JP2008062355A - 研磨装置及び電子装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リテーナリングの破損を抑制し、効率良く、また高い歩留まりで研磨を行える研磨装置を提供する。
【解決手段】被処理基板を研磨する研磨装置は、表面に研磨パッドを担持した回転研磨テーブルと、前記被処理基板を前記研磨パッドに、回転させながら押圧する研磨ヘッドとよりなり、前記研磨ヘッドは前記被処理基板を、リテーナリングにより保持し、
前記リテーナリングは、樹脂よりなり前記研磨パッドに当接する樹脂リングと前記樹脂リングを保持する上部リングとよりなり、前記上部リングが前記樹脂リングに接する前記上部リングの接合面には、少なくとも第１および第２の、凸形状または凹形状のパターンが形成され、前記樹脂リングが前記上部電極に接する前記樹脂リングの接合面には、前記上部電極の接合面に形成された前記凸形状または凹形状のパターンにそれぞれ対応した相補形状で、少なくとも第３および第４の凹形状または凸形状のパターンが形成されている。
【選択図】図７

Description

本発明は一般に電子装置の製造に係り、特にかかる電子装置の製造に使われる化学機械研磨装置に関する。

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、当初Ｃｕ多層配線構造をダマシン法あるいはデュアルダマシン法により形成する技術として実用化がなされたが、研磨により被処理面にほぼ理想的な平坦面が得られることから、焦点深度の浅い高分解能露光工程を含むフォトリソグラフィ工程と組み合わせた場合に特に有利であり、今日では、集積密度の高い半導体集積回路装置や高分解能表示装置の製造に必須な技術として、広く使われている。
特開２００５−３４９５９号公報 特開２０００−３０１４５２号公報

図１は、本発明の関連技術による研磨装置１００の構成を示す。

図１を参照するに、研磨装置１００は回転する研磨テーブル１０２上に研磨パッド１０１が装着されており、ウェハなどの被処理基板１０３が研磨ヘッド１０４により、回転されながら、前記研磨テーブル１０２の表面に所定の圧力で押圧される。

さらに図１の研磨装置１００では、前記研磨パッド１０１上に液状の研磨材（スラリ）１０６が供給ノズル１０５より供給され、前記研磨パッド１０１と被処理基板１０３の接触部では、前記スラリが前記被処理基板表面と化学反応を生じる。その際、形成された反応生成物が、スラリ中の砥粒、あるいは研磨パッドの機械的作用により除去される。またかかる化学機械研磨では、砥粒を含まないスラリを使う場合もある。

さらに前記研磨パッド１０１の表面状態を維持するために、前記研磨テーブル１０２上には、前記研磨ヘッド１０４が形成される位置とは異なった位置に、目立て装置１０７が形成される。

図２は、前記研磨ヘッド１０４の詳細を示す。

図２を参照するに、研磨ヘッド１０４は被処理基板１０３を加圧して研磨パッド１０１に押圧するメンブレン１２１を含み、前記メンブレン１２１および被処理基板１０３は、リテーナリング１２２により保持される。前記リテーナリング１２２は前記メンブレン１２１および被処理基板１０３を保持するのみならず、前記研磨パッド１０１に押圧され、これにより研磨の面内分布を向上させることできる。

図３は、前記図２のリテーナリング１２２の詳細を示す。

図３を参照するに、リテーナリング１２２はステンレススチールなどの金属部材よりなる上部リング１２２ａと、その下に形成され研磨パッド１０１に押圧される樹脂リング１２２ｂよりなり、前記樹脂リング１２２ｂは前記上部リング１２２ａに接合面１２２ｃにおいて、接着剤により接着されている。

ところで、最近の研磨装置では、電子装置の生産性向上のため、３０ｃｍ径のウェハを研磨する機会が増大している。ところが、このような大径のウェハを研磨する場合、前記接合面１２２ｃが破断することがあるのが見いだされた。

また前記樹脂リング１２２ｂと上部リング１２２ａをネジ止めする構成のリテーナリングの場合にも、このような接合面での破断が、ネジ止め部分の周囲で生じることがあるのが見いだされた。

このように樹脂リング１２２ｂと上部リング１２２ａの接合面に破断が生じると、研磨装置が破損するばかりでなく、破片が研磨パッド１０１上に落ち、研磨工程の歩留まりを低下させる原因となる。

このような樹脂リング１２２ｂと上部リング１２２ａの間の破断は、被処理基板１０３の径の増大に伴い、リテーナリング外周部での研磨パッドとの間の摩擦が増大し、樹脂リング１２２ｂに印加される応力が増大して生じるものと考えられる。

そこで、このような樹脂リング１２２ｂと上部リング１２２ａの間の破断は、例えば前記リテーナリング１２２の全体を樹脂で一体形成すれば回避されるとも考えらようが、このような樹脂一体構成のリテーナリングであっても、このような樹脂リングは研磨ヘッド１０４を構成する金属製部材に、いずれかの箇所において結合する必要があるため、このような結合部における破断の問題は、この結合を接着剤で行うにせよネジ止めで行うにせよ、回避することができない。

発明者は、被処理基板を研磨する研磨装置であって、表面に研磨パッドを担持した回転研磨テーブルと、前記被処理基板を前記研磨パッドに、回転させながら押圧する研磨ヘッドとよりなり、前記研磨ヘッドは前記被処理基板を、リテーナリングにより保持し、前記リテーナリングは、樹脂よりなり前記研磨パッドに当接する樹脂リングと前記樹脂リングを保持する上部リングとよりなり、前記上部リングが前記樹脂リングに接する前記上部リングの接合面には、少なくとも第１および第２の、凸形状または凹形状のパターンが形成され、前記樹脂リングが前記上部電極に接する前記樹脂リングの接合面には、前記上部電極の接合面に形成された前記凸形状または凹形状のパターンにそれぞれ対応した相補形状で、少なくとも第３および第４の凹形状または凸形状のパターンが形成されている研磨装置、及びそれを用いた電子装置の製造方法を提案する。

前記リテーナリングを構成する上部リングと樹脂リングを接合する際に、前記上部リングの接合面に少なくとも前記第１および第２の凸または凹パターンを形成し、前記樹脂リングの接合面に少なくとも前記第３および第４の、それぞれ前記第１および第２のパターンに相補形状の凹または凸パターンを形成することにより、前記樹脂リングに大きな応力が印加されても樹脂リングと上部リングの接合が損傷することがなく、所望の研磨工程を効率良く、かつ高い歩留まりで実効することができる。

［第１の実施形態］
図４は、本発明の第１の実施形態による研磨装置１０の構成を示す。

図１を参照するに、研磨装置１０は回転する研磨テーブル１２上に研磨パッド１１が装着されており、ウェハなどの被処理基板１３が研磨ヘッド１４により、回転されながら、前記研磨テーブル１２の表面に所定の圧力で押圧される。

さらに図１の研磨装置１０では、前記研磨パッド１１上に液状の研磨材（スラリ）１６が供給ノズル１５より供給され、前記研磨パッド１１と被処理基板１３の接触部では、前記スラリが前記被処理基板表面と化学反応を生じる。その際、形成された反応生成物が、スラリ中の砥粒、あるいは研磨パッドの機械的作用により除去される。またかかる化学機械研磨では、砥粒を含まないスラリを使う場合もある。

さらに前記研磨パッド１１の表面状態を維持するために、前記研磨テーブル１２上には、前記研磨ヘッド１４が形成される位置とは異なった位置に、目立て装置１７が形成される。

図４の研磨装置では、前記研磨ヘッド１４を前記研磨パッド１１に所定圧力で押圧し、前記研磨ヘッド１４および研磨テーブル１２をそれぞれの回転数で回転させ、前記スラリ１６を滴下することにより、前記被処理基板１３表面の化学機械研磨がなされる。

図４の研磨装置１０では、前記被処理基板１３として、従来の２０ｃｍ径のシリコンウェハのみならず、３０ｃｍ径あるいはさらに大径のシリコンウェハの研磨が可能であり、前記研磨ヘッド１４は、このような大径の半導体ウェハを保持することができる。

なお上記の研磨条件、スラリ、さらに研磨パッド１１は、被処理基板１３上で研磨したい膜に応じて適宜変更される。

図５は、前記研磨ヘッド１４の詳細を示す。

図５を参照するに、研磨ヘッド１４は被処理基板１３を加圧して研磨パッド１１に押圧するメンブレン２１を含み、前記メンブレン２１および被処理基板１３は、リテーナリング２２により保持される。前記リテーナリング２２は前記メンブレン２１および被処理基板１３を保持するのみならず、前記研磨パッド１１に押圧され、これにより研磨の面内分布を向上させることできる。

図６は、前記図２のリテーナリング２２の詳細を示す。

図６を参照するに、リテーナリング２２はステンレススチールなどの金属部材よりなる上部リング２２ａと、その下にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの樹脂により形成され研磨パッド１１に押圧される樹脂リング２２ｂよりなり、前記樹脂リング２２ｂは前記上部リング２２ａに接合面２２ｃにおいて、接着剤により接着されている。

図７（Ａ）は、前記上部リング２２ａを下方から見た平面図を、図７（Ｂ）は、前記上部リング２２ａの図７（Ａ）中、線Ａ−Ａ'に沿った断面図を示す。

図７（Ａ），（Ｂ）を参照するに、前記上部リング２２ａの下面２２ｃ₁は、図６の接合面２２ｃの一方を形成し、前記上部リング２２ａに沿って一周する溝２３ａ₁よりなる第1のパターンと、径方向に形成された複数の溝２３ａ₂よりなる第2のパターンとが形成されている。

図８（Ａ）は、前記樹脂リング２２ｂを上方から見た平面図を、図８（Ｂ）は、前記樹脂リング２２ｂの図８（Ａ）中、線Ｂ−Ｂ'に沿った断面図を示す。

図８（Ａ），（Ｂ）を参照するに、前記樹脂リング２２ｂの上面２２ｃ₂は、図６の接合面２２ｃの他方を形成し、前記樹脂リング２２ｂに沿って一周する凸部２３ｂ₁よりなる第1のパターンと、径方向に形成された複数の凸部２３ｂ₂よりなる第2のパターンとが形成されている。

前記凸部２３ｂ₁は前記凹部２３ａ₁に対応して、相補的な形状で形成されており、また前記凸部２３ｂ₂も前記凹部２３ａ₂に対応して相補的な形状で形成されている。そこで前記上部リング２２ａと樹脂リング２２ｂが図６に示すように結合された場合、図９（Ａ）の断面図に示すように、前記凸部２３ｂ₁は前記溝２３ａ₁にかみ合い、同様に図示は省略するが凸部２３ｂ₁も前記溝２３ａ₂にかみ合う。

そこで図６に示すリテーナリング２２を、このように前記上部リング２２ａと樹脂リング２２ｂがかみ合った状態で両者を接着剤で固定することにより、前記樹脂リング２２ｂに作用する応力は前記凸部２３ｂ₁，２３ｂ₂および溝部２３a₁，２３ａ₂に分散されて支えられ、前記接合面２２ｃにおいて上部リング２２ａと樹脂リング２２ｂが破断する問題が回避される。

また図９（Ｂ）に示すように、前記上部リング２２ａと樹脂リング２２ｂの結合をネジ２２ｄを使って行った場合でも、前記前記樹脂リング２２ｂに作用する応力は前記凸部２３ｂ₁，２３ｂ₂および溝部２３a₁，２３ａ₂に同様に分散されて支えられ、前記接合面２２ｃにおいて上部リング２２ａと樹脂リング２２ｂが破断する問題が回避される。

なお本実施形態において溝部と凸部を上部リング２２ａと樹脂リング２２ｂに逆に形成し、すなわち溝部２３ａ₁，２３ａ2を樹脂リング２２_ｂに形成し、凸部２２ｂa₁，２２ｂ₂を上部リング２２ａに形成しても同様な作用・効果が得られることは明らかである。

図１０（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態の一変形例を示す。

図１０（Ａ），（Ｂ）を参照するに本実施形態では、前記接合面２２ｃ₁および２２ｃ₂において前記周方向の溝２３ａ₁および周方向の凸部２３ｂ₁を省略し、径方向の溝２３ａ₂および径方向の溝２３ｂ₂のみを形成している。

前記研磨パッド１１との摩擦力によりかかる接合面２２ｃに印加される応力は主として周方向に作用するため、このように径方向の溝２３ａ₂および径方向の凸部２３ｂ₂のみを上部リング２２ａおよび樹脂リング２２ｂに形成した場合でも、前記接合面２２ｃにおける破断を効果的に抑制することができる。

図１１（Ａ），（Ｂ）は、本実施形態の他の変形例を示す。

図１１（Ａ），（Ｂ）を参照するに本実施形態では、前記上部リング２２ａの接合面２２ｃ₁に、複数の、互いに独立した凹部２３ａが形成され、また前記樹脂リング２２ｂの接合面２２ｃ₂に複数の、互いに独立した凸部２３ｂが、前記凹部２３ａに対して相補的に形成される。

そこで図１２（Ａ）に示すように前記上部リング２２ａと樹脂リング２２ｂを結合してリテーナリング２２を形成する場合、前記凸部２３ｂが対応する凹部２３ａに受け入れられ、前記樹脂リング２２ｂは上部リング２２ａに対してしっかりと固定される。特に本実施形態の場合、各々の溝部２３ａおよび凸部２３ｂが孤立パターンであるため、前記樹脂リング２２ｂは上部リング２２ａに対し、周方向および径方向の双方に対して位置決めされ、周方向および径方向のいずれの方向に応力が印加されても、前記接合面２２ｃにおける破断の発生が抑制される。

本変形においても、前記図１２（Ａ）の状態で上部リング２２ａと樹脂リング２２ｂを接着剤で固定することができるが、図１２（Ｂ）に示すようにネジ２３ｄにより固定することも可能である。

また本変形例においても、前記溝部２３ａを樹脂リング２２ｂに形成し、凸部２３ｂを上部リング２２ａに形成することも可能である。［第２の実施形態］
図１３（Ａ）〜図１４（Ｄ）は、前記図４の研磨装置１０を使う、本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す。

図１３（Ａ）を参照するに、３０ｃｍ径のシリコンウェハよりなるシリコン基板４１上には、熱酸化膜よりなる犠牲酸化膜４２を介してＳｉＮパターン４３が形成されており、かかるＳｉＮパターン４３をマスクに前記シリコン基板４１をドライエッチングすることにより、素子分離溝４１Ａが、所定の素子領域４１Ｂを画成するように形成される。

次に図１３（Ｂ）の工程において前記図１３（Ａ）の構造上にＣＶＤ法によりＳｉＯ₂膜４４が、前記素子分離溝４１Ａを充填するように形成され、さらに図１４（Ｃ）の工程において前記図１３（Ｂ）の構造を形成された状態の前記シリコン基板４１を、前記図４〜６で説明した研磨装置１０の研磨ヘッド１４に、前記図７〜８で説明したリテーナリング２２およびメンブレン２１を使って前記被処理基板１３として保持する。

さらに図１４（Ｃ）の工程では、前記研磨パッド１１として例えばローデルニッタ社より商品面ＩＣ１０１０として市販の研磨パッドを使い、さらに前記スラリとしてキャボット社より商品名ＳＳ２５として市販の研磨剤を１：１の割合で希釈して使い、前記研磨テーブル１２を毎分１１０回転の速度で回転させ、また前記研磨ヘッド１４を毎分９８回転の回転数で回転させ、前記研磨ヘッド１４を研磨パッド１１に対し、前記メンブレン２１を使って２８０ｇ重／ｃｍ²の圧力で押圧し、前記ＳｉＯ₂膜４４の研磨を、前記ＳｉＮパターン４３が露出するまで行う。この場合、前記リテーナリング２２は前記研磨パッド１１に対して７００ｇ／ｃｍ²程度の圧力で押圧される。

図１４（Ｃ）の工程では、前記ＳｉＮ膜４３が研磨ストッパとして作用し、前記素子分離溝４１Ａに対応してＳｉＯ₂よりなる素子分離絶縁膜４４Ａが、前記素子領域４１Ｂを前記基板４１表面において画成するように形成される。

次で図１４（Ｃ）の工程において前記ＳｉＮ膜４３および犠牲酸化膜４２が除去され、露出された素子領域４１Ｂ上に所望の半導体素子の形成がなされる。

本実施形態では、前記図１４（Ｃ）の化学機械研磨工程において先に説明したリテーナリング２２を使った研磨装置１０を使うことにより、前記被処理基板１３が大径の半導体ウェハであった場合でも前記リテーナリング２２の破損が抑制され、半導体装置製造の際の効率および歩留まりを向上させることができる。

以上、本発明を好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。

本発明の関連技術による研磨装置の構成を示す図である。 図１の研磨装置で使われる研磨ヘッドの構成を示す図である。 図２の研磨ヘッドで使われるリテーナリングの構成を示す図である。 本発明の第１の実施形態による研磨装置の構成を示す図である。 図４の研磨装置で使われる研磨ヘッドの構成を示す図である。 図５の研磨ヘッドで使われるリテーナリングの構成を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図６のリテーナリングの上部リングの構成を示す、それぞれ平面図および断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図６のリテーナリングの樹脂リングの構成を示す、それぞれ平面図および断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図７および図８の上部リングと樹脂リングの結合の様子を示す断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図６のリテーナリングの一変形例を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図６のリテーナリングの別の変形例を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、図１１（Ａ），（Ｂ）の上部リングと樹脂リングの結合の様子を示す図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図（その１）である。 （Ｃ），（Ｄ）は、本発明の第２の実施形態による半導体装置の製造工程を示す図（その２）である。

符号の説明

１０ 研磨装置
１１ 研磨パッド
１２ 研磨テーブル
１３ 被処理基板
１４ 研磨ヘッド
１５ ノズル
１６ 研磨材
１７ 目立て装置
２１ メンブレン
２２ リテーナリング
２２ａ 上部リング
２２ｂ 樹脂リング
２２ｃ，２２ｃ₁，２２ｃ₂ 接合面
２２ｄ ネジ
２３ａ 孤立溝
２３ｂ 孤立凸部
２３ａ₁ 周方向溝
２３ａ₂ 径方向溝
２３ｂ₁ 周方向凸部
２３ｂ₂ 径方向凸部
４１ シリコン基板
４１Ａ 素子分離溝
４１Ｂ 素子領域
４２ 犠牲酸化膜
４３ ＳｉＮ膜
４４，４４Ａ ＳｉＯ₂膜

Claims (8)

1. 被処理基板を研磨する研磨装置であって、
   表面に研磨パッドを担持した回転研磨テーブルと、
   前記被処理基板を前記研磨パッドに、回転させながら押圧する研磨ヘッドとよりなり、
   前記研磨ヘッドは前記被処理基板を、リテーナリングにより保持し、
   前記リテーナリングは、樹脂よりなり前記研磨パッドに当接する樹脂リングと前記樹脂リングを保持する上部リングとよりなり、
   前記上部リングが前記樹脂リングに接する前記上部リングの接合面には、少なくとも第１および第２の、凸形状または凹形状のパターンが形成され、
   前記樹脂リングが前記上部電極に接する前記樹脂リングの接合面には、前記上部電極の接合面に形成された前記凸形状または凹形状のパターンにそれぞれ対応した相補形状で、少なくとも第３および第４の凹形状または凸形状のパターンが形成されていることを特徴とする研磨装置。
2. 前記第１および第２のパターンは、前記上部リングの接合面に、それぞれ周方向および径方向に形成され、前記第３および第４のパターンは前記樹脂リングの接合面に、それぞれ周方向および径方向に形成されることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
3. 前記第１のパターンは前記上部リングの接合面に、前記上部リングに沿って一周して連続的に形成されており、前記第３のパターンは前記樹脂リングの接合面に、前記樹脂リングに沿って一周して形成されていることを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
4. 前記第１および２のパターンは、前記上部リングの接合面上を各々径方向に延在する複数のパターン要素を形成し、前記第３および４のパターンは前記樹脂リングの接合面上を各々径方向に延在する複数のパターン要素を形成することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
5. 前記第１および第２のパターンは、前記上部リングの接合面上において、それぞれ孤立パターンを形成し、前記第３および第４のパターンは前記樹脂リングの接合面上において、それぞれ孤立パターンを形成することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
6. 前記樹脂リングと前記上部リングとは、それぞれの接合面を接着剤により接着することにより結合されていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の研磨装置。
7. 前記樹脂リングと前記上部リングとは、ネジ止めされていることを特徴とする請求項１〜５のうち、いずれか一項記載の研磨装置。
8. 表面に研磨パッドを担持した回転研磨テーブルと、被処理基板を前記研磨パッドに、回転させながら押圧する研磨ヘッドとよりなり、前記研磨ヘッドは前記被処理基板を、リテーナリングにより保持し、前記リテーナリングは、樹脂よりなり前記研磨パッドに当接する樹脂リングと前記樹脂リングを保持する上部リングとよりなり、前記上部リングが前記樹脂リングに接する前記上部リングの接合面には、少なくとも第１および第２の、凸型形状または凹型形状のパターンが形成され、前記樹脂リングが前記上部リングに接する前記樹脂リングの接合面には、前記上部リングの接合面に形成された前記凸形状または凹形状のパターンにそれぞれ対応した相補形状で、少なくとも第３および第４の凹形状または凸形状のパターンが形成されている研磨装置を用いて、前記被処理基板表面に形成された膜を研磨する工程
   を含むことを特徴とする電子装置の製造方法。

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