WO2017082161A1 - ウェーハ研磨方法および装置 - Google Patents

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隆志 西谷
竜一 谷本
良也 寺川
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株式会社Sumco
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    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment

Definitions

  • the present invention relates to a wafer polishing method and apparatus, and more particularly to a wafer polishing method and apparatus for performing a multistage polishing process.
  • Silicon wafers are widely used as substrate materials for semiconductor devices.
  • a silicon wafer is manufactured by sequentially performing processes such as peripheral grinding, slicing, lapping, etching, double-side polishing, single-side polishing, and cleaning on a silicon single crystal ingot.
  • the single-side polishing step is a step necessary for removing the irregularities and undulations on the wafer surface to increase the flatness, and mirror processing is performed by a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • a single wafer polishing apparatus (CMP apparatus) is used in a single-side polishing process of a silicon wafer.
  • the wafer polishing apparatus includes a rotating surface plate to which a polishing cloth is attached, and a polishing head that holds the wafer on the rotating surface plate while pressing it. Each side is polished to polish one side of the wafer.
  • Patent Document 1 describes a semiconductor wafer polishing apparatus that includes a plurality of rotating surface plates, a plurality of polishing heads, and a plurality of load / unload stations and is capable of performing different numbers of multi-stage CMP processes.
  • Patent Document 2 three or more rotating surface plates are arranged in a straight line, and a wafer holding head is provided corresponding to each rotating surface plate, and the wafer is transferred between the wafer holding head and the wafer transport mechanism. Describes a wafer polishing apparatus configured to be performed at a position corresponding to each rotating surface plate.
  • the fixed pressure type polishing head has a structure in which a retainer ring that regulates the movement of the wafer in the horizontal direction is fixed to the wafer pressure mechanism.
  • the independent pressure type polishing head has a structure in which the retainer ring is added to the wafer. It has a configuration independent of the pressure mechanism.
  • the template type polishing head that cylinder pressurizes the wafer through the back pad that contacts the upper surface of the wafer adopts the fixed pressure method
  • the membrane type polishing head that air pressurizes the wafer through the membrane that contacts the upper surface of the wafer. In, the independent pressurization method is adopted.
  • the membrane uniformly presses the entire surface of the wafer, so that the flatness can be sufficiently increased by suppressing the waviness of the wafer surface. Since the relative position in the vertical direction of the wafer and the retainer ring fluctuates, if there is a gap between the retainer ring and the polishing pad, the wafer may jump out of the gap. Therefore, in the independent pressurization method, the retainer ring is pressed onto the rotating surface plate, and the retainer ring is brought into contact with the polishing cloth (grounding) to increase the holding force in the horizontal direction of the wafer and prevent the wafer from popping out. Yes.
  • the fixed pressure type polishing head does not change the relative position of the wafer and the retainer ring in the vertical direction during polishing. Therefore, the movement of the wafer in the horizontal direction is limited without grounding the retainer ring. It is possible to prevent popping out.
  • a conventional wafer polishing apparatus that performs a multi-stage polishing process is intended to be used in the manufacturing process of a semiconductor device, and therefore polishing conditions such as the type of slurry and polishing cloth or polishing time at each stage of the polishing process.
  • polishing conditions such as the type of slurry and polishing cloth or polishing time at each stage of the polishing process.
  • different polishing heads are used, different polishing heads are not used.
  • the same polishing head is used at the front stage and the rear stage of the two-stage wafer polishing process.
  • the present invention solves the above problems, and an object of the present invention is to provide a wafer polishing method and apparatus capable of improving both the flatness and LPD quality of a wafer.
  • a wafer polishing method includes a first polishing step of polishing a wafer using an independent pressure type polishing head having a retainer ring capable of a pressing operation independent of a wafer pressure mechanism. And a second polishing step of polishing the wafer polished in the first polishing step using a fixed pressure type polishing head having a retainer ring fixed to the wafer pressing mechanism.
  • the polishing process using the independent pressure type polishing head is performed and then the final polishing using the fixed pressure type polishing head is performed. Therefore, the LPD quality is ensured while ensuring high flatness of the wafer. Can be increased.
  • the polishing amount of the wafer in the second polishing step is preferably smaller than the polishing amount of the wafer in the first polishing step. According to this, it is possible to ensure the LPD quality without deteriorating the flatness of the wafer.
  • the wafer polishing method according to the present invention preferably further includes a wafer transfer step of transferring the wafer polished in the first polishing step from the independent pressure type polishing head to the fixed pressure type polishing head.
  • the wafer delivery step includes a first delivery position at which the wafer can be delivered to the independent pressure type polishing head, and a second delivery position at which the wafer can be delivered to the fixed pressure type polishing head. It is preferable to deliver the wafer via a movable stage movable between the two. When a movable stage is used in the wafer transfer step, the wafer can be smoothly transferred between a plurality of polishing units using polishing heads with different pressure systems. Therefore, the polishing head can be easily switched, and a high quality wafer can be efficiently manufactured.
  • the wafer transfer step it is also preferable to transfer the wafer via a common stage fixedly disposed between the independent pressure type polishing head and the fixed pressure type polishing head.
  • the common stage is used in the wafer transfer step, the wafer transfer can be realized with a very simple configuration as compared with the case where the movable stage is used.
  • the wafer polishing apparatus includes first and second polishing heads that hold and hold the wafer on the rotating surface plate to which the polishing cloth is attached, and polishing using the first polishing head.
  • a wafer transfer mechanism for transferring the processed wafer from the first polishing head to the second polishing head, wherein the first polishing head includes a first wafer pressurizing mechanism and the first wafer pressurizing mechanism.
  • An independent pressure type polishing head including a first retainer ring capable of a pressing operation independent of a pressure mechanism, wherein the second polishing head includes a second wafer pressure mechanism and the second wafer.
  • the polishing head is a fixed pressure type polishing head including a second retainer ring fixed to the pressure mechanism.
  • the wafer When polishing using an independent pressure type polishing head is performed, the wafer can be polished while ensuring the flatness of the wafer, but it is difficult to ensure the LPD quality of the wafer.
  • the final polishing is performed using the fixed pressure type polishing head, thus ensuring high flatness of the wafer.
  • the LPD quality can be improved.
  • the wafer polishing apparatus it is preferable that a plurality of polishing units are arranged in multiple stages, and that the second polishing head constitutes the final polishing unit.
  • the final-stage polishing unit is provided with the fixed pressure type polishing head, it is possible to manufacture a wafer with improved flatness and LPD quality in a multi-stage configuration.
  • the wafer delivery mechanism moves between a first delivery position where the wafer can be delivered to the first polishing head and a second delivery position where the wafer can be delivered to the second polishing head.
  • the movable stage has a movable stage, and the movable stage transfers the wafer transferred from the first polishing head at the first transfer position to the second transfer position to transfer the second polishing head. It is preferable to pass to.
  • a movable stage is used as the wafer transfer mechanism, the wafer can be smoothly transferred between a plurality of polishing units using polishing heads with different pressure systems. Therefore, the polishing head can be easily switched, and a high quality wafer can be efficiently manufactured.
  • the wafer delivery mechanism has a common stage fixedly disposed between the first polishing head and the second polishing head, and the wafer polished by the first polishing head is It is also preferable that the first polishing head is transferred to the second polishing head via the common stage.
  • the wafer transfer mechanism can be realized with a very simple configuration as compared with the case where a movable stage is used.
  • the present invention it is possible to provide a wafer polishing method and apparatus capable of improving both the flatness and LPD quality of a wafer.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing the configuration of the wafer polishing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • 2A and 2B are schematic cross-sectional views showing the configuration of the polishing head, where FIG. 2A shows an independent pressure type polishing head, and FIG. 2B shows a fixed pressure type polishing head.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining a wafer polishing process using the wafer polishing apparatus 1.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of the wafer polishing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic plan view showing a configuration of a wafer polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • the wafer polishing apparatus 1 performs the second polishing on the first and second polishing units 10A and 10B arranged in series in the order of processes, and the wafer polished by the first polishing unit 10A. It is comprised with the wafer delivery mechanism 20 delivered to the unit 10B.
  • the wafer delivery mechanism 20 has a movable stage 21, and the movement of the wafer between the first and second polishing units 10 ⁇ / b> A and 10 ⁇ / b> B is performed via the movable stage 21.
  • FIG. 1 shows a state where the wafer W is placed on the movable stage 21.
  • Each of the first and second polishing units 10A and 10B is a single-wafer type CMP apparatus, and holds the rotating surface plates 11A and 11B to which the polishing cloth is attached and the wafers on the rotating surface plates 11A and 11B.
  • Polishing heads 12A and 12B An independent pressure type (membrane type) polishing head 12A (first polishing head) is mounted on the first polishing unit 10A, and is configured to be movable by an arm 13A.
  • a fixed pressure type (template type) polishing head 12B (second polishing head) is mounted on the second polishing unit 10B, and is configured to be movable by an arm 13B.
  • FIG. 2A and 2B are schematic cross-sectional views showing the configuration of the polishing heads 12A and 12B, where FIG. 2A is an independent pressure type polishing head 12A, and FIG. 2B is a fixed pressure type polishing head. 12B is shown.
  • the independent pressure type polishing head 12 ⁇ / b> A includes a rigid base 31 (head body) connected to the lower end of the rotating shaft 30, and a lower portion of the base 31.
  • a single-chamber structure membrane 32 provided in contact with the upper surface of the wafer W, a support plate 33 for supporting the membrane 32, and a retainer ring 34 provided on the outer peripheral side of the membrane 32 and surrounding the outer periphery of the wafer W. ing.
  • the membrane 32 is in contact with the upper surface of the wafer W while being inflated by air pressurization, and presses the wafer W against the polishing pad 51 on the rotating surface plate 50.
  • the retainer ring 34 is a member made of resin or ceramic, and abuts on the outer peripheral end surface of the wafer W to play a role of limiting the horizontal movement range of the wafer W.
  • the retainer ring 34 can be pressed independently of the membrane 32 constituting the wafer pressurizing mechanism, and is pressed onto the rotating surface plate 50 by air pressurization different from the membrane 32 and is in contact with the polishing pad 51. . That is, the retainer ring 34 is pressurized and controlled by air pressurization from an air supply source different from the membrane 32. Thereby, the restriction
  • the fixed pressure type polishing head 12 ⁇ / b> B includes a rigid (metal or ceramic) base 41 (head body) connected to the lower end of the rotating shaft 40, and a lower portion of the base 41.
  • a back pad (vacuum suction plate) 42 provided on the bottom surface of the base 41, and a retainer ring 43 provided on the outer peripheral side of the back pad 42 and in contact with the outer peripheral end surface of the wafer W.
  • the flow path 44 has a structure communicating with the suction hole of the back pad 42.
  • the entire polishing head 12B is pushed down by cylinder pressure, and the base 41 is pressed against the upper surface of the wafer W via the back pad 42, whereby the wafer W is pressed against the polishing cloth 51 on the rotating surface plate 50. It is done.
  • the retainer ring 43 is a fixed member fixed to the outer peripheral portion of the bottom surface of the base 41, and moves up and down together with the rotary shaft 40, the base 41, and the back pad 42 that are driven up and down by a pressure cylinder. That is, the retainer ring 43 is fixed to the base 41 constituting the wafer pressurizing mechanism, and cannot be moved up and down independently of the wafer pressurizing mechanism.
  • the independent pressure type polishing head 12A since the membrane 32 uniformly presses the entire surface of the wafer W, the wafer W can be uniformly polished and the flatness of the wafer W can be improved. Is always in contact with the polishing cloth, the LPD quality of the wafer W is deteriorated due to the influence of retainer debris generated by the wear of the retainer ring 34.
  • the retainer ring 43 does not come into contact with the polishing pad 51, so that no resin waste or the like is generated from the retainer ring 43. Therefore, the LPD quality of the wafer W can be sufficiently improved.
  • the shape of the polishing head 12A, the shape of the suction hole for holding the wafer opened in the back pad, and the like are transferred to the wafer W, it is difficult to sufficiently increase the flatness of the wafer W.
  • the wafer W can be etched while ensuring sufficient flatness.
  • a fixed pressure type polishing head in the latter stage of the two-stage wafer polishing process, it is possible to improve the LPD quality while preventing the flatness of the wafer W from being lowered. That is, by performing final polishing using the fixed pressure type polishing head 12B, it is possible to recover or improve the LPD quality of the wafer W deteriorated by polishing using the independent pressure type polishing head 12A.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining a wafer polishing process using the wafer polishing apparatus 1.
  • a first polishing step is performed by the first polishing unit 10A (step S1).
  • the wafer W to be polished is, for example, a bulk silicon wafer cut out from a silicon single crystal ingot, and in particular, has improved flatness by double-side polishing.
  • the wafer W transferred from the loader (not shown) to the movable stage 21 is carried by the movable stage 21 to the front of the first rotating surface plate 11A (first delivery position P1).
  • the wafer W on the movable stage 21 is picked up (chucked) by the polishing head 12A, set on the first rotating surface plate 11A, and held on the independent pressure type polishing head 12A.
  • the wafer polishing amount (removal allowance) at this time is, for example, 200 to 1000 nm.
  • the first polishing step it is required not only to remove damage and reduce the roughness of the wafer surface but also to maintain the wafer shape (flatness) when flattened by double-side polishing. Since the shape maintaining performance of the independent pressure type polishing head 12A is higher than that of the fixed pressure type polishing head 12B, the independent pressure type polishing head 12A is used in the first polishing step.
  • the wafer delivery mechanism 20 transfers the wafer W from the first polishing unit 10A to the second polishing unit 10B (step S2).
  • the wafer W on the first rotating surface plate 11A is picked up by the polishing head 12A, released (dechucked) on the movable stage 21, and placed on the movable stage 21. Thereafter, the wafer W is carried by the movable stage 21 to the front of the second rotating surface plate 11B (second delivery position P2).
  • a second polishing step is performed by the second polishing unit 10B (step S3).
  • the wafer W on the movable stage 21 is picked up by the polishing head 12B, it is set on the second rotating surface plate 11B and held on the fixed pressure type polishing head 12B (polishing of the wafer (finish polishing). ) Is implemented.
  • the polishing amount (removal allowance) of the wafer is smaller than that in the first polishing step, for example, 5 to 50 nm.
  • the second polishing step it is required to remove minute damage introduced in the first polishing step.
  • the source of minute damage is retainer waste generated due to wear of the retainer ring 34 that contacts the polishing pad 51.
  • the wafer W on the second rotating surface plate 11B is picked up by the polishing head 12B, released on the movable stage 21, and placed on the movable stage 21. . After the wafer W is carried to a predetermined position by the movable stage 21, it is transferred to the unloader, and a series of wafer polishing steps are completed.
  • the wafer polishing method according to the present embodiment employs the independent pressure type (membrane type) polishing head 12A in the first polishing step for creating the flatness of the wafer, thereby improving the LPD quality of the wafer surface.
  • the fixed polishing method (template method) polishing head 12B is employed in the second polishing step to be secured, both the flatness of the wafer and the LPD quality can be improved.
  • the movable stage 21 is used as the wafer transfer mechanism 20 for switching the polishing head, the wafer can be smoothly transferred between a plurality of polishing units using polishing heads having different polishing methods (pressure methods). And high-quality wafers can be manufactured efficiently.
  • FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of the wafer polishing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the first and second polishing heads 12A and 12B function as a wafer transfer mechanism and use a common stage 22, and the first polishing unit 10A and A common stage 22 is provided as a wafer transfer place between the second polishing unit 10B and the second polishing unit 10B.
  • the common stage 22 constitutes a part of the wafer delivery mechanism, and is fixedly disposed between the first polishing head 12A and the second polishing head 12B.
  • the wafer W picked up by the polishing head 12A from the loader 23 arranged in front of the first polishing unit 10A was set on the first rotating surface plate 11A and held by the independent pressure type polishing head 12A. In this state, the first polishing step (step S1 in FIG. 3) is performed.
  • the wafer W is transferred from the first polishing unit 10A to the second polishing unit 10B (step S2).
  • the wafer W on the first rotating surface plate 11A is transferred onto the common stage 22 by the polishing head 12A, and the polishing head 12B of the second polishing unit 10B chucks the wafer W on the common stage 22 to perform the second polishing. Transferred onto the second rotating surface plate 11B of the unit 10B.
  • the wafer picked up by the polishing head 12B is set at the polishing start position on the second rotating surface plate 11B and is held by the fixed pressure type polishing head 12B in the second polishing step (step S3 in FIG. 3). Is implemented.
  • the polishing amount of the wafer is 5 to 50 nm, which is smaller than that in the first polishing step.
  • the polishing amount increases, the influence of the fixed pressure type polishing head increases and the flatness of the wafer deteriorates. Therefore, the polishing amount should be as small as possible as long as the LPD quality can be ensured.
  • the polishing conditions in the second polishing step may be the same as or different from the polishing conditions in the first polishing step.
  • the kind of slurry used in the second polishing step is not particularly limited, and the same slurry as in the first polishing step may be used, or a different one may be used.
  • the wafer on the second rotating surface plate 11B is picked up by the polishing head and transferred to the unloader 24, and a series of wafer polishing steps are completed.
  • the wafer polishing apparatus 2 since the wafer polishing apparatus 2 according to the present embodiment uses the common stage 22 as the wafer transfer mechanism 20 for switching the polishing head, in addition to the effects of the invention according to the first embodiment, The wafer delivery mechanism 20 can be realized with a very simple configuration.
  • a wafer polishing apparatus composed of two-stage polishing units arranged in series is taken as an example.
  • the number of polishing units may be three or more.
  • the polishing head of the polishing unit at the final stage is a fixed pressure method, and at least one of the polishing units other than the final stage is an independent pressure method.
  • the second polishing unit constitutes the final polishing unit, so the polishing conditions such as the type of slurry are different for each polishing unit. They may be different or the same.
  • the wafer to be polished is not limited to a bulk wafer cut out from a single crystal silicon ingot, and wafers of various materials can be targeted.

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Abstract

【課題】ウェーハの平坦度とＬＰＤ品質の両方を高めることが可能なウェーハ研磨方法および装置を提供する。 【解決手段】本発明によるウェーハ研磨方法は、ウェーハ加圧機構から独立した押圧動作が可能なリテーナリングを有する独立加圧方式の研磨ヘッドを用いてウェーハを研磨する第１の研磨ステップ（ステップＳ１）と、ウェーハ加圧機構に固定されたリテーナリングを有する固定加圧方式の研磨ヘッドを用いて前記第１の研磨ステップで研磨加工されたウェーハを研磨する第２の研磨ステップ（ステップＳ３）とを備える。

Description

ウェーハ研磨方法および装置
　本発明は、ウェーハ研磨方法および装置に関し、特に、多段の研磨工程を行うウェーハ研磨方法および装置に関するものである。
　半導体デバイスの基板材料としてシリコンウェーハが広く用いられている。シリコンウェーハは、シリコン単結晶インゴットに対して外周研削、スライス、ラッピング、エッチング、両面研磨、片面研磨、洗浄等の工程を順次行うことにより製造される。このうち、片面研磨工程は、ウェーハ表面の凹凸やうねりを除去して平坦度を高めるために必要な工程であり、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）法による鏡面加工が行われる。
　通常、シリコンウェーハの片面研磨工程では枚葉式のウェーハ研磨装置（ＣＭＰ装置）が用いられる。このウェーハ研磨装置は、研磨布が貼り付けられた回転定盤と、回転定盤上のウェーハを押圧しながら保持する研磨ヘッドとを備えており、スラリーを供給しながら回転定盤および研磨ヘッドをそれぞれ回転させることによりウェーハの片面を研磨する。
　多段の研磨工程を行うウェーハ研磨装置も知られている。例えば、特許文献１には、複数の回転定盤、複数の研磨ヘッド、及び複数のロード／アンロードステーションを備え、異なった数の多段のＣＭＰ工程を行うことが可能な半導体ウェーハ研磨装置が記載されている。また特許文献２には、３台以上の回転定盤が直線状に配置され、ウェーハ保持ヘッドが各回転定盤に対応して設けられ、ウェーハ保持ヘッドとウェーハ搬送機構との間のウェーハの受け渡しが各回転定盤に対応した位置で行われるように構成されたウェーハ研磨装置が記載されている。
　ウェーハ研磨装置で使用される研磨ヘッドには主に固定加圧方式と独立加圧方式の２種類がある。固定加圧方式の研磨ヘッドは、ウェーハの水平方向の動きを規制するリテーナリングがウェーハ加圧機構に固定された構成を有するものであり、独立加圧方式の研磨ヘッドは、リテーナリングがウェーハ加圧機構から独立した構成を有するものである。ウェーハの上面に接するバックパッドを介してウェーハをシリンダー加圧するテンプレート方式の研磨ヘッドでは固定加圧方式が採用されており、ウェーハの上面に接するメンブレンを介してウェーハをエアー加圧するメンブレン方式の研磨ヘッドでは独立加圧方式が採用されている。
　独立加圧方式の研磨ヘッドではメンブレンがウェーハの全面を均一に加圧するので、ウェーハ表面のうねりを抑えて平坦度を十分に高めることができるが、独立加圧方式の研磨ヘッドでは、研磨中にウェーハとリテーナリングの上下方向の相対位置が変動するため、リテーナリングと研磨布との間に隙間がある場合には隙間からウェーハが飛び出すおそれがある。そのため、独立加圧方式ではリテーナリングが回転定盤上に押し付けられており、リテーナリングを研磨布に接触（接地）させることでウェーハの水平方向の保持力を高め、ウェーハの飛び出しを防止している。一方、固定加圧方式の研磨ヘッドは、研磨中にウェーハとリテーナリングの上下方向の相対位置が不変であるため、リテーナリングを接地させなくてもウェーハの水平方向の動きを制限してウェーハの飛び出しを防止することが可能である。
特開２００７－３３５８７６号公報 特開２０００－１１７６２７号公報
　多段の研磨工程を行う従来のウェーハ研磨装置は、半導体デバイスの製造過程で用いられることを目的としたものであるため、研磨工程の各段でスラリーや研磨布の種類あるいは研磨時間などの研磨条件を異ならせることはあっても、方式が異なる研磨ヘッドが用いられることはなく、例えば２段のウェーハ研磨工程の前段と後段とで同じ研磨ヘッドが使用されていた。
　しかしながら、固定加圧方式の研磨ヘッドを多段の研磨工程の各段で使用する場合、研磨ヘッドの形状や、バックパッドに開いたウェーハ保持のための吸着穴の形状等がウェーハに転写されるため、ウェーハの平坦度が低下するという問題がある。一方、独立加圧方式の研磨ヘッドを使用する場合、研磨ヘッドの形状がウェーハに転写されることはないが、研磨布に接地したリテーナリングの磨耗により発生するリテーナ屑の影響を受けてウェーハ表面の欠陥、パーティクルなどのＬＰＤ（Light Point Defects）品質が低下するという問題がある。
　本発明は上記問題を解決するものであり、ウェーハの平坦度とＬＰＤ品質の両方を高めることが可能なウェーハ研磨方法および装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明によるウェーハ研磨方法は、ウェーハ加圧機構から独立した押圧動作が可能なリテーナリングを有する独立加圧方式の研磨ヘッドを用いてウェーハを研磨する第１の研磨ステップと、ウェーハ加圧機構に固定されたリテーナリングを有する固定加圧方式の研磨ヘッドを用いて前記第１の研磨ステップで研磨加工されたウェーハを研磨する第２の研磨ステップとを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、独立加圧方式の研磨ヘッドを用いた研磨加工を行った後、固定加圧方式の研磨ヘッドを用いた仕上げ研磨を行うので、ウェーハの高い平坦度を確保しつつＬＰＤ品質を高めることができる。
　本発明において、前記第２の研磨ステップにおける前記ウェーハの研磨量は前記第１の研磨ステップにおける前記ウェーハの研磨量よりも少ないことが好ましい。これによれば、ウェーハの平坦度を悪化させることなくＬＰＤ品質を確保することができる。
　本発明によるウェーハ研磨方法は、前記第１の研磨ステップで研磨加工されたウェーハを前記独立加圧方式の研磨ヘッドから前記固定加圧方式の研磨ヘッドに受け渡すウェーハ受け渡しステップをさらに備えることが好ましい。この場合において、前記ウェーハ受け渡しステップは、前記独立加圧方式の研磨ヘッドにウェーハを受け渡し可能な第１の受け渡し位置と前記固定加圧方式の研磨ヘッドにウェーハを受け渡し可能な第２の受け渡し位置との間を移動可能な可動ステージを介して前記ウェーハを受け渡すことが好ましい。ウェーハの受け渡しステップにおいて可動ステージを用いる場合には、加圧方式が異なる研磨ヘッドを用いた複数の研磨ユニット間のウェーハの受け渡しを円滑に行うことができる。したがって、研磨ヘッドの切り替えを容易に行うことができ、これにより高品質なウェーハを効率よく製造することができる。
　前記ウェーハ受け渡しステップはまた、前記独立加圧方式の研磨ヘッドと前記固定加圧方式の研磨ヘッドとの間に固定配置された共通ステージを介して前記ウェーハを受け渡すこともまた好ましい。ウェーハの受け渡しステップにおいて共通ステージを用いる場合には、可動ステージを用いる場合に比べてウェーハの受け渡しを非常に単純な構成により実現することができる。
　また、本発明によるウェーハ研磨装置は、研磨布が貼り付けられた回転定盤上のウェーハを押圧しながら保持する第１及び第２の研磨ヘッドと、前記第１の研磨ヘッドを用いて研磨加工されたウェーハを前記第１の研磨ヘッドから前記第２の研磨ヘッドに受け渡すウェーハ受け渡し機構とを備え、前記第１の研磨ヘッドは、第１のウェーハ加圧機構と、前記第１のウェーハ加圧機構から独立した押圧動作が可能な第１のリテーナリングとを含む独立加圧方式の研磨ヘッドであり、前記第２の研磨ヘッドは、第２のウェーハ加圧機構と、前記第２のウェーハ加圧機構に固定された第２のリテーナリングとを含む固定加圧方式の研磨ヘッドであることを特徴とする。
　独立加圧方式の研磨ヘッドを用いた研磨加工を行った場合にはウェーハの平坦度を確保しながらウェーハを研磨することができるが、ウェーハのＬＰＤ品質の確保が難しい。しかし、本発明によれば、独立加圧方式の研磨ヘッドを用いた研磨加工を行った後、固定加圧方式の研磨ヘッドを用いた仕上げ研磨を行うので、ウェーハの高い平坦度を確保しつつＬＰＤ品質を高めることができる。
　本発明によるウェーハ研磨装置は、複数の研磨ユニットが多段に配置されるとともに、前記第２の研磨ヘッドが最終段の研磨ユニットを構成していることが好ましい。このように、最終段の研磨ユニットに固定加圧方式の研磨ヘッドが設けられていれば、多段の構成において平坦度とＬＰＤ品質の両方が高められたウェーハを製造することができる。
　本発明において、前記ウェーハ受け渡し機構は、前記第１の研磨ヘッドにウェーハを受け渡し可能な第１の受け渡し位置と前記第２の研磨ヘッドにウェーハを受け渡し可能な第２の受け渡し位置との間を移動可能な可動ステージを有し、前記可動ステージは、前記第１の受け渡し位置で前記第１の研磨ヘッドから受け渡された前記ウェーハを前記第２の受け渡し位置に移送して前記第２の研磨ヘッドに受け渡すことが好ましい。ウェーハの受け渡し機構として可動ステージを用いる場合には、加圧方式が異なる研磨ヘッドを用いた複数の研磨ユニット間のウェーハの受け渡しを円滑に行うことができる。したがって、研磨ヘッドの切り替えを容易に行うことができ、これにより高品質なウェーハを効率よく製造することができる。
　本発明において、前記ウェーハ受け渡し機構は、前記第１の研磨ヘッドと前記第２の研磨ヘッドとの間に固定配置された共通ステージを有し、前記第１の研磨ヘッドによって研磨加工されたウェーハは、前記第１の研磨ヘッドから前記共通ステージを介して前記第２の研磨ヘッドに受け渡される、こともまた好ましい。ウェーハの受け渡し機構として共通ステージを用いる場合には、可動ステージを用いる場合に比べてウェーハの受け渡し機構を非常に単純な構成により実現することができる。
　本発明によれば、ウェーハの平坦度とＬＰＤ品質の両方を高めることが可能なウェーハ研磨方法および装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態によるウェーハ研磨装置の構成を示す概略平面図である。 図２（ａ）及び（ｂ）は、研磨ヘッドの構成を示す略断面図であり、（ａ）は独立加圧方式の研磨ヘッド、（ｂ）は固定加圧方式の研磨ヘッドをそれぞれ示している。 図３は、ウェーハ研磨装置１を用いたウェーハの研磨工程を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の第２の実施の形態によるウェーハ研磨装置の構成を示す概略平面図である。
　以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。
　図１は、本発明の第１の実施の形態によるウェーハ研磨装置の構成を示す概略平面図である。
　図１に示すように、ウェーハ研磨装置１は、工程順に直列に配置された第１及び第２の研磨ユニット１０Ａ，１０Ｂと、第１の研磨ユニット１０Ａで研磨加工されたウェーハを第２の研磨ユニット１０Ｂに受け渡すウェーハ受け渡し機構２０とで構成されている。ウェーハ受け渡し機構２０は可動ステージ２１を有し、第１及び第２の研磨ユニット１０Ａ，１０Ｂ間のウェーハの移動は可動ステージ２１を介して行われる。図１は、ウェーハＷが可動ステージ２１上に置かれた状態を示している。
　第１及び第２の研磨ユニット１０Ａ，１０Ｂの各々は枚葉式のＣＭＰ装置であって、研磨布が貼り付けられた回転定盤１１Ａ，１１Ｂと、回転定盤１１Ａ，１１Ｂ上のウェーハを保持する研磨ヘッド１２Ａ，１２Ｂとを備えている。第１の研磨ユニット１０Ａには独立加圧方式（メンブレン方式）の研磨ヘッド１２Ａ（第１の研磨ヘッド）が実装されており、アーム１３Ａによって移動可能に構成されている。第２の研磨ユニット１０Ｂには固定加圧方式（テンプレート方式）の研磨ヘッド１２Ｂ（第２の研磨ヘッド）が実装されており、アーム１３Ｂによって移動可能に構成されている。
　図２（ａ）及び（ｂ）は、研磨ヘッド１２Ａ，１２Ｂの構成を示す略断面図であり、（ａ）は独立加圧方式の研磨ヘッド１２Ａ、（ｂ）は固定加圧方式の研磨ヘッド１２Ｂをそれぞれ示している。
　図２（ａ）に示すように、独立加圧方式の研磨ヘッド１２Ａは、回転軸３０の下端部に接続された剛体（金属またはセラミックス製）のベース３１（ヘッド本体）と、ベース３１の下方に設けられてウェーハＷの上面に接触する単室構造のメンブレン３２と、メンブレン３２を支持する支持プレート３３と、メンブレン３２の外周側に設けられ、ウェーハＷの外周を取り囲むリテーナリング３４とを備えている。メンブレン３２はエアー加圧によって膨らまされた状態でウェーハＷの上面に接触しており、ウェーハＷを回転定盤５０上の研磨布５１に押し付けている。
　リテーナリング３４は樹脂またはセラミック製の部材であり、ウェーハＷの外周端面に当接してウェーハＷの水平方向の移動範囲を制限する役割を果たすものである。リテーナリング３４はウェーハ加圧機構を構成するメンブレン３２から独立した押圧動作が可能であり、メンブレン３２とは別のエアー加圧によって回転定盤５０上に押し付けられて研磨布５１と接触している。すなわち、リテーナリング３４は、メンブレン３２とは別のエアー供給源からのエアー加圧によって加圧制御されるものである。これにより、リテーナリング３４によるウェーハＷの規制力を高めることができ、研磨工程中にウェーハＷが研磨ヘッド１２Ａの外側に飛び出してしまう事態を防止することができる。
　図２（ｂ）に示すように、固定加圧方式の研磨ヘッド１２Ｂは、回転軸４０の下端部に接続された剛体（金属またはセラミックス製）のベース４１（ヘッド本体）と、ベース４１の下方に設けられたバックパッド（真空吸着板）４２と、ベース４１の底面側であってバックパッド４２の外周側に設けられ、ウェーハＷの外周端面に接触するリテーナリング４３とを備えており、真空流路４４がバックパッド４２の吸着孔に連通した構造を有している。固定加圧方式ではシリンダー加圧によって研磨ヘッド１２Ｂ全体が押し下げられ、ベース４１がバックパッド４２を介してウェーハＷの上面に押し付けられることにより、ウェーハＷが回転定盤５０上の研磨布５１に押し付けられる。
　リテーナリング４３はベース４１の底面の外周部に固定された固定部材であり、加圧シリンダーによって昇降駆動される回転軸４０、ベース４１及びバックパッド４２と一緒に昇降する。つまり、リテーナリング４３はウェーハ加圧機構を構成するベース４１に固定されており、ウェーハ加圧機構から独立して上下動することはできない。
　独立加圧方式の研磨ヘッド１２Ａは、メンブレン３２がウェーハＷの全面を均一に加圧するので、ウェーハＷをムラなく研磨することができ、ウェーハＷの平坦度を高めることができるが、リテーナリング３４が研磨布と常に接触しているのでリテーナリング３４の磨耗により発生するリテーナ屑などの影響によってウェーハＷのＬＰＤ品質が低下する。一方、固定加圧方式の研磨ヘッド１２Ｂは、リテーナリング４３が研磨布５１に接触しないのでリテーナリング４３から樹脂屑などが発生することはなく、よってウェーハＷのＬＰＤ品質を十分に高めることができるが、研磨ヘッド１２Ａの形状や、バックパッドに開いたウェーハ保持のための吸着穴の形状等がウェーハＷに転写されるため、ウェーハＷの平坦度を十分に高めることが難しい。
　しかしながら、本実施形態のように２段のウェーハ研磨工程の前段において独立加圧方式の研磨ヘッドを採用することにより、十分な平坦度を確保しながらウェーハＷを削り込むことができる。また、２段のウェーハ研磨工程の後段において固定加圧方式の研磨ヘッドを採用することにより、ウェーハＷの平坦度の低下を防止しながらＬＰＤ品質を向上させることができる。すなわち、固定加圧方式の研磨ヘッド１２Ｂを用いて仕上げ研磨を行うことにより、独立加圧方式の研磨ヘッド１２Ａを用いた研磨によって低下したウェーハＷのＬＰＤ品質を回復又は向上させることができる。
　図３は、ウェーハ研磨装置１を用いたウェーハの研磨工程を説明するフローチャートである。
　図３に示すように、ウェーハの研磨工程では、まず第１の研磨ユニット１０Ａによる第１の研磨ステップを実施する（ステップＳ１）。研磨対象のウェーハＷは、例えばシリコン単結晶インゴットから切り出されたバルクシリコンウェーハであって、特に、両面研磨によって平坦度が高められたものである。
　図１に示すように、ローダ（不図示）から可動ステージ２１に乗せ換えられたウェーハＷは、可動ステージ２１によって第１の回転定盤１１Ａの前（第１の受け渡し位置Ｐ１）まで運ばれる。可動ステージ２１上のウェーハＷは研磨ヘッド１２Ａによってピックアップ（チャック）された後、第１の回転定盤１１Ａ上にセットされ、独立加圧方式の研磨ヘッド１２Ａに保持された状態でウェーハの研磨加工が実施される。このときのウェーハの研磨量（取り代）は例えば２００~１０００ｎｍである。
　第１の研磨ステップにおいては、ウェーハ表面のダメージの除去と粗さを低減させるだけでなく、両面研磨で平坦化したときのウェーハ形状（平坦度）を維持することが求められる。形状維持性能は固定加圧方式の研磨ヘッド１２Ｂよりも独立加圧方式の研磨ヘッド１２Ａのほうが高いため、第１の研磨ステップでは独立加圧方式の研磨ヘッド１２Ａが用いられる。
　第１の研磨ユニット１０Ａによる第１の研磨ステップが終了すると、ウェーハ受け渡し機構２０が第１の研磨ユニット１０Ａから第２の研磨ユニット１０ＢにウェーハＷを移送する（ステップＳ２）。第１の回転定盤１１Ａ上のウェーハＷは、研磨ヘッド１２Ａによってピックアップされ、可動ステージ２１上でリリース（デチャック）されて可動ステージ２１に乗せられる。その後、ウェーハＷは可動ステージ２１によって第２の回転定盤１１Ｂの前（第２の受け渡し位置Ｐ２）まで運ばれる。
　次に、第２の研磨ユニット１０Ｂによる第２の研磨ステップを実施する（ステップＳ３）。可動ステージ２１上のウェーハＷは研磨ヘッド１２Ｂによってピックアップされた後、第２の回転定盤１１Ｂ上にセットされ、固定加圧方式の研磨ヘッド１２Ｂに保持された状態でウェーハの研磨加工（仕上げ研磨）が実施される。このときのウェーハの研磨量（取り代）は第１の研磨ステップのときよりも少なく、例えば５～５０ｎｍである。
　第２の研磨ステップにおいては、第１の研磨ステップで導入された微小ダメージの除去が求められる。微小ダメージの発生源は研磨布５１に接地したリテーナリング３４の磨耗により発生するリテーナ屑である。仕上げ研磨において研磨ヘッドを独立加圧方式から固定加圧方式に切り替えることにより、微小ダメージの追加的な発生を抑えながら取り除くことができ、これによりヘイズレベルおよびＬＰＤを低減することができる。
　第２の研磨ユニット１０Ｂによる第２の研磨ステップが終了すると、第２の回転定盤１１Ｂ上のウェーハＷは、研磨ヘッド１２Ｂによってピックアップされ、可動ステージ２１上でリリースされて可動ステージ２１に乗せられる。ウェーハＷは可動ステージ２１によって所定の位置まで運ばれた後、アンローダに乗せ換えられ、一連のウェーハ研磨工程が完了する。
　以上説明したように、本実施形態によるウェーハ研磨方法は、ウェーハの平坦度を作りこむ第１の研磨ステップでは独立加圧方式（メンブレン方式）の研磨ヘッド１２Ａを採用し、ウェーハ表面のＬＰＤ品質を確保する第２の研磨ステップでは固定加圧方式（テンプレート方式）の研磨ヘッド１２Ｂを採用するので、ウェーハの平坦度とＬＰＤ品質の両方を高めることができる。また研磨ヘッドの切り替えのため、ウェーハの受け渡し機構２０として可動ステージ２１を用いるので、研磨方式（加圧方式）が異なる研磨ヘッドを用いた複数の研磨ユニット間のウェーハの受け渡しを円滑に行うことができ、高品質なウェーハを効率よく製造することができる。
　図４は、本発明の第２の実施の形態によるウェーハ研磨装置の構成を示す概略平面図である。
　図４に示すように、このウェーハ研磨装置２は、第１及び第２の研磨ヘッド１２Ａ，１２Ｂがウェーハ受け渡し機構として機能すると共に、共通ステージ２２を用いるものであり、第１の研磨ユニット１０Ａと第２の研磨ユニット１０Ｂとの間にウェーハの受け渡し場所としての共通ステージ２２を設けたものである。共通ステージ２２はウェーハ受け渡し機構の一部を構成するものであり、第１の研磨ヘッド１２Ａと第２の研磨ヘッド１２Ｂとの間に固定配置されている。
　第１の研磨ユニット１０Ａの前に配置されたローダ２３から研磨ヘッド１２ＡによってピックアップされたウェーハＷは、第１の回転定盤１１Ａ上にセットされ、独立加圧方式の研磨ヘッド１２Ａに保持された状態で第１の研磨ステップ（図３ステップＳ１）が実施される。
　第１の研磨ユニット１０Ａによる第１の研磨ステップが終了すると、第１の研磨ユニット１０Ａから第２の研磨ユニット１０ＢにウェーハＷを移送する（ステップＳ２）。第１の回転定盤１１Ａ上のウェーハＷは研磨ヘッド１２Ａによって共通ステージ２２上に移送され、第２の研磨ユニット１０Ｂの研磨ヘッド１２Ｂが共通ステージ２２上のウェーハＷをチャックして第２の研磨ユニット１０Ｂの第２の回転定盤１１Ｂ上に移載される。研磨ヘッド１２Ｂによってピックアップされたウェーハは第２の回転定盤１１Ｂ上の研磨開始位置にセットされ、固定加圧方式の研磨ヘッド１２Ｂに保持された状態で第２の研磨ステップ（図３ステップＳ３）が実施される。
　第２の研磨ステップＳ３において、ウェーハの研磨量は第１の研磨ステップのときよりも少なく、５~５０ｎｍである。研磨量が多くなるほど固定加圧方式の研磨ヘッドの影響が大きくなり、ウェーハの平坦度が悪化するため、研磨量はＬＰＤ品質を確保できる限りにおいてできるだけ少ないほうがよい。
　第２の研磨ステップにおける研磨条件は、第１の研磨ステップにおける研磨条件と同じであってもよく、異なっていてもよい。例えば、第２の研磨ステップで使用するスラリーの種類は特に限定されず、第１の研磨ステップのときと同じものを用いてもよく、違うものを用いてもよい。
　第２の研磨ユニット１０Ｂによる第２のウェーハ研磨ステップが終了すると、第２の回転定盤１１Ｂ上ウェーハは研磨ヘッドによってピックアップされてアンローダ２４に乗せ換えられ、一連のウェーハ研磨工程が完了する。
　以上説明したように、本実施形態によるウェーハ研磨装置２は、研磨ヘッドの切り替えのため、ウェーハの受け渡し機構２０として共通ステージ２２を用いるので、第１の実施の形態による発明の効果に加えて、ウェーハの受け渡し機構２０を非常に単純な構成により実現することができる。
　以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
　例えば、上記実施形態においては、２段の研磨ユニットの直列配置からなるウェーハ研磨装置を例に挙げたが、本発明において研磨ユニットの段数は３段以上であってもよい。ただしこの場合、最終段の研磨ユニットの研磨ヘッドが固定加圧方式であり、最終段以外の研磨ユニットの少なくとも一つが独立加圧方式であることが必要である。このように、２台以上の研磨ユニットが直列に配置されている場合に、第２の研磨ユニットが最終段の研磨ユニットを構成しているので、スラリーの種類等の研磨条件は研磨ユニットごとに異なっていてもよく、同じであってもよい。
　また、本発明において研磨対象のウェーハは単結晶シリコンインゴットから切り出されたバルクウェーハに限定されず、様々な材料のウェーハを対象とすることができる。
１，２　　ウェーハ研磨装置
１０Ａ，１０Ｂ　　研磨ユニット
１１Ａ，１１Ｂ　　回転定盤
１２Ａ，１２Ｂ　　研磨ヘッド
１３Ａ，１３Ｂ　　アーム
２０　　ウェーハ受け渡し機構
２１　　可動ステージ
２２　　共通ステージ
２３　　ローダ
２４　　アンローダ
３０　　回転軸
３１　　ベース（研磨ヘッド本体）
３２　　メンブレン
３３　　支持プレート
３４　　リテーナリング
４０　　回転軸
４１　　ベース
４２　　バックパッド
４３　　リテーナリング
４４　　真空流路
５０　　回転定盤
５１　　研磨布
Ｗ　　ウェーハ

Claims (9)

  1. 　ウェーハ加圧機構から独立した押圧動作が可能なリテーナリングを有する独立加圧方式の研磨ヘッドを用いてウェーハを研磨する第１の研磨ステップと、
    　ウェーハ加圧機構に固定されたリテーナリングを有する固定加圧方式の研磨ヘッドを用いて前記第１の研磨ステップで研磨加工されたウェーハを研磨する第２の研磨ステップとを備えることを特徴とするウェーハ研磨方法。
  2. 　前記第２の研磨ステップにおける前記ウェーハの研磨量は前記第１の研磨ステップにおける前記ウェーハの研磨量よりも少ない、請求項１に記載のウェーハ研磨方法。
  3. 　前記第１の研磨ステップで研磨加工されたウェーハを前記独立加圧方式の研磨ヘッドから前記固定加圧方式の研磨ヘッドに受け渡すウェーハ受け渡しステップをさらに備える、請求項１または２に記載のウェーハ研磨方法。
  4. 　前記ウェーハ受け渡しステップは、前記独立加圧方式の研磨ヘッドにウェーハを受け渡し可能な第１の受け渡し位置と前記固定加圧方式の研磨ヘッドにウェーハを受け渡し可能な第２の受け渡し位置との間を移動可能な可動ステージを介して前記ウェーハを受け渡す、請求項３に記載のウェーハ研磨方法。
  5. 　前記ウェーハ受け渡しステップは、前記独立加圧方式の研磨ヘッドと前記固定加圧方式の研磨ヘッドとの間に固定配置された共通ステージを介して前記ウェーハを受け渡す、請求項３に記載のウェーハ研磨方法。
  6. 　研磨布が貼り付けられた回転定盤上のウェーハを押圧しながら保持する第１及び第２の研磨ヘッドと、
    　前記第１の研磨ヘッドを用いて研磨加工されたウェーハを前記第１の研磨ヘッドから前記第２の研磨ヘッドに受け渡すウェーハ受け渡し機構とを備え、
    　前記第１の研磨ヘッドは、第１のウェーハ加圧機構と、前記第１のウェーハ加圧機構から独立した押圧動作が可能な第１のリテーナリングとを含む独立加圧方式の研磨ヘッドであり、
    　前記第２の研磨ヘッドは、第２のウェーハ加圧機構と、前記第２のウェーハ加圧機構に固定された第２のリテーナリングとを含む固定加圧方式の研磨ヘッドであることを特徴とするウェーハ研磨装置。
  7. 　複数の研磨ユニットが多段に配置されるとともに、前記第２の研磨ヘッドが最終段の研磨ユニットを構成している、請求項６に記載のウェーハ研磨装置。
  8. 　前記ウェーハ受け渡し機構は、前記第１の研磨ヘッドにウェーハを受け渡し可能な第１の受け渡し位置と前記第２の研磨ヘッドにウェーハを受け渡し可能な第２の受け渡し位置との間を移動可能な可動ステージを有し、
    　前記可動ステージは、前記第１の受け渡し位置で前記第１の研磨ヘッドから受け渡された前記ウェーハを前記第２の受け渡し位置に移送して前記第２の研磨ヘッドに受け渡す、請求項６または７に記載のウェーハ研磨装置。
  9. 　前記ウェーハ受け渡し機構は、前記第１の研磨ヘッドと前記第２の研磨ヘッドとの間に固定配置された共通ステージを有し、
    　前記第１の研磨ヘッドによって研磨加工されたウェーハは、前記第１の研磨ヘッドから前記共通ステージを介して前記第２の研磨ヘッドに受け渡される、請求項６または７に記載のウェーハ研磨装置。
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