JP2010042497A - Wafer rotation stabilization structure in polishing head - Google Patents
Wafer rotation stabilization structure in polishing head Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010042497A JP2010042497A JP2008210189A JP2008210189A JP2010042497A JP 2010042497 A JP2010042497 A JP 2010042497A JP 2008210189 A JP2008210189 A JP 2008210189A JP 2008210189 A JP2008210189 A JP 2008210189A JP 2010042497 A JP2010042497 A JP 2010042497A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wafer
- zone
- polishing head
- rotation
- pressing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 95
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims abstract description 111
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 9
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 6
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 6
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 19
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 7
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
本発明は、研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造に関するものであり、特に、化学機械研磨加工(CMP:Chemical Mechanical Polishing)等において、ウェーハ裏面にゾーン押圧部を直接接触させて局所的押圧を行うとともにウェーハの回転を適正に平均化して所望の残膜厚プロファイル制御を行うことが可能な研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造に関するものである。 The present invention relates to a wafer rotation stabilization structure in a polishing head, and in particular, in a chemical mechanical polishing (CMP) or the like, a zone pressing portion is directly brought into contact with the back surface of a wafer to perform local pressing. The present invention relates to a wafer rotation stabilization structure in a polishing head capable of appropriately averaging wafer rotation and performing desired residual film thickness profile control.
従来、例えば、次のようなポリッシング装置が知られている。この従来技術は、トップリング(研磨ヘッド)の下面に弾性マットが貼着されて研磨対象物であるウェーハの裏面を保持する保持面が形成されるとともに、該弾性マットの周囲にはウェーハの外周部を保持するための環状の保持部が形成されている。そして、該環状の保持部でウェーハの外周部を保持して弾性マットで形成された保持面に該ウェーハを保持するように構成されている。また、トップリングには、保持したウェーハをターンテーブル(プラテン)上の研磨布に押圧する押圧力可変のトップリング用押圧手段が設けられている。前記トップリング内には、中央部に位置する円形の第1チャンバ、該第1チャンバの外周側に位置する環状の第2チャンバ、該第2チャンバの外周側に位置する環状の第3チャンバが設けられ、該第1〜第3の各チャンバには、それぞれバルブを介して加圧流体源が接続されている。一方、第1〜第3の各チャンバからはウェーハの保持面に加圧流体を噴出するためのそれぞれ複数の開口が前記弾性マットを介して開穿されている。そして、第1〜第3の各チャンバに供給する加圧流体の圧力をそれぞれ変えてトップリングの保持面とウェーハ裏面との間に介在する流体に圧力勾配をもたせ、ウェーハを研磨布に押し付ける押圧力に勾配をもたせることでウェーハの局部的な研磨量の過不足を補正するようにしている。 Conventionally, for example, the following polishing apparatus is known. In this prior art, an elastic mat is attached to the lower surface of the top ring (polishing head) to form a holding surface for holding the back surface of the wafer, which is an object to be polished, and the periphery of the wafer is surrounded by the elastic mat. An annular holding part for holding the part is formed. The outer peripheral portion of the wafer is held by the annular holding portion, and the wafer is held on a holding surface formed by an elastic mat. The top ring is provided with a pressing means for variable top ring that presses the held wafer against the polishing cloth on the turntable (platen). In the top ring, a circular first chamber located at the center, an annular second chamber located on the outer peripheral side of the first chamber, and an annular third chamber located on the outer peripheral side of the second chamber A pressurized fluid source is connected to each of the first to third chambers via valves. On the other hand, a plurality of openings for ejecting pressurized fluid from the first to third chambers to the holding surface of the wafer are opened through the elastic mat. Then, the pressure of the pressurized fluid supplied to each of the first to third chambers is changed to create a pressure gradient in the fluid interposed between the holding surface of the top ring and the back surface of the wafer, and press the wafer against the polishing cloth. By applying a gradient to the pressure, the excess or deficiency of the local polishing amount of the wafer is corrected.
さらに、前記トップリングの外周部には、該トップリングに対し上下動自在に押圧リングが配置されている。該押圧リングには押圧力可変のリング用押圧手段が付設されている。そして、研磨中に、押圧リングが研磨布を押圧する押圧力を、トップリングがウェーハを研磨布に押圧する押圧力に応じて適宜に調整することで、ウェーハの中心部から周縁部、さらにはウェーハの外側にある押圧リングの外周部までの研磨圧力が連続且つ、均一になる。そのため、ウェーハの周縁部における研磨量の過不足を防止することができるとしている(例えば、特許文献1参照)。 Further, a pressing ring is disposed on the outer periphery of the top ring so as to be movable up and down with respect to the top ring. The pressing ring is provided with a ring pressing means with variable pressing force. And, during the polishing, the pressing ring presses the polishing cloth appropriately, according to the pressing force the top ring presses the wafer against the polishing cloth, from the center of the wafer to the peripheral part, and further The polishing pressure up to the outer periphery of the pressure ring outside the wafer is continuous and uniform. For this reason, excessive or insufficient polishing amount at the peripheral edge of the wafer can be prevented (see, for example, Patent Document 1).
また、従来、例えば、次のようなウェーハ研磨装置が知られている。この従来技術は、ウェーハを保持するキャリアの底面外周側に、周方向に沿ってエアガイド溝が形成され、該エアガイド溝内に複数のエア噴出孔が円周方向に所定の間隔をおいて形成されている。そして、該複数のエア噴出孔からエアを噴出して、該エアを前記キャリアの外側に流出させながらキャリアの底面とウェーハとの間に圧力エア層を形成し、キャリアに伝達されたエアバックからの押圧力を前記圧力エア層を介してウェーハに伝達することにより、ウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するようにしている。前記複数のエア噴出孔は、エアガイド溝を介して連通されており、各エア噴出孔から噴出されたエアは、該エアガイド溝にガイドされて迅速にウェーハの外周部全体に供給され、圧力エア層が形成される。このように、エアガイド溝を介してウェーハの外周部にエアを供給すると、ウェーハにかかるエア圧力がウェーハ全面において均一になるので、ウェーハを均一な押付け力で研磨することができるとしている(例えば、特許文献2参照)。
特許文献1に記載の従来技術においては、トップリングの底部に形成された環状の保持部でウェーハの外周部を保持し、該保持部の回転でウェーハに直接トルクを与えてウェーハを回転させている。ここで、ウェーハの研磨において特にウェーハ周縁部における研磨レート均一性を向上させるためには、ウェーハの回転速度を平均化することが必須とされる。これに対し、上記のように保持部の回転でウェーハに直接トルクを与え、ウェーハの回転を該保持部の回転に同期させる構造の場合、ウェーハの回転は保持部の加工精度に依存する。しかしながら、加工精度を上げるためには、そのための生産性の低下が生じるとともに、平滑度等の精度検査のための時間及び設備等が必要であり、コスト高を招くことになる。また、この従来技術では、前記トップリング内に第1〜第3のチャンバを設け、各チャンバにはそれぞれバルブを介して加圧流体源を接続し、該トップリングの保持面とウェーハの上面との間に介在する流体そのものに圧力勾配をもたせ、ウェーハを研磨布に押し付ける押圧力に勾配をもたせることでウェーハの局部的な研磨量の過不足を補正することも行っている。さらに、この従来技術では、前記トップリングの外周部に上下動自在に押圧リングを配置し、この押圧リングが研磨布を押圧する押圧力を、トップリングがウェーハを研磨布に押圧する押圧力に応じて調整することで、ウェーハの周縁部における研磨量の過不足を防止するようにしている。このように、トップリング内に第1〜第3のチャンバを設けている点、及びトップリングの外周部に押圧リングを配置している点においても、さらにコスト高を招いている。 In the prior art described in Patent Document 1, the outer peripheral portion of the wafer is held by an annular holding portion formed at the bottom of the top ring, and the wafer is rotated by directly applying torque to the wafer by the rotation of the holding portion. Yes. Here, in the polishing of the wafer, in order to improve the polishing rate uniformity particularly in the peripheral portion of the wafer, it is essential to average the rotation speed of the wafer. On the other hand, in the case of the structure in which the torque is directly applied to the wafer by the rotation of the holding unit as described above and the rotation of the wafer is synchronized with the rotation of the holding unit, the rotation of the wafer depends on the processing accuracy of the holding unit. However, in order to increase the processing accuracy, productivity is lowered for that purpose, and time and equipment for accuracy inspection such as smoothness are required, resulting in high costs. Further, in this prior art, first to third chambers are provided in the top ring, and a pressurized fluid source is connected to each chamber via a valve, and the holding surface of the top ring, the upper surface of the wafer, In addition, a pressure gradient is given to the fluid itself intervening between them, and a gradient is given to the pressing force that presses the wafer against the polishing cloth, thereby correcting the excess or deficiency of the local polishing amount of the wafer. Further, in this prior art, a pressing ring is arranged on the outer periphery of the top ring so as to be movable up and down, and the pressing force that presses the polishing cloth is changed to the pressing force that the top ring presses the wafer against the polishing cloth. By adjusting accordingly, excessive or insufficient polishing amount at the peripheral edge of the wafer is prevented. In this way, the first to third chambers are provided in the top ring, and the press ring is disposed on the outer periphery of the top ring, which further increases the cost.
また、特許文献2に記載の従来技術においては、キャリアに伝達されたエアバックからの押圧力を該キャリアの底面部に形成された圧力エア層を介してウェーハに伝達することにより、ウェーハを均一加圧して研磨するようにしている。
Moreover, in the prior art described in
ところで、CMPにおいてウェーハの研磨均一性は、上記のような圧力エア層を介してのウェーハの均一加圧と回転速度の平均化で達成することが可能である。そして、ウェーハ回転の平均化は、リテーナリングの内径をウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定し、ウェーハをリテーナリングの回転に対し非同期で従動回転させることにより、ウェーハ保持部としてのリテーナリングの加工精度に依存することなく、低コストで達成することが考えられている。なお、ウェーハをリテーナリングの回転に対し非同期で従動回転させてウェーハの回転速度を平均化させる技術は、本出願人の特許出願に係る特願2008−104039号の願書に添付した明細書及び図面に開示されている。 By the way, the polishing uniformity of the wafer in CMP can be achieved by uniform pressing of the wafer through the pressure air layer as described above and averaging of the rotation speed. The wafer rotation is averaged by setting the inner diameter of the retainer ring to a required diameter larger than the diameter of the wafer, and rotating the wafer asynchronously with respect to the rotation of the retainer ring. It is considered to achieve at a low cost without depending on the processing accuracy of the retainer ring. The technique of rotating the wafer asynchronously with respect to the rotation of the retainer ring to average the rotation speed of the wafer is described in the specification and drawings attached to the application of Japanese Patent Application No. 2008-104039 relating to the applicant's patent application. Is disclosed.
しかし、昨今、半導体デバイス製造工程でのCMPの位置付けは、ウェーハ残膜厚のプロファイル制御を行うことに移行しており、この残膜厚のプロファイル制御は、前記エアバックによる押圧力を圧力エア層を介してウェーハに伝達する均一加圧法では達成が困難になっている。このため、ゾーン押圧部を設け、このゾーン押圧部をウェーハの裏面に直接接触させて局所的押圧を行える研磨ヘッドが求められている。しかしながら、ゾーン押圧部をウェーハの裏面に直接接触させると、摩擦抵抗が生じて前記回転非同期による従動回転でウェーハ回転を平均化することが難しくなるという問題点があった。 However, in recent years, the positioning of CMP in the semiconductor device manufacturing process has shifted to profile control of the remaining film thickness of the wafer. It is difficult to achieve with the uniform pressure method in which the wafer is transmitted to the wafer through the substrate. For this reason, there is a need for a polishing head that is provided with a zone pressing portion and that can make local pressing by directly contacting the zone pressing portion with the back surface of the wafer. However, when the zone pressing portion is brought into direct contact with the back surface of the wafer, there is a problem that frictional resistance is generated and it becomes difficult to average the wafer rotation by the driven rotation due to the asynchronous rotation.
そこで、研磨時にウェーハの裏面にゾーン押圧部を直接接触させて効果的な局所的押圧を行うとともに格別コスト高を招くことなくウェーハの回転を適正に平均化して、所望の残膜厚プロファイル制御を実行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, at the time of polishing, the zone pressing part is brought into direct contact with the back surface of the wafer to perform effective local pressing and appropriately average the rotation of the wafer without incurring a particularly high cost, thereby controlling the desired remaining film thickness profile. A technical problem to be solved in order to be executed 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、ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付け、前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハを研磨する研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造であって、前記ウェーハの裏面に直接接触して局所的押圧を行うゾーン押圧部を備えるとともに該ゾーン押圧部における前記ウェーハ裏面への接触部にフッ素系樹脂のコーティングを施した研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造を提供する。 The present invention has been proposed to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is a polishing head for polishing a wafer by pressing the wafer against a polishing pad on a platen and rotating the wafer relative to the platen. The wafer rotation stabilization structure in FIG. 1 includes a zone pressing portion that directly contacts the back surface of the wafer and performs local pressing, and the contact portion of the zone pressing portion that contacts the wafer back surface is coated with a fluorine-based resin. Provided is a wafer rotation stabilization structure in a polished polishing head.
この構成によれば、接触部に滑り性の優れたフッ素系樹脂のコーティングを施したゾーン押圧部を、ウェーハの裏面に直接接触させて押圧することで、ウェーハが研磨ヘッドの回転に対し非同期で回転しても摩擦抵抗が極小に抑えられて該ウェーハの回転を阻害することなく効果的に所望の局所的押圧が行われる。これにより、所望の残膜厚プロファイル制御を行うことが可能となる。 According to this configuration, the wafer is asynchronous with respect to the rotation of the polishing head by pressing the zone pressing part, which is coated with a fluororesin coating having excellent slipperiness, in direct contact with the back surface of the wafer. Even if it rotates, the frictional resistance is suppressed to a minimum, and desired local pressing is effectively performed without hindering the rotation of the wafer. This makes it possible to perform desired residual film thickness profile control.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、上記ゾーン押圧部は、上記研磨ヘッドの回転中心をリング中心とするリング状に形成されている研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造を提供する。 A second aspect of the present invention provides the wafer rotation stabilization structure in the polishing head according to the first aspect, wherein the zone pressing portion is formed in a ring shape with the rotation center of the polishing head as a ring center. To do.
この構成によれば、ウェーハ上の所望半径の環状ゾーンに確実に効果的な局所的押圧を加えることができて、所望の残膜厚プロファイル制御を確実に行うことが可能となる。 According to this configuration, it is possible to reliably apply an effective local pressure to the annular zone having a desired radius on the wafer, and it is possible to reliably perform a desired residual film thickness profile control.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の発明において、上記ゾーン押圧部は、同心上に形成されたリング状の複数のゾーン押圧部からなり、相隣るリング状のゾーン押圧部間にはエアガイド溝が形成されるとともに該エアガイド溝内に複数のエア噴出孔が適宜間隔をおいて設けられている研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造を提供する。
The invention according to
この構成によれば、リング状の複数のゾーン押圧部を設けたことで、ウェーハ上の複数の所望半径の各環状ゾーンに確実に効果的な局所的押圧を加えることが可能となる。また、エア噴出孔から供給された圧縮エアがエアガイド溝を介して相隣るリング状のゾーン押圧部間に迅速に行き渡って圧力エア層が形成され、前記局所的押圧が加えられるウェーハ上の各環状ゾーンの間が該圧力エア層により押圧される。したがって、所望の残膜厚プロファイル制御を確実に行うことが可能となる。 According to this configuration, by providing a plurality of ring-shaped zone pressing portions, it is possible to reliably apply effective local pressing to each annular zone having a plurality of desired radii on the wafer. In addition, the compressed air supplied from the air ejection holes quickly spreads between adjacent ring-shaped zone pressing portions via the air guide groove, and a pressure air layer is formed on the wafer to which the local pressing is applied. Between each annular zone is pressed by the pressure air layer. Therefore, it is possible to reliably perform desired residual film thickness profile control.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、上記リング状の各ゾーン押圧部には、上記研磨ヘッドの半径方向と同方向に複数のゾーン部エア溝が形成され、該複数のゾーン部エア溝は上記エアガイド溝に連通している研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, a plurality of zone air grooves are formed in each ring-shaped zone pressing portion in the same direction as the radial direction of the polishing head, The zone air groove provides a wafer rotation stabilization structure in the polishing head that communicates with the air guide groove.
この構成によれば、エア噴出孔から供給された圧縮エアが各ゾーン押圧部に形成されたゾーン部エア溝にも行き渡り、ウェーハに対し圧力エア層による加圧領域が増える。これに加えてウェーハ上の複数の所望半径の各環状ゾーンに確実に効果的な局所的押圧が行われて、所望の残膜厚プロファイル制御を確実に行うことが可能となる。また、複数のゾーン部エア溝とエアガイド溝とは連通していることで、該両溝はエア噴出孔から供給された圧縮エアの排気路としても機能し、供給された圧縮エアは該排気路を介して適宜に外部に排出される。 According to this configuration, the compressed air supplied from the air ejection holes is also distributed to the zone air grooves formed in the respective zone pressing portions, so that the pressurization region by the pressure air layer is increased on the wafer. In addition to this, effective local pressing is surely performed on each annular zone having a plurality of desired radii on the wafer, so that desired residual film thickness profile control can be reliably performed. Further, since the plurality of zone air grooves and the air guide grooves communicate with each other, the both grooves also function as exhaust passages for the compressed air supplied from the air ejection holes. It is discharged to the outside appropriately through the road.
請求項5記載の発明は、請求項1,2,3又は4記載の発明において、上記ウェーハの周囲を囲むようにして研磨ヘッド側に設けられたリテーナリングの内径を該ウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定し、該ウェーハは、その外周部が前記リテーナリングの内周部に転がり接触することにより駆動されて回転するウェーハ回転安定化構造を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first, second, third, or fourth aspect of the invention, the inner diameter of the retainer ring provided on the polishing head side so as to surround the periphery of the wafer is longer than the diameter of the wafer. The diameter of the wafer is set to a large diameter, and the wafer provides a wafer rotation stabilization structure that is driven and rotated by rolling contact with the inner periphery of the retainer ring.
この構成によれば、リテーナリングの内径をウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定することで、研磨ヘッドが回転すると前記ウェーハの外周部とリテーナリングの内周部との間に、その接触位置が所要量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じる。そして、このような転がり接触によりウェーハはリテーナリングの回転に対し非同期で回転するとともに、その回転速度が平均化される。 According to this configuration, by setting the inner diameter of the retainer ring to be larger than the diameter of the wafer by a required length, when the polishing head rotates, the outer periphery of the wafer and the inner periphery of the retainer ring are Rolling contact occurs such that the contact position is sequentially shifted by a required amount. Then, by such rolling contact, the wafer rotates asynchronously with the rotation of the retainer ring, and the rotation speed is averaged.
請求項1記載の発明は、ウェーハに対し効果的に所望の局所的押圧を行うことができるとともに、ウェーハが研磨ヘッドの回転に対し非同期で回転しても、ウェーハの回転を適正に維持することができる。したがって、所望の残膜厚プロファイル制御を実行することができる。また、ゾーン押圧部が低摩耗化されて寿命向上に寄与できるという利点がある。 The invention described in claim 1 can effectively perform desired local pressing on the wafer, and properly maintain the rotation of the wafer even when the wafer rotates asynchronously with the rotation of the polishing head. Can do. Therefore, desired residual film thickness profile control can be executed. In addition, there is an advantage that the zone pressing portion is reduced in wear and can contribute to an improvement in life.
請求項2記載の発明は、ウェーハ上の所望半径の環状ゾーンに効果的に局所的押圧を加えることができて、所望の残膜厚プロファイル制御を確実に実行することができるという利点がある。
The invention according to
請求項3記載の発明は、ウェーハ上の複数の所望半径の各環状ゾーンに効果的に局所的押圧を加えることができ、さらに各環状ゾーンの間には圧力エア層による押圧を加えることができて、所望の残膜厚プロファイル制御を一層確実に実行することができるという利点がある。
The invention according to
請求項4記載の発明は、ウェーハに対し局所的押圧領域以外の領域に対してエア層による均一加圧を維持でき、所望の残膜厚プロファイル制御の制御範囲を広げることができるという利点がある。
The invention according to
請求項5記載の発明は、ウェーハの外周部とリテーナリングの内周部との間に、その接触位置が所要量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じることで、ウェーハはリテーナリングの回転に対し非同期で回転する。これにより、コスト高につくリテーナリングの加工精度に依存することなく、ウェーハの回転を平均化することができるという利点がある。 According to the fifth aspect of the present invention, a rolling contact is generated between the outer peripheral portion of the wafer and the inner peripheral portion of the retainer ring so that the contact position sequentially shifts by a required amount. Rotates asynchronously. Accordingly, there is an advantage that the rotation of the wafer can be averaged without depending on the processing accuracy of the retainer ring which is expensive.
研磨時にウェーハの裏面にゾーン押圧部を直接接触させて効果的な局所的押圧を行うとともに格別コスト高を招くことなくウェーハの回転を適正に平均化して、所望の残膜厚プロファイル制御を実行するという目的を達成するために、ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付け、前記プラテンに対し相対回転させて前記ウェーハを研磨する研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造であって、前記ウェーハの裏面に直接接触して局所的押圧を行うゾーン押圧部を備えるとともに該ゾーン押圧部における前記ウェーハ裏面への接触部にフッ素系樹脂のコーティングを施すことにより実現した。 Executes the desired residual film thickness profile control by bringing the zone pressing part into direct contact with the back surface of the wafer during polishing for effective local pressing and properly averaging the rotation of the wafer without incurring a particularly high cost. In order to achieve the above object, a wafer rotation stabilization structure in a polishing head that presses a wafer against a polishing pad on a platen and rotates the wafer relative to the platen to polish the wafer, and directly contacts the back surface of the wafer. This is achieved by providing a zone pressing part that performs local pressing and applying a fluorine-based resin coating to the contact part of the zone pressing part to the wafer back surface.
以下、本発明の実施例に係る研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造を図面に従って詳述する。図1は研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造を備えたウェーハ研磨装置の斜視図、図2はウェーハ回転安定化構造を内装した研磨ヘッドの概略拡大縦断面図、図3は図2の研磨ヘッドにおけるゾーン押圧部部分の底面図、図4はゾーン押圧部の部分を拡大して示す図であり、(a)は縦断面図、(b)は側面図である。 Hereinafter, a wafer rotation stabilization structure in a polishing head according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a perspective view of a wafer polishing apparatus having a wafer rotation stabilization structure in a polishing head, FIG. 2 is a schematic enlarged longitudinal sectional view of a polishing head having a wafer rotation stabilization structure, and FIG. 3 is a view of the polishing head in FIG. The bottom view of a zone press part part, FIG. 4 are the figures which expand and show the part of a zone press part, (a) is a longitudinal cross-sectional view, (b) is a side view.
まず、研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造を備えたウェーハ研磨装置の構成を説明する。図1においてウェーハ研磨装置(CMP装置)1は、主としてプラテン2と、研磨ヘッド3とから構成されている。前記プラテン2は、円盤状に形成され、その下面中央には回転軸4が連結されており、モータ5の駆動によって矢印A方向へ回転する。プラテン2の上面には研磨パッド6が貼付されており、該研磨パッド6上に図示しないノズルから研磨剤と化学薬品との混合物であるスラリーが供給される。
First, the configuration of a wafer polishing apparatus having a wafer rotation stabilization structure in the polishing head will be described. In FIG. 1, a wafer polishing apparatus (CMP apparatus) 1 is mainly composed of a
研磨ヘッド3は、図示しない昇降装置によって上下移動自在に設けられており、研磨対象のウェーハを研磨ヘッド3にセットする際に上昇移動される。また、研磨ヘッド3は、ウェーハを研磨する際には下降移動されて研磨パッド6に当接される。
The polishing
前記研磨ヘッド3は、図2に示すように、主としてヘッド本体7、バックプレート8、リング状のバックプレート用エアバック9、ゾーン押圧部10、リテーナリング11、リング状のリテーナリング用エアバック13及びエア等の制御手段で構成されている。前記バックプレート用エアバック9及びリテーナリング用エアバック13には、それぞれエアを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。
As shown in FIG. 2, the polishing
前記ヘッド本体7は前記プラテン2よりも小形の円盤状に形成され、その上面中央に回転軸12(図1参照)が連結されている。該ヘッド本体7は前記回転軸12に軸着されて図示しないモータで駆動され図1の矢印B方向に回転する。前記バックプレート8は円盤状に形成され、ヘッド本体7の中央下方に配設されている。該バックプレート8の上面中央部とヘッド本体7の中央下部との間にはドライプレート14が設けられており、ヘッド本体7から回転が伝達される。前記ドライプレート14の中央下部と前記バックプレート8の中央上部との間には図示しない作動トランスが配設されており、該作動トランスは図示しない制御部に連結されてウェーハ上に形成された導電性膜の研磨状態信号を該制御部に出力する。
The head body 7 is formed in a disk shape smaller than the
前記バックプレート8の上面周縁部にはリング状のバックプレート押圧部材15が設けられており、バックプレート8は該バックプレート押圧部材15を介してバックプレート用エアーバック9から押圧力が伝達される。そして、該バックプレート8の下面に、研磨中のウェーハの裏面に直接接触して該ウェーハに対し局所的押圧を行う前記ゾーン押圧部10が固着されている。該ゾーン押圧部10は、ゴム材等で作製されており、図3の構成例に示すように、研磨ヘッド3の回転中心をリング中心としてそれぞれリング状に形成された外周側ゾーン押圧部10A、中間ゾーン押圧部10B及び内側ゾーン押圧部10Cの3個で構成されている。
A ring-shaped back
これらのゾーン押圧部10A,10B,10Cは研磨中のウェーハの裏面に直接接触するものであるため、ウェーハが研磨ヘッド3の回転に対し非同期で回転すると摩擦抵抗により、ウェーハの回転を阻害することになる。このため、図4(a)に示すように、各ゾーン押圧部10A,10B,10Cにおけるウェーハ裏面への接触部には、機械的特性及び滑り性の優れたポリ四フッ化エチレン等のフッ素系樹脂のコーティング16が施されている。該フッ素系樹脂のコーティング16の部分が、ウェーハが研磨ヘッド3の回転に対し非同期で回転しても摩擦抵抗を極小に抑えるウェーハ回転安定化構造として機能する。該フッ素系樹脂のコーティング16は、少なくとも各ゾーン押圧部10A,10B,10Cにおけるウェーハ裏面への接触部に対して行えばよく、後述するエアガイド溝内やゾーン部エア溝内には、行う必要はない。
Since these
前記外周側ゾーン押圧部10Aと中間ゾーン押圧部10Bとの間、及び中間ゾーン押圧部10Bと内側ゾーン押圧部10Cとの間には、それぞれエアガイド溝17a,17b形成され、該両エアガイド溝17a,17b内及び内側ゾーン押圧部10Cの内周縁に沿ったバックプレート8の底面部分には、圧縮エアを噴射するためのそれぞれ複数のエア噴出孔18が適宜間隔をおいて設けられている。エアガイド溝17a内の複数のエア噴出孔18、エアガイド溝17b内の複数のエア噴出孔18、及び内側ゾーン押圧部10Cの内周縁に沿った複数のエア噴出孔18には、全エア噴出孔18に共通もしくはエアガイド溝17a内の複数のエア噴出孔18、エアガイド溝17b内の複数のエア噴出孔18等毎に各別に圧縮エア供給用の図示しないエアフロートラインが連結されている。
前記複数のエア噴出孔18の配設に加えて、前記エアガイド溝17b内等のバックプレート8下面の適宜の部位には、図示しないバキュームラインに通じるバキューム孔が設けられている。なお、前記複数のエア噴出孔18をバルブ等により前記エアフロートラインとバキュームラインに切換え接続して、該複数のエア噴出孔18をバキューム孔に兼用させてもよい。エアフロートラインからの圧縮エアの供給及びバキュームラインからのバキューム作用等は制御部からの指令信号によって実行される。
In addition to the arrangement of the plurality of air ejection holes 18, a vacuum hole leading to a vacuum line (not shown) is provided at an appropriate portion of the lower surface of the
図3のゾーン押圧部部分の底面図及び図4(b)の拡大した側面図に示すように、外周側ゾーン押圧部10A、中間ゾーン押圧部10B及び内側ゾーン押圧部10Cの各ゾーン押圧部の下面側には、研磨ヘッド3の半径方向と同方向に複数のゾーン部エア溝19が形成されている。該複数のゾーン部エア溝19は前記両エアガイド溝17a,17b及び内側ゾーン押圧部10Cの内周縁側空間部に連通している。このように各ゾーン押圧部10A,10B,10Cに形成された複数のゾーン部エア溝19と両エアガイド溝17a,17bとは連通していることで、該両溝19と17a,17bは複数のエア噴出孔18から噴射された圧縮エアの排気路としても機能し、噴射された圧縮エアは該排気路を介して適宜に外部に排出される。
As shown in the bottom view of the zone pressing portion of FIG. 3 and the enlarged side view of FIG. 4B, each of the zone pressing portions of the outer
前記リテーナリング11は、その内径がウェーハの直径(例えば300mm)よりも所要長さ(例えば少なくとも3mm)だけ大径のリング状に形成され、バックプレート8の外周に配置されている。このように、リテーナリング11の内径をウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定したことで、ウェーハは、その外周部がリテーナリング11の内周部に転がり接触することにより駆動されて該リテーナリング11の回転に対し非同期で回転する。
The
該リテーナリング11は研磨ヘッド3に設けられたリテーナリングホルダ20に取付けられ、該リテーナリングホルダ20にはスナップリング21を介してリテーナリング押圧部材22が連結されている。また、スナップリング21の外周にはスナップリングカバー23が取付けられている。リテーナリング11は、前記リテーナリング押圧部材22等を介してリテーナリング用エアバック13からの押圧力が伝達されて研磨パッド6に押し付けられる。
The
次に、上述のように構成された研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造の作用を説明する。まず、研磨ヘッド3を図示しない移動機構により所定箇所に待機中のウェーハ上に載置する。そして、研磨ヘッド3のバキュームライン側を作動状態とし、バックプレート8の下面にウェーハを吸着する。そして、前記移動機構により、ウェーハを吸着保持した研磨ヘッド3をプラテン2上に運び、該ウェーハを、研磨対象である導電性膜が研磨パッド6に対接するようにプラテン2上に載置する。
Next, the operation of the wafer rotation stabilization structure in the polishing head configured as described above will be described. First, the polishing
次いで、バキュームライン側の作動を解除し、図示しない空気供給機構からバックプレート用エアバック9及びリテーナリング用エアバック13にエアを供給して該両エアバック9,11を膨らませる。これと同時に各エア噴出孔18から両エアガイド溝17a,17b内及び内側ゾーン押圧部10Cの内周縁側空間部並びに各ゾーン部エア溝19内に圧縮エアーを供給して、これらの部位に圧力エア層を形成する。
Next, the operation on the vacuum line side is released, and air is supplied from the air supply mechanism (not shown) to the back plate airbag 9 and the
これにより、リテーナリング用エアーバック13の膨らみによって、リテーナリング11が研磨パッド6に押し付けられる。また、バックプレート用エアーバック9の膨らみによるバックプレート8の押圧力により、外周側ゾーン押圧部10A、中間ゾーン押圧部10B及び内側ゾーン押圧部10Cがウェーハの裏面に直接接触して各ゾーン押圧部10A,10B,10Cに対応したウェーハ上の各環状ゾーンに局所的押圧が加えられ、さらに各環状ゾーンの間等が圧力エア層を介して押圧される。
Thereby, the
この状態でプラテン2を図1の矢印A方向に回転させるとともに研磨ヘッド3を図1の矢印B方向に回転させ、回転する研磨パッド6上に図示しないノズルからスラリーを供給する。前記リテーナリング11は、その内径がウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定されていることで、研磨ヘッド3が回転するとウェーハの外周部とリテーナリング11の内周部との間に、その接触位置が所要量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じる。この転がり接触によりウェーハの回転速度は、リテーナリング11の内径とウェーハの直径との比に反比例して大となり、ウェーハはリテーナリング11の回転に対し非同期で回転始動する。
In this state, the
このとき、ウェーハの裏面に直接接触して局所的押圧を加えている各ゾーン押圧部10A,10B,10Cは、その接触部に滑り性の優れたフッ素系樹脂のコーティング16が施されていることで、ウェーハがリテーナリング11の回転に対し非同期で回転しても摩擦抵抗が極小に抑えられて該ウェーハの非同期回転を阻害することがない。この結果、ウェーハの回転速度が適正に平均化されるとともに各ゾーン押圧部10A,10B,10Cにより効果的に所望の局所的押圧が行われて研磨が進行し、所望の残膜厚プロファイル制御が確実に行われる。
At this time, the
なお、本実施例は、バックプレート8に伝達される押圧力により前記各ゾーン押圧部10A,10B,10Cがウェーハの裏面に接触しないようにバックプレート用エアーバック9へのエア供給量を適宜に調整することで、該バックプレート8に伝達された押圧力を圧力エア層を介してウェーハに伝達し、該ウェーハを均一に加圧した状態で研磨することもできる。
In this embodiment, the air supply amount to the back plate air bag 9 is appropriately set so that the
上述したように、本実施例に係る研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造においては、リテーナリング11の内径をウェーハの直径よりも所要長さだけ大径に設定したことで、ウェーハの外周部とリテーナリング11の内周部との間に、その接触位置が所要量ずつ順次ずれるような転がり接触が生じて、ウェーハはリテーナリング11の回転に対し非同期で回転する。これにより、コスト高につくリテーナリングの加工精度に依存することなく、ウェーハの回転を平均化することができる。
As described above, in the wafer rotation stabilization structure in the polishing head according to the present embodiment, the inner diameter of the
各ゾーン押圧部10A,10B,10Cにおけるウェーハへの接触部に滑り性の優れたフッ素系樹脂のコーティング16を施したことで、ウェーハがリテーナリング11の回転に対し非同期で回転しても摩擦抵抗が極小に抑えられて該ウェーハの非同期回転を阻害することがない。この結果、ウェーハの回転を適正に平均化することができるとともに該ウェーハに対し効果的に所望の局所的押圧を行うことができて、所望の残膜厚プロファイル制御を実行することができる。また、各ゾーン押圧部10A,10B,10Cが低摩耗化されて寿命向上に寄与することができる。
By applying the
各ゾーン押圧部10A,10B,10Cに対応したウェーハ上の各環状ゾーンに効果的に局所的押圧を加えることができるとともに各環状ゾーンの間には圧力エア層による押圧を加えることができて、所望の残膜厚プロファイル制御を一層確実に実行することができる。
A local pressure can be effectively applied to each annular zone on the wafer corresponding to each
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なすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。 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.
図は本発明の実施例に係る研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造を示すものである。
1 ウェーハ研磨装置
2 プラテン
3 研磨ヘッド
4 回転軸
5 モータ
6 研磨パッド
7 ヘッド本体
8 バックプレート
9 バックプレート用エアバック
10 ゾーン押圧部
10A 外周側ゾーン押圧部
10B 中間ゾーン押圧部
10C 内側ゾーン押圧部
11 リテーナリング
12 回転軸
13 リテーナリング用エアバック
14 ドライプレート
15 バックプレート押圧部材
16 フッ素系樹脂のコーティング
17a,17b エアガイド溝
18 エア噴出孔
19 ゾーン部エア溝
20 リテーナリングホルダ
21 スナップリング
22 リテーナリング押圧部材
23 スナップリングカバー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (5)
前記ウェーハの裏面に直接接触して局所的押圧を行うゾーン押圧部を備えるとともに該ゾーン押圧部における前記ウェーハ裏面への接触部にフッ素系樹脂のコーティングを施したことを特徴とする研磨ヘッドにおけるウェーハ回転安定化構造。 A wafer rotation stabilization structure in a polishing head for pressing a wafer against a polishing pad on a platen and rotating the wafer relative to the platen to polish the wafer,
A wafer in a polishing head comprising a zone pressing portion that directly contacts the back surface of the wafer and performs local pressing, and a contact portion of the zone pressing portion that contacts the wafer back surface is coated with a fluorine resin. Rotation stabilization structure.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008210189A JP5495525B2 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Wafer rotation stabilization structure in polishing head |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008210189A JP5495525B2 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Wafer rotation stabilization structure in polishing head |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010042497A true JP2010042497A (en) | 2010-02-25 |
JP5495525B2 JP5495525B2 (en) | 2014-05-21 |
Family
ID=42014294
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2008210189A Active JP5495525B2 (en) | 2008-08-18 | 2008-08-18 | Wafer rotation stabilization structure in polishing head |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5495525B2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09183063A (en) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Wafer polishing device |
JP2003011056A (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Polishing method for workpiece and polishing device thereof |
JP2003103455A (en) * | 2001-09-28 | 2003-04-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Work holding board and polishing device and polishing method for work |
JP2003124170A (en) * | 2001-10-17 | 2003-04-25 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Wafer polishing device |
-
2008
- 2008-08-18 JP JP2008210189A patent/JP5495525B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH09183063A (en) * | 1995-12-28 | 1997-07-15 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Wafer polishing device |
JP2003011056A (en) * | 2001-06-27 | 2003-01-15 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Polishing method for workpiece and polishing device thereof |
JP2003103455A (en) * | 2001-09-28 | 2003-04-08 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | Work holding board and polishing device and polishing method for work |
JP2003124170A (en) * | 2001-10-17 | 2003-04-25 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Wafer polishing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP5495525B2 (en) | 2014-05-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7357699B2 (en) | Substrate holding apparatus and polishing apparatus | |
JP4086722B2 (en) | Substrate holding device and polishing device | |
JP7134101B2 (en) | Slurry distributor for chemical mechanical polishing | |
KR101767272B1 (en) | Polishing apparatus | |
JP2009131920A (en) | Polishing apparatus and polishing method | |
US6872130B1 (en) | Carrier head with non-contact retainer | |
JP4718107B2 (en) | Substrate holding device and polishing device | |
JP2008307674A (en) | Split pressurizing type retainer ring | |
JP2013111679A (en) | Elastic membrane and substrate holding device | |
JP2008302464A (en) | Polishing device and manufacturing method of semiconductor device using it | |
JP3683149B2 (en) | Structure of polishing head of polishing apparatus | |
US20240017373A1 (en) | Membrane for carrier head with segmented substrate chuck | |
JP5236705B2 (en) | Polishing equipment | |
US6746318B2 (en) | Workpiece carrier with adjustable pressure zones and barriers | |
JP2005531930A (en) | Carrier head that is partly a membrane | |
JP2006324413A (en) | Substrate retaining device and polishing device | |
JP4583729B2 (en) | Substrate holding device, polishing device, and elastic member used in the substrate holding device | |
JP2004518270A (en) | Chemical mechanical polishing (CMP) head, apparatus and method, and planarized semiconductor wafer produced thereby | |
JP5495525B2 (en) | Wafer rotation stabilization structure in polishing head | |
JP2007266299A (en) | Wafer-polishing apparatus and method | |
JPH09246218A (en) | Polishing method/device | |
JP3902715B2 (en) | Polishing device | |
JP2009255184A (en) | Wafer polishing device | |
KR20040056634A (en) | Chemical and mechanical polishing apparatus | |
JP2002170795A (en) | Wafer polishing apparatus |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110801 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130226 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20130228 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20130423 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131001 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140304 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140304 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5495525 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |