JP2005117070A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウェハなどの被研磨物の外れを防止し、かつ被研磨物の被研磨面における研磨均一性を向上させる。
【解決手段】 研磨パッド４が表面３ａに設けられかつ研磨時に回転する研磨盤３と、半導体ウェハ１の裏面１ｃを加圧する加圧面６ｂを備えたウェハキャリア６と、半導体ウェハ１の外周部１ｂを案内する内周面５ａを備えかつウェハキャリア６に取り付けられることによりウェハキャリア６の加圧面６ｂと内周面５ａとからなるウェハ収容空間１４を形成するガイドリング５と、研磨盤３を回転させる研磨盤回転手段と、ウェハキャリア６を回転させるキャリア回転手段とからなり、ウェハ収容空間１４の深さ１４ａが半導体ウェハ１の厚さ１ｄとほぼ等しいかまたはそれよりも深く形成され、半導体ウェハ研磨時にガイドリング５の端面５ｅと半導体ウェハ１の被研磨面１ａとがほぼ同一面を形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体製造技術において、被研磨物である半導体ウェハ上に形成された被処理膜の研磨技術に関し、特に、研磨時の半導体ウェハの保持能力を向上させる技術に関する。

半導体ウェハの表面を研磨して平坦にする方法およびその研磨装置であるＣＭＰ装置について記載されている（例えば、非特許文献１参照）。
「電子材料１９９３年６月号」株式会社工業調査会、１９９３年６月１日（５８〜６２頁）

被研磨物である半導体ウェハの配線層間絶縁膜の平坦化には、化学機械研磨装置いわゆるＣＭＰ（Chemical Mechanical Polish）装置が使われている。

ここで、ＣＭＰ装置は、研磨盤の表面に設けられた研磨パッドに研磨剤を滴下しながら、研磨パッドに半導体ウェハを押し付けて研磨を行うものである。

また、ＣＭＰ装置には、半導体ウェハを加圧保持する加圧保持部材であるウェハキャリアが設けられ、加圧保持部材は半導体ウェハの外周部を案内するリング状案内部材であるガイドリングを有している。

さらに、ガイドリング内には、半導体ウェハの被研磨面と反対側の裏面に接触する軟質の緩衝部材であるバックパッドが設けられ、半導体ウェハを加圧する際には、バックパッドを介して加圧している。この時、半導体ウェハへの加圧は、ウェハキャリアによってメカ的に加圧しているが、メカ的加圧の補正として半導体ウェハへの流体による加圧（補助圧力）を用いる場合もある。

ところが、前記した技術における研磨装置では、研磨パッドをその硬さの違いによって使い分けている。

すなわち、軟質の研磨パッドにおいては、研磨パッドが半導体ウェハの被研磨面の形状に追従するため、ウェハ面内の研磨量の均一性は良いが、被研磨面の段差を除去する段差平坦性が悪い。

これに対し、硬質の研磨パッドは、その反対に、研磨パッドが半導体ウェハの被研磨面の形状に追従しにくいため、研磨量の均一性は悪いが、段差平坦性は良い。

ここで、一般的に使われている研磨パッドは、前記２種類の研磨パッドを組み合わせた中間的性能を有したものである。

なお、良好な段差平坦性と研磨量均一性とを硬質の研磨パッドによって得るためには、ウェハキャリアによるメカ的な加圧だけでは研磨量均一性が良くないことにより、流体を用いて荷重の補正を行う。

しかし、流体を用いて直接半導体ウェハに加圧する際に、メカ的な加圧と流体の加圧とによる圧力が同じかまたは流体の方が高い場合、半導体ウェハとバックパッドとの微小隙間に入り込んだ流体が圧力のバランスを取るため、その反力としてウェハキャリアを押し上げる。

これにより、ウェハキャリアが押し上げられると、ガイドリングも研磨パッドから離れる方向に移動する（上昇する）。

ここで、半導体ウェハはその被研磨面がガイドリングの端面から１００〜１５０μｍ程度突出して保持されているが、ガイドリングが上昇すると、さらに、半導体ウェハの被研磨面が突出し、その結果、半導体ウェハがガイドリングから外れて外部に飛び出すという問題が発生する。

また、研磨時に半導体ウェハによって掛けられる荷重により研磨パッドが歪んで変形することにより、半導体ウェハの端部が局部的に高い応力を受け、その結果、半導体ウェハの端部の研磨速度が速くなり、研磨の均一性が劣化するという問題が発生する。

本発明の目的は、半導体ウェハなどの被研磨物の外れを防止し、かつ被研磨物の被研磨面における研磨均一性を向上させることができる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。

すなわち、本発明は、半導体ウェハを化学機械研磨して平坦化するものであり、前記半導体ウェハを加圧するフィルム部材と、前記半導体ウェハの外周部を案内するリング状案内部材とを有し、深さが前記半導体ウェハの厚さよりも深く形成された半導体ウェハ収容空間を備えたウェハキャリアに前記半導体ウェハを収容する工程と、前記リング状案内部材を前記ウェハキャリアに固定したままの状態で、前記ウェハキャリアに流体を供給し、前記フィルム部材を膨張させることにより前記半導体ウェハを研磨パッドに押し付け、前記リング状案内部材の前記研磨パッドと対向した端面と前記半導体ウェハの被研磨面とをほぼ同一面にして前記半導体ウェハを研磨する工程とを有するものである。

また、本発明は、配線パターンが形成された半導体ウェハを化学機械研磨して平坦化するものであり、前記半導体ウェハを加圧する変形可能なフィルム部材と、前記半導体ウェハの外周部を案内するリング状案内部材とを有し、深さが前記半導体ウェハの厚さよりも深く形成された半導体ウェハ収容空間を備えたウェハキャリアに前記半導体ウェハを収容する工程と、前記リング状案内部材を前記ウェハキャリアに固定したままの状態で、前記ウェハキャリアに流体を供給し、前記フィルム部材を膨張させることにより前記半導体ウェハ収容空間の開口方向へ前記半導体ウェハを移動させて前記半導体ウェハを研磨パッドに押し付け、前記リング状案内部材の前記研磨パッドと対向した端面と前記半導体ウェハの被研磨面とをほぼ同一面にして前記半導体ウェハを研磨する工程とを有するものである。

本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
（１）．加圧保持部材の加圧面とリング状案内部材の内周面とからなる被研磨物収容空間の深さが被研磨物の厚さとほぼ等しいかまたはそれよりも深く形成されていることにより、研磨時、被研磨物の外周部がリング状案内部材の内周面によってほぼ完全に囲まれるため、被研磨物が外れてリング状案内部材の外部に飛び出すことを防止できる。これにより、研磨装置の稼働時間を増やすことができ、その結果、研磨装置の稼働率を向上させることができる。
（２）．被研磨物が外れてリング状案内部材の外部に飛び出すことを防止できるため、被研磨物が損傷することを低減でき、その結果、被研磨物の歩留りを向上させることができる。
（３）．リング状案内部材によって研磨パッドに掛かる単位面積当たりの力と被研磨物によって研磨パッドに掛かる単位面積当たりの力とがほぼ等しくなるようにリング状案内部材および被研磨物を加圧することにより、被研磨物の端部の研磨速度を被研磨物における他の箇所の研磨速度とほぼ等しくすることができる。これにより、被研磨物の被研磨面内における研磨量の均一性を向上させることができ、その結果、高精度の研磨を実現することが可能になる。
（４）．リング状案内部材の端面に、リング状案内部材のほぼ中心に向かってかつ前記端面の円周方向に対してほぼ等間隔で形成された複数個のスラリー供給溝が設けられていることにより、被研磨物の被研磨面全体に対してスラリーを供給することができ、その結果、被研磨物の被研磨面内における研磨量の均一性を向上させることができる。
（５）．リング状案内部材がその円周方向に複数個に分割可能であり、かつリング状案内部材の少なくとも１つがその円周外方に移動可能な部材であることにより、被研磨物を着脱する際には、容易に着脱することができる。
（６）．リング状案内部材がその先端部に被研磨物の外周部を支持する爪部を有していることにより、被研磨物が外れてリング状案内部材の外部に飛び出すことを防止できる。これにより、研磨装置の稼働時間を増やすことができ、研磨装置の稼働率を向上させることができる。
（７）．リング状案内部材内に流体の供給によって変形するフィルム部材などの薄膜部材が設けられ、薄膜部材の変形によって被研磨物への加圧が行われることにより、被研磨物に直接流体が供給されないため、流体の反力による被研磨物の離脱（浮き）を防止することができる。これにより、被研磨物が外れてリング状案内部材の外部に飛び出すことを防止できる。
（８）．研磨時、被研磨物が離脱せず、被研磨物と加圧保持部材内に設けられた緩衝部材とが常に接触しているため、被研磨物の被研磨面全体にほぼ均等な荷重を掛けることができる。その結果、被研磨物の被研磨面内における研磨量の均一性を向上させることができる。
（９）．リング状案内部材の端面付近にダイヤモンドなどの硬質微粒子を埋め込むことにより、リング状案内部材に研磨パッドの倣い機能を持たせることができる。つまり、研磨パッドが不織布などの研磨布によって形成されている場合、研磨中に、リング状案内部材の端面が研磨パッドに圧力をかけることによって研磨パッドの研磨布を毛羽立たせることができる。これにより、研磨パッドが研磨剤を常に保持できるため、研磨速度を落とすことなく、被研磨物の被研磨面内における研磨量の均一性を向上させることができる。
（１０）．リング状案内部材が研磨パッドに対しての前記倣い機能を有することにより、別の部材に前記倣い機能を持たせる必要がなくなるため、研磨装置の構造を簡略化することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明による研磨装置の構造の実施の形態の一例を示す構成概念図、図２は本発明の研磨装置における加圧保持部材の構造の実施の形態の一例を示す部分断面図、図３は本発明の研磨装置におけるリング状案内部材の構造の実施の形態の一例を示す拡大部分断面図、図４は本発明の研磨装置におけるリング状案内部材の端面の構造の実施の形態の一例を示す底面図である。

本実施の形態の研磨装置は、ＣＭＰ装置（化学機械研磨装置）とも呼ばれ、円盤状の被研磨物である半導体ウェハ１に形成された絶縁膜や金属膜などの被処理膜を研磨するものである。

前記研磨装置の構成について説明すると、研磨布やポリウレタンなどからなる研磨パッド４が表面３ａに設けられかつ研磨時に回転する定盤である研磨盤３と、半導体ウェハ１の被研磨面１ａと反対側の裏面１ｃを加圧する加圧面６ｂを備えた加圧保持部材であるウェハキャリア６と、半導体ウェハ１の外周部１ｂを案内する内周面５ａを備えかつウェハキャリア６に取り付けられることによりウェハキャリア６の加圧面６ｂと内周面５ａとからなるウェハ収容空間１４（被研磨物収容空間）を形成するリング状案内部材であるガイドリング５と、研磨盤３を回転させるモータなどの研磨盤回転手段８と、ウェハキャリア６を回転させるモータなどのキャリア回転手段９（加圧保持部材回転手段）と、ノズル１０を介して研磨剤を含んだスラリー２を研磨パッド４上に供給するスラリー供給手段１１とからなる。

なお、本実施の形態による研磨装置は、ウェハ収容空間１４の深さ１４ａが半導体ウェハ１の厚さ１ｄとほぼ等しいかまたはそれよりも深く形成されており、これにより、半導体ウェハ１をウェハ収容空間１４に収容して研磨する際に、ガイドリング５の研磨パッド４と対向した端面５ｅと半導体ウェハ１の被研磨面１ａとがほぼ同一面を形成して研磨し得るものである。

つまり、研磨前に半導体ウェハ１を真空吸着などによって保持した際に、ガイドリング５の端面５ｅと半導体ウェハ１の被研磨面１ａとがほぼ同一面となるか、もしくは、半導体ウェハ１の被研磨面１ａよりもガイドリング５の端面５ｅが突出するように、ガイドリング５が形成され、かつウェハキャリア６の外周先端部６ａに取り付けられている。

これにより、例えば、配線パターンが形成された後の半導体ウェハ１上の前記被処理膜を研磨する際には、ガイドリング５の端面５ｅと半導体ウェハ１の被研磨面１ａとがほぼ同一面になった状態で研磨が行われる。

ここで、本実施の形態によるガイドリング５は、研磨中にウェハキャリア６から半導体ウェハ１が外れないように半導体ウェハ１を案内するものであり、汚染などの問題から、半導体ウェハ１に対して悪影響を及ぼさない材料（例えば、エポキシ樹脂やデルリンなど）によって形成されている。

なお、研磨中は、ガイドリング５の端面５ｅと半導体ウェハ１の被研磨面１ａとがほぼ同一面になるため、ガイドリング５の端面５ｅも研磨パッド４に接触し、かつ研磨パッド４の表面４ａを加圧している。

したがって、本実施の形態によるガイドリング５の端面５ｅには、図４に示すように、ガイドリング５のほぼ中心５ｄに向かって直線的に形成された複数個のスラリー供給溝５ｂが設けられており、このスラリー供給溝５ｂを介してウェハ収容空間１４にスラリー２を供給している。

ただし、スラリー供給溝５ｂは、ガイドリング５の端面５ｅにおいて、その円周方向５ｃに対してほぼ等間隔で形成されていることが好ましい。

なお、本実施の形態のスラリー２は、研磨剤を水などの溶媒に懸濁させた液体であり、スラリー供給手段１１からノズル１０を通しかつスラリー供給口１０ａから噴流させて研磨パッド４の表面４ａに供給する。

つまり、スラリー２が研磨パッド４の表面４ａに供給された際に、スラリー２に含まれる前記研磨剤を研磨パッド４が保持し、半導体ウェハ１の被研磨面１ａと研磨パッド４の表面４ａとが接触して擦れることにより、半導体ウェハ１の被研磨面１ａが前記研磨剤によって研磨される。

ここで、本実施の形態によるウェハキャリア６は、多孔質部材である通気性剛性板１２と緩衝部材であるバックパッド７とを有しており、半導体ウェハ１を加圧する際には、通気性剛性板１２とバックパッド７とを介して半導体ウェハ１を加圧する。

なお、通気性剛性板１２はその両面が研削加工により平面仕上げされ、高剛性を有するセラミックなどによって形成された多孔質（メッシュ状）のものであり、ウェハキャリア６に取り付けられている。

また、バックパッド７は低剛性を有した厚さ６００μｍ程度のものであり、直径１ｍｍ程度の貫通孔７ａが５ｍｍピッチ程度の間隔でその全面に渡って設けられている。

すなわち、本実施の形態によるウェハキャリア６の加圧面６ｂは、バックパッド７の半導体ウェハ１の裏面１ｃと接触する側の面であり、これにより、ウェハ収容空間１４は、ガイドリング５の内周面５ａとバックパッド７の加圧面６ｂとから形成されている。

ここで、ウェハ収容空間１４の深さ１４ａは、半導体ウェハ１の厚さ１ｄとほぼ等しいかまたはそれよりも深く形成されているため、本実施の形態によるウェハキャリア６においては、各部材が図３に示すような関係で形成かつ取り付けられている。

つまり、ウェハキャリア６のガイドリング５が取り付けられる接合面６ｃと通気性剛性板１２の露出面１２ａとが同一面となるように両者を接合し、バックパッド７は通気性剛性板１２の露出面１２ａと接触するように配置されている。

したがって、ガイドリング５の厚さ５ｆとバックパッド７の厚さ７ｂとが、ガイドリング５の厚さ５ｆ≧バックパッド７の厚さ７ｂ＋半導体ウェハ１の厚さ１ｄの関係で各々形成および設置されている。

ただし、バックパッド７は、必ずしも設けられていなくてもよく、この場合、ウェハキャリア６の加圧面６ｂは通気性剛性板１２が有し、その露出面１２ａが加圧面６ｂに相当する。

なお、ガイドリング５の厚さ５ｆやバックパッド７の厚さ７ｂは、この関係に限定されるものではなく、結果的に、ウェハキャリア６とガイドリング５とによって形成されるウェハ収容空間１４の深さ１４ａが、半導体ウェハ１の厚さ１ｄとほぼ等しいかまたはそれよりも深く形成されていればよく、半導体ウェハ１をウェハ収容空間１４に収容して研磨する際に、ガイドリング５の端面５ｅと半導体ウェハ１の被研磨面１ａとがほぼ同一面を形成して研磨できればよい。

また、研磨時の主研磨圧力は、ウェハキャリア６が有する通気性剛性板１２およびバックパッド７を介してメカ的に半導体ウェハ１に加えられるが、圧力補正用の補助圧力は窒素ガスなどの流体１８によるものであり、ウェハキャリア６内に設けられた流体供給管１３などに流体１８を供給し、流体１８が半導体ウェハ１に補助圧力を掛ける。

つまり、流体供給管１３を介して供給された流体１８は、通気性剛性板１２およびバックパッド７の貫通孔７ａを介して半導体ウェハ１の裏面１ｃに到達し、前記補助圧力として半導体ウェハ１の裏面１ｃに圧力を加える。

また、本実施の形態による研磨装置には、研磨パッド４における研磨後の表面４ａを削って平坦化するドレッサ１５と研磨盤３を覆うカバーである筐体１７とが設置されている。

このドレッサ１５は、研磨終了後などに、モータなどのドレッサ回転手段２１によって回転して研磨パッド４の表面４ａを慣らすものであり、自転および揺動可能な部材である。

なお、ドレッサ１５による研磨パッド４の研磨は、半導体ウェハ１の研磨と同時に行ってもよく、また、半導体ウェハ１の研磨終了後に行ってもよい。

ここで、研磨盤３は、筐体１７によって覆われるとともに研磨盤回転手段８によって回転させることができる。

また、ウェハキャリア６もキャリア回転手段９によって回転するものであるが、ドレッサ１５と同様に、揺動することも可能である。

これらにより、半導体ウェハ１を研磨する際には、研磨盤３を回転させ、さらに、ウェハキャリア６とドレッサ１５とを回転させるとともに、必要であれば、ウェハキャリア６とドレッサ１５とをそれぞれ揺動させる。

また、流体供給管１３は、蛇腹状の防塵カバー２２によって覆われており、ウェハキャ
リア６の上昇・下降によって発生する塵などが外部５ｇに出ないように防ぐものである。

次に、本実施の形態による研磨方法について説明する。

まず、ウェハキャリア６の加圧面６ｂと半導体ウェハ１の外周部１ｂを案内するガイドリング５の内周面５ａとからなりかつ深さ１４ａが半導体ウェハ１の厚さ１ｄとほぼ等し
いかまたはそれよりも深く形成されたウェハ収容空間１４に半導体ウェハ１を収容する。

すなわち、所定箇所に載置された半導体ウェハ１上にウェハキャリア６を移動させ、半導体ウェハ１をウェハキャリア６のウェハ収容空間１４に真空吸着などによって吸着保持する。

なお、この時の半導体ウェハ１の真空吸着は、例えば、流体供給管１３を用いて真空引きを行う。

続いて、半導体ウェハ１を吸着保持したウェハキャリア６を研磨盤３の所定箇所に移動させる。

ここで、研磨盤３を２０ｒｐｍ程度の回転速度で回転させるとともに、スラリー供給手段１１によってノズル１０からスラリー２を研磨パッド４の表面４ａに滴下することにより、研磨パッド４の表面４ａ全体にスラリー２を供給する。

さらに、ウェハキャリア６を研磨パッド４上に下降させ、半導体ウェハ１の被研磨面１ａを研磨パッド４の表面４ａに接触させる。

この時、ウェハキャリア６も研磨盤３と同様の回転速度で回転させる。

その後、ウェハキャリア６によって半導体ウェハ１を保持しながら半導体ウェハ１を研磨パッド４に押さえ付ける。

これにより、ガイドリング５の端面５ｅと半導体ウェハ１の被研磨面１ａとをほぼ同一面にして被研磨面１ａを研磨することができる。

なお、研磨中、スラリー２を供給し続ける。ここで、スラリー２は、図４に示すガイドリング５の端面５ｅに形成されたスラリー供給溝５ｂを通過するため、常に、ウェハ収容空間１４内にスラリー２を供給することができる。

また、研磨中は、半導体ウェハ１の被研磨面１ａを均一に研磨するように、ウェハキャリア６を回転だけでなく、揺動もさせる。

さらに、本実施の形態による研磨方法においては、半導体ウェハ１の研磨を行う際に、ガイドリング５によって研磨パッド４に掛かる単位面積当たりの力と半導体ウェハ１によって研磨パッド４に掛かる単位面積当たりの力とがほぼ等しくなるようにガイドリング５すなわちウェハキャリア６と半導体ウェハ１とを加圧する。

つまり、窒素ガスなどの流体１８による補助圧力を用いて、ウェハキャリア６によって半導体ウェハ１にメカ的に掛ける主研磨圧力と前記補助圧力とをそれぞれの所定圧力に制御することにより、研磨パッド４に掛かるガイドリング５の単位面積当たりの力と半導体ウェハ１によって掛かる単位面積当たりの力とを等しくすることが可能である。

なお、研磨終了後、再び半導体ウェハ１をウェハキャリア６によって真空吸着させ、この状態で、ウェハキャリア６を上昇させて半導体ウェハ１を研磨パッド４から離脱させる。

その後、ドレッサ１５を下降させて研磨パッド４に接触させる。

続いて、ドレッサ１５を回転および揺動させて、研磨パッド４の表面４ａを慣らす（研磨後の表面４ａを削って平坦化する）。

なお、ドレッサ１５による研磨パッド４の研磨は、半導体ウェハ１の研磨と同時に行ってもよい。

本実施の形態の研磨方法および装置によれば、以下のような作用効果が得られる。

すなわち、ウェハキャリア６の加圧面６ｂとガイドリング５の内周面５ａとからなるウェハ収容空間１４の深さ１４ａが、半導体ウェハ１の厚さ１ｄとほぼ等しいかまたはそれよりも深く形成されていることにより、半導体ウェハ１をウェハ収容空間１４に収容して研磨する際に、ガイドリング５の端面５ｅと半導体ウェハ１の被研磨面１ａとをほぼ同一面にして研磨することができる。

これにより、研磨時、半導体ウェハ１の外周部１ｂがガイドリング５の内周面５ａによってほぼ完全に囲まれるため、流体１８による補助圧力から発生する反力がウェハキャリア６に作用してウェハキャリア６が浮き上がっても、半導体ウェハ１が外れてガイドリング５の外部５ｇに飛び出すことを防止できる。

その結果、本実施の形態による研磨装置を一度停止させ、半導体ウェハ１をウェハ収容空間１４に再収容する作業を行わなくて済むため、前記研磨装置の稼働時間を増やすことができ、これにより、前記研磨装置の稼働率を向上させることができる。

さらに、半導体ウェハ１が外れてガイドリング５の外部５ｇに飛び出すことを防止できるため、半導体ウェハ１が損傷することを低減でき、その結果、半導体ウェハ１の歩留りを向上させることができる。

また、ガイドリング５によって研磨パッド４に掛かる単位面積当たりの力と半導体ウェハ１によって研磨パッド４に掛かる単位面積当たりの力とがほぼ等しくなるようにガイドリング５および半導体ウェハ１を加圧することにより、半導体ウェハ１の荷重によって形成される研磨パッド４の表面４ａにおける歪み部４ｂ（図３参照）の発生を防止することができる。

これにより、半導体ウェハ１の端部１ｅの研磨速度を半導体ウェハ１における他の箇所の研磨速度とほぼ等しくすることができるため、半導体ウェハ１の被研磨面１ａ内における研磨量の均一性を向上させることができる。

その結果、高精度の研磨を実現することが可能になる。

なお、ガイドリング５の端面５ｅに、ガイドリング５のほぼ中心５ｄに向かって形成された複数個のスラリー供給溝５ｂが設けられていることにより、半導体ウェハ１の被研磨面１ａ全体に対してスラリー２を供給することができる。

ここで、前記複数個のスラリー供給溝５ｂが、ガイドリング５の端面５ｅの円周方向５ｃに対してほぼ等間隔で形成されていることにより、半導体ウェハ１の被研磨面１ａ全体に対してさらに均一にスラリー２を供給することができ、その結果、半導体ウェハ１の被研磨面１ａ内における研磨量の均一性を向上させることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を発明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前記実施の形態におけるガイドリング５の端面５ｅに形成されたスラリー供給溝５ｂは、ガイドリング５のほぼ中心５ｄに向かって直線的にかつその円周方向５ｃに対してほぼ等間隔で複数個形成されているものであったが、図５に示す他の実施の形態のガイドリング５のように、スラリー供給溝５ｂが、ガイドリング５の円周外方１６に向かって放射状にかつ曲線的に形成されていてもよい。

つまり、図１に示すウェハキャリア６は回転をしているため、スラリー供給溝５ｂを放射状にかつ曲線的に形成することにより、スラリー２を円滑に供給することが可能になる。

なお、この場合も、スラリー供給溝５ｂは、ガイドリング５の円周方向５ｃに対してほぼ等間隔で複数個形成されている。

これにより、ウェハキャリア６が回転中であってもスラリー２を円滑にかつ半導体ウェハ１の被研磨面１ａに対して均一に供給することができる。

また、前記実施の形態によるガイドリング５は、可動させることができない固定式のものであったが、図６に示す他の実施の形態のガイドリング５のように、ガイドリング５（リング状案内部材）がその円周方向５ｃに複数個に分割可能であり、かつガイドリング５の少なくとも１つがガイドリング５の円周外方１６に可動する（移動可能な）部材であってもよい。

つまり、ガイドリング５を分割かつ可動式とするものである。

なお、図６に示したガイドリング５は、４分割式の場合であり、半導体ウェハ１を着脱し易いように、ガイドリング５を円周外方１６に可動する機能を有している。

ここで、分割かつ可動式のガイドリング５は、必ずしも半導体ウェハ１の全周を覆うものでなくてもよい。

すなわち、ガイドリング５が、半導体ウェハ１の外周部１ｂ（図３参照）の所定箇所（例えば、４箇所）を保持する可動式のピン部材であってもよい。

なお、ガイドリング５を分割かつ可動式にすることにより、半導体ウェハ１などの被研磨物を着脱する際には、容易に着脱することができる。

また、ガイドリング５が分割かつ可動式である場合、ガイドリング５がその先端部５ｈに図６（ａ）に示すような爪部５ｉを有していてもよい。

これにより、爪部５ｉが半導体ウェハ１の外周部１ｂを確実に支持することができるため、半導体ウェハ１が外れてガイドリング５の外部５ｇに飛び出すことを防止できる。

その結果、前記実施の形態による研磨装置の稼働時間を増やすことができ、前記研磨装置の稼働率を向上させることができる。

また、前記研磨装置においては、図１に示すようにドレッサ１５が、ウェハキャリア６とは別部材として設けられているものであったが、図７に示す他の実施の形態のウェハキ
ャリア６のように、ガイドリング５に前記ドレッサ１５と同様の機能を持たせてもよい。

すなわち、図７に示すガイドリング５は、その端面５ｅ付近にダイヤモンドなどの硬質微粒子５ｊを埋め込むことにより、端面５ｅが硬質な歯状となるものであり、これにより、ガイドリング５に研磨パッド４の倣い機能を持たせることができる。

ここで、例えば、研磨パッド４が不織布などの研磨布によって形成されている場合、研磨中に、ガイドリング５の端面５ｅが研磨パッド４に圧力をかけることによって研磨パッド４の前記研磨布を毛羽立たせることができる。

これにより、研磨パッド４が研磨剤を常に保持できるため、研磨速度を落とすことなく、半導体ウェハ１（被研磨物）の被研磨面１ａ内における研磨量の均一性を向上させることができる。

さらに、ガイドリング５が研磨パッド４に対しての前記倣い機能を有することにより、別の部材（例えば、図１に示すドレッサ１５のこと）に前記倣い機能を持たせる必要がなくなるため、前記実施の形態による研磨装置の構造を簡略化することができる。

また、前記研磨装置は、図８に示す他の実施の形態のウェハキャリア６のように、ガイドリング５内に流体１８の供給によって変形する薄膜部材であるフィルム部材１９が設けられ、フィルム部材１９の変形（ここでは膨張）によって半導体ウェハ１（被研磨物）への加圧が行われるものであってもよい。

これは、半導体ウェハ１を加圧する際に、窒素ガスなどの流体１８を用いてフィルム部材１９を加圧し、フィルム部材１９の変形（膨張）によって半導体ウェハ１を加圧するものである。

ここで、フィルム部材１９は、例えば、ポリエチレンなどによって形成され、そのフィルム厚さは２５０μｍ程度である。

なお、フィルム部材１９を用いた加圧方法としては、まず、図３に示す深さ１４ａが半導体ウェハ１の厚さ１ｄよりも深く形成されたウェハ収容空間（被研磨物収容空間）１４に半導体ウェハ１を収容する。

続いて、ウェハキャリア６内の加圧空間２０に流体１８を供給して、フィルム部材１９を変形（膨張）させる。

さらに、研磨時にフィルム部材１９の変形（膨張）によって半導体ウェハ１を加圧することにより、半導体ウェハ１を前記ウェハ収容空間１４の開口方向１４ｂ（図３参照）に移動させて半導体ウェハ１を研磨パッド４に押さえ付けるものである。

これにより、半導体ウェハ１に直接流体１８が供給されないため、流体１８の反力によ
る半導体ウェハ１のウェハキャリア６内における離脱（浮き）を防止することができる。

その結果、半導体ウェハ１が外れてガイドリング５の外部５ｇに飛び出すことを防止できる。

さらに、研磨時、半導体ウェハ１が離脱せず、半導体ウェハ１とウェハキャリア６内に設けられたバックパッド７（緩衝部材）とが常に接触しているため、半導体ウェハ１の被研磨面１ａ全体にほぼ均等な荷重を掛けることができる。

その結果、半導体ウェハ１の被研磨面１ａ内における研磨量の均一性を向上させることができる。

また、前記実施の形態による研磨装置においては、加圧保持部材にリング状案内部材が取り付けられている場合を説明したが、リング状案内部材は加圧保持部材から独立して設けられていてもよい。

これにより、それぞれを別々にメカ的な荷重によって加圧することができ、さらに、被研磨物とも別けてメカ的な荷重を加えることができる。

その結果、リング状案内部材に掛ける荷重の大きさを調整する際に、被研磨物に掛ける荷重とは別けて調整することができる。

なお、この場合においても、被研磨物を収容する被研磨物収容空間は、前記加圧保持部材の加圧面と前記リング状案内部材の内周面とから形成される。

また、前記実施の形態においては、被研磨物が半導体ウェハ１の場合について説明したが、前記被研磨物は、半導体ウェハ１に限らず円盤状の部材であれば、他の部材であってもよい。

本発明は、半導体製造技術に好適である。

本発明による研磨装置の構造の実施の形態の一例を示す構成概念図である。 本発明の研磨装置における加圧保持部材の構造の実施の形態の一例を示す部分断面図である。 本発明の研磨装置におけるリング状案内部材の構造の実施の形態の一例を示す拡大部分断面図である。 本発明の研磨装置におけるリング状案内部材の端面の構造の実施の形態の一例を示す底面図である。 本発明の他の実施の形態である研磨装置におけるリング状案内部材の端面の構造を示す底面図である。 本発明の他の実施の形態である研磨装置におけるリング状案内部材の構造を示す図であり、（ａ）は部分断面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の他の実施の形態である研磨装置におけるリング状案内部材の構造を示す部分断面図である。 本発明の他の実施の形態である研磨装置における加圧保持部材の構造を示す部分断面図である。

符号の説明

１ 半導体ウェハ（被研磨物）
１ａ 被研磨面
１ｂ 外周部
１ｃ 裏面
１ｄ 厚さ
１ｅ 端部
２ スラリー
３ 研磨盤
３ａ 表面
４ 研磨パッド
４ａ 表面
４ｂ 歪み部
５ ガイドリング（リング状案内部材）
５ａ 内周面
５ｂ スラリー供給溝
５ｃ 円周方向
５ｄ 中心
５ｅ 端面
５ｆ 厚さ
５ｇ 外部
５ｈ 先端部
５ｉ 爪部
５ｊ 硬質微粒子
６ ウェハキャリア（加圧保持部材）
６ａ 外周先端部
６ｂ 加圧面
６ｃ 接合面
７ バックパッド（緩衝部材）
７ａ 貫通孔
７ｂ 厚さ
８ 研磨盤回転手段
９ キャリア回転手段（加圧保持部材回転手段）
１０ ノズル
１０ａ スラリー供給口
１１ スラリー供給手段
１２ 通気性剛性板
１２ａ 露出面
１３ 流体供給管
１４ ウェハ収容空間（被研磨物収容空間）
１４ａ 深さ
１４ｂ 開口方向
１５ ドレッサ
１６ 円周外方
１７ 筐体
１８ 流体
１９ フィルム部材（薄膜部材）
２０ 加圧空間
２１ ドレッサ回転手段
２２ 防塵カバー

Claims (7)

1. 半導体ウェハを化学機械研磨して平坦化する半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体ウェハを加圧するフィルム部材と、前記半導体ウェハの外周部を案内するリング状案内部材とを有し、深さが前記半導体ウェハの厚さよりも深く形成された半導体ウェハ収容空間を備えたウェハキャリアに前記半導体ウェハを収容する工程と、
   前記リング状案内部材を前記ウェハキャリアに固定したままの状態で、前記ウェハキャリアに流体を供給し、前記フィルム部材を膨張させることにより前記半導体ウェハを研磨パッドに押し付け、前記リング状案内部材の前記研磨パッドと対向した端面と前記半導体ウェハの被研磨面とをほぼ同一面にして前記半導体ウェハを研磨する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記リング状案内部材によって前記研磨パッドに掛かる単位面積当たりの力と前記半導体ウェハによって前記研磨パッドに掛かる単位面積当たりの力とがほぼ等しくなるように前記リング状案内部材および前記半導体ウェハを加圧することを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項１または２記載の半導体装置の製造方法において、前記流体は窒素ガスであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、前記リング状
   案内部材は、スラリー供給溝を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体ウェハの裏面は前記ウェハキャリアに設けられた緩衝部材と接触していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項５記載の半導体装置の製造方法において、前記緩衝部材は、前記半導体ウェハと前記フィルム部材との間に配置されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 配線パターンが形成された半導体ウェハを化学機械研磨して平坦化する半導体装置の製造方法であって、
   前記半導体ウェハを加圧する変形可能なフィルム部材と、前記半導体ウェハの外周部を案内するリング状案内部材とを有し、深さが前記半導体ウェハの厚さよりも深く形成され
   た半導体ウェハ収容空間を備えたウェハキャリアに前記半導体ウェハを収容する工程と、
   前記リング状案内部材を前記ウェハキャリアに固定したままの状態で、前記ウェハキャリアに流体を供給し、前記フィルム部材を膨張させることにより前記半導体ウェハ収容空間の開口方向へ前記半導体ウェハを移動させて前記半導体ウェハを研磨パッドに押し付け、前記リング状案内部材の前記研磨パッドと対向した端面と前記半導体ウェハの被研磨面とをほぼ同一面にして前記半導体ウェハを研磨する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。

Images