JP2009050943A - Retainer ring, carrier head and chemical mechanical polishing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リテーナリング、キャリアヘッド、および化学機械研磨装置に関するものである。 The present invention relates to a retainer ring, a carrier head, and a chemical mechanical polishing apparatus.
半導体デバイスの高集積化、高性能化に伴い、半導体デバイスの構造が微細化、多層化されている。半導体デバイスの微細化や多層化を実現するためには、半導体デバイスの基体となるウェハの表面が高い平坦度を有することが求められる。 Along with the high integration and high performance of semiconductor devices, the structure of semiconductor devices is miniaturized and multilayered. In order to realize miniaturization and multilayering of semiconductor devices, it is required that the surface of a wafer serving as a substrate of the semiconductor device has high flatness.
化学機械研磨(CMP)は、ウェハ表面の平坦度を高めるための一つの方法である。CMPを行うための装置は、例えば、研磨パッド、ウェハを保持して該研磨パッドに押圧するキャリアヘッド、およびスラリー供給ノズルなどによって構成されている。さらに、キャリアヘッドは、ウェハの外周を囲むリテーナリング、およびウェハの上面を押圧する弾性膜などによって構成されている。リテーナリングは、ウェハの外周を囲んでウェハの飛び出しを防止するものである。 Chemical mechanical polishing (CMP) is one method for increasing the flatness of the wafer surface. An apparatus for performing CMP includes, for example, a polishing pad, a carrier head that holds and presses a wafer, and a slurry supply nozzle. Further, the carrier head is constituted by a retainer ring that surrounds the outer periphery of the wafer and an elastic film that presses the upper surface of the wafer. The retainer ring surrounds the outer periphery of the wafer and prevents the wafer from jumping out.
このようなリテーナリングには、例えば金属製リングとエンジニアリングプラスチック製リングとを重ね合わせたものがある(例えば、特許文献1参照)。すなわち、ウェハの外周を囲むエンジニアリングプラスチック製リングを金属製リングによって補強し、リテーナリング全体の剛性を高めたものである。
CMP装置によってウェハを研磨する際には、ウェハ表面の微細な傷、すなわちマイクロスクラッチの発生を出来る限り少なくすることが求められる。ウェハ表面のマイクロスクラッチが多くなると、ウェハ上に作製される半導体デバイスの歩留まりが低下してしまうからである。 When polishing a wafer with a CMP apparatus, it is required to minimize the generation of fine scratches on the wafer surface, that is, micro scratches. This is because when the number of micro scratches on the wafer surface increases, the yield of semiconductor devices fabricated on the wafer decreases.
しかし、上述した構成のCMP装置を用いてウェハを研磨すると、時として過剰な数のマイクロスクラッチが観察されることがあった。そこで本発明者は、ウェハを研磨する際にウェハ表面にマイクロスクラッチが発生するメカニズムの解明を試みた。その結果、キャリアヘッドの回転に伴う遠心力によって僅かに拡径されたウェハの外縁部がリテーナリングに接触しており、例えばエンジニアプラスチックといった材料からなるリテーナリングを使用した場合、リテーナリングの内側面が部分的に摩耗し、リテーナリングの一部が先鋭化した後に欠損することによって欠片が発生し、この欠片がマイクロスクラッチの原因となっていることを突き止めた。 However, when a wafer is polished using the CMP apparatus having the above-described configuration, an excessive number of micro scratches is sometimes observed. Therefore, the present inventor tried to elucidate the mechanism by which micro scratches occur on the wafer surface when the wafer is polished. As a result, the outer edge of the wafer slightly expanded in diameter by the centrifugal force accompanying the rotation of the carrier head is in contact with the retainer ring. When a retainer ring made of a material such as engineer plastic is used, the inner surface of the retainer ring It was found that a part of the retainer ring was sharpened and lost after sharpening, resulting in a piece, which caused microscratching.
図7(a)〜(d)は、リテーナリングの欠片が発生する過程を概念的に示す図である。当初、図7(a)に示されるようにウェハWの厚さ方向に沿って平らなリテーナリング200の内側面201は、図7(b)に示されるように、ウェハWを研磨する際にウェハWの外縁部が接触して摩耗し、次第に凹みHが形成される。そして、当該CMP装置の使用を重ねてこの凹みHの深さが或る程度に達すると(図7(c))、凹みHの形成に伴い先鋭化したリテーナリング200の下端部202が欠けてしまい(図7(d))、その欠片がスラリーに混入してしまう。そして、この欠片がウェハWを傷つけることによってマイクロスクラッチが発生する。なお、ウェハの厚さは一般的に0.8[mm]程度なので、リテーナリング200の実際の凹みや欠損痕は、その幅が数百マイクロメートルといった微細なものとなり、肉眼では確認できない。上述した課題は、顕微鏡を用いてリテーナリングの内側面の変化を継続的に観察することにより判明したものである。
FIGS. 7A to 7D are diagrams conceptually showing a process in which a retainer ring fragment is generated. Initially, as shown in FIG. 7A, the
本発明は、上記した問題点を鑑みてなされたものであり、リテーナリングの欠片によるマイクロスクラッチの発生を低減できるリテーナリング、キャリアヘッド、および化学機械研磨装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a retainer ring, a carrier head, and a chemical mechanical polishing apparatus that can reduce the generation of microscratches due to a retainer ring fragment.
上記した課題を解決するために、本発明によるリテーナリングは、化学機械研磨装置の研磨パッド上において、研磨対象であるウェハの周囲に配置されるリテーナリングであって、ウェハの外縁に沿う内側面と研磨パッドに対向する底面との角がテーパ状又は曲面状に面取りされた面取り部を有することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a retainer ring according to the present invention is a retainer ring disposed around a wafer to be polished on a polishing pad of a chemical mechanical polishing apparatus, and an inner surface along an outer edge of the wafer. And a bottom surface facing the polishing pad has a chamfered portion chamfered in a tapered shape or a curved surface.
図7(c)及び(d)に示したように、リテーナリングの欠片は、リテーナリングの内側面と底面との角部が先鋭化することによって生じる。本発明者は、この角部を予めテーパ状又は曲面状に面取りしておけば、先鋭化を防いで欠片の発生を低減できることを見出した。すなわち、上記したリテーナリングによれば、リテーナリングの欠片によるマイクロスクラッチの発生を効果的に低減できる。 As shown in FIGS. 7C and 7D, the retainer ring piece is generated by sharpening the corners of the inner surface and the bottom surface of the retainer ring. The present inventor has found that if this corner is chamfered in a tapered shape or a curved surface in advance, sharpening can be prevented and generation of fragments can be reduced. That is, according to the above-described retainer ring, it is possible to effectively reduce the generation of micro scratches due to the retainer ring piece.
また、リテーナリングは、底面を含む平面を基準とする面取り部の高さが、研磨対象とするウェハの厚みの1/4以下であることを特徴としてもよい。リテーナリングはウェハの外周を囲んでウェハの飛び出しを防止するものである為、面取り部の底面からの高さが過大になると、ウェハがリテーナリングから飛び出し易くなる。本発明者の試行錯誤の結果、底面を含む平面を基準とする面取り部の高さがウェハの厚みの1/4以下であれば、ウェハの飛び出しを好適に防ぎ得ることがわかった。すなわち、このリテーナリングによれば、ウェハの飛び出しを防止するという本来の機能を損なうことなく、リテーナリングの欠片によるマイクロスクラッチの発生を効果的に低減できる。 The retainer ring may be characterized in that the height of the chamfered portion based on a plane including the bottom surface is ¼ or less of the thickness of the wafer to be polished. Since the retainer ring surrounds the outer periphery of the wafer and prevents the wafer from jumping out, if the height from the bottom surface of the chamfered portion is excessive, the wafer is likely to jump out of the retainer ring. As a result of trial and error by the present inventors, it has been found that if the height of the chamfered portion based on the plane including the bottom surface is ¼ or less of the thickness of the wafer, the protrusion of the wafer can be suitably prevented. That is, according to this retainer ring, it is possible to effectively reduce the occurrence of microscratches due to retainer ring fragments without impairing the original function of preventing the wafer from popping out.
また、ウェハにCMPを施す際には、ウェハ表面を出来る限り平坦にするために、スラリーの成分や回転速度といった研磨条件が最適条件となるよう調整することが一般的である。そして、リテーナリングの内径が変わると、研磨条件の再調整が必要となる。上記したリテーナリングのように、面取り部の高さをウェハの厚みの1/4以下とすることによって、ウェハに対するリテーナリングの内径を実質的に変えることなくマイクロスクラッチの発生を低減できるので、再調整の手間も低減できる。 Further, when CMP is performed on a wafer, in order to make the wafer surface as flat as possible, it is general to adjust the polishing conditions such as the components of the slurry and the rotation speed to be optimum conditions. If the inner diameter of the retainer ring changes, it is necessary to readjust the polishing conditions. Since the height of the chamfered portion is ¼ or less of the thickness of the wafer as in the retainer ring described above, the occurrence of micro scratches can be reduced without substantially changing the inner diameter of the retainer ring with respect to the wafer. Adjustment work can also be reduced.
また、リテーナリングは、面取り部の高さが0.2[mm]以下であることを特徴としてもよい。研磨対象であるウェハの厚さは0.8[mm]が一般的であり、この場合、面取り部の高さが0.2[mm]以下であることによって、リテーナリングからのウェハの飛び出しを好適に防ぐことができる。 Further, the retainer ring may be characterized in that the height of the chamfered portion is 0.2 [mm] or less. The thickness of the wafer to be polished is generally 0.8 [mm]. In this case, when the height of the chamfered portion is 0.2 [mm] or less, the wafer can be protruded from the retainer ring. It can prevent suitably.
また、リテーナリングは、面取り部の高さが研磨対象物の厚みの1/8であることを特徴としてもよい。これにより、ウェハの飛び出しをより確実に防止しつつ、リテーナリングの欠片によるマイクロスクラッチの発生を更に効果的に低減できる。 The retainer ring may be characterized in that the height of the chamfered portion is 1/8 of the thickness of the object to be polished. As a result, it is possible to more effectively reduce the occurrence of micro scratches due to retainer ring fragments while preventing the wafer from popping out more reliably.
また、本発明によるキャリアヘッドは、上記したいずれかのリテーナリングを有し、化学機械研磨装置の研磨パッド上において研磨対象であるウェハをリテーナリングの内側に保持し研磨パッドに押し当てながら回転することを特徴とする。このキャリアヘッドによれば、上記したいずれかのリテーナリングを有することにより、リテーナリングの欠片によるマイクロスクラッチの発生を効果的に低減できる。 The carrier head according to the present invention has any of the above-described retainer rings, and rotates while holding the wafer to be polished on the polishing pad of the chemical mechanical polishing apparatus inside the retainer ring and pressing the wafer against the polishing pad. It is characterized by that. According to this carrier head, by having any one of the above-described retainer rings, it is possible to effectively reduce the generation of micro scratches due to the retainer ring pieces.
また、本発明による化学機械研磨装置は、ウェハに対し化学機械研磨を施すための化学機械研磨装置であって、研磨パッドと、上記したいずれかのリテーナリングを有し、ウェハをリテーナリングの内側に保持し研磨パッドに押し当てながら回転するキャリアヘッドとを備えることを特徴とする。この化学機械研磨装置によれば、上記したいずれかのリテーナリングを有することにより、リテーナリングの欠片によるマイクロスクラッチの発生を効果的に低減できる。 A chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention is a chemical mechanical polishing apparatus for performing chemical mechanical polishing on a wafer, and includes a polishing pad and any one of the above-described retainer rings, and the wafer is disposed inside the retainer ring. And a carrier head that rotates while being pressed against the polishing pad. According to this chemical mechanical polishing apparatus, by having any one of the above-described retainer rings, it is possible to effectively reduce the occurrence of micro scratches due to the retainer ring pieces.
本発明によるリテーナリング、キャリアヘッド、および化学機械研磨装置によれば、リテーナリングの欠片によるマイクロスクラッチの発生を低減できる。 According to the retainer ring, the carrier head, and the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention, it is possible to reduce the occurrence of micro scratches due to the retainer ring piece.
以下、添付図面を参照しながら本発明によるリテーナリング、キャリアヘッド、および化学機械研磨(CMP)装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of a retainer ring, a carrier head, and a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
<実施の形態>
図1は、本発明に係るCMP装置の一実施形態の構成を示す分解斜視図である。本実施形態のCMP装置20では、一つ以上の円板状のウェハ10に対してCMPが施される。CMP装置20は下部機械ベース22を有しており、下部機械ベース22は平坦なテーブル23を有している。テーブル23上には、複数の研磨部25a、25b及び25cと、ウェハ10を運搬するための運搬部27とが設けられている。
<Embodiment>
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a configuration of an embodiment of a CMP apparatus according to the present invention. In the
各研磨部25a〜25cは円形の回転定盤30を有しており、各回転定盤30上には研磨パッド32が設置されている。ウェハ10の直径が8インチ(203[mm])あるいは12インチ(305[mm])であれば、回転定盤30及び研磨パッド32の直径は、それぞれ約20インチ(508[mm])あるいは30インチ(762[mm])である。回転定盤30は、下部機械ベース22の中に配置された回転盤駆動モータ(図示せず)に接続されている。回転盤駆動モータは、例えば毎分30〜200回転の速さで回転定盤30を回転させるが、より低速又は高速であってもよい。各研磨部25a〜25cは、研磨パッド32の研磨条件を維持するために、対応するパッドコンディショナー装置40を更に有してもよい。
Each of the
スラリー(研磨剤)50は、スラリー供給アーム52により、研磨パッド32の表面に供給される。スラリー50は、反応剤(例えば脱イオン水)及び化学反応触媒(例えば水酸化カリウム)を含む。スラリー50は、研磨粒子(例えば二酸化珪素)を更に含んでもよい。スラリー50は、研磨パッド32の全体に行き渡るように十分な量が供給される。また、スラリー供給アーム52は、研磨作業の終了と共に研磨パッド32に洗浄液を供給するいくつかのスプレーノズル(図示せず)を有している。
The slurry (abrasive) 50 is supplied to the surface of the
複数ヘッドカルーセル60は、下部機械ベース22の上方に設置されている。複数ヘッドカルーセル60は、キャリアヘッド支持部66及びカバー68を有しており、キャリアヘッド支持部66は回転軸62により回転可能に支持されている。回転軸62は下部機械ベース22の中に配置されたモータと連結されており、キャリアヘッド支持部66は中心軸線64の周りを回転する。複数ヘッドカルーセル60は、中心軸線64の周囲に等角度で配置された4つのキャリアヘッド装置70a、70b、70c及び70dを有する。キャリアヘッド装置70a〜70dは、キャリアヘッド支持部66の回転と共に移動する。キャリアヘッド装置70a〜70dは、まず運搬部27からウェハ10を受け取る。そして、ウェハ10を保持しながら、研磨部25a〜25cの研磨パッド32にウェハ10を押し付けることによりウェハ10を研磨する。研磨作業が終了したのち、運搬部27へウェハ10を送り出す。
The
各キャリアヘッド装置70a〜70dは、キャリアヘッド100を有している。各キャリアヘッド100は、該キャリアヘッド100の中心軸線周りに各々独立して回転し、また、キャリアヘッド支持部66において中心軸線64と交わる方向を長手方向として形成されたスロット72に沿って各々独立して横方向に往復する。キャリアヘッド100には、キャリアヘッド100を支持して回転させるキャリア駆動軸74が取り付けられている。キャリア駆動軸74は、スロット72を貫通して延びており、キャリアヘッド回転モータ76に連結されている。なお、キャリア駆動軸74及びキャリアヘッド回転モータ76は、キャリアヘッド100を横に往復させるために、半径方向駆動モータによりスロット72に沿って直線的に駆動されるスライダ(図示せず)の上に支持されていてもよい。
Each of the
研磨作業を行う際、各キャリアヘッド100は、ウェハ10を下降させて研磨パッド32に接触させる。一般的には、キャリアヘッド100は、研磨パッド32に対して所定の位置にウェハ10を保持し、ウェハ10の裏面全体に押圧力を分散させる。キャリアヘッド100は、キャリア駆動軸74からウェハ10へのトルクも伝達する。
When performing the polishing operation, each
図2は、キャリアヘッド100の構造を示す側面断面図である。図2に示されるように、キャリアヘッド100は、ハウジング102、ベース104、ジンバル機構106、ローディング・チャンバ108、リテーナリング110、及びウェハ裏当て組立体112を有している。
FIG. 2 is a side sectional view showing the structure of the
ハウジング102は、研磨パッド32(図1参照)の表面に対して略垂直である回転軸線107周りに回転可能なように、キャリア駆動軸74(図1参照)に接続される。ローディング・チャンバ108は、下方への圧力をベース104に加えるように、ハウジング102とベース104との間に配置されている。研磨パッド32に対するベース104の垂直位置も、ローディング・チャンバ108により制御される。ハウジング102に形成された導孔124には、円筒状のブッシュ122が挿通されている。
The
ウェハ裏当て組立体112は、多孔円板状の支持構造114と、支持構造114の枠部分をベース104に接続する撓みダイアフラム116と、支持構造114の下面を覆うように取り付けられた弾性膜118とを有している。ベース104とウェハ裏当て組立体112との間にはチャンバ190が設けられており、チャンバ190が加圧されることによって弾性膜118が下向きに押圧され、弾性膜118に接するウェハ10(図1参照)が研磨パッド32に押し付けられる。
The
ハウジング102は、研磨されるウェハ10の円形の輪郭に対応するため略円盤状に形成されている。ハウジング102には、キャリアヘッド100の空気制御のために二つの流路126及び128が形成されている。また、ベース104は、ハウジング102の下方に位置する環状の部材である。ベース104は、アルミニウム、ステンレス鋼あるいは繊維により強化されたプラスチックのような剛性材料により構成されるとよい。ベース104の内部には流路130が形成されており、流路128及び流路130は、取付具132及び134に取り付けられた配管(図示せず)によって互いに接続されている。ベース104の下部表面における流路130の一端には、クランプ・リング142を介して弾性膜140が取り付けられている。弾性膜140は袋状部(ブラダー)144を構成しており、袋状部144へ供給されるガスの量が調整されることによって支持構造114及び弾性膜118に対する下方への圧力が制御される。
The
ジンバル機構106は、ベース104を支持する部材である。ジンバル機構106は、研磨パッド32(図1)の表面に対してベース104がほぼ平行となるように、ベース104をハウジング102に対して枢動可能に支持する。ジンバル機構106は、円筒状のジンバル軸150と円板状の撓みリング152とを有している。ジンバル軸150の一端は流路154に連結され、他端は撓みリング152の中心部に固定されている。撓みリング152の外周部分にはベース104が固定されている。ジンバル軸150は、ベース104を垂直方向に移動可能にするために垂直方向に滑動でき、またハウジング102に対するベース104の横方向位置を固定する。
The
ハウジング102とベース104との隙間は、環状のダイアフラム160により封止されている。具体的には、ダイアフラム160の内縁はクランプリング162によりハウジング102にクランプされており、ダイアフラム160の外縁はクランプリング164によりベース104にクランプされている。これにより、ローディング・チャンバ108が気密に構成される。ダイアフラム160は、例えば環状のシリコン薄板からなる。
A gap between the
ウェハ裏当て組立体112の支持構造114は、ベース104の下方に配置されている。支持構造114は、支持プレート170、下部環状クランプ172及び上部環状クランプ174を有する。支持プレート170は、複数の貫通孔176を有する円板状の剛性部材である。支持プレート170は、下向きに突出しているリップ178をその外縁に更に有してもよい。また、ウェハ裏当て組立体112の撓みダイアフラム116は、可撓性材料を用いて環状に成形された部材である。撓みダイアフラム116の外縁は、ベース104とリテーナリング110との間にクランプされ、撓みダイアフラム116の内縁は、下部クランプ172と上部クランプ174との間にクランプされている。撓みダイアフラム116は、ネオプレン等のゴム、ナイロン(登録商標)やノーメックス(登録商標)といったエラストマーを塗布した織物、プラスチック、或いはガラスファィバー等の複合材によって構成される。
The
弾性膜118は、クロロプレン或いはエチレン・プロピレン・ゴムのような可撓性且つ弾性の材料により形成された円形の薄板である。弾性膜118の一部は、支持プレート170と下部クランプ172との間にクランプされるように、支持プレート170の端縁の周りに延びている。そして、弾性膜118、支持構造114、撓みダイアフラム116、ベース104、及びジンバル機構106によって、チャンバ190が気密に封止されている。
The
リテーナリング110は、研磨パッド32上においてウェハ10の周囲に配置され、ウェハ10の外周を囲んでウェハ10の飛び出しを防止するための環状の部材である。リテーナリング110は、例えばボルト194によってベース104の外縁に固定される。流体がローディング・チャンバ108に送り込まれ、ベース104が下向きに押されると、リテーナリング110も、研磨パッド32に負荷を加えるように下向きに押される。リテーナリング110の内側面188は、弾性膜118の表面120と共に、ウェハを収容するための凹部を構成する。リテーナリング110は、ウェハ10がこの凹部から飛び出すことを防止する。
The
図3(a)は、リテーナリング110付近の構成を拡大して示す側面断面図である。また、図3(b)は、リテーナリング110とウェハ10との当接部分を更に拡大して示す側面断面図である。図3(a)に示されるように、リテーナリング110は、環状の第1の部分180と、第1の部分180と同心且つ同径の環状であり第1の部分180上に積み重ねられて固定された第2の部分184とを有している。第1の部分180は、研磨作業の際に研磨パッド32と接する底面182と、ウェハ10の外縁に沿う内側面188とを有している。また、第2の部分184はベース104に固定されている。第1の部分180は、例えば接着剤層186を介して第2の部分184に接着されるとよい。
FIG. 3A is a side cross-sectional view showing an enlarged configuration near the
第1の部分180は、CMPプロセスに使用されるスラリーに対して化学的に不活性な材料により構成される。更に、第1の部分180には或る程度の耐摩耗性を得るため適度な硬さが求められるが、一方ではリテーナリング110にウェハ10が接触してもウェハ10が損傷しないように、第1の部分180にはウェハ10より軟らかいことが求められる。具体的には、第1の部分180の材料としては、例えば米DSMエンジニアリング・プラスチック社製のテクトロン(登録商標)といった硫化ポリフェニレン(PPS)を用いることができる。この他、米デュポン社製のデルリン(登録商標)、ポリエチレン・テレフタレート(PET)、ポリエーテル・エーテル・ケトン(PEEK)、ポリブチレン・テレフタレート(PBT)、或いは米デュポン社製のZYMAXX(登録商標)のような複合材、といった他のプラスチック材料も好適である。第1の部分180は、これらプラスチック材料の塊から所定の形状に切り出されることによって作製される。
The
第1の部分180の厚さT1は、ウェハ10が接着剤層186に触れない程度にウェハ10の厚さTSより厚く形成される。第1の部分180の底面182は、ほぼ平坦であってもよく、あるいは、リテーナリング110の外側から内側へのスラリーの搬送を容易にするために、外側面から内側面に達する溝を有してもよい。
The thickness T 1 of the
第2の部分184は、金属により構成される。第2の部分184の構成材料としては、例えばステンレス鋼、モリブデン、アルミニウム、セラミックス、或いはアルミナといった剛性材料が好適である。第2の部分184の厚さT2は、第1の部分180の厚さT1より厚く形成されることが好ましい。
The
ここで、図3(b)に拡大して示されるように、第1の部分180は、内側面188と底面182との角がテーパ状(斜面状)に面取りされた面取り部181を有している。面取り部181は、例えば第1の部分180の当該角部を切削することにより形成される。底面182と面取り部181との成す角(傾斜角)は例えば45°である。なお、この傾斜角は、例えば30°〜60°の範囲内で任意の角度に設定されてもよい。
Here, as shown in an enlarged view in FIG. 3B, the
底面182を含む平面を基準とする面取り部181の高さh1は、ウェハ10の厚さTSの1/4以下であり、より好ましくは厚さTSの1/8である。ウェハ10の厚さTSは一般的に0.8[mm]なので、その場合、面取り部181の高さh1は0.2[mm]以下、好ましくは0.1[mm]となる。また、この面取り部181は、上述したように内側面188と底面182との角部を有意に切削することにより形成されたものであり、リテーナリングを形成する際の許容差により生じる形状とは異なる。すなわち、加工許容差により生じるような面取り部181と似た形状は、底面182からの高さが0.01[mm]未満といったごく小さなものである。面取り部181は、底面182からの高さh1が0.01[mm]以上(好ましくは0.05[mm]以上)であり、このような形状とは明確に区別される。
The height h 1 of the chamfered
このような形態のリテーナリング110によれば、次の効果が得られる。図7(c)及び(d)に示したように、リテーナリングの欠片は、リテーナリングの内側面と底面との角部が先鋭化することによって生じる傾向がある。そこで、本発明者は、この角部をテーパ状に面取りすることによって、先鋭化を防いで欠片の発生を低減できると考えた。すなわち、図4(a)に示すようにリテーナリング110の内側面188と底面182との角に面取り部181が形成された場合、ウェハを研磨する際にウェハの外縁部が内側面188に接触することによって、面取り部181に隣接して凹みHが形成される。CMP装置20の使用を重ねることによりこの凹みHは次第に大きくなるが(図4(c))、先鋭化する部分は既に面取りされ除去されているので、図7(d)に示したような欠片202は生じない。したがって、本実施形態のリテーナリング110によれば、欠片の発生を防いでマイクロスクラッチの発生を効果的に低減できる。
According to the
図5は、面取り部181を形成したリテーナリング110を用いて実際にCMPを施した3枚のウェハA1〜A3、並びに、比較のため面取り部の無いリテーナリングを用いてCMPを施した10枚のウェハB1〜B10のそれぞれにおける、CMP後のマイクロスクラッチの数を表したグラフである。なお、ウェハA1〜A3において、面取り部181の高さh1はウェハ10の厚さTSの1/8とした。また、リテーナリング110の第1の部分180の材料としてはPPSを使用した。ウェハA1〜A3及びB1〜B10としては、シリコンウェハ上に銅製の膜が形成されたものを使用した。図5に示されるように、面取り部の無いリテーナリングを用いた場合(ウェハB1〜B10)には、ウェハ一枚当たりのマイクロスクラッチの数が500を超えるものが多数出現した。また、中にはマイクロスクラッチの数が少ないもの(ウェハB6など)も存在したが、これはリテーナリングがまだ新しく、図7(c)に示したような深い凹みHが形成されていなかったためと考えられる。これに対し、面取り部181を形成したリテーナリング110を用いた場合(ウェハA1〜A3)には、十分な使用回数を経た後にもかかわらず、ウェハ一枚当たりのマイクロスクラッチの数がいずれも300未満に抑えられており、面取り部181による上述した効果がよく表れている。
FIG. 5 shows three wafers A1 to A3 actually subjected to CMP using the
また、リテーナリング110はウェハ10の外周を囲んでウェハ10の飛び出しを防止する為の部材なので、面取り部181の高さh1が過大になると、ウェハ10がリテーナリング110から飛び出し易くなってしまう。この点に関し、本発明者は高さh1がウェハ10の厚さTSの3/8である面取り部を有するリテーナリングと、高さh1が厚さTSの1/4である面取り部を有するリテーナリングとを試作し、CMPを行った。その結果、高さh1を厚さTSの3/8とした場合にはウェハが飛び出すことがあったが、高さh1を厚さTSの1/4とした場合にはウェハが全く飛び出さなかった。これにより、面取り部181の高さh1がウェハ10の厚みの1/4以下であれば、ウェハ10の飛び出しを好適に防ぎ得ることがわかった。すなわち、本実施形態のリテーナリング110によれば、面取り部181の高さh1がウェハ10の厚みの1/4以下であることにより、ウェハ10の飛び出しを防止するという本来の機能を損なうことなく、リテーナリング110の欠片によるマイクロスクラッチの発生を効果的に低減できる。
Since the
なお、本発明者の経験によれば、面取り部181の高さh1は、ウェハ10の厚さTSのほぼ1/8であることが好ましい。この場合、ウェハ10の飛び出しをより確実に防止しつつ、リテーナリング110の欠片によるマイクロスクラッチの発生を効果的に低減できる。
According to the inventor's experience, the height h 1 of the chamfered
また、ウェハ10にCMPを施す際には、ウェハ10の表面を出来る限り平坦にするために、スラリーの成分や回転速度といった研磨条件が最適条件となるよう調整することが一般的である。そして、リテーナリング110の内径が変わると、研磨条件の再調整が必要となる。本実施形態のリテーナリング110では、面取り部181の高さh1がウェハ10の厚さTSの1/4以下であり、ウェハ10から見たリテーナリング110の内径を実質的に変えることなくマイクロスクラッチの発生を低減できる。したがって、再調整の手間も低減できる。
Further, when CMP is performed on the
なお、上記したリテーナリング110による作用効果は、該リテーナリング110を搭載したキャリアヘッド100、および該キャリアヘッドを備えるCMP装置20においても同様である。
Note that the effects of the
<変形例>
図6は、リテーナリング110に形成される面取り部の他の例を示す側面断面図である。図6に示されるように、本変形例による面取り部183は、第1の部分180の内側面188と底面182との角が曲面状に面取りされて成る。面取り部183は、例えば第1の部分180の当該角部を切削することにより形成される。リテーナリング110の中心軸線を含む断面における面取り部183の形状は斜め下方に向けて凸の曲線状となっており、その曲率半径は任意である。また、第1の部分180の底面182を含む平面を基準とする面取り部183の高さh2はウェハ10の厚さTSの1/4以下であり、より好ましくは厚さTSの1/8である。ウェハ10の厚さTSは一般的に0.8[mm]なので、その場合、面取り部183の高さh2は0.2[mm]以下、好ましくは0.1[mm]となる。また、図3(b)に示した面取り部181と同様、面取り部183は、内側面188と底面182との角部を有意に切削することにより形成されたものであり、リテーナリングを形成する際の許容差により生じる形状とは異なる。面取り部183は、底面182からの高さh2が0.01[mm]以上(好ましくは0.05[mm]以上)であり、このような形状とは明確に区別される。
<Modification>
FIG. 6 is a side sectional view showing another example of the chamfered portion formed on the
リテーナリングの面取り部は、図3(b)に示したようなテーパ状に限らず、本変形例のように曲面状に形成されてもよい。これにより、面取り部による前述した作用効果を同様に得ることができる。 The chamfered portion of the retainer ring is not limited to the tapered shape as shown in FIG. 3B, and may be formed in a curved shape as in this modification. Thereby, the effect mentioned above by a chamfering part can be obtained similarly.
本発明によるリテーナリング、キャリアヘッド、および化学機械研磨装置は、上記した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態においてはプラスチック製の第1の部分および金属製の第2の部分からなるリテーナリングに本発明を適用した例を説明したが、本発明はこのような構成のリテーナリングに限らず、単一部分や三つ以上の部分によって構成されたリテーナリングにも適用できる。また、面取り部が形成されるリテーナリングの構成材料は、プラスチックに限らず他の材料であってもよい。 The retainer ring, the carrier head, and the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention are not limited to the above-described embodiments, and various other modifications are possible. For example, in the above embodiment, the example in which the present invention is applied to the retainer ring including the first portion made of plastic and the second portion made of metal has been described. However, the present invention is not limited to the retainer ring having such a configuration. It can also be applied to a retainer ring constituted by a single part or three or more parts. Further, the constituent material of the retainer ring in which the chamfered portion is formed is not limited to plastic, but may be other materials.
10…ウェハ、20…化学機械研磨装置、25a〜25c…研磨部、27…運搬部、30…回転定盤、32…研磨パッド、40…パッドコンディショナー装置、50…スラリー、60…複数ヘッドカルーセル、70a〜70d…キャリアヘッド装置、100…キャリアヘッド、102…ハウジング、104…ベース、106…ジンバル機構、110…リテーナリング、180…第1の部分、181,183…面取り部、182…底面、184…第2の部分、186…接着剤層、188…内側面。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ウェハの外縁に沿う内側面と前記研磨パッドに対向する底面との角がテーパ状又は曲面状に面取りされた面取り部を有することを特徴とする、リテーナリング。 A retainer ring disposed around a wafer to be polished on a polishing pad of a chemical mechanical polishing apparatus,
A retainer ring comprising a chamfered portion having a chamfered or curved surface between an inner side surface along an outer edge of the wafer and a bottom surface facing the polishing pad.
研磨パッドと、
請求項1〜4のいずれか一項に記載のリテーナリングを有し、前記ウェハを前記リテーナリングの内側に保持し前記研磨パッドに押し当てながら回転するキャリアヘッドと
を備えることを特徴とする、化学機械研磨装置。 A chemical mechanical polishing apparatus for performing chemical mechanical polishing on a wafer,
A polishing pad;
A retainer ring according to any one of claims 1 to 4, and a carrier head that rotates while holding the wafer inside the retainer ring and pressing the wafer against the polishing pad. Chemical mechanical polishing equipment.
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-
2007
- 2007-08-24 JP JP2007218800A patent/JP2009050943A/en active Pending
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