JPH11156708A - バッキングパッド貼付形成装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】バッキングパッドを使用するポリッシング加工
装置において、バッキングパッドをセラミックスプレー
トに貼付し使用可能な状態にまで調整形成する一連のプ
ロセスを提供すること。 【解決手段】ウェーハ把持用バッキングパッドをセラミ
ックスプレートに貼付形成する装置において、該貼付装
置が、前記セラミックスプレートを加熱保温する装置
と、前記バッキングパッドを緊張するプレテンショナー
装置と、緊張したバッキングパッドを加熱したセラミッ
クスプレートに仮貼りする装置と、仮貼りされたバッキ
ングパッドを加圧する装置と、セラミックスプレートの
周縁部からはみ出しているバッキングパッドを切除する
カッティング装置と、貼付けらたバッキングパッドの表
面を研削する平面研削装置よりなる装置群から構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、ＩＣ、ＬＳＩ、超
ＬＳＩ等の素材であるシリコン単結晶や化合物系半導体
の単結晶の薄板状のウェーハのポリッシング加工装置に
係わり、更に詳しくはウェーハのワックスレス把持用に
用いられるバッキングパッドを加工機のホルダーの面に
貼付けるための装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ等
の素材である鏡面仕上げを施したシリコンウェーハある
いは化合物系のウェーハ（以下鏡面ウェーハと総称す
る）は以下の一連の製造プロセスを経て製造されるのが
一般的であった。すなわち、単結晶引き上げ法によって
製造されたシリコン等の単結晶インゴットの外周研削を
行なった後、結晶方向の位置決めの為の例えばオリエン
テーションフラット加工を施し、内周刃ソーあるいはワ
イヤソーにてスライシングを行いアズカットウェーハを
得る。このアズカットウェーハを、ベベリングによる外
周部の面取りを行なった後、両面ラッピング加工により
均一な厚みと平行度、平面度及びある程度の面粗さを持
つまでに仕上げる。得られたラップドウェーハを酸また
はアルカリにてエッチング加工を行ない加工ダメージ層
を除去、然る後ポリッシングによる鏡面仕上げを行う。
ここで得られる鏡面ウェーハは優れた面粗さと形状精度
を持ったものでなくてはならない。

【０００３】近年、特にＩＣ、ＬＳＩあるいは超ＬＳＩ
の記憶容量のアップと生産性の向上といった必要性か
ら、シリコンウェーハあるいは化合物ウェーハの加工精
度、特に寸法安定性の向上と同時にウェーハ自体のサイ
ズの大型化の進行が著しく、加工プロセスにおける効率
や能率あるいは歩留まりの向上が極めて重要な要素とな
りつつある。特に、シリコンウェーハの場合はその原料
となるシリコン単結晶インゴットの製造技術が向上し、
直径８インチ、１２インチといった大口径のものの生産
も行われるようになって来ている。従って、このような
大口径のものの加工を生産効率よく行うために、従来の
小口径用のウェーハの製造に対応した加工プロセスが大
きく変わりつつある。

【０００４】上述のプロセスにおいて特に最終的な品質
を決定するのはポリッシング工程である。即ち、前工程
までに、均一な厚みと優れた平行度、平面度を与えられ
たシリコンウェーハに、最終的な精密な鏡面仕上げを施
すことを目標にして加工を行なうのであるが、加工機と
しては例えばスェード調の不織布等からなるポリッシン
グパッドを貼付した定盤を有する片面タイプのポリッシ
ング加工機が使用される。不織布を用いる理由は、加工
ダメージを与えずに鏡面を得るためであるが、回転作用
に伴う強い摩擦力によるウェーハの局部的な温度上昇が
起こり、加工は水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液の
化学的作用（反応速度は、温度に依存する）と、水溶液
に分散させた超微粉末砥粒による除去作用との複合作用
によって進む。いわゆるメカノケミカルポリッシングと
言われる加工であるが、化学腐食作用によりできた軟質
の反応生成物の層を、被加工物であるウェーハより軟ら
かい超微粉砥粒で除去することにより、加工ダメージ層
を生成させずに精密な鏡面を得ることができる。ここで
使用する超微粉砥粒としては、例えば酸化珪素（ＳｉＯ
2 ）等があげられる。これはその５〜３０重量％程度を
適当な界面活性剤を用いてアルカリを含んだ水に分散し
たコロイド状液（コロイダルシリカ）として供給され
る。

【０００５】以上述べた最終の鏡面を得るポリッシング
工程においては、下定盤を有した片面タイプのポリッシ
ング加工機を用いるのが一般的であり、この工程におい
てはウェーハは不織布等からなるポリッシングパッドを
貼付した定盤上に押圧され、回転運動を利用して加工さ
れる。ここにおいてウェーハは定盤の上に位置するホル
ダーに把持されるのであるが、ウェーハは従来ホルダー
面を構成する緻密なセラミックスプレートにワックス等
で接着固定される。ウェーハを接着固定したホルダー
は、回転する定盤作用面上に圧接された状態で自らも回
転し、下定盤およびウェーハが回転するとともにその間
隙にポリッシング用加工液が定量的に供給され、それ等
の作用によりウェーハ表面は擦過、摺擦されてポリッシ
ング加工が進展する。このワックスを使用してウェーハ
を接着固定する方法においては、加熱融解等の手段を用
いてワックスを液状化しウェーハ裏面に均質に塗布し、
しかる後それをホルダーの接着面に固定する方法が取ら
れるが、ワックスの均一塗布が極めて難しい作業でであ
ること、塗布作業によりウェーハ表面が汚染されやすい
こと、及びウェーハの剥離の際にウェーハを破損したり
損傷あるいは汚染したりしやすいこと、更に作業自体が
極めて煩雑かつ熟練を要すること、ワックスの洗浄のた
め近年使用の制約を受ける有機溶剤を使用しなければな
らないこと等が問題点としてあげられている。加うる
に、ワックスの塗布量の不均一さに起因するポリッシン
グ後のウェーハの厚みの不均一さも指摘されている。ま
た、ワックスとしては有機溶剤を含有したタイプのもの
が使用されるが、環境問題に伴い有機溶剤の排出が難し
くなることもあり、この面からも改善が求められてい
た。

【０００６】これ等の問題点を解決するために、例えば
ウェーハを接着固定するホルダー素材として多数の小孔
を有する硬質セラミックスプレートを用い、ホルダー背
面より減圧を行いその吸着力を利用してウェーハを把持
する方法があるが、この方法の場合、真空による吸引力
を応用しウェーハをホルダーの面に吸着させるのである
から、その吸引力によりウェーハが僅かに変形しホルダ
ーの小孔の凹凸形状がポリッシング後のウェーハに残留
することもあり好ましくない。また、ホルダーのセラミ
ックスプレートの面の上に例えばポリウレタン樹脂ある
いはポリエステル樹脂製のバッキングパッドを貼付し、
ウェーハの飛び出し防止用カラーを設けた上で水の吸着
力を応用してウェーハを吸着固定せしめる方法もある。
さらに、この方法と前述の真空による吸引力を応用する
方法とを組合せた方法もある。これらの方法の場合は、
ワックスを利用してウェーハを貼付けたり、剥離すると
いう手間が省けるのみならずそれ伴なう好ましからざる
現象をも避けることができ、画期的方法として多用され
始めている。ここでいうバッキングパッドとは水の表面
張力を利用してウェーハを吸着し固定するものであるか
ら、親水性でかつその表面に多数の開孔を有した微細独
立気孔を持つシート状の多孔質素材が用いられており、
具体的には凡そ以下の如きものを挙げることができる。
すなわち、例えば、親水性あるいは親水性処理を施した
ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂等の合成樹脂の発
泡体をスライスしてシート状にしたもの、あるいは合成
繊維フェルトにポリウレタン樹脂をコートし、ポリウレ
タン内に涙滴状の気孔を有する発泡層を成長させ、表面
部位を除去し発泡層に開孔部（ナップ層）を設けたスェ
ード調合成皮革のシート等である。

【０００７】上述のバッキングパッドをホルダーに貼り
付けるには手作業、あるいは手工具であるローラー等を
用いる作業が従来より行われており、例えば、ホルダー
の接着面のセラミックスプレート面を洗浄乾燥した後、
裏側に両面粘着テープがすでに貼付してあるバッキング
パッドを、片側端部一箇所に起点を定めてからゆっくり
した速度でローラーを押しつけ転動しながら貼り上げる
方法があげられる。しかしながら、この方法はプレート
とバッキングパッドの間に微小気泡や塵埃等の微小パー
ティクルが入り込み易く、その存在がポリッシング加工
面に影響を与え部分的加工斑等を発生させることが多
く、それを防止するためには極めて熟練度の高い作業が
必要とされていた。さらに、ポリッシング加工するウェ
ーハの形状精度と加工精度を向上し、端部の面ダレを防
止するために貼付するバッキングパッドの厚みや粘着材
の厚みを極限まで薄く（極薄化）すると、この極薄化が
バッキングパッドの剛性不足をもたらし、この貼付作業
がより難度高くなると同時に僅かな厚みの斑にも繋が
り、その要求精度に対応し切れないという問題点も挙げ
られていた。この傾向は１２インチ、１６インチといっ
た大口径ウェーハになるほど顕著に現われて来る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明者等は、前述の
バッキングパッドを使用するポリッシング加工装置にお
いて、バッキングパッドをセラミックスプレートに貼付
し形成するにおいて手作業ではなく、一連の流れに従っ
た装置を組合せた装置及び方法で行なうことが好ましい
結果に繋がることを見出し、本発明を完成させたもので
あり、その目的とする所はバッキングパッドをセラミッ
クスプレートに貼付し使用可能な状態にまで調整形成す
る一連のプロセスを提供することにある。更に本発明の
他の目的は、上述の一連のプロセスによりバッキングパ
ッドをセラミックスプレートに貼付け形成する方法を提
供することにある。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】上述の目的は、ウェー
ハ把持用バッキングパッドをセラミックスプレートに貼
付形成する装置において、該貼付形成装置が、前記セラ
ミックスプレートを加熱保温する装置と、前記バッキン
グパッドを緊張するプレテンショナー装置と、緊張した
バッキングパッドを加熱したセラミックスプレートに仮
貼りする装置と、仮貼りされたバッキングパッドを加圧
する装置と、セラミックスプレートの周縁部からはみ出
しているバッキングパッドを切除するカッティング装置
と、貼付けらたバッキングパッドの表面を研削する平面
研削装置よりなる装置群からなるものであることを特徴
とするバッキングパッド貼付形成装置により達成され
る。更に本発明の他の目的は、セラミックスプレート加
熱保温装置により加熱保温したセラミックスプレート
に、バッキングパッドプレテンショナー装置にて予め緊
張したバッキングパッドを、バッキングパッド仮貼り装
置にて前記セラミックスプレートに仮貼りし、然る後仮
貼りされたバッキングパッドをバッキングパッド加圧装
置にて加圧し、セラミックスプレートの周縁部からはみ
出しているバッキングパッドをバッキングパッドカッテ
ィング装置にて切除し、貼付けられたバッキングパッド
の表面をバッキングパッド平面研削装置にて研削するこ
とよりなる一連の連続した操作によって、ウェーハ把持
用バッキングパッドをセラミックスプレートに貼付け形
成する方法にて達成される。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明におけるバッキングパッド
貼付形成装置およびその方法とは、前述の通りＩＣ、Ｌ
ＳＩあるいは超ＬＳＩ等の原材料となる半導体ウェーハ
の最終仕上げ加工を行うポリッシング装置に、バッキン
グパッドを貼付するための一連の装置である。ここでい
うバッキングパッドとは一方の面は水の表面張力を応用
してウェーハを吸着するものであり、前述の如く親水性
に富んだポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂等の合成
樹脂の発泡体をスライスしてシート状にしたもの、ある
いは合成繊維フェルトにポリウレタン樹脂をコートし、
ポリウレタン内に涙滴状の気孔を有する発泡層を成長さ
せ、表面部位を除去し発泡層に開孔部（ナップ層）を設
けたスェード調合成皮革のシート等であり、他方の面は
接着材の粘着層よりなる。合成皮革等のシートと接着材
の層の間に補強用のシート等を配置する場合もある。仕
上がり後のウェーハの面ダレや厚みのバラツキあるいは
バッキングパッドの貼付の状態に起因する欠点の発生を
防止するために、バッキングパッドの厚みは極力薄くか
つ均一にすることが肝要である。本発明はこのような技
術的要請に鑑み、なされたものであって、従来手作業あ
るいは手工具を用いた方法で貼付していたものを装置化
しシステム化し、その均質化と作業の単純化を図るのみ
ならずバッキングパッドの更なる薄層化を可能にするも
のである。本発明でいうバッキングパッド貼付形成装置
は、一連の装置システムであって、様々な操作を行う装
置を組み合わせて一つのシステムとしたものである。

【００１１】本発明になる装置は図１に示すように以下
のゾーンから構成されている。即ち、貼付ゾーン、カッ
ティングゾーン、研削ゾーン、洗浄ゾーン、カラー接着
ゾーンおよびウェーハゾーンである。貼付ゾーンとは、
セラミックスプレート加熱保温装置と、バッキングパッ
ドプレテンショナー装置と、バッキングパッド仮貼り装
置およびバッキングパッド加圧装置からなるゾーンであ
って、セラミックスプレートにバッキングパッドを貼付
け加圧安定化する操作を行うゾーンであり、カッティン
グゾーンとはセラミックスプレートの外縁からはみ出し
たバッキングパッドを切除するためのゾーンであり、例
えば鋭利な丸刃によるダイカット装置と回転ナイフエッ
ジとの組合せおよび面取器よりなる。研削ゾーンは貼付
されたバッキングパッドの表層を研磨工具を用いて研削
し平面出しを行うゾーンである。このゾーンまでで、バ
ッキングパッドの貼付と均一な平面を得るための形成作
業は完了する。以下は研削による研削屑や残留研磨剤を
洗浄除去するゾーン、および、装置の形式によっては、
実際の加工時におけるウェーハの飛び出しを防止するた
めのストッパーの役割をするリング状のカラーが必要で
あるため、必要に応じたカラー接着ゾーンが必要に応じ
て設置される。そして最後のウェーハゾーンは、ウェー
ハをバッキングパッドにマウントするゾーンである。そ
れぞれのゾーンは独立したブースまたは小室に分かれて
おり、セラミックスプレート等はこの連続した各ブース
間をプロセスの進捗に応じて搬送される。

【００１２】次に本発明になる上述の一連の装置により
バッキングパッドをセラミックスプレートに貼付け平坦
な表面を形成する方法について詳述する。まず貼付ゾー
ンとは、セラミックスプレート加熱保温装置と、バッキ
ングパッドプレテンショナー装置と、バッキングパッド
仮貼り装置およびバッキングパッド加圧装置からなるゾ
ーンであって、セラミックスプレートにバッキングパッ
ドをまず仮貼りしした後加圧し強力に安定貼付する操作
を行うゾーンである。特にこのゾーンは、セラミックス
プレートとバッキングパッドの間に微細なパーティクル
が入ることを防止するためにクラス１０００程度のクリ
ーンブースとする。予め洗浄され乾燥されたセラミック
スプレートを加熱保温装置にて４０〜７０度の温度に予
熱しておく。次に貼り付けるべきバッキングパッドをプ
レテンショナー装置にて均一に緊張する。然る後、その
一端をセラミックスプレートに当接しその端より粘着剤
の層をセラミックスプレートに徐々に仮貼りしてゆく。
操作にあたっては、間に気泡が入らないようにまず仮貼
り装置に付属した剛性の強い硬質ローラーで押し当てる
ようにして行き、次にゴム等よりなる弾性体ローラーを
用いて強く圧着させる。加熱保温されたセラミックスプ
レートの持つ熱の影響で粘着剤は適当に軟化し気泡も生
ずることなくセラミックスプレートの面に仮貼り接着す
る。この段階ではまだ接着力も強くなくまた表面状態も
平坦ではないので、次いで、別の加圧装置を用いてプレ
スを行い、接着力の強化安定化と粘着層の厚みの均一化
を図るのであるが、その程度は５０〜１００Ｋｐａの圧
力で約３０分程度行うことが好適である。これによりバ
ッキングパッドは強固にかつ均質に貼付けられ容易に剥
離することはないし、また、粘着層の厚みも均質にな
る。バッキングパッドはセラミックスプレートよりやや
広い面積のものを貼付するのであるから、そのはみ出し
た部分は次のカッティングゾーンにてセラミックスプレ
ートの外周縁に沿って正確に切除することが必要であ
る。具体的にはまず、セラッミクスプレ−トの外周に沿
った形状の丸刃のダイカットを用いて不要な部分を打ち
抜き除去し、次いでナイフエッジを回転させて縁を切り
取り、最後に面取りを行う。

【００１３】バッキングパッドはナップ層を持つ方を表
になるように貼付されているが、その表面にはスライシ
ング時の微妙な凹凸やバフスジが残っていたりまた、前
段階の工程の影響で微細気孔の開孔部が閉塞していたり
しているのでその表層を除去し新しい面を出すため、更
にまた均質な厚みを得るために研削ゾーンにてバッキン
グパッドの表面研削を行なう。これは固定砥粒を用いた
平面研削方式で行ない、数十から数百ミクロン程度の層
を除去する。研削に伴う切粉が残留しているとポリッシ
ング工程に悪影響を与えるので、洗浄ゾーンで湿式洗浄
を行なって切粉やその他の微細パーティクルを除去し、
乾燥する。研削ゾーンでは作業に伴ない微細なダストが
出やすいので他のゾーンとは離れた位置に置くことが好
ましい。

【００１４】次いで、カラー接着ゾーンにおいて、貼付
されたバッキングパッド上にウェーハ飛び出し防止のた
めのカラーを接着するが、これはウェハーをその枠内に
うまく嵌合させ、横方向の応力に対しウェーハがガタつ
いたりすることなく安定させることを目的とするもので
あるから、ウェーハよりも僅かに大きめのサイズでかつ
薄いものでなくてはならない。材質としてはガラス繊維
補強のエポキシ樹脂等が用いられる。接着剤はカラーの
方に施与されている。また、例えば装置自体にウェーハ
飛び出し防止用リテーナーがついているものの場合はこ
のゾーンは必要ない。最後にウェーハゾーンにてウェー
ハをバッキングパッドにマウントして、実際のポリッシ
ング工程に供する。

【００１５】以上述べた操作においては、いずれも微細
なパーティクルの混入や残留が加工後のウェーハの品質
に大きな問題を起こすため、それを防止するために研削
ゾーンを除く全てのゾーンはクラス１０００あるいはそ
れ以下のクリーンルームあるいはクリーンブース中に設
置されることが肝要である。特にバッキングパッドをセ
ラミックスプレートに貼付する貼付ゾーンにおいては、
各装置の上方から下方に向ってクラス１００程度のエア
ーを流すことが好ましい。

【００１６】

【実施例及び比較例】以下実施例を上げて本発明の方法
を具体的に説明するが、それにより特に限定を受けるも
のではない。また、以下の実施例および比較例において
使用するバッキングパッドは次の組成のものである。即
ち、涙滴状のポアを有する厚さ約１４０ミクロンの極薄
ナップ材層に厚さ３０ミクロンの極薄タイプの粘着材層
を複合化した２層構造のものをバッキングパッドとし
た。また、ポリッシング装置としてはスピードファムジ
ャパン社製５９ＳＰＡＷタイプを使用した。 実施例 まず、ポリッシング装置に付属のセラミックスプレート
を加熱保温装置にて約５０度に予熱した。この状態でプ
レテンショナー装置で緊張したバッキングパッドを貼付
け次いで加圧装置を用いて６４．７Ｋｐａの圧力で３０
分間プレスを行なった。カッティングゾーンでカッティ
ングを行なった後、研削ゾーンにて表層の研削を行なっ
た。研削量は３８ミクロンであった。然る後、洗浄およ
びカラー接着を行ないウェーハのポリッシング加工を行
なった。２０ミクロン加工した状態でポリッシュドウェ
ーハのＴＴＶ（トータルシックネスバリエーション）、
ＳＴＩＲ（サイトトータルインディケーティッドリーデ
ィング）の測定を行ない加工前との数値の比較を行なっ
た。ＴＴＶにおいては０．５１ミクロン、ＳＴＩＲにお
いてはは０．２１ミクロンの改良が見られた。

【００１７】比較例１ 加圧装置での加圧を行なわない他は実施例と同様に貼付
を行ない、得られたポリッシュドウェーハについて同様
の測定を行なった。ＴＴＶにおいては０．６２ミクロン
悪化しＳＴＩＲにおいてはは０．２８ミクロン悪化し
た。 比較例２ 従来通りの手作業にて貼付作業を行なったが、この超薄
タイプのバッキングパッドの均一な貼付は困難であっ
た。

【００１８】

【発明の効果】以上の結果から明らかな通り、本発明に
なるバッキングパッド貼付形成装置にて貼付形成を行な
えば、超薄タイプのバッキングパッドの均質な貼りつけ
が可能となり、優れた加工精度を持つウェーハ加工が可
能となった。本システムによればウェーハの脱着が極め
て容易でかつウェーハの汚染もなく、しかも一枚のウェ
ーハ中での品質のバラツキを抑制することのできるのは
明らかである。すなわち、従来のウェーハの加工工程に
おいて最も熟練を要する手作業に頼っていたウェーハの
貼り付け作業を極めて単純化することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる一連のバッキングパッド貼付形
成するための工程図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハ把持用バッキングパッドをセラ
   ミックスプレートに貼付形成する装置において、該貼付
   形成装置が、前記セラミックスプレートを加熱保温する
   装置と、前記バッキングパッドを緊張するプレテンショ
   ナー装置と、緊張したバッキングパッドを加熱したセラ
   ミックスプレートに仮貼りする装置と、仮貼りされたバ
   ッキングパッドを加圧する装置と、セラミックスプレー
   トの周縁部からはみ出しているバッキングパッドを切除
   するカッティング装置と、貼付けらたバッキングパッド
   の表面を研削する平面研削装置よりなる装置群からなる
   ものであることを特徴とするバッキングパッド貼付形成
   装置。
2. 【請求項２】 セラミックスプレート加熱保温装置によ
   り加熱保温したセラミックスプレートに、バッキングパ
   ッドプレテンショナー装置にて予め緊張したバッキング
   パッドを、バッキングパッド仮貼り装置にて前記セラミ
   ックスプレートに仮貼りし、然る後仮貼りされたバッキ
   ングパッドをバッキングパッド加圧装置にて加圧し、セ
   ラミックスプレートの周縁部からはみ出しているバッキ
   ングパッドをバッキングパッドカッティング装置にて切
   除し、貼付けられたバッキングパッドの表面をバッキン
   グパッド平面研削装置にて研削することよりなる一連の
   連続した操作によって、ウェーハ把持用バッキングパッ
   ドをセラミックスプレートに貼付け形成する方法。