JP2002079459A - ポリッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨布に押圧されるガイドリング先端の形状
精度を補完し、板状の被加工物表面のエッジ近傍を含む
表面全体の加工量をより均一化する。 【解決手段】 研磨布１４に対向するガイドリング１６
０の先端が、研磨圧力に対抗可能な弾力性を有する弾性
体１６２と、この弾性体１６２の表面に設けられた耐研
磨性を有する板状部材１６３とからなり、板状部材１６
３の表面のうねりが研磨圧力による弾性体１６２の変形
（圧縮）により緩和され、被加工物のエッジ近傍の加工
量がより均一化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＭＰ（ケミカル
・メカニカル・ポリッシング）装置のようなポリッシン
グ装置に係り、特に板状の被加工物表面をエッジ近傍ま
でより均一な加工量で研磨加工するためのポリッシング
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコン熱酸化膜や金属膜を堆積させた
シリコンウェーハの研磨加工を行うＣＭＰ加工において
は、製造する半導体デバイスの歩留まりを向上させるた
めに、ウェーハ全面において十分な加工量均一性を確保
することが必要となっている。従来、加工量の均一性を
保証する領域は、ウェーハのエッジから５〜１０ｍｍよ
り内側の領域であったが、近年では、エッジから３ｍｍ
内側の領域の加工量均一性が要求されている。エッジ除
外領域が狭くなるに連れ、従来では問題にならなかった
ウェーハのエッジ近傍の全周における加工量バラツキの
問題が深刻化してきている。

【０００３】従来、この種のポリッシング装置は、図４
に要部を示すように、回転軸１０の上端に設けられた定
盤１１と、この定盤１１に対向して配置された回転軸１
２の下端に取り付けられたポリッシングヘッド１３とか
らなり、定盤１１の表面には、軟質層１４ａと硬質層１
４ｂとからなる研磨布１４が設けられている。ポリッシ
ングヘッド１３は、その中央突出部１３ａの下面によ
り、発泡ポリウレタン等の粘弾性を有するポリッシング
パッド１５を介して、ウェーハＷの裏面側を保持すると
共に、ポリッシングヘッド１１に取り付けられたガイド
リング１６によりウェーハＷの外周をわずかな隙間を介
して囲むことによりウェーハＷの飛び出しを防止するよ
うになっている。なお、１７は、研磨剤１８を供給する
ノズルである。

【０００４】このポリッシング装置による研磨加工は、
定盤１１とポリッシングヘッド１３を回転させると共
に、ノズル１７から研磨剤１８を供給し、上記のように
ポリッシングヘッド１３に保持されたウェーハＷの表面
を、ポリッシングヘッド１３の下降により研磨布１４に
押圧して行う。

【０００５】このとき、研磨布１４に押圧されるガイド
リング１６の先端（図４において下端）が、ウェーハＷ
の表面と同一平面上に位置するようにガイドリング１６
の寸法を定めたり、ガイドリング１６の突出量を図示し
ないアクチュエータにより調整したり、同じく図示しな
いアクチュエータにより研磨布１４に対するウェーハＷ
の押圧力すなわち研磨圧力と等しい圧力となるようにガ
イドリング１６を研磨布１４に押圧したりすることによ
りウェーハＷのエッジ近傍に生じる研磨圧力の変化を補
償してウェーハ表面の全体にわたり加工量が均一になる
ようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記ガイドリング１６
による研磨圧力の均一化は、主としてウェーハＷの半径
方向の均一化を狙ったものであり、上記のように加工量
の均一性を保証する領域が、ウェーハのエッジから５〜
１０ｍｍより内側の領域のときには、十分とは言えない
までも対応可能であったが、エッジから３ｍｍ内側の領
域の加工量均一性については不十分であり、特にエッジ
近傍の円周方向における加工量のバラツキを無視するこ
とができない。

【０００７】図５は、従来の装置でＣＭＰ加工した直径
２００ｍｍのウェーハＷのエッジ（図５においてウェー
ハＷの外周円）から３ｍｍ内側の位置の加工量を円周方
向へ１５゜間隔で測定した測定位置Ａを示し、図６は、
図５の各測定位置Ａでの加工量の測定値の一例を示して
いる。この図６に示すように、この例では、円周方向に
約５０ｎｍの加工量バラツキを生じている。

【０００８】この例につき、本発明者がガイドリング１
６の先端の平面度を測定したところ同じく図６に示すよ
うに、円周方向へ加工量バラツキと逆のうねりを有して
いることを見い出した。この結果からガイドリング１６
の先端の平面度を高め、円周方向のうねりを小さく抑え
れば、ウェーハＷのエッジ近傍を含む全表面の加工量を
より均一化することができることが推測される。

【０００９】しかしながら、ガイドリング１６は、ＣＭ
Ｐ加工に耐えるように耐腐食性であり、かつ、半導体デ
バイス用のウェーハに対しては金属汚染等を生じない清
浄性を要求されるため、一般的にガラスエポキシなどの
樹脂材料で作られている。このような樹脂材料は、材料
の性質上、１μｍ以下のような高精度に加工することは
困難である。

【００１０】加えて、ウェーハＷも熱酸化や金属膜の堆
積等の処理を施されたものであるため、そりや厚さのバ
ラツキ等があり、ガイドリング１６の形状精度の向上の
みでは対応することができない。

【００１１】本発明は、前述した研磨布に押圧されるガ
イドリング先端の形状精度を補完し、板状の被加工物表
面のエッジ近傍を含む表面全体の加工量をより均一化す
ることができるポリッシング装置を提供することを目的
としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、板状の被加工物の裏面を受けて該被加工物
を保持するポリッシングヘッドと、前記ポリッシングヘ
ッドに設けられ同ポリッシングヘッドに保持された前記
被加工物の外周をわずかな隙間を介して囲むガイドリン
グと、前記ポリッシングヘッドに保持された被加工物の
表面を研磨加工するため、表面に研磨布を有すると共
に、前記ポリッシングヘッドに対向して配置され、かつ
前記ポリッシングヘッドと相対運動を行う定盤とを備
え、研磨加工時に、前記研磨布に対向する前記ガイドリ
ングの先端が、前記ポリッシングヘッドに保持された被
加工物と共に前記研磨布に押圧され、前記被加工物の表
面のエッジ近傍の研磨圧力の均一化を図るように構成さ
れているポリッシング装置において、前記研磨布に対向
する前記ガイドリングの先端が、前記研磨圧力に対抗可
能な弾力性を有する弾性体と、この弾性体の表面に設け
られた耐研磨性を有する板状部材とからなることを特徴
としている。

【００１３】本発明によれば、研磨布に接触するガイド
リングの板状部材は、研磨圧力に対抗可能な弾力性を有
する弾性体を介してガイドリングの本体に設けられてい
るため、板状部材の先端の形状精度に数μｍ程度のうね
りがあっても、研磨圧力とほぼ等しい圧力による前記弾
性体の変形により前記板状部材がたわみ、該板状部材の
表面（先端面）は研磨布の表面形状に倣う形状になる。
この板状部材の表面が接触する研磨布の表面形状は、板
状部材に隣接して同じく研磨布の表面に押圧されている
被加工物のエッジ部にも倣う形状となるため、板状部材
の表面は被加工物のエッジ部にも倣う形状になり、エッ
ジ近傍の加工量の円周方向のうねりを緩和する。なお、
板状部材による半径方向の加工量の均一化は、ガイドリ
ングに対して従来の種々の方式を採用することにより同
様に行うことができる。

【００１４】なお、前記被加工物の裏面とこの裏面を受
ける前記ポリッシングヘッドの保持面との間に粘弾性を
有するポリッシングパッドを配置する場合は、前記弾性
体を、前記ポリッシングパッドの粘弾性とほぼ等しい粘
弾性を有する弾性体とすれば、研磨圧力に対する両者の
変形量がほぼ等しいため、ガイドリングを固定方式とし
ても、容易に所期の目的を達成するように構成すること
ができる。この場合、前記弾性体が、ポリッシングパッ
ドと同一の部材により形成されていれば、より好まし
い。

【００１５】また、前記板状部材には、ガラスエポキ
シ、ポリアセタール及びセラミックスのうちのいずれか
を用いることができる。さらにまた、前記板状部材の剥
離を防ぐため、前記前記板状部材の元端側の外周を、前
記弾性体及び板状部材を取り付けている前記ガイドリン
グの本体に設けられたリング状の突起によってガイドす
ることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態について
図１ないし図３を参照して説明する。なお、図４に示し
た従来装置と同一部分には同一符号を付して詳細な説明
を省略する。図１において、１６０は、図４の従来のガ
イドリング１６に代わるガイドリングである。

【００１７】このガイドリング１６０は、図２に拡大し
て示すように、ポリッシングヘッド１３の中央突出部１
３ａの外周に嵌着されたリング状のガイドリング本体１
６１を有している。このガイドリング本体１６１の先端
（図２において下端）外周側には、リング状の突起１６
１ａが設けられ、この突起１６１ａの内側段差部に偏平
なリング状の弾性体１６２が接着などにより取り付けら
れている。この弾性体１６２の表面には、耐研磨性を有
する同じく偏平なリング状の板状部材１６３が接着など
により取り付けられている。なお、板状部材１６３の元
端側の外周は、リング状の突起１６１ａにガイドされる
ように取り付けられており、研磨加工時に作用する接線
方向の力による剥離を防ぐようになっている。

【００１８】上記弾性体１６２は、研磨加工時に、被加
工物としてのウェーハＷに作用する研磨圧力とほぼ等し
い圧力を板状部材１６３の表面に生じさせることができ
るように、研磨圧力に対抗可能な弾力性を有する材料で
作られている。この材料としては、本実施の形態のよう
に、ポリッシングパッド１５を使用する場合は、このポ
リッシングパッド１５とほぼ等しい粘弾性を有するもの
が好ましく、ポリッシングパッド１５と同じ材料を用い
ても良い。具体的には、発泡ポリウレタン、シリコンゴ
ム等を用いることができる。

【００１９】また、板状部材１６３は、従来のガイドリ
ングと同様に、ＣＭＰ加工に耐える耐腐食性を有し、か
つ、半導体デバイス用のウェーハに対して金属汚染等を
生じない清浄性を満足すものであることが望ましく、ガ
ラスエポキシやポリアセタール等の樹脂材料またはセラ
ミックスで作られる。さらにまた、この板状部材１６３
は、研磨圧力程度の圧力が部分的に作用したとき、厚さ
方向へ数〜数十μｍ程度のたわみを生じることができる
ような厚さに設定されている。なお、この板状部材１６
３の厚さは、材質のたわみ性によって異なるが、０．１
〜２ｍｍ程度の厚さに設定される。

【００２０】次いで本装置の作用について説明する。図
１に示すように、ポリッシングヘッド１３にウェーハＷ
を装着し、定盤１１とポリッシングヘッド１３を回転さ
せると共に、ノズル１７から研磨剤１８を供給しつつポ
リッシングヘッド１３を下降させ、ウェーハＷの表面を
研磨布１４に押圧する。

【００２１】このとき、板状部材１６３の表面は、ウェ
ーハＷのエッジ部及び板状部材１６３の表面の円周方向
のうねりの量、さらにはポリッシングパッド１５及び弾
性体１６２の粘弾性の値を考慮し、研磨圧力が作用して
いない自由状態においてウェーハＷの表面より図１及び
図２において所定量下方へ突出するように形成しておく
ことにより、ウェーハＷの表面を研磨布１４に押圧した
とき、板状部材１６３の表面も研磨布１４に接触して押
圧され、板状部材１６３の表面にも研磨圧力とほぼ等し
い圧力が作用するようになっている。

【００２２】この圧力は、板状部材１６３の表面のうね
りによる突出部分に、より大きな圧力として作用し、そ
の部分の弾性体１６２をより大きく変形（圧縮）させ、
うねりの量を緩和する。また、この板状部材１６３の表
面が接触する部分の研磨布１４の表面形状は、板状部材
１６３に隣接して同じく研磨布１４の表面に押圧されて
いるウェーハＷのエッジ部に倣うため、板状部材１６３
の表面はウェーハＷのエッジ部にも倣う形状になる。そ
こで、ウェーハＷのエッジ近傍の加工量の円周方向のバ
ラツキが小さく抑えられる。なお、板状部材１６３によ
るウェーハＷの半径方向の加工量の均一化は、上記のよ
うに板状部材１６３に作用する圧力を研磨圧力とほぼ等
しくすることにより、図４に示した従来の装置と同様に
改善される。

【００２３】図３は、本発明によるポリッシング装置で
直径２００ｍｍのシリコンウェーハＷを研磨加工したと
きのガイドリング１６０の先端すなわち板状部材１６３
の表面の自由状態におけるうねり量と同ウェーハＷのエ
ッジから３ｍｍ内側の位置の加工量を示す。なお、図３
は、ポリッシングパッド１５と弾性体１６２に同じ材料
である厚さ０．５ｍｍの発泡ポリウレタンシートを用
い、板状部材１６３に厚さ１．５ｍｍのガラスエポキシ
を用いた場合である。図３と従来の図６との比較から明
らかなように、本発明によれば、エッジ近傍の加工量を
より均一化することができる。

【００２４】前述した実施の形態は、ガイドリング１６
０をポリッシングヘッド１３に固定する方式のポリッシ
ング装置に本発明を適用した例を示したが、本発明は、
図示しないアクチュエータによりガイドリング１６０の
突出量を調整する方式、同じく図示しないアクチュエー
タにより研磨布１４に対するウェーハＷの押圧力すなわ
ち研磨圧力とほぼ等しい圧力でガイドリング１６０を研
磨布１４に押圧する方式のポリッシング装置にも適用可
能であり、また、ポリッシングパッド１５を用いずにウ
ェーハＷをポリッシングヘッド１３に直接装着する方式
のポリッシング装置にも適用可能であり、これらにおい
ても同様の作用効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、研磨
布に押圧されるガイドリング先端の形状精度を補完し、
ウェーハのような板状の被加工物表面のエッジ近傍を含
む表面全体の加工量をより均一化することができる。な
お、被加工物の裏面とこの裏面を受けるポリッシングヘ
ッドの保持面との間に粘弾性を有するポリッシングパッ
ドを配置する場合は、弾性体をポリッシングパッドの粘
弾性とほぼ等しい粘弾性を有する弾性体とすれば、研磨
圧力に対する両者の変形量がほぼ等しいため、ガイドリ
ングを固定方式としても容易に所期の目的を達成するよ
うに構成することができる。この場合、弾性体をポリッ
シングパッドと同一の部材により形成すれば、より簡単
に所期の目的を達成することができる。

【００２６】また、板状部材に、ガラスエポキシ、ポリ
アセタール及びセラミックスのうちのいずれかを用いれ
ば、板状部材の寿命を延ばすことができると共に金属汚
染等のない清浄な研磨加工を行うことができ、さらにま
た、板状部材の元端側の外周を、弾性体及び板状部材を
取り付けているガイドリングの本体に設けられたリング
状の突起によってガイドすれば、板状部材の剥離をより
確実に防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるポリッシング装置の実施の形態を
示す概要断面図。

【図２】図１の部分拡大図。

【図３】本発明によるポリッシング装置で研磨加工した
ときの自由状態におけるガイドリングうねり量とウェー
ハエッジ近傍の加工量との関係を示す図。

【図４】従来のポリッシング装置の一例を示す概要断面
図。

【図５】ウェーハエッジ近傍の加工量の測定位置を示す
図。

【図６】従来のポリッシング装置で研磨加工したときの
自由状態におけるガイドリングうねり量とウェーハエッ
ジ近傍の加工量との関係を示す図。

【符号の説明】

１０ 回転軸 １１ 定盤 １２ 回転軸 １３ ポリッシングヘッド １４ 研磨布 １４ａ 軟質層 １４ｂ 硬質層 １５ ポリッシングパッド １６、１６０ ガイドリング １６１ ガイドリング本体 １６１ａ 突起 １６２ 弾性体 １６３ 板状部材 Ａ 加工量測定位置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 板状の被加工物の裏面を受けて該被加工
   物を保持するポリッシングヘッドと、 前記ポリッシングヘッドに設けられ同ポリッシングヘッ
   ドに保持された前記被加工物の外周をわずかな隙間を介
   して囲むガイドリングと、 前記ポリッシングヘッドに保持された被加工物の表面を
   研磨加工するため、表面に研磨布を有すると共に、前記
   ポリッシングヘッドに対向して配置され、かつ前記ポリ
   ッシングヘッドと相対運動を行う定盤とを備え、 研磨加工時に、前記研磨布に対向する前記ガイドリング
   の先端が、前記ポリッシングヘッドに保持された被加工
   物と共に前記研磨布に押圧され、前記被加工物の表面の
   エッジ近傍の研磨圧力の均一化を図るように構成されて
   いるポリッシング装置において、 前記研磨布に対向する前記ガイドリングの先端が、前記
   研磨圧力に対抗可能な弾力性を有する弾性体と、この弾
   性体の表面に設けられた耐研磨性を有する板状部材とか
   らなることを特徴とするポリッシング装置。
2. 【請求項２】 前記被加工物の裏面とこの裏面を受ける
   前記ポリッシングヘッドの保持面との間に粘弾性を有す
   るポリッシングパッドを配置すると共に、前記弾性体
   を、前記ポリッシングパッドの粘弾性とほぼ等しい粘弾
   性を有する弾性体としたことを特徴とする請求項１記載
   のポリッシング装置。
3. 【請求項３】 前記弾性体が、ポリッシングパッドと同
   一の部材により形成されていることを特徴とする請求項
   ２記載のポリッシング装置。
4. 【請求項４】 前記板状部材が、ガラスエポキシ、ポリ
   アセタール及びセラミックスのうちのいずれかからなる
   ことを特徴とする請求項１、２または３記載のポリッシ
   ング装置。
5. 【請求項５】 前記板状部材の元端側の外周が、前記弾
   性体及び板状部材を取り付けている前記ガイドリングの
   本体に設けられたリング状の突起によってガイドされて
   いることを特徴とする請求項１、２、３または４記載の
   ポリッシング装置。