JP2012055979A

JP2012055979A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2012055979A
Application number: JP2010198611A
Authority: JP
Inventors: 賢太郎 ▲高▼▲柳▼; Kentaro Takayanagi; Wataru Takahashi; 亙高橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2012-03-22

Abstract

【課題】研磨ヘッドに残留した異物を効率よく除去することができる研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置１は、回転可能に構成された研磨定盤と、前記研磨定盤上に配置された研磨パッドと、前記研磨パッド上に研磨剤を供給する研磨剤供給機構と、被研磨物Ｗを保持しながら前記研磨パッドに該被研磨物Ｗを押し当てるチャックプレート１２と、前記チャックプレート１２の外周に前記チャックプレート１２と間隙Ｇを介して配置されたリテーナーリング１４と、間隙Ｇに連通する送液管１６と、を含む。
【選択図】図３

Description

本発明は、研磨装置に関する。

近年、半導体装置の製造工程において、配線層や絶縁層などの表面を平坦化するための技術として、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing、ＣＭＰ）が注目されている。半導体装置の高密度化・微細化を進める上で配線層や絶縁層などの平坦化は不可欠なプロセスであり、化学機械研磨は重要な技術であると言える。

化学機械研磨工程では、薬液を含んだ研磨剤を用いて、配線層や絶縁層などの被研磨物の表面に所定の変質層を形成し、その変質層を研磨パッドで研磨して除去する。化学機械研磨工程終了後に、研磨剤や研磨パッドの屑等が被研磨物に残留すると、配線層を構成する金属に腐食等が起こり、製品の歩留まりが低下してしまう場合がある。また、研磨ヘッドに残留した研磨剤等は、被研磨物に流れ出して悪影響を及ぼす場合がある。したがって、化学機械研磨工程終了後には、一般的に、被研磨物や研磨ヘッドに残留した研磨剤や研磨パッドの屑を純水等で除去する洗浄工程を行う。特に、研磨ヘッドは、研磨剤等が残留しやすいため、十分な洗浄が必要となる。

例えば、特許文献１では、洗浄工程において研磨ヘッドに残留した研磨剤を十分に除去するために、研磨ヘッドの本体を覆うカバーの周縁部に複数の貫通穴や切欠き部を形成した研磨装置を用いて、研磨ヘッドの本体とカバーとの間に残留した研磨剤を、貫通穴や切欠き部を介して外部から純水を供給することにより除去している。

このように、洗浄工程において、研磨ヘッドに残留した研磨剤等の異物を効率よく除去することができる研磨装置が求められている。

特開２００６−１００６０７号公報

本発明のいくつかの態様に係る目的の１つは、研磨ヘッドに残留した異物を効率よく除去することができる研磨装置を提供することにある。

本発明に係る研磨装置は、
回転可能に構成された研磨定盤と、
前記研磨定盤上に配置された研磨パッドと、
前記研磨パッド上に研磨剤を供給する研磨剤供給機構と、
被研磨物を保持しながら前記研磨パッドに該被研磨物を押し当てるチャックプレートと、
前記チャックプレートの外周に前記チャックプレートと間隙を介して配置されたリテーナーリングと、
前記間隙に連通する送液管と、
を含む。

このような研磨装置によれば、チャックプレートとリテーナーリングとの間の間隙に連通する送液管を有するため、送液管から該間隙に直接洗浄液を供給することができる。これにより、該間隙に残留した異物を効率よく除去することができる。すなわち、研磨ヘッドに残留した異物を効率よく除去することができる。ここで、研磨ヘッドは、チャックプレート、リテーナーリング、および送液管を含んで構成されている。さらに、研磨ヘッドを研磨パッドから離間させることなく、研磨ヘッドと研磨パッドが接している状態で該間隙に残留した異物を除去できる。研磨ヘッドを研磨パッドから離間させると被研磨物や研磨ヘッドに残留した異物が乾いてしまい、異物の除去が困難になる場合がある。このような研磨装置によれば、このような問題が生じないため、被研磨物や研磨ヘッドに残留した異物の除去が容易である。

本発明に係る研磨装置において、
前記間隙は、前記チャックプレートの第１面および前記リテーナーリングの第２面によって区画され、
前記第１面には、前記送液管の供給口が設けられ、
前記第２面には、凹部が設けられ、
前記供給口と前記凹部とは、対向していることができる。

このような研磨装置によれば、送液管の供給口が異物によって塞がれることを防ぎつつ、洗浄液をチャックプレートとリテーナーリングとの間の間隙に効率よく供給できる。

本発明に係る研磨装置において、
前記間隙は、前記チャックプレートの第１面および前記リテーナーリングの第２面によって区画され、かつ前記研磨パッド側の第１開口と、前記第１開口とは反対側の第２開口と、を有し、
前記送液管の供給口は、前記第１面に設けられ、
前記第１面と前記第２面との間の距離は、前記第１開口から前記第２開口側に向かうに従って大きくなることができる。

このような研磨装置によれば、送液管の供給口が異物によって塞がれることを防ぎつつ、洗浄液を該間隙に効率よく供給できる。

本発明に係る研磨装置において、
前記間隙の前記第２開口を塞ぐ封止部をさらに含み、
前記送液管の供給口は、前記封止部に隣接して配置されていることができる。

このような研磨装置によれば、チャックプレートとリテーナーリングとの間の間隙に残留した異物をより効率よく除去できる。

本発明に係る研磨装置において、
前記送液管は、複数設けられていることができる。

本実施形態に係る研磨装置を模式的に示す側面図。本実施形態に係る研磨装置を模式的に示す平面図。本実施形態に係る研磨装置の研磨ヘッドを模式的に示す断面図。本実施形態に係る研磨装置の研磨ヘッドを模式的に示す平面図。本実施形態の第１変形例に係る研磨装置の研磨ヘッドを模式的に示す断面図。本実施形態に第１変形例に係る研磨装置の研磨ヘッドを模式的に示す平面図。本実施形態に第２変形例に係る研磨装置の研磨ヘッドを模式的に示す断面図。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。

１．研磨装置
まず、本実施形態に係る研磨装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る研磨装置１を模式的に示す側面図である。図２は、研磨装置１を模式的に示す平面図である。図３は、研磨装置１の研磨ヘッド１０を模式的に示す断面図である。図４は、研磨ヘッド１０を模式的に示す平面図である。なお、図３は、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。また、図４は、研磨ヘッド１０を下方からみた平面図であり、便宜上、被研磨物（ウエハー）Ｗの図示を省略している。研磨装置１は、例えば、化学機械研磨装置である。

研磨装置１は、図１および図２に示すように、研磨定盤２と、研磨パッド４と、研磨剤供給機構６と、研磨ヘッド１０と、を含む。

研磨定盤（プラテン）２は、回転可能に構成されている。具体的には、研磨定盤２の下面には、下面に対して垂直方向に延びる回転シャフト２ａが接続されており、研磨定盤２は、回転シャフト２ａを介して回転モーター（図示しない）に接続されている。研磨定盤２は、この回転シャフト２ａを回転軸として回転する。研磨定盤２は、図示の例では、円板状である。

研磨パッド４は、研磨定盤２上に配置されている。研磨パッド４は、研磨定盤２の回転に伴って回転する。研磨パッド４としては、例えば、発泡性の樹脂や無発泡性の樹脂を使用したもの、不織布からなるもの等を用いることができる。また、研磨パッド４の表面には、同心円状、らせん状、または格子状の溝が形成されていてもよい。

研磨剤供給機構６は、ノズルから研磨剤（スラリー）Ｓを研磨パッド４上に供給する。研磨剤Ｓとしては、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ダイヤモンドなどの研磨粒子と、被研磨物Ｗを改質するための薬液と、を含んだものを用いることができる。なお、研磨剤Ｓは、研磨粒子を含まなくてもよい。研磨剤供給機構６は、例えば、ポンプ（図示しない）を有し、ポンプによって研磨剤貯蔵タンク（図示しない）からノズルを介して研磨パッド４上に研磨剤Ｓを供給してもよい。

研磨ヘッド１０は、図３および図４に示すように、チャックプレート１２と、リテーナーリング１４と、送液管１６と、を含む。研磨ヘッド１０は、さらに、封止部１７と、エアーバッグ１８と、押圧部１９と、を含むことができる。

研磨ヘッド１０は、被研磨物Ｗを保持し、かつ被研磨物Ｗを研磨パッド４に押し当てる。被研磨物Ｗは、例えば、ウエハーであり、埋め込み配線や層間絶縁膜等が形成された半導体装置や構造体が形成されたＭＳＭＳ装置などである。研磨ヘッド１０と研磨定盤２は各々回転し、研磨ヘッド１０が被研磨物Ｗを研磨パッド４に押し当てることにより研磨を行う。

チャックプレート１２は、被研磨物Ｗを保持しながら、研磨パッド４に被研磨物Ｗを押し当てる。チャックプレート１２は、図示の例では、径の異なる円柱を重ねた形状を有しているが、その形状は特に限定されず、例えば、円柱状であってもよい。チャックプレート１２は、エアーバッグ１８を介して押圧部１９に接続されている。エアーバッグ１８の体積を変化させることにより、チャックプレート１２が被研磨物Ｗを研磨パッド４に押し当てる力を制御することができる。被研磨物Ｗは、例えば、バッキングフィルム（図示しない）を介してチャックプレート１２の下面に貼り付けられている。チャックプレート１２の下面には、被研磨物Ｗをチャックプレート１２から離脱させるための加圧気体を供給する供給口が設けられていてもよい。

リテーナーリング１４は、図３および図４に示すように、チャックプレート１２の外周に配置されている。リテーナーリング１４は、間隙Ｇを介してチャックプレート１２の外周に配置されている。図示の例では、リテーナーリング１４は、チャックプレート１２の外周および被研磨物Ｗの外周に配置されている。リテーナーリング１４は、例えば、円筒状であり、その内側にチャックプレート１２および被研磨物Ｗが配置されている。リテーナーリング１４の下面は、研磨パッド４に押し当てられている。リテーナーリング１４は、エアーバッグ１８を介して押圧部１９に接続されている。エアーバッグ１８の体積を変化させることにより、リテーナーリング１４を研磨パッド４に押し当てる力を制御することができる。研磨ヘッド１０では、チャックプレート１２およびリテーナーリング１４の各々にエアーバッグ１８が設けられている。これにより、被研磨物Ｗを研磨パッド４に押し当てる力とリテーナーリング１４を研磨パッド４に押し当てる力を個別に制御できる。リテーナーリング１４の下面には、例えば、複数の溝が形成されており、溝を介してリテーナーリング４の内側に研磨剤Ｓを効率よく導くことができる。リテーナーリング１４は、研磨中に被研磨物Ｗがチャックプレート１２の外にずれることを防止することができる。

チャックプレート１２とリテーナーリング１４との間の間隙Ｇは、チャックプレート１２の側面（第１面）１２ａおよびリテーナーリング１４の内面（第２面）１４ａによって区画されている。図示の例では、チャックプレート１２の側面１２ａとリテーナーリング１４の内面１４ａは、対向している。間隙Ｇは、研磨パッド４側の第１開口Ｇ１と、第１開口Ｇ１とは反対側の第２開口Ｇ２を有している。異物Ｆは、間隙Ｇの下側の第１開口Ｇ１から間隙Ｇに浸入し、毛細管現象等により間隙Ｇの上側の第２開口Ｇ２に向かう。ここで、異物Ｆとは、研磨剤Ｓ、および研磨パッド４やリテーナーリング１４の屑などである。図示の例では、第２開口Ｇ２は、封止部１７によって塞がれている。すなわち、図示の例では、間隙Ｇは、チャックプレート１２の側面１２ａ、リテーナーリング１４の内面１４ａ、封止部１７の下面によって区画されている。研磨装置１では、チャックプレート１２とリテーナーリング１４との間に間隙Ｇを有するため、チャックプレート１２とリテーナーリング１４が個別に（例えば上下方向に）移動できる。

送液管１６は、間隙Ｇに連通している。送液管１６は、例えば、外部の洗浄液貯蔵タンク（図示しない）に接続されており、押圧部１９およびチャックプレート１２内を通って、間隙Ｇと連通している。送液管１６は、異物Ｆを除去するための洗浄液Ｐを間隙Ｇに供給することができる。洗浄液Ｐとしては、例えば、純水を用いることができる。送液管１６の供給口１６ａは、チャックプレート１２の側面１２ａに設けられている。送液管１６の供給口１６ａは、間隙Ｇの上側（第２開口Ｇ２近傍）に位置していることが望ましく、図示の例では、封止部１７と隣接して設けられている。なお、送液管１６の供給口１６ａは、チャックプレート１２の側面１２ａの任意の位置に設けられていてもよい。また、図４に示すように、送液管１６は複数設けられてもよい。これに伴い、チャックプレート１２の側面１２ａには、複数の供給口１６ａが設けられてもよい。図示の例では、送液管１６は、チャックプレート１２の中心から側面１２ａに向かって放射状に設けられている。なお、送液管１６は、間隙Ｇに洗浄液Ｐを供給できれば任意の経路で設けられることができる。

封止部１７は、間隙Ｇの第２開口Ｇ２を塞いでいる。これにより、研磨ヘッド１０の内部に異物Ｆが侵入することを防止できる。封止部１７は、例えば、ゴム等からなる円形のパッキンである。

押圧部１９は、エアーバッグ１８を介して、チャックプレート１２およびリテーナーリング１４を支持している。押圧部１９は、エアーバッグ１８を介して、チャックプレート１２およびリテーナーリング１４を加圧することができる。

研磨装置１は、研磨ヘッド１０に保持された被研磨物Ｗを研磨パッド４に押し当てた状態で、研磨剤供給機構６から研磨パッド４上に研磨剤Ｓを供給しながら、研磨ヘッド１０および研磨定盤２を各々回転させることにより被研磨物Ｗと研磨パッド４とを相対運動させて、被研磨物Ｗの表面を研磨する。このとき研磨剤Ｓは、被研磨物Ｗの表面に所定の変質層を形成し、研磨装置１はその変質層を研磨パッド４で研磨して除去する。このようにして、理想的な平滑面を得ることができる。

また、研磨工程終了後には、被研磨物Ｗおよび研磨ヘッド１０に残留した研磨剤Ｓや研磨パッド４の屑等の異物Ｆを除去する洗浄工程を行う。具体的には、研磨剤供給機構６からの研磨剤Ｓの供給を止めて、洗浄液供給機構８から研磨パッド４上に純水等の洗浄液Ｐを供給しながら、研磨ヘッド１０および研磨定盤２を各々回転させることにより被研磨物Ｗと研磨パッド４とを相対運動させて、被研磨物Ｗの洗浄および研磨ヘッド１０の洗浄を行う。このとき研磨ヘッド１０の送液管１６から間隙Ｇに洗浄液Ｐを供給することにより、間隙Ｇに残留した異物Ｆを効率よく除去することができる。

研磨装置１は、例えば、以下の特徴を有する。

研磨装置１では、チャックプレート１２とリテーナーリング１４との間の間隙Ｇに連通する送液管１６を有するため、送液管１６から間隙Ｇに直接洗浄液Ｐを供給することができる。これにより、間隙Ｇに残留した異物Ｆを効率よく除去することができる。すなわち、研磨ヘッド１０に残留した異物Ｆを効率よく除去することができる。さらに、研磨ヘッド１０を研磨パッド４から離間させることなく、研磨ヘッド１０と研磨パッド４が接している状態で間隙Ｇに残留した異物Ｆを除去できる。研磨ヘッド１０を研磨パッド４から離間させると研磨ヘッド１０に残留した異物Ｆが乾いてしまい、異物Ｆの除去が困難になる場合がある。研磨装置１では、このような問題が生じないため、研磨ヘッド１０に残留した異物Ｆの除去が容易である。

このように、研磨装置１では間隙Ｇに残留した異物Ｆを効率よく除去することができるため、被研磨物Ｗに対してブラシ洗浄等の強力な物理的洗浄を行わなくてもよい。これにより、異物Ｆを除去するための洗浄で被研磨物Ｗに与えるダメージを低減できる。例えば、被研磨物Ｗが、構造物が形成されている基板（例えばＭＳＭＳ装置）などダメージを受けやすいものであった場合にも、研磨装置１では構造物を破壊することなく残留した異物Ｆを除去することができる。

研磨装置１では、送液管１６の供給口１６ａが封止部１７に隣接して設けられている。したがって、間隙Ｇに残留した異物Ｆをより効率よく除去できる。

研磨装置１では、送液管１６の供給口１６ａが複数設けられている。したがって、間隙Ｇに残留した異物Ｆをより効率よく除去できる。

２．変形例
次に、本実施形態の変形例に係る研磨装置について、図面を参照しながら説明する。以下、本実施形態の変形例に係る研磨装置において、本実施形態に係る研磨装置１の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

（１）まず、本実施形態の第１変形例に係る研磨装置について説明する。図５は、本変形例に係る研磨装置１Ａの研磨ヘッド２０を模式的に示す断面図である。図６は、研磨ヘッド２０を模式的に示す平面図である。なお、図６は、研磨ヘッド２０を下方からみた平面図であり、便宜上、被研磨物Ｗの図示を省略している。また、研磨装置１Ａの図示しないその他の構成部材は、研磨装置１と同様である。

研磨装置１Ａの研磨ヘッド２０は、図５および図６に示すように、リテーナーリング１４の内面１４ａに凹部２２が設けられている。凹部２２は、送液管１６の供給口１６ａと対向している。すなわち、凹部２２の開口と供給口１６ａとは、向かい合っている。例えば、研磨パッド４（図１参照）と供給口１６ａとの間の距離は、研磨パッド４と凹部２２との間の距離と等しい。凹部２２は、図示の例では、半球状であるが、内面１４ａの他の領域と比較して窪んでいればその形状は限定されない。図示の例では、供給口１６ａと凹部２２が１対１に対応しており、複数の供給口１６ａに対応して複数の凹部２２が設けられている。図示はしないが、複数の凹部２２が連続して１つの溝を形成してもよい。この溝は、チャックプレート１２の外周を囲むように設けられてもよい。

研磨装置１Ａでは、リテーナーリング１４の内面１４ａに凹部２２が設けられている。したがって、送液管１６の供給口１６ａが異物Ｆによって塞がれることを防ぎつつ、洗浄液Ｐを間隙Ｇに効率よく供給できる。

（２）次に、本実施形態の第２変形例に係る研磨装置について説明する。図７は、本変例に係る研磨装置１Ｂの研磨ヘッド３０を模式的に示す断面図である。なお、研磨装置１Ｂの図示しないその他の構成部材は、研磨装置１と同様である。

研磨装置１Ｂの研磨ヘッド３０は、図７に示すように、チャックプレート１２の側面１２ａとリテーナーリング１４の内面１４ａとの間の距離が、間隙Ｇの第１開口Ｇ１から第２開口Ｇ２側に向かうに従って大きくなっている。これにより、送液管１６の供給口１６ａが異物Ｆによって塞がれることを防ぎつつ、洗浄液Ｐを間隙Ｇに効率よく供給できる。図示の例では、チャックプレート１２の側面１２ａに対してリテーナーリング１４の内面１４ａが傾斜している。また、図示はしないが、チャックプレート１２の側面１２ａとリテーナーリング１４の内面１４ａとの間の距離が、間隙Ｇの第１開口Ｇ１から第２開口Ｇ２側に向かうに従って、段階的に大きくなっていてもよい。また、チャックプレート１２の側面１２ａとリテーナーリング１４の内面１４ａとの間の距離が、被研磨物Ｗの側面（ウエハーの側面）とリテーナーリング１４の内面１４ａとの間の距離よりも大きくてもよい。このような場合でも、送液管１６の供給口１６ａが異物Ｆによって塞がれることを防ぎつつ、洗浄液Ｐを間隙Ｇに効率よく供給できる。

研磨装置１Ｂでは、チャックプレート１２の側面１２ａとリテーナーリング１４の内面１４ａとの間の距離が、間隙Ｇの第１開口Ｇ１から第２開口Ｇ２に向かうに従って大きくなっている。これにより、送液管１６の供給口１６ａが異物Ｆによって塞がれることを防ぎつつ、洗浄液Ｐを間隙Ｇに効率よく供給できる。

なお、上述した実施形態および変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、実施形態および各変形例を適宜組み合わせることも可能である。

上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できよう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。

１研磨装置、２研磨定盤、４研磨パッド、６研磨剤供給機構、
８洗浄液供給機構、１０研磨ヘッド、１２チャックプレート、
１４リテーナーリング、１６送液管、１７封止部、１８エアーバッグ、
１９押圧部、２０研磨ヘッド、２２凹部、３０研磨ヘッド

Claims

回転可能に構成された研磨定盤と、
前記研磨定盤上に配置された研磨パッドと、
前記研磨パッド上に研磨剤を供給する研磨剤供給機構と、
被研磨物を保持しながら前記研磨パッドに該被研磨物を押し当てるチャックプレートと、
前記チャックプレートの外周に前記チャックプレートと間隙を介して配置されたリテーナーリングと、
前記間隙に連通する送液管と、
を含む、研磨装置。
請求項１において、
前記間隙は、前記チャックプレートの第１面および前記リテーナーリングの第２面によって区画され、
前記第１面には、前記送液管の供給口が設けられ、
前記第２面には、凹部が設けられ、
前記供給口と前記凹部とは、対向している、研磨装置。
請求項１において、
前記間隙は、前記チャックプレートの第１面および前記リテーナーリングの第２面によって区画され、かつ前記研磨パッド側の第１開口と、前記第１開口とは反対側の第２開口と、を有し、
前記送液管の供給口は、前記第１面に設けられ、
前記第１面と前記第２面との間の距離は、前記第１開口から前記第２開口側に向かうに従って大きくなる、研磨装置。
請求項３において、
前記間隙の前記第２開口を塞ぐ封止部をさらに含み、
前記送液管の供給口は、前記封止部に隣接して設けられている、研磨装置。
請求項１ないし４のいずれか１項において、
前記送液管は、複数設けられている、研磨装置。