(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、下面にトッププレートを保持するトップブロックと、
前記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、
トッププレートの外周面とガイドリングの内周面との間に配置され、ガイドリングの内周面に沿って上下方向に駆動され、その先端部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リング状のピストンとを備え、
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、
前記ピストンの胴部に径方向に突出する突出部を設け、
この突出部の上面側と下面側に第一と第二の圧力室を設けるとともに、突出部の上面及び下面とこれらに対向する第一及び第二の圧力室の内壁面との間に上下方向に伸縮するリング状の第一及び第二の弾性シール体を装着し、これらの第一及び第二の弾性シール体により前記第一と第二の圧力室の水平方向の断面積を区画すると同時に、第一の圧力室より第二の圧力室の水平方向の断面積が小さくなるよう設定し、
前記ピストンの突出部に、第一の圧力室と第二の圧力室を互いに連通させる貫通孔を形成し、
第一の圧力室及び第二の圧力室の内部に供給される加圧流体の圧力を制御することによって、前記ピストンの上下方向の位置を調整する様に構成したことを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３に、従来のポリッシングヘッドの一例として、特開平１１−２０７６０２号公報に記載されている「基板保持装置」の構造を示す。図中、６０はターンテーブル、６１は研磨パッド（研磨布）、６５は基板保持装置（ポリッシングヘッド）、６２は基板（ウエーハ）を表す。
【０００４】
基板保持装置６５は、回転軸６６と、回転軸６６と一体的に設けられた基板保持ヘッド６７と、基板保持ヘッド６７の下面の周縁部に固定されたガイド部材６９とを備えている。更に、基板保持ヘッド７７の下面には、ガイド部材６９の内周に沿って、シール部材７０が上下動可能に設けられている。基板保持ヘッド６７、シール部材７０及び基板６２によって第一の空間部７１が形成されるとともに、基板保持ヘッド６７及びシール部材７０によって第二の空間部７２が形成されている。
【０００５】
基板６２の中央部は、第一の空間部７１内に供給される加圧流体によって、研磨パッド６１に対して加圧される。基板６２の周縁部は、シール部材７０（第二の空間部７２内に供給される加圧流体で加圧される）によって、研磨パッド６１に対して加圧される。
【０００６】
上記の基板保持装置には、次の様な問題点がある。
【０００７】
（イ）ウエーハ（基板６２）を研磨する圧力が最大６５ｋＰａと小さいので、同程度の圧力であるシール部材７０への圧力の制御は、事実上困難である。
【０００８】
（ロ）シール部材７０には摺動抵抗があるので、シール部材７０への圧力を小さな値で正確に制御をすることは困難である。また、シール部材７０への圧力を正確に制御するためには、シール性を高めることが必要であるが、シール性を高めると摺動抵抗が増加し、制御がますます困難になる。
【０００９】
（ハ）一方、シール性が低いと、加圧流体が第二の空間７２から第一の空間７１へ漏れ、ウエーハの中心部における研磨速度の制御が困難となる。
【００１０】
（ニ）シール部材７０は、直径に比べて長さが短いので、シール部材７０と隣接する基板保持ヘッド６７との摺動面でかじりが生じ易く、シール部材７０が正確に動作しない恐れがある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の様な従来のポリッシングヘッドの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いて面圧分布の調整を正確に行うことを可能にし、これによって、ウエーハの面内における研磨量の分布の均一性を高め、ウエーハの平坦性を向上させ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。
【００１２】
【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、下面にトッププレートを保持するトップブロックと、
前記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、
トッププレートの外周面とガイドリングの内周面との間に配置され、ガイドリングの内周面に沿って上下方向に駆動され、その先端部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リング状のピストンとを備え、
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、
前記ピストンの胴部に径方向に突出する突出部を設け、
この突出部の上面側と下面側に第一と第二の圧力室を設けるとともに、突出部の上面及び下面とこれらに対向する第一及び第二の圧力室の内壁面との間に上下方向に伸縮するリング状の第一及び第二の弾性シール体を装着し、これらの第一及び第二の弾性シール体により前記第一と第二の圧力室の水平方向の断面積を区画すると同時に、第一の圧力室より第二の圧力室の水平方向の断面積が小さくなるよう設定し、
前記ピストンの突出部に、第一の圧力室と第二の圧力室を互いに連通させる貫通孔を形成し、
第一の圧力室及び第二の圧力室の内部に供給される加圧流体の圧力を制御することによって、前記ピストンの上下方向の位置を調整する様に構成したことを特徴とする。
【００１３】
本発明のポリッシング装置によれば、第一の圧力室及び第二の圧力室の内部に加圧流体を供給すると、これら二つの圧力室の水平方向の断面積の相違に基づいて、前記ピストンに下向きの力が作用する。この力によって、前記ピストンが下方へ移動すると、前記第一の弾性シール体が伸びるとともに前記第二の弾性シール体が縮み、これによって、前記ピストンを上方に押し上げる力が発生する。その結果、両者の力が釣り合う位置で、前記ピストンが停止する。
【００１４】
これによって、前記ピストンから前記バッキングパッドを介して被加工物の周縁部に作用する加圧力を精密に調整することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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を示す。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、６ａはフランジ部、７はガイドリング、８はバッキングパッド、１０はリング状のピストン、１０ｂは突出部、１１は第一の圧力室、１２は第二の圧力室、１５は貫通孔、１６はＯリング（第一の弾性シール体）、１７はＯリング（第二の弾性シール体）を表す。
【００１６】
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。
【００１７】
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が取り付けられている。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が取り付けられている。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。
【００１８】
トッププレート６は、その上面側の中央に円形の窪み部が形成され、この窪み部とトップブロック５の下面とによって取り囲まれた部分が空洞部２７となっている。この空洞部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、空洞部２７の外周に沿ってＯリングが配置され、空洞部２７の内部がシールされている。
【００１９】
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ている。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。
【００２０】
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。このフランジ部６ａの上面側には、トッププレート６の外周面とガイドリング７の内周面との間で、リング状の空間部が形成され、この空間部に、リング状のピストン１０の胴部が収容されている。ピストン１０の胴部は径方向内側に突出する突出部１０ａを有し、この胴部の外周側には、胴部の上面から上方に突出する突起部１０ｂ、及び胴部の下面から下方に突出する突起部１０ｃが形成されている。
【００２１】
上面側の突起部１０ｂの内周側には、Ｏリング１６（第一の弾性シール体）が装着されている。このＯリング１６の内周側には、ピストン１０の突出部１０ａの上面とトップブロック５の下面との間で、加圧流体が供給される第一の圧力室１１が形成されている。なお、トッププレート６の上面にも、外周に沿ってＯリングが配置され、これらのＯリングによって、第一の圧力室１１の内部がシールされている。
【００２２】
突出部１０ａの下面側の内周側には、下方に僅かに突出する様に段部１０ｄが形成され、この段部１０ｄの内周側にＯリング１７（第二の弾性シール体）が装着されている。このＯリング１７の内周側には、ピストン１０の突出部１０ａの下面とフランジ部６ａの上面との間で、加圧流体が供給される第二の圧力室１２が形成されている。なお、Ｏリング１７が装着された状態において、段部１０ｄの下面とフランジ部６ａの上面との間に僅かな隙間が形成される。
【００２３】
第一の圧力室１１と第二の圧力室１２は、ピストン１０の突出部１０ａを上下方向に貫通する複数の貫通孔１５によって互いに連通している。ここで、Ｏリング１６の内径はＯリング１７の内径と比べて大きく、従って、第一の圧力室１１の水平方向の断面積は、第二の圧力室１２の水平方向の断面積と比べて大きい。
【００２４】
ピストン１０の胴部の下面側の突起部１０ｂは、フランジ部６ａの外周とガイドリング７の間に形成された隙間を貫通して、トッププレート６の下面側に達している。バッキングパッド８の上面の周縁部は、突起部１０ｃの下端面に両面テープによって接着される。
【００２５】
ガイドリング７の内周面には、板状の摺動部材１９が装着されている。この摺動部材１９によって、ガイドリング７の内周面とピストン１０の外周面との間でのカジリの発生が防止される。
【００２６】
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の上端側のフランジ部５ａの内部には通気孔２５ａ、下端側のフランジ部５ｂの内部には通気孔２５ｂが形成されている。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２５ａに連絡し、通気孔２５ａの先端は、チューブ２４を介して通気孔２５ｂに連絡している。通気孔２５ｂの先端は、トップブロック５の下面に開口し、空洞部２７に連絡している。
【００２７】
通気孔２３、通気孔２５ａ、チューブ２４及び通気孔２５ｂを介して、空洞部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、空洞部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。
【００２８】
駆動軸４ａの内部には、更に、通気孔３３が形成されている。トップブロック５の上端部のフランジ５ａの内部には通気孔３５ａ、下端側のフランジ５ｂの内部には通気孔３５ｂが形成されている。通気孔３３は、回転継手（図示せず）及び圧力調整装置３１を介して、高圧空気源に接続されている。通気孔３３の先端は通気孔３５ａに連絡し、通気孔３５ａの先端は、チューブ３４を介して通気孔３５ｂに連絡している。通気孔３５ｂの先端は、トップブロック５の下面に開口し、第一の圧力室１１に連絡している。なお、前述の様に、第一の圧力室１１は、貫通孔１５を介して第二の圧力室１２に連通している。
【００２９】
通気孔３３、通気孔３５ａ、チューブ３４及び通気孔３５ｂを介して、第一の圧力室１１及び第二の圧力室１２の内部に高圧空気を供給すると、これら二つの圧力室の水平方向の断面積の差に基づいて、ピストン１０に下向きの力が作用する。この力によって、ピストン１０が下方へ移動すると、上面側のＯリング１６が厚さを増す様に変形する（戻る）とともに、下面側のＯリング１７が厚さ方向に圧縮され、これによって、ピストン１０を上方に押し上げる力が発生する。その結果、高圧空気による力とＯリング１６、１７の弾性力とが釣り合う位置で、ピストン１０が停止する。
【００３０】
ピストン１０の突出部１０ａの上下に、この様な圧力室１１、１２を構成することによって、ピストン１０からバッキングパッド８を介してウエーハ１の周縁部に作用する加圧力を、精密に制御することが可能になる。その結果、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を精密に調整することができる。
【００３１】
図２に、高圧空気の圧力とピストン１０の移動量との関係を測定した結果の一例を示す。この例において、Ｏリング１６のリング径は１９０ｍｍ、Ｏリング１７のリング径は１８０ｍｍ、フランジ部６ａよりも上部におけるトッププレート６の外径は、１６０ｍｍであった。高圧空気の圧力とピストン１０の移動量が比例していることが分かる。なお、図２において、プラス方向の移動量は、ピストン１０がトッププレート６の下面よりも下側に突出していることを意味している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明のポリッシング装置によれば、ピストンからバッキングパッドを介してウエーハの周縁部に作用する加圧力を、精密に制御することができる。これによって、ウエーハの周縁部におけるウエーハの表面と研磨布との間の接触圧力分布を精密に調整することが可能になり、ウエーハの平坦性を向上させることができる。
【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を示す図。
【図２】高圧空気の圧力とピストンの移動量との関係を測定した結果の一例を示す図。
【図３】従来のポリッシングヘッドの構造の一例を示す図。
【符号の説明】
１・・・ウエーハ、
５・・・トップブロック、
５ａ、５ｂ・・・フランジ部、
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、
１０・・・リング状のピストン、
１０ａ・・・突出部
１０ｂ、１０ｃ・・・突起部、
１０ｄ・・・段差部、
１１・・・第一の圧力室、
１２・・・第二の圧力室、
１５・・・貫通孔、
１６・・・Ｏリング（第一の弾性シール体）、
１７・・・Ｏリング（第二の弾性シール体）、
２３・・・通気孔、
２４・・・チューブ、
２５ａ、２５ｂ・・・通気孔、
２７・・・空洞部、
２８、２９・・・貫通孔、
３１・・・圧力制御装置、
３３・・・通気孔、
３４・・・チューブ、
３５ａ、３５ｂ・・・通気孔。
【図１】
0004327315.tif 000002
【図２】
0004327315.tif 000003
【図３】
0004327315.tif 000004