JP2005259980A

JP2005259980A - 化学機械研磨装置

Info

Publication number: JP2005259980A
Application number: JP2004069461A
Authority: JP
Inventors: Minoru Numamoto; 実沼本
Original assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Current assignee: Tokyo Seimitsu Co Ltd
Priority date: 2004-03-11
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2005-09-22

Abstract

【課題】実際のＣＭＰ装置に採用可能な透明なプラテンの具体的な構成の実現。
【解決手段】使用時に表面に研磨パッド5が貼り付けられ、回転するプラテンと、ウエハ7を研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構8とを備える化学機械研磨装置において、プラテンは、リブ構造を有し、回転軸に取り付けられる不透明なベース12と、ベース上に取り付けられ、円形の平坦な表面を有する透明板11とを備え、ベース12の下側から透明板12の表面が観察可能である。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体製造プロセスで、ウエハ上の先に形成された層の表面を化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing: CMP)するＣＭＰ装置に関する。

近年、半導体製造プロセスにおいては、ＣＭＰ装置を使用してプロセスの途中でウエハの表面を化学機械研磨（ＣＭＰ）することが行われており、特許文献１及び２などに説明されている。まず、従来のＣＭＰ装置の概略構成を簡単に説明する。

図１は、従来のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、研磨パッド１０５を貼り付けたプラテン１０１を回転し、スラリィ供給ノズル１０３から研磨パッド１０５上にスラリィ（研磨液と研磨粒子の混合物）１０４を供給し、ウエハ保持機構１０８に保持したウエハ１０７を回転させながら研磨パッド１０５に押し付けて、ウエハ１０７の表面を研磨する。研磨プロセス中に、スラリィにより研磨パッドの目詰まりが生じるので、ドレッサ１０２により、研磨パッドの表面は定期的にドレッシングされる。

ＣＭＰプロセスでは、ウエハの表面に形成された絶縁膜や金属膜の層を研磨する。そのため、表面に残された層の厚さを正確に検出して研磨を停止する必要がある。これを終点検出と呼んでいる。一般に、プラテンや研磨パッドが不透明であり、研磨中のウエハの表面状態を検出するのは難しい。そのため、終点検出のための各種の方法が提案されている。

図２は、特許文献１に記載された終点検出の方法を示す図である。プラテン１０１及び研磨パッド１０５は不透明であるので、研磨中のウエハを観察して、その表面の層の厚さを検出することはできない。そこで、プラテン１０１に、溝１０２と、貫通孔１０３と、スラリィの漏れを防止する透明部材１０４とを設け、研磨パッド１０５には窓１０６を設ける。更に、図の位置にプローブ１０９と光ケーブル１１０が設ける。プローブ１０９からは光ケーブル１１０から送られた光ビームが射出され、研磨中のウエハ１０７の表面に照射される。プラテン１０１が回転すると、１回転毎に図示のような状態になるので、その時に光ビームのウエハの表面での反射光をプローブ１０９で集めて、光ケーブル１１０を介して解析装置に送り、分光反射率を算出して残存する層の膜厚を検出する。

特許文献２も特許文献１に記載された終点検出方法に類似の方法を開示している。いずれにしろ、研磨中のウエハ表面の状態を光学的に検出する方法は、上記のように、プラテン及び研磨パッドが不透明であるので、プラテン及び研磨パッドに透明な穴を設けて、その穴を通して、周期的にウエハの表面を観察及び検査する。しかし、この方法では、ウエハの表面を観察及び検査する時間及び位置が限られるという問題がある。

また、研磨中のウエハのエッジが欠けたり、ウエハが割れるという事故が稀にではあるが発生するが、そのような事故は研磨が終了して初めて判明するため、その間に欠けた部分が他の部分を損傷するといった問題があった。

特開平７−５２０３２号公報特開平７−２３５５２０号公報特開平５−３０９５５８号公報

このように、研磨中のウエハの状態を広い範囲に渡って観察することが要望されていた。そこで、プラテン及び研磨パッドを透明にして、プラテンの下側から透明なプラテン及び研磨パッドを通して研磨中のウエハを観察及び検査することが考えられる。一般的ではないが、透明な研磨パッドは使用されている。しかし、透明なプラテンはこれまで実用化されていなかった。

ＣＭＰプロセスではないが、特許文献３は、貼り合せウエハによるＳＯＩ半導体基板を所望の厚さまで研磨する方法で、透明なプラテン及び透明な研磨パッドを使用して、レーザ光を照射してその透過を検出することにより、所望の厚さになったことを検出する方法を記載している。しかし、特許文献３は、透明なプラテンの具体的な構成については記載していない。

本発明は、商用のＣＭＰ装置に採用可能な透明なプラテンの具体的な構成を実現することを目的とする。

上記目的を実現するため、本発明の化学機械研磨装置は、強度の十分材料で作られたリブ構造の不透明なベースの上に透明板を取り付けたプラテンを備えることを特徴とする。

すなわち、本発明の化学機械研磨装置は、使用時に表面に研磨パッドが貼り付けられ、回転するプラテンと、ウエハを前記研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構とを備え、前記ウエハを研磨する化学機械研磨装置において、前記プラテンは、リブ構造を有し、回転軸に取り付けられる不透明なベースと、前記ベース上に取り付けられ、円形の平坦な表面を有する透明板とを備え、前記ベースの下側から前記透明板の表面が観察可能であることを特徴とする。

ベースのリブ構造は、ベースの下側から研磨パッドを観察した時に、透明板の面積の８０％以上を観察可能であるように構成されていることが望ましい。

研磨中のウエハを観察するのであれば、透明な研磨パッドを使用することが必要である。

本発明によれば、ベースのリブのため、ベースの下側から研磨パッドの全面を観察することはできないが、研磨パッドの表面及びウエハの表面の大部分をリブの間から観察できる。従って、従来例に比べて、研磨中のウエハの表面を観察及び検査できる時間及び位置を大幅に増加することが可能になるので、終点検出の精度向上や研磨中の異常発生の検出が可能になる。

また、ベースがリブ構造であるため、従来例に比べてプラテンを軽量化でき、回転駆動が容易になる。

また、ベースがリブ構造であるため、プラテンの熱容量が小さくなると共に表面積が広くなるので、研磨時に生じる研磨パッドの温度上昇を冷却するのが容易になる。

ベースの材料としては、アルミニュームやステンレス鋼などが望ましい。

透明板の材料としては、アクリル、透明塩化ビニール、ポリカーボネート及びガラスなどがある。

本発明によれば、ＣＭＰ装置において、研磨中のウエハの表面をほぼ常時観察可能になるので、制御や管理のための各種の測定や監視の精度や頻度を向上することができ、ＣＭＰプロセスの精度、スループット及び歩留まりなどを向上でき、ひいては半導体デバイスの製造コストを低減できる。

図３は、本発明の実施例のＣＭＰ装置のプラテンの概略構造を示す図であり、（Ａ）は横断面図であり、（Ｂ）はリブの片側上面図である。図３に示すように、プラテンは、アルミニューム又はステンレス鋼などの腐蝕しない材料で作られたベース１２と、ベース１２の上に取り付けられる透明板１１とで構成される。ベース１２は、回転スピンドル１３に取り付けられる内筒部と、プラテンの外周に対応する外筒部と、内筒部と外筒部を連結する複数（ここでは８本）のリブとで構成され、上側に透明板１１を載せて固定できるように、リブの部分に穴１７を有する。透明板１１の穴１７に対応する部分にはネジ穴が設けられており、穴１７を通したネジ１５をネジ穴に結合することで透明板１１がベース１２に固定される。内筒部にはネジ穴１６が設けられており、回転スピンドル１３の穴を通したネジ１４をネジ穴に結合することでベース１２が回転スピンドル１３に固定される。このようにして、プラテンは図示していないスピンドルにより回転可能になる。

透明板１１は、アクリルで作られる。これは、アクリルは、機械的な強度が劣るが、軽量で、透明度及び加工性が良好であるという利点があるためである。穴１７に対応するネジ穴は、例えば、その部分に金属部材を埋め込んだ上でネジ穴加工して形成される。しかし、ＣＭＰ装置の仕様に応じて、透明板１１を透明塩化ビニール、ポリカーボネート及びガラスなど他の透明材料で作ることも可能である。透明塩化ビニール、ポリカーボネートは、アクリルより透明度が劣るが、機械的な強度が優れている。ガラスは、透明度及び機械的な強度は優れているが、重く、加工性に問題がある。いずれにしろ、ＣＭＰ装置の仕様やベースの構造などを勘案して適宜選定する。

透明板１１の上には、ポリウレタン製の透明な研磨パッド５が貼り付けられる。そして研磨時にはプラテンを回転し、研磨パッド５の上にスラリィを供給しながら、回転するウエハ保持機構８でウエハ７を研磨パッド７に押し付けてウエハ７の表面の研磨を行う。他の部分は従来例と同じである。

研磨時にウエハ７が位置する部分は、内筒部及び外筒部には位置しないようにする。そして、内筒部と外筒部の間の面積のうちリブが占める面積は２０％以下、すなわち、研磨パッド５の研磨に使用する部分の８０％以上がプラテンの下側から観察できるようになっている。

なお、研磨中に研磨面で熱が発生して研磨パッド５の温度が上昇するので、図示していない送風機構で、透明板１１の下面などに冷風を供給して冷却する。また、必要に応じて、従来のＣＭＰ装置に用いられている冷却液を循環させる冷却機構を使用して、透明板１１を冷却するようにしてもよい。

本実施例のＣＭＰ装置は、プラテン全体をアルミニューム又はステンレス鋼などで作っていた従来例に比べてプラテンの重量を大幅に低減できるので、駆動能力の小さい低コストのスピンドルを使用できる。

本実施例のＣＭＰ装置では、研磨パッド５の表面の大部分をプラテンの下側から観察できるので、研磨中のウエハ７の表面の状態をほぼ常時観察することができる。

本発明のＣＭＰ装置を使用することにより、ＣＭＰ装置のコストが低減されると共に、ＣＭＰプロセスのスループット、歩留まり、及び研磨精度などが向上するので、半導体デバイスの製造コストを低減できる。

ＣＭＰ装置の従来例の概略構成を示す図である。ＣＭＰ装置での研磨の終点検出のための従来の構成例を示す図である。本発明の実施例のＣＭＰ装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１…プラテン
５…研磨パッド
７…ウエハ
８…ウエハ保持機構
１１…透明板
１２…ベース

Claims

使用時に表面に研磨パッドが貼り付けられ、回転するプラテンと、
ウエハを前記研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転するウエハ保持機構とを備え、前記ウエハを研磨する化学機械研磨装置において、
前記プラテンは、
リブ構造を有し、回転軸に取り付けられる不透明なベースと、
前記ベース上に取り付けられ、円形の平坦な表面を有する透明板とを備え、
前記ベースの下側から前記透明板の表面が観察可能であることを特徴とする化学機械研磨装置。
前記ベースは、前記ベースの下側から前記透明板を観察した時に、前記透明板の面積の８０％以上を観察可能であるように構成されている請求項１に記載の化学機械研磨装置。