JP2009045685A - Pressing mechanism of polishing device - Google Patents

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Akira Teshirogi
明 手代木
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pressing mechanism for narrow zone capable of delicately pressing and controlling by arranging it near a wafer edge and accurately controlling against the variation of a polishing speed near the wafer edge. <P>SOLUTION: A polishing head 10 comprises a head body 11 disposed oppositely to a polishing pad 22 and rotatingly driven, a carrier so loosely supported on the head body 11 as to be vertically moved, and a retainer ring 13 so loosely supported on the head body 11 as to be vertically moved and brought into contact with the polishing pad 22 while surrounding the circumference of a wafer 20 during the polishing. An inner peripheral extension part 13d covering the upper surface of the outer peripheral part of a wafer is formed by extending the inner peripheral part of a retainer ring 13 inward. An airbag 31 for locally pressing the upper surface of the outer peripheral part of the wafer during the polishing is installed on the lower surface of the inner peripheral extension part 13d. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は研磨装置の加圧機構に関するものであり、特に、化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)において、研磨ヘッドに局所加圧手段を備えて研磨中のウェーハを局所的に加圧できるように形成された研磨装置の加圧機構に関するものである。   The present invention relates to a pressurizing mechanism of a polishing apparatus, and in particular, in chemical mechanical polishing (CMP), a polishing head is provided with a local pressurizing unit to locally pressurize a wafer being polished. It is related with the pressurization mechanism of the polisher formed in this way.

近年、半導体の微細加工が進んでおり、多層に亘ってパターンを形成することが行われている。パターンを形成した層の表面には、ある程度の凹凸が生じるのが避けられない。従来は、そのまま次の層のパターンを形成していたが、層数が増加するとともに線やホールの幅が小さくなるほど良好なパターンを形成するのが困難となり、欠陥などが生じ易くなっていた。   In recent years, fine processing of semiconductors has progressed, and a pattern is formed over multiple layers. It is inevitable that a certain degree of unevenness is generated on the surface of the layer on which the pattern is formed. Conventionally, the pattern of the next layer is formed as it is. However, as the number of layers increases and the width of a line or hole decreases, it becomes difficult to form a good pattern, and defects and the like easily occur.

このため、パターンを形成した層の表面を研磨して平坦にした後に、次の層のパターンを形成することが行われている。このように、半導体などのウェーハ表面を研磨するには、CMP工程による研磨装置が使用されている。此種研磨装置は、研磨ヘッドに保持されたウェーハを、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して該ウェーハを研磨する構成が一般的である。   For this reason, the pattern of the next layer is formed after the surface of the layer on which the pattern is formed is polished and flattened. Thus, in order to polish the surface of a wafer such as a semiconductor, a polishing apparatus using a CMP process is used. This type of polishing apparatus generally has a configuration in which a wafer held by a polishing head is pressed against a polishing pad on a rotating platen and a slurry is supplied to the polishing pad to polish the wafer.

前記研磨ヘッドは、研磨パッドに対向配置されて回転駆動されるヘッド本体と、該ヘッド本体に上下方向移動自在に遊嵌支持されたキャリアと、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に遊嵌支持され、かつ研磨時に前記ウェーハの周囲を包囲して前記研磨パッドに接触するリテーナリングとから構成されている。ウェーハを均一に研磨するためには、ウェーハを均一な押圧力で研磨パッドに押し付ける必要があり、例えば、ゴムシートによるエア圧で前記研磨ヘッドのキャリアを押圧するとともに、キャリアとウェーハとの間にエアを供給して圧力エア層を形成し、前記ゴムシートからの押圧力を圧力エア層を介して伝達させてウェーハを研磨する構成が知られている(特許文献1参照)。   The polishing head is rotatably supported by a head body that is disposed opposite to the polishing pad and rotationally driven, a carrier that is loosely supported by the head body so as to be vertically movable, and is freely loosely supported by the head body. And a retainer ring that surrounds the periphery of the wafer and contacts the polishing pad during polishing. In order to polish the wafer uniformly, it is necessary to press the wafer against the polishing pad with a uniform pressing force. For example, while pressing the carrier of the polishing head with the air pressure of a rubber sheet, A configuration is known in which a pressure air layer is formed by supplying air, and a pressing force from the rubber sheet is transmitted through the pressure air layer to polish the wafer (see Patent Document 1).

ここで、1枚のウェーハから数多くのチップを生産するためには、できる限りウェーハのエッジ(外周縁部)に近い部分まで均一に研磨する必要がある。しかし、CMPではウェーハエッジ近傍の研磨速度の変動が大きく、速度を制御するのが困難である。このため、従来の研磨装置では研磨ヘッドにゾーン(Zone)加圧と称される局所加圧機構を装備している(以下、ゾーン加圧あるいはゾーン加圧機構という)。   Here, in order to produce a large number of chips from a single wafer, it is necessary to uniformly polish as close as possible to the edge (outer peripheral edge) of the wafer. However, in CMP, the polishing speed in the vicinity of the wafer edge varies greatly, and it is difficult to control the speed. For this reason, in the conventional polishing apparatus, the polishing head is equipped with a local pressurization mechanism called zone pressurization (hereinafter referred to as zone pressurization or zone pressurization mechanism).

例えば、研磨ヘッドのキャリアの下面に複数のエア吹出口を設け、キャリアとウェーハとの間に配設されたゴムシートとキャリアの下面との間にエア室を形成し、研磨時は、前記エア吹出口からのエアによりゴムシートを膨らませて、エア室の圧力でウェーハのエッジ近傍を研磨パッドに押圧する研磨ヘッドの構造が知られている(特許文献2参照)。
特開平11−048136号公報 特開2001−212754号公報
For example, a plurality of air outlets are provided on the lower surface of the carrier of the polishing head, and an air chamber is formed between the rubber sheet disposed between the carrier and the wafer and the lower surface of the carrier. A structure of a polishing head is known in which a rubber sheet is inflated by air from an air outlet and the vicinity of the edge of a wafer is pressed against a polishing pad by the pressure of an air chamber (see Patent Document 2).
Japanese Patent Laid-Open No. 11-048136 JP 2001-212754 A

特許文献1は、ゴムシートからの押圧力を圧力エア層を介して伝達させてウェーハを研磨するように構成したので、ウェーハを比較的に均一な押圧力で研磨することができる。しかし、ウェーハを局所的に加圧する機構については、特に記載されていない。   Since Patent Document 1 is configured to polish a wafer by transmitting a pressing force from a rubber sheet through a pressure air layer, the wafer can be polished with a relatively uniform pressing force. However, the mechanism for locally pressurizing the wafer is not specifically described.

特許文献2では、研磨ヘッドのキャリアの下面に複数のエア吹出口を設け、キャリア下面の中央部と外周部に区分して加圧量に変化をつける構成が記載されている。図7は特許文献2に記載されている従来の研磨ヘッド外周部近傍の構成を簡略化した説明図であり、研磨ヘッド50のキャリア51の下面には所々にエア吹出口52が設けられており、キャリア51とウェーハ53との間に配設されたゴムシート54の外周縁部54aをリテーナリング55のホルダ56で挟持して、キャリア51の下面とゴムシート54との間にエア室57が形成されている。研磨時は、前記エア吹出口52からのエアによりゴムシート54が膨らみ、エア室57の圧力でウェーハ53のエッジ近傍を研磨パッド58に押し付けて、ゾーン加圧している。   Patent Document 2 describes a configuration in which a plurality of air outlets are provided on the lower surface of the carrier of the polishing head, and the amount of pressurization is changed by dividing into a central portion and an outer peripheral portion of the lower surface of the carrier. FIG. 7 is an explanatory diagram that simplifies the configuration in the vicinity of the outer peripheral portion of the conventional polishing head described in Patent Document 2, and air blowout ports 52 are provided in places on the lower surface of the carrier 51 of the polishing head 50. The outer peripheral edge 54 a of the rubber sheet 54 disposed between the carrier 51 and the wafer 53 is sandwiched by the holder 56 of the retainer ring 55, and an air chamber 57 is formed between the lower surface of the carrier 51 and the rubber sheet 54. Is formed. At the time of polishing, the rubber sheet 54 swells due to the air from the air outlet 52, and the vicinity of the edge of the wafer 53 is pressed against the polishing pad 58 by the pressure of the air chamber 57, thereby applying zone pressure.

しかし、キャリア51の外周部近傍はリテーナリング55とホルダ56との関係により、エア吹出口52が形成するエア室57のスペースが限られてしまうため、ウェーハ53のエッジ近傍でのゾーン加圧の制御が困難であり、また、ウェーハ53のエッジ近傍の研磨速度の変動は狭い範囲で変化する場合もあって、キャリア51の外周部近傍に、幅の狭いゾーン加圧機構を配置するのは限界があった。   However, in the vicinity of the outer periphery of the carrier 51, the space of the air chamber 57 formed by the air outlet 52 is limited due to the relationship between the retainer ring 55 and the holder 56. It is difficult to control, and the fluctuation of the polishing rate in the vicinity of the edge of the wafer 53 may change within a narrow range, and it is a limit to dispose a narrow zone pressurizing mechanism in the vicinity of the outer periphery of the carrier 51. was there.

そこで、ウェーハエッジ近傍に幅の狭いゾーン加圧機構を配置して微小な加圧制御を可能にするとともに、ウェーハエッジ近傍の研磨速度の変動に対して的確に制御できる加圧機構を提供するために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。   Therefore, in order to provide a pressurization mechanism that can control minute pressurization by arranging a narrow zone pressurization mechanism in the vicinity of the wafer edge and can accurately control the fluctuation of the polishing speed in the vicinity of the wafer edge. Therefore, a technical problem to be solved arises, and the present invention aims to solve this problem.

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項1記載の発明は、研磨ヘッドに保持されたウェーハを、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して前記ウェーハを研磨する研磨装置であって、前記研磨ヘッドは、前記研磨パッドに対向配置されて回転駆動されるヘッド本体と、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に遊嵌支持されたキャリアと、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に遊嵌支持され、かつ研磨時に前記ウェーハの周囲を包囲して前記研磨パッドに接触するリテーナリングと、からなる研磨装置において、前記リテーナリングの内周部を内側へ延設して前記ウェーハの外周部の上面を被蔽する内周延設部を形成し、該内周延設部の下面には、研磨時に前記ウェーハの外周部上面を局所的に加圧する局所加圧手段を設けたことを特徴とする研磨装置の加圧機構を提供する。   The present invention has been proposed to achieve the above object, and the invention according to claim 1 presses the wafer held by the polishing head against the polishing pad on the rotating platen and also applies the slurry to the polishing pad. And polishing the wafer, wherein the polishing head is arranged to be opposed to the polishing pad and rotationally driven, and the head main body is loosely supported to be freely movable in the vertical direction. A polishing apparatus comprising: a carrier; and a retainer ring that is loosely supported by the head main body so as to be freely movable in the vertical direction and surrounds the periphery of the wafer during polishing and contacts the polishing pad. An inner peripheral extending portion that covers the upper surface of the outer peripheral portion of the wafer is formed by extending the inner portion, and the lower surface of the inner peripheral extending portion is formed on the lower surface of the wafer during polishing. The part upper surface to provide a pressing mechanism of the polishing apparatus, characterized in that a local pressurizing means for pressurizing locally pressurizing.

この構成によれば、リテーナリングの内周延設部がウェーハの外周部を上面から被蔽するように形成し、この内周延設部に設けられた局所加圧手段によってウェーハの外周部を局所的に加圧するため、ウェーハエッジ最外周までゾーン加圧することができる。また、リテーナリング側にはスペースに余裕があるため、微小な加圧機構を複数設けることも可能であり、ウェーハエッジ近傍の微細なゾーン加圧制御を行うことができる。   According to this configuration, the inner peripheral extending portion of the retainer ring is formed so as to cover the outer peripheral portion of the wafer from the upper surface, and the outer peripheral portion of the wafer is locally localized by the local pressurizing means provided in the inner peripheral extending portion. Therefore, zone pressure can be applied to the outermost periphery of the wafer edge. In addition, since there is a sufficient space on the retainer ring side, it is possible to provide a plurality of minute pressure mechanisms, and minute zone pressure control near the wafer edge can be performed.

請求項2記載の発明は、上記局所加圧手段は研磨ヘッドの回転中心に対してほぼ同心円となるリング状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の研磨装置の加圧機構を提供する。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the pressurizing mechanism of the polishing apparatus according to the first aspect, wherein the local pressurizing means is formed in a ring shape that is substantially concentric with the rotation center of the polishing head. provide.

この構成によれば、局所加圧手段はリング状に形成されており、ウェーハの外周部を偏ることなく均等に加圧する。   According to this configuration, the local pressurizing means is formed in a ring shape, and pressurizes the outer peripheral portion of the wafer evenly without being biased.

請求項3記載の発明は、上記局所加圧手段はゴムシート製のエアバッグよりなり、該エアバッグにエアを供給する空気供給機構を連結するとともに、該エアバックのエア圧を任意に調整する制御手段が設けられていることを特徴とする請求項1記載の研磨装置の加圧機構を提供する。   According to a third aspect of the present invention, the local pressurizing means comprises a rubber sheet-made airbag, and an air supply mechanism for supplying air to the airbag is connected, and the air pressure of the airbag is arbitrarily adjusted. The pressurizing mechanism of the polishing apparatus according to claim 1, further comprising a control unit.

この構成によれば、局所加圧手段がゴムシート製のエアバッグよりなり、制御手段によりエアバッグのエア圧を任意に制御するため、ウェーハエッジ近傍の研磨速度の変動に応じて、微細なゾーン加圧制御を行うことができる。   According to this configuration, the local pressurizing unit is formed of a rubber sheet airbag, and the air pressure of the airbag is arbitrarily controlled by the control unit. Pressurization control can be performed.

請求項1記載の発明は、リテーナリングの内周延設部に局所加圧手段を設けたので、ウェーハエッジ最外周までゾーン加圧することができる。また、リテーナリング側にはスペースに余裕があるため、微小な加圧機構を複数設けることも可能であり、ウェーハエッジ近傍の微細なゾーン加圧制御を行うこともでき、より一層微細な制御が可能となる。   According to the first aspect of the present invention, since the local pressurizing means is provided at the inner peripheral extending portion of the retainer ring, the zone pressure can be applied to the outermost periphery of the wafer edge. In addition, since there is room on the retainer ring side, it is possible to provide a plurality of minute pressure mechanisms, and it is possible to perform fine zone pressure control near the wafer edge for even finer control. It becomes possible.

請求項2記載の発明は、局所加圧手段がリング状に形成されているので、請求項1記載の発明の効果に加えて、ウェーハの外周部を偏ることなく均等に加圧することができ、正確なエッジコントロールができる。   In the invention of claim 2, since the local pressurizing means is formed in a ring shape, in addition to the effect of the invention of claim 1, it is possible to pressurize evenly without biasing the outer periphery of the wafer, Accurate edge control is possible.

請求項3記載の発明は、局所加圧手段がゴムシート製のエアバッグよりなり、制御手段によりエアバッグのエア圧を任意に制御するので、請求項1または2記載の発明の効果に加えて、研磨レートを上げることが可能となり、幅広いエッジコントロールができる。   In the invention described in claim 3, since the local pressurizing means comprises an air bag made of rubber sheet, and the air pressure of the airbag is arbitrarily controlled by the control means, in addition to the effect of the invention described in claim 1 or 2 The polishing rate can be increased and a wide range of edge control is possible.

以下、本発明に係る研磨装置の加圧機構について、好適な実施例をあげて説明する。ウェーハエッジ近傍に幅の狭いゾーン加圧機構を配置して微小な加圧制御を可能にするという目的を達成するために、本発明は、研磨ヘッドに保持されたウェーハを、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して前記ウェーハを研磨する研磨装置であって、前記研磨ヘッドは、前記研磨パッドに対向配置されて回転駆動されるヘッド本体と、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に遊嵌支持されたキャリアと、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に遊嵌支持され、かつ研磨時に前記ウェーハの周囲を包囲して前記研磨パッドに接触するリテーナリングと、からなる研磨装置において、前記リテーナリングの内周部を内側へ延設して前記ウェーハの外周部の上面を被蔽する内周延設部を形成し、該内周延設部の下面には、研磨時に前記ウェーハの外周部上面を局所的に加圧するリング状の局所加圧手段を設けたことにより実現した。   Hereinafter, the pressurizing mechanism of the polishing apparatus according to the present invention will be described with reference to preferred embodiments. In order to achieve the object of enabling a fine pressure control by arranging a narrow zone pressure mechanism in the vicinity of the wafer edge, the present invention allows a wafer held by a polishing head to be moved on a rotating platen. A polishing apparatus that presses against a polishing pad and supplies slurry to the polishing pad to polish the wafer, wherein the polishing head is disposed to face the polishing pad and is driven to rotate, and the head body And a carrier ring that is loosely supported to be freely movable in the vertical direction, and a retainer ring that is loosely supported to be freely movable in the vertical direction on the head body and surrounds the periphery of the wafer during polishing. In the polishing apparatus, the inner peripheral portion of the retainer ring is extended inward to form an inner peripheral extension portion that covers the upper surface of the outer peripheral portion of the wafer, and the inner peripheral extension The lower surface of the parts, was realized by providing the local pressurization means locally pressurizing ring and the outer peripheral portion upper surface of the wafer during polishing.

図1は本発明に係る研磨ヘッドの加圧機構を示した研磨ヘッド外周部近傍の断面図である。本実施例では、加工対象物の基板としてウェーハ20を研磨するものとし、研磨ヘッド10に保持されたウェーハ20を、回転するプラテン21上の研磨パッド22に押圧するとともに、研磨パッド21にスラリ(図示せず)を供給して前記ウェーハ20を研磨する研磨装置について説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view of the vicinity of the outer periphery of the polishing head showing the pressurizing mechanism of the polishing head according to the present invention. In this embodiment, the wafer 20 is polished as a substrate to be processed, and the wafer 20 held by the polishing head 10 is pressed against the polishing pad 22 on the rotating platen 21 and the slurry ( A polishing apparatus for supplying a wafer (not shown) to polish the wafer 20 will be described.

研磨ヘッド10は、ヘッド本体11と、キャリア12と、リテーナリング13とから構成されている。前記ヘッド本体11は、研磨パッド22に対向配置され、図示しないモータにより回転駆動される。   The polishing head 10 includes a head body 11, a carrier 12, and a retainer ring 13. The head body 11 is disposed to face the polishing pad 22 and is driven to rotate by a motor (not shown).

一方、前記キャリア12は、前記ヘッド本体11に上下方向移動自在に遊嵌支持されており、ヘッド本体11とキャリア12との間にエアバッグ14が設けられている。前記キャリア12は、ウェーハ20を吸着保持するキャリア本体12aと、該キャリア本体12aの上部に設けられて前記エアバッグ14からの押圧力をキャリア本体12aに伝達するキャリア押圧部材12bとからなる。   On the other hand, the carrier 12 is loosely supported by the head main body 11 so as to be movable in the vertical direction, and an airbag 14 is provided between the head main body 11 and the carrier 12. The carrier 12 includes a carrier body 12a that holds the wafer 20 by suction, and a carrier pressing member 12b that is provided on the carrier body 12a and transmits the pressing force from the airbag 14 to the carrier body 12a.

また、前記リテーナリング13は、前記ヘッド本体11に上下方向移動自在に遊嵌支持されており、ヘッド本体11とリテーナリング13との間にエアバッグ15が設けられている。前記リテーナリング13は、研磨時に前記ウェーハ20の周囲を包囲して前記研磨パッド22に接触するリテーナリング本体13aと、該リテーナリング本体13aの上部に設けられて前記エアバッグ15からの押圧力をリテーナリング本体13aに伝達するリテーナリング押圧部材13b,13cとからなる。   The retainer ring 13 is loosely supported by the head main body 11 so as to be movable in the vertical direction, and an airbag 15 is provided between the head main body 11 and the retainer ring 13. The retainer ring 13 is provided on a retainer ring main body 13a that surrounds the periphery of the wafer 20 and contacts the polishing pad 22 during polishing, and an upper portion of the retainer ring main body 13a to reduce the pressing force from the airbag 15. It consists of retainer ring pressing members 13b and 13c that transmit to the retainer ring body 13a.

前記ヘッド本体11に設けられているエアバッグ14,15は、エアポンプ16とレギュレータ17,18などからなる空気供給手段に連結され、制御手段であるコントローラ30の制御によってエアバッグ14,15のエア圧を任意に調整し、ウェーハ圧力P1とリテーナリング圧力P2をそれぞれ制御するように構成されている。   The airbags 14 and 15 provided in the head body 11 are connected to an air supply means including an air pump 16 and regulators 17 and 18. The air pressures of the airbags 14 and 15 are controlled by a controller 30 which is a control means. Is arbitrarily adjusted, and the wafer pressure P1 and the retainer ring pressure P2 are respectively controlled.

前記キャリア本体12aの下面には複数のエア吹出口(図示せず)を設けてあり、キャリア本体12aとウェーハ20との間に配設されたゴムシート23の外周縁部23aをリテーナリング13で挟持して、キャリア12の下面とゴムシート23との間にエア室24が形成されている。   A plurality of air outlets (not shown) are provided on the lower surface of the carrier body 12a, and the outer peripheral edge 23a of the rubber sheet 23 disposed between the carrier body 12a and the wafer 20 is retained by the retainer ring 13. An air chamber 24 is formed between the lower surface of the carrier 12 and the rubber sheet 23 by being sandwiched.

一方、前記リテーナリング押圧部材13bは、その内周部が内側に延設されて内周延設部13dが形成され、該内周延設部13dが前記ウェーハ20の外周部上面を被蔽するように形成されている。また、該リテーナリングの内周延設部13dの下面には、局所加圧手段としてゴムシート製のエアバッグ31が設けられている。   On the other hand, the retainer ring pressing member 13b has an inner peripheral portion extending inward to form an inner peripheral extended portion 13d, and the inner peripheral extended portion 13d covers the upper surface of the outer peripheral portion of the wafer 20. Is formed. Further, an air bag 31 made of a rubber sheet is provided as a local pressurizing means on the lower surface of the inner peripheral extending portion 13d of the retainer ring.

前記リテーナリングの内周延設部13dに設けられているエアバッグ31は、研磨ヘッド10の回転中心に対してほぼ同心円となるリング状に形成されており、該エアバッグ31はエアポンプ16とレギュレータ19などからなる空気供給手段に連結され、前記コントローラ30の制御により、エアバッグ31に供給されるエア圧を任意に調整できるように形成されている。   The airbag 31 provided in the inner ring extending portion 13d of the retainer ring is formed in a ring shape that is substantially concentric with the center of rotation of the polishing head 10, and the airbag 31 includes the air pump 16 and the regulator 19. The air pressure supplied to the airbag 31 can be arbitrarily adjusted by the control of the controller 30.

図2は図1のA部の拡大図であり、前記リテーナリングの内周延設部13dに設けられているエアバッグ31にエアを供給して膨らますことにより、ウェーハ20の外周部が局所的に加圧される。従来のように、キャリアの外周部近傍に加圧機構を設けた構成と比較して、本発明のように、リテーナリングの内周延設部13dに加圧機構を設けたことにより、ウェーハ20のエッジ最外周までゾーン加圧(P3)することができ、より一層微細な制御が可能となる。また、連続したリング状のエアバッグ31で加圧機構を形成したので、ウェーハ20の外周部を偏ることなく均等に加圧することができ、正確なエッジコントロールができる。   FIG. 2 is an enlarged view of a portion A in FIG. 1. By supplying air to the airbag 31 provided in the inner peripheral extending portion 13d of the retainer ring and inflating, the outer peripheral portion of the wafer 20 is locally expanded. Pressurized. Compared with the configuration in which the pressure mechanism is provided in the vicinity of the outer peripheral portion of the carrier as in the prior art, by providing the pressure mechanism in the inner peripheral extending portion 13d of the retainer ring as in the present invention, the wafer 20 Zone pressurization (P3) can be performed up to the outermost periphery of the edge, and finer control becomes possible. Further, since the pressurizing mechanism is formed by the continuous ring-shaped airbag 31, the outer peripheral portion of the wafer 20 can be evenly pressurized without being biased, and accurate edge control can be performed.

図示例では、幅5〜10mmのリング状のエアバッグ31を使用しているが、エアバックの大きさおよび設置位置はこれに限定されることはなく、前記リテーナリング押圧部材13bを交換することにより、エアバックを他のリング形状のものに簡単に変更することができる。   In the illustrated example, a ring-shaped airbag 31 having a width of 5 to 10 mm is used. However, the size and installation position of the airbag are not limited to this, and the retainer ring pressing member 13b is replaced. Thus, the airbag can be easily changed to another ring shape.

図3はゾーン加圧機構の他の実施形態を示す説明図であり、例えば図3(a)は、前記リテーナリングの内周延設部13dに2つのエアバッグ31,31を連続的に配置してあり、それぞれを独立して加圧することにより、エッジレートのばらつきを抑止することができ、より一層微細なゾーン加圧制御を行うことができる。   FIG. 3 is an explanatory view showing another embodiment of the zone pressurizing mechanism. For example, FIG. 3 (a) shows that two airbags 31, 31 are continuously arranged on the inner peripheral extending portion 13d of the retainer ring. By independently pressurizing each of them, variation in edge rate can be suppressed, and finer zone pressurization control can be performed.

図3(b)はウェーハ20のエッジ最外周をゾーン加圧する場合の構成、図3(c)は図3(b)よりもやや内側でリテーナリングの内周延設部13dのほぼ中央位置をゾーン加圧する場合の構成、図3(d)は図3(b)よりもさらに内側でリテーナリングの内周延設部13dの内周位置をゾーン加圧する場合の構成をそれぞれ示している。また、図3(e)はリテーナリングの内周延設部13dの内周から外周に亘り幅広位置をゾーン加圧する構成を示している。   FIG. 3B shows a configuration in the case where the outermost edge of the wafer 20 is zone-pressed, and FIG. 3C shows a zone where the inner peripheral extending portion 13d of the retainer ring is located at a substantially inner position slightly inside of FIG. FIG. 3D shows a configuration in the case of pressurizing, and FIG. 3D shows a configuration in the case where the inner peripheral position of the inner peripheral extending portion 13d of the retainer ring is zone-pressed further inside than FIG. 3B. FIG. 3E shows a configuration in which a wide position is zone-pressurized from the inner circumference to the outer circumference of the inner circumference extending portion 13d of the retainer ring.

このように、制御内容に応じて、リテーナリング押圧部材13bを交換することにより、種々のリング形状のエアバッグ31により異なる位置のゾーン加圧機構が簡単に得られる。そして、ウェーハ20のエッジ最外周まで精度よく研磨できるようになったことから、ウェーハ20の研磨面積が大きくなり、1つのウェーハ20から取れるチップの個数が増加して生産性の向上に寄与できる。   In this manner, by replacing the retainer ring pressing member 13b according to the control contents, zone pressurizing mechanisms at different positions can be easily obtained by the various ring-shaped airbags 31. And since it became possible to polish to the outermost edge of the wafer 20 with high precision, the polishing area of the wafer 20 is increased, and the number of chips that can be taken from one wafer 20 is increased, which can contribute to improvement of productivity.

実施例1では、リテーナリングの内周延設部13dに、ゾーン加圧機構であるエアバッグ31を設けた構成について説明したが、実施例2では、キャリアにエアバッグが設けられている従来型の研磨ヘッドで、エアシール位置を内側へ移動させて実験した結果について説明する。   In the first embodiment, the configuration in which the airbag 31 that is the zone pressurizing mechanism is provided in the inner peripheral extending portion 13d of the retainer ring has been described. However, in the second embodiment, a conventional type in which the carrier is provided with the airbag. A description will be given of a result of an experiment in which the air seal position is moved inward with the polishing head.

図4(a)は従来型の研磨ヘッド40を示し、キャリア41の外周部近傍にエアバッグ42が設けられ、その外側位置でキャリア41の最外周部下面にエアシール43が装着されている。符号44はエアフィルム、45はメンブレンシートである。   4A shows a conventional polishing head 40, in which an air bag 42 is provided in the vicinity of the outer peripheral portion of the carrier 41, and an air seal 43 is mounted on the lower surface of the outermost peripheral portion of the carrier 41 at an outer position thereof. Reference numeral 44 is an air film, and 45 is a membrane sheet.

図4(b)はエアバッグ42Aの内側にエアシール43Aを移動して装着したテスト用の研磨ヘッド40Aを示している。このように、ゾーン加圧機構はリテーナリングに設けるのではなく、キャリア41Aに設けられている構成であるが、研磨原理は本発明に非常に近い状態となっている。   FIG. 4B shows a test polishing head 40A in which the air seal 43A is moved and mounted inside the airbag 42A. As described above, the zone pressurizing mechanism is not provided in the retainer ring but is provided in the carrier 41A, but the polishing principle is very close to that of the present invention.

図5(a)は研磨ヘッドの各位置における研磨速度の変動を表したグラフであり、同図における研磨ヘッドの外周部近傍(B部)の拡大図を図5(b)に示している。前記テスト用の研磨ヘッド40Aでゾーン加圧をしないで研磨したときは、L1のように、エアシール43Aを装着した位置より外周部分は研磨レートが低下した状態となっている。この状態からゾーン加圧をしていくと、ゾーン加圧の増加に伴って、L2,L3,L4,L5と順次研磨レートを上昇させることができ、幅広いエッジコントロールを行うことが可能である。   FIG. 5A is a graph showing the fluctuation of the polishing rate at each position of the polishing head. FIG. 5B shows an enlarged view of the vicinity of the outer peripheral portion (B portion) of the polishing head in FIG. When polishing is performed without applying zone pressure with the test polishing head 40A, the outer peripheral portion has a lower polishing rate than the position where the air seal 43A is mounted as in L1. If zone pressurization is performed from this state, the polishing rate can be increased sequentially with L2, L3, L4, and L5 as the zone pressurization increases, and wide edge control can be performed.

この実験における条件は下記の通りである。
○ゴムの厚さ:0.4〜1.0mm
○ゴムの硬度:JIS Aスケール20〜60
○ゴムの素材:EPD、シリコンゴム、ウレタンゴム、NBR
○供給圧の範囲:1kPa〜100kPa
○リング素材:PEEK、PPS
○リングホルダー(押圧部材)素材:PEEK、PPS、SUS、AL
□PAD :ROHM&HAAS IC1000A21
□Slurry:Cabot Microelectronics Semi-Sperse 25(2 Times dilution)/300ml/min
□Wafer:PETEOS
□Platen Speed/Head Speed:100rpm/100rpm
□Wafer Pressure/Retainer Pressure:3.5psi/1.0psi
The conditions in this experiment are as follows.
○ Rubber thickness: 0.4-1.0mm
○ Rubber hardness: JIS A scale 20-60
○ Rubber material: EPD, silicon rubber, urethane rubber, NBR
○ Supply pressure range: 1kPa to 100kPa
○ Ring material: PEEK, PPS
○ Ring holder (pressing member) material: PEEK, PPS, SUS, AL
□ PAD: ROHM & HAAS IC1000A21
□ Slurry : Cabot Microelectronics Semi-Sperse 25 (2 Times dilution) / 300ml / min
□ Wafer: PETEOS
□ Platen Speed / Head Speed: 100rpm / 100rpm
□ Wafer Pressure / Retainer Pressure: 3.5psi / 1.0psi

図6は、実験結果に基づくウェーハエッジの圧力分布モデル図を示す。エアフィルム層がないエリアでは、圧力が外周へ行くほど低下する。しかし、そのエリアをゾーン加圧することにより、「加圧1」「加圧2」「加圧3」のように、圧力コントロールを行うことが可能である。また、本実験ではウェーハのエッジ先端まで圧力コントロールが可能であった。   FIG. 6 is a pressure distribution model diagram of the wafer edge based on the experimental results. In an area where there is no air film layer, the pressure decreases as it goes to the outer periphery. However, it is possible to perform pressure control like “Pressure 1”, “Pressure 2”, and “Pressure 3” by zone pressurizing the area. In this experiment, it was possible to control the pressure to the tip of the wafer edge.

なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。   It should be noted that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.

本発明に係る実施例1における研磨ヘッド外周部近傍の断面図。Sectional drawing of the polishing head outer peripheral part vicinity in Example 1 which concerns on this invention. 図1のA部の拡大図。The enlarged view of the A section of FIG. 実施例1におけるゾーン加圧機構の他の実施形態を示す説明図。Explanatory drawing which shows other embodiment of the zone pressurization mechanism in Example 1. FIG. 実施例2における研磨ヘッド外周部近傍の断面図。FIG. 6 is a cross-sectional view of the vicinity of the outer periphery of a polishing head in Example 2. 実施例2における研磨ヘッドの研磨速度の変動を表したグラフ。9 is a graph showing fluctuations in the polishing rate of the polishing head in Example 2. 実施例2におけるウェーハエッジの圧力分布モデル図。FIG. 6 is a pressure distribution model diagram of a wafer edge in the second embodiment. 従来の研磨ヘッド外周部近傍の説明図。Explanatory drawing of the conventional polishing head outer periphery vicinity.

符号の説明Explanation of symbols

10 研磨ヘッド
11 ヘッド本体
12 キャリア
12a キャリア本体
12b キャリア押圧部材
13 リテーナリング
13a リテーナリング本体
13b,13c リテーナリング押圧部材
13d 内周延設部
14,15 エアバッグ
16 エアポンプ
17,18,19 レギュレータ
20 ウェーハ
21 プラテン
22 研磨パッド
23 ゴムシート
23a 外周縁部
24 エア室
30 コントローラ
31 エアバッグ
40,40A 研磨ヘッド
41,41A キャリア
42,42A エアバッグ
43,43A エアシール
44 エアフィルム
45 メンブレンシート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Polishing head 11 Head main body 12 Carrier 12a Carrier main body 12b Carrier press member 13 Retainer ring 13a Retainer ring main body 13b, 13c Retainer ring press member 13d Inner peripheral extension part 14, 15 Air bag 16 Air pump 17, 18, 19 Regulator 20 Wafer 21 Platen 22 Polishing pad 23 Rubber sheet 23a Outer peripheral edge 24 Air chamber 30 Controller 31 Air bag 40, 40A Polishing head 41, 41A Carrier 42, 42A Air bag 43, 43A Air seal 44 Air film 45 Membrane sheet

Claims (3)

研磨ヘッドに保持されたウェーハを、回転するプラテン上の研磨パッドに押圧するとともに、研磨パッドにスラリを供給して前記ウェーハを研磨する研磨装置であって、前記研磨ヘッドは、前記研磨パッドに対向配置されて回転駆動されるヘッド本体と、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に遊嵌支持されたキャリアと、前記ヘッド本体に上下方向移動自在に遊嵌支持され、かつ研磨時に前記ウェーハの周囲を包囲して前記研磨パッドに接触するリテーナリングと、からなる研磨装置において、
前記リテーナリングの内周部を内側へ延設して前記ウェーハの外周部の上面を被蔽する内周延設部を形成し、
該内周延設部の下面には、研磨時に前記ウェーハの外周部上面を局所的に加圧する局所加圧手段を設けたことを特徴とする研磨装置の加圧機構。
A polishing apparatus that presses a wafer held by a polishing head against a polishing pad on a rotating platen and supplies slurry to the polishing pad to polish the wafer, the polishing head facing the polishing pad A head body that is arranged and rotationally driven; a carrier that is loosely supported by the head body so as to be movable in a vertical direction; and a loosely supported and supported by the head body so as to be movable in a vertical direction. In a polishing apparatus comprising a retainer ring that surrounds and contacts the polishing pad,
Forming an inner peripheral extending portion that covers the upper surface of the outer peripheral portion of the wafer by extending the inner peripheral portion of the retainer ring inward;
A pressurizing mechanism of a polishing apparatus, wherein a local pressurizing means for locally pressurizing the upper surface of the outer peripheral portion of the wafer during polishing is provided on the lower surface of the inner peripheral extending portion.
上記局所加圧手段は研磨ヘッドの回転中心に対してほぼ同心円となるリング状に形成されていることを特徴とする請求項1記載の研磨装置の加圧機構。   2. The pressurizing mechanism of a polishing apparatus according to claim 1, wherein the local pressurizing means is formed in a ring shape that is substantially concentric with respect to the center of rotation of the polishing head. 上記局所加圧手段はゴムシート製のエアバッグよりなり、該エアバッグにエアを供給する空気供給機構を連結するとともに、該エアバックのエア圧を任意に調整する制御手段が設けられていることを特徴とする請求項1または2記載の研磨装置の加圧機構。   The local pressurizing means is made of a rubber sheet airbag, and is connected to an air supply mechanism for supplying air to the airbag and is provided with a control means for arbitrarily adjusting the air pressure of the airbag. The pressurizing mechanism of the polishing apparatus according to claim 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101613153B1 (en) * 2014-05-09 2016-04-19 주식회사 케이씨텍 Membrane in carrier head for chemical mechanical polishing apparatus

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