JP2006239808A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複雑な構造をとることなく、より簡便に研磨パッドと定盤の間の空気泡を除去する。
【解決手段】 ウェハ１０２の表面１０４を研磨する研磨パッド１０６を、上面１０８で保持可能な定盤１１０を備えた研磨装置１００であって、定盤１１０の上面１０８に形成され両端が上面１０８の外縁まで延びる溝１１４を有し、研磨パッド１０６が定盤１１０に保持された際に的確に空気が溝１１４に押し出されるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ウェハの表面を平坦に研磨するための研磨装置に関する。

ウェハの表面を均一に平坦化するために、機械的化学的研磨装置（ＣＭＰ装置）が一般的に用いられている。この研磨装置は、ウェハの表面を下方に向けてウェハを支持するヘッド部と、ウェハの表面を研磨する研磨パッドと、この研磨パッドを平坦に形成された上面で支持する定盤と、を有している。この研磨装置では、ヘッド部を用いてウェハを定盤側へ押しつけ、ウェハの表面と研磨パッドの接触部分にスラリを供給しつつ、ヘッド部及び定盤を回転させることにより、ウェハの表面が研磨される。ここで、研磨時の発熱によるウェハ表面の温度上昇を抑制してプロセス条件の変動を小さくするべく、定盤の上面側内部に冷却水が流通する冷却水路が形成される。

この研磨装置では、定盤が平面視で円形を呈し、円盤状に形成された研磨パッドが定盤の上面に保持される。研磨パッドの下面には両面テープ等の貼接部材が一体的に設けられ、研磨パッドが定盤の上面に貼着されるようになっている。

このとき、平板状に形成された研磨パッドは比較的撓みやすく、十分な作業スペースが確保し難いことと相俟って、貼着作業時に研磨パッドと定盤との間に空気が残存して空気泡が形成されるという問題点があった。このように空気泡が形成されると、研磨パッドにおける空気泡の形成部分が隆起し、ウェハ研磨時に当該部分に圧力が集中してしまい、ウェハ表面を全面にわたって均一に研磨することができなくなるし、偏摩耗により研磨パッドの寿命が縮むという問題点があった。

この問題点を解決すべく、定盤を上面から下面に向かって貫通する貫通孔を複数形成し、各貫通孔から吸引装置を用いて空気を吸引するものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、研磨パッドの貼接部材に溝を形成し、溝を通じて空気を外部へ排出するものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平１１−７７５２３号公報 特開２０００−３０６８７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の研磨装置では、定盤の載置部に、上下方向へ延びる貫通孔を冷却水路と交差しないよう形成する必要がある。すなわち、貫通孔の加工が極めて困難であるし、貫通孔のレイアウトが制約されるという欠点がある。さらに、貫通孔から定盤上面の空気を吸引する吸引手段が必要となるので、装置構成が複雑となるとともに部品点数が増大するという問題点もある。

また、特許文献２に記載の研磨装置では、研磨パッドの貼接部材に溝を形成したことから、加工時における溝の深さのばらつきにより、研磨パッドを交換する度に溝の深さが変化する。また、研磨パッドの貼接部材が比較的軟質であることから、研磨パッドに対する圧力の加わり方、研磨パッドと定盤の接触状態等により、溝の深さは比較的簡単に変化する。これにより、研磨パッドの平面度を確保することができず、結局のところ、ウェハ表面を全面にわたって均一に研磨することができず、偏摩耗により研磨パッドの寿命が縮むという問題点が生じることとなり、安定的にウェハの表面を処理することができない。
すなわち、特許文献１又は２に記載の研磨装置のような複雑な構造をとることなく、より簡便に研磨パッドと定盤の間の空気泡を除去することがのぞまれている。

本発明によれば、ウェハの表面を研磨する研磨パッドを、上面で保持可能な定盤を備え、前記定盤の上面に形成され、両端が該上面の外縁まで延びる溝を有することを特徴とする研磨装置が提供される。

この研磨装置においては、定盤の上面に溝が形成されているので、研磨パッドを定盤の上面に保持させる際に、研磨パッドと定盤の間に入り込んだ空気は溝内に押し出される。これにより、研磨パッドと定盤の間に気泡が生じることはない。ここで、溝は両端が定盤の上面の外縁まで延びていることから、研磨パッドが定盤の上面に保持された状態で、溝内は装置外部と連通している。尚、ここでいう「溝」とは、所定の深さを有して定盤の上面にて水平方向に延びるものであり、定盤を上下に貫通する孔状のものは含まない。

従って、溝内に押し出される空気が比較的多量であっても、溝内の空気が排出される。すなわち、研磨パッドと定盤上面の間に溜まる空気により研磨パッドの一部が他部に比して隆起することはない。

また、比較的硬質の定盤に溝を形成したことから、研磨パッドの保持状態により局所的に溝の深さが変化することはない。この結果、研磨パッドが定盤に対して傾斜することはなく、研磨パッドは定盤の上面と平行に支持される。すなわち、比較的軟質の研磨パッド側に溝を形成したもののように、溝の深さが変化して平面度が損なわれることはない。

さらに、定盤の内部には冷却水が流通する冷却水路が形成されることとなるが、溝を定盤の上面に形成したので、冷却水路と溝の互いの位置や形状が制約されることはなく、比較的自由に溝を形成することができる。また、定盤の上面に溝を形成すればよいので定盤の加工が簡単容易であるし、研磨パッドと定盤上面の間の空気を排出する装置等を別途設ける必要もないので構成が簡単であり、実用に際して極めて有利である。

本発明の研磨装置によれば、定盤上面に溝を形成したことにより簡便に空気泡を除去することができ、ウェハの表面を全面にわたって研磨量が一定で均一に加工することができるし、研磨パッドの偏摩耗を防止することができるなど、ウェハの安定的な研磨処理が実現される。

図面を参照しつつ、本発明による研磨装置の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は本発明の一実施形態を示す研磨装置の外観斜視説明図である。
図１に示すように、この研磨装置１００は、ウェハ１０２の表面１０４を研磨する研磨パッド１０６を、上面１０８で保持可能な定盤１１０を備えている。平板状に形成された研磨パッド１０６の下面には、一体的に貼接部材１１２が設けられている。また、この研磨装置１００は、定盤１１０の上面１０８に形成され、両端が上面１０８の外縁まで延びる溝１１４を有している。

この研磨装置１００は、ＣＭＰ装置と呼ばれるものであり、ウェハ１０２の表面を均一に平坦化する際に用いられる。半導体製造時におけるＣＭＰとしては、ＳＴＩのＣＭＰ、層間絶縁膜のＣＭＰ、プラグのＣＭＰ、ダマシンのＣＭＰ等が挙げられる。

図１に示すように、研磨装置１００は、ウェハ１０２の表面１０４を下方に向けてウェハ１０２を支持するヘッド部１１６を有する。ヘッド部１１６は、上下方向へ移動自在で、且つ、上下方向を軸として回転自在に構成される。そして、ウェハ１０２の研磨の際には、ヘッド部１１６を移動させてウェハ１０２を定盤１１０側へ押しつけ、ヘッド部１１６を回転させる。

ここで、定盤１１０も上下方向を軸として回転自在となっており、ヘッド部１１６を回転させるとともに定盤１１０を回転させ、定盤１１０の上方でウェハ１０２に円形の軌跡を描かせるようになっている。また、研磨装置１００は、ウェハ１０２の表面１０４と研磨パッド１０６の接触部分にスラリを供給するスラリ供給部１１８を有する。

図２は定盤の上面図である。
図２に示すように、定盤１１０の上面１０８は、平面視で円形を呈し、表面には前述の溝１１４が形成されている。定盤１１０の上面１０８により、研磨パッド１０６が保持される。ここで、溝１１４は、上面１０８に形成されたものであって、定盤１１０を上下方向に貫通するものではない。本実施形態においては、溝１１４は直線状に形成される。また、溝１１４は複数形成され、各溝１１４が格子状に配される。ここで、同方向へ延びる溝１１４同士は互いに等間隔となるよう形成されており、図２に示すように、上面１０８が溝１１４により多数の正方形部分に仕切られている。

図３は図２のＡ−Ａ断面図である。
図３に示すように、各溝１１４は、断面が角形状となるよう形成される。各溝１１４は同一の断面形状を呈する。

図３に示すように、定盤１１０は、冷却水が流通する冷却水路１２０を内部に有する。そして、溝１１４は冷却水路１２０より上側に形成されている。具体的に、この冷却水路１２０は、定盤１１０内に平面視で円形状に形成された周回区間１２２ａと、この周回区間１２２ａに冷却水を供給する供給区間１２２ｂと、周回区間１２２ａから冷却水を排出する排出区間１２２ｃを有する。供給区間１２２ｂ及び排出区間１２２ｃは、定盤１１０の軸中心を上下方向へ延び、上面１０８側で周回区間１２２ａへ向かって水平に延びるようになっている。このように定盤１１０の上面１０８側を冷却することにより、研磨により生じた熱によるウェハ１０２の表面１０４の温度上昇が抑制される。

この定盤１１０の上面１０８には、研磨パッド１０６の下面が貼接部材１１２を利用して貼着される。この貼接部材１１２は、例えば両面テープにより構成される。これにより、研磨パッド１０６は、定盤１１０の上面１０８の全体にわたって貼着される。

研磨パッド１０６は、定盤１１０の上面１０８とほぼ同径の円盤状に形成される。ここで、研磨パッド１０６は、独立発泡構造であっても連続発泡構造であってもよいし、これらを組み合わせた２層構造や無発泡構造であってもよい。

以上のように形成された研磨装置１００においては、定盤１１０の上面１０８に溝１１４が形成されているので、研磨パッド１０６を定盤１１０の上面１０８に保持させる際に、研磨パッド１０６と定盤１１０の間に入り込んだ空気は溝１１４内に押し出される。これにより、研磨パッド１０６と定盤１１０の間に気泡が生じることはない。ここで、溝１１４は両端が定盤１１０の上面１０８の外縁まで延びていることから、研磨パッド１０６が定盤１１０の上面１０８に保持された状態で、溝１１４内は装置外部と連通している。

従って、溝１１４内に押し出される空気が比較的多量であっても、溝１１４内の空気が排出される。すなわち、研磨パッド１０６と定盤１１０の上面１０８の間に溜まる空気により研磨パッド１０６の一部が他部に比して隆起することはない。

また、比較的硬質の定盤１１０に溝１１４を形成したことから、研磨パッド１０６の保持状態により局所的に溝１１４の深さが変化することはない。この結果、研磨パッド１０６が定盤１１０に対して傾斜することはなく、研磨パッド１０６は定盤１１０の上面１０８と平行に支持される。すなわち、比較的軟質の研磨パッド側に溝を形成したもののように、溝の深さが変化して平面度が損なわれることはない。

さらに、定盤１１０の内部には冷却水が流通する冷却水路１２０が形成され、溝１１４を定盤１１０の上面１０８に形成したので、冷却水路１２０と溝１１４の互いの位置や形状が制約されることはなく、比較的自由に溝１１４を形成することができる。また、定盤１１０の上面１０８に溝１１４を形成すればよいので定盤１１０の加工が簡単容易である。さらに、研磨パッド１０６と上面１０８の間の空気を排出する装置等を別途設ける必要もないので構成が簡単であり、実用に際して極めて有利である。

このように、本実施形態の研磨装置１００によれば、定盤１１０の上面１０８に溝１１４を形成したことにより簡便に空気泡を除去することができ、ウェハ１０２の表面１０４を全面にわたって研磨量が一定で均一に加工することができるし、研磨パッド１０６の偏摩耗を防止することができるなど、ウェハ１０２の安定的な研磨処理が実現される。

また、本実施形態の研磨装置１００によれば、直線状の各溝１１４を格子状に配して正方形の領域に仕切られるようにしたので、研磨パッド１０６の保持時に定盤１１０の上面１０８に生じた気泡は速やかに各溝１１４に排出される。また、溝１１４内に流入した空気の排出経路が多岐にわたるので、空気が溝１１４の特定部分に溜まるということもない。

また、本実施形態の研磨装置１００によれば、各溝１１４の断面を角形状に形成したので、断面を比較的大きく形成することができ、空気の逃げ場の容積を大きく確保することができる。これにより、各溝１１４の深さを比較的浅く形成することができ、これによっても定盤１１０の加工が容易となるし、冷却水路１２０との距離を大きく確保して各溝１１４と冷却水路１２０が近接することによる定盤１１０の剛性低下を回避することができる。

尚、前記実施形態においては、各溝１１４を直線状に形成したものを示したが、例えば図４及び図５に示すように各溝２１４，３１４を平面視で曲線状や略Ｕ字状に形成してもよい。図４には各溝２１４を略Ｕ字状に形成したもの、図５には各溝３１４を曲線状に形成したものをそれぞれ示す。すなわち、定盤１１０の上面１０８の溝１１４，２１４，３１４が両端が上面１０８の外縁まで延びるよう形成されていれば、溝１１４，２１４，３１４の形状は問わない。

また、前記実施形態においては、直線状の各溝１１４を格子状に交差させたものを示したが、直線状であっても曲線状であっても少なくとも１組の溝が互いに交差するよう構成すれば、溝１１４内に流入した空気の排出経路が多岐にわたることになる。また、各溝１１４を格子状に形成するにしても、各溝１１４を等間隔とする必要はなく、例えば、研磨パッド１０６と定盤１１０の上面１０８の間で空気が溜まりやすい部分の溝１１４の間隔を比較的狭くしたりしてもよい。

また、前記実施形態においては、溝１１４の断面を角形状に形成したものを示したが、溝１１４の断面を略半円状に形成したり、略Ｖ字状に形成したりしてもよいことは勿論である。

また、前記実施形態においては、単一回転運動を行う研磨装置１００を示したが、小円運動やリニア運動を行う研磨装置１００であってもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態を示す研磨装置の概略外観図である。 定盤の上面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 変形例を示す定盤の上面図である。 変形例を示す定盤の上面図である。

符号の説明

１００ 研磨装置
１０２ ウェハ
１０４ 表面
１０６ 研磨パッド
１０８ 上面
１１０ 定盤
１１２ 貼接部材
１１４ 溝
１１６ ヘッド部
１１８ スラリ供給部
１２０ 冷却水路
１２２ａ 周回区間
１２２ｂ 供給区間
１２２ｃ 排出区間
２１４ 溝
３１４ 溝

Claims (6)

1. ウェハの表面を研磨する研磨パッドを、上面で保持可能な定盤を備え、
   前記定盤の上面に形成され、両端が該上面の外縁まで延びる溝を有することを特徴とする研磨装置。
2. 前記定盤は、冷却水が流通する冷却水路を内部に有し、
   前記溝は前記冷却水路より上側に形成されることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記溝を複数形成し、少なくとも１組の前記溝が互いに交差するよう構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
4. 前記溝を直線状に形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の研磨装置。
5. 前記溝を複数形成し、各溝を格子状に配したことを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
6. 前記溝を、断面が角形状となるよう形成したことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の研磨装置。

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