JP2007301713A - 研磨治具 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨布に直接接触して用いられる研磨治具による問題を抑制できるようにする。
【解決手段】ガラス織布、ガラス不織布などのシート状基材に、エポキシ樹脂よりなるマトリックス樹脂を含浸させたエポキシガラス板を加工することで形成された基部１０１と、基部１０１の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜１０２とから構成されたものである。研磨キャリア１００の周囲には、歯部が形成されている。研磨装置において、上記歯部が、太陽ギアと遊星ギアとに各々噛合し、太陽ギアが回転することにより、研磨キャリア１００が遊星運動する。このような研磨キャリア１００に設けられた収容領域１０３に、研磨対象のウエハが収容され、例えばこのウエハの両面が、研磨キャリア１００の両面側に配置される研磨布で研磨される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、研磨装置で研磨対象の基板を保持する研磨治具に関するものである。

半導体基板，磁気ディスク基板の製造などにおける基板の仕上げ工程や、半導体集積回路装置における埋め込み金属配線などの形成において、種々の研磨装置が用いられている。例えば、半導体基板の両面を研磨するために、図５に部分を示すような両面研磨装置が用いられている（特許文献１参照）。

図５は、両面研磨装置の部分的な構成を概略的に示す平面図（ａ）と断面図（ｂ）である。図５に示す両面研磨装置では、まず、両面研磨を行う半導体基板Ｗが研磨キャリア５０１で保持される。例えば、シリコンウエハの研磨の場合、シリコンウエハへの金属汚染を抑制するため、エポキシガラスより構成された研磨キャリア５０１が用いられる。研磨キャリア５０１には、図では省略している外周歯（歯部）を備える。この外周歯と太陽歯車５０２とリング状の内歯歯車５０３の各歯部を噛合させて回転させることで、研磨キャリア５０１は、自転と同時に公転（遊星運動）する。

また、研磨キャリア５０１及び半導体基板Ｗを挾むように、下定盤５０４と上定盤５０５とが配置されている。下定盤５０４及び上定盤５０５には、対向する面に研磨布５０４ａ及び研磨布５０５ａが貼着されている。このように構成された下定盤５０４と上定盤５０５は、互いに異なる方向に回転し、加えて、上定盤５０５に設けられた研磨剤供給穴５０６より、研磨剤が供給可能とされている。

このように構成された両面研磨装置によれば、互いに異なる方向に回転している下定盤５０４（研磨布５０４ａ）と上定盤５０５（研磨布５０５ａ）との間で、前述したように、研磨キャリア５０１とともに、半導体基板Ｗが自転，公転して移動し、また、上定盤５０５に設けられた研磨剤供給穴５０６より研磨剤が供給された状態となっている。これらの結果、研磨キャリア５０１に保持されている半導体基板Ｗは、研磨剤を介して研磨布５０４ａ及び研磨布５０５ａと摺動し、この摺動の中で、半導体基板Ｗの両面が、供給されている研磨剤中の砥粒により研磨される。

また、半導体基板上のデバイス作製の過程で形成されている表面の凹凸、例えば層間絶縁膜表面の凹凸を平坦化する化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）を行う片面研磨装置もある（特許文献２参照）。この片面研磨装置では、図６（ａ）に概略を示すように、研磨対象を保持する基板保持部６０９と、研磨布（研磨パッド）６０２が貼り付けられた研磨テーブル６１０とを備える。基板保持部６０９は、回転，揺動，加圧を行う図示しない機構が附帯され、研磨テーブル６１０には、図示しない回転機構が附帯している。また、図示していないが、研磨材を供給する研磨材供給手段も備える。

このように構成された研磨装置において、基板保持部６０９は、基板６０５の裏面にインサートパッド６０３と呼ばれる弾力性のある層を有し、また、基板６０５の外周に研磨中の基板６０５の横ずれを防止するリテナーリング６０１が設けられ、エアクッション６０７により荷重が加えられている。図６（ｂ）の平面図に示すように、リテナーリング６０１は、リング状に形成され、この内側の収容領域に研磨対象の基板６０５を保持する。

ところで、リテナーリング６０１は、基板６０５の横ずれ防止だけではなく、基板６０５の外周部の研磨異常を防止するようにもしている。研磨を行っているときは、研磨布６０２に、基板６０５が押し付けられ、基板６０５の外周部へ接触及び機械的圧力が掛かっている。このとき、押し付けられている反力で基板６０５の外周部から数ｍｍにわたって研磨布６０２が変形し、結果として、基板６０５外周部の研磨量が少なくなる現象が確認されている。特に、インサートパッド６０３の弾性率や、他の研磨条件によっては、研磨布６０２の変形領域が、基板６０５の外周部から数ｃｍにわたることもある。

ここで、次に示すようにすることで、上述した研磨異常を抑制することができる。まず、リテナーリング６０１と基板６０５との研磨布６０２に接触する面を同一高さとする。また、リテナーリング６０１の研磨布６０２に接触する幅を上述した研磨布６０２の変形領域以上とする。これらのことにより、研磨布６０２の変形領域が基板６０５の外周部にかかることが抑制される。

特開平９−２５４０２６号公報 特開平１１−２９１１６２号公報

ところで、図５に示した両面研磨装置においては、半導体基板Ｗとともに研磨キャリア５０１も研磨の対象となるため、研磨作業とともに研磨キャリア５０１は摩耗して消耗するものとなる。このため、従来では、所定回数の研磨を繰り返すと、研磨キャリア５０１を交換しており、研磨のコストを上昇させる原因となっていた。

また、図６に示した片面研磨装置においては、リテナーリング６０１が研磨布６０２に接触しているため、リテナーリング６０１を構成する材料の切削片が発生し、また、リテナーリング６０１により研磨布６０２に悪影響を与えるなどの新たな問題が発生していた。また、上述した研磨キャリア５０１と同様に、リテナーリング６０１も研磨の対象となるため、摩耗して消耗するものとなり、研磨のコストを上昇させる原因となっていた。

これらのように、従来の研磨装置においては、研磨キャリアやリテナーリングなどの、収容領域に研磨対象を保持する研磨治具は、研磨のときに研磨布に接触するために、自身が摩耗して消耗し、また、研磨布に悪影響を与えるなどの問題が発生していた。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、研磨布に直接接触して用いられる研磨治具による問題を抑制できるようにすることを目的とする。

本発明に係る研磨治具は、研磨装置の回転する定盤上で研磨される研磨対象の基板を収容領域に保持する研磨治具であって、収容領域が形成された基部と、この基部の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜とを少なくとも備えるものである。従って、研磨の時に、ダイヤモンドライクカーボン膜が研磨布などに接触するようになる。

上記研磨治具において、研磨治具は、例えば、円板状の基板の周囲に配置されるリング形状のリテナーリングである。また、研磨治具は、研磨装置の太陽ギアと遊星ギアとに各々噛合する歯部を周囲に備え、太陽ギアの回転により遊星運動をして収容領域に保持している研磨対象の基板と一体に回転することで、基板の表面を研磨するための研磨キャリアである。この場合、収容領域の周囲に配置された収容領域より小さい開口部を備えるようにしてもよい。なお、研磨治具の基部は、例えば、エポキシガラスもしくはステンレス鋼から構成されたものである。

以上説明したように、本発明によれば、研磨治具の表面にダイヤモンドライクカーボン膜が形成されているようにしたので、研磨布に直接接触して用いられる研磨治具による問題が抑制できるようになるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。以下では、研磨治具として、図５を用いて説明した両面研磨装置に用いられる研磨キャリアを例にして説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る研磨キャリア１００の構成を示す平面図（ａ）と一部断面図（ｂ）である。図１に示す研磨キャリア１００は、例えば、ガラス織布、ガラス不織布などのシート状基材に、エポキシ樹脂よりなるマトリックス樹脂を含浸させたエポキシガラス板を加工することで形成された基部１０１と、基部１０１の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜１０２とから構成されたものである。

図では、簡略化して示しているが、研磨キャリア１００（基部１０１）の周囲には、歯部が形成されている。研磨装置において、上記歯部が、太陽ギアと遊星ギアとに各々噛合し、太陽ギアが回転することにより、研磨キャリア１００が遊星運動する。このような研磨キャリア１００に設けられた収容領域１０３に、研磨対象の基板（ウエハ）が収容され、例えばこのウエハの両面が、研磨キャリア１００の両面側に配置される研磨布で研磨されるものとなる。なお、図１に示す研磨キャリア１００では、収容領域１０３により多くの砥粒を供給するための開口部１０４を備える。開口部１０４は、収容領域１０３より小さく形成されている。

このように構成された研磨キャリア１００によれば、表面にＤＬＣ膜１０２が形成されているため、ＤＬＣ膜を形成していない場合に比較して、耐摩擦摩耗特性が向上し、より多くの研磨回数に耐えられるようになる。ＤＬＣは、いわゆるｓｐ３混成軌道により結合する炭素を一部に含むアモルファス状の構造と考えられている。このようなＤＬＣの膜は、よく知られているように、アモルファス構造のため結晶粒界を持たず、非常に平滑な表面をしている。このような、表面の平滑性に加え、炭素材料としての物性が、ＤＬＣ膜に、高硬度，小さな摩擦係数，優れた耐摩擦摩耗性及び高い化学的安定性を付与していると考えられている。

なお、図１に示す研磨キャリア１００では、収容領域１０３の内側側面１０５には、ＤＬＣ膜が形成されていない。収容領域１０３には、研磨対象の基板が収容されるため、この基板の端面が内側側面１０５に接触することになる。このとき、内側側面１０５の上にＤＬＣ膜が形成されていると、ＤＬＣ膜が高い硬度を有しているため、基板の端面に傷などを発生させる原因となる。このような基板の損傷を防ぐため、内側側面１０５にはＤＬＣ膜が形成されていないようにした方がよい。また、内側側面１０５は、基板を研磨するときに、研磨の対象領域とはならないため、ここにＤＬＣ膜が形成されていなくても、研磨キャリア１００の耐摩擦摩耗特性に影響を与えることがほとんどない。

次に、研磨キャリア１００の製造方法について説明する。まず、エポキシガラス板を用意し、図１に示す研磨キャリア１００の形状に加工して基部１０１が形成された状態とする。次いで、内側側面１０５の部分にマスクを形成し、この状態で基部１０１の露出している表面に、ＤＬＣ膜１０２が形成された状態とする。この後、上記マスクを除去することで、図１に示す研磨キャリア１００が形成された状態が得られる。

また、エポキシガラス板を用意し、まず、収容領域１０３は形成せず、歯部及び開口部１０４が形成された状態とし、この表面にＤＬＣ膜が形成された状態とする。この後、収容領域１０３を形成することで、内側側面１０５にはＤＬＣ膜が形成されていない研磨キャリア１００が形成可能である。なお、基部１０１は、エポキシガラスより構成されているので、加工が容易である。

ここで、ＤＬＣ膜１０２の製造方法について説明する。ＤＬＣ膜１０２は、例えば、ベンゼン（Ｃ₆Ｈ₆）や芳香族炭化水素を炭素源とした熱フィラメントを用いたイオン化蒸着法，メタン（ＣＨ₄）などの炭化水素ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成可能である。また、ＤＬＣ膜１０２は、アセチレンガスを用いてグラファイトをターゲットとしたスパッタ法により形成することも可能である。また、固体のグラファイトを陰極として用い、真空中でアーク放電を発生させ、炭素のプラズマを生じさせ、プラズマ状態になっている炭素イオンを堆積させるアーク式イオンプレーティング法により、ＤＬＣ膜１０２を形成することも可能である。

ところで、図２の平面図に示すように、研磨キャリア１００の収容領域１０３に、リング状のスペーサ２０１を介して処理対象のウエハを収容するようにしてもよい。このようにスペーサ２０１を用いる場合、収容領域１０３の内側側面とウエハとが接触することがないので、内輪が側面にもＤＬＣ膜が形成されていてもよい。

また、上述では、収容領域が１つの場合について説明したが、これに限るものではなく、複数の収容領域を備えるようにしてもよい。例えば、図３（ａ）に示すように、３つの収容領域３０３及び複数の開口部３０４を備えた研磨キャリア３００の表面に、ＤＬＣ膜３０２が形成されているようにしてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、４つの収容領域３１３を備えた研磨キャリア３１０の表面に、ＤＬＣ膜３１２が形成されているようにしてもよい。なお、上述では、基部１０１がエポキシガラス板から構成されている場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、基部が、ステンレス鋼などの他の材料から構成されていてもよい。

次に、本発明の実施の形態における他の研磨治具について説明する。以下では、研磨治具として、図６を用いて説明した片面研磨装置のリテナーリングを例にして説明する。図４は、本発明の実施の形態に係るリテナーリング４００の構成を示す平面図（ａ）と一部断面図（ｂ）である。図４に示すリテナーリング４００は、例えば、ステンレス鋼板を加工することで形成された基部４０１と、基部４０１の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜４０２とから構成されたものである。このようなリテナーリング４００に設けられた収容領域４１１に、研磨対象の基板（ウエハ）が収容され、例えばこのウエハの研磨対象面が、リテナーリング４００の一方の面側に配置される研磨布で研磨されるものとなる。

このように構成されたリテナーリング４００によれば、表面にＤＬＣ膜４０２が形成されているため、ＤＬＣ膜を形成していない場合に比較して、接触する研磨布との摩擦が低減するので、研磨布に対する負荷を低減することができる。また、当然ながら、図４に示すリテナーリング４００においても、表面の耐摩擦摩耗特性が向上し、より多くの研磨回数に耐えられるようになる。

ＤＬＣは、いわゆるｓｐ３混成軌道により結合する炭素を一部に含むアモルファス状の構造と考えられている。このようなＤＬＣの膜は、よく知られているように、アモルファス構造のため結晶粒界を持たず、非常に平滑な表面をしている。このような、表面の平滑性に加え、炭素材料としての物性が、ＤＬＣ膜に、高硬度，小さな摩擦係数，優れた耐摩擦摩耗性及び高い化学的安定性を付与していると考えられている。

また、リテナーリングは、前述したように、研磨対象の基板の外周部の領域で発生する研磨布の変形を抑制するためにも用いられているが、リテナーリングと研磨布との摩擦が大きいと、研磨加工中に研磨布に撓みなどの新たな変形を発生させる場合がある。これに対し、図４に示すリテナーリング４００によれば、表面にＤＬＣ膜４０２が形成されて摩擦が低減されているので、リテナーリングが接触することで発生する研磨加工中の研磨布の変形が抑制されるようになる。この結果、研磨対象のウエハの平坦化精度をより向上させることが可能となる。

ここで、ＤＬＣ膜４０２の製造方法について説明する。ＤＬＣ膜４０２は、例えば、ベンゼン（Ｃ₆Ｈ₆）や芳香族炭化水素を炭素源とした熱フィラメントを用いたイオン化蒸着法，メタン（ＣＨ₄）などの炭化水素ガスを用いたプラズマＣＶＤ法により形成可能である。また、ＤＬＣ膜４０２は、アセチレンガスを用いてグラファイトをターゲットとしたスパッタ法により形成することも可能である。また、固体のグラファイトを陰極として用い、真空中でアーク放電を発生させ、炭素のプラズマを生じさせ、プラズマ状態になっている炭素イオンを堆積させるアーク式イオンプレーティング法により、ＤＬＣ膜４０２を形成することも可能である。

なお、上述した本発明に係る研磨治具は、Ｓｉウエハ，ＳｉＣウエハ，化合物半導体ウエハ，水晶ウエハ，サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）ウエハ，フォトマスク用石英基板，液晶表示装置用ガラス基板，セラミックス基板，及び光学部品としての基板などを研磨する、両面装置及び片面研磨装置において用いられるウエハ押さえ治具やウエハ保持治具として適用可能である。また、上記研磨治具は、いわゆるダマシン法などに用いられる化学的機械的研磨に適用することも可能であることは、いうまでもない。また、研磨対象の基板としては、直径２〜１０００ｍｍの円形基板や、対角線の長さが５〜３０００ｍｍの矩形基板が適用可能である。

本発明の実施の形態に係る研磨治具としての研磨キャリア１００の構成を示す平面図（ａ）と一部断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態に係る他の研磨キャリアの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る他の研磨キャリアの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係る研磨治具としてのリテナーリング４００の構成を示す平面図（ａ）と一部断面図（ｂ）である。 両面研磨装置の構成例を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 片面研磨装置の構成例を示す断面図（ａ）及び一部平面図（ｂ）である。

符号の説明

１００…研磨キャリア、１０１…基部、１０２…ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）膜、１０３…収容領域、１０４…開口部、１０５…内側側面、４００…リテナーリング、４０１…基部、４０２…ダイヤモンドライクカーボン膜、４１１…収容領域。

Claims (6)

1. 研磨装置の回転する定盤上で研磨される研磨対象の基板を収容領域に保持する研磨治具であって、
   前記収容領域が形成された基部と、
   この基部の表面に形成されたダイヤモンドライクカーボン膜と
   を少なくとも備えることを特徴とする研磨治具。
2. 請求項１記載の研磨治具において、
   前記研磨治具は、
   円板状の前記基板の周囲に配置されるリング形状のリテナーリングである
   ことを特徴とする研磨治具。
3. 請求項１記載の研磨治具において、
   前記研磨治具は、前記研磨装置の太陽ギアと遊星ギアとに各々噛合する歯部を周囲に備え、前記太陽ギアの回転により遊星運動をして前記収容領域に保持している研磨対象の基板と一体に回転することで、前記基板の表面を研磨するための研磨キャリアである
   ことを特徴とする研磨治具。
4. 請求項３記載の研磨治具において、
   前記収容領域の周囲に配置された前記収容領域より小さい開口部を備える
   ことを特徴とする研磨治具。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨治具において、
   前記基部は、エポキシガラスから構成されたものである
   ことを特徴とする研磨治具。
6. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の研磨治具において、
   前記基部は、ステンレス鋼から構成されたものである
   ことを特徴とする研磨治具。

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