(57)【要約】【課題】加圧調整機構のバラツキによりウエーハ外周部の形状が悪化しないウエーハの研磨装置及び研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供する。【解決手段】定盤と、１又は２以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動する研磨ヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体に設けられた弾性体とを有し、前記弾性体と前記研磨ヘッド本体との間に形成された流体室を介して研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、前記弾性体はウエーハ保持領域より大きく形成され、ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体の部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けるようにした。【選択図】  図１
2004327547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に研磨布が貼付された定盤と、研磨すべきウエーハの一面を保持して前記研磨布に該ウエーハの他面を当接させる１又は２以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動することにより前記研磨布で該ウエーハの他面を研磨する研磨ヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、該ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられた弾性体とを有し、前記弾性体と前記研磨ヘッド本体との間に形成された流体室を介して研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、前記弾性体はウエーハ保持領域より大きく形成され、ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とするウエーハ研磨装置。
【請求項２】
表面に研磨布が貼付された定盤と、研磨すべきウエーハの一面を保持して前記研磨布に該ウエーハの他面を当接させる１または２以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動することにより前記研磨布で該ウエーハの他面を研磨する研磨ヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、該ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられかつウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体と、該弾性体の上面側に設けられたバックアップフランジとを有し、該弾性体と該バックアップフランジとの間に形成された第１の流体室により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、該バックアップフランジと該研磨ヘッド本体との間に形成された第２の流体室を介して該バックアップフランジ下面外周部に形成された凸部により、前記ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とするウエーハ研磨装置。
【請求項３】
前記ウエーハ保持部と前記押圧リングの中間にガイドリングを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のウエーハ研磨装置。
【請求項４】
前記ウエーハを保持する側の前記弾性体の表面にバッキングパッドを設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のウエーハ研磨装置。
【請求項５】
前記定盤が１台又は２台以上設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載のウエーハ研磨装置。
【請求項６】
ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために該研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられかつウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体と、該弾性体の上面側に設けられたバックアップフランジとを有し、該弾性体と該バックアップフランジとの間に形成された第１の流体室により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置の研磨ヘッドであって、該バックアップフランジと該研磨ヘッド本体との間に形成された第２の流体室を介して該バックアップフランジ下面外周部に形成された凸部により、前記ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項７】
前記ウエーハ保持部と前記押圧リングの中間にガイドリングを設けたことを特徴とする請求項６記載の研磨ヘッド。
【請求項８】
前記ウエーハを保持する側の前記弾性体の表面にバッキングパッドを設けたことを特徴とする請求項６又は７記載の研磨ヘッド。
【請求項９】
修正研磨と均一研磨を同じ研磨ヘッドを用いて行うウエーハの研磨方法であって、ウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体によりウエーハを保持し、該ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整するとともに、更に外側に配置した押圧リングの位置を調整し研磨することを特徴とするウエーハ研磨方法。
【請求項１０】
前記修正研磨では、外側に配置された押圧リングを研磨布に一定の押圧力で加圧した状態で研磨し、前記均一研磨では前記押圧力より弱くした状態又は押圧リングを研磨布とは接触しない位置に退避させた状態で研磨することを特徴とする請求項９記載のウエーハ研磨方法。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか１項記載のウエーハ研磨装置を用いてウエーハを研磨することを特徴とする請求項９又は１０記載のウエーハ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウエーハの研磨技術に関し、特に異なった研磨条件に対し、同じ研磨ヘッドを用いても最適な状態で研磨が行えるウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びに研磨方法に関する。
【０００２】
【関連技術】
半導体ウエーハ等を鏡面研磨する工程では、例えば、片面研磨方式の研磨装置として図１０に示すようなウエーハ研磨装置が用いられる。図１０は従来のウエーハ研磨装置の一例を示す要部の断面的概略説明図である。図１０において、１０はウエーハ研磨装置で、被研磨体であるウエーハＷをその被研磨面を下向きにした状態で着脱自在に保持する研磨ヘッド本体１６を有する研磨ヘッド１８と、研磨ヘッド本体１６に保持されるウエーハＷに対向するように配置されてウエーハＷの直径よりもかなり大きな径を有する研磨布１２を貼り付けた回転可能な研磨定盤１４と、ウエーハＷの外周縁を保持するリテーナリング２０とを備え、研磨に際しては研磨布１２上に研磨剤供給管２２から研磨剤２４を供給するとともにウエーハＷの一面をバッキングパッド２６等（合成樹脂やセラミックス、弾性体等で保持する場合もある）を介して研磨ヘッド本体１６の保持面１６ａに保持し、この研磨ヘッド１８を加圧しウエーハの他面を研磨布１２に押圧して研磨するものである。研磨定盤１４は駆動軸２８を介して基台に支持されるとともに定盤駆動機構により回転駆動される。一方、研磨ヘッド１８は駆動軸２９を介して研磨ヘッド駆動機構２５により回転駆動される。また、上記リテーナリング２０を具備しない構成のウエーハ研磨装置も従来から用いられている。
【０００３】
このような鏡面研磨ウエーハの製造に用いられる研磨装置には種々の形態が開発されているが、多くは研磨の保持方法（研磨ヘッド、更にはウエーハ保持）の改良であり、バッキングパッド等の軟質保持面でウエーハを保持するものや、真空吸着、さらにはテンプレート（ガイドリングやリテーナリングともいわれる）の改良が行われている。
【０００４】
例えば、特許文献１では、ウエーハ保持部材の下方開口部に配設される可撓性の薄板のウエーハ吸着保持板でウエーハを吸着支持すると共に、ウエーハ保持部材をハウジングに伸縮性の筒状部材と高可撓性の支持部材で垂下支持し、密閉室内に所定の圧力の圧縮空気を導入しウエーハ保持部材の自重の影響をなくし、均一な空気圧のみによりウエーハの研磨を行う研磨ヘッドが開示されている。
【０００５】
また、特許文献２では、ワークを真空吸着保持する多数の貫通孔を有するワーク保持盤本体を具備した研磨用ワーク保持盤において、保持盤本体の保持面が、保持面に塗布された熱硬化性樹脂を熱硬化させた皮膜で被覆され、かつ皮膜の表面が研磨されたものとした研磨ヘッド（ウエーハ保持方法）に関する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、ポリッシング対象物である半導体ウエーハを保持して研磨テーブル上の研磨面に押圧する基板保持装置において、半導体ウエーハを保持するトップリング本体と、トップリング本体に固定されるか又は一体に設けられ半導体ウエーハの外周縁を保持するリテーナリングと、トップリング本体内に設けられるとともに弾性膜で覆われ流体が供給される流体室とを備え、流体室内に加圧流体を供給することにより半導体ウエーハを弾性膜を介して研磨面に押圧し、トップリング本体に押圧力を加えることによりリテーナリングを研磨面（研磨布）に押圧するようにした研磨ヘッドが開示されている。
【０００７】
その他にも、特許文献４では、ウエーハの外周部がウエーハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態に保持する研磨ヘッドや、特許文献５ではキャリアを押圧する第１空間部及びリテーナリングを押圧する第２空間部を有し、第１、第２空間部に圧力エアを供給して弾性シートの中央部と外周部とを弾性変形させてキャリアとリテーナリングを研磨定盤に押し付ける技術などが開示されている。
【０００８】
このような様々な形態の研磨装置のうち、例えば、研磨ヘッドに中空のヘッド本体と、ヘッド本体内に水平に張られた弾性体（軟質層、ダイヤフラムなどと言われることもある）と、弾性体の下面に固定されたセラミック製のウエーハ保持盤（キャリアなどと呼ばれることもある）とを有し、弾性体によって画成された空気室へ、シャフトを通じて加圧空気源から加圧空気を供給することにより、ウエーハ保持盤を下方へ押圧できるフローティングヘッド構造になっているものは、研磨布に対するウエーハの当接圧力が均一化できる利点を有し、ウエーハ面内で研磨代（研磨量）を均一に研磨したい場合に主に用いられる。この時、ウエーハ保持盤の外周には同心状にリテーナリング（ガイドリングなどとも呼ばれる）が配置され、リテーナリングの下端はウエーハ保持盤よりも下方に突出し、これにより、ウエーハ保持盤の下面に付着されたウエーハの外周を保持することで、研磨中のウエーハがウエーハ保持盤から外れる不具合が防止でき、またウエーハをリテーナリングで囲み、このリテーナリングの下端をウエーハ下面と同じ高さで研磨することにより、ウエーハ外周部での研磨量がウエーハ中央部よりも大きくなる現象が防止できるとされている。
【０００９】
ところで従来は、前述のように、リテーナリングの下端面をウエーハの研磨面とほぼ同一平面上に配置さえしておけば、ウエーハ外周部の過研磨が防止できると考えられていたため、従来の研磨装置では、研磨布に対するリテーナリングの当接圧力が、研磨布に対するウエーハ保持盤の押圧圧力より高い圧力でリテーナリングが加圧されていた。例えば２倍以上となるように設定されていた。これはリテーナリングの当接圧力を高くしておいた方が、ウエーハ外周の保持が確実になるためである。
【００１０】
しかし、研磨布の材質等によっては、リテーナリングに当接した箇所の内周縁に沿って研磨布が局部的に盛り上がり、この盛り上がり部分によってウエーハの外周部が過剰に研磨され、ウエーハの研磨均一性が阻害されるという問題が生じた。
【００１１】
このような問題に対し特許文献６で開示されているように、リテーナリングの研磨布に対する当接力を従来より弱い適切値にすることによって、前記研磨布の波打ち変形を防ぎ、ウエーハ外周部の過研磨を抑えるものもある。具体的にはリテーナリングに圧力を与える弾性体の受圧幅と、前記リテーナリングの前記研磨布への当接面積との比を調整することにより、ウエーハ研磨時における前記研磨布に対する前記リテーナリングの当接圧力と、前記研磨布に対する前記ウエーハ保持盤の押圧力との比を調整するものである。つまりリテーナリングにより研磨布を押圧して間接的にウエーハの外周部形状を制御しようとするものである。
【００１２】
また、別な形態の研磨装置も開発されている。例えば、特許文献７に開示されているようにウエーハ裏面のウエーハ支持部の最外周部分に圧力を付加するものや、さらに特許文献８に開示してあるようにウエーハ保持面をいくつかの領域に分けて加圧する機構を有するものもある。これは、ウエーハの裏面から直接、ウエーハを加圧しウエーハの形状を制御するものである。
【００１３】
また、研磨装置によっては、複数の研磨ステージが存在し、各ステージでは同一又は異なった研磨条件に設定され研磨することがある。このようなシステムでは途中ウエーハを受け渡しする機構を設けたり、研磨ヘッドにウエーハを保持したまま順じ各ステージに移動させたりして、連続して研磨を実施することがある。例えば研磨布が貼付された定盤が３台存在するような研磨装置では、例えば、修正研磨、修正研磨＋均一研磨、均一研磨といった組み合わせの研磨条件で研磨される。なお、修正研磨とは、研磨代がウエーハ面内で均一ではなく、厚さの厚い部分を積極的に研磨し、高平坦度のウエーハを得る研磨であり、主に粗研磨、１次研磨などと言われる。粗研磨では研磨代を大きく設定し研磨するのが一般的である。
【００１４】
均一研磨は、修正研磨で高平坦度になったウエーハの表面改質の為、初めの形状を維持しながら面内で均一に研磨するもので、主に仕上げ研磨などといわれる。この工程では研磨代は大変微小である。また、これらの中間として２次研磨が実施されることがある。２次研磨は、修正研磨＋均一研磨が混在するような工程で、その条件によりどちらの研磨形態にも変りうる工程である。特に１次研磨工程より研磨代が少なく、また仕上げ研磨よりは多く設定するのが通常である。２次研磨では１次研磨後のウエーハ形状により、修正研磨的作用を多くするか、均一研磨的な作用を大きくするか設定する。但し、実際には修正研磨と均一研磨を完全に区別することは難しい。
【００１５】
【特許文献１】
特開平７−１７１７５７号公報
【特許文献２】
特開２０００−１９８０６９号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１３６５３号公報
【特許文献４】
特開平０８−２５７８９３号公報
【特許文献５】
特開平１１−４２５５０号公報
【特許文献６】
特開平８−２２９８０４号公報
【特許文献７】
特開平０８−３３９９７９号公報
【特許文献８】
特開平９−２２５８２１号公報
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ウエーハに対して複数段で行われる研磨のなかで主に１次研磨で修正研磨工程を実施し高平坦度に加工し、２次研磨工程、仕上げ研磨工程では、研磨量（研磨代、取り代ということがある）を面内で均一にして研磨する均一研磨を行うことが好ましい。しかし、安定した均一研磨を行うのは難しく、例えば、ウエーハ外周部などでは形状が崩れやすい傾向にある。このウエーハ外周部の形状が崩れないようにする為にも上記のような構成をしたリテーナリングを用いた研磨ヘッドやウエーハ裏面に加圧機構を有した研磨ヘッドが用いられている。しかし、このような従来のリテーナリングにより研磨布を押圧してウエーハの外周部形状を制御するものや、ウエーハの裏面を直接加圧しウエーハの形状を制御するものでは、以下のような問題があった。
【００１７】
例えば、図１２に概略的に示すようなリテーナリング３２を用い、研磨布３４への押圧力を調整する形態のウエーハ研磨装置３０では、ウエーハＷの形状、特にウエーハ外周部の形状を制御できるものの、図示したごとくリテーナリング３２による加圧によって研磨布３４が押しつぶされるなどの研磨布３４への影響も大きく、研磨布３４に対してより細かな調整が必要である。従って、研磨布３４をある程度限定して使用する必要があった。また、このウエーハ研磨装置３０においては、リテーナリング３２の押圧力と研磨圧力（ウエーハを押圧する圧力）とのばらつきなど僅かな圧力の変化や調整のずれによりウエーハ形状が敏感に変化しやすく、さらには硬い研磨布などでは効果が少ないなどの問題があった。
【００１８】
図１２において、３６は研磨ヘッドで、研磨ヘッド本体３５を有し、該研磨ヘッド本体３５の下面はウエーハ保持面３５ａとなっている。３８は該研磨ヘッド本体３５に設けられかつ研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構である。４０はリテーナリング３２に設けられかつリテーナリング３２の研磨布３４への押圧力を調整する第２の圧力調整機構であり、エアーバック等によって形成される。
【００１９】
また、図１３に示すようなウエーハＷの裏面から軟質保持部材６２を介してウエーハＷの外周部に直接圧力を加え形状を制御するウエーハ研磨装置５０の場合には、加圧部品の精度不良等の影響が出やすく、加圧部品に形状不良があった場合、それがウエーハＷの形状に転写してしまうことがある。また、加圧変動により研磨量（研磨代）が変化してしまい研磨量（研磨代）を均一にする研磨としては好ましくない。特にウエーハＷの裏面を押す圧力に敏感に影響する為、均一研磨が崩れやすく、複数の研磨ヘッドを有する研磨装置では、研磨ヘッド間のばらつきも大きくなるという問題があった。
【００２０】
図１３において、５２は研磨ヘッドで、研磨ヘッド本体５４を有している。５６はガイドリング（リテーナリング）、５８は研磨布、６０は研磨ヘッド本体５４と軟質保持部材６２との間に形成された流体室、６４は流体室６０を介して研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構、６６は軟質保持部材６２の外周部に設けられかつウエーハＷの裏面外周部を押圧する第２の圧力調整機構であり、エアーバック等によって形成される。
【００２１】
本発明は、このような加圧調整機構のバラツキによりウエーハ外周部の形状が悪化しないウエーハの研磨装置及び研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供することを第１の目的とする。
【００２２】
また、セラミックス等の硬質のウエーハ保持盤（キャリア）を用いた場合、研磨代を面内で均一にする均一研磨は難しく、軟質部材でウエーハを保持することが好ましい。しかし、このような保持形態であるとウエーハ外周部は研磨圧力が逃げてしまい外周がハネ形状になってしまう傾向にあった。
【００２３】
本発明は、セラミックス等の硬質のウエーハ保持盤は用いず、軟質層（弾性体）により保持する形態の研磨装置において、高平坦度なウエーハを製造するウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供することを第２の目的とする。
【００２４】
本発明は、特に高平坦度のウエーハの形状を崩さずに、均一にウエーハ面内、特にウエーハ外周部を研磨できるウエーハ研磨装置及びその研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供することを第３の目的とする。
【００２５】
しかし、このように均一研磨に特化した研磨ヘッドに設定した場合、修正研磨を行うのが難しくなることがある。２次研磨では、１次研磨で十分に高平坦度に加工されなかった場合など修正作用を持たせた研磨を行うことがある。例えば、１つの研磨ヘッドにウエーハを保持し、複数のステージ（定盤）で異なる研磨条件により研磨する場合、初めのステージでは、主に形状の修正（修正研磨）作用が大きい条件で研磨が行われ、後段では面内で均一（均一研磨）に研磨される条件で実施される。本発明は、このような異なる目的の研磨に対しても、同一の研磨ヘッドを用い研磨することができるウエーハ研磨装置及び研磨ヘッド並びにウエーハ研磨方法を提供することを第４の目的とする。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るウエーハ研磨装置の第１の態様は、表面に研磨布が貼付された定盤と、研磨すべきウエーハの一面を保持して前記研磨布に該ウエーハの他面を当接させる１または２以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動することにより前記研磨布で該ウエーハの他面を研磨する研磨ヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、該ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられた弾性体とを有し、前記弾性体と前記研磨ヘッド本体との間に形成された流体室を介して研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、前記弾性体はウエーハ保持領域より大きく形成され、ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。
【００２７】
本発明に係るウエーハ研磨装置の第２態様は、表面に研磨布が貼付された定盤と、研磨すべきウエーハの一面を保持して前記研磨布に該ウエーハの他面を当接させる１または２以上の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを駆動することにより前記研磨布で該ウエーハの他面を研磨する研磨ヘッド駆動機構とを具備し、前記研磨ヘッドは、該ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために前記研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられかつウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体と、該弾性体の上面側に設けられたバックアップフランジとを有し、該弾性体と該バックアップフランジとの間に形成された第１の流体室により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置であって、該バックアップフランジと該研磨ヘッド本体との間に形成された第２の流体室を介して該バックアップフランジ下面外周部に形成された凸部により、前記ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。
【００２８】
このように、本発明のウエーハ研磨装置においては、弾性体（軟質部材）によりウエーハを保持する研磨ヘッドで、ウエーハが実際に存在する領域よりも外側の軟質部材部をウエーハ裏面とは独立して加圧することにより、安定した均一研磨を行うことができる。
【００２９】
本発明のウエーハ研磨装置においては、このような弾性体によりウエーハを保持する研磨ヘッドで、ウエーハが実際に存在する領域よりも外側の軟質部材部をウエーハ裏面とは独立して加圧する機構、つまりウエーハより外側の位置での圧力制御を行うようにしたことで、圧力がばらついても、過剰にウエーハ形状に影響せず、修正研磨や均一研磨においてウエーハ外周部等を均一に研磨することができる。部品（第２の圧力制御機構）などの設置精度等の影響も受けづらく、形状制御が行いやすいという利点がある。
【００３０】
また、本発明のウエーハ研磨装置においては、ヘッドの軸方向に対し変位可能とした押圧リングを設置したことにより、修正研磨と均一研磨の割合を調整でき、好ましいウエーハ形状に加工することができる。特に１つの研磨ヘッドにウエーハを保持し、複数のステージ（定盤）で異なる研磨条件により研磨する場合に好適な装置である。本発明では、押圧リングを均一研磨のために調整するのではなく、むしろ押圧リングの圧力による形状変化を積極的に利用し形状修正を行う。均一研磨では制御の難しい押圧リングの影響を弱く、または無くし、ウエーハ裏面側（正確にはウエーハ支持領域より外側の部分）の加圧を調整することで行うようにした。なお、本発明の押圧リングは、図１２に示すような従来のリテーナリングと同様な機構を有しているが、従来のリテーナリングはウエーハの保持も兼ねておりウエーハ外周に非常に近い位置に配置されている。本発明の押圧リングは、ウエーハ支持領域より外側にある第２の圧力調整機構より、更に外側に配置されておりウエーハから若干離れた位置にあり、押圧リング自体はウエーハを保持していない構成である。このようなウエーハと押圧リングの間に適度な間隔をもった構成にしたことによっても従来より形状制御が行いやすくなっている。
【００３１】
従って、本発明のウエーハ研磨装置においては、ウエーハ保持部と押圧リングの中間にウエーハが研磨中に飛び出さないようにウエーハを保持するガイドリングを設定することが好ましい。ガイドリングは弾性体等に直接貼付するなどすれば良いが、特にウエーハ外周部を保持することができれば特に限定するものではない。また研磨されるウエーハよりも薄く設定すると良い。このガイドリングは固定されており、ウエーハの保持位置を正確にするため及びウエーハがウエーハ保持部から外れるのを防止する。
【００３２】
また、本発明のウエーハ研磨装置は、弾性体表面でウエーハを保持する形態であるが、この弾性体表面に更にバッキングパッドを貼付して、その状態でウエーハを保持しても良い。弾性体のみでも良いが、ウエーハ裏面へのキズの防止等を考慮すると、研磨布として使われているような材質の部材でウエーハを保持した方が好ましい。
【００３３】
このように本発明のウエーハ研磨装置は、ウエーハ保持領域より外側の領域の圧力を調整してウエーハを研磨するものである。
【００３４】
本発明のウエーハ研磨装置の研磨ヘッドは、ウエーハを保持するウエーハ保持部を設けた研磨ヘッド本体と、該ウエーハを保持するために該研磨ヘッド本体に研磨ヘッド軸線に対し直交するように設けられかつウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体と、該弾性体の上面側に設けられたバックアップフランジとを有し、該弾性体と該バックアップフランジとの間に形成された第１の流体室により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構を有するウエーハ研磨装置の研磨ヘッドであって、該バックアップフランジと該研磨ヘッド本体との間に形成された第２の流体室を介して該バックアップフランジ下面外周部に形成された凸部により、前記ウエーハ保持領域より外側に位置する該弾性体部分の圧力を調整する第２の圧力調整機構を有し、更に該第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構により該研磨ヘッド軸線方向に対し変位可能とした押圧リングを設けたことを特徴とする。また、上記ウエーハ保持部にはガイドリングを設けてもよいし、ウエーハを保持する側の弾性体表面にはバッキングパッドを設けることもできる。
【００３５】
このような研磨圧力（第１の圧力調整機構により制御される圧力）、ウエーハ（裏面）支持領域の外側部分の圧力（第２の圧力調整機構により制御される圧力）、及び押圧リングの押圧力（第３の圧力調整機構により制御される圧力）をそれぞれ独立して制御できる研磨ヘッドを用いることでウエーハ保持領域より外側の弾性体部分の圧力を容易に調整して研磨することができ、また押圧リングの作用により均一研磨、修正研磨の割合を調整して、任意のウエーハ形状のウエーハを研磨することができる。
【００３６】
本発明のウエーハ研磨方法は、修正研磨と均一研磨を同じ研磨ヘッドを用いて行うウエーハの研磨方法であって、ウエーハ保持領域より大きく形成された弾性体によりウエーハを保持し、該ウエーハ保持領域より外側の弾性体部分の圧力を調整するとともに、更に外側に配置した押圧リングの位置を調整し研磨することを特徴とする。
【００３７】
上記修正研磨では、外側に配置された押圧リングを研磨布に一定の押圧力で加圧した状態で研磨し、均一研磨では前記押圧力より弱くした状態又は押圧リングを研磨布とは接触しない位置に退避させた状態で研磨することが好ましい。本発明方法は本発明装置を用いることによって効果的に実施することができる。
【００３８】
このように研磨の目的により、押圧リングの高さ位置（圧力）を調整し、またウエーハ保持領域より外側の弾性体部分の圧力を調整することで、１つの研磨ヘッドでも任意のウエーハ形状のウエーハを研磨することができる。研磨条件にあった研磨ヘッドを複数用意する必要もなく、また研磨ヘッドから研磨ヘッドへウエーハを受け渡す機構を設けることなく研磨できる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、図示例は例示的に示されるもので、本発明の技術思想から逸脱しない限り種々の変形が可能なことはいうまでもない。
【００４０】
図１は本発明のウエーハ研磨装置の第１の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。図２は本発明のウエーハ研磨装置の第２の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【００４１】
図１に示した本発明に係るウエーハ研磨装置１００の全体構造は、図１０の従来例で示したウエーハ研磨装置１０とほぼ同様の構造であり、再度の詳細な説明は省略するが、図１０とともに簡単に説明すれば、円盤状の定盤（図１０では符号１４、図１では省略）が水平に設置され、この定盤は定盤駆動機構により軸線回りに回転されるようになっており、その上面には全面に亙って研磨布（図１０では符号１２、図１では符号１１９）が貼付されている。
【００４２】
該定盤の上方には、複数の支柱を介してヘッド駆動機構（図１０では符号２５，図１では省略）が固定され、このヘッド駆動機構には定盤と対向する複数基の研磨ヘッド（図１０では符号１８、図１では符号１０１）が設けられている（図１０及び図１では研磨ヘッドを１台のみ図示）。本発明のウエーハ研磨装置１００においては、従来の研磨ヘッド１８とは異なる新規な研磨ヘッド１０１が用いられる点において図１０に示した従来のウエーハ研磨装置１０とは明確に異なるものである。
【００４３】
次に、本発明のウエーハ研磨装置の研磨ヘッドを図１及び図２を参照して説明する。これらの図１及び図２はそれぞれの研磨ヘッドの主要構成部分を誇張して記載したものであり、寸法は実際のものと異なる。
【００４４】
本発明のウエーハ研磨装置１００における研磨ヘッド１０１は、図１に示すように、研磨ヘッド１０１の駆動軸１０３の研磨ヘッド軸線Ｄと直交するように配置されかつ下端が開口する中空の研磨ヘッド本体１０２と、この研磨ヘッド本体１０２の内部に同様に研磨ヘッド軸線Ｄと直交するように設けられた弾性体（軟質保持層）１０６とを有する。研磨ヘッド本体１０２は円板状の天板部１０４と、この天板部１０４の外周に固定された円筒状の周壁部１０５とから構成され、天板部１０４は不図示のヘッド駆動機構の駆動軸１０３に同軸的に固定されている。該弾性体１０６はウエーハＷの直径以上の面積を有し、かつ該弾性体１０６の上面にはバックアップフランジ１０８が設けられている。
【００４５】
円板状の弾性体１０６の外周部は周壁部１０５等によって固定されている。弾性体１０６は各種ゴム等の弾性材料で形成されたものであり、主にウレタン系のゴムが好適である。この弾性体１０６の厚さは特に限定するものではないが、０．５ｍｍ〜３ｍｍ程度の厚さであれば、圧力の制御等も行いやすい。このような弾性体（軟質保持層）１０６のウエーハ保持部にウエーハＷが保持され研磨される。
【００４６】
なお、研磨を行う場合には、弾性体１０６の下面に、不図示のバッキングパッドを介してウエーハＷが付着される構成を採用してもよい。バッキングパッドは、不織布等の吸水性を有する材質で形成され、水分を吸収すると、表面張力でウエーハを吸着することができる。このバッキングパッドの材質としては各種スエード等が挙げられ、更にバッキングパッドにはガラスエポキシ板の薄板および上記弾性体との接着の為の接着層などが形成されていても良い。このバッキングパッドの好ましい厚さは０．４〜０．６ｍｍ程度である。
【００４７】
また、ウエーハＷが研磨中に飛び出さないようにウエーハＷを保持するガイドリング１１８を設置する。ガイドリング１１８はガラスエポキシ板やＰＥＥＫ材からなる幅１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度の部材でウエーハＷの径より内径が０．５ｍｍ〜１ｍｍ大きいリング状の部材である。その厚さは特に限定するものではないが、ウエーハＷの研磨面より若干薄めに設定すれば良い。
【００４８】
上述した構造の研磨ヘッド本体１０２の駆動軸１０３には第１の流路１０７が形成されており、バックアップフランジ１０８と弾性体１０６との間に画成された第１の流体室１１０は、第１の流路１０７を通じて第１の圧力調整機構１１２に接続されている。そして、第１の圧力調整機構１１２で第１の流体室１１０内の流体圧力１１２ａを調整することにより、弾性体１０６が上下に変位して研磨布１１９へのウエーハＷの押圧圧力（研磨圧力）を調整する。なお、流体としては一般に空気を使用すれば十分である。
【００４９】
該バックアップフランジ１０８の上面には第２の流体室１１４が形成されており、第２の流路１１５を通じて第２の圧力調整機構１１６に接続されている。そして、第２の圧力調整機構１１６で流体室１１４内の流体圧力１１６ａを調整することにより、バックアップフランジ１０８の下面外周部に形成された凸部１０８ａを押圧し、ウエーハ保持領域１０６ａより外側の部分１０６ｂの圧力は調整可能とされている。１１８はウエーハＷが研磨中飛び出さないようにその側部を保持するガイドリングである。
【００５０】
本発明では、上述したように、ウエーハＷの直径より外側の部分１０６ｂを第２の圧力調整機構１１６で圧力調整し、ウエーハ形状を制御するものである。つまりウエーハの直径以上の面積を持つウエーハ保持用の弾性体１０６を有し、該弾性体１０６とバックアップフランジ１０８との間に形成される第１の流体室１１０により研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構１１２の他に、バックアップフランジ１０８の上面に形成された第２の流体室１１４により、バックアップフランジ１０８の下面外周部に形成された凸部１０８ａにより、ウエーハ保持領域１０６ａより外側の部分１０６ｂの圧力を調整可能とする第２の圧力調整機構１１６を有している。
【００５１】
１２０はガイドリング１１８の外側の周壁部１０５に設けられた下方に開口する環状凹溝で、該凹溝１２０には環状の押圧リング１２２がバネ等の付勢手段（不図示）によって常時上方に付勢された状態で摺動自在に収納され、該押圧リング１２２の上部空間は第３の流体室１２４となっている。該流体室１２４は第３の流路１２６を通じて第３の圧力調整機構１２８に接続されている。そして、第３の圧力調整機構１２８で第３の流体室１２４内の流体圧力１２８ａを調整することにより、押圧リング１２２を下方に押圧することができる。したがって、押圧リング１２２が下方に押圧されない場合には、押圧リング１２２はバネ等の付勢力によって上方に退避している。一方、押圧リング１２２に下方への押圧力が加わる場合には、研磨布の表面を下方に押圧する作用を行う。
【００５２】
上記した第１〜第３の圧力調整機構の別の例を図２によって説明する。図２において、図１と同一又は類似部材は同一の符号を用いて説明する。図２において、本発明のウエーハ研磨装置１００の研磨ヘッド１０１は、図１の例と同様に、研磨ヘッド本体１０２と、ウエーハＷの直径以上の面積を持つウエーハ保持用の弾性体１０６を有し、該弾性体１０６とバックアップフランジ１０８との間に形成された第１の流体室１１０内の流体圧力１１２ａを第１の圧力調整機構１１２を介して調整することによって研磨圧力が調整される。
【００５３】
該バックアップフランジ１０８の上面には、図１と同様に第２の流体室１１４が形成されており、該第２の流体室１１４の流体圧力１１６ａを第２の圧力調整機構１１６を介して調整することによって、バックアップフランジ１０８の下面外周部に形成された凸部１０８ａの作用により、ウエーハ保持領域１０６ａより外側の部分１０６ｂの圧力が調整可能とされている。ウエーハＷはウエーハ直径と同程度の直径のバッキングパッド１３８に保持され、バッキングパッド１３８はウエーハ直径よりも大きな面積をもつ弾性体１０６に貼付されている。
【００５４】
上記弾性体１０６は、図２の例ではバックアップフランジ１０８の外周部に形成された凹部１０８ｂに嵌着固定されている。バックアップフランジ１０８の外周下部には凸部１０８ａが形成されており、バックアップフランジ１０８と弾性体１０６の間に第１の流体室１１０を形成している。
【００５５】
バックアップフランジ１０８の上部には、研磨ヘッド本体１０２の天板部１０２ａなどにより形成された第２の流体室１１４が設けられている。上述したように、この第２の流体室１１４の流体圧力１１６ａを調整することで、バックアップフランジ１０８の凸部１０８ａを通じ、弾性体１０６のウエーハ保持領域１０６ａより外側の部分１０６ｂの圧力は調整可能となっている。研磨圧力は、同様に、第１の流体室１１０の流体圧力１１２ａを調整することで調整している。
【００５６】
このようなウエーハ保持構成体の外側には、ウエーハＷを保持するためのドーナツ状のガイドリング１１８が、研磨ヘッド本体１０２の構成の一部として設置されている。ガイドリング１１８の下部にはＬ字状に内方に突出した保持片１１８ａが設けられ、ウエーハＷを保持することができる構成となっている。
【００５７】
上記したガイドリング１１８やバッキングパッド１３８の形状は図２の例に限定されるものでないことは勿論である。
【００５８】
図２の例においても、図１と同様に、環状の押圧リング１２２は第３の圧力調整機構１２８を介して第３の流体室１２４の流体圧力１２８ａを調整することによって環状凹溝１２０内を上下方向に変位可能とされており、必要に応じて研磨布の押圧作用を行うようになっている。
【００５９】
従来のウエーハ研磨装置としては、例えば、図１３の概略図に示すように、研磨圧力を調整する第１の圧力調整機構６４のほかに、ウエーハ裏面の外周位置を直接押圧する第２の圧力調整機構６６を用いてウエーハ形状を制御するものもある。この従来の研磨装置５０は、研磨ヘッド５２の形態は本発明の研磨装置と似ているものの、ウエーハ押圧位置が異なりその構成及び作用効果は本発明の研磨装置と大きく異なっている。
【００６０】
また本発明の研磨ヘッドでは、更に第２の圧力調整機構より外側に第３の圧力調整機構によりヘッドの軸方向に対し変位可能とした押圧リングを具備している。第３の圧力調整機構は特に限定するものではないが、例えば、押圧リングをバネの力で研磨ヘッドに内に退避しておき、研磨時に押圧リング上部に流体を流すことで加圧調整するなどしても良い。
【００６１】
従来の別の形態のウエーハ研磨装置においては、例えば、図１２の概略図に示すように、一般的にリテーナリングと呼ばれるリング３２をウエーハＷの外周部に設け、このリテーナリング３２の圧力を調整するための第２の圧力調整機構４０を有する研磨ヘッド３６を用いていた。
【００６２】
図１２に示すように従来からリテーナリングが変動可能な装置は存在するが、このような研磨ヘッドでは正確な均一研磨を行うことが困難であった。本発明のような３つの圧力調整機構（特に第２の圧力調整機構）を有する研磨ヘッドを用いることにより精度良く研磨することができる。
【００６３】
上述した本発明のウエーハ研磨装置の使用態様は種々に考えられるが、その一例を図９を用いて説明する。図９は本発明のウエーハ研磨装置の使用態様の一例を示す上面概略模式図である。図９において、図１及び図２と同一又は類似部材は同一の符号で示される。
【００６４】
図９において、本発明のウエーハ研磨装置１００はその基台２００上に複数（図示例では３台）の研磨ステージ（第１研磨ステージ、第２研磨ステージ及び第３研磨ステージ）、換言すれば、研磨布の貼られた複数の定盤２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃを有している。各研磨ステージ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃにおいて、研磨条件の異なる研磨ができるようになっている。また、該基台２００上には、さらにロード・アンロードステージ２０４及びカセットステージ２０６が設けられている。該ロード・アンロードステージ２０４において各研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ及び１０１ｃ，１０１ｄへのウエーハの装着及び脱離が行われ、該カセットステージ２０６には多数のウエーハを収納したカセットが載置され、不図示のロボットハンド等により該ロード・アンロードステージ２０４との間でウエーハの搬送が行われる。
【００６５】
該研磨ステージ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ及び該ロード・アンロードステージ２０４の基台２００上での配置については特別の限定はないが、図示例では第１研磨ステージ２０２Ａと第３研磨ステージ２０２Ｃが相対向し、第２研磨ステージ２０２Ｂとロード・アンロードステージ２０４が相対向するように配置した場合が示されている。
【００６６】
図９において、２０８はヘッド駆動機構で、該研磨ステージ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃの上方に位置しかつ回転可能に設けられている。該ヘッド駆動機構２０８には１基又は複数基（図示例で４基）の研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄが取りつけられている。
【００６７】
該研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ，１０１ｄの該ヘッド駆動機構２０８への取りつけの態様には特別の限定はないが、図示例では２基の研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂが残りの２基の研磨ヘッド１０１ｃ，１０１ｄと相対向するように装着されている。即ち、図９に示されるように、第１研磨ステージ２０２Ａ上には２基の研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂが位置し、第３研磨ステージ２０２Ｃ上には２基の研磨ヘッド１０１ｃ，１０１ｄが位置するような態様で装着される。
【００６８】
図９のウエーハ研磨装置１００の構成によるその研磨態様は次の通りである。カセットステージ２０６から、ロード・アンロードステージ２０４に被研磨ウエーハを移動し、その上部に研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ又は１０１ｃ，１０１ｄが移動し、そのウエーハ保持面にウエーハが保持される。研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄの移動はヘッド駆動機構２０８が回転して行われる。図９の例ではヘッド駆動機構２０８が時計回りに９０°回転することによって各研磨ヘッド１０１ａ，１０１ｂ及び１０１ｃ，１０１ｄは次のステージに移動せしめられる。即ち、ロード・アンロードステージ２０４においてウエーハをウエーハ保持面に保持した研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄは、ヘッド駆動機構２０８の時計回り方向への９０°の回転によって、第１研磨ステージ２０２Ａに移動する。この第１研磨ステージ２０２Ａでウエーハを研磨した後、第２研磨ステージ２０２Ｂ、第３研磨ステージ２０３Ｃと研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄが移動して研磨を繰返し、最終的にロード・アンロードステージ２０４でウエーハが脱離され、ついでカセットステージ２０６に戻される。
【００６９】
研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄはウエーハを保持したまま、各研磨ステージ２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ及びロード・アンロードステージ２０４に移動可能である。この時、各研磨ステージ（定盤）２０２Ａ〜２０２Ｃ及びロード・アンロードステージ２０４側が移動してもよいし、研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄ側が移動してもよい。図９の例では研磨ヘッド１０１ａ〜１０１ｄが取りつけられたヘッド駆動機構２０８が回転する機構となっている。
【００７０】
次に、本発明のウエーハの研磨方法について説明する。図１、図２及び図９に示した本発明のウエーハ研磨装置１００によりウエーハ研磨を行うには、まず、研磨布１１９と各研磨ヘッド１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）にウエーハを配置するとともに、研磨布１１９に当接させ、定盤を回転させると共に、研磨ヘッド１０１（１０１ａ〜１０１ｄ）を定盤に対し回転させることで研磨する。これを各定盤２０２Ａ〜２０２Ｃ上で行う。
【００７１】
本発明のウエーハの研磨方法を実施する際の研磨条件は、修正研磨及び均一研磨により、適宜設定する必要があるが、研磨布に対するウエーハの当接圧力（ウエーハ保持盤押圧圧力：第１の圧力制御機構で制御する圧力）は１０ｋＰａ〜４０ｋＰａ、より好ましくは２０ｋＰａ〜３０ｋＰａに設定し行う。
【００７２】
また、ウエーハ外周部の押圧力制御（第２の圧力制御機構で制御する圧力）は、当接圧力（研磨圧力）と同等から（当接圧力＋６ｋＰａ）程度、より好ましくは（当接圧力＋２ｋＰａ）〜（当接圧力＋４ｋＰａ）に設定すると良い。
【００７３】
第２の圧力調整機構１１６より外側に配置した第３の圧力調整機構１２８により、研磨ヘッド１０１の軸方向に対し変位可能とした押圧リング１２２を制御する方法は、ウエーハの形状の修正具合により調整する。つまり修正研磨を積極的に行う研磨工程（１次研磨や２次研磨）では、押圧リング１２２を研磨布１１９に積極的に押し付け研磨し、均一研磨（２次研磨や仕上げ研磨）を行う工程では、押圧リング１２２による押し付けを弱く、または完全に研磨布１１９とは接触しない位置まで退避して研磨を行う。
【００７４】
なお、研磨布としては特に限定するもではなく１層型の研磨布でも多層型の研磨布であってもよい。例えば発泡ポリウレタンまたは不織布が好適に用いられる。修正研磨では、ポリウレタン系やゴム系の硬質研磨布が用いられている。均一研磨としては多層の不織布、スエード状の研磨布が主に用いられる。
【００７５】
【実施例】
以下に比較例及び実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明するが、これらの例は例示的に提示されるもので、限定的に解釈されるべきものではない。
【００７６】
（比較例１）
図９に示した機構と同様に３台の定盤が配置されたウエーハ研磨装置を用いた。この研磨装置の研磨ヘッドとしては、図１１に示すような研磨ヘッドを用いた例を示す。図１１の研磨装置の研磨ヘッドは図１２及び図１３で示したような従来の第１及び第２の圧力調整機構を両方とも具備した研磨ヘッドである。つまり、研磨圧力を調整する圧力調整機構（第１の圧力調整機構）とウエーハ裏面への圧力を直接調整できる機構（第２の圧力調整機構）を有している。更に、このような構成のウエーハ外側には、ウエーハを保持するためのドーナツ状のリテーナリングが配置され研磨ヘッド本体と独立して動き、このリテーナリングはウエーハを保持すると共に研磨布を押圧できる機構（第３の圧力調整機構）となっている。このリテーナリングはウエーハ外周近傍に配置されウエーハの保持と、研磨布の押圧を兼ねた作用を果す。
【００７７】
特に本発明との効果の違いが明確になるように、ウエーハ（裏面）外周部の圧力を調整する第２の圧力調整機構は、本発明の研磨ヘッドの構成と一致させ、圧力をかける部分のみ異なるようにしている。つまり、図１１に示したウエーハ研磨装置１５０の研磨ヘッド２２２では、ウエーハＷはウエーハ直径と同程度の直径のバッキングパッド２３８に保持され、バッキングパッド２３８はウエーハ直径と同程度の面積をもつ弾性体２２６に貼付されている。
【００７８】
この弾性体２２６の形状が本発明装置と大きく異なる。弾性体２２６は、図１１の例ではバックアップフランジ２２８の外周部に形成された凹部２２８ｂに嵌着固定されている。このバックアップフランジ２２８の外周下部には凸部２２８ａが形成されており、バックアップフランジ２２８と弾性体２２６の間に第１の流体室２３０を形成している。
【００７９】
バックアップフランジ２２８の上部には、例えば、研磨ヘッド本体２２４の天板部２２４ａなどにより形成されている第２の流体室２３４が設けられている。この第２の流体室２３４の流体圧力２３６ａを調整することで、バックアップフランジ２２８の凸部２２８ａを通じ、弾性体２２６のウエーハＷが存在する領域の外周部分２２６ｃの圧力が調整可能となっている。研磨圧力は、第１の流体室２３０の流体圧力２３２ａを調整することで調整している。
【００８０】
この研磨ヘッドは、ウエーハ保持部に厚さ１．５ｍｍのウレタンゴムに厚さ０．６ｍｍのバッキングパッドを貼付したものであるが、弾性体およびバックアップフランジの直径が後述する実施例１より小さく、第１の加圧調整機構により加圧される領域は直径２９８ｍｍである。その外周部２ｍｍの幅で第２の圧力調整機構が設置されており、直径３００ｍｍのウエーハ（裏面）の外周２ｍｍを研磨圧力とは別に直接加圧制御できるように構成されている。
【００８１】
更に、このようなウエーハ保持構成体の外側には、ウエーハを保持するためのドーナツ状のリテーナリング２３９が配置されている。このリテーナリング２３９は、その上面にエアバッグ等の押圧手段２４０が設置されるとともに研磨ヘッド本体と独立して動くように構成されており、ウエーハＷを保持すると共に研磨布２４２を押圧できる機構となっている。
【００８２】
原料ウエーハは直径３００ｍｍの両面研磨あがりのウエーハを用い、その後修正研磨作用の強い２次研磨、均一研磨作用が強い２次研磨、更に均一研磨である仕上げ研磨を行った。原料ウエーハである両面研磨上がりの代表的なウエーハ形状を図７の鳥瞰図に示す。ウエーハ外周がややダレている形状ではあるものの、ＳＦＱＲｍａｘ＝０．１２μｍ〜０．１９μｍ程度の高平坦度なウエーハである。
【００８３】
（第１研磨ステージでの研磨）
第１研磨ステージでは、修正研磨と均一研磨の作用が混在した条件で研磨した。基本的には原料ウエーハ（上記両面研磨ウエーハ）のウエーハ外周形状がややダレているので、この部分の研磨代が少なくなるように研磨した。具体的には図９に示す装置の第１研磨ステージにおいて、研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製（Ｓｕｂａ６００）を用い、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ３０ｒｐｍで回転させた。ウエーハの研磨圧力（第１の圧力調整機構）は３０ｋＰａである。ウエーハ裏面の加圧（第２の圧力調整機構）は３４ｋＰａ、リテーナリングは研磨布に対し、３５ｋＰａで加圧した。
【００８４】
上述した第１研磨ステージでの研磨を行った結果、図５の鳥瞰図に示すような形状のウエーハが得られた。得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、ＳＦＱＲｍａｘで０．４４μｍ（今回評価したウエーハの両面研磨あがりのＳＦＱＲｍａｘは０．１２μｍ）とウエーハのフラットネスが悪化していた。この時の研磨量（取り代）の分布をウエーハ面内で確認した。
【００８５】
図６は原料ウエーハ（両面研磨後のウエーハ）厚さと第１の研磨ステージで研磨した後のウエーハ厚さを測定し、その差を取ったものである。図８のようにウエーハの外周部（外周３ｍｍの位置）で４°間隔（ノッチ部を０°）で周方向に評価した値（図６（ａ）と径方向に３ｍｍ間隔で測定したもの（図６（ｂ））である。
【００８６】
図８において、ＮはウエーハＷのノッチ部、Ａは周方向評価のための走査方向（外周３ｍｍの位置の測定）及びＢは径方向評価のための走査方向をそれぞれ示す。
【００８７】
この図６（ａ）（ｂ）を見るとわかるようにウエーハの径方向では、ウエーハ外周部分の研磨代が多く修正されており、ウエーハの周方向の研磨代は、場所によりばらつきが大きくなり、外周方向では均一に研磨されていないことがわかる。ウエーハは外周から３ｍｍの位置に、約１８０°の周期で１．６μｍのうねりが生じていた。これによりＳＦＱＲ等の平坦度が悪化している。
【００８８】
（第２研磨ステージでの研磨）
第１研磨ステージで研磨したウエーハを次に同じ研磨ヘッドを用いたまま、第２研磨ステージに移動し研磨した。
ここでは、形状の修正作用は小さくし、均一研磨を重点に研磨している。具体的には研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製のＳｕｂａ４００を用い、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ３０ｒｐｍで回転させた。ウエーハの研磨圧力（第１の圧力調整機構）は３０ｋＰａである。第２の圧力調整機構の圧力は、３２ｋＰａ、リテーナリングは研磨布に３０ｋＰａで加圧して研磨した。
【００８９】
この結果、得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、ＳＦＱＲｍａｘは更に悪化していた。特にこのような構成の研磨ヘッドでは、ウエーハ外周部を均一に研磨できないことが多かった。これは、リテーナリングの押圧力と研磨圧力（ウエーハを押圧する圧力）とのばらつきなど僅かな圧力の変化や調整のずれにより敏感にウエーハ形状が変化しやすいことやウエーハ裏面からウエーハの外周部に直接圧力を加え形状を制御する場合、加圧部品の精度不良等の影響が出やすくなるためと考えられる。
【００９０】
本比較例で用いた研磨ヘッドでは、外周部の部分的な研磨代の制御も難しく更に面内を均一に研磨することも難しかった。したがって、各ステージ毎に異なった形態の研磨ヘッドを用いるなどの対策が必要である。通常この後第３の研磨ステージで、ヘイズ改善を目的とした仕上げ研磨（均一研磨）を行うが本比較例では外周形状が悪化した為実施しなかった。
【００９１】
（実施例１）
次に、図９に示した定盤の配置の研磨装置を用いるとともに図２に示すような本発明の研磨ヘッドを用いて研磨した例を示す。本発明の研磨装置（研磨ヘッド）を用い、直径３００ｍｍのシリコンウエーハを研磨した。具体的には研磨ヘッド本体はＳＵＳで形成され、ウエーハ保持部の弾性体は厚さ１．５ｍｍのウレタンゴムに厚さ０．６ｍｍのバッキングパッドを貼付したものを使用した。その直径は３０６ｍｍである。研磨されるウエーハは中心に水貼り方式により保持されている。ウレタンゴムの外周部に２ｍｍの幅で第２の圧力調整機構が設置されている（バックアップフランジの外周部の凸部が幅２ｍｍで形成され、ウエーハより外周の領域を圧力制御できるようになっている）。つまり、ウエーハの裏面にかかる部分には加圧機構は有せず、その外周部に圧力調整機構が配置されている。更にウエーハはガイドリングで支持され、さらにその外側に上下動可能な押圧リングが配置されている。
【００９２】
原料ウエーハは比較例１と同様、直径３００ｍｍの両面研磨あがりのウエーハを用い、その後修正研磨作用の強い２次研磨、均一研磨作用が強い２次研磨、更に均一研磨である仕上げ研磨を行った。
【００９３】
（第１研磨ステージでの研磨）
第１研磨ステージでは、修正研磨と均一研磨の作用が混在した条件で研磨した。基本的には原料ウエーハ（上記両面研磨ウエーハ）のウエーハ外周形状がややダレているので、この部分の研磨代が少なくなるように研磨した。具体的には図９に示す装置の第１研磨ステージにおいて、研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ社製（Ｓｕｂａ６００）を用い、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ３０ｒｐｍで回転させた。ウエーハの研磨圧力（第１の圧力調整手段）は３０ｋＰａである。ウエーハ裏面の加圧（第２の圧力調整手段）は３４ｋＰａ、押圧リングは研磨布に対し、３５ｋＰａで加圧した。
【００９４】
上述した第１研磨ステージでの研磨を行った結果、図３の鳥瞰図に示すような形状のウエーハが得られた。この時の研磨量（取り代）の分布を比較例１の場合と同様に周方向（図４（ａ））及び径方向（図４（ｂ））で確認した。径方向ではウエーハ外周部が若干研磨代が少なく研磨されていることが分かる。また周方向も均一に研磨されていることがわかる。得られたシリコンウエーハのフラットネスを測定した結果、ＳＦＱＲｍａｘは０．１４μｍ（今回評価したウエーハの両面研磨あがりのＳＦＱＲｍａｘは０．１９μｍ）であり、良好なフラットネスに改善されていた。また、比較例と異なりウエーハ外周部にうねりがほとんどなかった。
【００９５】
（第２研磨ステージでの研磨）
これを次に同じヘッドを用いたまま、第２研磨ステージに移動し研磨した。
ここでは、形状の修正作用は小さくし、均一研磨を重点に研磨している。具体的には研磨条件として、研磨布にロデール・ニッタ製のＳｕｂａ４００を用い、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ３０ｒｐｍで回転させた。ウエーハの研磨圧力（第１の圧力調整手段）は３０ｋＰａである。第２の圧力調整機構の圧力は、３２ｋＰａ、押圧リングは研磨布に３０ｋＰａで加圧して研磨した。
【００９６】
この研磨においても形状変化はほとんどなく、均一な研磨代で研磨でき、表面品質（特にさざなみレベルの品質）が改善した。
【００９７】
（第３研磨ステージでの研磨）
最後に、上記ウエーハを仕上げ研磨した。仕上げ研磨では均一研磨を実施しウエーハのヘイズレベルを改善した。この研磨でも同じ研磨ヘッドに保持したまま、研磨布としてスエード状の研磨布（東レコーテックス社製Ｃｉｒｇａｌ７３５５ｆｍ）、研磨剤は第１研磨ステージ、第２研磨ステージで用いられた研磨剤より分散性の良いコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を用いた。研磨ヘッドと研磨定盤は、それぞれ２０ｒｐｍで回転させた。ウエーハの研磨圧力（第１の圧力調整手段）は１０ｋＰａである。第２の圧力調整機構の圧力は、１１ｋＰａ、押圧リングは研磨布から完全に退避した状態で研磨した。これにより平坦度の悪化もなくヘイズレベルも改善した。
【００９８】
このように本発明の研磨装置では、同じ研磨ヘッドを用いたまま、修正研磨や、均一研磨を効果的に実施できた。
【００９９】
従来のリテーナリングによって研磨布を押圧してウエーハの外周部形状を制御するものや、ウエーハの裏面を直接加圧しウエーハの形状を制御するもの、およびその組み合わせの研磨ヘッドでは、圧力制御手段のばらつきにより研磨代がばらつきやすい傾向にあった。特にウエーハ外周部の研磨にばらつきが生じやすく、修正研磨及び均一研磨においても平坦度の悪化が生じてしまうことがあった。本発明の研磨装置では、特に第２の加圧調整機構のような形態で圧力制御している為、及び押圧リングもウエーハ外周から若干隙間を空けて（少なくともガイドリングの幅分）圧力制御しているため、研磨ヘッド間、又は圧力調整手段のばらつきによる影響が少ないために、高平坦度なウエーハを安定して製造することができる。
【０１００】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【０１０１】
例えば、ウエーハを保持するガイドリングの設置の仕方や、第２の圧力調整機構の加圧方法等、押圧リングの駆動方式など特に限定するものではない。
【０１０２】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明に係るウエーハ研磨装置では、修正研磨、均一研磨と異なる目的の研磨に対しても、同一の研磨ヘッドを用い研磨することができる。
【０１０３】
本発明の研磨装置及び研磨ヘッドにおいては、セラミックス等の硬質のウエーハ保持盤は用いず、軟質層（弾性体）により保持する形態を採用することにより、高平坦度なウエーハを製造することができる。
【０１０４】
本発明のウエーハ研磨方法によれば、ウエーハ外周部にうねりが生じることがなく良好な研磨が実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエーハ研磨装置の第１の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【図２】本発明のウエーハ研磨装置の第２の実施の形態を示す要部の断面的概略説明図である。
【図３】実施例１における第１研磨ステージでの研磨あがりのウエーハの形状を示す鳥瞰図である。
【図４】実施例１における原料ウエーハの厚さと第１研磨ステージで研磨した後のウエーハの厚さとの差を取って示したグラフで、（ａ）はウエーハの周方向を示し、（ｂ）はウエーハの径方向をそれぞれ示す。
【図５】比較例１における第１研磨ステージでの研磨あがりのウエーハの形状示す鳥瞰図である。
【図６】比較例１における原料ウエーハの厚さと第１研磨ステージで研磨した後のウエーハの厚さとの差を取って示したグラフで、（ａ）はウエーハの周方向を示し、（ｂ）はウエーハの径方向をそれぞれ示す。
【図７】実施例１及び比較例１において原料ウエーハとして用いた両面研磨上がりのウエーハの形状を示す鳥瞰図である。
【図８】ウエーハの形状評価の手法の一例を示す上面説明図である。
【図９】本発明のウエーハ研磨装置の使用態様の一例を示す上面概略模式図である。
【図１０】従来のウエーハ研磨装置の一例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図１１】従来のウエーハ研磨装置の他の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図１２】従来のウエーハ研磨装置の別の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【図１３】従来のウエーハ研磨装置のさらに別の例を示す要部の断面的概略説明図である。
【符号の説明】
１０，３０，１５０：従来のウエーハ研磨装置、１２：研磨布、１４：研磨定盤、１６：研磨ヘッド本体、１６ａ：保持面、１８：研磨ヘッド、２０：リテーナリング、２２：研磨剤供給管、２４：研磨剤、２５：研磨ヘッド駆動機構、２６：バッキングパッド、２８，２９：駆動軸、３２：リテーナリング、３４：研磨布、３５：研磨ヘッド本体、３５ａ：ウエーハ保持面、３６：研磨ヘッド、３８：第１の圧力調整機構、４０：第２の圧力調整機構、５０：従来のウエーハ研磨装置、５２：研磨ヘッド、５４：研磨ヘッド本体、６０：流体室、６２：軟質保持部材、６４：第１の圧力調整機構、６６：第２の圧力調整機構、１００：本発明のウエーハ研磨装置、１０１，１０１ａ〜１０１ｄ：研磨ヘッド、１０２：研磨ヘッド本体、１０２ａ：天板部、１０３：駆動軸、１０４：天板部、１０５：周壁部、１０６：弾性体、１０６ａ：ウエーハ保持領域、１０６ｂ：ウエーハ保持領域の外側の部分、１０７：第１の流路、１０８：バックアップフランジ、１０８ａ：凸部、１０８ｂ：凹部、１１０：第１の流体室、１１２：第１の圧力調整機構、１１４：流体室、１１５：第２の流路、１１６：第２の圧力調整機構、１１８：ガイドリング、１１８ａ：保持片、１１９：研磨布、１２０：環状凹溝、１２２：押圧リング、１２４：第３の流体室、１２６：第３の流路、１２８：第３の圧力調整機構、２００：基台、２０２Ａ：第１研磨ステージ、２０２Ｂ：第２研磨ステージ、２０２Ｃ：第３研磨ステージ、２０４：ロード・アンロードステージ、２０６：カセットステージ、２０８：ヘッド駆動機構、２２２：研磨ヘッド、２２４ａ：天板部、２２６：弾性体、２２６ｃ：外周部分、２２８：バックアップフランジ、２２８ａ：凸部、２２８ｂ：凹部、２３０：流体室、２３４：流体室、２３８：バッキングパッド、２３９：リテーナリング、２４０：押圧手段、２４２：研磨布、Ｄ：研磨ヘッド軸線、Ｗ：ウエーハ。
【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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