JP2000135669A - ウェーハ研磨装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】毎葉式ウェーハ研磨装置における製造コストが
高いという欠点並びにバッチ式ウェーハ研磨装置におけ
る研磨ウェーハの平坦性が低いという欠点を解決し、毎
葉式ウェーハ研磨装置における研磨ウェーハの平坦性が
高いという利点並びにバッチ式ウェーハ研磨装置におけ
る製造コストが低いという利点を兼ね備えたウェーハ研
磨装置及び方法を提供する。 【解決手段】研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に保
持されたウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷重
手段によって所定の研磨荷重で押圧することによって、
該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装置で
あって、複数個のウェーハ保持板を上下動並びに傾斜動
可能に高剛性構造体の表面に配設することによって上記
研磨ヘッドを構成するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄板、例えばシリ
コンウェーハ等の半導体ウェーハや石英マスク基板等の
石英薄板等（本明細書ではこれらの薄板をウェーハと総
称する）の片面に効率的に研磨加工を施すウェーハ研磨
装置及び方法に関する。

【０００２】

【関連技術】半導体デバイスの集積度向上に伴ない、半
導体材料である半導体ウェーハ、例えばシリコンウェー
ハには高い平坦性が求められている。さらに、半導体デ
バイスの製造原価低減のため、半導体ウェーハの表面を
低コストで研磨することが求められている。

【０００３】図８は従来のウェーハ研磨装置１０の断面
的概略説明図である。同図において、半導体ウェーハＷ
は研磨ヘッド１１を構成するプレートあるいは研磨ヘッ
ドの下に配置されたプレート（ウェーハ保持板）１２表
面にワックス等により接着され、所定の研磨荷重で研磨
布１４に押し付けられ、ノズル１６からの研磨剤１８の
供給を受け、所定の速度で回転する定盤２０表面に貼ら
れた研磨布１４との間に生じる摺擦運動によりウェーハ
Ｗ表面は鏡面に加工される。

【０００４】定盤２０と定盤受け２２はボルト等で固く
固定され、両者の間に形成された空隙２４には、研磨布
１４とウェーハＷの摺擦運動で発生する摩擦熱を除去す
るため、ロータリージョイント２６経由で冷却水２８が
供給されている。図８において、３０は研磨剤１８の回
収樋、３２は研磨剤１８の貯留タンク、３４はポンプ、
３６は貯留タンク３２とポンプ３４を接続する接続パイ
プ、３８はポンプ３４とノズル１６とを接続する循環パ
イプである。

【０００５】鏡面研磨においてウェーハに賦与する最も
重要な品質は平坦性であるが、近年の半導体デバイスの
高集積化に伴い、その要求は益々高度になっている。

【０００６】ウェーハは上面側はプレートに、下面側は
研磨布に狭まれて加工されているため、平坦性の高いウ
ェーハを得るには、プレートの表面が平坦であること、
研磨布は均等な厚さと均等な弾性を有し荷重によりウェ
ーハが押し付けられた際、ウェーハと研磨布の接触圧
力、即ち研磨圧力が均等となること、並びに研磨布が貼
られている定盤の表面が平坦であることが必要である。

【０００７】このウェーハ研磨装置は、研磨ヘッドの構
造の違いによって毎葉式とバッチ式の２種類のタイプに
大別される。

【０００８】毎葉式ウェーハ研磨装置４０は、図９に示
すごとく、ウェーハＷの１枚毎に１枚のウェーハ保持板
１２、１基の加圧機構１３が対応する構成を有してい
る。図１５において、定盤２０及び研磨布１４の上方に
は研磨ヘッド１１が上下動可能に対向して設けられてい
る。該研磨ヘッド１１には空気室４１を介在してウェー
ハ保持板１２が設けられている。該ウェーハ保持板１２
の下面にはウェーハＷが着脱可能に保持される。

【０００９】該研磨ヘッド１１は、軸４２の下端に取り
付けられている。該軸４２の内部には上端に取り付けら
れたロータリージョイント４４を介してウェーハ吸着用
空気ライン４６及び空気室加圧用空気ライン４８が内蔵
されている。５０は該研磨ヘッド１１を該軸４２を介し
て昇降するためのエアシリンダで、フレーム５２上に設
置されている。５３は軸４２を摺動自在に支持する軸受
け部である。

【００１０】１台の研磨装置で同時に研磨されるウェー
ハの枚数は、図１０に示すように、軸４２の設置本数に
応じて増減する。図１０（ａ）は１軸の場合、図１０
（ｂ）は２軸の場合及び図１０（ｃ）は６軸の場合をそ
れぞれ示す。

【００１１】この毎葉式ウェーハ研磨装置４０の長所
は、ウェーハＷの１枚毎に制御ができるため、ウェーハ
Ｗの高平坦性が得やすく、装置が比較的コンパクトな点
である。

【００１２】この毎葉式ウェーハ研磨装置４０の短所
は、１軸の研磨ヘッド１１を搭載した研磨装置において
も、定盤、フレーム等は一式必要であり、ウェーハＷの
１枚当たりの研磨装置の単価は高価となってしまうこと
である。

【００１３】この欠点を解消せんとして、研磨ヘッドを
多軸搭載すると、ウェーハ１枚あたりの定盤、フレーム
等の単価は低下するが、研磨ヘッドの単価は同じであ
り、かつ研磨ヘッドに公転運動を与える機構を追加する
必要が生じる場合もあり、この費用を含めるとウェーハ
１枚当たりの研磨装置の単価は低下しても後述するバッ
チ式ウェーハ研磨装置のコストには及ばない。

【００１４】毎葉式ウェーハ研磨装置であっても、研磨
布とウェーハを摺擦しつつコロイダルシリカを加工液と
して供給するという材料除去の原理並びに品質上の要請
から加工条件は後述するバッチ式ウェーハ研磨装置と同
じであるので、加工時間もバッチ式と同じであり、加工
時間短縮による生産性向上効果はない。

【００１５】ウェーハを大量生産する場合、毎葉式にお
いては研磨機１台当りの処理枚数がバッチ式に比べて少
ないので、多数の研磨装置が必要となる。このため広い
設置空間が必要となリ、設置空間を確保するための建設
費が高価となる。即ち、上記に示したように、製造コス
トでは、毎葉式はバッチ式に劣るものである。

【００１６】バッチ式ウェーハ研磨装置６０は、図１１
に示すごとく、ウェーハＷの多数枚を１枚のウェーハ保
持板１２に配し、ウェーハ保持板１枚当り１基の加圧機
構でウェーハ研磨用の荷重を賦与する構成を有してい
る。図１１において、定盤２０及び研磨布１４の上方に
は研磨ヘッド１１がフレーム５２に設置されたエアシリ
ンダ５０により上下動可能に対向して設けられている。

【００１７】該研磨ヘッド１１には、ウェーハ保持板１
２を経由してウェーハＷに荷重を賦与する手段として、
デッドウェイト７０が設けてある。ウェーハ保持板１２
の外縁に接して、センターローラ５４と、ガイドローラ
５６が配してあり、図１２に示すように複数個のウェー
ハ保持板１２に回転を行わせるように作用する。

【００１８】この装置６０においてウェーハＷは次のよ
うに研磨される。ウェーハＷは、ウェーハ保持板１２の
表面にワックスで接着されたうえで、ウェーハＷが研磨
布１４に接するように研磨装置に仕込まれる。研磨ヘッ
ド１１が下降し、デッドウェイト７０がウェーハ保持板
１２に載置し、ウェーハＷと研磨布１４の間には研磨圧
力が発生する。

【００１９】研磨剤を供給しつつ定盤２０を回転駆動す
ると、ウェーハＷと研磨布１４との間の摩擦力に起因し
て、ウェーハ保持板１２には回転運動、即ちウェーハＷ
と研磨布１４との間に相対運動が発生し、ウェーハＷは
研磨される。

【００２０】バッチ式ウェーハ研磨装置６０の長所は、
前記した枚葉式ウェーハ研磨装置４０の短所の説明と逆
のことが言え、結論として、製造コストではバッチ式は
毎葉式に優るものである。

【００２１】バッチ式ウェーハ研磨装置６０は、下記の
ように外乱（理想状態からのへだたり）の影響を受け、
毎葉式ウェーハ研磨装置４０と比較し、ウェーハＷの平
坦性が得にくいという短所がある。

【００２２】外乱：研磨工程に供給される材料のウェ
ーハの厚さにはバラツキ（数μｍ程度）が存在する。こ
のため、保持板には異なる厚さのウェーハが混在し貼り
付けられる。この様な状態でウェーハを研磨すると、図
１３に示すように、ウェーハ間並びにウェーハ面内で研
磨条件の変動が発生し平坦なウェーハを得ることはでき
ない。

【００２３】外乱：ウェーハ保持板は高剛性であり、
研磨荷重が加わっても弾性変形せず平坦性が維持されて
いることが望ましい。材質としては、パイレックスガラ
ス（ホウケイ酸ガラス）、Ａｌ₂ Ｏ₃ セラミック等の剛
性の高いものが選ばれている。高剛性という観点では板
厚が大きい程好ましいが、重く取り扱いが困難になると
いう欠点、あるいは製作できる板厚に限度がある点等か
ら自ら制限される。したがって、ウェーハ保持板の剛性
は理想状態と比べると不充分であり、ウェーハ保持板は
弾性変形する。図１４には、ウェーハ保持板に加わる荷
重が等分布荷重の場合の弾性変形の概念図を示すが、こ
のような状態ではウェーハを平坦に研磨することはでき
ない。

【００２４】外乱：ウェーハは保持板と研磨布が貼ら
れた定盤に挟持されて研磨加工を受けるため、平坦なウ
ェーハを得るには両者共に平坦でなければならない。と
ころが、最近のウェーハの大口径化に伴ない、保持板の
直径、定盤の直径は共に大きくなり平坦化加工が困難に
なりつつある。図１５には、定盤の平坦性が悪い場合を
示すが、ウェーハ表面の研磨条件が不均等になり、平坦
性加工の困難さが増大する。

【００２５】前記バッチ式ウェーハ研磨装置に示した外
乱が、毎葉式ウェーハ研磨装置においてはどのように影
響するかを対比して説明する。

【００２６】外乱：材料ウェーハに厚さバラツキが存
在しても、毎葉式ウェーハ研磨装置ではウェーハ単位で
処理されるので、他のウェーハとの相互干渉はなく、ウ
ェーハは平坦に研磨される。

【００２７】外乱：図１６に示す毎葉式ウェーハ研磨
装置の研磨ヘッドの場合、ウェーハ保持板の両面の荷重
は、等分布であり、かつ局所的にも打ち消し合うためウ
ェーハ保持板は弾性変形せず、ウェーハは平坦に研磨さ
れる。

【００２８】外乱：定盤の平坦性が悪くても、図１７
に示されるように、毎葉式ウェーハ研磨装置では、ウェ
ーハは定盤の平坦性に応じて傾斜動するためウェーハは
平坦に研磨される。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題点に鑑みなされたもので、毎葉式ウェーハ
研磨装置における製造コストが高いという欠点並びにバ
ッチ式ウェーハ研磨装置における研磨ウェーハの平坦性
が低いという欠点を解決し、毎葉式ウェーハ研磨装置に
おける研磨ウェーハの平坦性が高いという利点並びにバ
ッチ式ウェーハ研磨装置における製造コストが低いとい
う利点を兼ね備えたウェーハ研磨装置及び方法を提供す
ることを目的とする。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のウェーハ研磨装置の第１の態様は、研磨ヘ
ッドを構成するウェーハ保持板に保持されたウェーハ
を、定盤に貼着された研磨布に、荷重手段によって所定
の研磨荷重で押圧することによって、該ウェーハの片面
に研磨加工を施すウェーハ研磨装置であって、複数個の
ウェーハ保持板を上下動並びに傾斜動可能に高剛性構造
体の表面に配設することによって上記研磨ヘッドを構成
することを特徴とする。

【００３１】ウェーハ保持板を高剛性構造体の表面に配
設する第１の構成としては、ウェーハの直径よりも直径
の大きい高剛性円板によって前記ウェーハ保持板を形成
し、弾性作用体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性
構造体の表面に配設する構成を採用することができる。

【００３２】ウェーハ保持板を高剛性構造体の表面に配
設する第２の構成としては、前記ウェーハ保持板の上面
に、ウェーハの研磨される面の中心を中心とする凸球面
よりなる凸球面状作動面を設け，該ウェーハ保持板の傾
斜動に必要な高剛性構造体との相対的な動きをこの凸球
面状作動面に負わせるように構成することができる。

【００３３】上記ウェーハ保持板の取りつけ構造として
は、前記高剛性構造体の下面に凹球面状受け部を設け、
凸球面状作動面を該凹球面受け部に係合させた状態で前
記ウェーハ保持板を該高剛性構造体の下面に取りつける
ようにするのが好適である。

【００３４】弾性作用体を介在させて，前記凸球面状作
動面と凹球面受け部とを係合させるようにすれば、ウェ
ーハ保持板の上下動並びに傾斜動が充分に行われる有利
さがある。

【００３５】本発明のウェーハ研磨装置の第２の態様
は、研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に保持された
半導体ウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷重手
段によって所定の研磨荷重で押圧することによって、該
半導体ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装
置であって、複数個のウェーハ保持板を上下動並びに傾
斜動可能に高剛性円形板の表面に配設することによって
集合形ウェーハ保持板を構成し、該集合形ウェーハ保持
板を上下動並びに傾斜動可能に高剛性構造体の表面に配
設することによって上記研磨ヘッドを構成することを特
徴とする。

【００３６】ウェーハ保持板を高剛性円形板の表面に配
設する構成としては、ウェーハの直径よりも直径の大き
い高剛性円板によって前記ウェーハ保持板を形成し、弾
性作用体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性円形板
の表面に配設し、集合形ウェーハ保持板を高剛性構造体
の表面に配設する構成としては、弾性作用体を介して前
記集合形ウェーハ保持板を前記高剛性構造体の表面に配
設する構成を採用することができる。

【００３７】本発明のウェーハ研磨方法は、ウェーハ保
持板に保持されたウェーハを定盤に貼着された研磨布に
所定の研磨荷重で押圧することによって、該ウェーハの
片面に研磨加工を施すウェーハ研磨方法であって、上記
した本発明のウェーハ研磨装置を用い、複数枚のウェー
ハに荷重を均等に分布し、押圧することによって、各ウ
ェーハを均等に研磨するようにしたことを特徴とする。

【００３８】本発明で用いられる弾性作用体としては、
弾性体材料又は粘弾性体材料をあげることができる。弾
性体材料は、例えば、バネ手段である。粘弾性体材料
は、例えば、天然ゴム又は合成ゴムからなるゴムシー
ト、発泡ゴムシートなどをあげることができ、これらを
薄膜状にして用いるのが好適である。

【００３９】本発明のウェーハ研磨装置の眼目は、毎葉
式ウェーハ研磨装置とバッチ式ウェーハ研磨装置の両者
の利点を併せ持たせるため、両者の利点の源となる技術
を融合させた点である。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面中、図１〜図７に基づいて説明するが、本発明の技
術思想から逸脱しない限り、図示例以外にも種々の変形
が可能であることはいうまでもない。図１〜図７におい
て、図８〜図１７と同一部材又は類似部材は同一符号で
示すことがある。

【００４１】図１は本発明のウェーハ研磨装置の一つの
実施の形態を示す側面的概略説明図である。図２は本発
明のウェーハ研磨装置の他の実施の形態を示す側面的概
略説明図である。図３は動摩擦起因の研磨圧力分布を示
す図面で、（ａ）は押圧のみの時のウェーハ保持板と研
磨布の位置関係を示す側面的概略説明図、（ｂ）は押圧
のみの時の研磨圧力分布を示す図面、（ｃ）は研磨時の
ウェーハ保持板と研磨布の位置関係を示す側面的概略説
明図、（ｄ）は研磨時の研磨圧力分布を示す図面であ
る。

【００４２】図４は球面軸受けの力のバランスの原理図
である。図５は本発明のウェーハ研磨装置の別の実施の
形態を示す側面的概略説明図である。図６は本発明のウ
ェーハ研磨装置におけるウェーハ厚さ変動に対する緩衝
作用を示す側面的説明図である。図７は本発明のウェー
ハ研磨装置における低平坦定盤面への追従作用を示す側
面的説明図である。

【００４３】図１において、１０ａは本発明に係るウェ
ーハ研磨装置で、定盤２０に貼着された研磨布１４の上
方には研磨ヘッド１１が吊り具４２の下端部に吊られた
状態で上下動可能に対向して設けられている。該研磨ヘ
ッド１１は、高剛性構造体（図示例ではトップリング）
１５を有しており、該トップリング１５上には、ウェー
ハＷに研磨圧力を与える荷重手段（図示例ではデッドウ
ェイト）７０が乗せられている。

【００４４】該トップリング１５の下面には、研磨中ウ
ェーハＷを保持するウェーハ保持板１２が、裏板１７及
び弾性作用体７４を介在させて配設されている。

【００４５】上記定盤２０の回転運動によりトップリン
グ１５には回転力が与えられ、センターローラ５４並び
にガイドローラ５６に接して回転運動（いわゆるつれ廻
り）を行う。この時、研磨布１４とウェーハＷ間に発生
する摺擦運動によりウェーハＷは研磨される。

【００４６】上記ウェーハ保持板１２には多数の吸着孔
１９が開穿されている。該吸着孔１９には上記吊り具４
２内に内蔵された空気パイプ４５が連通されている。該
空気パイプ４５を介してウェーハ吸着用空気ライン４６
から真空ポンプ４７によって空気を吸引すればウェーハ
保持板１２の下面にウェーハＷが吸着保持される。ま
た、該空気パイプ４５を介してウェーハ脱離用空気ライ
ン４８から空気を注入すればウェーハ保持板１２の下面
に吸着されていたウェーハＷが脱離される。このよう
に、該ウェーハ保持板１２の下面にはウェーハＷが着脱
可能に保持される。

【００４７】５０は該研磨ヘッド１１を吊り具４２を介
して昇降及び搬送するためのエアシリンダで、フレーム
５２上に設置されている。５３はロータリージョイント
である。なお、８０は定盤２０を駆動するための定盤駆
動装置、８２はベアリングである。

【００４８】上記したウェーハ研磨装置１０ａにおいて
ウェーハＷを平坦に加工するためには、ウェーハ保持板
１２は如何なる使用条件下にあっても変形することな
く、その表面は平坦に保たれていなければならない。従
って、ウェーハ保持板１２の材質は高剛性のＡｌ₂ Ｏ₃
セラミック等が好適である。ウェーハ保持板１２の厚さ
に関しては大きい程剛性が高く好ましいのであるが、後
述する理由により一定の制限を受ける。φ２００ウェー
ハに用いるウェーハ保持板１２の場合、厚さは１０〜３
０ｍｍあればよい。ウェーハ保持板１２の直径はウェー
ハＷより約５ｍｍくらい大きいものが使いやすい。

【００４９】弾性作用体７４は、ウェーハ保持板１２に
上下方向の動き、傾斜する動きを与えるものである。弾
性作用体７４としては、弾性体材料又は粘弾性体材料を
使用することができる。弾性体材料としてはバネ手段を
あげることができる。また粘弾性体材料としては、天然
ゴム又は合成ゴムからなるゴムシート、発泡ゴムシート
などがよく、粘性成分の少ないものがよい。この粘弾性
体材料は、できるだけ軟く、通常のウェーハ研磨時の研
磨圧力（約２００〜１０００ｇ／ｍ² ）下において、１
０μｍ程度の圧縮変位の変動があっても、圧縮応力の変
動は２０ｇ／ｍ ² 以下のものが良い。

【００５０】トップリング１５は、その表面に配設され
たウェーハ保持板１２にデッドウェイト７０の荷重と回
転運動を伝える。ウェーハ保持板１２のトップリング１
５への配設は、荷重が全てのウェーハ保持板１２に均等
に配分され、隣接するウェーハ保持板１２と干渉しあう
ことがなく、かつウェーハ保持板１２の配置数はできる
だけ多いほど良い。

【００５１】ウェーハＷのウェーハ保持板１２上への保
持は、前述したごとく、ウェーハ保持板１２に開けられ
た吸着孔１９、裏板１７、空気パイプ４５、ロータリー
ジョイント５３を経由して真空ポンプ４７に接続する真
空回路で行い、ウェーハＷの吸着は、研磨ヘッド１１の
全体を上方へ上げて、ウェーハＷをウェーハ保持板１２
へ搬送することにより行う。

【００５２】本方法によって得られる品質上の利点は次
の通りである。

【００５３】利点：研磨に供される材料ウェーハは最
大でも１０μｍ以下と僅かではあるが、厚さバラツキが
存在する。この厚さバラツキは、前記した通り、バッチ
式ウェーハ研磨装置６０では不都合を惹起する。ところ
が、図６に示すように、本発明のウェーハ研磨装置１０
ａでは、各々のウェーハ保持板１２は独立しているの
で、ウェーハ保持板１２の平坦性は維持され、ウェーハ
Ｗの平坦性が悪化することはない。ウェーハＷの厚さバ
ラツキは、弾性作用体７４の圧縮変形量のバラツキを招
くが、弾性作用体７４は充分に軟質であるので、圧縮応
力のバラツキは小さい。即ち、ウェーハＷを研磨布１４
が接触する研磨圧力のバラツキは小さく、全てのウェー
ハＷはほぼ同じように研磨される。

【００５４】利点：ウェーハ保持板１２が、ウェーハ
Ｗ並びに弾性作用体７４から受ける力は、方向が反対
で、ほぼ等分布であり、作用領域もほぼ等しい。このた
め、ウェーハ保持板１２は変形することがない。よっ
て、ウェーハの平坦性は影響を受けない。

【００５５】利点：図７に示すように、定盤２０の表
面が平坦でなくても、ウェーハ保持板１２は定盤２０の
表面の凹凸に追従し、上下動、傾斜動をする。よって、
ウェーハＷの平坦性は影響を受けない。

【００５６】上記３つの利点に示したように、本発明の
ウェーハ研磨装置においては、各々のウェーハＷは相互
に干渉することなく独立している。これは、毎葉式ウェ
ーハ研磨装置と同じであり平坦性の高い研磨ができる。

【００５７】次に製造コストに大きな影響を及ぼす研磨
装置１台当りの処理量について、本発明のウェーハ研磨
装置１０ａを用いる場合について説明する。

【００５８】ウェーハＷを保持する高剛性領域のウェー
ハ保持部１２ａはウェーハ保持板１２内に密に配置され
ている。ウェーハＷと高剛性領域のウェーハ保持部１２
ａは、ほぼ同じ寸法であるので、バッチ式ウェーハ研磨
装置６０におけるウェーハＷのウェーハ保持板１２への
充填密度とほぼ同等にできる。さらに、ウェーハ保持板
１２の定盤２０上への充填密度もバッチ式ウェーハ研磨
装置６０と同等にできる。即ち、研磨装置１台当りで処
理できるウェーハＷの枚数はバッチ式ウェーハ研磨装置
６０と同等である。

【００５９】また、本発明のウェーハ研磨装置１０ａの
構成はウェーハ保持板１２とウェーハ保持板１２への押
圧機構が前述したバッチ式ウェーハ研磨装置６０とは異
なるが、他の構成部分は同じである。よって、本発明の
ウェーハ研磨装置１０ａの価格もバッチ式ウェーハ研磨
装置の価格とほぼ同等である。

【００６０】また、本発明のウェーハ研磨装置１０ａの
寸法、即ち、設置スペースもバッチ式ウェーハ研磨装置
のそれとほぼ同等である。従って、本発明のウェーハ研
磨装置１０ａの製造コストはバッチ式ウェーハ研磨装置
と大差ない。このように本発明のウェーハ研磨装置１０
ａは、毎葉式ウェーハ研磨装置における平坦性が高いと
いう利点とバッチ式ウェーハ研磨装置における製造コス
トが低いという利点を共に持つことができる。

【００６１】上記のように、本発明のウェーハ研磨装置
は、毎葉式ウェーハ研磨装置における平坦性、バッチ式
ウェーハ研磨装置における低コストという２つの利点を
獲得することができる。

【００６２】なお、ここまでは説明の都合上、特定の技
術のみを記したが、下記する技術も採用できることは言
うまでもない。

【００６３】搬送に関しては、ウェーハＷをワックスで
ウェーハ保持板１２に接着したものを搬送する方法、ト
ップリング１５の回転に関しては強制駆動による方法、
研磨荷重の賦与に関してはエアシリンダーで押圧する方
法などを採用することができる。

【００６４】また、本発明のウェーハ研磨装置において
は、ウェーハ側から見れば毎葉式ウェーハ研磨装置で研
磨されているのと同じことであり、同じ注意が必要であ
る。特に弾性作用体７４の圧縮により発生する力の合力
は、ウェーハの重心に作用させなければならない。さも
ないとウェーハＷはテーパ状に研磨されてしまう。

【００６５】次に、図２に示した本発明のウェーハ研磨
装置の他の実施の形態を説明する。図２において、本発
明のウェーハ研磨装置１０ｂは、研磨ヘッド１１を構成
するウェーハ保持板１２に保持されたウェーハＷを、定
盤２０に貼着された研磨布１４に、荷重手段（デッドウ
ェイト）７０によって所定の研磨荷重で押圧することに
よって、ウェーハＷの片面に研磨加工を施す。

【００６６】このウェーハ研磨装置１０ｂにおいては、
複数個のウェーハ保持板１２を弾性作用体７４を介して
高剛性円形板８４の表面に配設することによって集合形
ウェーハ保持板８６が構成される。

【００６７】この集合形ウェーハ保持板８６はさらに弾
性作用体７５を介して高剛性構造体（トップリング）１
５の表面に着脱可能に配設することによって研磨ヘッド
１１が構成される。この集合形ウェーハ保持板８６を着
脱可能とすることによって、搬送、洗浄などを容易に行
うことができるという利点がある。

【００６８】この構成の場合、ウェーハＷはウェーハ保
持板１２の表面にワックスで接着し保持される。なお、
高剛性円形板８４の機能は、複数のウェーハ保持板１２
がバラバラにならないよう結合しておくためのものであ
る。弾性作用体７５がウェーハ保持板１２と同じ大きさ
で、同じ位置に配設されている場合は、高剛性円形板８
４の剛性は大きくなくてもよい。しかし、集合形ウェー
ハ保持板８６とトップリング１５の位置決めを容易にす
るため、弾性作用体７５を高剛性円形板８４と同じ大き
さにする場合、高剛性円形板８４は剛性が大きいほうが
望ましい。

【００６９】続いて、図３及び図４を参照して、図５に
示した本発明のウェーハ研磨装置の別の実施の形態を説
明する。図３に極端に記したように、研磨時、ウェーハ
Ｗと研磨布１４の間に作用する摩擦力により、ウェーハ
保持板１２は研磨布１４に対して平行に維持されなくな
り傾斜する。そして、ウェーハＷに作用する研磨圧力は
不均一になる。この研磨圧力の不均一の度合いは、ウェ
ーハ保持板１２の厚さと、ウェーハＷと研磨布１４との
間の動摩擦係数に比例し、ウェーハＷの直径に反比例す
る。

【００７０】前記したウェーハ保持板１２の厚さが無制
限に厚くできない訳はここにある。ウェーハ保持板１２
の厚さに制限を加えると、研磨圧力の不均一の度合いは
小さく抑えることができる上、トップリング１５の自転
によりウェーハ表面に作用する研磨布の摺擦方向が逆転
するので、研磨圧力の不均一度合も逆転し互いに打ち消
し合い、ウェーハＷの平坦性には大きな影響を及ぼさな
い。

【００７１】しかし、不均一性が全くない方が好まし
い。図５に示した本発明のウェーハ研磨装置１０ｃによ
れば、力学的にこの不均一性をなくすことができる。

【００７２】図４の球面軸受けの力のバランスの原理図
に示すように、ウェーハＷの研磨される面の中心を中心
とする球面を作動面とし、この作動面の作動抵抗がゼロ
であるならば、ウェーハ保持板１２の表面と研磨布１４
は、摩擦力が存在しても、平行に維持され、ウェーハＷ
表面の研磨圧力分布は均一になることが証明されてい
る。

【００７３】そこで、この原理を応用して、図５に示す
集合型研磨ヘッドを有するウェーハ研磨装置１０ｃを発
明した。

【００７４】図５において、１０ｃは本発明に係るウェ
ーハ研磨装置で、図１の場合と同様に、定盤２０に貼着
された研磨布１４の上方には研磨ヘッド１１が吊り具４
２の下端部に吊られた状態で上下動可能に対向して設け
られている。該研磨ヘッド１１は、高剛性構造体（図示
例ではトップリング）１５を有しており、該トップリン
グ１５上には、ウェーハＷに研磨圧力を与える荷重手段
（図示例ではデッドウェイト）７０が乗せられている。

【００７５】該ウェーハ保持板１２の上面に、ウェーハ
Ｗの研磨される面の中心を中心とする凸球面よりなる凸
球面状作動面Ａを設け、該ウェーハ保持板１２の傾斜動
に必要な高剛性構造体（トップリング）１５との相対的
な動きをこの凸球面状作動面Ａに負わせる。

【００７６】該高剛性構造体（トップリング）１５の下
面には、凹球面状受け部Ｂが設けられている。該凸球面
状作動面Ａと凹球面状受け部Ｂとは弾性作用体７４を介
在させて互いに係合するように設けられている。この弾
性作用体７４はウェーハ保持板１２の上下動を容易に吸
収することができる。ウェーハ保持板１２の傾斜の動き
は、球面状では凹凸球面の接線方向の移動の動きとなる
が、その移動距離は極僅かである。従って凹凸球面間に
介在してある弾性作用体７４の変位も僅かであり、球面
の作動抵抗は実質的にゼロとなる。

【００７７】上記説明では、シリコンウェーハ等の半導
体ウェーハの研磨について説明したが、本発明が半導体
ウェーハ以外の薄板、例えば、石英マスク基板等の石英
薄板等にも適用可能なことは勿論である。

【００７８】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明のウェーハ研
磨装置は、その製造コストが低く、かつ平坦性の高い状
態でウェーハの研磨を行うことができるという効果を奏
する。本発明のウェーハ研磨方法によれば、研磨荷重を
均等に分布した状態でウェーハの研磨を行うことがで
き、平坦性の高いウェーハを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のウェーハ研磨装置の一つの実施の形
態を示す側面的概略説明図である。

【図２】 本発明のウェーハ研磨装置の他の実施の形態
を示す側面的概略説明図である。

【図３】 動摩擦起因の研磨圧力分布を示す図面で、
（ａ）は押圧のみの時のウェーハ保持板と研磨布の位置
関係を示す側面的概略説明図、（ｂ）は押圧のみの時の
研磨圧力分布を示す図面、（ｃ）は研磨時のウェーハ保
持板と研磨布の位置関係を示す側面的概略説明図、
（ｄ）は研磨時の研磨圧力分布を示す図面である。

【図４】 球面軸受けの力のバランスの原理図である。

【図５】 本発明のウェーハ研磨装置の別の実施の形態
を示す側面的概略説明図である。

【図６】 本発明のウェーハ研磨装置におけるウェーハ
厚さ変動に対する緩衝作用を示す側面的説明図である。

【図７】 本発明のウェーハ研磨装置における低平坦定
盤面への追従作用を示す側面的説明図である。

【図８】 従来のウェーハ研磨装置の１例を示す断面的
側面概略説明図である。

【図９】 毎葉式ウェーハ研磨装置の要部の１例を示す
断面的側面概略説明図である。

【図１０】 毎葉式ウェーハ研磨装置における軸の設置
本数に応じた定盤とウェーハ保持板の配置関係を示す説
明図で、（ａ）は１軸の場合、（ｂ）は２軸の場合、
（ｃ）は６軸の場合をそれぞれ示す。

【図１１】 バッチ式ウェーハ研磨装置の要部の１例を
示す断面的側面概略説明図である。

【図１２】 バッチ式ウェーハ研磨装置における定盤と
ウェーハ保持板の配置関係を示す説明図である。

【図１３】 バッチ式ウェーハ研磨装置によって厚さの
異なるウェーハを研磨した場合の概念的側面説明図で、
（ａ）はウェーハ接着状態、（ｂ）は研磨開始時、
（ｃ）は研磨終了時をそれぞれ示す。

【図１４】 バッチ式ウェーハ研磨装置におけるウェー
ハ保持板の変形によるウェーハ平坦度の悪化状態を示す
側面的説明図で、（ａ）はウェーハ接着状態、（ｂ）は
研磨時をそれぞれ示す。

【図１５】 バッチ式ウェーハ研磨装置における定盤の
平坦性が悪い場合の研磨状態を示す側面的説明図であ
る。

【図１６】 毎葉式ウェーハ研磨装置におけるウェーハ
保持板の弾性変形の影響を示す説明図である。

【図１７】 毎葉式ウェーハ研磨装置における定盤の平
坦性が悪い場合の研磨状態を示す側面的説明図である。

【符号の説明】

１０：従来のウェーハ研磨装置、１０ａ，１０ｂ，１０
ｃ：本発明のウェーハ研磨装置、１２：ウェーハ保持
板、１４：研磨布、２０：定盤、４０：毎葉式ウェーハ
研磨装置、５４：センターローラ、５６：ガイドロー
ラ、６０：バッチ式ウェーハ研磨装置、７０：荷重手
段、７４：弾性作用体、Ｗ：ウェーハ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に
   保持されたウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷
   重手段によって所定の研磨荷重で押圧することによっ
   て、該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装
   置であって、複数個のウェーハ保持板を上下動並びに傾
   斜動可能に高剛性構造体の表面に配設することによって
   上記研磨ヘッドを構成することを特徴とするウェーハ研
   磨装置。
2. 【請求項２】 ウェーハの直径よりも直径の大きい高剛
   性円板によって前記ウェーハ保持板を形成し、弾性作用
   体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性構造体の表面
   に配設することを特徴とする請求項１記載のウェーハ研
   磨装置。
3. 【請求項３】 前記ウェーハ保持板の上面に、ウェーハ
   の研磨される面の中心を中心とする凸球面よりなる凸球
   面状作動面を設け，該ウェーハ保持板の傾斜動に必要な
   高剛性構造体との相対的な動きをこの凸球面状作動面に
   負わせるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記
   載のウェーハ研磨装置。
4. 【請求項４】 前記高剛性構造体の下面に凹球面状受け
   部を設け、凸球面状作動面を該凹球面受け部に係合させ
   た状態で前記ウェーハ保持板を該高剛性構造体の下面に
   取りつけるようにしたことを特徴とする請求項３記載の
   ウェーハ研磨装置。
5. 【請求項５】 弾性作用体を介在させて，前記凸球面状
   作動面と凹球面受け部とを係合させるようにしたことを
   特徴とする請求項４記載のウェーハ研磨装置。
6. 【請求項６】 研磨ヘッドを構成するウェーハ保持板に
   保持された半導体ウェーハを、定盤に貼着された研磨布
   に、荷重手段によって所定の研磨荷重で押圧することに
   よって、該半導体ウェーハの片面に研磨加工を施すウェ
   ーハ研磨装置であって、複数個のウェーハ保持板を上下
   動並びに傾斜動可能に高剛性円形板の表面に配設するこ
   とによって集合形ウェーハ保持板を構成し、該集合形ウ
   ェーハ保持板を上下動並びに傾斜動可能に高剛性構造体
   の表面に配設することによって上記研磨ヘッドを構成す
   ることを特徴とするウェーハ研磨装置。
7. 【請求項７】 ウェーハの直径よりも直径の大きい高剛
   性円板によって前記ウェーハ保持板を形成し、弾性作用
   体を介して該ウェーハ保持板を前記高剛性円形板の表面
   に配設し、弾性作用体を介して前記集合形ウェーハ保持
   板を前記高剛性構造体の表面に着脱可能に配設すること
   を特徴とする請求項６記載のウェーハ研磨装置。
8. 【請求項８】 前記弾性作用体が弾性体材料又は粘弾性
   体材料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
   １項記載のウェーハ研磨装置。
9. 【請求項９】 ウェーハ保持板に保持されたウェーハを
   定盤に貼着された研磨布に所定の研磨荷重で押圧するこ
   とによって、該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェー
   ハ研磨方法であって、請求項１〜８のいずれか１項記載
   のウェーハ研磨装置を用い、複数枚のウェーハに荷重を
   均等に分布し、押圧することによって、各ウェーハを均
   等に研磨するようにしたことを特徴とするウェーハ研磨
   方法。