JPH11156709A - ウエハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ上に形成された薄膜にバラツキがある
場合、またウエハの膜厚自体にバラツキがある場合、ま
たウエハが反っているような場合にはウエハ上に形成さ
れた薄膜を均一に所定量研磨するということが困難であ
る。 【解決手段】 ウエハ研磨面の重心を中心とするウエハ
保持面内の任意回転位置にウエハ１３２を固定すること
ができるウエハホルダ１３０を弾性体を介して保持する
とともに、定盤に対して傾斜して配置することにより、
ウエハの一部分のみを定盤に接触させて研磨することが
できるウエハ研磨装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハや薄膜
磁気ヘッドのウエハ等の薄膜形成面を極めて精密に研磨
することができるウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法に
関するものであり、特にウエハに反りがある場合やウエ
ハ上に形成される薄膜の膜厚のバラツキがある場合であ
っても、それらの反りやバラツキによらず均一に研磨を
することができる研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の技術を説明する前に、先ず近年の
薄膜磁気ヘッドの製造方法を例にとってウエハ上の薄膜
の研磨の必要性について説明する。薄膜磁気ヘッドは図
２０に示すようなものであって、磁性フェライトやセラ
ミックス等の下基板上２０１に下ポール２０２及び上ポ
ール２０３とその下ポール上ポール中に挟み込まれたコ
イル２０４を全て薄膜で形成することにより製造されて
いる。ここで、下ポール２０２と上ポール２０３の間に
挟みこまれるコイル２０４は薄膜で形成されるものであ
るが、一般的には金や銅等の良導電体を用いて形成さ
れ、上ポール２０３及び下ポール２０２との電気的ショ
ートを回避するために絶縁層２０５で周囲を取り囲むよ
うにして配置されている。また、薄膜磁気ヘッド２００
は下基板２０１上に形成された後、上基板２０６で挟み
込んでサンドイッチするような形状で利用に供されるが
上基板２０６を配置する際には上ポール２０３上に絶縁
膜２０７を形成してこの絶縁膜２０７に有機接着剤２０
８を介して上基板２０６を配置している。

【０００３】ところで、このような薄膜磁気ヘッドの製
造工程の一部を図２１をもって説明する。図２１は下基
板２１１上に下ポール２１２の薄膜を形成し、さらに絶
縁層２１５ａ、磁気コイル２１４を形成した後、磁気コ
イル２１４を埋め込むための絶縁層２１５ｂをさらに形
成したところを示すものである。図（ｂ）を見ると分か
るように磁気コイル２１４上に形成される絶縁層２１５
ｂは磁気コイル２１４の凹凸が転写されたパターンとな
っていて、この上に上ポールを薄膜形成すれば同じよう
に上ポール自身が磁気コイルの凹凸を転写して波打った
形に断面形状が形成される。しかし、このように波打っ
た形に断面形成される上ポールは磁気抵抗が非常に大き
くなるので薄膜磁気ヘッドの性能を劣化させる原因とな
って妥当でない。そこで、図２１（ｂ）に示すコイル上
の波打った絶縁層を平坦化させる必要が生じてくる。

【０００４】この際に、各種の研磨装置が使われてい
る。そこで錫（Ｓｎ）の定盤上にワークを押しつけて錫
定盤を回転させ、ワークの表面を研磨して平坦化するよ
うな従来の研磨装置について説明する。従来の研磨装置
は定盤に対してシリンダ軸で保持されたウエハホルダが
垂直に降下し、ウエハホルダのウエハ支持面は定盤に対
して正確に平行に配設されている。従ってウエハ上の凹
凸はシリンダ軸が垂直に降下して錫定盤に対しウエハが
接触することにより凸状に突出した部分から研磨され最
終的に平坦面を得ることができるため従来から多く用い
られてきている。例えば、このようにして前述のウエハ
上の凹凸を研磨すると図２２（ａ）に示すようにコイル
上の凹凸のない絶縁層２２５を確保することができ、こ
の上に上ポール等を形成する工程を経れば磁気抵抗が小
さい薄膜磁気ヘッドを形成することができる。

【０００５】しかしながらこの研磨精度は極めて高いも
のでなければならない。例えばウエハによってはウエハ
の厚みが部分部分によってバラツイていたり、又ウエハ
上に形成される薄膜の膜厚が部分部分によってバラツイ
たりすると同図（ｂ）のようになる場合がある。このよ
うな場合に従来の方法で研磨するとどのようになるかを
示すのが図２３である。図２３の例はウエハ上に形成さ
れた薄膜の厚みにバラツキがある場合であって、同図
（ａ）に示すものは左側部分の膜厚２３Ｆａが薄く、右
側部分の膜厚２３Ｆｂが厚くなっている。従って、これ
を所定の形状に研磨するためには右側部分の研磨量を多
く、左側部分の研磨量を少なくする必要がある。そこで
従来の装置を用いてこれを定盤に当てる工程を見ると、
同図（ｂ）に示すような形になる。

【０００６】即ち同図（ｂ）に示すようにウエハホルダ
２３３に保持されたウエハ２３１がシリンダ軸２３５を
降下させることによって錫定盤２３２に当たるとこの左
側の膜厚と右側の膜厚とのバラツキは極めて少ないので
この膜厚のバラツキがウエハ２３１を保持するウエハホ
ルダ２３３とウエハ面との間の接触面２３９のずれやシ
リンダ軸２３５のずれによって吸収され、同図（ｂ）に
示すようにウエハ２３１上の薄膜形成面が定盤に習うよ
うな形で定盤２３２に押しつけられることになる。この
ような状態で定盤２３２を回転させ研磨を実行すれば同
図（ｃ）に示すように左側及び右側の研磨量が等しくな
るため、膜厚が薄い方の左側の部分はコイル上の絶縁層
が全て研削されてなくなってしまい、また、右側の厚い
方の薄膜部分ではまだ研磨量が不十分であるというよう
な事態が生じる。

【０００７】また、ウエハ厚自体にバラツキがある場合
が図２４に示した場合である。図２４（ａ）に示すよう
に左側と右側とではウエハの厚みにバラツキがあり、左
側が薄く、右側が厚くなっている。このようなウエハ２
５４をウエハホルダ２４３に保持し、シリンダ軸２４５
を垂直に下降させて定盤２４２に対し押圧すると右側の
厚い部分が先ず最初に定盤２４２に接触し、回転する定
盤２４２によってこの部分から研磨されていくため右側
の研磨量が多く、左側の研磨量が少なくなる。即ち、ウ
エハ２５４のウエハ厚の厚い部分ではコイル上の絶縁層
が十分に多く研磨されるばかりでなくコイルにまで研磨
がおよぶのに対しウエハ厚が薄い部分は未だまったく研
磨が進行していないというような事態が起こり得る。

【０００８】また、図２５に示すのはウエハ２５４の形
状が両側で厚く、中央部で薄いような場合である。この
場合にも前述の図２３、図２４の場合と同様にウエハホ
ルダに支持し、シリンダ軸を垂直に下降してウエハの薄
膜形成面を定盤に対し接触させてこれを研磨すれば図２
５（ｂ）に示すように左右の部分では研磨量が多く、中
央の部分では研磨量が少ないという事態が生じる。この
ように従来の研磨装置で膜厚のバラツキのあるウエハ２
５４や又形成された薄膜２５４Ｆの厚みにバラツキのあ
るウエハを研磨しようとする場合には定盤に対してシリ
ンダ軸が垂直に下降し、且つシリンダ軸に連なって形成
されているウエハホルダのウエハ保持面が定盤に対して
平行に設定されているためウエハの厚い部分が先に研磨
されたり、また、膜厚の厚い部分も薄い部分も同時に研
磨されたりすることによってウエハ上に形成された薄膜
の均一な加工、均一な研磨というものが困難となってい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように従来
の研磨装置やあるいはウエハの研磨方法に於いては、ウ
エハ上に形成された薄膜にバラツキがある場合、またウ
エハの膜厚自体にバラツキがある場合、またウエハが反
っているような場合にはウエハ上に形成された薄膜を均
一に所定量研磨するということが困難であって、薄膜磁
気ヘッドや半導体装置等をウエハ上に歩留まり良く形成
することが困難である。特にこの問題は近年のウエハサ
イズの大型化に伴って顕在化してきたものである。

【００１０】ウエハサイズが大型化するに従ってウエハ
の全ての部分でウエハ厚を一定にすることが極めて困難
となるとともにウエハ上に形成された薄膜の膜厚をウエ
ハ上の全体において均一とすることもまた困難となって
きたためである。従って大型化したウエハをもって半導
体装置や薄膜磁気ヘッドの如きものを、歩留まり良く且
つ効率良く同時に大量に生産することを可能とするため
には大型化した基板であっても即ち、大型化したウエハ
であってもその上に形成された薄膜の膜厚によらず、ま
たウエハのウエハ厚のバラツキによらず均一に薄膜を研
磨する研磨装置や研磨方法が求められている。本発明は
このような課題を解決するためのものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明においては上記課
題を解決するために以下のような解決手段を提供する。
先ず第一に請求項１に係る発明であるが、ウエハホルダ
を弾性体を介して保持するとともに、定盤に対して傾斜
して配置することにより、ウエハの一部分のみを定盤に
接触させて研磨することができるウエハ研磨装置であっ
て前記ウエハホルダは、ウエハ研磨面の重心を中心とす
るウエハ保持面内の任意回転位置にウエハを固定するこ
とができるウエハ研磨装置である。この解決手段によれ
ば、ウエハホルダを弾性体を介して保持するので、ウエ
ハを定盤に対してならうように保持することができると
共に、定盤に対して傾斜して配置することによりウエハ
の研磨面の特定の位置のみを確実に研磨することがで
き、他の部分が研磨されることを確実に防止することが
できる。特に、前記ウエハホルダは、ウエハ研磨面の重
心を中心とするウエハ保持面内の任意回転位置にウエハ
を固定することができるので、ウエハ研磨面中の要研磨
部位が色々な場所に有る場合であっても確実に所望の部
分についてのみ研磨を行うことができるウエハ研磨装置
を提供することができる。

【００１２】次に、請求項２に記載の発明についてであ
るが、この発明はウエハホルダを弾性体を介して保持す
るとともに、定盤に対して傾斜して配置することによ
り、ウエハの一部分のみを定盤に接触させて研磨するこ
とができるウエハ研磨装置であって前記ウエハホルダ
は、ウエハ研磨面の重心を中心としてウエハ保持面内の
特定角度回転位置にウエハを固定することができるウエ
ハ研磨装置である。この解決手段によれば、ウエハホル
ダを弾性体を介して保持するとともに、定盤に対して傾
斜して配置することにより、前述の請求項１記載の発明
と同様に、ウエハを定盤に対してならうように保持する
ことができると共に、ウエハの研磨面の特定の位置のみ
を確実に研磨することができ、他の部分が研磨されるこ
とを確実に防止することができる。そして本発明におい
ては特に、前記ウエハホルダはウエハ研磨面の重心を中
心としてウエハ保持面内の特定角度回転位置にウエハを
固定することができるので、前述の発明に比べてウエハ
の保持位置のフレキシビリテイは多少劣るものの、簡単
な構造を採用する余地が生まれ、また、再現性の良いウ
エハの研磨が可能となるのである。

【００１３】次に請求項３記載の発明についてである
が、この発明はウエハホルダを弾性体を介して保持する
とともに、定盤に対して傾斜して配置することにより、
ウエハの一部分のみを定盤に接触させて研磨することが
できるウエハ研磨装置であって前記ウエハホルダはウエ
ハ保持状態でウエハの重心軸上に配置されるフレキシブ
ルルジョイント手段によって保持され、前記傾斜配置
は、先端部をウエハホルダの裏面に突き当てながら前記
重心軸より離隔した位置から定盤面法線方向にネジをね
じ込んでなされるウエハ研磨装置である。本発明につい
ても前述の発明と同様に、ウエハホルダを弾性体を介し
て保持するとともに、定盤に対して傾斜して配置するこ
とにより、ウエハの一部分のみを定盤に接触させて研磨
することができるウエハ研磨装置であり、この解決手段
によれば、ウエハホルダを弾性体を介して保持するとと
もに、定盤に対して傾斜して配置することにより、前述
の請求項１記載の発明と同様に、ウエハを定盤に対して
ならうように保持することができると共に、ウエハの研
磨面の特定の位置のみを確実に研磨することができ、他
の部分が研磨されることを確実に防止することができる
という、請求項１又は２に記載の発明と同様の作用効果
を奏する。そして、前記ウエハホルダはウエハ保持状態
でウエハの重心軸上に配置されるフレキシブルルジョイ
ント手段によって保持されているので、ウエハホルダひ
いては、このウエハホルダに保持されるウエハは、ウエ
ハの重心を支点として全方位回転可能となっている。

【００１３】なお、ここで言うところの重心は、正確に
重心点を指しているのではなく、略重心位置という程度
のものである。正確に重心位置を特定することは困難で
あると共に、略重心位置に支点を配置してウエハを保持
するだけで充分に本発明の効果を実現できるからであ
る。なお、このことは、本願発明の他の請求項に記載さ
れた発明についても該当することは言うまでもない。そ
して、前記傾斜配置は、先端部をウエハホルダの裏面に
突き当てながら前記重心軸より離隔した位置から定盤面
法線方向にネジをねじ込んでなされるので前記ウエハホ
ルダの支点位置と相俟ってウエハホルダひいてはウエハ
の傾斜をネジのみによって最も研磨しやすいように傾斜
することができるのである。なお、ここで言うところの
ネジは、必ずしもネジ溝が切られているもののみならず
同様な作用を奏するネジ状のものも含む趣旨である。ま
た、ネジを採用した趣旨は、ネジは突出量の微調整が可
能な上に、無段階に突出量を調整することができること
による。

【００１４】次に、請求項４記載の発明についてである
が請求項１〜３のいずれか一に記載のウエハ研磨装置で
あってウエハ研磨面の重心を中心として点対称にダイヤ
ルゲ−ジ測定点を配置し定盤面と平行な基準位置に対す
るウエハホルダの相対位置を測定して定盤に対するウエ
ハの傾斜量を測定をすることができるウエハ研磨装置。
である。この発明は、基本的に、ウエハホルダを弾性体
を介して保持するとともに、定盤に対して傾斜して配置
することにより、前述の請求項１記載の発明と同様に、
ウエハを定盤に対してならうように保持することができ
ると共に、ウエハの研磨面の特定の位置のみを確実に研
磨することができ、他の部分が研磨されることを確実に
防止することができるという、請求項１、２又は３に記
載の発明と同様の作用効果を奏する。そして、ウエハ研
磨面の重心を中心として点対称にダイヤルゲ−ジ測定点
を配置したので、前述のようにウエハホルダ、ひいては
ウエハが傾斜する際の定盤面と平行な基準位置に対する
ウエハホルダの相対位置を測定して定盤に対するウエハ
の傾斜量を測定をすることができる。特に請求項２又は
３記載の発明のようにウエハ保持状態でウエハの重心軸
上に配置されるフレキシブルルジョイント手段によって
保持されされている場合には、フレキシブルルジョイン
ト手段を支点としてウエハが傾斜するため容易にウエハ
の傾きを知ることができる。

【００１５】また、請求項５記載の発明においては請求
項１〜３のいずれか一に記載のウエハ研磨装置であって
ウエハ研磨面の重心を含む三角形の頂点位置にダイヤル
ゲ−ジ測定点を配置し定盤面と平行な基準位置に対する
ウエハホルダの相対位置を測定して定盤に対するウエハ
の傾斜量を測定をすることができるウエハ研磨装置を提
供する。この発明においても前述と同様に、ウエハホル
ダを弾性体を介して保持するとともに、定盤に対して傾
斜して配置することにより、前述の請求項１記載の発明
と同様に、ウエハを定盤に対してならうように保持する
ことができると共に、ウエハの研磨面の特定の位置のみ
を確実に研磨することができ、他の部分が研磨されるこ
とを確実に防止することができるという、請求項１、２
又は３に記載の発明と同様の作用効果を奏する。そし
て、ウエハ研磨面の重心を含む三角形の頂点位置にダイ
ヤルゲ−ジ測定点を配置したので、たとえウエハ支持点
が任意の位置に有る場合であっても、平面が三点によっ
て決定されるのであるから確実に定盤面と平行な基準位
置に対するウエハホルダの相対位置を測定して定盤に対
するウエハの傾斜量を測定することができるという作用
効果を奏するのである。なお、今回はクレ−ムしない
が、請求項３記載の発明においてダイヤルゲ−ジをウエ
ハ支持点に関して非対称に配置しても良い。この場合で
あってもウエハの傾斜を知ることができる。ただ、傾斜
量を知る計算が面倒になるのである。

【００１６】次に請求項６に記載の発明についてである
が、この発明はウエハホルダを弾性体を介して保持する
とともに、定盤に対して傾斜して配置することにより、
ウエハの一部分のみを定盤に接触させて研磨することが
できるウエハ研磨装置であって前記ウエハホルダは、真
空チャックによりウエハを保持しウエハ保持面がウエハ
研磨面の湾曲形状と逆の湾曲形状である請求項１〜５の
いずれか一に記載のウエハ研磨装置である。この発明
は、請求項１〜５の発明の特徴を有すると共に、真空チ
ャックによりウエハを保持しウエハ保持面がウエハ研磨
面の湾曲形状と逆の湾曲形状であるのでウエハの研磨面
形状を矯正することができるのである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を請求
項毎に図に従って説明する。請求項１記載の発明は前述
のように、ウエハホルダを弾性体を介してして保持する
と共に、定盤に対して傾斜して配置することにより、ウ
エハの一部分のみを定盤に接触させて研磨することがで
きるウエハ研磨装置であって、前記ウエハホルダはウエ
ハ研磨面の重心を中心とするウエハ保持面内の任意回転
位置にウエハを固定することができるウエハ研磨装置で
ある。これの基本動作すなわちウエハを傾斜して研磨す
る作用について図をもって示したのが図１である。図１
に示すようにこの研磨装置１０はワークであるウエハ１
１を回転して研磨する定盤１２と、ウエハ１１を保持し
て定盤１２に接触させるウエハホルダ１３とウエハホル
ダ１３を弾性体１４を介して保持し、垂直に昇降するシ
リンダ軸１５とから構成されている。このようなウエハ
研磨装置１０でウエハ１１を研磨する際の作用について
図２から図７をもって説明する。

【００１８】図２は前述のようなウエハ研磨装置１０に
ウエハ２１を保持して研磨動作に入る前の状態を示すも
のである。このウエハ２１の特徴はウエハ２１のウエハ
厚は均一であるが、ウエハ上に形成された薄膜２１Ｆの
膜厚が図中左側の部分２１Ｆａは薄く、右側の部分２１
Ｆｂは厚く形成されている点にある。このようなウエハ
２１に対してはウエハ２１の左側の薄膜２１Ｆａを小
量、右側の薄膜２１Ｆｂを多量に研磨することが必要と
なる。そしてこの図の状態にあるようにウエハ２１はウ
エハホルダ１３の下側に傾いた部分に厚い部分２１Ｆｂ
が配置されるように配置する。次に、この状態からウエ
ハ２１を定盤１２に対して下降させ、一部が定盤１２に
当たった状態にする。これを示すのが図３である。

【００１９】図３に示すようにウエハ上の膜厚の厚い部
分３１Ｆｂは先に定盤に当たり、この部分が先ず研磨さ
れていく。次に、時間がたつに従ってウエハ３１は下方
向に僅かずつ下降していき、右側の部分において定盤１
２に対し接触する部分がどんどん広がっていく、即ち厚
い部分３１Ｆｂから先に研磨され、且つその研磨される
領域は徐々に薄い方へ広がっていくことになる。この図
を見て分かるように、ウエハ３１の傾きは当初ウエハホ
ルダ１３に保持して未だ定盤に接触しない場合と比べて
傾きが小さくなってきている。このように傾きが小さく
なるのはエアバッグ１４がウエハ側から与えられた圧力
によって徐々に変形し、その圧力を吸収するように均一
な状態に近付いていくためである。

【００２０】従ってこの作用により、ウエハの右側の部
分だけが過大に研磨されることが防止され、厚い部分３
１Ｆｂから薄い方に徐々に研磨される領域が広がってい
くのである。最終的には図４に示すようにウエハ４１の
薄膜形成面の全面が定盤１２に習ってウエハ４１上に形
成された薄膜４１Ｆの膜厚のバラツキによらず薄膜４１
Ｆが均一に研磨されるということになる。即ち、最終的
にこの時点ではウエハ４１は完全に薄膜形成面に習って
定盤１２に接触しているのである。

【００２１】次に、図５に示す場合について本案にかか
る装置の作用を示す。図５に示す場合は、前述の場合と
異なりウエハ５１のウエハ厚がばらついている場合を示
すものである。この場合にはウエハ５１のウエハ厚が厚
い方が下になるようにウエハホルダ１３に支持する。そ
してこの状態で徐々にシリンダ１５を下降させてウエハ
５１を定盤１２に向かって接触させていくと、図６に示
すようにウエハ５１はウエハ５１の表面の薄膜Ｆに習っ
て定盤１２に接触するようになる。これはエアバッグ１
４が変形することによりウエハ５１のウエハ厚を吸収
し、ウエハ５１の定盤接触面がウエハ５１の薄膜形成面
にならうようになるためである。最終的には図７に示す
ように、ウエハは均一に研磨される結果となる。ウエハ
の薄膜形成面にならって研磨されるからである。

【００２２】次に本発明の特徴的な部分であるウエハの
回転について説明する。この発明のもう一つの特徴点
は、請求項にかかる発明のうちウエハ研磨面の重心を中
心とするウエハ保持面内の任意回転位置にウエハを固定
することができる点にある。これは従来ウエハホルダは
ウエハを保持する方向が固定され、常に一定の方向しか
ウエハを保持することができないのに対し、本発明にお
いてはウエハ保持面内においてウエハ研磨面の重心を中
心としてウエハを任意回転させ、任意回転位置でそれを
固定することができるように保持することができるウエ
ハホルダを有する研磨装置を提供するものである。この
ようにすることによりどのような効果が得られるかを以
下に説明する。

【００２３】まず、ウエハの表面の凹凸の状態について
説明する。図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、ウエハ８
０の表面の凹凸の状態はそのウエハ表面の加工状態によ
って種々の表面形状を有している。図８の（ａ）〜
（ｄ）に示す矩形のウエハ内の曲線はウエハの等高線８
１を模式的に示すものである。同図中（ａ）の等高線８
１は、ウエハ８０の右上に近い部分に最も高い位置があ
り、そこからなだらかに順次高さが低くなっていってる
様子を示す。また同図（ｂ）に示すものは、図中矩形の
ウエハ８０の上辺近くが最も高い位置となり、順次なだ
らかに低くなるような山の形状を有していることを示し
ている。また、ウエハ８０の表面の高低の状態は
（ａ）、（ｂ）の他に例えば同図（ｃ）や同図（ｄ）に
示すようなものもある。そこで、従来説明したように、
このようなウエハの表面の状態は、本願発明にかかるウ
エハ研磨装置で研磨する直前の状態を表したものである
が、本ウエハ研磨装置において、目的とするところはこ
のように部分的に高くなっているようなウエハの表面の
山を平坦化するように研磨することであり、そのために
前述のようにウエハの一部分のみを定盤に接触させて研
磨することができる研磨装置を用いるのである。

【００２４】しかしながら、前述のように従来のウエハ
研磨装置のウエハホルダは、ウエハが一旦ウエハホルダ
に固定する位置を決めれば、繰り返し同様の挿入位置で
しかウエハを保持することができない。しかし、図８に
示す（ａ）〜（ｄ）の表面形状を有するウエハの場合に
はそれぞれのウエハの表面状態に応じて研磨する位置を
変えなければならないのである。すなわち。前述のよう
にウエハの一部分のみを定盤に接触させて研磨するため
に、ウエハホルダを定盤に対して傾斜して配置するので
あるが、図８に示すような部分的に高いなだらかな山を
有するウエハ８０の場合には、その山の部分を最も定盤
に近付けて研磨していくことが必要となる。即ち、従来
のウエハホルダにおいては、ウエハホルダは機械的に固
定されるものであるからウエハの保持位置が常に一定と
なるのでこのような要求に応えることができない。

【００２５】図９にはウエハ９０をどのように傾けるべ
きかについて簡単に示してある。図９のに示す平行状態
から例えば、同図（ｂ）に示すようにある一辺を定盤に
対して最も近付る必要がある場合や同図（ｃ）のような
頂角の一点を定盤に対して最も近付けるように傾斜させ
る必要がある場合がある。ところが、前述の定盤に対し
てウエハを傾斜させて配置する機構はウエハホルダの一
部分のみが傾斜するように設定するのであって、その部
分はウエハホルダの構造の簡単性から常にウエハホルダ
の一定の位置のみが傾斜して配置するようにされ、前述
のようなウエハの表面形状の異なる状態に応じてウエハ
を最適な条件で研磨するためにはウエハホルダへのウエ
ハの保持をウエハ研磨面の重心を中心として任意回転位
置に固定することが必要となるのである。かかる観点か
ら本発明においては、ウエハ研磨面の重心を中心とする
ウエハ保持面内の任意回転位置にウエハを固定すること
ができるようなウエハ研磨装置を提供するものである。

【００２６】再度これらの点を図をもってわかりやすく
簡単に説明すれば、図１０に示すようになる。図１０
（ａ）に示すウエハホルダ１００の平面図の×印が付さ
れている部分が本ウエハ研磨装置において、定盤に対し
て最も近付くように傾斜させられる部分であるが、図８
の（ａ）に示すようなウエハを研磨する場合には、ウエ
ハの保持位置が図１０（ａ）に示すようなものであれ
ば、外枠１０１で一義的に決まってしまい、定盤に対し
て最も近くなる×印の位置にウエハの表面の最も高い位
置を持ってくることはできず（ｂ）とか（ｃ）に示すよ
うな状態になってしまうのである。しかしながら、本発
明による場合例えば、図１１に示すようなウエハホルダ
１１０である場合、図１１の一番下に描かれている図に
示すように、ウエハホルダ１１０のうち、最も定盤に対
して近づく×印部分をウエハ１１２の最も高い位置に設
定するこができるので、この部分から順次ウエハ１１２
の研磨をすることが可能となって目的とするウエハ１１
２の平坦化を最も正確にすることが出来るのである。図
１１に示すものはこのようなウエハ研磨装置の具体的な
実施例を示すものである。図１１の中央部に描かれてい
る図は、ウエハホルダ１１０の断面図であって×印が最
も降下する位置、中央に重心位置があり、重心位置の周
辺にはウエハ１１２を真空チャックするための真空チャ
ック孔１１３ａが設けられている。また、ウエハホルダ
１１０の外周近傍には同図の真ん中に示す断面図と合わ
せて見れば分かるようにウエハホルダのウエハをはめ込
む外枠１１１が、ウエハホルダ１１０に対して真空チャ
ックする真空チャック孔１１３ｂが設けられている。

【００２７】そして本発明の目的とする構成であるウエ
ハ研磨面の重心を中心とするウエハ保持面内の任意回転
はこの外枠１１１の配置を任意に回転させることによっ
て実現することができるのである。すなわち外枠１１１
はウエハホルダ１１０に対しては、真空チャックされて
いるのみであるので、外枠１１１を任意に回転させ、所
望の位置状態でウエハホルダ１１０に対して真空チャッ
クし、その外枠１１１に対してウエハ１１２を真空チャ
ック用の真空チャック部分で真空チャック固定すること
によりウエハ１１２はウエハ保持面内の任意回転位置で
これを固定することができるようになる。また本発明の
第１のこの事例と異なる事例を示すのが図１２に示すも
のである。図１２においては、外枠１２１は接着剤１２
３でウエハホルダ１２０に留めるようにし、ウエハ１２
２はその外枠１２１に対して中心部分で真空チャックさ
れるようになっている。このように外枠１２１を接着剤
１２３で留めることも可能である。このようにすると先
に示した例と異なりチャックの真空吸着系統２系統設け
る必要がないので、ウエハホルダ１２０の構造を簡単化
することができるというメリットもある。

【００２８】次に請求項２記載の発明について説明す
る。請求項２記載の発明は、前述のようにウエハホルダ
を弾性体を介して保持すると共に、定盤に対して傾斜し
て配置することによりウエハの一部分のみを定盤に接触
させて研磨することが出来るウエハ研磨装置であって、
前記ウエハホルダはウエハ研磨面の重心を中心としてウ
エハ保持面内の特定角度回転位置に、ウエハを固定する
ことができるウエハ研磨装置である。本発明を具体的に
示すものが、図１３に示すものである。図１３に示すも
のは、ウエハを４５°異なる角度で固定するようにされ
たものであって、ウエハ１３２をはめ込むべき外枠１３
１は常に固定状態のものとなっている。このように、４
５°の角度でこれを回転することができるようにしたの
は、ウエハホルダ１３０の構造を簡単化することの他
に、実際にウエハ１３２の表面状態を詳細に検討すれば
その角度は４５°程度回転するようにしてやれば、ほぼ
全体を平坦化することができるという発明者らの研究成
果によるものでもある。例えば同図（ｂ）、（ｃ）に示
すように、ウエハ１３２の一辺状近くにウエハ表面の最
も高い部分が存する場合には、ウエハ１３２が最も定盤
に対して近づく×印の側に同図（ｂ）に示すようにウエ
ハ１３２を保持すれば良いし、またウエハ１３２の一頂
点近くにウエハ１３２の山の最も高い位置がくる場合に
は同図（ｃ）に示すようにウエハ１３２を配置すればよ
いのである。

【００２９】なお、図１３に示すものはウエハ１３２を
保持する外枠１３１はウエハホルダ１３０と一体化した
ものであったが、外枠は図１４に示すように、ウエハホ
ルダ１４０と別体としてウエハホルダ１４０に対して接
着剤１４３等で固定できるようにしてもかまわないのは
いうまでもない。また、この外枠１４１はウエハ１４２
を４５°傾けることができるようにしてあが、このよう
な角度のみならず、例えば４５°の半分の角度である２
２．５°ずつをウエハを傾けることができるようにして
もかまわないのはいうまでもない。ウエハをどの程度傾
けられるようにするかは、そのウエハが本ウエハ研磨装
置によって研磨されるまでのウエハ加工の履歴やウエハ
のサイズ、ウエハ上に積層されている薄膜構造物等のワ
ーク状態に応じて適宜決めることができるのである。な
お、この外枠はどのようなものであってもいいが、特に
機械的強度等が必要でないので、例えばプラスチックの
板のようなものや、場合によってはプリント基板のよう
な材質でできたようなものであってもかまわない。な
お、当然のことであるがウエハ厚は外枠よりも厚い必要
がある。なぜならば、ウエハの厚みが薄くなければウエ
ハ研磨面が定盤に対して当たることなく、外枠のみが定
盤に対して当たってしまい、ウエハの研磨ができないと
いう問題を生じたり、またこの厚みが厚いとウエハホル
ダをウエハの研磨のために定盤に対して傾斜して配置す
る際に、ウエハの研磨面より先に定盤が外枠に当たって
しまうという問題を生じるためである。

【００３０】次に請求項３記載の発明について説明す
る。請求項３記載の発明は前述のように、ウエハホルダ
を弾性体を介して保持すると共に、定盤に対して傾斜し
て配置することにより、ウエハの一部分のみを定盤に接
触させて研磨することが出来るウエハ研磨装置であっ
て、前記ウエハホルダはウエハ保持状態でウエハの重心
軸状に配置されるフレキシブルジョイント手段によって
保持され、前記傾斜配置は先端部をウエハホルダの裏面
に突き当てながら前記重心軸より離隔した位置から定盤
面ほう線方向にネジをねじ込んでなされるウエハ研磨装
置である。本発明の特徴は、従来から述べているウエハ
ホルダを、定盤に対して傾斜して配置することの最も最
適な実現手段をクレームしたものである。本発明の内容
を一言で言えば、ウエハホルダはそのウエハの重心軸上
にフレキシブルジョイント手段で保持すると共に、その
重心から多少離れた場所にネジ孔を設けてネジをねじ込
み、そのネジの先頭部分でウエハホルダの裏面を突き当
てて、ウエハホルダを定盤に対して傾けていこうという
ものである。

【００３１】具体的にこれを示すのが図１５である。図
１５に示す発明においては、フレキシブルジョイント手
段としては、ウエハ研磨面において、ウエハ１５２を真
空チャックするための真空吸着ラインであるゴムホース
１５５を兼用している。そして、ウエハホルダ１５０を
保持するための弾性体としては、エアバック１５６を採
用し、そのエアバック１５６の形状はこのフレキシブル
ジョイント手段を避け、ドーナツ状に形成される構造と
なっている。なお、このフレキシブルジョイント手段と
しては、ゴムホース１５５以外のものであってもよいこ
とはいうまでもない。この図を見てわかるように、同図
（ａ）はネジ１５７によって調整される前の状態で、ウ
エハホルダ１５０と定盤１５８とは平行関係にあり、し
たがってウエハ１５２の研磨面は定盤１５８に対して平
行関係にある。しかしながら、同図（ｂ）に示すように
ネジ１５７のねじ込み量を調整することによってこのウ
エハホルダ１５０はフレキシブルジョイント手段で支承
されているウエハホルダ１５０の部分を支点として右側
が上に左側が下に傾き、ウエハ１５２の同図（ｂ）中左
側の部分が最も定盤１５８に対して近づくことになる。

【００３２】このように、ネジ１５７のねじ込みによっ
てウエハホルダ１５０の傾斜を調整することができるよ
うにしたのは、ウエハ研磨装置の性格上定盤１５８から
相当な力を受けるものであり、この傾斜角度が研磨中に
定盤１５８から受ける力によって変わることがあっては
ならないため、一旦決めれば多少の力によってはその傾
斜量が変わらないような機構であり、かつ最も簡単な構
造であることが必要であるために選択されたものであ
る。ここで は当然であるが定盤１５８に対するほう線
方向にネジ１５７をねじ込むことによってウエハホルダ
１５０の裏面１５１を突き当て、ウエハホルダ１５０を
傾斜させたりまた元に戻したりすることができる。な
お、図１５においては、ウエハホルダ１５０の裏面１５
１に対してネジ１５７の先端部を突き当てて調節してい
るが、実際には必ずしもこのような突き当て方に因らず
ともよいということは言うまでもない。なお、ここでは
ネジ１５７をねじ込んでいくと当然のようにウエハホル
ダ１５０の裏面１５１がネジ１５７の先頭に突き当てら
れて定盤方向に傾いていくが、ネジ１５７を緩めて元に
戻すと逆にウエハホルダ１５０のそのネジ調節部分は定
盤から離れる方向、すなわち上方復帰していく。

【００３３】このように、復帰するような力が働くの
は、ウエハホルダがウエハホルダ保持手段である弾性
体、本発明の場合には例えば、エアバックのようなもの
によって常に加圧されているからであり、ネジを緩めて
ネジの先端を上方に上げればエアバックからの反発力に
よってウエハホルダは上方に対するようになるのであ
る。なおここでは、ネジについてクレームしているので
あるが、必ずしもネジばかりだけではなく、ウエハホル
ダの裏面に突き当てて長さを調整できるようなものであ
ればネジにかえて採用することは可能である。

【００３４】次に請求項４記載の発明について説明す
る。請求項４記載の発明は請求項１〜３の何れか１記載
のウエハ研磨装置であって、ウエハ研磨面の重心を中心
として点対称に測長器測定点を配置し、定盤面と平行な
基準値に対するウエハホルダの相対位置を測定して、定
盤に対してウエハの傾斜量を測定することができるウエ
ハ研磨装置である。本発明の特徴を一言で言えば、ウエ
ハホルダ乃至はウエハが定盤面に対してどの程度傾いて
いるかを簡単に知ることができるウエハ研磨装置を提供
する点にある。このように、ウエハ研磨面の重心を中心
として点対称に配置する趣旨は、前述のようにこの種の
ウエハホルダは、ウエハ研磨面の重心軸上のユニバーサ
ルイント手段によって保持されているのが特徴であり、
従ってその点を支点としてウエハホルダが傾斜する構造
をとるためである。また、点対称に測長器を配置するの
は、研磨面の中心に対して点対称にゲージを配置すれ
ば、その両測長器の差を読み取ることによって正確にウ
エハホルダの傾きを知ることができるためである。

【００３５】これは測長器を一つだけ付けて測定するこ
とも可能なのであるが、例えばフレキシブルジョイント
手段が前述のゴムホースのようなものである場合には、
必ずしも正確にウエハ重心軸上を中心として回転傾斜す
るわけではないので測長器を二つ付けることによって不
正確さを回避したものである。なお、定盤面と平行な基
準位置に対するとするのは、例えば図１６（ａ）に示す
測長器１６７が据え付けられた基台の下の線のようなも
のを基準とすれば良い。定盤面に対する傾斜角を測定す
るのであるから、当然に定盤面と平行な基準位置に対し
て測長器１６７のメモリを読んでいくことが必要となる
のである。なお、測長器１６７の個数は１対のみではな
く２対、３対と増やせば増やすほど、面の傾斜を確実に
読むことができるのはいうまでもない。

【００３６】次に請求項５記載の発明について説明す
る。請求項５記載の発明は前述のように、請求項１〜３
の何れか１記載にウエハ研磨装置であって、ウエハのウ
エハ研磨面の重心を含む三角形の頂点位置に測長器１６
７を配置し、定盤面と平行な基準位置に対するウエハホ
ルダ１６１の相対位置を測定して定盤１６８に対してウ
エハ１６２の傾斜量を測定するウエハ研磨装置である。
本発明は前述の請求項４記載のウエハ研磨装置を一部改
良したものである。請求項４記載のウエハ研磨装置にお
いては、測長器の測定点の配置はウエハ研磨面の重心を
中心とし点対称に配置したのであるが、請求項５記載の
発明においては、定盤面と平行な基準値に対する測長器
の測定は、ウエハ研磨面の重心を含む三角形の頂点位置
にこれを配置して測定することとしている。このように
研磨面の三角形の頂点位置に測長器の測定点を配置する
のは、幾何学的な観点から平面は３点によって決定づけ
られることに基づいたものである。すなわち、ウエハ研
磨面の傾きは必ずしも一軸に対してこれを支点として傾
けられるものではなく、本発明の特徴である弾性体、例
えばエアバック等に支持されている構造上、任意の傾き
をもって傾斜角度が付けられるのである。したがって、
この傾きを正確に測定するためには、ウエハホルダの裏
面の２点のみではなく、３点をもってこれを測定するの
が最も正確にウエハホルダの傾きを知ることが出来るこ
とになるのである。かかる観点から本請求項にかかる発
明においては、図１７に示すようにウエハ研磨面の重心
を含む三角形１７９の頂点位置に測長器測定点１７７を
配置し、定盤面の平行な基準位置に対するウエハホルダ
１７０の相対位置を測定して、定盤に対するウエハの傾
き量を測定することができるとしたのである。

【００３７】次に請求項６記載の発明について説明す
る。請求項６記載の発明は、ウエハホルダを弾性体を介
して保持すると共に、定盤に対して傾斜して配置するこ
とにより、ウエハの一部分のみを定盤に接触させて研磨
することができるウエハ研磨装置であって、前記ウエハ
ホルダは真空チャックによりウエハを保持し、ウエハ保
持面がウエハ研磨面の湾曲形状と逆の湾曲形状である請
求項１〜５のいずれか一に記載のウエハ研磨装置であ
る。従来の技術の課題の部分で説明したように、ウエハ
の形状は必ずしも凸状に出たものばかりではなく、中央
部がへっこんだ凹状のものもあり、しかもその湾曲形状
に沿って研磨しなければならないという特殊な場合も有
り得る。今まで説明してきたものは、ウエハ表面形状が
凸状になっていてその凸部を選択的に研磨する必要があ
る場合の研磨装置を提供するものであったが、本請求項
にかかる発明においては、ウエハの表面形状が凹であろ
うが凸であろうが、その湾曲した形状に沿って均一に研
磨しなければならない場合を想定して開発されたもので
ある。

【００３８】かかる場合には定盤を湾曲させて研磨する
か、乃至はウエハをウエハの湾曲形状を取り去る必要が
あるが、定盤を湾曲させて研磨することは非現実的であ
り、残されてた唯一の手段は表面形状が湾曲形状のウエ
ハを力を加えて平坦形状に修正することである。そこで
本発明においては、このような作用を奏するために、ウ
エハホルダの保持方法を真空チャックとすると共に、そ
のウエハホルダのウエハ保持面１８３、すなわちウエハ
の研磨面１８４と対向するウエハの裏面側の形状をウエ
ハ研磨面１８４の湾曲形状と逆の湾曲形状にしたもので
ある。例えば図１８（ａ）に示すように、ウエハ１８２
の中央部分がへっこみ、凹状の湾曲形状をもったウエハ
１８２の場合では同図（ｂ）に示すように、その湾曲形
状とまったく逆の凸形状をもつ凸形状のウエハ吸着面を
もつをウエハホルダ１８０を準備し、真空チャックによ
っこれをて吸着すればウエハ１８２はその裏面にならっ
て、結果としてウエハ１８２の表面は平坦形状を確保す
ることができるようになる。

【００３９】したがって、ウエハ１８２の表面形状が平
坦である以上、そのウエハ１８２の表面を一律に定盤１
８８によって突き当て研磨することによって、結果的に
は湾曲したウエハ形状表面にならって均一な研磨が可能
となるのである。図１９に示すのは、これと全く逆の場
合である。同図（ａ）に示す場合には、凸形状になって
いて、このまま研磨をすれば削られるのは同図（ａ）中
に示す×印のみの部分ではあるが、この表面にわたって
ウエハ１９２を均一に研磨したい場合には、同図（ｂ）
に示すように凹状のウエハ保持面１９３を有するウエハ
ホルダを準備し、真空チャックによりウエハ１９２を強
力に吸着してウエハ研磨面１９４の表面形状を平坦化
し、平坦な錫定盤１９８に対してこれを研磨することに
より、結果としては凸状のウエハ表面にならって、ウエ
ハ面が研磨されることになる。

【００４１】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれば
ウエハの一部分のみが凸形状でその部分を正確に研磨し
たい場合に、ウエハの保持位置を任意に回転させて最適
な研磨位置とすることができ、また、凸形状または凹形
状のウエハ表面の全体を均一に研磨したい場合には、そ
れとまったく逆の湾曲形状を持つウエハホルダを用いて
ウエハ表面にならって、均一に研磨することができるの
で、大型の基板であっても、数百Åのオーダーで表面を
均一に研磨することができると言う極めて優れた効果を
有し、特に最近急増している薄膜磁気ヘッドの大型基板
における生産を極めて容易かつ確実に実現することがで
きるのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のウエハ研磨装置の構成を示す図

【図２】 本発明のウエハ研磨装置の研磨動作に入る前
の状態を示す図

【図３】 ウエハの一部が定盤に当たり研磨が行なわれ
ている状態を示す図

【図４】 薄膜形成面の全面が定盤にならって研磨され
る状態を示す図

【図５】 ウエハ厚がバラツイている場合の研磨動作に
入る前の状態を示す図

【図６】 ウエハ厚がバラツイている場合の薄膜形成面
の全面が定盤にならって接触する状態を示す図

【図７】 ウエハ厚がバラツイている場合の薄膜形成面
の全面が均一に研磨される状態を示す図

【図８】 ウエハ表面の凹凸を等高線で模式的に示した
図

【図９】 ウエハをどのように傾けるかを示した図

【図１０】 ウエハホルダを研磨装置に保持できる位置
方向を示す図

【図１１】 ウエハホルダを研磨装置に保持できる位置
方向を示す第一例の図

【図１２】 ウエハホルダを研磨装置に保持できる位置
方向を示す第二例の図

【図１３】 本発明のウエハホルダの実施例を示す図

【図１４】 本発明のウエハホルダの別の実施例を示す
図

【図１５】 本発明のウエハホルダの傾きを与える実施
例を示す図

【図１６】 測長器によって傾きを測定できる構成の実
施例を示す図

【図１７】 測長器を三角形の頂点位置に配置した場合
の図

【図１８】 中央部分が薄く外周部分が厚いウエハの場
合のウエハホルダの図

【図１９】 中央部分が厚く外周部分が薄いウエハの場
合のウエハホルダの図

【図２０】 薄膜磁気ヘッド断面図

【図２１】 薄膜磁気ヘッドの製造工程の一部を示す断
面図

【図２２】 薄膜磁気ヘッドの製造工程中でのウエハを
研磨状態を示す図

【図２３】 従来の方法で研磨したウエハの状態を示す
図

【図２４】 ウエハ内で厚みにバラツキがある場合を示
す図

【図２５】 ウエハ厚がウエハ中心部で薄く外周部で厚
い場合を示す図

【符号の説明】

１０ ウエハ研磨装置 １１、２１、３１、４１、５１、１１２、１２２、１３
２、１４２、１５２ウエハ １２、１５８、１６８、１８８、１９８ 定盤 １３、１００、１１０、１２０、１３０、１４０、１５
０、１６１、１７０、１８０、１９０ ウエハホルダ １５１ ウエハホルダの裏面 １４、１５６、１６６ 弾性体 １５７ ネジ １５５ フレキシブルジョイント手段 １６７ 測長器 １６７ａ、１６７ｂ 測長器測定点 １７７ａ 頂点位置 １８３、１９３ ウエハ保持面 １８４、１９４ ウエハ研磨面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂井 孝三 東京都足立区扇１丁目22番41号 株式会社 ナノテックマシーンズ内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエハホルダを弾性体を介して保持すると
   ともに、定盤に対して傾斜して配置することにより、ウ
   エハの一部分のみを定盤に接触させて研磨することがで
   きるウエハ研磨装置であって前記ウエハホルダは、ウエ
   ハ研磨面の重心を中心とするウエハ保持面内の任意回転
   位置にウエハを固定することができるウエハ研磨装置。
2. 【請求項２】ウエハホルダを弾性体を介して保持すると
   ともに、定盤に対して傾斜して配置することにより、ウ
   エハの一部分のみを定盤に接触させて研磨することがで
   きるウエハ研磨装置であって前記ウエハホルダは、ウエ
   ハ研磨面の重心を中心としてウエハ保持面内の特定角度
   回転位置にウエハを固定することができるウエハ研磨装
   置。
3. 【請求項３】ウエハホルダを弾性体を介して保持すると
   ともに、定盤に対して傾斜して配置することにより、ウ
   エハの一部分のみを定盤に接触させて研磨することがで
   きるウエハ研磨装置であって前記ウエハホルダはウエハ
   保持状態でウエハの重心軸上に配置されるフレキシブル
   ルジョイント手段によって保持され、前記傾斜配置は先
   端部をウエハホルダの裏面に突き当てながら前記重心軸
   より離隔した位置から定盤面法線方向にネジをねじ込ん
   でなされるウエハ研磨装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか一に記載のウエハ
   研磨装置であってウエハ研磨面の重心を中心として点対
   称にダイヤルゲ−ジ測定点を配置し定盤面と平行な基準
   位置に対するウエハホルダの相対位置を測定して定盤に
   対するウエハの傾斜量を測定をすることができるウエハ
   研磨装置。
5. 【請求項５】請求項１〜３のいずれか一に記載のウエハ
   研磨装置であってウエハ研磨面の重心を含む三角形の頂
   点位置にダイヤルゲ−ジ測定点を配置し定盤面と平行な
   基準位置に対するウエハホルダの相対位置を測定して定
   盤に対するウエハの傾斜量を測定をすることができるウ
   エハ研磨装置。
6. 【請求項６】ウエハホルダを弾性体を介して保持すると
   ともに、定盤に対して傾斜して配置することにより、ウ
   エハの一部分のみを定盤に接触させて研磨することがで
   きるウエハ研磨装置であって前記ウエハホルダは、真空
   チャックによりウエハを保持しウエハ保持面がウエハ研
   磨面の湾曲形状と逆の湾曲形状である請求項１〜５のい
   ずれか一に記載のウエハ研磨装置。