(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体（１４）を密封収容するシリンダ形状の収容部材（１０）と、
前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）の少なくとも一部を上方から押圧する押圧部材（１２）と、
前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）を下方から支持する支持部材（１６）と、
前記収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、
前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研磨部材（２２）と
を具備し、
前記流体（１４）は、シリコーンオイルである
ことを特徴とする半導体ウェハの研磨装置。
【請求項２】
前記シリコーンオイルは、１０〜１０００ｃｓｔの粘性を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項３】
流体（１４）を密封収容するシリンダ形状の収容部材（１０）と、
前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）の少なくとも一部を上方から押圧する押圧部材（１２）と、
前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）を下方から支持する支持部材（１６）と、
前記収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、
前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研磨部材（２２）と
を具備し、
前記流体（１４）は、液状シリコーンゴムである
ことを特徴とする半導体ウェハの研磨装置。
【請求項４】
前記液状シリコーンゴムは、１０００〜８０００ｐｏｉｓｅの粘性を有する
ことを特徴とする請求項３記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項５】
弾性体（２６）を収容するシリンダ形状の収容部材（１０）と、
前記収容部材（１０）内で前記弾性体（２６）の少なくとも一部を上方から押圧する押圧部材（１２）と、
前記収容部材（１０）内で前記弾性体（２６）を下方から支持する支持部材（１６）と、
前記収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、
前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研磨部材（２２）と
を具備し、
前記弾性体（２６）は、シリコーンゴムである
ことを特徴とする半導体ウェハの研磨装置。
【請求項６】
前記シリコーンゴムは、Ｈｓ４０〜６０の硬さを有する
ことを特徴とする請求項５記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項７】
前記収容部材（１０）は、前記ウェハ（２０）の直径よりも大きい内径を有する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項８】
前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）と前記研磨部材（２２）とを相対的に回転させる駆動手段（２４）をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項９】
前記押圧部材（１２）と前記収容部材（１０）を係合させる係合部（２８）をさらに具備し、
前記駆動手段（２４）は、前記押圧部材（１２）に回転力を加えて、該押圧部材（１２）を自転させる
ことを特徴とする請求項８記載の半導体ウェハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハの研磨装置に関し、特に、簡易な構造でウェハの表面を均一に研磨するのに有効な半導体ウェハの研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハの研磨は、従来以下のような手順によって行われていた。
【０００３】
１）研磨剤を介して、半導体ウェハを研磨クロスに接触させる。
【０００４】
２）前記半導体ウェハに圧力を加えて、該半導体ウェハを前記研磨クロスに押しつける。
【０００５】
３）上記押圧状態で半導体ウェハを回転させる。
【０００６】
上記一連の手順を実行する装置として、次のような構成を有するものが知られている。
【０００７】
１）ウェハの直径よりも大きな円盤
２）前記円盤の中心に固定された回転軸
３）前記回転軸に動力を供給し、前記円盤の底面でウェハを押圧する機構
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような装置では、押圧力が回転軸を介して円盤に加えられるため、加重が円盤の中心付近に集中する。従って、当該円盤からウェハに加わる圧力分布にも偏りが生じ、ウェハの研磨面にムラが発生するという問題があった。
【０００９】
この問題を解決する手段として、ウェハと円盤との間に流体を供給する技術が知られている（特開平６−１５５６３号公報、特開平５−６９３１４号公報）。これらの技術を用いる場合には、流体を供給するための機構がウェハの研磨装置に設けられる。
【００１０】
しかし、一般に流体の供給機構は複雑な構造を有している。特に、回転軸に固定された円盤は、ウェハの研磨時に高速で回転するため、流体の供給が難しく、実施が困難であった。
【００１１】
そこで、本発明は、簡易な構造でウェハの表面を均一に研磨するのに有効な半導体ウェハの研磨装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る半導体ウェハの研磨装置は、流体（１４）を密封収容するシリンダ形状の収容部材（１０）と、前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）の少なくとも一部を上方から押圧する押圧部材（１２）と、前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）を下方から支持する支持部材（１６）と、前記収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研磨部材（２２）とを具備し、前記流体(１４)は、シリコーンオイルであることを特徴とする。
【００１３】
そして、前記シリコーンオイルは、１０〜１０００ｃｓｔの粘性を有することが望ましい。
【００１４】
また、本発明に係る半導体ウェハの研磨装置は、流体（１４）を密封収容するシリンダ形状の収容部材（１０）と、前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）の少なくとも一部を上方から押圧する押圧部材（１２）と、前記収容部材（１０）内で前記流体（１４）を下方から支持する支持部材（１６）と、前記収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研磨部材（２２）とを具備し、前記流体(１４)は、液状シリコーンゴムであることを特徴とする。
【００１５】
そして、前記液状シリコーンゴムは、１０００〜８０００poiseの粘性を有することが望ましい。
【００１６】
また、本発明に係る半導体ウェハの研磨装置は、弾性体（２６）を収容するシリンダ形状の収容部材（１０）と、前記収容部材（１０）内で前記弾性体（２６）の少なくとも一部を上方から押圧する押圧部材（１２）と、前記収容部材（１０）内で前記弾性体（２６）を下方から支持する支持部材（１６）と、前記収容部材（１０）の底面に配設され、ウェハ（２０）を保持するウェハ保持部材（１８）と、前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）に接触させて該ウェハ（２０）の表面を研磨する研磨部材（２２）とを具備し、前記弾性体（２６）は、シリコーンゴムであることを特徴とする。
【００１７】
そして、前記シリコーンゴムは、Ｈｓ４０〜６０の硬さを有することが望ましい。
【００１８】
ここで、前記収容部材（１０）は、前記ウェハ（２０）の直径よりも大きい内径を有することが望ましい。
【００１９】
また、前記ウェハ保持部材（１８）に保持されたウェハ（２０）と前記研磨部材（２２）とを相対的に回転させる駆動手段（２４）をさらに具備することが望ましい。
【００２０】
さらに、前記押圧部材（１２）と前記収容部材（１０）を係合させる係合部（２８）を具備し、前記駆動手段（２４）は、前記押圧部材（１２）に回転力を加えて、該押圧部材（１２）を自転させることが望ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
（発明の概要）
上記目的を達成するため、本発明は、ピストン構造を用いて流体を収容する点に着目し、図１に示す構成を考え出した。この構成によれば、押圧部材１２が流体１４に加えた圧力は、流体１４内で均一に分散するため、ウェハ２０の表面が均一な圧力で押圧される。その結果、研磨されたウェハ２０の表面は、平坦となる。
【００２８】
（第１の形態）
図１は、本発明の第１の形態に係るウェハ研磨装置の構成を示す概念図である。以下、この第１の形態に係るウェハ研磨装置の構成を各構成要件ごとに説明する。
【００２９】
収容部材１０は、押圧部材１２および支持部材１６とともに、流体１４を収容する部材である。この収容部材１０は、同図に示すようにシリンダ形状であることが好ましい。収容部材１０の内径は、ウェハ２０の直径よりも大きく形成しておくことが好ましい。
【００３０】
押圧部材１２は、流体１４に上方から圧力を加える部材である。この押圧部材１２は、収容部材１０の内壁に沿って摺動自在に配設される。流体１４の粘度が低い場合には、押圧部材１２と収容部材との接触面にシリンダリング等のシール部材が設け、流体１４を密封する。好ましくは、押圧部材１２をステンレス等の剛体で形成し、押圧力に耐えるように構成する。
【００３１】
支持部材１６は、押圧部材１２によって押圧された流体１４を下方から支持する部材である。この支持部材１６は、同図に示すように、押圧部材１２と対向して配設される。好ましくは、支持部材１６をセラミックで形成する。支持部材１６をセラミックで形成することにより、アルカリに対する腐食防止と、押圧時に発生した熱による膨張を防止することができる。また、セラミックは、加工精度が出しやすいという点でも好ましい材料である。
【００３２】
流体１４は、押圧部材１２から加えられた圧力をウェハ２０の表面に沿って均一に分散させるための材料である。この流体１４は、同図に示すように、押圧部材１２と支持部材１６との間に介在した状態で収容される。このように、押圧部材１２と支持部材１６との間に流体１４を介在させる理由は、次の通りである。
【００３３】
即ち、押圧部材１２を下降させる場合には、上方から該押圧部材１２の少なくとも一部に下向きの力が加えられる。この下向きの力は、例えば、同図に示すような押圧部材１２の上部に設けられた軸から加えられる。その結果、押圧部材１２から下方の部材に加えられる押圧力は、軸付近に集中する。このように一点に集中した押圧力は、ウェハ２０の研磨に研磨ムラを形成する原因となるため、押圧力を分散させる必要がある。
【００３４】
そこで、本発明では、パスカルの原理を利用して、押圧力を分散させるため、押圧部材１２の下方に流体１４が配置される。従って、本発明では、流体１４として、液体や気体等のパスカルの原理が利用できる物体を使用する。好ましくは、シリコーンオイルや液状シリコーンゴム等の粘性がある流体を使用する。より好ましくは、揮発性が低く安全性が高い流体を使用する。
【００３５】
シリコーンオイルとしては、ジメチルシリコーンオイル等のストレートシリコーンオイル、アルキルシリコーンオイル等の変形シリコーンオイル、あるいは、これらに耐熱向上剤を添加した添加剤シリコーンオイルが使用できる。好ましくは、測定標準温度（２５℃）における粘度が１０〜１，０００ｃｓｔ（０．０１ｃｍ2／ｓｅｃ）、より好ましくは１０〜１００ｃｓｔのシリコーンオイルを使用する。
【００３６】
液状シリコーンゴムとしては、液状ポリマーシステムが使用できる。好ましくは、１，０００〜８，０００ｐｏｉｓｅ（ｇ／ｃｍ・ｓｅｃ）、より好ましくは１，５００〜５，０００ｐｏｉｓｅの粘度を有する液状シリコーンゴムを使用する。
【００３７】
ウェハ保持部材１８は、ウェハ２０を保持する部材である。このウェハ保持部材１８は、収容部材１０の底面に配設され、軟部材で形成される。ウェハ保持部材１８としては、表面張力でウェハ２０の裏面を吸着する部材や接着剤でウェハ２０の裏面を固着する部材が使用できる。好ましくは、バッキングパッドを使用する。また、このウェハ保持部材１８には、研磨時にウェハ２０が横ずれすることを防止するテンプレート等の部材を設けてもよい。
【００３８】
研磨部材２２は、ウェハ２０の表面を研磨する部材である。この研磨部材２２は、研磨クロスと研磨材との組み合わせで構成することが好ましい。また、本発明がパスカルの原理を利用していることを考慮すると、研磨部材２２の研磨面と支持部材の流体支持面は平行かつ平坦であることが好ましい。
【００３９】
駆動手段２４は、ウェハ２０の表面と研磨部材２２との間に摩擦を生じさせる手段である。この摩擦を生じさせる方法としては、収容部材１０または押圧部材１２と研磨部材２２とを相対的に回転させる方法や、これらを左右に動かす方法が考えられる。そこで、駆動手段２４は、例えば、収容部材１０または押圧部材１２を保持する部材と該部材を移動させる動力発生源で構成する。
【００４０】
以上説明した本発明の第１の形態によれば、ピストン構造を利用して押圧部材１２とウェハ２０の間に流体１４を介在させているため、簡単な構造でパスカルの原理を利用した研磨装置が構成できる。
【００４１】
また、収容部材１０の内径をウェハ２０の直径よりも大きく形成することにより、ウェハ２０の表面全体に均一な押圧力が加わるため、より好ましい研磨表面を得ることができる。
【００４２】
（第２の形態）
図２は、本発明の第２の形態に係るウェハの研磨装置の構成を示す断面図である。この第２の形態に係るウェハの研磨装置は、同図に示すように、駆動手段２４から押圧部材１２に対して回転力を加え、ウェハ２０を自転させて該ウェハ２０の表面を研磨するものである。
【００４３】
この第２の形態では、第１の形態の構成に加え、押圧部材１２と収容部材１０を係合させる係合部２８が設けられる。この係合部２８は、同図に示すように、押圧部材１２の一部に凸部を形成し、該凸部が形成された位置に対応して、収容部材１０に凹部を形成することにより構成される。この凸部および凹部は、押圧部材１２が摺動でき、かつ流体１４が外部に漏れないような形状で形成する。
【００４４】
駆動手段２４から回転力を加えられた押圧部材１２は、上記のように構成された係合部２８を介して、該回転力を収容部材１０に伝え、収容部材１０ごとウェハ２０を回転させる。
【００４５】
以上説明した本発明の第２の形態によれば、均一な力でウェハ２０を押圧しながら該ウェハ２０を自転させるため、ウェハ２０の表面を均一かつ高速に研磨できる。
【００４６】
（第３の形態）
図３は、本発明の第３の形態に係るウェハの研磨装置の構成を示す概念図である。この第３の形態に係るウェハの研磨装置は、パスカルの原理を利用するために第１の形態に設けられた流体１４に代えて、弾性体２６が設けられる。
【００４７】
この弾性体２６としては、流体の性質に近い物体が好ましく、例えば、室温硬化型のシリコーンゴムが好適である。より好ましくは、Ｈｓ４０〜６０（ＪＩＳＡ）の硬さを有する弾性体を使用する。尚、弾性体２６が十分な硬さを有している場合には、押圧部材１２と収容部材１０との間の抵抗が無限大に近くなるため、該弾性体２６をそれほど厳密に密封しなくてもよい。
【００４８】
以上説明した第３の形態に係るウェハの研磨装置によっても、第１の形態と同様に簡単な構造でパスカルの原理を利用した研磨装置が構成できる。
【００４９】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を添付図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
（実施例の要約）
本発明の一実施例は、図４に示すように、回転軸３０に固定されたピストン４６と、シリコーンジェル３８を介して、該ピストン４６に対向して配設されたセラミック板４０と、これらを収容するシリンダ３２によってピストン構造を構成し、シリンダ３２の底面にバッキングパッド４２で固定したウェハ２０を押圧しながら回転させて研磨する。
【００５１】
（好ましい実施例）
図４は、本発明に係るウェハの研磨装置の好ましい構造例を示す一部断面図である。
【００５２】
同図に示すように、本実施例に係るウェハの研磨装置は、回転軸３０と、該回転軸の下端に固定されたピストン４６と、該ピストン４６に対向して配設されたセラミック板４０と、ピストン４６とセラミック板４０との間に介在するシリコーンジェル３８と、これらを収容するシリンダ３２と、セラミック板４０およびシリンダ３２の底面に固定されたバッキングパッド４２と、バッキングパッド４２の周縁に配設されたテンプレート４４と、ウェハ２０の表面を研磨する研磨クロス４８で構成される。
【００５３】
同図に示すように、ピストン４６の周縁には、ボルト３４が埋め込まれ、該ボルト３４が埋め込まれた位置に対応して、シリンダ３２の内壁にスペース５０が形成される。このスペース５０の大きさは、シリコーンジェル３８の圧縮に十分な高さで、かつ、シリコーンジェル３８が外部に漏れないようにピストン４６の高さよりも低い高さで形成される。このボルト３４とスペース５０により、ピストン４６とシリンダ３２が係合状態となる。
【００５４】
ピストン４６の下部周縁には、シリコーンジェル３８を密封するために、ピストンリング３６が配設される。このピストンリング３６は、セラミック板４０の周縁にも同様に配設される。この構造により、シリンダ３２内に密封空間が形成され、この密封空間にシリコーンジェル３８が充填された構造となる。
【００５５】
同図に示すように、研磨の対象となるウェハ２０は、裏面がバッキングパッド４２の中央部に固着され、表面が研磨クロス４８に当接される。
【００５６】
以下、上記のように構成されるウェハの研磨装置の動作例を説明する。
【００５７】
まず、ウェハ２０を研磨装置にセットする。その後、ウェハ２０と研磨クロス４８の接触部分に研磨剤を供給する。
【００５８】
次に、回転軸３０を回転させてウェハ２０を所定の速度で自転させながら、該回転軸３０に下向きの力を加えてシリコーンジェル３８を圧縮する。その結果、シリコーンジェル３８に加えられた押圧力は、均一に分散し、ウェハ２０の表面を均等に加圧する力となる。
【００５９】
そして、この均等な力でウェハ２０を押圧した状態で所定時間該ウェハ２０を回転させる。
【００６０】
最後に、回転軸３０に加えた下向きの力と回転力を開放し、研磨が終了したウェハ２０をバッキングパッド４２から取り外す。そして、次のウェハを研磨装置にセットする。
【００６１】
以上のような動作を繰り返し、連続してウェハ２０を研磨してゆく。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な構造でウェハの表面を均一に研磨するのに有効な半導体ウェハの研磨装置を提供することができる。
【００６３】
また、本発明の第１の形態によれば、ピストン構造を利用して押圧部材１２とウェハ２０の間に流体１４を介在させているため、簡単な構造でパスカルの原理を利用した研磨装置が構成できる。
【００６４】
また、収容部材１０の内径をウェハ２０の直径よりも大きく形成することにより、ウェハ２０の表面全体に均一な押圧力が加わるため、より好ましい研磨表面を得ることができる。
【００６５】
また、本発明の第２の形態によれば、均一な力でウェハ２０を押圧しながら該ウェハ２０を自転させるため、ウェハ２０の表面を均一かつ高速に研磨できる。
【００６６】
また、以上説明した第３の形態に係るウェハの研磨装置によっても、第１の形態と同様に簡単な構造でパスカルの原理を利用した研磨装置が構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の形態に係るウェハ研磨装置の構成を示す概念図である。
【図２】本発明の第２の形態に係るウェハの研磨装置の構成を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の形態に係るウェハの研磨装置の構成を示す概念図である。
【図４】本発明に係るウェハの研磨装置の好ましい構造例を示す一部断面図である。
【符号の説明】
１０…収容部材、１２…押圧部材、１４…流体、１６…支持部材、１８…ウェハ保持部材、２０…ウェハ、２２…研磨部材、２４…駆動手段、２６…弾性体、２８…係合部、３０…回転軸、３２…シリンダ、３４…ボルト、３６…ピストンリング、３８…シリコーンジェル、４０…セラミック板、４２…バッキングパッド、４４…テンプレート、４６…ピストン、４８…研磨クロス、５０…スペース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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