JP5603338B2 - 鏡面研磨装置、その加圧ヘッド及び鏡面研磨方法 - Google Patents

Description

本発明は、鏡面研磨装置、その加圧ヘッド及び鏡面研磨方法に係り、ウエハーを装着した装着ブロックに均一な圧力を加えることができ、リングパッドの取り替えを最小化することができ、ウエハーの研磨量を一定に維持することができ、ウエハーの平坦度を高めることができ、エアバッグの製作及び着脱が容易な加圧ヘッドが具備される鏡面研磨装置と、該装置を利用した鏡面研磨方法に関するものである。

ウエハー製造工程のうち、鏡面研磨工程は、先行工程で生じた損傷を除去するために１０μｍ程度の厚さを研磨した後、ウエハーの表面を鏡面化しながら局部的光分散（ＬＬＳ， Localized Light Scatter）およびヘイズ（ｈａｚｅ）を調節する工程である。

図１は、従来の鏡面研磨装置を示す斜視図である。図１を参照して、従来の鏡面研磨装置について説明すると、次の通りである。

図１に示すように、従来の鏡面研磨工程を行うための鏡面研磨装置は、テーブル１２、装着ブロック１４、加圧ヘッド１６、中心ガイド１７及び外周ガイド１８を含んでなる。

テーブル１２の上面には研磨布１１が貼り付けられ、前記テーブル１２は所定の回転数で回転する。そして、前記テーブル１２上にはウエハーを装着することができる装着ブロック１４が具備される。そして、前記加圧ヘッド１６は、前記装着ブロック１４に所定の圧力を印加した状態で回転することができる。また、中心ガイド１７と外周ガイド１８は、前記装着ブロック１４が加圧ヘッド１６の直下部に位置できるようにガイドする。

前記加圧ヘッド１６が装着ブロック１４を加圧した状態で回転されると、テーブル１２に貼り付けられた研磨布１１と研磨溶液との相互作用によって研磨が行われる。このような構成は、鏡面研磨装置１０において普通に採用されるので、詳細な説明は省略する。

上述したように、加圧ヘッド１６は、装着ブロック１４に所定の一定圧力を印加しながら回転することによって、ウエハーと研磨布１１との間に摩擦を発生させてウエハーの表面を鏡面化させながらウエハーを平坦に研磨する。このとき、加圧ヘッド１６の中心軸１６ａは、シリンダー（図示せず）に連結され、前記シリンダーは、加圧ヘッド１６が装着ブロック１４に印加する圧力を調節する。

しかし、上述した従来の鏡面研磨装置は、下記のような問題点がある。図２は、図１に示した鏡面研磨装置における加圧ヘッドがウエハーを装着した装着ブロックに印加する圧力を示す図である。

図２で矢印は、加圧ヘッド１６が装着ブロック１４に加える圧力の大きさを示す。図２に示すように、加圧ヘッド１６が装着ブロック１４に圧力を加えると、前記装着ブロック１４の中央部にかかる圧力が、周縁にかかる圧力よりも大きくなる問題点がある。

上述した問題点を解決するために、加圧ヘッドの下面にリングパッドを接着する方法を使用する。

図３は、リングパッドを装着した加圧ヘッドが装着ブロックに印加する圧力を示す図で、図４は、図３の‘Ａ’部分の拡大図で、図５は、図３の加圧ヘッドを示す底面図である。

図３乃至図５に示す加圧ヘッドは、下面の周縁に沿ってリング状のパッド１６ｂが具備されて、装着ブロック１４上に比較的均一な圧力を印加する。

しかし、前記加圧ヘッド１９は、ウエハーの平坦度を維持するために、それぞれの条件に合うようにリングパッド１６ｂの直径を調節して新しく製作しなければならない問題点がある。そして、前記加圧ヘッド１９の中心点とリングパッド１６ｂの中心点とが正確に一致しないと、ウエハーの平坦度が不良になる問題点がある。また、リングパッド１６ｂの製作に研磨布が使用される問題点もある。

一方、リングパッド１６ｂの直径を調節せずに、加圧ヘッド１９に印加されるシリンダー（図示せず）の圧力を調節することもできるが、シリンダーの圧力を調節する場合には圧力の変動による研磨量の差が生じることがあり、また、研磨量の差が生じる場合には表面の損傷などが残存して不良が発生することがある。

本発明は、上記の問題点を解決するためのもので、その目的は、ウエハーを装着した装着ブロックに均一な圧力を加えることができる加圧ヘッドを提供することにある。

本発明の他の目的は、ウエハーの平坦度を高めることができる加圧ヘッドを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、リングパッドの取り替えを最小化することができる加圧ヘッドを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、加圧ヘッドに印加されるシリンダーの圧力を一定に維持させることで、ウエハーの研磨量を一定に維持することができる加圧ヘッドを提供することにある。

上記の問題点を解決するために、本発明は、加圧ヘッドのボディーと、前記ボディーの一面に具備されて、前記ボディーから被研磨体に伝達される圧力を調節するエアバッグと、前記ボディーの一面の周縁に具備されるリング状のパッドと、を含んでなることを特徴とする、鏡面研磨装置の加圧ヘッドを提供する。

本発明の他の実施形態によると、ボディーの一面上にエアバッグが具備され、前記ボディーの一面の周縁にリング状のパッドが具備される加圧ヘッドに、ウエハーが接合された装着ブロックを付着する段階と、前記装着ブロックが付着された加圧ヘッドを複数個準備して、テーブルに密着する段階と、前記テーブルと前記ウエハーとの間に研磨材を供給し、前記エアバッグに流体を供給して圧力を調節し、前記ウエハーの一面を研磨することを特徴とする、鏡面研磨方法を提供する。

本発明のさらに他の実施形態によると、研磨布と研磨溶液とが提供されるテーブルと、ボディーの一面上にエアバッグが具備され、前記ボディーの一面の周縁にリング状のパッドが具備される少なくとも一つの加圧ヘッドと、第１面上に前記加圧ヘッドが付着され、第２面上にウエハーが接合される装着ブロックと、を含んでなることを特徴とする、ウエハーの鏡面研磨装置を提供する。

上述した本発明に係る鏡面研磨装置、その加圧ヘッド及び鏡面研磨方法の効果について説明すると、次の通りである。

第一に、ウエハーを装着した装着ブロックに均一な圧力を印加できるので、ウエハーの平坦度を高めることができる。

第二に、エアバッグを用いて装着ブロックに印加される圧力を調節できるので、リングパッドの取り替えを最小化することができ、リングパッドの取り替えのため、鏡面研磨装置を運用できない無駄時間を減らすことができ、新しいリングパッドを製造するために必要とされる研磨布を節約することができる。

第三に、シリンダーの圧力を一定に維持させた状態で、エアバッグを用いて装着ブロックに印加される圧力を調節できるので、ウエハーの研磨量を一定に維持するのに有利である。

第四に、エアバッグの着脱が容易である。

第五に、エアバッグが、チューブ形状ではなく、ゴム板の形状を有するので、製造が容易で製造単価が低廉になる。

従来の鏡面研磨装置を示す斜視図である。 図１に示した鏡面研磨装置における加圧ヘッドがウエハーを装着した装着ブロックに印加する圧力を示す図である。 リングパッドを装着した加圧ヘッドが装着ブロックに印加する圧力を示す図である。 図３の‘Ａ’部分の拡大図である。 図３の加圧ヘッドを示す図である。 本発明による鏡面研磨装置の加圧ヘッドの一実施例を示す図である。 図６の‘Ｂ’部分の拡大図である。 図６の加圧ヘッドを示す底面図である。 図６の加圧ヘッドが装着ブロックに印加する圧力を示す正面図である。 本発明による鏡面研磨方法の一実施例を示す流れ図である。

以下、上記の目的を具体的に実現できる本発明の好適な実施例を、添付の図面を参照しつつ説明する。従来と同一の構成要素には、説明の便宜上、同一の名称及び符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図６は、本発明による鏡面研磨装置の加圧ヘッドの一実施例を示す図である。以下、図６を参照して、本発明による鏡面研磨装置の加圧ヘッドの一実施例について説明すると、次の通りである。

図６に示すように、鏡面研磨装置の加圧ヘッド１００は、ボディー２０と、ボディー２０の中心軸３０と、ボディー２０の下面の中央に具備されるエアバッグ５０、及びボディー２０の下面の周縁に沿って設置されるリング状のリングパッド１６ｂを含んでなる。このとき、図６に示される参照符号のうち、上述した図１乃至図５の参照符号と同一の参照符号は、上述した図１乃至図５の参照符号と同様の構成要素を示す。

ここで、リングパッド１６ｂは、後述する研磨工程で、被研磨体であるウエハーが装着された装着ブロック上に均一な圧力を印加するためのものである。前記リングパット１６ｂは、研磨されるウエハーの平坦度を維持するために適切な直径で製作され、研磨布を使用して研磨されることもある。また、前記加圧ヘッド１００の中心点とリングパッド１６ｂの中心点とが一致されることが好ましい。

そして、ボディー２０は円形であり、その上面は中心軸３０と連結される。ボディー２０は、ウエハーを装着した装着ブロック１４を加圧することができる。

図７は、図６の‘Ｂ’部分の拡大図である。以下、図６乃至図７を参照して、本実施例による鏡面研磨装置の加圧ヘッド１００のボディー２０と、エアバッグ５０との締結構造について説明する。

図示のように、ボディー２０の下面の中心には、予め決まった深さと直径の凹溝部２５が形成される。そして、前記凹溝部２５の周縁には凹溝ライン２７が形成され、前記凹溝ライン２７にはエアバッグ５０の周縁が嵌着されることができる。

そして、前記加圧ヘッド１００の中心軸３０は、ボディー２０の上面に連結される。中心軸３０は、駆動モーター（図示せず）の回転力によって回転されて、ボディー２０を回転させることができる。前記中心軸３０にはシリンダー（図示せず）が連結され、該シリンダーは、ボディー２０が装着ブロック１４を加圧する圧力を調節する。

エアバッグ５０は、前記凹溝部２５を覆うように設置されてエアー・チャンバー５５を形成する。前記エアバッグ５０は平板形状からなり、該エアバッグ５０の周縁は凹溝ライン２７に嵌着される。そして、後述のように、エアバッグ５０は、エアー・チャンバー５５の圧力によって膨脹及び収縮するので、弾性のある素材、例えば、ゴムで作られることが好ましい。

平板形状のエアバッグ５０は、内部に圧縮気体が収容されるチューブ形状のエアバッグよりも製造が容易であるという長所がある。また、ボディー２０の下面に凹溝部２５を形成し、凹溝部２５を平板形状のエアバッグ５０で覆うことによってエアー・チャンバー５５を形成するので、エアバッグ５０の設置も容易である。同時に、エアバッグ５０が、ボディー２０の外部に設置されるので、エアバッグ５０を設置したり取り替えるために、加圧ヘッド１００を分解する必要がない。したがって、本発明は、エアバッグ５０の設置及び取り替えが容易であるという長所も有する。

前述のように、エアバッグ５０と凹溝部２５はエアー・チャンバー５５を形成し、エアーチャンバー５５は、流入管３３及び排出管３５と連結される。エアー・チャンバー５５は、流体が流入されることで膨脹又は収縮することができ、本実施例では、該流体として圧縮気体を使用する。

ここで、流入管３３は、外部の圧縮気体タンク（図示せず）と連結されて、圧縮気体をエアー・チャンバー５５に供給する。そして、流入管３３には、エアーチャンバー５５の内部圧力によって圧縮気体の供給を調節する弁（図示せず）が設置されることができ、前記弁として電子式減圧弁が使用されることができる。

排出管３５は、エアー・チャンバー５５内部の圧縮気体を外部へ排出する。排出管３５には、エアー・チャンバー５５の内部圧力によって圧縮気体の排出を調節する弁（図示せず）が設置されることができ、前記弁として電子式減圧弁が使用されることができる。

また、上述した圧縮気体の供給と排出は、制御部（図示せず）によって行われ、制御部は、空気圧調節用の可変抵抗を用いてエアー・チャンバー５５に供給される気体の量を調節することができる。

一方、図６に示すように、流入管３３と排出管３５は、中心軸３０の内部を経由するように具備されることができる。

図８は、図６の加圧ヘッドを示す底面図であり、図９は、図６の加圧ヘッドが装着ブロックに印加する圧力を示す正面図である。以下、図８及び図９を参照して、本実施例による鏡面研磨装置の加圧ヘッドが装着ブロックに圧力を印加する作用について説明する。

図８と図９に示すように、ボディー２０下面の周縁に具備されるリングパッド１６ｂ、及び中心に具備されるエアバッグ５０が、装着ブロック１４に圧力を印加する。そして、前記エアバッグは、図９に示すように膨脹して装着ブロック１４に圧力を印加する。

この時、前記エアバッグ５０に供給する圧縮気体の量を調節することによって、エアバッグ５０が装着ブロック１４に加える圧力を調節することができ、したがって、装着ブロック１４全体に均一な圧力が印加されるようにして研磨されたウエハーの平坦度を向上させることができる。

図９における矢印は、加圧ヘッド１００の下面が装着ブロック１４に印加する圧力の大きさを示す。

従来には、研磨条件が変動すると、装着ブロック１４に印加される圧力を均一にするために、リングパッド１６ｂの取り替えを行った。しかし、本実施例では、加圧ヘッド１００の下面に具備されるエアバッグ５０の膨脹の度合を調節することによって、装着ブロック１４に均一な圧力を印加させることができる。

したがって、本実施例は、リングパッド１６ｂを新しく製作する費用及び時間を低減することができ、また、リングパッド１６ｂの取り替えのため、研磨装置を稼動できない時間を大幅に減らすことができる。

一方、従来には、リングパッド１６ｂを取り替えずに、その代りに中心軸３０と連結されたシリンダー（図示せず）の圧力を調節することもあった。上述のように、シリンダーの圧力を調節する場合には、シリンダーの圧力調節が難しいだけでなく、シリンダーの圧力変化による研磨量の差によってウエハー表面の損傷が残存することがあるという問題点がある。しかし、本発明は、エアバッグ５０によって加圧力を調節し、シリンダーの加圧力は、常に一定に維持すれば良いので、加圧力の調節が容易で、研磨量を一定に維持することができる。

図１０は、本発明による鏡面研磨方法の一実施例を示す流れ図である。以下、図１０を参照して、本発明による鏡面研磨方法の一実施例について説明する。

本実施例による鏡面研磨方法は、上述した加圧ヘッドが装着された鏡面研磨装置によってウエハーを研磨する方法である。まず、ボディーの一面上にエアバッグとリング状のパッドとが具備される加圧ヘッド上に、ウエハーが接合された装着ブロックを付着する（Ｓ１００）。ここで、加圧ヘッドの形状は、上述の通りである。

この時、装着ブロックが付着された加圧ヘッドは、複数個準備されてテーブルに密着される（Ｓ１１０）。このとき、装着ブロックに接合されたウエハーが、前記テーブルに向かうようにする。すなわち、装着ブロックの第１面は、前記加圧ヘッドが付着され、第２面は、研磨しようとするウエハーが接合される。

そして、前記テーブルと前記ウエハーとの間に研磨溶液を供給し、テーブル上に具備される研磨材の作用によってウエハーの一面を研磨する（Ｓ１２０）。

この時、前記ボディーの一面上に具備されるエアバッグに流体を供給して、前記装着ブロックに均一な圧力が印加されるようにする。具体的に、前記加圧ヘッドのボディーの一面の中央に具備されるエアバッグが、前記ウエハーの中央に圧力を加え、前記加圧ヘッドのボディーの一面の周縁に具備されるパッドが、前記ウエハーの周縁に圧力を加える。

上述した圧力の調節は、ウエハーの研磨工程以前に行わなければならないが、研磨工程中でも、ウエハーの中央と外部とにかかる圧力が異なる場合には、圧力の調節を行うことができる（Ｓ１３０）。上述した圧力の調節は、前記加圧ヘッドのボディーに具備される流入管及び排出管を通じて行われる。

すなわち、前記パッドと前記エアバッグとが、前記装着ブロックに加える圧力をそれぞれ比較する。もし、前記エアバッグが前記装着ブロックに加える圧力が、前記パッドが加える圧力よりも大きいと、前記加圧ヘッドのボディーに具備される排出管を通じて前記エアバッグ内部の流体を排出して、前記装着ブロック全体に同一の圧力がかかるようにする。そして、前記エアバッグが前記装着ブロックに加える圧力が、前記パッドが加える圧力よりも小さいと、前記加圧ヘッドのボディーに具備される流入管を通じて前記エアバッグ内部に流体を供給して、前記装着ブロック全体に同一の圧力がかかるようにする。

以上のように、本発明は、たとえ限定された実施例と図面によって説明したが、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の属する分野における通常の知識を有する者なら、このような記載から様々な変形及び修正が可能である。

したがって、本発明の範囲は説明された実施例に限定されて決められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、この特許請求の範囲と均等なものによって決められるべきである。

前述のように、本発明による鏡面研磨装置は、ウエハーを均一に研磨することができる。

１６ｂ リングパッド； ２０ ボディー； ２５ 凹溝部； ３０ 中心軸；
５０ エアバッグ； ５５ エアー・チャンバー； １００ 加圧ヘッド。

Claims (9)

1. 加圧ヘッドのボディーと、
   前記ボディーの一面に具備されて、前記ボディーから被研磨体に伝達される圧力を調節するエアバッグと、
   前記ボディーの一面の周縁に具備されるリング状のパッドと、を含み、
   前記ボディーの一面の中央には、予め決まった深さと直径の凹溝部が形成され、前記エアバッグは、前記凹溝部を覆うように設置されてエアーチャンバーを形成し、
   前記凹溝部には、前記エアバッグ外部の圧縮気体が内部に流入される流入管、及び前記エアバッグ内部の圧縮気体を外部へ排出する排出管が連結され、前記流入管及び前記排出管は、前記ボディーの中心軸の内部を経由して配置された、鏡面研磨装置の加圧ヘッド。
2. 前記エアバッグは、前記ボディーの一面の中央に具備され、流体の出入りによって膨脹及び収縮されることを特徴とする、請求項１に記載の鏡面研磨装置の加圧ヘッド。
3. 前記流入管と前記排出管は、前記ボディーの中心軸の内部を経由し、
   前記流入管には、前記エアーチャンバーの圧力によって圧縮気体の流入を調節する弁が設置され、前記排出管には、前記エアーチャンバーの圧力によって圧縮気体の排出を調節する弁が設置されることを特徴とする、請求項１に記載の鏡面研磨装置の加圧ヘッド。
4. 前記凹溝部の周縁には凹溝ラインが形成され、前記エアバッグは、その周縁が凹溝ラインに嵌着されることによって、前記ボディーに固定されることを特徴とする、請求項１に記載の鏡面研磨装置の加圧ヘッド。
5. 前記エアバッグは、平板形状であることを特徴とする、請求項１，２，４のいずれか１項に記載の鏡面研磨装置の加圧ヘッド。
6. 加圧ヘッドのボディーの中心軸の内部には流入管及び排出管が、またボディーの一面上にはエアバッグが具備され、前記ボディーの一面の周縁にリング状のパッドが具備された加圧ヘッドに、ウエハーが接合された装着ブロックを付着する段階と、
   前記装着ブロックが付着された加圧ヘッドを複数個準備して、テーブルに密着する段階と、
   前記テーブルと前記ウエハーとの間に研磨溶液を供給し、前記リング状のパッドと前記エアバッグとが、前記装着ブロックに加える圧力をそれぞれ比較し、前記エアバッグ内部の流体の出入りを調節して、前記リング状のパッドと前記エアバッグとが前記装着ブロックに加える圧力を同一に調整し、前記ウエハーの一面を研磨することを特徴とする、鏡面研磨方法。
7. 前記エアバッグは、前記加圧ヘッドのボディーの一面の中央に具備されて、前記ウエハーの中央に圧力を加え、前記リング状のパッドは、前記ウエハーの周縁に圧力を加えることを特徴とする、請求項６に記載の鏡面研磨方法。
8. 前記エアバッグが前記装着ブロックに加える圧力が、前記リング状のパッドが加える圧力よりも大きいと、前記排出管で、前記エアバッグからの流体の排出を増加させて、前記装着ブロック全体に同一の圧力が加わるようにする、請求項６に記載の鏡面研磨方法。
9. 前記エアバッグが前記装着ブロックに加える圧力が、前記リング状のパッドが加える圧力よりも小さいと、前記流入管で、前記エアバッグへの流体の供給を増加させて、前記装着ブロック全体に同一の圧力が加わるようにする、請求項６に記載の鏡面研磨方法。

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