(57)【要約】【課題】  被研磨物を研磨する際に容易に目的とする平担度に加工することができる研磨装置及びリテーナ取り付け構造を提供する。【解決手段】  ウェーハ２９の表面を研磨する研磨クロス２７が定盤２８に設けられ、チャック３６に保持されたウェーハ２９が研磨クロス２７に圧接され、ウェーハ２９の外周を包囲するように研磨クロス２７に圧接するリテーナ３９がチャック３６の外周に設けられる。このリテーナ３９の研磨クロス２７に対する圧接面がウェーハ２９を研磨した時に求められる平坦度よりも高平担度に加工されている。【選択図】  図１
2006051579.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物の表面を研磨する研磨クロスを備えた定盤と、
被研磨物を保持して前記研磨クロスに被研磨物を圧接させるチャックと、
被研磨物の外周を囲繞するように前記チャックの外周に配置されて前記研磨クロスに圧接するリテーナと、
を備えた研磨装置において、
前記リテーナの前記研磨クロスへの圧接面を、被研磨物に求められる平坦度よりも高平担度としたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
被研磨物の表面を研磨する研磨クロスを備えた定盤と、
被研磨物を保持して前記研磨クロスに被研磨物を圧接させるチャックと、
被研磨物の外周を囲繞するように前記チャックの外周に配置されて前記研磨クロスに圧接するリテーナと、
を備えた研磨装置において、
前記リテーナの前記研磨クロスへの圧接面のＧＦＬＲが１．０μｍ以下であることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
前記リテーナの前記研磨クロスへの圧接面のＧＦＬＲが０．６μｍ以下であり、ＳＦＱＲが０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記リテーナと前記チャックとは独立した加圧機構により前記研磨クロスに圧接されることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の研磨装置。
【請求項５】
前記リテーナがセラミックスから構成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか１つに記載の研磨装置。
【請求項６】
被研磨物を保持して研磨クロスに被研磨物を圧接させるチャックを有する研磨ヘッドにリテーナを取り付ける構造であって、
前記リテーナを前記研磨ヘッドに取り付けるためのボルトの軸線が、前記リテーナの前記研磨クロスに対する圧接面に重ならないことを特徴とするリテーナ取り付け構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハや液晶基板等の製造に際し、特に半導体ウェーハや液晶基板等の平坦面を有する被研磨物の表面を研磨するための研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを作製するための原料ウェーハとして用いられるウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）等により単結晶の半導体インゴットを成長させ、成長した半導体インゴットの外周を円筒研削盤等により研削して整形し、これをスライス工程でワイヤソーによりスライスして形成される。
その後、研磨装置によりウェーハの表面を粗研磨並びに仕上げ研磨を行い、ウェーハ洗浄を施して鏡面ウェーハとしている。
【０００３】
このような各種工程を経て得られた鏡面ウェーハの表面に回路を形成して半導体デバイスを作製するため、近年の高精度のデバイス作製では極めて高い平坦度が要求される。例えば、ウェーハの表面平坦度が低いと、フォトリソグラフィ工程における露光時にレンズ焦点が部分的に合わなくなり、回路の微細パターン形成が難しくなるという問題が生ずる。また、半導体ウェーハのみならず、液晶基板等の平坦面を有する被研磨物においても表面を高平坦にすることが求められている。
【０００４】
このように、極めて高い平坦度を有するウェーハを製造するために、ウェーハの研磨は非常に重要であるといえる。一般に、研磨を行う研磨装置は、表面に研磨用のクロスが貼付された円板状の定盤と、研磨すべきウェーハの裏面を保持して研磨クロスにウェーハの表面を押し付けるウェーハチャックを有する。ウェーハと研磨クロスの間にスラリーを供給して、ウェーハ表面を定盤に押し付けた状態でウェーハと定盤とを相対回転させることにより、ウェーハ表面の研磨を行う。
【０００５】
また、研磨クロスは弾性を有するため、ウェーハを研磨クロスに押し付けながら研磨を行うと、ウェーハは研磨クロスに僅かに沈み込むことになる。すると、研磨クロスからの弾性応力はウェーハの外周縁部に集中するため、ウェーハの中心部に比べて外周縁部でウェーハにかかる圧力が大きくなり、ウェーハ外周縁部が過剰に研磨されるという問題が発生する。
【０００６】
これを解消すべく、ウェーハチャックの外周に同心状に円環状のリテーナを配設し、このリテーナにより研磨クロスを任意の圧力で押圧してウェーハの外周部における研磨クロスの変形を抑えて、過剰な研磨を防止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図７は、このようなリテーナを有する従来の研磨装置の縦断面図である。
図７において、研磨装置１は、出力軸２により所定方向に回転可能な円板状の定盤３と、定盤３の表面に貼り付けられた研磨クロス４と、研磨クロス４の上方に位置してウェーハ５を保持するバキューム式のチャックユニット６とを備えている。
【０００８】
チャックユニット６は、バキュームエア系７とエアバッグエア系８，９とを設けた円板状のバキュームチャックベース１０と、バキュームチャックベース１０の外周縁の下面にリテーナホルダー１１を介して保持されたセラミックス製の円環状のリテーナユニット１２と、リテーナユニット１２の内側に配置された不通気性のチャック本体ユニット１３とを備えている。
【０００９】
バキュームチャックベース１０は回転軸１０ｂを有しており、チャックユニット６の全体が定盤３とは独立して回転するように構成されている。尚、各エア系７〜９は、この回転軸１０ｂからバキュームチャックベース１０内を連通している。また、バキュームチャックベース１０の外周面には複数の支持突起１０ａが突出されている。この支持突起１０ａは、リテーナホルダー１１の内壁面に形成された凹部１１ａに遊びをもった状態で嵌まりあっており、これによりリテーナホルダー１１を揺動可能に保持している。
【００１０】
リテーナユニット１２の外周面には複数の支持突起１２ａが突出されている。この支持突起１２ａは、リテーナホルダー１１の内壁面に形成された凹部１１ｂに遊びをもった状態で嵌まりあっており、これによりリテーナユニット１２がリテーナホルダー１１に揺動可能に保持されている。また、リテーナユニット１２の底面には、ガイドリング１５と保護層１６とが２層状態で設けられている。
【００１１】
リテーナユニット１２の上面には、エアバッグエア系９と連通されたリテーナ用エアバッグ１７が設けられている。このリテーナ用エアバッグ１７は、その圧力により研磨クロス４に対する保護層１６の圧接力が調整されると同時にリテーナユニット１２の全体の傾きが保護層１６を基準として調整される。
【００１２】
チャック本体ユニット１３の外周面には複数の支持突起１３ａが突出されている。この支持突起１３ａは、リテーナユニット１２の内壁面に形成された凹部１２ｂに遊びをもった状態で嵌まりあっており、これによりチャック本体ユニット１３がリテーナユニット１２に揺動可能に保持されている。また、チャック本体ユニット１３の底面には、ウェーハ５を吸着保持するチャック本体１８が設けられている。このチャック本体１８は、バキュームエア系７と連通されており、このバキュームエア系７の負圧によりウェーハ５を吸着保持する。
【００１３】
チャック本体ユニット１３の上面には、エアバッグエア系８と連通されたチャック本体用エアバッグ１９が設けられている。このチャック本体用エアバッグ１９は、その圧力により研磨クロス４に対するウェーハ５の圧接力が調整されると共に、チャック本体ユニット１３の全体の傾きが研磨クロス４にあわせて調整される。
【００１４】
このような構成においては、図示を略す昇降装置によりチャックユニット６が昇降され、その下降によりウェーハ５並びに保護層１６が研磨クロス４に圧接される。
【００１５】
この際、ウェーハ５はエアバッグ１９の圧力により研磨クロス４に対する圧接力が調整されると共に接触面の傾きが調整され、保護層１６はエアバッグ１９の圧力により研磨クロス４に対する圧接力が調整されると共に接触面の傾きが調整される。
【００１６】
この状態から、出力軸２および回転軸１０ｂを回転させることにより、ウェーハ５の表面が研磨クロス４により研磨されると同時に、ウェーハ５の外周に位置する保護層１６が研磨クロス４を任意の圧力で押圧する。
これにより、ウェーハ５の外周部における研磨クロス４の変形が抑制され、ウェーハ５の外周縁部の過剰な研磨が防止される。
【特許文献１】特開２００１−３１９９０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ところで、近年のウェーハ５の仕上げ精度に対する要求はさらに高くなっており、ウェーハ５の品質を見極める平坦度の数値はより厳しく要求されているのが実情である。
【００１８】
ここで平坦度とは、一般に、ウェーハ５の全体（Ｇｌｏｂａｌ）の平坦度とチップ単位（Ｓｉｔｅ）の平坦度とがある。また、平坦度には、ウェーハ５の裏面を完全に平坦と仮定した場合の裏面を基準とした平坦度（以下、単に「裏面基準」と称する。）と、ウェーハ５の表面を基準として最小自乗法により基準平面を定義して算出した平坦度（以下、単に「表面基準」と称する。）とがある。
【００１９】
一般に、裏面基準のウェーハ全体の平坦度はＧＢＩＲ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｂａｃｋ  Ｉｄｅａｌ  Ｒａｎｇｅ）と称され、裏面基準のチップ単位の平坦度はＳＢＩＲ（Ｓｉｔｅ  Ｂａｃｋ  Ｉｄｅａｌ  Ｒａｎｇｅ）若しくはＳＢＩＤ（Ｓｉｔｅ  Ｂａｃｋ  Ｉｄｅａｌ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）と称される。
【００２０】
また、表面基準のウェーハ全体の平坦度はＧＦＬＲ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｆｒｏｎｔ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒａｎｇｅ）若しくはＧＦＬＤ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｆｒｏｎｔ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）と称され、表面基準のチップ単位の平坦度はＳＦＱＲ（Ｓｉｔｅ  Ｆｒｏｎｔ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｒａｎｇｅ）若しくはＳＦＱＤ（Ｓｉｔｅ  Ｆｒｏｎｔ  Ｌｅａｓｔ  Ｓｑｕａｒｅｓ  Ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）と称される。なお、ＧＦＬＲやＳＦＱＲなどの表面基準の平坦度の指標は、薄板状のウェーハ特有のものではなく、一般的に平面の平坦度を表すためにも使用することができ、特に本願ではリテーナの圧接面の平坦度を表す指標としても用いている。
【００２１】
ＧＦＬＲは、吸着固定などにより裏面を平面に矯正した状態にて、リテーナ表面（圧接面）高さの最大値と最小値の差であり、測定点を使用し最小自乗法にて定められた平面を基準とする面に対する、最大値と最小値の差より算出する。また、ＳＦＱＲは、吸着固定などにより裏面を平面に矯正した状態にて、各サイトごとの測定点を使用し最小自乗法にて定められた平面を基準とする面に対する最大値と最小値の差より算出する。
【００２２】
近年においては、表面基準のウェーハ全体の平坦度（以下、「ＧＦＬＲ」と称する）で０．６５μｍ〜１．０μｍ、表面基準のチップ単位の平坦度（以下、「ＳＦＱＲ」と称する）で０．１μｍ以下という超平坦化ウェーハが要求されている。
【００２３】
これに対し、上記の如く構成された研磨装置にあっては、ウェーハ５の外周部にリテーナユニット１２の材質であるセラミックスとは異なる材質からなる保護層１６を研磨クロス４に圧接している。また、研磨クロス４には、リテーナユニット１２の一部の下端面が保護層１６と同時に圧接している。
【００２４】
ウェーハ５の研磨後の仕上げ精度は、上述したようにリテーナ無しに対してリテーナ有りのほうが断然良いことは知られている。
しかしながら、上述したリテーナユニット１２では、研磨クロス４に対してリテーナユニット１２の一部の下端面と保護層１６とを同時に圧接していることから、研磨クロス４への圧接面を両者間に跨って同一平面状に配置することが困難であり、ウェーハ５の平坦度（ＧＦＬＲ，ＳＦＱＲ、以下同じ）を高く仕上げることが困難であった。
【００２５】
これは、ウェーハ５の表面を高平坦に研磨しようとする場合、リテーナの研磨クロス４への圧接面が大きく関係していることを示すものであると考えられる。
【００２６】
そこで、研磨クロス４への圧接面を一つの材質（ＰＥＥＫ材）のみから構成された一般的な樹脂製リテーナを用い、チャック圧３００ｇ／ｃｍ２、リテーナ圧２００ｇ／ｃｍ２で仕上げ研磨を行ったところ、図８（Ａ）に示すように、外周部分に面ダレの発生した平坦度の低いウェーハとなった。図８（Ａ）はウェーハを三次元的に表現した立体模式図、図８（Ｂ）はウェーハの等高線図である。
【００２７】
このウェーハ５を研磨するに際しリテーナの圧接面の面圧を調べたところ、不均一な圧接力となっており、その圧接力の不均一さが図８（Ｂ）に示すようにウェーハの面ダレとして転写されたと考えられる。
尚、図８（Ｂ）の面ダレ発生部分が多いところは、図８（Ｃ）に示したリテーナの図を参照すると、ノッチ部を０°とした場合に、０°付近、１３５°付近、２７０°付近であった。
【００２８】
続いて、樹脂製リテーナの圧接面平坦度とウェーハ平坦度の関係を調べた。図９は、樹脂製リテーナの圧接面の平坦度を示しており、ノッチ部を基準高さ０μｍとして、図８（Ｃ）に示した角度毎にリテーナの圧接面の高さを測定したグラフである。測定にはＡ〜Ｄの４種類の樹脂製リテーナを使用した。図９に示すように、樹脂製リテーナＡ〜Ｄの圧接面は凸凹になっており、平坦度が極めて悪いことがわかる。
【００２９】
図１０（Ａ），（Ｂ）は、樹脂製リテーナＡにより研磨した後のウェーハの表面状態、図１０（Ｃ），（Ｄ）は樹脂製リテーナＢにより研磨した後のウェーハの表面状態、図１０（Ｅ），（Ｆ）は、樹脂製リテーナＣにより研磨した後のウェーハの表面状態、図１０（Ｇ），（Ｈ）は樹脂製リテーナＤにより研磨した後のウェーハの表面状態を示す。
【００３０】
図９と図１０を対比すると、リテーナの圧接面が凸になる部分ではウェーハ表面に切り立ちが発生し、リテーナの圧接面が凹になる部分では面ダレが発生することがわかる。このように、リテーナの圧接面の凸凹と研磨されたウェーハの凸凹が一致していることが判明した。このことから、平坦度（ＧＦＬＲ）が高いリテーナほど高平担度なウェーハ研磨となることがわかる。
【００３１】
さらに、ウェーハの平担度を高くするにはリテーナの圧接面の平担度が大きく寄与していることを実証するため、セラミックス製リテーナについて同様な実験を行った。図１１は、セラミックス製リテーナの圧接面の平坦度を示しており、ノッチ部を基準高さ０μｍとして、図８（Ｃ）に示した角度毎にリテーナの圧接面の高さを測定したグラフである。測定にはＥ〜Ｇの３種類のセラミックス製リテーナを使用した。図１１に示すように、リテーナＥ〜Ｇの圧接面は樹脂製リテーナよりも、平坦度が高いことがわかる。
【００３２】
ここでセラミックス製リテーナを採用したのは、加工の関係から樹脂製リテーナよりも圧接面の平坦度を良くできること、水分を吸収しても変形が少ないこと、および、磨耗し難いことから、樹脂製リテーナよりも高い平坦度を維持できるとして採用した。
【００３３】
図１２（Ａ），（Ｂ）は、セラミックス製リテーナＥにより研磨した後のウェーハの表面状態、図１２（Ｃ），（Ｄ）はセラミックス製リテーナＦにより研磨した後のウェーハの表面状態、図１２（Ｅ），（Ｆ）は、セラミックス製リテーナＧにより研磨した後のウェーハの表面状態を示す。この図１２（Ａ）〜（Ｆ）に示すように、高平坦度を有するセラミックス製リテーナを用いると、研磨後のウェーハの平担度を高く維持することができる。
【００３４】
このことから、本願発明者は、リテーナの圧接面の平担度がウェーハ研磨後の平担度に大きく関係していることをつきとめた。
【００３５】
本出願に係る発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、被研磨物を目的とする平担度に容易に加工することができる研磨装置及びリテーナ取り付け構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００３６】
上記の目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、被研磨物の表面を研磨する研磨クロスを備えた定盤と、被研磨物を保持して前記研磨クロスに被研磨物を圧接させるチャックと、被研磨物の外周を囲繞するように前記チャックの外周に配置されて前記研磨クロスに圧接するリテーナと、を備えた研磨装置において、前記リテーナの前記研磨クロスへの圧接面を、被研磨物に求められる平坦度よりも高平担度としたことを特徴とする研磨装置である。
上記の発明によれば、リテーナの圧接面がウェーハ研磨時に求められるウェーハの平担度よりも高平坦度となっていることにより、ウェーハの平担度を目的の平担度とする際、リテーナの圧接面からの悪影響を気にすることなく研磨加工をすることができ、容易に目的とする平担度のウェーハを得ることができる。
【００３７】
また、本出願に係る第２の発明は、被研磨物の表面を研磨する研磨クロスを備えた定盤と、被研磨物を保持して前記研磨クロスに被研磨物を圧接させるチャックと、被研磨物の外周を囲繞するように前記チャックの外周に配置されて前記研磨クロスに圧接するリテーナと、を備えた研磨装置において、前記リテーナの前記研磨クロスへの圧接面のＧＦＬＲが１．０μｍ以下であることを特徴とする研磨装置である。
上記の発明によれば、リテーナの研磨クロスへの圧接面のＧＦＬＲが１．０μｍ以下であることにより、容易に目的とする高平担度のウェーハを得ることができる。
【００３８】
さらに、本出願に係る第３の発明は、前記リテーナの前記研磨クロスへの圧接面のＧＦＬＲが０．６μｍ以下であり、ＳＦＱＲが０．１μｍ以下であることを特徴とする上記第１または第２の発明に記載の研磨装置である。
上記の発明によれば、リテーナの研磨クロスへの圧接面のＧＦＬＲが０．６μｍ以下であり、ＳＦＱＲが０．１μｍ以下であることにより、より高平担度のウェーハを得ることができる。
【００３９】
また、本出願に係る第４の発明は、前記リテーナと前記チャックとは独立した加圧機構により前記研磨クロスに圧接されることを特徴とする上記第１〜第３の発明の何れか１つに記載の研磨装置である。
上記の発明によれば、リテーナを均一な圧接力で研磨クロスに圧接することができ、リテーナの圧接力の不均一さを考慮することなくウェーハを研磨することができ、よって、ウェーハの高平坦度要求を容易に確保することができる。
【００４０】
さらに、本出願に係る第５の発明は、前記リテーナがセラミックスから構成されていることを特徴とする上記第１〜第４の発明の何れか１つに記載の研磨装置である。
上記の発明によれば、リテーナの圧接面を高平坦度化することができるため、より高平担度のウェーハを得ることができる。
【００４１】
また、本出願に係る第６の発明は、被研磨物を保持して研磨クロスに被研磨物を圧接させるチャックを有する研磨ヘッドにリテーナを取り付ける構造であって、前記リテーナを前記研磨ヘッドに取り付けるためのボルトの軸線が、前記リテーナの前記研磨クロスに対する圧接面に重ならないことを特徴とするリテーナ取り付け構造である。
上記の発明によれば、研磨ヘッドにリテーナを取り付ける際に、ボルトの締付力の影響がリテーナの圧接面に現われるのを低減することができ、リテーナの圧接面を高平坦度に維持することができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の研磨装置及びリテーナ取り付け構造によれば、被研磨物を目的とする平担度に容易に加工することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
次に、本発明の研磨装置を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４４】
図１〜図４は、本発明の研磨装置の実施例１を示し、図１は本発明の研磨装置の縦断面模式図、図２は本発明の研磨装置の要部の断面図、図３（Ａ）は本発明の研磨装置で研磨した高平坦度外周形状ウェーハの説明図、図３（Ｂ）は本発明の研磨装置で研磨した超平坦度外周形状ウェーハの説明図、図４は研磨加工ラインのシステム構成を示す平面図である。
はじめに、図４を参照して研磨加工ラインの全体の構成を簡単に説明する。図４において、研磨ユニット２０は、ロード・アンロードステージ２１と、第１〜第３研磨加工ステージ２２，２３，２４とで構成されている。
第１研磨加工ステージ２２と第２研磨加工ステージ２３は粗研磨工程、第３研磨加工ステージ２４は仕上げ研磨工程となっている。粗研磨工程では前の工程でウェーハ表面に入った加工ダメージの除去とウェーハ平坦度の作り込みを担当し、仕上げ研磨工程では粗研磨で入った加工ダメージの除去とウェーハ平坦度の向上を担当している。ここで粗研磨工程が２工程に分かれているのは、粗研磨にかかる時間と仕上げ研磨にかかる時間との関係から、トータルのスループットを考慮して設計されたものである。そのため、必ずしも粗研磨工程を２工程にする必要はなく、仕上げ研磨工程を２工程にしてもよい。
【００４５】
研磨ユニット２０の中央上部には十字形状の研磨ヘッド支持部２５を備えている。この研磨ヘッド支持部２５は、垂直軸を中心に水平面内で回転自在に設置される。研磨ヘッド支持部２５の先端には、それぞれ研磨ヘッド２６を垂直下向きに２個ずつ、合計８個の研磨ヘッド２６を備えている。また、各研磨加工ステージ２２〜２４には、各ステージ２２〜２４上の２つの研磨ヘッド２６に対して一つの研磨クロス２７が設けられている。
【００４６】
図１は、研磨ヘッド支持部２５の先端に固定された研磨ヘッド２６及びその下に配置された研磨クロス２７の縦断面を簡略化して模式的に示した図である。この研磨クロス２７は、図示を略す出力軸に支持された定盤２８の表面に設けられている。尚、図１では、説明の便宜上、研磨ヘッド２６と定盤２８とが１対１で対応し、図４では１つの研磨クロス２７に対して２つの研磨ヘッド２６が配置されているが、研磨ヘッド２６の数は特に限定されるものではない。
【００４７】
第１〜第３研磨加工ステージ２２，２３，２４における定盤２８は円板形状であって水平状態が保持されている。また、第１研磨加工ステージ２２及び第２研磨加工ステージ２３には定盤２８の上面に粗研磨用クロスが貼付され、第３研磨加工ステージ２４には定盤２８の上面に仕上げ研磨用クロスが貼付されている。
【００４８】
研磨効率を高めるためには、研磨砥粒の分布を均一にすることが重要であるため、粗研磨用の研磨クロスと仕上げ研磨用の研磨クロスの材質には気泡が均一に分散しているウレタン等の発泡材や不織布が用いられる。定盤２８の中央上方には、図示しない研磨液供給ノズルが設置されている。この研磨液供給ノズルは研磨液供給タンクに接続され、研磨加工時にスラリーを供給する。
【００４９】
各研磨加工ステージ２２，２３，２４では２個の研磨ヘッド２６により２枚のウェーハ２９が同時に研磨加工される。研磨ヘッド支持部２５の回転によりウェーハ２９がロード・アンロードステージ２１から第１研磨加工ステージ２２へ、さらに第２研磨加工ステージ２３を経て第３研磨加工ステージ２４へと順時送られる。このとき、第２研磨加工ステージ２３の粗研磨工程から第３研磨加工ステージ２４の仕上げ研磨工程へ移動する前に、一旦ロード・アンロードステージ２１へと移動して粗研磨工程で研磨ヘッド２６に付着した砥粒を水洗いすることができるように、ロード・アンロードステージ２１にはジェット水流を噴射することができるノズルを設置している。
【００５０】
ロード・アンロードステージ２１では、研磨工程の前工程である面取り工程・平坦化工程・エッチング工程等を経たウェーハ２９がウェーハ搬入装置３０から搬入される。また、第３研磨加工ステージ２４で仕上げ研磨されたウェーハ２９がウェーハ搬出装置３１から搬出される。
【００５１】
図１に示すように研磨ヘッド２６は、その中心を含む中央付近に第１のエアバッグ室３２と、この第１のエアバッグ室３２とは隔壁２６ａを介して隔絶されると共に第１のエアバッグ室３２を囲繞するように環状に連続された第２のエアバッグ室３３とを備えている。各エアバッグ室３２，３３はゴム板等の弾性を有するダイヤフラム３４，３５により密閉されている。各エアバッグ室３２，３３には、研磨ヘッド２６に設けられたエア通路を経由して空気等の圧力流体が適宜の圧力で供給される。
【００５２】
ダイヤフラム３４には、ウェーハ２９を吸着保持するバキュームチャック３６が設けられている。バキュームチャック３６には吸引管４０が接続しており、吸引管４０から吸引することによりウェーハ２９を吸着する吸着面が負圧になり、ウェーハ２９の裏面が吸着される。バキュームチャック３６はダイヤフラム３４に設けられていることにより、第１のエアバッグ室３２に送り込まれる圧縮空気によって、研磨クロス２７への加圧力が調整される。また、研磨クロス２７の表面に倣うように揺動可能であるため、研磨ヘッド２６の傾きにかかわらず、研磨クロス２７からウェーハ表面全体にかかる面圧がほぼ均一になるように自動調芯される。
【００５３】
ダイヤフラム３５には、図２に示すように第２エアバッグ室３３内に位置するスペーサ３７並びにボルト３８を介して円環状のリテーナ３９が設けられている。なお、図１では説明の便宜上、バキュームチャック３６の外周とリテーナ３９の内周との距離が大きく離れた図を記載しているが、実際の装置では両者の距離は近接している。具体的には、バキュームチャック３６の外周とリテーナ３９の内周との距離は、０．５〜２．０ｍｍ程度に設定することが望ましい。
【００５４】
リテーナ３９の幅Ｗは、例えば直径２００ｍｍのウェーハの研磨用の場合には、２０ｍｍとしている。これは、リテーナ３９が無い場合の面ダレの幅がウェーハ外周から約１５ｍｍであることから、余裕を持って幅２０ｍｍとした。
リテーナ３９の材質は樹脂若しくはセラミックスを用いることができる。リテーナ３９の材質として適している樹脂には、ＰＥＥＫ，ＰＰＳ，ＰＢＩ，ナイロン、ポリカーボネイト，エポキシガラスプレート，ＰＥＴ，ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂などがあり、リテーナ全体を樹脂により構成しても良く、または研磨クロス２７との圧接面の部分のみを樹脂製にしても良い。
【００５５】
セラミックスは加工工程上、樹脂よりも平坦度を良くできるため、リテーナ３９の圧接面の平坦加工の観点からはセラミックスが特に好ましい。また、セラミックス製のリテーナは、熱変形が小さく、水分を吸収しても変形が少ない上に磨耗し難いため、長期間にわたってリテーナの圧接面の平坦度を高く維持することができる。セラミックスを使用する場合においても、リテーナ全体をセラミックスにより構成しても良く、または研磨クロス２７との圧接面の部分のみをセラミックス製にしても良い。
【００５６】
他にもリテーナの材質としては、基本的に研磨液（スラリー）に対して耐性があり（耐酸性，耐アルカリ）、加工性が良く、ウェーハと同程度若しくはそれ以上の硬度があるものであれば使用できる。
【００５７】
本願においては、リテーナ３９の研磨クロス２７に対する圧接面の平坦度を高度に保つことにより、ウェーハ２９を高平坦に加工する。
【００５８】
図３（Ａ）はリテーナの圧接面の平坦度がＧＦＬＲで３．０μｍのリテーナ３９を用いて直径２００ｍｍのウェーハを研磨したときのウェーハの外形を立体的に示した模式図である。一方、図３（Ｂ）はリテーナの圧接面の平坦度がＧＦＬＲで０．６μｍのリテーナ３９を用いて直径２００ｍｍのウェーハを研磨したときのウェーハの外形を立体的に示した模式図である。
【００５９】
図３（Ａ）（Ｂ）を比較すると、図３（Ａ）のウェーハの方が外周部における形状が整っていないことがわかる。このようにリテーナの圧接面のＧＦＬＲを高くすることにより、研磨後のウェーハの平坦度を高く維持できることがわかる。特に、リテーナの研磨クロスへの圧接面の平坦度（ＧＦＬＲ）を、ウェーハに求められる所望の平坦度（ＧＦＬＲ）よりも高平担度とした場合に、ウェーハを所望の平坦度（ＧＦＬＲ）に加工することができる。
【００６０】
リテーナ３９は、図３（Ａ）に示すように要求されるＧＦＬＲが３．０μｍ程度の場合には、樹脂製若しくはセラミックス製の何れでも良い。これに対し、図３（Ｂ）に示すようにリテーナの圧接面に要求されるＧＦＬＲが１．０μｍ以下といった超高平担度の場合には、セラミックス製の方が望ましい。
【００６１】
ウェーハの表面平坦度を高くするには、バキュームチャック３６の吸着面の平坦度（ＧＦＬＲ）とリテーナ３９の圧接面における平坦度（ＧＦＬＲ）を同程度の平坦度にするのが好ましく、特にバキュームチャック３６の吸着面の平坦度（ＧＦＬＲ）とリテーナ３９の圧接面における平坦度（ＧＦＬＲ）を共に、ウェーハ２９に求められる平坦度（ＧＦＬＲ）以上の平坦度にするのが好ましい。
【００６２】
実験の結果では、リテーナの圧接面におけるＧＦＬＲを１．０μｍ以下に設定したときにウェーハの表面が高平坦に研磨された。
【００６３】
特に、リテーナの圧接面におけるＧＦＬＲを０．６μｍ以下にし、さらにＳＦＱＲを０．１μｍ以下にしたときに、極めて平坦度の高いウェーハを得ることができた。
【００６４】
本実施例１における研磨装置においては、研磨ヘッド支持部２５の回転により研磨ヘッド２６の位置が各ステージ２１〜２４を変位し、研磨ヘッド２６を下降させることによりウェーハ２９並びにリテーナ３９が研磨クロス２７に圧接される。
この際、ウェーハ２９はダイヤフラム３４の圧力により研磨クロス２７に対する圧接力が調整されると共に傾きが調整され、リテーナ３９はダイヤフラム３５の圧力により研磨クロス２７に対する圧接力が調整されると共に傾きが調整される。
【００６５】
この状態から、研磨クロス２７並びに研磨ヘッド２６を回転させることにより、ウェーハ２９の外周に位置するリテーナ３９が研磨クロス２７を任意の圧力で押圧した状態で、ウェーハ２９の表面が研磨クロス２７により研磨される。
これにより、ウェーハ２９の外周部における研磨クロス２７の変形が抑制され、ウェーハ２９の外周部の過剰な研磨が防止される。また、リテーナ３９が高超平担度な圧接面を備えていることにより、ウェーハ２９を所望の平担度に研磨することが可能となる。さらに、リテーナ２９の圧接面を最初から高平坦に加工しておくことにより、ならし研磨が不要になる。
【実施例２】
【００６６】
図５及び図６は、本発明の研磨装置の実施例２を示し、図５は本発明の研磨装置の縦断面模式図、図６は本発明の研磨装置要部の断面図である。
上記の実施例１で示したリテーナ３９は、ボルト３８の軸線上にリテーナ３９の圧接面が位置していた。従って、ボルト３８によりダイヤフラム３５にリテーナ３９を取り付ける際、ボルト３８の締付力にリテーナ３９の圧接面が引き込まれてしまうおそれがある。そして、ボルト３８の締付力によってリテーナ３９の圧接面が引き込まれると、リテーナ３９の圧接面の平担度に悪影響を及ぼすことが考えられる。
【００６７】
そこで、この実施例２に示したリテーナ４９では、ボルト３８によりダイヤフラム３５にリテーナ４９を取り付ける際、ボルト３８の締付力にリテーナ４９の圧接面が引き込まれてしまうことを防止するものである。
【００６８】
即ち、図５及び図６に示すように、リテーナ４９はその圧接面がボルト３８の軸線から内側にオフセットされるよう、断面クランク形状に形成されている。
【００６９】
これにより、ボルト３８によりリテーナ４９をダイヤフラム３５に取り付ける場合、その締付力が過大に発生したとしても、その締付力に伴う引き込みはリテーナ４９の直下に対して発生し、リテーナ４９の圧接面には殆ど影響を及ぼすことが無い。
従って、リテーナ４９の圧接面のＧＦＬＲを０．６μｍ以下の平担度としても、その高平担度を維持することができる。
【００７０】
図１３（Ａ）はリテーナの圧接面にボルトの軸線が重なる構造の縦断面図、図１３（Ｂ）はリテーナの圧接面にボルトの軸線が重なる構造の研磨装置で研磨した場合を示すウェーハの立体図、図１３（Ｃ）はリテーナの圧接面にボルトの軸線が重ならない構造の縦断面図、図１３（Ｄ）はリテーナの圧接面にボルトの軸線が重ならない構造の研磨装置で研磨した場合を示すウェーハの立体図である。
【００７１】
図１３（Ａ）に示すようにリテーナ３９の圧接面にボルト３８の軸線が重なる構造の場合、ボルト３８の締付力にリテーナ３９の圧接面が引き込まれてしまうおそれがある。そのため、図１３（Ｂ）に示すようにリテーナ３９の圧接面にボルト３８の軸線が重なる構造で研磨した場合には、ウェーハの外周部にうねりが発生している。
【００７２】
これに対し、図１３（Ｃ）に示すようにリテーナ４９の圧接面にボルト３８の軸線が重ならない構造の場合、ボルト３８の締付力による影響はリテーナ４９の圧接面へは殆ど現われない。その結果、図１３（Ｄ）に示すようにリテーナ４９の圧接面にボルト３８の軸線が重ならない構造で研磨した場合には、ウェーハの外周部がなめらかであった。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
上記の実施例においては半導体ウェーハを例に説明しているが、被研磨物は円板状のウェーハに限られることなく、四角や多角形状のウェーハについても適用することができる。
また、半導体ウェーハに限らず、他の被研磨物についても適用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の実施例１を示す研磨装置の縦断面図である。
【図２】本発明の実施例１の研磨装置の要部の縦断面図である。
【図３】（Ａ）は本発明の研磨装置で研磨した高平坦度外周形状ウェーハの説明図、（Ｂ）は本発明の研磨装置で研磨した超平坦度外周形状ウェーハの説明図である。
【図４】本発明の研磨加工ラインのシステム構成を示す平面図である。
【図５】本発明の実施例２を示す研磨装置の縦断面図である。
【図６】本発明の実施例２の研磨装置の要部の縦断面図である。
【図７】従来の研磨装置の縦断面図である。
【図８】（Ａ）は従来の樹脂製リテーナで研磨したウェーハを三次元的に表現した立体模式図、（Ｂ）は従来の樹脂製リテーナで研磨したウェーハの等高線図、（Ｃ）はリテーナの平担度測定位置の説明図である。
【図９】リテーナＡ〜Ｄの樹脂製リテーナの平担度を示すグラフ図である。
【図１０】（Ａ）は樹脂製リテーナＡにより研磨した後のウェーハの外周形状ウェーハの説明図、（Ｂ）は樹脂製リテーナＡにより研磨した後のウェーハの表面状態の説明図、（Ｃ）は樹脂製リテーナＢにより研磨した後のウェーハの外周形状ウェーハの説明図、（Ｄ）は樹脂製リテーナＢにより研磨した後のウェーハの表面状態の説明図、（Ｅ）は樹脂製リテーナＣにより研磨した後のウェーハの外周形状ウェーハの説明図、（Ｆ）は樹脂製リテーナＣにより研磨した後のウェーハの表面状態の説明図、（Ｇ）は樹脂製リテーナＤにより研磨した後のウェーハの外周形状ウェーハの説明図、（Ｈ）は樹脂製リテーナＤにより研磨した後のウェーハの表面状態の説明図である。
【図１１】リテーナＥ〜Ｇのセラミックス製リテーナの平担度を示すグラフ図である。
【図１２】（Ａ）はセラミックス製リテーナＥにより研磨した後のウェーハの外周形状ウェーハの説明図、（Ｂ）はセラミックス製リテーナＥにより研磨した後のウェーハの表面状態の説明図、（Ｃ）はセラミックス製リテーナＦにより研磨した後のウェーハの外周形状ウェーハの説明図、（Ｄ）はセラミックス製リテーナＦにより研磨した後のウェーハの表面状態の説明図、（Ｅ）はセラミックス製リテーナＧにより研磨した後のウェーハの外周形状ウェーハの説明図、（Ｆ）はセラミックス製リテーナＧにより研磨した後のウェーハの表面状態の説明図である。
【図１３】（Ａ）はリテーナの圧接面にボルトの軸線が重なる構造の縦断面図、（Ｂ）はリテーナの圧接面にボルトの軸線が重なる構造の研磨装置で研磨した場合を示すウェーハの立体図、（Ｃ）はリテーナの圧接面にボルトの軸線が重ならない構造の縦断面図、（Ｄ）はリテーナの圧接面にボルトの軸線が重ならない構造の研磨装置で研磨した場合を示すウェーハの立体図である。
【符号の説明】
【００７５】
１…研磨装置
２…出力軸
３…定盤
４…研磨クロス
５…ウェーハ
６…チャックユニット
７…バキュームエア系
８，９…エアバッグエア系
１０…バキュームチャックベース  １０ａ…支持突起  １０ｂ…回転軸
１１…リテーナホルダー  １１ａ…凹部  １１ｂ…凹部
１２…リテーナユニット  １２ａ…支持突起  １２ｂ…凹部
１３…チャック本体ユニット  １３ａ…支持突起
１５…ガイドリング
１６…保護層
１７…リテーナ用エアバッグ
１８…チャック本体
１９…チャック本体用エアバッグ
２０…研磨ユニット
２１…ロード・アンロードステージ
２２…第１研磨加工ステージ
２３…第２研磨加工ステージ
２４…第３研磨加工ステージ
２５…研磨ヘッド支持部
２６…研磨ヘッド  ２６ａ…隔壁
２７…研磨クロス
２８…定盤
２９…ウェーハ（被研磨物）
３０…ウェーハ搬入装置
３１…ウェーハ搬出装置
３２…第１のエアバッグ室
３３…第２のエアバッグ室
３４…ダイヤフラム
３５…ダイヤフラム
３６…バキュームチャック
３７…スペーサ
３８…ボルト
３９…リテーナ
４０…吸引管
４９…リテーナ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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