(57)【要約】  本発明は、少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一に張力で接着されたラバー膜と、剛性リングに結合され、ラバー膜と剛性リングとともに空間部を形成する中板と、ラバー膜の下面部の周辺部に剛性リングと同心状に配設された環状のテンプレートと、空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、空間部が、剛性リングと同心の少なくとも１つの環状の壁により仕切られて、複数の密閉空間が形成され、前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、ワークの平坦保証領域径以上であるように形成され、圧力調整機構は、複数の密閉空間内の圧力をそれぞれ独立に調整するものであることを特徴とする研磨ヘッドである。
2010023829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、前記ラバー膜の下面部の周辺部に前記剛性リングと同心状に配設された環状のテンプレートと、前記空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜の下面部にワークの裏面を保持し、前記テンプレートで前記ワークのエッジ部を保持し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する研磨ヘッドであって、
前記空間部が、前記剛性リングと同心の少なくとも１つの環状の壁により仕切られて、複数の密閉空間が形成され、前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、前記ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成され、前記圧力調整機構は、前記複数の密閉空間内の圧力をそれぞれ独立に調整するものであることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２】
前記密閉空間の外径が前記ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成されている密閉空間の内側に更に、前記剛性リングと同心状の他の密閉空間が少なくとも１つ以上形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項３】
前記研磨するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨ヘッド。
【請求項４】
前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、前記テンプレートの内径の１０２％以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
【請求項５】
ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、ワークを保持するための研磨ヘッドとして、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表面を研磨する際にワークを保持するための研磨ヘッド、及びそれを備えた研磨装置に関し、特には、ラバー膜にワークを保持する研磨ヘッド及びそれを備えた研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェーハ等のワークの表面を研磨する装置として、ワークを片面ずつ研磨する片面研磨装置と、両面を同時に研磨する両面研磨装置とがある。
一般的な片面研磨装置は、例えば図１０に示したように研磨布８９が貼り付けられた定盤８８と、研磨剤供給機構９０と、研磨ヘッド８１等から構成されている。このような研磨装置８２では、研磨ヘッド８１でワークＷを保持し、研磨剤供給機構９０から研磨布８９上に研磨剤を供給するとともに、定盤８８と研磨ヘッド８１をそれぞれ回転させてワークＷの表面を研磨布８９に摺接させることにより研磨を行う。【０００３】
ワークを研磨ヘッドに保持する方法としては、平坦な円盤状のプレートにワックス等の接着剤を介してワークを貼り付ける方法等がある。その他、特にワークの外周部における跳ね上げやダレを抑制し、ワーク全体の平坦性を向上させるための保持方法として、ワーク保持部を弾性膜とし、該弾性膜の背面に空気等の加圧流体を流し込み、均一の圧力で弾性膜を膨らませて研磨布にワークを押圧する、いわゆるラバーチャック方式がある（例えば特許文献１参照）。【０００４】
従来のラバーチャック方式の研磨ヘッドの構成の一例を模式的に図９に示す。この研磨ヘッド１０１の要部は、環状のＳＵＳ製などの剛性リング１０４と、剛性リング１０４に接着されたラバー膜１０３と、剛性リング１０４に結合された中板１０５とからなる。剛性リング１０４と、ラバー膜１０３と、中板１０５とによって、密閉された空間１０６が画成される。また、ラバー膜１０３の下面部の周辺部には、剛性リング１０４と同心に、環状のテンプレート１１４が具備される。また、中板１０５の中央には圧力調整機構１０７により加圧流体を供給するなどして空間の圧力を調節する。また、中板１０５を研磨布１０９方向に押圧する図示しない押圧手段を有している。【０００５】
このように構成された研磨ヘッド１０１を用いて、ラバー膜１０３の下面部でバッキングパッド１１３を介してワークＷを保持するとともに、テンプレート１１４でワークＷのエッジ部を保持し、中板１０５を押圧して定盤１０８の上面に貼り付けられた研磨布１０９にワークＷを摺接させて研磨する。【０００６】
このような研磨ヘッドを用いたワークの研磨において、研磨の均一性を改善することを目的とした、複数の同心環状部でウェーハを加圧可能としたラバーチャック方式のキャリアヘッド（特許文献２参照）や、弾性パッドと支持部材との間に形成される空間の内部に複数の圧力室を設けた基板支持装置（特許文献３参照）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平５−６９３１０号公報
【特許文献２】特表２００４−５１６６４４号公報
【特許文献３】特開２００２−１８７０６０号公報
【発明の概要】
【０００８】
しかし、上記ような、ラバー膜１０３にワークＷを保持する研磨ヘッド１０１を用いてワークＷの研磨を行う事により、ワークＷ全体の平坦性及び研磨代均一性が向上する場合もあったが、ワークの厚さや、テンプレートの厚さのバラツキの影響等により、安定したワークＷの平坦度が得られないという問題があった。
【０００９】
また、ワークＷの研磨前の原料形状が平坦で無い場合には、ワークＷの形状を修正するように研磨プロファイルを調整する必要があるが、従来のラバーチャック方式の研磨ヘッドでは研磨プロファイルを容易に変化させる事ができないため、そのような調整が困難であった。
【００１０】
本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ワークの研磨前の形状に合わせて研磨プロファイルを調整可能とすることができ、安定して良好の平坦性が得られる研磨ヘッド及びその研磨ヘッドを具備した研磨装置を提供することを主な目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、前記ラバー膜の下面部の周辺部に前記剛性リングと同心状に配設された環状のテンプレートと、前記空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜の下面部にワークの裏面を保持し、前記テンプレートで前記ワークのエッジ部を保持し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する研磨ヘッドであって、前記空間部が、前記剛性リングと同心の少なくとも１つの環状の壁により仕切られて、複数の密閉空間が形成され、前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、前記ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成され、前記圧力調整機構は、前記複数の密閉空間内の圧力をそれぞれ独立に調整するものであることを特徴とする研磨ヘッドを提供する。
【００１２】
このように、ワークに対して大幅に大きいラバー膜によりワークを保持し、前記空間部が、前記剛性リングと同心の少なくとも１つの環状の壁により仕切られて、複数の密閉空間が形成され、前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、前記ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成され、前記圧力調整機構は、前記複数の密閉空間内の圧力をそれぞれ独立に調整するものであれば、それぞれの密閉空間の圧力調整による圧力変動の影響をワークの平坦度保証領域径内に生じさせることなく、ワークに対して均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができる。
【００１３】
その結果、ワークの厚さやテンプレートの厚さが多少ばらついても、常に良好な平坦性及び研磨代均一性を確保することができる。また、ワークの研磨前の形状が平坦でない場合、その形状に合わせて密閉空間内の圧力調整を行うことで、容易に研磨プロファイルを変更することが可能となり、ワーク形状を平坦に修正することができる。
【００１４】
このとき、前記密閉空間の外径が前記ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成されている密閉空間の内側に更に、前記剛性リングと同心状の他の密閉空間が少なくとも１つ以上形成されているものとすることができる。
【００１５】
このように、前記密閉空間の外径が前記ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成されている密閉空間の内側に更に、前記剛性リングと同心状の他の密閉空間が少なくとも１つ以上形成されているものであれば、ワークに対してより均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができ、より良好な平坦性及び研磨代均一性を確保することができる。また、ワークの研磨前の形状が平坦でない場合、その形状に合わせて密閉空間内の圧力調整をより精度よく行うことができ、ワーク形状をより平坦に修正することができる。
【００１６】
またこのとき、前記研磨するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることができる。
このように、前記研磨するワークが、直径が３００ｍｍ以上のような大直径のシリコン単結晶ウェーハであっても、本発明によりワークの全面にわたってより均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができ、良好な研磨代均一性を確保することができる。
【００１７】
またこのとき、前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、前記テンプレートの内径の１０２％以下であることが好ましい。
このように、前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、前記テンプレートの内径の１０２％以下であれば、テンプレートの剛性の影響を抑制してワークに対して圧力変化を与えることができ、ワークに対する研磨圧力調整を効率的に行うことができる。
【００１８】
また、本発明は、ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、ワークを保持するための研磨ヘッドとして、本発明に係る研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置を提供する。
【００１９】
このように、本発明に係る研磨ヘッドを備えた研磨装置を用いて、ワークの研磨を行えば、ワークに対して均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができ、ワークの厚さやテンプレートの厚さが多少ばらついても、常に良好な平坦性及び研磨代均一性を確保することができる。また、ワークの研磨前の形状が平坦でない場合、その形状に合わせて密閉空間内の圧力調整を行うことで、容易に研磨プロファイルを変更することが可能となり、ワーク形状を平坦に修正することができる。
【００２０】
本発明に係る研磨ヘッドは、該研磨ヘッドの空間部が、剛性リングと同心の少なくとも１つの環状の壁により仕切られて、複数の密閉空間が形成され、前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成され、圧力調整機構は、前記複数の密閉空間内の圧力をそれぞれ独立に調整するものであるので、ワークに対して均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができ、ワークの厚さやテンプレートの厚さが多少ばらついても、常に良好な平坦性及び研磨代均一性を確保することができる。また、ワークの研磨前の形状が平坦でない場合、その形状に合わせて密閉空間内の圧力調整を行うことで、容易に研磨プロファイルを変更することが可能となり、ワーク形状を平坦に修正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る研磨ヘッドの一例を示した概略図である。
【図２】本発明に係る研磨ヘッドの別の一例を示した概略図である。
【図３】本発明に係る研磨装置の一例を示した概略図である。
【図４】実施例１及び比較例１における研磨圧力の結果を示す図である。
【図５】実施例１、実施例２における研磨圧力の結果を示す図である。
【図６】実施例１、実施例３、比較例２における密閉空間の圧力Ｐ２に対する研磨代均一性の関係の結果を示す図である。
【図７】実施例１、実施例３、比較例２における密閉空間の外径ＬＤに対する、研磨代均一性の最小値の結果を示す図である。
【図８】実施例１、実施例４、比較例１における研磨代均一性の結果を示す図である。
【図９】従来の研磨ヘッドの一例を示す概略図である。
【図１０】従来の片面研磨装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来の研磨ヘッドを用い、弾性膜にワークを保持してワークの研磨を行った際、ワークの厚さや、テンプレートの厚さのばらつきの影響等により、安定して良好な平坦性が得られないという問題があった。また、ワークの研磨前の形状が平坦でない場合には、ワークの形状を修正できるように研磨プロファイルの調整が必要であるが、従来の研磨ヘッドでは容易に研磨プロファイルを調整できないという問題があり、実際には研磨ヘッド自体を所望の研磨プロファイルを有するものに交換して研磨を行う必要があった。
【００２３】
そこで、本発明者らは、このような問題を解決するため、鋭意実験及び検討を行った。
その結果、本発明者らは以下のことを見出した。
すなわち、研磨するワークを保持するラバー膜の大きさがワークとほぼ同一かやや大きい程度の大きさである場合、ワークに対する研磨圧力が、特にワークの外周部において不均一になる場合がある。
【００２４】
また、ワークのエッジ部を保持するテンプレートの下面位置が、研磨するワークの下面位置よりも下にあると、つまりテンプレート下面がワーク下面より突出している場合には、ワーク外周部への研磨圧力が低下して外周ハネ形状になる。逆に、テンプレートの下面位置が、ワーク下面位置よりも上にある場合、つまりワーク下面が該テンプレート下面より突出している場合には、ワーク外周部への研磨圧力が増加して外周ダレ形状となる。
【００２５】
このようなワークの研磨圧力不均一性により、平坦性が得られないということが分かった。
そして、原理的には、ワークの厚みやテンプレートの厚みを厳密に管理して、テンプレート下面位置とワーク下面位置が同じになるように調整すれば、ワークに対して均一な研磨荷重を与えることが可能となり、また、ワークの加工形状に合わせてテンプレートの厚みを調整すれば、ワークを平坦に修正することも可能となることが分かった。
【００２６】
しかしながら、例えば、ワークがシリコンウェーハの場合には、数μｍ程度の厚みのばらつきがあり、また、テンプレートにおいても同様に数μｍ程度の厚みのばらつきがあり、常にテンプレートの下面位置とワークの下面位置を同じ位置に調整することは現実には困難であった。また、ワークの研磨前の形状に合わせて、テンプレートの厚みを調整することも困難であった。
【００２７】
そこで、本発明者らは、さらに鋭意実験及び検討を行い、ワークを保持するラバー膜をそのワークより大幅に大きくすることによって、ワークに対する研磨圧力の均一性を改善して研磨代均一性を向上できることを見出した。さらに、主に圧力の変化が生じるワークの外周部分について、ワークの平坦度保証領域径以上、特にはワークの外径以上の密閉空間を有して独立に圧力調整ができるように、剛性リング及び剛性リングに結合された中板とラバー膜で形成された空間を複数の壁で仕切り、それぞれの空間の圧力を圧力調整機構により調整することにより、ワーク面内の研磨圧力分布を容易に調整できることに想到し、本発明を完成させた。
【００２８】
図１は、本発明に係る研磨ヘッドの一例を示した概略図である。
図１に示すように、研磨ヘッド１は、ＳＵＳ（ステンレス）等の剛性材料からなる環状の剛性リング４と、剛性リング４に均一の張力で接着され、下面が平坦であるラバー膜３（弾性膜）と、剛性リング４にボルト等で結合された中板５とを備える。
この剛性リング４と、ラバー膜３と、中板５とによって、密閉された空間部６が形成されている。
【００２９】
ここで、中板５の材質、形状は特に限定されることはなく、剛性リング４と、ラバー膜３と共に空間部６を形成できるものであれば良い。
また、図１に示すように、研磨ヘッド１は、空間部６の圧力を変化させる圧力調整機構７ａ、７ｂを具備している。
また、ラバー膜３の下面部の周辺部には、剛性リング４と同心状に環状のテンプレート１４が配設されている。このテンプレート１４は、ワークＷのエッジ部を保持するためのものであり、ラバー膜３の下面部の外周部に沿って、下方に突出するように配設されている。
【００３０】
そして、このようにラバー膜３とテンプレート１４を構成して、ワークＷよりラバー膜３が大幅に大きくなるような構造となっている。
このように、ワークＷよりラバー膜３が大幅に大きくなるような構造であれば、研磨時にワークＷに対する研磨圧力の均一性を改善することができ、研磨代均一性を向上することができる。
【００３１】
ここで、テンプレート１４は、その外径が少なくとも剛性リング４の内径よりも大きいもので、かつ、その内径が剛性リング４の内径よりも小さいものとすることができる。
このようにすれば、ワーク全面にかかる押圧力をより均一にして研磨することができる。
またここで、テンプレート１４の材質は、ワークＷを汚染せず、かつ、キズや圧痕をつけないために、ワークＷよりも柔らかく、研磨中に研磨布９と摺接されても磨耗しにくい、耐磨耗性の高い材質であることが好ましい。
【００３２】
また、図１に示すように、空間部６は剛性リング４と同心の環状の壁１６により仕切られており、複数の密閉空間１５ａ、１５ｂが形成されている。図１に示す研磨ヘッド１の例では、形成する密閉空間を２つとしたものであるが、これに限定されず、それ以上あっても良い。
【００３３】
ここで、図１に示すように、壁１６は先端上部に内側に伸びたフラットなつばを有した形状となっており、そのつばの部分が中板５と結合されるようになっているが、この形状に限定されることはなく、密閉空間を形成できるような形状になっていれば良い。
またここで、壁１６の材質をラバー膜３と全く同一の材料とし、一体成型したものとすることができる。あるいは、別な材料をラバー膜３に接着または溶着したものでも良いが、ラバー膜３のような軟質な材料が好ましい。
【００３４】
またここで、壁１６の厚さは、特に限定されるものでなく、研磨ヘッド１の構成等に合わせ適宜都合の良い厚さを選ぶことができるが、例えば１ｍｍ厚程度とすることができる。
また、環状の壁１６により仕切られた複数の密閉空間のうち内側にある密閉空間１５ｂの外径ＬＤは、ワークＷの平坦度保証領域径以上であるように形成されている。
このように密閉空間１５ａ、１５ｂを形成すれば、壁１６で仕切られた２つの密閉空間１５ａ、１５ｂに圧力差を与えることで、ワークＷに対する研磨圧力の調整を行うことができる。
【００３５】
ここで、両密閉空間１５ａ、１５ｂに与える圧力差を大きくした場合、境界部分である壁１６の位置で圧力変動が大きくなるが、密閉空間１５ｂの外径が、ワークＷの平坦度保証領域径以上、特には外径以上であれば、その圧力変動がワークＷの平坦度保証領域径内の均一性に直接的に悪影響を与えるのを防ぐことができる。また、密閉空間１５ｂの外径ＬＤが、テンプレート１４の内径ＴＤの１０２％以下、特にはテンプレート１４の内径ＴＤ以下であれば、テンプレート１４の剛性の影響により、ラバー膜３の動きが抑制されてワークＷに対する圧力変化が与えにくくなるのを防ぐことができる。すなわち、ワークＷに対する研磨圧力調整を効率的に行うことができるものとすることができる。
【００３６】
また、密閉空間１５ａ、１５ｂのそれぞれに連通する圧力調整用の貫通孔１２ａ、１２ｂが設けられており、圧力調整機構７ａ、７ｂと連結している。この圧力調整機構７ａ、７ｂにより、密閉空間１５ａ、１５ｂ内の圧力をそれぞれ独立に調整することができるようになっている。
【００３７】
このように、本発明の研磨ヘッド１では、ワークＷよりラバー膜３が大きくなっており、かつ、環状の壁により仕切られた複数の密閉空間１５ａ、１５ｂのうち内側の少なくとも１つの密閉空間１５ｂの外径ＬＤが、ワークＷの平坦度保証領域径以上で、特には外径以上であるように形成されるようになっており、圧力調整機構７ａ、７ｂにより、密閉空間１５ａ、１５ｂ内の圧力をそれぞれ独立に調整することにより、それぞれの密閉空間の圧力調整による圧力変動の影響を直接的にワークＷ内に生じさせることなく、ワークＷに対して均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができ、ワークＷの厚さやテンプレート１４の厚さが多少ばらついても、常に良好な平坦性を確保することができ、例えば２．５％以内といったような良好な研磨代均一性を確保することができる。
【００３８】
また、ワークＷの研磨前の形状が平坦でない場合、その形状に合わせて密閉空間内の圧力調整を行うことで、容易に研磨プロファイルを変更することが可能となり、ワーク形状を平坦に修正することができる。すなわち、テンプレート１４の下端面に対するワークＷの周辺の突出量を調整することができ、ワークＷ周辺での研磨量を調整することができる。
【００３９】
またこのとき、ラバー膜３の下面にバッキングパッド１３を貼設することができる。バッキングパッド１３は、水を含ませてワークＷを貼りつけ、ラバー膜３のワーク保持面にワークＷを保持するものである。ここで、バッキングパッド１３は、例えばポリウレタン製とすることができる。このようなバッキングパッド１３を設けて水を含ませる事で、バッキングパッド１３に含まれる水の表面張力によりワークＷを確実に保持することができる。
【００４０】
なお、図１ではテンプレート１４がラバー膜３にバッキングパッド１３等を介して接着される態様を示したが、本発明は、テンプレート１４が直接ラバー膜３に接着される場合を排除するものではない。
また、研磨ヘッド１は、その軸周りに回転可能となっている。
【００４１】
このとき、図２に示すように、研磨ヘッド２１を、密閉空間の外径ＬＤ１がワークＷの平坦度保証領域径以上であるように形成されている密閉空間２５ｂの内側に更に、剛性リング４と同心状の他の密閉空間２５ｃが形成されているものとすることができる。
そして、密閉空間２５ｂの圧力を密閉空間２５ｃの圧力に対して僅かに変化させて調整することができる。
【００４２】
このように、研磨ヘッド２１が、密閉空間の外径ＬＤ１がワークＷの平坦度保証領域径以上、特には外径以上であるように形成されている密閉空間２５ｂの内側に更に、剛性リング４と同心状の他の密閉空間２５ｃが形成されていれば、密閉空間２５ｂの圧力を密閉空間２５ｃの圧力に対して僅かに変化させて調整することができ、ワークＷに対してより均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができ、より良好な平坦性及び研磨代均一性を確保することができる。
【００４３】
また、密閉空間２５ａ、２５ｂ、２５ｃ内の圧力を圧力調整機構７ａ、７ｂ、７ｃで変化させることで、テンプレート１４に対するワークＷの突出量等を高精度で調整することができ、ワークＷの外周部を跳ね上げたり、ダレさせたりすることも可能で、ワークＷの研磨前の形状に合わせて、密閉空間２５ａ、２５ｂ、２５ｃ内の圧力を最適化することで、テンプレート１４の厚み等を変更しなくても、研磨プロファイルを変化させて、より効果的にワークＷを平坦な形状に修正することもできる。
【００４４】
またこのとき、研磨するワークＷは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハとすることができる。
このように、研磨するワークＷが、直径が３００ｍｍ以上のような大直径のシリコン単結晶ウェーハであっても、本発明によりワークＷの全面にわたってより均一の押圧力で研磨することができ、良好な研磨代均一性を確保することができる。
【００４５】
図３は、本発明に係る研磨ヘッド２１を具備した研磨装置の一例を示した概略図である。
図３に示すように、この研磨装置２は、図２に示すような研磨ヘッド２１、定盤８を有している。定盤８は円盤形状であり、上面にワークＷを研磨する研磨布９が貼付されている。そして、定盤８の下部には駆動軸１１が垂直に連結され、その駆動軸１１の下部に連結された定盤回転モータ（不図示）によって回転するようになっている。
そして、研磨ヘッド２１は定盤８の上方に設置されている。
【００４６】
ここで、図３に示す研磨装置２は研磨ヘッドを１つ具備したものであるが、研磨ヘッドを複数有すものであっても良い。
また、中板５を研磨布９に押圧する中板押圧手段を有している（不図示）。
このように構成された研磨装置２を用いて、図示しない中板押圧手段により中板５を定盤８上に貼り付けられた研磨布９の方向に押圧し、研磨剤供給機構１０を介して研磨剤を供給しながら、ワークＷを研磨布９に摺接してワークＷの表面を研磨することができる。ここで、中板押圧手段は、中板５を全面にわたって均一の圧力で押圧できるものが好ましい。
【００４７】
このようにして、本発明に係る研磨ヘッドを備えた研磨装置２を用いて、ワークＷの研磨を行えば、ワークＷに対して均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができ、ワークＷの厚さやテンプレート１４の厚さが多少ばらついても、テンプレート１４に対するワークＷの突出量を調整することができ、常に良好な平坦性及び研磨代均一性を確保することができる。また、ワークＷの研磨前の形状が平坦でない場合、その形状に合わせて密閉空間内の圧力調整を行うことで、容易に研磨プロファイルを変更することが可能となり、ワーク形状を平坦に修正することが可能となる。
【００４８】
以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１）
図１に示すような本発明に係る研磨ヘッド１及びその研磨ヘッドを具備した研磨装置を用い、ワークＷを研磨し、研磨中のワークＷの圧力分布と研磨代均一性を評価した。
研磨ヘッド１は以下のような構成のものを使用した。
剛性リング４は外径が３５８ｍｍ、内径が３２０ｍｍとし、材料はＳＵＳ製とした。ラバー膜３は硬度が７０（ＪＩＳ  Ｋ６２５３準拠）のシリコーンゴム製のものとし、厚さを１ｍｍとした。
【００５０】
また、空間部６を剛性リング４と同心の環状の壁１６で仕切り、２つの密閉空間１５ａ、１５ｂを形成した。そして内側の密閉空間１５ｂの外径ＬＤを３００ｍｍとした。ここで、壁１６は、厚さを１ｍｍとし、ラバー膜３と同じ材質とした。
【００５１】
また、ラバー膜３の下面部にバッキングパッド１３を両面テープで貼付し、バッキングパッド１３の下面に厚さ８００μｍのガラスエポキシ積層板のテンプレート１４を貼り付けたテンプレートアセンブリを両面テープにて貼り付けた。テンプレート１４の外径は３５５ｍｍ、内径ＴＤは３０２ｍｍとした。ここで、シリコーンゴムで成型したラバー膜３の表面は、両面テープとの接着性を向上する目的で数μｍ程度の薄いポリウレタン膜のコーティング処理を施した。
【００５２】
また、密閉空間１５ｂの圧力Ｐ１を１５ＫＰａ、密閉空間１５ａの圧力Ｐ２を研磨代均一性が最小値となる１６．１３ＫＰａに圧力調節機構７ａ、７ｂで調整した。
また、ワークＷとして、直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン単結晶ウェーハの研磨を行った。尚、使用したシリコン単結晶ウェーハは、その両面には予め一次研磨を施し、エッジ部にも研磨を施した。
【００５３】
そして、研磨装置は、上述した本発明の研磨ヘッド１を具備したものを使用した。また、研磨装置の定盤は直径８００ｍｍのものを使用し、研磨布には不織布にウレタンを含浸させたタイプでヤング率が２．２ＭＰａのものを用いた。
このような研磨装置を用い、以下のようにしてウェーハの研磨を行った。
【００５４】
まず、研磨ヘッド１と定盤をそれぞれ３１、２９ｒｐｍで回転させ、研磨剤供給機構から研磨剤を供給し、中板５を中板押圧手段で均一に１７ＫＰａの圧力にて押圧し、ウェーハを研磨布に摺接させ研磨した。ここで、研磨剤はコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を使用した。またここで、研磨時間は３分とした。
【００５５】
このようにして研磨を行ったウェーハについて、研磨代均一性及び研磨圧力分布を評価した。尚、研磨代均一性は、平坦度測定器で研磨前後のワークの厚さをウェーハの直径方向について、平坦度保証領域として最外周部２ｍｍ幅を除外した領域について測定し、厚みの差分をとることで求められ、研磨代均一性（％）=（直径方向の最大研磨代−直径方向の最小研磨代）／直径方向の平均研磨代の式で表される。
【００５６】
図４に、ウェーハの半径方向におけるウェーハ中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の研磨圧力分布の結果を示す。尚、研磨圧力分布は、各位置での研磨代／ウェーハ中心研磨代×研磨荷重（１５ＫＰａ）で換算して求めた。
図４に示すように、後述する比較例１と比べ研磨圧力の均一性が向上していることが分かる。
このように本発明では、ウェーハの外側上方に位置する密閉空間１５ａの圧力Ｐ２をウェーハ内側上方に位置する密閉空間１５ｂの圧力Ｐ１よりも高く調整するので、ウェーハの下面位置とテンプレートの下面位置のばらつきによる、ウェーハ外周部分の研磨圧力低下を補正し、均一な研磨圧力を得ることができることが確認できた。
【００５７】
また、研磨代均一性の結果を図７に示す、図７に示すように、研磨代均一性は約０．９％であり、１％以下という非常に良好な結果となっていることが分かる。
以上により、本発明に係る研磨ヘッド及び研磨装置は、ワークに対して均一な研磨圧力を与えて研磨を行うことができ、ワークの厚さやテンプレートの厚さが多少ばらついても、常に良好な平坦性及び研磨代均一性を確保することができることが確認できた。
【００５８】
（実施例２）
密閉空間１５ａの圧力Ｐ２を１５ＫＰａ、１６．１３ＫＰａ、１６．５ＫＰａ、１８ＫＰａとした以外、実施例１と同様にしてウェーハを研磨し、研磨圧力分布を評価した。
結果を図５に示す。図５に示すように、Ｐ２の圧力を変えることにより、ウェーハ外周部の研磨圧力が変化し、研磨圧力分布を調整できることが確認できた。
【００５９】
（実施例３）
研磨ヘッド１の内側の密閉空間１５ｂの外径ＬＤを２９６ｍｍ、３０１ｍｍ、３０２ｍｍ、３０４ｍｍ、３０８ｍｍとした研磨ヘッドを用い、密閉空間１５ａの圧力Ｐ２を１５〜３０ＫＰａとした以外、、実施例１と同様にしてウェーハを研磨し、研磨代均一性を評価した。
外径ＬＤが３０４ｍｍと３０８ｍｍの時の研磨代均一性と密閉空間１５ａの圧力Ｐ２との関係の結果を図６に示す。図６に示すように、圧力Ｐ２を調整することにより研磨代均一性が向上することができることが分かった。図７に各外径ＬＤの研磨代均一性の最小値の結果を示す。図７に示すように、後述する比較例２の結果と比べ研磨代均一性は改善され、２．５％以下という良好な結果となっていることが分かる。
【００６０】
（実施例４）
図２に示すような本発明に係る研磨ヘッド２１及びその研磨ヘッド２１を具備した研磨装置を用い、ワークＷを研磨し、研磨中のワークＷの圧力分布と研磨代均一性を評価した。
研磨ヘッド２１は空間部６が以下に示すように、３つの密閉空間２５ａ、２５ｂ、２５ｃで形成され、それぞれが圧力調整機構７ａ、７ｂ、７ｃによって独立して圧力調整されている以外、実施例１と同様なものを使用した。
【００６１】
研磨ヘッド２１の空間部６を剛性リング４と同心の環状の壁１６で仕切り、外径ＬＤ１が３００ｍｍの密閉空間２５ｂを形成した。そして、その密閉空間２５ｂの内側に更に、剛性リング４と同心の環状の壁１６を配設し、最も内側の密閉空間２５ｃの内径ＬＤ２が２７８ｍｍとなるようにした。ここで、壁１６は、厚さを１ｍｍとし、ラバー膜３と同じ材質とした。
また、密閉空間２５ｃの圧力Ｐ１を１５ＫＰａ、密閉空間２５ａの圧力Ｐ２を１６．１３ＫＰａ、密閉空間２５ｂの圧力Ｐ３を１４．６ＫＰａとなるよう圧力調節機構７ａ、７ｂ、７ｃで調整した。
【００６２】
このような研磨ヘッド２１を具備している以外、実施例１と同様な構成の研磨装置を用い、実施例１と同様なワークＷを、実施例１と同様にして研磨し研磨代均一性を評価した。
結果を図８に示す。図８に示すように、実施例１の結果と比較して、更に研磨代均一性が改善され、１％以下のレベルとなっていることが分かる。
【００６３】
（比較例１）
図９に示すような従来の研磨ヘッド及びその研磨ヘッドを具備した研磨装置を用いた以外、実施例１と同様な条件で、シリコン単結晶ウェーハの研磨を行い、研磨代均一性及び研磨圧力分布を評価した。
研磨圧力分布の結果を図４に示す。図４に示すように、研磨圧力分布が実施例１の結果と比べ悪化しているのが分かる。
【００６４】
これは、テンプレートの厚みが８００μｍとウェーハの厚み７７５μｍよりも厚いために、テンプレート下面位置がウェーハの下面位置よりも下方に突出しているため、ウェーハ外周部分の圧力が低下したことによると考えられる。
また、研磨代均一性の結果を図８に示す。図８に示すように、研磨代均一性は約７．７％であり、実施例１、実施例２の結果と比べると大幅に悪化していることが分かる。
【００６５】
（比較例２）
研磨ヘッドの内側の密閉空間の外径ＬＤを２９２ｍｍとした研磨ヘッドを用いた以外、実施例１と同様にしてウェーハを研磨し、研磨代均一性を評価した。
結果を図７に示す。図７に示すように、空間部を壁によって仕切り密閉空間を形成し、それぞれの密閉空間の圧力を調整することで、比較例１の結果の７．７％と比べると研磨代均一性が若干改善されてはいるものの、実施例１、実施例３の結果と比較すると、研磨代均一性は悪化している。
【００６６】
このように、研磨代均一性を良好な結果とするためには、研磨ヘッドの環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の１つの密閉空間の外径を、ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成する必要があることが確認できた。
【００６７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、本発明に係る製造方法で製造する研磨ヘッドは、図１、図２に示した態様に限定されず、例えば中板の形状等は適宜設計すればよい。
【図１】
2010023829.tif 000003
【図２】
2010023829.tif 000004
【図３】
2010023829.tif 000005
【図４】
2010023829.tif 000006
【図５】
2010023829.tif 000007
【図６】
2010023829.tif 000008
【図７】
2010023829.tif 000009
【図８】
2010023829.tif 000010
【図９】
2010023829.tif 000011
【図１０】
2010023829.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月6日(2011.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、前記ラバー膜の下面部の周辺部に前記剛性リングと同心状に配設された環状のテンプレートと、前記空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜の下面部にワークの裏面を保持し、前記テンプレートで前記ワークのエッジ部を保持し、前記空間部の圧力で前記ラバー膜を膨らませて前記ワークを押圧し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨するラバーチャック方式の研磨ヘッドであって、
前記空間部が、前記剛性リングと同心の少なくとも１つの環状の壁により仕切られて、複数の密閉空間が形成され、前記環状の壁により仕切られた複数の密閉空間のうち内側の少なくとも１つの密閉空間の外径が、前記ワークの平坦度保証領域径以上、かつ前記テンプレートの内径の１０２％以下であるように形成され、前記圧力調整機構は、前記複数の密閉空間内の圧力をそれぞれ独立に調整するものであることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２】
前記密閉空間の外径が前記ワークの平坦度保証領域径以上であるように形成されている密閉空間の内側に更に、前記剛性リングと同心状の他の密閉空間が少なくとも１つ以上形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッド。
【請求項３】
前記研磨するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨ヘッド。
【請求項４】
ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、ワークを保持するための研磨ヘッドとして、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置。
【国際調査報告】
2010023829.tif 000013
2010023829.tif 000014