(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを保持する保持部と、表面に研磨面が形成された定盤と、前記保持部と定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備える研磨装置において、
前記保持部が、
下方に向けて開放する凹部を備えるヘッド部材と、
該ヘッド部材の凹部内側に配された保持部材と、
外側部が前記ヘッド部材の壁部に固定されると共に、内側部が前記保持部材に固定され、該保持部材を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する弾性部材と、
前記ヘッド部材の内部を前記保持部材および前記弾性部材によって画成して設けられる第１圧力室と、
弾性のある薄膜からなり、前記保持部材の外面側に外周部で固定され、外側面でワークに当接して該ワークを前記定盤の研磨面へ押圧可能に設けられた弾性薄膜と、
前記保持部材の外側面および前記弾性薄膜の内側面によって画成される第２圧力室とを備え、
前記第１圧力室へは第１流体供給手段によって所定圧力の流体が供給され、前記第２圧力室へは第２流体供給手段によって所定圧力の流体が供給されることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記第１流体供給手段には第１圧力室へ供給される流体の圧力を調整する第１圧力調整装置が備えられ、前記第２流体供給手段には第２圧力室へ供給される流体の圧力を調整する第２圧力調整装置が備えられていることを特徴とする請求項１または２記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、研磨装置に関し、さらに詳細にはワークを保持する保持部と、表面に研磨面が形成された定盤と、前記保持部と定盤とを相対的に運動させる運動機構を備える研磨装置に関する。この研磨装置としては、例えば半導体チップ用のウェーハ表面を鏡面研磨するために用いるウェーハの研磨装置がある。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の高集積化が進むに伴い、その基板であるシリコンウェーハの平坦度や表面品質の向上が厳しく要求されている。また、そのウェーハ表面にデバイスを形成した際の堆積形成された層間絶縁膜や金属配線の研磨においても、一層高精度に平坦化する要求が高まっている。従って、ウェーハの研磨装置については、ウェーハ表面を一層高精度に鏡面研磨できるもの、または、表面を基準とする高精度な研磨が要求されている。
【０００３】
従来、ウェーハの研磨装置には、ウェーハ表面の全面が、そのウェーハ表面に接触する定盤の研磨面へ、均等な圧力で押圧できるように、ウェーハを保持する保持部がエアバック機能を備えるものがある。
その研磨装置の保持部の一例を、図３に基づいて以下に説明する。
図３に示すように、回転する定盤５６上に軟質弾性部材からなる研磨布５８を接着して研磨面６０が形成され、その上方には回転および上下動可能な保持部４１が設けられている。その保持部４１は、下方に向けて開放する凹状のヘッド部材１１と、外側部１３ａがヘッド部材１１の内底面に固定されると共に内側部１３ｂが保持部材（以下、保持プレート１７と称することがある。）に固定されて保持プレート１７を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する板状の弾性部材１３と、ヘッド部材１１の内部を保持プレート１７および板状の弾性部材１３によって画成して設けられる密閉空間である圧力室１９と、圧力室１９に所定圧力の流体を供給する流体の供給手段（図示せず）とを具備する。また、２７はリング状の弾性部材であり、合成ゴム等により成形されたＯ−リング状の部材からなる。このリング状の弾性部材２７は、保持プレート１７の外周面と前記外壁側部１１ａの内周面との間に配され、保持プレート１７のヘッド部材１１との相対的移動（例えば相対的回転）を吸収および規制するように作用する。
【０００４】
この研磨装置によれば、保持プレート１７に水張り等で保持されたウェーハ表面は、板状の弾性部材１３のエアバック作用によって、研磨面６０の傾斜に素早く追随できると共に、そのようにウェーハ表面が研磨面６０の傾斜に追随した状態においても、ウェーハ表面全面を研磨面６０に均等な圧力で押圧できる。このため、ウェーハ４２の高い平行度及び平坦度を維持しつつウェーハの表面を好適に鏡面研磨できる。なお、保持プレート１７の表面には、ウェーハ４２を確実に水張りできるように、一般的に吸着性に富む表面を有するシート状のバッキング材が貼設されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のウェーハの研磨装置では、保持プレートを介してウェーハを間接的に押圧しているから、保持プレートの平坦度の精度、保持プレートに加圧力が作用した際の変形による寸法変化、およびバッキング材の厚さの精度等による影響を受け易く、ウェーハの全面を、非常に高い精度で研磨することは難しいという課題があった。
また、ウェーハの外周部が多く研磨される傾向にあり、いわゆる外周のダレが発生し易く、ウェーハの全面について非常に高い精度の平坦度が要求される場合には対応できないという課題があった。
【０００６】
本発明の目的は、ワーク全面を研磨面へ均等に押圧することによってワーク全面を均一に研磨し、ワーク外周のダレを防止すると共に、ワーク表面の平坦度を向上できる研磨装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明は、ワークを保持する保持部と、表面に研磨面が形成された定盤と、前記保持部と定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備える研磨装置において、前記保持部が、下方に向けて開放する凹部を備えるヘッド部材と、該ヘッド部材の凹部内側に配された保持部材と、外側部が前記ヘッド部材の壁部に固定されると共に、内側部が前記保持部材に固定され、該保持部材を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する弾性部材と、前記ヘッド部材の内部を前記保持部材および前記弾性部材によって画成して設けられる第１圧力室と、弾性のある薄膜からなり、前記保持部材の外面側に外周部で固定され、外側面でワークに当接して該ワークを前記定盤の研磨面へ押圧可能に設けられた弾性薄膜と、前記保持部材の外側面および前記弾性薄膜の内側面によって画成される第２圧力室とを備え、前記第１圧力室へは第１流体供給手段によって所定圧力の流体が供給され、前記第２圧力室へは第２流体供給手段によって所定圧力の流体が供給されることを特徴とする研磨装置。
【０００８】
また、前記第１流体供給手段には第１圧力室へ供給される流体の圧力を調整する第１圧力調整装置が備えられ、前記第２流体供給手段には第２圧力室へ供給される流体の圧力を調整する第２圧力調整装置が備えられていることで、ワークの種々の研磨条件に好適に適応させることができ、研磨装置の汎用性が向上する。
【０００９】
【作用】
本発明によれば、第１圧力室へ第１流体供給手段によって所定圧力の流体を供給することで、保持部材全体を研磨面の傾斜に追随させることができると共に、第２圧力室へ第２流体供給手段によって所定圧力の流体を供給することで、弾性薄膜を介して、より直接的に流体圧による等圧力を作用させ、ワークを研磨面へ押圧することができる。
すなわち、第１圧力室の圧力で保持部材全体を研磨面へ均等な圧力で押圧し、保持部材と定盤表面の平行度を高い精度で確保し、加えて、第２圧力室の圧力でワークをより直接的に押圧できるため、さらに高い精度にワークを研磨面へ均等に押圧できる。従って、ワーク全面を均一に研磨することができる。
【００１０】
【実施例】
以下、本発明を、ウェーハの研磨装置に適用した場合の好適な実施例について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１はウェーハの研磨装置の保持部４１ａの構成を示す正面断面図であり、図２は図１のウェーハの研磨装置を使用した場合の要部を拡大した状態を示す正面断面図である。
１０はヘッド部材であり、ワークであるウェーハを保持する保持部の外形部を構成する。このヘッド部材１０は、下方へ開放する凹状に形成されている。本実施例では、ヘッド部材１０は平板壁部１０ｂと筒状側壁部１０ｃによって構成されており、平板壁部１０ｂと筒状側壁部１０ｃの継ぎ合わせは、Ｏ−リング１１によって気密されている。
１２は保持プレートであり、ウェーハを保持するための保持部材の一態様である。この保持プレート１２は、ヘッド部材１０の凹部内側に配されている。
【００１１】
１４は弾性部材の一態様である板状の弾性部材であり、例えば硬質のゴム板材（本実施例では布入りニトリルゴム）によってドーナツ状に形成されている。外側部１４ａがヘッド部材１０の内底面に固定されると共に内側部１４ｂが保持プレート１２に固定されている。これにより、板状の弾性部材１４は、保持プレート１２を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持している。板状の弾性部材１４の外側部１４ａは、ヘッド部材１０の内底面１０ａへ、ボルト（図示せず）の締め付けでリング部材１６によって挟さまれて固定される。また、板状の弾性部材１４の内側部１４ｂは、ボルト（図示せず）の締め付けで押さえリング１８に挟まれて保持プレート１２に固定されている。
【００１２】
２０は第１圧力室であり、ヘッド部材１０の内部を保持プレート１２および板状の弾性部材１４によって画成して設けられている。この第１圧力室２０内へは、所定圧力の流体が第１流体供給手段（図示せず）によって供給される。２２は第１配管であり、第１流体供給手段の圧力源と第１圧力室２０を連通している。前記第１流体供給手段には、第１圧力室２０へ供給される流体の圧力を調整する第１圧力調整装置（図示せず）が備えられている。
２６はリング状の弾性部材であり、例えばゴム等により成形されたＯ−リング状の部材からなる。このリング状の弾性部材２６は、保持プレート１２の外周面と筒状側壁部１０ｃの内周面の双方に当接するように配設され、保持プレート１２の水平方向の移動を微小範囲内で許容している。これにより、ウェーハが研磨される際に発生する水平方向（特に径方向）への作用力を吸収することができる。
【００１３】
３０は弾性薄膜であり、弾性のある薄膜からなり、保持プレート１２の外面側に、外周部３０ｂが、ボルト（図示せず）の締め付けで固定リング３１に挟まれることで固定されている。この弾性薄膜３０は、その外側面でワークに当接して、エアバック作用でワークを定盤の研磨面へ均等に押圧できるように設けられている。  この弾性薄膜３０としては、シート状の弾性材と、吸着性に富む表面を有するシート状のバッキング材とを貼り合わせたものを用いることができる。また、表面がバッキング材の性質を有し、全体としては弾性材の作用をすることのできるよう、弾性材とバッキング材を合成した状態のものでもよい。このようにバッキング材を用いることで、弾性薄膜３０の表面にウェーハ２４が水等の液体の表面張力によって確実に貼着されている。
３２は第２圧力室であり、保持プレート１２の外側面１２ａおよび弾性薄膜３０の内側面３０ａによって画成される。この第２圧力室３２内へは、所定圧力の流体が第２流体供給手段（図示せず）によって供給される。なお、この第２流体供給手段の圧力源は、第２配管３３、管継手３４、および連通路３６を介して第２圧力室３２に連通している。
前記第２流体供給手段には第２圧力室３２へ供給される流体の圧力を調整する第２圧力調整装置（図示せず）が備えられている。
【００１４】
２８は凹部であり、ヘッド部材１０に設けられている。この凹部２８はヘッド部材１０の周方向に所定の間隔をおいて複数が設けられている。
３８はピン状部材であり、保持プレート１２に、凹部２８に対応して所定の間隔をおいて複数が立設されている。ピン状部材３８は、前記凹部２８へ挿入されて係合する凸部の一態様である。
このピン状部材３８は、フランジ状の先端部３８ａを備えており、凹部２８を形成する内底面２８ａと内径部２８ｂとの間で移動が規制される。これにより、保持プレート１２の上下方向の移動が規制されている。
また、ピン状部材の先端部３８ａは、凹部２８に対して所定の微小範囲内で相対的に移動可能に遊嵌された状態で係合する係合部として作用する。従って、ヘッド部材１０と保持プレート１２との微小範囲の相対的移動を許容し、板状の弾性部材１４に作用する複合力を緩和することができる。これにより、板状の弾性部材が損傷することを防止でき、結果的にエアーバック機能の低下を防止できる。
なお、本実施例では、保持プレート１２（保持部材）側にピン状部材３８（係合部）が設けられ、ヘッド部材１０側に凹部２８（被係合部）が設けられているが、逆に、保持部材に被係合部を設け、ヘッド部材１０側に係合部が設けられてもよい。
【００１５】
４０はテンプレートであり、弾性薄膜３０の外面側（下面）に装着され、ウェーハ２４を囲うことが可能に形成されており、ウェーハの横滑りを防止する。このテンプレート４０の厚さは、ウェーハ２４の厚さと同等に設定されている（本実施例では、ウェーハ２４の厚さよりも若干薄く設けられている）。なお、研磨剤（砥粒を含む液状の研磨剤）がテンプレート４０内に好適に供給されるように、テンプレート４０の表面に複数の溝を設けてもよい。
このようにテンプレート４０を設けることで、保持プレート１２が、そのテンプレート４０によって定盤５６の研磨面６０に受けられる（図２参照）ため、ウェーハ２４の外周のダレが発生することを防止できる。
【００１６】
なお、上記のウェーハの保持部、およびウェーハの保持部に設けられてウェーハ２４を研磨面６０に所定の押圧力で押圧する押圧手段の他に、ウェーハの研磨装置の基本的な構成としては、表面に研磨面６０が形成された定盤５６（図２および図３参照）、ウェーハ表面を研磨面６０に当接させるべくウェーハの保持部と定盤５６とを接離動させる接離動手段、ウェーハ２４が研磨面６０に当接・押圧された状態でウェーハ２４と定盤５６とを回転および／または往復動によって相対的に運動させる駆動手段、スラリー等を含む液状の研磨剤の供給手段がある。
【００１７】
次に以上の構成からなるウェーハの研磨装置に関して、その作動状態について説明する。
先ず、保持部４１ａを移動して、ウェーハ２４を、バッキング材の表面からなる弾性薄膜３０の外側面に、水の表面張力によって吸着させる。そして、保持部４１ａを移動して、ウェーハ２４を定盤５６の研磨面６０上に位置させる。
次に、第１圧力室２０へ第１流体供給手段によって所定圧力の流体を供給することで、保持プレート１２全体を研磨面６０に追随させて押圧させる。押圧前に研磨面６０が保持プレート１２の面に対して傾いていても、流体圧の作用で研磨面６０に好適に追随させて、保持プレート１２の全面を均等に押圧できる。
そして、第２圧力室３２へ第２流体供給手段によって所定圧力の流体を供給することで、弾性薄膜３０を介して、より直接的に流体圧による等圧力を作用させ、ウェーハ２４の全面を研磨面へ均等に押圧できる。
すなわち、第１圧力室２０の圧力で保持プレート１２全体を研磨面６０へ均等な圧力で押圧し、保持プレート１２と定盤５６表面の平行度を高い精度で確保し、加えて、第２圧力室３２の圧力でウェーハ２４をより直接的に押圧できるため、さらに高い精度でウェーハ２４を研磨面６０へ均等に押圧できる。従って、ウェーハ２４全面を均一に研磨することができる。特に、表面を基準とする高精度な研磨に有効である。
【００１８】
また、第１圧力調整装置によって第１圧力室２０へ供給される流体の圧力を調整すること、および第２圧力調整装置によって第２圧力室３２へ供給される流体の圧力を調整することで、研磨条件を容易に変更できる。従って、ウェーハの研磨条件に応じて、第１圧力室２０および第２圧力室３２に作用する各圧力値、およびその圧力値のバランスを容易に調整でき、研磨装置の汎用性を向上できる。
【００１９】
また、第１圧力室２０と第２圧力室３２の２段の圧力室の作用で、ウェーハ２４を研磨面に押圧することができるため、研磨面６０の傾斜（面振れ）が比較的大きくても、その傾斜に好適に追随することができる。
さらに、板状の弾性部材１４と、弾性薄膜３０の２段で、ウェーハ２４にかかる捩じれ力を吸収することができるため、ウェーハ２４を研磨面６０へ、より好適に押圧できる。
なお、このウェーハの研磨装置によれば、前記ウェーハ以外の被研磨部材であるワーク（例えばガラス薄板材、水晶等の硬脆性材料の表面）も鏡面状に研磨することもできる。
【００２０】
以上に説明してきた実施例では、圧縮空気によって保持プレート１２を介してウェーハ４２を研磨面に押圧する場合を説明したが、他の流体圧例えば水圧または油圧を利用することもできる。
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさらに多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、第１圧力室の圧力で保持部材全体を研磨面へ均等な圧力で押圧し、保持部材と定盤表面の平行度を高い精度で確保し、加えて、第２圧力室の圧力でワークをより直接的に押圧できるため、さらに高い精度にワークを研磨面へ均等に押圧できる。これにより、ワーク全面を均一に研磨することができ、ワーク外周のダレを防止すると共に、ワーク表面の平坦度を向上できるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の保持部の正面断面図。
【図２】図１の実施例の使用状態を示す要部を拡大した正面断面図。
【図３】従来の技術を示す断面図。
【符号の説明】
１０  ヘッド部材
１２  保持プレート
１４  板状の弾性部材
１４ａ  外側部
１４ｂ  内側部
２０  第１圧力室
２４  ウェーハ
３０  弾性薄膜
３２  第２圧力室
３６  連通路
４０  テンプレート
４１ａ  保持部
５６  定盤
５８  研磨布
６０  研磨面
【図１】
0003615592.tif 000002
【図２】
0003615592.tif 000003
【図３】
0003615592.tif 000004