JPH10128659A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被研磨面が研磨パッドの表面にならう表面基
準研磨とし、均一性の良い研磨が可能な研磨装置及び研
磨方法を提供する。 【解決手段】 定盤１の上面に研磨パッド２を取り付
け、この定盤１の上方に被研磨ウェーハ３を保持するた
めの非回転ホルダー４を設け、この非回転ホルダー４
に、被研磨ウェーハ３の表面を研磨パッド２に気体によ
って加圧するための加圧室７、及び、この加圧室７に気
体を注入する注入経路９を設け、さらに非回転ホルダー
４に被研磨ウェーハ３を自由に回転させるための自由回
転ガイド５を設けている。従って、均一性の良い研磨が
可能な研磨装置及び研磨方法を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、研磨方法及び研
磨装置に係わり、特に、被研磨面が研磨パッドの表面に
ならう表面基準研磨とすることが可能な研磨方法及び研
磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２（ａ）は、従来の研磨装置を示す断
面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す研磨装置
におけるウェーハホルダーであって、このウェーハホル
ダーに保持された被研磨ウェーハを研磨面（表面）側か
ら視た平面図である。

【０００３】図２（ａ）に示すように、定盤２０３は、
その上面が円形とされており、この円の中心を通る軸を
回転軸２０７として図示せぬモーターにより矢印２０４
のように回転する構成としている。この定盤２０３の上
面には研磨パッド２０２が貼りつけられており、この研
磨パッド２０２の上方且つ上記回転軸２０７の近傍には
研磨液２０５を流し出すためのノズル２０９が設けられ
ている。

【０００４】定盤２０３の上方にはウェーハ２０１を保
持するためのウェーハホルダー２２０が設けられてお
り、このウェーハホルダー２２０の下面には被研磨ウェ
ーハを水吸着するための円形のバッキングパッド２２１
が貼りつけられている。ウェーハホルダー２２０の下面
においてバッキングパッド２２１の外周を囲むようにガ
イドリング２２２が設けられており、このガイドリング
２２２は研磨中のウェーハ２０１の飛び出しを防止する
ためのものである。

【０００５】上記ウェーハホルダー２２０は、自在継手
２２４を介して図示せぬモーター及び図示せぬ加圧手段
に連結されており、このモーターによりホルダー２２０
全体を矢印２２５の方向に回転させる構成としている。

【０００６】次に、上述の従来の研磨装置によりウェー
ハを研磨する研磨方法について説明する。まず、図２
（ａ）、（ｂ）に示すように、バッキングパッド２２１
に被研磨ウェーハ２０１を水吸着することにより、該被
研磨ウェーハ２０１をウェーハホルダー２２０に保持す
る。次に、ノズル２０９から研磨液２０５を研磨パッド
２０２の表面上に流しながら、定盤２０３を矢印２０４
のように回転させる。そして、ウェーハホルダー２２０
を矢印２２５のように回転させることにより、被研磨ウ
ェーハ２０１も回転する。これとともに、被研磨ウェー
ハ２０１の研磨面である表面を研磨パッド２０２の表面
に押圧し、さらに被研磨ウェーハ２０１を矢印２２６の
方向に所定の圧力で加圧する。この状態を所定の時間維
持することにより、被研磨ウェーハ２０１の表面が研磨
される。この際、ガイドリング２２２により研磨中のウ
ェーハ２０１がウェーハホルダー２２０の外に飛び出す
のを防止している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
研磨方法では、バッキングパッド２２１を被研磨ウェー
ハ２０１の裏面に直接接触させ、このバッキングパッド
２２１を介して上記加圧手段により被研磨ウェーハ２０
１を研磨パッド２０２に加圧している。このため、バッ
キングパッド２２１の厚みが一定でなく厚みむらがある
場合に、この厚みむらがウェーハ２０１の裏面に伝えら
れる研磨圧力のむらとなり、この結果、ウェーハ２０１
の表面が均一に研磨されないという問題がある。これと
同様に、被研磨ウェーハ２０１に反り、うねり、厚さむ
らがある場合も、これらがウェーハ２０１の裏面に伝え
られる研磨圧力のむら（即ち、ウェーハ２０１の厚さが
厚い部分は研磨圧力が大きくなるが、厚さが薄い部分は
研磨圧力が小さくなるという研磨圧力のむら）となり、
ウェーハ２０１の表面が均一に研磨されないという問題
がある。

【０００８】すなわち、本来は、被研磨ウェーハを表面
基準で研磨する必要があるのであるが、従来の研磨装置
及び研磨方法では、バッキングパッド２２１の厚みむら
やウェーハ２０１の厚みむら等に依存する裏面基準研磨
になってしまうという問題がある。

【０００９】尚、裏面基準研磨とは、上述のように被研
磨ウェーハの裏面の状態でウェーハ表面の研磨のされか
たが変わってくること、つまり被研磨ウェーハの裏面の
状態に依存して研磨されることをいう。表面基準研磨と
は、被研磨ウェーハの裏面の状態に依存することなく、
研磨パッドの表面にならい被研磨面を均一に研磨できる
ことをいう。

【００１０】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、被研磨面が研磨パッド
の表面にならう表面基準研磨とし、均一性の良い研磨が
可能な研磨装置及び研磨方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明に係る研磨装置
は、上記課題を解決するため、上面に研磨パッドを取り
付けることが可能な定盤と、上記定盤の上方に設けられ
た、被研磨基板を保持するためのホルダーと、上記ホル
ダーに設けられた、上記被研磨基板の表面を上記研磨パ
ッドに流体によって押し当てる手段と、上記ホルダーに
設けられた、上記被研磨基板を自由に回転させる回転手
段と、を具備することを特徴とする。

【００１２】また、この発明に係る研磨装置は、上面に
研磨パッドを取り付けることが可能な定盤と、上記定盤
の上方に設けられた非回転ホルダーと、上記非回転ホル
ダーに設けられた被研磨基板の外周を保持する回転自在
のガイドと、上記非回転ホルダーと上記被研磨基板の裏
面とで形成される加圧室と、上記被研磨基板の表面を上
記研磨パッドに押し当てるために、上記加圧室を気体に
より加圧する加圧手段と、を具備することを特徴とす
る。

【００１３】また、この発明に係る研磨方法は、回転し
ている研磨パッドの表面に被研磨基板の表面を押圧して
研磨する研磨方法において、上記研磨する際に、上記被
研磨基板を自由に回転させながら該被研磨基板の裏面を
該研磨パッドに気体によって加圧し圧接することを特徴
とする。

【００１４】上記研磨装置及び研磨方法では、ホルダー
に押し当てる手段を設けることにより、被研磨基板を研
磨する際、基板の表面を研磨パッドに気体によって加圧
し押しつけている。このため、被研磨基板に反りやうね
り等があっても、基板の研磨面全体を研磨パッド表面に
均一に押しつけることができる。したがって、被研磨基
板の裏面の状態に依存することなく表面全体に均一に研
磨圧力がかかるから、被研磨面が研磨パッドの表面にな
らう表面基準研磨とすることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施の形態について説明する。図１（ａ）は、この発
明の実施の形態による研磨装置を示す断面図であり、図
１（ｂ）は、図１（ａ）に示す研磨装置における非回転
ホルダーと、このホルダーに保持された被研磨ウェーハ
を研磨面（表面）側から視た平面図である。

【００１６】図１（ａ）、（ｂ）に示すように、研磨定
盤１は、その上面が円形とされており、この円の中心を
通る軸を回転軸２０として図示せぬモーターにより矢印
２１のように回転する構成にしている。この研磨定盤１
の上面には研磨パッド２が貼りつけられており、この研
磨パッド２の上方且つ上記回転軸２０の近傍には研磨液
１１を流し出すためのノズル１２が設けられている。

【００１７】研磨定盤１の上方にはウェーハ（被研磨基
板）３を保持するためのステンレス製の非回転ホルダー
４が設けられている。この非回転ホルダー４は、その底
部に形成された下端部のフランジ状の部分４ａと、この
部分４ａの上面中央部上に形成された円柱形状の凸部分
４ｂと、から構成している。非回転ホルダー４は、それ
自身は回転することがなく、上下方向２３にスライド自
在の構成としている。

【００１８】非回転ホルダー４の下端部のフランジ状の
部分４ａの下面には被研磨ウェーハ３を直接保持するリ
ング形状の自由回転ガイド５が設けられている。この自
由回転ガイド５は、その内側の形状が被研磨ウェーハ３
の平面形状（この実施例ではオリエンテーションフラッ
トのあるウェーハ形状）に合わせて作られている。つま
り、自由回転ガイド５は、その内側に被研磨ウェーハ３
をぴったりと嵌め込むことができるように作られてい
る。自由回転ガイド５は回転自在に構成されている。

【００１９】非回転ホルダー４の下端部のフランジ状の
部分４ａの下面には、この面に自由回転ガイド５を押え
るリング形状の押さえ板６が設けられている。尚、この
押さえ板６の材質はステンレスであり、自由回転ガイド
５の材質はデルリンやエポキシ樹脂等である。

【００２０】上記自由回転ガイド５は、それに被研磨ウ
ェーハ３を保持すると、このウェーハ３の裏面と非回転
ホルダー４の下端部のフランジ状の部分４ａの下面との
間に加圧室（隙間）７ができる構成としている。非回転
ホルダー４には上記加圧室７につながるように気体（例
えば、エアー）を矢印８の方向に注入する注入経路９が
設けられており、この注入経路９は研磨時にエアーを注
入する図示せぬ気体注入手段に繋げられている。この気
体注入手段によりエアーを注入経路９を通して加圧室７
に注入したときに、このエアーが加圧室７から排気され
る排気孔（排気部）１０が非回転ホルダー４の下端部の
フランジ状の部分４ａに設けられている。

【００２１】次に、上述の研磨装置によりウェーハを研
磨する研磨方法について図１（ａ）、（ｂ）を参照しな
がら説明する。まず、図１（ａ）に示す非回転ホルダー
４を上方にスライドさせ、自由回転ガイド５に被研磨ウ
ェーハ３を装着し、加圧室７を減圧する（この状態は図
示していない）ことにより、該被研磨ウェーハ３を非回
転ホルダー４に保持する。

【００２２】この後、ノズル１２から研磨液１１を研磨
パッド２の表面上に流しながら、定盤１を図示せぬモー
ターにより矢印２１のように回転させる。

【００２３】次に、非回転ホルダー４を下方にスライド
させることにより、被研磨ウェーハ３の研磨面である表
面を研磨パッド２の表面に軽く接触させる。そして、こ
の高さに非回転ホルダー４を固定する。

【００２４】次に、気体注入手段により注入経路９に気
体（例えば、エアー）を矢印８の方向に注入し、このエ
アーが加圧室７に入り、加圧室７に圧力が加えられる。
そして、加圧室７に注入されたエアーの一部を排気孔１
０から逃がしながら、被研磨ウェーハ３の裏面が必要な
研磨圧まで加圧される。このように被研磨ウェーハ３を
所定の圧力で研磨パッド２の表面に押しつけ、ウェーハ
３の表面の研磨を開始する。この際、被研磨ウェーハ３
は研磨パッド２の回転につられて矢印２２のように回転
し、この回転に同期して自由回転ガイド５も回転する。
この後、被研磨ウェーハ３の研磨終点時に到達したら、
ウェーハ３の加圧を止め、非回転ホルダー４を上方にス
ライドさせることにより、ウェーハ３の研磨を終了す
る。

【００２５】尚、上記の研磨中において自由回転ガイド
５に装着されている被研磨ウェーハ３にずれが生じて
も、研磨パッド２の表面と自由回転ガイド５との間には
ウェーハ３の厚さより薄い隙間しかないか、又は互いに
接触しているため、ウェーハ３の飛び出しを防止でき
る。

【００２６】また、被研磨ウェーハ３の裏面を加圧した
空気により押えているため、ウェーハ３の裏面に傷が入
ることがない。

【００２７】また、被研磨ウェーハ３の表面を研磨パッ
ド２に圧接する際の研磨圧力の制御は、気体の圧力によ
って制御するものとする。

【００２８】上記実施の形態によれば、図１に示す研磨
装置により被研磨ウェーハ３の表面を研磨する際、加圧
室７をエアー８によって加圧することによりウェーハ３
の表面を研磨パッド２に押しつけるという方法でウェー
ハ３に研磨圧力を加えている。このため、ウェーハ３に
反りやうねり等があっても、ウェーハ３の研磨面全体を
研磨パッド表面に均一に押しつけることができる。した
がって、従来のようにウェーハの反り、厚さむら等やバ
ッキングパッドの厚みむらに依存する裏面基準研磨とな
ることがなく表面基準研磨とすることができる。即ち、
ウェーハ３の裏面の状態に依存することなく表面全体に
均一に研磨圧力がかかるから、ウェーハ３の表面を面内
均一性良く研磨できる。よって、上記の研磨方法は、微
細ＭＯＳＩＣを製造する場合において、層間膜を堆積し
た後に生じる段差の平坦化など、パターン段差を面内均
一性良く除去する目的に適している。

【００２９】また、上述のように表面基準研磨とするこ
とができ、ウェーハ３表面を面内均一性良く研磨できる
ため、研磨パッド２として硬質研磨パッドを用いること
ができる。したがって、ウェーハ３表面の段差を容易に
平坦化できる。

【００３０】すなわち、一般に、研磨装置においては、
研磨パッド２に軟質のものを用いると表面基準研磨にな
り易いという性質があり、従って、柔らかい研磨パッド
を用いれば、従来の研磨装置でも表面基準研磨になる傾
向があるが、軟質の研磨パッドでは、ウェーハ表面の段
差を平坦化することができない。このような理由から段
差の平坦化には硬質研磨パッドを用いる必要があるが、
従来の研磨装置では、硬質研磨パッドを用いると、裏面
基準研磨となってしまう。これに対して、上記の研磨装
置では、硬質の研磨パッドを用いても表面基準研磨とす
ることができる。したがって、特に、ＣＭＰ等の表面段
差の平坦化研磨に対しても面内均一性が十分な表面基準
研磨とすることができる。

【００３１】また、従来の研磨装置のように研磨時にウ
ェーハホルダー自身を回転させるのではなく、被研磨ウ
ェーハ３を嵌め込む自由回転ガイド５のみを自由回転さ
せ、非回転ホルダー４を全く回転させない構成としてい
る。したがって、従来の研磨装置のようにウェーハホル
ダーを回転させるためのモーターを必要としないため、
研磨装置の構造を簡単で且つコンパクトなものとするこ
とができ、その結果、研磨装置を安価に作ることができ
る。

【００３２】また、従来の研磨装置における自在継手
は、回転している定盤が上下に揺れた場合でも、ウェー
ハの表面と研磨パッドの表面とを隙間なく接触させるた
めのものであるが、この自在継手は研磨時における定盤
の回転方向の力によって僅かな隙間を生じ、これがウェ
ーハ表面の均一な研磨を妨げる原因となることがある。
これに対して、上記の研磨装置では、研磨定盤１の上下
の揺れはほとんどないこともあって自在継手を使用して
いないため、ウェーハ３をしっかり固定でき、剛性（定
盤の回転による力に対応する性質）のアップ及び装置の
精度（例えば、研磨時に非回転ホルダー４を定盤にセッ
トした場合の誤差）アップを図ることができる。

【００３３】尚、上記実施の形態では、非回転ホルダー
４の下端部のフランジ状の部分４ａに排気孔１０を設
け、この排気孔１０により加圧室７を加圧する際のエア
ーの排気をとっているが、加圧室７を加圧する際の排気
をウェーハ３の外周部と自由回転ガイド５との隙間から
のエアー漏れによりとることも可能であり、この場合は
非回転ホルダー４に排気孔１０を設ける必要がない。つ
まり、加圧室７に注入したエアーの一部を被研磨ウェー
ハ３の外周付近で外部に放出させ、それによってウェー
ハ３の裏面の圧力を安定させる構成とできれば、非回転
ホルダー４に排気孔１０を設ける構成としなくても良い
ということである。

【００３４】また、上記研磨装置を被研磨ウェーハ３の
研磨に用いているが、上記研磨装置を他の基板の研磨に
用いることも可能である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、被
研磨基板を研磨する際、基板の表面を研磨パッドに気体
によって加圧し押しつけている。したがって、被研磨面
が研磨パッドの表面にならう表面基準研磨とし、均一性
の良い研磨が可能な研磨装置及び研磨方法を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、この発明の実施の形態による研
磨装置を示す断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）
に示す研磨装置における非回転ホルダーと、このホルダ
ーに保持された被研磨ウェーハを研磨面側から視た平面
図である。

【図２】図２（ａ）は、従来の研磨装置を示す断面図で
あり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す研磨装置におけ
るウェーハホルダーであって、このウェーハホルダーに
保持された被研磨ウェーハを研磨面側から視た平面図で
ある。

【符号の説明】

１…研磨定盤、２…研磨パッド、３…被研磨ウェーハ
（基板）、４…非回転ホルダー、４ａ…下端部のフラン
ジ状の部分、４ｂ…円柱形状の凸部分、５…自由回転ガ
イド、６…押さえ板、７…加圧室、８…エアー（矢
印）、９…注入経路、１０…排気孔（排気部）、１１…
研磨液、１２…ノズル、２０…回転軸、２１…矢印、２
２…矢印、２３…上下方向、２０１…ウェーハ、２０２
…研磨パッド、２０３…定盤、２０４…矢印、２０５…
研磨液、２０７…回転軸、２０９…ノズル、２２０…ウ
ェーハホルダー、２２１…バッキングパッド、２２２…
ガイドリング、２２４…自在継手、２２５…矢印、２２
６…矢印。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に研磨パッドを取り付けることが可
   能な定盤と、 上記定盤の上方に設けられた、被研磨基板を保持するた
   めのホルダーと、 上記ホルダーに設けられた、上記被研磨基板の表面を上
   記研磨パッドに流体によって押し当てる手段と、 上記ホルダーに設けられた、上記被研磨基板を自由に回
   転させる回転手段と、 を具備することを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 上記回転手段は、上記被研磨基板の外周
   を保持するガイドから構成されていることを特徴とする
   請求項１記載の研磨装置。
3. 【請求項３】 上面に研磨パッドを取り付けることが可
   能な定盤と、 上記定盤の上方に設けられた非回転ホルダーと、 上記非回転ホルダーに設けられた被研磨基板の外周を保
   持する回転自在のガイドと、 上記非回転ホルダーと上記被研磨基板の裏面とで形成さ
   れる加圧室と、 上記被研磨基板の表面を上記研磨パッドに押し当てるた
   めに、上記加圧室を気体により加圧する加圧手段と、 を具備することを特徴とする研磨装置。
4. 【請求項４】 上記加圧室には、上記気体が注入される
   注入経路が形成されるとともにこの気体の一部が上記被
   研磨基板の外周付近から排出される排気部が形成されて
   いることを特徴とする請求項３記載の研磨装置。
5. 【請求項５】 回転している研磨パッドの表面に被研磨
   基板の表面を押圧して研磨する研磨方法において、 上記研磨する際に、上記被研磨基板を自由に回転させな
   がら該被研磨基板の裏面を該研磨パッドに気体によって
   加圧し圧接することを特徴とする研磨方法。
6. 【請求項６】 上記被研磨基板の表面を上記研磨パッド
   に圧接する際の研磨圧力の制御は、上記気体の圧力によ
   って制御することを特徴とする請求項５記載の研磨方
   法。