(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェーハの研磨時に、ウェーハを押圧するエアが、ウェーハキャリアに設けられた保護シートに形成されているウェーハの吸着口から外に漏れ出すことのないウェーハの研磨装置を提供する。【解決手段】ウェーハＷを保持するウェーハキャリアの、ウェーハ吸着用の吸着口２４Ａ、を有するとともにウェーハＷに接触してバックプレート２２からの押圧力をウェーハＷに伝達する保護シート２５を、吸着口２４Ａ、が開閉する開閉構造とし、ウェーハＷを吸着する時には吸着口２４Ａが開口してウェーハＷを確実に吸着し、ウェーハＷを押圧する時には吸着口２４Ａが閉鎖してエアが漏れるのを防止するようにした。【選択図】          図４
2004148432.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、
前記ウェーハキャリアは、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の押圧力をウェーハに伝達する保護シートと、を有し、
前記保護シートは、ウェーハを吸着する時に前記吸着口が開口し、ウェーハを押圧する時には前記吸着口が閉鎖する吸着口開閉構造になっていることを特徴とするウェーハ研磨装置。
【請求項２】
前記吸着口開閉構造は、前記吸着口に開閉弁を設けた構造であることを特徴とする、請求項１に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項３】
前記開閉弁は、前記保護シートと同等か保護シートよりも薄いシートからなり、周縁近傍にエアの抜け口が形成されており、前記エアの抜け口よりも外側で前記吸着口を覆うように前記保護シートに取付けられていることを特徴とする、請求項２に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項４】
前記保護シートは、前記吸着口を有する第１のシートと、前記吸着口と重ならない位置にエアの抜け口が形成された第２のシートとで袋状をなしていることを特徴とする、請求項１に記載のウェーハ研磨装置。
【請求項５】
前記吸着口の縁が、前記保護シートのウェーハに接触する面と反対側にカルデラ状に盛り上がっていることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のウェーハ研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェーハの研磨装置に関し、  特に化学的機械研磨（ＣＭＰ：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ）によるウェーハの研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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ェ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キャリアとを有し、研磨定盤を回転させるとともに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には、ウェーハにエアによる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バックプレートからのエアの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、バックプレートから噴射されるエアの圧力が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。
【０００８】
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。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３１７８１９
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
通常の研磨時では、保護シートの表面は十分に純水で湿っており、エアの押圧力で保護シートがウェーハに密着しているので、保護シートの吸着口からエアが漏れ出す等の問題はない。
【００１１】
しかし、研磨装置が何らかのトラブルによって小時間停止し、その後運転を再開した時に、保護シートの表面が湿っていないことがあり、保護シートとウェーハとの密着性が悪いことがある。また、保護シートの表面に乾燥したスラリが固着している場合などもある。
【００１２】
特に、保護シートの表面にスラリが固着した状態のままで研磨を行った際、バックプレートから供給されたエアが吸着口を通り、保護シートとウェーハ間に挟まれた異物付近にできた隙間を通ってウェーハの外に漏れ出す場合がある。この漏れ出したエアがウェーハ裏面付近のスラリを乾燥させ、ウェーハ裏面の外周部にスラリを固着させてしまうという問題があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ウェーハの研磨時に、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すことのないウェーハの研磨装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、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、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の押圧力をウェーハに伝達する保護シートと、を有し、前記保護シートは、ウェーハを吸着する時に前記吸着口が開口し、ウェーハを押圧する時には前記吸着口が閉鎖する吸着口開閉構造になっていることを特徴としている。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記吸着口開閉構造は、前記吸着口に開閉弁を設けた構造であることを特徴としている。
【００１６】
請求項３に記載の発明は、請求項２の発明において、前記開閉弁は、前記保護シートと同等か保護シートよりも薄いシートからなり、周縁近傍にエアの抜け口が形成されており、前記エアの抜け口よりも外側で前記吸着口を覆うように前記保護シートに取付けられていることを特徴としている。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１の発明において、前記保護シートは、前記吸着口を有する第１のシートと、前記吸着口と重ならない位置にエアの抜け口が形成された第２のシートとで袋状をなしていることを特徴としている。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のうちいずれか１項の発明において、前記吸着口の縁が、前記保護シートのウェーハに接触する面と反対側にカルデラ状に盛り上がっていることを特徴としている。
【００１９】
本発明によれば、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バックプレートからの押圧力をウェーハに伝達する保護シートは、吸着口開閉構造を有しているので、ウェーハを吸着する時には吸着口が開口してウェーハを確実に吸着し、ウェーハを押圧する時には吸着口が閉鎖してエアが漏れるのを防止する。これにより何らかの悪条件が重なったとしても、保護シート内側のエアがウェーハの外に漏れ出すことがないので、ウェーハ裏面付近のスラリを乾燥させ、ウェーハ裏面の外周部にスラリを固着させるようなことが防止される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係るウェーハ研磨装置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、同一の部材については同一の番号又は記号を付している。
【００２１】
図１は、  本発明に係るウェーハ研磨装置の一実施形態を示す断面図である。ウェーハ研磨装置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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
リテーナーリング２３はウェーハ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。
【００２６】
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、ウェーハＷに当接してバックプレート２２からのエアー圧をウェーハ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とリテーナーリング２３との隙間２３Ａから外部に排気される。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、ウェーハＷの研磨形状が制御される。
【００２７】
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。
【００２８】
保護シート２４にはウェーハ吸着用の複数の吸着口２４Ａ、２４Ａ、…（図３参照）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。
【００２９】
ウェーハキャリア２０は以上のように構成され、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。
【００３０】
図３は、保護シート２４の平面図である。保護シート２４は、ウェーハＷのウェーハキャリア２０に保持される面を保護するとともに、バックプレート２２からのエアー圧を伝達してウェーハＷを一様に押圧する必要があるため、伸び難い性質を持ちながらも、曲げやすい性質を持つ薄い材料でできている。また、スラリに含まれる酸又はアルカリへの耐性も必要である。
【００３１】
保護シート２４の材質は、例えば、テフロン（ｄｕ  Ｐｏｎｔ  社の商標、ポリ四ふっ化エチレン）フィルム、ＰＥТ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＦＡ（四ふっ化パーフルオロアルキルビニルエーテル）フィルム、ポリエチレンフィルム、ポリエステルフィルム、シリコンゴムフィルム等が好ましい。
【００３２】
保護シート２４には中心部とその周囲に５個の吸着口２４Ａ、２４Ａ、…が形成されている。各吸着口２４Ａを覆うように、円周上に４個のエアの抜け口２５Ａ、２５Ａ、…を有する開閉弁２５が４個のエアの抜け口２５Ａ、２５Ａ、…よりも外側周縁部で保護シート２４に接着されている。この開閉弁２５は、ウェーハＷを搬送するためにウェーハＷを吸着する時は保護シート２４の吸着口２４Ａを開口状態にし、研磨時にバックプレートから噴射するエアー圧でウェーハを押圧する時は、吸着口を閉じてエアの漏れを防止する。
【００３３】
図４、及び図５は、開閉弁２５の作用を説明するための拡大断面図であって、図４はウェーハＷの吸着時を表わし、図５はウェーハＷの押圧時を表わしている。ウェーハＷの吸着時は、図４に示すように、バックプレート２２のエアー噴射口２２Ｂ、２２Ｂ、…は負圧ラインに切り替えられるので、開閉弁２５は上方に引き上げられ、開閉弁２５に形成された抜け口２５Ａ、２５Ａ…から開閉弁２５内部のエアが吸引され、吸着口２４Ａを経由してウェーハＷに吸引力が伝わる。
【００３４】
ウェーハＷの研磨時には、図５に示すように、バックプレート２２のエアー噴射口２２Ａ、２２Ａ、…、及び２２Ｂ、２２Ｂ、…が正圧ラインに接続され、保護シート２４を介してウェーハＷにエアの押圧力が加えられる。この時開閉弁２５は、エアの圧力で吸着口２４Ａを覆って密着されるので、吸着口２４Ａは閉鎖され吸着口からエアが漏れ出すことがない。
【００３５】
従って、研磨装置１０が何らかのトラブルによって保護シート２４の表面に乾燥したスラリが固着している場合などでも、バックプレート２２から供給されたエアが吸着口２４Ａを通ってウェーハＷの外に漏れ出すことがない。このため、この漏れ出したエアがウェーハ裏面付近のスラリを乾燥させ、ウェーハ裏面の外周部にスラリを固着させてしまうという問題も生じない。
【００３６】
図６は、本実施の形態のウェーハ研磨装置１０の変形例を表わす拡大断面図である。この変形例では、保護シート２４に形成された吸着口２４Ａの縁２４ＢがウェーハＷに接触する面と反対側にカルデラ状に盛り上げられたものである。吸着口２４Ａの上方に設けられた開閉弁２５は、前述のものがそのまま用いられている。
【００３７】
この吸着口２４Ａの縁２４Ｂの盛り上がりは、保護シート２４を型を用いて成形しても形成されるが、保護シート２４のウェーハＷに接触する側から反対面に向かって打抜き加工することによっても、縁２４Ｂを盛り上げることができる。
【００３８】
このように吸着口２４Ａの縁２４ＢをウェーハＷに接触する面と反対側にカルデラ状に盛り上げることにより、エアー押圧時に開閉弁２５との密着性が向上し、吸着口２４Ａの閉鎖が確実に行われる。
【００３９】
図７は、本発明の別の実施形態を説明する断面図である。この別の実施形態では、保護シート２４はウェーハＷに当接する第１のシート２６Ａと、周囲が第１のシート２６Ａに接着されその内側で第１のシート２６Ａとの間に僅かな空間を有する第２のシート２６Ｂとから構成されている。
【００４０】
第１のシート２６Ａには複数の吸着口２４Ａ、２４Ａ、…が設けられている。また、第２のシート２６Ｂには、第１のシート２６Ａに形成された吸着口２４Ａ、２４Ａ、…と重ならない位置に抜け口２６Ｃ、２６Ｃ、…が設けられている。
【００４１】
ウェーハＷを吸着する時は、第２のシート２６Ｂに形成された抜け口２６Ｃ、２６Ｃ、…からエアが吸引され、複数の吸着口２４Ａ、２４Ａ、…を介してウェーハＷを吸引する。また、ウェーハＷを押圧する時は、バックプレート２２から噴射されるエアの圧力で第２のシート２６Ｂが第１のシート２６Ａに押付けられ、複数の吸着口２４Ａ、２４Ａ、…を閉じるため、吸着口からエアが漏れ出すことがない。
【００４２】
なお、図７で説明した本発明の別の実施形態に、前述図６で説明した変形例を適応することもできる。即ち、図７で示した第１のシート２６Ａに形成されている吸着口２４Ａ、２４Ａ、…の夫々の縁を第２のシート２６Ｂ側に向けてカルデラ状に盛り上がらせることにより、押圧時の第２のシート２６Ｂによる吸着口２４Ａ、２４Ａ、…の閉鎖状態をより確実にすることができる。
【００４３】
以上に説明した本発明における実施の形態では、保護シート２４の吸着口２４Ａを開閉する開閉弁２５をエアの抜け口２５Ａ、２５Ａ、…を有する薄いシートで構成し、エアの抜け口２５Ａ、２５Ａ、…よりも外側で吸着口２４Ａを覆うように保護シート２２に貼付したが、本発明の開閉弁２５はこれに限らず、エアの抜け口２５Ａ、２５Ａ、…を有さない単なる薄いシートで構成し、薄いシートの一端を保護シート２２に接着し、薄いシートの接着されていない部分で吸着口２４Ａを十分に覆うように被せた構造であってもよい。
【００４４】
この場合、ウェーハＷを吸着する時は、バックプレート２２と保護シート２４との間に形成される負圧によって薄いシートがめくり上がり、吸着口２４Ａが開放状態になる。また、ウェーハＷを押圧する時は、バックプレート２２から噴射されるエアの圧力で薄いシートが保護シート２４に押付けられ、吸着口２４Ａが閉鎖状態になるため、吸着口からエアが漏れ出すことがない。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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バックプレートからの押圧力をウェーハに伝達する保護シートは、吸着口開閉構造を有しているので、ウェーハを吸着する時には吸着口が開口してウェーハを確実に吸着し、ウェーハを押圧する時には吸着口が閉鎖してエアが漏れるのを防止する。これにより何らかの悪条件が重なったとしても、保護シート内側のエアがウェーハの外に漏れ出すことがないので、ウェーハ裏面付近のスラリを乾燥させ、ウェーハ裏面の外周部にスラリを固着させるようなことが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るウェーハ研磨装置の断面図
【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】保護シートの開閉弁の配置を示す平面図
【図４】ウェーハ吸着時の開閉弁の状態を表わす断面図
【図５】ウェーハ押圧時の開閉弁の状態を表わす断面図
【図６】本発明の実施形態の変形例を表わす断面図
【図７】本発明の別の実施の形態を表わす断面図
【符号の説明】
Ｗ…ウェーハ、１０…ウェーハ研磨装置、１１…研磨定盤、１２…研磨パッド、２０…ウェーハキャリア、２１…キャリア本体、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、２４Ａ…吸着口、２４Ｂ…縁、２５…開閉弁、２５Ａ、２６Ｃ…抜け口、２６Ａ…第１のシート、２６Ｂ…第２のシート
【図１】
2004148432.tif 000003
【図２】
2004148432.tif 000004
【図３】
2004148432.tif 000005
【図４】
2004148432.tif 000006
【図５】
2004148432.tif 000007
【図６】
2004148432.tif 000008
【図７】
2004148432.tif 000009