(57)【要約】      （修正有）【課題】所望の圧力分布を研磨ヘッドの改造を伴うことなく簡便に得られるウェハ研磨装置を提供する。【解決手段】研磨ヘッド１０は、回転可能なヘッド本体２０に支持されたキャリア３０と、キャリア３０を囲繞するリテーナリング４０に周縁を保持され、キャリア３０の下面３０ａに対向して配置された弾性シート５０と、キャリア３０の下面３０ａの任意の位置に固着され、弾性シート５０を介してウェハＷを研磨パッド５に押圧する弾性押圧部材６０と、を備えている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨ヘッドに装着されたウェハをエアによって研磨パッドに押圧して前記ウェハを研磨するウェハ研磨装置であって、
前記研磨ヘッドは、
回転可能なヘッド本体に支持されたキャリアと、
該キャリアを囲繞するリテーナリングに周縁を保持され、前記キャリアの下面に対向して配置された弾性シートと、
前記キャリアと前記弾性シートとの間に形成されたエア室にエアを供給するエア供給手段と、
前記キャリアの下面の任意の位置に固着され、前記弾性シートを介して前記ウェハを前記研磨パッドに押圧する弾性押圧部材と、
を備えていることを特徴とするウェハ研磨装置。
【請求項２】
前記弾性押圧部材は、前記キャリアの下面に接着剤を介して貼着されていることを特徴とする請求項１記載にウェハ研磨装置。
【請求項３】
前記弾性押圧部材には、該弾性押圧部材を挟んで区画された隣り合う前記エア室同士を連通する通気溝が形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のウェハ研磨装置。
【請求項４】
前記弾性押圧部材が前記ウェハを押圧する押圧力は、前記弾性押圧部材の厚み、硬度又は材質の少なくとも１つを変更して調整可能なことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のウェハ研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ研磨装置に関し、特に、ウェハにＣＭＰ加工を施すウェハ研磨装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野では、シリコンウェハ等の半導体ウェハ（以下、「ウェハ」という）を平坦化するウェハ研磨装置が知られている。
【０００３】
特許文献１記載の研磨装置は、化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を適用した研磨装置である。この研磨装置の研磨ヘッドでは、キャリアとゴムシートとの間に形成されたエア室にエアが導入されると共に、キャリアの下面に配置された複数のエアバッグにエアがそれぞれ独立して導入される。エアバッグに供給されるエアの圧力に応じたエアバッグの膨張量により、ゴムシートがウェハを押圧する押圧力が局所的に調整され、ウェハを押圧するゴムシート上にエアバッグの配置に応じた圧力分布を形成することができる。
【０００４】
このような研磨装置では、エアバッグがキャリアの下面に形成された取付溝等に嵌合可能な留め金具等を介してキャリアに固定されるため、キャリアは留め金具等を考慮した形状に応じた金型を用いてその都度製作されるため、ウェハの種類等に応じて圧力分布を変更する場合には、複数の研磨ヘッドを用意しなければならないという問題があった。
【０００５】
このような問題に対して、複数の押圧領域を一つの研磨ヘッドを流用して形成するために、取付溝を予め複数用意し、所望の押圧領域を形成するように押圧領域規制部材を配置することが考えられる。特許文献２記載の研磨装置では、エアバッグが周縁を押圧領域規制部材によって支持され、ウェハを押圧する範囲が規制されている。押圧領域規制部材は、凸部がキャリアに形成された取付溝に嵌合され、ボルトでキャリアに固定されている。取付溝は、複数配置されており、押圧領域規制部材を嵌合させる取付溝を変更することにより、弾性シート上に形成された圧力分布を変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３６８３１４９号公報
【特許文献２】特許第３５２０９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したような特許文献２記載の研磨装置では、エアバッグにエアを供給するキャリア内のエアラインは、外部のエア供給源のポートに接続されていることにより、エアバッグの設置数の上限はポート数に制限されるため、１つのキャリアで多様な圧力分布を全て形成することは困難である。また、エアを圧送するポートや電空レギュレータ等を増設する場合には、研磨ヘッドを大幅に改造しなければならないという問題があった。
【０００８】
そこで、所望の圧力分布を研磨ヘッドの改造を伴うことなく簡便に得るという解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明は、この課題を解決することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、研磨ヘッドに装着されたウェハをエアによって研磨パッドに押圧して前記ウェハを研磨するウェハ研磨装置であって、前記研磨ヘッドは、回転可能なヘッド本体に支持されたキャリアと、該キャリアを囲繞するリテーナリングに周縁を保持され、前記キャリアの下面に対向して配置された弾性シートと、前記キャリアと前記弾性シートとの間に形成されたエア室にエアを供給するエア供給手段と、前記キャリアの下面の任意の位置に固着され、前記弾性シートを介して前記ウェハを前記研磨パッドに押圧する弾性押圧部材と、を備えているウェハ研磨装置を提供する。
【００１０】
この構成によれば、弾性押圧部材がキャリアの下面の任意の位置に固着されることにより、圧力分布が弾性押圧部材の配置に応じて適宜変更可能なため、多様な圧力分布を弾性押圧部材の設置位置を変更するだけで簡便に形成することができる。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に加えて、前記弾性押圧部材は、前記キャリアの下面に接着剤を介して貼着されているウェハ研磨装置を提供する。
【００１２】
この構成によれば、請求項１記載の発明の効果に加えて、弾性押圧部材が接着剤を介してキャリアの下面に貼着されることにより、弾性押圧部材の配置変更が容易なため、多様な圧力分布を簡便に形成することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明の構成に加えて、前記弾性押圧部材には、該弾性押圧部材を挟んで区画された隣り合う前記エア室同士を連通する通気溝が形成されているウェハ研磨装置を提供する。
【００１４】
この構成によれば、請求項１又は２記載の発明の効果に加えて、エア供給手段から供給されるエアが通気溝を通ってエア室内に拡散されることにより、エアがエア室全体に行き届かずに局所的に圧力が低下することが抑制されるため、所望の圧力分布を確実に形成することができる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３の何れか１項記載の発明の構成に加えて、前記弾性押圧部材が前記ウェハを押圧する押圧力は、前記弾性押圧部材の厚み、硬度又は材質の少なくとも１つを変更して調整可能なウェハ研磨装置を提供する。
【００１６】
この構成によれば、請求項１乃至３の何れか１項記載の発明の効果に加えて、弾性押圧部材の厚み、硬度又は材質の少なくとも１つを変更して弾性押圧部材が弾性シートを介してウェハに付与する押圧力を調整可能なため、多様な圧力分布を簡便に形成することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は、弾性押圧部材はキャリアの下面の任意の位置に固着可能なことにより、圧力分布が弾性押圧部材の配置に応じて任意に変更可能なため、多様な圧力分布を簡便に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例に係るウェハ研磨装置を示す斜視図。
【図２】研磨ヘッドの要部を模式的に示す縦断面図。
【図３】研磨ヘッドの先端を模式的に示す縦断面図及び一部拡大図。
【図４】図３の研磨ヘッドを示す底面図。
【図５】図３の研磨ヘッドに形成される圧力分布による除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ  ｒａｔｅ）を示すグラフ。
【図６】従来のウェハ研磨装置に用いられる研磨ヘッドに形成される圧力分布による除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ  ｒａｔｅ）を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係るウェハ研磨装置は、所望の圧力分布を研磨ヘッドの改造を伴うことなく簡便に得るという目的を達成するために、研磨ヘッドに装着されたウェハをエアによって研磨パッドに押圧してウェハを研磨するウェハ研磨装置であって、研磨ヘッドは、回転可能なヘッド本体に支持されたキャリアと、キャリアを囲繞するリテーナリングに周縁を保持され、キャリアの下面に対向して配置された弾性シートと、キャリアと弾性シートとの間に形成されたエア室にエアを供給するエア供給手段と、キャリアの下面の任意の位置に固着され、弾性シートを介してウェハを研磨パッドに押圧する弾性押圧部材と、を備えていることにより実現する。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明の一実施例に係るウェハ研磨装置１について、図面に基づいて説明する。なお、以下の実施例において、構成要素の数、数値、量、範囲等に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも構わない。
【００２１】
また、構成要素等の形状、位置関係に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含む。
【００２２】
また、図面は、特徴を分かり易くするために特徴的な部分を拡大する等して誇張する場合があり、構成要素の寸法比率等が実際と同じであるとは限らない。また、断面図では、構成要素の断面構造を分かり易くするために、一部の構成要素のハッチングを省略することがある。なお、本実施例において、「上」、「下」の語は、垂直方向における上方、下方に対応するものとする。
【００２３】
図１は、ウェハ研磨装置１の基本的構成を示す斜視図である。ウェハ研磨装置１は、ＣＭＰ研磨装置であり、ウェハＷを平坦に研磨する。ウェハ研磨装置１は、プラテン２と、研磨ヘッド１０と、を備えている。
【００２４】
プラテン２は、円盤状に形成されており、プラテン２の下方に配置された回転軸３に連結されている。回転軸３がモータ４の駆動によって回転することにより、プラテン２は図１中の矢印Ｄ１の方向に回転する。プラテン２の上面には、研磨パッド５が貼付されており、研磨パッド５上に図示しないノズルから研磨剤と化学薬品との混合物であるＣＭＰスラリーが供給される。
【００２５】
研磨ヘッド１０は、プラテン２より小径の円盤状に形成されており、研磨ヘッド１０の上方に配置された回転軸１０ａに連結されている。回転軸１０ａが図示しないモータの駆動によって回転することにより、研磨ヘッド１０は、図１中の矢印Ｄ２の方向に回転する。研磨ヘッド１０は、図示しない昇降装置によって垂直方向Ｖに昇降自在である。研磨ヘッド１０は、ウェハＷを研磨する際に下降して研磨パッド５にウェハＷを押圧する。
【００２６】
ウェハ研磨装置１の動作は、図示しない制御手段によって制御される。制御手段は、ウェハ研磨装置１を構成する構成要素をそれぞれ制御するものである。制御手段は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ、メモリ等により構成される。なお、制御手段の機能は、ソフトウェアを用いて制御することにより実現されても良く、ハードウェアを用いて動作するものにより実現されても良い。
【００２７】
次に、研磨ヘッド１０について説明する。図２は、研磨ヘッド１０の要部を模式的に示す縦断面図である。図３は、研磨ヘッド１０の先端を模式的に示す縦断面図及びその一部拡大図である。図４は、研磨ヘッド１０の底面図である。
【００２８】
研磨ヘッド１０は、ヘッド本体２０と、キャリア３０と、リテーナリング４０と、弾性シート５０と、を備えている。
【００２９】
ヘッド本体２０は、回転軸１０ａに接続されており、回転軸１０ａと共に回転する。ヘッド本体２０は、回転部２１を介してヘッド本体２０の下方に配置されたキャリア３０に連結されており、ヘッド本体２０及びキャリア３０は連動して回転する。
【００３０】
キャリア３０には、キャリア３０の周縁に等間隔に離間して配置された８本のエアライン３１が設けられている。エアライン３１の下端は、キャリア３０の下面３０ａと弾性シート５０との間に形成されたエア室Ａに開口している。エアライン３１は、図示しないエア供給手段としてのエア供給源に接続されており、エア室Ａには、エアライン３１を介してエアが導入される。エアライン３１に供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。
【００３１】
ヘッド本体２０とキャリア３０との間には、キャリア押圧手段３２が設けられている。キャリア押圧手段３２は、図示しないエア供給源から供給されるエアによって膨張するエアバッグ等である。エア供給源から供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。キャリア押圧手段３２は、供給されるエアの圧力に応じて、キャリア３０を介してウェハＷを研磨パッド５に押圧する。
【００３２】
リテーナリング４０は、キャリア３０の周囲を囲むように配置されている。リテーナリング４０は、リテーナリングホルダ４１と図示しないボルトで固着されている。リテーナリング４０とリテーナリングホルダ４１との間に、弾性シート５０の周縁が挟持されている。リテーナリングホルダ４１は、スナップリング４２を介してリテーナ押圧部材４３に取り付けられている。ヘッド本体２０とリテーナ押圧部材４３との間には、リテーナ押圧手段４４が設けられている。なお、符号４５は、スナップリング４２の上方を覆うカバーである。
【００３３】
リテーナ押圧手段４４は、図示しないエア供給源から供給されるエアによって膨張するエアバッグ等である。エア供給源から供給されるエアの圧力は、図示しないレギュレータによって調整される。リテーナ押圧手段４４は、供給されるエアの圧力に応じて、リテーナ押圧部材４４を介してリテーナリング４０を研磨パッド５に押圧する。
【００３４】
弾性シート５０は、キャリア３０の下面３０ａに対向するように配置されている。弾性シート５０は、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）製、フッ素樹脂（ＰＦＡ）製又はポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製である。ＰＦＡは、吸水率が低く適度に柔軟性があって伸びや変形に強い。ＰＰＳは、吸水率が低く、伸びや変形に強い上、ＰＦＡに比べて安価である。
【００３５】
キャリア３０の下面３０ａには、同軸上に配置された４つの弾性押圧部材６０が設けられている。弾性押圧部材６０は、研磨ヘッド１０の回転軸と同軸上に配置されており、エア室Ａを区画している。平面視で中央に配置された弾性押圧部材６０は、円板状に形成されている。また、他の３つの弾性押圧部材６０は、それぞれ径の異なる円環状に形成されている。
【００３６】
弾性押圧部材６０は、キャリア３０の下面３０ａに固着されており、２液性エポキシ樹脂接着剤等でキャリア３０に着脱自在に貼着されるのが好ましい。これにより、弾性押圧部材６０の配置位置を任意に変更することができる。
【００３７】
弾性押圧部材６０は、図３に示すように、下面３０ａがキャリア３０のリム３３より下方に突出量ｔだけ僅かに突出しており、弾性押圧部材６０の下部が押圧力で弾性変形することにより、弾性シート５０を介してウェハＷを研磨パッド５に押圧する。したがって、弾性押圧部材６０の下面６０ａの表面積を増減させることにより、ウェハＷを押圧する範囲を加減することができる。すなわち、弾性押圧部材６０の配置、設置本数又は弾性シート５０に接する設置面積等を適宜変更することにより、エア室Ａに供給されるエア圧以上の圧でウェハＷのうち局所的に押圧する部分を選択することができる。
【００３８】
弾性押圧部材６０の下面６０ａには、図４に示すように、弾性押圧部材６０の径方向に沿って延設された通気溝６１が形成されている。通気溝６１は、弾性押圧部材６０を挟んで区画された隣り合うエア室Ａ同士を連通している。これにより、最外周の弾性押圧部材６０の外周側に配置されたエアライン３１から供給されたエアは、弾性押圧部材６０の通気溝６１を通ってエア室Ａ全体に拡散する。
【００３９】
弾性押圧部材６０がウェハＷを押圧する押圧力は、弾性押圧部材６０の厚み、硬度又は材質の少なくとも１つを変更することにより調整可能である。弾性押圧部材６０を厚くすると、弾性押圧部材６０の下面６０ａがリム３３より突出する突出量ｔが大きくなるため、弾性押圧部材６０がウェハＷを押圧する押圧力が増大する。
【００４０】
また、弾性押圧部材６０の硬度を上げると、弾性押圧部材６０が弾性変形し難くなるため、弾性押圧部材６０がウェハＷを押圧する押圧力が増大する。弾性押圧部材６０の硬度ＨＳは、例えば、２０°≦ＨＳ≦７０°（ＪＩＳ−Ａ）が好ましい。弾性押圧部材６０の硬度ＨＳが２０°未満に設定されると、弾性押圧部材６０が軟らか過ぎて押圧力がウェハＷに伝達し難くなる。また、弾性押圧部材６０の硬度ＨＳが７０°より大きく設定されると、弾性押圧部材６０が硬過ぎてウェハＷを研磨する際に過剰な押圧力が逃げにくくなる。
【００４１】
また、弾性押圧部材６０に硬い材質の樹脂を採用すると、弾性押圧部材６０が弾性変形し難くなるため、弾性押圧部材６０がウェハＷを押圧する押圧力が増大する。弾性押圧部材６０の材質は、例えば、エチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、シリコンゴム等が考えられる。
【００４２】
図５に、径の異なる３つの弾性押圧部材６０が同軸上に配置された研磨ヘッド１０に形成される圧力分布による除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ  ｒａｔｅ）を示す。以下、図５に示す３つの弾性押圧部材６０をそれぞれ区別する場合には、内側から順に各部材を表す数字の末尾にａ〜ｃを付して参照符号とする。
【００４３】
図５に示す研磨ヘッド１０では、弾性押圧部材６０ａの押圧力が最も強く、弾性押圧部材６０ｃが最も弱い。一方、本発明の比較例として従来の研磨ヘッド９０の圧力分布による除去率（Ｒｅｍｏｖａｌ  ｒａｔｅ）を図６に示す。研磨ヘッド９０には、局所的に押圧力を付与する構成が設けられておらず、研磨ヘッド９０に形成される圧力分布は、キャリア９１と弾性シート９２との間に形成されたエア室Ａ’内に導入されたエアによって均一になる。
【００４４】
図５に示すような圧力分布による除去率を得るためには、弾性押圧部材６０ａを最も厚く形成し、弾性押圧部材６０ｂ、弾性押圧部材６０ｃの順に薄くすることが考えられる。また、弾性押圧部材６０ａを最も硬く形成し、弾性押圧部材６０ｂ、弾性押圧部材６０ｃの順に柔らかくすることが考えられる。さらに、弾性押圧部材６０ａに最も硬い素材を採用し、弾性押圧部材６０ｂ、弾性押圧部材６０ｃの順に柔らかい素材を採用することが考えられる。また、弾性押圧部材６０の厚み、硬度又は材質から２つ以上を組み合わせて変更することにより、弾性シート５０上に形成される圧力分布をさらに柔軟に調整することも可能である。
【００４５】
このようにして、上述したウェハ研磨装置１は、弾性押圧部材６０はキャリア３０の下面３０ａの任意の位置に固着可能なことにより、圧力分布が弾性押圧部材６０の配置に応じて任意に変更可能なため、多様な圧力分布を簡便に形成することができる。
【００４６】
なお、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変をなすことができ、そして、本発明が該改変されたものにも及ぶことは当然である。
【符号の説明】
【００４７】
１  ・・・  ウェハ研磨装置
２  ・・・  プラテン
３  ・・・  回転軸
４  ・・・  モータ
５  ・・・  研磨パッド
１０・・・  研磨ヘッド
１０ａ・・  回転軸
２０・・・  ヘッド本体
２１・・・  回転部
３０・・・  キャリア
３０ａ・・・（キャリアの）下面
３１・・・  エアライン
３２・・・  キャリア押圧手段
３３・・・  リム
４０・・・  リテーナリング
４１・・・  リテーナリングホルダ
４２・・・  スナップリング
４３・・・  リテーナ押圧部材
４４・・・  リテーナ押圧手段
５０・・・  弾性シート
６０・・・  弾性押圧部材
６０ａ・・・（弾性押圧部材の）下面
６１・・・  通気溝
Ａ  ・・・  エア室
Ｖ  ・・・  垂直方向
Ｗ  ・・・  ウェハ
【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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