(57)【要約】【課題】研磨パッドのコンディショニング機能をも併せ持つ研磨ヘッドを形成して、小型化が可能なＣＭＰ装置を提供し、研磨パッドのコンディショニングを行いつつウエハを研磨することが可能な半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】研磨ヘッド１は、研磨ヘッド本体５の外周側に、研磨パッド１５をコンディッショニングする研削部６を設けたものである。研磨ヘッド本体５は、従来の研磨ヘッドの機能を持つものであり、円板状のウエハキャリア３の中心軸の位置に研磨ヘッド回転軸２が設けられ、ウエハキャリア３の外周部の下面側には、リング状のリテーナリング４が設けられている。このリテーナリング４の外周側に、研削部６がリング状に設けられている。研削部６の下面には、ダイヤモンド等からなる砥粒をニッケルを用いた電着法等により固着した砥粒層からなる研削面６ａが設けられている。【選択図】　　　　　図２
2004119495.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを研磨パッドに擦りつけて研磨する研磨ヘッドにおいて、
研磨ヘッド本体の外周側に、前記研磨パッドをコンディショニングする研削部を設けたことを特徴とする研磨ヘッド。
【請求項２】
前記研削部は前記研磨ヘッド本体に対して着脱可能であることを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド。
【請求項３】
前記研削部を加圧する圧力機構は、前記研磨ヘッド本体を加圧する圧力機構とは独立に機能する圧力機構を備えていることを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド。
【請求項４】
前記ウエハと前記研磨パッドとの接触面にスラリーを取り込むための溝を、前記研削部の研削面に設けたことを特徴とする請求項１記載の研磨ヘッド。
【請求項５】
研磨ヘッド本体の外周側に、研磨パッドをコンディショニングする研削部を設けた研磨ヘッドと、スラリーを研磨パッド上に供給するスラリー供給部と、研磨パッドが表面上に形成された回転テーブルとを備えた化学機械的研磨装置。
【請求項６】
研磨ヘッド本体の外周側に、研磨パッドをコンディショニングする研削部を設けた研磨ヘッドを研磨パッド上で回転させて、研磨パッドのコンディショニングを行いつつウエハを研磨することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨ヘッドと、この研磨ヘッドを用いた化学的機械的研磨装置及び半導体装置の製造方法に関する。詳しくは、研磨パッドのコンディショニング機能を持たせた研磨ヘッドと、この研磨ヘッドを用いた化学機械的研磨装置及び半導体装置の製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
シリコンウエハ等の表面を平坦化する方法として、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下「ＣＭＰ」と略記する）が近年よく用いられている。
図４に、従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す。
【０００３】
図４において、ＣＭＰ装置５１は、回転テーブル回転軸５２を中心として回転する回転テーブル５３上に設けられた研磨ヘッド５４とコンディショナー５５とを備えている。回転テーブル５３の上表面には、研磨パッド５６が形成されている。
【０００４】
研磨ヘッド５４は、研磨ヘッド回転軸５７と円板状のウエハキャリア５８とを備え、ウエハキャリア５８の下面にはウエハ５９が吸着されている。円板状のウエハキャリア５８は、研磨ヘッド回転軸５７を中心として回転する。
コンディショナー５５は、コンディショナー回転軸６０と円板状のコンディショニングディスク６１とを備える。コンディショニングディスク６１は、コンディショナー回転軸６０を中心として回転する。
【０００５】
スラリー供給部６２からは、研磨パッド５６上に研磨剤であるスラリー６３が供給され、スラリー６３はウエハ５９と研磨パッド５６との接触面に取り込まれる。ウエハ５９の表面は、回転テーブル５３表面の研磨パッド５６に接触し、スラリー６３によって研磨される。
【０００６】
図５（ａ）に、研磨ヘッド５４の下面を示し、図５（ｂ）に、研磨ヘッド５４の縦断面を示す。ウエハキャリア５８の下面側外周には、リテーナリング６４が設けられている。リテーナリング６４は、回転テーブル５３、ウエハキャリア５８とともにウエハ５９が回転することによって、ウエハキャリア５８からウエハ５９が飛び出すことを防止するために設けられたものである。
【０００７】
図６（ａ）に、コンディショナー５５の下面を示し、図６（ｂ）に、コンディショナー５５の縦断面を示す。コンディショニングディスク６１の外周側下面には、ダイヤモンド等からなる砥粒を固着した研削部６５が設けられている。研削部６５を研磨パッド５６に擦りつけて研磨パッド５６表面を研削する。これによって、コンディショニングの機能、すなわち、研磨パッド５６の表面を毛羽立たせる機能を持続させ、研磨状態を一定に保つことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来用いられているＣＭＰ装置５１においては、研磨ヘッド５４とコンディショナー５５とがそれぞれ別個に回転テーブル５３上に設けられているため、回転テーブル５３の径を研磨ヘッド５４の径と、コンディショナー５５の径との和よりも大きくすることが必要であり、回転テーブル５３が大径化することが避けられない。
【０００９】
また、研磨ヘッド５４とコンディショナー５５とをそれぞれ別個に設けていることによって、それぞれを回転させるための動作機構が必要となり、この動作機構のためのスペースを確保するために、ＣＭＰ装置５１が大型化することとなる。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、研磨パッドのコンディショニング機能をも併せ持つ研磨ヘッドを形成して、動作機構を簡単にでき小型化が可能なＣＭＰ装置を提供し、研磨パッドのコンディショニングを行いつつウエハを研磨することが可能な半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明は、ウエハを研磨パッドに擦りつけて研磨する研磨ヘッドにおいて、研磨ヘッド本体の外周側に、前記研磨パッドをコンディショニングする研削部を設けたことを特徴とする。
この構成によれば、１つの研磨ヘッドによって、ウエハを研磨パッドに擦りつけて研磨すると同時に、研磨パッドをコンディショニングすることができ、ウエハの研磨状態を良好な状態で維持することができる。
【００１２】
すなわち、研磨パッドへの押圧力は、この研磨ヘッドの外周部付近にのみ集中するため、研磨パッドをコンディショニングするための研削部を研磨ヘッド本体の外周側のみに設けても、研磨パッドのコンディショニングを十分に行うための押圧力を得ることができる。
【００１３】
本発明は、研磨ヘッド本体の外周側に、研磨パッドをコンディショニングする研削部を設けた研磨ヘッドと、スラリーを研磨パッド上に供給するスラリー供給部と、研磨パッドが表面上に形成された回転テーブルとを備えたＣＭＰ装置である。
この構成によれば、１つのＣＭＰ装置において、研磨ヘッドとコンディショナーとを独立して別個に設ける必要がなく、１つの研磨ヘッドによって、ウエハの研磨と研磨パッドのコンディショニングとを同時に行うことができる。
【００１４】
本発明は、研磨ヘッド本体の外周側に、研磨パッドをコンディショニングする研削部を設けた研磨ヘッドを研磨パッド上で回転させて、研磨パッドのコンディショニングを行いつつウエハを研磨することを特徴とする半導体装置の製造方法である。
この方法によると、１つの研磨ヘッドによって、ウエハを研磨パッドに擦りつけて研磨すると同時に、研磨パッドをコンディショニングすることができ、ウエハの研磨状態を良好な状態で維持することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施の形態におけるＣＭＰ装置の一例を示す。
図１に示すように、ＣＭＰ装置１１は、回転テーブル回転軸１２を中心として回転する回転テーブル１３と、この回転テーブル１３上に設けられた研磨ヘッド１と、スラリー供給部１４とを備えている。回転テーブル１３の表面には、研磨パッド１５が形成されている。
【００１６】
研磨ヘッド１は、研磨ヘッド回転軸２を中心として回転する円板状のウエハキャリア３を有し、ウエハキャリア３の下面にはウエハ７が吸着されている。
スラリー供給部１４からはスラリー１６が供給され、スラリー１６はウエハ７と研磨パッド１５との接触面に取り込まれる。ウエハ７の表面は、回転テーブル１３表面に設けられた研磨パッド１５に接触して研磨される。
【００１７】
図２に、本発明の実施の形態における研磨ヘッド１の構成の一例を示す。このうち、図２（ａ）は、研磨ヘッドの下面を示し、図２（ｂ）は、研磨ヘッドの側面を示す。
この研磨ヘッド１は、研磨ヘッド本体５の下面外周側に、研磨パッド１５をコンディショニングする研削部６を設けたものである。研磨ヘッド本体５は、従来の研磨ヘッドの機能を持つものであり、円板状のウエハキャリア３の中心軸の位置に研磨ヘッド回転軸２が設けられ、ウエハキャリア３の外周部の下面側には、リング状のリテーナリング４が設けられている。
【００１８】
リテーナリング４は、ウエハキャリア３の下面側に当接されて研磨されるウエハ７が、回転テーブル１３、ウエハキャリア３とともに回転することによって、ウエハキャリア３の下面から飛び出すことを防止するために設けられている。図２に示す例では、このリテーナリング４の外周側に、リング状の研削部６が設けられている。
【００１９】
この研削部６は、ステンレス等の耐食性を有する材料によって形成され、その下面には、ダイヤモンド等からなる砥粒をニッケルを用いた電着法等により固着した砥粒層からなる研削面６ａが設けられている。
【００２０】
研削部６をこのように、研磨ヘッド本体５の外周側に設けた理由を以下に説明する。
図４において示したように、コンディショナー５５は回転テーブル５３上で回転して研磨パッド５６のコンディショニングを行うため、研磨パッド５６への押圧力は、コンディショニングディスク６１の外周部付近にのみ集中する。そのため、コンディショニングディスク６１の表面全体に砥粒を固着させても、研磨パッド５６のコンディショニングに使用されるのは、コンディショニングディスク６１の外周部に固着された砥粒のみであり、コンディショニングディスク６１の中央部に砥粒を固着させてもその効果は小さい。
【００２１】
本発明の研磨ヘッドは、コンディショニングを行うための砥粒を外周部付近にのみ固着させても十分なコンディショニング効果が得られることを利用したものであり、研磨ヘッド本体５の外周側に研削部６を設けて、コンディショニングの機能を併せ持つ研磨ヘッドを実現している。
【００２２】
研削部６を加圧する圧力機構は、研磨ヘッド本体５を加圧する圧力機構とは独立に機能する圧力機構を備えている。このような圧力機構として、図２（ｂ）に示すように、研削部６の上部に設けられたエアシリンダ機構８を用いることができる。
【００２３】
研磨ヘッド本体５がウエハ７を研磨するために最適な圧力条件と、研削部６が研磨パッド１５をコンディショニングするために最適な圧力条件とは異なる。そのため、研削部６を加圧する圧力機構が、研磨ヘッド本体５を加圧する圧力機構とは独立に機能することによって、研磨パッド１５をコンディショニングするための圧力を制御して最適な圧力条件を実現することが可能となる。
【００２４】
本実施形態の研磨ヘッドでは、研磨ヘッド回転軸２を中心として回転する円板状のウエハキャリア３の下面側にウエハ７が吸着されて、ウエハ７が研磨されるとともに、研磨パッド１５は研削部６によって擦られて研削される。これによって、研磨パッド１５の表面が毛羽立てられ、研磨状態を長時間に亘って良好に保つことができる。
また、研削部６は研磨ヘッド本体５に対して着脱可能な構成とすることにより、研削部６を装着しないで使用することもできる。この場合には、研磨パッドのコンディショニングを行わずに、ウエハ７の研磨のみを行うことができる。
【００２５】
研削部６の研削面６ａには、ウエハ７と研磨パッド１５との接触面にスラリー１６を取り込むための溝６ｂを、図３に示すように、研削面６ａの周方向に複数個設けることが好ましい。この溝６ｂは、スラリー１６を取り込みやすくするために、研磨ヘッド１の回転方向にあわせて、研削面６ａの半径方向に対して所定の角度を持つように形成されている。
【００２６】
このような溝６ｂを設けることによって、研磨ヘッド本体５の外周部に研削部６が形成されていても、スラリー１６をウエハ７と研磨パッド１５との接触面に取り込みやすくなり、ウエハ７の研磨を良好な状態で行うことができる。
【００２７】
このように、本発明の研磨ヘッドは、研磨パッド１５をコンディショニングする機能を持たせつつウエハ７を研磨することが可能である。
そのため、この研磨ヘッド１を用いたＣＭＰ装置１１では、コンディショナーを別個に設けるためのスペースを必要とせず、また、回転テーブル１３の径を研磨ヘッド１の径とほぼ同等の寸法とすることができるため、ＣＭＰ装置１１の小型化を実現することができる。
【００２８】
また、コンディショナーを別個に設けることを要しないため、コンディショナーを動作させるための動作機構が不要であり、この動作機構によって消費される電力を低減することができる。さらに、この動作機構に用いられる部材の使用量を削減でき、ＣＭＰ装置１１に要するコストを削減することができる。
【００２９】
また、研磨ヘッド本体５の外周側に、研磨パッド１５をコンディショニングする研削部６を設けた研磨ヘッド１を、研磨パッド１５上で回転させてウエハ７を研磨することにより、研磨パッド１５のコンディショニングを行いつつウエハ７を研磨し、この研磨されたウエハ７を用いて半導体装置を製造することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、研磨ヘッド本体の外周側に、研磨パッドをコンディショニングする研削部を設けたことにより、コンディショナーを別個に設けるためのスペースを必要とせず、ＣＭＰ装置の小型化を実現することができる。また、回転テーブルの径を研磨ヘッドの径とほぼ同等の寸法とすることもできる。
【００３１】
また、コンディショナーを別個に設けることを要しないため、コンディショナーを動作させるための動作機構が不要であり、この動作機構によって消費される電力を低減することができ、この動作機構に用いられる部材の使用量を削減でき、ＣＭＰ装置に要するコストを削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるＣＭＰ装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における研磨ヘッドの構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態における研磨ヘッドの研削面を示す図である。
【図４】従来のＣＭＰ装置の構成を示す図である。
【図５】従来の研磨ヘッドの構成を示す図である。
【図６】従来のコンディショナーの構成を示す図である。
【符号の説明】
１　研磨ヘッド
２　研磨ヘッド回転軸
３　ウエハキャリア
４　リテーナリング
５　研磨ヘッド本体
６　研削部
６ａ　研削面
６ｂ　溝
７　ウエハ
８　エアシリンダ機構
１１　ＣＭＰ装置
１２　回転テーブル回転軸
１３　回転テーブル
１４　スラリー供給部
１５　研磨パッド
１６　スラリー
【図１】
2004119495.tif 000003
【図２】
2004119495.tif 000004
【図３】
2004119495.tif 000005
【図４】
2004119495.tif 000006
【図５】
2004119495.tif 000007
【図６】
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