JP2002239894A - ポリッシング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨の不均一性を制御性良く容易に補正する
ことができ、しかも研磨面の狙った一部の領域の研磨量
を増減するように研磨できるようにする。 【解決手段】 上面に研磨具１２を設けたターンテーブ
ル１４とトップリング１０とを有し、ターンテーブル１
４とトップリング１０との間にポリッシング対象物Ｗを
介在させ所定の力で押圧しつつ研磨するポリッシング装
置において、トップリング１０は、ポリッシング対象物
Ｗを把持しターンテーブル１４に向けて押付ける把持板
４２と、該把持板４２の裏面側を覆う被覆板４４とを備
え、把持板４２は、同心円状に複数に分割されていると
ともに、この分割された各ピース部材４２ａ〜４２ｃ毎
に押付け力を調整可能に構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポリッシング装置に
係り、特に半導体ウエハなどのポリッシング対象物の表
面を平坦かつ鏡面に研磨するポリッシング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積が進むに
つれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くな
りつつある。特に、線幅が０．５μｍ以下の光リソグラ
フィの場合、許容される焦点間深度が浅くなるためステ
ッパの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウ
エハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦
化法の一手段としてポリッシング装置により研磨するこ
とが行われている。

【０００３】従来、この種のポリッシング装置は、上面
に研磨布を貼付して研磨面を構成するターンテーブル
と、被研磨面をターンテーブルに向けてポリッシング対
象物を保持するトップリングとを有し、これらをそれぞ
れ自転させながらトップリングによりポリッシング対象
物を一定の圧力でターンテーブルの研磨面に押付け、砥
液を供給しつつポリッシング対象物の被研磨面を平坦か
つ鏡面に研磨している。

【０００４】図３は、この種のポリッシング装置の一例
の主要部を示す図である。これは、上面に研磨布１００
を貼った回転するターンテーブル１０２と、回転および
押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ（基
板）Ｗを保持するトップリング（基板把持装置）１０４
と、研磨布１００に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル１
０６を備えている。トップリング１０４はトップリング
シャフト１０８に連結され、このトップリングシャフト
１０８は図示しないトップリングヘッドにエアシリンダ
を介して上下動可能に支持されている。

【０００５】トップリング１０４は、その下面にポリウ
レタン等の弾性マット１１０を備えており、この弾性マ
ット１１０を介して半導体ウエハＷを保持するようにな
っている。トップリング１０４の外周縁部には、円筒状
のガイドリング１１２が下端面をトップリング１０４の
保持面より突出させて取り付けられており、その内側に
ポリッシング対象物である半導体ウエハＷを保持する凹
所を形成して半導体ウエハＷが研磨中にトップリング１
０４から外れないようになっている。

【０００６】上述したポリッシング装置の性能として、
ポリッシング後のポリッシング対象物の高精度な平坦度
が要求される。そのために、ポリッシング時に半導体ウ
エハを保持する保持面、すなわちトップリングの下端
面、および半導体ウエハに接する研磨布の接触面、ひい
てはターンテーブルの研磨布の貼り付け面は高精度な平
坦度を有するものが望ましいと考えられ、用いられてき
た。

【０００７】一方、ポリッシング装置の研磨作用に及ぼ
す要因として、トップリングの保持面および研磨布の接
触面の形状だけでなく、研磨布と半導体ウエハの相対速
度、半導体ウエハの研磨面上の押圧力の分布、研磨布上
の砥液の量、研磨布の使用時間等が影響することが知ら
れている。よって、これらの要素を半導体ウエハの研磨
面全面で等しくすれば、高精度な平坦度が得られると考
えられる。

【０００８】しかし、上記の研磨作用に影響する要素の
うちで、研磨面全面で等しくすることが可能な要素と、
極めて困難な要素がある。たとえば、研磨布と半導体ウ
エハの相対速度は、ターンテーブルとトップリングの回
転を同一回転速度且つ同一方向にすることで均一にでき
るが、砥液の量は遠心力が働くため均一にすることは困
難である。

【０００９】よって、トップリングの下端面のターンテ
ーブル上の研磨布上面を平坦にすることを含めて研磨作
用に影響する要素を研磨面全面で等しくするという考え
方では、研磨後の研磨面の平坦度に限界があり、必要と
する平坦度が得られない場合がある。

【００１０】そこで、より高精度な平坦度を得るための
手法として、トップリングの保持面に、圧縮空気が噴出
可能な複数の開口を設け、この複数の開口を複数の領域
に分割して、各領域毎に個別に圧力を制御した圧縮空気
を供給するようにしたものが提案されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ト
ップリングの保持面に設けた開口を複数の領域に分割
し、各領域毎に圧縮空気の圧力を制御するようにした従
来例にあっては、各領域毎に圧縮空気によって作用する
押付け力がトップリングの保持面を形成する部材（部
位）を介して互いに干渉し合って、制御がかなり困難で
あるばかりでなく、エアー漏れを起こす恐れがあり、平
坦度を悪化させる要因となるといった問題があった。

【００１２】本発明は上述した問題点を解決すべくなさ
れたもので、研磨の不均一性を制御性良く容易に補正す
ることができ、しかも研磨面の狙った一部の領域の研磨
量を増減するように研磨できるようにしたポリッシング
装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、上面に研磨具を設けたターンテーブルとトップリン
グとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間
にポリッシング対象物を介在させ所定の力で押圧しつつ
研磨するポリッシング装置において、前記トップリング
は、ポリッシング対象物を把持し研磨時に該ポリッシン
グ対象物を前記ターンテーブルに向けて押付ける把持板
と、該把持板の裏面側を覆う被覆板とを備え、前記把持
板は、同心円状に複数に分割されているとともに、この
分割された各ピース部材毎に押付け力を調整可能に構成
されていることを特徴とするポリッシング装置である。

【００１４】これにより、把持板を各ピース部材毎に相
対的に移動できるようにし、この各ピース部材を介して
押付け力を直接ポリッシング対象物に作用させること
で、ポリッシング対象物に作用する押付け力を容易に制
御することができる。

【００１５】請求項２に記載の発明は、前記把持板と被
覆板との間に、個々に制御された加圧流体を介して前記
分割された各ピース部材を個別に押付ける複数のチャン
バが設けられていることを特徴とする請求項１記載のポ
リッシング装置である。これにより、各チャンバに供給
する加圧流体の圧力を制御することで、ポリッシング対
象物に作用する押付け力を各ピース部材毎に個別に調整
することができる。

【００１６】請求項３に記載の発明は、前記複数のチャ
ンバは、連続した弾性体で一体に形成されていることを
特徴とする請求項２記載のポリッシング装置である。こ
れにより、エアー漏れをより確実に防止することができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
及び図２を参照して説明する。図１は本発明の実施の形
態のポリッシング装置の全体構成を示す断面図であり、
図２はその要部構成を示す断面図である。

【００１８】図１及び図２に示すように、このポリッシ
ング装置は、ポリッシング対象物である半導体ウエハＷ
を保持するトップリング１０を備え、このトップリング
１０の下方に、上面に研磨布１２を貼ったターンテーブ
ル１４が設置されている。

【００１９】トップリング１０は、トップリングシャフ
ト１６の下端に連結され、このトップリングシャフト１
６は、トップリングヘッド１８に固定されたエアシリン
ダ２０に連結されている。これにより、エアシリンダ２
０の作動に伴ってトップリングシャフト１６が上下動し
て、トップリング１０の下端面に保持された半導体ウエ
ハＷをターンテーブル１４に押圧するようになってい
る。

【００２０】また、トップリングシャフト１６は、キー
（図示せず）を介して回転筒２２に固定されており、こ
の回転筒２２は、その外周部にタイミングプーリ２４を
有している。そして、このタイミングプーリ２４とトッ
プリングヘッド１８に固定されたモータ２６に設けたタ
イミングプーリ２８のとの間にタイミングベルト３０が
掛け渡されている。これにより、モータ２６を回転駆動
に伴って、タイミングプーリ２８、タイミングベルト３
０およびタイミングプーリ２４を介して回転筒２２及び
トップリングシャフト１６が一体となって回転し、トッ
プリング１０が回転するようになっている。トップリン
グヘッド１８は、フレーム（図示せず）に固定支持され
たトップリングヘッドシャフト３２によって支持されて
いる。

【００２１】ターンテーブル１４の上方には砥液供給ノ
ズル３４が設置されており、この砥液供給ノズル３４に
よってターンテーブル１４上の研磨布１２上に研磨砥液
Ｑが供給されるようになっている。

【００２２】トップリング１０は、図２に詳細に示すよ
うに、下面に設けた弾性マット４０を介して半導体ウエ
ハＷを吸着等により把持し研磨時に該半導体ウェハＷを
ターンテーブル１４に向けて押付ける略円板状の把持板
４２と、この把持板４２の裏面側を覆う略円板状の被覆
板４４と、把持板４２の周囲を囲繞するリング状の押圧
リング４６とを備えている。この押圧リング４６の周囲
には、中空円板状の底板４８が配置され、この底板４８
の周縁部上面に固着した円筒状のスペーサ５０の上端に
前記被覆板４４が固着され、これによって、把持板４２
と被覆板４４との間に背圧空間Ｓが形成されている。

【００２３】把持板４２は、この例では同心状に３個の
ピース部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃ、すなわち、中央に
位置する円板状の第１ピース部材４２ａと、この周囲の
リング状の第２ピース部材４２ｂと、更にこの周囲のリ
ング状の第３ピース部材４２ｃに３分割されている。、
これらの各ピース部材４２ａ〜４２ｃは、保持板５２の
下面に固着され、この保持板５２は、その周縁部におい
て、スペーサ５０と保持リング５４に狭持されて固定さ
れている。

【００２４】更に、前記背圧空間Ｓ内の各ピース部材４
２ａ，４２ｂ，４２ｃに対応する位置に、一枚の弾性体
５６を下方に膨出させてその上面を被覆板４４に固着す
ることで該弾性体５６と被覆板４４で区画した３個のチ
ャンバＣ_１，Ｃ_２，Ｃ_３が設けられている。つまり、中
央に位置する第１ピース部材４２ａと円形の第１チャン
バＣ_１が、その周囲に位置する第２ピース部材４２ｂと
環状の第２チャンバＣ _２ が、その周囲に位置する第３
ピース部材４２ｃと環状の第３チャンバＣ_３がそれぞれ
対応して、保持板５２を挟んで互いに当接するようにな
っている。また、スペーサ５０と押圧リング４６との間
には、膨出自在なリング状チューブ５８が介装されてい
る。

【００２５】なお、この例では、一枚の弾性体で複数の
チャンバを区画形成することで、エアー漏れを極力防止
するようにしているが、複数の弾性体で複数のチャンバ
に区画するようにしても良いことは勿論である。

【００２６】そして、第１チャンバＣ_１は、バルブＶ_１
とレギュレータＲ_１を介して圧縮空気源６０に接続さ
れ、第２チャンバＣ_２は、バルブＶ_２とレギュレータＲ
_２を介して圧縮空気源６０に接続され、第３チャンバＣ
_３は、バルブＶ_３とレギュレータＲ_３を介して圧縮空気
源６０に接続されている。これによって、各チャンバＣ
_１，Ｃ_２，Ｃ_３に供給する空気圧を制御してこれらの膨
張量を調整し、各ピース部材４２ａ，４２ｂ，４２ｃの
移動量を個別に調整することで、この各ピース部材４２
ａ，４２ｂ，４２ｃを介して半導体ウエハＷに作用する
押付け力を調整できるようになっている。

【００２７】また、チューブ５８もバルブＶ_４とレギュ
レータＲ_４を介して圧縮空気源６０に接続されている。
これによって、レギュレータＲ_４によりチューブ５８に
供給する空気圧を制御することで押圧リング３が研磨布
６を押圧する押圧力を調整できるようになっている。更
に、エアシリンダ２０もレギュレータＲ_５を介して圧縮
空気源６０に接続され、これによって、レギュレータＲ
_４によりエアシリンダ２０へ供給する空気圧を調整する
ことでトップリング１０が半導体ウエハＷを研磨布１２
に押圧する押圧力を調整できるようになっている。

【００２８】次に、上記構成のポリッシング装置を使用
して半導体ウエハＷを研磨する時の動作について説明す
る。先ず、トップリング１０の下面に半導体ウエハＷを
把持し、モータ２６を回転駆動させてトップリング１０
を回転させながら、エアシリンダ２０を作動させてトッ
プリング１０をターンテーブル１４に向かって押圧し、
回転しているターンテーブル１４の上面の研磨布１２に
半導体ウエハＷを押圧する。一方、砥液供給ノズル３４
から研磨砥液Ｑを流すことにより、研磨布１２に研磨砥
液Ｑを保持させ、半導体ウエハＷの研磨される面（下
面）と研磨布１２の間に研磨砥液Ｑが存在した状態でポ
リッシングが行う。

【００２９】そして、研磨中に圧縮空気源６０から第１
〜第３チャンバＣ_１〜Ｃ_３に供給する空気圧を適宜調整
することで、研磨量の補正を行う。例えば、第１チャン
バＣ_１のみに圧縮空気を供給し、第２，第３チャンバＣ
_２，Ｃ_３には圧縮空気を供給しないようにすると、第１
チャンバＣ_１は、圧縮空気によって膨張し第１ピース部
材４２ａを下方に押圧し、これが下方に移動すること
で、半導体ウェハＷの中央部側が外周部側より高い押付
け力で研磨布１２に押付けられる。そのため、半導体ウ
エハＷの外周部側が中央部側より研磨される傾向にある
ときは、上記のような圧縮空気の作用により、中央部側
の研磨不足を補正することができる。

【００３０】一方、半導体ウエハＷの中央部側が外周部
側より研磨される傾向にあるときは、逆に、第３チャン
バＣ_３のみに圧縮空気を供給し、第１，第２チャンバＣ
_１，Ｃ_２には圧縮空気を供給しないようにする。これに
よって、半導体ウエハＷの外周部側を第３ピース部材４
２ｃを介してより高い押付け力で研磨布１２に押付けて
外周部側の研磨不足を補正し、半導体ウエハＷの全面を
均一に研磨することができる。

【００３１】さらに、第１チャンバＣ_１、第２チャンバ
Ｃ_２及び第３チャンバＣ_３に供給する圧縮空気の圧力を
それぞれ変えて、第１チャンバＣ_１には圧力ｐ_１ 、第
２チャンバＣ_２には圧力ｐ_２、第３チャンバＣ_３には圧
力ｐ_３の圧縮空気を供給する。これによって、各チャン
バＣ_１〜Ｃ_３の膨張量を変化させ、各ピース部材４２ａ
〜４２ｃを介して押付け力に勾配を持たせることで、半
導体ウエハＷの局部的な研磨量の過不足を補正すること
ができる。

【００３２】また、エアシリンダ２０によるトップリン
グ１０の押圧力に応じてチューブ５８による押圧リング
４６の研磨布１２への押圧力を適宜調整して半導体ウエ
ハＷの研磨を行う。つまり、半導体ウエハＷの中心部か
ら周縁部、さらには半導体ウエハＷの外側にある押圧リ
ング４６の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一
になるように調整することで、半導体ウエハＷの周縁部
における研磨量の過不足を防止することができる。

【００３３】また、半導体ウエハＷの周縁部を内部側よ
り意図的に研磨量を多くし又は逆に少なくしたい場合に
は、押圧リング４６の押圧力をトップリング１０の押圧
力に基づいて最適な値に選択することにより、半導体ウ
エハＷの周縁部の研磨量を意図的に増減できる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポリッシングに際してポリッシング対象物の周縁部にお
ける押圧力分布が不均一になることを制御性良く容易に
補正して研磨圧力をポリッシング対象物の全面に亘って
均一にし、ポリッシング対象物の周縁部の研磨量が過不
足となることを防止することができる。従って、ポリッ
シング対象物の全面を平坦かつ鏡面に研磨することがで
きる。そして、半導体製造工程等に用いてより質の高い
ポリッシングを行うことができ、また半導体ウエハの周
縁部まで製品に供することができるため、半導体ウエハ
の歩留りの向上に寄与するものである。

【００３５】また本発明によれば、半導体ウエハ等のポ
リッシング対象物によってはポリッシング対象物の周縁
部を内部側より意図的に研磨量を多く又は逆に少なくし
たいという要請があるため、この要請にも制御性良く答
えることができる。さらに、ポリッシング対象物の周縁
部のみならず、研磨面の狙った一部の領域（例えば、中
央部、外周部等）の研磨量を制御性良く増減することが
できる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のポリッシング装置の全体
構成を示す断面図である。

【図２】図１の要部構成を示す断面図である。

【図３】ポリッシング装置の全体構成を示す一部切断の
正面図である。

【符号の説明】

１０ トップリング １２ 研磨布 １４ ターンテーブル １６ トップリングシャフト ２０ エアシリンダ ２６ モータ ３４ 砥液供給ノズル ４０ 弾性マット ４２ 把持板 ４２ａ〜４２ｃ ピース部材 ４４ 被覆板 ４６ 押圧リング ５０ スペーサ ５２ 保持板 ５６ 弾性体 ５８ チューブ ６０ 圧縮空気源 Ｃ_１〜Ｃ_３ チャンバ Ｒ_１〜Ｒ_５ レギュレータ Ｖ_１〜Ｖ_３ バルブ Ｗ 半導体ウエハ（ポリッシング対象物）

フロントページの続き (72)発明者 藤本 憲司 東京都千代田区大手町一丁目５番１号 大 手町ファーストスクエアウエスト20Ｆ 三 菱マテリアル株式会社内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA12 BA05 BC01 CA01 CB01 DA06 DA12 DA17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に研磨具を設けたターンテーブルと
   トップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリ
   ングとの間にポリッシング対象物を介在させ所定の力で
   押圧しつつ研磨するポリッシング装置において、 前記トップリングは、ポリッシング対象物を把持し研磨
   時に該ポリッシング対象物を前記ターンテーブルに向け
   て押付ける把持板と、該把持板の裏面側を覆う被覆板と
   を備え、 前記把持板は、同心円状に複数に分割されているととも
   に、この分割された各ピース部材毎に押付け力を調整可
   能に構成されていることを特徴とするポリッシング装
   置。
2. 【請求項２】 前記把持板と被覆板との間に、個々に制
   御された加圧流体を介して前記分割された各ピース部材
   を個別に押付ける複数のチャンバが設けられていること
   を特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
3. 【請求項３】 前記複数のチャンバは、連続した弾性体
   で一体に形成されていることを特徴とする請求項２記載
   のポリッシング装置。