(57)【要約】  【課題】研磨中にウェーハ裏面が乾燥することによって発生するウェーハ裏面の凝集異物を無くして生産性の向上及び品位向上を図る。  【解決手段】ウェーハＷを研磨する研磨ヘッドに配置されたバックプレート８に複数のエアー噴出孔１９を設け、複数のエアー噴出孔１９からエアーを噴出してバックプレート８とウェーハ裏面との間に圧力エアー層を形成し、バツクプレート８に伝達された押圧手段１６からの押圧力をウェーハＷに圧力エアー層を介して伝達することにより、ウェーハ表面を研磨パッド６に押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、エアー噴出孔１９から噴出するエアーに純水を所定の割合含有させ、かつ、純水を含むエアーの一部をウェーハ裏面に直接触れさせて該ウェーハ裏面の乾燥を防止しながら研磨を行うようにした。【選択図】図２
2010042459.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨ヘッドに配置されたバックプレートに複数のエアー噴出孔を設け、該複数のエアー噴出孔からエアーを噴出してバックプレートとウェーハ裏面との間に圧力エアー層を形成し、前記バックプレートに伝達された押圧手段からの押圧力をウェーハに前記圧力エアー層を介して伝達することにより、ウェーハ表面を研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、
前記エアー噴出孔から噴出するエアーに純水を所定の割合含有させ、かつ、該純水を含むエアーの一部をウェーハ裏面に直接触れさせて該ウェーハ裏面の乾燥を防止しながら研磨を行うことを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項２】
上記エアーと上記純水との割合は、エアー５０に対して純水０．０１〜０．０５であることを特徴とする請求項１記載のウェーハ研磨装置。
【請求項３】
上記圧力エアー層は、上記バックプレートと上記ウェーハ裏面との間に配設された弾性シート間に形成され、上記押圧手段からの押圧力をウェーハに前記圧力エアー層と前記弾性シートを介して伝達するとともに、前記弾性シートのウェーハ対向面に前記エアーをウェーハ裏面側に流すエアー漏出孔を設けていることを特徴とする請求項１または２記載のウェーハ研磨装置。
【請求項４】
上記エアー噴出孔に、上記エアーと上記純水を共に霧状にして噴霧するノズルを設けていることを特徴とする請求項１,２または３記載のウェーハ研磨装置。
【請求項５】
バックプレートとウェーハ裏面との間に圧力エアー層を設け、前記バックプレートに伝達された押圧手段からの押圧力をウェーハに前記圧力エアー層を介して伝達することにより、ウェーハ表面を研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨方法において、
前記ウェーハ裏面に純水を所定の割合で含有させたエアーを直接触れさせ、該ウェーハ裏面の乾燥を防止しながら研磨を行うようにしたことを特徴とするウェーハ研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウェーハ研磨装置及びウェーハ研磨方法に関するものであり、特に、化学的機械研磨法(ＣＭＰ: Chemical Mechanical Polishing）による半導体ウェーハを研磨するウェーハ研磨装置及びウェーハ研磨方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＣの微細加工が進んでおり、多層にわたってＩＣパターンを形成することが行われている。このようなＩＣ構造では、パターンを形成した層の表面にはある程度の凹凸が生じるのが避けられない。従来は、層の表面にある程度の凹凸が生じていても、そのまま次の層のパターンを形成していた。しかし、層数が増加し、また線やホールの幅が小さくなると、良好なパターン形成が困難になるという欠陥等がある。
【０００３】
そこで、パターンを形成した層の表面を研磨し、該表面を平坦にした後、次の層のパターンを形成することが行われている。このようなＩＣパターンを形成する途中でウェーハを研磨するには、ＣＭＰ法によるウェーハ研磨装置（ＣＭＰ装置）が使用される。
【０００４】
また、このようなウェーハ研磨装置として、表面に研磨パッド(研磨布)が貼付された円盤状の研磨定盤と、研磨すべきウェーハ裏面を保持してウェーハ裏面を研磨パッドに当接させる複数の研磨ヘッドと、これら研磨ヘッドを研磨定盤に対し相対回転させるヘッド駆動機構とを具備し、研磨パッドとウェーハとの間に研磨材であるスラリーを供給することにより、ウェーハの研磨を行うものが一般に広く知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】第２９４０６１４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のウェーハ研磨装置等は、ウェーハを保持するキャリアとウェーハとの間に、乾燥しているエアーにより圧力エアー層を形成し、キャリアに伝達された押圧手段からの押圧力をウェーハに該圧力エアー層を介して伝達し、ウェーハ表面を研磨パッドに押し付けて研磨するようにしている。このため、研磨中にウェーハ裏面が乾燥して、該ウェーハ裏面にスラリー凝集体の形成を進行させる。
【０００６】
そして、形成された前記スラリー凝集体は、ウェーハ裏面にパーティクル(粒子)として付着し、これがウェーハ研磨面へ回り込んでキズ付の原因となり、歩留まりを悪化させ、品位低下の一因にもなる。また、研磨後に、ウェーハ裏面に付着した凝集異物を洗浄除去する必要も生じるので、生産性低下の一因にもなっている。
【０００７】
そこで、研磨中にウェーハ裏面が乾燥することによって発生するウェーハ裏面の凝集異物を無くして生産性の向上及び品位向上を図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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、研磨ヘッドに配置されたバックプレートに複数のエアー噴出孔を設け、該複数のエアー噴出孔からエアーを噴出してバックプレートとウェーハ裏面との間に圧力エアー層を形成し、前記バックプレートに伝達された押圧手段からの押圧力をウェーハに前記圧力エアー層を介して伝達することにより、ウェーハ表面を研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、前記エアー噴出孔から噴出するエアーに純水を所定の割合含有させ、かつ、該純水を含むエアーの一部をウェーハ裏面に直接触れさせて該ウェーハ裏面の乾燥を防止しながら研磨を行うウェーハ研磨装置を提供する。
【０００９】
この構成によれば、バックプレートとウェーハとの間に圧力エアー層を形成しているエアーには純水が含有されて湿っており、この湿ったエアーの一部をウェーハ裏面に直接触れさせているので、研磨中に該ウェーハ裏面が乾燥するのを防ぎ、該ウェーハ裏面にスラリー等の凝集異物が付着するのを防止する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記エアーと上記純水との割合は、エアー５０に対して純水０．０１〜０．０５であるウェーハ研磨装置を提供する。
【００１１】
この構成によれば、ウェーハ裏面にスラリー等の凝集異物が最も付着しにくい状態が形成される。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記圧力エアー層は、上記バックプレートと上記ウェーハ裏面との間に配設された弾性シート間に形成され、上記押圧手段からの押圧力をウェーハに前記圧力エアー層と前記弾性シートを介して伝達するとともに、前記弾性シートのウェーハ対向面に前記エアーをウェーハ裏面側に流すエアー漏出孔を設けているウェーハ研磨装置を提供する。
【００１３】
この構成によれば、バックプレートと弾性シートとの間に圧力エアー層を形成し、バックプレートに伝達された押圧手段からの押圧力をウェーハに弾性シートを介して伝達するので、ウェーハに均一な圧力が付与される。また、圧力エアー層内の純水を含む湿ったエアーの一部はエアー漏出孔を通してウェーハ裏面側に流れて該ウェーハ裏面に直接触れ、該ウェーハ裏面が乾燥するのを防止する。
【００１４】
請求項４記載の発明は、上記エアー噴出孔に、上記エアーと上記純水を共に霧状にして噴霧するノズルを設けているウェーハ研磨装置を提供する。
【００１５】
この構成によれば、一つのノズルからエアと純水を同時に噴霧することができるので、構造の簡略化が可能になる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、バックプレートとウェーハ裏面との間に圧力エアー層を設け、前記バックプレートに伝達された押圧手段からの押圧力をウェーハに前記圧力エアー層を介して伝達することにより、ウェーハ表面を研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨方法において、前記ウェーハ裏面に純水を所定の割合で含有させたエアーを直接触れさせ、該ウェーハ裏面の乾燥を防止しながら研磨を行うようにしたウェーハ研磨方法を提供する。
【００１７】
この方法によれば、バックプレートとウェーハとの間に圧力エアー層を形成しているエアーには純水が含有されて湿っており、この湿ったエアーの一部をウェーハ裏面に直接触れさせ、研磨中に該ウェーハ裏面が乾燥するのを防ぎ、該ウェーハ裏面にスラリー等の凝集異物が付着するのを防止した状態でウェーハの研磨を行うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明は、ウェーハの研磨中に該ウェーハ裏面が乾燥するのを防いで、該ウェーハ裏面にスラリー等の凝集異物が付着するのを無くし、該凝集異物がウェーハ研磨面(表面側)に回り込んでキズが付くのを防止することができるので、歩留まりを改善することができる。また、研磨後に、ウェーハ裏面に付着した凝集異物を洗浄除去する必要も無くなり、生産性が向上する。さらに、ウェーハ研磨面のキズ付を無くすことができるので、品位向上にも寄与する。
【００１９】
請求項２記載の発明は、ウェーハ裏面にスラリー等の凝集異物が最も付着しにくい状態で研磨することができるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、生産性の向上及び品位の向上により一層寄与する。
【００２０】
請求項３記載の発明は、バックプレートに伝達された押圧手段からの押圧力をウェーハに弾性シートを介して均一な圧力が付与されるので、請求項１または２の記載の発明の効果に加えて、研磨の品位向上により一層寄与する。
【００２１】
請求項４記載の発明は、構造の簡略化が可能になるので、請求項１,２または３記載の発明の効果に加えて、装置をより安価に提供することが可能になる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、ウェーハの研磨中に該ウェーハ裏面が乾燥するのを防いで、該ウェーハ裏面にスラリー等の凝集異物が付着するのを無くし、該凝集異物がウェーハ研磨面(表面側)に回り込んでキズが付くのを防止することができるので、歩留まりを改善することができる。また、研磨後に、ウェーハ裏面に付着した凝集異物を洗浄除去する必要も無くなり、生産性が向上する。さらに、ウェーハ研磨面のキズ付を無くすことができるので、品位向上にも寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明は、研磨中にウェーハ裏面が乾燥することによって発生するウェーハ裏面の凝集異物を無くして生産性の向上及び品位向上を図るという目的を達成するために、研磨ヘッドに配置したバックプレートに複数のエアー噴出孔を設け、該複数のエアー噴出孔からエアーを噴出してバックプレートとウェーハ裏面との間に圧力エアー層を形成し、前記バックプレートに伝達された押圧手段からの押圧力をウェーハに前記圧力エアー層を介して伝達することにより、ウェーハ表面を研磨パッドに押し付けて研磨するウェーハ研磨装置において、前記エアー噴出孔から噴出するエアーに純水を所定の割合含有させ、かつ、該純水を含むエアーの一部をウェーハ裏面に直接触れさせて該ウェーハ裏面の乾燥を防止しながら研磨を行うようにしたことにより実現した。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明に係るウェーハ研磨装置及び研磨方法を好適な実施例をあげて説明する。図１は本発明を適用した一実施例として示すウェーハ研磨装置の全体図である。同図に示すように、ウェーハ研磨装置１は、主としてプラテン２と、研磨ヘッド３とから構成されている。
【００２５】
前記プラテン２は、円盤状に形成され、その下面中央には回転軸４が連結されており、モータ５の駆動によって矢印Ａ方向へ回転する。前記プラテン２の上面には研磨パッド６が貼着されており、該研磨パッド６上に図示しないノズルから研磨材と化学薬品との混合物であるスラリーが供給される。
【００２６】
図２は図１に示す化学機械研磨装置における研磨ヘッド３の拡大断面図である。同図に示すように、前記研磨ヘッド３は、主としてヘッド本体７、バックプレート８、リテーナリング９、リテーナリング押圧手段１０、弾性シート１１、バックプレート押圧手段１６及びエアー等の制御手段で構成されている。
【００２７】
前記ヘッド本体７は、前記プラテン２よりも小型の円盤状に形成され、その上面中央に回転軸１２(図１参照)が連結されている。該ヘッド本体７は前記回転軸１２に軸着されて図示しないモータで駆動され、図１の矢印Ｂ方向に回転する。
【００２８】
前記バックプレート８は円盤状に形成され、前記ヘッド本体７の中央に配設されている。該バックプレート８の上面中央部とヘッド本体７の中央部との間にはドライブプレート１３が設けられており、ピン１４,１４を介してヘッド本体７から回転が伝達される。
【００２９】
前記ドライブプレート１３の中央下部と前記バックプレート８の中央上部との間には作動トランス本体１５ａが固定されており、さらに前記バックプレート８の中央上部には作動トランス１５のコア１５ｂが固定され、図示しない制御部に連結されてウェーハＷ上(図２の下方側)に形成されたＣｕ等からなる導電性膜の研磨状態信号を該制御部に出力している。
【００３０】
前記バックプレート８の上面周縁部にはバックプレート押圧部材１６ａが設けられており、該バックプレート８は該バックプレート押圧部材１６ａを介してバックプレート押圧手段１６から押圧力が伝達される。
【００３１】
前記バックプレート８の下面にはエアーフロートライン１７から弾性シート１１に向けてエアー及び純水(ＤＩＷ)を噴射する２流体ノズル１８が配設されて成るエアー・純水吹出口１９が設けられている。該エアーフロートライン１７にはエアーフィルタ２０及び自動開閉バルブＶ１を介してエアー供給源である給気ポンプ２１が接続されているとともに、同じ自動開閉バルブＶ１を介して純水源である純水ポンプ２６に接続されている。
【００３２】
前記２流体ノズル１８は、図３に示すように、エアーフロートライン１７により送られて来るエアーと純水をエアー・純水吹出口１９内でそれぞれ霧状に噴霧して混合させ、純水を含有させた湿り気のあるエアーとしてエアー室２９内に供給できるようになっている。また、エアー及び純水の吹き出し量は前記自動開閉バルブＶ１の切り替えによって調整される。
【００３３】
前記バックプレート８の下面にはバキューム及び必要により純水またはエアーを吹き出すための孔１９ａが形成されている。該エアーの吸引は真空ポンプ２３の駆動によって実行され、そして、自動開閉バルブＶ２をバキュームライン２４に設け、該自動開閉バルブＶ２の切り替えによって該バキュームライン２４を介し、バキューム及び純水の給送が実行される。なお、バックプレート８の孔１９ａから吹き出される純水は、エアー・純水吹出口１９と同様に図示しないノズルを介して霧状に噴霧される。
【００３４】
また、前記エアーフロートライン１７からのエアー給送及びバキュームライン２４からのバキューム作用及び純水の送給、並びに自動開閉バルブＶ１,Ｖ２、給気ポンプ２１、真空ポンプ２３、純水ポンプ２６の駆動等は、制御部からの指令信号によって実行される。
【００３５】
なお、前記バックプレート押圧手段１６は、ヘッド本体７下面の中央部周縁に配置され、バックプレート押圧部材１６ａに押圧力を与えることにより、これに結合されたバックプレート８に押圧力を伝達する。このバックプレート押圧手段１６は、好ましくはエアーの吸排気により膨張収縮するゴムシート製のエアバック２５で構成される。該エアバック２５には、エアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。
【００３６】
前記リテーナリング９はリング状に形成され、バックプレート８の外周に配置されている。このリテーナリング９は研磨ヘッド３に設けられたリテーナリングホルダ２７に取り付けられ、その内周部に前記弾性シート１１が張設されている。
【００３７】
前記弾性シート１１は円形状に形成され、エアー漏出孔としての複数の孔２２が開穿されている。該弾性シート１１は、周縁部がリテーナリング９とリテーナリングホルダ２７との間で挟持されることにより、リテーナリング９の内側に張設される。
【００３８】
また、前記バックプレート８の下部と前記弾性シート１１との間には、圧力エアー層が形成されるエアー室２９が設けられている。そして、導電性被膜が形成されたウェーハＷは、該エアー室２９の下面を形成している弾性シート１１と該エアー室(圧力エアー層)２９を介してバックプレート８に押圧される。前記リテーナリングホルダ２７は、リング状に形成された取付部材３０にスナップリング３１を介して取り付けられている。該取付部材３０にはリテーナリング押圧部材１０ａが連結されている。リテーナリング９は、該リテーナリング押圧部材１０ａを介してリテーナリング押圧手段１０からの押圧力が伝達される。
【００３９】
前記リテーナリング押圧手段１０はヘッド本体７の下面の外周部に配置され、リテーナリング押圧部材１０ａに押圧力を与えることにより、これに結合しているリテーナリング９を研磨パッド６に押し付ける。このリテーナリング押圧手段１０も好ましくは、バックプレート押圧手段１６と同様に、ゴムシート製のエアバック１６ｂで構成される。該エアバック１６ｂにはエアーを供給するための図示しない空気供給機構が連結されている。
【００４０】
次に、このように構成されたウェーハ研磨装置１の作用について説明する。まず、研磨ヘッド３を図示しない移動機構により、所定箇所に待機中の研磨前のウェーハＷ上まで移動させる。そして、研磨ヘッド３のバキュームライン２４を作動させ、孔１９ａ及び孔２２を介してバックプレート８下面のエアー室２９を真空にすると、弾性シート１１が研磨前のウェーハＷを吸着保持する。その後、前記移動機構により、研磨前のウェーハＷを吸着保持した研磨ヘッド３をプラテン２上に運ぶ。
【００４１】
次いで、前記バキュームライン２４の作動を解除し、該ウェーハＷをプラテン２の研磨パッド６上に載置するとともに、図示しないポンプからエアバック２５にエアーを供給して該エアバック２５を膨らませる。これと同時に給気ポンプ２１及び純水ポンプ２６を作動させて、純水とエアーを自動開閉バルブＶ１を通してエアー・純水吹出口１９内の２流体ノズル１８に送り、該２流体ノズル１８により純水とエアーをそれぞれエアー室２９内に向けて噴霧する。また、純水ポンプ２６の作動により純水を自動開閉バルブＶ２へ送り、さらにバキュームライン２７を通って該純水をバックプレート８に設けた孔１９ａからエアー室２９に噴霧して供給する。これにより、エアー室２９の内圧が高くなる。
【００４２】
なお、エアー・純水吹出口１９からエアー室２９内に噴霧された純水含有の湿ったエアー及び孔１９ａからエアー室２９内に噴霧された純水は、その一部がそれぞれ弾性シート１１の孔２２,２２…を通過して弾性シート１１とウェーハＷ裏面との間に付与され、ウェーハ裏面に直接触れて湿らせ、該ウェーハＷ裏面が乾燥するのを防止する。これにより、スラリー凝集体がウェーハＷ裏面パーティクルとして付着し、その後、ウェーハ研磨面へ回り込んでスクラッチの原因となるのを防ぐ。
【００４３】
また、前記エアバック２５の膨らみによって、前記ウェーハＷ上部の弾性シート１１とリテーナリング９が所定の圧力で研磨パッド６に押し付けられる。この状態でプラテン２を図１の矢印Ａ方向に回転させるとともに、研磨ヘッド３を図１の矢印Ｂ方向に回転させ、回転する研磨パッド６上に図示しないノズルからスラリーを供給してウェーハＷ上部の所定の導電性膜を研磨する。また、研磨中、図示しないレギュレータでエアー室２９内圧力を調整して、研磨パッド６に対するウェーハＷの押し付け力を一定に保持する。
【００４４】
以上説明したように、本実施例に係るウェーハ研磨装置１では、バックプレート８とウェーハＷとの間に圧力エアー層(エアー室２９)を形成しているエアー内に純水を含有させ、該純水の含有により湿った状態にされたエアーの一部をウェーハ裏面に直接触れさせることにより、ウェーハの研磨中に該ウェーハ裏面が乾燥するのを防いるので、該ウェーハ裏面にスラリー等の凝集異物が付着するのが防止される。これにより、該凝集異物がウェーハ研磨面(表面側)に回り込んでキズが付くのを防止することができるので、歩留まりの改善ができる。また、研磨後に、ウェーハ裏面に付着した凝集異物を洗浄除去する必要も無くなるので、生産性が向上する。さらに、ウェーハ研磨面のキズ付も無くすことができるので、品位向上も図れることになる。
【００４５】
なお、前記２流体ノズル１８におけるエアーと純水との吐出流量比は、純水の流量がスラリーに与える影響及び保湿効果等を考慮して設定されるもので、実験結果によれば(エアー：純水＝５０：０．０１〜０．０５)となるように設定すると満足できる結果が得られた。
【００４６】
また、上記実施例の構造では、バックプレート８とウェーハとの間に弾性シート１１によるエアー室２９を形成し、該エアー室２９内に圧力エアー層を形成して成る構造を開示したが、バックプレート８とウェーハとの間に圧力エアー層を直接形成するようにしてもよいものである。
【００４７】
さらに、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。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のウェーハ研磨装置の全体構造を示す斜視図。
【図２】本発明の実施例であり、研磨ヘッドの構成を示す縦断面図。
【図３】本発明の実施例であり、ノズル概略構成図。
【符号の説明】
【００４９】
１        ウェーハ研磨装置
２        プラテン
３        研磨ヘッド
４        回転軸
５        モータ
６        研磨パッド
７        ヘッド本体
８        バックプレート
１１      弾性シート
１６      バックプレート押圧手段
１９      エアー・純水吹出口(エアー噴出孔)
１９ａ    孔(エアー噴出孔)
２０      エアーフィルタ
２１      給気ポンプ
２２      孔(エア漏出孔)
２３      真空ポンプ
２４      バキュームライン
２６      純水ポンプ
２７      リテーナリングホルダ
Ｗ        ウェーハ
Ｖ１      自動開閉バルブ
Ｖ２      自動開閉バルブ
【図１】
2010042459.tif 000003
【図２】
2010042459.tif 000004
【図３】
2010042459.tif 000005