JPH02199834A - 薄板研磨方法 - 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」 本発明は被研磨薄板の研磨方法に関し、特に同一研磨装
置において、研磨布を交換することなく、連続的に且つ
良好な面粗さでしかも実質的に加工傷がない状態で、能
率的に鏡面研磨を行う事の出来るウェーハの研磨方法を
提供する。

「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ウェーハは、シリコン、ゲ
ルマニウム等の半導体単結晶インゴットをスライスして
ウェーハとした後、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、上面に研
磨１５１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（定盤２）と、該研磨布貼設面（以下研
磨布ＩＡという）上に位置し、下面に−又は複数の半導
体ウェー／＼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（以下ヘッド部５という）とからなり、
研磨材分散器６等を利用して前記研磨布１上に５ｉ０２
等の砥粒を含む化学研磨材を分散させつつ、プレート４
と定盤との相対的自公転運動を利用して半導体ウェーハ
３を研磨布１　（研磨材）上で摺擦しながら所定の研磨
を行うように構成している。

そしてかかる装置においては、最終的に高精度で加工傷
のない理想的な鏡面を形成するために、主として研磨材
の砥粒サイズ、研磨布又は研磨圧力等の研磨諸条件を段
階的に区別した荒仕上げ工程から細仕上げ工程へ、通常
２及至３種類の専用の研磨装置を用い、ウェーハ又は該
ウェー／〜を保持するプレートを順次各研磨装置に移動
させながら研磨する方法を採用している。

例えば、先ず荒仕上げ工程では研磨材の砥粒のサイズが
大きく例えば平均０．０５　ｇ　ｍのものを用い、そし
て最終仕上げ工程では研磨材の砥粒サイズは平均０．０
１ｇｍのものを用い、一方研磨布は硬質のものから軟質
の物へ変更させ、更に研磨荷重は荒仕上げ工程では１０
０〜１５０ｇ／ｃｍ″、最終仕上げでは５０ｇ／　ｃｒ
ｎ’などの条件が選ばれ、この結果荒仕上げ工程から細
仕上げ工程に移行させるに連れ研磨量の低下に反比例さ
せて面粗さを向上させながら所定精度の鏡面に仕上げら
れていた。

「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、前記したように各仕上げ工程毎にウェー
ハを保持するプレートを順次各研磨装置に移動させなが
ら研磨する事は、各研磨装置にプレート固定する際に微
小な取付は誤差等が生じ、精度よい研磨仕上げが困難で
あるとともに、その取付作業が煩雑化する。

而も前記研磨法では２少なくとも−プロセスを完成する
ため、２〜３台の研磨機が必要であり、工程管理及びコ
スト面で問題があった。

かかる欠点を解消するには、同一の研磨機で荒仕上げか
ら細仕上げまでを連続して行うことが必要とされるが、
前記したように前記各工程は、砥粒サイズが異なること
、研磨布の種類が異なる理由の他に、研磨加重も異なる
ので、これを−の研磨機で連続して行う事は不可能とさ
れていた。

本発明は以上の従来法の欠点に鑑みて、−の研磨条件の
み変化させる事により、同一研磨機で研磨工程をほとん
ど中断することなく連続的に研磨仕上げを行う事により
、従来法と少なくとも同程変の研磨仕上げ精度を得る事
の出来る薄板研磨方法を提供する事を目的とする。

［課題を解決しようとする手段」 前記したように従来法では研磨定盤の回転数は一定で、
研磨面の研磨速度１面仕上げ粗さの調節は専ら研磨材の
砥粒径、研磨布の種類及び研磨加重などの選択によって
いた。

モこで前記研磨条件の内、研磨材の砥粒径と研磨布の種
類は同一研磨機における研磨工程中は変更させる事が不
可能である為に、研磨加重のみを変化させながら実験的
に連続研磨を行ってみた所、仕上げ工程の研磨材、研ｆ
ｆ布を用い研磨圧力のみを変化させた場合においては、
荒仕上げの場合と同等の研磨圧力では細仕上げ工程の研
磨布及び研磨材を用いている為に期待される研磨速度は
得られず、一方また荒仕上げ工程の研磨布、研磨材を用
い研磨圧力を順次低下させて細仕上げ工程の研磨圧力に
調節しても、加工傷もまたその面粗さも大なる鏡面しか
得られず、例えば集積回路電子装置用半導体基板の鏡面
として極めて不充分であった。

そこで従来は一定に維持されていた研磨定盤の回転数に
着目し、該回転数のみを変化させながら実験的に連続研
磨を行ってみた所、第１図（Ａ）に示すように、回転数
が所定回転数以上になると１回転数の増加に反比例して
徐々に研磨速度が低下する知見された。

又部粗さにおいても第１図（Ｂ）に示すように２回転数
の増加に反比例して面粗さが徐々に低下する知見された
。

本発明はかかる知見にもとづいてなされたものであり、
その特徴とする所は、下定盤とプレートの回転数を段階
的に又は無段階的に変化させながら前記薄板を連続的に
研磨仕上げを行う点、特に弾性シートと被研磨薄板間に
研磨材とともに液膜を介在させつつ下定盤とプレート間
の相対的摺擦速度のみを段階的に又は無段階的に増加さ
せる事により、前記薄板を連続的に荒仕上げから細仕上
げまで行う点にある。

これにより、従来法によって得られる程度の高品質鏡面
ウェーハの加工を可能にする。

この場合前記回転数又は相対的摺擦速度を段階的に又は
無段階的に増加させるとは、０から増加させる場合のみ
ならず、予め定められた所定回転位置から増加させる場
合も含む事は当然である。

「作用」 本発明を更に詳細に説明すると、本発明者等は、第１図
（Ａ）に示すように、研磨速度が研磨定盤の回転数に著
しい依存性があること、即ち、研磨定盤の回転数を増加
していくと研磨速度も増加していくが、ある回転数で研
磨速度は最大となり、それ以後は回転数を増加するとか
えって研磨速度は低下し、そして高回転数における研磨
速度は最大研磨速度の１７１０以下に低下する事を知見
した。

尚、研磨速度が研磨定盤の回転数によって何故変化する
かについてその詳細は明瞭ではないが。

一種のへイドロブレーン現象が起きて研磨作用が研磨定
盤の回転数の増大により変化するのではないかと推定す
る。

一方、ウェーへの面粗さは第１図（Ｂ）に示すように、
研磨布の微視的　凹凸の転写の状態により決まるので、
この転写強度を弱めることにより面粗さを向上すること
ができる。転写強度は研磨布の微視的な凸部がウェーハ
表面を１回通過する間に研磨除去するワーク量と密接な
関連があると考えると、これは研磨速度並びに定盤回転
数の両者に反比例する。従って、前記のように定盤を高
回転数にすれば、転写強度即ち面粗さは数１０分のｌど
なる。

これらの関係により、定盤を低回転数で研磨すると、研
磨速度は大きいが面粗さの悪い荒仕上げ状の研磨となり
、高回転で研磨すると研磨速度は小さいが、面粗さの良
い細仕上げの研磨となるので、初期段階では低回転数で
研磨し、最終段階を高回転数で研磨すると、同一研磨装
置において荒仕上げから細仕上げまでの研磨ができる事
が確認された。

また、高回転数では加工傷が全く発生しないが、この理
由は液膜がクツションとなって混入した硬い異物が研磨
面に強く抑えつけられないためと見ている。従って請求
項２）において前記弾性シートと被研磨薄板間に研磨材
とともに液膜を介在させる事を要件とした。

「実施例」 以下、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、その相対配置などは特に特
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図は本発明の実施例に係る研ｍ装置の要部構、戊を
示し２その各部構成について詳細に説明するに、定ｇ１
２は公知のように回転軸２ａを中心として回転可能に構
成したターンテーブル状のステンレス製鋳造体からなり
、その内部通路ｔｂに冷却液を還流させて上面に貼設さ
れた研磨布ｌを冷却可能に構成するとともに、前記回転
軸２ａに無段変速機を介して１００　ｒｐ−以上の高速
回転可使なモータ駆動源を連結している。

研磨布１は肉厚１〜２１程度の弾性を有する不織布で形
成するとともに、鏡不織布上に分散器を利用してコロイ
ダルシリカ系の研磨液を流しながら、前記定＠２の回転
を利用して均一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
材料で形成され、下面に−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が吸着可能に構成する。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０リング５
３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）を研磨布１面上に位置せしめ、定盤
２回転時に生じるプレート４の傾動を防上している。

又前記マウントへラド５は回転軸５１を介して前記定盤
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粒径サイズ平均粒径０．５　ル
ーの研磨材を用い、研磨圧１００ｇ／ｃｒｎ’の条件で
、プレート４と定盤の回転数を０．５．１０．２０、４
０．５０．６０．８０．１００　ｒｐｍにそれぞれ設定
した状態で各２０分づつ研磨を行い、各回転数に対応す
る研磨速度と研磨精度の関係を調べた所、第１図（Ａ）
（Ｂ）のようなデータが得られた。

それによると、研磨速度は定盤回転数２Ｏｒｐｍで最大
値０．３終園／■ｉｎとなり、回転数の増加と共に低下
し、１１００ｒｐでは０．０２　ＪＬｍ／ｌｉｎとなり
、前記した転写強度で比較すると１／７５になる。また
面粗さについても、定盤回転数とともに向上し、　８０
ｒｐｍ以上では測定限界を超えている。研磨面の凹凸を
微分干渉顕微鏡で観察したところ定盤回転数の増加とと
もに表面は平滑となり、１１００ｒｐでは測定限界を超
えたため何も見えなかった。また加工傷も見出せなかっ
た。

なお、定盤回転数２Ｏｒｐｍで研磨したウェーハを引続
き１００ｒｐ層で研磨したウェーハの面の面粗さ並びに
外観は前記実験の１１００ｒｐの面と全く同等であり、
同一研磨装置において荒仕上げと細仕上げができた。

なお、本発明の方法では、研磨材中の砥粒サイズはあま
り問題にならない、即ち高速回転では。

研磨材の分散媒体である水が、シリコンウ血−ハ研磨面
と研磨布の間に膜状で存在し、研磨材が該媒体中で浮い
た状態でシリコンを研削するためである。砥粒サイズと
して０．５　％１以下の平均粒径であれば、最終仕上面
の精度には殆ど差がない。

従来の研磨方法では、定盤の回転数が５Ｏｒｐｍ以下で
行われており、研磨速度が最大を示す近傍で行われるが
、砥粒のサイズが小さければ勿論この領域の研磨速度が
低下し、コスト的な問題を生ずる。

「発明の効果」 以上記載した如く、本発明によれば、研磨作業中におけ
るウェーハの高平坦度と高平行度を維持しつつ、研磨速
度及び研磨精度のいずれも相関的に調整可能な研磨方法
を提供する事が出来るとともに、荒仕上げ工程から細仕
上げ工程までを単一の研磨装置で行い得、これにより巻
装置設置面積化とともに各工程間でのウェーハ等の移し
換え作業が不要となる為に、製造工数が段取作業の煩雑
化を避けつつ極めて高精度なウェーハの鏡面仕上げ加工
が可能となる。

等の種々の著効を有す。

【図面の簡単な説明】

第２図は発明の実施例に係る研磨装置を示す概略断面図
、第１図（Ａ）（Ｂ）はその作用を示すグラフ図である
・ 特許出願人：信越半導体株式会社 ＣＢ） 定盤回転数〔Ｖ−ＰＴｎ］ 図 （Ａ） 定盤回転教０−Ｐ−ｒｎ１

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質性の弾性シートを貼設した下定盤に、下面
   に研磨すべき被研磨薄板を固定保持した回転可能のプレ
   ートを、研磨材を介して押圧摺擦せしめることによって
   該被研磨薄板の一側面を研磨仕上げする薄板研磨方法に
   おいて、下定盤とプレートの回転数を段階的に又は無段
   階的に変化させながら前記薄板を連続的に研磨仕上げを
   行う事を特徴とする薄板研磨方法。
2. （２）多孔質性の弾性シートを貼設した下定盤に、下面
   に研磨すべき被研磨薄板を固定保持したプレートを、研
   磨材を介して押圧摺擦せしめることによって該被研磨薄
   板の一側面を研磨仕上げする薄板研磨方法において、前
   記弾性シートと被研磨薄板間に研磨材とともに液膜を介
   在させつつ下定盤とプレート間の相対的摺擦速度のみを
   段階的に又は無段階的に増加させる事により、前記薄板
   を連続的に荒仕上げから細仕上げまで行う事を特徴とす
   る薄板研磨方法。