JPS63306881A - 両面ポリシング方法及び装置 - 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】 本発明は、両面ポリシング方法及び装置に関するもので
あり、特には使用する研磨剤の成分毎の独立供給を可能
ならしめる技術に関係する。本発明により、混合すると
、分解或いは凝固しやすい研磨剤が使用できるようにな
り、今後高速素子、光通信素子等の材料として期待され
ているＩｎＰ。

ＧａＡｓ等の半導体材料の高精度加工が実施可能となる
。

発明の背景 半導体ウェハの製造においてその表面のポリシングは不
可欠の工程である。表面ポリシングはつエバ表面を鏡面
仕上げするものであるが、片面ポリシングと両面ポリシ
ングとに分類される。片面ポリシングは、貼付は板にワ
ックス等の接着剤を用いてウェハを貼着し、これを研磨
布を貼付けた回転自在の円形定盤に所定の負荷の下で押
圧しつつ定盤を回転しそして研磨液を滴下しながら研磨
を行うものである。ウェハな貼着した貼付は板は自在継
手によって懸吊支持されており、自在に自転を行う。研
磨液による化学的作用と研磨布による機械的作用によっ
【鏡面研Ｓがもたらされる。

他方、両面ポリシングは、上定盤と下定盤及びその間に
介設されるウェハより少し薄いウェハ保持用のキャリア
を備える両面研磨機を使用して行われる。

両面ポリシングは、片面ポリシングのようにウェハを貼
付は板に接着することなくフリーの状態で加工するため
、片面ポリシングと比べ加工精度（表裏面平行度、平坦
度）が良好であり、またウェハの貼付け、ワックスの洗
浄工程が不要となる等多くの利点を有する。

近年のＬＳＩの高集積化に伴い、半導体ウェハには極め
て高度の平行度、平坦度等の加工精度及び優れた鏡面性
が求められており、その実現の容易な両面ポリシング技
術に大きな関心が寄せられている。

従来技術とその間場点 第２（ａ）及び（ｂ）図に従来からの両面ポリシング装
置の例を示す。装置は、上定盤１及び下定盤２を備え、
各々の内側表面にポリシングクロス（パッド）３が貼付
されている。これら上下定盤間には、加工物即ち半導体
ウェハ４を保持する歯車状のヤヤリア７が介在する。歯
車状キャリアは、中央のサンギア５及び外側のインタナ
ルギア６と同時に噛合している。上下定盤を同方向或い
は逆方向に所定の回転数で回転させながら、サンギアを
所定の回転数及び方向に回転することにより加工物を保
持するキャリアは複雑な自転及び公転運動を行う。

研磨剤は、加工物全面に均一に分配されるように、その
源から研磨剤供給導管１２を通ってノズル８から先ず上
定盤１の上方に配置された研磨剤保持用のリング９に供
給され、そこから例えば４本設けられた研磨剤送出配管
１０を通って上定盤に設けられた穴１１を経由して下定
盤内部に入り、加工物表面に到達する。

加工物４は、片面ポリシングと違いその上面及び下面を
固定されず自由な状態にありそして上述した複雑な公転
及び自転連動を行うので、加工物上下全面の加工量が均
一化され、両面が同時に優れた鏡面となり且つ平行度、
平坦度等の加工度も高精度に仕上げることが可能である
。

ところで、ＩｎＰ　ｓ　ＧａＡｓ等の半導体ウェハは次
亜塩素酸系研磨材、コロイダルシリカ系研磨剤等の研磨
剤を用いることが多い。こうした研磨剤を用いて上述し
た両面ポリシング装置によりポリシングを行っても所期
のポリシング効果が生じない状況に多々直面した。また
、加工物表面の汚損も認められた。装置の腐食も多発し
た。

発明の概要 上記のような問題点を解決するべく、本発明者等は従来
型式の両面ポリシング技術の再検討に取組んだ。その結
果、次の事実を認識するに至った：（１）所期のポリシ
ング効果が得られないのは、上述した次亜塩素醗系、コ
ロイダルシリカ系等の研磨剤は、これら研磨剤が加工物
に到達するまでの間に１分解、凝固、組成変化等の劣化
を生じ、適正なポリシング作用を奏しない。

（２）上述した研磨剤は同時に腐食性であることが多く
、従来装置がステンレス鋼製部品であるため、腐食生成
物が加工物表面汚損を生じる原因となつ【いる。

こうした考察の下で、研磨剤と接触する装置り部品を耐
食性材料で構成するか或いは耐食性材料コーティングを
施したものとした上で、混合に際して劣化を生じやすい
研磨剤成分は成分側に装置に導入することを想到し、試
行したところ好結果を得た。

斯くして、本発明は、 ｒｌｌ　　上定盤と下定盤との間に加工物を保持しつつ
混合に際して劣化する傾向のある複数の成分がら成る研
Δ剤を用いてポリシングを行う両面ポリシング方法にお
いて、前記複数の研磨剤成分を前記定盤の少くとも一方
に所定の混合比となるよう個別に独立して送給すること
を特徴とする両面ポリシング方法、及び （２）　　上定盤と、下定盤と、該上下定盤間に介在す
る加工物保持キャリアと、研磨剤保持用のリングと、該
リングと前記上下定盤の少くとも一方を接続する研磨剤
送出配管と、該リングに研磨剤を供給する研磨剤供給配
管とを備える両面ポリシング装置において、前記リング
を多重構造とし、その各々に対応して前記研磨剤送出配
管及び研磨剤供給配管を個別配置したことを特徴とする
両面ポリシング装置 を提供する。研ｊ剤と接触する装置部品乃至部品を耐食
性材料製とするか或いは耐食性材料でコーティングする
ことが好ましい。

前述したように、両面ポリシングは、研磨剤を定盤内に
導入してポリシングを行なう。研磨剤は一般に複数の成
分から成るが、研磨剤の種類によって複数成分の混合後
、分解、凝固、組成変化等（これらを総称して劣化と云
う）を生じる傾向がある。その代表例は、次亜塩素酸素
研磨剤及びコロイダルシリカ系研磨剤である。コロイダ
ルシリカ系研磨剤を例にとると、これはコロイダルシリ
カ十強アルカリから成る。コロイダルシリカはゾルとし
て安定なのはｐＨ≦１０であり、これより高いｐＨ領域
ではゲル化して凝固しやすくなる。

そのため、フロイダルシリ力十Ｎ　１１０　Ｈ％フロイ
ダルシリ力＋ＫＯＨ，コｐイダルシリ力十Ｎａ３ＰＯ４
等の研磨剤では混合後シリカが凝固する傾向がある。こ
の他、ＮａＣ１０−Ｈ３ＰＯ４等の次亜塩素酸系研磨剤
は、次亜塩素酸塩が低ｐＨ領域で不安宕なので分解を起
こしやすい。

近時、より高品質のポリシング効果を得るため多様な研
磨剤が使われるようになっており、それに伴い上記のよ
うな劣化を生じやすい研磨剤が多く出現している。

従って、混合に際して劣化する傾向のある複数の成分か
ら成る研磨剤を用いる場合には、混合後劣化を生じない
うちにポリシング作用を為しうるようにする必要がある
。そこで、本発明は、研磨剤成分を上下定盤の少くとも
一方に個別に独立して導入することを本旨とする。

第１図を参照すると、本発明のポリシング装置の一具体
例が示されている。第１図において、第２図々対応する
部品には同番号を付してある。両ｌｆｉポリシング装置
の作動機構については既に説明したので、ここでは記述
を一部省略する。

上定盤１及び下定盤２０間に、キャリア７の適宜の穴に
遊合する加工物（代表的に半導体ウェハ）４が保持され
ている。加工物は、ポリシングクロス（パッド）３によ
り研磨剤の存在下でポリシング作用を受ける。前述した
ように、加工物はサンギア５及びインタカレギア６によ
り複雑な自転及び公転運動するので、研磨剤が適正な作
用を奏する限り、加工物上下全面の加工量が均一化され
、平行度、平坦度等が高精度に仕上げられ且つスクラッ
チ、ヘイズ、オレンジピール等の無い良好な鏡面が得ら
れる。

研磨剤は、上定盤及び下定盤の少くとも一方に送給され
る。一般的には、第１図に示す通り、下定盤１にその周
囲方向に沿つ【設けられた穴１１を通して導入されるが
、これに限られるものでなく下定盤のみを通して或いは
上下定盤を通して導入されうる。

本発明に従えば、研磨剤を保持するリング９が、その混
合に際して劣化傾向を示す成分の数に対応して多重構造
９ｍ、９ｂ（ここでは２成分として示す）Ｋ分割される
。そして、研磨剤送出配管１０も、１０ａ及び１０ｂと
して示すようにリングの多重構造化に応じて個別に配置
される。研磨剤供給配管１２もまた、１２ｍ、１２ｂと
して示すようＩｆＣリングの多重構造化に応じて個別配
ｒ！ｔされる。研磨剤送出配管１０ｍ及び１０ｂは、上
定盤の穴１１を覆って形成される合流ｇ１５において合
流し、ここで始めて混合が開始される。混合後は穴１１
を通った後追やかに加工物周囲に到達するので劣化が生
じる前にポリシング作用を奏することが出来る。

研磨剤供給配管１２ｍ及び１２ｂには、各成分の供給速
度を独立にコ／）ｔ２−ルしうるようポンプ１４ｍ及び
１４ｂがそれぞれ組込まれ【いる。

これにより、成分の最適混合比を容易に実現できると併
せて、ポリシング期間中、最初は強いポリシング作用を
そして後半は弱いポリシング作用を与えるといったボリ
シ／グ作用の調整が容易となるＯ 研磨剤には腐食性の強いものが少なくない。例えばＩｎ
Ｐは臭素等の強い酸性或いは酸化性の強い研磨剤を用い
ねば加工できない。こうした腐食性研磨剤に対しても装
置が支障なく作動しうるようにまた発銹による加工物表
面の汚損を防止して高歩留まりの加工が実現できるよう
に、研磨剤と接触する装置部品乃至部分を耐食性材料製
とするか或いは耐食性材料でコーティングすることが推
奨される。例えば、サンギア５、インターナルギア６等
をナイロンその他のプラスチック製とし、上下定盤の内
面にパイレックスガラス、プラスチック等のコーティン
グを施すといった対策をとりうる０ ラッピング後エツチングした、３０枚の、２“直径のＳ
ｎ−ドープ）　ＩｎＰウェハを本発明に従い両面ポリシ
ング処理した。６４０關外径×２３０鰭内径の寸法の定
盤寸法を持つ４ウ工イ式両面ポリシング装置において、
研磨剤を保持するリングを第１図に示すように２重とし
、各々から研磨剤送出配管を上定盤穴に接続した。ポリ
シングパッドとして発泡ポリウレタンタイプの人工皮革
を用い、研磨剤として市販のＮａＣ１０溶液の１０倍希
釈液を６ｔ／ｈｒでそして市販のＨ３ＰＯ４溶液の５０
倍希釈液を４ｔ／ｈｒで、研磨剤供給配管を通してそこ
に組込んだポンプを適宜の回転数に設定することにより
リングの各区画に供給した。加工条件は次の通りとした
： 加工圧力　：　　１００　＆７６１！”上定盤回転数：
１２ｒｐｍ 下　　　＃　　　　　：　　　５６ｒｐｍ加工時間　＝
　３０分 また、サンギア及びインタナルギアをＭＣナイ四ン製と
しそして上下定盤をステンレス製ベースにパイレックス
ガラスを貼り付けた構造とした。

この結果、加工量は平均３０μｍであり、加工後の平行
度及び平坦度はいずれも１〜２ｐｍで良好であった。表
面粗さは２０〜５０Ｘであった。

スクラッチ、ヘイズ、オレンジピール等のない良好な鏡
面ウェハへが得られた。

他方、第２図のような従来装置を用いて同じ研磨剤を用
いてＩｎＰウニ八をへ工したところ、リングにＮａＣ１
０及びＨ３ＰＯ４を供給すると、ＮａＣ１０が低ｐＨ領
域で不安定なため、ＮａＣ１０が多量の塩素ガスを発生
して分解し、安定した加工速度は得られず、加工面もヘ
イズやオレンジピールが多発して良好な鏡面を得ること
が出来なかった。また、発生する塩素ガスによる装置の
腐食も進行して、加工を続行することは不可能であった
。

発明の効果 劣化性傾向のある研磨剤でも安定した両面ポリシング加
工が実施可能となったので、今後高速素子、光通信素子
とし℃期待されているＩｎＰ　ＳＧａＡｍ等のウェハに
対して従来実現できなかった高精度加工が可能となり、
これらを用いるデバイスの品質向上に寄与する。

第１図は、本発明の両面ポリシング装置の断面図である
。

第２（＆）図及び第２（ｂ）図は、従来両面ポリシング
装置の一部Ｍ除した上面図及び断面図である。

１：上定盤 ２：下定盤 ５：ポリシングクロス ４：加工物 ５：サンギア ６：インタナルギア ７：キャリア ８．８ａ’ｉ８ｂ：ノズル ９．９ｍ、９ｂ：リング １０．１０ｍ、１０ｂ：研磨剤送出配管１１：穴 １２．１２ｍ、１２ｂ：研磨剤供給配管１３：合流部 １４ｍ、１４ｂ：ポンプ 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）上定盤と下定盤との間に加工物を保持しつつ混合に
   際して劣化する傾向のある複数の成分から成る研磨剤を
   用いてポリシングを行う両面ポリシング方法において、
   前記複数の研磨剤成分を前記定盤の少くとも一方に所定
   の混合比となるよう個別に独立して送給することを特徴
   とする両面ポリシング方法。 ２）上定盤と、下定盤と、該上下定盤間に介在する加工
   物保持キャリアと、研磨剤保持用のリングと、該リング
   と前記上下定盤の少くとも一方を接続する研磨剤送出配
   管と、該リングに研磨剤を供給する研磨剤供給配管とを
   備える両面ポリシング装置において、前記リングを多重
   構造とし、その各々に対応して前記研磨剤送出配管及び
   研磨剤供給配管を個別配置したことを特徴とする両面ポ
   リシング装置。 ３）個別配置される研磨剤供給配管の各々にポンプが組
   込まれる特許請求の範囲第２項記載の装置。 ４）研磨剤と接触する装置部品乃至部分を耐食性材料製
   とするか或いは耐食性材料でコーティングする特許請求
   の範囲第２項又は第３項記載の装置。