(57)【要約】【課題】スラリが廃液槽の側壁に衝突することによって発生するミストの量を減らすことが可能な研磨装置を提供する。【解決手段】研磨装置は、表面に研磨パッド５が貼り付けられて回転するプラテン７と、研磨パッド５上にスラリを供給するスラリ供給部（不図示）と、プラテン７を収容する廃液槽９と、研磨対象物であるウェハ２を研磨パッド５に押し付けるように保持しながら回転する研磨ヘッド１とを備えている。廃液槽９の側壁の内面はプラテン７の端面に対して凹面形状を成している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に研磨パッドが貼り付けられて回転するプラテンと、前記研磨パッド上にスラリを供給するスラリ供給部と、該プラテンを収容する廃液槽と、研磨対象物を前記研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転する研磨ヘッドと、を備えた研磨装置において、
前記廃液槽の側壁の内面は前記プラテンの周囲端面に対して凹面形状を成していることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記廃液槽には、前記廃液槽内から空気を排気する排気口が形成されている、請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記廃液槽の側壁の内面側に水を溜める水槽部が形成されている、請求項１または２に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨パッドの周囲部の上面側に、前記研磨パッド上の前記スラリが前記研磨パッドの周囲部から流れ落ちるのを促進するスラリ落下促進手段が設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の研磨装置。
【請求項５】
前記スラリ落下促進手段は、前記研磨パッドの周囲部の上面側に形成された段差部である、請求項４に記載の研磨装置。
【請求項６】
前記スラリ落下促進手段は、前記研磨パッドの周囲部の上面側に形成された面取り部である、請求項４に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨装置に関するものであり、特にＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)プロセスに用いられる研磨装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７は従来の研磨装置を示す断面図であり、図８は図７に示した研磨装置の平面図である。
【０００３】
図７及び図８に示すように、従来の研磨装置は、廃液を受け止めて回収する廃液槽１０９と、廃液槽１０９内に回転可能に収容されたプラテン１０７と、プラテン１０７上に載置された研磨パッド１０５とを有している。研磨装置はさらに、研磨対象であるウェハ１０２を回転可能かつ研磨パッド１０５に対して押圧可能に保持する研磨ヘッド１０１と、研磨パッド１０５上にスラリを供給するスラリ供給部１１０と、研磨パッド１０５の表面上で回転してそれを切削処理するドレッサ１０８とを有している。研磨パッド１０５の表面は、ドレッサ１０８によって切削処理を行うことで良好な状態に維持される。
【０００４】
研磨ヘッド１０１は、ウェハ１０２の周囲を囲むリテーナリング１０３と、リテーナリング１０３上に取り付けられた筐体１０１ａとを有している。研磨ヘッド１０１内は中空構造になっており、研磨ヘッド１０１内の空間とウェハ１０２とはメンブレン１０４によって仕切られている。研磨ヘッド１０１は、研磨ヘッド１０１内が加圧させられることによって、メンブレン１０４を介してウェハ１０２を研磨パッド１０５上に押圧するように構成されている。ただし、研磨ヘッド１０１内の加圧だけでは、ウェハ１０２の面内において研磨パッド１０５に対する押圧力の分布が生じてしまう。そのため、そのような圧力分布を補償するために、リング状のチューブからなる周辺加圧部１０６が、メンブレン１０４上のウェハ１０２の周辺部の直上の位置に配置されている。
【０００５】
上記のように構成された従来の研磨装置は、研磨動作を開始すると、スラリ供給部１１０から研磨パッド１０５上へのスラリの供給を開始し、プラテン１０７と研磨ヘッド１０１の各々を回転させる。その間、研磨ヘッド１０１は研磨パッド１０５の半径方向に往復移動する。これにより、研磨ヘッド１０１に保持されたウェハ１０２が研磨される。
【０００６】
研磨パッド１０５上に供給されたスラリは、プラテン１０７と共に回転する研磨パッド１０５の遠心力によって研磨パッド１０５の外縁から飛ばされて廃液槽１０９の側壁に衝突し、廃液槽１０９の側壁に沿って流れ落ちて廃液槽１０９の底に収集される。廃液槽１０９の底に収集されたスラリは、廃液槽１０９の底に形成された廃液口１０９ａから廃液槽１０９の外部に排出される。
【０００７】
なお、上述したタイプの研磨装置は特許文献１，２に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１４２４４２号公報
【特許文献２】特開２００３−１００６８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図７に示すように、従来の研磨装置では廃液槽１０９の側壁が研磨パッド１０５の表面に対して垂直になっている。そのため、回転する研磨パッド１０５の表面から飛ばされたスラリが廃液槽１０９の側壁に衝突するとその衝撃でミストが生じ易い。ミスト化したスラリは、空中を漂い、研磨ヘッド１０１、ドレッサ１０８およびスラリ供給部１１０の表面等に付着して乾燥する。乾燥したスラリは、粒子状あるいは粉状の形態となって研磨パッド１０５上に落下するおそれがある。研磨パッド１０５上にこのような乾燥したスラリが落下していると、次の研磨工程でウェハ１０２にスクラッチなどの欠陥を発生させる要因となる。
【０００９】
そこで本発明は、スラリが廃液槽の側壁に衝突することによって発生するミストの量を減らすことが可能な研磨装置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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の研磨装置は、表面に研磨パッドが貼り付けられて回転するプラテンと、前記研磨パッド上にスラリを供給するスラリ供給部と、該プラテンを収容する廃液槽と、研磨対象物を前記研磨パッドに押し付けるように保持しながら回転する研磨ヘッドと、を備えた研磨装置において、前記廃液槽の側壁の内面は前記プラテンの端面に対して凹面形状を成していることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、廃液槽の側壁の内面がプラテンの端面に対して凹面形状になっているため、回転する研磨パッドの表面から飛ばされたスラリは廃液槽の側壁に沿って滑らかに流れ落ちる。したがって、スラリが廃液槽の側壁に衝突することによって発生するミストの量を減らすことができ、ひいては、乾燥したスラリが研磨パッド上に落下してウェハにスクラッチなどの欠陥を発生させてしまう可能性を減少させることができる。
【００１２】
さらに、前記廃液槽には、前記廃液槽内から空気を排気する排気口が形成されていてもよい。これにより、廃液槽の内部で乾燥したスラリが廃液槽内に浮遊している場合であっても、その浮遊しているスラリを排気口を通じて廃液槽の外部に排気できるので、乾燥したスラリが研磨パッド上に付着することをより抑えることができる。
【００１３】
さらには、前記廃液槽の側壁の内面側に水を溜める水槽部が形成されていてもよい。この構成によれば、水槽部に溜められた水によって廃液槽内の湿度を保つことで、廃液槽内でのスラリの乾燥を抑えることができる。したがって、廃液槽内でスラリが乾燥して研磨パッド上に付着することを抑えることができる。
【００１４】
また、前記研磨パッドの周囲部の上面側に、前記研磨パッド上の前記スラリが前記研磨パッドの周囲部から流れ落ちるのを促進するスラリ落下促進手段が設けられていてもよい。これにより、研磨パッド上のスラリを研磨パッドの周囲部から流れ落ちやすくすることが可能になる。
【００１５】
前記スラリ落下促進手段は、前記研磨パッドの周囲部の上面側に形成された段差部あるいは面取り部であってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、スラリが廃液槽の側壁に衝突することによって発生するミストの量を減らすことが可能な研磨装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１は本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す断面図であり、図２は図１に示した研磨装置の平面図である。
【００１９】
図１等に示す本実施形態の研磨装置も、図７等に示した従来の研磨装置と同様に、廃液槽９、プラテン７、研磨パッド５、研磨ヘッド１、ドレッサ８、スラリ供給部１０を備えている。これらの構成と動作は、概ね図７等を参照して説明した通りである。
【００２０】
本実施形態では、廃液槽９の側壁が、上部湾曲部１１と下部湾曲部１２とによって形成された湾曲形状を有している。廃液槽９の側壁の、プラテン７の周囲端面に対向する面は、凹面になっている。そして、廃液槽９の側壁を形成する上部湾曲部１１はプラテン７及び研磨パッド５の上方の位置まで延びており、プラテン７及び研磨パッド５の端面は上部湾曲部１１によって覆われている。このように、本実施形態の研磨装置は、廃液槽９の側壁の内面がプラテン７の周囲端面に対して凹面形状になっているため、回転する研磨パッド５の表面から飛ばされたスラリは廃液槽９の側壁に沿って滑らかに流れ落ちる。したがって、本実施形態の研磨装置によれば、スラリが廃液槽９の側壁に衝突することによって発生するミストの量を減らすことができ、ひいては、乾燥したスラリが研磨パッド５上に落下してウェハ２にスクラッチなどの欠陥を発生させてしまう可能性を減少させることができる。
【００２１】
続いて、本実施形態の研磨装置の構成及び動作について、より詳しく説明する。
【００２２】
研磨ヘッド１は、金属製の筐体１ａと、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）あるいはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）からなるリテーナリング３と、ネオプレンゴム製のメンブレン４と、高分子材料からなる周辺加圧部６とを有している。また、プラテン７は金属で構成され、その上に貼付された研磨パッド５はポリウレタンで構成されている。廃液槽９は高分子材料で構成されている。さらに、ドレッサ８の底面にはダイヤモンド砥粒が固着されている。
【００２３】
ドレッサ８は、２０Ｎ／ｍの圧力で研磨パッド５に押し付けられ、毎分４０回転で回転しながら研磨パッド５の半径方向に往復移動することで、研磨パッド５の表面を切削処理する。これにより、研磨パッド５の表面がウェハ２を研磨するのに良好な状態に保たれる。
【００２４】
次に、プラテン７上に貼付された研磨パッド５の中央部の上に、シリカ系材料を含むスラリがスラリ供給部１０から毎分３００ｍｌの流量で吐出される。そして、研磨パッド５を一定方向に毎分３０回転で自転させると、研磨パッド５上に吐出されたスラリが研磨パッド５上の全面に拡散する。
【００２５】
ウェハ２は、研磨ヘッド１にフェイスダウン状態で吸着されて、研磨パッド５上に搬送される。研磨ヘッド１は、毎分２９回転で自転し、かつ研磨パッド５の半径方向に往復移動する。研磨ヘッド１は７０Ｎ／ｍの圧力で研磨パッド５に押し付けられている。さらに、研磨ヘッド１に保持されたウェハ２は、研磨ヘッド１内のメンブレン４で隔離された気室内に供給される高圧エアーによって、５０Ｎ／ｍの圧力で研磨パッド５に押し付けられている。
【００２６】
ウェハ２の研磨レートは、ウェハ２が研磨パッド５に押し付けられる圧力に比例する。しかしながら、ウェハ２の面内において圧力に分布が生じる傾向があり、特にウェハ２の中央領域と周辺領域との間に圧力分布が生じる傾向がある。そのため、そのような圧力分布を補償するために、リング状のチューブからなる周辺加圧部６が、メンブレン４上のウェハ２の周辺部の直上の位置に配置されている。チューブ内には高圧エアーが供給され、周辺加圧部６は５０±５Ｎ／ｍの圧力でウェハ２の周辺部を加圧する。これにより、ウェハ２の面内に生じる圧力分布を解消し、ウェハ２を面内の全域にわたって均一の圧力で研磨パッド５に押し付けることが可能になっている。
【００２７】
スラリは、研磨工程の間、連続してスラリ供給部１０から研磨パッド５上に供給される。上述したように、スラリは回転する研磨パッド５の表面から遠心力によって飛ばされ、廃液槽９の凹面形状の側壁に沿って滑らかに流れ落ちる。このようにして廃液槽９内に回収されたスラリは、廃液槽９の廃液口９ａを通って外部に排出される。
【００２８】
ウェハ２の研磨加工は、上述した条件の下で一定時間にわたって行われる。その後、ウェハ２は洗浄されて研磨ヘッド１から回収される。続いて、研磨ヘッド１には次の未研磨のウェハ２が保持され、同様に研磨される。
【００２９】
このように、本実施形態によれば、スラリが廃液槽９の側壁に衝突する際の衝撃を緩和させてスラリがミスト化することを抑えることができ、スラリを効率良く回収することができる。スラリがミスト化することを抑えることにより、乾燥スラリが発生して研磨パッド５に落下するおそれを低減することができ、その結果、ウェハ２にスクラッチが発生する割合を０．２〜０．５％程度にまで少なくすることができた。
【００３０】
図３は図１及び図２に示した廃液槽の側壁部分を拡大して示す断面図である。
【００３１】
上述したように、廃液槽９の側壁は上部湾曲部１１と下部湾曲部１２とによって形成された湾曲形状を有しており、廃液槽９の側壁のプラテン７及びその上に載置された研磨パッド５の端面に対向する面は凹面になっている。このように、廃液槽９の側壁の内面がプラテン７及び研磨パッド５の端面に対して凹面形状になっているため、回転する研磨パッド５の表面から飛ばされたスラリは廃液槽９の側壁に沿って滑らかに廃液槽９内に流れ込み、かつ廃液槽９の側壁に沿って滑らかに流れ落ちる。なお、上部湾曲部１１と下部湾曲部１２とは個別に作製されて組み合わされた構成であってもよいし、一体的に作製されていてもよい。
【００３２】
ここで、本実施形態におけるプラテン７及び廃液槽９の各部寸法例について説明する。本実施形態では、図３に示すように、研磨パッド５を含めたプラテン７の厚さＸが１００ｍｍであり、これに対して、プラテン７の上面と上部湾曲部１１の端部との垂直方向の距離Ｈ３が１０±５ｍｍ、プラテン７の中心軸と廃液槽９の側壁の凹面の中心軸との垂直方向の距離Ｈ４が２３±５ｍｍである。さらに、廃液槽９の側壁の凹面の頂点部と湾曲部１１，１２の端部との水平方向の距離Ｌ１が１９０±５ｍｍ、湾曲部１１，１２の端部とプラテン７の端部との距離Ｌ２が−３０〜１０ｍｍである。ここで、距離Ｌ２が−３０ｍｍであるとは、湾曲部１１，１２の端部とプラテン７の端部との水平方向の隙間が３０ｍｍであることを意味する。さらに、湾曲部１１，１２の端部と廃液口９ａの中心との距離Ｌ３が５０±５ｍｍ、廃液槽９の側壁の凹面の頂点部と各湾曲部１１，１２の端部との垂直方向の距離Ｈ１，Ｈ２が共に８３±１０ｍｍである。さらに、廃液槽９の側壁の凹面を成す楕円の長径Ｒ１が１９０±５ｍｍ（本実施形態ではＬ１と同じ）であり、同楕円の短径Ｒ２が８３±１０ｍｍ（本実施形態ではＨ１，Ｈ２と同じ）である。
【００３３】
なお、上記の各寸法はプラテン７の厚さＸが１００ｍｍである場合の一例であり、上記の各寸法はプラテン７の厚さＸの寸法に応じて適宜変動する。
【００３４】
なお、本実施形態の研磨装置は、半導体基板の酸化膜を研磨する酸化膜ＣＭＰのみならず、金属膜のＣＭＰなどを含む全てのＣＭＰ分野において用いることが可能である。
【００３５】
（第１の変形例）
図４は図１等に示した研磨装置の第１の変形例を示す図であり、その廃液槽の側壁部分を拡大して示している。
【００３６】
図４に示す変形例では、廃液槽９の側壁部分に排気口１３が形成されている。この排気口１３は不図示の吸気装置に接続され、廃液槽９内の空気を排気口１３を通じて外部に排気できるようになっている。この構成によれば、上述した本実施形態による作用効果に加えて、廃液槽９の内部で乾燥したスラリが廃液槽９内に浮遊している場合であっても、その浮遊しているスラリを排気口１３を通じて廃液槽９の外部に排気できるので、乾燥したスラリが研磨パッド５上に付着することをより抑えることができる。
【００３７】
さらに、図４に示す変形例では、突起部１４が下部湾曲部１２からプラテン７の端部の下方の位置まで延びている。これにより、プラテン７の端部が上部湾曲部１１と突起部１４とによって囲まれた状態になり、廃液槽９内に浮遊しているスラリが研磨パッド５上に付着することをより一層防ぐことができる構成になっている。
【００３８】
（第２の変形例）
図５は図１等に示した研磨装置の他の変形例を示す図であり、その廃液槽の側壁部分を拡大して示している。
【００３９】
図５に示す変形例では、突起部１４が下部湾曲部１２からプラテン７の端部の下方の位置まで延びている。この突起部１４によって下部湾曲部１２には樋状の水槽部１５が形成されており、水槽部１５には予め水が溜められている。
【００４０】
この変形例によれば、水槽部１５に溜められた水によって廃液槽９内の湿度を保つことで、廃液槽９内でのスラリの乾燥を抑えることができる。したがって、廃液槽９内でスラリが乾燥して研磨パッド５上に付着することを抑えることができる。
【００４１】
また、研磨パッド５から流れ落ちてきたスラリは、この水槽部１５を通った後に廃液槽９の底面に流れ落ちていくが、その際にスラリは水槽部１５内の水によって薄められて流動性が増すので、スラリを廃液口９ａから排出することがより容易になる。
【００４２】
（第３の変形例）
図６は、図１に示した研磨パッドの変形例を示す図である。
【００４３】
本変形例の研磨パッド５は、図６（ｂ）に示すように、研磨パッド５の周囲部の上面側に段差部１６ａが形成されている。段差部１６ａの寸法に関し、研磨パッド５の上面と段差部１６ａの平面との距離Ｈ４は１ｍｍから最大で研磨パッド５の厚さであり、研磨パッド５の端面と段差部１６ａの垂直面との距離Ｌ４が５〜２０ｍｍである。
【００４４】
また、本変形例の研磨パッド５は、図６（ｃ）に示すように、研磨パッド５の周囲部の上面側に面取り部１６ｂが形成されている。図６（ｃ）に示す面取り部１６ｂのＨ５，Ｌ５の寸法は、１ｍｍから最大で研磨パッド５の厚さである。
【００４５】
研磨パッド５の周囲部に形成された段差部１６ａや面取り部１６ｂは、研磨パッド５上のスラリが研磨パッド５の周囲部から流れ落ちることを促進するスラリ落下促進手段として機能する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置を示す断面図である。
【図２】図１に示した研磨装置の平面図である。
【図３】図１及び図２に示した廃液槽の側壁部分を拡大して示す断面図である。
【図４】図１等に示した研磨装置の第１の変形例を示す図である。
【図５】図１等に示した研磨装置の他の変形例を示す図である。
【図６】図１に示した研磨パッドの変形例を示す図である。
【図７】従来の研磨装置を示す断面図である。
【図８】図７に示した研磨装置の平面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１    研磨ヘッド
１ａ  筐体
２    ウェハ
３    リテーナリング
４    メンブレン
５    研磨パッド
６    周辺加圧部
７    プラテン
８    ドレッサ
９    廃液槽
９ａ  廃液口
１０  スラリ供給部
１１  上部湾曲部
１２  下部湾曲部
１３  排気口
１４  突起部
１５  水槽部
１６ａ  段差部
１６ｂ  面取り部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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