| 【発明の名称】 |
ウエーハ研磨装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】藤田 隆
【住所又は居所】東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号 株式会社東京精密内
|
| 【要約】 |
【課題】ウエーハをリテーナリング内の定められた位置に安定して保持し、研磨中であってもウエーハがその位置を変えることがなく、ウエーハエッジ部近傍の研磨形状の制御性や安定性を向上させることのできる研磨装置を提供すること。
【解決手段】ウエーハキャリア１４を、キャリア本体２２と、ウエーハＷに押圧力を伝達するメンブレン３２と、該メンブレン３２にエアー圧を供給するバックプレート２４と、メンブレン３２を周囲で保持するリテーナリング２６とから構成し、前記ウエーハキャリア１４には更に前記リテーナリング２６とは別に、ウエーハＷの外周に近接してウエーハＷの径方向の動きを規制するガイド３０を設けた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】ウエーハキャリアで保持したウエーハをスラリーを供給しながら研磨パッドに押圧して研磨するウエーハ研磨装置において、前記ウエーハキャリアは、キャリア本体と、前記ウエーハに押圧力を伝達するメンブレンと、該メンブレンにエアー圧を供給するバックプレートと、メンブレンを周囲で保持するリテーナリングとから構成され、前記ウエーハキャリアには更に前記リテーナリングとは別に、ウエーハの外周に近接してウエーハの径方向の動きを規制するガイドが設けられていることを特徴とするウエーハ研磨装置。
【請求項２】前記ガイドは、前記メンブレンに形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウエーハ研磨装置。
【請求項３】前記リテーナリングの前記研磨パッドに接触する面は、硬質で対摩耗性の大きい材質で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のウエーハ研磨装置。
|
【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、 特に化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polising）によるウエーハ研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体技術の発展により、デザインルールの微細化、多層配線化が進み、またコスト低減を進める上においてウエーハの大口径化も進行してきている。その一方で、ウエーハ内においては、チップ取得可能な領域を更に拡大するために、ＣＭＰ装置での研磨工程における研磨均一性評価の領域も、ウエーハエッジ部近傍まで広がってきている。とりわけ最近では、ウエーハ全域における研磨均一性評価に際し、エッジ部近傍の研磨形状が研磨均一性の評価に与える影響が大きく、安定した研磨均一性を確保するには、ウエーハエッジ部近傍の研磨形状の制御性、安定性が必要不可欠となってきた。
【０００３】このような要求に対応するために、薄膜材料であるメンブレンを介してウエーハに押圧力を与える方法が用いられている。これは、メンブレンの上部に配置されたバックプレートの下面の複数位置からエアを吹き付てけエアーフロートを形成し、メンブレンを介してウエーハの裏面から均等圧力で押圧することにより、均一性の向上を図っているものである。この研磨加工中は、ウエーハがその径方向に移動するのを規制するため、ウエーハの外周部外側にリテーナリングが配置されている。ところがこのリテーナリングの内径は、ウエーハを安定して内嵌するためにウエーハ外形より１〜２ｍｍ程大きく、余裕を持たせて作られている。しかし、今後のウエーハエッジ部研磨形状の制御性向上や安定化を考えると、この１〜２ｍｍ程度の余裕が大きな問題になる。以下にその内容を説明する。図４は、下部に研磨装置の平面図を、上部に部分拡大断面図を示している。研磨をしていない状況下では、ウエーハはリテーナリングの中央部に定在しているのであるが、一旦研磨が始まると図４に示すように、リテーナリング内においてウエーハが研磨パッドとの摩擦力によって研磨パッドが動いていく方向にすべり、リテーナリングの内壁に押付けられる。研磨パッドがリテーナリング側からウエーハ側へ運動する場所をウエーハ上におけるリーディングエッジ（Leading Edge）と称し、研磨パッドがウエーハ側からリテーナリング側へ運動する場所をウエーハ上におけるトレイリングエッジ（Trailing Edge ）と称することにすると、研磨中、リーディングエッジ側とトレイリングエッジ側とでは、リテーナリングとウエーハとの隙間に明確な差ができる。即ちリーディングエッジ側は隙間が大きくなり、トレイリングエッジ側では隙間が小さくなる。しかし、ウエーハ全面を均一に研磨するために、ウエーハを保持しているウエーハキャリアを回転させることによってウエーハを回転させているので、ある瞬間にリーディングエッジ側とトレイリングエッジ側とで隙間差が生じても、次の瞬間、ウエーハキャリアは夫々の隙間差を保ちながら回転移動する。そこでまた、研磨の摩擦力がウエーハとメンブレンとの摩擦力より大きくなった瞬間に、ウエーハとメンブレンとの間にすべりが生じ、ウエーハがリテーナリング内壁に押込まれ、これが断続的に繰り返される。このような状態で研磨が進行する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このように研磨中にウエーハがリテーナリング内で不規則に動くような研磨状況では、ウエーハエッジ部近傍の研磨形状の制御性向上や安定性確保は非常に困難になる。
【０００５】本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウエーハをリテーナリング内の定められた位置に安定して保持し、研磨中であってもウエーハがその位置を変えることがなく、ウエーハエッジ部近傍の研磨形状の制御性や安定性を向上させることのできる研磨装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達成するために、ウエーハキャリアで保持したウエーハをスラリーを供給しながら研磨パッドに押圧して研磨するウエーハ研磨装置において、前記ウエーハキャリアは、キャリア本体と、前記ウエーハに押圧力を伝達するメンブレンと、該メンブレンにエアー圧を供給するバックプレートと、メンブレンを周囲で保持するリテーナリングとから構成され、前記ウエーハキャリアには更に前記リテーナリングとは別に、ウエーハの外周に近接してウエーハの径方向の動きを規制するガイドが設けられていることを特徴とし、前記ガイドは、前記メンブレンに形成されていることを特徴としている。更に前記リテーナリングの前記研磨パッドに接触する面は、硬質で対摩耗性の大きい材質で構成されていることを特徴としている。
【０００７】請求項１に記載の発明によれば、リテーナリングとは別に、ウエーハの外周に近接してウエーハの径方向の動きを規制するガイドが設けられているので、研磨中であってもウエーハがその位置を変えることがなくウエーハエッジ部近傍の研磨形状の制御性や安定性を向上させることができる。
【０００８】請求項２に記載の発明によれば、ウエーハの径方向の動きを規制するガイドが前記メンブレンに形成されているので、メンブレンの弾力性によってウエーハ外径寸法のばらつきを吸収し、ウエーハを定位置に保持できる。
【０００９】請求項３に記載の発明によれば、更に前記リテーナリングの前記研磨パッドに接触する面が、硬質で対摩耗性の大きい材質で構成されているので、リテーナリングの研磨パッドへの当接面の摩耗が少ない。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下添付図面に従って本発明に係る研磨装置の好ましい実施の形態について詳説する。尚各図において、同一の部材については同一の番号又は記号を付している。
【００１１】図１は、ウエーハ研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示すウエーハ研磨装置１０は、主として研磨定盤１２とウエーハキャリア１４とで構成される。研磨定盤１２は、回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動することにより回転する。また、研磨定盤１２の上面には、研磨パッド２０が貼付され、研磨パッド２０上に図示しないノズルからスラリが供給される。
【００１２】ウエーハキャリア１４は、図２に示すように、主としてキャリア本体２２、バックプレート２４、バックプレート用エアーバッグ４０、リテーナリング２６、リテーナ用エアーバッグ４２、ガイド３０、及びメンブレン３２等から構成される。
【００１３】キャリア本体２２は円盤状に形成され、その上面中央に回転軸３６が連結される。キャリア本体２２は、この回転軸３６に連結された図示しないモータの駆動で回転する。
【００１４】バックプレート２４は、円盤状に形成され、キャリア本体２２の下部中央に配置される。このバックプレート２４のメンブレン３２と対向する下面には押圧プレート２４Ａが設けられ、その外周に複数のエア吹出口２４Ｂ、２４Ｂ、…が同心円上に所定の間隔で形成されている。エア吹出口２４Ｂ、２４Ｂ、…はエアーライン６４に接続されており、キャリア本体２２に取付けられた不図示のロータリージョイントを介してレギュレータＲ3 を経由してエアーポンプＰに連結されている。
【００１５】ウエーハＷ外周の外側に配置されたリテーナリング２６は、リテーナ本体２６Ａ、メンブレン３２の表面に当接する当接リング２７、メンブレンをクランプする保持リング２８とクランプリング２９、等からなり、ウエーハＷにバックプレート２４からの押圧力を伝えるメンブレン３２は保持リング２８と円周上複数個に分割されているクランプリング２９とで挟持されている。このメンブレン３２には、ウエーハＷを外径部近傍で支えるガイド３０が一体的に形成されている。図３は、リテーナリング２６、ガイド３０、及びウエーハＷの位置関係を示している。図３（ａ）は全体の位置関係を表わし、図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＣ部の拡大図である。図３に示すように、ウエーハＷの径方向の動きを規制するガイド３０は、断面三角形のテーパ形や内側一辺が曲線で結ばれたテーパ形のリング状で、ウエーハＷを内嵌しやすい形状をなしている。またガイド３０の開口部はウエーハＷの外径よりも僅かに大きくなっており、ガイド３０内に収められたウエーハＷは径方向に動かないようになっている。このガイド３０はメンブレン３２の下面にメンブレン３０と同材質で一体に形成されている。また、このメンブレン３２を挟持した保持リング２８及びクランプリング２９は、リテーナ本体２６Ａと当接リング２７との間にはめ込まれ、上からネジ２７Ａで当接リング２７に引き上げられている。リテーナ本体２６Ａの研磨パッド２０と接触する面には、摩耗を少なくするためにセラミックス、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＳｉＮ（窒化珪素）、ＤＬＣ（Dia Like Carbon ）コート等の硬質材２６Ｂが埋め込まれている。
【００１６】キャリア本体２２とリテーナリング２６、及びリテーナリング２６とバックプレート２４とは、夫々図示しない係止手段によって互いに回り止めがなされているので、キャリア本体２２が回転することによりリテーナリング２６及びバックプレート２４がキャリア本体２２と一緒に回転するようになっている。
【００１７】キャリア本体２２には、ゴムシート３４が取付けリング３８、３９を介してネジ止めされており、キャリア本体２２とゴムシート３４とでバックプレート２４を押圧するバックプレート用エアーバッグ４０、及びリテーナリング２６を押圧するリテーナ用エアーバッグ４２を形成している。バックプレート用エアーバッグ４０及びリテーナ用エアーバッグ４２はどちらもキャリア本体２２に取付けられた不図示のロータリージョイントを介して、一方はエアーライン６０にてレギュレータＲ1 を経由してエアーポンプＰに、他方はエアーライン６２にてレギュレータＲ2 を経由してエアーポンプＰに夫々接続されている。
【００１８】次に、このように構成されたウエーハキャリア１４の作用について説明する。先ず、ウエーハＷは、ウエーハキャリア１４のリテーナリング２６に取付けられたメンブレン３２の下面に保持される。メンブレン３２にはウエーハＷの外径よりも僅かに大きいガイド３０が形成されているので、ウエーハＷはそのガイド３０の中央に内嵌される。この時ウエーハＷの外径にばらつきがあっても、ガイド３０及びガイド３０と一体のメンブレン３２は弾力性を有しているので、そのばらつき分を吸収してくれる。この状態でウエーハＷの加工面を回転する研磨パッド２０に当接し、メンブレン３２を介して加工圧を与えると共に自転する。この時ウエーハＷは、研磨パッド２０の回転によって移動しようとするが、ガイド３０によって径方向に支持されているので動くことがなく安定している。なお、研磨パッド２０の加工部近傍には図示しないノズルからスラリーが供給され、スラリーに含まれる薬品による化学的作用と、研磨パッド２０の機械的作用との複合作用によりウエーハＷが研磨される。
【００１９】次に、加工に当たってウエーハＷへの加工圧の付与について説明する。図２に示すように、エアーポンプＰで発生した圧縮エアがエアーライン６４のレギュレータＲ3 で圧力調整され、バックプレート２４の押圧プレート２４Ａに設けられた吹出口２４Ｂから噴射し、押圧プレート２４Ａとメンブレン３２との空隙４６でエアーフロートを形成してメンブレン３２を介してウエーハＷを押圧する。一方エアーライン６０のレギュレータＲ1 で圧力調整された圧縮エアは、バックプレート用エアーバッグ４０を膨張させてバックプレート２４全体を押圧する。即ちバックプレート２４全体に加えられた加工圧が、バックプレート２４の押圧プレート２４Ａに設けられた吹出口２４Ｂから噴射された圧力エアー層を介してメンブレンに伝えられ、更にメンブレンからウエーハＷに伝えられる。このためウエーハＷに凹凸があっても、また厚さのばらつきがあっても、均一な加工圧がウエーハＷの加工面に伝えられる。また、バックプレート２４の押圧プレート２４Ａに設けられた吹出口２４Ｂを押圧プレート２４Ａの外周部だけでなく、中央部にも複数設け、外周部と中央部の吹出口を夫々独立したエアーラインで独立したレギュレータを介してエアーポンプＰに接続してもよい。このように構成することにより、ウエーハＷの中央部と外周部とで押圧力を別々に調整することができる。次にレギュレータＲ2 で圧力調整された圧縮エアは、エアーライン６２を経由してリテーナ用エアーバッグ４２を膨張させてリテーナリング２６に押圧力を加える。リテーナリング２６は、ウエーハＷが異常な力によって径方向に動いてウエーハキャリア１４から飛び出してしまうのを規制する他、研磨パッド２０を押付けて研磨パッド２０の表面の波うちを抑え、表面を安定させる効果も有している。
【００２０】次にウエーハＷに直接接触してバックプレート２４からの押圧力を伝えるメンブレン３２の張力を調整する手段について説明する。メンブレン３２は、バックプレート２４の押圧プレート２４Ａに形成された吹出口２４Ｂから噴射されたエアによる圧力エアー層で形成されたエアー動圧分布をウエーハＷに伝達するのに十分な可撓性があり、且つ適度な剛性を必要としている。このため、樹脂材料、ゴム材料若しくは樹脂をコーティングした薄い金属材料等が用いられる。例えばＰＥＴシート、ポリエチレンシート、ポリプロピレンシート、ポリイミドシート、ウレタンシート、ＰＦＴ、ＰＴＦＥ等のテフロン（登録商標）系シート、クロロプレンゴムやニトリルゴム等のゴムシート、樹脂コーティングした極薄（１００μｍ以下）のＳＵＳシート等が適用できる。このメンブレン３２の張力を調整する手段は、図２に示すように、リテーナリング２６を構成している当接リング２７、メンブレン３２を保持している保持リング２８とクランプリング２９、及びネジ２７Ａとからなっている。メンブレン３２を保持している保持リング２８の内径部に当接リング２７が挿入され、複数のネジ２７Ａ、２７Ａ、…で保持リング２８を引き上げている。この複数のネジ２７Ａ、２７Ａ、…を閉めこむことにより、メンブレン３２の上面が当接リング２７に当接したままメンブレン３２の端部が引き上げられるので、メンブレン３２の張力が高まる。従って、ネジ２７Ａ、２７Ａ、…の締め付け力の強弱によってメンブレン３２の張力を調整することができる。
【００２１】次に、ウエーハＷのエッジ部近傍の厚さ制御における重要な要素であるメンブレン３２の下面とリテーナリング２６の下面との段差を調整するリテーナ突出し量調整手段について説明する。リテーナ突出し量調整手段は、図２に示すように、リテーナリング２６を構成しているリテーナ本体２６Ａと当接リング２７及びシム２７Ｃ、複数のネジ２７Ｂ、２７Ｂ、…からなっている。当接リング２７は、シム２７Ｃを介して複数のネジ２７Ｂ、２７Ｂ、…によってリテーナ本体２６に固定されている。リテーナ突出し量は、当接リング２７のメンブレン３２に接触する面とリテーナ本体２６Ａの下面との距離に相当するので、リテーナ突出し量を調整する場合は、シム２７Ｃを弾性体で構成し、複数のネジ２７Ｂ、２７Ｂ、…の締付け力の強弱で調整することができる。あるいは、シム２７Ｃを剛体で構成し、シム２７Ｃの厚みを調整してネジ２７Ｂ、２７Ｂ、…で固定してもよい。
【００２２】以上に説明した本発明における実施の形態では、ウエーハＷを径方向に支持するガイド３０をメンブレン３２に形成したが、これに限らずその他適宜の部位に設けてもよい。またガイド３０を断面三角形のリング状で説明したが、断面形状はこれに限るものではない。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ウエーハキャリアにリテーナリングとは別に、ウエーハの外周に近接してウエーハの径方向の動きを規制するガイドが設けられているので、研磨中に摩擦力によってウエーハがその位置を移動することがなくウエーハエッジ部近傍の研磨形状の制御性や安定性を向上させることができる。更に前記リテーナリングの前記研磨パッドに接触する面が、硬質で対摩耗性の大きい材質で構成されているので、リテーナリングの研磨パッドへの当接面の摩耗が少ない。
|
| 【出願人】 |
【識別番号】０００１５１４９４
【氏名又は名称】株式会社東京精密
【住所又は居所】東京都三鷹市下連雀９丁目７番１号
|
| 【出願日】 |
平成１３年７月１３日（２００１．７．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８３１１６
【弁理士】
【氏名又は名称】松浦 憲三
|
| 【公開番号】 |
特開２００３−２５２１８（Ｐ２００３−２５２１８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１５年１月２９日（２００３．１．２９） |
| 【出願番号】 |
特願２００１−２１３５７９（Ｐ２００１−２１３５７９） |
|