JP2004311506A

JP2004311506A - Wafer polishing device, its polishing head, and method of polishing wafer

Info

Publication number: JP2004311506A
Application number: JP2003099286A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Tsuchiya; 敏弘土屋; Junichi Ueno; 淳一上野; Hiromasa Hashimoto; 浩昌橋本; Toshimasa Kubota; 俊昌久保田; Takahiro Matsuda; 隆宏松田
Original assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Shin Etsu Engineering Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Handotai Co Ltd; Shin Etsu Engineering Co Ltd
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wafer polishing device that can uniformly polish the surface of a wafer having high flatness without destroying the shape of the wafer by not performing pressure adjustment on a polishing cloth nor using any hard wafer holding board. <P>SOLUTION: The wafer polishing device has a hollow polishing head main body 74 which is disposed perpendicularly to the polishing head axial line D of the driving shaft 73 of a polishing head 72, and has an opened lower end and an elastic body (soft holding layer) 76 which is provided in the main body 74 also perpendicularly to the axial line D. The main body 74 is constituted of a disk-like top board 78 and a cylindrical peripheral wall 80 fixed to the outer periphery of the board 78. The top board 78 is coaxially fixed to the driving shaft 73 of a head driving mechanism not shown in the figure. The outer periphery of the disk-like elastic body 76 is fixed by the peripheral wall 80 etc. The wafer W is polished while the wafer W is held by the elastic body (soft holding layer) 76. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウエーハの研磨技術に関し、特にウエーハ表面の研磨量（研磨代）が均一になるように研磨することができるウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びに研磨方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体ウエーハ等を鏡面研磨する工程では、ウエーハ研磨装置が用いられるが、例えば、片面研磨方式のウエーハ研磨装置としては、図１４に示す構造のものが広く知られている。図１４は従来のウエーハ研磨装置の１例を示す要部の断面的概略説明図である。図１４において、１０はウエーハ研磨装置で、被研磨体であるウエーハＷをその被研磨面を下向きにした状態で着脱自在に保持する研磨ヘッド本体１６を有する研磨ヘッド１８と、研磨ヘッド本体１６に保持されるウエーハＷに対向するように配置されてウエーハＷの直径よりもかなり大きな径を有する研磨布１２を貼り付けた回転可能な研磨定盤１４と、ウエーハＷの外周縁を保持するリテーナリング２０とを備え、研磨に際しては研磨布１２上に研磨剤供給管２２から研磨剤２４を供給するとともにウエーハＷの一面をバッキングパッド２６等（合成樹脂やセラミックス、弾性体等で保持する場合もある）を介して研磨ヘッド本体１６の保持面１６ａに保持し、この研磨ヘッド１８を加圧しウエーハの他面を研磨布１２に押圧して研磨するものである。研磨定盤１４は駆動軸２８を介して基台に支持されるとともに定盤駆動機構により回転駆動される。一方、研磨ヘッド１８は駆動軸２９を介して研磨ヘッド駆動機構により回転駆動される。また、上記リテーナリング２０を具備しない構成のウエーハ研磨装置も従来から用いられている。
【０００３】
このような鏡面研磨ウエーハの製造に用いられる研磨装置には種々の形態が開発されているが、多くは研磨装置における保持方法（研磨ヘッド、更にはウエーハ保持手段）の改良であり、バッキングパッド等の軟質保持面でウエーハを保持するものや、真空吸着、さらにはテンプレート（ガイドリングやリテーナリングともいわれる）の改良が行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ウエーハ保持部材の下方開口部に配設される可撓性の薄板のウエーハ吸着保持板でウエーハを吸着支持すると共に、ウエーハ保持部材をハウジングに伸縮性の筒状部材と高可撓性の支持部材で垂下支持し、密閉室内に所定の圧力の圧縮空気を導入しウエーハ保持部材の自重の影響をなくし、均一な空気圧のみによりウエーハの研磨を行う研磨ヘッドが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、ワークを真空吸着保持する多数の貫通孔を有するワーク保持盤本体を具備した研磨用ワーク保持盤において、保持盤本体の保持面が、保持面に塗布された熱硬化性樹脂を熱硬化させた皮膜で被覆され、かつ皮膜の表面が研磨されたものとした研磨ヘッド（ウエーハ保持方法）に関する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、ポリッシング対象物である半導体ウエーハを保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、半導体ウエーハを保持するトップリング本体と、トップリング本体に固定されるか又は一体に設けられ半導体ウエーハの外周縁を保持するリテーナリングと、トップリング本体内に設けられるとともに弾性膜で覆われ流体が供給される流体室とを備え、流体室内に加圧流体を供給することにより半導体ウエーハを弾性膜を介して研磨面に押圧し、トップリング本体に押圧力を加えることによりリテーナリングを研磨面（研磨布）に押圧するようにした研磨ヘッドが開示されている。
【０００７】
その他にも、特許文献４では、ウエーハの外周部がウエーハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態に保持する研磨ヘッドや、特許文献５ではキャリアを押圧する第１空間部及びリテーナリングを押圧する第２空間部を有し、第１、第２空間部に圧力エアを供給して弾性シートの中央部と外周部とを弾性変形させてキャリアとリテーナリングを研磨定盤に押し付ける技術などが開示されている。
【０００８】
このような様々な形態の研磨装置のうち、例えば、研磨ヘッドに中空の研磨ヘッド本体と、研磨ヘッド本体内に水平に張られた弾性体（軟質層、ダイヤフラムなどと言われることもある）と、弾性体の下面に固定されたセラミック製のウエーハ保持盤（キャリアなどと呼ばれることもある）とを有し、弾性体によって画成された空気室へ、シャフトを通じて加圧空気源から加圧空気を供給することにより、ウエーハ保持盤を下方へ押圧できるフローティングヘッド構造になっているものは、研磨布に対するウエーハの当接圧力が均一化できる利点を有し、ウエーハ面内で研磨代（研磨量）を均一に研磨したい場合に主に用いられる。
【０００９】
この時、ウエーハ保持盤の外周には同心状にリテーナリング（ガイドリングなどとも呼ばれる）が配置され、リテーナリングの下端はウエーハ保持盤よりも下方に突出し、これにより、ウエーハ保持盤の下面に付着されたウエーハの外周を保持することで、研磨中のウエーハがウエーハ保持盤から外れる不具合が防止でき、またウエーハをリテーナリングで囲み、このリテーナリングの下端をウエーハ下面と同じ高さで研磨することにより、ウエーハ外周部での研磨量がウエーハ中央部よりも大きくなる現象が防止できるとされている。
【００１０】
ところで、従来は、前述のように、リテーナリングの下端面をウエーハの研磨面とほぼ同一平面上に配置さえしておけば、ウエーハ外周部の過研磨が防止できると考えられていたため、従来の研磨装置では、研磨布に対するリテーナリングの当接圧力が、研磨布に対するウエーハ保持盤の押圧圧力より高い圧力でリテーナリングが加圧されていた。例えば、このリテーナリングの当接圧力はウエーハ保持盤の押圧圧力の２倍以上となるように設定されていた。これはリテーナリングの当接圧力を高くしておいた方が、ウエーハ外周の保持が確実になるためである。
【００１１】
しかし、研磨布の材質等によっては、リテーナリングに当接した箇所の内周縁に沿って研磨布が局部的に盛り上がり、この盛り上がり部分によってウエーハの外周部が過剰に研磨され、ウエーハの研磨均一性が阻害されるという問題が生じた。
【００１２】
このような問題に対し特許文献６で開示されているように、リテーナリングの研磨布に対する当接力を従来より弱い適切値にすることによって、前記研磨布の波打ち変形を防ぎ、ウエーハ外周部の過研磨を抑えるものもある。具体的にはリテーナリングに圧力を与える弾性体の受圧幅と、前記リテーナリングの前記研磨布への当接面積との比を調整することにより、ウエーハ研磨時における前記研磨布に対する前記リテーナリングの当接圧力と、前記研磨布に対する前記ウエーハ保持盤の押圧力との比を調整するものである。つまり、リテーナリングにより研磨布を押圧して間接的にウエーハの外周部形状を制御しようとするものである。
【００１３】
また、別の形態のウエーハ研磨装置も開発されている。例えば、特許文献７に開示されているようにウエーハ裏面のウエーハ支持部の最外周部分に圧力を付加するものや、さらに特許文献８に開示してあるようにウエーハ保持面をいくつかの領域に分けて加圧する機構を有するものもある。これは、ウエーハの裏面から直接、ウエーハを加圧しウエーハの形状を制御するものである。
【００１４】
【特許文献１】
特開平７−１７１７５７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１９８０６９号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１３６５３号公報
【特許文献４】
特開平８−２５７８９３号公報
【特許文献５】
特開平１１−４２５５０号公報
【特許文献６】
特開平８−２２９８０４号公報
【特許文献７】
特開平８−３３９９７９号公報
【特許文献８】
特開平９−２２５８２１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
ウエーハに対して複数段で行われる研磨工程のなかで主に１次研磨工程でウエーハは高平坦度に加工される。従って、１次研磨工程あがりの高平坦度のウエーハを均一に研磨するため、２次研磨工程、仕上げ研磨工程では、ウエーハの研磨量（研磨代、取り代ということがある）がウエーハ面内で均一であることが好ましい。このようなウエーハの研磨量を均一にする研磨（以下均一研磨ということがある）においては、最も形状が崩れやすいのがウエーハ外周部である。このウエーハ外周部の形状が崩れないようにする為にも上記のような構成をしたリテーナリングを用いた研磨ヘッドやウエーハ裏面に加圧機構を設けた研磨ヘッドが用いられている。しかし、このような従来のリテーナリングにより研磨布を押圧してウエーハの外周部形状を制御するものや、ウエーハの裏面を直接加圧しウエーハの形状を制御するものでは、以下のような問題があった。
【００１６】
例えば、図１１に概略的に示すようなリテーナリング３２を用い、研磨布３４への押圧力を調整する形態のウエーハ研磨装置３０では、ウエーハＷの形状、特にウエーハ外周部の形状を制御できるものの、図示したごとくリテーナリング３２による加圧によって研磨布３４が押しつぶされるなどの研磨布３４への影響も大きく、研磨布３４に対してより細かな調整が必要である。従って、研磨布３４をある程度限定して使用する必要があった。また、このウエーハ研磨装置３０においては、リテーナリング３２の押圧力と研磨圧力（ウエーハを押圧する圧力）とのばらつきなど僅かな圧力の変化や調整のずれによりウエーハ形状が敏感に変化しやすく、さらには硬い研磨布などでは効果が少ないなどの問題があった。
【００１７】
図１１において、３６は研磨ヘッドで、研磨ヘッド本体３５を有し、該研磨ヘッド本体３５の下面はウエーハ保持面３５ａとなっている。３８は該研磨ヘッド本体３６に設けられかつ研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構である。４０はリテーナリング３２に設けられかつリテーナリング３２の研磨布３４への押圧力を調整する第２の圧力調整機構であり、エアーバック等によって形成される。
【００１８】
また、図１２に示すようなウエーハＷの裏面から軟質保持部材６２を介してウエーハＷの外周部に直接圧力を加え形状を制御するウエーハ研磨装置５０の場合には、加圧部品の精度不良等の影響が出やすく、加圧部品に形状不良があった場合、それがウエーハＷの形状に転写してしまうことがある。また加圧変動により研磨量（研磨代）が変化してしまい研磨量（研磨代）を均一にする研磨としては好ましくない。特にウエーハＷの裏面を押す圧力に敏感に影響する為、均一研磨が崩れやすく、複数の研磨ヘッドを有する研磨装置では、研磨ヘッド間のばらつきも大きくなるという問題があった。
【００１９】
図１２において、５２は研磨ヘッドで、研磨ヘッド本体５４を有している。５６はガイドリング（リテーナリング）、５８は研磨布、６０は研磨ヘッド本体５４と軟質保持部材６２との間に形成された流体室、６４は流体室６０を介して研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構、６６は軟質保持部材６２の外周部に設けられかつウエーハＷの裏面外周部を押圧する第２の圧力調整機構であり、エアーバック等によって形成される。
【００２０】
本発明は、このようなリテーナリングで研磨布の圧力調整を行うことなくウエーハ外周部まで平らなウエーハを製造する技術を提供することを第１の目的とする。
【００２１】
また、セラミックス等の硬質のウエーハ保持盤（キャリア）を用いた場合、研磨代を面内で均一にする均一研磨は難しく、軟質部材でウエーハを保持することが好ましい。しかし、このような保持形態であるとウエーハ外周部は研磨圧力が逃げてしまい外周がハネ形状になってしまう傾向にあった。
【００２２】
本発明は、セラミックス等の硬質のウエーハ保持盤は用いず、軟質層（弾性体）により保持する形態の研磨装置において、高平坦度なウエーハを製造することのできるウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供することを第２の目的とする。
【００２３】
本発明は、特に高平坦度のウエーハの形状を崩さずに、均一にウエーハ面内を研磨できるウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供することを第３の目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るウエーハ研磨装置の第１の態様は、表面に研磨布が貼付された定盤と、研磨すべきウエーハの一面を保持して前記研磨布に該ウエーハの他面を当接させる１または２以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動することにより前記研磨布で該ウエーハの他面を研磨するヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、該ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体にヘッド軸線に対し直交するように設けられた弾性体とを有し、前記弾性体と前記研磨ヘッド本体との間に形成された流体室を介して研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、前記弾性体はウエーハ保持領域より大きく形成され、ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体の部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有することを特徴とする。
【００２５】
本発明に係るウエーハ研磨装置の第２の態様は、表面に研磨布が貼付された定盤と、研磨すべきウエーハの一面を保持して前記研磨布に該ウエーハの他面を当接させる１または２以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動することにより前記研磨布で該ウエーハの他面を研磨する研磨ヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、該ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられかつウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体と、該弾性体の上面側に設けられたバックアップフランジとを有し、該弾性体と該バックアップフランジとの間に形成された第１の流体室により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、該バックアップフランジと該研磨ヘッド本体との間に形成された第２の流体室を介して該バックアップフランジ下面外周部に形成された凸部により、前記ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体の部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有することを特徴とする。
【００２６】
このように、本発明のウエーハ研磨装置においては、軟質部材（弾性体）によりウエーハを保持する研磨ヘッドを用い、この研磨ヘッドによってウエーハが実際に存在する領域よりも外側の軟質部材部をウエーハ裏面とは独立して加圧することにより、安定した均一研磨を行うことができる。
【００２７】
本発明のウエーハ研磨装置においては、このような軟質部材（弾性体）によりウエーハを保持する研磨ヘッドを用い、ウエーハが実際に存在する領域よりも外側の軟質部材部分をウエーハ裏面とは独立して加圧する機構、つまりウエーハより外側の位置での圧力制御を行うことにより、圧力がばらついても、過剰にウエーハ形状に影響せず、均一な研磨ができ、部品（第２の圧力制御機構）などの設置精度等の影響も受けづらく、形状制御が行いやすいという利点がある。
【００２８】
なお、本発明のウエーハ研磨装置において、ウエーハが研磨中に飛び出さないようにウエーハを保持するとともにウエーハの保持位置を正確にあわせるためのガイドリングを設定しても良い。このガイドリングは弾性体等に直接貼付するなどすれば良く、特にウエーハ外周部を保持することができれば充分であり、その設置形態は特に限定するものではないが、その厚さは研磨されるウエーハよりも薄く設定するのが好ましい。このガイドリングは従来のリテーナリングと同様の構成であるが、本発明のウエーハ研磨装置では特に研磨布を押圧するような機構は有せず、単にウエーハを保持する目的のみに用いられている。従来のウエーハ研磨装置におけるようなリテーナリングを独立させて稼動させるような複雑なリテーナリングの調整機構は設けていないし、設ける必要もない。
【００２９】
また、本発明装置では弾性体表面でウエーハを保持する形態であるが、この弾性体表面に更にバッキングパッドを貼付して、その状態でウエーハを保持しても良い。弾性体のみでも良いが、ウエーハ裏面へのキズの防止等を考慮すると、研磨布として使われているような材質の部材でウエーハを保持した方が好ましい。
【００３０】
本発明のウエーハ研磨装置の研磨ヘッドは、このようにウエーハ支持領域より外側の領域の圧力を調整して研磨できるウエーハ研磨装置に用いられ、ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために該研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられかつウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体と、該弾性体の上面側に設けられたバックアップフランジとを有し、該弾性体と該バックアップフランジとの間に形成された第１の流体室により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置の研磨ヘッドであって、該バックアップフランジと該研磨ヘッド本体との間に形成された第２の流体室を介して該バックアップフランジ下面外周部に形成された凸部により、前記ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体の部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有することを特徴とする。
【００３１】
また、本発明の研磨ヘッドにおいても、前述した本発明のウエーハ研磨装置の場合と同様に、ウエーハ保持部にはガイドリングおよびウエーハを保持する側の弾性体表面にはバッキングパッドを設けてよいことはいうまでない。
【００３２】
このような本発明の研磨ヘッドを用いることにより、ウエーハ支持領域より外側の弾性体部分の圧力を容易に調整して研磨することができ、安定した均一研磨を行うことができる。
【００３３】
本発明のウエーハ研磨方法は、ウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体によりウエーハを保持して研磨する研磨方法であって、該ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体の部分の圧力を調整しつつ研磨することを特徴とする。本発明方法は本発明装置を用いることによって効果的に実施することができる。
【００３４】
【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に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００３５】
図１は本発明のウエーハ研磨装置の第１の実施形態を示す要部の断面的概略説明図である。図２は本発明のウエーハ研磨装置の第２の実施形態を示す要部の断面的概略説明図である。図３は本発明のウエーハ研磨装置の第３の実施形態を示す要部の断面的概略説明図である。図４は本発明のウエーハ研磨装置の第４の実施形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【００３６】
図１に示した本発明に係るウエーハ研磨装置７０の全体構造は、図１４の従来例で示したウエーハ研磨装置１０とほぼ同様の構造であり、再度の詳細な説明は省略するが、図１４とともに簡単に説明すれば、円盤状の定盤（図１４では符号１４、図１では省略）が水平に設置され、この定盤は定盤駆動機構により軸線回りに回転されるようになっており、その上面には全面に亙って研磨布（図１４では符号１２、図１では符号９０）が貼付されている。
【００３７】
該定盤の上方には、不図示の複数の支柱を介してヘッド駆動機構が固定され、このヘッド駆動機構には定盤と対向する複数台の研磨ヘッド（図１４では符号１８、図１では符号７２）が設けられている（図１４では研磨ヘッドを１台のみ図示）。本発明のウエーハ研磨装置７０においては、従来の研磨ヘッド１８とは異なる新規な研磨ヘッド７２が用いられる点において図１４に示した従来のウエーハ研磨装置１０とは明確に異なるものである。
【００３８】
次に、本発明の研磨ヘッド及び２つの異なる圧力調整機構を有する従来の形態の研磨ヘッドを図１〜４及び図１１、図１２を参照してその違いを説明する。これらの図はそれぞれの研磨ヘッドの主要構成部分を誇張して記載したものであり、寸法は実際のものと異なる。
【００３９】
本発明のウエーハ研磨装置７０における研磨ヘッド７２は、図１に示すように、研磨ヘッド７２の駆動軸７３の研磨ヘッド軸線Ｄと直交するように配置されかつ下端が開口する中空の研磨ヘッド本体７４と、この研磨ヘッド本体７４の内部に同様に研磨ヘッド軸線Ｄと直交するように設けられた弾性体（軟質保持層）７６とを有する。研磨ヘッド本体７４は円板状の天板部７８と、この天板部７８の外周に固定された円筒状の周壁部８０とから構成され、天板部７８は不図示のヘッド駆動機構の駆動軸７３に同軸に固定されている。
【００４０】
円板状の弾性体７６の外周部は周壁部８０等によって固定されている。弾性体７６は各種ゴム等の弾性材料で形成されたものであり、主にウレタン系のゴムが好適である。この弾性体７６の厚さは特に限定するものではないが、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚さであれば、圧力の制御等も行いやすい。このような弾性体（軟質保持層）７６にウエーハＷが保持され研磨される。
【００４１】
なお、研磨を行う場合には、弾性体７６の下面に、不図示のバッキングパッドを介してウエーハＷが付着される構成を採用してもよい。バッキングパッドは、不織布等の吸水性を有する材質で形成され、水分を吸収すると、表面張力でウエーハを吸着することができる。このバッキングパッドの材質としては各種スエード等が挙げられ、更にバッキングパッドにはガラスエポキシ板の薄板および上記弾性体との接着の為の接着層などが形成されていても良い。このバッキングパッドの好ましい厚さは０．４〜０．６ｍｍ程度である。
【００４２】
また、ウエーハＷが研磨中に飛び出さないようにウエーハＷを保持するガイドリング８２を設置する。ガイドリング８２はガラスエポキシ板やＰＥＥＫ材からなる幅１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の部材でウエーハＷの径より内径が０．５ｍｍ〜１ｍｍ大きいリング状の部材である。その厚さは特に限定するものではないが、ウエーハＷの研磨面より若干薄めに設定すれば良い。
【００４３】
上述した構造の研磨ヘッド７２の駆動軸７３には流路８４が形成されており、研磨ヘッド本体７４と弾性体７６との間に画成された流体室８６は、流路８４を通じて第１の圧力調整機構８８に接続されている。そして、第１の圧力調整機構８８で流体室８６内の流体圧力を調整することにより、弾性体７６が上下に変位して研磨布９０へのウエーハＷの押圧圧力（研磨圧力）を調整する。なお、流体としては一般に空気を使用すれば十分である。
【００４４】
図１において、９２はウエーハＷの直径より外側の領域を押圧する第２の圧力調整機構であり、エアバッグ等によって形成される。この第２の圧力調整機構９２によってウエーハＷの保持領域７６ａより外側に位置する弾性体７６の部分７６ｂの圧力を調整することによって、ウエーハ形状を制御するものである。
【００４５】
この第２の圧力調整機構９２としては、図１に示したようなエアバッグ等を用いることができるが、その他の機構を用いることも可能であり、図２に別の機構を用いた研磨ヘッドを具備した研磨装置を示して説明する。図２において、本発明のウエーハ研磨装置１００の研磨ヘッド１０２は、研磨ヘッド本体１０４と、ウエーハＷの直径以上の面積を持つウエーハ保持用の弾性体１０６を有し、該弾性体１０６とバックアップフランジ１０８との間に形成された第１の流体室１１０により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構１１２を有している。
【００４６】
該バックアップフランジ１０８の上面には第２の流体室１１４が形成されており、バックアップフランジ１０８の下面外周部に形成された凸部１０８ａにより、ウエーハ保持領域１０６ａより外側の部分１０６ｂの圧力を調整可能とする第２の圧力調整機構１１６が設けられている。１１８はウエーハＷが研磨中飛び出さないようにその側部を保持するガイドリングである。１１９は研磨布である。
【００４７】
上記した第２の圧力調整機構の別の例を図３によって説明する。図３において、本発明のウエーハ研磨装置１２０の研磨ヘッド１２２は、図２の例と同様に、研磨ヘッド本体１２４と、ウエーハＷの直径以上の面積を持つウエーハ保持用の弾性体１２６を有し、該弾性体１２６とバックアップフランジ１２８との間に形成された第１の流体室１３０により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構１３２を有している。
【００４８】
該バックアップフランジ１２８の上面には第２の流体室１３４が形成されており、バックアップフランジ１２８の下面外周部に形成された凸部１２８ａにより、ウエーハ保持領域１２６ａより外側の部分１２６ｂの圧力を調整可能とする第２の圧力調整機構１３６が設けられている。ウエーハＷはウエーハ直径と同程度の直径のバッキングパッド１３８に保持され、バッキングパッド１３８はウエーハ直径よりも大きな面積をもつ弾性体１２６に貼付されている。
【００４９】
弾性体１２６は、図３の例ではバックアップフランジ１２８の外周部に形成された凹部１２８ｂに嵌着固定されている。バックアップフランジ１２８の外周下部には凸部１２８ａが形成されており、バックアップフランジ１２８と弾性体１２６の間に第１の流体室１３０を形成している。
【００５０】
バックアップフランジ１２８の上部には、研磨ヘッド本体１２４の天板部１２４ａなどにより形成された第２の流体室１３４が設けられている。この第２の流体室１３４に流体を流すことで、バックアップフランジ１２８の凸部１２８ａを通じ、弾性体１２６のウエーハ支持領域１２６ａより外側の部分１２６ｂの圧力は調整可能となっている。研磨圧力は、第１の流体室１３０に流体を流すことで調整している。
【００５１】
このようなウエーハ保持構成体の外側には、ウエーハＷを保持するためのドーナツ状のガイドリング１３９が、研磨ヘッド本体１２４の構成の一部として設置されている。ガイドリング１３９の下部にはＬ字状に内方に突出した保持片１３９ａが設けられ、ウエーハＷを保持することができる構成となっている。
【００５２】
上記したガイドリングやバッキングパッドの形状は図３の例に限定されるものではなく、その他の形状の例を図４を用いて説明する。図４のウエーハ研磨装置１２０ａはガイドリング及びバッキングパッド等の形状が異なる以外は図３の例と同様であるので、同一の部材については図３で用いた符号と同一の符号を用いて説明する。
【００５３】
図４でウエーハＷはウエーハ直径より大きなバッキングパッド１３８（図４の例ではウエーハ直径より大きい場合を示したが、必ずしもウエーハ直径より大きくする必要はない）に保持され、バッキングパッド１３８はウエーハ直径よりも大きな面積をもつ弾性体１２６に貼付されている。
【００５４】
弾性体１２６はバックアップフランジ１２８の外周部に形成された凹部１２８ｂに嵌着固定されている。バックアップフランジ１２８の外周下部には凸部１２８ａが形成されており、バックアップフランジ１２８と弾性体１２６の間に第１の流体室１３０を形成している。バックアップフランジ１２８の上部には、研磨ヘッド本体１２４の天板部１２４ａなどにより形成された第２の流体室１３４が設けられている。
【００５５】
この第２の流体室１３４に流体を流すことで、バックアップフランジ１２８の凸部１２８ａを通じ、弾性体１２６のウエーハ支持領域１２６ａより外側の部分１２６ｂの圧力は調整可能となっている。研磨圧力は、第１の流体室１３０に流体を流すことで調整している。このようなウエーハ保持構成体の外側には、ウエーハＷを保持するためのドーナツ状の薄板（ガイドリング）１３９がバッキングパッド１３８に貼付されている。この図４の構成であっても図３の場合と同様の作用効果を達成することができる。
【００５６】
従来のウエーハ研磨装置においては、例えば、図１１の概略図に示すように、一般的にリテーナリングと呼ばれるリング３２をウエーハＷの外周部に設け、このリテーナリング３２の圧力を調整するための第２の圧力調整機構４０を有する研磨ヘッド３６を用いていた。この従来の研磨装置３０は、リング３２の押圧状態を変化させ、研磨布３４を押圧することで間接的にウエーハ形状を制御するもので、本発明のウエーハ研磨装置とは構成及び作用効果の点で大きく異なるものである。
【００５７】
また、従来の別な形態のウエーハ研磨装置としては、例えば、図１２の概略図に示すように、研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構６４のほかに、ウエーハ裏面の外周位置を直接押圧する第２の圧力調整機構６６を用いてウエーハ形状を制御するものもある。この従来の研磨装置５０は、研磨ヘッド５２の形態は本発明の研磨装置と似ているものの、ウエーハ押圧位置が異なりその構成及び作用効果は本発明の研磨装置と大きく異なっている。
【００５８】
次に、本発明のウエーハの研磨方法について説明する。上記した本発明のウエーハ研磨装置によりウエーハ研磨を行うには、まず、研磨布と各ウエーハ保持部にウエーハを配置するとともに、研磨布に当接させ、定盤を回転させると共に、研磨ヘッドを定盤に対し遊星回転させることで研磨する。
【００５９】
本発明の研磨方法を実施するに際しては、研磨布に対するウエーハの当接圧力（ウエーハ保持盤押圧圧力：第１の圧力制御機構で制御する圧力）を１０ｋＰａ〜４０ｋＰａ、より好ましくは２０ｋＰａ〜３０ｋＰａに設定すると良い。
【００６０】
また、ウエーハ外周部の押圧力制御（第２の圧力制御機構で制御する圧力）は、当接圧力（研磨圧力）と同等から（当接圧力＋６ｋＰａ）程度、より好ましくは（当接圧力＋２ｋＰａ）〜（当接圧力＋４ｋＰａ）に設定すると良い。
【００６１】
なお、研磨布としては特に限定するもではなく１層型の研磨布でも多層型の研磨布であってもよい。例えば、発泡ポリウレタンまたは不織布が好適に用いられる。均一研磨を行なう場合には、多層の不織布が主に用いられる。
【００６２】
次に、本発明の研磨装置で得られるウエーハ形状と従来の研磨装置で得られるウエーハ形状の代表的な形状の一例を示す。
【００６３】
先ず、図１３に示すような従来の研磨ヘッドを有する研磨装置の例を示す。図１３の研磨装置の研磨ヘッドは、図１１および図１２で示したような従来の第１及び第２の圧力調整機構を両方とも具備した研磨ヘッドである。つまり、研磨布を押圧することのできる第２の圧力調整機構とウエーハ裏面を直接押圧する第１の圧力調整機構を有している。
【００６４】
特に本発明との効果の違いが明確になるように、ウエーハ外周部の圧力を調整する第２の圧力調整機構は、本発明の研磨ヘッドの構成と一致させ、圧力をかける部分のみ異なるようにしている。なお、図１３のウエーハ研磨装置１５０においては、図３と同一部材については同一の符号を用いて説明する。
【００６５】
つまり、図１３に示した研磨装置１５０の研磨ヘッド１２２では、ウエーハＷはウエーハ直径と同程度の直径のバッキングパッド１３８に保持され、バッキングパッド１３８はウエーハ直径と同程度の面積をもつ弾性体１２６に貼付されている。
【００６６】
この弾性体１２６の形状が本発明装置と大きく異なる。弾性体１２６は、図１３の例ではバックアップフランジ１２８の外周部に形成された凹部１２８ｂに嵌着固定されている。このバックアップフランジ１２８の外周下部には凸部１２８ａが形成されており、バックアップフランジ１２８と弾性体１２６の間に第１の流体室１３０を形成している。
【００６７】
バックアップフランジ１２８の上部には、例えば、天板部１２４ａなどにより形成されている第２の流体室１３４が設けられている。この第２の流体室１３４に流体を流すことで、バックアップフランジ１２８の凸部１２８ａを通じ、弾性体１２６のウエーハＷが存在する領域の外周部分１２６ｃの圧力が調整可能となっている。研磨圧力は、第１の流体室１３０に流体を流すことで調整している。
【００６８】
更に、このようなウエーハ保持構成体の外側には、ウエーハを保持するためのドーナツ状のリテーナリング（ガイドリング）１３９が配置されている。このリテーナリング１３９は、その上面にエアバッグ等の押圧手段１４０が設置されるとともに研磨ヘッド本体と独立して動くように構成されており、ウエーハＷを保持すると共に研磨布１４２を押圧できる機構となっている。
【００６９】
図１３に示したような研磨ヘッド１２２を具備する研磨装置１５０を用い、図８（ａ）の鳥瞰図に示すような形状の１研磨あがりのウエーハを研磨した場合、図８（ｂ）の鳥瞰図に示すようなウエーハ形状に研磨される。この時の研磨量（取り代）の分布をウエーハ面内で確認した。
【００７０】
図９は初期（研磨前）のウエーハ厚さと研磨後のウエーハ厚さを測定し、その差を取って示したものであり、図１０に示したようにウエーハＷの外周部（外周３ｍｍの位置）で４°間隔（ノッチ部を０°）で周方向に評価した値（図９（ａ））と径方向に３ｍｍ間隔で測定した値（図９（ｂ））を示す。
【００７１】
図１０において、ＮはウエーハＷのノッチ部、Ａは周方向評価のための走査方向（外周３ｍｍの位置の測定）及びＢは径方向評価のための走査方向をそれぞれ示す。
【００７２】
図９を見るとわかるように、研磨装置１５０による研磨によればウエーハの径方向では均一に研磨されているものの、ウエーハの周方向の研磨代は、場所により異なり、部分的に均一研磨ができていないことが示されている。
【００７３】
次に、図１に示すような本発明の研磨ヘッドを具備した研磨装置７０を用いて研磨したときの、ウエーハ形状の一例を図５に示す。図５（ａ）は１研磨あがり（本発明の研磨装置による研磨前）のウエーハの鳥瞰図、図５（ｂ）は本発明の研磨装置を用いて研磨した後の鳥瞰図である。この時の研磨量（取り代）の分布を上記と同様に周方向（図６（ａ））及び径方向（図６（ｂ））で確認したところ、周方向及び径方向とも均一に研磨されていることがわかった。
【００７４】
従来のリテーナリングにより研磨布を押圧してウエーハの外周部形状を制御するものや、ウエーハの裏面を直接加圧しウエーハの形状を制御するもの、およびその組み合わせの研磨ヘッドを具備した研磨装置では、圧力制御手段のばらつきにより研磨代がばらつきやすい傾向があったが、本発明の研磨装置では、研磨ヘッド間、又は圧力調整手段のばらつきによる影響が少ない点に特徴がある。
【００７５】
図７（ａ）は、図１３に示したようなウエーハ裏面を直接加圧する圧力調整機構および研磨布を押圧してウエーハの外周部形状を制御する機構を有する研磨ヘッドを具備した従来の研磨装置１５０で、ウエーハ裏面を直接加圧する圧力調整機構の圧力を３４ｋＰａ、３５ｋＰａ、３６ｋＰａと若干変更させたときの、径方向の研磨取り代分布（研磨代分布）を示すグラフである。このような僅かな圧力の変化により、特にウエーハ外周部の形状が大きく変化しており圧力調整機構のばらつきにより研磨代がばらつきやすいことがわかる。
【００７６】
一方、同じ研磨条件で、図１に示すようなウエーハより外周の位置に圧力調整機構を有する研磨ヘッドを具備した本発明の研磨装置７０では、３１ｋＰａ、３３ｋＰａ、３５ｋＰａと図７（ａ）に示した例より大きくばらつかしてもウエーハ外周部は図７（ｂ）に示すように比較的均一に研磨されており圧力調整手段のばらつきによる影響が少ないことがわかる。従って、本発明の研磨装置を用いてウエーハを研磨すれば、ウエーハ形状を制御しやすいことが判明した。
【００７７】
【実施例】
本発明では研磨代が均一であることが好ましいが、その最終目標は高平坦度のウエーハを製造することにある。以下、実施例及び比較例を示して本発明の研磨装置を用いた時の効果を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００７８】
（実施例１）
本実施例では図２に示した研磨装置を用いてウエーハを研磨した。具体的には研磨ヘッド本体はＳＵＳで形成され、ウエーハ保持部の弾性体は厚さ１．５ｍｍのウレタンゴムに厚さ０．６ｍｍのバッキングパッドを貼付したものを使用した。その直径は３０６ｍｍである。研磨されるウエーハはその外周部に幅１５．５ｍｍのガイドリングを配置しウエーハ保持部の中心に水貼り方式により保持されている。ウレタンゴムの外周部に２ｍｍの幅で第２の圧力調整機構が設置されている。バックアップフランジの外周部の凸部が幅２ｍｍで形成され、ウエーハより外周の領域を圧力制御できるようになっている。つまり、ウエーハの裏面にかかる部分には加圧機構は設けられておらず、その外周部に圧力調整機構が配置されている。
【００７９】
次に、基本的な研磨条件として、本実施例では研磨布にロデール・ニッタ製のＳｕｂａ６００を用いた。また研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ３０ｒｐｍで回転させた。ウエーハの研磨圧力（第１の圧力調整手段）は３０ｋＰａである。
【００８０】
研磨されるウエーハは両面研磨を施した直径３００ｍｍのシリコンウェーハ（両面研磨後のＳＦＱＲｍａｘ＝０．２０μｍ、セルサイズ２６ｍｍ×３３ｍｍ、ウエーハの外周から３ｍｍ除外）を用い、研磨ヘッドによりこのウエーハを回転させながら２次研磨を行った。この時、第２の加圧調整機構により、ウエーハ外周部の弾性体部分に３３ｋＰａの圧力がかかるように制御した。
【００８１】
このような２次研磨を行った後、得られたシリコンウェーハのフラットネスを測定した結果、ＳＦＱＲｍａｘは０．１７μｍであり、良好なフラットネスが維持されていた。２次研磨を行った後のウエーハは、外周から３ｍｍの位置にうねりがほとんどなかった。使用した２つの研磨ヘッドによって研磨したウエーハおよび複数バッチ研磨したウエーハはすべて同様のレベルであった。
【００８２】
（比較例１）
次に、図１３に示した従来の研磨装置を用いて、上記実施例１と同様にして両面研磨を施した直径３００ｍｍのシリコンウェーハ（ＳＦＱＲｍａｘ＝０．１１μｍ）に対して２次研磨を行った。
【００８３】
この研磨装置の研磨ヘッドの圧力制御機構は、実施例１と略同じでありウエーハ保持部に厚さ１．５ｍｍのウレタンゴムに厚さ０．６ｍｍのバッキングパッドを貼付したものであるが、弾性体およびバックアップフランジの直径が実施例より小さく、第１の加圧調整機構により加圧される領域は直径２９８ｍｍである。その外周部２ｍｍの幅で第２の圧力調整機構が設置されており、直径３００ｍｍのウエーハ（裏面）の外周２ｍｍを研磨圧力とは別に直接加圧制御できるように構成されている。また、リテーナリングの押圧力は研磨圧力と同じにした。
【００８４】
このような２次研磨を行った後、得られたシリコンウェーハのフラットネスを測定した結果、ＳＦＱＲｍａｘで０．３３μｍとウエーハのフラットネスが悪化していた。研磨した２つの研磨ヘッドとも悪化していた。複数バッチ研磨したウエーハの比較でもばらつきが見られた。研磨ヘッドによっては研磨後にウエーハは外周から３ｍｍの位置に、約１８０°の周期で１．４μｍのうねりが生じていた。
【００８５】
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。
【００８６】
例えば、ウエーハを保持するガイドリングの設置の仕方や、第２の圧力調整機構の加圧方法等など特に限定するものではない。
【００８７】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明に係るウエーハ研磨装置によれば、従来のようなリテーナリングで研磨布の圧力調整を行うことなくウエーハ外周部まで平らなウエーハを製造することができる。
【００８８】
また、本発明のウエーハ研磨装置においてはセラミックス等の硬質のウエーハ保持盤は用いず、軟質層（弾性体）によりウエーハを保持する形態を採用しているので、高平坦度なウエーハを製造することができ、かつ軟質層で保持している為、良好な均一研磨が実施できる。従って、本発明のウエーハ研磨装置によれば、１次研磨などで高平坦度に形成されたウエーハを、そのまま維持またはより良くしてウエーハの鏡面状態を改質できる。
【００８９】
本発明のウエーハ研磨装置及び研磨ヘッドにおいては、研磨ヘッド間、又は圧力調整手段のばらつきによるウエーハ形状への影響が少なく、安定した品質（ウエーハ形状）のウエーハが製造できる。さらに、本発明のウエーハ研磨方法によれば、ウエーハ外周部まで平坦である高平坦度なウエーハを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るウエーハ研磨装置の第１の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【図２】本発明に係るウエーハ研磨装置の第２の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【図３】本発明に係るウエーハ研磨装置の第３の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【図４】本発明に係るウエーハ研磨装置の第４の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【図５】本発明に係るウエーハ研磨装置によってウエーハを研磨した場合の研磨前後におけるウエーハ形状の変化の１例を示す鳥瞰図で、（ａ）は研磨前、（ｂ）は研磨後をそれぞれ示す。
【図６】図５の研磨例において、研磨前のウエーハ厚さと研磨後のウエーハ厚さとの差を取って示したグラフで、（ａ）はウエーハの周方向を示し、（ｂ）はウエーハの径方向をそれぞれ示す。
【図７】ウエーハ裏面を直接加圧する圧力調整機構の圧力を変化させたときの径方向研磨取り代分布を示すグラフで、（ａ）は従来の研磨装置の場合、（ｂ）は本発明の研磨装置の場合をそれぞれ示す。
【図８】従来のウエーハ研磨装置によってウエーハを研磨した場合の研磨前後におけるウエーハ形状の変化の１例を示す鳥瞰図で、（ａ）は研磨前、（ｂ）は研磨後をそれぞれ示す。
【図９】図８の研磨例において、研磨前のウエーハ厚さと研磨後のウエーハ厚さとの差を取って示したグラフで、（ａ）はウエーハの周方向を示し、（ｂ）はウエーハの径方向をそれぞれ示す。
【図１０】ウエーハの形状評価の手法の１例を示す上面説明図である。
【図１１】従来のウエーハ研磨装置の１例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図１２】従来のウエーハ研磨装置の他の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図１３】従来のウエーハ研磨装置の別の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図１４】従来のウエーハ研磨装置のさらに別の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【符号の説明】
１０，３０，５０，１５０：従来のウエーハ研磨装置、７０，１００，１２０，１２０ａ：本発明のウエーハ研磨装置、１２，３４，９０，１４２：研磨布、１４：研磨定盤、１６ａ，３５ａ：ウエーハ保持面、１６，３５，５４，７４，１０４，１２４：研磨ヘッド本体、１８，３６，５２，７２，１０２，１２２：研磨ヘッド、２０，３２：リテーナリング、２２：研磨剤供給管、２４：研磨剤、２６，１３８：バッキングパッド、２８：定盤駆動軸、２９，７３：研磨ヘッド駆動軸、４０：圧力調整機構、６０，８６：流体室、６２：軟質保持部材、６４，８８，１１２，１３２：第１の圧力調整機構、６６，９２，１１６，１３６：第２の圧力調整機構、７６ａ，１０６ａ，１２６ａ：ウエーハ保持領域、７６，１０６，１２６：弾性体、７８，１２４ａ：天板部、８０：周壁部、８２，１３９：ガイドリング、８４：流路、１０８，１２８：バックアップフランジ、１０８ａ，１２８ａ：凸部、１１０，１３０：第１の流体室、１１４，１３４：第２の流体室、１２８ｂ：凹部、１３９：ガイドリング、１３９ａ：保持片、１４０：押圧手段、Ｗ：ウエーハ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer polishing technique, and more particularly to a wafer polishing apparatus, a polishing head, and a polishing method capable of polishing so that a polishing amount (polishing allowance) on a wafer surface becomes uniform.
[0002]
[Related technology]
In the step of mirror-polishing a semiconductor wafer or the like, a wafer polishing apparatus is used. For example, a wafer polishing apparatus having a structure shown in FIG. 14 is widely known as a single-side polishing method. FIG. 14 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part showing an example of a conventional wafer polishing apparatus. In FIG. 14, reference numeral 10 denotes a wafer polishing apparatus, which includes a polishing head 18 having a polishing head body 16 for detachably holding a wafer W to be polished with its surface to be polished facing downward, and a polishing head body 16. A rotatable polishing platen 14 having a polishing cloth 12 attached thereto having a diameter considerably larger than the diameter of the wafer W and arranged opposite to the wafer W to be held, and a retainer ring for holding an outer peripheral edge of the wafer W In polishing, the abrasive 24 is supplied from the abrasive supply pipe 22 onto the polishing cloth 12 and one surface of the wafer W is held by a backing pad 26 or the like (in some cases, a synthetic resin, ceramics, an elastic body, or the like). ) Is held on the holding surface 16a of the polishing head body 16, and the polishing head 18 is pressurized to press the other surface of the wafer against the polishing cloth 12 for polishing. It is intended. The polishing table 14 is supported on a base via a drive shaft 28 and is driven to rotate by a table driving mechanism. On the other hand, the polishing head 18 is rotationally driven by a polishing head drive mechanism via a drive shaft 29. Further, a wafer polishing apparatus having no retainer ring 20 has been conventionally used.
[0003]
Various types of polishing apparatuses have been developed for use in the production of such mirror-polished wafers, but many of them are improvements in the method of holding the polishing apparatus (polishing head and further wafer holding means), such as a backing pad. The wafer holding by the soft holding surface, vacuum suction, and the template (also called a guide ring or a retainer ring) have been improved.
[0004]
For example, in Patent Literature 1, a wafer is suction-supported by a flexible thin wafer suction holding plate provided at a lower opening of the wafer holding member, and the wafer holding member is attached to a housing by an elastic tubular member. A polishing head that suspends and supports a wafer by a highly flexible supporting member, eliminates the influence of the weight of the wafer holding member by introducing compressed air of a predetermined pressure into a closed chamber, and polishes the wafer only with a uniform air pressure is disclosed. I have.
[0005]
Further, in Patent Document 2, in a polishing work holding plate provided with a work holding plate main body having a large number of through holes for vacuum-sucking and holding a work, a holding surface of the holding plate main body has a thermosetting property applied to the holding surface. There is disclosed a technique relating to a polishing head (wafer holding method) in which a resin is coated with a heat-cured film and the surface of the film is polished.
[0006]
Patent Document 3 discloses a substrate holding device that holds a semiconductor wafer as an object to be polished and presses the semiconductor wafer against a polishing surface on a polishing table, and a top ring main body that holds the semiconductor wafer and is fixed to the top ring main body. A retainer ring provided integrally or integrally with the semiconductor wafer and holding a peripheral edge of the semiconductor wafer; and a fluid chamber provided in the top ring main body and covered with an elastic film and supplied with a fluid, and a pressurized fluid is supplied into the fluid chamber. Thus, a polishing head is disclosed in which a semiconductor wafer is pressed against a polishing surface via an elastic film, and a retainer ring is pressed against a polishing surface (polishing cloth) by applying a pressing force to a top ring body.
[0007]
In addition, Patent Literature 4 discloses a polishing head that holds a state in which the outer peripheral portion of a wafer can be elastically deformed in the thickness direction of the wafer. There is disclosed a technique which has two space portions, supplies pressure air to the first and second space portions, elastically deforms the central portion and the outer peripheral portion of the elastic sheet, and presses the carrier and the retainer ring against the polishing platen. ing.
[0008]
Among such various types of polishing apparatuses, for example, a polishing head body that is hollow in the polishing head, and an elastic body (sometimes referred to as a soft layer or a diaphragm) that is stretched horizontally in the polishing head body. And a ceramic wafer holding plate (sometimes called a carrier) fixed to the lower surface of the elastic body, and pressurized air from a pressurized air source through a shaft to an air chamber defined by the elastic body. In this case, the wafer having a floating head structure capable of pressing the wafer holding plate downward has an advantage that the contact pressure of the wafer against the polishing cloth can be made uniform. ) Is mainly used for polishing uniformly.
[0009]
At this time, a retainer ring (also referred to as a guide ring) is disposed concentrically on the outer periphery of the wafer holding plate, and the lower end of the retainer ring projects below the wafer holding plate, thereby attaching to the lower surface of the wafer holding plate. By holding the outer periphery of the processed wafer, it is possible to prevent the wafer being polished from coming off the wafer holding plate, surround the wafer with a retainer ring, and polish the lower end of the retainer ring at the same height as the lower surface of the wafer. Accordingly, it is possible to prevent a phenomenon that the polishing amount at the outer peripheral portion of the wafer becomes larger than that at the central portion of the wafer.
[0010]
By the way, conventionally, as described above, it was thought that if the lower end surface of the retainer ring was arranged substantially on the same plane as the polishing surface of the wafer, overpolishing of the outer peripheral portion of the wafer could be prevented. In the polishing apparatus, the retainer ring is pressurized at a pressure at which the retainer ring abuts against the polishing cloth is higher than a pressure at which the wafer holding plate presses against the polishing cloth. For example, the contact pressure of the retainer ring is set to be at least twice the pressing pressure of the wafer holding plate. This is because the higher the contact pressure of the retainer ring, the more reliably the outer periphery of the wafer is held.
[0011]
However, depending on the material of the polishing cloth or the like, the polishing cloth locally rises along the inner peripheral edge of the portion in contact with the retainer ring. A problem arises.
[0012]
In order to solve such a problem, as disclosed in Patent Document 6, by setting the contact force of the retainer ring to the polishing cloth to an appropriate value which is weaker than before, the wavy deformation of the polishing cloth is prevented, and the outer peripheral portion of the wafer is excessively deformed. Some reduce polishing. Specifically, by adjusting the ratio of the pressure receiving width of the elastic body that applies pressure to the retainer ring and the contact area of the retainer ring with the polishing cloth, the retainer ring of the retainer ring with respect to the polishing cloth during wafer polishing is adjusted. The ratio of the contact pressure to the pressing force of the wafer holding plate against the polishing pad is adjusted. In other words, it is intended to indirectly control the outer peripheral shape of the wafer by pressing the polishing cloth by the retainer ring.
[0013]
Further, another type of wafer polishing apparatus has been developed. For example, as disclosed in Patent Document 7, a pressure is applied to the outermost peripheral portion of a wafer supporting portion on the back surface of a wafer, or further, as disclosed in Patent Document 8, a wafer holding surface is formed in some regions. Some have a mechanism for separately applying pressure. This is to control the shape of the wafer by pressing the wafer directly from the back surface of the wafer.
[0014]
[Patent Document 1]
JP-A-7-171757
[Patent Document 2]
JP 2000-198069 A
[Patent Document 3]
JP-A-2002-113653
[Patent Document 4]
JP-A-8-257893
[Patent Document 5]
JP-A-11-42550
[Patent Document 6]
JP-A-8-229804
[Patent Document 7]
JP-A-8-339979
[Patent Document 8]
JP-A-9-225821
[0015]
[Problems to be solved by the invention]
Among the polishing steps performed on the wafer in a plurality of stages, the wafer is processed to a high flatness mainly in the primary polishing step. Therefore, in order to uniformly polish a wafer having a high flatness after the first polishing step, in the second polishing step and the final polishing step, the amount of polishing of the wafer (sometimes referred to as a polishing allowance or a removal allowance) is within the wafer plane. Preferably it is uniform. In such polishing for making the polishing amount of the wafer uniform (hereinafter sometimes referred to as uniform polishing), the outermost portion of the wafer is most likely to lose its shape. In order to prevent the shape of the outer peripheral portion of the wafer from being deformed, a polishing head using a retainer ring having the above-described configuration or a polishing head having a pressing mechanism provided on the back surface of the wafer is used. However, such a conventional method of controlling the outer peripheral shape of the wafer by pressing the polishing cloth by the retainer ring or controlling the shape of the wafer by directly pressing the back surface of the wafer has the following problems. Was.
[0016]
For example, in the wafer polishing apparatus 30 in which the pressing force to the polishing cloth 34 is adjusted by using a retainer ring 32 as schematically shown in FIG. 11, the shape of the wafer W, particularly the shape of the outer peripheral portion of the wafer W can be controlled. As shown in the drawing, the influence on the polishing cloth 34 such as the pressing of the polishing cloth 34 by the pressurization by the retainer ring 32 is large, and finer adjustments to the polishing cloth 34 are required. Therefore, it was necessary to use the polishing cloth 34 with a certain limitation. Further, in the wafer polishing apparatus 30, the wafer shape is apt to change sensitively due to a slight change in pressure or a deviation in adjustment such as a variation between the pressing force of the retainer ring 32 and the polishing pressure (pressure for pressing the wafer). However, there is a problem that the effect is small with a hard abrasive cloth.
[0017]
In FIG. 11, reference numeral 36 denotes a polishing head having a polishing head main body 35, and a lower surface of the polishing head main body 35 is a wafer holding surface 35a. Reference numeral 38 denotes a first pressure adjusting mechanism provided on the polishing head main body 36 and for adjusting a polishing pressure. Reference numeral 40 denotes a second pressure adjusting mechanism provided on the retainer ring 32 and for adjusting the pressing force of the retainer ring 32 against the polishing pad 34, and is formed by an air bag or the like.
[0018]
Further, in the case of the wafer polishing apparatus 50 shown in FIG. 12, which applies pressure to the outer peripheral portion of the wafer W directly from the back surface of the wafer W via the soft holding member 62 to control the shape, the accuracy of the pressurized component is poor. When the pressurized component has a shape defect, it may be transferred to the shape of the wafer W. Further, the polishing amount (polishing allowance) changes due to the pressure fluctuation, which is not preferable as polishing for making the polishing amount (polishing allowance) uniform. In particular, since the pressure exerted on the back surface of the wafer W is sensitively affected, uniform polishing is likely to be broken, and in a polishing apparatus having a plurality of polishing heads, there has been a problem that variation between the polishing heads is increased.
[0019]
In FIG. 12, reference numeral 52 denotes a polishing head having a polishing head main body 54. 56 is a guide ring (retainer ring), 58 is a polishing cloth, 60 is a fluid chamber formed between the polishing head body 54 and the soft holding member 62, and 64 is a first chamber for adjusting the polishing pressure via the fluid chamber 60. The pressure adjusting mechanism 66 is a second pressure adjusting mechanism provided on the outer peripheral portion of the soft holding member 62 and pressing the outer peripheral portion of the back surface of the wafer W, and is formed by an air bag or the like.
[0020]
A first object of the present invention is to provide a technique for manufacturing a flat wafer up to the outer peripheral portion of the wafer without adjusting the pressure of the polishing pad by such a retainer ring.
[0021]
In addition, when a hard wafer holding plate (carrier) such as ceramics is used, it is difficult to perform uniform polishing to make the polishing allowance uniform within the surface, and it is preferable to hold the wafer with a soft member. However, with such a holding form, the polishing pressure at the outer peripheral portion of the wafer escapes, and the outer peripheral portion tends to have a splash shape.
[0022]
The present invention relates to a wafer polishing apparatus capable of producing a wafer with high flatness, a polishing head for the same, and a polishing head in a polishing apparatus in which a wafer is held by a soft layer (elastic body) without using a hard wafer holding board such as a ceramic. A second object is to provide a wafer polishing method.
[0023]
A third object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus, a polishing head thereof, and a wafer polishing method capable of uniformly polishing the inside of a wafer without breaking the shape of a wafer having a particularly high flatness.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a first aspect of a wafer polishing apparatus according to the present invention comprises: a platen having a polishing cloth adhered to a surface thereof; and a wafer to be polished holding one surface of the wafer. One or more polishing heads for contacting the other surface, and a head drive mechanism for driving the polishing heads to polish the other surface of the wafer with the polishing cloth, wherein the polishing head comprises: A polishing head main body provided with a wafer holding portion for holding the wafer, and an elastic body provided on the polishing head main body to hold the wafer so as to be orthogonal to a head axis. A wafer polishing apparatus having a first pressure adjustment mechanism for adjusting a polishing pressure through a fluid chamber formed between the head body and the head body, wherein the elastic body is formed to be larger than a wafer holding area. And having a second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of the portion of the elastic body located outside the Doha holding area.
[0025]
A second aspect of the wafer polishing apparatus according to the present invention is a method of holding a surface plate on which a polishing cloth is attached and a surface of a wafer to be polished, and bringing the other surface of the wafer into contact with the polishing cloth. Or, two or more polishing heads, and a polishing head drive mechanism for polishing the other surface of the wafer with the polishing cloth by driving these polishing heads, wherein the polishing head is a wafer holding unit for holding the wafer. A polishing head body provided with: an elastic body provided to be perpendicular to the polishing head axis to the polishing head body for holding the wafer, and formed to be larger than the wafer holding area; and an upper surface side of the elastic body. And a first pressure adjusting mechanism for adjusting a polishing pressure by a first fluid chamber formed between the elastic body and the backup flange. A wafer polishing apparatus, wherein the wafer holding region is separated from the wafer holding region by a convex portion formed on an outer peripheral portion of a lower surface of the backup flange via a second fluid chamber formed between the backup flange and the polishing head main body. It has a second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of the portion of the elastic body located outside.
[0026]
As described above, in the wafer polishing apparatus of the present invention, the polishing head that holds the wafer by the soft member (elastic body) is used, and the soft member portion outside the region where the wafer actually exists is removed by the polishing head. By applying pressure independently of the above, stable and uniform polishing can be performed.
[0027]
In the wafer polishing apparatus of the present invention, a polishing head that holds the wafer by such a soft member (elastic body) is used, and the soft member portion outside the region where the wafer actually exists is independent of the wafer back surface. By applying a pressure mechanism, that is, pressure control at a position outside the wafer, even if the pressure fluctuates, the wafer can be uniformly polished without excessively affecting the wafer shape, and a component (second pressure control mechanism), etc. There is an advantage that the shape control is easy to be performed because it is hardly affected by the installation accuracy and the like.
[0028]
In the wafer polishing apparatus of the present invention, a guide ring may be provided for holding the wafer so that the wafer does not jump out during polishing and for accurately adjusting the holding position of the wafer. The guide ring may be directly attached to an elastic body or the like, and it is sufficient that the guide ring can hold the outer peripheral portion of the wafer. The installation form is not particularly limited. It is preferable to set it thinner. Although this guide ring has the same configuration as the conventional retainer ring, the wafer polishing apparatus of the present invention does not have a mechanism for pressing the polishing cloth, and is used only for the purpose of holding the wafer. There is no need to provide a complicated retainer ring adjusting mechanism for operating the retainer ring independently as in a conventional wafer polishing apparatus.
[0029]
In the apparatus of the present invention, the wafer is held on the surface of the elastic body. However, a backing pad may be further attached to the surface of the elastic body, and the wafer may be held in that state. The elastic body alone may be used, but it is preferable to hold the wafer with a member made of a material used as a polishing cloth in consideration of prevention of scratches on the back surface of the wafer.
[0030]
The polishing head of the wafer polishing apparatus of the present invention is used in a wafer polishing apparatus capable of polishing by adjusting the pressure of the region outside the wafer support region in this manner, and a polishing head body provided with a wafer holding portion for holding the wafer. An elastic body provided on the polishing head main body to hold the wafer so as to be orthogonal to the polishing head axis and formed larger than the wafer holding area, and a backup flange provided on the upper surface side of the elastic body. A polishing head of a wafer polishing apparatus having a first pressure adjusting mechanism for adjusting a polishing pressure by a first fluid chamber formed between the elastic body and the backup flange, the backup head comprising: And a projection formed on the outer periphery of the lower surface of the backup flange through a second fluid chamber formed between the polishing head and the polishing head main body. , And having a second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of the portion of the elastic body located on the outer side than the wafer holding region.
[0031]
Also, in the polishing head of the present invention, similarly to the case of the above-described wafer polishing apparatus of the present invention, the wafer holding portion may be provided with a guide ring and a backing pad on the surface of the elastic body on the side holding the wafer. Needless to say.
[0032]
By using such a polishing head of the present invention, it is possible to easily adjust and polish the pressure of the elastic body portion outside the wafer support region, and it is possible to perform stable uniform polishing.
[0033]
The wafer polishing method of the present invention is a polishing method for holding and polishing a wafer by an elastic body formed larger than a wafer holding area, and adjusting a pressure of a portion of the elastic body located outside the wafer holding area. Polishing while polishing. The method of the present invention can be effectively implemented by using the apparatus of the present invention.
[0034]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it is needless to say that various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. .
[0035]
FIG. 1 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing a first embodiment of a wafer polishing apparatus of the present invention. FIG. 2 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing a second embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention. FIG. 3 is a cross-sectional schematic explanatory view of a main part showing a third embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional schematic explanatory view of a main part showing a fourth embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention.
[0036]
The overall structure of the wafer polishing apparatus 70 according to the present invention shown in FIG. 1 is substantially the same as that of the wafer polishing apparatus 10 shown in the conventional example of FIG. 14, and the detailed description is omitted. Briefly described, a disk-shaped surface plate (reference numeral 14 in FIG. 14, not shown in FIG. 1) is installed horizontally, and the surface plate is rotated about an axis by a surface plate driving mechanism. A polishing cloth (reference numeral 12 in FIG. 14 and reference numeral 90 in FIG. 1) is attached to the entire upper surface.
[0037]
Above the surface plate, a head drive mechanism is fixed via a plurality of columns (not shown). The head drive mechanism includes a plurality of polishing heads (reference numeral 18 in FIG. 14 and 18 in FIG. 1) opposed to the surface plate. Reference numeral 72) is provided (only one polishing head is shown in FIG. 14). The wafer polishing apparatus 70 of the present invention is clearly different from the conventional wafer polishing apparatus 10 shown in FIG. 14 in that a new polishing head 72 different from the conventional polishing head 18 is used.
[0038]
Next, the difference between the polishing head of the present invention and a conventional polishing head having two different pressure adjusting mechanisms will be described with reference to FIGS. 1 to 4 and FIGS. These drawings exaggerate the main components of each polishing head, and the dimensions are different from the actual ones.
[0039]
As shown in FIG. 1, the polishing head 72 in the wafer polishing apparatus 70 of the present invention is a hollow polishing head body 74 that is disposed so as to be orthogonal to the polishing head axis D of the driving shaft 73 of the polishing head 72 and has an open lower end. And an elastic body (soft holding layer) 76 similarly provided inside the polishing head main body 74 so as to be orthogonal to the polishing head axis D. The polishing head body 74 includes a disk-shaped top plate 78 and a cylindrical peripheral wall 80 fixed to the outer periphery of the top plate 78. The top plate 78 is driven by a head driving mechanism (not shown). It is coaxially fixed to the shaft 73.
[0040]
The outer peripheral portion of the disk-shaped elastic body 76 is fixed by a peripheral wall portion 80 and the like. The elastic body 76 is formed of an elastic material such as various rubbers, and is preferably mainly a urethane rubber. The thickness of the elastic body 76 is not particularly limited. However, if the thickness is about 0.5 mm to 3 mm, pressure control and the like can be easily performed. The wafer W is held by such an elastic body (soft holding layer) 76 and polished.
[0041]
When polishing is performed, a configuration may be employed in which the wafer W is attached to the lower surface of the elastic body 76 via a backing pad (not shown). The backing pad is formed of a water-absorbing material such as a nonwoven fabric, and can absorb a wafer by surface tension when absorbing water. Examples of the material of the backing pad include various suedes and the like. Further, the backing pad may be formed with a thin plate of a glass epoxy plate and an adhesive layer for bonding with the elastic body. The preferable thickness of the backing pad is about 0.4 to 0.6 mm.
[0042]
Further, a guide ring 82 for holding the wafer W is provided so that the wafer W does not jump out during polishing. The guide ring 82 is a ring-shaped member made of a glass epoxy plate or PEEK material and having a width of about 10 mm to 20 mm and an inner diameter larger than the diameter of the wafer W by 0.5 mm to 1 mm. The thickness is not particularly limited, but may be set slightly smaller than the polished surface of the wafer W.
[0043]
A flow path 84 is formed in the drive shaft 73 of the polishing head 72 having the above-described structure, and a fluid chamber 86 defined between the polishing head main body 74 and the elastic body 76 passes through the first flow path 84 through the first flow path 84. It is connected to a pressure adjusting mechanism 88. Then, by adjusting the fluid pressure in the fluid chamber 86 by the first pressure adjusting mechanism 88, the elastic body 76 is displaced up and down to adjust the pressing pressure (polishing pressure) of the wafer W to the polishing pad 90. In general, it is sufficient to use air as the fluid.
[0044]
In FIG. 1, reference numeral 92 denotes a second pressure adjusting mechanism that presses a region outside the diameter of the wafer W, and is formed by an airbag or the like. The shape of the wafer is controlled by adjusting the pressure of the portion 76b of the elastic body 76 located outside the holding region 76a of the wafer W by the second pressure adjusting mechanism 92.
[0045]
As the second pressure adjusting mechanism 92, an airbag or the like as shown in FIG. 1 can be used, but other mechanisms can be used, and FIG. 2 shows a polishing head using another mechanism. A description will be given with reference to a polishing apparatus provided with the polishing apparatus. In FIG. 2, a polishing head 102 of a wafer polishing apparatus 100 of the present invention has a polishing head main body 104 and an elastic body 106 for holding a wafer having an area equal to or larger than the diameter of the wafer W. And a first pressure adjusting mechanism 112 that adjusts the polishing pressure by a first fluid chamber 110 formed between the first and second fluid chambers 108 and 108.
[0046]
A second fluid chamber 114 is formed on the upper surface of the backup flange 108, and the pressure of the portion 106b outside the wafer holding region 106a can be adjusted by the convex portion 108a formed on the outer peripheral portion of the lower surface of the backup flange 108. A second pressure adjusting mechanism 116 is provided. Reference numeral 118 denotes a guide ring for holding the side of the wafer W so as not to jump out during polishing. 119 is a polishing cloth.
[0047]
Another example of the second pressure adjusting mechanism will be described with reference to FIG. 3, the polishing head 122 of the wafer polishing apparatus 120 of the present invention has a polishing head main body 124 and a wafer holding elastic body 126 having an area equal to or larger than the diameter of the wafer W, as in the example of FIG. And a first pressure adjusting mechanism 132 for adjusting a polishing pressure by a first fluid chamber 130 formed between the elastic body 126 and the backup flange 128.
[0048]
A second fluid chamber 134 is formed on the upper surface of the backup flange 128, and the pressure of a portion 126b outside the wafer holding area 126a can be adjusted by a convex portion 128a formed on the outer peripheral portion of the lower surface of the backup flange 128. A second pressure adjusting mechanism 136 is provided. The wafer W is held by a backing pad 138 having a diameter substantially equal to the diameter of the wafer, and the backing pad 138 is attached to an elastic body 126 having an area larger than the diameter of the wafer.
[0049]
The elastic body 126 is fitted and fixed in a concave portion 128b formed on the outer peripheral portion of the backup flange 128 in the example of FIG. A convex portion 128 a is formed at a lower portion of the outer periphery of the backup flange 128, and a first fluid chamber 130 is formed between the backup flange 128 and the elastic body 126.
[0050]
Above the backup flange 128, a second fluid chamber 134 formed by the top plate 124a of the polishing head main body 124 and the like is provided. By flowing the fluid through the second fluid chamber 134, the pressure of the portion 126b of the elastic body 126 outside the wafer support region 126a can be adjusted through the convex portion 128a of the backup flange 128. The polishing pressure is adjusted by flowing a fluid through the first fluid chamber 130.
[0051]
Outside the wafer holding structure, a donut-shaped guide ring 139 for holding the wafer W is installed as a part of the configuration of the polishing head main body 124. At the lower part of the guide ring 139, an L-shaped holding piece 139a protruding inward is provided, so that the wafer W can be held.
[0052]
The shapes of the guide ring and the backing pad described above are not limited to the example of FIG. 3, and examples of other shapes will be described with reference to FIG. The wafer polishing apparatus 120a of FIG. 4 is the same as the example of FIG. 3 except that the shapes of the guide ring, the backing pad, and the like are different. .
[0053]
In FIG. 4, the wafer W is held on a backing pad 138 larger than the wafer diameter (in the example of FIG. 4, the case where the wafer diameter is larger than the wafer diameter is shown, but the wafer backing pad 138 is not necessarily larger than the wafer diameter). Is attached to an elastic body 126 having a large area.
[0054]
The elastic body 126 is fitted and fixed in a concave portion 128 b formed on the outer peripheral portion of the backup flange 128. A convex portion 128 a is formed at a lower portion of the outer periphery of the backup flange 128, and a first fluid chamber 130 is formed between the backup flange 128 and the elastic body 126. Above the backup flange 128, a second fluid chamber 134 formed by the top plate 124a of the polishing head main body 124 and the like is provided.
[0055]
By flowing the fluid through the second fluid chamber 134, the pressure of the portion 126b of the elastic body 126 outside the wafer support region 126a can be adjusted through the convex portion 128a of the backup flange 128. The polishing pressure is adjusted by flowing a fluid through the first fluid chamber 130. Outside the wafer holding structure, a donut-shaped thin plate (guide ring) 139 for holding the wafer W is attached to the backing pad 138. The same operation and effect as in the case of FIG. 3 can be achieved even with the configuration of FIG.
[0056]
In a conventional wafer polishing apparatus, for example, as shown in a schematic diagram of FIG. 11, a ring 32 generally called a retainer ring is provided on an outer peripheral portion of a wafer W, and a second ring for adjusting the pressure of the retainer ring 32 is provided. The polishing head 36 having the second pressure adjusting mechanism 40 was used. This conventional polishing apparatus 30 changes the pressing state of the ring 32 and indirectly controls the wafer shape by pressing the polishing cloth 34, and is different from the wafer polishing apparatus of the present invention in the configuration, operation and effects. Is very different.
[0057]
Further, as another conventional wafer polishing apparatus, for example, as shown in the schematic diagram of FIG. 12, in addition to a first pressure adjusting mechanism 64 for adjusting a polishing pressure, an outer peripheral position of a wafer back surface is directly pressed. In some cases, the wafer shape is controlled using a second pressure adjusting mechanism 66. This conventional polishing apparatus 50 has a polishing head 52 similar in form to the polishing apparatus of the present invention, but has a different wafer pressing position, and its configuration and operation and effects are greatly different from those of the polishing apparatus of the present invention.
[0058]
Next, the wafer polishing method of the present invention will be described. In order to perform wafer polishing by the above-described wafer polishing apparatus of the present invention, first, a wafer is placed on a polishing cloth and each wafer holding portion, and the wafer is brought into contact with the polishing cloth, and the platen is rotated and the polishing head is fixed. Polishing by rotating planets on the disk.
[0059]
In carrying out the polishing method of the present invention, the contact pressure of the wafer against the polishing cloth (wafer holding plate pressing pressure: pressure controlled by the first pressure control mechanism) is set to 10 kPa to 40 kPa, more preferably 20 kPa to 30 kPa. Good.
[0060]
The pressing force control (pressure controlled by the second pressure control mechanism) on the outer peripheral portion of the wafer is equal to the contact pressure (polishing pressure) to about (contact pressure + 6 kPa), and more preferably (contact pressure + 2 kPa). To (contact pressure + 4 kPa).
[0061]
The polishing cloth is not particularly limited, and may be a single-layer polishing cloth or a multi-layer polishing cloth. For example, foamed polyurethane or nonwoven fabric is preferably used. When performing uniform polishing, a multilayer nonwoven fabric is mainly used.
[0062]
Next, examples of typical shapes of a wafer obtained by the polishing apparatus of the present invention and a wafer obtained by a conventional polishing apparatus will be described.
[0063]
First, an example of a polishing apparatus having a conventional polishing head as shown in FIG. 13 will be described. The polishing head of the polishing apparatus of FIG. 13 is a polishing head having both the first and second conventional pressure adjusting mechanisms as shown in FIGS. 11 and 12. That is, it has a second pressure adjustment mechanism that can press the polishing cloth and a first pressure adjustment mechanism that directly presses the back surface of the wafer.
[0064]
In particular, the second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure at the outer peripheral portion of the wafer is made to conform to the configuration of the polishing head of the present invention so that only the portion to which the pressure is applied is different so that the difference in effect from the present invention becomes clear. ing. In the wafer polishing apparatus 150 of FIG. 13, the same members as those of FIG. 3 will be described using the same reference numerals.
[0065]
That is, in the polishing head 122 of the polishing apparatus 150 shown in FIG. 13, the wafer W is held by the backing pad 138 having a diameter approximately equal to the diameter of the wafer, and the backing pad 138 has an elastic body 126 having an area approximately equal to the diameter of the wafer. Affixed to
[0066]
The shape of the elastic body 126 is greatly different from the device of the present invention. The elastic body 126 is fitted and fixed in a concave portion 128b formed in the outer peripheral portion of the backup flange 128 in the example of FIG. A convex portion 128 a is formed at a lower portion of the outer periphery of the backup flange 128, and a first fluid chamber 130 is formed between the backup flange 128 and the elastic body 126.
[0067]
Above the backup flange 128, a second fluid chamber 134 formed by, for example, the top plate 124a is provided. By flowing the fluid into the second fluid chamber 134, the pressure of the outer peripheral portion 126c of the elastic body 126 in the region where the wafer W is present can be adjusted through the convex portion 128a of the backup flange 128. The polishing pressure is adjusted by flowing a fluid through the first fluid chamber 130.
[0068]
Further, a donut-shaped retainer ring (guide ring) 139 for holding the wafer is arranged outside such a wafer holding structure. The retainer ring 139 has a pressing means 140 such as an airbag provided on the upper surface thereof and is configured to move independently of the polishing head main body. The retainer ring 139 has a mechanism capable of holding the wafer W and pressing the polishing cloth 142. Has become.
[0069]
When the polishing apparatus 150 having the polishing head 122 as shown in FIG. 13 is used to polish a wafer having a shape as shown in the bird's-eye view of FIG. The wafer is polished into a wafer shape as shown. The distribution of the polishing amount (removal allowance) at this time was confirmed in the wafer plane.
[0070]
FIG. 9 shows the results obtained by measuring the initial (before polishing) wafer thickness and the wafer thickness after polishing, and taking the difference between them. As shown in FIG. 9) shows a value (FIG. 9A) evaluated in the circumferential direction at 4 ° intervals (notches at 0 °) and a value measured at 3 mm intervals in the radial direction (FIG. 9B).
[0071]
In FIG. 10, N indicates a notch portion of the wafer W, A indicates a scanning direction (measurement of a position at an outer circumference of 3 mm) for circumferential evaluation, and B indicates a scanning direction for radial evaluation.
[0072]
As can be seen from FIG. 9, according to the polishing performed by the polishing apparatus 150, although the wafer is polished uniformly in the radial direction, the amount of polishing in the circumferential direction of the wafer varies depending on the location, and partial uniform polishing can be performed. Not shown.
[0073]
Next, FIG. 5 shows an example of a wafer shape when polishing is performed using a polishing apparatus 70 having a polishing head of the present invention as shown in FIG. 5A is a bird's-eye view of the wafer after one polishing (before polishing by the polishing apparatus of the present invention), and FIG. 5B is a bird's-eye view of the wafer after polishing using the polishing apparatus of the present invention. The distribution of the polishing amount (removal allowance) at this time was confirmed in the circumferential direction (FIG. 6A) and the radial direction (FIG. 6B) in the same manner as described above. I understood that.
[0074]
In a polishing apparatus having a polishing head with a conventional retainer ring, which controls the outer peripheral portion shape of a wafer by pressing a polishing cloth, a device in which a wafer back surface is directly pressed to control a wafer shape, and a polishing head having a combination thereof, Although the polishing allowance tends to vary due to the variation in the pressure control means, the polishing apparatus of the present invention is characterized in that the influence of the variation between the polishing heads or the variation in the pressure adjusting means is small.
[0075]
FIG. 7A shows a conventional polishing apparatus provided with a polishing head having a pressure adjusting mechanism for directly pressing the back surface of a wafer and a mechanism for controlling the outer peripheral shape of the wafer by pressing a polishing cloth as shown in FIG. FIG. 15 is a graph showing a radial polishing stock distribution (polishing stock distribution) when the pressure of the pressure adjusting mechanism for directly pressing the wafer back surface is slightly changed to 34 kPa, 35 kPa, and 36 kPa at 150. It can be seen that such a small change in the pressure significantly changes the shape of the wafer outer peripheral portion in particular, and that the polishing allowance tends to vary due to the variation in the pressure adjusting mechanism.
[0076]
On the other hand, under the same polishing conditions, in the polishing apparatus 70 of the present invention provided with a polishing head having a pressure adjusting mechanism at a position on the outer periphery of the wafer as shown in FIG. 1, 31 kPa, 33 kPa and 35 kPa are shown in FIG. 7B, the outer peripheral portion of the wafer is relatively uniformly polished as shown in FIG. 7B, so that the influence of the variation of the pressure adjusting means is small. Therefore, it has been found that the wafer shape can be easily controlled by polishing the wafer using the polishing apparatus of the present invention.
[0077]
【Example】
In the present invention, it is preferable that the polishing allowance is uniform, but the ultimate goal is to produce a wafer with high flatness. Hereinafter, the effects when the polishing apparatus of the present invention is used will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited thereto.
[0078]
(Example 1)
In this embodiment, the wafer was polished using the polishing apparatus shown in FIG. Specifically, the polishing head body was formed of SUS, and the elastic body of the wafer holding portion used was one in which a backing pad having a thickness of 0.6 mm was adhered to urethane rubber having a thickness of 1.5 mm. Its diameter is 306 mm. The wafer to be polished is provided with a guide ring having a width of 15.5 mm on the outer periphery thereof, and is held at the center of the wafer holding portion by a water bonding method. A second pressure adjusting mechanism having a width of 2 mm is provided on the outer peripheral portion of the urethane rubber. The convex portion on the outer peripheral portion of the backup flange is formed with a width of 2 mm, so that the pressure on the outer peripheral region from the wafer can be controlled. That is, a pressure mechanism is not provided in a portion on the back surface of the wafer, and a pressure adjustment mechanism is arranged in an outer peripheral portion thereof.
[0079]
Next, as a basic polishing condition, in this example, Suba600 manufactured by Rodale Nitta was used for the polishing cloth. The polishing agent used was an alkaline solution containing colloidal silica. The polishing head and the polishing table were rotated at 30 rpm, respectively. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting means) is 30 kPa.
[0080]
The wafer to be polished is a silicon wafer having a diameter of 300 mm which has been subjected to double-side polishing (SFQRmax after double-side polishing = 0.20 μm, cell size 26 mm × 33 mm, excluding 3 mm from the outer periphery of the wafer), and the wafer is rotated by a polishing head. The secondary polishing was performed while doing so. At this time, control was performed by the second pressure adjusting mechanism so that a pressure of 33 kPa was applied to the elastic portion on the outer peripheral portion of the wafer.
[0081]
After performing such secondary polishing, the flatness of the obtained silicon wafer was measured. As a result, SFQRmax was 0.17 μm, and good flatness was maintained. The wafer after the secondary polishing had almost no undulation at a position 3 mm from the outer periphery. Wafers polished by the two polishing heads used and wafers polished in multiple batches were all at the same level.
[0082]
(Comparative Example 1)
Next, using the conventional polishing apparatus shown in FIG. 13, secondary polishing was performed on a silicon wafer having a diameter of 300 mm (SFQRmax = 0.11 μm) that had been polished on both sides in the same manner as in Example 1 above. .
[0083]
The pressure control mechanism of the polishing head of this polishing apparatus is substantially the same as that of the first embodiment, in which a 0.6 mm thick backing pad is affixed to a 1.5 mm thick urethane rubber on a wafer holding portion. The diameter of the body and the backup flange is smaller than that of the embodiment, and the area pressed by the first pressure adjusting mechanism has a diameter of 298 mm. A second pressure adjusting mechanism is provided with a width of 2 mm in the outer peripheral portion, and is configured to be able to directly control the pressurization of 2 mm of the outer periphery of the wafer (back surface) having a diameter of 300 mm separately from the polishing pressure. The pressing force of the retainer ring was the same as the polishing pressure.
[0084]
After performing such secondary polishing, the flatness of the obtained silicon wafer was measured. As a result, the flatness of the wafer was deteriorated to 0.33 μm in SFQRmax. The two polished polishing heads were deteriorated. Variations were also observed in a comparison of wafers polished in multiple batches. After polishing, depending on the polishing head, the wafer had a undulation of 1.4 μm at a position of 3 mm from the outer periphery at a period of about 180 °.
[0085]
The present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and has the same effect. Within the technical scope of
[0086]
For example, there is no particular limitation on a method of installing a guide ring for holding a wafer, a method of pressurizing the second pressure adjusting mechanism, and the like.
[0087]
【The invention's effect】
As described above, according to the wafer polishing apparatus of the present invention, a flat wafer can be manufactured up to the outer peripheral portion of the wafer without adjusting the pressure of the polishing pad by the conventional retainer ring.
[0088]
Further, the wafer polishing apparatus of the present invention employs a mode in which a wafer is held by a soft layer (elastic body) without using a hard wafer holding plate made of ceramics or the like, so that a wafer with high flatness can be manufactured. And good soft polishing can be carried out because of the soft layer. Therefore, according to the wafer polishing apparatus of the present invention, a wafer formed with high flatness by primary polishing or the like can be maintained or improved as it is to modify the mirror surface state of the wafer.
[0089]
In the wafer polishing apparatus and the polishing head according to the present invention, a wafer having a stable quality (wafer shape) can be manufactured with little influence on the wafer shape due to variations between the polishing heads or variations in the pressure adjusting means. Further, according to the wafer polishing method of the present invention, it is possible to manufacture a wafer having high flatness, which is flat up to the outer peripheral portion of the wafer.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part showing a first embodiment of a wafer polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing a second embodiment of the wafer polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic sectional explanatory view of a main part of a wafer polishing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part of a wafer polishing apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a bird's-eye view showing an example of a change in wafer shape before and after polishing when the wafer is polished by the wafer polishing apparatus according to the present invention, where (a) shows before polishing and (b) shows after polishing.
6 is a graph showing a difference between a wafer thickness before polishing and a wafer thickness after polishing in the polishing example of FIG. 5, where (a) shows the circumferential direction of the wafer, and (b) shows the circumferential direction of the wafer. The radial direction is shown.
FIGS. 7A and 7B are graphs showing radial polishing allowance distributions when the pressure of a pressure adjusting mechanism for directly pressing the wafer back surface is changed, wherein FIG. 7A is a conventional polishing apparatus, and FIG. The case of a polishing apparatus is shown.
FIG. 8 is a bird's-eye view showing an example of a change in wafer shape before and after polishing when a wafer is polished by a conventional wafer polishing apparatus, where (a) shows before polishing and (b) shows after polishing.
9 is a graph showing a difference between a wafer thickness before polishing and a wafer thickness after polishing in the polishing example of FIG. 8, where (a) shows the circumferential direction of the wafer, and (b) shows the wafer in the circumferential direction. The radial direction is shown.
FIG. 10 is an explanatory top view showing an example of a method for evaluating the shape of a wafer.
FIG. 11 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing an example of a conventional wafer polishing apparatus.
FIG. 12 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing another example of a conventional wafer polishing apparatus.
FIG. 13 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing another example of a conventional wafer polishing apparatus.
FIG. 14 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing still another example of the conventional wafer polishing apparatus.
[Explanation of symbols]
10, 30, 50, 150: conventional wafer polishing apparatus, 70, 100, 120, 120a: wafer polishing apparatus of the present invention, 12, 34, 90, 142: polishing cloth, 14: polishing platen, 16a, 35a: Wafer holding surface, 16, 35, 54, 74, 104, 124: polishing head body, 18, 36, 52, 72, 102, 122: polishing head, 20, 32: retainer ring, 22: abrasive supply pipe, 24 : Polishing agent, 26, 138: backing pad, 28: surface plate drive shaft, 29, 73: polishing head drive shaft, 40: pressure adjusting mechanism, 60, 86: fluid chamber, 62: soft holding member, 64, 88, 112, 132: first pressure adjusting mechanism, 66, 92, 116, 136: second pressure adjusting mechanism, 76a, 106a, 126a: wafer holding area, 76, 106, 126: bullet Body, 78, 124a: top plate portion, 80: peripheral wall portion, 82, 139: guide ring, 84: flow path, 108, 128: backup flange, 108a, 128a: convex portion, 110, 130: first fluid chamber , 114, 134: second fluid chamber, 128b: recess, 139: guide ring, 139a: holding piece, 140: pressing means, W: wafer.

Claims

A surface plate on which a polishing cloth is adhered, one or more polishing heads holding one surface of a wafer to be polished and bringing the other surface of the wafer into contact with the polishing cloth, and driving these polishing heads A polishing head driving mechanism for polishing the other surface of the wafer with the polishing cloth, wherein the polishing head is provided with a polishing head body provided with a wafer holding portion for holding the wafer, and for holding the wafer. An elastic body provided on the polishing head main body so as to be orthogonal to the polishing head axis, and adjusting a polishing pressure via a fluid chamber formed between the elastic body and the polishing head main body. A wafer polishing apparatus having a first pressure adjusting mechanism, wherein the elastic body is formed larger than a wafer holding area, and adjusts a pressure of a portion of the elastic body located outside the wafer holding area. Wafer polishing apparatus characterized by having a second pressure regulating mechanism.

A surface plate on which a polishing cloth is adhered, one or more polishing heads holding one surface of a wafer to be polished and bringing the other surface of the wafer into contact with the polishing cloth, and driving these polishing heads A polishing head driving mechanism for polishing the other surface of the wafer with the polishing cloth, wherein the polishing head is provided with a polishing head body provided with a wafer holding portion for holding the wafer, and for holding the wafer. An elastic body provided on the polishing head main body so as to be orthogonal to the polishing head axis and formed larger than the wafer holding area; and a backup flange provided on an upper surface side of the elastic body. A wafer polishing apparatus having a first pressure adjustment mechanism for adjusting a polishing pressure by a first fluid chamber formed between the backup fluid and the backup flange. A convex portion formed on the outer peripheral portion of the lower surface of the backup flange through a second fluid chamber formed between the flange and the polishing head body forms a portion of the elastic body located outside the wafer holding region. A wafer polishing apparatus having a second pressure adjusting mechanism for adjusting pressure.

The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein a guide ring is provided on the wafer holding unit.

The wafer polishing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a backing pad is provided on a surface of the elastic body on a side holding the wafer.

A polishing head main body provided with a wafer holding portion for holding a wafer, and an elastic body provided to be perpendicular to the polishing head axis on the polishing head main body for holding the wafer and formed larger than the wafer holding region. A first pressure adjusting mechanism having a backup flange provided on the upper surface side of the elastic body and adjusting a polishing pressure by a first fluid chamber formed between the elastic body and the backup flange. A polishing head of a wafer polishing apparatus having a polishing head formed on a lower peripheral portion of a lower surface of the backup flange through a second fluid chamber formed between the backup flange and the polishing head main body. A polishing apparatus for a wafer polishing apparatus, comprising: a second pressure adjusting mechanism for adjusting a pressure of a portion of the elastic body located outside the holding region. Head.

6. A polishing head for a wafer polishing apparatus according to claim 5, wherein a guide ring is provided on said wafer holding section.

7. A polishing head for a wafer polishing apparatus according to claim 5, wherein a backing pad is provided on a surface of said elastic body on a side holding said wafer.

A polishing method for holding and polishing a wafer by an elastic body formed larger than a wafer holding area, wherein the polishing is performed while adjusting the pressure of a portion of the elastic body located outside the wafer holding area. Wafer polishing method.

A wafer polishing method according to claim 8, wherein the wafer is polished using the wafer polishing apparatus according to any one of claims 1 to 4.