JP2002018701A

JP2002018701A - 基板研磨方法および基板研磨装置

Info

Publication number: JP2002018701A
Application number: JP2000210733A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Nakagawa; 英則中川; Junji Takashita; 順治高下
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-07-12
Filing date: 2000-07-12
Publication date: 2002-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】基板全面を均等に加圧することができるとと
もに研磨進行に伴なって生じる研磨むらに合わせて加圧
力に分布をつけて研磨むらを補正しながら研磨除去する
ことを可能にし、研磨圧力を制御するための特別な駆動
手段を必要とせず、大型化や複雑化することなく基板の
大型化に対応できる。【解決手段】基板１と定盤４に貼着された研磨シート
３を加圧しながら相対運動させて、基板１上に生成され
た膜を研磨する際に、基板裏面側の荷重保持部材６に保
持される多数の荷重５によって基板１を加圧する。膜厚
測定機１１により測定される基板１の膜厚むらに応じ
て、該膜厚むらを除去することができる荷重分布の配置
を荷重分布演算装置１２により算出して決定し、該荷重
分布の配置に基づいて重さの異なる各種の荷重５（５
ａ、５ｂ…）を組み合わせて荷重保持部材６に配列し、
研磨むらを除去するような研磨圧力として研磨を行な
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガラスや半導体等
の基板を平坦に研磨する基板研磨方法および基板研磨装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の高集積化の要求が高まる
とともに化学機械研磨（ＣＭＰ）による平坦化技術が注
目されている。この化学機械研磨（ＣＭＰ）により、リ
ソグラフィーの原理的な限界点まで広げるために必要な
デバイス表面の平坦化や、多層配線のための埋め込み構
造が可能となる。

【０００３】従来の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、図
８に図示するように、基板１０１を着脱自在に保持する
基板保持具１０２と、研磨シート１０３を貼り付けた定
盤１０４と、研磨シート１０３上に研磨液１０９を供給
するノズル１０８を備え、定盤１０４に貼り付けた研磨
シート１０３上に基板１０１を配置し、基板保持具１０
２により基板１０１をその裏面から加圧しつつ基板１０
１を回転させるとともに、定盤１０４を回転軸を介して
回転させ、基板１０１の被研磨面を研磨シート１０３に
擦り付け、そして、ノズル１０８から研磨液１０９を研
磨シート１０３上に滴下しつつ化学機械研磨を行なうも
のであり、研磨液の化学的作用と砥粒の物理的作用を利
用して基板上の金属配線上に生成された絶縁膜を平坦化
させている。

【０００４】この種の化学機械研磨（ＣＭＰ）において
は、基板の被研磨面と研磨シートの接触状態がそのまま
研磨量に影響するため、基板の被研磨面を平坦に研磨す
るには基板の被研磨面全面を均一な圧力で研磨シートに
押し付ける必要がある。そのため、基板裏面全面に均一
な接触圧力を得るための手段として種々の工夫がなされ
ている。例えば、特開平０９−１４１５５０号公報に
は、基板または基板保持部品で密閉されるような圧力容
器を有する研磨ヘッドにより、基板裏面または基板保持
部品を圧力容器内の流体圧で加圧し基板の被研磨面を研
磨シートに均一に押し付ける基板加圧方法が開示されて
いる。

【０００５】また、特開平０９−２６０３１６号公報に
は、基板の被研磨面と研磨シートとの接触圧力を検出し
つつ単一もしくは多数のアクチュエータなどの加圧体の
押し付ける力を研磨圧力が均一になるように制御して基
板を加圧する方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た特開平０９−１４１５５０号公報に開示された方法で
は、装置に流体をシールする機構や流体の制御手段、流
体供給装置を必要とするなど、装置が複雑となり大型に
なってしまい、また、前述した特開平０９−２６０３１
６号公報に開示された方法では、アクチュエータを駆動
させるため、装置が大型となってしまうという問題点が
あり、さらに、基板が大型化すると、基板全面の接触圧
力を制御するためにアクチュエータの数を増やさないと
いけないため、さらに装置が大型となり、基板の大型化
に対応することが難しい。また、加圧体の間隔を小さく
すれば細かい圧力制御が可能となるけれども、加圧体の
数を増やさないといけないため、これも装置を大型化し
てしまう。

【０００７】ところで、化学機械研磨（ＣＭＰ）におい
ては、基板の被研磨面を均一に研磨除去するためには、
基板全面を均一に加圧することが必要であるが、さら
に、基板の被研磨面と研磨シートの接触圧力を均一に維
持して研磨するとしても、研磨が進行すると定盤の平面
度や基板の運動条件などによって研磨むらが生じる場合
があり、このように研磨進行後に被研磨面内に研磨むら
が生じた場合に、研磨むらの形状に合わせて加圧力に分
布をつけ、研磨むらを補正しながら研磨することが必要
になる。

【０００８】しかしながら、前述した従来の加圧方法で
は、研磨進行後に研磨除去量にむらが生じた場合に、こ
の研磨むらをなくするようにむら形状に合わせて研磨除
去するような加圧を行なうことができないという問題点
があった。

【０００９】そこで、本発明は、上記従来技術の有する
未解決な課題に鑑みてなされたものであって、従来のよ
うに加圧力を制御するための装置を大型、複雑にするこ
となく、基板の大型化に対応でき、基板の被研磨面全面
を均等に加圧することができるとともに、研磨進行後に
研磨むらが生じても、研磨むらの形状に合わせて加圧力
に分布をつけて研磨むらを補正しながら研磨することが
容易にできる基板研磨方法および基板研磨装置を提供す
ることを目的とするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の基板研磨方法は、研磨シートを貼り付け
た定盤を回転させるとともに、基板をその裏面側から加
圧して研磨シートに押し付けながら回転させて、基板上
に生成された膜を研磨し、基板上の膜を平坦化する基板
研磨方法において、基板の裏面側に所定の間隔をもって
一様に配列される多数の荷重によって基板を加圧するよ
うにし、該多数の荷重は重さの異なる複数種類の荷重の
組み合わせを変えることによって基板を加圧する研磨圧
力に分布をつけることができるように構成されているこ
とを特徴とする。

【００１１】本発明の基板研磨方法において、複数種類
の荷重は、それぞれ、基板に比して十分小さい断面形状
を有し、高さを異ならせることによって重さを異にする
ように形成されていることが好ましい。

【００１２】本発明の基板研磨方法においては、基板上
に生成された膜の膜厚むらの分布に応じて該膜厚むらを
除去することができる荷重分布を算出して荷重分布の配
置を決定し、算出され決定された荷重分布の配置に基づ
いて重さの異なる各種類の荷重を基板裏面上にそれぞれ
配置することが好ましい。

【００１３】本発明の基板研磨方法において、基板裏面
上に配置される荷重は、基板研磨部の外に重さの異なる
種類毎に配列された多数の荷重から、算出され決定され
た荷重分布の配置に基づいて重さの異なる各種類毎に必
要とする位置の荷重を選択的に取り出して搬送され配置
されることが好ましい。

【００１４】本発明の基板研磨方法において、基板裏面
上に配置される荷重は、荷重を着脱自在に保持する荷重
保持穴を所定の間隔をもって多数形成した荷重保持部材
により保持されることが好ましい。

【００１５】本発明の基板研磨方法においては、基板の
被研磨面を研磨シートに押し付けながら相対的に回転さ
せて研磨する際に研磨シート上に研磨液を供給すること
が好ましい。

【００１６】また、本発明の基板研磨装置は、研磨シー
トを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板をその
裏面側から加圧して研磨シートに押し付けながら回転さ
せて、基板上に生成された膜を研磨し、基板上の膜を平
坦化する基板研磨装置において、基板の裏面側に所定の
間隔をもって一様に配列されて基板を個々に加圧する多
数の荷重を備え、該多数の荷重は、重さの異なる複数種
類の荷重の組み合わせを変えることによって基板を加圧
する研磨圧力に分布をつけることができるように構成さ
れていることを特徴とする。

【００１７】本発明の基板研磨装置において、複数種類
の荷重は、それぞれ、基板に比して十分小さい断面形状
を有し、高さを異ならせることによって重さを異にする
ように形成されていることが好ましい。

【００１８】本発明の基板研磨装置においては、基板上
に生成された膜の膜厚むらを測定する膜厚測定機と、該
膜厚測定機により測定される膜厚むらの分布に応じて該
膜厚むらを除去することができる荷重分布を算出して荷
重分布の配置を決定する荷重分布演算装置と、該荷重分
布演算装置により決定される荷重分布の配置に基づいて
重さの異なる複数種類の荷重毎に必要とする位置の荷重
をそれぞれ選択的に基板裏面上に搬送し配置する荷重ハ
ンドリング装置とを具備することが好ましい。

【００１９】本発明の基板研磨装置において、荷重ハン
ドリング装置は、基板の裏面側に所定の間隔をもって一
様に配列される多数の荷重にそれぞれ対応するように設
けられた多数のハンドリング吸着部を有し、該荷重ハン
ドリング装置は、荷重分布演算装置により決定される荷
重分布の配置に基づいて、予め複数の種類毎に配列され
た多数の荷重のうち各種類の荷重の必要とする位置の荷
重を選択的にハンドリング吸着部にて吸着し該荷重を基
板裏面上に搬送して配置することが好ましい。

【００２０】本発明の基板研磨装置においては、多数の
荷重を所定の間隔をもって一様に着脱自在に収納保持す
る荷重保持穴を多数形成した荷重保持部材が基板裏面側
に載置されているが好ましく、また、基板を収納しうる
穴を有するリテーナーの上面に荷重保持部材を載置し、
該荷重保持部材に保持される多数の荷重がリテーナーの
穴内に収納される基板に当接して基板を加圧することが
好ましい。

【００２１】本発明の基板研磨装置においては、荷重は
基板裏面に接触して加圧する部分が曲面に形成されてい
ることが好ましく、また、荷重と基板との間に板状の弾
性体を介在させることが好ましい。

【００２２】

【作用】本発明の基板研磨方法および基板研磨装置によ
れば、被研磨体としての基板の裏面側に配列する多数の
荷重の自重によって、基板を研磨シートに押し付ける研
磨圧力を制御することができ、同一重さの荷重を多数配
列することにより基板全面にわたり均等に加圧すること
ができ、さらに、基板の膜厚むらに応じて荷重分布の配
置を変えることにより、研磨の進行に伴なって生じる研
磨むらに合わせて研磨むらを除去するような研磨圧力を
得ることができ、より平面度の高い研磨面を得ることが
可能となる。

【００２３】さらに、基板の研磨むら等の膜厚むらの分
布に応じて該膜厚むらを除去することができる荷重分布
を算出し重さの異なる各種の荷重の組み合わせ配置を決
める荷重分布演算装置と算出され決定された荷重分布の
配置に基づいて重さの異なる複数種類の荷重毎に該当す
る荷重を基板裏面上にそれぞれ選択的に載置する荷重ハ
ンドリング装置により、各種荷重の配置およびその変更
を容易に行なうことができ、研磨途中における基板の研
磨むら等の分布に応じて荷重の組み合わせ配置を適宜変
更することができ、基板の研磨むらを効率よく研磨除去
することを可能にする。

【００２４】基板を研磨シートに押し付ける研磨圧力を
多数の荷重のそれぞれの自重のみで制御することができ
るために、基板を加圧するための特別な駆動手段を必要
とせず、研磨ヘッドの大型化や複雑化を避けることがで
き、さらに、基板の大型化にも容易に対応することがで
き、基板の形状に合わせて加圧範囲を設定することが容
易となる。

【００２５】基板を収納保持するリテーナーを用いるこ
とにより、研磨シートが基板の下にもぐり込む際に生じ
る圧力むらや研磨シートの変形をリテーナーの下で発生
させることにより、基板の下ではむらの少ない研磨圧力
を得ることができ、また、荷重の加圧する部分を曲面と
することにより基板を点接触で加圧し、一つの荷重の下
の加圧面内に圧力むらが生じることがなく、基板に均一
な加圧力を与えることができる。さらに、荷重と基板の
間に板状の弾性体を挟むことによって一つの荷重の加圧
分布範囲を広げることにより、より凹凸の少ない研磨除
去が得られる。

【００２６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。

【００２７】図１は本発明に係る基板研磨装置の概略構
成図であり、図２は本発明に係る基板研磨装置における
基板研磨ヘッドの一形態を備えた研磨機の概略構成図で
あり、図３は基板に生じている研磨むらを除去するよう
な荷重の配置を決定する方法を説明するために図であ
り、図４は基板の研磨むらに対応して異なる種類の荷重
をそれぞれ基板上に搬送し配置する態様を説明するため
の模式図である。

【００２８】先ず、本発明に係る基板研磨装置における
研磨機の構成について図２を参照して説明する。研磨機
１０は、被研磨体である大面積のガラスや半導体ウエハ
等の基板１を着脱自在に保持する基板保持器２と基板１
をその裏面から加圧する多数の荷重５を保持する荷重保
持部材６を有する基板研磨ヘッドと、基板１の被研磨面
を研磨する研磨シート３を貼り付けた定盤４と、研磨シ
ート３上に研磨液９を供給するノズル８を備えており、
基板保持器２および定盤４をそれぞれ回転駆動する回転
駆動手段（不図示）が設けられている。基板１を保持す
る基板保持器２は、基板１を受け入れるための穴が開け
られ、その穴は、基板１の縦および横の寸法よりそれぞ
れ０．５ｍｍ程度大きいクリアランスがつけられてい
る。荷重５を保持する荷重保持部材６は、基板１と略同
形状の大きさであって、多数の荷重５をそれぞれ着脱自
在に保持する多数の荷重保持穴７が全面にわたって形成
されており、基板保持器２の内部で基板１の裏面側に配
置される。荷重保持部材６の荷重保持穴７に収納配置さ
れる荷重５は、その断面形状は基板１に比べて十分小さ
く、直径１０ｍｍの円より小さく形成することが望まし
く、また、荷重５は、基板１を一様に加圧することがで
きるように、基板１の全面にわたって等間隔に配置さ
れ、各荷重５の配置間隔は１２ｍｍより小さいことが好
ましい。すなわち、荷重５を着脱自在に収納し保持する
荷重保持穴７は、荷重５の断面形状と同形状に形成さ
れ、各荷重５の配置間隔を等間隔で１２ｍｍより小さく
なるように配列され、基板１の全面にわたって一様に配
列される。これにより、荷重保持部材６に保持される多
数の荷重５は、それぞれ基板１の裏面に当接し、荷重５
の自重のみによって基板１を研磨シート３に対して押し
付け加圧する作用をする。研磨シート３は、耐薬品性、
耐摩耗性、弾性回復力に優れたポリエステル繊維不織布
や発泡ポリウレタンシート等で形成され、定盤４に貼り
付けられている。

【００２９】基板１を研磨する際には、基板１は、定盤
４の上に貼り付けられた研磨シート３の上に載置され、
荷重保持部材６に保持された多数の荷重５が基板１の裏
面に当接する状態で基板保持器２内に保持され、多数の
荷重５の重さにより定盤４上の研磨シート３に押し付け
られる。そして、定盤４を図示しない回転駆動装置によ
り回転させるとともに基板保持器２を図示しない回転駆
動装置により回転させて、基板１および研磨シート３を
相対移動させる。同時にノズル８から研磨液９を研磨シ
ート３上に滴下させながら、基板１の研磨を行なう。こ
のとき、荷重５および荷重保持部材６は、基板１を保持
する基板保持器２とともに回転する。

【００３０】次に、上述の研磨機を備える本発明に係る
基板研磨装置について図１を用いて説明する。

【００３１】図１において、１０は被研磨体であるガラ
スや半導体等の基板１の被研磨面を研磨する研磨機であ
り、１１は基板１の被研磨面の膜厚を測定する膜厚測定
機であり、１２は膜厚測定機１１で測定された被研磨面
の膜厚に応じてその膜厚形状のむらを補正するための荷
重分布を算出して荷重分布の配置を決定する手段を備え
た荷重分布演算装置であり、１３は重さが異なる複数種
類の荷重５（５ａ、５ｂ……）を種類毎に多数配列して
おく荷重待機テーブルであり、重さが異なる複数種類の
荷重５（５ａ、５ｂ……）は、すべて同じ断面形状で、
高さを相違させることによってその重さを異なるものと
し、各種類毎に同数個配列する。これらの荷重５の各種
類毎の配列は、研磨機１０における荷重保持部材６に形
成された荷重保持穴７の配列および配列間隔（すなわ
ち、基板１の裏面に配置される荷重５の配列および配列
間隔）と同様の形態とする。１４は荷重分布演算装置１
２で決定された荷重配置のデータにしたがって各種類毎
に多数の荷重５のうち必要な位置の荷重５のみを吸着す
るなどしてハンドリングする荷重ハンドリング装置であ
り、１５は荷重ハンドリング装置１４によりハンドリン
グされた荷重５を研磨機１０の定盤４上で待機している
基板１の上に搬送する荷重搬送装置である。

【００３２】次に、研磨むらが生じている基板に対して
研磨むらを除去するような荷重の配置を決定する方法に
ついて図３を参照して説明する。

【００３３】図３において、１は基板であり、１ａは基
板１の被研磨面に生じている研磨むらの形状で、この研
磨むら形状１ａは高さ方向に拡大して示してある。５は
荷重であり、その高さ（長さ）に応じて重さが異なるも
のであり、重さを異にする荷重の種類数はあらかじめ設
定され、図３に示す例では４種類（５ａ、５ｂ、５ｃ、
５ｄ）準備されている。重さが異なる各種類の荷重の１
個当たりの研磨除去量はそれぞれ予め実験等により知る
ことができ、各種類の荷重の重さに基づく研磨除去量の
差を求めることができる。これにしたがって研磨むら形
状１ａの膜厚を各種類の荷重のそれぞれに対応させて区
分する。例えば、研磨むら形状１ａの膜厚高さに合わせ
て基板１の研磨基準面に平行な等高線を複数設定して、
各研磨むらの膜厚に応じた範囲に区分する。図３に示す
例では、荷重５として、重さが異なる４種類の荷重（５
ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ）が準備されており、研磨むら形
状１ａの膜厚高さを高さ方向に４つの段階に分けるよう
に、研磨基準面Ｗ−Ｗからそれぞれｘ、ｙ、ｚの高さを
もつ３本の等高線Ｘ−Ｘ、Ｙ−Ｙ、Ｚ−Ｚを想定する。
ここで、各等高線の間隔（すなわち、ｘ、ｙ−ｘ、ｚ−
ｙ）は、重さが異なる各種類の荷重５の重さの差に関係
づけられている。そこで、最も膜厚の大きいＡの範囲
（ｚ以上の膜厚となっている範囲）には、最も重い荷重
５ｄを配置する。次に膜厚の大きいＢの範囲（ｚ以下で
ｙ以上の膜厚となっている範囲）には、ｙとｚの比率と
荷重５ｄと荷重５ｃの重さの関係が等しくなるように設
定されている荷重５ｃを配置する。同様の関係により、
Ｃ、Ｄの範囲にも膜厚に応じた荷重５ｂ、５ａをそれぞ
れ配置する。これらの荷重配置は、膜厚測定機１１によ
り測定される基板１の研磨むらのデータに基づいて荷重
分布演算装置１２で算出され決定される。このように基
板１の裏面側に配置される各種類の荷重５（５ａ、５
ｂ、５ｃ、５ｄ）はそれぞれの自重のみが基板１に対す
る研磨圧力として作用する。このように重さの異なる荷
重５（５ａ、５ｂ……）を組み合わせた荷重配置によ
り、基板１の被研磨面に研磨むらに応じた研磨圧力を発
生させ、この状態で研磨を行なうことにより研磨むらを
除去することが可能となる。

【００３４】次に、荷重ハンドリング装置１４の作動に
ついて図４を用いて説明する。荷重ハンドリング装置１
４は、研磨機１０における荷重保持部材６に形成した荷
重保持穴７の配列（すなわち、荷重５の配列）と同様の
形態で設けられたハンドリング部１４ａを有し、必要な
位置の荷重のみをハンドリングすることができるよう
に、荷重分布演算装置１２から送られてくる荷重配置デ
ータに基づいて各ハンドリング部１４ａのＯＮ／ＯＦＦ
を制御するように構成されている。各ハンドリング部１
４ａは、荷重５を吸着保持するためのエア吸着装置ある
いは電磁石で構成される吸着部を有し、一つの吸着部に
つき一つの荷重５の上面を吸着保持する。荷重５が１個
当たり約１０ｇであるとすると、吸着部は１００ｇ以上
のものを安定して保持するだけの吸着力を持つものであ
ることが好ましい。

【００３５】荷重分布演算装置１２により算出され決定
された荷重配置のデータが転送された荷重ハンドリング
装置１４は、図４に図示するように、その荷重配置デー
タに基づいて、荷重待機テーブル１３上に各種類毎に配
置されている多数の荷重５のうち必要な位置の荷重５の
みをハンドリング部１４ａの吸着部に吸着し、これを荷
重搬送装置１５により研磨機１０の定盤４上で待機して
いる研磨むらが予め測定された基板１の上に搬送し、基
板１上の荷重保持部材６の荷重保持穴７に移載し収納す
る。この際、荷重待機テーブル１３から搬送される荷重
５は、基板１に確実に載置されてから荷重ハンドリング
装置１４のハンドリング部１４ａから離されるようにす
るために、荷重５を基板１上に移載する際に、荷重５と
荷重ハンドリング装置１４が干渉しないようにするた
め、図４の（ａ）〜（ｄ）に示すように、先ず、最も重
さの小さい（最も高さの低い）荷重５ａを移載し、次に
重さの小さい荷重５ｂというように順次搬送移載し、最
後に最も重さの大きい（最も高さの高い）荷重５ｄを搬
送移載することが好ましい。

【００３６】図４の（ａ）において、荷重ハンドリング
装置１４は、荷重待機テーブル１３上の最も重さの小さ
い（最も高さの低い）荷重５ａの上に位置付けられ、荷
重分布演算装置１２により決定された荷重配置のデータ
に基づいて、最も重さの小さい多数の荷重５ａから必要
な位置の荷重５ａ（図においては右側の３個の荷重５
ａ）をハンドリングするように該当するハンドリング部
１４ａを作動させる。このハンドリング部１４ａの作動
により該当箇所の荷重５ａを吸着し、これらを上昇さ
せ、定盤４上で待機している基板１の上に搬送し、そし
て基板１上に移載し配置する。荷重５ａの基板１上への
移載配置後、荷重ハンドリング装置１４は荷重待機テー
ブル１３上に戻り、次に重さの小さい荷重５ｂの上に位
置付けられ、荷重配置のデータに基づいて多数の荷重５
ｂから必要な位置の荷重５ｂをハンドリングして同様に
基板１の上に搬送しそして移載し配置する。これを荷重
の種類の数だけ繰り返し行なう。（なお、図３において
は、図を明瞭化するために基板１上の荷重保持部材６は
省略してある。）

【００３７】このようにして、研磨むらが生じている基
板に対して、図３に示すように、研磨むらを除去するよ
うに重さの異なる荷重５（５ａ、５ｂ……）を組み合わ
せて配置することができ、基板１の被研磨面に研磨むら
に応じた研磨圧力を発生させることができる。この状態
で図２に示す研磨機１０により研磨することで、研磨む
らを除去することが可能となる。

【００３８】次に、本発明の実施の形態について具体例
を用いてさらに説明する。

【００３９】基板１は、３５０×２８０×１ｍｍのサイ
ズのガラスであり、ガラス上に金属配線が生成され、さ
らにその上に絶縁膜が生成されており、この絶縁膜を平
坦化するために平坦化研磨を行なうものとする。

【００４０】基板１を研磨する研磨シート３は、ポリウ
レタンの２層構造で構成され、上層は硬くて厚さ１ｍ
ｍ、下層は柔らかくて厚さ５ｍｍであり、φ７００の定
盤４に貼り付けられている。基板１を保持する基板保持
器２は、ベークライトで作製され、基板１を受け入れる
大きさの穴が開けられており、この穴は基板１の縦およ
び横の寸法よりそれぞれ０．５ｍｍ程度大きいクリアラ
ンスがつけられている。荷重５としては、５０ｇ、１０
０ｇ、１５０ｇの３種類（５ａ、５ｂ、５ｃ）を用意
し、各荷重５は、φ１０ｍｍの円形断面を有し、高さを
変えて重さを調整してある。各荷重５は、錆が発生しに
くい黄銅で作製し、その上面には鉄板を貼り合わせ、荷
重ハンドリング装置１４のハンドリング部には電磁石を
用いた。そして、荷重５を保持する荷重保持部材６は、
プラスチックで作製され、その縦および横の寸法は基板
１と略同じであり、厚さは１０ｍｍとした。荷重５を受
け入れる荷重保持穴７は、φ１０ｍｍの荷重５を受け入
れる大きさで、荷重間の間隔を１２ｍｍとし、縦２５
個、横２０個で合計５００個の荷重５を受け入れるよう
に基板１のほぼ全面にわたって配列されている。また、
荷重待機テーブル１３上には、荷重保持部材６の荷重保
持穴７の配列と同様に、各種類毎に各荷重間が１２ｍｍ
間隔で縦２５個、横２０個で合計５００個の荷重を配列
してある。

【００４１】研磨に際して、定盤４および基板保持器２
はそれぞれ図示しない回転駆動手段により３０ｒｐｍで
回転駆動し、また、基板保持器２は１００ｍｍ程度の揺
動運動を与える。そして、研磨液９としてシリカスラリ
ーを使用する。

【００４２】基板１の絶縁膜を平坦化するために、先
ず、通常の平坦化研磨を行なう。この初期研磨において
は、１５０ｇの荷重５ｃのみを用いて、この荷重５ｃを
荷重保持部材６の荷重保持穴７内にそれぞれ収納配列し
て、基板１の裏面を均一に加圧して研磨を行なう。１時
間研磨した後に、この基板１を研磨機１０から取り出し
て膜厚測定機１１に搬送し、膜厚測定機１１において、
基板１上の□２２０×２２０ｍｍの範囲を２０ｍｍおき
に絶縁膜の厚さを測定する。測定後、基板１は研磨機１
０の定盤４上に戻されて全ての荷重５が配置されるまで
そこで待機する。膜厚測定機１１による膜厚測定結果
は、荷重分布演算装置１２に送られ、荷重分布演算装置
１２は、その膜厚測定結果に基づいて、研磨むらを補正
するような荷重分布を算出し荷重分布の配置を決定す
る。荷重ハンドリング装置１４は、この荷重分布の配置
データに基づいて、荷重の各種類毎に必要とする箇所の
荷重５を個々に吸着するように作動する。

【００４３】荷重分布演算装置１２により算出され決定
された荷重配置データに従って、図４に示すように、先
ず、荷重ハンドリング装置１４のハンドリング部１４ａ
が５０ｇの荷重５ａを配置する範囲に対応する荷重５ａ
を電磁吸着により吸着し、これを荷重搬送装置１５によ
り研磨機１０の定盤４上で待機している基板１上に搬送
して、基板１上に載置されている荷重保持部材６の荷重
保持穴７内に収納して移載する。次に、同様に、１００
ｇ、１５０ｇの荷重５ｂ、５ｃを順次搬送移載する。

【００４４】このように重さの異なる各種類の荷重５
（５ａ、５ｂ、５ｃ）を組み合わせて基板１の絶縁膜の
研磨むらに応じた荷重配置とし、そして、基板保持器２
により基板１を保持する。その後、３０ｒｐｍで回転駆
動される定盤４上の研磨シート３上で基板１を３０ｒｐ
ｍで回転させ、さらに基板１を１００ｍｍ揺動させる。
この研磨の２０分後に再度基板１を取り出し、膜厚測定
機１１に搬送する。このとき、荷重５（５ａ、５ｂ、５
ｃ）は、重さの異なる荷重の種類毎に、荷重ハンドリン
グ装置１４および荷重搬送装置１５により荷重待機テー
ブル１３へ戻される。膜厚測定機１１による膜厚測定の
結果、基板１にさらに研磨むらが生じている場合には、
前述したと同様に、研磨むらに対応する荷重配置を算出
して、その荷重配置に基づいて各種類の荷重５を組み合
わせ、研磨圧力を調整して研磨する。このようなサイク
ルを繰り返すことによって平面度の高い研磨を行なうこ
とができる。

【００４５】以上のように、基板の裏面に配列する多数
の荷重の自重によって、基板を研磨シートに押し付ける
研磨圧力を制御することができ、同一重さの荷重を多数
配列することにより基板全面にわたり均等に加圧するこ
とができ、さらに、基板の膜厚むらに応じて荷重分布の
配置を変えることにより、研磨進行後の研磨むらに合わ
せてむらを除去するような研磨圧力を得ることができ、
より平面度の高い研磨面を得ることができる。

【００４６】また、研磨むらに合わせて重さの異なる荷
重の組み合わせを算出する荷重分布演算装置と各種類毎
に荷重をハンドリングする荷重ハンドリング装置により
荷重分布の配置を容易に行なうことができ、研磨途中に
おける基板の研磨むらの分布に応じて荷重の組み合わせ
配置を適宜変更することができ、基板の研磨むらを効率
よく研磨除去することができる。

【００４７】基板を研磨シートに押し付ける研磨圧力を
多数の荷重の自重のみで制御することができるために、
加圧するための特別な駆動手段を必要とせず、研磨ヘッ
ドの大型化や複雑化を避けることができ、さらに、基板
の大型化にも容易に対応することができ、基板の形状に
合わせて加圧範囲を設定することが容易である。

【００４８】次に、本発明に係る基板研磨装置における
基板研磨ヘッドの他の形態について図５を参照して説明
する。なお、図５は、図２と同様の図であり、同様の部
材には同一符号を付してある。

【００４９】本形態の基板研磨ヘッドにおいては、図５
に図示するように、荷重５の基板１に当接して加圧する
部分を曲面とすることで、接触部を点接触とし、各荷重
の加圧面内での圧力分布にむらを生じさせることなく加
圧することができるようにするものである。具体的に
は、荷重５をφ１０の円形断面とし、基板１に当接して
加圧する荷重の底面をＲ１００の球面とする。

【００５０】このように荷重５の基板１に当接して加圧
する部分を曲面とする荷重５を用いて、前述と同様に研
磨を行なうことにより、各々の荷重下の圧力分布にむら
が生じることがなく、基板に均一な加圧力を与えること
ができる。

【００５１】さらに、本発明に係る基板研磨装置におけ
る基板研磨ヘッドの他の形態について図６を参照して説
明する。なお、図６においても、図２と同様の図であ
り、同様の部材には同一符号を付してある。

【００５２】本形態の基板研磨ヘッドにおいては、図６
に図示するように、荷重５と基板１の間に板状の弾性体
２１を挟むようにするものであり、この弾性体２１は、
シリコンやウレタン樹脂等で作製し、硬さはショアＡ５
０程度とし、その形状は、基板１の形状と略同形状の大
きさで、厚さは６ｍｍとする。この板状の弾性体２１を
荷重５と基板１の間に介在させて、前述と同様に研磨を
行なうことにより、一つの荷重の加圧分布範囲を広げる
ことができ、より凹凸の少ない研磨除去が可能となり、
より平面度の高い研磨面を得ることができる。

【００５３】また、本発明に係る基板研磨装置における
基板研磨ヘッドの他の形態について図７を参照して説明
する。なお、図７においても、図２と同様の図であり、
同様の部材には同一符号を付してある。

【００５４】本形態の基板研磨ヘッドにおいては、図７
に図示するように、基板１を収容することができるよう
に基板１の形状とほぼ同じ形状を有する穴部が形成され
たリテーナー２２を基板保持器２内に配設して用いるも
のである。このリテーナー２２は、適当な重量をもって
形成され、その底面はリテーナー２２内に基板１を収容
したときに基板１の被研磨面と同じ高さになるように位
置付けられる。また、荷重保持部材６はリテーナー２２
の上面に載置されて、荷重保持部材６の荷重保持穴７に
それぞれ収納配置される荷重５は、その下面が弾性体２
１を介して基板１を押圧する。

【００５５】このようなリテーナー２２を用いて基板１
を研磨する際に、リテーナー２２は、基板１の周囲の研
磨シート３の上に位置することにより、研磨シート３が
基板１の下にもぐり込む際に生じる圧力むらや研磨シー
ト３の変形が、リテーナー２２の下で発生することによ
り、基板１の下ではむらの少ない研磨圧力を得ることが
できる。また、リテーナー２２の基板１を収容する穴部
はその形状を基板の形状に応じて変えることにより種々
の基板に容易に対応できる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
被研磨体としての基板の裏面側に配列する多数の荷重の
自重によって、基板を研磨シートに押し付ける研磨圧力
を制御することができ、同一重さの荷重を多数配列する
ことにより基板全面にわたり均等に加圧することがで
き、さらに、基板の膜厚むらに応じて荷重分布の配置を
変えることにより、研磨の進行に伴なって生じる研磨む
らに合わせて研磨むらを除去するような研磨圧力を得る
ことができ、より平面度の高い研磨面を得ることができ
る。

【００５７】さらに、基板の研磨むら等の膜厚むらの分
布に応じて該膜厚むらを除去することができる荷重分布
を算出し重さの異なる各種の荷重の組み合わせ配置を決
める荷重分布演算装置と算出され決定された荷重分布の
配置に基づいて重さの異なる複数種類の荷重毎に該当す
る荷重を基板裏面上にそれぞれ選択的に載置する荷重ハ
ンドリング装置により、各種荷重の配置およびその変更
を容易に行なうことができ、研磨途中における基板の研
磨むら等の分布に応じて荷重の組み合わせ配置を適宜、
柔軟に変更することができ、基板の研磨むらを効率よく
研磨除去することが可能になる。

【００５８】基板を研磨シートに押し付ける研磨圧力を
多数の荷重のそれぞれの自重のみで制御することができ
るために、基板を加圧するための特別な駆動手段を必要
とせず、研磨ヘッドの大型化や複雑化を避けることがで
き、さらに、基板の大型化にも容易に対応することがで
き、基板の形状に合わせて加圧範囲を設定することが容
易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る基板研磨装置の概略構成図であ
る。

【図２】本発明に係る基板研磨装置における基板研磨ヘ
ッドの一形態を備えた研磨機の概略構成図である。

【図３】本発明に係る基板研磨装置において、研磨むら
が生じている基板に対して研磨むらを除去するような荷
重の配置を決定する方法を説明するために図である。

【図４】基板の研磨むらに対応して異なる種類の荷重を
基板上に搬送し配置する態様を説明するための模式図で
ある。

【図５】本発明に係る基板研磨装置における基板研磨ヘ
ッドの他の形態を備えた研磨機の概略構成図である。

【図６】本発明に係る基板研磨装置における基板研磨ヘ
ッドの他の形態を備えた研磨機の概略構成図である。

【図７】本発明に係る基板研磨装置における基板研磨ヘ
ッドの他の形態を備えた研磨機の概略構成図である。

【図８】従来の化学機械研磨装置の概略構成図である。

【符号の説明】

１基板１ａ研磨むら形状２基板保持器３研磨シート４定盤５（５ａ、５ｂ…）荷重６荷重保持部材７荷重保持穴８ノズル９研磨液１０研磨機１１膜厚測定機１２荷重分布演算装置１３荷重待機テーブル１４荷重ハンドリング装置１４ａハンドリング（吸着）部１５荷重搬送装置２１弾性体２２リテーナー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨シートを貼り付けた定盤を回転させ
るとともに、基板をその裏面側から加圧して研磨シート
に押し付けながら回転させて、基板上に生成された膜を
研磨し、基板上の膜を平坦化する基板研磨方法におい
て、基板の裏面側に所定の間隔をもって一様に配列される多
数の荷重によって基板を加圧するようにし、該多数の荷
重は重さの異なる複数種類の荷重の組み合わせを変える
ことによって基板を加圧する研磨圧力に分布をつけるこ
とができるように構成されていることを特徴とする基板
研磨方法。
【請求項２】複数種類の荷重は、それぞれ、基板に比
して十分小さい断面形状を有し、高さを異ならせること
によって重さを異にするように形成されていることを特
徴とする請求項１記載の基板研磨方法。
【請求項３】基板上に生成された膜の膜厚むらの分布
に応じて該膜厚むらを除去することができる荷重分布を
算出して荷重分布の配置を決定し、算出され決定された
荷重分布の配置に基づいて重さの異なる各種類の荷重を
基板裏面上にそれぞれ配置することを特徴とする請求項
１または２記載の基板研磨方法。
【請求項４】基板裏面上に配置される荷重は、基板研
磨部の外に重さの異なる種類毎に配列された多数の荷重
から、算出され決定された荷重分布の配置に基づいて重
さの異なる各種類毎に必要とする位置の荷重を選択的に
取り出して搬送され配置されることを特徴とする請求項
３記載の基板研磨方法。
【請求項５】基板裏面上に配置される荷重は、荷重を
着脱自在に保持する荷重保持穴を所定の間隔をもって多
数形成した荷重保持部材により保持されることを特徴と
する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の基板研磨
方法。
【請求項６】基板の被研磨面を研磨シートに押し付け
ながら相対的に回転させて研磨する際に研磨シート上に
研磨液を供給することを特徴とする請求項１ないし５の
いずれか１項に記載の基板研磨方法。
【請求項７】研磨シートを貼り付けた定盤を回転させ
るとともに、基板をその裏面側から加圧して研磨シート
に押し付けながら回転させて、基板上に生成された膜を
研磨し、基板上の膜を平坦化する基板研磨装置におい
て、基板の裏面側に所定の間隔をもって一様に配列されて基
板を個々に加圧する多数の荷重を備え、該多数の荷重
は、重さの異なる複数種類の荷重の組み合わせを変える
ことによって基板を加圧する研磨圧力に分布をつけるこ
とができるように構成されていることを特徴とする基板
研磨装置。
【請求項８】複数種類の荷重は、それぞれ、基板に比
して十分小さい断面形状を有し、高さを異ならせること
によって重さを異にするように形成されていることを特
徴とする請求項７記載の基板研磨装置。
【請求項９】基板上に生成された膜の膜厚むらを測定
する膜厚測定機と、該膜厚測定機により測定される膜厚
むらの分布に応じて該膜厚むらを除去することができる
荷重分布を算出して荷重分布の配置を決定する荷重分布
演算装置と、該荷重分布演算装置により決定される荷重
分布の配置に基づいて重さの異なる複数種類の荷重毎に
必要とする位置の荷重をそれぞれ選択的に基板裏面上に
搬送し配置する荷重ハンドリング装置とを具備すること
を特徴とする請求項７または８記載の基板研磨装置。
【請求項１０】荷重ハンドリング装置は、基板の裏面
側に所定の間隔をもって一様に配列される多数の荷重に
それぞれ対応するように設けられた多数のハンドリング
吸着部を有し、該荷重ハンドリング装置は、荷重分布演
算装置により決定される荷重分布の配置に基づいて、予
め複数の種類毎に配列された多数の荷重のうち各種類の
荷重の必要とする位置の荷重を選択的にハンドリング吸
着部にて吸着し該荷重を基板裏面上に搬送して配置する
ことを特徴とする請求項９記載の基板研磨装置。
【請求項１１】多数の荷重を所定の間隔をもって一様
に着脱自在に収納保持する荷重保持穴を多数形成した荷
重保持部材が基板裏面側に載置されていることを特徴と
する請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の基板研
磨装置。
【請求項１２】基板を収納しうる穴を有するリテーナ
ーの上面に荷重保持部材を載置し、該荷重保持部材に保
持される多数の荷重がリテーナーの穴内に収納される基
板に当接して基板を加圧することを特徴とする請求項１
１記載の基板研磨装置。
【請求項１３】荷重は基板裏面に接触して加圧する部
分が曲面に形成されていることを特徴とする請求項７な
いし１２のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
【請求項１４】荷重と基板との間に板状の弾性体を介
在させることを特徴とする請求項７ないし１３のいずれ
か１項に記載の基板研磨装置。