JP2001347449A - ウェハー研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 固定砥粒式のウェハー研磨装置では、固定砥
粒の状態により、コンデンショニングされた領域とそれ
以外の領域との間で、研磨能力に差異が現れ、ウェハー
の平坦度が低下する。 【解決手段】 ウェハーＷの半径方向外方を全周にわた
って取り囲むリテーナリング６によって、ウェハーが半
径方向外方に飛び出すことを防止する。この場合、リテ
ーナリング６と固定砥粒２ａとの接触面に、固定砥粒２
ａを切削する切削部７を具備するコンディショナ８を設
けたウェハー研磨装置１を提供する。

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、固定砥粒を用い
たウェハー研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ウェハーの研磨は、液体に砥粒を分散さ
せたスラリーを用いて行う遊離砥粒式の研磨が主流であ
る。かかる遊離砥粒式のウェハー研磨装置においては、
水平回転させられるプラテン上に貼着された研磨パッド
上に、同じく水平回転させられる研磨ヘッドに保持した
ウェハーを押圧状態に接触させ、研磨パッドとウェハー
との間にスラリーを流し込みながら研磨することによ
り、ウェハーの表面が平坦化されるようになっている。

【０００３】前記研磨ヘッドには、ウェハーを吸着保持
して搬送するとともに、研磨パッドに対してウェハーを
押圧するように構成されたキャリアヘッドと、該キャリ
アヘッドに保持されたウェハーの半径方向外方を全周に
わたって取り囲み、回転させられるウェハーが遠心力に
よって半径方向外方に飛び出さないように保持するリテ
ーナリングとが設けられている。このリテーナリング
は、ウェハーの研磨中は、研磨パッドに押し付けられ
て、ウェハーの半径方向外方の空間を遮断するととも
に、研磨パッドに対して圧力を加えて、該研磨パッドの
リバウンド効果を利用したウェハーの研磨状態を調整す
る機能をも有している。

【０００４】一方、このようなウェハー研磨装置には、
研磨作業の進行とともに研磨能力の低下する研磨パッド
を、定期的に目立てすることによって、研磨能力を回復
させるコンディショナが設けられている。このコンディ
ショナは、研磨パッドに対して、水平面内で揺動させら
れるアームに取り付けられていて、プラテンを回転させ
ながらアームを揺動させることにより、研磨パッド面の
全体をコンディショニングすることができるようになっ
ている。

【０００５】しかしながら、近年、上述した遊離砥粒式
のウェハー研磨方法における欠点が指摘されている。す
なわち、遊離砥粒式の研磨方法では、研磨中にプラテン
上に流し込まれるスラリーが、回転するプラテンによっ
て飛散させられるために、作業現場が汚れ易いという欠
点がある。また、飛散したスラリーが乾くと、ダイヤモ
ンドやアルミナ等の砥粒が粉塵となって空中に浮遊する
ため、作業環境を悪化させる虞もある。また、スラリー
を用いる遊離砥粒式のウェハー研磨方法では、スラリー
を連続して供給するための設備の運転およびスラリーに
要するランニングコストの問題もある。

【０００６】そこで、このようなスラリーを使用する遊
離砥粒式の研磨方法に代えて、プラテン上に固定した固
定砥粒によって、スラリーを使用することなく研磨を行
う固定砥粒式のウェハー研磨装置が提案されている。こ
の固定砥粒式のウェハー研磨装置によれば、上述した問
題点を解決することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この固
定砥粒式のウェハー研磨装置では、遊離砥粒式の研磨装
置と異なり、コンディショニングによる固定砥粒の状態
の変化が顕著に現れるという不都合がある。すなわち、
遊離砥粒の場合の研磨能力は、研磨パッドの状態とスラ
リーとの組合せにより定まるが、固定砥粒式のウェハー
研磨装置では、固定砥粒の状態のみによって定まるた
め、コンディショニングがなされた領域とそれ以外の領
域との間で、研磨能力に顕著な差異が現れる。

【０００８】その結果、この固定砥粒においては、従来
のように、ウェハーの研磨を行いながら、揺動するアー
ムに取り付けたコンディショナによりコンディショニン
グを行う方法では、固定砥粒の表面に、コンディショニ
ングされた領域とそれ以外の領域とが混在し、それらの
領域が同時にウェハーの表面を研磨する状態になるた
め、ウェハーの平坦度が低下してしまうという問題があ
る。これを回避するために、研磨作業とコンディショニ
ング作業とを別々に行うことも考えられるが、この場合
には、コンディショニングを含めたサイクルタイムの短
縮を図ることができないという不都合がある。

【０００９】この発明は、上述した課題を解決するため
になされたものであって、短いサイクルタイムを維持し
つつ、ウェハーの平坦度を向上し得る固定砥粒式のウェ
ハー研磨装置を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、プラテン上に固定された固定砥粒により
ウェハーを研磨するウェハー研磨装置において、ウェハ
ーの半径方向外方を全周にわたって取り囲むリテーナリ
ングの前記固定砥粒との接触面に、該固定砥粒を切削す
る切削部を具備するコンディショナが設けられているウ
ェハー研磨装置を提案している。

【００１１】また、本発明は、プラテン上に固定された
固定砥粒によりウェハーを研磨するウェハー研磨装置に
おいて、ウェハーの半径方向外方にストッパが配置さ
れ、該ストッパの半径方向外方に、前記ウェハーの半径
方向外方を全周にわたって取り囲み、前記固定砥粒との
接触面に、該固定砥粒を切削する切削部を具備するコン
ディショナが設けられ、該コンディショナが、前記スト
ッパに対して軸方向に相対移動可能に設けられているウ
ェハー研磨装置を提案している。

【００１２】さらに、上記ウェハー研磨装置において
は、前記コンディショナを軸方向に駆動する駆動手段を
具備することとすれば、コンディショナによる固定砥粒
の切削量を調節することができるので効果的である。

【００１３】

【作用】本発明に係るウェハー研磨装置によれば、プラ
テン上に固定された固定砥粒に対して、ウェハーを接触
させて研磨する際に、ウェハーの半径方向外方を取り囲
むリテーナリングによって、ウェハーが半径方向外方に
飛び出すことが防止される。この場合において、リテー
ナリングの固定砥粒との接触面に、切削部が設けられる
ことによってコンディショナが形成されているので、該
切削部が固定砥粒に接触させられることによって、固定
砥粒が切削されることになる。リテーナリングに設けた
切削部はウェハーを全周にわたって取り囲んでいるの
で、ウェハーは常に切削された状態の固定砥粒のみに接
触させられ、平坦に研磨されることになる。

【００１４】また、ウェハー研磨装置の他の態様によれ
ば、プラテン上に固定された固定砥粒に対してウェハー
を接触させて研磨する際に、ウェハーの半径方向外方に
配置されたストッパにより、ウェハーが半径方向外方に
飛び出すことが防止される。また、ストッパの半径方向
外方には、コンディショナが設けられているので、該コ
ンディショナの切削部をプラテン上の固定砥粒に接触さ
せることにより、固定砥粒が切削される。この場合に、
コンディショナは、その切削部によってウェハーを全周
にわたって取り囲んでいるので、ウェハーは常に切削さ
れた状態の固定砥粒のみと接触させられ、平坦に研磨さ
れることになる。

【００１５】また、このウェハー研磨装置によれば、コ
ンディショナがストッパに対して軸方向に相対移動可能
に設けられているので、例えば、固定砥粒に代えて、ウ
ェハーをバフィングパッドに接触させる洗浄工程におい
ては、ストッパをウェハーの半径方向外方に配置したま
まで、コンディショナをストッパに対して軸方向に後退
させることにより、ウェハーの半径方向への突出を防止
しつつ、コンディショナとバフィングパッドとを接触さ
せずに、ウェハーの洗浄を行うことが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態に係
るウェハー研磨装置について、図１を参照しながら説明
する。図１は、本実施形態に係るウェハー研磨装置１を
示す縦断面図である。

【００１７】このウェハー研磨装置１は、水平回転させ
られるプラテン２上に固定された固定砥粒シート２ａ
と、ウェハーＷを吸着して搬送するとともに、該ウェハ
ーＷを水平回転させながら、前記固定砥粒シート２ａに
対して上方から押し付ける研磨ヘッド３とを具備してい
る。

【００１８】前記研磨ヘッド３は、図示しない駆動機構
によって上下左右に変位させられ、かつ、水平回転させ
られるキャリアヘッド４と、このキャリアヘッド４に取
り付けられ、円盤状のウェハーＷを、被研磨面を下向き
にして吸着保持するとともに研磨時にはウェハーＷに上
方から圧力を印加するウェハー保持部５と、前記キャリ
アヘッド４に取り付けられ、前記ウェハー保持部５の半
径方向外方に配置された円環状のリテーナリング６とを
具備している。

【００１９】このリテーナリング６の下面には、例え
ば、微小ダイヤモンドを固着してなる切削部７が設けら
れ、これによって、ウェハーの周囲を全周にわたって取
り囲むコンディショナ８が構成されている。

【００２０】図中、符号９はウェハーを吸着または加圧
するゴム製の膜状部材からなるメンブレン、符号１０は
このメンブレンを支持するメンブレンサポート、符号１
１はインナーチューブ、符号１２，１３は伸縮可能な密
封手段、符号１４，１５，１６は空気圧用配管である。

【００２１】このように構成された研磨ヘッド３では、
配管１４を通した空気圧供給により、第１の加圧室１７
が膨張して、リテーナリング６が固定砥粒シート２ａに
押し付けられるようになっている。また、配管１５を通
した負圧の供給により、第２の加圧室１８が収縮して、
ウェハーＷがウェハー保持部５に吸着される一方、正圧
の供給により、第２の加圧室１８が膨張して、ウェハー
Ｗが固定砥粒シート２ａに押し付けられるようになって
いる。さらに、配管１６への空気圧供給により、インナ
ーチューブ１１が膨張して、ウェハーＷを含むウェハー
保持部５が押し下げられるようになっている。

【００２２】したがって、これらの配管１４，１５，１
６、加圧室１７，１８およびインナーチューブ１１によ
り、駆動手段１９が構成され、配管１４，１５，１６に
供給する空気圧を調節することにより、前記リテーナリ
ング６が、前記ウェハー保持部５とは独立して上下に駆
動できるようになっている。そして、ウェハーＷを研磨
するときに、上方から印加される押圧力によって、リテ
ーナリング６の下端の切削部７が、前記固定砥粒シート
２ａに押しつけられる。

【００２３】すなわち、リテーナリング６は、ウェハー
Ｗの研磨時に、固定砥粒シート２ａに接触させられるこ
とによって、ウェハーＷの半径方向外方の空間を閉鎖し
て、ウェハーＷが半径方向外方に飛び出すことを防止す
ると同時に、該リテーナリング６の下端の切削部７によ
り構成されたコンディショナ８によって、ウェハーＷの
研磨中に、前記固定砥粒シート２ａの研磨能力を回復す
るためのコンディショニング作業を行うことができる。

【００２４】この場合において、切削部７は、リテーナ
リング６の円環状の下面全体にわたって形成されている
ので、キャリアヘッド４および固定砥粒シート２ａの回
転に伴って、ウェハーＷの半径方向外方の全周にわたり
コンディショニング作業が行われる。すなわち、固定砥
粒シート２ａは、常に、コンディショナ８によって切削
された領域のみがウェハーＷと接触し、従来のように、
切削された領域と切削されていない領域とが混在した状
態でウェハーＷと接触することが防止される。

【００２５】その結果、ウェハーＷは、その表面全体を
常に、均質な状態の固定砥粒シート２ａと接触させられ
るので、均一に研磨され、高い平坦度を達成することが
できる。また、駆動手段１９の作動により、リテーナリ
ング６に加える押圧力を調節することにより、固定砥粒
シート２ａの切削量を調節することができ、最適なコン
ディショニング状態を達成することができる。

【００２６】また、ウェハーＷの半径方向外方への飛び
出しを防止するリテーナリング６とコンディショナ８と
を一体的に構成することにより、従来必要であった、別
個のコンディショニングユニットを不要として、ウェハ
ー研磨装置全体のコンパクト化を図ることができるとい
う利点もある。

【００２７】次に、本発明に係るウェハー研磨装置の第
２の実施形態について、図２および図３を参照して説明
する。これらの図中において、第１の実施形態に係るウ
ェハー研磨装置２と構成を共通とする箇所には同一符号
を付して、説明を簡略化することにする。本実施形態に
係るウェハー研磨装置２０は、リテーナリング２１とコ
ンディショナ２２の構造において、第１の実施形態に係
るウェハー研磨装置２と相違している。

【００２８】この実施形態におけるリテーナリング２１
は、ウェハーＷの半径方向外方の領域を全周にわたって
取り囲むストッパ２３と、該ストッパ２３の半径方向外
方の領域を全周にわたって取り囲むコンディショナ２２
とを具備している。

【００２９】前記ストッパ２３は、例えば、コンディシ
ョナ２２の内周面に設けた凹部に収容された状態で、該
コンディショナ２２に対して軸方向に相対移動可能に取
り付けられ、ウェハーＷの外周を常に取り囲むように配
置された円環状部材であり、固定砥粒シート２ａに対向
させられる表面は平坦面である。このストッパ２３とコ
ンディショナ２２との間には、該ストッパ２３をコンデ
ィショナ２２に対して軸方向に付勢するスプリング２５
等の弾性部材が設けられている。一方、前記コンディシ
ョナ２２は、前記ストッパの外周に、２重管状に配置さ
れた円環状のコンディショニングリング２２ａと、該コ
ンディショニングリング２２ａの固定砥粒シート２ａに
対向させられる下面に、例えば微小ダイヤモンドを固着
してなる切削部２２ｂとを具備している。このコンディ
ショナ２２は、前記キャリアヘッド４に取り付けられて
いる。

【００３０】このように構成された本実施形態に係るウ
ェハー研磨装置２０の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係るウェハー研磨装置２０によってウェハ
ーＷを研磨する場合には、第１の実施形態における場合
と同様にして、空気圧用配管１４，１５，１６に加える
空気圧を調節することにより、ウェハーＷを固定砥粒シ
ート２ａに押し付ける。本実施形態では、ストッパ２３
がウェハーＷの周囲を取り囲むように配置されているの
で、研磨中にウェハーＷが半径方向外方に飛び出すこと
が防止される。

【００３１】また、空気圧用配管１４，１５，１６に加
える空気圧を調節することにより、ストッパ２３の半径
方向外方に配置されたコンディショニングリング２２ａ
が、スプリング２５の付勢力に抗して、ストッパ２３に
対して軸方向に相対移動させられ、図２に示されるよう
に、その先端の切削部２２ｂが固定砥粒シート２ａに押
し付けられる。その結果、第１の実施形態に係るウェハ
ー研磨装置１と同様にして、ウェハーＷの半径方向外方
の固定砥粒シート２ａが全周にわたって切削された状態
でウェハーＷに接触させられるので、ウェハーＷが高い
平坦度で研磨されることになる。

【００３２】さらに、本実施形態に係るウェハー研磨装
置２０では、空気圧用配管１４，１５，１６に加える空
気圧を調節することにより、ストッパ２３に対してコン
ディショニングリング２２ａを軸方向に相対移動させ、
図３に示されるように、切削部２２ｂがストッパ２３の
先端よりも上方に配置されるように、コンディショニン
グリング２２ａを後退させることができる。その結果、
ウェハーＷを、バフィングパッド２４上に配置して洗浄
工程を行う場合に、ウェハーＷの半径方向外方への飛び
出しをストッパ２３によって防止しつつ、コンディショ
ナの切削部２２ｂがバフィングパッド２４に接触しない
ように保持することができる。

【００３３】なお、本実施形態に係るウェハー研磨装置
２０においては、ストッパ２３をウェハーＷの半径方向
全周にわたって配置される円環状部材としたが、ウェハ
ーＷの飛び出しを防止することができれば、他の任意の
形状でもよい。すなわち、円環状部材に代えて、周方向
に間隔を開けて複数配置されるピン状または円弧板状の
部材であってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明に係るウ
ェハー研磨装置によれば、ウェハーの半径方向外方を全
周にわたって取り囲む位置に、コンディショナを配置し
たので、切削されて研磨能力を回復した状態の固定砥粒
のみをウェハーに接触させることができ、ウェハーを高
い平坦度で研磨することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施形態に係るウェハー研磨装
置を示す縦断面図である。

【図２】 この発明の第２の実施形態に係るウェハー研
磨装置を示す縦断面図である。

【図３】 図２のウェハー研磨装置において、ストッパ
に対して切削部を後退させた状態を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

Ｗ ウェハー １，２０ ウェハー研磨装置 ２ プラテン ２ａ 固定砥粒シート（固定砥粒） ６ ２２ リテーナリング ７，２２ｂ 切削部 ８，２１ コンディショナ １９ 駆動手段 ２３ ストッパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋元 典利 千葉県成田市新泉14−３ 野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパン 株式会社内 Ｆターム(参考） 3C047 BB01 3C058 AA07 AA19 CB01 CB03 DA17

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラテン上に固定された固定砥粒により
   ウェハーを研磨するウェハー研磨装置において、 ウェハーの半径方向外方を全周にわたって取り囲むリテ
   ーナリングの前記固定砥粒との接触面に、該固定砥粒を
   切削する切削部を具備するコンディショナが設けられて
   いることを特徴とするウェハー研磨装置。
2. 【請求項２】 プラテン上に固定された固定砥粒により
   ウェハーを研磨するウェハー研磨装置において、 ウェハーの半径方向外方にストッパが配置され、 該ストッパの半径方向外方に、前記ウェハーの半径方向
   外方を全周にわたって取り囲み、前記固定砥粒との接触
   面に、該固定砥粒を切削する切削部を具備するコンディ
   ショナが設けられ、 該コンディショナが、前記ストッパに対して軸方向に相
   対移動可能に設けられていることを特徴とするウェハー
   研磨装置。
3. 【請求項３】 前記コンディショナを軸方向に駆動する
   駆動手段を具備することを特徴とする請求項１または請
   求項２記載のウェハー研磨装置。