JP6705362B2 - 研磨ヘッドおよび研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワークの裏面を保持しながら、定盤上に貼り付けられ、研磨スラリが供給される研磨布にワークの表面を摺接させて研磨する研磨ヘッドおよび研磨装置に関する。

半導体ウエーハの研磨加工は、装置の定盤上に研磨布を貼り付け、その定盤を回転させながら研磨ヘッドも回転して、研磨布面に下降して荷重を掛けウエーハ研磨を行う。
このとき、ウエーハを保持した研磨ヘッドが研磨布に着座する前に研磨スラリを研磨布上に供給を開始し、研磨スラリを供給しながらウエーハの研磨加工を行う研磨装置が用いられる。そして、その研磨装置の研磨ヘッドは、バックパッドとガラスエポキシ材の樹脂からなるリテーナガイドが一体と成ったテンプレートアセンブリを、セラミクスリングやラバーを貼ったセラミクスリングである保持体に粘着剤で固定した物である。粘着剤はテンプレートアセンブリの裏面に塗布されている（特許文献１）。

特開２０１２−３５３９３号公報

この研磨装置における、研磨ヘッドの保持体とテンプレートアセンブリが粘着剤により固定された部位、あるいはテンプレートアセンブリにおけるバックパッドとリテーナガイドとが粘着剤により固定された部位に、研磨加工中、研磨スラリであるアルカリ溶液が接液することで粘着剤の研磨スラリへの溶解が発生する。

このように研磨加工中に研磨スラリが上記の粘着部位に接液して、粘着剤がアルカリの研磨スラリにより溶出するため、新規研磨ヘッドを立ち上げ等のダミーランニングを行わないと、研磨ウエーハ表面のＬＰＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｐｏｉｎｔ ｄｅｆｅｃｔ）レベルが悪いと言う問題が有る。特には研磨スラリを循環して使用する場合に悪い。また、保持体に固定している粘着剤が溶解するため、テンプレートアセンブリが剥がれ易く成る。

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、保持体とバックパッドの間の粘着層やバックパッドとリテーナガイドの間の粘着層が研磨スラリと接液して溶出するのを抑制することができる研磨ヘッドおよび研磨装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、ワークの裏面を保持しながら、定盤上に貼り付けられ、研磨スラリが供給される研磨布に前記ワークの表面を摺接させて研磨する研磨ヘッドであって、前記ワークの裏面を保持するバックパッドと、該バックパッドの下面とガイド固定粘着層を介して接着され、ワークのエッジ部を保持するリング状のリテーナガイドと、前記バックパッドの上面とヘッド固定粘着層を介して接着された保持体を具備しており、前記保持体は、外周部に、前記リテーナガイドの高さ位置まで下方に延伸するリング状のカバー部を有しており、該カバー部は、前記リテーナガイドの一部と、前記ガイド固定粘着層と、前記バックパッドと、前記ヘッド固定粘着層の外周を覆っているものであることを特徴とする研磨ヘッドを提供する。

このような研磨ヘッドであれば、保持体のカバー部に覆われていることにより、ワーク（ウエーハ）の研磨の際、ヘッド固定粘着層およびガイド固定粘着層が研磨スラリと接液するのを抑制することができ、粘着剤が研磨スラリ中に溶出するのを抑制し、研磨スラリが汚れるのを少なくすることができる。したがって、特に新規研磨ヘッドの交換後に従来生じていた、溶出した粘着剤を原因とする研磨ウエーハのＬＰＤの発生を抑制する（ＬＰＤの個数を低減する）ことができる。このため、新規研磨ヘッドの立ち上げに要する時間を短縮することができる。
また、粘着剤の溶出の抑制によって、各粘着層における剥がれの発生を防止し、研磨ヘッドのライフを延ばすことができる。

また、前記保持体のカバー部により外周が覆われている前記リテーナガイドの一部は、高さ方向において、前記リテーナガイドの上面から、前記リテーナガイドの厚さの１／７以上の範囲であるものとすることができる。

保持体のカバー部がこのような範囲まで覆っていれば、ヘッド固定粘着層、および、より下方に位置するガイド固定粘着層が研磨スラリと接液するのをより確実に防ぐことができる。

また、前記保持体のカバー部と、前記バックパッドおよび前記リテーナガイドの外周との隙間が０．０２ｍｍ以内であるものとすることができる。

リテーナガイドの加工時の外形の公差として例えば０．０２ｍｍ以下が挙げられる。上記隙間をこのような公差を基準にして決めることができる。また、このように上記隙間が比較的狭いものであれば、研磨スラリが、ヘッド固定粘着層およびガイド固定粘着層と接液するのをより効果的に防ぐことができる。

また、前記保持体のカバー部は、１ｍｍ以上の厚さを有するものとすることができる。

このような厚さを有するカバー部であれば、欠けの発生など、強度の面での問題が生じにくい。

また、前記保持体は、セラミクスプレート、セラミクスリング、ラバーが貼られたセラミクスプレート、ラバーが貼られたセラミクスリングのいずれかとすることができる。

保持体の材質としてセラミクスやラバーは従来から使用されており好適である。

また、本発明は、ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨スラリを供給する研磨スラリ供給機構と、前記ワークを保持する研磨ヘッドとして、上記本発明の研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置を提供する。

このような研磨装置であれば、研磨の際、研磨ヘッドのヘッド固定粘着層およびガイド固定粘着層の研磨スラリとの接液の抑制、さらには粘着剤の溶出を抑制することができ、研磨スラリが汚れるのを少なくすることができる。そして、特に新規研磨ヘッドの交換後における粘着剤の研磨スラリへの溶出を原因とする研磨ウエーハのＬＰＤの発生を抑制することができる。したがって、新規研磨ヘッド立ち上げを短縮化可能である。
また、研磨ヘッドのライフも長いものとなる。

また、前記研磨スラリ供給機構は、研磨処理使用後の研磨スラリを回収する回収タンクをさらに備えており、該回収タンク内の研磨スラリが前記研磨布上に循環供給されるものとすることができる。

研磨スラリを循環使用する場合に上記研磨ウエーハのＬＰＤが発生しやすいため、本発明はその発生防止に特に有効である。

以上のように、本発明によれば、研磨の際、ヘッド固定粘着層およびガイド固定粘着層の研磨スラリとの接液の抑制、さらには粘着剤の溶出の抑制や研磨スラリの汚れの抑制を図ることができる。そしてそれによって、特に新規研磨ヘッドの交換後における、溶出した粘着剤を原因とする研磨ウエーハのＬＰＤの発生を抑制することができ、立ち上げ工程の短縮化が可能である。また、研磨ヘッドのライフを延ばすことができる。

本発明の研磨ヘッドおよび研磨装置の一例を示す概略図である。 保持体にセラミクスプレートを用いた研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 保持体にセラミクスリングを用いた研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 保持体にラバーが貼られたセラミクスリングを用いた研磨ヘッドの一例を示す概略図である。 カバー部とテンプレートアセンブリの一例を示す説明図である。 カバー部の内径と厚さの一例を示す説明図である。 実施例１および比較例１のＬＰＤ測定結果の推移を示すグラフである。 実施例２および比較例２の剥がれの発生までの時間を比較したグラフである。 従来の研磨ヘッドおよび研磨装置の一例を示す概略図である。

以下、図面を参照して本発明について実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
図１に本発明の研磨ヘッドおよび該研磨ヘッドを具備する研磨装置の一例を示す。
本発明の研磨装置１は、本発明の研磨ヘッド２、ワークＷを研磨するための研磨布４を貼り付けた回転可能な定盤３、研磨布４上に研磨スラリ５を供給するための研磨スラリ供給機構６を具備している。

研磨スラリ供給機構６としては、研磨布４上に研磨スラリ５を供給するノズル７の他、研磨処理に使用された後の研磨スラリ５を回収するための回収タンク８が備えられている。そして、回収タンク８内に回収された研磨スラリ５は、必要に応じてリサイクルのための適切な処理を行った後、ノズル７へ再度送られ、研磨布４上に循環供給されるように構成されている。

また、研磨ヘッド２は全体として回転可能であり、ワークＷの裏面を保持するバックパッド９と、該バックパッド９の下面とガイド固定粘着層１０を介して接着され、ワークＷのエッジ部を保持するリング状のリテーナガイド１１と、バックパッド９の上面とヘッド固定粘着層１２を介して接着された保持体１３を具備している。

バックパッド９としては、例えば発泡ポリウレタン製のシートとすることができる。
また、リテーナガイド１１としては、例えばガラスエポキシ製の樹脂からなるものとすることができる。

バックパッド９とリテーナガイド１１はガイド固定粘着層１０の粘着剤により互いに固定されており、バックパッド９と保持体１３はヘッド固定粘着層１２の粘着剤により互いに固定されている。これらの粘着剤としては、例えば再剥離型のアクリル系粘着剤や天然ゴム系粘着剤が用いられている。

また、保持体１３としては、例えばセラミクスプレート、セラミクスリング、ラバーが貼られたセラミクスプレート、ラバーが貼られたセラミクスリングのいずれかとすることができる。
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに、それぞれ、円盤状のセラミクスプレート１３ａ、セラミクスリング１３ｂ、ラバー１３ｃが貼られたセラミクスリング１３ｂの例を示す。保持体１３の材質として、セラミクスを用いたり、その表面にラバーが貼られているものは従来から使用されており、好適である。
なお、図１の保持体はセラミクスリングとなっている。

そして、図１に示すように、リング状の保持体１３は、その外周部に、下方に向かって延伸しているリング状のカバー部１４を有している。該カバー部１４はリテーナガイド１１にまで延伸しているため、ヘッド固定粘着層１２、バックパッド９、ガイド固定粘着層１０の外周を完全に覆っており、さらにはリテーナガイド１１の一部の外周を覆っている。
このようなカバー部１４が存在することによって、研磨の際に、研磨布４上に供給された研磨スラリ５が、特にヘッド固定粘着層１２とガイド固定粘着層１０に接液するのを抑制することができる。すなわち、カバー部１４は、研磨スラリ５を防ぐ防波堤の役割を果たしている。このため、これらの粘着層１０、１２の粘着剤が研磨スラリ５に接液して溶出し、研磨スラリ５が汚れるのを防ぐことができる。

研磨スラリ５が粘着剤の溶出により汚れてしまうと、それを原因として研磨後のワーク表面にＬＰＤが発生してしまう。特に新規研磨ヘッドに交換後に、大量にＬＰＤが発生しやすい。また、研磨スラリ５を回収タンク８で回収して循環供給することでもＬＰＤレベルが悪くなりやすい。

しかしながら、本発明のように上記のようなカバー部１４を有していることで、粘着剤の溶出・研磨スラリの汚れを防止し、研磨ウエーハのＬＰＤレベルの悪化を抑制することができる。研磨スラリ５を循環供給するようなＬＰＤレベルが悪化しやすい場合に特に有効である。また、新規研磨ヘッドの立ち上げに要する時間も短縮化できる。
また、粘着層１０、１２の粘着剤の溶出が抑制されるので、リテーナガイド１１やバックパッド９が剥がれにくくなり、研磨ヘッド２のライフを延ばすことができる。

なお、カバー部１４がリテーナガイド１１を覆う範囲は特に限定されないが、例えば、高さ方向において、リテーナガイド１１の上面から、その厚さの１／７以上の範囲とすることができる。このような範囲を覆うものであれば、ヘッド固定粘着層１２およびガイド固定粘着層１０の研磨スラリ５との接液をより確実に防ぐことができる。
なお、カバー部１４は、高さ方向において、リテーナガイド１１の上面から、その厚さの１／２の位置まで延伸していれば十分である。

このカバー部１４が覆う範囲について、テンプレートアセンブリ（ここではヘッド固定粘着層１２、バックパッド９、ガイド固定粘着層１０、リテーナガイド１１からなる構成）が図３のような場合を例にとって説明する。この例では、ヘッド固定粘着層１２の厚さが４０μｍ、バックパッド９の厚さが６００μｍ、ガイド固定粘着層１０の厚さが５０μｍ、リテーナガイド１１の厚さが７００μｍである。そのリテーナガイド１１の厚さの１／７（１００μｍ）を覆っている場合、カバー部１４の長さ（保持体１３とヘッド固定粘着層１２との接着面の高さ位置から、カバー部１４の先端の高さ位置までの距離）は７９０μｍである。当然この７９０μｍという数値の長さに限定されるものではなく、リテーナガイド１１の厚さや、他の部品のサイズ等により適宜決定することができる。各部の厚さに応じて７９０μｍ以上にすることも可能であるし、逆に７９０μｍ未満とすることも可能である。
なお、図３ではリテーナガイド１１の厚さの１／７（１００μｍ）を覆っている例を示したが、前述したように、リテーナガイド１１の厚さの１／２（３５０μｍ）も覆っていれば、なお十分である。

カバー部１４の内径や厚さを図解した例を図４に示す。
保持体１３のカバー部１４と、バックパッド９およびリテーナガイド１１（あるいは上記テンプレートアセンブリ）の外周との隙間が０．０２ｍｍ以内であるのが好ましい。すなわち、カバー部１４の内径は、テンプレートアセンブリ直径に０．０２ｍｍ以下の長さを足した値となる。このような比較的狭い隙間であれば、ヘッド固定粘着層１２やガイド固定粘着層１０が研磨スラリ５と接液するのをより効果的に防ぐことができる。なお、０．０２ｍｍ以下という数値はリテーナガイド１１の加工時の外径の公差の一例から設けた値であるが、研磨スラリ５の接液をより一層低減するためには、隙間は小さければ小さいほど良い。各部の加工精度に応じてより小さな値とすることもできる。
また、カバー部１４の厚さは、例えば１ｍｍ以上とすることができる。このような厚さを有していれば、使用中や運搬中にカバー部１４が欠けたりするのを効果的に防ぐことができる。コスト面や、使用面での簡便さを考慮し、支障がない程度の厚さに適宜決定することができる。上限としては、例えば、１０ｍｍもあれば強度としては十分である。

一方で、従来の研磨ヘッドおよび研磨装置では、図７に示すように本発明の研磨ヘッドの保持体のカバー部に対応するものがなく、研磨スラリがヘッド固定粘着層やガイド固定粘着層に常に接液してしまう。そのため、それらの粘着層の粘着剤が研磨スラリ中に溶出してしまう。研磨スラリの汚れ、研磨ウエーハのＬＰＤレベルの悪化、立ち上げの長時間化、テンプレートアセンブリ等の短命化を招いてしまう。
これに対して本発明は、上述したようにこれらの問題点を解決できるので、極めて有効である。

以下、実施例及び比較例を示して、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
図１に示す、保持体にカバー部を有する本発明の研磨ヘッドを用意し、初期立ち上げ等を行わないで研磨装置本体に装備する（図１に示す本発明の研磨装置）。また、研磨スラリを作製し、ノズルから定盤に貼り付けた研磨布上に循環供給しつつ、ウエーハ研磨を行う。そして、研磨後のウエーハについて、パーティクルカウンタにてＬＰＤ測定を行う。続いて３０分間ダミーウエーハによる研磨を行い、その後にＬＰＤ測定用ウエーハの研磨を行い、パーティクルカウンタで測定を行う。その作業の繰り返しを行い、５時間まで実施した。

なお、ウエーハは直径３００ｍｍ、Ｐ型、結晶方位＜１００＞のものを用意した。また研磨装置本体は不二越機械工業株式会社製片面研磨機：ＳＲＥＤを用いた。定盤には不織布からなる二次研磨布を用い、研磨スラリとしてはＫＯＨベースのコロイダルシリカを用いた。
また、パーティクルカウンタとしては、ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製パーティクル測定機：ＳＰ３を用いた。

（比較例１）
図７に示す、保持体にカバー部を有さない従来方式の研磨ヘッドおよび研磨装置を用意し、実施例１と同様にしてウエーハの研磨、ＬＰＤ測定を行った。

実施例１および比較例１のＬＰＤ測定結果の推移を図５に示す。サイズが２４ｎｍ以上のＬＰＤのカウント数を表している。
図５からわかるように、研磨ヘッド初期状態で、実施例１（本発明を用いて研磨したウエーハ）は、比較例１（従来装置を用いて研磨した従来品のウエーハ）に比べてＬＰＤカウント数が大幅に小さくなっており、ヘッド固定粘着層やガイド固定粘着層の粘着剤の研磨スラリへの溶出低減の効果が確認される。ＬＰＤカウント数が低くなるまで、実施例１は比較例１の１／３以下にＬＰＤカウント数を低減できていることがわかる。
また、ヘッド立ち上げを行わない状態（使用時間が０時間）から、ヘッド立ち上がりの目安となる、ＬＰＤカウント数が１００個以下を切る時間が、実施例１では比較例１に比べて１／２に短くできていることがわかる。比較例１が３時間かかっているのに対し、実施例１では１．５時間で１００個以下になっている。
したがって、本発明であれば、交換後の初期状態において、研磨スラリの汚れを少なくし、表面品質がより高い研磨ウエーハを提供できるし、また立ち上げに要する時間の短縮化を図ることができる。

（実施例２、比較例２）
次に、テンプレートアセンブリの外周部の剥がれを確認する為、図１の装置を用いた場合（実施例２）、図７の装置を用いた場合（比較例２）の各々について、ダミーウエーハ研磨を続け、３０分間隔で目視による剥がれの有無を確認した。すなわち、バックパッドと保持体の間の剥離の有無を確認した。

比較例２を基準として、実施例２の、剥がれの発生に要した時間の比を図６に示す。図６に示すように、比較例２に対して実施例２では、テンプレートアセンブリの剥がれの発生までの時間が延びており、粘着剤の溶出について改善できたことが確認できる。具体的には、使用時間を１．３倍にも延ばすことができた。
また、ガイド固定粘着層に関しても、同様に、本発明を用いた場合の方が、剥がれが発生するまでの時間を長くすることができた。
このように本発明であれば、従来品に比べて粘着層での剥がれを防止し、研磨ヘッドのライフを向上することが可能である。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

１…本発明の研磨装置、 ２…本発明の研磨ヘッド、 ３…定盤、 ４…研磨布、
５…研磨スラリ、 ６…研磨スラリ供給機構、 ７…ノズル、 ８…回収タンク、
９…バックパッド、 １０…ガイド固定粘着層、 １１…リテーナガイド、
１２…ヘッド固定粘着層、 １３…保持体、 １３ａ…セラミクスプレート、
１３ｂ…セラミクスリング、 １３ｃ…ラバー、 １４…カバー部、 Ｗ…ワーク。

Claims (6)

1. ワークの裏面を保持しながら、定盤上に貼り付けられ、研磨スラリが供給される研磨布に前記ワークの表面を摺接させて研磨する研磨ヘッドであって、
   前記ワークの裏面を保持するバックパッドと、該バックパッドの下面とガイド固定粘着層を介して接着され、ワークのエッジ部を保持するリング状のリテーナガイドと、前記バックパッドの上面とヘッド固定粘着層を介して接着された保持体を具備しており、
   前記保持体は、外周部に、前記リテーナガイドの高さ位置まで下方に延伸するリング状のカバー部を有しており、
   該カバー部は、前記リテーナガイドの一部と、前記ガイド固定粘着層と、前記バックパッドと、前記ヘッド固定粘着層の外周を覆っているものであり、
   前記保持体は、セラミクスプレート、ラバーが貼られたセラミクスプレート、ラバーが貼られたセラミクスリングのいずれかであることを特徴とする研磨ヘッド。
2. 前記保持体のカバー部により外周が覆われている前記リテーナガイドの一部は、高さ方向において、前記リテーナガイドの上面から、前記リテーナガイドの厚さの１／７以上の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の研磨ヘッド。
3. 前記保持体のカバー部と、前記バックパッドおよび前記リテーナガイドの外周との隙間が０．０２ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の研磨ヘッド。
4. 前記保持体のカバー部は、１ｍｍ以上の厚さを有するものであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の研磨ヘッド。
5. ワークの表面を研磨する際に使用する研磨装置であって、定盤上に貼り付けられた研磨布と、該研磨布上に研磨スラリを供給する研磨スラリ供給機構と、前記ワークを保持する研磨ヘッドとして、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の研磨ヘッドを具備するものであることを特徴とする研磨装置。
6. 前記研磨スラリ供給機構は、研磨処理使用後の研磨スラリを回収する回収タンクをさらに備えており、該回収タンク内の研磨スラリが前記研磨布上に循環供給されるものであることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。

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