JP2008307674A - 分割加圧型リテーナリング - Google Patents

Abstract

【課題】研磨パッドのリバウンド部によるウェーハの外周縁部の過剰研磨を防止すると共に、研磨後のウェーハの品質性能のばらつきを抑制する。
【解決手段】ウェーハＷを研磨パッド１６に押し付けて研磨する研磨ヘッド１１の分割加圧型リテーナリング１９であって、リテーナリング１９を径寸法の異なる複数のリング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃに分割する。各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは互いに独立に上下移動可能に設けられ、各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの加圧値はエアー加圧機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃにより各別に設定制御される。各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの加圧値を独立に制御することで、研磨パッド１６のリバウンド部３０の高さ、位置等が最適に制御される。
【選択図】図３

Description

本発明は分割加圧型リテーナリングに関するものであり、特に、ウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰの研磨ヘッドに配設された分割加圧型リテーナリングに関するものである。

従来、此種ＣＭＰ装置は、エアー圧によりウェーハを保持するためのキャリアと、該キャリアの外周側に設けられた円環状のリテーナリング等から成る回転駆動可能な研磨ヘッドを備えている。そして、ＣＭＰ加工時には、該研磨ヘッドに保持されたウェーハを、回転するプラテン上の研磨パッドに押し付けるとともに、該研磨パッド上面に研磨剤を供給してウェーハを研磨している。

前記ウェーハはリテーナリングによって包囲されて、該リテーナリングと共に研磨パッド上面に押し付けて研磨される。研磨時、研磨パッド表面はリテーナリングによって押し付けられることにより、上方が膨出するように変形する現象、所謂波打ち現象が生じる。而して、該波打ち現象に起因してウェーハの外周縁部と対応する研磨パッドには、断面略台形状に盛り上がる部分（以下「リバウンド部」という。）が発生する。

即ち、図７に示すように、研磨パッド１上面はリテーナリング２によりやや凹むように押圧されることにより、研磨パッド１上面におけるウェーハＷの外周縁部と対応する箇所にはリバウンド部３が発生する。尚、図中の符号４は、エアー圧により弾性シート５を介してウェーハＷを研磨パッド１に押し付けるためのキャリアである。

前記研磨パッド１表面のリバウンド部３の高さ（リバウンド量）が高くなると、それに応じてウェーハＷに対する研磨圧力も大きくなるため、ウェーハＷの研磨速度（研磨レート）が増大し、ウェーハＷの研磨面に対して過剰研磨の発生等の悪影響を与える。

前記過剰研磨の発生等を無くすためには、研磨パッド１のリバウンド量をコントロールする必要がある。従来技術では、例えば、研磨パッド１に対するリテーナリング２の押圧力を調整・設定することにより、研磨パッド１のリバウンド量を変化させてコントロールしている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−１２４１６９号公報

上記従来技術のように、研磨パッド１に対するリテーナリング２の押圧力を調整した場合、研磨パッド１のリバウンド部３の高さはある程度コントロールすることができる。しかし、リバウンド部３の位置や形状はコントロールできないので、図７に示すように、リバウンド部３の位置はウェーハＷ外周縁部の下側に固定的に形成される。従って、リバウンド部３によりウェーハＷを押し上げる力が作用する。その結果、リバウンド部３の押上げ力によりウェーハＷの研磨速度等が影響を受ける。従って、図８に示すように、リバウンド部３と対応するウェーハＷ下面の外周縁部が過剰研磨されて、リング状の研磨不良領域（過研磨領域）Ｅが発生し、その分だけウェーハＷの有効面積が減少する。

特に、研磨パッド１のリバウンド部３の高さ、位置及び／又は形状は、研磨パッドの種類、例えば、研磨パッドの構造、硬度又はグルーブ等により変化するが、従来技術ではリバウンド部３の高さ、位置及び／又は形状を自由にコントロールすることはできない。従って、研磨パッド１の種類が変化した場合、リバウンド部３の高さ、位置及び／又は形状に応じてウェーハＷの研磨速度が変化して、研磨後の複数のウェーハ間に品質性能のばらつきが生じるという問題があった。

そこで、研磨パッドのリバウンド部によるウェーハ外周縁部の過剰研磨を防止すると共に、ウェーハの品質性能のばらつきを抑制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。

本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、ウェーハを保持して研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰの研磨ヘッドに配設されている分割加圧型リテーナリングであって、該リテーナリングは異なる径寸法を有する複数の円環形に分割され、各リング分割体はそれぞれ上下動可能に設けられていると共に、各リング分割体を前記研磨パッド上面に押し付けるための加圧機構を有し、各リング分割体の前記研磨パッドに対する押圧力を相互独立に調整・設定できるように構成して成る分割加圧型リテーナリングを提供する。

この構成によれば、ウェーハを研磨パッド上面に押し付けて研磨する際、各リング分割体の研磨パッドに対する押圧力は加圧機構により任意に調整・設定される。従って、各リング分割体の押圧力を相互独立に調整・設定することにより、各リング分割体から受ける押圧力の分布状態を変更でき、それに応じて研磨パッド上面に形成されるリバウンド部の寸法及び位置が変化する。

更に、研磨パッドの種類を変更した場合は、リテーナリングの各リング分割体の加圧値を設定変更することにより、該研磨パッドに対する各リング分割体の加圧値は研磨パッドの種類に応じて調整・設定される。従って、研磨パッドの種類に対応したリバウンド部の高さ、位置及び／又は形状が容易に得られる。

請求項２記載の発明は、上記複数のリング分割体のうち最も内周側に配置されたリング分割体の加圧値は、その外周側に配置されたリング分割体の加圧値よりも小さく設定されている請求項１記載の分割加圧型リテーナリングを提供する。

この構成によれば、研磨中、複数のリング分割体のうち最も内周側のリング分割体の下面は、その外周側のリング分割体の下面よりも上方に位置し、該外周側のリング分割体の下面が研磨パッド上面を押し付ける。この場合、最も内周側のリング分割体の下面と研磨パッド上面との間に隙間が形成されるので、研磨パッドのリバウンド部は前記隙間位置に移動する。

請求項３記載の発明は、上記リング分割体の個数が３以上であって、そのうち一番目と二番目の内周側に配置された２つのリング分割体の加圧値は、その外周側に配置されたリング分割体の加圧値よりも小さく設定されている請求項１又は２記載の分割加圧型リテーナリングを提供する。

この構成によれば、研磨中、複数のリング分割体のうち内周側の２つのリング分割体の下面は、その外周側のリング分割体の下面よりも上方に位置し、該外周側のリング分割体の下面が研磨パッド上面を押し付ける。この場合、内周側の２つのリング分割体の下面と研磨パッド上面との間に隙間が形成されるので、研磨パッドのリバウンド部は該隙間位置に移動する。従って、リバウンド部はウェーハの外周端面から離間して位置するので、リバウンド部のウェーハの研磨速度等に対する影響が完全に消失（キャンセル）される。

請求項４記載の発明は、上記複数の各リング分割体の径方向における幅寸法は、研磨条件等に応じて相互に異なるように設定されている請求項１，２又は３記載の分割加圧型リテーナリングを提供する。

この構成によれば、複数の各リング分割体の径方向における幅寸法は、研磨条件等を考慮して相互に異なるように設定されるので、各リング分割体と対応する径方向の位置によって、各リング分割体による研磨パッドに対する押圧力及び押圧面積が異なる。従って、各リング分割体から受ける押圧力の分布状態をより細かく変更できるので、研磨パッドに生じるリバウンド部の大きさ、位置等が一層精密にコントロールされる。

請求項１記載の発明は、各リング分割体の研磨パッドに対する押圧力を変更することにより、研磨パッドのリバウンド部の高さ、位置等をコントロールできるので、リバウンド部に起因するウェーハの外周縁部に対する研磨速度等の影響を軽減又は緩和させることができる。従って、ウェーハの外周縁部における過剰研磨を防止でき、その分だけウェーハの有効面積を従来に比べて増大させることができる。

又、研磨パッドの種類が変更された場合でも、これに対応したリバウンド部の高さ、位置等が得られるので、ウェーハの品質の低下若しくは品質のばらつきを確実に抑制することができる。

請求項２記載の発明は、研磨パッドのリバウンド部は、最も内周側のリング分割体の下側に移動することにより、該リバウンド部によるウェーハの研磨速度等に対する影響をより確実に軽減又は緩和できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、リテーナリングによるウェーハ保持機能を低下させることなく、ウェーハ外周縁部における過剰研磨の発生を防止することができる。

請求項３記載の発明は、リバウンド部によるウェーハの研磨速度等に対する影響を完全に無くすことができるので、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、軟質の研磨パッドを使用して研磨する場合でも、ウェーハの外周縁部における過剰研磨の発生を一層確実に防止することができる。

請求項４記載の発明は、研磨パッドに生じるリバウンド部の大きさ、位置及び／又は形状を一層精密にコントロールできるので、請求項１，２又は３記載の発明の効果に加えて、研磨条件等が変更された場合でも、これに応じてウェーハの外周縁部における過剰研磨の発生をより確実に防止することができる。

本発明は研磨パッドのリバウンド部に起因するウェーハの外周縁部の過剰研磨を防止すると共に、ウェーハ同士間の品質性能のばらつきを抑制する研磨パッドのリバウンドによるウェーハの外周部の過剰研磨による研磨不良領域の発生を抑制又は防止するという目的を達成するため、ウェーハを保持して研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰの研磨ヘッドに配設されている分割加圧型リテーナリングであって、該リテーナリングは異なる径寸法を有する複数の円環形に分割され、各リング分割体はそれぞれ上下動可能に設けられていると共に、各リング分割体を前記研磨パッド上面に押し付けるための加圧機構を有し、各リング分割体の前記研磨パッドに対する押圧力を相互独立に調整・設定できるように構成することによって実現した。

以下、本発明の好適な一実施例を図１乃至図６に従って説明する。尚、本実施例は、ＣＭＰ装置用の研磨ヘッドの下面部外周に設けたリテーナリングを、同心円において径寸法の異なる３個の円環形に分割して形成したものであるが、リテーナリングの分割個数は、設計事項に応じて２個又は４個以上でも良い。

図１はＣＭＰ装置１の概略を示す斜視図である。同図において、ＣＭＰ装置１１は、主に円盤状のプラテン１２と研磨ヘッド１３とから構成されている。プラテン１２の下面中央には回転軸１４が連結され、回転軸１４はモータ１５の駆動によって矢印Ａ方向へ回転する。又、前記プラテン１２の上面には研磨パッド１６が貼着され、該研磨パッド１６上に図示しないノズルから研磨剤が供給される。

前記研磨ヘッド１３の下面部は、図３に示すように、主としてウェーハＷを保持するためのキャリア１７と、該キャリア１７の下側に設けられた弾性シート１８と、キャリア１７の下部外周部に設けられた円環状のリテーナリング１９等により構成されている。該研磨ヘッド１３は、図示しないモータにより回転軸１４を駆動することによって図１の矢印Ｂ方向に回転する。

前記キャリア１７の下面には、弾性シート１８上面にエアー及び必要により純水（ＤＩＷ）を加圧噴射するためのエアー吹出し口及び／又は孔が形成されている。

キャリア１７の下側には、軟質材料から成る円形状の弾性シート１８が配設されている。該弾性シート１８はリテーナリング１９の内側に張設される。該弾性シート１８には複数の孔（図示せず）が開穿され、該孔はウェーハＷ搬送時にはウェーハ吸着用孔として機能し、又、研磨時にはエアー圧供給用孔として機能する。

リテーナリング１９はキャリア１７の外周に配置され、リテーナリングホルダ（図示せず）に取り付けられている。又、リテーナリング１９の下面には、図示しない複数の研磨剤流路（溝部）が形成されている。

次に、本発明の特徴部分であるリテーナリング１９の分割構成について詳述する。リテーナリング１９は径寸法の異なる３個の円環形に分割され、３個のリング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃは同心円状に配置されている。図示例では、各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの径方向の幅寸法は相互に同一に設定されているが、研磨条件等に応じて相互に非同一に設定することもできる。

そして、個々のリング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃはそれぞれ上下動可能に設けられている。又、リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの上部にはそれぞれ、図２に示すエアー加圧機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが連結され、エアー加圧機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃにより、各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを研磨パッド１６上面に相互独立に押圧できるように構成されている。

各エアー加圧機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃはそれぞれ、エアー通路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを介してエアーポンプ（エアー源）２３に接続されている。前記エアー通路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃの途中にはそれぞれ、開閉弁２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ、圧力調整器２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ及び流量調整器２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが設置されている。

これら開閉弁２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ、圧力調整器２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ及び流量調整器２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃにはコントローラ２７が電気的に接続され、該コントローラ２７により、各エアー加圧機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに対するエアー供給時期、エアー圧力及びエアー供給量が相互独立に調整制御されるように構成されている。

上記ＣＭＰ装置１１によりウェーハＷを研磨する際は、まず、研磨ヘッド１３を所定箇所に待機中の未研磨のウェーハＷ上に移動させる。次に、バキュームライン（図示せず）によりキャリア１７と弾性シート１８間のエアー室２８を真空にしてウェーハＷを吸着保持した後、研磨ヘッド１３を研磨パッド１６の真上に移動させて、該研磨パッド１６上面にウェーハＷ及びリテーナリング１９を載置する。

然る後、前記エアー室２８及びエアー加圧機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ等に設定圧のエアーを供給することにより、ウェーハＷ及びリテーナリング１９を研磨パッド１６上面に押し付ける。この状態でプラテン１２を図１の矢印Ａ方向に回転させるとともに、研磨ヘッド１３を図１の矢印Ｂ方向に回転させながら、研磨パッド１６上面に研磨剤を供給してウェーハＷ表面を研磨する。

この研磨時において、エアー加圧機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの加圧値を全て同等に設定した場合は、図３に示すように、３個のリング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの下面が研磨パッド１６上面に全て押圧接触する。この場合は、ウェーハＷの外周縁部下面と対応する研磨パッド１６の箇所に断面略台形状のリバウンド部３０が発生する。

ここで、エアー加圧機構２１Ａの設定圧をエアー加圧機構２１Ｂ，２１Ｃの設定圧よりも小さくすると、図４に示すように、最内周側のリング分割体１９Ａの下面は、研磨パッド１６上面から上方に移動して離間する。その結果、リバウンド部３０はウェーハＷの外側に移動して、リバウンド部３０の傾斜面のみがウェーハＷエッジ部の傾斜下面に当接する。

この状態では、リバウンド部３０はウェーハＷの外周縁部下面からエッジ部傾斜下面に移動しているので、リバウンド部３０によるウェーハＷに対する研磨速度等の影響が軽減又は緩和される。従って、リテーナリング１９によりウェーハＷを確実に保持しつつ、該ウェーハＷの外周縁部における過研磨の発生が防止される。

図４の状態において、更に、エアー加圧機構２１Ｂの設定圧をエアー加圧機構２１Ｃの設定圧よりも小さくすると、図５に示すように、最も内周側のリング分割体１９Ａに加えて、二番目の内周側のリング分割体１９Ｂの下面も研磨パッド１６上面から上方に移動して離間する。

その結果、最外周側のリング分割体１９Ｃの下面のみにより研磨パッド１６上面が押し付けられる。この場合、リバウンド部３０はウェーハＷの外方へ移動変位して、リング分割体１９Ｂの真下に位置する。

従って、リバウンド部３０はウェーハＷのエッジ部からその外側に更に移動離間して位置するので、リバウンド部３０によるウェーハＷに対する研磨速度等の影響が完全にキャンセルされる。従って、ウェーハＷの外周縁部における過研磨の発生を一層確実に防止することができる。

以上の如く本実施例によれば、リテーナリング１９と共にウェーハＷを研磨パッド１８上面に押し付けて研磨する際は、研磨パッド１６に対する各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの押圧力は、加圧機構２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃにより各別に調整・変更される。従って、各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの押圧力の設定値に応じて、研磨パッド１６のリバウンド部３０の高さ、位置及び／又は形状を最適状態にコントロールすることができる。

斯くして、リバウンド部３０によるウェーハＷに対する研磨速度等の影響が軽減・緩和又は消失されるので、ウェーハＷ外周縁部の過剰研磨を防止できる。従って、図６に示すように、従来発生していた過剰研磨によるリング状の研磨不良領域Ｅの発生を確実に抑制でき、その分だけウェーハＷの有効面積が増大する。

更に、研磨パッド１６の種類、例えば、研磨パッド１６の構造、硬度又はグルーブ等が変化した場合は、それに応じて各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの加圧値を適宜変更することにより、リバウンド部３０の高さ、位置等を最適状態にコントロールできる。従って、研磨パッド１６の種類が変化した場合でも、研磨後のウェーハＷに品質性能のばらつきが生ずることを未然に抑制できる。

又、各リング分割体１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃの径方向の幅寸法は、研磨条件等に応じて異ならせることができ、この場合、リテーナリング１９の径方向の位置によって研磨パッド１６に対する押圧力のみならず押圧面積も互いに異なる。従って、研磨パッド１６に生じるリバウンド部３０の高さ、位置等が一層精密にコントロールされるので、ウェーハＷの外周縁部の過剰研磨がより確実に抑制される。

本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り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。

本発明の一実施例を示し、ＣＭＰ装置の斜視図。 一実施例に係る分割加圧型リテーナリングのエアー加圧機構のエアー回路図。 一実施例に係る分割加圧型リテーナリングを有する研磨ヘッドによる研磨状態の一例を説明する断面図。 一実施例に係る分割加圧型リテーナリングを有する研磨ヘッドによる研磨状態の他の一例を説明する断面図。 一実施例に係る分割加圧型リテーナリングを有する研磨ヘッドによる研磨状態の更に他の一例を説明する断面図。 一実施例に係るウェーハの研磨面を示す平面図。 従来の研磨ヘッドによる研磨状態の一例を説明する断面図。 従来技術によるウェーハの研磨面を示す平面図。

符号の説明

１１ ＣＭＰ装置
１３ 研磨ヘッド（ウェーハ保持ヘッド）
１６ 研磨パッド
１９ リテーナリング
１９Ａ〜１９Ｃ リング分割体
２１Ａ〜２１Ｃ エアー加圧機構
３０ リバウンド部（盛り上がり部）

Claims (4)

1. ウェーハを保持して研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰの研磨ヘッドに配設されている分割加圧型リテーナリングであって、該リテーナリングは異なる径寸法を有する複数の円環形に分割され、各リング分割体はそれぞれ上下動可能に設けられていると共に、各リング分割体を前記研磨パッド上面に押し付けるための加圧機構を有し、各リング分割体の前記研磨パッドに対する押圧力を相互独立に調整・設定できるように構成したことを特徴とする分割加圧型リテーナリング。
2. 上記複数のリング分割体のうち最も内周側に配置されたリング分割体の加圧値は、その外周側に配置されたリング分割体の加圧値よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載の分割加圧型リテーナリング。
3. 上記リング分割体の個数が３以上であって、そのうち一番目と二番目の内周側に配置された２つのリング分割体の加圧値は、その外周側に配置されたリング分割体の加圧値よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の分割加圧型リテーナリング。
4. 上記複数の各リング分割体の径方向における幅寸法は、研磨条件等に応じて相互に異なるように設定されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の分割加圧型リテーナリング。
   
   
   

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