JPH04206930A - 半導体ウェーハの研磨用チャック - 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 この発明は、半導体集積回路、特に超ＬＳＩ等に供する
半導体ウェーハを高精度に研磨する研磨装置用のウェー
ハチャックの改良に係り、ウェーハを真空吸着するだめ
の所要厚みの特定樹脂製のウェーハチャック部を設け、
吸着面に螺旋溝を設けかつ溝底に溝幅以下の開口径を有
するバキューム路への連通口を配設し、ウェーハに疵等
の欠陥を発生さぜず、さらに基板表面の極部的平坦度を
著しく向上させる半導体ウェーハの研磨用チＡ・ツクに
関する。

従来の技術 超ＬＳＩ等に供する半導体・ウェーハは高精度の平坦度
を要求され、該平坦度を得るための研磨方法として、ダ
イヤモンド砥粒による研磨や微細な砥粒を含む液中でポ
リラシャ−と相対させて回転さぜるメカノケミカル研磨
が実施され、この研磨の際のウェーハ保持構造が重要視
され、種々の被研磨基板の保持構造が提案されている。

例えば、フレックス法として、特開平１−２１０２５９
号、特開平１−２８９６５７号が提案されているが、フ
レックス法は基板表面を基準にして平坦度を測定した場
合は、高精度の平坦度を得ることができるが、研磨時点
で基板がフレノギシブルに研磨定盤に倣うため、研摩前
の厚みバラツキ（平行度）の影響が研摩後にも引継がれ
、ウェーハ厚みハラツギ（Ｔｏｔａｌ　Ｔｈ１ｃｋｎｅ
ｓｓ　Ｖａｒｉａｔｉｏｎ；ＴＴＶ）が良くないとされ
ている。

また、特開平１−１９３１７１号、特開平１−２１６５
４０号などに提案されているワックス法は、ウェーハを
平坦な貼付は定盤にワックスで貼付け、研磨定盤に押付
は研磨する方法であるが、ウェーハを貼イ」ける際に貼
付は定盤と基板間のワックスに空気が取込まれ、エアー
ポケットを形成する問題がある。

発明が解決しようとする課題 研磨時には、このエアーポケットによりウェーハが局部
的に弾性変形を起こし、結果的にその部分にエクボ状の
クボミを生じるという欠点がある。かかる問題点に鑑み
、例えば、特開昭６４−２８５８号、特開昭６４−４５
５６７号などに提案されている機械的精度の高い真空吸
着による被研磨基板の保持が用いられるようになった。

ところが、この方法によれば前述のエアーポケットに伴
うくぼみの問題は解決されたが、基板を保持し接触する
ウェーハチへ・ツクの材質等により基板の裏面に疵をつ
ける新たな問題が発生した。

さらに、要求される研磨精度が著しく高くなると、ウェ
ーハの極部的平坦度（マイクロラフイ、ス）の精度が新
たに問題視されてきた。

この発明は、真空吸着による被研磨基板保持を行うに際
し、ウェーハ等の被研磨基板に研磨むらや疵等の欠陥を
発生させず、さらに新たに問題ｒ見されている基板表面
の極部的平坦度の精度を向上させることができる構成か
らなるウェーハチャックの提供を目的としている。

課題を解決するだめの手段 この発明は、真空吸着による被研磨基板保持機構を有す
る半導体ウェーハの研磨装置において、ウェーハへの研
磨むらや疵等の発生防止、極部的平坦度の向」二を目的
に、・ウェーハチャックの材質及び真空吸着機構につい
て種々検討した結果、ウェーハチャックにアクリルを用
い、その板厚みを厚くして吸着孔径を特定することによ
り、該目的を達成できることを知見しこの発明を完成し
た。

この発明は、 研磨用回転ホルダー上面に、ウェーハを吸着支持するた
めのウェーハチャックを着設し、かつウェーハチャック
及びボルダ−本体に、ウェーハを真空吸着するだめのバ
キューム路を配設した半導体ウェーハの研磨装置におい
て、 ＝４− アクリルからなるウェーハチャック表面に真空吸着のた
めの螺旋溝を設け、螺旋溝底に溝幅以下の開口径を有し
バキューム路へ連通ずる吸着孔を配設したことを特徴と
する半導体ウェーハの研磨用チャックである。

この発明は、上記構成において、 ・ウェーハチャックの板厚を３〜５０ｍｍとし、真空吸
着するための吸着孔口径を０．５ｍｍ以下としたことを
特徴とする半導体ウェーハの研磨用チャックである。

さらにこの発明は、上記構成において、ウェーハを載置
するチャック表面形状が、研磨装置に装着後にウェーハ
を載置することなく研磨盤で直接ラッピングして形成さ
れた共ずり面であることを特徴とする半導体ウェーハの
研磨用チャックである。

作　　用 この発明は、被研磨基板保持材としてアクリルを使用し
たことを特徴とする。アクリルは半導体ウェーハ、特に
シリコンと較べて硬度が低いなめ、該ウェーハ基板を研
磨する際、それが直接的もしくは間接的保持にかかわら
ず、ウェーハの研磨しない方の所謂裏面の疵等の発生を
押さえることができる。

一方、従来の研磨用ウェーハチャックは平坦なため、研
磨中ラップ盤とチャックの間隙が小さくなり、ウェーハ
に作用する研磨液量が少なくなるためにくもりが発生し
易く、また得られる平坦度が低いという問題があった。

そこで、研磨中にウェーハの面内に作用する力が均一に
なるように、ウェーハチャックの真空吸着面に直接、研
磨盤を接触させて、研磨液を供給しながら研磨盤とウェ
ーハチャックを相対運動させて共ずり面を形成すること
により、ウェーハが共ずり面に真空吸着保持されて研磨
中の研磨偏圧力がより均一に作用して、研磨後の平坦度
が良くなる。

ところが、ウェーハの研磨方法にアクリルを使用した真
空吸着法を用いたことにより、研磨後の新たな問題とし
て発生したのが、マイクロラフネス評価法の一つである
魔鏡像の印象が悪くなることである。

真空吸着による研磨の場合、吸着による圧力は研磨圧よ
りもかなり大きな血圧となる。この吸着圧力と研磨圧と
がかかった状態では、アクリル板にかなり大きな曲げ応
力が生じ、それによってアクリル板の変形が起きる。

この変形が生じた状態での半導体ウェーハの研磨では、
アクリル変形がウェーハにそのまま転写され、例えばア
クリル材をホルダーに接着用両面テープで固定した際の
接着剤のむら等の模様のある魔鏡像となる。

これは、曲げ応力によるアクリルの変形が、その材質の
ヤング率と厚みによって大きく作用されるためで、薄い
アクリルでは、魔鏡評価レベル（感度；０．０１ｐｍの
凹凸）で評価が可能なオーダーでの変形が発生するため
である。

そこでこの発明では、ウェーハチャックのアクリル材の
厚みをを３〜５０ｍｍとする。アクリル材の厚みが３ｍ
ｍ未満では所要のマイクロラフネス精度が得られず、５
０ｍｍを超えるとその加工および修正が困難となるため
に使用不可能となる。好ましくは５ｍｍ〜２０ｍｍ厚み
である。

また、発明者らは、吸着孔径が大きい場合も同様に、吸
着圧力による面圧が大きくなり、その歪により極部的に
真空吸着孔の影響のある魔鏡像ができ、前述した共ずり
面を形成することにより吸着孔径が拡大される傾向にあ
り、マイクロラフネス精度が低下することを知見した。

そこで、この発明では、アクリルからなるウェーハチャ
ンク表面に真空吸着のための螺旋溝を設け、螺旋溝底に
溝幅以下の開口径を有するバキューム路への連通口を配
設して、吸着孔径を小さくすることにより、印象の良い
魔鏡像を得ることができる。すなわち所要のマイクロラ
フネス精度を得るには、螺旋溝幅が０．５ｍｍ以下であ
ることが必要である。

この発明は、ウェーハチャックにアクリルを用いかつそ
の厚さを厚くすることにより、真空吸着による傷等の発
生を防止でき、魔鏡評価レベルよりはるかに小さい変形
で裏面の歪の影響をおさえることが可能なため、テープ
むら等の裏面の形状を転写しない魔鏡像が得られること
になる。

さらに、吸着孔径を吸着用螺旋溝の溝幅以下にｔＪｚさ
くすることにより、吸着圧力による面圧を押さえて極部
的変形を魔鏡レベルより押さえることができる。

実施例 第１図にこの発明による半導体ウェーハの研磨用ホルダ
ーとウェーハチャックを示す。

ここでは１枚のウェーハを真空吸着するため、ウェーハ
チャック（１）を研磨用回転ホルダー（４）に接着用の
両面粘着テープ（６）で着設する例を説明する。

ウェーハチャック（１）をアクリル材で形成し、表面に
は０．５ｍｍ幅の吸着用螺旋溝（２）が設けられ、吸着
用螺旋溝（２）に連通ずるバキューム路（３）が所砦の
パターンで配設されて、研磨用回転ボルダ−（４）（Ｉ
ｌｌに設けられたバキューム路（５）と連通する構成か
らなる。

研磨のためウェーハをウェーハチャック（１）に固定、
離脱させる場合、ホルダー（４）側のバキューム路（５
）に接続したバキュームポンプのオン・オフのみで容易
にできる。

まず、第２図に示す如く、ウェーハチャック（１）厚み
を２ｍｍとし、吸着孔（３ａ）径を０．８ｍｍに設定し
て共ずり面を形成したところ、研磨だれにより実際の孔
径が拡大しており、研磨後の魔鏡像を調べると第３図Ｃ
に示す如く、黒く点状に吸着孔の跡（ＩＩＸ図では○で
表示）が多数見られ、また、裏面のテープむら（１２Ｘ
図では横線で表示）が広範囲に見られた。

次に、ウェーハチャック（１）のアクリル材の厚さを３
ｍｍとし、吸着孔（３ａ）径を０．７ｍｍに設定して共
ずり面を形成し研磨した際の魔鏡像を調べた。

その結果、アクリル材の厚さが２ｍｍでは裏面のテープ
ムラの影響を大きく受けて像が歪んでいたが、第３図す
に示す如＜３ｍｍ厚さではほぼ影響のない魔鏡像が得ら
れた。しかし、吸着孔（３ａ）径を０．７ｍｍとしても
まだ吸着孔の跡（１１）があり、吸着孔の影響が見られ
る。

さらに、ウェーハチャック（１）厚みを５ｍｍとなし、
吸着孔（３ａ）径を０．５ｍｍにして、研磨した場合の
魔鏡像を調べ第３図ａに示す。

第３図ａに示す如く、裏面のテープむらの影響が全くで
ておらず、また、吸着孔の影響も見られないすぐれた魔
鏡像を得ることができた。

なお、魔鏡像と精度の関係は、精度測定器の縦分解能が
０．１〜０．３ｐｍで、魔鏡像コントラストは０．０１
μｍオーダーであるため、アクリル材の厚さを厚くした
場合、魔鏡像の改善は精度的に０．０１〜０．３ｐｍに
相当する 発明の効果 この発明による半導体ウェーハの研磨用ウェーハチャッ
クは、まずアクリルを材料として使用することにより、
該ウェーハに裏［ｎｉのＪｎＥＷの発生をおさえること
ができ、また、マイクロラフネスの評価である魔鏡像に
おいて、アクリルの厚さを３ｍｍ〜５０ｍｍと厚くする
ことにより、アクリル裏面の影響がでない魔鏡像が得ら
れ、さらに、真空吸着用孔径を螺旋溝幅以下と小さくす
ることにより、吸着孔の影響のでない魔鏡像が得られ、
ウェーハに疵等の欠陥を発生させず、さらに基板表面の
極部的平坦度を著しく向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による半導体ウェーハの研磨用ホルダ
ーの縦断説明図である。 第２図は従来の半導体ウェーハの研磨用ホルダーの縦断
説明図である。 第３図ａ−ｃはアクリル材の厚さと吸着孔の影響を見た
研磨後の魔鏡像を示す説明図である。 １・・・ウェーハチャック、２・・・吸着用螺旋溝、３
．５・・・バキューム路、３ａ・・・吸着孔、４・・・
ホルダー、６・・・両面粘着テープ、１０・・・ウェー
ハ、１１・・・跡、１２・・・裏面のテープむら。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 研磨用回転ホルダー上面に、ウェーハを吸着支持するた
   めのウェーハチャックを着設し、かつウェーハチャック
   及びホルダー本体に、ウェーハを真空吸着するためのバ
   キューム路を配設した半導体ウェーハの研磨装置におい
   て、 アクリルからなるウェーハチャック表面に真空吸着のた
   めの螺旋溝を設け、螺旋溝底に溝幅以下の開口径を有し
   バキューム路へ連通する吸着孔を配設したことを特徴と
   する半導体ウェーハの研磨用チャック。 ２ ウェーハチャックの板厚を３〜５０ｍｍとし、真空吸着
   するための吸着孔口径を０．５ｍｍ以下としたことを特
   徴とする請求項１記載の半導体ウェーハの研磨用チャッ
   ク。 ３ ウェーハを載置するチャック表面形状が、研磨装置に装
   着後にウェーハを載置することなく研磨盤で直接ラッピ
   ングして形成された共ずり面であることを特徴とする請
   求項１又は請求項２記載の半導体ウェーハの研磨用チャ
   ック。