JPH0691522A

JPH0691522A - 研磨装置

Info

Publication number: JPH0691522A
Application number: JP24035092A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yui; 肇油井; Toru Matsuzaki; 融松崎
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-09
Filing date: 1992-09-09
Publication date: 1994-04-05

Abstract

(57)【要約】【目的】被研磨部材にかかる圧力分布を均一にして、
被研磨部材が研磨パッドに均一に加圧されるようにし、
また、研磨後の被研磨部材の取り外しを容易にする。【構成】外周部が下方に向かって突起している研磨ヘ
ッド１にトップリング６を結合し、この結合部に張設リ
ング（張設手段）１１によって張力を与えられたダイヤ
フラム８を固定し、加圧室９が加圧されることで、ダイ
ヤフラム８の下面に設けられた研磨プレート１３に保持
されたウエハ（被研磨部材）１６を研磨パッド１５側に
加圧する。そして、加圧室９を加圧する流体圧を可変と
し、研磨ヘッド１とトップリング６とダイヤフラム８と
を一体的に昇降可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、研磨装置に関し、特に
半導体ウエハを平坦に研磨するための研磨装置に適用し
て有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、たとえば、半導体ウエハの研磨装
置は、図６のように、中央部に図示しない加圧装置と連
結された圧力パイプ３３を有する研磨ヘッド３１と密着
された研磨プレート４３に、複数のウエハ（被研磨部
材）４６を保持させ、このウエハ（被研磨部材）４６を
研磨盤４４に貼り付けられた研磨パッド４５へ加圧して
行うものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、研磨ヘッド３
１や研磨プレート４３は必ずしも平坦面ではないので、
この従来の研磨装置によれば、ウエハ（被研磨部材）４
６にかかる圧力が不均一な分布となってしまう場合があ
る。

【０００４】また、前記のように、加圧装置と連結され
た圧力パイプ３３が研磨ヘッド３１の中央部に位置して
いるので、図６のように、加圧により研磨ヘッド３１と
研磨プレート４３が凹状に変形し、保持されたウエハ
（被研磨部材）４６は、研磨パッド４５に対して均一に
加圧されなくなる。

【０００５】したがって、このような状態でウエハ（被
研磨部材）４６の研磨を行うと、研磨されたウエハ（被
研磨部材）４６の平坦度が悪化するという問題点があ
る。

【０００６】ことに、今日のようにウエハの大径化が進
む中においては、これらの原因による研磨されたウエハ
（被研磨部材）４６の平坦度の悪化は、重大な問題とな
ってきている。

【０００７】さらに、従来の研磨装置では、前記のよう
に研磨ヘッド３１と研磨プレート４３とが密着している
ので、研磨後のウエハ（被研磨部材）４６の取り外しが
困難で、作業性が悪かった。

【０００８】そこで、本発明の目的は、研磨ヘッドの平
坦度を問わず、被研磨部材にかかる圧力分布を均一にす
ることのできる研磨装置に関する技術を提供することに
ある。

【０００９】本発明の他の一つの目的は、研磨プレート
を平坦に保って、被研磨部材を研磨パッドに均一に加圧
することのできる研磨装置に関する技術を提供すること
にある。

【００１０】また、本発明のさらに他の目的は、ウエハ
の大径化など被研磨部材の研磨面積の増大化における被
研磨部材の研磨精度を向上させることのできる研磨装置
に関する技術を提供することにある。

【００１１】そして、本発明のさらに他の目的は、研磨
後の被研磨部材の取り外しを容易にすることのできる研
磨装置に関する技術を提供することにある。

【００１２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかにな
るであろう。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を説明すれば、次の通
りである。

【００１４】すなわち、外周部が下方に向かって突起し
ている研磨ヘッドにトップリングを結合し、この結合部
にダイヤフラムの外周縁を挟んで固定し、研磨ヘッドと
ダイヤフラムとで形成された加圧室が加圧されること
で、ダイヤフラムの下面に設けられた研磨プレートに保
持された被研磨部材が研磨パッド側に加圧される研磨装
置である。

【００１５】また、前記加圧室を加圧する流体圧が可変
となっていて、前記研磨ヘッドとトップリングとダイヤ
フラムとが一体的に昇降可能となっている研磨装置であ
る。

【００１６】さらに、前記ダイヤフラムが、張設手段に
よって張力が与えられている研磨装置である。

【００１７】そして、研磨ヘッドに弾性体の保持部材を
設けて、この保持部材を前記研磨ヘッドと研磨プレート
との間に介在させた研磨装置である。

【００１８】

【作用】以上のような構成の研磨装置によれば、研磨プ
レートはダイヤフラムにより加圧されているので、加圧
により研磨ヘッドが変形しても、研磨プレートは平坦な
ままに保たれる。

【００１９】また、研磨プレートが平坦でない場合に
は、研磨プレートと接触しているダイヤフラムが研磨プ
レートの凹凸に合わせて変形し、このとき、加圧室内の
圧力はダイヤフラムの変形にしたがって研磨プレートに
均一に作用する。

【００２０】したがって、研磨ヘッドの変形等とは無関
係に、研磨プレートに保持された被研磨部材は研磨パッ
ドに対して均一に加圧される。

【００２１】さらに、研磨された被研磨部材を取り外す
ときには、相互に固定された研磨ヘッド、パイプ、トッ
プリングおよびダイヤフラムを上昇させると同時に、加
圧室内の圧力をさらに上げてダイヤフラムを逆凸状に変
形させることで研磨プレートをダイヤフラムから離脱さ
せ、研磨プレートに保持された被研磨部材を取り外す。

【００２２】また、変位の繰り返しによりダイヤフラム
に発生した撓みやゆがみ等は、張設手段に吸収されるの
で、ダイヤフラムの研磨プレートとの接触面は、常に平
坦面に保たれる。

【００２３】同様に、研磨ヘッドと研磨プレートとの間
に弾性体よりなる保持部材が介在されている研磨装置に
おいても、この保持部材により研磨プレートの凹凸等が
吸収されるので、研磨プレートに保持された被研磨部材
は研磨パッドに対して均一に加圧される。

【００２４】そして、この研磨装置においては、研磨さ
れた被研磨部材を取り外すときには、研磨ヘッドを上昇
させて研磨プレートを保持部材から離脱させ、研磨プレ
ートに保持された被研磨部材を取り外す。

【００２５】

【実施例１】図１は、本発明の一実施例である研磨装置
を示す要部断面図、図２および図３は、その研磨装置に
よる被研磨部材の加圧状態を示す説明図、図４は、その
研磨装置における研磨プレートの取り外し方法を示す説
明図である。

【００２６】まず、図１に基づき、本実施例の研磨装置
の構成について説明する。

【００２７】研磨ヘッド１の上部には貫通孔２が開設さ
れ、ここに図示しない加圧装置と連結された圧力パイプ
３が固定されており、その途中には、圧力調整装置４が
設けられている。そして、この圧力調整装置４の近傍に
は、圧力調整装置４から送られる水、オイル等の液体を
一定圧にコントロールできるように、圧力計５が取り付
けられている。

【００２８】この研磨ヘッド１は、外周部が下方に向か
って突起しており、トップリング６が固定ボルト７によ
ってこの研磨ヘッド１の外周部と結合され、この研磨ヘ
ッド１とトップリング６との結合部には、外周縁が研磨
ヘッド１とトップリング６とに挟まれて固定されたダイ
ヤフラム８が装着されている。

【００２９】そして、このダイヤフラム８と研磨ヘッド
１との間に形成された加圧室９に、前記貫通孔２より圧
力調整装置４から送られる液体が流入し、加圧室９が加
圧されて、ダイヤフラム８が変位されるようになってい
る。

【００３０】このダイヤフラム８は、張設ボルト１０に
締め付けられた張設リング１１（張設手段）による張力
が与えられ、撓みやゆがみ等が取り除かれて平坦面とさ
れており、また、このダイヤフラム８と接して、前記加
圧室９内の気密性を保つためのＯリング（シール部材）
１２が装着されている。

【００３１】ここで、相互に固定された研磨ヘッド１，
圧力パイプ３，トップリング６およびダイヤフラム８
は、たとえばモータやシリンダ装置のような昇降装置
（図示せず）により、一体的に昇降可能なようになって
いる。

【００３２】この加圧室９の加圧によって変位されるダ
イヤフラム８の下面には、ダイヤフラムに加圧される研
磨プレート１３が位置し、さらに、この研磨プレート１
３の下面に、研磨盤１４に貼り付けられた研磨パッド１
５へ加圧されるウエハ（被研磨部材）１６が保持されて
いる。

【００３３】なお、この研磨パッド１５の上には研磨剤
パイプ１７ａによって送られてきた研磨剤１７が流さ
れ、研磨プレート１３に保持されて加圧されたウエハ
（被研磨部材）１６が、この研磨パッド１５と研磨剤１
７とにより鏡面状態に研磨されるようになっている。

【００３４】次に、図２、図３および図４に基づき、本
実施例の研磨装置の作用について説明する。

【００３５】まず、ウエハ（被研磨部材）１６が保持さ
れた研磨プレート１３を、ウエハ（被研磨部材）１６の
保持面を下方にして、ダイヤフラム８の下面に装着す
る。

【００３６】次に、図示しない加圧装置を操作して、圧
力調整装置４および圧力計５によって調圧された液体が
研磨ヘッド１の貫通孔２から加圧室９に流入すると、加
圧室９内の加圧によりダイヤフラム８が下方に変位し
て、研磨プレート１３が加圧される。

【００３７】すると、この研磨プレート１３に保持され
たウエハ（被研磨部材）１６は研磨パッド１５側に加圧
され、この状態で研磨装置を作動させると、ウエハ（被
研磨部材）１６は、研磨装置の回転運動とともに、研磨
パッド１５と研磨剤１７とによって鏡面状態に研磨され
る。

【００３８】ここで、研磨プレート１３はダイヤフラム
８により加圧されているので、加圧により研磨ヘッド１
が凹状に変形しても、図２のように、加圧室９の形状も
研磨ヘッド１に合わせて凹状に変形し、よって、研磨プ
レート１３は平坦なままに保たれる。

【００３９】したがって、研磨ヘッド１の変形とは無関
係に、そして、研磨ヘッド１の平坦度とも無関係に、研
磨プレート１３に保持されたウエハ（被研磨部材）１６
は、研磨パッド１５に対して均一に加圧されることとな
る。

【００４０】また、前記のように、研磨プレート１３は
ダイヤフラム８と接触しているので、研磨プレート１３
が平坦でない場合には、図３のように、ダイヤフラム８
の研磨プレート１３との接触面が研磨プレート１３の凹
凸に合わせて変形し、一方、加圧室９内の圧力はダイヤ
フラム８の変形にしたがって研磨プレート１３に均一に
作用する。

【００４１】したがって、研磨プレート１３の平坦度と
も無関係に、研磨プレート１３に保持されたウエハ（被
研磨部材）１６は、研磨パッド１５に対して均一に加圧
されることとなる。

【００４２】ウエハ（被研磨部材）１６の研磨後、その
研磨されたウエハ（被研磨部材）１６を取り外すときに
は、図４のように、相互に固定された研磨ヘッド１，圧
力パイプ３，トップリング６およびダイヤフラム８を上
昇させると同時に、加圧室９内の圧力をさらに上げてダ
イヤフラム８を逆凸状に変形させる。

【００４３】これにより、ダイヤフラム８と研磨プレー
ト１３との接触面が少なくなり、研磨プレート１３がダ
イヤフラム８から容易に離脱され、この離脱された研磨
プレート１３に保持されたウエハ（被研磨部材）１６を
研磨プレート１３から取り外す。

【００４４】なお、加圧室９が繰り返し加圧され、その
結果ダイヤフラム８が繰り返し変位されると、ダイヤフ
ラム８に撓み、ゆがみ、うねり等が発生することが考え
られる。

【００４５】しかし、本実施例の研磨装置においては、
張設ボルト１０に締め付けられた張設リング１１によっ
て、ダイヤフラム８に張力が与えられているので、発生
した撓み等は張設リング１１に吸収され、ダイヤフラム
８の研磨プレート１３との接触面は常に平坦面に保たれ
る。

【００４６】

【実施例２】図５は、本発明の他の実施例である研磨装
置を示す要部断面図である。

【００４７】本実施例の研磨装置は、研磨ヘッド１８に
弾性体よりなる保持部材１９を設け、この保持部材１９
を研磨ヘッド１８と研磨プレート２０との間に介在させ
たものよりなり、この研磨プレート２０の下面にウエハ
（被研磨部材）２１が保持されている。

【００４８】そして、研磨ヘッド１８は、図示しない加
圧装置により加圧されるようになっていて、たとえばモ
ータやシリンダ装置のような昇降装置（図示せず）によ
り昇降可能とされている。

【００４９】本実施例の研磨装置においては、研磨ヘッ
ド１８と研磨プレート２０との間に弾性体よりなる保持
部材１９が介在されているので、この保持部材１９によ
り加圧時の研磨ヘッド１８の変形や研磨プレート２０の
凹凸等が吸収され、研磨プレート２０に保持されたウエ
ハ（被研磨部材）２１は研磨パッド２２に対して均一に
加圧される。

【００５０】そして、この研磨装置において、研磨され
たウエハ（被研磨部材）２１を取り外すときには、研磨
ヘッド１８を上昇させて研磨プレート２０を保持部材１
９から離脱させ、研磨プレート２０に保持されたウエハ
（被研磨部材）２１を取り外すこととなる。

【００５１】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることは言うまでもない。

【００５２】たとえば、前記実施例においては、加圧手
段として水やオイル等の液体を用いた場合について説明
したが、空気等の気体をこれに用いることも可能であ
り、また、研磨プレートへの被研磨部材の保持方法は、
ワックス方式またはワックスレス方式のいずれを用いる
ことも可能である。

【００５３】さらに、本発明の研磨装置は、化合物半導
体を含む半導体ウエハの研磨への適用にとどまらず、た
とえば磁気ディスクの研磨装置等、研磨装置一般に広く
用いることができる。

【００５４】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下
記の通りである。

【００５５】(1).すなわち、請求項１記載の発明によれ
ば、研磨プレートはダイヤフラムにより加圧されている
ので、研磨ヘッドが平坦でない場合や加圧により研磨ヘ
ッドが変形した場合でも、研磨プレートは平坦なままに
保たれる。したがって、研磨プレートに保持された被研
磨部材は、研磨パッドに対して均一に加圧される。

【００５６】(2).また、研磨プレートが平坦でない場合
には、ダイヤフラムが研磨プレートの凹凸に合わせて変
形し、このとき、加圧室内の圧力はダイヤフラムの変形
にしたがって研磨プレートに均一に作用する。したがっ
て、研磨プレートが平坦でない場合でも、保持された被
研磨部材は、研磨パッドに対して均一に加圧される。

【００５７】(3).そして、被研磨部材への圧力分布が均
一になることで、研磨された被研磨部材の平坦度が向上
し、したがって、被研磨部材の平坦度歩留りが向上す
る。

【００５８】(4).その結果、研磨面積の大きな被研磨部
材を研磨する場合においても、研磨された被研磨部材の
平坦度の向上が図れ、たとえば、大口径の半導体ウエハ
の研磨においても好適な研磨装置とすることができる。

【００５９】(5).請求項２記載の発明によれば、加圧室
を加圧する流体圧を可変とし、相互に固定された研磨ヘ
ッド、トップリングおよびダイヤフラムを一体的に昇降
可能とすることで、ダイヤフラムと研磨プレートとの接
触面を少なくでき、研磨プレートがダイヤフラムから離
脱されるので、研磨プレートに保持された被研磨部材の
取り外しが容易、迅速となり、作業性が向上する。

【００６０】(6).請求項３記載の発明によれば、張設ボ
ルトに締め付けられた張設リング（張設手段）によっ
て、ダイヤフラムに発生した撓み、ゆがみ、うねり等が
吸収されるので、ダイヤフラムの研磨プレートとの接触
面は安定して平坦面に保たれ、したがって、研磨プレー
トに保持された被研磨部材は、常に、研磨パッドに対し
て均一に加圧される。

【００６１】(7).請求項４記載の発明によれば、研磨ヘ
ッドと研磨プレートとの間に介在された保持部材によ
り、加圧時の研磨ヘッドの変形や研磨プレートの凹凸等
が吸収されるので、研磨プレートに保持された被研磨部
材は研磨パッドに対して均一に加圧される。

【００６２】(8).また、請求項４記載の発明において
も、請求項１記載の発明と同様に、被研磨部材への圧力
分布が均一になり、被研磨部材の平坦度歩留りが向上
し、また、たとえば大口径の半導体ウエハの研磨におい
ても好適な研磨装置とすることができる。

【００６３】(9).さらに、請求項５記載の発明によれ
ば、研磨ヘッドを上昇させて研磨プレートを保持部材か
ら離脱できるので、請求項２記載の発明と同様に、研磨
プレートに保持された被研磨部材の取り外しが容易、迅
速となり、作業性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の研磨装置を示す要部断面図
である。

【図２】図１の研磨装置による被研磨部材の加圧状態を
示す説明図である。

【図３】図１の研磨装置による被研磨部材の加圧状態を
示す説明図である。

【図４】図１の研磨装置における研磨プレートの取り外
し方法を示す説明図である。

【図５】本発明の実施例２の研磨装置を示す要部断面図
である。

【図６】従来の研磨装置による被研磨部材の加圧状態を
示す説明図である。

【符号の説明】

１研磨ヘッド２貫通孔３圧力パイプ４圧力調整装置５圧力計６トップリング７固定ボルト８ダイヤフラム９加圧室１０張設ボルト１１張設リング（張設手段）１２Ｏリング（シール部材）１３研磨プレート１４研磨盤１５研磨パッド１６ウエハ（被研磨部材）１７研磨剤１７ａ研磨剤パイプ１８研磨ヘッド１９保持部材２０研磨プレート２１ウエハ（被研磨部材）２２研磨パッド３１研磨ヘッド３３圧力パイプ４３研磨プレート４４研磨盤４５研磨パッド４６ウエハ（被研磨部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周部が下方に向かって突起している研
磨ヘッドと、前記研磨ヘッドの外周部に固定されるトッ
プリングと、前記研磨ヘッドと前記トップリングとの結
合部に外周縁が挟まれて固定されたダイヤフラムと、前
記研磨ヘッドと前記ダイヤフラムとで形成され、前記研
磨ヘッドに開設された貫通孔を通して流体により加圧さ
れる加圧室と、前記ダイヤフラムの下面に設けられた研
磨プレートとを有し、前記加圧室が加圧されることで、
前記研磨プレートに保持された被研磨部材が研磨パッド
側に加圧されることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記加圧室を加圧する流体の圧力が可変
となっていて、前記研磨ヘッドと前記トップリングと前
記ダイヤフラムとが一体的に昇降可能となっていること
を特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】前記ダイヤフラムが、張設手段によって
張力が与えられていることを特徴とする請求項１または
２記載の研磨装置。
【請求項４】研磨ヘッドに弾性体よりなる保持部材を
設け、前記保持部材を前記研磨ヘッドと研磨プレートと
の間に介在させたことを特徴とする研磨装置。
【請求項５】前記研磨ヘッドが昇降可能となっている
ことを特徴とする請求項４記載の研磨装置。