JP2000223447A - 研磨ヘッド及び研磨装置及び研磨方法 - Google Patents
研磨ヘッド及び研磨装置及び研磨方法Info
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- JP2000223447A JP2000223447A JP2367199A JP2367199A JP2000223447A JP 2000223447 A JP2000223447 A JP 2000223447A JP 2367199 A JP2367199 A JP 2367199A JP 2367199 A JP2367199 A JP 2367199A JP 2000223447 A JP2000223447 A JP 2000223447A
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- polishing
- polished
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- polishing head
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＣＭＰ研磨装置に於いて、ウェハ周辺部ま
で研磨均一性を確保するばかりでなく、エッジカット
（ＥＥ；edge exclusion）を極力小さくする研磨ヘッド
及び研磨装置及び研磨方法を提供することである。 【解決手段】研磨ヘッドに保持した被研磨部材を研磨体
の表面に加圧しつつ、前記被研磨部材と前記研磨体との
間に研磨剤を介在させた状態で、被研磨部材と研磨体と
を相対移動させることにより、被研磨部材を研磨する研
磨装置に用いられる研磨ヘッドであり、この研磨ヘッド
に、被研磨部材が保持される弾性膜と弾性膜の外周部が
固定されるリングとリングが固定される可撓性保持部材
と弾性膜を境界の一部として研磨ヘッドの内部に形成さ
れる気密空間と気密空間を形成するために前記リングに
設けられた気密部材とを具えた。
で研磨均一性を確保するばかりでなく、エッジカット
（ＥＥ；edge exclusion）を極力小さくする研磨ヘッド
及び研磨装置及び研磨方法を提供することである。 【解決手段】研磨ヘッドに保持した被研磨部材を研磨体
の表面に加圧しつつ、前記被研磨部材と前記研磨体との
間に研磨剤を介在させた状態で、被研磨部材と研磨体と
を相対移動させることにより、被研磨部材を研磨する研
磨装置に用いられる研磨ヘッドであり、この研磨ヘッド
に、被研磨部材が保持される弾性膜と弾性膜の外周部が
固定されるリングとリングが固定される可撓性保持部材
と弾性膜を境界の一部として研磨ヘッドの内部に形成さ
れる気密空間と気密空間を形成するために前記リングに
設けられた気密部材とを具えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばＵＬＳＩ等
の半導体を製造するプロセスにおいて実施される半導体
デバイスの平坦化研磨に用いるのに好適なＣＭＰ用研磨
装置に用いる研磨ヘッド及びＣＭＰ用研磨装置及び研磨
方法に関するものである。
の半導体を製造するプロセスにおいて実施される半導体
デバイスの平坦化研磨に用いるのに好適なＣＭＰ用研磨
装置に用いる研磨ヘッド及びＣＭＰ用研磨装置及び研磨
方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の高集積化、微細化に伴
って半導体製造プロセスの工程が増加し複雑になってき
ている。これに伴い、半導体デバイスの表面は必ずしも
平坦ではなくなってきている。表面に於ける段差の存在
は配線の段切れ、局所的な抵抗の増大などを招き、断線
や電気容量の低下をもたらす。また、絶縁膜では耐電圧
劣化やリークの発生にも繋がる。
って半導体製造プロセスの工程が増加し複雑になってき
ている。これに伴い、半導体デバイスの表面は必ずしも
平坦ではなくなってきている。表面に於ける段差の存在
は配線の段切れ、局所的な抵抗の増大などを招き、断線
や電気容量の低下をもたらす。また、絶縁膜では耐電圧
劣化やリークの発生にも繋がる。
【０００３】一方、半導体集積回路の高集積化、微細化
に伴って光リソグラフィの光源波長は短くなり、開口数
いわゆるNAが大きくなってきていることに伴い、半導体
露光装置の焦点深度が実質的に浅くなってきている。焦
点深度が浅くなることに対応するためには、今まで以上
にデバイス表面の平坦化が要求されている。このような
半導体表面を平坦化する方法としては、化学的機械的研
磨(Chemical Mechanical Polishing又はChemical Mecha
nical Planarization 、これよりCMP と呼ぶ)技術が有
望な方法と考えられている。
に伴って光リソグラフィの光源波長は短くなり、開口数
いわゆるNAが大きくなってきていることに伴い、半導体
露光装置の焦点深度が実質的に浅くなってきている。焦
点深度が浅くなることに対応するためには、今まで以上
にデバイス表面の平坦化が要求されている。このような
半導体表面を平坦化する方法としては、化学的機械的研
磨(Chemical Mechanical Polishing又はChemical Mecha
nical Planarization 、これよりCMP と呼ぶ)技術が有
望な方法と考えられている。
【０００４】ＣＭＰ技術はシリコンウェハの鏡面研磨法
を基に発展しており、図８に示すような装置を用いて行
われている。図８で１００はＣＭＰ研磨装置、１０２は
研磨パッド、１０３は研磨ヘッド、１０４は被研磨部材
( ウエ ハ) 、１０５は研磨剤供給部、１０６は研磨剤で
ある。研磨パッド１０２は、定盤１０７の上に貼り付け
られ、研磨パッドと定盤とで研磨体１０８を構成してい
る。研磨パッドとして発泡ポリウレタンよりなるシート
状の研磨布が多く用いられている。この装置はウェハの
被研磨面に加圧Ｐを加えながら研磨パッドと研磨ヘッド
をそれぞれ回転１０９、１１０させ、更に研磨ヘッドに
揺動１１１を加えることによってウェハと研磨パッドと
の間に相対運動を与え、ウェハ上の半導体デバイス表面
を研磨する装置である。機械的作用と、研磨剤１０６の
化学的作用との相乗的作用により良好な研磨が行われ
る。
を基に発展しており、図８に示すような装置を用いて行
われている。図８で１００はＣＭＰ研磨装置、１０２は
研磨パッド、１０３は研磨ヘッド、１０４は被研磨部材
( ウエ ハ) 、１０５は研磨剤供給部、１０６は研磨剤で
ある。研磨パッド１０２は、定盤１０７の上に貼り付け
られ、研磨パッドと定盤とで研磨体１０８を構成してい
る。研磨パッドとして発泡ポリウレタンよりなるシート
状の研磨布が多く用いられている。この装置はウェハの
被研磨面に加圧Ｐを加えながら研磨パッドと研磨ヘッド
をそれぞれ回転１０９、１１０させ、更に研磨ヘッドに
揺動１１１を加えることによってウェハと研磨パッドと
の間に相対運動を与え、ウェハ上の半導体デバイス表面
を研磨する装置である。機械的作用と、研磨剤１０６の
化学的作用との相乗的作用により良好な研磨が行われ
る。
【０００５】しかしながら、発泡体の研磨パッドを用い
る場合、一般に、(1) 縁だれが大きい。(2) 荷重がかか
ると圧縮変形を起こす。(3) 発泡部に研磨剤が目詰まり
を起こすなどの問題があった。特に、ウェハを研磨する
場合、ウェハ全体での研磨均一性は良い、即ち研磨され
る厚みはウェハ全体で均一であるが、半導体デバイスの
パターン付のウェハでの段差解消性、即ち、研磨平坦性
は良くなく、研磨によって解消すべきパターンの段差が
なかなか解消しなかった。
る場合、一般に、(1) 縁だれが大きい。(2) 荷重がかか
ると圧縮変形を起こす。(3) 発泡部に研磨剤が目詰まり
を起こすなどの問題があった。特に、ウェハを研磨する
場合、ウェハ全体での研磨均一性は良い、即ち研磨され
る厚みはウェハ全体で均一であるが、半導体デバイスの
パターン付のウェハでの段差解消性、即ち、研磨平坦性
は良くなく、研磨によって解消すべきパターンの段差が
なかなか解消しなかった。
【０００６】このような理由から、最近では、無発泡
で、且つ発泡パッドよりも硬質の研磨パッドが注目され
始めている。
で、且つ発泡パッドよりも硬質の研磨パッドが注目され
始めている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、研磨パ
ッドを硬質にした場合、発泡体の研磨パッドを用いる場
合とは逆に、研磨平坦性は向上するが研磨均一性が低下
するという問題がある。更に、一般にＣＭＰ研磨におい
てはウェハの周辺部が均一に研磨されないため、周辺部
を除去して（これをエッジカットと呼ぶ）均一研磨され
ている部分のみを利用していたが、最近ではウェハ全面
を利用しようとする要望が高まっており、そのために、
ウェハ周辺部まで研磨均一性が要求されている。即ちエ
ッジカット（ＥＥ；edge exclusion）を如何に小さくす
るかが課題となっている。
ッドを硬質にした場合、発泡体の研磨パッドを用いる場
合とは逆に、研磨平坦性は向上するが研磨均一性が低下
するという問題がある。更に、一般にＣＭＰ研磨におい
てはウェハの周辺部が均一に研磨されないため、周辺部
を除去して（これをエッジカットと呼ぶ）均一研磨され
ている部分のみを利用していたが、最近ではウェハ全面
を利用しようとする要望が高まっており、そのために、
ウェハ周辺部まで研磨均一性が要求されている。即ちエ
ッジカット（ＥＥ；edge exclusion）を如何に小さくす
るかが課題となっている。
【０００８】本発明はこの点を解決するためになされた
もので、硬質の研磨パッドを用いても、研磨平坦性のみ
ならず、研磨均一性が良好であり、エッジカットを出来
るだけ小さくする研磨装置を提供することを課題として
いる。
もので、硬質の研磨パッドを用いても、研磨平坦性のみ
ならず、研磨均一性が良好であり、エッジカットを出来
るだけ小さくする研磨装置を提供することを課題として
いる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、研磨中のウェハの、研磨パッドへの圧
力の掛け方を工夫した。即ちウェハに圧力を掛ける際
に、リングに貼り付けられた弾性膜にウェハを取り付
け、この弾性膜を介してウェハに圧力を掛けるようにし
た。
め、本発明では、研磨中のウェハの、研磨パッドへの圧
力の掛け方を工夫した。即ちウェハに圧力を掛ける際
に、リングに貼り付けられた弾性膜にウェハを取り付
け、この弾性膜を介してウェハに圧力を掛けるようにし
た。
【００１０】そのため本発明は第一に、「研磨ヘッドに
保持した被研磨部材を研磨体の表面に加圧しつつ、前記
被研磨部材と前記研磨体との間に研磨剤を介在させた状
態で、前記被研磨部材と前記研磨体とを相対移動させる
ことにより、前記被研磨部材を研磨する研磨装置に用い
られる研磨ヘッドであって、前記研磨ヘッドが、前記被
研磨部材が保持される弾性膜と前記弾性膜の外周部が固
定されるリングと前記リングが固定される可撓性保持部
材と前記弾性膜を境界の一部として前記研磨ヘッドの内
部に形成される気密空間と前記気密空間を形成するため
に前記リングに装着される気密部材とを具えることを特
徴とする研磨ヘッド（請求項１）」を提供する。
保持した被研磨部材を研磨体の表面に加圧しつつ、前記
被研磨部材と前記研磨体との間に研磨剤を介在させた状
態で、前記被研磨部材と前記研磨体とを相対移動させる
ことにより、前記被研磨部材を研磨する研磨装置に用い
られる研磨ヘッドであって、前記研磨ヘッドが、前記被
研磨部材が保持される弾性膜と前記弾性膜の外周部が固
定されるリングと前記リングが固定される可撓性保持部
材と前記弾性膜を境界の一部として前記研磨ヘッドの内
部に形成される気密空間と前記気密空間を形成するため
に前記リングに装着される気密部材とを具えることを特
徴とする研磨ヘッド（請求項１）」を提供する。
【００１１】第二に、「前記リングの内径をＲとし、前
記被研磨部材の直径をｒとしたとき、 ０．９２≦Ｒ／ｒ≦０．９４ １．０２≦Ｒ／ｒ≦１．０５ の関係を満足する請求項１記載の研磨ヘッド（請求項
２）」を提供する。
記被研磨部材の直径をｒとしたとき、 ０．９２≦Ｒ／ｒ≦０．９４ １．０２≦Ｒ／ｒ≦１．０５ の関係を満足する請求項１記載の研磨ヘッド（請求項
２）」を提供する。
【００１２】第三に、「前記リングの内径をＲ、前記被
研磨部材の直径をｒ、前記弾性膜を介する前記被研磨部
材への加圧力をＰ、リテーナリングへの加圧力をｐとし
たとき、 ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ 且つ ２≦Ｐ／ｐ≦５ の関係を満足する請求項１記載の研磨ヘッド（請求項
３）」を提供する。
研磨部材の直径をｒ、前記弾性膜を介する前記被研磨部
材への加圧力をＰ、リテーナリングへの加圧力をｐとし
たとき、 ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ 且つ ２≦Ｐ／ｐ≦５ の関係を満足する請求項１記載の研磨ヘッド（請求項
３）」を提供する。
【００１３】第四に、「研磨ヘッドに保持した被研磨部
材を研磨体の表面に加圧しつつ、前記被研磨部材と前記
研磨体との間に研磨剤を介在させた状態で、前記被研磨
部材と前記研磨体とを相対移動させることにより、前記
被研磨部材を研磨する研磨方法において、前記研磨ヘッ
ドが、前記被研磨部材が保持される弾性膜と前記弾性膜
の外周部が固定されるリングと前記リングが固定される
可撓性保持部材と前記弾性膜を境界の一部として前記研
磨ヘッドの内部に設けられる気密空間と前記気密空間を
形成するために前記リングに装着される気密部材とを具
え、前記リングの内径をＲ、前記被研磨部材の直径を
ｒ、前記弾性膜への加圧力をＰ、前記被研磨部材への加
圧力をｐとしたとき、 ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ 且つ ２≦Ｐ／ｐ≦５ の関係を満足する研磨方法（請求項４）」を提供する。
材を研磨体の表面に加圧しつつ、前記被研磨部材と前記
研磨体との間に研磨剤を介在させた状態で、前記被研磨
部材と前記研磨体とを相対移動させることにより、前記
被研磨部材を研磨する研磨方法において、前記研磨ヘッ
ドが、前記被研磨部材が保持される弾性膜と前記弾性膜
の外周部が固定されるリングと前記リングが固定される
可撓性保持部材と前記弾性膜を境界の一部として前記研
磨ヘッドの内部に設けられる気密空間と前記気密空間を
形成するために前記リングに装着される気密部材とを具
え、前記リングの内径をＲ、前記被研磨部材の直径を
ｒ、前記弾性膜への加圧力をＰ、前記被研磨部材への加
圧力をｐとしたとき、 ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ 且つ ２≦Ｐ／ｐ≦５ の関係を満足する研磨方法（請求項４）」を提供する。
【００１４】第五に、「請求項１〜３何れか１項記載の
研磨ヘッドを具えることを特徴とする研磨装置（請求項
５）」を提供する。第六に、「前記被研磨部材が、半導
体プロセスに於けるウェハであることを特徴とする請求
項１〜３何れか１項記載の研磨ヘッド（請求項６）」を
提供する。第七に、「前記被研磨部材が、半導体プロセ
スに於けるウェハであることを特徴とする請求項５記載
の研磨装置（請求項７）」を提供する。
研磨ヘッドを具えることを特徴とする研磨装置（請求項
５）」を提供する。第六に、「前記被研磨部材が、半導
体プロセスに於けるウェハであることを特徴とする請求
項１〜３何れか１項記載の研磨ヘッド（請求項６）」を
提供する。第七に、「前記被研磨部材が、半導体プロセ
スに於けるウェハであることを特徴とする請求項５記載
の研磨装置（請求項７）」を提供する。
【００１５】第八に、「前記被研磨部材が、半導体プロ
セスに於けるウェハであることを特徴とする請求項４記
載の研磨方法（請求項８）」を提供する。
セスに於けるウェハであることを特徴とする請求項４記
載の研磨方法（請求項８）」を提供する。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下図１、図２を用い、本発明の
実施の形態を具体的に説明する。図１は本発明の実施の
形態の研磨ヘッドである。図１の研磨ヘッドは、弾性膜
１３と、リング１２と、可撓性保持部材８と気密部材１
４とを具える。弾性膜１３はリング１２にその外周部で
固定され、更に、リング１２は可撓性部材８に固定さ
れ、可撓性部材８の他端が研磨ヘッドの本体部分にＡ部
１８で固定されている。可撓性保持部材としては、例え
ばダイアフラムのような弾性のある材料が好ましく用い
られる。リング１２の外縁に沿って気密部材１４が装着
され、研磨ヘッドとの気密性を確保することによって、
研磨ヘッド内に気密空間９を形成している。気密空間９
には第２の加圧源から高圧流体が供給され、気密空間９
を高圧流体で充たす。被研磨部材４を研磨するため、弾
性膜１３に被研磨部材４が保持され、被研磨部材４はリ
テーナリング１５により横方向の動きが規制される。被
研磨部材の弾性膜への保持方法には特に制限がないが、
表面張力による保持方法は好ましい。被研磨部材４はリ
テーナリング１５と一緒に研磨体１８の表面に研磨圧を
与えるべく加圧される。この加圧力は被研磨部材４に対
する加圧力Ｐとリテーナーリング１５に対する加圧力ｐ
とに分解される。被研磨部材に対する加圧力Ｐは、被研
磨部材が弾性膜１３に保持されているので、弾性膜に対
する加圧力Ｐに等しい。加圧は第１の加圧源１１、第２
の加圧源１０の２系統から与えられる。これら第１、第
２の加圧源の関係は図３に示されている。図３に於いて
第１の加圧源１１は研磨ヘッド全体に対するものであ
り、第２の加圧源１０は高圧流体により弾性膜を介して
被研磨部材に与えられるものである。これら第１、第２
の加圧源による加圧は、リテーナリングと被研磨部材と
に各々加圧力ｐ（１６）、加圧力Ｐ（１７）とを与え
る。
実施の形態を具体的に説明する。図１は本発明の実施の
形態の研磨ヘッドである。図１の研磨ヘッドは、弾性膜
１３と、リング１２と、可撓性保持部材８と気密部材１
４とを具える。弾性膜１３はリング１２にその外周部で
固定され、更に、リング１２は可撓性部材８に固定さ
れ、可撓性部材８の他端が研磨ヘッドの本体部分にＡ部
１８で固定されている。可撓性保持部材としては、例え
ばダイアフラムのような弾性のある材料が好ましく用い
られる。リング１２の外縁に沿って気密部材１４が装着
され、研磨ヘッドとの気密性を確保することによって、
研磨ヘッド内に気密空間９を形成している。気密空間９
には第２の加圧源から高圧流体が供給され、気密空間９
を高圧流体で充たす。被研磨部材４を研磨するため、弾
性膜１３に被研磨部材４が保持され、被研磨部材４はリ
テーナリング１５により横方向の動きが規制される。被
研磨部材の弾性膜への保持方法には特に制限がないが、
表面張力による保持方法は好ましい。被研磨部材４はリ
テーナリング１５と一緒に研磨体１８の表面に研磨圧を
与えるべく加圧される。この加圧力は被研磨部材４に対
する加圧力Ｐとリテーナーリング１５に対する加圧力ｐ
とに分解される。被研磨部材に対する加圧力Ｐは、被研
磨部材が弾性膜１３に保持されているので、弾性膜に対
する加圧力Ｐに等しい。加圧は第１の加圧源１１、第２
の加圧源１０の２系統から与えられる。これら第１、第
２の加圧源の関係は図３に示されている。図３に於いて
第１の加圧源１１は研磨ヘッド全体に対するものであ
り、第２の加圧源１０は高圧流体により弾性膜を介して
被研磨部材に与えられるものである。これら第１、第２
の加圧源による加圧は、リテーナリングと被研磨部材と
に各々加圧力ｐ（１６）、加圧力Ｐ（１７）とを与え
る。
【００１７】ここで研磨膜厚の均一性を得るために、リ
ング１２の内径Ｒと被研磨部材の直径ｒとの間には ０．９2 ≦Ｒ／ｒ≦０．９４ または １．０２≦Ｒ／ｒ≦１．０５ の関係が成立することが好ましい。
ング１２の内径Ｒと被研磨部材の直径ｒとの間には ０．９2 ≦Ｒ／ｒ≦０．９４ または １．０２≦Ｒ／ｒ≦１．０５ の関係が成立することが好ましい。
【００１８】以上の条件では、加圧力ｐ、加圧力Ｐに無
関係に研磨膜厚の均一性を得ることができる。また、Ｒ
／ｒが、以上の範囲外を含む ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ のときにも、同時に ２≦Ｐ／ｐ≦５ の関係が成立すれば研磨膜厚の均一性を得ることができ
る。
関係に研磨膜厚の均一性を得ることができる。また、Ｒ
／ｒが、以上の範囲外を含む ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ のときにも、同時に ２≦Ｐ／ｐ≦５ の関係が成立すれば研磨膜厚の均一性を得ることができ
る。
【００１９】図２は本発明の実施の形態の研磨装置であ
る。２は研磨パッド、１は研磨ヘッド、４は被研磨部材
( ウエ ハ) 、５は研磨剤供給部、６は研磨剤である。こ
の装置はウェハ４の被研磨面に加圧力Ｐ、リテーナリン
グ１５に加圧力ｐを加えながら研磨パッドを回転１９さ
せ、更に研磨ヘッドを回転２０させるとともに、揺動２
１を加えることによってウェハと研磨パッドとの間に相
対運動を与え、ウェハ４上の半導体デバイス表面が研磨
される。
る。２は研磨パッド、１は研磨ヘッド、４は被研磨部材
( ウエ ハ) 、５は研磨剤供給部、６は研磨剤である。こ
の装置はウェハ４の被研磨面に加圧力Ｐ、リテーナリン
グ１５に加圧力ｐを加えながら研磨パッドを回転１９さ
せ、更に研磨ヘッドを回転２０させるとともに、揺動２
１を加えることによってウェハと研磨パッドとの間に相
対運動を与え、ウェハ４上の半導体デバイス表面が研磨
される。
【００２０】研磨パッド２として、発泡タイプ、無発泡
タイプどちらのものを用いても本発明の効果は変わらな
かった。
タイプどちらのものを用いても本発明の効果は変わらな
かった。
【００２１】
【実施例】［実施例１］本実施例の研磨ヘッド１は、図
４の上図にその全体図が、上図の〇で囲んだ部分の拡大
図が下図に示されている。研磨ヘッド１は、円筒状で、
下面にウェハ４を貼りつけるよう作られており、アルミ
ニウムから成る内径φ130 −170 ｍｍのリング１２に弾
性膜１３( ロデールニッタ製R201) を貼り、この弾性膜
付きリングを、気密部材としてＯリング１４を介してシ
リンダー内に配している。１５はリテーナリングで、ウ
ェハ４の飛び出し防止用のリングである。９は被研磨部
材４を加圧する為の気密空間であり、エアシリンダーを
高圧流体源として加圧される。更に研磨ヘッド１は、全
体がエアシリンダーで研磨体に向けて加圧され、被研磨
部材４とリテーナリング１５は、独立に加圧出来る構造
になっている。
４の上図にその全体図が、上図の〇で囲んだ部分の拡大
図が下図に示されている。研磨ヘッド１は、円筒状で、
下面にウェハ４を貼りつけるよう作られており、アルミ
ニウムから成る内径φ130 −170 ｍｍのリング１２に弾
性膜１３( ロデールニッタ製R201) を貼り、この弾性膜
付きリングを、気密部材としてＯリング１４を介してシ
リンダー内に配している。１５はリテーナリングで、ウ
ェハ４の飛び出し防止用のリングである。９は被研磨部
材４を加圧する為の気密空間であり、エアシリンダーを
高圧流体源として加圧される。更に研磨ヘッド１は、全
体がエアシリンダーで研磨体に向けて加圧され、被研磨
部材４とリテーナリング１５は、独立に加圧出来る構造
になっている。
【００２２】以上のような研磨ヘッドを備えた図２に示
す研磨装置に於いて、２は研磨パッド、１は研磨ヘッ
ド、４は被研磨部材( ウエ ハ) 、５は研磨剤供給部、６
は研磨剤である。図２に於いて、螺旋状のＶ溝( ピッチ
0.5 ｍｍ、凸部幅0.15ｍｍ、図５に示す) と格子状の凹
溝( ピッチ15ｍｍ、深さ0.5 ｍｍ) の両方を有し、エポ
キシ樹脂からなる、無発泡、硬質タイプのパッドをφ80
0 ｍｍ、厚み20ｍｍのアルミベースプレート上に固定し
た研磨パッド２を、定盤７の上に固定したものを研磨体
３とした。
す研磨装置に於いて、２は研磨パッド、１は研磨ヘッ
ド、４は被研磨部材( ウエ ハ) 、５は研磨剤供給部、６
は研磨剤である。図２に於いて、螺旋状のＶ溝( ピッチ
0.5 ｍｍ、凸部幅0.15ｍｍ、図５に示す) と格子状の凹
溝( ピッチ15ｍｍ、深さ0.5 ｍｍ) の両方を有し、エポ
キシ樹脂からなる、無発泡、硬質タイプのパッドをφ80
0 ｍｍ、厚み20ｍｍのアルミベースプレート上に固定し
た研磨パッド２を、定盤７の上に固定したものを研磨体
３とした。
【００２３】以上のような。研磨装置で、弾性膜に熱酸
化膜が1 μm 成膜された6 インチシリコンウエハを表面
張力で弾性膜に固定し、以下に示す加工条件で、補正リ
ングの内径と加圧系をパラメータとして研磨実験を行っ
た。 ・研磨パッド回転数:50rpm ・研磨ヘッド回転数:50rpm ・揺動距離:30mm ・揺動頻度:15 往復/ 分 ・研磨剤: キャボット社製SEMI Supers25 を2 倍に希釈 ・研磨剤流量:200ml/ 分 ・研磨時間:3分 上記条件での実験結果を図６に示す。図６は６インチ
（Φ１５０ｍｍ）ウエハの中心を通る直線上に於ける残
膜厚を1mm 間隔で測定し、研磨均一性を評価したデータ
である。各データを示すグラフ上の数字１４０〜１５８
はリング１２の内径である。各データに於いて、〇、
□、△は各々ウェハ４とリテーナリング１５に対する異
なる加圧力の組み合わせを示したものである。
化膜が1 μm 成膜された6 インチシリコンウエハを表面
張力で弾性膜に固定し、以下に示す加工条件で、補正リ
ングの内径と加圧系をパラメータとして研磨実験を行っ
た。 ・研磨パッド回転数:50rpm ・研磨ヘッド回転数:50rpm ・揺動距離:30mm ・揺動頻度:15 往復/ 分 ・研磨剤: キャボット社製SEMI Supers25 を2 倍に希釈 ・研磨剤流量:200ml/ 分 ・研磨時間:3分 上記条件での実験結果を図６に示す。図６は６インチ
（Φ１５０ｍｍ）ウエハの中心を通る直線上に於ける残
膜厚を1mm 間隔で測定し、研磨均一性を評価したデータ
である。各データを示すグラフ上の数字１４０〜１５８
はリング１２の内径である。各データに於いて、〇、
□、△は各々ウェハ４とリテーナリング１５に対する異
なる加圧力の組み合わせを示したものである。
【００２４】図６より、6 インチウェハの場合、リング
の内径がφ１４０及びφ１５４及びΦ１５８ではエッジ
カットは５ｍｍ程度あるものの、加圧系に依存せず安定
した均一性が得られることを示す。図６には示されない
が、リングの内径を上記内径の前後で若干振っても尚、
加圧系に依存せず安定した研磨均一性が得られることが
わかった。結局ウェハの径に対するリングの径の比が、
０．９２以上、０．９４以下、１．０２以上、１．０５
以下で加圧系に依存せず安定した研磨均一性が得られる
ことがわかった。
の内径がφ１４０及びφ１５４及びΦ１５８ではエッジ
カットは５ｍｍ程度あるものの、加圧系に依存せず安定
した均一性が得られることを示す。図６には示されない
が、リングの内径を上記内径の前後で若干振っても尚、
加圧系に依存せず安定した研磨均一性が得られることが
わかった。結局ウェハの径に対するリングの径の比が、
０．９２以上、０．９４以下、１．０２以上、１．０５
以下で加圧系に依存せず安定した研磨均一性が得られる
ことがわかった。
【００２５】更に図６は、リングの内径がφ１４４及び
φ１５０では異なる加圧力の組み合わせで研磨均一性が
変化することを示している。リングの内径が上記の前後
の範囲（ウェハの径に対するリングの径の比が、０．９
４以上、１．０２以下）であっても、リテーナリングと
被研磨部材とに対する加圧力を各々ｐとＰとしたとき、
Ｐ／ｐが２以上５以下のときに、エッジカット２．５ｍ
ｍ、研磨均一性±７％が得られた。 ［実施例２］6 インチウェハを8 インチウェハに替え、
図４に示した実施例1 で用いたのと、同様であるが、寸
法のみが異なる研磨ヘッドと、図２の研磨装置を用い、
同様の実験を行ったところ、リングの内径Ｒがウェハの
直径ｒに対して、 ０．９２≦Ｒ／ｒ≦０．９４ または １．０２≦Ｒ／ｒ≦１．０５ である場合には、ウェハとリテーナリングに対する異な
る加圧力の組み合わせに対して、即ち加圧系に依存せず
安定した均一性が得られることを確認した。更にリング
の内径Ｒがウェハの直径ｒに対して、 ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ である場合にウェハを支持した弾性膜への加圧Ｐと研磨
対象物保持部全体への加圧ｐが、 ２＜Ｐ／ｐ＜５ の関係があるときにエッジカットが小さくなり研磨均一
性が向上することが確認された。
φ１５０では異なる加圧力の組み合わせで研磨均一性が
変化することを示している。リングの内径が上記の前後
の範囲（ウェハの径に対するリングの径の比が、０．９
４以上、１．０２以下）であっても、リテーナリングと
被研磨部材とに対する加圧力を各々ｐとＰとしたとき、
Ｐ／ｐが２以上５以下のときに、エッジカット２．５ｍ
ｍ、研磨均一性±７％が得られた。 ［実施例２］6 インチウェハを8 インチウェハに替え、
図４に示した実施例1 で用いたのと、同様であるが、寸
法のみが異なる研磨ヘッドと、図２の研磨装置を用い、
同様の実験を行ったところ、リングの内径Ｒがウェハの
直径ｒに対して、 ０．９２≦Ｒ／ｒ≦０．９４ または １．０２≦Ｒ／ｒ≦１．０５ である場合には、ウェハとリテーナリングに対する異な
る加圧力の組み合わせに対して、即ち加圧系に依存せず
安定した均一性が得られることを確認した。更にリング
の内径Ｒがウェハの直径ｒに対して、 ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ である場合にウェハを支持した弾性膜への加圧Ｐと研磨
対象物保持部全体への加圧ｐが、 ２＜Ｐ／ｐ＜５ の関係があるときにエッジカットが小さくなり研磨均一
性が向上することが確認された。
【００２６】以上の結論の元になる実験データの一部が
図７に示されている。即ち〇、×、●、◇に対応する、
弾性膜への加圧Ｐと研磨対象物保持部全体への加圧ｐの
各種加圧条件に対して、エッジカットが小さくなり研磨
均一性が向上しており、この加圧条件は、２＜Ｐ／ｐ＜
５に対応する。
図７に示されている。即ち〇、×、●、◇に対応する、
弾性膜への加圧Ｐと研磨対象物保持部全体への加圧ｐの
各種加圧条件に対して、エッジカットが小さくなり研磨
均一性が向上しており、この加圧条件は、２＜Ｐ／ｐ＜
５に対応する。
【００２７】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、発泡性の
研磨パッド、無発泡で硬質の研磨パッドのどちらを用い
ても、研磨平坦性と研磨均一性の両方に優れた研磨ヘッ
ド、更には研磨装置が提供できる。更に、リングの内径
と被研磨部材の直径との関係を適当に選ぶことにより、
更には被研磨部材への加圧力とリテーナーリングへの加
圧力の比を調整することにより、エッジカットが少な
く、被研磨部材の周辺まで均一に研磨することが出来る
研磨方法が得られる。
研磨パッド、無発泡で硬質の研磨パッドのどちらを用い
ても、研磨平坦性と研磨均一性の両方に優れた研磨ヘッ
ド、更には研磨装置が提供できる。更に、リングの内径
と被研磨部材の直径との関係を適当に選ぶことにより、
更には被研磨部材への加圧力とリテーナーリングへの加
圧力の比を調整することにより、エッジカットが少な
く、被研磨部材の周辺まで均一に研磨することが出来る
研磨方法が得られる。
【図１】本発明の実施の形態の研磨ヘッドの概念図であ
る。
る。
【図２】本発明の研磨装置の概念図である。
【図３】本発明の実施の形態の研磨ヘッドの第一、第二
の加圧の関係を示す概念図である。
の加圧の関係を示す概念図である。
【図４】実施例１、２における研磨ヘッドを示す図であ
る。
る。
【図５】実施例１、２における研磨パッドの溝の断面形
状を示す図である。
状を示す図である。
【図６】実施例１における研磨均一性を評価したデータ
である。
である。
【図７】実施例２における研磨均一性を評価したデータ
である。
である。
【図８】従来のＣＭＰ装置を示す図である。
１ 研磨ヘッド ２ 研磨パッド ３ 研磨体 ４ ウェハ（被研磨部材） ５ 研磨剤供給部 ６ 研磨剤 ７ 定盤 ８ 可撓性保持部材 ９ 気密空間 １０ 第２の加圧源 １１ 第１の加圧源 １２ リング １３ 弾性膜 １４ Ｏリング( 気密部材) １５ リテーナリング １６ 加圧力ｐ １７ 加圧力Ｐ １８ Ａ部 １９ 回転 ２０ 回転 ２１ 揺動
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮地 章 東京都千代田区丸の内３丁目２番３号 株 式会社ニコン内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AA12 AB04 BA05 BB04 CB01 CB02 CB10 DA17
Claims (8)
- 【請求項１】研磨ヘッドに保持した被研磨部材を研磨体
の表面に加圧しつつ、前記被研磨部材と前記研磨体との
間に研磨剤を介在させた状態で、前記被研磨部材と前記
研磨体とを相対移動させることにより、前記被研磨部材
を研磨する研磨装置に用いられる研磨ヘッドであって、
前記研磨ヘッドが、前記被研磨部材が保持される弾性膜
と前記弾性膜の外周部が固定されるリングと前記リング
が固定される可撓性保持部材と前記弾性膜を境界の一部
として前記研磨ヘッドの内部に形成される気密空間と前
記気密空間を形成するために前記リングに装着される気
密部材とを具えることを特徴とする研磨ヘッド。 - 【請求項２】前記リングの内径をＲとし、前記被研磨部
材の直径をｒとしたとき、 ０．９２≦Ｒ／ｒ≦０．９４ １．０２≦Ｒ／ｒ≦１．０５ の関係を満足する請求項１記載の研磨ヘッド。 - 【請求項３】前記リングの内径をＲ、前記被研磨部材の
直径をｒ、前記弾性膜を介する前記被研磨部材への加圧
力をＰ、リテーナリングへの加圧力をｐとしたとき、 ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ 且つ ２≦Ｐ／ｐ≦５ の関係を満足する請求項１記載の研磨ヘッド。 - 【請求項４】研磨ヘッドに保持した被研磨部材を研磨体
の表面に加圧しつつ、前記被研磨部材と前記研磨体との
間に研磨剤を介在させた状態で、前記被研磨部材と前記
研磨体とを相対移動させることにより、前記被研磨部材
を研磨する研磨方法において、前記研磨ヘッドが、前記
被研磨部材が保持される弾性膜と前記弾性膜の外周部が
固定されるリングと前記リングが固定される可撓性保持
部材と前記弾性膜を境界の一部として前記研磨ヘッドの
内部に設けられる気密空間と前記気密空間を形成するた
めに前記リングに装着される気密部材とを具え、前記リ
ングの内径をＲ、前記被研磨部材の直径をｒ、前記弾性
膜への加圧力をＰ、前記被研磨部材への加圧力をｐとし
たとき、 ０．９４＜Ｒ／ｒ＜１．０２ 且つ ２≦Ｐ／ｐ≦５ の関係を満足する研磨方法。 - 【請求項５】請求項１〜３何れか１項記載の研磨ヘッド
を具えることを特徴とする研磨装置。 - 【請求項６】前記被研磨部材が、半導体プロセスに於け
るウェハであることを特徴とする請求項１〜３何れか１
項記載の研磨ヘッド。 - 【請求項７】前記被研磨部材が、半導体プロセスに於け
るウェハであることを特徴とする請求項５記載の研磨装
置。 - 【請求項８】前記被研磨部材が、半導体プロセスに於け
るウェハであることを特徴とする請求項４記載の研磨方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2367199A JP2000223447A (ja) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 研磨ヘッド及び研磨装置及び研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2367199A JP2000223447A (ja) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 研磨ヘッド及び研磨装置及び研磨方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000223447A true JP2000223447A (ja) | 2000-08-11 |
Family
ID=12116961
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2367199A Pending JP2000223447A (ja) | 1999-02-01 | 1999-02-01 | 研磨ヘッド及び研磨装置及び研磨方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000223447A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7897007B2 (en) | 2000-07-31 | 2011-03-01 | Ebara Corporation | Substrate holding apparatus and substrate polishing apparatus |
-
1999
- 1999-02-01 JP JP2367199A patent/JP2000223447A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7897007B2 (en) | 2000-07-31 | 2011-03-01 | Ebara Corporation | Substrate holding apparatus and substrate polishing apparatus |
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|
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