JP3358716B2 - ウェーハ研磨装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

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

【０００２】

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

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

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

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

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

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

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

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

【００１０】１台の研磨装置で同時に研磨されるウェー
ハの枚数は、図１６に示すように、軸４２の設置本数に
応じて増減する。図１６（ａ）は１軸の場合、図１６
（ｂ）は２軸の場合及び図１６（ｃ）は６軸の場合をそ
れぞれ示す。

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

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

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

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

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

【００１６】バッチ式ウェーハ研磨装置６０は、図１７
に示すごとく、ウェーハＷの多数枚を１枚のウェーハ保
持板１２に配し、ウェーハ保持板１枚当り１基の加圧機
構でウェーハ研磨用の荷重を賦与する構成を有してい
る。図１７において、定盤２０及び研磨布１４の上方に
は研磨ヘッド１１がフレーム５２に設置されたエアシリ
ンダ５０により上下動可能に対向して設けられている。

【００１７】該研磨ヘッド１１には、ウェーハ保持板１
２を経由してウェーハＷに荷重を賦与する手段として、
デッドウェイト７０が設けてある。ウェーハ保持板１２
の外縁に接して、センターローラ５４と、ガイドローラ
５６が配してあり、図１８に示すように複数個のウェー
ハ保持板１２に回転を行わせるように作用する。

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

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

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

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

【００２２】外乱：研磨工程に供給される材料のウェ
ーハの厚さにはバラツキ（数μｍ程度）が存在する。こ
のため、保持板には異なる厚さのウェーハが混在し貼り
付けられる。この様な状態でウェーハを研磨すると、図
１９に示すように、ウェーハ間並びにウェーハ面内で研
磨条件の変動が発生し平坦なウェーハを得ることはでき
ない。

【００２３】外乱：ウェーハ保持板は高剛性であり、
研磨荷重が加わっても弾性変形せず平坦性が維持されて
いることが望ましい。材質としては、パイレックスガラ
ス（ホウケイ酸ガラス）、Ａｌ₂ Ｏ₃ セラミック等の剛
性の高いものが選ばれている。高剛性という観点では板
厚が大きい程好ましいが、重く取り扱いが困難になると
いう欠点、あるいは製作できる板厚に限度がある点等か
ら自ら制限される。したがって、ウェーハ保持板の剛性
は理想状態と比べると不充分であり、ウェーハ保持板は
弾性変形する。図２０には、ウェーハ保持板に加わる荷
重が等分布荷重の場合の弾性変形の概念図を示すが、こ
のような状態ではウェーハを平坦に研磨することはでき
ない。

【００２４】外乱：ウェーハは保持板と研磨布が貼ら
れた定盤に挟持されて研磨加工を受けるため、平坦なウ
ェーハを得るには両者共に平坦でなければならない。と
ころが、最近のウェーハの大口径化に伴ない、保持板の
直径、定盤の直径は共に大きくなり平坦化加工が困難に
なりつつある。図２１には、定盤の平坦性が悪い場合を
示すが、ウェーハ表面の研磨条件が不均等になり、平坦
性加工の困難さが増大する。

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

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

【００２７】外乱：図２２に示す毎葉式ウェーハ研磨
装置の研磨ヘッドの場合、ウェーハ保持板の両面の荷重
は、等分布であり、かつ局所的にも打ち消し合うためウ
ェーハ保持板は弾性変形せず、ウェーハは平坦に研磨さ
れる。

【００２８】外乱：定盤の平坦性が悪くても、図２３
に示されるように、毎葉式ウェーハ研磨装置では、ウェ
ーハは定盤の平坦性に応じて傾斜動するためウェーハは
平坦に研磨される。

【００２９】

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

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のウェーハの研磨装置は、ウェーハ保持板に
保持されたウェーハを、定盤に貼着された研磨布に、荷
重手段によって所定の研磨荷重で押圧することによっ
て、該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェーハ研磨装
置であって、該ウェーハ保持板が、ウェーハを保持する
複数個のウェーハ保持部と、該複数個のウェーハ保持部
を一体的に接続する接続板部とからなり、該ウェーハ保
持部を上記ウェーハ保持板の高剛性領域にかつ該接続板
部を上記ウェーハ保持板の低剛性領域にそれぞれ形成
し、かつ該複数個のウェーハ保持部に該研磨荷重を均等
に分布させる荷重均等分布手段を設けたことを特徴とす
る。

【００３１】前記ウェーハ保持部の板厚を厚く、前記接
続板部の板厚を薄くすることによって、該ウェーハ保持
部を高剛性領域とし、該接続板部を低剛性領域とするこ
とが可能である。

【００３２】前記接続板部に貫通孔を穿設することによ
って、該接続板部を低剛性領域とすることもできる。

【００３３】前記複数個のウェーハ保持部の板厚が同一
で、かつ該ウェーハ保持部の全ての上下両面はそれぞれ
同一平面上に存在し、かつそれらの両面とも前記接続板
部の上下両面よりも外方に変位突出して設ける構成を採
用することもできる。

【００３４】前記ウェーハ保持部をＡｌ₂ Ｏ₃ セラミッ
クやＳｉＣセラミック等の高剛性材料で、前記接続板部
をホウケイ酸ガラス（パイレックスガラス）等の耐熱性
ガラスやエポキシ樹脂又はポリ四フッ化エチレン樹脂
（テフロン樹脂）等の合成樹脂等の低剛性材料で形成す
るのが好適である。

【００３５】前記荷重均等分布手段は、ウェーハ保持板
のウェーハと接する面と反対の面に荷重が均等に分布す
るように作用するもので、この荷重均等分布手段として
は、前記荷重手段と前記ウェーハ保持板の間に介在させ
た粘弾性体材料を用いることができる。

【００３６】前記粘弾性体材料としては、天然ゴム又は
合成ゴムからなるゴムシート又は発泡ゴムシート等をあ
げることができる。

【００３７】前記荷重均等分布手段としては、前記荷重
手段と前記ウェーハ保持板の間に介在させたバネ手段等
の弾性体材料を用いることもできる。

【００３８】前記荷重均等分布手段としては、前記荷重
手段と前記ウェーハ保持板の間に介在させた水や空気等
の流体材料を用いることもできる。

【００３９】本発明のウェーハ研磨方法は、ウェーハ保
持板に保持されたウェーハを定盤に貼着された研磨布に
所定の研磨荷重で押圧することによって、該ウェーハの
片面に研磨加工を施すウェーハ研磨方法であって、上記
した本発明のウェーハ研磨装置を用い、複数枚のウェー
ハに荷重を均等に分布し押圧することによって各ウェー
ハを均等に研磨するようにしたことを特徴とする。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を添
付図面中、図１〜図１３に基づいて説明する。図１〜図
１３において、図１４〜図２３と同一部材又は類似部材
は同一符号で示すことがある。

【００４１】図１は本発明のウェーハ研磨装置の一つの
実施の形態の要部の断面的側面説明図である。図２は図
１の概略上面図である。図３はウェーハ保持板の１例を
示す平面図である。図４は図３のウェーハ保持板の要部
の拡大断面説明図である。図５はウェーハ保持板の他の
例を示す平面図である。図６は図５のウェーハ保持板の
要部の拡大断面説明図である。

【００４２】図７はウェーハ厚さ変動に対する本発明の
ウェーハ保持板の緩衝作用を概念的に示す側面概略説明
図である。図８は本発明のウェーハ保持板の定盤面への
追従作用を概念的に示す側面概略説明図である。図９は
ウェーハ保持部に作用する力とウェーハの平坦性の関係
を説明する側面的説明図で、（ａ）は荷重がウェーハ保
持部の重心に作用する場合を示し、（ｂ）は荷重がウェ
ーハ保持部の重心に作用しない場合を示す。

【００４３】図１０はウェーハ保持板の別の例を示す断
面的説明図で、（ａ）はウェーハ保持部と接続板部との
板厚が同一の場合を示し、（ｂ）は接続板部の板厚が薄
い場合を示す。図１１は荷重均等分布手段として粘弾性
体材料を用いる場合の３つの取りつけ例を示す断面的説
明図で、（ａ）は第１の例、（ｂ）は第２の例及び
（ｃ）は第３の例をそれぞれ示す。図１２は荷重均等分
布手段として弾性体材料を用いた場合の取りつけ例を示
す断面的説明図である。図１３は荷重均等分布手段とし
て流体材料を用いた場合の取りつけ例を示す断面的説明
図である。

【００４４】図１において、１０ａは本発明に係るウェ
ーハ研磨装置で、ウェーハ保持板１２に保持された複数
枚のウェーハＷを定盤２０に貼着された研磨布１４に、
荷重手段（図示例ではデッドウェイト）７０によって所
定の研磨荷重で押圧することによって、複数枚のウェー
ハＷのそれぞれの片面に同時に研磨加工を施す。７２は
荷重手段７０を受ける荷重受け部である。７４は該荷重
受け部７２とウェーハ保持板１２との間に介在せしめら
れた荷重均等分布手段である。

【００４５】該ウェーハ保持板１２は、ウェーハＷを保
持する複数個（図示例では４個）のウェーハ保持部１２
ａと、該複数個のウェーハ保持部１２ａを一体的に接続
する接続板部１２ｂとを有している。該ウェーハ保持部
１２ａは高剛性領域にかつ該接続板部１２ｂは撓性を有
する低剛性領域にそれぞれ形成されている。

【００４６】図１及び図２において、５４はセンターロ
ーラ、５６はガイドローラである。図２に示したよう
に、これらのローラ５４、５６の作用によってウェーハ
保持板１２は定盤２０上で自転する。したがって、該ウ
ェーハ保持板１２の下面側に保持されたウェーハＷは研
磨布１４上を公転及び自転をしつつ摺擦せしめられ研磨
される。

【００４７】該ウェーハ保持板１２のうち、ウェーハＷ
と接するウェーハ保持部１２ａは剛性の高い領域であり
変形し難いが、接続板部１２ｂは剛性が低い領域として
あるので変形しやすい。このため、ウェーハ保持板１２
に生じる変形は、ほとんど全て低剛性領域である接続板
部１２ｂに出現することになる。

【００４８】ウェーハをウェーハ保持部へ保持する際に
若干の位置決め誤差が存在することを考慮し、ウェーハ
保持部１２ａはウェーハＷより若干（直径で５ｍｍ程
度）大きくする。またウェーハ保持板１２への荷重の伝
達は、ウェーハ保持板１２の変形を少なくするため、剛
性の高いウェーハ保持部１２ａに限定される。

【００４９】荷重手段７０をウェーハ保持板１２に伝達
している荷重均等分布手段７４としては、例えば、図１
１に示すように粘弾性体材料７４ａが用いられるが、こ
の粘弾性体材料７４ａは軟く、圧縮変形量が１０μｍ程
度変動しても、圧縮応力の変動は僅く少ないものであ
る。

【００５０】上記した構成とすることにより、ウェーハ
の平坦性を得るうえで、次の３つの利点がある。

【００５１】利点：図７に示すように、厚さに差異の
あるウェーハＷを保持したウェーハ保持板１２であって
も、変形は低剛性領域の接続板部１２ｂに出現し、ウェ
ーハＷと接する高剛性領域のウェーハ保持部１２ａは変
形することはなく、その平坦性は維持される。よって、
ウェーハＷは平坦性良く研磨される。また、材料ウェー
ハの厚さの差異は大きくても１０μｍ以下であるので、
粘弾性体材料等から構成される荷重均等分布手段７４に
生じる圧縮応力のバラツキは僅かである。このためウェ
ーハＷが研磨布１４を押し付ける圧力、即ち、研磨圧力
のバラツキも僅かである。よって、ウェーハＷ間での研
磨のされ方の差異も僅かであり、品質に差異を生じるこ
とはない。

【００５２】利点：ウェーハ保持板１２の高剛性領域
のウェーハ保持部１２がウェーハＷと粘弾性体材料等か
ら構成される荷重均等分布手段７４とから受ける力は、
方向が反対で、ほぼ等分布荷重であり、さらに力の作用
領域もほぼ一致する。このため高剛性領域のウェーハ保
持部１２ａは剛性が高いこともあり、変形することはな
い。よってウェーハＷは高平坦に研磨される。

【００５３】利点：定盤２０の表面が完全な平坦面で
なくとも、ウェーハＷが保持されている高剛性領域のウ
ェーハ保持部１２ａは可動性が高いため、ウェーハＷは
定盤２０の表面の凹凸に追従する。このため、高平坦な
ウェーハＷが得られる。

【００５４】上記３つの利点に示したように、１枚１枚
のウェーハは相互に干渉することなく独立に動くことが
できる。これは毎葉式ウェーハ研磨装置における動きと
同じである。このため高い平坦性を得ることができる。

【００５５】次に製造コストに大きな影響を及ぼす研磨
装置１台当りの処理量について、本発明のウェーハ研磨
装置１０ａを用いる場合について説明する。

【００５６】ウェーハＷを保持する高剛性領域のウェー
ハ保持部１２ａはウェーハ保持板１２内に密に配置され
ている。ウェーハとＷ高剛性領域のウェーハ保持部１２
ａは、ほぼ同じ寸法であるので、バッチ式ウェーハ研磨
装置６０におけるウェーハＷのウェーハ保持板１２への
充填密度とほぼ同等にできる。さらに、ウェーハ保持板
１２の定盤２０上への充填密度もバッチ式ウェーハ研磨
装置６０と同等にできる。即ち、研磨装置１台当りで処
理できるウェーハＷの枚数はバッチ式ウェーハ研磨装置
６０と同等である。

【００５７】また、本発明のウェーハ研磨装置１０ａの
構成はウェーハ保持板１２とウェーハ保持板１２への押
圧機構が前述したバッチ式ウェーハ研磨装置６０とは異
なるが、他の構成部分は同じである。よって、本発明の
ウェーハ研磨装置１０ａの価格もバッチ式ウェーハ研磨
装置の価格とほぼ同等である。

【００５８】また、本発明のウェーハ研磨装置１０ａの
寸法、即ち、設置スペースもバッチ式ウェーハ研磨装置
のそれとほぼ同等である。従って、本発明のウェーハ研
磨装置１０ａにおけるウェーハの製造コストはバッチ式
ウェーハ研磨装置と大差ない。このように本発明のウェ
ーハ研磨装置１０ａは、毎葉式ウェーハ研磨装置におけ
る平坦性が高いという利点とバッチ式ウェーハ研磨装置
における製造コストが低いという利点を共に持つことが
できる。

【００５９】また、本発明装置においては、ウェーハ保
持板１２の高剛性領域のウェーハ保持部１２ａに作用す
る力の平衡とウェーハの平坦性に関しては、毎葉式ウェ
ーハ研磨装置の場合と同様な注意が必要である。即ち、
粘弾性体材料などからなる荷重均等分布手段７４から高
剛性領域のウェーハ保持部１２ａに作用する力の合力
は、ウェーハ表面の重心位置、即ち真円形状ウェーハの
場合は、ウェーハの中心、またオリエンテーションフラ
ット付ウェーハの場合はウェーハの中心より若干オリエ
ンテーションフラットと反対側の位置を通るように作用
しなければならない。

【００６０】重心位置に作用する場合は、ウェーハＷと
研磨布１４間に発生する研磨圧力はウェーハＷ面内で均
等に分布し、ウェーハＷの平坦性にとって好ましい〔図
９（ａ）〕が、重心位置に作用しない場合は、研磨圧力
は不均等となり、ウェーハの平坦性は悪化（テーパーの
発生）してしまう〔図９（ｂ）〕。

【００６１】上記したウェーハ保持板１２の構造とし
て、図３及び図４に示すごとく、ウェーハ保持部１２ａ
の板厚を厚くすることにより高剛性領域を形成し、その
周辺部、即ち接続板部１２ｂの板厚を薄くすることによ
り低剛性領域を形成することができる。

【００６２】また、接続板部１２ｂについては、接続板
部１２ｂの表裏に貫通する孔を形成すること、例えば、
図５及び図６に示すごとく、高剛性領域であるウェーハ
保持部１２ａの近接する個所に孔１２ｃを開けることに
より、低剛性領域である接続板部１２ｂの剛性をより減
らすことができる。

【００６３】上記したウェーハ保持板１２の別の構造と
して、複数の高剛性領域であるウェーハ保持部１２ａの
板厚は同一であり、かつ複数の高剛性領域であるウェー
ハ保持部１２ａのウェーハＷと接する面並びにその反対
面はそれぞれ同一平面上に存在しその両面とも低剛性領
域である接続板部１２ｂの両面よりも外方に変位突出し
ている構成が好適である（図４及び図６）。

【００６４】上記ウェーハ保持部１２ａのウェーハＷと
接する面が同一平面でなければならない理由は、ウェー
ハＷを介して定盤２０面と接するのであるから当然であ
る。該ウェーハ保持部１２ａの板厚が同一でなければな
らない理由は、保持したウェーハＷの全てを同じ条件で
加工するために必要であり、また、ウェーハ保持板１２
は定盤２０と荷重手段７０に挟まれて使用するためウェ
ーハ研磨装置の製作上都合が良い。

【００６５】上記ウェーハ保持部１２ａのウェーハＷと
接する面が低剛性領域である接続板部１２ｂより突出し
ていると、ウェーハ保持板１２の洗浄時に、ウェーハＷ
と接する面は清浄となりやすい。粘弾性体材料等からな
る荷重均等分布手段７４と接する面が低剛性領域の接続
板部１２ｂより突出していると、図１に示すようなウェ
ーハ研磨装置においては、粘弾性体材料等からなる荷重
均等分布手段７４とウェーハ保持板１２の位置が少々変
動しても、高剛性のウェーハ保持部１２ａに加わる荷重
は変動しないという利点がある。

【００６６】前記ウェーハ保持板１２として、ウェーハ
Ｗと接する高剛性領域のウェーハ保持部１２ａを剛性の
高い材質、例えば、Ａｌ₂ Ｏ₃ セラミック又はＳｉＣセ
ラミック等で、低剛性領域の接続板部１２ｂを剛性の低
い材質、例えば、パイレックス（ホウケイ酸ガラス）等
の耐熱性ガラス、エポキシ樹脂又はポリ四フッ化エチレ
ン樹脂（テフロン樹脂）等で形成することもできる。

【００６７】前記した荷重均等分布手段７４として、荷
重手段７０とウェーハ保持板１２の間に、ゴムシート、
発泡ゴムシート等の粘弾性体材料７４ａを介在させるこ
とができる（図１１）。

【００６８】この粘弾性体材料７４ａを介在させる態様
としては、図１１に示したように３種類をあげることが
できる。図１１（ａ）には、粘弾性体材料７４ａを荷重
受け部７２の下面全面に固着した例を図示したが、この
場合は粘弾性体材料７４ａとウェーハ保持板１２との間
に位置ずれが生じても、この位置ずれは許容できるもの
であり、特別の問題はない。

【００６９】図１１（ｂ）には、粘弾性体材料７４ａを
ウェーハ保持部１２ａの上面に固着した例を図示した
が、この場合はウェーハ保持板１２を洗浄する際に、こ
の粘弾性体材料７４ａが洗浄の障害となる不利がある。

【００７０】図１１（ｃ）には、粘弾性体材料７４ａを
荷重受け部７２の下面のウェーハ保持部１２ａに対応す
る部分のみに固着した例を図示したが、この場合は粘弾
性体材料７４ａとウェーハ保持板１２との間に位置ずれ
が生じると、研磨圧力はウェーハ面内で不均等となりウ
ェーハの平坦性が悪化するため、粘弾性体材料７４ａの
固着位置の位置合わせは正確に行う必要がある。

【００７１】また、前記荷重均等分布手段７４として、
荷重手段７０とウェーハ保持板１２の間に、バネ等の弾
性体材料７４ｂを介在させることもできる。

【００７２】さらに、前記荷重均等分布手段７４とし
て、荷重手段７０とウェーハ保持板１２の間に、水、空
気等の流体材料７４ｃを介在させることもできる（図１
３）。特に水は、非圧縮性であるため、密閉空間に封入
するのみで使用でき好適である。

【００７３】図１３において、７４ｄは該流体材料７４
ｃの下面側に設けられたゴムシートなどの粘弾性体シー
トで、荷重を均等に分布するにあたって補助的に作用す
るものである。

【００７４】なお、本発明のウェーハ研磨装置に対して
は、本発明の技術思想を逸脱しない限り、図示例以外に
も種々の変形が可能であるが、例えば、既存のバッチ式
ウェーハ研磨装置、毎葉式ウェーハ研磨装置に用いられ
ている技術を本発明の目的に合わせて取捨選択すればよ
い。

【００７５】図１には、ウェーハ保持板１２を研磨装置
１０ａの特定位置に保持する方法としては、ガイドロー
ラ５６とセンターローラ５４による技術、ウェーハ保持
板１２を自転させる方法としては、定盤つれ廻り技術、
荷重を賦与する方法としては、デッドウェイトによる技
術及びウェーハを保持する方法としてはワックスで接着
する技術を示してあるが、ウェーハ保持板１２と荷重受
け部７２を機械的に結合する技術、強制的な自転技術、
エアシリンダーで押し付ける技術及びウェーハ保持部に
達する真空回路を形成することにより真空で吸着技術な
どが採用できることはいうまでもない。

【００７６】上記説明では、シリコンウェーハ等の半導
体ウェーハの研磨について説明したが、本発明が半導体
ウェーハ以外の薄板、例えば、石英マスク基板等の石英
薄板等にも適用可能なことは勿論である。

【００７７】

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

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のウェーハ研磨装置の一つの実施の形
態の要部の断面的側面説明図である。

【図２】 図１の概略上面図である。

【図３】 ウェーハ保持板の１例を示す平面図である。

【図４】 図３のウェーハ保持板の要部の拡大断面説明
図である。

【図５】 ウェーハ保持板の他の例を示す平面図であ
る。

【図６】 図５のウェーハ保持板の要部の拡大断面説明
図である。

【図７】 ウェーハ厚さ変動に対する本発明のウェーハ
保持板の緩衝作用を概念的に示す側面概略説明図であ
る。

【図８】 本発明のウェーハ保持板の定盤面への追従作
用を概念的に示す側面概略説明図である。

【図９】 ウェーハ保持部に作用する力とウェーハの平
坦性の関係を説明する側面的説明図で、（ａ）は荷重が
ウェーハ保持部の重心に作用する場合を示し、（ｂ）は
荷重がウェーハ保持部の重心に作用しない場合を示す。

【図１０】 ウェーハ保持板の別の例を示す断面的説明
図で、（ａ）はウェーハ保持部と接続板部との板厚が同
一の場合を示し、（ｂ）は接続板部の板厚が薄い場合を
示す。

【図１１】 荷重均等分布手段として粘弾性体材料を用
いる場合の３つの取りつけ例を示す断面的説明図で、
（ａ）は第１の例、（ｂ）は第２の例及び（ｃ）は第３
の例をそれぞれ示す。

【図１２】 荷重均等分布手段として弾性体材料を用い
た場合の取りつけ例を示す断面的説明図である。

【図１３】 荷重均等分布手段として流体材料を用いた
場合の取りつけ例を示す断面的説明図である。

【図１４】 従来のウェーハ研磨装置の１例を示す断面
的側面概略説明図である。

【図１５】 毎葉式ウェーハ研磨装置の要部の１例を示
す断面的側面概略説明図である。

【図１６】 毎葉式ウェーハ研磨装置における軸の設置
本数に応じた定盤とウェーハ保持板の配置関係を示す説
明図で、（ａ）は１軸の場合、（ｂ）は２軸の場合、
（ｃ）は６軸の場合をそれぞれ示す。

【図１７】 バッチ式ウェーハ研磨装置の要部の１例を
示す断面的側面概略説明図である。

【図１８】 バッチ式ウェーハ研磨装置における定盤と
ウェーハ保持板の配置関係を示す説明図である。

【図１９】 バッチ式ウェーハ研磨装置によって厚さの
異なるウェーハを研磨した場合の概念的側面説明図で、
（ａ）はウェーハ接着状態、（ｂ）は研磨開始時、
（ｃ）は研磨終了時をそれぞれ示す。

【図２０】 バッチ式ウェーハ研磨装置におけるウェー
ハ保持板の変形によるウェーハ平坦度の悪化状態を示す
側面的説明図で、（ａ）はウェーハ接着状態、（ｂ）は
研磨時をそれぞれ示す。

【図２１】 バッチ式ウェーハ研磨装置における定盤の
平坦性が悪い場合の研磨状態を示す側面的説明図であ
る。

【図２２】 毎葉式ウェーハ研磨装置におけるウェーハ
保持板の弾性変形の影響を示す説明図である。

【図２３】 毎葉式ウェーハ研磨装置における定盤の平
坦性が悪い場合の研磨状態を示す側面的説明図である。

【符号の説明】

１０：従来のウェーハ研磨装置、１０ａ：本発明のウェ
ーハ研磨装置、１２：ウェーハ保持板、１２ａ：ウェー
ハ保持部、１２ｂ：接続板部、１２ｃ：孔、１４：研磨
布、２０：定盤、４０：毎葉式ウェーハ研磨装置、５
４：センターローラ、５６：ガイドローラ、６０：バッ
チ式ウェーハ研磨装置、７０：荷重手段、７２：荷重受
け部、７４：荷重均等分布手段、７４ａ：粘弾性体材
料、７４ｂ：弾性体材料、７４ｃ：流体材料、Ｗ：ウェ
ーハ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B24B 37/00 B24B 37/04 B24B 41/06 B24B 13/005 B24B 7/20 - 7/24 H01L 21/304

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハ保持板に保持されたウェーハ
   を、定盤に貼着された研磨布に、荷重手段によって所定
   の研磨荷重で押圧することによって、該ウェーハの片面
   に研磨加工を施すウェーハ研磨装置であって、該ウェー
   ハ保持板が、ウェーハを保持する複数個のウェーハ保持
   部と、該複数個のウェーハ保持部を一体的に接続する接
   続板部とからなり、該ウェーハ保持部を上記ウェーハ保
   持板の高剛性領域にかつ該接続板部を上記ウェーハ保持
   板の低剛性領域にそれぞれ形成し、かつ該複数個のウェ
   ーハ保持部に該研磨荷重を均等に分布させる荷重均等分
   布手段を設けたことを特徴とするウェーハ研磨装置。
2. 【請求項２】 前記ウェーハ保持部の板厚を厚く、前記
   接続板部の板厚を薄くすることによって、該ウェーハ保
   持部を高剛性領域とし、該接続板部を低剛性領域とした
   ことを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置。
3. 【請求項３】 前記接続板部に貫通孔を穿設することに
   よって、該接続板部を低剛性領域としたことを特徴とす
   る請求項１又は２記載のウェーハ研磨装置。
4. 【請求項４】 前記複数個のウェーハ保持部の板厚が同
   一で、かつ該ウェーハ保持部の全ての上下両面はそれぞ
   れ同一平面上に存在し、かつそれらの両面とも前記接続
   板部の上下両面よりも外方に変位突出して設けたことを
   特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のウェーハ
   研磨装置。
5. 【請求項５】 前記ウェーハ保持部を高剛性材料で、前
   記接続板部を低剛性材料で形成したことを特徴とする請
   求項１記載のウェーハ研磨装置。
6. 【請求項６】 前記高剛性材料がＡｌ₂ Ｏ₃ セラミック
   又はＳｉＣセラミックであり、前記低剛性材料が耐熱性
   ガラス又は合成樹脂であることを特徴とする請求項５記
   載のウェーハ研磨装置。
7. 【請求項７】 前記耐熱性ガラスがホウケイ酸ガラスで
   あり、前記合成樹脂がエポキシ樹脂又はポリ四フッ化エ
   チレン樹脂であることを特徴とする請求項６記載のウェ
   ーハ研磨装置。
8. 【請求項８】 前記荷重均等分布手段が、前記荷重手段
   と前記ウェーハ保持板の間に介在させた粘弾性体材料で
   あることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載
   のウェーハ研磨装置。
9. 【請求項９】 前記粘弾性体材料が、天然ゴム又は合成
   ゴムからなるゴムシート又は発泡ゴムシートであること
   を特徴とする請求項８記載のウェーハ研磨装置。
10. 【請求項１０】 前記荷重均等分布手段が、前記荷重手
    段と前記ウェーハ保持板の間に介在させた弾性体材料で
    あることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載
    のウェーハ研磨装置。
11. 【請求項１１】 前記弾性体材料が、バネ手段であるこ
    とを特徴とする請求項１０記載のウェーハ研磨装置。
12. 【請求項１２】 前記荷重均等分布手段が、前記荷重手
    段と前記ウェーハ保持板の間に介在させた流体材料であ
    ることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記載の
    ウェーハ研磨装置。
13. 【請求項１３】 前記流体材料が、水又は空気であるこ
    とを特徴とする請求項１２記載のウェーハ研磨装置。
14. 【請求項１４】 ウェーハ保持板に保持されたウェーハ
    を定盤に貼着された研磨布に所定の研磨荷重で押圧する
    ことによって、該ウェーハの片面に研磨加工を施すウェ
    ーハ研磨方法であって、請求項１〜１３のいずれか１項
    記載のウェーハ研磨装置を用い、複数枚のウェーハに荷
    重を均等に分布し、押圧することによって、各ウェーハ
    を均等に研磨するようにしたことを特徴とするウェーハ
    研磨方法。