JPH05309558A - 貼り合わせウェーハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 貼り合わせウェーハによるＳＯＩ半導体基板
の製造工程において、素子形成層であるＳＯＩウェーハ
層の厚さの研磨精度を向上させる。 【構成】 貼り合わせウェーハ１１を透明なマウントプ
レート３上に透明ワックスを用いて貼着し、ポリシング
パッド１は透明体とする。レーザ発振器４が発振するレ
ーザ光を、波長変換装置５により前記貼り合わせウェー
ハ１１の素子形成層に要求される厚さに等しい波長の光
とし、前記ポリシングパッド１と、貼り合わせウェーハ
１１の屈折率より高い屈折率のスラリー１０とを介し
て、全反射角θで貼り合わせウェーハ１１に入射する。
貼り合わせウェーハ１１のＳＯＩウェーハが所望の厚さ
になると光が透過するので、光検出器６が透過光を検出
するまで研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、貼り合わせウェーハの
研磨工程において、素子形成層に要求される厚さを実現
するための貼り合わせウェーハの研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】２枚のＳｉウェーハの間に絶縁層を介在
させ、直接接着技術（貼り合わせ技術）により接着して
得られる貼り合わせウェーハは、ＩＣの高耐圧化、高速
化、高信頼性化を実現させる方法として注目されてい
る。前記貼り合わせウェーハは、２枚のＳｉウェーハの
うち、上側のＳｉウェーハの表面を酸化して酸化膜Ｓｉ
Ｏ2 を形成させ、この上側のＳｉウェーハすなわちＳＯ
Ｉウェーハと、下側のＳｉウェーハすなわちベースウェ
ーハとを洗浄処理した上、常温で貼り合わせる。これを
８００〜１１００°Ｃ程度の高温で熱処理すると、前記
上側のＳｉウェーハと下側のＳｉウェーハとは酸化膜Ｓ
ｉＯ2 を介して完全に接着する。次に、酸化膜ＳｉＯ2
が形成されたＳＯＩウェーハを、たとえば平面研削盤を
用いて荒研削および仕上げ研削し、更に研磨によりＳＯ
Ｉウェーハを所定の厚さに薄膜化する。このような手順
により、ＳＯＩウェーハとベースウェーハとの間に絶縁
層すなわち酸化膜ＳｉＯ2 を介在させたＳＯＩ半導体基
板が製造される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような研磨方法
で貼り合わせウェーハの一方、すなわちＳＯＩウェーハ
について、その厚さの大部分を研磨により除去し、１μ
ｍないしそれ以下の層を素子形成層として均一な厚さに
残すことは極めて困難である。特に、素子形成層の厚さ
のばらつきが大きく、±０．５μｍ程度の精度であるた
め、ＳＯＩ半導体基板の製造歩留りが低い。また、貼り
合わせウェーハをウェーハ研磨機から取り外してＳＯＩ
ウェーハの厚さを測定する方法では、作業能率を向上さ
せることができない。本発明は上記従来の問題点に着目
してなされたもので、ＳＯＩ半導体基板の製造工程にお
いて、素子形成層であるＳｉ層を高精度に、かつ能率よ
く所望の厚さに研磨するための貼り合わせウェーハの研
磨方法を提供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る貼り合わせウェーハの研磨方法は、研
磨対象ウェーハの所定の厚さに等しい波長の光を研磨対
象ウェーハに全反射角で入射し、前記研磨対象ウェーハ
を光が透過したとき、または研磨対象ウェーハの所定の
厚さに等しい波長の光を研磨対象ウェーハに偏光角で入
射し、前記研磨対象ウェーハから反射する偏光を遮断す
るように配設された偏光板を前記偏光が通過したとき研
磨を終了するものとし、具体的には、ウェーハ研磨機の
マウントプレートを透明体で構成し、前記マウントプレ
ートに透明ワックスを用いて貼り合わせウェーハを貼着
するとともに、ポリシングパッドと貼り合わせウェーハ
との間に研磨対象ウェーハの屈折率より高い屈折率を有
するスラリーを流し、前記貼り合わせウェーハの素子形
成層に要求される厚さに等しい波長の光を貼り合わせウ
ェーハに全反射角で入射し、前記マウントプレートの下
方に配設した光検出器が貼り合わせウェーハに入射した
光の透過光を検出したとき、貼り合わせウェーハの研磨
を終了する一連の制御を行うものとした。また、上記に
代わる貼り合わせウェーハの研磨方法として、ウェーハ
研磨機のマウントプレートを透明体で構成し、前記マウ
ントプレートにに透明ワックスを用いて貼り合わせウェ
ーハを貼着し、前記貼り合わせウェーハの素子形成層に
要求される厚さに等しい波長の光を、前記マウントプレ
ートの下方から研磨対象ウェーハに偏光角で入射し、研
磨対象ウェーハから反射する偏光の偏光面に対して直角
方向に設けた偏光板を光が通過したとき、これを検出し
て貼り合わせウェーハの研磨を終了する一連の制御を行
うものとしてもよい。

【０００５】

【作用】透明な第１媒質の屈折率をｎ1 、第２媒質の屈
折率をｎ2 とし、ｎ1 ＞ｎ2 であるとき、ｓｉｎθ＞ｎ
2 ／ｎ1 となるような入射角θで第１媒質から第２媒質
へ光が進むと、その境界面で全反射する。しかし、前記
第２媒質の厚さｔが光の波長λに等しくなると、それま
で全反射していた光の一部が第２媒質を透過するように
なる。請求項２の研磨方法は前記現象を利用したもので
あり、ＳＯＩウェーハの屈折率より高い屈折率を有する
スラリーを用い、所望のＳＯＩウェーハの厚さｔ1 に等
しい波長の光をＳＯＩウェーハに全反射角で入射させ、
ＳＯＩウェーハを透過した光を検出するまで研磨したと
き、ＳＯＩウェーハの厚さは所望の厚さｔ1 となる。こ
のような一連の制御を行うことにより、貼り合わせウェ
ーハをマウントプレートに貼着したままの状態でＳＯＩ
ウェーハの厚さが所望の寸法に研磨された時点を把握す
ることができ、この時点で研磨を終了させることができ
る。

【０００６】また、入射角を偏光角（ブリュスター角）
として媒質に投光すると、反射光は偏光となり、この偏
光の偏光面に対して直角方向に偏光板を設けた場合、前
記反射光は偏光板を通過することができない。しかし、
媒質の厚さｔが入射光の波長λに等しくなると前記偏光
板を通過する。請求項３の研磨方法はこの現象を利用し
たもので、所望のＳＯＩウェーハの厚さｔ1 に等しい波
長の光をＳＯＩウェーハに偏光角で入射し、光検出器が
前記偏光板を通過した光を検出したとき貼り合わせウェ
ーハの研磨を終了する一連の制御を行うことにより、貼
り合わせウェーハをマウントプレートに貼着したままＳ
ＯＩウェーハの厚さを管理することができ、所望の厚さ
に到達した時点で研磨を終了させることができる。

【０００７】

【実施例】以下に、本発明に係る貼り合わせウェーハの
研磨方法の実施例について、図面を参照して説明する。
図１は、請求項２による貼り合わせウェーハの研磨方法
の実施例について概略構成を示す説明図、図２は光の反
射および透過状態を示す説明図である。これらの図にお
いて、ウェーハ研磨機のポリシングパッド１は透明体
で、パッド駆動装置２により回転および昇降する駆動軸
２ａの先端に固着されている。マウントプレート３は、
たとえばＳｉＯ2 からなる透明体で、前記ポリシングパ
ッド１の上方にレーザ発振器４、波長変換装置５がそれ
ぞれ配設されている。マウントプレート３の下方には光
検出器６が設けられ、光検出器６の出力配線は制御装置
７に接続されている。一方、制御装置７からは、前記レ
ーザ発振器４、波長変換装置５、パッド駆動装置２およ
び表示装置８、警報装置９とに対して、それぞれ出力配
線が接続されている。前記レーザ発振器４から発振さ
れ、波長変換装置５を介して投光されるレーザ光は、前
記ポリシングパッド１に入射するようにポリシングパッ
ド１の動きに合わせて移動し、これに連動して光検出器
６も移動するように構成されている。また、この研磨作
業に用いられるスラリー１０は、Ｓｉ単結晶の屈折率ｎ
2 ＝３．４２より高い屈折率ｎ1 を有している。

【０００８】貼り合わせウェーハ１１は、２枚の単結晶
Ｓｉウェーハを絶縁層ＳｉＯ2 を介して貼り合わせたい
わゆるＳＯＩ基板で、直接接着技術によって形成される
貼り合わせ型ＳＯＩ基板の製造工程に従って、素子形成
層の所定の厚さ近くまでＳｉ単結晶層を研磨したもので
ある。この貼り合わせウェーハ１１は、前記マウントプ
レート３上に透明ワックスを用いて接着されている。レ
ーザ発振器４によって発振されたレーザ光は、波長変換
装置５により所定の波長λすなわちＳＯＩウェーハの目
標厚さをｔ1 としたとき、λ＝ｔ1 となるように変換さ
れた後、ポリシングパッド１とスラリー１０とを透過し
て貼り合わせウェーハ１１に全反射角θで入射される。
ここで図２に示すように、ポリシングパッド１、スラリ
ー１０を透過した光は、貼り合わせウェーハ１１を構成
する上部Ｓｉ層１１ａの上面に全反射角θで入射する。
ｔ＞λのとき前記入射光は上部Ｓｉ層１１ａの上面で全
反射するため、光検出器６では透過光が検出されず、こ
の間ポリシングパッド１による研磨が続けられる。ｔ＝
λになると、それまで上部Ｓｉ層１１ａの上面で全反射
していた光の一部が上部Ｓｉ層１１ａを透過し、更にＳ
ｉＯ2 層１１ｂ、下部Ｓｉ層１１ｃ、ワックス層１２、
マウントプレート３を透過してマウントプレート３の下
方に進む。光検出器６はこの透過光を検出すると制御装
置７に信号を出力し、制御装置７はパッド駆動装置２に
研磨終了指令信号を送るので、ポリシングパッド１が上
昇するとともに、表示装置８に研磨終了の表示が行われ
る。上記研磨作業中に何らかの異常が発生した場合は、
制御装置７が警報装置９に指令信号を出力し、警報装置
９が作動するとともにパッド駆動装置２の駆動軸２ａが
上昇して研磨が中止される。

【０００９】本実施例では、ポリシングパッドを透明体
とし、ポリシングパッドとスラリーとを介して貼り合わ
せウェーハにレーザ光を投射したが、これに限るもので
はなく、貼り合わせウェーハに対する入射角が全反射角
になるような角度で、レーザ光を直接スラリーに投射し
てもよい。この場合、ポリシングパッドは不透明体でよ
い。

【００１０】図３は、請求項３による貼り合わせウェー
ハの研磨方法の実施例について概略構成を示す説明図で
ある。同図において、ウェーハ研磨機のマウントプレー
ト３はたとえばＳｉＯ2 からなる透明体で、このマウン
トプレート３の下方にレーザ発振器４、波長変換装置
５、偏光板１２、光検出器６がそれぞれ配設され、光検
出器６の出力配線は制御装置７に接続されている。一
方、制御装置７からは、前記レーザ発振器４、波長変換
装置５と、前記ウェーハ研磨機のポリシングパッド１を
回転および昇降させるパッド駆動装置２および表示装置
８、警報装置９とに対して、それぞれ出力配線が接続さ
れている。また、貼り合わせウェーハ１１は、マウント
プレート３上に透明ワックスを用いて接着されている。

【００１１】レーザ発振器４によって発振されたレーザ
光は、波長変換装置５により所定の波長λすなわちＳＯ
Ｉウェーハの目標厚さをｔ1 としたとき、λ＝ｔ1 とな
るように変換された後、マウントプレート３、透明ワッ
クス層１２、貼り合わせウェーハ１１の下部Ｓｉ層１１
ｃおよびＳｉＯ2 層１１ｂをそれぞれ透過して、上部Ｓ
ｉ層１１ａの下面に偏光角で入射される。この入射光の
一部は、上部Ｓｉ層１１ａの下面および上面で反射する
が、これらの反射光は偏光となり、前記各層を透過して
偏光板１３に入射される。ここで偏光板１３は、上部Ｓ
ｉ層１１ａから反射する偏光の偏光面に対して直角方向
に設置されているため、光検出器６は前記偏光を検出す
ることができない。しかし上部Ｓｉ層１１ａの厚さｔが
前記λに等しくなると、上部Ｓｉ層１１ａから反射する
偏光の一部が偏光板１３を通過して光検出器６に入射さ
れる。光検出器６はこの通過光を検出すると制御装置７
に信号を出力し、制御装置７はパッド駆動装置２に研磨
終了指令信号を送るので、ポリシングパッド１が上昇す
るとともに、表示装置８に研磨終了の表示が行われる。

【００１２】請求項３および本実施例では、マウントプ
レートおよびワックスを透明体とし、マウントプレート
の下方から貼り合わせウェーハにレーザ光を投射した
が、これに限るものではなく、貼り合わせウェーハの上
方から貼り合わせウェーハに対する入射角が偏光角にな
るような角度で、レーザ光をスラリーに投射してもよ
い。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、貼
り合わせウェーハの屈折率より高い屈折率のスラリーを
介して、所望の厚さに等しい波長の光を全反射角で貼り
合わせウェーハに入射し、貼り合わせウェーハを透過し
た光を検出するまで研磨を行うことにしたので、この方
法によれば従来精度管理が困難であったＳＯＩ半導体基
板の研磨精度を容易に向上させることができる。また、
所望の厚さに等しい波長の光を偏光角で貼り合わせウェ
ーハに入射し、その反射光が通過しない方向に偏光板を
設け、前記偏光板を光が通過するまで研磨を行う方法に
おいても、前記と同様に研磨精度の向上を容易に達成す
ることができる。更に、本発明による研磨方法によれ
ば、貼り合わせウェーハをマウントプレートに貼着した
ままの状態で、ＳＯＩウェーハが所望の厚さになったか
否かを直接検出することができ、所望の厚さになるとポ
リシングパッドが上昇して研磨を停止するので、貼り合
わせウェーハの研磨作業能率を向上させることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項２による貼り合わせウェーハの研磨方法
の一実施例を示す構成説明図である。

【図２】図１において、光の反射および透過状態を示す
説明図である。

【図３】請求項３による貼り合わせウェーハの研磨方法
の一実施例を示す構成説明図である。

【符号の説明】

１ ポリシングパッド ３ マウントプレート ４ レーザ発振器 ５ 波長変換装置 ６ 光検出器 ７ 制御装置 １０ スラリー １１ 貼り合わせウェーハ １２ 透明ワックス層 １３ 偏光板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨対象ウェーハの所定の厚さに等しい
   波長の光を研磨対象ウェーハに全反射角で入射し、前記
   研磨対象ウェーハを光が透過したとき、または研磨対象
   ウェーハの所定の厚さに等しい波長の光を研磨対象ウェ
   ーハに偏光角で入射し、前記研磨対象ウェーハから反射
   する偏光を遮断するように配設された偏光板を前記偏光
   が通過したとき、研磨を終了することを特徴とする貼り
   合わせウェーハの研磨方法。
2. 【請求項２】 ウェーハ研磨機のマウントプレートを透
   明体で構成し、前記マウントプレートに透明ワックスを
   用いて貼り合わせウェーハを貼着するとともに、ポリシ
   ングパッドと貼り合わせウェーハとの間に研磨対象ウェ
   ーハの屈折率より高い屈折率を有するスラリーを流し、
   前記貼り合わせウェーハの素子形成層に要求される厚さ
   に等しい波長の光を貼り合わせウェーハに全反射角で入
   射し、前記マウントプレートの下方に配設した光検出器
   が貼り合わせウェーハに入射した光の透過光を検出した
   とき、貼り合わせウェーハの研磨を終了する一連の制御
   を行うことを特徴とする、請求項１の貼り合わせウェー
   ハの研磨方法。
3. 【請求項３】 ウェーハ研磨機のマウントプレートを透
   明体で構成し、前記マウントプレートにに透明ワックス
   を用いて貼り合わせウェーハを貼着し、前記貼り合わせ
   ウェーハの素子形成層に要求される厚さに等しい波長の
   光を、前記マウントプレートの下方から研磨対象ウェー
   ハに偏光角で入射し、研磨対象ウェーハから反射する偏
   光の偏光面に対して直角方向に設けた偏光板を光が通過
   したとき、これを検出して貼り合わせウェーハの研磨を
   終了する一連の制御を行うことを特徴とする請求項１の
   貼り合わせウェーハの研磨方法。