JPH0112631B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は薄い半導体ウエハ、例えば半導体シリ
コンのスライス、の加工に係り、そして特に研摩
された表面の均一の平面度を有するウエハを研摩
するための改良された方法と装置とに関する。改
良された研摩されたウエハの平面度は、その回転
軸線からその端縁に至る熱及び機械的湾曲を生じ
る傾向のある回転テーブルによつて支持される研
摩面と接触する、圧力板によつて担持されるウエ
ハの接触面輪郭を調整することによつて得られ
る。 近時の化学的−機械的半導体研摩方法は、典型
的には、ウエハが固定用媒体によつてキヤリヤ板
に固定され、該ウエハが、圧力板によつてキヤリ
ヤ板によつてキヤリヤ板を介して荷重を及ぼされ
ることによつて押圧されて、回転する回転テーブ
ル上に取付けられた研摩パツドに対して摩擦接触
するようにされた装置において実施されている。
キヤリヤと圧力板も回転テーブルからの駆動摩擦
または圧力板に直結された回転駆動手段の結果と
して回転する。ウエハの表面において発生された
摩擦熱は研摩流体の化学反応を増進し、従つて研
摩速度を増す。そのような研摩流体はワルシユほ
かの米国特許第3170273号に開示されている。研
摩された半導体ウエハを求める電子産業の需要の
増加は、研摩装置に対してかなり大きな荷重と相
当な動力インプツトとを要求する一そう速い研摩
速度の必要性を増進させた。かくのごとき増大さ
れた動力インプツトは、ウエハの表面において摩
擦熱として出現する。過度の温度蓄増を防ぐた
め、熱は回転テーブルを冷却することによつてシ
ステムから除去される。典型的な回転テーブル冷
却装置は、回転テーブルの軸を通る同軸の冷却水
入口及び出口と、回転テーブル内に設けられた冷
却水路とを以て構成される。該冷却水路は入口と
出口との間で側路流れを生じるのを防ぐため適正
に阻板を形成されている。しかし、ウエハ表面の
歪みの主因は、回転テーブルの上面の温度を下面
のそれよりも高くするウエハ表面から冷却水への
熱の流れから実質的に生じる回転テーブルによつ
て支持される研摩面の弓形歪みから生じる。前記
の如き温度差の結果として熱膨脹差が生じ、それ
によつて回転テーブルの表面は、回転軸線から外
端縁へ、低温の表面へ向かつて変形される。 ウエハのためのキヤリヤは、弾性圧力パツドに
よつて圧力板に対して熱絶縁されている。従つ
て、キヤリヤは実質的に一様の温度において熱的
釣合いに近づいて平らに保たれる。ウエハによつ
て画成される平面と回転テーブルの湾曲面との間
の曲りの差は、キヤリヤの中心寄りに過度の材料
削除を惹起させ、それによつて、均一でないウエ
ハ厚さと、劣つた平面度とを生じさせる。均一性
及び平面度のかくのごとき欠除は、近代的技術に
おいて要求される一そう大きいウエハ寸法によつ
ても助長され、従つて、前記研摩されたウエハの
最終使用、例えば、大規模集積（LSI）回路製造
及び極大規模集積（VLSI）回路応用のためのシ
リコン研摩ウエハの使用に関しきわめて重大な問
題が生じる。これらの使用は、集積回路製造法の
写真平板工程において高分解能を得るために実質
的に平らな研摩されたウエハ表面を要求する。 最近の技術的進歩は、研摩されたウエハの機械
的変形または非平坦性を生じることなしにウエハ
が、洗い、ラツプ磨き、研摩などを含む加工を施
されることを許す。半導体スライスをキヤリヤ板
に固定する方法の開発を盛んにした。例えば、そ
の表面に爾後さらに加工を施こすために、特にそ
のようなウエハ上に集積回路を形成するのに適す
る高表面完全度に達するまで研摩するためキヤリ
ヤ板にシリコン・ウエハをろう取付けする方法を
使用するとき、スライスの下のろう層中に捕捉さ
れた空気の泡は、在来の方法から生じる欠陥を製
品に残す。そのような不完全な方法は、最近のウ
オルシユの米国特許願（ケース番号c19−0286）
連続番号126807（名称：研摩のため薄いウエハを
ろう取付けする方法と装置）に開示される発明に
よつて修正された。前記ウオルシユの取付け方法
によつて提供された修正は、もし最終研摩が均一
の平面度の継続を許さないならば、半導体ウエハ
の均一の研摩された平面度を得るのにほとんど寄
与しない。研摩されたシリコン・ウエハに関する
半導体産業の今日的要求は、平面度の非一様性を
許容し得ない。VLSI回路の製作においては、回
路素子の高密度配列がシリコン・ウエハ上におい
て達成されなければならず、そのことは従来にお
いては要求されなかつたウエハ平面度を必要とす
る異常に高い精密度および分解能を要求する。そ
のような用途のために必要とされる研摩されたス
ライスの平面度、例えば頂から谷まで約２ミクロ
メートル以下、はもしキヤリヤに固定されたウエ
ハが熱的且つ機械的に湾曲された研摩面に対して
研摩されるならば達成され得ない。 本発明の目的はウエハが固定されるキヤリヤ円
板を機械的に湾曲させることによつて達成される
ウエハ研摩接触面の機械的調整によつて研摩され
たウエハの平面度を改善する方法を提供すること
である。 本発明の第２の目的は、研摩接触面の非均一性
から生じる研摩されたウエハ表面の欠陥を事実上
回避するように前記の如き薄いウエハ等の幾何学
的固定に用いる上記特性の方法を提供することで
ある。 本発明の第３の目的は、VLSI回路の製造に寄
与するごとき著しく高い平面度にまでウエハを研
摩することを可能にする上記特性の方法を提供す
ることである。 本発明の第４の目的は、単結晶半導体シリコン
等の大規模量産による製造及び加工の文脈内で簡
単且つ容易に実施されうる前記特性の方法を提供
することである。 本発明の第５の目的は、最少の手動段階を以て
実施され得、且つ自動化され易い前記特性の方法
を提供することである。 本発明の第６の目的は、前記ウエハが湾曲した
研摩面に接触せしめられるとき平面度の変形を回
避することを可能にする変形自在のシリコンにウ
エハを固定する装置を提供することである。 本発明のその他の目的と特徴は以下の説明にお
いて部分的に自明になり、そして部分的に指摘さ
れるであろう。 図面を参照すると、シリコンおよびその他の半
導体ウエハのための現在の化学的−機械的研摩方
法は典型的には第１図に示されるごとき装置にお
いて行われている。ウエハ１は固定用媒体３を介
してキヤリヤ５に固定される。前記固定用媒体３
は、キヤリヤ５に付着するための摩擦、表面張力
またはその他の手段をウエハ１に提供するろうま
たは各種の無ろう固定用媒体の任意の１種であ
る。キヤリヤ５は弾性の圧力パツド７を介して圧
力板９に取付けられる。圧力板９は軸受装置１１
を介してスピンドル１３に好適に取付けられてい
る。例えば回転テーブル２１が回転し、従つて摩
擦装置または独立の駆動装置を介してキヤリヤ５
の回転を強いるとき前記ウエハ１が作動間に研摩
パツド１９と回転接触している間、前記圧力板９
に対しそして最終的にはウエハ１に対し及ぼされ
る荷重１５は前記スピンドル１３と前記軸受１１
とによつて支持される。前記回転テーブル２１は
軸２５を中心にして回転され、軸２５は回転テー
ブルの内部に形成された中空の室を連通している
冷却水入口２９および出口２７を有する。２本の
流れは阻板２３によつて分離されている。 今日要求されている比較的大きい研摩速度は、
増加された荷重と、相当大きい入力とを方法論に
導入する。かくの如き増加された速度及びより大
きい入力は、研摩間にウエハ表面に摩擦熱として
現われる。過度の熱の蓄積を防ぐため、熱は、第
１図、第３図および第４図に図示されるごとく、
回転テーブル２１を令却することによつてシステ
ムから除去される。 第１図に図示される型式の装置によつてシリコ
ンのウエハを研摩するとき、材料の除去はキヤリ
ヤ上に固定されたウエハの全表面に亘つて一様で
なく、キヤリヤの中心寄りにおいてより大きく、
キヤリヤの外縁寄りにおいてより小さいことが認
められている。 本明細書での開示のため、半径方向テーパ
（RT）は、下記のごとく定義される： RT＝T_p−T_i ただし、T_p３３は外縁端からのウエハ厚さ3.2
mm（1/8″）であり、T_i３１はウエハの内縁端から
のウエハ厚さ3.2mm（1/8″）であり、何れも第２
図に示される通りである、比較的大きいウエハ寸
法において15ミクロメータに達する半径方向テー
パーの読みに出会うことも稀でない。最近の半導
体技術は、より大きい直径のシリコン・ウエハに
対する需要を増すに至つた。したがつて、半径方
向テーパの欠陥はこれら直径増大によつて一そう
大きくされる。大きい半径方向テーパを有するウ
エハの平面度は比較的よくない。したがつて、大
規模集積（LSI）および極大規模集積（VLSI）
ウエハ応用に関し重大な問題を生じる。 半径方向テーパ問題は、実質的には、熱応力及
び機械的応力から生じる平坦面から上向き凸面へ
の回転テーブルの歪みの結果である。この現象は
第３図に誇張された形状で示されている。歪みの
主部分は、ウエハ１の表面から冷却水への熱の流
れ３５によつて生じ、それによつて回転テーブル
の上面は、本質的には冷却水の温度である下面よ
りも高い温度にされる。この温度差の結果、熱膨
脹差が生じ、それによつて回転テーブルの表面お
よびその上に取付けられた研摩パツド１９は外端
縁において下方へ変形される。キヤリヤ５は弾性
圧力パツド７によつて圧力板９に対し熱絶縁され
ている。したがつて、キヤリヤ５は実質的に一様
の温度で熱的釣合いに対して平らに維持される。
キヤリヤ５と回転テーブル２１との間における曲
りの差は、キヤリヤ５の中心寄りにおいて過度の
材料の削除を生じさせ、それによつて半径方向テ
ーパ問題が生じる。問題を部分的に無くする、本
発明の方法と装置以外の解決法は、言う迄もなく
歪みが許容されるまで研摩速度、従つて、熱流量
を減じ得るが、そのような減少は、研摩装置のウ
エハ生産量を著しく低下させ、したがつてウエハ
の研摩コストを増大させる。本発明の方法と装置
に依れば、より経済的な解決法が得られ、それ
は、同等またはより高い研摩速度を維持しつつ、
熱の流れから生じる形状寸法に就ての諸問題に対
して補償する装置を可能にする。 第４図において、中空の軸３９及び圧力板９
は、弾性圧力パツド７とキヤリヤ９と圧力板９と
の間の空間または真空室に連通する真空ポート３
７を有するように本発明に従つて設計されてい
る。先行技術による装置の全面弾性圧力パツドは
環状の弾性リングに代えられ、圧力パツド材料
は、ゴムまたはエラストマ重合体物質のごとく空
気に対して不透明であるように選ばれる。研摩過
程の間、真空給源は真空ポート３７に接続され、
キヤリヤ５と圧力板９との間の空間は部分的に排
気される。キヤリヤ５における圧力差は、第４図
に示されるごとく、回転テーブルの変形された表
面に合致するようにされうる下向きの凹形になる
ようにキヤリヤを歪曲または変形させる。この方
式で研摩されたウエハは著しく改善されたテーパ
と平面度とを有する。 実際において、キヤリヤ５の歪みは、満足され
る半径方向テーパと平面度とが得られるまで真空
量および、または、環状圧力パツドの直径（面
積）を変更することによつて調整される。或る場
合においては、キヤリヤの歪みを回転テーブルの
歪みに合致させるためキヤリヤの歪みを適正範囲
に限定するようにキヤリヤの厚さを変えることが
必要である。 次ぎに掲げる例、第２〜６は、先行技術の使用
を示す例第１に比べたときの本発明の結果を説明
するものである。 例 第１図、第３図及び第４図に示される方法及び
装置は100mmシリコン・ウエハの研摩に使用され
た。キヤリヤ板は1.27cm（0.5″）の厚さと31.75cm
（12.5″）の直径を有し、ステンレス鋼から作られ
ていた。環状圧力板は20.3cmの内径と26.7cmの外
径とを有した。研摩温度は約53℃であり、下記の
結果が適用真空を唯一の変量として得られた。

【表】 本発明に従つた方法と装置との有効性はすべて
の実施環境下において物理的限界に達することが
上記表に記載されるデータから容易に明認され
る：即ち、例第６において、キヤリヤ板凹面変形
は回転テーブルの湾曲性に負度にまで打勝つこと
が注目さるべきである。例第１〜第６によつて示
されるデータは、例第１における先行技術の方法
に比較するとき本発明の有用性と、例第６に示さ
れるごとき本発明に基く過補償とを明らかに示し
ている。 以上は本発明を実施するため考えられる最良の
方法に就ての説明を包含するが、各種の修正が本
発明の開示の精神と範囲を逸脱することなしに為
され得る。 本発明の範囲内で各種の修正が本明細書に図示
説明された方法と構造とに関して為され得るか
ら、前記説明に包含される。または添付図面に示
される全事項は制限的にではなく例示的に解釈さ
れるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、回転する回転テーブルに結合された
研摩ベツドに対してキヤリヤ・圧力板組立体に固
定されたウエハを研摩する方法を実施する代表的
先行技術装置をその横断面を以て示した概略図；
第２図は第１図の２−２線に沿つて取られたウエ
ハを固定されたキヤリヤの横断面図；第３図は、
第１図に示される装置の一部分の拡大された図面
であつて研摩パツドを支持する水冷されて湾曲し
た回転テーブルに対するウエハの非平面接触を示
し、第１図とともに、本発明による方法または装
置ではなく先行技術による方法を表わす部分断面
図；第４図は、ウエハ・キヤリヤが凹面形状に変
形され、それに固定されたウエハが、湾曲された
研摩パツド・回転テーブル組立体に対して非平面
接触している、本発明による装置の一部分を示し
た断面図である。 １は『ウエハ』；３は『固定用媒体』；５は『キ
ヤリヤ』；７は『弾性圧力パツド』；９は『圧力
板』；１１は『軸受』；１３は『スピンドル』；１
５は『荷重』；１９は『研摩パツド』；２１は『回
転テーブル』；２３は『阻板』；２５は『軸』；２
７は『出口』；２９は『入口』を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変形可能な薄い円盤状のウエハを研摩するた
   めのウエハ研摩方法において、 変形可能な薄い円盤状のウエハキヤリアの第１
   の表面を可撓性のリングを介して回転可能な圧力
   板に装架して該ウエハキヤリアの第１の表面と圧
   力板との間に真空室を形成し、 変形可能な薄い円盤状のウエハをウエハキヤリ
   アの第２の表面に装架し、 前記ウエハキヤリアを前記真空室の内方に向け
   て凸状に変形してウエハキヤリアの第２の表面を
   凹状に曲げ、 前記ウエハが装架されたウエハキヤリアを回転
   テーブル上に装架された回転可能な研摩表面に接
   触させる段階とを有するウエハの研摩方法。 ２ 特許請求の範囲第１項記載のウエハの研摩方
   法において：研摩が回転テーブルの回転と、回転
   圧力板と凹面形状のキヤリアに固定されたウエハ
   との摩擦駆動回転とによつて達成されるウエハの
   研摩方法。 ３ 特許請求の範囲第１項記載のウエハの研摩方
   法において：回転テーブルと圧力板がともに独立
   して回転駆動される、ウエハの研摩方法。 ４ 特許請求の範囲第１項記載のウエハの研摩方
   法において：変形自在の薄い円板状のウエハキヤ
   リアが、キヤリア円板の第１の表面と圧力板との
   間に真空室を画成する弾性リングとの接触を通じ
   て圧力板に真空固定され、前記真空室がキヤリア
   円板の変形制御を向上させるウエハの研摩方法。 ５ 特許請求の範囲第４項記載のウエハの研摩方
   法において：前記圧力板、キヤリア及びウエハが
   回転テーブルの研摩面の上方に位置され、キヤリ
   ア円板が変形されて、その第２の表面を回転テー
   ブルに対して凹面形状にされ、前記回転テーブル
   がその回転軸線から端縁へ下方に向かつて湾曲に
   されるウエハの研摩方法。 ６ 特許請求の範囲第１項記載のウエハの研摩方
   法において：ウエハが約200μｍから750μｍまで
   の厚さを有する半導体物質を以て成るウエハの研
   摩方法。 ７ 特許請求の範囲第６項記載のウエハの研摩方
   法において：前記物質がシリコンであるウエハの
   研摩方法。 ８ 特許請求の範囲第７項記載のウエハの研摩方
   法において：研摩されたウエハが約2.5μｍ以下の
   半径方向テーパを有するウエハの研摩方法。 ９ 特許請求の範囲第８項記載のウエハの研摩方
   法において：ウエハの平面度が平均約1.5μｍ以下
   であるウエハの研摩方法。 １０ 変形可能な薄い円盤状のウエハを研摩する
   ためのウエハ研摩装置において、 回転可能な圧力板と、 前記圧力板に装架された可撓性のリングと、 少なくとも１個のウエハを装架するために前記
   可撓性のリングに装架された変形可能な薄い円盤
   状のウエハキヤリアとを備え、 前記圧力板と、前記可撓性のリングと、前記ウ
   エハキヤリアの第１の表面とは真空室を形成し、 前記ウエハキヤリアを前記真空室に向けて内方
   に凸状に変形するように前記室に連通した真空装
   置と、 前記ウエハキヤリアの第２の表面に対向する第
   １の表面を有する回転テーブルと、 前記回転テーブルの第１の表面に装架された研
   摩パツドと、 前記研摩パツドと前記回転テーブルの第１の表
   面とから熱を消散させるために前記回転テーブル
   にもうけられた内部冷却装置とを備え、 これによつて、前記回転テーブルの第２の表面
   は研摩作業中に該回転テーブルの第１の表面より
   も低温にされ、前記回転テーブルは前記変形され
   た薄いウエハキヤリアの凹状に一致する下向きの
   熱湾曲をするウエハの研摩装置。 １１ 特許請求の範囲第１０項記載のウエハの研
   摩装置において：ウエハがキヤリア円板の凹面に
   ろう結合されるウエハの研摩装置。 １２ 特許請求の範囲第１０項記載のウエハの研
   摩装置において：回転し得る回転テーブルが、ウ
   エハを固定されたキヤリア円板と圧力板の摩擦駆
   動回転を提供するウエハの研摩装置。 １３ 特許請求の範囲第１０項記載のウエハの研
   摩装置において：ウエハが独立した圧力板回転駆
   動装置によつて回転されるウエハの研摩装置。