JPH1110531A - ポリッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハの研磨面に回転モーメントが生
じず、摩擦力が生じても高精度に平行度を維持して研磨
加工できるポリッシング装置を提供すること。 【解決手段】 被研磨材２５を保持する保持手段を有
し、保持手段に保持された被研磨材２５を定盤へ押圧し
て研磨加工を行うポリッシング装置１０において、上記
保持手段は、第１の保持部材１２と、第１の保持部材１
２と対向して設けられた被研磨材２５を保持する第２の
保持部材２４と、第１及び第２の保持部材１２，２４間
に設けられた中間部材１６と、第１の保持部材１２と中
間部材１６間を連結する１組以上のリンク機構１４ａ，
１４ｂと、第２の保持部材２４と中間部材１６間を連結
する１組以上のリンク機構２０ａ，２０ｂとを有し、各
リンク機構は互いに異なる向きに配置されると共に、各
リンク機構の回動中心は上記被研磨材２５の研磨加工面
上の１点であることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハおよ
び半導体ウエハに形成された成膜等を研磨加工するポリ
ッシング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】超ＬＳＩなどに使用される半導体ウエハ
の表面を平坦にするポリッシング加工においては、極め
て高い品質が要求されている。この半導体ウエハをポリ
ッシング装置でポリッシング加工するためには、定盤な
どの固定部位に設けられた研磨布に対し、加工対象であ
る上記半導体ウエハを、例えばプレート上にワックスな
どを用いて貼付或いは真空吸着して保持し、この保持さ
れた半導体ウエハの加工面を上記研磨布に加圧した状態
とする。そして、この半導体ウエハの加工面と研磨布を
相対的に移動させ、上記半導体ウエハの加工面のポリッ
シング加工を行う。

【０００３】このポリッシング加工において、ウエハ面
の高平坦度を実現するためには、加工面と研磨布面の平
行度を高精度に維持すること、及び加工面への加圧を均
一にする必要がある。

【０００４】加工面と研磨布面との平行度を高精度に維
持する方法としては、図３に示すポリッシング装置１に
半導体ウエハ１５を支持する加圧ヘッド２を球面軸受を
用いて支持する方法（特公平３−１７６６２）や、被研
磨材が固定されたキャリアプレートの上面を押圧する押
圧板と支持軸の間に弾性部材を設ける方法（特開平１−
６４７７４）があり、また加工面への加圧を均一にする
方法としては、加圧ヘッドとワークの間に水や空気のよ
うな加圧流体を介在させ、上記半導体ウエハに作用する
加圧力を半導体ウエハの背面に均等に作用させる方法
（特開昭６３−１４４９５５）などが知られている。

【０００５】また、近年ＣＭＰ（Chemical Mechanical
Polishing ）なる半導体ウエハに形成された成膜の平
坦化を行う加工方法が存在する。このＣＭＰにおいて
は、上記半導体ウエハに形成された薄い成膜を平坦化す
るため、より高精度に平坦化することが必要とされる。
しかしながら、このＣＭＰにおいても、基本的には研磨
加工であるため、従来の半導体ウエハのポリッシングと
機構的には同様のものとなっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の半導
体ウエハに形成された成膜の平坦化を精度良く行うため
には、この成膜に加えられる圧力の分布を調整する必要
がある。すなわち、この半導体ウエハに対し、例えばこ
の半導体ウエハの中心部や外周側へ他の部分に比して高
い圧力が加わると、この圧力が高い部分のみ研磨が進行
し、そのためこの研磨対象である半導体ウエハの研磨に
偏りが生じ、精度良く行うことができない場合が生じて
いる。

【０００７】特に、上記加圧ヘッド２が図４に示すよう
に、例えばベアリング３によって支持軸４に支持されて
いるポリッシング装置１においては、支点であるこのベ
アリング３を中心として、所定距離離間した半導体ウエ
ハ５の加工面に摩擦力Ｆが生じ、この摩擦力Ｆの働く加
工面が回転中心Ｏであるベアリング３より寸法ｄだけ離
間しているため、この半導体ウエハ５の加工面にモーメ
ントが生じ、そのため半導体ウエハ５の回転によってこ
の半導体ウエハ５の一部のみに力が強く加わって、上記
半導体ウエハ５の研磨が均一に行えない、という不具合
が生じている。

【０００８】そこで、図３に示すような上述の球面軸受
を用いて半導体ウエハ５の加工中の平行度を高精度に維
持する方法では、半導体ウエハ５の加工面に回転中心Ｏ
が配置されることによって、加工面と研磨布の間に生じ
る摩擦力による回転モーメントが作用しなく、上記半導
体ウエハ５の厳密な平行度の維持が可能となっている。

【０００９】ここで、半導体ウエハ５の加工時には、大
きな加工圧力が球面軸受に作用するため、この力を支
え、かつ滑らかに平行度維持のための回転が行えるため
の機構を設けるのが好ましい。このような球面軸受に作
用する加工圧力を滑らかに支持するものとしては、ベア
リングなどのころがり接触による軸受機構や、低摩擦材
料や液体軸受を用いた機構がある。

【００１０】しかしながら、これらの機構を設ける場合
には、ポリッシング装置の高精度な加工、組み立てが必
要となり、そのためこのポリッシング装置が高価なもの
となってしまう。

【００１１】また、上述の特開昭６３−１４４９５５に
示した加圧ヘッドとワークの間に加圧流体を介在させ、
加圧力をワーク背面に均等に作用させる方法でも、加圧
時に半導体ウエハの加工面と研磨布の間に生じる摩擦力
によって半導体ウエハに回転モーメントが上記と同様に
生じてしまい、そのため半導体ウエハを研磨布に平行に
保持することができないものとなっている。

【００１２】さらに、上述の押圧板と支持軸の間に弾性
部材を設ける方法でも、回転中心が半導体ウエハの上方
側に位置するため、上記半導体ウエハに回転モーメント
が生じてしまうとともに、定盤や加圧ヘッドの回転数の
変化によって上記弾性部材の変形量も変化し、そのため
ウエハの加工面を高精度に加工することが難しいものと
なっている。

【００１３】本発明は上記の事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、半導体ウエハの研磨面
に回転モーメントが生じず、摩擦力が生じても高精度に
平行度を維持して研磨加工が可能なポリッシング装置を
提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
被研磨材を保持する保持手段を有し、この保持手段に保
持された被研磨材を定盤へ押圧して研磨加工を行うポリ
ッシング装置において、上記保持手段は、第１の保持部
材と、この第１の保持部材と対向して設けられた被研磨
材を保持する第２の保持部材と、上記第１及び第２の保
持部材間に設けられた中間部材と、上記第１の保持部材
と上記中間部材間を連結する１組以上のリンク機構と、
上記第２の保持部材と上記中間部材間を連結する１組以
上のリンク機構とを有し、各リンク機構は互いに異なる
向きに配置されると共に、各リンク機構の回動中心は上
記被研磨材の研磨加工面上の１点であることを特徴とし
ている。

【００１５】請求項２記載の発明は、上記研磨面上の一
点は、被研磨材の中心位置であることを特徴とする請求
項１記載のポリッシング装置である。請求項３記載の発
明は、被研磨材を保持する保持手段を有し、この保持手
段に保持された被研磨材を定盤へ押圧して研磨加工を行
うポリッシング装置において、上記保持手段は、第１の
保持部材と、この第１の保持部材にそれぞれの一端が回
動自在に取り付けられた第１のリンク機構と、この第１
のリンク機構のそれぞれの回動中心が上記被研磨材の研
磨加工面上となる位置に他端を回動自在に取り付けられ
た上記被研磨材を保持する第２の保持部材とを有し、上
記第１及び第２のリンク機構の回動中心は同一の１点で
あることを特徴としている。

【００１６】請求項４記載の発明は、上記第１のリンク
機構及び第２のリンク機構は互いに直交するように設け
られていることを特徴とする請求項３記載のポリッシン
グ装置である。

【００１７】請求項１の発明によると、上記保持手段は
第１の保持部材と、この第１の保持部材と対向して設け
られた被研磨材を保持する第２の保持部材と、上記第１
及び第２の保持部材間に設けられた中間部材と、上記第
１の保持部材と上記中間部材間を連結する１組以上のリ
ンク機構と、上記第２の保持部材と上記中間部材間を連
結する１組以上のリンク機構とを有しており、各リンク
機構は互いに異なる向きに配置されているため、上記第
２の保持部材が三次元的に自由に回転可能となると共
に、各リンク機構の回動中心が上記被研磨材の研磨加工
面上の１点であるため、上記被研磨材に回転モーメント
が作用することがなく、ポリッシング加工時に摩擦力が
生じても、上記被研磨材の平行度を高精度に維持するこ
とが可能となっている。

【００１８】請求項２の発明によると、上記研磨面上の
一点は、被研磨材の中心位置であるため、上記被研磨材
を一層良好にポリッシング加工することが可能となって
いる。

【００１９】請求項３の発明によると、上記保持手段
は、第１の保持部材と、この第１の保持部材にそれぞれ
の一端が回動自在に取り付けられた第１のリンク機構
と、この第１のリンク機構のそれぞれの回動中心が上記
被研磨材の研磨加工面上となる位置に他端を回動自在に
取り付けられた第１のリンク機構と、この第１のリンク
機構のそれぞれの回動中心が上記被研磨材の研磨加工面
上となる位置に他端を回動自在に取り付けられた上記被
研磨材を保持する第２の保持部材とを有しているため、
単純な機構で構成されていて高精度な加工を要しない。

【００２０】また、上記被研磨材に生じる摩擦力で上記
第１のリンク機構及び第２のリンク機構を用いても、十
分に補正することが可能となっている。さらに上記第２
の保持部材を少ない部品で滑らかに三次元的に自由に回
動させることが可能となると共に、それぞれのリンク機
構の回転中心が上記被研磨材の研磨面上の一点に設けら
れているため、上記被研磨材に回転モーメントが作用せ
ず、上記被研磨材の平行度を高精度に維持してポリッシ
ング加工することが可能となっている。

【００２１】請求項４の発明によると、上記第１のリン
ク機構及び第２のリンク機構は互いに直交するように設
けられているため、上記第２の保持部材の回動を良好に
行えるものとなっている。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態につ
いて、図１または図２に基づいて説明する。ポリッシン
グ装置１０は、上端が図示されない駆動源に連結されて
おり、この駆動源で生じる駆動力が上記ポリッシング装
置１０の回転軸に伝達されるようになっている。このポ
リッシング装置１０は、図示しない回転軸の下端が半導
体ウエハ２５を保持してポリッシング加工を行う加圧ヘ
ッド１１に連結されている。

【００２３】図示しない回転軸の下端は、加圧ヘッド１
１の上方に設けられた所定厚さの円板状の第１のプレー
ト１２の上面に連結されている。この第１のプレート１
２は、後述するリンク機構をこの下面側で支持するもの
であり、そのためこの第１のプレート１２の下面には、
リンク機構の一部分をなす、ブロック状に形成されて所
定の内径を有する二組の軸受部１３が、下方へ突出する
ように設けられている。

【００２４】この二組の軸受部１３は、上記第１のプレ
ート１２の中心位置を挟んで対向するように設けられて
おり、また各々の軸受部１３は、それぞれ一対のブロッ
ク体１３ａより構成されている。このブロック体１３ａ
は、所定間隔を有して対向するように設けられており、
また所定の径を有する貫挿孔１３ｂがそれぞれ形成さ
れ、それぞれ対になるブロック体１３ａの貫挿孔１３ｂ
の軸線が一致するように設けられている。さらに、二組
の軸受部１３のそれぞれの軸線は、互いに平行でかつポ
リッシング加工する半導体ウエハ２５の加工面と平行に
なるように設けられている。

【００２５】上記軸受部１３には、図２（ｂ）に示すよ
うに、所定の長さを有する一組の第１のリンク部材１４
ａ，１４ｂが回動自在に設けられるようになっている。
この第１のリンク部材１４ａ，１４ｂは、上記軸受部１
３の一対のブロック体１３ａの間隔より若干狭い幅を有
して設けられており、またこの両端部には突出して形成
された係止ピン１５ａ，１５ｂが設けられている。そし
て、一端側の係止ピン１５ａが上記軸受部１３の貫挿孔
１３ｂに挿通されることによって、この第１のリンク部
材１４ａ，１４ｂが回動自在となるように設けられてい
る。

【００２６】他端側の係止ピン１５ｂは、中間体１６の
軸受部１７により軸支されるように設けられている。こ
の軸受部１７に形成された貫挿孔１７ｂには、上記第１
のリンク部材１４ａ，１４ｂの他方側の係止ピン１５ｂ
が挿通され、この第１のリンク部材１４ａ，１４ｂの回
動によって上記中間体１６が所定方向に揺動可能に設け
られている。

【００２７】貫通孔１３ａ，１７ａの軸線は互いに平行
であり、図２（ｂ）はこの平行軸に垂直な面である。図
２（ｂ）はこの平行軸に垂直な面である。図２（ｂ）の
リンク部材１４ａ，１４ｂの軸線を含んだ面の交点Ｏは
半導体ウエハ２５の加工面上にある。交点Ｏからリンク
部材１４ａの貫挿孔１３ｂ，１７ｂまでの距離と、リン
ク部材１４ｂの貫挿孔１３ｂ，１７ｂまでの距離は同一
にしている。

【００２８】上記中間体１６の長手方向の両端部にも、
上記軸受部１７と同様な構成を有する軸受部１９が軸受
部１７と直角方向に形成されている。この場合、軸受部
１９は、上記中間体１６の上方に位置するように設けら
れており、またこの軸受部１９に形成された貫挿孔１９
ｂには、図２（ｃ）に示すように、第２のリンク部材２
０ａ，２０ｂの一端側の係止ピン２１ａが軸支されるよ
うになっている。

【００２９】上記第２のリンク部材２０ａ，２０ｂの他
方側は、第２のプレート２２に設けられた軸受部２３に
軸支されるようになっている。この軸受部１９の貫挿孔
１９ｂにも、上記第２のリンク部材１９ａ，１９ｂの他
方側の係止ピン２１が軸支されるようになっている。貫
挿孔１９ｂ，２３ｂの軸線は互いに平行であり、図２
（ｃ）はこの平行軸に垂直な面である。図２（ｃ）のリ
ンク部材２０ａ，２０ｂの軸線を含んだ面の交点も、図
２（ｂ）の交点Ｏと同一であり、半導体ウエハ２５の加
工面上に位置する。交点Ｏからリンク部材２０ａの貫挿
孔１９ｂ，２３ｂまでの距離とリンク部材２０ｂの貫挿
孔１９ｂ，２３ｂまでの距離は同一にしている。このた
め、上記第２のプレート２２は、上記中間体１６に対し
て所定方向に揺動可能に設けられている。

【００３０】この第２のプレート２２の下方には、この
第２のプレート２２と一体的に形成された保持プレート
２４が設けられている。この保持プレート２４は、下面
で半導体ウエハ２５を吸着または接着などの方法によっ
て良好に保持するために、この下面が高精度な平行度を
有するように形成されている。そしてこの下面に半導体
ウエハ２５が、例えばワックスなどによって貼付される
ようになっている。

【００３１】上記第１のリンク部材１４ａ，１４ｂの互
いの軸線は、非作動時には上記半導体ウエハ２５の加工
面の一点Ｏで交差するように設けられており、また上記
第２のリンク部材２０ａ，２０ｂも同様となっている。
従って、上記保持プレート２４に半導体ウエハ２５が貼
付された場合、この半導体ウエハ２５の加工面に半導体
ウエハ２５の回転中心が位置するように設けられてい
る。

【００３２】以上のような構成を有するポリッシング装
置１０の加圧ヘッド１１の作用について、以下に説明す
る。図示しない回転軸に駆動力が伝達されると、上記加
圧ヘッド１１は、回転すると共に定盤との間で相対的に
移動するようになるが、この場合、加圧ヘッド１１に
は、移動方向Ｄに駆動力が加わると、半導体ウエハ２５
と研磨布２６の接触によって、この間に移動方向Ｄとは
逆向きの摩擦力Ｆが生じる。

【００３３】しかしながら、上記保持プレート２４は、
第１のリンク部材１４ａ，１４ｂおよび第２のリンク部
材２０ａ，２０ｂが揺動自在であり、かつ、この第１の
リンク部材１４ａ，１４ｂと第２のリンク部材２０ａ，
２０ｂとの軸線の交点が、上記半導体ウエハ２５の加工
面の一点Ｏに位置するように設けられているため、上述
の従来の図３で示した加圧ヘッドと同様に、回転中心が
半導体ウエハ２５の加工面に位置していて、かつ半導体
ウエハ２５の一部のみに所定の力が加わっても、第１の
リンク部材１４ａ，１４ｂおよび第２のリンク部材２０
ａ，２０ｂの回動によって、一部のみへの押圧力の集中
を回避でき、上記半導体ウエハ２５に均一な力を加える
ことが可能となっている。

【００３４】なお、本発明で半導体ウエハ２５を研磨加
工する場合、押圧力を均一に加えるための上記保持プレ
ート２４の回動動作による移動距離は微小であるため
に、リンク機構が回動したときに発生する回転中心Ｏの
位置ずれもごく微少量であり、球面軸受構造による回転
中心固定方式と変わらない。

【００３５】このような構成のポリッシング装置１０の
加圧ヘッド１１によると、上記第１のリンク部材１４
ａ，１４ｂ、第２のリンク部材２０ａ，２０ｂは、中間
体１６を介して互いに連結されており、また互いに直交
するように設けられているため、第１のプレート１２と
上記半導体ウエハ２５を保持する保持プレート２４とが
三次元的に自由に回動可能となるとともに、それぞれ第
１のリンク部材１４ａ，１４ｂ、第２のリンク部材２０
ａ，２０ｂの回転中心が上記半導体ウエハ２５の加工面
の一点Ｏに位置するように設けられているので、上記半
導体ウエハ２５に回転モーメントが作用することがな
く、ポリッシング加工時に摩擦が生じても、上記半導体
ウエハ２５の平行度を高精度に維持することが可能とな
っている。

【００３６】また、上記半導体ウエハ２５の加工面上の
一点Ｏは、半導体ウエハ２５の中心位置であるため、均
一な力を加えるための回動動作時の慣性モーメントを小
さくでき、上記半導体ウエハ２５の研磨面を一層良好に
ポリッシング加工することが可能となっている。

【００３７】以上、本発明の一実施の形態について説明
したが、本発明はこれ以外にも種々変形可能となってい
る。以下それについて述べる。上記実施の形態において
は、リンク機構として第１のリンク部材１４ａ，１４ｂ
および第２のリンク部材２０ａ，２０ｂが設けられた構
成となっているが、三次元的に自由に回動可能であれ
ば、他のリンク部材が設けられる構成であっても構わな
い。その他、本発明の要旨を変更しない範囲において、
種々変形可能となっている。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によると、上記保持手段は第１の保持部材と、この第
１の保持部材と対向して設けられた被研磨材を保持する
第２の保持部材と、上記第１及び第２の保持部材間に設
けられた中間部材と、上記第１の保持部材と上記中間部
材間を連結する１組以上のリンク機構と、上記第２の保
持部材と上記中間部材間を連結する１組以上のリンク機
構とを有しており、各リンク機構は互いに異なる向きに
配置されているため、上記第２の保持部材が三次元的に
自由に回転可能となると共に、各リンク機構の回動中心
が上記被研磨材の研磨加工面上の１点であるため、上記
被研磨材に回転モーメントが作用することがなく、ポリ
ッシング加工時に摩擦力が生じても、上記被研磨材の平
行度を高精度に維持することができる。

【００３９】請求項２記載の発明によると、上記研磨面
上の一点は、被研磨材の中心位置であるため、上記被研
磨材を一層良好にポリッシング加工することができる。
請求項３記載の発明によると、上記保持手段は、第１の
保持部材と、この第１の保持部材にそれぞれの一端が回
動自在に取り付けられた第１のリンク機構と、この第１
のリンク機構のそれぞれの回動中心が上記被研磨材の研
磨加工面上となる位置に他端を回動自在に取り付けられ
た第１のリンク機構と、この第１のリンク機構のそれぞ
れの回動中心が上記被研磨材の研磨加工面上となる位置
に他端を回動自在に取り付けられた上記被研磨材を保持
する第２の保持部材とを有しているため、単純な機構で
構成されていて高精度な加工を要しない。

【００４０】また、上記被研磨材に生じる摩擦力で上記
第１のリンク機構及び第２のリンク機構を用いても、十
分に補正することができる。さらに上記第２の保持部材
を少ない部品で滑らかに三次元的に自由に回動させるこ
とが可能となると共に、それぞれのリンク機構の回転中
心が上記被研磨材の研磨面上の一点に設けられているた
め、上記被研磨材に回転モーメントが作用せず、上記被
研磨材の平行度を高精度に維持してポリッシング加工す
ることが可能となっている。

【００４１】請求項４記載の発明によると、上記第１の
リンク機構及び第２のリンク機構は互いに直交するよう
に設けられているため、上記第２の保持部材の回動を良
好に行えるものとなっている。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わるポリッシング装
置の加圧ヘッドの構成を示す部分断面の斜視図。

【図２】同実施の形態に係わる加圧ヘッドの状態を示す
図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は矢印Ａの方向から見た
側面図、（ｃ）は矢印Ｂの方向から見た側面図。

【図３】従来の実施の形態に係わる球面軸受で支持され
る構成のポリッシング装置の加圧ヘッドを示す図。

【図４】従来の実施の形態に係わるベアリングで支持さ
れる構成のポリッシング装置の加圧ヘッドを示す図。

【符号の説明】

１０…ポリッシング装置 １１…加圧ヘッド １４ａ，１４ｂ…第１のリンク部材 １６…中間体 １８…突出部 ２０ａ，２０ｂ…第２のリンク部材 ２２…第２のプレート ２４…保持プレート ２５…半導体ウエハ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被研磨材を保持する保持手段を有し、こ
   の保持手段に保持された被研磨材を定盤へ押圧して研磨
   加工を行うポリッシング装置において、 上記保持手段は、第１の保持部材と、 この第１の保持部材と対向して設けられた被研磨材を保
   持する第２の保持部材と、 上記第１及び第２の保持部材間に設けられた中間部材
   と、 上記第１の保持部材と上記中間部材間を連結する１組以
   上のリンク機構と、 上記第２の保持部材と上記中間部材間を連結する１組以
   上のリンク機構とを有し、 各リンク機構は互いに異なる向きに配置されると共に、
   各リンク機構の回動中心は上記被研磨材の研磨加工面上
   の１点であることを特徴とするポリッシング装置。
2. 【請求項２】 上記研磨面上の一点は、被研磨材の中心
   位置であることを特徴とする請求項１記載のポリッシン
   グ装置。
3. 【請求項３】 被研磨材を保持する保持手段を有し、こ
   の保持手段に保持された被研磨材を定盤へ押圧して研磨
   加工を行うポリッシング装置において、 上記保持手段は、第１の保持部材と、 この第１の保持部材にそれぞれの一端が回動自在に取り
   付けられた第１のリンク機構と、 この第１のリンク機構のそれぞれの回動中心が上記被研
   磨材の研磨加工面上となる位置に他端を回動自在に取り
   付けられた上記被研磨材を保持する第２の保持部材とを
   有し、 上記第１及び第２のリンク機構の回動中心は同一の１点
   であることを特徴とするポリッシング装置。
4. 【請求項４】 上記第１のリンク機構及び第２のリンク
   機構は互いに直交するように設けられていることを特徴
   とする請求項３記載のポリッシング装置。