JP2002217146A - ウェーハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、キャリアに対して研磨パッドの回転
方向上流側に配置される押付部材を改善することにより
ウェーハ全面を均一に研磨することができるウェーハ研
磨装置を提供する。 【解決手段】本発明のウェーハ研磨装置１０の押付部材
１６は、保持ヘッド１４に対して研磨パッド２０の回転
方向上流側に配置される。押付部材１６は、保持ヘッド
１４の上流側全縁部をカバーするように保持ヘッド１４
の外周に沿った略三日月形状に形成される。また、押付
部材１６は、研磨パッド２０の回転中心Ｏから離れるに
従って研磨パッド２０との接触面積が増加する形状に形
成されている。これにより、研磨パッド２０の周速Ｖ１
の早い外周側部分２０Ａが、周速Ｖ２の遅い内周側部分
２０Ｂよりも大きな面積で押し付けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的機械研磨法
（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によるウ
ェーハ研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平１０−２７７９２２号公報に開示
されたウェーハ研磨装置は、キャリアでウェーハを保持
し、この状態でウェーハを回転する研磨パッドに押し付
けてウェーハを研磨する。また、この研磨装置には、キ
ャリアに対して研磨パッドの回転方向上流側に、押圧部
材である弛み防止部材が配置され、弛み防止部材を研磨
パッドに押し付けることで研磨パッドの弛みをウェーハ
の直前で矯正し、弛みのない研磨パッドでウェーハを研
磨する。

【０００３】一方で、押付部材を研磨パッドに押圧する
と、押付部材の周縁に沿って研磨パッドが局部的に盛り
上がる、という所謂波打ち現象が研磨パッドに生じる。
このような現象が研磨パッドに生じると、研磨パッドの
盛り上がり部によってウェーハのエッジが過剰に研磨さ
れるので、ウェーハを均一に研磨できない。

【０００４】よって、このような押付部材を研磨装置に
設ける場合には、研磨パッドの弛みを矯正し、且つ波打
ち現象を極力無くすような押圧力に押付部材の押圧力が
設定されていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、押付部
材を有する前記従来のウェーハ研磨装置は、研磨パッド
に対する押付部材の押圧力を適正な値に設定したにもか
かわらず、期待した効果を得ることができないという欠
点があった。

【０００６】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、キャリアに対して研磨パッドの回転方向上流側
に配置される押付部材を改善することによりウェーハ全
面を均一に研磨することができるウェーハ研磨装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、ウェーハを保持するキャリアと、回転さ
れてウェーハの表面を研磨する研磨パッドと、前記キャ
リアを介して前記ウェーハを前記研磨パッドに押圧する
押圧手段と、前記キャリアに対して前記研磨パッドの回
転方向上流側に配置されるとともに前記研磨パッドに押
し付けられる押付部材とを備えたウェーハ研磨装置にお
いて、前記押付部材は、前記キャリアの外周に沿った形
状に形成されるとともに、前記研磨パッドの回転中心か
ら離れるに従って研磨パッドとの接触面積が増加する形
状に形成されていることを特徴とする。

【０００８】また、本発明は、前記目的を達成するため
に、ウェーハを保持するキャリアと、回転されてウェー
ハの表面を研磨する研磨パッドと、前記キャリアを介し
て前記ウェーハを前記研磨パッドに押圧する押圧手段
と、前記キャリアに対して前記研磨パッドの回転方向上
流側に配置された押付部材とを備えたウェーハ研磨装置
において、前記押付部材は、前記研磨パッドの回転中心
から離れるに従って押圧力が増加するように加圧される
ことを特徴とする。

【０００９】回転する研磨パッドでウェーハを研磨する
研磨装置は、もちろんであるが、研磨パッドの回転中心
に対して偏心した位置にウェーハを配置して研磨する。
よって、ウェーハから研磨パッドを見た場合、研磨パッ
ドの周速は、研磨パッドの回転中心から離れるに従って
早くなっている。このように研磨パッドの周速が異なる
のにもかかわらず、研磨パッドの周速の早い外周側部分
を、周速の遅い内周側部分と同じ面積、同じ押圧力で押
付部材を研磨パッドに押し付けたのでは、ウェーハを精
度よく研磨することはできない。

【００１０】すなわち、本発明は、単位時間当たりに研
磨パッドが押付部材を通過した長さＡと、その長さ部分
が通過した押付部材の長さＢとの比率が、押付部材全体
において等しくなるように押付部材の大きさ、形状を設
定したり、周速の早い外周側部分を周速の遅い内周側部
分よりも高い押圧力で押したりすることにより、従来の
欠点を解消できることに着目した。

【００１１】請求項１に記載の発明は、押付部材をキャ
リアの外周に沿った形状に形成するとともに、研磨パッ
ドの回転中心から離れるに従って研磨パッドとの接触面
積が増加する形状に形成した。これにより、研磨パッド
の周速の早い外周側部分を、周速の遅い内周側部分より
も大きな面積で押し付けることができる。このように押
付部材の押付面積を変えれば、前記長さＡと前記長さＢ
との比率を押付部材全体において等しくすることが可能
になり、よって、ウェーハの研磨精度が向上し、ウェー
ハを均一に研磨することが可能になる。

【００１２】請求項２に記載の発明は、押付部材を研磨
パッドの回転中心から離れるに従って押圧力が増加する
ように加圧した。これにより、研磨パッドの周速の早い
外周側部分を、周速の遅い内周側部分よりも高い押圧力
で押し付けることができるので、ウェーハの研磨精度が
向上し、ウェーハを均一に研磨することが可能になる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るウェーハ研磨装置の好ましい実施の形態について詳説
する。

【００１４】図１、図２は実施の形態のウェーハ研磨装
置１０の構造図であり、このウェーハ研磨装置１０は、
主としてプラテン１２、保持ヘッド１４、押付部材１
６、及びスラリ供給装置１８から構成される。プラテン
１２は円盤状に形成され、その上面には研磨パッド２０
が貼付されている。研磨パッド２０としては、スエード
タイプ、不織布、発泡ウレタンタイプ等があり、ウェー
ハの研磨層の材質によって適宜選択されてプラテン１２
に貼付されている。

【００１５】プラテン１２の下部には、スピンドル２２
が連結され、スピンドル２２はモータ２４の図示しない
出力軸に連結されている。このモータ２４を駆動するこ
とにより、プラテン１２は矢印Ａ方向に回転され、その
回転するプラテン１２の研磨パッド２０上に、スラリ供
給装置１８のノズル２６からメカノケミカル研磨剤（ス
ラリ）２８が供給される。ノズル２６は、保持ヘッド１
４と押付部材１６との間の隙間に配置され、これにより
スラリ２８は、押付部材１６に邪魔されることなく、ウ
ェーハ３０と研磨パッド２０との間に供給される。スラ
リ２８は、タンク３２に貯留されており、この貯留され
たスラリ２８は、供給パイプ３４、及び不図示のレギュ
レータを介してノズル２６に供給される。スラリ２８と
しては、例えば、研磨層がシリコンの場合には、ＢａＣ
Ｏ₃ 微粉末をＫＯＨ水溶液に懸濁したものが使用され
る。

【００１６】保持ヘッド１４は、図示しない昇降装置に
よって上下移動自在に設けられ、研磨対象のウェーハ３
０を保持ヘッド１４にセットする際に上昇移動される。
また、保持ヘッド１４は、ウェーハ３０を研磨する際に
下降移動されてウェーハ３０とともに研磨パッド２０に
押圧当接される。なお、図１では、１台の保持ヘッド１
４のみ示したが、保持ヘッド１４の台数は１台に限定さ
れるものではなく、例えば研磨パッド２０の回転中心Ｏ
（図４参照）を中心とする円周上に複数台等間隔に設置
することが加工効率上好ましい。

【００１７】図３は、保持ヘッド１４の縦断面図であ
る。この保持ヘッド１４は、ヘッド本体３６、キャリア
３８、ゴムシート４０等から構成される。ヘッド本体３
６は、円盤状に形成され、回転軸４２に連結された不図
示のモータによって図３上矢印Ｂ方向に回転される。ま
た、ヘッド本体３６にはエア供給路４４が形成されてい
る。エア供給路４４は、図３上二点鎖線で示すように保
持ヘッド１４の外部に延設され、レギュレータ４６Ａを
介してエアポンプ４８に接続される。

【００１８】キャリア３８は、略円柱状に形成されてヘ
ッド本体３６の下部にヘッド本体３６と同軸上に配置さ
れている。また、キャリア３８には、キャリア３８の下
面外周部に噴出口が形成された多数のエア供給路５８、
５８…（図３では２ヵ所のみ図示）とキャリア３８の下
面内周部に噴出口が形成された多数のエア供給路５０、
５０…（図３では２ヵ所のみ図示）とが形成されてい
る。このエア供給路５０、５８…は、図３上二点鎖線で
示すように保持ヘッド１４の外部に延設され、切換バル
ブ５２を介して一方がサクションポンプ５４、他方がレ
ギュレータ４６Ｂを介してエアポンプ４８に接続されて
いる。したがって、切換バルブ５２によりエアポンプ４
８側を閉に、そして、サクションポンプ５４側を開にす
ると、サクションポンプ５４による吸引力でウェーハ３
０がキャリア３８の下面に吸着保持される。また、切換
バルブ５２によりエアポンプ４８側を開に、そして、サ
クションポンプ５４側を閉にすると、エアポンプ４８か
らの圧縮エアがエア供給路５０、５８…を介してキャリ
ア３８とウェーハ３０との間の空気室６０に噴き出され
る。これにより、空気室６０には圧力エア層が形成さ
れ、キャリア３８の押圧力がこの圧力エア層を介してウ
ェーハ３０に伝達される。

【００１９】ウェーハ３０は、圧力エア層を介して伝達
される押圧力によって研磨パッド２０に押し付けられる
とともに、キャリア３８の下部外周縁にピン６２を介し
て着脱自在に設けられた保持リング６４の凸条部６４Ａ
によってキャリア３８からの飛び出しが防止されてい
る。また、研磨中のウェーハ３０は、研磨パッド２０の
回転によって、回転方向下流側の凸条部６４Ａの内周面
にそのエッジ３０Ａが当接される。この接触によってウ
ェーハ３０は、キャリア３８の回転力が保持リング６４
を介して伝達されて所定の回転数で回転される。なお、
ウェーハ３０のエッジ３０Ａが当接される凸条部６４Ａ
は、エッジ３０Ａを破損させない軟質材料、例えばゴ
ム、樹脂等で作られている。

【００２０】このように構成された保持ヘッド１４は、
キャリア３８にかける押圧力を制御してキャリア３８を
上下動させることにより、ウェーハ３０の研磨圧力（ウ
ェーハ３０を研磨パッド２０に押し付ける力）を制御す
るものなので、圧力エア層の圧力を制御してウェーハ３
０の研磨圧力を制御するよりも、研磨圧力の制御が容易
になる。すなわち、保持ヘッド１４では、キャリア３８
の上下位置を制御するだけでウェーハ３０の研磨圧力を
制御できるからである。なお、エア供給路５８、５８…
から噴き出されたエアは、凸条部６４Ａに形成された図
示しない排気孔から外部に排気される。

【００２１】一方、キャリア３８とヘッド本体３６との
間には１枚のゴムシート４０が配置されている。このゴ
ムシート４０は、均一な厚さで円盤状に形成される。ま
た、ゴムシート４０は、環状の止め金７２によってヘッ
ド本体３６の下面に固定され、キャリア３８を押圧する
エアバッグとして機能する。

【００２２】ヘッド本体３６の下方には、ゴムシート４
０と止め金７２とによって密閉される空間７４が形成さ
れる。この空間７４に、エア供給路４４が連通されてい
る。したがって、エア供給路４４から空間７４に圧縮エ
アを供給すると、ゴムシート４０がエア圧で弾性変形さ
れてキャリア３８の上面を押圧する。これにより、研磨
パッド２０に対するウェーハ３０の押し付け力を得るこ
とができる。また、エア圧をレギュレータ４６Ａで調整
すれば、ウェーハ３０の研磨圧力を制御することができ
る。

【００２３】ところで、図１に示した押付部材１６は、
研磨パッド２０に押し付けられることにより、研磨箇所
における研磨パッド２０の平坦性を向上させるものであ
り、図２の如く、押付部材１６は加圧装置７６によって
所定の押圧力で研磨パッド２０に押し付けられる。ま
た、加圧装置７６は、ウェーハ研磨装置１０を統括制御
するＣＰＵ７８によって制御されている。

【００２４】加圧装置７６としては、エアシリンダ装
置、又は油圧シリンダ装置等が用いられている。また、
押付部材１６の下面をダイヤモンドコーティングするこ
とにより、下面の耐磨耗性が向上し、また、下面に凹凸
加工を施すことにより、研磨パッド２０のドレッシング
をウェーハ３０の研磨加工と同時に行うことができる。
これにより、ウェーハを安定して研磨することができ
る。

【００２５】なお、研磨パッド２０のドレッサ機構を別
途設け、このドレッサ機構の流体ジェットノズルやブラ
シ等のドレス手段を保持ヘッド１４と押付部材１６との
間の隙間に配置してもよい。また、押付部材１６の下面
に流体ジェット噴出孔を形成すれば、簡単な構造で研磨
パッド２０をドレッシングすることができる。すなわ
ち、本実施の形態のウェーハ研磨装置１０は、保持ヘッ
ド１４と押付部材１６との間の隙間を、スラリー供給手
段やドレス手段の配置スペースとして有効利用すること
ができる。

【００２６】押付部材１６は、図４の如く保持ヘッド１
４に対して研磨パッド２０の回転方向上流側に保持ヘッ
ド１４に近接して配置されている。また、押付部材１６
は、保持ヘッド１４の上流側全縁部をカバーするように
保持ヘッド１４の外周に沿った略三日月形状に形成され
ている。

【００２７】また、押付部材１６は、研磨パッド２０の
回転中心Ｏから離れるに従って研磨パッド２０との接触
面積が増加する形状に形成されている。これにより、研
磨パッド２０の周速Ｖ１の早い外周側部分２０Ａが、周
速Ｖ２の遅い内周側部分２０Ｂよりも大きな面積で押し
付けられている。なお、単位時間当たりに研磨パッド２
０が押付部材１６を通過した長さと、その長さ部分が通
過した押付部材１６の長さとの比率が押付部材１６全体
において等しくなるように押付部材１６の大きさ及び形
状を設定することが最適である。これにより、ウェーハ
の研磨精度が向上し、ウェーハを均一に研磨することが
可能になる。

【００２８】次に、前記の如く構成されたウェーハ研磨
装置１０の作用について説明する。

【００２９】まず、保持ヘッド１４を上昇させた後、サ
クションポンプ５４を駆動して研磨対象のウェーハ３０
をキャリア３８の下面に吸着保持させる。

【００３０】次に、保持ヘッド１４を下降させて、ウェ
ーハ３０が研磨パッド２０に当接した位置で下降移動を
停止する。そして、切換バルブ５２によってサクション
ポンプ５４側を閉にしてウェーハ３０の吸着を解除し、
ウェーハ３０を研磨パッド２０上に載置する。

【００３１】次いで、エアポンプ４８を駆動して圧縮エ
アをエア供給路５８を介して空気室６０に供給し、圧力
エア層を空気室６０に形成する。

【００３２】そして、エアポンプ４８からの圧縮エア
を、エア供給路４４を介して空間７４に供給し、ゴムシ
ート４０を内部エア圧により弾性変形させてキャリア３
８を押圧し、圧力エア層を介してウェーハ３０を研磨パ
ッド２０に押し付ける。そして、レギュレータ４６Ａで
エア圧を調整して内部エア圧力を所望の圧力に制御し、
研磨パッド２０に対するウェーハ３０の研磨圧力を一定
に保持する。

【００３３】次に、加圧装置７６を駆動して押付部材１
６を研磨パッド２０に所定の力で押し付け、研磨箇所に
おける研磨パッド２０の平坦性を向上させる。

【００３４】この後、プラテン１２及び保持ヘッド１４
を回転させてウェーハ３０の研磨を開始する。そして、
不図示の研磨量検出装置によってウェーハ３０の研磨量
を算出し、この算出されたウェーハ３０の研磨量が、予
め設定された研磨目標値に達した時にＣＰＵ７８が研磨
終了信号を出力して、ウェーハ３０の研磨を停止する。
これにより、１枚のウェーハ３０の研磨が終了する。そ
して、２枚目以降のウェーハ３０を研磨する場合には、
前述した工程を繰り返せば良い。

【００３５】ウェーハ３０の研磨中において、ウェーハ
研磨装置１０では、保持ヘッド１４に対して研磨パッド
２０の回転方向上流側に押付部材１６を配置し、この押
付部材１６を、研磨パッドＯの回転中心から離れるに従
って研磨パッド２０との接触面積が増加する形状に形成
しているので、従来のウェーハ研磨装置と比較してウェ
ーハの研磨精度が向上し、ウェーハを均一に研磨するこ
とができる。

【００３６】図５に示す第２の実施の形態の押付部材８
０は、研磨パッド２０の周速Ｖ１の早い外周側部分２０
Ａを押し付ける押付部材８０の圧力Ｐ１が、周速Ｖ２の
遅い内周側部分２０Ｂを押し付ける押付部材８０の圧力
Ｐ２よりも高く設定されている。これにより、ウェーハ
の研磨精度が向上し、ウェーハを均一に研磨することが
可能になる。

【００３７】なお、押付部材８０を複数の押付部材に分
割し、分割押付部材にかける圧力を、研磨パッド２０の
回転中心Ｏから離れるに従って増加するように各々制御
すれば、ウェーハの研磨精度を更に向上させることがで
きる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るウェー
ハ研磨装置によれば、押付部材をキャリアの外周に沿っ
た形状に形成するとともに、研磨パッドの回転中心から
離れるに従って研磨パッドとの接触面積が増加する形状
に形成したので、ウェーハの研磨精度が向上し、ウェー
ハを均一に研磨することができる。

【００３９】また、本発明によれば、押付部材を研磨パ
ッドの回転中心から離れるに従って押圧力が増加するよ
うに加圧したので、ウェーハの研磨精度が向上し、ウェ
ーハを均一に研磨することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るウェーハ研磨
装置の全体斜視図

【図２】図１のウェーハ研磨装置の断面図

【図３】図１のウェーハ研磨装置に適用された保持ヘッ
ドの縦断面図

【図４】第１の実施の形態の押付部材の平面図

【図５】第２の実施の形態の押付部材の平面図

【符号の説明】

１０…ウェーハ研磨装置、１２…プラテン、１４…保持
ヘッド、１６、８０…押付部材、１８…スラリ供給装
置、２０…研磨パッド、２８…スラリ、３６…ヘッド本
体、３８…キャリア、４０…ゴムシート、７６…加圧装
置、７８…ＣＰＵ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハを保持するキャリアと、回転さ
   れてウェーハの表面を研磨する研磨パッドと、前記キャ
   リアを介して前記ウェーハを前記研磨パッドに押圧する
   押圧手段と、前記キャリアに対して前記研磨パッドの回
   転方向上流側に配置されるとともに前記研磨パッドに押
   し付けられる押付部材とを備えたウェーハ研磨装置にお
   いて、 前記押付部材は、前記キャリアの外周に沿った形状に形
   成されるとともに、前記研磨パッドの回転中心から離れ
   るに従って研磨パッドとの接触面積が増加する形状に形
   成されていることを特徴とするウェーハ研磨装置。
2. 【請求項２】 ウェーハを保持するキャリアと、回転さ
   れてウェーハの表面を研磨する研磨パッドと、前記キャ
   リアを介して前記ウェーハを前記研磨パッドに押圧する
   押圧手段と、前記キャリアに対して前記研磨パッドの回
   転方向上流側に配置された押付部材とを備えたウェーハ
   研磨装置において、 前記押付部材は、前記研磨パッドの回転中心から離れる
   に従って押圧力が増加するように加圧されることを特徴
   とするウェーハ研磨装置。