(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハをパッドに摺接させて、相対運動させながら研磨を行うウェーハ研磨装置において、
前記ウェーハを前記パッドに押し付ける圧力を該ウェーハの裏面から可撓性シートを介して加え、
ウェーハ面内において、複数の独立した圧力室からなる圧力付与手段を有した研磨ヘッドを備えるとともに、
前記可撓性シートは、前記ウェーハ面内で、前記複数の独立した圧力室を覆い、前記ウェーハに滑らかな圧力分布を与える撓み剛性の大きいウェーハ内領域部と、
該ウェーハ内領域部の撓み剛性よりも弱い撓み剛性を持ち、かつ、前記ウェーハ内領域部の外周外側に設けられたウェーハ外側領域部、
の二つの領域を有してなることを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項２】
上記可撓性シートは、上記ウェーハ内領域部内から上記ウェーハ外側領域部内にわたって配設された第１可撓性シートと、上記ウェーハと略同径で該第１可撓性シートに重ねて配設された第２可撓性シートとからなることを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置。
【請求項３】
上記可撓性シートは、上記ウェーハと接する部位面に軟質材料を配設したことを特徴とする請求項１または２記載のウェーハ研磨装置。
【請求項４】
上記軟質材料は、保水性を有し、かつ、上記ウェーハと密着するように構成されたことを特徴とする請求項３記載のウェーハ研磨装置。
【請求項５】
上記可撓性シートは、外周部をリテーナ部分に挟着されていることを特徴とする請求項１，２，３または４記載のウェーハ研磨装置。
【請求項６】
上記圧力付与手段は、上記可撓性シートの裏面側に設けたバックプレートと、該バックプレートと前記可撓性シートとの間に連続的にエアを供給するエア供給手段を有し、該エア供給手段により該バックプレートと前記可撓性シートとの間に形成したエア層と前記可撓性シートを介して前記ウェーハに押圧力を伝達するように構成されたことを特徴とする請求項１，２，３，４または５記載のウェーハ研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウェーハ研磨装置に関するものであり、特に、化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）による半導体ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣの微細加工が進んでおり、多層にわたってＩＣパターンを形成することが行われている。このようなＩＣ構造では、パターンを形成した層の表面にはある程度の凹凸が生じるのが避けられない。従来は、層の表面にある程度の凹凸が生じていても、そのまま次の層のパターンを形成していた。しかし、層数が増加し、また線やホールの幅が小さくなると、良好なパターン形成が困難になるという欠陥等がある。
【０００３】
そこで、パターンを形成した層の表面を研磨し、該表面を平坦にした後、次の層のパターンを形成することが行われている。このようなＩＣパターンを形成する途中でウェーハを研磨するには、ＣＭＰ法によるウェーハ研磨装置（ＣＭＰ装置）が使用される。
【０００４】
また、このようなウェーハ研磨装置として、表面に研磨布が貼付された円盤状の研磨定盤と、研磨すべきウェーハの一面を保持して研磨布に該ウェーハの他面を当接させる複数のウェーハ研磨ヘッドと、これらウェーハ研磨ヘッドを研磨定盤に対し相対回転させるヘッド駆動機構とを具備し、研磨布とウェーハとの間に研磨材であるスラリーを供給することによりウェーハの研磨を行うものが、一般に広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、近年では、個々のウェーハの初期膜厚が必ずしも均一ではなく、一定の分布を持ったウェーハを補正して研磨することも要求される。この場合、補正するために圧力分布をウェーハ面内に対して変化させた状態を形成することが要求される。
【０００６】
さらに、消耗品などのばらつきにより、研磨が不均一になることもある。たとえば、スラリーの供給のばらつきやパッド表面のばらつきなど、例え研磨圧力を均一にしたとしても、諸々の不均一な要素により、結果として研磨形状がある分布を持った形になることがある。こうした場合、その不均一な要素を均一にすることが求められるところであるが、一方で、そうした材料のばらつきの不均一性は容認して、圧力分布を変化させることで研磨形状を補正するといった要求もある。
【０００７】
こうした問題に対して、例えば、特許文献１による従来の方法では、ウェーハを押圧するトップリングの表面に複数のエア室を形成し、それぞれのエア室内に入れるエア圧を変化させることで、ウェーハ裏面を押圧する領域ごとに圧力を変化させ、研磨形状を制御することなどが示されている。
【特許文献１】特開２００１−１７９６０５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１で知られるように、軟質な部材を使用してウェーハ全面を押圧するようにした構造では、圧力分布が異なる複数の圧力室の間に急激な変化が発生し、その各圧力室の圧力がほぼそのままの状態でウェーハ側に伝えられると、該ウェーハに段階状の研磨形状が作られ、問題となっている。それは、局所的な圧力をウェーハ面内に適度に分配するようになっていないからである。したがって、滑らかな研磨形状を得るためには、ウェーハ圧力を適度に分配するように、ある程度、ウェーハを押圧する部分の勾配を緩和させる必要がある。
【０００９】
一方、ウェーハ裏面全域を押圧するために、ウェーハをパッドに押し付ける圧力を該ウェーハの裏面から加える可撓性シート(メンブレンシートとも呼ぶ)に硬質な材料を使用した場合、ウェーハ裏面の中央部付近は、複数の圧力室で形成された段階的な圧力分布を、硬質な材料による撓み抵抗の効果によって、比較的滑らかな研磨形状になることが多い。しかし、その反作用として、可撓性シートを硬質材料で一体品として製作し、それを使用した場合、ウェーハのエッジ部分において急峻に圧力が変化する。ウェーハのエッジ部分に過剰な圧力がかかる場合とエッジ部分にはほとんど圧力がかからない場合が生じる。こうした場合、ウェーハエッジ部分の微妙なエッジ形状を調整することができず、ウェーハ外周に渉って均一な研磨形状を安定して形成することが困難であった。
【００１０】
また、硬質な材料で可撓性シートを形成し、かつ、該可撓性シートが外周部でリテーナリング等に固定される場合は、該外周部でほとんど可撓性シートが変形せず、ほとんどその位置を保つためにウェーハのエッジ部分は押圧されない。しかし、ウェーハの中央部は可撓性シートが固定された外周部から距離が遠いため、撓み変形による垂直方向の変位マージンを大きくとることができる。
【００１１】
これは、以下の式(１)からも分かる。式(１)は、半径ａの円状硬質シート内に一様な分布荷重ｐがかかっていると想定した場合で、硬質シートポアソン比をν、板の撓み剛性をＤとすると、その中心部分で撓む撓み量δは、以下で表される。
【００１２】
【数１】
0005408883.tif 000002
【００１３】
上式(１)から解るように、中心部の撓み量δは、その半径ａの４乗に比例する。
これは、ウェーハの外周部を固定して中心部を見た場合、該中心部分に近づけば近づくほど変位可能な量は大きくなり、また一定の変位量であれば、その変位に要する分布荷重自体も非常に小さい荷重で済むことを示している。
【００１４】
すなわち、ウェーハの外周部を固定した場合、ウェーハの外周部を所定量変位させるには、変位するマージンもあり、非常に大きな圧力が必要となるが、ウェーハ中心部は比較的少ない圧力で十分変位させることが可能となる。こうした結果は、ウェーハの中心部では可撓性シートを変形させるための応力はほとんど必要とならないことから、可撓性シート上でウェーハと反対側の圧力を、可撓性シートを介してウェーハに忠実に伝達することが可能となる。しかし、ウェーハの周辺部においては、可撓性シートを変形させるための応力自体が非常に大きくなることから、可撓性シート上でウェーハと反対側に位置する圧力を、可撓性シートを介してウェーハに忠実に伝達することは不可能となる。
【００１５】
こうした問題に対して、ウェーハに可撓性シート自体が硬質な材料で製作されたシートで形成され、また外周部で固定される場合、可撓性シート自体の撓み剛性の影響で、ウェーハエッジ部付近が非常に敏感に影響し、ウェーハヘ均等に圧力を与えることすら難しくなる。
【００１６】
また、硬質な可撓性シートでウェーハを押圧するシートを形成した場合、ウェーハを次工程へ搬送するときに問題を生じる。すなわち、ウェーハ研磨装置は、ウェーハを次工程に搬送する場合、硬質な可撓性シートに設けられた孔を通じて、ウェーハを減圧吸着して保持する。このウェーハを減圧吸着して保持する場合、ウェーハと可撓性シートが互いに密着してなければ効率的に減圧してウェーハを吸着することはできない。特に可撓性シー
トが硬質の場合、白身がウェーハに対して密着してシールする効果が非常に小さくなる。こうしたことから、ウェーハ面内においては、可撓性シートは、ウェーハ裏面側の圧力分布を緩和してウェーハ面内を連続的に単調な形状に補正しつつも、ウェーハに対しては密着させて該ウェーハに対して十分なシールをした上で減圧吸着するような表面を持つものでなければならない。また、硬質なシートで形成した場合、研磨中ウェーハ裏面と擦れることで、ウェーハ裏面を傷つける恐れがある。そうした意味においても、ウェーハ裏面に対して密着してグリップするような表面を持つことが要求される。
【００１７】
さらに、ウェーハを均一に押圧するのに、可撓性シートの内側のエア圧を封止し、エアバッグでウェーハを押圧する場合では、研磨中、研磨のせん断応力でウェーハの姿勢自体が変化すると、その変化した姿勢を元に戻すような応力は作用しない。これはパスカルの原理によって、封止されたエアは、その封止された状態に関わらず、絶えず内側を均等に押圧するからであり、結果としてウェーハの姿勢が傾いたら傾いた状態で安定化する。
【００１８】
そこで、本発明はウェーハの不連続な研磨形状の発生を防ぐとともに、ウェーハエッジに至るまで滑らかな研磨形状になるようにするために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェーハをパッドに摺接させて、相対運動させながら研磨を行うウェーハ研磨装置において、
前記ウェーハを前記パッドに押し付ける圧力を該ウェーハの裏面から可撓性シートを介して加え、
ウェーハ面内において、複数の独立した圧力室からなる圧力付与手段を有した研磨ヘッドを備えるとともに、
前記可撓性シートは、前記ウェーハ面内で、前記複数の独立した圧力室を覆い、前記ウェーハに滑らかな圧力分布を与える撓み剛性の大きいウェーハ内領域部と、
該ウェーハ内領域部の撓み剛性よりも弱い撓み剛性を持ち、かつ、前記ウェーハ内領域部の外周外側に設けられたウェーハ外側領域部、
の二つの領域を有してなるウェーハ研磨装置を提供する。
【００２０】
この構成によれば、ウェーハ面内において、複数の独立した圧力室からなる圧力付与手段を有した研磨ヘッドを備えるとともに、前記可撓性シートは、前記ウェーハ面内で、前記複数の独立した圧力室を覆い、前記ウェーハに滑らかな圧力分布を与える撓み剛性の大きいウェーハ内領域部と、該ウェーハ内領域部の撓み剛性よりも弱い撓み剛性を持ち、かつ、前記ウェーハ内領域部の外周外側に設けられたウェーハ外側領域部とで構成している。
【００２１】
そのため、複数の領域において形成された段階的な圧力分布を、ウェーハ内領域部の大きい撓み剛性によって、緩和することができる。すなわち、段階的な圧力分布を滑らかな圧力分布形状にすることができるため、効果的にウェーハ内周部の圧力分布を補正することが可能となる。
【００２２】
その一方で、ウェーハの外側の領域部を内側の撓み剛性の大きい部分よりも弱く形成し、ウェーハ面に倣って変位可能とすることによって、リテーナ部分とウェーハ部分の間の領域における圧力勾配を緩やかにすることができ、ウェーハエッジの形状をウェーハ中央部から連続させて均一な形状とすることができる。
【００２３】
仮に、ウェーハ内周部に配設する硬質なプレートをウェーハ外周部まで延長した場合、先の問題点でも述べたように、そのプレートがリテーナに支持されると、ウェーハ外周部に全く圧力がかからなくなってしまう場合もある。ウェーハ外周部の可撓性シートを弾性材料もしくは薄手の可撓性をもつ材料とすることにより、ウェーハ中央部からエッジに至るまで滑らかな圧力分布を形成し、研磨形状もウェーハ中央部から連続的に均一な形状とすることができる。
【００２４】
また、可撓性シートの全てに撓み剛性の強いものを使用するのではなく、ウェーハ外側
領域部にウェーハ内領域部内よりも弱い撓み剛性を持つものを使用することにより、ウェーハ内領域部全体が変位するマージンをウェーハ全域において得ることができる。
【００２５】
請求項２記載の発明は、上記可撓性シートは、上記ウェーハ内領域部内から上記ウェーハ外側領域部内にわたって配設された第１可撓性シートと、上記ウェーハと略同径で該第１可撓性シートに重ねて配設された第２可撓性シートとからなるウェーハ研磨装置を提供する。
【００２６】
この構成によれば、ウェーハ内領域部とウェーハ外側領域部で異なる撓み剛性を有する別々の素材を、その末端でつなぎ合わせると言うような面倒な作業を行わずに、２つのシート部材を重ね合わせるだけで、ウェーハ内領域部とウェーハ外側領域部で異なる撓み剛性を持つ可撓性シートが得られる。
【００２７】
請求項３記載の発明は、上記可撓性シートは、上記ウェーハと接する部位に軟質材料を配設したウェーハ研磨装置を提供する。
【００２８】
この構成によれば、研磨中、ウェーハが水平移動することで、ウェーハの裏面が可撓性シートに当たっても、該ウェーハは硬い可撓性シートには直接当たらず、ウェーハ裏面を傷付ける虞のない軟質の材料に当たる。また、研磨後、もしくは研磨前にウェーハを搬送する際に、ウェーハを密着してシールし、減圧吸着するのであるが、軟質部材はウェーハと接する可撓性シート上に設けられるので、該軟質材料によりウェーハと可撓性シートとの間の密着性が得られる。
【００２９】
請求項４記載の発明は、上記軟質材料は、保水性を有し、かつ、上記ウェーハと密着するように構成されたウェーハ研磨装置を提供する。
【００３０】
この構成によれば、軟質材料の保水で、ウェーハと可撓性シートの間が良好に密着する。
【００３１】
請求項５記載の発明は、上記可撓性シートは、外周部をリテーナ部分に挟着されているエハ研磨装置を提供する。
【００３２】
この構成によれば、可撓性シートをリテーナに取り付け、そのリテーナで挟着されることにより、可撓性シートを適当な張力で保持できるほか、ほとんど水平状態で可撓性シートを保持できる。そのため、可撓性シートを折り曲げることによる余分な応力がウェーハエッジ部にかからず、ウェーハエッジにも可撓性シートをウェーハに倣わせながら、ウェーハエッジに至るまで、ほぼ連続かつ均一な圧力を加えることができる。
【００３３】
請求項６記載の発明は、上記圧力付与手段は、上記可撓性シートの裏面側に設けたバックプレートと、該バックプレートと前記可撓性シートとの間に連続的にエアを供給するエア供給手段を有し、該エア供給手段により該バックプレートと前記可撓性シートとの間に形成したエア層と前記可撓性シートを介して前記ウェーハに押圧力を伝達するように構成されたウェーハ研磨装置を提供する。
【００３４】
この構成によれば、ウェーハを押圧するバックプレートと可撓性シートの間に連続的にエアを供給してエア層を形成することにより、ウェーハ面内への圧力分布がさらに緩和する。
【００３５】
また、リテーナに可撓性シートの外周部を挟着させた場合では、ウェーハを押圧するバックプレートとリテーナの隙間から供給したエアを逃がすことができ、清浄なエアが絶え
ずバックプレートから供給され、かつ、バックプレートと可撓性シートとの間に常にエア層が一様に形成される。
【００３６】
さらに、エアーを密封した状態では、ウェーハの押圧時に、ウェーハの姿勢が傾いた場合においても、パスカルの原理によって、ウェーハの姿勢に関係なく絶えず均一な圧力が付与されるため、ウェーハの姿勢は傾いたままとなる。しかし、エアー層を形成し、バックプレートと可撓性シートを接触させない状態で保つことで、例えば、ウェーハが傾いた姿勢になった場合、バックプレートと可撓性シートがある部分で近接すると、その近接状態を回避するように、局部的に過大な応力が発生し、その姿勢を元に戻すような応力が自動的に作用する。その結果、ウェーハ面内で絶えず対称的な圧力が付与され、結果としてウェーハ面内全体でいつも均一な圧力分布の下、均一な研磨形状が得られる。
【発明の効果】
【００４２】
請求項１記載の発明は、ウェーハに連続的な圧力分布が伝達されてウェーハ面内で連続的な研磨形状を得ることが可能となり、ウェーハの不連続な研磨形状の発生を防ぎ、滑らかな研磨形状が得られる。
【００４３】
また、上記ウェーハ面内において、複数の独立した圧力室からなる圧力付与手段を有した研磨ヘッドを備え、前記可撓性シートは、前記ウェーハ面内で、前記複数の独立した圧力室を覆い、前記ウェーハに滑らかな圧力分布を与える撓み剛性の大きいウェーハ内領域部と、該ウェーハ内領域部の撓み剛性よりも弱い撓み剛性を持ち、かつ、前記ウェーハ内領域部の外周外側に設けられたウェーハ外側領域部とで構成したので、複数の圧力室の内部圧力を個々的に調整することができる。そして、ウェーハ中央部付近における圧力伝達状態とウェーハ外周部付近における圧力伝達状態の差を緩和した状態でウェーハに伝達することができるので、ウェーハ面内では連続的な滑らかな研磨形態が得られるとともに、ウェーハ外周部のエッジ部においても滑らかで均一な研磨形状が得られる。
【００４４】
なお、従来は、硬質の可撓性シートの場合、該可撓性シートが外周部で固定された場合に、外周部付近の撓み変位のマージンの制約から、ウェーハと反対側に形成された圧力分布の状態を、ウェーハに忠実に伝達されないことがあったが、本発明のようにウェーハ外側領域部をウェーハ内領域部よりも撓み剛性の弱い材料の可撓性シートで形成しておくと、ウェーハ全面に渉って可撓性シートの変位マージンを取ることが可能となり、ウェーハ面内に圧力を忠実に伝達することができる。
【００４５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、２つのシート部材を重ねて貼り合わせるだけで、ウェーハ内領域部とウェーハ外側領域部にそれぞれ異なる撓み剛性を持たせた可撓性シートを形成することができ、可撓性シートを効率的に製作することができる。
【００４６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明の効果に加えて、ウェーハの研磨中に、ウェーハ裏面が可撓性シートと当たって擦れても、ウェーハ裏面を傷つけることがなくなる。また、ウェーハと密着する側に設けた可撓性シート上の軟質材料が、ウェーハと可撓性シートとの間の密着性を向上させるので、ウェーハ搬送時に、研磨パッドがウェーハを確実に吸着保持して、搬送ミスがなくなる等の効果が得られる。
【００４７】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明の効果に加えて、さらに軟質材料を介してウェーハを密着保持することができるので、ウェーハの焼損を防止することができるとともに、ウェーハ裏面に対するクロスコンタミネーションを回避することが可能となる。また、水の表面張力によって、ウェーハと軟質材料との密着性が向上し、ウェーハを減圧吸着して搬送する際の搬送ミスをさらに無くすことができる等の効果が得られる。
【００４８】
請求項５記載の発明は、請求項１，２，３または４記載の発明の効果に加えて、可撓性シートの外周部をリテーナに挟持させて取り付けることにより、可撓性シートを適当な張力で保持できる。また、可撓性シートを極度に折り曲げることなく、ほとんど水平状態で保持することが可能となり、可撓性シート本来の撓み剛性に影響する形式で圧力分布の伝達が効率的に行われる等の効果が得られる。
【００４９】
なお、例えば、ウェーハを押圧するバックプレートと、それとは別にウェーハの外周部を覆うリテーナが存在し、かつ、ウェーハを押圧する可撓性シートに２種類の撓み剛性を持たせた場合において、可撓性シートをバックプレートに取り付ける場合は場所的な制約があり、可撓性シートを極度に折り曲げて取り付ける必要があった。また、可撓性シートを折り曲げて取り付けない場合には、該可撓性シートを取り付けるための別のリングが必要となり、それを固定する機構等もあって、構造が複雑化する。さらに、可撓性シートを極度に折り曲げ、該可撓性シートをウェーハに押圧するバックプレートに取り付ける場合、ウェーハ内領域部とウェーハ外側領域部の撓み剛性の差を問題視する以前に、該可撓性シートを極度に折り曲げることによって生じる撓みが影響し、ウェーハのエッジ部分に極度な圧力を与えること等の問題がある。
【００５０】
しかし、本発明では可撓性シートをリテーナに取り付け、そのリテーナで挟着することにより、可撓性シートを適当な張力で保持できるほか、可撓性シートを極度に折り曲げることなく、ほとんど水平状態で可撓性シートを保持することが可能となり、可撓性シート本来の撓み剛性に影響する形式で圧力分布の伝達が効率的に行われる。これにより、ウェーハ面内における研磨形状の連続性と、ウェーハのエッジ部における均一な研磨形状を両立させることが可能となる。
【００５１】
請求項６記載の発明は、請求項１，２，３，４または５記載の発明の効果に加えて、ウェーハを押圧するバックプレートと可撓性シートの間に連続的にエアを供給してエア層を形成することにより、ウェーハ面内への圧力分布をさらに緩和させることが可能となる。
【００５２】
また、リテーナに可撓性シートの外周部を挟着させた場合では、ウェーハを押圧するバックプレートとリテーナの隙間から供給したエアを逃がすことができ、清浄なエアが絶えずバックプレートから供給され、かつ、バックプレートと該可撓性シートとの間に常にエア層が一様に形成されるので、該エア層の形成により、例えばウェーハが研磨のせん断応力によって傾いた場合においても、エアベアリングの原理により元の姿勢に戻すことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
ウェーハの不連続な研磨形状の発生を防ぎ、滑らかな研磨形状になるようにするという目的を達成するために、ウェーハをパッドに摺接させて、相対運動させながら研磨を行うウェーハ研磨装置において、前記ウェーハを前記パッドに押し付ける圧力を該ウェーハの裏面から可撓性シートを介して加える圧力付与手段を有した研磨ヘッドを備えるとともに、前記可撓性シートは、前記ウェーハの裏面内で前記ウェーハに圧力を与えるウェーハ内領域部と、該ウェーハ内領域部の撓み剛性よりも弱い撓み剛性を持ち、かつ、前記ウェーハ内領域部の外周外側に設けられたウェーハ外側領域部とを有してなるように構成して実現した。
【実施例】
【００５６】
以下、本発明のウェーハ研磨装置について、好適な実施例をあげて説明する。
【００５７】
図１は、本発明を適用したウェーハ研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示すようにウェーハ研磨装置１０は、主として研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド１４とで構成されている。
【００５８】
前記研磨定盤１２は円盤状に形成され、その下面中央には回転軸１６が連結されている。研磨定盤１２は、この回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動することにより回転する。また、この研磨定盤１２の上面には研磨パッド２０が貼り付けられており、この研磨パッド２０上に図示しないノズルからメカノケミカル研磨剤（スラリー）が供給される。
【００５９】
前記ウェーハ保持ヘッド１４は、図２に示すように、主としてヘッド本体２２、バックプレート（キャリア）２４、バックプレート押圧手段２６、リテーナリング２８、 リテーナリング押圧手段３０等で構成されている。
【００６０】
前記ヘッド本体２２は円盤状に形成され、その上面中央には回転軸３２が連結されている。該ヘッド本体２２は、この回転軸３２に連結された図示しないモータに駆動されて回転する。
【００６１】
前記バックプレート２４は、ウェーハＷの外径よりも大きな外径を有する円盤状に形成され、ヘッド本体２２の下部中央に配置されている。該バックプレート２４の上面中央部には円筒状の凹部３４が形成されている。該凹部３４にはヘッド本体２２の軸部３６がピン３８を介して嵌着されている。該バックプレート２４は、該ピン３８を介してヘッド本体２２から回転が伝達される。
【００６２】
前記バックプレート２４の上面周縁部には、バックプレート押圧部材４０が設けられている。該バックプレート２４は、該バックプレート押圧部材４０を介してバックプレート押圧手段２６から押圧力が伝達される。
【００６３】
また、バックプレート２４の下面には、各々環状をした３つのエア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃが同心状に形成されて設けられている。図３に示すように、この各エア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、複数のエア吸引・吹出口(図示略)を設けた隔膜４３ａ，４３ｂ，４３ｃを前面に配設して、該隔膜４３ａ，４３ｂ，４３ｃで互いのエア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃ同士を隔離し、それぞれ独立している圧力室が形成された構造になっている。さらに、バックプレート２４の下面には、該バックプレート２４の下面を覆って、その外周端部を該バックプレート２４の下端外周面に密着固定してなる可撓性シート５０が配設されている。
【００６４】
なお、各エア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃにはそれぞれバックプレート２４の内部に形成されたエア流路４４ａ，４４ｂ，４４ｃが連通されている。これらエア流路４４ａ，４４ｂ，４４ｃには、図示しないエア配管を介して吸気ポンプと排気ポンプを有するエア供給手段４６が接続される。エア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃからのエアの吸引と吹出は、エア供給手段４６の操作による吸気ポンプと排気ポンプの動作で行われ、またエア流路４４ａ，４４ｂ，４４ｃ毎に異なる大きさの圧力を供給し、上記３つの圧力室の内部圧力を個々に調整することが可能になっている。
【００６５】
また、上記エア供給手段４６とバックプレート２４、及び隔膜４３ａ，４３ｂ，４３ｃで形成される圧力室は、ウェーハＷを研磨パッド２０に押し付ける圧力をウェーハＷの裏面から可撓性シート５０を介して加える圧力付与手段４５を構成している。
【００６６】
前記バックプレート押圧手段２６は、ヘッド本体２２の下面外周部に配置され、バックプレート押圧部材４０に押圧力を与えることにより、これに結合されたバックプレート２４に押圧力を伝達する。図２に示すように、該バックプレート押圧手段２６は、好ましくはエアの吸排気により膨張収縮するゴムシート製のエアバッグ４７で構成される。エアバッグ４７にはエアを供給するための空気供給機構４８が連結され、該空気供給機構４８には、図示しないポンプから圧送されるエアの圧力を調整するレギュレータ（図示せず）が具備される。
【００６７】
前記リテーナリング２８は、リング状に形成され、リテーナリング押圧手段３０からの押圧力を該リテーナリング２８に伝えるリテーナ押圧部材３１に取り付けられている。なお、本例では、リテーナ押圧部材３１とバックプレート押圧部材４０は、互いに交差して設けられているが、リテーナリング押圧手段３０の配置によって交差させずに設けることも可能である。
【００６８】
前記可撓性シート５０は、各々可撓性を有する第１可撓性シート５１と第２可撓性シート５２とから成る。第１可撓性シート５１は、バックプレート２４における外径よりも十分大きな円形に形成されており、図２及び図３に示すように、ウェーハ外側領域部５３Ａ内に配置される外周部５１ａを水平方向に弛ませた状態で、その外周端５１ｂをバックプ
レート２４の外周面に密着固定させ、ウェーハＷの裏面と対向しているウェーハ内領域部５３Ａからウェーハ外側領域部５３Ｂまで配設されるようにして設けられている。
【００６９】
一方、第２可撓性シート５２は、図２及び図３に示すように、ウェーハＷの外径と略同径、すなわち、上記ウェーハ内領域部５３Ａとほぼ同じ外径をした円板状に形成され、第１可撓性シート５１の下面に重ねて接着剤等で貼着して取り付けられている。
【００７０】
なお、第１可撓性シート５１は、例えば０．５ミリ厚のポリエチレンシート、または０．２５ミリ厚のＰＥＴシート、０．３ミリ厚のポリプロピレンシート、０．３ミリ厚のＰＦＡシート等から成る薄膜シートが用いられる。一方、第２可撓性シート５２は、２ミリ厚の塩化ビニル板、１．５ミリ厚のアクリル板、１ミリ厚のＳＵＳ板等が使用される。
【００７１】
また第2の可撓性シートの表面に貼り付けられ、ウェーハと接触してもウェーハ裏面に有害なキズなどをもたらさない材料としては、ニッタハース社などで販売されているスウェードタイプのSupremeパッドや、フジボウ愛媛のPolypasパッドが好適に使用される。スウェードタイプのパッドでは、表面に水を十分に含むため、ウェーハ裏面が直接接触しても水を含んだ面が接触するため、ウェーハ裏面に有害なキズをつけることがなく、ウェーハ裏面を強く保持することができる。  
【００７２】
そして、可撓性シート５０は、第１可撓性シート５１と第２可撓性シート５２とが重ね合わされているウェーハ内領域部５３Ａの撓み剛性と、第２可撓性シート５２が重ね合わされていないウェーハ外側領域部５３Ｂの撓み剛性とで異なる撓み剛性を有し、ウェーハ内領域部５３Ａよりもウェーハ外側領域部５３Ｂの撓み剛性の方が弱く、撓みやすく、かつ、柔軟に形成さている。また、ウェーハ内領域部５３Ａに配置されている可撓性シート５０には、バックプレート２４のエア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃ内に通じる複数のエア吸引・吹出孔５４が開けられ、エア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃからのエアの吸引と吹き出しが行われるように構成されている。
【００７３】
すなわち、可撓性シート５０のウェーハ内領域部５３Ａに形成されたエア吸引・吹出孔５４は、ウェーハＷを保持して搬送する際には吸着用の孔として作用し、研磨終了時には、ウェーハＷの剥離用のエア噴き出し孔として作用する。
【００７４】
前記リテーナリング押圧手段３０は、ヘッド本体２２の下面の中央部に配置され、リテーナリング押圧部材５６に押圧力を与えることで、これに結合しているリテーナリング２８を研磨パッド２０に押し付ける。このリテーナリング押圧手段３０も好ましくはバックプレート押圧手段２６と同様にゴムシート製のエアバッグ５８で構成される。エアバッグ５８にはエアを供給するための空気供給機構５９が連結され、該空気供給機構５９には、図示しないポンプから圧送されるエアの圧力を調整するレギュレータ（図示せず）が具備されている。
【００７５】
次に、このように構成されているウェーハ研磨装置１０の研磨動作を説明する。
【００７６】
まず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１４で保持して研磨パッド２０上に載置する。この際、ウェーハＷはバックプレート２４の下面に形成された吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃと可撓性シート５０のエア吸引・吹出孔５４を通してなされるエア吸引により保持される。
【００７７】
次に、圧力付与手段４６の制御でバックプレート２４の吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃからエアを吹出し、同時にバックプレート２４を押圧すると、エア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃと隔膜４３ａ，４３ｂ，４３ｃで形成されている３つの圧力室の圧
がそれぞれ高くなり、バックプレート押圧手段２６がバックプレート２４を押圧する力と隔膜４３ａ，４３ｂ，４３ｃの圧力でバックプレート２４を押し上げる力が同じになると、一定の圧力が維持されるようになる。
【００７８】
この状態で研磨定盤１２を図1中に示す矢印Ａ方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図1中に示す矢印Ｂ方向に回転させる。そして、その回転する研磨パッド２０上に図示しないノズルからスラリーを供給する。これにより、ウェーハＷの下面が研磨パッド２０により研磨される。
【００７９】
なお、可撓性シート５０には複数のエア吸引・吹出孔５４が形成されているため、バックプレート２４のエア吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃから供給されたエアは、バックプレート２４とウェーハＷ裏面との間で可撓性シート５０を介してエア層を形成し、ウェーハＷを研磨パッド２０に押圧する。
【００８０】
また、ウェーハＷを研磨パッド２０に押圧する力は、可撓性シート５０を介してエア層で行うが、可撓性シート５０がウェーハＷを押圧している圧力と同じなので、可撓性シート５０とウェーハＷとの間にはエアの流れがほとんどなく、またエアの流れがあったとしても、エア量は非常に少ないので、スラリーの凝集が起らない。 また、可撓性シート５０に厚さムラがあっても、ウェーハＷの加工精度には影響を及ぼさない。
【００８１】
また、ウェーハＷの加工が終了したら、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１４で再び保持して研磨パッド２０上から排出する。この際、ウェーハＷはバックプレート２４の下面に形成された吸引・吹出溝４２ａ，４２ｂ，４２ｃと可撓性シート５０のエア吸引・吹出孔５４を通してなされるエア吸引により保持され、排出搬送される。
【００８２】
したがって、本実施例のウェーハ研磨装置１０では、可撓性シート５０を、ウェーハＷの裏面内でウェーハＷに圧力を与えるウェーハ内領域部５３Ａと、ウェーハＷの外周部から該ウェーハＷに圧力を与える、ウェーハ内領域部５３Ａの撓み剛性よりも弱い撓み剛性を有するウェーハ外側領域部５３Ｂとで構成しているので、ウェーハを加圧する際に、ウェーハ中央部付近における圧力伝達状態とウェーハ外周部付近における圧力伝達状態の差、すなわち圧力勾配を緩和させて伝達することが可能となり、ウェーハに連続的な圧力分布が伝達され、ウェーハ面内では連続的な滑らかな研磨形状が維持され、ウェーハエッジ部においても滑らかで均一な研磨形状を確保することができる。
【００８３】
また、ウェーハＷを押圧するバックプレート２４と可撓性シート５０の間に連続的にエアを供給してエア層を形成するようにしているので、ウェーハＷ面内への圧力分布がさらに緩和する。
【００８４】
次に、本発明の第２の実施の形態におけるウェーハ研磨装置について図５及び図６を参照して説明する。この第２の実施の形態における研磨パッド２０の構成は、図２及び図３に示した可撓性シート５０における第１可撓性シート５１の外周部５１ａをリテーナリング２８の内周に張設して取り付けたもので、他の構成は図２及び図３と同一であるから、同一の構成部分は同一符号を付して重複説明を省略する。
【００８５】
図５及び図６において、リテーナリング２８は、それぞれリング状に形成されたリテーナリングホルダ５７とスナップリング５８と取付部材５９と挟持部材６０を介して、リテーナリング押圧部材３１に取り付けられている。
【００８６】
前記第１可撓性シート５１をリテーナリング２８の内周に張設するようにして、リテーナリング２８に可撓性シート５０を取り付ける場合は、まずリテーナリング２８と挟持部
材６０とを分離し、その分離されたリテーナリング２８と挟持部材６０との間に第１可撓性シート５１の外周端５１ｂを外側へ均一に引っ張った状態に配置し、その後、その外周端５１ｂをリテーナリング２８と挟持部材６０との間で挟み、かつ、リテーナリング２８と挟持部材６０との間をねじ６１で固定する。次いで、リテーナリング２８とリテーナリングホルダ５７との間にスナップリング５８を取り付け、リテーナリング２８とリテーナリングホルダ５７との間を一体化し、次いで取付部材５９をリテーナリング押圧部材５６に固定することによって組み付けられる。
【００８７】
このように構成された研磨パッド２０では、可撓性シート５０における第１可撓性シート５１の外周端５１ｂをリテーナリング２８に適当な張力を持たせて取り付け、挟持部材６０と共に外周端５１ｂを挟着保持することにより、可撓性シート５０を適当な張力で保持できるほか、可撓性シート５０を極度に折り曲げることなく、ほとんど水平状態で保持することが可能となる。これにより、可撓性シート本来の撓み剛性に影響する形式で圧力分布の伝達が効率的に行われることになる。
【００８８】
また、リテーナリング２８に第１の可撓性シート５１の外周端５１ｂをリテーナリングに挟着させているから、ウェーハＷを押圧するバックプレート２４とリテーナリング２８の隙間から、供給したエアを逃がすことができる。これにより、清浄なエアが絶えずバックプレート２４から供給され、バックプレート２４と第１可撓性シート５１との間に常にエア層が一様に形成される。
【００８９】
なお、上記各実施の形態では、可撓性シート５０は、第１可撓性シート５１の下面に第２可撓性シート５２を重ね合わせて接着することにより、ウェーハ領域部５３Ａにおける撓み剛性をウェーハ外側領域部５３Ｂの撓み剛性よりも強くしているが、必ずしも２枚の可撓性シート５１，５２を貼り合わせなくても、一枚の可撓性シートを加工してなる撓み剛性の異なるウェーハ領域部５３Ａとウェーハ外側領域部５３Ｂとを有する可撓性シートを用いても良い。
【００９０】
また、可撓性シート５０は、ウェーハ外周部領域５３Ｂ内に位置する第１可撓性シート５１のウェーハＷと接する部位及び第２可撓性シート５２のウェーハＷと接する部位に軟質材料を張り付け、またはコーティングした構造にしてもよい。ウェーハＷと接する部位に軟質材料を設けた構造にておくと、研磨中、ウェーハＷが水平移動してウェーハＷの裏面に可撓性シート５０が当たっても、軟質材料に当接し、斯くして、ウェーハ裏面を傷付けるようなことはなくなる。さらに、ウェーハＷと密着する側に軟質材料を設けた場合では、研磨後、もしくは研磨前にウェーハＷを搬送するとき、軟質の材料がウェーハによく密着し、安定した搬送を行うことができる。
【００９１】
また、軟質材料に水を含ませてウェーハを保持する構造にしてもよく、ウェーハＷと可撓性シート５０の間が水を介して良好に密着する。
【００９２】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明のウェーハ研磨装置の全体構造を示す側面図。
【図２】ウェーハ保持ヘッドの構成を示す縦断面図。
【図３】可撓性シート取付部分の構成を示す断面図。
【図４】バックプレートの構成を示す底面図。
【図５】ウェーハ保持ヘッドの他の構成を示す縦断面図。
【図６】可撓性シート取付部分の他の構成を示す断面図。
【符号の説明】
【００９４】
１０    ウェーハ研磨装置
１２    研磨定盤
１４    ウェーハ保持ヘッド
２０    研磨パッド
２２    ヘッド本体
２４    バックプレート(キャリア)
２６    バックプレート押圧手段
２８    リテーナリング
３０    リテーナリング押圧手段
３１    リテーナリング押圧部材
３２    回転軸
３６    軸部
４０    バックプレート押圧部材
４２ａ  エア吸引・吹出溝
４２ｂ  エア吸引・吹出溝
４２ｃ  エア吸引・吹出溝
４５    圧力付与手段
４６    エア供給手段
４８    空気供給機構
５０    可撓性シート
５１    第１可撓性シート
５１ａ  外周部
５１ｂ  外周端
５２    第２可撓性シート
５３Ａ  ウェーハ内領域部
５３Ｂ  ウェーハ外側領域部
５４    エア吸引・吹出孔
５７    リテーナリングホルダ
６０    挟持部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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