(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する加工プレートに貼付けたブランク材のドーナツ穴にバッキング材を介装させたテンプレートアッセンブリでウエーハを研磨する研磨方法において、ブランク材のドーナツ穴へ１〜２ｍｍの肉厚のスポンジ状のシート状弾性体を敷き、その上に人工皮革シートやポリエステル繊維の不織布で形成され、その厚みを前記ウエーハの肉厚偏差より大で、かつシート状弾性体の厚みより小さく設定したバッキングパッドを介装させ、該バッキングパッドの厚みが、３００〜８００μｍに設定されたテンプレートアッセンブリでウエーハを研磨することを特徴とするウエーハ研磨方法。
【請求項２】
前記シート状弾性体の硬さがアスカーＣ硬度で１５〜３５（ＳＲＩＳ−Ｃ）に設定された請求項１記載のウエーハ研磨方法。
【請求項３】
前記シート状弾性体の見かけ比重が、０．２〜０．４ｇ／ｃｍ3 に設定された請求項１若しくは２記載のウエーハ研磨方法。
【請求項４】
前記スポンジ状の弾性体がシリコンゴムスポンジである請求項１記載のウエーハ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワックスフリー法によるウエーハの研磨方法に係り、特に、回転する加工プレートに貼付けたブランク材のドーナツ穴にバッキング材を介装させたテンプレートアッセンブリで、ウエーハの形状を維持したまま取り代を均一に研磨するウエーハの倣い研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、半導体ウエーハは円筒状のインゴットをスライス切断、面取りを行なった後、研磨（ラップ）定盤とウエーハを砥粒を含む研磨液を介して摺擦させながらラッピングを行ない、そして該ラッピングされたウエーハはケミカルエッチング処理された後、仕上げ加工工程に導かれる。
【０００３】
仕上加工工程においては、研磨（ポリッシング）パッドとウエーハ間に、ＳｉＯ2 系微粒子を弱アルカリ液中に懸濁させたポリッシング液を用い、化学機械的研磨法により、平滑で無歪の鏡面に鏡面研磨される。
【０００４】
半導体ウエーハの化学機械的研磨法は、研磨剤を供給しながらウエーハと研磨クロスの間に一定の荷重と相対速度を与えながら行なう。研磨剤はアルカリ溶液中に焼成シリカやコロイダルシリカ等を分散させたものが主に用いられる。
シリコンウエーハの鏡面研磨はアルカリ溶液によってウエーハ表面に軟質なシリ力水和膜が形成され、その水和膜が研磨剤粒子によって除去されて加工が進むと考えられている。
【０００５】
かかる化学機械的研磨法においては、従来複数のウエーハをワックスの接着材によりガラスプレートやセラミックプレートに貼り付けて研磨する方法が主流であった。
かかるワックス法においては、接着層（ワックス層）の厚さの不均一性がそのまま、研磨後ウエーハの平面度、平行度等を反映するため、接着層厚を均一にすることが重要である。また、ウエーハ研磨後にウエーハからワックスを除去する必要があるため、工程が複雑になるという問題点があった。
【０００６】
かかる欠点を解消するために、ワックスを用いることなくウエーハを保持するワックスレスマウント方式が提案されている。
かかるワックスレスマウント方式には真空吸着によるワックスレス保持方法と、多孔質の樹脂、例えばポリウレタン樹脂多孔質体からなるバッキングパッドを用いてウエーハを水貼りするワックスレス保持方法とが利用されているが、いずれも前記したウエーハに対するワックスの塗布、除去が不要になる長所がある。
【０００７】
さて前記した研磨装置は生産効率の面より、テンプレートに複数枚のウエーハを保持して研磨を行なうバッチ式研磨方法が主流であったが、近年、ウエーハの大口径化と、より平坦度に優れたウエーハ需要を背景に、テンプレートに一枚のウエーハを保持してウエーハ回転中心と該ウエーハを支持する加工プレートの回転中心を一致させた状態で研磨を行なう枚葉式研磨方式が検討されている。
【０００８】
かかる枚葉式研磨方式で一枚ずつバッキングパッドとテンプレートで保持しつつ研磨するワックスレスマウント方式を採用した場合、弾性に優れた研磨クロス、バッキングパッド、及び加工プレートの機構により、ウエーハ面内に比較的一様な圧力が加わり、その結果、取り代の面内分布が均一となり、結果として前工程のウエーハの平坦度を維持するような倣い研磨が行なわれる。
【０００９】
倣い研磨の特徴として、前工程のウエーハの平坦度を維持するような研磨が行なわれるため、前工程における平坦度が優れている場合には、その平坦度を維持したまま研磨でき、結果として平坦度に優れたウエーハを得ることができるという利点がある。一方、前工程における平坦度が不十分である場合には、前工程のウエーハの平坦度を維持するような研磨が行なわれるため、結果として得られるウエーハの平坦度は不十分なままである。
【００１０】
この為、従来の研磨では表面の粗さを改善（鏡面化）すると共に、面内形状のバラツキの修正の為の研磨（平坦度の改善、例えば周辺部分を優先的に削る等）の修正研磨と、前工程の平坦度形状は維持したまま取り代を均一（厚さをコントロール）にし、鏡面化する倣い研磨の両者を前工程の平坦度状態に応じて適宜選択若しくは組合せて用いる。
【００１１】
そしてこれらの研磨では、バッキングパッドの厚みを例えば２５０μｍ以下と薄くし、ウエーハの面内形状が直接研磨面側に現出するようにしている。
そしてバッキングパッドとして人工皮革シートやポリエステル繊維等の不織布にポリウレタン樹脂を含浸させ、その表面を微細発泡構造としたバッキングパッドを用いており、更に特開平６−２３６６４号において、例えば厚さ４０μｍ程度の基質層の表面にポリエステル系ポリウレタンの発泡性樹脂組成物を塗布し、これを６０℃に加温して発泡させた後、研削盤で発泡層の厚さを所定の厚みにカットし、例えば全体の厚みを１２０〜２５０μｍ程度にしたバッキングパッドを用い、該パッドの基質層を加圧プレート側に接触するように、そして発泡層をウエーハとの接触面側に配置して研磨を行なう。
【００１２】
かかる発明によれば、ウエーハとの接触面側に発泡層が位置しているために、研磨時にウエーハとの接触部が圧縮変形してもこの接触部の面積はそれほど増大しないために、平坦度に優れた研磨を可能にするとしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来の修正研磨では、研磨機の機械精度の関係で必ずしも高平坦度に修正できず、ラッピングやエッチング工程、更には平面研削等の前工程で高平坦度に加工した後、その高平坦度を維持したまま研磨工程で鏡面研磨を行なった方が、好ましい平坦度の改善が可能であることが知見された。
【００１４】
従って今後研磨工程における倣い研磨が注目されるが、前工程の高平坦度形状は維持したまま取り代を均一にすることは大変難しく、肉厚なバッキングパッドを用い、より具体的には修正研磨より厚みの厚い、例えば数百μｍ〜１ｍｍの従来組成のバッキングパッドを用いて、倣い研磨を優先させてもプレート表面形状がウエーハに転写され、ウエーハ形状によって部分的に当たりが変わってしまい、好ましい倣い研磨が出来なかった。
【００１５】
その理由は、人工皮革シートや不織布では、それ自体の弾性強度が大きいために、ウエーハ背面側の凹凸が収拾されることなく、ウエーハ研磨面側にその凹凸が現出してウエーハを変形させてしまい、均一な取り代の倣い研磨を行なうことができなかった。
【００１６】
又、ウエーハとの接触面側に発泡層が位置している特開平６−２３６６４号に係るバッキングパッドを用いた場合には、発泡層の厚みを例えば１ｍｍ以上と厚くした場合にも、発泡層が断面方向に並立分散する独立気泡であるために、発泡層の圧縮に比例して接触部の面圧はそれほど増大することなく、結果としてウエーハの面内形状がバッキングパッド内に吸収出来ず、結果として基質層側に押圧支持される状態になり、均一な取り代の倣い研磨を行なうことができない。
【００１７】
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、均一な取り代で倣い研磨を行なうことの出来るウエーハの研磨方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を達成するため、回転する加工プレートに貼付けたブランク材のドーナツ穴にバッキング材を介装させたテンプレートアッセンブリでウエーハを、形状を維持したまま取り代を均一に研磨するウエーハの倣い研磨方法において、前記ウエーハの肉厚偏差（ウエーハ面内厚さのｍａｘ値とｍｉｎ値の差；Ｔｏｔａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ：ＴＴＶ）及びウエーハ間の厚さのバラツキより厚い肉厚、より具体的には前記ブランク材のドーナツ穴へ１〜２ｍｍの肉厚のシート状弾性体を敷き、その上に人工皮革シートやポリエステル繊維の不織布で形成され、その厚みを前記ウエーハの肉厚偏差より大で、かつシート状弾性体の厚みより小さく設定したバッキングパッドを介装させ、該バッキングパッドの厚みが、３００〜８００μｍに設定されたテンプレートアッセンブリでウエーハを研磨することを特徴としている。
【００１９】
スポンジ状の弾性体としては、スポンジ状シリコーンを用いることが好ましい。特にシリコンゴムスポンジは、ウエーハ形状を吸収しやすい部材であり、なおかつ入手も容易であり、簡便に使用できるため好適である。シリコンゴムスポンジは単にシリコンスポンジとも言われ、変性シリコーンゴムを主材料とするスポンジで、柔軟性に富んだ材料である。
【００２０】
即ち、本発明はシート状弾性体をバッキング材として直接用いるのではなく、バッキング材については従来公知のものを用い、加工プレートとバッキング材との間に独立したシート状弾性体を介装させたものである。
【００２１】
尚、前記シート状弾性体はその見かけ比重が０．２〜０．４ｇ／ｃｍ3 に設定されたものを用いるのがよい。
かかる発明の場合、前記シート状弾性体はその硬さをアスカーＣ硬度で１５〜３５（ＳＲＩＳーＣ）に設定するのが良く、又前記バッキングパッドは、人工皮革シートやポリエステル繊維等の不織布で形成され、その厚みを前記ウエーハの肉厚偏差より大でかつシート状弾性体の厚みより小さく、好ましくは３００〜８００μｍ、更に好ましくは５００〜６００μｍに設定する。
【００２２】
かかる発明によれば、ウエーハの背面側の凹凸がバッキングパッドを介したシート状弾性体により吸収されつつ研磨されるために、均一取り代の精度良い倣い研磨が可能である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２４】
図２は本発明の実施例及び比較例に係る枚葉式ワックスレス化学機械的研磨装置を示し、バッキングパッドを用いたワックスフリー研磨装置は、同図に示すように、研磨布２（ポリッシングパッド）を貼着した下側回転テーブル１と、下面側にバッキングパッド６を介して、ひとつの穴部１３ａに１枚のウエーハ１０が保持されたドーナツ状のブランク材１３が接着された複数の加工プレート４と、前記研磨布２にスラリー（研磨懸濁液）を供給するスラリー管５からなり、そして前記研磨布２を介してウエーハ１０を回転テーブル１側の研磨布２に押し付けてウエーハの凹凸を平滑化する研磨装置であり、そしてかかる装置に用いるブランク材１３はガラスエポキシ樹脂、ポリカーボネートシート、ポリエステルシート等から形成されている。
【００２５】
またバッキングパッド６として人工皮革シートやポリエステル繊維等の不織布にポリウレタン樹脂を含浸させ、その表面を微細発泡構造としたバッキングパッド、例えばポリウレタン樹脂多孔質体から形成されている。
尚、図上右（Ａ）に示す本発明は加工プレート４とバッキングパッド６との間にシート状弾性体７を介装させており、図上左（Ｂ）に示す従来技術は加工プレート４とバッキングパッド６との間にシート状弾性体７を介装させていない。
【００２６】
そして、ウエーハ１０は加工プレート４との回転中心を一致させて（シート状弾性体７を介装した）バッキングパッド６に一体的に保持するとともに、回転テーブル１の回転中心に対し、複数の加工プレート４の回転中心を半径方向に変位した位置に配置し、両者を互いに矢印方向に回転させることにより、ブランク材１３の穴部１３ａに嵌設させたウエーハ１０は研磨布２に対し相対的に自転且つ公転しながら研磨される。
【００２７】
かかる装置を用いて、研磨布２とウエーハ１０間に、ＳｉＯ2 系微粒子を弱アルカリ液中に懸濁させたポリッシング液（スラリー）を供給しながら、化学機械的研磨を行なう。
尚、図１に本発明と従来技術の研磨工程を示し、本発明を示す（Ａ）及び従来技術を示す（Ｂ）の夫々の工程は（イ）は研磨前のウエーハ断面形状、（ロ）はテンプレートアッセンブリに前記ウエーハ組込んだ状態、（ハ）は研磨初期、（ニ）は研磨中、（ホ）研磨後のウエーハ断面形状を誇張的に示している。
本図より明らかな如く、（Ａ）の本発明ではウエーハ背面側の周縁凸部がバッキングパッド６を介してシート状弾性体７に効率よく吸収され、ウエーハ背面側の中凹形状を維持した状態でウエーハ１０の研磨が可能であり、取り代が均一となる。
【００２８】
一方（Ｂ）の従来技術ではウエーハ背面側の周縁凸部がバッキングパッド６を介して加工プレート４に押圧され、ウエーハ背面側の中凹が低減され、その分研磨側の中凹が拡大した状態でウエーハ１０の研磨が行なわれるため、結果として平坦度が上がるが、面内の取り代は均一でなくなる。また研磨前に高平坦度であったものが、加工プレートとの押圧の関係で逆に悪化することもあった。
尚、図１中に記載のウエーハ形状・厚さ（外周肉厚８００μｍ、中央肉厚７００μｍ等）は、従来技術との違いを説明するために用いた参考的な値であり、実施例そのものを示すものではない。
【００２９】
次に前記装置を用いて次のような本発明の確認実験を行なった。
先ず、テンプレートアッセンブリのブランク材１３にはガラスエポキシ材で外径φ３３５ｍｍ、内径φ３０１．５ｍｍ、厚さ２．２７ｍｍ（ただし、これはシート状弾性体として１ｍｍのシリコンゴムスポンジを用いた場合であり、シリコンゴムスポンジを用いない場合や厚いものを使用する時にはウエーハが２００μｍ程度突き出すように任意に調整している）のドーナツ型を用いて加工プレート４に貼り付けた。
【００３０】
ブランク材１３の穴部１３ａには、弾性体として硬さ２５（ＳＲＩＳ−Ｃ）のシリコンゴムスポンジシート７をφ３００ｍｍ、肉厚１ｍｍの円形とし、その上に、肉厚が５６０μｍポリウレタン樹脂多孔質体、より具体的にはロデール社製Ｒ３０１バッキングパッド６を介装させた。
尚、ＳＲＩＳ−Ｃは、いわゆるアスカーＣ硬度といわれるもので、ＪＩＳＫ６３０１に準じたスプリング式硬さ試験機を用いて測定したものである。
又、シリコンゴムスポンジシート７はその見かけ比重が０．２〜０．４ｇ／ｃｍ3 に設定された部材を用いる。
【００３１】
上記テンプレートアッセンブリを用いて、図１（Ａ）に示すような工程で、直径３００ｍｍφ、ウエーハ中心厚さ７７５μｍ±２５μｍ、ＴＴＶ１．８μｍ程度のエッチング後のウエーハを、約２μｍの取り代になるように１００枚研磨したところ、研磨後のウエーハの取り代ＴＴＶは０．３μｍであり、取り代の均一度を示す形状変化率（形状変化率＝取り代ＴＴＶ／平均取り代×１００）が１５％以下の好ましい倣い研磨を行なうことが出来た。（実施例１）
ここで、取り代ＴＴＶとは、加工前のウエーハの面内複数点の厚さを測定し、加工後に同一点を測定し、その差より各点の取り代を求める。この面内の取り代のｍａｘ値とｍｉｎ値の差を取り代ＴＴＶとした。
以下に本発明の他の実施例及び比較例を示すが、テンプレートアッセンブリを変更した他は実施例１と同様なウエーハ及び研磨条件で実施している。
【００３２】
実施例１のシリコンゴムスポンジシートの肉厚を２ｍｍに上げて、弾性体として硬さ３５（ＳＲＩＳ−Ｃ）のシリコンゴムスポンジシートを用いて１００枚研磨したところ、取り代の均一度を示す形状変化率が１０％以下と更に好ましい倣い研磨を行なうことが出来た。（実施例２）
そこで更に、上記シリコンゴムスポンジシートの肉厚を３ｍｍに上げて、１００枚研磨した所、取り代の均一度を示す形状変化率は１０％以下であったが、シリコンゴムスポンジやバッキングパッドの偏りなどが発生し、安定して研磨することができなかった。（比較例１）
【００３３】
次に実施例１のシリコンゴムスポンジシートについて、弾性体として硬さ１５（ＳＲＩＳ−Ｃ）のシリコンゴムスポンジシートを用いて研磨を行なったところ、１００枚研磨ウエーハの取り代の均一度を示す形状変化率が２０％以下の好ましい倣い研磨を行なうことが出来た。（実施例３）
次に実施例１のシリコンゴムスポンジシートを用い、ロデール社製Ｒ３０１バッキング材の厚み３５０μｍのものを用いて、研磨を行なったところ、１００枚研磨ウエーハの取り代の均一度を示す形状変化率が２０％以下の好ましい倣い研磨を行なうことが出来た。（実施例４）
【００３４】
次に実施例１のシリコンゴムスポンジシートを用い、ロデール社製Ｒ３０１バッキング材の厚み７５０μｍのものを用いて、研磨を行なったところ、１００枚研磨ウエーハの取り代の均一度を示す形状変化率が１５％以下の好ましい倣い研磨を行なうことが出来た。（実施例５）
【００３５】
次に図１（Ａ）に示すように、実施例１のシリコンゴムスポンジシートを用い、ロデール社製Ｒ３０１バッキング材の厚み１ｍｍのものを用いて、研磨を行なったところ、１００枚研磨ウエーハの取り代の均一度を示す形状変化率が２５％程度に大幅に上昇した。（比較例２）
これはシリコンゴムスポンジシートの効果が、あまり現われなかったものと思料される。
【００３６】
最後に図１（Ｂ）に示すように特開平６−２３６６４号のバッキング材の厚み２５０μｍのものを用いて、同様な研磨を行なったところ、１００枚研磨ウエーハの取り代の均一度を示す形状変化率が５０％程度に大幅に上昇した。（比較例３）
【００３７】
尚、今回の実施例は研磨前にラッピング・エッチングを行なったウエーハを用いたが、平面研削後のウエーハ、研磨前のＴＴＶの悪いウエーハを用いても、形状変化率が大幅に低減した。研磨代を増やしても同様であった。
従来のバッキングパッドを用いた倣い研磨では、その厚みを１ｍｍ以上にしても形状変化率は２０〜４０％であったが、「シート状弾性体とバッキングパッド」の組合せからなる本願発明の場合は１０〜２０％と、その形状変化率が大幅に低減できた。
【００３８】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、ウエーハの形状を変えること無く、均一な取り代で研磨が可能になり、特に形状変化率を１５％程度に安定して倣い研磨を行なうことが出来る。このことにより、前工程で高平坦度化されたウエーハをそのまま鏡面化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明（Ａ）と従来技術（Ｂ）のテンプレートアッセンブリを示す断面図と加工工程手順を示す作用図である。
【図２】本発明に適用される枚葉式ワックスレス化学機械的研磨装置を示す全体図である。
【符号の説明】
４      加工プレート
６      バッキングパッド
７      シリコンゴムスポンジシート
１０    ウエーハ
１３    ブランク材
【図１】
0003820432.tif 000002
【図２】
0003820432.tif 000003