JPH1094958A - 基板研磨方法及びこの実施に用いる研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 気体によって基板の裏面を加圧するととも
に、研磨パッドを介して基板の表面に研磨液を供給しな
がら基板の表面を研磨する場合、基板を表面基準で面内
均一性良く研磨できるようにする。 【解決手段】 定盤２と基板ホルダ３との間に基板１を
配置し、基板ホルダ３側から供給する気体によって基板
１の裏面を加圧するとともに、定盤２側から研磨パッド
４を介して基板１の表面に研磨液６を供給しながら、定
盤２及び基板ホルダ３をともに回転させて基板１の表面
を研磨する場合、基板１の裏面を外周部を除いて基板ホ
ルダ３から気体空間２４を介して離間させた状態で位置
決めして基板１の表面を研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板研磨方法、特
に基板を表面基準で研磨する基板研磨方法及びこの実施
に用いる研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体装置を製造す
る場合の出発材料として半導体ウェハ（以下、単にウェ
ハと称する）が用いられる。半導体装置の各製造工程に
おいては、このウェハの表面に対して回路素子を形成す
るための各種のプロセス処理を施すので、ウェハの表面
は予め平坦となるように研磨しておく必要がある。ある
いは、この研磨は、必要に応じて各製造工程の途中にお
いて行われる場合もある。このような研磨は、専用の研
磨装置を用いて行われる。

【０００３】図４は従来の研磨装置を示す断面図であ
る。同図において、１は研磨すべきウェハで、このウェ
ハ１は定盤２とウェハホルダ（基板ホルダ）３との間に
配置される。４は定盤２の表面に貼り付けられた研磨パ
ッド、５は研磨パッド４に研磨液６を供給するノズルで
ある。

【０００４】ウェハホルダ３は、次のような各部品によ
って構成されている。７は基準板で、ウェハ１の裏面と
対向するように配置されて、空気のような気体を供給す
る減圧及び加圧用小孔８を有し、基準板止めねじ９によ
って支持板１０に固定されている。１１は支持板１０の
上方の一対の上板１８・１８間に設けられた自在継手、
１２は支持板１０及び上板１８、１８の中央部に設けら
れた減圧及び加圧用大孔である。１３は基準板７の減圧
及び加圧用小孔８と支持板１０の減圧及び加圧用大孔１
２とを連通させる減圧及び加圧用溝、１４は減圧及び加
圧用溝１３の周囲に設けられたシールリング、１５は基
準板７の表面に張付けられたバッキングパッドである。
基準板７の周囲部にはウェハ１の飛び出しを防止するリ
テーナーリング１６が設けられ、このリテーナーリング
１６はリテーナー止めねじ１７によって支持板１０に固
定されている。

【０００５】このような研磨装置において、ウェハ１の
研磨を行うときは、ウェハホルダ３を構成しているバッ
キングバッド１５の下方にウェハ１を配置した状態で、
減圧及び加圧用小孔８、減圧及び加圧用溝１３及び減圧
及び加圧用大孔１２を経由して外部から減圧吸引して、
ウェハ１の裏面をバッキングパッド１５面に吸着する。
次に、ウェハ１を吸着した状態でウェハホルダ３を定盤
２の上方に配置して、バッキングパッド１５面を減圧あ
るいは常圧状態に保持して、ウェハ１の表面を定盤２の
研磨パッド４に押圧する。続いて、ノズル５から研磨液
６を研磨パッド４に供給しながら、定盤２及びウェハホ
ルダ３をともに回転させてウェハ１の表面を研磨する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来のよう
な研磨装置を用いた研磨方法では、バッキングパッド１
５の厚みむらが直接に研磨圧力のむらとなるため、ウェ
ハ１の研磨面となる表面が均一に研磨されないという問
題があった。

【０００７】すなわち、ウェハ１の研磨面に対して必要
とする表面基準研磨にはならずに、バッキングパッド１
５の厚みむらに依存する裏面基準研磨となってしまった
のである。従って、特に表面に段差が存在するウェハの
平坦化研磨に対しては面内均一性が不十分となるため、
表面基準研磨のできる研磨方法が求められている。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、気体によって基板の裏面を加圧する
とともに、研磨パッドを介して基板の表面に研磨液を供
給しながら基板の表面を研磨する場合、基板を表面基準
で面内均一性良く研磨することができるようにすること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明基板研磨方法は、
定盤と基板ホルダとの間に基板を配置し、基板ホルダ側
から供給する気体によって基板の裏面を加圧するととも
に、定盤側から研磨パッドを介して基板の表面に研磨液
を供給しながら、定盤及び基板ホルダをともに回転させ
て基板の表面を研磨する基板研磨方法であって、基板ホ
ルダによって、基板の裏面を外周部を除いて基板ホルダ
から気体空間を介して離間させた状態で位置決めして基
板の表面を研磨することを特徴とする。

【００１０】従って、本発明基板研磨方法によれば、基
板ホルダによって、基板の裏面を外周部を除いて基板ホ
ルダから浮上させた状態で位置決めして基板の表面を研
磨する。従って、従来のようなバッキングパッドは不要
になるので、基板を表面基準で面内均一性良く研磨する
ことができる。

【００１１】本発明研磨装置は、研磨すべき基板との接
触面に研磨パッドを設けた定盤と、基板の裏面と対向す
るように配置され気体を供給する孔を有する基準板、こ
の基準板の周囲部に高さ方向に収縮可能に配置されて基
板の裏面の外周部を保持するシール用クッション、この
シール用クッションの周囲部に高さ方向に移動可能に配
置されて基板の側面を囲むリテーナーリング、及びこの
リテーナーリングに接して高さ方向に収縮可能に配置さ
れてリテーナーリングを前記のように移動させるリテー
ナークッションを少なくとも設けて前記定盤上に固定さ
れる基板ホルダとを備え、該基板ホルダの基準板の孔か
ら気体を供給して、基板を基準板から気体空間を介して
離間させた状態で位置決めするようにしてなることを特
徴とする。

【００１２】従って、本発明研磨装置によれば、基板の
裏面と対向するように配置され気体を供給する孔を有す
る基準板、この基準板の周囲部に高さ方向に収縮可能に
配置されて基板の裏面の外周部を保持するシール用クッ
ション、このシール用クッションの周囲部に高さ方向に
移動可能に配置されて基板の側面を囲むリテーナーリン
グ、及びこのリテーナーリングに接して高さ方向に収縮
可能に配置されてリテーナーリングを前記のように移動
させるリテーナークッションを少なくとも設けて基板ホ
ルダを構成しているので、基準板の孔から気体を供給し
て、基板を基準板から気体空間を介して離間させた状態
で位置決めすることができる。従って、従来のようなバ
ッキングパッドは不要になるので、基板を表面基準で面
内均一性良く研磨することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示実施の形態に
従って詳細に説明する。

【００１４】図１は本発明基板研磨方法の実施に用いる
研磨装置を示す断面図、図２は研磨装置の主要部である
ウェハホルダ３を示す断面図、図３はウェハホルダ３を
示す底面図である。

【００１５】図１乃至図３において、１は研磨すべきウ
ェハ、２は定盤、３はウェハホルダで、ウェハ１は定盤
２とウェハホルダ３との間に配置される。４は定盤２の
表面に貼り付けられた研磨パッド、５は研磨パッド４に
研磨液６を供給するノズルである。

【００１６】ウェハホルダ３は、次のような各部品によ
って構成されている。７は例えばセラミックやガラスな
どの剛性材料からなり、ウェハ１の裏面と対向するよう
に配置されて、空気のような気体を供給する減圧及び加
圧用小孔８を有する基準板、１０は例えばステンレスや
セラミックなどの材料からなり、基準板７が基準板止め
ねじ９によって固定された支持板である。

【００１７】１１は支持板１０の上方の一対の上板１８
間に設けられた自在継手、１２は支持板１０及び上板１
８の中央部に設けられた減圧及び加圧用大孔、１３は基
準板７の減圧及び加圧用小孔８と支持板１０の減圧及び
加圧用大孔１２とを連通させる減圧及び加圧用溝、１４
は減圧及び加圧用溝１３の周囲部に設けられたシールリ
ングである。基準板７の周囲部には例えば軟質シリコン
ゴムなどの高弾性材料からなり、高さ方向に収縮可能に
シール用クッション１９が配置され、このシール用クッ
ション１９は支持板１０に接している。シール用クッシ
ョン１９は、ウェハ１の裏面の外周部を保持するように
働く。

【００１８】シール用クッション１９の周囲部には例え
ばデルリン、エポキシ樹脂などからなる高さ方向に移動
可能にリテーナーリング１６が配置され、このリテーナ
ーリング１６はリテーナーフリーねじ２０によってリテ
ーナークッション２１を介して支持板１０に固定されて
いる。このリテーナークッション２１は例えば軟質シリ
コンゴムなどの高弾性材料からなり、高さ方向に収縮可
能に配置されている。リテーナーリング１６はリテーナ
ークッション２１の弾性力によって高さ方向に移動させ
られ、ウェハ１の側面方向への飛び出しを防止するよう
に働く。

【００１９】上板１８の周囲部にはフリーねじクランプ
２２が設けられ、このフリーねじクランプ２２はこの突
出端２２ａがリテーナーフリーねじ２０の挿入孔２３内
を昇降可能に配置されており、これによって、リテーナ
ーフリーねじ２０を押圧可能にされている。

【００２０】次に、このような基板研磨装置を用いた基
板研磨方法について説明する。

【００２１】まず、図３に示すように、ウェハホルダ３
を構成しているシール用クッション１９に対して、研磨
すべきウェハ１をこのオリエンテーションフラット１ａ
が所定の位置関係となるようにセットする。これは、減
圧及び加圧用小孔８、減圧及び加圧用溝１３及び減圧及
び加圧用大孔１２を経由して外部から減圧吸引すること
により、図２に示すように、ウェハ１の裏面の外周部が
シール用クッション１９を圧縮した状態で基準板７の表
面に吸着される。このとき、フリーねじクランプ２２は
図２で矢印で示すように、下降状態にしてリテーナーフ
リーねじ２０を押し下げることによって、リテーナーリ
ング１６を最下端に位置させておく。この状態では、リ
テーナーリング１６の底部はウェハ１の表面よりも５０
〜５００μｍ（望ましくは１００〜２００μｍ）下方に
突出している。

【００２２】次に、図１に示すように、ウェハ１を保持
しているウェハホルダ３を定盤２上に配置して、リテー
ナーリング１６が研磨パッド４に接触する位置で固定す
る。続いて、減圧及び加圧用小孔８、減圧及び加圧用溝
１３及び減圧及び加圧用大孔１２を経由して、外部から
空気のような気体を供給すると、ウェハ１は裏面がその
気体によって加圧されるので、基準板７の表面から離れ
て研磨パッド４に押圧される。２４は基準板７とウェハ
１との間に形成された気体空間を示している。これによ
って、ウェハ１は従来のようにバッキングパッドによる
ことなく、気体空間２４によって押圧されるようにな
る。

【００２３】次に、図１で示すように、フリーねじクラ
ンプ２２を矢印で示すように上昇状態にすると、リテー
ナーフリーねじ２０は押さえがなくなるので、リテーナ
ーリング１６はリテーナークッション２１を圧縮させて
ウェハ１の表面と同一高さになるように上昇する。これ
によって、リテーナーふりーねじ２０もこの圧縮分だけ
上昇させられる。続いて、ノズル５から研磨液６を研磨
パッド４に供給しながら、定盤２及びウェハホルダ３を
ともに回転させてウェハ１の表面を研磨する。このよう
な研磨状態で、シール用クッション１９は研磨中の面圧
の揺らぎに対応しながら圧縮量が変化するが、このシー
ル用クッション１９は軟質シリコンゴムなどの高弾性材
料から構成されているので、気体に対するシール効果は
常に保持されている。このように上下動の追従性は良好
であるが、横方向の力に対しては摩擦力が大きいため、
シール用クッション１９に対してウェハ１の回転やずれ
が生ずることはない。従って、ウェハ１はウェハホルダ
３の回転と同期して回転する。

【００２４】また、研磨中に、万一ウェハ１にずれが生
じても、研磨パッド４面に接しているリテーナーリング
１６により、ウェハ１の側面方向への飛び出しは防止さ
れる。さらに、ウェハ１はうねりや反りなどがあって
も、背圧によりウェハ１の研磨面が研磨パッド４面に押
し付けられるので、ほぼ表面基準で研磨することができ
る。このため、例えばＭＯＳＩＣの製造の途中工程にお
いて、層間膜段差を有するウェハの平坦化研磨を行う際
は、パターン段差を面内均一性良く除去することができ
るようになる。

【００２５】このように本発明基板研磨方法によれば、
ウェハ１の裏面を外周部を除いてウェハホルダ３から気
体空間を介して離間させた状態で位置決めしてウェハ１
の表面を研磨するので、次のような効果が得られる。

【００２６】（１）ウェハ１の表面基準研磨ができるの
で、面内均一性が向上する。

【００２７】（２）面内均一性が向上することに伴い、
硬質材料からなる研磨パッド４を用いることができるの
で、段差の平坦化が容易になる。

【００２８】（３）ウェハ１の裏面を非接触で研磨でき
るので、裏面に傷が入らない。

【００２９】（４）ウェハ１の裏面の外周部が常に高弾
性材料からなるシール用クッション１９でシールされて
いるので、加圧による気体のリークを防止できるため、
加圧力が安定する。

【００３０】（５）ウェハ１に存在する反り、うねり、
厚さむらなどの影響をほとんど受けることなく、研磨を
行うことができる。

【００３１】なお、本文中の説明では、一例として半導
体ウェハを研磨する場合に例をあげて説明したが、これ
に限らずウェハ状の基板を研磨する場合には同様に適用
することができる。また、研磨は一枚のウェハを行う場
合に例をあげて説明したが、複数枚を同時に研磨する場
合にも適用することができる。さらに、ウェハホルダを
構成している各部品の具体的材料についても、本文中で
例示したものに限らずに、同等の機能を有するものであ
れば同様に用いることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、基
板の裏面を外周部を除いて基板ホルダから気体空間を介
して離間させた状態で位置決めして基板の表面を研磨す
るので、基板を表面基準で面内均一性良く研磨すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明基板研磨方法の実施に用いる研磨装置を
示す断面図である。

【図２】本発明基板研磨方法の実施に用いる研磨装置の
主要部である基板ホルダを示す断面図である。

【図３】本発明基板研磨方法の実施に用いる研磨装置の
主要部である基板ホルダを示す底面図である。

【図４】従来の研磨装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１…ウェハ（基板）、２…定盤、３…ウェハホルダ（基
板ホルダ）、４…研磨パッド、５…ノズル、６…研磨
液、７…基準板、１０…支持板、１４…シールリング、
１６…リテーナーリング、１９…シール用クッション、
２０…リテーナーフリーねじ、２１…リテーナークッシ
ョン、２２…フリーねじクランプ、２４…気体空間。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 定盤と基板ホルダとの間に基板を配置
   し、該基板ホルダ側から供給する気体によって基板の裏
   面を加圧するとともに、前記定盤側から研磨パッドを介
   して基板の表面に研磨液を供給しながら、前記定盤及び
   基板ホルダをともに回転させて基板の表面を研磨する基
   板研磨方法であって、 前記基板ホルダによって、前記基板の裏面を外周部を除
   いて基板ホルダから気体により離間させた状態で位置決
   めして基板の表面を研磨することを特徴とする基板研磨
   方法。
2. 【請求項２】 基板ホルダによって、基板の側面を囲ん
   だ状態で該基板の表面を研磨することを特徴とする請求
   項１記載の基板研磨方法。
3. 【請求項３】 基板ホルダにシール用クッションを設
   け、該シール用クッションによって基板の裏面の外周部
   を保持し、裏面加圧用気体のリークを防止することを特
   徴とする請求項１記載の基板研磨方法。
4. 【請求項４】 基板ホルダにリテーナーリングを設け、
   該リテーナーリングによって基板の側面を囲むことを特
   徴とする請求項２記載の基板研磨方法。
5. 【請求項５】 基板ホルダのリテーナーリングが定盤の
   研磨パッドに接触する位置で該基板ホルダの高さを固定
   して、基板の裏面の該基板ホルダからの高さ方向におけ
   る距離の位置決めを行うことを特徴とする請求項４記載
   の基板研磨方法。
6. 【請求項６】 研磨すべき基板との接触面に研磨パッド
   を設けた定盤と、 基板の裏面と対向するように配置され気体を供給する孔
   を有する基準板、該基準板の周囲部に高さ方向に収縮可
   能に配置されて基板の裏面の外周部を保持するシール用
   クッション、このシール用クッションの周囲に高さ方向
   に移動可能に配置されて基板の側面を囲むリテーナーリ
   ング、及びこのリテーナーリングに接して高さ方向に収
   縮可能に配置されてリテーナーリングを前記のように移
   動させるリテーナークッションを少なくとも設けて前記
   定盤上に固定される基板ホルダと、 を備え、 前記基板ホルダの基準板の孔から気体を供給して、前記
   基板を基準板から離間させた状態で位置決めするように
   してなることを特徴とする研磨装置。