(57)【要約】【課題】同時に研磨されるウェーハ間の研磨量を均一にすることができ、かつ、供給される研磨スラリーの流量が大きい場合にも、研磨スラリーをウェーハに対して適切に供給することができるＣＭＰ装置を提供することを課題（目的）とする。【解決手段】第１の回転軸Ａｘ１回りに回転駆動される定盤１０と、定盤１０上に貼り付けられた研磨パッド１１と、第１の回転軸Ａｘ１から偏心した第２の回転軸Ａｘ２，Ａｘ２回りに回転駆動され、それぞれウェーハ１２，１２を保持して研磨パッド１１に押しつける２組のキャリア２０，２０と、研磨パッド１１上に研磨スラリー１３を供給する供給ノズル３０と、供給ノズル３０の先端位置を研磨パッド１１に対して相対的に調整する調整機構４０とを備える。供給ノズル３０の先端を研磨スラリーの供給量やウェーハの位置等に応じて適宜移動して研磨スラリーの供給位置を調整する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転軸回りに回転駆動される定盤と、
前記定盤上に固定された研磨パッドと、
前記研磨パッドに対して傾斜して前記研磨パッド上方に先端が配置された研磨スラリーを供給する供給ノズルと、
前記第１の回転軸から偏心した第２の回転軸回りに回転駆動され、ウェーハを保持して前記研磨パッドに押し付けるキャリアと、を備えた研磨装置を用い、
前記研磨スラリーの流量が増加した場合に前記供給ノズルの先端を後退させて前記供給ノズルから前記研磨パッド上に前記研磨スラリーを供給することを特徴とするウェーハの研磨方法。
【請求項２】
請求項１記載のウェーハの研磨方法において、前記供給ノズルは先端が直交２軸方法に関して互いに独立してスライド調整可能な構成であることを特徴とするウェーハの研磨方法。
【請求項３】
請求項１記載のウェーハの研磨方法において、前記研磨パッド上での研磨スラリーの供給位置が流量に拘わらず一定に保たれるように前記供給ノズルの先端を流量に応じて移動させることを特徴とするウェーハの研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置の製造工程における研磨方法及びこの方法に利用される研磨装置に関し、特に、化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈ：ＣＭＰ）装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１５及び図１６は、従来のＣＭＰ装置を用いた研磨の様子を示し、図１５が側面図、図１６が平面図である。ＣＭＰ装置の主要部は、それぞれウェーハ１ａ，１ｂを保持して回転する２組のキャリア２ａ、２ｂと、上面に研磨パッド３が固定された回転可能な定盤４とから構成される。キャリア２ａ，２ｂは、ウェーハ１ａ，１ｂを研磨パッド３に押しつけながら回転させる。また、ＣＭＰ装置には、研磨パッド３上に研磨剤(スラリー)５を供給する供給ノズル６が設けられている。
【０００３】
研磨時には、キャリア２ａ，２ｂを回転させながら圧力を加えてウェーハ１ａ，１ｂを研磨パッド３に押しつけ、定盤４を回転させる。同時に、研磨パッド３上に供給ノズル６から研磨スラリー５を供給する。これにより、ウェーハ１ａ，１ｂの表面は研磨パッド３と研磨スラリー５とにより化学的、機械的に研磨されて平坦化される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のＣＭＰ装置では、供給ノズル６が１カ所に固定して設けられているため、研磨スラリー５が研磨パッド３上に均一に広がらず、ウェーハの研磨量が不均一になるという問題がある。例えば図１６に示したように定盤４が反時計回りに回転する場合、研磨スラリー５の供給位置に対して回転方向の上流に位置するキャリア２ａの側には他方のキャリア２ｂ側よりも多くの研磨スラリー５が供給され、キャリア２ａに保持されるウェーハ１ａの研磨量が他方のキャリア２ｂに保持されるウェーハ１ｂの研磨量より大きくなる。
【０００５】
また、研磨スラリーの時間当たりの供給量(流量)は、研磨されるウェーハの工程により異なるが、比較的流量が大きい場合には、供給ノズル６から放出される研磨スラリーの流速が大きくなり、研磨スラリーが研磨パッド３上で跳ねてウェーハに供給されずに研磨パッド３の外側に飛び出してしまうという問題がある。
【０００６】
この発明は、上述した従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複数のウェーハを同時に研磨する場合に、ウェーハ間の研磨量を均一にすることができ、かつ、供給される研磨スラリーの流量が大きい場合にも、研磨スラリーをウェーハに対して適切に供給することができるＣＭＰ装置を提供することを課題(目的)とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そこで、本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、即ち、本発明は、ウェーハの研磨方法であって、第１の回転軸回りに回転駆動される定盤と、前記定盤上に固定された研磨パッドと、前記研磨パッドに対して傾斜して前記研磨パッド上方に先端が配置された研磨スラリーを供給する供給ノズルと、前記第１の回転軸から偏心した第２の回転軸回りに回転駆動され、ウェーハを保持して前記研磨パッドに押し付けるキャリアと、を備えた研磨装置を用い、前記研磨スラリーの流量が増加した場合に前記供給ノズルの先端を後退させて前記供給ノズルから前記研磨パッド上に前記研磨スラリーを供給することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明のウェーハの研磨方法において、前記供給ノズルは先端が直交２軸方法に関して互いに独立してスライド調整可能な構成としてもよい。
【０００９】
さらに、本発明のウェーハの研磨方法において、前記研磨パッド上での研磨スラリーの供給位置が流量に拘わらず一定に保たれるように前記供給ノズルの先端を流量に応じて移動させるようにしてもよい。
【００１０】
本発明は、第１の回転軸回りに回転駆動される定盤上に貼り付けられた研磨パッド上に、前記第１の回転軸から偏心した第２の回転軸回りに回転駆動されるキャリアによりウェーハを押し付け、前記定盤と前記キャリアとを駆動して前記ウェーハを研磨する工程と、ノズルを移動させながら前記研磨パッド上に研磨スラリーを供給する工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明におけるノズルの先端は、下向きに折り曲げられた形状としても良い。
【００１２】
さらに、本発明におけるノズルの先端には複数の供給穴が形成されている構成としてもよい。
【００１３】
また、本発明は、第１の回転軸回りに回転駆動される定盤上に貼り付けられた研磨パッド上に、前記第１の回転軸から偏心した第２の回転軸回りに回転駆動されるキャリアによりウェーハを押し付け、前記定盤と前記キャリアとを駆動して前記ウェーハを研磨する工程と、前記回転軸部分に設けられたスラリー溜まりに研磨スラリーを供給し、前記スラリー溜まりから前記研磨パッドへ研磨スラリーを放出する工程とを含むウェーハの研磨方法でもある。
【００１４】
加えて、本発明におけるスラリー溜まりは、前記研磨パッドに設けられた穴であり、この穴から前記研磨パッドへ研磨スラリーを供給する構成とすると好ましい。
【００１５】
また、本発明におけるスラリー溜まりは、前記研磨パッド及び前記定盤に設けられた穴であり、この穴から前記研磨パッドへ研磨スラリーを供給する構成としてもよい。
【００１６】
さらに、本発明におけるスラリー溜まりは、前記第１の回転軸部分に設けられた容器であり、この容器から前記研磨パッドへ研磨スラリーを供給する構成とすることもできる。
【００１７】
また、本発明にかかる化学的機械的研磨装置は、第１の回転軸回りに回転駆動される定盤と、定盤上に貼り付けられた研磨パッドと、第１の回転軸から偏心した第２の回転軸回りに回転駆動され、ウェーハを保持して研磨パッドに押しつけるキャリアと、研磨パッド上に研磨スラリーを供給する供給ノズルと、供給ノズルの先端位置を研磨パッドに対して相対的に調整する調整機構とを備えることを特徴とする。
【００１８】
上記のように構成することにより、供給ノズルの先端を適宜移動して研磨スラリーの供給位置を調整することができ、研磨スラリーを研磨パッド上に均一に広げることができる。供給ノズルは、先端から多方向に研磨スラリーを放出するよう構成することができる。このとき調整機構は、供給ノズルの先端の上下方向の位置を調節可能とすることが望ましい。
【００１９】
また、本発明にかかる化学的機械的研磨装置は、第１の回転軸回りに回転駆動される定盤と、定盤上に貼り付けられた研磨パッドと、第１の回転軸から偏心した第２の回転軸回りに回転駆動され、ウェーハを保持して研磨パッドに押しつけるキャリアと、研磨パッド
上に研磨スラリーを供給する供給ノズルと、研磨パッドの中央部に配置され、供給ノズルから放出される研磨スラリーを一旦貯めてから周囲に放出させるスラリー溜まりとを備えることを特徴とする。
【００２０】
スラリー溜まりは、研磨パッドに形成された単独の穴、若しくは研磨パッドに形成された第１の穴とこれに連通するよう定盤に形成された第２の穴とにより構成され、あるいは、研磨パッドに配置された容器として構成される。スラリー溜まりを容器により構成する場合には、研磨パッドに、あるいは研磨パッドと定盤とに、容器の一部を収納するための穴を形成し、容器の一部を穴に挿入して配置してもよい。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明にかかるＣＭＰ装置によれば、供給ノズルの先端位置を研磨パッドに対して相対的に調整する調整機構を備えることにより、供給ノズルの先端を適宜移動して研磨スラリーの供給位置を調整することができ、研磨スラリーを研磨パッド上に均一に広げることができる。
【００２２】
また、本発明によれば、請求項２の構成によれば、供給ノズルの先端から多方向に研磨スラリーを放出することができ、かつ、研磨スラリーの流量の違いは研磨スラリーが分散される範囲の広さに対応するため、調整機構としては供給ノズルの先端の上下方向の位置が調節できれば分散範囲の範囲を変更することができる。
【００２３】
また、本発明にかかＣＭＰ装置によれば、研磨パッドの中央部に、供給ノズルから放出される研磨スラリーを一旦貯めてから周囲に放出させるスラリー溜まりを配置したため、研磨スラリーの流量が多くなっても研磨パッドの表面での跳ね返りがなく、研磨パッドの全面に一様に研磨スラリーを供給することが可能となる。
【００２４】
スラリー溜まりとして研磨パッドに形成された単独の穴を利用する場合には、消耗品である研磨パッドのみの加工で対応できるため、従来の装置のほとんどの部分を流用することができる。
【００２５】
また、スラリー溜まりを研磨パッドに形成された第１の穴とこれに連通するよう定盤に形成された第２の穴とにより構成する場合には、スラリー溜まりの深さを深くすることができるため、供給ノズルから放出される研磨スラリーの流量が多い場合にも、研磨スラリーの跳ね上がりを防ぐことができ、研磨スラリーの供給の一様性をより高めることができる。
【００２６】
スラリー溜まりとして研磨パッドに配置された容器を用いる場合には、研磨パッドや定盤を加工する必要がなく、かつ、容器の設置位置を研磨スラリーの流量等に応じて任意に選択できるため、自由度が高く、より多くの種類のＣＭＰ工程に対応することができる。
【００２７】
また、容器の一部を、研磨パッドに、あるいは研磨パッドと定盤と形成された穴に挿入して配置する場合には、穴を直接スラリー溜まりとして利用するよりも、スラリー溜まりの深さを深くすることができ、研磨スラリーの流量が多い場合の跳ね上がりをより有効に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、この発明にかかる化学的機械的研磨(ＣＭＰ)装置の実施形態を３例説明する。
【００２９】
図１は第１の実施形態にかかるＣＭＰ装置の主要部を示す側面図、図２は平面図である。このＣＭＰ装置の主要部は、第１の回転軸Ａｘ1回りに回転駆動される定盤１０と、定
盤１０上に貼り付けられた研磨パッド１１と、第１の回転軸Ａｘ1から偏心した第２の回
転軸Ａｘ２回りに回転駆動され、それぞれウェーハ１２，１２を保持して研磨パッド１１に押しつける２組のキャリア２０，２０と、研磨パッド１１上に研磨スラリー１３を供給する供給ノズル３０と、供給ノズルの先端位置を研磨パッド１１に対して相対的に調整する調整機構４０とを備える。
【００３０】
キャリア２０の中央には、図３に拡大して示したようにバッキングプレート２１が固定され、このバッキングプレート２１は、ウェーハ１２の外径と等しい突出部分を有し、この突出部分の表面下側にバッキングフィルム２２が貼付されている。
【００３１】
ウェーハ１２は、バッキングフィルム２２に密着した状態でリテーナリング２３を介してクランプリング２４によりバッキングプレート２１に共締めされている。すなわち、リテーナリング２３は、バッキングプレート２１の突出部とウェーハ１２との外周を囲むように配置され、クランプリング２４は、このリテーナリング２３を外側から固定する機能を有する。
【００３２】
なお、バッキングプレート２１は、セラミック等の剛体であり、その下面は極めて高い平坦性を有する。また、バッキングフィルム２２は、発泡ポリウレタン等の弾性体であり、ウェーハ１２の密着性を高く保つと共に、研磨時の衝撃を吸収・分散させることにより、研磨の均一性を保つ機能を有する。
【００３３】
調整機構４０は、この例では供給ノズル３０の先端位置を直交２軸方向に関して互いに独立してスライド調整可能な構成である。すなわち、調整機構４０は、図４に拡大して示したように、互いに平行に配置された２本の固定レール４１，４１と、これらの固定レール間に架設されて固定レール４１の延設方向ｘに沿ってスライド可能な移動枠４２と、この固定枠４２のスライド方向に直交する方向ｙにスライド可能に移動枠４２に取り付けられた保持部材４３とから構成される。供給ノズル３０の先端は、保持部材４３のほぼ中央を貫通して固定されており、移動枠４２、保持部材４３をスライド調整することにより、研磨パッド１１上でのスラリーの供給位置をそのスライド範囲内で任意に調整することができる。
【００３４】
第１の実施形態によれば、供給ノズル３０の先端を研磨スラリーの供給量やウェーハの位置等に応じて適宜移動して研磨スラリーの供給位置を調整することにより、研磨スラリーを研磨パッド１１上に均一に広げることができ、単一のウェーハ内での研磨量のバラツキ、および複数のウェーハ間での研磨速度の不均衡を共に小さく抑えることができる。
【００３５】
例えば、研磨スラリーの時間当たりの供給量(流量)が比較的大きい場合には、供給ノズル３０の先端を流量が少ない場合よりも後退させることにより、研磨パッド１１上での研磨スラリーの供給位置を流速に拘わらず一定に保つことができる。
【００３６】
図５は、第１の実施形態の第１の変形例を示す。この例では、先端部分のみを下向きに折り曲げた供給ノズル３１が用いられている。図５の供給ノズル３１も、上述した実施形態と同様の調整機構４０に取り付けられる。ただし、図５の供給ノズル３１を使用する場合には、研磨スラリーの流量が変化してもスラリーの供給位置を一定に保つことができるため、第１の実施形態の直線状の供給ノズル３０と比較すると、ノズル位置を調整する必要性が少なくなる。
【００３７】
また、図６は、第１の実施形態の第２の変形例を示す。この例では、多方向に研磨スラリーを放出するよう複数の供給穴３２ａが形成された供給ノズル３２が用いられている。供給ノズル３２は研磨スラリーを多方向に分散して放出するため、研磨スラリーの流量の
違いは研磨スラリーが分散される範囲の広さに対応し、分散範囲の中心は殆ど変化しない。したがって、この場合、調整機構としては供給ノズル３２の先端の上下方向の位置が調節できれば分散範囲の範囲を変更することができる。ただし、図６の変形例においても、第１の実施形態と同様の２方向に駆動可能な調整機構により供給ノズル３２の位置を調整するようにしてもよい。この場合に、研磨パッド１１に対する供給ノズル３２の位置精度が緩和され、第１の実施形態におけるよりも低い精度で調整手段を制御することができる。
【００３８】
図７は、第２の実施形態にかかるＣＭＰ装置の主要部を示す断面図、図８はその平面図である。第２の実施形態のＣＭＰ装置は、第１の回転軸Ａｘ1回りに回転駆動される定盤
１０と、定盤１０上に貼り付けられた研磨パッド１１と、第１の回転軸Ａｘ1から偏心し
た第２の回転軸Ａｘ２，Ａｘ２回りに回転駆動され、それぞれウェーハ１２，１２を保持して研磨パッド１１に押しつける２組のキャリア２０，２０と、研磨パッド１１上に研磨スラリー１３を供給する供給ノズル３０と、研磨パッド１１の中央部に配置され、供給ノズル３０から放出される研磨スラリーを一旦貯めてから周囲に放出させるスラリー溜まり５０とを備えている。この例では、スラリー溜まり５０は研磨パッド１１を貫通する穴１１ａとして形成されており、穴あきの研磨パッド１１を定盤１０上に貼り付けることにより、定盤１０の上面を底面、穴１１ａの周囲を側面とする円柱状の容器状の空間が形成され、これがスラリー溜まり５０となる。
【００３９】
定盤１０、キャリア２０等の構成は第１の実施形態と同一であるが、スラリー溜まり５０が設けられている点、供給ノズル３０が固定して設けられ、調整機構４０が設けられていない点が第１の実施形態とは異なる。
【００４０】
第１の実施形態では、研磨スラリーの流量が多くなると、研磨パッド１１の表面で研磨スラリーが跳ね返り、研磨パッドの全面に一様に研磨スラリーを供給するのが困難になる可能性がある。この点、第２の実施形態では、研磨スラリーをスラリー溜まり５０に貯めるため、流量が多くなっても研磨パッド１１の表面での跳ね返りがなく、研磨パッドの全面に一様に研磨スラリーを供給することが可能となる。
【００４１】
第２の実施形態の構成によれば、供給ノズル３０から放出される研磨スラリーが一旦スラリー溜まり５０に貯められ、容量を越えて供給された分がスラリー溜まり５０から溢れて周囲に広がる。研磨スラリーの広がりは、供給ノズル３０の方向によらずに一様であり、これにより研磨スラリーを研磨パッド１１上に均一に広げることができ、単一のウェーハ内での研磨量のバラツキ、および複数のウェーハ間での研磨速度の不均衡を共に小さく抑えることができる。
【００４２】
なお、研磨パッド１１は消耗品であり、随時交換されるため、必要に応じて形成される穴のサイズを変更することにより、スラリー溜まり５０の容量を容易に変更することができる。
【００４３】
図９は、第２の実施形態の変形例を示す断面図である。変形例のＣＭＰ装置は、研磨パッド１１に形成された第１の穴１１ａに連通するように、定盤１０にも第２の穴１０ａが形成され、これら第１、第２の穴１１ａ，１０ａにより研磨スラリーを貯めるためのスラリー溜まり５１が形成されている。この構成によれば、スラリー溜まりの深さを第２の実施形態よりも深くすることができるため、供給ノズル３０から放出される研磨スラリーの流量が多い場合にも、研磨スラリーの跳ね上がりを防ぐことができ、研磨スラリーの供給の一様性をより高めることができる。
【００４４】
なお、スラリー溜まり５１の容量を変更するためには、第１、第２の穴１１ａ，１０ａ
のサイズを変更すればよい。ただし、研磨パッド１１に形成された第１の穴１１ａのサイズは研磨パッド１１の交換により変更することができるが、定盤１０は交換できない。そこで、図９の変形例のＣＭＰ装置を用いる場合、定盤１０に形成された第２の穴１０ａに必要に応じて円筒状の充填部材を挿入することにより、穴１０ａの内径を段階的に調整してスラリー溜まり５１に貯まる研磨スラリーの容量を調整する。図１０および図１１は、第２の穴１０ａに第１、第２の充填部材６０，６１を挿入した状態を示す断面図、および平面図である。第１の充填部材６０は、穴１０ａの内径にほぼ等しい外径を有し、中心に貫通穴が形成された円筒状の部材であり、第２の充填部材６１は、第１の充填部材６０の貫通穴に嵌合する外径を有し、中心に貫通穴が形成された円筒状の部材である。充填部材を用いない場合にはスラリー溜まり５１の容量は最も大きくなり、第１の充填部材６０のみを挿入した場合には中間容量、第１、第２の充填部材を共に挿入した場合には最小容量となる。
【００４５】
図１２は、第３の実施形態にかかるＣＭＰ装置の主要部を示す断面図、図１３はその平面図である。第３の実施形態のＣＭＰ装置は、第２の実施形態の装置と同様、定盤１０、研磨パッド１１、２組のキャリア２０，２０、供給ノズル３０、スラリー溜まり５２とを備えている。この例では、スラリー溜まり５２は研磨パッド１１に配置された有底円筒状の容器７０として構成される。
【００４６】
容器７０は、研磨パッド１１の上面に取り付けられ、供給ノズル３０から放出される研磨スラリーは一旦容器７０に貯められ、その容量を越えて供給された分が容器７０から溢れて周囲に拡がる。第２の実施形態と同様に、研磨スラリーの広がりは、供給ノズル３０の方向によらずに一様であり、これにより研磨スラリーを研磨パッド１１上に均一に広げることができ、単一のウェーハ内での研磨量のバラツキ、および複数のウェーハ間での研磨速度の不均衡を共に小さく抑えることができる。また、研磨パッド１１や定盤１０を加工する必要がなく、かつ、容器７０の設置位置を研磨スラリーの流量等に応じて任意に選択できるため、自由度が高く、より多くの種類のＣＭＰ工程に対応することができる。
【００４７】
図１４は、上述した第３の実施形態の変形例であり、図９に示した第２の実施形態の変形例と組み合わせた構成である。すなわち、研磨パッド１１と定盤１０とには、互いに連通する第１、第２の穴１１ａ，１０ａが形成されており、これらの穴に穴の深さより高い有底円筒状の容器７１が挿入、固定されてスラリー溜まり５３が構成されている。この構成によれば、穴１１ａ，１０ａを直接スラリー溜まりとして利用するよりも、スラリー溜まりの深さを深くすることができ、研磨スラリーの流量が多い場合の跳ね上がりをより有効に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施形態のＣＭＰ装置の主要部を示す側面図。
【図２】図１に示すＣＭＰ装置の平面図。
【図３】図１に示すＣＭＰ装置のキャリア部分の拡大断面図。
【図４】図１に示すＣＭＰ装置の調整機構部分の拡大図。
【図５】第１の実施形態の第１の変形例にかかるＣＭＰ装置の主要部を示す側面図。
【図６】第１の実施形態の第２の変形例を示す供給ノズルの側面図。
【図７】第２の実施形態のＣＭＰ装置の主要部を示す断面図。
【図８】図７に示すＣＭＰ装置の平面図。
【図９】第２の実施形態の変形例を示す断面図。
【図１０】図９に示すＣＭＰ装置の定盤部分の断面図。
【図１１】図９に示すＣＭＰ装置の定盤部分の平面図。
【図１２】第３の実施形態にかかるＣＭＰ装置の主要部を示す断面図。
【図１３】図１２に示すＣＭＰ装置の平面図。
【図１４】第３の実施形態の変形例を示すＣＭＰ装置の断面図。
【図１５】従来のＣＭＰ装置の主要部を示す側面図。
【図１６】図１５に示すＣＭＰ装置の平面図。
【符号の説明】
【００４９】
１０  定盤
１１  研磨パッド
１２  ウェーハ
２０  キャリア
３０，３１，３２  供給ノズル
４０  調整機構
５０  スラリー溜まり
７０  容器
【図１】
2007059938.tif 000003
【図２】
2007059938.tif 000004
【図３】
2007059938.tif 000005
【図４】
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【図５】
2007059938.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007059938.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2007059938.tif 000012
【図１１】
2007059938.tif 000013
【図１２】
2007059938.tif 000014
【図１３】
2007059938.tif 000015
【図１４】
2007059938.tif 000016
【図１５】
2007059938.tif 000017
【図１６】
2007059938.tif 000018