JPH02159722A - ウエーハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野Ｊ 本発明は、メカノケミカルポリッシング法に基づいて半
導体ウェーハな高精度に鏡面研磨する為の毎葉式研磨装
置及び該装置に使用される位置決め治具に係り、オリフ
ラを持つ不完全円形又は僅かにテーパな有する半導体ウ
ェー／＼を高平坦状に鏡面研磨する為の毎葉式研磨装置
及び該装置に使用される位置決め治具に関する。

「従来の技術」 従来より、ダイオード、トランジスタ、ＩＣ（集積回路
）、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体装置を製造す
る為の基体となるべき半導体つ工−ハは、シリ、コン、
ゲルマニウム等の半ｉ体単結晶インゴットをスライスし
てウェーハ化した後、更にラップ並びにエツチングし、
次いでその少なくとも一側表面をいわゆるメカノケミカ
ルポリッシング法と呼ばれる研磨方法（機械的研磨と化
学（電解）研磨を組み合わせた研磨方法）に基づいて鏡
面研磨する事により形成される。

かかる研磨装置は例えば第２図に示すように、」二面に
研磨布１が貼設され外部よりの駆動力を受けて回転する
ターンテーブルと、該研磨布貼設面上に接触対峙し、下
面に半導体ウェーハ３を固定させたプレート４と、加圧
軸５１を利用して該プレート４の上面側より押圧力を付
勢するマウントヘッドとからなり、研磨布面上に数百ｇ
／ｃｒｎ’前後の押圧力でウェーハを圧接させた状態で
、５ｉ０２等の砥粒な含む化学研磨剤を分散させつつ前
記定盤とプレートを回転させながら、ウェーハと研磨布
間に生せしめる相対的摺擦連動により鏡面研磨を行うよ
うに構成している。

そして前記装置においては量産性の向上を図る為に、従
来より前記プレート４に保持固定させるウェーハな、プ
レートの回転軸として機能する加圧軸５１を中心として
対称位置に複数枚配置するように構成していた（以下複
葉式という、尚第２図は本発明の詳細な説明に利用する
ために、ウェーハを一枚貼付した状態が画かれている。

）しかしながら前記プレート４に複数のウェーハを保持
固定させる構造では、近年のようにウェーハの大口径化
が進むに比例してプレートが大型化し、該プレートに均
等に押圧力を付勢するのが困難になるとともに、該プレ
ートと研磨布間の平行度維持も困難になり、結果として
ウェーハ表面の鏡面仕上げ精度が低下し、更に前記プレ
ートに固定されるウェーハ相互間には通常微小な厚肉差
があるので、プレート自体が傾動したり、押圧力の圧力
分布差が生じ、鏡面仕上げ精度の向上に困難がある。

このような背景により、ウェーハの大口径化に対応する
為に、前記プレートに複数のウェー／＼を固定する車な
く、プレートの回転軸と同心状に一枚のウェーハのみを
、言い換えればプレートの回転軸とウェーハの半径中心
を一致させて一枚のウェーハのみをプレートに固定させ
る方法に移行しつつある。（以下毎葉式という） ［発明が解決しようとする課題」 しかしながら前記のような毎葉式研磨方法を採用した場
合、従来の複葉式では現出されなかった種々の問題点が
現出してくる。

即ちその第１点は、ウェーハのは゛とんどはつ工−ハの
表裏両面が高度な平行度を維持しているものではなく、
僅かにテーパ状になっているものが多い為に、該−枚の
ウェーハのみをプレートに固定させた場合、複葉式にお
けるテーパの修正効果はなく、材料ウェーハのテーパが
研磨後にも残存してしまうため、高平坦度で且つ高平行
度なウェーハ研磨が不可能になる。

又前記半導体ウェーハは、必ずしも真円状の薄板ではな
く、その一部にオリエンテーションフラット（以下オリ
フラという）と呼ばれる弓形状の切欠きを有する為、プ
レートの回転中心に真円と仮想したときのウェーハの幾
何学上の中心（以下仮想中心という）を一致させて、上
方より抑圧力を付勢しながらプレートを研磨布上に自公
転させた場合においても前記オリフラから起因してつ工
−ハ面での研磨圧力にアンバランスが生じ、この結果、
研磨代がウェーハ面内で不均一となり、前記と同様にウ
ェーハ表面の高平坦度で且つ高平行度なウェーハ研磨が
不可能になる。

尚、前記のような問題は複葉式研磨方法の場合において
は、各ウェーハはプレート回転軸を中心として対称に配
置されている為に、各ウェー／＼間で上記アンバランス
を打ち消し、オリフラによる研磨圧のウェーハ内つェー
へ間の不均一がなくなる。

本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、いわゆる毎葉
式研磨方法を採用するウェーハ研磨装置において、前記
ウェーハ表面に僅かなテーバな有するウェーハ又はオリ
フラを有する半導体ウェーハな研磨する場合でも、ウェ
ー／＼表面を高平坦度で且つ高平行度なウェーハ研磨が
可能なウェーハ研磨装鐙及び該装置に使用される位置決
め治具を提供する事を目的とする。

［課題を解決する為の手段」 本発明はかかる技術的課題を達成する為に、いわゆる毎
葉式の研磨装置において、前記一のウェーハを保持する
プレートの回転中心（一般にはプレート荷重中心と合致
する）とウェー／＼仮想中心とを合致させて固定する事
なく、前記ウェー／Ｘのテーバの最大傾斜方向に平行な
直・掻上で、プレートの回転中心が該ウェーハの厚肉方
向に仮想中心より僅かに偏位するよう、またオリフラを
有するウェーハにおいては、オリフラを２等分する直径
上でプレートの回転中心が該オリフラと反対の方向に仮
想中心より僅かに偏位するようウェーハを固定した事を
特徴とするものであり、そしてその偏位最愛はほぼ［交
＝Ｔ・Ｒ／８Ｓ］に合致するように、（Ｔ：テーパ量、
Ｒ：ウェー／＼の半径、Ｓ二つェーハ中心における設定
研磨量）またオリフラを有するウェーハに対してはその
偏位最愛゛を下記式に合致するように設定する。

（２０：オリフラ挟角　Ｒ：ウェーハ半径、Ｌ：オリフ
ラ長） そして第２発明においては前記ウェーハとプレート間の
位置決めを容易にする為の治具に関するもので、前記プ
レートとウェー／＼の内いずれか一方を固定する手段と
、他方を前記ウエーノ＼の任意の直径方向に沿って微小
移動される移動手段からなる事を特徴とするものである
。

「作用」 かかる技術手段によれば、オリフラを有する半導体ウェ
ーハをプレート上に固定させる場合においてはウェーハ
上に加わる荷重が均一となり、この結果従来技術のよう
にプレートの回転中心につ工−ハの仮想中心を一致させ
たときにオリフラ側が余計に研磨される事が防止され、
これにより鏡面ウェーハの平行度及び平面度が悪化した
りすることがなく、高平担度の研磨加工が可能となる。

又僅かにテーバ状になっている半導体ウェー／＼をプレ
ート上に固定させる場合においても、前記テーパ量を加
味してウェー／＼の厚い部分に研磨荷重が余計加わるよ
うにプレートの回転中心に対し、ウェーハの仮想中心を
偏位させた為に、研磨終了後平行度及び平面度の優れた
鏡面ウェー／＼を得ることが出来る。

「実施例」 以下１図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に
詳しく説明する。ただしこの実施例に記載されている構
成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は特に特定
的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限
定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

第１図は第２発明の実施例に係るウェーハ決め装置で、
プレー日外径より大なる一辺を有する正方形状の定盤１
１と、該定盤１１の隣接する二辺のほぼ中央位置に突設
した一対の方形ブロック１２．１３と、該方形ブロック
１２．１３に、その中心線を定盤１１中心を通るＸ、Ｙ
軸線と一致させて取付けたマイクロメータへラド１４．
．１５と、前記定盤ｌｌ上に載設されるウェーハ３位置
決め用の穴開きシート１６からなる。

マイクロメータへラド１４．１５は前記方形ブロック１
２．１３に穿孔された取付孔１２１にきっちり嵌着され
軸目盛１４１が刻設されたスリーブ１４２と、該スリー
ブ１４２内に設けた螺子状に沿って螺子状に回転自在に
嵌合され、その先端に円周目盛１４３が刻設された筒状
シンプル１４４と、該シンプル１４４に一体的に連結さ
れ、該シンプル１４４の回転により進退するスピンドル
１４５よりなり、そして前記スピンドル１４５を方形ブ
ロック１２．１３より定盤１１中心側に突設させ、その
先端面がプレート４側壁面に当接可能に構成するととも
に、スリーブ１４２側に前記スピンドル１４５所定の位
置で位置決めする為のストッパ（不図示）を設ける。

そして前記穴開きシート１８は、中心部にウェーハ３′
がきっちり収納可能な直径をもって円形状に開口した穴
１１１ｆｌ・を有し、且つ該ウェーハ３厚肉より僅かに
小なる厚肉を有する正方形状のプラスチック製シー）１
Ｂで形成するとともに、隣接する二辺からなる基準辺１
６２，１８３を前記方形ブロック１２．１３内壁面に当
接する事により、定盤１１上の所定位置に位置決めして
載設されるとともに、該位置決めにより前記穴ｔｅｔ中
心とＸ−Ｙ軸の交点が一致するように構成する。

次にがかる治具を用いたウェーハ３°とプレート４間の
位置決め方法について説明するに、先ず前記位置決めシ
ー）１Ｂを方形ブロック１２．１３を利用して定盤！１
の所定位置に載設した後、前もって表裏両面間のテーパ
量を測定したウェーハ３を鏡面となる側を下にして収納
する６次に下記ｌ）式に基づいて求めたウェーハ中心Ｃ
との偏心最愛を算出した後、該偏心量文に基づいて前記
マイクロメータヘッド１４．１５のシンプル１４４を回
転しながら、前記ｌ）式に対応する目盛位置までスピン
ドル１４５先端を進退させてストッパによりロックした
後、ヘッド１４．１５と一体化されたプレート４を上方
より降ろしながら、前記スピンドル１４５先端にプレー
ト４外周面を当接させて位置規制を行いつつ、ウェーハ
３裏面に圧着させ、真空吸着その他の公知の手段を利用
して両者間を固着させる。これによりプレート４の回転
中心Ｐとウェーハ３の偏心位置Ｈが合致する。

文＝Ｔ−Ｒ／８Ｓ　　　・・・・・・１）ここで、Ｔは
ウェーハ端の最大と最小のウェーハ厚さの差、Ｒはウェ
ーハの半径、Ｓばウェーハ中心における研磨除去量 半導体ウェーハの研磨においては、既に研磨が行われて
テーパを生じた場合には、研磨面はほぼ平面であるので
、１）式が正確に適用出来るが、研磨に供される半導体
ウェーハは、通常化学的にエツチングされた状態である
ので、被研磨面は凹凸があり、最大及び最小厚肉がウェ
ーハ周端にない場合が多い。このような場合にもウェー
ハ被研磨面を平面で近似し、この平面にもとずいてテー
パを求め１）式に適用すれば、充分実用に耐える。

尚、製品としての鏡面ウェーハには厚さの仕様が決めら
れているので、これに合格するようＳの選定が行われな
ければならない。

この際プレート４と定盤１１間のそれぞれのＸ、Ｙ軸同
士を一致させる為に、互いに対面するスピンドル１４５
端面とプレート４外周面にマーク（不図示）を刻設する
のがよい。

そして前記式で定めた偏心最愛に基づいて、プレート４
上の所定位置にウェーハ３を゛位置決め固定した後、第
２図に示す研磨装置に基づいて所定の研磨加工を行った
所、研磨前のウェーハ３表裏両面間のテーパが５．５６
ｇ１ｌ／１２５φあったものが、研磨後において０．８
〜１μｍに縮小させる事が出来た。

次に本実施例の効果を確認する為に、同じ装置及び同じ
研磨条件で前記研磨後ウェーハ３の固定位置をＸ軸方向
に徐々にずらしながら研磨後のテーパ量を確認した所、
第４図のようなグラフ図が得られ、本発明の効果を実証
する事が確認された。

尚、本発明に用いた研磨装置を第２図によって簡単に説
明するに、ターンテーブル２は回転軸を中心として回転
可能に構成したステンレス製鋳造体からなり、その内部
通路２ｂに冷却液を還流させて上面に貼設された研磨布
１を冷却可能に構成する。

研磨布ｌは厚肉１〜２ＩＩ１１程度の弾性を有する不織
布で形成するとともに、該不織布上に分散器を利用して
コロイタルシリ力系の研磨液６を浣しながら、前記ター
ンテーブル２の回転を利用して均に分散可能に構成する
。

プレート４は石英ガラスやセラミック等の低熱膨張性の
材料で形成ｙれ、下面に一の半導体ウェーハ３を同心状
に固定可能な直径を有する円筒形状をなすとともに、該
下面側に開口する細孔４１を介して真空吸引する事によ
りウェーハ３がｒ！Ａ着可能に構成する。又該プレート
４に押圧力を付勢するマウントヘッド５との間にＯリン
グ５３を介して球面軸受５２を形成し、プレート４を揺
動自在に支持するとともに、プレート４の作動中心（球
面軸受５２の半径中心Ｃ）を研磨布１面上に位置せしめ
、ターンテーブル２回転時に生じるプレート４の傾動を
防止している。

又前記マウントへラド５は回転軸５１を介して前記ター
ンテーブル２と同期させて同一回転数で回転可能に構成
するとともに、上方より所定押圧力が付勢可能に構成し
ている。

次にかかる装置を用いてオリフラを有するつ工−ハ３を
ａＦ府する場合について説明する。

オリフラ３を有する半導体ウェーハ３の場合は、第２図
に示すようにプレート４の回転中心Ｃにウェーハ３の仮
想中心旦°直径上オリフラから遠ざかる方向に偏位させ
ればよく、このため下記２）式に基づいて求めたウェー
ハ仮想中心Ｃからの偏心最愛°を、算出した後、この偏
心位置Ｘとプレート４上の回転中心Ｐを合致する如くウ
ェーハ３を位置決め固定した後、上記研磨装置に基づい
て所定の研磨加工を行った所、ウェーハ３のテーパをｏ
、ａ　１１．ｍ以下にする事が出来た。

・・・・・・・・・・・・２） 単位二ｍ履　（２θ：オリフラ挟角、Ｒ：ウェーハ半径
、Ｌ：オリフラ長） ここでウェーハ３直径１２５脂麿φ、オリフラ長さ４２
．５ｍｍであって、計算の結果見゛は０．５３ｍｍであ
った。つぎにプレート４上の回転中心とウェーハ３仮想
中心Ｃを合致させてウェーハ３を位置決め固定した後、
前記と同様な方法で研磨加工を行った所、ウェーハ３の
テーパは２．２　ｐ−ｍと前記に比較して態化している
事が確認出来、本発明の効果が実証出来た。

「発明の効果」 以上記載した如く本発明によれば、いわゆる毎葉式固定
方法を採用するウェーハ研磨装置において、前記ウェー
ハ表面に僅かなテーパな有するつ工−ハ又はオリフラを
有する半導体ウェーハを研磨する場合でも、ウェーハ表
面が高平坦度で且つ高平行度な研磨が可能なウェーハ研
磨装置、及び該装置に使用される位置決め治具を提供す
る事が出来る等の著効を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は第２発明の実施例に係るウェーハ位置決め治具
（Ａ）は平面図（Ｂ）は正面図である。 第２図は第１発明の実施例に係る研磨装置を示す概略断
面図、第３図はテーパ形状のウェーハの位置決め計算式
を求める手順を示す作用図、第４図は本発明の実施例に
係る効果を実証する為のグラフ図である。 特許出願人：＠越半導体株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）一のウェーハを固定したプレートを研磨布との間で
   相対的に自公転させながら半導体ウェーハの鏡面研磨を
   行う毎葉式研磨装置において、前記ウェーハの中心を前
   記プレートの回転中心に対し所定量偏心させて保持させ
   る事により、高平担性のウェーハ研磨を可能にした事を
   特徴とするウェーハ研磨装置。 ２）前記プレートの回転中心を、テーパを有する半導体
   ウェーハの中心より、該ウェーハ中心を通る最大傾斜線
   上に沿って厚肉方向側に偏位させるとともに、 その偏位量ｌをほぼ［ｌ＝Ｔ・Ｒ／８Ｓ］ （Ｔ：テーパ量、Ｒ：ウェーハの半径、 Ｓ：ウエーハ中心における設定研磨量） に設定した事を特徴とする請求項１）記載のウェーハ研
   磨装置。 ３）前記プレートの回転中心を、オリフラを有する半導
   体ウェーハの中心より、該ウェーハ中心を通るオリフラ
   線と直交する線上に沿って前記オリフラと反対方向に向
   け偏位させるとともに、その偏位量ｌ’をほぼ下記式に
   合致するように設定した事を特徴とする請求項１）記載
   のウェーハ研磨装置。 ｌ’＝（１／１２）×（Ｌ＿３／（Ｒ＾２×（π−θ）
   ＋√（Ｒ＾２−（Ｌ＿２／４））×（Ｌ／２））（２θ
   ：オリフラ挟角Ｒ：ウェーハ半径、 Ｌ：オリフラ長） ４）請求項１）記載の毎葉式ウェーハ研磨装置に使用さ
   れるウェーハとプレート間の位置決め治具において、前
   記プレートとウェーハの内いずれか一方を固定する手段
   と、他方を前記ウェーハの任意の直径方向に沿って微小
   移動させる移動手段からなる事を特徴とする位置決め治
   具。