JP2000052233A

JP2000052233A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2000052233A
Application number: JP22620298A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Sato; 修三佐藤; Suguru Otorii; 英大鳥居; Takaaki Kozuki; 貴晶上月
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1998-08-10
Publication date: 2000-02-22
Also published as: US20010034186A1; US6280292B1; US6428389B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハの研磨における均一性及び平坦性の
向上を図ると共にね研磨効率の向上が図れる研磨装置を
提供する。【解決手段】ウェーハの平面形状により研磨用ホィー
ル５はＺ軸方向に押し上げ及び押し下げられる。また、
ウェーハの表面の凸部の高低により研磨量も異なる。主
軸スピンドル４がＺ軸方向に剛体の場合、前記の工具の
上下による研磨用ホィールの押圧力がウェーハの場所に
より異なり均一の研磨が行われない。そのため、主軸ス
ピンドル４にはＺ軸平行板ばね機構２６が設けられ、平
行板ばね３３の変位により研磨用ホィールの押し上げ，
押し下げを吸収する。これにより、均一性のある研磨が
行われ、工具硬質化が可能となるため平坦化も可能にな
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、半導体ウェーハや
ＬＣＤ用ガラス板のような薄板状の被研磨物を平坦、且
つ均一に研磨加工仕上げする研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ウェーハ等の薄板状の被研磨物を研磨加
工する研磨装置としては図２７や図２８に示すものが使
用されている。図２７の研磨装置１は、ウェーハ２を回
転駆動し得ると共に搭載支持するテーブル３と主軸スピ
ンドル４に枢支される研磨用ホィール５等とからなる。
テーブル３は回転駆動部を内蔵するＸ軸スライド６やＸ
軸スライド機構部７により水平面に沿って回転されると
共にＸ軸方向に沿って移動可能に配設される。なお、Ｘ
軸スライド機構部７は、Ｘ軸スライド６に固定されるＸ
軸ボールねじナット８とこれに螺合するＸ軸ボールねじ
９とこれを駆動するＸ軸サーボモータ１０等とからな
る。一方、研磨用ホィール５はテーブル３と相対向して
配置され水平面に沿って回転する。また、主軸スピンド
ル４にはＺ軸スライド１２が固定され、Ｚ軸スライド１
２はＺ軸ガイド１３にＺ軸方向に沿って摺動自在に支持
される。

【０００３】以上の構造により、テーブル３上に搭載さ
れるウェーハ２に研磨用ホィール５を押圧し、テーブル
３及び研磨用ホィール５を回転することによりウェーハ
２は研磨加工され、Ｘ軸スライド機構部７によりテーブ
ル３をＸ軸方向に移動することによりウェーハ２の全面
が研磨加工される。

【０００４】一方、図２８に示す研磨装置１ａは、回転
駆動される定盤１４（回転テーブル）の上面にパッド１
５を固定し、研磨ヘッド１６に吸着フィルム１７を介し
て吸着固定されたウェーハ２をパッド１５にシリンダ１
８により押圧し、ウェーハ２を回転して研磨加工を行う
ものである。なお、ウェーハ３はリテーナリング１９に
より囲まれ、研磨剤２０や研磨粉の飛散を防止してい
る。また、パッド１５の荒れを修正するためパッドコン
ディショナ２１がパッド１５に押圧されている。定盤１
４によるパッド１５の回転とウェーハ２の回転によりウ
ェーハ２は研磨加工仕上げされる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２９（ａ）に示すよ
うに、ウェーハ２の平面は平坦でなく図示のように多く
の凸部２２が形成されている。ウェーハ２の表面を平
坦、且つ均一にするにはこの凸部２２を平坦にする必要
があり、従来より凸部２２の除去手段として図２９
（ｂ）に示す静的な研磨平坦化加工方法と図２９（ｃ）
に示す動的な研磨平坦化加工方法が採用されている。前
者は、軟硬質の貼り合わせた研磨パッド２３を用いて凸
部２２を除去するものであり、後者は、弾性工具の周波
数特性を用いて凸部２２の押圧力を調整して凸部２２の
除去を行うものである。ウェーハ２の表面を平坦化及び
均一化することが研磨平坦化（ＣＭＰ）の目的である
が、一般に平坦性は最も高い凸部２２のベース面からの
高さＡと最も低い凸部２２のベース面からの高さＢとの
差Ａ−Ｂで表示される。一方、均一性はウェーハ２内の
研磨量のバラツキを全面の平均研磨量に除した値を％表
示したものである。図３０に示すように、研磨平坦化は
ウェーハ２の全面の大きなうねりを残したまま、前記の
凸部２２を除去することにより行われる。

【０００６】ウェーハ２の研磨面の形状には各種のもの
があるが、例えば、図３１（ａ），（ｂ），（ｃ），
（ｄ）に示すものが代表的な形状として挙げられる。図
３１（ａ）はテーパ型であり、図３１（ｂ）は球型であ
り、図３１（ｃ）はチップス型であり、図３１（ｄ）は
ねじれ型である。勿論、これ等の複合型もある。ウェー
ハ２の表面を研磨加工するにはウェーハ２の表面に研磨
用ホィール等を押圧して行うがこの場合、押圧力が一定
の方が均一の研磨加工ができる。図３１（ａ），
（ｂ），（ｃ），（ｄ）のようにウェーハ２の表面が平
坦でないと研磨用ホィール５を上下に移動させる動作が
生ずる。また、その場合の研磨量は押し上げ量又は押し
下げ量にほぼ比例する。

【０００７】図３１において（ｂ），（ｃ），（ｄ）の
場合は押し上げ量及び押し下げ量は比較的小さいが、図
３２に示すように、図３１（ａ）の場合はその中心部と
外周部とで押し上げ量が大きく異なる。従って、ウェー
ハ２の中心部における凸部２２の除去加工と外周部にお
ける凸部２２の除去加工に差が生じ、平均、且つ均一の
研磨面を得ることが特に難しい。

【０００８】一方、図３３に示すように、研磨軸２４と
パッド軸２５との間には直面ずれがあり、円周方向に１
／２０００程度の直角度のずれがある。従って、ウェー
ハ２とパッド１５とが均一に当接せず、ウェーハ２の面
内の均一性を悪くする原因となる。また、この状態では
パッド１５の平坦性が悪くなり、頻繁にパッド１５を交
換しなければならない。

【０００９】ウェーハを平坦に研磨する公知の研磨装置
としては例えば、特開平１０−２９１５３号公報及び特
開平１０−７３４２０号公報が挙げられる。特開平１０
−２９１５３号公報の「半導体ウェーハ研磨装置」は、
半導体ウェーハ保持するウェーハ保持盤の背後に空気室
を設け、空気室の内圧の制御により所定の押圧力をウェ
ーハ保持盤に均一に負荷するようにするものである。ま
た、特開平１０−７３４２０号公報の「面形状測定装置
及びそれを用いた研磨装置」は、基準ガラスに対する被
検物の面形状を検出しながら被検物の傾きを調整して研
磨を行うものである。

【００１０】前記の公知技術はウェーハの平坦化に効果
的なものであるが、前者は、マクロ的であり、高さの異
なる凸部を多数箇所に形成するウェーハの平坦化には不
十分である。また、後者は、面調整手段としてピエゾ素
子を用いているが、図３１（ａ）に示したような表面形
状を有するウェーハ２に対しては十分な平坦化ができな
いと共に以下に説明する本発明のように調整手段が具体
的で、且つきめの細かいものでなく、平坦化，均一化が
不十分である問題点を有する。

【００１１】本発明は、以上の事情に鑑みて創案された
ものであり、薄板状の被研磨物の平坦性とこれとトレー
ドオフの関係にある均一性の双方の向上ができ、研磨効
率の向上によりコストダウンができ、平坦性不良に補う
ためのダミーパターン（平坦性不良を補うために設計時
に織り込む不要な配線）等が不要となり、デバイス特性
の向上、設計マージン、自由度の拡大等ができ、パッド
のライフ向上ができる目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、水平面に沿って配置されるテーブルの
面に当接する薄板状の被研磨物を該被研磨物と相対向し
て配置される研磨用ホィールで押圧して前記被研磨物を
平坦、且つ均一に研磨加工仕上げする装置であって、前
記研磨用ホィール又は前記被研磨物の支持側を加工圧力
に対応して変位させる変位機構部又は加工圧力に対応し
て前記研磨用ホィールと被研磨物との間の相対回転速度
を変化させる回転速度補正機構部を設ける研磨装置を構
成するものである。

【００１３】また、水平面に沿って配置される回転テー
ブル上にパッドを貼着し、該パッドと相対向する位置に
配置される被研磨物を回転しながら前記パッド側に押圧
すると共に前記パッドに当接するパッドコンディショナ
を配置してなる研磨装置であって、前記被研磨物側及び
パッドコンディショナ側には、前記パッドのＺ軸方向の
変位を検出する検出手段が設けられると共にその検出信
号に基づき前記被研磨物側及びパッドコンディショナ側
のＺ軸の傾斜角度を調整する旋回ユニットが設けられる
ことを特徴とするものである。

【００１４】被研磨物を研磨する研磨用ホィール側又は
被研磨物側は、被研磨物の凸部に対応して変化する加工
圧力に対応して加工圧力を均一化するように作動する変
位機構部又は回転速度補正機構部の作用により変位す
る。これにより、加工圧力均一化が図れ、被研磨物の均
一性が向上する。そのため、被研磨用ホィール側の硬質
化が可能になり平坦化も向上する。また、被研磨物に対
する被研磨用ホィール側の傾斜角度を調整することによ
り、被研磨物と研磨用ホィール側との平行化ができ、平
坦性，均一性の向上が図れる。また、本発明の研磨装置
は比較的簡便の構造からなり、比較的安価に実施するこ
とができる。また、高速回転での研磨が可能に生産性の
向上が図れる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の研磨装置の実施の
形態を図面を参照して詳述する。まず、図２７に示した
研磨装置１におけるウェーハ２の均一化，平坦化につい
て説明する。前記したように、ウェーハ２の研磨面には
傾斜や凸部２２（図２９）があり、加工圧力が変化す
る。この場合、図３１（ａ）に示したウェーハ２の場
合、押し上げ量等が大きく変化するため、凸部２２の研
磨が均一に行われない。そこで、研磨用ホィール５側を
押し上げ量に対応して変化させることが必要であり、各
種の変位機構部が採用される。

【００１６】以下に、その変位機構部の具体例を説明す
る。本発明では、変位機構部としては図１等に示すＺ軸
平行板ばね機構２６、図３等に示す主軸スライド機構２
７、図７等に示すテーブルダンパ機構２８、図１１等に
示すチルティングテーブル機構２９が挙げられる。以
下、それ等を具体的に説明する。

【００１７】まず、Ｚ軸平行板ばね機構２６を説明す
る。図１（ａ），（ｂ）に示すように、研磨用ホィール
５の主軸スピンドル４はＺ軸スライド１２により支持さ
れ、Ｚ軸スライド１２はＺ軸ガイド１３に沿ってＺ軸方
向に摺動自在に支持される。Ｚ軸ガイド１３の近傍には
Ｚ軸ボールねじ３０が配設され、Ｚ軸ボールねじ３０に
はボールねじナット３１が螺着される。なお、Ｚ軸ボー
ルねじ３０はＺ軸サーボモータ３２により駆動される。

【００１８】本発明のＺ軸平行板ばね機構２６はＺ軸ガ
イド１３とＺ軸ボールねじ３０側との間に架設される平
行板ばね３３，３４とこの間に介設される支柱３５等と
からなる。具体的には平行板ばね３４がボールねじナッ
ト３１に固定され、平行板ばね３３がＺ軸ガイド１３に
固定される。この支柱３５により支持される平行板ばね
３３，３４の撓みにより、研磨用ホィール５のＺ軸方向
の変位は吸収される。なお、Ｚ軸平行板ばね機構２６の
剛性は支柱３５のスパンを変えることにより容易に行わ
れる。例えば、剛性値を大きく（堅く）する場合は支柱
３５を短くし、剛性値を小さく（弱く）するには支柱３
５を長くすればよい。

【００１９】図２において、横軸にＺ軸押し込み量（μ
ｍ）をとり、縦軸に加工除去量（Ａ）をとると両者は比
例する。はＺ軸平行板ばね機構を用いない場合の直線
であるが、これを採用することによりのように両者の
関係は傾斜角度の小さいものになる。即ち、Ｚ軸の剛性
値をに示す直線に沿うようにＺ軸平行板ばね機構２６
を形成することによりウェーハ２の表面形状による押し
上げ量を吸収し、凸部２２の研磨が行われ、均一性を向
上することができる。

【００２０】図３は主軸スライド機構２７を示す。本例
では主軸スピンドル４のフランジ３６とＺ軸スライド１
２との間にシム３７，３８を介設して図３（ｂ）に示す
ようにＸ軸方向に傾斜させると共に、図４（ａ），
（ｂ）に示すようにフランジ３６とＺ軸スライド１２と
の間にコイルスプリング３９を介設したものからなる。
なお、コイルスプリング３９はなくても構わない。図３
（ｂ）に示すようにシム３７はシム３８よりも低く、主
軸スピンドル４はＸ軸方向において図の左側が低くなる
ように傾斜して配設される。これによりＸ軸方向は固持
される。

【００２１】一方、図４（ａ）に示すように、主軸スピ
ンドル４のフランジ３６には等間隔に複数のコイルスプ
リング３９が配設される。なお、コイルスプリング３９
はロッド４０によりガイドされる。以上の構造で主軸ス
ピンドル４はＸ軸方向には固定支持され、Ｙ軸方向には
弾性支持される。なお、前記のようにコイルスプリング
３９を配設しない場合は、Ｙ軸方向にはフリーの状態に
なる。なお、実施例としてウェーハ２のＴＴＶ（厚みの
バラツキ）が５μｍ程度の場合は、図３（ｂ）に示した
傾斜は２０乃至２００μｍ程度にしている。

【００２２】図５に示すように、ウェーハ２の表面の傾
斜がＸ軸方向にある場合には本例の主軸スライド機構２
７を用いなくても前記のＺ軸平行板ばね機構２６でもＺ
軸方向の押し上げ量を吸収できるが、図６に示すように
Ｙ軸方向に傾斜がある場合には、本例の主軸スライド機
構２７を用いることにＹ軸方向がフリー又は弾性支持さ
れるためウェーハ２の表面の傾斜による影響がなくな
り、均一性のある研磨が可能になる。

【００２３】図７乃至図９はテーブルダンパ機構２８，
２８ａ，２８ｂを示す。この機構は、ウェーハ２は高剛
性のセラミックス等からなるウェーハチャック４１によ
り吸着支持される構造に適用される。なお、研磨用ホィ
ール５はウェーハ２の上面に押圧され回転又はＸ軸方向
等に移動されてウェーハ２の研磨加工を行う。ウェーハ
チャック４１の下面と基準面４２との間にはテーブルダ
ンパ機構２８を構成するばね４３が介設される。以上の
構造により押し上げ量の吸収ができる。ばね４３は塑性
変形量が少ないため、Ｚ軸方向の押し込み量に対するば
ね４３の変形量にほぼ比例した加工圧力を発生するため
加工量の制御が正確にできる。

【００２４】図８（ａ），（ｂ）のテーブルダンパ機構
２８ａは前記のばね４３のかわりにゴム４４を用いたも
のである。ゴムは弾塑性体のため、変形しきった圧力下
で用いると変位に関係なく一定の圧力を発生する特徴が
ある。そのため、与圧としてある程度締め込んだ状態で
ゴム４４を介してウェーハチャック４１を支持する機構
にする。Ｚ軸をある一定量以上押し込むとＴＴＶによる
変位に対しても圧力差を発生することなく一定の加工量
を得ることができる特徴を有する。なお、ゴム４４とし
てはＮＢＲ，シリコンゴム，ウレタンゴム等からなり、
その配置形状も図８（ａ）のようにベタ敷きのもの、図
８（ｂ）のようにＯリング状のものや図略のリング状シ
ート，穴明きシート，分割シート等などのものが採用さ
れ、厚さも考慮して任意の剛性値（押し込み力に対する
変位量）になるように調整することもできる。

【００２５】図９のテーブルダンパ機構２８ｂはチャッ
クの空圧により支持する型式のものである。このものは
部品材料のバラツキがなく、設計値通りの挙動を示すも
のを容易に製作複製することができる。この方式ではＺ
軸の押し込み量に関係なく空圧で加工量が決定されるた
め、完全な定圧加工が実現できる。

【００２６】図１０，図１１等はチルティングテーブル
機構２９を示す。この機構は、主軸スピンドル４の回転
トルク信号を検出し、トルクの大きな部分ではウェーハ
２を吸着支持するウェーハチャック４１の高さを低く
し、トルクの小さな部分ではウェーハチャック４１を高
くしてトルクが一定になるように補正して加工除去量を
均一にするものである。この機構は図１０に示すように
セラミックス製のウェーハチャック４１の円周に沿って
複数箇所（図示では３箇所）等分に設けられたアクチュ
エータ２９ａによって行われる。図１１に示すように、
ウェーハ２（図略）を吸着支持するウェーハチャック４
１はテーブル軸シャフト４５によりＸ軸スライド６（図
２７）に枢支される。テーブル軸シャフト４５内にはロ
ータリジョイント４６が設けられ、ウェーハチャック４
１内に設けられるチルティングテーブル機構２９に圧油
を供給する。

【００２７】チルティングテーブル機構２９のアクチュ
エータ２９ａはシリンダ４７と、ピストン４８と、ピス
トン４８に固定されウェーハチャック４１に固定される
ボルト４９等とからなる。シリンダ４７の供給圧力によ
りピストン４８が移動しボルト４９に軸方向変位を与え
る。この軸方向変位によりウェーハチャック４１の上面
が高低変位する。なお、シリンダ４７への供給圧はロー
タリジョイント４６を介し外部電空レギュレータにより
圧力制御される。

【００２８】図１２はシリンダ供給圧と変位調整力との
関係を示すもので０．１ＭＰａの圧力に対し変位調整力
は約１０００Ｎでありかなり高い。よって５００Ｎ程度
の加工負荷に対してはウェーハチャック４１は変位しな
い。また、図１３はシリンダ供給圧とウェーハチャック
４１のスラージ（表面）の変位量を示す。

【００２９】図１４は本例のチルティングテーブル機構
２９のアクチュエータ２９ａを有する研磨装置の全体構
造とその制御，検出系を示す構成図である。前記のよう
にアクチュエータ２９ａを有するウェーハチャック４１
はテーブル軸モータ５０によりベルト５１を介して回転
されると共に、Ｘ軸スライド６を介してＸ軸方向に移動
される。ウェーハチャック４１に吸着保持されるウェー
ハ２にはスラリ又は純水５３が噴射ノズル５４等により
供給され、図１５に示すように研磨用ホィール５の回転
と押圧により研磨加工される。なお、ウェーハチャック
４１のまわりには加工パン５２が設けられ研磨粉やスラ
リ又は純水の飛散を防止している。

【００３０】Ｘ軸サーボモータ１０及びＺ軸サーボモー
タ３２はモータドライバ５９を介しＣＰＵ５８に連結さ
れ制御される。ロータリジョイント４６は電空レギュレ
ータ５５に連結し、電空レギュレータ５５はＣＰＵ５８
により制御される。なお、電空レギュレータ５５は本例
では１，２，３の３個からなり０°軸，１２０°軸，２
４０°軸の位置に配置されるチルティングテーブル機構
２９のアクチュエータ２９ａのコントロールを行う。ま
た、Ｘ軸スライド６には原点センサ５６が設けられ、ウ
ェーハチャック４１の原点を確認する。主軸スピンドル
４は主軸スピンドルトルクモータ１１により回転駆動さ
れ、そのスピンドル負荷は主軸スピンドルトルクモータ
１１からのトルク信号によりＣＰＵ５８により検出され
る。図１６は切り込み量［μｍ］とスピンドル負荷出力
［ｍｖ］との関係を示すものであり、図示のようにほぼ
リニアの関係にあることがわかる。

【００３１】まず、研磨用ホィール５を下降させウェー
ハ２の表面に研磨用ホィール５が接触する位置を加工ゼ
ロ点とする。実際には、一度ウェーハ２を加工しない下
限界の点でスピンドル負荷出力信号電圧を設定し、以降
はその電圧に達した点を加工ゼロ点とする。ウェーハチ
ャック４１の調整を行うアクチュエータ２９ａの位相の
高さ信号は図１７に示すようにウェーハチャック４１の
０°軸，１２０°軸，２４０°軸を中心とする斜線部に
おける主軸負荷出力サンプリング信号をアベレージング
して求める。また、図１８は図１４における信号処理を
示す信号の入出力表示図である。

【００３２】次に、図１７，図１８，図１９により制御
フローを説明する。まず、リセットしヒステリシスを除
去する。この場合、電空レギュレータ５５のレギュレー
タ圧力はゼロである。次に、研磨用ホィール５をウェー
ハ２にタッチアップし、ＴＴＶ判定を行う。即ち、主軸
負荷信号の電圧変動幅が規定値内にあるか否かを判定す
る。ＴＴＶ判定がＯＫならば研磨加工（ポリッシュ）を
行い加工完了（ＥＮＤ）する。一方、ＴＴＶ判定がＮＧ
の場合は、０°軸，１２０°軸，２４０°軸の負荷を求
め、収束判定する。収束判定がＯＫの場合は通常の研磨
加工を行い、ＮＧの場合はアクチュエータ２９ａを作動
すべく変位圧力変換，圧力制御出力を０°軸，１２０°
軸，２４０°軸の夫々について行い、収束判定がＯＫに
なるまで繰り返し行う。図２０は実際に補正を行った測
定結果を示すものである。

【００３３】以上は、変位機構部に各例について説明し
たものであるが、次に、回転速度補正機構部について説
明する。図２１に示すようにウェーハ２の上面には高低
があり、図においてＡの部分は高く（ウェーハが厚
い）、Ｂの部分は低い（ウェーハが薄い）。研磨用ホィ
ール５がウェーハ２のＡ部及びＢ部に接触すると図２２
に示すようにＡ部におけるスピンドル負荷は高く、Ｂ部
におけるスピンドル負荷は小さい。

【００３４】図２３は横軸にウェーハ２の半径位置を示
し、縦軸に研磨量を表示したものである。図２３（ｂ）
は図２３（ａ）よりも約２０％研磨用ホィール５の回転
速度を下げた場合を示す。図示のように、研磨量は回転
速度にほぼ比例して下り、ウェーハ２の各部の研磨量の
バラツキは図２３（ａ）の場合は１１．７％であるが図
２３（ｂ）の方は３．８％となり、バラツキも小さくな
る。以上のことから回転速度補正機構部は、スピンドル
負荷を検出し、スピンドル負荷が大きい位相は回転速度
を早くして研磨を行い、スピンドル負荷の小さい位相部
分は回転速度を遅くするように制御機構を有するものか
らなる。この具体的機構は省略する。

【００３５】以上の変位機構部及び回転速度補正機構部
を用いることにより、均一性を向上することができ、そ
の分、工具硬質化が可能となり平坦性を向上することが
できる。また、研磨が円滑に行われるため研磨効率が向
上し加工時間が低減し製品のコストダウンが図れる。

【００３６】次に、請求項７に関する研磨装置の実施の
形態を図２４乃至図２６により説明する。この研磨装置
１ａの全体構造は図２８に示される。図３３において説
明したように、研磨軸２４とパッド軸２５との間には若
干の直角ずれがある。また、パッドコンディショナ２１
の軸６０（図２８）とパッド軸２５との間にも直角ずれ
がある。このままの状態で研磨加工を進めると高精度の
ウェーハ加工ができず、且つパッド面を損傷する不具合
が生ずる。

【００３７】図２４は前記の直角ずれを調整する具体的
手段を示すものである。研磨ヘッド１６側及びパッドコ
ンディショナ２１側にはパッド１５の表面形状を測定す
る測定器６６，６７が夫々設けられている。一方、研磨
ヘッド１６のシリンダ１８及びパッドコンディショナ２
１のシリンダ６１にはアーム６２，６４が連結され、ア
ーム６２，６４には旋回ユニット６３，６５が連結され
る。旋回ユニット６３，６５は測定器６６，６７による
パッド１５の表面形状の検出値を基にしてアーム６２，
６４を微少回動させる構造を有するものからなる。その
具体的構成は省略する。以上により、図示のように研磨
ヘッド１６及びパッドコンディショナ２１の研磨軸２
４，軸６０の直角ずれが調整され、パッド１５に対しウ
ェーハ２及びパッドコンディショナ２１が平坦に接触す
ることになる。

【００３８】図２５は別の実施の形態を示すものであ
る。図２４の場合は、アーム６２，６４を回動する構造
としたが、図２５ではアーム６２，６４を固定し、旋回
ユニット６３，６５を回動させる構造とした。この調整
手段によっても前記と同様の効果を上げることができ
る。図２６は横軸に研磨ヘッド１６の回転数（ｒｐｍ）
をとり、縦軸にウェーハ面内均一性を表示したものであ
る。●印は前記の調整手段のない場合であり、■印は本
例の調整手段を用いた場合を示す。図示のように、研磨
ヘッド１６の回転数に関係なく、均一性は大幅に向上し
ていることがわかる。高回転数の場合には大幅に均一性
の向上が行われる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、均一性の向上が図れ、
歩留まりの向上ができる。更に、工具硬質化が可能にな
り、平坦化も向上させることができる。また、製膜厚の
薄化が可能になり、時間短縮，誤差減少，コストダウン
が可能になる。また、ダミーパターン不要によるデバイ
ス特性向上ができる。また、設計マージン，自由度の拡
大ができる。パッドコンディショナを用いるものでは、
パッドのライフが延長し、消耗コストの削減が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置におけるＺ軸平行板ばね機構
を示す部分正面図（ａ）及び側面図（ｂ）。

【図２】Ｚ軸押し込み量と加工除去量との関係を示す線
図。

【図３】本発明の研磨装置の主軸スライド機構を示す正
面図（ａ）及び側面図（ｂ）。

【図４】図３における主軸スライド機構の主軸スピンド
ルのフランジとＺ軸スライドとの間における配列構造を
示す平面図（ａ）及びコイルスプリングの部分の詳細構
造を示す部分拡大図（ｂ）。

【図５】図３における主軸スライド機構を備えた研磨用
ホィールとウェーハとの係合状態を示す正面図（ａ）及
び側面図（ｂ）。

【図６】図３における主軸スライド機構を備えた研磨用
ホィールとウェーハとの係合状態を示す側面図（ａ）及
び正面図（ｂ）。

【図７】本発明の研磨装置のテーブルダンパ機構を示す
断面図。

【図８】本発明の研磨装置の他のテーブルダンパ機構を
示す断面図。

【図９】本発明の研磨装置の更に別のテーブルダンパ機
構を示す断面図。

【図１０】本発明の研磨装置のチルティングテーブル機
構のアクチュエータの配列を示す平面図。

【図１１】本発明の研磨装置のチルティングテーブル機
構の詳細構造を示す軸断面図。

【図１２】チルティングテーブル機構におけるシリンダ
供給圧と変位調整力との関係を示す線図。

【図１３】チルティングテーブル機構におけるシリンダ
供給圧とステージ変位量との関係を示す線図。

【図１４】チルティングテーブル機構における制御，検
出系の構成図。

【図１５】チルティングテーブル機構における研磨用ホ
ィールとウェーハとの係合状態を示す平面図。

【図１６】チルティングテーブル機構における切り込み
量とスピンドル負荷出力との関係を示す線図。

【図１７】チルティングテーブル機構における制御方法
を説明するための動作平面図。

【図１８】チルティングテーブル機構における信号処理
方法を示す模式回路図。

【図１９】チルティングテーブル機構における制御方法
を示すフローチャート。

【図２０】チルティングテーブル機構における補正時間
を残存ＴＴＶとの関係を示す線図。

【図２１】本発明の研磨装置の回転速度補正機構部の作
用を説明するための平面図。

【図２２】図２１におけるＡ部及びＢ部の研磨時におけ
るスピンドル負荷を示す線図。

【図２３】回転速度補正機構部における研磨速度と研磨
量との関係を示す線図。

【図２４】パッド及びパッドコンディショナを用いたＡ
におけるウェーハ研磨における均一性向上手段を説明す
るための正面図。

【図２５】パッド及びパッドコンディショナを用いたＡ
におけるウェーハ研磨における別の均一性向上手段を説
明するための正面図。

【図２６】図２４，図２５における研磨装置の研磨結果
を示す線図。

【図２７】本発明の適用される研磨装置の概要構造を示
す正面図。

【図２８】パッド及びパッドコンディショナを有する本
発明の適用される研磨装置の概要構造を示す正面図。

【図２９】ウェーハの表面形状とその研磨方法を示す模
式図。

【図３０】ウェーハの研磨形態を示す模式図。

【図３１】ウェーハの各種の表面形状を示す正面図及び
側面図。

【図３２】表面に傾斜面を有するウェーハにおける工具
の押し上り状態を示す正面図及び側面図。

【図３３】パッドと研磨用ホィールとの間の直角ずれ状
態を示す模式図。

【符号の説明】

１…研磨装置、１ａ…研磨装置、２…ウェーハ、３…テ
ーブル、４…主軸スピンドル、５…研磨用ホィール、６
…Ｘ軸スライド、７…Ｘ軸スライド機構部、８…Ｘ軸ボ
ールねじナット、９…Ｘ軸ボールねじ、１０…Ｘ軸サー
ボモータ、１１…主軸スピンドルトルクモータ、１２…
Ｚ軸スライド、１３…Ｚ軸ガイド、１４…定盤、１５…
パッド、１６…研磨ヘッド、１７…吸着フィルム、１８
…シリンダ、１９…リテーナリング、２０…研磨剤、２
１…パッドコンディショナ、２２…凸部、２３…研磨パ
ッド、２４…研磨軸、２５…パッド軸、２６…Ｚ軸平行
板ばね機構、２７…主軸スライド機構、２８…テーブル
ダンパ機構、２９…チルティングテーブル機構、２９ａ
…アクチュエータ、３０…Ｚ軸ボールねじ、３１…ボー
ルねじナット、３２…Ｚ軸サーボモータ、３３…平行板
ばね、３４…平行板ばね、３５…支柱、３６…フラン
ジ、３７…シム、３８…シム、３９…コイルスプリン
グ、４０…ロッド、４１…ウェーハチャック、４２…基
準面、４３…ばね、４４…ゴム、４５…テーブル軸シャ
フト、４６…ロータリジョイント、４７…シリンダ、４
８…ピストン、４９…ボルト、５０…テーブル軸モー
タ、５１…ベルト、５２…加工パン、５３…スラリ又は
純水、５４…噴射ノズル、５５…電空レギュレータ、５
６…原点センサ、５７…アンプ、５８…ＣＰＵ、５９…
モータドライバ、６０…軸、６１…シリンダ、６２…ア
ーム、６３…旋回ユニット、６４…アーム、６５…旋回
ユニット、６６…測定器、６７…測定器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水平面に沿って配置されるテーブルの面
に当接する薄板状の被研磨物を該被研磨物と相対向して
配置される研磨用ホィールで押圧して前記被研磨物を平
坦、且つ均一に研磨加工仕上げする装置であって、前記
研磨用ホィール又は前記被研磨物の支持側を加工圧力に
対応して変位させる変位機構部又は加工圧力に対応して
前記研磨用ホィールと被研磨物との間の相対回転速度を
変化させる回転速度補正機構部を設けることを特徴とす
る研磨装置。
【請求項２】前記変位機構部が、前記研磨用ホィール
をＺ軸方向に沿って摺動自在に支持するＺ軸スライドと
前記研磨用ホィールをＺ軸方向に移動送りする送り軸と
の間に介設されるＺ軸平行板ばね機構である請求項１に
記載の研磨装置。
【請求項３】前記変位機構部が、前記研磨用ホィール
の回転主軸とこれを支持するＺ軸スライドとの間に介設
され、Ｘ軸方向を傾斜状態で固持しＹ軸方向にはフリー
又は任意の弾性を与えるべく支持する主軸スライド機構
である請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】前記変位機構部が、前記被研磨物を搭載
するテーブルを弾塑性支持又は空圧支持するテーブルダ
ンパ機構である請求項１に記載の研磨装置。
【請求項５】前記変位機構部が、前記研磨用ホィール
の回転主軸の回転トルク信号を検出し、前記被研磨物を
搭載支持する前記テーブルの高さ（Ｚ軸方向）を前記回
転トルク信号の検出値に対応して調整し、回転トルクの
均一化を図るチルティングテーブル機構である請求項１
に記載の研磨装置。
【請求項６】前記回転速度補正機構部が、前記研磨用
ホィールの回転主軸の回転トルク信号を検出し、前記被
研磨物を搭載支持する前記テーブルの回転速度を前記検
出値に対応して調整し、前記回転トルクを均一化するテ
ーブル回転速度補正機構部である請求項１に記載の研磨
装置。
【請求項７】水平面に沿って配置される回転テーブル
上にパッドを貼着し、該パッドと相対向する位置に配置
される被研磨物を回転しながら前記パッド側に押圧する
と共に前記パッドに当接するパッドコンディショナを配
置してなる研磨装置であって、前記被研磨物側及びパッ
ドコンディショナ側には、前記パッドのＺ軸方向の変位
を検出する検出手段が設けられると共にその検出信号に
基づき前記被研磨物側及びパッドコンディショナ側のＺ
軸の傾斜角度を調整する旋回ユニットが設けられること
を特徴とする研磨装置。