JP2001341069A - 両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ外周部の研磨ダレを防いで、半導体
ウェーハの平坦度を高める両面研磨装置を用いた半導体
ウェーハの研磨方法を提供する。 【解決手段】 研磨時、上定盤１２側からシリコンウェ
ーハＷの表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤１３側から
ウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とには、従来に比べて
大きな差が与えられている。これは、ウェーハＷに対す
る摩擦係数が異なる硬質発泡ウレタンフォームパッド１
４と軟質不織布パッド１５とを採用しているせいであ
る。これにより、各ウェーハＷはウェーハ保持孔１１ａ
内で０．１〜１．０ｒｐｍというはやい速度で旋回す
る。結果、仮に研磨中に不具合が起きても、ウェーハＷ
の旋回は停止しない。さらに、ウェーハ外周部に部分的
な研磨量の偏りが起きにくい。よって、研磨ダレを抑
え、ウェーハＷの高平坦度化が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は両面研磨装置を用
いた半導体ウェーハの研磨方法、詳しくはサンギヤが組
み込まれていない両面研磨装置を使用して、平坦度の高
い半導体ウェーハを得る両面研磨装置を用いた半導体ウ
ェーハの研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の両面研磨ウェーハの製造では、単
結晶シリコンインゴットをスライスしてシリコンウェー
ハを作製した後、このシリコンウェーハに対して面取
り、ラッピング、酸エッチングの各工程が順次なされ、
次いでウェーハ表裏両面を鏡面化する両面研磨が施され
る。この両面研磨には、通常、中心部にサンギヤが配置
される一方、外周部にインターナルギヤが配置された遊
星歯車構造を有する両面研磨装置が用いられている。こ
の両面研磨装置は、キャリアプレートに複数形成された
ウェーハ保持孔の内部にシリコンウェーハを挿入・保持
し、その上方から研磨砥粒を含むスラリーをシリコンウ
ェーハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が展
張された上定盤および下定盤を各ウェーハの表裏両面に
押し付けて、キャリアプレートをサンギヤとインターナ
ルギヤとの間で自転公転させることで、各シリコンウェ
ーハの両面を同時に研磨する。

【０００３】ところで、この遊星歯車式の両面研磨装置
では、その装置中央部にサンギヤが設けられている。こ
れにより、例えば次世代のシリコンウェーハとして注目
を集めている３００ｍｍウェーハなどの大口径ウェーハ
を両面研磨する装置を製作する場合、このサンギヤが設
けられている分だけキャリアプレート、ひいては両面研
磨装置の全体が、例えばこの装置の直径が３ｍ以上にも
なってしまうといった問題点があった。

【０００４】そこで、これを解消する従来技術として、
例えば、特開平１１−２５４３０２号公報に記載の「両
面研磨装置」が知られている。この両面研磨装置は、シ
リコンウェーハが保持される複数個のウェーハ保持孔を
有するキャリアプレートと、このキャリアプレートの上
下方向に配置されて、それぞれの対向面に、各ウェーハ
保持孔内のシリコンウェーハの表裏両面を同じ研磨速度
で研磨する研磨布が展張された上定盤および下定盤と、
これらの上定盤および下定盤の間に保持されたキャリア
プレートを、このキャリアプレートの表面と平行な面内
で運動させるキャリア運動手段とを備えている。ここで
いうキャリアプレートの運動とは、上定盤および下定盤
の間に保持されたシリコンウェーハが、その対応するウ
ェーハ保持孔内で旋回させられるような、キャリアプレ
ートの自転をともなわない円運動を意味する。なお、シ
リコンウェーハがウェーハ保持孔内で旋回するのは、ウ
ェーハ研磨中に上定盤側からウェーハ表面にかかる摩擦
抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面にかかる摩擦抵抗と
の差による。

【０００５】ウェーハ両面研磨時には、キャリアプレー
トの各ウェーハ保持孔にシリコンウェーハを挿入・保持
し、研磨剤（スラリー）をシリコンウェーハに供給しな
がら、しかも上定盤および下定盤を回転させつつ、キャ
リアプレートに自転をともなわない円運動を行わせるこ
とで、各シリコンウェーハが同時に両面研磨される。こ
の両面研磨装置にはサンギヤが組み込まれていないの
で、その分だけ、キャリアプレート上における各ウェー
ハ保持孔の形成スペースが拡大される。その結果、同じ
大きさの両面研磨装置（以下、無サンギヤ式両面研磨装
置という場合がある）であっても、取り扱い可能なシリ
コンウェーハの寸法を大きくすることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
無サンギヤ式両面研磨装置を用いたシリコンウェーハの
両面研磨方法では、以下の課題があった。すなわち、従
来装置によるウェーハ両面研磨方法にあっては、ウェー
ハ研磨中、対応するウェーハ保持孔内でのシリコンウェ
ーハの旋回方向、回転数とも不安定であった。これは、
上定盤側からウェーハ表面にかかる摩擦抵抗と、下定盤
側からウェーハ裏面にかかる摩擦抵抗とのバランスが不
安定であったり、これらの差もわずかしか得られなかっ
たためである。そのため、ウェーハ研磨時のわずかな不
具合でも、このシリコンウェーハの旋回が停止してしま
いやすかった。また、このような停止状態まではならな
くても、前述したようにウェーハの旋回速度および回転
方向が不安定であれば、バッチ内での各ウェーハの平坦
度のばらつきが大きくなる。その結果、ウェーハ外周部
のテーパ形状や研磨ダレによる平坦度不良を発生してし
まうおそれがあった。

【０００７】そこで、発明者は、鋭意研究の結果、上定
盤側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤側
からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに積極的に差を
つければ、仮に研磨中、いくらか研磨の不具合が発生し
ても、この保持孔内でウェーハが停止しなくなることを
知見した。しかも、このように研磨中の摩擦抵抗の差が
確実なものとなれば、ウェーハ保持孔内でのシリコンウ
ェーハの旋回方向や速度の安定化が可能となり、その結
果、ウェーハ外周部の研磨ダレをおさえて、バッチ内で
の各ウェーハの平坦度のバラつきが抑えられる。これに
より、ウェーハの高平坦度化が図れることを知見し、こ
の発明を完成させた。

【０００８】

【発明の目的】この発明は、ウェーハ外周部の研磨ダレ
を防いで、半導体ウェーハの平坦度を高めることができ
る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法を提
供することを、その目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、キャリアプレートに形成されたウェーハ保持孔内に
半導体ウェーハを挿入・保持し、研磨剤を半導体ウェー
ハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨布が展張さ
れた上定盤と下定盤との間で、上記キャリアプレートの
表面と平行な面内で、このキャリアプレートを、半導体
ウェーハがその対応するウェーハ保持孔内で旋回させら
れるような、上記キャリアプレートの自転をともなわな
い円運動をさせて、上記半導体ウェーハの表裏両面を同
時に研磨することができる両面研磨装置を用いた半導体
ウェーハの研磨方法であって、ウェーハ研磨時、上記半
導体ウェーハをウェーハ保持孔内で０．１〜１．０ｒｐ
ｍで旋回させる両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの
研磨方法である。

【００１０】半導体ウェーハには、例えばシリコンウェ
ーハ、ガリヒ素ウェーハなどを挙げることができる。半
導体ウェーハの大きさも限定されず、例えば３００ｍｍ
ウェーハなどの大口径ウェーハでもよい。半導体ウェー
ハは片面が酸化膜によって被覆されたものでもよい。こ
の場合、半導体ウェーハの酸化膜とは反対側のベアウェ
ーハ面を選択的に研磨してもよい。両面研磨装置は、サ
ンギヤが組み込まれておらず、一対の研磨定盤の間でキ
ャリアプレートを運動させることで半導体ウェーハの表
裏両面を同時に研磨する無サンギヤ式両面研磨装置であ
れば、限定されない。

【００１１】キャリアプレートに形成されるウェーハ保
持孔の個数は、１個（枚葉式）でも複数個でもよい。ウ
ェーハ保持孔の大きさは、研磨される半導体ウェーハの
大きさに応じて、任意に変更される。キャリアプレート
の運動は、キャリアプレートの表面（または裏面）と平
行な面内での運動であって、その運動の方向は、一対の
研磨定盤の間に保持されたシリコンウェーハが、その対
応するウェーハ保持孔内で旋回させられるような、キャ
リアプレートの自転をともなわない円運動である。この
自転をともなわない円運動によって、キャリアプレート
上の全ての点は、同じ大きさの小円の軌跡を描くことに
なる。

【００１２】使用する研磨剤の種類は限定されない。例
えば、遊離砥粒を含まないアルカリ液のみでもよい。ま
た、このアルカリ液に平均粒径０．０２〜０．１μｍ程
度のコロイダルシリカ粒子（研磨砥粒）を分散させたス
ラリーでもよい。この研磨剤の供給量は、キャリアプレ
ートの大きさによって異なり、限定されない。通常は、
１．０〜２．０リットル／分である。研磨剤の半導体ウ
ェーハへの供給は、半導体ウェーハの鏡面側に行うこと
ができる。なお、この研磨剤はウェーハの運動範囲に供
給した方が好ましい。

【００１３】上定盤と下定盤の回転速度は限定されな
い。例えば、同じ速度で回転させてもよいし、異なる速
度で回転させてもよい。また、各回転方向も限定されな
い。すなわち、同じ方向に回転させてもよいし、互いに
反対方向へ回転させてもよい。ただし、必ずしも一対の
研磨部材を同時に回転させなくてもよい。それは、この
発明が、半導体ウェーハの表裏両面に各研磨部材を押し
付けた状態でキャリアプレートを運動させる構成を採用
しているためである。上定盤と下定盤との半導体ウェー
ハに対する押圧力は限定されない。ただし、通常は１５
０〜２５０ｇ／ｃｍ² である。

【００１４】この両面研磨装置による半導体ウェーハの
研磨は、ウェーハ表面またはウェーハ裏面だけの選択研
磨でもよいし、表裏両面の同時研磨でもよい。上定盤お
よび下定盤に展張される各研磨布の種類および材質は限
定されない。例えば、硬質の発泡ウレタンフォームパッ
ド、不織布にウレタン樹脂を含浸・硬化させた軟質の不
織布パッドなどが挙げられる。その他、不織布からなる
基布の上にウレタン樹脂を発泡させたパッドなども採用
することができる。この場合、上定盤側の研磨布と下定
盤側の研磨布とに同じ種類のものを採用してもよいし、
反対に異なる種類のものを採用してもよい。ここでいう
自転をともなわない円運動とは、キャリアプレートが上
定盤および下定盤の軸線から所定距離だけ偏心した状態
を常に保持して旋回するような円運動のことをいう。

【００１５】０．１ｒｐｍ未満ではウェーハ外周部がテ
ーパ形状になりやすい。また、１．０ｒｐｍを超えると
バッチ内での各ウェーハの仕上がり形状が不安定になり
やすい。このような従来よりも高速度の旋回は、請求項
２のように、研磨時に上定盤側からウェーハ表面に作用
する摩擦抵抗と、下定盤側からウェーハ裏面に作用する
摩擦抵抗とに大きな差をつけることで、比較的容易に得
ることができる。なお、摩擦抵抗に大きな差を与える方
法は限定されない。例えば、請求項３の上，下定盤の直
径を異ならせる方法、請求項４の両研磨布の形状を異な
らせる方法、そして請求項５の上，下定盤の回転速度を
異ならせる方法でもよい。そのほか、上，下側の研磨布
のウェーハに対する摩擦係数を異ならせる方法でもよ
い。

【００１６】また、請求項２に記載の発明は、上記上定
盤側の研磨布の半導体ウェーハに対する摩擦抵抗と、上
記下定盤側の研磨布の半導体ウェーハに対する摩擦抵抗
とを異ならせた請求項１に記載の両面研磨装置を用いた
半導体ウェーハの研磨方法である。

【００１７】請求項３に記載の発明は、上記上定盤の直
径と、上記下定盤の直径とを異ならせた請求項２に記載
の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法であ
る。上，下定盤の直径の差は、研磨される半導体ウェー
ハの大きさ、１回の研磨で処理されるウェーハの枚数な
どの条件によって適宜選択される。

【００１８】請求項４に記載の発明は、上記上定盤側の
研磨布の形状と、上記下定盤側の研磨布との形状とを異
ならせた請求項２または請求項３に記載の両面研磨装置
を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。研磨布の形
状としては、例えばそれぞれ平面視して、円形，楕円
形，三角形または四角形以上の多角形、他の任意の形状
などを挙げることができる。

【００１９】請求項５に記載の発明は、上記上定盤の回
転速度と、上記下定盤との回転速度を異ならせた請求項
２〜請求項４のうち、何れか１項に記載の両面研磨装置
を用いた半導体ウェーハの研磨方法である。

【００２０】

【作用】この発明によれば、研磨剤を半導体ウェーハに
供給しながら、固定砥粒体と研磨布との間で、キャリア
プレートをそのプレートの表面と平行な面内で運動させ
る。これにより、半導体ウェーハの表裏両面が、これら
の固定砥粒体および研磨布によって研磨される。この
際、何らかの方法によって、ウェーハ研磨時に、上定盤
側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、下定盤側か
らウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗とに、積極的な差が
つけられる。その結果、ウェーハ研磨中、半導体ウェー
ハがウェーハ保持孔内で着実に旋回する。これにより、
仮にこの研磨中、いくらか研磨の不具合が生じても、ウ
ェーハ保持孔内で半導体ウェーハの旋回が停止すること
はない。しかも、このような着実な旋回による研磨によ
って、ウェーハの外周部において、部分的な研磨量の偏
りが起きにくくなる。このため、ウェーハ外周部の研磨
ダレをおさえて、ウェーハの高平坦度化を図ることがで
きる。

【００２１】なお、具体的に、上，下定盤側から半導体
ウェーハの表面または裏面に作用する摩擦抵抗に積極的
な差をつけるには、例えば、直径が異なる上，下定盤間
で半導体ウェーハを研磨したり（請求項３）、形状が異
なる研磨布間で半導体ウェーハを研磨したり（請求項
４）、上，下定盤の回転速度を異ならせて研磨したり
（請求項５）する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。図１〜図８はこの発明の第１の実施
例を説明するためのものである。第１の実施例では、シ
リコンウェーハの表面を鏡面とし、その裏面を梨地面と
する研磨を例にとって説明する。

【００２３】図１，図２において、１０は第１の実施例
に係る半導体ウェーハの研磨方法が適用される両面研磨
装置（以下、両面研磨装置という）である。この両面研
磨装置１０は、５個のウェーハ保持孔１１ａがプレート
軸線回りに（円周方向に）７２度ごとに穿設された平面
視して円板形状のガラスエポキシ製のキャリアプレート
１１と、それぞれのウェーハ保持孔１１ａに旋回自在に
挿入・保持された直径３００ｍｍのシリコンウェーハＷ
を、上下から挟み込むとともに、シリコンウェーハＷに
対して相対的に移動させることでウェーハ面を研磨する
上定盤１２および下定盤１３とを備えている。シリコン
ウェーハＷは、その片面がシリコン酸化膜により覆われ
たものを採用してもよい。また、キャリアプレート１１
の厚さ（６００μｍ）は、シリコンウェーハＷの厚さ
（７３０μｍ）よりも若干薄くなっている。

【００２４】上定盤１２の下面には、ウェーハ裏面を梨
地面に研磨する硬質の発泡ウレタンフォームパッド１４
が展張されている。また、下定盤１３の上面には、ウェ
ーハ表面を鏡面化させる不織布にウレタン樹脂を含浸・
硬化させた軟質の不織布パッド１５が展張されている。
硬質発泡ウレタンフォームパッド１４（ロデール社製Ｍ
ＨＳ１５Ａ）の硬度は８５゜（Ａｓｋｅｒ）、密度は
０．５３ｇ／ｃｍ³ 、圧縮率は３．０％、その厚さは１
０００μｍである。一方、軟質不織布パッド１５（ロデ
ール社製Ｓｕｂａ６００）の硬度は８０゜（Ａｓｋｅ
ｒ）、圧縮率は３．５％、圧縮弾性率は７５．０％であ
って、厚さは１２７０μｍとなっている。

【００２５】図１および図２に示すように、上定盤１２
は、上方に延びた回転軸１２ａを介して、上側回転モー
タ１６により水平面内で回転させられる。また、この上
定盤１２は軸線方向へ進退させる昇降装置１８により垂
直方向に昇降させられる。この昇降装置１８は、シリコ
ンウェーハＷをキャリアプレート１１に給排する際など
に使用される。なお、上定盤１２および下定盤１３のシ
リコンウェーハＷの表裏両面に対する押圧は、上定盤１
２および下定盤１３に組み込まれた図示しないエアバッ
ク方式などの加圧手段により行われる。下定盤１３は、
その出力軸１７ａを介して、下側回転モータ１７により
水平面内で回転させられる。このキャリアプレート１１
は、そのプレート１１自体が自転しないように、キャリ
ア円運動機構１９によって、そのプレート１１の面と平
行な面（水平面）内で円運動する。次に、図１，図２，
図４，図５〜図７を参照して、このキャリア円運動機構
１９を詳細に説明する。

【００２６】これらの図に示すように、このキャリア円
運動機構１９は、キャリアプレート１１を外方から保持
する環状のキャリアホルダ２０を有している。これらの
部材１１，２０は、連結構造２１を介して連結されてい
る。ここでいう連結構造体２１とは、キャリアプレート
１１を、そのキャリアプレート１１が自転せず、しかも
このプレート１１の熱膨張時の伸びを吸収できるように
キャリアホルダ２０に連結させる手段である。すなわ
ち、この連結構造２１は、キャリアホルダ２０の内周フ
ランジ２０ａに、ホルダ周方向へ所定角度ごとに突設さ
れた多数本のピン２３と、各対応するピン２３を、キャ
リアプレート１１の外周部に各ピン２３と対応する位置
に対応する数だけ穿設された長孔形状のピン孔１１ｂと
を有している。

【００２７】これらのピン孔１１ｂは、ピン２３を介し
てキャリアホルダ２０に連結されたキャリアプレート１
１が、その半径方向へ若干移動できるように、その孔長
さ方向をプレート半径方向と合致させている。それぞれ
のピン孔１１ｂにピン２３を遊挿させてキャリアプレー
ト１１をキャリアホルダ２０に装着することで、両面研
磨時のキャリアプレート１１の熱膨張による伸びが吸収
される。なお、各ピン２３の元部は、この部分の外周面
に刻設された外ねじを介して、上記内周フランジ２０ａ
に形成されたねじ孔にねじ込まれている。また、各ピン
２３の元部の外ねじの直上部には、キャリアプレート１
１が載置されるフランジ２３ａが周設されている。した
がって、ピン２３のねじ込み量を調整することで、フラ
ンジ２３ａに載置されたキャリアプレート１１の高さ位
置が調整可能となる。

【００２８】このキャリアホルダ２０の外周部には、９
０度ごとに外方へ突出した４個の軸受部２０ｂが配設さ
れている。各軸受部２０ｂには、小径円板形状の偏心ア
ーム２４の上面の偏心位置に突設された偏心軸２４ａが
挿着されている。また、これら４個の偏心アーム２４の
各下面の中心部には、回転軸２４ｂが垂設されている。
これらの回転軸２４ｂは、環状の装置基体２５に９０度
ごとに合計４個配設された軸受部２５ａに、それぞれ先
端部を下方へ突出させた状態で挿着されている。各回転
軸２４ｂの下方に突出した先端部には、それぞれスプロ
ケット２６が固着されている。そして、各スプロケット
２６には、一連にタイミングチェーン２７が水平状態で
架け渡されている。なお、このタイミングチェーン２７
をギヤ構造の動力伝達系に変更してもよい。これらの４
個のスプロケット２６とタイミングチェーン２７とは、
４個の偏心アーム２４が同期して円運動を行うように、
４本の回転軸２４ｂを同時に回転させる同期手段を構成
している。

【００２９】また、これらの４本の回転軸２４ｂのう
ち、１本の回転軸２４ｂはさらに長尺に形成されてお
り、その先端部がスプロケット２６より下方に突出され
ている。この部分に動力伝達用のギヤ２８が固着されて
いる。このギヤ２８は、例えばギヤードモータなどの円
運動用モータ２９の上方へ延びる出力軸に固着された大
径な駆動用のギヤ３０に噛合されている。なお、このよ
うにタイミングチェーン２７により同期させなくても、
例えば４個の偏心アーム２４のそれぞれに円運動用モー
タ２９を配設させて、各偏心アーム２４を個別に回転さ
せてもよい。ただし、各モータ２９の回転は同期させる
必要がある。

【００３０】したがって、円運動用モータ２９の出力軸
を回転させると、その回転力は、ギヤ３０，２８および
長尺な回転軸２４ｂに固着されたスプロケット２６を介
してタイミングチェーン２７に伝達され、このタイミン
グチェーン２７が周転することで、他の３個のスプロケ
ット２６を介して、４個の偏心アーム２４が同期して回
転軸２４ｂを中心に水平面内で回転する。これにより、
それぞれの偏心軸２４ａに一括して連結されたキャリア
ホルダ２０、ひいてはこのホルダ２０に保持されたキャ
リアプレート１１が、このプレート１１に平行な水平面
内で、自転をともなわない円運動を行う。すなわち、キ
ャリアプレート１１は上定盤１２および下定盤１３の軸
線ａから距離Ｌだけ偏心した状態を保って旋回する。こ
の距離Ｌは、偏心軸２４ａと回転軸２４ｂとの距離と同
じである。この自転をともなわない円運動により、キャ
リアプレート１１上の全ての点は、同じ大きさの小円の
軌跡を描く。

【００３１】また、図６にはこの装置にあってそのスラ
リー供給孔の位置を示す。例えば上定盤１２に形成され
る複数のスラリー供給孔は、シリコンウェーハＷが常に
存在する所定幅の円環状の領域Ｘに配置されている。ウ
ェーハＷが揺動してもその裏面に常にスラリーが供給さ
れるよう構成されている。この結果、研磨中においてウ
ェーハＷ裏面のスラリーによる薄膜が保持されることと
なる。また、この図６および図７に示すように、キャリ
アプレート１１に保持された各シリコンウェーハＷは、
キャリアプレート１１の自転をともなわない円運動をし
た際に、それぞれのウェーハＷの外周部の一部が、それ
ぞれのウェーハＷが所定角度回動するごとに、上，下定
盤１２，１３の外部からはみ出しながら研磨するように
構成されている。すなわち、各ウェーハＷの外周部は、
非研磨領域を断続的に通過しながら研磨されていくの
で、この部分の研磨量が抑制される。よって、それぞれ
のシリコンウェーハＷの平坦度（ＴＴＶなど）がさらに
高まる。

【００３２】次に、この両面研磨装置１０を用いたシリ
コンウェーハＷの研磨方法を説明する。まず、図１およ
び図２に示すように、下定盤１３側のキャリアプレート
１１の各ウェーハ保持孔１１ａにそれぞれ旋回自在にシ
リコンウェーハＷを挿入する。このとき、各ウェーハ裏
面は上向きとする。次いで、この状態のまま、上定盤１
２をキャリアプレート１１に２００ｇ／ｃｍ² で押し付
ける。その後、これらの両パッド１４，１５をウェーハ
表裏両面に押し付けたまま、上定盤１２側からスラリー
を供給しながら、円運動用モータ２９によりタイミング
チェーン２７を周転させる。これにより、各偏心アーム
２４が水平面内で同期回転し、各偏心軸２４ａに一括し
て連結されたキャリアホルダ２０およびキャリアプレー
ト１１が、このプレート１１表面に平行な水平面内で、
自転をともなわない円運動を２４ｒｐｍで行う。

【００３３】この際、各シリコンウェーハＷは、摩擦抵
抗が小さい硬質発泡ウレタンフォームパッド１４と、摩
擦抵抗が大きい軟質不織布パッド１５との間に挟まれた
状態で、このキャリアプレート１１の自転をともなわな
い円運動に連れまわりしている。このとき、図８に示す
ように、上定盤１２側の硬質発泡ウレタンフォームパッ
ド１４はシリコンウェーハＷに対する摩擦係数が小さ
く、下定盤１３側の軟質不織布パッド１５はシリコンウ
ェーハＷに対する摩擦係数が大きい。しかも、両定盤１
２，１３は回転していない。その結果、ウェーハ表裏両
面に作用する摩擦抵抗の差が積極的に得られる。よっ
て、各シリコンウェーハＷは、対応するウェーハ保持孔
１１ａ内で、０．１〜１．０ｒｐｍの回転速度で着実に
水平面内で旋回しながら、それぞれの表裏両面が研磨さ
れる。

【００３４】これにより、仮に研磨中、いくらか研磨の
不具合が生じても、このウェーハ保持孔１１ａ内でシリ
コンウェーハＷの旋回が停止することはない。しかも、
このような着実な旋回の研磨によって、ウェーハ外周部
において、部分的な研磨量の偏りが起きにくくなる。よ
って、従来に比べてさらにウェーハ外周部の研磨ダレを
おさえて、より以上のウェーハの高平坦度化を図ること
ができる。なお、ここで使用するスラリーは、ｐＨ１
０．６のアルカリ性エッチング液中に、粒度０．０５μ
ｍのコロイダルシリカからなる研磨砥粒が分散されたも
のである。

【００３５】また、ここでは、両面研磨時に、キャリア
プレート１１を、このプレート１１の自転をともなわな
い円運動をさせてウェーハ表裏両面を研磨させる。この
ようなキャリアプレート１１の特殊な運動によりシリコ
ンウェーハＷを両面研磨したので、ウェーハ表裏両面の
略全域において均一に研磨を行うことができる。しか
も、研磨布１４，１５の材質を異ならせて、シリコンウ
ェーハＷの表裏両面に対する摩擦抵抗の差を大きくする
ように構成したので、簡単にかつ低コストで、ウェーハ
外周部の研磨ダレを防いで、シリコンウェーハＷの平坦
度を従来より高めることができる。

【００３６】なお、この第１の実施例の両面研磨装置１
０は、キャリアプレート１１を円運動させなくても、上
側回転モータ１６により上定盤１２を２５ｒｐｍで回転
させるとともに、下側回転モータ１７により下定盤１３
を３０ｒｐｍで回転させるだけで、各シリコンウェーハ
Ｗを両面研磨することができる。この場合、各シリコン
ウェーハＷがウェーハ保持孔１１ａの中で旋回自在に挿
入・保持されているので、研磨中、各シリコンウェーハ
Ｗは回転速度が速い側の定盤の回転方向と同じ方向へ旋
回（自転）する。

【００３７】また、上定盤１２および下定盤１３を同じ
回転速度で回転させて、ウェーハ表面が鏡面でウェーハ
裏面が梨地面のシリコンウェーハＷを製造してもよい。
この場合、両研磨布１４，１５の摩擦抵抗の差をより以
上に大きくすれば、比較的短時間のうちに、表面が鏡面
で裏面が梨地面のシリコンウェーハＷを得ることができ
る。さらには、このキャリアプレート１１を円運動させ
ながら、上定盤１２および下定盤１３を回転させて、シ
リコンウェーハＷを両面研磨してもよい。この場合、上
定盤１２および下定盤１３の回転速度は、ウェーハ表裏
両面に研磨ムラが発生しない程度に遅くした方が好まし
い。このようにすれば、シリコンウェーハＷの表裏両面
をその各面の全域において均一に研磨することができ
る。なお、上定盤１２および下定盤１３を回転させれ
ば、シリコンウェーハＷに接触する定盤面を常に新しく
させて、スラリーをシリコンウェーハＷの全面に平均的
に供給することができて好ましい。

【００３８】次に、図９に基づいて、この発明の第２の
実施例に係る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研
磨方法を説明する。図９に示すように、この第２の実施
例では、第１の実施例の上定盤１２に代えて、下定盤１
３よりも直径が大きい定盤１２Ａを採用した例である。
このような方法でも、ウェーハ研磨時に、上定盤１２Ａ
側からシリコンウェーハＷの表面に作用する摩擦抵抗
と、下定盤１３側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗
とに、従来よりも積極的に差がつけられる。その結果、
各ウェーハ保持孔１１ａ内でのシリコンウェーハＷの旋
回は着実なものとなる。その他の構成、作用、効果は、
第１の実施例と略同様であるのでその説明を省略する。

【００３９】次に、図１０に基づいて、この発明の第３
の実施例に係る両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの
研磨方法を説明する。図１０に示すように、この第３の
実施例では、第１の実施例における上定盤１２に展張さ
れた平面視して円形の硬質発泡ウレタンフォームパッド
１４に代えて、平面視して六角形の硬質発泡ウレタンフ
ォームパッド１４Ａを採用した例である。すなわち、研
磨布１４が六角形であるので、下定盤１３の円形の軟質
不織布パッド１５との間に、積極的に摩擦抵抗の差を生
じさせることができる。その結果、ウェーハ研磨時に、
上定盤１２側からウェーハ表面に作用する摩擦抵抗と、
下定盤１３側からウェーハ裏面に作用する摩擦抵抗と
に、従来よりも着実に差がつけられる。その他の構成、
作用、効果は、第１の実施例と略同様であるのでその説
明を省略する。

【００４０】

【発明の効果】この発明によれば、研磨中、半導体ウェ
ーハがウェーハ保持孔内で着実に旋回するので、ウェー
ハの外周部の研磨ダレをおさえて、ウェーハの高平坦度
化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置の
全体斜視図である。

【図２】この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置を
用いた半導体ウェーハの研磨方法の両面研磨中の縦断面
図である。

【図３】この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハ
の研磨方法における研磨中の状態を示すその断面図であ
る。

【図４】この発明の第１の実施例に係る両面研磨装置の
概略平面図である。

【図５】この発明の第１の実施例に係るキャリアプレー
トに運動力を伝達する運動力伝達系の要部拡大断面図で
ある。

【図６】この発明の第１の実施例に係る研磨剤供給孔の
位置を示す平面図である。

【図７】この発明の第１の実施例に係る半導体ウェーハ
の外周部のはみ出し研磨を示す平面図である。

【図８】この発明の第１の実施例に係るウェーハ保持孔
内で半導体ウェーハが旋回をする原理を説明する斜視図
である。

【図９】この発明の第２の実施例に係る両面研磨装置の
要部斜視図である。

【図１０】この発明の第３の実施例に係る両面研磨装置
の要部平面図である。

【符号の説明】

１０ 両面研磨装置、 １１ キャリアプレート、 １１ａ ウェーハ保持孔、 １２，１２Ａ 上定盤、 １２ａ 回転軸、 １３ 下定盤、 １４，１４Ａ 硬質発泡ウレタンフォームパッド、 １５ 軟質不織布パッド、 Ｗ シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャリアプレートに形成されたウェーハ
   保持孔内に半導体ウェーハを挿入・保持し、研磨剤を半
   導体ウェーハに供給しながら、それぞれの対向面に研磨
   布が展張された上定盤と下定盤との間で、上記キャリア
   プレートの表面と平行な面内で、このキャリアプレート
   を、半導体ウェーハがその対応するウェーハ保持孔内で
   旋回させられるような、上記キャリアプレートの自転を
   ともなわない円運動をさせて、上記半導体ウェーハの表
   裏両面を同時に研磨することができる両面研磨装置を用
   いた半導体ウェーハの研磨方法であって、 ウェーハ研磨時、上記半導体ウェーハをウェーハ保持孔
   内で０．１〜１．０ｒｐｍで旋回させる両面研磨装置を
   用いた半導体ウェーハの研磨方法。
2. 【請求項２】 上記上定盤側の研磨布の半導体ウェーハ
   に対する摩擦抵抗と、上記下定盤側の研磨布の半導体ウ
   ェーハに対する摩擦抵抗とを異ならせた請求項１に記載
   の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハの研磨方法。
3. 【請求項３】 上記上定盤の直径と、上記下定盤の直径
   とを異ならせた請求項２に記載の両面研磨装置を用いた
   半導体ウェーハの研磨方法。
4. 【請求項４】 上記上定盤側の研磨布の形状と、上記下
   定盤側の研磨布との形状とを異ならせた請求項２または
   請求項３に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハ
   の研磨方法。
5. 【請求項５】 上記上定盤の回転速度と、上記下定盤と
   の回転速度を異ならせた請求項２〜請求項４のうち、何
   れか１項に記載の両面研磨装置を用いた半導体ウェーハ
   の研磨方法。