(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に研磨布が装着されるターンテーブルと、
ターンテーブルに対向してその上方に配置され、下面にバッキングパッドを介して円板状の被加工物が吸着されるトッププレートと、
トッププレートの上面側に配置され、トッププレートを保持するトップブロックと、
トッププレートの周囲を取り囲む様にトップブロックの周縁部に取り付けられ、被加工物を外周側からガイドするガイドリングとを備え、
被加工物を回転させながら研磨布に対して押し付けてポリッシングを行うポリッシング装置において、
前記トッププレートの外周と前記ガイドリングの内周との間にリング状の空間部を設け、この空間部に、電歪素子を駆動源として前記ガイドリングの内周面に沿って上下方向に駆動され、その先端面で前記バッキングパッドを介して前記被加工物の周縁部に加圧力を加えるリング状のピストンを配置したことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
上面に研磨布が装着されるターンテーブルと、
ターンテーブルに対向してその上方に配置され、下面にバッキングパッドを介して円板状の被加工物が吸着されるトッププレートと、
トッププレートの上面側に配置され、トッププレートを保持するトップブロックと、
トップブロックの周縁部に取り付けられ、径方向に間隔を開けてトッププレートの外周を取り囲む様に配置されたリング状のフレームと、
このフレームの内周とトッププレートの外周との間に形成されたリング状の空間部の中に収容され、電歪素子を駆動源として上下方向に駆動されるリング状のピストンとを備え、
前記リング状のピストンの先端面には外周に沿って下方に突出するリング状の段差部が形成され、この段差部の内側の側面で被加工物を外周側からガイドするとともに、この段差部よりも内側の先端面で、前記バッキングパッドを介して前記被加工物の周縁部に加圧力を加える様に構成されていることを特徴とするポリッシング装置。
【請求項３】
上面に研磨布が装着されるターンテーブルと、
ターンテーブルに対向してその上方に配置され、下面にバッキングパッドを介して円板状の被加工物が吸着されるトッププレートと、
トッププレートの上面側に配置され、トッププレートを保持するトップブロックと、
トップブロックの周縁部に取り付けられ、径方向に間隔を開けてトッププレートの外周を取り囲む様に配置されたリング状のフレームと、
前記フレームの内周側に配置され、電歪素子を駆動源として前記フレームの内周面に沿って上下方向に駆動され、被加工物を外周側からガイドするとともに、被加工物の周囲で研磨布に対して加圧力を加えるガイドリングと、
前記トッププレートの外周と前記ガイドリングの内周との間に形成されたリング状の空間部の中に収容され、電歪素子を駆動源として前記ガイドリングの内周面に沿って上下方向に駆動され、その先端面で前記バッキングパッドを介して前記被加工物の周縁部に加圧力を加えるリング状のピストンと、
を備えたことを特徴とする特徴とするポリッシング装置。
【請求項４】
上面に研磨布が装着されるターンテーブルと、
ターンテーブルに対向してその上方に配置され、下面にバッキングパッドを介して円板状の被加工物が吸着されるトッププレートと、
トッププレートの上面側に配置され、トッププレートを保持するトップブロックと、
トップブロックの周縁部に取り付けられ、径方向に間隔を開けてトッププレートの外周を取り囲む様に配置されたリング状のフレームと、
前記フレームの内周側に配置され、電歪素子を駆動源として前記フレームの内周面に沿って上下方向に駆動され、被加工物を外周側からガイドするとともに、被加工物の周囲で研磨布に対して加圧力を加えるガイドリングと、
を備えたことを特徴とする特徴とするポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエーハなどの板厚が薄い円板状の被加工材の表面を平坦に研磨する際に使用されるポリッシング装置に係り、特に、被加工材を吸着して保持するポリッシングヘッドの構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積度化に伴い、配線の微細化、多層化が進み、パターン形成に使用される露光装置の露光ビームの波長が次第に短くなってきている。このため、フォトリソグラフィ工程において解像度の確保が可能な焦点深度が次第に浅くなり、浅い焦点深度での処理を確実にするため、ウエーハ表面の平坦度を高めることが要求されている。
【０００３】
図５に、ウエーハの表面の研磨に使用されるポリッシング装置の概略構成を示す。図中、１はウエーハ、２は研磨布、３はターンテーブル、４はポリッシングヘッドを表す。
【０００４】
研磨布２は、ターンテーブル３の上面に両面テープで貼り付けられる。トッププレート６は、ポリッシングヘッド４の先端に取り付けられ、ターンテーブル３に対向する様に、ターンテーブル３の上方に配置されている。研磨対象のウエーハ１は、トッププレート６の下面にバッキングパッド８を介して吸着されて保持される。トッププレート６の下面には、周縁部に沿ってガイドリング７が取り付けられている。ウエーハ１は、周囲をガイドリング７によって取り囲まれ、径方向の動きが拘束される。
【０００５】
研磨剤供給ノズル９から研磨布２上に研磨剤（砥粒を懸濁させたスラリ）を供給するとともに、ポリッシングヘッド４によって、ウエーハ１をターンテーブル３と同一方向に回転しながら研磨布２に対して押し付けることによって、ウエーハ１のポリッシングが行われる。
【０００６】
図６に、従来のポリッシングヘッドの構造の一例を示す。
【０００７】
駆動軸４ａの下端には、トップブロック５が取り付けられ、トップブロック５の下面には、トッププレート６が取り付けられている。トッププレート６の外周を取り囲む様に、トップブロック５の下面周縁部にガイドリング７が取り付けられている。ウエーハ１は、トッププレート６の下面にバッキングパッド８を介して吸着されて保持される。ウエーハ１は、その外周側をガイドリング７によってガイドされている。
【０００８】
トップブロック５及びトッププレート６の内部には、それぞれ、通気孔２５、２８が成形され、これらの通気孔２５、２８内を減圧することによって、ウエーハ１の吸着が行われる。一方、これらの通気孔２５、２８内を加圧することによって、ウエーハ１の解放が行われる。
【０００９】
（従来のポリッシング装置の問題点）
図６に示した様な、従来のポリッシングヘッドを用いてウエーハを研磨した場合、ウエーハの面内における押し付け圧力の分布、研磨布との間の相対速度の分布、あるいは、研磨剤の流入状態の相違などに起因して、ウエーハの面内における研磨量の分布が不均一になる。特に、径方向に沿った不均一性が大きくなり易く、その結果、研磨後のウエーハの平坦度が損なわれる。
【００１０】
研磨後のウエーハの平坦度を改善することを目的として、様々なポリッシングヘッドの構造が提案されている。
【００１１】
この内、特開平１０−３４５２３号公報に記載されているポリッシングヘッドでは、トッププレートに、複数の貫通孔を同心円状に配列するとともに、各同心円を構成している貫通孔をそれぞれ一つのグループにまとめ、各グループ毎に空気の吐出圧力を独立に調整することによって、ウエーハの加工形状の改善を図っている。
【００１２】
しかし、この方法では、ウエーハの内部の加工形状をコントロールすることはできるが、ウエーハの周縁部の加工形状を積極的にコントロールすることはできない。
【００１３】
近年のウエーハの大口径化に伴ない、特に、ウエーハの周縁部の近傍から取られる製品チップの良品歩留まりを改善することが重要な課題となっている。このため、ウエーハの周縁部において研磨後の平坦度を改善することが強く要求されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の様な従来のポリッシング装置における問題点に鑑み成されたもので、本発明の目的は、ウエーハの周縁部における研磨量の不均一性を減少させることによって、高い平坦度を実現することができるポリッシング装置を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明のポリッシング装置は、
上面に研磨布が装着されるターンテーブルと、
ターンテーブルに対向してその上方に配置され、下面にバッキングパッドを介して円板状の被加工物が吸着されるトッププレートと、
トッププレートの上面側に配置され、トッププレートを保持するトップブロックと、
トッププレートの周囲を取り囲む様にトップブロックの周縁部に取り付けられ、被加工物を外周側からガイドするガイドリングとを備え、
被加工物を回転させながら研磨布に対して押し付けてポリッシングを行うポリッシング装置において、
前記トッププレートの外周と前記ガイドリングの内周との間にリング状の空間部を設け、この空間部に、電歪素子を駆動源として前記ガイドリングの内周面に沿って上下方向に駆動され、その先端面で前記バッキングパッドを介して前記被加工物の周縁部に加圧力を加えるリング状のピストンを配置したことを特徴とする。
【００１６】
本発明のポリッシング装置によれば、前記被加工物の周縁部に加える加圧力を、前記リング状のピストンを用いて制御することによって、被加工物の周縁部の近傍において、研磨布との間の接触圧力分布を直接的に調整することが可能になる。これに加えて、前記リング状のピストンの駆動源として電歪素子を使用することによって、加圧力を高い精度で調整することが可能になる。これにより、被加工物の周縁部の近傍における研磨速度の均一性を改善し、研磨後の平坦度を高めることができる。
【００１７】
なお、前記リング状のピストンの先端面に、外周に沿って下方に突出するリング状の段差部を設けることによって、前記リング状のピストンにガイドリングの機能を兼ねさせることもできる。その場合、この段差部の内側の側面で被加工物を外周側からガイドするとともに、この段差部よりも内側に当たる先端面で、前記バッキングパッドを介して被加工物の周縁部に加圧力を加える。
【００１８】
また、前記リング状のピストン及びガイドリングを、それぞれ電歪素子を用いて個別に駆動することもできる。その場合、トップブロックの周縁部に、径方向に間隔を開けてトッププレートの外周を取り囲む様に、リング状のフレームを取り付け、このフレームの内周とトッププレートの外周との間に形成されたリング状の空間部の中に、内側から順に、リング状のピストン及びガイドリングを収容する。この様に構成すれば、リング状のピストンを用いて被加工物の周縁部に加圧力を加え、ガイドリングを用いて被加工物を外周側からガイドするとともに、ガイドリングを用いて被加工物の周囲において研磨布に圧力を加えて、研磨布の形状を調整することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に基づくポリッシング装置の幾つかの例について、図面を用いて説明する。
【００２０】
（例１）
図１に、本発明に基づくポリッシング装置の主要部を構成するポリッシングヘッドの構造の一例を示す。なお、ポリッシング装置の全体的な構成については、先に図５を用いて説明したものと同様なので、その説明は省略する。図１中、１はウエーハ、５はトップブロック、６はトッププレート、７はガイドリング、８はバッキングパッド、１１はリング状のピストン、１２は電歪素子を表す。
【００２１】
トップブロック５は、駆動軸４ａの下端に取り付けられている。トップブロック５の上端部及び下端部には、それぞれフランジ部５ａ、５ｂが形成されている。上端側のフランジ部５ａは、駆動軸４ａの下端にボルトで固定されている。下端側のフランジ部５ｂの径は、研磨対象のウエーハ１よりも一回り大きい。
【００２２】
下端側のフランジ部５ｂの下面の中央部には、トッププレート６がボルトで固定されている。更に、下端側のフランジ部５ｂの下面の周縁部には、径方向に間隔を開けてトッププレート６の外周を取り囲む様に、ガイドリング７がボルトで固定されている。
【００２３】
トッププレート６には、その上面側の中央に、円形の窪み部２７が形成され、この窪み部２７の底面とトッププレート６の下面との間に複数の貫通孔２８が形成されている。なお、トッププレート６の上面には、窪み部２７の外周に沿ってＯリングが装着され、窪み部２７の内部がシールされている。
【００２４】
トッププレート６の下面には、バッキングパッド８が両面テープによって接着される。バッキングパッド８には、トッププレート６に形成された上記の複数の貫通孔２８に対応する位置に、それぞれ貫通孔２９が形成されている。ウエーハ１は、バッキングパッド８を介してトッププレート６の下面に吸着される。ウエーハ１は、その外周側をガイドリング７によってガイドされる。
【００２５】
トッププレート６の外周面、ガイドリング７の内周面及びトップブロック５の下面によって取り囲まれたリング状の空間部に、リング状のピストン１１が収容されている。ピストン１１の上端部とトップブロック５の下面との間には、リング状の電歪素子１２が挿入されている。
【００２６】
なお、リング状の電歪素子１２の代わりに、複数の電歪素子をピストン１１の上端面に沿って同心円状に配置することもできる。その場合、個々の電歪素子を互いに独立に制御することも可能である。
【００２７】
トッププレート６には、その下面側に外周面から径方向に張り出す様にフランジ部６ａが設けられている。これに対応して、リング状のピストン１１の先端部には、その外周に沿って下向きに突出するリング状の突出部１１ａが設けられている。この突出部１１ａは、フランジ部６ａの外周とガイドリング７の内周との間に形成された隙間を貫通している。フランジ部６ａは、ピストン１１の前進限界を決めるストッパの役割を果たしている。なお、バッキングパッド８の上面の周縁部は、突出部１１ａの先端面に両面テープによって接着される。
【００２８】
駆動軸４ａの内部には、通気孔２３が形成されている。トップブロック５の内部には通気孔２５が形成されている。通気孔２３は、スリップリング付回転継手（図示せず）を介して、真空源及び高圧空気源に接続されている。通気孔２３の先端は通気孔２５に連絡し、通気孔２５の先端はトップブロック５の下面に開口し、窪み部２７に連絡している。通気孔２３及び通気孔２５を介して、窪み部２７内を減圧することによって、ウエーハ１の吸着が行われ、一方、窪み部２７内を加圧することによって、ウエーハ１の解放が行われる。
【００２９】
駆動軸４ａ及びトップブロック５の内部には、電歪素子１２用の配線１３が通っている。配線１３は、スリップリング付回転継手（図示せず）及び制御系統を介して、駆動電源に接続されている。電歪素子１２の伸縮を制御することによって、リング状のピストン１１からバッキングパッド８の裏面に加えられる加圧力が調整される。これにより、ウエーハ１の周縁部におけるウエーハ１の表面と研磨布との間の接触圧力分布のコントロールが行われる。
【００３０】
なお、ピストン１１による適正な加圧力の値は、研磨布の種類などにより異なるので、予め実験を行って求めておく。
【００３１】
（例２）
図２に、本発明に基づくポリッシング装置の他の例を示す。
【００３２】
この例では、リング状のピストン３１の先端面に、外周に沿って下方に突出するリング状の段差部を設け、これによって、リング状のピストン３１にガイドリングの機能を兼ねさせている。
【００３３】
トップブロック５の下面の中央部には、トッププレート６が取り付けられている。トップブロック５の下面の周縁部には、径方向に間隔を開けてトッププレート６の外周を取り囲む様に、リング状のフレーム３７が取り付けられている。これによって、トッププレート６の外周とフレーム３７の内周との間にリング状の空間部が形成され、この空間部の中にリング状のピストン３１が収容されている。このピストン３１の上端部とトップブロック５の下面との間には、リング状の電歪素子１２が挿入されている。
【００３４】
トッププレート６には、その下面側に外周面から径方向に張り出す様にフランジ部６ａが設けられている。これと向かい合う様に、フレーム３７には、その下面側に内周面から径方向に張り出す様に張出し部３７ａが設けられている。リング状のピストン３１の先端部には、その中央付近に下向きに突出するリング状の突出部３１ａが設けられている。この突出部３１ａは、フランジ部６ａの外周と張出し部３７ａの内周との間に形成された隙間を貫通している。フランジ部６ａ及び張出し部３７ａは、ピストン３１の前進限界を決めるストッパの役割を果たしている。
【００３５】
突出部３１ａの先端面には、更に段差が形成され、外周側が下方に突出し、内周側が上方に後退している。外周側の段差部３１ｂは、ガイドリングの役割を有し、その内側の側面でウエーハ１を外周側からガイドする。内周側の先端面は、バッキングパッド８の上面に接触し、ウエーハ１の周縁部に加圧力を与える。なお、バッキングパッド８の上面の周縁部は、内周側の端面に両面テープによって接着される。
【００３６】
（例３）
図３に、本発明に基づくポリッシング装置の他の例を示す。
【００３７】
この装置は、図２に示した装置を更に変形したものであって、図２おけるリング状のピストン（３１）を径方向に二つの部分に分割して構成し、内周側のピストン４１をウエーハ１の周縁部に対する加圧用のピストンとして使用し、外周側のピストン４３をガイドリング兼研磨布に対する加圧用のピストン（以下、ガイドリングと呼ぶ）として使用している。ピストン４１及びガイドリング４３は、それぞれ電歪素子５１及び５３を用いて個別に駆動される。
【００３８】
トップブロック５の下面の中央部には、トッププレート６が取り付けられている。トップブロック５の下面の周縁部には、径方向に間隔を開けてトッププレート６の外周を取り囲む様に、リング状のフレーム４７が取り付けられている。これによって、トッププレート６の外周とフレーム４７の内周との間にリング状の空間部が形成されている。
【００３９】
この空間部の中に、内径側から順に、リング状のピストン４１及びガイドリング４３が収容されている。内周側のピストン４１は、外周側のガイドリング４３の内側に嵌合している。ピストン４１の上端部とトップブロック５の下面との間には、電歪素子５１が配置され、ガイドリング４３の上端部とトップブロック５の下面との間には、電歪素子５３が配置されている。ピストン４１は、ガイドリング４３の内周面及びトッププレート６の外周面に沿って上下方向に摺動することができる。一方、ガイドリング４３は、ピストン４１の外周面及びフレーム４７の内周面に沿って上下方向に摺動することができる。
【００４０】
トッププレート６には、その下面側に外周面から径方向に張り出す様に、フランジ部６ａが設けられている。これと向かい合う様に、フレーム４７には、その下面側に内周面から径方向に張り出す様に、張出し部４７ａが設けられている。ピストン４１の先端部には、その外周側に下向きに突出するリング状の突出部４１ａが設けられている。ガイドリング４３の先端部には、その内周側に下向きに突出するリング状の突出部４３ａが設けられている。突出部４１ａは、突出部４３ａの内側に嵌合している。突出部４１ａ及び突出部４３ａは、フランジ部６ａの外周と張出し部４７ａの内周との間に形成された隙間を貫通している。フランジ部６ａは、ピストン４１の前進限界を決めるストッパの役割を果たしている。張出し部４７ａは、ガイドリング４３の前進限界を決めるストッパの役割を果たしている。ガイドリング４３の突出部４３ａの先端面は、ピストン４１の突出部４１ａの先端面よりも下方に突出している。
【００４１】
ピストン４１は、その突出部４１ａの先端面がバッキングパッド８の上面に接触し、バッキングパッド８を介してウエーハ１の周縁部に加圧力を加える。なお、バッキングパッド８の上面の周縁部は、突出部４１ａの先端面に両面テープによって接着される。ガイドリング４３は、その突出部４３ａの内周側の側面でウエーハ１を外周側からガイドするとともに、突出部４３ａの先端面で、ウエーハ１の周囲において研磨布に圧力を加えることによって、研磨布の表面形状を平坦に調整することができる。
【００４２】
通気孔２３は、回転継手（図示せず）を介して、真空源及び高圧空気源に接続されている。通気孔２３の先端は通気孔２５に連絡し、通気孔２５の先端は、トップブロック５の下面に開口し、窪み部２７に連絡している。通気孔２３及び通気孔２５を介して、窪み部２７内を減圧することによって、ウエーハ１の吸着が行われ、一方、窪み部２７内を加圧することによって、ウエーハ１の解放が行われる。
【００４３】
駆動軸４ａ及びトップブロック５の内部には、電歪素子５１及び５３用の配線１３ａ及び１３ｂが通っている。配線１３ａ及び１３ｂは、それぞれスリップリング付回転継手（図示せず）及び制御系統を介して、駆動電源に接続されている。電歪素子５１の伸縮を制御することによって、リング状のピストン４１からバッキングパッド８の裏面に加えられる加圧力が調整される。これにより、ウエーハ１の周縁部におけるウエーハ１の表面と研磨布との間の接触圧力分布のコントロールが行われる。同様に、電歪素子５３の伸縮を制御することによって、ウエーハ１の周囲においてガイドリング４３から研磨布の表面に加えられる加圧力が調整される。これにより、ウエーハ１の周縁部におけるウエーハ１の表面と研磨布との間の接触圧力分布のコントロールが更に精密に行われる。
【００４４】
なお、ピストン４１及びガイドリング４３による適正な加圧力の値は、研磨布の種類などにより異なるので、予め実験を行って求めておく。
【００４５】
（例４）
図４に、本発明に基づくポリッシング装置の他の例を示す。
【００４６】
この装置は、図３に示した装置を更に変形したものであって、図３おけるリング状のピストン４１を省略したものである。ガイドリング４３は、研磨布に対する加圧用のピストンを兼ねている。ガイドリング４３は、電歪素子５３を用いて駆動される。
【００４７】
【発明の効果】
本発明のポリッシング装置によれば、トッププレートの外周に沿ってリング状のピストンを配置しているので、被加工物の周縁部の近傍において、研磨布との間の接触圧力分布を直接的に調整することができる。更に、このリング状のピストンの駆動源として電歪素子を使用しているので、ピストンの先端面の突き出し量をミクロンオーダーで制御することが可能であり、これによって、上記の接触圧力分布を精密に調整することができる。
【００４８】
また、上記のリング状のピストンに加えて、ガイドリングの突き出し量を電歪素子を用いてコントロールすることによって、被加工物の周縁部における研磨布との間の接触圧力分布を更に精密に調整することができる。
【００４９】
以上の結果、被加工物の周縁部の近傍における研磨速度の均一性を改善し、研磨後の平坦度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくポリッシング装置の主要部を構成するポリッシングヘッドの構造の一例を示す軸方向断面図。
【図２】本発明に基づくポリッシング装置の主要部を構成するポリッシングヘッドの構造の他の例を示す軸方向断面図。
【図３】本発明に基づくポリッシング装置の主要部を構成するポリッシングヘッドの構造の他の例を示す軸方向断面図。
【図４】本発明に基づくポリッシング装置の主要部を構成するポリッシングヘッドの構造の他の例を示す軸方向断面図。
【図５】ポリッシング装置の概略構成を示す図。
【図６】従来のポリッシングヘッドの構造の一例を示す軸方向断面図。
【符号の説明】
１・・・ウエーハ、２・・・研磨布、３・・・ターンテーブル、４・・・ポリッシングヘッド、４ａ・・・駆動軸、５・・・トップブロック、６・・・トッププレート、６ａ・・・フランジ部、７・・・ガイドリング、８・・・バッキングパッド、９・・・研磨剤供給ノズル、１１・・・リング状のピストン、１１ａ・・・突出部、１２・・・電歪素子、１３、１３ａ、１３ｂ・・・電歪素子の配線、２３・・・通気孔、２５・・・通気孔、２７・・・窪み部、２８・・・貫通孔、２９・・・貫通孔、３１・・・ピストン、３１ａ・・・突出部、３１ｂ・・・段差部、３７・・・フレーム、３７ａ・・・張出し部、４１・・・ピストン、４１ａ・・・突出部、４３・・・ガイドリング、４３ａ・・・突出部、４７・・・フレーム、４７ａ・・・張出し部、５１、５３・・・電歪素子。
【図１】
0003625724.tif 000002
【図２】
0003625724.tif 000003
【図３】
0003625724.tif 000004
【図４】
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【図５】
0003625724.tif 000006
【図６】
0003625724.tif 000007