JP2002370156A - ポリッシング装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ポリッシング対象基板の保持の均一性を保
ち、研磨面の精度を高めることを目的とする。 【解決手段】 トップリング本体２とポリッシング対象
基板５との間に、ポリッシング対象基板５に接する保持
面１４と該保持面に規則的な小間隔を保って貫通配設さ
れた多数の通気小孔１５を有するポリッシングヘッド１
２を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポリッシング対象
基板の研磨面を均等に研磨し、精度よく平坦化するポリ
ッシング装置及び半導体装置の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体ウエハの表面を高い精度に
平坦化するポリッシング装置として、研磨テーブルとト
ップリング機構を備え、トップリング機構で研磨テーブ
ルに一定の圧力を付与し、両者間に介在させたポリッシ
ング対象基板と研磨テーブル間に、砥液を供給しなが
ら、研磨テーブルとトップリング機構を相対的に回転運
動させて、化学的かつ機械的研磨作用を及ぼす装置が提
案されている。この装置では、ポリッシング対象基板の
保持面に弾性マットからなるバッキング部材を貼り付
け、ポリッシング対象基板に作用する押圧力を均一化し
て、局部的な過研磨を防止するように構成されている。
しかし従来のこの装置では、バッキング部材の下面にポ
リッシング対象基板を接触させてこれを保持し、研磨を
行なっているために、バッキング部材内の剛性が部分的
に相違することに起因した研磨むらが発生するという欠
点があった。この問題を解決することを目的としてなさ
れたものに、例えば特開２０００−３０１４５３公報に
示された装置がある。

【０００３】図４は上記特開２０００−３０１４５３公
報に示された従来のポリッシング装置の構成を示す断面
図である。図において、１はトップリング機構全体の構
成を示しており、このトップリング機構１は、トップリ
ング本体２と、このトップリング本体２の下面に、突出
した周縁４ｂを当接させて空間部３を形成した通気板４
と、この通気板４の下面に接し、ポリッシング対象基板
５を保持するバッキング部材６と、上記ポリッシング対
象基板５の脱飛を防ぐ周縁のガイドリング７と、上記本
体２と一体に設けた回転支軸８によって構成されてい
る。なお、上記バッキング部材６は、環状の外側バッキ
ング部材６ａと、内側バッキング部材６ｂとからなり、
これらによって、複数の同心円状の空間部分９ａ，９ｂ
が形成されており、それぞれの空間部分９ａ，９ｂに対
し給排気する構造になっている。なお、図中、２ａと４
ａは本体２と通気板４にそれぞれあけられた通気孔、１
０は上記トップリング機構１の下方に配される研磨テー
ブルで、その表面には研磨布１１が貼付されている。

【０００４】次に動作について説明する。通気孔２ａか
ら空間部３内を真空排気することにより、通気孔４ａを
介して空間部分９ａ，９ｂも真空排気され、ポリッシン
グ対象基板５は吸着される。次に、トップリング機構１
が下降し、この動作によって、ポリッシング対象基板５
が下方の研磨テーブル１０上の研磨布１１に押し付けら
れる。ここで、通気孔２ａから圧縮空気を導入すると、
空間部分９ａ，９ｂが加圧され、この状態でトップリン
グ機構１と研磨テーブル１０とに相対運動を付与するこ
とによって、ポリッシング対象基板５が研磨され、平坦
化する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のポリッシング装
置は以上のように構成されており、環状の内外バッキン
グ部材を介してポリッシング対象基板の押圧状態を調整
・制御している。したがって、バッキング部材によって
形成される内外空間の圧力制御による研磨作用の適正な
設定が至難であり、また、バッキング部材の材質や内外
空間に通ずる通気孔の数や配列・形状の影響を受けやす
く、研磨の均一性が阻害されるという問題がある。ま
た、バッキング部材が消耗品であるため、消耗の度合に
よっても、均一性の悪化を招くことから部品交換が必要
であり、それに対応する時間を見込まねばならないとい
う問題があった。さらにまた、ポリッシング対象基板に
平衡した調整圧力を作用するための圧縮空気供給手段
に、特別の配慮を加えるという問題もあった。

【０００６】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたものであり、ポリッシング対象基板の
保持の均一性が保たれ、より精度の高い研磨面が得られ
るポリッシング装置を提供することを目的とし、さら
に、バッキング部材を排して消耗度の影響を受けること
なく、部品交換の必要のない装置を得ることを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るポリッシング装置は、トップリング機構のトップリン
グ本体とポリッシング対象基板との間に、ポリッシング
対象基板に接する保持面と該保持面に規則的な小間隔を
保って貫通配設された多数の通気小孔を有するポリッシ
ングヘッドを設けたものである。

【０００８】この発明の請求項２に係るポリッシング装
置は、全域にわたって等間隔を保って配列された突出し
た保持面を設け、この全保持面を平坦な同一高さの水平
面で構成したポリッシングヘッドを設けたものである。

【０００９】この発明の請求項３に係るポリッシング装
置は、配列する多くの基板保持面それぞれの中央に通気
小孔を貫通配設したポリッシングヘッドを設けたもので
ある。

【００１０】この発明の請求項４に係るポリッシング装
置は、周辺部を残して縦方向及び斜６０°の方向に等ピ
ッチの通気小孔を配設した基板保持面を構成したポリッ
シングヘッドを設けたものである。

【００１１】この発明の請求項５に係る半導体装置の製
造方法は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
ポリッシング装置を用いたものである。

【００１２】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、この発
明の実施の形態１によるポリッシング装置を示す縦断面
図である。なお、上記従来装置と同一又は相当部材には
同一符号を付している。図において、１はトップリング
機構であり、２は通気孔２ａを有するトップリング本
体、７はこのトップリング本体２の周縁に設けたガイド
リング、８は回転支軸である。なお、５はトップリング
機構１に保持されるポリッシング対象基板、１０はトッ
プリング機構１の下方に配置される研磨テーブル、１１
は研磨テーブル１０の上に貼付された研磨布である。

【００１３】次に、１２はポリッシングヘッドであり、
このポリッシングヘッド１２は一連の平坦な上面１３
と、該ポリッシングヘッド１２の下面に接して配置され
るポリッシング対象基板５に対向する基板保持面１４
と、上記上面１３から基板保持面１４へ貫通する通気小
孔１５とを有し、上記基板保持面１４は、等間隔に区分
された同高の水平面によって形成され、上記通気小孔１
５はこれら基板保持面１４の中央に開口する垂直の小孔
である。ポリッシングヘッド１２の周辺部を残して全域
に配設された上記通気小孔１５の基板保持面１４での開
口は、ポリッシング対象基板５の広い範囲に対向して規
則的な配列で存在しており、また上面１３での開口は、
トップリング本体２の下面との間に形成された、区切り
のない吸排気空間１６に向かって開放されている。

【００１４】実施の形態２．図２は、この発明の実施の
形態２によるポリッシング装置に適用するポリッシング
ヘッドの基板保持面側から見た平面図であり、楕円形状
の突出した基板保持面１４が周辺部を少量残して全域に
規則的な配列で突設され、その中間に通気小孔１５が設
けられている。

【００１５】この実施の形態において、例えばポリッシ
ング対象基板５を２００ｍｍφとしたとき、通気小孔１
５の配列は縦５ｍｍ程度のピッチで、プラス斜方向６０
°、マイナス斜方向６０°に同じく５ｍｍ程度のピッチ
で配列する。したがって、通気小孔１５が開口する基板
保持面１４も、これに対応した配列で、しかもポリッシ
ング対象基板５を保持するに十分な平面をもって配置さ
れ、その突き出し量としては１ｍｍ以上とする。なお、
通気小孔１５のピッチや孔径および基板保持面１４の広
さは、適宜変更可能な数値である。

【００１６】次に動作について説明する。まず、トップ
リング機構１内の排気減圧を行ない、ポリッシングヘッ
ド１２の基板保持面１４にポリッシング対象基板５を吸
着保持する。ここで、ガイドリング７を調整してズレの
補正を行なった後、トップリング機構１を下降動作し
て、ポリッシング対象基板５の研磨面を研磨テーブル１
０の研磨布１１の面に押圧し、ここで、圧縮空気を導入
し、ポリッシング対象基板５の前面を加圧するととも
に、トップリング機構１と研磨テーブル１０とを相対的
回転運動させて、所要の研磨作業を遂行するものであ
る。

【００１７】研磨作業を行なうに際して行なわれる加圧
工程において、通気孔２ａから供給される圧縮空気は、
吸排気空間１６の全域に行き渡り、均等化された圧力と
して全通気小孔１５に導入され、ポリッシング対象基板
５に作用する。なお、上記圧縮空気は可変の圧力（−２
０ＫＰａ〜３０ＫＰａ）であり、圧力の調整によって所
望の研磨が行なわれる。図３は、可変圧力を１０ＫＰａ
の状態に設定した場合の面内フロファイルを示してお
り、従来の装置による研磨に比較して、この発明による
研磨性状の効果が実証された。

【００１８】

【発明の効果】この発明の請求項１に係るポリッシング
装置によれば、トップリング機構のトップリング本体と
ポリッシング対象基板との間に、ポリッシング対象基板
に接する保持面と該保持面に規則的な小間隔を保って貫
通配設された多数の通気小孔を有するポリッシングヘッ
ドを設けているので、全域を等しく加圧することがで
き、研磨の均一性が保証される。また、従来のようなバ
ッキング部材を挟設していないので、消耗度合に起因す
る加圧影響を受けることがなく、また部材削減と消耗時
の交換時間を節減できるという効果がある。

【００１９】この発明の請求項２に係るポリッシング装
置によれば、全域にわたって等間隔を保って突出した保
持面を設け、この全保持面を平坦な同一高さの水平面で
構成したポリッシングヘッドを設けているので、特に減
圧してポリッシング対象基板を吸着保持する時点での面
内均一性が向上する。

【００２０】この発明の請求項３に係るポリッシング装
置によれば、配列する多くの基板保持面それぞれの中央
に通気小孔を貫通配設したポリッシングヘッドを設けて
いるので、空気の作用に乱れがなく、ポリッシング対象
基板に対する面内均一な加減圧がなされる。

【００２１】この発明の請求項４に係るポリッシング装
置によれば、周辺部を残して縦方向及びプラス・マイナ
ス斜６０°の方向に等ピッチの通気小孔を配設したポリ
ッシングヘッドを設けているので、通気小孔のピッチが
全域にわたって確定されるため面内均一性に優れ、また
上記通気小孔のピッチの設定によって基板保持面も同様
に設定されるので、面内均一性を保つポリッシングヘッ
ドを得る上で効果を発揮する。

【００２２】この発明の請求項５に係る半導体装置の製
造方法によれば、請求項１ないし請求項４のいずれかに
記載のポリッシング装置を用いるので、基板は全面均一
に保持されており、したがって高い研磨面の精度が保証
され、その効果は顕著に発揮される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるポリッシング
装置を示す縦断面図である。

【図２】 この発明の実施の形態２によるポリッシング
ヘッドの保持面と通気小孔の配置を示す平面図である。

【図３】 この発明を変圧力１０ｋＰａ実施した状態を
示すプロファイルである。

【図４】 従来のポリッシング装置を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ トップリング機構、２ トップリング本体、５ ポ
リッシング対象基板、１０ 研磨テーブル、１１ 研磨
布、１２ ポリッシングヘッド、１４ 基板保持面、１
５ 通気小孔。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に研磨布を貼った研磨テーブル上
   に、回転及び押圧可能に配置され、ポリッシング対象基
   板を保持するトップリング機構を備え、上記ポリッシン
   グ対象基板を上記研磨布面に押しつけ、相対的な回転研
   磨動作によってポリッシング対象基板を平坦化するポリ
   ッシング装置において、上記トップリング機構のトップ
   リング本体とポリッシング対象基板との間に、ポリッシ
   ング対象基板に接する保持面と該保持面に規則的な小間
   隔を保って貫通配設された多数の通気小孔を有するポリ
   ッシングヘッドを設けたことを特徴とするポリッシング
   装置。
2. 【請求項２】 上記ポリッシングヘッドの基板保持面
   は、ヘッド全域にわたって等間隔を保って配列された突
   出した面であり、この全保持面は平坦な同一高さの水平
   面で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   ポリッシング装置。
3. 【請求項３】 上記ポリッシングヘッドの下面に配列す
   る多くの基板保持面は、その中央に通気小孔が貫通配設
   されていることを特徴とする請求項１または請求項２に
   記載のポリッシング装置。
4. 【請求項４】 上記ポリッシングヘッドの基板保持面の
   通気小孔の配列は、周辺部を残して縦方向及び斜６０°
   の方向に等ピッチであることを特徴とする請求項１また
   は請求項２に記載のポリッシング装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載のポリッシング装置を用いたことを特徴とする半導体
   装置の製造方法。