JP2007266068A - 研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高度な平坦面を有する被研磨物を提供することができる研磨装置および研磨方法を提供する。
【解決手段】所定方向に回転可能な研磨定盤１の一面に研磨パッド２を設け、研磨定盤１の回転軸と偏心した位置にスピンドルヘッド５を設け、スピンドルヘッド５の研磨パッド２との対向面にバックパッド６を設ける。研磨パッド２との相対回転により表面研磨処理が施される薄板状の被研磨物として、ウェーハＷをバックパッド６に保持する。バックパッド６の樹脂層の圧縮率が６〜２５％であり、かつ、樹脂層の圧縮率と研磨パッド２の圧縮弾性率との積が６００〜２１００の範囲にある。
【選択図】図８

Description

本発明は、被研磨物の研磨技術に関し、特に、半導体基板や精密ガラス基板等のように高度の平坦面を要求される被研磨物の表面を研磨するための研磨方法及び研磨装置に関するものである。

従来から、半導体デバイスを作製するための原料ウェーハとして用いられる半導体ウェーハ（シリコンウェーハ）にあっては、鏡面ウェーハとするためにその表面を研磨するのが一般的である。

半導体デバイスを作製するための原料ウェーハとして用いられるウェーハは、チョクラルスキー法（ＣＺ法）や浮遊帯域溶融法（ＦＺ法）等により単結晶の半導体インゴットを成長させ、その成長した半導体インゴットの外周を円筒研削盤等により研削して整形し、これをスライス工程でワイヤソーによりスライスして薄板状に形成される。

その後、面取り工程でウェーハ周縁部の面取り加工を行い、ラッピング工程による平坦化加工及びエッチング処理工程を経て、一次研磨・二次研磨した後、鏡面ウェーハとなる。
このような工程を経て得られた鏡面ウェーハは、その表面に回路を形成することによって半導体デバイスとなる。

しかしながら、上記の工程を経て作製された鏡面ウェーハの表面平坦度が低いと、回路を形成する際のフォトリソグラフィ工程における露光時にレンズ焦点が部分的に合わなくなり、回路の微細パターンの形成が難しくなるという問題が生じる。このため、近年の高精度のデバイス作製では、極めて高い平坦度が要求される。

このように極めて高い平坦度を有する鏡面ウェーハを製造するために、ウェーハの表面研磨は非常に重要である。このウェーハの表面研磨を行う研磨装置の一つとして、枚様式と称する片面研磨装置が知られている。

図８は、このような枚様式の片面研磨装置の一例を示している。図８（Ａ）は研磨装置の斜視図、図８（Ｂ）は研磨装置の縦断面図である。
図８において研磨装置１０は、回転軸３を回転中心として所定方向（例えば、図示反時計回り方向）に回転する研磨定盤１と、研磨定盤１の上に配置され、所定方向（例えば、図示反時計回り方向）に回転する複数のスピンドルヘッド５とを備えている。

研磨定盤１の上面は平坦面であり、被研磨物を研磨するための研磨パッド２が接着剤等により貼り付けられて固定されている。研磨パッド２は、例えばウェーハＷの直径が２００ｍｍの場合、直径６２０ｍｍの不織布により形成される。研磨定盤１の底面中央には、図示を略する回転駆動装置からの動力伝達によって研磨定盤１を回転させる回転軸３が固定されている。

スピンドルヘッド５への荷重は、スピンドルヘッド５の上面に接続されたウェート支持軸４によって制御される。スピンドルヘッド５は回転軸３の軸線から偏心した位置にあり、図示を略する回転駆動装置によって回転駆動力を与えられる。図８では、一つの研磨パッド２に対して２つのスピンドルヘッド５を備えた例を示しているが、スピンドルヘッド５の数はこれに限定されるものではなく、１つ以上であれば良い。

スピンドルヘッド５の底面にはバックパッド６が接着固定されており、バックパッド６はその下面が研磨パッド２の表面と並行になるように対向配置される。バックパッド６に保持されたウェーハＷの周囲には、ウェーハＷの外周を取り囲むように円環状に配置されたリテーナリング７を備えている。リテーナリング７は、バックパッド６の外周に沿ってバックパッド６の下面に固定されている。リテーナリング７はバックパッド６に固定するタイプと、スピンドルヘッド５に固定するタイプのものがある。

図７に示すようにバックパッド６は主として、スピンドルヘッド５への接着土台となる基材６ａと、基材を含まない樹脂層６ｂとからなり、ウェーハＷの直径が２００ｍｍの場合、直径は２４５ｍｍ程度、樹脂層６ｂの厚さは３００〜７００μｍとなっている。

ウェーハＷを研磨するには、ウェーハＷの被研磨面が研磨パッド２と対向するように配置してバックパッド６の樹脂層６ｂの下面にウェーハＷを水吸着させる。そして、研磨定盤１を回転させると共に、ウェーハＷを保持したスピンドルヘッド５を回転させる。その状態でスピンドルヘッド５を下降させることにより、研磨パッド２の上面に所定の圧力でウェーハＷを加圧してウェーハＷの被研磨面を研磨する。尚、この際、必要に応じて図示を略すノズルからスラリーを供給する。
特開２００２−３５５７５５号公報

一般に研磨クロス２は弾性を有するため、ウェーハＷを研磨クロス２に押し付けながら研磨を行うと、ウェーハＷが研磨クロス２に僅かに沈み込むこととなる。同様に、バックパッド６の樹脂層６ｂも弾性を備えているため、ウェーハＷを研磨クロス２に押し付けながら研磨を行うと、ウェーハＷがバックパッド６にも僅かに沈み込むこととなる。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は研磨装置の一部を拡大した縦断面図である。図７（Ａ）はバックパッド６の樹脂層６ｂの圧縮率が大きい場合を示し、図７（Ｂ）はバックパッド６の樹脂層６ｂの圧縮率が小さい場合を示す。

図７（Ａ）に示すように、樹脂層６ｂの圧縮率が大きいと、ウェーハＷは研磨パッド２への沈み込み量ｃｔが小さくなり、バックパッド６への沈み込み量ｂｔが大きくなる。この場合、リテーナリング７から研磨パッド２へ係る面圧が大きくなり、ウェーハＷの外周近傍への研磨パッド２からの面圧が小さくなる。その結果、ウェーハＷの外周近傍における研磨取代が少なくなり、相対的にウェーハＷの外周近傍より内側の部分（以下、「内周部分」と称する）の研磨取代は大きくなってしまい、結果としてウェーハＷの面内の取代にバラツキが発生する。

一方、図７（Ｂ）に示すように、樹脂層６ｂの圧縮率が小さいと、ウェーハＷはバックパッド６への沈み込み量ｂｔが小さくなり、研磨パッド２への沈み込み量ｃｔが大きくなる。この場合、リテーナリング７から研磨パッド２へ係る面圧が小さくなり、ウェーハＷの外周近傍への研磨パッド２からの面圧が大きくなる。その結果、ウェーハＷの内周部分は比較的安定した平坦度とすることができるが、ウェーハＷの外周部（特に外周端面から１０ｍｍの範囲）の研磨取代が多くなり、ウェーハＷの外周部において面ダレが発生し、その部分の平坦度、特にＳＦＱＲが悪くなるという問題が生じていた。

ここで、平坦度とは、ウェーハＷの全体の平坦度とチップ単位の平坦度とがある。また、平坦度には、ウェーハＷの裏面を完全に吸着したと仮定した場合の裏面を基準とした平坦度と、ウェーハＷの表面を基準として最小自乗法により基準平面を定義して算出した平坦度（以下、単に「表面基準」と称する。）とがある。
一般に、裏面基準のウェーハ全体の平坦度はＧＢＩＲ（Global Back Ideal Range）と称し、裏面基準のチップ単位の平坦度はＳＢＩＲ（Site Back Ideal Range）若しくはＳＢＩＤ（Site Back Ideal Deviation）と称している。
また、表面基準のウェーハ全体の平坦度はＧＦＬＲ（Global Front Least Squares Range）若しくはＧＦＬＤ（Global Front Least Squares Deviation）と称し、表面基準のチップ単位の平坦度はＳＦＱＲ（Site Front Least Squares Range）若しくはＳＦＱＤ（Site Front Least Squares Deviation）と称している。

近年においては、表面基準のウェーハ全体の平坦度（以下、「ＧＦＬＲ」と称する）で１．０μｍ〜０．６５μｍ、表面基準のチップ単位の平坦度（以下、「ＳＦＱＲ」と称する）で０．１μｍ以下という超平坦化ウェーハが要求されている。

しかしながら従来は、バックパッド６の樹脂層６ｂの圧縮率と研磨パッド２の圧縮率との相対的な関係については検討されていなかったため、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示した２つの関係を適切に解消することはできなかった。

また、上述した研磨装置１０では、ウェーハＷの外側をリテーナリング７で包囲することによってウェーハＷの外周部分での研磨パッド２からの局所的な荷重集中を解消してＳＦＱＲを超平坦度に確保するようにしている。この際、リテーナリング７の厚さがウェーハＷの厚さよりも薄くないと、研磨の作用点がリテーナリング７に移り、ウェーハ外周部の研磨の進行は阻害されて研磨取代が小さくなり、研磨均一性は劣化することになる。

しかしながら、このリテーナリング７の厚さを、例えば図６（Ａ）に示すように、ウェーハＷの厚さよりも極端に薄くしてその差（ウェーハＷの厚さ−リテーナリング７の厚さ）ｄｔを大きくすると、ウェーハＷの外周端に作用する研磨圧が点で作用するため、外周部の研磨取代が内周部に比して大きくなり、結果的に上述した図７（Ｂ）に示した状態と同じ結果となってしまう。

これに対し、図６（Ｂ）に示すように差ｄｔを小さくできれば、ウェーハＷとリテーナリング７はあたかもつながった一平面のようになり、ウェーハＷの外周端に作用する研磨圧が面で作用することになる。

本出願に係る発明は、上述した各作用のバランスに着目したものであり、より安定した平坦度の被研磨物を提供することができる研磨方法及び研磨装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の被研磨物との間に配置されたバックパッドと、前記被研磨物の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備え、
前記研磨パッドに前記被研磨物の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨する研磨装置において、
前記バックパッドの樹脂層の圧縮率が６〜２５％であり、かつ、前記樹脂層の圧縮率と前記研磨パッドの圧縮弾性率との積が６００〜２１００の範囲にあることを特徴とする研磨装置である。
上記の発明によれば、被研磨物の外周部と内周部との研磨圧力のばらつきを低減することができ、高度な平坦度を有する被研磨面を提供することができる。

また、本出願に係る第２の発明は、研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の被研磨物との間に配置されたバックパッドと、前記被研磨物の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備え、
前記研磨パッドに前記被研磨物の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨する研磨装置において、
前記リテーナリングは、前記リテーナリングの前記研磨パッドとの被接触面と、前記被研磨物の前記被研磨面との高さ方向の位置の差が、１５〜４５μｍの範囲になるように設定したリテーナリングであることを特徴とする研磨装置である。
上記の発明によれば、被研磨物の外周部と内周部との研磨圧力のばらつきを低減することができ、高度な平坦度を有する被研磨面を提供することができる。

さらに、本出願に係る第３の発明は、研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の被研磨物との間に配置されたバックパッドと、前記被研磨物の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備え、
前記研磨パッドに前記被研磨物の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨する研磨装置において、
前記バックパッドの樹脂層の圧縮率が６〜２５％で、前記樹脂層の圧縮率と前記研磨パッドの圧縮弾性率との積が６００〜２１００の範囲にあり、
且つ、前記リテーナリングの前記研磨パッドとの被接触面と、前記被研磨物の前記被研磨面との高さ方向の位置の差が、１５〜４５μｍの範囲にあることを特徴とする研磨装置である。
上記の発明によれば、被研磨物の外周部と内周部との研磨圧力のばらつきをより一層低減することができ、より高平坦な被研磨面を提供することができる。

また、本出願に係る第４の発明は、前記被研磨物を研磨する際の研磨荷重を１００〜３００ｇｆ／ｃｍ^２としたことを特徴とする上記第１〜第３の発明の何れか１つに記載した研磨装置である。
上記の発明によれば、被研磨物の外周部と内周部との研磨圧力のばらつきをより一層低減することができ、より高平坦な被研磨面を提供することができる。

さらに、本出願に係る第５の発明は、研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の被研磨物との間に配置されたバックパッドと、前記被研磨物の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備えた研磨装置により前記被研磨物を研磨する方法であって、
前記バックパッドの樹脂層の圧縮率は６〜２５％であり、かつ、前記樹脂層の圧縮率と前記研磨パッドの圧縮弾性率との積は６００〜２１００の範囲にあり、
前記研磨パッドに前記被研磨物の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨する方法である。
上記の発明によれば、被研磨物の外周部と内周部との研磨圧力のばらつきを低減することができ、高度な平坦度を有する被研磨面を提供することができる。

また、本出願に係る第６の発明は、研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の半導体基板との間に配置されたバックパッドと、前記半導体基板の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備えた研磨装置により前記半導体基板を研磨する工程を含む半導体ウェーハ製造方法であって、
前記バックパッドの樹脂層の圧縮率は６〜２５％であり、かつ、前記樹脂層の圧縮率と前記研磨パッドの圧縮弾性率との積は６００〜２１００の範囲にあり、
前記研磨パッドに前記半導体基板の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨することを特徴とする半導体ウェーハ製造方法である。
上記の発明によれば、被研磨物である半導体基板の外周部と内周部との研磨圧力のばらつきを低減することができ、高度な平坦度を有する半導体ウェーハを提供することができる。

本発明の研磨方法および研磨装置によれば、被研磨物をより高平坦に加工することができる。

本願における圧縮率（％）並びに圧縮弾性率（％）の用語は、ＪＩＳ Ｌ１０９６にて規定された通りである。具体的には、まずは圧縮率及び圧縮弾性率を求める試料を採取する。試料及び試験片の採取及び準備は、ＪＩＳ Ｌ０１０５の５．３（布状の試料及びその試験片）（１）（織物の場合）による。

圧縮率（％）及び圧縮弾性率（％）は、上記の試料から約５０ｍｍ×約５０ｍｍの試験片を１５枚採取し、圧縮弾性試験機を用い、試験片３枚を重ねて標準圧力４．９ｋＰａ（５０ｇｆ／ｃｍ^２）の下で厚さＴ_０（ｍｍ）を測り、次に、２９．４ｋＰａ（３００ｇｆ／ｃｍ^２）の一定圧力の下で１分間放置して厚さＴ₁（ｍｍ）を測る。次に、加えた圧力を除き１分間放置した後、再び標準圧力４．９ｋＰａ（５０ｇｆ／ｃｍ^２）の下で厚さＴ_２（ｍｍ）を測定する。上記の各測定厚さを下記の式１及び式２にあてはめて圧縮率（％）及び圧縮弾性率（％）を求め、５回の平均値を算出し、整数位に丸める。

次に、本発明の研磨方法および研磨装置を図面に基づいて説明する。本発明の研磨装置の全体構造は、図６〜図８を用いて説明した研磨装置１０とほぼ同様であるため、装置全体の構造の詳細な説明は省略し、各図の符合を援用して説明する。また、本発明は、厚さが３５０μｍ以上のウェーハＷを研磨するという条件のもとで適用される。後述する各実験結果は、研磨荷重を１００〜３００ｇｆ／ｃｍ^２、研磨定盤１とスピンドルヘッド５の回転数をそれぞれ６０ｒｐｍの一定回転数に固定した条件のもとに導いた結果である。

研磨パッド２は、ウェーハＷの直径が２００ｍｍの場合には、例えば直径６２０ｍｍの研磨布を用いる。研磨パッド２の素材としては、ポリエステル樹脂製やウレタン樹脂製の不織布を用いることができる。研磨パッド２の厚さは、ウェーハＷの直径にかかわらず６００〜１６００μｍのものを使用する。

バックパッド６は、ウェーハＷの直径が２００ｍｍの場合には、例えば直径２４５ｍｍのものを用いることができる。バックパッド６の樹脂層６ｂの厚さはウェーハＷの直径にかかわらず３００〜７００μｍのものを使用する。

具体的には、バックパッド６の基材６ａの裏面には感圧接着剤層を有しており、スピンドルヘッド５の底面に貼り付けられるまでは、この感圧接着剤層の裏面にさらに離型シートが剥離可能に貼着されている。上述した基材６ａとしては、ポリエステルシート、ポリ塩化ビニルシート、ナイロンシート、ポリイミドシート等が主に用いられる。

また、バックパッド６の樹脂層６ｂは、基材６ａ上に積層された弾性層と、必要に応じてこの弾性層上に積層された粘着性樹脂層とからなる。粘着性樹脂層は必須のものではなく、樹脂層６ｂは弾性層のみからなるものであっても良い。

弾性層としては、ウェーハＷをバックパッド６に保持する際に所定の弾性力を発揮する部材を使用する。例えば、基材６ａにウレタン樹脂のＤＭＦ溶液をコーティングし、その層を湿式凝固させ、温水中で洗浄、熱風で乾燥を行って形成することができる。この弾性層の表面は平滑加工され、多数の独立発泡の孔部が形成されている。弾性層の圧縮率は５〜６０％（ＪＩＳ Ｌ１０９６にて測定）が好ましい。

弾性層の表面に必要に応じて積層される粘着性樹脂層は、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリエステル、エポキシ樹脂、ナイロン、ポリ塩化ビニル等の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなり、表面が平滑であり、かつ被研磨物に対して粘着性を有しているものである。粘着性樹脂層の硬度は４８〜８８が好ましく（ＪＩＳ−Ａ,ＪＩＳＫ６３０１ ５．２（Ａ形）にて測定）、その圧縮率は３〜５２％が好ましい。

この粘着性樹脂層の表面には、表面粗さＲａが０．４〜４．０μｍ程度の微小な凹凸が全面に亘って形成されている。この微小な凹凸は、粘着性樹脂層の表面にランダムに（方向性がなく）形成されている。さらに好ましい表面粗さの範囲は、０．５〜２．０（Ｕ７０〜ＤＭ４２）μｍである。表面粗さが０．４μｍ未満であると、空気の抜ける速度が遅く被研磨物とバックパッド６との間に空気を咬み込む場合があり、またマシンによるハンドリング性が悪く、４．０μｍを超えると表面精度が低下する。

このような粘着性樹脂層は、例えば、以下のようにして製造することができる。基材６ａの表面に積層された弾性層の表面をバフして一定の表面粗さ（凹凸）とし、次に、この弾性層の表面に熱硬化性のウレタン樹脂をコーティングする。次に、このウレタン樹脂が完全に硬化する前に、微小な凹凸を有するフィルムを、熱ロールにより圧着ラミネートし、弾性層の表面とウレタン樹脂を接着させた後に、フィルムをウレタン樹脂の表面から剥離させる。すると、フィルム自体の表面粗さがウレタン樹脂の表面に転写され、表層の無発泡ウレタン層に、ある一定の粗さをもった自己吸着タイプのバックパッド６を得ることができる。

このような製法でバックパッド６を作製することにより、フィルムの表面粗さをコントロールすることで、バックパッド６の樹脂層６ｂの表面粗さをコントロールすることができる。なお、上述した樹脂層６ｂの製造方法は一例であり、他の方法によっても本願に示すような特性を有する樹脂層６ｂおよびバックパッド６を製造することができるのは言うまでもない。

リテーナリング７は、このバックパッド６の外周に沿って被研磨物であるウェーハＷを取り囲むように取り付けられている。リテーナリング７はリング状の部材または複数のブロック状の部材を、ウェーハＷを取り囲むように円環状に配置したものであり、例えばセラミックス材料や樹脂、さらに金属材料にセラミックス材料・樹脂をコーティングしたもの等がある。リテーナリング７の材質としては、被研磨物であるウェーハＷと同等の硬度若しくはウェーハＷよりも高い硬度を有するものを用いるのが好ましい。

ウェーハＷの外周面とリテーナリング７の内周面との隙間が空きすぎるとリテーナリング７による面ダレ防止効果が薄れるため、ウェーハＷとリテーナリング７との隙間は２ｍｍ以下であることが好ましく、特に０．５〜２．０ｍｍの範囲にあることが望ましい。本実施の形態においては、内径が２０１ｍｍ、外径が２４１ｍｍのリング状のリテーナリング７を使用している。
リテーナリング７はバックパッド６に固定するタイプのものと、スピンドルヘッド５に固定するタイプのものがあるが、本実施の形態ではバックパッド６に固定するタイプを採用している。

本実施の形態では、以下の表１に示すような種々の特性を有する樹脂層６ｂを備えたバックパッド６により実験を行った。

図１〜図３は、樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）並びに研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）と研磨取代の関係を示す比較グラフ図である。ここでは、直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍの一般的なウェーハＷを用いた場合のグラフを示している。

図１はバックパッド６の樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）が１２％，２０％，３０％のときに、ウェーハＷの研磨取代がウェーハの中心からどのように変化するかを調べたグラフである。横軸にウェーハの中心位置からの距離（ｍｍ）をとり、縦軸にウェーハＷの研磨取代（μｍ）をとっている。

樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）が３０％とは、図７（Ａ）に示すようにウェーハＷが樹脂層６ｂにかなり沈み込んでいる状態に相当し、樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）が１２％とは、図７（Ｂ）に示すようにウェーハＷが樹脂層６ｂに殆ど沈み込んでいない状態に相当する。

図１の破線で示すように、樹脂層６ｂの圧縮率が比較的大きい（軟らかい）３０％の場合、ウェーハＷの中心部の研磨取代が多くなり、外周に向かって研磨取代が少なくなるという結果が得られた。

一方、図１の二点鎖線で示すように、樹脂層６ｂの圧縮率が比較的小さい（硬い）１２％の場合、ウェーハＷの中心から外周付近にわたって全般的に研磨取代の変化は小さいという結果が得られた。また、図１の実線で示すように、樹脂層６ｂの圧縮率が２０％の場合も１２％のときと同様に、ウェーハＷの中心から外周付近にわたって全般的に研磨取代の変化は小さいという結果が得られた。尚、矢印で示す範囲は実際に製品として使用される範囲である。

図２は、樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）とウェーハＷの平坦度の関係を示すグラフである。横軸に樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）をとり、縦軸にウェーハＷの内周部取代の傾きａ（ｉｎ）をとっている。圧縮率Ｃｒは主にウェーハの内周部の取代の均一性に寄与するので、内周部の取代の傾きとの相関関係を元に算出した。

内周部取代の傾きａ（ｉｎ）とは、図１よりウェーハＷの中心から半径方向の９０％までの取代の１次回帰式を求め、その関数の傾きをウェーハ平坦度の均一性の尺度としたものである。従って、０に近い方がより均一性が高いことを意味する。

図２にプロットした内周部取代の傾きａ（ｉｎ）より、さらに回帰式ｙを求めると、

が得られる。

内周部取代の傾きａ（ｉｎ）が±１の範囲であれば、ウェーハ平坦度に問題がない良品ウェーハとして出荷可能である。式３の回帰式ｙより内周部取代の傾きａ（ｉｎ）が±１の範囲に収まる値を求めると、樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）は６〜２５％になった。

したがって、樹脂層の圧縮率Ｃｒ（％）が６〜２５％のバックパッドを用いれば、ウェーハ平坦度に問題がない良品ウェーハが得られることがわかる。
そこで実際に、樹脂層の圧縮率Ｃｒ（％）が６〜２５％のバックパッドを用いて試験を行ったところ、特に、ＧＦＬＲ（Global Front Least Squares Range）が良好なウェーハを得ることができた。

図３は、［樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）］×［研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）］とウェーハＷの平坦度の関係を示すグラフである。［樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）］と［研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）］のそれぞれがウェーハＷの平坦度に対して相関関係を有しているため、本実施例では［樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）］と［研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）］の積をパラメータとして採用した。
横軸に［樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）］×［研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）］をとり、縦軸にウェーハＷの内周部取代の傾きａ（ｉｎ）をとっている。［樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）］×［研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）］は、主にウェーハの内周部の取代の均一性に寄与するので、内周部の取代の傾きとの相関関係を元に算出した。

内周部取代の傾きａ（ｉｎ）とは、図１よりウェーハＷの中心から半径方向の９０％までの取代の１次回帰式を求め、その関数の傾きをウェーハ平坦度の均一性の尺度としたものである。従って、０に近い方がより均一性が高いことを意味する。

図３にプロットした内周部取代の傾きａ（ｉｎ）より、さらに回帰式ｙを求めると、

が得られる。

内周部取代の傾きａ（ｉｎ）が±１の範囲であれば、ウェーハ平坦度に問題がない良品ウェーハとして出荷可能である。式４の回帰式ｙより内周部取代の傾きａ（ｉｎ）が±１の範囲に収まる値を求めると、［樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）］×［研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）］は６００〜２１００になった。

したがって、［樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）］×［研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）］が６００〜２１００になるような樹脂層６ｂおよび研磨パッド２を採用すれば、ウェーハ平坦度に問題がない良品ウェーハが得られることがわかる。
そこで実際に、［樹脂層６ｂの圧縮率Ｃｒ（％）］×［研磨パッド２の圧縮弾性率Ｃｅ（％）］が６００〜２１００になるような樹脂層６ｂおよび研磨パッド２を用いて試験を行ったところ、特に、ＧＦＬＲ（Global Front Least Squares Range）が良好なウェーハを得ることができた。

もちろん、実施例１と実施例２の要件を満たすような樹脂層および研磨パッドを採用することがより良いことは言うまでもない。すなわち、樹脂層の圧縮率Ｃｒ（％）が６〜２５％で、且つ、［樹脂層の圧縮率Ｃｒ（％）］×［研磨パッドの圧縮弾性率Ｃｅ（％）］が６００〜２１００になるような樹脂層および研磨パッドを採用することが望ましい。

図４はリテーナリング７の厚さが６２０μｍ，６７０μｍ，７２０μｍのときに、ウェーハＷの研磨取代がウェーハの中心からどのように変化するかを調べたグラフである。横軸にウェーハの中心位置からの距離（ｍｍ）をとり、縦軸にウェーハＷの研磨取代（μｍ）をとっている。ここでは、直径２００ｍｍ、厚さ７２５μｍの一般的なウェーハＷを用いた場合のグラフを示している。

リテーナリング７の厚さが６２０μｍとは、図６（Ａ）に示すようにｄｔ＝（ウェーハＷの厚さ−リテーナリング７の厚さ）が大きい状態に相当し、リテーナリング７の厚さが７２０μｍとは、図６（Ｂ）に示すようにｄｔ＝（ウェーハＷの厚さ−リテーナリング７の厚さ）が小さい状態に相当する。

図４の破線で示すように、リテーナリング７の厚さが７２０μｍの場合、ウェーハＷの外周部の研磨取代が多くなることはなかった。すなわち、面ダレが発生し難いという結果が得られた。また、図４の実線で示すように、リテーナリング７の厚さが６７０μｍの場合も、ウェーハＷの外周部の研磨取代が極端に多くなることはなく、ウェーハＷの中心から外周付近にわたって全般的に研磨取代の変化は小さいという結果が得られた。

一方、図４の二点鎖線で示すように、リテーナリング７の厚さが６２０μｍの場合、ウェーハＷの外周部の研磨取代が急に多くなるという結果が得られた。

図５は、ｄｔ＝（ウェーハＷの厚さ−リテーナリング７の厚さ）とウェーハＷの平坦度の関係を示すグラフである。横軸にｄｔ＝（ウェーハＷの厚さ−リテーナリング７の厚さ）（μｍ）をとり、縦軸にウェーハＷの外周部取代の傾きａ（ｏｕｔ）をとっている。ウェーハＷの厚さとリテーナリング７の厚さとの差ｄｔは、主にウェーハの外周部の取代の均一性に寄与するので、その外周部の取代の傾きとの相関関係を元に算出した。

外周部取代の傾きａ（ｏｕｔ）とは、図１よりウェーハＷの半径の９０％より外周部の取代から１次回帰式を求め、その関数の傾きをウェーハ平坦度の均一性の尺度としたものである。

図５にプロットした外周部取代の傾きａ（ｏｕｔ）より、さらに回帰式ｙを求めると、

が得られる。

外周部取代の傾きａ（ｏｕｔ）が±５の範囲であれば、外周部も良好なウェーハとして出荷可能である。式５の回帰式ｙより外周部取代の傾きａ（ｏｕｔ）が±５の範囲に収まる値を求めると、ｄｔ＝（ウェーハＷの厚さ−リテーナリング７の厚さ）は１５〜４５μｍになった。

したがって、ｄｔ＝（ウェーハの厚さ−リテーナリングの厚さ）が１５〜４５μｍになるように、リテーナリングの厚さを設定すれば、ウェーハ平坦度に問題がない良品ウェーハが得られることがわかる。
そこで実際に、ｄｔ＝（ウェーハの厚さ−リテーナリングの厚さ）が１５〜４５μｍになるようにリテーナリングの厚さを設定して試験を行ったところ、特に、外周部におけるＳＦＱＲ（Site Front Least Squares Range）が良好なウェーハを得ることができた。

もちろん、実施例３の要件と、実施例１または実施例２の要件を満たすような樹脂層および研磨パッドおよびリテーナリングを採用することがより良いことは言うまでもない。

上記の実施の形態においては、ｄｔ＝（ウェーハＷの厚さ−リテーナリング７の厚さ）を、ウェーハＷの被研磨面とリテーナリング７の底面の高さ方向の位置の差と擬制している。しかし、実際の研磨においてはウェーハＷやリテーナリング７は樹脂層６ｂの圧縮率に応じたバックパッド６への沈み込みがあるので、樹脂層６ｂへの沈み込みを考慮したリテーナリング７の厚み設計が必要になる。

また、リテーナリング７を、バックパッド６ではなくスピンドルヘッド５に直接取り付けるタイプの場合には、ｄｔ´＝［ウェーハの厚さ−（リテーナリングの厚さ−バックパッドの厚さ）］が１５〜４５μｍになるようにリテーナリングの厚さを設定すれば、ウェーハ平坦度に問題がない良品ウェーハが得られる。

本発明は、バックパッドの樹脂層の圧縮率Ｃｒに着目した点に新しさを有し、特に、［樹脂層の圧縮率Ｃｒ（％）］×［研磨パッドの圧縮弾性率Ｃｅ（％）］に着目した点に斬新さを有する。

また上記の要件と相俟って、ウェーハＷの被研磨面とリテーナリングの底面の高さ方向の位置の差に着目することにより、より高平坦なウェーハを提供することができる。

上記の実施の形態においては半導体ウェーハを例に説明しているが、本発明は半導体ウェーハに限られる技術ではなく、例えば薄板状の精密ガラス基板や、他の材料からなる薄板状の被研磨物にも適用することができる。

また、薄板状の被研磨物は、円板状のウェーハに限られることなく、四角や多角形状の被研磨物についても適用することができる。

バックパッドの樹脂層の圧縮率Ｃｒが１２％，２０％，３０％のときに、ウェーハの研磨取代がウェーハの中心からどのように変化するかを調べたグラフである。 樹脂層の圧縮率Ｃｒとウェーハの平坦度の関係を示すグラフである。 ［樹脂層の圧縮率Ｃｒ］×［研磨パッドの圧縮弾性率Ｃｅ］とウェーハの平坦度の関係を示すグラフである。 リテーナリングの厚さが６２０μｍ，６７０μｍ，７２０μｍのときに、ウェーハの研磨取代がウェーハの中心からどのように変化するかを調べたグラフである。 ｄｔ＝（ウェーハの厚さ−リテーナリングの厚さ）とウェーハの平坦度の関係を示すグラフである。 被研磨物とリテーナリングとの相対関係を示し、図６（Ａ）は被研磨物の厚さに対してリテーナリングの厚さが極端に薄い場合の要部の説明図、図６（Ｂ）は被研磨物の厚さに対してリテーナリングの厚さが若干量薄い場合の要部の説明図である。 バックパッドの圧縮率と研磨パッドの圧縮弾性率との相対関係を示し、図７（Ａ）はバックパッドの圧縮率が高い場合の要部の説明図、図７（Ｂ）はバックパッドの圧縮率が低い場合の要部の説明図である。 図８（Ａ）は研磨装置の斜視図、図８（Ｂ）は研磨装置の側面図である。

符号の説明

１…研磨定盤
２…研磨パッド
３…回転軸
４…ウェート支持軸
５…スピンドルヘッド
６…バックパッド ６ａ…基材 ６ｂ…樹脂層
７…リテーナリング
１０…研磨装置
Ｗ…ウェーハ（被研磨物）。

Claims (6)

1. 研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の被研磨物との間に配置されたバックパッドと、前記被研磨物の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備え、
   前記研磨パッドに前記被研磨物の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨する研磨装置において、
   前記バックパッドの樹脂層の圧縮率が６〜２５％であり、かつ、前記樹脂層の圧縮率と前記研磨パッドの圧縮弾性率との積が６００〜２１００の範囲にあることを特徴とする研磨装置。
2. 研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の被研磨物との間に配置されたバックパッドと、前記被研磨物の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備え、
   前記研磨パッドに前記被研磨物の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨する研磨装置において、
   前記リテーナリングは、前記リテーナリングの前記研磨パッドとの被接触面と、前記被研磨物の前記被研磨面との高さ方向の位置の差が、１５〜４５μｍの範囲になるように設定したリテーナリングであることを特徴とする研磨装置。
3. 研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の被研磨物との間に配置されたバックパッドと、前記被研磨物の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備え、
   前記研磨パッドに前記被研磨物の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨する研磨装置において、
   前記バックパッドの樹脂層の圧縮率が６〜２５％で、前記樹脂層の圧縮率と前記研磨パッドの圧縮弾性率との積が６００〜２１００の範囲にあり、
   且つ、前記リテーナリングの前記研磨パッドとの被接触面と、前記被研磨物の前記被研磨面との高さ方向の位置の差が、１５〜４５μｍの範囲にあることを特徴とする研磨装置。
4. 前記被研磨物を研磨する際の研磨荷重を１００〜３００ｇｆ／ｃｍ^２としたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の研磨装置。
5. 研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の被研磨物との間に配置されたバックパッドと、前記被研磨物の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備えた研磨装置により前記被研磨物を研磨する方法であって、
   前記バックパッドの樹脂層の圧縮率は６〜２５％であり、かつ、前記樹脂層の圧縮率と前記研磨パッドの圧縮弾性率との積は６００〜２１００の範囲にあり、
   前記研磨パッドに前記被研磨物の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨する方法。
6. 研磨パッドを備えた研磨定盤と、前記研磨パッドと対向して配置されたスピンドルヘッドと、前記スピンドルヘッドと薄板状の半導体基板との間に配置されたバックパッドと、前記半導体基板の外周を囲繞するように配置されたリテーナリングと、を少なくとも備えた研磨装置により前記半導体基板を研磨する工程を含む半導体ウェーハ製造方法であって、
   前記バックパッドの樹脂層の圧縮率は６〜２５％であり、かつ、前記樹脂層の圧縮率と前記研磨パッドの圧縮弾性率との積は６００〜２１００の範囲にあり、
   前記研磨パッドに前記半導体基板の被研磨面を当接させた状態で前記研磨定盤もしくは前記スピンドルヘッドの少なくとも一方を回転させることにより、前記研磨パッドで前記被研磨面を研磨することを特徴とする半導体ウェーハ製造方法。

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