JPWO2013001719A1 - 研磨ヘッド及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する裏板と、前記ラバー膜の下面部の周辺部に前記剛性リングと同心に設けられ、ワークのエッジ部を保持する環状のテンプレートとを具備し、前記ラバー膜の下面部に前記ワークの裏面を保持し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けられた研磨布に摺接させて研磨する研磨ヘッドにおいて、さらに、前記空間部に封入された非圧縮性の流体を有するものであることを特徴とする研磨ヘッドである。これにより、ラバー膜にワークの裏面を保持し、テンプレートでワークのエッジ部を保持する研磨ヘッドにおいて、ワークの仕上げ研磨が可能で、かつ、テンプレートの厚みによらずワーク全体を均一に研磨できる研磨ヘッド及び研磨装置が提供される。

Description

本発明は、ワークの表面を研磨する際にワークを保持するための研磨ヘッド、及びそれを備えた研磨装置に関し、特には、ラバー膜にワークを保持する研磨ヘッド及びそれを備えた研磨装置に関する。

近年の半導体デバイスの高集積化に伴い、それに用いられている半導体ウェーハの平面度の要求は益々厳しいものとなっている。また、半導体チップの収率を上げるためにウェーハのエッジ近傍の領域までの平坦性が要求されている。
半導体ウェーハの形状は最終の鏡面研磨加工によって決定されている。特に直径３００ｍｍのシリコンウェーハでは厳しい平坦度の仕様を満足するために両面研磨での一次研磨を行い、その後に表面のキズや面粗さの改善のために片面での表面二次及び仕上げ研磨を行っている。

片面の表面二次及び仕上げ研磨では両面一次研磨で作られた平坦度を維持あるいは改善するとともに表面側にキズ等の欠陥の無い完全鏡面に仕上げることが要求されている。
一般的な片面研磨装置は、例えば図１０に示すように、研磨布１０２が貼り付けられた定盤１０３と、研磨剤供給機構１０４と、研磨ヘッド１０１等から構成されている。このような研磨装置１１０では、研磨ヘッド１０１でワークＷを保持し、研磨剤供給機構１０４から研磨布１０２上に研磨剤１０５を供給するとともに、定盤１０３と研磨ヘッド１０１をそれぞれ回転させてワークＷの表面を研磨布１０２に摺接させることにより研磨を行う。

ワークを研磨ヘッドに保持する方法としては、平坦なワーク保持盤にワックス等の接着剤を介してワークを貼り付ける方法等がある。また、図１１に示すように、バッキングフィルム１１３ａと呼ばれる弾性膜の上にワークの飛び出し防止用のテンプレート１１３ｂが接着されて市販されているテンプレートアセンブリ１１３をワーク保持盤１１２に貼ってワークＷを保持するワックスレス方式の研磨ヘッド１２１等がある。

ワックスレス方式の別の研磨ヘッドとして、図１２に示すように、市販のテンプレートの代わりにワーク保持盤１１２の表面にバッキングフィルム１１３ａを貼り、ワーク保持盤側面にワーク飛び出し防止用の円環状のガイドリング１１３ｂを設けた研磨ヘッド１３１等も用いられている。
ワーク保持盤１１２には、一般には高平坦なセラミックプレートを用いているが、バッキングフィルム１１３ａの厚さむら等により、微小な圧力分布が生じ、加工後のワーク表面にうねりが生じ、ワークの平坦度を悪化させる問題がある。

そこで、ワーク保持盤の代わりにワーク保持部をラバー膜とし、該ラバー膜の背面に空気等の加圧流体を流し込み、均一の圧力でラバー膜を膨らませて研磨布にワークを押圧する、いわゆるラバーチャック方式の研磨ヘッドも提案されている（例えば、特許文献１参照）。

ラバーチャック方式の研磨ヘッドの構成の一例を模式的に図１３に示す。この研磨ヘッド１４１の要部は、環状のＳＵＳ製などの剛性リング１４４と、剛性リング１４４に接着されたラバー膜１４３と、剛性リング１４４に結合された裏板１４５とからなる。剛性リング１４４と、ラバー膜１４３と、裏板１４５とによって、密閉された空間部１４６が形成される。また、ラバー膜１４３の下面部にはバッキングフィルム１４８が貼られ、剛性リング１４４と同心に、環状のテンプレート１４７が具備される。また、裏板１４５の中央には圧力調整機構１５０により加圧流体を供給するなどして空間部１４６の圧力を調節する。また、裏板１４５に連結される研磨ヘッド上部１４９は、裏板１４５を研磨布方向に押圧する図示しない押圧手段を有している。

特開２００８−１１０４０７号公報

このようなラバーチャック方式の研磨ヘッドを用いることで、バッキングフィルムの厚さむらに起因した微小な圧力分布が生じないため、加工後のワーク表面にうねりが生じない。しかし、テンプレートの内径はワークの外径よりも大きいため、テンプレートとワークの間には僅かに隙間が生じ、上記したように空間部の内部に圧力調整機構により加圧流体を供給して圧力調整を行った場合、テンプレートとワークの間の隙間部分のラバー膜の膨らみが大きくなり、ワーク外周部の圧力が高くなり、ワーク外周部が過研磨されることにより外周ダレが発生しやすくなる。

テンプレートの厚さを調整することで、ワーク外周部の圧力をある程度調節することは可能だが、該テンプレートの厚さばらつきによってワーク外周部の研磨代が変化し、安定した平坦度が得られない問題が生じる。
また、ワークの仕上げ研磨においては、仕上げ研磨布にテンプレートを接触させた場合、テンプレートからの異物の脱離等により、ワークの表面に傷等の欠陥を発生させてしまうため、テンプレートを研磨布に接触させないことが望まれる。

しかしながら、テンプレートの厚さを研磨布に接触させないようにワークの厚さよりも薄くした場合、ワーク外周部の圧力が高くなり、ワーク外周部が過研磨されることにより外周ダレが発生し、ワークの平坦度を悪化させてしまうため、ワークの仕上げ研磨には適用できない問題もあった。

本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、ラバー膜にワークの裏面を保持し、テンプレートでワークのエッジ部を保持する研磨ヘッドにおいて、ワーク表面にキズ等の表面欠陥を発生させることなく研磨するためにテンプレートを研磨布に接触させないようにテンプレートの厚さをワークの厚さより薄くしても、ワーク外周部まで均一に研磨でき、すなわち、ワークの仕上げ研磨が可能で、かつ、テンプレートの厚みによらずワーク全体を均一に研磨できる研磨ヘッド及び研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する裏板と、前記ラバー膜の下面部の周辺部に前記剛性リングと同心に設けられ、ワークのエッジ部を保持する環状のテンプレートとを具備し、前記ラバー膜の下面部に前記ワークの裏面を保持し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けられた研磨布に摺接させて研磨する研磨ヘッドにおいて、さらに、前記空間部に封入された非圧縮性の流体を有するものであることを特徴とする研磨ヘッドが提供される。

このような研磨ヘッドであれば、封入された非圧縮性の流体によって、ワークを保持するラバー膜の表面形状を適切に調整することが可能となり、また、ワークの研磨中にその表面形状の局所的な変形を抑制できる。その結果、テンプレートの厚さによらずワーク全体を均一に研磨できるものとなる。また、テンプレートの厚さをワークの厚さより薄くしてもワークの全体を均一に研磨できるので、ワークの仕上げ研磨に適用することもできる。

このとき、前記非圧縮性の流体を、水又は主成分が水である非圧縮性の流体とすることができる。
このようなものであれば、低コストで構成できるし、例え、非圧縮性の流体が空間部から漏れたとしても、ワークや研磨装置の内部を汚染する恐れもない。

またこのとき、前記非圧縮性の流体を、前記ワークの研磨時に用いる研磨剤、又は該研磨剤に含まれる成分の少なくともひとつ以上の成分を有した水溶液とすることができる。
このようなものであれば、例え、非圧縮性の流体が空間部から漏れたとしても、ワークの研磨特性への影響を抑制できるものとなる。

またこのとき、前記テンプレートと前記ワークの厚さの差に応じて、前記ラバー膜の下面部の膨らみ形状が調整されたものであることが好ましい。
このようなものであれば、ワーク外周部の研磨代を調整することができ、ワーク全体をより確実に均一に研磨できるものとなる。

またこのとき、前記非圧縮性の流体は、前記ワークの研磨時の研磨圧力よりも高い圧力で封入されたものであることが好ましい。
このようなものであれば、ワーク外周部への圧力増加を抑制でき、ワークに対してより均一な研磨荷重でワークを研磨できるものとなる。

またこのとき、前記ラバー膜は、３０Ｎ以上の張力で張られた状態で、前記剛性リングに接着されたものであることが好ましい。
このようなものであれば、ワークの研磨中に、非圧縮性の流体封入後のラバー膜の表面形状を確実に維持でき、ワーク全体をより確実に均一に研磨できるものとなる。

またこのとき、前記ラバー膜が、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ＮＢＲゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエステルエラストマー、ポリサルフォン樹脂、グリルアミド樹脂のいずれかひとつの材料から成るものであることが好ましい。
このように、強靱で高張力で引っ張っても裂けにくい材料を用いたものであれば、非圧縮性の流体封入後のラバー膜の表面形状を長期に亘って維持できるものとなり、ワーク全体をより確実に均一に研磨できるとともに、コストを低減できる。

また、本発明によれば、ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記ワークを保持するための研磨ヘッドとして、本発明の研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置が提供される。
このような研磨装置であれば、本発明の研磨ヘッドの封入された非圧縮性の流体によって、ワークを保持するラバー膜の表面形状を適切に調整することが可能となり、またワークの研磨中に表面形状の局所的な変形を抑制でき、その結果、テンプレートの厚さによらずワーク全体を均一に研磨することができるものとなる。また、テンプレートの厚さをワークの厚さより薄くしてもワーク全体を均一に研磨できるので、ワークの仕上げ研磨に適用することもできる。

本発明では、研磨ヘッドにおいて、空間部に封入された非圧縮性の流体を有するものであるので、封入された非圧縮性の流体によって、ワークを保持するラバー膜の表面形状を適切に調整することが可能となり、また、ワークの研磨中にその表面形状の局所的な変形を抑制できる。その結果、テンプレートの厚さによらずワーク全体を均一に研磨できるものとなる。また、テンプレートの厚さをワークの厚さより薄くしてもワークの全体を均一に研磨できるので、ワークの仕上げ研磨に適用することもできる。

本発明の研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 非圧縮性の流体の封入方法を説明する説明図である。（Ａ）テンプレート厚がワーク厚より薄い場合。（Ｂ）テンプレート厚がワーク厚より厚い場合。 本発明の研磨ヘッドの別の一例を示す概略図である。 本発明の研磨装置の一例を示す概略図である。 実施例１−３の結果を示す図である。 比較例１−３の結果を示す図である。 実施例４−７の結果を示す図である。（Ａ）ワークの研磨代分布。（Ｂ）ワーク中心より１２０ｍｍ〜１４８ｍｍまでの範囲の研磨代分布。 実施例４−７におけるラバー膜接着時の張力と外周部研磨代ばらつきとの関係の結果を示した図である。 実施例８−９の結果を示す図である。 従来の研磨装置の一例を示す概略図である。 バッキングフィルムを用いた従来の研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 バッキングフィルムを用いた従来の研磨ヘッドの別の一例を示す概略図である。 従来のラバーチャック方式の研磨ヘッドの一例を示す概略図である。

以下、本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
従来より、テンプレートの厚みによってワーク外周部の研磨代が変化し、安定した平坦度が得られないという問題がある。さらに、外周ダレを抑制するためにテンプレートの厚さをワークと同じかあるいは、それよりも厚くする必要があるが、この場合には、研磨中にテンプレートが研磨布と接触して異物等が発生し、ワークの表面に傷等の欠陥を発生させてしまうという問題が生じる。

そこで、本発明者はこのような問題を解決すべく鋭意検討を重ねた。その結果、環状の剛性リングに均一の張力でラバー膜を接着し、上部に裏板を設けて形成した密閉空間部に、予め非圧縮性の流体を封入してワークを保持するラバーチャック部を形成することで、テンプレートの厚さによらず平坦なワークの研磨ができることを見出し、本発明を完成させた。

図１は本発明の研磨ヘッドの一例を示した図である。
図１に示すように、研磨ヘッド１は、例えばＳＵＳ（ステンレス）等の剛性材料からなる環状の剛性リング４と、剛性リング４の下面側に均一の張力で接着されたラバー膜３と、剛性リング４の上面に設けられた裏板５とを備える。
この剛性リング４と、ラバー膜３と、裏板５とによって、密閉された空間部６が形成されている。

ここで、裏板５の材質、形状は特に限定されることはなく、剛性リング４と、ラバー膜３と共に空間部６を形成できるものであれば良い。
また、ラバー膜３の下面部の周辺部には、ワークＷの外径よりも若干大きな内径を有した環状のテンプレート７が剛性リング４と同心状に配設されている。このテンプレート７は、ワークＷのエッジ部を保持するためのものであり、ラバー膜３の下面部の外周部に沿って、下方に突出するように配設されている。

ここで、テンプレート７は、その外径が少なくとも剛性リング４の内径よりも大きいもので、かつ、その内径が剛性リング４の内径よりも小さいものとすることができる。このようにすれば、ワーク全面にかかる押圧力をより均一にすることができる。
またここで、テンプレート７の材質は、ワークＷを汚染せず、かつ、キズや圧痕をつけないために、ワークＷよりも柔らかく、研磨中に研磨装置の研磨布と摺接されても磨耗しにくい、耐磨耗性の高い材質であることが好ましい。
図１に示す研磨ヘッドの例では、テンプレート７の厚さがワークＷの厚さよりも薄いものであるが、特にこれに限定されることはなく、図３に示すように、テンプレート７の厚さがワークＷの厚さよりも厚いものであっても良いし、同じであっても良い。

また、ラバー膜３の下面部の少なくともワークＷを保持する部分にバッキングフィルム８を貼設することができる。バッキングフィルム８は、水を含ませてワークＷを貼りつけ、ラバー膜３のワーク保持面にワークＷを保持するものである。ここで、バッキングフィルム８は、例えばポリウレタン製とすることができる。このようなバッキングフィルム８を設けて水を含ませる事で、バッキングフィルム８に含まれる水の表面張力によりワークＷを確実に保持することができる。

またここで、バッキングフィルムの表面にテンプレートを貼ってテンプレートアセンブリとして市販されているものを用いても良い。
このような、ラバー膜３、剛性リング４及び裏板５等から構成されるラバーチャック部において、ワークＷを研磨する前に、予め空間部６内に非圧縮性の流体２が封入される。この非圧縮性の流体２の封入の際に、ワークＷを保持するラバー膜３のワーク保持部分の表面形状を調整して最適に形成する。その後、不図示の加圧手段を備えた研磨ヘッド上部９が裏板５の上面に装着される。ここで、本発明で言う非圧縮性の流体とは、例えば、気体のように加圧されると圧縮されて体積が大幅に縮小する流体ではない流体のことである。

また、流体２を空間部６内に封入するために、図３に示すように、裏板５に貫通孔１１ａ、１１ｂ、及びカプラー１０ａ、１０ｂを設け、このカプラー１０ａ、１０ｂに後述する流体封入装置を接続可能な構成にすることができる。

このような本発明の研磨ヘッドを用いれば、ワークの研磨中に空間部６内に封入されている非圧縮性の流体２の体積が殆ど変化しないため、上記した最適に形成されたラバー膜３の表面形状の変形、特に、ワークＷとテンプレート７との隙間部分でのラバー膜３の局所的な膨らみを抑制でき、ワーク全体に均一な荷重を掛けてワークＷを研磨できる。その結果、テンプレート７の厚さによらず、ワーク全体を均一に研磨することができる。また、ワークＷの表面にキズ等の表面欠陥を発生させることなく研磨するためにテンプレート７を研磨装置の研磨布に接触させないようにテンプレート７の厚さをワークＷの厚さよりも薄くしても、ワークＷの外周部まで均一に研磨できるので、ワークＷの仕上げ研磨に用いることができる。

このとき、非圧縮性の流体を、水又は主成分が水である非圧縮性の流体とすることができる。
このようなものであれば、低コストで構成できる。また、例えば研磨中にラバー膜が裂けるなどした場合のように、非圧縮性の流体が例え空間部から漏れたとしても、ワークや研磨装置の内部を汚染する恐れもない。
また、特にワークが半導体材料の場合には、金属汚染等の防止目的から、非圧縮性の流体として金属イオン等を含まない純水が好適である。

またこのとき、非圧縮性の流体を、ワークの研磨時に用いる研磨剤、又は該研磨剤に含まれる成分の少なくともひとつ以上の成分を有した水溶液とすることもできる。
このようなものであれば、例え、非圧縮性の流体が空間部から漏れたとしても、ワークの研磨特性への影響を最小限に抑制することができる。

ここで、空間部内に非圧縮性の流体を封入する方法について説明する。
図２（Ａ）は、ワークの厚さよりも薄いテンプレートを用いる場合の流体の封入方法の一例を示す図である。
図２（Ａ）に示すように、この研磨ヘッド２１には、非圧縮性の流体２を空間部６内に導入及び空間部６内から排出するために裏板５の上面に２つの貫通孔１１ａ、１１ｂが設けられており、非圧縮性の流体２の圧力（以降、封入圧と略すこともある）を保ったまま、空間部６内に非圧縮性の流体２を封入するためにそれぞれの貫通孔１１ａ、１１ｂにカプラー１０ａ、１０ｂが装着されている。そして、ワーク研磨前に空間部６内に非圧縮性の流体２を封入する際には、まず、例えば以下に示すようにして流体封入装置を研磨ヘッドに接続する。

図２（Ａ）に示すように、流体封入装置３０は、非圧縮性の流体２の導入のために圧力計３３とバルブ３２aが接続された回路を有し、該回路の末端にニップル３１ａが接続される。このニップル３１ａは、裏板５に設けられたカプラー１０ａに接続される。さらに流体封入装置３０は、非圧縮性の流体２の排出のために、末端がドレインに接続され、中間にバルブ３２ｂが接続された回路を有している。回路先端にはニップル３１ｂが接続されており、このニップル３１ｂは、裏板５に設けられたカプラー１０ｂに接続される。

次に、平坦なベース３５上にワークＷあるいはワークＷと同じ厚さの調整板３６を載置し、テンプレート７の下面に該ワークＷとテンプレート７の厚さの差に等しい調整用スペーサー３４を置く。さらに、ベース３５上にバッキングフィルム８、テンプレート７、ラバー膜３、剛性リング４及び裏板５からなる研磨ヘッド部材を、ワークＷあるいは調整板３６がテンプレート７のホール内に収まるように載置する。さらに非圧縮性の流体２を封入する際に裏板５の高さが変わらないようにベース３５と裏板５をクランプ治具３７にて固定する。

次に、バルブ３２ａ及び３２ｂを開け、空間部６内に非圧縮性の流体２を導入し、空間部６内の気抜きを実施する。この気抜きとして、例えば、バルブ３２ａを閉じてバルブ３２ｂを開け、ドレイン側に減圧回路を接続して行うことができる。
次に、バルブ３２ａ及び３２ｂを閉じて、不図示の非圧縮性の流体２の圧力調整機構によって圧力計３３が所定の圧力になるように調整し、バルブ３２ａを開けて空間部６内に非圧縮性の流体２を導入する。圧力計３３が所定の圧力になっていることを確認して、バルブ３２ａを閉じ、空間部６内に非圧縮性の流体２を封入する。封入後、裏板５の上部に装着されたカプラー１０ａ及び１０ｂからニップル３１ａ及び３１ｂを取り外す。

このとき、ワークとテンプレートとの厚さの差よりも薄い厚さの調整用スペーサー３４を用いて流体２を封入すると、ラバー膜３の表面形状が中央部の膨らみが小さくなるように形成される。このように調整された研磨ヘッドを用いることによって、研磨中のワーク外周部に掛かる圧力が高くなり、外周部の研磨代が大きくなる。逆に、ワークとテンプレートとの厚さの差よりも厚い厚さの調整用スペーサー３４を用いて流体２を封入すると、ラバー膜３の表面形状は中央部の膨らみが大きくなるように形成される。このように調整された研磨ヘッドを用いることによって、研磨中のワーク外周部に掛かる圧力が小さくなり、外周部の研磨代が小さくなる。このようにして流体の封入時に用いる調整用スペーサー３４の厚さを調整することでワーク外周部の研磨代を調整することも可能となる。

図２（Ｂ）はワークの厚さよりも厚いテンプレートを用いる場合の流体の封入方法の一例を示す図である。この場合には、図２（Ｂ）に示すように、ワークＷの下面に調整用スペーサー３４を挿入し、上記と同様にして非圧縮性の流体２を封入することができる。この場合も調整用スペーサー３４の厚さを調整することでワーク外周部の研磨代を調整することが可能となる。

また、ワークの厚さとテンプレートの厚さが等しい場合には、調整用スペーサーを用いないで、非圧縮性の流体２を封入しても良い。
上記したように、テンプレートとワークの厚さの差に応じて、ラバー膜の下面部の膨らみ形状が調整されたものであることが好ましく、このようなものであればワーク外周部の研磨代を調整することができ、ワークの全体をより確実に均一に研磨できる。

また、非圧縮性の流体は、ワークの研磨時の研磨圧力よりも高い圧力で封入されたものであることが好ましい。この封入圧の調整は、例えば上記したような流体封入装置の圧力調整機構を用いて調整できる。
このようなものであれば、ワークの外周部への圧力増加を抑制でき、ワークに対してより均一な研磨荷重でワークを研磨できるものとなる。

また、剛性リングに接着されるラバー膜は、非圧縮性の流体を封入することで上記のように形成された表面形状を維持するため、高い張力で張られることが望ましく、特に、ラバー膜は、３０Ｎ以上の張力で張られた状態で、剛性リングに接着されたものであることが好ましい。
このようなものであれば、ワークの研磨中に非圧縮性の流体の封入後のラバー膜の表面形状を確実に維持でき、ワーク全体をより確実に均一に研磨できるものとなる。

また、ラバー膜の材料としては、強靱で高張力にて引っ張っても裂けにくく、非圧縮性の流体を封入することで上記のように形成したラバー膜の表面形状を長期にわたって維持するため、クリープ変形の少ない材料が好ましい。
従って、ラバー膜が、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ＮＢＲゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエステルエラストマー、ポリサルフォン樹脂、グリルアミド樹脂のいずれかひとつの材料から成るものであることが好ましい。
このようなものであれば、ワーク全体をより確実に均一に研磨できるとともに、ラバー膜の寿命を伸ばしてコストを低減できる。

次に、本発明の研磨装置について説明する。
図４は本発明の研磨装置の一例を示した概略図である。
図４に示すように、本発明の研磨装置２０は、定盤２３上に貼り付けられた研磨布２２と、該研磨布２２上に研磨剤２５を供給するための研磨剤供給機構２４と、ワークＷを保持するための研磨ヘッドとして、上記した本発明の研磨ヘッド２１を有する。この研磨ヘッド２１は、不図示の加圧機構によってワークＷを定盤２３に貼られた研磨布２２に押圧できる構造になっている。

そして、研磨剤供給機構２４によって研磨剤２５を研磨布２２上に供給しながら、回転軸に連結された研磨ヘッド２１の自転運動と定盤２３の回転運動によって、ワークＷの表面を摺接して研磨を行う。
このような研磨装置であれば、ワークの研磨中にラバー膜の表面形状の変形、特に、ワークとテンプレートとの隙間部分でのラバー膜の局所的な膨らみを抑制でき、ワーク全体に均一な荷重を掛けてワークを研磨できる。その結果、研磨ヘッドのテンプレートの厚さによらずワーク全体を均一に研磨することができる。また、テンプレートの厚さをワークの厚さより薄くしてもワーク全体を均一に研磨できるので、ワークの仕上げ研磨に適用することもできる。

以下、本発明の実施例及び比較例を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

（実施例１−３）
図３に示すような本発明の研磨ヘッドを具備した本発明の研磨装置を用いてワークの研磨を行い、研磨後のワーク面内の研磨代のばらつきを評価した。ワークＷとして、直径３００ｍｍ、厚さ７７５μｍのシリコン単結晶ウェーハを用いた。ここで、研磨代については、平坦度測定器で研磨前後のウェーハの厚さを平坦度保証エリアとして最外周部２ｍｍ幅を除外した領域について測定し、ウェーハの直径方向のクロスセクションでの研磨前後の厚さの差分をとることで算出した。平坦度測定器としては、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製の平坦度測定器（ＷａｆｅｒＳｉｇｈｔ）を用いた。

まず、以下のような研磨ヘッドを準備した。剛性リングとして外径３６０ｍｍ、内径３２０ｍｍのＳＵＳ製のものを用い、ラバー膜として７．５Ｎの張力で厚さ１ｍｍのゴム硬度９０度のシリコンゴムを剛性リングの下面に接着した。ラバー膜の表面には、バッキングフィルムの表面に外径３５５ｍｍ、内径３０２ｍｍ、厚さ７００μｍ（実施例１）、厚さ７８０μｍ（実施例２）、厚さ８００μｍ（実施例３）のテンプレートを貼った市販のテンプレートアセンブリを接着した。

そして、図２（Ａ）に示すように、流体封入装置を用いて非圧縮性の流体を封入した。この際、テンプレートの厚さが７００μｍの場合は７５μｍの調整用スペーサーをテンプレートの下面に挿入し、７８０μｍの場合は調整用スペーサーを用いないで、８００μｍの場合はウェーハの下面に２５μｍの調整用スペーサーを挿入してそれぞれ流体を封入し、非圧縮性の流体として純水を使用し、空間部内に圧力２０ｋＰａで封入した。
この準備した研磨ヘッドを図４に示すような本発明の研磨装置に搭載し、ウェーハを研磨した。尚、使用したウェーハは、その両面に予め一次研磨を施し、エッジ部にも研磨を施したものである。また、定盤は直径８００ｍｍであるものを使用し、研磨布には通常用いられるものを使用した。

また、研磨の際には、研磨剤としてコロイダルシリカを含有するアルカリ溶液を使用し、研磨ヘッドと定盤をそれぞれ３０ｒｐｍで回転させた。ウェーハの研磨荷重（押圧力）は、不図示の加圧手段により、ウェーハ表面の面圧換算で２０ｋＰａとなるように設定し、ウェーハを研磨した。尚、研磨時間はウェーハの平均研磨量が１μｍになるように調整した。
実施例１―３で研磨したウェーハの研磨代分布を図５に示す。図５に示すように、ウェーハの研磨代分布は、後述する比較例１−３と異なりテンプレートの厚さにほとんど依存せず、ほぼ均一な研磨代分布が得られていることが分かる。クロスセクションの研磨代のレンジは、実施例１で０．０４２μｍ、実施例２で０．０２７μｍ、実施例３で０．０４８μｍと後述する比較例１−３と比べ改善されていた。

このように、本発明の研磨ヘッド及び研磨装置を用いることにより、テンプレートの厚さによらず、ウェーハの全体を均一に研磨できることが確認できた。

（比較例１−３）
図１３に示すような本発明の非圧縮性の流体を有さない従来の研磨ヘッドを搭載した図１０に示すような研磨装置を用い、実施例１−３と同様の条件で、シリコン単結晶ウェーハを研磨した。ここで、研磨ヘッドの剛性リング及びテンプレートは実施例１−３と同様のものを用い、ラバー膜としてゴム硬度７０度のシリコンゴムを用い、剛性リングの下面に５Ｎの張力で接着したものを用いた。

テンプレートの厚さが７００μｍ（比較例１）、７８０μｍ（比較例２）、８００μｍ（比較例３）のものを用いた場合のそれぞれについて、研磨後のウェーハ面内の研磨代のばらつきを評価した。
比較例１−３で研磨したウェーハの研磨代分布を図６に示す。図６に示すように、ウェーハの研磨代分布は、テンプレートの厚さに強く依存しており、テンプレートの厚さがウェーハの厚さよりも薄い場合には（比較例１）、ウェーハ外周部は過研磨され、逆にテンプレートの厚さがウェーハの厚さより厚い場合には（比較例３）、ウェーハ外周部の研磨代が低下していることが分かる。クロスセクションの研磨代のレンジは、比較例１で０．１８１μｍ、比較例２で０．０６１μｍ、及び比較例３で０．１０４μｍであり、実施例１−３と比べ悪化していた。

（実施例４−７）
シリコンゴムを張力５Ｎ（実施例４）、２０Ｎ（実施例５）、３５Ｎ（実施例６）、４８Ｎ（実施例７）の条件にて接着した以外、実施例１と同様の条件でシリコン単結晶ウェーハを研磨し、実施例１と同様に、研磨後のウェーハ面内の研磨代のばらつきを評価した。
実施例４−７で研磨したウェーハの研磨代分布を図７（Ａ）に示す。さらにウェーハの外周部の研磨代分布として、ウェーハ中心より１２０ｍｍから１４８ｍｍまでの範囲の研磨代分布を図７（Ｂ）に示す。図７（Ａ）（Ｂ）に示すように、実施例４−７のいずれの場合もウェーハ外周部まで均一に研磨できていることが分かる。

また、ウェーハ外周部の研磨代分布を表わす指標として、ウェーハ中心より１３５ｍｍから１４８ｍｍの研磨代の最大値と最小値の差を求め、それをウェーハの外周部研磨代ばらつきとした。ウェーハの外周部研磨代ばらつきは、実施例４では０．０４３μｍ、実施例５では０．０２７μｍ、実施例６では０．０１６μｍ、実施例７では０．０１１μｍであった。
図８にシリコンゴムの張力とウェーハの外周部研磨代ばらつきの関係を示す。図８に示すように、ゴムの張力が大きいほど、ウェーハの外周部研磨代ばらつきは小さくなっていることが分かる。また、張力が３０Ｎ以上の場合、ウェーハの外周部研磨代ばらつきは０．０２０μｍ以下となり、ウェーハの外周部をより均一に研磨できることが分かる。

（実施例８、９）
非圧縮性の流体の封入圧の影響について調査を行うため、封入時の圧力を１０ｋＰａ（実施例８）、４０ｋＰａ（実施例９）の条件に設定して純水を封入した研磨ヘッドを用いた以外、実施例７と同様の条件でシリコン単結晶ウェーハを研磨し、実施例７と同様に、研磨後のウェーハ面内の研磨代のばらつきを評価した。
図９に実施例８、９で研磨したウェーハの外周部の研磨代分布を示す。上記のように実施例７のウェーハ外周部の研磨代ばらつきが０．０１１μｍであるのに対して、実施例７の純水封入圧２０ｋＰａよりも低い１０ｋＰａの封入圧の場合である実施例８のウェーハ外周部の研磨代ばらつきは０．０３３μｍと大きくなり、実施例７よりも高い４０ｋＰａの純水封入圧の場合である実施例９のウェーハ外周部の研磨代ばらつきは０．００５μｍと小さくなった。

この結果から、非圧縮性の流体の封入圧を高く設定することにより、ウェーハ外周部の研磨代ばらつきが小さくなることが分かった。少なくとも非圧縮性の流体の封入圧をウェーハの研磨荷重よりも高く設定することで、ウェーハの外周部をさらに均一に研磨することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、本発明に係る研磨ヘッドは図１、図３に示した態様に限定されず、例えば、研磨ヘッドの形状等は特許請求の範囲に記載された要件以外については適宜設計すればよい。さらに研磨装置の構成も図４に示したものに限定されず、例えば本発明に係る研磨ヘッドを複数備えた研磨装置とすることもできる。

Claims (8)

1. 少なくとも、環状の剛性リングと、該剛性リングに均一の張力で接着されたラバー膜と、前記剛性リングに結合され、前記ラバー膜と前記剛性リングとともに空間部を形成する裏板と、前記ラバー膜の下面部の周辺部に前記剛性リングと同心に設けられ、ワークのエッジ部を保持する環状のテンプレートとを具備し、前記ラバー膜の下面部に前記ワークの裏面を保持し、該ワークの表面を定盤上に貼り付けられた研磨布に摺接させて研磨する研磨ヘッドにおいて、さらに、前記空間部に封入された非圧縮性の流体を有するものであることを特徴とする研磨ヘッド。
2. 前記非圧縮性の流体が、水又は主成分が水である非圧縮性の流体であることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッド。
3. 前記非圧縮性の流体が、前記ワークの研磨時に用いる研磨剤、又は該研磨剤に含まれる成分の少なくともひとつ以上の成分を有した水溶液であることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッド。
4. 前記テンプレートと前記ワークの厚さの差に応じて、前記ラバー膜の下面部の膨らみ形状が調整されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
5. 前記非圧縮性の流体は、前記ワークの研磨時の研磨圧力よりも高い圧力で封入されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
6. 前記ラバー膜は、３０Ｎ以上の張力で張られた状態で、前記剛性リングに接着されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
7. 前記ラバー膜が、イソプレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ＮＢＲゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム、エチレンプロピレンゴム、ポリエステルエラストマー、ポリサルフォン樹脂、グリルアミド樹脂のいずれかひとつの材料から成るものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の研磨ヘッド。
8. ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、少なくとも、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨剤を供給するための研磨剤供給機構と、前記ワークを保持するための研磨ヘッドとして、請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置。
   
   

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