JPH0775964A - ウェーハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハ研磨装置において、研磨中の圧下、
回転数制御時に発生する装置起因のウェーハ品質悪化要
因を排除し、厚み一定、平行度、平坦度の精度の高いウ
ェーハの研磨を可能にすること。 【構成】 このウェーハ研磨装置は、調芯機構８を有す
る上定盤１と、駆動回転する下定盤２と、その間に挟ま
れるキャリア３とを有し、キャリア３内に取り付けられ
るウェーハ４の近傍に複数個の耐研磨材ダミーウェーハ
７（例えば、ＳｉＣセラミックス等）を設置し、ウェー
ハ４の研磨と同時にインラインでダミーウェーハ７を定
盤１、２全面にわたって遊星運動をさせるキャリア回転
機構５、６を有する。研磨最終時に、上下定盤１、２を
この複数のダミーウェーハ７に密着させることにより、
上下定盤１、２の間隙を平行に一定に拘束可能とし、こ
れにより厚み一定な平行度、平坦度の精度の高いウェー
ハの研磨が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚み一定かつ精度の高
い平坦度のウェーハを得るための研磨装置に関するもの
で、主として半導体用ウェーハに用いる研磨装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体用ウェーハの製造には種々の工程
があるが、インゴットからスライスしたウェーハを厚み
６００〜１２００μｍの範囲中で一定厚さに揃え、かつ
平行及び平坦度を一定にする研磨工程は、高精度、高平
坦性を有する最終ウェーハを得るための必須の工程であ
る。

【０００３】ウェーハ最終品質は、この研磨工程におい
て、いかに一定厚さのウェーハ及び平行かつ高平坦度の
ウェーハを得るか、にかかっており、この研磨工程での
品質の良否が、次工程で行われるエッチング、ポリッシ
ュに残り、最終ウェーハへの品質にも影響を及ぼす。

【０００４】したがって、研磨工程において、ウェーハ
の厚みを揃え、平行、平坦度をいかに達成するかが、高
精度のウェーハ品質を得ることの課題となっていた。

【０００５】この課題解決のために、従来のウェーハ研
磨装置では、まず定盤の平坦度を得るため、定期的にウ
ェーハ研磨作業を中止して、バッチで定盤を修正研磨
し、ウェーハ研磨時には、上下定盤の圧下力制御、相対
回転数制御及びこれらを組み合わせ研磨時間を制御する
ことにより、その解決を図ろうとしてきた。

【０００６】以下このようなウェーハ研磨装置を例にと
り説明する。

【０００７】従来のウェーハ研磨装置は、図５および図
６に示すように、上定盤１、下定盤２により、エア源等
を用い圧下力Ｆを加え、これら上下定盤１、２の間にキ
ャリア３及びキャリア３にあけられた穴３ａに被研磨材
であるウェーハ４を挟み込み、圧下力Ｆとは別にキャリ
ア３周囲部に設けられたギアを、中央部に設けられたサ
ンギア５および下定盤２の周囲に別個配置されたインタ
ーナルギア６に噛み込ませ、サンギア５の駆動回転を利
用してキャリア３を回転させ、結果として被研磨材ウェ
ーハ４を定盤１、２全面にわたって相対的に遊星回転運
動を生じさせ、この圧力、回転運動を利用して供給研磨
剤を巻き込み、ウェーハ４を研磨する方法が採られてい
る。ここに、上下定盤１、２は表面平坦度を維持するた
め、研磨に先立って、形状修正が行われていると共に、
下定盤２には、研磨液の排出性を良くするため細かい溝
を網目状に配置しているのが一般的である。

【０００８】上定盤１は、下定盤２の駆動回転に追従可
能なように、フリーに回転する機構を上定盤支持金物９
に有し、かつ研磨中ウェーハ４の厚み差あるいは凹凸部
の接触によって発生する微小な傾きを吸収できるように
調芯機構８を有する。

【０００９】また、研磨性能の維持及び被研磨ウェーハ
４以外の磨耗を防ぐため材質に耐研磨性能差をもたせ、
上下定盤１、２は鋳鉄（ＦＣ３０等）、キャリア３は工
具鋼（ＳＫ等）で構成し、徐々に発生影響してくる装置
磨耗も、上下定盤１、２を修正加工することにより吸収
再生可能としている。

【００１０】このようなウェーハ研磨装置で一定厚ウェ
ーハ及び高平坦度ウェーハを得るために、一般的に次の
ような工夫がなされてきた。

【００１１】まず、上下定盤１、２の平坦度を維持する
ために、研磨中の熱発生の影響を考慮し、オフラインバ
ッチ処理で、２０〜３０μｍの凹クラウン形状を修正加
工する。次に圧下力、回転運動の制御を実施する。

【００１２】圧下力Ｆに対しては、ウェーハ４の凹凸に
応じて、研磨性能を調整すべく、時間と共に変化させて
いく方法がとられている。例えば、初期圧下数分以内は
軽微圧下を行い、ウェーハ４の極端な凸部を研磨した
後、圧下力Ｆを大きくし、研磨レートを上げ、最終的に
また軽圧下を行い、微小な凹凸を無くす、という考え方
に則り、あるいはこれらを組み合わせて、繰り返し軽圧
下、重圧下を行うという方法がとられ、加圧時間制御す
る方法が一般的である。また最終定寸検出法として、研
磨時間による制御あるいは、上下定盤１、２間のギャッ
プを１点インジケーターで検出し、研磨完了とする方式
がとられている。

【００１３】回転運動に対しては、ウェーハ研磨と同時
に上下定盤１、２が微小に削られるため、その影響を無
くすこと、および、ウェーハ研磨接触面より発生する熱
の偏りを無くし、定盤全面にわたって発生熱を効率よく
逃すことを目的として、ウェーハ４が定盤の一定箇所に
留まることを避け、定盤全面にわたって、ウェーハ４が
均一に当たるように考え、下定盤２の回転速度とサンギ
ア５の回転速度とを各々可変制御することにより、上下
定盤１、２に挟まれたキャリア３の回転軌跡を変更し、
その中のウェーハ４を定盤全面にわたって遊星運動を行
わせる方式がとられている。

【００１４】これらの従来の研磨の方式に基づけば、定
盤磨耗が進行した場合、微小とは言え表面の平坦度が維
持されず研磨ウェーハの平坦度品質に悪影響を及ぼすこ
とは避けられない。また研磨時圧下力、回転数をいかに
制御しようとも、最終の定寸検出が研磨時間あるいは一
点のインジケーター隙検出で行われる限り、最終研磨時
における研磨装置が図３に示す如く上定盤１と下定盤２
とが完全に平行にならず、研磨ウェーハ４の平行度を確
実に維持することは困難であった。このことはまた、研
磨時における研磨ウェーハ４の品質悪化要因である、ウ
ェーハ研磨装置より発生する定盤平行度のバラツキ、圧
下力の影響、定寸精度のバラツキ、定盤回転数の変動の
影響を受けることとなり、研磨ウェーハ４の平坦度の向
上を阻害するものであった。

【００１５】このため、例えば６インチウェーハを従来
の方法で研磨した場合、厚み１０００μｍ程度のウェー
ハで５０〜６０μｍ研磨した後、研磨ウェーハの厚みバ
ラツキは１５μｍ、面内のバラツキは２．０μｍ（最
大、最小差）レベルが限度であった。

【００１６】このバラツキ精度は、最終成品を得るポリ
ッシュで厚さ１０μｍ研磨し、面内バラツキを１．０〜
０．５μｍ以下に抑えたい、という要求に対し、なお不
十分なレベルに留まっている。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】従来のウェーハ研磨装
置において、厚さ一定、平行、平坦度の精度の高いウェ
ーハを得るためになされている、定盤のオフラインバッ
チ修正加工、圧力制御、回転数制御は、それらのみでは
ウェーハの品質悪化要因を排除することは困難であり、
得られる研磨後のウェーハは、なお、ウェーハの最終成
品に品質影響を及ぼすレベルのものであった。

【００１８】そこで、本発明は、ウェーハ研磨装置に起
因するウェーハへの品質悪化要因を取り除き、被研磨ウ
ェーハの平坦度、平行度を向上し、ウェーハ厚みの面内
バラツキを減少させることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、上定盤と、下定盤と、これら上下定盤の間
に挟み込まれるキャリアとを有し、被研磨材としてのウ
ェーハを前記キャリアに形成された穴に保持しつつ前記
上下定盤の間に挟み込み、上下定盤により圧下力と回転
運動とを加え、同時に研磨剤を与えることにより前記ウ
ェーハを研磨するようにしたウェーハ研磨装置におい
て、前記キャリア内のウェーハを設置する箇所の近傍に
複数の穴を設け、各穴に最終研磨ウェーハ厚みに相当す
る耐研磨材ダミーウェーハを設置し、研磨最終時に上下
定盤を前記複数のダミーウェーハに密着研磨することに
より、上下定盤をインラインでその表面を研磨修正する
と共に上下定盤の間隔を維持拘束することを特徴とする
ウェーハ研磨装置である。

【００２０】

【作用】キャリア内のウェーハを設置する箇所の近傍に
複数の穴を設け最終研磨ウェーハに相当する耐研磨材ダ
ミーウェーハ（ＳｉＣセラミック等）を複数設置してあ
るため、研磨最終時に上下定盤を複数のダミーウェーハ
に密着研磨することにより、ダミーウェーハには研磨中
オンラインで常時定盤を修正加工する機能が附与され、
定盤のオフラインバッチ修正加工が不要となる。さら
に、ダミーウェーハによって、圧下力の制御方法及び回
転数の制御方法に拘らず、研磨の最終において上下定盤
の間隔を平行に維持拘束することができ、品質悪化の要
因が排除される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。ウェーハ研磨装置は、上定盤１と、下定盤２
と、これら上下定盤１、２の間に挟み込まれるキャリア
３（図１参照）とを有し、被研磨材としてのウェーハ４
をキャリア３に形成した穴３ａに保持しつつ上下定盤
１、２の間に挟み込み、上下定盤１、２により圧下力Ｆ
と回転運動とを加え、同時に研磨剤を与えることにより
ウェーハ４を研磨する。図１に示すように、キャリア３
には、ウェーハ４を設置する箇所の近傍に複数の穴３ｂ
が設けられており、各穴３ｂには、最終研磨ウェーハ厚
みに相当する耐研磨材ダミーウェーハ７が設置されてい
る。キャリア３は、サンギア５、インターナルギア６等
からなるキャリア回転機構により、遊星運動がなされる
ようになっている。

【００２２】図２に示すように、キャリア３に設置され
た耐研磨材ダミーウェーハ７は定盤１、２及びキャリア
３の回転運動に従って点線に示す遊星軌道１０を描き、
定盤１、２全面を覆う形となるが、このようなダミーウ
ェーハ７を、被研磨材ウェーハ４の近傍に複数設置すれ
ば定盤１、２全面にわたって、回転中ダミーウェーハ７
が定盤１、２に接触することは容易に理解できる。実際
のところ、定盤１、２への接触面積つまり定盤１、２を
覆う面積は、遊星軌跡１０及びダミーウェーハ７の数に
よって異なるが、被研磨ウェーハ４の０．５〜１．０倍
径のダミーウェーハ７を５〜６枚配置すれば定盤１、２
の全面を覆うことができる。研磨の最初は、図３に示す
ように、ダミーウェーハ７は、上定盤１に接触するとは
限らない。しかし、研磨の最終においては、図４に示す
ように、ダミーウェーハ７は、必ず上下定盤１、２に接
触する形となる。この状態で研磨を行うことで、上下定
盤１、２はダミーウェーハ７により微小修正加工が施さ
れ、オンライン研磨時常に定盤修正が行われ、上下定盤
面の平坦度の維持が可能となる。

【００２３】なお、このような機能を持つダミーウェー
ハ７は研磨性が高いことが要求されるが、定盤材質ＦＣ
３０および研磨材アルミナ粉に対して、Ｓｉセラミック
等を適用すれば、十分な耐研磨性能が得られる。

【００２４】図４に、圧力、回転数に起因する品質悪化
要因を排除した断面図を示す。研磨初期は、図３に示す
ように、上定盤１は主として被研磨材ウェーハ４に接触
しているため、下定盤２とは完全には平行となっていな
い。ウェーハ４の研磨が進むにつれ、ウェーハ表面の凹
凸は削りとられていくが、一般にキャリア３の厚みより
も、最終研磨ウェーハ厚みｔの方が大きいため、研磨最
終時においても上定盤１の下定盤２に対する傾きは微小
とは言え残る形となり品質悪化影響は避けられない。図
４はこれに対し、ダミーウェーハ７により上定盤１と下
定盤２を最終的に拘束したところを示している。図３の
状態から、圧下力を加え、研磨を進行させた場合、研磨
途中の圧力制御、回転数制御に拘らず、研磨の最終は常
に一定に保たれることは容易に理解できる。この上下定
盤１、２の平行度を精密に保つためには、高平行度、高
平坦度の可能な材質のダミーウェーハ７でなくてはなら
ないが、耐研磨性も兼ねたＳｉＣセラミック等を用いれ
ば、十分な精度を得ることができる。

【００２５】このように、キャリア３に配置された複数
のダミーウェーハ７を密着研磨するウェーハ研磨装置に
より、従来の品質悪化要因を排除し、厚み一定及び平
行、平坦度の精度の高い研磨ウェーハを得ることが可能
となった。

【００２６】本発明の方式を用い、ウェーハを研磨した
例を示す。図１に示すキャリア３を用い、ダミーウェー
ハ７にＳｉＣセラミックを使用し、６インチ１０００μ
ｍ厚のウェーハを従来と同じく研磨した結果、厚みバラ
ツキは従来の１５μｍから４μｍ迄低減し、面内のバラ
ツキも２．０μｍ（最大、最小差）から、１．０μｍへ
と低減し、厚み精度、平行、平坦度が向上する効果が確
認できた。

【００２７】さらに、従来では上定盤１が軽微な斜めの
状態で研磨終了することで、定盤の角部でスクラッチ
（ウェ−ハ表面かき疵）が発生し易かったが、本実施例
のウェーハ研磨装置によれば、このスクラッチについて
も防止効果があることを確認した。

【００２８】近年では、大規模集積回路が高密度化し、
ウェーハへの平行度、平坦度要求は一段と厳格になりつ
つあり、現在もＤＲＡＭで６４Ｍ（メガ）相当の場合に
はウェーハの厚みバラツキは数μｍ、面内バラツキも
０．５〜１．０μｍ以内が要求されると言われている。
本発明によるウェーハ研磨装置は、この高密度化に対応
可能なウェーハの供給を可能とするものである。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のウェーハ
研磨装置によれば、ダミーウェーハには研磨中オンライ
ンで常時定盤を修正加工する機能が附与され、定盤のオ
フラインバッチ修正加工が不要となる。さらに、ダミー
ウェーハによって、圧下力の制御方法及び回転数の制御
方法に拘らず、研磨の最終において上下定盤の間隔を平
行に維持拘束することができ、ウェーハ研磨装置に起因
するウェーハへの品質悪化要因が取り除かれる。これに
より、被研磨ウェーハの平坦度、平行度を向上させ、ウ
ェーハ厚みの面内バラツキを減少させた最終ウェーハを
得ることができ、近年の高密度化に対応可能なウェーハ
を供給することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に基づくウェーハ研磨装置内のキャリ
アを示す平面図である。

【図２】 本発明に基づくキャリア内の耐研磨材ダミー
ウェーハの定盤上における回転軌跡を示す図である。

【図３】 本発明に基づくウェーハ研磨装置の研磨途中
における状態を示す要部断面図である。

【図４】 本発明に基づくウェーハ研磨装置の研磨最終
における状態を示す要部断面図である。

【図５】 従来のウェーハ研磨装置を示す斜視図であ
る。

【図６】 従来のウェーハ研磨装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１…上定盤、 ２…下定
盤、３…キャリア、 ４…被
研磨材用ウェーハ、５…サンギア、
６…インターナルギア、７…耐研磨材ダミーウ
ェーハ、 ８…自動調芯機構、９…上定盤支
持金物、 １０…ダミーウェーハ軌
跡。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上定盤(1) と、下定盤(2) と、これら上
   下定盤(1,2) の間に挟み込まれるキャリア(3) とを有
   し、被研磨材としてのウェーハ(4) を前記キャリア(3)
   に形成された穴(3a)に保持しつつ前記上下定盤(1,2) の
   間に挟み込み、上下定盤(1,2) により圧下力(F) と回転
   運動とを加え、同時に研磨剤を与えることにより前記ウ
   ェーハ(4) を研磨するようにしたウェーハ研磨装置にお
   いて、 前記キャリア(3) 内のウェーハ(4) を設置する箇所の近
   傍に複数の穴(3b)を設け、 各穴(3b)に最終研磨ウェーハ厚みに相当する耐研磨材ダ
   ミーウェーハ(7) を設置し、 研磨最終時に上下定盤(1,2) を前記複数のダミーウェー
   ハ(7) に密着研磨することにより、上下定盤(1,2) をイ
   ンラインでその表面を研磨修正すると共に上下定盤(1,
   2) の間隔を維持拘束することを特徴とするウェーハ研
   磨装置。