JP4907298B2 - 研磨ヘッド及び研磨装置並びにワークの剥離方法 - Google Patents
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Description
一般的な片面研磨装置は、例えば図10に示したように、研磨布74が貼り付けられた定盤73と、研磨剤供給機構76と、研磨ヘッド72等から構成されている。このような研磨装置71では、研磨ヘッド72でウエーハWを保持し、研磨剤供給機構76から研磨布74上に研磨剤75を供給するとともに、定盤73と研磨ヘッド72をそれぞれ回転させてウエーハWの表面を研磨布74に摺接させることにより研磨を行う。
図11は、バッキングパッドでワークを保持する研磨ヘッドの一例の概略を示している。この研磨ヘッド91は、セラミックス等からなる円盤状のキャリア92の下面にポリウレタン等のバッキングパッド95が貼り付けられており、このパッド95に水分を吸収させてワークWを表面張力により保持する。また、研磨中にキャリア92からワークWが外れるのを防ぐため、キャリア92の周りにリング状のテンプレート94が設けられている。
しかし、研磨布に溝を形成した場合、研磨布の溝の転写によりワーク表面に微小なうねりが発生したり、溝部分にワークのエッジが引っ掛かりワークが破損したり、外周ダレが発生する等の品質上の問題があった。また、オーバーハング方式では、研磨ヘッドをオーバーハングさせるスペースを確保しなければならない為、装置サイズが大きくなってしまう等の問題があった。
また、ドレッシングを行った後に、本発明に係る研磨ヘッドを用いて、ワークの研磨を行い、該ワーク研磨後、研磨ヘッドの回転位置を、スペーサーが定盤の中心付近に対応するようにして停止し、研磨布からワークを剥離すれば、より容易かつ安全、確実にワークを研磨布から剥離することができる。
前述のように、溝の無い研磨布を用いて、大口径のワークを研磨した場合、ワーク研磨後、研磨ヘッドを上昇させてワークを研磨布から剥離(離間する、引き剥がすとも言う)しようとしても、研磨後のワークが研磨布表面と密着し、研磨布上に残ってしまうことがあるという問題があった。
このような問題に対し、本発明者らは、研磨布に溝を形成する方法や、オーバーハング方式によらずにワークを研磨布から容易に剥離する方法について鋭意検討を行った。
図1は、本発明に係る研磨ヘッドの一例(第1の態様)を示している。本発明に係る研磨ヘッド11は、後述するようなスペーサー15を具備しているが、まず、概略の構成を説明する。この研磨ヘッド11は、ヘッド本体12を有し、ヘッド本体12の内側には空間部18が形成されている。ヘッド本体12は回転可能であり、上部中央には圧力調整機構19に連通する圧力調整用の貫通孔20が設けられている。
ヘッド本体12には、同心円状に配置された円盤状のキャリア13がダイヤフラム14を介して連結されている。このようなダイヤフラム14を介した連結により、ヘッド本体12が、キャリア13を保持するとともに、ヘッド本体12の空間部18が密閉された状態となっている。
ヘッド本体12は、図示しない上下動手段によって上下動される。
また、キャリア13のワーク保持面はワークWの裏面全体を支持するため、研磨するワークWと同じ径の大きさとするか、僅かに大きい程度とすることが好ましい。
まず、キャリア13を、環状の突出部13aの一部とキャリア掛止部13bの部分からなる第一の部材13cと、その他の、主に円盤部分からなる第二の部材13dとに分けて準備する(図12(a))。次に、上記第二の部材13dより上方に、ダイヤフラム14がボルト等で固定されたヘッド本体12を配置する(図12(b))。次に、上記第一の部材13cを上方から第二の部材13dにボルト等で固定してキャリア13とする(図12(c))。なお、この第一の部材13cと第二の部材13dを固定したものと同じボルトでダイヤフラム14をキャリア13に固定することもできる。
この研磨ヘッド61は、主にヘッド本体12と、ヘッド本体12にダイヤフラム14で連結されたラバーチャックキャリア62とからなる。このようなダイヤフラム14を介した連結により、ヘッド本体12が、ラバーチャックキャリア62を保持するとともに、ヘッド本体12の空間部18が密閉された状態となっていること、ヘッド本体12の上部中央には圧力調整機構19に連通する圧力調整用の貫通孔20が設けられていることは前述の第1の態様の場合と同様である。
以上のような典型的な構造を有するラバーチャックキャリアの他、種々の公知のラバーチャックキャリアを採用することができる。
通常、研磨するワークWより大きいドレッサを用いて、少なくともワークを研磨するときにワークWが摺接される領域をドレッシングする。
例えば、ドレッサとして、研磨布22と当接する部分が、外径が定盤21の半径よりわずかに大きく、内径が定盤21の半径よりわずかに小さい環状になっているようなホイールドレッサ41(例えば、直径800mmの定盤を用いて直径300mmのシリコンウエーハを研磨する場合、研磨布と当接する部分が外径410mm、内径380mm程度のホイールドレッサ)を用いて、ホイールドレッサ41を固定して研磨布22に当接させた状態で定盤21を回転させることによって行う。このとき、ホイールドレッサ41も回転させてもよいし、定盤21の直径方向に揺動幅を定盤の半径の1/10程度としてホイールドレッサ41を揺動させてもよい。
これは、ホイールドレッサを用いてドレッシングを行うと、研磨布の中央付近が、周囲よりもドレッサに摺接される時間が長いためと考えられる。
この研磨装置31を用いてワークWを研磨するには、まず、水を含ませたバッキングパッド17にワークWを貼りつけるなどしてワークWの裏面をキャリア13で保持するとともに、ワークWのエッジ部をテンプレート16で保持する。
また、ワークの研磨時には、研磨ヘッド11を揺動させながらワークWを研磨してもよい。
まず、スペーサー15が、研磨布22の中央部のへこみ付近に位置するように研磨ヘッド11の回転を停止させる。具体的には、図6に示すように、スペーサー15の位置を研磨ヘッド11の中心から研磨布22中心(すなわち定盤21中心)に対して30°以内の回転位置になるように研磨ヘッド11の回転を停止する。スペーサー15の位置は研磨ヘッド11の中心から研磨布22中心に対して15°以内とすることがより好ましく、研磨ヘッド11の中心と研磨布22中心を結ぶ線分上にあるようにすることが最も好ましい。
研磨ヘッド11の回転位置を上記所定位置に停止させる方法は特に限定されるものではないが、自動的に所定位置に停止させることが簡便であり望ましい。このため、研磨装置31に、研磨ヘッド11の回転についての停止位置を自動的に位置合わせする機構(例えばサーボ機構等)を具備することが好ましい。
ヘッド本体12を上昇させると、まず、図4のように、スペーサー15がヘッド本体掛止部12aと当接する。この状態からさらにヘッド本体12を上昇させる力を加えると、スペーサー15に集中して力が加わり、キャリア13のワーク保持面の、スペーサー15の直下付近の領域に重点的に力が加わる。スペーサー15が、研磨布22がわずかにへこんでいる中央付近に位置していれば、このキャリア13のワーク保持面の重点的に力が加わる領域も研磨布22がわずかにへこんでいる中央付近に位置するので、ワークWを容易に、安定して研磨布22から剥離することができる。
また、一旦ドレッシングを行った後は、ワークの研磨、研磨布からの剥離を、ドレッシングを行わずに通常の範囲内で繰り返して行う場合でも、本発明の効果が得られる。
さらに上記では、本発明の研磨ヘッドに具備するスペーサーをキャリア掛止部13bに取り付ける場合を説明したが、図8のようにスペーサー15をヘッド本体掛止部12aに取り付けても良いし、キャリア掛止部13bとヘッド本体掛止部12aの両方に取り付けても良い。
(実施例1)
図13に示した構成の研磨ヘッド61を以下のように作製した。ステンレス製のヘッド本体12と、ワーク保持面がラバー65であり、該ラバーの裏にワーク加圧室66を有し、該ワーク加圧室66に圧力調整機構67によって圧力エアーを供給することでラバー65に均一に圧力をかける形式のキャリア63を用意し、ダイヤフラム14を介して連結した。
ワークの研磨終了後、スペーサーの位置を特に決めることなく研磨ヘッドの回転を停止し、該回転位置でヘッド本体12の上昇を行った以外は実施例1と同様にしてワークの研磨布からの剥離をワーク26枚に対して試みた。
その結果、ワーク26枚中24枚で問題なく剥離することができたが、2枚で剥離時に異音がすることがあった。
スペーサーを具備しない以外は実施例1と同様の研磨ヘッドを備えた研磨装置を用いて、実施例と同様にシリコンウエーハの研磨を行い、吸着圧を−30kPaとして1〜2秒間で剥離を試みた。
その結果、定盤が持ち上がり、ワークの剥離はできなかった。
また、研磨装置の構成も図3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。
12…ヘッド本体、 12a…ヘッド本体掛止部、
13…キャリア、 13a…突出部、 13b…キャリア掛止部、
14…ダイヤフラム、 15…スペーサー、 16…テンプレート、
17…バッキングパッド、 18…空間部、
19…圧力調整機構、 20…貫通孔、
21…定盤、 22…研磨布、
31…研磨装置、 35…研磨剤、 36…研磨剤供給機構、
41…ドレッサ(ホイールドレッサ)、
62…ラバーチャックキャリア、
63…上部キャリア部材、 63a…突出部、 63b…キャリア掛止部、
64…剛性リング、 65…ラバー、 66…ワーク加圧室、
67…圧力調整機構、 68…流体供給路、
W…ワーク。
Claims (6)
- 少なくとも、
円盤状であり、周縁部に、上方に突出した環状の突出部と、該突出部から内向きに張り出した環状のキャリア掛止部が形成されており、ワークの裏面を保持するためのキャリアと、
該キャリアを保持するとともに回転可能であり、内側に空間部が形成され、外側に、外向きに張り出した環状のヘッド本体掛止部が形成されているヘッド本体と、
前記ヘッド本体と前記キャリアを連結するとともに前記ヘッド本体の空間部を密閉するダイヤフラムとを有し、
前記ワークの表面を定盤上に貼り付けた研磨布に摺接させて研磨する際には、前記密閉された空間部の圧力を該空間部に連結された圧力調整機構で調整した状態で前記ワークの裏面を前記キャリアに保持し、前記ワーク研磨後、前記研磨ヘッドを上昇させて前記ワークを前記研磨布から剥離する際には、前記ヘッド本体を上昇させ、前記キャリア掛止部が前記ヘッド本体掛止部に掛止させて上昇することによって前記ワークを前記研磨布から剥離する研磨ヘッドであって、
前記キャリア掛止部及び/またはヘッド本体掛止部の一部に、少なくとも該キャリア掛止部と前記ヘッド本体掛止部との間に位置するスペーサーを具備し、前記研磨ヘッドを上昇させて前記ワークを前記研磨布から剥離する際に、前記ヘッド本体を上昇させた時、前記キャリア掛止部及び/またはヘッド本体掛止部と前記スペーサーとが当接することで、前記キャリアを傾斜させて持ち上げて前記ワークを前記研磨布から剥離するものであることを特徴とする研磨ヘッド。 - 前記キャリアのワークの裏面を保持する面にバッキングパッドが設けられていることを特徴とする請求項1に記載の研磨ヘッド。
- 前記キャリアが、前記ワークとして直径300mm以上の半導体ウエーハを保持できるものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の研磨ヘッド。
- 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ないし請求項3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。
- 研磨ヘッドの回転についての停止位置を自動的に位置合わせする機構を具備することを特徴とする請求項4に記載の研磨装置。
- 定盤上に貼り付けられた研磨布をドレッシングし、前記ワークの表面を前記ドレッシングした研磨布に摺接させて研磨した後に、前記研磨布から前記ワークを剥離する方法であって、前記請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の研磨ヘッドによって前記ワークを保持して研磨した後、前記スペーサーの位置を前記研磨ヘッドの中心から前記研磨布中心に対して30°以内の回転位置になるように前記研磨ヘッドの回転を停止し、該回転位置で前記ヘッド本体を上昇させて前記ワークを剥離することを特徴とするワークの剥離方法。
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