JPH08229804A - ウェーハ研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウェーハ研磨の均一性が高められるウェーハ
研磨装置および研磨方法を提供する。 【構成】 ウェーハ保持ヘッド３２は、ヘッド本体３４
と、ダイヤフラム４４と、流体室５２内の流体圧力を調
整する圧力調整機構５６と、ダイヤフラム４４に固定さ
れて互いに同心に配置されたキャリア４６およびリテー
ナリング５０とを有する。リテーナリング５０は、ウェ
ーハ研磨時における研磨パッド２４に対するリテーナリ
ング５０の当接圧力が、研磨パッド２４に対するキャリ
ア４６の押圧圧力の０．７〜１．７倍になるように形成
されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はウェーハ研磨装置および
研磨方法に関し、特にウェーハ表面の研磨量均一性を向
上するための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のウェーハ研磨装置として、表面
に研磨パッドが貼付された円盤状のプラテンと、研磨す
べきウェーハの一面を保持して研磨パッドにウェーハの
他面を当接させる複数のウェーハ保持ヘッドと、これら
ウェーハ保持ヘッドをプラテンに対し相対回転させるヘ
ッド駆動機構とを具備し、研磨パッドとウェーハの間に
研磨砥粒を含むスラリーを供給することにより研磨を行
うものが広く知られている。

【０００３】この種の装置を改良したものとして、米国
特許５，２０５，０８２号では、図７に示すようなウェ
ーハ保持ヘッドが開示されている。このウェーハ保持ヘ
ッドは、中空のヘッド本体１と、ヘッド本体１内に水平
に張られたダイヤフラム２と、ダイヤフラム２の下面に
固定されたキャリア４とを有し、ダイヤフラム２によっ
て画成された空気室６へ、シャフト８を通じて加圧空気
源１０から加圧空気を供給することにより、キャリア４
を下方へ押圧できるフローティングヘッド構造になって
いる。このようなフローティングヘッド構造は、研磨パ
ッドに対するウェーハの当接圧力が均一化できる利点を
有する。

【０００４】キャリア４の外周には同心状にリテーナリ
ング１２が配置され、このリテーナリング１２もダイヤ
フラム２に固定されている。リテーナリング１２の下端
はキャリア４よりも下方に突出し、これにより、キャリ
ア４の下面に付着されたウェーハの外周を保持する。こ
のようにウェーハ外周を保持することにより、研磨中の
ウェーハがキャリア４から外れる不具合が防止できる。
また、ウェーハをリテーナリング１２で囲み、このリテ
ーナリング１２の下端をウェーハ下面と同じ高さで研磨
することにより、ウェーハ外周部での研磨量がウェーハ
中央部よりも大きくなる現象が防止できるとされてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで従来は、前述
のように、リテーナリング１２の下端面をウェーハの研
磨面とほぼ同一平面上に配置さえしておけば、ウェーハ
外周部の過研磨が防止できると考えられていたため、従
来の研磨装置では、研磨パッドに対するリテーナリング
の当接圧力が、研磨パッドに対するキャリアの押圧圧力
の２倍以上となるように設定されていた。２倍以上とさ
れていたのは、リテーナリングの当接圧力を高くしてお
いた方が、ウェーハ外周の保持が確実になるためであ
る。

【０００６】しかし、本発明者らがこのウェーハ研磨装
置について子細に検討した結果、研磨パッドの材質によ
っては、図８に示すように、リテーナリング１２に当接
した箇所の内周縁に沿って研磨パッドＰが局部的に盛り
上がり（以下、便宜のため「波打ち変形」と称する）、
この盛り上がり部分ＴによってウェーハＷの外周部Ｇが
過剰に研磨され、ウェーハＷの研磨均一性が阻害される
という新規な現象が発見された。さらに、本発明者ら
は、この現象が生じた場合、リテーナリング１２の研磨
パッドＰに対する当接力を従来より弱い適切値にするこ
とによって、前記波打ち変形を防ぎ、ウェーハ外周部Ｇ
の過研磨をほぼ防止できることも見いだした。さらにま
た、本発明者らは、リテーナリングに圧力を与えるダイ
ヤフラムの受圧幅と、リテーナリングの研磨パッドへの
当接面積との比を調整することにより、ウェーハ研磨時
における研磨パッドに対するリテーナリングの当接圧力
と、研磨パッドに対するキャリアの押圧力との比を調整
できることを見いだした。

【０００７】本発明は、上記発見に基づいてなされたも
ので、リテーナリングの当接圧力を最適値に調整するこ
とにより、研磨均一性が高められるウェーハ研磨装置お
よび研磨方法を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係るウェーハ研磨装置は、表面に研磨パッ
ドが貼付されたプラテンと、研磨すべきウェーハの一面
を保持して前記研磨パッドにウェーハの他面を当接させ
る１または２以上のウェーハ保持ヘッドと、これらウェ
ーハ保持ヘッドを駆動することにより前記研磨パッドで
ウェーハ他面を研磨するヘッド駆動機構とを具備し、前
記ウェーハ保持ヘッドは、ヘッド本体と、前記ヘッド本
体内にヘッド軸線に対し垂直に張られたダイヤフラム
と、前記ダイヤフラムと前記ヘッド本体との間に形成さ
れる流体室に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機
構と、前記ダイヤフラムに固定されてダイヤフラムとと
もにヘッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨すべき
ウェーハの前記一面を保持するためのキャリアと、前記
キャリアの外周に同心状に配置されるとともに、前記ダ
イヤフラムに固定され前記ダイヤフラムとともにヘッド
軸線方向に変位可能に設けられ、研磨時には研磨パッド
に当接するリテーナリングとを具備し、前記リテーナリ
ングに圧力を与える前記ダイヤフラムの受圧幅と、前記
リテーナリングの前記研磨パッドへの当接面積との比を
調整することにより、ウェーハ研磨時における前記研磨
パッドに対する前記リテーナリングの当接圧力と、前記
研磨パッドに対する前記キャリアの押圧力との比を調整
したことを特徴とする。ウェーハ研磨時における前記研
磨パッドに対する前記リテーナリングの当接圧力は、例
えば、前記研磨パッドに対する前記キャリアの押圧圧力
の０．７〜１．７倍に設定される。

【０００９】一方、本発明に係るウェーハ研磨方法は、
表面に研磨パッドが貼付されたプラテンと、研磨すべき
ウェーハの一面を保持して前記研磨パッドにウェーハの
他面を当接させる１または２以上のウェーハ保持ヘッド
とを具備し、かつ、前記ウェーハ保持ヘッドは、ヘッド
軸線方向に変位可能に設けられた、ウェーハの前記一面
を保持するための円盤状のキャリアと、前記キャリアの
外周に同心状に配置されるとともにヘッド軸線方向に変
位可能に設けられたリテーナリングとを具備している装
置を用い、前記研磨パッドと前記キャリアとの間にウェ
ーハを配置するとともに、前記リテーナリングを前記研
磨パッドに当接させ、ウェーハの外周を前記リテーナリ
ングで保持し、前記研磨パッドに対する前記キャリアの
押圧圧力を６ｐｓｉ以上、かつ前記研磨パッドに対する
前記リテーナリングの当接圧力を、前記研磨パッドに対
する前記キャリアの押圧圧力の０．７〜１．７倍に調整
しつつ、前記ウェーハ保持ヘッドを前記プラテンに対し
相対運動させることにより前記研磨パッドによりウェー
ハ他面を研磨することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明に係るウェーハ研磨装置では、リテーナ
リングに圧力を与えるダイヤフラムの受圧幅と、リテー
ナリングの研磨パッドへの当接面積との比を調整するこ
とにより、ウェーハ研磨時における研磨パッドに対する
リテーナリングの当接圧力と、研磨パッドに対するキャ
リアの押圧力との比を調整したものであるから、研磨パ
ッドの特性に合わせて最適な研磨条件を選択できる。特
に、研磨パッドに対するキャリアの押圧圧力の０．７〜
１．７倍になるように調整した場合、および本発明に係
る研磨方法においては、リテーナリングの内周側での研
磨パッドの波打ち変形を防いで、それに起因するウェー
ハ外周部の過研磨を防止することが可能である。

【００１１】

【実施例】

［第１実施例］図１〜図４は、本発明に係るウェーハ研
磨装置の第１実施例を示している。始めに図１を参照し
て全体の構成を簡単に説明すると、図中符号２１は基台
であり、この基台２１の中央には円盤状のプラテン２２
が水平に設置されている。このプラテン２２は基台２１
内に設けられたプラテン駆動機構により軸線回りに回転
されるようになっており、その上面には全面に亙って研
磨パッド２４が貼付されている。

【００１２】プラテン２２の上方には、複数の支柱２６
を介して上側取付板２８が水平に固定されている。この
上側取付板２８の下面には円盤状のカルーセル（ヘッド
駆動機構）３０が固定され、このカルーセル３０にはプ
ラテン２２と対向する計６基のウェーハ保持ヘッド３２
が設けられている。これらウェーハ保持ヘッド３２は、
図２に示すようにカルーセル３０の中心から同一距離に
おいて、カルーセル３０の中心軸回りに６０゜毎に配置
され、カルーセル３０によりそれぞれ遊星回転される。
ただし、ウェーハ保持ヘッド３２の個数は６基に限定さ
れず、１〜５基または７基以上でもよい。

【００１３】次に、図３および図４を参照してウェーハ
保持ヘッド３２を説明する。ウェーハ保持ヘッド３２
は、図３に示すように、軸線垂直に配置され下端が開口
する中空のヘッド本体３４と、このヘッド本体３４の内
部に張られたダイヤフラム４４と、このダイヤフラム４
４の下面に固定された円盤状のキャリア４６と、このキ
ャリア４６の外周に同心に配置された円環状のリテーナ
リング５０とを具備する。

【００１４】ヘッド本体３４は円板状の天板部３６と、
この天板部３６の外周に固定された円筒状の周壁部３８
とから構成され、天板部３６はカルーセル３０のシャフ
ト４２に同軸に固定されている。周壁部３８の下端部に
は、全周に亙って半径方向内方へ突出する円環状の係止
部４０が形成されている。周壁部３８の内周壁には水平
な段部３８Ａが形成され、ここに円板状のダイヤフラム
４４の外周部が載置されて固定リング４５で固定されて
いる。ダイヤフラム４４は、各種ゴム等の弾性材料で形
成されたものである。

【００１５】キャリア４６は、セラミック等の高い剛性
を有する材料で成形された一定厚さのものであり、弾性
変形はしない。キャリア４６は、ダイヤフラム４４の上
面に同軸に配置された固定リング４８に対して複数のボ
ルトで固定されている。固定リング４８の上端には、全
周に亙って外方に広がるフランジ部４８Ａが形成され、
ヘッド上昇時には、天板部３６に設けられた係止部材６
０によりフランジ部４８Ａが係止されて、キャリア４６
の重量が支えられるようになっている。係止部材６０
は、天板部３６の周方向複数箇所にそれぞれ上下動可能
に貫通支持され、Ｃ字状のスペーサ６２を上部に装着す
ることにより、係止部材６０の高さ調整が可能となって
いる。

【００１６】なお、研磨を行う場合には、キャリア４６
の下面に、ウェーハ付着シートＳを介してウェーハＷが
付着される。ウェーハ付着シートＳは、不織布等の吸水
性を有する材質で形成され、水分を吸収すると、表面張
力でウェーハを吸着する。このウェーハ付着シートＳの
具体的な材質としては各種不織布等が挙げられ、その好
ましい厚さは０．６〜０．８ｍｍである。ただし、本発
明は必ずしもウェーハ付着シートＳを使用しなくてもよ
く、例えばキャリア４６の下面にワックスを介してウェ
ーハＷを付着させる構成としてもよいし、他の付着手段
を使用してもよい。

【００１７】リテーナリング５０は、上端面および下端
面が水平かつ平坦な円環状をなし、キャリア４６の外周
面との間に僅かな透き間を空けて同心状に配置され、キ
ャリア４６とは独立して上下変位可能とされている。ま
た、リテーナリング５０の外周面には半径方向外方に突
出する係止部５０Ａが形成されており、ウェーハ保持ヘ
ッド３２を引き上げた場合には、この係止部５０Ａが周
壁部３８の下端に形成された係止部４０により係止され
る。

【００１８】リテーナリング５０の上端はダイヤフラム
４４の下面に当接される一方、ダイヤフラム４４上には
固定リング５８がリテーナリング５０と対向して同心に
配置され、リテーナリング５０と固定リング５８は複数
のネジで固定されている。固定リング５８の下端部の外
周縁および内周縁はそれぞれ全周に亙って面取りされ、
これにより固定リング５８の下端面の幅は、リテーナリ
ング５０の上端面の幅と等しくされ、両者はダイヤフラ
ム４４を挟んで正確に対向している。

【００１９】リテーナリング５０の上端部には、外周縁
に沿って切欠部５０Ｂ、内周縁に亙って面取り部５０Ｃ
がそれぞれ全周に亙って形成されている。これにより、
リテーナリング５０の上端面の半径方向の幅Ａは、リテ
ーナリング５０の下端面の半径方向の幅Ｂよりも小さく
され、次のような圧力調整がなされている。

【００２０】すなわち、ウェーハ研磨時における研磨パ
ッド２４に対するリテーナリング５０の当接圧力は、研
磨パッド２４に対するキャリア４６の押圧圧力を６ｐｓ
ｉ以上とした場合に、好ましくは、研磨パッド２４に対
するキャリアの押圧圧力の０．７〜１．７倍、より好ま
しくは０．９〜１．３倍となるように設定されている。
１倍である場合が最も好ましい。上記倍率が０．７倍未
満ではリテーナリング５０によるウェーハＷの係止力が
低下して、ウェーハＷがリテーナリング５０の外にはみ
出るおそれがあり、１．７倍より圧力が高いと、外周部
の過研磨の問題が解決できない。しかしながら、本発明
に係る研磨装置はこの範囲に限定されるものではなく、
必要に応じては他の倍率を選択してもよい。

【００２１】研磨パッド２４に対するリテーナリング５
０の当接圧力は、 ［（ダイヤフラム４４がリテーナリング５０に与える押
圧力）＋（リテーナリング５０および固定リング５８の
重量）］／（リテーナリング５０の底面５０Ｅの面積） で近似的に示される。ダイヤフラム４４がリテーナリン
グ５０に与える押圧力は、リテーナリング５０の上端幅
Ａが小さいほど小さくなるが、上端幅Ａの値のみで単純
に決定されるものではなく、ダイヤフラム４４の厚さや
弾性力等の物性、リテーナリング５０とダイヤフラム４
４との固定部からキャリア４６とダイヤフラム４４との
固定部までの離間量等によっても影響を受ける。このた
め、ダイヤフラム４４がリテーナリング５０を押し下げ
る押圧力は、図４に示すように、幅Ａの領域よりも広い
幅Ｃ（受圧幅と称する）の領域の面積に、流体室５２内
外の圧力差を乗じた値に相当する。受圧幅Ｃは影響因子
が複雑であるため単純に計算で求まるものではない。そ
のため実機試験によって、研磨パッド２４に対するリテ
ーナリング５０の当接圧力が、研磨パッド２４に対する
キャリアの押圧圧力の所定倍となるように、各部の寸法
を具体的に決定すべきである。

【００２２】シャフト４２には流路５４が形成されてお
り、ヘッド本体３４とダイヤフラム４４との間に画成さ
れた流体室５２は、流路５４を通じて圧力調整機構５６
に接続されている。そして、圧力調整機構５６で流体室
５２内の流体圧力を調整することにより、ダイヤフラム
４４が上下に変位して研磨パッド２４へのキャリア４６
およびリテーナリング５０の押圧圧力が同時に変化す
る。なお、流体としては一般に空気を使用すれば十分で
あるが、必要に応じては他種のガスや液体を使用しても
よい。

【００２３】上記ウェーハ研磨装置によりウェーハ研磨
を行うには、まず、研磨パッド２４と各キャリア４６と
の間にウェーハＷを配置するとともに、リテーナリング
５０を研磨パッド２４に当接させ、ウェーハＷの外周を
リテーナリング５０で係止する。次に、研磨パッド２４
に対するウェーハＷの当接圧力（キャリア押圧圧力）を
６〜１０ｐｓｉ、より好ましくは７〜９ｐｓｉに設定
し、かつ、リテーナリング５０の当接圧力をキャリア押
圧圧力の０．７〜１．７倍、好ましくは０．９〜１．３
倍となるように圧力調整機構５６による流体圧を調整し
つつ、プラテン２２を回転させると共に、ウェーハ保持
ヘッド３２をプラテン２２に対し遊星回転させる。

【００２４】上記のようなウェーハ研磨装置および方法
によれば、研磨パッド２４に対するリテーナリング５０
の当接圧力を、研磨パッド２４に対するキャリア４６の
押圧圧力の０．７〜１．７倍になるように調整しつつ研
磨を行うので、リテーナリング５０の内周側での研磨パ
ッド２４の表面の波打ち変形を防ぎ、ウェーハ外周部の
過研磨を防止して、研磨の均一性を高めることが可能で
ある。

【００２５】なお、研磨パッド２４として、従来一般に
使用されている１層型パッドの代わりに、ウェーハＷに
当接する表面硬質層、および表面硬質層とプラテン２２
との間に位置する弾性支持層の少なくとも２層を有する
ものであってもよい。このような積層研磨パッドは、後
述するようにウェーハ研磨精度を高める上で特別の効果
を奏するものであるが、同時に、図８で説明した問題が
１層型研磨パッドよりも顕著に現れる傾向を有する。し
たがって、本発明と組み合わせた場合に、両者の効果は
相乗し合い、ウェーハの研磨精度を高める上で特に良好
な効果を奏する。ただし、本発明はこのような積層研磨
パッドにのみ限定されるものではないことは勿論であ
る。以下、積層研磨パッドについて具体的に説明する。

【００２６】硬質表面層のショア硬度は好ましくは８０
〜１００、より好ましくは９０〜１００、弾性支持層の
ショア硬度は好ましくは５０〜７０、より好ましくは５
０〜６５とされる。また、硬質表面層の厚さは好ましく
は０．５〜１．５ｍｍ、より好ましくは０．８〜１．３
ｍｍ、弾性支持層の厚さは好ましくは０．５〜１．５ｍ
ｍ、より好ましくは１．０〜１．３ｍｍとされる。

【００２７】硬質表面層および弾性支持層としてはそれ
ぞれ発泡ポリウレタンまたは不織布が好適で、特に、硬
質表面層としては発泡ポリウレタン、弾性支持層として
はポリエステル等の不織布が好ましい。硬質表面層，弾
性支持層を不織布で形成する場合、ポリウレタン樹脂等
の含浸剤を含浸させてもよい。ただし前記硬度範囲を満
足すれば、前記以外の材質で研磨パッド２４を構成して
もよい。

【００２８】この種の２層型研磨パッドを使用した場
合、特に、絶縁膜分離技術におけるウェーハ研磨に優れ
た効果を発揮する。この種の絶縁膜分離技術は、例えば
ウェーハの鏡面に配線用のアルミニウム等を蒸着して回
路パターンを形成し、その上にＢＰＳＧ，ＰＴＥＯＳ、
またはＣＶＤ法等によるＳｉＯ₂ 等の絶縁膜を積層形成
した後、この絶縁膜を研磨により平坦化して、さらにそ
の上に素子の内部構造を形成するものである。

【００２９】上記絶縁膜研磨の場合、ウェーハ表面に回
路パターンなどに起因する初期凹凸が存在する場合があ
るが、積層研磨パッドにおいては、パッド表面が相対的
に硬い表面硬質層により構成されているので、凹凸に追
従して研磨パッド２４の表面が弾性変形することが少な
い。したがって、初期凹凸に起因する研磨後の段差発生
が低減できる。

【００３０】また、ウェーハＷに直接当接する表面硬質
層は、弾性支持層により裏側から弾性的に支持されてい
るので、フローティング型ヘッド３２によるウェーハ当
接圧力の均一化作用、および弾性支持層によるクッショ
ン効果が相乗しあい、研磨パッド２４あるいはウェーハ
Ｗにうねりが生じている場合にも、表面硬質層をうねり
に沿って変形させウェーハＷの全面に亙って均一に当接
させる効果が得られる。これにより、研磨パッド２４に
よるウェーハＷの研磨速度がウェーハ全面に亙って均一
化されるから、研磨後のウェーハ厚さの不均一性が低減
でき、従来は両立しがたかった段差の低減および厚さ均
一性の向上が同時に達成できる。

【００３１】さらに、上記積層研磨パッドでは、表面硬
質層が柔らかい弾性支持層で裏打ちされているので、リ
テーナリング５０で表面硬質層を強く抑えると、その押
圧箇所の周囲が図８に示すように波打って盛り上がる傾
向が強い。したがって、リテーナリング５０の当接圧力
を調整することにより、前記波打ち変形を効果的に防
ぎ、積層研磨パッドの効果を十分に発揮させることがで
きるのである。これは以下の実施例にも共通する。

【００３２】［第２実施例］図５は本発明に係るウェー
ハ研磨装置の第２実施例のウェーハ保持ヘッド３２を示
す断面図である。この実施例が第１実施例と異なる点
は、ウェーハ保持ヘッド３２内に、ダイヤフラム４４の
下面を支える圧力調整リング７０が着脱可能に固定され
ていることにある。なお、先の実施例と同様の構成要素
には同一符号を付して説明を省略する。

【００３３】この実施例の圧力調整リング７０の断面は
逆Ｌ字状をなし、その外周面が周壁部３８の壁面３８Ｂ
に当接された状態でヘッド軸線と同心に支持されるとと
もに、圧力調整リング７０の下端は周壁部３８の係止部
４０に当接して位置決めされている。圧力調整リング７
０の上端面７０Ａは、段部３８Ａの上面と揃う一定高さ
の水平面とされ、この上端面７０Ａにダイヤフラム４４
の下面が全周に亙って当接している。圧力調整リング７
０の上端面７０Ａはダイヤフラム４４に接合されている
必要はないが、必要に応じては接合してもよい。

【００３４】上記のような圧力調整リング７０を設けた
ことにより、ダイヤフラム４４の変位可能領域は、矢印
Ｄの位置まで狭められる。ダイヤフラム４４の変位可能
領域がこのように狭められると、前述した受圧幅Ｃが実
質的に狭まるので、リテーナリング５０の寸法を変えな
くても、研磨パッド２４に対するリテーナリング５０の
当接圧力を相対的に低減することが可能である。したが
って、コストのかかるリテーナリング５０の形状変更を
することなしに、本発明の効果を得ることができるとい
う利点を有する。

【００３５】また、圧力調整リング７０として、ダイヤ
フラムへの当接面積が異なる複数の圧力調整リングを用
意し、これらのうちいずれか一つを選択してウェーハ保
持ヘッド３２に装着すれば、研磨条件に応じて研磨パッ
ドに対するリテーナリングの当接圧力を適宜調整するこ
とが可能であり、先の実施例と同様の効果が得られるだ
けでなく、より詳細に研磨精度が調整できる。

【００３６】なお、図示の例では圧力調整リング７０が
逆Ｌ字状であったが、この形状に限定する必要はなく、
要はダイヤフラム４４の変位可能領域の外径を狭めるこ
とができる形状でありさえすればよい。また、図示の例
では周壁部３８に対して上方側から圧力調整リング７０
をはめ込む構造であったが、この代わりに、係止部４０
を周壁部３８から分離可能としておき、係止部４０を取
り外した状態で、圧力調整リング７０を下方から周壁部
３８内に装着するようにしてもよい。

【００３７】［第３実施例］次に、図６は本発明に係る
ウェーハ研磨装置の第３実施例のウェーハ保持ヘッド３
２を示す断面図である。この実施例が第１実施例と異な
る点は、リテーナリング８０の上端面８０Ｄの幅Ａは変
えずに、リテーナリング８０の下端面８０Ｅの半径方向
の幅Ｂを全周に亙って拡大したことにある。

【００３８】このようなウェーハ研磨装置、およびそれ
を用いた研磨方法によれば、ダイヤフラム４４によるリ
テーナリング５０への押圧力を変えずに、研磨パッド２
４に対するリテーナリング５０の当接圧力を相対的に低
下させることができ、当接圧力を前述した圧力範囲に収
めることにより、前記各実施例と同様の優れた効果が得
られる。

【００３９】なお、本発明は上記３種の実施例に限定さ
れるものではなく、これら３種の特徴点を適宜組み合わ
せてもよいし、他にも様々な変形が可能である。例え
ば、前記各実施例ではウェーハ保持ヘッド３２を上、プ
ラテン２２を下に配置した構成であったが、これに限定
されず、上下関係を逆にしてもよいし、横倒しした配置
状態にしてもよい。また、本発明に係るウェーハ研磨方
法は、各実施例の装置を用いた方法のみに限定されるも
のではなく、他の手段を用いてリテーナリングへの圧力
を調整する形式の装置を用いてもよい。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るウェ
ーハ研磨装置では、リテーナリングに圧力を与えるダイ
ヤフラムの受圧幅と、リテーナリングの研磨パッドへの
当接面積との比を調整することにより、ウェーハ研磨時
における研磨パッドに対するリテーナリングの当接圧力
と、研磨パッドに対するキャリアの押圧力との比を調整
したものであるから、研磨パッドの特性に合わせて最適
な研磨条件を選択できる。特に、研磨パッドに対するキ
ャリアの押圧圧力の０．７〜１．７倍になるように調整
した場合、および本発明に係る研磨方法においては、リ
テーナリングの内周側での研磨パッドの波打ち変形を防
いで、それに起因するウェーハ外周部の過研磨を防止す
ることが可能である。

【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第１実施例を
示す正面図である。

【図２】同装置のウェーハ保持ヘッドとプラテンの配置
状態を示す平面図である。

【図３】第１実施例の装置のウェーハ保持ヘッドを示す
断面図である。

【図４】図３の要部の拡大図である。

【図５】本発明の第２実施例に使用されたウェーハ保持
ヘッドを示す断面図である。

【図６】本発明の第３実施例に使用されたウェーハ保持
ヘッドを示す断面図である。

【図７】従来のウェーハ研磨装置のウェーハ保持ヘッド
を示す断面図である。

【図８】従来の装置の問題点を示す概略図である。

【符号の説明】

２２ プラテン ２４ 研磨パッド ３０ カルーセル（ヘッド駆動機構） ３２ ウェーハ保持ヘッド ３４ ヘッド本体 ４４ ダイヤフラム ４６ キャリア ５０，８０ リテーナリング ５０Ｄ，８０Ｄ リテーナリングの上端面 ５０Ｅ，８０Ｅ リテーナリングの下端面 ５２ 流体室 Ａ リテーナリングの上端面の幅 Ｂ リテーナリングの下端面の幅 Ｃ 受圧幅 Ｗ ウェーハ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に研磨パッドが貼付されたプラテン
   と、研磨すべきウェーハの一面を保持して前記研磨パッ
   ドにウェーハの他面を当接させる１または２以上のウェ
   ーハ保持ヘッドと、これらウェーハ保持ヘッドを駆動す
   ることにより前記研磨パッドでウェーハ他面を研磨する
   ヘッド駆動機構とを具備し、 前記ウェーハ保持ヘッドは、ヘッド本体と、 前記ヘッド本体内にヘッド軸線に対し垂直に張られたダ
   イヤフラムと、 前記ダイヤフラムと前記ヘッド本体との間に形成される
   流体室に満たされた流体圧力を調整する圧力調整機構
   と、 前記ダイヤフラムに固定されてダイヤフラムとともにヘ
   ッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨すべきウェー
   ハの前記一面を保持するためのキャリアと、 前記キャリアの外周に同心状に配置されるとともに、前
   記ダイヤフラムに固定され前記ダイヤフラムとともにヘ
   ッド軸線方向に変位可能に設けられ、研磨時には研磨パ
   ッドに当接するリテーナリングとを具備し、 前記リテーナリングに圧力を与える前記ダイヤフラムの
   受圧幅と、前記リテーナリングの前記研磨パッドへの当
   接面積との比を調整することにより、ウェーハ研磨時に
   おける前記研磨パッドに対する前記リテーナリングの当
   接圧力と、前記研磨パッドに対する前記キャリアの押圧
   力との比を調整したことを特徴とするウェーハ研磨装
   置。
2. 【請求項２】 前記リテーナリングは、ウェーハ研磨時
   における前記研磨パッドに対する前記リテーナリングの
   当接圧力が、前記研磨パッドに対する前記キャリアの押
   圧圧力の０．７〜１．７倍になるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置。
3. 【請求項３】 前記リテーナリングの外周に、前記ダイ
   ヤフラムの外周部を支持する圧力調整リングが同心状に
   設けられていることを特徴とする請求項２記載のウェー
   ハ研磨装置。
4. 【請求項４】 前記圧力調整リングとして、前記ダイヤ
   フラムへの当接面積が異なる複数の圧力調整リングが用
   意され、これらのうちいずれか一つの圧力調整リングが
   装着されることにより、前記研磨パッドに対する前記リ
   テーナリングの当接圧力が調整可能とされていることを
   特徴とする請求項３記載のウェーハ研磨装置。
5. 【請求項５】 前記ダイヤフラムに対する前記リテーナ
   リングの当接面積は前記研磨パッドに対する前記リテー
   ナリングの当接面積よりも小さいことを特徴とする請求
   項１〜４のいずれかに記載のウェーハ研磨装置。
6. 【請求項６】 ウェーハ研磨時における前記研磨パッド
   に対する前記キャリアの押圧圧力は、６ｐｓｉ以上に設
   定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
   に記載のウェーハ研磨装置。
7. 【請求項７】 前記研磨パッドに対する前記リテーナリ
   ングの当接圧力は、前記研磨パッドに対する前記キャリ
   アの押圧圧力を６ｐｓｉ以上とした場合に、前記研磨パ
   ッドに対する前記キャリアの押圧圧力の０．９〜１．３
   倍となるように設定されていることを特徴とする請求項
   １〜６のいずれかに記載のウェーハ研磨装置。
8. 【請求項８】 前記研磨パッドは、ウェーハに当接する
   ための相対的に硬質の硬質表面層と、この表面層よりも
   前記プラテン側に設けられた相対的に軟質の弾性支持層
   とを有する積層研磨パッドであることを特徴とする請求
   項１〜７のいずれかに記載のウェーハ研磨装置。
9. 【請求項９】 表面に研磨パッドが貼付されたプラテン
   と、研磨すべきウェーハの一面を保持して前記研磨パッ
   ドにウェーハの他面を当接させる１または２以上のウェ
   ーハ保持ヘッドとを具備し、かつ、前記ウェーハ保持ヘ
   ッドは、ヘッド軸線方向に変位可能に設けられた、ウェ
   ーハの前記一面を保持するためのキャリアと、前記キャ
   リアの外周に同心状に配置されるとともにヘッド軸線方
   向に変位可能に設けられたリテーナリングとを具備して
   いる装置を用い、 前記研磨パッドと前記キャリアとの間にウェーハを配置
   するとともに、前記リテーナリングを前記研磨パッドに
   当接させ、ウェーハの外周を前記リテーナリングで係止
   し、 前記研磨パッドに対する前記キャリアの押圧圧力を６ｐ
   ｓｉ以上、かつ前記研磨パッドに対する前記リテーナリ
   ングの当接圧力を、前記研磨パッドに対する前記キャリ
   アの押圧圧力の０．７〜１．７倍に調整しつつ、 前記ウェーハ保持ヘッドを前記プラテンに対し相対運動
   させることにより前記研磨パッドによりウェーハ他面を
   研磨することを特徴とするウェーハ研磨方法。
10. 【請求項１０】 ウェーハ研磨時に、前記研磨パッドに
    対する前記キャリアの押圧圧力を６〜１０ｐｓｉに設定
    することを特徴とする請求項９記載のウェーハ研磨方
    法。
11. 【請求項１１】 ウェーハ研磨時に、前記研磨パッドに
    対する前記キャリアの押圧圧力を６〜１０ｐｓｉに設定
    するとともに、前記研磨パッドに対する前記リテーナリ
    ングの当接圧力を、前記研磨パッドに対する前記キャリ
    アの押圧圧力の０．９〜１．３倍に設定することを特徴
    とする請求項９記載のウェーハ研磨方法。
12. 【請求項１２】 前記研磨パッドとして、ウェーハに当
    接するための相対的に硬質の硬質表面層と、この表面層
    よりも前記プラテン側に設けられた相対的に軟質の弾性
    支持層とを有する積層研磨パッドを使用することを特徴
    とする請求項９〜１１のいずれかに記載のウェーハ研磨
    方法。