JP2001044151A - 化学的機械研磨用キャリアヘッド - Google Patents

化学的機械研磨用キャリアヘッド

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JP2001044151A
JP2001044151A JP2000120246A JP2000120246A JP2001044151A JP 2001044151 A JP2001044151 A JP 2001044151A JP 2000120246 A JP2000120246 A JP 2000120246A JP 2000120246 A JP2000120246 A JP 2000120246A JP 2001044151 A JP2001044151 A JP 2001044151A
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carrier
guide ring
polishing
slurry
head according
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JP2000120246A
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Saa Wii Kuuku Sebastian
セバスチャン・サー・ウィー・クーク
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GlobalFoundries Singapore Pte Ltd
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Chartered Semiconductor Manufacturing Pte Ltd
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/27—Work carriers
    • B24B37/30—Work carriers for single side lapping of plane surfaces
    • B24B37/32—Retaining rings

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 化学的機械研磨（ＣＭＰ）中、研磨パッドに
対する半導体ウェハの圧力の均一さを向上させるキャリ
アヘッドを提供する。 【解決手段】 第１実施例の形態は、キャリア４８内に
ねじ込まれた独立的な調節ねじ５８を使用して、ウェハ
の圧力を均一にし且つ案内リング５０の寿命を引き延ば
す。調節ねじは、内方にねじ込んで、支持板を使用して
案内リングに取り付けられた保持ねじを受け入れる。こ
れにより、各調節ねじにてキャリアと案内リングとの間
の間隔を容易に変化させる。調節ねじの各々の回り止め
ナット５６を使用して設定された各空隙を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、全体として、半導
体ウェハキャリア、より具体的には、研磨工程中、ウェ
ハを保持するのに使用される装置を改良する方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体の製造には、ウェハ上に被覆した
薄い膜の厚さを薄くし、平坦にするために化学的及び物
理的研磨の組み合わせを使用することがよくある。典型
的に、ウェハは、研磨ヘッド内に配置されて、スラリー
が付与された、回転する研磨パッドと接触する。ウェハ
を保持する研磨ヘッドも回転して、平坦化工程をより均
一にすることがしばしばである。
【０００３】図１及び図２には、研磨工程のための現在
の技術について、その断面図が概略図的に図示されてい
る。ウェハ１４は、案内リング２０により所定位置に横
向きに保持されている。ウェハ上の薄膜の平坦化を促進
するために、ウェハ１４を研磨パッド１２に対して保持
するキャリア１８に、上方から均一な圧力が機械的に付
与される。ウェハ１４への均一な圧力を保つために、通
常、薄いキャリア膜１６がキャリア１８に取り付けられ
る。研磨台１０及び研磨パッド１２は、所定の速度にて
回転する一方、大抵の場合、キャリア１８、キャリア膜
１６及びウェハ１４は、第二の所定の速度にて回転す
る。自動的なローディング及びアンローディングの間、
ウェハは、通路２２を介して真空圧力によりキャリア上
に保持される。
【０００４】現在の技術では、案内リングとキャリアと
の間に空隙を設定するためプラスチック製又は金属製の
シムを使用する。このことは、化学的機械研磨（ＣＭ
Ｐ）の間、ウェハがキャリアの下方に留まることを確実
にする。シムの厚さは、案内リングの外周の周りにおい
て調節可能ではなく、シムの厚さの変化、及び案内リン
グの不均一な摩耗のために、ウェハに対し不均一な圧力
が加わる可能性がある。このことは、ＣＭＰ処理を行う
間、薄い膜材料を不均一に除去することになり、処理特
性を損なうことになる。案内リングが仕様に適合しなく
なった場合、案内リングは、再調整するか、或いは廃棄
しなければならないため、運転コストもまた増大する。
【０００５】ＣＭＰ処理の完了後に、ウェハを研磨台か
ら取り去るために真空圧が使用される。この除去処理の
間、真空圧により、研磨スラリーがキャリアと案内リン
グとの間の接触点内に吸引されることがある。この領域
内でのスラリーは、案内リングを許容公差から外してし
まい、スラリーが乾燥すると、問題を悪化させる。スラ
リーが、空隙内に均一に充填されないため、ウェハを研
磨する間に、付与される圧力が均一になるのを阻害す
る。
【０００６】他の方策は、研磨中、ウェハの表面の全体
に、均一な圧力を保つときの問題点を解決しようと試み
るものである。シャーウッド（Ｓｈｅｒｗｏｏｄ）及び
その他の者への米国特許第５，６８１，２１５号には、
２つの圧力チャンバを形成する多数のベローズを使用す
る方法が教示されている。一方のチャンバは、ウェハの
全体に均一な負荷を加えるために使用され、他方のチャ
ンバは、保持リング及びウェハを研磨パッドに対して押
し付けるために使用される。ヤノ（Ｙａｎｏ）及びその
他の者への米国特許第５，８７６，２７３号には、キャ
リアと案内リングとの間に圧力吸収部材を使用する方法
が教示されている。この部材は、ウェハ上に均一な圧力
を維持しつつ、案内リングがキャリアに対して移動する
のを許容する。コバヤシ（Ｋｏｂａｙａｓｈｉ）及びそ
の他の者への米国特許第５，５８４，７５１号には、Ｃ
ＭＰ処理を行う間、ダイヤフラムに圧力を加えて、ウェ
ハ及びキャリアの位置を調節することを許容する方法が
開示されている。ストラスバウ（Ｓｔｒａｓｂａｕｇ
ｈ）への米国特許第５，４２３，７１６号には、可撓性
の部材上に負圧を使用して、ローディング及びアンロー
ディングの間、ウェハを保持する方法が教示されてい
る。これは、薄膜内に小さい吸引カップを形成して、ウ
ェハを所定位置に保持するものである。薄膜に対し正圧
を付与することにより、ウェハは解放することができ、
又は、ＣＭＰの間、均一な圧力にて研磨パッドに対して
保持することができる。バーンズ（Ｂａｒｎｓ）及びそ
の他の者への米国特許第５，８５１，１４０号には、Ｃ
ＭＰ法を行う間、ウェハに均一な圧力を保つエアピロー
を提供する可撓性のキャリア・プレートを使用する方法
が教示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の主要な目的
は、研磨中、半導体ウェハを保持する改良に係る機構を
提供することである。
【０００８】本発明の第二の目的は、研磨中、ウェハに
均一な圧力を付与するキャリア機構を提供することであ
る。このことは、薄膜の半導体材料を均一に平坦化する
結果となる。
【０００９】本発明の更なる目的は、案内リングとキャ
リアとの間にシムを使用することを不要にし且つシムを
選択し、取り付けることに関連するコストを解消するこ
とである。
【００１０】本発明の別の目的は、スラリーが案内リン
グとキャリアとの間の接触点に侵入するのを防止するこ
とである。スラリーが案内リングとキャリアとの間に溜
まらないようにすることは、ウェハをより均一な圧力に
て研磨パッドに対して保持することが可能になる。
【００１１】本発明の別の目的は、案内リングの有効寿
命を引き延ばし且つ案内リングの再調整コストを削減す
ることである。
【００１２】本発明の更に別の目的は、案内リングの磨
耗を補償するのに必要な作業時間を短縮することであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】これらの目的は、現在の
ウェハキャリアヘッドに対する２つの解決手段により実
現される。第一の解決手段は、キャリアの外周に沿って
均一に隔てられた複数の調節ねじを使用することであ
る。これらの調節ねじは、ウェハを研磨パッドに対して
平らに配置し、案内リングとキャリア膜との間にシムを
使用しなくても済むようにする。第二の解決手段は、Ｏ
リングガスケットを備えたＬ字形の案内リングと、空気
口が形成されたキャリアとを使用することである。空気
口、Ｌ字形の案内ガイド及びＯリングを組み合わせるこ
とにより、スラリーがキャリアと案内リングとの間の接
触点に吸引されるのが防止される。この接触点にスラリ
ーが侵入し得るならば、ウェハは非整合状態となり、Ｃ
ＭＰ処理を行う間、材料が不均一に除去される結果とな
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】添付図面には、本明細書の重要な
部分を形成する事項が記載されている。
【００１５】先ず、図３、図４、図５をより具体的に参
照すると、本発明の一実施の形態が図示されている。図
３には、キャリア４８の外周の内側において均等に隔て
られた複数の調節ねじ５８が図示されている。調節ねじ
５８の本数を変更して、僅か３本とすることも可能であ
ることを理解すべきである。次に、図３の案内リング５
０を参照すると、支持板５２が、複数の皿ねじ（図示せ
ず）を使用して案内リング５０の上面に沿って取り付け
られる。皿ねじの位置は、調節ねじ５８と支持板５２と
の間の接触点を干渉してはならない点を除いて、重要で
はない。案内ガイド５０は、保持ねじ６０の頭部を受け
入れるキャビティ（この図に図示せず）を有している。
調節ねじ５８は、組み立てたときに保持ねじ６０を受け
入れ得るようにねじが形成されており、これにより、キ
ャリア４８を支持板５２及び案内リング５０に取り付け
る。次に、キャリア４８と案内リング５０との間の空隙
（この図面に図示せず）を変化させ得るように複数の調
節ねじ５８を個々に回すことができる。このことは、試
行錯誤的なシムの選択を不要にすることによりこの工程
の作業時間を短縮することになる。
【００１６】次に、図４を参照すると、キャリア４８及
び案内リング５０の底面図が図示されている。図４か
ら、キャリア４８及び案内リング５０が、それぞれ複数
のかみ合う歯６２と、溝又はスロット６４を有すること
に気づくであろう。歯６２及び溝又はスロット６４は、
組み立てたとき、キャリア４８と案内リング５０との間
の回転を防止する。歯６２及び溝又はスロット６４はス
トレートな形状、或いはあり継ぎ形状とすることができ
る。
【００１７】次に、図５を参照すると、組み立てられた
キャリアヘッド及び研磨台４０の断面図が図示されてい
る。研磨台４０は、研磨スラリー（図示せず）が供給さ
れるパッド４２により覆われている。ＣＭＰ処理を行う
間、研磨台４０及びパッド４２は一定の速度で回転す
る。案内リング５０は、キャリア４８の同心状の溝又は
切欠き内に配置される。ウェハ４４は、研磨中、案内リ
ング５０により横向きに保持されている。キャリア膜
（弾性キャリア膜）４６は、キャリア４８の下側に添着
されている。圧力がキャリア膜４６を通じてキャリア４
８からウェハ４４に付与される。キャリア膜４６の目的
は、キャリア４８の如何なる欠陥（凹凸等）を吸収し、
これにより、ウェハ４４に均一な圧力を付与することで
ある。ウェハ４４がパッド４２に対して圧力を加え、ス
ラリーを保持する結果、半導体薄膜が除去されることに
なる。調節ねじ５８は、回り止めナット５６及びキャリ
ア４８のねじ付き穴を通って進む。保持ねじ６０は、ね
じ付き端部が支持板５２の穴を通って上方に向くように
配置される。保持ねじ６０の頭部は、案内リング５０の
キャビティ内に取り付けられ、支持板５２は、複数の皿
ねじ（図示せず）を使用して、案内リング５０に取り付
けられる。キャリアヘッドを組み立てたとき、調節ねじ
５８は保持ねじ６０にかみ合って、支持板５２の上面と
キャリア４８の下合わせ面との間の空隙６６を調節ねじ
５８の各位置にて調節することが可能になる。一旦、空
隙６６の所望の高さが実現されたならば、回り止めナッ
ト５６を締め付けて、調節ねじ５８が動くのを防止す
る。
【００１８】案内リング５０の外周に沿ってキャリア４
８と支持板５２との間の空隙６６を独立的に調節するこ
とは幾つかの有利な点がある。第一に、シムが不要とな
り、また、シムと関係した試行錯誤的な空隙の調節も解
消される。更に、本発明のこの実施の形態を使用するこ
とにより、案内リング５０の磨耗を補償するのに必要な
調節は、キャリアヘッドを分解せずに行うことができ、
これにより、メンテナンス時間及び組立時間を短縮する
ことができる。最後に、案内リング５０の下面をウェハ
４４の下面に対して平行にすることにより、ウェハ４４
に付与された圧力は均一となり、これにより、ＣＭＰ処
理を行う間、材料を均一に除去する度合いを向上させる
ことができる。
【００１９】次に、図６及び図７を参照すると、本発明
の第二の実施の形態が図示されている。キャリアヘッド
のこの実施の形態は、スラリーがキャリアと案内リング
との間の接触点に侵入するのを防止する。次に、均等な
間隔で複数の空気口７２を備えたキャリア７０を示す、
図６をより具体的に参照する。空気口７２の数は、３乃
至１２とすることができる。また、キャリア７０には、
真空圧ポート７４も図示されている。次に、図７を参照
すると、完成したキャリアヘッド及び研磨台８４の断面
図が図示されている。研磨台８４はパッド８２により覆
われており、研磨台８４及びパッド８２が一定の速度で
回転する間、研磨スラリー（図示せず）がこのパッド上
に供給される。Ｌ字形の案内リング８６は、キャリア７
０の同心状の溝又は切欠き内に配置されている。キャリ
ア膜（弾性キャリア膜）７８はキャリア７０の底面に添
着されており、キャリア７０の下面の如何なる欠陥（凹
凸）を吸収する。圧力はキャリア膜７８を通じてキャリ
ア７０からウェハ８０に付与される。この実施の形態に
おいて、ウェハ８０は、研磨中、案内リング８６により
横向きに保持されている。空気口７２の位置は、これら
空気口が案内リング８６の内周と一致するような位置で
ある。負圧が真空圧ポート７４に付与されると、スラリ
ーを研磨パッド８２から上方に吸引するのではなく、空
気が空気口７２を通って下方に流れる。Ｏリング７６も
また、スラリーがキャリア７０と案内リング８６との間
の接触点８８に侵入することをも防止する。Ｏリング７
６は、案内リング８６又はキャリア７０の何れかの一部
とすることができる。Ｏリングが案内リング８６の一部
であるならば、キャリア７０は、Ｏリング７６を受け入
れ得るように溝が形成されることになる。これとは逆
に、Ｏリングがキャリア７０の一部であるならば、Ｏリ
ング７６を受け入れ得るように、案内リング８６に溝が
形成されるようにする。
【００２０】この実施の形態は、スラリーがキャリア７
０と案内リング８６の上面との間の接触点８８に入るの
を防止するという有利な点がある。これは、３つの方法
により実現される。第一に、案内リング８６のＬ字形の
形状によってスラリーがその上面に達するのを阻止する
縁部を形成する。第二に、空気口７２によって、スラリ
ーをウェハ８０の下方にて研磨パッド８２から吸引せず
に、空気をキャリア７０の上方から真空ポート７４に向
けて吸引されるようにする。最後に、キャリア７０と案
内リング８６の上面との間に配置されたＯリングによっ
て、スラリーがこれらの間の接触点８８に達しないよう
にする。
【００２１】特に、具体的には図示しないが、本発明の
上記２つの実施の形態を組み合わせて、改良されたキャ
リア組立体とすることも可能である。
【００２２】本発明はその好適な実施の形態に関して具
体的に図示し且つ説明したが、本発明の精神及び範囲か
ら逸脱せずに、その形態及び細部に色々な変更を加え得
ることが当業者には理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＣＭＰ機構の全体図を示す、ＣＭＰ処理におけ
る従来技術の概略図的な断面図である。
【図２】典型的なキャリアヘッド組立体の図である。
【図３】シムを交換するため調節ねじが使用される本発
明の第一実施のキャリアヘッド組立体の図である。
【図４】図３と同様のキャリアヘッド組立体の図であ
る。
【図５】図３と同様のキャリアヘッド組立体の図であ
る。
【図６】Ｏリングを有するＬ字形の案内リングと、空気
口を有するキャリアとを使用する、本発明の第二実施の
キャリアヘッド組立体の図である。
【図７】図６のキャリアヘッド組立体の断面図である。
【符号の説明】
４０ 研磨台 ４２ 研磨パッド ４４ ウェハ ４６ キャリア膜 ４８ キャリア ５０ 案内リング ５２ 支持板 ５６ 回り止めナッ
ト ５８ 調節ねじ ６０ 保持ねじ ６２ 歯 ６４ 溝／スロット ６６ 空隙 ７０ キャリア ７２ 空気口 ７４ 真空圧ポート ７６ Ｏリング ７８ キャリア膜 ８０ ウェハ ８２ 研磨パッド ８４ 研磨台 ８６ Ｌ字形の案内
リング ８８ 接触点

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化学的機械研磨用キャリアヘッドにおい
    て、 研磨スラリーを保持する研磨パッドに対してウェハを押
    し付けるキャリアと、 前記ウェハを前記キャリアの下方に保持し得るように前
    記キャリアの同心状の溝又は切欠き内に配置された案内
    リングと、 前記キャリア内にねじ込まれた複数の調節ねじと、 前記キャリアの上方に配置された前記調節ねじの各々に
    取り付けられた回り止めナットと、 前記案内リングの上面に取り付けられた支持板と、 前記支持板を通って上方を向いたねじ付き端部を有する
    複数の保持ねじとを備え、 前記支持板の上面と前記キャリアの下面との間に空隙が
    あり、 前記保持ねじの各々が前記調節ねじの１つにねじ込ま
    れ、前記空隙の高さが前記調節ねじにより制御される、
    化学的機械研磨用キャリアヘッド。
  2. 【請求項２】 請求項１によるキャリアヘッドにおい
    て、前記支持板が、皿ねじにより前記案内リングに取り
    付けられる、キャリアヘッド。
  3. 【請求項３】 請求項１によるキャリアヘッドにおい
    て、前記キャリアが、歯を有し、前記案内リングが、組
    み立て中に前記キャリアを前記案内リングに対して係止
    する、対応するスロットを有する、キャリアヘッド。
  4. 【請求項４】 請求項１によるキャリアヘッドにおい
    て、前記キャリアが、該キャリアの下面に添着された弾
    性キャリア膜を有する、キャリアヘッド。
  5. 【請求項５】 化学的機械研磨用キャリアヘッドにおい
    て、 研磨スラリーを保持する研磨パッドに対してウェハを押
    し付けるキャリアと、 前記キャリアの同心状の合わせ溝内にて前記キャリアの
    下方に配置され、前記ウェハを前記キャリアの下方に保
    持するＬ字形の案内リングと、 前記キャリア内に穿孔された複数の空気口と、 前記キャリアに形成された複数の真空圧ポートと、 前記案内リングに形成されたスロットをライニングする
    複数のＯリングとを備える、化学的機械研磨用キャリア
    ヘッド。
  6. 【請求項６】 請求項５によるキャリアヘッドにおい
    て、前記キャリアが、歯を有し、前記案内リングが、研
    磨中に前記キャリアを前記案内リングに対して係止す
    る、対応するスロットを有する、キャリアヘッド。
  7. 【請求項７】 請求項５によるキャリアヘッドにおい
    て、前記キャリアが、該キャリアの下面に添着された弾
    性キャリア膜を有する、キャリアヘッド。
  8. 【請求項８】 請求項５によるキャリアヘッドにおい
    て、前記Ｌ字形の案内リングは、前記スラリーが前記キ
    ャリアと前記案内リングとの間の接触面に侵入するのを
    防止する、キャリアヘッド。
  9. 【請求項９】 請求項５によるキャリアヘッドにおい
    て、前記Ｏリングは、前記スラリーが前記キャリアと前
    記案内リングとの間の接触面に侵入するのを防止する、
    キャリアヘッド。
  10. 【請求項１０】 請求項５によるキャリアヘッドにおい
    て、前記真空圧ポートからの真空圧が、スラリーを前記
    研磨ヘッドから吸引せずに、空気が前記キャリアの上方
    から前記空気口を通じて吸引されるようにし、これによ
    り、前記スラリーが前記キャリアと前記案内リングとの
    間の接触面に侵入するのを防止する、キャリアヘッド。
  11. 【請求項１１】 請求項５によるキャリアヘッドにおい
    て、前記空気口の数が３乃至１２の範囲である、キャリ
    アヘッド。
  12. 【請求項１２】 化学的機械研磨用キャリアヘッドにお
    いて、 研磨スラリーを保持する研磨パッドに対してウェハを押
    し付けるキャリアと、 前記キャリアの同心状の合わせ溝又は合わせ切欠き内に
    て、前記キャリアの下方に配置され、前記ウェハを前記
    キャリアの下方に保持するＬ字形の案内リングと、 前記キャリア内に穿孔された複数の空気口と、 前記キャリアに形成された複数の真空圧ポートと、 前記案内リングに形成されたスロットをライニングする
    複数のＯリングとを備える、キャリアヘッド。
  13. 【請求項１３】 請求項１２によるキャリアヘッドにお
    いて、前記キャリアが、歯を有し、前記案内リングが、
    研磨中、前記キャリアを前記案内リングに対して係止す
    る、対応するスロットを有する、キャリアヘッド。
  14. 【請求項１４】 請求項１２によるキャリアヘッドにお
    いて、前記キャリアが、該キャリアの下面に添着された
    弾性キャリア膜を有する、キャリアヘッド。
  15. 【請求項１５】 請求項１２によるキャリアヘッドにお
    いて、前記Ｌ字形の案内リングは、前記スラリーが前記
    キャリアと前記案内リングとの間の接触面に侵入するの
    を防止する、キャリアヘッド。
  16. 【請求項１６】 請求項５によるキャリアヘッドにおい
    て、前記Ｏリングは、前記スラリーが前記キャリアと前
    記案内リングとの間の接触面に侵入するのを防止する、
    キャリアヘッド。
  17. 【請求項１７】 請求項１２によるキャリアヘッドにお
    いて、前記真空圧が、スラリーを前記研磨ヘッドから吸
    引せずに、空気が前記キャリアの上方から前記空気口を
    通じて吸引されるようにし、これにより、前記スラリー
    が前記キャリアと前記案内リングとの間の接触面に侵入
    するのを防止する、キャリアヘッド。
  18. 【請求項１８】 請求項１２によるキャリアヘッドにお
    いて、前記空気口の数が３乃至１２の範囲である、キャ
    リアヘッド。
JP2000120246A 1999-07-29 2000-04-21 化学的機械研磨用キャリアヘッド Pending JP2001044151A (ja)

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US09/354853 1999-07-29
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