JP2002126995A - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置

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JP2002126995A
JP2002126995A JP2000323672A JP2000323672A JP2002126995A JP 2002126995 A JP2002126995 A JP 2002126995A JP 2000323672 A JP2000323672 A JP 2000323672A JP 2000323672 A JP2000323672 A JP 2000323672A JP 2002126995 A JP2002126995 A JP 2002126995A
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JP
Japan
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polishing
wafer
retainer ring
polishing pad
head
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Pending
Application number
JP2000323672A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasuaki Yamamichi
泰明 山道
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、CMP装置の部品交換を行った場
合であっても、慣らし研磨処理を必要とすることなく、
直ちに所定の性能をもった安定した研磨処理を行うこと
が可能なCMP装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 ヘッド部14下部に環状に設置されてい
るリテーナーリング19の研磨パッド表面との接触面A
が所定の滑らかさになるように予め表面加工されてい
る。即ち、その表面粗さRmaxが予めRmax≦0.
8Sとなっている。このために、例えば定期的なメンテ
ナンス等によってリテーナーリング19を交換した直後
であっても、安定した研磨レートやその研磨レートの良
好なウェーハ面内均一性など、所定の性能をもった研磨
処理を直ちに実現することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置に係り、特
にCMP(Chemical Mechanical Polishing;化学的機
械研磨)装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化、高性
能化に伴い、その微細化、多層化が益々進められてい
る。そして、このような微細化、多層化が進められる上
で問題となるのが、下層の配線により生じた段差によ
り、リソグラフィ工程における露光の際にデフォーカス
してしまうことである。この対策として、最近の半導体
デバイスの製造プロセスにおいては、リソグラフィ工程
の前段に基体表面を平坦化する工程を設けることが必須
となってきており、その平坦化の非常に有効な手段とし
てCMP装置が用いられている。
【0003】この従来のCMP装置は、一般に、回転可
能な定盤、この定盤上に貼付されている研磨パッド、ウ
ェーハを保持しつつその下面の研磨面を研磨パッド表面
に所定の圧力をもって押圧する回転可能なヘッド部等か
ら構成されている。また、このヘッド部は、ヘッド本
体、このヘッド本体下部に環状に設置され、研磨パッド
表面を押圧しつつウェーハの横方向の動きを制限してそ
の飛び出しを防止するリテーナーリング、同じくヘッド
本体下部に設置され、ウェーハ上面を押圧する弾性体
膜、これらヘッド本体、リテーナーリング、及び弾性体
膜によって周囲を囲まれた空気室、この空気室に加圧用
の空気を導入する空気導入路等から構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
CMP装置においては、例えば研磨パッドやリテーナー
リング等の部品自体もその一部が研磨されるため、定期
的なメンテナンスが必要となる。しかし、その際に部品
交換を行った場合、その直後の研磨作業において、例え
ばウェーハの中央部及び周辺の端部が同一の研磨状態に
ならない等、所定の性能が得られないという傾向があっ
た。そして、この傾向は、近年、研磨パッドの材料とし
て、比較的硬い材質から比較的柔らかな材質を使用する
ようになってから特に顕著になってきた。
【0005】このため、実際の研磨工程においては、メ
ンテナンス等により部品交換を行った場合、所定の性能
が得られるまで、例えばウェーハの中央部及び周辺の端
部が同一の研磨レートで研磨されるようになるまで、ダ
ミーウェーハを用いた慣らし研磨処理をある一定時間行
うことが必要となっていた。こうして、CMP装置のダ
ウンタイムが増大して、稼働率が低下するという問題を
生じていた。
【0006】そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなさ
れたものであって、CMP装置の部品交換を行った場合
であっても、慣らし研磨処理を必要とすることなく、直
ちに所定の性能をもった安定した研磨処理を行うことが
可能なCMP装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、CMP装置
の部品交換を行った際に、慣らし研磨処理を行うことな
く直ちに所定の性能をもった安定した研磨処理を実現す
べく鋭意実験を重ねた結果、部品交換直後のウェーハの
研磨状態は、ヘッド部の下部に環状に設置されているリ
テーナーリングの研磨パッド表面に接触する面の状態に
よって大きな影響を受けることが判明した。そして、研
磨処理の所定の性能、例えば研磨レートやその研磨レー
トのウェーハ面内均一性と、リテーナーリングの研磨パ
ッド表面に接触する面の状態との間に一定の相関関係が
あることを見出した。従って、 上記課題は、以下に述
べる本発明に係る研磨装置によって達成される。
【0008】即ち、請求項1に係る研磨装置は、回転可
能な定盤上に貼付されている研磨パッドと、ウェーハを
保持しつつそのウェーハの研磨面を所定の圧力をもって
研磨パッド表面に押圧する回転可能なヘッド部と、を有
する研磨装置であって、ヘッド部の下部に環状に設置さ
れ、研磨パッド表面を押圧しつつウェーハの飛び出しを
防止するリテーナーリングを具備し、このリテーナーリ
ングの研磨パッド表面との接触面が、所定の滑らかさを
もつように表面加工されていることを特徴とする。
【0009】このように請求項1に係る研磨装置におい
ては、ヘッド部の下部に環状に設置されているリテーナ
ーリングの研磨パッド表面との接触面が、所定の滑らか
さをもつように表面加工されていることにより、例えば
このリテーナーリングを交換した直後であっても、ダミ
ーウェーハを用いた慣らし研磨処理を行うことなく、安
定した研磨レートやその研磨レートの良好なウェーハ面
内均一性など、所定の性能をもった研磨処理が実現され
る。
【0010】なお、ここで、リテーナーリングの研磨パ
ッド表面との接触面の滑らかさの程度についていえば、
リテーナーリングの研磨パッド表面との接触面に形成さ
れた凹凸の最大深さが、0.8μmであることが好適で
ある。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の実施の形態を説明する。図1は本発明の一実施
の形態に係るCMP装置の全体構造を示す概略斜視図で
あり、図2は図1のCMP装置のヘッド部の構造を示す
拡大断面図であり、図3は図2のヘッド部のリテーナー
リングの使用中の状態を示す断面図である。
【0012】図1に示されるように、本発明の一実施の
形態に係るCMP装置は、自転可能な定盤11、この定
盤11上に貼付されている研磨パッド12、ウェーハ1
3を保持しつつウェーハ13下面の研磨面を研磨パッド
12表面に所定の圧力をもって押圧する回転可能なヘッ
ド部14、研磨パッド12の面立て及び洗浄を行うドレ
ス機構部15、研磨パッド12表面にスラリー16を供
給するスラリー供給機構部17等から構成されている。
【0013】また、図2に示されるように、図1におけ
るヘッド部14は、ヘッド本体18、このヘッド本体1
8下部に環状に設置され、研磨パッド12表面を押圧し
つつウェーハ13の横方向の動きを制限してその飛び出
しを防止するリテーナーリング19、同じくヘッド本体
18下部に設置され、ウェーハ13上面を押圧する弾性
体膜20、これらヘッド本体18、リテーナーリング1
9、及び弾性体膜20によって周囲を囲まれた空気室2
1、この空気室21に加圧用の空気を導入する空気導入
路22等から構成されている。
【0014】そして、図3に示されるように、図2にお
けるヘッド部14のリテーナーリング19の研磨パッド
12表面との接触面Aが所定の滑らかさになるように予
め表面加工され、その表面に形成された凹凸の最大深さ
が0.8μmとなっている、即ち表面粗さRmaxが、
Rmax≦0.8Sとなっている点に特徴がある。
【0015】次に、このCMP装置の動作を説明する。
研磨時においては、ヘッド部14がウェーハ13を保持
しつつそのウェーハ13下面の研磨面を研磨パッド12
表面に所定の圧力をもって押圧する。即ち、ウェーハ1
3をリテーナーリング19内に保持して外部に飛び出さ
ないようにしつつ、弾性体膜20によってウェーハ13
上面を下方に押圧する。このとき、加圧用空気導入路2
2から空気室21に送られてくる加圧用の空気により、
ウェーハ13下面の研磨面が全面的に同一の圧力をもっ
て研磨パッド12表面に押圧されるようにする。そし
て、このような状態において、ヘッド部14は自転及び
揺動運動を行う。
【0016】また、ヘッド部14によってウェーハ13
下面の研磨面が押圧されている研磨パッド12も、定盤
11と共に所定の回転数で自転する。そして、このと
き、ヘッド部14下部に環状に設置されているリテーナ
ーリング19は、ウェーハ13の外部への飛び出しを防
止するだけでなく、研磨パッド12表面を押圧すること
により、図3に示されるように、ヘッド部14の進行方
向(図中に矢印で表す)において研磨パッド12表面に凸
形の突起部を形成しつつ、ウェーハ13下面の研磨面に
接触している研磨パッド12表面を平坦化する。こうし
て、平坦化された研磨パッド12表面に接触するウェー
ハ13下面の研磨面の中央部及び周辺端部が同一の研磨
レートで研磨されるようにしている。
【0017】また、この研磨時には、同時にスラリー供
給機構部17から研磨パッド12表面にスラリー16を
供給する。また、ドレス機構部15による研磨パッド1
2表面のドレッシングは、研磨中及び/又は研磨前に行
う。このようにして、ウェーハ13の研磨面の均一な研
磨を行う。
【0018】以上のように本実施の形態によれば、ヘッ
ド部14下部に環状に設置されているリテーナーリング
19の研磨パッド表面との接触面Aが所定の滑らかさに
なるように予め表面加工され、その表面粗さRmax
が、Rmax≦0.8Sとなっていることにより、例え
ば定期的なメンテナンス等によってリテーナーリング1
9を交換した直後であっても、安定した研磨レートやそ
の研磨レートの良好なウェーハ面内均一性など、所定の
性能をもった研磨処理を直ちに実現することが可能にな
る。このため、部品交換直後にダミーウェーハを用いた
慣らし研磨処理を行う必要がなくなり、CMP装置のダ
ウンタイムの増大を防止して、稼働率を向上することが
できる。
【0019】
【実施例】上記実施の形態に係るCMP装置を用いて、
下記のような具体的条件下において研磨処理を行った結
果を実施例として示す。 (第1の実施例)ヘッド部14のリテーナーリング19と
して、研磨パッド12表面との接触面Aの表面粗さRm
axが、Rmax=0.8S程度となるように予め表面
加工したものを使用すると共に、研磨パッド12として
発泡性軟質パッドを使用した。また、ウェーハ13とし
て、その表面にポリシリコン膜を形成したものを使用
し、このポリシリコン膜を研磨対象とした。
【0020】また、ヘッド部14がウェーハ13下面の
研磨面を研磨パッド12表面に押圧する圧力(ウェーハ
押し付け圧)、リテーナーリング19の接触面Aが研磨
パッド12表面を押圧する(リテーナーリング圧)、ヘ
ッド部14及び定盤11のそれぞれの回転数(ヘッド部
/定盤の回転数)、スラリー供給機構部17から研磨パ
ッド12表面に供給するスラリー16の流量(スラリー
流量)をそれぞれ次のように設定した。
【0021】ウェーハ押し付け圧=20684Pa リテーナーリング圧=35853Pa ヘッド部/定盤回転数=113rpm/103rpm スラリー流量=220ml/min
【0022】上記条件においてウェーハ13表面のポリ
シリコン膜を研磨したところ、次のような結果が得られ
た。 研磨レート:380mm/min 研磨レートの面内均一性:±6%
【0023】(第2の実施例)ヘッド部14のリテーナー
リング19として、研磨パッド12表面との接触面Aの
表面粗さRmaxが、Rmax=0.6S程度となるよ
うに予め表面加工したものを使用する以外は、上記第1
の実施例の場合と同様の条件とした。
【0024】この条件におけるウェーハ13表面のポリ
シリコン膜に対する研磨結果は、次のようになった。 研磨レート:390mm/min 研磨レートの面内均一性:±5%
【0025】(比較例)上記第1及び第2の実施例と比較
するため、ヘッド部14のリテーナーリング19とし
て、研磨パッド12表面との接触面Aの表面粗さRma
xが、Rmax=1.5S程度であるものを使用した。
そして、それ以外は、上記第1及び第2の実施例の場合
と同様の条件とした。
【0026】この条件におけるウェーハ13表面のポリ
シリコン膜に対する研磨結果は、次のようになった。 研磨レート:250mm/min 研磨レートの面内均一性:±12%
【0027】以上の第1及び第2の実施例並びに比較例
の結果をグラフにすると、図4に示されるようになる。
この図4のグラフから明らかなように、リテーナーリン
グ19の研磨パッド12表面との接触面Aの表面粗さR
maxが、Rmax>0.8Sの場合においては、研磨
レートが相対的に小さくなり、且つ研磨レートの面内均
一性が相対的に悪化しているが、これに対して、Rma
x≦0.8Sの場合においては、研磨レートが相対的に
大きくなり、且つ研磨レートの面内均一性も相対的に良
好なものとなっている。しかも、Rmax≦0.8Sの
領域においては、研磨レートやその面内均一性の変動幅
も小さくなっている。
【0028】
【発明の効果】以上詳細に説明した通り、本発明に係る
研磨装置によれば、次のような効果を奏することができ
る。即ち、請求項1に係る研磨装置によれば、ヘッド部
の下部に環状に設置されているリテーナーリングの研磨
パッド表面との接触面が、所定の滑らかさをもつように
表面加工されていることにより、例えばこのリテーナー
リングを交換した直後であっても、安定した研磨レート
やその研磨レートの良好なウェーハ面内均一性など、所
定の性能をもった研磨処理を直ちに実現することが可能
になる。このため、部品交換直後にダミーウェーハを用
いた慣らし研磨処理を行う必要がなくなり、研磨装置の
ダウンタイムの増大を防止して、稼働率を向上すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態に係るCMP装置の全体
構造を示す概略斜視図である。
【図2】図1のCMP装置のヘッド部の構造を示す拡大
断面図である。
【図3】図2のヘッド部のリテーナーリングの使用中の
状態を示す断面図である。
【図4】第1及び第2の実施例並びに比較例の結果を示
すグラフであって、リテーナーリングの研磨パッド表面
との接触面Aの表面粗さRmaxと研磨レート及びその
面内均一性との関係を示すものである。
【符号の説明】
11……定盤、12……研磨パッド、13……ウェー
ハ、14……ヘッド部、15……ドレス機構部、16…
…スラリー、17……スラリー供給機構部、18……ヘ
ッド本体、19……リテーナーリング、20……弾性体
膜、21……空気室、22……空気導入路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転可能な定盤上に貼付されている研磨
    パッドと、 ウェーハを保持しつつ前記ウェーハの研磨面を所定の圧
    力をもって前記研磨パッド表面に押圧する回転可能なヘ
    ッド部と、を有する研磨装置であって、 前記ヘッド部の下部に環状に設置され、前記研磨パッド
    表面を押圧しつつ前記ウェーハの飛び出しを防止するリ
    テーナーリングを具備し、 前記リテーナーリングの前記研磨パッド表面との接触面
    が、所定の滑らかさをもつように表面加工されているこ
    とを特徴とする研磨装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の研磨装置において、 前記リテーナーリングの前記研磨パッド表面との接触面
    に形成された凹凸の最大深さが、0.8μmであること
    を特徴とする研磨装置。
JP2000323672A 2000-10-24 2000-10-24 研磨装置 Pending JP2002126995A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006255851A (ja) * 2005-03-18 2006-09-28 Ebara Corp 研磨装置
WO2006114854A1 (ja) * 2005-04-12 2006-11-02 Nippon Seimitsu Denshi Co., Ltd. Cmp装置用リテーナリングとその製造方法、および、cmp装置
JP2009131946A (ja) * 2007-10-29 2009-06-18 Ebara Corp 研磨装置
KR101126662B1 (ko) * 2004-11-01 2012-03-30 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 폴리싱장치

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