JPH11277413A

JPH11277413A - ウェハ研磨盤

Info

Publication number: JPH11277413A
Application number: JP8214498A
Authority: JP
Inventors: Yuzo Iwami; 祐三岩見
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1998-03-27
Publication date: 1999-10-12

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウェハ１のポリッシング工程において、
ウェハを保持して研磨するために用いる研磨盤におい
て、ポリッシング時に発生する摩擦熱等による熱歪みの
発生を低減し、半導体ウェハ１の平坦度を向上させる。【解決手段】１０〜４０℃における熱膨張率が１×１０
^-6／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のセラミック
スでウェハ研磨盤を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハのポ
リッシング工程に使用するウェハ研磨盤に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、シリコ
ン等の半導体ウェハ上に多数の半導体素子を形成する前
に、半導体ウェハの表面を滑らかに研磨するポリッシン
グ工程がある。

【０００３】このポリッシング工程では、図１、２に示
す様に、円板状の半導体ウェハ１の一面をキャリアプレ
ート２の表面に接着剤３で貼り付け、半導体ウェハ１の
他方の面を定盤５上に押しつけた状態で、定盤５上に研
磨材を供給しながら、キャリアプレート２と定盤５を相
対的に回転させることによって、上記半導体ウェハ１の
定盤５側の面を研磨することが行われている。

【０００４】なお、半導体ウェハ１のキャリアプレート
２への固定は、接着剤３を用いずに真空吸引する場合も
ある。あるいは、半導体ウェハ１をキャリアプレート２
に固定せずに、定盤５との間で挟み込んで保持し、回転
させることによって、半導体ウェハ１とキャリアプレー
ト２、定盤５とのそれぞれの間で半導体ウェハ２の両面
を研磨することもできる。さらに、キャリアプレート２
や定盤５の表面にクロスを備えておき、このクロスと半
導体ウェハ１とを相対摺動させることで研磨を行うこと
もできる。

【０００５】このように、半導体ウェハ１のポリッシン
グ工程において、半導体ウェハ１はキャリアプレート２
と定盤５間に保持されて研磨されるため、本発明では、
これらのキャリアプレート２又は定盤５をウェハ研磨盤
と言う。

【０００６】そして、半導体ウェハ１のポリッシング工
程においては、上記ウェハ研磨盤の平面度によって、研
磨後の半導体ウェハ１の平面度が左右されることにな
る。一方、ＩＣの高集積化にあたり、半導体ウェハ１に
要求される平面度は非常に厳しくなっており、それに応
じてキャリアプレート２や定盤５等のウェハ研磨盤の平
面度も厳しく管理する必要がある。さらに、ウェハ研磨
盤にはポリッシング時の押しつけ力や温度変化による歪
み等も考慮する必要がある。

【０００７】そこで、上記キャリアプレート２や定盤５
等のウェハ研磨盤をアルミナや炭化珪素等のセラミック
スで形成し、その表面を滑らかにすることによって、平
面度に優れ、押しつけ力や温度変化による歪みを小さく
することが行われている（特開平４−１７３３２号、特
開平６−２７００５５号公報等参照）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、近年のＩＣの
高集積化に伴い、上記アルミナや炭化珪素等のセラミッ
ク製のウェハ研磨盤であっても、温度変化による歪みが
問題となってきた。

【０００９】即ち、アルミナセラミックスは熱膨張係数
が７×１０^-6／℃程度、炭化珪素質セラミックスは熱膨
張係数が４．０×１０^-6／℃程度である。そのため、ポ
リッシング工程時に、摩擦熱等でウェハ研磨盤の表面の
温度が高くなり、内部との温度差が生じた場合に、上記
熱膨張率に応じて、ウェハ研磨盤の表面にわずかな歪み
が生じる。そして、このわずかな歪みによって、研磨し
た半導体ウェハ１の平面度を高めることができず、高集
積化への対応が困難であるという課題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、これらに鑑み
てなされたもので、半導体ウェハのポリッシング工程に
おいて、ウェハを保持して研磨するために用いるキャリ
アプレートや定盤等のウェハ研磨盤において、１０〜４
０℃における熱膨張率が１×１０^-6／℃以下、ヤング率
が１３０ＧＰａ以上のセラミックスで形成したことを特
徴とする。

【００１１】即ち、ウェハ研磨盤の材質として熱膨張率
が１×１０^-6／℃以下と極めて小さいセラミックスを用
いることによって、ポリッシング工程時に発生する摩擦
熱等の原因でウェハ研磨盤内に温度差が発生しても、熱
歪みの発生を著しく低減して表面の平坦度を損なうこと
を防止できるのである。また、ヤング率を１３０ＧＰａ
以上として剛性を高めることによって、ポリッシング時
の押しつけ力に対しても歪みが生じず、従って平面度に
優れた半導体ウェハを得ることができる。

【００１２】また、本発明では、上記研磨盤のウェハ保
持面が、直径２００ｍｍの円面積における平面度が１μ
ｍ以下であることを特徴とする。即ち、この部分に半導
体ウェハを保持すれば、その平面度を滑らかに研磨でき
るようにしたものである。

【００１３】さらに、本発明は、上記セラミックスが、
コージライトを主成分とし、イットリウム、希土類元
素、及び周期律表２ａ、４ｂ族元素から選ばれる少なく
とも一種を酸化物換算で１．５〜１５重量％含有するこ
とを特徴とする。すなわち上述したような熱膨張率が１
×１０^-6／℃以下と極めて小さいセラミックスとして
は、コージライトを主成分とするセラミックスがある
が、一般にこのコージライトセラミックスはヤング率が
低い。そこで、本発明では、このコージライトに上述し
た成分を添加することで、ヤング率を高め、ウェハ研磨
盤として好適に使用できることを見出したのである。

【００１４】

【発明の実施形態】以下、本発明の実施形態について詳
述する。

【００１５】図１、２に示す様に、半導体ウェハ１のポ
リッシング工程では、円板状の半導体ウェハ１の一面を
キャリアプレート２の表面に接着剤３で貼り付け、半導
体ウェハ１の他方の面を定盤５上に押しつけた状態で、
定盤５上に研磨材を供給しながら、キャリアプレート２
と定盤５を相対的に回転させることによって、上記半導
体ウェハ１の定盤５側の面を研磨することが行われてい
る。

【００１６】なお、図示していないが、半導体ウェハ１
のキャリアプレート２への固定は、接着剤３を用いずに
真空吸引する場合もある。あるいは、半導体ウェハ１を
キャリアプレート２に固定せずに、定盤５との間で挟み
込んで保持し、回転させることによって、半導体ウェハ
１とキャリアプレート２、定盤５とのそれぞれの間で半
導体ウェハ２の両面を研磨することもできる。さらに、
キャリアプレート２や定盤５の表面にクロスを備えてお
き、このクロスと半導体ウェハ１とを相対摺動させるこ
とで研磨を行うこともできる。

【００１７】また、定盤５の内部には、冷却用の水路を
形成しておき、ポリッシング工程時にこの水路に水を流
して、温度変化を抑えることもできる。

【００１８】そして、本発明では、ウェハ研磨盤を成す
上記キャリアプレート２、定盤５の少なくとも一方を、
１０〜４０℃における熱膨張率が１×１０^-6／℃以下、
ヤング率が１３０ＧＰａ以上のセラミックスで形成して
ある。

【００１９】そのため、半導体ウェハ１のポリッシング
工程で、発生する摩擦熱等が原因でキャリアプレート２
等の内部に温度差が発生しても、熱膨張係数が非常に小
さい為、熱歪みの発生を著しく低く押さえることがで
き、従って半導体ウェハ１の研磨後の平坦度を向上させ
ることができるのである。また、ヤング率を大きくして
剛性を高めた為、ポリッシング時の押しつけ力に対して
も歪みが生じず、従って平面度に優れた半導体ウェハ１
を得ることができる。

【００２０】この様な低熱膨張、高ヤング率のセラミッ
クスとしては、コージライト系セラミックスが最も好適
である。コージライト系セラミックスは、通常、コージ
ライト（２ＭｇＯ−２Ａｌ₂Ｏ₃−５ＳｉＯ₂）を主成
分とし、各金属酸化物を所定比率で配合した後、所定形
状に成形後１３５０〜１４５０℃の酸化性雰囲気中で焼
成することにより作成することができる。しかしなが
ら、従来のコージライト系セラミックスは、ヤング率が
１３０ＧＰａ未満と低く、ウェハ研磨盤として用いるに
は剛性が不足していた。

【００２１】そこで、本発明では、コージライトを主成
分として、イットリウム（Ｙ）、希土類元素、周期律表
第２ａ、４ｂ族元素から選ばれる少なくとも一種を酸化
物換算で３〜１５重量％の割合で添加することにより、
焼結性を高めることができる結果、コージライト系セラ
ミックスのヤング率を１３０ＧＰａ以上に高められ、ウ
ェハ研磨盤として好適に使用できることを見出した。

【００２２】また、上記添加成分の含有率を３〜１５重
量％としたのは、３重量％未満では焼結性が悪く、相対
密度が低くなって、高い温度で焼成する必要がでてくる
ためであり、１５重量％を超えると熱膨張係数が大きく
なってしまうためである。好ましくは、これらの添加成
分を１０重量％以上の割合で含有することにより、ヤン
グ率を１７０ＧＰａ以上まで高めることができる。

【００２３】なお、イットリウム（Ｙ）又は希土類元素
は、酸化物として添加することが望まく、これによって
焼結性を向上させることができる。ここで、希土類元素
としては、Ｅｒ、Ｙｂ、Ｓｍ、Ｌｕ、Ｃｅなどが挙げら
れる。

【００２４】また、周期律表第２ａ、４ｂ族元素として
は、Ｍｇ，Ｃａ，Ｃ，Ｓｉ等が挙げられる。

【００２５】なお、このコージライト系セラミックスに
は、上記のイットリウム（Ｙ）、希土類元素、周期律表
第２ａ、２ｂ族元素以外に、焼結性を高めたり、前記の
熱膨張率やヤング率を更に改善するために、ＳｉＣ、Ｓ
ｉ₃Ｎ₄、Ｂ₄Ｃなどの他の添加物を添加してもよい。

【００２６】また、本発明のウェハ研磨盤では、そのウ
ェハ保持面に、直径２００ｍｍの円面積において平坦度
が１μｍ以下となっているような部分を有していること
が好ましい。

【００２７】即ち、上記ウェハ保持面が直径２００ｍｍ
以下である場合は、その平坦度が１μｍ以下であり、ウ
ェハ保持面が直径２００ｍｍを超えるような場合は、そ
の中に平坦度が１μｍ以下となるような直径２００ｍｍ
の円径の部分が存在していれば良い。そのため、この平
坦度１μｍ以下の部分に半導体ウェハ１を保持して研磨
すれば、優れた平坦度となるように研磨することができ
る。

【００２８】また、本発明のウェハ研磨盤を半導体ウェ
ハを固定するタイプのキャリアプレート２に適用する場
合、キャリアプレート２のウェハ保持面の表面粗さは、
中心線平均粗さ（Ｒａ）０．５〜１．０μｍの範囲と微
小な凹凸を有していることが好ましい。

【００２９】これは、Ｒａ０．５μｍ未満の場合は、粗
さが不十分であるため、詳細を後述するように接着材３
の厚みが不均一となって、不均一な鏡面研磨が行われて
しまるためである。また、Ｒａ１．０μｍを越えると、
キャリアプレート２自身の持つ凹凸がウェハ研磨に反映
し、半導体ウェハ１の均―な鏡面研磨がし難くなり、ま
た、キャリアプレート２表面の凸部が欠けやすくなり、
研磨に悪影響を与えるためである。さらに、―度に複数
個の半導体ウエハ１をキャリアプレート２に固着させた
り、あるいは大きさの異なる半導体ウェハ１を固着させ
たりするため、キャリアプレート２は全面の表面粗さが
上記範囲内であることが好ましい。

【００３０】また、半導体ウェハ１をキャリアプレ―ト
２に固着させる接着剤３としては、ワックス、パラフイ
ン、松脂等が好ましく、研磨後、半導体ウェハ１に付着
している接着剤２を洗浄等で容易に除去できるものが好
ましい。また、接着方法としては、ワックス等を揮発性
の溶剤で希釈し、スプレーで微粒子状にしてキャリアプ
レート２に、厚さ約ｌ〜２μｍに制御しつつコートす
る。更に、このキャリアプレート２を加熱しつつ半導体
ウェハ１を接着し、弾性シートを介して定盤５をあてて
加圧後、自然冷却して固着させる。以上のように半導体
ウェハ１をキャリアプレート２に固着させて、定盤５に
押圧して回転させ研磨材にて研磨する。

【００３１】ところが、このポリッシュ工程で、キャリ
アプレート２は、数回使用すると、半導体ウェハ１の保
持部以外の部分は研磨がすすみ、当初の表面粗さが失わ
れる。一方、半導体ウェハ１は手作業でキャリアプレー
ト２に固着させるため、毎回全く同じ場所に固着させる
ことは困難であり、少し位置がずれるため、前記の理由
により、半導体ウェハ１を固着させた部分のキャリアプ
レート２の表面粗さは―定とはならない。そして、上記
キャリアプレート２の表面の鏡面研磨の進行によって、
表面粗さの低下した部分に半導体ウェハ１の―部が接着
剤３で固着されたときは、接着剤３が均―に分散され
ず、その厚さが不均一となるという問題がある。

【００３２】すなわち、キャリアプレート２の元々の表
面は、その微小凹凸の凸部先端が半導体ウェハ１にほぼ
直接接触し、凹部に接着剤３が入り込むことによって半
導体ウェハ１の平坦性を高く保持できる。ところが、キ
ャリアプレート２の表面が平滑になると、厚さ１〜３μ
ｍの接着剤３を介して半導体でウェハ１が接着され、接
着剤３の厚さのムラに応じて、半導体ウェハ１を固定し
た時の平坦性が損なわれる。この状態で研磨を行うと、
半導体ウェハ１の平坦性の悪化に応じて、場合によって
は数ミクロンのへこみを生ずるのである。

【００３３】また、上記の表面粗さの低下したキャリア
プレート２表面では、作業雰囲気からの粒子汚染で、半
導体ウェハ１の研磨面上でへこみになるという問題もあ
る。

【００３４】そこで、複数回使用したキャリアプレート
２は、面修正を行なうことによって、表面粗さを修正
し、再びキャリアプレート２の使用を可能とすることが
できる。キャリアプレート２の面修正の方法としては、
ラップ材を使用して研磨し、全面を均一な粗さとすれば
良い。面修正後のキャリアプレート２の表面粗さとして
は、もとの表面粗さ、すなわちＲａ０．５〜１．０μｍ
とすれば良い。また、使用するラップ材としては、キャ
リアプレート２の表面粗さをＲａ０．５〜１．０μｍの
粗さに研磨できるＡｌ₂Ｏ₃やＳｉＣ等が好ましく、こ
れらを単独または混合して使用することができる。

【００３５】

【実施例】実施例１次に本発明を実施例を挙げて詳しく説明する。

【００３６】本発明のウェハ研磨盤として、コージライ
トを主成分とし、添加成分としてＹ及びＥｒ，Ｙｂ，Ｓ
ｍ，Ｌｕ，Ｃｅ等の酸化物を１０重量％含有する緻密な
コージライト系セラミックスにより、直径２５０ｍｍ、
厚さ２０ｍｍのキャリアプレート２を構成した。

【００３７】上記キャリアプレート２を、３２０番のＧ
Ｃ砥粒と２４０番のＧＣ砥粒を４：ｌで混合したラップ
材にて表面粗さがＲａ１．０μｍとなるように研磨し
た。その後加温し、キャリアプレート２上にワックスを
接着剤３として薄層を形成後、この上に直径６インチ、
厚さ０．５〜０．６ｍｍの研削、化学エッチング加工を
施したシリコン製の半導体ウェハ１を載置した。半導体
ウェハ１は、図２に示すように中心に１枚、その周辺に
６枚等間隔に配置し、キャリアプレート２の背面から加
熱したまま、半導体ウェハ１の上にほぼ同形の鉄製の定
盤５を載せ、加圧して１時間保持後冷却した。

【００３８】その後、図１に示すように、定盤５に押圧
して回転させ、研磨材としてシリカ微粒子を水に分散し
たスラリーを使用し、半導体ウェハ１の鏡面研磨を行っ
た。研磨後、半導体ウェハ１をキャリアプレート２より
はずし、有機溶剤および中性洗剤にてワックスを除去し
た。上記研磨により高精度の平坦度を有する鏡面研磨さ
れたシリコンウェハが得られた。

【００３９】実施例２次に、キャリアプレート２をさまざまなセラミックスで
形成して、上記と同様の実験を行った。

【００４０】本発明実施例として、上述したコージライ
ト系セラミックス（コージライトＡ，Ｂ）を使用し、一
方、比較例として、上記添加成分を含有しない多孔質の
コージライト系セラミックス（コージライトＣ、Ｄ）、
アルミナセラミックス、炭化珪素質セラミックス、リシ
ア系セラミックスでも同じキャリアプレート２を作製し
た。

【００４１】各キャリアプレート２の材質の特性や、表
面の平面度を表１に示す。また、それぞれのキャリアプ
レート２を用いて、研磨した半導体ウェハ１の平坦度は
表２に示す通りである。なお、熱膨張係数αは１０〜４
０℃の間のものであり、キャリアプレート２の平面度
は、直径２００ｍｍの円面積に対して、触針式真直度計
を用いて測定したものである。

【００４２】この結果より、熱膨張係数が１．０×１０
^-6／℃よりも大きい、アルミナ、炭化珪素では、半導体
ウェハ１の平坦度を１．７μｍまでしか研磨できなかっ
た。また、熱膨張係数が１．０×１０^-6／℃のセラミッ
クスでも、ヤング率が１３０ＧＰａ未満のもの（コージ
ライトＣ，Ｄ、リシア）では、押しつけ力による変形の
ため、半導体ウェハ１の平坦度を小さくできなかった。

【００４３】これらに対し、熱膨張係数が１．０×１０
^-6／℃で、ヤング率が１３０ＧＰａ以上の本発明実施例
（コージライトＡ，Ｂ）では、半導体ウェハ１の平坦度
を１．３〜１．４μｍまで研磨することができ、より優
れた平坦面を持った半導体ウェハ１を得られることがわ
かる。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、半導体ウェハのポリッ
シング工程において、ウェハを保持して研磨するために
用いる研磨盤を、１０〜４０℃における熱膨張率が１×
１０^-6／℃以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のセラミ
ックスで形成したことによって、ポリッシング時に発生
する摩擦熱等の原因でウェハ研磨盤内に温度差が発生し
ても、熱膨張係数が非常に小さい為、熱歪みの発生を著
しく低減でき、従って半導体ウェハ平坦度を向上させる
ことができる。又、ヤング率が大きくいためポリッシン
グ時の押しつけ力に対しても歪みが生じず、平面度に優
れた半導体ウェハを得ることができる。それにより、半
導体ウェハの平坦精度を向上させることができ、高集積
ＩＣ用の半導体ウェハを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体ウェハのポリッシング工程を示す概略図
である。

【図２】半導体ウェハのポリッシング工程における、キ
ャリアプレート上の半導体ウェハの配置の一例を示す平
面図である。

【符号の説明】

１：半導体ウェハ２：キャリアプレート３：接着剤５：定盤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウェハのポリッシング工程におい
て、ウェハを保持して研磨するために用いる研磨盤であ
って、１０〜４０℃における熱膨張率が１×１０^-6／℃
以下、ヤング率が１３０ＧＰａ以上のセラミックスから
なることを特徴とするウェハ研磨盤。
【請求項２】上記研磨盤のウェハ保持面が、直径２００
ｍｍの円面積における平面度が１μｍ以下であることを
特徴とする請求項１記載のウェハ研磨盤。
【請求項３】上記セラミックスが、コージライトを主成
分とし、イットリウム、希土類元素、及び周期律表２
ａ、４ｂ族元素から選ばれる少なくとも一種を酸化物換
算で１．５〜１５重量％含有することを特徴とする請求
項１記載のウェハ研磨盤。