(57)【要約】      （修正有）【課題】ウエハの表面研磨加工において、研磨ヘッドの構造に起因して発生するウエハ保持面の傷の発生を防止し、研磨加工精度を向上させ、ウエハの製造コストの低減化および生産性の向上を図ることができる研磨ヘッドを提供する。【解決手段】弾性体膜３でウエハＷを接触保持する流体加圧方式による前記ウエハの研磨ヘッドにおいて、前記弾性体膜３のウエハ保持面を、同心円状に表面粗さを制御し、該弾性体膜３の外周から半径の１０％以上８０％以下までに形成された第一の領域における算術平均粗さＲａが５．０μｍ以上５０．０μｍ以下、かつ、前記第一の領域よりも内側の第二の領域における算術平均粗さＲａが５．０μｍ未満となるように構成する。【選択図】図１
2007012918.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体膜でウエハを接触保持する流体加圧方式による前記ウエハの研磨ヘッドであって、前記弾性体膜のウエハ保持面は、同心円状に表面粗さが制御され、該弾性体膜の外周から半径の１０％以上８０％以下までに形成された第一の領域における算術平均粗さＲａが５．０μｍ以上５０．０μｍ以下であり、かつ、前記第一の領域よりも内側の第二の領域における算術平均粗さＲａが５．０μｍ未満であることを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２】
前記ウエハをヘッドの所定位置に保持するために前記ウエハ外周に係合させるリテーナリングの研磨布に対する加圧力と、前記弾性体膜からの前記ウエハに対する流体加圧力とが、独立して制御されるフローティング構造のヘッドであることを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハの表面研磨加工、特に、枚葉式研磨加工に好適に用いられる研磨ヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ等の半導体ウエハ表面の研磨工程では、片面または両面の研磨加工いずれの場合においても、ウエハの被加工面と、定盤表面に貼付された研磨布とを平行に配置して、これらの面同士を接触させ、研磨ヘッドにより押圧しながら、相互に摺動させることによって、ウエハ表面を平坦化させる。
【０００３】
前記摺動時の研磨ヘッドによるウエハの固定方法としては、ウエハをワックス等の粘着剤により接着固定させる方法、多孔質セラミックス板を介して、ウエハの裏面から減圧吸着により固定させる方法、ウエハの裏面にゴム等の弾性体を配置し、その上からの流体加圧により押圧固定する方法等がある。
【０００４】
これらの固定方法のうち、粘着剤を用いるものは、研磨工程後、研磨ヘッドからウエハを剥離し、さらに、粘着剤を除去しなければならず、工程が煩雑となる。
また、多孔質セラミックス板を用いる場合には、該多孔質セラミックス板自体は剛性が高いため、ウエハ裏面との接触面の高平坦化が求められるとともに、吸着に伴うゴミの付着等の問題もある。
【０００５】
このため、一般には、弾性体を介した流体加圧方式の研磨ヘッドが用いられている。このような態様の研磨ヘッドの一例の概略を図１に示す。
図１に示す研磨ヘッドは、上定盤１の下面にメンブレン支持構造体２およびゴム膜３が設けられており、該ゴム膜３は、ゴム押さえ６によりメンブレン支持構造体２の周縁部に密着され、メンブレン支持構造体２およびゴム膜３との間に、流体による圧力調整可能な加圧室９が形成されている。また、ウエハＷをヘッドの所定位置に保持するためにウエハ外周に係合させるリテーナリング４が、リング形状部材５を介して、ウエハＷの裏面に接するゴム膜３による押圧とは別個に、下方の研磨布８に対して押圧することができるように設けられている。
【０００６】
このように、ウエハＷの研磨布８に対する押圧とリテーナリング４の研磨布に対する押圧とが独立しているフローティング構造の流体加圧式の研磨ヘッドによれば、リテーナリング４の磨耗が、ウエハＷの研磨精度に影響を与えることなく、ウエハＷの表面粗さが緩衝され、かつ、リテーナリング４の耐用性の向上も図られる。
【０００７】
また、上記フローティング構造とは異なる構造の流体加圧方式の研磨ヘッドの一例の概略を図２に示す（例えば、特許文献２参照）。
図２に示す研磨ヘッドにおいては、ゴム膜３を加熱加圧成型すると同時に、上定盤1下面のメンブレン支持構造体２の外縁に接しているリング形状部材５に接着し、前記ゴム膜３とウエハＷの裏面との間にバッキングパッド７を貼付して形成されている。さらに、前記バッキングパッド７下面の外周部には、ガラス繊維強化エポキシ樹脂製のリテーナリング４が設けられている。
【０００８】
上記構造は、メンブレン支持構造体２とゴム膜３との間に、流体による圧力調整可能な加圧室９が形成されている点では、上記図１に示した研磨ヘッドと同様であるが、ゴム膜３とリング形状部材５との間には、隙間が生じることなく、一体成型することができるという利点を有しており、寸法精度に優れたものとすることができる。また、バッキングパッド７の使用により、ウエハＷの保持力が向上し、ウエハＷの搬送ミスも低減され、研磨時のウエハＷの横ずれも防止される。
【特許文献１】特表２００２−５２７８９３号公報
【特許文献２】特開２００５−１９４９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１記載の研磨ヘッド構造では、ゴム膜３の外側周面とリテーナリング４の内周面とが接触していないため、ゴム膜３上方の加圧室９内をエア加圧した際、図３に示すように、ゴム膜３の横方向への伸びが生じる。このため、ウエハＷ外周部に対する加圧力が不均一となり、該外周部におけるウエハＷ表面の研磨量が不均一となり、高精度での研磨加工は困難であった。
【００１０】
近年、上記のような最外周部における研磨量の不均一が、半導体ウエハの表面研磨における高精度化を図る上で、特に重要な課題となっている。
また、半導体回路の高集積化、微細化に伴い、半導体ウエハは両面研磨加工が一般的となり、ゴム膜中に混入している硬質異物または研磨時に生じる研磨屑および研磨剤の凝集固着物等の進入によって、ウエハ裏面に微細な傷（スクラッチ）が発生することも課題の一つとなっていた。特に、ウエハ外周部では、上記のように、加圧力の不均一により、ゴム膜とウエハとの間に隙間が生じやすく、傷の発生が集中する傾向にあった。
【００１１】
これに対して、上記特許文献２の研磨ヘッド構造では、ゴム膜３にリテーナリング４およびバッキングパッド７を接着してウエハＷを保持しているため、加圧エアによるゴム膜３の横方向への伸びは生じず、また、リテーナリング４の厚さによってウエハＷ外周部に加わる圧力を制御でき、外周部の研磨量の均一化が図られる。
さらに、バッキングパッド７は、硬質な樹脂フィルムに発泡ポリウレタン等の軟質樹脂を積層した多層構造であるため、ゴム膜３ほど柔軟には変形せず、ウエハＷの保持面とバッキングパッド７との間に異物が入り難いという利点がある。
【００１２】
しかしながら、バッキングパッド７表面は軟質樹脂であるために、繰り返し使用による損傷が激しく、定期的に交換が必要である。
また、研磨の繰り返しによって、リテーナリング４の厚さ方向の磨耗が進行することに伴い、ウエハＷの外周部に加わる研磨圧力が増加し、ウエハＷ外周部の研磨量が増加する。さらに、ウエハ研磨時に、ウエハＷに加わる摺動摩擦力が大きい場合には、リテーナリング５が脱離してしまう場合もある。
したがって、上記特許文献２に記載されているような研磨ヘッド構造では、所望の研磨精度を得るためには、高価なバッキングパッド７およびリテーナリング４を頻繁に交換しなければならず、製造コストの増大および生産性の低下を招くという課題を有していた。
【００１３】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、ウエハの表面研磨加工において、研磨ヘッドの構造に起因して発生するウエハ裏面の傷の発生を防止し、研磨加工精度を向上させ、ウエハの製造コストの低減化および生産性の向上を図ることができる研磨ヘッドを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る研磨ヘッドは、弾性体膜でウエハを接触保持する流体加圧方式による前記ウエハの研磨ヘッドであって、前記弾性体膜のウエハ保持面は、同心円状に表面粗さが制御され、該弾性体膜の外周から半径の１０％以上８０％以下までに形成された第一の領域における算術平均粗さＲａが５．０μｍ以上５０．０μｍ以下であり、かつ、前記領域よりも内側の第二の領域における算術平均粗さＲａが５．０μｍ未満であることを特徴とする。
この第二の領域は、第一の領域より内側すべてであることが望ましいが、同様に十分な効果が得られる限り、一部であってもよい。
弾性体膜、例えば、ゴム膜のウエハ保持面の表面粗さを上記のように制御することによって、バッキングパッドを使用することなく、ウエハ裏面の傷の発生を防止することができ、高精度な研磨加工が可能となるとともに、研磨加工コストの低減化を図ることができる。
【００１５】
前記研磨ヘッドは、ウエハをヘッドの所定位置に保持するためにウエハ外周に係合させるリテーナリングの研磨布に対する加圧力と、弾性体膜からのウエハに対する流体加圧力とが、独立して制御されるフローティング構造のヘッドに好適に用いることができる。
上記のような弾性体膜をフローティング構造の研磨ヘッドに適用することにより、ウエハの外周部の研磨量の均一化を図ることができ、高精度な研磨加工が可能となるとともに、磨耗によるリテーナリングの交換頻度を少なくすることができ、研磨加工コストの低減化およびウエハの生産性の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
上述したとおり、本発明に係る研磨ヘッドを用いれば、ウエハの表面研磨加工において、研磨加工精度を向上させるとともに、ウエハ裏面の傷の発生を防止し、ウエハの製造コストの低減化および生産性の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を、添付図面を参照して、より詳細に説明する。
本発明に係る研磨ヘッドは、例えば、図１または図２に示すようなゴム膜等の弾性体膜でウエハを接触保持する流体加圧方式によるウエハの研磨ヘッドにおいて、弾性体膜のウエハ保持面を所定の形状に制御することを特徴とするものである。
本発明は、研磨ヘッドの弾性体膜のウエハ保持面の形状、特に、表面粗さを制御することにより、たとえ、弾性体膜中に混入している硬質異物または研磨時に生じる研磨屑および研磨剤の凝集固着物等が、弾性体膜とウエハとの間に進入した場合であっても、弾性体膜のウエハ保持面の外周部において、前記異物等をトラップすることができ、ウエハ裏面の傷の発生を防止することができる。
【００１８】
前記弾性体膜のウエハ保持面は、具体的には、同心円状に表面粗さを制御し、該弾性体膜の外周から半径の１０％以上８０％以下までに形成された第一の領域における算術平均粗さＲａが５．０μｍ以上５０．０μｍ以下、かつ、前記第一の領域の内側の第二の領域における算術平均粗さＲａが５．０μｍ未満となるように構成する。
すなわち、該弾性体膜は、ウエハ保持面の外周側部分が内側よりも粗く形成されたものである。
【００１９】
前記弾性体膜のウエハ保持面において、算術平均粗さＲａが５．０μｍ以上５０．０μｍ以下、すなわち、表面が粗い第一の領域は、外周から半径の１０％以上８０％以下までの領域とする。
前記第一の領域が、外周から半径の１０％未満の範囲までの場合は、ウエハ裏面の傷の発生を十分に抑制することができない。一方、前記第一の領域が、外周から半径の８０％を超える範囲までの場合は、ウエハ吸着保持力の低下により、ウエハ搬送エラーが発生しやすくなる。
【００２０】
また、前記弾性体膜のウエハ保持面の算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：’０１により求められる値であり、上記のように、前記第一の領域の表面が粗い領域の算術平均粗さＲａが、５．０μｍ以上５０．０μｍ以下であれば、ウエハ裏面の傷の発生を効果的に防止することができる。
なお、上記範囲内の表面粗さにおいても、表面粗さがより大きい場合は、ウエハ吸着保持力が低下し、表面粗さがより小さい場合は、ウエハ裏面の傷の発生防止効果が低減するため、前記第一の領域は、その表面粗さの程度に応じて、弾性体膜の外周から半径の１０％以上８０％以下までの範囲内において適宜調整される。
【００２１】
上記のような表面粗さが制御された弾性体膜は、ウレタンゴム、シリコンゴム、その他の合成ゴムの他、天然ゴム等の各種ゴム膜を使用することができる。
このゴム膜の作製は、例えば、ゴム膜を金型で成型する際に、ウエハ保持面側の金型表面に、エッチングによる所定の表面粗さのシボ加工を施し、これをゴム膜に転写する方法等により行うことができる。
【００２２】
上記のような弾性体膜を装着した研磨ヘッドは、特に、ウエハをヘッドの所定位置に保持するためにウエハ外周に係合させるリテーナリングの研磨布に対する加圧力と、弾性体膜からのウエハに対する流体加圧力とが、独立して制御されるフローティング構造のヘッドに好適に用いることができる。
上述した本発明に係る弾性体膜の使用により、バッキングパッドを使用することなく、ウエハ裏面の傷の発生の防止、ウエハ搬送エラーの低減化およびウエハの外周部の研磨量の均一化を図ることができ、高精度な研磨加工が可能となる。
また、上記のような研磨ヘッドを用いれば、磨耗によるリテーナリングの交換頻度を少なくすることができ、研磨加工コストの低減化およびウエハの生産性の向上に寄与し得る。
【００２３】
なお、本発明は、シリコンウエハ、ＧａＡｓウエハ等の半導体ウエハに限らず、例えば、アルミニウム等の金属材、ガラス材、セラミックス材等からなる円盤状の薄肉部材等のウエハ状のものに対しても、有効に適用することができる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。
（ゴム膜の評価）
各金型を用いて、下記の７種類の研磨ヘッド用のゴム膜を作製した。
表面が切削加工されたままの状態でシボ加工されていない金型を用いた場合（比較例１）、外周からそれぞれ半径の５％（比較例２）、１０％（実施例１）、５０％（実施例２）、８０％（実施例３）、９０％（比較例３）までの領域にシボ加工された金型を用いた場合、表面全体がシボ加工された金型を用いた場合（比較例４）の７種類とした。
このとき、金型のシボ加工が転写された表面が粗い第一の領域のゴム膜表面の算術平均粗さＲａは５．０μｍ以上５０．０μｍ以下であり、シボ加工領域以外の第二の領域のゴム膜表面の算術平均粗さＲａは５．０μｍ未満であった。
各ゴム膜をフローティング構造（図１参照）のヘッドに装着し、シリコンウエハの研磨試験を行い、ウエハ裏面の傷の発生率およびウエハ搬送エラーの発生率について評価した。
【００２５】
上記試験の結果、表面が粗い第一の領域がゴム膜の外周から半径の１０％以上の範囲までの場合（比較例１，２以外）、ウエハ裏面の傷の発生率の低下が認められたが、ウエハ搬送エラーの発生率は、表面が粗い第一の領域がゴム膜の外周から半径の９０％以上の範囲までの場合（比較例３，４）増加することが認められた。
このことから、ゴム膜の表面が粗い第一の領域は、外周から半径１０％以上８０％以下までの範囲内（実施例１〜３）であることが好ましいと言える。
【００２６】
（研磨ヘッドの性能比較）
上記実施例１または比較例１のゴム膜を用いて、表１に示すような各種研磨ヘッドの性能比較を行った。
なお、表１における性能比較は、相対評価であり、◎：非常に良好、○：良好、×：不良として示したものである。
【００２７】
【表１】
2007012918.tif 000003
【００２８】
表１に示したように、表面が粗い第一の領域が、外周から半径の１０％までの範囲であるゴム膜（実施例１）を使用することにより、バッキングパッドを用いなくても、ウエハ裏面の傷の発生を防止することができることが認められた。
また、フローティング構造（図１参照）の研磨ヘッドにおいては、実施例１のようなゴム膜を使用することにより、図２に示すようなタイプの研磨ヘッドにおいてゴム膜の側面内側とゴム膜を保持するリング形状部材の側面を接着した場合（実施例５）よりも優れた研磨加工精度が得られることが認められた。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】フローティング構造による流体加圧方式研磨ヘッドの一例を示した概略図である。
【図２】他の流体加圧方式研磨ヘッドの一例を示した概略図である。
【図３】図１に示すフローティング構造の研磨ヘッドによりウエハを加圧したときのゴム膜が伸びた状態を示した概略図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  上定盤
２  メンブレン支持構造体
３  ゴム膜（弾性体膜）
４  リテーナリング
５  リング形状部材
６  ゴム押さえ
７  バッキングパッド
８  研磨布
９  加圧室
Ｗ  ウエハ
【図１】
2007012918.tif 000004
【図２】
2007012918.tif 000005
【図３】
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