JPH11104958A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被研磨対象物の被吸着面を高精度な平坦度に
吸着保持し、被研磨面を高い平坦度に研磨することが可
能な研磨装置を提供する。 【解決手段】 ターンテーブル４に保持された研磨パッ
ド５と、この研磨パッド５に圧接される被研磨対象物で
ある基板１と、基板１を吸着保持する吸着面３ｂを有す
る多孔質材からなる吸着部材３と、多孔質材３を保持す
る保持部材である基板ホルダ２とを有し、研磨パッド５
と基板１を対向圧接させ他状態で相対移動させて基板１
の研磨を行なう研磨装置において、吸着部材３に基板１
の外縁をまたいでシール材を含浸したフランジ部３ａを
形成し、フランジ部３ａが基板１の被吸着面と密接する
シール部を構成するものとした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置に関し、
さらに詳しくは、基板ホルダに保持された多孔質材に基
板を吸着保持し、この基板を研磨パッドに圧接した状態
で相対移動させて研磨する研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、精密部品ではより高精度なものが
要求され、精密部品の表面の平坦度や平行度等をサブミ
クロン以下に研磨する研磨装置が重要な役割を果たして
いる。特に、半導体基板に供せられるウェハは大口径化
が進み、ウェハを研磨する研磨装置ではウェハを、たと
えば、多孔質セラミックス等で構成された多孔質材で吸
着保持する真空吸着方式が採用されている。この進級吸
着方式を採用した研磨装置では、ウェハを吸着保持する
吸着保持面が高精度の平坦度を有すること及びウェハ外
周部からの空気のリークが防止されることが、ウェハを
高精度の平坦度に研磨する観点から重要となっている。

【０００３】図６は、従来の研磨装置の一構成例を示す
断面図である。図６に示す研磨装置は、研磨パッド５が
固着され外部からの駆動力により図中の矢印方向に回転
するターンテーブル４、被加工物である基板１を吸着保
持する多孔質材３を保持するとともに、研磨パッド５に
基板１をエアシリンダー等（図示せず）で付勢圧接さ
せ、外部からの駆動力により図中の矢印方向に回転する
基板ホルダ２から概略構成されている。そして、エアポ
ンプ（図示せず）により吸引孔２ａからエアが排出さ
れ、被加工物である基板１が吸着面３ｂに吸着保持さ
れ、ターンテーブル４と基板ホルダ２とをいずれも回転
させるとともに、基板１と研磨パッド５との研磨スラリ
７を介した相対移動により基板１を研磨するものであ
る。研磨スラリ７は、研磨パッド５の回転中心付近に配
設されたノズル６から滴下され、滴下された研磨スラリ
７はターンテーブル４の回転による遠心力により研磨パ
ッド５上に略均一に分散される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図６に示す構成の研磨
装置では、基板ホルダ２のターンテーブル４に対向する
対向面２ｆが基板１の外周部に密接してシールする機能
を有している。しかしながら、このような構成では、基
板ホルダ２の対向面２ｆおよび吸着部材３の吸着面３ｂ
とで構成される面において高い平坦度を得ることが難し
い。すなわち、基板ホルダ２の対向面２ｆと吸着部材３
の吸着面３ｂを、たとえば、ダイアモンド等のバイトに
よって研削し、メカニカルな仕上げ研磨（またはラッ
プ）による一連の平坦化加工によって平坦化する際に、
基板ホルダ２と吸着部材３とは形成材料が異なることか
らそれぞれの研削および研磨レートが均一とはならない
ためである。基板ホルダ２の対向面２ｆおよび吸着部材
３の吸着面３ｂとで構成される面の平坦度が悪いと、基
板１の研磨パッド５による研磨精度も悪化するという不
利益が存在する。また、基板ホルダ２と吸着部材３との
形成材料が異なると、研磨パッド５による基板１の研磨
中に発生する熱の伝導もばらつくため、基板１の被研磨
面内における研磨速度のばらつきの原因となりうる。さ
らに、対向面２ｆと基板１との間にパーティクル等が侵
入すると、これが突起物となって基板１の研磨精度に重
大な影響を及ぼすことになる。

【０００５】一方、研磨装置の基板吸着部の他の構造と
して、たとえば、図７に示す構造のものが知られてい
る。図７に示す研磨装置の基板吸着部は、吸着部材３の
吸着面３ｂが基板１の直径よりも大きく形成し、この吸
着部材３の外周部の吸着面３ｂ側に、樹脂などのシール
材を含浸させた基板１の外縁を跨ぐシール部１１を形成
している。図７に示す構造では、基板１の被吸着面に接
する面は、吸着部材３の吸着面３ｂのみであることか
ら、吸着部材３の吸着面３ｂは高い平坦度が得られるた
め、基板１の被吸着面に接する面の平坦度が悪いことに
よる基板１の研磨精度の悪化は解消される。また、基板
１の被吸着面に接するのは、吸着部材３のみであるた
め、基板１の研磨中に発生する熱の伝導にばらつきも発
生しにくい。

【０００６】しかしながら、図７に示す構造では、シー
ル部１１を形成する際に、シール材を吸着部材３の所定
の領域に均一にかつ緻密に含浸させることは難しく、シ
ール部１１のシール性能が安定せず、基板１の研磨中に
吸着力が低下したり、研磨材や反応生成物が吸着部材３
に吸引されて吸着部材３が目詰まりを起こすなどの不利
益が存在した。

【０００７】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたも
のであって、被研磨対象物の被研磨面を吸着保持する吸
着面が高精度な平坦度を有し、吸着部材が目詰まりを起
こしにくく安定した吸着が可能で、被研磨対象物の被研
磨面の研磨中に発生する熱の伝導のばらつきによる研磨
速度のばらつきを抑制でき、被研磨対象物の被研磨面を
高い平坦度で研磨可能な研磨装置を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、研磨パッド
と、被研磨対象物の被吸着面を吸着保持する吸着面を有
する多孔質で通気性を備えた材料からなる吸着部材と、
吸引孔と当該吸引孔と連通する前記吸着部材を気密に保
持する保持部とが形成された保持部材とを有し、前記吸
引孔を通じて前記保持部内を減圧することにより前記吸
着部材の吸着面に前記被研磨対象物の被吸着面を吸着さ
せ、前記研磨パッドと前記被研磨対象物の被研磨面とを
対向圧接させた状態で前記研磨パッドと前記保持部材と
を相対移動させて前記被研磨対象物の被研磨面の研磨を
行なう研磨装置において、前記吸着部材は、前記被研磨
対象の被吸着面の外縁を跨ぐ突縁状に所定の厚さで形成
されたフランジ部を有し、当該フランジ部にはシール材
が含浸されており、前記被研磨対象物の被吸着面と密接
するシール部を構成している。

【０００９】本発明では、被研磨対象物の被吸着面に
は、吸着部材の吸着面のみが接する。吸着部材の吸着面
は、研削および研磨加工からなる一連の平坦化加工の際
に、同一の材料なので研削および研磨レートが均一であ
り、高精度な平坦度を有する吸着面を得ることができ
る。また、吸着部材の突縁部にシール材を含浸する際に
は、突縁部は吸着部材の他の部分よりも厚さが薄くなっ
ており、シール材を突縁部全体に均一に含浸させること
が可能となる。このため、突縁部のエアシールとしての
機能を安定化させることができる。さらに、被研磨対象
物の被吸着面に接するのは吸着部材のみであるため、被
研磨対象物の研磨面を研磨中に発生する熱の伝導が被研
磨対象物の被吸着面に接する材質の違いよってばらつく
ことがなく、熱伝導のばらつきによる研磨速度のばらつ
きが発生しない。

【００１０】本発明は、研磨パッドと、被研磨対象物の
被吸着面を吸着保持する吸着面を有する多孔質で通気性
を備えた材料からなる吸着部材と、吸引孔と当該吸引孔
と連通する前記吸着部材を気密に保持する保持部とが形
成された保持部材とを有し、前記吸引孔を通じて前記保
持部内を減圧することにより前記吸着部材の吸着面に前
記被研磨対象物の被吸着面を吸着させ、前記研磨パッド
と前記被研磨対象物の被研磨面とを対向圧接させた状態
で前記研磨パッドと前記保持部材とを相対移動させて前
記被研磨対象物の被研磨面の研磨を行なう研磨装置にお
いて、前記被研磨対象物の被吸着面に密接する所定の幅
のシール面を有し、前記吸着部材の外周に隣接して形成
されたシール部材と、前記被研磨対象物の外縁を跨いで
前記被研磨対象物の被吸着面と当接する、前記シール部
の外周に隣接して形成された前記吸着部材と同一の材料
からなる当接部材とを有する。

【００１１】本発明では、シール部材が吸着部材と当接
部材とに挟まれて形成されており、シール部材のシール
面の幅を狭小化することにより、シール部材のシール面
の占める面積は、吸着部材の吸着面と当接部材の被研磨
対象との当接面とが占める面積に比べて小さくなる。こ
のため、シール部材のシール面と吸着部材の吸着面と当
接部材の被研磨対象との当接面とを一連の平坦化加工に
よって平坦化する際には、形成材料の同じ吸着部材およ
び当接部材の研削および研磨レートは略均一であり、形
成材料の異なるシール部材の研削および研磨レートの相
違による影響は最小限に抑えられる。この結果、被研磨
対象物の被吸着面と接する面の平坦度を高精度に仕上げ
ることが可能になる。また、被研磨対象物の被吸着面と
接する面のうち形成材料の異なるシール部材のシール面
が占める割合が小さいため、被研磨対象物の研磨面を研
磨中に発生する熱の伝導が被研磨対象物の被吸着面に接
する材質の違いによってばらつくことが最小限に抑制さ
れる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。第１実施形態 図１は、本発明の研磨装置の一実施形態を示す断面図で
ある。なお、図中の構成要素で図６に示した従来の研磨
装置と同様の構成要素については、同一の参照符号を付
すものとする。図１において、本実施形態に係る研磨装
置は、図示しない回転駆動手段からの駆動力により図中
の矢印方向に回転するターンテーブル４と、ターンテー
ブル４上に固着された研磨パッド５と、被研磨対象物で
ある基板１を吸着保持する吸着部材３と、吸着部材３を
保持するとともに、研磨パッド５に基板１を、図示しな
い、たとえば、エアシリンダー等の駆動手段によって付
勢圧接させ、図示しない回転駆動手段からの駆動力によ
り図中の矢印方向に回転する保持部材としての基板ホル
ダ２とを有している。また、基板ホルダ２の吸引孔２ａ
には、エアを排出する図示しないエアポンプが接続され
る。さらに、研磨パッド５の回転中心付近上には、研磨
スラリ（研磨砥粒）７を供給するノズル６が配設されて
おり、研磨パッド５上に研磨スラリ７を供給可能となっ
ている。

【００１３】上記構成の研磨装置では、エアポンプによ
って基板ホルダ２の吸引孔２ａからエアを排出すること
によって、基板１を吸着面３ｂに吸着保持する。研磨ス
ラリ７をノズル６から滴下することにより、滴下された
研磨スラリ７はターンテーブル４の回転による遠心力に
より研磨パッド５上に略均一に分散される。同時に、基
板１の被研磨面を研磨パッド５に上述した図示しないエ
アシリンダによって圧接し、ターンテーブル４と基板ホ
ルダ２とをいずれも回転させるとともに、基板１と研磨
パッド５との研磨スラリ７を介して相対移動することに
より、基板１を研磨する。

【００１４】基板ホルダ２には、凹状の保持部２ｂが形
成されており、この保持部２ｂの内周に吸着部材３の外
周が気密に嵌合固着されている。また、基板ホルダ２に
は、保持部２ｂに連通して吸引孔２ａが形成されてい
る。基板ホルダ２は、たとえば、非通気性の緻密なセラ
ミックス等の材料から形成される。

【００１５】吸着部材３は、たとえば、多孔質セラクス
等の多孔質で通気性を有する均質な多孔質材料から形成
されている。吸着部材３は、板状の部材からなり、吸着
面３ｂ側の外周に基板１の外縁をまたぐ突縁状に形成さ
れたフランジ部３ａ（同図中において、ハッチングを施
した部分）が形成されている。フランジ部３ａは、基板
１と対向する方向の厚さが所定となるように形成されて
いる。フランジ部３ａの厚さは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下
とすることが好ましい。このフランジ部３ａには、たと
えば樹脂からなるシール材が含浸されており、基板１を
吸着面３ｂに吸着保持する際のエアシールとして機能す
る。すなわち、吸着部材３は、図示を省略するエアポン
プにより吸引孔２ａからエアを排出すると、被加工物で
ある基板１の外縁部においてシール材を含浸したフラン
ジ部３ａがエアシールとして機能し、基板１が吸着面３
ｂに保持される。

【００１６】本実施形態では、基板１を吸着保持する吸
着部材３を上記のように構成しているため、基板１の被
吸着面と接するのは、吸着部材３のみである。吸着部材
３は均質な多孔質材料から形成されており、吸着面３ｂ
を一連の研削および研磨によって平坦化加工して平面と
する際の研削および研磨レートは均一であり、高精度な
平坦度を有する吸着面３ｂを容易に得ることができる。
このため、基板１の被吸着面と接する面の平坦度を高精
度とすることができる。また、基板１の被吸着面と接す
るのは、吸着部材３のみであるため、研磨中に発生する
熱の伝導に材料に違いによるばらつきが発生することが
なく、熱伝導の違いによる基板１の被研磨面内における
研磨速度のばらつきの発生を防止することができる。

【００１７】また、吸着部材３にフランジ部３ａを形成
して、このフランジ部３ａ全体にシール材を含浸させる
ため、フランジ部３ａは吸着部材３の他の部分よりも比
較的薄いことからシール材を均一に含浸させることがで
きる。特に、フランジ部３ａの厚さを、１ｍｍ以上５ｍ
ｍ以下とすれば突縁部３ａの部分にシール材をより均一
にかつ緻密に含浸させることができる。このため、フラ
ンジ部３ａのエアシールとしての機能を安定化させ、完
全なものとすることができる。したがって、基板１の被
吸着面と吸着部材３のフランジ部３ａとの密接部分は、
確実にシールされ、高精度に平坦化された吸着面３ｂに
吸着保持され、エアのリークを完全に防止することがで
きる。さらに、フランジ部３ａと基板１の被吸着面との
間から研磨スラリ（研磨砥粒）７や反応生成物が侵入す
ることを確実に防止でき、吸着部材３の目詰まりを防止
することができる。

【００１８】第２実施形態 図２は、本発明の第２の実施形態に係る研磨装置の基板
吸着部を示す断面図であり、図３は、図２の円Ａ内の拡
大図である。なお、本実施形態に係る研磨装置の他の構
成は、上述の第１の実施形態と同様である。図２および
図３に示す本実施形態に係る研磨装置の基板吸着部は、
基板ホルダ２と、吸着部材３と、当接部材１２とを有し
ている。

【００１９】基板ホルダ２には、上述の実施形態と同様
に、吸引孔２ａおよび保持部２ｂが形成されているとと
もに、吸着部材３の外周に隣接して所定の幅δを有する
シール部２ｄが一体に形成されている。シール部２ｄ
は、基板１の被吸着面と密接し、基板１を吸着面３ｂに
吸着保持する際のエアシールとして機能する。シール部
２ｄの幅δは、０．５〜５．０ｍｍのいずれかとするの
が好ましい。また、シール部２ｄの外周には、当接部材
１２が埋め込み固着されている。基板ホルダ２の形成材
料としては、たとえば、非通気性の緻密なセラミックス
等の材料を用いる。

【００２０】吸着部材３は、たとえば、多孔質セラミッ
クス等の多孔質で通気性を有する均質な多孔質材料から
形成されている。また、吸着部材３の吸着面３ｂの外径
は、基板１の直径よりも小さい。

【００２１】当接部材１２は、当接面１２ａが基板１の
外縁を跨ぎ、当接面１２ａの一部が基板１の被吸着面に
当接するように形成される。また、当接部材１２は、吸
着部材３と同一の材料で形成されている。

【００２２】本実施形態では、基板１の被吸着面と接す
る面は、吸着部材３の吸着面３ｂとシール部２ｄと当接
部材１２の当接面１２ａで構成されている。これらの面
は、一連の研削および研磨からなる平坦化加工によって
平坦化される。このとき、基板１の被吸着面と接する面
におけるシール部２ｄの占める割合は、比較的小さい。
このため、シール部２ｄの研削および研磨レートが吸着
部材３および当接部材１２の研削および研磨レートと異
なったとしても、研削および研磨レートの違いの基板１
の被吸着面と接する面の平坦度への影響は比較的小さ
い。このため、シール部２ｄのシール性能を確保しつ
つ、シール部２ｄ、吸着部材３の吸着面３ｂおよび当接
部材１２の当接面１２ａによって構成される基板１の被
吸着面と接する面の平坦度を高精度にすることが可能と
なる。

【００２３】特に、シール部２ｄの幅δを０．５〜５．
０ｍｍの範囲のいずれかにすることにより、シール部２
ｄの研削および研磨レートの相違による影響を極小化し
つつ、確実なシール性能も確保することができる。

【００２４】また、本実施形態では、基板１の被吸着面
と接する面における材料の異なるシール部２ｄの占める
割合が比較的小さいため、基板１の被研磨面の研磨中に
発生する熱の吸着部材３、当接部材１２およびシール部
２ｄへの伝導のばらつきが最小化され、熱伝導のばらつ
きに起因する基板１の被研磨面内における研磨速度のば
らつきを最小限に抑制できる。

【００２５】この結果、高平坦度の基板の研磨加工を安
定して行なうことが可能になり、たとえば、ＳＯＩ基板
の膜厚の均一化、薄膜化、グローバル平坦化の精度向上
が可能となり、半導体装置における微細パターンの形
成、多層配線の形成等が容易となる。なお、本実施形態
では、シール部２ｄを基板ホルダ２と一体に形成する構
成としたが、シール部２ｄを別の部材で形成することも
可能である。

【００２６】第３実施形態 図４は、本発明の研磨装置の第２の実施形態を示す断面
図であり、図５は、図４の円Ａ内の拡大図である。な
お、本実施形態に係る研磨装置の他の構成は、上述の第
１の実施形態と同様である。図４および図５に示す本実
施形態に係る研磨装置の基板吸着部は、上述の第２の実
施形態と略同様の構成となっているが、本実施形態で
は、当接部材１２が基板ホルダ２の外周端縁まで形成さ
れている。このため、基板１の被吸着面と接する面を構
成する吸着部材３の吸着面３ｂ、シール部２ｄおよび当
接部材１２の当接面１２ａを一連の研磨加工によって平
坦化する際に、吸着部材３および当接部材１２とは形成
材料の異なる基板ホルダ２の影響をさらに低減すること
ができ、平坦度をさらに高めることが可能となる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、被研磨対象物の被吸着
面と接する研磨装置の吸着面を高い平坦度とすることが
可能となる。このため、被研磨対象物の被吸着面を高精
度な平坦度で吸着保持でき、高い平坦度で被研磨対象物
の被研磨面を研磨することができる。また、本発明によ
れば、吸着部材にフランジ部を形成し、これにシール材
を含浸するため、フランジ部を高いシール性能を有する
シール部とすることが可能となる。この結果、エアのリ
ークを完全に防止することができるとともに、基板の吸
着保持力が減少することや、エアがリークする部位に研
磨剤の砥粒や反応生成物が侵入する等の不利益を確実に
防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置の構成を示
す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る研磨装置の基板
吸着部の構成を示す断面図である。

【図３】図２の円Ａ内の拡大図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係る研磨装置の基板
吸着部の構成を示す断面図である。

【図５】図４の円Ａ内の拡大図である。

【図６】従来の研磨装置の一構成例を示す断面図であ
る。

【図７】従来の研磨装置の基板吸着部の他の構成例を示
す断面図である。

【符号の説明】

１…基板、２…基板ホルダ、２ａ…吸引孔、３…吸着部
材、３ａ…フランジ部、４…ターンテーブル、５…研磨
パッド、６…ノズル、７…研磨スラリ、１２…当接部
材、１２ａ…当接面。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨パッドと、被研磨対象物の被吸着面を
   吸着保持する吸着面を有する多孔質で通気性を備えた材
   料からなる吸着部材と、吸引孔と当該吸引孔と連通する
   前記吸着部材を気密に保持する保持部とが形成された保
   持部材とを有し、前記吸引孔を通じて前記保持部内を減
   圧することにより前記吸着部材の吸着面に前記被研磨対
   象物の被吸着面を吸着させ、前記研磨パッドと前記被研
   磨対象物の被研磨面とを対向圧接させた状態で前記研磨
   パッドと前記保持部材とを相対移動させて前記被研磨対
   象物の被研磨面の研磨を行なう研磨装置において、 前記吸着部材は、前記被研磨対象の被吸着面の外縁を跨
   ぐ突縁状に所定の厚さで形成されたフランジ部を有し、
   当該フランジ部にはシール材が含浸されており、前記被
   研磨対象物の被吸着面と密接するシール部を構成してい
   る研磨装置。
2. 【請求項２】研磨パッドと、被研磨対象物の被吸着面を
   吸着保持する吸着面を有する多孔質で通気性を備えた材
   料からなる吸着部材と、吸引孔と当該吸引孔と連通する
   前記吸着部材を気密に保持する保持部とが形成された保
   持部材とを有し、前記吸引孔を通じて前記保持部内を減
   圧することにより前記吸着部材の吸着面に前記被研磨対
   象物の被吸着面を吸着させ、前記研磨パッドと前記被研
   磨対象物の被研磨面とを対向圧接させた状態で前記研磨
   パッドと前記保持部材とを相対移動させて前記被研磨対
   象物の被研磨面の研磨を行なう研磨装置において、 前記被研磨対象物の被吸着面に密接する所定の幅のシー
   ル面を有し、前記吸着部材の外周に隣接して形成された
   シール部材と、 前記被研磨対象物の外縁を跨いで前記被研磨対象物の被
   吸着面と当接する、前記シール部の外周に隣接して形成
   された前記吸着部材と同一の材料からなる当接部材とを
   有する研磨装置。
3. 【請求項３】前記シール部材は、前記保持部材と一体に
   形成されている請求項２に記載の研磨装置。
4. 【請求項４】前記シール部材は、非通気性の緻密な材料
   から形成されている請求項２に記載の研磨装置。
5. 【請求項５】前記保持部材は、非通気性の緻密な材料か
   ら形成されている請求項３に記載の研磨装置。
6. 【請求項６】前記当接部材は、前記保持部材に埋め込み
   形成されている請求項２に記載の研磨装置。
7. 【請求項７】前記吸着部材の吸着面と、前記シール部材
   のシール面と、前記当接部材の被研磨対象との当接面と
   は、一連の研磨加工によって形成されている請求項２に
   記載の研磨装置。