
位であるが、その厚さは２ｍｍ〜８ｍｍ位に設定されて
いる。前述のように、従来の吸着部材２においてはその
厚さは１０ｍｍ〜２０ｍｍ位であったので、本実施の形
態においては、従来の吸着部材２よりも吸着部材２１の
厚さを１／５〜２／５に薄く設定したことになる。

【００２４】このような真空チャック装置１５の吸着部
材２１に半導体ウエハー３を吸着させて研磨を行うと、
研磨中は半導体ウエハー３を負圧で吸着しながら行うた
め、半導体ウエハー３と吸着部材２１の間の僅かな隙間
から、使用後の砥粒入り研磨剤４や研磨によって生じた
粉状生成物１０が、ケーシング１７の空間１７ａの負圧
力により吸引されて吸着部材２１内に浸透する。

【００２５】しかし、上述のように吸着部材２１の厚さ
を薄くしたため、吸着部材２１の周部から砥粒入り研磨
剤４や粉状生成物１０が浸透しても、図２に示すよう
に、吸着部材２１の厚さ方向に突き抜けて通過できるの
で、それらにより目詰まりし難くなり、吸着部材２１は
長期にわたって安定して使用することができるようにな
る。

【００２６】また、ケーシング１７の空間１７ａに浸入
した砥粒入り研磨剤４や粉状生成物１０は、加圧軸７の
軸孔７ａを通って真空ポンプ２２に向かうが、それらは
フィルター２０により捕捉されて、真空ポンプ２２に入
ることを防止することができる。

【００２７】このように、吸着部材２１には砥粒入り研
磨剤４や粉状生成物１０が目詰まりし難いが、多少目詰
まりしたとしても、図３に示すように、超音波洗浄機３
２により容易に除去して洗浄することができる。すなわ
ち、超音波洗浄機３２の水槽３４内には純水２８が充填
されていて、その水槽３４の底部には超音波振動子３０
が設けられ、さらに、純水２８の上部には真空チャック
装置１５の吸着部材２１が下面を浸漬して配置される。

【００２８】このような状態において、超音波洗浄機３
２の超音波振動子３０を超音波振動させる共に、加圧軸
７の軸孔７ａからケーシング１７の空間１７ａに純水２
８を給水すると、その純水２８は吸着部材２１を通って
空間１７ａから水槽３４内に向かって流れると共に、吸
着部材２１の厚さが薄いため、吸着部材２１内に目詰ま
りしていた砥粒入り研磨剤４や粉状生成物１０は、吸着
部材２１内から水槽３４の純水２８内に押し出されて除
去することができるようになっている。

【００２９】ところで図４に示すように、吸着部材２１
の裏側の空間１７ａには補強部材１１が設けられてい
る。この補強部材１１は図５に示すように、複数の同心
円状に配置された環状又は弧状に形成されていると共
に、これらの間の環状空間１３は縦横に形成された直線
溝１４により連通し、かつすべての環状空間１３と直線
溝１４は加圧軸７の軸孔７ａに連通した状態となってい
る。これら環状空間１３と直線溝１４は、ケーシング１
７の空間１７ａでもあるということができる。

【００３０】このため、吸着部材２１の厚さが従来より
も薄くとも、研磨時に受ける圧力により吸着部材２１が
押されてその厚さ方向に撓むように変形し、場合によっ
ては破損することを、確実に防止することができる。そ
して、環状空間１３及び直線溝１４を通って、吸着部材
２１の全面にわたって均一に負圧をかけたり、均一に水
圧をかけたりすることができる。

【００３１】次に、このような本実施の形態に係る研磨
装置の動作について、図６のフローチャートに基づいて
説明する。同フローチャートにおいて、ステップＳ１、
ステップＳ２〜ステップＳ６は、前記従来の研磨装置の
動作と同じであるが、本実施の形態においては、ステッ
プＳ１とステップＳ２の間にステップＳ１００が挿入さ
れると共に、ステップＳ６の次にステップＳ２００が追
加される点において従来の動作とは異なるものである。

【００３２】すなわち半導体ウエハー３がウエハーキャ
リアから搬出され（Ｓ１）た後、その半導体ウエハー３
が真空チャック装置１５に吸着される（Ｓ２）前に、半
導体ウエハー３が真空チャック装置１５の吸着部材２１
に吸着される側の面を洗浄する（Ｓ１００）ことによ
り、その半導体ウエハー３の面に局部的に形成されてい
る、砥粒入り研磨剤４や粉状生成物１０が乾燥して固化
して生成された凸起物１２を除去する処理を施す。

【００３３】このような凸起物１２を除去する洗浄処理
としては、例えば図７に示すように、ベルクリンブラシ
９を回転させて、半導体ウエハー３を矢印方向に移動さ
せ、洗浄剤を介してブラシ先端部（ブラシ外径部）によ
り半導体ウエハー３を摩擦することにより行うことがで
きる。

【００３４】このようにして、半導体ウエハー３の表面
から上記凸起物１２を除去することにより、従来のよう
に研磨により半導体ウエハー３の厚さにムラが生じるの
を防止して、半導体ウエハー３の研磨工程における歩留
まりを向上させることができる。

【００３５】他方、半導体ウエハー３をキャリアに搬入
した（Ｓ６）後に、真空チャック装置１５の吸着部材２
１を、図３に示すように洗浄すると共に、その吸着部材
２１の外側表面に形成されている上記凸起物１２を除去
する処理を施すようになっている（Ｓ２００）。

【００３６】吸着部材２１の表面から凸起物１２を除去
するには、例えば図８に示すように、真空チャック装置
１５がキャリアから砥石セット台１６の上に移動し、真
空チャック装置１５の吸着部材２１を砥石セット台１６
に設けられた砥石２９上に接触させ、吸着部材２１と砥
石２９間で相対回転させることにより、吸着部材２１の
表面に形成されている凸起物１２を除去することができ
る。

【００３７】このとき、プレッシャープレート８を回転
させると同時に偏心移動させる等により、吸着部材２１
の全面が砥石２９により均一に研磨されるようにできる
が、プレッシャープレート８を停止させて砥石セット台
１６のみを回転及び偏心移動をさせても良いし、或はプ
レッシャープレート８と砥石セット台１６の両方共回転
及び偏心移動をさせるようにしてもよい。

【００３８】このような処理時に、プレッシャープレー
ト８により砥石２９にかけられる加圧力は、砥石２９及
び凸起物１２の硬さ等により、大きすぎないよう必要最
小限度の値に設定される。そしてこの処理時には同時
に、新たに給水源に連結した加圧軸７の軸孔７ａから洗
滌水を流しながら行うことにより、除去された凸起物１
２は吸着部材２１の多孔質部からケーシング１７の外に
押し流され、凸起物１２が再び吸着部材２１の多孔質部
内に入り込んで目詰まりを起こすことを防止する。

【００３９】なお、上記実施の形態においては真空チャ
ック装置１５の吸着部材２がセラミック材により形成さ
れる場合について説明したが、吸着部材２１の材質はセ
ラミック材に限定される必要はなく、グラファイトや金
属等、他の材質を用いることもできる。

【００４０】また上記実施の形態においては、補強部材
１１が環状や弧状に形成されたものを用いる場合につい
て説明したが、そのように形成されたものの代わりに、
多数の円柱や角柱を並べる等、吸着部材２１の全面にわ
たって負圧や水圧をかけられるような構造であれば、ど
のように形成したものであってもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
吸着部材の厚さを２ｍｍ〜８ｍｍ位に設定することによ
り、従来の吸着部材の厚さよりも大幅に薄くすることが
できる。このため、砥粒入り研磨剤や粉状生成物が吸着
部材内に長く留まることを防止でき、吸着部材は目詰ま
りを起こし難くなって、長期にわたって安定して使用す
ることができるようになる。この結果、半導体ウエハー
等の被研磨物の加工精度を向上させることができる。

【００４２】また本発明の研磨方法によれば、真空チャ
ックの吸着部材に被研磨物を負圧により吸着して研磨す
るに際し、前記吸着する前に被研磨物の前記吸着部材に
吸着される側の面から付着凸起物を除去する処理を施す
ことにより、吸着部材に吸着された半導体ウエハーの研
磨面が局部的に膨出するのを防止して、研磨により厚さ
にムラが生じるのを防止でき、半導体ウエハー等の研磨
工程における歩留まりを向上させて、半導体ウエハー等
の加工精度を向上させることができる。

【００４３】また本発明の研磨方法によれば、真空チャ
ックの吸着部材の表面に被研磨物を吸着して研磨し、前
記吸着部材から被研磨物を外した後で、前記吸着部材の
被研磨物が吸着される側の表面から付着凸起物を除去す
る処理を施すことにより、やはり吸着部材に吸着された
半導体ウエハーの研磨面が局部的に膨出するのを防止し
て、研磨により厚さにムラが生じるのを防止でき、半導
体ウエハー等の研磨工程における歩留まりを向上させ
て、半導体ウエハー等の加工精度を向上させることがで
きる。

【００４４】また、吸着部材の目詰まりにより研磨作業
が停止されることが防止されるため、半導体ウエハーの
加工効率を向上させることができると共に、加工精度が
向上する。また、半導体ウエハーの加工精度の向上によ
り、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏ
ｒ）基板のように、ＬＳＩを作ると特性が良く、微細化
に有利な半導体ウエハーにおける各製造工程において高
精度化が可能となる。また、ＬＳＩの製造における各種
平坦化が上記加工精度の向上により安定してできるよう
になる。

【００４５】また、多孔質の吸着部材２１を用いた真空
チャック装置１５を用いることができるため、バックパ
ッドを用いた研磨方法よりも精度の高い研磨を行うこと
ができると共に、本発明によれば、真空チャック装置１
５を用いた研磨方法の長所を最大限に生かすことができ
る。

【００４６】さらに、上記バックパッドを用いた研磨方
法に比べて、一々バックパッドを交換しなくともよいの
でメンテナンスの簡素化を図ることができると共に、バ
ックパッドのような消耗品の節約ができて、加工コスト
の低減を図ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による研磨装置の第１の実施の形態を示
す概略構成図である。

【図２】図１に示す研磨装置の研磨動作中の状態を示す
概略図である。

【図３】図１に示す研磨装置の洗浄動作中の状態を示す
概略図である。

【図４】真空チャック装置１５の側面断面図である。

【図５】図４における真空チャック装置１５の補強部材
１１のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】図１に示す研磨装置の動作手順を示すフローチ
ャートである。

【図７】真空チャック装置１５の吸着部材２１に吸着さ
れる前に半導体ウエハー３がベルクリンブラシ９により
洗浄処理される状態を示す側面図である。

【図８】研磨後に半導体ウエハー３を取り外した後に真
空チャック装置１５の吸着部材２１の表面が洗浄処理さ
れる状態を示す側面断面図である。

【図９】従来の研磨装置を示す概略構成図である。

【図１０】従来の研磨装置の動作手順を示すフローチャ
ートである。

【図１１】従来の研磨装置の研磨動作中の状態を示す概
略図である。

【図１２】吸着部材２中に砥粒入り研磨剤４や粉状生成
物１０が目詰まりした状態を示す概略図である。

【図１３】吸着部材２又は半導体ウエハー３の表面の凸
起物１２を除去しないで半導体ウエハー３を吸着部材２
に吸着させた状態を示す概略図である。

【符号の説明】

１…研磨定盤、２，２１…吸着部材、３…半導体ウエハ
ー（被研磨物）、４…砥粒入り研磨剤、５…研磨パッ
ド、６…球面軸受、７…加圧軸、７ａ…軸孔、８…プレ
ッシャープレート、９…ベルクリンブラシ、１０…粉状
生成物、１１…補強部材、１２…凸起物、１３…環状空
間、１４…直線溝、１５…真空チャック装置、１６…砥
石セット台、１７…ケーシング、１７ａ…空間、２０…
フィルター、２２…真空ポンプ（負圧源）、２４…駆動
ポンプ、２６…研磨砥粒タンク、２８…純水、２９…砥
石、３０…超音波振動子、３２…超音波洗浄機、３４…
水槽

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質で通気性を有し円板状に形成され
   た吸着部材を介して被研磨物を負圧により吸着する真空
   チャックを具備する研磨装置において、 前記吸着部材の厚さを２ｍｍ〜８ｍｍ位に設定すること
   を特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 前記吸着部材と、前記負圧を作成する負
   圧源との間に、砥粒等が通過するのを防止するフィルタ
   ーを設けることを特徴とする請求項１に記載の研磨装
   置。
3. 【請求項３】 前記吸着部材の被研磨物が吸着される側
   と反対側に補強構造を設けることを特徴とする請求項１
   に記載の研磨装置。
4. 【請求項４】 前記吸着部材をセラミック材により形成
   することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
5. 【請求項５】 真空チャックの吸着部材に被研磨物を負
   圧により吸着して研磨するに際し、 前記吸着する前に被研磨物の前記吸着部材に吸着される
   側の面から付着凸起物を除去する処理を施す手順を有す
   ることを特徴とする研磨方法。
6. 【請求項６】 真空チャックの吸着部材の表面に被研磨
   物を吸着して研磨し、 前記吸着部材から被研磨物を外した後で、 前記吸着部材の被研磨物が吸着される側の表面から付着
   凸起物を除去する処理を施す手順を有することを特徴と
   する研磨方法。