JP2004071667A

JP2004071667A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2004071667A
Application number: JP2002225608A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Kojima; 小島　勝義
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2002-08-02
Filing date: 2002-08-02
Publication date: 2004-03-04

Abstract

【課題】ウエハ裏面に発生する染みを抑制することができる研磨装置を提供すること。
【解決手段】研磨布６２の上方に保持され下方に開口する凹部４ａを有するヘッド本体４と、このヘッド本体４に取り付けられウエハＷの一部を内部に保持するための保持リング５と、この保持リング５とヘッド本体４との間に介装され凹部４ａ内に加圧空間ｂを形成して研磨布６２上にウエハＷを圧接するための弾性素材からなる第二メンブレン６５と、この第二メンブレン６５の周囲に配設されかつ研磨布６２の上方に弾性保持されたリテーナリング６とを備え、前記リテーナリング６に少なくともリング内周面またはリング下側開口端面に開口する吸引口７ａ，７ｂが設けられている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハを研磨する場合に用いられる研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化・高密度化に伴い、半導体ウエハ（以下、「ウエハ」と称することがある）表面のラッピング処理等の高精度に平坦化する技術が要求されている。このようなラッピング処理を行う装置として、図４に示すような枚葉片面研磨装置が用いられている。
この研磨装置５１は、研磨ヘッド５２および定盤５３を備えている。前記研磨ヘッド５２は、外部ヘッド５４，内部ヘッド５５およびヘッド本体６０からなり、駆動装置（図示せず）によって上下方向に進退し、かつ回転軸５７を枢軸として回転し得るように構成されている。
【０００３】
また、前記外部ヘッド５４は下方に開口する凹部５４ａを有し、前記定盤５３の上方に配設され、かつ前記回転軸５７に取り付けられている。また、前記内部ヘッド５５は下方に開口する凹部５５ａを有し、前記凹部５４ａ内に収容、取付られ、固定されている。
更に、前記ヘッド本体６０は下方に開口する凹部６０ａを有し、第一メンブレン６１によって前記内部ヘッド５５に保持されている。
【０００４】
この第一メンブレン６１はゴム等の弾性素材からなり、このメンブレン６１によって前記凹部５５ａを覆い、前記凹部５５ａ内に加圧空間ａを形成して前記ヘッド本体６０を下方に押圧し得るように構成されている。
前記加圧空間ａはエア供給装置（図示せず）に第一エア供給ライン６３を介して接続されている。
【０００５】
また、前記ヘッド本体６０の凹部６０ａを覆うように、ゴム等の弾性素材からなる第二メンブレン６５が取り付けられ、前記凹部６０ａ内に加圧空間ｂを形成し、前記研磨布６２上にウエハＷを圧接し得るように構成されている。また、前記ヘッド本体６０の凹部６０ａ外側の固定部６０ｂに、ウエハＷを内部に保持するための保持リング６４が取り付けられている。
なお、前記加圧空間ｂは、エア供給装置（図示せず）に第二エア供給ライン６７を介して接続されている。
【０００６】
更に、前記外部ヘッド５４の凹部５４ａ内の内部ヘッド５５外側には、段状のリテーナリング６６が配設されている。
前記リテーナリング６６は、前記外部ヘッド５４および前記内部ヘッド５５に、ゴム等の弾性素材からなる第三メンブレン６８によって保持されている。そして、ウエハ研磨時にウエハＷのリテーナリング外への飛び出しを防止し、また研磨布６２の粘弾性によるウエハ外周部形状への悪影響を抑制し得るように構成されている。
【０００７】
この第三メンブレン６８は前記凹部５４ａを覆い、前記凹部５４ａ内に加圧空間ｃを形成して定盤５３上の研磨布６２にリテーナリング６６を圧接し得るように構成されている。前記加圧空間ｃは、エア供給装置（図示せず）に第三エア供給ライン６９を介して接続されている。
【０００８】
一方、前記定盤５３は、前記研磨布６２を保持する研磨布貼付用のプラテンからなり、前記研磨ヘッド５２の下方に回転自在に配設されている。この定盤５３上方の前記研磨ヘッド５２の側方には、研磨液供給用ノズル（図示せず）が配置されている。そして、ウエハ研磨時に研磨布６２上にコロイダルシリカ系研磨剤等の研磨液を供給し得るように構成されている。
【０００９】
このような研磨装置５１を用いてウエハＷを研磨するには、研磨ヘッド５２（第二メンブレン６５）上にウエハＷを装着するとともに、研磨ヘッド５２と定盤５３とを互いに所定の速度で回転させながら、研磨布６２上にウエハＷを押し付けることにより研磨する。
このとき、研磨液が研磨布６２の上面とウエハＷの表面（被研磨面）との間に供給され、ウエハＷの被研磨面を片面研磨した後に、廃液として研磨屑と共に排出される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記した研磨装置においては、ウエハ研磨工程中、研磨に供された研磨液を廃液として強制的に排出しないため、研磨に使用された研磨液あるいは余剰の研磨液がウエハ裏面と第二メンブレンとの間に研磨液が回り込み、図５に示すような、ウエハ裏面を洗浄しても除去できない染みＳが、ウエハ裏面に発生することがあった。
なお、特開２０００−３２６２１９号公報には、研磨ヘッドの袋体（メンブレン）に吸引ノズルを設け、半導体ウエハ裏面と袋体（メンブレン）との間に入った研磨液を吸引排出する技術が開示されている。しかしながら、前記技術は、一旦、半導体ウエハと袋体との間に入った研磨液を吸引排出するように構成されているため、前記染みの発生を抑制できるものではなかった。
【００１１】
本発明は、このような技術的課題を解決するためになされたもので、ウエハ裏面とメンブレンとの間への研磨液の回り込みを阻止することができ、もってウエハ裏面の染みの発生を抑制することができる研磨装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記した目的を達成するためになされた本発明にかかる研磨装置は、研磨布が取り付けられた定盤と、前記定盤の上方に配設され、前記研磨布に対して半導体ウエハを回転させながら圧接させる研磨ヘッドとを備えた研磨装置において、前記研磨ヘッドが、回転軸が取り付けられた外部ヘッドと、前記外部ヘッド内に収容され、外部ヘッドと一体に回転する内部ヘッドと、前記内部ヘッド内に収容されると共に内部ヘッドに保持された、下方に開口する凹部を有するヘッド本体と、前記ヘッド本体下面の凹部外側に取り付けられ、その内周部で半導体ウエハを保持する保持リングと、前記外部ヘッド内の内部ヘッド外側に配置されると共に、外部ヘッド及び内部ヘッドに保持された、少なくともリング内周面またはリング下側端面に吸引口が形成されたリテーナリングとを具備することを特徴としている。
【００１３】
このように、少なくともリテーナリングのリング内周面またはリング下側端面に吸引口が形成されているため、研磨に使用された研磨液あるいは余剰の研磨液が半導体ウエハとメンブレンとの間に入り込む前に廃液として吸引口から吸引排出される。
したがって、ウエハ裏面とメンブレンとの間への研磨液の回り込みを阻止することができ、ウエハ裏面に対する染みの発生を抑制することができる。
【００１４】
ここで、前記リング内周面に形成された吸引口が、リテーナリングの内周面の周方向に形成された環状口であることが望ましい。
このように構成されているため、研磨に使用された研磨液あるいは余剰の研磨液をウエハの全周囲から吸引でき、ウエハ裏面に対する染みの発生をより抑制することができる。特に、ヘッド本体とリテーナリング間に滞留する研磨液を吸引排出することができる。
【００１５】
また、前記リング下側端面に形成された吸引口が、リテーナリングのリング下側端面の周方向に形成された環状口であることが望ましい。
このように構成されているため、研磨に使用された研磨液あるいは余剰の研磨液をウエハの全周囲から吸引でき、ウエハ裏面に対する染みの発生をより抑制することができる。特に、研磨布上に滞留する研磨液を吸引排出することができる。
【００１６】
更に、前記保持リングの内周面に、前記半導体ウエハの端面に形成されたノッチ部と係合する爪部が設けられたことが望ましい。
このように構成されているため、ウエハ研磨時に半導体ウエハが独立して移動することがなく、ヘッド本体と一体となって半導体ウエハが移動（回転）する。その結果、ウエハの外周部のみが極度に研磨されるという弊害が防止され、研磨面を高精度に平坦化することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる研磨装置につき、図に示す実施の形態に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る研磨装置の使用状態を示す縦断面図である。図２は、同じく本発明の実施形態に係る研磨装置の保持リングによるウエハ保持状態を示す平面図である。図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る研磨装置のリテーナリングを示す下面図と縦断面図である。これら図１〜図３において、図４に示した部材と同一の部材については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００１８】
図１において、符号１で示す研磨装置は、研磨ヘッド２および前記定盤５３を備えている。前記研磨ヘッド２は、前記外部ヘッド５４、前記内部ヘッド５５、ヘッド本体４からなり、前記研磨ヘッド５２と同様に、駆動装置（図示せず）によって上下方向に進退し、かつ前記回転軸５７を枢軸として回転し得るように構成されている。
【００１９】
前記ヘッド本体４は下方に開口する凹部４ａを有し、前記内部ヘッド５５に第一メンブレン６１によって保持されている。
前記第一メンブレン６１はゴム等の弾性素材からなり、このメンブレン６１によって前記凹部５５ａを覆い、前記凹部５５ａ内に加圧空間ａを形成して前記ヘッド本体４を下方に押圧し得るように構成されている。
なお、前記加圧空間ａはエア供給装置（図示せず）に第一エア供給ライン６３を介して接続されている。
【００２０】
また、前記ヘッド本体４の凹部４ａを覆うように、ゴム等の弾性素材からなる第二メンブレン６５が取り付けられ、前記凹部４ａ内に加圧空間ｂを形成し、前記研磨布６２上にウエハＷを圧接し得るように構成されている。
また、前記ヘッド本体４の凹部４ａ外側の固定部４ｂに、ウエハＷを内部に保持するためのリング状の保持リング５が取り付けられている。この保持リング５の内周面には、図２に示すように爪部５ａが設けられている。そして、ウエハＷに形成されたノッチ部ｗに爪部５ａが係合して、ウエハＷと保持リング５（研磨ヘッド２）とが一体的に回転（移動）するように構成されている。
【００２１】
また、前記外部ヘッド５４の凹部５４ａ内の内部ヘッド５５外側には、段状のリテーナリング６が配設されている。このリテーナリング６は、前記外部ヘッド５４および前記内部ヘッド５５に、ゴム等の弾性素材からなる第三メンブレン６８によって保持されている。そして、ウエハ研磨時にウエハＷのリテーナリング外への飛び出しを防止し、また研磨布６２の粘弾性によるウエハ外周部形状への悪影響を抑制し得るように構成されている。
【００２２】
前記リテーナリング６には、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、リング内周面およびリング下側開口端面に開口する吸引口７ａ，７ｂが設けられている。この吸引口７ａはリテーナリング６の内周面の周方向に環状口として形成され、吸引口７ｂはリテーナリング６のリング下側端面の周方向に環状口として形成されている。また、この吸引口７ａ，７ｂは、リテーナリング６内部に形成された吸引通路７、可撓性チューブからなる吸引管８を介して吸引装置に接続される。そして、ウエハＷと第二メンブレン６５との間に入り込む研磨液を前記吸引口７ａ，７ｂから吸引通路７内に吸引するように構成されている。
特に、前記吸引口７ａによって、ヘッド本体４とリテーナリング６間に滞留する研磨液を吸引排出することができ、また前記吸引口７ｂによって、研磨布上に滞留する研磨液を吸引排出することができる。したがって、少なくともリテーナリングのリング内周面またはリング下側端面に吸引口が形成されていることが必要であるが、より好ましくは、リテーナリングのリング内周面およびリング下側端面の両方に吸引口を形成するのが良い。
また、前記したように、吸引口７ａ，７ｂが環状口として形成されているため、研磨に使用された研磨液あるいは余剰の研磨液をウエハの全周囲から吸引でき、ウエハ裏面に対する染みの発生をより抑制することができる。
【００２３】
また、この内部ヘッド５５の凹部５５ａ内には、コントローラ（図示せず）に接続する第一センサ３ａおよび第ニセンサ３ｂが配設されている。
前記第一センサ３ａは前記内部ヘッド５５の振動を検出するためのセンサとして、また前記第ニセンサ３ｂは前記ヘッド本体４の位置を検出するためのセンサとしてそれぞれ機能する。なお、図中符号Ａは前記第一センサ３ａの検出部に対応する被検出面を、また符号Ｂは前記第ニセンサ３ｂの検出部に対応する被検出面をそれぞれ示す。
【００２４】
以上の構成により、研磨装置１を用いてウエハＷを鏡面研磨するには、従来と同様にして行う。
先ず、加圧空間ｂを開放するとともに、研磨布６２の上方に研磨ヘッド２を配置し、エア吸引装置（図示せず）によってヘッド本体４の基準面Ｃに第二メンブレン６５を介してウエハＷを吸着する。この場合、ヘッド本体４およびリテーナリング６がそれぞれ第一メンブレン６１と第三メンブレン６８によって初期位置に弾性保持されているものとする。
【００２５】
次に、研磨ヘッド２を下降させてウエハＷを研磨布６２上に当接させる。この場合、ウエハＷが研磨布６２上に当接すると、ヘッド本体４が上方に移動し、その移動量が第ニセンサ３ｂによって検出され、前記ヘッド本体４の位置が検出される。
なお、当接時の振動がウエハＷおよび第二メンブレン６５を介してヘッド本体４に伝達される。このときの第ニセンサ３ｂにおける振動の影響を排除するため、第一センサ３ａからの振動データに基づいて、第ニセンサ３ｂの変位データから振動等のノイズキャンセルを行う。
【００２６】
そして、加圧空間ａを開放するとともに、ウエハＷの吸着状態を解除し、ヘッド本体４の基準面Ｃと第二メンブレン６５の上面間の寸法（既知）だけヘッド本体４を上昇させて所定の位置に配置する。この場合、ヘッド本体４が所定の位置に上昇すると、第二メンブレン６５の下面と研磨布６２の上面（ウエハ裏面）とを平行にした状態で、ウエハＷが研磨布６２上に位置決めされる。
このようにして、ウエハＷを所定の位置に配置する。そして、エア供給装置から各エアライン６３、６７、６９を介して、加圧空間ａ，ｂ，ｃに所定の圧力を加えることにより、ウエハの圧力分布を均一に制御することができる。
【００２７】
その後、研磨ヘッド２、定盤５３を所定の速度で所定の方向に回転させながら、研磨布６２上にウエハＷを押し付けることにより研磨が行われる。この際、ウエハ研磨時に研磨布６２の上面とウエハＷの表面（被研磨面）との間に研磨液が供給される。
【００２８】
そして、前記研磨に使用された研磨液あるいは余剰の研磨液が、半導体ウエハとメンブレンとの間に入り込む前に、吸引口７ａ，７ｂから研磨屑と共に吸引され、研磨装置１外に排出される。
したがって、ウエハＷ裏面とメンブレン６５との間への研磨液の回り込みを阻止することができ、ウエハ裏面に対する染みの発生を抑制することができる。
【００２９】
なお、ウエハＷの研磨の進行に伴いウエハの厚さが小さくなるが、加圧空間ａ，ｂの圧力を所定の圧力に制御することによって、ウエハＷの保持位置の調整を行うことができる。
また、本実施形態においては、図２に示すように、爪部５ａとノッチ部ｗとの係合により、ウエハＷはヘッド本体４と一体的に回転し、独立して移動（回転）することがない。そのため、ウエハの外周部が極端に研磨されることがなく、環状の研磨痕の発生を抑制できる。
その結果、例えば高い平坦度が要求されるＳＦＱＲ等の半導体デバイス製造におけるウエハ研磨処理に本研磨装置１を好適に使用することができる。
【００３０】
更に、本実施形態においては、メンブレンがゴムである場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、バッキングフィルム等の弾性素材であっても何等差し支えない。
また、本実施形態においては、加圧空間ａ〜ｃをエア供給によって形成する場合について説明したが、本発明はこれに限定されず、液体供給によって形成しても勿論よい。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなとおり、本発明にかかる研磨装置によると、ウエハ裏面とメンブレンとの間への研磨液の回り込みを阻止することができ、ウエハの染みの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る研磨装置の使用状態を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る研磨装置の保持リングによるウエハ保持状態を示す平面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施形態に係る研磨装置のリテーナリングを示す下面図と縦断面図である。
【図４】従来の研磨装置を示す断面図である。
【図５】図５の研磨装置を用いた場合の不良例を説明するために示す平面図である。
【符号の説明】
１、５１　　　　　研磨装置
２、５２　　　　　研磨ヘッド
４、６０　　　　　ヘッド本体
４ａ、６０ａ　　　凹部
４ｂ、６０ｂ　　　固定部
５、６５　　　　　保持リング
５ａ　　　　　　　爪部
６、６６　　　　　リテーナリング
７　　　　　　　　吸引通路
７ａ，７ｂ　　　　吸引口
５３　　　　　　　定盤
５４　　　　　　　外部ヘッド
５４ａ　　　　　　凹部
５５　　　　　　　内部ヘッド
５５ａ　　　　　　凹部
５７　　　　　　　枢軸（回転軸）
６１　　　　　　　第一メンブレン
６２　　　　　　　研磨布
６３　　　　　　　第一エア供給ライン
６５　　　　　　　第二メンブレン
６７　　　　　　　第二エア供給ライン
６８　　　　　　　第三メンブレン
６９　　　　　　　第三エア供給ライン
Ａ，Ｂ　　　　　　被検出面
Ｃ　　　　　　　　基準面
ａ〜ｃ　　　　　　加圧空間
Ｗ　　　　　　　　ウエハ
ｗ　　　　　　　　ノッチ部

Claims

研磨布が取り付けられた定盤と、
前記定盤の上方に配設され、前記研磨布に対して半導体ウエハを回転させながら圧接させる研磨ヘッドとを備えた研磨装置において、
前記研磨ヘッドが、
回転軸が取り付けられた外部ヘッドと、
前記外部ヘッド内に収容され、外部ヘッドと一体に回転する内部ヘッドと、
前記内部ヘッド内に収容されると共に内部ヘッドに保持された、下方に開口する凹部を有するヘッド本体と、
前記ヘッド本体下面の凹部外側に取り付けられ、その内周部で半導体ウエハを保持する保持リングと、
前記外部ヘッド内の内部ヘッド外側に配置されると共に、外部ヘッド及び内部ヘッドに保持された、少なくともリング内周面またはリング下側端面に吸引口が形成されたリテーナリングと
を具備することを特徴とする研磨装置。
前記リング内周面に形成された吸引口が、リテーナリングの内周面の周方向に形成された環状口であることを特徴とする請求項１に記載された研磨装置。
前記リング下側端面に形成された吸引口が、リテーナリングのリング下側端面の周方向に形成された環状口であることを特徴とする請求項１に記載された研磨装置。
前記保持リングの内周面に、前記半導体ウエハの端面に形成されたノッチ部と係合する爪部が設けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載された研磨装置。