JP2000343409A - ウェーハ研磨装置及びウェーハ製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハ研磨面の均一性を向上させることが
できるウェーハ研磨装置及びその製造方法を提供するこ
とを目的としている。 【解決手段】 ウェーハ保持ヘッド１は、ヘッド本体２
と、ヘッド本体２内に張られたダイヤフラム５と、流体
室１４に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機構３
０と、研磨すべきウェーハＷの一面を保持するためのキ
ャリア６と、キャリア６の外周に同心状に設けられたリ
テーナリング７と、上向き凸状に形成されその裾部２４
をキャリア６上面に密着させるとともに内部に密閉空間
２５を有するドーム部材２０と、密閉空間２５に連通し
この密閉空間２５の圧力を圧力調整機構３０とは独立し
て調整するための第２圧力調整機構３１とを備えてい
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、半導体製造プロセ
スにおける、半導体ウェーハ表面を研磨する装置に用い
られるウェーハ研磨装置及びウェーハ製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体製造装置の高集積化に伴う
パターンの微細化が進んでおり、特に多層構造の微細な
パターンの形成が容易かつ確実に行われるために、製造
工程中における半導体ウェーハの表面を極力平坦化させ
ることが重要となってきている。その場合、表面の膜を
研磨するために平坦化の度合いが高い化学機械的研磨法
（ＣＭＰ法）が脚光を浴びている。

【０００３】ＣＭＰ法とは、砥粒剤としてＳｉＯ2 を用
いたアルカリ溶液やＳｅＯ2 を用いた中性溶液、あるい
はＡｌ2Ｏ3を用いた酸性溶液等を用いて化学的・機械的
にウェーハ表面を研磨し、平坦化する方法であるが、こ
の方法に用いられるウェーハ研磨装置としては、例えば
図７に示すウェーハ保持ヘッドを具備するものがある。

【０００４】図７において、ウェーハ保持ヘッド５１
は、天板部５３と筒状の周壁部５４とからなるヘッド本
体５２と、ヘッド本体５２内にヘッド軸線に対し垂直に
張られたダイヤフラム５５と、ダイヤフラム５５とヘッ
ド本体５２との間に形成される流体室６４に満たされた
流体圧力を調整する圧力調整機構８０と、ダイヤフラム
５５に固定されこのダイヤフラム５５とともにヘッド軸
線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェーハＷの
一面を保持するためのキャリア５６と、周壁部５４の内
壁とキャリア５６の外周との間に同心状に配置されると
ともに、ダイヤフラム５５に固定されダイヤフラム５５
とともにヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨時
には円盤状に形成されたプラテン１０３上面にわたって
貼付された研磨パッド１０２に当接するリテーナリング
５７とを備えている。

【０００５】研磨されるべきウェーハＷを保持したウェ
ーハ保持ヘッド５１は、図８に示すようなウェーハ研磨
装置１００に設けられたスピンドル１１１に回転可能に
支持されるようになっている。このウェーハ研磨装置１
００は、基台１０５内に設けられたプラテン駆動機構に
よって軸線まわりに回転されるプラテン１０３上面に貼
付された研磨パッド１０２と、この研磨パッド１０２の
上方に対向するように設けられ支柱１０７の間に配置さ
れた上側取付板１０９に支持されているヘッド駆動機構
であるカルーセル１０４と、このカルーセル１０４の下
部に複数取り付けられウェーハ保持ヘッド５１を回転可
能に支持するスピンドル１１１と、カルーセル１０４を
軸線まわりに回転させるカルーセル駆動機構１１０とを
備えたものである。

【０００６】そして、基台１０５から上方に突出し上端
に間隔調整機構１１３を備えた突き合わせ部１１２とこ
の突き合わせ部１１２に対向するように上側取付板１０
９から下方に突出した係止部１１４とを当接させつつ、
ウェーハ保持ヘッド５１に保持されたウェーハＷと研磨
パッド１０２表面とを当接させながらカルーセル１０４
とプラテン１０３とを回転させることにより、ウェーハ
Ｗは研磨パッド１０２との適切な距離を維持しつつ遊星
回転されることによって研磨される。なお、プラテン１
０３の中心位置とウェーハ保持ヘッド５１の公転中心と
を偏芯させて設置することも可能である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このようなフローティ
ング構造を有するウェーハ保持ヘッド５１は、圧力調整
機構８０によって流体室６４に満たされた流体を用い
て、キャリア５６上面に圧力を作用させつつウェーハＷ
の研磨を行うものである。このときキャリア５６上面全
体にはパスカルの原理により均一な圧力が作用してい
る。したがってキャリア５６が平坦である場合には、ウ
ェーハＷは均一な研磨を施される。しかしながら、ウェ
ーハＷが研磨されることによってキャリア５６には接触
圧や加工熱による変形が生じる場合がある。このときウ
ェーハＷは、図９に示すように下向き凸状に変形される
場合が多い。したがってウェーハＷは中心近傍を過研磨
されてしまう。このように、キャリア５６が平坦に形成
されているとしても、研磨されるウェーハＷは均一な研
磨面を得ることができない場合があるといった問題があ
った。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、ウェーハ研磨面の均一性を向上させることが
できるウェーハ研磨装置及びその製造方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、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を保持して前記
研磨パッドにウェーハの一面を当接させるウェーハ保持
ヘッドとを具備し、このウェーハ保持ヘッドと前記プラ
テンとをそれぞれ回転させることにより前記ウェーハを
研磨するウェーハ研磨装置であって、前記ウェーハ保持
ヘッドは、天板部と該天板部の外周下方に設けられた筒
状の周壁部とからなるヘッド本体と、前記ヘッド本体内
にヘッド軸線に対し垂直に張られたダイヤフラムと、前
記ダイヤフラムと前記ヘッド本体との間に形成される流
体室に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機構と、
前記ダイヤフラムに固定されこのダイヤフラムとともに
ヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェ
ーハの一面を保持するためのキャリアと、前記キャリア
上面の圧力分布を調整することによってキャリアに保持
されたウェーハと前記研磨パッドとの当接力分布を制御
する圧力分布調整手段とを備えたことを特徴とする。本
発明によれば、キャリア上面の圧力分布を調整する圧力
分布調整手段を設けたことによりキャリアの変形は矯正
可能となる。したがって、ウェーハと研磨パッドとの当
接力の分布は均一になるので、ウェーハの研磨面は均一
化される。

【００１０】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のウェーハ研磨装置であって、前記圧力分布調整手段
は、上向き凸状に形成されその裾部を前記キャリア上面
に密着させるとともに内部に密閉空間を有するドーム部
材と、前記密閉空間に連通しこの密閉空間の圧力を前記
圧力調整機構とは独立して調整するための第２圧力調整
機構とを備えたことを特徴とする。本発明によれば、キ
ャリア上面に密閉空間を形成させる上向き凸状のドーム
部材を設けるとともにこの密閉空間の圧力を流体室の圧
力とは独立して調整可能としたことにより、キャリアの
変形は矯正可能となるのでウェーハと研磨パッドとの当
接力の分布は均一化される。したがってウェーハは均一
な研磨面を得ることができる。すなわち、例えば第２圧
力調整機構によって密閉空間内部の圧力を高めた場合キ
ャリア上面中心近傍における圧力が高まるのでキャリア
はその中心を下向きに押圧される。したがって、キャリ
アが上向き凸状に変形している場合この変形は矯正され
る。一方、キャリアが下向き凸状に変形している場合に
は密閉空間内部の圧力を負圧にすることによって変形は
矯正される。また、流体室内にドーム部材を配置させた
構成なので、流体室内部の流体圧力によってドーム部材
の半径方向外方、すなわちキャリアの外周近傍の圧力が
高まる。したがって、キャリアが下向き凸状に変形して
いる場合には、流体室の圧力調整によっても変形の矯正
が可能となる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、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を保持
して前記研磨パッドにウェーハの一面を当接させるウェ
ーハ保持ヘッドとを具備し、このウェーハ保持ヘッドと
前記プラテンとをそれぞれ回転させることにより前記ウ
ェーハを研磨するウェーハ研磨工程を含んだウェーハ製
造方法であって、前記ウェーハ保持ヘッドは、天板部と
該天板部の外周下方に設けられた筒状の周壁部とからな
るヘッド本体と、前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し
垂直に張られたダイヤフラムと、前記ダイヤフラムと前
記ヘッド本体との間に形成される流体室に満たされた流
体圧力を調整する圧力調整機構と、前記ダイヤフラムに
固定されこのダイヤフラムとともにヘッド軸線方向に変
位可能に設けられ、研磨すべきウェーハの一面を保持す
るためのキャリアとを備えており、前記キャリアに保持
させたウェーハを前記研磨パッドに当接させつつ回転さ
せるとともに、前記キャリア上面の圧力分布を前記流体
室の圧力とは独立して調整することによって前記キャリ
アに保持されたウェーハと前記研磨パッドとの当接力の
分布を制御しながら研磨を行うことを特徴とする。本発
明によれば、キャリアの上面の圧力分布を調整しつつ研
磨行うことにより、変形の矯正されたキャリアによって
ウェーハの研磨が行われるので、平坦な研磨面を有する
ウェーハを製造することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態による
ウェーハ研磨装置及びウェーハ製造方法を図面を参照し
て説明する。図１は本発明のウェーハ研磨装置の第１実
施形態のうちウェーハ保持ヘッド１を示す断面図であ
る。なおこのウェーハ保持ヘッド１は、例えば図８に示
したカルーセル１０４に設けられたスピンドル１１１に
連結されるものである。

【００１３】図１において、ウェーハ保持ヘッド１は、
天板部３及び筒状に形成された周壁部４からなるヘッド
本体２と、ヘッド本体２の内部に張られた弾性体からな
るダイヤフラム５と、ダイヤフラム５の下面に固定され
た円盤状のキャリア６と、周壁部４の内壁とキャリア６
の外周面に同心状に設けられた円環状のリテーナリング
７と、キャリア６の上面にダイヤフラム５を介して固定
されたドーム部材２０とを備えている。

【００１４】ヘッド本体２は、円板状の天板部３と天板
部３の外周下方に固定された筒状の周壁部４とから構成
され、ヘッド本体２の下端部は開口されて中空になって
いる。天板部３は、カルーセルに連結されるための連結
部であるシャフト部９に同軸に固定されており、シャフ
ト部９には、流路１５が鉛直方向に形成されている。こ
のシャフト部９の外周面には、おねじ部８が形成されて
いる。また、周壁部４の下部には、全周にわたって段部
４ａ及び半径方向内方に突出された円環状の係止部１０
が形成されている。

【００１５】繊維補強ゴムなどの弾性材料からなるダイ
ヤフラム５は円環状または円板状に形成されたものであ
る。また、ダイヤフラム５上面に固定されたドーム部材
２０の上面とヘッド本体２内面との間には流体室１４が
形成されており、シャフト部９に形成された流路１５と
連通されている。そして、流体室１４内部に、圧力調整
機構３０から流路１５を通して、空気をはじめとする流
体が供給されることによって、流体室１４内部の圧力は
調整される。

【００１６】セラミック等の高剛性材料からなるキャリ
ア６はほぼ円盤状に一定の厚さで形成されており、下面
にはウェーハＷを付着させるためのウェーハ付着シート
６ａを備えている。また、リテーナリング７は、周壁部
４の内壁とキャリア６の外周面との間に円環状に形成さ
れており、周壁部４の内壁との間及びキャリア６の外周
面との間に僅かな隙間を空けて、周壁部４及びキャリア
６と同心状に配置されている。またリテーナリング７
は、上端面及び下端面が水平に形成されている。

【００１７】キャリア６の上面にダイヤフラム５を介し
て固定されているドーム部材２０は、上向き凸状に形成
された底部に相当するドーム部２１と、上部に段部２２
を備えた周壁部２３とを備えている。このドーム部材２
０は例えばステンレス鋼やプラスチックなどの剛性を有
する材質によって有底筒状に形成されたものである。ま
たドーム部２１の半径方向外側下面である裾部２４は平
坦面となっており、キャリア６上面のダイヤフラム５と
シール部材２４ａを介して密着されている。そして、こ
のドーム部材２０のドーム部２１の周縁とキャリア６と
は、キャリア固定ボルト１２ａによってダイヤフラム５
を介してキャリア６に固定されている。すなわち、有底
筒状に形成されたドーム部材２０のドーム部２１の周縁
外側下面である裾部２４はキャリア６の上面とダイヤフ
ラム５を介して密着固定されている。そして、ドーム部
材２０のドーム部２１とキャリア６上面との間には、流
体室１４とは独立した密閉空間２５が形成されており、
シール部材２４ａによって流体室１４内の流体と密閉空
間２５内の流体との出入りが防止されている。

【００１８】すなわち、上向き凸状に形成されたドーム
部２１を有するドーム部材２０によって、ヘッド本体２
内部に形成された流体室１４は、半径方向外方の空間を
大きく形成されるとともに、流体室１４の半径方向中心
近傍の空間を小さく形成されたものである。また、キャ
リア６上面に設けられた密閉空間２５の半径方向中心近
傍は大きく形成されているとともに、密閉空間２５の半
径方向外方の空間は小さく形成されている。すなわち密
閉空間２５において、キャリア６上面とドーム部２１と
は半径方向中心位置にて最大距離を有している。また、
密閉空間２５の径はキャリア６の径より小さく設けられ
ているとともに密閉空間２５とキャリア６上面とは同心
状に配置されている。したがって、キャリア６の半径方
向外側上面には流体室１４が配置された構成となってい
る。

【００１９】ドーム部材２０のドーム部２１中心近傍に
は、密閉空間２５に連通しこの密閉空間２５内部の圧力
を調整するための第２圧力調整機構３１が接続されてい
る。すなわち、第２圧力調整機構３１は、シャフト部９
に形成された第２流路３２と、この第２流路３２と内部
空間２５とを連結するゴムなどの弾性体からなるホース
３３とを通して空気などの流体を内部空間２５に供給す
るようになっている。このとき、ホース３３の両端と第
２流路３２及びドーム部材２０との連結部分には、第２
圧力調整機構３１から供給される流体が流体室１４に漏
洩するのを防止するジョイント部３３ａ、３３ｂが設け
られている。

【００２０】したがって密閉空間２５の圧力は、キャリ
ア６の半径方向外側上面に位置する流体室１４の圧力と
は独立して調整されるようになっている。また、第２圧
力調整機構３１は密閉空間２５に流体を供給可能である
とともに密閉空間２５内部の流体を吸引可能なものとな
っている。すなわち密閉空間２５内部は第２圧力調整機
構３１によって正圧または負圧に調整されるようになっ
ている。

【００２１】リテーナリング７とダイヤフラム５とは、
リテーナリング固定リング１３及びリテーナリング固定
ボルト１３ａによって連結されている。また、ダイヤフ
ラム５は、周壁部４の内壁に形成された段部４ａとダイ
ヤフラム固定リング１１及びダイヤフラム固定ボルト１
１ａによって固定されている。

【００２２】ドーム部材２０の周壁部２３に円環状に形
成された段部２２は、天板部３から鉛直方向に挿通され
たナット１９及びスぺーサー１９ａによって固定されて
いるストッパーボルト１８の下端に形成された段部１８
ａと係合されるようになっている。そして、ウェーハ保
持ヘッド１が、例えば昇降機構によって上昇し、キャリ
ア６などの自重によってダイヤフラム５が下方にたわん
でも、段部２２と段部１８ａとが係合することにより、
ダイヤフラム５に過剰な力を作用させないようになって
いる。

【００２３】リテーナリング７の外周面には段部７ａが
形成されており、ウェーハ保持ヘッド１が昇降機構によ
って上昇した際、段部７ａと係止部１０とが係合するこ
とによってリテーナリング７の下方向への過剰な移動を
抑え、ダイヤフラム５に局所的な力を作用させないよう
になっている。そして、これらキャリア６及びリテーナ
リング７は、ダイヤフラム５の弾性変形によって軸線方
向に移動可能となったフローティング構造となってい
る。

【００２４】このように構成されたウェーハ保持ヘッド
１は、おねじ部８をスピンドルに螺着することによって
カルーセルに連結される。このウェーハ保持ヘッド１を
用いてウェーハＷの研磨を行う場合、まずウェーハＷ
は、キャリア６の下面に設けられたウェーハ付着シート
６ａに付着される。そして、ウェーハＷはリテーナリン
グ７によって周囲を係止されつつ、その表面をプラテン
１０３上面に貼付された研磨パッド１０２に当接させら
れる。なお、研磨パッド１０２の材質には、従来よりウ
ェーハの研磨に使用されていたものであればいずれでも
良く、例えばポリエステル等からなる不織布にポリウレ
タン樹脂等の軟質樹脂を含浸させたベロアタイプパッ
ド、ポリエステル等の不織布を基材としてその上に発泡
ポリウレタン等からなる発泡樹脂層を形成したスエード
タイプパッド、あるいは独立発泡させたポリウレタン等
からなる発泡樹脂シートが使用される。

【００２５】次に、圧力調整機構３０から空気などの流
体を流路１５に供給させる。供給された流体は流体室１
４に流入される。流入された流体は、流体室１４内の圧
力を調節し、キャリア６及びリテーナリング７の研磨パ
ッド１０２への押圧圧力を調節する。キャリア６及びリ
テーナリング７はダイヤフラム５に支持された、それぞ
れ独立して上下方向に変位可能なフローティング構造と
なっており、流体室１４内部の圧力によって研磨パッド
１０２への押圧圧力が調節可能となっている。

【００２６】これと同時に第２圧力調整機構３１によっ
て密閉空間２５内部の圧力を調整し、キャリア６の変形
を矯正する。例えば第２圧力調整機構３１の駆動を解い
た状態の場合、図２に示すようにキャリア６の上面に作
用する圧力は、流体室１４によるキャリア６の半径方向
外側における上面のみに作用される。このときドーム部
材２０の形状とパスカルの原理とにより、半径方向外側
の圧力が高くなっている。すなわち図９に示したよう
に、例えばキャリア６が下向き凸状に変形された状態に
おいては、ドーム部材２０の形状を利用した流体室１４
の圧力のみによる受動的な圧力制御を施すことによっ
て、キャリア６は外周側のみが下方に向かって押圧され
るので変形を矯正される。なおドーム部材２０の形状
は、キャリア６の上面全体に作用する力の単位面積あた
りの平均値とリテーナリング７の上面全体に作用する力
の単位面積あたりの平均値とが等しくなるように設定さ
れている。

【００２７】また、キャリア６が大きく下向き凸状に変
形されている状態（すなわち、ウェーハＷは中心側を過
研磨されている状態）においては、図３に示すように、
第２圧力調整機構３１によって密閉空間２５の圧力が負
圧になるようにする。このときキャリア６上面の半径方
向外側は流体室１４の圧力によって下向きの力を作用さ
れ、一方、キャリア６上面の半径方向中心側は上向きの
力を作用されるので、大きく下向き凸状に変形されてい
るキャリア６の形状は矯正される。

【００２８】さらに、図４に示すように、流体室１４の
圧力と密閉空間２５との圧力が均一になるように第２圧
力調整機構３１を調整し、キャリア６上面に作用する圧
力分布を均一なものにすることももちろん可能である。

【００２９】キャリア６が上向き凸状に変形している場
合には、密閉空間２５内部の圧力を上昇させ、図５に示
すようにキャリア６の上面中心側の圧力を高めることに
よって変形は矯正される。

【００３０】こうして圧力調整機構３０及び第２圧力調
整機構３１によってキャリア６に保持されたウェーハＷ
及びリテーナリング７の研磨パッド１０２への押圧力を
調節しつつウェーハ保持ヘッド１を遊星回転させるとと
もに、図示しない研磨剤供給手段から研磨剤を研磨パッ
ド１０２表面やウェーハＷの研磨面に供給しつつプラテ
ン１０３を回転させることによりウェーハＷは研磨され
る。

【００３１】そして、ウェーハＷの研磨面が平坦化され
て所望の研磨面を得たら、ウェーハ保持ヘッド１の流体
室１４及び密閉空間２５の圧力を除々に低下させてウェ
ーハＷと研磨パッド１０２との当接力を低下させ、ウェ
ーハＷの研磨を終了する。

【００３２】このように、キャリア６の上面に設けられ
た密閉空間２５を有するドーム部材２０と、この密閉空
間２５の圧力を調整するための第２圧力調整機構３１
と、ドーム部材２０外方に位置する流体室１４の圧力を
調整する圧力調整機構３０とを備えた圧力分布調整手段
によってキャリア６の変形は矯正可能となる。したがっ
て、ウェーハＷと研磨パッド１０２との当接力の分布は
均一になるので、ウェーハＷの研磨面は均一化される。

【００３３】キャリア６上面にこのキャリア６より小径
の密閉空間２５を有する上向き凸状のドーム部材２０を
同心状に設けたことにより、圧力調整機構３０によって
ドーム部材２０外方の流体室１４に満たされた流体はド
ーム部材２０の半径方向外側、すなわちキャリア６上面
の半径方向外側の圧力を高める。したがって、例えばキ
ャリア６が下向き凸状に変形している場合には、第２圧
力調整機構３１を駆動させることなく、流体室１４内部
の流体圧力のみによってキャリア６の変形は矯正され
る。すなわち、ドーム部材２０の配置位置及び形状を利
用した受動的な圧力制御によって変形矯正を行うことが
できる。

【００３４】さらに、密閉空間２５は、流体を供給・吸
引可能な第２圧力調整機構３１によって能動的に圧力制
御されることにより、キャリア６は凸状または凹状に変
形された状態であっても確実に矯正される。

【００３５】このように、ドーム部材２０の形状と流体
室１４の流体圧力とを用いた受動的な制御と、密閉空間
２５の第２力調整機構３１による能動的な圧力制御とを
併用したキャリア６上面の圧力分布制御によって、キャ
リア６の変形は確実に矯正される。したがって、キャリ
ア６及びリテーナリング７のフローティング効果を維持
しつつウェーハＷの研磨面は均一化される。

【００３６】なおドーム部材２０は、キャリア６上面に
配置され圧力調整可能な密閉空間２５を有するものであ
ればよい。すなわちドーム形状に限らず４角形をはじめ
とする多角形状など、受動的な制御時においてキャリア
６上面における半径方向中心側と外側との圧力を異にす
るとともに、密閉空間２５の圧力が能動的に制御可能な
構成であれば、その形状は種々選択することができる。

【００３７】なお、図９のような下向き凸状に変形され
たキャリア６を矯正する場合に限れば、図６に示すウェ
ーハ保持ヘッド４０ような構成とすることも可能であ
る。すなわちウェーハ保持ヘッド４０は、天板部３とこ
の天板部３の外周下方に設けられた筒状の周壁部４とか
らなるヘッド本体２と、ヘッド本体２内にヘッド軸線に
対し垂直に張られたダイヤフラム５と、ダイヤフラム５
とヘッド本体２との間に形成される流体室１４に満たさ
れた流体圧力を調整する圧力調整機構３０と、ダイヤフ
ラム５に固定されこのダイヤフラム５とともにヘッド軸
線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェーハＷの
一面を保持するためのキャリア６と、周壁部４の内壁と
キャリア６の外周との間に同心状に配置されるととも
に、ダイヤフラム５に固定されダイヤフラム５とともに
ヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨時には研磨
パッド１０２に当接するリテーナリング７とを備えてい
る。

【００３８】キャリア６の上面には、圧力調整機構３０
とは独立して設けられたキャリアチューブ圧力調整機構
４２に接続されたキャリアチューブ４１が設けられてい
る。このキャリアチューブ４１はキャリア６の上面にお
ける半径方向外側に円環状に配されたものであって、キ
ャリア６の上面に設けられた円環状の溝４３に配されて
いる。この溝４３は断面円弧状に形成されており、キャ
リアチューブ４１の下面はこの溝４３の内面に当接ある
いは接着されている。また、ヘッド本体２にはこの溝４
３に対向するように円環状の取付部４４が設けられてお
り、キャリアチューブ４１の上面が当接されるようにな
っている。

【００３９】キャリアチューブ４１は、キャリアチュー
ブ圧力調整機構４２とパイプ４５によって連結されてお
り、流体室１４とは独立して圧力調整されるようになっ
ている。このキャリアチューブ４１は、各種ゴムやエラ
ストマーなどの弾性材料からなる全周にわたって空洞状
に形成されたものであり、キャリアチューブ圧力調整機
構４２によってその空洞内部の圧力を上昇させられると
断面方向に拡径するようになっている。すなわち、キャ
リアチューブ４１はその内部圧力に応じて断面の径を変
化させるようになっている。

【００４０】リテーナリング７の上面にはリングチュー
ブ圧力調整機構４９と接続した円環状のリテーナリング
チューブ４６が設けられている。このリテーナリングチ
ューブ４６はリテーナリング７の上面に円環状に設けら
れた溝４７とヘッド本体２に設けられこの溝４７に対向
するように形成された円環状の取付部４８との間に支持
されている。

【００４１】リテーナリングチューブ４６はリングチュ
ーブ圧力調整機構４９とチューブ４９ａによって連結さ
れており、このリングチューブ圧力調整機構４９によっ
て、圧力調整機構３０及びキャリアチューブ圧力調整機
構４２と独立して圧力調整されるようになっている。こ
のリテーナリングチューブ４６はキャリアチューブ４１
と同様、各種ゴムやエラストマーなどの弾性材料によっ
て形成されており、内部圧力に応じて断面の径を変化さ
せるようになっている。

【００４２】このように構成されたウェーハ保持ヘッド
４０を用いてウェーハＷの研磨を行う場合は、第１実施
形態と同様、研磨されるべきウェーハＷをキャリア６の
下面に設けられたウェーハ付着シート６ａに付着させる
とともに、ウェーハＷの周囲をリテーナリング７によっ
て係止させつつ、その表面をプラテン１０３上面に貼付
された研磨パッド１０２に当接させる。

【００４３】そして、圧力調整機構３０によって流体室
１４内の圧力を調整して、キャリア６に保持されたウェ
ーハＷ及びリテーナリング７の研磨パッド１０２への押
圧力を調節するとともに、キャリアチューブ圧力調整機
構４２によってキャリアチューブ４１の圧力を調整す
る。すなわち、キャリア６が下向き凸状に反るように変
形している場合にはキャリアチューブ４１に流体を送っ
てこのキャリアチューブ４１を拡径させる。キャリアチ
ューブ４１はキャリア６上面の半径方向外周部分に設け
られているため、キャリアチューブ４１の拡径に伴って
キャリア６の外側部分はプラテン１０３側に押圧され
る。このため、下向き凸状に変形されていたキャリア６
は、その反りを矯正されるように平坦化される。

【００４４】これと同時にリングチューブ圧力調整機構
４９によってリテーナリングチューブ４６の圧力を、キ
ャリアチューブ４１とは独立して調整する。そして、プ
ラテン１０３を回転させるとともにウェーハ保持ヘッド
４０を遊星回転させ、これと同時に図示しない研磨剤供
給手段から研磨剤を研磨パッド１０２表面やウェーハＷ
の研磨面に供給させることによりウェーハＷは研磨され
る。

【００４５】このようにキャリア６上面外側は、円環状
のキャリアチューブ４１によってプラテン１０３方向に
押圧されるため、キャリア６の下向き凸状の変形は矯正
されてウェーハＷは均一に研磨される。さらに、リテー
ナリング７のプラテン１０３に対する押圧力も、リング
チューブ圧力調整機構４９に接続されたリテーナリング
チューブ４６によって調整可能となり、安定した研磨が
実現される。

【００４６】また、それぞれのチューブ４１、４６を、
円弧状に形成された溝４３、４７及び取付部４４、４８
の間に嵌め込んだ構成としたので、チューブ４１、４６
が拡径してもその位置が半径方向にずれることがない。
したがって、チューブの位置ずれによる圧力の不均一の
発生は防止される。特にキャリアチューブ４１の位置ず
れを防止させたことにより、キャリア６は半径方向外側
のみが確実に押圧されるようになる。

【００４７】なお、このリテーナリングチューブ４６及
びこの圧力を調整するためのリングチューブ圧力調整機
構４９を、図１に示したウェーハ保持ヘッド１に設ける
ことももちろん可能である。すなわち、ヘッド本体２内
にヘッド軸線に対し垂直に張られたダイヤフラム５と、
流体室１４に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機
構３０と、研磨すべきウェーハＷの一面を保持するため
のキャリア６と、周壁部４の内壁とキャリア６の外周面
に同心状に設けられた円環状のリテーナリング７と、上
向き凸状に形成されその裾部２４をキャリア６上面に密
着させ内部に密閉空間２５を有するドーム部材２０と、
密閉空間２０内部の圧力を調整するための第２圧力調整
機構３１と、リテーナリング７とヘッド本体２との間に
設けられたリテーナリングチューブ４６と、このリテー
ナリングチューブ４６の内部圧力を調整することによっ
てリテーナリング７と研磨パッド１０２との当接力を調
整するリングチューブ調整機構４９とを備えたウェーハ
研磨ヘッドを構成することが可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明のウェーハ研磨装置及びウェーハ
製造方法は、以下のような効果を有するものである。 （１）請求項１に記載の発明によれば、キャリア上面の
圧力分布を調整する圧力分布調整手段を設けたことによ
りキャリアの変形は矯正可能となる。したがって、ウェ
ーハと研磨パッドとの当接力の分布は均一になるので、
ウェーハの研磨面は均一化される。 （２）請求項２に記載の発明によれば、キャリア上面に
密閉空間を形成させる上向き凸状のドーム部材を設ける
とともにこの密閉空間の圧力を流体室の圧力とは独立し
て調整可能としたことにより、キャリアの変形は矯正可
能となるのでウェーハと研磨パッドとの当接力の分布は
均一化される。そして、ドーム部材及び流体室圧力を用
いた受動的な圧力制御と、密閉空間の第２圧力調整機構
による能動的な圧力制御とを併用することにより、キャ
リアの変形が大きくても確実に矯正される。したがって
ウェーハは均一に研磨される。 （３）請求項３に記載の発明によれば、キャリアの上面
の圧力分布を調整しつつ研磨行うことにより、変形の矯
正されたキャリアによってウェーハの研磨が行われるの
で、平坦な研磨面を有するウェーハを製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウェーハ研磨装置の一実施形態に係わ
るウェーハ保持ヘッドの断面図である。

【図２】圧力分布調整手段によってキャリアの変形が矯
正される様子を説明する図である。

【図３】圧力分布調整手段によってキャリアの変形が矯
正される様子を説明する図である。

【図４】圧力分布調整手段によってキャリアの変形が矯
正される様子を説明する図である。

【図５】圧力分布調整手段によってキャリアの変形が矯
正される様子を説明する図である。

【図６】本発明のウェーハ研磨装置の他の実施形態に係
わるウェーハ保持ヘッドの断面図である。

【図７】従来のウェーハ研磨装置に係わるウェーハ保持
ヘッドの断面図である。

【図８】ウェーハ研磨装置全体を説明するための図であ
る。

【図９】キャリアが変形された状態を説明する図であ
る。

【符号の説明】 １ ウェーハ保持ヘッド ２ ヘッド本体 ３ 天板部 ４ 周壁部 ５ ダイヤフラム ６ キャリア ７ リテーナリング １４ 流体室 １５ 流路 ２０ ドーム部材 ２４ 裾部 ２５ 密閉空間 ３０ 圧力調整機構 ３１ 第２圧力調整機構 １０２ 研磨パッド １０３ プラテン Ｗ ウェーハ

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA16 AB04 AB06 AC04 BA05 BB04 CB01 DA02 DA06 DA17

Claims (3)

【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を保持して前記研磨パッドにウ
   ェーハの一面を当接させるウェーハ保持ヘッドとを具備
   し、 このウェーハ保持ヘッドと前記プラテンとをそれぞれ回
   転させることにより前記ウェーハを研磨するウェーハ研
   磨装置であって、 前記ウェーハ保持ヘッドは、天板部と該天板部の外周下
   方に設けられた筒状の周壁部とからなるヘッド本体と、 前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し垂直に張られたダ
   イヤフラムと、 前記ダイヤフラムと前記ヘッド本体との間に形成される
   流体室に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機構
   と、 前記ダイヤフラムに固定されこのダイヤフラムとともに
   ヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェ
   ーハの一面を保持するためのキャリアと、 前記キャリア上面の圧力分布を調整することによってキ
   ャリアに保持されたウェーハと前記研磨パッドとの当接
   力分布を制御する圧力分布調整手段とを備えたことを特
   徴とするウェーハ研磨装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のウェーハ研磨装置であ
   って、 前記圧力分布調整手段は、上向き凸状に形成されその裾
   部を前記キャリア上面に密着させるとともに内部に密閉
   空間を有するドーム部材と、 前記密閉空間に連通しこの密閉空間の圧力を前記圧力調
   整機構とは独立して調整するための第２圧力調整機構と
   を備えたことを特徴とするウェーハ研磨装置。
3. 【請求項３】 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を保持して前記研磨パッドにウ
   ェーハの一面を当接させるウェーハ保持ヘッドとを具備
   し、 このウェーハ保持ヘッドと前記プラテンとをそれぞれ回
   転させることにより前記ウェーハを研磨するウェーハ研
   磨工程を含んだウェーハ製造方法であって、 前記ウェーハ保持ヘッドは、天板部と該天板部の外周下
   方に設けられた筒状の周壁部とからなるヘッド本体と、 前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し垂直に張られたダ
   イヤフラムと、 前記ダイヤフラムと前記ヘッド本体との間に形成される
   流体室に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機構
   と、 前記ダイヤフラムに固定されこのダイヤフラムとともに
   ヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェ
   ーハの一面を保持するためのキャリアとを備えており、 前記キャリアに保持させたウェーハを前記研磨パッドに
   当接させつつ回転させるとともに、 前記キャリア上面の圧力分布を前記流体室の圧力とは独
   立して調整することによって前記キャリアに保持された
   ウェーハと前記研磨パッドとの当接力分布を制御しなが
   ら研磨を行うことを特徴とするウェーハ製造方法。