JPH08257893A

JPH08257893A - ウェーハ研磨装置および研磨方法

Info

Publication number: JPH08257893A
Application number: JP7215095A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kobayashi; 弘之小林; Osamu Endo; 修遠藤; Hiroo Miyairi; 広雄宮入
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-03-29
Filing date: 1995-03-29
Publication date: 1996-10-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ウェーハ研磨量の均一化が図れるウェーハ研
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。キャリヤ４６は、研磨時にウ
ェーハＷが張り付けられるウェーハ貼付面を有し、この
ウェーハ貼付面には、ウェーハの外周部と対応する箇所
の全周に亙って凹部４６Ａが形成されている。

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】この種のウェーハ研磨装置としては、構成
が簡単なテンプレート型と称されるものが現在も広く使
用されている。この装置のウェーハ保持ヘッドは、ウェ
ーハよりも大きい外径を有する水平な円盤状のキャリア
を有し、このキャリアの下面にウェーハの外周を包囲す
る円環状かつ薄肉のテンプレートを固定し、このテンプ
レートでウェーハの外周を引っかけながら、ウェーハの
下面をプラテン上の研磨パッドに擦り付けて研磨を行
う。この場合、テンプレートの下面は一般に、研磨パッ
ドに当接しないように構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記テンプレート型の
ウェーハ研磨装置においては、ウェーハを一定圧力で研
磨パッドに押し付けながら研磨を行うため、ウェーハは
研磨パッドに僅かに沈み込むことになる。したがって、
ウェーハの外周部ではウェーハ中央部に比して研磨パッ
ドとの当接圧力が大きくならざるを得ず、ウェーハ外周
部の研磨量が中央部の研磨量に比して大きくなり、研磨
量を均一化し難いという問題があった。

【０００５】一方、米国特許５，２０５，０８２号に
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。

【０００６】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過研磨が防止でき
るとされている。

【０００７】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、研磨パッドの材質やリ
テーナリング１２の当接圧力によっては、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。すなわち、ウェーハ外周部の過研磨の問題は
完全には解決されていなかったのである。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、ウェーハ外周部における過研磨を防止し、研磨量均
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。

【０００９】

【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
ウェーハの前記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、ウェーハの外周部がウ
ェーハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態でウェーハの前記
一面を保持可能とされていることを特徴とする。

【００１０】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
ウェーハを保持して前記研磨パッドにウェーハを当接さ
せる１または２以上のウェーハ保持ヘッドとを用意し、
前記ウェーハ保持ヘッドに、ウェーハの外周部がウェー
ハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態でウェーハの一面を保
持させたうえ、前記ウェーハ保持ヘッドに保持されたウ
ェーハの他面を前記研磨パッドに当接させ、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。

【００１１】

【作用】本発明に係るウェーハ研磨装置および研磨方法
では、ウェーハの外周部がウェーハ厚さ方向へ弾性変形
可能な状態でウェーハを保持しつつ研磨を行うため、ウ
ェーハの外周部において研磨パッドとの当接圧力が相対
的に高くなると、その当接圧力に応じてウェーハ外周部
が研磨パッドから逃れる方向へ弾性変形し、ウェーハ外
周部の過研磨が緩和される。

【００１２】

【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実施例として、フローティング型研磨装置
を示す図である。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。

【００１３】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。

【００１４】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とを具備している。

【００１５】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支持
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。

【００１６】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に設けられた支持部材６
０によりフランジ部４８Ａが支持されて、キャリア４６
の重量が支えられるようになっている。支持部材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、支持部材６０の高さ調整が可能となって
いる。

【００１７】この実施例のキャリア４６の下面（ウェー
ハ貼付面）の外周部には、外周の全周に亙る円環状の凹
部４６Ａが形成されている。この凹部４６Ａは、キャリ
ア半径方向に対して一定幅を有し、キャリア軸線方向に
対する深さも全周に亙って一定とされている。このよう
な凹部４６Ａを形成したことにより、ウェーハＷの外周
縁から半径方向内方に向けて一定幅Ａ１のウェーハ外周
部は、キャリア４６により支持されておらず、凹部４６
Ａ内へ向けて弾性変形可能とされている。幅Ａ１はウェ
ーハの弾性変形可能領域の幅を示し、例えば後述するウ
ェーハ付着シートＳの外周縁が凹部４６Ａの内周縁より
も内周側に位置する場合には、幅Ａ１はウェーハ付着シ
ートＳの外周縁からウェーハＷの外周縁までとなる。

【００１８】弾性変形可能領域の幅Ａ１は、好ましくは
ウェーハＷの直径の４％未満、より好ましくは０．５〜
２％、さらに好ましくは０．５〜１．５％とされる。す
なわち、実質的なウェーハ貼付面の直径は、ウェーハＷ
の直径よりも８％未満、より好ましくは１〜４％、さら
に好ましくは１〜３％とされる。弾性変形可能領域の幅
Ａ１が４％より大であると、ウェーハ外周部の研磨量が
相対的に不足してかえって研磨量が不均一になるためで
ある。ただし、ウェーハ材質や研磨条件によっては上記
各範囲を外れてもよい。

【００１９】一方、凹部４６Ａの深さは、ウェーハＷの
外周部の必要な弾性変形量を許容できる値以上であれば
よく、例えば２ｍｍ以上とされるがこの値に限定される
ことはない。また、凹部４６Ａの断面形状を、キャリア
の内周側から外周側へ向けて漸次深くなるような傾斜
面、または曲面としてもよい。さらに、ウェーハ外周部
の弾性変形を妨害さえしなければ、凹部４６Ａ内に柔ら
かいエラストマーなどの弾性体を充填することも可能で
ある。

【００２０】なお、研磨を行う場合には、キャリア４６
の下面に、例えば円形のウェーハ付着シートＳやワック
ス等を介してウェーハＷが貼り付けられる。本明細書で
は、このようなウェーハＷをキャリア４６に貼付するた
めの手段も、キャリアの一部を構成するものとする。し
たがって、以下のような各構成も、本発明の技術的範囲
に含まれる。

【００２１】（ａ）キャリア本体の下面を平坦面とする
一方、ウェーハ付着シートＳとしてウェーハＷよりも直
径の小さい肉厚の大きいものを使用することにより、ウ
ェーハＷの外周部をキャリア本体の下面から離間させた
構成。この場合には、キャリア本体とウェーハ外周部と
の間隙が凹部となる。（ｂ）ウェーハ付着シートＳとキャリア本体との間に、
ウェーハＷよりも直径の小さい厚さ一定のスペーサを配
置することにより、ウェーハＷの外周部をキャリア本体
から離間させた構成。キャリア本体とウェーハ外周部と
の間隙が凹部となる。これらの場合においても、凹部の
幅や深さは図３および図４に示す実施例と同様の基準で
決定される。

【００２２】ウェーハ付着シートＳは、例えば吸水性を
有する材質で形成されたもので、水分を吸収すると表面
張力でウェーハを吸着する。ウェーハ付着シートＳの材
質としては不織布等が挙げられるが、それに限定される
ことはない。また、ウェーハ付着シートＳの厚さは限定
されないが、好ましくは０．４〜０．８ｍｍである。た
だし、前述したとおり、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
ウェーハ貼付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。

【００２３】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
出する支持部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、この支持部５０Ａが周
壁部３８の下端に形成された支持部４０により支持され
る。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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で支持する。次に、研磨パッド２４
に対するウェーハＷの当接圧力（キャリアによる押圧圧
力）が所望値に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、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。

【００２７】上記のようなウェーハ研磨装置および方法
によれば、キャリア４６の下面に凹部４６Ａを形成した
ことにより、ウェーハＷの外周部がウェーハ厚さ方向へ
弾性変形可能とされているので、図４に示すように、研
磨時にリテーナリング５０の内周側での研磨パッド２４
の表面に波打ち変形Ｔが生じて、ウェーハ外周部に対す
る研磨パッド２４の当接圧力が高くなった場合にも、当
接圧力に応じてウェーハ外周部が研磨パッド２４から逃
れる方向へ弾性変形する。これにより、当接圧力が減少
してウェーハ外周部の過研磨が緩和されるから、ウェー
ハの全面に亙って研磨量の均一性を高めることが可能で
ある。

【００２８】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うえで特に良
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。

【００２９】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０．８〜１．３ｍｍとされる。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】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。

【００３４】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。しかし、ウェーハ外周部を研磨パッドから逃
れる方向へ弾性変形させることにより、ウェーハ外周部
の過研磨を緩和し、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。これは以下の第２実施例
にも共通する。

【００３５】［第２実施例］図５は本発明の第２実施例
におけるウェーハ保持ヘッド３２を示す断面図である。
この第２実施例は、第１実施例のようなフローティング
式ではなく、より構造が単純なテンプレート式の研磨ヘ
ッドに本発明を適用した例である。なお、第１実施例と
同一構成の要素には同一符号を付して説明を省略する。

【００３６】この実施例のウェーハ保持ヘッド３２で
は、シャフト７２の下端に直接、円盤状のキャリア７０
が水平に固定されている。このキャリア７０の外径はウ
ェーハＷよりも大きく、その下面（ウェーハ貼付面）に
はウェーハ付着シートＳを介してウェーハＷが同心に付
着されるようになっている。キャリア７０の下面の、ウ
ェーハＷの外周部と対向する位置には、円環状の凹部７
４が同心に形成されている。これにより、図６に示すよ
うに、ウェーハＷの外周縁から半径方向内方に向けて一
定幅Ａ２のウェーハ外周部は、キャリア７０により支持
されておらず、凹部７４内へ向けて弾性変形可能とされ
ている。幅Ａ２はウェーハの弾性変形可能領域の幅を示
すものであり、例えばウェーハ付着シートＳの外周縁が
凹部７４の内周縁よりも内周側に位置する場合には、幅
Ａ２はウェーハ付着シートＳの外周縁からウェーハＷの
外周縁までとなる。幅Ａ２の値は、第１実施例と同様に
設定されていることが望ましい。

【００３７】また、キャリア７０の下面には、凹部７４
よりも外周側の部分に、テンプレート７６が固定されて
いる。このテンプレート７６は、キャリア７０と同軸な
円環板状をなし、その内径はウェーハＷよりも若干大き
く形成されている。テンプレート７６の肉厚はウェーハ
付着シートＳの厚さよりも大きく、かつ、ウェーハ付着
シートＳの厚さとウェーハＷの厚さを合計した厚さより
は小さくされている。これにより、研磨中はテンプレー
ト７６がウェーハＷの外周縁を押さえてキャリア７０か
らウェーハＷがはみ出さないように保持しつつ、テンプ
レート７６は研磨パッド２４に当接しない。

【００３８】研磨中でのウェーハＷの外周部の状態を図
６に示す。キャリア７０からの押圧力によりウェーハＷ
は研磨パッド２４に若干沈み込むため、凹部７４が形成
されていない従来のウェーハ保持ヘッドでは、ウェーハ
外周部によって常に研磨パッドを急激に押し下げること
になり、ウェーハ外周部ではウェーハ中央部よりも研磨
パッドとの当接圧力が大きくなる。さらに、ウェーハ外
周部には新たなスラリーが供給されやすいため、ウェー
ハ外周部では過研磨が起きやすい。

【００３９】これに対し、この実施例では、凹部７４を
形成したことによりウェーハ外周部の幅Ａ２の領域が厚
さ方向へ弾性変形可能にされているので、ウェーハ外周
部が研磨パッド２４から逃れる方向へ弾性変形し、ウェ
ーハ外周部における研磨パッド２４との当接圧力がほぼ
均一化される。したがって、ウェーハ外周部における過
研磨を緩和することができ、ウェーハＷの研磨量均一性
を高めることが可能である。

【００４０】なお、本発明は上記２種の実施例に限定さ
れるものではなく、従来より公知の様々なウェーハ研磨
装置に適用することが可能である。また、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。

【００４１】［実験］図３に示すウェーハ保持ヘッド
３２を具備した研磨装置（実験例１，２）を実際に作成
してウェーハ研磨試験を行い、研磨後のウェーハの研磨
量均一性を従来装置（比較例）と比較した。実験例１，
２および比較例はウェーハ貼付面の外径のみが互いに異
なり、他は全て共通とした。各装置のウェーハ貼付面の
外径は以下の通りである。実験例１：１４６．０ｍｍ（ウェーハ直径−４．０ｍ
ｍ）実験例２：１４９．０ｍｍ（ウェーハ直径−１．０ｍ
ｍ）比較例：１５０．６ｍｍ（ウェーハ直径より大きい）

【００４２】研磨条件は以下の通りである。ウェーハ：厚さ１．５μｍのＴ−ＳｉＯ₂ 膜を形成した
シリコンウェーハウェーハ直径：６インチ（１５０．０ｍｍ）ウェーハ厚さ：６２５μｍ研磨目標：ＳｉＯ₂ 膜を厚さ０．４μｍ（４０００オン
グストローム）研磨研磨パッド：積層研磨パッド（シリカスラリー使用）研磨圧力：７ｐｓｉ（２１０ｇ／ｃｍ²）プラテン回転数：２５回転／ｍｉｎ

【００４３】研磨後のウェーハについて、ＳｉＯ₂ 膜の
厚さを面内４９点で測定し、４９点における平均研磨量
を算出すると共に、ウェーハ外周から３ｍｍの線より内
側領域の各測定点での研磨量と平均研磨量とのずれ量の
標準偏差を計算した。その結果を以下に示す。なお、
「相対化値」は同一面内における（最大研磨量−最小研
磨量）／（最大研磨量＋最小研磨量）を示している。

【００４４】平均厚さ(オンク゛ストローム) 標準偏差相対化値実験例１：３９９６．３３．１７６％８．１３０％実験例２：４４６２．７６．２６７％１５．８３６％比較例：４４９９．３６．７８４％１６．４５０％

【００４５】上記のように、本発明に係る実験例１，２
では、比較例に比べて研磨量均一性が改善された。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るウェ
ーハ研磨装置および研磨方法では、ウェーハ保持ヘッド
により、ウェーハの外周部がウェーハ厚さ方向へ弾性変
形可能な状態でウェーハを保持しつつ研磨を行うので、
ウェーハの外周部において研磨パッドとの当接圧力が相
対的に高くなると、その当接圧力に応じてウェーハ外周
部が研磨パッドから逃れる方向へ弾性変形し、ウェーハ
外周部の過研磨が緩和される。したがって、ウェーハの
研磨量を均一化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実施例における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実施例におけるウェーハ保持ヘッ
ドを示す断面図である。

【図６】図５の要部の拡大図である。

【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４６，７０キャリア４６Ａ，７４凹部５０リテーナリング７６テンプレートＡ１，Ａ２ウェーハ外周部の弾性変形可能領域Ｔ波打ち変形部Ｓウェーハ付着シートＷウェーハ

Claims

【特許請求の範囲】

【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の前記他面を研
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、ウェーハの外周部がウェー
ハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態でウェーハの前記一面
を保持可能とされていることを特徴とするウェーハ研磨
装置。
【請求項２】前記ウェーハ保持ヘッドはキャリアを具
備し、このキャリヤは、研磨時にウェーハの前記一面が
張り付けられるウェーハ貼付面を有し、このウェーハ貼
付面には、ウェーハの外周部と対応する箇所の全周に亙
って凹部が形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。
【請求項３】前記凹部はウェーハと同軸な円環状に形
成され、これにより前記ウェーハ貼付面は、ウェーハ外
周縁からウェーハ直径の４％未満であるウェーハ外周部
を支持しないように構成さ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。
【請求項４】前記ウェーハ保持ヘッドはキャリアを具
備し、このキャリヤは、研磨時にウェーハの前記一面が
張り付けられるウェーハ貼付面を有し、このウェーハ貼
付面の直径は、ウェーハの直径よりも小さいことを特徴
とする請求項１記載のウェーハ研磨装置。
【請求項５】前記ウェーハ貼付面の直径は、ウェーハ
の直径よりも８％未満小さいことを特徴とする請求項２
記載のウェーハ研磨装置。
【請求項６】前記ウェーハ保持ヘッドは、前記キャリ
アの外周に同心状に配置されたリテーナリングを有し、
このリテーナリングはヘッド軸線方向に変位可能とさ
れ、研磨時には研磨パッドに当接するように構成されて
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。
【請求項７】前記キャリアには、ウェーハを包囲する
テンプレートが一体的に設けら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。
【請求項８】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を保持して前記研磨パッドにウ
ェーハを当接させる１または２以上のウェーハ保持ヘッ
ドとを用意し、前記ウェーハ保持ヘッドに、ウェーハの外周部がウェー
ハ厚さ方向へ弾性変形可能な状態でウェーハの一面を保
持させたうえ、前記ウェーハ保持ヘッドに保持されたウェーハの他面を
前記研磨パッドに当接させ、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。