WO2016166928A1 - 研磨ヘッドの製造方法及び研磨ヘッド、並びに研磨装置 - Google Patents

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正彬 大関
三千登 佐藤
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Shin Etsu Handotai Co Ltd
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    • B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a polishing head, a polishing head, and a polishing apparatus including the polishing head.
  • the polishing is performed by pressing the wafer with the rubber film surface in close contact with the entire back surface of the wafer. Can do. Thereby, the polishing allowance of the wafer can be made uniform over the entire polishing surface, and a wafer with high flatness can be produced. Further, since the shape of the surface of the rubber film that adsorbs the wafer by the incompressible fluid can be controlled to be constant, a wafer with high reproducibility and high flatness can be obtained.
  • parts of the polishing head may be submerged in an incompressible fluid, and the polishing head may be assembled by a human hand in the incompressible fluid.
  • it is difficult to control the amount of incompressible fluid enclosed.
  • the polishing head is assembled in an incompressible fluid, workability is significantly deteriorated.
  • a polishing head used for polishing a large diameter wafer having a diameter of 300 mm or more has a large size and a very large weight, which causes a problem in safety as well as workability.
  • the incompressible fluid to be sealed is harmful to the human body, the operation itself becomes impossible.
  • the rigid ring 102, the intermediate plate 104, and the rubber film 103 are assembled to form a space portion 105 that encloses an incompressible fluid in the polishing head. Further, the intermediate plate 104 is formed with an inlet 107 for injecting an incompressible fluid and an outlet 108 for discharging air. Next, the inside of the space part 105 is decompressed.
  • an incompressible fluid is poured into the space portion 105 from the inlet 107 communicating with the space portion 105, and at the same time, air remaining in the space portion 105 is discharged from the discharge port 108.
  • this method is also referred to as a reduced pressure sealing method.
  • workability can be greatly improved by assembling the polishing head in the atmosphere.
  • the polishing head is inclined and placed so that the discharge port 108 is higher than the injection port 107, and the incompressible fluid 106 is placed in the space portion 105. Can be injected (upper left of FIG. 7). In this way, since the incompressible fluid 106 first starts to accumulate in the direction opposite to the discharge port 108 (upper right portion in FIG. 7), the discharge port 108 is blocked by the injected incompressible fluid 106. Time can be further increased, and the amount of air that can be discharged can be increased (lower left part of FIG. 7).
  • the volume of the incompressible fluid to be sealed varies depending on the amount of remaining air.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems.
  • the workability is good and the amount of the incompressible fluid can be easily controlled.
  • it aims at providing the manufacturing method of the polishing head which can reduce the quantity of the air which remains in a space part.
  • the present invention also provides a polishing head that can reduce the amount of air remaining in a space filled with an incompressible fluid and can manufacture a wafer with high flatness with good reproducibility, and a polishing apparatus including the polishing head.
  • the purpose is to do.
  • the present invention provides an annular rigid ring, an elastic membrane attached to the lower end surface of the rigid ring with a uniform tension, and a disk-like shape coupled to the upper end surface of the rigid ring.
  • An intermediate plate a space defined by a lower end surface of the intermediate plate, an upper surface of the elastic film, and an inner peripheral surface of the rigid ring, and an incompressible fluid sealed in the space,
  • a method of manufacturing a polishing head for polishing a surface of a wafer by sliding the surface of the wafer against a polishing cloth affixed on a surface plate while holding the back surface of the wafer on the lower surface of an elastic film, Before being joined to the upper end surface of the rigid ring, an air inlet for injecting the incompressible fluid into the space and an air exhaust from the space when the incompressible fluid is injected into the intermediate plate.
  • a method of manufacturing a polishing head comprising the step of enclosing in the space.
  • the incompressible fluid is injected when the incompressible fluid is injected.
  • the flow can be controlled appropriately. That is, the air remaining in the space can be discharged before the incompressible fluid closes the discharge port. Also, with such a manufacturing method, workability is good and the control of the injection amount of the incompressible fluid becomes easy.
  • the incompressible fluid is placed while the middle plate is inclined and placed so that the injection port is positioned below the discharge port. It is preferable to inject into the space.
  • the intermediate plate having a convex shape at the lower end surface forming the groove.
  • the present invention provides an annular rigid ring, an elastic film attached to the lower end surface of the rigid ring with a uniform tension, and a disk coupled to the upper end surface of the rigid ring.
  • An intermediate plate a space defined by a lower end surface of the intermediate plate, an upper surface of the elastic film, and an inner peripheral surface of the rigid ring, and an incompressible fluid sealed in the space.
  • a polishing head that polishes the surface of the wafer by sliding against a polishing cloth affixed on a surface plate while holding the back surface of the wafer on the lower surface of the elastic film, On the end face, an inlet for injecting an incompressible fluid into the space, an outlet for discharging air from the space, a groove extending from the inlet to the outer periphery of the intermediate plate, A groove extending from the discharge port to the outer periphery of the intermediate plate, and the injection port and Providing a polishing head, wherein those having a lid portion for closing the outlet.
  • Such a polishing head has a small amount of air remaining in the space filled with an incompressible fluid, and it is easy to control the shape of the surface that holds the elastic film wafer. Can be manufactured well.
  • the present invention comprises an abrasive cloth affixed on a surface plate, an abrasive supply mechanism for supplying an abrasive onto the abrasive cloth, and the above polishing head.
  • a polishing apparatus is characterized in that the workpiece is held by the polishing head and the surface of the workpiece is polished by being brought into sliding contact with a polishing cloth affixed on the surface plate.
  • a polishing apparatus equipped with a polishing head as described above can produce a highly flat wafer with good reproducibility.
  • the method for manufacturing a polishing head of the present invention can greatly reduce the amount of air remaining in the space when the incompressible fluid is sealed.
  • this manufacturing method has good workability, and the amount of incompressible fluid enclosed can be easily controlled.
  • the polishing head of the present invention has high flatness because the amount of air remaining in the space filled with the incompressible fluid is small and the shape of the surface holding the elastic film wafer can be easily controlled. Wafers can be manufactured with good reproducibility. The same effect can be obtained by a polishing apparatus equipped with the polishing head of the present invention.
  • the reduced pressure encapsulation method has good workability and easy control of the amount of incompressible fluid enclosed.
  • the incompressible fluid injected at an early stage before discharging a sufficient amount of air will block the outlet, so that the inlet and the outlet are short-circuited via the incompressible fluid.
  • the inventors have formed a groove on the surface of the intermediate plate that defines the space portion, thereby allowing the flow of the incompressible fluid in the space portion. It has been found that the amount of residual air can be reduced by controlling the outer peripheral portion to flow first, and the present invention has been completed.
  • the polishing head of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the polishing head 1 of the present invention is coupled to an annular rigid ring 2, an elastic film 3 attached to the lower end surface of the rigid ring 2 with a uniform tension, and an upper end surface of the rigid ring 2.
  • a disc-shaped intermediate plate 4 a space portion 5 defined by the lower end surface of the intermediate plate 4, the upper surface of the elastic film 3, and the inner peripheral surface of the rigid ring 2, and the incompressibility enclosed in the space portion 5 Fluid 6.
  • the intermediate plate 4 is formed with an inlet 7 and an outlet 8 that are used when the incompressible fluid 6 is sealed in the space 5 when the polishing head 1 is manufactured.
  • the cover part 9 which closes the injection port 7 and the discharge port 8.
  • FIG. 1 a one-touch joint 9 that can open and close the inlet 7 and the outlet 8 and has good workability as shown in FIG. 1 can be used.
  • a groove 10 a extending from the inlet 7 to the outer peripheral portion 4 b of the intermediate plate 4 and an outlet 8 are provided on the lower end surface 4 a of the intermediate plate 4, that is, on the surface defining the space portion 5.
  • a groove 10b extending to the outer peripheral portion 4b of the intermediate plate 4 is formed on the lower end surface 4 a of the intermediate plate 4, that is, on the surface defining the space portion 5.
  • the outer peripheral portion of the intermediate plate referred to in the present invention is a portion located above the outer peripheral portion of the space portion, and the grooves 10a and 10b can extend at least to the lower end surface 4a of the intermediate plate 4 above the outer peripheral portion of the space portion 5. . Or you may extend
  • Such a polishing head 1 can perform polishing by sliding the surface of the wafer against a polishing cloth affixed on a surface plate while holding the back surface of the wafer on the lower surface of the elastic film 3.
  • the polishing head 1 may be one in which a backing pad is attached to the lower surface portion of the elastic film 3, and the elastic film 3 may hold the wafer via this backing pad.
  • the backing pad is one that, for example, contains water and attaches the wafer, and holds the wafer on the wafer holding surface of the elastic film 3.
  • the polishing head 1 may include an annular template for holding the edge portion of the wafer on the lower surface of the backing pad.
  • Such a polishing head 1 has a very small amount of air remaining in the space 5, it is easy to control the shape of the surface holding the elastic film wafer during polishing of the wafer. As a result, a polishing head capable of manufacturing a highly flat wafer with good reproducibility is obtained.
  • the polishing head manufacturing method of the present invention includes at least a step of forming an injection port and a discharge port in the intermediate plate (S101 in FIG. 3), and a step of forming a groove in the lower end surface of the intermediate plate ( 3 (S102), a step of forming the space portion by combining the intermediate plate, the rigid ring, and the elastic film (S103 of FIG. 3), a step of decompressing the space portion (S104 of FIG. 3), and an incompressible fluid in the space portion. Is included (S105 in FIG. 3).
  • grooves 10a and 10b as shown in FIG. 2 are formed in the lower end surface 4a of the intermediate plate 4 (S102 in FIG. 3). Specifically, a groove 10a connecting an arbitrary point between the inlet 7 and the outer peripheral portion 4b is cut. Similarly, a groove 10b connecting an arbitrary point between the discharge port 8 and the outer peripheral portion 4b is cut.
  • FIG. 2 shows an example in which the grooves 10a and 10b are formed so as to extend from the inlet 7 and the outlet 8 to the nearest outer peripheral portion.
  • the cross-sectional shape of the groove cut in the intermediate plate can be, for example, a square having a width of 1 to 5 mm and a depth of 3 to 6 mm, but is not limited thereto.
  • the shape of the groove may be any shape as long as it does not inhibit the flow of air and incompressible fluid and does not affect the strength of the intermediate plate.
  • the elastic film 3 is attached to the lower end surface of the rigid ring 2, as shown in FIG.
  • the space 5 is formed by joining the upper end surface of the rigid ring 2 and the lower end surface 4a in which the groove of the intermediate plate 4 is formed (103 in FIG. 3).
  • the space 5 may be formed by assembling the rigid ring and rubber membrane assembly and the intermediate plate.
  • the material of the rigid ring is preferably ceramic in order to prevent dissolution of metal impurities during wafer polishing.
  • the inside of the space 5 is decompressed (S104 in FIG. 3).
  • the interior of the space portion 5 can be decompressed by connecting the discharge port 8 and a vacuum generator such as an ejector (not shown) and operating the vacuum generator.
  • the supply pressure of the ejector is preferably about 3 MPa.
  • the inside of the space 5 can be sufficiently decompressed. Thereby, at least the center part of the lower end surface 4a of the intermediate plate 4 and the elastic film 3 are in close contact.
  • the incompressible fluid 6 is injected from the injection port 7 with the discharge port 8 being opened.
  • the incompressible fluid 6 it is preferable to use water from the viewpoint of safety and convenience.
  • the inflow rate is preferably about 700 ml / min to 900 ml / min.
  • the incompressible fluid 6 when the incompressible fluid 6 is injected into the space portion 5 in a state where the central portion of the lower end surface 4 a of the intermediate plate 4 and the elastic film 3 are in close contact with each other, the incompressible fluid 6 remains in the space portion 5.
  • the interior moves as shown in FIG. First, the incompressible fluid 6 is injected into the space portion 5 from the injection port 7. Subsequently, the incompressible fluid 6 extends from the inlet 7 toward the outer peripheral portion 4 b, that is, through the groove 10 a connecting the inlet 7 and the outer peripheral portion of the space portion 5. It flows below the portion 4b, in other words, to the outer peripheral portion of the space portion 5 (upper left portion in FIG. 4).
  • the incompressible fluid 6 is placed in the space portion 5 in a state where the intermediate plate 4 coupled to the rigid ring is inclined and placed so that the inlet 7 is positioned below the outlet 8. It is preferable to inject into That is, it is preferable to place the intermediate plate 4 so that the height position of the groove 10 b connected to the discharge port 8 is lower than the height position of the groove 10 a connected to the injection port 7. Specifically, it is preferable to give the middle plate 4 an inclination of about 5 degrees from the horizontal plane. If the intermediate plate 4 is thus inclined and placed, the incompressible fluid 6 that has entered from the injection port 7 easily flows preferentially into the space of the outer peripheral portion 4b through the groove 10a.
  • the incompressible fluid 6 flows along the outer peripheral portion 4b of the intermediate plate 4 and fills the outer peripheral portion of the space portion 5 (upper right portion in FIG. 4). At the same time, the air existing on the outer peripheral portion of the space portion 5 is discharged. Note that the incompressible fluid 6 does not flow because the central portion of the intermediate plate 4 is in a state where the intermediate plate 4 and the elastic film 3 are adsorbed by decompression.
  • the middle plate 4 having a convex shape at the lower end surface 4a it is preferable to use the middle plate 4 having a convex shape at the lower end surface 4a. If the intermediate plate 4 having such a shape is used, the incompressible fluid 6 is more likely to flow along the outer peripheral portion 4 b of the intermediate plate 4. That is, it becomes easier to control the flow of the incompressible fluid 6 in the space 5.
  • the incompressible fluid 6 reaches the discharge port 8 through the groove 10b (lower left portion in FIG. 4). Almost all of the air remaining on the outer periphery due to the movement of the incompressible fluid 6 so far is efficiently discharged. Whether or not the space of the outer peripheral portion 4b can be replaced with the incompressible fluid 6 can be determined when the replacement is completed when the incompressible fluid 6 starts to be discharged from the discharge portion 8 instead of air. After the discharge of air is completed, the discharge port 8 is closed while the injection of the incompressible fluid 6 is continued, so that water is also injected into the portion where the elastic film 3 and the middle plate 4 are adsorbed (see FIG. 4 on the lower right).
  • the incompressible fluid 6 is injected until the desired amount is filled, and finally the inlet 7 is closed.
  • the amount of the incompressible fluid to be enclosed can be calculated from the injection amount and the discharge amount, and can also be managed by measuring the weight of the polishing head before and after the encapsulation.
  • the polishing head is manufactured by the procedure as described above, the amount of air remaining in the space 5 enclosing the incompressible fluid 6 can be greatly reduced. Therefore, it is easy to control the shape of the surface holding the elastic film wafer, and it is possible to reliably manufacture the polishing head of the present invention capable of manufacturing a highly flat wafer with good reproducibility.
  • the polishing head 1 of the present invention manufactured as described above can be used for holding the wafer W in the polishing apparatus 20 of the present invention as shown in FIG.
  • the polishing apparatus 20 of the present invention includes an abrasive cloth 22 attached on a surface plate 23, an abrasive supply mechanism 24 for supplying an abrasive 25 onto the abrasive cloth 22,
  • the polishing head 1 of the present invention described above is provided.
  • the polishing head 1 has a structure in which a workpiece W can be pressed against a polishing cloth 22 affixed to a surface plate 23 by a pressing mechanism (not shown).
  • the polishing head was manufactured by the polishing head manufacturing method of the present invention.
  • the intermediate plate 4 a disc-shaped intermediate plate having a convex shape at the lower end surface 4a, a material of SUS, and a diameter of 360 mm was used.
  • the grooves 10a and 10b formed on the intermediate plate are both grooves having a rectangular cross section with a width of 3 mm and a depth of 4.5 mm.
  • water was used as the incompressible fluid 6.
  • the inflow rate of water into the space was 800 ml / min.
  • Comparative Example 1 A polishing head was assembled in water, which is an incompressible fluid, to produce a polishing head in which water was sealed in the space.
  • the polishing head produced in Comparative Example 1 has the same basic structure as the polishing head of Example 1, but does not have a groove, an inlet, an outlet, and a lid on the lower end surface of the intermediate plate. Met.
  • Comparative Example 2 Basically except that water is sealed in the space by the conventional decompression sealing method without forming a groove extending from the inlet to the outer periphery of the intermediate plate and a groove extending from the discharge port to the outer peripheral portion of the intermediate plate.
  • a polishing head was produced in the same manner as in Example 1.
  • Example 1 and Comparative Example 2 using the vacuum encapsulation method can be operated in a state where the polishing head is assembled in the atmosphere, so the head is assembled in an incompressible fluid. Compared to the method, the work time is less.
  • the working time of the example was 1/3 or less of that of Comparative Example 2.
  • Comparative Example 1 of the underwater assembly method was evaluated as “good” because the remaining air was 0% in terms of area.
  • Comparative Example 1 of the underwater assembly method was evaluated as “good” because the remaining air was 0% in terms of area.
  • Comparative Example 2 since the remaining air was 20% in terms of area, it was evaluated as “bad”.
  • the underwater assembly method of Comparative Example 1 was evaluated as “bad” because the amount of enclosed water could not be adjusted.
  • the reduced pressure injection method as in the example was evaluated as “good” because the amount of water enclosed could be controlled by the amount of incompressible fluid supplied.
  • the polishing head of Comparative Example 2 even if the amount of water sealed can be controlled, the desired amount of incompressible fluid cannot be sealed due to the influence of residual air, and the actual shape of the wafer holding portion of the polishing head is constant. do not become. Therefore, the evaluation was evaluated as “substantially bad”.
  • the polishing head manufactured in Example and Comparative Example 1 was used as a polishing head of a single-side polishing apparatus as shown in FIG. 5, and a silicon single crystal wafer having a diameter of 300 mm was polished on one side.
  • a non-woven fabric was used as the polishing cloth, and an alkaline polishing liquid containing colloidal silica as the abrasive as abrasive grains was used.
  • the rotation speed of the surface plate was 30 rpm, and the rotation speed of the polishing head was 30 rpm.
  • the pressing force of the polishing head against the wafer was 20 kPa.
  • the silicon single crystal wafer was polished and its flatness was evaluated.
  • the results are shown in Table 2.
  • the perimeter allowance change here represents the difference in allowance at points moved 1 mm and 3 mm respectively from the outer periphery to the center, and the smaller this value, the more even the outer periphery is polished flatly. Yes.
  • Comparative Example 2 since the remaining volume of air is large, the wafer could not be handled correctly when the same amount of sealing was used as in Example and Comparative Example 1, and therefore data on the amount of change in the outer circumference allowance could not be acquired.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

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Abstract

本発明は、中板の下端面に、非圧縮性流体の注入口から中板の外周部まで延伸する溝及びエアーの排出口から中板の外周部まで延伸する溝を形成する工程と有し、剛性リングの下端面に弾性膜を貼り付け、かつ、剛性リングの上端面と中板の下端面とを結合することにより空間部を形成した後に、空間部内を減圧する工程と、減圧工程後、注入口から空間部に非圧縮性流体を注入しながら、排出口から空間部内のエアーを排出し、注入口及び排出口を閉じることで非圧縮性流体を空間部に封入する工程とを有する研磨ヘッドの製造方法である。これにより、空間部に非圧縮性流体が封入された研磨ヘッドを製造する場合に、作業性が良く、非圧縮性流体の量の制御が容易であり、かつ、空間部に残留するエアーの量を低減することが可能な研磨ヘッドの製造方法が提供される。

Description

研磨ヘッドの製造方法及び研磨ヘッド、並びに研磨装置
　本発明は、研磨ヘッドの製造方法及び研磨ヘッド、並びにその研磨ヘッドを具備する研磨装置に関する。
　近年、シリコンウェーハ等のウェーハの平坦性に関する要求はますます高まっており、片面研磨において、より高い平坦性を有するウェーハを作製することが求められている。そして、現在、高い平坦性を有するウェーハを再現性良く得るために、ウェーハを保持するラバー膜、ラバー膜に接する空間部、空間部に封入された非圧縮性流体を具備する研磨ヘッドが使用されている（例えば、特許文献１参照）。
　このような研磨ヘッドは、非圧縮性流体によりラバー膜の表面の形状を適切に調整できるため、ウェーハの裏面の全面にラバー膜の表面を密着させてウェーハを押圧することで研磨を実施することができる。これにより、ウェーハの研磨代を研磨面全体で均一にすることができ、平坦性の高いウェーハを作製することができる。また、非圧縮性流体によりウェーハを吸着するラバー膜の表面の形状を一定に制御できるため、再現性良く平坦性の高いウェーハが得られる。
　しかしながら、ウェーハを吸着するラバー膜の表面の形状を一定にするためには、研磨ヘッドの製造時に、研磨ヘッド内の空間部にエアーを混入させることなく非圧縮流体を封入する必要がある。これは、エアーが混入してしまうと、エアーが存在する部分と他の部分とで圧力が異なり、ラバー膜の表面の形状を一定に制御できなくなり、ウェーハを均一に押圧できなくなってしまうためである。また、エアーの混入により、研磨ヘッド内に封入する非圧縮流体の体積バラつきが大きくなってしまい、研磨したウェーハの形状のバラつきも大きくなってしまう。そのため、研磨ヘッドの製造時には、特に非圧縮性流体を封入する空間部にエアーが残留しないようにする必要がある。
　そこで、エアーの混入を防ぐため、研磨ヘッドのパーツを非圧縮性流体の中に沈め、非圧縮性流体内で人の手によって研磨ヘッドを組み立てることがある。しかしながら、この手法では、非圧縮性流体の封入量の制御が困難である。さらに、非圧縮性流体の中で研磨ヘッドを組み立てるため、作業性が著しく悪化してしまう。また、直径３００ｍｍ以上の大直径のウェーハの研磨に使用する研磨ヘッドは、サイズが大きく、重量も非常に大きいため、作業性に加え、安全面にも問題が生じる。さらに、封入したい非圧縮性流体が人体に有害なものである場合には、作業自体が不可能になる。
　一方で、以下に説明するように、非圧縮性流体内ではなく大気中で研磨ヘッドを組み立てる手法もある。この手法では、まず、図６の上部に示すように剛性リング１０２、中板１０４、ラバー膜１０３を組み立て、研磨ヘッド内に非圧縮性流体を封入する空間部１０５を形成する。また、中板１０４には、非圧縮性流体を注入するための注入口１０７、エアーを排出するための排出口１０８が形成してある。次に、空間部１０５の内部を減圧する。その後、空間部１０５に連通する注入口１０７から空間部１０５の中へ非圧縮性流体を流し込み、同時に、空間部１０５に残留しているエアーを排出口１０８から排出する。図６の下部に示すように、十分な量の非圧縮性流体１０６を注入した後、注入口１０７、排出口１０８を蓋１０９により閉じる（以下では、この手法を減圧封入法とも呼ぶ）。この減圧封入法では、大気中で研磨ヘッドを組み立てることにより、作業性を大きく向上させることができる。また、非圧縮性流体の封入量の制御も容易になる。
特開２０１３－１６６２００号公報
　ところが、減圧封入法により非圧縮性流体を研磨ヘッド内の空間部に封入すると、研磨ヘッド内に大量のエアーが残留してしまう。これは、研磨ヘッドは後述する構造上の理由により厚みが薄い中心部に注入口と排出口を設けるため、空間部の外周に残っているエアーを排出する前の早い段階で、非圧縮性流体が排出口を塞いでしまい、その残っているエアーを排出することができなくなるためである。
　この問題を解決するためには、注入口と排出口を外周部付近に設け、注入口と排出口との距離を可能な限り大きくとることが有効である。しかし、元々研磨ヘッドの外周部は厚みが大きく、さらに、注入口及び排出口に接続する継ぎ手の高さ分、研磨ヘッドの外周部が厚くなるため、研磨ヘッドの重量が増えてしまう。さらに、研磨ヘッド内の空間部の体積が大きくなり、研磨時のウェーハに対する加圧や減圧の応答性が悪化してしまう。従って、注入口や排出口を研磨ヘッドの外周部に設けることは実用的ではない。
　また、残留するエアーの量を減らすため、図７に示すように、排出口１０８が注入口１０７よりも高くなるように、研磨ヘッドを傾けて載置して非圧縮性流体１０６を空間部１０５に注入することができる（図７の左上部）。このようにすれば、非圧縮性流体１０６が、最初に、排出口１０８とは逆方向に溜まり始めるため（図７の右上部）、排出口１０８を注入された非圧縮性流体１０６で塞ぐまでにかかる時間をより増やすことができ、排出できるエアーの量を増やすことができる（図７の左下部）。しかし、排出口１０８より高い位置にあるエアーは研磨ヘッドから排出することが難しく、結局、残留エアーの量が多くなってしまう（図７の右下部）。このように残留するエアーの量に応じて、封入する非圧縮性流体の体積がバラついてしまう。
　本発明は前述のような問題に鑑みてなされたもので、空間部に非圧縮性流体が封入された研磨ヘッドを製造する場合に、作業性が良く、非圧縮性流体の量の制御が容易であり、かつ、空間部に残留するエアーの量を低減することが可能な研磨ヘッドの製造方法を提供することを目的とする。
　また、本発明は、非圧縮性流体が封入された空間部に残留するエアーの量が低減され、平坦性の高いウェーハを再現性良く製造できる研磨ヘッド及びその研磨ヘッドを具備する研磨装置を提供することも目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明は、環状の剛性リングと、該剛性リングの下端面に均一の張力で貼り付けられた弾性膜と、前記剛性リングの上端面に結合された円盤状の中板と、該中板の下端面と前記弾性膜の上面と前記剛性リングの内周面とにより区画された空間部と、前記空間部に封入された非圧縮性流体とを具備し、前記弾性膜の下面部にウェーハの裏面を保持しながら、前記ウェーハ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を製造する方法であって、前記中板を前記剛性リングの上端面に結合する前に、前記中板に、前記非圧縮性流体を前記空間部に注入するための注入口、及び前記非圧縮性流体の注入時に前記空間部からエアーを排出するための排出口を形成する工程と、前記中板の下端面に、前記注入口から前記中板の外周部まで延伸する溝及び前記排出口から前記中板の外周部まで延伸する溝をそれぞれ形成する工程とを有し、前記剛性リングの下端面に前記弾性膜を貼り付け、かつ、前記剛性リングの上端面と前記中板の前記溝を形成した下端面とを結合することにより前記空間部を形成した後に、前記空間部内を減圧する工程と、該減圧工程後、前記注入口から前記空間部に前記非圧縮性流体を注入しながら、前記排出口から前記空間部内のエアーを排出し、前記注入口及び前記排出口を閉じることで前記非圧縮性流体を前記空間部に封入する工程とを有することを特徴とする研磨ヘッドの製造方法を提供する。
　このように、中板の空間部側の表面に上記のような溝を形成しておいてから、非圧縮性流体の封入を行うことで、非圧縮性流体の注入時に、非圧縮性流体の流れを適切に制御できる。すなわち、非圧縮性流体が排出口を塞ぐ前に、空間部に残留するエアーを排出できる。また、このような製造方法であれば、作業性が良く、非圧縮性流体の注入量の制御も容易となる。
　このとき、前記非圧縮性流体を前記空間部に封入する工程において、前記注入口が前記排出口よりも下方に位置するように前記中板を傾けて載置しながら前記非圧縮性流体を前記空間部に注入することが好ましい。
　このようにすれば、空間部に残留するエアーの量をより低減できる。
　またこのとき、前記中板として、前記溝を形成する前記下端面の形状が凸形状となっているものを用いることが好ましい。
　このようにすれば、空間部に残留するエアーの量をより確実に低減できる。
　また、上記目的を達成するために、本発明は、環状の剛性リングと、該剛性リングの下端面に均一の張力で貼り付けられた弾性膜と、前記剛性リングの上端面に結合された円盤状の中板と、該中板の下端面と前記弾性膜の上面と前記剛性リングの内周面とにより区画された空間部と、前記空間部に封入された非圧縮性流体とを具備し、前記弾性膜の下面部にウェーハの裏面を保持しながら、前記ウェーハ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であって、前記中板が、下端面に、前記空間部に非圧縮性流体を注入するための注入口と、前記空間部からエアーを排出するための排出口と、前記注入口から前記中板の外周部まで延伸した溝と、前記排出口から前記中板の外周部まで延伸した溝と、前記注入口及び前記排出口を閉じるための蓋部とを有するものであることを特徴とする研磨ヘッドを提供する。
　このような研磨ヘッドは、非圧縮性流体が封入された空間部に残留するエアーの量が少なく、弾性膜のウェーハを保持する表面の形状を制御しやすいため、平坦性の高いウェーハを再現性良く製造できる。
　また、上記目的を達成するために、本発明は、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、上記の研磨ヘッドを具備し、該研磨ヘッドでワークを保持して前記ワークの表面を、前記定盤上に貼り付けられた研磨布に摺接させて研磨するものであることを特徴とする研磨装置を提供する。
　上記のような研磨ヘッドを具備した研磨装置は、平坦性の高いウェーハを再現性良く製造できる。
　本発明の研磨ヘッドの製造方法であれば、非圧縮性流体の封入時に空間部に残留してしまうエアーの量を大幅に低減できる。また、この製造方法は、作業性も良好であり、かつ、非圧縮性流体の封入量の制御も容易である。
　また、本発明の研磨ヘッドであれば、非圧縮性流体が封入された空間部に残留するエアーの量が少なく、弾性膜のウェーハを保持する表面の形状を制御しやすいため、平坦性の高いウェーハを再現性良く製造できる。また、このような本発明の研磨ヘッドを具備した研磨装置も同様の効果が得られる。
本発明の研磨ヘッドの一例を示す概略断面図である。 本発明の研磨ヘッドにおける中板の下端面の一例を示す概略図である。 本発明の研磨ヘッドの製造方法の一例を説明するフロー図である。 非圧縮性流体の注入時における非圧縮性流体の動きを示す模式図である。 本発明の研磨装置の一例を示す概略図である。 従来の減圧封入法によって、空間部に非圧縮性流体を注入した場合を示す模式図である。 従来の減圧封入法によって、空間部に非圧縮性流体を注入した場合の非圧縮性流体の動きを示す模式図である。
　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。
　上記のように、減圧封入法は、作業性が良好であり、非圧縮性流体の封入量の制御も容易である。しかし、十分な量のエアーを排出する前の早い段階で注入した非圧縮性流体が排出口を塞いでしまい、言わば、非圧縮性流体を介して注入口と排出口が短絡してしまうような状態となるので、空間部にエアーが大量に残留してしまうという問題があった。これに対し、本発明者等は、空間部を区画する中板の表面に溝を形成しておくことで空間部内での非圧縮性流体の流れを、特に、非圧縮性流体が空間部の外周部を先に流れるように制御することで、残留エアーの量を低減できることを見出し、本発明を完成させた。
　まず、本発明の研磨ヘッドについて、図１を参照して説明する。図１に示すように、本発明の研磨ヘッド１は、環状の剛性リング２と、剛性リング２の下端面に均一の張力で貼り付けられた弾性膜３と、剛性リング２の上端面に結合された円盤状の中板４と、中板４の下端面と弾性膜３の上面と剛性リング２の内周面とにより区画された空間部５と、空間部５に封入された非圧縮性流体６とを具備している。そして、中板４には、この研磨ヘッド１の製造時に空間部５の内部に非圧縮性流体６を封入する際に使用された、注入口７と排出口８が形成されている。そして、非圧縮性流体６を封入するために注入口７及び排出口８を閉じる蓋部９を有する。なお、この場合、蓋部９として、図１に示すような、注入口７及び排出口８を開閉可能で作業性が良好なワンタッチ継手９を使用することができる。
　また、図２に示すように中板４の下端面４ａ、すなわち、空間部５を区画する表面には、注入口７から中板４の外周部４ｂまで延伸した溝１０ａと、排出口８から中板４の外周部４ｂまで延伸した溝１０ｂとが形成されている。本発明でいう中板の外周部とは空間部の外周部の上方に位置する部分であり、溝１０ａ、１０ｂは少なくとも空間部５の外周部の上方の中板４の下端面４ａまで延伸できる。あるいは、空間部５の外周端の上方の中板４の下端面４ａまで延伸しても良い。
　このような研磨ヘッド１は、弾性膜３の下面部にウェーハの裏面を保持しながら、ウェーハ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ことができる。また、研磨ヘッド１は弾性膜３の下面部にバッキングパッドを貼り付けたものでも良く、弾性膜３はこのバッキングパッドを介してウェーハを保持しても良い。ここでいう、バッキングパッドとは、例えば、水を含ませてウェーハを貼りつけ、弾性膜３のウェーハ保持面にウェーハを保持するものである。さらに、研磨ヘッド１は、バッキングパッドの下面に、ウェーハのエッジ部を保持する環状のテンプレートを具備していても良い。
　このような研磨ヘッド１は、空間部５に残留しているエアーの量が非常に少ないため、ウェーハの研磨時に弾性膜のウェーハを保持する表面の形状を制御しやすい。その結果、平坦性の高いウェーハを再現性良く製造できる研磨ヘッドとなる。
　続いて、図１、図２に示すような本発明の研磨ヘッドを製造できる本発明の研磨ヘッドの製造方法を具体的に説明する。
　図３に示すように、本発明の研磨ヘッドの製造方法は、少なくとも、中板に注入口と排出口を形成する工程（図３のＳ１０１）、中板の下端面に溝を形成する工程（図３のＳ１０２）、中板、剛性リング、弾性膜を組み合わせて空間部を形成する工程（図３のＳ１０３）、空間部内を減圧する工程（図３のＳ１０４）、空間部に非圧縮性流体を封入する工程（図３のＳ１０５）を有する。
　まず、中板４を剛性リング２の上端面に結合する前に、中板４の下端面４ａに、図１、２に示したような注入口７と排出口８を形成する工程（図３のＳ１０１）を行う。中板４としては、強度や価格の面からステンレス鋼（ＳＵＳ：Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ　Ｕｓｅｄ　Ｓｔｅｅｌ）を用いることが好ましい。また、例えば、直径３００ｍｍ以上の大直径のウェーハの研磨に使用する研磨ヘッドを製造する場合のように、研磨ヘッドの低重量化が必要な場合は、チタンを用いることもできる。
　続いて、中板４の下端面４ａに、図２に示したような溝１０ａ、１０ｂを形成する（図３のＳ１０２）。具体的には、注入口７と外周部４ｂの任意の点を結ぶ溝１０ａを切る。同様に、排出口８と外周部４ｂの任意の点を結ぶ溝１０ｂを切る。図２には、注入口７及び排出口８のそれぞれから、最も近い外周部に延伸するように溝１０ａ、１０ｂを形成した例を示している。中板に切る溝の断面形状は、例えば、幅１～５ｍｍ、深さ３～６ｍｍの四角形にできるがこれに限定されることは無い。溝の形状は、エアーと非圧縮性流体の流れを阻害せず、中板の強度に影響しない範囲であればどのような形状でも良い。
　以上のようにして、中板４に注入口７、排出口８、溝１０ａ、１０ｂを形成した後、図１に示すように、剛性リング２の下端面に弾性膜３を貼り付け、かつ、剛性リング２の上端面と中板４の溝を形成した下端面４ａとを結合することにより空間部５を形成する（図３の１０３）。空間部５は、剛性リングとラバー膜のアセンブリ及び上記の中板を組み立てることにより形成してもよい。剛性リングの材質は、ウェーハの研磨中の金属不純物溶解を防止するために、セラミックスとすることが好ましい。
　続いて、空間部５の内部を減圧する（図３のＳ１０４）。具体的には、排出口８とエジェクター（不図示）などの真空発生装置を連結し、真空発生装置を作動させることで、空間部５の内部を減圧することができる。なお、エジェクターの供給圧力は３ＭＰａ程度が好ましい。また、エジェクターを１分以上作動させれば、空間部５の内部を十分に減圧できる。これにより、中板４の下端面４ａの少なくとも中心部と弾性膜３とが密着する。
　その後、排出口８を開けたまま、注入口７から非圧縮性流体６を注入する。非圧縮性流体６としては、安全性と利便性の観点から水を使用することが好ましい。また、流入速度は７００ｍｌ／ｍｉｎ～９００ｍｌ／ｍｉｎ程度とすることが好ましい。
　このようにして、中板４の下端面４ａの中心部と弾性膜３とが密着した状態で、非圧縮性流体６を空間部５に注入した場合、非圧縮性流体６は空間部５の内部を、図４に示すように動く。まず、空間部５内に注入口７から非圧縮性流体６が注入される。続いて、非圧縮性流体６は、注入口７から外周部４ｂに向かって延伸する、すなわち、注入口７と空間部５の外周部をつないでいる溝１０ａを通って、中板４の外周部４ｂの下方、言い換えれば、空間部５の外周部に流れる（図４の左上部）。
　このとき、図４に示すように、注入口７が排出口８よりも下方に位置するように剛性リングに結合した中板４を傾けて載置した状態で非圧縮性流体６を空間部５に注入することが好ましい。すなわち、排出口８につながる溝１０ｂの高さ位置が、注入口７につながる溝１０ａの高さ位置よりも低くなるように中板４を載置することが好ましい。また、具体的には、中板４に水平面からの傾きを５度程度与えることが好ましい。このように中板４を傾けて載置していれば、注入口７から入った非圧縮性流体６が溝１０ａを通って、外周部４ｂの空間に優先的に流れやすくなる。
　その後、非圧縮性流体６は、中板４の外周部４ｂに沿って流れ、空間部５の外周部を満たしていく（図４の右上部）。このとき同時に、空間部５の外周部に存在するエアーが排出されていく。なお、中板４の中央部は減圧により中板４と弾性膜３が吸着した状態になっているので、非圧縮性流体６は流れない。
　ここで、本発明では、中板４として、下端面４ａの形状が凸形状となっているものを用いることが好ましい。このような形状を有する中板４を使用すれば、より一層、非圧縮性流体６は中板４の外周部４ｂに沿って流れやすくなる。すなわち、空間部５内の非圧縮性流体６の流れをより制御しやすくなる。
　続いて、非圧縮性流体６は溝１０ｂを通って、排出口８に到達する（図４の左下部）。ここまでの非圧縮性流体６の動きにより外周部に残ったエアーはほぼ全て、効率良く排出される。なお、外周部４ｂの空間を非圧縮性流体６で置換できたか否かは、排出部８からエアーの代わりに非圧縮性流体６が排出され始めた時に、置換が完了したと判断できる。エアーの排出が完了した後、非圧縮性流体６の注入を続けたまま排出口８を閉じることで、中央部の弾性膜３と中板４が吸着した部分にも水が注入される（図４の右下部）。その後、所望の封入量となるまで非圧縮性流体６を注入し、最後に注入口７を閉める。封入する非圧縮性流体の量は、注入量と排出量から計算することができるし、封入前後の研磨ヘッドの重量を測ることで管理することも可能である。
　以上のような手順で、研磨ヘッドを製造すれば、非圧縮性流体６を封入した空間部５に残留してしまうエアーの量を大幅に減らすことができる。従って、弾性膜のウェーハを保持する表面の形状が制御しやすく、平坦性の高いウェーハを再現性良く製造可能な本発明の研磨ヘッドを確実に製造することができる。
　また、このようにして製造した本発明の研磨ヘッド１は、例えば、図５に示すような本発明の研磨装置２０にて、ウェーハＷの保持に使用できる。図５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１を有する。この研磨ヘッド１は、不図示の加圧機構によって、定盤２３に貼られた研磨布２２にワークＷを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１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２０であれば、平坦性の高いウェーハを再現性良く製造できる。
　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、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
（実施例）
　図３に示したフローに従って、本発明の研磨ヘッドの製造方法により研磨ヘッドを製造した。この際、中板４として、下端面４ａが凸形状、材質がＳＵＳ、直径が３６０ｍｍの円板状の中板を使用した。中板に形成した溝１０ａ、１０ｂは、両方とも断面形状が幅３ｍｍ、深さ４．５ｍｍの長方形となる溝とした。また、非圧縮性流体６として水を使用した。また、空間部への水の流入速度は８００ｍｌ／ｍｉｎとした。
（比較例１）
　非圧縮性流体である水中で研磨ヘッドを組み立て、水を空間部に封入した研磨ヘッドを作製した。比較例１で作製した研磨ヘッドは、実施例１の研磨ヘッドと基本的な構造は同じであるが、中板の下端面の溝、注入口、排出口、及び蓋部は有していないものであった。
（比較例２）
　注入口から中板の外周部まで延伸する溝及び排出口から中板の外周部まで延伸する溝を形成することなく、従来の減圧封入法により空間部に水を封入したこと以外、基本的に実施例１と同様に研磨ヘッドを製造した。
　実施例、比較例１、２について、作業性、エアー残留量、封入量制御性の評価を行った。
　ここで、作業性は研磨ヘッドの組み立て作業時間で評価し、５分以内を「良い」、５分以上を「悪い」と評価した。表１に示すように、減圧封入法を使用している実施例１及び比較例２は、大気中で研磨ヘッドを組みたてた状態で作業ができるため、非圧縮性流体内でヘッドを組み付ける方法に比べ、作業時間が少なく済んだ。なお、実施例の作業時間は、比較例２の１／３以下の時間であった。
　エアーの残留量は、面積換算で空間部の３％以内を「良い」、３％以上を「悪い」と評価した。その結果、水中組み立て方式の比較例１は残留したエアーが面積換算で０％であったので「良い」と評価した。また、本発明により製造された研磨ヘッドでは若干残留したエアーが見られたが、面積換算で１％程度であったため「良い」と評価した。なお、これは、ウェーハの研磨に悪影響を及ぼさない程度のエアーの残留量であった。一方で、比較例２の研磨ヘッドでは、残留したエアーは面積換算で２０％であったため、「悪い」と評価した。
　封入量の制御性については、比較例１の水中組み立て方式では水の封入量の調整ができなかったので「悪い」と評価した。一方、実施例のような減圧注入法では水の封入量を、供給する非圧縮性流体の量で制御できるため、「良い」と評価した。比較例２の研磨ヘッドの場合、水の封入量を制御できても、残留エアーの影響で、所望の量の非圧縮性流体を封入できず、実際の研磨ヘッドのウェーハ保持部の形状が一定にならない。従って、評価を「実質的に悪い」と評価した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　また、実施例、比較例１で製造した研磨ヘッドを図５に示すような片面研磨装置の研磨ヘッドとして使用し、直径３００ｍｍのシリコン単結晶ウェーハを片面研磨した。このとき、研磨布として不織布を、研磨剤としてコロイダルシリカを砥粒として含むアルカリ系研磨液を使用した。また、定盤の回転速度は３０ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転速度は３０ｒｐｍとした。また、ウェーハに対する研磨ヘッドの押圧力は２０ｋＰａとした。
　以上の条件で、シリコン単結晶ウェーハを研磨し、その平坦性を評価した。その結果を表２に示す。平坦性の評価には、外周取代変化量の平均値を用いた。ここでいう外周取代変化量は、外周から中心にそれぞれ１ｍｍと３ｍｍ移動した地点での取代の差を表しており、この値が小さいほど、外周部においても平坦に研磨できていることを表している。なお、比較例２は、エアーの残留体積が多いため、実施例や比較例１と同じ封入量にすると、ウェーハを正しくハンドリングできなかったため、外周取代変化量のデータを取得できなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　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。

Claims (5)

  1. 　環状の剛性リングと、該剛性リングの下端面に均一の張力で貼り付けられた弾性膜と、前記剛性リングの上端面に結合された円盤状の中板と、該中板の下端面と前記弾性膜の上面と前記剛性リングの内周面とにより区画された空間部と、前記空間部に封入された非圧縮性流体とを具備し、前記弾性膜の下面部にウェーハの裏面を保持しながら、前記ウェーハ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を製造する方法であって、
    　前記中板を前記剛性リングの上端面に結合する前に、
    　前記中板に、前記非圧縮性流体を前記空間部に注入するための注入口、及び前記非圧縮性流体の注入時に前記空間部からエアーを排出するための排出口を形成する工程と、
    　前記中板の下端面に、前記注入口から前記中板の外周部まで延伸する溝及び前記排出口から前記中板の外周部まで延伸する溝をそれぞれ形成する工程とを有し、
    　前記剛性リングの下端面に前記弾性膜を貼り付け、かつ、前記剛性リングの上端面と前記中板の前記溝を形成した下端面とを結合することにより前記空間部を形成した後に、
    　前記空間部内を減圧する工程と、
    　該減圧工程後、前記注入口から前記空間部に前記非圧縮性流体を注入しながら、前記排出口から前記空間部内のエアーを排出し、前記注入口及び前記排出口を閉じることで前記非圧縮性流体を前記空間部に封入する工程とを
    　有することを特徴とする研磨ヘッドの製造方法。
  2. 　前記非圧縮性流体を前記空間部に封入する工程において、前記注入口が前記排出口よりも下方に位置するように前記中板を傾けて載置しながら前記非圧縮性流体を前記空間部に注入することを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッドの製造方法。
  3. 　前記中板として、前記溝を形成する前記下端面の形状が凸形状となっているものを用いることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨ヘッドの製造方法。
  4. 　環状の剛性リングと、該剛性リングの下端面に均一の張力で貼り付けられた弾性膜と、前記剛性リングの上端面に結合された円盤状の中板と、該中板の下端面と前記弾性膜の上面と前記剛性リングの内周面とにより区画された空間部と、前記空間部に封入された非圧縮性流体とを具備し、前記弾性膜の下面部にウェーハの裏面を保持しながら、前記ウェーハ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であって、
    　前記中板が、下端面に、前記空間部に前記非圧縮性流体を注入するための注入口と、前記空間部からエアーを排出するための排出口と、前記注入口から前記中板の外周部まで延伸した溝と、前記排出口から前記中板の外周部まで延伸した溝と、前記注入口及び前記排出口を閉じるための蓋部とを有するものであることを特徴とする研磨ヘッド。
  5. 　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、請求項４に記載の研磨ヘッドを具備し、該研磨ヘッドでワークを保持して前記ワークの表面を、前記定盤上に貼り付けられた研磨布に摺接させて研磨するものであることを特徴とする研磨装置。
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