JPH06762A - ウエハの片面研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ２枚のウエハを貼り合わせ両面研磨装置で片
面研磨をする。貼り合わせのために接着剤を用いると厚
みが不均一で気泡を含むと厚み不均一になる。研磨後の
平坦性が悪い。 【構成】 水などの硬化しない液体中で２枚のウエハを
面接触させり合わせる。表面張力によってウエハが接合
する。研磨後は液中にると両者が離れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体ウエハや、誘電体
ウエハ、ガラスウエハなどの片面研磨方法に関する。ウ
エハというのは薄い円板状、矩形状部材のことである。
半導体の単結晶、多結晶の薄板、誘電体の単結晶、多結
晶の薄板それにガラスなど非晶質物体の薄板など全てこ
こではウエハということにする。本発明はどのような素
材のウエハにも適用できる。円形のウエハを例に取るが
矩形状のウエハにでも適用できる。

【０００２】研磨というのも広義に用いる。狭義の研磨
は表面の凹凸を無くし平坦な面に仕上げるものである。
ラッピングというのはウエハの厚みを減らし厚みを揃え
るものである。ウエハはラッピングしてさらに研磨（ポ
リッシング）される。両者は同じ装置で行うこともでき
る。異なる装置を用いる場合もある。研磨材（砥粒）の
粒子が違うので作用が異なる。ラッピングは短時間にウ
エハを薄くするのに重点が置かれるので粒径の大きい研
磨材が用いられる。研磨は表面を平坦にするのが目的で
あるから、粒径の小さいものが用いられる。

【０００３】研磨は本発明では上記の２つを含む広義の
言葉である。片面研磨というのは２つの面の片方だけを
研磨することである。両面研磨は両方を研磨することで
ある。目的により任意に選ばれる。しかし片面研磨装置
と両面研磨装置は機構的に異なる。

【０００４】

【従来の技術】片面研磨は円形の板の上面に棒を取り付
けた加工ヘッドにウエハを接着し加工ヘッドを回転定盤
の上に於いて一定の圧力を掛けてウエハを研磨するよう
になっている。加工ヘッドも自転するし、回転定盤は公
転するのでウエハの下面が研磨される。反対側の面は加
工ヘッドに接着されているので研磨されない。片面研磨
はこのように加工ヘッドによって片面を接着支持するよ
うになっていた。研磨の後に、ヘッドからウエハを剥離
する。

【０００５】両面研磨装置は例えば特開昭６２−２２８
３６８号等に記載がある。これはキャリヤと呼ばれる薄
い板の複数の穴にウエハを入れ、キャリヤを研磨布を張
った研磨定盤に置く、キャリヤの上にも研磨布を張った
定盤を置く。キャリヤは円周に歯車が切ってある。複数
のキャリヤの中心には太陽歯車がある。キャリヤを囲ん
でインタ−ナルギヤがある。太陽歯車、または太陽歯車
とインタ−ナルギヤを回転させることによってキャリヤ
が回転する。回転定盤には研磨液が常時流されている。
研磨液は砥粒と水とを含む。化学薬品を含み化学的にエ
ッチングすることもある。キャリヤが遊星運動するから
これの穴にあるウエハが上下両面を研磨されることにな
る。この様に片面研磨と両面研磨では装置が全く異な
る。これは当然である。ここで研磨というのはラッピン
グと狭義の研磨を含む概念である。

【０００６】片面研磨は片面研磨装置で行うのが当然で
ある。しかし片面研磨を両面研磨装置で行う様にした手
法が提案された。特開昭５８−１１５８２５号である。
これは２枚のウエハを薄い紙と１枚の案内板とを介して
接着しこれを両面研磨装置のキャリヤの穴に入れて研磨
するものである。図５はこの装置の要部の断面図を示
す。上定盤１と下定盤２の間に薄いキャリヤ６があり、
これの穴に２枚のウエハ３，３が装入される。２枚のウ
エハ３，３の間には薄紙１７、案内板７がある。２枚の
ウエハをはりあわせたものであるから、これの両面を研
磨した後、両者を剥離すると片面研磨された２枚のウエ
ハが得られる。

【０００７】こうすると両面研磨装置で片面研磨が可能
になる。また２枚を同時に処理できるから能率が上がる
という長所がある。これは酸化物単結晶のウエハを研磨
するために開発されたものである。間に差し挟むべき薄
紙は１００μｍ以下の厚さの空隙率２０〜４０％の紙が
良いとされている。薄紙は緩衝性をもたらすと述べてい
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】２枚のウエハを張り合
わせて両面研磨装置で片面研磨するのは能率的である。
薄紙の代わりにワックスを用いて２枚のウエハを貼り付
けるということもありうる。しかしウエハは薄いもので
ある。薄紙は厚みのばらつきがあるものである。図６の
ように案内板７や薄紙１７の厚みのばらつきがあると、
ウエハの各部位に係る圧力が不均一になる。紙厚が厚い
部分は圧力がより強くなる。紙厚が薄い部分は圧力が低
くなる。前者はより薄く研磨される。後者はより厚く研
磨される。結果的に研磨後のウエハには厚みのばらつき
が発生することになる。

【０００９】ワックス１０で貼り付けるときも同様であ
る。図６のような介在物の厚みのばらつきのためにウエ
ハの受ける局所的な圧力が変化する。またワックス１０
を用いる場合においては内部に空気の泡が残留すること
がある。図７はこれを示す。ワックスの粘性が大きいの
で、気泡９がウエハの中間にあるとこれが除去できな
い。気泡９がウエハを上下に押し付けるので、ウエハが
変形し、研磨後のウエハの厚みにばらつきが生ずる。こ
のように研磨の厚みばらつきが発生するので望ましくな
い。

【００１０】もうひとつの困難は剥離時の困難である。
２枚のウエハはワックスなどで張り合わされるから研磨
後はこれを加熱などして剥離しなければならない。これ
は面倒な作業である。ワックスなどを完全に除去しなけ
ればならないが、ウエハは既に十分に薄くて機械的強度
も小さく取り扱いが難しいからである。２枚のウエハを
貼り付けて、両面研磨装置で片面研磨する際において、
ワックスの厚みばらつきや気泡に起因する研磨厚のばら
つきをなくし、極めて平坦で厚み揺らぎの少ない研磨方
法を提供することが本発明の目的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明においては２枚の
ウエハを接着剤や薄紙を用いて張り合わせない。液体中
で２枚のウエハの面を平行にして押しつける。そして平
行に動かして摺合わせる。ウエハの面に挟まれた液体は
ウエハ同士を押し付けることによって除かれる。液体中
には空気等がもともと存在しないから２つのウエハの間
に気泡が入るという惧れがない。ウエハの表面は十分に
平滑平坦であるから２枚のウエハの間隔が十分に狭くな
る。間隔が狭いので表面張力が極めて大きい。ためにこ
れを液中から気体中に取り出したとき２枚のウエハは強
固に張りついていて容易には剥離しない。液体自体の流
動性は大きいので２枚のウエハの間で液体の厚みがばら
つくというようなことはない。この液体は純水、水溶
液、揮発性液体など任意である。ただし空気にふれたり
時間変化によって硬化するものではない。

【００１２】こうして得た２枚のウエハを両面研磨装置
に装入して、上下両面を研磨する。両面研磨装置は任意
である。公知の多様な装置を用いれば良い。本発明の特
徴は２枚のウエハを液中で張り合わせるというところに
ある。接着剤を用いない。厚みのある薄紙を用いない。
液体の表面張力だけで２枚のウエハを接合する。

【００１３】

【作用】液中で２枚のウエハを押し付けて接合するので
間に気泡が残らない。また薄紙のように比較的厚いもの
（数十μｍ〜百μｍ）を挟まないので厚み揺らぎが小さ
い。液層の厚みは、ウエハの平坦度の程度の厚みしかな
らない。従って数μｍの程度である。液体が硬化しない
ので十分な流動性がある。ために２枚のウエハの間隙が
均一になる。流動性ばかりでは２枚のウエハが接合され
ないが、液体と空気の界面で表面張力がある。これは接
着剤の接着力とは違い表面だけにしか現れない。内部で
は流動性を保持しているから間隙の不均一が起こらない
のである。間隙が狭いほど表面張力による接合の力は増
大する。ために２枚のウエハは均一に研磨される。研磨
後のウエハの平坦度が良い。

【００１４】もう一つは剥離の容易さである。研磨後前
回の接合に使った液と同じ種類の液体中に入れて２枚の
ウエハを面と平行な方向に滑らせると、簡単に２枚に分
離する。液体に入れると液体と空気の界面がなくなるの
で、表面張力が消失するからである。接着剤を除去する
のに比較して格段に容易である。研磨装置のなかでは研
磨液が存在するから剥離してしまうように思えるがそう
ではない。キャリヤの穴にウエハを入れるが、穴の内径
とウエハの外径は殆ど同じであるから、ウエハが相対的
に動けない。相対的平行移動がないので研磨中において
は剥離しない。

【００１５】

【実施例】図１は実施例で用いる両面研磨装置の概略断
面図である。上定盤１と下定盤２は円形でほぼ同一の大
きさを持つ定盤である。これらは表面に研磨布が貼り付
けてある。キャリヤが遊星運動をするので定盤１、２は
固定である。勿論これらを回転することもできる。上定
盤１には一定の加圧力を加えている。上定盤１と下定盤
２の間には複数枚のキャリヤ６がある。キャリヤ６は３
〜４枚ある。キャリヤ６は円周にそって複数の穴１１を
持つ。この例では同等の４つの穴１１を持つ。研磨すべ
きウエハ３は円形のキャリヤ６の穴１１に入る。

【００１６】ここではウエハは円形のものを示すが矩形
状のものでも良い。矩形状ウエハであればもちろん穴１
１も矩形状である。穴１１にウエハ３がすっぽり入れば
良いので、入った状態で隙間があまりないほうが良い。
キャリヤ６はウエハ２枚分よりも当然薄い。研磨装置の
中心には太陽歯車５がある。外周にはインタ−ナルギヤ
４がある。キャリヤ６の外周には歯車が切ってある。こ
れは中心では太陽歯車５に噛み合っている。周縁部では
インタ−ナルギヤ４に噛み合っている。太陽歯車５とイ
ンタ−ナルギヤ４は独立に回転できる。これらの歯車を
回転させるとキャリヤ６が遊星運動をする。つまり自転
と公転を同時に行う。

【００１７】キャリヤ６の中のウエハ３はより複雑な周
転円運動をする。上定盤１、下定盤２が静止していても
ウエハはこの間で運動して上限の定盤と摩擦接触してい
く。研磨液が定盤に常時流されているから機械的接触が
液により緩和される。砥粒がウエハの表面をすこしずつ
削り取ってゆくのでウエハ表面が平坦化する。通常この
装置は１枚ずつのウエハを穴１１にいれて両面研磨のた
めに用いるが本発明では２枚張り合わせたウエハをこれ
で片面研磨するために用いる。

【００１８】本発明では２枚のウエハを液中で張り合わ
せる。図８にこれを示す。これは純水でも良いし、純水
になんらかの物質を溶解した水溶液でも良い。また揮発
性液体でも良い。ピンセット等でまたは機械的手段でウ
エハ２枚を以て液中に沈めこれを平行にして接触させさ
らに押し付ける。液体が中間部から排除されて２枚のウ
エハが付着する。また平行に擦り合わせる。すると２枚
のウエハがさらに強固に接合する。これを液中から引き
出すと、液と空気の界面ができる。界面に強力な表面張
力が発生する。こうして２枚のウエハが合体する。

【００１９】合体したウエハ３は先述の両面研磨装置の
キャリヤ６の穴１１に入れて、下定盤２の上に置き、上
定盤１を重ねる。上定盤１と下定盤２の間に研磨液を供
給しながら太陽歯車５を回転するか、または太陽歯車５
とインタ−ナルギヤ４を同時に回転させウエハ３を上下
の定盤１、２によって研磨する。

【００２０】図４は２枚のウエハが両面研磨装置のキャ
リヤ６の穴１１の中にある状態を示す。ウエハ３の間に
は自然に残った液体８が存在しこれの力によって二つの
ウエハ３が付着している。研磨液は砥粒を含む水である
が、液体８が水でない場合、これの間には表面張力が尚
残存している。液体８が純水また水溶液であれば研磨液
の主体も水であるから表面張力が消失する。しかし穴１
１とウエハ３との隙間は小さいので２枚のウエハ３が平
行に相対移動することができない。しかもウエハ３は上
下の定盤によって加圧されている。ために２枚のウエハ
３が剥離するということがない。

【００２１】こうして２枚のウエハ３は片面を同時に研
磨される。研磨が終わると、ウエハ３をキャリヤ６の穴
１１から取り出す。これを図８のように再び液体の中に
いれて両者を平行に滑らすと２枚のウエハ３が簡単に剥
離する。接着剤ではないからそれ自信の接着力がなく表
面張力だけで両者が付着していたからである。ひとつの
比較例と二つの実施例、によって本発明の効果を
より具体的に示す。いずれも、両面ポリッシュ機を用い
て３インチＧａＡｓウエハ２０枚を２枚ずつ貼り合わせ
たものを下記の条件で研磨している。

【００２２】設備 両面ポリッシュ機 加工圧力 ５０ｇ／ｃｍ² 材料 ＧａＡｓウエハ ３インチ ２０枚（２枚ずつ
貼合わせ） 研磨量 ４０μｍ（表面２０μｍ、裏面２０μｍ）

【００２３】［比較例］ 空気中貼り合わせ 貼り合わせ条件 空気中で水によって２枚のウエハを
貼り合わせた。 研磨結果（ＴＴＶ）平均５．２μｍ 最大値７．４μｍ
最小値３．６μｍ これはウエハの研磨面に少なからず凹凸があり満足でき
るものではない。

【００２４】［実施例］ 水中貼り合わせ 貼り合わせ条件 水中で水によって２枚のウエハを貼
り合わせた。 研磨結果（ＴＴＶ）平均２．０μｍ 最大値２．３μｍ
最小値１．０μｍ これはＴＴＶの最大値が２．３μｍであるから満足でき
る研磨である。

【００２５】［実施例］ 水中貼り合わせと摺合わ
せ 貼り合わせ条件 水中で２枚のウエハを貼り合わせさら
に両者を滑らせて強固に付着させる。 研磨結果（ＴＴＶ）平均１．５μｍ 最大値１．９μｍ
最小値１．０μｍ 平均値が１．５μｍと極めて小さくなる。最大でも１．
９μｍであって十分に満足できる研磨結果である。水中
で滑らせることによってウエハの間にある水の量をさら
に減少させ厚みの不均一を減らしているのである。

【００２６】

【発明の効果】両面研磨装置を用いてウエハを片面研磨
する際、本発明の方法を用いると極めて平坦度の優れた
研磨を行うことができる。接着剤を用いないから接着の
厚み不均一による厚みばらつきがない。接着剤は流動性
が小さいので必ず厚みが不均一になるものである。本発
明は硬化しない水などの液体を用い表面張力を利用して
ウエハ２枚を貼り付けるのであるから常に流動性があり
厚みが均一になる。均一であるだけでなく液体の層が極
めて薄いのでウエハの表面に凹凸が発生しない。液中で
貼り合わせるから気泡が残るということもない。ために
気泡が邪魔になって研磨面が凹凸になるということもな
い。

【００２７】また研磨後液中に入れてウエハを摺合わせ
ると簡単に２枚を離すことができる。液中では表面張力
が存在しないからである。離れたものは単に純水で洗浄
すれば良い。接着剤が付着していないから剥離後の後処
理が不要である。剥離が簡単であるという長所はこの方
法の生産性を高揚する上に効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するために用いられる両面研磨装
置の概略断面図。

【図２】図１の装置に使われるキャリヤの平面図。

【図３】図１の装置の上定盤を除いた平面図。

【図４】本発明に於ける研磨の状態を示すキャリヤ、ウ
エハ、定盤の断面図。

【図５】２枚のウエハの間に薄紙と案内板とを挟んだ状
態で研磨するようにした特開昭５８−１１５８２５号の
研磨状態の断面図。

【図６】薄紙など中間物に凹凸がある場合におけるウエ
ハの凹凸発生を示す断面図。

【図７】接着剤でウエハを貼りあわせた時に気泡が存在
した時のウエハの歪みを示す断面図。

【図８】２枚のウエハを液中で貼り合わせることを示す
断面図。

【符号の説明】

１ 上定盤 ２ 下定盤 ３ ウエハ ４ インタ−ナルギヤ ５ 太陽歯車 ６ キャリヤ ７ 案内板 ８ 液体 ９ 気泡 １０ ワックス １１ 穴 １７ 薄紙

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体、誘電体、ガラスのウエハを両面
   研磨装置を用いて片面研磨する方法であって、硬化しな
   い液体の中にウエハを漬け、ウエハ２枚を面接触させて
   貼り合わせ、表面張力によって付着したこの２枚のウエ
   ハを両面研磨装置に装入して両面を研磨し、後に前記の
   液体と同種類の液中で２枚のウエハを剥離することを特
   徴とするウエハの片面研磨方法。