JPH11104957A - ウェーハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェーハのキャリアに塵を吸着することなくウ
ェーハをキャリアに吸着することができ、且つ、キャリ
アとウェーハとの間に安定した圧力の圧力エア層を形成
してウェーハを研磨する。 【解決手段】本発明は、ウェーハ３８を吸着する多孔質
板２８をヘッド本体２４に突没自在に設けている。多孔
質板２８は、スプリング３０によってヘッド本体２４か
ら突出する方向に付勢され、また、サクションポンプ４
８を駆動することにより吸引されてヘッド本体２４に没
入される。この没入時に、多孔質板２８で吸着したウェ
ーハ３８がヘッド本体２４に当接することにより、多孔
質板２８から離脱して研磨布１６上に載置される。そし
て、ヘッド本体２４の吹出口５２からエアを供給して圧
力エア層を形成し、圧力エア層を介して押圧力をウェー
ハ３８に伝達させてウェーハ３８を研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウェーハ研磨装置に
係り、特に化学的機械研磨法（ＣＭＰ：ChemicalMechan
ical Polishing ）によるウェーハ研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平8-339979号公報に開示されたウェ
ーハ研磨装置はウェーハ保持ヘッド、及び研磨布を備え
ている。前記ウェーハ保持ヘッドに設けられたキャリア
には、エア吹出口が形成され、このエア吹出口からキャ
リアとウェーハとの間に加圧エアを供給して圧力エア層
を形成し、この圧力エア層の圧力によってウェーハを研
磨布に押し付けて研磨している。

【０００３】また、最近では、前述した構成のキャリア
にウェーハの吸着部材を設けたウェーハ研磨装置が提案
されている。このウェーハ研磨装置によれば、前記吸着
部材でウェーハを吸着して研磨布に搬入することがで
き、研磨終了したウェーハを吸着部材で再度吸着して研
磨布から搬出することができるので、ウェーハの取り扱
いが容易になる。

【０００４】ところで、キャリアに吸着部材を設ける
と、ウェーハの吸着時にスラリーや研磨屑等の塵が吸着
部材に一緒に吸着されて吸着力が低下する場合があるの
で、塵の吸着を防止する構造が要求される。そこで、従
来では、キャリアの周囲に多数のエア吹出口を形成し、
これらのエア吹出口からエアを弱い圧力で吹き出して、
吸着部材の周囲にエアカーテンを形成することにより、
塵の吸着を防止することが提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記ウ
ェーハ研磨装置は、吸着部材とエア吹出口とがキャリア
の同一平面内に形成されているため、ウェーハの吸着が
難しいという欠点がある。このような不具合は、吸着部
材をエア吹出口から突出した位置に設け、エア吹出口と
の高さ位置をずらすことによって解消できる。しかし、
吸着部材を突出させると、キャリアとウェーハとの間に
段差が生じるので、安定した圧力の圧力エア層を形成す
ることが難しいという欠点がある。

【０００６】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、塵を吸着することなくウェーハをキャリアの
吸着部材に吸着することができ、且つ、キャリアとウェ
ーハとの間に安定した圧力の圧力エア層を形成すること
ができるウェーハ研磨装置を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決する為の手段】本発明は、前記目的を達成
するために、ウェーハを回転する研磨布に押し付けて、
ウェーハの表面を研磨するウェーハ研磨装置において、
ウェーハ保持ヘッドと、前記ウェーハ保持ヘッドに突没
自在に設けられると共に前記ウェーハの裏面を吸着する
吸着部材と、前記吸着部材を前記ウェーハ保持ヘッドか
ら突出する方向に付勢する付勢部材と、前記吸着部材を
介してウェーハを吸引し該ウェーハを吸着部材に吸着さ
せると共に、ウェーハを吸着した吸着部材を吸引して前
記ウェーハ保持ヘッドに没入させることにより、ウェー
ハを吸着部材から離脱させるエア吸引手段と、前記吸着
部材を前記研磨布に向けて押圧する押圧手段と、前記ウ
ェーハ保持ヘッドに形成されたエア吹出口から前記吸着
部材と前記ウェーハとの間にエアを供給して圧力エア層
を形成し、前記押圧手段からの押圧力を圧力エア層を介
してウェーハに伝達させるエア供給手段と、から成るこ
とを特徴としている。

【０００８】本発明によれば、ウェーハを吸着する時の
吸着部材の位置は、付勢部材の付勢力でウェーハ保持ヘ
ッドから突出した位置にあり、即ち、エア吹出口との高
さ位置がずれた位置にあるので、エア吹出口から塵侵入
防止用のエアを吹き出しながらでも、ウェーハを吸着部
材で容易に吸着することができる。したがって、本発明
は、塵を吸着することなくウェーハを吸着部材に吸着す
ることができる。

【０００９】そして、ウェーハを研磨布上に載置する場
合には、エア吸引手段でキャリアを吸引してウェーハ保
持ヘッドに没入させる。これにより、吸着部材に吸着さ
れているウェーハが、ウェーハ保持ヘッドに当接して吸
着部材から離脱するので、ウェーハを研磨布上に載置す
ることができる。そして、ウェーハを研磨する場合に
は、エア供給手段から吸着部材とウェーハとの間にエア
を供給して圧力エア層を形成し、押圧手段からの押圧力
を圧力エア層を介してウェーハに伝達させてウェーハを
研磨する。この時、吸着部材は、前記圧力エア層のエア
圧で前記没入した位置に保持されるため、吸着部材とウ
ェーハとの間に安定した圧力の圧力エア層を形成するこ
とができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係
るウェーハ研磨装置の好ましい実施の形態について詳説
する。図１は、本発明の実施の形態のウェーハ研磨装置
の全体構成図である。同図に示すウェーハ研磨装置１０
は、主として研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド１４と
から構成される。研磨定盤１２は円盤状に形成され、そ
の上面に研磨布１６が設けられている。また、研磨定盤
１２の下部には、スピンドル１８が連結され、このスピ
ンドル１８はモータ２０の図示しない出力軸に連結され
ている。したがって、モータ２０が駆動されると、前記
研磨定盤１２は矢印Ａ方向に回転される。また、回転中
の研磨布１６上には、図示しないノズルからスラリーが
供給される。

【００１１】前記ウェーハ保持ヘッド１４は、回転軸２
２を介して連結された図示しない昇降押圧装置（押圧手
段）によって上下移動自在に設けられている。この昇降
押圧装置によってウェーハ保持ヘッド１４は、研磨対象
のウェーハをウェーハ保持ヘッド１４にセットする際に
上昇移動され、また、ウェーハを研磨する際に下降移動
されて研磨布１６に所定の押圧力で押圧当接される。

【００１２】図２は前記ウェーハ保持ヘッド１４の縦断
面図で、ウェーハを保持する前の状態を示した図であ
る。同図に示すウェーハ保持ヘッド１４は、ヘッド本体
２４、キャリア２６、多孔質板（吸着部材）２８、及び
スプリング３０等から構成されている。前記ヘッド本体
２４は、カップ状に形成された第１ヘッド３１、第２ヘ
ッド３２、及び第２ヘッド３２の内部に固定された筒状
の第３ヘッド３４とから構成される。前記第１ヘッド３
１は、複数本のスプリング３３、３３…を介して第２ヘ
ッド３２が連結され、この第１ヘッド３１と第２ヘッド
３２とは、第１ヘッド３１の上面に連結された回転軸２
２からの回転力によって図２上矢印Ｂ方向に回転され
る。また、第２ヘッド３２の外周部には、研磨面調整リ
ング３６が一体に形成されている。この研磨面調整リン
グ３６は図３、図４に示すように、ウェーハ３８の研磨
時にウェーハ３８と共に研磨布１６に押し付けられて、
ウェーハ３８のエッジに研磨布１６からの応力が集中す
るのを防止している。また、研磨面調整リング３６の下
部内周部には、リテーナリング４０が取り付けられてい
る。このリテーナリング４０で研磨中のウェーハ３８が
包囲されることにより、ウェーハ保持ヘッド１４からの
ウェーハ３８の飛び出しが防止されている。

【００１３】前記第２ヘッド３２には、エア吸引路４２
が形成されている。このエア吸引路４２の吸引口４４
は、第２ヘッド３２の下面に形成されており、第２ヘッ
ド３２と第３ヘッド３４とキャリア２６とによって囲ま
れた空間部４６に連通されている。また、前記エア吸引
路４２は、図２中二点鎖線で示すようにウェーハ保持ヘ
ッド１４の外部に延設され、サクションポンプ（ＳＰ：
suction pump：エア吸引手段) ４８に接続されている。
したがって、サクションポンプ４８を駆動すると、ウェ
ーハ３８が多孔質板２８に吸引されて、多孔質板２８の
下面に吸着保持される。また、サクションポンプ４８を
継続して駆動すると、前記空間部４６がウェーハ３８に
密閉されているので、キャリア２６がヘッド本体２４に
対して上昇される（図３、図４参照）。多孔質板２８
は、内部に多数の通気路を有するものであり、例えば、
セラミック材料の焼結体よりなるものが用いられてい
る。

【００１４】前記第３ヘッド３４には図２に示すよう
に、複数のエア供給路５０（図２上では２本のみ図示）
が形成されている。これらのエア供給路５０は、多孔質
板２８を囲むように所定の間隔で形成され、また、これ
らのエア供給路５０の吹出口５２は、第３ヘッド３４の
下面に形成されている。前記エア供給路５０は、図２中
二点鎖線で示すように、第２ヘッド３２を介してウェー
ハ保持ヘッド１４の外部に延設され、エアポンプ（Ａ
Ｐ：air pump：エア供給手段）５４に接続される。した
がって、エアポンプ５４を駆動すると、ポンプ５４から
の加圧エアが図４に示すように、吹出口５２、５２…を
介して多孔質板２８、第３ヘッド３４とウェーハ３８と
の間の空間部５６に噴き出される。これにより、空間部
５６に圧力エア層が形成され、図４上矢印で示す方向の
押圧力がこの圧力エア層を介してウェーハ３８に伝達さ
れる。ウェーハ３８は、前記圧力エア層を介して伝達さ
れる前記押圧力によって研磨布１６に押し付けられて研
磨される。

【００１５】図２に示すように前記キャリア２６は、略
円柱状に形成されると共に、ヘッド本体２４の下部にヘ
ッド本体２４と同軸上に配置されている。また、キャリ
ア２６の下面には凹部２７が形成され、この凹部２７に
前記多孔質板２８が設けられている。多孔質板２８に
は、キャリア２６に形成されたエア通路５８が連通され
ており、このエア通路５８はキャリア２６を貫通して前
記空気室４６に連通されている。これにより、サクショ
ンポンプ４８を駆動すれば、図３に示すようにウェーハ
３８を多孔質板２８で吸着保持することができる。

【００１６】図２に示すように前記キャリア２６には、
その上部にフランジ６０が形成されている。このフラン
ジ６０が前記空気室４６を画成する第３ヘッド３４の内
周面３５に上下方向に摺動自在に支持されている。前記
フランジ６０の外周縁にはＯリング６２が装着され、こ
のＯリング６２によって空気室４６が密閉されている。
また、キャリア２６と第２ヘッド３２との間にはスプリ
ング３０、３０が設けられている。このスプリング３
０、３０の付勢力によってキャリア２６は、多孔質板２
８がヘッド本体２４の下部から突出するように付勢され
ている。前記スプリング３０、３０は、その位置がずれ
ないように、キャリア２６に形成された凹部２７、２７
に挿入されている。なお、前記スプリング３０は、Ｏリ
ング６２の摺動抵抗に抗して多孔質板２８をヘッド本体
２４の下部から突出させるだけの力があれば十分であ
り、即ち、キャリア２６を弱い力でも上方に移動させる
ことができるばね定数のものが適用されている。

【００１７】次に、前記の如く構成されたウェーハ研磨
装置１０の作用について説明する。まず、ウェーハ保持
ヘッド１４を上昇させた後、エアポンプ５４を駆動して
吹出口５２から弱い圧力のエアを吹き出すことにより、
塵侵入防止用のエアカーテンを多孔質板２８の回りに形
成する。続いて、サクションポンプ４８を駆動して研磨
対象のウェーハ３８を多孔質板２８に吸着保持させる。
ウェーハ３８の吸着時において、多孔質板２８は図２に
示したように、スプリング３０、３０の付勢力でヘッド
本体２４から突出した位置にある。即ち、多孔質板２８
は、吹出口５２との高さ位置が下方にずれた位置にある
ので、吹出口５２からエアを吹き出しながらでも、ウェ
ーハ３８を多孔質板２８で容易に吸着することができ
る。したがって、本実施の形態は、塵を吸着することな
くウェーハ３８を多孔質板２８に吸着することができ
る。

【００１８】次に、ウェーハ保持ヘッド１４を下降させ
て、ウェーハ保持ヘッド１４の研磨面調整リング３６が
研磨布１６に当接した位置で下降移動を停止する。そし
て、サクションポンプ４８による吸引力を上げると、図
３に示したように空気室４６がウェーハ３８によって密
閉されているので、キャリア２６が吸引されてヘッド本
体２４に没入していく。キャリア２６が没入していく
と、多孔質板２８に吸着されているウェーハ３８の裏面
が第３ヘッド３４の下面に当接し、そして、キャリア２
６の継続する没入動作によってウェーハ３８が第３ヘッ
ド３４に押されて多孔質板２８から離脱する。これによ
り、ウェーハ３８を図４に示したように研磨布１６上に
載置することができる。

【００１９】ウェーハ３８が研磨布１６上に載置される
と、サクションポンプ４８を停止する前にエアポンプ５
４を駆動して加圧エアを吹出口５２から空気室５６に供
給し、圧力エア層を空気室５６に形成して押圧力を圧力
エア層を介してウェーハ３８に伝達する。この時、多孔
質板２８は、前記圧力エア層のエア圧で前記没入した位
置に保持されるため、多孔質板２８とウェーハ３８との
間に安定した圧力の圧力エア層を形成することができ
る。なお、多孔質板２８を前記没入した位置に保持させ
るエア圧力は、多孔質板２８に直接かかるエア圧力、及
び第３ヘッド３４に形成されたエア通路３５、３５…と
空気室４６とを介してキャリア２６のフランジ６０にか
かるエア圧力の２つの圧力がある。

【００２０】この後、研磨定盤１２及びウェーハ保持ヘ
ッド１４を回転させてウェーハ３８の研磨を開始する。
そして、ウェーハ３８の研磨量が、予め設定された研磨
目標値に達した時にウェーハ研磨装置１０を停止する。
これにより、１枚のウェーハ３８の研磨が終了する。研
磨終了したウェーハ３８をウェーハ研磨装置１０から搬
出する際には、まず、空気室５６に形成されている圧力
エア層の圧力を徐々に弱めていく。これにより、キャリ
ア２６がスプリング３０の付勢力で下降しはじめ、そし
て、多孔質板２８がウェーハ３８の裏面に密着する。次
に、サクションポンプ４８を駆動してウェーハ３８を多
孔質板２８で吸着保持した後、ウェーハ保持ヘッド１４
を上昇させて、搬出部に向けて移動させる。これによ
り、研磨終了したウェーハ３８の搬出が終了する。継続
して２枚目以降のウェーハ３８を研磨する場合には、前
述した工程を繰り返す。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るウェー
ハ研磨装置によれば、ウェーハの吸着時に吸着部材は、
ウェーハ保持ヘッドから突出した位置に保持されるの
で、塵を吸着することなくウェーハを吸着部材に吸着す
ることができる。また、ウェーハの研磨時に吸着部材
は、ウェーハ保持ヘッドに没入した位置に保持されるの
で、吸着部材とウェーハとの間に安定した圧力の圧力エ
ア層を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係るウェーハ研磨装置の
全体構造図

【図２】図１のウェーハ研磨装置に適用されたウェーハ
保持ヘッドの縦断面図でウェーハを保持する前の状態を
示す図

【図３】ウェーハ保持ヘッドの縦断面図でウェーハを保
持した状態を示す図

【図４】ウェーハ保持ヘッドの縦断面図でウェーハ研磨
中の状態を示す図

【符号の説明】

１０…ウェーハ研磨装置 １２…研磨定盤 １４…ウェーハ保持ヘッド １６…研磨布 ２４…ヘッド本体 ２６…キャリア ２８…多孔質板 ３０…スプリング ４８…サクションポンプ ５４…エアポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェーハを回転する研磨布に押し付けて、
   ウェーハの表面を研磨するウェーハ研磨装置において、 ウェーハ保持ヘッドと、 前記ウェーハ保持ヘッドに突没自在に設けられると共に
   前記ウェーハの裏面を吸着する吸着部材と、 前記吸着部材を前記ウェーハ保持ヘッドから突出する方
   向に付勢する付勢部材と、 前記吸着部材を介してウェーハを吸引し該ウェーハを吸
   着部材に吸着させると共に、ウェーハを吸着した吸着部
   材を吸引して前記ウェーハ保持ヘッドに没入させること
   により、ウェーハを吸着部材から離脱させるエア吸引手
   段と、 前記吸着部材を前記研磨布に向けて押圧する押圧手段
   と、 前記ウェーハ保持ヘッドに形成されたエア吹出口から前
   記吸着部材と前記ウェーハとの間にエアを供給して圧力
   エア層を形成し、前記押圧手段からの押圧力を圧力エア
   層を介してウェーハに伝達させるエア供給手段と、 から成ることを特徴とするウェーハ研磨装置。