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JP2004090176A - Polishing apparatus and polishing method - Google Patents

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JP2004090176A
JP2004090176A JP2002255871A JP2002255871A JP2004090176A JP 2004090176 A JP2004090176 A JP 2004090176A JP 2002255871 A JP2002255871 A JP 2002255871A JP 2002255871 A JP2002255871 A JP 2002255871A JP 2004090176 A JP2004090176 A JP 2004090176A
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Japan
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polished
pressing
polishing
plate
shaped
Prior art date
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Application number
JP2002255871A
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Japanese (ja)
Inventor
Yoshiaki Komuro
小室 善昭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

【課題】被研磨対象物の被研磨面における研磨中の圧力分布を均一化し、被研磨面全面において均一に研磨可能な研磨装置および研磨方法を提供する。
【解決手段】研磨装置に用いられる保持ヘッド50は、容器と、容器を封止し、被研磨対象物Sを吸着してコンプレッサ80からのドライエアーにより伸長する膜8と、膜8の内側の容器内に配置される押圧板110と、コンプレッサ80からのドライエアーにより膨張して押圧板110を押圧する位置調整手段15と、押圧板110の被研磨対象物側に設けられた弾性膜12とを有する。押圧板110の弾性膜12が設けられた面には、被研磨対象物Sの被研磨面Saにおける圧力分布を均一化させるための円環状押圧突起111,112が備えられている。正圧P2に応じた圧力を被研磨対象物Sに印加することに加えて、正圧P2より大きい正圧P1が印加される位置調整手段15により円環状押圧突起111を介して被研磨対象物Sを押圧し、被研磨面Saにおける圧力分布を制御する。
【選択図】 図6
An object of the present invention is to provide a polishing apparatus and a polishing method capable of uniformizing a pressure distribution during polishing on a surface to be polished of a target to be polished and uniformly polishing the entire surface to be polished.
A holding head used in a polishing apparatus includes a container, a film that seals the container, adsorbs an object to be polished, and extends by dry air from a compressor, and a film inside the film. A pressing plate 110 arranged in the container, a position adjusting means 15 for expanding by the dry air from the compressor 80 and pressing the pressing plate 110, and an elastic film 12 provided on the pressing plate 110 on the side of the object to be polished. Having. On the surface of the pressing plate 110 on which the elastic film 12 is provided, there are provided annular pressing protrusions 111 and 112 for making the pressure distribution on the surface Sa of the object S to be polished uniform. In addition to applying a pressure corresponding to the positive pressure P2 to the object S to be polished, the position adjusting means 15 to which a positive pressure P1 higher than the positive pressure P2 is applied is applied via the annular pressing protrusion 111 to the object to be polished. S is pressed to control the pressure distribution on the polished surface Sa.
[Selection] Fig. 6

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被研磨対象物を研磨する研磨装置、より詳細には、被研磨対象物の被研磨面を均一に研磨することができるような研磨装置と、被研磨対象物の被研磨面を均一に研磨することができるような研磨方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
研磨装置は、例えば、半導体ウェハ、LCD(Liquid Crystal Display:液晶表示)用ガラス板や、樹脂などの被研磨対象物を研磨するために広く用いられる。一般的な研磨装置は、被研磨対象物を保持する保持手段と、前記被研磨対象物を研磨する研磨手段とを有し、前記被研磨対象物の被研磨面を前記研磨手段の研磨面に接触させ、面方向に相対的に回転させて研磨する。
【0003】
この保持手段は、被研磨対象物の被研磨面を高品位に研磨するために重要な役割を果たしている。
特開平11−138429号公報には、保持する被研磨対象物が研磨中にずれることを防ぐために、保持手段として、弾性力があり、通気性の保持フィルムを介して被研磨物を吸引力により吸着して保持する研磨ヘッドを用いた研磨装置が開示されている。
【0004】
また、特開平10−180627号公報、特開2001−38604号公報には、被研磨対象物の保持手段として、可撓膜を有する支持ヘッド、ならびにキャリヤヘッドがそれぞれ開示されている。
これらのヘッドは、弾性を有する可撓膜と、この可撓膜に連結する支持構造体、またはエッジロードリングを有し、可撓膜の基板取り付け面に被研磨対象物である半導体ウェハを保持する。
これらのヘッドは、可撓膜と支持構造体またはエッジロードリングを利用して、研磨中の半導体ウェハに所定の圧力を印加可能になっている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、保持フィルムを介して被研磨対象物を保持する研磨ヘッドでは、保持フィルムが弾性力を有するために、被研磨対象物の厚みむらや、被研磨対象物を保持する保持面に塵埃などが付着して生じる凹凸などを吸収することはできるが、被研磨対象物に所望の圧力を印加することはできなかった。
【0006】
また、半導体ウェハに所定の圧力を印加可能なヘッドにおいても、これまでは、円形ウェハの外周部のみが重点的に加圧される仕組みになっており、ウェハの中央部付近の圧力分布はコントロールできていなかった。
ウェハのうちの重点的に加圧される部分では、被研磨面が基準より多く研磨される、いわゆるオーバーポリシング(オーバー研磨)が生じる。
このオーバーポリシング等の不均一な研磨は、半導体ウェハの特性の低下や、歩留まりの低下を引き起こす。
【0007】
本発明は、このような従来技術とその課題を鑑みてなされたものであって、その目的は、被研磨対象物の被研磨面を、その全面において均一に研磨することが可能な研磨装置を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、被研磨対象物の被研磨面を、その全面において均一に研磨することが可能な研磨方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明における研磨装置は、研磨定盤上に配置された研磨手段の上に載置された被研磨対象物を保持し、前記研磨手段側に押圧する保持・押圧手段と、
前記保持・押圧手段を回転させて、前記被研磨対象物を前記研磨手段と回転接触させる回動手段と、
圧力媒体供給手段と
を具備し、
前記保持・押圧手段は、
前記被研磨対象物より大きな内径を有し、圧力媒体を通過させる第1の穴および第2の穴が形成されている容器と、
前記容器の前記被研磨対象物が位置する開放部分を封止し、前記被研磨対象物を吸着可能な、伸縮自在の膜と、
前記膜の内側の前記容器内に遊嵌状態で配置され、第3の穴が形成されている板状押圧手段と、
前記板状押圧手段と、前記容器のうちの前記板状押圧手段と対向する位置の部分との間に位置し、前記容器に形成された第1の穴から供給された前記圧力媒体供給手段からの圧力媒体によって膨張して前記板状押圧手段を前記被研磨対象物に平行に位置させ、前記板状押圧手段を押圧する位置調整手段と、
前記膜を介して前記被研磨対象物を弾性的に押圧する、前記板状押圧手段の前記被研磨対象物側に設けられた弾性膜と、
を有し、
前記圧力媒体供給手段から供給され、前記容器に形成された第2の穴から前記容器内に供給された圧力媒体が前記板状押圧手段に形成された第3の穴を介して前記膜を伸長させ、
前記板状押圧手段の前記弾性膜が設けられた面に、前記被研磨対象物の被研磨面全面への押圧を均一化する円環状押圧突起が備えられている
研磨装置である。
【0009】
また、本発明の研磨方法においては、伸縮自在の膜の内部に板状押圧手段が配置されている保持・押圧手段を準備し、前記保持・押圧手段により被研磨対象物を保持して研磨手段の上に載置し、第1の圧力により前記膜を伸長させて前記被研磨対象物を前記研磨手段に接触させ、前記板状押圧手段により前記被研磨対象物を部分的に押圧し、前記被研磨対象物の被研磨面全面への押圧が均一化するように、第2の圧力により前記板状押圧手段の前記被研磨対象物側に設けられた円環状押圧突起をさらに押圧し、前記保持・押圧手段および前記研磨手段を相対的に回転させて前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する。
【0010】
本発明においては、保持・押圧手段の容器の被研磨対象物が位置する開放部分が伸縮自在の膜により封止される。この膜は、容器に形成された第2の穴を通って圧力媒体供給手段から供給される圧力媒体により伸長し、吸着している被研磨対象物の被研磨面を研磨手段に押し付ける。
膜の内側の容器内には、板状押圧手段が遊嵌状態で配置されている。板状押圧手段は、容器に形成された第1の穴を通って圧力媒体供給手段から供給される圧力媒体により位置調整手段が膨張することで押圧される。
板状押圧手段が位置調整手段で押圧されることにより、板状押圧手段の被研磨対象物側の面に設けられた弾性膜と、伸縮自在の膜を介して、被研磨対象物が押圧される。
本発明においては、位置調整手段による力を、板状押圧手段の被研磨対象物側の面に設けられている円環状突起を介して被研磨対象物に伝えることにより、被研磨面に、膜を伸長させる圧力に加えて、位置調整手段による押圧力を適宜印加することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について述べる。
第1実施の形態
まず、図1を参照して研磨装置の一般的な概略構成について述べる。
図1に示す研磨装置1は、被研磨対象物を保持し押圧する保持・押圧手段としての保持ヘッド5と、研磨定盤2と、その表面に設けられている研磨布3とを有する。研磨定盤2と研磨布3により、本発明の研磨手段の一実施態様が構成されている。
なお、以下では、被研磨対象物として、半導体ウェハを例に挙げて説明を行なう。
【0012】
保持ヘッド5の一例として、図2に示す保持ヘッド500について述べる。
保持ヘッド500は、ベース17と、バッキング材8と、リテーナリング9と、押圧板11と、リング状チューブ15とを有する。
【0013】
バッキング材8は、例えば、厚さが1mm程度のポリウレタン、ポリエステル、合成ゴムなどで形成された伸縮自在の軟らかい薄膜であり、水吸着などにより、半導体ウェハ(以下、ウェハ)Sを吸着して保持することができる。
【0014】
リテーナリング9は、その内径がウェハSの外径より僅かに大きい環状部材であり、例えばエポキシ樹脂、ポリアセタール樹脂等の樹脂によって形成される。
【0015】
ベース17は、例えば所定の厚みを有する円盤状をしており、バッキング材8を保持し、このバッキング材8との間で閉空間CSを形成する。
ベース17でバッキング材8を固定する場合には、ベース17とリテーナリング9の間にバッキング材8を挟み込み、ベース17の外周とリテーナリング9の内周を嵌合させて、ベース17とリテーナリング9との間に位置するバッキング材8を固定する。
このベース17とリテーナリング9により、本発明における容器の一実施態様が構成されている。
【0016】
上述のように、リテーナリング9の内径がウェハSの外径より大きいことから、リテーナリング9をベース17に装着したときにバッキング材8の取り付け面に吸着されるウェハSがほぼ覆われる程度にリテーナリング9の長手方向の長さを規定することで、研磨中のウェハSの飛び出しを防ぐことができる。
【0017】
ベース17の、バッキング材8との間で閉空間CSを形成している側と反対側には、回転軸6が連結されている。
回転軸6に設けられ、ベース17を貫通して閉空間CSまで連通している第2の穴81により、閉空間CSに、例えば正圧P2に加圧されたドライエアー等の圧力媒体を供給することが可能になっている。
ドライエアーは、例えば図1に示すコンプレッサ80により送り込まれ、その正圧P2は、一例として9800〜49000 Paである。
コンプレッサ80が、本発明における圧力媒体供給手段の一実施態様に相当する。
【0018】
正圧P2のドライエアーの圧力により、バッキング材8はリテーナリング9の外部に膨張しようとし、この膨張力が、バッキング材8により吸着しているウェハSの被研磨面Saを、研磨布3の研磨面Sbに押圧して接触させる。
バッキング材8は柔らかいためにウェハSの厚みにむらがあったり、ウェハSの保持面に塵埃などが付着していたりしても、それらによる凹凸を吸収して、ウェハSの被研磨面Saをなるべく均一に研磨することが可能である。
【0019】
押圧板11は、本発明における板状押圧手段の一実施態様である。
押圧板11は、閉空間CS内においてバッキング材8を介してウェハSと対向して配置される。押圧板11の、ウェハSの保持面を押圧する押圧面には、弾性膜12が設けられている。
弾性膜12は、押圧板11がバッキング材8に直接接触するのを防ぎ、バッキング材8の厚みむらや押圧板11のゆがみなどに影響されずに被研磨面Saを均等に押圧するためのものである。
【0020】
図3は、保持ヘッド500における押圧板11の形状を示すための図であり、図3(a)は押圧面側からみた平面図、図3(b)はその断面III−IIIから見た断面図である。
押圧板11は、図3の図解から分かるように、円板状であり、その押圧面の外周部に、幅Wのリング状凸部を有する。
リング状凸部が、本発明における円環状押圧突起の一実施態様である。
【0021】
押圧板11および弾性膜12には、ドライエアーによりバッキング材8を加圧することができるように、第3の穴14が設けられている。
図3(a)においては、一例として押圧板11の中心から十字型に第3の穴14が設けられているが、第3の穴14の形状、個数、配置位置などは、バッキング材8を加圧する所望の圧力が得られるように適宜定めればよい。
【0022】
押圧板11は、図2に図解されるように、押圧面の反対側の面から、リング状チューブ15によって押圧される。
リング状チューブ15は、円形断面のチューブをリング状にしたものであり、図2に図解されるように、閉空間CS内の押圧板11とベース17との間に配置される。
リング状チューブ15は、正圧P2より高い正の圧力P1のドライエアーが送り込まれることにより膨張し、押圧板11を押圧することが可能である。
リング状チューブ15は、本発明における位置調整手段の一実施態様に相当する。
【0023】
正圧P1のドライエアーは、例えば回転軸6に設けられており、ベース17を貫通してリング状チューブ15に連通する第1の穴82を介して、コンプレッサ80により送り込まれる。
正圧P1の値は、一例として、9800〜98000 Paである。
【0024】
上記の保持ヘッド500においては、ベース17およびリテーナリング9を用いてバッキング材8を保持する構造としている。しかし、バッキング材の形状や保持方法は上記に限らず、バッキング材により閉空間が形成され、バッキング材に所望の圧力を印加可能であればよい。
例えば、弾性を有する部材をリテーナリング9に取り付け、この部材を押圧板11に連結し、バッキング材と押圧板11を同時に保持するようにしてもよい。
【0025】
保持ヘッド500は、回転軸6を介して、本発明の回動手段としてのモータ60により回転軸6を中心として回転可能である。
回転軸6は、図1に図解されるように、支持アーム7により保持されている。回転軸6の回転の中心と、保持ヘッド5,500の押圧板11およびリング状チューブ15の中心は一致している。
【0026】
研磨定盤2は、研磨布3を保持するための、例えば、ウェハSの直径の2倍以上の直径を有する円形の研磨布保持面を備えており、研磨布保持面と反対側の面に連結されている回転軸4を介して、モータ45により回転軸4まわりに回転可能である。
【0027】
ウェハSを研磨するための研磨布3は、例えば、弾性を有するポリエステル樹脂製の不織布により形成されており、図1に示すように、研磨定盤2の研磨布保持面のほぼ全面に、例えば、両面接着テープ等の接着手段により貼着されて固定される。
【0028】
次に、上記構成の研磨装置1を用いてウェハSを化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)する場合の動作について述べる。
CMPは、化学的に活性な研磨剤を用い、研磨剤と被研磨対象物との間の化学的作用と、研磨剤中の研磨粒子の機械的研削作用とを複合した研磨技術である。CMPは、被研磨面に形成される変質層が小さいうえに研磨速度が速く、半導体ウェハの表面をグローバルに平坦化できるという特徴を有する。CMPは、半導体の製造工程、例えば、多層配線形成工程における層間絶縁膜の平坦化、金属プラグ形成、埋め込み金属配線形成等の工程において、重要な技術である。
【0029】
例えば、層間絶縁膜に、配線用溝に加えてコンタクトホールも溝として開け、配線用溝とコンタクトホールを同時に金属で埋め込んで金属配線を形成するデュアルダマシン(dual damascene)法においてCMPを用いる段階においては、ウェハSは図4(a)の断面図に示すように構成される。
図4(a)においては、例えば、図示しない不純物拡散領域が適宜形成されているシリコン等の半導体基板10上に、例えば酸化シリコンからなる層間絶縁膜20が形成されている。
この層間絶縁膜20には、バリア膜25の、将来、コンタクトおよび金属配線となる所定のパターンが溝状に形成されている。
バリア膜25は、例えば配線を構成する材料が銅であり、層間絶縁膜が酸化シリコンで形成されている場合に、銅が酸化シリコンへの拡散係数が大きく、酸化されやすいため、これを防止するために設けられる。
【0030】
バリア膜25上には、その溝を埋め込むように、例えばメッキ法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法等の手法により形成された、例えば銅膜30が形成されている。
【0031】
上記構成のウェハSは、例えば保持ヘッド500のような構成の保持ヘッド5に保持される。ウェハSを保持した保持ヘッド5は、ウェハSの被研磨面Saが研磨布3の研磨面Sbと接触可能なように、研磨定盤2と対向する位置に移動する。
保持ヘッド5は、回転軸6および支持アーム7を介して図1中の矢印Z方向に移動され、被研磨面Saを研磨面Sbに所定の圧力で接触させる。
図1においてウェハSはその被研磨面Saを図中下向きにして保持されているので、図4においては、矢印Zは図中上向きになる。
【0032】
上記接触状態において、研磨剤供給管13から研磨剤(スラリー)Lを、研磨布3の研磨面Sbおよび被研磨面Saとの界面に供給しながら、研磨定盤2および保持ヘッド5をそれぞれ、例えば図1中の矢印Ra,Rb方向に同じ回転数90min−1で回転させる。
【0033】
以上により、図4(b)に示すように、層間絶縁膜20上の余分な銅膜30およびバリア膜25が化学的機械研磨され、銅配線35およびコンタクト40とが形成される。
【0034】
保持ヘッド5として図2に示すような構造の保持ヘッド500を用いてウェハSのCMPを行なう場合には、ウェハSは、バッキング材8がベース17およびリテーナリング9を用いて形成している閉空間CS内に送り込まれる、正圧P2のドライエアーの圧力により、矢印Z方向の、研磨面Sbに押し付けられる。
【0035】
バッキング材8は軟らかい薄膜であるために、ウェハSの厚みにむらが存在していたり、被研磨面Saの反対側の保持面に塵埃などが付着していたりしても、それらによって生じる凹凸を吸収可能である。
この構造により、被研磨面Saの圧力分布の均一化が図られている。
【0036】
しかしながら、単にバッキング材8で保持してその裏面からドライエアーにより加圧しただけでは、バッキング材8が軟らかい薄膜でありウェハSを均一に保持および加圧することが困難であることからも、被研磨面Sa全面の圧力分布を均一にすることは難しい。
【0037】
そのため、保持ヘッド500においては、押圧板11を、バッキング材8を介してウェハSと対向するように配置してある。
研磨の際には、押圧板11は、ウェハSを押圧する押圧面とは反対側の被押圧面から、リング状チューブ15により押圧される。
リング状チューブ15は、第1の穴82を通って送り込まれる正圧P1のドライエアーにより加圧されて膨張し、押圧板11を押圧する。
従って、ウェハSは、正圧P2のドライエアーによる圧力と、正圧P1のドライエアーを用いて押圧される押圧板11による押圧力とによって、被研磨面Saの圧力コントロールを受けることになる。
【0038】
しかしながら、押圧板11には、図2および図3にも示されているように、円形状の押圧面の外周部にしかリング状凸部112が形成されていない。それ故、力は円形状のウェハSの外周部に集中し易く、ウェハSの中心部付近の圧力分布をコントロールすることは困難である。
【0039】
一例として、保持ヘッド500を用いて、図4に示す構造のウェハSに対してCMPを行なったときの研磨終了時の膜厚(残膜)Fの分布を示すグラフを図5に示す。
図5のグラフの縦軸が残膜(Å=0.1×10−3μm)であり、横軸がウェハSの中心からの距離(mm)である。
ウェハSおよび押圧板11の外径は200mmとし、押圧板11のリング状凸部112の内径である寸法Cは190mm、つまり、リング状凸部112の幅Wは5mmであるとした。リング状凸部112の高さEに関しては、幅Wほど影響を与えるものではないので、あまり高過ぎず、リング状凸部112によって形成される凹部の部分の弾性膜12が、研磨中にバッキング材8に接しない程度で適宜定めればよい。ここでは、一例として0.1mmとした。
図5から、ウェハSの外周から10〜20mmの部分が研磨され易く、オーバーポリシングが生じていることが分かる。
【0040】
半導体ウェハは近年大口径化する傾向がある。ウェハ径が小さい頃は図3に示す押圧板11を有する保持ヘッド500を用いてもウェハの被研磨面を均一に研磨することができた。しかし、上述のようにウェハ径が200mm程度に大きくなってくると、押圧板11は外周部のみにリング状凸部112を有する構造であるため、被研磨面の圧力分布を均一化することが困難になる。
【0041】
第2実施の形態
ウェハSが大口径化した場合にも被研磨面Saにおける圧力分布を均一化可能な本発明の第2実施の形態を、以下に示す。
図6が、本発明に係る保持ヘッドの第2実施の形態である保持ヘッド50の断面図である。
保持ヘッド50は、図2に図解の保持ヘッド500の押圧板11の代わりに、図7に示す押圧板110を有する。
図7(a)は押圧板110を、押圧面側から見た平面図であり、図7(b)はその断面I−Iから見た断面図である。
【0042】
押圧板110は、外周部のリング状凸部112に加えて、その内側にも、押圧突起としてのリング状凸部111を有する。
この、ウェハSの被研磨面Saにおける圧力分布を均一化させるための押圧突起は、被研磨面Saの圧力分布が回転軸を中心とした同心円状になるために、図7のようなリング状凸部であることが好ましい。
押圧板110以外の保持ヘッドおよび研磨装置の構成ならびに機能は保持ヘッド500と同じであるので、詳細な説明は省略する。
【0043】
押圧板110の第1のリング状凸部111および第2のリング状凸部112は、切削加工により形成してもよいし、平板状の円板に、リング状凸部を溶接、接着、ネジ締めなどの接続手段により固着してもよい。ここでは、製造の利便性等を考慮し、切削加工により形成するものとする。
なお、リング状凸部111,112と平板状の円板との間はテーパー面、あるいは曲面として構成してもよい。また、凸部の角は、ウェハSの保護等の観点から、曲率を付けたり面取りをしたりすることが好ましい。
【0044】
実施例
図7に示す押圧板110を用い、本発明に係る研磨装置を使用して実際にウェハSに対してCMPを行なう場合の一例について述べる。
円形のウェハSおよび押圧板110の外径は200mmとし、押圧板110において、第1のリング状凸部の外径である寸法Aは、ウェハSおよび押圧板110の外径の85%である170mm、第1のリング状凸部の内径である寸法Bは、寸法Aの50%である85mmであるとした。
第2のリング状凸部112に関しては、図5に示す実験の場合と同様、寸法CはウェハSの外径の95%である190mm、寸法Eは0.1mm、とした。また、第1および第2のリング状凸部111,112の凸部の高さの差である寸法Dは、第1のリング状凸部111の高さから0.05mmであるとした。
【0045】
このような場合には、ウェハSの半径85〜95mmの部分は押圧板110による直接的な力を受けないので研磨されにくくなる。
逆に、半径95mmより外側、および半径42.5〜85mmの部分においては、ウェハSの保持面が直接的に押圧されるので、研磨され易くなる。
これにより、被研磨面Saの圧力分布をコントロールすることができる。
ただし、必ずしも押圧板110のリング状凸部により押圧されている部分においてのみウェハSの研磨が進み、押圧されていない部分の研磨が進まないわけではなく、押圧されている部分から若干ずれた位置から研磨レートが変化する。
【0046】
図8に、研磨結果のグラフを示す。
図8のグラフの縦軸が残膜(Å=0.1×10−3μm)であり、横軸がウェハSの中心からの距離(mm)である。
図5に示す、第1のリング状凸部111が存在しない場合の結果と比較すると、ウェハSの中央部付近の研磨レートがコントロールされていることが分かる。特に、ウェハSの外周部から20mm内部までの部分において、研磨レートが低くなり、ウェハSの被研磨面Sa全面での研磨の均一化が図られていることが分かる。
【0047】
第1,第2のリング状凸部111,112の形状については、それぞれのリングの幅を狭くし過ぎると応力集中が起こり易くなり、被研磨面Saの圧力分布均一化において好ましくない。
逆に、それぞれの幅を広くし過ぎると、ウェハSへ力を伝える面積が広くなり過ぎ、被研磨面Saの圧力分布のコントロールが困難になる。
以上の理由および上記実施例の結果を鑑み、第1,第2のリング状凸部111,112の形状は以下のように規定する。
【0048】
第1のリング状凸部111の寸法Aは、被研磨面Saの圧力分布をコントロール可能なように、円形のウェハSの直径の60〜85%とする。好適には、被研磨面Saへ力を伝える面積が広くなり過ぎないように、70〜80%とする。さらに好適には、実験的に良い結果が得られた72.5%〜77.5%とする。
寸法Bについては、寸法Aの95%までの値をとることにより、第1のリング状凸部111が形成されるようにする。好適には、被研磨面Saへ力を伝える面積が広くなり過ぎないように、50〜90%とする。より好適には、被研磨面Saにおける応力集中が起こらないように、75〜85%であるとする。
【0049】
第2のリング状凸部112の形状については、ウェハSの外周部における研磨量が確保されるように、寸法Cが、円形のウェハSの外径未満かつ95%以上の大きさを有するものとする。好適には、ウェハSの外周部における圧力分布をコントロールし易いように、ウェハSの外径未満かつ97.5%以上であるとする。さらに好適には、ウェハSの外周部が研磨され過ぎないように、外径未満かつ98.5以上であるとする。
【0050】
第1のリング状凸部111と第2のリング状凸部112の高さの差である寸法Dに関しては、第2のリング状凸部112の高さである寸法Eの大きさからかけ離れないように、±0.2mm以内とする。好適には、ウェハSの被研磨面における圧力分布のコントロールの容易さのために、±0.1mm以内であるとする。さらに好適には、第1および第2のリング状凸部111,112による押圧力が均一に伝わるように、±0.05mm以内であるとする。
【0051】
第2のリング状凸部112の高さである寸法Eの大きさに関しては、この凸部に貼着される弾性膜の厚さや硬さ等の物理特性や、温度等の諸条件の影響を受ける。一般的には、前述のように、弾性膜12が、第2のリング状凸部112および第1のリング状凸部111においてバッキング材8に接し、第1、第2のリング状凸部111,112によって形成される凹部の部分では研磨中にバッキング材8に接しないように規定する。しかしながら、必ずしも接しないのがよいわけではなく、研磨に用いるスラリーの組成や研磨装置の運転状況等の様々なパラメータに依存する被研磨面Saの圧力分布に応じて、最適な状況は変化する。従って、ここでは寸法Eに関しては特に規定しないが、一例としては0.1mm程度の値が用いられる。
【0052】
このような保持ヘッド50を用いた研磨装置によれば、正圧P2のドライエアーによってバッキング材8を介してウェハSに印加される圧力とは独立して、ウェハSの中央部付近に適宜、力を印加することができる。
従って、ウェハSの中央部近辺の圧力分布をコントロールすることができ、被研磨面Saの圧力分布を均一化することができる。
【0053】
第3実施の形態
第2のリング状凸部112は、研磨の条件によっては必ずしも必要ではない。第2のリング状凸部112が必要とされるのは、ウェハSの外周部、特に、外周から5mm内部付近までの部分において研磨量を確保したい場合である。
上記の領域の研磨品質はウェハの歩留まりに影響を与えるため、この部分の研磨量をできるだけウェハ中心部の研磨量と合わせ、残膜量を揃えることが望まれる。さらに、外周部に不要な膜が残った場合、その膜が剥がれ異物となり、ウェハ上に残って歩留まりを悪化させることがある。
このような状況は、スラリーおよびウェハの組成や研磨装置の運転状況などに応じて、例えば同じ直径のウェハを研磨しても、外周部に不要な膜が残ったり残らなかったりというように変化する。
従って、実際に研磨を行なったときに外周部に不要な残膜が存在する状況では第2のリング状凸部112が必要であるが、それ以外の場合はリング状凸部112の無い押圧板を用いた研磨装置を使用してもよい。
【0054】
図9には、本発明の第3実施の形態に用いられる、第2のリング状凸部112が存在せず、第1のリング状凸部111のみを有する押圧板120が示されている。
図9(a)は押圧板120を押圧面側から見た平面図であり、図9(b)はその断面II−IIから見た断面図である。
寸法A,B、および第1のリング状凸部111の高さは、押圧板110の場合に準じて規定される。
【0055】
本発明においては、ウェハSがさらに大口径化する場合にも、それに対応して、第1のリング状凸部111と第2のリング状凸部112との間に、さらに別のリング状凸部を設けることが可能である。
これにより、ウェハSが大口径化する場合にも、その被研磨面Sa全面における圧力分布を均一化することができる。
【0056】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されない。
例えば、位置調整手段について、上記の実施の形態においてはドライエアーにより膨張するリング状チューブ15としたが、圧力を利用して作動する機械的なアクチュエータを用いることも可能である。
また、押圧板の各寸法に関しても、研磨するウェハの寸法に応じて適宜規定すればよい。
さらに、半導体ウェハだけでなく、ガラス板や樹脂などの研磨や、メッキの除去など、様々な研磨処理に本発明は適用可能である。
【0057】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、研磨の際に、被研磨対象物の被研磨面における圧力分布を均一化することができる。従って、被研磨面を、その全面において均一に研磨可能な研磨装置を提供することができる。
さらに、本発明によれば、被研磨対象物の被研磨面を、その全面において均一に研磨可能な研磨方法をも提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る研磨装置の一実施形態の概略構成図である。
【図2】図1に示す研磨装置の第1実施の形態の保持ヘッドを示す断面図である。
【図3】図3(a)は、図2に示す保持ヘッドの押圧板の一実施形態を、その押圧面から示した正面図であり、図3(b)は、図3(a)において断面III−IIIから見た断面図である。
【図4】図4は半導体ウェハのCMPの一例を説明するための断面図であり、図4(a)はCMP前の様子であり、図4(b)はCMP後の様子を示している。
【図5】図3の押圧板を使用して半導体ウェハを平坦化研磨したときの半導体ウェハの残膜の分布を示すグラフである。
【図6】図1に示す研磨装置の第2実施の形態の保持ヘッドを示す断面図である。
【図7】図7(a)は、図6に示す保持ヘッドの押圧板の一実施形態を、その押圧面から示した正面図であり、図7(b)は、図7(a)において断面I−Iから見た断面図である。
【図8】図7の押圧板を使用して半導体ウェハを平坦化研磨したときの半導体ウェハの残膜の分布を示すグラフである。
【図9】図9(a)は、図1に示す研磨装置の第3実施の形態に用いられる押圧板を、その押圧面から示した正面図であり、図9(b)は、図9(a)において断面II−IIから見た断面図である。
【符号の説明】
1…研磨装置、2…研磨定盤、3…研磨布、4,6…回転軸、5,50,500…保持ヘッド、7…支持アーム、8…バッキング材、9…リテーナリング、10…半導体基板、11,110,120…押圧板、12…弾性膜、13…研磨剤供給管、14,81,82…穴、15…リング状チューブ、17…ベース、20…層間絶縁膜、25…バリア膜、30…銅膜、35…銅配線、40…コンタクト、45,60…モータ、80…コンプレッサ、111…第1のリング状凸部、112…第2のリング状凸部、S…半導体ウェハ、Sa…被研磨面、Sb…研磨面、L…研磨剤(スラリー)、CS…閉空間
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention provides a polishing apparatus for polishing an object to be polished, more specifically, a polishing apparatus capable of uniformly polishing a surface to be polished of the object to be polished, and a polishing apparatus for polishing the surface to be polished. The present invention relates to a polishing method capable of uniformly polishing.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art A polishing apparatus is widely used, for example, for polishing an object to be polished, such as a semiconductor wafer, a glass plate for an LCD (Liquid Crystal Display), or a resin. A general polishing apparatus has a holding unit for holding an object to be polished, and a polishing unit for polishing the object to be polished, and a polished surface of the object to be polished is polished to a polishing surface of the polishing unit. It is brought into contact and polished by relative rotation in the plane direction.
[0003]
The holding means plays an important role in polishing the surface to be polished of the object to be polished with high quality.
Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-138429 discloses that, in order to prevent the object to be held from shifting during polishing, the object to be polished is held by a suction force through a holding film having elasticity as a holding means. A polishing apparatus using a polishing head that holds by suction is disclosed.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 10-180627 and 2001-38604 each disclose a support head having a flexible film and a carrier head as means for holding an object to be polished.
These heads have a flexible film having elasticity, a support structure connected to the flexible film, or an edge load ring, and hold a semiconductor wafer to be polished on a substrate mounting surface of the flexible film. I do.
These heads can apply a predetermined pressure to a semiconductor wafer being polished by utilizing a flexible film and a support structure or an edge load ring.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a polishing head that holds an object to be polished via a holding film, since the holding film has elasticity, unevenness in the thickness of the object to be polished, dust on the holding surface that holds the object to be polished, and the like. Although it was possible to absorb irregularities and the like generated by the attachment, it was not possible to apply a desired pressure to the object to be polished.
[0006]
Until now, even in a head that can apply a predetermined pressure to a semiconductor wafer, only the outer peripheral portion of a circular wafer is mainly pressurized, and the pressure distribution near the center of the wafer is controlled. I couldn't.
So-called overpolishing (overpolishing) occurs in a portion of the wafer to be intensively pressed, in which the surface to be polished is polished more than the standard.
The non-uniform polishing such as overpolishing causes a decrease in the characteristics of the semiconductor wafer and a decrease in the yield.
[0007]
The present invention has been made in view of such a conventional technique and its problems, and an object of the present invention is to provide a polishing apparatus capable of uniformly polishing the surface to be polished of the object to be polished over the entire surface. To provide.
Another object of the present invention is to provide a polishing method capable of uniformly polishing the surface to be polished of the object to be polished over its entire surface.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
A polishing apparatus according to the present invention for achieving the above object holds and presses an object to be polished placed on a polishing means disposed on a polishing platen and presses the object toward the polishing means. When,
By rotating the holding / pressing means, a rotating means for bringing the object to be polished into rotational contact with the polishing means,
Pressure medium supply means and
With
The holding and pressing means,
A container having an inner diameter larger than the object to be polished and having a first hole and a second hole through which a pressure medium is passed;
Sealing an open portion of the container where the object to be polished is located, capable of adsorbing the object to be polished, a stretchable film,
A plate-shaped pressing means disposed in the container inside the membrane in a loose fit state and having a third hole formed therein;
The pressure-medium supply means, which is located between the plate-shaped pressing means and a portion of the container facing the plate-shaped pressing means, and is supplied from a first hole formed in the container. Position adjusting means which is expanded by the pressure medium to position the plate-shaped pressing means in parallel with the object to be polished, and presses the plate-shaped pressing means,
Elastically pressing the object to be polished through the film, an elastic film provided on the object to be polished side of the plate-shaped pressing means,
Has,
A pressure medium supplied from the pressure medium supply means and supplied into the container from a second hole formed in the container extends the film through a third hole formed in the plate-shaped pressing means. Let
On the surface of the plate-shaped pressing means on which the elastic film is provided, there is provided an annular pressing protrusion for evenly pressing the object to be polished on the entire surface to be polished.
It is a polishing device.
[0009]
Further, in the polishing method of the present invention, a holding / pressing means in which a plate-like pressing means is disposed inside a stretchable film is prepared, and the object to be polished is held by the holding / pressing means. Placed on the substrate, the film is stretched by a first pressure, the object to be polished is brought into contact with the polishing means, and the object to be polished is partially pressed by the plate-shaped pressing means, The second pressure further presses an annular pressing projection provided on the object to be polished of the plate-like pressing means so that the pressing of the object to be polished to the entire surface to be polished becomes uniform. The holding and pressing means and the polishing means are relatively rotated to polish the surface to be polished of the object to be polished.
[0010]
In the present invention, an open portion of the container of the holding / pressing means where the object to be polished is located is sealed with a stretchable film. This film is extended by the pressure medium supplied from the pressure medium supply means through the second hole formed in the container, and presses the adhering surface of the object to be polished to the polishing means.
In the container inside the membrane, a plate-shaped pressing means is arranged in a loosely fitted state. The plate-shaped pressing means is pressed by the position adjusting means being expanded by the pressure medium supplied from the pressure medium supplying means through the first hole formed in the container.
When the plate-shaped pressing means is pressed by the position adjusting means, the object to be polished is pressed via the elastic film provided on the surface of the plate-shaped pressing means on the object-to-be-polished, and the stretchable film. You.
In the present invention, the force by the position adjusting means is transmitted to the object to be polished through the annular projection provided on the surface of the plate-shaped pressing means on the object to be polished, thereby forming a film on the surface to be polished. In addition to the pressure for extending the pressure, a pressing force by the position adjusting means can be appropriately applied.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
First embodiment
First, a general schematic configuration of a polishing apparatus will be described with reference to FIG.
A polishing apparatus 1 shown in FIG. 1 has a holding head 5 as a holding / pressing means for holding and pressing an object to be polished, a polishing platen 2, and a polishing cloth 3 provided on the surface thereof. The polishing platen 2 and the polishing cloth 3 constitute one embodiment of the polishing means of the present invention.
In the following, a semiconductor wafer will be described as an example of the object to be polished.
[0012]
As an example of the holding head 5, a holding head 500 shown in FIG. 2 will be described.
The holding head 500 has a base 17, a backing material 8, a retainer ring 9, a pressing plate 11, and a ring-shaped tube 15.
[0013]
The backing material 8 is a stretchable soft thin film formed of, for example, polyurethane, polyester, or synthetic rubber having a thickness of about 1 mm, and adsorbs and holds a semiconductor wafer (hereinafter, wafer) S by water adsorption or the like. can do.
[0014]
The retainer ring 9 is an annular member whose inner diameter is slightly larger than the outer diameter of the wafer S, and is formed of a resin such as an epoxy resin or a polyacetal resin.
[0015]
The base 17 has, for example, a disk shape with a predetermined thickness, holds the backing material 8, and forms a closed space CS with the backing material 8.
When fixing the backing material 8 with the base 17, the backing material 8 is sandwiched between the base 17 and the retainer ring 9, and the outer periphery of the base 17 and the inner periphery of the retainer ring 9 are fitted to each other. 9 is fixed.
The base 17 and the retainer ring 9 constitute one embodiment of the container of the present invention.
[0016]
As described above, since the inner diameter of the retainer ring 9 is larger than the outer diameter of the wafer S, when the retainer ring 9 is mounted on the base 17, the wafer S adsorbed on the mounting surface of the backing material 8 is almost covered. By defining the length of the retainer ring 9 in the longitudinal direction, it is possible to prevent the wafer S from jumping out during polishing.
[0017]
The rotating shaft 6 is connected to the base 17 on the side opposite to the side forming the closed space CS with the backing material 8.
A pressure medium such as dry air pressurized to a positive pressure P2 is supplied to the closed space CS by a second hole 81 provided in the rotary shaft 6 and penetrating through the base 17 and communicating with the closed space CS. It is possible to do.
The dry air is sent, for example, by the compressor 80 shown in FIG. 1, and the positive pressure P2 is 9800 to 49000 ° Pa as an example.
The compressor 80 corresponds to one embodiment of a pressure medium supply unit in the present invention.
[0018]
Due to the pressure of the dry air of the positive pressure P2, the backing material 8 tends to expand to the outside of the retainer ring 9, and the expansion force causes the polishing target surface Sa of the wafer S adsorbed by the backing material 8 to be removed from the polishing cloth 3. The polishing surface Sb is pressed and brought into contact.
Even if the backing material 8 is soft and uneven in the thickness of the wafer S, or dust or the like adheres to the holding surface of the wafer S, the backing material 8 absorbs the unevenness caused by the unevenness and changes the polished surface Sa of the wafer S. It is possible to polish as uniformly as possible.
[0019]
The pressing plate 11 is an embodiment of the plate-shaped pressing means in the present invention.
The pressing plate 11 is arranged to face the wafer S via the backing material 8 in the closed space CS. An elastic film 12 is provided on a pressing surface of the pressing plate 11 that presses the holding surface of the wafer S.
The elastic film 12 is for preventing the pressing plate 11 from directly contacting the backing material 8 and for uniformly pressing the surface to be polished Sa without being affected by uneven thickness of the backing material 8 or distortion of the pressing plate 11. It is.
[0020]
3A and 3B are diagrams for illustrating the shape of the pressing plate 11 in the holding head 500. FIG. 3A is a plan view as viewed from the pressing surface side, and FIG. 3B is a cross section as viewed from the cross section III-III. FIG.
As can be seen from the illustration in FIG. 3, the pressing plate 11 is disk-shaped, and has a ring-shaped convex portion having a width W on the outer peripheral portion of the pressing surface.
The ring-shaped projection is one embodiment of the annular pressing projection of the present invention.
[0021]
The pressing plate 11 and the elastic film 12 are provided with a third hole 14 so that the backing material 8 can be pressurized by dry air.
In FIG. 3A, as an example, a third hole 14 is provided in a cross shape from the center of the pressing plate 11, but the shape, the number, the arrangement position, and the like of the third hole 14 are different from those of the backing material 8. What is necessary is just to determine suitably so that the desired pressure to pressurize may be obtained.
[0022]
The pressing plate 11 is pressed by the ring-shaped tube 15 from a surface opposite to the pressing surface, as illustrated in FIG.
The ring-shaped tube 15 is obtained by forming a tube having a circular cross section into a ring shape, and is arranged between the pressing plate 11 and the base 17 in the closed space CS as illustrated in FIG.
The ring-shaped tube 15 expands when dry air having a positive pressure P1 higher than the positive pressure P2 is sent in, and can press the pressing plate 11.
The ring-shaped tube 15 corresponds to one embodiment of the position adjusting means in the present invention.
[0023]
The dry air of the positive pressure P1 is provided, for example, on the rotating shaft 6 and is sent by the compressor 80 through the first hole 82 penetrating through the base 17 and communicating with the ring-shaped tube 15.
The value of the positive pressure P1 is, for example, 9800 to 98000 ° Pa.
[0024]
The above-described holding head 500 has a structure in which the backing material 8 is held using the base 17 and the retainer ring 9. However, the shape and holding method of the backing material are not limited to those described above, and any shape may be used as long as a closed space is formed by the backing material and a desired pressure can be applied to the backing material.
For example, a member having elasticity may be attached to the retainer ring 9 and this member may be connected to the pressing plate 11 so that the backing material and the pressing plate 11 are simultaneously held.
[0025]
The holding head 500 is rotatable about the rotation shaft 6 via the rotation shaft 6 by the motor 60 serving as the rotation means of the present invention.
The rotating shaft 6 is held by a support arm 7, as illustrated in FIG. The center of rotation of the rotating shaft 6 coincides with the centers of the pressing plate 11 and the ring-shaped tube 15 of the holding head 5,500.
[0026]
The polishing platen 2 is provided with a circular polishing cloth holding surface having a diameter, for example, twice or more the diameter of the wafer S, for holding the polishing cloth 3, and is provided on a surface opposite to the polishing cloth holding surface. The motor 45 can rotate around the rotating shaft 4 via the connected rotating shaft 4.
[0027]
The polishing cloth 3 for polishing the wafer S is formed of, for example, a nonwoven fabric made of an elastic polyester resin, and as shown in FIG. , And are adhered and fixed by an adhesive means such as a double-sided adhesive tape.
[0028]
Next, an operation in the case where the wafer S is subjected to chemical mechanical polishing (CMP) using the polishing apparatus 1 having the above configuration will be described.
CMP is a polishing technique that uses a chemically active abrasive and combines the chemical action between the abrasive and the object to be polished and the mechanical grinding action of the abrasive particles in the abrasive. CMP is characterized in that the deteriorated layer formed on the surface to be polished is small, the polishing rate is high, and the surface of the semiconductor wafer can be flattened globally. CMP is an important technology in a semiconductor manufacturing process, for example, in a process of flattening an interlayer insulating film, forming a metal plug, and forming a buried metal wiring in a multilayer wiring forming process.
[0029]
For example, in the step of using CMP in a dual damascene method of forming a metal wiring by forming a metal wiring by simultaneously burying the wiring groove and the contact hole with a metal in the interlayer insulating film in addition to forming a wiring groove in addition to a wiring groove. The wafer S is configured as shown in the sectional view of FIG.
In FIG. 4A, for example, an interlayer insulating film 20 made of, for example, silicon oxide is formed on a semiconductor substrate 10 made of silicon or the like in which an impurity diffusion region (not shown) is appropriately formed.
In the interlayer insulating film 20, a predetermined pattern of the barrier film 25, which will be a contact and a metal wiring in the future, is formed in a groove shape.
For example, when the material forming the wiring is copper and the interlayer insulating film is formed of silicon oxide, the barrier film 25 has a large diffusion coefficient into silicon oxide and is easily oxidized. It is provided for.
[0030]
On the barrier film 25, for example, a copper film 30 formed by a method such as a plating method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, or a sputtering method is formed so as to fill the groove.
[0031]
The wafer S having the above configuration is held by a holding head 5 having a configuration like the holding head 500, for example. The holding head 5 holding the wafer S moves to a position facing the polishing platen 2 so that the surface to be polished Sa of the wafer S can come into contact with the polishing surface Sb of the polishing pad 3.
The holding head 5 is moved in the direction of arrow Z in FIG. 1 via the rotating shaft 6 and the support arm 7 to bring the polished surface Sa into contact with the polished surface Sb with a predetermined pressure.
In FIG. 1, the wafer Z is held with the surface to be polished Sa facing downward in the figure, and therefore, in FIG. 4, the arrow Z points upward in the figure.
[0032]
In the above contact state, the polishing platen 2 and the holding head 5 are respectively moved while the polishing agent (slurry) L is supplied from the polishing agent supply pipe 13 to the interface between the polishing surface Sb and the surface to be polished Sa of the polishing pad 3. For example, the same rotation speed 90 min in the directions of arrows Ra and Rb in FIG.-1Rotate with.
[0033]
As described above, as shown in FIG. 4B, the excess copper film 30 and the barrier film 25 on the interlayer insulating film 20 are chemically and mechanically polished, and the copper wiring 35 and the contact 40 are formed.
[0034]
When performing CMP of the wafer S using the holding head 500 having a structure as shown in FIG. 2 as the holding head 5, the wafer S is closed by forming the backing material 8 using the base 17 and the retainer ring 9. Due to the pressure of the dry air of the positive pressure P2 sent into the space CS, it is pressed against the polishing surface Sb in the direction of arrow Z.
[0035]
Since the backing material 8 is a soft thin film, even if the thickness of the wafer S is uneven or dust or the like adheres to the holding surface opposite to the surface to be polished Sa, the unevenness caused by the unevenness occurs. It can be absorbed.
With this structure, the pressure distribution on the surface to be polished Sa is made uniform.
[0036]
However, simply holding the backing material 8 and pressurizing it with dry air from the back surface makes it difficult to uniformly hold and press the wafer S because the backing material 8 is a soft thin film. It is difficult to make the pressure distribution over the entire surface Sa uniform.
[0037]
Therefore, in the holding head 500, the pressing plate 11 is arranged so as to face the wafer S via the backing material 8.
During polishing, the pressing plate 11 is pressed by the ring-shaped tube 15 from the pressed surface opposite to the pressing surface that presses the wafer S.
The ring-shaped tube 15 is expanded by being pressurized by the dry air of the positive pressure P <b> 1 sent through the first hole 82, and presses the pressing plate 11.
Therefore, the wafer S is subjected to pressure control of the surface to be polished Sa by the pressure of the dry air of the positive pressure P2 and the pressing force of the pressing plate 11 pressed with the dry air of the positive pressure P1.
[0038]
However, as shown in FIGS. 2 and 3, the pressing plate 11 has the ring-shaped convex portion 112 formed only on the outer peripheral portion of the circular pressing surface. Therefore, the force tends to concentrate on the outer periphery of the circular wafer S, and it is difficult to control the pressure distribution near the center of the wafer S.
[0039]
As an example, FIG. 5 is a graph showing the distribution of the film thickness (remaining film) F at the end of polishing when the wafer S having the structure shown in FIG. 4 is subjected to CMP using the holding head 500.
The vertical axis of the graph of FIG. 5 indicates the residual film (Å = 0.1 × 10-3μm), and the horizontal axis is the distance (mm) from the center of the wafer S.
The outer diameter of the wafer S and the pressing plate 11 was 200 mm, and the dimension C, which is the inner diameter of the ring-shaped protrusion 112 of the pressing plate 11, was 190 mm, that is, the width W of the ring-shaped protrusion 112 was 5 mm. The height E of the ring-shaped convex portion 112 is not so high as it does not affect the width W, and the elastic film 12 in the concave portion formed by the ring-shaped convex portion 112 has a backing during polishing. What is necessary is just to determine suitably so that it does not contact the material 8. Here, it was set to 0.1 mm as an example.
From FIG. 5, it can be seen that a portion of 10 to 20 mm from the outer periphery of the wafer S is easily polished, and overpolishing has occurred.
[0040]
Semiconductor wafers tend to be larger in recent years. When the wafer diameter was small, the polished surface of the wafer could be uniformly polished even by using the holding head 500 having the pressing plate 11 shown in FIG. However, as described above, when the wafer diameter increases to about 200 mm, the pressure plate 11 has a structure having the ring-shaped convex portion 112 only on the outer peripheral portion, and therefore, the pressure distribution on the surface to be polished can be made uniform. It becomes difficult.
[0041]
Second embodiment
A second embodiment of the present invention capable of equalizing the pressure distribution on the polished surface Sa even when the diameter of the wafer S is increased will be described below.
FIG. 6 is a sectional view of a holding head 50 which is a second embodiment of the holding head according to the present invention.
The holding head 50 has a pressing plate 110 shown in FIG. 7 instead of the pressing plate 11 of the holding head 500 illustrated in FIG.
FIG. 7A is a plan view of the pressing plate 110 viewed from the pressing surface side, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the pressing plate 110 taken along a cross section II.
[0042]
The pressing plate 110 has a ring-shaped convex portion 111 as a pressing projection inside the ring-shaped convex portion 112 in addition to the ring-shaped convex portion 112 on the outer peripheral portion.
The pressing protrusions for making the pressure distribution on the polished surface Sa of the wafer S uniform are ring-shaped as shown in FIG. 7 because the pressure distribution on the polished surface Sa is concentric about the rotation axis. It is preferable that it is a convex part.
Since the configuration and function of the holding head and the polishing apparatus other than the pressing plate 110 are the same as those of the holding head 500, detailed description will be omitted.
[0043]
The first ring-shaped protrusion 111 and the second ring-shaped protrusion 112 of the pressing plate 110 may be formed by cutting, or the ring-shaped protrusion may be welded, bonded, and screwed to a flat disk. It may be fixed by connecting means such as fastening. Here, in consideration of manufacturing convenience and the like, it is assumed to be formed by cutting.
The space between the ring-shaped convex portions 111 and 112 and the flat disk may be configured as a tapered surface or a curved surface. In addition, it is preferable that the corners of the convex portions be curved or chamfered from the viewpoint of protection of the wafer S and the like.
[0044]
Example
An example in which CMP is actually performed on the wafer S using the polishing apparatus according to the present invention using the pressing plate 110 shown in FIG. 7 will be described.
The outer diameter of the circular wafer S and the pressing plate 110 is 200 mm, and in the pressing plate 110, the dimension A, which is the outer diameter of the first ring-shaped protrusion, is 85% of the outer diameter of the wafer S and the pressing plate 110. The dimension B, which is 170 mm, which is the inner diameter of the first ring-shaped projection, is 85%, which is 50% of the dimension A.
Regarding the second ring-shaped convex portion 112, the dimension C was 190 mm, which is 95% of the outer diameter of the wafer S, and the dimension E was 0.1 mm, as in the case of the experiment shown in FIG. The dimension D, which is the difference between the heights of the first and second ring-shaped protrusions 111 and 112, is 0.05 mm from the height of the first ring-shaped protrusion 111.
[0045]
In such a case, the portion having a radius of 85 to 95 mm of the wafer S is not directly polished by the pressing plate 110, so that it is difficult to be polished.
Conversely, at a portion outside the radius of 95 mm and a portion with a radius of 42.5 to 85 mm, the holding surface of the wafer S is directly pressed, so that it is easily polished.
Thereby, the pressure distribution on the surface to be polished Sa can be controlled.
However, the polishing of the wafer S does not necessarily proceed only in the portion pressed by the ring-shaped convex portion of the pressing plate 110, and the polishing of the non-pressed portion does not necessarily proceed. Changes the polishing rate.
[0046]
FIG. 8 shows a graph of the polishing result.
The vertical axis of the graph of FIG. 8 indicates the residual film (Å = 0.1 × 10-3μm), and the horizontal axis is the distance (mm) from the center of the wafer S.
Comparing with the result shown in FIG. 5 when the first ring-shaped convex portion 111 does not exist, it can be seen that the polishing rate near the center of the wafer S is controlled. In particular, it can be seen that the polishing rate is reduced in a portion from the outer peripheral portion of the wafer S to the inside of 20 mm, and that the polishing over the entire surface S to be polished of the wafer S is made uniform.
[0047]
Regarding the shapes of the first and second ring-shaped convex portions 111 and 112, if the widths of the respective rings are too narrow, stress concentration tends to occur, which is not preferable in making the pressure distribution of the polished surface Sa uniform.
Conversely, if the widths are too large, the area for transmitting the force to the wafer S becomes too large, and it becomes difficult to control the pressure distribution on the polished surface Sa.
In view of the above reasons and the results of the above embodiment, the shapes of the first and second ring-shaped convex portions 111 and 112 are defined as follows.
[0048]
The dimension A of the first ring-shaped projection 111 is set to 60 to 85% of the diameter of the circular wafer S so that the pressure distribution on the surface to be polished Sa can be controlled. Preferably, it is set to 70 to 80% so that the area for transmitting the force to the surface to be polished Sa does not become too large. More preferably, it is set to 72.5% to 77.5% at which good results are obtained experimentally.
For the dimension B, the first ring-shaped convex portion 111 is formed by taking a value up to 95% of the dimension A. Preferably, it is set to 50 to 90% so that the area for transmitting the force to the surface to be polished Sa does not become too large. More preferably, it is 75-85% so that stress concentration on the surface to be polished Sa does not occur.
[0049]
The shape of the second ring-shaped convex portion 112 is such that the dimension C is smaller than the outer diameter of the circular wafer S and is 95% or more so that the polishing amount at the outer peripheral portion of the wafer S is ensured. And Preferably, the diameter is less than the outer diameter of the wafer S and 97.5% or more so that the pressure distribution in the outer peripheral portion of the wafer S can be easily controlled. More preferably, it is smaller than the outer diameter and 98.5 or more so that the outer peripheral portion of the wafer S is not excessively polished.
[0050]
The dimension D, which is the difference between the heights of the first ring-shaped projection 111 and the second ring-shaped projection 112, is not far from the size of the dimension E, which is the height of the second ring-shaped projection 112. To within ± 0.2 mm. Preferably, it is within ± 0.1 mm for easy control of the pressure distribution on the surface to be polished of the wafer S. More preferably, the distance is within ± 0.05 mm so that the pressing force by the first and second ring-shaped convex portions 111 and 112 is transmitted uniformly.
[0051]
Regarding the size of the dimension E, which is the height of the second ring-shaped convex portion 112, the influence of physical characteristics such as thickness and hardness of the elastic film adhered to the convex portion and various conditions such as temperature. receive. Generally, as described above, the elastic film 12 is in contact with the backing material 8 at the second ring-shaped protrusion 112 and the first ring-shaped protrusion 111, and the first and second ring-shaped protrusions 111 are formed. , 112 so as not to contact the backing material 8 during polishing. However, it is not always good that they are not in contact with each other, and the optimum condition changes according to the pressure distribution of the surface to be polished Sa, which depends on various parameters such as the composition of the slurry used for polishing and the operating condition of the polishing apparatus. Therefore, although the dimension E is not particularly defined here, a value of about 0.1 mm is used as an example.
[0052]
According to the polishing apparatus using such a holding head 50, the vicinity of the central portion of the wafer S is appropriately adjusted independently of the pressure applied to the wafer S via the backing material 8 by the dry air of the positive pressure P2. Force can be applied.
Therefore, the pressure distribution near the center of the wafer S can be controlled, and the pressure distribution on the polished surface Sa can be made uniform.
[0053]
Third embodiment
The second ring-shaped convex portion 112 is not always necessary depending on polishing conditions. The second ring-shaped convex portion 112 is required when it is desired to secure the polishing amount in the outer peripheral portion of the wafer S, particularly, in a portion from the outer periphery to the vicinity of 5 mm inside.
Since the polishing quality in the above-mentioned region affects the yield of the wafer, it is desired that the polishing amount in this portion be matched with the polishing amount in the central portion of the wafer as much as possible to make the remaining film amount uniform. Further, when an unnecessary film remains on the outer peripheral portion, the film may be peeled off and become a foreign substance, and may remain on the wafer to deteriorate the yield.
Such a situation changes depending on the composition of the slurry and the wafer, the operating condition of the polishing apparatus, and the like, for example, even if a wafer having the same diameter is polished, an unnecessary film remains or does not remain on the outer peripheral portion. .
Therefore, the second ring-shaped convex portion 112 is necessary in a situation where an unnecessary residual film is present on the outer peripheral portion when the polishing is actually performed, but in other cases, the pressing plate without the ring-shaped convex portion 112 is required. May be used.
[0054]
FIG. 9 shows a pressing plate 120 used in the third embodiment of the present invention, which does not have the second ring-shaped protrusion 112 and has only the first ring-shaped protrusion 111.
FIG. 9A is a plan view of the pressing plate 120 as viewed from the pressing surface side, and FIG. 9B is a cross-sectional view of the pressing plate 120 taken along a section II-II.
The dimensions A and B and the height of the first ring-shaped protrusion 111 are defined according to the case of the pressing plate 110.
[0055]
In the present invention, even when the diameter of the wafer S is further increased, another ring-shaped protrusion is provided between the first ring-shaped protrusion 111 and the second ring-shaped protrusion 112. It is possible to provide a part.
Thereby, even when the diameter of the wafer S is increased, the pressure distribution over the entire surface to be polished Sa can be made uniform.
[0056]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment.
For example, the position adjusting means is a ring-shaped tube 15 which expands with dry air in the above embodiment, but a mechanical actuator which operates using pressure can be used.
Also, the dimensions of the pressing plate may be appropriately defined according to the dimensions of the wafer to be polished.
Further, the present invention is applicable to various polishing processes such as polishing of a glass plate or a resin as well as removal of plating as well as a semiconductor wafer.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, during polishing, the pressure distribution on the surface to be polished of the object to be polished can be made uniform. Therefore, it is possible to provide a polishing apparatus capable of uniformly polishing the surface to be polished on the entire surface.
Further, according to the present invention, it is possible to provide a polishing method capable of uniformly polishing the surface to be polished of the object to be polished over the entire surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an embodiment of a polishing apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a holding head of the polishing apparatus shown in FIG. 1 according to the first embodiment;
3 (a) is a front view showing one embodiment of a pressing plate of the holding head shown in FIG. 2 from a pressing surface thereof, and FIG. 3 (b) is a diagram showing a state in FIG. 3 (a). It is sectional drawing seen from section III-III.
FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining an example of CMP of a semiconductor wafer. FIG. 4 (a) shows a state before CMP, and FIG. 4 (b) shows a state after CMP. .
FIG. 5 is a graph showing a distribution of a residual film of the semiconductor wafer when the semiconductor wafer is flattened and polished using the pressing plate of FIG. 3;
FIG. 6 is a sectional view showing a holding head of the polishing apparatus shown in FIG. 1 according to a second embodiment.
7A is a front view showing one embodiment of a pressing plate of the holding head shown in FIG. 6 from the pressing surface, and FIG. 7B is a front view of FIG. 7A. It is sectional drawing seen from section II.
8 is a graph showing a distribution of a residual film of the semiconductor wafer when the semiconductor wafer is flattened and polished using the pressing plate of FIG. 7;
9A is a front view showing a pressing plate used in the polishing apparatus shown in FIG. 1 according to a third embodiment of the present invention, viewed from the pressing surface; FIG. 9B is a front view of FIG. FIG. 2A is a cross-sectional view as viewed from a cross section II-II.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Polishing apparatus, 2 ... Polishing table, 3 ... Polishing cloth, 4, 6 ... Rotating shaft, 5, 50, 500 ... Holding head, 7 ... Support arm, 8 ... Backing material, 9 ... Retainer ring, 10 ... Semiconductor Substrate, 11, 110, 120: Press plate, 12: Elastic film, 13: Abrasive supply tube, 14, 81, 82: Hole, 15: Ring-shaped tube, 17: Base, 20: Interlayer insulating film, 25: Barrier Film, 30: Copper film, 35: Copper wiring, 40: Contact, 45, 60: Motor, 80: Compressor, 111: First ring-shaped protrusion, 112: Second ring-shaped protrusion, S: Semiconductor wafer , Sa: polished surface, Sb: polished surface, L: abrasive (slurry), CS: closed space

Claims (7)

研磨定盤上に配置された研磨手段の上に載置された被研磨対象物を保持し、前記研磨手段側に押圧する保持・押圧手段と、
前記保持・押圧手段を回転させて、前記被研磨対象物を前記研磨手段と回転接触させる回動手段と、
圧力媒体供給手段と
を具備し、
前記保持・押圧手段は、
前記被研磨対象物より大きな内径を有し、圧力媒体を通過させる第1の穴および第2の穴が形成されている容器と、
前記容器の前記被研磨対象物が位置する開放部分を封止し、前記被研磨対象物を吸着可能な、伸縮自在の膜と、
前記膜の内側の前記容器内に遊嵌状態で配置され、第3の穴が形成されている板状押圧手段と、
前記板状押圧手段と、前記容器のうちの前記板状押圧手段と対向する位置の部分との間に位置し、前記容器に形成された第1の穴から供給された前記圧力媒体供給手段からの圧力媒体によって膨張して前記板状押圧手段を前記被研磨対象物に平行に位置させ、前記板状押圧手段を押圧する位置調整手段と、
前記膜を介して前記被研磨対象物を弾性的に押圧する、前記板状押圧手段の前記被研磨対象物側に設けられた弾性膜と、
を有し、
前記圧力媒体供給手段から供給され、前記容器に形成された第2の穴から前記容器内に供給された圧力媒体が前記板状押圧手段に形成された第3の穴を介して前記膜を伸長させ、
前記板状押圧手段の前記弾性膜が設けられた面に、前記被研磨対象物の被研磨面全面への押圧を均一化する円環状押圧突起が備えられている
研磨装置。
Holding and pressing means for holding an object to be polished placed on the polishing means arranged on the polishing platen, and pressing against the polishing means side,
By rotating the holding / pressing means, a rotating means for bringing the object to be polished into rotational contact with the polishing means,
Pressure medium supply means,
The holding and pressing means,
A container having an inner diameter larger than the object to be polished and having a first hole and a second hole through which a pressure medium is passed;
Sealing an open portion of the container where the object to be polished is located, capable of adsorbing the object to be polished, a stretchable film,
A plate-shaped pressing means disposed in the container inside the membrane in a loose fit state and having a third hole formed therein;
The pressure-medium supply means, which is located between the plate-shaped pressing means and a portion of the container facing the plate-shaped pressing means, and is supplied from a first hole formed in the container. Position adjusting means which is expanded by the pressure medium to position the plate-shaped pressing means in parallel with the object to be polished, and presses the plate-shaped pressing means,
Elastically pressing the object to be polished through the film, an elastic film provided on the object to be polished side of the plate-shaped pressing means,
Has,
A pressure medium supplied from the pressure medium supply means and supplied into the container from a second hole formed in the container extends the film through a third hole formed in the plate-shaped pressing means. Let
A polishing apparatus, comprising: an annular pressing protrusion for uniformizing pressing of the object to be polished over the entire surface to be polished on a surface of the plate-shaped pressing means on which the elastic film is provided.
前記円環状押圧突起を1つ有し、該第1の円環状押圧突起の外径が円板状の前記被研磨対象物の外径の72.5%〜77.5%、かつ、前記第1の円環状押圧突起の内径が該第1の円環状押圧突起の外径の75〜85%である
請求項1に記載の研磨装置。
An outer diameter of the first annular pressing projection is 72.5% to 77.5% of an outer diameter of the disk-shaped object to be polished; The polishing apparatus according to claim 1, wherein the inner diameter of the first annular pressing projection is 75 to 85% of the outer diameter of the first annular pressing projection.
前記板状押圧手段の外周部に第2の円環状押圧突起をさらに有し、該第2の円環状押圧突起の内径が、前記円板状の被研磨対象物の外径の98.5%以上、100%未満である
請求項2に記載の研磨装置。
A second annular pressing protrusion is further provided on an outer peripheral portion of the plate-like pressing means, and an inner diameter of the second annular pressing protrusion is 98.5% of an outer diameter of the disk-shaped object to be polished. The polishing apparatus according to claim 2, which is at least less than 100%.
前記第1の円環状押圧突起と前記第2の円環状押圧突起の突起の高さが異なっている
請求項3に記載の研磨装置。
4. The polishing apparatus according to claim 3, wherein heights of the first annular pressing protrusion and the second annular pressing protrusion are different. 5.
前記第1および第2の円環状押圧突起の間にさらに少なくとも1つの第3の円環状押圧突起を有する
請求項4に記載の研磨装置。
The polishing apparatus according to claim 4, further comprising at least one third annular pressing projection between the first and second annular pressing projections.
前記位置調整手段は、前記回動手段、前記保持・押圧手段および前記板状押圧手段の回転の中心と同心の、弾性を有する円環状チューブである
請求項1に記載の研磨装置。
The polishing apparatus according to claim 1, wherein the position adjusting unit is an elastic annular tube concentric with the center of rotation of the rotating unit, the holding / pressing unit, and the plate-shaped pressing unit.
伸縮自在の膜の内部に板状押圧手段が配置されている保持・押圧手段を準備し、
前記保持・押圧手段により被研磨対象物を保持して研磨手段の上に載置し、
第1の圧力により前記膜を伸長させて前記被研磨対象物を前記研磨手段に接触させ、前記板状押圧手段により前記被研磨対象物を部分的に押圧し、
前記被研磨対象物の被研磨面全面への押圧が均一化するように、第2の圧力により前記板状押圧手段の前記被研磨対象物側に設けられた円環状押圧突起をさらに押圧し、
前記保持・押圧手段および前記研磨手段を相対的に回転させて前記被研磨対象物の被研磨面を研磨する
研磨方法。
Preparing holding and pressing means in which a plate-shaped pressing means is arranged inside a stretchable film,
The object to be polished is held by the holding / pressing means and placed on the polishing means,
Extending the film by the first pressure to bring the object to be polished into contact with the polishing means, partially pressing the object to be polished by the plate-shaped pressing means,
The second pressure further presses the annular pressing protrusion provided on the object to be polished of the plate-like pressing means so that the pressure of the object to be polished to the entire surface to be polished is uniform,
A polishing method for polishing the surface to be polished of the object to be polished by relatively rotating the holding / pressing means and the polishing means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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