JP2002301656A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 オーバーハング発生時に研磨パッドの傾きを
小さくすることができる研磨装置を提供する。 【解決手段】 回転軸１の内部に設けられた空気供給口
１４より、空気が中空部１５に送り込まれ、その空気
が、通気口Ａ〜Ｆを通って、袋体１３_Ａ〜１３_Ｆに供給
される。そのため各袋体は膨張し、ベースプレート７を
下に押す。研磨中に研磨パッド１９をウェハ１２面に押
し付けたとき、各袋体が緩衝材となり、研磨パッド１９
がウェハ１２面に倣うのを助長する。オーバーハングが
起こった場合ベースプレート７は右側が下に下がり、左
側が上に上がろうとする。しかし、各袋体間の空気の流
通は、小さな通気口Ａ〜Ｆを通してしか行われないの
で、短期間では少ししか各袋体間で空気の移動が行われ
ない。各袋体は、当初の位置から僅かには変形するが、
その変形量はあまり大きくない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェハ等の被研磨
物の表面を平坦に研磨する研磨装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造に使用されるウェ
ハ等の表面を平坦に研磨する研磨装置としては、従来、
研磨ヘッドに取り付けられた研磨パッドを、研磨定盤に
とりつけられた被研磨物の表面に接触させ、研磨ヘッド
を回転させながら揺動させ、研磨パッドと被研磨物の相
対運動により研磨を行う方式のものが一般的に用いらて
いる。

【０００３】このような研磨ヘッドの１例の概要を図４
に示す。回転軸２１には上部プレート２２が固着され、
上部プレート２２には上部フランジ部２３がパッキン２
４を介してボルト止めされると共に、円筒体２５がボル
ト止めされている。そして、円筒体２５には、ベースプ
レート押え２６がボルト止めされていると共に、円筒体
２５とベースプレート押え２６の間には、ドーナツ状の
板バネ２７の円周端部が挟み込まれて固定されている。

【０００４】ベースプレート２８には、板バネ２９がビ
ス止めされる、この板バネ２９に支えられて研磨パッド
貼り付け板３０が取り付けられている。ベースプレート
２８と研磨パッド貼り付け板３０は、相対回転しないよ
うにダボにより止められている。

【０００５】ベースプレート２８には、下部フランジ３
１がボルト止めされると共に、ベースプレート２８と下
部フランジ３１の間には、板バネ２７の内周端部が挟み
込まれて固定されている。また、ベースプレート２８の
中央部に設けられた穴には、研磨パッド貼り付け板３０
の中心に嵌め込まれた栓３２が嵌まり込んでいる。この
構造により、ベースプレート２８は、ベースプレート押
え２６により半径方向の動きがある程度拘束されるもの
の、上下方向の動きは自由になっており、研磨パッド貼
り付け板３０に貼り付けられた研磨パッド３３が、研磨
定盤３４に取り付けられたウェハ３５に押し付けられた
とき、その面に倣って上下運動、傾斜運動が可能となっ
ている。

【０００６】上部プレート２２、上部フランジ２３、円
筒体２５、板バネ２７、下部フランジ３１で形成される
空間部３６には、回転軸２１の中空部に設けられた空気
供給口３７から空気が送り込まれ、その圧力により板バ
ネ２７が下方に変形するようになっている。そのため、
研磨中に研磨パッド３３をウェハ３５面に押し付けたと
き、板バネ２７が緩衝材となり、研磨パッド３３がウェ
ハ３５面に倣うのを助長することとなる。これにより、
加工組立に起因するわずかなパッド面とチャック面の間
の平行度誤差や、ウェハ表面のうねりなどを吸収するこ
とができる。

【０００７】研磨中には、研磨剤供給管３８から供給さ
れた研磨液が、ネジ継ぎ手３９を介して、下部フランジ
３１、ベースプレート２８、栓３２、研磨パッド取り付
け板３０に設けられた穴を通って研磨面に供給される。
研磨剤供給管３８は、ベースプレート２８の上下動に伴
う応力を吸収するために、螺旋状とされている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような研磨ヘッド
でウェハを研磨しようとするとき、図４に示すように、
ウェハ３５の端から研磨パッド３３がはみ出してしまう
場合がある。この状態をオーバーハングと称している
が、オーバーハングが原因で様々な問題が生じていた。
オーバーハングは、ウェハよりも小径のスモールパッド
でウェハをローカル研磨する場合に生じやすい。

【０００９】オーバーハングが生じると、研磨ヘッドが
上から押し付けられているため、図４に示すように研磨
パッドの傾きが生じてしまう。この現象は、前述のよう
に、パッド面に研磨パッドを倣わせるような構造が裏目
に出てしまい、このような構造を持つ研磨装置で特に発
生しやすい。研磨パッドの傾きが乗じると、所望の研磨
が行われないという問題が生じていた。

【００１０】このような研磨パッドの傾きを防ぐ方法と
して、図５に示すように、ガイド４０を設け、研磨パッ
ド３３や研磨パッド貼り付け板３０がウェハ３５から飛
び出しても研磨パッドが傾かないようにする方法が考え
られる。しかし、この方法では、研磨パッドの消耗を早
めたり、研磨パッドに傷を付けたりして必ずしも良い結
果が得られない。また、長期的に使用しているとガイド
部材の方も磨耗してくるため、そのたびごとにガイド部
材の高さ調整を行ったり交換を必要とする。また、パッ
ドを傾かないように固定してしまう方法も考えられる
が、この方法では、加工組立に起因するわずかなパッド
面と研磨定盤表面の間の平行度誤差や、ウェハ表面のう
ねりなどを吸収することが困難になるという問題が発生
する。

【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、被研磨物の表面に研磨パッドを倣わせるための
緩衝機構を有していながら、オーバーハング発生時に研
磨パッドの傾きを小さくすることができる研磨装置を提
供することを課題とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第１の手段は、研磨ヘッドに取り付けられた研磨パッ
ドと被研磨物を加圧接触させ、両者間の相対運動により
前記被研磨物を研磨する研磨装置であって、前記研磨ヘ
ッドにおける加工端部に、前記研磨パッドを被研磨物表
面に倣わせるための緩衝機構が設けられているものにお
いて、前記緩衝機構が、外乱に対して急激に変動しない
ようにされていることを特徴とする研磨装置（請求項
１）である。

【００１３】本手段においては、研磨パッドを被研磨物
表面に倣わせるための緩衝機構が、外乱に対して急激に
変動しないようにされているので、オーバーハング現象
が起こった場合でも、緩衝機構がそれに追随しないか、
したとしてもわずかな追随量となり、これにより、研磨
パッドが被研磨物表面に対して傾くことを防止できる。
研磨パッドは研磨ヘッドの回転と共に回転しているの
で、研磨パッドの特定の部分に着目すれば、オーバーハ
ングを起こしている時間は短い。よって、緩衝機構の応
答速度を遅いものとすることにより、本手段を実現する
ことができる。

【００１４】前記課題を解決するための第２の手段は、
前記第１の手段であって、前記緩衝機構がダンパーであ
ることを特徴とするもの（請求項２）である。

【００１５】前記緩衝機構がダンパーであるものにおい
ては、そのダンピングの応答速度を遅くすることによ
り、簡単に前記第１の手段を実現できる。ダンピングの
応答速度を遅くする方法としては、ショックアブソーバ
ー機構を使うような手段も考えられる。また、一般的に
は、運動方程式において、粘性抵抗にあたるファクタを
大きくすることにより実現できる。

【００１６】前記課題を解決するための第３の手段は、
前記第１の手段であって、前記緩衝機構が、前記研磨ヘ
ッドの中に設けられ、前記研磨パッドを貼り付ける研磨
パッド貼り付け板の上下方向の移動を可能にする、内部
に流体の入った中空部材であり、当該中空部材は、前記
研磨ヘッドの円周方向を区分する形で少なくとも３個以
上設けられ、内部に入れられた流体の出入りを制限する
ことにより、外乱に対して急激に変動しないようにされ
ていることを特徴とするもの（請求項３）である。

【００１７】本手段においては、研磨ヘッドの中に、内
部に流体の入った中空部材であって、それを介して研磨
パッドを貼り付ける研磨パッド貼り付け板の上下方向の
移動を可能にするものを設けて緩衝機構としている。そ
して、この中空部材を研磨ヘッドの円周方向を区分する
形で少なくとも３個以上設け、内部に入れられた流体の
出入りを制限するようにしている。

【００１８】研磨パッド貼り付け板は、この中空部材が
上下に変形することにより上下に移動するが、中空部材
の上下変形は、内部に入れられた流体の出入りにより規
制される。特に、流体が非圧縮性のものである場合は、
内部に入れられた流体の出入りにより完全に決定され
る。本手段においては、内部に入れられた流体の出入り
を規制しているので、これにより、急激な上下変形が規
制される。よって、研磨パッドの急激な上下変動は阻止
されるので、オーバーハング現象が起こっても、研磨パ
ッドが傾斜する量が少なくなる。

【００１９】この中空部材は、研磨ヘッドの円周方向を
区分する形で少なくとも３個以上設けられている。よっ
て、オーバーハング現象が起こっている部分とそうでな
い部分との内部に入れられた流体を完全に分離したり、
抵抗体を介して結合したりすることにより、研磨パッド
が傾斜する量を少なくすることができる。

【００２０】前記課題を解決するための第４の手段は、
前記第３の手段であって、前記中空部材は、前記研磨ヘ
ッドの半径方向を複数に区分する形で設けられているこ
とを特徴とするもの（請求項４）である。

【００２１】本手段においては、オーバーハング現象が
起こっている部分とそうでない部分との内部に入れられ
た流体を完全に分離したり、抵抗体を介して結合したり
することをさらにきめ細かく行うことができ、それによ
り、研磨パッドが傾斜する量を、さらに少なくすること
ができる。

【００２２】前記課題を解決する第５の手段は、前記第
３の手段又は第４の手段であって、前記流体が気体であ
り、当該気体は前記中空部材の中に密閉されていること
を特徴とするもの（請求項５）である。

【００２３】気体は圧縮性であるので、中空部材の中に
密閉するようにしても、緩衝機構としての作用を行わせ
ることができる。また、中空部材が区分されているの
で、オーバーハングしている部分の研磨パッドが上下に
動いても、それにより他の中空部材の中の気体は影響を
受けることが無く、その結果、研磨パッドが傾斜する量
を少なくすることができる。

【００２４】前記課題を解決するための第６の手段は、
前記第３の手段又は第４の手段であって、内部に入れら
れた流体の出入りを制限する機構が、電気的に制御され
ていることを特徴とするもの（請求項６）である。

【００２５】研磨ヘッドの回転角度と研磨定盤の揺動位
置、ウェハの寸法より、研磨パッドのどの部分がオーバ
ーハング状態となっているかを検出することができる。
本手段においては、内部に入れられた流体の出入りを制
限する機構が、電気的に制御されるようになっているの
で、オーバーハングを起こしている部分に対応する中空
部材のみについて、内部に入れられた流体の出入りの制
限を厳しくするか出入りが無いようにすることにより、
オーバーハングによる傾斜を防ぎながら、被研磨物に接
している部分の緩衝機能を維持することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例
を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態
の１例である研磨装置の研磨ヘッド部分を示す概要図で
ある。回転軸１には上部プレート２が固着され、上部プ
レート２には上部フランジ部３がパッキン４を介してボ
ルト止めされると共に、円筒体５がボルト止めされてい
る。円筒体５には、ベースプレート押え６がボルト止め
されている。

【００２７】ベースプレート７には、板バネ８がビス止
めされる、この板バネ８に支えられて研磨パッド貼り付
け板９が取り付けられている。ベースプレート７と研磨
パッド貼り付け板９は、相対回転しないようにダボによ
り止められている。ベースプレート７には、下部フラン
ジ１０がボルト止めされている。

【００２８】この構造により、ベースプレート７は、ベ
ースプレート押え６により半径方向の動きがある程度拘
束されるものの、上下方向の動きは自由になっており、
研磨パッド貼り付け板９に貼り付けられた研磨パッド１
９が、研磨定盤１１に取り付けられたウェハ１２に押し
付けられたとき、その面に倣って上下運動、傾斜運動が
可能となっている。

【００２９】上部プレート２、上部フランジ３、円筒体
５、ベースプレート７、下部フランジ１０で形成される
空間部には、袋体１３_Ａ〜１３_Ｆが設けられている。図
２は、図１のＡ−Ａ’面断面図であるが、この実施の形
態においては、これらの袋体は、図２に示されるよう
に、円筒体５の円周方向を８等分、半径方向を、中心部
を除いて３等分するように合計２４個が配置されてい
る。

【００３０】各々の袋体は、図１に示すように半径方向
に、通気口Ａ、Ｂ、Ｃにより、１３ _Ａ、１３_Ｂ、１３_Ｃ
の３つ、通気口Ｄ、Ｅ、Ｆにより１３_Ｄ、１３_Ｅ、１３
_Ｆの３つがそれぞれつながっている。図２を見ると分か
るように、どの円周方向においても、黒丸で示す通気口
により、半径方向に各々３つの袋体がつながっている。

【００３１】そして、図１において中空の回転軸１の内
部に設けられた空気供給口１４より、空気が中空部１５
に送り込まれ、その空気が、通気口Ａ〜Ｆを通って、袋
体１３_Ａ〜１３_Ｆに供給される。そのため各袋体は膨張
し、ベースプレート７を下に押す。研磨中に研磨パッド
１９をウェハ１２面に押し付けたとき、各袋体が緩衝材
となり、研磨パッド１９がウェハ１２面に倣うのを助長
することとなる。これにより、加工組立に起因するわず
かなパッド面と研磨定盤表面の間の平行度誤差や、ウェ
ハ表面のうねりなどを吸収することができる。

【００３２】研磨中には、研磨剤供給管１６から供給さ
れた研磨液が、ネジ継ぎ手１７を介して、下部フランジ
１０、ベースプレート７、栓１８、研磨パッド取り付け
板９に設けられた穴を通って研磨面に供給される。研磨
剤供給管１６は、ベースプレート７の上下動に伴う応力
を吸収するために、螺旋状とされている。

【００３３】このような構造の研磨ヘッドにおいて、オ
ーバーハングが起こった場合の様子を図３に示す。この
とき、ベースプレート７は右側が下に下がり、左側が上
に上がろうとする。そのため、袋体１３_Ｄ〜１３_Ｆは広
がり、袋体１３_Ａ〜１３_Ｃは縮まろうとする。しかし、
各袋体間の空気の流通は、小さな通気口Ａ〜Ｆを通して
しか行われないので、短期間では少ししか各袋体間で空
気の移動が行われない。 よって、図３に示すように、
各袋体は、当初の位置から実線で示すように僅かには変
形するが、その変形量はあまり大きくない。よって、特
に、圧縮を受ける側の袋体１３_Ａ〜１３_Ｃが、ベースプ
レート７が大きく傾くのを防止する。よって、ベースプ
レート７と研磨パッド貼り付け板９は僅かに傾斜する
が、図４に示す従来のものに比して傾斜量を少なくする
ことができる。よって、研磨パッド１９がウェハ１２に
接触しなくなるようなことは無くなる。

【００３４】以上の説明においては、袋体内に充填され
る流体として空気を用いたが、空気等の圧縮性流体の代
わりに油等の非圧縮性流体を使用すると、さらに効果を
高めることができる。また、圧縮性流体を使用する場合
は、通気口をなくし、圧縮性流体を袋体の中に完全に閉
じ込める構成にしてもよい。

【００３５】このように、用いる流体の種類、通気口の
大きさ、流体の粘度等を変えることにより、袋体の伸縮
の応答時間を変えることができ、これらを適当に選べ
ば、オーバーハング時の傾斜の問題を防止しながら、被
研磨物に接している部分の緩衝機能を維持することがで
きる。

【００３６】また、通気口Ａ〜Ｆを電気的に制御するよ
うにしてもよい。このようにすれば、課題を解決する手
段６の説明で述べたように、オーバーハングを起こして
いる部分に対応する中空部材のみについて、内部に入れ
られた流体の出入りの制限を厳しくするか出入りが無い
ようにすることにより、オーバーハングによる傾斜を防
ぎながら、被研磨物に接している部分の緩衝機能を維持
することができる。

【００３７】また、以上説明した袋体の代わりに、流体
シリンダーを上部プレート２とベースプレート７の間に
挟んで、流体圧力によりベースプレートを下側に押すよ
うにして緩衝機能を持たせ、オリフィス等により流体の
流れを規制することにより、ベースプレートの急激な変
動を防止するようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例である研磨装置の研
磨ヘッド部分を示す概要図である。

【図２】図１に示す研磨ヘッドのＡ−Ａ’断面図であ
る。

【図３】図１に示す研磨ヘッドのオーバーハング状態に
おける様子を示す図である。

【図４】従来の研磨ヘッドの１例の概要を示す図であ
る。

【図５】ガイドを設け、研磨パッドや研磨パッド貼り付
け板がウェハから飛び出してもヘッドが傾かないように
する方法を示す図である。

【符号の説明】

１…回転軸、２…上部プレート、３…上部フランジ部、
４…パッキン、５…円筒体、６…ベースプレート押え、
７…ベースプレート、８…板バネ、９…研磨パッド貼り
付け板、１０…下部フランジ、１１…研磨定盤、１２…
ウェハ、１３_Ａ〜１３_Ｆ…袋体、１４…空気供給口、１
５…中空部、１６…研磨剤供給管、１７…ネジ継ぎ手、
１８…栓、１９…研磨パッド、Ａ〜Ｆ…通気口

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨ヘッドに取り付けられた研磨パッド
   と被研磨物を加圧接触させ、両者間の相対運動により前
   記被研磨物を研磨する研磨装置であって、前記研磨ヘッ
   ドにおける加工端部に、前記研磨パッドを被研磨物表面
   に倣わせるための緩衝機構が設けられているものにおい
   て、前記緩衝機構が、外乱に対して急激に変動しないよ
   うにされていることを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨装置であって、前
   記緩衝機構がダンパーであることを特徴とする研磨装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の研磨装置であって、前
   記緩衝機構は、前記研磨ヘッドの中に設けられ、前記研
   磨パッドを貼り付ける研磨パッド貼り付け板の上下方向
   の移動を可能にする、内部に流体の入った中空部材であ
   り、当該中空部材は、前記研磨ヘッドの円周方向を区分
   する形で少なくとも３個以上設けられ、内部に入れられ
   た流体の出入りを制限することにより、外乱に対して急
   激に変動しないようにされていることを特徴とする研磨
   装置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の研磨装置であって、前
   記中空部材は、前記研磨ヘッドの半径方向を複数に区分
   する形で設けられていることを特徴とする研磨装置。
5. 【請求項５】 請求項３又は請求項４に記載の研磨装置
   であって、前記流体が気体であり、当該気体は前記中空
   部材の中に密閉されていることを特徴とする研磨装置。
6. 【請求項６】 請求項３又は請求項４に記載の研磨装置
   であって、内部に入れられた流体の出入りを制限する機
   構が、電気的に制御されていることを特徴とする研磨装
   置。