JP2014110428A - Conditioning and wafer retaining ring, and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体素子製作工程の一部である化学機械研磨(CMP)工程で使用されるウェハーリテーナリングに係り、より具体的には、CMP(chemical mechanical polishing)工程中にウェハーの離脱を防止すると同時にパッドを均一にコンディショニングすることができるように設計された、コンディショナー兼ウェハーリテーナリングをおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a wafer retainer ring used in a chemical mechanical polishing (CMP) process, which is a part of a semiconductor device manufacturing process, and more specifically, prevents a wafer from being detached during a CMP (chemical mechanical polishing) process. In addition, the present invention relates to a conditioner / wafer retainer ring and a method for manufacturing the same, which are designed so that the pad can be uniformly conditioned.
CMPは、化学機械研磨加工であって、研磨除去加工と化学液溶解作用を同時に用いて半導体ウェハーの平坦度を得る研磨加工である。 CMP is a chemical mechanical polishing process, which is a polishing process for obtaining flatness of a semiconductor wafer by simultaneously using a polishing removal process and a chemical solution dissolving action.
CMP加工は、研磨パッドとウェハーを互いに加圧した状態でそれらを相対運動させながら、研磨パッド上に、研磨粒子と化学液とからなる研磨液(スラリー)を供給する過程で行われるが、この際、ポリウレタン素材からなる研磨パッドの表面にある数多くの発泡気孔が新しい研磨液を留めておく役割を果たし、一定の研磨効率およびウェハー全面にわたっての研磨均一性を得ることができる。 The CMP process is performed in the process of supplying a polishing liquid (slurry) composed of polishing particles and a chemical liquid onto the polishing pad while relatively moving the polishing pad and the wafer in a state where they are pressurized with each other. At this time, a large number of foam pores on the surface of the polishing pad made of polyurethane material serve to keep a new polishing liquid, and a certain polishing efficiency and polishing uniformity over the entire wafer surface can be obtained.
次に、図1を参照して、従来のCMP装置の研磨ヘッドについて簡略に説明する。 Next, a polishing head of a conventional CMP apparatus will be briefly described with reference to FIG.
図1に示すように、CMP装置の研磨ヘッド10は、CMP工程の際にウェハー24を支持するウェハーホルダー22と、前記ウェハー24が研磨中に離脱することを防止するリテーナリング26、およびこれらの部位を支持し且つ研磨圧力を加えるヘッド本体28を備えてなる。前記研磨ヘッド10は、加圧機能と回転機能が必要なので中心に回転駆動軸30を有し、この軸に沿って荷重を加える方式が一般的である。ここで、前記リテーナリング26は、表面張力または真空によって吸着したウェハー24の離脱を防止するために設置されたものである。また、前記リテーナリング26は研磨の均一性を確保する手段としての機能もする。 As shown in FIG. 1, a polishing head 10 of a CMP apparatus includes a wafer holder 22 that supports a wafer 24 during a CMP process, a retainer ring 26 that prevents the wafer 24 from being detached during polishing, and these A head main body 28 is provided to support the portion and apply polishing pressure. Since the polishing head 10 needs a pressurizing function and a rotating function, the polishing head 10 has a rotation driving shaft 30 at the center, and a method of applying a load along this axis is general. Here, the retainer ring 26 is installed to prevent the wafer 24 adsorbed by surface tension or vacuum. The retainer ring 26 also functions as a means for ensuring the uniformity of polishing.
CMP工程を簡単に説明すると、次のとおりである。前記ウェハーホルダー22に前記ウェハー24がセットされ、前記研磨パッド32上に前記ウェハー24が面接触した状態で前記回転駆動軸30によって前記ウェハーホルダー22が回転する中にスラリー34が前記研磨パッド32上に供給されながら、前記スラリー34が前記リテーナリング26と前記研磨パッド32との隙間を介して前記ウェハー24に供給されてCMPが行われる。 The CMP process will be briefly described as follows. The wafer 24 is set on the wafer holder 22, and the slurry 34 is formed on the polishing pad 32 while the wafer holder 22 is rotated by the rotary drive shaft 30 while the wafer 24 is in surface contact with the polishing pad 32. Then, the slurry 34 is supplied to the wafer 24 through the gap between the retainer ring 26 and the polishing pad 32, and CMP is performed.
前記リテーナリング26は、図2に示すように、その下面に、リングの外周面から内周面へ貫通するように、所定の幅および深さを有する多数の溝36が一定の間隔で貫設されている。これは、ウェハー24の化学機械研磨中に、ウェハーホルダー22にホールドされた前記ウェハー24がスリップ(slip)されることを防止し、前記研磨パッド32と摩擦して前記ウェハー24へのスラリー34の供給を均一にする。そして、前記ウェハー24の均一な研磨が行われるように研磨パッド32の表面をコンディショニングする。 As shown in FIG. 2, the retainer ring 26 has a plurality of grooves 36 having predetermined widths and depths formed at regular intervals so as to penetrate from the outer peripheral surface of the ring to the inner peripheral surface. Has been. This prevents the wafer 24 held in the wafer holder 22 from slipping during the chemical mechanical polishing of the wafer 24, and friction with the polishing pad 32 causes the slurry 34 to adhere to the wafer 24. Make the supply uniform. Then, the surface of the polishing pad 32 is conditioned so that the wafer 24 is uniformly polished.
ところが、研磨中に圧力と相対速度が付加されるので、加工時間が経つにつれて研磨パッドの表面が不均一に変形し且つ研磨パッド上の気孔が研磨残留物で詰まってしまい、研磨パッドが正常な役割を果たせなくなる。これにより、全加工時間にわたってウェハー全面における広域平坦化およびウェハー間の研磨均一性などを達成することができなくなる。 However, since pressure and relative speed are applied during polishing, the surface of the polishing pad deforms unevenly over time and the pores on the polishing pad are clogged with polishing residues, resulting in a normal polishing pad. Can no longer play a role. This makes it impossible to achieve wide area planarization over the entire surface of the wafer and polishing uniformity between the wafers over the entire processing time.
このようなCMP研磨パッドの不均一変形および気孔の詰まりを解決するために、CMPパッドコンディショナーを用いて研磨パッドの表面を微細に研磨することにより、新しい微細気孔が形成されるようにCMPパッドコンディショニング作業を行う。 In order to solve the uneven deformation of the CMP polishing pad and the clogging of the pores, the CMP pad conditioning is performed so that new fine pores are formed by finely polishing the surface of the polishing pad using a CMP pad conditioner. Do work.
したがって、CMP工程に用いられる代表的な消耗部品として、パッドやスラリー、ウェハーリテーナリング、コンディショナーなどを挙げることができる。これらの中でも、ウェハーリテーナリングは、CMP工程中のウェハーの離脱を防止し且つウェハーの均一性(uniformity)が改善できるようにする役目をする。また、CMPパッドコンディショナーは、パッドに供給されるスラリーの流れ性を良好にし、パッドを少しずつ削って初期と同一の状態に維持させる役目をする。 Therefore, typical consumable parts used in the CMP process can include pads, slurry, wafer retainer rings, conditioners, and the like. Among these, the wafer retainer ring serves to prevent the wafer from being detached during the CMP process and to improve the uniformity of the wafer. Further, the CMP pad conditioner serves to improve the flowability of the slurry supplied to the pad and to scrape the pad little by little to maintain the same state as the initial state.
このように、既存のCMP工程では、ウェハーの離脱防止のために、ウェハーリテーナリングが使用されているとともに、初期のパッド状態を保持するために、パッドをコンディショニングするCMPパッドコンディショナーが使用されている。 As described above, in the existing CMP process, the wafer retainer ring is used to prevent the wafer from being detached, and the CMP pad conditioner for conditioning the pad is used to maintain the initial pad state. .
本発明者は、鋭意研究努力した結果、ウェハーリテーナリングとCMPパッドコンディショナーとを組み合わせた構造の部品を開発することにより、本発明を完成した。 As a result of diligent research efforts, the present inventor has completed the present invention by developing a component having a structure combining a wafer retainer ring and a CMP pad conditioner.
したがって、本発明の目的は、ウェハーを研磨する直前にウェハー全面のパッドを初期状態にすることができてウェハーの材料除去率を高めることが可能な構造のコンディショナー機能付きウェハーリテーナリングおよびその製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a wafer retainer ring with a conditioner function having a structure capable of increasing the material removal rate of the wafer by setting the pads on the entire surface of the wafer immediately before polishing the wafer, and a method for manufacturing the same. Is to provide.
本発明の他の目的は、耐化学的に不安定なCMPパッドコンディショナーを使用しなくなってウェハーのスクラッチや汚染を減らすことが可能な構造のコンディショナー機能付きウェハーリテーナリングおよびその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a wafer retainer ring with a conditioner function having a structure capable of reducing wafer scratching and contamination by eliminating the use of a chemically unstable CMP pad conditioner, and a method of manufacturing the same. It is in.
本発明の別の目的は、ウェハーリテーナリングに貫設されている溝の外周面側の幅を十分に広くしてスラリーがウェハーに効率よく供給されるようにすることにより、ウェハーの研磨均一度を向上させ、ウェハーに供給されずに浪費されるスラリーの量を最小化してコスト節減を実現することが可能な構造のコンディショナー機能付きウェハーリテーナリングおよびその製造方法を提供することにある。 Another object of the present invention is to increase the polishing uniformity of the wafer by sufficiently widening the width of the outer peripheral surface side of the groove penetrating the wafer retainer ring so that the slurry is efficiently supplied to the wafer. It is an object of the present invention to provide a wafer retainer ring with a conditioner function and a method of manufacturing the same that can reduce costs by reducing the amount of slurry that is wasted without being supplied to the wafer.
本発明の別の目的は、CMPパッドコンディショナーを使用しなくなって消耗資材費用を減らすことが可能な構造のコンディショナー機能付きウェハーリテーナリングおよびそれを含むCMP装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a wafer retainer ring with a conditioner function and a CMP apparatus including the same that can reduce the cost of consumable materials by eliminating the use of a CMP pad conditioner.
本発明の別の目的は、CMPパッドコンディショナーを駆動させるための装置が不要になるので、CMP装備の空間活用が増えてウェハー研磨装置を追加することができるため、ウェハー研磨の生産性を高めることが可能な構造のコンディショナー機能付きウェハーリテーナリングおよびそれを含むCMP装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to eliminate the need for an apparatus for driving the CMP pad conditioner, so that the space utilization of the CMP equipment can be increased and a wafer polishing apparatus can be added, thereby increasing the productivity of wafer polishing. It is an object to provide a wafer retainer ring with a conditioner function and a CMP apparatus including the same.
本発明の別の目的は、CMP装備の価格を節減させることができてCMP工程の生産性および費用を大幅低減することが可能なコンディショナー機能付きウェハーリテーナリングおよびそれを含むCMP装置を提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a wafer retainer ring with a conditioner function and a CMP apparatus including the same that can reduce the cost of CMP equipment and can greatly reduce the productivity and cost of the CMP process. It is in.
本発明の目的は上述した目的に制限されず、上述していない他の目的は以降の記載から当業者に明確に理解できるであろう。 The object of the present invention is not limited to the object described above, and other objects not described above will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
上記目的を達成するために、本発明は、CMP工程の際にウェハーが研磨中に離脱することを防止するウェハーリテーナリングであって、前記ウェハーリテーナリングは、その表面に隔設された多数の突出部からなる切削チップ部を一定の間隔で多数含んでいる構造を有し、コンディショナーとして作用することができることを特徴とする、コンディショナー兼ウェハーリテーナリングを提供する。 In order to achieve the above object, the present invention provides a wafer retainer ring that prevents a wafer from being detached during polishing during a CMP process, and the wafer retainer ring includes a plurality of spacers spaced on the surface thereof. There is provided a conditioner / wafer retainer ring characterized in that it has a structure including a large number of cutting tip portions made of protrusions at regular intervals and can act as a conditioner.
好適な実施例において、前記リテーナリングの表面に形成された多数の切削チップ部間の一定の間隔は、前記ウェハーリテーナリングの外周面から内周面へ貫通するように所定の幅および深さを有する溝からなる。 In a preferred embodiment, a predetermined interval between a plurality of cutting tip portions formed on the surface of the retainer ring has a predetermined width and depth so as to penetrate from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the wafer retainer ring. It has a groove.
好適な実施例において、前記溝の外周面側の幅は内周面側の幅より広く形成される。 In a preferred embodiment, the width of the groove on the outer peripheral surface side is formed wider than the width on the inner peripheral surface side.
好適な実施例において、前記リテーナリングは、強化高分子複合素材、超硬合金系素材、セラミック系素材のうちいずれか1つで形成される。 In a preferred embodiment, the retainer ring is formed of any one of a reinforced polymer composite material, a cemented carbide material, and a ceramic material.
好適な実施例において、前記切削チップ部を構成する多数の突出部の表面にダイヤモンドコート層がさらに形成される。 In a preferred embodiment, a diamond coat layer is further formed on the surfaces of a plurality of protrusions constituting the cutting tip portion.
好適な実施例において、前記切削チップ部を構成する突出部の側断面形状は多角形である。 In a preferred embodiment, the side cross-sectional shape of the projecting portion constituting the cutting tip portion is a polygon.
好適な実施例において、前記切削チップ部を構成する突出部の平面形状は多角形、円形、楕円形のうちいずれか1つである。 In a preferred embodiment, the planar shape of the projecting portion constituting the cutting tip portion is any one of a polygon, a circle, and an ellipse.
好適な実施例において、前記切削チップ部は、前記リテーナリングの内周面側から一定幅の間隔をおいて多数の突出部が設けられる。 In a preferred embodiment, the cutting tip portion is provided with a plurality of protrusions spaced from the inner peripheral surface of the retainer ring at a constant width.
また、本発明は、一定の厚さおよび幅を有するリング状の基板を準備する段階と、前記リング状の基板の表面に、前記リング状の基板の外周面から内周面へ貫通するように所定の幅と深さを有する溝を一定の間隔で多数形成する溝形成段階と、前記多数形成された溝と溝との間の表面に多数の突出部を隔設する切削チップ部形成段階とを含んでなる、コンディショナー兼ウェハーリテーナリングの製造方法を提供する。 The present invention also provides a step of preparing a ring-shaped substrate having a certain thickness and width, and penetrates the surface of the ring-shaped substrate from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the ring-shaped substrate. A groove forming step of forming a large number of grooves having a predetermined width and depth at a constant interval; and a cutting tip portion forming step of separating a large number of protrusions on the surface between the formed grooves. A method for manufacturing a conditioner / wafer retainer ring is provided.
好適な実施例において、前記溝形成段階は、前記溝の外周面側の幅が内周面側の幅より広く形成されるように行われる。 In a preferred embodiment, the groove forming step is performed such that a width on the outer peripheral surface side of the groove is wider than a width on the inner peripheral surface side.
好適な実施例において、前記切削チップ部形成段階は前記多数の突出部の側断面形状が多角形の形状を持つように行われる。 In a preferred embodiment, the cutting tip portion forming step is performed such that a side cross-sectional shape of the plurality of protrusions has a polygonal shape.
好適な実施例において、前記切削チップ部形成段階は、多数の突出部の平面形状が多角形、円形、楕円形のうちいずれか1つの形状を持つように行われる。 In a preferred embodiment, the cutting tip portion forming step is performed such that the planar shape of the plurality of protrusions is any one of a polygon, a circle, and an ellipse.
好適な実施例において、前記切削チップ部形成段階は、前記リング状の基板の内周面側から一定幅の間隔をおいて多数の突出部が設けられるように行われる。 In a preferred embodiment, the cutting tip portion forming step is performed such that a plurality of protrusions are provided at a constant width from the inner peripheral surface side of the ring-shaped substrate.
好適な実施例において、前記切削チップ部を構成する多数の突出部の表面にダイヤモンドコート層を形成するダイヤモンド層形成段階をさらに含む。 In a preferred embodiment, the method further includes a diamond layer forming step of forming a diamond coat layer on the surface of a plurality of protrusions constituting the cutting tip portion.
また、本発明は、上述したいずれか一つのコンディショナー兼ウェハーリテーナリング、または上述したいずれか一つの製造方法で製造されたコンディショナー兼ウェハーリテーナリングを含む、CMP装置を提供する。 The present invention also provides a CMP apparatus including any one of the conditioner / wafer retainer rings described above or the conditioner / wafer retainer ring manufactured by any one of the manufacturing methods described above.
また、好適な実施例において、前記CMP装置は別途のコンディショニング手段を備えない。 In a preferred embodiment, the CMP apparatus does not include a separate conditioning means.
本発明は、次のような優れた効果を有する。 The present invention has the following excellent effects.
まず、本発明によれば、ウェハーを研磨する直前にウェハー全面のパッドを初期状態にすることができてウェハーの材料除去率を高めることができる。 First, according to the present invention, the pad on the entire surface of the wafer can be in an initial state immediately before polishing the wafer, and the material removal rate of the wafer can be increased.
また、本発明によれば、耐化学的に不安定なCMPパッドコンディショナーを使用しなくなってウェハーのスクラッチや汚染を減らすことができる。
また、本発明によれば、ウェハーリテーナリングに貫設されている溝の外周面側幅を十分に広くしてスラリーがウェハーに効率よく供給されるようにすることにより、ウェハーの研磨均一度を向上させ、ウェハーに供給されずに浪費されるスラリーの量を最小化してコスト節減を実現することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to reduce the scratches and contamination of the wafer by eliminating the use of a chemically unstable CMP pad conditioner.
In addition, according to the present invention, the width of the outer peripheral surface of the groove penetrating the wafer retainer ring is sufficiently widened so that the slurry can be efficiently supplied to the wafer, thereby improving the polishing uniformity of the wafer. The cost savings can be realized by improving and minimizing the amount of slurry that is wasted without being supplied to the wafer.
また、本発明によれば、CMPパッドコンディショナーを使用しなくなって消耗資材費用を減らすことができる。 Further, according to the present invention, it is possible to reduce the cost of consumable materials by eliminating the use of the CMP pad conditioner.
また、本発明によれば、CMPパッドコンディショナーを駆動させるための装置が不要になるので、CMP装備の空間活用が増えてウェハー研磨装置を追加することができるため、ウェハー研磨の生産性を高めることができる。 Further, according to the present invention, since an apparatus for driving the CMP pad conditioner is not required, the space utilization of the CMP equipment can be increased and a wafer polishing apparatus can be added, thereby increasing the productivity of wafer polishing. Can do.
また、本発明によれば、CMP装備の価格を節減させることができてCMP工程の生産性および費用を大幅低減することができる。 In addition, according to the present invention, the cost of the CMP equipment can be reduced, and the productivity and cost of the CMP process can be greatly reduced.
本発明における用語は、できる限り、現在広く使用される一般な用語を選択した。ところが、特定の場合は出願人が任意に選定した用語もあるが、この場合には単純な用語の名称ではなく、発明の詳細な説明に記載または使用された意味を考慮してその意味が把握されるべきであろう。 For the terms in the present invention, general terms that are currently widely used are selected as much as possible. However, in certain cases, there are terms arbitrarily selected by the applicant, but in this case, the meaning is not considered a simple term name but is understood in consideration of the meaning described or used in the detailed description of the invention. Should be done.
以下、添付図面および好適な実施例を参照して本発明の技術的構成を詳細に説明する。 Hereinafter, the technical configuration of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings and preferred embodiments.
ところが、本発明は、ここで説明される実施例に限定されず、他の形態でも具体化できる。明細書全体にわたって本発明を説明するために使用される同一の参照番号は同一の構成要素を示す。 However, the present invention is not limited to the embodiments described herein, and can be embodied in other forms. The same reference numbers used to describe the invention throughout the specification denote the same components.
本発明の技術的特徴は、ウェハーリテーナリングの表面に切削チップ部を形成することにより、ウェハーリテーナリングとして作用すると同時にコンディショナーとして作用することが可能な構造のコンディショナー兼ウェハーリテーナリングにある。 A technical feature of the present invention resides in a conditioner / wafer retainer ring having a structure capable of acting as a wafer retainer ring and at the same time as a conditioner by forming a cutting tip portion on the surface of the wafer retainer ring.
したがって、本発明のコンディショナー兼ウェハーリテーナリング100は、図3に示すように、CMP工程の際にウェハーが研磨中に離脱することを防止するウェハーリテーナリングであって、前記ウェハーリテーナリングは、その表面に隔設された多数の突出部からなる切削チップ部110を一定の間隔で多数含んでいる構造を有し、コンディショナーとして作用することができる。 Therefore, the conditioner and wafer retainer ring 100 of the present invention is a wafer retainer ring that prevents the wafer from being detached during polishing during the CMP process, as shown in FIG. It has a structure that includes a large number of cutting tip portions 110 made up of a large number of protrusions spaced on the surface at regular intervals, and can act as a conditioner.
また、本発明のコンディショナー兼ウェハーリテーナリング100は、その表面に形成された多数の切削チップ部110間の一定の間隔が、ウェハーリテーナリング100の外周面130から内周面140へ貫通するように所定の幅と深さを有する溝120からなることを特徴とするが、特に、図4aおよび図4bに示すように、溝120の外周面130側の幅が内周面140側の幅より広く形成されることが好ましい。これは、溝120がこのような構成を持つと、スラリーがウェハーに効率よく供給されるようにしてウェハーの研磨均一度を向上させ、ウェハーに供給されずに浪費されるスラリーの量を最小化してコスト節減を実現することができるためである。 Further, the conditioner and wafer retainer ring 100 according to the present invention is configured such that a certain distance between the many cutting tip portions 110 formed on the surface penetrates from the outer peripheral surface 130 to the inner peripheral surface 140 of the wafer retainer ring 100. The groove 120 has a predetermined width and depth. In particular, as shown in FIGS. 4a and 4b, the width on the outer peripheral surface 130 side of the groove 120 is wider than the width on the inner peripheral surface 140 side. Preferably it is formed. This is because when the groove 120 has such a configuration, the slurry is efficiently supplied to the wafer to improve the polishing uniformity of the wafer and minimize the amount of slurry that is wasted without being supplied to the wafer. This is because cost savings can be realized.
一方、本発明のコンディショナー兼ウェハーリテーナリングは、耐化学的に優れた材質からなることが好ましいが、強化高分子複合素材、超硬合金系素材、セラミック系素材のうちいずれか1つで形成できる。この際、強化高分子複合素材は、強化プラスチックを含んで著しく強度を増大させた公知の高分子材料を含む。超硬合金系物質は、タングステンカーバイド−コバルト(WC−Co)系、タングステンカーバイド−炭化チタニウム−コバルト(WC−TiC−Co)系、タングステンカーバイド−炭化チタニウム−炭化タンタル−コバルト(WC−TiC−TaC−Co)系などのタングステンカーバイド(WC)系の超硬合金を始めとして、サーメット(TiC)、炭化ホウ素(B4C)系、ホウ酸チタニウム(TiB2)系超硬合金などを含む。また、セラミック系物質は、窒化ケイ素(Si3N4)、シリコン(Si)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化チタニウム(TiO2)、酸化ジルコニウム(ZrOx)、酸化ケイ素(SiO2)、炭化ケイ素(SiC)、酸窒化シリコン(SiOxNy)、窒化タングステン(WNx)、酸化タングステン(WOx)、DLC(Diamond Like Coating)、窒化ホウ素(BN)、または酸化クロム(Cr2O3)などを含む。 On the other hand, the conditioner / wafer retainer ring according to the present invention is preferably made of a material excellent in chemical resistance, but can be formed of any one of a reinforced polymer composite material, a cemented carbide material, and a ceramic material. . At this time, the reinforced polymer composite material includes a known polymer material including a reinforced plastic and having a significantly increased strength. Cemented carbide materials include tungsten carbide-cobalt (WC-Co), tungsten carbide-titanium carbide-cobalt (WC-TiC-Co), tungsten carbide-titanium carbide-tantalum carbide-cobalt (WC-TiC-TaC). It includes cermet (TiC), boron carbide (B 4 C) -based, titanium borate (TiB 2 ) -based cemented carbide, including tungsten carbide (WC) -based cemented carbide such as —Co). Ceramic materials include silicon nitride (Si 3 N 4 ), silicon (Si), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), titanium oxide (TiO 2 ), zirconium oxide (ZrO x ), Silicon oxide (SiO 2 ), silicon carbide (SiC), silicon oxynitride (SiO x N y ), tungsten nitride (WN x ), tungsten oxide (WO x ), DLC (Diamond Like Coating), boron nitride (BN), Alternatively, chromium oxide (Cr 2 O 3 ) or the like is included.
また、本発明のコンディショナー兼ウェハーリテーナリング100の表面に形成された切削チップ部110を構成する多数の突出部の表面にダイヤモンドコート層をさらに形成することにより、研磨性能を向上させることができるうえ、耐化学性、耐摩耗性および耐久性を強化することができる。 Further, by further forming a diamond coat layer on the surface of a large number of protrusions constituting the cutting tip portion 110 formed on the surface of the conditioner and wafer retainer ring 100 of the present invention, the polishing performance can be improved. Can enhance chemical resistance, wear resistance and durability.
この際、多数の切削チップ部110は、所定の切削チップのパターンに応じてデザインされた多数の突出部を形成して構成することができる。例えば、図3、図5aおよび図5bに示すように、互いに離隔間隔をおいて四角断面形状に形成された多数の突出部からなり、或いは、図5cに示すように、三角形断面形状に形成された多数の突出部からなってもよい。また、多数の切削チップ部110を構成する多数の突出部の平面形状は多角形、円形および楕円形の形状であってもよい。このような突出部の断面形状および平面形状は、図示していないが、突出部を立体的に見たとき、突出部の形状が多角錐状、多角柱状、円錐状、楕円錐状、円柱状および楕円柱状であってもよいことが分かる。 At this time, the large number of cutting tip portions 110 can be formed by forming a large number of protruding portions designed according to a predetermined cutting tip pattern. For example, as shown in FIG. 3, FIG. 5a and FIG. 5b, it is composed of a large number of protrusions formed in a square cross-sectional shape spaced apart from each other, or formed in a triangular cross-sectional shape as shown in FIG. 5c. It may consist of a number of protrusions. Further, the planar shape of the multiple protrusions constituting the multiple cutting tip portions 110 may be a polygonal shape, a circular shape, or an elliptical shape. The cross-sectional shape and planar shape of such a protrusion are not shown, but when the protrusion is viewed three-dimensionally, the shape of the protrusion is a polygonal pyramid, a polygonal column, a cone, an elliptical cone, a cylinder It can also be seen that it may be elliptical.
また、図5dに示すように、多数の切削チップ部110は、ウェハーリテーナリング100の内周面140側から一定幅の間隔をおいて多数の突出部が設けられるようにしてもよいが、このような構造を持つと、切削チップ部110によってパッドコンディショニングした後に発生する副産物(スラッジ)がウェハーに入ることを抑制してウェハーのスクラッチを減らすことができる。 In addition, as shown in FIG. 5d, a large number of cutting tips 110 may be provided with a large number of protrusions spaced from the inner peripheral surface 140 side of the wafer retainer ring 100 at a constant width. With such a structure, the by-product (sludge) generated after pad conditioning by the cutting tip part 110 can be prevented from entering the wafer, and the scratch of the wafer can be reduced.
次に、本発明のコンディショナー兼ウェハーリテーナリングの製造方法は、一定の厚さおよび幅を有するリング状の基板を準備する段階と、前記リング状の基板の表面に、前記リング状の基板の外周面から内周面へ貫通するように所定の幅および深さの溝を一定の間隔で多数形成する溝形成段階と、前記多数形成された溝と溝との間の表面に多数の突出部を隔設する切削チップ部形成段階とを含んでなるが、溝形成段階および切削チップ部形成段階は、リング状の基板を機械的加工、レーザー加工、またはエッチングするなどの方法によって行うことができる。この際、溝形成段階で形成された溝の深さは、切削チップ部を構成する突出部の高さよりさらに深いことが好ましい。 Next, a method of manufacturing a conditioner and wafer retainer ring according to the present invention includes a step of preparing a ring-shaped substrate having a certain thickness and width, and an outer periphery of the ring-shaped substrate on the surface of the ring-shaped substrate. A groove forming step of forming a plurality of grooves having a predetermined width and depth at regular intervals so as to penetrate from the surface to the inner peripheral surface, and a plurality of protrusions on a surface between the plurality of grooves formed The groove forming step and the cutting tip portion forming step can be performed by a method such as mechanical processing, laser processing, or etching of the ring-shaped substrate. At this time, it is preferable that the depth of the groove formed in the groove forming stage is deeper than the height of the protruding portion constituting the cutting tip portion.
場合によっては、切削チップ部を構成する多数の突出部の表面にダイヤモンドコート層を形成するダイヤモンド層形成段階をさらに含むことができるが、ダイヤモンドコート層は、CVD(chemical vapor deposition)法を用いて切削チップ部110に全体的にコートされるか、或いは切削チップ部110を構成する多数の突出部の上部にのみコートされるように形成することもできる。このダイヤモンドコート層を形成する前に、切削チップ部110の形成されたリング状の基板を超音波前処理することが好ましいが、これは超音波前処理過程で微細ダイヤモンド粒子を用いて切削チップ部110上に微細スクラッチを形成することにより、ダイヤモンドコート層3のコーティング状態が硬くなるようにするためである。 In some cases, the method may further include a diamond layer forming step of forming a diamond coat layer on the surface of a large number of protrusions constituting the cutting tip portion. The diamond coat layer may be formed using a CVD (chemical vapor deposition) method. The cutting tip portion 110 may be entirely coated, or may be formed so as to be coated only on the upper portions of a large number of protrusions constituting the cutting tip portion 110. Before forming the diamond coat layer, it is preferable to ultrasonically pretreat the ring-shaped substrate on which the cutting tip portion 110 is formed. This is because the cutting tip portion is formed using fine diamond particles in the ultrasonic pretreatment process. This is to form a fine scratch on 110 so that the coating state of the diamond coat layer 3 becomes hard.
実施例1
図3に示した形態のコンディショナー兼ウェハーリテーナリング100を、図5aに示した切削チップ部110を持つように研磨ホイール加工方法によって次のとおり製造した。まず、厚さ6mmおよび幅24mmのリング状の基板(内周面までの直径301mm、外周面までの直径349mm)を準備した後、前記基板上に深さ3mm、幅3mmの溝120を研磨ホイール加工で形成した。その後、溝と溝との間の基板表面に突出部の先端部は平面形状に構成し、突出部のサイズを200μm×200μm、突出部の高さを1000μm、突出部間の間隔を2000μmとして、切削チップ部110を研磨ホイール加工して形成することにより、コンディショナー兼ウェハーリテーナリング1を製造した。
Example 1
The conditioner / wafer retainer ring 100 having the configuration shown in FIG. 3 was manufactured as follows by the grinding wheel processing method so as to have the cutting tip portion 110 shown in FIG. 5a. First, after preparing a ring-shaped substrate having a thickness of 6 mm and a width of 24 mm (a diameter of 301 mm up to the inner peripheral surface and a diameter of 349 mm up to the outer peripheral surface), a groove 120 having a depth of 3 mm and a width of 3 mm is formed on the substrate as a polishing wheel. Formed by processing. After that, the tip of the protruding portion is formed in a planar shape on the substrate surface between the grooves, the size of the protruding portion is 200 μm × 200 μm, the height of the protruding portion is 1000 μm, and the interval between the protruding portions is 2000 μm. Conditioner and wafer retainer ring 1 was manufactured by forming the cutting tip portion 110 by grinding a wheel.
実施例2
切削チップ部110を図5bに示された形状に形成する以外は実施例1と同様にしてコンディショナー兼ウェハーリテーナリング2を製造した。ここで、切削チップ部110は、突出部の先端部を平面形状に構成し、突出部のサイズを100μm×100μm、突出部の高さを1000μm、突出部間の間隔を1000μmにして形成した。
Example 2
A conditioner / wafer retainer ring 2 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the cutting tip portion 110 was formed in the shape shown in FIG. Here, the cutting tip portion 110 was formed with the tip portion of the protruding portion having a planar shape, the size of the protruding portion being 100 μm × 100 μm, the height of the protruding portion being 1000 μm, and the interval between the protruding portions being 1000 μm.
実施例3
切削チップ部110を図5cに示された形状に形成する以外は実施例1と同様にしてコンディショナー兼ウェハーリテーナリング3を製造した。ここで、切削チップ部110は、突出部をピラミッド形状にして(コーン状)、突出部の下端部のサイズを200μm×200μm、突出部の高さを1000μm、突出部間の間隔を2000μmにして形成した。
Example 3
A conditioner / wafer retainer ring 3 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the cutting tip portion 110 was formed in the shape shown in FIG. 5c. Here, the cutting tip portion 110 has a protruding portion made in a pyramid shape (cone shape), the size of the lower end portion of the protruding portion is 200 μm × 200 μm, the height of the protruding portion is 1000 μm, and the interval between the protruding portions is 2000 μm. Formed.
実施例4
切削チップ部110を図5dに示された形状に形成する以外は実施例1と同様にしてコンディショナー兼ウェハーリテーナリング4を製造した。ここで、切削チップ部110は、実施例1と同様に形成するが、リング状基板の内周面140から3mmの間隔をおいて突出部を形成した。
Example 4
A conditioner / wafer retainer ring 4 was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the cutting tip portion 110 was formed in the shape shown in FIG. 5d. Here, the cutting tip portion 110 was formed in the same manner as in Example 1, but the protruding portion was formed with an interval of 3 mm from the inner peripheral surface 140 of the ring-shaped substrate.
比較例
図2に示された従来のウェハーリテーナリングを準備した。
Comparative Example A conventional wafer retainer ring shown in FIG. 2 was prepared.
実験例1〜6
比較例で得られた従来のウェハーリテーナリングのみを用いてCMP工程を行った後のパッド表面に対するモルフォロジー(morphology)、および比較例で得られた従来のウェハーリテーナリングとコンディショニング手段を併用してCMP工程を行った後のパッド表面に対するモルフォロジーを観察し、その結果を図6a、図6および表1に示した(実験例1および2)。また、別途のコンディショニング手段なしで、実施例1〜4で得られたコンディショナー兼ウェハーリテーナリングを用いてCMP工程を行った後、パッド表面に対するモルフォロジーを観察し、その結果を図6c〜図6fおよび表1に示した(実験例3〜6)。また、この際、使用された装備は300mm CMP testerであり、スラリーはシリカスラリー(silica slurry)が使用された。
Experimental Examples 1-6
The morphology of the pad surface after performing the CMP process using only the conventional wafer retainer ring obtained in the comparative example, and the CMP using the conventional wafer retainer ring obtained in the comparative example and the conditioning means in combination. The morphology of the pad surface after the process was observed, and the results are shown in FIGS. 6a and 6 and Table 1 (Experimental Examples 1 and 2). Moreover, after performing a CMP process using the conditioner and wafer retainer ring obtained in Examples 1 to 4 without any additional conditioning means, the morphology of the pad surface was observed, and the results were shown in FIGS. The results are shown in Table 1 (Experimental Examples 3 to 6). At this time, the equipment used was a 300 mm CMP tester, and the slurry was silica slurry.
表1より、本発明の実施例で得られたコンディショナー兼ウェハーリテーナリング1〜4を使用すると、別途のコンディショニング手段なしでCMP工程を行っても、パッドが摩耗することを確認することができた。図6c〜図6fを参照すると、パッド表面も、図6bに示すように、従来のウェハーリテーナリングと共に従来のダイヤモンドコンディショナーを用いたCMP工程で得られたパッドと類似のパッドモルフォロジーを形成させることができることが分かる。これに対し、従来のウェハーリテーナリングのみ使用し、別途のコンディショナーを使用しない実験例1の結果を示す図6aおよび表1の結果は、従来のウェハーリテーナリングのみ使用する場合にはパッド摩耗が全くなくてウェハースクラッチが多く発生するので、CMP工程が正常的に行われないことを示す。 From Table 1, it was confirmed that when the conditioner and wafer retainer rings 1 to 4 obtained in the examples of the present invention were used, the pad was worn even if the CMP process was performed without any additional conditioning means. . Referring to FIGS. 6c-6f, the pad surface can also form a pad morphology similar to that obtained in a CMP process using a conventional diamond conditioner with a conventional wafer retainer ring, as shown in FIG. 6b. I understand that I can do it. On the other hand, only the conventional wafer retainer ring is used, and the result of FIG. 6a showing the result of Experimental Example 1 in which no separate conditioner is used shows that the pad wear is completely absent when only the conventional wafer retainer ring is used. This indicates that a lot of wafer clutches are generated and the CMP process is not normally performed.
一方、コンディショナー兼ウェハーリテーナリング4を用いる実験例6の場合、ウェハーリテーナリングの内側にチップを形成させないことにより、ウェハースクラッチを減らす結果を得た。これはパッドコンディショニングの後に発生する副産物(スラッジ)がウェハーに入ることを抑制したためであると予測される。 On the other hand, in Experimental Example 6 using the conditioner and wafer retainer ring 4, the result of reducing the wafer clutch was obtained by not forming the chip inside the wafer retainer ring. This is presumed to be because the by-product (sludge) generated after the pad conditioning is prevented from entering the wafer.
上述した実験結果から、従来のCMP装備に別途のCMPパッドコンディショニング手段を除外しても、ウェハーリテーナリングにコンディショニング機能を含ませた本発明のコンディショナー兼ウェハーリテーナリングを採用すると、正常的なCMP工程が可能であることを確認することができる。 From the above-described experimental results, even if the CMP pad conditioning means is excluded from the conventional CMP equipment, if the conditioner / wafer retaining ring according to the present invention including the conditioning function is included in the wafer retaining ring, a normal CMP process is performed. Can be confirmed.
したがって、本発明のコンディショナー兼ウェハーリテーナリングを採用するとCMPパッドコンディショナーを必要としないと予測されるので、CMP装備の単純化も図ることができて多くの利点をもたらすことができる。 Accordingly, when the conditioner and wafer retainer ring of the present invention is employed, it is predicted that a CMP pad conditioner is not required, so that the CMP equipment can be simplified and many advantages can be obtained.
以上、本発明は好適な実施例を挙げて図示および説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されず、本発明の精神から外れない範囲内において、当該発明の属する技術分野における通常の知識を有する者によって多様な変形および修正を加えることが可能であろう。 Although the present invention has been illustrated and described with reference to the preferred embodiments, the present invention is not limited to these embodiments, and is within the scope of the spirit of the present invention, and is generally used in the technical field to which the present invention belongs. It will be possible to make various variations and modifications by those who have knowledge of the above.
100 コンディショナー兼ウェハーリテーナリング
110 切削チップ部
120 溝
130 ウェハーリテーナリングの外周面
140 ウェハーリテーナリングの内周面
100 Conditioner and wafer retainer ring 110 Cutting tip portion 120 Groove 130 Outer peripheral surface of wafer retainer ring 140 Inner peripheral surface of wafer retainer ring
Claims (16)
前記ウェハーリテーナリングは、その表面に隔設された多数の突出部からなる切削チップ部を一定の間隔で多数含んでいる構造を有し、コンディショナーとして作用することができることを特徴とする、コンディショナー兼ウェハーリテーナリング。 Wafer retainer ring that prevents the wafer from being detached during polishing during the CMP process,
The wafer retainer ring has a structure that includes a large number of cutting tip portions formed of a large number of protrusions spaced on the surface at a constant interval, and can function as a conditioner. Wafer retainer ring.
前記リング状の基板の表面に、前記リング状の基板の外周面から内周面へ貫通するように所定の幅と深さを有する溝を一定の間隔で多数形成する溝形成段階と、
前記多数形成された溝と溝との間の表面に多数の突出部を隔設する切削チップ部形成段階とを含んでなる、コンディショナー兼ウェハーリテーナリングの製造方法。 Providing a ring-shaped substrate having a constant thickness and width;
A groove forming step of forming a large number of grooves having a predetermined width and depth at regular intervals on the surface of the ring-shaped substrate so as to penetrate from the outer peripheral surface of the ring-shaped substrate to the inner peripheral surface;
A manufacturing method of a conditioner / wafer retainer ring, comprising: a cutting tip portion forming step of providing a plurality of protrusions on a surface between the plurality of grooves.
The CMP apparatus according to claim 15, wherein the CMP apparatus does not include a separate conditioning unit.
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