JP6232654B2 - ウェーハ研磨装置 - Google Patents
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このようなパターン形成途中において、パターンを形成した層の表面に生じる凹凸を平坦化すべく、ウェーハを研磨するのに、CMP法によるウェーハ研磨装置(CMP装置)が用いられる。
しかしながら、この方式の従来のウェーハ研磨装置にあっては、ワークチャックの揺動中心が、ウェ―ハの被加工面から遠く離れた位置に設定されているため、ワークチャックの傾斜角度が大きくなると、ウェーハの回転中心位置が研磨定盤に対して偏心することとなり、これに起因して、ウェーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に不要なモーメントが生じ、結果的にウェーハ表面の研磨にむらが生じる問題があった。
この場合、球体を介して内側凸球面と外側凹球面とが接することとなり、ワークチャックを揺動可能に支持するにあたり、極めて摩擦の小さい支持が可能となる。
この場合、ワークチャックの傾斜角度が例え大きくなる場合であっても、ウェーハの回転中心位置が研磨定盤に対して偏心することがない。この結果、ウェーハを研磨パッドに押し当てて研磨する際に不要なモーメントが生じず、結果的にウェーハ表面をより均一に研磨するのが可能となる。
この場合、ワークチャックがリング状の可撓膜を介して回転体から離間するようエアー圧による押圧力を受けるため、ワークチャックは周方向全域に渡って均一な押圧力を受ける。これに伴い、ワークチャックで保持したウェーハを周方向全域に渡って研磨パッドに均一に押し付けることが可能となる。
ワークチャックを回転体から離間する方向つまり研磨パッド側へ押圧させる際の押圧面積を広くとることができること、並びに、ワークチャックを研磨パッド側へ押圧するにあたり球面軸受機構よりも外側から押圧できることから、研磨パッドの表面の凹凸に追従してワークチャックを揺動させるときの応答時間を短くすることができる。
回転軸の回転力が回転伝達機構を介してワークチャックに伝達され、ワークチャックが回転する。これに伴い、ワークチャックによって保持されたウェーハを研磨パッド上で強制的に回転させることができる。
ウェーハが研磨される際に、摩擦熱が生じる。この摩擦熱を冷却機構によって好適に除去することができる。このため、ウェーハやワークチャックが摩擦熱によって必要以上に温度上昇するのを未然に回避できる。
図1に示すように、ウェーハ研磨装置1は、主としてプラテン2と、研磨ヘッド3とから構成されている。
研磨ヘッド3は、図示せぬ移動機構により、プラテン2、研磨前のウェ―ハが載置されるウェーハ待機位置、および研磨後のウェーハが載置されるウェーハ収納位置の間を適宜移動される。
なお、必要に応じて、球体30cが、外側凹球面30aと内側凸球面30bとの間の隙間から脱落しないよう、球体30cを保持するリテーナを備える構成にしてもよい。
図4にも示すように、チャック本体26の下部には、ワークチャック15を冷却するための冷却機構36が設けられている。冷却機構36は、チャック本体26の下面全域に渡って形成された渦巻き状の溝37aと、この渦巻き状の溝37aを下側から覆うカバー37bとからなる冷却水通路37を備える。冷却水通路37には、チャック本体26の外周部の一端に冷却水入口部38が設けられている。この冷却水入口部38から導入された冷却水は、渦巻き状の溝37aに沿って周方向に沿いながら徐々にチャック本体26の中央側に至り、中央部で折り返して、再び渦巻き状の溝37aに沿って周方向に沿いながら徐々にチャック本体26のチャック本体26の外周側に至り、最終的にチャック本体の外周部の他端に設けられた冷却水出口部39に至る。チャック本体26において、冷却水入口部38および冷却水出口部39は、球面軸受機構30との干渉を避けるため、球面軸受機構30よりも外側に配置される。
なお、符号45は、互いに対向する回転平板部19と上板部27の外周部に設けられて、ワークチャック15内への塵埃等の侵入を防止する塵埃カバーである。
このとき、ワークチャック15の揺動中心Pが、ワークチャック15に保持されるウェーハWの被加工面と面一の位置に設定されているため、図3(a)に示すように研磨定盤の凹凸や傾きに追従してワークチャック15の傾斜角度が例え大きくなる場合でも、ウェーハWの回転中心位置が研磨定盤に対して偏心することがない。この結果、ウェーハW研磨の際に不要なモーメントが生じず、結果的にウェーハ表面を均一な平滑面に研磨することができる。
ウェーハWを研磨する際に摩擦熱が発生するが、この摩擦熱は、冷却水通路37に供給する冷却水によって除去することができる。このため、ウェーハWやワークチャック15が摩擦熱によって必要以上に温度上昇するのを未然に回避できる。
その後、図示せぬ移動機構を作動させて、研磨したウェーハを研磨ヘッド3とともに、ウェーハ収納位置まで運ぶ。
前記実施形態では、ワークチャック15を支持する球面軸受機構30の揺動中心Pをワークチャックに15に保持されるウェーハWの被加工面と面一の位置に設定しているが、これに限られることなく、揺動中心Pを若干上方側にずらしてもよい。つまり、揺動中心PをウェーハWを含むワークチャック15の厚さ内に位置するように設定してもよい。
Claims (7)
- 回転体と、
前記回転体と同軸状に配置されかつ前記回転体と一体的に回転するとともに前記回転体に対して回転中心の軸線の方向に相対移動可能に設けられた回転軸と、
前記回転体に対して前記回転軸を一端側へ付勢する付勢部材と、
前記回転軸の他端側に球面軸受機構を介して揺動可能に支持されるとともに研磨対象であるウェーハを保持するワークチャックと、
前記回転体と前記ワークチャックとの間に介装されたエアーバッグとを備え、
前記球面軸受機構は、その揺動中心が前記ウェーハを含む前記ワークチャックの厚さ内に位置するように設定され、
前記エアーバッグにエアーが導入されるときに、前記付勢部材の付勢力に抗して前記ワークチャックが回転体から離間する方向へ相対移動し、該ワークチャックに保持された前記ウェーハを研磨パッドへ押し付けることを特徴とするウェーハ研磨装置。 - 前記球面軸受機構は、前記回転軸に形成された内側凸球面と、前記ワークチャックに形成された外側凹球面と、前記内側凸球面と前記外側凹球面との間に介装された複数の球体とを備えることを特徴とする請求項1に記載のウェーハ研磨装置。
- 前記球面軸受機構は、揺動中心が、前記ワークチャックに保持される前記ウェーハの被加工面と面一の位置に設定されていることを特徴とする請求項1または2に記載のウェーハ研磨装置。
- 前記エアーバッグは、前記回転体の前記ワークチャックとの対向面上であって前記回転軸を中心としてその径方向外側に配置されたリング状の可撓膜を備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のウェーハ研磨装置。
- 前記リング状の可撓膜は、幅方向中心が前記球面軸受機構よりも外側に配置されていることを特徴とする請求項4に記載のウェーハ研磨装置。
- 前記回転軸の回転を前記ワークチャックに伝達する回転伝達機構を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のウェーハ研磨装置。
- 前記ワークチャックには冷却機構が設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のウェーハ研磨装置。
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