(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハキャリア周辺の乾燥環境を緩和させることのできる研磨装置及び研磨方法を提供すること。【解決手段】スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨装置の、内部の湿度を所定の値に制御する加湿手段７０を設け、研磨装置の内部を所定の湿度で維持しながら研磨するようにした。【選択図】      図３
2006231419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨装置において、
該研磨装置の内部の湿度を所定の値に制御する加湿手段が設けられたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨部を有する研磨装置において、
前記研磨部の内部の湿度を所定の値に制御する加湿手段が設けられたことを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨装置において、
前記ウェーハキャリアは、下面にエアー噴出口を有し該エアー噴出口から供給されるエアによって形成される圧力エアー層を介してウェーハに押圧力を付与するバックプレートと、ウェーハの径方向の移動を規制するとともに前記研磨パッドを押圧するリテーナリングと、ウェーハに接触して前記バックプレートから前記圧力エアー層を介して加えられる押圧力をウェーハに伝達する保護シートと、を有し、
前記エアー噴出口から供給するエアの湿度を所定の値に制御する加湿手段が設けられたことを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
前記加湿手段が超音波加湿装置である請求項１、２、又は３のうちいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項５】
スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨装置を用いて、前記ウェーハを研磨する研磨方法において、
前記研磨装置の内部の湿度を所定の値に制御しながら研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項６】
スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨部を有する研磨装置を用いて、前記ウェーハを研磨する研磨方法において、
前記研磨部の内部の湿度を所定の値に制御しながら研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項７】
スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨装置であって、前記ウェーハキャリアは、下面にエアー噴出口を有し該エアー噴出口から供給されるエアによって形成される圧力エアー層を介してウェーハに押圧力を付与するバックプレートと、ウェーハの径方向の移動を規制するとともに前記研磨パッドを押圧するリテーナリングと、ウェーハに接触して前記バックプレートから前記圧力エアー層を介して加えられる押圧力をウェーハに伝達する保護シートと、を有する研磨装置を用いて、前記ウェーハを研磨する研磨方法において、
前記エアー噴出口から供給するエアの湿度を所定の値に制御しながら研磨することを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨装置及び研磨方法に関し、特に化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によるウエーハの研磨装置及び研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体技術の発展により、デザインルールの微細化、多層配線化が進み、またコスト低減を進める上においてウエーハの大口径化も進行してきている。そのため、従来のようにパターンを形成した層の上にそのまま次の層のパターンを形成しようとした場合、前の層の凹凸のために次の層では良好なパターンを形成することが難しく、欠陥などが生じやすかった。
【０００３】
そこで、パターンを形成した層の表面を平坦化し、その後で次の層のパターンを形成することが行われている。この場合、ＣＭＰ法によるウェーハの研磨装置が用いられている。
【０００４】
このＣＭＰ法によるウェーハの研磨装置として、表面に研磨パッドが貼付された円盤状の研磨定盤と、ウェーハの一面を保持してウェーハの他面を研磨パッドに当接させるウェーハキャリアとを有し、研磨定盤を回転させるとともにウェーハキャリアを回転させながらウェーハを研磨パッドに当接させ、研磨パッドとウェーハとの間に研磨剤であるスラリを供給しながらウェーハの他面を研磨するＣＭＰ装置が、一般に広く知られている。
【０００５】
ウェーハを保持するウェーハキャリアは、下面にエアー噴出口を有し該エアー噴出口から供給されるエアによって形成される圧力エアー層を介してウェーハに押圧力を付与するバックプレートと、ウェーハの径方向の移動を規制するとともに前記研磨パッドを押圧するリテーナリングと、ウェーハ吸着用の吸着口を有するとともにウェーハに接触して前記バックプレートから前記圧力エアー層を介して加えられる押圧力をウェーハに伝達する保護シートと、を有し、ウェーハの裏面がバックプレートの硬い面に直接接触して傷が付くのを防止したものが公知である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
このウェーハキャリアでは、バックプレートに加えられる押圧力がバックプレートから噴射されるエアの圧力による圧力エアー層及び保護シートを介してウェーハに伝えられ、ウェーハを研磨パッドに押圧する構造となっている。そのため、保護シートはウェーハを一様に押圧する必要があり、伸び難い性質を持ちながらも曲げやすい性質を持つ材質で形成されている。
【０００７】
保護シートにはウェーハ吸着用の吸着口が形成されており、ウェーハの搬送時にウェーハを吸着保持するために使用される。ウェーハを搬送する場合は、先ずウェーハをウェーハキャリアのリテーナリング内に相対的に位置付け、バックプレートのエアー吸引口からエアを吸引して保護シートの内側を減圧状態にする。この保護シート内側の減圧雰囲気によりウェーハは保護シート表面に密着し、この状態で搬送される。研磨パッドの上面に搬送されたウェーハは、エアの吸引が解除され、バックプレートのエアー吸引口が今度はエアー噴射口に変わり、ウェーハは保護シートを介した押圧力を受けて研磨パッドに押圧され、研磨が開始される。
【特許文献１】特開２０００−３１７８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この従来の研磨装置においては、圧力エアー層を形成するためのバックプレートから噴射するエアはドライエアであり、またこの圧力エアー層は静圧エアーベアリングの作用を果たすように構成されているため供給されるエアと同じ量のエアが常時排出されている。
【０００９】
このため、排出されたドライエアが研磨装置の内部、特に研磨部を乾燥させる。このような乾燥環境では、ウェーハキャリアやウェーハに飛び散ったスラリーが乾燥凝集し、異物となることがある。
【００１０】
また、通常ウェーハの研磨時では、ウェーハは回転する研磨パッドに押付けられているので、研磨パッドの回転方向に対して大きな摩擦力を受けている。この状態で、仮にウェーハと保護シートとの間に異物が混入した場合、不具合が生じる。
【００１１】
通常は保護シート表面は研磨シーケンスの中で毎回十分に洗浄され、ウェーハと保護シートとの間に異物が混入することはない。しかし、装置が何らかのトラブルで小時間停止した際に、前述の乾燥環境においては保護シート表面に飛び散ったスラリーがそのまま乾燥し、異物になるケースがある。このように何らかの悪条件が重なって、ウェーハと保護シートとの間に異物を挟みこんだ場合、ウェーハと保護シートとの密着性が悪くなってウェーハと保護シートが擦れ易くなり、異物を挟んだ状態で擦れることにより、ウェーハの裏面に傷が付くことがある。
【００１２】
また、ウェーハと保護シートとが擦れることにより、保護シートの表面が１部溶けてウェーハ裏面に溶着することもある。
【００１３】
また、ウェーハと保護シートとの間に微小な異物が混入した場合、ウェーハと保護シートとの密着性が悪くなるため、研磨中にバックプレートから噴射されるエアが保護シートの吸着口から漏れ出て、ウェーハと保護シートとの間に形成された微小隙間を通ってウェーハの外へ抜けることがある。この漏れ出たエアがウェーハ裏面の外周部に触れているスラリーの乾燥を促進させ、ウェーハ裏面外周部付近にスラリーが固着し凝集するという問題を引き起こす。
【００１４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハキャリア周辺の乾燥環境を緩和し、何らかの悪条件が重なってウェーハと保護シートとの間に異物が混入した時にウェーハが異物で擦られて、ウェーハ裏面に傷が生じたり、保護シートの１部がウェーハ裏面に溶着したりすることのないウェーハの研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【００１５】
また、ウェーハの研磨時に、ウェーハと保護シートとの密着性が悪化し、ウェーハを押圧するエアが保護シートに設けられたウェーハの吸着口から外に漏れ出して、ウェーハ裏面外周部付近にスラリーが固着凝集することのないウェーハの研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、前記目的を達成するために、スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨装置において、該研磨装置の内部の湿度を所定の値に制御する加湿手段が設けられたことを特徴とし、前記研磨装置を用いて、前記ウェーハを研磨する研磨方法において、前記研磨装置の内部の湿度を所定の値に制御しながら研磨することを特徴とする。  
【００１７】
本発明によれば、研磨装置の内部が所定の湿度に制御されるので、研磨装置の内部におけるスラリー等の固着凝集が緩和される。また、ウェーハの研磨部及び搬送経路における乾燥も防止される。
【００１８】
また、本発明は、スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨部を有する研磨装置において、前記研磨部の内部の湿度を所定の値に制御する加湿手段が設けられたことを特徴とし、前記研磨部を有する研磨装置を用いて、前記ウェーハを研磨する研磨方法において、前記研磨部の内部の湿度を所定の値に制御しながら研磨することを特徴とする。
【００１９】
本発明によれば、研磨装置の研磨部内部が所定の湿度に制御されるので、研磨装置の研磨部内部の乾燥が防止されスラリー等の固着凝集が緩和される。
【００２０】
また、本発明は、スラリを供給しながら、ウェーハキャリアに保持されたウェーハを回転する研磨パッドに当接させて研磨する研磨装置において、前記ウェーハキャリアは、下面にエアー噴出口を有し該エアー噴出口から供給されるエアによって形成される圧力エアー層を介してウェーハに押圧力を付与するバックプレートと、ウェーハの径方向の移動を規制するとともに前記研磨パッドを押圧するリテーナリングと、ウェーハに接触して前記バックプレートから前記圧力エアー層を介して加えられる押圧力をウェーハに伝達する保護シートと、を有し、前記エアー噴出口から供給するエアの湿度を所定の値に制御する加湿手段が設けられたことを特徴とし、前記ウェーハキャリアを有する研磨装置を用いて、前記ウェーハを研磨する研磨方法において、前記エアー噴出口から供給するエアの湿度を所定の値に制御しながら研磨することを特徴とする。
【００２１】
本発明によれば、ウェーハに接触する保護シートとバックプレートとの間に圧力エアー層を形成する高圧エアが所定の湿度に制御されるので、保護シートやリテーナリング及びウェーハの乾燥が防止されスラリー等の固着凝集が緩和される。
【００２２】
本発明は、前記発明において、前記湿度を所定の値に制御するために超音波加湿装置を加湿手段として用いることができ、容易に前記湿度の制御を行うことができる。
【発明の効果】
【００２３】
以上説明したように、本発明にかかわる研磨装置及び研磨方法によれば、供給する高圧エアの湿度を所定の値に制御するので、ウェーハの乾燥が緩和される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下添付図面に従って本発明に係る研磨装置及び研磨方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または記号を付している。
【００２５】
図１は、 本発明に係るウェーハの研磨装置の一実施形態を示す断面図である。研磨装置１０では、同図に示すように、回転する研磨定盤１１の表面に研磨パッド１２が貼付されている。研磨パッド１２の上方にはウェーハキャリア２０が、ウェーハＷを保持しながら回転し、ウェーハＷを研磨パッド１２に当接させるように配置されている。この研磨定盤１１、研磨パッド１２、及びウェーハキャリア２０等で研磨部を構成している。
【００２６】
ウェーハキャリア２０は、キャリア本体２１、バックプレート２２、リテーナリング２３、保護シート２４（図２参照）、バックプレート用エアバッグ２８及びリテーナーリング用エアバッグ２９で構成されている。
【００２７】
バックプレート用エアバッグ２８は、ゴムシート２７とキャリア本体２１とで形成される空間で、エアーライン５０Ｃからエアが供給され、バックプレート２２を研磨パッド１２に向けて加圧する。また、リテーナーリング用エアバッグ２９は、ゴムシート２７とキャリア本体２１とで形成されるバックプレート用エアバッグ２８よりも外周側の空間で、エアーライン５０Ｄからエアが供給され、リテーナリング２３を研磨パッド１２に向けて押圧する。
【００２８】
図２は、ウェーハキャリア２０のウェーハＷの加圧機構部を表わす拡大断面図である。バックプレート２２の下面には外周部にエアー噴出口２２Ａ、２２Ａ、…が、中央部にはエアー噴出口２２Ｂ、２２Ｂ、…が形成されており、エアー噴出口２２Ａ、２２Ａ、…はレギュレータ５４を経由してメインエアー経路５５に、エアー噴出口２２Ｂ、２２Ｂ、…はレギュレータ５１を経由してサブエアー経路５２に接続されている。サブエアー経路５２は切替バルブ５６によって正圧ライン５３とレギュレータ５７を経由した負圧ライン５８又は大気開放ライン５９とに接続換えされる。
【００２９】
リテーナーリング２３はウエーハＷの径方向の動きを規制すると共に、研磨パッド１２を押圧してその表面を安定させる役目を果たしている。
【００３０】
保護シート２４は、周縁部でリテーナーリング２３に保持されており、ウェーハＷが硬いバックプレート２２に直接接触することを防止し、ウエーハＷに当接してバックプレート２２からのエアー圧をウエーハＷに伝達する。バックプレート２２から噴射されたエアは、バックプレート２２と保護シート２４との間に圧力エアー層を形成するとともに、バックプレート２２とリテーナーリング２３との隙間２３Ａから外部に排気される。
【００３１】
エアーライン５０Ｃから供給されたエアによって加圧されたバックプレート２２は、バックプレート２２と保護シート２４との間に形成された圧力エアー層及び保護シート２４を介してウエーハＷに加工圧を付与し、メインエアー経路５５によるエアの圧力とサブエアー経路５２によるエアの圧力とを夫々調整することによって、ウエーハＷの研磨形状が制御される。
【００３２】
正圧ライン５３、負圧ライン５８又は大気開放ライン５９との切替えや、メインエアー経路５５によるエアの圧力とサブエアー経路５２によるエアの圧力、及び負圧ライン５８による吸引圧力は、ＣＰＵ６０によって夫々最適に制御される。
【００３３】
保護シート２４には図示しないウェーハ吸着用の複数の吸着口が形成されており、ウェーハＷの搬送時にウェーハＷを吸着保持するために使用される。即ち、ウェーハＷの吸着時は切替バルブ５６がサブエアー経路５２を負圧ライン５８に切替え、複数の吸着口を経由してウェーハＷに吸引力を伝達する。
【００３４】
メインエアー経路５５には、エアの湿度を所定の値に制御する加湿手段が組み込まれている。図３は、メインエアー経路５５に設けられた加湿手段７０を表している。加湿手段７０としては超音波加湿装置７０Ａが用いられている。超音波加湿装置７０Ａは、図３に示すように、タンク７１、タンク７１の底部に取り付けられた超音波振動子７２、タンク７１の内部に設けられた湿度センサ７３、及びコントローラ７７からなっている。
【００３５】
タンク７１はバルブ７６を経由して純粋製造装置に接続され、タンク７１の内部には所定量の純水が常時収容されるように供給される。また、タンク７１はバルブ７４及びレギュレータ７５を経由して高圧エアー源に接続されるとともに、研磨装置１０とエアーホースで接続されている。
【００３６】
超音波振動子７２の振動によってタンク７１内の純水は霧化され、純水の上部空間に充満する。タンク７１内に導入された高圧のドライエアはここで湿度調整されて研磨装置１０に送られる。
【００３７】
タンク７１内の湿度は湿度センサ７３によって検出され、そのデータがコントローラ７７に送信される。コントローラ７７は受信したタンク７１内の湿度データによって超音波振動子７２の振動数又は振幅あるいはその両者を制御して、タンク７１内の湿度を所定の値に調整する。
【００３８】
ウェーハキャリア２０は前述のように構成され、このウェーハキャリア２０で保持したウェーハＷを研磨定盤１１上の研磨パッド１２に押し付けて、研磨定盤１１とウェーハキャリア２０とをそれぞれ回転させながら、研磨パッド１２上にスラリを供給することにより、ウェーハＷが研磨される。
【００３９】
このとき、ウェーハキャリア２０のバックプレート２２と保護シート２４との間に圧力エアー層を形成するためにバックプレート２２から噴射されるエアは、バックプレート２２とリテーナーリング２３との隙間２３Ａから外部に排気されるが、このエアは加湿手段７０によって所定の湿度にコントロールされているので、保護シートやリテーナリング及びウェーハ等を乾燥させることがなく、スラリー等の固着凝集が緩和される。
【実施例１】
【００４０】
３００ｍｍウェーハ用のウェーハキャリア２０で、保護シート２４として従来の撥水性フィルム（ＰＦＡ等のテフロン系透明フィルム）を用い、メインエアー経路５５に温度２５℃、湿度６０％に制御された高圧エアを供給してバックプレート２２と保護シート２４との間に圧力エアー層を形成し、この圧力エアー層を介して研磨圧力を付与して熱酸化膜付の３００ｍｍウェーハＷを研磨した。
【００４１】
この研磨において、保護シートやリテーナリング及びウェーハ等を乾燥させることがなく、スラリー等の固着凝集が緩和され、ウェーハＷ裏面のディフェクトも改善されていた。
【実施例２】
【００４２】
実施例１の保護シート２４のウェーハＷとの接触面に湿式発砲ポリウレタンからなる保湿性フィルムを貼り付け、実施例１と同様の研磨を行った。この時、メインエアー経路５５に供給するエアの湿度をパラメータとして変化させて実験したところ、湿度３５％で十分な効果が見られた。
【実施例３】
【００４３】
実施例１の撥水性フィルムからなる保護シート２４に代えて湿式発砲ポリウレタンからなる保湿性フィルムを保護シート２４として用い、実施例２と同様に供給するエアの湿度をパラメータとして変化させて実験したところ、湿度４０％で安定した効果が見られた。
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、供給する高圧エアを所定の湿度に制御して用いるので、装置の各部及びウェーハＷの乾燥が抑制され、スラリー等の固着凝集が緩和される。
【００４５】
なお、前述の実施の形態では加湿手段７０として、超音波加湿装置７０Ａを用いたが、その他の微噴霧式加湿装置、気化式加湿装置、蒸気式加湿装置等の既知の加湿装置を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態に係る研磨装置の断面図
【図２】ウェーハキャリアのウェーハ押圧機構部を表わす拡大断面図
【図３】加湿手段を表す構成図
【符号の説明】
【００４７】
１０…研磨装置、１２…研磨パッド、２０…ウェーハキャリア、２２…バックプレート、２２Ａ・２２Ｂ…エアー噴出口、２３…リテーナリング、２４…保護シート、７０…加湿手段、７０Ａ…超音波加湿装置、Ｗ…ウェーハ
【図１】
2006231419.tif 000003
【図２】
2006231419.tif 000004
【図３】
2006231419.tif 000005