(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤に貼付された研磨布の研磨面に近接可能に設けられた本体部と、前記本体部内に出入可能に設けられ、ウェーハの被研磨面が前記研磨面に対向するように前記ウェーハを保持するウェーハ保持盤とを具備し、前記本体部が前記研磨布の研磨面に近接した際に、前記ウェーハの被研磨面が前記研磨布の研磨面に所定の荷重で押し付けられて研磨されるように、前記ウェーハ保持盤が前記本体部から押出されるウェーハ研磨ヘッドにおいて、
該本体部には、前記ウェーハの被研磨面を前記研磨布の研磨面に所定の荷重で押し付けて研磨する際に、前記ウェーハの被研磨面によって押圧される前記研磨布の押圧面の周縁面を、前記押圧面と同一面となるように、前記研磨布の研磨面を押圧して修正する修正部材が、前記ウェーハ保持盤を囲むように設けられ、
且つ前記ウェーハ保持盤及び修正部材の各々は、前記定盤の研磨布を押圧する押圧量を互いに独立して調整可能となるように、前記本体部に装着されていると共に、
前記修正部材の前記研磨面に対して平行方向への揺れ止めを図る揺れ止め部材が設けられ、該揺れ止め部材は、研磨ヘッドの本体部にウェーハ保持盤を吊持する装着部材から延出されて形成され、
第１弾性膜体によって前記修正部材上部が前記本体部に吊持され、
前記第１弾性膜体とは別体の第２弾性膜体が、前記修正部材中途部と前記本体部とに固着されて、前記揺れ止め部材として該修正部材の揺れ止めを図り、
前記第１弾性膜体の上面と前記本体部の内壁面とによって囲まれた空間部に、加圧手段から圧縮空気を供給して、前記修正部材の前記研磨布方向への押出量を調整することを特徴とするウェーハ研磨ヘッド。
【請求項２】
ウェーハ保持盤が、本体部に弾性膜体から成る装着部材によって吊持されている請求項１記載のウェーハ研磨ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェーハ研磨ヘッドに関し、更に詳細には定盤に貼付された研磨布の研磨面に近接可能に設けられた本体部と、本体部内に出入可能に設けられ、ウェーハの被研磨面が研磨面に対向するようにウェーハを保持するウェーハ保持盤とを具備するウェーハ研磨ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハ研磨装置には、回転可能に設けられた定盤に貼付された研磨布の研磨面に近接可能に設けられた本体部と、この本体部内に出入可能に設けられ、ウェーハの被研磨面が研磨面に対向するようにウェーハを保持するウェーハ保持盤とを具備するウェーハ研磨ヘッドが設けられている。
かかるウェーハ研磨ヘッドが設けられたウェーハ研磨装置では、研磨剤を供給した研磨布の研磨面に、ウェーハ保持盤に保持されたウェーハの被研磨面を所定の荷重で押し付けつつ、定盤を回転させてウェーハの被研磨面を鏡面研磨する。
しかし、研磨作業中にウェーハの角部の過研磨等に因って研磨布の研磨面に毛羽立ちや波打ち等の荒れが生ずることがある。この様な荒れが生ずると、研磨精度が低下し易くなる。また、ウェーハの角部が過研磨されると、研磨後のウェーハに厚み斑が発生し易い。
【０００３】
かかる研磨布の研磨面に生じる毛羽立ちや波打ち及び研磨後のウェーハの厚み斑等を解消すべく、特開平４−３４３６５８号公報には、図４に示すウェーハ研磨ヘッド１００が提案されている。
このウェーハ研磨ヘッド１００には、シリンダ装置等の昇降駆動手段（図示せず）及びモータ等の回転駆動手段（図示せず）によって上下動可能に設けられた回転主軸１０２の下端部に固着された本体部１０４と、本体部１０４の定盤（図示せず）側に開口された凹部内に、リング状の弾性膜体１０８によって吊持されたウェーハ保持盤１０６とが出入可能に設けられ、且つ本体部１０４の定盤側には、ウェーハ保持盤１０６を囲むように、リング状の修正板１１０が固着されている。
かかる本体部１０４内には、本体部１０４の凹部内壁面、ウェーハ保持盤１０６の表面及び弾性膜体１０８によって囲まれた空間部１１２が形成され、この空間部１１２内には、加圧手段１１４からの圧縮空気が給排気される。
尚、ウェーハ保持盤１０６の定盤側には、真空ポンプ等の減圧手段１１８に連結された通路１２０によってウェーハ１１６が減圧吸着されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すウェーハ研磨ヘッド１００は、シリンダ装置等の昇降駆動手段によってウェーハ研磨ヘッド１００を所定位置まで降下し、本体部１０４に設けられたウェーハ保持盤１０６に減圧吸着されているウェーハ１１６の被研磨面を、定盤に貼着された研磨布の研磨面に近接させる。
次いで、加圧手段１１４からの圧縮空気を空間部１１２に供給し、ウェーハ保持盤１０６を弾性膜体１０８の吊持力に抗して押出すことにより、ウェーハ１１６の被研磨面を研磨布の研磨面に所定の押圧力（荷重）で押圧できる。
その後、モータ等の回転駆動手段を駆動してウェーハ研磨ヘッド１００を回転しつつ、所定の押圧力（荷重）を加えてウェーハ１１６の被研磨面を研磨する。
【０００５】
この様に、シリンダ装置等の昇降駆動手段及び加圧手段１１４からの圧縮空気によってウェーハ１１６の被研磨面を、定盤に貼着された研磨布の研磨面に所定の押圧力で押圧した際、本体部１０４の定盤側にウェーハ保持盤１０６を囲むように固着したリング状の修正板１１０も、図５に示す様に、研磨布１２２を押圧する。
したがって、研磨の際に、ウェーハ保持盤１０６に吸着されたウェーハ１１６によって押圧される研磨布１２２の押圧面と、その周縁部も修正板１１０によって押圧されている押圧面とは、図５に示す様に、実質的に同一面にできる。
このため、ウェーハ１１６の角部の過研磨等に起因した、研磨布１２２の研磨面に毛羽立ちや波打ち等の発生及び研磨後のウェーハ１１６に生ずる厚み斑を防止できる。
しかし、修正板１１０による研磨布１２２の押圧量は、シリンダ装置等の昇降駆動手段によるウェーハ研磨ヘッド１００の降下位置によって決定され、修正板１１０の研磨布１２２の押圧量を単独で調整できない。
このため、研磨の際に、修正板１１０とウェーハ１１６との研磨布１２２の押圧量を実質的に同一となるように調整できない場合、図６に示す如く、修正板１１０によって押圧された押圧面と、ウェーハ１１６の被研磨面によって押圧された研磨布１２２の押圧面とが相違し、両押圧面との段差面にウェーハ１１６の角部が接触して研磨される。
この様に、ウェーハ１１６の角部が段差面によって研磨されると、研磨布１２２の研磨面に毛羽立ちや波打ち等の荒れが発生し易くなり、研磨後のウェーハにも厚み斑が発生し易くなる。
そこで、本発明の課題は、研磨の際に、ウェーハ保持盤に保持されたウェーハの被研磨面による研磨布の押圧量と、ウェーハの被研磨面による研磨布の押圧面の周縁面を押圧する修正部材の押圧量とを、単独で容易に調整し得るウェーハ研磨ヘッドを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、前記課題を解決すべく、先ず、修正部材とウェーハ保持盤との研磨布に対する押圧量を、互いに独立して調整可能となるように、修正部材とウェーハ保持盤とを別個の弾性膜体によってウェーハ研磨ヘッドの本体部に吊持したところ、修正部材とウェーハ保持盤との研磨布に対する押圧量を単独で調整できたものの、修正部材に定盤の研磨面に対して平行方向への揺れが発生するため、修正部材による研磨布の押圧量の正確な調整は困難であった。
このため、本発明者等は更に検討を重ねた結果、修正部材とウェーハ保持盤との研磨布に対する押圧量を互いに独立して調整可能となるように、別個の弾性膜体によってウェーハ研磨ヘッドの本体部に吊持すると共に、修正部材の研磨面と平行方向への揺れ防止部材を設けることによって、ウェーハ保持盤の研磨布に対する押圧量に対応して修正部材による研磨布の押圧量を容易に且つ正確に調整できることを見出し、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本発明は、定盤に貼付された研磨布の研磨面に近接可能に設けられた本体部と、前記本体部内に出入可能に設けられ、ウェーハの被研磨面が前記研磨面に対向するように前記ウェーハを保持するウェーハ保持盤とを具備し、前記本体部が前記研磨布の研磨面に近接した際に、前記ウェーハの被研磨面が前記研磨布の研磨面に所定の荷重で押し付けられて研磨されるように、前記ウェーハ保持盤が前記本体部から押出されるウェーハ研磨ヘッドにおいて、該本体部には、前記ウェーハの被研磨面を前記研磨布の研磨面に所定の荷重で押し付けて研磨する際に、前記ウェーハの被研磨面によって押圧される前記研磨布の押圧面の周縁面を、前記押圧面と同一面となるように、前記研磨布の研磨面を押圧して修正する修正部材が、前記ウェーハ保持盤を囲むように設けられ、且つ前記ウェーハ保持盤及び修正部材の各々は、前記定盤の研磨布を押圧する押圧量を互いに独立して調整可能となるように、前記本体部に装着されていると共に、前記修正部材の前記研磨面に対して平行方向への揺れ止めを図る揺れ止め部材が設けられ、該揺れ止め部材は、研磨ヘッドの本体部にウェーハ保持盤を吊持する装着部材から延出されて形成され、第１弾性膜体によって前記修正部材上部が前記本体部に吊持され、前記第１弾性膜体とは別体の第２弾性膜体が、前記修正部材中途部と前記本体部とに固着されて、前記揺れ止め部材として該修正部材の揺れ止めを図り、前記第１弾性膜体の上面と前記本体部の内壁面とによって囲まれた空間部に、加圧手段から圧縮空気を供給して、前記修正部材の前記研磨布方向への押出量を調整することを特徴とするウェーハ研磨ヘッドにある。
【０００８】
かかる本発明において、ウェーハ保持盤と修正部材との各々を、本体部に弾性膜体から成る装着部材によって吊持することにより、ウェーハ保持盤と修正部材との研磨布の押圧量の調整に圧縮空気を用いることができる。
また、修正部材の揺れ止め部材を、弾性膜体によって形成することにより、修正部材の揺れ止めを容易に図ることができる。
更に、修正部材の揺れ止め部材を、研磨ヘッドの本体部にウェーハ保持盤を吊持する装着部材から延出して形成することによって、揺れ止め部材と装着部材とを一体化でき、部品点数の増加を抑制できる。
【０００９】
ウェーハ研磨ヘッドのウェーハ保持盤に保持されているウェーハの被研磨面を、定盤に貼着されている研磨布の研磨面に所定の荷重を加えて研磨する際には、ウェーハ研磨ヘッドの本体部を、ウェーハの被研磨面が定盤の研磨面に近接する所定位置まで降下した後、本体部からウェーハ保持盤を定盤の研磨面方向に押出し、ウェーハの被研磨面を研磨布の研磨面に押し付ける。
したがって、高荷重で研磨する場合は、研磨ヘッドの本体部からのウェーハ保持盤の押出量が、低荷重で研磨する場合に比較して大となる。このため、従来の如く、修正部材が研磨ヘッドの本体部に固着されていると、研磨する際に、ウェーハに加えられる荷重によって、ウェーハ保持盤の本体部からの押出量が異なるため、ウェーハの被研磨面による研磨布の押圧量と、修正部材による研磨布の押圧量とが相違する。
この点、本発明によれば、ウェーハ保持盤と修正部材との定盤に貼付された研磨布に対する押圧量を互いに独立して調整できる。このため、修正部材による定盤の研磨布に対する押圧量を、ウェーハの被研磨面による定盤の研磨面に対する押圧量に対応して適正量となるように単独で調整できる。
しかも、修正部材は、定盤の研磨布を押圧する際に、研磨布の研磨面に対して平行方向への揺れ止めを図ることができ、修正部材の定盤の研磨布に対する押圧量を正確に調整できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るウェーハ研磨ヘッドの一例を図１に示す。図１は、ウェーハ研磨ヘッド１０の概略を説明する概略断面図である。
ウェーハ研磨ヘッド１０には、シリンダ装置等の昇降駆動手段（図示せず）及びモータ等の回転駆動手段（図示せず）によって、定盤２２に貼着された研磨布２４に対して上下動可能に設けられた回転主軸１２の下端部に、本体部１４が固着されている。この本体部１４には、定盤２２側に開口された凹部１６と、凹部１６を囲むように形成された環状凹部２０とが形成されており、凹部１６内には、ウェーハ保持盤１８が設けられている。更に、環状凹部２０には、定盤２２の研磨布２４の研磨面に平行に延出された延出部２６ａと、延出部２６ａに直交し且つ研磨布２４に対して垂直な垂直部２６ｂとから成る、縦断面形状がＬ字状の修正部材２６が設けられている。このため、修正部材２６は、ウェーハ保持盤１８を囲むように設けられている。
尚、ウェーハ保持盤１８の研磨布２４側には、真空ポンプ等の減圧手段４２に連結された通路４４によってウェーハ４６が減圧吸着されている。
【００１１】
凹部１６内に設けられたウェーハ保持盤１８は、ウェーハ保持盤１８に一端部が固着されていると共に、凹部１６と環状凹部２０とを画する境界部３０に中途部が固定されたリング状のゴム等から成る弾性膜体２８によって、本体部１４に吊持されている。更に、弾性膜体２８の他端部は、修正部材２６の垂直部２６ｂの中途部に固着され、修正部材２６の研磨布２４と平行方向への揺れ止めを図っている。
かかる凹部１６の内壁面、ウェーハ保持盤１８の表面及び弾性膜体２８によって、空間部３２が形成されており、空間部３２内には、加圧手段３４からの圧縮空気が給排気される。加圧手段３４からの圧縮空気が空間部３２に供給された際には、ウェーハ保持盤１８は弾性膜体２８の吊持力に抗して研磨布２４の方向に凹部１６から押出され、加圧手段３４からの圧縮空気の供給が停止され、空間部３２から圧縮空気が排気された際には、ウェーハ保持盤１８は弾性膜体２８の吊持力によって、凹部３２内に引き戻される。
したがって、空間部３２内の圧縮空気の圧力を調整することによって、ウェーハ保持盤１８の凹部３２からの押出量を調整できる。
【００１２】
この様に、ウェーハ保持盤１８を本体部１４に吊持する弾性膜体２８は、ウェーハ保持盤１８の周縁に沿ってリング状に形成されており、図２（ａ）に示す様に、その一端部がウェーハ保持盤１８の周縁端に固着されていると共に、中途部が本体部１４の一部である境界部３０の先端面に固着されている。更に、弾性膜体２８の他端部は、修正部材２６の垂直部２６ｂの中途に固着されている。
かかる弾性膜体２８のうち、ウェーハ保持盤１８の周縁端と境界部３０の先端面との間は、加圧手段３４から圧縮空気が供給される空間部３２を形成するため、ウェーハ保持盤１８の周縁端及び境界部３０の先端面と弾性膜体２８とが全周に亘って密着していることを要する。このため、ウェーハ保持盤１８の周縁端及び境界部３０の先端面に、弾性膜体２８の中途部及び一端部をリング状の固着板４８，５０を挟み込み螺子等によって固着することにより、ウェーハ保持盤１８の周縁端及び境界部３０の先端面に弾性膜体１８の中途部及び一端部を全周に亘って密着させることができる。
【００１３】
かかる弾性膜体２８の境界部３０の先端面から延出された弾性膜体２８の他端部は、修正部材２６の垂直部２６ｂの中途部に固着されている。弾性膜体２８の境界部３０の先端面から修正部材２６の間は、修正部材２６の研磨布２４の研磨に対して平行方向への揺れ止めを図る揺れ止め部材として作用する。このため、修正部材２６の垂直部２６ｂの中途部に弾性膜体２８の他端部が固着されていればよく、密着していることは要しない。したがって、螺子のみによって弾性膜体２８の他端部を垂直部２６ｂの中途部に固着できる。
【００１４】
また、縦断面形状がＬ字状の修正部材２６は、その垂直部２６ｂの端面が環状凹部２０の内壁面間に掛け渡されたリング状のゴム等から成る弾性膜体３６に固着され、延出部２６ａが研磨布２４の研磨面に平行となるように本体部１４内に吊持されている。
更に、環状凹部２０の内壁面及び弾性膜体３６によって囲まれた空間部３８が形成され、この空間部３８には、加圧手段４０からの圧縮空気が給排気される。加圧手段４０からの圧縮空気が空間部３８に供給された際には、修正部材２６は弾性膜体３６の吊持力に抗して研磨布２４の方向に本体部１４から押出され、加圧手段４０からの圧縮空気の供給が停止され、空間部３８から圧縮空気が排気された際には、修正部材２６は弾性膜体３６の吊持力によって、本体部１４内に引き戻される。
したがって、空間部３８内の圧縮空気の圧力を調整することによって、修正部材２６の延出部２６ａの研磨布２４方向への押出量を調整できる。
【００１５】
この様に、修正部材２６を本体部１４に吊持する弾性膜体３６は、リング状に形成され、環状凹部２０の内壁面間に掛け渡されている。かかる弾性膜体３６の一端部は、リング状の固着板５２によって環状凹部２０を形成する内壁面の一方側に、リング状の固着板５２によって本体部１４に固着され、他端部は内壁面の一方側に挟み込まれて固着されている。
かかる弾性膜体３６には、修正部材２６の垂直部２６ａの端面が、バックアップリング５４を介して固着されている。この固着にも、螺子等によって垂直部２６ｂに固着されたリング状の固着板５６が用いられている。
また、バックアップリング５４は、幅狭の垂直部２６ｂの端面よりも幅広に形成されており、弾性膜体３６の動作を幅狭の垂直部２６ｂの端面に伝達できる。
【００１６】
図１及び図２に示すウェーハ研磨ヘッド１０によって、ウェーハ保持盤１８に保持されたウェーハ４６の被研磨面を研磨する際には、シリンダ装置等の昇降駆動手段（図示せず）によってウェーハ研磨ヘッド１０を降下し、ウェーハ保持盤１８に保持されたウェーハ４６の被研磨面を定盤２２に貼着された研磨布２４の研磨面に近接させる。
次いで、加圧手段３４を駆動して圧縮空気を空間部３２に供給し、ウェーハ４６の被研磨面が研磨布２４の研磨面を所定の荷重で押圧するように、ウェーハ保持盤１８を本体部１４の凹部１６から押出す。
更に、加圧手段４０を駆動して空間部３８に圧縮空気を供給し、修正部材２６の延出部２６ａを本体部１４から押出し、図２（ａ）に示す様に、ウェーハ４６の被研磨面による研磨布２４の押圧面と、延出部２６ａによる研磨布２４の押圧面とが実質的に同一面とする。この際に、修正部材２６は、弾性膜体２８によって研磨布２４に対して平行方向への揺れを防止できるため、修正部材２６を形成する延出部２６ａの本体部１４からの押出量を正確に且つ容易に調整できる。
その後、定盤２２及びウェーハ研磨ヘッド１０を異なる速度で回転することによって、ウェーハ保持盤１８に保持されているウェーハ４６の被研磨面を研磨できる。
かかる研磨の際には、図２（ａ）に示す様に、ウェーハ４６の被研磨面による研磨布２４の押圧面と、延出部２６ａによる研磨布２４の押圧面とが実質的に同一面とすることができ、ウェーハ４６の角部等が研磨布２４による過研磨を防止できると共に、研磨布２４の研磨面に毛羽立ちや波打ち等の発生を防止できる。このため、ウェーハ４６の研磨精度を向上できる。
尚、以上、説明してきた図１及び図２では、弾性膜体２８の一部を修正部材２６の揺れ止め部材として用いているが、弾性膜体２８と別体の弾性膜体を揺れ止め部材として用いてもよく、非弾性体から成る揺れ止め部材を用いてもよい。
【００１７】
図１及び図２に示す修正部材２６の延出部２６ａは、図３に示す様に、ウェーハ４６の全周を囲むように形成されている。かかる延出部２６ａは、図２（ａ）に示す様に、研磨布２４の研磨面に接触するため、スラリー状の研磨液（以下、スラリーと称することがある）がウェーハ４６の研磨面に供給され難くなる場合がある。
この場合、図３に示す様に、修正部材２６の延出部２６ａの研磨布２４と接触する面に、スラリーが通る溝５８，５８・・を形成することが好ましい。かかる溝５８、５８・・の各々の形状を、修正部材２６の回転方向（矢印Ｒ）に沿った曲線状とすることによって、修正部材２６の矢印Ｒ方向への回転によって、スラリーは矢印Ｓ方向にウェーハ４６の研磨面に供給される。
この様に、修正部材２６の延出部２６ａに溝５８，５８・・を形成することは、ウェーハ４６の直径に対して定盤２２の直径が充分に大きい場合に好適である。
一方、ウェーハ４６の直径に対し、定盤２２の直径が同等乃至若干大きい程度の場合（定盤２２が小さい場合）は、ウェーハ１２に被研磨面の全面にスラリーを効果的に供給することは難しい。このため、ウェーハ４６の被研磨面が接触する研磨布２４にスラリーが直接供給される様に、定盤２２及び研磨布２４に穿設したスラリー供給用孔からスラリーを噴出してもよい。
【００１８】
【発明の効果】
本発明に係るウェーハ研磨ヘッドによれば、研磨の際に、ウェーハの角部等が研磨布による過研磨を防止できると共に、研磨布の研磨面に毛羽立ちや波打ち等の発生を防止できる。その結果、ウェーハの研磨精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るウェーハ研磨ヘッドの概要を説明する縦断面図である。
【図２】図１に示す弾性膜体２８、３６の固着状態を説明する部分断面図である。
【図３】修正部材２６の延出部２６ａの研磨布２４と接触する面の形状を説明する正面図である。
【図４】従来のウェーハ研磨ヘッドの概要を説明する縦断面図である。
【図５】図４に示すウェーハ研磨ヘッドを用いた研磨状況を説明するための部分断面図である。
【図６】図４に示すウェーハ研磨ヘッドを用いた他の研磨状況を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
１０  ウェーハ研磨ヘッド
１２  回転主軸
１４  本体部
１６  凹部
１８  ウェーハ保持盤
２０  環状凹部
２２  定盤
２４  研磨布
２６  修正部材
２８，３６  弾性膜体
３０  境界部
３２，３８  空間部
３４，４０  加圧手段
４２  減圧手段
４６  ウェーハ
【図１】
0004818505.tif 000002
【図２】
0004818505.tif 000003
【図３】
0004818505.tif 000004
【図４】
0004818505.tif 000005
【図５】
0004818505.tif 000006
【図６】
0004818505.tif 000007