JP2019202398A - Ｃｍｐ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な機構でウェハの研磨量を局所的に変化可能なＣＭＰ装置を提供する。【解決手段】ＣＭＰ装置１は、研磨ヘッド２と、プラテン１０と、を備えている。プラテン１０は、ウェハＷを研磨する研磨パッド１３が貼着された上定盤２０と、ボルト３１で上定盤２０と一体に固定された下定盤３０と、上定盤２０と下定盤３０との間に冷却水を圧送することにより上定盤２０下定盤３０に対して上方に湾曲させる流体供給源４０と、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明はウェハをＣＭＰ研磨するＣＭＰ装置に関するものである。

半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）を平坦化するＣＭＰ装置が知られている。

特許文献１記載の研磨装置は、化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を適用した研磨装置である。この研磨装置では、研磨ヘッドが、キャリアとリテーナリングに周縁を保持された弾性シートとの隙間に形成されたエア室のエア圧でウェハを研磨布に押し付けて研磨する。また、この研磨装置では、キャリアの下面に複数のエアバッグを設けることにより、ウェハの研磨量を局所的に変化させている。

特許第３６８３１４９号公報

しかしながら、上述したようなＣＭＰ装置では、ウェハの研磨量を局所的に変化させるための機構を研磨ヘッドに設ける必要があり、研磨ヘッドが複雑化するという問題があった。

そこで、簡便な機構でウェハの研磨量を局所的に変化可能なＣＭＰ装置を提供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。

上記目的を達成するために、本発明に係るＣＭＰ装置は、ウェハの下面をプラテンに押し付けて研磨するＣＭＰ装置であって、前記プラテンは、前記ウェハを研磨する研磨パッドが上面に設けられた上定盤と、前記上定盤を支持する下定盤と、前記上定盤を上方に湾曲させる湾曲機構と、を備えている。

この構成によれば、湾曲機構が、上定盤を下定盤に対して上方に湾曲させることにより、上定盤の表面形状に沿って研磨パッドも湾曲するため、研磨ヘッドに複雑な機構を設けることなく、ウェハと研磨パッドとの接触具合を局所的に変化させることができる。

また、本発明に係るＣＭＰ装置は、前記湾曲機構が、前記上定盤の下面又は前記下定盤の上面に形成された流路に高圧流体を供給して前記上定盤を湾曲させることが好ましい。

この構成によれば、流体の圧力に応じて上定盤の湾曲形状を調整可能なため、ウェハと研磨パッドとの接触具合を簡便に調整することができる。

また、本発明に係るＣＭＰ装置は、前記流体が、前記プラテンを冷却する冷却水であることが好ましい。

この構成によれば、冷却水を流通させるための注水管や供給源を流用することができるため、複雑な機構を用いることなく上定盤を湾曲することができる。

また、本発明に係るＣＭＰ装置は、前記上定盤と下定盤とを締結するボルトが、平面からみて前記上定盤が湾曲する湾曲領域を囲繞するように配置されていることが好ましい。

この構成によれば、ボルトが湾曲領域の範囲を画定するため、ボルトの設置位置に応じて湾曲領域を任意に変更することができる。

また、本発明に係るＣＭＰ装置は、前記ウェハをプラテンに押し付ける研磨ヘッドが、前記プラテンの径方向にスライド可能に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、研磨ヘッドをプラテンの径方向に移動させることにより、湾曲した研磨パッドとウェハとの接触範囲を任意に調整可能なため、ウェハの研磨量のピークをウェハ内の任意の場所に設定することができる。

本発明は、湾曲機構が、上定盤を下定盤に対して上方に湾曲させることにより、上定盤の表面形状に沿って研磨パッドも湾曲するため、研磨ヘッドに複雑な機構を設けることなく、ウェハと研磨パッドとの接触具合を局所的に変化させることができる。

本発明の一実施形態に係るＣＭＰ装置を模式的に示す斜視図。 ＣＭＰ装置を示す平面図及び縦断面図。 プラテンを示す平面図及び縦断面図。 上定盤を上方に湾曲させた状態を示す模式図。 本発明の実施例及び比較例に係るＣＭＰ装置において、プラテン表面の高さ変位を示すグラフ。 本発明の実施例及び比較例に係るＣＭＰ装置において、研磨レートを示すグラフ。

本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下では、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。

また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。

また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。

図１は、本発明の一実施形態に係るＣＭＰ装置１を模式的に示す斜視図である。図２は、ＣＭＰ装置１を示す平面図及び縦断面図である。図３は、プラテン１０を示す平面図及び貯水部３２に流体を満たした非加圧状態を示す縦断面図である。

ＣＭＰ装置１は、ウェハＷの一面を平坦に研磨するものである。ＣＭＰ装置１は、研磨ヘッド２と、プラテン１０と、を備えている。

研磨ヘッド２は、プラテン１０より小径の円盤状に形成されており、研磨ヘッド２の上方に配置された回転軸２ａに連結されている。回転軸２ａが図示しないモータの駆動によって回転することにより、研磨ヘッド２は、図１中の矢印Ｄ１の方向に回転する。研磨ヘッド２は、図示しない昇降装置によって垂直方向に昇降自在である。研磨ヘッド２が降下することにより、ウェハＷがプラテン１０に押圧される。研磨ヘッド２が研磨するウェハＷは、図示しないウェハ搬送機構によって受け渡される。研磨ヘッド２は、プラテン１０の径方向にスライド可能に設けられても構わない。

研磨ヘッド２は、下端に多孔質材料からなる図示しないポーラスチャックを備えている。ポーラスチャックの下面（吸着面）は、略平坦に形成されている。なお、ポーラスチャックの吸着面は、略平坦に形成されたものに限定されるものではなく、例えば、研磨後の所望のウェハ形状に応じて、中心が凸状に膨出したものや中心が凹状に窪んだものであっても構わない。ポーラスチャックは、図示しない真空源に接続されており、ウェハＷを吸着保持するように構成されている。

プラテン１０は、円盤状に形成されており、プラテン１０の下方に配置された回転軸１１に連結されている。回転軸１１がモータ１２の駆動によって回転することにより、プラテン１０は図１中の矢印Ｄ２の方向に回転する。プラテン１０の上面には、研磨パッド１３が貼付されており、研磨パッド１３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ＣＭＰスラリーが供給される。なお、図２（ａ）中の符号Ｓは、スラリーの滴下位置を示す。

プラテン１０は、研磨パッド１３が上面に貼付された上定盤２０と、上定盤２０と略同形に形成されて上定盤２０を支持する下定盤３０と、を備えている。

下定盤３０は、等間隔に離間して設けられた１２本のボルト３１で上定盤２０に締結されている。下定盤３０は、回転軸１１に連結されており、上定盤２０及び下定盤３０が一体となって回転するように構成されている。

下定盤３０の上面には、中央に凹設された貯水部３２と、貯水部３２の外周を囲繞するように形成されたシール溝３３と、が形成されている。

貯水部３２は、回転軸１１内に設けられた注水管３４に接続されている。注水管３４は、回転軸１１と同軸上に配置され、図示しないロータリージョイントを介して流体供給源４０に接続されている。貯水部３２は、下定盤３０の表面に形成されているが、上定盤２０の下面に形成されても構わない。

シール溝３３には、上定盤２０と下定盤３０との間をシールするＯリング３５が嵌合されている。

プラテン１０は、上定盤２０を上方に湾曲させる湾曲機構を備えている。湾曲機構は、貯水部３２に流体を圧送する流体供給源４０である。流体供給源４０から供給される流体の圧力は、図示しないレギュレータによって調整可能である。なお、流体供給源４０は、プラテン１０を冷却するための冷却水を供給する供給源であるのが好ましい。これにより、装置を簡略化することができる。

流体供給源４０から貯水部３２に供給された圧縮流体が、ボルト３１で締結された外周縁を起点として、上定盤２０の中央付近を上方に湾曲させる。上定盤２０の湾曲具合は、流体供給源４０から供給される流体の圧力に応じて微調整可能である。なお、ボルトの３１の設置位置は、プラテン１０の外周に限定されない。ボルト３１は、上定盤２０が湾曲する湾曲領域の範囲を画定するため、ボルト３１の設置位置に応じて湾曲領域を任意に変更することができる。

ＣＭＰ装置１の動作は、図示しない制御手段によって制御される。制御手段は、ＣＭＰ装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御手段は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御手段の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作するものにより実現されても良い。

次に、ＣＭＰ装置１の作用について図４に基づいて説明する。図４は、貯水部３２に圧縮流体を供給した状態を示す図である。流体供給源４０から圧縮流体が貯水部３２に供給されると、上定盤２０の中央付近が上方に湾曲する。これにより、研磨パッド１３が凸状に湾曲する。

ウェハＷは、その全面が研磨ヘッド２に吸着保持されている。研磨ヘッド２は、ウェハＷを研磨パッド１３に押し付けるように降下する。

そして、研磨ヘッド２及びプラテン１０を回転させた状態でウェハＷを凸状に湾曲した研磨パッド１３に押圧することにより、凸状に湾曲した研磨パッド１３のピーク付近に接触したウェハＷ研磨量が他の部分より多くなるように研磨が進行する。

なお、研磨ヘッド２をプラテン１０の径方向に移動させることにより、湾曲した研磨パッド１３とウェハＷとの接触位置を任意に調整可能なため、ウェハＷの研磨量のピークをウェハＷ内の任意の場所に設定することができる。

次に、研磨パッド１３を上方に湾曲させて研磨した場合と平坦な研磨パッド１３で研磨した場合の研磨量を比較した評価データについて説明する。なお、以下では、前者を本発明の実施例と称し、後者を比較例と称す。本実施例では、水圧０．２ＭＰａの冷却水を貯水部３２に供給した。一方、比較例では、水圧０ＭＰａの冷却水を貯水部３２に供給した。なお、本発明は、本実施例の構成に限定して解釈されるものでない。

図５は、本実施例及び比較例のプラテン表面の高さ変位を示すものである。図５は、縦軸にプラテン表面の高さ変位、横軸に研磨ヘッドの回転中心を原点として径方向座標を表している。図６は、研磨ヘッド２とプラテン１０とを同軸上で回転させた場合の本実施例及び比較例の研磨レートを示すものである。図６は、縦軸に研磨レート、横軸にウェハの回転中心を原点として径方向座標を表している。なお、本評価で設定された主な研磨条件は、表１の通りである。

図５によれば、プラテン１０の略全面において本実施例の方がプラテン表面の高さが高いことが分かる。具体的には、比較例は、−２００ｍｍ≦ｘ≦２００ｍｍ（±２０ｍｍ以下を除く）の領域において、高さ変位がほぼ０で略平坦であるのに対して、本実施例では、−２００ｍｍ≦ｘ≦２００ｍｍ（±２０ｍｍ以下を除く）の領域において、外周側では８０μｍ程度、中央付近では１３０μｍ程度の変位が生じており、研磨パッド１３が上方に凸状に湾曲していることが分かる。

また、図６によれば、比較例に対して、本実施例の研磨レートが局所的に変化していることが分かる。具体的には、本実施例は、−１１０ｍｍ≦ｘ≦１１０の領域において、比較例よりも研磨レートが大きく、ｘ＜−１１０ｍｍ、１１０＜ｘの領域において、比較例よりも研磨レートが小さいことが分かる。

また、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り、上記以外にも種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。

１ ・・・ＣＭＰ装置
２ ・・・研磨ヘッド
２ａ ・・・（研磨ヘッドの）回転軸
１０ ・・・プラテン
１１ ・・・（プラテンの）回転軸
１２ ・・・モータ
１３ ・・・研磨パッド
２０ ・・・上定盤
３０ ・・・下定盤
３１ ・・・ボルト
３２ ・・・流路
３３ ・・・シール溝
３４ ・・・注水管
３５ ・・・Ｏリング
４０ ・・・流体供給源
Ｗ ・・・ウェハ

Claims (5)

1. ウェハの下面をプラテンに押し付けて研磨するＣＭＰ装置であって、
   前記プラテンは、
   前記ウェハを研磨する研磨パッドが上面に設けられた上定盤と、
   前記上定盤を支持する下定盤と、
   前記上定盤を下定盤に対して上方に湾曲させる湾曲機構と、
   を備えていることを特徴とするＣＭＰ装置。
2. 前記湾曲機構は、前記上定盤の下面又は前記下定盤の上面に形成された流路に高圧流体を供給して前記上定盤を湾曲させることを特徴とする請求項１記載のＣＭＰ装置。
3. 前記流体は、前記プラテンを冷却する冷却水であることを特徴とする請求項２記載のＣＭＰ装置。
4. 前記上定盤と下定盤とを締結するボルトが、平面からみて前記上定盤が湾曲する湾曲領域を囲繞するように配置されていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のＣＭＰ装置。
5. 前記ウェハをプラテンに押し付ける研磨ヘッドが、前記プラテンの径方向にスライド可能に設けられていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載のＣＭＰ装置。