(57)【要約】【課題】  ワークを良好に研磨する一方で、研磨パッドの交換頻度を低減させる。【解決手段】  研磨装置１０は、キャリア１２に保持したウエハＷを一対の研磨定盤１４，１６で挟み、研磨定盤１４，１６およびキャリア１２をそれぞれ中心軸回りに回転駆動することによりウエハＷを上下両側から研磨するように構成されている。キャリア１２には、ウエハＷを保持するための複数の透孔１２ａが中心軸回りに設けられている。研磨定盤１４，１６に対してキャリア１２は偏心して設けられており、その偏心距離はウエハＷの半径と等しい値に設定されている。また、研磨定盤１４，１６は、キャリア１２の回転に伴うウエハＷの移動軌跡が研磨面１４ａ，１６ａ内に位置するように設けられている。【選択図】      図１
2005288569.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリアに保持された複数のワークを一対の研磨定盤により表裏両側から挟み、この状態で各研磨定盤をそれらの並び方向の軸回りに回転させるとともに、前記キャリアを研磨定盤の研磨面と平行な方向に移動させて前記ワークを研磨する両面研磨装置において、
前記研磨定盤の回転軸と平行で、かつこの回転軸に対して偏心する偏心軸回りに回転駆動される前記キャリアを備え、このキャリアの回転に伴う各ワークの移動軌跡が前記研磨面内に位置し、かつ一のワークが研磨定盤の回転半径方向において最も内側に位置するときに同方向において最も外側に位置するワークの存在領域が前記最も内側に位置するワークの存在領域よりも前記回転半径方向外側に位置するように前記研磨定盤に対するキャリアの偏心距離が設定されていることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の両面研磨装置において、
前記ワークは研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものであって、研磨定盤に対するキャリアの偏心距離がワークの半径以上の距離に設定されていることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項３】
キャリアに保持された複数のワークを一対の研磨定盤により表裏両側から挟み、この状態で各研磨定盤をそれらの並び方向の軸回りに回転させるとともに、前記キャリアを研磨定盤の研磨面と平行な方向に移動させて前記ワークを研磨する両面研磨装置において、
前記研磨定盤の回転軸と平行で、かつこの回転軸に対して偏心する偏心軸回りに前記キャリアを回転可能に保持するキャリアホルダと、前記キャリアを回転させるべく前記キャリアホルダを回転駆動する駆動手段とを備え、
前記キャリアホルダはキャリアを着脱可能に保持し、かつ前記キャリアとしてサイズの異なるワークをそれぞれ保持可能な複数種類のキャリアのうちから選定されるキャリアを保持するように構成され、さらにキャリアホルダは、前記キャリアとして最大サイズのワークを保持するキャリアを保持した状態で、該キャリアの回転に伴う各ワークの移動軌跡が前記研磨面内に位置し、かつ一のワークが研磨定盤の回転半径方向において最も内側に位置するときに同方向において最も外側に位置するワークの存在領域が前記最も内側に位置するワークの存在領域よりも前記回転半径方向外側に位置するように前記研磨定盤に対してキャリアを偏心させた状態で保持し得るように構成されていることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項４】
請求項３に記載の両面研磨装置において、
前記ワークは研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものであって、前記キャリアホルダは、研磨定盤に対するキャリアの偏心距離が該キャリアに保持されるワークのうち最大サイズのワークの半径以上の距離となる状態で前記キャリアを保持し得るように構成されていることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の両面研磨装置において、
前記研磨定盤の回転軸と直交する方向に前記キャリアホルダと研磨定盤とを相対的に移動させることにより研磨定盤に対するキャリアの偏心距離を変更可能な移動機構をさらに備えていることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れかに記載の両面研磨装置において、
前記キャリアに対してその中心から径方向外側に向って張力を付与するテンション機構を備えていることを特徴とする両面研磨装置。
【請求項７】
請求項５に記載の両面研磨装置を使った研磨方法であって、
前記ワークが研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものである場合には、両研磨定盤に対するキャリアの偏心距離を当該キャリアにより保持されるワークの半径と等しい距離に設定した状態で、前記ワークを研磨定盤により研磨することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリアに保持されたワークを、研磨面をもつ定盤により上下両側から挟み付けた状態で研磨する両面研磨装置および研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような両面研磨装置の１つとして、例えば特許文献１，２には、コンパクトな構成で複数のウエハ（ワーク）を研磨できる両面研磨装置が開示されている。
【０００３】
これらの研磨装置は、ウエハを保持したキャリアを同軸上に配された上下一対の円盤状の定盤の間に挟み込み、上下の定盤を前記軸回りに回転駆動するとともにその回転軸を中心として前記キャリアを旋回（円運動）させながらウエハをその上下両側から研磨するように構成されている。
【０００４】
この研磨装置において、前記キャリアはキャリアホルダに組付けられている。キャリアホルダは複数の偏心アームに支持されており、モータを駆動源とするベルト伝動機構により各偏心アームが同一方向に回転駆動されることにより、前記キャリアが上下定盤の研磨面と平行な面内で旋回するように構成されている。
【特許文献１】特開平１０−２０２５１１号公報
【特許文献２】特開２００１−２４６５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の研磨装置では、上下定盤の研磨面に研磨パッド（研磨布）が貼付けられており、この研磨パッドをワークに押付けて研磨するが、定盤の回転軸に対してキャリアを旋回駆動する上記従来の研磨装置では、上下定盤の研磨面にはウエハが常に存在する円環状の領域、つまりキャリアに保持される全てのウエハが常に定盤の回転方向に重複している部分が存在する（特許文献２の段落００３１および図５）。そのため、その領域では研磨パッドの摩耗がその他の部分に比べて進行し易く、このような偏摩耗が発生した研磨パッドが継続的に使用されると、偏研磨が生じてウエハの平坦度を確保することが困難となる。
【０００６】
そこで、一般には、短期間で研磨パッドを交換し、これにより偏研磨の発生を防止することが行われている。しかし、前記のような円環状の領域以外の多くの部分で性能的に有効な研磨パッドを廃棄するのは無駄が多く資源の有効利用に反する。また、比較的高価な研磨パッドを短期間で交換するため生産コストが嵩むとともに、パッド交換のために頻繁に装置を停止させる必要があり、生産性が悪いという問題がある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、ワークの研磨処理を良好に行う一方で、研磨パッドを有効に利用して生産コストの低廉化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１に係る両面研磨装置は、キャリアに保持された複数のワークを一対の研磨定盤により表裏両側から挟み、この状態で各研磨定盤をそれらの並び方向の軸回りに回転させるとともに、前記キャリアを研磨定盤の研磨面と平行な方向に移動させて前記ワークを研磨する両面研磨装置において、前記研磨定盤の回転軸と平行で、かつこの回転軸に対して偏心する偏心軸回りに回転駆動される前記キャリアを備え、このキャリアの回転に伴う各ワークの移動軌跡が前記研磨面内に位置し、かつ一のワークが研磨定盤の回転半径方向において最も内側に位置するときに同方向において最も外側に位置するワークの存在領域が前記最も内側に位置するワークの存在領域よりも前記回転半径方向外側に位置するように前記研磨定盤に対するキャリアの偏心距離が設定されているものである。
【０００９】
この両面研磨装置において、前記ワークが研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものである場合には、研磨定盤に対するキャリアの偏心距離がワークの半径以上の距離に設定されているのが好ましい（請求項２）。
【００１０】
また、請求項３に係る両面研磨装置は、キャリアに保持された複数のワークを一対の研磨定盤により表裏両側から挟み、この状態で各研磨定盤をそれらの並び方向の軸回りに回転させるとともに、前記キャリアを研磨定盤の研磨面と平行な方向に移動させて前記ワークを研磨する両面研磨装置において、前記研磨定盤の回転軸と平行で、かつこの回転軸に対して偏心する偏心軸回りに前記キャリアを回転可能に保持するキャリアホルダと、前記キャリアを回転させるべく前記キャリアホルダを回転駆動する駆動手段とを備え、前記キャリアホルダはキャリアを着脱可能に保持し、かつ前記キャリアとしてサイズの異なるワークをそれぞれ保持可能な複数種類のキャリアのうちから選定されるキャリアを保持するように構成され、さらにキャリアホルダは、前記キャリアとして最大サイズのワークを保持するキャリアを保持した状態で、該キャリアの回転に伴う各ワークの移動軌跡が前記研磨面内に位置し、かつ一のワークが研磨定盤の回転半径方向において最も内側に位置するときに同方向において最も外側に位置するワークの存在領域が前記最も内側に位置するワークの存在領域よりも前記回転半径方向外側に位置するように前記研磨定盤に対してキャリアを偏心させた状態で保持し得るように構成されているものである。
【００１１】
この両面研磨装置において、前記ワークが研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものである場合には、前記キャリアホルダは、研磨定盤に対するキャリアの偏心距離が該キャリアに保持されるワークのうち最大サイズのワークの半径以上の距離となる状態で前記キャリアを保持し得るように構成されているのが好ましい（請求項４）。
【００１２】
請求項３又は４に記載の両面研磨装置においては、研磨定盤の回転軸と直交する方向に前記キャリアホルダと研磨定盤とを相対的に移動させることにより研磨定盤に対するキャリアの偏心距離を変更可能な移動機構をさらに備えているのがより好ましい（請求項５）。
【００１３】
なお、上記請求項１乃至５の何れかに記載の両面研磨装置においては、前記キャリアに対してその中心から径方向外側に向って張力を付与するテンション機構を備えているのが好ましい（請求項６）。
【００１４】
なお、請求項７に係る研磨方法は、請求項５に記載の両面研磨装置を使った研磨方法であって、前記ワークが研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものである場合には、両研磨定盤に対するキャリアの偏心距離を当該キャリアにより保持されるワークの半径と等しい距離に設定した状態で、前記ワークを研磨定盤により研磨するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に係る両面研磨装置によると、研磨定盤に対してキャリアが偏心している結果、研磨中、キャリアに保持されたワークは、キャリアの回転軸回りに公転しながら研磨定盤に対してはその回転半径方向へと移動することとなる。このとき、研磨定盤の回転半径方向の最も内側（回転軸側）に位置するワークに対して最も外側に位置するワークが前記最も内側に位置するワークの存在領域よりも前記回転半径方向外側に位置するように研磨定盤に対するキャリアの偏心距離が設定されている結果、研磨面に、全ウエハが常に定盤回転方向に重複しているような部分（いわゆる円環状の領域）を生じさせることなく研磨作業を行うことができる。従って、従来のこの種の装置と比較すると、研磨定盤に取付けられる研磨パッドの偏摩耗を抑えることが可能となり、その結果、ワークを良好に研磨する一方で、研磨パッドの交換頻度を低減することができるようになる。
【００１６】
特に、ワークがウエハ等、研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものである場合には、請求項２に係る構成を採用することにより、上記のような軌道、つまり研磨定盤の回転半径方向の最も内側に位置するワークに対して最も外側に位置するワークが前記最も内側に位置するワークの存在領域よりも記回転半径方向外側に位置するような軌道で、研磨面に対してワークを接触させることが可能となる。
【００１７】
一方、請求項３に係る両面研磨装置によると、ワークのサイズに対応したキャリアを選択してキャリアホルダに装着することにより、サイズの異なる複数種類のワークを研磨することができる。このとき、キャリアホルダは、最大サイズのワークを対象とする場合に、研磨定盤の回転半径方向の最も内側（回転軸側）に位置するワークに対して最も外側に位置するワークが前記最も内側に位置するワークの存在領域よりも前記回転半径方向外側に位置するように研磨定盤に対してキャリアを偏心させた状態で保持し得るように構成されているため、何れのサイズのワークを研磨する場合でも、研磨面に、全ウエハが常に定盤回転方向に重複しているような部分（いわゆる円環状の領域）を生じさせることなく研磨作業を行うことが可能となる。従って、共通の装置で複数サイズのワークを研磨しながらも、研磨定盤に取付けられる研磨パッドの偏摩耗を効果的に抑えることができ、その結果、サイズに拘らずワークを良好に研磨できる一方で、研磨パッドの交換頻度を低減することができるようになる。
【００１８】
特に、ワークがウエハ等、研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものである場合には、請求項４に係る構成を採用することによって上記の効果を好適に得ることができる。
【００１９】
また、請求項５に係る構成を採用すれば、例えばワークが研磨定盤の並び方向に厚みをもつ円盤状のものである場合、移動機構により研磨定盤とキャリアホルダを相対的に移動させて、研磨定盤に対するキャリアの偏心距離を研磨対象ワークの半径と等しい距離に設定して作業を行うことによって（請求項７）、より合理的に研磨作業を行うことができる。すなわち、このように偏心距離を設定して作業を行えば、研磨定盤の回転半径方向の最も内側に位置するワークに対して最も外側に位置するワークが前記最も内側に位置するワークの存在領域よりも記回転半径方向外側に位置するような軌道であって、かつワークを研磨面の回転軸に可及的に近い領域で研磨面に接触させることが可能となる。従って、上記のような効果を得ながらも、研磨面に貼付ける研磨パッドの面積を必要最小限に抑えることができる。
【００２０】
また、上記のような両面研磨装置において、請求項６に係る構成を採用すれば、研磨作業中のキャリアの歪みを防止することが可能となる。特に大サイズのワークの研磨作業についてはキャリアも大型化しその自重による歪みが生じ易くなるが、このような歪みを有効に防止することが可能となり、その結果、キャリアの歪みに因る偏研磨等の発生を効果的に防止することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１〜図２は、本発明に係る両面研磨装置の一例を斜視図および正面図（一部断面図）で示している。これらの図に示す両面研磨装置１０（以下、研磨装置１０と略す）は、ワークとして半導体チップの素材となるシリコンウエハＷ（以下、ウエハＷ）を研磨する例えばポリシング装置で、ウエハＷを保持するキャリア１２と、このキャリア１２を挟んで上下に配設される一対の研磨定盤１４，１６と、これらの駆動手段とを備えている。
【００２３】
キャリア１２は、図３に示すように、ウエハＷを保持するための上下方向に貫通する円形透孔１２ａを備えた円盤状の部材で、当実施形態では、キャリア１２の中心軸Ｏ２から等しい位置に中心を有する５つの透孔１２ａが同軸Ｏ２回りに等間隔で設けられている。
【００２４】
キャリア１２は、水平に、かつ前記中心軸Ｏ２回りに回転可能に支持されており、後記モータ２６により駆動されるとともに、研磨装置１０の固定フレーム１に対して水平方向に移動可能に支持されている。
【００２５】
詳しく説明すると、研磨装置１０には、ガイド部材３０を介して可動フレーム２２が前記固定フレーム１に対して水平方向（図３では左右方向）に移動可能に支持されている。この可動フレーム２２には、下側の研磨定盤１６を挿入するための上下方向に貫通する円形の作業孔２２ａが設けられており、この作業孔２２ａと同軸に、円環状のキャリアホルダ２０がベアリング２４を介して鉛直軸回りに回転可能に支持されている。このキャリアホルダ２０にも可動フレーム２２に設けられている作業孔２２ａと同径の作業孔２０ａが設けられている。そして、このキャリアホルダ２０に対して前記キャリア１２が同心上に固定されている。
【００２６】
キャリアホルダ２０の外周面にはギア（図示省略）が一体に刻設されており、前記可動フレーム２２には、このギアに噛合するギア２８と、このギア２８を駆動するモータ２６とが一体に搭載されている。この構成により、モータ２６が作動するとその回転駆動力によりキャリア１２が中心軸Ｏ２回りにキャリアホルダ２０と一体に回転し、また、固定フレーム１に対して可動フレーム２２を移動させると、キャリア１２がモータ２６等の駆動機構と共に一体に固定フレーム１に対して水平方向に移動するようになっている。当実施形態では、この可動フレーム２２，ガイド部材３０等によって本発明に係るの移動機構が構成されている。
【００２７】
図示を省略するが、固定フレーム１には、可動フレーム２２を固定するためのロック機構が設けられており、このロック機構により可動フレーム２２を固定フレーム１に対して任意の位置で固定できるように構成されている。
【００２８】
なお、キャリア１２は、キャリアホルダ２０に対して脱着可能に構成されており、ウエハＷのサイズに応じて交換できるようになっている。すなわち、キャリア１２としては、サイズの異なるウエハＷに対応した透孔１２ａをもつ複数種類のキャリア１２が準備されており、これらキャリア１２の中からウエハＷのサイズに対応したキャリア１２が選択的にキャリアホルダ２０に固定されるようになっている。キャリアホルダ２０に対するキャリア１２の固定は、図３及び図４に示すように、キャリア１２をキャリアホルダ２０に重ね合わせ、キャリアホルダ２０の周縁部に設けられる固定ピン３８をキャリア１２の周縁部に設けられる固定孔１２ｂに挿入し、さらに後述するテンション機構によりキャリア１２をキャリアホルダ２０に対して張設することにより行う。なお、キャリア１２の各固定孔１２ｂにはスリーブ３７が挿入され、このスリーブ３７にナット部材３９が螺合装着されることにより各固定孔１２ｂに対してスリーブ３７が予め装着されている。そして、このスリーブ３７に前記固定ピン３８が挿入されることにより、固定孔１２ｂの補強、つま固定ピン３８に対する接触面積を広げて面圧を下げ、キャリア張設時の固定ピン３８の圧接や、研磨時にキャリア１２に働く駆動反力により固定孔１２ｂが変形するのを防止するようになっている。
【００２９】
図４は、前記テンション機構の構成を概略的に示している。同図に示すように、前記キャリアホルダ２０には、揺動ピン４０ａに支持され、この揺動ピン４０ａを支点として作業孔２０ａの径方向（図４の左右方向）に揺動するピン支持部材４０が設けられており、このピン支持部材４０に前記固定ピン３８が立設されている。このピン支持部材４０は、キャリアホルダ２０に埋設された圧縮バネ４２の弾発力により前記作業孔２０ａに対してその径方向内側から外側（図４では右側から左側）に向って付勢されている。また、キャリアホルダ２０においてこのピン支持部材４０よりも外側には、ボルト４３の回転操作に伴い上下方向に移動し、かつ内側面（ピン支持部材４０に対向する面）にテーパ面４４ａを備えたカム部材４４が設けられており、内外両側にＲ面をもつ連結部材４１が前記ピン支持部材４０とカム部材４４の前記テーパ面４４ａとの間に介設されている。すなわち、ボルト４３を回してカム部材４４を上下方向に移動させ、テーパ面４４ａに当接する連結部材４１の当たり位置を変えることにより、ピン支持部材４０と固定ピン３８とが一体的に前記径方向に移動するようになっている。例えば、図４に示す状態から、カム部材４４を上に移動させると（図中の実線矢印方向）、連結部材４１が左方向に移動するとともに圧縮バネ４２の弾発力によりピン支持部材４０と固定ピン３８とが一体的に前記揺動ピン４０ａ回りに揺動し、その結果、固定ピン３８が前記径方向外側に移動する（図中の破線矢印方向）。このように該固定ピン３８がキャリア１２に係合した状態で径方向外側に移動することによりキャリア１２に対してその中心から径方向外側に向って張力が与えられ、キャリアホルダ２０に対してキャリア１２が圧縮バネ４２の弾発力により張設される。
【００３０】
なお、当実施形態では、キャリアホルダ２０の周方向に１０個の固定ピン３８を等間隔に並べ、各固定ピン３８を前記径方向に個別に変位させるようにテンション機構が構成されているが、テンション機構の構成は、キャリアホルダ２０を張設できれば上記の構成以外のものであってもよい。
【００３１】
前記研磨定盤１４，１６は、図１に示すように、キャリア１２を挟んで上下に研磨面１４ａ，１６ａが対向する状態で配設されている。各研磨定盤１４，１６は、同一形状の円形研磨面１４ａ，１６ａを有し、それぞれ同心上に配され、前記キャリア１２の中心軸Ｏ２と並行な中心軸Ｏ１（図２，図３参照）回りに回転可能な状態で研磨装置１０の前記固定フレーム１に支持されている。図示を省略するが、各研磨面１４ａ，１６ａには同面と略同一形状の円形の研磨パッドが固定されており、この研磨パッドによりウエハＷが研磨されるようになっている。
【００３２】
これら研磨定盤１４，１６のうち、下側の研磨定盤１６（以下、適宜下定盤１６という）は、図２に示すように、前記可動フレーム２２の下側から作業孔２０ａ，２２ａに挿入されることにより前記キャリア１２の真下に研磨面１６ａが位置しており、固定フレーム１に取付けられたモータ５０により中心軸Ｏ１回りに回転駆動されるようになっている。なお、図１は、便宜上、下定盤１６等を可動フレーム２２の下側にずらした状態で図示している。
【００３３】
一方、上側の研磨定盤１４（以下、適宜上定盤１４という）は、中心軸Ｏ１回りに回転駆動されるとともに、前記下定盤１６に対して昇降駆動されるように構成されている。すなわち、前記上定盤１４の上部には垂直方向に延びる支持軸５２が回転可能に連結されており、この支持軸５２が前記固定フレーム１に固定された加圧機構６０の作動軸６２の先端（下端）に相対回転可能な状態で連結されている。また、支持軸５２にギア５８が装着され、このギア５８が固定フレーム１に回転可能に保持されるとともに、前記支持軸５２に対して垂直方向の相対的な移動が可能で、かつ相対回転が阻止されるようにスプラインで結合されている。さらに前記固定フレーム１にモータ６４が固定され、このモータ６４の出力軸に装着されたギア６６が前記ギヤ５８に噛合している。そして、加圧機構６０による前記作動軸６２の進退に伴い図２に示す作業位置、すなわちキャリア１２に保持されたウエハＷに上定盤１４の研磨面１４ａが接触する位置と、この位置から上昇した待避位置（図１に示す位置）とに亘って上定盤１４が昇降駆動されるとともに、前記モータ６４によりギア６６，５８等を介して上定盤１４が回転駆動されるようになっている。
【００３４】
上定盤１４の前記支持軸５２の途中部分には、研磨液の送液管５６が連結されており、研磨処理中には、この送液管５６および上定盤１４内の送液通路を通じて上定盤１４からウエハＷに研磨液が供給されるようになっている。なお、送液管５６は、図２に示すように支持軸５２に相対回転可能に外嵌装着されたロータリージョイント５４を介して連結されており、研磨液はこのロータリージョイント５４と支持軸５２との間に形成されるトロイダル状の液溜部に一端貯溜されながら支持軸５２に形成される導入孔を介して送液通路内に導入されるように構成されている。これにより回転駆動される支持軸５２に対して研磨液の導入が可能となっている。
【００３５】
なお、この研磨装置１０では、上述のように可動フレーム２２を固定フレーム１に対して移動させることで、キャリア１２を研磨定盤１４，１６に対して移動させることが可能となるが、ここで、可動フレーム２２は、研磨定盤１４，１６の中心軸Ｏ１とキャリア１２の中心軸Ｏ２とが一致する基準位置と、図３に示すように研磨定盤１４，１６の中心軸Ｏ１に対してキャリア１２の中心軸Ｏ２が偏心する位置（偏心位置）であって、その偏心距離Ｏｆが最大サイズのウエハＷの半径（研磨対象としてキャリア１２に保持されるウエハＷのうち最大サイズのものの半径）に等しくなる位置とに亘ってキャリア１２を移動させ得るように構成されている。例えば、当実施形態では、研磨対象ウエハＷの最大サイズは直径３００ｍｍであって、従って、可動フレーム２２は、キャリア１２の偏心距離Ｏｆが０ｍｍ〜１５０ｍｍとなる範囲内で該キャリア１２を任意に移動させ得るように構成されている。
【００３６】
また、各研磨定盤１４，１６は、前記偏心距離Ｏｆが最大サイズのウエハＷの半径と等しい距離に設定されたときのキャリア１２の回転に伴うウエハＷの移動軌跡が研磨面１４ａ，１６ａ内に位置し得るようにそのサイズ（直径）が設定されている。
【００３７】
次に、この研磨装置１０を使ったウエハＷの研磨方法とその作用効果について説明する。
【００３８】
まず、事前準備として、上定盤１４を図２に示す状態から上昇させた待避位置に保持し、この状態で、研磨対象となるウエハＷに対応するキャリア１２をキャリアホルダ２０に固定する。キャリア１２の固定は、キャリア１２の各固定孔１２ｂに予めスリーブ３７を装着し、ナット部材３９をこのスリーブ３７に螺合装着した状態で、上述したようにキャリア１２をキャリアホルダ２０に重ね合わせ、キャリアホルダ２０の固定ピン３８をキャリア１２の固定孔１２ｂ（スリーブ３７）に挿入し、テンション機構の前記ボルト４３を回してキャリア１２を張設することにより行う。なお、キャリア１２の取外しは、これと逆の手順で行うことができる。
【００３９】
次に、上記ロック機構を解除して、研磨定盤１４，１６に対してキャリア１２が偏心する位置、詳しくは研磨定盤１４，１６の中心軸Ｏ１に対するキャリア１２の中心軸Ｏ２の偏心距離ＯｆがウエハＷの半径に等しくなるように可動フレーム２２を移動させ、その位置で可動フレーム２２をロックして固定フレーム１に対して固定する（図３に示す状態）。
【００４０】
以上の準備作業が完了した後、キャリア１２の各透孔１２ａにウエハＷをセットし、前記退避位置からウエハＷの上面に研磨面１４ａが当接する作業位置まで上定盤１４を下降させる。このように上定盤１４を作業位置にセットすると、図２に示すようにキャリア１２に保持されたウエハＷが研磨定盤１４，１６により上下両側から所定圧力で挟まれた状態となる。
【００４１】
次に、送液管５６を介してウエハＷに研磨液を供給するとともに、研磨定盤１４，１６およびキャリア１２を回転駆動し、これによりウエハＷを上下両側から同時に研磨する。この際、上定盤１４と下定盤１６とを互いに逆回転で駆動する。
【００４２】
このようにすると、各ウエハＷが透孔１２ａ内で自転しながら中心軸Ｏ２の回りを公転するとともに、研磨定盤１４，１６に対してはその径方向に各ウエハＷが移動することとなり、これによって各ウエハＷの上下両面が平坦に加工されることとなる。
【００４３】
この際、上記のように研磨定盤１４，１６対するキャリア１２の偏心距離ＯｆがウエハＷの半径に等しい距離に設定されていることにより、研磨面１４ａ，１６ａに固定される研磨パッドの偏摩耗が効果的に防止されることとなる。この点につき図面を使って詳細に説明すると、例えば、研磨定盤１４，１６とキャリア１２とが同軸状に配置されている場合には、研磨作業中、キャリア１２に保持されたウエハＷは、研磨定盤１４，１６に対してその径方向同一箇所、すなわち中心軸Ｏ１からウエハＷの中心までの距離が等しい位置に存在する。そのため全ウエハＷは、研磨定盤１４，１６の回転方向に重複して存在していることとなり、図５（ａ）に示すように、両定盤１４，１６には常に全ウエハＷが回転方向に重複して存在する円環状の領域Ｅａが生じることとなる（編み目の部分）。つまり、この領域Ｅａは、それ以外の領域に比べて摩耗が進行し易く、同図（ａ´）に示すように研磨定盤１４，１６の研磨パッドに偏摩耗が発生すると見られる。なお、同図中、研磨定盤１４，１６の空白部分は、研磨面１４ａ，１６ａのうちウエハＷが接触しない領域を示している。
【００４４】
図５（ｂ）は、研磨定盤１４，１６に対してキャリア１２を偏心させ、その偏心距離ＯｆをウエハＷの半径よりも小さい値に設定した場合である。この場合、同図に示すように、幅は幾分小さいものの前記円環状の領域Ｅａは依然として存在しており、従って、研磨面１４ａ，１６ａの研磨パッドには依然偏摩耗が発生し易いと見られる（同図（ｂ´）参照）。なお、同図中、斜線部分は、上記領域Ｅａ以外でウエハＷが接触する領域を示しており、二点鎖線で示すウエハＷは、研磨定盤１４，１６に対してウエハＷが最も径方向内側にあるときの存在位置（存在領域）と最も径方向外側にあるときの存在位置とを並べて示したものである（図５（ｃ）についても同じ）。
【００４５】
これらに対し、キャリア１２を両定盤１４，１６に対して偏心させ、かつその偏心距離ＯｆをウエハＷの半径と等しい距離に設定した場合には、図５（ｃ）に示すように、研磨定盤１４，１６に対して常に全ウエハＷが回転方向に重複して存在するような領域は存在せず、研磨面１４ａ，１６ａに対するウエハＷの接触領域が両定盤１４，１６の回転半径方向に分散されることとなる。つまり、キャリア１２の回転に伴い、各ウエハＷは、一のウエハＷが研磨定盤１４，１６の半径方向において最も内側に位置するときに同方向において最も外側に位置するウエハＷの存在領域が前記最も内側に位置するがウエハＷの存在領域よりも半径方向外側に位置するような軌跡で研磨面１４ａ，１６ａに対して接触することとなる。従って、研磨面１４ａ，１６ａに貼付けられた研磨パッドの偏摩耗が効果的に防止されることとなる（同図（ｃ´）参照）。
【００４６】
このようにして両定盤１４，１６およびキャリア１２を駆動しながら例えば一定の時間だけウエハＷの研磨処理が経過すると、両定盤１４，１６およびキャリア１２の駆動を停止し、上記と逆の手順でキャリア１２からウエハＷを取り外し、これによりウエハＷの研磨処理が終了する。
【００４７】
以上のような研磨装置１０によると、研磨定盤１４，１６に対してキャリア１２を偏心させ、かつその偏心距離ＯｆをウエハＷの半径に等しい距離に設定した状態で研磨作業を実装することにより、上述したように研磨パッドの偏摩耗を効果的に抑えることができる。そのため、ウエハＷを良好に加工しながらも研磨パッドの交換頻度を低減することが可能となり、従来のこの種の両面研磨装置に比べて研磨パッドに要するコストを低減することが可能となる。また、研磨パッドの交換頻度を低減できる分だけ研磨装置１０の実質的な稼働時間を延ばすことができ、これによって生産性を高めることができるという効果もある。
【００４８】
しかも、この研磨装置１０では、キャリア１２が交換可能に構成され、さらに両定盤１４，１６に対して可動フレーム２２を移動させることにより上記偏心距離Ｏｆを変更できるように構成されているので、キャリア１２の偏心距離Ｏｆを、対象となるウエハＷの半径に等しい距離に設定することによって合理的に研磨作業を進めることができるという効果もある。すなわち、キャリア１２の偏心距離Ｏｆを最大サイズのウエハＷの半径に等しい値に固定しておけば、他のサイズのウエハＷについても上記と同様の効果を得ることが可能であるが、研磨対象となるウエアＷのサイズ毎に、前記偏心距離Ｏｆを当該サイズのウエハＷの半径に等しい値に変更するようにすれば、研磨面１４ａ，１６ａに対してウエハＷを中心軸Ｏ１に可及的に近い領域で接触させることが可能となる。従って、上記のような効果を得ながらも、研磨面１４ａ，１６ａに貼付ける研磨パッドの面積を必要最小限に抑えることができる。
【００４９】
また、この研磨装置１０では、上記のようにキャリアホルダ２０にテンション機構が組込まれ、キャリア１２を径方向外側に向って張設した状態でキャリアホルダ２０に固定するように構成されているので、キャリア１２の歪みを良好に防止することができる。従って、このようなキャリア１２の歪みに起因した偏研磨等のトラブルの発生をより確実に防止することが可能になるという利点もある。
【００５０】
なお、研磨定盤に対して全ウエハＷが回転方向に重複して存在する領域を無くして研磨パッドの偏摩耗を抑えるという上記の作用効果は、従来のこの種の装置、すなわちキャリアを複数の偏心アームにより支持し、上下定盤の間でキャリアを旋回させる装置（従来技術で説明した特許文献１，２）についても、例えば偏心アームの偏心距離をウエハＷのサイズとの関係で特定の距離に設定することにより得ることが可能になると考えられる。
【００５１】
しかしながら、実施形態の研磨装置１０によると、上述したような装置構成を採用している結果、従来の装置に比べると省スペース化の上で有利であり、また、ウエハＷのサイズ変更に対しても簡単、かつ速やかに対応できるとう利点がある。すなわち、従来装置では、キャリア（キャリアホルダ）を旋回駆動するため、その分、キャリア周囲（全周）には広いスペースが必要となるが、これに対して上記の研磨装置１０は、キャリア１２をその中心軸Ｏ２回り回転駆動する構成なので、キャリア１２の周囲にはさほど広いスペースは必要なく、偏心距離Ｏｆを変更すべくキャリア１２を移動させ得るだけの僅かなスペースがキャリア１２の特定の方向（図３では左右方向）にあればよい。従って、上記研磨装置１０によると、従来装置に比べて省スペース化を図る上で有利となる。
【００５２】
また、従来装置では、ウエハのサイズ変更に対応するには、キャリアを対応サイズのものに交換した上で、さらに偏心アームを対応サイズのものに交換することが必要となる上、このような偏心アームの交換は、キャリアホルダや駆動用のベルトの脱着を伴うためウエハのサイズ変更に対応するには過大な労力と時間が必要となる。これに対して上記の研磨装置１０は、キャリア１２を対応サイズのものに交換し、可動フレーム２２をスライドされるだけでウエハＷのサイズ変更に対応することが可能であり、キャリアホルダ２０や駆動系統の取外しは一切必要ない。従って、ウエハＷのサイズ変更に簡単、かつ速やかに対応することができる。また、従来装置では、キャリアの偏心距離を変更するためにウエハのサイズに対応した交換用の偏心アームを何種類も準備、保管する必要があるが、上記研磨装置１０では可動フレーム２２を移動させるだけで偏心距離を変更できるため、そのような保管、管理の手間が不要であるという利点もある。
【００５３】
ところで、以上説明した研磨装置１０およびこれを使ったウエハＷの研磨方法は本発明に係る両面研磨装置および研磨方法の好ましい実施形態であって、その具体的な装置構成や研磨方法は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば以下のような態様を採ることもできる。
【００５４】
例えば、実施形態の研磨方法では、両定盤１４，１６（中心軸Ｏ１）対するキャリア１２（中心軸Ｏ２）の偏心距離ＯｆをウエハＷの半径に等しい距離に設定した状態で研磨作業を行うように構成しているが、偏心距離ＯｆをウエハＷの半径よりも大きい値に設定して研磨作業を行うようにしてもよい。つまり、図５を用いて説明したように、両定盤１４，１６に対して全ウエハＷが回転方向に重複して存在する領域Ｅａは、偏心距離ＯｆがウエハＷの半径以上であれば生じなくなる。従って、ウエハＷが作業中に両定盤１４，１６からはみ出さない範囲であれば、偏心距離Ｏｆを任意に設定することにより上記効果、つまり研磨パットの偏摩耗防止効果を得ることができる。
【００５５】
また、実施形態の研磨装置１０では、サイズの異なる複数種類のウエハＷに対応できるように、キャリアホルダ２０に対してキャリア１２が交換可能に構成されるとともに、キャリアホルダ２０が両定盤１４，１６に対して水平方向に変位可能に構成されているが、勿論、特定サイズのウエハＷのみを対象とする場合には、これらの構成を省略すればよい。
【００５６】
なお、上記の実施形態では、半導体チップの素材となるシリコンウエハＷを研磨する例えばポリシング装置に本発明の両面研磨装置および研磨方法を適用した例について説明したが、本発明に係る両面研磨装置はこの他にも例えばラップ盤等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係る両面研磨装置の一例を示す斜視概略図である。
【図２】本発明に係る両面研磨装置を示す正面図（一部断面図）である。
【図３】研磨定盤とキャリアとの位置関係を説明するキャリアホルダ等の平面概略図である。
【図４】テンション機構の構成を示すキャリアホルダの断面図である。
【図５】研磨定盤とウエハとの接触領域との関係を示す図で、（ａ）は研磨定盤の中心に対するキャリアの中心の偏心距離が「０」のとき、（ｂ）同偏心距離が「０」より大きくウエハの半径よりも小さい範囲で設定されたとき、（ｃ）同偏心距離がウエハの半径と等しい値に設定されたときの状態をそれぞれ示し、（ａ´）〜（ｃ´）はそれぞれ（ａ）〜（ｃ）における研磨面の磨耗状態を断面で模式的に示している。
【符号の説明】
【００５８】
１０  研磨装置
１２  キャリア
１２ａ  透孔
１４，１６  研磨定盤
１４ａ，１６ａ  研磨面
２０  キャリアホルダ
２２  可動フレーム
２６  モータ
２８  ギア
Ｗ  ウエハ
Ｏ１，Ｏ２  中心軸
Ｏｆ  偏心距離
【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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