(57)【要約】【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。【選択図】図３
2017092347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−３３５８７６号公報
【特許文献２】特開２０００−１１７６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【発明の効果】
【００２１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】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】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】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】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。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【符号の説明】
【００５４】
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
【図１】
2017092347.tif 000003
【図２】
2017092347.tif 000004
【図３】
2017092347.tif 000005
【図４】
2017092347.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月4日(2016.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記独立加圧方式の研磨ヘッドは、エアー加圧によって膨らんだ状態の単室構造のメンブレンを前記ウェーハの上面に接触させてウェーハの全面を加圧することにより、前記ウェーハを回転定盤上の研磨布に押し付けると共に、前記リテーナリングを当該研磨布に押し付け、
前記固定加圧方式の研磨ヘッドは、バックパットを介して剛体のベースをウェーハの上面に押し付けることにより、前記ウェーハを回転定盤上の研磨布に押し付けると共に、前記リテーナリングを当該研磨布に接触させないことを特徴とするウェーハ研磨方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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り、
前記独立加圧方式の研磨ヘッドは、エアー加圧によって膨らんだ状態の単室構造のメンブレンを前記ウェーハの上面に接触させてウェーハの全面を加圧することにより、前記ウェーハを回転定盤上の研磨布に押し付けると共に、前記第１のリテーナリングを当該第１の研磨布に押し付け、
前記固定加圧方式の研磨ヘッドは、バックパットを介して剛体のベースをウェーハの上面に押し付けることにより、前記ウェーハを回転定盤上の研磨布に押し付けると共に、前記第２のリテーナリングを当該研磨布に接触させないことを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月21日(2017.3.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記第２の研磨ステップは、前記第１の研磨ステップよりも前記ウェーハの研磨量が少ない仕上げ研磨であり、
前記独立加圧方式の研磨ヘッドは、エアー加圧によって膨らんだ状態の単室構造のメンブレンを前記ウェーハの上面に接触させてウェーハの全面を加圧することにより、前記ウェーハを回転定盤上の研磨布に押し付けると共に、前記リテーナリングを当該研磨布に押し付け、
前記固定加圧方式の研磨ヘッドは、バックパットを介して剛体のベースをウェーハの上面に押し付けることにより、前記ウェーハを回転定盤上の研磨布に押し付けると共に、前記リテーナリングを当該研磨布に接触させないことを特徴とするウェーハ研磨方法。
【請求項２】
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は２００〜１０００ｎｍであり、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５〜５０ｎｍである、請求項１に記載のウェーハ研磨方法。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。