JP3149807B2 - ウェーハ研磨装置 - Google Patents

ウェーハ研磨装置

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JP3149807B2
JP3149807B2 JP173097A JP173097A JP3149807B2 JP 3149807 B2 JP3149807 B2 JP 3149807B2 JP 173097 A JP173097 A JP 173097A JP 173097 A JP173097 A JP 173097A JP 3149807 B2 JP3149807 B2 JP 3149807B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路を形成す
る半導体ウェーハ等の表面を研磨するためのウェーハ研
磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】最近では、半導体素子の製造工程におい
て、ウェーハの鏡面にアルミニウム等を蒸着して回路パ
ターンを形成し、その上にSiO2等の絶縁膜を形成し
た後、この絶縁膜を研磨により平坦化して、さらにその
上に素子の内部構造を順次構築する技術が多用されてい
る。
【0003】積層された上記絶縁膜を研磨するウェーハ
研磨装置として、表面に研磨パッドが貼付された円盤状
のプラテンと、研磨すべき絶縁膜等が形成されたウェー
ハの一面を保持して研磨パッドにウェーハの他面を当接
させる複数のウェーハ保持ヘッドと、これらウェーハ保
持ヘッドを研磨パッドに対し相対回転させるヘッド駆動
機構とを具備し、研磨パッドとウェーハとの間に研磨砥
粒を含むスラリー(研磨液)を供給することにより研磨
を行うものが広く知られている。
【0004】この種のウェーハ研磨装置では、前記研磨
パッド上の中心部分に供給されたスラリーを表面全体お
よびウェーハの他面に行き渡らせるようにするために、
研磨パッドの表面に複数の溝が形成されている。従来の
研磨パッドは、前記溝が格子状、複数の同心円状や螺旋
状に形成されているものが用いられていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ウェーハ研磨装置には、以下のような課題が残されてい
る。すなわち、研磨パッドに形成される溝が格子状や螺
旋状である場合、遠心力によりスラリーが溝内を誘導さ
れて研磨パッドの外側に集中してしまい、ウェーハが不
均一に研磨されてしまうおそれがある。特に、格子状の
場合、細かく格子を形成すると、交差する溝によって形
成される角部が多くなり、研磨だれ等が生じてしまう不
都合があった。また、研磨パッドに形成される溝が同心
円状である場合、半径方向に間隔を空けて溝が複数存在
するため、遠心力によって広がろうとするスラリーが各
溝を飛び越え難く、スラリーを均一に広げることが困難
であった。
【0006】本発明は、前述の課題に鑑みてなされたも
ので、研磨パッド上のスラリーを均一に面内に行き渡ら
せ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、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。すなわち、請求項
1記載のウェーハ研磨装置では、表面に研磨パッドが貼
付されたプラテンと、研磨すべきウェーハの一面を保持
して前記研磨パッドにウェーハの他面を当接させる複数
のウェーハ保持ヘッドと、これらウェーハ保持ヘッドを
前記研磨パッドに対し相対運動させることにより研磨液
が供給された研磨パッド上でウェーハ他面を研磨するヘ
ッド駆動機構とを具備し、前記研磨パッドは、その表面
に中央部分から外側に向かって延在し前記研磨液を誘導
する複数の誘導溝が形成され、これら誘導溝は、それぞ
れの外側端部の位置が前記研磨パッドの半径方向に分散
されて配されている技術が採用される。
【0008】このウェーハ研磨装置では、研磨パッドの
表面に中央部分から外側に向かって延在して形成された
複数の誘導溝が、それぞれの外側端部の位置が研磨パッ
ドの半径方向に分散されて配されているので、研磨パッ
ド上に供給された研磨液が誘導溝によって中央部分から
外側に向けて誘導され前記半径方向に分散配置された外
側端部から表面に出ていく。したがって、研磨液が誘導
溝に誘導されて表面に出ていく位置が、研磨パッドの半
径方向における異なる複数箇所であることから、研磨液
の外側への集中が抑制されるとともに、研磨液が研磨パ
ッドの表面全体に一様に行き渡り、研磨液の面内分布が
均一化される。
【0009】請求項2記載のウェーハ研磨装置では、請
求項1記載のウェーハ研磨装置において、前記各ウェー
ハ保持ヘッドは、前記研磨パッドの中心軸から同一距
離、かつ互いに該中心軸回りに均等に離間して配され、
前記誘導溝は、前記研磨パッドの中心軸回りに前記ウェ
ーハ保持ヘッドの数だけ複数の領域に均等に分割され、
前記各領域毎に同じ配置に設定されている技術が採用さ
れる。
【0010】このウェーハ研磨装置では、誘導溝が研磨
パッドの中心軸回りにウェーハ保持ヘッドの数だけ分割
された各領域毎に同じ配置に設定されているので、均等
配置された各ウェーハ保持ヘッドに保持されたウェーハ
を、回転方向における研磨パッドのどの位置から研磨を
開始しても、各ウェーハは同様の配置に設定された各領
域の誘導溝上を同時に移動することとなる。したがっ
て、各ウェーハとも同一の研磨条件となり、ウェーハ間
の研磨精度が均一化される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係るウェーハ研磨
装置の一実施形態を図1から図5を参照しながら説明す
る。
【0012】始めに図3を参照して全体の構成を簡単に
説明すると、図中符号1は基台であり、この基台1の中
央には円盤状のプラテン2が水平に設置されている。こ
のプラテン2は、基台1内に設けられたプラテン駆動機
構により軸線回りに回転されるようになっており、その
上面に軸線を同じくして貼付された円形状の研磨パッド
3を備えている。
【0013】プラテン2の上方には、複数の支柱4を介
して上側取付板5が水平に固定されている。この上側取
付板5の下面にはプラテン2の中心軸と軸線を同じくし
た円盤状のカルーセル(ヘッド駆動機構)6が固定さ
れ、このカルーセル6にはプラテン2と対向する計6基
のウェーハ保持ヘッド7が設けられている。これらウェ
ーハ保持ヘッド7は、図4に示すように、カルーセル6
の中心から同一距離において、カルーセル6の中心軸回
りに60゜毎に配置され、カルーセル6によりそれぞれ
遊星回転される。ただし、ウェーハ保持ヘッド7の個数
は6基に限定されず、2〜5基または7基以上でもよ
い。なお、各ウェーハ保持ヘッド7の自転周期は、プラ
テン2が一回転する間に、一回転するように設定されて
いる。
【0014】このウェーハ保持ヘッド7は、図5に示す
ように、中空のヘッド本体11と、ヘッド本体11内に
水平に張られたダイアフラム12と、ダイアフラム12
の下面に固定されウェーハWの一面を保持するキャリア
14と、キャリア14の外周に上下に変位可能に取り付
けられたリテーナリング15とを有し、ダイアフラム1
2によって画成された空気室16へ、シャフト18を通
じて加圧空気源20から加圧空気を供給することによ
り、キャリア14を下方へ押圧できるフローティングヘ
ッド構造になっている。このようなフローティングヘッ
ド構造は、研磨パッド3に対するウェーハWの当接圧力
が均一化できる利点を有する。
【0015】次に、図1および図2を参照して研磨パッ
ド3について説明する。研磨パッド3には、図1に示す
ように、その表面に中央部分から外側に向かって放射状
に延在し、研磨砥粒を含むスラリー(研磨液)を誘導す
る複数の誘導溝21が形成されている。これら誘導溝2
1は、それぞれの外側端部21aの位置が研磨パッド3
の半径方向に分散されて配されている。
【0016】これら誘導溝21の各内側端部21bは、
研磨パッド3の中央部分かつ前記半径方向における同一
位置(すなわち研磨パッド3の中心軸Oから等距離)に
それぞれ円状に並んで配されている。誘導溝21は、研
磨パッド3の中心軸O回りにウェーハ保持ヘッド7の
数、すなわち6つの領域に均等に分割され、各領域毎に
同じ配置に設定されている。
【0017】各領域における誘導溝21の外側端部21
aのうち、研磨パッド3の中心軸Oから最も近いもの
は、研磨パッド3に当接される各ウェーハWのウェーハ
中心と前記半径方向においてほぼ同位置に配される。ま
た、誘導溝21の外側端部21aのうち、研磨パッド3
の中心から最も遠いものは、研磨パッド3に当接される
各ウェーハWの前記半径方向外方端と該半径方向におい
て同位置に配されている。外側端部21aの位置を上記
範囲に設定したのは、この位置より前記半径方向外方に
おいては研磨すべきウェーハWが存在しないためであ
る。さらに、各領域における各外側端部21aは、回転
方向(図1中の矢印方向)の後方に向かって研磨パッド
3の外側から漸次内側に配されている。すなわち、各外
側端部21aから出た研磨液が回転方向後方に流れる
が、その際に回転方向後方において隣接する誘導溝21
に再び入ってしまうことを防ぐためである。なお、研磨
パッド3は、時計回りに回転させられるとともに、各ウ
ェーハ保持ヘッド7も時計回りに自転させられる。
【0018】また、各誘導溝21の外側端部21aは、
隣接する誘導溝21の外側端部21aを結ぶ仮想線Kが
ウェーハ保持ヘッド7に保持されたウェーハW他面上の
任意の一点の軌跡と一致しないように配置されている。
すなわち、前記軌跡と前記仮想線Kとが一致すると、前
記任意の一点が研磨パッド3上を自転しながら移動する
際に、複数の外側端部21a上を連続的に移動すること
により、外側端部21aから出てくるスラリーが前記任
意の一点に重点的に供給されてしまい、ウェーハWにお
ける研磨の面内分布が不均一になるためである。
【0019】上記構成のウェーハ研磨装置では、研磨パ
ッド3の表面に中央部分から外側に向かって延在して形
成された複数の誘導溝21が、それぞれの外側端部21
aの位置が研磨パッド3の半径方向に分散されて配され
ているので、図2に示すように、研磨時に研磨パッド3
中央部分に供給されたスラリーが、誘導溝21によって
中央部分から外側に向けて誘導され前記半径方向に分散
配置された外側端部21aから表面(図中の矢印方向)
に出ていく。
【0020】したがって、スラリーが誘導溝21に誘導
されて表面に出ていく位置が、研磨パッド3の半径方向
における異なる複数箇所であることから、スラリーの外
側への集中が抑制されるとともに、スラリーが研磨パッ
ド3の表面全体およびウェーハWの他面に一様に行き渡
り、スラリーの面内分布が均一化される。
【0021】また、誘導溝21が研磨パッド3の中心軸
O回りにウェーハ保持ヘッド7の数だけ分割された各領
域毎に同じ配置に設定されているので、均等配置された
各ウェーハ保持ヘッド7に保持されたウェーハWを、回
転方向における研磨パッド3のどの位置から研磨を開始
しても、各ウェーハWは同様の配置に設定された各領域
の誘導溝21上を同時に移動することとなる。したがっ
て、各ウェーハWとも同一の研磨条件となり、ウェーハ
W間の研磨精度が均一化される。さらに、各誘導溝21
は、互いに離間状態に交差することなく延在しているの
で、交差することにより生じる角部が全く無く、研磨だ
れが生じることもない。
【0022】なお、本実施形態では、誘導溝21を中心
軸Oから放射状に配したが、研磨パッドの中央部分から
外側に延在して形成されているとともに、外側端部が半
径方向に分散して配されていれば構わない。例えば、誘
導溝が研磨パッドの中央部分から外側に向かう螺旋状に
形成され、各誘導溝の外側端部が半径方向に分散配置さ
れたものでもよい。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、以下の効果を奏する。 (1)請求項1記載のウェーハ研磨装置によれば、中央
部分から外側に向かって延在した複数の誘導溝の外側端
部の位置が、研磨パッドの半径方向に分散されて配され
ているので、研磨液が誘導溝によって誘導され前記半径
方向における異なる複数箇所から表面に出ていくことに
より、研磨液の外側への集中を抑制することができると
ともに、研磨液を研磨パッドの表面全体に一様に行き渡
らせ、研磨液の面内分布を均一化することができる。し
たがって、複数のウェーハを高精度かつ均一に研磨する
ことができるとともに、必要な研磨液が最小限で済む。
【0024】(2)請求項2記載のウェーハ研磨装置に
よれば、誘導溝が研磨パッドの中心軸回りにウェーハ保
持ヘッド数だけ分割された各領域毎に同じ配置に設定さ
れているので、均等配置された各ウェーハ保持ヘッドに
保持されたウェーハを、回転方向における研磨パッドの
どの位置から研磨を開始しても、各ウェーハとも同一の
研磨条件となり、ウェーハ間の研磨精度を均一化するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るウェーハ研磨装置の一実施形態
における研磨パッドを示す平面図である。
【図2】 本発明に係るウェーハ研磨装置の一実施形態
における研磨パッドの一部を拡大した要部断面図であ
る。
【図3】 本発明に係るウェーハ研磨装置の全体の構成
を示す正面図である。
【図4】 同装置のウェーハ保持ヘッドとプラテンの配
置状態を示す平面図である。
【図5】 本発明に係るウェーハ研磨装置の一実施形態
におけるウェーハ保持ヘッドを示す断面図である。
【符号の説明】
2 プラテン 3 研磨パッド 6 カルーセル(ヘッド駆動機構) 7 ウェーハ保持ヘッド 21 誘導溝 21a 外側端部 O 研磨パッドの中心軸 W ウェーハ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−304860(JP,A) 米国特許4940507(US,A) 仏国特許2063961(FR,B) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24B 37/00 H01L 21/304 622

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面に研磨パッドが貼付されたプラテン
    と、研磨すべきウェーハの一面を保持して前記研磨パッ
    ドにウェーハの他面を当接させる複数のウェーハ保持ヘ
    ッドと、これらウェーハ保持ヘッドを前記研磨パッドに
    対し相対運動させることにより研磨液が供給された研磨
    パッド上でウェーハ他面を研磨するヘッド駆動機構とを
    具備し、 前記研磨パッドは、その表面に中央部分から外側に向か
    って延在し前記研磨液を誘導する複数の誘導溝が形成さ
    れ、 これら誘導溝は、それぞれの外側端部の位置が前記研磨
    パッドの半径方向に分散されて配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】 請求項1記載のウェーハ研磨装置におい
    て、 前記各ウェーハ保持ヘッドは、前記研磨パッドの中心軸
    から同一距離、かつ互いに該中心軸回りに均等に離間し
    て配され、 前記誘導溝は、前記研磨パッドの中心軸回りに前記ウェ
    ーハ保持ヘッドの数だけ複数の領域に均等に分割され、
    前記各領域毎に同じ配置に設定されていることを特徴と
    するウェーハ研磨装置。
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