JPH10270398A - ウェーハの研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハを好適に保持でき、ウェーハ全面を
研磨面へ均等に押圧することでウェーハ全面を均一に研
磨し、ウェーハ表面の平坦度を向上する。 【解決手段】 ウェーハ１２を保持する保持装置１５
が、研磨定盤５６の研磨面６０に対面するヘッド部１０
と、枠材２２に弾性のあるシート材２４が張設されて形
成され、枠材２２を介してヘッド部１０の研磨定盤５６
側に装着されることでヘッド部１０とシート材２４によ
って画された圧力室３０を形成すると共に、枠材２２内
のシート材２４の研磨定盤５６側にウェーハ１２を接着
して保持する枠付接着シート２０と、枠付接着シート２
０をヘッド部１０に装着する装着手段と、圧力室３０に
圧力流体を供給する圧力流体供給手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハの研磨装
置に関し、さらに詳細にはウェーハを保持する保持装置
と、表面にウェーハを研磨する研磨面が形成された研磨
定盤と、前記保持装置と前記研磨定盤とを相対的に運動
させる運動機構とを備え、ウェーハを前記研磨面に摩擦
させて研磨するウェーハの研磨装置に関する。なお、通
常は、アルカリ性の研磨液に砥粒が分散されてなる研磨
剤（スラリー）が、ウェーハと研磨定盤の研磨面との間
に供給されて研磨がなされる。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化が進むに伴
い、その基板であるシリコンウェーハの平坦度や表面品
質の向上が厳しく要求されている。また、そのウェーハ
表面にデバイスを形成した際の堆積形成された層間絶縁
膜や金属配線の研磨においても、一層高精度に平坦化す
る要求が高まっている。従って、ウェーハの研磨装置に
ついては、ウェーハ表面を一層高精度に鏡面研磨できる
もの、または、表面を基準とする高精度な研磨が要求さ
れている。

【０００３】従来、ウェーハの研磨装置には、ウェーハ
表面の全面が、そのウェーハ表面に接触する研磨定盤の
研磨面へ、均等な圧力で押圧できるように、ウェーハを
保持する保持部がエアバック機能を備えるものがある。
ウェーハ研磨装置の一例を、図５に基づいて以下に説明
する。図５に示すように、回転する研磨定盤５６上に軟
質弾性部材からなる研磨布５８を接着して研磨面６０が
形成され、その上方には回転および上下動可能な保持装
置４１が設けられている。その保持装置４１は、下方に
向けて開放する凹状のヘッド部材１１と、外側部１３ａ
がヘッド部材１１の内底面に固定されると共に内側部１
３ｂが保持部材（以下、保持プレート１７と称すること
がある。）に固定されて保持プレート１７を上下方向及
び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する
板状の弾性部材１３と、ヘッド部材１１の内部を保持プ
レート１７および板状の弾性部材１３によって画して設
けられる密閉空間である圧力室１９と、圧力室１９に所
定圧力の流体を供給する流体の供給手段（図示せず）と
を具備する。また、２７はリング状の弾性部材であり、
合成ゴム等により成形されたＯ−リング状の部材からな
る。このリング状の弾性部材２７は、保持プレート１７
の外周面と前記外壁側部１１ａの内周面との間に配さ
れ、保持プレート１７のヘッド部材１１との相対的移動
（例えば相対的回転）を吸収および規制するように作用
する。

【０００４】この研磨装置によれば、保持プレート１７
に水貼り等で保持されたウェーハ表面は、板状の弾性部
材１３のエアバック作用によって、研磨面６０の傾斜に
素早く追随できると共に、そのようにウェーハ表面が研
磨面６０の傾斜に追随した状態においても、ウェーハ表
面全面を研磨面６０に均等な圧力で押圧できる。このた
め、ウェーハ４２の高い平行度及び平坦度を維持しつつ
ウェーハの表面を好適に鏡面研磨できる。保持プレート
１７の表面には、ウェーハ４２を確実に水貼りできるよ
うに、吸着性に富む表面を有するシート状のバッキング
材が貼設されている。また、保持プレート１７の表面の
周縁には、ウェーハ４２の外径より若干大きい内径に形
成され、水貼りで吸着されたウェーハ４２の横ずれを規
制するリング状のテンプレート４５が固定されている。
なお、ウェーハ４２を保持する手段としては、上記のよ
うな水貼りに限らず、保持プレート１７に多数の吸引孔
を設けた状態に形成された吸着板へ、ウェーハ４２を直
接真空吸着するものもある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ウェーハの研磨装置では、保持プレートを介してウェー
ハを間接的に押圧するため、保持プレートの平坦度の精
度、保持プレートに加圧力が作用した際の変形による寸
法変化、およびバッキング材の厚さの精度等による影響
を受け易く、ウェーハの全面を、非常に高い精度で研磨
することは難しい。バッキング材にウェーハを吸着する
タイプでは、バッキング材の凹凸および弾性率の違いに
より研磨精度が悪化してしまう。このように、保持プレ
ート（吸着板）の吸着面の精度等の均一性が直接ウェー
ハの精度になってしまうという課題があった。

【０００６】また、ウェーハを吸着する吸着面とウェー
ハの間に、その吸着工程の際にゴミ等が入り易く、その
ようなゴミ等あると、研磨後にその部分が凹になって研
磨精度を悪くする。また、真空吸着するため、アルカリ
性の研磨液に研磨用砥粒が分散されてなるスラリーが、
ウェーハの裏面側に入り込み、ウェーハの裏面をエッチ
ングしてしまう。このように、ウェーハをヘッド部へ直
接的に保持させるのでは、ウェーハの研磨精度を低下さ
せないように、好適に保持することが難しいという課題
がある。

【０００７】そこで、本発明の目的は、ウェーハを好適
に保持でき、ウェーハ全面を研磨面へ均等に押圧するこ
とでウェーハ全面を均一に研磨し、ウェーハ表面の平坦
度を向上できることを特徴とするウェーハの研磨装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次の構成を備える。すなわち、本発明は、
ウェーハを保持する保持装置と、表面にウェーハを研磨
する研磨面が形成された研磨定盤と、前記保持装置と前
記研磨定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備え、
ウェーハを前記研磨面に摩擦させて研磨するウェーハの
研磨装置において、前記保持装置は、前記研磨定盤の研
磨面に対面するヘッド部と、枠材に弾性のあるシート材
が張設されて形成され、前記枠材を介して前記ヘッド部
の研磨定盤側に装着されることで前記ヘッド部と前記シ
ート材によって画された圧力室を形成すると共に、前記
枠材内のシート材の研磨定盤側にウェーハを接着して保
持する枠付接着シートと、該枠付接着シートを前記ヘッ
ド部に装着する装着手段と、前記圧力室に圧力流体を供
給する圧力流体供給手段とを具備する。

【０００９】また、前記ヘッド部に研磨定盤側へ向けて
開放する凹部が設けられ、前記枠付接着シートのシート
材が前記ヘッド部の凹部を覆って圧力室を形成すること
で、ウェーハの全面に均一に圧力を作用させることので
きる圧力室を、好適に形成できる。

【００１０】また、前記装着手段が、真空吸着手段、ま
たは機械的クランプ手段であることで、ウェーハが接着
された枠付接着シートを好適に着脱できる。

【００１１】また、前記圧力流体が圧縮空気であること
で、加圧調整等の管理を好適且つ容易に行うことができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる好適な実施
の形態を添付図面と共に詳細に説明する。図１は本発明
による実施の形態のウェーハの保持装置の一例を示す断
面図である。また、図２は枠付接着シートの実施の形態
の一例を示す断面図である。１０はヘッド部であり、ウ
ェーハの研磨装置において、ウェーハ１２を保持して研
磨定盤５６の研磨面６０に押圧すると共に、そのウェー
ハ１２を自転させるウェーハの保持装置１５に、前記研
磨面６０に対面するように設けられている。本実施例で
は、ヘッド部１０は下方へ開放する凹状に形成されてい
る。

【００１３】２０は枠付接着シートであり、枠材２２に
弾性のあるシート材２４が張設されて形成され、枠材２
２を介してヘッド部１０のリング状外周部１０ａの下面
に着脱自在に装着される。本実施例では、シート材２４
は、周縁部がリング状の枠材２２の上面に接着されるこ
とで張設されている。これにより、枠付接着シート２０
は、ヘッド部１０とシート材２４によって画された圧力
室３０を形成する。また、枠材２２内のシート材２４の
下面側には、ウェーハ１２が接着されて保持される。従
って、シート材２４は、その下面でウェーハ１２に当接
して、エアバック作用でウェーハ１２を研磨定盤５６の
研磨面６０へ均等に押圧できるように設けられている。

【００１４】このシート材２４の材質としては、フッ素
樹脂、ナイロン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリウ
レタン、ＰＶＣ、ＰＥ、ＰＥＴ、ＥＶＡ、ＰＯ、ニトリ
ルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウ
レタンゴム、フッ素ゴム、ネオプレンゴム、アクリルゴ
ム等を用いればよい。また、シート材２４の厚さは、
０．０１〜３．０ｍｍ程度のものを用いればよい。ウェ
ーハ１２を接着する接着剤は、予めシート材２４の表面
に塗布しておいてもよい。また、シート材２４の片面全
面に予め接着剤層を設け、シート材２４を枠材２２に接
着すると共にウェーハ１２を接着するために用いてもよ
い。接着剤（粘着剤）としては、例えば、アクリル系の
粘着剤を用いればよい。また、シート材２４は使い捨て
とし、枠材２２は再使用するとよい。これは、ウェーハ
１２に接着されるシート材２４は、高い清浄度が要求さ
れるためであり、シート材２４のみの使い捨てであるた
め、製造コストの上昇も極力抑制できる。なお、シート
材２４は、接着によって張設する他、二枚の枠材によっ
て挟んで張設することも可能である。

【００１５】枠付接着シート２０をヘッド部１０に装着
する装着手段としては、図１に示すような真空吸着手段
がある。通路３２は、ヘッド部１０のリング状の外周部
１０ａの下面に開口３２ａしており、回転軸４０に設け
られた連通路３４を介して真空発生源（図示せず）に連
通している。通路３２の開口３２ａは、枠付接着シート
２０の枠材２２の部分を吸着して枠付接着シート２０を
保持できるように、その枠材２２の形状に対応して設け
られている。また、装着手段としては、上記の真空吸着
手段に限らず、機械的クランプ手段としてもよい。これ
らの装着手段によって、ウェーハ１２が接着された枠付
接着シート２０を好適に着脱できる。

【００１６】枠材２２の厚さは、本実施例では、ウェー
ハ１２の厚さよりも若干厚く形成されている。この枠材
２２は、研磨定盤５６の研磨面６０に受けられ、ヘッド
部１０が大きく傾くことを防止して、ウェーハ１２の外
周が研磨過剰になることを防止できる。ウェーハ１２を
研磨する際には、圧力室３０内へ、所定圧力の流体が流
体供給手段（図示せず）によって供給される。なお、こ
の流体供給手段の圧力源は、前記連通路３４に挿通され
た配管３６を介して圧力室３０に連通している。圧力室
３０に圧力流体が供給されることで、ウェーハ１２が接
着されたシート材２４が押圧されて全体的に突出し、ウ
ェーハ１２の研磨される表面が、圧力流体の圧力によっ
て研磨面６０に均等な圧力で好適に接触できる。このよ
うに、以上の構成によって、ウェーハ１２を研磨面６０
に所定の押圧力で均一に押圧する好適な押圧手段が設け
ることができ、ウェーハ１２を均一に研磨できるのであ
る。そして、前記流体供給手段には圧力室３０へ供給さ
れる流体の圧力を調整する圧力調整装置（図示せず）が
設けられている。前記圧力流体が圧縮空気であること
で、加圧調整等の管理を好適且つ容易に行うことができ
る。

【００１７】また、本実施例の圧力室３０は、ヘッド部
１０の研磨定盤５６側へ向けて開放する凹部１４を、枠
付接着シート２０のシート材２４で覆った状態で形成さ
れている。これにより、ウェーハ１２の全面に均一に圧
力を作用させることのできる圧力室３０を、好適に形成
できる。なお、圧力室３０に形成するには、枠付接着シ
ート２０とヘッド部１０の間に枠材２２を支持するリン
グ状の部材が介在すればよく、そのリング状の部材を枠
付接着シート２０側に装着しておくことも可能である。

【００１８】なお、前記のウェーハの保持装置の他に、
ウェーハの研磨装置の基本的な構成としては、研磨面６
０が形成された研磨定盤５６（図４参照）、ウェーハ表
面を研磨面６０に当接させるべくウェーハの保持装置と
研磨定盤５６とを接離動させる接離動手段、ウェーハ１
２が研磨面６０に当接・押圧された状態でウェーハ１２
と研磨定盤５６とを回転および／または往復動によって
相対的に運動させる運動機構、スラリーの供給手段等が
ある。これにより、ウェーハ１２を研磨面６０に摩擦さ
せて好適に研磨できるのである。

【００１９】次に以上の構成からなるウェーハの研磨装
置を利用してウェーハを研磨する研磨方法について説明
する。先ず、ウェーハ１２を、枠付接着シート２０のシ
ート材２４に貼り付ける。その枠付接着シート２０材
を、ウェーハ１２を下面にしてヘッド部１０に真空吸着
によって装着させる。そして、圧力室３０に圧力流体を
供給し、枠付接着シート２０のシート材２４を裏面より
所定の圧力（本実施例では圧縮空気）で加圧させながら
ウェーハ１２を研磨する。

【００２０】圧力室３０へ流体供給手段によって所定圧
力の流体を供給することで、ウェーハ１２に弾性のある
シート材２４を介して、流体圧による等圧力を直接的に
作用させ、ウェーハ１２の全面を均等に研磨面６０へ押
圧できる。従って、ウェーハ１２を研磨面６０に追随さ
せて好適に押圧でき、表面を基準とする高精度な鏡面研
磨を行うことが可能である。ウェーハ１２は枠付接着シ
ート２０に好適に接着されているから、ウェーハ１２の
裏面にスラリーが回り込まない。このため、ウェーハ１
２の裏面が研磨液によってエッチングされることを防止
できる。また、ウェーハ１２の裏面は枠付シートによっ
て保護された状態となっており、枠付接着シート２０を
剥がせば汚れを除去でき、ウェーハ１２の裏面側の洗浄
が不要になる。また、ウェーハ１２は枠付接着シート２
０を介してハンドリングできるため、ウェーハ１２を容
易に取り扱うことができる。

【００２１】以上の実施例の枠付接着シート２０は、一
枚の枠材２２に弾性のあるシート材２４が接着されるこ
とで張設されているが、本発明はこれに限られない。図
４に示すように、上枠材２３ａと下枠材２３ｂとの間に
シート材２４を挟むことでシート材２４を張設し、枠付
接着シート２１としてもよい。なお、図４に示すよう
に、上枠材２３ａに凹溝を設け、これに対応して下枠材
２４ｂに凸筋を設け、シート材２４を挟むことで、シー
ト材２４を確実に張設できる。

【００２２】以上に説明してきた実施例では、圧縮空気
（気体圧）によってシート材２４を介してウェーハ１２
を研磨面６０に押圧する場合を説明したが、他の流体圧
例えば水圧等の液圧を利用することもできる。また、以
上に説明したウェーハの研磨装置によれば、前記半導体
装置用のシリコンウェーハ以外の被研磨部材であるウェ
ーハ、例えばガラス薄板材等も鏡面研磨することができ
る。また、以上の実施例では一枚づつ鏡面研磨する枚葉
式のウェーハの研磨装置について説明してきたが、複数
のウェーハを同時研磨するバッチ式の研磨装置にも応用
できるのは勿論である。以上、本発明の好適な実施例に
ついて種々述べてきたが、本発明はこの実施例に限定さ
れるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさ
らに多くの改変を施し得るのは勿論のことである。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、枠材に弾性のあるシー
ト材が張設されて形成された枠付接着シートにウェーハ
を接着によって保持させ、ウェーハの保持装置のヘッド
部に着脱自在に装着できる。従って、ウェーハを好適に
保持でき、ウェーハ全面を研磨面へ均等に押圧すること
でウェーハ全面を均一に研磨し、ウェーハ表面の平坦度
を向上できるという著効を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウェーハの保持装置の一実施例を
示す正面断面図である。

【図２】本発明に係る枠付接着シートの一実施例を示す
斜視説明図である。

【図３】図２の枠付接着シートの正面断面図である。

【図４】本発明に係るウェーハの保持装置の他の実施例
を示す正面断面図である。

【図５】従来の技術を示す断面図である。

【符号の説明】

１０ ヘッド部 １２ ウェーハ １４ 凹部 １５ 保持装置 ２０ 枠付接着シート ２２ 枠材 ２４ シート材 ３０ 圧力室 ３２ 通路 ３６ 配管 ５６ 研磨定盤 ６０ 研磨面

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハを保持する保持装置と、表面に
   ウェーハを研磨する研磨面が形成された研磨定盤と、前
   記保持装置と前記研磨定盤とを相対的に運動させる運動
   機構とを備え、ウェーハを前記研磨面に摩擦させて研磨
   するウェーハの研磨装置において、 前記保持装置は、 前記研磨定盤の研磨面に対面するヘッド部と、 枠材に弾性のあるシート材が張設されて形成され、前記
   枠材を介して前記ヘッド部の研磨定盤側に装着されるこ
   とで前記ヘッド部と前記シート材によって画された圧力
   室を形成すると共に、前記枠材内のシート材の研磨定盤
   側にウェーハを接着して保持する枠付接着シートと、 該枠付接着シートを前記ヘッド部に装着する装着手段
   と、 前記圧力室に圧力流体を供給する圧力流体供給手段とを
   具備することを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 前記ヘッド部に研磨定盤側へ向けて開放
   する凹部が設けられ、前記枠付接着シートのシート材が
   前記ヘッド部の凹部を覆って圧力室を形成することを特
   徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 【請求項３】 前記装着手段が、真空吸着手段であるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載のウェーハの研磨
   装置。
4. 【請求項４】 前記装着手段が、機械的クランプ手段で
   あることを特徴とする請求項１または２記載のウェーハ
   の研磨装置。
5. 【請求項５】 前記圧力流体が圧縮空気であることを特
   徴とする請求項１ま２、３、または４記載のウェーハの
   研磨装置。