JP2003197580A

JP2003197580A - ウェーハ研磨装置

Info

Publication number: JP2003197580A
Application number: JP2001390293A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Miyairi; 広雄宮入; Kenji Hashizume; 健二橋詰
Original assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Current assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハの周縁部に発生する過研磨を可及的
に減少でき、ウェーハの被研磨面の均一性を向上し得る
ウェーハ研磨装置を提供する。【解決手段】回転する定盤５６上に貼付された研磨布
５８の研磨面に対して接離動可能に設けられたトップリ
ング４１に、非接着状態で保持したウェーハ２４の被研
磨面を研磨布５８の研磨面に押し付けて研磨を施すウェ
ーハ保持盤１７を具備するウェーハ研磨装置において、
該ウェーハ２４の外周を保持するように、ウェーハ２４
を取り囲んでウェーハ保持盤１７に装着されたリテーナ
リング１０には、ウェーハ２４の被研磨面を研磨布５８
の研磨面に押圧して研磨を施す際に、ウェーハ２４で押
圧される研磨布５８の近傍を押圧して平坦化し得るよう
に、所定幅の押圧面がウェーハ２４の被研磨面よりも研
磨布側に突出する凸部１０ａと、リテーナリング１０の
押圧面による押圧によって、前記押圧面よりも内側の研
磨布５８に生じた凹凸部を吸収し得るように、前記押圧
面の内側に隣接して段差面１０ｂが形成された段差部と
を具備することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェーハ研磨装置に
関し、更に詳細には回転する定盤上に貼付された研磨布
の研磨面に対して接離動可能に設けられたトップリング
に、非接着状態で保持したウェーハの被研磨面を前記研
磨布の研磨面に押し付けて研磨を施すウェーハ保持盤を
具備するウェーハ研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子に用いられるシリコンウェー
ハの研磨面を鏡面研磨するには、図４に示す研磨装置が
使用されている。図４に示す研磨装置には、回転する定
盤５６上に軟質弾性繊維からなる研磨布５８を接着して
研磨面６０が形成され、この研磨面６０に接離動可能で
且つ回転可能なトップリング４１が設けられている。か
かるトップリング４１には、下方に向けて開放する凹状
のヘッド部材１１と、凹状のヘッド部材１１内に挿入さ
れ、被研磨面が定盤５６の研磨面６０に押し付けられる
ようにウェーハ２４を保持するウェーハ保持盤１７と、
外側部１３ａがヘッド部材１１の内底面に固定されると
共に、内側部１３ｂがウェーハ保持盤１７に固定されて
ウェーハ保持盤１７を上下方向及び水平方向への移動を
微小範囲内で許容可能に吊持する板状の弾性部材１３
と、ヘッド部材１１の内部をウェーハ保持盤１７及び板
状の弾性部材１３によって画成して設けられる密閉空間
である圧力室１９と、圧力室１９に所定圧力の流体を供
給する流体の供給手段（図示せず）とを具備する。ま
た、ウェーハ保持盤１７の外周面と外壁側部１１ａの内
周面との間には、合成ゴム等により成形されたリング状
の弾性部材２７が配設されている。このリング状の弾性
部材２７は、ウェーハ保持盤１７とヘッド部材１１との
相対的移動（例えば相対的回転）を吸収及び規制するよ
うに作用する。

【０００３】図４に示すウェーハ保持盤１７の保持面に
ウェーハ２４を保持すべく、従来、図５に示す様に、ウ
ェーハ保持盤１７の保持面の全面に発泡ポリウレタン等
の多孔質樹脂から成るシート状のバッキング材２５が貼
付されることが多い。かかるバッキング材２５に含浸さ
れた水の表面張力によりウェーハ２４はウェーハ保持盤
１７に貼り付けられ、トップリング４１が上昇すると、
同時にウェーハ２４も上昇する。一方、ウェーハ２４の
被研磨面が研磨布５８の研磨面６０に押し付けられてウ
ェーハ２４に研磨が施される際には、横方向から作用す
る力によりウェーハ２４はバッキング材２５に沿ってス
ライドする。このため、ウェーハ２４がウェーハ保持盤
１７の保持面から外れない様に、ウェーハ２４を取り囲
んで樹脂製のテンプレート１４０が設けられている。こ
のテンプレート１４０は、ウェーハ２４の厚さよりも薄
く、ウェーハ２４の被研磨面を研磨布５８の研磨面６０
に押圧して研磨する際にも、研磨面６０を実質的に押圧
しない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５に示すトップリン
グ４１を具備する研磨装置によれば、ウェーハ保持盤１
７に貼付されたバッキング材２５の含有水の表面張力で
保持されたウェーハ２４の被研磨面は、板状の弾性部材
１３のエアバック作用によって、定盤５６の研磨面６０
の傾斜に素早く追随できる。しかも、ウェーハ２４が定
盤５６の研磨面６０の傾斜に追随した状態においても、
ウェーハ２４の全面を研磨面６０に均等な圧力で押圧で
きる。このため、ウェーハ２４の高い平行度及び平坦度
を維持しつつウェーハ２４の被研磨面を鏡面研磨でき
る。しかし、被研磨面が鏡面研磨されたウェーハ２４の
周縁部は、過研磨され易い。この現象は、図６に示す如
く、ウェーハ２４を押圧して研磨する際に、ウェーハ２
４の押圧によって研磨布５８に形成された凹部の内壁面
でウェーハ２４の周縁部が研磨されることに因り発生す
る。

【０００５】本発明者等は、かかるウェーハ２４の周縁
部の過研磨を、ウェーハ２４の押圧によって研磨布５８
に形成された凹部を可及的に浅くして解消すべく、図７
に示す様に、ウェーハ２４よりも厚く形成した樹脂製の
リテーナリング４０を設け、ウェーハ２４で押圧される
研磨布５８の近傍をリテーナリング４０の上面で押圧す
ることを試みた。図７に示すリテーナリング４０を具備
する研磨装置で研磨を施したウェーハ２４では、ウェー
ハ２４の周縁部に発生する過研磨を少なくできた。しか
しながら、ウェーハ２４の周縁部は依然として過研磨さ
れており、ウェーハ２４の被研磨面の均一性が損なわれ
ている。そこで、本発明の課題は、ウェーハの周縁部に
発生する過研磨を可及的に減少でき、ウェーハの被研磨
面の均一性を向上し得るウェーハ研磨装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、先ず、図
７に示す様に、ウェーハ２４よりも厚いリテーナリング
４０を設け、ウェーハ２４で押圧される研磨布５８の近
傍をリテーナリング４０の上面で押圧しても、ウェーハ
２４の周縁部に過研磨が発生する原因について検討した
ところ、ウェーハ２４で押圧される研磨布５８の近傍を
リテーナリング４０の上面で押圧したとき、図７に一点
鎖線で示す如く、ウェーハ２４の被研磨面が当接する研
磨布５８の部分にまで凹凸部が形成されることが判明し
た。かかる研磨布５８の凹凸部は、リテーナリング４０
の上面で押圧されて排除された研磨布５８の部分がリテ
ーナリング４０の周囲に盛り上がって形成されたもので
ある。また、この研磨布５８に生じた凹凸部は、リテー
ナリング４０の押圧部から所定距離離れると、実質的に
消滅することも判明した。この様な知見を得た本発明者
等は、更に検討を重ねた結果、リテーナリング４０の押
圧面よりも内側部に、その押圧面で押圧されたことによ
り研磨布５８に生じた凹凸部を吸収し得る段差部を形成
することが効果的であることを知り、本発明に到達し
た。

【０００７】すなわち、本発明は、回転する定盤上に貼
付された研磨布の研磨面に対して接離動可能に設けられ
たトップリングに、非接着状態で保持したウェーハの被
研磨面を前記研磨布の研磨面に押し付けて研磨を施すウ
ェーハ保持盤を具備するウェーハ研磨装置において、該
ウェーハの外周を保持するように、前記ウェーハを取り
囲んでウェーハ保持盤に装着されたリテーナリングに
は、前記ウェーハの被研磨面を研磨布の研磨面に押圧し
て研磨を施す際に、前記ウェーハで押圧される研磨布の
近傍を押圧して平坦化し得るように、所定幅の押圧面が
ウェーハの被研磨面よりも突出する凸部と、前記リテー
ナリングの押圧面による押圧によって、前記押圧面より
も内側の研磨布に生じた凹凸部を吸収し得るように、前
記押圧面の内側に隣接して段差面が形成された段差部と
を具備することを特徴とするウェーハ研磨装置にある。
かかる本発明において、ウェーハ保持盤のウェーハ保持
面に、前記ウェーハを水の表面張力により貼り付けられ
るようにバッキング材を装着することにより、研磨が終
了したウェーハを、その定盤の研磨面から容易に離脱等
を図ることができる。

【０００８】本発明に係るウェーハ研磨装置によれば、
ウェーハの被研磨面を研磨布の研磨面に押圧して研磨を
施す際に、リテーナリングの凸部に形成された押圧面に
より、ウェーハで押圧される研磨布の近傍を所定幅で押
圧して平坦化し、リテーナリングの押圧面で押圧されて
研磨布に生じた凹凸部は、押圧面の内側に隣接して形成
された段差部の段差面で吸収する。その結果、ウェーハ
の被研磨面を、可及的に平坦化された研磨布の研磨面で
研磨を施すことができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明に係るウェーハ研磨装置と
しては、図４に示すトップリング４１と同一構成のトッ
プリング４１を具備する研磨装置を用いることができ
る。このトップリング４１については、先述したので、
ここでは省略する。本発明に係るウェーハ研磨装置に用
いるトップリング４１には、図１に示す様に、ウェーハ
保持盤１７の保持面のうち、ウェーハ２４が保持される
保持部のみに、発泡ポリウレタン等の多孔質樹脂から成
るシート状のバッキング材２５が貼付されている。この
バッキング材２５に含浸された水の表面張力によりウェ
ーハ２４はウェーハ保持盤１７に貼り付けられる。この
ため、ウェーハ２４の研磨が終了した際に、トップリン
グ４１を上昇することにより、ウェーハ２４も研磨布５
８の研磨面から持上げることができ、離脱を容易に行う
ことができる。かかるバッキング材２５を囲むようにウ
ェーハ保持盤１７の保持面に接着剤によりリテーナリン
グ１０が貼着されており、このリテーナリング１０に
は、研磨布５８の押圧面としての所定幅の凸面が、バッ
キング材２５に貼り付けられたウェーハ２４の被研磨面
よりも突出する凸部１０ａが形成されている。かかる凸
部１０ａの凸面（押圧面）の幅Ｗ₁及び突出量ｈ（ウェ
ーハ２４の被研磨面からの突出高さ）は、ウェーハ２４
の被研磨面を研磨布５８の研磨面に押圧して研磨を施す
際に、ウェーハ２４で押圧される研磨布５８の近傍を押
圧して平坦化し得る幅及び突出量である。この凸部１０
ａの押圧面の幅Ｗ₁及び突出量ｈは、研磨に用いる研磨
布５８の種類及びウェーハ２４による研磨布５８の押圧
量等で異なるため、実験的に求めることが必要である
が、表面が硬質層で形成された複層研磨布を研磨布５８
として用い、ウェーハ２４に作り込まれた酸化膜を研磨
する場合には、ウェーハ２４の研磨面からの凸部１０ａ
の突出量ｈを４０〜１００μｍ程度とすることが好まし
く、凸部１０ａの押圧面の幅Ｗ₁を５〜１０ｍｍ程度と
することが好ましい。

【００１０】図１に示すリテーナリング１０には、凸部
１０ａの押圧面の内側に段差部の段差面１０ｂが隣接し
て形成されている。かかる段差部の段差面１０ｂは、研
磨布５８の研磨面方向に対して凸部１０ａの押圧面より
も低く、図１に一点鎖線で示す様に、凸部１０ａの押圧
面で研磨布５８を押圧した際に、研磨布５８に生ずる凹
凸部を吸収する部分である。この段差面１０ｂの幅Ｗ₂
（凸部１０ａの内側端面からリテーナリング１０の内側
端面までの距離）は、研磨に用いる研磨布５８の種類及
びウェーハ２４による研磨布５８の押圧量等で異なるた
め、実験的に求めることが必要であるが、表面が硬質層
で形成された複層研磨布を研磨布５８に用い、ウェーハ
２４に作り込まれた酸化膜を研磨する場合には、段差面
１０ｂの幅Ｗ₂を１０〜２５ｍｍ程度とすることが好ま
しい。尚、段差面１０ｂが形成された段差部の内側面
（リテーナリング１０の内側面）は、バッキング材２５
に含浸された水の表面張力により貼り付けられたウェー
ハ２４を、研磨布５８に押し付けて研磨する際に、バッ
キング材２５に沿って移動するウェーハ２４の移動を規
制する規制面の役割も果たしている。

【００１１】図１に示す研磨装置を使用し、全面に厚さ
１μｍの酸化膜を形成したウェーハ２４を用い、酸化膜
が０．５μｍとなるように研磨を施した。次いで、ウェ
ーハ２４の周縁から３ｍｍの部分をカットし、その内側
の酸化膜の厚さを被研磨面内の４９箇所で測定し、その
厚さのバラツキについて標準偏差を求めたところ約７％
であった。一方、図７に示す研磨装置を使用して同様に
研磨し、研磨後に求めた酸化膜の厚さバラツキについて
の標準偏差は１０〜１５％であった。この結果からも図
１に示す研磨装置によれば、ウェーハの被研磨面の均一
性を向上できる。ところで、図１に示すリテーナリング
１０に形成された段差面１０ｂの幅Ｗ₂は、凸部１０ａ
の押圧面で研磨布５８を押圧した際に、研磨布５８に生
ずる凹凸部を吸収し得る長さであればよく、研磨布５８
に対する凸部１０ａの押圧面による押圧量に応じて変更
することが好ましい。例えば、図１に示す研磨布５８と
して用いた複層研磨布に代えて、複層研磨布よりも押圧
され難い単層研磨布を研磨布５８として用いた場合、凸
部１０ａの押圧面の幅Ｗ₁が、図１に示す凸部１０ａと
同一幅であっても、図２に示す様に、研磨布５８として
用いた単層研磨布に対する押圧量は、図１に示す研磨布
５８に対する押圧量よりも少な。このため、凸部１０ａ
の押圧面による押圧に起因して研磨布５８に生ずる凹凸
部の範囲は、図１に示す研磨布５８よりも狭い。従っ
て、図２に示すリテーナリング１０に形成される段差面
１０ｂの幅Ｗ₂を、図１に示すリテーナリング１０に形
成される段差面１０ｂの幅Ｗ₂よりも狭く形成できる。

【００１２】この様に、段差面１０ｂの幅Ｗ₂の調整
は、凸部１０ａの形成位置を調整することで行うことが
できる。かかる凸部１０ａは、図１及び図２において
は、リテーナリング１０に作り込んであるが、図３
（ａ）（ｂ）に示す様に、図６に示すテンプレート１４
０の上面に、所定幅に切断した所定厚さのリング状フィ
ルムを貼着して形成してもよい。かかる図３（ａ）
（ｂ）に示すリテーナリング１０では、凸部１０ａをテ
ンプレート１４０上の任意の位置に形成できる。例え
ば、図３（ａ）に示すリテーナリング１０は、テンプレ
ート１４０の外側端部に凸部１０ａを形成でき、図３
（ｂ）に示すリテーナリング１０は、テンプレート１４
０の中央部に凸部１０ａを形成できる。また、図１及び
図２では、ウェーハ２４をバッキング材２５に含水され
た水の表面張力でウェーハ保持盤１７に貼り付けていた
が、ウェーハ保持盤１７の保持面に開口した複数個の真
空吸着孔を利用してウェーハ２４を真空吸着してもよ
い。この様に、ウェーハ２４をウェーハ保持盤１７の保
持面に真空吸着する場合は、真空吸着状態を解除したウ
ェーハ２４に研磨を施す。

【００１３】

【発明の効果】本発明に係るウェーハ研磨装置によれ
ば、ウェーハの被研磨面を、可及的に平坦化された研磨
布の研磨面で研磨できる結果、研磨が施されたウェーハ
の被研磨面の均一性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウェーハ研磨装置の一例を示す部
分断面図である。

【図２】本発明に係るウェーハ研磨装置の他の例を示す
部分断面図である。

【図３】本発明に係るウェーハ研磨装置に使用できるリ
テーナリングの他の例を示す部分断面図である。

【図４】ウェーハ研磨装置に用いられるトップリングの
構造を説明するための部分断面正面図である。

【図５】従来のウェーハ研磨装置におけるウェーハ保持
構造を説明するための部分断面図である。

【図６】図５に示すウェーハ保持構造の部分拡大断面図
である。

【図７】図６に示すウェーハ保持構造の改良構造を説明
する部分断面図である。

【符号の説明】

１０リテーナリング１０ａ凸部１０ｂ段差面１７ウェーハ保持盤２４ウェーハ２５バッキング材４１トップリング５６定盤５８研磨布１４０テンプレートＷ₁ 凸部１０ａの幅Ｗ₂ 段差面１０ｂの幅ｈ凸部１０ａの凸面の突出量

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【手続補正書】

【提出日】平成１４年９月２６日（２００２．９．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図４】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転する定盤上に貼付された研磨布の研
磨面に対して接離動可能に設けられたトップリングに、
非接着状態で保持したウェーハの被研磨面を前記研磨布
の研磨面に押し付けて研磨を施すウェーハ保持盤を具備
するウェーハ研磨装置において、該ウェーハの外周を保持するように、前記ウェーハを取
り囲んでウェーハ保持盤に装着されたリテーナリングに
は、前記ウェーハの被研磨面を研磨布の研磨面に押圧し
て研磨を施す際に、前記ウェーハで押圧される研磨布の
近傍を押圧して平坦化し得るように、所定幅の押圧面が
ウェーハの被研磨面よりも研磨布側に突出する凸部と、前記リテーナリングの押圧面による押圧によって、前記
押圧面よりも内側の研磨布に生じた凹凸部を吸収し得る
ように、前記押圧面の内側に隣接して段差面が形成され
た段差部とを具備することを特徴とするウェーハ研磨装
置。
【請求項２】ウェーハ保持盤のウェーハ保持面には、
前記ウェーハを水の表面張力により貼り付けられるよう
にバッキング材が装着されている請求項１記載のウェー
ハ研磨装置。