(57)【要約】【課題】被研磨対象物の被研磨面における研磨中の圧力分布を均一化し、被研磨面全面において均一に研磨可能な研磨装置および研磨方法を提供する。【解決手段】研磨装置に用いられる保持ヘッド５０は、容器と、容器を封止し、被研磨対象物Ｓを吸着してコンプレッサ８０からのドライエアーにより伸長する膜８と、膜８の内側の容器内に配置される押圧板１１０と、コンプレッサ８０からのドライエアーにより膨張して押圧板１１０を押圧する位置調整手段１５と、押圧板１１０の被研磨対象物側に設けられた弾性膜１２とを有する。押圧板１１０の弾性膜１２が設けられた面には、被研磨対象物Ｓの被研磨面Ｓａにおける圧力分布を均一化させるための円環状押圧突起１１１，１１２が備えられている。正圧Ｐ２に応じた圧力を被研磨対象物Ｓに印加することに加えて、正圧Ｐ２より大きい正圧Ｐ１が印加される位置調整手段１５により円環状押圧突起１１１を介して被研磨対象物Ｓを押圧し、被研磨面Ｓａにおける圧力分布を制御する。【選択図】　図６
2004090176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨定盤上に配置された研磨手段の上に載置された被研磨対象物を保持し、前記研磨手段側に押圧する保持・押圧手段と、
前記保持・押圧手段を回転させて、前記被研磨対象物を前記研磨手段と回転接触させる回動手段と、
圧力媒体供給手段と
を具備し、
前記保持・押圧手段は、
前記被研磨対象物より大きな内径を有し、圧力媒体を通過させる第１の穴および第２の穴が形成されている容器と、
前記容器の前記被研磨対象物が位置する開放部分を封止し、前記被研磨対象物を吸着可能な、伸縮自在の膜と、
前記膜の内側の前記容器内に遊嵌状態で配置され、第３の穴が形成されている板状押圧手段と、
前記板状押圧手段と、前記容器のうちの前記板状押圧手段と対向する位置の部分との間に位置し、前記容器に形成された第１の穴から供給された前記圧力媒体供給手段からの圧力媒体によって膨張して前記板状押圧手段を前記被研磨対象物に平行に位置させ、前記板状押圧手段を押圧する位置調整手段と、
前記膜を介して前記被研磨対象物を弾性的に押圧する、前記板状押圧手段の前記被研磨対象物側に設けられた弾性膜と、
を有し、
前記圧力媒体供給手段から供給され、前記容器に形成された第２の穴から前記容器内に供給された圧力媒体が前記板状押圧手段に形成された第３の穴を介して前記膜を伸長させ、
前記板状押圧手段の前記弾性膜が設けられた面に、前記被研磨対象物の被研磨面全面への押圧を均一化する円環状押圧突起が備えられている
研磨装置。
【請求項２】
前記円環状押圧突起を１つ有し、該第１の円環状押圧突起の外径が円板状の前記被研磨対象物の外径の７２．５％〜７７．５％、かつ、前記第１の円環状押圧突起の内径が該第１の円環状押圧突起の外径の７５〜８５％である
請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記板状押圧手段の外周部に第２の円環状押圧突起をさらに有し、該第２の円環状押圧突起の内径が、前記円板状の被研磨対象物の外径の９８．５％以上、１００％未満である
請求項２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記第１の円環状押圧突起と前記第２の円環状押圧突起の突起の高さが異なっている
請求項３に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記第１および第２の円環状押圧突起の間にさらに少なくとも１つの第３の円環状押圧突起を有する
請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記位置調整手段は、前記回動手段、前記保持・押圧手段および前記板状押圧手段の回転の中心と同心の、弾性を有する円環状チューブである
請求項１に記載の研磨装置。
【請求項７】
伸縮自在の膜の内部に板状押圧手段が配置されている保持・押圧手段を準備し、
前記保持・押圧手段により被研磨対象物を保持して研磨手段の上に載置し、
第１の圧力により前記膜を伸長させて前記被研磨対象物を前記研磨手段に接触させ、前記板状押圧手段により前記被研磨対象物を部分的に押圧し、
前記被研磨対象物の被研磨面全面への押圧が均一化するように、第２の圧力により前記板状押圧手段の前記被研磨対象物側に設けられた円環状押圧突起をさらに押圧し、
前記保持・押圧手段および前記研磨手段を相対的に回転させて前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する
研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被研磨対象物を研磨する研磨装置、より詳細には、被研磨対象物の被研磨面を均一に研磨することができるような研磨装置と、被研磨対象物の被研磨面を均一に研磨することができるような研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
研磨装置は、例えば、半導体ウェハ、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ：液晶表示）用ガラス板や、樹脂などの被研磨対象物を研磨するために広く用いられる。一般的な研磨装置は、被研磨対象物を保持する保持手段と、前記被研磨対象物を研磨する研磨手段とを有し、前記被研磨対象物の被研磨面を前記研磨手段の研磨面に接触させ、面方向に相対的に回転させて研磨する。
【０００３】
この保持手段は、被研磨対象物の被研磨面を高品位に研磨するために重要な役割を果たしている。
特開平１１−１３８４２９号公報には、保持する被研磨対象物が研磨中にずれることを防ぐために、保持手段として、弾性力があり、通気性の保持フィルムを介して被研磨物を吸引力により吸着して保持する研磨ヘッドを用いた研磨装置が開示されている。
【０００４】
また、特開平１０−１８０６２７号公報、特開２００１−３８６０４号公報には、被研磨対象物の保持手段として、可撓膜を有する支持ヘッド、ならびにキャリヤヘッドがそれぞれ開示されている。
これらのヘッドは、弾性を有する可撓膜と、この可撓膜に連結する支持構造体、またはエッジロードリングを有し、可撓膜の基板取り付け面に被研磨対象物である半導体ウェハを保持する。
これらのヘッドは、可撓膜と支持構造体またはエッジロードリングを利用して、研磨中の半導体ウェハに所定の圧力を印加可能になっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、保持フィルムを介して被研磨対象物を保持する研磨ヘッドでは、保持フィルムが弾性力を有するために、被研磨対象物の厚みむらや、被研磨対象物を保持する保持面に塵埃などが付着して生じる凹凸などを吸収することはできるが、被研磨対象物に所望の圧力を印加することはできなかった。
【０００６】
また、半導体ウェハに所定の圧力を印加可能なヘッドにおいても、これまでは、円形ウェハの外周部のみが重点的に加圧される仕組みになっており、ウェハの中央部付近の圧力分布はコントロールできていなかった。
ウェハのうちの重点的に加圧される部分では、被研磨面が基準より多く研磨される、いわゆるオーバーポリシング（オーバー研磨）が生じる。
このオーバーポリシング等の不均一な研磨は、半導体ウェハの特性の低下や、歩留まりの低下を引き起こす。
【０００７】
本発明は、このような従来技術とその課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、被研磨対象物の被研磨面を、その全面において均一に研磨することが可能な研磨装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、被研磨対象物の被研磨面を、その全面において均一に研磨することが可能な研磨方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明における研磨装置は、研磨定盤上に配置された研磨手段の上に載置された被研磨対象物を保持し、前記研磨手段側に押圧する保持・押圧手段と、
前記保持・押圧手段を回転させて、前記被研磨対象物を前記研磨手段と回転接触させる回動手段と、
圧力媒体供給手段と
を具備し、
前記保持・押圧手段は、
前記被研磨対象物より大きな内径を有し、圧力媒体を通過させる第１の穴および第２の穴が形成されている容器と、
前記容器の前記被研磨対象物が位置する開放部分を封止し、前記被研磨対象物を吸着可能な、伸縮自在の膜と、
前記膜の内側の前記容器内に遊嵌状態で配置され、第３の穴が形成されている板状押圧手段と、
前記板状押圧手段と、前記容器のうちの前記板状押圧手段と対向する位置の部分との間に位置し、前記容器に形成された第１の穴から供給された前記圧力媒体供給手段からの圧力媒体によって膨張して前記板状押圧手段を前記被研磨対象物に平行に位置させ、前記板状押圧手段を押圧する位置調整手段と、
前記膜を介して前記被研磨対象物を弾性的に押圧する、前記板状押圧手段の前記被研磨対象物側に設けられた弾性膜と、
を有し、
前記圧力媒体供給手段から供給され、前記容器に形成された第２の穴から前記容器内に供給された圧力媒体が前記板状押圧手段に形成された第３の穴を介して前記膜を伸長させ、
前記板状押圧手段の前記弾性膜が設けられた面に、前記被研磨対象物の被研磨面全面への押圧を均一化する円環状押圧突起が備えられている
研磨装置である。
【０００９】
また、本発明の研磨方法においては、伸縮自在の膜の内部に板状押圧手段が配置されている保持・押圧手段を準備し、前記保持・押圧手段により被研磨対象物を保持して研磨手段の上に載置し、第１の圧力により前記膜を伸長させて前記被研磨対象物を前記研磨手段に接触させ、前記板状押圧手段により前記被研磨対象物を部分的に押圧し、前記被研磨対象物の被研磨面全面への押圧が均一化するように、第２の圧力により前記板状押圧手段の前記被研磨対象物側に設けられた円環状押圧突起をさらに押圧し、前記保持・押圧手段および前記研磨手段を相対的に回転させて前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する。
【００１０】
本発明においては、保持・押圧手段の容器の被研磨対象物が位置する開放部分が伸縮自在の膜により封止される。この膜は、容器に形成された第２の穴を通って圧力媒体供給手段から供給される圧力媒体により伸長し、吸着している被研磨対象物の被研磨面を研磨手段に押し付ける。
膜の内側の容器内には、板状押圧手段が遊嵌状態で配置されている。板状押圧手段は、容器に形成された第１の穴を通って圧力媒体供給手段から供給される圧力媒体により位置調整手段が膨張することで押圧される。
板状押圧手段が位置調整手段で押圧されることにより、板状押圧手段の被研磨対象物側の面に設けられた弾性膜と、伸縮自在の膜を介して、被研磨対象物が押圧される。
本発明においては、位置調整手段による力を、板状押圧手段の被研磨対象物側の面に設けられている円環状突起を介して被研磨対象物に伝えることにより、被研磨面に、膜を伸長させる圧力に加えて、位置調整手段による押圧力を適宜印加することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について述べる。
第１実施の形態
まず、図１を参照して研磨装置の一般的な概略構成について述べる。
図１に示す研磨装置１は、被研磨対象物を保持し押圧する保持・押圧手段としての保持ヘッド５と、研磨定盤２と、その表面に設けられている研磨布３とを有する。研磨定盤２と研磨布３により、本発明の研磨手段の一実施態様が構成されている。
なお、以下では、被研磨対象物として、半導体ウェハを例に挙げて説明を行なう。
【００１２】
保持ヘッド５の一例として、図２に示す保持ヘッド５００について述べる。
保持ヘッド５００は、ベース１７と、バッキング材８と、リテーナリング９と、押圧板１１と、リング状チューブ１５とを有する。
【００１３】
バッキング材８は、例えば、厚さが１ｍｍ程度のポリウレタン、ポリエステル、合成ゴムなどで形成された伸縮自在の軟らかい薄膜であり、水吸着などにより、半導体ウェハ（以下、ウェハ）Ｓを吸着して保持することができる。
【００１４】
リテーナリング９は、その内径がウェハＳの外径より僅かに大きい環状部材であり、例えばエポキシ樹脂、ポリアセタール樹脂等の樹脂によって形成される。
【００１５】
ベース１７は、例えば所定の厚みを有する円盤状をしており、バッキング材８を保持し、このバッキング材８との間で閉空間ＣＳを形成する。
ベース１７でバッキング材８を固定する場合には、ベース１７とリテーナリング９の間にバッキング材８を挟み込み、ベース１７の外周とリテーナリング９の内周を嵌合させて、ベース１７とリテーナリング９との間に位置するバッキング材８を固定する。
このベース１７とリテーナリング９により、本発明における容器の一実施態様が構成されている。
【００１６】
上述のように、リテーナリング９の内径がウェハＳの外径より大きいことから、リテーナリング９をベース１７に装着したときにバッキング材８の取り付け面に吸着されるウェハＳがほぼ覆われる程度にリテーナリング９の長手方向の長さを規定することで、研磨中のウェハＳの飛び出しを防ぐことができる。
【００１７】
ベース１７の、バッキング材８との間で閉空間ＣＳを形成している側と反対側には、回転軸６が連結されている。
回転軸６に設けられ、ベース１７を貫通して閉空間ＣＳまで連通している第２の穴８１により、閉空間ＣＳに、例えば正圧Ｐ２に加圧されたドライエアー等の圧力媒体を供給することが可能になっている。
ドライエアーは、例えば図１に示すコンプレッサ８０により送り込まれ、その正圧Ｐ２は、一例として９８００〜４９０００　Ｐａである。
コンプレッサ８０が、本発明における圧力媒体供給手段の一実施態様に相当する。
【００１８】
正圧Ｐ２のドライエアーの圧力により、バッキング材８はリテーナリング９の外部に膨張しようとし、この膨張力が、バッキング材８により吸着しているウェハＳの被研磨面Ｓａを、研磨布３の研磨面Ｓｂに押圧して接触させる。
バッキング材８は柔らかいためにウェハＳの厚みにむらがあったり、ウェハＳの保持面に塵埃などが付着していたりしても、それらによる凹凸を吸収して、ウェハＳの被研磨面Ｓａをなるべく均一に研磨することが可能である。
【００１９】
押圧板１１は、本発明における板状押圧手段の一実施態様である。
押圧板１１は、閉空間ＣＳ内においてバッキング材８を介してウェハＳと対向して配置される。押圧板１１の、ウェハＳの保持面を押圧する押圧面には、弾性膜１２が設けられている。
弾性膜１２は、押圧板１１がバッキング材８に直接接触するのを防ぎ、バッキング材８の厚みむらや押圧板１１のゆがみなどに影響されずに被研磨面Ｓａを均等に押圧するためのものである。
【００２０】
図３は、保持ヘッド５００における押圧板１１の形状を示すための図であり、図３（ａ）は押圧面側からみた平面図、図３（ｂ）はその断面ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
押圧板１１は、図３の図解から分かるように、円板状であり、その押圧面の外周部に、幅Ｗのリング状凸部を有する。
リング状凸部が、本発明における円環状押圧突起の一実施態様である。
【００２１】
押圧板１１および弾性膜１２には、ドライエアーによりバッキング材８を加圧することができるように、第３の穴１４が設けられている。
図３（ａ）においては、一例として押圧板１１の中心から十字型に第３の穴１４が設けられているが、第３の穴１４の形状、個数、配置位置などは、バッキング材８を加圧する所望の圧力が得られるように適宜定めればよい。
【００２２】
押圧板１１は、図２に図解されるように、押圧面の反対側の面から、リング状チューブ１５によって押圧される。
リング状チューブ１５は、円形断面のチューブをリング状にしたものであり、図２に図解されるように、閉空間ＣＳ内の押圧板１１とベース１７との間に配置される。
リング状チューブ１５は、正圧Ｐ２より高い正の圧力Ｐ１のドライエアーが送り込まれることにより膨張し、押圧板１１を押圧することが可能である。
リング状チューブ１５は、本発明における位置調整手段の一実施態様に相当する。
【００２３】
正圧Ｐ１のドライエアーは、例えば回転軸６に設けられており、ベース１７を貫通してリング状チューブ１５に連通する第１の穴８２を介して、コンプレッサ８０により送り込まれる。
正圧Ｐ１の値は、一例として、９８００〜９８０００　Ｐａである。
【００２４】
上記の保持ヘッド５００においては、ベース１７およびリテーナリング９を用いてバッキング材８を保持する構造としている。しかし、バッキング材の形状や保持方法は上記に限らず、バッキング材により閉空間が形成され、バッキング材に所望の圧力を印加可能であればよい。
例えば、弾性を有する部材をリテーナリング９に取り付け、この部材を押圧板１１に連結し、バッキング材と押圧板１１を同時に保持するようにしてもよい。
【００２５】
保持ヘッド５００は、回転軸６を介して、本発明の回動手段としてのモータ６０により回転軸６を中心として回転可能である。
回転軸６は、図１に図解されるように、支持アーム７により保持されている。回転軸６の回転の中心と、保持ヘッド５，５００の押圧板１１およびリング状チューブ１５の中心は一致している。
【００２６】
研磨定盤２は、研磨布３を保持するための、例えば、ウェハＳの直径の２倍以上の直径を有する円形の研磨布保持面を備えており、研磨布保持面と反対側の面に連結されている回転軸４を介して、モータ４５により回転軸４まわりに回転可能である。
【００２７】
ウェハＳを研磨するための研磨布３は、例えば、弾性を有するポリエステル樹脂製の不織布により形成されており、図１に示すように、研磨定盤２の研磨布保持面のほぼ全面に、例えば、両面接着テープ等の接着手段により貼着されて固定される。
【００２８】
次に、上記構成の研磨装置１を用いてウェハＳを化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）する場合の動作について述べる。
ＣＭＰは、化学的に活性な研磨剤を用い、研磨剤と被研磨対象物との間の化学的作用と、研磨剤中の研磨粒子の機械的研削作用とを複合した研磨技術である。ＣＭＰは、被研磨面に形成される変質層が小さいうえに研磨速度が速く、半導体ウェハの表面をグローバルに平坦化できるという特徴を有する。ＣＭＰは、半導体の製造工程、例えば、多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み金属配線形成等の工程において、重要な技術である。
【００２９】
例えば、層間絶縁膜に、配線用溝に加えてコンタクトホールも溝として開け、配線用溝とコンタクトホールを同時に金属で埋め込んで金属配線を形成するデュアルダマシン（ｄｕａｌ　ｄａｍａｓｃｅｎｅ）法においてＣＭＰを用いる段階においては、ウェハＳは図４（ａ）の断面図に示すように構成される。
図４（ａ）においては、例えば、図示しない不純物拡散領域が適宜形成されているシリコン等の半導体基板１０上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜２０が形成されている。
この層間絶縁膜２０には、バリア膜２５の、将来、コンタクトおよび金属配線となる所定のパターンが溝状に形成されている。
バリア膜２５は、例えば配線を構成する材料が銅であり、層間絶縁膜が酸化シリコンで形成されている場合に、銅が酸化シリコンへの拡散係数が大きく、酸化されやすいため、これを防止するために設けられる。
【００３０】
バリア膜２５上には、その溝を埋め込むように、例えばメッキ法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スパッタ法等の手法により形成された、例えば銅膜３０が形成されている。
【００３１】
上記構成のウェハＳは、例えば保持ヘッド５００のような構成の保持ヘッド５に保持される。ウェハＳを保持した保持ヘッド５は、ウェハＳの被研磨面Ｓａが研磨布３の研磨面Ｓｂと接触可能なように、研磨定盤２と対向する位置に移動する。
保持ヘッド５は、回転軸６および支持アーム７を介して図１中の矢印Ｚ方向に移動され、被研磨面Ｓａを研磨面Ｓｂに所定の圧力で接触させる。
図１においてウェハＳはその被研磨面Ｓａを図中下向きにして保持されているので、図４においては、矢印Ｚは図中上向きになる。
【００３２】
上記接触状態において、研磨剤供給管１３から研磨剤（スラリー）Ｌを、研磨布３の研磨面Ｓｂおよび被研磨面Ｓａとの界面に供給しながら、研磨定盤２および保持ヘッド５をそれぞれ、例えば図１中の矢印Ｒａ，Ｒｂ方向に同じ回転数９０ｍｉｎ−１で回転させる。
【００３３】
以上により、図４（ｂ）に示すように、層間絶縁膜２０上の余分な銅膜３０およびバリア膜２５が化学的機械研磨され、銅配線３５およびコンタクト４０とが形成される。
【００３４】
保持ヘッド５として図２に示すような構造の保持ヘッド５００を用いてウェハＳのＣＭＰを行なう場合には、ウェハＳは、バッキング材８がベース１７およびリテーナリング９を用いて形成している閉空間ＣＳ内に送り込まれる、正圧Ｐ２のドライエアーの圧力により、矢印Ｚ方向の、研磨面Ｓｂに押し付けられる。
【００３５】
バッキング材８は軟らかい薄膜であるために、ウェハＳの厚みにむらが存在していたり、被研磨面Ｓａの反対側の保持面に塵埃などが付着していたりしても、それらによって生じる凹凸を吸収可能である。
この構造により、被研磨面Ｓａの圧力分布の均一化が図られている。
【００３６】
しかしながら、単にバッキング材８で保持してその裏面からドライエアーにより加圧しただけでは、バッキング材８が軟らかい薄膜でありウェハＳを均一に保持および加圧することが困難であることからも、被研磨面Ｓａ全面の圧力分布を均一にすることは難しい。
【００３７】
そのため、保持ヘッド５００においては、押圧板１１を、バッキング材８を介してウェハＳと対向するように配置してある。
研磨の際には、押圧板１１は、ウェハＳを押圧する押圧面とは反対側の被押圧面から、リング状チューブ１５により押圧される。
リング状チューブ１５は、第１の穴８２を通って送り込まれる正圧Ｐ１のドライエアーにより加圧されて膨張し、押圧板１１を押圧する。
従って、ウェハＳは、正圧Ｐ２のドライエアーによる圧力と、正圧Ｐ１のドライエアーを用いて押圧される押圧板１１による押圧力とによって、被研磨面Ｓａの圧力コントロールを受けることになる。
【００３８】
しかしながら、押圧板１１には、図２および図３にも示されているように、円形状の押圧面の外周部にしかリング状凸部１１２が形成されていない。それ故、力は円形状のウェハＳの外周部に集中し易く、ウェハＳの中心部付近の圧力分布をコントロールすることは困難である。
【００３９】
一例として、保持ヘッド５００を用いて、図４に示す構造のウェハＳに対してＣＭＰを行なったときの研磨終了時の膜厚（残膜）Ｆの分布を示すグラフを図５に示す。
図５のグラフの縦軸が残膜（Å＝０．１×１０−３μｍ）であり、横軸がウェハＳの中心からの距離（ｍｍ）である。
ウェハＳおよび押圧板１１の外径は２００ｍｍとし、押圧板１１のリング状凸部１１２の内径である寸法Ｃは１９０ｍｍ、つまり、リング状凸部１１２の幅Ｗは５ｍｍであるとした。リング状凸部１１２の高さＥに関しては、幅Ｗほど影響を与えるものではないので、あまり高過ぎず、リング状凸部１１２によって形成される凹部の部分の弾性膜１２が、研磨中にバッキング材８に接しない程度で適宜定めればよい。ここでは、一例として０．１ｍｍとした。
図５から、ウェハＳの外周から１０〜２０ｍｍの部分が研磨され易く、オーバーポリシングが生じていることが分かる。
【００４０】
半導体ウェハは近年大口径化する傾向がある。ウェハ径が小さい頃は図３に示す押圧板１１を有する保持ヘッド５００を用いてもウェハの被研磨面を均一に研磨することができた。しかし、上述のようにウェハ径が２００ｍｍ程度に大きくなってくると、押圧板１１は外周部のみにリング状凸部１１２を有する構造であるため、被研磨面の圧力分布を均一化することが困難になる。
【００４１】
第２実施の形態
ウェハＳが大口径化した場合にも被研磨面Ｓａにおける圧力分布を均一化可能な本発明の第２実施の形態を、以下に示す。
図６が、本発明に係る保持ヘッドの第２実施の形態である保持ヘッド５０の断面図である。
保持ヘッド５０は、図２に図解の保持ヘッド５００の押圧板１１の代わりに、図７に示す押圧板１１０を有する。
図７（ａ）は押圧板１１０を、押圧面側から見た平面図であり、図７（ｂ）はその断面Ｉ−Ｉから見た断面図である。
【００４２】
押圧板１１０は、外周部のリング状凸部１１２に加えて、その内側にも、押圧突起としてのリング状凸部１１１を有する。
この、ウェハＳの被研磨面Ｓａにおける圧力分布を均一化させるための押圧突起は、被研磨面Ｓａの圧力分布が回転軸を中心とした同心円状になるために、図７のようなリング状凸部であることが好ましい。
押圧板１１０以外の保持ヘッドおよび研磨装置の構成ならびに機能は保持ヘッド５００と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【００４３】
押圧板１１０の第１のリング状凸部１１１および第２のリング状凸部１１２は、切削加工により形成してもよいし、平板状の円板に、リング状凸部を溶接、接着、ネジ締めなどの接続手段により固着してもよい。ここでは、製造の利便性等を考慮し、切削加工により形成するものとする。
なお、リング状凸部１１１，１１２と平板状の円板との間はテーパー面、あるいは曲面として構成してもよい。また、凸部の角は、ウェハＳの保護等の観点から、曲率を付けたり面取りをしたりすることが好ましい。
【００４４】
実施例
図７に示す押圧板１１０を用い、本発明に係る研磨装置を使用して実際にウェハＳに対してＣＭＰを行なう場合の一例について述べる。
円形のウェハＳおよび押圧板１１０の外径は２００ｍｍとし、押圧板１１０において、第１のリング状凸部の外径である寸法Ａは、ウェハＳおよび押圧板１１０の外径の８５％である１７０ｍｍ、第１のリング状凸部の内径である寸法Ｂは、寸法Ａの５０％である８５ｍｍであるとした。
第２のリング状凸部１１２に関しては、図５に示す実験の場合と同様、寸法ＣはウェハＳの外径の９５％である１９０ｍｍ、寸法Ｅは０．１ｍｍ、とした。また、第１および第２のリング状凸部１１１，１１２の凸部の高さの差である寸法Ｄは、第１のリング状凸部１１１の高さから０．０５ｍｍであるとした。
【００４５】
このような場合には、ウェハＳの半径８５〜９５ｍｍの部分は押圧板１１０による直接的な力を受けないので研磨されにくくなる。
逆に、半径９５ｍｍより外側、および半径４２．５〜８５ｍｍの部分においては、ウェハＳの保持面が直接的に押圧されるので、研磨され易くなる。
これにより、被研磨面Ｓａの圧力分布をコントロールすることができる。
ただし、必ずしも押圧板１１０のリング状凸部により押圧されている部分においてのみウェハＳの研磨が進み、押圧されていない部分の研磨が進まないわけではなく、押圧されている部分から若干ずれた位置から研磨レートが変化する。
【００４６】
図８に、研磨結果のグラフを示す。
図８のグラフの縦軸が残膜（Å＝０．１×１０−３μｍ）であり、横軸がウェハＳの中心からの距離（ｍｍ）である。
図５に示す、第１のリング状凸部１１１が存在しない場合の結果と比較すると、ウェハＳの中央部付近の研磨レートがコントロールされていることが分かる。特に、ウェハＳの外周部から２０ｍｍ内部までの部分において、研磨レートが低くなり、ウェハＳの被研磨面Ｓａ全面での研磨の均一化が図られていることが分かる。
【００４７】
第１，第２のリング状凸部１１１，１１２の形状については、それぞれのリングの幅を狭くし過ぎると応力集中が起こり易くなり、被研磨面Ｓａの圧力分布均一化において好ましくない。
逆に、それぞれの幅を広くし過ぎると、ウェハＳへ力を伝える面積が広くなり過ぎ、被研磨面Ｓａの圧力分布のコントロールが困難になる。
以上の理由および上記実施例の結果を鑑み、第１，第２のリング状凸部１１１，１１２の形状は以下のように規定する。
【００４８】
第１のリング状凸部１１１の寸法Ａは、被研磨面Ｓａの圧力分布をコントロール可能なように、円形のウェハＳの直径の６０〜８５％とする。好適には、被研磨面Ｓａへ力を伝える面積が広くなり過ぎないように、７０〜８０％とする。さらに好適には、実験的に良い結果が得られた７２．５％〜７７．５％とする。
寸法Ｂについては、寸法Ａの９５％までの値をとることにより、第１のリング状凸部１１１が形成されるようにする。好適には、被研磨面Ｓａへ力を伝える面積が広くなり過ぎないように、５０〜９０％とする。より好適には、被研磨面Ｓａにおける応力集中が起こらないように、７５〜８５％であるとする。
【００４９】
第２のリング状凸部１１２の形状については、ウェハＳの外周部における研磨量が確保されるように、寸法Ｃが、円形のウェハＳの外径未満かつ９５％以上の大きさを有するものとする。好適には、ウェハＳの外周部における圧力分布をコントロールし易いように、ウェハＳの外径未満かつ９７．５％以上であるとする。さらに好適には、ウェハＳの外周部が研磨され過ぎないように、外径未満かつ９８．５以上であるとする。
【００５０】
第１のリング状凸部１１１と第２のリング状凸部１１２の高さの差である寸法Ｄに関しては、第２のリング状凸部１１２の高さである寸法Ｅの大きさからかけ離れないように、±０．２ｍｍ以内とする。好適には、ウェハＳの被研磨面における圧力分布のコントロールの容易さのために、±０．１ｍｍ以内であるとする。さらに好適には、第１および第２のリング状凸部１１１，１１２による押圧力が均一に伝わるように、±０．０５ｍｍ以内であるとする。
【００５１】
第２のリング状凸部１１２の高さである寸法Ｅの大きさに関しては、この凸部に貼着される弾性膜の厚さや硬さ等の物理特性や、温度等の諸条件の影響を受ける。一般的には、前述のように、弾性膜１２が、第２のリング状凸部１１２および第１のリング状凸部１１１においてバッキング材８に接し、第１、第２のリング状凸部１１１，１１２によって形成される凹部の部分では研磨中にバッキング材８に接しないように規定する。しかしながら、必ずしも接しないのがよいわけではなく、研磨に用いるスラリーの組成や研磨装置の運転状況等の様々なパラメータに依存する被研磨面Ｓａの圧力分布に応じて、最適な状況は変化する。従って、ここでは寸法Ｅに関しては特に規定しないが、一例としては０．１ｍｍ程度の値が用いられる。
【００５２】
このような保持ヘッド５０を用いた研磨装置によれば、正圧Ｐ２のドライエアーによってバッキング材８を介してウェハＳに印加される圧力とは独立して、ウェハＳの中央部付近に適宜、力を印加することができる。
従って、ウェハＳの中央部近辺の圧力分布をコントロールすることができ、被研磨面Ｓａの圧力分布を均一化することができる。
【００５３】
第３実施の形態
第２のリング状凸部１１２は、研磨の条件によっては必ずしも必要ではない。第２のリング状凸部１１２が必要とされるのは、ウェハＳの外周部、特に、外周から５ｍｍ内部付近までの部分において研磨量を確保したい場合である。
上記の領域の研磨品質はウェハの歩留まりに影響を与えるため、この部分の研磨量をできるだけウェハ中心部の研磨量と合わせ、残膜量を揃えることが望まれる。さらに、外周部に不要な膜が残った場合、その膜が剥がれ異物となり、ウェハ上に残って歩留まりを悪化させることがある。
このような状況は、スラリーおよびウェハの組成や研磨装置の運転状況などに応じて、例えば同じ直径のウェハを研磨しても、外周部に不要な膜が残ったり残らなかったりというように変化する。
従って、実際に研磨を行なったときに外周部に不要な残膜が存在する状況では第２のリング状凸部１１２が必要であるが、それ以外の場合はリング状凸部１１２の無い押圧板を用いた研磨装置を使用してもよい。
【００５４】
図９には、本発明の第３実施の形態に用いられる、第２のリング状凸部１１２が存在せず、第１のリング状凸部１１１のみを有する押圧板１２０が示されている。
図９（ａ）は押圧板１２０を押圧面側から見た平面図であり、図９（ｂ）はその断面ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
寸法Ａ，Ｂ、および第１のリング状凸部１１１の高さは、押圧板１１０の場合に準じて規定される。
【００５５】
本発明においては、ウェハＳがさらに大口径化する場合にも、それに対応して、第１のリング状凸部１１１と第２のリング状凸部１１２との間に、さらに別のリング状凸部を設けることが可能である。
これにより、ウェハＳが大口径化する場合にも、その被研磨面Ｓａ全面における圧力分布を均一化することができる。
【００５６】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、位置調整手段について、上記の実施の形態においてはドライエアーにより膨張するリング状チューブ１５としたが、圧力を利用して作動する機械的なアクチュエータを用いることも可能である。
また、押圧板の各寸法に関しても、研磨するウェハの寸法に応じて適宜規定すればよい。
さらに、半導体ウェハだけでなく、ガラス板や樹脂などの研磨や、メッキの除去など、様々な研磨処理に本発明は適用可能である。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、研磨の際に、被研磨対象物の被研磨面における圧力分布を均一化することができる。従って、被研磨面を、その全面において均一に研磨可能な研磨装置を提供することができる。
さらに、本発明によれば、被研磨対象物の被研磨面を、その全面において均一に研磨可能な研磨方法をも提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の一実施形態の概略構成図である。
【図２】図１に示す研磨装置の第１実施の形態の保持ヘッドを示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、図２に示す保持ヘッドの押圧板の一実施形態を、その押圧面から示した正面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）において断面ＩＩＩ−ＩＩＩから見た断面図である。
【図４】図４は半導体ウェハのＣＭＰの一例を説明するための断面図であり、図４（ａ）はＣＭＰ前の様子であり、図４（ｂ）はＣＭＰ後の様子を示している。
【図５】図３の押圧板を使用して半導体ウェハを平坦化研磨したときの半導体ウェハの残膜の分布を示すグラフである。
【図６】図１に示す研磨装置の第２実施の形態の保持ヘッドを示す断面図である。
【図７】図７（ａ）は、図６に示す保持ヘッドの押圧板の一実施形態を、その押圧面から示した正面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）において断面Ｉ−Ｉから見た断面図である。
【図８】図７の押圧板を使用して半導体ウェハを平坦化研磨したときの半導体ウェハの残膜の分布を示すグラフである。
【図９】図９（ａ）は、図１に示す研磨装置の第３実施の形態に用いられる押圧板を、その押圧面から示した正面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）において断面ＩＩ−ＩＩから見た断面図である。
【符号の説明】
１…研磨装置、２…研磨定盤、３…研磨布、４，６…回転軸、５，５０，５００…保持ヘッド、７…支持アーム、８…バッキング材、９…リテーナリング、１０…半導体基板、１１，１１０，１２０…押圧板、１２…弾性膜、１３…研磨剤供給管、１４，８１，８２…穴、１５…リング状チューブ、１７…ベース、２０…層間絶縁膜、２５…バリア膜、３０…銅膜、３５…銅配線、４０…コンタクト、４５，６０…モータ、８０…コンプレッサ、１１１…第１のリング状凸部、１１２…第２のリング状凸部、Ｓ…半導体ウェハ、Ｓａ…被研磨面、Ｓｂ…研磨面、Ｌ…研磨剤（スラリー）、ＣＳ…閉空間
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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