JPH0929617A

JPH0929617A - 研磨装置

Info

Publication number: JPH0929617A
Application number: JP17460295A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Inada; 安雄稲田; Takaaki Sakai; 孝昭酒井
Original assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Current assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-02-04
Anticipated expiration: 2015-07-11
Also published as: JP3279875B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ワークが傷つくことを防止でき、ワーク全面
を均一に研磨してワーク表面の平坦度を向上できる研磨
装置を提供すること。【構成】表面にウェーハ２４を研磨する研磨面６０が
形成された定盤５６と、ウェーハ２４を研磨面６０に押
圧する押圧部と、押圧部によって研磨面６０に押圧され
たウェーハ２４と定盤６０とを相対的に運動させる運動
機構とを備え、ウェーハ２４の表面を研磨する研磨装置
において、押圧部に設けられ、ウェーハ２４を研磨面６
０へ押圧するように押圧部の表面から研磨面側６０へ向
かって流体を噴出する噴出口３６と、噴出口３６から噴
出する流体を供給する噴出流体供給手段とを具備する。

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、さら
に詳細には表面にワークを研磨する研磨面が形成された
定盤と、ワークを前記研磨面に押圧する押圧部と、該押
圧部によって前記研磨面に押圧されたワークと前記定盤
とを相対的に運動させる運動機構を備え、ワークの表面
を研磨する研磨装置に関する。この研磨装置としては、
例えば半導体チップ用のウェーハ表面を鏡面研磨するた
めに用いるウェーハの研磨装置がある。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化が進むに伴
い、その基板であるシリコンウェーハの平坦度や表面品
質の向上が厳しく要求されている。また、そのウェーハ
表面にデバイスを形成した際に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、ウェーハ表面を一層高精度に鏡面研磨できる
もの、または、表面を基準とする高精度な研磨のできる
ものが要求されている。

【０００３】従来、ウェーハの研磨装置には、ウェーハ
表面の全面が、そのウェーハ表面に接触する定盤の研磨
面へ、均等な圧力で押圧できるように、ウェーハを押圧
する押圧部がエアバック機能を備えるものがある。その
研磨装置の保持部の一例を、図３に基づいて以下に説明
する。図３に示すように、回転する定盤５６上に軟質弾
性繊維からなる研磨布５８を接着して研磨面６０が形成
され、その上方には回転および上下動可能な押圧部４１
が設けられている。その押圧部４１は、下方に向けて開
放する凹状のヘッド部材１１と、外側部１３ａがヘッド
部材１１の内底面に固定されると共に内側部１３ｂが盤
状部材１７に固定されて盤状部材１７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１３と、ヘッド部材１１の内部を盤状部材１
７および板状の弾性部材１３によって画成して設けられ
る密閉空間である圧力室１９と、圧力室１９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、２７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２７は、盤状部材１７の外周面と
前記外壁側部１１ａの内周面との間に配され、盤状部材
１７のヘッド部材１１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、盤状部材１７に水
張り等で保持されたウェーハ２４の表面は、板状の弾性
部材１３のエアバック作用によって、研磨面６０の傾斜
に素早く追随できると共に、そのようにウェーハ２４が
研磨面６０の傾斜に追随した状態においても、ウェーハ
２４の全面を研磨面６０に均等な圧力で押圧できる。こ
のため、ウェーハ２４の高い平行度及び平坦度を維持し
つつウェーハの表面を好適に鏡面研磨できる。なお、盤
状部材１７の表面には、ウェーハ２４を確実に水張りで
きるように、一般的に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、盤状部材１７を介してウェー
ハ２４を間接的に押圧しているから、盤状部材１７の平
坦度の精度、盤状部材１７に加圧力が作用した際の変形
による寸法変化、およびバッキング材の厚さの精度等に
よる影響を受け易く、ウェーハ２４の全面を、非常に高
い精度で研磨することは難しいという課題があった。ま
た、ウェーハ２４の外周部が多く研磨される傾向にあ
り、いわゆる外周のダレが発生し易く、ウェーハ２４の
全面について非常に高い精度の平坦度が要求される場合
には対応できないという課題があった。そして、ウェー
ハ２４はバッキング材が当接して研磨面に押圧されるた
め、ウェーハ２４とバッキング材の間に異物が入り、ウ
ェーハ２４を傷つけてしまうという課題もあった。

【０００６】本発明の目的は、ワークが傷つくことを防
止でき、ワーク全面を研磨面へ均等に押圧することによ
ってワーク全面を均一に研磨し、ワーク外周のダレを防
止すると共に、ワーク表面の平坦度を向上できる研磨装
置を提供することにある。

【０００７】

【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、
表面にワークを研磨する研磨面が形成された定盤と、ワ
ークを前記研磨面に押圧する押圧部と、該押圧部によっ
て前記研磨面に押圧されたワークと前記定盤とを相対的
に運動させる運動機構とを備え、ワークの表面を研磨す
る研磨装置において、前記押圧部に設けられ、ワークを
前記研磨面へ押圧するように押圧部の表面から研磨面側
へ向かって流体を噴出する噴出口と、前記噴出口から噴
出する流体を供給する噴出流体供給手段とを具備するこ
とを特徴とする。

【０００８】また、表面にワークを研磨する研磨面が形
成された定盤と、ワークを前記研磨面に押圧する押圧部
と、該押圧部によって前記研磨面に押圧されたワークと
前記定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備え、ワ
ークの表面を研磨する研磨装置において、前記押圧部
が、下方に向けて開放する凹部を備えるヘッド部材と、
該ヘッド部材の凹部内側に配された盤状部材と、一方側
が前記ヘッド部材の壁部に固定されると共に、他方側が
前記盤状部材に固定され、該盤状部材を上下方向及び水
平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する弾性
部材と、前記ヘッド部材の内部を前記盤状部材および前
記弾性部材によって画成して設けられる圧力室と、該圧
力室に圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、前記盤
状部材に設けられ、ワークを前記研磨面へ押圧するよう
に盤状部材の表面から研磨面側へ向かって流体を噴出す
る噴出口と、前記噴出口から噴出する流体を供給する噴
出流体供給手段とを具備することで、ワークを研磨面へ
より均等に押圧できる。

【０００９】また、前記圧力流体供給手段には前記圧力
室へ供給する流体の圧力を調整する圧力流体調整装置が
備えられ、前記噴出流体供給手段には前記噴出口から噴
出する流体の圧力を調整する噴出流体調整装置が備えら
れていることで、種々の研磨条件に好適に対応できる。

【００１０】また、前記噴出口がワークに対応する位置
に複数配設されていることで、ワークを研磨面へバラン
スよく均等に押圧できる。

【００１１】また、前記押圧部に噴出口およびワークを
囲うようにリング状に設けられ、ワークが前記研磨面に
押圧される際に、押圧部と研磨面とによって挟圧され、
噴出口から噴出する流体の流れを規制するリング部材を
備えることで、噴出する流体が無駄に流出することを防
止できる。

【００１２】

【作用】請求項１にかかる発明によれば、押圧部に設け
られた噴出口から、ワークを定盤の研磨面に押圧するよ
うに押圧部の表面から研磨面側へ向かって、流体を噴出
できる。押圧部とワークの間に流体が介在して、ワーク
が研磨面に押圧されるため、ワークと押圧部とが接触し
てワークを傷つけることを防止できる。そして、ワーク
を押圧するのは流体圧であり、流体圧はワーク全面に対
して等圧力に作用できる。従って、ワーク全面を均一に
研磨し、ワーク外周のダレを防止すると共に、ワーク表
面の平坦度を向上できる。また、請求項２にかかる発明
によれば、盤状部材がヘッド部材の内部での移動が微小
範囲内で許容されるように弾性部材に吊持され、圧力室
に圧力流体を供給することで、盤状部材を研磨面に追随
させて押圧できると共に、盤状部材に設けられた噴出口
から、流体を噴出することで、研磨面にワークを押圧で
きる。すなわち、圧力室の圧力で盤状部材を研磨面へ均
等な圧力で押圧し、盤状部材と定盤表面の平行度を高い
精度で確保し、加えて、噴出する流体の圧力でワークを
直接的に押圧できるため、さらに高い精度にワークを研
磨面へ均等に押圧できる。従って、ワーク全面を均一に
研磨することができる。

【００１３】

【実施例】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。図１はウェーハの研磨装置の押圧部４
１ａの構成を示す正面断面図であり、図２は図１のウェ
ーハの研磨装置によってウェーハ２４を研磨する状態を
示す要部拡大正面断面図である。１０はヘッド部材であ
り、下方へ開放する凹状に形成されており、ワークであ
るウェーハ２４を押圧する押圧部の外郭部として設けら
れている。このヘッド部材１０は、本実施例では、ヘッ
ド部材１０は平板壁部１０ｂと筒状側壁部１０ｃによっ
て構成されており、平板壁部１０ｂと筒状側壁部１０ｃ
の継ぎ合わせは、Ｏ−リング１１によって気密されてい
る。１２は盤状部材であり、ウェーハを押圧するための
押圧部材の一態様である。この盤状部材１２は、ヘッド
部材１０の凹部内側に配されている。

【００１４】１４は弾性部材の一態様である板状の弾性
部材であり、例えば硬質のゴム板材（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。外側部１４ａがヘッド部材１０の内底面に固定され
ると共に内側部１４ｂが盤状部材１２に固定されてい
る。これにより、板状の弾性部材１４は、盤状部材１２
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
能に吊持している。板状の弾性部材１４の外側部１４ａ
は、ヘッド部材１０の内底面１０ａへ、ボルト（図示せ
ず）の締め付けでリング部材１６によって挟さまれて固
定される。また、板状の弾性部材１４の内側部１４ｂ
は、ボルト（図示せず）の締め付けで押さえリング１８
に挟まれて盤状部材１２に固定されている。

【００１５】２０は圧力室であり、ヘッド部材１０の内
部を盤状部材１２および板状の弾性部材１４によって画
成して設けられている。この圧力室２０内へは、所定圧
力の流体が圧力流体供給手段（図示せず）によって供給
される。２２は第１配管であり、圧力流体供給手段の圧
力源と圧力室２０を連通している。前記圧力流体供給手
段には、圧力室２０へ供給される流体の圧力を調整する
圧力流体調整装置（図示せず）が備えられている。な
お、圧力流体としては、空気または水等を利用できる。
２６はリング状の弾性部材であり、例えばゴム等により
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２６は、盤状部材１２の外周面と筒状側壁部
１０ｃの内周面の双方に当接するように配設され、盤状
部材１２の水平方向の移動を微小範囲内で許容してい
る。これにより、ウェーハが研磨される際に発生する水
平方向（特に径方向）への作用力を吸収することができ
る。

【００１６】３２は流体室であり、盤状部材１２を構成
する上盤部１２ａと下盤部１２ｂの間に設けられた空間
である。この流体室３２内へは、所定圧力の流体が噴出
流体供給手段（図示せず）によって供給される。なお、
この噴出流体供給手段の圧力源は、第２配管３３、管継
手３４を介して流体室３２に連通している。また、噴出
流体供給手段には流体室３２へ供給される流体の圧力を
調整する噴出流体調整装置（図示せず）が備えられてい
る。３０はバッキング材であり、盤状部材１２の外表面
に貼着されている。このバッキング材３０は、弾性に富
むと共に吸着性に富む表面を有するシート状の部材であ
る。このバッキング材３０の表面を利用して、水の表面
張力によってウェーハ２４を吸着させ、盤状部材１２に
保持させることができる。なお、本実施例では、盤状部
材１２の表面にバッキング材３０を設けたが、このバッ
キング材３０に代えて、フィルム材層またはコーティン
グ層の表面を平坦性を出すように仕上げた薄膜部を設け
ることはもとより、盤状部材１２の表面をそのまま利用
してウェーハ２４を押圧できるのは勿論である。

【００１７】３６は噴出口であり、下盤部１２ｂとバッ
キング材３０を貫通して設けられている。この噴出口３
６は下盤部１２ｂにウェーハ２４の全面に対応して均一
に位置するように多数設けられている。この噴出口３６
から、図２に示すように研磨面６０側へ向かって流体を
噴出することで、ワーク２４を研磨面６０へ押圧でき
る。なお、噴出する流体としては、空気または水を利用
できる。また、流体室３２を減圧することでウェーハ２
４を吸引して搬送する場合には、本実施例のようなバッ
キング材を要せず、盤状部材１２の表面にフィルム材層
或いはコーティング層を設けてウェーハ２４の保護をし
てもよい。

【００１８】２８は凹部であり、ヘッド部材１０に設け
られている。この凹部２８はヘッド部材１０の周方向に
所定の間隔をおいて複数が設けられている。３８はピン
状部材であり、盤状部材１２に、凹部２８に対応して所
定の間隔をおいて複数が立設されている。ピン状部材３
８は、前記凹部２８へ挿入されて係合する凸部の一態様
である。このピン状部材３８は、フランジ状の先端部３
８ａを備えており、凹部２８を形成する内底面２８ａと
内径部２８ｂとの間で移動が規制される。これにより、
盤状部材１２の上下方向の移動が規制されている。ま
た、ピン状部材の先端部３８ａは、凹部２８に対して所
定の微小範囲内で相対的に移動可能に遊嵌された状態で
係合する係合部として作用する。従って、ヘッド部材１
０と盤状部材１２との微小範囲の相対的移動を許容し、
板状の弾性部材１４に作用する複合力を緩和することが
できる。これにより、板状の弾性部材が損傷することを
防止でき、結果的にエアーバック機能の低下を防止でき
る。なお、本実施例では、盤状部材１２（保持部材）側
にピン状部材３８（係合部）が設けられ、ヘッド部材１
０側に凹部２８（被係合部）が設けられているが、逆
に、保持部材に被係合部を設け、ヘッド部材１０側に係
合部が設けられてもよい。

【００１９】４０はテンプレートであり、盤状部材４０
の外側表面（下面）に装着され、複数の噴出口３６およ
びウェーハ２４を囲うようにリング状に形成されてお
り、ウェーハ２４の横滑りを防止する。また、このテン
プレート４０は、ウェーハ２４が研磨面６０に押圧され
た際に、押圧部の盤状部材４０と研磨面６０とによって
挟圧され、噴出口から噴出する流体の流れを規制するリ
ング部材として作用する。規制される流体の流れは、テ
ンプレート４０の研磨面６０に押圧される圧力で調整で
きる。ウェーハ２４を押圧する噴出する流体の圧力を好
適に確保できる。テンプレート４０の厚さは、ウェーハ
２４の厚さと同等に設定されている（本実施例では、ウ
ェーハ２４の厚さよりも若干薄く設けられている）。な
お、研磨剤（砥粒を含む液状の研磨剤）がテンプレート
４０内に好適に供給されるように、テンプレート４０の
表面に複数の溝を設けてもよい。このようにテンプレー
ト４０を設けることで、盤状部材１２が、そのテンプレ
ート４０によって定盤５６の研磨面６０に受けられる
（図２参照）ため、ウェーハ２４の外周のダレが発生す
ることを防止できる。

【００２０】なお、上記のウェーハの押圧部、およびウ
ェーハの押圧部に設けられてウェーハ２４を研磨面６０
に所定の押圧力で押圧する押圧手段の他に、ウェーハの
研磨装置の基本的な構成としては、表面に研磨面６０が
形成された定盤５６（図２および図３参照）、ウェーハ
表面を研磨面６０に当接させるべくウェーハの押圧部と
定盤５６とを接離動させる接離動手段、ウェーハ２４が
研磨面６０に当接・押圧された状態でウェーハ２４と定
盤５６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、スラリー等を含む液状の研磨剤の
供給手段がある。

【００２１】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、押
圧部４１ａを移動して、ウェーハ２４を、バッキング材
の表面からなる外側面に、水の表面張力によって吸着さ
せる。流体室３２を減圧してウェーハ２４を吸引して確
実に保持してもよい。そして、押圧部４１ａを移動し
て、ウェーハ２４を定盤５６の研磨面６０上に位置させ
る。次に、圧力室２０へ圧力流体供給手段によって所定
圧力の流体を供給することで、盤状部材１２全体を研磨
面６０に追随させて押圧させる。押圧前に研磨面６０が
盤状部材１２の面に対して傾いていても、流体圧の作用
で研磨面６０に好適に追随させて、盤状部材１２の全面
を均等に押圧できる。そして、流体室３２へ噴出流体供
給手段によって所定圧力の流体を供給することで、噴出
口３６から所定の圧力の流体が噴出する。噴出した流体
は、バッキング材３０とウェーハ２４の間を通り、ウェ
ーハ２４の外周側面とテンプレート４０の内周側面との
間を通過し、研磨布５８内を通って排出される。その噴
出する流体の圧力によってウェーハ２４が押圧される。
噴出する流体によってウェーハ２４を直接的に押圧でき
るため、ウェーハ２４の全面を研磨面６０へ均等に押圧
できる。すなわち、圧力室２０の圧力で盤状部材１２全
体を研磨面６０へ均等な圧力で押圧し、盤状部材１２と
定盤５６表面の平行度を高い精度で確保し、加えて、噴
出する流体の圧力でウェーハ２４をより直接的に押圧で
きるため、さらに高い精度でウェーハ２４を研磨面６０
へ均等に押圧できる。従って、ウェーハ２４全面を均一
に研磨することができる。特に、表面を基準とする高精
度な研磨に有効である。

【００２２】また、圧力流体調整装置によって圧力室２
０へ供給される流体の圧力を調整すること、および噴出
流体調整装置によって噴出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。従って、ウェーハの
研磨条件に応じて、圧力室２０に作用する圧力流体の圧
力値および噴出する流体の圧力値、およびその二つの圧
力値のバランスを容易に調整でき、研磨装置の汎用性を
向上できる。

【００２３】また、圧力室２０と噴出流体の２段の作用
で、ウェーハ２４を研磨面に押圧することができるた
め、研磨面６０の傾斜（面振れ）が比較的大きくても、
その傾斜に好適に追随することができる。なお、このウ
ェーハの研磨装置によれば、前記ウェーハ以外の被研磨
部材であるワーク（例えばガラス薄板材、水晶等の硬脆
性材料の表面）も鏡面状に研磨することもできる。

【００２４】以上の実施例では、圧力室２０へ圧力流体
を供給することで発生するエアバック作用によって盤状
部材１２を研磨面６０へ追随させたが、これに限らず、
ユニバーサルジョイントで盤状部材１２を吊持および押
圧する構造を採用してもよい。また、板状の弾性部材１
４の代わりに蛇腹状の部材を用いてもよい。さらには盤
状部材１２外表面と定盤５６表面のを間隔を計測して両
面が平行になるように調整する調整機構を採用してもよ
い。また、以上に説明してきた実施例では、圧力室２０
に圧縮空気を供給することによって盤状部材１２を介し
てウェーハ２４を研磨面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。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。

【００２５】

【発明の効果】請求項１にかかる発明によれば、押圧部
に設けられた噴出口から、ワークを定盤の研磨面に押圧
するように押圧部の表面から研磨面側へ向かって、流体
を噴出できる。押圧部とワークの間に流体が介在して、
ワークが研磨面に直接的に押圧されるため、ワークと押
圧部とが接触してワークを傷つけることを防止できると
共に、ワーク全面を均一に研磨し、ワーク外周のダレを
防止すると共に、ワーク表面の平坦度を向上できるとい
う著効を奏する。また、請求項２にかかる発明によれ
ば、圧力室の圧力で盤状部材を研磨面へ均等な圧力で押
圧し、盤状部材と定盤表面の平行度を高い精度で確保
し、加えて、噴出する流体の圧力でワークを直接的に押
圧できるため、さらに高い精度にワークを研磨面へ均等
に押圧できる。従って、ワーク全面を均一に研磨するこ
とができるという著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る研磨装置の押圧部の正面断面図。

【図２】図１の実施例の使用状態を示す要部を拡大した
正面断面図。

【図３】従来の技術を示す断面図。

【符号の説明】

１０ヘッド部材１２盤状部材１４板状の弾性部材１４ａ外側部１４ｂ内側部２０圧力室２４ウェーハ３０弾性薄膜３２流体室３６噴出口４０テンプレート４１ａ押圧部５６定盤５８研磨布６０研磨面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面にワークを研磨する研磨面が形成さ
れた定盤と、ワークを前記研磨面に押圧する押圧部と、
該押圧部によって前記研磨面に押圧されたワークと前記
定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備え、ワーク
の表面を研磨する研磨装置において、前記押圧部に設けられ、ワークを前記研磨面へ押圧する
ように押圧部の表面から研磨面側へ向かって流体を噴出
する噴出口と、前記噴出口から噴出する流体を供給する噴出流体供給手
段とを具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】表面にワークを研磨する研磨面が形成さ
れた定盤と、ワークを前記研磨面に押圧する押圧部と、
該押圧部によって前記研磨面に押圧されたワークと前記
定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備え、ワーク
の表面を研磨する研磨装置において、前記押圧部が、下方に向けて開放する凹部を備えるヘッド部材と、該ヘッド部材の凹部内側に配された盤状部材と、一方側が前記ヘッド部材の壁部に固定されると共に、他
方側が前記盤状部材に固定され、該盤状部材を上下方向
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
る弾性部材と、前記ヘッド部材の内部を前記盤状部材および前記弾性部
材によって画成して設けられる圧力室と、該圧力室に圧力流体を供給する圧力流体供給手段と、前記盤状部材に設けられ、ワークを前記研磨面へ押圧す
るように盤状部材の表面から研磨面側へ向かって流体を
噴出する噴出口と、前記噴出口から噴出する流体を供給する噴出流体供給手
段とを具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項３】前記圧力流体供給手段には前記圧力室へ
供給する流体の圧力を調整する圧力流体調整装置が備え
られ、前記噴出流体供給手段には前記噴出口から噴出す
る流体の圧力を調整する噴出流体調整装置が備えられて
いることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
【請求項４】前記噴出口がワークに対応する位置に複
数配設されていることを特徴とする請求項１、２または
３記載の研磨装置。
【請求項５】前記押圧部に噴出口およびワークを囲う
ようにリング状に設けられ、ワークが前記研磨面に押圧
される際に、押圧部と研磨面とによって挟圧され、噴出
口から噴出する流体の流れを規制するリング部材を備え
ることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の研
磨装置。