JP2002373874A

JP2002373874A - ウェーハの研磨装置

Info

Publication number: JP2002373874A
Application number: JP2002125141A
Authority: JP
Inventors: Yasuhide Denda; 康秀傳田; Hisato Kuroiwa; 久人黒岩; Masanori Furukawa; 昌徳古川; Yoshio Nakamura; 由夫中村
Original assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Current assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハ加工中に研磨布等の研磨面に変形や
磨耗等の発生を可及的に防止し、研磨布等によって形成
される定盤の研磨面の平坦性を好適に保ち、ウェーハの
研磨精度を向上できると共に稼働効率の優れたウェーハ
の研磨装置を提供する。【解決手段】ウェーハを保持する保持装置10が、内側
ヘッド部材20と、外側ヘッド部材30とを有し、内側ヘッ
ド部材20には、ウェーハ12が保持されるウェーハ保持盤22
と、ウェーハ保持盤22を吊持すると共にウェーハ加圧用圧力室25
を形成する弾性吊持部材24とが備えられ、外側ヘッド部
材30には、内側ヘッド部材20を二重に囲むように外周側
部30aと中間周側部33とが設けられると共に、ウェーハ保持
盤22を囲むようにリング状に形成されたドレッサ用部材
36と、外周側部30aと中間周側部33との間に両者に固定
されて配され、ドレッサ用部材36を吊持すると共にドレ
ッサ加圧用圧力室35を形成する帯リング状弾性部材34と
が備えられ、ウェーハ加圧用圧力室25へ所定圧力の流体を供
給し、ドレッサ加圧用圧力室35へ所定圧力の流体を供給
する加圧手段28を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置に関し、
さらに詳細にはウェーハを保持する保持部と、該保持部
に保持されたウェーハの被研磨面を研磨する研磨面が形
成された定盤とを備え、前記保持部と前記定盤とを相対
的に運動させてウェーハの被研磨面を研磨するウェーハ
の研磨装置に関する。例えば半導体チップ製造用のウェ
ーハの被研磨面（以下、「ウェーハ表面」ともいう）を
鏡面研磨するために用いるものがある。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化が進むに伴
い、その基材であるシリコンウェーハ等の平坦度や表面
品質のさらなる向上が求められている。また、そのウェ
ーハ表面にデバイスを形成した際の堆積形成された層間
絶縁膜や金属配線等の研磨においても、一層高精度に平
坦化する要求が高まっている。従って、ウェーハの研磨
装置については、ウェーハの被研磨面を一層高精度に鏡
面研磨できるものが要求されている。従来から、ウェー
ハの研磨装置には、ウェーハ表面の全面を、定盤の研磨
面へ均等な圧力で押圧できるように、ウェーハを保持す
る保持部にエアバック機能を備えたものがある。

【０００３】そのウェーハの研磨装置にかかる保持部の
一例について、図９に基づいて以下に説明する。図９に
示すように、上下方向の軸心を中心に回転（自転）する
定盤５０上には、研磨布５１等が接着されて研磨面５２
が形成され、その上方に、上下方向の軸心を中心に回転
（自転）および上下動可能な保持部６０が設けられてい
る。この保持部６０には、下方に向けて開放する凹部６
２ａが設けられたヘッド部材６２と、ウェーハ１２が保
持される保持面を有するウェーハ保持盤６４と、外周部
６６ｂがヘッド部材６２の外周側壁部６２ｂに固定され
ると共に内周部６６ａがウェーハの保持盤６４の外周部
６４ａに固定されてそのウェーハ保持盤６４を上下方向
等への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する板状の弾
性部材６６と、ヘッド部材６２の内部をウェーハ保持盤
６４および板状の弾性部材６６によって画成して設けら
れる密閉空間である圧力室６５とが設けられている。

【０００４】６７はウェーハ吸着用の減圧手段であり、
ウェーハ保持盤６４の保持面である下面に開口した複数
の連通孔６７ａに管路６７ｂを介して連通している。こ
の減圧手段６７により、ウェーハ１２をウェーハ保持盤
６４の保持面に吸着保持できる。また、６８は加圧手段
であり、圧力室６５へ所定圧力の流体を供給し、ウェー
ハ保持盤６４を介してウェーハ１２を定盤５０の研磨面
５２に押圧する。そして、６９は圧力室の減圧手段であ
り、圧力室６５を減圧する。また、ヘッド部材６２の内
底面から下方へ徐々に縮径するテーパ状突起された一方
のテーパ嵌合部７０（雄型）と、その一方のテーパ嵌合
部７０に対面してウェーハ保持盤６４上面に設けられ、
圧力室の減圧手段６９によって圧力室６５が減圧された
際には吸引されて、一方のテーパ嵌合部７０に嵌まるよ
うに、その一方のテーパ嵌合部７０とは逆のテーパに形
成された他方のテーパ嵌合部７２（雌型）とを備える。

【０００５】この研磨装置によれば、ウェーハ保持盤６
４に吸着作用で保持されたウェーハの被研磨面（ウェー
ハ表面１２ａ）は、ゴム板等から成る板状の弾性部材６
６のエアバック作用によって、研磨面５２の傾斜等に素
早く追随できると共に、そのようにウェーハ表面１２ａ
が研磨面５２の傾斜等に追随した状態においても、ウェ
ーハ表面１２ａ全面を研磨面５２に均等な圧力で押圧で
きる。このため、ウェーハ表面１２ａを均一且つ好適に
鏡面研磨できる。また、一方のテーパ嵌合部７０（雄
型）と他方のテーパ嵌合部７２（雌型）との嵌合によっ
て、ウェーハ保持盤６４を精度良く位置決めしてウェー
ハ１２の貼付精度を向上できるため、ウェーハの研磨精
度を向上できると共に、自動化に好適に対応できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のウェ
ーハの研磨装置では、定盤５０に貼付されたクロス（研
磨布５１）の研磨面に、ウェーハ表面１２ａを所定の押
圧力で押し当てつつ研磨を施す。その際、ウェーハ表面
１２ａが押し当てられた研磨布５１の部分は、図１０に
示す如く、ウェーハ表面１２ａが押し当てられなかった
研磨布５１の部分よりも窪んで凹部を形成する。この凹
部の側壁面にウェーハ１２の角部が接触して研磨され
る。この様に、ウェーハ１２の角部が凹部の側壁面によ
って研磨されると、研磨布１２の研磨面に変形や磨耗が
発生し、研磨後のウェーハ１２の平坦性を確保できなく
なる。このため、ウェーハの研磨加工によって劣化した
定盤の研磨面５２の形状を、研磨工程とは別工程でドレ
ッシングしていた。すなわち、研磨工程とは異なるドレ
ッシング工程において、ダミーのウェーハやセラミック
プレート等のドレッサ用部材を、ウェーハ保持盤６４に
貼付するなどして保持部６０に保持させ、そのドレッサ
用部材を、研磨布５１が貼付されて形成された定盤の研
磨面５２に押し当て、研磨布５１に発生した変形や磨耗
をドレッシングしている。また、新品の研磨布５１の場
合は、上記ドレッサ部材を用いて研磨布の表面状態を均
一化（シーズニング）している。

【０００７】かかる研磨布１２のドレッシングをウェー
ハの研磨加工の前又は後に組み込まれると、タクトタイ
ムが長くなり、効率的な加工ができず、生産性の向上を
図ることが困難となる。また、ウェーハの研磨工程と、
定盤の研磨面５２のドレッシング工程では、押圧力や速
度（回転数）の条件が異なるが、従来の方法では、研磨
工程でもドレッシング工程でも、ウェーハ保持盤６４を
用いていた。このため、ウェーハの研磨工程と、定盤の
研磨面５２のドレッシング工程との切換に伴い、ウェー
ハ保持盤６４の回転数や、そのウェーハ保持盤５２に与
えられる圧力（圧力室への供給圧力）の設定を、その都
度変更する必要があった。従って、研磨工程とドレッシ
ング工程とが一連の工程として組み込まれると、操作が
煩雑になり、作業性が悪く、結果的に生産性の向上が困
難である。

【０００８】そこで、本発明の目的は、ウェーハ加工中
に研磨布等の研磨面に変形や磨耗等の発生を可及的に防
止し、研磨布等によって形成される定盤の研磨面の平坦
性を好適に保ち、ウェーハの研磨精度を向上できると共
に稼働効率の優れたウェーハの研磨装置を提供すること
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、本発明は、
ウェーハを保持する保持装置と、該保持装置に保持され
たウェーハの被研磨面を研磨する研磨面が形成された定
盤とを備え、前記保持装置と前記定盤とを相対的に運動
させてウェーハの被研磨面を研磨するウェーハの研磨装
置において、前記保持装置が、凹部が前記定盤の研磨面
に向かって開かれて設けられた内側ヘッド部材と、該内
側ヘッド部材を内蔵する凹部が前記定盤の研磨面に向か
って開かれて設けられた外側ヘッド部材とを有し、前記
内側ヘッド部材には、該内側ヘッド部材の前記凹部内に
配され、ウェーハが保持される保持面を有するウェーハ
保持盤と、前記内側ヘッド部材と前記ウェーハ保持盤と
の間に両者に固定されて配され、前記ウェーハ保持盤
を、内側ヘッド部材に対して上下方向等へ移動すること
を許容して吊持し、前記内側ヘッド部材の内部を前記ウ
ェーハ保持盤と共に画してウェーハ加圧用圧力室を形成
する弾性吊持部材とが備えられ、前記外側ヘッド部材に
は、前記内側ヘッド部材を二重に囲むように、外周側部
と、該外周側部と前記内側ヘッド部材の外周部との間に
位置する中間周側部とが設けられると共に、前記定盤の
研磨面をドレッシングするため前記ウェーハ保持盤を囲
むようにリング状に形成されたドレッサ用部材と、前記
外周側部と前記中間周側部との間に両者に固定されて配
され、前記ドレッサ用部材を、外側ヘッド部材に対して
上下方向等へ移動することを許容して吊持し、前記外側
ヘッド部材の内部を画してドレッサ加圧用圧力室を形成
する帯リング状弾性部材とが備えられ、前記ウェーハ加
圧用圧力室へ所定圧力の流体を供給し、前記ウェーハ保
持盤を介してウェーハを前記定盤の研磨面に押圧するた
めと、前記ドレッサ加圧用圧力室へ所定圧力の流体を供
給し、前記ドレッサ用部材を前記定盤の研磨面に押圧す
るための加圧手段を備える。

【００１０】また、前記ウェーハ加圧用圧力室へ所定圧
力の流体を供給し、前記ウェーハ保持盤を介してウェー
ハを前記定盤の研磨面に押圧するウェーハ加圧手段と、
前記ドレッサ加圧用圧力室へ所定圧力の流体を供給し、
前記ドレッサ用部材を前記定盤の研磨面に押圧するドレ
ッサ用部材加圧手段とが別々に設けられたことで、ウェ
ーハによる研磨布の研磨面に対する押圧力に応じた押圧
力でドレッサ部材を研磨布に押圧できる。このため、最
適条件の加工が可能となり、研磨精度を向上できる。

【００１１】更に、前記内側ヘッド部材を、前記ウェー
ハ保持盤に保持された前記ウェーハの被研磨面に直交す
る軸心を中心に回転させる内側ヘッド回転装置と、前記
外側ヘッド部材を、前記ウェーハ保持盤に保持された前
記ウェーハの被研磨面に直交する軸心を中心に回転させ
る外側ヘッド回転装置とを具備することで、ウェーハを
研磨するための回転数とドレッサ部材の回転数とを個別
に適応することができる。このため、最適条件の加工が
可能となり、研磨精度を向上できる。

【００１２】また、前記中間周側部が、前記外周ヘッド
部材とは別部品として形成され、前記帯リング状弾性部
材を介して前記外周ヘッド部材と一体に作動するように
設けられると共に、前記内側ヘッド部材に対して回転可
能に該内側ヘッド部材にベアリングを介して支持されて
いることで、内周ヘッド部材と中間周側部含む外周ヘッ
ド部材を別々に回転可能に好適に位置させることができ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかるウェーハの
研磨装置の好適な実施の形態について、添付図面に基づ
いて詳細に説明する。（第１実施例）図１は、本発明に係るウェーハの研磨装
置の一実施例（第１実施例）について要部である保持装
置を説明する断面図であり、図２は第１実施例の高圧空
気が流入される領域を示す断面図である。また、図３は
図１及び図２に示すウェーハの研磨装置によって、研磨
布の研磨面をドレッシングする状況を説明する説明図で
ある。更に、図４はドレッサ用部材の研磨布に接触する
面の形状を説明する説明図であり、図５は第１実施例の
駆動機構等を示す断面図である。第１実施例は、シリコ
ンウェーハ（以下、単に「ウェーハ」という）の被研磨
面を研磨するウェーハの研磨装置であって、ウェーハを
保持する保持装置１０と、その保持装置１０に保持され
たウェーハ１２の被研磨面１２ａを研磨する研磨面５２
が形成された定盤５０とを備え、保持装置１０と定盤５
０とを相対的に運動させてウェーハ１２の被研磨面１２
ａを研磨するものである。

【００１４】保持装置１０は、凹部２１が定盤の研磨面
５２に向かって開かれて設けられた内側ヘッド部材２０
と、その内側ヘッド部材２０を内蔵する凹部３１が定盤
の研磨面５２に向かって開かれて設けられた外側ヘッド
部材３０とを有する。

【００１５】前記内側ヘッド部材２０には、その内側ヘ
ッド部材２０の凹部２１内に配され、ウェーハ１２が保
持される保持面２２ａを有するウェーハ保持盤２２と、
内側ヘッド部材２０とウェーハ保持盤２２との間に両者
に固定されて配され、ウェーハ保持盤２２を、内側ヘッ
ド部材２０に対して上下方向等へ移動することを許容し
て吊持し、内側ヘッド部材２０の内部をウェーハ保持盤
２２と共に画してウェーハ加圧用圧力室２５を形成する
弾性吊持部材２４とが備えられている。

【００１６】次に、上記内側ヘッド部材２０及び、内側
ヘッド部材２０に備えられた構成について、さらに詳細
に説明する。内側ヘッド部材２０は、保持装置１０にお
いて、ワークであるウェーハ１２を保持する部分の基部
を構成する。この内側ヘッド部材２０には、下方へ開放
する凹部２１が設けられている。

【００１７】ウェーハ保持盤２２は、下面にウェーハ１
２を保持するための保持面２２ａを備え、内側ヘッド部
材２０の外周部２０ａの内側に、その外周部２０ａに囲
まれるように配されている。また、保持面２２ａが、外
周部２０ａの下面より下方に出るように位置される。第
１実施例では、ウェーハ保持盤２２の保持面２２ａが、
水を介してウェーハ１２を貼着する貼着面に形成されて
いる。保持面２２ａには、バッキング材（図示せず）が
貼着されている。このバッキング材は、吸着性に富む表
面を有し、ウェーハ１２を水等の液体の表面張力及びそ
の粘性によって確実に貼着できる機能（水貼り機能）を
備える。

【００１８】なお、水貼り機能を備える保持面２２ａの
場合、ウェーハ１２の横滑りを防止するため、ウェーハ
１２を囲うリング帯状のいわゆるテンプレートが、保持
面２２ａに装着される。このテンプレートは、一般的
に、その内径がウェーハ１２の外径に比べて１ｍｍ以下
程度（例えば、０．３ｍｍ）大きく設定されている。な
お、本実施例にかかるウェーハ１２の直径は、例えば、
約３００ｍｍのものを想定している。このようにテンプ
レートの内径と、その内径に嵌まり合うウェーハ１２の
外径との寸法差が、ウェーハ１２の大きさに比べて極め
て小さい。また、テンプレートの厚さは、ウェーハ１２
よりも薄く設定される。ところで、ウェーハ１２の横滑
りを防止する機能を得るには、以上のようなテンプレー
トを保持面２２ａに装着することに限定されるものでは
ない。例えば、保持面２２ａの直径をウェーハ１２の直
径と同一に設定し、後述するドレッサ用部材３６を上記
のテンプレートと同等の機能を奏するように使用しても
よい。このことにより、よりウェーハ１２の外周部のダ
レ防止をすることができる。これは、ドレッサ用部材３
６が、ウェーハ１２の外周を囲む部分に対応する研磨布
５１を押圧することになるため、ウェーハ１２の外周に
よる研磨布５１を押し潰す力が小さくて良くなるためで
ある。

【００１９】弾性吊持部材２４は、本実施例では、弾性
材によって板状に形成されている。さらに詳細には、硬
質のゴム板材（本実施例では布入りニトリルゴム）によ
ってドーナツ状に形成されている。この弾性吊持部材２
４は、本実施例では、弾性吊持部材の外周部２４ｂが内
側ヘッド部材２０側周壁部である外周部２０ａに固定さ
れ、弾性吊持部材の内周部２４ａがウェーハ保持盤２２
の外縁部２２ｂ上面に固定されている。さらに詳細に
は、弾性吊持部材の外周部２４ｂは、内側ヘッド部材２
０の外周部２０ａを構成する上下の部材によって挟ま
れ、ボルト（図示せず）に締め付けられて固定されてい
る。また、弾性吊持部材の内周部２４ａは、ウェーハ保
持盤２２と押え部材２３とに挟まれ、ボルト（図示せ
ず）によって締め付けられて固定されている。これによ
り、弾性吊持部材２４は、ウェーハ保持盤２２を内側ヘ
ッド部材２０に対して上下方向等（水平方向等も含む）
へ移動することを許容して吊持している。

【００２０】ウェーハ加圧用圧力室２５は、内側ヘッド
部材２０の内部を、ウェーハ保持盤２２及び弾性吊持部
材２４によって画成して設けられている。このウェーハ
加圧用圧力室２５内へは、所定圧力の流体である圧縮空
気が加圧手段２８によって供給される。加圧手段２８に
よってウェーハ加圧用圧力室２５を加圧することで、ウ
ェーハ保持盤２２を介してウェーハ１２を定盤の研磨面
５２に押圧でき、ウェーハ１２の被研磨面１２ａを好適
に研磨できる。なお、加圧手段２８には、ウェーハ加圧
用圧力室２５へ供給される圧縮空気の圧力を調整する圧
力調整装置（図示せず）が備えられている。

【００２１】前記外側ヘッド部材３０には、内側ヘッド
部材２０を二重に囲むように、外周側部３０ａと、その
外周側部３０ａと内側ヘッド部材２０の外周部２０ａと
の間に位置する中間周側部３３とが設けられる。かかる
外周側部３０ａと中間周側部３３との間には、定盤の研
磨面５２をドレッシングするドレッサ用部材３６を吊持
し、外側ヘッド部材３０の内部を画してドレッサ加圧用
圧力室３５を形成する帯リング状弾性部材３４が備えら
れている。この帯リング状弾性部材３４に吊持されてい
るドレッサ用部材３６は、その横断面形状がＬ字状であ
って、ウェーハ保持盤２２を囲むようにリング状に形成
されていると共に、外側ヘッド部材３０に対して上下方
向等への移動が許容されている。

【００２２】次に、上記外側ヘッド部材３０及び、外側
ヘッド部材３０に備えられた構成について、さらに詳細
に説明する。外側ヘッド部材３０は、保持装置１０にお
いて、ワークであるウェーハ１２を保持する部分の外側
の基部を構成する。この外側ヘッド部材３０は、円盤状
の基体部である上面部３０ｂと側周壁部である外周側部
３０ａとが、一体的に形成されており、その内側であっ
て中間周側部３３の内側になる部分が、下方へ開放する
凹部３１に設けられている。

【００２３】また、本実施例の中間周側部３３は、外側
ヘッド部材３０とは別部品として形成され、帯リング状
弾性部材３４を介して外側ヘッド部材３０と一体に作動
するように設けられると共に、内側ヘッド部材２０に対
して回転可能にその内側ヘッド部材２０にベアリング４
０を介して支持されている。また、中間周側部３３は、
お椀を逆さまにして中央部が開口した形状に設けられて
おり、その開口の内周縁にシールリング４１が配され、
そのシールリング４１で、ドレッサ加圧用圧力室３５を
画するように、内側ヘッド部材２０と中間周側部３３と
の間をシール（気密）している。このようにベアリング
４０とシールリング４１を介することによって、ドレッ
サ加圧用圧力室３５を好適に気密した状態で、内側ヘッ
ド部材２０と中間周側部３３を含む外側ヘッド部材３０
とを別々に回転可能に好適に位置させることができる。

【００２４】帯リング状弾性部材３４は、本実施例で
は、弾性材によって板状に形成されている。さらに詳細
には、硬質のゴム板材（本実施例では布入りニトリルゴ
ム）によってドーナツ状に形成されている。この帯リン
グ状弾性部材３４は、本実施例では、帯リング状弾性部
材３４の外周部３４ｂが外側ヘッド部材３０の外周側部
３０ａに固定され、帯リング状弾性部材の内周部３４ａ
が外側ヘッド部材３０と一体に回転する中間周側部３３
に固定されている。さらに詳細には、帯リング状弾性部
材３４の外周部３４ｂは、外周側部３０ａを構成する上
下の部材によって挟まれ、ボルト（図示せず）に締め付
けられて固定されている。また、帯リング状弾性部材の
内周部３４ａは、中間周側部３３を構成する上下の部材
によって挟まれ、ボルト（図示せず）によって締め付け
られて固定されている。そして、帯リング状弾性部材３
４の下面には、定盤の研磨面５２に対向するドレッサ面
を有するドレッサ用部材３６が固定されている。これに
より、帯リング状弾性部材３４は、ドレッサ用部材３６
を内側ヘッド部材２０に対して上下方向等（水平方向等
も含む）へ移動することを許容して吊持している。

【００２５】ドレッサ加圧用圧力室３５は、外側ヘッド
部材３０の内部を、帯リング状弾性部材３４によって画
成して設けられている。このドレッサ加圧用圧力室３５
内へは、所定圧力の流体である圧縮空気が加圧手段２８
によって供給される。加圧手段２８によってドレッサ加
圧用圧力室３５を加圧することで、ドレッサ用部材３６
を定盤の研磨面５２に押圧することができ定盤の研磨面
５２を好適にドレッシングできるため、研磨面５２の平
坦化を図ることができる。なお、第１実施例のドレッサ
加圧用の加圧手段２８は、ウェーハ加圧用の加圧手段２
８を共用する構成になっている。すなわち、図２に平行
斜線のハッチングで示すように、圧縮空気（高圧空気）
は、軸心部から供給され、ウェーハ加圧用圧力室２５内
に流入されると同時に、内側ヘッド部材の上面部２０ｂ
に設けられた透孔２６を介してドレッサ加圧用圧力室３
５内へも供給される。これにより、ウェーハ１２及びド
レッサ用部材３６を同時に定盤の研磨面５２に押圧でき
る。

【００２６】ドレッサ用部材３６によって、定盤の研磨
面５２を好適にドレッシングできる状態を図３に示す。
図３においては、ウェーハ加圧用圧力室２５内に流入し
た圧縮空気によって、ウェーハ表面１２ａが研磨布５２
の研磨面５１に所定の押圧力で押し付けられる。同時
に、ウェーハ加圧用圧力室２５内に流入した圧縮空気
は、ドレッサ加圧用圧力室３５内にも流入し、ドレッサ
用部材３６の研磨面５１と平行に形成された面を押圧す
る。この様に、ドレッサ用部材３６によって、ウェーハ
表面１２ａによって押し付けられた研磨面５１の近傍の
面が押し付けられる。このため、図１０に示す如く、ウ
ェーハ表面１２ａの押圧によって形成された凹部の側壁
面に、ウェーハ１２の角部が接触して研磨されることに
因る、研磨布５１の研磨面に変形や磨耗等の発生を可及
的に防止でき、研磨工程とは別工程でドレッシングする
回数を可及的に減少できる。かかるドレッサ用部材３６
としては、金属円盤又は網状円盤等の表面にダイヤモン
ド砥粒を固定し、この表面にダイヤモンドＣＶＤ膜でコ
ーティングしたものを使用できる。また、ドレッサ用部
材３６としては、溶着砥石やセラミックスも使用され、
その表面が適度に粗く設けられたものが、定盤の研磨面
５２を効率よくドレッシングでき、研磨面５２を平坦化
できる。本実施例のドレッサ用部材３６は、全体的には
リング状に形成されており、帯リング状弾性部材３４に
好適に固定できるように、外周部に上方へ厚くなった肉
厚部３６ａが形成されている。帯リング状弾性部材３４
が、肉厚部３６ａと押え部材３６ｂとによって挟まれて
ボルト（図示せず）によって締め付けられることで、帯
リング状弾性部材３４にドレッサ用部材３６が固定され
ている。更に、本実施例のドレッサ用部材３６は、肉厚
部３６ａが設けられた外周部から内周部に向かって平面
状のドレッサ面３６ｃが延び、その内周縁がウェーハ保
持盤２２の外周近傍まで達している。すなわち、ドレッ
サ用部材３６の内周部は、中間周側部３３及び外周部２
０ａの下方からウェーハ保持盤２２の外周近傍にまでか
けて、張り出した状態に形成されている。これにより、
スペース効率良く、ドレッサ用部材３６のドレッサ面３
６ｃが形成されている。

【００２７】また、ドレッサ用部材３６の形状について
は、ドレッサ用部材３６が、ウェーハ１２の外周（全
周）を囲んで位置し、且つ研磨面５２（研磨布５１）に
接触するため、研磨液（スラリー）がウェーハ１２を研
磨するための研磨布５１に供給されにくくなる。これに
対しては、図４に示すように、ドレッサ用部材３６の研
磨布５１に接触する面に、スラリーが通る溝３６ｄを形
成すればよい。なお、溝３６ｄの平面的形状は、ドレッ
サ用部材３６の回転方向（矢印Ｒ）に沿った向きの曲線
にすれば、スラリーが内部へ好適に流入できる（矢印Ｓ
は、スラリーの流れ方向を示す）。また、溝３６ｄの断
面形状としては、Ｖ字状、角状等があるが、その形状に
ついては特に限定されるものではない。この様に、溝３
６ｄを設けることは、ウェーハ１２の直径に対して定盤
５０の直径がかなり大きい場合について好適に適用され
るが、例えばウェーハ１２の直径に対して定盤５０の直
径が同等か若干大きい場合（定盤５０が小さい場合）に
は、ウェーハ１２の被研磨面１２ａが接触する研磨布５
１（研磨面５２）にスラリーを供給するため、定盤５０
及び研磨布５１に透孔（スラリー供給用孔）を設け、下
方からスラリーを噴出（供給）させるようにしても良
い。これは、定盤５０が小さい等の場合には、ウェーハ
１２の被研磨面１２ａの全面に対して、スラリーを外部
から効果的に供給することが難しいことによる。

【００２８】このドレッサ用部材３６によれば、ウェー
ハ１２の研磨と同時に、定盤の研磨面５２のドレッシン
グを行うことができ、定盤の研磨面５２の変形や磨耗等
の発生を好適に防止することができる。このため、生産
工程（タクトタイム）を短縮でき、生産効率を向上させ
ることができる。しかも、定盤の研磨面５２の平坦性を
常に維持できるため、研磨精度の高いウェーハを生産す
ることができる。また、研磨布のドレシングを研磨工程
とは別工程で施すことが必要となる研磨を行う場合であ
っても、研磨の間にドレシングのみを施すドレッシング
工程を挿入する頻度を可及的に減少でき、生産効率を向
上させることができる。

【００２９】次に内側ヘッド部材２０と外側ヘッド部材
３０の回転駆動機構及び昇降機構について、以下に説明
する。４２は内側のベアリングであり、内側ヘッド部材
２０と一体に設けられた内周軸部材２７の外周と、外側
ヘッド部材３０と一体に設けられた外周軸部材３７の内
周と間に、その両者が相互に異なる回転速度で軸心を中
心に回転できるように設けられている。また、４３は内
側のシールリングであり、内側ヘッド部材２０と一体に
設けられた内周軸部材２７の外側と、外側ヘッド部材３
０と一体に設けられた外周軸部材３７の内側と間に設け
られ、その両者間を気密する。

【００３０】そして、４４は内側ヘッド回転装置であ
り、内側ヘッド部材２０を、ウェーハ保持盤２２に保持
されたウェーハの被研磨面１２ａに直交する軸心を中心
に回転させるように構成されている。図５に示すよう
に、４５は内側ヘッド用駆動モータであり、出力軸にピ
ニオンギヤ４５ａが固定されている。４６は従動ギヤで
あり、内周軸部材２７の上端部に固定されており、ピニ
オンギヤ４５ａに噛合している。また、４７は上部のベ
アリング部であり、外周軸部材３７に対して内周軸部材
２７が滑らかに回転できるように設けされている。これ
によれば、内側ヘッド用駆動モータ４５によって、長尺
の内周軸部材２７を介して、その内周軸部材２７の下端
に固定されて一体化した内側ヘッド部材２０を好適に回
転できる。これにより、内側ヘッド部材２０（ウェーハ
保持盤２２）に保持されたウェーハ１２を、その被研磨
面に直交する軸心を中心に好適に回転（自転）できる。

【００３１】また、５４は外側ヘッド回転装置であり、
外側ヘッド部材３０を、ウェーハ保持盤２２に保持され
たウェーハの被研磨面１２ａに直交する軸心を中心に回
転させるように構成されている。図５に示すように、５
５は外側ヘッド用駆動モータであり、出力軸にピニオン
ギヤ５５ａが固定されている。５６は従動ギヤであり、
外周軸部材３７側に、その外周軸部材３７側と一体に作
動するように固定されており、ピニオンギヤ５５ａに噛
合している。また、５８はベアリング部であり、上下に
設けられ、支持ベース部材１４に対して外周軸部材３７
が滑らかに回転できるように設けされている。これによ
れば、外側ヘッド用駆動モータ５５によって、長尺の外
周軸部材３７を介して、その外周軸部材３７の下端に固
定されて一体化した外側ヘッド部材３０を好適に回転で
きる。これにより、外側ヘッド部材３０に帯リング状弾
性部材３４を介して保持されたドレッサ用部材３６を、
ウェーハの被研磨面１２ａに直交する軸心を中心に好適
に回転（自転）できる。

【００３２】このように、内側ヘッド部材２０と外側ヘ
ッド部材３０の回転装置（回転駆動機構ウェーハ）を別
々に設けることによって、ウェーハを研磨するための回
転数とドレッサ部材の回転数とを個別に適応することが
できる。このため、最適条件の加工が可能となり、研磨
精度を向上できる。

【００３３】また、図５に示すように、７４はシリンダ
装置であり、内側ヘッド部材２０及び内側ヘッド部材２
０と内周軸部材２７及び外周軸部材３７とから成るヘッ
ド機構部を全体的に昇降させるように駆動する。シリン
ダ装置７４は、支持ベース部材１４上にシリンダ７４ａ
の後端が固定されており、ロッド７４ｂの先端が連結部
材７５を介して昇降体７６に固定されている。なお、こ
の昇降体７６の上には、前述した内側ヘッド用駆動モー
タ４５が固定されている。そして、昇降体７６には、外
周軸部材３７が、その昇降体７６に対しては上下動しな
いと共に、スラスト方向にも荷重を受けるベアリング７
７によって前記軸心を中心に回転可能に保持されてい
る。また、内周軸部材２７は、上部に固定されたストッ
パ部７９によって、上部のベアリング部４７及び内側の
ベアリング部４２を介して、外周軸部材３７に対しては
上下動しないと共に、前記軸心を中心に回転可能に保持
されている。このため、結果的に、内周軸部材２７も、
昇降体７６によって、落下しないと共に前記軸心を中心
に回転可能に保持されている。

【００３４】また、１４ａは支持筒部であり、支持ベー
ス部材１４から上方に延設された状態に形成されてい
る。この支持筒部１４ａの内側には、外周軸部材３７が
軸心に沿って上下動可能に上下に挿通されると共に、そ
の外周軸部材３７と軸心を中心に連れ回りするようにキ
ー１６によって連繋された内筒連繋部材７８が配されて
いる。そして、この内筒連繋部材７８には、前述したよ
うに従動ギヤ５６が外嵌されて固定されており、その従
動ギヤ５６に外側ヘッド用駆動モータ５５のピニオンギ
ヤ５５ａが噛合している。なお、外側ヘッド用駆動モー
タ５５は、支持ベース部材１４上に固定されている。こ
れにより、外側ヘッド用駆動モータ５５が回転駆動する
と、外周軸部材３７を介して外側ヘッド部材３０を回転
させることができる。また、シリンダ装置７４を作動さ
せることで、外周軸部材３７が内筒連繋部材７８内をス
ライドし、前述したようにヘッド機構部を全体的に昇降
させることができる。以上の駆動機構により、ウェーハ
の表面（被研磨面１２ａ）を定盤の研磨面５２に当接さ
せるべく、ウェーハ１２を定盤の研磨面５２に対して接
離（昇降）動させる接離動手段が構成され、また、ウェ
ーハ１２を自転させる回転手段、及びドレッサ用部材３
６を自転させる回転手段が構成されている。

【００３５】また、２９は連結口であり、内周軸部材２
７の上端に設けられ、その内周軸部材２７の軸心に沿っ
て設けられてウェーハ加圧用圧力室２５へ連通する連通
路２７ａと、加圧手段２８とを接続する部分になってい
る。なお、加圧手段２８としては、空気圧の場合、具体
的にはコンプレッサである。また、連結口２７には、回
転（自転）によっても配管が捩れることを防止するディ
ストリビュータ機能を備えるようにすれば良いのは勿論
である。また、図示しないが、ウェーハの研磨装置の基
本的な構成としては、スラリー等を含む液状の研磨剤の
供給手段等がある。

【００３６】（第２実施例）次に第２実施例について、
図６及び図７に基づいて説明する。第１実施例と同一の
構成については、図１〜４で付した符号と同一の符号を
付して説明を省略する。図６は、本発明に係るウェーハ
の研磨装置の第２実施例について要部である保持装置を
説明する断面図である。また、図７は、第２実施例の高
圧空気が流入される領域を示す断面図である。第２実施
例の特徴は、ウェーハ加圧用圧力室２５へ所定圧力の流
体を供給し、ウェーハ保持盤２２を介してウェーハ１２
（被研磨面１２ａ）を定盤の研磨面５２に押圧するウェ
ーハ加圧手段３８と、ドレッサ加圧用圧力室３５へ所定
圧力の流体を供給し、ドレッサ用部材３６を定盤の研磨
面５２に押圧するドレッサ用部材加圧手段３９とが別々
に設けられていることにある。このため、ドレッサ加圧
用圧力室３５へドレッサ用部材加圧手段３９から所定圧
力の流体（本実施例では高圧空気）を供給するための接
続口３９ａが、外側ヘッド部材３０（上面部３０ｂ）に
設けられ、第１実施例のような透孔２６が形成されいな
い。

【００３７】すなわち、図７に示すように、平行斜線の
ハッチングで示した部分が、ウェーハ加圧手段３８から
高圧空気が供給されるウェーハ加圧用圧力室２５であ
る。また、網状のハッチングで示した部分が、ドレッサ
用部材加圧手段３９から高圧空気が供給されるドレッサ
加圧用圧力室３５である。これによれば、ウェーハ加圧
用圧力室２５とドレッサ加圧用圧力室３５とに別々に調
整された圧力の流体（高圧空気）を供給でき、ウェーハ
１２を押圧する圧力とドレッサ用部材を押圧する圧力を
別々に制御できる。従って、ウェーハによる研磨布の研
磨面に対する押圧力に応じた押圧力でドレッサ部材を研
磨布に押圧でき、研磨布の研磨面の平坦性を更に一層維
持できる。このため、最適条件の加工が可能となり、研
磨精度を向上できる。なお、ウェーハ加圧手段３８に、
ウェーハ加圧用圧力室２５へ供給される流体の圧力を調
整する圧力調整装置（図示せず）を備え、ドレッサ用部
材加圧手段３９に、ドレッサ加圧用圧力室３５へ供給さ
れる流体の圧力を調整する減圧調整装置（図示せず）を
備えれば、それらを調整することで各圧力室３８、３９
の圧力を好適に制御でき、圧力源としては共通のものを
用いてもよい。

【００３８】また、ウェーハ加圧用圧力室２５にウェー
ハ加圧手段３８とは別に減圧手段を接続し、その減圧手
段を機能させることでウェーハ保持盤２２を吸い上げ、
ドレッサ用部材加圧手段３９を機能させることで、ドレ
ッサ用部材３６のみを帯リング状弾性部材３４を介して
定盤の研磨面５２に接触・押圧させ、その定盤の研磨面
５２をドレッシングのみを行うことができる。また、ド
レッサ加圧用圧力室３５にドレッサ用部材加圧手段３９
とは別に減圧手段を接続し、その減圧手段を機能させる
ことで帯リング状弾性部材３４を介してドレッサ用部材
３６を吸い上げ、ウェーハ加圧手段３８を機能させるこ
とで、ウェーハ１２の被研磨面１２ａのみをウェーハ保
持盤２２を介して定盤の研磨面５２に接触・押圧させ、
そのウェーハ１２の被研磨面１２ａの研磨のみを行うこ
とができる。

【００３９】（第３実施例）以上の実施例の中間周側部
３３は、外側ヘッド部材３０の上面部３０ｂと外側部３
０ａを含む基体３２と別部品として形成されているが、
図８に示した第３実施例のように、外側ヘッド部材３０
の基体３２と一体に形成してもよい。このように、中間
周側部３３を外側ヘッド部材３０の基体３２と一体に設
けた場合、ウェーハ加圧用圧力室２５とドレッサ加圧用
圧力室３５に連通する圧力源の供給路を別に設ければ、
ウェーハ加圧用圧力室２５及びドレッサ加圧用圧力室３
５にかかる複雑な気密構成を要せず、装置構成の簡略化
が可能になる。すなわち、第１実施例に相当する圧力源
の場合は、加圧手段２８の供給路を分岐して連通路２７
ａ及び接続口３９ａに接続すればよい。また、第２実施
例に相当する圧力源の場合は、ウェーハ加圧手段３８を
連通路２７ａに接続し、ドレッサ用部材加圧手段３９を
接続口３９ａに接続すればよい。この第３実施例によっ
ても、ウェーハ加工用圧力室２５及びドレッサ加圧用圧
力室３５の圧力を調整することによって、ウェーハ１２
及びドレッサ用部材３６の定盤の研磨面５２への押圧力
を調整できる。また、内側ヘッド回転装置４４（図５参
照）と外側ヘッド回転装置５４（図５参照）によって、
ウェーハ１２及びドレッサ用部材３６の回転速度を調整
できる。従って、第３実施例によっても、第１実施例及
び第２実施例と同等の効果を得ることができる。

【００４０】また、以上の実施例では、ウェーハ保持盤
２２の保持面２２ａは、水を介してウェーハ１２を貼着
する貼着面に形成されている場合について説明したが、
本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ウェ
ーハ保持盤２２の保持面２２ａが、減圧吸着によってウ
ェーハ１２を吸着する吸着面に形成され、真空装置によ
ってウェーハ１２を吸着できるようにしてもよい。さら
に、ウェーハ１２を、保持面２２ａに、接着によって確
実に貼付するということも可能である。また、従来の技
術の欄で説明した一方のテーパ嵌合部７０及び他方のテ
ーパ嵌合部７２によって構成される機構等で、調芯作用
を得るようにしてもよい。

【００４１】以上に説明した実施例では、空気圧によっ
てウェーハ保持盤２２を介してウェーハ１２を研磨面５
２に押圧（加圧）する場合を説明したが、他の流体圧例
えば水圧または油圧を利用することもできる。また、以
上に説明したウェーハの研磨装置によれば、シリコンウ
ェーハの他にウェーハ状のワーク（例えばガラス薄板
材、水晶等の硬脆性薄板材の表面）も好適に研磨するこ
とができる。以上、本発明の好適な実施例について種々
述べてきたが、本発明はこの実施例に限定されるもので
はなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさらに多くの
改変を施し得るのは勿論のことである。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、内側ヘッド部材に設け
られたウェーハ加圧用圧力室に供給される流体圧によっ
て、ウェーハ保持盤を介してウェーハの被研磨面を定盤
の研磨面に押圧でき、外側ヘッド部材に設けられたドレ
ッサ加圧用圧力室に供給される流体圧によって、ドレッ
サ用部材を定盤の研磨面に押圧できる。これにより、ウ
ェーハの研磨加工中に、ドレッサ用部材を定盤の研磨面
に押圧し、研磨布等によって形成される定盤の研磨面の
平坦性を保つことができる。従って、本発明によれば、
ウェーハの研磨精度を向上できると共に稼働効率を向上
できるという著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウェーハの研磨装置の第１実施例
について要部である保持装置を説明する断面図である。

【図２】第１実施例の高圧空気が流入される領域を示す
断面図である。

【図３】図１及び図２に示すウェーハの研磨装置によっ
て、研磨布の研磨面をドレッシングする状況を説明する
説明図である。

【図４】ドレッサ用部材の研磨布に接触する面の形状を
説明する説明図である。

【図５】図４は第１実施例の駆動機構等を示す断面図で
ある。

【図６】本発明に係るウェーハの研磨装置の第２実施例
について要部である保持装置を説明する断面図である。

【図７】第２実施例の高圧空気が流入される領域を示す
断面図である。

【図８】本発明に係るウェーハの研磨装置の第３実施例
について要部である保持装置を説明する断面図である。

【図９】従来の技術を示す断面図である。

【図１０】図９に示す従来のウェーハの研磨装置によっ
て、研磨布の研磨面の状態を説明する説明図である。

【符号の説明】

１０保持装置１２ウェーハ１２ａ被研磨面１４支持ベース部材２０内側ヘッド部材２２ウェーハ保持盤２２ａ保持面２４弾性吊持部材２５ウェーハ加圧用圧力室２６透孔２８加圧手段３０外側ヘッド部材３０ａ外周側部３３中間周側部３４帯リング状弾性部材３５ドレッサ加圧用圧力室３６ドレッサ用部材３８ウェーハ加圧手段３９ドレッサ部材加圧手段４４内側ヘッド回転装置５０定盤５１研磨布５２研磨面５４外側ヘッド回転装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２４Ｂ 53/02 Ｂ２４Ｂ 53/02 53/12 53/12 Ｚ (72)発明者古川昌徳長野県長野市松代町清野1650番地不二越機械工業株式会社内 (72)発明者中村由夫長野県長野市松代町清野1650番地不二越機械工業株式会社内Ｆターム(参考） 3C047 AA01 AA34 BB01 BB16 EE02 EE11 3C058 AA07 AA12 AA14 AA19 BA04 BA05 BB02 BB03 BC01 CB01 CB03 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェーハを保持する保持装置と、該保持
装置に保持されたウェーハの被研磨面を研磨する研磨面
が形成された定盤とを備え、前記保持装置と前記定盤と
を相対的に運動させてウェーハの被研磨面を研磨するウ
ェーハの研磨装置において、前記保持装置が、凹部が前記定盤の研磨面に向かって開
かれて設けられた内側ヘッド部材と、該内側ヘッド部材
を内蔵する凹部が前記定盤の研磨面に向かって開かれて
設けられた外側ヘッド部材とを有し、前記内側ヘッド部材には、該内側ヘッド部材の前記凹部
内に配され、ウェーハが保持される保持面を有するウェ
ーハ保持盤と、前記内側ヘッド部材と前記ウェーハ保持
盤との間に両者に固定されて配され、前記ウェーハ保持
盤を、内側ヘッド部材に対して上下方向等へ移動するこ
とを許容して吊持し、前記内側ヘッド部材の内部を前記
ウェーハ保持盤と共に画してウェーハ加圧用圧力室を形
成する弾性吊持部材とが備えられ、前記外側ヘッド部材には、前記内側ヘッド部材を二重に
囲むように、外周側部と、該外周側部と前記内側ヘッド
部材の外周部との間に位置する中間周側部とが設けられ
ると共に、前記定盤の研磨面をドレッシングするため前
記ウェーハ保持盤を囲むようにリング状に形成されたド
レッサ用部材と、前記外周側部と前記中間周側部との間
に両者に固定されて配され、前記ドレッサ用部材を、外
側ヘッド部材に対して上下方向等へ移動することを許容
して吊持し、前記外側ヘッド部材の内部を画してドレッ
サ加圧用圧力室を形成する帯リング状弾性部材とが備え
られ、前記ウェーハ加圧用圧力室へ所定圧力の流体を供給し、
前記ウェーハ保持盤を介してウェーハを前記定盤の研磨
面に押圧するためと、前記ドレッサ加圧用圧力室へ所定
圧力の流体を供給し、前記ドレッサ用部材を前記定盤の
研磨面に押圧するための加圧手段を備えることを特徴と
するウェーハの研磨装置。
【請求項２】前記ウェーハ加圧用圧力室へ所定圧力の
流体を供給し、前記ウェーハ保持盤を介してウェーハを
前記定盤の研磨面に押圧するウェーハ加圧手段と、前記
ドレッサ加圧用圧力室へ所定圧力の流体を供給し、前記
ドレッサ用部材を前記定盤の研磨面に押圧するドレッサ
用部材加圧手段とが別々に設けられたことを特徴とする
請求項１記載のウェーハの研磨装置。
【請求項３】前記内側ヘッド部材を、前記ウェーハ保
持盤に保持された前記ウェーハの被研磨面に直交する軸
心を中心に回転させる内側ヘッド回転装置と、前記外側ヘッド部材を、前記ウェーハ保持盤に保持され
た前記ウェーハの被研磨面に直交する軸心を中心に回転
させる外側ヘッド回転装置とを具備することを特徴とす
る請求項１又は２記載のウェーハの研磨装置。
【請求項４】前記中間周側部が、前記外周ヘッド部材
とは別部品として形成され、前記帯リング状弾性部材を
介して前記外周ヘッド部材と一体に作動するように設け
られると共に、前記内側ヘッド部材に対して回転可能に
該内側ヘッド部材にベアリングを介して支持されている
ことを特徴とする請求項３記載のウェーハの研磨装置。