JP6517108B2 - Ｃｍｐ研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、スラリを供給しながらウエーハを研磨するＣＭＰ研磨装置に関する。

ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）研磨では、チャックテーブル上にウエーハが吸引保持され、ウエーハに研磨パッドを押し付けた状態でスラリが供給されてウエーハが研磨される（例えば、特許文献１参照）。このようなＣＭＰ研磨装置では、チャックテーブルの上方に研磨パッドが設けられており、研磨パッドの中心からウエーハに向かってスラリが供給される。そして、研磨パッドとチャックテーブルとを回転させ、ウエーハの上面に研磨パッドを接触させることで研磨加工が実施される。

特開２０１１−２０６８８１号公報

ウエーハに供給されたスラリは、チャックテーブルの遠心力によってほとんどがウエーハの外周側に飛散するが、一部のスラリはウエーハの外周縁を伝ってチャックテーブルの保持面に浸入する。この場合、ウエーハの外周縁から保持面に浸入したスラリが固化することで、保持面の外周側にスラリの層が形成される。固化したスラリは保持面洗浄で除去し難く、スラリの層によって保持面高さにムラが生じる結果、ウエーハの研磨精度に影響を与えるという問題があった。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、保持面上のスラリの固化を防止するＣＭＰ研磨装置を提供することを目的とする。

本発明のＣＭＰ研磨装置は、ウエーハを吸引保持する保持面を有するチャックテーブルと、保持面の中心を軸にチャックテーブルを回転させる回転手段と、チャックテーブルに吸引保持されるウエーハを研磨する円板状の研磨パッドと、研磨パッドの中心を軸に研磨パッドを回転させるスピンドルを有する研磨手段と、研磨手段をチャックテーブルに接近および離反する方向に研磨送りする研磨送り手段と、研磨パッドの中心からスラリを供給するスラリ供給手段と、を備えるＣＭＰ研磨装置であって、研磨パッドは、保持面より大きい面積で形成され、研磨加工時の保持面方向の研磨パッドとチャックテーブルとの位置関係は、研磨パッドの外周縁とチャックテーブルに保持されるウエーハの外周縁とを近づけさせていて、研磨パッドの外周縁とチャックテーブルに保持されるウエーハの外周縁とが最も近づくウエーハの外周縁に水を供給するノズルを備え、研磨加工中は、研磨パッドにスラリを供給し研磨パッドをスピンドルで回転させ、ウエーハを保持するチャックテーブルを回転手段で回転させ、ノズルから水を供給し、保持面でのスラリの固化を防止する。

この構成によれば、研磨加工時に研磨パッドの外周縁とチャックテーブル上のウエーハの外周縁とが最も近づく部分に水が供給されることにより、保持面の外周部分においてスラリが洗い流されると共に、スラリの固化が防止される。この結果、スラリの固化に起因した保持面高さのムラを防止することができ、ウエーハの研磨精度に影響を与えることがない。

本発明によれば、研磨パッドの外周縁とウエーハの外周縁とが最も近づく部分に水を供給することにより、保持面上のスラリの固化を防止することができる。

本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の斜視図である。 本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の断面模式図である。 本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の動作説明図である。 本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の動作説明図である。

以下、添付図面を参照して、ＣＭＰ研磨装置について説明する。図１は、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の斜視図である。図２は、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の断面模式図である。なお、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置は、図１に示すような研磨専用の装置に限定されず、例えば、研削、研磨、洗浄等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１及び図２に示すように、ＣＭＰ研磨装置１は、チャックテーブル１５上のウエーハＷと研磨パッド４５の間にスラリを進入させて、化学機械研磨（CMP: Chemical Mechanical Polishing）によってウエーハＷを研磨するように構成されている。なお、ウエーハＷは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板でもよいし、サファイア、炭化ケイ素等の無機材料基板でもよい。また、ウエーハＷは、半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、無機材料基板にＬＥＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。

ＣＭＰ研磨装置１の基台１０の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口はチャックテーブル１５と共に移動可能なテーブルカバー１１及び蛇腹状の防水カバー１２に覆われている。防水カバー１２の下方には、チャックテーブル１５をＸ軸方向に移動させる移動手段２０と、チャックテーブル１５をＺ軸回りに回転させる回転手段としての回転モータ２５とが設けられている。チャックテーブル１５の表面には、ポーラスセラミックス等によりウエーハＷを吸引保持する保持面１６が形成されている。保持面１６は、ウエーハＷの外径より僅かに小さい外径を有している。

移動手段２０は、基台１０上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール２１と、一対のガイドレール２１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル２２とを有している。Ｘ軸テーブル２２の背面側には、ナット部（不図示）が形成され、このナット部にボールネジ２３が螺合されている。そして、ボールネジ２３の一端部に連結された駆動モータ２４が回転駆動されることで、チャックテーブル１５が一対のガイドレール２１に沿ってＸ軸方向に動かされる。回転モータ２５は、Ｘ軸テーブル２２上に設けられている。

基台１０上のコラム１３には、研磨手段４０とチャックテーブル１５とを相対的に接近および離反するＺ軸方向に研磨送りする研磨送り手段３５が設けられている。研磨送り手段３５は、コラム１３に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３６と、一対のガイドレール３６にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３７とを有している。Ｚ軸テーブル３７の背面側にはナット部（不図示）が形成され、このナット部にボールネジ３８が螺合されている。ボールネジ３８の一端部に連結された駆動モータ３９によりボールネジ３８が回転駆動されることで、研磨手段４０がガイドレール３６に沿って研磨送りされる。

研磨手段４０は、ハウジング４１を介してＺ軸テーブル３７の前面に取り付けられており、スピンドル４２の下部に研磨パッド４５を回転可能に装着して構成されている。スピンドル４２にはフランジ４３が設けられ、フランジ４３を介してハウジング４１に研磨手段４０が支持される。スピンドル４２の下部はマウント４４になっており、マウント４４の下面にはウエーハＷを研磨する円板状の研磨パッド４５が装着されている。研磨パッド４５は、発泡材や繊維質等によって、保持面１６より大きい面積で形成されている。また、研磨パッド４５は、研磨パッド４５の中心とスピンドル４２の回転軸とを一致させるようにマウント４４に装着されている。これにより、スピンドル４２は、研磨パッド４５の中心を軸に研磨パッド４５を回転可能に構成される。

また、スピンドル４２の上部には、ウエーハＷの上面と研磨パッド４５の研磨面４６との間にスラリを供給するスラリ供給手段４７が接続されている。スラリは、研磨パッド４５の中心から保持面１６上のウエーハＷに供給される。スラリ供給手段４７からスラリが供給されることで、スピンドル４２内の流路を通じて研磨面４６にスラリが定着される。スラリは、砥粒を含むアルカリ性水溶液又は酸性水溶液であり、例えば、グリーンカーボランダム、ダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）の砥粒が含有される。アルカリ性のスラリはシリコンウエーハの研磨、酸性のスラリは無機材料系のウエーハの研磨にそれぞれ使用されることが好ましい。

また、チャックテーブル１５の移動経路の上方には、ウエーハＷに向かって水を供給するノズル５０が設けられている。ノズル５０は、旋回可能なアーム５１の先端に取り付けられており、先端が斜め下方に向けられている。ノズル５０には、水供給源５２が接続されている。また、詳細は後述するが、研磨加工中、ノズル５０の先端はチャックテーブル１５の外周縁上方に位置付けられ、ノズル５０は、チャックテーブル１５が吸引保持するウエーハＷの外周縁に水を供給する。

ＣＭＰ研磨装置１には、装置各部を統括制御する制御部（不図示）が設けられている。制御部は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。このように構成されたＣＭＰ研磨装置１では、研磨パッド４５がＺ軸回りに回転されながらチャックテーブル１５に接近される。そして、スラリが供給されながら、研磨パッド４５がウエーハＷに回転接触することで、ウエーハＷの上面７１が研磨される。

ところで、一般的なＣＭＰ研磨装置では、ウエーハの外径に対して保持面の外径が僅かに小さく形成されている。このため、保持面からはみ出たウエーハの外周部分は吸引保持されていないことになる。研磨加工中は、研磨パッドとウエーハとの間に供給されるスラリの多くが、チャックテーブルの遠心力によってウエーハの外周に飛散される。しかしながら、一部のスラリは、吸引保持されていないウエーハの外周部分とチャックテーブル上面との僅かな隙間を伝って保持面に吸引される。

保持面には負圧が生じているため、スラリと共に吸引される空気によってスラリが乾燥し易くなっている。この結果、保持面の外周部分のスラリが固化して保持面上に残ることがある。研磨加工が繰り返されると、固化したスラリが積層される結果、保持面の外周部分に所定厚みのスラリの層が形成される。このスラリの層により保持面高さにバラツキが生じ、その保持面の上にウエーハを保持して研磨加工が実施されると、スラリの層の厚み分だけウエーハが多く研磨されてしまう。このため、ウエーハの外周部分が薄くなってしまい、ウエーハの研磨精度が悪化するという問題があった。

そこで、本実施の形態では、研磨加工の際に研磨パッド４５の外周縁とウエーハＷの外周縁とが近づくように研磨パッド４５をチャックテーブル１５に位置付けている。そして、研磨パッド４５の外周縁とウエーハＷの外周縁とが最も近づく位置において、チャックテーブル１５の上方からウエーハＷの外周縁に向かって水を供給している。これにより、ウエーハＷの外周縁のスラリを洗い流すことができる。また、仮にスラリがウエーハＷの外周縁から保持面１６内に浸入しても、水が供給されることでスラリの乾燥が抑制され、保持面１６の外周部分でスラリが固着するのを防止することができる。

次に、図３及び図４を参照して、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の研磨動作について説明する。図３及び図４は、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の動作説明図である。図３は、ＣＭＰ研磨装置をＹ方向から見た模式図である。図４ＡはＣＭＰ研磨装置を上面から見た模式図であり、図４ＢはＣＭＰ研磨装置をＸ方向から見た模式図である。特に、図４Ａにおいては、説明の便宜上、研磨パッド４５の外周縁を実線で示し、チャックテーブル１５の外周縁を破線で示している。また、ウエーハＷの外周縁を一点鎖線で示し、保持面１６の外周縁を二点鎖線で示している。また、図３及び図４においては、一部の構成を省略している。

図３及び図４に示すように、研磨加工の際には、チャックテーブル１５（保持面１６）の中心にウエーハＷの中心が一致するように、ウエーハＷが保持面１６上に載置される。このとき、保持面１６の外周縁に対して、ウエーハＷの外周縁の方が僅かに外側に位置している。そして、チャックテーブル１５の保持面方向における研磨パッド４５とチャックテーブル１５との位置関係が、研磨パッド４５の外周縁とチャックテーブル１５に保持されるウエーハＷの外周縁とを近づけるように調整される。

より具体的には、図４Ａに示すように、研磨パッド４５の中心（回転軸）とチャックテーブル１５の中心は、Ｙ方向において一致しており、Ｘ方向において所定距離ずらされている。Ｘ方向における所定距離とは、チャックテーブル１５が吸引保持したウエーハＷの外周縁と研磨パッド４５の外周縁とが一致する距離である。この結果、ウエーハＷの全面が研磨パッド４５に覆われた状態になっている。

また、ウエーハＷの外周縁と研磨パッド４５の外周縁とが一致する部分において、ウエーハＷの外周縁の上方にノズル５０の先端が位置付けられる。そして、研磨パッド４５及びチャックテーブル１５が回転されながら、研磨パッド４５が降下される。このとき、スラリ供給手段４７からは研磨パッド４５の中心にスラリが供給されている。研磨パッド４５の研磨面４６とウエーハＷの上面との間にスラリーが定着されながら、研磨パッド４５の研磨面４６とウエーハＷの上面が回転接触される。これにより、ウエーハＷの上面が研磨加工される。

また、研磨加工中は、ノズル５０からウエーハＷの外周縁に向かって水が供給されている。より具体的には、ウエーハＷの外周縁とチャックテーブル１５の上面との境界部分を狙って水が供給される。研磨パッド４５とウエーハＷとの間に供給されるスラリは、遠心力でウエーハＷの外周から吹き飛ばされるだけでなく、ノズル５０から供給される水によって洗い流される。

また、上記したように、保持面１６の外周縁に対してウエーハＷの外周縁の方が僅かに外側に位置しているため、ウエーハＷの最外周縁は、保持面１６に吸引されていない。この場合、スラリがウエーハＷとチャックテーブル１５の上面との間に入り込み、保持面１６内に浸入することがある。しかしながら、本実施の形態では、ウエーハＷの外周縁とチャックテーブル１５の上面との境界部分に水が狙い撃ちされることで、保持面１６の外周部分において、スラリの乾燥による固化が防止される。このため、保持面１６の外周部分にスラリの層が形成されることがない。よって、保持面１６の上面高さにムラが生じるのを防止することができ、ウエーハＷを均等な厚みで研磨することができる。

なお、ノズル５０から供給される水の流量は、研磨パッド４５の研磨面４６とウエーハＷの上面との間に供給されるスラリの濃度を薄めない程度に調整されることが好ましい（例えば、１Ｌ／ｍｉｎ）。これにより、ノズル５０からウエーハＷに向かって水が供給されても、研磨レートに影響を与えることがなく、一様な研磨レートでウエーハＷを研磨することができる。

また、上記したように、ウエーハＷの外周縁と研磨パッド４５の外周縁とが一致する部分において、ウエーハＷの外周縁の上方からノズル５０で水をウエーハＷの外周縁に集中的に供給することにより、水が保持面１６やウエーハＷの上面で跳ね返って研磨パッド４５の研磨面に付着することが防止される。

以上のように、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置１では、研磨加工時に研磨パッド４５の外周縁とチャックテーブル１５上のウエーハＷの外周縁とが最も近づく部分に水が供給されることにより、保持面１６の外周部分においてスラリが洗い流されると共に、スラリの固化が防止される。この結果、スラリの固化に起因した保持面高さのムラを防止することができ、ウエーハＷの研磨精度に影響を与えることがない。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態において、ウエーハＷの外周縁と研磨パッド４５の外周縁とを一致させる構成としたが、この構成に限定されない。ウエーハＷの外周縁と研磨パッド４５の外周縁との位置関係は、完全一致である必要はなく、ウエーハＷの外周縁と研磨パッド４５の外周縁とが近づく位置であればよい。

また、上記した実施の形態において、ノズル５０をアーム５１の先端に取り付け、アーム５１を旋回させることでノズル５０の位置を調整する構成としたが、この構成に限定されない。ノズル５０は、研磨加工の際に、ウエーハＷの外周縁に向かって水を供給するように位置調整されば、どのように移動されてもよい。

以上説明したように、本発明は、保持面上のスラリの固化を防止することができるという効果を有し、特に、スラリを供給しながらウエーハを研磨するＣＭＰ研磨装置に有用である。

Ｗ ウエーハ
１ ＣＭＰ研磨装置
１５ チャックテーブル
１６ 保持面
２５ 回転モータ（回転手段）
３５ 研磨送り手段
４０ 研磨手段
４２ スピンドル
４５ 研磨パッド
４７ スラリ供給手段
５０ ノズル

Claims (1)

1. ウエーハを吸引保持する保持面を有するチャックテーブルと、該保持面の中心を軸に該チャックテーブルを回転させる回転手段と、該チャックテーブルに吸引保持される該ウエーハを研磨する円板状の研磨パッドと、該研磨パッドの中心を軸に該研磨パッドを回転させるスピンドルを有する研磨手段と、該研磨手段を該チャックテーブルに接近および離反する方向に研磨送りする研磨送り手段と、該研磨パッドの中心からスラリを供給するスラリ供給手段と、を備えるＣＭＰ研磨装置であって、
   該研磨パッドは、該保持面より大きい面積で形成され、
   研磨加工時の該保持面方向の該研磨パッドと該チャックテーブルとの位置関係は、該研磨パッドの外周縁と該チャックテーブルに保持されるウエーハの外周縁とを近づけさせていて、
   該研磨パッドの外周縁と該チャックテーブルに保持されるウエーハの外周縁とが最も近づくウエーハの外周縁に水を供給するノズルを備え、
   研磨加工中は、該研磨パッドにスラリを供給し該研磨パッドを該スピンドルで回転させ、ウエーハを保持する該チャックテーブルを該回転手段で回転させ、該ノズルから水を供給し、該保持面でのスラリの固化を防止することを特徴とするＣＭＰ研磨装置。

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