(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台および／または研磨パッドを回転させることによりウエハを研磨する研磨装置であって、試料台のウエハが載置される部分の外周部に、その上面が前記ウエハの上面よりも０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内で高くなるようにしたリテーナを備え、該リテーナの研磨パッドと対向する面には、研磨パッドの材料よりも高硬度の材料からなり、前記面上の電着層に一部を埋設された複数の凸部が設けられ、これら複数の凸部の間の凹部が、各凸部に比べて低硬度の材料で埋められていることを特徴とするウエハの研磨装置。
【請求項２】
試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台および／または研磨パッドを回転させることによりウエハを研磨する研磨装置であって、試料台のウエハが載置される部分の外周部に、その上面が前記ウエハの上面よりも０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内で高くなるようにしたリテーナを備え、該リテーナの研磨パッドと対向する面には、研磨パッドの材料よりも高硬度の材料からなる複数の凸部が前記面の溝加工によりパターン形成されており、これら複数の凸部の間の凹部が、各凸部に比べて低硬度の材料で埋められていることを特徴とするウエハの研磨装置。
【請求項３】
試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台および／または研磨パッドを回転させることによりウエハを研磨する研磨方法であって、試料台のウエハが載置される部分の外周部に、その上面が前記ウエハの上面よりも高くなるようにしたリテーナを備え、該リテーナの研磨パッドと対向する面には、研磨パッドの材料よりも高硬度の材料からなり、前記面上の電着層に一部を埋設された複数の凸部が設けられ、これら複数の凸部の間の凹部が、各凸部に比べて低硬度の材料で埋められている研磨装置を用い、前記リテーナの内側に保持されたウエハを、該ウエハの上面よりも前記リテーナの上面が、０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内で高くなる条件下にて研磨することを特徴とするウエハの研磨方法。
【請求項４】
試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台および／または研磨パッドを回転させることによりウエハを研磨する研磨方法であって、試料台のウエハが載置される部分の外周部に、その上面が前記ウエハの上面よりも高くなるようにしたリテーナを備え、該リテーナの研磨パッドと対向する面には、研磨パッドの材料よりも高硬度の材料からなる複数の凸部が前記面の溝加工によりパターン形成されており、これら複数の凸部の間の凹部が、各凸部に比べて低硬度の材料で埋められている研磨装置を用い、前記リテーナの内側に保持されたウエハを、該ウエハの上面よりも前記リテーナの上面が、０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内で高くなる条件下にて研磨することを特徴とするウエハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコンウエハなどのウエハ（板状物）の研磨装置および研磨方法に関し、特に半導体素子の製造工程で用いられるウエハの研磨に好適な研磨装置および研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の製造工程におけるウエハの研磨は、試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリー（砥粒液）を供給し、試料台と研磨パッドのいずれか一方、または両方を回転させることにより行われている。
【０００３】
この研磨時の回転運動によりウエハの外縁には大きな力が加わることと、ウエハと研磨パッドの間から滲みでたスラリーがウエハの外縁付近に滞留することから、ウエハの周縁部分が過剰に研磨され、面ダレを起こすことが多い。この対策としてウエハの周囲に所定厚みのリテーナを設けてウエハを研磨する構成の研磨装置が提案されている。
【０００４】
図１は、ウエハの研磨装置を示す模式的縦断面図である。研磨パッド２１が被着された研磨定盤２２が、研磨定盤回転軸Ａ−Ａ’を中心としてこのまわりを回転（公転）する。ウエハ載置部１１が設けられた試料台１０が、試料台回転軸Ｂ−Ｂ’を中心としてこのまわりを回転（公転）する。研磨定盤回転軸Ａ−Ａ’と試料台回転軸Ｂ−Ｂ’は一致させる場合もあれば、異ならせる場合もある。リテーナ１５を有するウエハ載置部１１はウエハ載置部回転軸Ｃ−Ｃ’を中心としてこのまわりを回転する。
【０００５】
図２は、ウエハの研磨装置の試料台を示す模式的平面図である。試料台１０には、ウエハ載置部１１が５つ設けられている。図２では、それぞれのウエハ載置部１１、試料台１０、および研磨定盤（図示せず）は、すべて同じ方向に回転している。
【０００６】
図３は、ウエハの研磨装置のウエハ載置部を示す模式的縦断面図である。
【０００７】
ウエハ載置部１１はアクリル樹脂等で形成され、ウエハ載置面１２にはウエハが載置される部分よりも小さい範囲で同心円状および放射状にウエハ保持用溝１３が形成されている。ウエハ保持用溝１３には排気用貫通孔１４が数箇所接続形成されており、この排気用貫通孔１４は真空排気装置（図示せず）に通じている。排気貫通孔１４を介してウエハ保持用溝１３を真空に排気することにより、ウエハＳがウエハ載置面１２に真空吸着される。
【０００８】
ウエハ載置面１２の周囲には、前述したリテーナ１５が配設されている。このリテーナ１５の上面は平坦な面に作製され、リテーナ１５の上面の高さは、ウエハＳをウエハ載置面１２に載置したとき、ウエハＳの上面とほぼ同一の高さになるよう調整されている。これによりウエハＳを研磨する際の研磨パッド２１が安定した平面で回転し、ウエハＳ周縁部の面ダレの発生が防止される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような研磨パッドを用いた研磨装置には、研磨処理の時間が経過するにつれて、研磨パッドの目詰まりが進行し、ウエハの研磨速度が低下する。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、研磨パッドの目詰まりの進行を抑え、長期間にわたってウエハの研磨速度を安定させることができる研磨装置および研磨方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨装置は、試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台および／または研磨パッドを回転させることによりウエハを研磨する研磨装置であって、試料台のウエハが載置される部分の外周部に、その上面が前記ウエハの上面よりも０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内で高くなるようにしたリテーナを備え、該リテーナの研磨パッドと対向する面には、研磨パッドの材料よりも高硬度の材料からなり、前記面上の電着層に一部を埋設された複数の凸部が設けられ、これら複数の凸部の間の凹部が、各凸部に比べて低硬度の材料で埋められていることを特徴としている。
また本発明の研磨装置は、試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台および／または研磨パッドを回転させることによりウエハを研磨する研磨装置であって、試料台のウエハが載置される部分の外周部に、その上面が前記ウエハの上面よりも０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内で高くなるようにしたリテーナを備え、該リテーナの研磨パッドと対向する面には、研磨パッドの材料よりも高硬度の材料からなる複数の凸部が前記面の溝加工によりパターン形成されており、これら複数の凸部の間の凹部が、各凸部に比べて低硬度の材料で埋められていることを特徴としている。
【００１２】
本発明の研磨装置によれば、ウエハ（板状物）の研磨工程中に、リテーナの上面に設けられた高硬度の凸部が研磨パッドに接触し、研磨パッドの表面が削られて、研磨パッドのシーズニングを行うことができる。その結果、研磨パッドの目詰まりの進行が抑えられる。
【００１３】
一方、高硬度の凸部が設けられたリテーナでシーズニングする場合、研磨パッドのシーズニング効果が激しく、研磨パッドの摩耗が激しくなる場合がある。
【００１４】
本発明の研磨装置のリテーナでは、高硬度の凸部と凸部の間の凹部に、その凸部に比べて低硬度の材料が適度な位置まで埋めこまれている。これにより、高硬度の凸部の研磨パッドへの食い込みが抑えられ、研磨パッドの過度のシーズニングが防止され、適度なシーズニング効果を安定して得ることができる。その結果、長期間にわたってウエハの研磨速度を安定させることができる。
【００１５】
また、本発明の研磨装置によれば、リテーナの研磨パッドと対向する面に高硬度の凸部が存在するので、リテーナの消耗速度を低減することもできる。
【００１６】
なお、この高硬度の凸部は、ダイヤモンド粒などをステンレス板等に電着することにより、またＳｉＣ、ＳｉＮなどのセラミックス板に溝加工を加えることにより形成することができる。
【００１７】
高硬度の凸部と凸部の間の凹部に埋め込まれる材料としては、テフロンやアクリルなどの樹脂を用いることができる。
【００１８】
なお、高硬度の凸部と凸部の間の凹部への低硬度の材料の埋め込み量は、この材料の材質、研磨パッドの材質、リテーナ上面の凸部の材質およびリテーナの上面とウエハ上面の高さの位置関係から決めれば良い。
【００１９】
また本発明の研磨方法は、試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台および／または研磨パッドを回転させることによりウエハを研磨する研磨方法であって、試料台のウエハが載置される部分の外周部に、その上面が前記ウエハの上面よりも高くなるようにしたリテーナを備え、該リテーナの研磨パッドと対向する面には、研磨パッドの材料よりも高硬度の材料からなり、前記面上の電着層に一部を埋設された複数の凸部が設けられ、これら複数の凸部の間の凹部が、各凸部に比べて低硬度の材料で埋められている研磨装置を用い、前記リテーナの内側に保持されたウエハを、該ウエハの上面よりも前記リテーナの上面が、０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内で高くなる条件下にて研磨することを特徴としている。
また本発明の研磨方法は、試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台および／または研磨パッドを回転させることによりウエハを研磨する研磨方法であって、試料台のウエハが載置される部分の外周部に、その上面が前記ウエハの上面よりも高くなるようにしたリテーナを備え、該リテーナの研磨パッドと対向する面には、研磨パッドの材料よりも高硬度の材料からなる複数の凸部が前記面の溝加工によりパターン形成されており、これら複数の凸部の間の凹部が、各凸部に比べて低硬度の材料で埋められている研磨装置を用い、前記リテーナの内側に保持されたウエハを、該ウエハの上面よりも前記リテーナの上面が、０ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内で高くなる条件下にて研磨することを特徴としている。
【００２０】
リテーナの上面をウエハ上面より高くすることにより、効果的に研磨パッドの表面を削り、研磨パッドのシーズニングを行うことができる。また、リテーナの上面をウエハ上面に比べてあまり高い条件でウエハを研磨すると、ウエハ周縁部の研磨速度が低下し、研磨速度のウエハ面内均一性が悪化する。リテーナの上面がウエハ上面から０．１ｍｍ以内の高さの範囲内でウエハを研磨することにより、ウエハ周縁部の研磨速度の低下を抑えて、ウエハを均一に研磨することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨装置の例について説明する。本発明の研磨装置の例は、図１、図２および図３に示す研磨装置と同じ構成の装置であって、リテーナのみが異なるものである。したがって、リテーナ以外の部分の説明は省略する。
【００２２】
図４は、本発明の研磨装置のリテーナの１例の模式的平面図である。リテーナの上面には、ダイヤモンド粒を電着することにより、凸部１７が形成されている。ダイヤモンド粒の粒径は、０．１〜１．０ｍｍ程度が好ましい。
【００２３】
図５は、このリテーナの一部分の模式的縦断面図である。ステンレス鋼製などのリテーナ１５にダイヤモンド粒（凸部１７）を電着し、例えばニッケルなどの高硬度金属でダイヤモンド粒１７の間に電気メッキ処理を施し、電着層１６を形成している。ダイヤモンド粒１７の脱落を抑えるため、ダイヤモンド粒１７の電着層１６への埋設率は５０％以上が好ましい。この電着層１６の上に、テフロンやアクリルなどの樹脂のような低硬度の材料１８をコーティングし、ダイヤモンド粒１７の間を埋める。なお、ダイヤモンド粒１７の電着層１６および低硬度の材料１８への最終的な埋設率は、研磨パッドのシーズニング効果から決めれば良いが、通常６０〜９９％が好ましい。低硬度の材料１８の厚みは２０〜５００μｍであることが好ましい。
【００２４】
図６は、本発明の研磨装置のリテーナの他の例を示す模式的平面図である。凸部１９のパターンが形成されているＳｉＣやＳｉＮなどの焼結されたセラミックス板の例である。この凸部の大きさ、形状および間隔を変えることにより研磨パッドのシーズニング効果を変化させることができる。
【００２５】
図７は、このリテーナの一部分の模式的縦断面図である。セラミックスの凸部１９と凸部１９との間の凹部に、低硬度の材料１８としてテフロンやアクリルなどの樹脂がコーティングにより、埋め込まれた構造となっている。
【００２６】
本発明の研磨方法の例について、図３に基づき説明する。
【００２７】
▲１▼ウエハＳをウエハ載置面１２に載置したとき、リテーナの表面がウエハＳの表面とほぼ同一の高さで、しかも高硬度の凸部の先端がウエハＳの表面より少し高くなるように、リテーナ１５を取り付けておく。
【００２８】
▲２▼ウエハ載置面１２に、例えばシリコンウエハなどのウエハＳを載置する。
【００２９】
▲３▼排気貫通孔１４を介してウエハ保持用溝１３を真空に排気して、ウエハＳをウエハ載置面１２に真空吸着する。
【００３０】
▲４▼研磨パッド２１、ウエハ載置部１１、およびウエハ載置部１１が設けられている試料台を回転させつつ、研磨定盤の中央部の研磨スラリー供給孔（図示せず）から研磨スラリーを研磨パッド２１に供給する。
【００３１】
▲５▼研磨パッド２１を降下させて、研磨パッド２１をウエハＳに所定の研磨負荷を与えてつつ圧接し、ウエハＳの上面を研磨する。
【００３２】
この研磨方法によれば、ウエハＳを研磨する際、研磨パッド２１が安定した平面で回転し、ウエハＳ周縁部の面ダレの発生が防止されるとともに、研磨パッド２１のシーズニングが安定して行なわれる。その結果、研磨パッドの目詰まりの進行が抑えられ、長期間にわたってウエハの研磨速度を安定させることができる。また、この高硬度の凸部が存在するので、リテーナ自体の消耗速度を低減することもできる。
【００３３】
なお、通常、リテーナの高硬度の凸部の先端が、ウエハ上面に対して０〜０．１ｍｍ程度高くなるようにリテーナを取り付けることにより、効果的に研磨パッドの表面を削り、研磨パッドの適度なシーズニングを行うことができ、また研磨速度のウエハ面内均一性を良好に保つことができる。
【００３４】
【実施例】
本発明の実施例について説明する。本実施例で用いた研磨装置は、図１、図２および図３に示した研磨装置であり、用いたリテーナは、図２および図３に示したダイヤモンド粒を電着したリテーナである。
【００３５】
リテーナの作製は以下のようにして行った。ステンレス鋼製のリテーナ１５本体上面にダイヤモンド粒１７を電着し、ニッケルでダイヤモンド粒１７の間に電気メッキ処理を施し、電着層１６を形成した。そして、この電着層１６の上に、テフロン（樹脂１８）をコーティングして、先端のみ表面から見える程度にダイヤモンド粒１７を埋め込んだ。ダイヤモンド粒の粒径は、０．５ｍｍ。ダイヤモンド粒１７の電着層１６への埋設率は６０％。テフロン（低硬度の材料１８）のコーティング量は、厚さ１００μｍとした。
【００３６】
このリテーナを用いて、８インチシリコンウエハ上に形成された熱酸化膜の研磨を行った。研磨パッドは、発泡ポリウレタン製であり、研磨スラリーは、シリカをＫＯＨ水溶液に懸濁させたものである。
【００３７】
本実施例のリテーナを用いた場合、ウエハ５０００枚処理時においても、その研磨速度は約２００ｎｍ／ｍｉｎであり、その研磨速度のばらつきは５％以下であった。これに対して、従来の石英製の平坦なリテーナを用いた場合、ウエハを２００〜３００枚程度処理すると、研磨速度が当初の約２００ｎｍ／ｍｉｎから１０％以上低下した。
【００３８】
なお、本実施例のリテーナは、リテーナの高硬度の凸部の先端がウエハ上面に対して０．０２ｍｍ程度高くなるように取り付けた。また、従来の石英製の平坦なリテーナは、その上面がウエハ上面と同じ高さになるように取り付けた。
【００３９】
この結果から、本実施例のリテーナを用いた研磨装置の場合、ウエハの研磨速度を安定させることができることが確認された。また、ウエハの周縁部の面ダレの発生もなかった。
【００４０】
また、従来ウエハを２００枚程度処理するとリテーナの交換が必要であったのに対し、本実施例のリテーナを用いた場合、１００００枚程度処理するまで交換が不要になった。
【００４１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の研磨装置および研磨方法によれば、研磨パッドの目詰まりの進行を抑え、長期間にわたってウエハの研磨速度を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ウエハの研磨装置を示す模式的縦断面図である。
【図２】ウエハの研磨装置の試料台を示す模式的平面図である。
【図３】ウエハの研磨装置のウエハ載置部を示す模式的縦断面図である。
【図４】本発明の研磨装置のリテーナの１例の模式的平面図である。
【図５】図４に示すリテーナの模式的縦断面図である。
【図６】本発明の研磨装置のリテーナの他の例の模式的平面図である。
【図７】図６に示すリテーナの模式的縦断面図である。
【符号の説明】
１０  試料台
１１  ウエハ載置部
１２  ウエハ載置面
１３  ウエハ保持用溝
１４  排気用貫通孔
１５  リテーナ
１６  電着層
１７  凸部（ダイヤモンド粒）
１８  低硬度の材料
１９  凸部
２１  研磨パッド
２２  研磨定盤
Ｓ  ウエハ
【図１】
0003695842.tif 000002
【図２】
0003695842.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003695842.tif 000005
【図５】
0003695842.tif 000006
【図６】
0003695842.tif 000007
【図７】
0003695842.tif 000008