JP2007103703A - 半導体ウェハの研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウェハの裏面品質を維持できかつ研磨による欠陥を低減できる半導体ウェハの研磨方法を提供すること。
【解決手段】研磨終了後に、チャック４２６の加工圧およびリテーナ４２３のリテーナ圧を研磨時よりも小さくし、チャック４２６および半導体ウェハＷ間に水を供給して、リテーナ４２３およびチャック４２６の隙間と、チャック４２６の保持面４２６Ａと、半導体ウェハＷの裏面と、を洗浄する。このため、加工圧およびリテーナ圧を研磨時よりも小さくして水を供給するため、チャック４２６および半導体ウェハＷ間に効率的に水を供給でき、保持面４２６Ａや半導体ウェハＷの裏面に付着したスラリーを効率的に除去できる。さらに、次の研磨工程にスラリーが持ち込まれて、このスラリーを用いた研磨により半導体ウェハＷの被研磨面に発生する欠陥や、裏面に発生するシミや傷を抑制できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体ウェハを研磨する半導体ウェハの研磨方法に関する。

従来、半導体ウェハの研磨において、平坦度と裏面品質とを両立させることは、困難とされている。
均一な取り代を達成するための研磨において、問題となるのは、研磨布の粘弾性が起因のいわゆる面ダレと、チャックの形状転写と、によるものである。

ところで、チャックから独立してリテーナを加圧する機構（以下、独立加圧式リテーナ機構と称す）は、面ダレを抑制する特性を有するため平坦化に有利である。
しかし、粗研磨中に、チャックとリテーナとの間に存在する空間に粗研磨用のスラリー（以下、粗スラリーと称す）が入り込むと、リテーナが研磨布に接触しているため純水が即座に空間に入っていかず、リンス工程だけでは、十分にスラリーを除去することができない。
このため、続けて実施する仕上げ研磨工程に粗スラリーが持ち込まれ、スクラッチが発生するという問題点があった。
さらに、加工中の半導体ウェハのリテーナ内での移動や真空吸着の作用により、半導体ウェハの裏面へのスラリーの回り込みが避けられず、裏面品質の低下につながるという問題点があった。
そして、これらのような問題点を解決するための研磨装置や研磨方法が知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特許文献１に記載のものは、ダイヤフラムに、キャリアの外周面とリテーナリングの内周面との間に形成される隙間内へスラリーを供給するための供給口を設けている。また、供給口に、この供給孔に対してスラリーと洗浄液のうちいずれか一方を選択的に供給するスラリー／洗浄液供給機構を接続している。
そして、プラテンを回転させるとともに、研磨ヘッドを自転させ、これと前後して、スラリー／洗浄液供給機構により、スラリーを供給口に供給する。これにより、スラリーが隙間から流れ落ちてウェハと研磨パッドとの間に直接供給されて、ウェハの研磨が行われる。また、研磨作業を終えた際などの適宜時期に、スラリー／洗浄液供給機構からの供給口からのスラリーの供給を停止し、代わりに供給口に洗浄液を供給することで、供給口、収容空間および隙間内に残留しているスラリーを洗い流す構成が採られている。

特許文献２に記載のものは、トップリング本体およびリテーナリングの周囲に、押圧リングを設けている。また、この押圧リングに、一端が押圧リングの内周面に開口され他端が押圧リングの上端面に開口された洗浄液供給孔を備えた洗浄液供給手段を設けている。
そして、洗浄液供給手段から押圧リングとトップリングのリテーナリングとの間隙に、適宜、洗浄液を供給することにより、間隙に入り込んだスラリー上の研磨砥液を洗い流す構成が採られている。

特開２００３−２２０５５３号公報（第５頁左欄−第８頁右欄） 特開平１０−２８６７６９号公報（第４頁左欄−第６頁左欄）

しかしながら、特許文献１および特許文献２に記載のような構成では、粗研磨中に半導体ウェハがチャックに対して位置ずれを起こし、半導体ウェハの裏面の一部が粗研磨用のスラリー（以下、粗スラリーと称す）にさらされてしまい、チャックの表面に設けられたバッキングパッドの表面や、半導体ウェハの裏面に粗スラリーが付着してしまうことがある。このため、チャックとリテーナとの間の空間に水を供給するだけでは、この付着した粗スラリーを十分に除去できずに、続けて実施する仕上げ研磨工程に粗スラリーが持ち込まれ、半導体ウェハの表面にスクラッチやＬＰＤ（Light Point Defects）などの欠陥が発生したり、裏面にシミや傷が発生したりするという問題点がある。

本発明の目的は、半導体ウェハの裏面品質を維持可能かつ研磨による欠陥を低減可能な半導体ウェハの研磨方法を提供することにある。

本発明の半導体ウェハの研磨方法は、半導体ウェハの裏面を保持面で保持するチャックおよび前記半導体ウェハの周囲を囲む状態で設けられたリテーナに研磨面に近接する方向への圧力を付与し、前記チャックおよび前記リテーナを前記研磨面に対して回転させて前記半導体ウェハを研磨する研磨方法であって、前記半導体ウェハの研磨終了後に、前記チャックおよび前記リテーナに付与する前記近接する方向への圧力を前記研磨時よりも小さくする除圧工程と、水供給部から前記チャックおよび前記半導体ウェハの間に水を供給して、前記リテーナの内面および前記チャックの側面で構成される空間、前記チャックの保持面、および、前記半導体ウェハの裏面を洗浄する洗浄工程と、を備えていることを特徴とする。

このような発明によれば、半導体ウェハの研磨終了後に、チャックに付与する研磨面に近接する方向への圧力（以下、加工圧と称す）、および、リテーナに付与する研磨面に近接する方向への圧力（以下、リテーナ圧と称す）を研磨時よりも小さくし、水供給部からチャックおよび半導体ウェハ間に水を供給して、リテーナの内面およびチャックの側面で構成される空間と、チャックの保持面と、半導体ウェハの裏面と、を洗浄する。
このことにより、加工圧およびリテーナ圧を研磨時よりも小さくして水を供給するため、加工圧およびリテーナ圧を研磨時よりも小さくしない構成と比べて、チャックおよび半導体ウェハ間に効率的に水を供給可能となる。こうすることで、半導体ウェハ裏面とチャックとの間を通って外へ流れる一様な流れができ、リテーナ内部の空間内からスラリーを速やかに水に置換できるため、研磨中に半導体ウェハがチャックに対して位置ずれを起こし、チャックの保持面や、半導体ウェハの裏面にスラリーが付着した場合であっても、この付着したスラリーを効率的に除去することが可能となる。さらに、例えば続けて実施する研磨工程にスラリーが持ち込まれて、このスラリーを用いた研磨により半導体ウェハの被研磨面にスクラッチやＬＰＤが発生することや、裏面にシミや傷が発生することを抑制可能となる。

そして、本発明では、前記チャックに、多孔質樹脂製のバッキングパッドと、前記保持面に開口形成され真空吸引部により真空状態にされて前記半導体ウェハを前記保持面に吸引する孔部と、を設け、前記水供給部は、前記保持面の孔部を介して前記チャックおよび前記半導体ウェハの間に水を供給することが好ましい。

このような発明によれば、チャックの保持面に、多孔質樹脂製のバッキングパッドを設けている。このため、このようなバッキングパッドを設けない構成と比べて、半導体ウェハの裏面に発生する傷などをより抑制可能となる。
そして、水供給部から供給される水によりバッキングパッドの表面を清浄に保つことが可能となり、スラリーの蓄積によるバッキングパッドの劣化を抑制可能となる。
また、チャックの保持面に、真空吸引部により真空状態にされて半導体ウェハを保持面に吸引する孔部を設けている。そして、水供給部にて、孔部を介してチャックおよび半導体ウェハの間に水を供給する。このため、孔部を介して半導体ウェハの保持およびバッキングパッドへの水の供給が可能となり、チャックの構成の簡略化を図れる。

また、本発明では、前記除圧工程は、前記チャックおよび前記リテーナに付与する前記近接する方向への圧力を前記洗浄工程で前記水供給部から供給される水の圧力よりも小さくすることが好ましい。

このような発明によれば、除圧工程にて、加工圧およびリテーナ圧を洗浄工程で水供給部から供給される水の圧力（以下、バックプレス圧と称す）よりも小さくするため、加工圧およびリテーナ圧をバックプレス圧よりも大きくする構成と比べて、チャックおよびリテーナの間に水を効率的に供給可能となり、チャックおよびリテーナの間のスラリーを迅速に水に置換可能となる。

さらに、本発明では、前記除圧工程は、前記チャックに付与する前記近接する方向への圧力を略０にすることが好ましい。

このような発明によれば、除圧工程にて、加工圧を略０にするため、チャックおよびリテーナの間に水を直接的に供給可能となり、チャックおよびリテーナの間のスラリーをより迅速に水に置換可能となる。よって、次工程へのスラリーの持ち込みや、リテーナ、チャック、バッキングパッドへのスラリーの固着を抑制可能となる。

そして、本発明では、前記洗浄工程は、前記半導体ウェハの被研磨面をリンスするリンス工程と同時に実施されることが好ましい。

このような発明によれば、洗浄工程を、半導体ウェハの被研磨面をリンスするリンス工程と同時に実施するため、チャックの保持面や半導体ウェハの裏面に付着したスラリーの除去性を高めることが可能となるとともに、研磨工程の簡略化を図れる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

〔半導体ウェハの研磨装置の構成〕
図１は、本発明に係る半導体ウェハの研磨装置の概略構成を示す上面図である。図２は、研磨装置の要部の概略構成を示す上面図である。図３は、研磨装置の要部の概略構成を示す一部を切り欠いた側面図である。図４は、研磨ヘッド部の概略構成を示す断面図である。
この研磨装置１００は、スラリーを用いて直径寸法が２００ｍｍの半導体ウェハＷの表面を複数段階的に研磨する枚葉式の装置である。具体的には、研磨装置１００は、半導体ウェハＷの粗研磨処理、この粗研磨処理よりも細かい粗さで研磨する第１仕上げ研磨処理および第２仕上げ研磨処理を実施する装置である。なお、直径寸法が２００ｍｍ以外の半導体ウェハＷを対象とした研磨装置１００としてもよい。
この研磨装置１００は、図１に示すように、筐体２００と、研磨処理部３００と、ウェハ保持回転部４００と、を備える。

筐体２００は、略四角箱状に形成されている。この筐体２００の上面部２０１における略中央には、図示しない支持体スピンドル孔が開口形成されている。また、上面部２０１における支持体スピンドル孔と、筐体２００の右面部２０２、後面部２０３、および、左面部２０４と、のそれぞれの間には、それぞれ図示しない、粗研磨定盤スピンドル孔、第１仕上げ研磨定盤スピンドル孔、第２仕上げ研磨定盤スピンドル孔が開口形成されている。

研磨処理部３００は、後述する研磨ヘッド部４２０の洗浄処理や、半導体ウェハＷの研磨処理やリンス処理などを適宜実施する。この研磨処理部３００は、ウェハ着脱チャック洗浄部３１０と、粗研磨部３２０と、第１仕上げ研磨部３３０と、第２仕上げ研磨部３４０と、を備える。なお、粗研磨部３２０、第１仕上げ研磨部３３０、および、第２仕上げ研磨部３４０は、同様の構成を有しているため、粗研磨部３２０について詳細に説明し、第１，２仕上げ研磨部３３０，３４０については説明を簡略化する。

ウェハ着脱チャック洗浄部３１０は、筐体２００の上面部２０１における前面部２０５近傍に設けられている。このウェハ着脱チャック洗浄部３１０には、半導体ウェハＷが適宜載置される。そして、この半導体ウェハＷは、ウェハ保持回転部４００に保持されて粗研磨部３２０などで研磨される。
また、ウェハ着脱チャック洗浄部３１０には、研磨された半導体ウェハＷがウェハ保持回転部４００により載置される。そして、この半導体ウェハＷは、外部に適宜搬送される。
さらに、ウェハ着脱チャック洗浄部３１０は、このウェハ着脱チャック洗浄部３１０の上方に位置する後述する研磨ヘッド部４２０の洗浄処理を適宜実施する。

粗研磨部３２０は、筐体２００における右面部２０２近傍に設けられている。この粗研磨部３２０は、図２および図３に示すように、研磨スピンドル３２１と、研磨定盤３２２と、研磨布３２３と、図示しない、粗研磨回転駆動部と、粗研磨スラリー供給部と、リンス液供給部と、を備える。

研磨スピンドル３２１は、略棒状に形成されたスピンドル基部３２１Ａと、このスピンドル基部３２１Ａの一端に設けられた略円板状のスピンドル先端部３２１Ｂと、を備える。
スピンドル基部３２１Ａは、軸方向が筐体２００の上下方向と略一致した状態で、軸を中心に回転可能に設けられている。
スピンドル先端部３２１Ｂは、上面部２０１の粗研磨定盤スピンドル孔よりも小さい直径寸法を有している。このスピンドル先端部３２１Ｂは、上面が粗研磨定盤スピンドル孔を介して上面部２０１よりも上方に位置する状態に設けられている。

研磨定盤３２２は、スピンドル先端部３２１Ｂよりも大きい直径寸法を有する略円板状に形成されている。この研磨定盤３２２は、スピンドル先端部３２１Ｂの上面に、互いの中心が略一致する状態で設けられている。
研磨布３２３は、研磨定盤３２２と略等しい外径寸法を有する略円板状に形成されている。そして、研磨布３２３は、研磨定盤３２２の上面に、互いの中心が略一致する状態で設けられている。

粗研磨回転駆動部は、例えば研磨スピンドル３２１の他端側に設けられ、研磨スピンドル３２１を適宜回転させる。
粗研磨スラリー供給部は、研磨布３２３の研磨面３２３Ａに、粗研磨用のスラリーを適宜供給する。
リンス液供給部は、研磨面３２３Ａに、半導体ウェハＷの被研磨面をリンスするためのリンス液を適宜供給する

第１仕上げ研磨部３３０は、筐体２００における後面部２０３近傍に設けられている。この第１仕上げ研磨部３３０は、研磨スピンドル３２１と、研磨定盤３２２と、研磨布３２３と、図示しない、第１仕上げ研磨回転駆動部と、第１仕上げ研磨スラリー供給部と、リンス液供給部と、を備える。
第１仕上げ研磨スラリー供給部は、研磨布３２３の研磨面３２３Ａに、第１仕上げ研磨用のスラリーを適宜供給する。

第２仕上げ研磨部３４０は、筐体２００における左面部２０４近傍に設けられている。この第２仕上げ研磨部３４０は、研磨スピンドル３２１と、研磨定盤３２２と、研磨布３２３と、図示しない、第２仕上げ研磨回転駆動部と、第２仕上げ研磨スラリー供給部と、リンス液供給部と、を備える。
第２仕上げ研磨スラリー供給部は、研磨布３２３の研磨面３２３Ａに、第２仕上げ研磨用のスラリーを適宜供給する。

ウェハ保持回転部４００は、半導体ウェハＷを保持して回転させるとともに、ウェハ着脱チャック洗浄部３１０、粗研磨部３２０、第１仕上げ研磨部３３０、第２仕上げ研磨部３４０に順次搬送する。そして、ウェハ保持回転部４００は、ヘッド支持部４１０と、８個の研磨ヘッド部４２０と、真空吸引部４３０（図４参照）と、水供給部４４０（図４参照）と、図示しないエアバッグ制御部と、を備える。

ヘッド支持部４１０は、支持体スピンドル４１１と、支持体基部４１２と、４個の支持体先端部４１３と、図示しない支持部駆動部と、を備える。
支持体スピンドル４１１は、略筒状に形成され、筐体２００の支持体スピンドル孔に軸を中心に回転可能にかつ軸方向に移動可能に挿通されている。この支持体スピンドル４１１は、一端側が筐体２００内に位置し、他端側が上面部２０１の上方に位置する状態に設けられている。
支持体基部４１２は、上面視略十字の薄箱状に形成され、支持体スピンドル４１１の他端に互いの中心が略一致する状態で設けられている。
支持体先端部４１３は、略長方形薄箱状に形成され、短手方向の一側面略中央が支持体基部４１２の突出先端に接続されている。また、各支持体先端部４１３は、ウェハ着脱チャック洗浄部３１０、粗研磨部３２０、第１仕上げ研磨部３３０、および、第２仕上げ研磨部３４０の上方に位置可能な状態で設けられている。
そして、支持体スピンドル４１１、支持体基部４１２、および、支持体先端部４１３は、中空部が互いに連通する状態で設けられている。
また、ヘッド支持部４１０の上方には、例えば下面が開口された略四角薄箱状に形成されたカバー４１４が設けられている。
支持部駆動部は、例えば支持体スピンドル４１１の一端側に設けられ、支持体スピンドル４１１を適宜回転させたり、上下方向に適宜移動させたりする。

研磨ヘッド部４２０は、図２および図３に示すように、支持体先端部４１３の下面における長手方向両端側において回転可能に設けられている。この研磨ヘッド部４２０は、図４に示すように、ヘッド上部４２１と、リテーナ保持部４２２と、リテーナ４２３と、リテーナ加圧部４２４と、チャック加圧部４２５と、チャック４２６と、バッキングパッド４２７と、ヘッド管部４２８と、図示しないヘッド回転駆動部と、を備える。

ヘッド上部４２１は、略円板状に形成されたヘッド上部基部４２１Ａを備える。
ヘッド上部基部４２１Ａの上面略中央には、上方に向けて突出する状態に設けられた略円柱状のヘッドスピンドル４２１Ｂが設けられている。
このヘッドスピンドル４２１Ｂは、図３に示すように、上端側が支持体先端部４１３の内部に位置する状態に設けられている。
また、ヘッド上部基部４２１Ａの下面周縁には、下方に向けて略円筒状に突出するヘッド下突出部４２１Ｃが設けられている。
このヘッド下突出部４２１Ｃの外周面上方には、周方向に沿って、高さ寸法が後述するリテーナエアバッグダイヤフラム４２１Ｄの厚さ寸法よりも大きい略リング状に切り欠き形成された切欠部４２１Ｃ１が設けられている。この切欠部４２１Ｃ１には、略リング薄板状のリテーナエアバッグダイヤフラム４２１Ｄの内縁近傍が載置されている。そして、ヘッド下突出部４２１Ｃには、リテーナエアバッグダイヤフラム４２１Ｄの上面に当接し、かつ、切欠部４２１Ｃ１に嵌合する状態で、略リング板状のダイヤフラム押さえ部材４２１Ｅが図示しないボルトにより固定されている。
さらに、ヘッド上部４２１には、ヘッド上部基部４２１Ａの下面略中央からヘッドスピンドル４２１Ｂの上面略中央にかけて、ヘッド管部４２８の後述する第１管部４２８Ａが挿通される管部挿通孔４２１Ｆが設けられている。この管部挿通孔４２１Ｆには、後述するリテーナ加圧エアバッグ室４２４Ａの気密性を損なわないように図示しないコネクタが設けられている。

リテーナ保持部４２２は、ヘッド上部基部４２１Ａよりも大きい直径の略円板状に形成されたリテーナ保持部基部４２２Ａを備える。
このリテーナ保持部基部４２２Ａの略中央には、リテーナ加圧エアバッグ室４２４Ａおよび後述するチャック加圧エアバッグ室４２５Ａの気密性を損なわない第１管部４２８が挿通される管部挿通孔４２２Ａ１が設けられている。また、リテーナ保持部基部４２２Ａの上面には、略円筒状の第１リテーナ上突出部４２２Ｂと、この第１リテーナ上突出部４２２Ｂの外径寸法よりも大きい内径寸法を有する略円筒状の第２リテーナ上突出部４２２Ｃと、がリテーナ保持部基部４２２Ａと同心状に設けられている。
第１リテーナ上突出部４２２Ｂは、ヘッド下突出部４２１Ｃの内径寸法よりも小さい外径寸法、および、ヘッド下突出部４２１Ｃと略等しい高さ寸法を有している。
第２リテーナ上突出部４２２Ｃは、ヘッド下突出部４２１Ｃの外径寸法よりも大きい内径寸法、および、第１リテーナ上突出部４２２Ｂよりも大きい高さ寸法を有している。この第２リテーナ上突出部４２２Ｃの内周面上方には、周方向に沿って、高さ寸法がリテーナエアバッグダイヤフラム４２１Ｄの厚さ寸法と略等しい略リング状に切り欠き形成された切欠部４２２Ｃ１が設けられている。この切欠部４２２Ｃ１には、リテーナエアバッグダイヤフラム４２１Ｄの外縁近傍が載置されている。そして、第２リテーナ上突出部４２２Ｃには、この第２リテーナ上突出部４２２Ｃの上面およびリテーナエアバッグダイヤフラム４２１Ｄの上面に当接する状態で、略リング板状のダイヤフラム押さえ部材４２２Ｄが図示しないボルトにより固定されている。

また、リテーナ保持部基部４２２Ａの下面には、略円筒状の第１リテーナ下突出部４２２Ｅと、この第１リテーナ下突出部４２２Ｅの外径寸法よりも大きい内径寸法を有する略円筒状の第２リテーナ下突出部４２２Ｆと、がリテーナ保持部基部４２２Ａと同心状に設けられている。
第１リテーナ下突出部４２２Ｅは、第１リテーナ上突出部４２２Ｂの外径寸法よりも大きい内径寸法、および、第２リテーナ上突出部４２２Ｃの内径寸法と略等しい外径寸法を有している。この第１リテーナ下突出部４２２Ｅの内周面上方には、周方向に沿って、高さ寸法が後述するチャックエアバッグ支持部４２２Ｇの厚さ寸法と略等しい略リング状に切り欠き形成された切欠部４２２Ｅ１が設けられている。この切欠部４２２Ｅ１には、略薄円板状のチャックエアバッグ支持部４２２Ｇの外縁近傍の上面が当接されている。そして、第１リテーナ下突出部４２２Ｅには、この第１リテーナ下突出部４２２Ｅの下面およびチャックエアバッグ支持部４２２Ｇの下面に当接する状態で、略リング板状の支持部押さえ部材４２２Ｈが図示しないボルトにより固定されている。

ここで、チャックエアバッグ支持部４２２Ｇの略中央には、第１管部４２８Ａが挿通される管部挿通孔４２２Ｇ１が設けられている。そして、チャックエアバッグ支持部４２２Ｇは、略薄円板状の板ばね４２２Ｇ２と、この板ばね４２２Ｇ２と略等しい形状のチャックエアバッグダイヤフラム４２２Ｇ３と、を備える。板ばね４２２Ｇ２は、チャックエアバッグダイヤフラム４２２Ｇ３を介して、チャック４２６を支持する。この板ばね４２２Ｇ２の外縁近傍および中心近傍には、径方向に沿って所定間隔で開口形成された図示しない抜き孔が設けられている。チャックエアバッグダイヤフラム４２２Ｇ３は、板ばね４２２Ｇ２に重ねられた状態で設けられている。そして、チャックエアバッグ支持部４２２Ｇは、チャックエアバッグダイヤフラム４２２Ｇ３がチャック４２６側に位置する状態で、第１リテーナ下突出部４２２Ｅに設けられている。

第２リテーナ下突出部４２２Ｆは、リテーナ保持部基部４２２Ａの直径寸法と等しい外径寸法を有している。この第２リテーナ下突出部４２２Ｆの内周面下方には、内側に向けて鍔状に突出する鍔部４２２Ｉが設けられている。鍔部４２２Ｉは、先端が描く円の直径寸法が、第１リテーナ下突出部４２２Ｅの内径寸法よりも小さく、かつ、半導体ウェハＷの直径寸法よりも大きい形状を有している。

リテーナ４２３は、鍔部４２２Ｉの先端が描く円の直径寸法と略等しい内径寸法、および、第２リテーナ下突出部４２２Ｆの外径寸法よりも小さい外径寸法を有する略リング板状に形成されている。このリテーナ４２３は、第２リテーナ下突出部４２２Ｆおよび鍔部４２２Ｉの下面から下方に突出する状態に、かつ、第２リテーナ下突出部４２２Ｆと同心状に設けられている。

リテーナ加圧部４２４は、ヘッド上部基部４２１Ａ、ヘッド下突出部４２１Ｃ、リテーナエアバッグダイヤフラム４２１Ｄ、リテーナ保持部基部４２２Ａ、および、第２リテーナ上突出部４２２Ｂで区画形成されるリテーナ加圧エアバッグ室４２４Ａを備える。このリテーナ加圧エアバッグ室４２４Ａは、ヘッド管部４２８の後述するロータリージョイント４２８Ｃに接続された図示しないリテーナエアバッグ圧力制御用エア配管を介して、エアバッグ制御部に接続されている。また、リテーナ加圧エアバッグ室４２４Ａには、ヘッド上部４２１およびリテーナ保持部４２２の上下方向の移動量を規制する図示しない上下移動規制機構と、径方向の回転を防ぐ図示しない回り止め機構と、が設けられている。

チャック加圧部４２５は、リテーナ保持部基部４２２Ａ、第１リテーナ下突出部４２２Ｅ、および、チャックエアバッグ支持部４２２Ｇで区画形成されるチャック加圧エアバッグ室４２５Ａを備える。このチャック加圧エアバッグ室４２５Ａは、ロータリージョイント４２８Ｃに接続された図示しないチャックエアバッグ圧力制御用エア配管を介して、エアバッグ制御部に接続されている。

チャック４２６は、半導体ウェハＷと略等しい直径寸法を有する略円板状に形成され、チャックエアバッグ支持部４２２Ｇの下面に同心状に設けられている。このチャック４２６には、保持面４２６Ａおよび非保持面４２６Ｂを連通する状態でチャック孔部４２６Ｃが開口形成されている。
このチャック孔部４２６Ｃは、断面視略直線状を有し保持面４２６Ａおよび非保持面４２６Ｂの略中央を連通する第１チャック孔部４２６Ｃ１と、断面視略Ｌ字状を有し第１チャック孔部４２６Ｃ１の上端近傍および保持面４２６Ａにおける外縁近傍を連通する複数の第２チャック孔部４２６Ｃ２と、を備える。各第２チャック孔部４２６Ｃ２は、例えばチャック４２６の円周方向に略等間隔で設けられている。

バッキングパッド４２７は、多孔質樹脂材によりチャック４２６と略等しい直径寸法を有する略円板状に形成され、チャック４２６の下面に同心状に設けられている。
このバッキングパッド４２７は、ナップの気孔のサイズが１０μｍ以下で、変形１０％時の圧縮応力が３００ｋＰａ以下の特性を有している。
また、バッキングパッド４２７には、チャック４２６の保持面４２６Ａにおけるチャック孔部４２６Ｃに対応する位置に、表面および裏面を連通する状態でパッド孔部４２７Ａが開口形成されている。

ヘッド管部４２８は、略細管状の第１管部４２８Ａと、一端側が２つに分岐した略細管状の第２管部４２８Ｂと、第１管部４２８Ａおよび第２管部４２８Ｂを回転可能に接続するロータリージョイント４２８Ｃと、を備えている。第１管部４２８Ａは、他端側が管部挿通孔４２１Ｆ，４２２Ａ１，４２２Ｇ１に挿通されている。そして、第１管部４２８Ａは、一端がロータリージョイント４２８Ｃを介して第２管部４２８Ｂの他端に、他端がチャック４２６のチャック孔部４２６Ｃの上端に、それぞれ接続されている。第２管部４２８Ｂは、２つに分岐しているそれぞれの一端が真空吸引部４３０および水供給部４４０に接続されている。

ヘッド回転駆動部は、例えばヘッドスピンドル４２１Ｂの上端側に設けられ、研磨ヘッド部４２０を適宜回転させる。

真空吸引部４３０は、上述したように、ヘッド管部４２８を介してチャック４２６のチャック孔部４２６Ｃに接続されている。この真空吸引部４３０は、チャック孔部４２６Ｃを真空状態にして、チャック４２６の保持面４２６Ａに半導体ウェハＷを適宜吸引させる。

水供給部４４０は、上述したように、ヘッド管部４２８を介してチャック４２６のチャック孔部４２６Ｃに接続されている。この水供給部４４０は、チャック孔部４２６Ｃに所定の水圧（以下、バックプレス圧と称す）で水を供給する。

エアバッグ制御部は、リテーナ加圧エアバッグ室４２４Ａおよびチャック加圧エアバッグ室４２５Ａの内部圧力を独立的に制御する。
具体的には、エアバッグ制御部は、リテーナ加圧エアバッグ室４２４Ａの内部圧力を制御して、リテーナ保持部４２２を押圧することにより、リテーナ４２３に下方への所定の圧力（以下、リテーナ圧と称す）を付与する。また、エアバッグ制御部は、チャック加圧エアバッグ室４２５Ａの内部圧力を制御して、チャックエアバッグ支持部４２２Ｇを押圧することにより、チャック４２６に下方への所定の圧力（以下、加工圧と称す）を付与する。

〔半導体ウェハの研磨装置の動作〕
次に、上述した研磨装置１００の動作として、半導体ウェハＷの研磨処理を図面を参照して説明する。
図５は、半導体ウェハの研磨処理を示す模式図であり、（Ａ）は研磨前の半導体ウェハを研磨ヘッド部で真空吸引する状態、（Ｂ）は研磨ヘッド部を粗研磨部に位置させる状態、（Ｃ）はバッキングパッドに水を含浸させる状態、（Ｄ）は半導体ウェハの粗研磨する状態である。図６は、半導体ウェハの研磨処理を示す模式図であり、（Ｅ）は研磨ヘッド部および半導体ウェハを洗浄する状態、（Ｆ）は粗研磨後の半導体ウェハを上昇させる状態、（Ｇ）は研磨後の半導体ウェハを剥離する状態である。

まず、研磨装置１００は、研磨ヘッド部４２０がウェハ着脱チャック洗浄部３１０の上方に位置する状態でヘッド支持部４１０を下降させ、バッキングパッド４２７を半導体ウェハＷの裏面に接触させる。さらに、真空吸引部４３０は、図５（Ａ）に示すように、チャック４２６のチャック孔部４２６Ｃを真空状態にして、チャック４２６の保持面４２６Ａでバッキングパッド４２７を介して半導体ウェハＷを真空吸引させる。
この後、研磨装置１００は、ヘッド支持部４１０を上昇させて反時計回り方向に約９０°回転させて、研磨ヘッド部４２０を粗研磨部３２０の上方に位置させる。そして、ヘッド支持部４１０は、図５（Ｂ）に示すように、研磨ヘッド部４２０を回転させながら下降させ、粗研磨用のスラリーが供給されかつ回転している研磨布３２３の研磨面３２３Ａに接触させる。

次に、研磨装置１００は、図５（Ｃ）に示すように、エアバッグ制御部の制御により、チャック４２６に加工圧を付与せずに、リテーナ４２３に２０ｋＰａのリテーナ圧を付与して、半導体ウェハＷの研磨ヘッド部４２０からの飛び出しを防止する。
また、真空吸引部４３０は、チャック孔部４２６Ｃの真空状態を解除して、チャック４２６による半導体ウェハＷの保持を解除する。
そして、水供給部４４０は、流量が約２００ｃｃ／ｍｉｎとなる４０ｋＰａのバックプレス圧でチャック孔部４２６Ｃに水を供給して、バッキングパッド４２７から半導体ウェハＷを剥離させて、バッキングパッド４２７に水を含浸させる。

この後、研磨装置１００は、図５（Ｄ）に示すように、チャック４２６に２０ｋＰａの加工圧を付与するとともに、リテーナ４２３に２０〜５０ｋＰａのリテーナ圧を付与する。また、水供給部４４０は、チャック孔部４２６Ｃの水のバックプレス圧を１８〜２０ｋＰａとなる状態に制御する。これにより、加工圧とバックプレス圧とが略等しくなり、チャック孔部４２６Ｃでの水の流量は略０となる。
半導体ウェハＷは、上述した制御により、リテーナ４２３内で比較的自由に動ける状態で保持されているとともに外周がリテーナ４２３の内周よりも短いため、この周長差によりチャック４２６に対して転動して、リテーナ４２３内で円周方向に移動しながら粗研磨される。

そして、研磨装置１００は、半導体ウェハＷがリテーナ４２３内で少なくとも１回転するまで粗研磨すると、リテーナ圧および加工圧を粗研磨時よりも小さくする除圧工程を実施する。
具体的には、研磨装置１００は、図６（Ｅ）に示すように、チャック４２６に加工圧を付与せずに、リテーナ４２３に２０ｋＰａのリテーナ圧を付与する。ここで、加工圧としては、略０すなわち０よりもわずかに大きい圧力としてもよい。また、リテーナ圧としては、後述する洗浄工程でのバックプレス圧よりも小さい圧力であれば、いずれの圧力としてもよい。
この後、研磨装置１００は、半導体ウェハＷの被研磨面をリンスするリンス工程を実施する。さらに、水供給部４４０は、このリンス工程と同時に、バッキングパッド４２７の下面あるいは半導体ウェハＷの裏面などを洗浄する洗浄工程を実施する。
具体的には、水供給部４４０は、４０ｋＰａのバックプレス圧でチャック孔部４２６Ｃに水を供給して、バッキングパッド４２７の下面から漏れ出す水により、バッキングパッド４２７の下面あるいは半導体ウェハＷの裏面に付着したスラリーや、リテーナ４２３およびチャック４２６の隙間のスラリーを除去する。

次に、水供給部４４０は、図６（Ｆ）に示すように、チャック孔部４２６Ｃへの水の供給を停止する。さらに、真空吸引部４３０は、チャック４２６で半導体ウェハＷを真空吸引させる。そして、研磨装置１００は、ヘッド支持部４１０を上昇させる。
この後、研磨装置１００は、半導体ウェハＷを第１仕上げ研磨部３３０および第２仕上げ研磨部３４０に搬送して、上述した処理と同様の処理により、第１仕上げ研磨および第２仕上げ研磨を実施する。そして、研磨装置１００は、図６（Ｇ）に示すように、研磨ヘッド部４２０がウェハ着脱チャック洗浄部３１０の上方に位置する状態でヘッド支持部４１０を下降させる。さらに、真空吸引部４３０は、チャック孔部４２６Ｃの真空状態を解除し、半導体ウェハＷをチャック４２６から剥離して、ウェハ着脱チャック洗浄部３１０に載置する。

〔半導体ウェハの研磨装置の作用効果〕
上述した一実施形態によれば、以下の作用効果がある。
（１）半導体ウェハＷの研磨終了後に、チャック４２６の加工圧、および、リテーナ４２３のリテーナ圧を研磨時よりも小さくし、水供給部４４０からチャック４２６および半導体ウェハＷ間に水を供給して、リテーナ４２３およびチャック４２６の隙間と、チャック４２６の保持面４２６Ａと、半導体ウェハＷの裏面と、を洗浄する。
このため、加工圧およびリテーナ圧を研磨時よりも小さくして水を供給するため、加工圧およびリテーナ圧を研磨時よりも小さくしない構成と比べて、チャック４２６および半導体ウェハＷ間に効率的に水を供給できる。
したがって、半導体ウェハＷの裏面とチャック４２６との間を通ってリテーナ４２３の外へ流れる一様な流れができ、リテーナ４２３内部の空間内からスラリーを速やかに水に置換できるため、研磨中に半導体ウェハＷがチャック４２６に対して位置ずれを起こし、チャック４２６の保持面４２６Ａや、半導体ウェハＷの裏面にスラリーが付着した場合であっても、この付着したスラリーを効率的に除去できる。さらに、続けて実施する研磨工程にスラリーが持ち込まれて、このスラリーを用いた研磨により半導体ウェハＷの被研磨面にスクラッチやＬＰＤが発生することや、裏面にシミや傷が発生することを抑制できる。

（２）チャック４２６の保持面４２６Ａに、多孔質樹脂製のバッキングパッド４２７を設けている。
このため、バッキングパッド４２７を設けない構成と比べて、半導体ウェハＷの裏面に発生する傷などをより抑制できる。
そして、水供給部４４０からの水により、バッキングパッド４２７の表面を清浄に保つことができ、スラリーの蓄積によるバッキングパッド４２７の劣化を抑制できる。
また、チャック４２６の保持面４２６Ａに、真空吸引部４３０により真空状態にされて半導体ウェハＷを保持面４２６Ａに吸引するチャック孔部４２６Ｃを設けている。さらに、水供給部４４０にて、チャック孔部４２６Ｃを介してチャック４２６および半導体ウェハＷ間に水を供給する。
このため、チャック孔部４２６Ｃを介して、半導体ウェハＷの保持およびバッキングパッド４２７への水の供給が可能となり、チャック４２６の構成の簡略化を図ることができる。
特に、本実施形態では、ナップの気孔のサイズが１０μｍ以下で変形１０％時の圧縮応力が３００ｋＰａ以下のバッキングパッド４２７を設けている。
このため、ナップの気孔のサイズが１０μｍ以下のバッキングパッド４２７を適用しているので、加工圧が付与されたとしても、含浸された水の染み出しを抑えることができる。したがって、半導体ウェハＷに加わる圧力分布が略一定となるため取り代分布を略均一にすることができる。
また、変形１０％時の圧縮応力が３００ｋＰａ以下のバッキングパッド４２７を適用しているので、圧縮応力が３００ｋＰａよりも大きいものを適用する構成と比べて、貼り付けむらの転写が低減され、半導体ウェハＷの高平坦度加工が実現できる。

（３）除圧工程にて、加工圧およびリテーナ圧を洗浄工程で水供給部から供給される水のバックプレス圧よりも小さくしている。
このため、加工圧およびリテーナ圧をバックプレス圧よりも大きくする構成と比べて、チャック４２６およびリテーナ４２３の間に水を効率的に供給でき、チャック４２６およびリテーナ４２３間のスラリーを迅速に水に置換できる。
したがって、研磨処理の迅速化を図ることができる。

（４）除圧工程にて、加工圧を付与しない構成としている。
このため、チャック４２６およびリテーナ４２３間に水を直接的に供給でき、チャック４２６およびリテーナ４２３間のスラリーをより迅速に水に置換できる。
したがって、次工程へのスラリーの持ち込みや、リテーナ４２３、チャック４２６、バッキングパッド４２７へのスラリーの固着を抑制できる。

（５）洗浄工程を、半導体ウェハＷの被研磨面をリンスするリンス工程と同時に実施している。
このため、チャック４２６の保持面４２６Ａや半導体ウェハＷの裏面に付着したスラリーの除去性を高めることができるとともに、研磨工程の簡略化を図ることができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の改良ならびに設計の変更などが可能である。

すなわち、本発明の研磨方法を、ウェハ着脱チャック洗浄部３１０、粗研磨部３２０、第１仕上げ研磨部３３０、および、第２仕上げ研磨部３４０のうち少なくともいずれか１つが独立した構成を有する研磨システムに適用してもよい。
そして、チャック孔部４２６Ｃを真空吸引部４３０のみに接続するとともに、チャック４２６に水供給部４４０と接続されて保持面４２６Ａに水を供給可能な孔部を別途設ける構成としてもよい。

また、バッキングパッド４２７の代わりに、ナップの気孔のサイズが１０μｍよりも大きいバッキングパッドや、変形１０％時の圧縮応力が３００ｋＰａよりも大きいバッキングパッドなど、いずれのバッキングパッドを適用する構成としてもよい。
そして、加工圧およびリテーナ圧を、洗浄工程で水供給部から供給される水のバックプレス圧よりも大きくする構成としてもよい。
さらに、洗浄工程をリンス工程の前あるいは後に実施する構成としてもよい。

本発明を実施するための最良の構成などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部若しくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の研磨方法は、半導体ウェハを研磨するにあたって裏面品質を維持できるとともに、研磨による欠陥を低減できるため、半導体ウェハの研磨装置に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る半導体ウェハの研磨装置の概略構成を示す上面図である。 前記一実施形態における研磨装置の要部の概略構成を示す上面図である。 前記一実施形態における研磨装置の要部の概略構成を示す一部を切り欠いた側面図である。 前記一実施形態における研磨ヘッド部の概略構成を示す断面図である。 前記一実施形態における半導体ウェハの研磨処理を示す模式図であり、（Ａ）は研磨前の半導体ウェハを研磨ヘッド部で真空吸引する状態、（Ｂ）は研磨ヘッド部を粗研磨部に位置させる状態、（Ｃ）はバッキングパッドに水を含浸させる状態、（Ｄ）は半導体ウェハの粗研磨する状態である。 前記一実施形態における半導体ウェハの研磨処理を示す模式図であり、（Ｅ）は研磨ヘッド部および半導体ウェハを洗浄する状態、（Ｆ）は粗研磨後の半導体ウェハを上昇させる状態、（Ｇ）は研磨後の半導体ウェハを剥離する状態である。

符号の説明

３２３Ａ・・研磨面
４２３・・・リテーナ
４２６・・・チャック
４２６Ａ・・保持面
４２６Ｃ・・チャック孔部
４２７・・・バッキングパッド
４３０・・・真空吸引部
４４０・・・水供給部
Ｗ・・・半導体ウェハ

Claims (5)

1. 半導体ウェハの裏面を保持面で保持するチャックおよび前記半導体ウェハの周囲を囲む状態で設けられたリテーナに研磨面に近接する方向への圧力を付与し、前記チャックおよび前記リテーナを前記研磨面に対して回転させて前記半導体ウェハを研磨する研磨方法であって、
   前記半導体ウェハの研磨終了後に、前記チャックおよび前記リテーナに付与する前記近接する方向への圧力を前記研磨時よりも小さくする除圧工程と、
   水供給部から前記チャックおよび前記半導体ウェハの間に水を供給して、前記リテーナの内面および前記チャックの側面で構成される空間、前記チャックの保持面、および、前記半導体ウェハの裏面を洗浄する洗浄工程と、
   を備えていることを特徴とする半導体ウェハの研磨方法。
2. 請求項１に記載の半導体ウェハの研磨方法であって、
   前記チャックに、多孔質樹脂製のバッキングパッドと、前記保持面に開口形成され真空吸引部により真空状態にされて前記半導体ウェハを前記保持面に吸引する孔部と、を設け、
   前記水供給部は、前記保持面の孔部を介して前記チャックおよび前記半導体ウェハの間に水を供給する
   ことを特徴とする半導体ウェハの研磨方法。
3. 請求項２に記載の半導体ウェハの研磨方法であって、
   前記除圧工程は、前記チャックおよび前記リテーナに付与する前記近接する方向への圧力を前記洗浄工程で前記水供給部から供給される水の圧力よりも小さくする
   ことを特徴とする半導体ウェハの研磨方法。
4. 請求項３に記載の半導体ウェハの研磨方法であって、
   前記除圧工程は、前記チャックに付与する前記近接する方向への圧力を略０にする
   ことを特徴とする半導体ウェハの研磨方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体ウェハの研磨方法であって、
   前記洗浄工程は、前記半導体ウェハの被研磨面をリンスするリンス工程と同時に実施される
   ことを特徴とする半導体ウェハの研磨方法。

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