(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在のプラテンに貼り付けられた研磨布にウェハを押し付けた状態で前記研磨布と前記ウェハを回転させながら前記ウェハの表面を研磨する研磨装置において、
前記プラテンに設けられた孔に加圧空気供給源から加圧空気を供給して、前記研磨布の前記ウェハに対する加圧度を変化させる手段を備えており、
前記孔は前記プラテンに略同心円状に設けられるとともに、前記プラテンの中心から周縁に至る半径線分の中心部より周縁部で孔と孔の間隔が狭くなるように形成されていて、
前記加圧空気供給源は複数あり、前記プラテンの前記半径線分の上に置かれた前記ウェハの中心から等しい距離にある孔には同一の加圧空気供給源が接続されることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
回転自在のプラテンに貼り付けられた研磨布にウェハを押し付けた状態で前記研磨布と前記ウェハを回転させながら前記ウェハの表面を研磨する研磨装置において、
前記プラテンに設けられた孔に接続する配管を通じて、前記研磨布と前記プラテンの間の空気層を排気する複数の真空ポンプと、前記配管を通じて加圧空気を供給する複数の加圧空気供給源とを備えており、
前記孔は前記プラテンに略同心円状に設けられるとともに、前記プラテンの中心から周縁に至る半径線分の中心部より周縁部で孔と孔の間隔が狭くなるように形成されていて、
前記プラテンの前記半径線分の上に置かれた前記ウェハの中心から等しい距離にある孔には、配管を介して同一の真空ポンプおよび同一の加圧空気供給源が接続し、該配管に設けられたバルブの開閉によって排気または供給を行うことを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
前記周縁部での孔と孔の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍである請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記中心部での孔と孔の間隔が３０ｍｍ〜５０ｍｍである請求項１〜３に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨装置に関し、より詳しくは、均一にウェハを研磨することのできる研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、半導体ウェハの表面を平坦化する技術として、化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ，以下ＣＭＰという）法がある。ＣＭＰ法は、ウェハ表面を研磨面に押し付けた状態で、液体に砥粒が分散されたスラリーを用いて研磨する技術である。
【０００３】
図５（ａ）は、従来のＣＭＰ装置の構成を示す模式図である。図の装置では、研磨布１が貼られたプラテン２の上にキャリアヘッド５が配置されていて、キャリアヘッド５に研磨対象であるシリコン等のウェハ３がパッキングフィルム４を介して取り付けられている。ここで、パッキングフィルム４はウェハ３を保持するとともに、キャリアヘッド５とウェハ３の間で振動を吸収するためのクッションとしての役割も果たしている。また、キャリアヘッド５には、ウェハ３の表面を研磨布１に押し付けるための加圧機構（図示せず）が設けられている。そして、研磨布１の研磨面をダイヤモンドドレッサ等で削り取るドレッシングを行って研磨布１の表面を毛羽立たせた後、研磨剤供給口６から研磨剤７を研磨布１上に供給し、加圧されたキャリアヘッド５とプラテン２の双方を回転させることによってウェハ３表面の研磨を行う。
【０００４】
ところで、キャリアヘッド５の周縁部には研磨中にウェハ３が外へ飛び出すのを防止するためおよびウェハ３の周縁部での研磨速度を制御するためにリテイニングリング８が設けられていて、研磨の際にはリテイニングリング８が研磨布１を押圧する。このため、リテイニングリング８に接触している部分での力が変形して研磨布１のリバウンドが起こり、リテイニングリング８近傍のウェハ外周部に研磨布が強く当たる領域が発生する。これにより、ウェハ外周部での研磨速度が他の部分の研磨速度と異なって、面内均一性を悪化させるという問題（以下、研磨がエッジファーストであるという）があった。図６および図７は、ウェハ面内での研磨速度を比較したものである。図６の例では、研磨がエッジファーストである場合を示している。図７の例は図６の例の逆の場合（研磨がエッジスローである場合）である。このように、ウェハ面内での研磨速度が変化すると、研磨対象であるウェハ面内での均一性が低下し、後工程に悪影響を及ぼしてデバイスの歩留まり低下につながる。
【０００５】
さらに、図５（ｂ）は、図５（ａ）において円で囲んだ領域Ｃの一部拡大断面図であり、プラテン２の表面に研磨布１が貼られた状態を示している。図に示すように、研磨布１の表面には複数の溝１ａが形成されていて、研磨時にはこの溝１ａにスラリーが保持されて研磨が行われる。一方、研磨布１は、プラテン２の表面に両面テープで貼り付けられることによって固定される。この際、後述する理由により、研磨布１とプラテン２の間に空気が入らないように、プラテン２上に均一に研磨布１を貼り付けることが必要となる。
【０００６】
図５（ｃ）は、図５（ａ）において円で囲んだ領域Ｄの一部拡大断面図である。研磨布１とプラテン２の間に形成された空気層９の存在によって他の部分と比べて、研磨布１が図の上方に位置してしまう。通常、研磨布は張り替えた後にドレッシングを行うが、図５（ｃ）の状態でドレッシングを行うと空気層９が形成されている箇所の研磨布１表面が強くドレッシングされることにより、他の正常に貼られた空気層の無い部分と比較して研磨布表面の溝は浅いものとなってしまう。溝が浅くなると研磨に必要な量のスラリーを十分に保持することができなくなるため、ウェハ面内の均一性の低下を招く。また、研磨布の寿命が低下することにより生産性が低下する。
【０００７】
しかしながら、研磨布１とプラテン２の間に空気が入らないように研磨布１をプラテン２上に均一に貼ることは困難であり、作業者によってばらつきが生じるという問題があった。特に、ウェハの大口径化に伴いプラテンのサイズが大きくなると、均一に貼ることは一層困難となる。また、平坦化性能のよい硬質の研磨布を貼る場合にも困難性は増す。
【０００８】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、ウェハのエッジ付近と中心付近での研磨速度の差を低減し、また、研磨布をプラテンに貼り付ける際、研磨布とプラテンの間に空気層が形成され無いようにすることのできる研磨装置および研磨方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
本願請求項１に係る発明は、回転自在のプラテンに貼り付けられた研磨布にウェハを押し付けた状態で前記研磨布と前記ウェハを回転させながら前記ウェハの表面を研磨する研磨装置において、前記プラテンに設けられた孔に加圧空気供給源から加圧空気を供給して、前記研磨布の前記ウェハに対する加圧度を変化させる手段を備えており、前記孔は前記プラテンに略同心円状に設けられるとともに、前記プラテンの中心から周縁に至る半径線分の中心部より周縁部で孔と孔の間隔が狭くなるように形成されていて、前記加圧空気供給源は複数あり、前記プラテンの前記半径線分の上に置かれた前記ウェハの中心から等しい距離にある孔には同一の加圧空気供給源が接続されることを特徴とする。
【００１１】
本願請求項２に係る発明は、回転自在のプラテンに貼り付けられた研磨布にウェハを押し付けた状態で前記研磨布と前記ウェハを回転させながら前記ウェハの表面を研磨する研磨装置において、前記プラテンに設けられた孔に接続する配管を通じて、前記研磨布と前記プラテンの間の空気層を排気する複数の真空ポンプと、前記配管を通じて加圧空気を供給する複数の加圧空気供給源とを備えており、前記孔は前記プラテンに略同心円状に設けられるとともに、前記プラテンの中心から周縁に至る半径線分の中心部より周縁部で孔と孔の間隔が狭くなるように形成されていて、前記プラテンの前記半径線分の上に置かれた前記ウェハの中心から等しい距離にある孔には、配管を介して同一の真空ポンプおよび同一の加圧空気供給源が接続し、該配管に設けられたバルブの開閉によって排気または供給を行うことを特徴とする。
【００１２】
本願請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の研磨装置において、前記周縁部での孔と孔の間隔が５ｍｍ〜１０ｍｍであることを特徴とする。
【００１３】
本願請求項４に係る発明は、請求項１〜３に記載の研磨装置において、前記中心部での孔と孔の間隔が３０ｍｍ〜５０ｍｍであることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
実施の形態
図１は、本発明に係るプラテンの上面図である。ウェハは、プラテンの中心から周縁に至る半径の長さの上に置かれる。図に示すように、プラテン１０には複数の孔が形成されていて、研磨する際、プラテン１０上にウェハ１１が位置した際にウェハ１１の周縁付近に対応する位置の方が中心付近に対応する位置よりも孔の数が多くなるような分布を持ってプラテン１０の全体に設けられている。プラテン１０の中心から周縁に至る半径の線分の上で、半径線分の両端付近で分布が多く、中心付近で分布が少ない。図ではプラテンの中心から同心円状に放射線状の広がりを持って孔を形成しているが、ウェハの周縁付近での孔の数がウェハの中心付近での孔の数よりも多くなるように分布するのであればいかなる形状であってもよい。尚、図１においては、例えばウェハの周縁部１１ａと周縁部１１ｂとでは孔の数に差があり、１１ａの方が少ない。しかしながら、研磨はウェハ１１およびプラテン１０の双方が回転しながら行われるので周辺部全体で見れば中心部よりも孔の数は多くなる。
【００２０】
図２は、図１のプラテンを用いて研磨する際の様子を示した断面模式図である。１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇは図１に示すプラテンに形成した孔に対応している（同じ記号は同じ孔を示していることを表している）。また、図１および図２において、同じ記号で表される孔は１２ａ，１２ｂ，…，１２ｇについて各４つずつある。これらの同じ記号を有する孔は、それぞれウェハ１３の表面において等価な位置にあることを示している。ここで、等価な位置とは、プラテンの半径線分の上にウェハが置かれるとき、ウェハの中心から同じ距離の位置にあることを意味する。図２では、プラテン１０の領域Ａにキャリアヘッド１４がありウェハ１３が取り付けられている。例えば、領域Ａにおける２つの孔１２ａはどちらもウェハ１３のエッジ付近に位置しており等価である。一方、図２において、領域Ｂにはキャリアヘッドは描かれていないが、同様に２つの孔１２ａがウェハのエッジ付近に位置するように設けられており、領域Ａの代わりに領域Ｂでウェハを研磨することも可能である。また、領域Ａおよび領域Ｂの両方でウェハを研磨してもよい。
【００２１】
図２に示すように、孔１２ｇはウェハの中心部に形成されている。また、孔と孔の間隔は中心部より周縁部のほうが狭くなるように形成されている。そして、孔１２ａには配管１５ａが、孔１２ｂには配管１５ｂが、孔１２ｃには配管１５ｃが、孔１２ｄには配管１５ｄが、孔１２ｅには配管１６ｅが、孔１２ｆには配管１５ｆがそれぞれ接続している。また、プラテン１０の中央部には孔１２ｈが複数設けられており、それぞれ配管１５ｈに接続している。配管１５ａ〜配管１５ｈはそれぞれ２つに分岐している。例えば配管１５ｇはバルブ１６、レギュレータ２１を介して加圧空気供給源１７に、バルブ１８を介して真空ポンプ１９にそれぞれ接続している。他の配管についても同様である。そして、このような配管が図１で見て、プラテン１０に形成された全ての孔について接続されている。但し、図１の例では、プラテン１０の円周方向において、ウェハ１１上で等価な位置にある孔は同じ配管に接続することができる。例えば、図１において、孔１２ｇ，１２ｇ′，１２ｇ″，…はすべて同じ配管１５ｇ（図２）に接続する。
【００２２】
図３および図４に本発明の動作を示す。図３（ａ）は研磨布２０とプラテン１０の間に空気層２１が形成されている場合の断面模式図である。説明のために、プラテン１０に形成されている孔は図２における孔１２ｇに対応するとする。この場合には、図２においてバルブ１６を閉としバルブ１８を開として、孔１２ｇに接続している配管１５ｇを真空ポンプ１９に接続することにより空気層２１の空気を排気する。これにより、図３（ｂ）に示すように研磨布２０をプラテン１０上に良好に貼り付けることができる。
【００２３】
図３では１箇所の孔についてのみ説明したが、プラテンと研磨布の間で複数の箇所に空気層が形成されている場合も同様である。空気層の形成されている箇所に対応する孔に接続している配管のバルブを開いて真空ポンプと接続し、空気を排気しながら研磨布とプラテンが密着するように貼り付ければよい。この際、例えば排気とともに研磨布の上から適当な押圧をかけて研磨布がプラテンに密着するようにしてもよい。また、異なる真空ポンプに接続している配管であれば、配管ごと（真空ポンプごと）に適当な排気量となるよう調節することが可能である。真空度は、例えば接続する真空ポンプの数を増減することにより調整することができる。
【００２４】
このようにすることにより、研磨布をプラテン上に貼り付ける際に研磨布とプラテンとの間に空気が入ってしまった場合でも容易にこの空気をのぞくことができるので、研磨布をプラテン上に均一に貼り付けることが可能となる。
【００２５】
一方、図４は研磨布とプラテンの間に空気層は形成されていないが、例えば研磨布に形成された溝が不均一である等のために、部分的に研磨速度の遅い箇所がある場合の断面模式図である。説明のために、プラテン１０に形成されている孔は図２における孔１２ｇに対応するとする。この場合には、図２においてバルブ１８を閉としバルブ１６を開として、孔１２ｇに接続している配管１５ｇを加圧空気供給源１７に接続することにより配管１５ｇから空気を送る。送られた空気は孔１２ｇを通って研磨布２０を押し上げる。これにより、ウェハ１３に対する研磨布２０の圧力が部分的に大きくなり研磨速度を大きくすることができる。加圧空気供給源１７から配管１５ｇを通じて送る空気の量は研磨速度をウェハ１３全体で均一にすることができる程度の量であればよく、レギュレータ２１によって所望の量に制御する。
【００２６】
図４では１箇所の孔についてのみ説明したが、研磨速度が他と比べて遅い箇所が複数ある場合も同様である。研磨速度が遅い箇所の孔に接続している配管のバルブを開いて加圧空気供給源と接続し、研磨速度が均一になるように空気を適量送ればよい。異なる加圧空気供給源に接続している配管であれば、配管ごと（加圧空気供給源ごと）に適当な供給量となるよう調節することが可能である。真空度は、例えば接続する真空ポンプの数を増減することにより調整することができる
【００２７】
また、本発明によれば、ウェハの周縁付近での孔の数が多くなるようにしているので、図７で説明したように、ウェハの周縁付近での研磨速度が中心付近と比較して遅い場合にも対応可能である。例えば、図７の例では、図２において孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…等研磨速度が遅くなる箇所に対応する孔に対して、バルブを開いて加圧空気供給源と接続する。この際、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，…の順に送る空気の量を少なくするようにする。
【００２８】
さらに、本発明によれば、図６で説明したように、ウェハの周縁付近での研磨速度が中心付近と比較して速い場合にも対応可能である。例えば、図２において孔１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，１２ｆ，１２ｇのすべてに空気が供給されるようにバルブを開き、研磨速度が速いウェハ周縁付近に対応する孔１２ａ，１２ｃ，１２ｃ，…の順に圧力が低くなるように供給する空気の量を調節する。あるいは、加圧空気供給源へのバルブを閉じ、真空ポンプへのバルブを開いて孔１２ａ，１２ｃ，１２ｃ，…の順に圧力が低くなるように減圧してもよい。
【００２９】
さらに、本発明によれば、研磨速度が速い箇所と研磨速度が遅い箇所が同時に存在する場合にも対応可能である。例えば、図７は、上述したように、ウェハの周縁付近での研磨速度が中心付近と比較して一様に遅くなっている場合の例である。これに対して、図７と同様に周縁付近で一旦研磨速度が遅くなる傾向を示した後でさらにウェハの外側に行くにつれて今度は次第に増加するような傾向を示す場合には、研磨速度が遅い箇所に対応する孔に研磨速度に応じた適当量の空気を供給する一方、研磨速度が速い箇所に対応する孔から排気するなどして、場所に応じて研磨布のウェハに対する加圧度を変化させればよい。
【００３０】
このようにすることにより、不均一な研磨速度の箇所について、その部分の研磨速度を速く（または、遅く）することができるので、ウェハ全体を均一な速度で研磨することができる。特に、ウェハ周縁付近での不均一な研磨速度を均一なものとするのに有効である。
【００３１】
３００ｍｍ径のウェハを研磨する場合においては、プラテンに形成する孔の大きさは内径２ｍｍ〜５ｍｍ程度であるのが好ましい。また、ウェハ周縁部に相当する部分での孔と孔の間隔は５ｍｍ〜１０ｍｍ程度であるのが好ましい。５ｍｍより間隔が小さくなると加工が難しくなるとともに、空気の排気量や供給量の調節が困難になる。一方、孔と孔の間隔が１０ｍｍより大きくなると周縁付近での研磨速度の不均一性を是正するのが困難となる。これに対して、ウェハ中心付近に相当する部分での孔と孔の間隔は３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度であるのが好ましい。３０ｍｍより小さくなると孔の数が多くなるためにプラテンが変形しやすくなるため好ましくない。また、ウェハ中央部での研磨速度は一般に安定していることから３０ｍｍより狭い間隔で孔を設ける必要性は小さい。一方、孔と孔の間隔が５０ｍｍより大きくなると研磨布とプラテンの間に生じた空気層を排気できない場合が生じるおそれがあることから好ましくない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、研磨布をプラテン上に貼り付ける際に研磨布とプラテンとの間に空気が入ってしまった場合でも容易に空気を除くことができるので、研磨布をプラテン上に均一に貼り付けることができる。
【００３３】
また、本発明によれば、不均一な研磨速度の箇所について、その部分の研磨速度を速く（または、遅く）することができるので、ウェハ全体を均一な速度で研磨することができる。特に、ウェハ周縁付近での不均一な研磨速度を均一なものとするのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るプラテンの上面図である。
【図２】本発明に係るプラテンを用いて研磨する様子を示す断面模式図である。
【図３】（ａ）は本発明実施前、（ｂ）は本発明実施後の研磨布とプラテンの断面模式図である。
【図４】研磨布とプラテンの断面模式図である。
【図５】（ａ）は従来のＣＭＰ装置の構成を示す模式図、（ｂ）および（ｃ）は研磨布とプラテンの断面模式図である。
【図６】ウェハ面内での研磨速度を示す図である。
【図７】ウェハ面内での研磨速度を示す図である。
【符号の説明】
１，２０  研磨布、  ２，１０  プラテン、  ３，１１，１３  ウェハ、  ４  パッキングフィルム、  ５，１４  キャリアヘッド、  ６  研磨剤供給口、  ７研磨剤、  ８  リテイニングリング、  ９  空気層、  １１  演算装置、  １２ａ〜１２ｈ  孔、  １５  配管、  １６，１８  バルブ、  １７  加圧空気供給源、  １９  真空ポンプ、  ２１  レギュレータ。
【図１】
0003869290.tif 000002
【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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