(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエーハの研磨時にプレートの保持孔内にウエーハを保持しておく保持機構であって、前記ウエーハを背面から直接加圧する流体封入空間部を備え、前記保持孔内には、前記ウエーハを回転可能に保持する回転機構を設けたことを特徴とする半導体ウエーハの保持機構。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体ウエーハの保持機構において、前記保持機構は、前記プレートと、このプレートの背面に当接し且つ前記保持孔に連通する流体導入路を備えたトップリングからなり、前記流体封入空間部は前記保持孔内に形成されることを特徴とする半導体ウエーハの保持機構。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体ウエーハの保持機構において、前記トップリングとプレートの当接部及び前記保持孔とウエーハの当接部には、弾性体のシール材が設けられることを特徴とする半導体ウエーハの保持機構。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体ウエーハの保持機構において、前記流体封入空間部に封入される流体は、エア又は水であることを特徴とする半導体ウエーハの保持機構。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体ウエーハの保持機構において、前記回転機構は、前記保持孔の内周部に沿って回転可能なリング部材と、このリング部材に取付けられるリング状のシール材であることを特徴とする半導体ウエーハの保持機構。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエーハを研磨する際、ウエーハを保持しておく保持機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばシリコンウエーハ、ＧａＡｓウエーハ等の半導体ウエーハには、非常に高度な平坦度が要求されており、ウエーハを研磨する際ウエーハを保持しておく研磨プレートとして、ウエーハの背面側にセラミックス又はガラス等の高剛性の材料を用いてウエーハにかかる加工圧を面内均一とし、加工面の平坦度を高めるようにした研磨プレートが知られている。
また、いわゆるバッチ方式によって複数のウエーハを同時に研磨する際は、同一プレート内に複数のウエーハをセットして研磨しているが、この場合でも、各ウエーハの加工面の平坦度を高めるためウエーハ背面側の剛性を高めるのが一般的である。
【０００３】
また、ウエーハの平行度についても非常に高い精度が要求されており、特に同一プレートに複数のウエーハをセットして同時に加工するバッチ方式の場合、同一プレート内にセットされる加工前のウエーハの厚みにバラツキがあると、研磨加工時に加工圧が不均一となり、この結果、加工後のウエーハの平行度が悪化することになる。そこで、加工前にウエーハの厚みを測定して、厚みに応じて細かく分類し、厚みのバラツキが小さくなるような組合わせで同一プレート内にセットして研磨している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、加工面の平坦度を確保するため研磨プレートの剛性を高める方法は、特にバッチ方式において加工前の各ウエーハの厚みにバラツキがある時には、加工圧を均一にするのに限度があった。
また、ウエーハの平行度を確保するため、予め各ウエーハの厚みを測定して分類するやり方は、工数増加を招いて時間がかかるという問題があった。
【０００５】
そこで、プレートの剛性を上げる等の方法をとることなく、しかも加工前にウエーハの厚みを測定して分類するような手間を廃止しながらも、良好な平坦度と平行度を得ることの出来る保持機構が望まれていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明においては、半導体ウエーハの研磨時にプレートの保持孔内にウエーハを保持しておく保持機構として、ウエーハを背面から直接加圧する流体封入空間部を備えた保持機構とした。
そして流体封入空間部に封入した流体によってウエーハの背面を直接加圧し、ウエーハの表面側を研磨するが、ウエーハの背面を直接加圧することで、ウエーハ全域に均一な圧力を加えることが出来、表面側の加工圧を均一に出来る。
【０００７】
また、前記保持機構として、前記プレートと、このプレートの背面に当接し且つ保持孔に連通する流体導入路を備えたトップリングから構成し、前記流体封入空間部は保持孔内に形成するようにした。
そして、プレートの保持孔内にウエーハを挿入して保持し、このプレートの背面側にトップリングを当接させるとともに、流体導入路から保持孔内に流体を供給し、ウエーハの背面側から流体圧で加圧する。
【０００８】
また、流体封入空間部に封入される流体を、エア又は水とした。  また、流体の圧力を、研磨圧力の２０〜１００％の範囲とした。
この際、２０％以下であれば加圧効果が充分でなく、また１００％以上であれば流体が洩れ出してそれ以上の加圧が出来なくなってしまう。
【０００９】
また、トップリングとプレートの当接部及び保持孔とウエーハの当接部に、弾性体のシール材を設けた。
そしてこれらのシール材によって、流体封入空間部に封入される流体の洩れ出しを防止する。
【００１０】
また、保持孔内に、ウエーハを回転可能に保持する回転機構を設けた。
そしてこの回転機構によってウエーハを回転自在にすれば、研磨時にウエーハが回転し、ウエーハにかかる圧力を全域に亘ってより均一にすることが出来る。
【００１１】
また、回転機構として、保持孔の内周部に沿って回転可能なリング部材と、このリング部材に取付けられるリング状のシール材を設けた。
そして、ウエーハの回転に連れてリング部材が一緒に回転するようにすれば、ウエーハをよりスムーズに回転させることが出来、圧力均一の面から一層効果的である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について添付した図面に基づき説明する。
ここで図１は本発明の保持治具の縦断面図、図２はトップリングを下方から見た斜視図、図３は研磨プレートの斜視図で（Ａ）は上方から見た状態、（Ｂ）は下方から見た状態図、図４は保持孔とシール材の止め付け状態を示す拡大断面図である。
【００１３】
本発明の半導体ウエーハの保持機構としての保持治具は、シリコンウエーハ、ＧａＡｓウエーハ等のウエーハを研磨する際、ウエーハを保持するための治具として構成され、この保持治具１は、図１に示すように、複数のウエーハＷ、…を保持する研磨プレート２と、この研磨プレート２の背面を押え付けるトップリング３からなる。
【００１４】
そして、各ウエーハＷ、…の背面側を後述する流体圧で加圧して表面側の研磨具４に向けて押圧し、研磨具４とトップリング３を相対回転させることでウエーハＷ、…の表面側を研磨するが、この研磨具４は、回転自在な定盤５と、この定盤５の表面側に貼り付けられる不織布の研磨パッド６からなる。
【００１５】
前記トップリング３は、図２にも示すように、円盤状の研磨プレート２の形状とほぼ同径の円盤状部を備えており、この円盤状部の下面の周縁部３ａを除く中間部を彫り込んで円形凹部Ａ1 を形成するとともに、トップリング３の中央部には、この円形凹部Ａ1 に向けて開口する流体通路Ａ2 を形成しており、前記円形凹部Ａ1 とこの流体通路Ａ2 によって流体導入路Ａを形成するようにしている。
そしてこの流体導入路Ａからエア又は水の流体を供給出来るようにしている。
【００１６】
また、トップリング３の周縁部３ａは、研磨プレート２の上面側の周縁部に当接させて載置出来るようにされており、研磨プレート２に所定圧を加えることが出来るようにされている。また、トップリング３の周縁部３ａの外側下面には、シール材としてのゴム製のＯリング７を嵌装しており、このＯリング７によって、周縁部３ａ下面と研磨プレート２上面の当接面をシールするようにしている。
因みに、トップリング３の自重は例えば２００〜３００ｋｇである。
【００１７】
前記研磨プレート２は、図３に示すように、複数（この実施形態では４個）の貫通状の保持孔２ａ、…を備えており、各保持孔２ａ、…内の内周縁部に沿って、シール材としてＳＢＲ、ＮＢＲ等の合成ゴムをはじめ、ゴム状弾性を有する高分子物質あるいはフロロポリマー、塩化ビニル等の軟質な合成樹脂から成るリング状のシールリング８、…を設けるとともに、各ウエーハＷ、…を挿入した際、シールリング８、…でウエーハＷの外周部を密封状に保持出来るようにされている。そして図１に示すように、研磨プレート２上にトップリング３を載置した状態で、各保持孔２ａ、…は前記円形凹部Ａ1 と連通するようにされている。
【００１８】
また、前記シールリング８、…は、図４に示すように、保持孔２ａの内周縁部に段部ｄを形成し、この段部ｄにシールリング８を挟んで固定リング９を嵌合させてボルト１０で研磨プレート２に止め付けるようにしており、シールリング８の内周縁端部をウエーハＷの上面に重ね合わせた状態で上方から流体圧が加わると、同部をシール出来るようになっている。
【００１９】
従って、図１に示すように、研磨プレート２の保持孔２ａ、…内にウエーハＷ、…をセットした後、研磨プレート２上にトップリング３を重ね合わせて載置し、流体導入路Ａからエア等の流体を導入すると、トップリング３の周縁部３ａと研磨プレート２の当接面はＯリング７によってシールされ、また、各保持孔２ａ、…とウエーハＷ、…の間はシールリング８によってシールされるため、各保持孔２ａ、…の内部に密閉された流体封入空間部Ｂが形成されることになる。
このため、流体封入空間部Ｂ、…の流体圧によって各ウエーハＷ、…を研磨具４に向けて均一な圧力で押付けることが出来る。
【００２０】
ところで、図５の実施形態は、保持孔２ａ、…の内部にウエーハＷ、…の回転機構１１、…を設けた場合の構成例図である。
この回転機構１１は、保持孔２ａの段部ｄに載置され保持孔２ａの内周縁部に沿って回転自在な可動リング１２と、この可動リング１２にボルト１０によって固定されるシールリング８からなり、シールリング８の内周縁端部がウエーハＷの上面に重ね合わせることが出来るようにされている。
【００２１】
そしてこの場合は、研磨時のウエーハＷ、…は可動リング１２、…と共に保持孔２ａ内を自由に回転することが出来、研磨時の加工圧をより均一にすることが出来る。
【００２２】
【実施例】
ここで、下記のような加工条件等で、厚みの差が最大で１００μｍ異なる４枚のウエーハＷを同一研磨プレート２にセットし、保持孔２ａの流体封入空間部Ｂにエアを導入してウエーハＷを加圧するとともに、コロイダルシリカを含むアルカリ性研磨液を用いて研磨をする実験をした。
この際、ウエーハＷをセットする際は、各ウエーハＷを研磨パッド６の上に載置して、研磨プレート２を被せるようなやり方で各保持孔２ａ内にセットする。
【００２３】
（加工条件）
・ウエーハ：ＣＺ法により育成したＰ型シリコンウエーハ、直径１５０mm、厚み５３０〜６３０μｍ間で異なる４枚
・定盤５の回転数：４０ｒｐｍ
・トップリング３の回転数：４０ｒｐｍ
・研磨圧力：２００gf/cm2
・背面エア圧：８０gf/cm2
【００２４】
上記加工条件で研磨加工した結果、研磨前のＴＴＶ（TOTAL THICKNESS VARIATION 、すなわちウエーハ全面における最大厚と最小厚の差）は１．７μｍで、研磨後のＴＴＶは１．８μｍで、平坦度と平行度は加工前の精度と殆ど差がなく、研磨加工によってウエーハＷの形状が崩れていないことが確認された。
因みに、同様なバラツキのあるウエーハを従来の方法で研磨したところ、研磨前のＴＴＶは１．８μｍで、研磨後のＴＴＶは１５．７μｍとなり、研磨によってウエーハＷ形状が大きく崩れることも確認された。
【００２５】
この際本発明では、ウエーハＷ、…の背面側から直接エアで加圧しているため、ウエーハＷ、…の厚みに差があっても、これを吸収するように作用してウエーハＷ、…全域に均一な加工圧を加えることが出来る。しかも、ウエーハＷ、…を回転自在にした場合には一層均一な研磨を行うことが出来る。
尚、以上の実施例では、背面エア圧を研磨圧力の４０％としているが、これを研磨圧力の１００％以上にするとエアが洩れ出し、２０％以下では、効果的な加圧を行うことが出来なかった。また、加圧流体として、エアの代りに水を使用しても良い。
【００２６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、半導体ウエーハを研磨する際、流体封入空間部に封入した流体によってウエーハを背面から直接加圧するようにしたため、ウエーハ全域に均一な圧力を加えることが出来、平坦度、平行度を良好に研磨加工出来る。この際、流体圧で直接加圧するため、ウエーハの厚みに差があっても同一のプレートで研磨することが出来、事前に厚み測定等を行う必要がなく、工数減が図られる。
また、研磨プレートの保持孔内に、ウエーハを回転可能に保持する回転機構を設ければ、研磨時にウエーハにかかる圧力を全域に亘ってより均一にすることが出来、一層効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の保持治具の縦断面図である。
【図２】トップリングを下方から見た斜視図である。
【図３】研磨プレートの斜視図で（Ａ）は上方から見た状態、（Ｂ）は下方から見た状態図である。
【図４】保持孔とシール材の止め付け状態を示す拡大断面図である。
【図５】保持孔に回転機構を設ける場合の構成例図である。
【符号の説明】
１…保持治具、                      ２…研磨プレート、
２ａ…保持孔、                      ３…トップリング、
３ａ…周縁部、                      ４…研磨具、
５…定盤、                          ６…研磨パッド、
７…Ｏリング、                      ８…シールリング、
９…固定リング、                    １０…ボルト、
１１…回転機構、                    １２…可動リング、
Ａ…流体導入路、                    Ａ1 …円形凹部、
Ａ2 …流体通路、                    Ｂ…流体封入空間部、
ｄ…段部、                          Ｗ…ウエーハ。
【図１】
0003898261.tif 000002
【図２】
0003898261.tif 000003
【図３】
0003898261.tif 000004
【図４】
0003898261.tif 000005
【図５】
0003898261.tif 000006