JPH07178663A

JPH07178663A - ウエハ研磨装置

Info

Publication number: JPH07178663A
Application number: JP32882093A
Authority: JP
Inventors: Kenji Munezane; 賢二宗実
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1993-12-24
Filing date: 1993-12-24
Publication date: 1995-07-18

Abstract

(57)【要約】【目的】高い研磨精度を維持しつつ、特に、プラテン
周辺の保守、点検、整備に適したウエハ研磨装置を提供
する。【構成】プラテン１４の一面が研磨面とされ、プラテ
ン１４を挟んで互いに対向する位置にウエハ２３を保持
するヘッド１７および当て板１８が設けられており、プ
ラテン１４はプラテン回転用モータ１５により回転自在
に、ヘッド１７は駆動モータ３４により回転自在、かつ
ヘッド水平移動機構２４ａにより水平移動自在に設置さ
れ、当て板１８には複数のボール３８、３８、…が設け
られ、当て板水平移動機構２４ｂにより水平移動自在と
されている。また、ヘッド１７および当て板１８を支持
するアーム１６はアーム上下駆動機構２５によりプラテ
ン１４の半径方向に上下移動自在に、さらにアーム１６
の支持部１６ｂは軸部１６ａを中心として逆方向に回転
自在に設置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路を形成する半
導体ウエハ等の表面を研磨するためのウエハ研磨装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩ等の集積回路を製造するウ
エハの研磨は、デバイスの微細化に伴い、ますます高精
度かつ無欠陥表面が要求されるようになり、これに対応
して技術的に進歩してきた。研磨のメカニズムが、微粒
子シリカ等によるメカニカル的要素とアルカリ液による
エッチング要素を複合したメカノ・ケミカル研磨法であ
り、研磨剤や研磨布の性質がウエハ表面状態を決める主
要素であるために、従来はこれらについて多くの改良が
なされてきたが、最近のウエハ精度、特に平坦度向上の
要求に対しては研磨装置自体の重要度が高まりつつあ
る。

【０００３】図４はウエハ研磨装置１の構成を示す図で
あって、符号２はウエハ３が保持されるヘッド、４はア
ーム、５はプラテン（研磨盤）である。ヘッド２はその
下部にウエハキャリア６を有し、ウエハ３はウエハキャ
リア６に真空吸着されることにより保持されるようにな
っている。一方、ウエハキャリア６の上方には圧力空気
源（図示せず）から高圧空気が供給され、ウエハキャリ
ア６が下方に変位してプラテン５に押し付けられるよう
に構成されている。

【０００４】また、ヘッド２は、基台７上に設置されこ
こから逆Ｌ字状に延びるアーム４によりプラテン５の上
面に対向するように支持されている。アーム４の先端に
はエアシリンダ８が設置され、これがヘッド２の軸体９
と連結されることによりエアシリンダ８が作動したとき
にヘッド２が若干の上下移動を行ない得るようになって
いる。

【０００５】プラテン５はその上面に研磨布（図示せ
ず）が貼付されており、研磨の際にはこの研磨布がヘッ
ド２に保持されたウエハ３と接触するようになってい
る。プラテン５の中心には回転軸１０が設けられ、基台
７に設置された駆動モータ１１の回転力が動力伝達機構
（図示せず）を介してこの回転軸１０に伝達され、プラ
テン５が回転するように構成されている。

【０００６】前記構成のウエハ研磨装置１を使用する際
には、ヘッド２にウエハ３を装着した後、動作を開始さ
せると、ウエハ３とプラテン５の研磨布との微小な間隙
に研磨剤が供給されつつ、ヘッド２とプラテン５とが相
対運動を行なう。すなわち、図５に示すように、プラテ
ン５が時計回りに回転し、ヘッド２も同方向に回転する
とともに、ヘッド２を支持するアーム４が鉛直方向に延
びる支持部４ａを回転軸としてヘッド２がプラテン５上
に位置する範囲で揺動運動（矢印Ａで示す）を行なう。
このアーム４の運動は、プラテン５の同一箇所のみで研
磨を行なうとその部分の研磨布のみが摩耗することによ
り研磨むらが生じるので、研磨布をまんべんなく使用す
るためのものである。そして、ヘッド２、プラテン５、
アーム４が前記のように相互に運動を行ないつつ、ウエ
ハ３と研磨布が研磨剤を伴って摩擦されることによって
ウエハ３の研磨が行なわれるようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ウエハ研磨装置１においては、プラテン５の上面側にヘ
ッド２が配置され、プラテン５の上面にヘッド２が所定
の圧力をもって押し付けられつつ研磨が行なわれる構成
となっているため、研磨が行なわれている間はプラテン
５には常に上方から下方への力が加わっているので、プ
ラテン５は下方に橈みやすい傾向にあるが、プラテン５
が撓んだ状態で研磨を行なうと、ウエハ３の研摩面が傾
いてしまい平坦なウエハ３が得られないという問題があ
った。したがって、このプラテン５の橈みを防止するた
めにプラテン５の厚みを充分に大きくして剛性を高めた
り、図４に示すベアリング１２等、プラテン５をその下
方から支持する部材を強固なものにする必要があった。

【０００８】すなわち、従来のウエハ研磨装置１では、
ヘッド２側からの圧力に起因するプラテン５の橈みを防
止する目的で、プラテン５自体の剛性を高めるためにプ
ラテン５の厚みや重量が非常に大きくなったり、プラテ
ン５の支持機構を備えるためにプラテン５周りの構造が
複雑化し、保守、点検、整備が実施しにくいという問題
があった。そこで、プラテン自体を薄形軽量化するとと
もに、プラテン周辺の構造を簡略化したウエハ研磨装置
の提供が望まれていた。

【０００９】本発明は、前記の課題を解決するためにな
されたものであって、高い研磨精度を維持しつつ、特
に、プラテン周辺の保守、点検、整備に適したウエハ研
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】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載のウエハ研磨装置は、ウエハをその
一面側で保持するヘッドが円盤状の研磨盤に近接して設
けられ、前記ヘッドを前記研磨盤に対して押し付けつつ
回転させるとともに、前記研磨盤を回転させて前記ウエ
ハの他面側を該研磨盤と摩擦させることによりウエハの
表面を研磨するためのウエハ研磨装置において、前記研
磨盤の一面側に前記ヘッドが設けられて、該一面が研磨
面とされ、前記研磨盤を挟んで前記ヘッドと対向する位
置に前記研磨盤の他面側と接触する当て板が設けられ、
該当て板における前記研磨盤との接触面には摩擦係数を
小さくさせる回転部材が設けられたことを特徴とするも
のである。

【００１１】また、請求項２記載のウエハ研磨装置は、
ヘッドおよび当て板を互いに対向した状態のまま研磨盤
表面に沿う方向に平行移動させる駆動手段を有し、該駆
動手段により前記ヘッドおよび前記当て板が、前記研磨
盤に接触した状態で該研磨盤の半径方向に往復運動可能
に構成されていることを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項３記載のウエハ研磨装置は、
研磨盤を挟んで互いに対向する位置に設けられたヘッド
および当て板が、双方ともに研磨盤の外方に移動可能と
されるとともに、前記研磨盤の外方に移動した際に、前
記ヘッドまたは前記当て板の少なくとも一方が他方に対
して前記研磨盤の研磨面方向に沿って互いに対向しない
位置まで相対移動可能とされたことを特徴とするもので
ある。

【００１３】

【作用】請求項１記載のウエハ研磨装置においては、ヘ
ッドに保持されたウエハが研磨盤の一面に押し付けられ
て研磨される際に、前記研磨盤を挟んで対向する位置
に、研磨盤との摩擦係数を小さくする回転部材を有した
当て板が接触するように構成されているので、研磨が行
なわれる際には研磨盤の両面におけるヘッドおよび当て
板からの圧力が釣り合って、研磨盤が撓むことを防止す
ることができる。

【００１４】また、請求項２記載のウエハ研磨装置にお
いては、ヘッドおよび当て板が互いに対向した状態のま
ま研磨盤の半径方向に往復運動可能に構成されているの
で、研磨盤が撓むことを防止しつつ、研磨盤の同一箇所
のみで研磨を行なったときの研磨布の摩耗に起因するウ
エハの研磨むらを防止することができる。

【００１５】また、請求項３記載のウエハ研磨装置にお
いては、ヘッドおよび当て板が研磨盤の外方に移動した
際に、前記ヘッドまたは前記当て板の少なくとも一方が
他方に対して相対移動可能とされているので、そのよう
に移動させてヘッドと当て板とが互いに対向しない状態
としたとき、ヘッドのウエハ保持面が当て板と対向しな
い位置となり、ウエハの着脱が行ないやすくなる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明のウエハ研磨装置の一実施例を
図１ないし図３を参照して説明する。図１はウエハ研磨
装置１３の概略構成を示すものであって、図中符号１４
はプラテン（研磨盤）、１５はプラテン回転駆動モー
タ、１６はアーム、１７はヘッド、１８は当て板、１９
はヘッド回転機構、２０は基台である。

【００１７】プラテン１４はセラミック等を材料として
環状に形成されたものであって、基台２０に設置された
回転軸２１の係合部２１ａに対して着脱自在に支持され
ており、回転軸２１を中心として回転自在とされてい
る。この回転軸２１はその上方に設置されたプラテン回
転駆動モータ１５とベルト等の動力伝達機構２２を介し
て連結されている。また、プラテン１４の一側面にはウ
エハ２３と接触してウエハ２３を研磨するためのフェル
ト等からなる研磨布（図示せず）が貼付されている。

【００１８】そして、プラテン１４の上方には、プラテ
ン１４の両面を挟むようにしてコ字状のアーム１６が支
持されている。このアーム１６は、水平方向に延びる軸
部１６ａとその両端から下方に延びる支持部１６ｂ、１
６ｂからなり、各支持部１６ｂは軸部１６ａを中心とし
てアーム回転機構（図示せず）により互いに逆方向に回
転自在に構成されている。そして、各支持部１６ｂの先
端には、ヘッド１７、当て板１８が設置され、それぞれ
に対してヘッド水平駆動機構２４ａ、当て板水平駆動機
構２４ｂが備えられているとともに、アーム全体がエア
シリンダ等からなるアーム上下駆動機構２５（駆動手
段）に連結されることにより、ヘッド１７と当て板１８
とが互いに対向した状態のままプラテン１４の半径方向
（矢印Ｂで示す）に平行移動自在とされている。

【００１９】ヘッド１７は、アーム１６の先端に回転自
在、および水平移動自在に設置されている。図２はヘッ
ド１７の構成を示す図であって、軸体２６、ハウジング
２７、ウエハキャリア２８、ダイアフラム２９、リテー
ナ３０等により概略構成されたものである。

【００２０】軸体２６の側部には環状の壁部２７ａを有
するハウジング２７が固定され、壁部２７ａ側部のフラ
ンジ部２７ｂによりリテーナ３０が支持され、さらにリ
テーナ３０により円板状のウエハキャリア２８が支持さ
れている。このリテーナ３０はウエハキャリア２８に対
して相対的に水平移動可能に構成されており、ウエハキ
ャリア２８の表面から突出させることにより保持したウ
エハ２３の上下方向への移動を抑止するためのものであ
る。また、ウエハキャリア２８には表裏面を貫通する複
数の細孔３１、３１、…が形成されており、これら細孔
３１、３１、…は真空排気源（図示せず）に接続される
ことによりウエハ２３がウエハキャリア２８の表面に真
空吸着されて保持されるようになっている。また、ハウ
ジング２７の内部は弾性を有するダイアフラム２９によ
って空間部３７とウエハキャリア２８とが区画されてお
り、高圧空気源３２から空間部３７に高圧空気が供給さ
れることによりダイアフラム２９が伸びウエハキャリア
２８が側方（図における右方向）に変位してプラテン１
４に押し付けられるように構成されている。

【００２１】一方、図１に示すように、当て板１８は、
プラテン１４との対向面１８ａに複数個のボール（回転
部材）３８、３８、…が回転自在に取り付けられてお
り、ウエハ２３の研磨を行なう際にヘッド１７がプラテ
ン１４に押し付けられるときには、それと同時に、当て
板１８もプラテン１４に所定の圧力で押し付けられ、プ
ラテン１４の回転に伴って複数個のボール３８、３８、
…がそれぞれ回転するようになっている。

【００２２】また、ヘッド１７および当て板１８の軸体
２６ａ、２６ｂの端部は、アーム１６の支持部１６ｂ先
端に設置されたエアシリンダ３３ａ、３３ｂ等からなる
ヘッド水平駆動機構２４ａ、当て板水平駆動機構２４ｂ
にそれぞれ連結されており、これら水平駆動機構２４
ａ、２４ｂが作動することによりヘッド１７および当て
板１８が若干距離だけ水平移動するようになっている。

【００２３】また、ヘッド回転機構１９としてアーム１
６の支持部１６ｂには駆動モータ３４が設置され、この
駆動モータ３４の回転軸３５はヘッドの軸体２６とベル
ト等の動力伝達機構３６を介して連結されている。

【００２４】前記構成のウエハ研磨装置１３を用いてウ
エハ２３の研磨作業を行なうときには、まず、オペレー
タがウエハをセットするモードに設定すると、図１に示
す状態から、ヘッド１７が左方へ、当て板１８が右方へ
移動してプラテン１４から離間するとともに、ヘッド１
７および当て板１８がプラテン１４の上方に位置すると
ころまでアーム１６が上昇し、さらにアーム１６の各支
持部１６ｂがそれぞれ逆方向に若干回転して、ヘッド１
７のウエハキャリア２８と当て板１８とが互いに対向し
ない位置となる。この状態になったところでオペレータ
はウエハキャリア２８にウエハ２３をセットする。な
お、このときプラテン１４側を上下移動させてヘッド１
７および当て板１８から逃がすように構成してもよい。
つぎに、ウエハ２３を研磨するモードに設定すると、ヘ
ッド１７および当て板１８は、再度プラテン１４の側方
に位置するとともに、プラテン１４に近接した状態に戻
った後、研磨動作を開始する。

【００２５】研磨を行なう際には、微粒子シリカからな
る砥粒を含有する水酸化カリウム等のアルカリ溶液で構
成された研磨剤をウエハ２３とプラテン１４表面の研磨
布との間の微小な間隙に流し込みつつ、ヘッド１７とプ
ラテン１４とが相対運動を行なう。すなわち、図３に示
すように、プラテン１４が時計回りに回転し、ヘッド１
７も同方向に回転するとともに、ヘッド１７を支持する
アーム１６がプラテン１４の半径方向に往復上下運動
（矢印Ｂで示す）を行なう。そして、ヘッド１７、プラ
テン１４、アーム１６がこのように相互に運動を行なう
とともに、高圧空気によりウエハキャリア２８がプラテ
ン１４側に押し付けられ、ウエハ２３が研磨布に対して
研磨剤を介して摩擦されることによってウエハ２３の研
磨が行なわれるようになっている。

【００２６】なお、ウエハ２３を研磨する際には、プラ
テン１４を挟んでヘッド１７と対向する位置には常に当
て板１８が位置し、プラテン１４のウエハ研磨面の裏面
には当て板１８が所定の圧力で接触するとともに、プラ
テン１４の回転に伴って複数個のボール３８、３８、…
が回転するようになっている。

【００２７】また、ウエハ２３の研磨を重ねることによ
り、研磨布が摩耗したり、破損したりしたときには、環
状のプラテン１４を回転軸２１の係合部２１ａから外し
た後、研磨布を張り替えることができるので、研磨布の
張り替え作業を容易に行なうことができる。

【００２８】本実施例のウエハ研磨装置１３において
は、ヘッド１７および当て板１８がプラテン１４を挟ん
で対向する位置に設置され、それぞれがプラテン１４に
押し付けられることによりプラテン１４が受ける圧力は
その両面でほぼ同一の大きさとなる。したがって、双方
の圧力が釣り合った状態となりプラテン１４の撓みが生
じることがない。したがって、高い平坦度を有する研磨
ウエハを得ることができる。

【００２９】また、プラテン１４の両面で圧力差が生じ
ないので、プラテン１４の厚みや重量を大きくしてプラ
テン１４の剛性を極度に高める必要がなく、従来装置に
おけるプラテンに比べて、プラテン１４自体を薄形軽量
化することができ、プラテン１４の支持機構を簡略化す
ることができる。したがって、プラテン１４周りの構造
全体を簡略化でき、従来の装置に比べて保守、点検、整
備を容易に行なうことができる。

【００３０】また、ヘッド１７を支持するアーム１６が
プラテン１４の半径方向に往復上下運動を行なうように
構成されているので、プラテン１４の同一箇所のみで研
磨を行なう場合に研磨布がその部分のみ摩耗することに
より生じる研磨むらを防止することができ、ウエハ２３
表面全体の平坦度を均一に向上させることができる。

【００３１】なお、本実施例においては、コ字状のアー
ム１６を１箇所に設けてヘッド１７および当て板１８を
一対のみ設けるように構成したが、この構成に限ること
なく、例えばアームの形状をプラテンを囲むロ字状のも
のとしたり、それに伴ってプラテンの周方向に沿って複
数対のヘッドおよび当て板を設けるようなこともでき、
このようにするとさらに処理効率を向上させることがで
きる。また、本実施例ではプラテン１４を鉛直方向に設
置するようにしたが、この構成に代えて、プラテンを水
平方向に設置することもできる。また、当て板１８に設
ける回転部材はボール３８に限るものではなく、ころ等
の摩擦係数を小さくする部材を適宜用いることができ
る。

【００３２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
記載のウエハ研磨装置では、研磨盤を挟んで互いに対向
する位置にウエハを保持するヘッドおよび当て板が設け
られているので、研磨が行なわれる際には研磨盤の両面
におけるヘッドおよび当て板からの圧力が釣り合って、
研磨盤が撓むことを防止することができる。したがっ
て、高い平坦度を有する研磨ウエハを得ることができ
る。また、圧力差により研磨盤が橈む恐れがないため
に、従来装置に比べて研磨盤自体の薄形軽量化、研磨盤
支持機構の簡略化が図れるので、研磨盤周りの構造全体
を簡略化でき、従来装置に比べて保守、点検、整備を容
易に行なうことができる。

【００３３】また、請求項２記載のウエハ研磨装置は、
ヘッドおよび当て板が互いに対向した状態のまま研磨盤
の半径方向に往復運動可能に構成されているので、研磨
盤の橈みを防止しつつ、研磨盤の同一箇所のみで研磨を
行なうときに生じる研磨むらを防止して、ウエハ表面全
体の平坦度を均一に向上させることができる。

【００３４】また、請求項３記載のウエハ研磨装置は、
ヘッドおよび当て板が研磨盤の外方に移動した際に、ヘ
ッドまたは当て板の少なくとも一方が他方に対して相対
移動可能とされているので、そのように移動させてヘッ
ドおよび当て板が互いに対向しないようにしたとき、ヘ
ッドのウエハ保持面が当て板と対向しないように位置す
ることになり、ウエハの着脱を容易に行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例として示すウエハ研磨装置の
概略構成図である。

【図２】同装置におけるヘッドの一部を断面視した側面
図である。

【図３】同装置におけるヘッド、プラテン、アームの動
きをそれぞれ示す図である。

【図４】従来のウエハ研磨装置の一例を示す概略構成図
である。

【図５】同装置におけるヘッド、プラテン、アームの動
きを示す図である。

【符号の説明】

１３ウエハ研磨装置１４プラテン（研磨盤）１６アーム１７ヘッド１８当て板１９ヘッド回転機構２３ウエハ２５アーム上下駆動機構（駆動手段）３６動力伝達機構３８ボール（回転部材）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウエハをその一面側で保持するヘッドが
円盤状の研磨盤に近接して設けられ、前記ヘッドを前記
研磨盤に対して押し付けつつ回転させるとともに、前記
研磨盤を回転させて前記ウエハの他面側を該研磨盤と摩
擦させることによりウエハの表面を研磨するためのウエ
ハ研磨装置において、前記研磨盤の一面側に前記ヘッドが設けられて、該一面
が研磨面とされ、前記研磨盤を挟んで前記ヘッドと対向する位置に前記研
磨盤の他面側と接触する当て板が設けられ、該当て板に
おける前記研磨盤との接触面には摩擦係数を小さくさせ
る回転部材が設けられたことを特徴とするウエハ研磨装
置。
【請求項２】請求項１記載のウエハ研磨装置におい
て、前記ヘッドおよび前記当て板を互いに対向した状態のま
ま前記研磨盤表面に沿う方向に平行移動させる駆動手段
を有し、該駆動手段により前記ヘッドおよび前記当て板が、前記
研磨盤に接触した状態で該研磨盤の半径方向に往復運動
可能に構成されていることを特徴とするウエハ研磨装
置。
【請求項３】請求項１または２に記載のウエハ研磨装
置において、前記研磨盤を挟んで互いに対向する位置に設けられた前
記ヘッドおよび前記当て板が、双方ともに前記研磨盤の
外方に移動可能とされるとともに、前記研磨盤の外方に
移動した際に、前記ヘッドまたは前記当て板の少なくと
も一方が他方に対して前記研磨盤の研磨面方向に沿って
互いに対向しない位置まで相対移動可能とされたことを
特徴とするウエハ研磨装置。