(57)【要約】本発明の目的は、物体表面を、万能に利用できる装置を用いて、並びにできるだけ費用をかけずに時間を大幅に短縮して、プロセスに変動があり材料が不均一な場合でも高い再現可能な精度で加工することである。本発明によって、収容面（１７）に固定された被加工物体に、短時間荷重をかけ、それによって生じた収容面（１７）の位置変化を、アクチュエータ・センサ要素（１８）を用いて空間ごとに分けて測定することで、加工工程に決定的な表面上の圧力分布が算出される。算出された圧力分布から、収容面（１７）を局部的に変形するための修正変数がアクチュエータ・センサ要素（１８）に対して生じる。本発明は、前述の半導体基板のラップ加工又は研磨に関して、物体の表面加工のために一般的に使用される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体表面を高精密加工する方法、特に半導体基板の研磨及びラップ加工方法において、加工するために物体を収容面に保持し、該収容面を、決められた形状及び／又は力で該収容面に配設された幾つかのアクチュエータによって変形することができる方法であって、表面を加工する場合に有効な圧力分布を算出するために、前記収容面に保持されている物体に、アクチュエータの調整運動方向に力を加え、前記アクチュエータに各々組み込まれているセンサ機能によって、力によって生じた収容面の圧力分布から力を検出し、前記算出された圧力分布から各アクチュエータに関して、物体表面の所期の加工に関して有効な、収容面の局部的変形に関する操作量が、前記表面への局部加工圧に関する事前調整量又は制御量として得られることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記圧力分布を算出するために力を加えることが、特別に仕上げられた非常に平坦な対向面に対して行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
圧力分布を算出するために力を加えることが、研磨皿、研磨剤担持体、又はパッドなどの、物体を収容及び／又は加工するために設けられた部材に対して行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
すでに作業位置にあるか又は動作中のシステムに対して圧力分布を算出するために力を加えることが、すでに有効な動作力に加えて、加工面に対して同様に垂直に力を負荷する又は負荷解除するように行われ、評価するために、局部の圧縮応力の絶対値ではなくその変化が使用されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
物体表面を高精密加工する装置、特に半導体基板の研磨及びラップ加工装置において、加工するために物体を収容面に保持し、決められた形状及び／又は力で該収容面と接続している幾つかのアクチュエータによって変形することができる装置であって、物体（２）を保持するために、互いに機械的に予荷重された２枚のプレート（１４、１５ないし１４、２２）のサンドウィッチ構造が設けられ、その１枚が前記収容面（１７）を形成し、それらの間に周知のアクチュエータ・センサ要素（１８、２０、２５）が配設され、前記アクチュエータ・センサ部材（１８、２０、２５）は、評価ユニット及び制御ユニットと接続しており、前記評価ユニット及び制御ユニットによって、その都度、前記収容面（１７）内の前記保持された物体（２）に力を加えることにより生じる局部的圧縮応力を、前記アクチュエータ・センサ部材（１８、２０、２５）に作用する力により検出し、そこから前記物体（２）の被加工表面（１）に関する圧力分布を算出し、圧力分布からさらに各アクチュエータ・センサ要素（１８、２０、２５）に関して、前記物体（２）表面（１）の所期の加工に関して有効な、前記収容面（１７）の局部変形のための操作量が、前記表面（１）への局部加工圧に関する事前調整量又は制御量として得られることを特徴とする装置。
【請求項６】
アクチュエータ・センサ要素として、周知の圧電性積層体（１８、２５）が設けられることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
アクチュエータ・センサ部材として、分割圧電セラミック（２０）からなる周知の配置が設けられることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記収容面（１７）を備えた前記プレート（２２）が、定められた変形を達成するために、凸面、凹面又は凸面／凹面の表面形状に変形するための同心溝（２３）などの構造部材を有することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
サンドウィッチ構造の前記プレート（１４、２２）が、前記バネ（２６）によって互いに予荷重されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１０】
星形配置の前記アクチュエータ・センサ要素（１８、２０、２５）が、前記物体（２）の前記収容面（１７）を備えた前記プレート（２２）の内側に係合することを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項１１】
前記プレート（１４、２２）が、前記バネ（２６）の星形配置によって互いに予荷重されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１２】
前記アクチュエータ・センサ要素（１８、２０、２５）と前記バネ（２６）の前記星形配置が、ある軸方向角度で互いにオフセットされていることを特徴とする請求項１０及び１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体表面の高精密加工、特に半導体基板又は平面若しくはわずかに湾曲した面を有する一般部材の研磨及びラップ加工方法及び装置に関する。典型的な利用例は、ウェーハ（Ｗａｆｅｒｎ）、マスクブランク及びレンズ、ミラー、並びにその他の光学部材の加工である。表面の高精密加工においては、被加工表面及び研磨剤担持体又はラップ加工剤担持体との間の相対速度の他に、表面に作用する加工圧が特に重要である。ＰＲＥＳＴＯＮ説に従って、関係式
【数１】
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により、研削方法（ラップ加工、研磨、ＣＭＰなど）に関する局部的削除高さΔｈが得られる。但し、ｋ＝定数、ｖ（ｔ）＝速度、ｐ＝局部圧及びｔ＝加工時間である。このことから、局部削除高さΔｈは、圧力ｐの局部的変化を介してのみ影響を受け、一方速度は、方法によって限定され、運動（回転数条件）によって予め定まり、局部的な影響を受けることはない。
【背景技術】
【０００２】
基板などの物体を加工する工具を、決められた形状付与及び／又は加工条件を実現するために変形することは、一般によく知られている。その場合に能動的形状適合と受動的形状適合とが区別される。
【０００３】
ＤＥ６９３２２４９１Ｔ２は、凸面領域及び凹面領域を備えた弾性基本体による受動的形状適合を開示している。そこでは、研磨剤担持体は、巨視的には工作物表面に応じて変形することができるので、微視的には工作物の凸面領域を選択して研磨することができる。ＤＥ４３０２０６７Ｃ２では、軟性の研磨クッション（Ｐｏｌｉｅｒｋｉｓｓｅｎ）による形状適合が達成される。
【０００４】
両事例は、被加工物体の表面形状が合目的に影響しない、純粋な受動的方法である。
【０００５】
米国特許公報第５６３５０８３号及び第６０８３０８９号（ＵＳ−Ｐａｔｅｎｔｅ ５．６３５．０８３  ｕｎｄ  ６．０８３．０８９）は、ウェーハの裏面に圧力をかけることによる圧搾空気による能動的な形状適合を記載している。その場合にこのウェーハは所謂チャックに当接しておらず、側方で止め輪によって運ばれる。圧力に応じて特定不変の基本形状に段階的に変形することしかできないことが不利である。
【０００６】
米国特許第６２１０２６０号Ｂ１（ＵＳ  ６．２１０．２６０  Ｂ１）では、工具表面の下側に与圧室を有するチャックが記載されており、この与圧室は、空気を用いてウェーハを吸引するために、若しくはウェーハを研磨剤担持体（研磨パッド）に押圧するために用いられる。この場合、チャック表面は、加えられる圧力に応じて、特定不変の基本形状で凸面又は凹面に全体的に変形されるので、縁などの局部領域に凸凹変形を加えること、又は合目的に影響を及ぼすことは不可能である。
【０００７】
ＣＭＰ工具表面を変形するための圧電素子の使用が、米国特許公報第５８８８１２０号（ＵＳ  ５．８８８．１２０）及び欧州特許出願公開第０９０４８９５号（ＥＰ  ０９０４８９５）に記載されている。圧電性アクチュエータの使用は、米国特許公報第４９３４８０３号及び第４９２３３０２号（ＵＳ−Ｐａｔｅｎｔｓｃｈｒｉｆｔｅｎ  ４．９３４．８０３  ｕｎｄ  ４．９２３．３０２）からも鏡面調節との関連で知られている。米国特許公報第５０９４５３６号（Ｐａｔｅｎｔ  ＵＳ  ５．０９４．５３６）では、リソグラフィ用の能動的に変形可能なウェーハ・チャックが記載されている。そこでは、表面を局部的にアクチュエータ（Ａｋｔｏｒ）によって変形することができ、その際、必要な予荷重は真空室によって作り出される。形状（Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅ）は、画像処理装置によって測定される。この場合、工作物担持体ではなく被加工工作物が直接変形され、このことが薄壁の工作物の場合には望ましくない局部的な不均一性を招く。
【０００８】
米国特許公報第５８８８１２０号及び欧州特許出願公開第０９０４８９５号Ａ２では、フィルム厚測量に関して、レーザ干渉計に基づく装置が記載されている。その場合に研磨工具の窓を通してウェーハの下側が光学的に走査される。ウェーハの形状一様性は、決められた領域で研削率を測定することによって算出される。その結果アクチュエータ用の制御信号が生じ、これらはウェーハの必要な形状を調節する。しかし記載されている装置は窓領域の局部的なフィルム厚測定を可能にするだけであり、窓自身のプロセスへの影響はほとんど回避されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、物体表面を、広範に利用可能な装置を用いて、できるだけ少ない費用及び比較的短い時間で、プロセスが変動したり材料が不均一な場合などでも高い再現可能な精度で加工するという課題に基づくものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
半導体基板などの、その表面を加工すべき物体は、接着、粘着、吸引力などによって互いに機械的に予荷重された２枚のプレートのサンドウィッチ構造に収容される。その一方が物体を前述のように保持するための収容面として用いられる。この互いに予荷重されたプレートの間には、周知のアクチュエータ・センサ要素が配設され、これは各々実施形態に応じて形状及び／又は力によって収容面と結合しており、収容面を局部的及び／又は全体的に変形することができる。
【００１１】
本発明によって、作業位置に保持されている物体について、加工工程開始前に、作業工程にとって重要な作業面内の圧力分布が算出される。この目的で、収容された被加工物体を含む装置は、決められた力で、特別に仕上げられた非常に平らな対向面に対して、又は装置上で、直接研磨皿、研磨剤担持体、パッドなどに対して押し付けられる。
【００１２】
その場合に作業面内に特徴的な局部的圧縮応力分布が生じ、その大きさと分布は（物体及び対面の）表面形状に依存する。
【００１３】
別の可能性は、加工工程中も（停止及び／又は始動などで）中断することなく圧力分布を確定できることにある。そのために、すでに作業位置にあり、すでに法線押圧力がかけられている装置に、短時間、作業面に作用する追加の法線の力が負荷される、又は負荷解除される。この工程によって作業面内の局部的な圧縮応力分布が変化し、その場合にこの変化量（圧力上昇又は降下）はやはり物体及び対面の表面形状に依存する。作業工程前に力を加えることにより発生した作業面内の圧力分布も、作業工程中の追加の力によって引き起こされた作業面内の圧力分布の変化も、各々表面領域に組み込まれたアクチュエータ・センサ部材によって力として検出され、前述の圧力分布を算出する評価ユニットに供給される。
【００１４】
計算された圧力分布から、アクチュエータ・センサ要素に関して、位置特有に影響を行使して物体表面に決められた加工をするために、サンドウィッチ構造の収容面を局部変形する操作量が生じる。この局部変形は、決められた局部作用加工力（押圧）を物体表面に発生させるための事前調整値（Ｖｏｒｅｉｎｓｔｅｌｌｗｅｒｔｅ）又は制御量として用いられる。それによって表面加工は、事前調整され、特別に設けられた作業課題及び与えられた作業条件に適合する圧力分布を用いて直接開始される。収容面の局部変形の事前調整（Ｖｏｒｅｉｎｓｔｅｌｌｕｎｇ）は、作業工程前に一回だけ行われるか、又は連続制御工程などの作業工程中にも行われる。このようにして、作業プロセスを大幅に中断し、遅延し、複雑化し、及び費用を上げる、特にこれまではまだ必要であった追加の管理及び試験を実施することなく、その実現の際に特別な成形若しくは非常に高い精度を目指すことができるだけではなく、材料の不均一性、温度変化などの直接現れるプロセスの変動も考慮することができる。そのことによって、加工物体、収容面、ラップ加工剤担持体若しくは研磨剤担持体、及び装置側の案内部（角度の誤差など）の測定の変動若しくは（熱などの）ひずみから生じる誤差及び不正確さが検出され、これによって、各被加工工具に対して個々に修正若しくは調整がなされる。
【００１５】
プロセスの達成可能な精度に関しては、本発明の圧力分布の算出により、追加の測定要素が必要とされないことが特に重要である。したがって圧力分布を算出するために周知の圧力測定箔（Ｔｅｋｓｃａｎ  Ｉｎｃ．／ＵＳＡ、Ｆｕｊｉ／Ｊａｐａｎ、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｐｒｏｆｉｌｅ  Ｓｙｓｔｅｍｓ／ＵＳＡ）を使用する場合などでは、本来の加工プロセスでは現れないような、その形状誤差（厚みの振れなど）のみにより変化した圧力分布が生じる。したがってそのような測定方式を、慣例のチャックに統合することは不可能であるか、若しくは非常に費用がかかる。さらにこの方式は比較的感度が高いので、実験室条件下でのみ使用が可能であり、製造条件下では不可能である。
【００１６】
さらに、加工工程開始前のみならず加工工程中でも、場合によっては中断することなく圧力分布を制御測定し、場合によっては算出されたプロセスの変動を、アクチュエータ・センサ要素を相応に制御することによって補正する可能性は非常に有利である。誤差の原因が部分的にしか考慮されない表面形状の部分的に非常に手間のかかる測定に比べて、容易なやり方で力をかけることによって、著しく時間を節約することができる。
【００１７】
本発明を、下記に図で表した実施例に基づいて詳しく説明する。
【実施例】
【００１８】
半導体基板２の表面１をラップ加工又は研磨する現在の技術水準を、例として図１は表している。この半導体基板２は、収容部３の下側に、接着、粘着又は吸引力によって固定されている。基板２の被加工表面１は、ラップ加工剤担持体又は研磨剤担持体４（所謂パッドとも呼ばれる）に載置され、該担持体は水平に回転するラップ加工ディスク又は研磨ディスク５上に固定されている。このラップ加工ディスク又は研磨ディスク５は、駆動軸６によって回転する（回転矢印７で表す）。別の駆動軸８を介して収容部３も回転するので（回転矢印９で表す）、決められた力Ｆ（矢印１０参照）でラップ加工剤担持体又は研磨剤担持体４上に押圧される半導体基板２は、この上で該担持体への相対速度で回転する。さらに半導体基板２は、ラップ加工剤担持体又は研磨剤担持体４を介して放射状に揺動することができる（矢印１１参照）。
【００１９】
加工工程のために、ラップ加工懸濁液又は研磨懸濁液１２（スラリー）が、適応する配量装置１３を介してラップ加工剤担持体又は研磨剤担持体４上に与えられる。
【００２０】
化学的機械的平坦化（Ｐｌａｎａｒｉｓｉｅｒｅｎ）のために、研磨成分以外に活性化学成分を含むラップ加工懸濁液又は研磨懸濁液１２が使用される。加工プロセスの成果のためには、ラップ加工懸濁液又は研磨懸濁液１２の機械的成分及び化学成分の作用時間の正確な適合／一致が重要である。
【００２１】
図２は、同心基本プレート１４及び同心収容プレート１５により構成される、加工物体を収容するサンドウィッチ配置を示す。この基本プレート１４は軸部１６に固定されている。これは（見通しの理由から示していない）駆動軸と接続している。収容面１７を有する収容プレート１５は、（図２には同じく示していない）加工物体を保持するために用いられる。基本プレート１４と収容プレート１５の間に圧電性積層体（Ｐｉｅｚｏｓｔａｐｅｌ）１８が個別アクチュエータ・センサ要素として配設され、この要素は補正材料１９内に埋め込まれている。接着、粘着、吸引力などによって収容プレート１５に固定された加工物体の加工工程のために、収容面１７上の圧力分布が算出される。
【００２２】
そのために、この加工物体に、例えば研磨皿／研磨剤担持体／パッドなどの上に載せることによって力が加えられる。その場合に収容面１７内に、特徴的な局部圧縮応力分布が生じ、この圧縮応力分布は、保持プレート１５上にわたり、基本プレート１４と保持プレート１５の間に決められた力及び／又は形で配設された圧電性積層体１８に力として作用する。圧電性積層体１８は、そのセンサ機能を用いて、センサに作用する力を収容面１７に作用する圧力分布の測定値として検出する。このために圧電性積層体１８は、（示していない）評価段（Ａｕｓｗｅｒｔｅｓｔｕｆｅ）及び制御段（Ｓｔｅｕｅｒｓｔｕｆｅ）と電気的に接続している。
【００２３】
その場合に、台架固定の評価システム若しくは制御システム／調整システムへのエネルギー及び情報の伝送は、慣例の回転伝送器（スリップリング）を介してか、又は無線で行うことができる。
【００２４】
記述されたように収容面１７内（及びそれにより加工物体表面上）の算出された圧力分布から、前述の評価段及び制御段内で個々の圧電性積層体１８に対して操作量が算出され、この操作量を用いて収容プレート１５の収容面１７は、位置が特有に限定されて変形される（圧電性部材のアクチュエータ機能）。それによって、事前調整され、特に設定された加工課題及び与えられた加工条件に適合した圧力分布を用いて表面加工が始まり、それによって製造公差、プロセスの振れ、材料の不均一性などにもかかわらず加工工程での高い再現可能な精度を達成することができる。
【００２５】
圧電性積層体１８が埋め込まれている補正材料１９は、該圧電性積層体１８より小さい剛性を有し、このものの間を弾性的に補正するために用いられる。同時に補正材料１９は、圧電性積層体１８に対して絶縁作用を行う。
【００２６】
図３に、図２と比較可能な同心基本プレート１４と同心収容プレート１５のサンドウィッチ構造を示すが、ここではアクチュエータ・センサ要素として個別圧電性積層体ではなく、分割圧電セラミック２０が設けられている。この分割圧電セラミック２０は、そのセグメントに、そのセンサ機能において個々に問い合わせることができ、及びそのアクチュエータ機能において分離して制御することができる。絶縁するために基本プレート１４と収容プレート１５の間には、圧電セラミック２０の周りに絶縁膜２１が存在する。
【００２７】
予め算出された圧力分布から収容面１７を調整する機能方法は、原理的には図２の実施例と同様に説明される。
【００２８】
加工物体が固定される収容面の同心変形に関する特別な調整装置を、図４に２つの図で表す。（再びアクチュエータ・センサ部材の対プレートとしての）同心基本プレート１４と同心収容プレート２２のサンドウィッチ型構造が存在する。これは、図２及び３の収容プレート１５とは異なり、その内側に同心溝２３を有する。収容プレート２２の断面が局部的に弱まることによって、同心固体継ぎ手２７が生じ、これによって収容プレート２２は前述のアクチュエータ・センサ要素の調整領域で、ほぼ任意の凸面、凹面、又は凸面／凹面形状に放射状に変形することができる。同心溝２３間には、収容プレート２２の内側で軸方向に非常に硬いリング２４が形成され、このリングに、基本プレート１４に支持された圧電性積層体２５がアクチュエータ・センサ部材として係合する。基本プレート１４と収容プレート１５はバネ２６で予荷重されている。圧電性積層体２５とバネ２６は、各々相対移動して三つ星状に形成された１２０°の軸角による特徴線をもつ配置を形成している（図４の上側の図参照）。これらの線のそれぞれは、リング２４に係合しているそれぞれ３つの圧電性積層体２５若しくはバネ２６により形成される。さらにこの配置の中央には、別の圧電性積層体２５を置くことができる。この配置によって静力学的に特定の方式が与えられる。しかし、本発明は、記述されている同心形にも、示された圧電性積層体２５の数にも、溝２３、リング２４及びバネ２６の大きさ及び数にも制限されるものではない。
【００２９】
基本プレート１４は、圧電性積層体２５の支持で導入された力が、最小の変形のみを引き起こすように大きさを決めて仕上げなければならない。収容プレート２２の周方向の圧電性積層体２５数が少ない場合でも、変形された収容プレート２２の小さい波形が達成されるように、リング２４の剛性ができる限り大きくなるようにする。収容プレート２２の収容面上（及びそれによる固定された加工物体表面上）の圧力分布の算出並びにそれから確定された圧電性積層体２５による収容プレート２２の局部的表面変形は、原理的には再び図２の実施例と同様に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】よく知られた従来の技術による半導体基板表面のラップ加工又は研磨装置を示す図である。
【図２】２枚のプレートと、その間に存在し、補正材料に埋め込まれた個別アクチュエータ・センサ要素とにより構成される、加工物体を収容するサンドウィッチ配置図である。
【図３】２枚のプレートと、その間に存在し、分割された金属化膜を含む圧電セラミックとにより構成される、加工物体を収容するサンドウィッチ配置図である。
【図４】加工物体収容面を同心変形する、２つの視点での調整装置図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  被加工表面
２  半導体基板
３  収容部
４  ラップ加工剤担持体又は研磨剤担持体
５  ラップ加工ディスク又は研磨ディスク
６、８  駆動軸
７、９  回転矢印
１０、１１  矢印
１２  ラップ加工懸濁液又は研磨懸濁液
１３  配量装置
１４  基本プレート
１５、２２  収容プレート
１６  軸部
１７  収容面
１８、２５  圧電性積層体
１９  補正材料
２０  圧電セラミック
２１  絶縁膜
２３  溝
２４  リング
２６  バネ
２７  固体継ぎ手
【図１】
2006513050.tif 000004
【図２】
2006513050.tif 000005
【図３】
2006513050.tif 000006
【図４】
2006513050.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成17年8月15日(2005.8.15)
【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】
物体表面を高精密加工する装置、特に半導体基板の研磨及びラップ加工装置において、加工するために物体を収容面に保持し、該収容面を、決められた形状及び／又は力で該収容面と接続している幾つかのアクチュエータによって変形することができ、及び前記アクチュエータが、互いに機械的に予荷重された２枚のプレートである基本プレートと収容プレートの間に設けられている装置であって、前記収容プレート（２２）の内側に、軸方向に硬いリング（２４）が形成された同心溝（２３）が形成され、前記個々のリング（２４）は固体継ぎ手（２７）を介して接続しており、前記リング（２４）と基本プレート（１４）の正面の間に、それぞれ互いに１２０°オフセットして、アクチュエータ・センサ要素として形成された圧電性積層体（２５）並びにバネ（２６）が配設されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記圧電性積層体（２５）が、中心で始まり、前記リング（２４）と前記基本プレート（１４）の正面の間に３つの星形に配設され、前記バネ（２６）が、外側に延びる３つの星形の圧電性積層体（２５）の間に各々設けられることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
凸面、凹面、又は凸面／凹面の表面形状を有する同心溝（２３）が形成されることを特徴とする請求項１及び２に記載の装置。
【国際調査報告】
2006513050.tif 000008
2006513050.tif 000009
2006513050.tif 000010
2006513050.tif 000011