JP2527232B2 - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ウエハ、たとえば半導体基板用のSiウエハ
を鏡面研磨することができる研磨装置に係り、特に、前
記ウエハを高い形状精度に研磨するに好適な研磨装置に
関するものである。
[従来の技術] 従来、ウエハを研磨するための研磨装置としては、空
孔群を穿設した弾性膜と、この弾性膜の前記空孔群へ連
通する管路と、この管路を介して前記弾性膜へ純水を供
給する純水供給ユニットとを有し、前記管路からの真空
吸引によって、ウエハを、含水状態にある前記弾性膜へ
吸着保持し、このウエハをポリシ定盤へ押圧しながら、
ウエハとポリシ定盤とを相対摺動させることにより、そ
のウエハを研磨するようにしたものが知られている。
なお、この種の装置として関連するものには、たとえ
ば実開昭60−56461号公報が挙げられる。
[発明が解決しようとする課題] 上記従来技術は、ウエハの研磨中における、弾性膜の
含水量については配慮がされておらず、弾性膜に含浸し
ていた水が、その空孔から管路側へ流出するという問題
点があった。
このように、弾性膜から水が流出すると、弾性膜内で
の含水量分布が不均一になり、その結果、ウエハ保持精
度が劣化し、研磨圧力分布の不均一をもたらして、ウエ
ハの形状精度が低下するものであった。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決して、ウ
エハ保持精度の劣化を防止し、ウエハを高い形状精度に
研磨することができる研磨装置の提供を、その目的とす
るものである。
[課題を解決するための手段] 上記問題点を解決するための、本発明に係る研磨装置
の構成は、ウエハ加工プレートによりウエハを保持し、
このウエハをポリシ定盤へ押圧するとともに、該ウエハ
と前記ポリシ定盤とを相対摺動させることにより、該ウ
エハを研磨することができるものであり、前記ウエハ加
圧プレートは、複数個の空孔を穿設した弾性膜と、この
弾性膜の前記空孔群へ連通する管路とを有するものであ
り、このウエハ加圧プレートの管路を介して、前記弾性
膜へ純水を供給することができる純水供給ユニットと、
前記ウエハ加圧プレートの管路を介して、ウエハを前記
弾性膜の反管路側の面へ吸着保持することができる真空
源ユニットとを具備した研磨装置において、 ウエハ加圧プレートの管路内の空気圧を制御すること
ができる管路圧制御装置を設けたものである。
さらに詳しくは、弾性膜の空孔群へ連通している管路
の空気圧を制御することにより、前記弾性膜の含浸水の
管路側への流出を防止することができるようにしたもの
である。
[作用] 弾性膜の空孔群へ連通する管路内の空気圧を、管路圧
制御装置によって制御し、この空気圧を研磨圧力とバラ
ンスさせることにより、前記弾性膜に含浸していた水
は、管路側へ流出することはなく、該膜内に均一に貯え
られる。
したがって、ウエハ保持精度の劣化を防止し、研磨圧
力が均一になり、ウエハを高い形状精度に研磨すること
ができる。
[実施例] 以下、本発明を実施例によって説明する。
第1図は、本発明の第1実施例に係る研磨装置を示す
略示構成図、第2図は、第1図における低圧空気圧設定
ユニットの詳細を示す断面図である。
この研磨装置の概要を、第1図を用いて説明すると、
これは、ウエハ加圧プレート17(詳細後述)によりウエ
ハ21を保持し、このウエハ21をポリシ定盤(図示せず)
へ押圧するとともに、該ウエハ21と前記ポリシ定盤とを
相対摺動させることにより、該ウエハ21を研磨すること
ができる研磨装置であって、 前記ウエハ加圧プレート17は、複数個の空孔2を穿設
した弾性膜1と、この弾性膜1の前記空孔2群へ連通す
る管路3とを有するものであり、 このウエハ加圧プレート17の管路3を介して、前記弾
性膜1へ純水を供給することができる純水ユニット16
と、 前記ウエハ加圧プレート17の管路3を介して、ウエハ
21を前記弾性膜1の反管路側の面(第1図において下
面)へ吸着保持することができる真空源ユニット8と、 ウエハ加圧プレート17の管路3内の空気圧を制御する
ことができる管路圧制御装置(詳細後述)とを具備して
なるものであり、 前記管路圧制御装置は、ウエハ加圧プレート17の管路
3へ接続し、この管路3へ空気圧を供給することができ
る低圧空気圧設定ユニット10と、前記管路3内の空気圧
が予め設定した設定圧になるように、前記低圧空気圧設
定ユニット10を制御することができる低圧計測制御装置
14とを有するものである。
以下、詳細に説明する。
弾性膜1の下面外周部には、ウエハ端面保持用のリン
グ6が接着されている。
空気圧制御装置4は、弁7を設けた真空源ユニット8
と、弁9を設けた低圧空気圧設定ユニット10(詳細後
述)と、弁11を設けた高圧空気源ユニット12と、弁13を
設けた低圧計測制御装置14とからなるものであり、各ユ
ニットは、それぞれ弁7,9,11,13を介して管路3へ連通
している。また、低圧計測制御装置14と低圧空気圧設定
ユニット10とは、信号線14aで接続されている。
一方、純水供給装置5は、純水供給ユニット16と弁15
とからなり、純水供給ユニツト16は、弁15を介して管路
3へ連通している。
ウエハ加圧プレート17は、図示していないポリシ定盤
の上方にあり、このポリシ定盤中心に、図示していない
研磨液供給機構が取付けられている。
前記低圧空気圧設定ユニット10は、その詳細を第2図
に示すものである。この図において、18は、ピストン19
の上下動により、その容積が可変の空気室であり、前記
ピストン19の駆動部20が、低圧計測制御装置14と信号線
14aで接続している。
このように構成した研磨装置の動作を説明する。
低圧計測制御装置14に、管路3の設定圧P1を設定する
(管路3の、容積はV0,初期圧力はP0である)。この設
定圧P1は、弾性膜1内の含浸水に加えられる研磨圧力と
バランスする大きさを(一般に、0.01〜1.0kg/cm2gage
の範囲)である。
ここで研磨装置をONにすると、弁7,9,11,13が閉状態
に、弁15が開状態になり、純水供給ユニツト16から管路
3を経て弾性膜1へ純水が供給され、この弾性膜1が純
水を含浸する。次に、弁9,11,13,15が閉状態に、弁7が
開状態になり、真空源ユニット8によってウエハ21を吸
引し、弾性膜1上のリング6内に該ウエハ21が吸着保持
される。次に、弁7,9,11,13,15が閉状態になり、ウエハ
加圧プレート17が下降して、ウエハ21を前記ポリシ定盤
上へ押しつけ、該ウエハ21に研磨圧力を付加する。これ
と同時に、弁9,13が開状態になり、低圧空気圧設定ユニ
ット10が作動する。そして、空気室18の容積がV1からV2
へ変化する。
温度一定状態を安定した状態方程式により、P0(V0
V1)=P(V0+V2)の関係が成立ち、 となり、V1→V2の空気室容積変化がP0→Pの管路圧力変
化をもたらす。この管路圧力Pを計測制御装置14で計測
し、設定圧力P1との差分を演算し、この差分が許容値を
超えた場合には、駆動部20へ指令し、シリンダ19を動作
させて、V2を修正する。
このようにして、管路3内の空気圧が常に設定圧P1
なるように空気圧制御を行ないながら、前記研磨液供給
機構から前記ポリシ定盤上へ研磨液を滴下し、ウエハ21
とポリシ定盤とを相対摺動させて、ウエハ21を鏡面研磨
する。この研磨中、管路3の空気圧P1は研磨圧力と常に
バランスしているので、弾性膜1の含浸水が管路3側へ
流出することはない。
所定研磨時間終了後、弁9,13が閉状態に、弁7が開状
態になり、真空源ユニット8が作動して、ウエハ21を弾
性膜1に吸着保持する。そして、ウエハ加圧プレート17
が上昇し、前記ポリシ定盤上から離脱する。弁7が閉状
態に、弁11が開状態になり、高圧空気源ユニット12から
管路3へ高圧空気(1.0〜4.0kg f/cm2gage)を吹きだ
し、ウエハ21が弾性膜1から剥離してこの研磨プロセス
を完了し、研磨装置がOFFになる。
以上説明した実施例によれば、研磨中、弾性膜1の空
孔2へ連通する管路3の空気圧を設定圧P1に制御するこ
とにより、弾性膜1に含浸した水が管路3側へ流出する
ことを防止できるので、弾性膜1の含浸水量を均一化で
きる。したがって、ウエハ21の保持精度が向上し、研磨
面内での研磨圧力分布が均一化して、ウエハ21の形状精
度を向上することができるという効果がある。
なお、前記実施例は、研磨圧力を一定に維持して研磨
する場合について説明したが、研磨圧力を、1次圧,2次
圧,…と可変にする研磨方式へ適用する場合には、これ
に対応して、管路3の設定圧をP1,P2…と可変にすれば
よい。
さらに、前記実施例は、弾性膜1内の含浸水が、管路
3側へ流出するのを防止する場合について説明したが、
リング6側への流出も防止することもでき、同様の効果
を奏するものである。
次に、第2の実施例を説明する。
ウエハ加圧プレート17の管路3の圧力制御方法とし
て、前記第1の実施例は、低圧空気圧設定ユニット10の
空気室18の容積変化を利用したが、本第2の実施例は、
管路3の周囲にヒータ(図示せず)を埋設し、このヒー
タの加熱による管路3内空気の温度変化を利用すること
ができるように構成したものである。
このように構成したものにおいて、管路3の設定圧P1
を設定する[管路3の、初期圧力P0,初期温度T
00K)]。
ここで研磨装置をONにすると、前記ヒータもONにな
り、管路3内の空気が加熱されて、その温度がT0→T1
変化し、管路圧力が に変化する。この管路圧力Pと設定圧P1との差分が演算
され、この差分が許容値を超えた場合には、前記ヒータ
へ指令され、管路3内の空気圧が常に設定圧P1になるよ
うに制御される。
この実施例によっても、弾性膜1の含浸水量を均一化
することができる。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように本発明によれば、弾性膜の
空孔へ連通している管路の空気圧を制御するようにした
ので、前記弾性膜に含膜していた水が、該弾性膜から流
出することを防止でき、ウエハ研磨面の圧力分布に影響
する弾性膜の含水量を均一化することができる。これに
より、ウエハの保持精度を1μm以内に確保でき、研磨
したウエハの形状精度は2μm以内とすることができる
ので、高い平面度のウエハを製作できるという効果があ
る。
これを要するに、ウエハ保持精度の劣化を防止し、ウ
エハを高い形状精度に研磨することができる研磨装置を
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の第1の実施例に係る研磨装置を示す
略示構成図、第2図は、第1図における低圧空気圧設定
ユニットの詳細を示す断面図である。 1……弾性膜、2……空孔、3……管路、8……真空源
ユニット、10……低圧空気圧設定ユニット、14……低圧
計測制御装置、16……純水供給ユニット、17……ウエハ
加圧プレート、21……ウエハ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 油井 肇 山梨県中巨摩郡竜王町西八幡 株式会社 日立製作所甲府工場内 (56)参考文献 特開 昭62−124844(JP,A) 実開 昭62−95862(JP,U) 実開 昭60−56461(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ウエハ加圧プレートによりウエハを保持
    し、このウエハをポリシ定盤へ押圧するとともに、該ウ
    エハと前記ポリシ定盤とを相対摺動させることにより、
    該ウエハを研磨することができるものであり、 前記ウエハ加圧プレートは、複数個の空孔を穿設した弾
    性膜と、この弾性膜の前記空孔群へ連通する管路とを有
    するものであり、 このウエハ加圧プレートの管路を介して、前記弾性膜へ
    純水を供給することができる純水供給ユニットと、 前記ウエハ加圧プレートの管路を介して、ウエハを前記
    弾性膜の反管路側の面へ吸着保持することができる真空
    源ユニットとを具備した研磨装置において、 ウエハ加圧プレートの管路内の空気圧を制御することが
    できる管路圧制御装置を設けた ことを特徴とする研磨装置。
  2. 【請求項2】管路圧制御装置は、 ウエハ加圧プレートの管路へ接続し、この管路へ空気圧
    を供給することができる低圧空気圧設定ユニットと、 前記管路内の空気圧が予め設定した設定圧になるよう
    に、前記低圧空気圧設定ユニットを制御することができ
    る低圧計測制御装置とを有する ことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。
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