JP2002120145A - 平面研磨装置及び平面研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平面研磨装置において、被加工物の厚さ分布
が大きい、あるいは同心円状でない場合、または、被加
工物に切り欠きが有る場合、被加工物を均一に研磨でき
ない。 【解決手段】 真空チャンバと、この真空チャンバに連
通する複数の孔を有するチャックプレートと、このチャ
ックプレート面に設けられ、前記チャックプレートの孔
に連通する孔を有する弾性体と、この弾性体を介して被
加工物を保持する手段とからなる研磨ヘッドを備えた平
面研磨装置において、前記被加工物の厚さが厚い部分に
接する弾性体ほど弾性率の高いものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、平面研磨装置及
び平面研磨方法に関するものであり、更に詳しくは、被
加工物の加工精度を向上させる研磨ヘッドを備えた平面
研磨装置とこの装置による被加工物の研磨方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の平面研磨装置の一般的な
概略構成図であり、図１２は従来の平面研磨装置におけ
る研磨ヘッド４４の縦断面図である。図１１と図１２に
おいて、１は研磨布、２は回転定盤、３は研磨剤供給ノ
ズル、１０は被加工物、４１は真空チャンバ、４４は研
磨ヘッド、４５はヘッド本体、４６はチャックプレー
ト、４７はガイドリング、４８はバッキングパッド、４
９は主軸、５１は減圧排気経路、５２はチャックプレー
トの吸着孔、５３はバッキングパッドの吸着孔、６１は
ドレッサである。

【０００３】従来の平面研磨装置では、研磨布１が回転
定盤２の上に装着され、回転定盤２は駆動軸の上端に固
定されて回転駆動される。回転定盤２の上方には、研磨
ヘッド４４が配置されている。研磨ヘッド４４は、主軸
４９を介して加圧及び回転機構（図示せず）に接続され
ている。ウェハ等の被加工物１０は、バッキングパッド
４８を介して研磨ヘッド４４の下面に吸着されて保持さ
れる。この他、回転定盤２の上方には、研磨布１上に研
磨剤を供給する研磨剤供給ノズル３、研磨布１の目詰ま
りを取除くために使用されるドレッサ６１などが配置さ
れている。被加工物１０の表面の研磨は、回転定盤２及
び研磨ヘッド４４を回転するとともに、研磨剤供給ノズ
ル３から研磨布１上に研磨剤を供給し、この状態で、被
加工物１０の表面を研磨布１に対して押付けることによ
って行われる。

【０００４】研磨ヘッド４４は主軸４９の先端に接続さ
れ、ヘッド本体４５、チャックプレート４６、ガイドリ
ング４７などから構成される。チャックプレート４６は
ヘッド本体４５の下面に取り付けられ、ガイドリング４
７はチャックプレート４６の下面の周縁部に沿って取り
付けられる。主軸４９の中心部には、真空吸着用の減圧
排気経路５１が形成されている。ヘッド本体４５の下面
とチャックプレート４６の上面との間には、円形の真空
チャンバ４１が形成されている。真空チャンバ４１の内
部は、上記の減圧排気経路５１を介して減圧排気され
る。チャックプレート４６の中心部付近には、チャック
プレート４６を上下方向に貫通する複数の吸着孔５２が
形成され、真空チャンバ４１の内部とチャックプレート
４６の下面側との間を連絡している。

【０００５】バッキングパッド４８は、チャックプレー
ト４６の下側に取り付けられ、その周囲にガイドリング
４７が取り付けられる。バッキングパッド４８には、前
記吸着孔５２と対応する位置に、吸着孔５３が形成され
ている。被加工物１０は、バッキングパッド４８を介し
てチャックプレート４６の下面に吸着されて保持され、
被加工物１０の周囲にはガイドリング４７が僅かな隙間
をもって配置される。

【０００６】平面研磨装置において、平板状の被加工物
（例えば、シリコンウエハ）の表面の加工精度の向上を
目的として、被加工物に対する加圧力の平面分布を研磨
加工中にコントロールする方法が各種、提案されてい
る。

【０００７】最も一般的な方法として、バックプレッシ
ャ法がある。バックプレッシャ法では、被加工物を保持
するために研磨ヘッドの吸着面に設けられている真空吸
着用の孔を利用して、研磨加工中に、この孔から被加工
物の裏面に流体圧を作用させて加圧力の平面分布のコン
トロールを行う。この方法では、被加工物の表面の加工
レートが比較的低い部分を選択的に加圧することによっ
て、面内の加工レートの均一性を改善することができ
る。

【０００８】しかし、バックプレッシャ法には、被加工
物に対する加圧力の平面分布をコントロールできる範囲
が比較的狭い。被加工物１０の中心部の加工レートを増
加させるために被加工物１０を下側に凸に変形させるこ
とは可能であるが、これとは反対に、被加工物１０の中
心部の加工レートを減少させるため、被加工物１０を下
側に凹に変形させることはできない。また、被加工物１
０の裏面側に加圧流体を供給するので、被加工物１０を
研磨布１に対して十分に押し付ける前にバックプレッシ
ャが作用すると、研磨ヘッド４４から被加工物１０が飛
出して被加工物１０を破壊する危険がある。それと、研
磨加工中での被加工物１０の飛出しを防止するため、バ
ックプレッシャの圧力の範囲や、バックプレッシャを作
用させることができる被加工物裏面の位置が制限される
などの問題があった。

【０００９】これらの問題を解決する平面研磨装置が、
特開平１１−１５６６９７号公報に開示されている。図
１３は、この平面研磨装置の一実施例における研磨ヘッ
ド４４の構造を示す断面図である。図１３において、１
９は真空ポンプ、２１，２２，２３は減圧排気経路、２
５，２６，２７は真空チャンバ、３１，３２，３３は圧
力調整器である。この平面研磨装置は、研磨ヘッド４４
のチャックプレート４６部分に複数の真空チャンバ２５
と２６と２７とを同心円状に備えている。これら真空チ
ャンバの真空度が圧力調整器３１と３２と３３とにより
個別に調整され、各真空チャンバから吸着面まで貫通す
る吸着孔により、吸着面にバッキングパッド４８を介し
て保持された被加工物１０裏面側に作用する吸引力の分
布を調整でき、被加工物１０に作用する加圧力の分布が
調整され、被加工物１０面内の加工レートの均一性を改
善することができる。しかし、被加工物の研磨面の厚さ
分布が同心円状でない場合は、均一に研磨することがで
きない。特に、被加工物が位置合わせのための切り欠き
を有するウェハの場合、この切り欠き部分の研磨速度が
異なり、均一に研磨できないなどの問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の平面研磨装置および平面研磨方法の課題を解決
するためになされたものであり、本発明の目的は、研磨
ヘッドから被加工物が飛び出す危険を伴わずに、被加工
物の厚さ分布が大きい場合でも、また、同心円状でない
場合でも、被加工物に切り欠きが有る場合でも、被加工
物に対する加圧力の平面分布をコントロールし、均一に
研磨できる装置と方法を提供することにある。

【００１１】

【発明を解決するための手段】本発明に係る第１の平面
研磨装置は、真空チャンバと、この真空チャンバに連通
する複数の孔を有するチャックプレートと、このチャッ
クプレート面に設けられ、前記チャックプレートの孔に
連通する孔を有する弾性体と、この弾性体を介して被加
工物を保持する手段とからなる研磨ヘッドを備えた平面
研磨装置であって、前記弾性体が、弾性率の異なる複数
の弾性体からなり、前記被加工物の厚さが厚い部分に接
する弾性体ほど弾性率が高いものである。

【００１２】本発明に係る第２の平面研磨装置は、前記
第１の平面研磨装置において、前記弾性体が、複数の弾
性体を積層したものである。

【００１３】本発明に係る第３の平面研磨装置は、前記
第１の平面研磨装置において、前記弾性体が、被加工物
の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど厚さが厚いもので
ある。

【００１４】本発明に係る第４の平面研磨装置は、前記
第１の平面研磨装置において、前記弾性体が、被加工物
の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど、小さい寸法の孔
を有するものである。

【００１５】本発明に係る第５の平面研磨装置は、前記
第１の平面研磨装置において、前記弾性体が、被加工物
と相似の形状であるものである。

【００１６】本発明に係る第６の平面研磨装置は、前記
第１ないし５のいずれかの平面研磨装置において、真空
チャンバの圧力を制御する手段を備えたものである。

【００１７】本発明に係る第１の平面研磨方法は、真空
チャンバと、この真空チャンバに連通する複数の孔を有
するチャックプレートと、このチャックプレート面に設
けられ、前記チャックプレートの孔に連通する孔を有す
る弾性体からなる研磨ヘッドに前記弾性体を介して被加
工物を保持し、この被加工物を回転定盤表面の研磨布に
押付けて研磨する平面研磨方法であって、前記弾性体
が、弾性率の異なる複数の弾性体からなり、前記被加工
物の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど弾性率が高いこ
とである。

【００１８】本発明に係る第２の平面研磨方法は、前記
第１の平面研磨方法において、前記弾性体が、被加工物
の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど厚さが厚いことで
ある。

【００１９】本発明に係る第３の平面研磨方法は、前記
第１の平面研磨方法において、前記弾性体が、被加工物
の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど、小さい寸法の孔
を有することである。

【００２０】本発明に係る第４の平面研磨装方法は、前
記第１の平面研磨方法において、前記弾性体が、被加工
物と相似の形状であることである。

【００２１】本発明に係る第５の平面研磨装方法は、前
記第１ないし４のいずれかの平面研磨方法において、真
空チャンバの圧力を制御することである。

【００２２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、本発明の
実施の形態１における平面研磨装置の研磨ヘッドの構造
を示す断面図である。平面研磨装置全体の構成は図１１
に示したものと同様なので、その説明は省略する。図１
において、５４は弾性体の吸着孔、８１は第１の弾性
体、８２は第２の弾性体、８３は第３の弾性体であり、
少なくとも一つ弾性体は他の弾性体と弾性率が異なる。
本実施の形態では、研磨ヘッド４４は、ヘッド本体４５
とチャックプレート４６とガイドリング４７などから構
成される。チャックプレート４６はヘッド本体４５下面
に取付けられ、ガイドリング４７はヘッド本体４５とチ
ャックプレート４６との周縁部に沿って取付けられる。
ヘッド本体４５の底面には窪みが設けられ、このヘッド
本体４５の底面とチャックプレート４６の上面とで、真
空チャンバ４１が形成されている。チャックプレート４
６には真空チャンバ４１に連通し、被加工物１０を吸着
する吸着孔５２が設けられている。

【００２３】主軸４９の内部には、真空吸着用の減圧排
気路５１が形成されており、被加工物を真空吸着するた
め真空チャンバ４１に連通している。また、減圧排気路
５１は圧力調整器３１を介して真空ポンプ１９に接続さ
れている。チャックプレート４６の下側には、弾性率の
異なる部材からなる第１の弾性体８１と第２の弾性体８
２と第３の弾性体８３とが設けられており、各々の弾性
体８１、８２、８３には、チャックプレート４６の吸着
孔５２に対応する位置に弾性体の吸着孔５４が設けられ
ている。本実施の形態では、第１〜第３の弾性率の異な
る３種類の部材の弾性体を設けているが、弾性体の種類
は３種類に限定するものではない。被加工物１０とし
て、例えばウエハが各弾性体８１、８２、８３とを介し
てチャックプレート４６の下面に吸着保持されている。

【００２４】弾性体としては、例えば、ポリウレタン、
ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
フッ化ビニル、ナイロン、ポリスチレン、ＡＢＳ、ＰＥ
Ｔなどのプラスチックス、または、シリコーンゴム、ネ
オプレーンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム、フッ素
ゴムなどのエラストマ、または、スポンジなどを用いる
ことができる。すなわち、弾性率の異なる弾性体とし
て、上記のような種類の異なる部材を用いることができ
る。また、弾性率が異なれば同じ種類の部材を弾性体と
して用いることもできる。例えば、第１の弾性体が硬質
ウレタンで、第２の弾性体が軟質ウレタンであっても良
い。また、第１の弾性体が高密度ポリエチレン、第２の
弾性体が中密度ポリエチレン、第３の弾性体が低密度ポ
リエチレンであっても良い。それと、プラスチック材料
に無機充填剤を添加した弾性体で、無機充填剤の添加量
を変えて、弾性率を変えた弾性体であっても良い。ま
た、プラスチック材料にエラストマの粉末を添加した弾
性体で、エラストマの充填量を変えて、弾性率を変えた
弾性体であっても良い。

【００２５】この構造の研磨ヘッド４４有する平面研磨
装置は、被加工物１０の被研磨膜厚分布に適合した分布
で、弾性率の異なる第１の弾性体８１と第２の弾性体８
２と第３の弾性体８３とが配置されているので、被加工
物１０を吸着した時、その吸着力による各弾性体８１、
８２、８３の変形量が被加工物膜厚分布に適合するよう
に調整される。これにより、被加工物１０の変形形状が
制御され、研磨布１に押付けた場合の被加工物１０の押
付け圧力分布を面内で変化させることができ、被加工物
１０の研磨速度分布を制御できる。

【００２６】本実施の形態の平面研磨装置を用いた研磨
方法では、被加工物１０の被研磨膜厚が大きいところ
に、弾性率が大きく変形量の小さい弾性体を配置し、被
加工物１０の研磨布１への押付け力を大きくし、被加工
物１０の被研磨膜厚が小さいところは、弾性率が小さく
変形量の大きい弾性体を配置し、被加工物１０の研磨布
１への押付け力を小さくして研磨する。研磨量は被加工
物１０の加工面に加わる圧力に比例するので、押し付け
力の大きいところは研磨量が多くなり、押し付け力が小
さいところは研磨量が小さくなり、厚さ分布を有する被
加工物も均一に研磨される。

【００２７】本実施の形態の平面研磨装置およびこの装
置を用いた研磨方法は、被加工物１０を真空吸着により
保持するため研磨途中に吸着面から脱落し飛出す危険が
なく、また、ガイドリング４７に接触することがないた
め被加工物１０がチッピングや割れなどの破損を起こす
ことがない。また、膜厚分布が、同心円状ではなく、様
々な分布をしている被加工物１０でも、その分布に適応
して弾性率の異なる弾性体を配設することでき、残膜厚
分布を均一化できる。

【００２８】図２は、実施の形態１における被加工物１
０の残膜厚分布を均一化する機構を説明する図である。
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは厚さ分布に応じて変
形させて研磨される被加工物である。本実施の形態で用
いられる弾性体８１、８２、８３の弾性率を各々、Ｋ８
１、Ｋ８２、Ｋ８３とする。

【００２９】各弾性体の弾性率を、Ｋ８１＞Ｋ８２＞Ｋ
８３と設定すると、被加工物１０は図２の１０ａのよう
に下側が凸に変形し、被加工物１０ａの研磨布１への押
付け圧力が被加工物１０ａの中心部において高くなり、
中心部の研磨速度が外周部に比べて大きくなり、被加工
物１０ａの中心部がより多く研磨される。また、各弾性
体の弾性率をＫ８１＜Ｋ８２＜Ｋ８３のように設定する
と、被加工物１０は図２の１０ｂのように下側が凹に変
形し、被加工物１０ｂの研磨布１への押付け圧力が被加
工物１０ｂの外周部において高くなり、外周部の研磨速
度が中心部に比べて大きくなり、被加工物１０ｂの外周
部がより多く研磨される。

【００３０】また、各弾性体の弾性率をＫ８１＝Ｋ８３
＜Ｋ８２のように設定すると、被加工物１０は図２の１
０ｃのように変形し、被加工物１０ｃの研磨布１への押
付け圧力が被加工物１０ｃの外周部と中心部との中間で
高くなり、被加工物１０ｃの外周部と中心部との中間で
の研磨速度が大きくなり、被加工物１０ｃの外周部と中
心部との中間がより多く研磨される。 また、各弾性体
の弾性率をＫ８１＝Ｋ８３＞Ｋ８２のように設定する
と、被加工物１０は図２の１０ｄに示すように変形し、
被加工物１０ｄの研磨布１への押付け圧力が被加工物１
０ｄの外周部および中心部で高くなり、被加工物１０ｄ
の外周部および中心部の研磨速度が大きくなり、被加工
物１０ｄの外周部および中心部がより多く研磨される。
上記のように、弾性率の異なる弾性体を適切に配置する
ことにより、被加工物１０と研磨布１との間の押付け力
分布を制御することができ、研磨後の被加工物１０の残
膜厚分布均一性が向上する。

【００３１】実施の形態２．図３は、本発明の実施の形
態２における平面研磨装置の研磨ヘッドの構造を示す部
分断面図である。図３において８４は第４の弾性体であ
る。本実施の形態では、第１の弾性体８１に積層して、
第２の弾性体８２と第３の弾性体８３と第４の弾性体８
４とが設けられている。例えば、第２〜第４の弾性体が
第１の弾性体と接触する面積を変えて、積層して構成し
てもよい。このときの弾性体８１、８２、８３、８４は
同じ材質でもよいし他材質でもよい。弾性体を積層構造
にすることで弾性体部材の弾性率差だけではなく、積層
構造によっても弾性体の変形量を調整することができる
ようになるため弾性体の変形量の調整可能な範囲が広く
なり、被加工物の変形形状をより精度良く被研磨膜厚分
布に合わせて調整でき、本実施の形態の研磨装置、およ
びこの装置を用いた研磨方法では、厚さ分布の大きな被
加工物でも、残膜厚分布を均一化できる。

【００３２】実施の形態３．図４は、本発明の実施の形
態３における平面研磨装置の研磨ヘッドの構造を示す部
分断面図である。本実施の形態では、被加工物１０を真
空吸着したときに変形する弾性体を厚さの異なる第１の
弾性体８１と第２の弾性体８２とで構成している。被加
工物１０の被研磨膜厚分布に合わせて厚さの異なる弾性
体を用いることで被加工物１０の加工形状を調整するこ
とができる。弾性体の厚さがより厚いところは被加工物
１０の研磨布１への押付け力が大きくなる。異なる厚さ
の弾性体を用いることで弾性体部材の弾性率差だけでは
なく、弾性体厚さによっても被加工物１０の変形量を調
整することができるようになるため被加工物の変形量の
調整可能な範囲が広くなり、被加工物の変形形状をより
精度良く被研磨膜厚分布に合わせて調整でき、本実施の
形態の研磨装置、およびこの装置を用いた研磨方法で
は、厚さ分布の大きな被加工物でも、残膜厚分布を均一
化できる。

【００３３】実施の形態４．図５は、本発明の実施の形
態４における平面研磨装置の外周部の厚さが厚い弾性体
を備えた研磨ヘッドの構造を示す部分断面図であり、図
６は本発明の実施の形態４における平面研磨装置の中心
部の厚さが厚い弾性体を備えた研磨ヘッドの構造を示す
部分断面図である。本実施の形態では、被加工物１０を
真空吸着したときに変形する弾性体８１が、一つで構成
されており、弾性体８１の厚さが面内で変化しているも
のである。被加工物１０の被研磨膜厚分布に合わせて弾
性体の厚みを変化させることで被加工物１０の加工形状
を調整することができる。しかも、弾性体を一種類で構
成できるため研磨ヘッドをより簡略化でき安価に製造で
きる利点がある。

【００３４】本実施の形態の研磨装置、およびこの研磨
装置を用いた研磨方法では、被加工物１０の被研磨膜厚
が大きいところは弾性体厚みを大きくすることで、被加
工物１０の研磨布１への押付け力を大きく、つまり研磨
速度を大きくし、被研磨膜厚が小さいところは弾性体厚
みを小さくすることで、被加工物１０の研磨布１への押
付け力を小さく、つまり研磨速度を小さくするように調
整することができ、被加工物の残膜厚均一性が向上す
る。

【００３５】また、被加工物１０を真空吸着により保持
するため研磨途中に吸着面から脱落し飛出す危険がな
く、また、ガイドリング４７に接触することがないため
被加工物１０がチッピングや割れなどの破損を起こすこ
とがない。また、被加工物１０の膜厚分布は必ずしも同
心円状ではなく様々な分布をしているものでも、その分
布に適応して弾性体厚さを調節することができるので、
被加工物の残膜厚分布を均一化できる。

【００３６】実施の形態５．図７は、本発明の実施の形
態５における平面研磨装置の研磨ヘッドの構造を示す部
分断面図である。本実施の形態は、被加工物１０を真空
吸着するために、チャックプレート４６に設けられた吸
着孔５２と弾性体８１に設けられた吸着孔５４との吸着
面積を、面内で変化させたものである。これにより被加
工物１０の吸着力を面内で変化させ、弾性体８１の変形
量を面内で調整し、被加工物１０の研磨布１への押付け
力を調整でき、被加工物１０の残膜厚均一性が向上す
る。すなわち、被加工物１０の被研磨膜厚が大きいとこ
ろは、吸着孔５２と５４との吸着面積を小さく設定し被
加工物１０の吸着力を小さくし、これにより弾性体８１
の変形量を小さくすることで、被加工物１０の研磨布１
への押付け力を大きくし、研磨速度を大きくできる。ま
た、被加工物１０の被研磨膜厚が小さいところは、吸着
孔５２と５４との吸着面積を大きく設定し被加工物１０
の吸着力を大きくし、これにより弾性体８１の変形量を
大きくすることで、被加工物１０の研磨布１への押付け
力を小さくし、研磨速度を小さくできる。このようにし
て、本実施の形態の研磨装置およびこの装置を用いた研
磨方法では、被加工物１０の残膜厚均一性が向上する。
本実施の形態では、チャックプレート４６と弾性体８１
に設けられた各々の吸着孔５２と５４との吸着面積を面
内で変化させたが、チャックプレート４６の吸着孔５２
の吸着面積を一定にし、弾性体８１に設けられた吸着孔
５４の吸着面積のみを変化させても良い。

【００３７】また、本実施の形態では、被加工物１０を
真空吸着により保持するため研磨途中に吸着面から脱落
し飛出す危険がなく、また、ガイドリング４７に接触す
ることがないため被加工物１０がチッピングや割れなど
の破損を起こすことがない。また、被加工物１０の膜厚
分布は必ずしも同心円状ではなく様々な分布をしている
場合でも、その分布に適応して吸着孔の吸着面積を変化
させることで、被加工物１０の吸着力分布を制御でき、
面内で吸着力が調整できるため弾性体８１の変形量を面
内で制御することで残膜厚分布を均一化できる。

【００３８】図８は、実施の形態５における被加工物１
０の残膜厚分布を均一化する機構を説明する図である。
図８において、弾性体の吸着孔５５、５６、５７の各吸
着孔の吸着総面積をＦ５５、Ｆ５６、Ｆ５７とする。各
吸着孔の吸着総面積Ｆは、Ｆ＝吸着孔単一の吸着面積×
その径上の吸着孔数、となる。

【００３９】本実施の形態において、弾性体８１の各吸
着孔の吸着総面積を、Ｆ５５＜Ｆ５６＜Ｆ５７のように
設定すると、面内での被加工物１０の吸着力分布を変化
させることができるため、弾性体８１の変形量を各部で
変化させ、被加工物１０は図８の１０ａのように下側が
凸に変形できる。そして、研磨時、被加工物１０ａの研
磨布１への押付け圧力は被加工物１０ａの中心部におい
て高くなり、中心部の研磨速度が外周部に比べて大きく
なり、被加工物１０ａの中心部がより多く研磨される。
また、弾性体の各吸着孔の吸着総面積を、Ｆ５５＞Ｆ５
６＞Ｆ５７のように設定すると、被加工物１０は図８の
１０ｂのように下側が凹に変形し、被加工物１０ｂの研
磨布１への押付け圧力が被加工物１０ｂの外周部におい
て高くなり、外周部の研磨速度が中心部に比べて大きく
なり、被加工物１０ｂの外周部がより多く研磨される。

【００４０】また、弾性体の各吸着孔の吸着総面積を、
Ｆ５５＝Ｆ５７＞Ｆ５６のように設定すると、被加工物
１０は図８の１０ｃのように変形し、被加工物１０ｃの
研磨布１への押付け圧力が被加工物１０ｃの外周部と中
心部との中間で高くなり、被加工物１０ｃの外周部と中
心部との中間で研磨速度が大きくなり、被加工物１０ｃ
の外周部と中心部との中間がより多く研磨される。ま
た、弾性体の各吸着孔の吸着総面積を、Ｆ５５＝Ｆ５７
＜Ｆ５６のように設定すると、被加工物１０は図８の１
０ｄのように変形し、被加工物１０ｄの研磨布１への押
付け圧力が被加工物１０ｄの外周部および中心部で高く
なり、被加工物１０ｄの外周部および中心部の研磨速度
が大きくなり、被加工物１０ｄの外周部および中心部が
より多く研磨される。

【００４１】弾性体の吸着孔の吸着面積を変えて適切に
配置することにより、被加工物１０の研磨布１への押付
け力分布を制御することができ研磨後の被加工物１０の
残膜厚分布均一性が向上する。

【００４２】実施の形態６．図９および図１０は、本発
明の実施の形態６における平面研磨装置の弾性体８１の
正面図である。本実施の形態では、被加工物１０が例え
ば半導体シリコンウエハの場合、ウエハ位置決めように
切欠き部が設けられている。図９はノッチタイプのシリ
コンウエハに対応した弾性体８１であり、図１０はオリ
エンテーションフラットタイプのシリコンウエハに対応
した弾性体８１である。被加工物１０の形状に合わせて
弾性体８１を構成することで、切欠き部などの特異形状
部の被加工物１０の変形を調整できるため、本実施の形
態の研磨装置およびこの装置を用いた研磨方法により、
特異形状部を有する被加工物１０の残膜厚均一性が向上
する。

【００４３】実施の形態７．実施の形態１ないし６の平
面研磨装置は、圧力調整器３１が設けられており、この
圧力調整器３１により、被加工物１０に加わる圧力を制
御できる。この圧力制御手段により、圧力を制御するこ
とで被加工物１０の変形形状をより精度良く制御できる
ようになり、被加工物１０の研磨布１への押付け力を調
整することがき、本実施の形態の研磨装置およびこの装
置を用いた研磨方法では、被加工物１０の残膜厚均一性
が、さらに向上する。

【００４４】

【発明の効果】本発明に係る第１の平面研磨装置は、真
空チャンバと、この真空チャンバに連通する複数の孔を
有するチャックプレートと、このチャックプレート面に
設けられ、前記チャックプレートの孔に連通する孔を有
する弾性体と、この弾性体を介して被加工物を保持する
手段とからなる研磨ヘッドを備えた平面研磨装置であっ
て、前記弾性体が、弾性率の異なる複数の弾性体からな
り、前記被加工物の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど
弾性率が高いものであり、前記被加工物の変形形状が制
御でき、前記研磨布への押付け圧力分布を面内で変化さ
せ、研磨速度分布を制御できるので、膜厚分布が、同心
円状ではなく、様々な分布をしている被加工物でも、残
膜厚分布を均一化できる。また、前記被加工物を真空吸
着により保持するため研磨途中に吸着面から脱落し飛出
す危険がなく、また、ガイドリングに接触することがな
いため前記被加工物がチッピングや割れなどの破損を起
こすことがない。

【００４５】本発明に係る第２の平面研磨装置は、前記
第１の平面研磨装置において、前記弾性体が、複数の弾
性体を積層したものであり、弾性体部材の弾性率差だけ
ではなく、積層構造によっても前記弾性体の変形量を調
整することができ、弾性体の変形量の調整可能な範囲が
広くなり、被加工物の研磨布への押付け圧力分布を大き
く変化でき、厚さ分布の大きな被加工物でも、残膜厚分
布を均一化できる。

【００４６】本発明に係る第３の平面研磨装置は、前記
第１の平面研磨装置において、前記弾性体が、被加工物
の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど厚さが厚いもので
あり、弾性体部材の弾性率差だけではなく、弾性体厚さ
によっても前記弾性体の変形量を調整することができ、
弾性体の変形量の調整可能な範囲が広くなり、被加工物
の研磨布への押付け圧力分布を大きく変化でき、厚さ分
布の大きな被加工物でも、残膜厚分布を均一化できる。

【００４７】本発明に係る第４の平面研磨装置は、前記
第１の平面研磨装置において、前記弾性体が、被加工物
の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど、小さい寸法の孔
を有するものであり、被加工物の吸着力を面内で変化さ
せることができ、前記弾性体の変形量を面内で調整する
ことができるようになり、前記被加工物の研磨布への押
付け圧力分布を調整でき、被加工物の残膜厚均一性が向
上する。また、被加工物を真空吸着により保持するため
研磨途中に吸着面から脱落し飛出す危険がなく、また、
ガイドリングに接触することがないため被加工物がチッ
ピングや割れなどの破損を起こすことがない。そして、
被加工物の膜厚分布は必ずしも同心円状ではなく様々な
分布をしているものでも、その分布に適応して弾性体の
孔を調節することができるので、被加工物の残膜厚分布
を均一化できる。

【００４８】本発明に係る第５の平面研磨装置は、前記
第１の平面研磨装置において、前記弾性体が、被加工物
と相似の形状のものであり、特異形状部の被加工物の変
形を調整でき、特異形状部を有する被加工物の残膜厚均
一性が向上する。

【００４９】本発明に係る第６の平面研磨装置は、前記
第１ないし５のいずれかの平面研磨装置において、真空
チャンバの圧力を制御する手段を備えたものであり、被
加工物の変形形状をより精度良く制御し、研磨布への押
付け力を調整することができ、被加工物の残膜厚均一性
が、さらに向上する。

【００５０】本発明に係る第１の平面研磨方法は、真空
チャンバと、この真空チャンバに連通する複数の孔を有
するチャックプレートと、このチャックプレート面に設
けられ、前記チャックプレートの孔に連通する孔を有す
る弾性体からなる研磨ヘッドに前記弾性体を介して被加
工物を保持し、この被加工物を回転定盤表面の研磨布に
押付けて研磨する平面研磨方法であって、前記弾性体
が、弾性率の異なる複数の弾性体からなり、前記被加工
物の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど弾性率が高いこ
とであり、被加工物の変形形状が制御でき、研磨布への
押付け圧力分布を面内で変化させ、研磨速度分布を制御
できるので、膜厚分布が、同心円状ではなく、様々な分
布をしている被加工物でも、残膜厚分布を均一化でき
る。また、被加工物を真空吸着により保持するため研磨
途中に吸着面から脱落し飛出す危険がなく、また、ガイ
ドリングに接触することがないため被加工物がチッピン
グや割れなどの破損を起こすことがない。

【００５１】本発明に係る第２の平面研磨方法は、前記
第１の平面研磨方法において、前記弾性体が、被加工物
の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど厚さが厚いことで
あり、弾性体部材の弾性率差だけではなく、弾性体厚さ
によっても前記弾性体の変形量を調整することができ、
弾性体の変形量の調整可能な範囲が広くなり、前記被加
工物の研磨布への押付け圧力分布を大きく変化でき、厚
さ分布の大きな被加工物でも、残膜厚分布を均一化でき
る。

【００５２】本発明に係る第３の平面研磨方法は、前記
第１の平面研磨方法において、前記弾性体が、被加工物
の厚さが厚い部分に接する弾性体ほど、小さい寸法の孔
を有することであり、被加工物の吸着力を面内で変化さ
せることができ、弾性体の変形量を面内で調整すること
ができるようになり、前記被加工物の研磨布への押付け
圧力分布を調整でき、被加工物の残膜厚均一性が向上す
る。また、被加工物を真空吸着により保持するため研磨
途中に吸着面から脱落し飛出す危険がなく、また、ガイ
ドリングに接触することがないため被加工物がチッピン
グや割れなどの破損を起こすことがない。そして、被加
工物の膜厚分布は必ずしも同心円状ではなく様々な分布
をしているものでも、その分布に適応して弾性体厚さを
調節することができるので、被加工物の残膜厚分布を均
一化できる。

【００５３】本発明に係る第４の平面研磨装方法は、前
記第１の平面研磨方法において、前記弾性体が、被加工
物と相似の形状であることであり、特異形状部の被加工
物の変形を調整でき、特異形状部を有する被加工物の残
膜厚均一性が向上する。

【００５４】本発明に係る第５の平面研磨装方法は、前
記第１ないし４のいずれかの平面研磨方法において、真
空チャンバの圧力を制御することであり、被加工物の変
形形状をより精度良く制御し、研磨布への押付け力を調
整することがき、被加工物の残膜厚均一性が、さらに向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１における平面研磨装置の研磨ヘ
ッドの構造を示す断面図である。

【図２】 実施の形態１における被加工物の残膜厚分布
を均一化する機構を説明する図である。

【図３】 実施の形態２における平面研磨装置の研磨ヘ
ッドの構造を示す部分断面図である。

【図４】 実施の形態３における平面研磨装置の研磨ヘ
ッドの構造を示す部分断面図である。

【図５】 実施の形態４における平面研磨装置の外周部
の厚さが厚い弾性体を備えた研磨ヘッドの構造を示す部
分断面図である。

【図６】 実施の形態４における平面研磨装置の中心部
の厚さが厚い弾性体を備えた研磨ヘッドの構造を示す部
分断面図である。

【図７】 実施の形態５における平面研磨装置の研磨ヘ
ッドの構造を示す部分断面図である。

【図８】 実施の形態５における被加工物１０の残膜厚
分布を均一化する機構を説明する図である。

【図９】 実施の形態６における平面研磨装置のノッチ
タイプのシリコンウエハと相似の弾性体の正面図であ
る。

【図１０】 実施の形態６における平面研磨装置のオリ
エンテーションフラットタイプのシリコンウエハと相似
の弾性体の正面図である。

【図１１】 従来の平面研磨装置の一般的な概略構成図
である。

【図１２】 従来の平面研磨装置における研磨ヘッドの
縦断面図である。

【図１３】 特開平１１−１５６６９７号公報記載の平
面研磨装置における研磨ヘッドの縦断面図である。

【符号の説明】

１ 研磨布、２ 回転定盤、３ 研磨剤供給ノズル、１
０ 被加工物、１９真空ポンプ、２１，２２，２３，５
１ 減圧排気経路、２５，２６，２７，４１真空チャン
バ、３１，３２，３３ 圧力調整器、４４、研磨ヘッ
ド、４５ ヘッド本体、４６ チャックプレート、４７
ガイドリング、４８ バッキングパッド、４９ 主
軸、５２ チャックプレートの吸着孔、５３ バッキン
グパッドの吸着孔、５４，５５，５６，５７ 弾性体の
吸着孔，６１ ドレッサ、８１第１の弾性体、８２ 第
２の弾性体、８３ 第３の弾性体、８４ 第４の弾性
体。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松野 吉徳 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AB04 BB04 CA02 CB01 CB06 DA17

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空チャンバと、この真空チャンバに連
   通する複数の孔を有するチャックプレートと、このチャ
   ックプレート面に設けられ、前記チャックプレートの孔
   に連通する孔を有する弾性体と、この弾性体を介して被
   加工物を保持する手段とからなる研磨ヘッドを備えた平
   面研磨装置であって、前記弾性体が、弾性率の異なる複
   数の弾性体からなり、前記被加工物の厚さが厚い部分に
   接する弾性体ほど弾性率が高いものであることを特徴と
   する平面研磨装置。
2. 【請求項２】 前記弾性体が、複数の弾性体を積層した
   ものであることを特徴とする請求項１記載の平面研磨装
   置。
3. 【請求項３】 前記弾性体が、被加工物の厚さが厚い部
   分に接する弾性体ほど厚さが厚いものであることを特徴
   とする請求項１記載の平面研磨装置。
4. 【請求項４】 前記弾性体が、被加工物の厚さが厚い部
   分に接する弾性体ほど、小さい寸法の孔を有するもので
   あることを特徴とする請求項１記載の平面研磨装置。
5. 【請求項５】 前記弾性体が、被加工物と相似の形状の
   ものであることを特徴とする請求項１記載の平面研磨装
   置。
6. 【請求項６】 真空チャンバの圧力を制御する手段を備
   えたもであることを特徴とする請求項１ないし５のいず
   れかに記載の平面研磨装置。
7. 【請求項７】 真空チャンバと、この真空チャンバに連
   通する複数の孔を有するチャックプレートと、このチャ
   ックプレート面に設けられ、前記チャックプレートの孔
   に連通する孔を有する弾性体からなる研磨ヘッドに前記
   弾性体を介して被加工物を保持し、この被加工物を回転
   定盤表面の研磨布に押付けて研磨する平面研磨方法であ
   って、前記弾性体が、弾性率の異なる複数の弾性体から
   なり、前記被加工物の厚さが厚い部分に接する弾性体ほ
   ど弾性率が高いことを特徴とする平面研磨方法。
8. 【請求項８】 前記弾性体が、被加工物の厚さが厚い部
   分に接する弾性体ほど厚さが厚いことを特徴とする請求
   項７記載の平面研磨方法。
9. 【請求項９】 前記弾性体が、被加工物の厚さが厚い部
   分に接する弾性体ほど、小さい寸法の孔を有することを
   特徴とする請求項７記載の平面研磨方法。
10. 【請求項１０】 前記弾性体が、被加工物と相似の形状
    であることを特徴とする請求項７記載の平面研磨方法。
11. 【請求項１１】 真空チャンバの圧力を制御することを
    特徴とする請求項７ないし１０のいずれかに記載の平面
    研磨方法。