JP2010141218A - ウェハのベベル部形状管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＰ工程中におけるリテーナリングの変形を最小にすることができるウェハのベベル部の形状管理方法を提供する。
【解決手段】本発明に係るベベル部形状管理方法は、ウェハＷをＣＭＰ装置で研磨する前に、ウェハＷのベベル部を研磨して平坦な最端面Ｂ１を形成することによって、ウェハＷによるＣＭＰ装置のリテーナリングの変形を防止するものである。この場合、最端面Ｂ１の幅Ｄは２００μｍ〜５００μｍの範囲内にあることが好ましい。最端面Ｂ１を形成する手段としては、研磨テープを用いたベベル研磨装置などを用いることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ＣＭＰ工程およびＣＭＰ装置に与える影響を少なくするためのウェハのベベル部の形状管理方法に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。半導体デバイスの製造では、シリコンウェハの上に多くの種類の材料が膜状に繰り返し形成され、積層構造を形成する。この積層構造を形成するためには、ウェハの表面を平坦にする技術が重要となっている。このようなウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行うＣＭＰ装置が広く用いられている。

図１は、一般的なＣＭＰ装置を示す縦断面図である。図１に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、研磨パッド１００が取り付けられた研磨テーブル１０１と、ウェハＷを保持して回転させるトップリング１０４と、研磨液を研磨パッド１００上に供給するノズル１０５とを備えている。研磨中は、ノズル１０５から研磨液を研磨パッド１００上に供給しながら、トップリング１０４によりウェハＷを研磨パッド１００に押し付け、さらにトップリング１０４と研磨テーブル１０１をそれぞれ回転させる。このような動作により、ウェハＷと研磨パッド１００との間に研磨液が存在している状態でウェハＷの表面が平坦に研磨される。

トップリング１０４は、回転するトップリング１０４からウェハＷが飛び出さないように、環状のリテーナリング１０６を備えている。このリテーナリング１０６は、トップリング１０４の下面の一部を構成し、ウェハＷを囲むように配置されている。図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、トップリング１０４の一部を示す拡大断面図である。図２（ａ）に示すように、リテーナリング１０６とウェハＷとの間には微小な隙間が形成されている。研磨中は、トップリング１０４およびウェハＷが共に回転するため、図２（ｂ）に示すように、ウェハＷのベベル部（周縁部）がリテーナリング１０６の内周面にぶつかることがある。その結果、ウェハＷ上に形成された金属膜や絶縁膜が剥がれて、ウェハＷ上に形成されているデバイスに不具合を与えるおそれがある。

さらに、ウェハＷのベベル部は、一般に、円弧状の断面を有しているため、ウェハＷのベベル部がリテーナリング１０６に強い衝撃を与えてしまう。このため、図２（ｃ）に示すように、リテーナリング１０６が変形し、リテーナリング１０６の寿命が短くなるという問題があった。また、リテーナリング１０６が変形すると、ＣＭＰプロセスの安定性が悪くなり、歩留まりの低下やＣＭＰ加工の精度が悪化してしまう。

近年では、特許文献１及び２に示すように、ＣＭＰ工程の前にウェハのベベル部を研磨することによって、ベベル部上に形成されている膜を除去することが行われている。このベベル部の研磨によれば、ＣＭＰ工程中でのベベル部上の膜の剥がれの問題は解消することができる。しかしながら、ＣＭＰ工程中におけるリテーナリングの変形の問題は、依然として解決されていない。

特開２００３−２３４３１４号公報 特開２００４−２４１４３４号公報

本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、ＣＭＰ工程中におけるリテーナリングの変形を最小にすることができるウェハのベベル部の形状管理方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、ウェハをＣＭＰ装置で研磨する前に、ウェハのベベル部を研磨して平坦な最端面を形成することを特徴とするベベル部形状管理方法である。
本発明の好ましい態様は、前記平坦な最端面の幅は、２００μｍ〜５００μｍの範囲内にあることを特徴とする。

本発明によれば、ＣＭＰ工程の前にウェハの最端面が平坦に研磨されるので、ＣＭＰ工程中にウェハがリテーナリングに与える衝撃を和らげることができる。したがって、リテーナリングの変形が最小となり、リテーナリングの長寿命化およびＣＭＰ工程の安定化を実現することができる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
本発明では、ＣＭＰ工程の前にウェハのベベル部が研磨され、図３に示すような平坦な最端面Ｂ１が形成される。この最端面Ｂ１に加え、その上下に上ベベル部Ｂ２および下ベベル部Ｂ３が形成される。平坦な最端面Ｂ１を形成する目的は、ウェハＷからリテーナリングに加わる圧力を低くすることにある。したがって、ベベル部の最端面の幅（ウェハＷの厚さ方向の幅）Ｄは、２００μｍ〜５００μｍの範囲内にあることが好ましい。このような形状を有するベベル部の形成は、図２（ａ）乃至図２（ｃ）に示す断面が円弧状のベベル部を有するウェハのような、ウェハのベベル部に平坦な最端面が形成されていないウェハに対して行われる。

次に、上述した平坦な最端面Ｂ１を形成するためのベベル研磨装置の一例について説明する。図４は、ベベル研磨装置の一例を示す模式図であり、図５は図４に示すベベル研磨装置の平面図である。このベベル研磨装置は、図４および図５に示すように、ウェハＷを水平に保持し、回転させる基板保持機構１３を備えている。基板保持機構１３は、ウェハＷを真空吸着により保持する皿状の保持ステージ１４と、保持ステージ１４を回転させるモータ（図示せず）とを備えている。

基板保持機構１３に保持されたウェハＷのベベル部の近傍には研磨ヘッド組立体１１が配置されている。研磨ヘッド組立体１１の背面側にはテープ供給回収機構１２が設けられている。研磨ヘッド組立体１１とテープ供給回収機構１２とは隔壁２０によって隔離されている。隔壁２０の内部空間は研磨室２１を構成し、研磨ヘッド組立体１１および保持ステージ１４は研磨室２１内に配置されている。一方、テープ供給回収機構１２は隔壁２０の外側（すなわち、研磨室２１の外）に配置されている。

テープ供給回収機構１２は、研磨テープ１を研磨ヘッド組立体１１に供給する供給リール２４と、ウェハＷの研磨に使用された研磨テープ１を回収する回収リール２５とを備えている。供給リール２４と回収リール２５は上下に配列されている。供給リール２４および回収リール２５にはカップリング２７を介してモータＭ２がそれぞれ連結されている（図５には供給リール２４に連結されるカップリング２７とモータＭ２のみを示す）。これらのモータＭ２によって研磨テープ１には所定のテンションが付与されている。

研磨テープ１の一端は回収リール２５に取り付けられている。研磨ヘッド組立体１１に供給された研磨テープ１を回収リール２５が巻き取ることで研磨テープ１が回収される。研磨ヘッド組立体１１はテープ供給回収機構１２から供給された研磨テープ１をウェハＷのベベル部に当接させるための研磨ヘッド３０を備えている。研磨テープ１は砥粒が固定された研磨面を有しており、研磨テープ１は、その研磨面がウェハＷに向いた状態で研磨ヘッド３０を通過する。

図４に示すように、テープ供給回収機構１２はガイドローラ３１，３２を有している。研磨ヘッド組立体１１に供給され、研磨ヘッド組立体１１から回収される研磨テープ１は、これらのガイドローラ３１，３２によってガイドされる。研磨テープ１は、隔壁２０に設けられた開口部２０ａを通してテープ供給回収機構１２の供給リール２４から研磨ヘッド３０へ供給され、使用された研磨テープ１は開口部２０ａを通って回収リール２５に回収される。基板保持機構１３の上方には、研磨水供給ノズル４０が配置されている。この研磨水供給ノズル４０からは、研磨水としての純水がウェハＷの中心に供給されるようになっている。

図６は研磨ヘッド３０の拡大図である。この研磨ヘッド３０は、研磨テープ１を供給リール２４から回収リール２５へ送るテープ送り機構４２を備えている。このテープ送り機構４２は、研磨テープ１を２つのローラで挟みつつ、一方のローラをモータＭ３により回転させることにより、研磨テープ１をその長手方向に移動させるように構成されている。さらに、研磨ヘッド３０は複数のガイドローラ４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９を有しており、これらのガイドローラはウェハＷの接線方向と直行する方向に研磨テープ１が進行するように研磨テープ１をガイドする。ウェハＷに接している研磨テープ１の進行方向は下向きである。

研磨ヘッド３０は、研磨ヘッド３０の前面において上下に配置された２つのガイドローラ４６，４７の間に渡された研磨テープ１の裏面側に配置されたバックパッド（加圧パッド）５０と、このバックパッド５０をウェハＷに向かって移動させるエアシリンダ（駆動機構）５２とをさらに備えている。エアシリンダ５２へ供給する空気圧によって、研磨テープ１をウェハＷに対して押圧する圧力が制御される。

図５に示すように、研磨ヘッド３０はアーム６０の一端に固定され、アーム６０は、ウェハＷの接線に平行な軸Ｃｔまわりに回転自在に構成されている。アーム６０の他端はプーリーｐ１，ｐ２およびベルトｂ１を介してモータＭ４に連結されている。モータが時計回りおよび反時計回りに所定の角度だけ回転することで、アーム６０が軸Ｃｔまわりに所定の角度だけ回転する。本実施形態では、モータＭ４、アーム６０、プーリーｐ１，ｐ２、およびベルトｂ１によって、研磨ヘッド３０を傾斜させるチルト機構が構成されている。このチルト機構により、研磨点（研磨テープ１とウェハＷとの接点）を中心として研磨ヘッド３０を所定の角度だけ回転させることで、研磨テープ１とウェハＷとの接触角度を変えることが可能となっている。

研磨ヘッド３０はチルト機構を介して移動台６１に連結されている。移動台６１は、ガイド６２およびレール６３を介してベースプレート６５に移動自在に連結されている。レール６３は、基板保持機構１３に保持されたウェハＷの半径方向に沿って直線的に延びており、移動台６１はウェハＷの半径方向に沿って直線的に移動可能となっている。移動台６１にはベースプレート６５を貫通する連結板６６が取り付けられ、連結板６６にはリニアアクチュエータ６７がジョイント６８を介して取り付けられている。リニアアクチュエータ６７はベースプレート６５に直接または間接的に固定されている。

リニアアクチュエータ６７としては、エアシリンダや、モータとボールネジとの組み合わせなどを採用することができる。このリニアアクチュエータ６７、レール６３、ガイド６２によって、研磨ヘッド３０をウェハＷの半径方向に沿って直線的に移動させる移動機構が構成されている。すなわち、移動機構はレール６３に沿って研磨ヘッド３０をウェハＷへ近接および離間させるように動作する。一方、テープ供給回収機構１２はベースプレート６５に固定されている。

ウェハＷを研磨するときは、基板保持機構１３によってウェハＷがその軸心周りに回転させられ、研磨水供給ノズル４０からは研磨水としての純水がウェハＷの中心部に供給される。この状態で、研磨ヘッド３０により研磨テープ１をウェハＷのベベル部に押し当てて該ベベル部を研磨する。本実施形態に係るベベル部の研磨では、ベベル部の形状を積極的に変形させて、図３に示すような、平坦な最端部を有するベベル部を形成する。なお、研磨されるウェハＷは、その表面上に膜が形成されたウェハでもよく、または膜が形成されていないウェハであってもよい。

図７（ａ）乃至図７（ｃ）は、図３に示す最端部Ｂ１、上ベベル部Ｂ２、および下ベベル部Ｂ３を形成しているときの研磨ヘッド３０を示す側面図である。平坦な最端部Ｂ１を形成するときは、図７（ａ）に示すように、研磨ヘッド３０を水平に保ちながら、研磨テープ１をベベル部に押し当て、平坦な最端部Ｂ１が形成されるまでベベル部を研磨する。上ベベル部Ｂ２および下ベベル部Ｂ３を研磨するときは、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示すように、研磨ヘッド３０を傾斜させた状態で、研磨テープ１をベベル部に押し当てる。

図８（ａ）乃至図８（ｃ）は、上述したベベル研磨装置によって研磨されたウェハＷを図１に示すＣＭＰ装置で研磨している様子を示す拡大断面図である。なお、図８（ａ）乃至図８（ｃ）は、図２（ａ）乃至図２（ｃ）にそれぞれ対応する。

研磨中は、トップリング１０４およびウェハＷが共に回転し、図８（ｂ）に示すように、ウェハＷのベベル部がリテーナリング１０６の内周面にぶつかる。この場合でも、図８（ｃ）に示すように、ベベル部の最端面が平坦であるので、ウェハＷからリテーナリング１０６に加わる圧力は低く、図８（ｃ）に示すように、リテーナリング１０６の変形は極めて少ない。したがって、リテーナリング１０６の寿命が延び、さらにはＣＭＰプロセスが安定する。

一般的なＣＭＰ装置を示す縦断面図である。 図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、トップリングの一部を示す拡大断面図である。 本発明に係るベベル部形状管理方法に従ったベベル部を示す拡大断面図である。 本発明に係るベベル部形状管理方法を実行するためのベベル研磨装置の一例を示す模式図である。 図４に示すベベル研磨装置の平面図である。 研磨ヘッドの拡大図である。 図７（ａ）乃至図７（ｃ）は、図３に示す最端部、上ベベル部、および下ベベル部を形成しているときの研磨ヘッドを示す側面図である。 図８（ａ）乃至図８（ｃ）は、上述したベベル研磨装置によって研磨されたウェハＷを図１に示すＣＭＰ装置で研磨している様子を示す拡大断面図である。

符号の説明

１ 研磨テープ
１１ 研磨ヘッド組立体
１２ テープ供給回収機構
１３ 基板保持機構
１４ 保持ステージ
２０ 隔壁
２１ 研磨室
２４ 供給リール
２５ 回収リール
２７ カップリング
３０ 研磨ヘッド
３１，３２ ガイドローラ
４２ テープ送り機構
４３〜４９ ガイドローラ
５０ 加圧パッド
５２ エアシリンダ（駆動機構）
６０ アーム
６１ 移動台
６２ ガイド
６３ レール
６５ ベースプレート
６６ 連結板
６７ リニアアクチュエータ
６８ ジョイント
１００ 研磨パッド
１０１ 研磨テーブル
１０４ トップリング
１０５ ノズル
１０６ リテーナリング

Claims (2)

1. ウェハをＣＭＰ装置で研磨する前に、ウェハのベベル部を研磨して平坦な最端面を形成することを特徴とするベベル部形状管理方法。
2. 前記平坦な最端面の幅は、２００μｍ〜５００μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載のベベル部形状管理方法。

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