JP2012035393A

JP2012035393A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2012035393A
Application number: JP2010180260A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Shibuya; 和孝澁谷; Norihiko Moriya; 紀彦守屋
Original assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Current assignee: Fujikoshi Machinery Corp
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】テンプレートの高さ精度を向上させることができ、精度よくワークの研磨を行える研磨装置を提供する。
【解決手段】ワーク２４を保持する研磨ヘッド４１ａと、表面に研磨布６０が貼付された定盤５６と、研磨ヘッド４１ａと定盤５６とを相対的に運動させる運動機構とを備える研磨装置であって、研磨ヘッド４１ａが、リング状の側壁部１２ａを有する保持プレート１２と、樹脂シート材４５および樹脂シート材４５の表面に形成された発泡樹脂層４６からなり、保持プレート１２の下面側を覆うようにして保持プレート１２に周縁部で固定されたバッキング材４４と、バッキング材４４を押圧する圧力室３２と、バッキング材４４の下面の周縁部に固定され、ワーク２４を囲んで保持するリング状のテンプレート４０とを具備し、バッキング材４４が、保持プレート１２の側壁部１２ａ下面に樹脂シート材４５が直接または接着剤を介して当接するようにして固定されていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明はウェーハ等のワークを研磨する研磨装置に関する。

近年、半導体装置の高集積化が進むに伴い、その基板であるシリコンウェーハの平坦度や表面品質の向上が厳しく要求されている。また、そのウェーハ表面にデバイスを形成した際の堆積形成された層間絶縁膜や金属配線の研磨においても、一層高精度に平坦化する要求が高まっている。従って、ウェーハの研磨装置については、ウェーハ表面を一層高精度に鏡面研磨できるもの、または、表面を基準とする高精度な研磨が要求されている。

従来、ウェーハの研磨装置には、ウェーハ表面の全面が、そのウェーハ表面に接触する定盤の研磨面へ、均等な圧力で押圧できるように、ウェーハを保持する研磨ヘッドがエアバッグ機能を備えるものがある。その研磨ヘッド４１ａの一例を、図１に基づいて以下に説明する（特許文献１）。
研磨ヘッド４１ａは、下方に向けて開放する凹部を備えるヘッド部材１０と、ヘッド部材１０の凹部内側に配された保持プレート１２と、外側部１４ａがヘッド部材１０にリング部材１６によって固定されると共に、内側部１４ｂが保持プレート１２に押さえリング１８によって固定され、保持プレート１２を上下方向及び水平方向への移動を微小範囲内で許容可能に吊持する弾性部材１４と、ヘッド部材１０の内部を保持プレート１２および弾性部材１４によって画成して設けられる第１圧力室２０と、弾性のある薄膜からなり、保持プレート１２の下面側に外周部３０ｂで固定リング３１によって固定され、下面でウェーハ２４に当接してウェーハ２４を定盤の研磨面へ押圧可能に設けられた弾性薄膜３０と、保持プレート１２の下面および弾性薄膜３０の上面によって画成される第２圧力室３２とを備え、第１圧力室２０へは流体供給手段によって第１配管２２から所定圧力の流体が供給され、第２圧力室３２へは第１流体供給手段によって第２配管３３、管継手３４、連通路３６から所定圧力の流体が供給されるように構成されている。弾性薄膜３０の下面周縁部には、ワーク２４を取り囲むリング状のテンプレート４０が固定されている。

なお、１１はＯ-リング、２６はリング状弾性部材である。リング状弾性部材２６は、保持プレート１２の外周面と筒状側壁部１０ｃの内周面の双方に当接するように配設され、保持プレート１２の水平方向の移動を微小範囲内で許容している。
３８はピン状部材であり、保持プレート１２に、凹部２８に対応して所定の間隔をおいて複数が立設されている。ピン状部材３８は、フランジ状の先端部３８ａを備えており、凹部２８を形成する内底面２８ａと内径部２８ｂとの間で移動が規制される。これにより、保持プレート１２の上下方向の移動が規制されている。
ウェーハ２４は、弾性薄膜３０の下面側に水の表面張力によって保持されて研磨ヘッド４１ａに保持され、研磨ヘッド４１ａを介して、上面に研磨布６０が貼設された定盤５６の研磨布面に押圧され、定盤５６と研磨ヘッド４１ａとが相対回転されることによってウェーハ２４の下面側が研磨される。その際、ウェーハ２４は、第１圧力室２０と第２圧力室３２とにより２段に加圧されることによって精度良く研磨される（図２）。

特開平９−２９６１８

ところで、上記弾性薄膜３０には、図３に示すように、ゴム材からなるシート状の弾性材４２と、この弾性材４２の下面側に接着剤を介して貼設される、発泡ポリウレタンを主材とするシート状のバッキング材４４とからなる弾性薄膜３０が用いられている。
上記ゴム材からなる弾性材４２は、成形型を用いて、保持プレート１２の片面側にインサート成型される（例えば特開２００５−１９４９５号公報）。また、バッキング材４４は、支持層となる樹脂シート材（図示せず）の表面に発泡ウレタン層が形成された２層構造のものが用いられ、樹脂シート材側が弾性材４２に接着剤によって固定され、発泡ポリウレタン層側にウェーハ２４が水の表面張力によって保持されるようになっている。

テンプレート４０は、前記のように、ウェーハ２４の外周を囲み、研磨中にウェーハ２４が飛び出さないように保持する。また一方テンプレート４０は、ウェーハ２４のエッジ部外方の研磨布６０を押圧し、研磨布６０の上面をウェーハ２４の下面とほぼ同じ高さにすることによって、ウェーハ２４のエッジ部の過研磨を防止するようにしている。そのため、テンプレート４０の下面の高さ位置の精度が重要となる。

ところで、上記のように、弾性材４２はゴム部材からなり、ゴムの成形型を用いて成形されるので、成形型のキャビティに供給されるゴム材料の量のばらつき、成形型に対する加圧力のばらつき、架橋条件のばらつきなどが避けられず、どうしても厚さにばらつきがでる。
このため、弾性材４２の厚さのばらつきが、テンプレート４０の高さ位置のばらつきとなって現れ、ウェーハ２４の研磨精度に悪影響が及ぼされるという課題があった。すなわち、バッキング材４４の下面に水の表面張力によって保持されたウェーハ２４は、研磨中に保持プレート１２に対して非回転状態のまま保持される。したがって、ウェーハ２４は、研磨中、テンプレート４０との位置関係が変わらず、テンプレート４０の厚さのばらつきにより悪影響が及ぼされるウェーハ２４の位置が変わらないので、ウェーハ２４に部分的に集中して研磨欠陥が発生するという課題があった。
また、ゴム材からなる弾性材４２は、バッキング材４４を貼付するとき、部分的に伸びたり縮んだりすることから、張力が一様でなくなり、この面からもウェーハ２４の研磨に悪影響を及ぼすという課題があった。

本発明は、上記課題を解決すべくなされ、その目的とするところは、テンプレートの高さ位置精度を向上させることができ、精度よくワークの研磨を行える研磨装置を提供するにある。

上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。
すなわち、本発明に係る研磨装置は、ワークを保持する研磨ヘッドと、表面に研磨布が貼付された定盤と、前記研磨ヘッドと定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備える研磨装置であって、前記研磨ヘッドが、リング状の側壁部を有する保持プレートと、単層または複層を成す樹脂シート材および該樹脂シート材の表面に形成された発泡樹脂層からなり、発泡樹脂層を下方に向けて前記保持プレートの下面側を覆うようにして保持プレートに周縁部で固定され、発泡樹脂層の下面でワークに当接して該ワークを前記定盤の研磨面へ押圧可能に設けられたバッキング材と、前記保持プレートの下面側および前記バッキング材の上面との間に形成され、流体供給手段によって所定圧力の流体が供給され、バッキング材を押圧する圧力室と、前記バッキング材の下面の周縁部に固定され、ワークを囲んで保持するリング状のテンプレートとを具備し、前記バッキング材が、前記保持プレートのリング状の側壁部下面に樹脂シート材が直接または接着剤を介して当接するようにして前記保持プレートに固定されていることを特徴とする。

また、前記バッキング材は、前記テンプレートが固定されている部位に発泡樹脂層を有しておらず、前記テンプレートが直接前記樹脂シート材に固定されていることを特徴とする。
また、前記保持プレートの側壁部の下部外周部が下方に向けてすぼまるテーパー面に形成され、前記バッキング材の周縁部が、前記保持プレートのテーパー面と、内周側に前記テーパー面に対応するテーパー面を有する保持リングの該テーパー面とに挟み込まれて保持プレートに固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、保持プレートとバッキング材との間にゴム材を介在させていないので、バッキング材を、したがって、テンプレートを高さ位置精度よく取り付けることができ、ワークを均一に精度よく研磨することが可能となる。

研磨ヘッドの概略を示す説明図である。研磨装置の概略を示す説明図である。従来の弾性薄膜の構造とその取り付け構造を示す説明図である。本実施形態における、バッキング材とその取り付け構造を示す説明図である。バッキング材とその取り付け構造の他の実施の形態を示す説明図である。バッキング材とその取り付け構造のさらに他の実施の形態を示す説明図である。バッキング材とその取り付け構造のさらにまた他の実施の形態を示す説明図である。バッキング材とその取り付け構造のさらにまた他の実施の形態を示す説明図である。

以下本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図２に示すように、研磨装置５８そのものは、ワーク（以下ウェーハで説明する）を保持する研磨ヘッド４１ａと、表面に研磨布６０が貼付された定盤５６と、研磨ヘッド４１ａと定盤５６とを相対的に運動させる運動機構とを備える点で、基本構造は従来と変わりがない。
また、研磨ヘッド４１ａも、図１に示すものと基本構造は同じであるので詳細な説明は省略する。
本実施の形態においては、研磨ヘッド４１ａにおいて、弾性薄膜の構造およびその弾性薄膜の保持プレート１２への取り付け構造に特徴がある。

本実施の形態においては、弾性薄膜として、ゴム材からなるシート状の弾性材４２は用いず、樹脂シート材４５と該樹脂シート材４５の表面に形成された発泡樹脂層４６からなる２層のバッキング材４４のみを用いる。
図４は、バッキング材４４の保持プレート１２への取り付け構造における第１の実施の形態を示す説明図である。
保持プレート１２はリング状の側壁部１２ａを有する。

バッキング材４４は、上記のように単層または複層から成る樹脂シート材４５と樹脂シート材４５の表面に形成された、発泡ポリウレタン等からなる発泡樹脂層４６の２層からなり、保持プレート１２の下部に発泡樹脂層４６を下方に向けて保持プレート１２の下面側を覆うようにして保持プレート１２に固定されている。
樹脂シート材４５は、厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度のＰＥＴフィルム等からなる。
また、発泡樹脂層４６は、厚さ０．４〜０．７ｍｍ程度の厚さのものを用いる。
樹脂シート材４５を複層にする場合は、その厚さの合計を上記と同等程度とする。

本実施の形態では、接着剤たる両面テープ４８を介して、樹脂シート材４５の周縁部で側壁部１２ａ下面に固定されている。なお、接着剤は両面テープに限定されるものではない。
バッキング材４４の下面周縁部にはリング状のテンプレート４０が接着剤（図示せず）によって固定されている。テンプレート４０は樹脂製または金属製のものであり、厚さはウェーハ２４と同一もしくは若干薄めまたは厚めのものが用いられる。
保持プレート１２の下面側およびバッキング材４４の上面との間には圧力室３２（第２圧力室）が形成され、流体供給手段によって所定圧力の流体が供給され、バッキング材４４を押圧するようになっている。

上記のように、本実施の形態では、バッキング材４４は、樹脂シート材４５側において両面テープ４８によって直接側壁部１２ａの下面に接着され、固定されている。従来のように、厚さが不均一となるゴム材からなる弾性材が用いられていないので、バッキング材４４の下面周縁部に固定されるテンプレート４０の下面の高さ位置の精度もよくなる。すなわち、テンプレート４０は、保持プレート１２に対して傾斜せず、水平に固定されるので、保持されるウェーハ２４に部分的に研磨欠陥が集中するようなことが避けられ、ウェーハ２４は均一に、良好に研磨される。
また、従来のように、ゴム材からなる弾性材が介在しないので、弾性材の伸縮により張力が不均一になるというようなことがなく、バッキング材４４は均一な張力をもって保持プレート１２に取り付けられるので、この面からもウェーハ２４を均一に良好に研磨することが可能となった。

図５は、バッキング材４４とその取り付け構造の他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態では、バッキング材４４は、テンプレート４０が固定されている部位に発泡樹脂層４６を有しておらず、テンプレート４０が直接樹脂シート材４５に固定されている。
すなわち、テンプレート４０は、発泡樹脂層４６を介さず、樹脂シート材４５と両面テープ４８のみを介して保持プレート１２の側壁部１２ａに固定されるので、一層精度よく保持プレート１２に取り付けられる。なお、この場合、樹脂シート材４５には、強度をもたせるため、厚めの樹脂シート材を用いるとよい。

図６は、バッキング材４４とその取り付け構造のさらに他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態では、側壁部１２ａの下部外周部に下方に向けてすぼまるテーパー面１２ｂを形成し、バッキング材４４の周縁部を、保持プレート１２のテーパー面１２ｂと、内周側にテーパー面１２ｂに対応するテーパー面５０ａを有する保持リング５０のテーパー面５０ａとで挟み込むことによって保持プレート１２に固定している。
保持リング５０は、複数本のボルト（図示せず）によって保持プレート１２に固定するようにする。
本実施の形態では、両面テープは用いず、樹脂シート材４５が直接側壁部１２ａ下面に当接するようにしている。
本実施の形態でも、従来のようにゴム材からなる弾性材を介在させていないので、テンプレート４０の下面の高さ位置の精度を向上できる。
なお、保持リング５０と両面テープの両方でバッキング材４４を保持プレート１２に固定してもよい。

図７は、バッキング材４４とその取り付け構造のまたさらに他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態は、図６に示す実施の形態において、バッキング材４４の、両テーパー面１２ｂ、５０ａに挟み込まれる部位に発泡樹脂層４６を設けておらず、樹脂シート材４５を直接両テーパー面１２ｂ、５０ａで挟み込むことにより、バッキング材４４を保持プレート１２に固定するようにしている。
本実施の形態でも、ゴム材からなる弾性材を介在させていないので、テンプレート４０の下面の高さ位置の精度を向上できる。
なお、保持リング５０と両面テープの両方でバッキング材４４を保持プレート１２に固定してもよい。

図８は、バッキング材４４とその取り付け構造のさらにまた他の実施の形態を示す説明図である。
本実施の形態では、図７に示すものにおいて、バッキング材４４は、さらに、テンプレート４０が固定されている部位にも発泡樹脂層４６を有しておらず、テンプレート４０が直接樹脂シート材４５に固定されている。
本実施の形態でも、ゴム材からなる弾性材を介在させていないので、テンプレート４０の下面の高さ位置の精度を向上できる。
なお、保持リング５０と両面テープの両方でバッキング材４４を保持プレート１２に固定してもよい。

１０ヘッド部材
１２保持プレート
１２ａ側壁部
１２ｂテーパー面
２４ウェーハ
３２圧力室
４０テンプレート
４１ａ研磨ヘッド
４４バッキング材
４５樹脂シート材
４６発泡樹脂層
４８両面テープ
５０保持リング
５０ａテーパー面
５６定盤
５８研磨装置
６０研磨布

Claims

ワークを保持する研磨ヘッドと、表面に研磨布が貼付された定盤と、前記研磨ヘッドと定盤とを相対的に運動させる運動機構とを備える研磨装置であって、
前記研磨ヘッドが、
リング状の側壁部を有する保持プレートと、
単層または複層を成す樹脂シート材および該樹脂シート材の表面に形成された発泡樹脂層からなり、発泡樹脂層を下方に向けて前記保持プレートの下面側を覆うようにして保持プレートに周縁部で固定され、発泡樹脂層の下面でワークに当接して該ワークを前記定盤の研磨面へ押圧可能に設けられたバッキング材と、
前記保持プレートの下面側および前記バッキング材の上面との間に形成され、流体供給手段によって所定圧力の流体が供給され、バッキング材を押圧する圧力室と、
前記バッキング材の下面の周縁部に固定され、ワークを囲んで保持するリング状のテンプレートとを具備し、
前記バッキング材が、前記保持プレートのリング状の側壁部下面に樹脂シート材が直接または接着剤を介して当接するようにして前記保持プレートに固定されていることを特徴とする研磨装置。
前記バッキング材は、前記テンプレートが固定されている部位に発泡樹脂層を有しておらず、前記テンプレートが直接前記樹脂シート材に固定されていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
前記保持プレートの側壁部の下部外周部が下方に向けてすぼまるテーパー面に形成され、
前記バッキング材の周縁部が、前記保持プレートのテーパー面と、内周側に前記テーパー面に対応するテーパー面を有する保持リングの該テーパー面とに挟み込まれて保持プレートに固定さ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。
前記バッキング材は、前記両テーパー面に挟み込まれる部位に発泡樹脂層を有しておらず、前記樹脂シート材が直接前記両テーパー面に挟み込まれて保持プレートに固定されていることを特徴とする請求項２または３記載の研磨装置。
前記バッキング材は、前記テンプレートが固定されている部位に発泡樹脂層を有しておらず、前記テンプレートが直接前記樹脂シート材に固定されていることを特徴とする請求項４記載の研磨装置。