JP2001291690A

JP2001291690A - 研磨装置及び方法

Info

Publication number: JP2001291690A
Application number: JP2001019020A
Authority: JP
Inventors: Etsuo Kiuchi; 悦男木内; Toshiyuki Hayashi; 俊行林
Original assignee: Mimasu Semiconductor Industry Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Current assignee: Mimasu Semiconductor Industry Co Ltd; Shin Etsu Handotai Co Ltd
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2001-10-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ワーク（ウェーハ等）の高効率、高精度鏡面加
工を可能とした研磨装置、研磨方法、ワークを効率的に
保持する新規なワーク保持盤及びワークを当該ワーク保
持盤へ高精度に接着することのできるワークの接着方法
を提供する。【解決手段】研磨定盤２９とワーク保持盤３８とを有し
ワーク保持盤３８に保持されたワークＷを研磨剤溶液を
流しつつ研磨する研磨装置２８であって、研磨動作時に
おける研磨定盤２９の定盤表面の法線方向での変形量及
び／又はワーク保持盤３８のワーク保持面の法線方向で
の変形量を１００μm以下に抑制するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワーク、例えばシ
リコンウェーハ（単にウェーハということがある）等の
高効率、高精度鏡面加工を可能とした研磨装置、研磨方
法、ワーク（例えばウェーハ等）を効率的に保持する新
規なワーク保持盤及びワークの当該ワーク保持盤への接
着方法に関する。

【０００２】

【関連技術】シリコンウェーハの大直径化とそれを用い
て製作されるデバイスの高精度化を反映して、研磨仕上
げされるシリコンウェーハ（研磨ウェーハ）の仕上げ精
度（厚さ均一性、平坦度、平滑性）に対する要求はます
ます高度化しつつある。

【０００３】このような要求を満たすため、ウェーハの
研磨加工技術の向上が計られると共に、研磨加工装置の
開発、改善がなされてきた。

【０００４】その一つとして、特に直径３００mm、ない
し、それ以上の大直径ウェーハの研磨を目的に、いわゆ
る枚葉式研磨装置が新たに開発され、一部は実用に供さ
れている。

【０００５】しかしながら、枚葉式研磨方法には生産
性の点でウェーハの価格低減への要求に対応が困難であ
り、最近のウェーハ周縁近傍（２mm以内）までの平坦
度の要求に十分対応できない、等の問題が生じてきた。

【０００６】一方、従来から広く用いられてきた複数枚
のウェーハを同時に研磨するバッチ式研磨装置では、図
１９に研磨作用に直接関与する部分の構成の概要を示し
たように、回転軸１７により所定の回転速度で回転され
る研磨定盤１０の上面に貼設された研磨布１６の表面
に、１枚ないしは複数枚のウェーハＷを接着等の手段に
よって回転シャフト１８によって回転せしめられるワー
ク保持盤１３の下面に保持して、例えば上部荷重１５を
用いることによってウェーハの被研磨面を所定の荷重で
押し付け、同時に研磨剤供給装置（図示せず）より研磨
剤供給用配管１４を通して所定の流量で研磨剤溶液（以
下スラリーということがある）１９を研磨布１６上に供
給し、この研磨剤溶液１９を介してウェーハＷの被研磨
面が研磨布１６表面と摺擦されてウェーハＷの研磨が行
われる。

【０００７】このバッチ式研磨装置は、ウェーハの大直
径化と共に装置が大型化し、研磨定盤やワーク保持盤の
自重や研磨圧による撓み、研磨による発熱に起因する熱
変形の他に、さらにこれらが回転する時の種々の機械的
ブレが原因による研磨定盤やワーク保持盤の変形、変動
によってウェーハの仕上げ精度が影響されるために、ウ
ェーハの仕上げ面の精度に対する要求を満足することが
困難となりつつある。

【０００８】このような課題に対処するため、研磨装置
の構造や材質、ならびに研磨装置の運転条件や研磨条件
について種々の創意工夫がなされてきた。例えば、装置
の構造、とくに（ａ）研磨定盤についてその熱変形を防
止するために、図２０に示すように、上面に研磨布１６
を貼付した上定盤１２の裏面に、冷却水Ｈを循環させる
ための多数の凹部２１を設けた下定盤２３を別体として
設けると共に、研磨圧力による変形防止のために定盤背
面にリブを設けること、さらに熱変形の抑制を効果的に
実施するため、例えば特開平７−５２０３４号公報や特
開平１０−２９６６１９号公報に示される如く、研磨定
盤構造と冷却水流路の配置に工夫がなされてきた。

【０００９】しかし、図２０に示した従来の研磨定盤１
０においては、例えば、ＳＵＳ４１０を上定盤１２と
し、それに冷却水流路を設けたＦＣ−３０の如き鋳鋼製
の下定盤２３とを上下に締結具１１等で締め付けて結合
させる構造が用いられていて、研磨動作時に上定盤の上
下両面間に生じる温度差が従来の研磨方法では３℃以
上、多いときには５℃以上となるために、上定盤の上面
は上下面の間に温度差のない場合の上面を基準面として
場所によっては１００μm以上の上下方向の高低差（変
形）が生じる不都合があった。

【００１０】また、 (ｂ)研磨定盤材料に熱膨張係数の
小さい（８×１０^-6／℃）材料を使用すること（ＷＯ９
４／１３８４７号公報）、セラミックスを用いて冷却水
の循環流路を内部のほぼ全域にわたって設けた一体構造
の研磨定盤（実開昭５９−１５１６５５号公報）等のほ
か、さらに(ｃ)ワーク保持盤についても、同様にウェー
ハ保持面の温度均一性を向上させる目的で温度制御用流
体を保持盤内部に循環させること（特開平９−２９５９
１号公報）が提案されてきた。

【００１１】又、研磨作用に伴なう発熱によるウェーハ
や研磨布の温度上昇を抑制するために、先述のワーク保
持盤や研磨定盤の冷却の他に、研磨作用面に直接供給す
る研磨剤溶液（通常コロイド状シリカの弱アルカリ性水
溶液が用いられる）にも冷却機能を持たせ、純粋に研磨
作用に必要な供給量以上の量を研磨布上に供給し、研磨
部位から排出された研磨剤溶液はコスト低減のために循
環使用することが行われてきた。

【００１２】しかしながら、従来の研磨装置の構成並び
に上述のような冷却方式では研磨中の研磨布表面の温度
は研磨開始から次第に上昇し、特にウェーハの被研磨面
と摺擦される部分ではその値は通常１０℃以上に達し、
その部分に相当する直下の研磨定盤の上面部分の温度も
３℃以上上昇する。

【００１３】一方、定盤下面部分の温度は冷却水による
温度上昇抑制の効果もあって、その温度変化は１℃以内
に抑制される。したがって、研磨定盤の上面と下面の間
のみならず研磨定盤上面の高温部分と低温部分の間にも
少なくとも３℃以上の温度差が生じ、このために生じる
熱変形によって定盤表面形状は温度差が存在しない場合
に対し表面の法線方向に１００μm以上変形変位する部
分が生ずる。

【００１４】さらに、ワーク保持盤もシリコンウェーハ
の大直径化に対応して大型化し、例えば、直径８インチ
ウェーハの研磨用のワーク保持盤ではその直径がおよそ
６００ｍｍとなり、それと共にワーク保持盤の重量も増
大してきた。

【００１５】したがって、研磨加工面における発熱によ
るワーク保持盤の熱変形のみならず自重による研磨時の
変形が問題となり、これを抑制するために、ワーク保持
盤の厚さを厚くしたり、或いはセラミック（シリコンカ
ーバイド、アルミナ）等の縦弾性係数の大きい材料を用
いて変形量を小さくすることが試みられてきた。

【００１６】また、従来のバッチ式研磨においては、例
えば図２１に示すごとく、研磨されるべきウェーハＷは
ワーク保持盤２０のワーク接着面２０ａに接着剤２２を
介して接着する方式が用いられてきた。

【００１７】その際、接着剤２２層中やウェーハ又はワ
ーク保持盤２０と接着剤２２との界面にエアーが残留し
ないようにすることが重要である。そのために図２１に
示したように加圧ヘッド２５の下面に下方に凸状に湾曲
するように設けられたエアバッグ２７を加圧シリンダー
２６によってウェーハＷの上面（接着される面と反対側
の面）に押し当て、ウェーハ被接着面の中心部から周縁
に向けて順次ワーク保持盤に押し付けることによって接
着部位のエアーをウェーハの外周縁部に向けて押し出す
ようにして接着される。しかし、このようなウェーハ加
圧用部材２４による押圧方法によって、ウェーハＷとワ
ーク保持盤との境界層におけるエアーは押し出される
が、他方接着剤層２２の厚さはウェーハ中心部で薄くな
りやすく、そのためにウェーハＷは撓んだ状態で接着さ
れるという不都合があった。

【００１８】従来、ウェーハの接着に用いられる接着剤
には研磨時の研磨剤溶液に対する耐性、非潤滑性、研磨
発熱によるウェーハ温度上昇を介しての接着剤温度上昇
による特性変化等の要因を考えて、天然ロジン、合成ロ
ジンエステル、蜜蝋、フェノールレジン等が用いられて
きたが、この種の接着剤による接着作用は、主として物
理接着機構に依存しており、接着は次の様にして行われ
る。すなわち接着剤を溶媒に溶解して接着面に塗布後、
溶媒を蒸発除去したのち加熱によって接着剤を軟化溶融
状態に保ちつつウェーハをワーク保持盤に所定の圧力で
押し付け、その後常温に冷却することによって接着剤が
固化して接着が行われる。

【００１９】このように接着工程において、ウェーハ及
びワーク保持盤を、例えば５０〜１００℃に加熱するこ
とが必要で、この際の熱履歴によるウェーハ、ワーク保
持盤の変形によって加工精度向上が阻害される。また、
そのために特別の装置設備とエネルギーを必要とするこ
と等、コストの面からも問題であった。

【００２０】一方、常温で接着作用を実現しうる既存の
所謂常温接着剤は、研磨剤溶液に対する耐性、ウェーハ
のワーク保持盤からの剥離やウェーハ、ワーク保持盤か
らの接着剤の除去の困難さのため実用上使用が不可能で
あった。

【００２１】また接着部位の接着剤層中に気泡が残留す
ることを防止するためにウェーハをその被接着面をワー
ク保持面に対し傾斜させた状態で、その一端から順次接
着剤を介してワーク保持盤に押し付けて、ウェーハ被接
着面とワーク保持面との間に介在するエアーをウェーハ
の被接着面の一端から他端へ向けて排除するようにして
接着する方法や、前述した図２１に示すようにワーク保
持盤２０に配置したウェーハＷの上面より凸面形状の弾
性体（エアバッグ）２７によってウェーハ中心部より順
次ワーク保持盤２０に押し付けるようにしてエアーを外
方に排除する方法、さらにはワーク保持盤２０全体或い
はウェーハＷ毎に、図２２に示す如くワーク保持盤２０
の保持面で気密を保つように囲撓し、その内部を減圧状
態にすることによってエアーを残留させない手段等が実
施されてきた。

【００２２】図２２において、１は真空容器、２はベロ
ーズ、３はベローズ昇降用シリンダー、４はベローズ内
圧調整用配管、５は真空容器内圧調整用配管、６は真空
吸着用配管、２０はワーク保持盤及びＷはウェーハであ
る。

【００２３】図２１に示したウェーハの被接着面の一部
から順次ワーク保持盤に押し付ける方法では接着剤層の
厚さが不均一（０．５μm以上）となる欠点が、又図２
２に示したウェーハ或いはワーク保持盤全体を減圧状態
として接着する方法では特別の装置、治具を必要とし、
工程が繁雑化すること、又装置、治具からの発塵が問題
となる。

【００２４】

【発明が解決しようとする課題】前述のようにウェーハ
の研磨加工仕上げにおいては、研磨装置、中でも直接被
加工物であるウェーハを保持するワーク保持盤、及びウ
ェーハと接触する研磨布を貼着する研磨定盤の種々の原
因による変形や装置運転時の変動のみならずワーク保持
盤へのウェーハの接着方法においても、現在及び将来に
わたってデバイス製造技術の高度化に対応した高精度の
仕上げを達成するには障害となる種々の要因が存在す
る。

【００２５】本発明者らは、高精度の研磨仕上げウェー
ハ、特には直径が３００mm以上の大直径の高精度ウェー
ハを安定かつ効率よく生産するために、研磨装置の構
造、構成、材質のみならずウェーハの接着装置や接着方
法を含むウェーハ研磨に係る全工程について高精度加工
に障害となる要因を抜本的に検討し、かつ装置の試作、
システムの構成、ならびに運転条件等について実験的に
検討研究を行った結果、ウェーハ接着方法のみならず研
磨装置の機能、性能を総合的に高め、さらにその運転方
法を根本的に改善することによって高精度の研磨ウェー
ハを安定して製造することに成功した。

【００２６】中でも、高精度（高平坦度）のウェーハ研
磨のためには研磨布を貼設し、研磨布の形状を保持する
ための基盤である研磨定盤或いはウェーハを保持する基
体であるワーク保持盤が研磨動作時において変形するこ
とがその大きな障害となることを見出し、その変形量が
研磨定盤の上面について、又ワーク保持盤のワーク保持
面についてそれぞれそれらの面の法線方向での変形量が
１００μm、好ましくは３０μm以下、さらに好ましくは
１０μm以下に保つように研磨することが効果的である
ことを見出した。

【００２７】本発明は、ワーク（ウェーハ等）の高効
率、高精度鏡面加工を可能とした研磨装置、研磨方法、
ワークを効率的に保持する新規なワーク保持盤及びワー
クを当該ワーク保持盤へ高精度に接着することのできる
ワークの接着方法を提供することを目的とする。

【００２８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の研磨装置の第１の態様は、研磨定盤とワー
ク保持盤とを有しワーク保持盤に保持されたワークを研
磨剤溶液を流しつつ研磨する研磨装置であって、研磨動
作時における研磨定盤の定盤表面の法線方向での変形量
及び／又はワーク保持盤のワーク保持面の法線方向での
変形量を１００μm以下に抑制したことを特徴とする。
これらの変形量を３０μm以下に抑制すればさらに好適
である。

【００２９】本発明の研磨装置の第２の態様は、研磨定
盤とワーク保持盤とを有しワーク保持盤に保持されたワ
ークを研磨剤溶液を流しつつ研磨する研磨装置であっ
て、該研磨定盤が鋳造によって一体として形成され、該
研磨定盤の構造は背面に複数の凹部及び／又はリブを有
しかつ定盤内部に温度調整用流体の流路を形成すると共
に該流路を形成しない部分は内部リブ構造として作用す
るようにしたことを特徴とする。

【００３０】すなわち、本発明の研磨装置の一つの大き
な特徴である一体かつ温度調整用流体の流路及び定盤背
面に凹部及び／又はリブを有しかつ定盤内部にも内部リ
ブ構造を有する構造では、（１）従来用いられてきた図１６および図１７に例示し
た上定盤１２と下定盤１３を締結具１１で締め付ける構
造や特開平１０−２９６６１９号公報に示される二層構
造の定盤に比べて強度が高く熱変形や冷却水圧力による
変形を低く抑えることができる。（２）したがって、その分全体の定盤の厚さを薄く軽量
化を図ることが出来る。（３）締結具の緩み等の経年変化がない。（４）締結個所が不要のため、冷却用（温度調整用）流
体の流路を広く配置することが出来、伝熱面積を大きく
かつ流路による圧損を低減出来るので大量の流体を流す
ことが可能で、冷却効果が大幅に向上する。（５）定盤の薄肉化が可能であるので定盤表面から冷却
水流路までの距離を短くすることが可能となりその分さ
らに冷却効果が高められる。等の利点があり、定盤上面の基準面に対する変位も任意
の点において１００μm以下、さらに下記に述べる本発
明の種々の構成を採用することによって３０μm以下、
理想的な状態では１０μm以下に抑制することができ
る。

【００３１】上記研磨定盤の材料の熱膨張係数の値は、
５×１０^-6／℃以下であり、かつその耐食性がステンレ
ス鋼とほぼ同等であるのが好ましい。

【００３２】上記研磨定盤の材料としては、インバー、
即ち、鋳鋼であるステンレスインバー材、例えば、ＳＬ
Ｅ−２０Ａ（新報国製鉄(株)製）を用いると熱膨張係数
（α＝２.５×１０^-6／℃、αは線膨張係数）はＳＵＳ
４１０（α＝１.０３×１０^-5／℃）に比べおよそ１／
４となるので、変形量３０μm以下が実現できる。さら
に、このように鋳鋼の鋳込みによって研磨定盤を製作す
ることによって一体構造が可能となりかつその後の定盤
の精密加工仕上げが容易となる。

【００３３】本発明の研磨装置の第３の態様は、研磨定
盤とワーク保持盤とを有しワーク保持盤に保持されたワ
ークを研磨する研磨装置であって、温度調整用流体の流
量及び／又は温度を制御することによって研磨動作時に
おける研磨定盤の温度変化及び／又はワーク保持盤の温
度変化を所定範囲内に制御することを特徴とする。

【００３４】上記した研磨動作時における研磨定盤及び
／又はワーク保持盤の任意の位置における温度変動は３
℃以内とするのが好適であり、２℃以内とするのがさら
に好適である。この目的を達成するために温度調整用流
体流路を内部に形成する一体構造の研磨定盤は先述の様
に温度調整用流体と定盤との接触面積を大きくすること
が可能であって極めて有効である。

【００３５】また、研磨を行う際に、上記研磨剤溶液の
温度及び／又は流量を制御して研磨動作時における研磨
布の研磨面の任意の位置における温度の変動を１０℃以
下、好ましくは５℃以下に制御するのが好適である。

【００３６】すなわち、従来の研磨装置によって所定の
研磨速度（０.５〜１.０μm／min）を達成するための通
常の条件の下では研磨作用に伴なう発熱によって研磨布
表面の温度が上昇し、特にウェーハ被研磨面と摺擦され
る部分においてはその温度変化の値は１０℃を超える
が、本発明の基本理念である研磨動作中の研磨定盤、或
いはワーク保持盤或いはこれら両者の温度変化（変動）
を３℃以内に抑制し、それらの変形量特に研磨定盤の上
面、或いはワーク保持盤の保持面の法線方向の変形量を
１００μm以下、好ましくは３０μm、さらに好ましくは
１０μm以下とするには研磨加工の際の発熱部位である
研磨布表面及びウェーハの温度変化を１０℃以下、好ま
しくは５℃以下とすることが重要である。

【００３７】実際の研磨の実行においては先述の通り研
磨定盤上面に研磨の目的と条件に最も適した研磨布を選
択してこれを貼設し、この研磨布とウェーハ被研磨面の
間に研磨剤溶液を供給しつつ、両者を所定の力で押し付
けつつ相対的運動によって摺擦するが、一般に研磨布の
熱伝導率はシリコンや研磨定盤、あるいはワーク保持盤
の材料の熱伝導率の値に比べ１〜３桁低い値を示す。通
常、研磨布の厚さは１〜２mmであって研磨定盤上面と温
度調整用流体流路までの距離（１０〜５０mm）やワーク
保持盤のワーク保持面と温度調整用流体流路までの伝熱
距離（１０〜３０ｍｍ）に比較して研磨布を通しての研
磨布表面から研磨定盤上面までの熱抵抗が最大となるの
で、研磨布表面温度の研磨動作時の温度変化を１０℃好
ましくは５℃以下のできるだけ低い値に抑制すれば、研
磨定盤上面或いはワーク保持盤のワーク保持面の研磨動
作時の温度変化を３℃好ましくは２℃以下に抑制するこ
とが可能である。

【００３８】この際、研磨定盤、或いはワーク保持盤の
温度調整用流体による冷却を有効に働かせることが重要
であり、研磨剤溶液の冷却効果を積極的に活用すること
も必要である。

【００３９】以上研磨装置及びその運転（研磨）におい
て、研磨作用に直接に関与する部材である研磨定盤及び
ワーク保持盤と研磨剤溶液について本発明の基本理念を
実現するための重要な要件について述べたが、これらを
有効に実現するためには研磨装置の機構や制御に関する
要因も極めて重要である。即ち、研磨定盤の駆動（回
転）に伴なう機械的変動や温度制御の精度が一定の水準
をクリアしていることが必要であり、これらの具体的構
成を以下に記載する。

【００４０】上記研磨定盤の回転ムラを１％以下に抑制
するのが好ましい。研磨定盤の回転ムラとは研磨動作時
の研磨定盤の回転数の変動の設定値に対する割合を意味
する。

【００４１】上記研磨定盤の研磨面の回転時の面ブレを
１５μｍ以下に抑制するのが好ましい。研磨定盤の研磨
面の回転時の面ブレとは、研磨動作時の研磨定盤の研磨
面の任意の位置における略垂直方向の変動を意味する。

【００４２】上記研磨定盤の回転軸の回転ブレを３０μ
ｍ以下に抑制するのが好ましい。研磨定盤の回転軸の回
転ブレとは、研磨動作時の研磨定盤の回転軸の任意の位
置における略水平方向の変動を意味する。なお、上記し
た研磨定盤の回転ムラ、研磨定盤の研磨面の回転時の面
ブレ及び研磨定盤の回転軸の回転ブレは、研磨定盤の回
転系の精度を向上させることによりいずれも達成可能な
ことである。

【００４３】また、上記ワーク保持盤が背面に凹部を形
成するか、又はリブ構造を有する構成とするのが好適で
ある。このように、ワーク保持盤も研磨定盤と同様にそ
の背面に凹部を形成するか又はリブ構造とすることによ
って強度を保ちつつ、軽量化を図るとともに、この凹部
を温度調整用流体の流路として活用することができる。

【００４４】これまでに述べてきたように研磨装置にお
いてワーク保持盤は単にワークを物理的に保持するだけ
でなく、本発明の目的を達成するための重要な要因をな
すもので、とくに研磨動作時の変形を抑制することが重
要である。そのために、機械的強度と熱伝導率の値、加
工性、ウェーハの接着性やさらには経済性をも考慮し、
セラミックス材料、中でもアルミナ或いはシリコンカー
バイド（ＳｉＣと略記）を用いるのが好適である。

【００４５】また、ウェーハのワーク保持盤への保持方
法には接着剤による以外にウェーハをワーク保持盤のワ
ーク保持面に吸引保持する方法が用いられ、そのために
ウェーハとワーク保持盤の接触領域内にワークを吸引保
持するための複数の細孔が開孔している構造が有用であ
る。

【００４６】本発明の研磨方法の第１の態様は、研磨定
盤とワーク保持盤とを有しワーク保持盤に保持されたワ
ークを研磨する研磨方法であって、研磨動作時における
研磨定盤の定盤表面の法線方向での変形量及び／又はワ
ーク保持盤のワーク保持面の法線方向での変形量を１０
０μm以下に抑制したことを特徴とする。これらの変形
量を３０μｍ以下に抑制すればさらに好適である。

【００４７】本発明の研磨方法の第２の態様は、研磨定
盤とワーク保持盤とを有しワーク保持盤に保持されたワ
ークを研磨剤溶液を流しつつ研磨する研磨方法におい
て、前記研磨定盤上に貼設された研磨布によって前記ワ
ークの被研磨面を研磨する際、研磨動作時における該研
磨布の研磨面の任意の位置における温度の変動を１０℃
以下とすることを特徴とする。好ましくは変動を５℃以
下とするのが好適である。

【００４８】本発明の研磨方法の第３の態様は、研磨定
盤とワーク保持盤とを有しワーク保持盤に保持されたワ
ークを研磨剤溶液を流しつつ研磨する研磨方法におい
て、研磨中における前記ワークの温度の変動を１０℃以
下に抑制することを特徴とする。好ましくは変動を５℃
以下に抑制することが好適である。

【００４９】上記研磨動作時における研磨布の研磨面の
任意の位置における温度及び／又はウェーハの温度の変
動を研磨剤溶液の温度及び／又は流量を制御して１０℃
以下、好ましくは５℃以下に制御することが本発明の重
要な実施態様である。

【００５０】本発明の研磨方法の第４の態様は、研磨定
盤とワーク保持盤とを有しワーク保持盤に保持されたワ
ークを研磨する研磨装置を用いる研磨方法であって、ワ
ーク保持盤に複数のウェーハを次式（１）の関係を２mm
以内の誤差で満足するように配置して保持することを特
徴とする。

【００５１】

【数２】（上式（１）中、Ｒ：ワーク保持盤径（mm）、ｒ：ウェ
ーハ径（mm）、ｘ：ウェーハ間距離（mm）、ｙ：ウェー
ハとワーク保持盤外周端距離（mm）、Ｎ：ウェーハ枚数
／ワーク保持盤、π：円周率。ここで、ウェーハ間距離
ｘは隣接するウェーハ外周部の最近接距離である。）

【００５２】一つのワーク保持盤に複数枚のウェーハを
保持する場合には保持面上のそれらの配置の仕方が極め
て重要である。すなわち、保持されるウェーハは微視的
にみても可能な限り同じ条件で研磨されること、すなわ
ち各ウェーハ間並びに１枚のウェーハの被研磨面内にお
いて、できる限り一様な研磨条件と研磨速度の実現を図
ることが重要であり、そのためには、被研磨面の温度、
研磨布への押圧力、研磨剤溶液の供給方法、研磨布との
間の相対的運動距離等が重要な因子であり、これらを総
合的に、かつ実験的に検討して上式の関係を得たもので
ある。

【００５３】上記式（１）を２００ｍｍ以上のウェーハ
に適用する場合、すなわちｒが２００mm以上の場合に
は、５Ｎ≦７，５ｘ≦２０，７≦ｙ≦２２とする必要が
ある。

【００５４】ウェーハの直径（ｒ）が増大し、３００mm
以上のウェーハに対しては当然のこととしてワーク保持
盤の直径（Ｒ）が大きくなる。それに伴って、機械的変
形、温度変化による熱変形等を所定の値以下に抑制する
ためにはワーク保持盤の厚さ（ｄ）を直径（Ｒ）に応じ
て大きくすることが必要となり、種々検討の結果、本発
明の基本理念である研磨動作時のワーク保持盤の保持面
の法線方向の変形量を１００μm以下、好ましくは３０
μm以下にするためには、ワーク保持盤の厚さｄをａＲ
＜ｄ＜ｂＲ(ａ＝０.０４〜０.０８，ｂ＝０.１０〜０.
１２)とするのが好ましい。

【００５５】本発明の研磨方法の第５の態様は、上記し
た本発明の研磨装置を用いてシリコンウェーハを研磨す
ることを特徴とする。

【００５６】上記第３の態様の研磨方法においては、温
度変化が±２℃以内の環境において実施するのが好まし
い。即ち、このような高精度研磨加工の実現には研磨装
置の稼動する周囲の環境温度の変動は所定の温度の±２
℃以内であることが好ましい。

【００５７】ワーク（ウェーハ）のワーク保持盤への保
持の仕方、並びにその保持の状態の精度、即ちワーク保
持面の平坦度と共に保持面とウェーハの被接着面との間
隔の一様性が重要である。特に、接着剤を用いてウェー
ハをワーク保持盤へ接着保持する場合には、ウェーハと
ワーク保持盤との間の接着剤層中の残留気泡、接着時に
おけるウェーハの撓み、接着剤層の厚さとその均一性が
問題である。

【００５８】そこで、本発明のワークの接着方法は、接
着領域内にワークを吸引保持するための複数の細孔が開
孔しているワーク保持盤を用いワーク保持盤背面側から
細孔を介してエアーを排気しつつウェーハを接着剤にて
ワーク保持盤に接着することを特徴とする。このような
構成により、前述した従来方法の欠点を除き、かつウェ
ーハとワーク保持盤の間の接着剤層の厚さを薄く、かつ
その厚さの均一性を高めることが可能となる。

【００５９】この際、接着を容易に実行するためには接
着温度を常温（２０℃〜３０℃）で実施することが好ま
しく、接着を有効に実施しかつ接着後における接着剤層
の厚さの均一性（高精度のウェーハ加工には厚さの偏差
が０.０１５μm以内であることが望ましい）を高め、接
着剤層中の残留エアーを極力少なくするためには塗布時
から接着前の段階における接着剤の粘度が１mPa・s〜１
０mPa・sの間に調整することが好ましい。

【００６０】研磨発熱をウェーハを介してワーク保持盤
の温度調整用流体によって有効に除去するためにはウェ
ーハとワーク保持盤の間に介在する接着剤層による熱抵
抗を極力低くすることが必要であり、又接着剤の弾性変
形による接着剤層厚みの変動を抑制するためにも接着剤
層の厚さはその平均値が０.５μm以下、好ましくは０.
３μm以下であることが好ましく、その厚さの偏差を０.
０１５μm以下とすることが望ましい。

【００６１】本発明のワーク保持盤は、ワーク保持盤の
ワーク接着面の接着領域内にワークを真空吸着するため
の複数の吸着孔をワーク接着面からワーク保持盤背面ま
で貫通して設けたことを特徴とする。

【００６２】上記した本発明のワーク保持盤を用いるこ
とによって、上記した本発明のワークの接着方法を効果
的に実施することが可能となる。

【００６３】上記ワーク保持盤の背面に凹部又はリブ構
造を設けるのが好ましい。

【００６４】上記した本発明のワークの接着方法でシリ
コンウェーハをワーク保持盤に接着保持して研磨するこ
とによって高精度のウェーハ研磨加工仕上げが可能とな
る。この際、上記した本発明の研磨装置を用いると本発
明の基本理念である研磨動作時の研磨定盤の定盤表面の
法線方向での変形量及び／又はワーク保持盤のワーク保
持面の法線方向での変形量を１００μm以下、好ましく
は３０μm以下に抑制して、高精度研磨加工を実現する
のに極めて有効である。

【００６５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を添付
図面中図１〜図９に基づいて説明するが、本発明の技術
思想から逸脱しない限り、図示例以外にも種々の変形が
可能なことはいうまでもない。

【００６６】図１は本発明の研磨装置の１例を示す一部
省略断面的説明図である。図２は本発明の研磨装置に用
いられる研磨定盤の１例の断面的説明図である。図３は
本発明の研磨装置に用いられるワーク保持盤の１例の断
面的説明図である。図４は本発明のワークの接着方法の
１例を示す説明図である。

【００６７】図１において、２８は本発明に係る研磨装
置で、研磨定盤２９を有している。該研磨定盤２９は、
図２に示されるごとく、一体として鋳造によって製作さ
れ、該研磨定盤２９の定盤背面には多数の凹部３４が設
けられている。該凹部３４はシール部材３０によって背
面側をシールされて温度調整用流体、例えば冷却水Ｈ ₁
の流路を構成する。該冷却水Ｈ₁の流路は後述する定盤
冷却水熱交換器Ｋ₂と接続され、冷却水Ｈ₁は該熱交換器
Ｋ₂において熱交換可能とされており、研磨時に研磨定
盤２９に発生する熱の吸熱を行う。該研磨定盤２９の研
磨面には研磨布３１が貼着されている。

【００６８】３２は該研磨定盤２９の背面中央部に設け
られた回転軸、３５は該研磨定盤２９の表面中央部に設
けられたセンターローラである。該回転軸３２の中心部
長手方向には長孔３３が穿設され、該長孔３３は温度調
整用流体、例えば冷却水Ｈ₂の流路の一部を構成し、該
冷却水Ｈ₂の流路は後述する定盤回転軸冷却水熱交換器
Ｋ₄と接続され、研磨装置運転時における定盤回転軸３
２の回転に伴う機械的摩擦による発生熱の吸熱を行う。
７はフレームで、前記研磨定盤２９の背面を支持プレー
ト４３及びベアリング部材４４を介して支持する。

【００６９】１４は研磨剤供給用配管で、研磨剤供給装
置（図示せず）によって所定の流量、温度に調節された
研磨剤４１をセンターローラ３５（ガイドローラは不図
示）に開口された研磨剤導入孔４２に供給し、これを通
して研磨布３１上に研磨剤４１が供給される。

【００７０】３６はトップブロックで、その下面にはゴ
ム等の弾性体３７を介してワーク保持盤３８が取りつけ
られている。該ワーク保持盤３８の接着面にはワーク、
例えばウェーハＷが接着剤３９によって接着されてい
る。４０は該トップブロック３６に立設された回転シャ
フトである。

【００７１】４７は前記回転シャフト４０の中心部に設
けられた長孔で、該長孔４７は温度調節用流体、例えば
冷却水Ｈ₄の流路の一部を構成し、該回転シャフト４０
に発生する熱の吸熱を行うものでワーク保持盤毎に設け
られる。該冷却水Ｈ₄の流路は後述するワーク保持盤回
転軸冷却水熱交換器Ｋ₅と接続され、ワーク保持盤回転
時に回転シャフト４０に発生する熱の吸熱を行う。

【００７２】図３に示されるごとく、前記ワーク保持盤
３８の背面には多数の凹部５０が穿設されている。４５
は真空吸着用の吸着孔で、ウェーハ接着領域４６の内側
に位置する該凹部５０の底部から該ワーク保持盤３８の
背面まで貫通して設けられている。該吸着孔４５は、後
述するごとく、ワーク保持盤３８のウェーハ接着領域４
６にウェーハＷを接着剤３９によって接着する際に、真
空吸引することによって接着を行うために用いられる
が、ウェーハＷを研磨する際には該凹部５０は温度調整
用流体、例えば冷却水Ｈ₃の流路の一部を構成する。該
冷却水Ｈ₃の流路は後述するワーク保持盤冷却水熱交換
器Ｋ₃と接続され、冷却水Ｈ₃は熱交換器Ｋ₃において熱
交換可能とされており、ワーク保持盤３８に発生する熱
の吸熱を行うもので、ワーク保持盤個々に設けられる。

【００７３】次に、ウェーハＷを上記したワーク保持盤
３８に接着する方法について図４に基づいて説明する。
図４において、４８は接着ベースで、ワーク保持盤３８
のウェーハ接着領域４６にウェーハＷを接着剤３９によ
って接着する際に用いられる。該接着ベース４８の上面
の該ウェーハ接着領域４６に対応する部位には、平底状
の凹部５１が穿設されている。該凹部５１の底部から該
接着ベース４８の下面まで貫通して貫通孔４９が開穿さ
れている。

【００７４】該貫通孔４９は真空ポンプ等による排気系
に接続して該貫通孔４９、凹部５１、ワーク保持盤３８
の凹部５０及び吸着孔４５を減圧状態としてウェーハＷ
を該ワーク保持盤３８のウェーハ接着領域４６に吸引す
ることができる。この時、該ウェーハＷと該ウェーハ接
着領域４６の間には接着剤３９が介在しているが、ウェ
ーハＷの接着面が真空吸引されることにより、ウェーハ
Ｗは大気圧により均一に押圧されるので、接着剤３９の
膜厚の均一性は極めて良好であり、又、エアーも下方に
吸引されてしまうため接着剤層中に残留するエアーもほ
とんどない状態で接着を行うことができる。

【００７５】ワークＷをワーク保持盤３８に接着する際
に用いられる接着剤としては、２０℃〜３０℃の間で接
着能力を発揮することができ、接着時の粘度が１ｍＰａ
・ｓ〜１０mPa・sである接着剤が好適に用いられる。ま
た、ワーク接着部分の接着剤の厚みの平均値が０.１μ
ｍ〜０.５μｍの範囲で、その厚みの偏差が０.０１５μ
ｍ以内となるように均一接着するのが好適である。好ま
しい接着剤としてはポリオール系ポリウレタン接着剤が
例示され、この接着剤をメタノール、エタノール等のア
ルコール溶媒に溶解したもの、あるいは水性エマルジョ
ンとしたものが、好適である。また、硬化剤としてイソ
シアネート化合物を添加してもよい。

【００７６】このようにワーク保持盤３８に接着剤層中
に残留エアーがほとんどなく、かつその厚さが極めて高
い一様さで接着されたウェーハＷを、図１に示すよう
に、トップブロック３６の保持面に取りつけて、研磨定
盤２９の研磨布３１面に押圧することによってウェーハ
Ｗの研磨が行われる。

【００７７】研磨に際しては、研磨定盤２９の発熱は冷
却水Ｈ₁によって吸熱され、回転軸３２の発熱は冷却水
Ｈ₂によって吸熱され、ワーク保持盤３８の発熱は冷却
水Ｈ₃によって吸熱され、そして回転シャフト４０の発
熱は冷却水Ｈ₄によって吸熱される。

【００７８】このように本発明の研磨装置２８を構成す
る各研磨部材および回転機構にそれぞれ冷却水Ｈ₁〜Ｈ₄
を供給できるように構成してあるので、研磨動作時にお
ける研磨定盤２９の上面の法線方向の変形量は１００μ
ｍ以下、好ましくは３０μｍ以下、さらに理想的には１
０μm以下に、ワーク保持盤３８のワーク保持面の法線
方向の変形量を１００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以
下、さらに理想的には１０μm以下にそれぞれ抑制する
ことが可能となる。

【００７９】また、研磨定盤の材料の熱膨張係数の値は
５×１０^-6／℃以下のものを用いるのが好ましく、この
ような材料としてはＦｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系の所謂ス
テンレスインバー材をあげることができる。

【００８０】本発明の研磨装置２８は、温度調整用流体
の流量及び／又は温度を制御することによって研磨動作
時における研磨定盤２９の温度変化及び／又はワーク保
持盤３８の温度変化を所定範囲内に制御することを特徴
的構成の一つとするものである。この特徴的構成は上記
した各冷却水Ｈ₁〜Ｈ₄の流量及び温度を制御することに
よって達成することが可能である。即ち、上記した各冷
却水Ｈ₁〜Ｈ₄の流量及び温度を抑制することによって研
磨動作時における研磨定盤２９の温度変化及び／又はワ
ーク保持盤３８のワーク保持面の温度変化を所定範囲、
例えば、好ましくは、それぞれ３℃以内、さらに好まし
くは２℃以内に制御することができる。

【００８１】図１及び図２に示した研磨定盤２９は本発
明の概念を説明するために模式化して図示したものであ
るが、さらに具体的な研磨定盤２９の好ましい構造を図
５〜図７に基づいて説明する。図５は研磨定盤の他の例
について内部の温度調整用流体の流路の平面構造を示す
ための一部切欠き上面図である。図６は図５の研磨定盤
の上部流路部分及び下部流路部分、すなわちそれぞれＯ
−Ａ線及びＯ−Ｂ線方向の縦断面図である。図７は図５
の研磨定盤の背面図である。

【００８２】図５〜図７に示した研磨定盤２９の表面２
９ａは平面であり、使用時には図１に示したように研磨
布３１が貼設される。該研磨定盤２９の背面２９ｂに
は、図６及び図７に示されるごとく、多数の環状又は放
射状のリブ８が設けられている。このように多数リブ８
を背面に形成しておくことによって強度を維持し、軽量
化が可能となる。

【００８３】該研磨定盤２９の内部には温度調整用流
体、例えば冷却水等の流路９ａ，９ｂが設けられ、この
うち上部の流路９ａは蛇行させる構造とすることによっ
て熱交換が効率的に行われるように工夫されている。

【００８４】該上部流路９ａは下部流路９ｂと研磨定盤
の周辺部において連通していて、温度調整用流体を該流
路９に流す場合には、上部流路９ａの中心部から周辺部
を経由して下部流路９ｂの周辺部から中心部へ、またそ
の反対に、下部流路９ｂの中心部から周辺部を経由して
上部流路９ａの周辺部から中心部へ流すことができる。

【００８５】続いて、本発明の研磨装置及び研磨方法に
おける特徴の一つである総合熱量制御の事例を図８及び
図９に基づいて説明する。図８は本発明における総合熱
量制御システムを示すブロック図である。図９は本発明
における総合熱量制御のフローチャートである。

【００８６】図８及び図９において、Ｑは総合熱量制御
ＣＰＵで、スラリー熱量制御ＣＰＵ（Ｑ₁）、定盤熱量
制御ＣＰＵ（Ｑ₂）、ワーク保持盤熱量制御ＣＰＵ
（Ｑ₃）、定盤の上部及び下部に埋設された温度センサ
Ｓ₂及びＳ₃からの温度信号を電気信号に変換する変換器
Ｔ₁、ワーク保持盤の上部及び下部に埋設された温度セ
ンサＳ₄及びＳ₅からの温度信号を電気信号に変換する変
換器Ｔ₂及び研磨布表面温度を表示する熱画像装置Ｕと
接続しており、各機器からの信号に応じて種々の命令を
スラリー熱量制御ＣＰＵ（Ｑ₁）、定盤熱量制御ＣＰＵ
（Ｑ₂）及びワーク保持盤熱量制御ＣＰＵ（Ｑ₃）に対し
て発する作用を行う。なお、変換機Ｔ₁及びＴ₂は、温度
センサＳ₂，Ｓ₃及びＳ₄，Ｓ₅からの電流、赤外線、超音
波等の温度情報に関する信号を電気信号に変換する作用
を有する構成を採用するのが好適である。

【００８７】該スラリー熱量制御ＣＰＵ（Ｑ₁）は、ス
ラリー流量センサＩ₁、スラリー出口温度センサＳ₆、ス
ラリー入口温度センサＳ₁、スラリー流量調節器Ｖ₁、及
びスラリー熱交換器Ｋ₁と接続しており、スラリー流量
センサＩ₁、スラリー出口温度センサＳ₆及びスラリー入
口温度センサＳ₁からの情報に基づいてスラリー流量調
節器Ｖ₁及びスラリー熱交換器Ｋ₁にそれぞれ必要な命令
を出す。

【００８８】該定盤熱量制御ＣＰＵ（Ｑ₂）は、定盤冷
却水流量センサＩ₂、定盤出口温度センサＳ₈、定盤入口
温度センサＳ₇、定盤冷却水流量調節器Ｖ₂及び定盤冷却
水熱交換器Ｋ₂と接続しており、定盤冷却水流量センサ
Ｉ₂、定盤出口温度センサＳ₈、及び定盤入口温度センサ
Ｓ₇からの情報に基づいて定盤冷却水流量調節器Ｖ₂及び
定盤冷却水熱交換器Ｋ₂にそれぞれ必要な命令を発す
る。

【００８９】該ワーク保持盤熱量制御ＣＰＵ（Ｑ₃）は
ワーク保持盤個々に対応して設けられ、ワーク保持盤冷
却水流量センサＩ₃、ワーク保持盤出口温度センサ
Ｓ₁₀、ワーク保持盤入口温度センサＳ₉、ワーク保持盤
冷却水熱交換器Ｋ₃及びワーク保持盤冷却水流量調節器
Ｖ₃と接続しており、ワーク保持盤冷却水流量センサ
Ｉ₃、ワーク保持盤出口温度センサＳ₁₀及びワーク保持
盤入口温度センサＳ₉からの情報に基づいてワーク保持
盤冷却水熱交換器Ｋ₃及びワーク保持盤冷却水流量調節
器Ｖ₃にそれぞれ必要な命令を出す。

【００９０】又、同時に総合熱量制御ＣＰＵ（Ｑ）に
は、定盤回転軸熱量制御ＣＰＵ（Ｑ₄）および個々のワ
ーク保持盤回転軸熱量制御ＣＰＵ（Ｑ₅）が接続されて
おり、研磨作用に起因する発熱以外の研磨装置の運転に
伴う機械的作用に起因する発生熱量を除去し、研磨装置
の温度変化を抑制して所定の温度に制御する様に構成さ
れている。

【００９１】この様に研磨動作時に発生する諸々の熱量
に起因する研磨装置の各構成要素の温度変動を各要素毎
に個々に抑制する事が好ましいが、状況によっては定盤
回転軸熱量制御系を定盤熱量制御系と一体として制御す
ること、あるいは個々のワーク保持盤毎にワーク保持盤
回転軸熱量制御系とワーク保持盤熱量制御系を一体とし
て制御することも可能である。

【００９２】さらに定盤回転軸熱量制御系、あるいはワ
ーク保持盤回転軸熱量制御系の温度調整用流体を図示の
如く、例えば水の様な液体ではなくて、気体による外部
冷却方式によって実行することも可能である。

【００９３】この際重要な事は、直接研磨作用に起因す
る発熱以外の装置の機械的動作に起因する発熱によっ
て、定盤やワーク保持盤の温度が影響を受けることを出
来るだけ少なくすることである。したがって、又、定盤
回転軸熱量制御ＣＰＵやワーク保持盤回転軸熱量制御Ｃ
ＰＵを総合熱量制御ＣＰＵに接続せずにそれぞれのＣＰ
Ｕでもって独立に各系統の熱量制御（温度制御）を実施
すること等、本発明の基本理念の実現を阻害しえない限
り各構成要素の温度制御については種々の変形が可能で
ある。

【００９４】

【実施例】本発明の内容を実施例によってさらに詳細に
説明するが、本発明の内容はこれに限定されるものでは
なく、その基本理念を満たす限りにおいて例示した以外
の態様にも当然のこととして適用されるものである。

【００９５】（実施例１）図１に示した研磨装置と同様
の基本的構成で、研磨定盤と四軸のワーク保持盤回転機
構を有するバッチ式研磨装置を以下のように構成した。１．研磨定盤：インバー材（新報国製鉄（株）ＳＬＥ−
２０Ａ（Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ−Ｃｒ系）を用い、鋳造加工
によって一体構造とし、図５及び図６に示した冷却水流
路を構成した。さらに図５に定盤上面部分を一部切除し
温度調整用流体の流路９の一部を示したように、該流路
９は蛇行するように形成し、流路９内での流体が乱流と
なりやすく、かつ平均流速を大きくして、伝熱係数をで
きるだけ高めると共に流路９を構成しない部分は内部リ
ブ構造８ａとして作用させて定盤強度を維持するように
設計されている。２．ワーク保持盤：アルミナセラミックス（京セラ
（株）製）を用い、図３に示したようにウェーハ接着部
位に相当する背面に冷却水流路を形成し、かつこの領域
にワーク保持面からワーク保持盤背面に貫通する排気用
細孔（径０.３±０.１ｍｍφ）を総計８５個（ウェーハ
１枚当り１７個）設けた。３．研磨布：ロデール社製Ｓｕｂａ６００を研磨定盤上
面に貼設した。

【００９６】４．その他の研磨装置の性能：ａ）定盤回転ムラ：±０.５％ｂ）定盤上面回転ブレ：１５μｍｃ）定盤回転軸ブレ：３０μｍ５．温度調節系の構成図８及び図９に示した総合熱量制御システムと同様に、
研磨定盤の温度調節用流体流路系、ワーク保持盤の温度
調節用流体流路系、研磨剤溶液循環系、研磨定盤回転軸
温度調節用流体流路系およびワーク保持盤毎にワーク保
持盤回転軸温度調節用流体流路系の各系統について流体
流量とその温度を調節するように構成した。６．研磨操作の概要２００mmφのシリコンウェーハ（厚さ７５０μｍ）各５
枚を直径５６５mmの４つのワーク保持盤に次式を満たす
様に、その中心から半径１７５mmの円周上にウェーハの
中心が等分に分布するように２５℃における粘度５mPa
・sに調整した接着剤（ポリオール系ポリウレタン接着
剤のメタノール溶液）を用いて室温（２５℃）で接着し
た。接着剤の塗布はスピンコーティング装置を用い、ワ
ーク保持盤へのウェーハの接着は図４に示した装置を用
いて行った。

【００９７】

【数３】（上式（１）中、Ｒ：ワーク保持盤径（mm）、ｒ：ウェ
ーハ径（mm）、ｘ：ウェーハ間距離（mm）、ｙ：ウェー
ハとワーク保持盤外周端距離（mm）、Ｎ：ウェーハ枚数
／ワーク保持盤、π：円周率）

【００９８】この時、ワーク保持盤背面から各ウェーハ
の接着部位毎に別途準備した真空排気装置とワーク保持
盤背面吸引用治具を用いて排気しつつ接着し、接着が完
了するまで（０.５分間）２００ｍｍTorr以下に排気を
継続した。このように排気しつつ、接着することにより
接着部位における接着剤層の厚さはその平均値で各ウェ
ーハ毎に０.２０〜０.２２μmの間、各ウェーハ内での
厚みの偏差は０.０１２μm以内であった。接着剤層の厚
さはＦｉｌｍｅｔｒｉｃｓ社製の薄膜測定装置である自
動膜厚マッピングシステムＦ５０を用いて測定した。接
着剤層の厚さ測定はスピンコートによる接着剤塗布後に
行ったが、塗布後には溶媒揮散により接着剤の粘度が増
加するので、図４に示した装置を用いワーク保持盤背面
から排気を行っても、排気用細孔へ接着剤が吸引されて
しまうようなことがないことを確認しており、接着後の
接着剤層の厚さが、接着剤塗布後の接着剤層の厚さと実
質的に変わらないといえる。

【００９９】このようにしてワーク保持盤に接着したウ
ェーハ合計２０枚を以下の条件で研磨した。

【０１００】（１）研磨定盤回転数：３０rpm±０．５％冷却水：５０ l/min以下で可変入口温度：室温−１℃（±０.５℃以内）出口温度：室温＋１℃以下

【０１０１】（２）ワーク保持盤（自由回転）付加荷重：ウェーハ面cm²当り２５０g 冷却水：（１基当り）２０ l/min以下で可変入口温度：室温−１℃（±０.５℃以内）出口温度：室温＋１℃以下

【０１０２】（３）研磨剤溶液ＳｉＯ₂含有量：２０g/ｌ，pH１０.５〜１０.８，比重
１.０２〜１.０３供給量：３０ l/min （４）研磨時間：１０ｍｉｎ（５）研磨量：１０μｍ（６）室温：２５±１℃

【０１０３】この間各冷却水系統の温度制御を図８及び
図９に示した総合熱量制御システムによって実施した。
特に、研磨布の露出した表面の温度を研磨定盤の半径上
でワーク保持盤の直径に相当する範囲にわたって熱画像
センサを用いて測定し、その平均値が周辺温度（室温）
の３℃以内になるように研磨剤溶液の供給温度（スラリ
ー入口温度）を制御した。その経過を図１０に示した。

【０１０４】このように研磨動作時の研磨布表面の温度
は室温（２５℃）の３℃以内に制御された。この場合の
ワーク保持盤背面から研磨定盤下面にわたる温度分布を
解析すると図１１のようになり、ワーク保持盤の温度、
研磨定盤の温度は研磨動作前の温度（環境温度＝室温）
２５℃に対し、その温度変化は３℃以内に抑制されてい
る。又、図２３（ｂ）に示す様に、この時の定盤上面は
研磨前に対しその法線方向の変位量はいずれの位置でも
１０μm以下に抑制されていることがわかる。

【０１０５】以上の条件で研磨したウェーハを研磨終了
後、各ウェーハをワーク保持盤よりはがしたのち、純水
→アルカリ→ＮＨ₄ＯＨ/Ｈ₂Ｏ₂→純水によって洗浄後、
仕上げ加工精度を測定した。その結果を表１に比較例１
の結果と対比して示した。

【０１０６】

【表１】

【０１０７】表１における略号は次の通りである。ＧＢＩＲ：Global Back-side Ideal Range (=TTV)（ウ
ェーハの裏面を基準面とした全域での厚さの最大値と最
小値との差）ＳＢＩＲ：Site Back-sid e Ideal Range (=LTV) 〔ウ
ェーハの裏面を基準面とした一定領域（サイト）での最
大値と最小値との差〕ＳＦＱＲ：Site Front least sQuares <site> Range
（サイト毎のウェーハ表面の高低差）

【０１０８】表１における測定条件は次の通りである。測定機：ＡＤＥ９６００Ｅ＋（ＡＤＥコーポレーション
社製）ウェーハ：８インチウェーハ枚数：２０枚（１バッチ）測定領域：周縁より２mmを除外ＳＦＱＲmax、ＳＢＩＲm
ax共に測定面積は２５mm×２５mmに分割。

【０１０９】（比較例１）比較例１として従来技術によ
る研磨とその結果について実施例１と対比して一例を示
す。

【０１１０】研磨装置の基本構成は以下の通り。１．研磨定盤：図１６及び図１７に示すように上定盤１
２（ＳＵＳ４１０製平板）と、上面に冷却水流路となる
凹部２１を加工した鋳鉄製（ＦＣ−３０）下定盤２３を
重ね合わせ、締結具１１にて締め付けて研磨定盤１０を
構成した。

【０１１１】２．ワーク保持盤：図１８に示すようにア
ルミナセラミックス製のワーク保持盤１３をゴム弾性体
１３ａを介して回転シャフト１８を備えた上部の荷重１
５によって下方に押し付ける様に構成した。３．研磨布：ロデール社製ＳｕＢａ６００を研磨定盤１
０の上面に貼設した。

【０１１２】４．その他の研磨装置の性能ａ）定盤回転ムラ：±２％ｂ）定盤上面回転ブレ：３０μｍｃ）定盤回転軸ブレ：１４０μｍ

【０１１３】５．総合熱量制御システムについては図１
４及び図１５の様に構成した。図１４及び図１５は、ワ
ーク保持盤の温度調整流体供給系、研磨定盤回転軸温度
調整用流体系、ワーク保持盤回転軸温度調整用流体系が
存在しない点を除いては、図８及び図９と同様の構成で
あるので再度の説明は省略する。

【０１１４】６．研磨操作の概要実施例１と同様に合計２０枚のウェーハ（２００mmφ、
厚さ７５０μm）各５枚を直径５６５mmの４つのワーク
保持盤に、その中心から半径の２／３（１７５mm）の円
周上に、ウェーハの中心がほぼ合致するように等分に接
着保持した。

【０１１５】接着は予めウェーハ被接着面（裏面）に日
化精工製ミツロウ系接着剤スカイリキッドＨＭ−４０１
１をイソプロピルアルコールに溶解してスピンコーティ
ング装置で塗布したのち、ウェーハを５０℃に加温して
約０.５分保持して溶媒を揮散除去する。その後ウェー
ハを約９０℃に加温してワックスを溶融（９０℃におけ
る粘度１０００mPa・s）したのち、同じく９０℃に加温
したワーク保持盤のワーク保持面の所定の位置に配置
し、ウェーハの被研磨面（表面）を図２１に示すゴム弾
性体を凸面形状に構成した接着用治具を押し付けて接着
部位の接着剤層中よりエアーを外部に押し出すようにし
たのち、接着治具を解除し、ウェーハを自己放冷によっ
て室温まで冷却した。

【０１１６】この方法で接着した場合にはワーク保持盤
とウェーハを９０℃に加熱した状態で接着するため、ウ
ェーハとワーク保持盤、及びワックスの熱膨張係数の差
による変形、ゴム弾性体による押し付け時の力の付加の
不均一等の原因で接着剤層の厚さはウェーハ毎の平均値
が０.３〜０.８μm、１枚のウェーハについてはその偏
差が０.１μm程度であった。

【０１１７】７．研磨条件（１）研磨定盤回転数：３０ｒｐｍ±２％冷却水：１５ l/min 入口温度：１２℃±１℃ 出口温度：成行

【０１１８】（２）ワーク保持盤（自由回転）付加荷重：ウェーハ面ｃｍ²当り２５０ｇ（３）研磨剤溶液ＡＪ−１３２５、pH１０．５〜１０.８、ＳｉＯ₂：２０
ｇ/ｌ、比重：1.02〜1.03〔日産化学工業（株）製コロ
イダルシリカ研磨剤の商品名〕供給量：１０ l/min 供給側出口温度：２３℃±１℃

【０１１９】（４）研磨時間：１０ｍｉｎ（５）研磨量：１０μm

【０１２０】冷却水系統の温度制御は図１４および図１
５に示した総合熱量制御システムによって制御し、研磨
動作時の経過は図１２に示した。又、研磨布表面の温度
を実施例と同様に熱画像センサで測定したが、この場合
は研磨布表面温度は成行で特に制御は行っていない。こ
の時の研磨布表面温度の推移を図１３中に併せて示した
が、その温度変化は研磨開始前のおよそ２０℃から研磨
終了時にはおよそ３２℃まで上昇した。この場合のワー
ク保持盤から研磨定盤にわたる温度分布は図１３に示し
たように解析され、研磨定盤及びワーク保持盤の研磨前
の温度分布に対し１０℃以上の温度変化を生じ、これに
よる研磨定盤の法線方向の熱変形量は図２３（ｃ）に示
す様に場所によっては１００μm以上に達する。

【０１２１】得られたウェーハの研磨仕上げ精度は表１
に示したように実施例に比較して低い結果となった。

【０１２２】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の研磨装置及
び研磨方法によれば、ワーク、例えば８インチ〜１２イ
ンチ以上の直径を有するウェーハの高精度鏡面加工を高
い効率で実施することが可能となる。また、本発明のワ
ークの接着方法によれば、ワーク、例えばウェーハをワ
ーク保持盤に撓みを生ずることなく均一に接着すること
ができ、ウェーハの高精度鏡面加工実現の一助となると
いう効果を達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置の１例を示す一部省略断面
的説明図である。

【図２】本発明の研磨装置に用いられる研磨定盤の１
例を示す断面的説明図である。

【図３】本発明の研磨装置に用いられるワーク保持盤
の１例を示す断面的説明図である。

【図４】本発明のワークの接着方法の１例を示す説明
図である。

【図５】本発明の研磨定盤の他の例の温度調整用流体
流路の平面形状を示す一部切欠き上面図である。

【図６】図５の研磨定盤の上部流路部分及び下部流路
部分をそれぞれ縦方向に断面して示した縦断面図であ
る。

【図７】図５の研磨定盤の背面図である。

【図８】本発明における総合熱量制御システムにおけ
る各機器の配置を示すブロック図である。

【図９】本発明における総合熱量制御システムの制御
動作を示すフローチャートである。

【図１０】実施例１における研磨時間と研磨布表面温
度、研磨剤溶液供給温度及び研磨剤溶液戻り温度との関
係を示すグラフである。

【図１１】実施例１におけるワーク保持盤背面から研
磨定盤下面にわたる温度分布の解析図である。

【図１２】比較例１における研磨時間と研磨布表面温
度、研磨剤溶液供給温度、研磨剤溶液戻り温度、研磨定
盤冷却水供給温度及び研磨定盤冷却水戻り温度との関係
を示すグラフである。

【図１３】比較例１におけるワーク保持盤背面から研
磨定盤下面にわたる温度分布の解析図である。

【図１４】比較例１で用いた総合熱量制御システムに
おける各機器の配置を示すブロック図である。

【図１５】比較例１で用いた総合熱量制御システムの
制御動作を示すフローチャートである。

【図１６】比較例１で用いた研磨定盤の上面図であ
る。

【図１７】図１６の縦断面図である。

【図１８】比較例１で用いたワーク保持盤の縦断面図
である。

【図１９】従来のウェーハ研磨装置の１例を示す側面
説明図である。

【図２０】従来の研磨定盤の１例を示す断面説明図で
ある。

【図２１】ワーク保持盤へのウェーハの接着方法の従
来の１例を示す概略説明図で、（ａ）は加圧前、（ｂ）
は加圧接着状態を示す図面である。

【図２２】ワーク保持盤へのウェーハの接着方法の従
来の他の例を示す概略説明図である。

【図２３】実施例１及び比較例１における研磨定盤の
研磨前及び研磨中の法線方向の変位量を示すグラフで、
（ａ）は測定位置を示し、（ｂ）は実施例１における変
位量及び（ｃ）は比較例１における変位量をそれぞれ示
す。

【符号の説明】

１：真空容器、２：ベローズ、３：ベローズ昇降用シリ
ンダー、４：ベローズ内圧調整用配管、５：真空容器内
圧調整用配管、６：真空吸着用配管、７：フレーム、
８：リブ、８ａ：内部リブ構造、９，9ａ，９ｂ：温度
調整用流体流路、１０：従来の研磨定盤、１１：締結
具、１２：上定盤、１３，２０：従来のワーク保持盤、
１３ａ：ゴム弾性率体、１４：研磨剤供給用配管、１
５：上部荷重、１６，３１：研磨布、１７：回転軸、１
８：回転シャフト、１９：研磨剤溶液、２０ａ：接着
面、２１，３４，５０，５１，５２：凹部、２２：接着
剤、２３：下定盤、２４：ウェーハ加圧用部材、２５：
加圧ヘッド、２６：加圧シリンダー、２７：エアバッ
グ、２８：本発明の研磨装置、２９：本発明の研磨定
盤、２９ａ：研磨定盤表面、２９ｂ：研磨定盤背面、３
０：シール部材、３２：回転軸、３３：長孔、３５：セ
ンターローラ、３６：トップブロック、３７：弾性体、
３８：本発明のワーク保持盤、３９：接着剤、４０：回
転シャフト、４１：研磨剤、４２：研磨剤導入孔、４
３：支持プレート、４４：ベアリング部材、４５：吸着
孔、４６：ウェーハ接着領域、４７：長孔、４８：接着
ベース、４９：貫通孔、Ｈ，Ｈ₁，Ｈ₂，Ｈ₃，Ｈ₄：冷却
水、Ｗ：ワーク（ウェーハ）。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２４Ｂ 37/04 Ｂ２４Ｂ 37/04 ＡＪ (72)発明者林俊行群馬県群馬郡群馬町保渡田2174番地１三益半導体工業株式会社上郊工場内Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA14 AB04 AB08 AC01 AC04 BA08 CB01 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨定盤とワーク保持盤とを有しワーク
保持盤に保持されたワークを研磨剤溶液を流しつつ研磨
する研磨装置であって、研磨動作時における研磨定盤の
定盤表面の法線方向での変形量及び／又はワーク保持盤
のワーク保持面の法線方向での変形量を１００μm以下
に抑制したことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】研磨定盤とワーク保持盤とを有しワーク
保持盤に保持されたワークを研磨剤溶液を流しつつ研磨
する研磨装置であって、該研磨定盤が鋳造によって一体
として形成され、該研磨定盤の構造は背面に複数の凹部
及び／又はリブを有し、かつ定盤内部に温度調整用流体
の流路を形成するとともに該流路を形成しない部分は内
部リブ構造として作用するようにしたことを特徴とする
研磨装置。
【請求項３】前記研磨定盤を構成する材料の熱膨張係
数の値が５×１０^-6／℃以下であり、かつその耐食性が
ステンレス鋼とほぼ同等であることを特徴とする請求項
１又は２記載の研磨装置。
【請求項４】前記研磨定盤の材料がインバーであるこ
とを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項５】研磨定盤とワーク保持盤とを有しワーク
保持盤に保持されたワークを研磨剤溶液を流しつつ研磨
する研磨装置であって、温度調整用流体の流量及び／又
は温度を制御することによって研磨動作時における研磨
定盤の温度変化及び／又はワーク保持盤の温度変化を所
定範囲内に制御することを特徴とする研磨装置。
【請求項６】前記研磨動作時における前記研磨定盤及
び／又は前記ワーク保持盤の任意の位置における温度の
変動が３℃以内であることを特徴とする請求項５記載の
研磨装置。
【請求項７】前記研磨剤溶液の温度及び／又は流量を
制御して研磨動作時における研磨布の研磨面の任意の位
置における温度の変動を１０℃以下に制御することを特
徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の研磨装置。
【請求項８】前記研磨定盤の回転ムラを１％以下に抑
制したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項記
載の研磨装置。
【請求項９】前記研磨定盤の研磨面の回転時の面ブレ
を１５μｍ以下に抑制したことを特徴とする請求項１〜
８のいずれか１項記載の研磨装置。
【請求項１０】前記研磨定盤の回転軸の回転ブレを３
０μｍ以下に抑制したことを特徴とする請求項１〜９の
いずれか１項記載の研磨装置。
【請求項１１】前記ワーク保持盤が背面に凹部を形成
するか、又はリブ構造を有することを特徴とする請求項
１〜１０のいずれか１項記載の研磨装置。
【請求項１２】前記ワーク保持盤の材料がアルミナセ
ラミックス又はＳｉＣであることを特徴とする請求項１
１記載の研磨装置。
【請求項１３】前記ワーク保持盤の前記ワークとの接
着領域内に該ワークを吸引保持するための複数の細孔が
開孔していることを特徴とする請求項１２記載の研磨装
置。
【請求項１４】研磨定盤とワーク保持盤とを有しワー
ク保持盤に保持されたワークを研磨剤溶液を流しつつ研
磨する研磨装置を用い、研磨動作時における研磨定盤の
定盤表面の法線方向での変形量及び／又はワーク保持盤
のワーク保持面の法線方向での変形量を１００μm以下
に抑制することを特徴とする研磨方法。
【請求項１５】研磨定盤とワーク保持盤とを有しワー
ク保持盤に保持されたワークを研磨剤溶液を流しつつ研
磨する研磨方法において、前記研磨定盤上に貼設された
研磨布によって前記ワークの被研磨面を研磨する際、研
磨動作時における該研磨布の研磨面の任意の位置におけ
る温度の変動を１０℃以下とすることを特徴とする研磨
方法。
【請求項１６】研磨定盤とワーク保持盤とを有しワー
ク保持盤に保持されたワークを研磨剤溶液を流しつつ研
磨する研磨方法において、研磨中における前記ワークの
温度の変動を１０℃以下に抑制することを特徴とする研
磨方法。
【請求項１７】前記研磨剤溶液の温度及び／又は流量
を制御して研磨動作時における研磨布の研磨面の任意の
位置における温度及び／又はウェーハの温度の変動を１
０℃以下に制御することを特徴とする請求項１５又は１
６記載の研磨方法。
【請求項１８】研磨定盤とワーク保持盤とを有しワー
ク保持盤に保持されたワークを研磨する研磨装置を用い
る研磨方法であって、ワーク保持盤に複数のウェーハを
次式（１）の関係を２mm以内の誤差で満足するように配
置して保持することを特徴とする研磨方法。【数１】（上式（１）中、Ｒ：ワーク保持盤径（mm）、ｒ：ウェ
ーハ径（mm）、ｘ：ウェーハ間距離（mm）、ｙ：ウェー
ハとワーク保持盤外周端距離（mm）、Ｎ：ウェーハ枚数
／ワーク保持盤、π：円周率）
【請求項１９】ｒが２００mm以上で、５≦Ｎ≦７，５
≦ｘ≦２０，７≦ｙ≦２２であることを特徴とする請求
項１８記載の研磨方法。
【請求項２０】ワーク保持盤の厚さｄがａＲ＜ｄ＜ｂ
Ｒ(ａ＝０.０４〜０.０８，ｂ＝０.１０〜０.１２)であ
ることを特徴とする請求項１９記載の研磨方法。
【請求項２１】請求項１〜１３のいずれか１項記載の
研磨装置を用いてシリコンウェーハを研磨することを特
徴とする請求項１４〜１９のいずれか１項記載の研磨方
法。
【請求項２２】温度変化が±２℃以内の環境において
実施することを特徴とする請求項２１記載の研磨方法。
【請求項２３】接触領域内にワークを吸引保持するた
めの複数の細孔が開孔しているワーク保持盤を用いワー
ク保持盤背面側から細孔を介してエアーを排気しつつウ
ェーハを接着剤にてワーク保持盤に接着することを特徴
とするワークの接着方法。
【請求項２４】前記接着を２０℃〜３０℃の間で行う
ことを特徴とする請求項２３記載の方法。
【請求項２５】前記接着時の温度における接着剤の粘
度が１mPa・s〜１０mPa・sである接着剤を用いることを
特徴とする請求項２４記載の方法。
【請求項２６】ワーク接着部分の接着剤の厚みの平均
値が０.１μｍ〜０.５μｍの範囲であって、その厚みの
偏差が０.０１５μｍ以内であることを特徴とする請求
項２３〜２５のいずれか１項記載の方法。
【請求項２７】ワーク保持盤のワーク接着面の接着領
域内にワークを真空吸着するための複数の吸着孔をワー
ク接着面からワーク保持盤背面まで貫通して設けたこと
を特徴とするワーク保持盤。
【請求項２８】ワーク保持盤の背面に凹部又はリブ構
造を設けたことを特徴とする請求項２７記載のワーク保
持盤。
【請求項２９】請求項２７又は２８記載のワーク保持
盤を用いることを特徴とする請求項２３〜２６のいずれ
か１項記載の方法。
【請求項３０】請求項２３〜２６及び２９のいずれか
１項記載の方法でシリコンウェーハをワーク保持盤に接
着保持して研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項３１】請求項１〜１３のいずれか１項記載の
研磨装置を用いることを特徴とする請求項３０記載の研
磨方法。