(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤と基板ホルダとの間に基板を配置し、該基板ホルダ側から供給する気体によって基板の裏面を加圧するとともに、前記定盤側から研磨パッドを介して基板の表面に研磨液を供給しながら、前記定盤及び基板ホルダをともに回転させて基板の表面を研磨する基板研磨方法であって、
前記基板ホルダに、前記基板の側面を囲むようにリテーナーリングと、前記リテーナーリングと前記基板ホルダとを接続するリテーナーフリーねじと、前記リテーナーフリーねじを押圧可能なフリーねじクランプとを設け、
前記基板ホルダに基板を配置して、前記基板ホルダ側から減圧吸引することにより、前記基板ホルダに前記基板を吸着すると共に、
前記フリーねじクランプを下降させ、前記リテーナーフリーねじを押し下げることにより、前記リテーナーリングを前記基板よりも下方に突出させ、
次に、前記基板ホルダと前記基板を前記研磨パッド上に移動させて、前記リテーナーリングと前記研磨パッドとが接触する位置で前記基板ホルダの位置を固定し、前記基板ホルダから気体により離間させて、前記基板を前記研磨パッドに押し付け、
次に、前記フリーねじクランプを上昇させることにより、前記リテーナーリングを前記基板の表面と同一高さまで上昇させ、この状態で基板の表面を研磨する
ことを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２】
前記基板ホルダと前記リテーナーリングとの間に、前記リテーナーリングに接して高さ方向に収縮可能にリテーナークッションを設け、前記フリーねじクランプ及び前記リテーナーフリーねじの上昇及び下降によって、前記リテーナークッションを伸縮させることにより、前記リテーナーリングを上昇及び下降させることを特徴とする請求項１記載の基板研磨方法。
【請求項３】
研磨すべき基板との接触面に研磨パッドを設けた定盤と、
基板の裏面と対向するように配置され気体を供給する孔を有する基準板、
該基準板が固定されている支持板、
該基準板の周囲部に高さ方向に収縮可能に配置されて基板の裏面の外周部を保持するシール用クッション、
このシール用クッションの周囲に高さ方向に移動可能に配置されて基板の側面を囲むリテーナーリング、
及びこのリテーナーリングに接して高さ方向に収縮可能に配置されてリテーナーリングを前記のように移動させるリテーナークッション、
前記リテーナークッションを介して、前記リテーナーリングと前記支持板とを接続するリテーナーフリーねじ、
前記リテーナーフリーねじを押圧可能なフリーねじクランプを少なくとも設けて前記研磨パッド上に固定される基板ホルダと、を備え、
前記基板ホルダの基準板の孔から気体を供給して、前記基板を基準板から離間させた状態で位置決めするようにしてなることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板研磨方法、特に基板を表面基準で研磨する基板研磨方法及びこの実施に用いる研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＩＣ、ＬＳＩなどの半導体装置を製造する場合の出発材料として半導体ウェハ（以下、単にウェハと称する）が用いられる。半導体装置の各製造工程においては、このウェハの表面に対して回路素子を形成するための各種のプロセス処理を施すので、ウェハの表面は予め平坦となるように研磨しておく必要がある。あるいは、この研磨は、必要に応じて各製造工程の途中において行われる場合もある。このような研磨は、専用の研磨装置を用いて行われる。
【０００３】
図４は従来の研磨装置を示す断面図である。同図において、１は研磨すべきウェハで、このウェハ１は定盤２とウェハホルダ（基板ホルダ）３との間に配置される。４は定盤２の表面に貼り付けられた研磨パッド、５は研磨パッド４に研磨液６を供給するノズルである。
【０００４】
ウェハホルダ３は、次のような各部品によって構成されている。７は基準板で、ウェハ１の裏面と対向するように配置されて、空気のような気体を供給する減圧及び加圧用小孔８を有し、基準板止めねじ９によって支持板１０に固定されている。１１は支持板１０の上方の一対の上板１８・１８間に設けられた自在継手、１２は支持板１０及び上板１８、１８の中央部に設けられた減圧及び加圧用大孔である。１３は基準板７の減圧及び加圧用小孔８と支持板１０の減圧及び加圧用大孔１２とを連通させる減圧及び加圧用溝、１４は減圧及び加圧用溝１３の周囲に設けられたシールリング、１５は基準板７の表面に張付けられたバッキングパッドである。基準板７の周囲部にはウェハ１の飛び出しを防止するリテーナーリング１６が設けられ、このリテーナーリング１６はリテーナー止めねじ１７によって支持板１０に固定されている。
【０００５】
このような研磨装置において、ウェハ１の研磨を行うときは、ウェハホルダ３を構成しているバッキングバッド１５の下方にウェハ１を配置した状態で、減圧及び加圧用小孔８、減圧及び加圧用溝１３及び減圧及び加圧用大孔１２を経由して外部から減圧吸引して、ウェハ１の裏面をバッキングパッド１５面に吸着する。次に、ウェハ１を吸着した状態でウェハホルダ３を定盤２の上方に配置して、バッキングパッド１５面を減圧あるいは常圧状態に保持して、ウェハ１の表面を定盤２の研磨パッド４に押圧する。続いて、ノズル５から研磨液６を研磨パッド４に供給しながら、定盤２及びウェハホルダ３をともに回転させてウェハ１の表面を研磨する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来のような研磨装置を用いた研磨方法では、バッキングパッド１５の厚みむらが直接に研磨圧力のむらとなるため、ウェハ１の研磨面となる表面が均一に研磨されないという問題があった。
【０００７】
すなわち、ウェハ１の研磨面に対して必要とする表面基準研磨にはならずに、バッキングパッド１５の厚みむらに依存する裏面基準研磨となってしまったのである。従って、特に表面に段差が存在するウェハの平坦化研磨に対しては面内均一性が不十分となるため、表面基準研磨のできる研磨方法が求められている。
【０００８】
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたものであり、気体によって基板の裏面を加圧するとともに、研磨パッドを介して基板の表面に研磨液を供給しながら基板の表面を研磨する場合、基板を表面基準で面内均一性良く研磨することができるようにすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明基板研磨方法は、定盤と基板ホルダとの間に基板を配置し、基板ホルダ側から供給する気体によって基板の裏面を加圧するとともに、定盤側から研磨パッドを介して基板の表面に研磨液を供給しながら、定盤及び基板ホルダをともに回転させて基板の表面を研磨する基板研磨方法であって、基板ホルダに、基板の側面を囲むようにリテーナーリングと、リテーナーリングと基板ホルダとを接続するリテーナーフリーねじと、リテーナーフリーねじを押圧可能なフリーねじクランプとを設け、基板ホルダに基板を配置して、基板ホルダ側から減圧吸引することにより、基板ホルダに基板を吸着すると共に、フリーねじクランプを下降させ、リテーナーフリーねじを押し下げることにより、リテーナーリングを基板よりも下方に突出させ、次に、基板ホルダと基板を研磨パッド上に移動させて、リテーナーリングと研磨パッドとが接触する位置で基板ホルダの位置を固定し、基板ホルダから気体により離間させて、基板を研磨パッドに押し付け、次に、フリーねじクランプを上昇させることにより、リテーナーリングを基板の表面と同一高さまで上昇させ、この状態で基板の表面を研磨することを特徴とする。
【００１０】
従って、本発明基板研磨方法によれば、基板ホルダによって、基板の裏面を外周部を除いて基板ホルダから浮上させた状態で位置決めして基板の表面を研磨する。従って、従来のようなバッキングパッドは不要になるので、基板を表面基準で面内均一性良く研磨することができる。
【００１１】
本発明研磨装置は、研磨すべき基板との接触面に研磨パッドを設けた定盤と、基板の裏面と対向するように配置され気体を供給する孔を有する基準板、基準板が固定されている支持板、この基準板の周囲部に高さ方向に収縮可能に配置されて基板の裏面の外周部を保持するシール用クッション、このシール用クッションの周囲部に高さ方向に移動可能に配置されて基板の側面を囲むリテーナーリング、及びこのリテーナーリングに接して高さ方向に収縮可能に配置されてリテーナーリングを前記のように移動させるリテーナークッション、このリテーナークッションを介して、リテーナーリングと支持板とを接続するリテーナーフリーねじ、このリテーナーフリーねじを押圧可能なフリーねじクランプを少なくとも設けて前記定盤上に固定される基板ホルダとを備え、該基板ホルダの基準板の孔から気体を供給して、基板を基準板から気体空間を介して離間させた状態で位置決めするようにしてなることを特徴とする。
【００１２】
従って、本発明研磨装置によれば、基板の裏面と対向するように配置され気体を供給する孔を有する基準板、基準板が固定されている支持板、この基準板の周囲部に高さ方向に収縮可能に配置されて基板の裏面の外周部を保持するシール用クッション、このシール用クッションの周囲に高さ方向に移動可能に配置されて基板の側面を囲むリテーナーリング、及びこのリテーナーリングに接して高さ方向に収縮可能に配置されてリテーナーリングを前記のように移動させるリテーナークッション、このリテーナークッションを介して、リテーナーリングと支持板とを接続するリテーナーフリーねじ、このリテーナーフリーねじを押圧可能なフリーねじクランプを少なくとも設けて基板ホルダを構成しているので、基準板の孔から気体を供給して、基板を基準板から気体空間を介して離間させた状態で位置決めすることができる。従って、従来のようなバッキングパッドは不要になるので、基板を表面基準で面内均一性良く研磨することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施の形態に従って詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明基板研磨方法の実施に用いる研磨装置を示す断面図、図２は研磨装置の主要部であるウェハホルダ３を示す断面図、図３はウェハホルダ３を示す底面図である。
【００１５】
図１乃至図３において、１は研磨すべきウェハ、２は定盤、３はウェハホルダで、ウェハ１は定盤２とウェハホルダ３との間に配置される。４は定盤２の表面に貼り付けられた研磨パッド、５は研磨パッド４に研磨液６を供給するノズルである。
【００１６】
ウェハホルダ３は、次のような各部品によって構成されている。７は例えばセラミックやガラスなどの剛性材料からなり、ウェハ１の裏面と対向するように配置されて、空気のような気体を供給する減圧及び加圧用小孔８を有する基準板、１０は例えばステンレスやセラミックなどの材料からなり、基準板７が基準板止めねじ９によって固定された支持板である。
【００１７】
１１は支持板１０の上方の一対の上板１８間に設けられた自在継手、１２は支持板１０及び上板１８の中央部に設けられた減圧及び加圧用大孔、１３は基準板７の減圧及び加圧用小孔８と支持板１０の減圧及び加圧用大孔１２とを連通させる減圧及び加圧用溝、１４は減圧及び加圧用溝１３の周囲部に設けられたシールリングである。基準板７の周囲部には例えば軟質シリコンゴムなどの高弾性材料からなり、高さ方向に収縮可能にシール用クッション１９が配置され、このシール用クッション１９は支持板１０に接している。シール用クッション１９は、ウェハ１の裏面の外周部を保持するように働く。
【００１８】
シール用クッション１９の周囲部には例えばデルリン（登録商標）、エポキシ樹脂などからなる高さ方向に移動可能にリテーナーリング１６が配置され、このリテーナーリング１６はリテーナーフリーねじ２０によってリテーナークッション２１を介して支持板１０に固定されている。このリテーナークッション２１は例えば軟質シリコンゴムなどの高弾性材料からなり、高さ方向に収縮可能に配置されている。リテーナーリング１６はリテーナークッション２１の弾性力によって高さ方向に移動させられ、ウェハ１の側面方向への飛び出しを防止するように働く。
【００１９】
上板１８の周囲部にはフリーねじクランプ２２が設けられ、このフリーねじクランプ２２はこの突出端２２ａがリテーナーフリーねじ２０の挿入孔２３内を昇降可能に配置されており、これによって、リテーナーフリーねじ２０を押圧可能にされている。
【００２０】
次に、このような基板研磨装置を用いた基板研磨方法について説明する。
【００２１】
まず、図３に示すように、ウェハホルダ３を構成しているシール用クッション１９に対して、研磨すべきウェハ１をこのオリエンテーションフラット１ａが所定の位置関係となるようにセットする。これは、減圧及び加圧用小孔８、減圧及び加圧用溝１３及び減圧及び加圧用大孔１２を経由して外部から減圧吸引することにより、図２に示すように、ウェハ１の裏面の外周部がシール用クッション１９を圧縮した状態で基準板７の表面に吸着される。このとき、フリーねじクランプ２２は図２で矢印で示すように、下降状態にしてリテーナーフリーねじ２０を押し下げることによって、リテーナーリング１６を最下端に位置させておく。この状態では、リテーナーリング１６の底部はウェハ１の表面よりも５０〜５００μｍ（望ましくは１００〜２００μｍ）下方に突出している。
【００２２】
次に、図１に示すように、ウェハ１を保持しているウェハホルダ３を定盤２上に配置して、リテーナーリング１６が研磨パッド４に接触する位置で固定する。続いて、減圧及び加圧用小孔８、減圧及び加圧用溝１３及び減圧及び加圧用大孔１２を経由して、外部から空気のような気体を供給すると、ウェハ１は裏面がその気体によって加圧されるので、基準板７の表面から離れて研磨パッド４に押圧される。２４は基準板７とウェハ１との間に形成された気体空間を示している。これによって、ウェハ１は従来のようにバッキングパッドによることなく、気体空間２４によって押圧されるようになる。
【００２３】
次に、図１で示すように、フリーねじクランプ２２を矢印で示すように上昇状態にすると、リテーナーフリーねじ２０は押さえがなくなるので、リテーナーリング１６はリテーナークッション２１を圧縮させてウェハ１の表面と同一高さになるように上昇する。これによって、リテーナーフリーねじ２０もこの圧縮分だけ上昇させられる。続いて、ノズル５から研磨液６を研磨パッド４に供給しながら、定盤２及びウェハホルダ３をともに回転させてウェハ１の表面を研磨する。このような研磨状態で、シール用クッション１９は研磨中の面圧の揺らぎに対応しながら圧縮量が変化するが、このシール用クッション１９は軟質シリコンゴムなどの高弾性材料から構成されているので、気体に対するシール効果は常に保持されている。このように上下動の追従性は良好であるが、横方向の力に対しては摩擦力が大きいため、シール用クッション１９に対してウェハ１の回転やずれが生ずることはない。従って、ウェハ１はウェハホルダ３の回転と同期して回転する。
【００２４】
また、研磨中に、万一ウェハ１にずれが生じても、研磨パッド４面に接しているリテーナーリング１６により、ウェハ１の側面方向への飛び出しは防止される。さらに、ウェハ１はうねりや反りなどがあっても、背圧によりウェハ１の研磨面が研磨パッド４面に押し付けられるので、ほぼ表面基準で研磨することができる。このため、例えばＭＯＳＩＣの製造の途中工程において、層間膜段差を有するウェハの平坦化研磨を行う際は、パターン段差を面内均一性良く除去することができるようになる。
【００２５】
このように本発明基板研磨方法によれば、ウェハ１の裏面を外周部を除いてウェハホルダ３から気体空間を介して離間させた状態で位置決めしてウェハ１の表面を研磨するので、次のような効果が得られる。
【００２６】
（１）ウェハ１の表面基準研磨ができるので、面内均一性が向上する。
【００２７】
（２）面内均一性が向上することに伴い、硬質材料からなる研磨パッド４を用いることができるので、段差の平坦化が容易になる。
【００２８】
（３）ウェハ１の裏面を非接触で研磨できるので、裏面に傷が入らない。
【００２９】
（４）ウェハ１の裏面の外周部が常に高弾性材料からなるシール用クッション１９でシールされているので、加圧による気体のリークを防止できるため、加圧力が安定する。
【００３０】
（５）ウェハ１に存在する反り、うねり、厚さむらなどの影響をほとんど受けることなく、研磨を行うことができる。
【００３１】
なお、本文中の説明では、一例として半導体ウェハを研磨する場合に例をあげて説明したが、これに限らずウェハ状の基板を研磨する場合には同様に適用することができる。また、研磨は一枚のウェハを行う場合に例をあげて説明したが、複数枚を同時に研磨する場合にも適用することができる。さらに、ウェハホルダを構成している各部品の具体的材料についても、本文中で例示したものに限らずに、同等の機能を有するものであれば同様に用いることができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、基板の裏面を外周部を除いて基板ホルダから気体空間を介して離間させた状態で位置決めして基板の表面を研磨するので、基板を表面基準で面内均一性良く研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明基板研磨方法の実施に用いる研磨装置を示す断面図である。
【図２】本発明基板研磨方法の実施に用いる研磨装置の主要部である基板ホルダを示す断面図である。
【図３】本発明基板研磨方法の実施に用いる研磨装置の主要部である基板ホルダを示す底面図である。
【図４】従来の研磨装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ウェハ（基板）、２…定盤、３…ウェハホルダ（基板ホルダ）、４…研磨パッド、５…ノズル、６…研磨液、７…基準板、１０…支持板、１４…シールリング、１６…リテーナーリング、１９…シール用クッション、２０…リテーナーフリーねじ、２１…リテーナークッション、２２…フリーねじクランプ、２４…気体空間。
【図１】
0003804117.tif 000002
【図２】
0003804117.tif 000003
【図３】
0003804117.tif 000004
【図４】
0003804117.tif 000005