JP3718320B2

JP3718320B2 - ウェーハの研磨装置

Info

Publication number: JP3718320B2
Application number: JP14625297A
Authority: JP
Inventors: 由夫中村; 正博竹内
Original assignee: FUJIKOSHI MACHINE INDUSTRY CO.,LTD.
Current assignee: FUJIKOSHI MACHINE INDUSTRY CO.,LTD.
Priority date: 1997-06-04
Filing date: 1997-06-04
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2017-06-04
Also published as: JPH10337655A

Description

【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表面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（以下、「ウェーハ表面」という）を一層高精度に鏡面研磨できるもの、又は、ウェーハ表面を基準とする高精度な研磨をすることが可能な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】
その保持部の一例を、図４に基づいて以下に説明する。
図４に示すように、回転する定盤５２上には研磨布５１等が接着されて研磨面５０が形成され、その上方には回転および上下動可能な保持部６０が設けられている。その保持部６０は、下方に向けて開放する凹部１４が設けられたヘッド部材１２と、外周部６２ａがヘッド部材１２の内底面に固定されると共に内周部６２ｂが保持盤１６の上面に固定されてその保持盤１６を上下方向及び水平方向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６２と、ヘッド部材１２の内部を保持盤１６および板状の弾性部材６２によって画成して設けられる密閉空間である圧力室２６と、圧力室２６に所定圧力の流体を供給する流体の供給手段（図示せず）とを具備する。また、６４はリング状の弾性部材であり、合成ゴム等により成形されたＯ−リング状の部材からなる。このリング状の弾性部材６４は、保持盤１６の外周面とヘッド部材１２の凹部１４を形成する内周面との間に配され、保持盤１６のヘッド部材１２との相対的移動（例えば相対的回転）を吸収および規制するように作用する。
【０００４】
この研磨装置によれば、保持盤１６に水張り等で保持されたウェーハの被研磨面（ウェーハ表面２０ａ）は、ゴム板等から成る板状の弾性部材６２のエアバック作用によって、研磨面５０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２０ａが研磨面５０の傾斜等に追随した状態においても、ウェーハ表面２０ａ全面を研磨面５０に均等な圧力で押圧できる。このため、ウェーハ表面２０ａを均一且つ好適に鏡面研磨できる。
そして、保持盤１６の表面には、ウェーハ２０を確実に水張りできるように、通常、吸着性に富む表面を有するシート状のバッキング材が貼設されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のウェーハの研磨装置では、保持盤１６が、板状の弾性部材６２によって吊持されているため、上下方向及び水平方向へ簡単に動いてしまう。すなわち、保持盤１６が３次元的に揺動し易いため、例えば、保持盤１６の保持面１７の所定位置に、ワークであるウェーハ２０を正確に保持させることが難しかった。
特に、ウェーハ２０を囲んで横ずれを防止するように保持面１７に装着されたテンプレート或いはリテーナリングと称される位置決め部材の中に、ウェーハ２０を保持させる場合、高い位置決め精度が要求されるが、その要求に対応できないという課題があった。
また、保持面１７が減圧吸着によってウェーハ２０を吸着する吸着面に形成されている場合など、前述したような位置決め部材を要しない場合でも、ウェーハ２０が保持面１７に所定の保持位置から偏心して保持されたときには、研磨精度が低下してしまうという課題があった。
【０００６】
また、板状の弾性部材６２によって、保持盤１６をヘッド部材１２の凹部１４内側へ所定位置に高い精度で固定すること自体が難しく、ウェーハ２０の保持面１７に対する着脱を正確に行うことは困難であった。
そして、以上のような理由から、従来のウェーハの研磨装置においては、熟練した作業員が手作業でウェーハ２０を保持面１７に保持させており、その作業の自動化が難しいという課題があった。
【０００７】
本発明の目的は、ウェーハを保持盤の保持面に位置決め精度よく適切に保持させることができ、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ウェーハの研磨装置を提供することにある。
【０００８】
【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おいて、前記保持部が、凹部が設けられたヘッド部材と、該ヘッド部材の凹部内側に配され、ウェーハが保持される保持面を有する保持盤と、前記ヘッド部材と前記保持盤との間に両者に固定されて設けられ、保持盤をヘッド部材に対して上下方向及び水平方向へ移動することを許容して吊持し、前記ヘッド部材の内部を前記保持盤と共に画成して圧力室を形成する吊持部材と、前記圧力室へ所定圧力の流体を供給し、前記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加圧手段と、前記圧力室を減圧する減圧手段と、前記ヘッド部材の内壁にテーパ状に設けられた一方のテーパ嵌合部と、該一方のテーパ嵌合部に対面して前記保持盤に設けられ、前記減圧手段によって前記圧力室が減圧された際には吸引されて、前記一方のテーパ嵌合部に嵌まるように該一方のテーパ嵌合部とは逆のテーパに形成された他方のテーパ嵌合部とを具備する。
【０００９】
また、前記一方のテーパ嵌合部が雄型状に形成され、前記他方のテーパ嵌合部が雌型状に形成した場合、或いは、前記一方のテーパ嵌合部が雌型状に形成され、前記他方のテーパ嵌合部が雄型状に形成した場合にも、テーパによる嵌合を利用して保持盤を保持部の所定位置に好適に位置決めして保持できる。
【００１０】
また、前記一方のテーパ嵌合部のテーパが前記ヘッド部材の軸心を中心にして形成され、前記他方のテーパ嵌合部のテーパが前記保持盤の軸心を中心にして形成されたことで、簡単な構造で、保持盤を保持部の所定位置に好適に位置決めして保持できる。
【００１１】
また、前記保持盤の保持面が、水を介してウェーハを貼着する貼着面に形成されている場合、或いは、減圧吸着によってウェーハを吸着する吸着面に形成されている場合にも、保持盤を保持部の所定位置に好適に位置決めして保持できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、ウェーハの研磨装置に適用した場合の好適な実施例について、添付図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施例）
図１はウェーハの研磨装置の保持部の構成を示す断面図である。
１２はヘッド部材であり、ワークであるウェーハ２０を保持する保持部１０の外形部（基部）を構成する。このヘッド部材１２には、下方へ開放する凹部１４が設けられている。
【００１３】
１６は保持盤であり、下面にウェーハ２０を保持するための保持面１７を備える。この保持盤１６は、ヘッド部材１２の凹部１４内側に配されている。
第１実施例では、保持盤１６の保持面１７が、水を介してウェーハ２０を貼着する貼着面に形成されている。保持面１７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２０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を備える。
【００１４】
２２はテンプレートであり、保持面１７に装着され、ウェーハ２０を囲うことが可能に形成されており、ウェーハ２０の横滑りを防止する。このテンプレート２２の内径は、ウェーハ２０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２２の内径と、その内径に嵌まり合うウェーハ２０の外径との寸法差が、ウェーハ２０の大きさに比べて小さい。従って、特にウェーハ２０を保持面１７に保持させる作業の自動化の際には、ウェーハ２０と、そのウェーハ２０を保持する保持盤１６とを、高い位置決め精度で位置させることを必要とする。
【００１５】
２４は吊持部材であり、第１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。
この吊持部材２４は、ヘッド部材１２と保持盤１６との間に両者に固定されて設けられている。本実施例では、吊持部材２４の外周部２４ａがヘッド部材１２の側壁部１２ａに固定され、その内周部２４ｂが保持盤１６の外縁部１６ａに固定されている。これにより、吊持部材２４は、保持盤１６をヘッド部材１２に対して上下方向及び水平方向へ移動することを許容して吊持している。
詳細には、吊持部材２４の外周部２４ａは、ヘッド部材１２の側壁部１２ａの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、吊持部材２４の内周部２４ｂは、保持盤１６の上下の部材に挟まれ、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。
【００１６】
２６は圧力室であり、ヘッド部材１２の内部を保持盤１６および吊持部材２４によって画成して設けられている。この圧力室２６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によって圧力室２６を加圧することで、保持盤１６を介してウェーハ２０を定盤５２の研磨面５０（図４参照）に押圧できる。また、圧力室２６は減圧手段３０にも連通しており、その減圧手段３０によって圧力室２６が減圧された際には、保持盤１６がヘッド部材１２の内底面に当接する方向へ吸引される。
なお、加圧手段２８には、圧力室２６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。また、減圧手段３０には、圧力室２６の減圧度を調整する減圧調整装置（図示せず）が備えられている。
【００１７】
３２は一方のテーパ嵌合部であり、ヘッド部材１２の内壁（第１実施例では内底面）にテーパ状に設けられている。この一方のテーパ嵌合部３２は、内底面から突起した状態に雄型状に形成されている。
これに対し、３４は、他方のテーパ嵌合部であり、一方のテーパ嵌合部３２に対面して保持盤１６に設けられ、減圧手段３０によって圧力室２６が減圧された際には吸引されて上方へ移動し、一方のテーパ嵌合部３２に嵌まるようにその一方のテーパ嵌合部３２とは逆のテーパに形成されている。すなわち、この他方のテーパ嵌合部３４は、雌型状に形成されている。
なお、本実施例では、一方のテーパ嵌合部３２のテーパがヘッド部材１２の軸心を中心に、他方のテーパ嵌合部３４のテーパが保持盤１６の軸心を中心にして、それぞれ一個が形成されている。しかし、本発明はこれに限られず、一方のテーパ嵌合部３２とそれに対応する他方のテーパ嵌合部３４とが、軸心から偏心して設けられていてもよいし、複数ずつ設けられていてもよい。
【００１８】
ところで、上記のウェーハの保持部１０の他に、ウェーハの研磨装置の基本的な構成としては、研磨面５０が形成された定盤５２（図３および図４参照）、ウェーハ２０表面を研磨面５０に当接させるべく保持部１０と定盤５２とを接離動させる接離動手段５４、ウェーハ２０を保持盤１６を介して押圧する押圧手段５６（第１実施例では加圧手段２８を含むエアバック機構）、ウェーハ２０が研磨面５０に当接・押圧された状態で保持部１０（ウェーハ２０）と定盤５２とを回転および／または往復動によって相対的に運動させる駆動手段５８ａ、５８ｂ、スラリー等を含む液状の研磨剤の供給手段（図示せず）等がある。
【００１９】
次に以上の構成からなるウェーハの研磨装置に関して、その作動状態について説明する。
先ず、減圧手段３０によって圧力室２６を減圧し、保持盤１６を吸引させて上方へ移動させる。これにより、一方のテーパ嵌合部３２（雄テーパ）に、他方のテーパ嵌合部３４（雌テーパ）が嵌まった状態となり、そのテーパの嵌め合い作用によって、保持盤１６が保持部１０の所定位置に正確に位置決めされて保持される。
すなわち、ヘッド部材１２の軸心と保持盤１６の軸心に若干のずれがあっても、テーパの嵌め合いによって矯正されて、保持盤１６の芯出しがされる。また、一方のテーパ嵌合部３２に他方のテーパ嵌合部３４が嵌まった状態になるため、保持盤１６が揺動することを完全に止めることができる。従って、保持盤を保持部について高い位置決め精度で好適に保持させることができる。
【００２０】
そして、その保持部１０を所定位置に位置されたウェーハ２０上へ当接するまで移動して、そのウェーハ２０を保持盤１６の保持面１７に水を介して貼着させる。
次に、保持部１０を移動して、ウェーハ２０を定盤５２の研磨面５０上に位置させる。そして、圧力室２６へ加圧手段２８によって所定圧力の流体を供給することで、保持盤１６を研磨面５０側へ押圧する。押圧前に保持盤１６に保持されたウェーハ２０が研磨面５０に対して若干傾いていたとしても、流体圧の作用で保持盤１６の全面を均等に押圧できるため、ウェーハ表面を研磨面５０に好適に追随させて均一に研磨できる。
なお、圧力調整装置によって圧力室２６へ供給する流体の圧力を調整することで、研磨条件を容易に変更できる。
【００２１】
（第２実施例）
次に第２実施例について、図２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で付した符号と同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施例では、保持盤１６Ａの保持面が、減圧吸着によってウェーハ２０を吸着する吸着面１７Ａに形成されている。３６は真空装置であり、保持盤１６Ａに多数設けられた吸引孔３８、その吸引孔３８に連通して真空装置３６に接続された連通管路３７を介して吸引し、ウェーハ２０を吸着面１７Ａに吸着できるように構成されている。
また、ヘッド部材１２は、筒状側壁部１２ａと平板壁部１２ｂによって構成されており、筒状側壁部１２ａと平板壁部１２ｂの継ぎ合わせは、Ｏ−リング４０によって気密されている。
【００２２】
そして、一方のテーパ嵌合部３２Ａが、筒状側壁部１２ａの内面に雌型状に形成されている。また、他方のテーパ嵌合部３４Ａが、保持盤１６Ａの外周部に雄型状に形成されている。
また、２９は圧力室用配管であり、加圧手段２８の圧力源（コンプレッサ）と圧力室２６とを連通していると共に、減圧手段３０の減圧源（真空装置）と圧力室２６とを連通している。なお、加圧手段２８には、圧力室２６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）が備えられ、減圧手段３０には、圧力室２６の減圧度を調整する減圧調整装置（図示せず）が備えられている。
以上のように構成された場合にも、テーパによる嵌め合いを利用して保持盤１６Ａを保持部１０Ａの所定位置に好適に位置決めして保持でき、第１実施例と同等の効果を得ることができる。
【００２３】
以上に説明した実施例では、空気圧によって保持盤１６（又は１６Ａ）を介してウェーハ２０を研磨面５０に押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。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、ヘッド部材の内部を保持盤および吊持部材によって画成して設けられた圧力室を加圧手段によって加圧することで、保持盤を介してウェーハ表面を定盤の研磨面に押圧して好適に研磨できる。
そして、減圧手段によって圧力室を減圧することで、ヘッド部材の内壁に設けられた前記一方のテーパ嵌合部に、保持盤に形成された前記他方のテーパ嵌合部を吸引・嵌合させて、保持盤を保持部の所定位置に正確に位置決めして保持できる。すなわち、ヘッド部材の軸心と保持盤の軸心に若干のずれがあっても、テーパの嵌め合いによって矯正されて、保持盤の芯出しがされる。また、一方のテーパ嵌合部に他方のテーパ嵌合部が嵌まった状態になるため、保持盤が揺動することを完全に止めることができる。
これにより、本発明によれば、ウェーハを保持盤の保持面に位置決め精度よく適切に保持させることが可能となり、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一実施例を示す断面図である。
【図２】本発明に係るウェーハの研磨装置の他の実施例を示す断面図である。
【図３】本発明に係るウェーハの研磨装置の全体構成を説明する側面図である。
【図４】従来の技術を示す側面図（一部断面図）である。
【符号の説明】
１０保持部
１２ヘッド部材
１４凹部
１６保持盤
１７保持面
２０ウェーハ
２２テンプレート
２４吊持部材
２６圧力室
２８加圧手段
３０減圧手段
３２一方のテーパ嵌合部
３４他方のテーパ嵌合部
５０研磨面
５２定盤

Claims

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おいて、
前記保持部が、
凹部が設けられたヘッド部材と、
該ヘッド部材の凹部内側に配され、ウェーハが保持される保持面を有する保持盤と、
前記ヘッド部材と前記保持盤との間に両者に固定されて設けられ、保持盤をヘッド部材に対して上下方向及び水平方向へ移動することを許容して吊持し、前記ヘッド部材の内部を前記保持盤と共に画成して圧力室を形成する吊持部材と、
前記圧力室へ所定圧力の流体を供給し、前記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加圧手段と、
前記圧力室を減圧する減圧手段と、
前記ヘッド部材の内壁にテーパ状に設けられた一方のテーパ嵌合部と、
該一方のテーパ嵌合部に対面して前記保持盤に設けられ、前記減圧手段によって前記圧力室が減圧された際には吸引されて、前記一方のテーパ嵌合部に嵌まるように該一方のテーパ嵌合部とは逆のテーパに形成された他方のテーパ嵌合部とを具備することを特徴とするウェーハの研磨装置。
前記一方のテーパ嵌合部が雄型状に形成され、前記他方のテーパ嵌合部が雌型状に形成さ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。
前記一方のテーパ嵌合部が雌型状に形成され、前記他方のテーパ嵌合部が雄型状に形成さ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。
前記一方のテーパ嵌合部のテーパが前記ヘッド部材の軸心を中心にして形成され、前記他方のテーパ嵌合部のテーパが前記保持盤の軸心を中心にして形成されたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のウェーハの研磨装置。
前記保持盤の保持面は、水を介してウェーハを貼着する貼着面に形成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のウェーハの研磨装置。
前記保持盤の保持面は、減圧吸着によってウェーハを吸着する吸着面に形成されていることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のウェーハの研磨装置。