JP2003025213A

JP2003025213A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2003025213A
Application number: JP2001209431A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Umetsu; 一之梅津; Naoya Sunaji; 直也砂地; Hidemi Omori; 秀美大森
Original assignee: Dowa Mining Co Ltd
Current assignee: Dowa Holdings Co Ltd
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】被研磨体としてのウエハのポリシングにおい
て、被研磨体のテーパの変化量および制御範囲が共に大
きく、かつ定盤温度が一定のまま迅速に被研磨体のテー
パを制御することが可能な研磨装置を提供する。【解決手段】加圧ヘッド１２に保持された研磨プレー
ト１６に固定された半導体ウエハ１８などの被研磨体
を、定盤１０上の研磨パッド１４に押し付けて、定盤１
０または研磨プレート１６を回転させることにより研磨
する研磨装置において、研磨プレート１６に対向する加
圧ヘッド１２の面を凸状に湾曲した面に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置に関し、
特にＧａＡｓウエハなどの半導体ウエハのポリシングに
使用する研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ＧａＡｓウエハなどの半導体ウ
エハ（以下、「ウエハ」という）のポリシングは、一次
ポリシングと二次（仕上げ）ポリシングの二段階のメカ
ノケミカルポリシングによって行われる。一次ポリシン
グは、機械的作用を強くすることにより、主にウエハの
平坦度を確保するポリシングであり、二次ポリシング
は、化学的作用を強くすることにより、スクラッチ、く
もり、加工歪みなどのない完全な鏡面を得るポリシング
である。

【０００３】このようなウエハのポリシングでは、研磨
プレートに貼り付けたウエハを、定盤上に貼り付けた研
磨パッドに押し付け、研磨液を流しながら定盤と研磨プ
レートを回転させることにより、ウエハの表面を鏡面状
に研磨する。

【０００４】一般に、このような方法によりポリシング
したウエハには、研磨プレート上のウエハの半径方向の
平均平面の傾き（以下、この傾きを「テーパ」という）
が生じる。本明細書中において、便宜上、研磨プレート
にウエハを貼り付けた際に外側になる部分が内側になる
部分よりも低い場合のテーパの符号を（−）、この逆の
場合のテーパの符号を（＋）とする（図１を参照）。

【０００５】化学的な研磨作用の強い仕上げポリシング
におけるテーパの変化は僅かであるので、平坦なウエハ
を得るためには、機械的な研磨作用の強い一次ポリシン
グにおいて、テーパを所望の値に制御することが重要と
なる。

【０００６】従来、一次ポリシングにより生じるテーパ
の制御は、定盤の形状を変化させることにより行ってい
る。一般に、定盤のそり形状は定盤温度によって変化す
る。定盤のそり形状の変化の量や方向は定盤の材質や構
造により異なるが、例えば、定盤温度が高い場合に上に
凸になる定盤では、温度の低下と共にその度合いが小さ
くなる。このような定盤の形状の変化に伴い、ウエハの
テーパは（＋）の符号のまま次第に小さくなる（図２を
参照）。更に定盤温度が低くなり、定盤の形状が上に凸
→平坦→下に凸に変化すると、ウエハのテーパは（＋）
→０→（−）に変化することもあり得る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、定盤の形状に
よりウエハのテーパを制御する従来の方法では、定盤温
度に対するテーパの変化量が小さく、また、ウエハの貼
り付けにワックスを使用しているので定盤温度に上限
（≦約３０℃）があるため、制御可能なテーパの範囲が
狭いという問題がある。また、定盤の熱容量が大きいた
め、定盤温度の調節には時間が掛かり、生産性が低いと
いう問題もある。

【０００８】したがって、本発明は、このような従来の
問題点に鑑み、被研磨体としてのウエハのポリシングに
おいて、被研磨体のテーパの変化量および制御範囲が共
に大きく、かつ定盤温度が一定のまま迅速に被研磨体の
テーパを制御することが可能な研磨装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明による研磨装置は、加圧ヘッドに保持された
プレートに固定された半導体ウエハなどの被研磨体を、
定盤上の研磨パッドに押し付けて、定盤またはプレート
を回転させることにより研磨する研磨装置において、プ
レートに対向する加圧ヘッドの面を凸状に湾曲した面に
形成したことを特徴とする。

【００１０】この研磨装置において、被研磨体を研磨す
る際に、加圧ヘッドがプレートを押圧して撓ませるよう
に構成するのが好ましい。また、加圧ヘッドがプレート
に加える荷重を調節してプレートの撓み量を調節するよ
うに構成するのが好ましい。また、加圧ヘッドの周縁部
に、プレートの周縁部を保持する保持具が設けるのが好
ましい。さらに、プレートがアルミナなどのセラミック
製のプレートであるのが好ましい。また、被研磨体を研
磨する際に研磨パッド上に研磨液を供給する手段を設け
るのが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明による研磨装置の実施の形
態では、被研磨体としてのウエハのポリシングにおい
て、定盤の形状に依らずにウエハのテーパを制御するた
めに、研磨プレートを撓ませ、その撓み量を変えること
により、プレート上に固定されたウエハなどの被研磨体
のテーパを制御する。すなわち、加圧ヘッドの下面の形
状を下に凸の形状にし、この加圧ヘッドに研磨プレート
を取り付け、この研磨プレートを研磨パットに押し付け
ることにより研磨プレートを撓ませる。押し付ける荷重
または押し出し量の調節によって撓み量を変えることに
より、研磨プレートに貼り付けたウエハに所望のテーパ
を付けることができ、ウエハを平坦化できる。加圧用エ
アシリンダにより荷重を広範囲にわたって精度良く且つ
迅速に調整できるので、定盤の温度および形状を変える
ことなく、制御範囲の広い、迅速なウエハのテーパの制
御が可能である。

【００１２】なお、加圧ヘッドに研磨プレートを取り付
けるために、研磨プレートの周面に略半円形の断面の溝
を形成するとともに、加圧ヘッドの周縁部に複数の保持
具を設け、これらの保持具の先端に形成された略半球状
の係合爪が研磨プレートの溝と係合するようにし、研磨
プレートを均一に撓ませて変形に対応できるようにして
いる。

【００１３】研磨プレートとしては、アルミナ、炭化ケ
イ素などのセラミックや、パイレックス（登録商標）ガ
ラス、耐腐食性のある金属（ＳＵＳ３１６）など、種々
の材質で作製したプレートを利用できるが、表面形状精
度（面粗度、平面度、平行度）や曲げ強度、均熱性、熱
歪み、耐薬品性およびコストの面でバランスの取れたも
のが望ましく、その点ではアルミナで作製したプレート
が最も適している。

【００１４】また、プレートの材質によっては、撓み易
かったり、撓み難かったりして、一定の荷重範囲ではウ
エハのテーパを制御し切れない場合もある。そのような
材質の場合は、プレートの表面形状を凸状または凹状に
して、プレート自身の撓みと組み合わせれば良い。

【００１５】

【実施例】以下、添付図面を参照して本発明による研磨
装置の一実施例について詳細に説明する。

【００１６】図３は、本発明による研磨装置の一実施例
として、半導体ウエハの一次ポリシングに使用する研磨
装置を概略的に示す図である。図３に示すように、この
研磨装置は、回転軸線Ａ−Ａを中心に回転可能な略円板
状の金属製の定盤１０と、回転軸線Ｂ−Ｂを中心に回転
可能な略円板状の加圧ヘッド１２とを備えている。

【００１７】定盤１０は、水冷ジャケット構造となって
おり、内部に冷却水を流すことにより定盤全体を所定の
温度に保つことが可能である。定盤１０の上面の略全面
には、研磨パッド１４が貼り付けられている。通常、一
次ポシッシングでは、研磨パッド１４として比較的弾力
の少ないポリウレタン系パッドが使用される。

【００１８】加圧ヘッド１２の下側には、略円板状のセ
ラミック製の研磨プレート１６が着脱可能に取り付けら
れ、この研磨プレート１６の下面には、複数のウエハ１
８、例えば、ＧａＡｓウエハが同心円状に貼り付けられ
ように構成されている。

【００１９】また、研磨パッド１４の上方には、研磨パ
ッド１４上に研磨液を供給する研磨液ノズル２０が配置
されている。一般に、ＧａＡｓウエハの研磨液として
は、次亜塩素酸系水溶液が使用される。

【００２０】ウエハ１８を研磨する際には、研磨液ノズ
ル２０から研磨パッド１４上に研磨液を供給しながら、
加圧ヘッド１２が下降して、研磨プレート１６に貼り付
けられたウエハ１８が、加圧用エアシリンダ２２（図４
（ａ）を参照）によって研磨パッド１４に所定の荷重で
押し付けられ、定盤１０と研磨プレート１６がそれぞれ
所定の速度で回転することにより、ウエハ１８の表面が
鏡面状に研磨される。

【００２１】本実施例では、加圧ヘッド１２の下面は、
図４（ｂ）に示すように、下に凸の形状になるように僅
かに湾曲しており、例えば、加圧ヘッド１２の直径４８
５ｍｍに対して、加圧ヘッド１２の下面の中心と周縁の
高さの差が１０μｍ程度になるように湾曲している。ま
た、加圧ヘッド１２の周縁部には、研磨プレート１６を
保持するための複数の保持具２４が設けられている（図
６において１つのみを図示）。なお、加圧ヘッド１２
は、図示しない自動調心玉軸受またはユニバーサルジョ
イントを介して、その回転軸の下端部に連結され、加圧
ヘッド１２の下面が定盤１０の法線に対して略垂直方向
に向くことができるように構成されている。

【００２２】一方、研磨プレート１６は、図５に示すよ
うに、加圧ヘッド１２と同じ直径、例えば、直径４８５
ｍｍのアルミナ製の円板状のプレートである。なお、研
磨プレート１６は、研磨プレート１６の下面の中心と周
縁の高さの差が２μｍ程度以下の僅かに下に凹の形状に
なるように湾曲するように構成してもよい。また、研磨
プレート１６の周面には溝部１６ａが形成され、図６に
示すように、溝部１６ａが加圧ヘッド１２に設けられた
保持具２４の係合爪２４ａと係合することにより、研磨
プレート１６が加圧ヘッド１２から所定の間隔、例えば
数ｍｍだけ離間した状態で加圧ヘッド１２に保持され
る。

【００２３】ポリシングの際に、加圧ヘッド１２が下降
して、研磨プレート１６が研磨パッド１４に当接した
後、加圧用エアシリンダ２２によって加圧ヘッド１２に
荷重を加えると、加圧ヘッド１２の下面が下に凸の形状
に湾曲しているため、研磨プレート１６が撓み、これに
よって、ウエハ１８には（＋）のテーパが生じる。加圧
用エアシリンダ２２によって加圧ヘッド１２を介して研
磨プレート１６を研磨パッド１４に押し付ける荷重を大
きくすると、ウエハ１８のテーパは大きくなり、荷重を
小さくするとテーパも小さくなる（図７を参照）。この
場合、定盤温度を変える必要はない。研磨プレート１６
を研磨パッド１４に押し付ける荷重は、加圧用エアシリ
ンダ２２の圧力設定を変えるだけで調節できるので、ウ
エハのテーパの調節には時間が掛からない。なお、ここ
では（＋）のテーパを制御する方法についてのみ図示し
たが、定盤温度による定盤１０の形状の変化と組み合わ
せれば、テーパの符号を（−）にすることができる。

【００２４】本実施例の研磨装置の効果を確認するため
に、以下の試験を行った。

【００２５】研磨パッド１４として、市販のポリシング
用クロスを使用し、研磨液として、市販の次亜塩素酸系
研磨剤を超純水に溶かした溶液を使用した。また、研磨
プレート１６として、直径４８５ｍｍの円板状のセラミ
ック板を使用し、この研磨プレート１６に４インチ径の
ＧａＡｓウエハを６枚貼り付けた。また、加圧ヘッド１
２として、加圧ヘッド１２の下面の中心と周縁の高さの
差が約１０μｍになるように下面が湾曲した形状の加圧
ヘッドを使用した。定盤１０および研磨プレート１６の
回転数を共に６３ｒｐｍ、定盤温度を１９℃とし、研磨
プレート１６に加える荷重を変えて、それぞれ３分間ポ
リシングを行った。定盤温度は、水冷ジャケットの内部
に一定温度の冷却水を流すことにより調節した。

【００２６】この実施例における荷重に対するテーパの
変化を図８に示す。この図に示すように、荷重１０〜１
００ｋｇの範囲で、テーパは−０．８μｍから＋４．０
μｍまで変化し、その後の仕上げポリシングにおけるテ
ーパの変化に対し、柔軟な対応が可能であった。しかも
荷重の設定は、加圧用エアシリンダ２２の圧力を調整す
るだけであるため、即座に行うことができた。

【００２７】また、本実施例の研磨装置による効果を確
認するために、以下の比較例の試験も行った。

【００２８】（比較例１）研磨パッド１４として、市販
のポリシング用クロスを使用し、研磨液として、市販の
次亜塩素酸系研磨剤を超純水に溶かした溶液を使用し
た。また、研磨プレート１６として、直径４８５ｍｍの
円板状のセラミック板を使用し、この研磨プレート１６
に４インチ径のＧａＡｓウエハを６枚貼り付けた。定盤
１０および研磨プレート１６の回転数を共に６３ｒｐ
ｍ、研磨プレート１６に加える荷重を２０ｋｇとし、定
盤温度を変えて、それぞれ３分間ポリシングを行った。
定盤温度は、水冷ジャケットの内部に一定温度の冷却水
を流すことにより調節した。

【００２９】この比較例における定盤温度に対するテー
パの変化を図９に示す。この図に示すように、定盤温度
７〜１９℃の範囲におけるテーパの変化は、僅か−２．
０〜−１．３μｍであった。また、冷却水の温度を変え
てから定盤温度が安定するまでは、少なくとも３０分以
上の時間を要した。

【００３０】（比較例２）研磨パッド１４として、市販
のポリシング用クロスを使用し、研磨液として、市販の
次亜塩素酸系研磨剤を超純水に溶かした溶液を使用し
た。また、研磨プレート１６として、直径４８５ｍｍの
円板状のセラミック板を使用し、この研磨プレート１６
に４インチ径のＧａＡｓウエハを６枚貼り付けた。定盤
１０および研磨プレート１６の回転数を共に６３ｒｐ
ｍ、研磨プレートに加える荷重を１００ｋｇとし、定盤
温度を変えて、それぞれ３分間ポリシングを行った。定
盤温度は、水冷ジャケット内部に一定温度の冷却水を流
すことにより調節した。

【００３１】この比較例における定盤温度に対するテー
パの変化を図９に示す。この図に示すように、定盤温度
７〜１９℃の範囲におけるテーパの変化は、僅か＋２．
０〜＋２．５μｍであった。また、冷却水の温度を変え
てから定盤温度が安定するまでは、少なくとも３０分以
上の時間を要した。

【００３２】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、加圧
ヘッドの形状によって研磨プレートを撓ませ、更に研磨
パッドに押し付ける荷重によってその撓み量を変えるこ
とにより、ウエハのテーパを制御するので、定盤の形状
に依らずに、精度良く且つ迅速にウエハのテーパを制御
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の研磨装置によりポリシングしたウエハの
テーパの符号を説明する図。

【図２】定盤温度が高い場合と低い場合のウエハのテー
パの度合いを説明する図。

【図３】本発明による研磨装置の一実施例として半導体
ウエハのポリシングに使用する研磨装置を概略的に示す
図であり、（ａ）は研磨装置の概略側面図、（ｂ）は研
磨プレートにウエハを貼り付けた状態を示す平面図。

【図４】図１の研磨装置の加圧ヘッドを概略的に示す図
であり、（ａ）は加圧ヘッドおよび加圧用エアシリンダ
を概略的に示す図、（ｂ）は加圧ヘッドの下面を示す
図。

【図５】図１の研磨装置の研磨プレートを示す図。

【図６】図１の研磨装置の研磨プレートが加圧ヘッドに
保持された状態を示す図。

【図７】図１の研磨装置を使用してウエハをポリシング
する際の加圧ヘッドに加える荷重とウエハのテーパとの
関係を示す図。

【図８】図１の研磨装置を使用してウエハをポリシング
した場合の加圧ヘッドに加える荷重に対するウエハのテ
ーパの変化を示す図。

【図９】比較例の研磨装置を使用してウエハをポリシン
グした場合の定盤温度に対するウエハのテーパの変化を
示す図。

【符号の説明】

１０定盤１２加圧ヘッド１４研磨パッド１６研磨プレート１６ａ溝部１８ウエハ２０研磨液ノズル２２加圧用エアシリンダ２４保持具２４ａ係合爪

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者大森秀美東京都千代田区丸の内一丁目８番２号同和鉱業株式会社内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AB01 AB04 BA05 BB04 BC01 CA01 CB01 DA12 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧ヘッドに保持されたプレートに固定
された被研磨体を、定盤上の研磨パッドに押し付けて、
定盤またはプレートを回転させることにより研磨する研
磨装置において、プレートに対向する加圧ヘッドの面を
凸状に湾曲した面に形成したことを特徴とする研磨装
置。
【請求項２】前記被研磨体を研磨する際に、前記加圧
ヘッドが前記プレートを押圧して撓ませることを特徴と
する、請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】前記加圧ヘッドが前記プレートに加える
荷重を調節して前記プレートの撓み量を調節することを
特徴とする、請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】前記加圧ヘッドの周縁部に、前記プレー
トの周縁部を保持する保持具を設けたことを特徴とす
る、請求項１乃至３のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項５】前記プレートがセラミック製プレートで
あることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記
載の研磨装置。
【請求項６】前記プレートがアルミナ製プレートであ
ることを特徴とする、請求項５に記載の研磨装置。
【請求項７】前記被研磨体を研磨する際に前記研磨パ
ッド上に研磨液を供給する手段を設けたことを特徴とす
る、請求項１乃至６のいずれかに記載の研磨装置。
【請求項８】前記被研磨体が半導体ウエハであること
を特徴とする、請求項１乃至７のいずれかに記載の研磨
装置。