JP2770730B2 - ウエーハ研磨装置 - Google Patents
ウエーハ研磨装置Info
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- JP2770730B2 JP2770730B2 JP34432793A JP34432793A JP2770730B2 JP 2770730 B2 JP2770730 B2 JP 2770730B2 JP 34432793 A JP34432793 A JP 34432793A JP 34432793 A JP34432793 A JP 34432793A JP 2770730 B2 JP2770730 B2 JP 2770730B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ウエーハ研磨装置に係
り、詳しくは、半導体デバイスの平坦度を向上させるプ
ラナリゼーション加工技術への応用に適したウエーハ研
磨装置に関する。
り、詳しくは、半導体デバイスの平坦度を向上させるプ
ラナリゼーション加工技術への応用に適したウエーハ研
磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化、大規模化の
進展に伴い、配線の微細化や配線の多層化がますます重
要となってきている。配線が微細化すると、端面が急峻
化せざるを得なくなり、上に堆積させる絶縁膜あるいは
配線の被覆性が低下する。また、配線を多層化すると、
下の配線あるいは絶縁膜の凹凸が積み重なるため、表面
の凹凸は激しくなり、その表面に配線を形成しようとし
ても、ステッパーの焦点が合わなくなり、配線の加工精
度が低下する。いずれも、配線の断線を招きやすく、半
導体デバイスの信頼性を低下させる。
進展に伴い、配線の微細化や配線の多層化がますます重
要となってきている。配線が微細化すると、端面が急峻
化せざるを得なくなり、上に堆積させる絶縁膜あるいは
配線の被覆性が低下する。また、配線を多層化すると、
下の配線あるいは絶縁膜の凹凸が積み重なるため、表面
の凹凸は激しくなり、その表面に配線を形成しようとし
ても、ステッパーの焦点が合わなくなり、配線の加工精
度が低下する。いずれも、配線の断線を招きやすく、半
導体デバイスの信頼性を低下させる。
【０００３】この問題を解決すべく、各種の平坦化技術
が開発されてきた。例えば、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等、ガラ
ス膜をＣＶＤで形成した後、８００〜１１００℃に加熱
し、粘性流動させて平坦化を図るガラスフロー法があ
る。この方法はプロセスは簡単であるが、高温に加熱す
るため、Ａｌ配線は使えない等、配線材料が限定される
欠点がある。これ以外にも、種々の方法が開発されてい
るが、いずれも一長一短があり、決め手となる技術がな
い。
が開発されてきた。例えば、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等、ガラ
ス膜をＣＶＤで形成した後、８００〜１１００℃に加熱
し、粘性流動させて平坦化を図るガラスフロー法があ
る。この方法はプロセスは簡単であるが、高温に加熱す
るため、Ａｌ配線は使えない等、配線材料が限定される
欠点がある。これ以外にも、種々の方法が開発されてい
るが、いずれも一長一短があり、決め手となる技術がな
い。
【０００４】近年、この状況を打破するため、ウエーハ
の研磨技術を応用した平坦化方法の開発がなされつつあ
る。すなわち、半導体デバイスの製造過程において、そ
の平坦度を向上させるプラナリゼーション加工技術、具
体的にはウエーハ上の配線に対応して発生したシリコン
酸化膜の突起部分を平坦化する手段として、上記ウエー
ハの研磨技術を応用しようとするものである。
の研磨技術を応用した平坦化方法の開発がなされつつあ
る。すなわち、半導体デバイスの製造過程において、そ
の平坦度を向上させるプラナリゼーション加工技術、具
体的にはウエーハ上の配線に対応して発生したシリコン
酸化膜の突起部分を平坦化する手段として、上記ウエー
ハの研磨技術を応用しようとするものである。
【０００５】しかしながら、半導体デバイス製造のため
のプラナリゼーション加工技術においては、その加工過
程にあるウエーハ（以下、ウエーハＷと記載する）の断
面形状が、図８に示されるウエーハＷの厚肉部分と薄肉
部分と差があっても、その表面酸化膜の研磨量を同一と
して、断面形状が図９に示されるウエーハＷに研磨する
技術、いわゆる表面基準研磨技術の開発が必要とされて
いる。その理由として、従来、このウエーハ研磨技術
は、ウエーハ全面での厚さを均等化することを目的と
し、ウエーハの肉厚大の部分を優先的に除去する方向で
開発されて来たからである。
のプラナリゼーション加工技術においては、その加工過
程にあるウエーハ（以下、ウエーハＷと記載する）の断
面形状が、図８に示されるウエーハＷの厚肉部分と薄肉
部分と差があっても、その表面酸化膜の研磨量を同一と
して、断面形状が図９に示されるウエーハＷに研磨する
技術、いわゆる表面基準研磨技術の開発が必要とされて
いる。その理由として、従来、このウエーハ研磨技術
は、ウエーハ全面での厚さを均等化することを目的と
し、ウエーハの肉厚大の部分を優先的に除去する方向で
開発されて来たからである。
【０００６】この表面基準研磨技術は、具体的には図８
に示すシリコン基板５１上の酸化膜５２（層間絶縁膜）
における段差すなわち酸化膜突起５３を除去するととも
に、酸化膜５２の厚さを均一に維持するものである。な
お、図８，９において５４は素子、５５は配線である。
また、これらの図では説明の便宜上、ウエーハＷのグロ
ーバルな凹凸を誇張して示してある。
に示すシリコン基板５１上の酸化膜５２（層間絶縁膜）
における段差すなわち酸化膜突起５３を除去するととも
に、酸化膜５２の厚さを均一に維持するものである。な
お、図８，９において５４は素子、５５は配線である。
また、これらの図では説明の便宜上、ウエーハＷのグロ
ーバルな凹凸を誇張して示してある。
【０００７】ところで、ウエーハ研磨時における、その
表面層の除去量は、研磨圧力に強く依存する。従って上
記表面基準研磨技術においては図７に示すように、ウエ
ーハＷ表面の研磨圧力分布Ｄを均一にし（等分布荷
重）、これによりウエーハの周辺ダレ（図示せず）等の
不具合の発生を防止することが極めて重要である。この
ため、特開平５−６９３１０号公報等に、ウエーハの背
面をウエーハ保持板に当接させてこれを保持し、該ウエ
ーハ保持板の背面側に加圧流体を供給することによりウ
エーハを研磨定盤に圧接させて鏡面研磨する研磨装置に
ついて種々の提案がなされている。
表面層の除去量は、研磨圧力に強く依存する。従って上
記表面基準研磨技術においては図７に示すように、ウエ
ーハＷ表面の研磨圧力分布Ｄを均一にし（等分布荷
重）、これによりウエーハの周辺ダレ（図示せず）等の
不具合の発生を防止することが極めて重要である。この
ため、特開平５−６９３１０号公報等に、ウエーハの背
面をウエーハ保持板に当接させてこれを保持し、該ウエ
ーハ保持板の背面側に加圧流体を供給することによりウ
エーハを研磨定盤に圧接させて鏡面研磨する研磨装置に
ついて種々の提案がなされている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨装置では、研磨圧力分布の均一化は考慮されている
ものの、回避困難な研磨機の組立精度不良、部品加工精
度不良等、あるいはウエーハ保持板の機能が不完全のた
め、研磨圧力分布の均等化が不十分であるという問題が
あった。
研磨装置では、研磨圧力分布の均一化は考慮されている
ものの、回避困難な研磨機の組立精度不良、部品加工精
度不良等、あるいはウエーハ保持板の機能が不完全のた
め、研磨圧力分布の均等化が不十分であるという問題が
あった。
【０００９】本発明は、以上の問題点を解決するもの
で、ウエーハの周辺ダレ等が発生せずプラナリゼーショ
ン研磨が出来、ウエーハの多層配線の信頼性の向上と高
集積化が出来るウエーハ研磨装置を提供することを目的
とする。
で、ウエーハの周辺ダレ等が発生せずプラナリゼーショ
ン研磨が出来、ウエーハの多層配線の信頼性の向上と高
集積化が出来るウエーハ研磨装置を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載のウエー
ハ研磨装置は、下端側にウエーハの外径ｄ1 よりもやや
大径の下方開口部を有すると共に、上端側にｄ2 ＜ｄ1
の上方開口部を形成する重量Ｍのウエーハ保持部材と、
前記下方開口部を閉止すると共にウエーハを吸着支持す
る可撓性の硬質薄板よりなるウエーハ吸着保持板と、装
置の不動側に垂下支持され下端側を開口する円筒状の胴
部と、その内部に形成される内径ｄ2 のリング状突起部
とを有するハウジングと、該ハウジングの前記リング状
突起部と前記ウエーハ保持部材間に架設される伸縮性の
筒状部材と、該筒状部材およびウエーハ吸着保持板によ
り前記ハウジングのリング状突起部とウエーハ保持部材
間に形成される密閉室と、前記ハウジングの胴部と前記
ウエーハ保持部材間に架設される高撓性の支持部材と、
前記ウエーハ吸着保持板と真空源を連結する真空通路
と、前記密閉室と当該密閉室内に圧力Ｐの圧縮空気を供
給する圧縮空気源とを連通させる圧縮空気供給路を設け
る研磨装置であって、前記圧力Ｐが π／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）Ｐ＝Ｍ の関係式を満足することを特徴とする。
ハ研磨装置は、下端側にウエーハの外径ｄ1 よりもやや
大径の下方開口部を有すると共に、上端側にｄ2 ＜ｄ1
の上方開口部を形成する重量Ｍのウエーハ保持部材と、
前記下方開口部を閉止すると共にウエーハを吸着支持す
る可撓性の硬質薄板よりなるウエーハ吸着保持板と、装
置の不動側に垂下支持され下端側を開口する円筒状の胴
部と、その内部に形成される内径ｄ2 のリング状突起部
とを有するハウジングと、該ハウジングの前記リング状
突起部と前記ウエーハ保持部材間に架設される伸縮性の
筒状部材と、該筒状部材およびウエーハ吸着保持板によ
り前記ハウジングのリング状突起部とウエーハ保持部材
間に形成される密閉室と、前記ハウジングの胴部と前記
ウエーハ保持部材間に架設される高撓性の支持部材と、
前記ウエーハ吸着保持板と真空源を連結する真空通路
と、前記密閉室と当該密閉室内に圧力Ｐの圧縮空気を供
給する圧縮空気源とを連通させる圧縮空気供給路を設け
る研磨装置であって、前記圧力Ｐが π／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）Ｐ＝Ｍ の関係式を満足することを特徴とする。
【００１１】請求項２に記載のウエーハ研磨装置は、前
記ハウジングの胴部と前記ウエーハ保持部材間に架設さ
れる高撓性の支持部材は、前記ウエーハと研磨布が接す
るウエーハ面の中心点に向かって下り傾斜に配置されて
なることを特徴とするものである。
記ハウジングの胴部と前記ウエーハ保持部材間に架設さ
れる高撓性の支持部材は、前記ウエーハと研磨布が接す
るウエーハ面の中心点に向かって下り傾斜に配置されて
なることを特徴とするものである。
【００１２】
【作用】ウエーハは該ウエーハの外径ｄ1 よりやや大径
のウエーハ吸着保持板を介しウエーハ保持部材に支持さ
れる。このウエーハ保持部材は装置の不動側に支持され
るハウジングに伸縮性の筒状部材と高撓性の支持部材を
介して垂下支持される。なお、筒状部材の内径ｄ2 はウ
エーハの外径ｄ1 より小径である。圧縮空気源から圧縮
空気を密閉室内に導入すると、ウエーハ保持部材の上方
開口部と下方開口部間に形成されるウエーハ保持部材の
段付部にウエーハ保持部材の自重Ｍを受ける上方の空気
支持力が作用する。圧縮空気圧Ｐを調整し、 π／４（ｄ1 2 −ｄ2 ）2 ・Ｐ＝Ｍ の関係式を満足する圧力Ｐを設定することによりウエー
ハ保持部材の自重Ｍの影響がなくなると共に、ウエーハ
吸着保持板にウエーハが全面接触し、圧力Ｐの空気圧が
均一に作用する。ウエーハは研磨布に一定圧力で押圧さ
れるがウエーハ自体の形状の不均性は可撓性のある硬質
薄板よりなるウエーハ吸着保持板の変形により吸収され
る。また、ウエーハ保持部材は支持部材により中心位置
に安定支持される。
のウエーハ吸着保持板を介しウエーハ保持部材に支持さ
れる。このウエーハ保持部材は装置の不動側に支持され
るハウジングに伸縮性の筒状部材と高撓性の支持部材を
介して垂下支持される。なお、筒状部材の内径ｄ2 はウ
エーハの外径ｄ1 より小径である。圧縮空気源から圧縮
空気を密閉室内に導入すると、ウエーハ保持部材の上方
開口部と下方開口部間に形成されるウエーハ保持部材の
段付部にウエーハ保持部材の自重Ｍを受ける上方の空気
支持力が作用する。圧縮空気圧Ｐを調整し、 π／４（ｄ1 2 −ｄ2 ）2 ・Ｐ＝Ｍ の関係式を満足する圧力Ｐを設定することによりウエー
ハ保持部材の自重Ｍの影響がなくなると共に、ウエーハ
吸着保持板にウエーハが全面接触し、圧力Ｐの空気圧が
均一に作用する。ウエーハは研磨布に一定圧力で押圧さ
れるがウエーハ自体の形状の不均性は可撓性のある硬質
薄板よりなるウエーハ吸着保持板の変形により吸収され
る。また、ウエーハ保持部材は支持部材により中心位置
に安定支持される。
【００１３】更に、支持部材が研磨布と接しているウエ
ーハ面の中心点を向いて傾斜して配設されるため、研磨
時においてウエーハの移動，回動が発生しない。そのた
め、高精度で、かつ安定した研磨が出来ると共に研磨作
業効率の向上が図れる。
ーハ面の中心点を向いて傾斜して配設されるため、研磨
時においてウエーハの移動，回動が発生しない。そのた
め、高精度で、かつ安定した研磨が出来ると共に研磨作
業効率の向上が図れる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づき説明
する。図１は本発明の一実施例の全体構成を説明する断
面図、図２は本実施例のウエーハ吸着保持板まわりの詳
細構造を示す部分断面図、図３は本実施例の支持部材の
支持形状とその作用を説明するための部分断面図、図４
は本実施例の正しい研磨姿勢を示す部分断面図、図５は
圧力Ｐの値が適正圧力値を越えた場合を示す部分断面
図、図６は圧力Ｐの値が適正圧力値以下の場合をそれぞ
れ示す部分断面図である。
する。図１は本発明の一実施例の全体構成を説明する断
面図、図２は本実施例のウエーハ吸着保持板まわりの詳
細構造を示す部分断面図、図３は本実施例の支持部材の
支持形状とその作用を説明するための部分断面図、図４
は本実施例の正しい研磨姿勢を示す部分断面図、図５は
圧力Ｐの値が適正圧力値を越えた場合を示す部分断面
図、図６は圧力Ｐの値が適正圧力値以下の場合をそれぞ
れ示す部分断面図である。
【００１５】図１に示すように、本実施例のウエーハ研
磨装置１は大別して、ウエーハ保持部材２と、その下方
開口部１３を閉止してウエーハ保持部材２に固定される
可撓性のある硬質薄板よりなるウエーハ吸着保持板３
と、下方に向かって突出する胴部１５およびリング状突
起部１６を形成し装置の不動側１７に回転軸１８を介し
て支持されるハウジング４と、ウエーハＷの外径ｄ1 よ
りも小径の内径ｄ2 のウエーハ保持部材２の上方開口部
１４とハウジング４のリング状突起部１６間に架設され
る伸縮性の筒状部材６と、ウエーハ保持部材２とハウジ
ング４間に架設される高撓性の支持部材７と、真空源８
と、圧縮空気源９と、研磨布１０および回転軸１８を駆
動する回転機構部１１等から構成される。なお、図示の
ように、ウエーハ吸着保持板３と筒状部材６によりウエ
ーハ保持部材２とハウジング４間には密閉室１２が形成
される。
磨装置１は大別して、ウエーハ保持部材２と、その下方
開口部１３を閉止してウエーハ保持部材２に固定される
可撓性のある硬質薄板よりなるウエーハ吸着保持板３
と、下方に向かって突出する胴部１５およびリング状突
起部１６を形成し装置の不動側１７に回転軸１８を介し
て支持されるハウジング４と、ウエーハＷの外径ｄ1 よ
りも小径の内径ｄ2 のウエーハ保持部材２の上方開口部
１４とハウジング４のリング状突起部１６間に架設され
る伸縮性の筒状部材６と、ウエーハ保持部材２とハウジ
ング４間に架設される高撓性の支持部材７と、真空源８
と、圧縮空気源９と、研磨布１０および回転軸１８を駆
動する回転機構部１１等から構成される。なお、図示の
ように、ウエーハ吸着保持板３と筒状部材６によりウエ
ーハ保持部材２とハウジング４間には密閉室１２が形成
される。
【００１６】ウエーハ保持部材２は下方側にウエーハ５
の外径ｄ1 よりもやや大きい内径の下方開口部１３を有
すると共に上方に外径ｄ1 より小さい内径ｄ2 に縮径さ
れた上方開口部１４を有する中空円筒状部材からなり、
下方開口部１３側と上方開口部１４側間には段付部１９
が形成される。
の外径ｄ1 よりもやや大きい内径の下方開口部１３を有
すると共に上方に外径ｄ1 より小さい内径ｄ2 に縮径さ
れた上方開口部１４を有する中空円筒状部材からなり、
下方開口部１３側と上方開口部１４側間には段付部１９
が形成される。
【００１７】ウエーハ吸着保持板３は可撓性の硬質薄板
からなり、具体的には例えば、硬質プラスチック、硬質
ゴム又は金属製薄板で形成される。硬質プラスチックと
しては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂のような熱硬化
性樹脂、ポエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリイミド、ポリスルフォン等の耐熱性の
硬質樹脂等が好適に用いられ、これらはガラス繊維、炭
素繊維、合成繊維、あるいはこれらの織布、不織布等で
補強したものであってもよい。硬質プラスチック、硬質
ゴムの場合（上記繊維等で補強した場合を含む）の板厚
は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとするのが、板体としての
可撓性を確保するうえで好ましい。金属としては、ステ
ンレス鋼に代表される鋼が好適に使用されるが、この場
合、板体としての可撓性を確保するために０．０５ｍｍ
〜０．２ｍｍの厚さとするのが好ましい。
からなり、具体的には例えば、硬質プラスチック、硬質
ゴム又は金属製薄板で形成される。硬質プラスチックと
しては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂のような熱硬化
性樹脂、ポエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレ
フタレート、ポリイミド、ポリスルフォン等の耐熱性の
硬質樹脂等が好適に用いられ、これらはガラス繊維、炭
素繊維、合成繊維、あるいはこれらの織布、不織布等で
補強したものであってもよい。硬質プラスチック、硬質
ゴムの場合（上記繊維等で補強した場合を含む）の板厚
は、０．１ｍｍ〜１．０ｍｍとするのが、板体としての
可撓性を確保するうえで好ましい。金属としては、ステ
ンレス鋼に代表される鋼が好適に使用されるが、この場
合、板体としての可撓性を確保するために０．０５ｍｍ
〜０．２ｍｍの厚さとするのが好ましい。
【００１８】図２に示すように、ウエーハ吸着保持板３
は多数個の吸着孔２０が貫通形成され、それぞれの吸着
孔２０は、コネクタ３３内の通路２１を介して中心孔２
２に連通する。中心孔２２はフレキシブルホース２３内
に連通する。ウエーハ吸着保持板３に形成する多数の吸
着孔２０は、この場合、ウエーハ吸着保持板３の中心部
に一つと、これを中心とする同心円上にそれぞれ複数貫
通形成する。また、片面に長溝３１を形成した薄肉、小
幅で軟質の棒状ゴム（または帯状ゴム）３２をウエーハ
吸着保持板３の背面、すなわち、ウエーハ吸着面と反対
側の面に接着することにより、全ての吸着孔をシールす
るとともに、中心孔２２をその他の吸着孔２０の全てと
連通させ、更に中心孔２２に前記コネクタ３３を突設す
る。なお、ウエーハ吸着保持板３の裏面の気体通路を形
成する材料として棒状ゴムを例示したが、ウエーハ吸着
保持板３と同質材料でウエーハ吸着保持板と同様にたわ
み得るものであれば使用可能であることは言うまでもな
い。
は多数個の吸着孔２０が貫通形成され、それぞれの吸着
孔２０は、コネクタ３３内の通路２１を介して中心孔２
２に連通する。中心孔２２はフレキシブルホース２３内
に連通する。ウエーハ吸着保持板３に形成する多数の吸
着孔２０は、この場合、ウエーハ吸着保持板３の中心部
に一つと、これを中心とする同心円上にそれぞれ複数貫
通形成する。また、片面に長溝３１を形成した薄肉、小
幅で軟質の棒状ゴム（または帯状ゴム）３２をウエーハ
吸着保持板３の背面、すなわち、ウエーハ吸着面と反対
側の面に接着することにより、全ての吸着孔をシールす
るとともに、中心孔２２をその他の吸着孔２０の全てと
連通させ、更に中心孔２２に前記コネクタ３３を突設す
る。なお、ウエーハ吸着保持板３の裏面の気体通路を形
成する材料として棒状ゴムを例示したが、ウエーハ吸着
保持板３と同質材料でウエーハ吸着保持板と同様にたわ
み得るものであれば使用可能であることは言うまでもな
い。
【００１９】一方、ハウジング４は円板状部材２４の外
周に下方に向かって鍔状に突出する胴部１５で囲繞され
る円筒状体からなり、その内部には下方に向かって突出
するリング状突起部１６が形成される。なお、リング状
突起部１６の内径はほぼ前記ｄ2 と等しい寸法に形成さ
れる。円板状部材２４の中心には回転軸１８の一端側が
固定される。なお、回転軸１８の他端側は回転機構部１
１に連結される。
周に下方に向かって鍔状に突出する胴部１５で囲繞され
る円筒状体からなり、その内部には下方に向かって突出
するリング状突起部１６が形成される。なお、リング状
突起部１６の内径はほぼ前記ｄ2 と等しい寸法に形成さ
れる。円板状部材２４の中心には回転軸１８の一端側が
固定される。なお、回転軸１８の他端側は回転機構部１
１に連結される。
【００２０】筒状部材６は伸縮性のある部材からなり、
ウエーハ保持部材２の上方開口部とハウジング４のリン
グ状突起部１６間に架設される。一方、ウエーハ保持部
材２とハウジング４の胴部１５間には高撓性の支持部材
７が架設される。支持部材７は、例えば複数の高撓性金
属細棒を放射状に配置したものや円環状の高撓性のゴ
ム，プラスチック，金属薄板等からなる。
ウエーハ保持部材２の上方開口部とハウジング４のリン
グ状突起部１６間に架設される。一方、ウエーハ保持部
材２とハウジング４の胴部１５間には高撓性の支持部材
７が架設される。支持部材７は、例えば複数の高撓性金
属細棒を放射状に配置したものや円環状の高撓性のゴ
ム，プラスチック，金属薄板等からなる。
【００２１】図３に示すように、支持部材７は胴部１５
から下り傾斜に配設され、その伸延先は研磨布と接して
いるウエーハＷ面の中心点Ｏに一致する。この理由とし
ては、ウエーハＷと研磨布１０との接触によってウエー
ハＷに摩擦力Ｆが作用するが、支持部材７が中心点Ｏを
指向して配置されることによりウエーハ保持部材２に回
転モーメントを作用させないようにするためである。回
転モーメントが作用するとウエーハＷと研磨布１０間の
研磨圧力が不均一になり、高精度研磨が困難になる。
から下り傾斜に配設され、その伸延先は研磨布と接して
いるウエーハＷ面の中心点Ｏに一致する。この理由とし
ては、ウエーハＷと研磨布１０との接触によってウエー
ハＷに摩擦力Ｆが作用するが、支持部材７が中心点Ｏを
指向して配置されることによりウエーハ保持部材２に回
転モーメントを作用させないようにするためである。回
転モーメントが作用するとウエーハＷと研磨布１０間の
研磨圧力が不均一になり、高精度研磨が困難になる。
【００２２】ウエーハ保持部材２は、筒状部材６および
支持部材７を介してハウジング４に垂下支持される。ま
た、ウエーハ保持部材２とハウジング４間はウエーハ吸
着保持板３と筒状部材６およびハウジング４の円板状部
材２４により囲まれ密閉室１２を形成する。
支持部材７を介してハウジング４に垂下支持される。ま
た、ウエーハ保持部材２とハウジング４間はウエーハ吸
着保持板３と筒状部材６およびハウジング４の円板状部
材２４により囲まれ密閉室１２を形成する。
【００２３】ハウジング４に固定される回転軸１８内に
は真空通路２５と圧縮空気供給路２６が形成される。真
空通路２５は密閉室１２内に配設されるフレキシブルホ
ース２３に連結すると共に開閉弁２７を介して真空源８
に連結される。一方、圧縮空気供給路２６は密閉室１２
内に連通すると共に開閉弁２８を介して圧縮空気源９に
連結される。
は真空通路２５と圧縮空気供給路２６が形成される。真
空通路２５は密閉室１２内に配設されるフレキシブルホ
ース２３に連結すると共に開閉弁２７を介して真空源８
に連結される。一方、圧縮空気供給路２６は密閉室１２
内に連通すると共に開閉弁２８を介して圧縮空気源９に
連結される。
【００２４】次に、本実施例の作用を説明する。まず、
ウエーハＷをウエーハ吸着保持板３のほぼ中央に当接
し、真空源８を作動する。開閉弁２７，真空通路２５，
フレキシブルホース２３およびウエーハ吸着保持板３の
中心孔２２，通路２１を介して各吸着孔２０に真空が作
用し、ウエーハＷはウエーハ吸着保持板３に均一に吸着
支持される。次に、圧縮空気源９から開閉弁２８，圧縮
空気供給路２６を介して圧力Ｐの圧縮空気を密閉室１２
内に導入する。
ウエーハＷをウエーハ吸着保持板３のほぼ中央に当接
し、真空源８を作動する。開閉弁２７，真空通路２５，
フレキシブルホース２３およびウエーハ吸着保持板３の
中心孔２２，通路２１を介して各吸着孔２０に真空が作
用し、ウエーハＷはウエーハ吸着保持板３に均一に吸着
支持される。次に、圧縮空気源９から開閉弁２８，圧縮
空気供給路２６を介して圧力Ｐの圧縮空気を密閉室１２
内に導入する。
【００２５】図４は圧力Ｐの圧縮空気の密閉室１２内の
作用状態を示すものである。密閉室１２内には均一に圧
力Ｐの圧縮圧力が作用する。この内、段付部１９にはπ
／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）・Ｐの上向きの支持力が作用
し、ウエーハＷにはその直径ｄ1 の範囲で均一な圧力Ｐ
が作用し、研磨布１０側から同圧の反力を受ける。ウエ
ーハ保持部材２の前記以外の箇所は上下，左右とも圧力
がバランスする。
作用状態を示すものである。密閉室１２内には均一に圧
力Ｐの圧縮圧力が作用する。この内、段付部１９にはπ
／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）・Ｐの上向きの支持力が作用
し、ウエーハＷにはその直径ｄ1 の範囲で均一な圧力Ｐ
が作用し、研磨布１０側から同圧の反力を受ける。ウエ
ーハ保持部材２の前記以外の箇所は上下，左右とも圧力
がバランスする。
【００２６】圧力Ｐの値を調整し、π／４（ｄ1 2 −ｄ
2 2 ）・Ｐの支持力をウエーハ保持部材２の自重Ｍと一
致させるとウエーハ保持部材２の自重の影響が無くな
り、ウエーハＷにはπ／４ｄ1 2 ・Ｐの全圧力のみが作
用する。一方、ウエーハ吸着保持板３は可撓性の硬質薄
板から形成されるため、ウエーハＷの大きな凹凸にはそ
れに倣って変形し、ウエーハＷの小さな凹凸にはそれに
倣わず変形しない。よって、プラナリゼーション研磨が
可能になる。
2 2 ）・Ｐの支持力をウエーハ保持部材２の自重Ｍと一
致させるとウエーハ保持部材２の自重の影響が無くな
り、ウエーハＷにはπ／４ｄ1 2 ・Ｐの全圧力のみが作
用する。一方、ウエーハ吸着保持板３は可撓性の硬質薄
板から形成されるため、ウエーハＷの大きな凹凸にはそ
れに倣って変形し、ウエーハＷの小さな凹凸にはそれに
倣わず変形しない。よって、プラナリゼーション研磨が
可能になる。
【００２７】また、ウエーハＷの肉厚が不均一であって
も、可撓性のウエーハ吸着保持板３と高撓性の支持部材
７（図１）により吸収され、ウエーハＷと研磨布１０と
は均一の圧力で接触しながら研磨される。以上により均
一で、かつ高精度な研磨が行われる。また、前記したよ
うに、支持部材７が、研磨布と接するウエーハＷ面の中
心点Ｏに向かって下り傾斜に配設されているため研磨時
においてウエーハ保持部材２に回転モーメントが作用し
ない。そのため高精度研磨が出来る。
も、可撓性のウエーハ吸着保持板３と高撓性の支持部材
７（図１）により吸収され、ウエーハＷと研磨布１０と
は均一の圧力で接触しながら研磨される。以上により均
一で、かつ高精度な研磨が行われる。また、前記したよ
うに、支持部材７が、研磨布と接するウエーハＷ面の中
心点Ｏに向かって下り傾斜に配設されているため研磨時
においてウエーハ保持部材２に回転モーメントが作用し
ない。そのため高精度研磨が出来る。
【００２８】図５および図６は本実施例における不良研
磨状態を示す図面である。密閉室１２内の圧力Ｐ1 が前
記したπ／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）・Ｐ＝Ｍの式を満足す
る圧力Ｐよりも大きい場合には、図５に示すようにウエ
ーハ保持部材２が上方に持ち上げられ、ウエーハ吸着保
持板３が凸状に変形する。そのため、ウエーハＷと研磨
布１０とはウエーハＷの中央部側で強く接触し気味にな
る。そのため、ウエーハＷと研磨布１０との接触が不均
一となり、高精度研磨が困難となる。
磨状態を示す図面である。密閉室１２内の圧力Ｐ1 が前
記したπ／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）・Ｐ＝Ｍの式を満足す
る圧力Ｐよりも大きい場合には、図５に示すようにウエ
ーハ保持部材２が上方に持ち上げられ、ウエーハ吸着保
持板３が凸状に変形する。そのため、ウエーハＷと研磨
布１０とはウエーハＷの中央部側で強く接触し気味にな
る。そのため、ウエーハＷと研磨布１０との接触が不均
一となり、高精度研磨が困難となる。
【００２９】一方、図６に示すように、逆に密閉室１２
内の圧力Ｐ2 がＰ2 ＜Ｐになると、ウエーハ保持部材２
の自重Ｍの一部がウエーハＷ側に作用し、ウエーハ吸着
保持板３が凹状に変形する。このため、ウエーハＷの周
縁側が研磨布１０に圧接し気味になり周辺ダレが生じ、
前記と同様に高精度研磨が困難になる。以上のことか
ら、密閉室１２内に供給する圧縮空気の圧力Ｐを適正値
に調整する調整作業が本実施例の場合必要になるが、圧
力を適正値に調整することにより高精度研磨が安定して
行われる。
内の圧力Ｐ2 がＰ2 ＜Ｐになると、ウエーハ保持部材２
の自重Ｍの一部がウエーハＷ側に作用し、ウエーハ吸着
保持板３が凹状に変形する。このため、ウエーハＷの周
縁側が研磨布１０に圧接し気味になり周辺ダレが生じ、
前記と同様に高精度研磨が困難になる。以上のことか
ら、密閉室１２内に供給する圧縮空気の圧力Ｐを適正値
に調整する調整作業が本実施例の場合必要になるが、圧
力を適正値に調整することにより高精度研磨が安定して
行われる。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。 １）ウエーハ保持部材内の密閉室内に供給される圧縮空
気の圧力を π／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）・Ｐ＝Ｍ の関係式が成立する値に調整することによりウエーハ保
持部材の自重Ｍの影響がなくなり、ウエーハＷには圧力
Ｐの均一の空気圧のみが作用する。それにより、ウエー
ハ面と研磨布とが均一に接触する。 ２）ウエーハＷの肉厚が不均一であってもウエーハ吸着
保持板と支持部材が不均一な作用力を吸収するため、ウ
エーハ面と研磨布とは均一に接触する。そのため高精度
な研磨が出来る。 ３）ウエーハ吸着保持板は可撓性の硬質薄板よりなるた
め、ウエーハＷの大きな凹凸にはそれに倣って変形し、
小さい凹凸にはそれに倣わず、プラナリゼーション研磨
が可能になる。 ４）支持部材は、ウエーハ面と研磨布が接するウエーハ
Ｗ面の中心点に向かって下り傾斜に配設されるため、研
磨時における回転モーメントの作用がなく高精度研磨が
出来る。 ５）以上により、ウエーハＷの高精度のプラナリゼーシ
ョン研磨が出来、半導体デバイスの多層配線の信頼性向
上と高集積化が出来る。
を奏する。 １）ウエーハ保持部材内の密閉室内に供給される圧縮空
気の圧力を π／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）・Ｐ＝Ｍ の関係式が成立する値に調整することによりウエーハ保
持部材の自重Ｍの影響がなくなり、ウエーハＷには圧力
Ｐの均一の空気圧のみが作用する。それにより、ウエー
ハ面と研磨布とが均一に接触する。 ２）ウエーハＷの肉厚が不均一であってもウエーハ吸着
保持板と支持部材が不均一な作用力を吸収するため、ウ
エーハ面と研磨布とは均一に接触する。そのため高精度
な研磨が出来る。 ３）ウエーハ吸着保持板は可撓性の硬質薄板よりなるた
め、ウエーハＷの大きな凹凸にはそれに倣って変形し、
小さい凹凸にはそれに倣わず、プラナリゼーション研磨
が可能になる。 ４）支持部材は、ウエーハ面と研磨布が接するウエーハ
Ｗ面の中心点に向かって下り傾斜に配設されるため、研
磨時における回転モーメントの作用がなく高精度研磨が
出来る。 ５）以上により、ウエーハＷの高精度のプラナリゼーシ
ョン研磨が出来、半導体デバイスの多層配線の信頼性向
上と高集積化が出来る。
【図１】本発明の一実施例の全体構造を示す断面図であ
る。
る。
【図２】本実施例のウエーハ吸着保持板まわりの詳細構
造を示す部分断面図である。
造を示す部分断面図である。
【図３】本実施例の支持部材の配設形態を説明するため
の部分断面図である。
の部分断面図である。
【図４】本実施例における適正研磨状態を説明する部分
断面図である。
断面図である。
【図５】本実施例における不適正な研磨状態を説明する
部分断面図である。
部分断面図である。
【図６】本実施例における不適正な研磨状態を説明する
部分断面図である。
部分断面図である。
【図７】プラナリゼーション研磨の作用を説明する断面
図である。
図である。
【図８】研磨前ウエーハＷの断面図である。
【図９】研磨後ウエーハＷの断面図である。
１ ウエーハ研磨装置 ２ ウエーハ保持部材 ３ ウエーハ吸着保持板 ４ ハウジング ６ 筒状部材 ７ 支持部材 ８ 真空源 ９ 圧縮空気源 １０ 研磨布 １１ 回転機構部 １２ 密閉室 １３ 下方開口部 １４ 上方開口部 １５ 胴部 １６ リング状突起部 １７ 不動側 １８ 回転軸 １９ 段付部 ２０ 吸着孔 ２１ 通路 ２２ 中心孔 ２３ フレキシブルホース ２４ 円板状部材 ２５ 真空通路 ２６ 圧縮空気供給路 ２７ 開閉弁 ２８ 開閉弁 ３１ 長溝 ３２ 棒状ゴム ３３ コネクタ ４１ 研磨布 ４２ 研磨定盤 ５１ シリコン基板 ５２ 酸化膜 ５３ 酸化膜突起 ５４ 素子 ５５ 配線 Ｄ 研磨圧力分布 Ｗ （半導体デバイスを製造する工程中の）ウエーハ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−69310（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−45566（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−124862（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B24B 37/00 B24B 37/04
Claims (2)
- 【請求項１】 下端側にウエーハの外径ｄ1 よりもやや
大径の下方開口部を有すると共に、上端側にｄ2 ＜ｄ1
の上方開口部を形成する重量Ｍのウエーハ保持部材と、
前記下方開口部を閉止すると共にウエーハを吸着支持す
る可撓性の硬質薄板よりなるウエーハ吸着保持板と、装
置の不動側に垂下支持され下端側を開口する円筒状の胴
部と、その内部に形成される内径ｄ2 のリング状突起部
とを有するハウジングと、該ハウジングの前記リング状
突起部と前記ウエーハ保持部材間に架設される伸縮性の
筒状部材と、該筒状部材およびウエーハ吸着保持板によ
り前記ハウジングのリング状突起部とウエーハ保持部材
間に形成される密閉室と、前記ハウジングの胴部と前記
ウエーハ保持部材間に架設される高撓性の支持部材と、
前記ウエーハ吸着保持板と真空源を連結する真空通路
と、前記密閉室と当該密閉室内に圧力Ｐの圧縮空気を供
給する圧縮空気源とを連通させる圧縮空気供給路を設け
る研磨装置であって、前記圧力Ｐが下式を満足すること
を特徴とするウエーハ研磨装置。 π／４（ｄ1 2 −ｄ2 2 ）・Ｐ＝Ｍ - 【請求項２】 前記ハウジングの胴部と前記ウエーハ保
持部材間に架設される高撓性の支持部材は、前記ウエー
ハと研磨布が接するウエーハ面の中心点に向かって下り
傾斜に配置されてなることを特徴とする請求項１記載の
ウエーハ研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34432793A JP2770730B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | ウエーハ研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34432793A JP2770730B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | ウエーハ研磨装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07171757A JPH07171757A (ja) | 1995-07-11 |
| JP2770730B2 true JP2770730B2 (ja) | 1998-07-02 |
Family
ID=18368386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34432793A Expired - Fee Related JP2770730B2 (ja) | 1993-12-16 | 1993-12-16 | ウエーハ研磨装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2770730B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11226865A (ja) * | 1997-12-11 | 1999-08-24 | Speedfam Co Ltd | キャリア及びｃｍｐ装置 |
| EP1080841A3 (en) * | 1999-09-02 | 2001-07-11 | Mitsubishi Materials Corporation | Carrier head, polishing apparatus using the carrier head, and method for sensing polished surface state |
| JP4273056B2 (ja) * | 2004-08-12 | 2009-06-03 | 不二越機械工業株式会社 | 研磨装置 |
| CN1326661C (zh) * | 2005-03-10 | 2007-07-18 | 浙江工业大学 | 磁流变式气囊柔性抛光工具 |
| CN1326662C (zh) * | 2005-03-10 | 2007-07-18 | 浙江工业大学 | 磁控式气囊柔性抛光工具 |
| JP5390807B2 (ja) * | 2008-08-21 | 2014-01-15 | 株式会社荏原製作所 | 研磨方法および装置 |
| CN102103055B (zh) * | 2010-12-15 | 2012-10-24 | 山东大学 | 地质力学模型试验用复合式超薄柔性均布压力加载装置 |
| CN105773397B (zh) * | 2016-03-09 | 2017-09-29 | 天津华海清科机电科技有限公司 | 化学机械抛光多区压力在线控制算法 |
-
1993
- 1993-12-16 JP JP34432793A patent/JP2770730B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07171757A (ja) | 1995-07-11 |
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