JP2004148457A - ウェーハの研磨方法および研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成で、ウェーハの平坦度を向上させることのできるウェーハの研磨装置を提供する。
【解決手段】トップリング４１およびキャリヤプレート３１を介してキャリヤプレート３１の保持面３１ａに保持させたウェーハＷの被研磨面ｆを研磨定盤１１の研磨面１３ａへ圧接させるとともに、トップリング４１およびキャリヤプレート３１と、研磨定盤１１とを駆動機構７１，２１で相対的に回転させることにより、被研磨面ｆを研磨するウェーハの研磨装置において、
トップリング４１とキャリヤプレート３１との間に、トップリング４１からの荷重を、キャリヤプレート３１を介してウェーハＷの部分へのみ伝達する押圧突出部３８を有するジグ３５を設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】トップリング４１およびキャリヤプレート３１を介してキャリヤプレート３１の保持面３１ａに保持させたウェーハＷの被研磨面ｆを研磨定盤１１の研磨面１３ａへ圧接させるとともに、トップリング４１およびキャリヤプレート３１と、研磨定盤１１とを駆動機構７１，２１で相対的に回転させることにより、被研磨面ｆを研磨するウェーハの研磨装置において、
トップリング４１とキャリヤプレート３１との間に、トップリング４１からの荷重を、キャリヤプレート３１を介してウェーハＷの部分へのみ伝達する押圧突出部３８を有するジグ３５を設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザダイオード、受光素子などの光通信用のデバイスや、ＩＣなどの電子デバイスの製造に供されるＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハなどのウェーハを研磨するウェーハの研磨方法および研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓ単結晶板、ＩｎＰ単結晶板は、光通信に利用されるレーザダイオードや受光素子を製作するための基板として使用されている。
また、適当なドーパントによって半絶縁性にしたＧａＡｓ単結晶板、ＩｎＰ単結晶板は、シリコンなどよりも高周波特性が優れているため、ＩＣを製作する基板として注目されている。
そして、ウェーハの平坦度（ＴＴＶ：Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ）が高い（よい）程、デバイスの集積度を高くすることができ、ひいてはデバイスの高速化およびコストダウンにつながるため、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハは高い平坦度を要求されている。
【０００３】
このような要求に応えるため、トップリングおよびキャリヤプレートを介してキャリヤプレートの保持面に保持させたウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ圧接させるとともに、トップリングおよびキャリヤプレートと、研磨定盤とを駆動機構で相対的に回転させることにより、ウェーハの被研磨面を研磨するウェーハの研磨方法および研磨装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２６２０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記したウェーハの研磨方法および研磨装置は、トップリングの荷重をキャリヤプレート全体にかけるため、ウェーハの存在しない部分のキャリヤプレートが研磨定盤側へ撓み、ウェーハの外周部分が研磨定盤の研磨面へ強く押し付けられる。
そのため、ウェーハが回転する周方向の先端側と後端側とがより多く研磨され、ウェーハの平坦度が悪く、鞍状の被研磨面になる。
【０００６】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、簡単な構成で、ウェーハの平坦度を向上させることのできるウェーハの研磨方法および研磨装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下のような発明である。
（１）トップリングおよびキャリヤプレートを介して前記キャリヤプレートの保持面に保持させたウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ圧接させるとともに、前記トップリングおよび前記キャリヤプレートと、前記研磨定盤とを駆動機構で相対的に回転させることにより、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨方法において、ジグの押圧突出部を介して前記ウェーハの部分にのみ荷重をかけて研磨することを特徴とするウェーハの研磨方法。
（２）前記ジグおよび前記キャリヤプレートを介して前記ウェーハを視認できることを特徴とする上記（１）に記載のウェーハ研磨方法。
（３）前記ジグの前記ウェーハへの接触面積を、前記ウェーハの投影面積よりも小さくしたことを特徴とする上記（１）または（２）に記載のウェーハ研磨方法。
（４）トップリングおよびキャリヤプレートを介して前記キャリヤプレートの保持面に保持させたウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ圧接させるとともに、前記トップリングおよび前記キャリヤプレートと、前記研磨定盤とを駆動機構で相対的に回転させることにより、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨装置において、前記トップリングと前記キャリヤプレートとの間に、前記トップリングからの荷重を、前記キャリヤプレートを介して前記ウェーハの部分へのみ伝達する押圧突出部を有するジグを設けたことを特徴とするウェーハの研磨装置。
（５）前記押圧突出部の前記キャリヤプレートに接触する部分に、滑り難い弾性接触層を設けたことを特徴とする上記（４）に記載のウェーハの研磨装置。
（６）前記ジグおよび前記キャリヤプレートを、前記ウェーハを視認できるように透明または半透明にしたことを特徴とする上記（４）または（５）に記載のウェーハの研磨装置。
（７）記ジグの前記ウェーハへの接触部分の直径を、前記ウェーハの直径よりも２％〜５０％小さくしたことを特徴とする上記（４）から（６）のいずれか１つに記載のウェーハの研磨装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態であるウェーハの研磨装置を説明するための縦断面図、図２は図１に示したウェーハの研磨装置におけるジグの下面斜視図、図３は図１に示したウェーハの研磨装置における弾性膜の取付部分を示す拡大部分縦断面図、図４は図１に示したウェーハの研磨装置を複数取り付けた装置の一例を説明するための研磨定盤部分を示す平面図、図５は図４に示した装置の正面図、図６はウェーハの研磨装置の研磨状態を説明するための縦断面図である。
【０００９】
これらの図に示すように、ウェーハの研磨装置は、テーブル１（図４および図５参照）と、このテーブル１に形成された円形の孔１ａ内に配置された研磨定盤１１（図１、図４および図５参照）と、この研磨定盤１１を回転させる研磨定盤回転駆動機構２１（図５参照）と、研磨定盤１１にウェーハＷを介して載置されるキャリヤプレート３１（図１参照）と、このキャリヤプレート３１の上に載置されるジグ３６と、このジグ３６の上にトップリング４１（図１参照）と、このトップリング４１を上下動させる上下動機構５１（図５参照）と、トップリング４１、ジグ３６およびキャリヤプレート３１を介してウェーハＷの被研磨面ｆを、研磨定盤１１の研磨面１３ａへ圧接させる圧接機構６１（図１および図５参照）と、トップリング４１を回転させることによってジグ３６、キャリヤプレート３１およびウェーハＷを回転させる回転駆動機構７１（図４および図５参照）と、トップリング４１に形成された圧力室４８へ加圧流体、例えば加圧気体としての加圧空気を供給する加圧流体供給機構８１（図１参照）と、トップリング４１に形成された圧力室４８から加圧流体を漏出させる加圧流体漏出機構９１（図１参照）とを備えている。
【００１０】
上記した研磨定盤１１は、図１および図４に示すように、テーブル１の孔１ａ内に配置される円盤状の定盤１２と、この定盤１２の上に貼付された研磨布１３とで構成され、研磨布１３の上面（外側面）が、ウェーハＷの被研磨面ｆを研磨する研磨面１３ａとなる。
また、研磨定盤回転駆動機構２１は、図５に示すように、テーブル１の下に配置され、研磨定盤１１を回転させるものである。
【００１１】
上記したキャリヤプレート３１は、図１および図４に示すように、例えば高剛性、高ヤング率材質であるセラミックスで一様な厚さの円盤状に形成され、保持面（押圧面：下面）３１ａに複数のウェーハＷが、例えば接着によって取り付けられ、保持される。
そして、キャリヤプレート３１は、保持面３１ａに保持させた複数のウェーハＷを、被押圧面（上面）側から視認できるように透明または半透明とされるのが好ましい。
また、キャリヤプレート３１には、保持面３１ａの同心円上にウェーハＷを保持させるための位置決め表示が、例えば円によって複数（４つ）設けられるとともに、周面に位置合わせ表示が、例えば縦線によって設けられている。
【００１２】
上記したジグ３６は、図１、図２および図４に示すように、例えば高剛性、高ヤング率材質であるセラミックスでキャリヤプレート３１と同じ大きさの円盤状に形成された一様な厚さの平板部３７と、この平板部３７にキャリヤプレート３１の複数の位置決め表示に対応させて一体的に設けられ、または、取り付けられた、押圧面（下面）が平坦で、ウェーハＷの直径よりも２％〜５０％小さな直径の複数の円筒状の押圧突出部３８と、例えば合成ゴムなどの摩擦係数の高い材料で一様な厚さに形成され、各押圧突出部３８の押圧面に取り付けられた押圧突出部３８と同一投影面をした円形の弾性接触層３９とで構成されている。例えば、直径が７６ｍｍ（３インチ）のウェーハＷに対して１０ｍｍ小径の押圧突出部３８を設けたり、直径が１５０ｍｍ（６インチ）のウェーハＷに対して６ｍｍ小径の押圧突出部３８を設ける。
そして、ジグ３６は、キャリヤプレート３１の保持面３１ａに保持させた複数のウェーハＷを、被押圧面（上面）側からキャリヤプレート３１を介して視認できるように、少なくとも平板部３７が透明または半透明とされている（押圧突出部３８、さらには弾性接触層３９も透明または半透明とするのが好ましい。）。
また、ジグ３６には、キャリヤプレート３１の保持面３１ａに保持させたウェーハＷと同心に、弾性接触層３９および押圧突出部３８をキャリヤプレート３１の上に位置させるための位置決め表示が、周面に、例えば縦線によって設けられている。
【００１３】
上記したトップリング４１は、図１に示すように、本体４２と、この本体４２に取り付けられた弾性部材４５とで構成されている。
そして、本体４２は、キャリヤプレート３１およびジグ３６と同じ大きさの円盤状で、下面に軸心を中心にした円柱状の凹部４２ａを設けることによって形成される平板部４３と環状縁部４４とで構成されている。
この環状縁部４４の周回する下面には、下方へ開放する環状収容溝４４ａが設けられている。
また、弾性部材４５は、例えば合成ゴムなどの摩擦係数の高い材料で形成され、図３に示すように、環状収容溝４４ａから一部を突出させて環状収容溝４４ａに装着される弾性リング部４６と、この弾性リング部４６の下端を閉塞する弾性膜４７とで構成されている。
【００１４】
したがって、弾性部材４５の弾性リング部４６を環状収容溝４４ａに装着すると、弾性部材４５で閉塞される空間、すなわち、圧力室４８が形成される。
なお、平板部４３には、図１に示すように、軸心に圧力室４８に連通する供給連通路４３ａと、この供給連通路４３ａを中心とした同心円上に等間隔で、圧力室４８に連通する複数の漏出連通路４３ｂとが設けられている。
ここで、軸心、この軸心を中心にした同心円上に等間隔の位置とは、各連通路４３ａ，４３ｂの圧力室４８への接続部分、すなわち、下端部分のことである。
【００１５】
上記した上下動機構５１は、図５に示すように、トップリング３１を上下動させるものであるが、トップリング３１の軸心を回転可能に支持している。
また、圧接機構６１は、図１および図５に示すように、トップリング４１の上面（載置面）に載置され、トップリング４１、ジグ３６およびキャリヤプレート３１を介してウェーハＷの被研磨面ｆを研磨定盤１１の研磨面１３ａへ圧接させるものであり、例えば錘（ウエイト）で構成されている。
なお、圧接機構６１は、錘の他、例えばシリンダによる流体圧を利用する構成であってよい。
【００１６】
上記した回転駆動機構７１は、図４および図５に示すように、同心円上の４つのトップリング４１を回転させるように、４つのトップリング４１の中心、すなわち、研磨定盤１１の中心に位置させたセンタローラ７２と、このセンタローラ７２とでトップリング４１を挟持するガイドローラ部７３とで構成されている。
そして、ガイドローラ部７３は、トップリング４１の外周に密接するローラ７３ａと、このローラ７３ａを回転可能に支持し、テーブル１に回動可能に取り付けられた支持アーム７３ｂとで構成されている。
【００１７】
上記した加圧流体供給機構８１は、図１に示すように、加圧空気を供給する加圧機としてエアーコンプレッサ８２と、このエアーコンプレッサ８２からの加圧空気の圧力を調整する圧力調整器８３と、この圧力調整器８３からの加圧空気を濾過、浄化するエアーフィルタ８４と、このエアーフィルタ８４から加圧空気が供給される供給連通路４３ａとで構成されている。
なお、圧力調整器８３に接続され、加圧流体供給機構８１のエアーフィルタ８４と供給連通路４３ａとの間は、上下動機構５１の軸の中に配置された配管と、この配管が接続される、供給連通路４３ａに接続されたロータリジョイントとで接続されている。
上記した加圧流体漏出機構９１は、図１に示すように、漏出連通路４３ｂと、この漏出連通路４３ｂから漏出させる加圧空気の流量を調整する流量調整器としての流量調整弁９２とで構成されている。
【００１８】
次に、操作および動作について説明する。
まず、キャリヤプレート３１の保持面３１ａに、図４に示すように、５枚のウェーハＷを、接着剤であるワックスを塗布して同心円上に保持させた後、４枚のキャリヤプレート３１の保持面３１ａを下側にして研磨定盤１１の研磨面１３ａの上に載せる。
そして、各キャリヤプレート３１の上にジグ３６を、各位置決め表示を一致させるとともに、ジグ３６およびキャリヤプレート３１の上側からウェーハＷを視認しながら各ウェーハＷの上に弾性接触層３９および押圧突出部３８が同心状に位置するように、載せた後、各上下動機構５１を作動させて各トップリング４１を下降させるとともに、各トップリング４１の軸心に各ジグ３６および各キャリヤプレート３１の軸心を一致させるように各ジグ３６および各キャリヤプレート３１を移動させ、各トップリング４１の下面（弾性膜４８）を各キャリヤプレート３１に当接させる。
【００１９】
このようにしてジグ３６およびキャリヤプレート３１をセットする場合、各ローラ７３ａをトップリング４１、ジグ３６およびキャリヤプレート３１に当接させないように各支持アーム７３ｂを上側に起こしておき、各ジグ３６および各キャリヤプレート３１のセットが終了した後、各支持アーム７３ｂを元に戻して（倒して）各ローラ７３ａをトップリング４１の周面に当接させる。
なお、ジグ３６およびキャリヤプレート３１をセットすると、トップリング４１はセンターローラ７２とローラ７３ａとで挟持される。
【００２０】
そして、トップリング４１の上面に圧接機構６１としての錘を載置し、弾性膜４７をキャリヤプレート３１に圧接させるとともに、弾性リング部４６を環状縁部４４に圧接させて圧力室４８の気密性を確保する。
さらに、エアーコンプレッサ８２を作動させるとともに、圧力調整器８３および流量調整弁９２を調整して所定圧の加圧空気を圧力室４８へ供給し、弾性膜４７に均一な荷重をかけつつ、研磨定盤回転駆動機構２１および回転駆動機構７１を作動させ、研磨定盤１１を回転させるとともに、各トップリング４１、各ジグ３６および各キャリヤプレート３１を回転させ、各ウェーハＷの被研磨面ｆを研磨する。
なお、ウェーハＷの被研磨面ｆを研磨する工程では、研磨面１３ａと被研磨面ｆとの摺り合わされる部分に、研磨材（研磨加工液）を供給する。
【００２１】
このようにしてウェーハＷの被研磨面ｆを研磨する場合、図６に示すように、研磨定盤１１のキャリヤプレート３１の中心部分に荷重がかかってその中心部分が僅かに沈み、回転するウェーハＷの、キャリヤプレート３１における半径方向の内側部分と外側部分とでは周速が異なることにより、被研磨面ｆを一様に研磨し、被研磨面ｆの高い平坦度を出せないので、圧力調整器８３と流量調整弁９２との少なくとも一方を調整して圧力室４８内の圧力を調整することにより、被研磨面ｆを一様に研磨し、被研磨面ｆの高い平坦度を出せるようにする。
このとき、ウェーハＷは、図６に示すように、直径よりも２％〜５０％小さい直径の部分に荷重がかかり、研磨面１３ａへ押圧される。
【００２２】
上述したように、この発明に一実施形態によれば、トップリング４１とキャリヤプレート３１との間に、トップリング４１からの荷重を、キャリヤプレート３１を介してウェーハＷの直径よりも２％〜５０％小さい直径の部分へのみ伝達する押圧突出部３８を有するジグ３６を設けたので、ウェーハＷの被研磨面ｆは、中心部分が研磨面１３ａへ強く押し付けられて研磨されることになり、回転する周方向において一様に研磨され、３インチのウェーハＷの場合、従来、４．２μｍであった被研磨面ｆの回転する周方向の平坦度を、２．５μｍに向上させることができた。
したがって、トップリング４１とキャリヤプレート３１との間にジグ３６を配設するという簡単な構成により、ウェーハＷの平坦度を容易に向上させることができる。
【００２３】
そして、押圧突出部３９のキャリヤプレート３１に接触する部分に弾性接触層３９を設けたので、押圧突出部３９がキャリヤプレート３１に対してスリップせず、確実にウェーハＷの直径よりも狭い範囲へトップリング４１からの荷重を伝達することができる。
さらに、ジグ３６およびキャリヤプレート３１を、ウェーハＷを視認できるように透明または半透明にしたので、ウェーハＷの上への押圧突出部３９の位置合わせを容易に行うことができる。
【００２４】
また、圧力室４８から加圧流体としての加圧空気を漏出させる加圧流体漏出機構９１を設け、圧力室４８内の圧力を調整できるようにしたので、圧力室４８内の圧力を微細に調整することができ、３インチのウェーハＷの場合、従来、３．５μｍであった被研磨面ｆの回転する半径方向の平坦度を、２．０μｍに向上させることができた。
そして、流量調整弁９２を設け、圧力室４８から漏出させる加圧空気の流量を調整して圧力室４８内の圧力を調整できるようにしたので、圧力室４８の微細な圧力制御が簡単な構成で容易に行うことができる。
さらに、加圧流体漏出機構９１を複数設けたので、圧力室４８内の圧力の微細な調整がさらに容易にできる。
また、加圧流体漏出機構９１の圧力室４８への接続部分（漏出連通路４３ｂ）を、加圧流体供給機構８１の圧力室４８への接続部分（供給連通路４３ａ）を中心とした同心円上に等間隔で設けたので、圧力室４８内の圧力の微細な調整をより均一に行うことができる。
【００２５】
上記した実施形態では、弾性膜４８でジグ３６に荷重をかけるトップリング４１を例にして説明したが、特許文献１に記載されているように、環状縁部４４の環状収容溝４４ａ内に突出させて装着したＯリングをジグ３６に圧接させ、圧力室を形成してジグ３６に荷重をかけたり、または、トップリング４１の凹部４２ａ内に配設した中押し機構を作動させてジグ３６に荷重をかける構成であってもよい。
さらに、回転駆動機構７１を設けてトップリング４１などを回転させる例を示したが、研磨定盤１１が回転することによってトップリング４１なども回転するので、回転駆動機構７１を設けなくてもよい。
【００２６】
そして、エアーコンプレッサ８２を用いて加圧流体供給機構８１を構成した例を示したが、エアーコンプレッサ８２に代えて、加圧流体（加圧気体）を供給できるボンベを使用してもよい。
さらに、加圧流体漏出機構９１を複数設けた例を示したが、加圧流体漏出機構９１は１つであってもよい。
また、加圧流体漏出機構９１に流量調整弁９２を設けた例を示したが、加圧流体供給機構８１の圧力調整器８３でも圧力室４８内の圧力を調整できるので、流量調整弁９２が設けなくてもよい。
なお、バッチ式のウェーハの研磨装置を例にして説明したが、ウェーハを１枚ずつキャリヤプレートに保持させて研磨する枚葉式のウェーハの研磨装置にも適用できることは言うまでもない。
また、ウェーハを研磨する例で説明したが、ウェーハ状のもの、例えばガラス薄板材、水晶などの硬脆性板材を研磨してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、トップリングとキャリヤプレートとの間に、トップリングからの荷重を、キャリヤプレートを介してウェーハの部分へのみ伝達するジグを設け、ウェーハの部分へのみ荷重をかけて研磨するようにしたので、ウェーハの外周部分が研磨面側へ強く押し付けられないため、ウェーハの被研磨面を回転する周方向において一様に研磨できる。
したがって、トップリングとキャリヤプレートとの間にジグを配設するという簡単な構成により、ウェーハの平坦度を容易に向上させることができる。
そして、押圧突出部のキャリヤプレートに接触する部分に弾性接触層を設けたので、押圧突出部がキャリヤプレートに対してスリップせず、確実にウェーハへトップリングからの荷重を伝達することができる。
さらに、ジグおよびキャリヤプレートを、ウェーハを視認できるように透明または半透明にしたので、ウェーハの上への押圧突出部の位置合わせを容易に行うことができる。
また、ジグのウェーハへの接触部分の直径を、ウェーハの直径よりも２％〜５０％小さくしたので、ウェーハの被研磨面の中心部分を研磨面へ強く押し付けることができ、被研磨面の回転する周方向の平坦度をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態であるウェーハの研磨装置を説明するための縦断面図である。
【図２】図１に示したウェーハの研磨装置におけるジグの下面斜視図である。
【図３】図１に示したウェーハの研磨装置における弾性膜の取付部分を示す拡大部分縦断面図である。
【図４】図１に示したウェーハの研磨装置を複数取り付けた装置の一例を説明するための研磨定盤部分を示す平面図である。
【図５】図４に示した装置の正面図である。
【図６】ウェーハの研磨装置の研磨状態を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
１ テーブル
１ａ 孔
１１ 研磨定盤
１２ 定盤
１３ 研磨布
１３ａ 研磨面
２１ 研磨定盤回転駆動機構
３１ キャリヤプレート
３１ａ 保持面
３６ ジグ
３７ 平板部
３８ 押圧突出部
３９ 弾性接触層
４１ トップリング
４２ 本体
４２ａ 凹部
４３ 平板部
４３ａ 供給連通路
４３ｂ 漏出連通路
４４ 環状縁部
４４ａ 環状収容溝
４５ 弾性部材
４６ 弾性リング部
４７ 弾性膜
４８ 圧力室
５１ 上下動機構
６１ 圧接機構
７１ 回転駆動機構
７２ センターローラ
７３ ガイドローラ部
７３ａ ローラ
７３ｂ 支持アーム
８１ 加圧流体供給機構
８２ エアーコンプレッサ
８３ 圧力調整器
８４ エアーフィルタ
９１ 加圧流体漏出機構
９２ 流量調整弁
Ｗ ウェーハ
ｆ 被研磨面
【発明の属する技術分野】
この発明は、レーザダイオード、受光素子などの光通信用のデバイスや、ＩＣなどの電子デバイスの製造に供されるＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハなどのウェーハを研磨するウェーハの研磨方法および研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＡｓ単結晶板、ＩｎＰ単結晶板は、光通信に利用されるレーザダイオードや受光素子を製作するための基板として使用されている。
また、適当なドーパントによって半絶縁性にしたＧａＡｓ単結晶板、ＩｎＰ単結晶板は、シリコンなどよりも高周波特性が優れているため、ＩＣを製作する基板として注目されている。
そして、ウェーハの平坦度（ＴＴＶ：Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ ）が高い（よい）程、デバイスの集積度を高くすることができ、ひいてはデバイスの高速化およびコストダウンにつながるため、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハは高い平坦度を要求されている。
【０００３】
このような要求に応えるため、トップリングおよびキャリヤプレートを介してキャリヤプレートの保持面に保持させたウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ圧接させるとともに、トップリングおよびキャリヤプレートと、研磨定盤とを駆動機構で相対的に回転させることにより、ウェーハの被研磨面を研磨するウェーハの研磨方法および研磨装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３２６２０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記したウェーハの研磨方法および研磨装置は、トップリングの荷重をキャリヤプレート全体にかけるため、ウェーハの存在しない部分のキャリヤプレートが研磨定盤側へ撓み、ウェーハの外周部分が研磨定盤の研磨面へ強く押し付けられる。
そのため、ウェーハが回転する周方向の先端側と後端側とがより多く研磨され、ウェーハの平坦度が悪く、鞍状の被研磨面になる。
【０００６】
この発明は、上記したような不都合を解消するためになされたもので、簡単な構成で、ウェーハの平坦度を向上させることのできるウェーハの研磨方法および研磨装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下のような発明である。
（１）トップリングおよびキャリヤプレートを介して前記キャリヤプレートの保持面に保持させたウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ圧接させるとともに、前記トップリングおよび前記キャリヤプレートと、前記研磨定盤とを駆動機構で相対的に回転させることにより、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨方法において、ジグの押圧突出部を介して前記ウェーハの部分にのみ荷重をかけて研磨することを特徴とするウェーハの研磨方法。
（２）前記ジグおよび前記キャリヤプレートを介して前記ウェーハを視認できることを特徴とする上記（１）に記載のウェーハ研磨方法。
（３）前記ジグの前記ウェーハへの接触面積を、前記ウェーハの投影面積よりも小さくしたことを特徴とする上記（１）または（２）に記載のウェーハ研磨方法。
（４）トップリングおよびキャリヤプレートを介して前記キャリヤプレートの保持面に保持させたウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ圧接させるとともに、前記トップリングおよび前記キャリヤプレートと、前記研磨定盤とを駆動機構で相対的に回転させることにより、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨装置において、前記トップリングと前記キャリヤプレートとの間に、前記トップリングからの荷重を、前記キャリヤプレートを介して前記ウェーハの部分へのみ伝達する押圧突出部を有するジグを設けたことを特徴とするウェーハの研磨装置。
（５）前記押圧突出部の前記キャリヤプレートに接触する部分に、滑り難い弾性接触層を設けたことを特徴とする上記（４）に記載のウェーハの研磨装置。
（６）前記ジグおよび前記キャリヤプレートを、前記ウェーハを視認できるように透明または半透明にしたことを特徴とする上記（４）または（５）に記載のウェーハの研磨装置。
（７）記ジグの前記ウェーハへの接触部分の直径を、前記ウェーハの直径よりも２％〜５０％小さくしたことを特徴とする上記（４）から（６）のいずれか１つに記載のウェーハの研磨装置。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１はこの発明の一実施形態であるウェーハの研磨装置を説明するための縦断面図、図２は図１に示したウェーハの研磨装置におけるジグの下面斜視図、図３は図１に示したウェーハの研磨装置における弾性膜の取付部分を示す拡大部分縦断面図、図４は図１に示したウェーハの研磨装置を複数取り付けた装置の一例を説明するための研磨定盤部分を示す平面図、図５は図４に示した装置の正面図、図６はウェーハの研磨装置の研磨状態を説明するための縦断面図である。
【０００９】
これらの図に示すように、ウェーハの研磨装置は、テーブル１（図４および図５参照）と、このテーブル１に形成された円形の孔１ａ内に配置された研磨定盤１１（図１、図４および図５参照）と、この研磨定盤１１を回転させる研磨定盤回転駆動機構２１（図５参照）と、研磨定盤１１にウェーハＷを介して載置されるキャリヤプレート３１（図１参照）と、このキャリヤプレート３１の上に載置されるジグ３６と、このジグ３６の上にトップリング４１（図１参照）と、このトップリング４１を上下動させる上下動機構５１（図５参照）と、トップリング４１、ジグ３６およびキャリヤプレート３１を介してウェーハＷの被研磨面ｆを、研磨定盤１１の研磨面１３ａへ圧接させる圧接機構６１（図１および図５参照）と、トップリング４１を回転させることによってジグ３６、キャリヤプレート３１およびウェーハＷを回転させる回転駆動機構７１（図４および図５参照）と、トップリング４１に形成された圧力室４８へ加圧流体、例えば加圧気体としての加圧空気を供給する加圧流体供給機構８１（図１参照）と、トップリング４１に形成された圧力室４８から加圧流体を漏出させる加圧流体漏出機構９１（図１参照）とを備えている。
【００１０】
上記した研磨定盤１１は、図１および図４に示すように、テーブル１の孔１ａ内に配置される円盤状の定盤１２と、この定盤１２の上に貼付された研磨布１３とで構成され、研磨布１３の上面（外側面）が、ウェーハＷの被研磨面ｆを研磨する研磨面１３ａとなる。
また、研磨定盤回転駆動機構２１は、図５に示すように、テーブル１の下に配置され、研磨定盤１１を回転させるものである。
【００１１】
上記したキャリヤプレート３１は、図１および図４に示すように、例えば高剛性、高ヤング率材質であるセラミックスで一様な厚さの円盤状に形成され、保持面（押圧面：下面）３１ａに複数のウェーハＷが、例えば接着によって取り付けられ、保持される。
そして、キャリヤプレート３１は、保持面３１ａに保持させた複数のウェーハＷを、被押圧面（上面）側から視認できるように透明または半透明とされるのが好ましい。
また、キャリヤプレート３１には、保持面３１ａの同心円上にウェーハＷを保持させるための位置決め表示が、例えば円によって複数（４つ）設けられるとともに、周面に位置合わせ表示が、例えば縦線によって設けられている。
【００１２】
上記したジグ３６は、図１、図２および図４に示すように、例えば高剛性、高ヤング率材質であるセラミックスでキャリヤプレート３１と同じ大きさの円盤状に形成された一様な厚さの平板部３７と、この平板部３７にキャリヤプレート３１の複数の位置決め表示に対応させて一体的に設けられ、または、取り付けられた、押圧面（下面）が平坦で、ウェーハＷの直径よりも２％〜５０％小さな直径の複数の円筒状の押圧突出部３８と、例えば合成ゴムなどの摩擦係数の高い材料で一様な厚さに形成され、各押圧突出部３８の押圧面に取り付けられた押圧突出部３８と同一投影面をした円形の弾性接触層３９とで構成されている。例えば、直径が７６ｍｍ（３インチ）のウェーハＷに対して１０ｍｍ小径の押圧突出部３８を設けたり、直径が１５０ｍｍ（６インチ）のウェーハＷに対して６ｍｍ小径の押圧突出部３８を設ける。
そして、ジグ３６は、キャリヤプレート３１の保持面３１ａに保持させた複数のウェーハＷを、被押圧面（上面）側からキャリヤプレート３１を介して視認できるように、少なくとも平板部３７が透明または半透明とされている（押圧突出部３８、さらには弾性接触層３９も透明または半透明とするのが好ましい。）。
また、ジグ３６には、キャリヤプレート３１の保持面３１ａに保持させたウェーハＷと同心に、弾性接触層３９および押圧突出部３８をキャリヤプレート３１の上に位置させるための位置決め表示が、周面に、例えば縦線によって設けられている。
【００１３】
上記したトップリング４１は、図１に示すように、本体４２と、この本体４２に取り付けられた弾性部材４５とで構成されている。
そして、本体４２は、キャリヤプレート３１およびジグ３６と同じ大きさの円盤状で、下面に軸心を中心にした円柱状の凹部４２ａを設けることによって形成される平板部４３と環状縁部４４とで構成されている。
この環状縁部４４の周回する下面には、下方へ開放する環状収容溝４４ａが設けられている。
また、弾性部材４５は、例えば合成ゴムなどの摩擦係数の高い材料で形成され、図３に示すように、環状収容溝４４ａから一部を突出させて環状収容溝４４ａに装着される弾性リング部４６と、この弾性リング部４６の下端を閉塞する弾性膜４７とで構成されている。
【００１４】
したがって、弾性部材４５の弾性リング部４６を環状収容溝４４ａに装着すると、弾性部材４５で閉塞される空間、すなわち、圧力室４８が形成される。
なお、平板部４３には、図１に示すように、軸心に圧力室４８に連通する供給連通路４３ａと、この供給連通路４３ａを中心とした同心円上に等間隔で、圧力室４８に連通する複数の漏出連通路４３ｂとが設けられている。
ここで、軸心、この軸心を中心にした同心円上に等間隔の位置とは、各連通路４３ａ，４３ｂの圧力室４８への接続部分、すなわち、下端部分のことである。
【００１５】
上記した上下動機構５１は、図５に示すように、トップリング３１を上下動させるものであるが、トップリング３１の軸心を回転可能に支持している。
また、圧接機構６１は、図１および図５に示すように、トップリング４１の上面（載置面）に載置され、トップリング４１、ジグ３６およびキャリヤプレート３１を介してウェーハＷの被研磨面ｆを研磨定盤１１の研磨面１３ａへ圧接させるものであり、例えば錘（ウエイト）で構成されている。
なお、圧接機構６１は、錘の他、例えばシリンダによる流体圧を利用する構成であってよい。
【００１６】
上記した回転駆動機構７１は、図４および図５に示すように、同心円上の４つのトップリング４１を回転させるように、４つのトップリング４１の中心、すなわち、研磨定盤１１の中心に位置させたセンタローラ７２と、このセンタローラ７２とでトップリング４１を挟持するガイドローラ部７３とで構成されている。
そして、ガイドローラ部７３は、トップリング４１の外周に密接するローラ７３ａと、このローラ７３ａを回転可能に支持し、テーブル１に回動可能に取り付けられた支持アーム７３ｂとで構成されている。
【００１７】
上記した加圧流体供給機構８１は、図１に示すように、加圧空気を供給する加圧機としてエアーコンプレッサ８２と、このエアーコンプレッサ８２からの加圧空気の圧力を調整する圧力調整器８３と、この圧力調整器８３からの加圧空気を濾過、浄化するエアーフィルタ８４と、このエアーフィルタ８４から加圧空気が供給される供給連通路４３ａとで構成されている。
なお、圧力調整器８３に接続され、加圧流体供給機構８１のエアーフィルタ８４と供給連通路４３ａとの間は、上下動機構５１の軸の中に配置された配管と、この配管が接続される、供給連通路４３ａに接続されたロータリジョイントとで接続されている。
上記した加圧流体漏出機構９１は、図１に示すように、漏出連通路４３ｂと、この漏出連通路４３ｂから漏出させる加圧空気の流量を調整する流量調整器としての流量調整弁９２とで構成されている。
【００１８】
次に、操作および動作について説明する。
まず、キャリヤプレート３１の保持面３１ａに、図４に示すように、５枚のウェーハＷを、接着剤であるワックスを塗布して同心円上に保持させた後、４枚のキャリヤプレート３１の保持面３１ａを下側にして研磨定盤１１の研磨面１３ａの上に載せる。
そして、各キャリヤプレート３１の上にジグ３６を、各位置決め表示を一致させるとともに、ジグ３６およびキャリヤプレート３１の上側からウェーハＷを視認しながら各ウェーハＷの上に弾性接触層３９および押圧突出部３８が同心状に位置するように、載せた後、各上下動機構５１を作動させて各トップリング４１を下降させるとともに、各トップリング４１の軸心に各ジグ３６および各キャリヤプレート３１の軸心を一致させるように各ジグ３６および各キャリヤプレート３１を移動させ、各トップリング４１の下面（弾性膜４８）を各キャリヤプレート３１に当接させる。
【００１９】
このようにしてジグ３６およびキャリヤプレート３１をセットする場合、各ローラ７３ａをトップリング４１、ジグ３６およびキャリヤプレート３１に当接させないように各支持アーム７３ｂを上側に起こしておき、各ジグ３６および各キャリヤプレート３１のセットが終了した後、各支持アーム７３ｂを元に戻して（倒して）各ローラ７３ａをトップリング４１の周面に当接させる。
なお、ジグ３６およびキャリヤプレート３１をセットすると、トップリング４１はセンターローラ７２とローラ７３ａとで挟持される。
【００２０】
そして、トップリング４１の上面に圧接機構６１としての錘を載置し、弾性膜４７をキャリヤプレート３１に圧接させるとともに、弾性リング部４６を環状縁部４４に圧接させて圧力室４８の気密性を確保する。
さらに、エアーコンプレッサ８２を作動させるとともに、圧力調整器８３および流量調整弁９２を調整して所定圧の加圧空気を圧力室４８へ供給し、弾性膜４７に均一な荷重をかけつつ、研磨定盤回転駆動機構２１および回転駆動機構７１を作動させ、研磨定盤１１を回転させるとともに、各トップリング４１、各ジグ３６および各キャリヤプレート３１を回転させ、各ウェーハＷの被研磨面ｆを研磨する。
なお、ウェーハＷの被研磨面ｆを研磨する工程では、研磨面１３ａと被研磨面ｆとの摺り合わされる部分に、研磨材（研磨加工液）を供給する。
【００２１】
このようにしてウェーハＷの被研磨面ｆを研磨する場合、図６に示すように、研磨定盤１１のキャリヤプレート３１の中心部分に荷重がかかってその中心部分が僅かに沈み、回転するウェーハＷの、キャリヤプレート３１における半径方向の内側部分と外側部分とでは周速が異なることにより、被研磨面ｆを一様に研磨し、被研磨面ｆの高い平坦度を出せないので、圧力調整器８３と流量調整弁９２との少なくとも一方を調整して圧力室４８内の圧力を調整することにより、被研磨面ｆを一様に研磨し、被研磨面ｆの高い平坦度を出せるようにする。
このとき、ウェーハＷは、図６に示すように、直径よりも２％〜５０％小さい直径の部分に荷重がかかり、研磨面１３ａへ押圧される。
【００２２】
上述したように、この発明に一実施形態によれば、トップリング４１とキャリヤプレート３１との間に、トップリング４１からの荷重を、キャリヤプレート３１を介してウェーハＷの直径よりも２％〜５０％小さい直径の部分へのみ伝達する押圧突出部３８を有するジグ３６を設けたので、ウェーハＷの被研磨面ｆは、中心部分が研磨面１３ａへ強く押し付けられて研磨されることになり、回転する周方向において一様に研磨され、３インチのウェーハＷの場合、従来、４．２μｍであった被研磨面ｆの回転する周方向の平坦度を、２．５μｍに向上させることができた。
したがって、トップリング４１とキャリヤプレート３１との間にジグ３６を配設するという簡単な構成により、ウェーハＷの平坦度を容易に向上させることができる。
【００２３】
そして、押圧突出部３９のキャリヤプレート３１に接触する部分に弾性接触層３９を設けたので、押圧突出部３９がキャリヤプレート３１に対してスリップせず、確実にウェーハＷの直径よりも狭い範囲へトップリング４１からの荷重を伝達することができる。
さらに、ジグ３６およびキャリヤプレート３１を、ウェーハＷを視認できるように透明または半透明にしたので、ウェーハＷの上への押圧突出部３９の位置合わせを容易に行うことができる。
【００２４】
また、圧力室４８から加圧流体としての加圧空気を漏出させる加圧流体漏出機構９１を設け、圧力室４８内の圧力を調整できるようにしたので、圧力室４８内の圧力を微細に調整することができ、３インチのウェーハＷの場合、従来、３．５μｍであった被研磨面ｆの回転する半径方向の平坦度を、２．０μｍに向上させることができた。
そして、流量調整弁９２を設け、圧力室４８から漏出させる加圧空気の流量を調整して圧力室４８内の圧力を調整できるようにしたので、圧力室４８の微細な圧力制御が簡単な構成で容易に行うことができる。
さらに、加圧流体漏出機構９１を複数設けたので、圧力室４８内の圧力の微細な調整がさらに容易にできる。
また、加圧流体漏出機構９１の圧力室４８への接続部分（漏出連通路４３ｂ）を、加圧流体供給機構８１の圧力室４８への接続部分（供給連通路４３ａ）を中心とした同心円上に等間隔で設けたので、圧力室４８内の圧力の微細な調整をより均一に行うことができる。
【００２５】
上記した実施形態では、弾性膜４８でジグ３６に荷重をかけるトップリング４１を例にして説明したが、特許文献１に記載されているように、環状縁部４４の環状収容溝４４ａ内に突出させて装着したＯリングをジグ３６に圧接させ、圧力室を形成してジグ３６に荷重をかけたり、または、トップリング４１の凹部４２ａ内に配設した中押し機構を作動させてジグ３６に荷重をかける構成であってもよい。
さらに、回転駆動機構７１を設けてトップリング４１などを回転させる例を示したが、研磨定盤１１が回転することによってトップリング４１なども回転するので、回転駆動機構７１を設けなくてもよい。
【００２６】
そして、エアーコンプレッサ８２を用いて加圧流体供給機構８１を構成した例を示したが、エアーコンプレッサ８２に代えて、加圧流体（加圧気体）を供給できるボンベを使用してもよい。
さらに、加圧流体漏出機構９１を複数設けた例を示したが、加圧流体漏出機構９１は１つであってもよい。
また、加圧流体漏出機構９１に流量調整弁９２を設けた例を示したが、加圧流体供給機構８１の圧力調整器８３でも圧力室４８内の圧力を調整できるので、流量調整弁９２が設けなくてもよい。
なお、バッチ式のウェーハの研磨装置を例にして説明したが、ウェーハを１枚ずつキャリヤプレートに保持させて研磨する枚葉式のウェーハの研磨装置にも適用できることは言うまでもない。
また、ウェーハを研磨する例で説明したが、ウェーハ状のもの、例えばガラス薄板材、水晶などの硬脆性板材を研磨してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、トップリングとキャリヤプレートとの間に、トップリングからの荷重を、キャリヤプレートを介してウェーハの部分へのみ伝達するジグを設け、ウェーハの部分へのみ荷重をかけて研磨するようにしたので、ウェーハの外周部分が研磨面側へ強く押し付けられないため、ウェーハの被研磨面を回転する周方向において一様に研磨できる。
したがって、トップリングとキャリヤプレートとの間にジグを配設するという簡単な構成により、ウェーハの平坦度を容易に向上させることができる。
そして、押圧突出部のキャリヤプレートに接触する部分に弾性接触層を設けたので、押圧突出部がキャリヤプレートに対してスリップせず、確実にウェーハへトップリングからの荷重を伝達することができる。
さらに、ジグおよびキャリヤプレートを、ウェーハを視認できるように透明または半透明にしたので、ウェーハの上への押圧突出部の位置合わせを容易に行うことができる。
また、ジグのウェーハへの接触部分の直径を、ウェーハの直径よりも２％〜５０％小さくしたので、ウェーハの被研磨面の中心部分を研磨面へ強く押し付けることができ、被研磨面の回転する周方向の平坦度をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態であるウェーハの研磨装置を説明するための縦断面図である。
【図２】図１に示したウェーハの研磨装置におけるジグの下面斜視図である。
【図３】図１に示したウェーハの研磨装置における弾性膜の取付部分を示す拡大部分縦断面図である。
【図４】図１に示したウェーハの研磨装置を複数取り付けた装置の一例を説明するための研磨定盤部分を示す平面図である。
【図５】図４に示した装置の正面図である。
【図６】ウェーハの研磨装置の研磨状態を説明するための縦断面図である。
【符号の説明】
１ テーブル
１ａ 孔
１１ 研磨定盤
１２ 定盤
１３ 研磨布
１３ａ 研磨面
２１ 研磨定盤回転駆動機構
３１ キャリヤプレート
３１ａ 保持面
３６ ジグ
３７ 平板部
３８ 押圧突出部
３９ 弾性接触層
４１ トップリング
４２ 本体
４２ａ 凹部
４３ 平板部
４３ａ 供給連通路
４３ｂ 漏出連通路
４４ 環状縁部
４４ａ 環状収容溝
４５ 弾性部材
４６ 弾性リング部
４７ 弾性膜
４８ 圧力室
５１ 上下動機構
６１ 圧接機構
７１ 回転駆動機構
７２ センターローラ
７３ ガイドローラ部
７３ａ ローラ
７３ｂ 支持アーム
８１ 加圧流体供給機構
８２ エアーコンプレッサ
８３ 圧力調整器
８４ エアーフィルタ
９１ 加圧流体漏出機構
９２ 流量調整弁
Ｗ ウェーハ
ｆ 被研磨面
Claims (7)
- トップリングおよびキャリヤプレートを介して前記キャリヤプレートの保持面に保持させたウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ圧接させるとともに、前記トップリングおよび前記キャリヤプレートと、前記研磨定盤とを駆動機構で相対的に回転させることにより、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨方法において、
ジグの押圧突出部を介して前記ウェーハの部分にのみ荷重をかけて研磨する、
ことを特徴とするウェーハ研磨方法。 - 前記ジグおよび前記キャリヤプレートを介して前記ウェーハを視認できる、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ研磨方法。 - 前記ジグの前記ウェーハへの接触面積を、前記ウェーハの投影面積よりも小さくした、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウェーハ研磨方法。 - トップリングおよびキャリヤプレートを介して前記キャリヤプレートの保持面に保持させたウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ圧接させるとともに、前記トップリングおよび前記キャリヤプレートと、前記研磨定盤とを駆動機構で相対的に回転させることにより、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨装置において、
前記トップリングと前記キャリヤプレートとの間に、前記トップリングからの荷重を、前記キャリヤプレートを介して前記ウェーハの部分へのみ伝達する押圧突出部を有するジグを設けた、
ことを特徴とするウェーハの研磨装置。 - 前記押圧突出部の前記キャリヤプレートに接触する部分に、滑り難い弾性接触層を設けた、
ことを特徴とする請求項４に記載のウェーハの研磨装置。 - 前記ジグおよび前記キャリヤプレートを、前記ウェーハを視認できるように透明または半透明にした、
ことを特徴とする請求項４または請求項５に記載のウェーハの研磨装置。 - 前記ジグの前記ウェーハへの接触部分の直径を、前記ウェーハの直径よりも２％〜５０％小さくした、
ことを特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載のウェーハの研磨装置。
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