JPH08181092A - 半導体ウエハ研磨用保持プレート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体ウエハを研磨する際に用いる半導体ウエ
ハ研磨用保持プレートであって、保持に必要な工程の簡
略化およびウエハに生じる欠陥の減少が可能な半導体ウ
エハ研磨用保持プレートの提供。 【構成】通気可能なセラミックスプレート(3) の表面の
ウエハ(1) を保持する位置に、通気性と弾性を有するシ
ート(10)を備えた半導体ウエハ研磨用保持プレート。図
の（11) は通気を遮断した部分である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハを研磨す
る際に使用する半導体ウエハを保持するためのプレート
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】研磨する際に半導体ウエハ（以下、単に
「ウエハ」と記す）を保持する方式として、現在下記の
３つの方法が用いられている。

【０００３】(1) ワックスによる高平面精度のプレート
への貼り付け。

【０００４】(2) 真空吸着方式による高平面精度のプレ
ートへの貼り付け。

【０００５】(3) テンプレート方式（バッキングプレー
ト方式）による保持。

【０００６】(1) のワックスによる貼り付け方式は、ま
ずウエハの裏面に一様にワックスを塗布し、次にヒータ
ー付基盤上でワックスを溶融しつつ、アルミナ等の高平
面精度のプレートに高圧プレス機を用いてウエハを貼り
付けるものである。

【０００７】(2) の真空吸着方式による貼り付け方式を
図８を用いて説明する。図８は真空吸着方式のプレート
とウエハの一部縦断面を表した図である。

【０００８】真空吸着方式は高平面精度を有するプレー
ト３の表面に真空に引くための微小な孔または微小な溝
２を設け、真空ポンプ（図示していない）を作動させて
微小な孔または溝２に発生する吸引力を利用してウエハ
１の全面に一様に吸着力をかけ、ウエハ１を高平面精度
のプレート３の表面には貼り付けるものである。プレー
ト３のウエハ１を乗せる側の面に均一に多数の真空引き
用の溝または孔２が設けてある。また、プレート３の表
面は高平面精度に仕上げてある。

【０００９】(3) のテンプレート（型板）方式による保
持方法を図９を用いて説明する。図９はテンプレート方
式のプレートとウエハの一部縦断面を表した図である。

【００１０】テンプレート方式は、特開平４−206946号
公報に開示されているように高平面精度のプレート３の
表面上にバッキングプレート５（軟質の人工皮革等を有
する不織布）を貼り付け、更にこの上に、ウエハ１の外
形に沿うようにくり抜いた樹脂製のテンプレート４を設
置してウエハ１をはめ込む方法である。

【００１１】しかし、これらのウエハを保持する方式に
はそれぞれ次のような問題がある。

【００１２】(1) のワックスによる貼り付け方式の大き
な欠点は、工程数が多くかつそれぞれの工程は厳重管理
のもとで行わなければならないことである。この方法を
実施するには、ウエハにワックスを塗布する工程、塗布
済のウエハを加熱してプレートに貼り付ける工程、ウエ
ハをプレートから剥がす工程およびワックスを除去する
工程を行わなければならない。

【００１３】ワックスを塗布する工程では、ワックス内
へのパーティクルの混入を防ぐための厳重な管理が必要
であり、研磨後のウエハの平面度の悪化につながるワッ
クスの塗布むらに注意を払わなければならない。プレー
トに貼り付ける工程では、ウエハを加熱しつつ全面に均
一に荷重をかけることが必要である。プレートから剥す
工程は、自動化することが困難なものであり、ウエハに
欠けを生じないように一枚ずつ慎重に手作業で取り外さ
なければならない。ワックスを除去する工程では有機溶
媒を用いた洗浄を過酷な条件下で行うのでウエハの表面
に悪い影響を与えかねない。

【００１４】(2) の真空吸着による貼り付け方式の欠点
はウエハの表面に欠陥を生じさせることである。それを
図10を用いて説明する。図10は真空吸着方式によるウエ
ハの研磨工程を表した図である。

【００１５】真空に引くことによって発生する吸着力で
ウエハ１を保持しようとすると、ウエハ１の厚みは薄い
ので、真空吸着を行うために設けた真空孔若しくは真空
溝２に沿って局所的なたわみが発生し、研磨後のウエハ
１の表面に真空孔または真空溝の痕跡が残る。

【００１６】また、高平面精度を有する真空吸着台は、
その表面の硬度が高くなければならず、そうするとウエ
ハ１と真空吸着台との間に異物が混入した場合にウエハ
１の表面にディンプル（凹み）を発生させてしまう。

【００１７】(3) の テンプレートおよびバッキングプ
レートによる保持方式の欠点は、ウエハの平面度を悪化
させることである。それを図11を用いて説明する。図11
はテンプレートによる保持方式のプレート等とウエハの
一部縦断面を表した図である。

【００１８】この方式はバッキングプレート５とウエハ
１との間に異物７が混入した場合には弾性材であるバッ
キングプレート５が局所的に変形することでディンプル
の発生を防止している。しかし、ウエハ１とバッキング
プレート５は単にその相互間の摩擦力によってのみ保持
されているので、研磨時に、ウエハ１にかかる研磨圧力
のむらが発生するとウエハ１とバッキングプレート５の
間に隙間が生じ、そこへ気泡６が溜まってしまう場合が
ある。バッキングプレート５は通気性がないために一度
溜まってしまった気泡６は逃げ場がなく、その結果ウエ
ハ１には局所的ではない大きなたわみが生じてしまい、
ウエハ１の平面度は悪化する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにウエハ
を研磨する際に用いる従来の方式はそれぞれ欠点を有し
ており満足できるものではなかった。

【００２０】本発明が解決しようとする課題は、従来の
方式に対し、工程数の削減、工程管理の簡便化、ウエハ
の表面に生じるディンプルの低減、ウエハのたわみの低
減および平面度の向上を図ることができる新たなウエハ
研磨用保持プレートを提供することである。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は「通気可
能なセラミックスプレートの表面の半導体ウエハを保持
する位置に、通気性と弾性を有するシートを備えた半導
体ウエハ研磨用保持プレート」にある。

【００２２】

【作用】図１は本発明のウエハ研磨用保持プレートの１
例の縦断面を表した図である。

【００２３】図１の(a) は通気可能なセラミックスプレ
ート３に繊維状もしくは多孔質であって通気性と弾性を
有するシート10を通気性を保ったままで接着剤９によっ
て貼り付けたものである。図１の(b) は繊維状もしくは
多孔質であって通気性と弾性を有するシート10を通気可
能なセラミックスプレート３上に治具12により一定張力
をかけて張り上げて固定しているものである。符号８は
真空ポンプ（図示していない）からの配管または孔であ
って、シート10に繋がっているものである。符号11はシ
ート10の通気を遮断してある部分である。

【００２４】本発明のウエハ研磨用保持プレートはウエ
ハを研磨する際に外部の真空ポンプを作動させて発生す
る吸引力を利用してシート10の上に乗せたウエハ１を保
持するものである。

【００２５】以下、本発明の半導体ウエハ研磨用保持プ
レートを詳細に説明する。

【００２６】セラミックスプレート３の素材は熱膨張係
数が小さくかつ剛性率が高いものを用いる必要がある。
この例としてはアルミナ、石英、低熱膨張ガラスなどの
セラミックスがある。

【００２７】図２の(1) 、(2) および(3) は本発明のウ
エハ研磨用保持プレートの拡大断面図を表したものであ
る。セラミックスプレート３の表面付近には真空ポンプ
に通じる配管８（図２には示していない）に接続されて
いて真空に引くための微小な孔15（図２の(1) 参照）や
同心円状の溝２（図２の(2) 参照）が多数設けられてい
る。図２の(3) に示すようにセラミックスプレート３の
素材が通気性のある多孔質状（ポーラス状）のものであ
れば、孔や溝を設ける必要がないだけでなく、多数の細
かい通気孔が得られてウエハに対する影響が小さいので
好ましい。

【００２８】シート10を備える側の平面精度は研磨後の
ウエハの平面精度に影響を及ぼすのでなるべく高い方が
望ましい。

【００２９】セラミックスプレート３の表面のウエハを
保持する位置には通気性と弾性を有している目の細かい
多孔質もしくは繊維状のシート10が備えてある。シート
10の素材の例として不織布（フェルトに液状の人工皮革
材料を浸透させたもの）、ゴム、樹脂、紙、皮、人工皮
革等がある。シート10の厚さは 600μm 程度以下とする
のがよい。

【００３０】シート10は、ウエハ１を載せる部分が通気
性で、ウエハ１と接していない部分は通気性を持たない
ようにする必要がある。図１で示した例では符号10の部
分が通気性を有するシートの部分であり、符号11の部分
が通気性を有しないシートの部分である。

【００３１】このようにシートの一部分には通気性を持
たせ、他の部分は通気を遮断するには、図２に示すよう
にウエハが接触しない部分だけにシートに何らかの物質
を添加して通気性を遮断するか、または通気性のないテ
ンプレートかテープ若しくは埋め込むことの可能なシー
ル材等13によってシート10のウエハが接触しない部分を
上から覆えばよい。あるいは逆に通気性のないテンプレ
ートのウエハが接触する部分をくり貫いてその部分にウ
エハの形の通気性のあるシート10を嵌め込んでも構わな
い。

【００３２】要はプレート３の表面のウエハを保持する
位置に通気性と弾性を有するシート10が備えられてお
り、プレート３のウエハを保持しない位置は、通気性の
ないシート11やテンプレートを用いて通気を遮断するよ
うに覆われている構造であればよい。このような構造の
ものであれば真空ポンプを作動させた場合シート10の位
置のみにウエハを保持するための吸着力を発生させるこ
とができる。

【００３３】シート10、11は図１の(a) のように接着剤
９によってプレート３に固定するか図１の(b) のように
シート10、11に一定張力をかけたまま治具12によってプ
レート３に固定すればよい。

【００３４】本発明のウエハ研磨用保持プレートを用い
てウエハを保持するには、まずウエハ１をシート10に載
せた後に外部の真空ポンプによって吸引力を発生させ
る。シート10はウエハ１の全面にわたって一様に収縮す
るのでシート10の表面は平面に保たれている。これによ
ってウエハ１を高平面精度に研磨することができる。

【００３５】シート10は弾性を有しているので多少の異
物やゴミ等をウエハとの間に挟んでもシート10側でその
異物は吸収され、ウエハの表面に疵や局所的な変形（デ
ィンプル）が生じることはない。また、目の細かい繊維
状若しくは多孔質状のシート10を用いる程、真空に引く
ためのシート10の空気孔の径が小さく、かつ多数になる
ので、ウエハ１にかかる吸着力はウエハ１の表面に対し
てより均一に分散してかかることになる。その結果、研
磨後のウエハ１のシート10に接していた面には真空で保
持した痕跡は残らず、高品質のウエハを得ることができ
る。

【００３６】さらに本発明のウエハ研磨用保持プレート
は、真空に引く際の吸引力を利用してウエハ１を保持し
ているのでウエハ１とシート10との間に気泡が入ること
はなく、それによるウエハの変形も生じない。ウエハを
研磨した後は真空吸引を止めることにより、容易にウエ
ハを研磨用保持プレートから取り外すことができる。

【００３７】本発明のウエハ研磨用保持プレートで保持
するために要する工程は、ウエハを保持する工程と外す
工程のみであり、前述したワックスによる貼り付け方式
と比較すると非常に少ない工程で、かつ容易に実施でき
るので工程の自動化も可能である。

【００３８】

【実施例】本発明のウエハ研磨用保持プレートを実際の
研磨装置に適用した例を図４と図５に示す。図４はバッ
チ方式の研磨装置に適用したものである。この例では本
発明のウエハ研磨用保持プレート（図では符号３、10お
よび11を合わせたもの）は一度に２枚以上のウエハ１を
保持できる構造となっている。

【００３９】図５は枚葉式の研磨装置に適用したもので
ある。この例では本発明のウエハ研磨用保持プレートは
１枚のウエハ１を保持できる構造になっている。

【００４０】ウエハ研磨用保持プレートの表面の孔や溝
（図示していない）は真空ポンプ14からの配管８に繋が
っており、真空ポンプ14を作動させた場合にはプレート
３の表面に備えられたシート10にウエハ１を吸着する力
が働く。真空ポンプ14の回転部と停止部はロータリジョ
イント16によって繋がっている。

【００４１】ウエハ１を本発明のウエハ研磨用保持プレ
ートによって保持した後に研磨定盤17を回転させてその
表面に備える研磨パッド18でウエハ１の表面を研磨す
る。

【００４２】図６は、ウエハの研磨工程において、工程
の合理化のためにウエハ研磨用保持プレート上でのウエ
ハの脱着を自動操作によって行う装置に本発明のウエハ
研磨用保持プレートを適用した例を示すものである。

【００４３】搬送装置21によってウエハ１はウエハ研磨
用保持装置に搬送されて来る。オートハンドラーアーム
20の先に取り付けてある真空チャック19はオートハンド
ラーアーム20が水平回動、垂直回動および上下運動を行
うことによって、搬送されて来たウエハ１を吸着する位
置まで移動する。次に真空チャック19は真空に引く際の
吸引力を利用してウエハ１を吸着する。真空ポンプ（図
示していない）からの配管はオートハンドラーアーム20
を介して真空チャック19まで引いてある。ウエハを吸着
した真空チャック19はオートハンドラーアーム20が上下
運動、水平回動および垂直回動することによってウエハ
研磨用保持プレートのウエハを保持する所定の位置（シ
ート10の位置）まで移動する。次にオートハンドラーア
ーム20の先端の真空チャック19の真空を開放し、ウエハ
保持プレート側の真空ポンプ14を作動させて配管８を介
してシート10に吸引力を発生させ、その力を利用してウ
エハ１を保持する。

【００４４】ウエハ１の研磨は研磨定盤17上の研磨パッ
ド18をウエハに接触させて回転させることによって研磨
する。

【００４５】研磨後はオートハンドラーの真空チャック
19がウエハ１を保持し、研磨後の搬送系（図示していな
い）にウエハ１を送る。これら一連の動作は、すべて自
動で行うことができる。

【００４６】図７は本発明のウエハ保持プレートを用い
て実際にウエハを保持し、研磨した場合のシートの厚さ
とウエハの厚さのばらつきとの関係を示したものであ
る。なお、シートとして不織布（フジボウ愛媛（株) 製
のDOLYPAS #1200 FILM）を用いた。図７の縦軸のＴＴＶ
とは研磨後の半導体ウエハにおいて、厚みが最も厚い部
分と最も薄い部分との差を表したものである。

【００４７】図７から次のようなことがわかる。シート
の厚さが厚いほどＴＴＶの値は大きくなる。従ってシー
トの厚さはウエハの表面に真空溝の跡が残らない程度に
できるだけ薄くする方が望ましい。シートとして上記の
不織布を用いる場合には、例えばウエハの研磨後の厚さ
のばらつきを1.5 μm 以下にするには不織布の厚さを0.
5 mm以下とすればよい。

【００４８】

【発明の効果】本発明のウエハ研磨用保持プレートは、
それを用いてウエハを保持するために必要な工程が少な
くかつ簡単なので保持工程を自動化でき、従来の方式と
比較して作業効率が向上する。

【００４９】本発明のウエハ研磨用保持プレートは、高
平面精度を有するプレートの表面に薄くて通気性と弾性
を有するシートを取り付けたものであるから、真空に引
く力によってシートはウエハが接している全面において
一様に変形し、ウエハを平面に保持することが可能であ
る。また、真空に引くので、ウエハとウエハ研磨用保持
プレートとの間に気泡が入ることはない。また、シート
は、適度な弾性を有しているのでウエハと保持プレート
との間にゴミ、異物を挟んだ場合においてもシートが局
所的に変形し、ウエハの表面に発生するディンプルを防
ぐことができる。なお、目の細かい繊維状もしくは多孔
質状のシートを用いるほど研磨後のウエハの表面に真空
孔や真空溝の痕跡が残らない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハ研磨用保持プレートの一部縦断
面を表す図である。

【図２】本発明のウエハ研磨用保持プレートの拡大縦断
面を表す図である。

【図３】本発明のウエハ研磨用保持プレートのシートの
構造を表す図である。

【図４】本発明のウエハ研磨用保持プレートをバッチ式
の研磨装置に適用した場合の構成を表す図である。

【図５】本発明のウエハ研磨用保持プレートを枚葉式の
研磨装置に適用した場合の構成を表す図である。

【図６】本発明のウエハ研磨用保持プレートをウエハの
自動搬送装置を備えた研磨装置に適用した場合の構成を
表す図である。

【図７】本発明のウエハ研磨用保持プレートのシートの
厚さと研磨後のウエハの厚さのばらつきとの関係を表し
た図である。

【図８】従来の吸着方式のウエハ研磨用保持プレートの
一部縦断面を表す図である。

【図９】従来のテンプレート方式のウエハ研磨用保持プ
レートの一部縦断面を表す図である。

【図10】従来の吸着方式によってウエハを保持した場合
に発生する表面の局所的変形を表す図である。

【図11】従来のテンプレート方式によってウエハを保持
した場合に発生する変形を表す図である。

【符号の説明】

１ ウエハ、 ２ 溝、３ セラミッ
クスプレート、 ４ テンプレート、５ バッキング
プレート、 ６ 気泡、７ ゴミや異物、
８ 真空引き用配管、９ 接着剤、
10 通気性のあるシート、11 通気性のないシー
ト、 12 治具、13 通気性のないテンプレート、
14 真空ポンプ、15 孔、 16
ロータリージョイント、17 研磨定盤、
18 研磨パッド、19 真空チャック、 20
オートハンドラーアーム、21 搬送装置、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通気可能なセラミックスプレートの表面の
   半導体ウエハを保持する位置に、通気性と弾性を有する
   シートを備えた半導体ウエハ研磨用保持プレート。