JPH11156697A - 平面研磨装置及び平面研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 平板状の被加工物の表面の研磨を行う平面研
磨装置において、被加工物に対する加圧力の平面分布を
制御することができる装置を提供する。 【解決手段】 本発明に基づくＣＭＰ装置において使用
されるポリッシングヘッド４は、ヘッド本体５、チャッ
クプレート６、ガイドリング７などから構成される。ウ
エハ１０は、バッキングパッド８を介してチャックプレ
ート６の下面に吸着される。チャックプレート６の上面
とヘッド本体５の下面との間には、真空チャンバ１１
（中心部）、１２（中間部）及び１３（外周部）が同心
円状に形成されている。チャックプレート６には、各真
空チャンバ１１、１２、１３からチャックプレート６の
表面まで貫通する様に、吸着孔２４、２５、２６が形成
されている。各真空チャンバ１１、１２、１３の内部
は、主軸９の内部に形成された減圧排気経路２１、２
２、２３を介して、それぞれ独立に減圧排気される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、平面研磨装置及
び方法に係り、特に、ＣＭＰ装置（Chemical Mechanica
l Polishing Machine ）において、被加工物の加工精度
を向上させるための被加工物の保持機構及びその方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に、ＣＭＰ装置の一般的な概略構成
を示す。研磨布１は回転定盤２の上に装着され、回転定
盤２は駆動軸の上端に固定されて回転駆動される。回転
定盤２の上方には、ポリッシングヘッド４４が配置され
ている。ポリッシングヘッド４４は、主軸４９を介して
加圧及び回転機構（図示せず）に接続されている。被加
工物であるウエハ１０は、バッキングパッド４８を介し
てポリッシングヘッド４４の下面に吸着されて保持され
る。この他、回転定盤２の上方には、研磨布１上に研磨
剤を供給する研磨剤供給ノズル３、研磨布１の目詰まり
を取除くために使用されるドレッサ６１などが配置され
ている。

【０００３】ウエハ１０の表面の研磨は、回転定盤２及
びポリッシングヘッド４４を回転するとともに、研磨剤
供給ノズル３から研磨布１上に研磨剤を供給し、この状
態で、ウエハ１０の表面を研磨布１に対して押付けるこ
とによって行われる。

【０００４】図５に、従来のポリッシングヘッドの中心
軸を含む断面の断面図、図６に図５のＡ−Ａ断面図を示
す。ポリッシングヘッド４４は主軸４９の先端に接続さ
れる。接続部には、一般に傾動機構（図示せず）が組み
込まれてている。ポリッシングヘッド４４は、ヘッド本
体４５、チャックプレート４６、ガイドリング４７など
から構成される。チャックプレート４６はヘッド本体４
５の下面に取り付けられ、ガイドリング４７はチャック
プレート４６の下面の周縁部に沿って取り付けられる。

【０００５】主軸４９の中心部には、真空吸着用の減圧
排気経路５１が形成されている。ヘッド本体４５の下面
とチャックプレート４６の上面との間には、円形の真空
チャンバ４１が形成されている。真空チャンバ４１の内
部は、上記の減圧排気経路５１を介して減圧排気され
る。チャックプレート４６の中心部付近には、チャック
プレート４６を上下方向に貫通する複数の吸着孔５２が
形成され、真空チャンバ４１の内部とチャックプレート
４６の下面側との間を連絡している。

【０００６】バッキングパッド４８は、チャックプレー
ト４６の下側に取り付けられ、その周囲にガイドリング
４７が取り付けられる。バッキングパッド４８には、前
記吸着孔５２と対応する位置に、吸着孔５３が形成され
ている。ウエハ１０は、バッキングパッド４８を介して
チャックプレート４６の下面に吸着されて保持され、ウ
エハ１０の周囲にはガイドリング４７が僅かな隙間をも
って配置される。

【０００７】ＣＭＰ装置において、平板状の被加工物
（例えば、シリコンウエハ）の表面の加工精度の向上を
目的として、被加工物に対する加圧力の平面分布を研磨
加工中にコントロールする方法が各種、提案されてい
る。加圧力の平面分布をコントロールする方法として
は、一般的にバックプレッシャ法が使用されている。バ
ックプレッシャ法では、被加工物を保持するためにポリ
シングヘッドの吸着面に設けられている真空吸着用の孔
を利用して、研磨加工中に、この孔から被加工物の裏面
に流体圧を作用させて加圧力の平面分布のコントロール
を行う。この方法では、被加工物の表面の内、加工レー
トが比較的低い部分を選択的に加圧することによって、
面内の加工レートの均一性を改善することができる。

【０００８】図７に、図５に示したポリッシングヘッド
を用いて、研磨加工中に、ウエハ１０の裏面にバックプ
レッシャを作用させた状態を示す。減圧排気孔５１を利
用して真空チャンバ４１の中に加圧流体を供給すること
により、バックプレッシャを、吸着孔５２及び吸着孔５
３を介して、ウエハ１０の裏面側に作用させる。この加
圧流体の圧力を調整することによって、ウエハ１０を研
磨布１に対して押付ける力（加圧力）をウエハ１０の面
内で変化させ、ウエハ１０の表面の加工レートの分布を
面内でコントロールすることが可能になる。なお、予
め、吸着孔５２及び吸着孔５３の配置（ｒ１、ｒ２）を
最適に調整しておくことによって、ウエハ１０表面にお
ける加工レートの分布の均一性を改善することができ
る。

【０００９】（従来のＣＭＰ装置の問題点）バックプレ
ッシャ法には次の様な問題があり、この方法によって加
工レートをコントロールできる範囲が比較的、狭い。

【００１０】イ．バックプレッシャ法では、ウエハ１０
の中心部の加工レートを増加させる様に、ウエハ１０を
下側に凸に変形させることは可能であるが、これとは反
対に、ウエハ１０の中心部の加工レートを減少させる様
に、ウエハ１０を下側に凹に変形させることはできな
い。

【００１１】ロ．また、ウエハ１０の裏面側に加圧流体
を供給するので、ウエハ１０を研磨布１に対して十分に
押し付ける前にバックプレッシャが作用すると、ポリッ
シングヘッド４４からウエハ１０が飛出してウエハ１０
を破壊する危険がある。また、研磨加工中でのウエハ１
０の飛出しを防止するため、バックプレッシャの圧力の
範囲や、バックプレッシャを作用させることができるウ
エハ裏面の位置が制限される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の様な
従来の平面研磨装置の問題点に鑑みなされたもので、本
発明の目的は、平板状の被加工物の表面の研磨を行う平
面研磨装置及び方法において、ポリッシングヘッドから
ウエハが飛び出す危険を伴わずに、被加工物に対する加
圧力の平面分布をコントロールすることができる装置を
提供することにある。

【００１３】

【発明を解決するための手段】本発明の平面研磨装置
は、表面に研磨布が貼り付けられる回転定盤、及び吸着
面に複数の吸着孔が配列されたポリシングヘッドを備
え、平板状の被加工物を前記吸着面に真空吸着により保
持し、この被加工物の表面を前記研磨布に対して押付け
て被加工物の研磨を行う平面研磨装置において、前記ポ
リシングヘッドは、その吸着面の背後に複数の真空チャ
ンバが同心円状に形成され、前記吸着孔は、各真空チャ
ンバから前記吸着面までの間を貫通するように形成され
るとともに、各真空チャンバ内の真空度をそれぞれ個別
に調整する真空度調整手段を備えたことを特徴とする。

【００１４】本発明の平面研磨装置によれば、ポリシン
グヘッドの吸着面の背後に複数のリング状の真空チャン
バが同心円状に形成されているので、これらの各真空チ
ャンバの内部の真空度を、それぞれ個別に制御すること
によって、被加工物の裏面側に作用する吸引力の分布を
調整することができる。これによって、研磨加工中に被
加工物に作用する加圧力の分布を調整することができ、
従って、加工レートの面内分布の調整が可能になる。

【００１５】また、本発明の平面研磨装置によれば、バ
ックプレッシャ法と異なり、被加工物の裏面側に正圧を
作用させることがないので、被加工物が吸着面から脱落
する危険がない。また、研磨加工中に被加工物に作用す
る加圧力の調整可能な範囲、及び加圧力の分布パターン
について調整可能な範囲が広い。この結果、被加工物の
表面の加工精度を改善することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１及び図２に、本発明に基づく
ＣＭＰ装置において使用されるポリッシングヘッドの構
造を示す。なお、図１は、ポリッシングヘッドの中心軸
を含む断面図であり、図２は、図１のＢ−Ｂ断面図であ
る。ＣＭＰ装置の全体的な構成は、先に、図４で示した
ものと同様なので、その説明は省略する。

【００１７】ポリッシングヘッド４は主軸９の先端に接
続される。接続部には、傾動機構（図示せず）が組み込
まれてている。ポリッシングヘッド４は、ヘッド本体
５、チャックプレート６、ガイドリング７などから構成
される。チャックプレート６はヘッド本体５の下面に取
り付けられ、ガイドリング７はチャックプレート６の下
面の周縁部に沿って取り付けられる。

【００１８】主軸９の内部には、３系統の真空吸着用の
減圧排気経路２１、２２、２３が形成されている。各減
圧排気経路２１、２２、２３は、それぞれ個別の真空度
調整弁１６、１７、１８を介して、真空ポンプ１９に接
続されている。

【００１９】チャックプレート６の上面側には、その中
心部に円形の溝が形成され、その周囲に二つのリング状
の溝が同心円状に形成されている。これらの溝によっ
て、ヘッド本体５の下面との間に、円形の真空チャンバ
１１（中心部）、リング状の真空チャンバ１２（中間
部）、及びリング状の真空チャンバ１３（外周部）が同
心円状に形成されている。チャックプレート６の上面に
は、図２に示す様に、各真空チャンバ１１、１２、１３
の周囲をシールするために、それぞれ、Ｏリング３１、
Ｏリング３２及び３３、Ｏリング３４及び３５が配置さ
れ、各真空チャンバ１１、１２、１３の内部を、それぞ
れ互いに独立させている。

【００２０】真空チャンバ１１の内部は、前記排気経路
２１及び前記真空度調整弁１６を介して減圧排気され、
真空チャンバ１２の内部は、前記排気経路２２及び前記
真空度調整弁１７を介して減圧排気され、真空チャンバ
１３の内部は、前記排気経路２３及び前記真空度調整弁
１８を介して減圧排気される。

【００２１】チャックプレート６には、各真空チャンバ
１１、１２、１３からチャックプレート６の表面（吸着
面）まで貫通する様に、吸着孔２４、２５、２６が形成
されている。なお、中心部以外の吸着孔２５、２６は、
それぞれ、円周上に等間隔で複数箇所形成されている。

【００２２】バッキングパッド８は、チャックプレート
６の下側に取り付けられ、その周囲にガイドリング７が
取り付けられる。バッキングパッド８には、前記吸着孔
２４、２５、２６にそれぞれ対応する位置に、吸着孔２
７、２８、２９が形成されている。ウエハ１０は、バッ
キングパッド８を介してチャックプレート６の下面に吸
着されて保持され、ウエハ１０の周囲にはガイドリング
７が僅かな隙間をもって配置される。

【００２３】次に、本発明の平面研磨装置を使用してウ
エハの加工形状をコントロールする方法について、図３
を用いて説明する。なお、以下において、真空チャンバ
１１、１２、１３の内部の真空度を、それぞれ、Ｖ１
１、Ｖ１２、Ｖ１３とする。

【００２４】各真空チャンバ内の真空度を、Ｖ１１＜Ｖ
１２＜Ｖ１３の様に設定すると、ウエハは、１０ａに示
す様に下側が凸に変形し、ウエハと研磨布との間の面圧
がウエハの中心部において高くなり、中心部の加工レー
トが外周部と比べて大きくなる。

【００２５】一方、各真空チャンバ内の真空度を、Ｖ１
１＞Ｖ１２＞Ｖ１３の様に設定すると、ウエハは、１０
ｂに示す様に下側が凹に変形し、ウエハと研磨布との間
の面圧がウエハの外周部において高くなり、外周部の加
工レートが中心部と比べて大きくなる。

【００２６】また、各真空チャンバ内の真空度を、Ｖ１
１＝Ｖ１３＞Ｖ１２の様に設定すると、ウエハは、１０
ｃに示す様に変形し、ウエハと研磨布との間の面圧がウ
エハ外周部と中心部との中間で高くなり、ウエハ外周部
と中心部の中間における加工レートが大きくなる。

【００２７】また、各真空チャンバ内の真空度を、Ｖ１
１＝Ｖ１３＜Ｖ１２の様に設定すると、ウエハは、１０
ｄに示す様に変形し、ウエハと研磨布との間の面圧がウ
エハ外周部及び中心部で高くなり、ウエハ外周部及び中
心部の加工レートが大きくなる。

【００２８】以上の様に、本発明の平面研磨装置によれ
ば、真空チャンバの形状、数及び配置を適切に設計する
ことによって、ウエハと研磨布との間の面圧（加圧力）
の分布の均一性を改善することができる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の平面研磨装置及び平面研磨方法
によれば、研磨加工中に被加工物に作用する加圧力の分
布を、従来のバックプレッシャ法と比べてより広い条件
で調整することが可能であり、従って、被加工物の表面
の加工精度の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づくＣＭＰ装置において使用される
ポリッシングヘッドの構造を示す断面図。

【図２】図１のＢ−Ｂ部断面図。

【図３】本発明に基づくＣＭＰ装置を使用して、研磨布
に対するウエハの面圧をコントロールする方法を説明す
る図。

【図４】ＣＭＰ装置の概略構成を示す図。

【図５】従来のポリッシングヘッドの一例を示す断面
図。

【図６】図５のＡ−Ａ部断面図

【図７】従来のＣＭＰ装置を使用して、研磨布に対する
ウエハの面圧をコントロールする方法を説明する図。

【符号の説明】

１・・・研磨布、２・・・回転定盤、３・・・研磨剤供
給ノズル、４・・・ポリッシングヘッド、５・・・ヘッ
ド本体、６・・・チャックプレート、７・・・ガイドリ
ング、８・・・バッキングパッド、９・・・主軸、１０
・・・ウェハ、１１、１２、１３・・・真空チャンバ、
１６、１７、１８・・・真空度調整弁、１９・・・真空
ポンプ、２１、２２、２３・・・減圧排気経路、２４、
２５、２６、２７、２８、２９・・・吸着孔、３１、３
２、３３、３４、３５・・・Ｏリング、４１・・・真空
チャンバ、４４・・・ポリッシングヘッド、４５・・・
ヘッド本体、４６・・・吸着プレート、４７・・・ガイ
ドリング、４８・・・バッキングパッド、４９・・・主
軸、５１・・・減圧排気経路、５２、５３・・・吸着
孔、６１・・・ドレッサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に研磨布が貼り付けられる回転定
   盤、及び吸着面に複数の吸着孔が配列されたポリシング
   ヘッドを備え、平板状の被加工物を前記吸着面に真空吸
   着により保持し、この被加工物の表面を前記研磨布に対
   して押付けて被加工物の研磨を行う平面研磨装置におい
   て、 前記ポリシングヘッドは、その吸着面の背後に複数の真
   空チャンバが同心円状に形成され、 前記吸着孔は、各真空チャンバから前記吸着面までの間
   を貫通するように形成されるとともに、 各真空チャンバ内の真空度をそれぞれ個別に調整する真
   空度調整手段を備えたことを特徴とする平面研磨装置。
2. 【請求項２】 吸着面に複数の吸着孔が配列されたポリ
   シングヘッドを用いて、平板状の被加工物をこの吸着面
   に真空吸着により保持し、この被加工物の表面を回転定
   盤の表面に貼り付けられた研磨布に対して押付けて被加
   工物の研磨を行う平面研磨方法において、 前記ポリシングヘッドの吸着面の背後に、複数の真空チ
   ャンバを同心円状に形成するとともに、前記吸着孔をこ
   れらの各真空チャンバから前記吸着面までの間を貫通す
   るように形成し、 各真空チャンバ内の真空度をそれぞれ個別に調整するこ
   とによって、前記被加工物の加工形状を制御することを
   特徴とする平面研磨方法。