特開 2024-129746 研磨装置の保持面加工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024129746

(43)【公開日】2024-09-27

(54)【発明の名称】研磨装置の保持面加工方法

(51)【国際特許分類】

   B24B 41/06 20120101AFI20240919BHJP

   B24B 37/30 20120101ALI20240919BHJP

   B24B 37/10 20120101ALI20240919BHJP

   B24B 37/015 20120101ALI20240919BHJP

   B23Q 3/08 20060101ALI20240919BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20240919BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20240919BHJP

【ＦＩ】

B24B41/06 L

B24B37/30 A

B24B37/10

B24B37/015

B23Q3/08 A

H01L21/304 621D

H01L21/304 622H

H01L21/304 622R

H01L21/68 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023039143

(22)【出願日】2023-03-13

(71)【出願人】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100169960

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 貴光

(72)【発明者】

【氏名】永井 大智

【テーマコード（参考）】

3C016

3C034

3C158

5F057

5F131

【Ｆターム（参考）】

3C016DA05

3C034AA07

3C034BB73

3C034DD10

3C158AA04

3C158AA07

3C158AB04

3C158BA02

3C158BA05

3C158BA08

3C158BB02

3C158CB01

3C158DA12

3C158DA17

3C158EA11

3C158EA12

3C158EB01

3C158EB02

5F057AA02

5F057CA11

5F057DA03

5F057FA13

5F057GA23

5F131AA02

5F131BA32

5F131BA43

5F131CA06

5F131EA05

5F131EB03

5F131EB53

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ワークを精度良く研磨可能な研磨装置の保持面加工方法を提供する。
【解決手段】ワークを保持可能なポーラスチャック１７とポーラスチャックと略同じ線膨張係数を示す間座プレート１３とを室温を維持した状態で組み付ける工程と、間座プレートと室温より高温状態のポーラスチャックより高い線膨張係数を示すプレートホルダ１４とを組み付ける工程と、プレートホルダを室温まで冷やしてポーラスチャックを膨張させ、ポーラスチャックの保持面１７ａを下方に凸状に変形させる工程と、下方に凸状に変形された状態の保持面を略平坦にラップ加工する工程と、ポーラスチャック、間座プレート及びプレートホルダの接続を解除して、保持面が上方に凸状に形成されたポーラスチャックを得る工程と、上方に凸状の保持面を備えているポーラスチャックと間座プレートとプレートホルダとを室温を維持した状態で再び組み付ける工程と、を含む。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

研磨ヘッドの下端に保持されたワークをプラテン上の研磨パッドに押し当てて研磨する研磨装置のワーク保持面加工方法であって、
前記ワークを保持可能なポーラスチャックと前記ポーラスチャックと略同じ線膨張係数を示す間座プレートとを所定の基準温度を維持した状態で組み付ける工程と、
前記間座プレートと前記基準温度より高温状態の前記ポーラスチャックより高い線膨張係数を示すプレートホルダとを組み付ける工程と、
前記プレートホルダを前記基準温度まで冷やして前記ポーラスチャックを膨張させ、前記ポーラスチャックの保持面を下方に凸状に変形させる工程と、
前記下方に凸状に変形された状態の保持面を略平坦にラップ加工する工程と、
前記ポーラスチャック、前記間座プレート及び前記プレートホルダの接続を解除して、前記保持面が上方に凸状に形成された前記ポーラスチャックを得る工程と、
前記上方に凸状の保持面を備えている前記ポーラスチャックと前記間座プレートと前記プレートホルダとを前記基準温度を維持した状態で再び組み付ける工程と、
を含むことを特徴とする研磨装置の保持面加工方法。

【請求項2】

研磨ヘッドの下端に保持されたワークをプラテン上の研磨パッドに押し当てて研磨する研磨装置の保持面加工方法であって、
前記ワークを保持可能なポーラスチャックと前記ポーラスチャックと略同じ線膨張係数を示す間座プレートとを所定の基準温度を維持した状態で組み付ける工程と、
前記間座プレートと前記基準温度より低温状態の前記ポーラスチャックより高い線膨張係数を示すプレートホルダとを組み付ける工程と、
前記プレートホルダを前記基準温度まで温めて前記ポーラスチャックを収縮させ、前記ポーラスチャックの保持面を上方に凸状に変形させる工程と、
前記上方に凸状に変形された状態の保持面を略平坦にラップ加工する工程と、
前記ポーラスチャック、前記間座プレート及び前記プレートホルダの接続を解除して、前記保持面が下方に凸状に形成された前記ポーラスチャックを得る工程と、
前記下方に凸状の保持面を備えている前記ポーラスチャックと前記間座プレートと前記プレートホルダとを前記基準温度を維持した状態で再び組み付ける工程と、
を含むことを特徴とする研磨装置の保持面加工方法。

【請求項3】

前記基準温度は、室温であることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨装置の保持面加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークを研磨する研磨装置の保持面加工方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体製造分野では、シリコンウェハ等（以下、「ワーク」という）を研磨して平坦化するＣＭＰ装置が知られている。

【0003】

特許文献１記載の研磨装置は、化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）技術を適用した研磨装置である。このＣＭＰ装置は、研磨ヘッドのチャックに装着されたワークを研磨パッドに押圧してワークを研磨するものである。研磨ヘッドは、ワークを下端に保持するチャックと、チャック上部に設けられてチャックにボルトで締結されたベース部材と、ベース部材とチャックを回転させる回転伝達部とを接続するプレートホルダと、を備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２２－２６３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、短時間で高負荷の研磨を行う場合、摩擦熱で研磨パッド、研磨ヘッド及びワークが研磨開始直後に急激に高温（例えば、１分間で室温から約５０度）に達する。研磨ヘッドを構成するポーラスチャックやベース部材に用いるアルミナセラミック又はステンレスの熱伝導率は１０～３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であり、高負荷研磨時の摩擦熱に起因した急激な温度上昇が発生すると、研磨ヘッドやベース部材が内部の熱勾配によって変形し、ポーラスチャックのワーク保持面が凸状に変形する。また、ＳｉＣやサファイアのように研磨が長時間（例えば、２０分）に亘る場合、ポーラスチャック及びベース部材の温度は飽和して略一定に保たれる一方、ポーラスチャック及びベース部材の上に設けられた樹脂製の構成部材（プレートホルダ）の熱膨張が大きくなり、ポーラスチャックのワーク保持面が凹状に変形する。

【0006】

そして、セラミック製ポーラスチャック等の剛体がワークを保持して研磨を行う場合、ワーク保持面の面精度は、研磨後のワークの仕上がり精度に大きく影響するため、研磨時の摩擦熱に起因したワーク保持面の熱変形は、研磨不良を発生させる原因となる。このような摩擦熱の廃熱を促すために、装置内部にチラー回路を設けたり、研磨時に大量の冷却水を外部から装置にかけることが一般的に行われている。しかしながら、チラー回路は装置内部の温度勾配をさらに大きくしてポーラスチャックの熱変形を促進させる。また、大量の冷却水は大量の研磨液と同義であって、ワークにスクラッチが生じないように研磨液をかけ流しで使わなければならない場合、コストの観点から現実的ではない。

【0007】

また、研磨プロセス毎に予想されるチャック変形量を相殺するように、チャックの保持面を予め凸状又は凹状に加工して、研磨精度の向上を図る事も考えられるが、ラップ加工で数ｕｍの凸凹面を精度良く仕上げるのは困難であるという問題がある。

【0008】

そこで、ワークを精度良く研磨するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明に係る研磨装置の保持面加工方法は、研磨ヘッドの下端に保持されたワークをプラテン上の研磨パッドに押し当てて研磨する研磨装置の保持面加工方法であって、前記ワークを保持可能なポーラスチャックと前記ポーラスチャックと略同じ線膨張係数を示す間座プレートとを所定の基準温度を維持した状態で組み付ける工程と、前記間座プレートと前記基準温度より高温状態の前記ポーラスチャックより高い線膨張係数を示すプレートホルダとを組み付ける工程と、前記プレートホルダを前記基準温度まで冷やして前記ポーラスチャックを膨張させ、前記ポーラスチャックの保持面を下方に凸状に変形させる工程と、前記下方に凸状に変形された状態の保持面を略平坦にラップ加工する工程と、前記ポーラスチャック、前記間座プレート及び前記プレートホルダの接続を解除して、前記保持面が上方に凸状に形成された前記ポーラスチャックを得る工程と、前記上方に凸状の保持面を備えている前記ポーラスチャックと前記間座プレートと前記プレートホルダとを前記基準温度を維持した状態で再び組み付ける工程と、を含む。

【0010】

また、上記目的を達成するために、本発明に係る研磨装置の保持面加工方法は、研磨ヘッドの下端に保持されたワークをプラテン上の研磨パッドに押し当てて研磨する研磨装置の保持面加工方法であって、前記ワークを保持可能なポーラスチャックと前記ポーラスチャックと略同じ線膨張係数を示す間座プレートとを所定の基準温度を維持した状態で組み付ける工程と、前記間座プレートと前記基準温度より低温状態の前記ポーラスチャックより高い線膨張係数を示すプレートホルダとを組み付ける工程と、前記プレートホルダを前記基準温度まで温めて前記ポーラスチャックを収縮させ、前記ポーラスチャックの保持面を上方に凸状に変形させる工程と、前記上方に凸状に変形された状態の保持面を略平坦にラップ加工する工程と、前記ポーラスチャック、前記間座プレート及び前記プレートホルダの接続を解除して、前記保持面が下方に凸状に形成された前記ポーラスチャックを得る工程と、前記下方に凸状の保持面を備えている前記ポーラスチャックと前記間座プレートと前記プレートホルダとを前記基準温度を維持した状態で再び組み付ける工程と、を含む。

【発明の効果】

【0011】

本発明は、ワークを精度良く平坦に研磨することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態に係るＣＭＰ装置を模式的に示す斜視図。

【図2】研磨ヘッドの要部を模式的に示す縦断面図。

【図3】チャックテーブルの保持面を中凹状に加工する一連の工程を示す模式図。

【図4】保持面を中凹状に加工する各工程において、工程毎の保持面の平坦度を示すグラフ。

【図5】チャックテーブル、間座プレート及びプレートホルダを締結するボルトの締付トルクを変化させた場合における保持面の平坦度を示すグラフ。

【図6】図５に示すチャックテーブルにフラットラップ加工を施し、その後にチャックテーブルに作用する応力を解放した状態で測定した保持面の平坦度を示すグラフ。

【図7】図６に示すチャックテーブル、間座プレート及びプレートホルダを通常の締付トルクで組み立てた状における保持面の平坦度を示すグラフ。

【図8】図７における保持面の凸度を示すグラフである。

【図9】本発明の第２実施形態に係るＣＭＰ装置に用いられるチャックテーブルの保持面を中凸状に加工する手順を示す模式図。

【図10】チャックテーブル、間座プレート及びプレートホルダを締結するボルトの締付トルクを変化させた場合における保持面の平坦度を示すグラフ。

【図11】図１０に示すチャックテーブルにフラットラップ加工を施し、その後にチャックテーブルに作用する応力を解放した状態で測定した保持面の平坦度を示すグラフ。

【図12】図１１に示すチャックテーブル、間座プレート及びプレートホルダを通常の締付トルクで組み立てた状における保持面の平坦度を示すグラフ。

【図13】図１２における保持面の凸度を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

【0014】

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

【0015】

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

【0016】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るＣＭＰ装置１を模式的に示す斜視図である。ＣＭＰ装置１は、ワークＷの一面を平坦に研磨するものである。ＣＭＰ装置１は、プラテン２と、研磨ヘッド１０と、を備えている。ワークＷは、例えば、シリコンウェハであるがこれに限定されるものではない。

【0017】

プラテン２は、円盤状に形成されており、プラテン２の下方に配置された回転軸３に連結されている。回転軸３がモータ４の駆動によって回転することにより、プラテン２は図１中の矢印Ｄ１の方向に回転する。プラテン２の上面には、研磨パッド５が貼付されており、研磨パッド５上に図示しないノズルから研磨剤と化学薬品との混合物であるＣＭＰスラリーが供給される。

【0018】

研磨ヘッド１０は、プラテン２より小径に形成されており、研磨ヘッド１０の上方に配置された回転軸１０ａに連結されている。回転軸１０ａが図示しないモータの駆動によって回転することにより、研磨ヘッド１０は、図１中の矢印Ｄ２の方向に回転する。研磨ヘッド１０は、図示しないヘッド移動機構によって垂直方向及び水平方向に移動可能に構成されている。研磨ヘッド１０は、ワークＷを研磨する際に下降して研磨パッド５にワークＷを押圧する。

【0019】

ＣＭＰ装置１の動作は、コントローラ６によって制御される。コントローラ６は、ＣＭＰ装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。コントローラ６は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、コントローラ６の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作するものにより実現されても良い。

【0020】

次に、研磨ヘッド１０の構造について説明する。図２は、研磨ヘッド１０の要部を模式的に示す縦断面図である。

【0021】

研磨ヘッド１０は、回転軸１０ａに接続されたヘッド本体１１を備えている。ヘッド本体１１は、回転伝達部１２を介して間座プレート１３に連結されており、図示しないスピンドルが回転軸１０ａを回転させると、ヘッド本体１１、回転伝達部１２及び間座プレート１３は、回転軸１０ａと共に回転する。

【0022】

間座プレート１３の上方には、間座プレート１３の周方向に等間隔に配置された１２本のボルトＢ１を介してＰＰＳ製のプレートホルダ１４が締結されている。間座プレート１３は、例えば、アルミナの線膨張係数に近い値になるように調合された低熱膨張合金（インバー合金）である。これにより、研磨ヘッド１０に入力される回転駆動力が、プレートホルダ１４を介して間座プレート１３に伝達される。

【0023】

プレートホルダ１４とヘッド本体１１との間に、エアバッグ１５が介装されている。

【0024】

エアバッグ１５は、略円環状に形成されている。エアバッグ１５は、図示しない圧縮空気源から圧空ライン１５ａを介して供給されるエアによって膨張、収縮自在である。圧縮空気源から供給されるエアの圧力は、コントローラ６により制御される図示しないレギュレータによって調整される。エアバッグ１５は、供給されるエアの圧力に応じてプレートホルダ１４全体を加圧することで、ワークＷ全体が研磨パッド５に押圧される研磨圧力を調整する。

【0025】

間座プレート１３の下方には、ポーラスチャック１７が設けられている。ポーラスチャック１７は、アルミナ製のチャックテーブル１８と、多孔質アルミナ製のチャック１９と、を備えている。

【0026】

チャックテーブル１８は、チャックテーブル１８の周方向に等間隔に配置された１２本のボルトＢ２を介して間座プレート１３に締結されている。これにより、研磨ヘッド１０に入力される回転駆動力が、間座プレート１３を介してポーラスチャック１７に伝達される。

【0027】

チャック１９は、チャックテーブル１８の下面に埋設されている。チャック１９は、ライン１８ａを介して図示しない真空源、冷却水源に接続されている。真空源を起動させることにより、ポーラスチャック１７の保持面１７ａにワークＷが吸着保持される。また、冷却水源から供給される冷却水は、室温と略等しく温調されており、研磨後にチャック１９を通水することでチャック１９を冷却する。保持面１７ａは、下方に凸状に形成され、中央が外周に比べて凹である中凹状態に形成されている。

【0028】

このようにして、研磨ヘッド１０は、ワークＷの裏面がチャック１９に吸着保持された状態でワークＷの表面が研磨パッド５に押し当てられ、エアバッグ１５の膨張に伴ってワークＷに荷重が伝わることにより、ワークＷは、研磨面としての保持面１７ａの形状が転写されるように研磨される（裏面基準研磨）。

【0029】

次に、ポーラスチャック１７の保持面１７ａを中凹状態に形成する手順について、図３に基づいて説明する。なお、間座プレート１３、ポーラスチャック１７及びプレートホルダ１４の温度測定は、安立計器株式会社製のデジタルサーモメータＨＡ－２０２Ｋを用いて行った。また、保持面１７ａの平坦度の測定は、コーニング・トロペル社製のFlat Master 200XRA-Indstrialを用いて行った。

【0030】

まず、間座プレート１３、プレートホルダ１４及びポーラスチャック１７を準備する。ポーラスチャック１７及び間座プレート１３は、略等しい線膨張係数（７．２ｐｐｍ／℃）を示し、プレートホルダ１４の線膨張係数（約３０～１００ｐｐｍ／℃）より小さく設定されている。間座プレート１３の線膨張係数とポーラスチャック１７の線膨張係数とが略等しいことにより、温度が飽和する長時間研磨の場合には、ＣＭＰ装置１の使用温度範囲（例えば、約１０～４０℃）に亘って、間座プレート１３とポーラスチャック１７とが、互いにボルトＢ２で締結された状態でそれぞれ同様に膨張・収縮し、また、ポーラスチャック１７及び間座プレート１３の線膨張係数とプレートホルダ１４の線膨張係数との差に起因して、保持面１７ａの平坦度が略線形状に変化する（線形応答する）。なお、ＣＭＰ装置１の使用温度範囲は、ワークＷを押圧する圧力、研磨ヘッド１０の回転数、プラテン２の回転数、スラリー流量、チラー水の温度及び流量等に応じて変動する。

【0031】

ポーラスチャック１７及び間座プレート１３の熱伝導率は、約１０～３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）に設定され、プレートホルダ１４の熱伝導率は、約０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）に設定されている。このような熱伝導率の差により、高負荷の研磨を短時間行う場合には、熱分散が比較的早いポーラスチャック１７及び間座プレート１３内に温度勾配が生じる。

【0032】

次に、図３（ａ）に示すように、ポーラスチャック１７と間座プレート１３とを所定の基準温度に保った状態でボルトＢ２を介して組み付ける。ボルトＢ２の締結によるトルクは、任意に調整可能であり、例えば約２Ｎ・ｍに設定される。なお、基準温度は、例えば２２～２４℃の室温に設定される。

【0033】

次に、図３（ｂ）に示すように、プレートホルダ１４を室温より高温に保った状態で、プレートホルダ１４を間座プレート１３にボルトＢ１を介して組み付ける。ボルトＢ１の締結によるトルクは、プレートホルダ１４の熱膨張量や後述するラップ加工における保持面１７ａの所望の除去量に応じて予め実験等により取得された値に調整可能であり、例えば約１～４Ｎ・ｍの間に設定される。

【0034】

間座プレート１３とプレートホルダ１４との組み付けに先行して、プレートホルダ１４は、加熱温度を約７０℃、加熱時間を１時間に設定したドライオーブンで温められており、プレートホルダ１４は、熱膨張した状態で間座プレート１３に組み付けられる。なお、ドライオーブンには、例えばＥＹＥＬＡ社製のＷＦＯ－４００を用いた。なお、プレートホルダ１４は、所望の熱膨張量を得られるように予め実験等により取得された温度に調整可能である。

【0035】

次に、図３（ｃ）に示すように、プレートホルダ１４を室温まで冷やしてプレートホルダ１４を収縮させる。また、プレートホルダ１４の収縮に追従して、間座プレート１３及びポーラスチャック１７は膨張変形する。これにより、ポーラスチャック１７の保持面１７ａが、下方に凸状に変形する。保持面１７ａの膨張変形は、プレートホルダ１４の冷却収縮とともに進行するが、ボルトＢ１の締結トルクに依存した静摩擦力を超える力が作用すると間座プレート１３とプレートホルダ１４との間に剪断方向の滑りが発生し、それ以降の保持面１７ａの変形は停止する。すなわち、ボルトＢ１の締結トルクを調整することにより、保持面１７ａの変形具合をコントロールすることができる。

【0036】

次に、図３（ｄ）に示すように、下方に凸状に変形された状態の保持面１７ａを略平坦に形成するフラットラップ加工する。フラットラップ加工は、公知の手順により行われるものであって、例えば回転する図示しないラップ定盤に保持面１７ａを押し付けて平面研削することにより行われる。

【0037】

次に、図３（ｅ）に示すように、ボルトＢ１、Ｂ２を取り外して、間座プレート１３、プレートホルダ１４及びポーラスチャック１７の接続を一度解除する。これにより、ポーラスチャック１７に作用する応力が解放される。そして、保持面１７ａが上方に凸の中凹状態に形成されたポーラスチャック１７が得られる。

【0038】

次に、図３（ｆ）に示すように、ボルトＢ１、Ｂ２を介して、中凹状態の保持面１７ａを備えているポーラスチャック１７と間座プレート１３とプレートホルダ１４とを室温に保った状態で再び組み付ける。ボルトＢ１、Ｂ２の締結によるトルクは、任意に調整可能であり、例えば約２Ｎ・ｍに設定される。これにより、研磨で生じる摩擦熱に起因する研磨開始直後の急激な温度上昇によってポーラスチャック１７内部に熱勾配が生じ、保持面１７ａが凸状に熱変形した場合であっても、予め中凹状態に形成された保持面１７ａは、そのような熱変形を吸収するように保持面１７ａ全体が略平坦になる。

【0039】

図４は、保持面１７ａの平坦度を示すグラフである。図４は、縦軸に保持面１７ａの平坦度、横軸に径方向座標を設定している。なお、図４の凡例は、上述したポーラスチャック１７の保持面１７ａを加工する一連の工程に対応しており、「PC」は、初期状態のポーラスチャック１７単体の平坦度を示し、「PC－KP」は、図３（ａ）に対応するポーラスチャック１７と間座プレート１３とを締結トルク２Ｎ・ｍで組んだときの保持面１７ａの平坦度を示し、「PC－KP－PH」は、図３（ｂ）に対応する間座プレート１３とプレートホルダ１４とを締結トルク２Ｎ・ｍで組んだときの保持面１７ａの平坦度を示し、「Lap」は、図３（ｄ）に対応するフラットラップ加工を施した保持面１７ａの平坦度を示し、「Lapped PC」は、図３（ｅ）に対応する応力を解放されたポーラスチャック１７の保持面１７ａの平坦度を示す。なお、各種平坦度において、「Lapped PC」＝「PC」－（「PC－KP－PH」－「Lap」）の関係式が成り立つ。

【0040】

図４によれば、初期状態のポーラスチャック１７の保持面１７ａは、中央が約０．２μｍ程度凹の僅かな中凹状態であるのに対し、膨張したポーラスチャック１７の保持面１７ａは、中央が約１μｍ程度凸の中凸状態に変形することが分かる。また、中凸状態のポーラスチャック１７に対してフラットラップ加工することで、保持面１７ａが略平坦になることが分かる。さらに、ポーラスチャック１７を膨張させる応力を解放すると、中央が約２μｍ程度凹の中凹状態の保持面１７ａが得られることが分かる。

【0041】

上述した数式に示すように、中凹状態の保持面１７ａの平坦度「Lapped PC」は、初期状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC」、収縮状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」、フラットラップ加工後のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「Lap」によって任意に調整可能である。例えば、膨張状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」は、ボルトＢ１、Ｂ２の締結トルクを増減することによって、ポーラスチャック１７の膨張変形が、プレートホルダ１４の収縮に追従する度合いを調整可能である。また、高温状態のプレートホルダ１４の温度を加減することにより、プレートホルダ１４の収縮量を調整して、プレートホルダ１４の収縮に追従するポーラスチャック１７の膨張変形量を調整可能である。

【0042】

図５は、図３（ｂ）に示す工程において、室温状態のプレートホルダ１４を間座プレート１３に組み付ける際のボルトＢ１の締結トルクを２Ｎ・ｍに設定した場合（通常組）、及び加熱状態のプレートホルダ１４を間座プレート１３に組み付ける際のボルトＢ１の締結トルクを０．５Ｎ・ｍ、１Ｎ・ｍ、２Ｎ・ｍ、３Ｎ・ｍ、４Ｎ・ｍに変化させた場合に、図３（ｃ）に対応する膨張状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」を示すグラフであり、縦軸に保持面１７ａの平坦度、横軸に径方向座標を設定している。

【0043】

図５によれば、図３（ｂ）に示す工程におけるボルトＢ１の締結トルクの増加に比例して、膨張状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」が増加しており、保持面１７ａの中央が凸の中凸状態がより強調されていることが分かる。これは、ボルトＢ１の締結トルクが増加することにより、プレートホルダ１４の収縮にポーラスチャック１７がより追従するためと考えられる。

【0044】

次に、図６は、図５に示す保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」を示すポーラスチャック１７に対してフラットラップ加工を施した後に、応力が解放されたポーラスチャック１７の保持面１７ａの平坦度「Lapped PC」を示す図３（ｅ）に対応したグラフであり、縦軸に保持面１７ａの平坦度、横軸に径方向座標を設定している。

【0045】

図６によれば、図３（ｂ）に示す工程におけるボルトＢ１の締結トルクの増加に比例して、膨張状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」が増加した分、応力を解放されたポーラスチャック１７の保持面１７ａの中央が凹の中凹状態がより強調されていることが分かる。

【0046】

次に、図７は、図６に示す保持面１７ａの平坦度「Lapped PC」を示すポーラスチャック１７を、間座プレート１３及びプレートホルダ１４と再び組付けた場合における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」を示す図３（ｆ）に対応したグラフであり、縦軸に保持面１７ａの平坦度、横軸に径方向座標を設定している。なお、図７では、図３（ｂ）に示す工程において、図４、図５中における「通常組」の保持面１７ａが形成されたポーラスチャック１７を再組付けしたときに保持面１７ａが略平坦になるように、ボルトＢ１の締結トルクを設定した。

【0047】

図７によれば、図３（ｂ）に示す工程におけるボルトＢ１の締結トルクの増加に比例して、再組付け後のポーラスチャック１７の保持面１７ａの中央が凹の中凹状態がより強調されていることが分かる。

【0048】

また、図８は、図７に示す平坦度の最大値及び最小値の差である、保持面１７ａの凸度を示すグラフである。

【0049】

図８によれば、図３（ｂ）に示す工程におけるボルトＢ１の締結トルクの増加に比例して、保持面１７ａの凸度も比例して減少していることが分かる。

【0050】

このようにして、本実施形態に係るＣＭＰ装置１の保持面加工方法は、研磨ヘッド１０の下端に保持されたワークＷをプラテン２上の研磨パッド５に押し当てて研磨するＣＭＰ装置１の保持面加工方法であって、ワークＷを保持可能なポーラスチャック１７とポーラスチャック１７と略同じ線膨張係数を示す間座プレート１３とを室温を維持した状態で組み付ける工程と、間座プレート１３と室温より高温状態のポーラスチャック１７より高い線膨張係数を示すプレートホルダ１４とを組み付ける工程と、プレートホルダ１４を室温まで冷やしてポーラスチャック１７を膨張させ、ポーラスチャック１７の保持面１７ａを下方に凸状に変形させる工程と、下方に凸状に変形された状態の保持面１７ａを略平坦にラップ加工する工程と、ポーラスチャック１７、間座プレート１３及びプレートホルダ１４の接続を解除して、保持面１７ａが上方に凸状に形成されたポーラスチャック１７を得る工程と、上方に凸状の保持面１７ａを備えているポーラスチャック１７と間座プレート１３とプレートホルダ１４とを室温を維持した状態で再び組み付ける工程と、を含む構成とした。

【0051】

この構成によれば、保持面１７ａが予め中凹状態に形成されていることにより、研磨で生じる摩擦熱によってポーラスチャック１７が下方に凸状に熱変形すると、保持面１７ａ全体が略平坦になるため、ワークＷを精度良く研磨することができる。

【0052】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係るＣＭＰ装置１の保持面加工方法について、図面に基づいて説明する。本実施形態は、ポーラスチャック１７を中央が外周に比べて凸である中凸状態に形成する点で、上述した第１実施形態と異なり、その他の構成は共通するため、共通する説明を省略する。

【0053】

まず、間座プレート１３、プレートホルダ１４及びポーラスチャック１７を準備する。ポーラスチャック１７と間座プレート１３とは、略等しい線膨張係数（７．２ｐｐｍ／℃）を示し、プレートホルダ１４の線膨張係数（約３０～１００ｐｐｍ／℃）より小さく設定されている。

【0054】

次に、図９（ａ）に示すように、ポーラスチャック１７と間座プレート１３とを所定の基準温度に保った状態でボルトＢ２を介して組み付ける。ボルトＢ２の締結によるトルクは、任意に調整可能であり、例えば約２Ｎ・ｍに設定される。なお、基準温度は、例えば２２～２４℃の室温に設定される。

【0055】

次に、図９（ｂ）に示すように、プレートホルダ１４を室温より低温に保った状態で、プレートホルダ１４を間座プレート１３にボルトＢ１を介して組み付ける。ボルトＢ１の締結によるトルクは、プレートホルダ１４の熱膨張量や後述するラップ加工における保持面１７ａの所望の除去量に応じて予め実験等により取得された値に調整可能であり、例えば約１～４Ｎ・ｍの間に設定される。

【0056】

なお、間座プレート１３とプレートホルダ１４との組み付けに先行して、プレートホルダ１４はー５℃になるまで家庭用冷凍庫で冷却する。なお、プレートホルダ１４は、所望の熱膨張量を得られるように予め実験等により取得された温度に調整可能である。

【0057】

次に、図９（ｃ）に示すように、プレートホルダ１４を室温まで温めてプレートホルダ１４を膨張させる。また、プレートホルダ１４の膨張に追従して、間座プレート１３及びポーラスチャック１７は収縮変形する。これにより、ポーラスチャック１７の保持面１７ａが、上方に凸状に変形する。保持面１７ａの収縮変形は、プレートホルダ１４の膨張変形とともに進行するが、ボルトＢ１の締結トルクに依存した静摩擦力を超える力が作用すると間座プレート１３とプレートホルダ１４との間に剪断方向の滑りが発生し、それ以降の保持面１７ａの変形は停止する。すなわち、ボルトＢ１の締結トルクを調整することにより、保持面１７ａの変形具合をコントロールすることができる。

【0058】

次に、図９（ｄ）に示すように、上方に凸状に変形された状態の保持面１７ａを略平坦に形成するフラットラップ加工する。フラットラップ加工は、公知の手順により行われるものであって、例えば回転する図示しないラップ定盤に保持面１７ａを押し付けて平面研削することにより行われる。

【0059】

次に、図９（ｅ）に示すように、ボルトＢ１、Ｂ２を取り外して、間座プレート１３、プレートホルダ１４及びポーラスチャック１７の接続を一度解除する。これにより、ポーラスチャック１７に作用する応力が解放される。そして、保持面１７ａが下方に凸の中凹状態に形成されたポーラスチャック１７が得られる。

【0060】

次に、図９（ｆ）に示すように、ボルトＢ１、Ｂ２を介して、中凹状態の保持面１７ａを備えているポーラスチャック１７と間座プレート１３とプレートホルダ１４とを室温に保った状態で再び組み付ける。ボルトＢ１、Ｂ２の締結によるトルクは、任意に調整可能であり、例えば約２Ｎ・ｍに設定される。これにより、長時間の研磨で生じる摩擦熱によってプレートホルダ１４がポーラスチャック１７より相対的に大きく熱変形して、ポーラスチャック１７が上方に凸状に熱変形した場合であっても、予め中凸状態に形成された保持面１７ａは、そのような熱変形を吸収するように保持面１７ａ全体が略平坦になる。

【0061】

図１０は、図９（ｂ）に示す工程において、室温状態のプレートホルダ１４を間座プレート１３に組み付ける際のボルトＢ１の締結トルクを２Ｎ・ｍに設定した場合（通常組）、及び冷却状態のプレートホルダ１４を間座プレート１３に組み付ける際のボルトＢ１の締結トルクを１Ｎ・ｍ、２Ｎ・ｍ、３Ｎ・ｍ、４Ｎ・ｍに変化させた場合に、図９（ｃ）に対応する収縮状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」を示すグラフであり、縦軸に保持面１７ａの平坦度、横軸に径方向座標を設定している。

【0062】

図１０によれば、図９（ａ）に示す工程におけるボルトＢ１の締結トルクの増加に比例して、収縮状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」は、保持面１７ａの中央の凸の度合いが減少しており、室温状態のプレートホルダ１４の組付時におけるボルトＢ１の締結トルクが２Ｎ・ｍのとき及び冷却状態のプレートホルダ１４の組付時におけるボルトＢ１の締結トルクが１Ｎ・ｍ、２Ｎ・ｍのときには、保持面１７ａは中凸状態である一方、冷却状態のプレートホルダ１４の組付時におけるボルトＢ１の締結トルクが３Ｎ・ｍ、４Ｎ・ｍのときには、保持面１７ａは中凹状態に反転していることが分かる。

【0063】

次に、図１１は、図１０に示す保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」を示すポーラスチャック１７に対してフラットラップ加工を施した後に、応力が解放されたポーラスチャック１７の保持面１７ａの平坦度「Lapped PC」を示す図３（ｅ）に対応したグラフであり、縦軸に保持面１７ａの平坦度、横軸に径方向座標を設定している。

【0064】

図１１によれば、図９（ｂ）に示す工程におけるボルトＢ１の締結トルクの増加に比例して、収縮状態のポーラスチャック１７における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」が増加した分、応力が解放されたポーラスチャック１７の保持面１７ａの中央が凹の具合が減少しており、室温状態のプレートホルダ１４の組付時におけるボルトＢ１の締結トルクが２Ｎ・ｍのとき及び冷却状態のプレートホルダ１４の組付時におけるボルトＢ１の締結トルクが１Ｎ・ｍ、２Ｎ・ｍのときには、保持面１７ａは中凹状態に変形している一方、冷却状態のプレートホルダ１４の組付時におけるボルトＢ１の締結トルクが３Ｎ・ｍ、４Ｎ・ｍのときには、保持面１７ａは中央が僅かに凸の中凸状態に変形していることが分かる。

【0065】

次に、図１２は、図１１に示す保持面１７ａの平坦度「Lapped PC」を示すポーラスチャック１７を間座プレート１３及びプレートホルダ１４と再び組付けた場合における保持面１７ａの平坦度「PC－KP－PH」を示す図３（ｆ）に対応したグラフであり、縦軸に保持面１７ａの平坦度、横軸に径方向座標を設定している。なお、図１４では、図９（ａ）、（ｂ）に示す工程において、図１０、図１１中における「通常組」の保持面１７ａが形成されたポーラスチャック１７を再組付けしたときに保持面１７ａが略平坦になるように、ボルトＢ１、Ｂ２の締結トルクを設定した。

【0066】

図１２によれば、図９（ｂ）に示す工程におけるボルトＢ１の締結トルクの増加に比例して、再組付け後のポーラスチャック１７の保持面１７ａの中央が凸の中凸状態がより強調されていることが分かる。

【0067】

また、図１３は、図１２に示す平坦度の最大値及び最小値の差である、保持面１７ａの凸度を示すグラフである。

【0068】

図１３によれば、図９（ｂ）に示す工程におけるボルトＢ１の締結トルクの増加に比例して、保持面１７ａの凸度も比例して増加していることが分かる。

【0069】

このようにして、本実施形態に係るＣＭＰ装置１の保持面加工方法は、研磨ヘッド１０の下端に保持されたワークＷをプラテン２上の研磨パッド５に押し当てて研磨するＣＭＰ装置１の保持面加工方法であって、ワークＷを保持可能なポーラスチャック１７とポーラスチャック１７と略同じ線膨張係数を示す間座プレート１３とを室温を維持した状態で組み付ける工程と、間座プレート１３と室温より低温状態のポーラスチャック１７より高い線膨張係数を示すプレートホルダ１４とを組み付ける工程と、プレートホルダ１４を室温まで温めてポーラスチャック１７を収縮させ、ポーラスチャック１７の保持面１７ａを上方に凸状に変形させる工程と、上方に凸状に変形された状態の保持面１７ａを略平坦にラップ加工する工程と、ポーラスチャック１７、間座プレート１３及びプレートホルダ１４の接続を解除して、保持面１７ａが下方に凸状に形成されたポーラスチャック１７を得る工程と、下方に凸状の保持面１７ａを備えているポーラスチャック１７と間座プレート１３とプレートホルダ１４とを室温を維持した状態で再び組み付ける工程と、を含む構成とした。

【0070】

この構成によれば、保持面１７ａが、予め中凸状態に形成されていることにより、研磨で生じる摩擦熱によってポーラスチャック１７が上方に凸状に熱変形すると、保持面１７ａ全体が略平坦になるため、ワークＷを精度良く研磨することができる。

【0071】

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

【符号の説明】

【0072】

１ ：ＣＭＰ装置
２ ：プラテン
３ ：（プラテンの）回転軸
４ ：モータ
５ ：研磨パッド
６ ：コントローラ
１０ ：研磨ヘッド
１０ａ：（研磨ヘッドの）回転軸
１１ ：ヘッド本体
１２ ：回転伝達部
１３ ：間座プレート
１４ ：プレートホルダ
１５ ：第１のエアバッグ
１６ ：第２のエアバッグ
１７ ：ポーラスチャック
１７ａ：保持面
１８ ：チャックテーブル
１９ ：チャック
Ｗ ：ワーク

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】