JP2004327547A

JP2004327547A - Wafer polishing device, its polishing head, and wafer polishing method

Info

Publication number: JP2004327547A
Application number: JP2003117354A
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: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2023-04-22
Also published as: JP4264289B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wafer polishing device, a polishing head, and a wafer polishing method, which hardly deteriorate the peripheral shape of a wafer even when a pressure adjusting mechanism varies in performance. <P>SOLUTION: The wafer polishing device is equipped with a platen, one or more polishing heads, and a polishing head drive mechanism. The polishing head is equipped with a polishing head main body and an elastic body provided to the polishing head main body so as to hold the wafer, Furthermore, the wafer polishing device is equipped with a first pressure adjusting mechanism which adjusts a polishing pressure through a fluid chamber formed between the elastic body and the polishing head main body. The elastic body is set larger than a wafer holding region, a second pressure adjusting mechanism which adjusts a pressure applied onto a part of the elastic body located outside the wafer holding region is provided, and a pushing ring which can be displaced in the axial direction of the polishing head by a third pressure adjusting mechanism is provided outside of the second pressure adjusting mechanism. <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、特に異なった研磨条件に対し、同じ研磨ヘッドを用いても最適な状態で研磨が行え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、例えば、片面研磨方式の研磨装置として図１０に示すようなウエーハ研磨装置が用いられる。図１０は従来のウエーハ研磨装置の一例を示す要部の断面的概略説明図である。図１０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２５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、多くは研磨の保持方法（研磨ヘッド、更にはウエーハ保持）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ヘッド本体と、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。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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
また、別な形態の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。
【００１３】
また、研磨装置によっては、複数の研磨ステージが存在し、各ステージでは同一又は異なった研磨条件に設定され研磨することがある。このようなシステムでは途中ウエーハを受け渡しする機構を設けたり、研磨ヘッドにウエーハを保持したまま順じ各ステージに移動させたりして、連続して研磨を実施することがある。例えば研磨布が貼付された定盤が３台存在するような研磨装置では、例えば、修正研磨、修正研磨＋均一研磨、均一研磨といった組み合わせの研磨条件で研磨される。なお、修正研磨とは、研磨代がウエーハ面内で均一ではなく、厚さの厚い部分を積極的に研磨し、高平坦度のウエーハを得る研磨であり、主に粗研磨、１次研磨などと言われる。粗研磨では研磨代を大きく設定し研磨するのが一般的である。
【００１４】
均一研磨は、修正研磨で高平坦度になったウエーハの表面改質の為、初めの形状を維持しながら面内で均一に研磨するもので、主に仕上げ研磨などといわれる。この工程では研磨代は大変微小である。また、これらの中間として２次研磨が実施されることがある。２次研磨は、修正研磨＋均一研磨が混在するような工程で、その条件によりどちらの研磨形態にも変りうる工程である。特に１次研磨工程より研磨代が少なく、また仕上げ研磨よりは多く設定するのが通常である。２次研磨では１次研磨後のウエーハ形状により、修正研磨的作用を多くするか、均一研磨的な作用を大きくするか設定する。但し、実際には修正研磨と均一研磨を完全に区別することは難しい。
【００１５】
【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０８−２５７８９３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０８−３３９９７９号公報
【特許文献８】
特開平９−２２５８２１号公報
【００１６】
【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のなかで主に１次研磨で修正研磨工程を実施し高平坦度に加工し、２次研磨工程、仕上げ研磨工程では、研磨量（研磨代、取り代ということがある）を面内で均一にして研磨する均一研磨を行うことが好ましい。しかし、安定した均一研磨を行うのは難しく、例えば、ウエーハ外周部などでは形状が崩れやすい傾向にある。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有し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。
【００１７】
例えば、図１２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。
【００１８】
図１２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３５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。
【００１９】
また、図１３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。
【００２０】
図１３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。
【００２１】
本発明は、このような加圧調整機構のバラツキによりウエーハ外周部の形状が悪化しないウエーハの研磨装置及び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１の目的とする。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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、特にウエーハ外周部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。
【００２５】
しかし、このように均一研磨に特化した研磨ヘッドに設定した場合、修正研磨を行うのが難しくなることがある。２次研磨では、１次研磨で十分に高平坦度に加工されなかった場合など修正作用を持たせた研磨を行うことがある。例えば、１つの研磨ヘッドにウエーハを保持し、複数のステージ（定盤）で異なる研磨条件により研磨する場合、初めのステージでは、主に形状の修正（修正研磨）作用が大きい条件で研磨が行われ、後段では面内で均一（均一研磨）に研磨される条件で実施される。本発明は、このような異なる目的の研磨に対しても、同一の研磨ヘッドを用い研磨することができるウエーハ研磨装置及び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４の目的とする。
【００２６】
【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部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。
【００２７】
本発明に係るウエーハ研磨装置の第２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部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。
【００２８】
このように、本発明のウエーハ研磨装置においては、弾性体（軟質部材）によりウエーハを保持する研磨ヘッドで、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。
【００２９】
本発明のウエーハ研磨装置においては、このような弾性体によりウエーハを保持する研磨ヘッドで、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ようにしたことで、圧力がばらついても、過剰にウエーハ形状に影響せず、修正研磨や均一研磨においてウエーハ外周部等を均一に研磨することができる。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。
【００３０】
また、本発明のウエーハ研磨装置においては、ヘッドの軸方向に対し変位可能とした押圧リングを設置したことにより、修正研磨と均一研磨の割合を調整でき、好ましいウエーハ形状に加工することができる。特に１つの研磨ヘッドにウエーハを保持し、複数のステージ（定盤）で異なる研磨条件により研磨する場合に好適な装置である。本発明では、押圧リングを均一研磨のために調整するのではなく、むしろ押圧リングの圧力による形状変化を積極的に利用し形状修正を行う。均一研磨では制御の難しい押圧リングの影響を弱く、または無くし、ウエーハ裏面側（正確にはウエーハ支持領域より外側の部分）の加圧を調整することで行うようにした。なお、本発明の押圧リングは、図１２に示すような従来のリテーナリングと同様な機構を有しているが、従来のリテーナリングはウエーハの保持も兼ねておりウエーハ外周に非常に近い位置に配置されている。本発明の押圧リングは、ウエーハ支持領域より外側にある第２の圧力調整機構より、更に外側に配置されておりウエーハから若干離れた位置にあり、押圧リング自体はウエーハを保持していない構成である。このようなウエーハと押圧リングの間に適度な間隔をもった構成にしたことによっても従来より形状制御が行いやすくなっている。
【００３１】
従って、本発明のウエーハ研磨装置においては、ウエーハ保持部と押圧リングの中間に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ガイドリングを設定することが好ましい。ガイドリングは弾性体等に直接貼付するなどすれば良いが、特にウエーハ外周部を保持することができれば特に限定するものではない。また研磨されるウエーハよりも薄く設定すると良い。このガイドリングは固定されており、ウエーハの保持位置を正確にするため及びウエーハがウエーハ保持部から外れるのを防止する。
【００３２】
また、本発明のウエーハ研磨装置は、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。
【００３３】
このように本発明のウエーハ研磨装置は、ウエーハ保持領域より外側の領域の圧力を調整してウエーハを研磨するものである。
【００３４】
本発明のウエーハ研磨装置の研磨ヘッドは、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部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。また、上記ウエーハ保持部にはガイドリングを設けてもよいし、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ることもできる。
【００３５】
このような研磨圧力（第１の圧力調整機構により制御される圧力）、ウエーハ（裏面）支持領域の外側部分の圧力（第２の圧力調整機構により制御される圧力）、及び押圧リングの押圧力（第３の圧力調整機構により制御される圧力）をそれぞれ独立して制御できる研磨ヘッドを用いることでウエーハ保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、また押圧リングの作用により均一研磨、修正研磨の割合を調整して、任意のウエーハ形状のウエーハを研磨することができる。
【００３６】
本発明のウエーハ研磨方法は、修正研磨と均一研磨を同じ研磨ヘッドを用いて行うウエーハの研磨方法であって、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、該ウエーハ保持領域より外側の弾性体部分の圧力を調整するとともに、更に外側に配置した押圧リングの位置を調整し研磨することを特徴とする。
【００３７】
上記修正研磨では、外側に配置された押圧リングを研磨布に一定の押圧力で加圧した状態で研磨し、均一研磨では前記押圧力より弱くした状態又は押圧リングを研磨布とは接触しない位置に退避させた状態で研磨することが好ましい。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。
【００３８】
このように研磨の目的により、押圧リングの高さ位置（圧力）を調整し、またウエーハ保持領域より外側の弾性体部分の圧力を調整することで、１つの研磨ヘッドでも任意のウエーハ形状のウエーハを研磨することができる。研磨条件にあった研磨ヘッドを複数用意する必要もなく、また研磨ヘッドから研磨ヘッドへウエーハを受け渡す機構を設けることなく研磨できる。
【００３９】
【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。
【００４０】
図１は本発明の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は本発明の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。
【００４１】
図１に示した本発明に係るウエーハ研磨装置１００の全体構造は、図１０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１０とともに簡単に説明すれば、円盤状の定盤（図１０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１０では符号１２、図１では符号１１９）が貼付されている。
【００４２】
該定盤の上方には、複数の支柱を介してヘッド駆動機構（図１０では符号２５，図１では省略）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基の研磨ヘッド（図１０では符号１８、図１では符号１０１）が設けられている（図１０及び図１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１００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１０１が用いられる点において図１０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。
【００４３】
次に、本発明のウエーハ研磨装置の研磨ヘッドを図１及び図２を参照して説明する。これらの図１及び図２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。
【００４４】
本発明のウエーハ研磨装置１００における研磨ヘッド１０１は、図１に示すように、研磨ヘッド１０１の駆動軸１０３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１０２と、この研磨ヘッド本体１０２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）１０６とを有する。研磨ヘッド本体１０２は円板状の天板部１０４と、この天板部１０４の外周に固定された円筒状の周壁部１０５とから構成され、天板部１０４は不図示のヘッド駆動機構の駆動軸１０３に同軸的に固定されている。該弾性体１０６はウエーハＷの直径以上の面積を有し、かつ該弾性体１０６の上面にはバックアップフランジ１０８が設けられている。
【００４５】
円板状の弾性体１０６の外周部は周壁部１０５等によって固定されている。弾性体１０６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１０６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）１０６のウエーハ保持部にウエーハＷが保持され研磨される。
【００４６】
なお、研磨を行う場合には、弾性体１０６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。
【００４７】
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１１８を設置する。ガイドリング１１８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。
【００４８】
上述した構造の研磨ヘッド本体１０２の駆動軸１０３には第１の流路１０７が形成されており、バックアップフランジ１０８と弾性体１０６との間に画成された第１の流体室１１０は、第１の流路１０７を通じて第１の圧力調整機構１１２に接続されている。そして、第１の圧力調整機構１１２で第１の流体室１１０内の流体圧力１１２ａを調整することにより、弾性体１０６が上下に変位して研磨布１１９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。
【００４９】
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、第２の流路１１５を通じて第２の圧力調整機構１１６に接続されている。そして、第２の圧力調整機構１１６で流体室１１４内の流体圧力１１６ａを調整することにより、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を押圧し、ウエーハ保持領域１０６ａより外側の部分１０６ｂの圧力は調整可能とされている。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。
【００５０】
本発明では、上述したように、ウエーハＷの直径より外側の部分１０６ｂを第２の圧力調整機構１１６で圧力調整し、ウエーハ形状を制御するものである。つまりウエーハ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との間に形成される第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の他に、バックアップフランジ１０８の上面に形成された第２の流体室１１４により、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を有している。
【００５１】
１２０はガイドリング１１８の外側の周壁部１０５に設けられた下方に開口する環状凹溝で、該凹溝１２０には環状の押圧リング１２２がバネ等の付勢手段（不図示）によって常時上方に付勢された状態で摺動自在に収納され、該押圧リング１２２の上部空間は第３の流体室１２４となっている。該流体室１２４は第３の流路１２６を通じて第３の圧力調整機構１２８に接続されている。そして、第３の圧力調整機構１２８で第３の流体室１２４内の流体圧力１２８ａを調整することにより、押圧リング１２２を下方に押圧することができる。したがって、押圧リング１２２が下方に押圧されない場合には、押圧リング１２２はバネ等の付勢力によって上方に退避している。一方、押圧リング１２２に下方への押圧力が加わる場合には、研磨布の表面を下方に押圧する作用を行う。
【００５２】
上記した第１〜第３の圧力調整機構の別の例を図２によって説明する。図２において、図１と同一又は類似部材は同一の符号を用いて説明する。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１０１は、図１の例と同様に、研磨ヘッド本体１０２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内の流体圧力１１２ａを第１の圧力調整機構１１２を介して調整することによって研磨圧力が調整される。
【００５３】
該バックアップフランジ１０８の上面には、図１と同様に第２の流体室１１４が形成されており、該第２の流体室１１４の流体圧力１１６ａを第２の圧力調整機構１１６を介して調整することによって、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の作用により、ウエーハ保持領域１０６ａより外側の部分１０６ｂの圧力が調整可能とされている。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１０６に貼付されている。
【００５４】
上記弾性体１０６は、図２の例ではバックアップフランジ１０８の外周部に形成された凹部１０８ｂに嵌着固定されている。バックアップフランジ１０８の外周下部には凸部１０８ａが形成されており、バックアップフランジ１０８と弾性体１０６の間に第１の流体室１１０を形成している。
【００５５】
バックアップフランジ１０８の上部には、研磨ヘッド本体１０２の天板部１０２ａなどにより形成された第２の流体室１１４が設けられている。上述したように、この第２の流体室１１４の流体圧力１１６ａを調整することで、バックアップフランジ１０８の凸部１０８ａを通じ、弾性体１０６のウエーハ保持領域１０６ａより外側の部分１０６ｂの圧力は調整可能となっている。研磨圧力は、同様に、第１の流体室１１０の流体圧力１１２ａを調整することで調整している。
【００５６】
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１１８が、研磨ヘッド本体１０２の構成の一部として設置されている。ガイドリング１１８の下部にはＬ字状に内方に突出した保持片１１８ａ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。
【００５７】
上記したガイドリング１１８やバッキングパッド１３８の形状は図２の例に限定されるものでないことは勿論である。
【００５８】
図２の例においても、図１と同様に、環状の押圧リング１２２は第３の圧力調整機構１２８を介して第３の流体室１２４の流体圧力１２８ａを調整することによって環状凹溝１２０内を上下方向に変位可能とされており、必要に応じて研磨布の押圧作用を行うようになっている。
【００５９】
従来のウエーハ研磨装置としては、例えば、図１３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。
【００６０】
また本発明の研磨ヘッドでは、更に第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構によりヘッドの軸方向に対し変位可能とした押圧リングを具備している。第３の圧力調整機構は特に限定するものではないが、例えば、押圧リングをバネの力で研磨ヘッドに内に退避しておき、研磨時に押圧リング上部に流体を流すことで加圧調整するなどしても良い。
【００６１】
従来の別の形態のウエーハ研磨装置においては、例えば、図１２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。
【００６２】
図１２に示すように従来からリテーナリングが変動可能な装置は存在するが、このような研磨ヘッドでは正確な均一研磨を行うことが困難であった。本発明のような３つの圧力調整機構（特に第２の圧力調整機構）を有する研磨ヘッドを用いることにより精度良く研磨することができる。
【００６３】
上述した本発明のウエーハ研磨装置の使用態様は種々に考えられるが、その一例を図９を用いて説明する。図９は本発明のウエーハ研磨装置の使用態様の一例を示す上面概略模式図である。図９において、図１及び図２と同一又は類似部材は同一の符号で示される。
【００６４】
図９において、本発明のウエーハ研磨装置１００はその基台２００上に複数（図示例では３台）の研磨ステージ（第１研磨ステージ、第２研磨ステージ及び第３研磨ステージ）、換言すれば、研磨布の貼られた複数の定盤２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを有している。各研磨ステージ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃにおいて、研磨条件の異なる研磨ができるようになっている。また、該基台２００上には、さらにロード・アンロードステージ２０４及びカセットステージ２０６が設けられている。該ロード・アンロードステージ２０４において各研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ及び１０１ｃ，１０１ｄへのウエーハの装着及び脱離が行われ、該カセットステージ２０６には多数のウエーハを収納したカセットが載置され、不図示のロボットハンド等により該ロード・アンロードステージ２０４との間でウエーハの搬送が行われる。
【００６５】
該研磨ステージ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ及び該ロード・アンロードステージ２０４の基台２００上での配置については特別の限定はないが、図示例では第１研磨ステージ２０２Ａと第３研磨ステージ２０２Ｃが相対向し、第２研磨ステージ２０２Ｂとロード・アンロードステージ２０４が相対向するように配置した場合が示されている。
【００６６】
図９において、２０８はヘッド駆動機構で、該研磨ステージ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃの上方に位置しかつ回転可能に設けられている。該ヘッド駆動機構２０８には１基又は複数基（図示例で４基）の研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄが取りつけられている。
【００６７】
該研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの該ヘッド駆動機構２０８への取りつけの態様には特別の限定はないが、図示例では２基の研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂが残りの２基の研磨ヘッド１０１ｃ，１０１ｄと相対向するように装着されている。即ち、図９に示されるように、第１研磨ステージ２０２Ａ上には２基の研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂが位置し、第３研磨ステージ２０２Ｃ上には２基の研磨ヘッド１０１ｃ，１０１ｄが位置するような態様で装着される。
【００６８】
図９のウエーハ研磨装置１００の構成によるその研磨態様は次の通りである。カセットステージ２０６から、ロード・アンロードステージ２０４に被研磨ウエーハを移動し、その上部に研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ又は１０１ｃ，１０１ｄが移動し、そのウエーハ保持面にウエーハが保持される。研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄの移動はヘッド駆動機構２０８が回転して行われる。図９の例ではヘッド駆動機構２０８が時計回りに９０°回転することによって各研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ及び１０１ｃ，１０１ｄは次のステージに移動せしめられる。即ち、ロード・アンロードステージ２０４においてウエーハをウエーハ保持面に保持した研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄは、ヘッド駆動機構２０８の時計回り方向への９０°の回転によって、第１研磨ステージ２０２Ａに移動する。この第１研磨ステージ２０２Ａでウエーハを研磨した後、第２研磨ステージ２０２Ｂ、第３研磨ステージ２０３Ｃと研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄが移動して研磨を繰返し、最終的にロード・アンロードステージ２０４でウエーハが脱離され、ついでカセットステージ２０６に戻される。
【００６９】
研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄはウエーハを保持したまま、各研磨ステージ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ及びロード・アンロードステージ２０４に移動可能である。この時、各研磨ステージ（定盤）２０２Ａ〜２０２Ｃ及びロード・アンロードステージ２０４側が移動してもよいし、研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄ側が移動してもよい。図９の例では研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄが取りつけられたヘッド駆動機構２０８が回転する機構となっている。
【００７０】
次に、本発明のウエーハの研磨方法について説明する。図１、図２及び図９に示した本発明のウエーハ研磨装置１００によりウエーハ研磨を行うには、まず、研磨布１１９と各研磨ヘッド１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）にウエーハを配置するとともに、研磨布１１９に当接させ、定盤を回転させると共に、研磨ヘッド１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）を定盤に対し回転させることで研磨する。これを各定盤２０２Ａ〜２０２Ｃ上で行う。
【００７１】
本発明のウエーハの研磨方法を実施する際の研磨条件は、修正研磨及び均一研磨により、適宜設定する必要があるが、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）は１０ｋＰａ〜４０ｋＰａ、より好ましくは２０ｋＰａ〜３０ｋＰａに設定し行う。
【００７２】
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。
【００７３】
第２の圧力調整機構１１６より外側に配置した第３の圧力調整機構１２８により、研磨ヘッド１０１の軸方向に対し変位可能とした押圧リング１２２を制御する方法は、ウエーハの形状の修正具合により調整する。つまり修正研磨を積極的に行う研磨工程（１次研磨や２次研磨）では、押圧リング１２２を研磨布１１９に積極的に押し付け研磨し、均一研磨（２次研磨や仕上げ研磨）を行う工程では、押圧リング１２２による押し付けを弱く、または完全に研磨布１１９とは接触しない位置まで退避して研磨を行う。
【００７４】
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。修正研磨では、ポリウレタン系やゴム系の硬質研磨布が用いられている。均一研磨としては多層の不織布、スエード状の研磨布が主に用いられる。
【００７５】
【実施例】
以下に比較例及び実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの例は例示的に提示されるもので、限定的に解釈されるべきものではない。
【００７６】
（比較例１）
図９に示した機構と同様に３台の定盤が配置されたウエーハ研磨装置を用いた。この研磨装置の研磨ヘッドとしては、図１１に示すような研磨ヘッドを用いた例を示す。図１１の研磨装置の研磨ヘッドは図１２及び図１３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、研磨圧力を調整する圧力調整機構（第１の圧力調整機構）とウエーハ裏面への圧力を直接調整できる機構（第２の圧力調整機構）を有している。更に、このような構成のウエーハ外側には、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が配置され研磨ヘッド本体と独立して動き、このリテーナリングはウエーハを保持すると共に研磨布を押圧できる機構（第３の圧力調整機構）となっている。このリテーナリングはウエーハ外周近傍に配置されウエーハの保持と、研磨布の押圧を兼ねた作用を果す。
【００７７】
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（裏面）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。つまり、図１１に示したウエーハ研磨装置１５０の研磨ヘッド２２２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２３８に保持され、バッキングパッド２３８はウエーハ直径と同程度の面積をもつ弾性体２２６に貼付されている。
【００７８】
この弾性体２２６の形状が本発明装置と大きく異なる。弾性体２２６は、図１１の例ではバックアップフランジ２２８の外周部に形成された凹部２２８ｂに嵌着固定されている。このバックアップフランジ２２８の外周下部には凸部２２８ａが形成されており、バックアップフランジ２２８と弾性体２２６の間に第１の流体室２３０を形成している。
【００７９】
バックアップフランジ２２８の上部には、例えば、研磨ヘッド本体２２４の天板部２２４ａなどにより形成されている第２の流体室２３４が設けられている。この第２の流体室２３４の流体圧力２３６ａを調整することで、バックアップフランジ２２８の凸部２２８ａを通じ、弾性体２２６のウエーハＷが存在する領域の外周部分２２６ｃ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２３０の流体圧力２３２ａを調整することで調整している。
【００８０】
この研磨ヘッドは、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後述する実施例１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。
【００８１】
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２３９が配置されている。このリテーナリング２３９は、その上面にエアバッグ等の押圧手段２４０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２４２を押圧できる機構となっている。
【００８２】
原料ウエーハは直径３００ｍｍの両面研磨あがりのウエーハを用い、その後修正研磨作用の強い２次研磨、均一研磨作用が強い２次研磨、更に均一研磨である仕上げ研磨を行った。原料ウエーハである両面研磨上がりの代表的なウエーハ形状を図７の鳥瞰図に示す。ウエーハ外周がややダレている形状ではあるものの、ＳＦＱＲｍａｘ＝０．１２μｍ〜０．１９μｍ程度の高平坦度なウエーハである。
【００８３】
（第１研磨ステージでの研磨）
第１研磨ステージでは、修正研磨と均一研磨の作用が混在した条件で研磨した。基本的には原料ウエーハ（上記両面研磨ウエーハ）のウエーハ外周形状がややダレているので、この部分の研磨代が少なくなるように研磨した。具体的には図９に示す装置の第１研磨ステージにおいて、研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製（Ｓｕｂａ６００）を用い、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の圧力調整機構）は３０ｋＰａである。ウエーハ裏面の加圧（第２の圧力調整機構）は３４ｋＰａ、リテーナリングは研磨布に対し、３５ｋＰａで加圧した。
【００８４】
上述した第１研磨ステージでの研磨を行った結果、図５の鳥瞰図に示すような形状のウエーハが得られた。得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、ＳＦＱＲｍａｘで０．４４μｍ（今回評価したウエーハの両面研磨あがりのＳＦＱＲｍａｘは０．１２μｍ）とウエーハのフラットネスが悪化していた。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。
【００８５】
図６は原料ウエーハ（両面研磨後のウエーハ）厚さと第１の研磨ステージで研磨した後のウエーハ厚さを測定し、その差を取ったものである。図８のようにウエーハの外周部（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６（ａ）と径方向に３ｍｍ間隔で測定したもの（図６（ｂ））である。
【００８６】
図８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。
【００８７】
この図６（ａ）（ｂ）を見るとわかるようにウエーハの径方向では、ウエーハ外周部分の研磨代が多く修正されており、ウエーハの周方向の研磨代は、場所によりばらつきが大きくなり、外周方向では均一に研磨されていないことがわかる。ウエーハは外周から３ｍｍの位置に、約１８０°の周期で１．６μｍのうねりが生じていた。これによりＳＦＱＲ等の平坦度が悪化している。
【００８８】
（第２研磨ステージでの研磨）
第１研磨ステージで研磨したウエーハを次に同じ研磨ヘッドを用いたまま、第２研磨ステージに移動し研磨した。
ここでは、形状の修正作用は小さくし、均一研磨を重点に研磨している。具体的には研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製のＳｕｂａ４００を用い、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の圧力調整機構）は３０ｋＰａである。第２の圧力調整機構の圧力は、３２ｋＰａ、リテーナリングは研磨布に３０ｋＰａで加圧して研磨した。
【００８９】
この結果、得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、ＳＦＱＲｍａｘは更に悪化していた。特にこのような構成の研磨ヘッドでは、ウエーハ外周部を均一に研磨できないことが多かった。これは、リテーナリング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敏感にウエーハ形状が変化しやすいことやウエーハ裏面からウエーハの外周部に直接圧力を加え形状を制御する場合、加圧部品の精度不良等の影響が出やすくなるためと考えられる。
【００９０】
本比較例で用いた研磨ヘッドでは、外周部の部分的な研磨代の制御も難しく更に面内を均一に研磨することも難しかった。したがって、各ステージ毎に異なった形態の研磨ヘッドを用いるなどの対策が必要である。通常この後第３の研磨ステージで、ヘイズ改善を目的とした仕上げ研磨（均一研磨）を行うが本比較例では外周形状が悪化した為実施しなかった。
【００９１】
（実施例１）
次に、図９に示した定盤の配置の研磨装置を用いるとともに図２に示すような本発明の研磨ヘッドを用いて研磨した例を示す。本発明の研磨装置（研磨ヘッド）を用い、直径３００ｍｍのシリコン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有せず、その外周部に圧力調整機構が配置されている。更にウエーハはガイドリングで支持され、さらにその外側に上下動可能な押圧リングが配置されている。
【００９２】
原料ウエーハは比較例１と同様、直径３００ｍｍの両面研磨あがりのウエーハを用い、その後修正研磨作用の強い２次研磨、均一研磨作用が強い２次研磨、更に均一研磨である仕上げ研磨を行った。
【００９３】
（第１研磨ステージでの研磨）
第１研磨ステージでは、修正研磨と均一研磨の作用が混在した条件で研磨した。基本的には原料ウエーハ（上記両面研磨ウエーハ）のウエーハ外周形状がややダレているので、この部分の研磨代が少なくなるように研磨した。具体的には図９に示す装置の第１研磨ステージにおいて、研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製（Ｓｕｂａ６００）を用い、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。ウエーハ裏面の加圧（第２の圧力調整手段）は３４ｋＰａ、押圧リングは研磨布に対し、３５ｋＰａで加圧した。
【００９４】
上述した第１研磨ステージでの研磨を行った結果、図３の鳥瞰図に示すような形状のウエーハが得られた。この時の研磨量（取り代）の分布を比較例１の場合と同様に周方向（図４（ａ））及び径方向（図４（ｂ））で確認した。径方向ではウエーハ外周部が若干研磨代が少なく研磨されていることが分かる。また周方向も均一に研磨されていることがわかる。得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、ＳＦＱＲｍａｘは０．１４μｍ（今回評価したウエーハの両面研磨あがりのＳＦＱＲｍａｘは０．１９μｍ）であり、良好なフラットネスに改善されていた。また、比較例と異なりウエーハ外周部にうねりがほとんどなかった。
【００９５】
（第２研磨ステージでの研磨）
これを次に同じヘッドを用いたまま、第２研磨ステージに移動し研磨した。
ここでは、形状の修正作用は小さくし、均一研磨を重点に研磨している。具体的には研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ製のＳｕｂａ４００を用い、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。第２の圧力調整機構の圧力は、３２ｋＰａ、押圧リングは研磨布に３０ｋＰａで加圧して研磨した。
【００９６】
この研磨においても形状変化はほとんどなく、均一な研磨代で研磨でき、表面品質（特にさざなみレベルの品質）が改善した。
【００９７】
（第３研磨ステージでの研磨）
最後に、上記ウエーハを仕上げ研磨した。仕上げ研磨では均一研磨を実施しウエーハのヘイズレベルを改善した。この研磨でも同じ研磨ヘッドに保持したまま、研磨布としてスエード状の研磨布（東レコーテックス社製Ｃｉｒｇａｌ７３５５ｆｍ）、研磨剤は第１研磨ステージ、第２研磨ステージで用いられた研磨剤より分散性の良い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２０ｒｐｍ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１０ｋＰａである。第２の圧力調整機構の圧力は、１１ｋＰａ、押圧リングは研磨布から完全に退避した状態で研磨した。これにより平坦度の悪化もなくヘイズレベルも改善した。
【００９８】
このように本発明の研磨装置では、同じ研磨ヘッドを用いたまま、修正研磨や、均一研磨を効果的に実施できた。
【００９９】
従来のリテーナリングによって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にあった。特にウエーハ外周部の研磨にばらつきが生じやすく、修正研磨及び均一研磨においても平坦度の悪化が生じてしまうことがあった。本発明の研磨装置では、特に第２の加圧調整機構のような形態で圧力制御している為、及び押圧リングもウエーハ外周から若干隙間を空けて（少なくともガイドリングの幅分）圧力制御しているため、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ために、高平坦度なウエーハを安定して製造することができる。
【０１００】
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。
【０１０１】
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、押圧リングの駆動方式など特に限定するものではない。
【０１０２】
【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では、修正研磨、均一研磨と異なる目的の研磨に対しても、同一の研磨ヘッドを用い研磨することができる。
【０１０３】
本発明の研磨装置及び研磨ヘッドにおいては、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）により保持する形態を採用することにより、高平坦度なウエーハを製造することができる。
【０１０４】
本発明のウエーハ研磨方法によれば、ウエーハ外周部にうねりが生じることがなく良好な研磨が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の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】本発明の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】実施例１における第１研磨ステージでの研磨あがりのウエーハの形状を示す鳥瞰図である。
【図４】実施例１における原料ウエーハの厚さと第１研磨ステージで研磨した後のウエーハの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５】比較例１における第１研磨ステージでの研磨あがりのウエーハの形状示す鳥瞰図である。
【図６】比較例１における原料ウエーハの厚さと第１研磨ステージで研磨した後のウエーハの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】実施例１及び比較例１において原料ウエーハとして用いた両面研磨上がりのウエーハの形状を示す鳥瞰図である。
【図８】ウエーハの形状評価の手法の一例を示す上面説明図である。
【図９】本発明のウエーハ研磨装置の使用態様の一例を示す上面概略模式図である。
【図１０】従来のウエーハ研磨装置の一例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図１１】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１２】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１３】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】
１０，３０，１５０：従来のウエーハ研磨装置、１２：研磨布、１４：研磨定盤、１６：研磨ヘッド本体、１６ａ：保持面、１８：研磨ヘッド、２０：リテーナリング、２２：研磨剤供給管、２４：研磨剤、２５：研磨ヘッド駆動機構、２６：バッキングパッド、２８，２９：駆動軸、３２：リテーナリング、３４：研磨布、３５：研磨ヘッド本体、３５ａ：ウエーハ保持面、３６：研磨ヘッド、３８：第１の圧力調整機構、４０：第２の圧力調整機構、５０：従来のウエーハ研磨装置、５２：研磨ヘッド、５４：研磨ヘッド本体、６０：流体室、６２：軟質保持部材、６４：第１の圧力調整機構、６６：第２の圧力調整機構、１００：本発明のウエーハ研磨装置、１０１，１０１ａ〜１０１ｄ：研磨ヘッド、１０２：研磨ヘッド本体、１０２ａ：天板部、１０３：駆動軸、１０４：天板部、１０５：周壁部、１０６：弾性体、１０６ａ：ウエーハ保持領域、１０６ｂ：ウエーハ保持領域の外側の部分、１０７：第１の流路、１０８：バックアップフランジ、１０８ａ：凸部、１０８ｂ：凹部、１１０：第１の流体室、１１２：第１の圧力調整機構、１１４：流体室、１１５：第２の流路、１１６：第２の圧力調整機構、１１８：ガイドリング、１１８ａ：保持片、１１９：研磨布、１２０：環状凹溝、１２２：押圧リング、１２４：第３の流体室、１２６：第３の流路、１２８：第３の圧力調整機構、２００：基台、２０２Ａ：第１研磨ステージ、２０２Ｂ：第２研磨ステージ、２０２Ｃ：第３研磨ステージ、２０４：ロード・アンロードステージ、２０６：カセットステージ、２０８：ヘッド駆動機構、２２２：研磨ヘッド、２２４ａ：天板部、２２６：弾性体、２２６ｃ：外周部分、２２８：バックアップフランジ、２２８ａ：凸部、２２８ｂ：凹部、２３０：流体室、２３４：流体室、２３８：バッキングパッド、２３９：リテーナリング、２４０：押圧手段、２４２：研磨布、Ｄ：研磨ヘッド軸線、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 performing polishing in an optimum state using different polishing conditions using the same polishing head.
[0002]
[Related technology]
In the step of mirror-polishing a semiconductor wafer or the like, for example, a wafer polishing apparatus as shown in FIG. 10 is used as a single-side polishing type polishing apparatus. FIG. 10 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing an example of a conventional wafer polishing apparatus. In FIG. 10, 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 down, 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 25 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 most of them are improvements in the polishing holding method (polishing head, and further, the wafer holding), and softening such as backing pads. Improvements have been made to those that hold a wafer on a holding surface, vacuum suction, and even templates (also called guide rings and retainer rings).
[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 has a hollow head main body, an elastic body stretched horizontally in the head main body (sometimes referred to as a soft layer or a diaphragm), and an elastic body. It has a ceramic wafer holding plate (sometimes called a carrier) fixed to the lower surface of the body, and supplies pressurized air from a pressurized air source through a shaft to an air chamber defined by an elastic body. By doing so, a floating head structure that can press the wafer holding plate downward has an advantage that the contact pressure of the wafer against the polishing cloth can be made uniform, and the polishing allowance (polishing amount) can be reduced within the wafer surface. It is mainly used for uniform polishing. 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.
[0009]
By the way, conventionally, as described above, it was thought that as long as the lower end surface of the retainer ring was disposed 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 apparatus, the retainer ring is pressurized at a pressure at which the retainer ring abuts against the polishing pad is higher than a pressure at which the wafer holding plate presses against the polishing pad. For example, it was set to be twice or more. This is because the higher the contact pressure of the retainer ring, the more reliably the outer periphery of the wafer is held.
[0010]
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.
[0011]
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. That is, the shape of the outer peripheral portion of the wafer is indirectly controlled by pressing the polishing cloth by the retainer ring.
[0012]
Further, another type of 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.
[0013]
Further, depending on the polishing apparatus, there are a plurality of polishing stages, and in each stage, polishing may be performed under the same or different polishing conditions. In such a system, there is a case where a mechanism for transferring the wafer in the middle is provided, or the wafer is sequentially moved to each stage while holding the wafer on the polishing head, and polishing is continuously performed. For example, in a polishing apparatus in which there are three platens to which a polishing cloth is attached, for example, polishing is performed under a combination of polishing conditions such as correction polishing, correction polishing + uniform polishing, and uniform polishing. In addition, the correction polishing is a polishing in which the polishing allowance is not uniform in the wafer surface, and a thick portion is positively polished to obtain a wafer with high flatness, and is mainly a rough polishing, a primary polishing, etc. It is said. In rough polishing, it is common to set a large polishing allowance and perform polishing.
[0014]
In the uniform polishing, the surface of a wafer having a high flatness due to the modified polishing is modified, so that the wafer is uniformly polished in a plane while maintaining the original shape, and is mainly referred to as finish polishing. In this step, the polishing allowance is very small. Also, secondary polishing may be performed as an intermediate between them. Secondary polishing is a process in which modified polishing and uniform polishing are mixed, and can be changed to either polishing mode depending on the conditions. In particular, it is usual to set the polishing allowance less than the primary polishing step and more than the final polishing step. In the secondary polishing, it is set whether to increase the effect of the modified polishing or to increase the effect of the uniform polishing depending on the wafer shape after the primary polishing. However, in practice, it is difficult to completely distinguish between modified polishing and uniform polishing.
[0015]
[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 08-257893 A
[Patent Document 5]
JP-A-11-42550
[Patent Document 6]
JP-A-8-229804
[Patent Document 7]
JP-A-08-339979
[Patent Document 8]
JP-A-9-225821
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
In the polishing performed on the wafer in a plurality of stages, a modified polishing process is mainly performed by primary polishing to process to a high flatness, and in the secondary polishing process and the final polishing process, the polishing amount (polishing allowance, removal allowance) It is preferable to perform uniform polishing in which polishing is performed in a plane uniformly. However, it is difficult to perform stable and uniform polishing. For example, the shape tends to collapse at the outer peripheral portion of the wafer. 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 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.
[0017]
For example, in the wafer polishing apparatus 30 in which the pressing force on the polishing pad 34 is adjusted by using a retainer ring 32 as schematically shown in FIG. 12, the shape of the wafer W, particularly the shape of the outer peripheral portion of the wafer 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.
[0018]
In FIG. 12, 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 35 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.
[0019]
Further, in the case of the wafer polishing apparatus 50 shown in FIG. 13 which applies pressure directly to the outer peripheral portion of the wafer W 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.
[0020]
In FIG. 13, 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.
[0021]
A first object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus, a polishing head, and a wafer polishing method in which the shape of the outer peripheral portion of the wafer does not deteriorate due to such a variation in the pressure adjusting mechanism.
[0022]
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.
[0023]
The present invention relates to a wafer polishing apparatus for producing a wafer with high flatness, a polishing head, and a wafer polishing method for a polishing apparatus in which a wafer is held with a soft layer (elastic body) without using a hard wafer holding board made of ceramics or the like. The second object is to provide
[0024]
A third object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus, a polishing head and a wafer polishing method capable of uniformly polishing a wafer surface, particularly a wafer outer peripheral portion, without breaking the shape of a wafer having a particularly high flatness. And
[0025]
However, when a polishing head specialized for uniform polishing is set as described above, it may be difficult to perform modified polishing. In the secondary polishing, there is a case where polishing having a correcting action is performed, for example, when the primary polishing is not performed to a sufficiently high flatness. For example, when a wafer is held on one polishing head and polished on a plurality of stages (surface plates) under different polishing conditions, polishing is mainly performed in the first stage under conditions in which the shape correction (correction polishing) action is large. In the latter stage, the polishing is performed under the condition that the polishing is performed uniformly (uniform polishing) in the plane. A fourth object of the present invention is to provide a wafer polishing apparatus, a polishing head, and a wafer polishing method that can polish using the same polishing head even for such polishing for different purposes.
[0026]
[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 polishing head driving mechanism for polishing the other surface of the wafer with the polishing cloth by driving these polishing heads, wherein the polishing head is A polishing head main body provided with a wafer holding portion for holding a wafer, and an elastic body provided to be orthogonal to a polishing head axis in the polishing head main body for holding the wafer, wherein the elastic body A wafer polishing apparatus having a first pressure adjusting mechanism for adjusting a polishing pressure through a fluid chamber formed between the polishing head main body and the polishing head body, wherein the elastic body is formed larger than a wafer holding area. A second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of the elastic body portion located outside the wafer holding region; and a third pressure adjusting mechanism provided outside the second pressure adjusting mechanism by the polishing head. It is characterized in that a pressing ring which can be displaced in the axial direction is provided.
[0027]
A second aspect of the wafer polishing apparatus according to the present invention is a wafer polishing apparatus, wherein a surface plate on which a polishing cloth is affixed to a surface thereof, and one surface of a wafer to be polished is held and one surface of the wafer is brought into contact with the polishing cloth. 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 includes a wafer holding unit for holding the wafer. The provided polishing head body, an elastic body provided to be perpendicular to the polishing head axis in the polishing head body for holding the wafer, and formed larger than the wafer holding area, and on the 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 a convex portion formed on an outer 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, is outside the wafer holding region. A second pressure adjusting mechanism that adjusts the pressure of the elastic body portion located at the second position, and a second pressure adjusting mechanism. Further, a third pressure adjusting mechanism is provided outside the second pressure adjusting mechanism. A pressure ring is provided which is displaceable in the axial direction of the polishing head.
[0028]
As described above, in the wafer polishing apparatus of the present invention, the polishing head that holds the wafer by the elastic body (soft member) allows the soft member portion outside the region where the wafer actually exists to be independent of the wafer back surface. By applying pressure, stable and uniform polishing can be performed.
[0029]
In the wafer polishing apparatus of the present invention, in the polishing head holding the wafer by such an elastic body, a mechanism that presses the soft member portion outside the region where the wafer actually exists independently of the wafer back surface, that is, By performing pressure control at a position outside the wafer, even if the pressure varies, the wafer shape is not excessively affected, and the outer peripheral portion of the wafer can be uniformly polished in the modified polishing or the uniform polishing. . There is an advantage that it is hardly affected by the installation accuracy of components (the second pressure control mechanism) and the like, and that shape control is easily performed.
[0030]
Further, in the wafer polishing apparatus of the present invention, by providing the pressing ring which is displaceable in the axial direction of the head, the ratio between the correction polishing and the uniform polishing can be adjusted, and the wafer can be processed into a preferable wafer shape. In particular, the apparatus is suitable when a wafer is held by one polishing head and polished on a plurality of stages (surface plates) under different polishing conditions. In the present invention, the pressing ring is not adjusted for uniform polishing, but rather, the shape is corrected by positively utilizing the shape change due to the pressure of the pressing ring. In the uniform polishing, the influence of the pressing ring, which is difficult to control, is weakened or eliminated, and the pressure is adjusted on the back side of the wafer (exactly, the portion outside the wafer support area). The pressing ring of the present invention has the same mechanism as the conventional retainer ring as shown in FIG. 12, but the conventional retainer ring also serves to hold the wafer and is located at a position very close to the outer periphery of the wafer. Are located. The pressing ring of the present invention is arranged further outside than the second pressure adjusting mechanism outside the wafer support area and is located at a position slightly away from the wafer, and the pressing ring itself does not hold the wafer. is there. With such a configuration having an appropriate interval between the wafer and the pressing ring, shape control can be performed more easily than in the past.
[0031]
Therefore, in the wafer polishing apparatus of the present invention, it is preferable to set a guide ring for holding the wafer between the wafer holding portion and the pressing ring so that the wafer does not jump out during polishing. The guide ring may be directly attached to an elastic body or the like, but is not particularly limited as long as it can hold the outer peripheral portion of the wafer. It is preferable to set the thickness to be thinner than the wafer to be polished. The guide ring is fixed to prevent the wafer from coming off the wafer holding portion in order to make the holding position of the wafer accurate.
[0032]
Further, the wafer polishing apparatus of the present invention has a mode in which the wafer is held on the surface of the elastic body, but 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.
[0033]
As described above, the wafer polishing apparatus of the present invention adjusts the pressure in a region outside the wafer holding region and polishes the wafer.
[0034]
The polishing head of the wafer polishing apparatus of the present invention is provided with a polishing head body provided with a wafer holding portion for holding a wafer, and provided in the polishing head body to hold the wafer so as to be orthogonal to the polishing head axis and An elastic body formed to be larger than the wafer holding area; and a backup flange provided on an upper surface side of the elastic body, and polished by a first fluid chamber formed between the elastic body and the backup flange. A polishing head of a wafer polishing apparatus having a first pressure adjusting mechanism for adjusting a pressure, wherein a lower peripheral portion of the lower surface of the backup flange is provided via a second fluid chamber formed between the backup flange and the main body of the polishing head. A second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure of the elastic body portion located outside the wafer holding region by the convex portion formed in the portion. Further by a third pressure adjustment mechanism on the outer side of the pressure adjusting mechanism of the second, characterized in that a pressing ring that can be displaced relative to the polishing head axial direction. Further, a guide ring may be provided on the wafer holding portion, or a backing pad may be provided on the surface of the elastic body on the side holding the wafer.
[0035]
Such polishing pressure (the pressure controlled by the first pressure adjusting mechanism), the pressure of the outer portion of the wafer (back surface) support region (the pressure controlled by the second pressure adjusting mechanism), and the pressing force of the pressing ring By using a polishing head that can independently control (a pressure controlled by the third pressure adjusting mechanism), the pressure of the elastic portion outside the wafer holding region can be easily adjusted and polished. By adjusting the ratio of uniform polishing and modified polishing by the action of the pressing ring, a wafer having an arbitrary wafer shape can be polished.
[0036]
The wafer polishing method of the present invention is a wafer polishing method in which the correction polishing and the uniform polishing are performed using the same polishing head, and the wafer is held by an elastic body formed larger than the wafer holding area, and the wafer is held by the wafer holding area. The method is characterized in that the pressure of the outer elastic portion is adjusted, and the position of the pressing ring disposed further outside is adjusted and polished.
[0037]
In the above-mentioned modified polishing, polishing is performed in a state in which a pressing ring disposed outside is pressed against a polishing cloth with a constant pressing force, and in uniform polishing, a state in which the pressing ring is weaker than the pressing force or a position where the pressing ring does not contact the polishing cloth. It is preferable to polish in a state of being retracted. The method of the present invention can be effectively implemented by using the apparatus of the present invention.
[0038]
By adjusting the height position (pressure) of the pressing ring and the pressure of the elastic body portion outside the wafer holding region in accordance with the purpose of polishing in this manner, a wafer having an arbitrary wafer shape can be formed even with one polishing head. Can be polished. There is no need to prepare a plurality of polishing heads that meet the polishing conditions, and polishing can be performed without providing a mechanism for transferring a wafer from the polishing head to the polishing head.
[0039]
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. .
[0040]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of a wafer polishing apparatus according to a first embodiment 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.
[0041]
The overall structure of the wafer polishing apparatus 100 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. 10, and the detailed description is omitted. Briefly described, a disk-shaped surface plate (reference numeral 14 in FIG. 10, 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. 10 and reference numeral 119 in FIG. 1) is attached to the entire upper surface.
[0042]
A head drive mechanism (reference numeral 25 in FIG. 10, omitted in FIG. 1) is fixed above the surface plate via a plurality of columns, and a plurality of polishing heads ( In FIG. 10, reference numeral 18 is shown, and in FIG. 1, reference numeral 101 is provided (only one polishing head is shown in FIGS. 10 and 1). The wafer polishing apparatus 100 of the present invention is clearly different from the conventional wafer polishing apparatus 10 shown in FIG. 10 in that a new polishing head 101 different from the conventional polishing head 18 is used.
[0043]
Next, a polishing head of the wafer polishing apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 and FIG. 2 exaggerate the main components of each polishing head, and the dimensions are different from the actual ones.
[0044]
As shown in FIG. 1, a polishing head 101 of a wafer polishing apparatus 100 of the present invention is a hollow polishing head body 102 which is disposed so as to be orthogonal to a polishing head axis D of a driving shaft 103 of the polishing head 101 and has an open lower end. And an elastic body (soft holding layer) 106 provided inside the polishing head main body 102 similarly to be orthogonal to the polishing head axis D. The polishing head main body 102 includes a disk-shaped top plate 104 and a cylindrical peripheral wall 105 fixed to the outer periphery of the top plate 104. The top plate 104 is driven by a head driving mechanism (not shown). It is coaxially fixed to the shaft 103. The elastic body 106 has an area larger than the diameter of the wafer W, and a backup flange 108 is provided on the upper surface of the elastic body 106.
[0045]
The outer peripheral portion of the disc-shaped elastic body 106 is fixed by a peripheral wall portion 105 and the like. The elastic body 106 is formed of an elastic material such as various rubbers, and is preferably mainly a urethane rubber. The thickness of the elastic body 106 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 the wafer holding portion of such an elastic body (soft holding layer) 106 and polished.
[0046]
When polishing is performed, a configuration in which the wafer W is attached to the lower surface of the elastic body 106 via a backing pad (not shown) may be employed. 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.
[0047]
Further, a guide ring 118 for holding the wafer W is provided so that the wafer W does not jump out during polishing. The guide ring 118 is a ring-shaped member made of a glass epoxy plate or a 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.
[0048]
A first flow path 107 is formed in the drive shaft 103 of the polishing head body 102 having the above-described structure, and a first fluid chamber 110 defined between the backup flange 108 and the elastic body 106 is The first pressure adjusting mechanism 112 is connected to the first pressure regulating mechanism 112 through one channel 107. Then, by adjusting the fluid pressure 112 a in the first fluid chamber 110 by the first pressure adjusting mechanism 112, the elastic body 106 is displaced up and down, and the pressing pressure (polishing pressure) of the wafer W on the polishing pad 119. To adjust. In general, it is sufficient to use air as the fluid.
[0049]
A second fluid chamber 114 is formed on the upper surface of the backup flange 108, and is connected to a second pressure adjusting mechanism 116 through a second channel 115. Then, by adjusting the fluid pressure 116a in the fluid chamber 114 by the second pressure adjusting mechanism 116, the convex portion 108a formed on the outer peripheral portion of the lower surface of the backup flange 108 is pressed, and the portion outside the wafer holding region 106a is pressed. The pressure of 106b is adjustable. Reference numeral 118 denotes a guide ring for holding the side of the wafer W so as not to jump out during polishing.
[0050]
In the present invention, as described above, the portion 106b outside the diameter of the wafer W is pressure-adjusted by the second pressure adjustment mechanism 116 to control the shape of the wafer. In other words, a first fluid chamber 110 having a wafer holding elastic body 106 having an area equal to or larger than the diameter of the wafer, and adjusting the polishing pressure by the first fluid chamber 110 formed between the elastic body 106 and the backup flange 108 is used. In addition to the pressure adjusting mechanism 112, the second fluid chamber 114 formed on the upper surface of the backup flange 108, the convex portion 108 a formed on the outer peripheral portion of the lower surface of the backup flange 108, the portion 106 b outside the wafer holding region 106 a. And a second pressure adjusting mechanism 116 that can adjust the pressure of the second pressure.
[0051]
Reference numeral 120 denotes an annular concave groove which is provided on the outer peripheral wall portion 105 outside the guide ring 118 and which is open downward. An annular pressing ring 122 is always upwardly provided by an urging means (not shown) such as a spring. It is slidably housed in a biased state, and the upper space of the pressing ring 122 is a third fluid chamber 124. The fluid chamber 124 is connected to a third pressure adjusting mechanism 128 through a third channel 126. By adjusting the fluid pressure 128a in the third fluid chamber 124 by the third pressure adjusting mechanism 128, the pressing ring 122 can be pressed downward. Therefore, when the pressing ring 122 is not pressed downward, the pressing ring 122 is retracted upward by the urging force of a spring or the like. On the other hand, when a downward pressing force is applied to the pressing ring 122, an operation of pressing the surface of the polishing cloth downward is performed.
[0052]
Another example of the first to third pressure adjusting mechanisms will be described with reference to FIG. 2, the same or similar members as those in FIG. 1 are described using the same reference numerals. 2, a polishing head 101 of a wafer polishing apparatus 100 of the present invention has a polishing head main body 102 and a wafer holding elastic body 106 having an area equal to or larger than the diameter of the wafer W, as in the example of FIG. The polishing pressure is adjusted by adjusting the fluid pressure 112a in the first fluid chamber 110 formed between the elastic body 106 and the backup flange 108 via the first pressure adjusting mechanism 112.
[0053]
A second fluid chamber 114 is formed on the upper surface of the backup flange 108 as in FIG. 1, and the fluid pressure 116 a of the second fluid chamber 114 is adjusted via a second pressure adjusting mechanism 116. Thus, the pressure of the portion 106b outside the wafer holding region 106a can be adjusted by the action of the convex portion 108a formed on the outer peripheral portion of the lower surface of the backup flange 108. The wafer W is held on a backing pad 138 having a diameter substantially equal to the diameter of the wafer, and the backing pad 138 is attached to the elastic body 106 having an area larger than the diameter of the wafer.
[0054]
In the example of FIG. 2, the elastic body 106 is fitted and fixed in a concave portion 108b formed on the outer peripheral portion of the backup flange 108. A convex portion 108 a is formed at the lower part of the outer periphery of the backup flange 108, and a first fluid chamber 110 is formed between the backup flange 108 and the elastic body 106.
[0055]
Above the backup flange 108, a second fluid chamber 114 formed by the top plate 102a of the polishing head main body 102 and the like is provided. As described above, by adjusting the fluid pressure 116a of the second fluid chamber 114, the pressure of the portion 106b of the elastic body 106 outside the wafer holding region 106a can be adjusted through the convex portion 108a of the backup flange 108. Has become. Similarly, the polishing pressure is adjusted by adjusting the fluid pressure 112a of the first fluid chamber 110.
[0056]
A donut-shaped guide ring 118 for holding the wafer W is provided outside the wafer holding structure as a part of the configuration of the polishing head main body 102. An L-shaped holding piece 118a protruding inward is provided below the guide ring 118, so that the wafer W can be held.
[0057]
Of course, the shapes of the guide ring 118 and the backing pad 138 described above are not limited to the example of FIG.
[0058]
In the example of FIG. 2, similarly to FIG. 1, the annular pressing ring 122 adjusts the fluid pressure 128 a of the third fluid chamber 124 through the third pressure adjusting mechanism 128 to move the inside of the annular groove 120. It can be displaced up and down, and presses the polishing cloth as needed.
[0059]
As a conventional wafer polishing apparatus, for example, as shown in a schematic diagram of FIG. 13, in addition to a first pressure adjusting mechanism 64 for adjusting a polishing pressure, a second pressure adjusting mechanism for directly pressing an outer peripheral position of a wafer back surface is used. Some control the wafer shape using the 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.
[0060]
Further, the polishing head of the present invention further includes a pressing ring which is displaceable in the axial direction of the head by a third pressure adjusting mechanism outside the second pressure adjusting mechanism. Although the third pressure adjusting mechanism is not particularly limited, for example, the pressing ring is retracted into the polishing head by the force of a spring, and the pressure is adjusted by flowing a fluid over the pressing ring during polishing. You may.
[0061]
In another conventional wafer polishing apparatus, for example, as shown in a schematic diagram of FIG. 12, a ring 32 generally called a retainer ring is provided on an outer peripheral portion of a wafer W, and the pressure of the retainer ring 32 is adjusted. The polishing head 36 having the second pressure adjusting mechanism 40 for performing the polishing is used.
[0062]
As shown in FIG. 12, there has been a device in which retainer ring can be varied, but it has been difficult to perform accurate uniform polishing with such a polishing head. Polishing can be accurately performed by using a polishing head having three pressure adjusting mechanisms (particularly, the second pressure adjusting mechanism) as in the present invention.
[0063]
Various usage modes of the above-described wafer polishing apparatus of the present invention can be considered, and an example thereof will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic top view showing an example of a usage mode of the wafer polishing apparatus of the present invention. 9, the same or similar members as those in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals.
[0064]
In FIG. 9, a wafer polishing apparatus 100 of the present invention has a plurality of (three in the illustrated example) polishing stages (first polishing stage, second polishing stage, and third polishing stage) on a base 200, in other words, It has a plurality of platens 202A, 202B, 202C to which a polishing cloth is attached. In each of the polishing stages 202A, 202B, 202C, polishing under different polishing conditions can be performed. On the base 200, a load / unload stage 204 and a cassette stage 206 are further provided. At the loading / unloading stage 204, wafers are mounted and detached from the polishing heads 101a, 101b and 101c, 101d, and a cassette containing a large number of wafers is placed on the cassette stage 206. The wafer is conveyed to and from the load / unload stage 204 by the robot hand or the like.
[0065]
The arrangement of the polishing stages 202A, 202B, 202C and the loading / unloading stage 204 on the base 200 is not particularly limited, but in the illustrated example, the first polishing stage 202A and the third polishing stage 202C face each other. However, the case where the second polishing stage 202B and the load / unload stage 204 are arranged to face each other is shown.
[0066]
In FIG. 9, reference numeral 208 denotes a head driving mechanism, which is located above the polishing stages 202A, 202B, and 202C and is rotatably provided. One or more (four in the illustrated example) polishing heads 101a, 101b, 101c, 101d are attached to the head driving mechanism 208.
[0067]
The manner in which the polishing heads 101a, 101b, 101c, and 101d are attached to the head driving mechanism 208 is not particularly limited. In the illustrated example, two polishing heads 101a and 101b are replaced with the remaining two polishing heads 101c. , 101d. That is, as shown in FIG. 9, two polishing heads 101a and 101b are located on the first polishing stage 202A, and two polishing heads 101c and 101d are located on the third polishing stage 202C. Is mounted in an appropriate manner.
[0068]
The polishing mode according to the configuration of the wafer polishing apparatus 100 of FIG. 9 is as follows. The wafer to be polished is moved from the cassette stage 206 to the load / unload stage 204, and the polishing heads 101a and 101b or 101c and 101d are moved above the wafer, and the wafer is held on the wafer holding surface. The movement of the polishing heads 101a to 101d is performed by rotating the head driving mechanism 208. In the example of FIG. 9, the polishing heads 101a, 101b and 101c, 101d are moved to the next stage by rotating the head drive mechanism 208 clockwise by 90 °. That is, the polishing heads 101a to 101d holding the wafer on the wafer holding surface in the load / unload stage 204 move to the first polishing stage 202A by rotating the head driving mechanism 208 clockwise by 90 °. After the wafer is polished by the first polishing stage 202A, the second polishing stage 202B, the third polishing stage 203C, and the polishing heads 101a to 101d move to repeat the polishing, and finally the wafer is loaded by the load / unload stage 204. It is detached and then returned to the cassette stage 206.
[0069]
The polishing heads 101a to 101d can move to the respective polishing stages 202A, 202B, 202C and the load / unload stage 204 while holding the wafer. At this time, the respective polishing stages (surface plates) 202A to 202C and the load / unload stage 204 may move, or the polishing heads 101a to 101d may move. In the example of FIG. 9, the head driving mechanism 208 to which the polishing heads 101a to 101d are attached rotates.
[0070]
Next, the wafer polishing method of the present invention will be described. To perform wafer polishing by the wafer polishing apparatus 100 of the present invention shown in FIGS. 1, 2 and 9, first, a wafer is placed on the polishing cloth 119 and each of the polishing heads 101 (101a to 101d). The polishing is performed by rotating the polishing table 101 while rotating the polishing table 101 and rotating the polishing head 101 (101a to 101d) with respect to the polishing table. This is performed on each of the platens 202A to 202C.
[0071]
The polishing conditions for carrying out the wafer polishing method of the present invention need to be appropriately set by modified polishing and uniform polishing. However, the contact pressure of the wafer against the polishing cloth (the pressure of the wafer holding plate: the first pressure) The pressure controlled by the control mechanism is set to 10 kPa to 40 kPa, more preferably 20 kPa to 30 kPa.
[0072]
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).
[0073]
A method of controlling the pressing ring 122 which is displaceable in the axial direction of the polishing head 101 by a third pressure adjusting mechanism 128 disposed outside the second pressure adjusting mechanism 116 is adjusted by adjusting the shape of the wafer. I do. In other words, in a polishing step (primary polishing or secondary polishing) in which correction polishing is positively performed, a pressing ring 122 is positively pressed against the polishing cloth 119 to perform polishing, and in a step in which uniform polishing (secondary polishing or finish polishing) is performed. The polishing is performed by weakly pressing the pressing ring 122 or retracting to a position where the pressing ring 122 does not completely contact the polishing cloth 119.
[0074]
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 suitably used. In the correction polishing, a hard polishing cloth of polyurethane or rubber is used. As the uniform polishing, a multi-layer nonwoven fabric or a suede-like polishing cloth is mainly used.
[0075]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Comparative Examples and Examples. However, these examples are presented as examples and should not be construed as limiting.
[0076]
(Comparative Example 1)
As in the mechanism shown in FIG. 9, a wafer polishing apparatus having three platens was used. As a polishing head of this polishing apparatus, an example using a polishing head as shown in FIG. 11 is shown. The polishing head of the polishing apparatus of FIG. 11 is a polishing head provided with both the first and second conventional pressure adjusting mechanisms as shown in FIGS. That is, it has a pressure adjusting mechanism (first pressure adjusting mechanism) for adjusting the polishing pressure and a mechanism (second pressure adjusting mechanism) for directly adjusting the pressure on the wafer back surface. Further, a donut-shaped retainer ring for holding the wafer is arranged on the outside of the wafer having such a configuration and moves independently of the polishing head main body. The retainer ring can hold the wafer and press the polishing cloth. (Third pressure adjusting mechanism). The retainer ring is disposed near the outer periphery of the wafer and serves to hold the wafer and press the polishing cloth.
[0077]
In particular, the second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure at the outer peripheral portion of the wafer (rear surface) conforms to the configuration of the polishing head according to the present invention, so that the difference between the effect of the present invention and the present invention becomes clear. I try to be different. That is, in the polishing head 222 of the wafer polishing apparatus 150 shown in FIG. 11, the wafer W is held by the backing pad 238 having a diameter approximately equal to the diameter of the wafer, and the backing pad 238 is an elastic material having an area approximately equal to the diameter of the wafer. 226.
[0078]
The shape of the elastic body 226 is significantly different from the device of the present invention. The elastic body 226 is fitted and fixed in a concave portion 228b formed on the outer peripheral portion of the backup flange 228 in the example of FIG. A convex portion 228 a is formed at a lower portion of the outer periphery of the backup flange 228, and a first fluid chamber 230 is formed between the backup flange 228 and the elastic body 226.
[0079]
Above the backup flange 228, a second fluid chamber 234 formed by, for example, a top plate 224a of the polishing head main body 224 is provided. By adjusting the fluid pressure 236a of the second fluid chamber 234, the pressure of the outer peripheral portion 226c of the region where the wafer W of the elastic body 226 exists can be adjusted through the convex portion 228a of the backup flange 228. The polishing pressure is adjusted by adjusting the fluid pressure 232a of the first fluid chamber 230.
[0080]
This polishing head has a backing pad having a thickness of 0.6 mm adhered to urethane rubber having a thickness of 1.5 mm on a wafer holding portion. The diameters of the elastic body and the backup flange are smaller than those of Example 1 described later. 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.
[0081]
Further, a donut-shaped retainer ring 239 for holding the wafer is arranged outside such a wafer holding structure. The retainer ring 239 has a pressing means 240 such as an airbag provided on the upper surface thereof and is configured to move independently of the polishing head main body, and a mechanism capable of holding the wafer W and pressing the polishing cloth 242. Has become.
[0082]
As a raw material wafer, a double-sided polished wafer having a diameter of 300 mm was used, and thereafter, secondary polishing with a strong correction polishing action, secondary polishing with a strong uniform polishing action, and final polishing as a uniform polishing were performed. FIG. 7 is a bird's-eye view showing a representative wafer shape after polishing both surfaces of the raw material wafer. Although the outer periphery of the wafer is slightly sagged, the wafer has a high flatness of about SFQRmax = 0.12 μm to 0.19 μm.
[0083]
(Polishing in the first polishing stage)
In the first polishing stage, polishing was performed under the condition where the effects of the modified polishing and the uniform polishing were mixed. Basically, the outer peripheral shape of the wafer of the raw material wafer (the double-sided polished wafer) is slightly sagged. Specifically, in the first polishing stage of the apparatus shown in FIG. 9, as polishing conditions, a polishing cloth manufactured by Rodale Nitta (Suba600) was used, and as an abrasive, an alkaline solution containing colloidal silica was used. The polishing head and the polishing table were rotated at 30 rpm, respectively. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting mechanism) is 30 kPa. The pressure on the wafer back surface (second pressure adjusting mechanism) was 34 kPa, and the retainer ring was pressed against the polishing cloth at 35 kPa.
[0084]
As a result of the above-mentioned polishing in the first polishing stage, a wafer having a shape as shown in the bird's-eye view of FIG. 5 was obtained. As a result of measuring the flatness of the obtained silicon wafer, the flatness of the wafer was degraded to 0.44 μm in SFQRmax (0.12 μm in SFQRmax in the double-side polishing of the wafer evaluated this time). The distribution of the polishing amount (removal allowance) at this time was confirmed in the wafer plane.
[0085]
FIG. 6 shows the difference between the thickness of the raw material wafer (wafer after double-side polishing) and the thickness of the wafer after polishing on the first polishing stage. As shown in FIG. 8, a value evaluated in the circumferential direction at intervals of 4 ° (the notch portion is 0 °) at the outer peripheral portion (at a position of 3 mm of the outer periphery) of the wafer (FIG. FIG. 6B).
[0086]
In FIG. 8, 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.
[0087]
As can be seen from FIGS. 6 (a) and 6 (b), in the radial direction of the wafer, the polishing allowance in the outer peripheral portion of the wafer has been largely corrected, and the polishing allowance in the circumferential direction of the wafer has a large variation depending on the location. It can be seen that the outer peripheral direction is not uniformly polished. The wafer had a 1.6 μm swell at a position of 3 mm from the outer periphery at a period of about 180 °. As a result, flatness such as SFQR is deteriorated.
[0088]
(Polishing in the second polishing stage)
The wafer polished in the first polishing stage was then moved to the second polishing stage and polished while using the same polishing head.
Here, the effect of correcting the shape is reduced, and polishing is performed with emphasis on uniform polishing. Specifically, as polishing conditions, Suba400 manufactured by Rodale Nitta was used for a polishing cloth, and an alkaline solution containing colloidal silica was used as a polishing agent. The polishing head and the polishing table were rotated at 30 rpm, respectively. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting mechanism) is 30 kPa. The pressure of the second pressure adjusting mechanism was 32 kPa, and the retainer ring was polished by pressing the polishing pad at 30 kPa.
[0089]
As a result, as a result of measuring the flatness of the obtained silicon wafer, SFQRmax was further deteriorated. In particular, in the polishing head having such a configuration, the outer peripheral portion of the wafer often cannot be uniformly polished. This is because the shape of the wafer tends to change sensitively due to slight pressure changes and deviations in adjustment, such as variations in the pressing force of the retainer ring and the polishing pressure (the pressure that presses the wafer). It is considered that, when the shape is controlled by directly applying pressure, the influence of poor accuracy or the like of the pressurized component is likely to occur.
[0090]
In the polishing head used in the present comparative example, it was difficult to control a partial polishing allowance at the outer peripheral portion, and it was also difficult to uniformly polish the surface. Therefore, it is necessary to take measures such as using a polishing head of a different form for each stage. Usually, thereafter, in the third polishing stage, finish polishing (uniform polishing) for the purpose of haze improvement is performed, but was not performed in this comparative example because the outer peripheral shape was deteriorated.
[0091]
(Example 1)
Next, an example in which the polishing apparatus having the arrangement of the surface plate shown in FIG. 9 and the polishing head of the present invention as shown in FIG. Using a polishing apparatus (polishing head) of the present invention, a silicon wafer having a diameter of 300 mm was polished. 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 held at the center by a water application method. A second pressure adjusting mechanism having a width of 2 mm is installed on the outer peripheral portion of the urethane rubber (a convex portion on the outer peripheral portion of the backup flange is formed with a width of 2 mm, so that the pressure can be controlled in an outer peripheral region from the wafer. There). That is, a pressure mechanism is not provided in a portion on the back surface of the wafer, and a pressure adjusting mechanism is arranged on an outer peripheral portion thereof. Further, the wafer is supported by a guide ring, and a pressing ring which can move up and down is disposed outside the guide ring.
[0092]
As in the case of Comparative Example 1, the raw material wafer was a double-sided polished wafer having a diameter of 300 mm, and then subjected to secondary polishing having a strong polishing effect, secondary polishing having a strong uniform polishing effect, and finish polishing as a uniform polishing.
[0093]
(Polishing in the first polishing stage)
In the first polishing stage, polishing was performed under the condition where the effects of the modified polishing and the uniform polishing were mixed. Basically, the outer peripheral shape of the wafer of the raw material wafer (the double-sided polished wafer) is slightly sagged. Specifically, in the first polishing stage of the apparatus shown in FIG. 9, as polishing conditions, a polishing cloth manufactured by Rodale Nitta (Suba600) was used, and as an abrasive, an alkaline solution containing colloidal silica was used. 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. The pressure on the wafer back surface (second pressure adjusting means) was 34 kPa, and the pressure ring was pressed against the polishing cloth at 35 kPa.
[0094]
As a result of polishing at the first polishing stage described above, a wafer having a shape as shown in the bird's-eye view of FIG. 3 was obtained. The distribution of the polishing amount (removal allowance) at this time was confirmed in the circumferential direction (FIG. 4A) and the radial direction (FIG. 4B) as in Comparative Example 1. It can be seen that in the radial direction, the outer peripheral portion of the wafer is slightly polished with little polishing allowance. It can also be seen that the circumferential direction is also uniformly polished. As a result of measuring the flatness of the obtained silicon wafer, SFQRmax was 0.14 μm (the SFQRmax of the wafer evaluated this time after polishing on both sides was 0.19 μm), and the flatness was improved. Also, unlike the comparative example, there was almost no undulation on the outer peripheral portion of the wafer.
[0095]
(Polishing in the second polishing stage)
This was then moved to the second polishing stage and polished while using the same head.
Here, the effect of correcting the shape is reduced, and polishing is performed with emphasis on uniform polishing. Specifically, as polishing conditions, Suba400 manufactured by Rodale Nitta was used as a polishing cloth, and an alkaline solution containing colloidal silica was used as a polishing agent. 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. The pressure of the second pressure adjusting mechanism was 32 kPa, and the pressing ring was pressed against the polishing pad at 30 kPa for polishing.
[0096]
Even in this polishing, there was almost no change in the shape, the polishing could be performed with a uniform polishing allowance, and the surface quality (particularly, the quality at the ripple level) was improved.
[0097]
(Polishing in the third polishing stage)
Finally, the wafer was finish polished. In the final polishing, uniform polishing was performed to improve the haze level of the wafer. Even in this polishing, a suede-shaped polishing cloth (Cirgal 7355fm manufactured by Toray Coatex Corp.) is used as the polishing cloth while holding the same polishing head, and the polishing agent is more dispersible than the polishing agent used in the first polishing stage and the second polishing stage. An alkaline solution containing good colloidal silica was used. The polishing head and the polishing platen were each rotated at 20 rpm. The polishing pressure of the wafer (first pressure adjusting means) is 10 kPa. The pressure of the second pressure adjusting mechanism was 11 kPa, and the pressing ring was polished while completely retracted from the polishing cloth. As a result, the haze level was improved without deterioration in flatness.
[0098]
As described above, in the polishing apparatus of the present invention, the modified polishing and the uniform polishing can be effectively performed while using the same polishing head.
[0099]
In a conventional polishing head that presses the polishing cloth by a retainer ring to control the outer peripheral portion shape of the wafer, a device that directly presses the back surface of the wafer to control the shape of the wafer, and a polishing head of a combination thereof, the pressure control means varies. , The polishing allowance tended to vary. In particular, the polishing of the outer peripheral portion of the wafer tends to vary, and the flatness may deteriorate even in the modified polishing and the uniform polishing. In the polishing apparatus of the present invention, since the pressure is controlled particularly in the form of the second pressure adjusting mechanism, the pressure is also controlled with a slight gap from the outer periphery of the wafer (at least by the width of the guide ring). Therefore, a wafer having a high flatness can be stably manufactured because there is little influence between polishing heads or variation in pressure adjusting means.
[0100]
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
[0101]
For example, there is no particular limitation on a method of driving a pressing ring, such as a method of installing a guide ring for holding a wafer, a method of pressing a second pressure adjusting mechanism, and the like.
[0102]
【The invention's effect】
As described above, in the wafer polishing apparatus according to the present invention, the same polishing head can be used for polishing for a purpose different from correction polishing and uniform polishing.
[0103]
In the polishing apparatus and the polishing head of the present invention, a wafer having a high flatness can be manufactured by adopting a mode of holding by a soft layer (elastic body) without using a hard wafer holding plate made of ceramics or the like. .
[0104]
According to the wafer polishing method of the present invention, good polishing can be performed without causing undulation on the outer peripheral portion of the wafer.
[Brief description of the drawings]
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 cross-sectional explanatory view of a main part showing a second embodiment of the wafer polishing apparatus of the present invention.
FIG. 3 is a bird's-eye view showing the shape of a wafer after polishing at a first polishing stage in Example 1.
FIG. 4 is a graph showing the difference between the thickness of the raw material wafer and the thickness of the wafer after being polished by the first polishing stage in Example 1, where (a) shows the circumferential direction of the wafer and (b) Indicates the radial direction of the wafer.
FIG. 5 is a bird's-eye view showing the shape of a wafer after polishing at a first polishing stage in Comparative Example 1.
6 is a graph showing the difference between the thickness of the raw material wafer and the thickness of the wafer after being polished in the first polishing stage in Comparative Example 1, where (a) shows the circumferential direction of the wafer and (b) Indicates the radial direction of the wafer.
FIG. 7 is a bird's eye view showing the shape of a double-side polished wafer used as a raw material wafer in Example 1 and Comparative Example 1.
FIG. 8 is an explanatory top view showing an example of a method for evaluating the shape of a wafer.
FIG. 9 is a schematic top view showing an example of a usage mode of the wafer polishing apparatus of the present invention.
FIG. 10 is a schematic cross-sectional explanatory view of a main part showing an example of a conventional wafer polishing apparatus.
FIG. 11 is a schematic sectional explanatory view of a main part showing another 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 still another example of the conventional wafer polishing apparatus.
[Explanation of symbols]
10, 30, 150: conventional wafer polishing apparatus, 12: polishing cloth, 14: polishing platen, 16: polishing head main body, 16a: holding surface, 18: polishing head, 20: retainer ring, 22: polishing agent supply pipe , 24: abrasive, 25: polishing head drive mechanism, 26: backing pad, 28, 29: drive shaft, 32: retainer ring, 34: polishing cloth, 35: polishing head body, 35a: wafer holding surface, 36: polishing Head, 38: first pressure adjusting mechanism, 40: second pressure adjusting mechanism, 50: conventional wafer polishing apparatus, 52: polishing head, 54: polishing head main body, 60: fluid chamber, 62: soft holding member, 64: first pressure adjusting mechanism, 66: second pressure adjusting mechanism, 100: wafer polishing apparatus of the present invention, 101, 101a to 101d: polishing head, 102: polishing head body, 10 a: top plate portion, 103: drive shaft, 104: top plate portion, 105: peripheral wall portion, 106: elastic body, 106a: wafer holding region, 106b: portion outside the wafer holding region, 107: first flow path , 108: backup flange, 108a: convex, 108b: concave, 110: first fluid chamber, 112: first pressure adjusting mechanism, 114: fluid chamber, 115: second flow path, 116: second Pressure adjusting mechanism, 118: guide ring, 118a: holding piece, 119: polishing cloth, 120: annular groove, 122: pressing ring, 124: third fluid chamber, 126: third channel, 128: third Pressure adjustment mechanism, 200: base, 202A: first polishing stage, 202B: second polishing stage, 202C: third polishing stage, 204: load / unload stage, 206: cassette stage, 08: head drive mechanism, 222: polishing head, 224a: top plate portion, 226: elastic body, 226c: outer peripheral portion, 228: backup flange, 228a: convex portion, 228b: concave portion, 230: fluid chamber, 234: fluid chamber 238: backing pad, 239: retainer ring, 240: pressing means, 242: polishing cloth, D: polishing head axis, W: wafer.

Claims

A surface plate on which a polishing cloth is attached, one or more polishing heads for 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 to be larger than a wafer holding area, and adjusts a pressure of the elastic body portion located outside the wafer holding area. And a pressure ring that is displaceable in the axial direction of the polishing head by a third pressure adjusting mechanism outside the second pressure adjusting 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. The pressure of the elastic body portion located outside the wafer holding region is formed by a convex portion formed on the outer peripheral portion of the lower surface of the backup flange via a second fluid chamber formed between the flange and the polishing head main body. A second pressure adjusting mechanism for adjusting the pressure, and further having a second pressure adjusting mechanism, and further being displaceable in the polishing head axial direction by a third pressure adjusting mechanism outside the second pressure adjusting mechanism. A wafer polishing apparatus, comprising: a pressing ring.

3. The wafer polishing apparatus according to claim 1, wherein a guide ring is provided between the wafer holding unit and the pressing ring.

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.

The wafer polishing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein one or more surface plates are provided.

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 second pressure adjusting mechanism that adjusts a pressure of the elastic body portion located outside the holding region; and a third pressure adjusting mechanism that is located outside the second pressure adjusting mechanism. Polishing head is characterized in that a pressing ring that can be displaced relative to the polishing head axis direction by the pressure adjusting mechanism.

7. The polishing head according to claim 6, wherein a guide ring is provided between the wafer holding unit and the pressing ring.

The polishing head according to claim 6, wherein a backing pad is provided on a surface of the elastic body on a side holding the wafer.

A method for polishing a wafer, wherein the modified polishing and the uniform polishing are performed by using the same polishing head, wherein the wafer is held by an elastic body formed larger than the wafer holding area, and the elastic body portion located outside the wafer holding area. A wafer polishing method, wherein the pressure is adjusted and the position of a pressing ring disposed further outside is adjusted for polishing.

In the modified polishing, polishing is performed in a state in which a pressing ring arranged outside is pressed against a polishing cloth with a constant pressing force, and in the uniform polishing, a state in which the pressing force is weaker than the pressing force or the pressing ring does not contact the polishing cloth. 10. The wafer polishing method according to claim 9, wherein the polishing is performed in a state where the wafer is retracted to a position.

The wafer polishing method according to claim 9, wherein the wafer is polished by using the wafer polishing apparatus according to claim 1.