JP7061144B2

JP7061144B2 - 弾性膜

Info

Publication number: JP7061144B2
Application number: JP2020018163A
Authority: JP
Inventors: 伸幸林; 康平長谷; 昭洋増根
Original assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Cable Industries Ltd
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-02-05
Publication date: 2022-04-27
Anticipated expiration: 2040-02-05
Also published as: JP2021122896A

Description

本発明は、ＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けられるウエハ保持用の弾性膜に関する。

半導体デバイスの製造プロセスで用いられるＣＭＰ装置では、通常、研磨ヘッドにウエハ保持用の弾性膜が取り付けられる。この弾性膜は、研磨ヘッドとの間に形成される密閉空間の圧力調整により半導体ウエハを吸着して保持する。そして、弾性膜に保持された半導体ウエハは、研磨パッドに圧接されて研磨される。このとき、半導体ウエハの研磨パッドへの圧接力が不均一であると、半導体ウエハに研磨不足の部分や過研磨の部分が生じてしまうこととなる。そこで、研磨ヘッドと弾性膜との間に複数の密閉空間を区画形成し、各密閉空間毎に圧力調整を行うことにより、半導体ウエハの研磨パッドへの圧接力の均一化を図ることが行われている。例えば、特許文献１には、研磨ヘッドとの間に複数の密閉空間を区画形成した弾性膜において、隣接する密閉空間に跨がるように剛性の高いダイヤフラムを埋設したものが開示されている。

特許第５２３６７０５号公報

研磨ヘッドと弾性膜との間に複数の密閉空間を区画形成する構成では、研磨ヘッド及び弾性膜の構造も、半導体ウエハの研磨パッドへの圧接力を均一化するための各密閉空間毎の圧力調整も複雑となる。また、消耗品である弾性膜の研磨ヘッドへの取り付け時におけるゴミの混入や取付ミスが危惧されるのに加え、その取付に多大の作業工数がかかる。

本発明の課題は、研磨ヘッドとの間に単一の密閉空間を形成する弾性膜において、半導体ウエハの研磨パッドへの圧接力を均一化することである。

本発明は、ＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けられて前記研磨ヘッドとの間に単一の密閉空間を形成するウエハ保持用の弾性膜であって、研磨ヘッド取付側に設けられたゴム製の内側ゴム層と、ウエハ保持側に設けられたゴム製の外側ゴム層と、前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に設けられ前記内側ゴム層及び前記外側ゴム層よりも剛性の高い材料で形成された中間剛体層とを備えた円盤状の膜本体を有し、前記膜本体の全領域に前記中間剛体層が設けられ且つ前記膜本体の側面に前記中間剛体層が露出している。

本発明によれば、内側ゴム層と外側ゴム層との間に、それらよりも剛性の高い中間剛体層が設けられていることにより、研磨ヘッドとの間に単一の密閉空間を形成する弾性膜において、半導体ウエハの研磨パッドへの圧接力を均一化することができる。

実施形態に係る弾性膜の斜視図である。実施形態に係る弾性膜の断面斜視図である。実施形態に係る弾性膜がＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けられた状態を示す縦断面図である。実施形態に係る弾性膜の膜本体の外周部を示す縦断面図である。実施形態に係る弾性膜の変形例の膜本体の外周部を示す縦断面図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

図１Ａ及びＢは、実施形態に係る弾性膜１０を示す。実施形態に係る弾性膜１０は、図２に示すように、ＣＭＰ装置２０の研磨ヘッド２１に取り付けられて研磨パッド２２で研磨する半導体ウエハＷのウエハ保持用途に用いられるものである。

実施形態に係る弾性膜１０は、円盤状の膜本体１１と、その周縁の研磨ヘッド取付側に縦壁状に一体に設けられた筒状部１２と、その上端に連続して内側に延びるように一体に設けられた環状部１３とを有する浅底の円形皿状に形成されている。膜本体１１、筒状部１２、及び環状部１３の厚さは、例えば０．３ｍｍ以上６ｍｍ以下である。

実施形態に係る弾性膜１０は、筒状部１２及び環状部１３が、それらの全周において、研磨ヘッド２１に係合するように取り付けられ、且つ膜本体１１が、円形の研磨パッド２２の偏心位置に対向して配置されるとともに、研磨ヘッド２１との間に単一の密閉空間２３を形成する。そして、被研磨物である半導体ウエハＷは、一方の面が研磨ヘッド２１に取り付けられた弾性膜１０及び他方の面が研磨パッド２２にそれぞれ当接するように配置され、密閉空間２３が負圧にされることにより弾性膜１０に吸着されて保持され、研磨ヘッド２１及び研磨パッド２２がそれぞれ軸回転することにより研磨パッド２２上を摺動して研磨される。

実施形態に係る弾性膜１０の膜本体１１は、研磨ヘッド取付側に設けられたゴム製の内側ゴム層１１１と、ウエハ保持側に設けられたゴム製の外側ゴム層１１２と、それらの内側ゴム層１１１と外側ゴム層１１２との間に設けられた中間剛体層１１３とを備える３層積層構造を有する。内側ゴム層１１１の研磨ヘッド取付側に露出した表面及び外側ゴム層１１２のウエハ保持側に露出した表面は、いずれも平坦面である。

内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２は、架橋ゴムで形成されている。内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２を形成する架橋ゴムのゴム成分としては、例えば、シリコーンゴム、クロロプレンゴム、ＥＰＤＭ、ＮＢＲ、天然ゴム、フッ素ゴム等が挙げられる。内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２は、膜本体１１の膜構造の安定性の観点から、少なくともそれらを形成する架橋ゴムのゴム成分が同一であることが好ましく、同一の架橋ゴムで形成されていることがより好ましい。

内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２を形成する架橋ゴムのタイプＡデュロメータで測定される硬さは、好ましくは１０以上９０以下、より好ましくは３０以上７５以下である。この架橋ゴムの硬さは、ＪＩＳＫ６２５３－３：２０１２に基づいて測定されるものである。

内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２の厚さは、例えば０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２の厚さは、異なっていてもよいが、膜本体１１の膜構造の安定性の観点から、同一であることが好ましい。

中間剛体層１１３は、内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２よりも剛性の高い材料で形成された円盤で構成されている。中間剛体層１１３を形成する材料としては、樹脂及び金属が挙げられる。樹脂としては、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）などの熱可塑性樹脂；フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂等が挙げられる。金属としては、例えば、ＳＵＳ３０４などのステンレス等が挙げられる。中間剛体層１１３は、樹脂層と金属層との複合材で構成されていてもよい。

中間剛体層１１３が樹脂で形成されている場合、そのタイプＤデュロメータで測定される硬さは、好ましくは１０以上９５以下、より好ましくは５０以上９５以下である。この架橋ゴムの硬さは、ＪＩＳＫ７２１５－１９８６に基づいて測定されるものである。

中間剛体層１１３の厚さは、例えば０．０２ｍｍ以上２ｍｍ以下である。中間剛体層１１３の厚さは、内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２の厚さと、同一であっても、異なっていても、どちらでもよい。

膜本体１１の膜構造の安定性の観点からは、中間剛体層１１３の外径は、膜本体１１の外径よりもやや小さく、したがって、中間剛体層１１３の外側において、内側ゴム層１１１と外側ゴム層１１２とが結合することにより、中間剛体層１１３が内側ゴム層１１１及び外側ゴム層１１２間に埋設されていることが好ましい。この場合、図３に示すように、中間剛体層１１３の外側の内側ゴム層１１１と外側ゴム層１１２との結合部分の幅ａ及び弾性膜１０の膜本体１１の厚さをｔとしたとき、膜本体１１の膜構造の安定性の観点からは、０．０１ｔ≦ａであることが好ましい。一方、後述する半導体ウエハＷの研磨パッド２２への圧接力を均一化する観点からは、ａ≦１０ｔであることが好ましく、ａ≦５ｔであることがより好ましく、ａ≦３ｔであることが更に好ましい。

半導体ウエハＷの研磨パッド２２への圧接力を均一化する観点からは、膜本体１１の全領域に中間剛体層１１３が設けられ、図４に示すように、膜本体１１の側面に中間剛体層１１３が露出していていることが好ましい。

なお、中間剛体層１１３と、内側ゴム層１１１及び／又は外側ゴム層１１２との間に接着剤層を設け、それらの間の密着性を化学的に高めてもよい。また、中間剛体層１１３の表面粗さを高めて、内側ゴム層１１１及び／又は外側ゴム層１１２との間の密着性を物理的に高めてもよい。

筒状部１２及び環状部１３は、膜本体１１の内側ゴム層１１１及び／又は外側ゴム層１１２を形成するのと同一の架橋ゴムで形成されていることが好ましい。

実施形態に係る弾性膜１０は、例えば、プレス金型に、内側ゴム層１１１を形成するための未架橋ゴムシート、円盤状の中間剛体層１１３、及び外側ゴム層１１２を形成するための未架橋ゴムシートを積層して仕込み、これをプレス成形することにより製造することができる。

以上の構成の実施形態に係る弾性膜１０によれば、内側ゴム層１１１と外側ゴム層１１２との間に、それらよりも剛性の高い中間剛体層１１３が設けられていることにより、研磨ヘッド２１との間に単一の密閉空間２３を形成するものの、半導体ウエハＷの研磨パッド２２への圧接力を均一化することができる。これは、弾性膜１０と研磨ヘッド２１との間の単一の密閉空間２３における圧力分布に従った弾性膜１０の変形が高剛性の中間剛体層１１３により軽減され、半導体ウエハＷの研磨パッド２２への圧接力が均一化されるのであると考えられる。

なお、上記実施形態では、弾性膜１０が浅底の円形皿状に形成された構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば、弾性膜が筒状部及び環状部を有さない膜本体のみで構成されていてもよい。

本発明は、ＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けられるウエハ保持用の弾性膜の技術分野について有用である。

１０弾性膜
１１膜本体
１１１内側ゴム層
１１２外側ゴム層
１１３中間剛体層
１２筒状部
１３環状部
２０ＣＭＰ装置
２１研磨ヘッド
２２研磨パッド
２３密閉空間
Ｗ半導体ウエハ

Claims

ＣＭＰ装置の研磨ヘッドに取り付けられて前記研磨ヘッドとの間に単一の密閉空間を形成するウエハ保持用の弾性膜であって、
研磨ヘッド取付側に設けられたゴム製の内側ゴム層と、
ウエハ保持側に設けられたゴム製の外側ゴム層と、
前記内側ゴム層と前記外側ゴム層との間に設けられ前記内側ゴム層及び前記外側ゴム層よりも剛性の高い材料で形成された中間剛体層と、
を備えた円盤状の膜本体を有し、
前記膜本体の全領域に前記中間剛体層が設けられ且つ前記膜本体の側面に前記中間剛体層が露出している弾性膜。
請求項１に記載された弾性膜において、
前記内側ゴム層及び前記外側ゴム層が同一の架橋ゴムで形成されている弾性膜。
請求項１又は２に記載された弾性膜において、
前記中間剛体層が樹脂又は金属で形成されている弾性膜。