(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リテーナで溝を介して囲まれた部分に被加工物の保持部を備える被加工物の保持具であって、
前記保持部の中央部の内側領域として真空排気装置に接続される真空ラインに連通する複数の孔が中央及び中央周辺に設けられた保持部中央部は保持部肩面より鉛直方向上方に突出しており、前記保持部の周辺部の環状領域としての保持部外周部は、前記保持部中央部よりも弾性係数の低い材料から構成され、
前記保持部中央部上及び保持部外周部上に取り付けられ、前記保持部中央部真上に複数吸引溝が形成され該吸引溝の底部に前記保持部中央部の前記孔に対応して孔が設けられた吸着板を備える
ことを特徴とする被加工物の保持具。
【請求項２】
請求項１に記載の被加工物の保持具と、
前記保持具に保持された被加工物を研磨する研磨パッドと、
前記被加工物の保持具と前記研磨パッドとを相対的に回転させる回転駆動部と、
前記研磨パッドを前記保持部に保持された被加工物に対して相対的に押し当てる押当駆動部と、
前記保持部に保持された被加工物と前記研磨パッドとの間に研磨スラリを供給する研磨スラリ供給部と
を備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１に記載の被加工物の保持具に、研磨すべき被研磨面が研磨パッドと対面するように被加工物を保持し、
前記研磨パッドと前記被加工物との間に研磨スラリを供給し、
前記研磨パッドを前記被加工物に押し当てつつ相対的に回転し前記被研磨面を前記研磨パッドで研磨することを特徴とする被加工物の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被加工物を研磨する際に被加工物を保持する被加工物の保持具、被加工物を研磨する研磨装置、被加工物を研磨する研磨方法に関し、特に半導体デバイスの製造工程においてウエハを研磨する際にウエハを保持するウエハ保持具、ウエハを研磨する研磨装置、及びウエハを研磨する研磨方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程におけるウエハの研磨は、通常、回転する研磨パッドをウエハ表面に接触させることによって行われている。研磨されるウエハは、研磨装置のウエハ保持具によって保持されるが、研磨パッドの回転運動による大きな衝撃に対抗できるよう、ウエハはウエハ保持具に確実に保持されなければならない。また、ウエハの被研磨面は精度良く仕上げなければならず、特に良好な平面度が要求される。
【０００３】
ウエハをウエハ保持具の表面に確実に保持し、また、ウエハ面内で均一に研磨できるようにするため、ウエハ保持具に設けたリング状のリテーナに包囲されるように内嵌させることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すように、以上のような研磨装置に取り付けられたウエハ保持具４２によれば、吸着板４９に載置したウエハ４３をウエハ保持具４２のリング状のリテーナ５０に包囲されるように内嵌させている。このときリテーナ５０とウエハ４３との間には数ｍｍ幅の環状の溝５４があり、研磨パッド４４に荷重をかけてウエハ４３に押しつけて研磨加工をすると研磨パッド４４のだれ４４Ａが生じる場合がある。この場合、ウエハ４３の外周部４３Ｂには、他の部分に較べて大きい応力がかかり、ウエハ４３の外周部４３Ｂは研磨レートが高くなり、ウエハ４３の加工面の研磨の均一性が悪化する。なお、図５において、研磨パッド４４の下面のだれ４４Ａの撓みは理解を容易にするため、実際より大きく描いてある（図２、図３において同様）。
【０００５】
そこで本発明は、ウエハ等の被加工物の加工面の研磨の均一性を改善することのできる被加工物保持具、この被加工物保持具を備えた研磨装置、被加工物の加工面の平面度を改善することのできる被加工物の研磨方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の被加工物の保持具は、リテーナで溝を介して囲まれた部分に被加工物の保持部を備える被加工物の保持具であって、前記保持部の中央部の内側領域として真空排気装置に接続される真空ラインに連通する複数の孔が中央及び中央周辺に設けられた保持部中央部は保持部肩面より鉛直方向上方に突出しており、前記保持部の周辺部の環状領域としての保持部外周部は、前記保持部中央部よりも弾性係数の低い材料から構成され、前記保持部中央部上及び保持部外周部上に取り付けられ、前記保持部中央部真上に複数吸引溝が形成され該吸引溝の底部に前記保持部中央部の前記孔に対応して孔が設けられた吸着板を備えることを特徴とする。
【０００７】
被加工物の保持部の周辺部の環状領域の剛性が中央部の内側領域の剛性よりも小さくなるよう形成されているので、リテーナと被加工物との間の溝のために、研磨パッドに面だれが生じて被加工物の外周部に加わる圧力が高くなる場合であっても、この領域は剛性が小さく（弾性が大きく）圧縮力がかかると変形するので、この圧力の増加を吸収し、被加工物の外周部が過剰に研磨されることを抑えることができる。
【０００８】
ここでいう剛性の大小は、被加工物の保持部が複数層で形成されているときは、それらの全体的な剛性（弾性）から決定される。
【００１０】
被加工物の保持部の周辺部の環状領域を外側に傾斜して形成しているので、リテーナと被加工物との間の溝のために、研磨パッドに面だれが生じて被加工物の外周部に加わる圧力が高くなる場合、この領域の傾斜に合わせて被加工物は撓むことができ、この圧力の増加を吸収し、被加工物の外周部が過剰に研磨されることを抑えることができる。
【００１１】
本発明の研磨装置は、上述の被加工物の保持具と、前記保持具に保持された被加工物を研磨する研磨パッドと、前記被加工物の保持具と前記研磨パッドとを相対的に回転させる回転駆動部と、前記研磨パッドを前記保持部に保持された被加工物に対して相対的に押し当てる押当駆動部と、前記保持部に保持された被加工物と前記研磨パッドとの間に研磨スラリを供給する研磨スラリ供給部とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明の被加工物の保持具を備えているので、被加工物の外周部の過剰研磨を防止することができ、被加工物を均一に研磨することができる。被加工物の保持具と研磨パッドとを相対的に回転させるとあるが、被加工物が載置されている被加工物の保持具と研磨パッドのいずれか一方または両方を回転させることを意味している。
【００１３】
本発明の研磨方法は、上述の被加工物の保持具に、研磨すべき被研磨面が研磨パッドと対面するように被加工物を保持し、前記研磨パッドと前記被加工物との間に研磨スラリを供給し、前記研磨パッドを前記被加工物に押し当てつつ相対的に回転し前記被研磨面を前記研磨パッドで研磨することを特徴とする。
【００１４】
本発明の被加工物の保持具を備えているので、被加工物の外周部の過剰研磨を防止することができ、被加工物を均一に研磨することができる。
【００１６】
被研磨面の中央部をほぼ平坦に保持しつつ、被研磨面の周辺部が研磨パッドから離れる方向に被研磨物を撓ませるので、リテーナと被加工物との間の溝のために、研磨パッドに面だれが生じて被加工物の外周部に加わる圧力が高くなる場合であっても、この撓みにより圧力の増加を吸収し、被加工物の外周部が過剰に研磨されるのを抑えることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において互いに同一あるいは相当する部材には同一符号を付し、重複した説明は省略する。また、ここでは被加工物が８インチウエハの場合を例として説明するが、６インチや１２インチなど、ウエハサイズが異なれば、それに合わせて保持具のサイズを変更すればよい。
【００１８】
図１は、本発明による被加工物の保持具としてのウエハ保持具の第１の実施の形態を示す模式図である。図１（Ａ）は、ウエハ３を載置した状態を示すウエハ保持具２の模式的断面図であり、図１（Ｂ）、はウエハ３を載置していない状態を示すウエハ保持具２の模式的平面図である。また、図１（Ａ）は、図１（Ｂ）のＩ−Ｉ線における断面図である。
【００１９】
ウエハ保持具２は、アルミナ等のセラミックス、又はステンレス鋼等の金属からなり、円の直径が２４０ｍｍから２６０ｍｍの略円柱形状を有する。
ウエハ保持具２の上面には、上面を形成する外周円と中心を同じくして直径２００ｍｍの保持部５が形成され、保持部肩面５Ａより約５ｍｍほど鉛直方向上方に突出している。保持部５の周辺部の環状領域としての保持部外周部６は、保持部の中央部の内側領域としての保持部中央部７より弾性係数の低い材料から製作されているので剛性が低い。この材料として、硬度を４０から９０度（ＪＩＳ−Ｋ６３０１に準拠した硬度）の範囲で自由に変えられるシリコンゴム、ポリウレタンゴム等を使用すればよい。なお、保持部中央部７は前述のウエハ保持具２の材料から形成されている。円環状の保持部外周部の幅は１０ｍｍ以下であることが望ましい。ウエハ保持具の保持面とは、ウエハ保持具の保持部のウエハと接触する面をいう。但し、後述のように吸着板が取り付けられている場合は、吸着板のウエハと接触する面をいう。
【００２０】
保持部を０．５ｍｍから３ｍｍ幅の溝１４を介して包囲するように、Ａｌ2Ｏ3（アルミナ）、ＳｉＯ2（石英）、ＳｉＣ等の材料からなるリング状のリテーナ１０が、設けられている。リテーナ１０は鉛直方向上下の表面をラッピング仕上げ、又は研削仕上げされており、真空吸着、ネジ固定、ストッパ固定等の方法によりウエハ保持具２の保持部肩面５Ａ上に取り付けられる。
【００２１】
保持部中央部７上及び保持部外周部６上には、保持部中央部７の真上に対応する部分に同心円状や放射状に多数の吸引溝８が形成されたアクリル等の樹脂からなる吸着板９が接着剤にて取り付けられている。吸引溝８は螺旋状に形成されている。但し、吸引溝８の最外周部は円環形状をしており、溝を構成する空間は水平方向に閉じた構造になっている。吸引溝８は、ウエハ３のオリフラよりも内側に相当する部分、すなわち前述のように保持部中央部の真上に対応する部分に設けられている。これによりウエハ３を吸着板９上に載置した場合に、吸引溝８全体がウエハ３により上から蓋をされた状態になり、真空吸着した際に真空がリークせずウエハ３が安定して保持される。
【００２２】
また吸着板９の中央及び中央周辺の吸引溝８の底部に複数（図１（Ｂ）では合計５個）の孔１１が設けられており、この孔１１はウエハ保持具２に設けられた真空ライン１２と連通している。真空ライン１２は図示しない真空排気装置に接続されている。
【００２３】
以上のごとく構成されたウエハ保持具２にウエハ３を載置し、真空ライン１２から排気を行うとウエハ３は吸着板９に真空吸着される。そして研磨パッド４とウエハ３の間に研磨スラリを供給しつつ研磨パッド４及び被加工物保持具２を相互に回転させながら、研磨パッド４をウエハ３に押し当てる。そうすると研磨パッド４はウエハ３及びリテーナ１０と接触した状態で、研磨パッド４がウエハ３を研磨する。
【００２４】
図２は、本実施の形態において研磨パッド４が押し当てられたときのウエハ保持具２の保持部外周部６を示す模式図である。
【００２５】
リテーナ１０の上面と、保持部５に載置されたウエハ３の上面に押し当てられた研磨パッド４は、リテーナ１０と保持部５との間の溝１４のためこの部分でだれを生じ、鉛直方向下方に撓もうとするが、ウエハの外周部３Ｂ及び保持部外周部６は保持部中央部７より弾性係数の低い材料から製作されているので、ウエハの外周部３Ｂ及び保持部外周部６が研磨パッド４の押圧に従って容易に撓むことができ、前述のだれを吸収し、研磨パッド下面４Ｂがウエハ３に密着し外周部３Ｂが過剰に研磨されるのが防止される。
【００２６】
なお、保持部外周部６の剛性は研磨パッド４が押し当てられたとき、吸着板の表面が最外周部において数μｍから数十μｍの撓みを生じるように決定することが望ましい。
また、前述の第１の実施の形態において、保持部５の上面に、吸引溝を加工した吸着板９を取り付けることなく、保持部５に吸引溝を直接加工するようにしてもよい。
【００２７】
図３は、本発明による被加工物の保持具としてのウエハ保持具の第２の実施の形態を示すウエハ保持具の部分断面図である。保持部中央部７が水平で平坦な面を有し図示しない吸引溝が形成されているエリアであり、保持部外周部６には外側に向かう傾斜が一様に形成されており、吸引溝が形成されていないエリアであるウエハ保持部２を説明する。本実施の形態では、保持部５の上に吸着板は取り付けられていないが、吸着板を取り付けることも可能である。この場合、吸着板の保持部外周部６の真上に対応する部分には保持部外周部６に傾斜を設けてもよいし、また、吸着板が所定の弾性を有する場合、保持部外周部６のみに傾斜を設けることにしてもよい。
【００２８】
前述の傾斜の形状は、研磨パッド下面４Ｂがウエハ３に密着し研磨パッドによる押し付け圧力が一定になるように決められる。よって、リテーナ１０とウエハ３の外周縁部３Ａ間の溝１４により研磨パッド下面４Ｂのだれが生じても、保持部外周部６の傾斜により吸収され、研磨パッド下面４Ｂがウエハ３の外周部３Ｂに密着させることで研磨レートを一定にすることができる。傾斜の水平方向の幅は数ｍｍとし、保持部外周部６の最外周部において数μｍから数十μｍ沈む形状とすることが望ましい。
本第２の実施の形態のウエハ保持具２は、上述以外は第１の実施の形態のウエハ保持具と同様である。
【００２９】
上述した本発明の実施の形態のウエハ保持具を備えた研磨装置及びそれを用いた研磨方法を説明する。図４は、第１の実施の形態のウエハ保持具２を備えた研磨装置１を示す模式図である。
【００３０】
研磨パッド４を被着する円盤状の研磨定盤２０が、被着面を鉛直方向下に向けて、またその円盤の中心で円盤の鉛直方向上方に円盤に垂直に設けられた回転軸２３の回りに回転駆動部としての第１の回転駆動部２６Ａによって駆動され回転するように構成されている。研磨定盤２０の研磨パッド４を被着する面は、回転軸２３の回転軸線を中心とする円環状の平面になっており、その面に密着させて円環状の弾性体２４が搭載され、弾性体２４をはさんで研磨布である研磨パッド４が被着されている。
【００３１】
研磨定盤２０の下方に、研磨パッド４の研磨面に対向して、研磨台２５が設けられている。研磨台２５は研磨定盤２０とほぼ同一の直径を有する円盤であり、回転軸２２の回りに回転駆動部としての第２の回転駆動部２６Ｂによって駆動され回転できるように構成されている。
また、研磨台２５には、研磨パッド４の研磨面に対向するように円盤状のウエハ保持具２が複数（本実施の形態では５個）、回転軸２２の回転軸線を中心とするピッチ円状に中心が位置するように設けられている。
【００３２】
ウエハ保持具２は第２の回転駆動部２６Ｂによって駆動され各回転軸２１を回転中心として研磨台２５上で回転できるように構成されている。ウエハ保持具２の上面、即ち研磨パッド４の側には、外径がウエハ保持具２より僅かに小さく、内径が載置すべきウエハ３の外径より僅かに大きく、上面が載置したときのウエハ３の上面とほぼ同一面内となる（典型的にはウエハ上面と同一面かあるいはそれより僅かに上になる）リング状のリテーナ１０が、その中心が回転軸２１の中心と一致するように設けられ、リテーナ１０の円環の内径の中に被研磨物であるウエハ３が載置され保持される。回転軸２１、２２、２３の回転軸線はそれぞれ互いに平行である。研磨定盤２０は押当駆動部３０に連結されており、研磨に際して、研磨パッド４がウエハ３に押し当てられるように研磨定盤２０を駆動する。
【００３３】
このような構成において、研磨台３は第２の回転駆動部２６Ｂにより回転軸２２の回りに、またウエハ保持具２ひいてはウエハ３は回転軸２１の回りに、回転させられるので、研磨台３がその回転軸２２の回りに回転（公転）するとともに、ウエハ保持具２もウエハ保持具２の回転軸２１の回りに回転（自転）する。また研磨定盤２０は、回転軸２３の回りに回転させられる。したがって、回転軸２２を有する研磨台３と回転軸２３を有する研磨定盤２０のいずれか一方あるいは双方を回転させれば、研磨台３上のウエハ３と研磨定盤２０に被着した研磨パッド４とは、相対的に公転することになる。
【００３４】
なお、回転軸２２の回転軸線と回転軸２３の回転軸線とは同一直線上にあってもよいが、典型的にはある程度、平行にずらして設定される。このことにより、研磨パッド４の研磨面のできるだけ広い範囲を用いて、またウエハ３に対してできるだけ異なる研磨面が当たるように研磨することができ、一様な研磨を可能にする。
【００３５】
回転軸２３の中心には、研磨スラリ供給孔２７が貫通して穿設されており、研磨スラリ供給部２８から研磨スラリ供給孔２７に接続された研磨スラリ供給管２９を通して研磨スラリを供給しながら、研磨パッド４の研磨面とウエハ３の被研磨面とを接触回転させることにより、研磨が行われる。この装置では、ウエハ３は５枚を同時に研磨することができるように構成されている。
【００３６】
本実施の形態の研磨装置１は、実施の形態１のウエハ保持具２を備え、ウエハ３を保持するので、研磨パッド４によるウエハ３の研磨レートが均一化され、ウエハ３の被研磨面の平面度が改善される。ウエハ保持具２は第２の実施の形態のものであってもよい。
【００３７】
本発明の研磨方法は、層間絶縁膜の平坦化やメタル膜の研磨プロセスなど半導体デバイスの製造方法に好適である。ウエハ３の研磨を行う際に、ウエハ３の中央部を平坦に維持し、ウエハ３の外周部が容易に研磨パッドの研磨面から遠ざかる方向に撓むことができるようにするので、研磨パッドのだれなどに応じてウエハ３の研磨レートを均一にすることができる。こうすることにより、ウエハ３にはウエハ３の表面が研磨パッドの表面にならうので外周部も含めて高精度のパターンを形成することが可能であり、ウエハ３の表面を広い範囲に渡って利用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、被加工物保持具の被加工物を保持する保持部は、周辺部の環状領域の剛性が、保持部の中央部の内側領域の剛性よりも小さく形成されているので、例えば相対的に回転する研磨パッドが相対的に被加工物に押し当てられたとき、被加工物保持具の保持部が周辺部の環状領域で圧縮変形し、それに合わせて被加工物の外周部が保持部の変形に対応して撓み、研磨パッドの下面が被加工物の加工面に密着し、研磨パッドの押し付け圧力が均一化し、研磨レートが均一化される。
【００３９】
また、被加工物保持具の被加工物を保持する面の中央部の領域を平坦な面で形成し、被加工物を保持する面の周辺部の環状領域が外側に傾斜して形成すれば、例えば相対的に回転する研磨パッドが相対的に被加工物に押し当てられたとき、被加工物の外周部が保持部の周辺部の環状領域の傾斜に対応して撓み、研磨パッドの下面が被加工物の加工面に密着し、研磨パッドの押し付け圧力が均一化し、研磨レートが均一化する。
【００４０】
したがって、これらの被加工物の保持具を備える研磨装置及びこれを用いた研磨方法では、ウエハ外周部を含めて高精度のパターンを歩留まりよく形成する半導体デバイスの製造工程が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）は、ウエハと研磨パッドを共に示す本発明の第１の実施の形態のウエハ保持具の模式的正面断面図である。図１（Ｂ）は、ウエハ保持具の模式的平面図である。
【図２】第１の実施の形態のウエハ保持具の保持部外周部、吸着板、ウエハの外周部、研磨パッドの撓みの状態を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のウエハ保持具の模式的拡大部分断面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態の研磨装置の構成を示す模式的断面図である。
【図５】従来例のウエハ保持具で、研磨パッドのだれが生じている場合を表す模式的断面図である。
【符号の説明】
１    研磨装置
２    ウエハ保持具
３    ウエハ
３Ａ  外周縁部
３Ｂ  外周部
３Ｃ  オリフラ
４    研磨パッド
４Ａ  研磨パッドのだれ
４Ｂ  研磨パッド下面
５    保持部
５Ａ  保持部肩面
６    保持部外周部
７    保持部中央部
８    吸引溝
９    吸着板
１０    リテーナ
１１    孔
１２    真空ライン
１４    溝
２０    研磨定盤
２１、  ２２、  ２３    回転軸
２４    弾性体
２５    研磨台
２６Ａ  第１の回転駆動部
２６Ｂ  第２の回転駆動部
２７    研磨スラリ供給孔
２８    研磨スラリ供給部
２９    研磨スラリ供給管
３０    押当駆動部
【図１】
0004169432.tif 000002
【図２】
0004169432.tif 000003
【図３】
0004169432.tif 000004
【図４】
0004169432.tif 000005
【図５】
0004169432.tif 000006