(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リング状に形成した固定係止具により定盤の周縁部を係止して定盤を定盤受けに支持し、定盤の下面と定盤受けとの間に流体を通流させ、流体の圧力を調節することにより定盤の研磨面の形状を制御可能とした研磨装置であって、
前記固定係止具の押さえ面と前記定盤の上面、および前記定盤受けの上面と前記定盤の下面とを各々離間させて定盤の周縁部の上下面の各々にＯリングを介装し、
前記固定係止具の内周側面と前記定盤の外周側面とを離間して前記定盤を定盤受けに支持するとともに、
前記定盤の下面と定盤受けの上面と前記Ｏリングとによって囲まれた領域内と前記流体の給排機構とを連通させたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記Ｏリングが、定盤の上面と下面の各々に同一の平面配置として装着されていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】
前記固定係止具が、定盤受けに固定して支持される固定部と、該固定部の内周側面から内方に延出し前記定盤の周縁部を押さえる押さえ部とを備えていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項４】
前記定盤の周縁部に段差部が形成され、該段差部が押さえ部により支持されていることを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項５】
前記定盤が、セラミックスからなることを特徴とする請求項１、２、３または４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】
本発明は半導体等の加工に使用される研磨装置に関し、より詳細には定盤の研磨面の形状を制御して高精度の加工を可能とした研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
研磨装置は、半導体ウェーハのポリシングまたはラッピング、あるいはガラス、水晶等の研磨作業等に広く使用されている。図５は従来の研磨装置の概略構成を示す説明図である。同図で１２が定盤であり、１４が定盤１２を支持する定盤受け、５０が定盤受け１４を支持する基台である。定盤１２と定盤受け１４とはボルト締めにより一体化され、定盤受け１４はベアリング５２を介して基台５０回動自在に支持される。１８は定盤受け１４に固定した回転軸であり、回転軸１８は駆動モータ等の駆動機構に連繋し、定盤受け１４および定盤１２を回転駆動する。図示例の研磨装置はポリシングに使用する装置であり、定盤１２の表面が研磨布１３によって被覆されている。
【０００３】
３０は半導体ウェーハ等のワークを保持して定盤１２にワークを押接する保持装置である。ワークは保持装置３０のウェーハ保持盤３２に吸着されて支持され、ウェーハ保持盤３２が回転駆動されるとともに、定盤１２が回転駆動されることによってワークがポリシングされる。３４は研磨布１３に研磨液を供給するノズルである。
なお、本明細書では定盤１２と定盤受け１４とを合わせて研磨定盤１０というが、単に定盤という場合がある。
【０００４】
研磨装置の定盤はワークの表面を高度の平坦面とするため、きわめて高度の表面平坦性が求められる。また、製品あるいは加工内容によっては定盤の研磨面の全体形状を凸形あるいは凹形の曲面形状とすることによって、より高精度の加工が可能となる場合もある。定盤の研磨面の平坦性を向上させる方法としては、研磨定盤の加工精度を向上させる方法、定盤の厚さを厚くしたり剛性の高い素材を使用する方法があり、定盤の研磨面を凸形等の曲面形状とする方法としては、研磨装置に通流させる冷却水の水圧を調節するといった方法がある。
【０００５】
研磨装置では研磨作業の際にワークと定盤の研磨面とが擦れ合って摩擦熱が生じる。定盤が温度上昇し熱膨張することで変形することを防止するため、研磨装置では定盤と定盤受けとの間に冷却水を流して定盤が温度変動しないようにしている。特開平１０−２３５５５２号公報に記載されているポリッシング装置は、定盤と定盤受けとの間に流す冷却水の水圧を調節して定盤の研磨面を凸状の曲面形状に形成する方法に関するものであり、特開平１１−３０７４８６号公報に記載されている研磨装置は定盤と定盤受けとの間に中空チューブを配設し、中空チューブに流す流体の圧力を制御して定盤の研磨面の形状を制御する方法に関するものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図６は研磨定盤１０の定盤受け１４の上面に形成されている流路４０の形成例を示す平面図である。この定盤受け１４では定盤受け１４の上面の中央に冷却水の吐出口４５が設けられ、吐出口４５の周囲に放射状に６個の区画領域が設けられ、各区画領域に屈曲形状に流路４０が設けられている。４６は各々の区画に設けられた流路４０の端部に設けた冷却水の排出口である。排出口４６は吐出口４５の近傍に配置され、吐出口４５から定盤受け１４の周縁側に流れた冷却水が定盤受け１４の中央部側に戻って排出される。
図７は、研磨定盤１０の断面図である。回転軸１８には流路４０に連通する給水路４２と排水路４４が設けられ、給水路４２と排水路４４はディストリビュータを介して冷却水の給排機構に接続する。
【０００７】
図７に示すように、流路４０は定盤１２と定盤受け１４との境界部分に設けられているから、流路４０を通流する冷却水の圧力を制御することによって定盤１２の研磨面の形状を制御することが可能である。しかしながら、外径寸法が５０ｃｍ程度の比較的小さな定盤の場合には、定盤が変形しにくく、冷却水による圧力によって定盤の研磨面を所望の形状に制御することが難しいという問題がある。図７に示す従来例では、定盤１２と定盤受け１４とが流路４０の部分を除いては相互に固着しているため変形しにくいという問題があり、特開平１０−２３５５５２号公報に記載されているポリッシング装置のように定盤と定盤受けの境界面の略全域で冷却水を連通させるようにした場合でも、定盤の外周縁を定盤受けに固定していることから定盤が変形しにくいという問題がある。
【０００８】
本発明は、これらの問題点を解消すべくなされたものであり、その目的とするところは、小型の定盤を備えた研磨装置であっても定盤の研磨面の形状を所望の形状に制御することができ、これによって高精度の研磨加工を可能にする研磨装置を提供するにある。
【０００９】
【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、リング状に形成した固定係止具により定盤の周縁部を係止して定盤を定盤受けに支持し、定盤の下面と定盤受けとの間に流体を通流させ、流体の圧力を調節することにより定盤の研磨面の形状を制御可能とした研磨装置であって、前記固定係止具の押さえ面と前記定盤の上面、および前記定盤受けの上面と前記定盤の下面とを各々離間させて定盤の周縁部の上下面の各々にＯリングを介装し、前記固定係止具の内周側面と前記定盤の外周側面とを離間して前記定盤を定盤受けに支持するとともに、前記定盤の下面と定盤受けの上面と前記Ｏリングとによって囲まれた領域内と前記流体の給排機構とを連通させたことを特徴とする。
【００１０】
また、前記Ｏリングが、定盤の上面と下面の各々に同一の平面配置として装着されていることは、Ｏリングが装着されている位置を支点として定盤が変形しやすく、定盤の研磨面の形状が制御しやすくなる点で好適である。
また、前記固定係止具が、定盤受けに固定して支持される固定部と、該固定部の内周側面から内方に延出し前記定盤の周縁部を押さえる押さえ部とを備えていることを特徴とする。
また、前記定盤の周縁部に段差部が形成され、該段差部が押さえ部により支持されていることを特徴とする。
また、前記定盤が、セラミックスからなることは、定盤の熱変形が抑えられることから、流体の圧力を制御することで定盤の研磨面の形状が精度よく制御できる点で好適である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明に係る研磨装置の特徴的な構成部分である定盤１２および定盤１２の取り付け構造を示す断面図である。なお、本実施形態の研磨装置において、定盤１２および定盤受け１４を一体として回転駆動する駆動機構、およびワークを支持する保持装置等の構成は従来装置と基本的に変わるものではない。また、以下で説明する定盤の支持構造については図５に示すような片面ポリシング装置に限らず、両面ポリシング装置、ラッピング装置等に適用可能である。
【００１２】
図１に示す実施形態の定盤１２はアルミナセラミックスを素材として円板状に形成した部材である。定盤１２の実際の外径寸法は５０４ｍｍ、厚さは２０ｍｍである。通常の研磨装置では、ボルト締め等により定盤１２の盤面全体を定盤受け１４に固定する。これに対して、本実施形態の研磨装置においては、定盤受け１４の外周縁に固定係止具２０を取り付け、固定係止具２０を介して定盤１２の外周縁のみを定盤受け１４に支持する構成としたことを特徴とする。
【００１３】
図４に、固定係止具２０を用いて定盤１２を係止した状態の平面図を示す。固定係止具２０は定盤１２の外周縁を全周にわたって係止するものであり、定盤１２の外周縁を一定幅で係止することができる幅寸法のリング状に形成されている。２１は固定係止具２０を定盤受け１４に固定するボルトである。固定係止具２０を定盤受け１４に固定することによって、定盤１２の外周縁部分が定盤受け１４との間で厚さ方向に挟圧され、定盤１２が定盤受け１４に支持される。
【００１４】
図３は、固定係止具２０により定盤１２を定盤受け１４に固定した状態を拡大して示す断面図である。固定係止具２０は断面Ｌ字形に形成され、定盤受け１４に立設して固定される固定部２０ａと、固定部２０ａの内周側面から内方に延出する押さえ部２０ｂとから成る。押さえ部２０ｂの定盤１２に対向する内面には嵌合溝２３ａが周方向に連通して設けられ、嵌合溝２３ａにＯリング２２ａが嵌着されている。Ｏリング２２ａは押さえ部２０ｂの定盤１２に対向する押さえ面よりも外面を突出させて嵌合溝２３ａに装着されている。
【００１５】
定盤１２の上面の外周縁には周方向に段差部１２ａを設け、定盤１２の上面の外周縁が一段低位となるように形成し、段差部１２ａを押さえ部２０ｂによって押さえるようにしている。本実施形態では、固定係止具２０によって定盤１２を押さえて支持した際に、押さえ部２０ｂの上面の高さ位置が定盤１２の研磨面の高さ位置よりも２ｍｍ程度低位となるように押さえ部２０ｂの厚さ寸法を設定している。
【００１６】
図３で、２３ｂは定盤１２の下面を支持する定盤受け１４の外周縁側の上面に周方向に連通して設けた嵌合溝である。嵌合溝２３ｂにはＯリング２２ｂが嵌着されている。Ｏリング２２ｂもＯリング２２ａと同様に、定盤受け１４の定盤１２に対向する面よりも外面を突出させて嵌合溝２３ｂに装着されている。
【００１７】
本実施形態では、押さえ部２０ｂと定盤受け１４に配置するＯリング２２ａ、２２ｂを定盤１２を挟んで同一の平面配置としている。すなわち、定盤１２の上面に当接するＯリング２２ａの押さえ位置と、定盤１２の下面に当接するＯリング２２ｂの押さえ位置は上下面で同一位置にある。これは、定盤１２の上下面が同一支点で支持されることを意味している。
Ｏリング２２ａ、２２ｂの外面が、押さえ部２０ｂの押さえ面、定盤受け１４の押さえ面よりもそれぞれ突出していることから定盤１２の上面と下面は押さえ面に接触することなくＯリング２２ａ、２２ｂのみが当接して支持されることになる。
【００１８】
定盤１２の外周側面１２ｂについてみると、定盤１２の外周側面１２ｂは固定係止具２０の固定部２０ａの内側面から離間するように支持される。
図１は、定盤１２の上面と下面とに固定係止具２０に装着されたＯリング２２ａと定盤受け１４の上面に装着されたＯリング２２ｂとが当接し、かつ定盤１２の外周側面１２ｂが固定係止具２０の内側面とは離間して定盤１２が支持されていることを示す。すなわち、本実施形態の研磨装置では、定盤１２はその外周側面１２ｂを含めて、定盤１２の上下面にそれぞれＯリング２２ａ、２２ｂのみが当接して支持される構造となっている。
【００１９】
定盤１２を定盤受け１４に取り付ける際は、定盤受け１４の嵌合溝２３ｂにＯリング２２ｂを嵌着して定盤受け１４に定盤１２をのせた後、嵌合溝２３ａにＯリング２２ａを嵌着した固定係止具２０を定盤受け１４に位置合わせし、ボルト締めして定盤受け１４に固定すればよい。
定盤１２を定盤受け１４にのせる際には、固定係止具２０の内周面と定盤１２の外周側面１２ｂとが離間するように位置合わせしながら載置する必要がある。こうして、図１に示すように固定係止具２０により定盤１２を定盤受け１４に支持することにより、上下面にＯリング２２ａ、２２ｂのみが当接して定盤１２が定盤受け１４に支持される。
【００２０】
図１において、４０は定盤受け１４の上面に凹溝状に形成した流路である。本実施形態の研磨装置の場合、定盤１２の下面と定盤受け１４の上面とＯリング２２ｂによって囲まれた領域内は実際は流体が全域で流通可能な連通領域になっている。流路４０を設けた部位は断面積が大きいから定盤１２の下面と定盤受け１４の上面との間の隙間部分にくらべて流体は流れやすくはなるが、Ｏリング２２ｂの内側領域はすべて共通の圧力領域であり、この圧力領域についてはどの部位ついても均一の圧力が作用する。この意味で定盤受け１４に必ずしも流路４０を設けなくてもよい。
また、定盤１２と定盤受け１４との間にＯリング２２ｂを挟圧して支持していることにより、Ｏリング２２ｂの内側領域が外部から確実にシールされた領域となり、Ｏリング２２ｂの内側領域に流体圧を作用させた場合に、定盤１２と定盤受け１４との間の圧力領域の圧力を確実に保持することが可能となる。
【００２１】
１８は定盤受け１４および定盤１２を支持する回転軸、４２は定盤１２と定盤受け１４との間の空間内に冷却水を供給する給水路、４４は排水路、４８は所定の圧力で冷却水を給排する給排機構である。給排機構４８は給水路４２と排水路４４とを介して定盤１２と定盤受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力領域と連通し、給排機構４８によって圧力領域に給排する冷却水等の流体の圧力を制御することが可能となっている。
【００２２】
図１は、給排機構４８から定盤１２と定盤受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力領域に冷却水を給排している状態で、とくに圧力を加えずに冷却水を通流させている状態（圧力領域における圧力０ｋＰａ）である。このように圧力を加えない状態の場合、本実施形態の研磨装置では定盤１２の研磨面は凹面状の曲面となり、定盤１２の中央部と周縁部では凹み量が７０μｍとなる。
これに対して、給排機構による冷却水の圧力を上げて圧力領域における冷却水の圧力を１００ｋＰａにすると、定盤１２の研磨面は凸面状の曲面となり、定盤１２の中央部と周縁部では１０μｍの差が生じ、研磨面が凸面となった。
【００２３】
図２は、定盤１２と定盤受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力領域に給排機構４８から冷却水を給排する際に、圧力を加えている状態を示したものである。定盤１２と定盤受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力領域に圧力を加えることによって定盤１２が上に凸の形状で変形する様子を説明的に示している。
前述したように、本実施形態の研磨装置ではセラミックス製の定盤１２を使用しているが、上記のように定盤１２と定盤受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力領域に給排する冷却水の圧力を調節することにより、定盤１２の研磨面の形状を凸面にするといった制御が可能である。
【００２４】
本実施形態では外径寸法が５０４ｍｍといった小型の定盤を使用している。このような小型の定盤を使用する場合は、定盤が変形しにくいことから、冷却水の通流圧力を調整して定盤の研磨面の形状を制御することは困難である。本実施形態の研磨装置で小型の定盤についても効果的に研磨面の形状が制御できる理由は、定盤１２を定盤受け１４に支持する方法として、定盤１２の上下面にＯリング２２ａ、２２ｂのみを当接させ、Ｏリング２２ａ、２２ｂ以外に定盤１２の上下面および外周側面が定盤１２を定盤受け１４に支持する支持体に接触しないようにしたことによる。
【００２５】
Ｏリング２２ｂは、定盤１２と定盤受け１４との間に冷却水を通流させる領域をシールする作用を有するとともに、定盤１２の上面に当接するＯリング２２ａとともに定盤１２を厚さ方向にクランプしている。Ｏリングはそれ自体弾性を有するものであるから、定盤１２の上下面をＯリング２２ａ、２２ｂによってクランプすることにより、定盤１２はＯリング２２ａ、２２ｂによって弾性的に支持されることになる。そして、定盤１２にはＯリング２２ａ、２２ｂのみが当接しているから、Ｏリング２２ａ、２２ｂが支点として作用して定盤１２が容易に変形可能であること、またＯリング２２ａ、２２ｂによって定盤１２が弾性的に支持されていることによって定盤１２の変形が妨げられないことから容易に変形可能となる。
【００２６】
Ｏリング２２ａ、２２ｂは定盤１２の周縁部に沿ってリング状に配置していること、定盤１２と定盤受け１４とＯリング２２ｂとによって囲まれた圧力領域は全域が完全に連通した圧力領域であるから、給排機構４８によって冷却水の通流圧力を調節して制御する場合の定盤１２の研磨面の形状は、全体として凸面あるいは凹面となる中心対称の曲面形状となる。
【００２７】
本実施形態の研磨装置では、上述したように、定盤１２の上下面にＯリング２２ａ、２２ｂのみを当接して支持する構成としたことにより、定盤１２と定盤受け１４との間に流通させる冷却水の圧力を調整することによって定盤１２の研磨面の形状および凸あるいは凹の量を制御することが可能である。図５に示すように研磨加工の際には定盤１２の研磨面にワークの保持装置３０等をのせて、定盤１２と保持装置３０とでワークを押圧して研磨するが、定盤１２に保持装置３０をのせた状態で定盤１２に作用する圧力は３０ｋＰａ程度であり、冷却水による圧力にくらべてはるかに小さく、これによる定盤１２の変形は問題にならない。
【００２８】
なお、上記実施形態においては、セラミックス製の定盤を使用した例について説明したが、本発明においては定盤の材質がとくに限定されるものではない。ただし、セラミックス製の定盤の場合には、ワークと定盤の上面に貼付されている研磨布の表面との摩擦による定盤自体の熱変形、熱膨張が問題とならない点で、冷却水の圧力調整のみで定盤の研磨面の形状が制御できるという利点がある。
また、研磨加工中の定盤の研磨面の形状をセンサ等で検知しながら、給排機構から給排する液体の圧力を調節して定盤の研磨面の形状を所定形状に制御するといったことももちろん可能である。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る研磨装置は、上述したように、定盤を定盤受けに支持する際に、定盤の上下面にＯリングを介装して定盤受けに定盤を支持する構成としたことによって、定盤の変形を容易にすることができ、流体の圧力を調整することによって定盤の研磨面の形状を適宜制御することが容易に可能となる。また、定盤の下面と定盤受けとの領域がＯリングによってシールされていることによって、給排機構によって給排される流体の圧力を確実に保持することができる等の著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の定盤の支持構造を示す断面図である。
【図２】定盤の研磨面が凸面状となった状態を示す断面図である。
【図３】固定係止具により定盤を支持した状態を拡大して示す断面図である。
【図４】固定係止具により定盤を支持した状態の平面図である。
【図５】研磨装置の概略構成を示す説明図である。
【図６】定盤受けに設けられた流路を示す平面図である。
【図７】定盤と定盤受けの断面図である。
【符号の説明】
１０  研磨定盤
１２  定盤
１２ａ  段差部
１２ｂ  外周側面
１３  研磨布
１４  定盤受け
１８  回転軸
２０  固定係止具
２０ａ  固定部
２０ｂ  押さえ部
２２ａ、２２ｂ  Ｏリング
２３ａ、２３ｂ  嵌合溝
３０  保持装置
４０  流路
４２  給水路
４４  排水路
４５  吐出口
４６  排出口
４８  給排機構
５０  基台
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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