JP2010010213A - 研磨ヘッドの製造方法及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安定して一定の平坦性が得られる研磨ヘッドの製造方法及び研磨装置を提供する事を目的とする。
【解決手段】少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、剛性リングに結合され、ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、ラバー膜の下面部にワークの裏面を保持し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する研磨ヘッドの製造方法であって、少なくとも、前記ラバー膜を剛性リングに接着する前に、該ラバー膜のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験を行い、歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるものを選別する工程を含み、該選別された前記傾きの値が１０ＭＰａ以下となるラバー膜を用いて剛性リングに接着して研磨ヘッドを製造することを特徴とする研磨ヘッドの製造方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ワークの表面を研磨する際にワークを保持するための研磨ヘッドを製造する方法、及びその方法で製造された研磨ヘッドを備えた研磨装置に関し、特には、ラバー膜でワークを保持する研磨ヘッドの製造方法及びその製造された研磨ヘッドを備えた研磨装置に関する。

シリコンウェーハ等のワークの表面を研磨する装置として、ワークを片面ずつ研磨する片面研磨装置と、両面を同時に研磨する両面研磨装置とがある。
一般的な片面研磨装置は、例えば図９に示したように研磨布８９が貼り付けられた定盤８８と、研磨剤供給機構９０と、研磨ヘッド８２等から構成されている。このような研磨装置８１では、研磨ヘッド８２でワークＷを保持し、研磨剤供給機構９０から研磨布８９上に研磨剤を供給するとともに、定盤８８と研磨ヘッド８２をそれぞれ回転させてワークＷの表面を研磨布８９に摺接させることにより研磨を行う。

ワークを研磨ヘッドに保持する方法としては、平坦な円盤状のプレートにワックス等の接着剤を介してワークを貼り付ける方法等がある。その他、特にワークの外周部における跳ね上げやダレを抑制し、ワーク全体の平坦性を向上させるための保持方法として、ワーク保持部をラバー膜とし、該ラバー膜の背面に空気等の加圧流体を流し込み、均一の圧力でラバー膜を膨らませて研磨布にワークを押圧する、いわゆるラバーチャック方式がある（例えば特許文献１参照）。

従来のラバーチャック方式の研磨ヘッドの構成の一例を模式的に図８に示す。この研磨ヘッド１０２の要部は、環状のＳＵＳ製などの剛性リング１０４と、剛性リング１０４に接着されたラバー膜１０３と、剛性リング１０４に結合された中板１０５とからなる。剛性リング１０４と、ラバー膜１０３と、中板１０５とによって、密閉された空間１０６が画成される。また、ラバー膜１０３の下面部の周辺部には、剛性リング１０４と同心に、環状のテンプレート１１４が具備される。また、中板１０５の中央には圧力調整機構１０７により加圧流体を供給するなどして空間の圧力を調節する。また、中板１０５を研磨布１０９方向に押圧する図示しない押圧手段を有している。

ラバー膜の材質１０３としては、特許文献２にゴム硬度１０〜１００、引っ張り強度３〜２０ＭＰａ、引っ張り伸度５０〜１０００％の範囲にあるフッ素系ゴム、ウレタンゴム、シリコンゴムやエチレンプロピレンゴム等の様々なゴム材料が提案されている。
このように構成された研磨ヘッド１０２を用いて、ラバー膜１０３の下面部でバッキングパッド１１３を介してワークＷを保持するとともに、テンプレート１１４でワークＷのエッジ部を保持し、中板１０５を押圧して定盤１０８の上面に貼り付けられた研磨布１０９にワークＷを摺接させて研磨する。

特開平５−６９３１０号公報 特開２００５-７５２１号公報

このような、ラバー膜１０３にワークＷを保持する研磨ヘッド１０２を用いてワークＷの研磨を行う事により、ワークＷ全体の平坦性及び研磨代均一性が向上する場合もあったが、ラバー膜１０３の材質や、同じ材質でも製造ロットが異なった場合に平坦性及び研磨代均一性が低下し、安定したワークＷの平坦度が得られないという問題があった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ワークＷの研磨において、安定して一定の平坦性が得られる研磨ヘッドの製造方法及び研磨装置を提供する事を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、前記空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜の下面部にワークの裏面を保持し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する研磨ヘッドの製造方法であって、少なくとも、前記ラバー膜を剛性リングに接着する前に、該ラバー膜のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験を行い、歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるものを選別する工程を含み、該選別された前記傾きの値が１０Ｍｐａ以下となるラバー膜を用いて前記剛性リングに接着して研磨ヘッドを製造することを特徴とする研磨ヘッドの製造方法を提供する（請求項１）。

このように、少なくとも、前記ラバー膜を剛性リングに接着する前に、該ラバー膜のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験を行い、歪が５％以内の応力―歪曲線を最小二乗法による線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるものを選別する工程を含み、該選別された前記傾きの値が１０Ｍｐａ以下となるラバー膜を用いて前記剛性リングに接着して研磨ヘッドを製造すれば、ワークを研磨する際に、ラバー膜の材質の種類や、ラバー膜の材料のロット間で発生する研磨代均一性のばらつきを抑制することができ、安定して良好な平坦性を確保できる研磨ヘッドを製造することができる。

このとき、前記保持するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることができる（請求項２）。
このように、前記保持するワークが、直径が３００ｍｍ以上のような大直径のシリコン単結晶ウェーハであっても、本発明によりワークの全面にわたってより均一の押圧力で研磨することができ、良好な平坦性を確保することができる。

また、本発明は、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、ワークを保持するための研磨ヘッドを具備し、前記研磨ヘッドでワークの裏面を保持して前記ワークの表面を研磨する研磨装置であって、前記研磨ヘッドは、少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、前記空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜は、該ラバー膜のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験で得られる歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるゴム材料で形成され、前記研磨布のヤング率は３．５ＭＰａ以下であり、前記圧力調整機構で前記空間部の圧力を制御しつつ、前記ワークの表面を前記定盤上に貼り付けた前記研磨布に摺接させて研磨するものであることを特徴とする研磨装置を提供する（請求項３）。

このように、前記研磨ヘッドは、少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、前記空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜は、該ラバー膜のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験で得られる歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるゴム材料で形成され、前記研磨布のヤング率は３．５ＭＰａ以下であり、前記圧力調整機構で前記空間部の圧力を制御しながら、前記ワークの表面を前記定盤上に貼り付けた前記研磨布に摺接させて研磨するものであれば、ラバー膜の材質の種類や、ラバー膜の材料のロット間で発生する研磨代均一性のばらつきを抑制でき、安定して良好な平坦性を確保してワークを研磨することができる。

このとき、前記研磨するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることができる（請求項４）。
このように、前記研磨するワークが、直径が３００ｍｍ以上のような大直径のシリコン単結晶ウェーハであっても、本発明の前記研磨ヘッドで保持して研磨することによって、ワークの全面にわたってより均一の押圧力で研磨することができ、良好な平坦性を確保することができる。

本発明では、少なくとも、ラバー膜を剛性リングに接着する前に、該ラバー膜のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験を行い、歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるものを選別する工程を含み、該選別された前記傾きの値が１０ＭＰａ以下となるラバー膜を用いて剛性リングに接着して研磨ヘッドを製造するので、ワークを研磨する際に、ラバー膜の材質の種類や、ラバー膜の材料のロット間で発生する研磨代均一性のばらつきを抑制することができ、安定して良好な平坦性を確保できる研磨ヘッドを製造することができる。

また、本発明に係る研磨装置は、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、上述した本発明に係る製造方法で製造した研磨ヘッドを具備し、前記研磨布のヤング率は３．５ＭＰａ以下であり、ワークの表面を前記定盤上に貼り付けた前記研磨布に摺接させて研磨するものなので、ラバー膜の材質の種類や、ラバー膜の材料のロット間で発生する研磨代均一性のばらつきを抑制でき、安定して良好な平坦性を確保してワークを研磨することができる。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来の研磨ヘッドを用い、ラバー膜にワークを保持してワークの研磨を行った際、該研磨ヘッドのラバー膜の材料であるゴムの種類の違いや、同じ種類のゴムでもロットが異なることで、研磨特性にばらつきが生じて良好な平坦性が得られないという問題があった。
しかも、このような研磨特性のばらつきは、ラバー膜の材料であるゴムの原料ロットの硬度や引張り強度等の物性値等から予測する事は困難であった。

そこで、本発明者らは、このような問題が生じる原因について鋭意実験及び検討を行った。
その結果、本発明者らは、以下のことを見出した。
すなわち、ラバー膜の材料として使用するゴムの種類、硬度、及び引張り強度とは関係なく、歪が５％以下の微小な変形に対する応力が小さいゴム材料を用いることで、良好な研磨代均一性が得られることが分かった。すなわち、研磨ヘッドのラバー膜として、微小変形時の応力が小さいラバー膜を用いてワークを研磨することで、ワークの全面にわたって均一の押圧力によって研磨することができることが分かった。さらに、テンプレートを有する研磨ヘッドを用いてワークを研磨する際、テンプレートの下端面の高さとワークの下端面の高さの僅かな差によって生じるワーク外周部の圧力分布が緩和され、その結果として研磨代均一性が良好となることを見出した。

そこで、本発明者らは、更に鋭意実験及び検討を行い、ラバー膜として使用されるゴム材料の微小変形時の応力の数値化を行い、それらのゴム材料における研磨特性を調査し、最適化を行い、本発明を完成させた。

図１に、本発明に係る研磨ヘッドおよび研磨装置の一例を示す。
図１に示すように、研磨装置１は研磨ヘッド２、定盤８を有している。定盤８は円盤形状であり、上面にワークＷを研磨する研磨布９が貼付されている。そして、定盤８の下部には駆動軸１１が垂直に連結され、その駆動軸１１の下部に連結された定盤回転モータ（不図示）によって回転するようになっている。

この定盤８の上方に、研磨ヘッド２が設置されている。研磨ヘッド２は、環状の剛性リング４と剛性リング４に均一の張力で接着され、下面が平坦であるラバー膜３と剛性リング４に、例えばボルト等で連結された中板５とを備える。この剛性リング４と、ラバー膜３と、中板５とによって、密閉された空間部６が形成されている。

また、研磨ヘッド２は、その軸周りに回転可能となっている。
ここで、剛性リング４の材質は、特に限定されることはないが、例えばＳＵＳ（ステンレス）等の剛性材料とすることができる。また、中板の材質、形状等は特に限定されず、空間部６が形成できるものであれば良い。
またここで、ラバー膜３の厚さは、特に限定されることはないが、例えば１ｍｍ程度とすることができる。

ここで、本発明に係る研磨装置の研磨ヘッドに用いられるラバー膜は、以下に記述するような特性を持つものが用いられる。
図２（Ａ）にＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験で得られたラバー膜の応力―歪曲線の一例を示す。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の応力―歪曲線の歪が５％以内の部分を拡大したものである。ここで、図２（Ｂ）のような、歪が５％以内の応力―歪曲線を最小二乗法による線形近似して得られた直線は、応力＝ａ×歪＋ｂで表わされる。
本発明では、この直線の傾きａが１０ＭＰａ以下となるようなラバー膜が用いられる。

また、図１に示すように、定盤８の上方に研磨用のスラリーを供給するための研磨スラリー供給手段１０を具備する。
またこのとき、ラバー膜３の下面部の周辺部には、研磨中にワークＷが外れないようにワークＷのエッジ部を保持するための環状のテンプレート１４を配設することができる。この場合、テンプレート１４は、剛性リング４と同心となるようにし、ラバー膜３の下面部の外周部に沿って、下方に突出するように配設することができる。

ここで、テンプレート１４の下端面の高さは、保持されたワークＷの下端面の高さと同じか、あるいはワークＷの下端面の高さよりも、例えば１０μｍ程度僅かに下方に突出しているようにすることができる。
このように、テンプレート１４を配設すれば、ワーク外周部の圧力分布を緩和することができ、ワーク外周部の過研磨が防止され、ワークの研磨代均一性を向上することができる。

また、テンプレート１４は、その外径が少なくとも剛性リング４の内径よりも大きいもので、かつ、その内径が剛性リング４の内径よりも小さいものとすることができる。
このようにすれば、ワーク全面にかかる押圧力をより均一にして研磨することができる。
またここで、テンプレート１４の材質は、ワークＷを汚染せず、かつ、キズや圧痕をつけないために、ワークＷよりも柔らかく、研磨中に研磨布９と摺接されても磨耗しにくい、耐磨耗性の高い材質であることが好ましい。

また、図１に示すように、研磨装置１は、研磨ヘッド２の空間部６の圧力を変化させる圧力調整機構７を具備している。
そして、中板５の中央には圧力調整機構７に連通する圧力調整用の貫通孔１２が設けられており、圧力調整機構７により加圧流体を供給するなどして空間部６の圧力を調整することができるようになっている。
また、中板５を研磨布９に押圧する手段を有している（不図示）。

またこのとき、ラバー膜３の下面にバッキングパッド１３を貼設することができる。バッキングパッド１３は、水を含ませてワークＷを貼りつけ、ラバー膜３のワーク保持面にワークＷを保持するものである。ここで、バッキングパッド１３は、例えば発泡ポリウレタン製とすることができる。このようなバッキングパッド１３を設けて水を含ませる事で、バッキングパッド１３に含まれる水の表面張力によりワークＷを確実に保持することができる。

また、定盤８の上面に貼付されている研磨布９は、ヤング率が３．５ＭＰａ以下の軟質なものが使用される。本発明に係る研磨ヘッド２とヤング率が３．５ＭＰａ以下の軟質な研磨布９を組み合わせて使用することで、ワークＷと研磨布９間の接触圧力分布をより確実に緩和させることができ、ワークＷの研磨代均一性をより確実に向上することができる。
なお、図１ではテンプレート１４が直接ラバー膜３に接着される態様を示したが、本発明は、テンプレート１４がラバー膜３にバッキングパッド１３等を介して接着される場合を排除するものではない。

このように構成された研磨装置１を用いて、図示しない中板押圧手段により中板５を定盤８上に貼り付けられた研磨布９の方向に押圧し、研磨剤供給機構１０を介して研磨剤を供給しながら、ワークＷを研磨布９に摺接してワークＷの表面を研磨するものとなっている。ここで、中板押圧手段は、例えば、エアシリンダーなど用いて中板５を全面にわたって均一の圧力で押圧できるものが好ましい。

このように、本発明に係る研磨装置１を用いてワークＷを研磨すれば、ラバー膜３の材質の種類や、ラバー膜３の材料のロット間で発生する研磨代均一性のばらつきを抑制することができ、安定して良好な平坦性を確保してワークＷを研磨することができる。
また、テンプレート１４の下端面の高さとワークＷの下端面の高さの僅かな差によって生じるワークＷの外周部の圧力分布を緩和することができる。従って、ワークＷの厚さやテンプレート１４の厚さがある程度ばらついている場合であっても、ワークＷに加わる押圧力を全面にわたって均一に保って研磨を行うことができる。その結果、ワークＷの研磨代均一性が良好な研磨を行うことができる。

このとき、研磨するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることができる。
このように、研磨するワークが、直径が３００ｍｍ以上のような大直径のシリコン単結晶ウェーハであっても、本発明の研磨ヘッドで保持して研磨することによって、ワークの全面にわたってより均一の押圧力で研磨することができ、良好な平坦性を確保することができる。

次に、本発明に係る研磨ヘッドの製造方法について説明する。
本発明に係る製造方法で製造する研磨ヘッドは、例えば図１に示すように、少なくとも、環状の剛性リング４と、該剛性リング４に均一の張力で接着されたラバー膜３と、剛性リング４に結合され、ラバー膜３と剛性リング４とともに空間部６を形成する中板５と、空間部６の圧力を変化させる圧力調整機構７とを具備する構成となっている。

本発明に係る研磨ヘッドの製造方法は、以下に示すような、少なくとも、ラバー膜３を選別する工程を含んでいる。
まず、ラバー膜３に対して、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験を行い、図２（Ａ）に示すような応力―歪曲線を得る。そして、この応力―歪曲線から、図２（Ｂ）に示すような、歪が５％以内の応力―歪曲線を抽出し、抽出した曲線を最小二乗法による線形近似して直線を得る。この直線は、応力＝ａ×歪＋ｂで表わされる。

そして、この直線の傾きａの値が１０ＭＰａ以下となるようなラバー膜３を選別する。
このようにして選別したラバー膜３を用いて、剛性リング４に均一の張力で接着する。
ここで、ラバー膜３の選別は、ラバー膜３だけを形成する前のゴム材料の段階で行うこともでき、とにかく、ラバー膜３を剛性リング４に接着する前に行えば良い。

このように、少なくとも、ラバー膜３を剛性リング４に接着する前に、該ラバー膜３のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験を行い、歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるものを選別する工程を含み、該選別された前記傾きの値が１０ＭＰａ以下となるラバー膜３を用いて剛性リング４に接着して研磨ヘッド２を製造すれば、ワークＷを研磨する際に、ラバー膜３の材質の種類や、ラバー膜３の材料のロット間で発生する研磨代均一性のばらつきを抑制することができ、安定して良好な平坦性を確保できる研磨ヘッド２を製造することができる。

次に、剛性リング４と中板５とを結合し、該剛性リング４と、中板５と、剛性リング４に接着されたラバー膜３とで空間部６を形成する。そして、圧力調整機構７を中板５の上方に配設する。これらの工程は、従来と同様の方法で行うことができる。

このとき、ラバー膜３の下面部の周辺部には、研磨中にワークＷが外れないようにワークＷのエッジ部を保持するための環状のテンプレート１４を配設することができる。この場合、テンプレート１４は、剛性リング４と同心となるようにし、ラバー膜３の下面部の外周部に沿って、下方に突出するように配設することができる。

ここで、テンプレート１４の下端面の高さは、保持された時のワークＷの下端面の高さと同じか、あるいはワークＷの下端面の高さよりも、例えば１０μｍ程度僅かに下方に突出しているようにすることができる。
このように、テンプレート１４を配設すれば、ワーク外周部にかかる過剰な圧力分布を緩和することができ、ワークの研磨代均一性を向上することができる研磨ヘッドとすることができる。

またここで、テンプレート１４は、その外径が少なくとも剛性リング４の内径よりも大きいもので、かつ、その内径が剛性リング４の内径よりも小さいものとすることができる。
このようにすれば、ワーク全面にかかる押圧力をより均一にして研磨することができる研磨ヘッドとすることができる。

またここで、テンプレート１４の材質は、ワークＷを汚染せず、かつ、キズや圧痕をつけないために、ワークＷよりも柔らかく、研磨中に研磨布９と摺接されても磨耗しにくい、耐磨耗性の高い材質のものを用いるのが好ましい。

このとき、ラバー膜３の下面に、例えば発泡ポリウレタン製のバッキングパッド１３を貼設することができる。このようなバッキングパッド１３を設けて水を含ませる事で、バッキングパッド１３に含まれる水の表面張力によりワークＷを確実に保持することができる研磨ヘッドとすることができる。

またこのとき、保持するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることができる。
このように、保持するワークが、直径が３００ｍｍ以上のような大直径のシリコン単結晶ウェーハであっても、本発明によりワークの全面にわたってより均一の押圧力で研磨することができ、良好な平坦性を確保することができる。

以下、本発明の実施例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１）
図１に示すような研磨ヘッドを本発明に係る製造方法で製造し、その研磨ヘッドを具備した研磨装置でシリコン単結晶ウェーハを研磨し、研磨したワークの研磨代均一性を評価した。

まず、ラバー膜の選別を行うために、ラバー膜用のゴム材料として、ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠したゴム硬度で硬度規格８０°のエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）の２種類のロットＡ及びＢと（以降、ＥＰＤＭ８０°Ａ及びＥＰＤＭ８０°Ｂと略す）、シリコーンゴムで硬度規格７０、８０、９０°の３種類（以降、シリコーン７０°、シリコーン８０°、シリコーン９０°と略す）を準備した。そして、これら５種類のゴム材料について、ＪＩＳ Ｋ６２５１引張り試験を行い、応力−歪曲線の測定を実施した。

表１にその結果を示す。また、得られた応力−歪曲線の結果を図３（Ａ）に示す。そして、図３（Ｂ）に示すような、図３（Ａ）の５％歪までの応力―歪曲線を用いて、応力＝ａ×歪＋ｂにて線形近似を行い、傾きａの値を求めた。
その結果を図４に示す。図４に示すように、同一の種類のゴム材料を用いてもロットの違いにより、傾きａの値が異なっていることが分かる。そして、ＥＰＤＭ８０°Ｂ、シリコーン７０°、シリコーン８０°のゴム材料は、傾きａの値が１０ＭＰａ以下であることが分かる。

このようにして、ラバー膜のゴム材料を選別し、傾きａの値が１０ＭＰａ以下である、ＥＰＤＭ８０°Ｂ、シリコーン７０°、シリコーン８０°を用いて３つの研磨ヘッドを以下のようにして製造した。

まず、上部を中板に閉塞されたＳＵＳ製の外径が３６０ｍｍの環状の剛性リングの外周に、傾きａの値が１０ＭＰａ以下の３種類のゴム材料（ＥＰＤＭ８０°Ｂ、シリコーン７０°、シリコーン８０°）にて厚さ１ｍｍのラバー膜を均一の張力で貼り付けた。

また、それぞれの研磨ヘッドのラバー膜のワーク保持面に、バッキングパッドを貼設し、該バッキングパッドの表面に外径３５５ｍｍ、内径３０２ｍｍのガラスエポキシ積層板のテンプレートを貼り付けた市販のテンプレートアセンブリを両面テープにて貼りつけた。また、シリコーンゴムで成型したラバー膜の表面は、両面テープとの接着性を向上する目的で数μｍ程度の薄いポリウレタン膜のコーティング処理を施した。また、テンプレートは、テンプレートの下面位置が、ワークの下面位置よりも僅かに突出するように、厚み７８７μｍの市販のテンプレートアセンブリを用いた。

このような本発明に係る研磨ヘッドの製造方法で製造した研磨ヘッドを備えた、図１に示すような研磨装置を用いて、ワークＷとして直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン単結晶ウェーハの研磨を行った。なお、使用したシリコン単結晶ウェーハは、その両面には予め一次研磨を施し、エッジ部にも研磨を施したものである。また、定盤には直径８００ｍｍのものを使用し、研磨布には不織布にウレタンを含浸させたタイプを用い、ヤング率が３．５ＭＰａ以下である２．２ＭＰａのものを用いた。

そして、研磨の際には、研磨剤としてコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を使用し、研磨ヘッドと定盤はそれぞれ３１、２９ｒｐｍで回転させた。ワークＷの研磨荷重（押圧力）は１５ＫＰａとした。研磨時間を３分とした。

このようにして研磨を行ったワークについて研磨代均一性及び研磨時の研磨圧力分布について評価した。なお研磨代均一性は、平坦度測定器で研磨前後のワークの厚さをウェーハの直径方向について、平坦度保証エリアとして最外周部２ｍｍ幅を除外した領域について測定し、厚みの差分をとることで求められ、研磨代均一性（％）=（直径方向の最大研磨代−直径方向の最小研磨代）／直径方向の平均研磨代の式で表される。

図５に、ラバー膜のゴム材料としてＥＰＤＭ８０°Ｂを用いた研磨ヘッドで研磨されたウェーハの半径方向で中心から１２０〜１４８ｍｍの範囲の研磨圧力分布を示す。圧力分布は、各位置での研磨代を、各位置での研磨代／平均研磨代×研磨荷重（１５ＭＰａ）で換算して求めた。
図５に示すように、傾きａの値が１０ＭＰａより大きい、後述する比較例のゴム材料のラバー膜を用いた研磨ヘッドに比べ、ワークＷの外周部分の圧力低下が抑制され、研磨圧力分布の均一性が良好であることが分かる。

また、図６に、研磨代均一性の結果を示す。
図６に示すように、ＥＰＤＭ８０°Ｂ、シリコーン７０°、シリコーン８０°を材料としたラバー膜を用いた研磨ヘッドを具備した研磨装置で研磨することで、後述の比較例の結果に比べて研磨代均一性が改善され、１０％以下と良好な結果となることが分かった。
このことにより、本発明に係る製造方法で製造した研磨ヘッドを具備した、本発明の研磨装置を用いれば、ワークを研磨する際に、ラバー膜の材質の種類や、ラバー膜の材料のロット間で発生する研磨代均一性のばらつきを抑制することができ、安定して良好な平坦性を確保できることが確認できた。

（実施例２）
研磨布として、ヤング率が３．２ＭＰａのものを用いた以外、実施例１と同様な方法で、ＥＰＤＭ８０°Ｂをラバー膜の材料として使用したものを用いた研磨ヘッドのみを製造し、その研磨ヘッドを具備した研磨装置でシリコン単結晶ウェーハを研磨し、研磨代均一性を評価した。
その結果を図７に示す。図７に示すように、後述の比較例の結果に比べて研磨代均一性が改善され、１０％以下と良好な結果となることが分かった。
そして、図７に示すように、研磨布のヤング率が３．５ＭＰａ以下の場合において、研磨代均一性が１０％以下と良好な結果となっていることが分かった。

（比較例）
実施例１において、５％歪までの応力―歪曲線を応力＝ａ×歪＋ｂにて線形近似を行い求めた傾きａの値が１０ＭＰａより大きいゴム材料、すなわち、ＥＰＤＭ８０°Ａ及びシリコン９０°をラバー膜の材料として使用して研磨ヘッドを製造した以外、実施例１と同様な条件でシリコン単結晶ウェーハを研磨し、研磨後のウェーハの研磨代均一性及び研磨時の研磨圧力分布を評価した。

図５に研磨圧力分布の結果を示す。図５に示すように、傾きａの値が１０ＭＰａ以下となるラバー膜を選別した実施例１の結果と比較すると、ワークの外周部分の圧力低下がより顕著になり、研磨圧力分布の均一性が低下していることが分かる。
図６に研磨代均一性の結果を示す。図６に示すように、実施例１の結果と比較して研磨代均一性が悪化していることが分かる。

このことにより、従来の研磨装置を用いてワークを研磨する際、ラバー膜の材質や、同じ材質でも製造ロットが異なった場合に、研磨代均一性にバラツキが発生し、安定したワークの平坦度が得られないことが確認できた。
次に、研磨布として、ヤング率が４．５ＭＰａのものを使用した以外、実施例２と同様な条件でシリコン単結晶ウェーハを研磨し、研磨後のウェーハの研磨代均一性を評価した。
その結果を図７に示す。図７に示すように、研磨代均一性は実施例２の結果と比較して悪化しているのが分かる。すなわち、ラバー膜として、歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるものを選別した本発明の研磨ヘッドで、研磨代均一性を改善できるが、これを研磨装置に配置して研磨する場合、定盤に貼付される研磨布はヤング率が３．５ＭＰａ以下である必要がある。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、本発明に係る製造方法で製造する研磨ヘッドは、図１に示した態様に限定されず、例えば中板の形状等は適宜設計すればよい。
また、研磨装置の構成も図１に示したものに限定されず、例えば、本発明に係る製造方法で製造した研磨ヘッドを複数備えた研磨装置とすることもできる。

本発明に係る研磨装置の一例を示した概略図である。 本発明に係る研磨ヘッドの製造方法において得られる応力―歪曲線の一例を示したグラフである。（Ａ）全ての応力―歪曲線。（Ｂ）歪が５％以内の応力―歪曲線。 実施例１のラバー膜の選別工程における、応力―歪曲線を示すグラフである。（Ａ）全ての応力―歪曲線。（Ｂ）歪５％以内の応力―歪曲線。 実施例１のラバー膜の選別工程における、歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似し得られた傾きの値の結果を示す図である。 実施例１、比較例における、研磨圧力分布の結果を示す図である。 実施例１、比較例における、研磨代均一性の結果を示す図である。 実施例２、比較例における、研磨代均一性の結果を示す図である。 従来の研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 従来の片面研磨装置の一例を示す概略図である。

符号の説明

１…研磨装置、２…研磨ヘッド、３…ラバー膜、
４…剛性リング、５…中板、６…空間部、
７…圧力調整機構、８…定盤、９…研磨布、１０…研磨剤供給機構、
１１…駆動軸、１２…貫通孔、１３…バッキングパッド、
１４…テンプレート。

Claims (4)

1. 少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、前記空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜の下面部にワークの裏面を保持し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する研磨ヘッドの製造方法であって、少なくとも、
   前記ラバー膜を剛性リングに接着する前に、該ラバー膜のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験を行い、歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるものを選別する工程を含み、該選別された前記傾きの値が１０ＭＰａ以下となるラバー膜を用いて前記剛性リングに接着して研磨ヘッドを製造することを特徴とする研磨ヘッドの製造方法。
2. 前記保持するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッドの製造方法。
3. 少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、ワークを保持するための研磨ヘッドを具備し、前記研磨ヘッドでワークの裏面を保持して前記ワークの表面を研磨する研磨装置であって、
   前記研磨ヘッドは、少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する中板と、前記空間部の圧力を変化させる圧力調整機構とを具備し、前記ラバー膜は、該ラバー膜のＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠した引張試験で得られる歪が５％以内の応力―歪曲線を線形近似して得られる傾きの値が１０ＭＰａ以下となるゴム材料で形成され、前記研磨布のヤング率は３．５ＭＰａ以下であり、前記圧力調整機構で前記空間部の圧力を制御しつつ、前記ワークの表面を前記定盤上に貼り付けた前記研磨布に摺接させて研磨するものであることを特徴とする研磨装置。
4. 前記研磨するワークは、直径が３００ｍｍ以上のシリコン単結晶ウェーハであることを特徴とする請求項３に記載の研磨装置。
   
   
   
   
   

Images