JPH0950976A - 基板研磨装置 - Google Patents
基板研磨装置Info
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- JPH0950976A JPH0950976A JP19949295A JP19949295A JPH0950976A JP H0950976 A JPH0950976 A JP H0950976A JP 19949295 A JP19949295 A JP 19949295A JP 19949295 A JP19949295 A JP 19949295A JP H0950976 A JPH0950976 A JP H0950976A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板研磨における研磨レートの面内均一性を
向上させる。 【解決手段】 研磨ヘッド４に基板吸着パッド５を介し
て吸着保持された基板６を、研磨プレート１上に張設さ
れた研磨パッド２に押し付けて研磨加工を行う基板研磨
装置であり、所定の加圧状態における基板吸着パッド５
の沈み代Ａを研磨パッド２の沈み代Ａ以下に設定してい
る。
向上させる。 【解決手段】 研磨ヘッド４に基板吸着パッド５を介し
て吸着保持された基板６を、研磨プレート１上に張設さ
れた研磨パッド２に押し付けて研磨加工を行う基板研磨
装置であり、所定の加圧状態における基板吸着パッド５
の沈み代Ａを研磨パッド２の沈み代Ａ以下に設定してい
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、基板の研磨装置に
関わり、特に半導体基板（ウエハ）上の凹凸を平坦化す
る際に用いて好適なものである。
関わり、特に半導体基板（ウエハ）上の凹凸を平坦化す
る際に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、この種の基板研磨装置では、互
いに所定方向に回転する研磨プレートと研磨ヘッドとを
対向状態で配置し、研磨ヘッドに基板吸着パッドを介し
て吸着保持した基板を、研磨プレート上に張設された研
磨パッドに押し付けて研磨加工を行う。
いに所定方向に回転する研磨プレートと研磨ヘッドとを
対向状態で配置し、研磨ヘッドに基板吸着パッドを介し
て吸着保持した基板を、研磨プレート上に張設された研
磨パッドに押し付けて研磨加工を行う。
【０００３】ところで従来においては、基板を吸着保持
するための基板吸着パッドに、研磨プレート上の研磨パ
ッドよりも変形しやすい軟質のものが採用されていた。
その理由は、基板の反りや凹凸を基板吸着パッドの変形
により吸収することで、基板の被研磨面を研磨パッドに
一様に接触させることができると考えられていたためで
ある。
するための基板吸着パッドに、研磨プレート上の研磨パ
ッドよりも変形しやすい軟質のものが採用されていた。
その理由は、基板の反りや凹凸を基板吸着パッドの変形
により吸収することで、基板の被研磨面を研磨パッドに
一様に接触させることができると考えられていたためで
ある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウエハ
の大口径化に伴って基板の反り量が大きくなると、上述
の理論が必ずしも成立しないことが本出願人の実験結果
で明らかになった。この実験では、研磨パッドに対して
凸面状に反った基板と、凹面状に反った基板の両方を同
一条件で研磨してみた。その結果、図５（ａ）に示すよ
うに、研磨パッド３１に対して凸面状に反った基板３２
では、実際に基板吸着パッド３３にて吸着保持した状態
で研磨を行った場合、基板中心０Ｒを基点に０．５Ｒ付
近で最も研磨量が多くなり、基板中心部０Ｒや基板周辺
部１Ｒでは研磨量が少なく、基板面内での研磨レートが
不均一になっていた。また、図５（ｂ）に示すように、
研磨パッド３１に対して凹面状に反った基板３２では、
基板中心部０Ｒや基板周辺部１Ｒで最も研磨量が多くな
り、基板中心０Ｒを基点とした０．５Ｒ付近では研磨量
が少なく、上記同様に基板面内での研磨レートが不均一
になっていた。
の大口径化に伴って基板の反り量が大きくなると、上述
の理論が必ずしも成立しないことが本出願人の実験結果
で明らかになった。この実験では、研磨パッドに対して
凸面状に反った基板と、凹面状に反った基板の両方を同
一条件で研磨してみた。その結果、図５（ａ）に示すよ
うに、研磨パッド３１に対して凸面状に反った基板３２
では、実際に基板吸着パッド３３にて吸着保持した状態
で研磨を行った場合、基板中心０Ｒを基点に０．５Ｒ付
近で最も研磨量が多くなり、基板中心部０Ｒや基板周辺
部１Ｒでは研磨量が少なく、基板面内での研磨レートが
不均一になっていた。また、図５（ｂ）に示すように、
研磨パッド３１に対して凹面状に反った基板３２では、
基板中心部０Ｒや基板周辺部１Ｒで最も研磨量が多くな
り、基板中心０Ｒを基点とした０．５Ｒ付近では研磨量
が少なく、上記同様に基板面内での研磨レートが不均一
になっていた。
【０００５】こうした基板面内での研磨レートの不均一
性は、ＴＴＶ(Total Thickness Variation：基板全体の
総厚さバラツキ）の悪化につながり、ひいてはリソグラ
フィー精度の悪化を招くことになる。また、張り合わせ
ＳＯＩ基板の製造においてもＳＯＩ層膜厚の均一性を損
ない、デバイス特性のバラツキ要因となる。
性は、ＴＴＶ(Total Thickness Variation：基板全体の
総厚さバラツキ）の悪化につながり、ひいてはリソグラ
フィー精度の悪化を招くことになる。また、張り合わせ
ＳＯＩ基板の製造においてもＳＯＩ層膜厚の均一性を損
ない、デバイス特性のバラツキ要因となる。
【０００６】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的とするところは、研磨レートの面
内均一性を向上させることができる基板研磨装置を提供
することにある。
れたもので、その目的とするところは、研磨レートの面
内均一性を向上させることができる基板研磨装置を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたもので、研磨ヘッドに基板吸着パ
ッドを介して吸着保持された基板を、研磨プレート上に
張設された研磨パッドに押し付けて研磨加工を行う基板
研磨装置において、所定の加圧状態における基板吸着パ
ッドの沈み代を研磨パッドの沈み代以下に設定したもの
である。
成するためになされたもので、研磨ヘッドに基板吸着パ
ッドを介して吸着保持された基板を、研磨プレート上に
張設された研磨パッドに押し付けて研磨加工を行う基板
研磨装置において、所定の加圧状態における基板吸着パ
ッドの沈み代を研磨パッドの沈み代以下に設定したもの
である。
【０００８】これにより本発明の基板研磨装置では、基
板吸着パッドが研磨パッド以上に硬質化したものとな
り、研磨圧力による基板の変形が基板吸着パッド側で抑
制されるようになるため、研磨パッドに対して基板の被
研磨面を一様に接触させることが可能となる。
板吸着パッドが研磨パッド以上に硬質化したものとな
り、研磨圧力による基板の変形が基板吸着パッド側で抑
制されるようになるため、研磨パッドに対して基板の被
研磨面を一様に接触させることが可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係わる基板研磨装
置の実施形態を説明するための図である。先ず、本発明
が適用される基板研磨装置では、図１（ａ）に示すよう
に、研磨プレート１上に研磨パッド２が張設されてい
る。また、研磨プレート１の下面中心部にはプレート回
転軸３が連結されている。一方、研磨ヘッド４の下面に
は基板吸着パッド５が装着されており、被研磨材料とな
る基板６はその基板吸着パッド５を介して研磨ヘッド４
にフェースダウンで吸着保持されている。また、研磨ヘ
ッド４の上面中心部には、図示せぬモータ等の回転力を
研磨ヘッド４に伝達するヘッド回転軸７が連結されてい
る。
置の実施形態を説明するための図である。先ず、本発明
が適用される基板研磨装置では、図１（ａ）に示すよう
に、研磨プレート１上に研磨パッド２が張設されてい
る。また、研磨プレート１の下面中心部にはプレート回
転軸３が連結されている。一方、研磨ヘッド４の下面に
は基板吸着パッド５が装着されており、被研磨材料とな
る基板６はその基板吸着パッド５を介して研磨ヘッド４
にフェースダウンで吸着保持されている。また、研磨ヘ
ッド４の上面中心部には、図示せぬモータ等の回転力を
研磨ヘッド４に伝達するヘッド回転軸７が連結されてい
る。
【００１０】ここで本発明の特徴とするところは、所定
の加圧状態における基板吸着パッド５の沈み代を研磨パ
ッド２の沈み代以下に設定した点にある。ここで、所定
の加圧状態におけるパッドの沈み代とは、図１（ｂ）に
示すように、基板吸着パッド５または研磨パッド２にそ
れぞれ圧子８にて一定の垂直加重Ｐを加えたときの、パ
ッド表面からの沈み量Ａのことをいう。
の加圧状態における基板吸着パッド５の沈み代を研磨パ
ッド２の沈み代以下に設定した点にある。ここで、所定
の加圧状態におけるパッドの沈み代とは、図１（ｂ）に
示すように、基板吸着パッド５または研磨パッド２にそ
れぞれ圧子８にて一定の垂直加重Ｐを加えたときの、パ
ッド表面からの沈み量Ａのことをいう。
【００１１】また、本発明においては、以下の二つのパ
ラメータによってパッドの沈み代を設定するようにし
た。一つは、パッドの圧縮率によるもので、基板吸着パ
ッド５の圧縮率を研磨パッド２の圧縮率以下に設定する
ことにより、基板吸着パッド５の沈み代を研磨パッド２
の沈み代以下に設定するものである。もう一つは、パッ
ドの厚さＴ（図１）によるもので、基板吸着パッド５の
厚さを研磨パッド２の厚さ以下に設定することにより、
基板吸着パッド５の沈み代を研磨パッド２の沈み代以下
に設定するものである。
ラメータによってパッドの沈み代を設定するようにし
た。一つは、パッドの圧縮率によるもので、基板吸着パ
ッド５の圧縮率を研磨パッド２の圧縮率以下に設定する
ことにより、基板吸着パッド５の沈み代を研磨パッド２
の沈み代以下に設定するものである。もう一つは、パッ
ドの厚さＴ（図１）によるもので、基板吸着パッド５の
厚さを研磨パッド２の厚さ以下に設定することにより、
基板吸着パッド５の沈み代を研磨パッド２の沈み代以下
に設定するものである。
【００１２】これは、パッドの圧縮率や厚さが、パッド
の沈み代を決定するファクターとなるためである。つま
り、パッドの圧縮率が低ければ、その分だけパッドは実
質的に硬質化したものとなり、またパッドの厚さが薄け
れば、その分だけ厚み方向に対するパッドの沈み量も制
限されるため、パッドは見掛け上、硬質化したものなる
からである。
の沈み代を決定するファクターとなるためである。つま
り、パッドの圧縮率が低ければ、その分だけパッドは実
質的に硬質化したものとなり、またパッドの厚さが薄け
れば、その分だけ厚み方向に対するパッドの沈み量も制
限されるため、パッドは見掛け上、硬質化したものなる
からである。
【００１３】なお、この種の基板研磨装置では、研磨パ
ッド２に対してシリカ等を含んだ研磨液を供給しながら
研磨加工を行うため、各パッドの沈み代を設定するにあ
たっては、実研磨条件、つまりパッドが濡れている状態
で行うことが肝要である。
ッド２に対してシリカ等を含んだ研磨液を供給しながら
研磨加工を行うため、各パッドの沈み代を設定するにあ
たっては、実研磨条件、つまりパッドが濡れている状態
で行うことが肝要である。
【００１４】このように基板吸着パッド５の沈み代を研
磨パッド２の沈み代以下に設定することで、基板吸着パ
ッド５は研磨パッド２以上に硬質化したものとなる。こ
れにより、図１（ａ）に示すように、研磨ヘッド４に基
板吸着パッド５を介して吸着保持した基板６を、研磨プ
レート１上の研磨パッド２に押し付けて研磨加工を行っ
た際には、基板吸着パッド５側での基板６の変形が抑制
されることになる。そのため、たとえ研磨パッド２に対
して基板６が凸面状、凹面状のいずれの形態で反ってい
ても、研磨圧力による基板６の変形が基板吸着パッド５
側で抑制されることから基板６の反りが矯正され、研磨
パッド２に対して基板５の被研磨面を一様に接触させる
ことが可能となる。
磨パッド２の沈み代以下に設定することで、基板吸着パ
ッド５は研磨パッド２以上に硬質化したものとなる。こ
れにより、図１（ａ）に示すように、研磨ヘッド４に基
板吸着パッド５を介して吸着保持した基板６を、研磨プ
レート１上の研磨パッド２に押し付けて研磨加工を行っ
た際には、基板吸着パッド５側での基板６の変形が抑制
されることになる。そのため、たとえ研磨パッド２に対
して基板６が凸面状、凹面状のいずれの形態で反ってい
ても、研磨圧力による基板６の変形が基板吸着パッド５
側で抑制されることから基板６の反りが矯正され、研磨
パッド２に対して基板５の被研磨面を一様に接触させる
ことが可能となる。
【００１５】すなわち、研磨パッド２に対して凸面状に
反った基板６の場合、従来では基板吸着パッド５が軟質
である故、図２（ａ）の上段で示すように研磨圧力によ
って基板６が大きく変形し、研磨レートの面内均一性が
悪化していたが、本実施形態では基板吸着パッド５を研
磨パッド２以上に硬質化しているため、図２（ａ）の下
段で示すように研磨圧力による基板６の変形が抑制され
て基板６の反りが矯正される。また、研磨パッド２に対
して凹面状に反った基板６の場合でも、従来では図２
（ｂ）の上段で示すように研磨圧力によって基板６が大
きく変形し、研磨レートの面内均一性が悪化していた
が、本実施形態では図２（ｂ）の下段で示すように研磨
圧力による基板６の変形が抑制されて基板６の反りが矯
正される。
反った基板６の場合、従来では基板吸着パッド５が軟質
である故、図２（ａ）の上段で示すように研磨圧力によ
って基板６が大きく変形し、研磨レートの面内均一性が
悪化していたが、本実施形態では基板吸着パッド５を研
磨パッド２以上に硬質化しているため、図２（ａ）の下
段で示すように研磨圧力による基板６の変形が抑制され
て基板６の反りが矯正される。また、研磨パッド２に対
して凹面状に反った基板６の場合でも、従来では図２
（ｂ）の上段で示すように研磨圧力によって基板６が大
きく変形し、研磨レートの面内均一性が悪化していた
が、本実施形態では図２（ｂ）の下段で示すように研磨
圧力による基板６の変形が抑制されて基板６の反りが矯
正される。
【００１６】こうした事実は本出願人による実験データ
によって裏付けられている。実験では、研磨パッド２に
対して凸面状の反りを有するウエハ（基板）を用いて、
このウエハ表面に形成した所定膜を研磨し、その研磨前
後における所定膜の膜厚を光学的膜厚測定手段により測
定した。また、研磨パッド２に対して圧縮率の高い軟質
の基板吸着パッド５と、圧縮率の低い硬質の基板吸着パ
ッド５の二種類を用意し、それぞれの研磨レートの面内
均一性を比較した。
によって裏付けられている。実験では、研磨パッド２に
対して凸面状の反りを有するウエハ（基板）を用いて、
このウエハ表面に形成した所定膜を研磨し、その研磨前
後における所定膜の膜厚を光学的膜厚測定手段により測
定した。また、研磨パッド２に対して圧縮率の高い軟質
の基板吸着パッド５と、圧縮率の低い硬質の基板吸着パ
ッド５の二種類を用意し、それぞれの研磨レートの面内
均一性を比較した。
【００１７】図３は研磨パッド２に対して軟質の基板吸
着パッド５を使用した場合の実験データで、図４は研磨
パッド２に対して硬質の基板吸着パッド５を使用した場
合の実験データである。図３及び図４において、（ａ）
はウエハの中心を通り且つオリフラに平行な軸線上の膜
厚分布を示し、（ｂ）はウエハの中心を通り且つオリフ
ラと垂直な軸線上の膜厚分布を示している。また、図中
●印は研磨前の膜厚分布を示し、○印は研磨後の膜厚分
布を示している。
着パッド５を使用した場合の実験データで、図４は研磨
パッド２に対して硬質の基板吸着パッド５を使用した場
合の実験データである。図３及び図４において、（ａ）
はウエハの中心を通り且つオリフラに平行な軸線上の膜
厚分布を示し、（ｂ）はウエハの中心を通り且つオリフ
ラと垂直な軸線上の膜厚分布を示している。また、図中
●印は研磨前の膜厚分布を示し、○印は研磨後の膜厚分
布を示している。
【００１８】先ず、研磨パッド２に対して軟質の基板吸
着パッド５を使用した場合は、図３に示すように、ウエ
ハ中心（０Ｒ）やウエハ周縁（１Ｒ）での研磨量が少な
く、ウエハ中心（０Ｒ）を基点とした０．５Ｒ付近でリ
ング状の高レート部分が見られる。この実験データは、
先の図２の上段で示した基板の変形具合と研磨量との関
連を裏付けるものである。
着パッド５を使用した場合は、図３に示すように、ウエ
ハ中心（０Ｒ）やウエハ周縁（１Ｒ）での研磨量が少な
く、ウエハ中心（０Ｒ）を基点とした０．５Ｒ付近でリ
ング状の高レート部分が見られる。この実験データは、
先の図２の上段で示した基板の変形具合と研磨量との関
連を裏付けるものである。
【００１９】一方、研磨パッド２に対して硬質の基板吸
着パッド５を使用した場合は、図４に示すように、ウエ
ハ中心０Ｒからウエハ周縁１Ｒにわたって研磨量が殆ど
一様になっており、先の図３のデータに比較して研磨レ
ートの面内均一性が大きく改善されている。この実験デ
ータは、先の図２（ａ）の下段で示した基板の変形具合
と研磨量との関連を裏付けるものである。
着パッド５を使用した場合は、図４に示すように、ウエ
ハ中心０Ｒからウエハ周縁１Ｒにわたって研磨量が殆ど
一様になっており、先の図３のデータに比較して研磨レ
ートの面内均一性が大きく改善されている。この実験デ
ータは、先の図２（ａ）の下段で示した基板の変形具合
と研磨量との関連を裏付けるものである。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明の基板研磨装
置によれば、基板吸着パッドの沈み代を研磨パッドの沈
み代以下に設定することで、基板吸着パッドが研磨パッ
ド以上に硬質化したものとなる。したがって、実際に研
磨加工を行った場合には、研磨加工による基板の変形が
基板吸着パッド側で抑制されるようになるため、研磨パ
ッドに対して基板の被研磨面を一様に接触させることが
可能となる。これにより、基板面内における研磨レート
の均一性を大幅に向上させることができる。その結果、
特に半導体製造プロセスにおいては、研磨レートの面内
均一性が向上することでＴＴＶが低減し、これによって
リソグラフィー精度の向上が図られる。また、ＳＯＩ基
板の作成においてもＳＯＩ層膜厚の均一性が向上するた
め、デバイス特性のバラツキを低減することが可能とな
る。
置によれば、基板吸着パッドの沈み代を研磨パッドの沈
み代以下に設定することで、基板吸着パッドが研磨パッ
ド以上に硬質化したものとなる。したがって、実際に研
磨加工を行った場合には、研磨加工による基板の変形が
基板吸着パッド側で抑制されるようになるため、研磨パ
ッドに対して基板の被研磨面を一様に接触させることが
可能となる。これにより、基板面内における研磨レート
の均一性を大幅に向上させることができる。その結果、
特に半導体製造プロセスにおいては、研磨レートの面内
均一性が向上することでＴＴＶが低減し、これによって
リソグラフィー精度の向上が図られる。また、ＳＯＩ基
板の作成においてもＳＯＩ層膜厚の均一性が向上するた
め、デバイス特性のバラツキを低減することが可能とな
る。
【図１】本発明に係わる基板研磨装置の実施形態を説明
する図である。
する図である。
【図２】基板研磨時の模式図である。
【図３】実験データによる面内均一性の比較図（その
１）である。
１）である。
【図４】実験データによる面内均一性の比較図（その
２）である。
２）である。
【図５】従来問題の説明図である。
【符号の説明】 １ 研磨プレート ２ 研磨パッド ４ 研磨ヘッド ５ 基板吸着パッド Ａ 沈み代
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島ノ江 宗治 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 中村 元昭 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内 (72)発明者 大久保 安教 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソニ ー株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 研磨ヘッドに基板吸着パッドを介して吸
着保持された基板を、研磨プレート上に張設された研磨
パッドに押し付けて研磨加工を行う基板研磨装置におい
て、 所定の加圧状態における前記基板吸着パッドの沈み代を
前記研磨パッドの沈み代以下に設定してなることを特徴
とする基板研磨装置。 - 【請求項２】 前記基板吸着パッドの圧縮率を前記研磨
パッドの圧縮率以下に設定するか、もしくは前記基板吸
着パッドの厚さを前記研磨パッドの厚さ以下に設定する
ことにより、前記基板吸着パッドの沈み代を前記研磨パ
ッドの沈み代以下に設定することを特徴とする請求項１
記載の基板研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19949295A JP3371311B2 (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | 基板研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19949295A JP3371311B2 (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | 基板研磨装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0950976A true JPH0950976A (ja) | 1997-02-18 |
| JP3371311B2 JP3371311B2 (ja) | 2003-01-27 |
Family
ID=16408720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19949295A Expired - Fee Related JP3371311B2 (ja) | 1995-08-04 | 1995-08-04 | 基板研磨装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3371311B2 (ja) |
-
1995
- 1995-08-04 JP JP19949295A patent/JP3371311B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3371311B2 (ja) | 2003-01-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |