JP2000117624A - バッキングシートおよびそれを使用した研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨時にウエハの裏面が汚れるのを防止でき
るバッキングシートおよびそれを使用した研磨装置を提
供する。 【解決手段】 バッキングシートを、外周側に位置する
とともに、ウエハＷが内径側に位置可能であるガイドリ
ング６と、このガイドリング６の内径側に位置して前記
サポートフィルム２を覆うとともに、中央部よりも外周
部の方が硬度が低くなっており、さらに、前記ガイドリ
ングよりも肉薄のバッキングパッドとをサポートフィル
ムの下面に配設して構成し、このバッキングパッドをキ
ャリアベースの下面に取付けてある研磨装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は研磨中にスラリー
がウエハの裏面に到達して汚れるのを防止することがで
きるとともに、ウエハを均一研磨することができるバッ
キングシートおよびそれを使用した研磨装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、この種のウエハ研磨装置にあっ
ては、表面に研磨すべき研磨パッドが貼着された円板状
のプラテンと、研磨すべきウエハの一面を保持して研磨
パッドにウエハの他面を当接させる複数のウエハ保持ヘ
ッドと、ウエハ保持ヘッドをプラテンに対して相対的に
回転させるヘッド駆動機構とを具え、研磨パッドとウエ
ハとの間にスラリーを供給して研磨を行うものが知られ
ている。

【０００３】そして、ウエハを均一に研磨するウエハ研
磨装置としては、特開平８−２５７８９３号に示すもの
が提案されている。このものにあっては、その図６に示
すように、キャリア４９の下面（ウエハ貼着面）にはウ
エハ吸着シートＳが設けられ、そして、キャリア４９の
外周部には、円環状の凹部４６Ａが形成され、この部分
のウエハ吸着シートＳも除去されている。この凹部４６
Ａはキャリア４９の半径方向に対して一定幅を有し、キ
ャリア軸線方向に対する深さも全周に渡って一定となっ
ている。このような凹部４６Ａを形成したことによりウ
エハＷの外周縁から半径方向内方に向けて一定幅Ａのウ
エハ外周部はキャリア４９には支持されておらず、凹部
４６Ａ内へ弾性変形可能とされている。

【０００４】したがって、定盤４８の上面に設けた研磨
パッド４７による研磨時にリテーナリング５０の内周側
での研磨パッド４７の表面に波打ち変形Ｔが生じて、ウ
エハ外周部に対する研磨パッド４７の当接力が高くなっ
た場合でも、当接力に応じてウエハ外周部が研磨パッド
４７から逃げる方向に弾性変形するようになっている。
これにより、研磨パッド４７に対するウエハＷの当接圧
力が減少してウエハ外周部の過研磨が緩和されるからウ
エハＷの全面に渡って摩耗量を均一にすることができ
る。

【０００５】一方、図７に示す場合においては、円板状
のキャリア７０の外径はウエハＷよりも大きく、その下
面（ウエハ貼着面）にはウエハ吸着シートＳを介してウ
エハＷが同心で付着されるようになっている。キャリア
７０の下面のウエハの外周部と対向する位置には円環状
の凹部７４が同心に形成されている。これによりウエハ
Ｗの外周縁から半径方向内方に向けて一定幅Ａのウエハ
外周部は、キャリア７０により支持されておらず、凹部
７４内へ向けて弾性変形可能とされている。

【０００６】しかしながら、上記のような構成となって
いる特開平８−２５７８９３号に示すバッキングシート
およびそれを使用した研磨装置にあっては、ウエハの外
周部がキャリア７０の凹部７４内に対向しているので、
研磨作業中にこの凹部７４内にスラリーが浸入してウエ
ハＷの裏面に到達し、これによってウエハＷが汚れてし
まうという問題点を有していた。

【０００７】この発明の目的は、ウエハを押圧するバッ
キングシートの構成を、中央部に対して外周部を柔らか
くしたバッキングパッドを使用してウエハの押圧力を中
央部と外周部とで異ならせて常にバッキングパッドがウ
エハの裏面に接触するようにしたことでウエハの裏面に
スラリーが到達しないようにしてウエハが汚れるのを防
止できるバッキングシートを提供することにある。この
発明の他の目的は、ウエハを押圧するバッキングシート
の構成を、中央部に対して外周部を柔らかくしたバッキ
ングパッドを使用してウエハの押圧力を中央部と外周部
とでは異ならせて常にウエハの裏面にバッキングパッド
が接触するようにしたことでウエハの裏面に汚れが到達
しないようにし、このようなバッキングパッドを有する
バッキングシートをウエハ研磨装置に使用することで、
研磨時にウエハが汚れるのを防止できるとともに、ウエ
ハを均一研磨できるウエハ研磨装置を提供することにあ
る。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】上記の問題点を解決す
るためにこの発明によるバッキングシートにあっては、
キャリアベースの下面に取付けられて研磨時にウエハを
研磨パッドに押圧するとともに、水平方向の移動を阻止
するようにしたバッキングシートであって、該バッキン
グシートは、外周側に位置するとともに、ウエハが内径
側に位置可能であるガイドリングと、このガイドリング
の内径側に位置して前記サポートフィルムを覆うととも
に、中央部よりも外周部の方が硬度が低くなっており、
さらに、前記ガイドリングよりも肉薄のバッキングパッ
ドとをサポートフィルムの下面に配設して構成した手段
が採用される。この場合、前記バッキングパッドは中央
部に位置する硬質のバッキングパッドと外周部に位置す
る軟質のバッキングパッドとからなり、前記軟質のバッ
キングパッドを環状に形成して内部に前記硬質のバッキ
ングパッドを嵌め込んで一体にしたものや、中央部から
周縁部に至るに従って順次孔を密に穿設し、これによっ
て中央部から周縁部に至るに従って順次硬度を低く構成
したものが採用される。また、この発明による研磨装置
にあっては、キャリアベースの下面に圧力室部が形成さ
れ、この圧力室部の圧力に応じて定盤に対するウエハの
押圧力を可変するようにした研磨装置において、前記キ
ャリアベースの圧力室部をバッキングシートで覆うよう
に構成し、このバッキングシートは、ウエハの水平方向
の移動を阻止するガイドリングと、ウエハの裏面に押圧
するバッキングパッドとからなり、該バッキングパッド
は中央部に対して周縁部の方を軟質に構成した手段を採
用したものである。さらに、キャリアベースの下面にウ
エハと接触するバッキングパッドを配設し、前記キャリ
アベースに応じて定盤に対するウエハの押圧力を可変す
るようにした研磨装置において、前記バッキングシート
は、ウエハの水平方向の移動を阻止するガイドリング
と、ウエハの裏面に接触するバッキングパッドとからな
り、該バッキングパッドは中央部に対して周縁部の方を
軟質に構成した手段を採用したものである。

【０００９】

【作用】この発明は上記の手段を採用したことにより、
バッキングシートにあっては、中央部に対して周縁部の
方が軟質に構成できるのでウエハの絶対変形に対しては
容易に追従して常にウエハの裏面に接触する。これによ
ってウエハとバッキングパッドとの間にスラリーが浸入
する恐れがなく、研磨時にウエハが汚れる恐れがないこ
ととなる。また、上記のバッキングシートを使用した研
磨装置にあっては、バッキングシートに接触するウエハ
を定盤に設けた研磨パッドにどのように押圧する研磨装
置であっても、ウエハとバッキングパッドとの間にスラ
リーが浸入する恐れはなく、汚れが生じるのを防止でき
るとともに、ウエハを均一研磨できてスループットを高
めることができることとなる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に示すこの発明の実施
の形態について説明する。図１〜図５にはこの発明によ
るバッキングシートおよびこのバッキングシートを組み
込んだウエハ研磨装置の実施の形態が示されており、図
１はバッキングシートの実施の形態を示す概略断面図、
図２は図１のバッキングシートを用いたウエハ研磨装
置、図３はウエハ研磨装置の回転駆動機構を示す概略
図、図４はキャリアを示す概略図である。

【００１１】この発明によるバッキングシート１は、図
１に示すように、前記サポートフィルム２と、軟質バッ
キングパッド４、および硬質バッキングパッド３からな
るバッキングパッド５と、ガイドリング６とで構成され
ている。

【００１２】すなわち、バッキングシート１は、円板状
のサポートフィルム２と、この円板状のサポートフィル
ム２の下面の外周側に配設され、ウエハよりも大径のガ
イドリング６と、このガイドリング６の内側の前記サポ
ートフィルム２を覆い、外周側が軟質バッキングパッド
４で、内周側が硬質バッキングパッド３であるととも
に、前記ガイドリング６よりも肉薄の２種類のバッキン
グパッド５とで形成したものである。

【００１３】言い換えれば、前記サポートフィルム２の
下面最外周側には円環状をなすとともに、エポキシグラ
ス等の樹脂製のガイドリング６が設けられ、その内側に
は所定の幅の円環状の軟質バッキングパッド４が、そし
て、この軟質バッキングパッド４の内部には円板状の硬
質バッキングパッド３がそれぞれ配設されている。この
軟質および硬質バッキングパッド３、４は、その厚みが
同一であるとともに、ガイドリング６よりも薄く形成さ
れている。

【００１４】そして、前記軟質バッキングパッド４の幅
は、ウエハＷとガイドリング６との隙間Ｃに０．２〜
２．５ｍｍの幅Ｂを加えた距離となっている。

【００１５】一方、ウエハ研磨装置１０は図２に示すよ
うに、表面に研磨パッド１１が貼着された定盤１２と、
この定盤１２の上面に研磨するウエハＷを押圧するキャ
リア１３と、該キャリア１３を回転駆動するための回転
駆動機構１４とを具えている。

【００１６】前記定盤１２は、装置の筐体の内部のモー
タ１５により回転駆動されるようになっている。すなわ
ち、モータ１５に取付けられたプーリ１６と変速機１７
の入力軸１８に取付けられたプーリ１９とにベルト２０
が張設されて出力軸２１が所定の回転に変速されるよう
になっており、この出力軸２１に定盤１２が取付けられ
て回転されるようになっている。したがって、モータ１
５の回転がベルト２０を介して所定の変速比で変速機１
７の出力軸２１の回転となり、定盤１２が所定の回転比
で回転する。

【００１７】前記回転駆動機構１４は、図３に示されて
いるようにキャリア１３を押圧しながら回転させるため
の機構であり、シリンダ２２とモータ２３とを具えてい
る。前記シリンダ２２はシリンダ本体２４を貫通するピ
ストンロッド２５と、このピストンロッド２５の外側に
固着された状態でシリンダ本体２４内に気密に嵌められ
たピストン２６とで構成されている。これにより、シリ
ンダ本体２４内の空気圧を調整することでピストンロッ
ド２５をピストン２６と一体に上下動させ、キャリア１
３への押圧力を調整することができる。

【００１８】一方、モータ２３はシリンダのピストンロ
ッドに組み付けられており、モータの回転軸に設けた歯
車２７が、ピストンロッド２５の上部に軸受け２８を介
して取付けられた歯車２９に噛合い係合している。そし
て、歯車２９の上面に設けられた支持部材３０に、筒状
のインナーロッド３１の上端が固着されている。これに
より、モータ２３を駆動すると、その回転が歯車２７、
２９と支持部材３０とを介してインナーロッド３１に伝
達され、インナーロッド３１がピストンロッド２５内を
所定の速度で回転する。

【００１９】前記キャリア１３は、図４に示すように構
成されていて、定盤１２の研磨パッド１１の上面のウエ
ハＷを保持した状態で回転することができ、前記ピスト
ンロッド２５の下端部に組付けられているとともに、キ
ャリア本体部４０と圧力室部４１とを具えている。

【００２０】前記キャリア本体部４０は、ハウジング４
２とキャリアベース４３とで形成されている。前記ハウ
ジング４２は中央部に回転自在の連結部材４４を有し、
この連結部材４４にピストンロッド２５の下端部が連結
されている。このハウジング４２は、連結部材４４の下
側に内歯歯車４５ａを有し、この内歯歯車４５ａに前記
連結部材４４の中心孔を貫通したインナーロッド３１の
下端に形成された外歯歯車４５ｂが噛合い係合してい
る。これにより、インナーロッド３１がモータ２３で回
転すると内歯歯車４５ａと外歯歯車４５ｂとの噛合い係
合によってハウジング４２にモータ２３の駆動力が伝達
される。

【００２１】前記キャリアベース４３は、その下面中央
部側が窪み部４３ａに形成されるとともに、この窪み部
４３ａ内には前記インナーロッド３１の孔と連通する孔
４６が穿設されており、このキャリアベース４３は前記
ハウジング４２の下面にねじで固定されている。

【００２２】前記圧力室部４１は、前記キャリアベース
４３の下面に設けた窪み部４３ａを、その周縁部に図１
に示すバッキングシート１を構成するサポートフィルム
２を取付けて閉塞することで形成されている。

【００２３】なお、前記圧力室部４１の圧力を可変する
ために前記サポートフィルム２および硬質バッキングパ
ッド３の積層した部位、および前記サポートフィルム２
および軟質バッキングパッド４の積層した部位を貫通し
て流通孔（図４の鎖線参照）を形成して、この流通孔に
弁を設ける場合もあるが、流通孔および弁を設けること
なく圧力室部４１の内部圧力を可変とすることでウエハ
Ｗの研磨パッド１１への押圧力を可変とするように構成
しても良い。さらに、前記キャリアベース４３の下面に
窪み部４３ａを形成することなく平面状とし、この下面
に直接前記バッキングシート１を設けるように構成して
もよく、どのようなキャリアベース４３であっても図１
に示すバッキングシートを取付けることができるもので
ある。

【００２４】そして、ウエハＷを研磨する時は、ウエハ
Ｗの上面はバッキングパッド５の下面に接触した状態で
前記ガイドリング６の内部に位置するのでガイドリング
６によって水平方向の移動が規制され、上下方向の移動
は研磨パッド１１とバッキングパッド５とで規制される
ようになっている。

【００２５】つぎに前記のものの作用について説明す
る。まず、図示しないウエハ載置台の上面に位置するウ
エハを、図１および図４に示すように前記ガイドリング
６の内部に位置した状態で、かつ、その上面がキャリア
ベース４３の下面に設けられた硬質および軟質のバッキ
ングパッド３、４に接触した状態にしてバッキングシー
ト１に付着する。この付着の手段としては、種々のこと
が考えられ、バッキングパッド（３、４）５のみで付着
する手段や前記したようにサポートフィルム２およびバ
ッキングパッド（３、４）５を貫通する流通孔および弁
を設けて圧力室部４１の内部の圧力で吸着する手段も採
用できる。なお、圧力室部４１の圧力を用いる場合には
エアーポンプ３５を起動させて配管３６を介して予め圧
力室部４１内の圧力を適正値に設定しておく必要があ
る。

【００２６】そして、キャリアベース４３の下面に設け
たバッキングシート１にウエハＷを付着した状態でキャ
リアベース４３を定盤１２の上面に移動し、モータ２３
を起動して前記キャリアベース４３を回転駆動するとと
もに、モータ１５を回転駆動してベルト２０および変速
機１７を介して上面に研磨パッド１１が設けられた定盤
１２を回転駆動する。

【００２７】この状態で研磨パッド１１で研磨を行うも
のであるが、研磨時に、ウエハの外周部が弾性変形する
場合がある。しかしながら、このウエハＷの変形はバッ
キングパッド（３、４）５で吸収される。すなわち、バ
ッキングパッド（３、４）５の外周部は軟質のバッキン
グパッド４となっているのでウエハＷの弾性変形に応じ
て一体に窪み、軟質のバッキングパッド４は常にウエハ
Ｗの外周部の裏面に接触した状態に保持される。なお、
さらに大きなウエハＷの変形に対しては中央部の硬質の
バッキングパッド３も変形するので、ウエハＷの裏面は
常にバッキングパッド（３、４）５が接触した状態とな
っている。

【００２８】したがって、研磨時に使用するスラリーが
ウエハＷの裏面に到達することがなく、ウエハＷが汚れ
る恐れは全くないものである。一方、軟質のバッキング
パッド４は、ウエハＷの外周端とガイドリング６との間
の隙間Ｃに０．２〜２．５ｍｍ加えた長さとなっている
ので、研磨作業中に研磨パッド１１の表面に波打ち変形
が生じて、ウエハ外周部に対する研磨パッド１１の当接
力が高くなった場合でも、当接力に応じてウエハ外周部
が研磨パッドから逃げる方向に弾性変形し、しかも、ウ
エハＷの裏面には常に軟質のバッキングパッド４が接触
しているので研磨作業中に使用するスラリーが裏面に到
達してウエハＷの裏面が汚れる恐れはない。

【００２９】そして、研磨作業が終了すると、ウエハＷ
はキャリア１３によって上昇するとともに、載置部に搬
送され、再び前記の動作が繰り返されて新しい研磨が開
始される。

【００３０】したがって、上記のようなバッキングシー
ト１を使用すると研磨済みのウエハがスラリーで汚れる
恐れがなく、また、このようなバッキングシート１を使
用したウエハ研磨装置にあっては、研磨済みのウエハが
汚れていることがないとともに、研磨の均一性が得られ
て、研磨作業のスループットが高められる。

【００３１】図５にはこの発明によるバッキングシート
１の他の実施の形態が示されていて、このものにあって
は、前記サポートフィルム２と、ウエハＷの押圧方向を
向く複数の孔７、……が穿設されているバッキングパッ
ド８と、ガイドリング６とで構成されている。

【００３２】すなわち、バッキングシート１は、円板状
のサポートフィルム２と、この円板状のサポートフィル
ム２の下面の外周側に配設され、ウエハＷよりも大径の
ガイドリング６と、このガイドリング６の内側の前記サ
ポートフィルム２を覆い、中央部から外周部に向かって
順次硬度が低くなっているバッキングパッド８とで形成
したものである。

【００３３】すなわち、前記サポートフィルム２の下面
最外周側には円環状をなすとともに、エポキシグラス等
の樹脂製のガイドリング６が設けられ、その内側には中
央部から外周部に至るにしたがって順次硬度が低くなる
ように、例えば、ウエハの押圧方向を向く複数の孔７、
……を穿設してなるバッキングパッド８が配設されてい
る。なお、ウエハＷの押圧方向を向く孔７でなくても、
閉塞した孔を設け、この孔の数を変更することで中央部
から周縁部にかけて順次硬度を低くしても良い。そし
て、このバッキングパッド８は、その厚みが前記ガイド
リング６よりも薄く、すなわち、バッキングパッド８に
ウエハＷが接触した時にガイドリング６によってウエハ
が周方向に移動するのを規制できるように形成されてい
る。

【００３４】上記のように構成したバッキングシート１
であっても、前記実施の形態と同様にキャリアベース４
３に取付けて、下面にウエハＷを付着し、キャリアベー
ス４３を定盤１２の上面に押圧して定盤を回転駆動す
る。

【００３５】この状態で研磨パッド１１で研磨を行い、
研磨時に、ウエハの外周部が弾性変形するが、この変形
はバッキングパッド８で吸収される。すなわち、バッキ
ングパッド８の外周部は軟質のバッキングパッドとなっ
ているのでウエハの弾性変形に応じて一体に窪み、軟質
のバッキングパッドは常にウエハの外周部の裏面に接触
した状態に保持される。なお、さらに大きなウエハの変
形に対しては中央部の硬質のバッキングパッドも変形す
るので、ウエハの裏面は常にバッキングパッド８が接触
している。

【００３６】したがって、研磨時に使用するスラリーが
ウエハＷの裏面に到達することがなく、ウエハＷが汚れ
る恐れは全くないものである。

【００３７】

【発明の効果】この発明のバッキングシートは前記のよ
うに中央部に対して周縁部の方が硬度を低く構成したの
でウエハの周縁部が弾性変形した時にはウエハに追従し
て周縁部が変形し、この時ウエハの変形を阻害すること
がなく常にウエハの裏面にバッキングパッドが接触して
いるのでウエハの裏面にスラリーが達して汚れる恐れが
ない。また、中央部から周縁部に至るにしたがって順次
硬度を低く構成したものの場合にはウエハに対する追従
性がさらに良好であり常にウエハの裏面にはバッキング
パッドが当接することになり、研磨時に使用するスラリ
ーがウエハの裏面に到達することがなく、ウエハがスラ
リーによって汚れる恐れは全くないものである。さら
に、このようなバッキングシートを使用した研磨装置に
あっては、バッキングシートを加圧する形式の研磨装置
であっても、または、キャリアベースのみで加圧する形
式の研磨装置であっても、研磨作業中にウエハが汚れる
ことを確実に防止できるとともに、ウエハを均一に研磨
でき、研磨時にスループットを高めることができるとい
う効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるバッキングシートを示す概略断
面図である。

【図２】この発明による研磨装置を示す概略図である。

【図３】回転駆動機構を示す概略図である。

【図４】キャリアを示す概略断面図である。

【図５】バッキングシートの他の実施の形態を示す概略
断面図である。

【図６】従来のキャリアとウエハとの関係を示す概略図
である。

【図７】従来のキャリアとウエハとの関係を示す概略図
である。

【符号の説明】

１……バッキングシート ２……サポートフィルム ３……硬質バッキングパッド ４……軟質バッキングパッド ５、８……バッキングパッド ６……ガイドリング ７、４６……孔 １０……ウエハ研磨装置 １１，４７……研磨パッド １２、４８……定盤 １３、４９、７０……キャリア １４……回転駆動機構 １５、２３……モータ １６、１９……プーリ １７……変速機 １８……入力軸 ２０……ベルト ２１……出力軸 ２２……シリンダ ２４……シリンダ本体 ２５……ピストンロッド ２６……ピストン ２７、２９……歯車 ２８……軸受け ３０……支持部材 ３１……インナーロッド ３５……エアーポンプ ３６……配管 ４０……キャリア本体部 ４１……圧力室部 ４２……ハウジング ４３……キャリアベース ４３ａ……窪み部 ４４……連結部材 ４５ａ……内歯歯車 ４５ｂ……外歯歯車 ４６Ａ……凹部 ５０……リテーナリング ７４……凹部 Ａ……一定幅 Ｂ……幅 Ｃ……隙間 Ｓ……ウエハ吸着シート Ｔ……波打ち変形 Ｗ……ウエハ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 キャリアベースの下面に取付けられて研
   磨時にウエハを研磨パッドに押圧するとともに、水平方
   向の移動を阻止するようにしたバッキングシートであっ
   て、該バッキングシートは、外周側に位置するととも
   に、ウエハが内径側に位置可能であるガイドリングと、
   このガイドリングの内径側に位置して前記サポートフィ
   ルムを覆うとともに、中央部よりも外周部の方が硬度が
   低くなっており、さらに、前記ガイドリングよりも肉薄
   のバッキングパッドとをサポートフィルムの下面に配設
   して構成したことを特徴とするバッキングシート。
2. 【請求項２】 前記バッキングパッドは中央部に位置す
   る硬質のバッキングパッドと外周部に位置する軟質のバ
   ッキングパッドとからなり、前記軟質のバッキングパッ
   ドを環状に形成して内部に前記硬質のバッキングパッド
   を嵌め込んで一体にした請求項１記載のバッキングシー
   ト。
3. 【請求項３】 前記バッキングパッドは中央部から周縁
   部に至るに従って順次孔を密に穿設し、これによって中
   央部から周縁部に至るに従って順次硬度を低く構成した
   請求項１記載のバッキングシート。
4. 【請求項４】 キャリアベースの下面に圧力室部が形成
   され、この圧力室部の圧力に応じて定盤に対するウエハ
   の押圧力を可変するようにした研磨装置において、前記
   キャリアベースの圧力室部をバッキングシートで覆うよ
   うに構成し、このバッキングシートは、ウエハの水平方
   向の移動を阻止するガイドリングと、ウエハの裏面に押
   圧するバッキングパッドとからなり、該バッキングパッ
   ドは中央部に対して周縁部の方を軟質に構成したことを
   特徴とする研磨装置。
5. 【請求項５】 キャリアベースの下面にウエハと接触す
   るバッキングパッドを配設し、前記キャリアベースに応
   じて定盤に対するウエハの押圧力を可変するようにした
   研磨装置において、前記バッキングシートは、ウエハの
   水平方向の移動を阻止するガイドリングと、ウエハの裏
   面に接触するバッキングパッドとからなり、該バッキン
   グパッドは中央部に対して周縁部の方を軟質に構成した
   ことを特徴とする研磨装置。