(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨布が設けられた定盤と、前記研磨布に押圧されて研磨されるワークが取付けられ回転軸により回転されるキャリアとを有する研磨装置において、キャリアは下方が開放された収納凹部を有するキャリア本体と、この収納凹部に加圧室が形成されるように設けられた弾性膜と、この弾性膜を挟んで加圧室と反対側に設けられた圧力伝達媒体と、この圧力伝達媒体の周囲に設けられワークを保持するリテーナとを有し、前記圧力伝達媒体は前記弾性膜により押圧される頂部が球面形状または平面形状に截頭され、さらに前記頂部から断面積が順次拡大する末広形状をなし、かつ底面部がワーク押圧のために平面形状をなすことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記圧力伝達媒体は底面部が平面形状をなす扁平円柱部を有する円錐体であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記圧力伝達媒体の円錐体は扁平であり、その頂部が球面形状または平面形状に截頭されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記圧力伝達媒体はアルミナ系ファインセラミクスであることを特徴とする請求項１ないし３項のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記圧力伝達媒体は厚さが３〜５ｍｍの薄肉体の積層構造であることを特徴とする請求項１ないし４項のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記薄肉体はアルミナ系ファインセラミクスの成形体であることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
【請求項７】
前記圧力伝達媒体は薄肉体を接着剤で接着して積層構造にしたことを特徴とする請求項５または６項に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェーハなどの表面を研磨する研磨装置に係わり、特に半導体ウェーハを平坦に研磨できる研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハを製造するには、多結晶シリコンから例えばチョクラルスキー法により単結晶の半導体インゴットを作り、このインゴットをマルチワイヤソーなどにより所定の厚さにスライシングし、半導体ウェーハを製造する。
【０００３】
この半導体ウェーハの表面を平坦にするため、研磨装置により研磨が行われる。
【０００４】
従来の研磨装置としては、特開昭６３−５２９６７号公報に記載されているように、キャリア本体の下方に、下方が開放された収納凹部を形成し、この収納凹部の下部に下端開口縁を閉塞する弾性膜を設け、収納凹部の弾性膜により仕切られて形成された加圧室に流体を充填すると共に、扁平円板形状を弾性膜に当接して圧力伝達媒体（マウントプレート）を設けて、この圧力伝達媒体によりワークを均一押圧するようにした研磨装置がある。
【０００５】
また、図５に示すように、キャリア３１は下方が開放された収納凹部３２を有するキャリア本体３３と、収納凹部３２に加圧室３４が形成されるように設けられた弾性膜３５と、この弾性膜３５を挟んで加圧室３４と反対側に設けられた扁平円板形状の圧力伝達媒体３６と、この圧力伝達媒体３６の周囲に設けられワークＷを保持するリテーナ３７と、このリテーナ３７を囲繞するスキージ４０とを有し、この圧力伝達媒体３６によりバックフィルム３９を介してワークＷを均一に定盤３８に設けられた研磨布Ｐに押圧するようにした研磨装置がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の研磨装置は、いずれも扁平円板形状の圧力伝達媒体によりワークを均一に押圧するものであるため、例えば図５における従来例では、研磨中のワークＷの面内部分の研磨布Ｐに対する相対速度ベクトルを時間積分すると、その値はワークＷの中心で最小値をとり、外周部分で最大値をとることになり、いずれの従来の研磨装置を用いて研磨したワークもその加工後の形状が中心部分が最も厚く、外周部分にいくに従って肉薄になるコンベックス形状になる。
【０００７】
このコンベックス形状になる原因は、ワークの研磨加工レートが研磨布との相対速度、圧力、温度などの時間関数であり、それぞれが大きくなると研磨加工レートが大きくなるためである。すなわち、圧力分布が均一な場合には、各部分の相対速度の大小に応じて研磨加工レートが変化することになるからである。
【０００８】
そのため、従来、片面研磨を行うとワークの面形状がコンベックス形状になってしまい、実質平坦度が低下していた。
【０００９】
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、研磨による面粗さが向上できると共に、面形状をコンベックス形状にさせずに平坦度を維持できる研磨装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するためになされた本願請求項１の発明は、研磨布が設けられた定盤と、前記研磨布に押圧されて研磨されるワークが取付けられ回転軸により回転されるキャリアとを有する研磨装置において、キャリアは下方が開放された収納凹部を有するキャリア本体と、この収納凹部に加圧室が形成されるように設けられた弾性膜と、この弾性膜を挟んで加圧室と反対側に設けられた圧力伝達媒体と、この圧力伝達媒体の周囲に設けられワークを保持するリテーナとを有し、前記圧力伝達媒体は前記弾性膜により押圧される頂部が球面形状または平面形状に截頭され、さらに前記頂部から断面積が順次拡大する末広形状をなし、かつ底面部がワーク押圧のために平面形状をなすことを特徴とする研磨装置であることを要旨としている。
【００１１】
本願請求項２の発明では、前記圧力伝達媒体は底面部が平面形状をなす扁平円柱部を有する円錐体であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置であることを要旨としている。
【００１３】
本願請求項３の発明では、前記圧力伝達媒体の円錐体は扁平であり、その頂部が球面形状または平面形状に截頭されていることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置であることを要旨としている。
【００１４】
本願請求項４の発明では、前記圧力伝達媒体はアルミナ系ファインセラミクスであることを特徴とする請求項１ないし３項のいずれか１項に記載の研磨装置であることを要旨としている。
【００１５】
本願請求項５の発明では、前記圧力伝達媒体は厚さが３〜５ｍｍの薄肉体の積層構造であることを特徴とする請求項１ないし４項のいずれか１項に記載の研磨装置であることを要旨としている。
【００１６】
本願請求項６の発明では、前記薄肉体はアルミナ系ファインセラミクスの成形体であることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置であることを要旨としている。
【００１７】
本願請求項７の発明では、前記圧力伝達媒体は薄肉体を接着剤で接着して積層構造にしたことを特徴とする請求項５または６項に記載の研磨装置であることを要旨としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係わる研磨装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
【００１９】
本発明に係わる研磨装置１は、図２に示すように、研磨布Ｐが設けられ駆動回転される定盤２と、研磨布Ｐに押圧し研磨されるワークＷが取付けられ回転軸３により回転されるキャリア４と、スラリＳを供給するスラリパイプ５を有している。
【００２０】
図１に示すように、キャリア４は扁平円板形状で、下方が開放された収納凹部６を有するキャリア本体７と、収納凹部６に加圧室８が形成されるように設けられた弾性膜９と、この弾性膜９を挟んで加圧室８と反対側に設けられた圧力伝達媒体１０と、この圧力伝達媒体１０の周囲に設けられワークＷを保持するリテーナ１１と、圧力伝達媒体１０とリテーナ１１を囲繞するように設けられ弾性体から成るリング形状のスキージ１２と、圧力伝達媒体１０とワークＷ間に介在するバックフィルム１３とを有している。
【００２１】
弾性膜９は例えば薄板円板形状のステンレスファイバー強化シリコンゴム製であり、リテーナ１１はＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ  ）製であり、円弧面を有する短冊形状であり、複数本リング形状に配設されている。
【００２２】
図３に示すように、圧力伝達媒体１０は断面積が順次拡大する末広形状をなしかつ底面部１０ｄはワークＷを押圧するために平面形状をなしており、例えばシリコンウェーハＷが直径３００ｍｍ用では、直径Ｄ３００．８ｍｍ、頂部１０ａが球面形状をなし、中心部厚さＴ２５ｍｍ、外周端部厚さｔ１０ｍｍを有し、下部に扁平の円柱部１０ｂを有する截頭円錐体１０ｃ形状をなしており、円柱部１０ｂの平面形状の底面部１０ｄでバックフィルム１３を介してシリコンウェーハＷを押圧するようになっている。
【００２３】
なお、圧力伝達媒体１０の頂部１０ａは必ずしも球面形状でなく平面形状に截頭したものでもよく、さらに必ずしも球面形状または平面形状に截頭する必要がなく、円錐形状であっても本発明の目的を達成できるが、シリコンウェーハＷに加わる圧力の調整、弾性膜９の耐久性を考慮すると球面形状または平面形状に截頭するのが好ましい。
【００２４】
スキージ１２は例えばシリコンゴム製であり、バックフィルム１３は例えば発泡ポリウレタン製である。
【００２５】
上記加圧室８は回転軸３に設けられた送気路１４を介して加圧装置（図示せず）に接続されて、適宜加圧されるようになっている。
【００２６】
次に本発明に係わる圧力伝達媒体１０を有する研磨装置１を用いたシリコンウェーハＷの研磨工程について説明する。
【００２７】
図１に示すように、研磨すべきシリコンウェーハＷはリテーナ１１により挟持されてキャリア４に取付けられる。キャリア４に取付けられたシリコンウェーハＷはバックフィルム１３を介して平面形状の底面部１０ｄに密接している。
【００２８】
しかる後、図２に示すスラリパイプ５からスラリＳを研磨布Ｐに供給しながら、時計方向に回転するキャリア４を下降させて、時計方向に回転定盤２に設けられた研磨布ＰにシリコンウェーハＷを押圧する。シリコンウェーハＷを回転する研磨布Ｐに押圧しながら、回転するキャリア４をＸ軸、Ｙ軸方向に揺動させて二次元の複雑な動きにより、シリコンウェーハＷを均一に研磨する。この研磨工程において、キャリア本体７の加圧室８は回転軸３に設けられた送気路１４を介して加圧装置からの圧縮空気により加圧されており、圧力伝達媒体１０は弾性膜９を介して下方に押圧される。このとき圧力伝達媒体１０は下部に扁平の円柱部１０ｂを有する截頭円錐体１０ｃ形状をなしているので、シリコンウェーハＷにかかる押圧力は、中心部分が大きく、圧力伝達媒体１０が撓むので外周部分は小さくなる。これに伴って、加圧力による研磨速度は中心部分で最大になり、外周に向かうに従って小さくなり、外周部分で最小になる。一方、研磨布Ｐとの相対速度による研磨速度は、これとは反対に中心部分で最小になり、外周部分で最大になるので、これらの現象の相乗作用によりお互いに相殺されて、シリコンウェーハＷの中心部分と外周部分は均一に研磨され、ウェーハＷ全体も均一に研磨される。
【００２９】
上述のように相対速度による研磨速度の増減を相殺するように圧力伝達媒体１０の形状を設計することにより圧力による研磨速度の増減を調整すれば、平坦度の優れたシリコンウェーハＷを常に得ることができる。
【００３０】
また、圧力伝達媒体１０は断面形状が末広薄肉形状になっているので、圧力伝達媒体１０は弾性を有し、振動を吸収し易く、そのため研磨面が振動の影響を受けることがなく、高精度の研磨面を得ることができる。
【００３１】
さらに、例えばシリコンウェーハＷの中心部分により大きな押圧力がかかるように圧力伝達媒体１０を設計すれば、全体的に凹面形状のシリコンウェーハを得ることもできる。
【００３２】
なお、圧力伝達媒体１０の下部に扁平の円柱部１０ｂが設けられているので、圧力伝達媒体１０の製造時に先端部分が欠けたり、使用中に集中応力により破損することもない。
【００３３】
なお、上記実施形態においては、加圧媒体を空気で説明したが、窒素などの不活性ガスまたは水、油等の液体を使用することも可能である。
【００３４】
次に本発明に係わる研磨装置の他の実施形態について説明する。
【００３５】
第１の実施形態を同一部分には同一符号を付して説明する。図４に示すように、キャリア４は扁平円板形状で、下方が開放された収納凹部６を有するキャリア本体７と、収納凹部６に加圧室８が形成ように設けられた弾性膜９と、この弾性膜９を挟んで加圧室８と反対側に設けられた圧力伝達媒体２０と、この圧力伝達媒体２０の周囲に設けられワークＷを保持するリテーナ１１と、圧力伝達媒体２０と、この圧力伝達媒体２０とリテーナ１１を囲繞するように設けられ弾性体のリング形状のスキージ１２と、圧力伝達媒体２０とワークＷ間に介在するバックフィルム１３とを有している。
【００３６】
圧力伝達媒体２０は球面形状の頂部２０ａと下部に扁平な円柱部２０ｂを有する截頭円錐体２０ｃ形状をなしており、円柱部２０ｂの底面部２０ｄは平面形状をなしている。さらに、圧力伝達媒体２０は、中心部厚さ２５ｍｍであり直径３００．８ｍｍの末広形状であることから、その形状に類似させるために厚さが３〜５ｍｍの薄肉体の積層構造で形成されており、この積層構造はアルミナ系ファインセラミクスの成形体２０ｐを結合手段、例えば接着剤で結合することにより形成されている。
【００３７】
このような構造の圧力伝達媒体２０は、板バネ構造となるためワークＷの中心部分を大きな押圧力で、外周部分を小さな押圧力でより効果的に押圧することができ、より均一にワークＷを研磨することができる。
【００３８】
なお、本実施形態において、結合手段に接着剤を用いたが、例えばネジまたはピンを用いても板バネ構造の圧力伝達媒体２０が得られ、さらには円柱形状の圧力伝達媒体を加工して一体形状としてもよく、これを用いればより均一にワークＷを研磨することができる。
【００３９】
【実施例】
直径３００．８ｍｍ、頂部が球面形状をなし、中心部厚さ２５ｍｍ、外周端部厚さ１０ｍｍを有するアルミナ系セラミックス製圧力伝達媒体を用い直径３００ｍｍ、厚さ７５０ｍｍのシリコンウェーハをコロイダルシリカの純水懸濁液を用いて研磨したところ、中心部分の厚さが外周部分よりも１μｍ薄い、凹面形状のシリコンウェーハを得た。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係わる研磨装置を用いることで、高精度の研磨面を得ることができると共に、面形状をコンベックス形状にさせずにより平坦なワークを得ることができる。
【００４１】
圧力伝達媒体に扁平円柱部を設けられば、圧力伝達媒体の製造時に先端部分が欠けたり、使用中に集中応力により破損することもない。
【００４２】
圧力伝達媒体の円錐体を扁平にし、頂部を球面体または平面形状に截頭すれば、ワークに加わる圧力の調整が容易になり、より高精度の研磨面を得ることができると共に、弾性膜の耐久性を向上させることができる。
【００４３】
圧力伝達媒体はアルミナ系ファインセラミクスにすれば、耐久性があり、ワークに対する汚染もない。
【００４４】
圧力伝達媒体を厚さが３〜５ｍｍの薄肉体の積層構造にすれば、板バネ構造になり、ワークの中心部分を大きな押圧力で、外周部分を小さな押圧力でより効果的に押圧することができて、より均一にワークを研磨することができる。
【００４５】
薄肉体をアルミナ系ファインセラミクスの成形体で形成すれば、耐久性があり、ワークを汚染しない板バネ構造の圧力伝達媒体が得られる。
【００４６】
圧力伝達媒体が薄肉体を接着剤で接着した積層構造であれば、容易に板バネ構造の圧力伝達媒体が得られる。
【００４７】
圧力伝達媒体が薄肉体をネジまたはピンで固定した積層構造であれば、より強固な板バネ構造の圧力伝達媒体が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる研磨装置に用いられるキャリアの断面図。
【図２】本発明に係わる研磨装置の説明図。
【図３】本発明に係わる研磨装置のキャリアに用いられる圧力伝達媒体の側面図。
【図４】本発明に係わる研磨装置に用いられるキャリアの他の実施形態の断面図。
【図５】従来の研磨装置に用いられるキャリアの断面図。
【符号の説明】
１  研磨装置
２  定盤
３  回転軸
４  キャリア
５  スラリパイプ
６  収納凹部
７  キャリア本体
８  加圧室
９  弾性膜
１０  圧力伝達媒体
１０ａ  頂部
１０ｂ  円柱部
１０ｃ  截頭円錐体
１０ｄ  底面部
１１  リテーナ
１２  スキージ
１３  バックフィルム
１４  送気路
【図１】
0003628193.tif 000002
【図２】
0003628193.tif 000003
【図３】
0003628193.tif 000004
【図４】
0003628193.tif 000005
【図５】
0003628193.tif 000006