(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨布が展張される研磨定盤と、
この研磨定盤に対向配置された研磨ヘッドと、
この研磨ヘッドに取り付けられて、複数枚の半導体ウェーハが貼着されるキャリアプレートとを備え、
これらの半導体ウェーハのそれぞれは、上記キャリアプレートの中心点をその中心とし所定の半径を有する第１の仮想円に内接して配置され、
この際、各半導体ウェーハの中心点同士を結んで第２の仮想円とし、
上記研磨布に研磨液を供給しながら、上記キャリアプレートの中心部に中心荷重を作用させ、このキャリアプレートの外周部に外周荷重を作用させて上記半導体ウェーハを研磨する半導体ウェーハの研磨装置において、
上記キャリアプレートの外周荷重の半径方向における荷重中心位置を、上記第１の仮想円と上記第２の仮想円との略中間位置とした半導体ウェーハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの研磨装置、詳しくは半導体ウェーハの平坦度の向上が図れる半導体ウェーハの研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面がエッチングされたシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）は、次工程であるポリッシング工程において、その表面が機械的化学的研磨される。ここでは、研磨装置により、このウェーハ表面が平滑で無歪の鏡面に仕上げられる。
研磨装置は、上面に研磨布が展張された研磨定盤と、複数枚のシリコンウェーハがワックス貼着された研磨ヘッドとを備えている。
研磨ヘッドの下面には、金属製、セラミック製、またはガラス製の円板形状をしたキャリアプレートが着脱可能に固定されている。シリコンウェーハは、このプレートの裏面に配置されている。具体的には、キャリアプレートの中心点から半径方向に所定距離だけ離間した仮想円（第１の仮想円）に内接して配置されている。
この研磨装置によるウェーハ研磨時には、研磨定盤上の研磨布に焼成シリカやコロイダルシリカ（シリカゾル）などの研磨砥粒を含む研磨液（スラリー）を供給しながら、研磨布と半導体ウェーハとの間に所定の荷重および相対速度を与えて研磨を行う。
【０００３】
ところで、従来の研磨装置として、研磨時に、キャリアプレート全体（主にプレート中心部）に油圧で研磨荷重をかける装置が知られている。また、これとは別に、研磨時に、キャリアプレートの中心部に油圧による中心荷重（変化する研磨荷重）をかけ、しかもプレート外周部に、おもりによる外周荷重（一定の静荷重）をかける装置も知られている。
前者の装置によれば、研磨時、キャリアプレートの中心部に荷重集中による研磨定盤側へ向かった突出変形が発生しやすかった。このため、キャリアプレートに貼着されたシリコンウェーハは、プレート中心側が薄く、プレート外周側が厚い、いわゆるウェーハ全体が断面テーパ形になる傾向にあった。この結果、ＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ  Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）や、ＳＢＩＲ（Ｓｉｔｅ  Ｂａｃｋ−ｓｉｄｅ  Ｉｄｅａｌ  Ｒａｎｇｅ）で示されるウェーハの平坦度が低下するという課題があった。
これに対して、後者の研磨装置は、このようなキャリアプレートの中心部にかかった荷重集中による突出変形を、このプレートの中心部と外周部との荷重バランスを調整することにより解消させる目的で開発されたものである。以下、この後者の従来装置を、図４〜図６を参照して詳細に説明する。
【０００４】
図４は、従来手段に係る半導体ウェーハの研磨装置を用いたウェーハ研磨中の研磨ヘッド部分の拡大断面図である。図５は、従来手段に係るウェーハ研磨中の研磨ヘッドの外周部にかかる荷重域および第１，第２の仮想円を示す説明図である。図６は、従来手段に係る研磨時のキャリアプレートの変形状態を示す説明図である。
図４に示すように、従来の半導体ウェーハの研磨装置に用いられた研磨ヘッド１００は、円盤状のヘッド本体１０１を有している。このヘッド本体１０１の外周部下面には、厚肉な環状フランジ１０１ａが一体形成されている。環状フランジ１０１ａの下端面には、Ｏリング１０２を介して、セラミック製のキャリアプレート１０３が着脱可能に固着されている。このプレート１０３の裏面（下面）には、４枚のシリコンウェーハＷがワックスにより貼着されている。なお、それぞれのシリコンウェーハＷは、キャリアプレート１０３の中心点から所定距離だけ離間した第１の仮想円ａに内接した状態で、９０度ごとに離間して貼着されている（図５参照）。
【０００５】
一方、このキャリアプレート１０３の中心部一帯の上面は、円板状のセンター押圧治具１０５に固着されている。このセンター押圧治具１０５の中心部上には、ヘッド本体１０１の貫通孔１０１ｂを介して、その上方に配設されたヘッド駆動部（図外）側に延びるセンター押し用シャフト１０６の下端が固着されている。また、ヘッド本体１０１の上面には、２枚の円板形状のおもり１０７が搭載されている。
なお、図４において、１０４は研磨定盤である。１０７ａはおもり１０７の中央部に穿孔されて、センター押し用シャフト１０６が遊挿された貫通孔である。１０９はこの研磨定盤１０４上に展張された研磨布である。
【０００６】
このような構造を有する研磨装置は、そのウェーハ研磨時に、センター押圧治具１０５を介して、このセンター押し用シャフト１０６からプレート中心部に油圧により作用された中心荷重と、このプレート１０３の外周部に作用された外周荷重との荷重バランスをとってシリコンウェーハＷを研磨する。なお、外周荷重は、２個のおもり１０７による静荷重である。
これにより、上述したそれまでの研磨装置の欠点、すなわちキャリアプレート全体に油圧だけを使って研磨荷重をかける従前装置の欠点であった、プレート中心部の突出変形を防ぐことができる。この結果、研磨後、シリコンウェーハＷのテーパ状となる変形を防止することができ、よってウェーハの平坦度を高めることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来技術の研磨装置では、図６に示すように、研磨中、キャリアプレート１０３には、そのプレート中心部に中心荷重がかけられた状態のまま、プレート外周部に外周荷重がかけられていた。
この際、図４，図５に示すように、そのキャリアプレート１０３の外周荷重のプレート半径方向における荷重中心円（荷重中心位置）ｘは、上記第１の仮想円ａより外側に存在していた（図５の斜線範囲はキャリアプレート１０３上における外周荷重の作用範囲）。この結果、キャリアプレート１０３には、その半径方向の中間部分を中心にしたアーチ状の変形力（たわみ力）がかかっていた（図６参照）。
【０００８】
しかも、この変形力により、研磨時にキャリアプレート１０３と研磨布１０９とが摺接しない、シリコンウェーハＷ間の空白域１０８が比較的大きくなる傾向にあった。よって、キャリアプレート１０３は、それぞれの空白域１０８を中心に大きく変形してしまい、これが原因で各シリコンウェーハＷの外周部のうち、第１の仮想円ａと内接する位置の両側部分にダレｗ１が起きやすいという問題点があった。この結果、ＴＴＶ，ＳＢＩＲなどのウェーハ表面の平坦度が低下していた。
なお、図６中、キャリアプレート１０３のたわみ量δは、このキャリアプレート１０３を片持ち梁と仮定し、かつ、このプレート１０３にかかる荷重も、単位長さにかかる分布荷重ではなく、一点に集中する集中荷重であると仮定した場合において、プレート中心点から荷重中心円ｘまでの距離Ｌの３乗に比例する。
【０００９】
そこで、これらの発明者らは、キャリアプレートのたわみ量が、キャリアプレート中心点から荷重中心位置までの距離の３乗に比例することに着目し、これを利用して、外周荷重の荷重中心位置を、従来よりキャリアプレートの中心側へ移動させれば、このキャリアプレートのたわみが小さくなって、研磨後のウェーハの平坦度も高められることを知見し、この発明を完成させるに至った。
【００１０】
【発明の目的】
そこで、この発明は、ウェーハ表面の平坦度を向上させることができる半導体ウェーハの研磨装置を提供することを、その目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、研磨布が展張される研磨定盤と、この研磨定盤に対向配置された研磨ヘッドと、この研磨ヘッドに取り付けられて、複数枚の半導体ウェーハが貼着されるキャリアプレートとを備え、これらの半導体ウェーハのそれぞれは、上記キャリアプレートの中心点をその中心とし所定の半径を有する第１の仮想円に内接して配置され、この際、各半導体ウェーハの中心点同士を結んで第２の仮想円とし、上記研磨布に研磨液を供給しながら、上記キャリアプレートの中心部に中心荷重を作用させ、このキャリアプレートの外周部に外周荷重を作用させて上記半導体ウェーハを研磨する半導体ウェーハの研磨装置において、上記キャリアプレートの外周荷重の半径方向における荷重中心位置を、上記第１の仮想円と上記第２の仮想円との略中間位置とした半導体ウェーハの研磨装置である。
【００１２】
研磨装置は、複数枚の半導体ウェーハを研磨ヘッドに取り付けられたキャリアプレートにワックス貼着するタイプのものであれば限定されない。このキャリアプレートに貼着される半導体ウェーハの枚数も２枚以上であれば限定されない。
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ，ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられる。研磨布としては、例えば硬質ウレタンパッド，ＣｅＯ２パッドなどが挙げられる。
研磨液としては、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ（研磨砥粒）、アミン（加工促進材）および有機高分子（ヘイズ抑制材）などを混合したものが採用することができる。コロイダルシリカとは、珪酸微粒子の凝集が起こらないで一次粒子のまま水中に分散した透明もしくは不透明の乳白色のコロイド液を形成して存在する。
【００１３】
キャリアプレートの外周荷重の半径方向における荷重中心位置は、接着ウェーハの外接円より内側で、そのウェーハ中心を通る円より外側の位置である。特に上記第１の仮想円と上記第２の仮想円との略中間位置とである。この荷重中心位置が第１の仮想円よりプレート外側であれば、ウェーハの外周近くの周辺にダレが発生し易くなる。
また、この荷重中心位置が第２の仮想円よりプレート中心側であれば、外周荷重と中心荷重のバランスで、ウェーハのテーパ調整がうまく働かなくなる。すなわち、中心荷重が強く働き、ウェーハがテーパになり易い。
【００１４】
【作用】
この発明の半導体ウェーハの研磨装置によれば、研磨液を供給しながら、半導体ウェーハの研磨面を研磨布により表面研磨する。このとき、キャリアプレートの第２の荷重の半径方向における荷重中心位置（集中荷重の着力点）は、第１の仮想円より内側で、かつ第２の仮想円より外側に、特に上記第１の仮想円と上記第２の仮想円との略中間位置に配置されている。
すなわち、この荷重中心位置は、従来のプレート外周部荷重位置に比べて、キャリアプレートの中心点に近づく（図３の本発明の距離Ｌ１と、図６の従来手段の距離Ｌとを対比）。
この結果、キャリアプレートのたわみが従来よりも小さくなり、これに貼着された半導体ウェーハの研磨後の変形量が従来よりも小さくなる。よって、半導体ウェーハ表面の平坦度（ＴＴＶなど）が高まる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１はこの発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置を用いたウェーハ研磨中の研磨ヘッド部分の拡大断面図である。図２はこの発明の一実施例に係るウェーハ研磨中の研磨ヘッドの外周部にかかる荷重域および第１，第２の仮想円を示す説明図である。図３はこの発明の一実施例に係る研磨時のキャリアプレートの変形を示す説明図である。
【００１６】
図１において、１０はバッチ式の研磨装置であり、この研磨装置１０は、表面に硬質ウレタンパッド製の研磨布１１が展張された研磨定盤１２と、この上方に配設された研磨ヘッド１３とを備えている。研磨ヘッド１３は、円盤状のヘッド本体１４を有している。このヘッド本体１４の外周部下面には、厚肉な環状フランジ１４ａが一体形成されている。環状フランジ１４ａの下端面には、Ｏリング１５を介して、セラミック製のキャリアプレート１６が着脱可能に固着されている。このプレート１６の裏面には、４枚のシリコンウェーハＷがワックスにより貼着されている。なお、それぞれのシリコンウェーハＷは、キャリアプレート１６の中心点から半径方向に所定距離だけ離間した第１の仮想円ａに内接して、かつ周方向へ９０度ごとに離間して貼着されている（図２参照）。
【００１７】
一方、このキャリアプレート１６の中心部一帯の上面には、円板状のセンター押圧治具１７が取り付けられている。センター押圧治具１７の中心部上には、ヘッド本体１４の貫通孔１４ｂを介して、その上方に配設されたヘッド駆動部（図外）側へと延びるセンター押し用シャフト１８の下端が固着されている。このヘッド本体１４の上面には、２枚の円板形状をしたおもり１９が設けられている。
なお、図１において、１９ａはおもり１９の中央部に穿孔されて、センター押し用シャフト１８を遊挿するための貫通孔である。
【００１８】
次に、この研磨装置１０を用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。
図１，図２に示すように、まず４枚のシリコンウェーハＷを、第１の仮想円ａに内接して、キャリアプレート１６の裏面に９０度ごとにワックス貼着する。その後、このキャリアプレート１６を、研磨ヘッド１３のヘッド本体１４の環状フランジ１４ａの下縁面と、センター押圧治具１７の裏面とに固着する。
そして、研磨時には、研磨液を供給しながら、上面に研磨布１１が展張された研磨定盤１２上で、シリコンウェーハＷの研磨面を研磨布１１により表面研磨する。
【００１９】
この研磨装置１０は、ウェーハ研磨時、センター押し用シャフト１８からセンター押圧治具１７を介してキャリアプレート１６の中心部分にかけられた油圧による中心荷重と、２個のおもり１９によるキャリアプレート１６の外周部にかけられた外周荷重との荷重バランスをとって、このシリコンウェーハＷを研磨する。この結果、研磨後、シリコンウェーハＷのテーパ状となる前述した変形を防止することができる。
しかも、このとき外周荷重の荷重中心位置としての荷重中心円ｘ１が、このプレート１６の中心点から半径方向に所定距離だけ離間した第１の仮想円ａと、各シリコンウェーハＷの中心点同士を結んだ第２の仮想円ｂとの間（この実施例ではプレート半径方向における第１，第２の仮想円ａ，ｂの略中間位置）に配置されている。
【００２０】
これにより、この荷重中心円ｘ１は、従来の荷重中心円ｘ（図４，図５参照）に比較して、キャリアプレート１６の中心点に近くなる（図３の本発明の距離Ｌ１と、図６の従来手段の距離Ｌとを対比）。なお、図３に示すキャリアプレート１６のたわみ量δ１は、上述したようにプレート中心点から荷重中心円ｘ１までの距離Ｌ１の３乗に比例することから、図６に示すこのキャリアプレート１６のたわみ量δに比べて小さくなる。この結果、キャリアプレート１６に貼着されて研磨されたシリコンウェーハＷの平坦度（ＴＴＶ，ＳＢＩＲなど）が高まる。
なお、このようにしてキャリアプレート１６のたわみ量δ１が比較的小さくなったので、研磨時にキャリアプレート１６と研磨布１１とが摺接しない、シリコンウェーハＷ間の空白域２０も比較的小さくなる（図５の空白域１０８と対比のこと）。
【００２１】
【発明の効果】
この発明によれば、キャリアプレートの外周荷重の半径方向における荷重中心位置を、このプレートの中心点から所定距離だけ離間した第１の仮想円と各半導体ウェーハの中心点同士を結んだ第２の仮想円との略中間位置としたので、この荷重中心位置が、従来の同様の荷重位置に比較してキャリアプレートの中心側により近づく。この結果、半導体ウェーハ表面（研磨面）の平坦度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置を用いたウェーハ研磨中の研磨ヘッド部分の拡大断面図である。
【図２】  この発明の一実施例に係るウェーハ研磨中の研磨ヘッドの外周部にかかる荷重域および第１，第２の仮想円を示す説明図である。
【図３】  この発明の一実施例に係る研磨時のキャリアプレートの変形状態を示す説明図である。
【図４】  従来手段に係る半導体ウェーハの研磨装置を用いたウェーハ研磨中の研磨ヘッド部分の拡大断面図である。
【図５】  従来手段に係るウェーハ研磨中の研磨ヘッドの外周部にかかる荷重域および第１，第２の仮想円を示す説明図である。
【図６】  従来手段に係る研磨時のキャリアプレートの変形状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  半導体ウェーハの研磨装置、
１１  研磨布、
１２  研磨定盤、
１３  研磨ヘッド、
１６  キャリアプレート、
Ｗ  半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）、
ａ  第１の仮想円、
ｂ  第２の仮想円、
ｘ１  荷重中心円（荷重中心位置）。
【図１】
0003755709.tif 000002
【図２】
0003755709.tif 000003
【図３】
0003755709.tif 000004
【図４】
0003755709.tif 000005
【図５】
0003755709.tif 000006
【図６】
0003755709.tif 000007