JP2009255184A

JP2009255184A - ウェーハ研磨装置

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Publication number: JP2009255184A
Application number: JP2008104039A
Authority: JP
Inventors: Soji Yamada; 創士山田; Takayoshi Kuwabara; 孝好桑原
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2008-04-11
Filing date: 2008-04-11
Publication date: 2009-11-05

Abstract

【課題】コスト高につくリテーナリングの加工精度等に依存することなく、容易にウェーハの回転速度を平均化して特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を向上させうるウェーハ研磨装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は上記目的を達成するために、リテーナリング９の内径Ｄ_ＲをウェーハＷの直径Ｄ_Ｗよりも所要長さｄだけ大径に設定し、該ウェーハＷは、その外周部がリテーナリング９の内周部に転がり接触することにより駆動されて回転するように構成したウェーハ研磨装置を提供するものである。
【選択図】図３

Description

本発明は、ウェーハ研磨装置に関するものであり、特に、化学機械研磨加工（ＣＭＰ：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）等においてコスト高を招くことなく特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を向上させることが可能なウェーハ研磨装置に関するものである。

従来、例えば、次のようなポリッシング装置が知られている。この従来技術は、トップリング（研磨ヘッド）に研磨対象物であるウェーハを収容する凹部を有し、該凹部の周囲に形成された環状の保持部でウェーハの外周部を保持するように構成されている。該トップリングには、ウェーハをターンテーブル（プラテン）上の研磨布に押圧する押圧力可変のトップリング用押圧手段が設けられている。前記トップリング内には、中央部に位置する円形の第１チャンバ、該第１チャンバの外周側に位置する環状の第２チャンバ、該第２チャンバの外周側に位置する環状の第３チャンバが設けられ、該第１〜第３の各チャンバには、それぞれバルブを介して加圧流体源が接続されている。一方、第１〜第３の各チャンバからはウェーハの保持面に加圧流体を噴出するためのそれぞれ複数の開口が開穿されている。そして、第１〜第３の各チャンバに供給する加圧流体の圧力をそれぞれ変えてトップリングの保持面とウェーハの上面との間に介在する流体に圧力勾配をもたせ、ウェーハを研磨布に押し付ける押圧力に勾配をもたせることでウェーハの局部的な研磨量の過不足を補正する。

また、前記トップリングの外周部には、該トップリングに対し上下動自在に押圧リングが配置されている。該押圧リングには押圧力可変のリング用押圧手段が付設されている。そして、研磨中に、押圧リングが研磨布を押圧する押圧力を、トップリングがウェーハを研磨布に押圧する押圧力に応じて適宜に調整することで、ウェーハの中心部から周縁部、さらにはウェーハの外側にある押圧リングの外周部までの研磨圧力が連続且つ、均一になる。そのため、ウェーハの周縁部における研磨量の過不足を防止することができるとしている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来、例えば、次のようなウェーハ研磨装置が知られている。この従来技術は、ウェーハ研磨装置におけるウェーハ保持ヘッド（研磨ヘッド）に、研磨すべきウェーハの一面をウェーハ吸着シートを介して吸着保持する円盤状のキャリアと、該キャリアの外周に同心状に配置され研磨時に研磨パッドに当接するとともにウェーハの外周を保持するためのリテーナリングとが備えられている。該リテーナリングは、前記キャリアの外周面との間に僅かな隙間を空けて同心状に配置され、キャリアとは独立して上下に変位可能とされている。前記キャリアには、該キャリアをプラテン側へ向けて圧力調整可能に押圧するためのキャリア圧調整機構が付設され、前記リテーナリングには、該リテーナリングをプラテン側へ向けて圧力調整可能に押圧するためのリング圧調整機構が前記キャリア圧調整機構とは独立して設けられている。このリング圧調整機構は、次のように構成されている。即ち、ウェーハ保持ヘッドにおける取付部の下面及びリテーナリングの上面の互いに対向する位置にヘッド軸線と同心の円環状をなす断面円弧状の溝が形成され、この溝間に円環状のチューブが配置されている。該チューブには第２圧力調整機構が接続され、この第２圧力調整機構によりチューブ内の流体圧力を調整することで、研磨パッドに対するリテーナリングの当接圧力が、その当接面全面に亙ってほぼ均一に保たれつつ変化する。そして、リング圧調整機構を操作することにより、研磨パッドに対するリテーナリングの当接圧力を調節し、これにより、研磨パッドの波打ち変形を防いで、ウェーハ外周部の過研磨を防止するようにしている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３７９５１２８号公報。特開平８−２２９８０８号公報。

特許文献１に記載の従来技術においては、トップリングの底部に形成された環状の保持部でウェーハの外周部を保持し、該保持部の回転でウェーハに直接トルクを与えてウェーハを回転させている。ここで、ウェーハの研磨において特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を向上させるためには、ウェーハの回転速度を平均化することが必須とされる。これに対し、上記のように保持部の回転でウェーハに直接トルクを与え、ウェーハの回転を該保持部の回転に同期させる構造の場合、ウェーハの回転は保持部の加工精度に依存する。しかしながら、加工精度を上げるためには、そのための生産性の低下が生じるとともに、平滑度等の精度検査のための時間及び設備等が必要であり、コスト高を招くことになる。また、この従来技術では、前記トップリング内に第１〜第３のチャンバを設け、各チャンバにはそれぞれバルブを介して加圧流体源を接続し、該トップリングの保持面とウェーハの上面との間に介在する流体に圧力勾配をもたせ、ウェーハを研磨布に押し付ける押圧力に勾配をもたせることでウェーハの局部的な研磨量の過不足を補正することも行っている。さらに、この従来技術では、前記トップリングの外周部に上下動自在に押圧リングを配置し、この押圧リングが研磨布を押圧する押圧力を、トップリングがウェーハを研磨布に押圧する押圧力に応じて調整することで、ウェーハの周縁部における研磨量の過不足を防止するようにしている。このように、トップリング内に第１〜第３のチャンバを設けている点、及びトップリングの外周部に押圧リングを配置している点においても、さらにコスト高を招いている。

また、特許文献２に記載の従来技術においては、ウェーハの研磨時に、該ウェーハをキャリアにウェーハ吸着シートを介して吸着保持し、ウェーハをキャリアの回転に同期して回転させるとともに回転するウェーハの外周をリテーナリングで保持させている。そして該リテーナリングの上部にヘッド軸線と同心の円環状のチューブと、第２圧力調整機構とを備えたリング圧調整機構を設け、ウェーハの研磨時に、このリング圧調整機構で、研磨パッドに対するリテーナリングの当接圧力を調節し、これにより、回転するウェーハ外周における研磨パッドの波打ち変形を防いで、ウェーハ外周部の過研磨を防止するようにしている。このように、この従来技術では、リテーナリングの上部に円環状のチューブと第２圧力調整機構とを備えたリング圧調整機構を設けている点でコスト高につく。

そこで、コスト高につくリテーナリングの加工精度等に依存することなく、容易にウェーハの回転速度を平均化して特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を向上させ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。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、上面に研磨パッドが貼付されたプラテンと、リテーナリングが設けられた研磨ヘッドとを備え、前記研磨パッドと前記研磨ヘッドとの間に前記リテーナリングで周囲を囲むようにしてウェーハを介在させ、該ウェーハを圧力エアにより前記研磨パッドに押し付けつつ前記研磨ヘッドを前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置であって、前記リテーナリングの内径を前記ウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定し、該ウェーハは、その外周部が前記リテーナリングの内周部に転がり接触することにより駆動されて回転するように構成したウェーハ研磨装置を提供する。

この構成によれば、ウェーハは研磨パッドと研磨ヘッド間の圧力エア雰囲気中に回転動作に対してはフローティング状態となっている。リテーナリングの内径をウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定することで、研磨ヘッドが回転すると前記ウェーハの外周部とリテーナリングの内周部との間に、その接触位置が所要量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じる。そして、このような転がり接触によりウェーハはリテーナリングの回転に対し非同期で回転するとともに、その回転速度が平均化されてウェーハが研磨される。

請求項２記載の発明は、上記リテーナリングの内径を大径に設定する上記所要長さは、少なくとも３ｍｍであるウェーハ研磨装置を提供する。

この構成によれば、直径が３００ｍｍ程度のウェーハに対し、リテーナリングの内径を少なくとも３ｍｍだけ大径に設定することで、該リテーナリングの内周部とウェーハの外周部との間にその接触位置が適正量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じる。このような転がり接触によりウェーハはほぼ一定の位置を回転中心としてリテーナリングの回転とは非同期で回転するとともに、その回転速度が平均化される。

請求項３記載の発明は、上記ウェーハは、上記リテーナリングの回転に対し非同期で回転するウェーハ研磨装置を提供する。

この構成によれば、リテーナリングの内径をウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定したことで、この設定に応じて、リテーナリングの内周長はウェーハの外周長よりも所定長さだけ長くなる。そして、両者の接触位置が適正量ずつ順次ずれるような転がり接触をすることで内周長が長く設定されたリテーナリングは、ウェーハに対し回転加速機構として機能し、ウェーハの回転速度は、リテーナリングの内周長とウェーハの外周長との比、即ちリテーナリングの内径とウェーハの直径との比に反比例して大となり、ウェーハはリテーナリングの回転に対し非同期で回転する。

請求項１記載の発明は、リテーナリングの内径をウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定し、該ウェーハは、その外周部が前記リテーナリングの内周部に転がり接触することにより駆動されて回転するように構成したので、ウェーハの外周部とリテーナリングの内周部との間に、その接触位置が所要量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じることで、リテーナリングの加工精度に依存することなく、ウェーハの回転速度が研磨の進行とともに平均化されて特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を向上させることができるという利点がある。

請求項２記載の発明は、上記リテーナリングの内径を大径に設定する上記所要長さは、少なくとも３ｍｍとしたので、リテーナリングの内周部とウェーハの外周部との間にその接触位置が適正量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じることで、ウェーハの回転速度を研磨の進行とともに確実に平均化させることができて、特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を確実に向上させることができるという利点がある。

請求項３記載の発明は、上記ウェーハは、上記リテーナリングの回転に対し非同期で回転するようにしたので、ウェーハはリテーナリングの回転に対し非同期で且つ高速に回転する。この結果、より短時間の研磨の進行でウェーハの回転速度が平均化されて特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を向上させることができるという利点がある。

コスト高につくリテーナリングの加工精度等に依存することなく、容易にウェーハの回転速度を平均化して特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を向上させるという目的を達成するために、上面に研磨パッドが貼付されたプラテンと、リテーナリングが設けられた研磨ヘッドとを備え、前記研磨パッドと前記研磨ヘッドとの間に前記リテーナリングで周囲を囲むようにしてウェーハを介在させ、該ウェーハを圧力エアにより前記研磨パッドに押し付けつつ前記研磨ヘッドを前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置であって、前記リテーナリングの内径を前記ウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定し、該ウェーハは、その外周部が前記リテーナリングの内周部に転がり接触することにより駆動されて回転するように構成することにより実現した。

以下、本発明の実施例に係るウェーハ研磨装置を図面に従って詳述する。図１はウェーハ研磨装置の斜視図、図２は研磨ヘッドの拡大縦断面図である。

まず、本実施例に係るウェーハ研磨装置の構成を説明する。図１においてウェーハ研磨装置（化学機械研磨装置）１は、主としてプラテン２と、研磨ヘッド３とから構成されている。前記プラテン２は、円盤状に形成され、その下面中央には回転軸４が連結されており、モータ５の駆動によって矢印Ａ方向へ回転する。プラテン２の上面には研磨パッド６が貼付されており、該研磨パッド６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スラリーが供給される。

研磨ヘッド３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ており、研磨対象のウェーハを研磨ヘッド３にセットする際に上昇移動される。また、研磨ヘッド３は、ウェーハを研磨する際には下降移動されて研磨パッド６に押圧当接される。

前記研磨ヘッド３は、図２に示すように、主としてヘッド本体７、キャリア８、リテーナリング９、リテーナリング押圧手段１０、キャリア押圧手段１１及びエアー等の制御手段で構成されている。前記ヘッド本体７は前記プラテン２よりも小形の円盤状に形成され、その上面中央に回転軸１２（図１参照）が連結されている。該ヘッド本体７は前記回転軸１２に軸着されて図示しないモータで駆動され図１の矢印Ｂ方向に回転する。

前記キャリア８は円盤状に形成され、前記ヘッド本体７の中央に配設されている。該キャリア８の上面中央部とヘッド本体７の中央下部との間にはドライプレート１３が設けられており、ピン１４，１４を介してヘッド本体７から回転が伝達される。前記ドライプレート１３の中央下部と前記キャリア８の中央上部との間には作動トランス本体１５ａが固定されており、さらに前記キャリア８の中央上部には作動トランス１５のコア１５ｂが固定され、図示しない制御部に連結されてウェーハＷ上（図２の下方側）に形成されたＣｕ等からなる導電性膜の研磨状態信号を該制御部に出力している。

前記キャリア８の上面周縁部にはキャリア押圧部材１１ａが設けられており、キャリア８は該キャリア押圧部材１１ａを介してキャリア押圧手段１１から押圧力が伝達される。また、キャリア８の下方には、該キャリア８の下面、リテーナリング９の内周部及びウェーハＷとの間にエア室１６が形成されている。前記キャリア８の下面には、エアーフロートライン１７からエア室１６に圧縮エアーを噴射するためのエアー吹出し口１８が設けられている。

前記エアーフロートライン１７はエアーフィルタ１９及び自動開閉バルブＶ１を介して圧縮エアーの供給源である吸気ポンプ２０に接続されている。前記エアー吹出し口１８からエア室１６への圧縮エアーの吹出しは前記自動開閉バルブＶ１の切替えによって実行される。これにより、エア室１６には圧力エア層が形成され、キャリア８の押圧力がこの圧力エア層を介してウェーハＷに伝達される。ウェーハＷは、圧力エア層を介して伝達される前記押圧力によって研磨パッド６に押し付けられる。

前記キャリア８の下面にはバキューム及び必要によりＤＩＷ（純水）又はエアーを吹き出すための孔１８ａが形成されている。該エアーの吸引は真空ポンプ２１の駆動によって実行され、そして、自動開閉バルブＶ２をバキュームライン２２に設け、該自動開閉バルブＶ２の切替えによって該バキュームライン２２を介し、バキューム及びＤＩＷの送給が実行される。前記エアーフロートライン１７からエア室１６への圧縮エアーの送給及びバキュームライン２２からのバキューム作用及びＤＩＷの送給等は制御部からの指令信号によって実行される。

なお、前記キャリア押圧手段１１は、ヘッド本体７下面の中央部周縁に配置され、キャリア押圧部材１１ａに押圧力を与えることにより、これに結合されたキャリア８に押圧力を伝達する。このキャリア押圧手段１１は、好ましくはエアーの吸排気により膨脹収縮するゴムシート製のエアバック２３で構成される。該エアバック２３にはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。

前記リテーナリング９は、その内径Ｄ_ＲがウェーハＷの直径Ｄ_Ｗよりも少なくとも３ｍｍの所要長さ（後述の図３中のｄ）だけ大径のリング状に形成され、キャリア８の外周に配置されている。このリテーナリング９は研磨ヘッド３に設けられたリテーナリングホルダ２４に取り付けられている。該リテーナリングホルダ２４はリング状に形成された取付部材２５にスナップリング２６を介して取り付けられている。該取付部材２５にはリテーナリング押圧部材１０ａが連結されている。リテーナリング９は、このリテーナリング押圧部材１０ａを介してリテーナリング押圧手段１０からの押圧力が伝達される。

リテーナリング押圧手段１０はヘッド本体７の下面の外周部に配置され、リテーナリング押圧部材１０ａに押圧力を与えることにより、これに結合しているリテーナリング９を研磨パッド６に押し付ける。このリテーナリング押圧手段１０も好ましくは、キャリア押圧手段１１と同様に、ゴムシート製のエアバック１１ｂで構成される。該エアバック１１ｂにはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。

次に、上述のように構成されたウェーハ研磨装置の作用を図３乃至図６を用いて説明する。図３はウェーハがリテーナリングの内周部に転がり接触して駆動される様子を示す図、図４はリテーナリングの内径とウェーハの回転回数の関係を示す図、図５はリテーナリングの内径とウェーハ周縁部における研磨レートばらつきの関係を示す図であり、（ａ）はリテーナリングの内径とウェーハの半径方向各位置における研磨レートばらつきの関係を示す図、（ｂ）はリテーナリングの内径とウェーハ周縁部における研磨レートばらつきの関係を示すグラフ、図６はリテーナリングの内径を３０３ｍｍφとしたときのウェーハ周縁部における研磨レート均一性の研磨時間依存性を示す図であり、（ａ）はウェーハの半径方向各位置における研磨レート均一性の研磨時間依存性を示す図、（ｂ）はウェーハ周縁部における研磨レート均一性の研磨時間依存性を示すグラフである。

まず、ウェーハ研磨装置１における研磨ヘッド３を図示しない移動機構により所定箇所に待機中のウェーハＷ上に載置する。そして、研磨ヘッド３のバキュームライン２２側を作動状態とし、バキューム側の孔１８ａを介してエア室１６を真空にする。これによりウェーハＷを吸着保持し、そして、前記移動機構により、ウェーハＷを吸着保持した研磨ヘッド３をプラテン２上に運び、該ウェーハＷを、研磨対象である導電性膜が研磨パッド６に対接するようにプラテン２上に載置する。バキュームライン２２はウェーハＷ上部の導電性膜の研磨作業が終了したとき、再び、該バキュームライン２２側を作動状態とし、ウェーハＷを研磨ヘッド３によって吸着保持し、図示しない洗浄装置へ搬送するときにも用いられる。

次いで、バキュームライン２２側の作動を解除し、図示しないポンプからエアバック２３にエアーを供給して該エアバック２３を膨らませる。これと同時にエアーフロートライン１７側を作動状態とし、キャリア８に設けたエアー吹出し口１８からエア室１６に圧縮エアーを供給する。これにより、エア室１６の内圧が高くなり、該エア室１６に圧力エア層が形成される。前記エアバック２３の膨らみによって、前記ウェーハＷ上部の導電性膜とリテーナリング９が所定の圧力で研磨パッド６に押し付けられる。

この状態でプラテン２を図１の矢印Ａ方向に回転させるとともに研磨ヘッド３を図１の矢印Ｂ方向に回転させ、回転する研磨パッド６上に図示しないノズルからスラリーを供給する。このとき、リテーナリングホルダ２４を介して研磨ヘッド３に取り付けられているリテーナリング９は、該研磨ヘッド３とともに回転する。一方、ウェーハＷはエア室１６内の圧力エア雰囲気中に回転動作に対してはフローティング状態となっている。

直径Ｄ_Ｗが３００ｍｍ程度の該ウェーハＷに対し、リテーナリング９は、その内径Ｄ_Ｒが少なくとも３ｍｍの所要長さｄだけ大径に設定されている。これにより、図３に示すように、回転始動したリテーナリング９の内周部にウェーハＷの外周部が転がり接触し、該ウェーハＷが駆動されて回転する。この回転において、前記内径Ｄ_Ｒの設定に応じて、リテーナリング９の内周長はウェーハＷの外周長よりも所定長さだけ長くなっている。このため、リテーナリング９とウェーハＷとは、１回転ごとに、その接触位置Ｅが適正量ずつ順次ずれるように転がり接触し、一定の位置Ｃ_１を回転中心として回転しているリテーナリング９に対し、ウェーハＷもほぼ一定の位置Ｃ_２を回転中心として回転する。

そして、内周長が長く設定されているリテーナリング９は、ウェーハＷに対し回転加速機構として機能し、ウェーハＷの回転速度は、リテーナリング９の内周長とウェーハＷの外周長との比、即ちリテーナリング９の内径Ｄ_Ｒとウェーハの直径Ｄ_Ｗとの比に反比例して大となり、ウェーハＷはリテーナリング９の回転に対し非同期で回転するとともに、その回転速度が平均化されてウェーハＷ上の導電性膜が研磨される。

図４はリテーナリング９に設定された内径Ｄ_ＲとウェーハＷの回転回数の関係を示しており、直径Ｄ_Ｗが３００ｍｍのウェーハＷに対しリテーナリング９の内径Ｄ_Ｒを、これよりも３ｍｍだけ大径の３０３ｍｍ（Ｄ_Ｗ＋ｄ）に設定したとき、例えば、リテーナリング９の回転回数１００ｒｐｍに対し、ウェーハＷは１０１．０ｒｐｍの回転回数となって平均化されることを示している。半導体ウェーハの製造時に適用される研磨時間は１〜３ｍｉｎ程度が主流であるが、本実施例の方式であれば研磨時間は長時間になるほど回転回数の平均化が進み特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性が向上する。この点は従来の方式とは異なるものであり、従来の方式であると、上記研磨時間の間において研磨時間が長くなるほどウェーハ周縁部における研磨レート均一性は、維持もしくは悪化する。

図５は上記研磨時間におけるウェーハ周縁部の研磨レートを、リテーナリング９の内径Ｄ_ＲをウェーハＷの直径Ｄ_Ｗよりも３ｍｍだけ大径の３０３ｍｍ（Ｄ_Ｗ＋ｄ）に設定した本実施例と、リテーナリング９の内径Ｄ_Ｒを３０１ｍｍ及び３０２ｍｍに設定した本実施例以外のものとを実研磨データにより比較して示している。図５（ａ）に示すように、本実施例では、ウェーハＷの半径方向１５０ｍｍ位置の周縁部研磨レートは、３０、６０、９０、１２０ｍｍの各位置における研磨レートと殆ど同じで、優れた研磨レート均一性が得られている。これに対し、リテーナリング９の内径Ｄ_Ｒが特に３０１ｍｍの場合は、半径方向１５０ｍｍ位置の周縁部研磨レートが大になって、研磨結果に縁だれが生じることを示している。このことは、ウェーハ周縁部における研磨レートばらつきを示す図５（ｂ）のグラフにおいても、リテーナリング９の内径Ｄ_Ｒを３０３ｍｍに設定した本実施例では、リテーナリング９の内径Ｄ_Ｒを３０１ｍｍ及び３０２ｍｍに設定した本実施例以外のものと比較して、研磨レートばらつきは、ほぼ５８％以下となって優れた周縁部研磨レート均一性が得られている。

また、図６はリテーナリング９の内径Ｄ_Ｒを３０３ｍｍ（Ｄ_Ｗ＋ｄ）に設定した本実施例について、ウェーハ周縁部の研磨レート均一性の前記研磨時間内における研磨時間依存性を実研磨データにより示したものである。図６（ａ）は研磨時間を、６０ｓｅｃ（１分）、９０ｓｅｃ（１分半）、１２０ｓｅｃ（２分）、１５０ｓｅｃ（２分半）としたときのウェーハＷの半径方向３０、６０、９０、１２０ｍｍの各位置における研磨レートをそれぞれ示している。図６（ａ）では、ウェーハＷの半径方向各位置における研磨レートの研磨時間依存性にあまり差がないことを示している。図６（ｂ）のウェーハ周縁部における研磨レート均一性の研磨時間依存性では、研磨時間を１５０ｓｅｃ（２分半）としたときのウェーハ周縁部における研磨レートばらつきは、例えば研磨時間を６０ｓｅｃ（１分）としたときのウェーハ周縁部における研磨レートばらつきに対し、ほぼ５２％程度となってウェーハ周縁部における研磨レート均一性は、研磨時間が長くなるほど向上することが分かる。

上述したように、本実施例に係るウェーハ研磨装置においては、直径Ｄ_Ｗが３００ｍｍ程度のウェーハＷに対し、リテーナリング９の内径Ｄ_Ｒを少なくとも３ｍｍの所要長さｄだけ大径に設定したので、リテーナリング９の内周部とウェーハＷの外周部との間にその接触位置が適正量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じて、該ウェーハＷをリテーナリング９の回転に対し非同期で且つ高速に回転させることができる。これにより、リテーナリングの加工精度に依存することなく、ウェーハＷの回転速度を研磨の進行とともに確実に平均化させることができて、特にウェーハＷ周縁部における研磨レート均一性を確実に向上させることができる。

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。

図は本発明の実施例に係るウェーハ研磨装置を示すものである。
ウェーハ研磨装置の斜視図。図１のウェーハ研磨装置における研磨ヘッドの拡大縦断面図。ウェーハがリテーナリングの内周部に転がり接触して駆動される様子を示す図。リテーナリングの内径とウェーハの回転回数の関係を示す図。リテーナリングの内径とウェーハ周縁部における研磨レートばらつきの関係を示す図であり、（ａ）はリテーナリングの内径とウェーハの半径方向各位置における研磨レートばらつきの関係を示す図、（ｂ）はリテーナリングの内径とウェーハ周縁部における研磨レートばらつきの関係を示すグラフ。リテーナリングの内径を３０３ｍｍφとしたときのウェーハ周縁部における研磨レート均一性の研磨時間依存性を示す図であり、（ａ）はウェーハの半径方向各位置における研磨レート均一性の研磨時間依存性を示す図、（ｂ）はウェーハ周縁部における研磨レート均一性の研磨時間依存性を示すグラフ。

符号の説明

１ウェーハ研磨装置
２プラテン
３研磨ヘッド
４回転軸
５モータ
６研磨パッド
７ヘッド本体８キャリア
９リテーナリング
１０リテーナリング押圧手段
１１キャリア押圧手段
１２回転軸
１３ドライプレート
１４ピン
１５作動トランス
１６エア室
１７エアーフロートライン
１８エアー吹出し口
１９エアーフィルタ
２０給気ポンプ
２１真空ポンプ
２２バキュームライン
２３エアバック
２４リテーナリングホルダ
２５取付部材
２６スナップリング
Ｄ_Ｒリテーナリングの内径
Ｄ_Ｗウェーハの直径
Ｗウェーハ
ｄ所要長さ

Claims

上面に研磨パッドが貼付されたプラテンと、リテーナリングが設けられた研磨ヘッドとを備え、前記研磨パッドと前記研磨ヘッドとの間に前記リテーナリングで周囲を囲むようにしてウェーハを介在させ、該ウェーハを圧力エアにより前記研磨パッドに押し付けつつ前記研磨ヘッドを前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置であって、
前記リテーナリングの内径を前記ウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定し、該ウェーハは、その外周部が前記リテーナリングの内周部に転がり接触することにより駆動されて回転するように構成したことを特徴とするウェーハ研磨装置。
上記リテーナリングの内径を大径に設定する上記所要長さは、少なくとも３ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置。
上記ウェーハは、上記リテーナリングの回転に対し非同期で回転することを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハ研磨装置。