JP2001308047A - ウエハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ研磨装置において、ウエハを研磨布に
押圧する際、押圧するガス圧をウエハ全面にわたって均
等になるようにし、研磨量均一性の向上を図る。 【解決手段】 研磨布２が貼り付けられ回転軸９まわり
に回転する研磨テーブル３と、複数の貫通孔５を有しウ
エハ１を保持するウエハ保持板４を下端部に備えた研磨
支持体６ａと、この研磨支持体６ａ内に加圧ガスを導入
しウエハ保持板４の貫通孔５を介してウエハ１を研磨布
２に押圧してウエハ面の研磨を行なうウエハ研磨装置に
おいて、研磨支持体６ａ内のウエハ保持板４の直上に、
加圧ガスを均等に分散させるための貫通孔を有するガス
分散板１０を設け、ガス分散板１０は複数枚で構成され
てＯリング１１を介して重ね合わされ、各分散板の間に
ガス流路となる間隔が形成され、また、各分散板は段階
的に貫通孔数および貫通孔位置を変えて設置されてい
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、半導体装置の製造
工程で使用するウエハ研磨装置に関し、特に、配線パタ
ーンや絶縁膜の形成された半導体ウエハ表面をＣＭＰ
（化学機械的研磨）技術によって平坦化するウエハ研磨
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化、微細化が
進むにつれて半導体ウエハ（以下単にウエハと称する）
の表面に形成される配線パターンも多層構造となり、配
線層の有る部分と絶縁層だけの部分とではウエハ表面上
で段差が発生する。そのため、引き続いて行われるリソ
グラフィ工程においてウエハ表面に凹凸があると十分な
解像度が得られず、微細加工が困難になるという事態が
発生している。

【０００３】この凹凸をなくしウエハ表面を平坦化する
ための方法の一つとして、研磨テーブルに貼り付けられ
た研磨布にウエハの配線パターン形成面（主面）を押し
付け、凹凸部を研磨してウエハ主面を平坦化するＣＭＰ
技術によるウエハ研磨装置が用いられている。

【０００４】このＣＭＰ技術によるウエハ主面の研磨の
際には、ウエハ主面の凹凸を無くし研磨面を平坦化する
という目的のほかに、研磨面全体にわたってより高い研
磨量の均一性が要求されている。しかし、ウエハ主面に
おける絶縁膜と配線金属層とでは硬度差があり、また、
研磨布の剛性にもバラツキがあるため研磨量均一性を得
ることは容易ではない。さらに、配線パターン形成前の
ウエハの平坦性や、ウエハを吸着保持する研磨支持体の
ウエハ保持板の平坦性が研磨量の均一性に大きな影響を
与える。

【０００５】通常、ウエハ主面の研磨量は１μｍ以下の
精度が要求されているため、上記のような不具合が重な
ると、この精度の下での研磨量均一性を得ることは困難
となる。特に、ウエハを研磨布に押圧する際、ウエハを
保持する研磨支持体によって加えられる加圧力は、研磨
装置の機械的構造に起因してバラツキがあるため、ウエ
ハ全面にわたり均等な圧力で押圧することには限界があ
る。

【０００６】そこで、ウエハ全面を均等な加圧力で研磨
布に押し付ける手段として、研磨支持体に真空吸着保持
したウエハを研磨テーブルの所定位置に加圧接触させた
後、研磨支持体内の減圧を逆に加圧ガスに切り換え、こ
の加圧ガスの圧力によってウエハを研磨布に押圧する研
磨装置が用いられている。

【０００７】この加圧ガスを用いた従来のウエハ研磨装
置の主要部の断面図を図３に示している。図３におい
て、従来のウエハ研磨装置は、研磨布２を貼り付けた研
磨テーブル３を備え、研磨支持体６に取り付けられたウ
エハ保持板４にウエハ１を真空吸着し、研磨支持体６を
降下させて回転させ、ウエハ１を研磨布２に押圧すると
同時に真空を加圧ガスに切り換え、この加圧されたガス
７でさらにウエハ１を押し付ける構造となっている。ウ
エハ保持板４には複数の貫通孔５が均等に明けられ、貫
通孔５はウエハ１が研磨テーブル３上の所定の位置に押
圧接触されるまでは、ウエハ１を保持するための真空吸
引孔として作用し、加圧ガス導入後はウエハ１の加圧手
段として作用する。

【０００８】さらに、図示していないが従来の他のウエ
ハ研磨装置として、特開平９−１５５７２１号公報にあ
るように、貫通孔のそれぞれに圧力ガス配管を接続し、
各配管毎にガス圧を制御するようにした研磨装置も提案
されている。

【０００９】このように、ガス圧力によってウエハ研磨
面を研磨布に押圧して研磨を行なう装置は、ウエハ研磨
面に均等にガス圧力が作用するため、ウエハ全面にわた
って研磨量が均一になるという利点がある。しかし、ウ
エハ面内でのより高い研磨量均一性を得るためには、１
枚のウエハ保持板に設けた複数の貫通孔によってガス圧
を分散させるだけでは不十分であり、また、ガス圧の偏
りを貫通孔毎に制御し補正する方法は、コストの面でも
構造的な面でも不利は免れない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、ガス圧を用
いてウエハを研磨布に押圧してウエハ主面の研磨を行な
う際、コスト的にも有利で、かつ構造的にも容易なウエ
ハ研磨装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のウエハ研磨装置
は、研磨布が貼り付けられ回転軸まわりに回転する研磨
テーブルと、複数の貫通孔を有し半導体ウエハを保持す
るウエハ保持板を下端部に備えた研磨支持体と、この研
磨支持体内に加圧ガスを導入し前記ウエハ保持板の貫通
孔を介して半導体ウエハを前記研磨布に押圧してウエハ
面の研磨を行なうウエハ研磨装置において、前記研磨支
持体内のウエハ保持板の直上に、加圧ガスを均等に分散
させるためのガス分散板を設けたことを特徴とする。

【００１２】また、前記ガス分散板は、複数枚が重ね合
わされていることを特徴とし、また、前記ガス分散板
は、複数枚がＯリングを介して重ね合わされ、各分散板
の間にガス流路となる間隔が形成されていることを特徴
とし、また、前記ガス分散板は、複数枚が段階的に貫通
孔数および貫通孔位置を変えて設置されていることを特
徴とし、また、前記ガス分散板は、１次側の分散板より
順に貫通孔数を増やして行くことを特徴とし、また、前
記ガス分散板は、各分散板の貫通孔位置が重ならないよ
うに配置されていることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明のウエハ研磨装置に
ついて、その一実施の形態を図面を参照して詳細に説明
する。図１は一実施の形態の主要部を示す断面図であ
る。図２は図１に示すガス分散板の平面図である。

【００１４】図１に示すように、研磨テーブル３はステ
ンレス材などから構成され、図示しないモータによって
回転軸９まわりに回転できる。研磨テーブル３にはウエ
ハ１の主面を研磨するための研磨布２が貼り付けられて
いる。また、研磨テーブル３の上方には、ウエハ１を保
持し研磨布２に押圧するための研磨支持体６ａが設けら
れている。研磨支持体６ａはセラミック材などから構成
され、図示しないモータによって回転軸１３まわりに回
転できるとともに、上下方向動作さらには水平方向の揺
動動作を可能にしている。

【００１５】この研磨支持体６ａの下部には、ウエハ１
を吸着保持するとともに研磨時にはウエハ１を加圧する
ウエハ保持板４と、研磨時にウエハ１が飛び出さないよ
うにするためのガイドリング８が設けられている。ウエ
ハ保持板４には複数の貫通孔５が均等に配置されて明け
られており、この貫通孔５は、ウエハ１を保持するとき
は図示しない真空ポンプ等によって減圧されて吸引孔の
働きをし、ウエハ１を研磨布２に押圧するときは、図示
しないコンプレッサ等によって加圧されたガス７が入り
込む孔となる。

【００１６】さらに、研磨支持体６ａ内のウエハ保持板
４の直上には、本発明の特徴であるガス分散板１０が取
り付けられている。この分散板を取り付けた理由は、ウ
エハ保持板４に明けられた複数の貫通孔５だけでは、た
とえ孔位置が均等配置されて明けられていたとしても、
ウエハ裏面に導入されるガス圧を均一に分散させるには
なお不十分であるとの発想に基づいている。そこで、こ
の加圧ガスがより均一にウエハ裏面に分散するようにガ
ス分散板を設置し、これによりウエハ面内でのより高い
研磨量の均一性を得ようとするものである。

【００１７】以下に、このガス分散板の構造について説
明する。本実施の形態では、分散板の枚数を３枚として
説明しているが、特に枚数にこだわるものではない。図
１に示すように、ガス分散板１０はセラミック材あるい
はアルミニウム材から形成され、上から順に１次分散板
１０ａ、２次分散板１０ｂ、３次分散板１０ｃの３枚を
重ね合わせる。そして、各ガス分散板は、その周辺部に
Ｏリング１１を介在させて重ね合わせることによって、
それぞれ気密性を保つとともに各分散板間に形成される
間隔はガス流路として作用する。このようにして重ね合
わされたガス分散板１０は、ネジ等によってウエハ保持
板４を研磨支持体６ａに取り付けるときに、同時に押し
込むようにして各Ｏリング１１を介して固定される。ま
た、各ガス分散板には、それぞれ複数の貫通孔１２ａ、
１２ｂ、１２ｃが均等配置されて明けられている。

【００１８】次に、各ガス分散板の貫通孔の配置につい
て説明する。図２は各ガス分散板の平面図で、図（ａ）
は１次分散板１０ａを示し、図（ｂ）は２次分散板１０
ｂを示し、図（ｃ）は３次分散板１０ｃを示している。

【００１９】まず、図２（ａ）に示すように、１次分散
板１０ａには貫通孔１２ａが６０度方向に各列３個とな
るように明けられている。また、図２（ｂ）に示すよう
に、２次分散板１０ｂには貫通孔１２ｂが６０度方向に
各列６個ずつ明けられている。また、図２（ｃ）に示す
ように、３次分散板１０ｃには貫通孔１２ｃが６０度方
向に各列８個ずつ明けられている。

【００２０】このように、ガス分散板は１次側から順に
段階的に貫通孔数を増やして行き、孔列の角度を合わせ
て重ね合わせたときに各分散板の孔位置が重ならないよ
うにずらして配置されている。また、最下段の３次分散
板はウエハ保持板と孔数および孔位置を一致させるのが
好ましい。

【００２１】次に、本発明の一実施の形態の動作につい
て、図１を参照して説明する。本実施の形態に用いる被
研磨ウエハは、シリコン基板上にアルミニウムなどの配
線パターンが形成され、その上に酸化シリコンなどの絶
縁膜が形成されて表面が凹凸状になったウエハであり、
このウエハの微細な凹凸の研磨を行なうことによって研
磨量均一化を図るものである。

【００２２】まず、研磨テーブル３を図示していないモ
ータによって回転軸９まわりに回転させ、研磨布２上に
ＣＭＰを行なうための研磨溶剤を図示していないノズル
から供給する。次いで、ウエハ１の研磨面を下向きにし
裏面側をウエハ保持板４に真空吸着保持した研磨支持体
６ａを、研磨テーブル３上の所定の位置に移動させ、こ
の研磨支持体６ａを降下させてウエハ１を研磨布２に押
圧する。

【００２３】次いで、研磨支持体６ａによる加圧および
揺動動作と、研磨テーブル３の回転による相対運動によ
ってウエハ１の研削が始まると、研磨支持体６ａの内部
を、真空ポンプによる減圧状態からコンプレッサによっ
て加圧されたガス７による加圧状態に切り換える。

【００２４】加圧されたガス７は、まず、１次分散板１
０ａの貫通孔１２ａにより均等に分散されて１次分散板
１０ａと２次分散板１０ｂとの間の間隔に流れ込み、次
いで、２次分散板１０ｂの貫通孔１２ｂによりさらに均
等に分散されて２次分散板１０ｂと３次分散板１０ｃと
の間の間隔に流れ込み、次いで、３次分散板１０ｃの貫
通孔１２ｃによりさらに均等に分散されて３次分散板１
０ｃと加圧板４との間の間隔に流れ込み、最終的にウエ
ハ保持板４の貫通孔５に達する。

【００２５】このようにして、ガス分散板１０を経由し
たガス７は、最終的にウエハ保持板４の複数の貫通孔５
にそれぞれより均等に分散され、その結果、ガス圧力が
ウエハ裏面に均一に分散されてウエハ研磨面内でのより
高い研磨量の均一性を得ることが可能となる。

【００２６】以上、ガス分散板を備えたウエハ研磨装置
について述べてきたが、分散板の枚数や孔数、孔位置な
どは必要に応じて設定を変更すればよい。いずれにして
も、本発明に係るガス分散板は、１次側より孔数を増や
して行き、孔の位置も変えながら段階的に装着させるこ
とでウエハ裏面にガスを均一に分散させることを可能に
するものである。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、ガス分散板を設けたこ
とによってウエハ裏面に加わるガス圧を均一に分散でき
るので、ウエハ研磨面においてより高い研磨量均一性の
向上を図ることができる。また、ガス分散板は構造的に
も簡単であるため、コスト的にも有利なウエハ研磨装置
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における一実施の形態の主要部を示す断
面図である。

【図２】本発明に用いるガス分散板の平面図で、同図
（ａ）は１次分散板を示し、同図（ｂ）は２次分散板を
示し、同図（ｃ）は３次分散板を示す。

【図３】従来のウエハ研磨装置の主要部を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ ウエハ ２ 研磨布 ３ 研磨テーブル ４ ウエハ保持板 ５ 貫通孔 ６、６ａ 研磨支持体 ７ ガス ８ ガイドリング ９ 回転軸 １０ ガス分散板 １０ａ １次分散板 １０ｂ ２次分散板 １０ｃ ３次分散板 １１ Ｏリング １２ａ、１２ｂ、１２ｃ 貫通孔 １３ 回転軸

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨布が貼り付けられ回転軸まわりに回
   転する研磨テーブルと、複数の貫通孔を有し半導体ウエ
   ハを保持するウエハ保持板を下端部に備えた研磨支持体
   と、この研磨支持体内に加圧ガスを導入し前記ウエハ保
   持板の貫通孔を介して半導体ウエハを前記研磨布に押圧
   してウエハ面の研磨を行なうウエハ研磨装置において、
   前記研磨支持体内のウエハ保持板の直上に、加圧ガスを
   均等に分散させるためのガス分散板を設けたことを特徴
   とするウエハ研磨装置。
2. 【請求項２】 前記ガス分散板は、複数枚が重ね合わさ
   れていることを特徴とする請求項１記載のウエハ研磨装
   置。
3. 【請求項３】 前記ガス分散板は、複数枚がＯリングを
   介して重ね合わされ、各分散板の間にガス流路となる間
   隔が形成されていることを特徴とする請求項２記載のウ
   エハ研磨装置。
4. 【請求項４】 前記ガス分散板は、複数枚が段階的に貫
   通孔数および貫通孔位置を変えて設置されていることを
   特徴とする請求項２記載のウエハ研磨装置。
5. 【請求項５】 前記ガス分散板は、１次側の分散板より
   順に貫通孔数を増やして行くことを特徴とする請求項４
   記載のウエハ研磨装置。
6. 【請求項６】 前記ガス分散板は、各分散板の貫通孔位
   置が重ならないように配置されていることを特徴とする
   請求項４記載のウエハ研磨装置。