JP2023055121A - Ｃｍｐ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＰ研磨時のワークの欠けを抑制しつつ、ＣＭＰ装置の運転時間を長期化できるＣＭＰ装置を提供する。
【解決手段】ワークを研磨するＣＭＰ装置１であって、ワークＷを収容する収容ポケット４１ａが形成され、ワークＷとともに研磨パッド５に押し当てられる枠体４１を備え、枠体４１は、収容ポケット４１ａを囲繞して設けられた緩衝部４６と、緩衝部４６と一体に設けられて緩衝部４６より高い耐摩耗性を有し、枠体４１の研磨パッド５に押し当てられる被押圧面のうち少なくとも一部を占める補強部４７と、を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、ワークを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、「ワーク」という）を平坦化するＣＭＰ装置が知られている。

特許文献１記載のウェハ研磨装置は、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。このウェハ研磨装置では、ウェハＷが、円環状の交換部３４内に収容され、研磨ヘッド１が、キャリア２０とリテーナリング３０に周縁を保持されたゴムシート６０との隙間に形成されたエア室６１のエア圧でウェハＷを研磨布２に押し付けて研磨する。なお、符号は、特許文献１のものである。

特許第３６８３１４９号公報

しかしながら、上述したようなウェハ研磨装置では、研磨時に、ウェハＷが研磨布２との動摩擦により交換部３４の内側面に衝突するため、ウェハＷを緩やかに受ける必要がある。また、ウェハＷの研磨に伴って交換部３４自体も研磨されるところ、研磨を繰り返すと交換部３４が摩耗して薄くなり、ウェハＷの研磨形状に悪影響を及ぼすため、定期的に交換する必要がある。

例えば、交換部３４の材質を軟質なものに設定すれば、研磨時のウェハＷとの衝突が緩衝されてウェハＷの欠けは抑制されるものの、交換部３４は擦り減り易く、交換部３４の交換頻度が増して、装置の運転時間が短くなる。

一方、交換部３４の材質を耐摩耗性が高いものに設定すれば、交換部３４の交換頻度は低くなるものの、研磨時の交換部３４との衝突によりウェハＷが欠け易くなる。

そこで、ＣＭＰ研磨時のワークの欠けを抑制しつつ、ＣＭＰ装置の運転時間を長期化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、ワークを研磨するＣＭＰ装置であって、前記ワークを収容する収容ポケットが形成され、前記ワークとともに研磨パッドに押し当てられる枠体を備え、前記枠体は、前記収容ポケットを囲繞して設けられた緩衝部と、前記緩衝部と一体に設けられて前記緩衝部より高い耐摩耗性を有し、前記枠体の前記研磨パッドに押し当てられる被押圧面のうち少なくとも一部を占める補強部と、を備えている。

この構成によれば、緩衝部より高い耐摩耗性を有する補強部が、枠体の被押圧面の少なくとも一部を占めることにより、枠体の摩耗が抑制されて枠体の交換頻度が低くなり、ＣＭＰ装置の運転時間を長期化することができる。さらに、緩衝部が、研磨時に収容ポケット内を移動するワークを受けるため、研磨時のワークの欠けを抑制することができる。

本発明は、ＣＭＰ装置の運転時間を長期化するとともに、研磨時のワークの欠けを抑制することができる。

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。 研磨ヘッドの要部を模式的に示す縦断面図。 研磨ヘッドの底面図。 図２のＩ部拡大図。 研磨時にワークが枠体に接触している様子を示す模式図。 本発明の変形例に係るＣＭＰ装置における、枠体の要部を示す断面図及び研磨時にワークが枠体に接触している様子を示す模式図。

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

プラテン２は、円盤状に形成されており、プラテン２の下方に配置された回転軸３に連結されている。回転軸３がモータ４の駆動によって回転することにより、プラテン２は図１中の矢印Ｄ１の方向に回転する。プラテン２の上面には、研磨パッド５が貼付されており、研磨パッド５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。

研磨ヘッド１０は、プラテン２より小径の円盤状に形成されており、研磨ヘッド１０の上方に配置された回転軸１０ａに連結されている。回転軸１０ａ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１０は、図１中の矢印Ｄ２の方向に回転する。研磨ヘッド１０は、図示しない昇降装置によって垂直方向Ｖに昇降自在である。研磨ヘッド１０は、ワークＷを研磨する際に下降して研磨パッド５にワークＷを押圧する。研磨ヘッド１０が研磨するワークＷは、図示しないワーク搬送機構によって受け渡される。

ＣＭＰ装置１の動作は、図示しないコントローラによって制御される。コントローラは、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。コントローラは、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、コントローラの機能は、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、研磨ヘッド１０の構成について図２、図３及び図４に基づいて説明する。図２に示すように、研磨ヘッド１０は、ヘッド本体２０と、キャリア３０と、リテーナリング４０と、メンブレンフィルム５０と、バッキングフィルム６０と、を備えている。

ヘッド本体２０は、回転軸１０ａに接続されており、回転軸１０ａと共に回転する。ヘッド本体２０は、回転部２１を介してヘッド本体２０の下方に配置されたキャリア３０に連結されており、ヘッド本体２０及びキャリア３０は連動して回転する。

ヘッド本体２０とキャリア３０との間には、キャリア押圧手段３１が設けられている。キャリア押圧手段３１は、図示しないエア供給源から供給されるエアによって膨張するエアバッグ等である。エア供給源から供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。キャリア押圧手段３１は、供給されるエアの圧力に応じて、キャリア３０を介してワークＷを研磨パッド５に押圧する。

キャリア３０には、キャリア３０の周縁に等間隔に離間して配置されたエアライン３２が設けられている。エアライン３２の下端は、キャリア３０の下面３０ａとメンブレンフィルム５０との間に形成されたエア室Ａに開口している。エアライン３２は、図示しないエア供給手段としてのエア供給源に接続されており、エア室Ａには、エアライン３２を介してエアが導入される。エアライン３２に供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。エアライン３２からエア室Ａに供給されるエアが、キャリア押圧手段３１によってキャリア３０に伝えられた圧力を押し返す空気圧層をエア室Ａに形成するとともに余剰圧力を大気に逃がすことにより、ワークＷを均一な圧力分布で押圧することができる。

キャリア３０の下面３０ａには、同軸上に配置された図示しない複数の弾性押圧部材が設けられている。また、複数の押圧部材は、それぞれ径の異なる円環状に形成されている。弾性押圧部材は、キャリア３０の下面３０ａに図示しないブラケットを介してボルト固定されている。弾性押圧部材は、研磨ヘッド１０の回転軸１０ａと同軸上に配置されており、エア室Ａを区画する。

リテーナリング４０は、キャリア３０の周囲を囲むように配置されている。リテーナリング４０は、上面にメンブレンフィルム５０及びバッキングフィルム６０が設けられた枠体４１を備えている。

枠体４１は、円環状に形成されており、中央にワークＷを収容する収容ポケット４１ａを備えている。枠体４１は、スナップリング４２を介してリテーナ押圧部材４３に取り付けられている。ヘッド本体２０とリテーナ押圧部材４３との間には、リテーナ押圧手段４４が設けられている。なお、符号４５は、スナップリング４２の上方を覆うカバーである。

リテーナ押圧手段４４は、図示しないエア供給源から供給されるエアによって膨張するエアバッグ等である。エア供給源から供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。リテーナ押圧手段４４は、供給されるエアの圧力に応じて、リテーナ押圧手段４４を介してリテーナリング４０を研磨パッド５に押圧する。

メンブレンフィルム５０は、例えば、四フッ化エチレンペルフルオロアルコキシビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）又はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂から成る。メンブレンフィルム５０は、バッキングフィルム６０の上面に接合されており、エア室Ａに圧縮空気が導入されると、空気圧で収容ポケット４１ａ内に向かって弾性変形する。

バッキングフィルム６０は、例えば、スウェードフィルムである。バッキングフィルム６０は、収容ポケット４１ａを覆うように枠体４１に貼着されており、エア室Ａに圧縮空気が導入されると、メンブレンフィルム５０の弾性変形に伴って弾性変形してワークＷを加圧する。

図４に示すように、枠体４１は、緩衝部４６と、補強部４７と、を備えている。

緩衝部４６は、例えば、ガラスエポキシ、ナイロン（ポリアミド）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）又はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の樹脂から成る。

補強部４７は、緩衝部４６より高い耐摩耗性を示す材質から成り、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）等から成る。ＣＦＲＰは、ガラスエポキシに比べて約２０倍の耐摩耗性を示す。また、ＣＦＲＰは、ガラスエポキシより高い剛性を示すため、ＣＭＰ研磨時に緩衝部４６の形状を保つのに好適である。

緩衝部４６は、中央に形成された収容ポケット４１ａを囲繞するように、平面から視て略円環状に形成されている。緩衝部４６は、収容ポケット４１ａに露出している。緩衝部４６は、補強部４７上に積層されている。

補強部４７は、緩衝部４６と同様に、中央に形成された収容ポケット４１ａを囲繞するように、平面から視て略円環状に形成されている。補強部４７は、緩衝部４６の下面４６ａ全面を被覆しており、換言すれば、補強部４７の下面４７ａは、枠体４１の研磨パッド５に押圧される被押圧面全面を占めている。緩衝部４６の下面４６ａと補強部４７の上面４７ｂとは、熱圧着や凹凸係合等により一体化されている。

緩衝部４６及び補強部４７の厚みは、緩衝部４６がワークＷの側面を受けられるように、ワークＷの厚みに応じて設定される。例えば、ワークＷの厚みが２００μｍである場合、緩衝部４６の厚みを２５０μｍ、補強部４７の厚みを５０μｍにそれぞれ設定することが考えられる。これにより、ワークＷが収容ポケット４１ａ内を移動した場合であっても、補強部４７とワークＷの湾曲した外周面との間に隙間が確保され、補強部４７がワークＷに接触することを回避できる。なお、枠体４１は、所定のマージン厚（例えば３０μｍ）だけ摩耗した時点で交換される。

緩衝部４６が、収容ポケット４１ａに露出するように設けられていることにより、図５に示すように、ＣＭＰ研磨の際にワークＷが研磨パッド５との動摩擦により収容ポケット４１ａ内を移動して緩衝部４６に衝突する場合であっても、緩衝部４６がワークＷを緩やかに受けるように構成されている。

また、補強部４７は、緩衝部４６の下面４６ａ全面を被覆していることにより、図５に示すように、エアの圧力に応じた押圧力で枠体４１が研磨パッド５に押し付けられても、補強部４７が、緩衝部４６と研磨パッド５との間に介在して、緩衝部４６が動摩擦で摩耗することを抑制する。

また、図４に示すように、枠体４１は、反り抑制部４８をさらに備えている。反り抑制部４８は、緩衝部４６及び補強部４７と同様に、中央に形成された収容ポケット４１ａを囲繞するように、平面から視て略円環状に形成されている。反り抑制部４８は、緩衝部４６上に積層され、緩衝部４６の上面４６ｂを被覆している。緩衝部４６の上面４６ｂと反り抑制部４８の下面４８ａとは、熱圧着や凹凸係合等により一体化されている。反り抑制部４８は、緩衝部４６より高い剛性を示す材質、例えばＣＦＲＰ等から成る。また、反り抑制部４８に補強部４７と同様の材質を採用した場合には、反り抑制部４８の厚みも補強部４７と略同様に設定されるのが好ましい。なお、反り抑制部４８の形状、材質及び厚み等は、ＣＭＰ研磨時の緩衝部４６の反りを抑制可能な範囲で適宜調整して構わない。

このようにして、本実施形態に係るＣＭＰ装置１は、ワークを研磨するＣＭＰ装置１であって、ワークＷを収容する収容ポケット４１ａが形成され、ワークＷとともに研磨パッド５に押し当てられる枠体４１を備え、枠体４１は、収容ポケット４１ａを囲繞して設けられた緩衝部４６と、緩衝部４６と一体に設けられて緩衝部４６より高い耐摩耗性を有し、枠体４１の研磨パッド５に押し当てられる被押圧面のうち少なくとも一部を占める補強部４７と、を備えている構成とした。

この構成により、緩衝部４６より高い耐摩耗性を有する補強部４７が、緩衝部４６の代わりに研磨パッド５に押し当てられることにより、枠体４１の摩耗が抑制されて枠体４１の交換頻度が低くなり、ＣＭＰ装置１の運転時間を長期化することができる。さらに、緩衝部４６が、研磨時に収容ポケット４１ａ内を移動するワークＷを受けるため、研磨時のワークＷの欠けを抑制することができる。

また、本実施形態に係るＣＭＰ装置１は、補強部４７が、緩衝部４６の下面４６ａを被覆している構成とした。

この構成により、補強部４７が研磨パッド５と緩衝部４６との間に介在することにより、緩衝部４６の摩耗が抑制され、枠体４１の交換頻度をさらに低くすることできる。

また、本実施形態に係るＣＭＰ装置１は、緩衝部４６の上面４６ｂを被覆して緩衝部４６より高い剛性を有し、緩衝部４６の反りを抑制する反り抑制部４８をさらに備えている。

この構成により、緩衝部４６が、高い剛性を示す補強部４７及び反り抑制部４８に挟み込まれることにより、柔らかい緩衝部４６が研磨中に反ることが抑制される。

次に、本実施形態の変形例について図６に基づいて説明する。なお、本変形例は、上述した実施形態と比べて、枠体４１の構成が異なる。以下に説明する構成以外の構成は、上述した実施形態の構成と同様である。

本変形例に係るＣＭＰ装置１では、図６（ａ）に示すように、緩衝部４６及び補強部４７が、収容ポケット４１ａを中心とした同心円の略円環状にそれぞれ形成されている。

緩衝部４６は、中央に形成された収容ポケット４１ａを囲繞するように、平面から視て略円環状に形成されている。緩衝部４６は、収容ポケット４１ａに露出するように設けられている。

補強部４７は、緩衝部４６の外周側に設けられている。緩衝部４６の外周面４６ｃと補強部４７の内周面４７ｃとは、熱圧着や凹凸係合等により一体化されている。補強部４７の下面４７ａは、枠体４１の研磨パッド５に押圧される被押圧面の外周側の一部を占めている。

緩衝部４６及び補強部４７の厚みは、略同じ厚みに設定されるとともに、緩衝部４６がワークＷの側面を受けるようにワークＷの厚みに応じて設定される。例えば、厚み２００μｍのワークＷを研磨する場合には、緩衝部４６及び補強部４７の厚みは、３５０μｍにそれぞれ設定される。

緩衝部４６が、収容ポケット４１ａに露出するように設けられていることにより、図６（ｂ）に示すように、エアの圧力に応じた押圧力でワークＷが研磨パッド５との動摩擦により収容ポケット４１ａ内を移動して緩衝部４６に衝突する場合であっても、緩衝部４６がワークＷを緩やかに受けるように構成されている。

また、補強部４７の下面４７ａは、枠体４１の研磨パッド５に押圧される被押圧面の外周側の一部を占めていることにより、ＣＭＰ研磨の際に枠体４１が研磨パッド５に押し付けられると、緩衝部４６の下面４６ａ及び補強部４７の下面４７ａが、研磨パッド５にそれぞれ接触するように構成されている。

このようにして、本変形例に係るＣＭＰ装置１は、緩衝部４６が、補強部４７の内周側に配置され、研磨パッド５に接触可能である構成とした。

この構成により、枠体４１の研磨パッド５に押圧される被押圧面のうち補強部４７が占める分だけ、枠体４１の摩耗が抑制されて枠体４１の交換頻度が低くなり、ＣＭＰ装置１の運転時間を長期化することができる。さらに、緩衝部４６が、研磨時に収容ポケット４１ａ内を移動するワークＷを受けるため、研磨時のワークＷの欠けを抑制することができる。

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。

すなわち、本発明に係るＣＭＰ装置１は、研磨時に収容ポケット４１ａ内を移動するワークＷを受ける緩衝部４６と、緩衝部４６と一体に設けられて緩衝部４６より高い摩耗性を有し、枠体４１の被押圧面のうち少なくとも一部を占める補強部４７と、を備えているものであれば如何なる構成であっても構わない。

１ ：ＣＭＰ装置
２ ：プラテン
３ ：回転軸
４ ：モータ
５ ：研磨パッド
１０ ：研磨ヘッド
１０ａ：回転軸
２０ ：ヘッド本体
２１ ：回転部
３０ ：キャリア
３０ａ：下面
３１ ：キャリア押圧手段
３２ ：エアライン
３４ ：交換部
４０ ：リテーナリング
４１ ：枠体
４１ａ：収容ポケット
４２ ：スナップリング
４３ ：リテーナ押圧部材
４４ ：リテーナ押圧手段
４６ ：緩衝部
４６ａ：（緩衝部の）下面
４６ｂ：（緩衝部の）上面
４６ｃ：外周面
４７ ：補強部
４７ａ：（補強部の）下面
４７ｂ：（補強部の）上面
４７ｃ：内周面
４８ ：反り抑制部
４８ａ：（反り抑制部の）下面
５０ ：メンブレンフィルム
６０ ：バッキングフィルム
Ａ ：エア室
Ｗ ：ワーク

Claims (4)

1. ワークを研磨するＣＭＰ装置であって、
   前記ワークを収容する収容ポケットが形成され、前記ワークとともに研磨パッドに押し当てられる枠体を備え、
   前記枠体は、
   前記収容ポケットを囲繞して設けられた緩衝部と、
   前記緩衝部と一体に設けられて前記緩衝部より高い耐摩耗性を有し、前記枠体の前記研磨パッドに押し当てられる被押圧面のうち少なくとも一部を占める補強部と、
   を備えていることを特徴とするＣＭＰ装置。
2. 前記補強部は、前記緩衝部の下面全面を被覆していることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ装置。
3. 前記緩衝部の上面を被覆して前記緩衝部より高い剛性を有し、前記緩衝部の反りを抑制する反り抑制部をさらに備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＭＰ装置。
4. 前記緩衝部は、前記補強部の内周側に配置され、
   前記緩衝部の下面及び補強部の下面が、前記研磨パッドにそれぞれ接触可能であることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ装置。

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