(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨布が展張される研磨定盤と、
この研磨定盤に対向配置された研磨ヘッドと、
この研磨ヘッドに取り付けられて、複数枚の半導体ウェーハが貼着されるキャリアプレートとを備え、
上記研磨布に研磨剤を供給しながら、上記研磨ヘッドの外周部とキャリアプレートの外周部との間に環状の緩衝体を介在させて、上記キャリアプレートの外周部に研磨ヘッドの全体荷重を作用させるとともに、上記キャリアプレートの中心部に中心荷重を作用させることで上記半導体ウェーハを研磨する半導体ウェーハの研磨装置において、
上記研磨ヘッドの外周部には、上記緩衝体を収納する断面矩形状のリング溝が形成され、
上記緩衝体は、一対の傾斜部を断面Ｖ字形状に連結し、かつ両傾斜部の先端近傍の外面にそれぞれバリが形成された断面Ｖ字形状の金型成形品であって、
この緩衝体は、その一対の傾斜部の先端が上記リング溝の底壁に当接するとともに、その屈曲部がこのリング溝から外に突出することにより、これら一対の傾斜部の間に断面Ｖ字形状の隙間が存在する状態で、このリング溝に収容された半導体ウェーハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は半導体ウェーハの研磨装置、詳しくは半導体ウェーハの研磨時に、キャリアプレートの外周部に研磨ヘッドの全体荷重を作用させるために、研磨ヘッドの外周部とキャリアプレートの外周部との間に環状の緩衝体が介在されたデッドウエイト式の半導体ウェーハの研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面がエッチングされたシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）は、次工程であるポリッシング工程において、その表面が機械的化学的研磨される。ここでは、研磨装置により、このウェーハ表面が平滑で無歪の鏡面に仕上げられる。
以下、図４を参照して従来の研磨装置を説明する。図４は、従来手段に係る半導体ウェーハの研磨装置によるウェーハ研磨中の状態を示す要部拡大断面図である。
図４に示すように、従来の研磨装置に搭載された研磨ヘッド１００は、円盤状のヘッド本体１０１を有している。ヘッド本体１０１の外周部下面には、厚肉な環状フランジ１０１ａが一体形成されている。環状フランジ１０１ａの下端面には、環状のあり溝１０１ｂが１条刻設されている。このあり溝１０１ｂにはＯリング（環状の緩衝体）１０２が嵌入されている。
ヘッド本体１０１の上面には、円板形状のおもり１０７が搭載されている。このおもり１０７は、Ｏリング１０２を介して、ヘッド本体１０１側からキャリアプレート１０３に、研磨ヘッド１００の全体荷重（静荷重）として作用する。
【０００３】
Ｏリング１０２は、シリコーンゴムを金型成形することで得られた断面円形状のリングである。なお、Ｏリング１０２の外周面には、リング断面において、Ｏリング１０２の中心点を横ぎる１本の仮想線と交差した２点の位置（図４の部分拡大図）に、金型成形時に出現する一対のバリ１０２ａが残存している。ここでいうバリ１０２ａとは、金型成形時に、上，下型の隙間からはみ出た成形材料が冷えて固まった不要な樹脂片のことである。通常、バリ１０２ａは、金型成形後のバリ取り工程で除去される。しかしながら、その一部は除去しきれずにＯリング１０２の外周面に残ってしまうことが多い。
キャリアプレート１０３の裏面（下面）には、４枚のシリコンウェーハＷがワックスにより貼着されている。なお、各シリコンウェーハＷは、キャリアプレート１０３の中心点から所定距離だけ離間した仮想円に内接した状態で、９０度ごとに離間して貼着されている。
【０００４】
一方、ヘッド本体１０１の内面中央部には、エアシリンダ１０６が垂設されている。そのロッド１０６ａの下端には、円板状の加圧板１０５が固着されている。ロッド１０６ａを突出させると、加圧板１０５が下方へ移動し、キャリアプレート１０３の中央部一帯が下方へ押される。これにより、キャリアプレート１０３に貼着された各シリコンウェーハＷが、研磨定盤１０４の上面に展張された研磨布１０９に所定の加圧力で押し付けられる。
なお、図４において、１０８はエアシリンダ１０６に連通されたエア導入管１１０の先部と、図示しない圧縮空気発生装置に元部が連通されたエア供給管１１１の先部とを、相対的に回転自在に連結するロータリージョイントである。
【０００５】
この研磨装置は、ウェーハ研磨時に、まずＯリング１０２を介して、おもり１０７の静荷重を環状フランジ１０１ａからキャリアプレート１０３の外周部へ研磨ヘッド１００の全体荷重として作用させる。このときのキャリアプレート１０３の反りおよび変形は、このプレート１０３の中心部への中心荷重によって抑えられる。この中心荷重は、エアシリンダ１０６のロッド１０６ａを適量だけ突出させることで得られる。シリコンウェーハＷは、これらの全体荷重と中心荷重とのバランスを保持しながら表面研磨される。
具体的な研磨は、研磨定盤１０４上の研磨布１０９に焼成シリカやコロイダルシリカ（シリカゾル）などの研磨砥粒を含む研磨剤（スラリー）を供給しながら、研磨布１０９とシリコンウェーハＷとの間に所定の荷重および相対速度を与えて研磨する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような従来の研磨ヘッド１００に組み込まれたＯリング１０２にあっては、前述したようにその断面形状は円形であった。したがって、上下方向においては一点支持であって不安定なため、Ｏリング１０２は、ウェーハ研磨中に加わる研磨ヘッド１００の回転力やこの回転時の微小な横ブレなどによって、ヘッド本体１０１のあり溝１０１ｂの形成面とキャリアプレート１０３の上面との間でねじれやすかった。
しかも、Ｏリング１０２の外周面に付着したバリ１０２ａにより、Ｏリング１０２の直径の寸法公差が低下して、Ｏリング１０２の不良品の発生頻度が高まっていた。
さらに、このようにＯリング１０２は断面円形であるので、一般的に、Ｏリング１０２を外部へ飛び出さないように収納することができる溝は、あり溝１０１ｂとなる。しかしながら、あり溝１０１ｂの加工はむずかしく、溝底面の仕上げ精度も不安定で、溝内へのＯリング１０２の着脱作業も面倒であった。
【０００７】
しかも、このような溝加工のむずかしさから、あり溝１０１ｂの奥面には加工ミスによる段差が形成されやすかった（図４の部分拡大図）。そのため、リング断面において、Ｏリング１０２とあり溝１０１ｂの奥面との接点は１箇所となり、溝内でＯリング１０２が動きやすくなって安定性が低下するという問題点があった。
Ｏリング１０２の面圧は、そのつぶし代の１．３剰に比例して変化するため、わずかの寸法差でも大きい偏荷重として現れる。また、一点支持のため、Ｏリング１０２の少しの移動も影響する。
その結果、ウェーハ研磨時に、おもり１０７の静荷重をキャリアプレート１０３の外周部にかける際において、前述したＯリング１０２のねじれも相まって、研磨ヘッド１００の機械的な精度のバラつきを、Ｏリング１０２で抑えることができなかった。このため、キャリアプレート１０３の全体に、均一に荷重を伝達することができないという問題点があった。
【０００８】
そこで、発明者は、鋭意研究の結果、緩衝体の断面形状をＶ字形状とすれば、従来のあり溝に代えて、溝加工がしやすくて緩衝体の収納位置も安定するような、例えば断面矩形状の溝形状を採用することができ、またウェーハ研磨中に加えられる研磨圧力によっても緩衝体がねじれなくなり、その結果、ヘッド本体からキャリアプレートに荷重を伝達する際に、このキャリアプレート全周にわたって均一に荷重を伝達することができ、しかもバリの残存による緩衝体の不良品の発生頻度も減少させることができることを知見し、この発明を完成させた。
緩衝体の荷重−撓み曲線は、Ｖ字形の緩衝体では荷重増加によりその足が曲げにより変形するため、略線形のグラフとなる。このため、寸法差が変化しても偏荷重はきわめて小さい。
一方、Ｏリングでは荷重により中実体をつぶすため、荷重と変形代との関係を示すグラフでは、その変形量が増えると荷重は２次曲線的に大きく増加する。
【０００９】
【発明の目的】
この発明は、研磨ヘッドからキャリアプレートへの全体荷重をプレート全周にわたって均一に伝達することができ、しかもヘッド本体への緩衝体を収納する溝の作製が容易で、かつこの溝に対する緩衝体の着脱も平易で、さらにはバリによる緩衝体の不良品の発生頻度を低減することもできる半導体ウェーハの研磨装置を提供することを、その目的としている。
また、この発明は、緩衝体として十分な機能を果たせる緩衝体の変形空間を溝内に確保することができる半導体ウェーハの研磨装置を提供することを、その目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、研磨布が展張される研磨定盤と、この研磨定盤に対向配置された研磨ヘッドと、この研磨ヘッドに取り付けられて、複数枚の半導体ウェーハが貼着されるキャリアプレートとを備え、上記研磨布に研磨剤を供給しながら、上記研磨ヘッドの外周部とキャリアプレートの外周部との間に環状の緩衝体を介在させて、上記キャリアプレートの外周部に研磨ヘッドの全体荷重を作用させるとともに、上記キャリアプレートの中心部に中心荷重を作用させることで上記半導体ウェーハを研磨する半導体ウェーハの研磨装置において、上記研磨ヘッドの外周部には、上記緩衝体を収納する断面矩形状のリング溝が形成され、上記緩衝体は、一対の傾斜部を断面Ｖ字形状に連結し、かつ両傾斜部の先端近傍の外面にそれぞれバリが形成された断面Ｖ字形状の金型成形品であって、この緩衝体は、その一対の傾斜部の先端が上記リング溝の底壁に当接するとともに、その屈曲部がこのリング溝から外に突出することにより、これら一対の傾斜部の間に断面Ｖ字形状の隙間が存在する状態で、このリング溝に収容された半導体ウェーハの研磨装置である。
【００１１】
この研磨装置は、複数枚の半導体ウェーハを研磨ヘッドに取り付けられたキャリアプレートにワックス貼着するタイプのものであれば限定されない。キャリアプレートに貼着される半導体ウェーハの枚数も２枚以上であれば限定されない。
半導体ウェーハとしては、例えばシリコンウェーハ，ガリウム砒素ウェーハなどが挙げられる。
研磨布としては、例えば不織布パッド，硬質ウレタンパッド，ＣｅＯ2 パッドなどが挙げられる。
また、研磨剤としては、例えば焼成シリカやコロイダルシリカ（研磨砥粒）、アミン（加工促進材）および有機高分子（ヘイズ抑制材）などを混合したものを採用することができる。コロイダルシリカは、珪酸微粒子の凝集が起こらないで一次粒子のまま水中に分散した透明もしくは不透明の乳白色のコロイド液を形成して存在する。
【００１２】
環状の緩衝体の素材や大きさは、その断面形状がＶ字形状であれば限定されない。素材としては、例えばシリコーンゴムなどが挙げられる。この緩衝体の両傾斜部間の角度は限定されない。
また、緩衝体上でのバリの出現位置は、両傾斜部の先端近傍の外面である。通常は、緩衝体が一対の上型と下型とにより成形されるので、緩衝体の断面において、Ｖ字形状の線対称軸を中心とした両傾斜部の外面となる。
この緩衝体を納める溝の形状は、溝作製の容易性、溝に対する緩衝体の着脱の容易性を考慮した断面矩形状である。
【００１３】
また、緩衝体の体積は、この溝の容積の８０〜９０％としてもよい。緩衝体の体積が８０％未満では、溝内での緩衝体の変形が大きくなりすぎてしまい、ウェーハ研磨時に研磨ヘッドの外周部とキャリアプレートの外周部とが接触し、緩衝体としての効果が得られない。さらに、緩衝体の体積が９０％を超えると緩衝体の変形が溝に拘束されてしまい、ウェーハ研磨時に緩衝体が十分に変形することができず、実際の緩衝体よりも硬い緩衝体を使用した際の変形しか得られない。
【００１４】
【作用】
この発明によれば、緩衝体の断面がＶ字形状であるので、従来よりもその溝の作製が容易である。例えば断面矩形状の溝を、研磨ヘッドの外周部に形成することができる。また、溝に対して緩衝体の着脱も簡単である。しかも、溝内での緩衝体の収納位置も安定する。さらに、緩衝体を断面Ｖ字形状としたので、キャリアプレートの外周部に全体荷重が加わっても緩衝体がねじれない。そのため、研磨ヘッドからキャリアプレートへの全体荷重をプレート全周にわたって均一に伝えることができる。
さらに、緩衝体の断面形状をＶ字形状としたので、緩衝体の金型成形時におけるバリの出現位置を、両傾斜部の先端近傍の外面とすることができる。これにより、溝に緩衝体を収める際、比較的大きなバリが残存しても、研磨ヘッドからキャリアプレートへの全体荷重の均一な伝達にはほとんど影響はない。よって、バリ残存による緩衝体の不良品の発生頻度が著しく低下する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るシリコンウェーハの研磨装置によるシリコンウェーハ研磨中の状態を示す要部拡大断面図である。図２は、この発明の一実施例に係るシリコンウェーハの研磨装置に組み込まれた緩衝体の拡大断面図である。図３は、この発明の他の実施形態に係るシリコンウェーハの研磨装置に組み込まれた緩衝体の拡大断面図である。
図１において、１０はバッチ式の研磨装置であり、この研磨装置１０は、表面に硬質ウレタンパッド製の研磨布１１が展張された研磨定盤１２と、この上方に配設された研磨ヘッド１３とを備えている。
研磨ヘッド１３は、円盤状のヘッド本体１４を有している。このヘッド本体１４の外周部下面には、厚肉な環状フランジ１４ａが一体形成されている。環状フランジ１４ａの下端面には、断面矩形状のリング溝１４ｂが１条環状に刻設されている。リング溝１４ｂには、環状の緩衝体（Ｖリング）１５が嵌入されている。この緩衝体１５を介して、セラミックス製のキャリアプレート１６が、ヘッド本体１４に着脱自在に支持されている。
【００１６】
緩衝体１５は、シリコーンゴムを断面Ｖ字形状に金型成形したリングである。この緩衝体１５の体積は、リング溝１４ｂの容積の８３％に設計されている。
また、緩衝体１５には、金型成形時に出現される一対のバリ１５ａが付着している。具体的なバリ１５ａの現出位置は、緩衝体１５の断面において（図２参照）、Ｖ字形状の線対称軸ａを中心としたそれぞれの傾斜部１５ｂの外縁部の外面の反対位置である。また、リング溝１４ｂへの嵌入時、この緩衝体１５は、両側方から両傾斜部１５ｂが押し縮められた状態で嵌入される。このとき、緩衝体１５の屈曲部１５ｃはリング溝１４ｂから外に突出し、この突出部分が、キャリアプレート１６の上面に押し付けられる。この屈曲部１５ｃは、上述した緩衝体１５の体積がリング溝１４ｂの容積の８３％となるようにするため、その両側部がえぐられ、先細化されている。
なお、この緩衝体１５に代えて、図３に示す断面Ｖ字形状に類似した緩衝体１５Ａを採用してもよい。この緩衝体１５Ａの特長は、両傾斜部１５ｂの外縁部の外側のコーナーが面取りされ、屈曲部１５ｃが断面半円形状になっている点である。
【００１７】
図１に示すように、キャリアプレート１６の裏面（下面）には、４枚のシリコンウェーハＷがワックスにより貼着されている。一方、このプレート１６の中心部一帯の上面には、円板状の加圧板１７が、図示しないピラミッド状のシリコーンゴムを介して着脱自在に固着されている。
ヘッド本体１４の内面中央部には、エアシリンダ１８が垂設されている。このロッド１８ａの下端に加圧板１７が固着されている。ロッド１８ａを突出させると、加圧板１７が下方へ移動し、キャリアプレート１６の中央部一帯が下方へ押される。よって、キャリアプレート１６に貼着された各シリコンウェーハＷが、研磨定盤１２の研磨布１１に所定の加圧力で押し付けられる。
ヘッド本体１４の上には、円板形状のおもり１９が搭載されており、このおもり１９による研磨ヘッド１３の全体荷重（静荷重）が、緩衝体１５を介して、キャリアプレート１６に付加される。
なお、図１において、２０は、エアシリンダ１８に連通されたエア導入管２１の先部と、図示しない圧縮空気発生装置に元部が連通されたエア供給管２２の先部とを、相対的に回転自在に連結するロータリジョイントである。
【００１８】
ウェーハ研磨時には、緩衝体１５を介して、おもり１９の静荷重が環状フランジ１４ａからキャリアプレート１６の外周部に作用する。なお、この際、キャリアプレート１６の外周部に大きな荷重が加えられることで、このプレート１６の外周部だけが研磨定盤１２側へ押し曲げられる。その結果、キャリアプレート１６に反りおよび変形が生じるが、これをエアシリンダ１８によるキャリアプレート１６の中心部への中心荷重によって低減させる。すなわち、上記全体荷重と中心荷重とのバランスを保った状態で、シリコンウェーハＷは表面研磨される。
具体的な研磨は、研磨定盤１２上の研磨布１１に焼成シリカやコロイダルシリカなどの研磨砥粒を含む研磨剤を供給しながら、研磨布１１とシリコンウェーハＷとの間に所定の荷重および相対速度を与えることで行われる。
【００１９】
前述したように、ヘッド本体１４からキャリアプレート１６への静荷重は、緩衝体１５を介して伝達される。緩衝体１５としては、バリ１５ａの現出位置を両傾斜部１５ｂの外面にすることができる断面Ｖ字形状のものを採用している。このようなＶ字状の緩衝体１５とすれば、リング溝の形状を、従来のあり溝に代えて、溝の作製が容易でかつ緩衝体１５の着脱も容易で、しかも溝内での緩衝体１５の収納位置が安定するような断面矩形状のリング溝１４ｂとすることができる。
【００２０】
さらに、このように緩衝体１５の断面形状をＶ字状としたので、ウェーハ研磨中のヘッド本体１４からの荷重、例えば研磨ヘッド１３の回転力や研磨ヘッド１３の微小な横ブレなどによって、緩衝体１５がヘッド本体１４のリング溝１４ｂの形成面とキャリアプレート１６の上面との間でねじれにくい。その結果、緩衝体１５は、ヘッド本体１４からキャリアプレート１６に全体荷重を伝達する際に、このプレート１６の全周にわたって均一に荷重を伝達することができる。
【００２１】
そして、Ｖ字形状としたことで、バリ１５ａの出現位置を両傾斜部１５ｂの外面とすることが可能になる。これにより、リング溝１４ｂに緩衝体１５を収納する際、多少大きめのバリ１５ａが付着していても、この静荷重の均一な伝達にはほとんど影響がない。その結果、バリ１５ａによる緩衝体１５の不良品の発生頻度を減少させることができる。
また、緩衝体１５の体積をリング溝１４ｂの容積の８３％としたので、ウェーハ研磨時に緩衝体１５がリング溝１４ｂ内で緩衝体としての機能を果たすのに十分な変形空間を確保することができる。これにより、ウェーハ研磨中、緩衝体１５を介して研磨ヘッド１３の外周部からキャリアプレート１６の外周部に、例えば研磨ヘッド１３の回転力の変動やこの研磨ヘッド１３の横ブレなどの突発的な圧力がかかっても、それを良好に吸収することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、緩衝体の断面形状をＶ字形状とし、しかも金型成形時に発生する不要なバリの出現位置を、緩衝体の断面における両傾斜部の外面としたので、一方の部材から他方の部材に均一に荷重を伝達することができる。しかも、緩衝体を収納する溝の形状の選択の自由度が大きくなり、さらにバリによる緩衝体の不良品の発生頻度も低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置によるウェーハ研磨中の状態を示す要部拡大断面図である。
【図２】  この発明の一実施例に係る半導体ウェーハの研磨装置に組み込まれた緩衝体の拡大断面図である。
【図３】  この発明の他の実施形態に係る半導体ウェーハの研磨装置に組み込まれた緩衝体の拡大断面図である。
【図４】  従来手段に係る半導体ウェーハの研磨装置によるウェーハ研磨中の状態を示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
１０  半導体ウェーハの研磨装置、
１１  研磨布、
１２  研磨定盤、
１３  研磨ヘッド、
１４  溝、
１５，１５Ａ  緩衝体、
１６  キャリアプレート、
Ｗ  シリコンウェーハ（半導体ウェーハ）
【図１】
0004402826.tif 000002
【図２】
0004402826.tif 000003
【図３】
0004402826.tif 000004
【図４】
0004402826.tif 000005