(57)【要約】  【課題】ウェーハの外周縁部の変形を抑制すると共に、該変形による過剰研磨等の欠陥を防止する。【解決手段】ウェーハＷを研磨パッド１６に押し付けて研磨する研磨ヘッド１３において、ウェーハＷの上面には、ウェーハ径と略同等の内径を有する平面視円形の補強部材２２Ａが貼着材２１を介して貼り付けられている。補強部材２２Ａは断面凹型の略逆皿状（又は平板状）に形成され、補強部材２２Ａ内側にウェーハＷが嵌着されている。ウェーハＷに補強部材２２Ａを貼り付けて研磨することにより、研磨中に、リテーナリング１９との接触・衝突によるウェーハＷ外周縁部の座屈変形等を抑制する。【選択図】図２
2009010227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リテーナリングで包囲されたウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置におけるウェーハ変形抑制装置であって、
前記ウェーハの上面に該ウェーハ径と略同等の直径を有する平面視円形の補強部材が貼り付けられ、
該補強部材を前記ウェーハに貼り付けたまま該ウェーハを研磨するように構成したことを特徴とするウェーハ変形抑制装置。
【請求項２】
上記補強部材が上記ウェーハに被着可能な略逆皿状に形成されていることを特徴とする請求項１記載のウェーハ変形抑制装置。
【請求項３】
上記補強部材がウェーハ径よりも大径の円形平板状に形成され、該補強部材の外周縁部が前記ウェーハの外側に突出していることを特徴とする請求項１記載のウェーハ変形抑制装置。
【請求項４】
上記貼着材が粘着テープ、ワックス等の弾性力を有する貼着材であることを特徴とする請求項１記載のウェーハ変形抑制装置。
【請求項５】
リテーナリングで包囲されたウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置におけるウェーハ変形抑制方法であって、
前記ウェーハの上面に該ウェーハ径と略同径の直径を有する平面視円形の補強部材が貼着材を介して貼り付けられる工程と、
前記ウェーハに前記補強部材を貼り付けたまま研磨する工程とを含み、
研磨時に前記リテーナリングから前記ウェーハに作用する変形力を前記補強部材により吸収することを特徴とするウェーハ変形抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はウェーハ変形抑制装置及びウェーハ変形抑制方法に関するものであり、特に、ウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置におけるウェーハ変形抑制装置及びウェーハ変形抑制方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、此種ＣＭＰ装置は、ウェーハをプラテン上の研磨パッドに押し付けて研磨するための研磨ヘッドを備えている。該研磨ヘッド１は、図８に示すように、エア圧によりウェーハＷを保持するキャリア２と、該キャリア２の下側に設けられた弾性シート３と、前記キャリア２の下部外周部に設けられた円環状のリテーナリング４等により構成されている。而して、ＣＭＰ加工時には、該研磨ヘッド１に保持されたウェーハＷを、回転するプラテン５上の研磨パッド６に押し付けるとともに、該研磨パッド６上面に研磨剤を供給して研磨している。
【０００３】
このように、ＣＭＰ加工時、ウェーハＷは円環状のリテーナリング４によって包囲されて、回転する研磨パッド６上面にリテーナリング４と共に押し付けて研磨される。この研磨時、ウェーハＷ外周面とリテーナリング４内周面の間には若干の隙間Ｃが形成されているので、研磨パッド６の回転力によりウェーハＷは、リテーナリング４内で研磨パッド６の回転方向に移動できるように保持されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１２４１６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術においては、ＣＭＰ処理中に、ウェーハＷはリテーナリング４内で研磨パッド６の回転方向に移動する。その結果、ウェーハＷの外周側面がリテーナリング４の内周側面に接触・衝突し、その時の衝撃力（変形力）によりウェーハＷに変形が発生する。この場合、特に、ウェーハＷの外周縁部に変形力が顕著に作用して、座屈変形又は反り変形（歪み変形を含む）を発生させる。図９は変形後のウェーハＷの形状を例示するものであって、例えば、ウェーハＷ全体の形状は、上方に凸の弓状又は折曲状に変形する。
【０００５】
更に、前記ウェーハＷの変形に伴い、ウェーハＷの研磨表面における圧力分布が不均等になる。これにより、特に、ウェーハＷの外周部の研磨速度（研磨レート）が増大して、研磨後のウェーハに過剰研磨等の欠陥が発生する。このため、図１０中の斜線部にて例示するように、ウェーハＷの外周縁部にリング状の研磨不良領域（過研磨領域）Ｅが発生し、その分だけウェーハＷの有効面積が減少する。
【０００６】
尚、ウェーハＷの変形現象について補足説明すれば、ウェーハＷの任意の箇所において、リテーナリング４に接するウェーハＷの外周部分が最も変形現象が発生し易く、ウェーハＷ中心部は、衝突時の外力（変形する際にウェーハＷに発生する応力と略同等の大きさの外力）を受ける部分から十分離れているため、該外力によるウェーハＷの変形量は小さいと考えられる。又、衝突時にウェーハＷに発生した応力は、リテーナリング４の単位面積当たりの反力の大きさに相当する。従って、リテーナリング４と接触する面積又は領域が広いほど、ウェーハＷの応力、即ち、ウェーハＷに作用する変形力が小さくなる。  
【０００７】
そこで、研磨時におけるウェーハの外周縁部の変形を抑制すると共に、該変形によるウェーハの過剰研磨等の欠陥を防止するために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】
【０００８】
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、リテーナリングで包囲されたウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置におけるウェーハ変形抑制装置であって、前記ウェーハの上面に該ウェーハ径と略同等の直径を有する平面視円形の補強部材が貼り付けられ、該補強部材を前記ウェーハに貼り付けたまま該ウェーハを研磨するように構成して成るウェーハ変形抑制装置を提供する。
【０００９】
この構成によれば、補強部材はウェーハ径と略同等の直径を有し、貼着材を介してウェーハ上面に一体に貼り付けられる。従って、研磨時にウェーハが移動してリテーナリングに衝突しても、該リテーナリングからウェーハに作用する変形力は補強部材により緩和吸収される。その結果、ウェーハに作用する衝撃力に対する耐性強度が実質的に増大する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、上記補強部材が上記ウェーハに被着可能な略逆皿状に形成されている請求項１記載のウェーハ変形抑制装置を提供する。
【００１１】
この構成によれば、補強部材は略逆皿状、即ち、上面部を有する断面凹型の略逆皿形状に形成され、ウェーハに被着して固定される。従って、ウェーハの外周部は補強部材の外周側面によって包囲される。そのため、研磨中にウェーハが径方向に移動した場合は、リテーナリング内周面に補強部材の外周側面が接触し、ウェーハの外周側面はリテーナリング内周面に接触しない。また、リテーナリングに対する補強部材の接触面積（接触領域）は、ウェーハがリテーナリングに直接接触したときの面積に比べて広くなる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、上記補強部材がウェーハ径よりも大径の円形平板状に形成され、該補強部材の外周縁部が前記ウェーハの外側に突出している請求項１記載のウェーハ変形抑制装置を提供する。
【００１３】
この構成によれば、補強部材の直径はウェーハ径よりも若干大きく形成され、該補強部材の外周縁部がウェーハの外周側に所定寸法だけ突出する。従って、研磨中にウェーハが移動した際は、リテーナリングの内周面に補強部材の外周縁部が直接接触し、ウェーハの外周縁部は接触しない。
【００１４】
請求項４記載の発明は、上記貼着材が粘着テープ、ワックス等の弾性力を有する貼着材である請求項１記載のウェーハ変形抑制装置を提供する。
【００１５】
この構成によれば、貼着材は粘着テープ、ワックス等の弾性力を有する軟質部材から成り、該貼着材を介してウェーハ上面に補強部材が貼り付けられる。従って、貼着材は補強部材とウェーハの間において高い緩衝吸収機能を発揮して、該ウェーハに作用する変形力が吸収除去される。その結果、ウェーハ研磨面全域における圧力分布が均一化し、ウェーハ上面（裏面）の平面度が常に維持される。
【００１６】
請求項５記載の発明は、リテーナリングで包囲されたウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置におけるウェーハ変形抑制方法であって、前記ウェーハの上面に該ウェーハ径と略同径の直径を有する平面視円形の補強部材を貼着材を介して貼り付ける工程と、前記ウェーハに前記補強部材を貼り付けたまま研磨する工程とを含み、研磨時に前記リテーナリングから前記ウェーハに作用する変形力を前記補強部材により吸収するウェーハ変形抑制方法を提供する。
【００１７】
この方法によれば、補強部材はウェーハ径と略同等の直径を有し、貼着材を介してウェーハ上面に一体に貼り付けられる。従って、研磨時にウェーハが移動してリテーナリングに衝突しても、該リテーナリングからウェーハに作用する変形力は補強部材により効果的に緩和吸収される。その結果、ウェーハに作用する衝撃力に対する耐性強度が実質的に増大する。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１記載の発明は、研磨時にウェーハが移動してリテーナリングに衝突した場合でも、リテーナリングからウェーハに作用する変形力が補強部材により吸収除去されるので、リテーナリングとの接触・衝撃によるウェーハの研磨形状の変形、特に、該ウェーハの外周縁部の座屈変形を抑制することができると共に、該変形によるウェーハ外周縁部の研磨不良を防止することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、ウェーハに略逆皿状の補強部材を被着することにより、リテーナリングからウェーハに作用する衝撃力が低減されるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、リテーナリングとの接触によるウェーハ外周縁部の変形をより確実に抑制することができる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、研磨中にウェーハが移動した場合、リテーナリング内周面には補強部材の外周縁部が直接接触するので、請求項１記載の発明の効果に加えて、リテーナリングから受ける衝撃力は補強部材の外周縁部により効率良く吸収でき、ウェーハ外周縁部に対する変形抑制効果が増大するメリットを有する。
【００２１】
請求項４記載の発明は、弾性力を有する軟質の貼着材による衝撃吸収機能により、ウェーハの研磨圧力分布が均一化して、ウェーハ裏面の平面度を常に良好に維持できるので、請求項１記載の発明の効果に加えて、ウェーハの反り等の変形を一層確実に抑制することができる。
【００２２】
請求項５記載の発明は、研磨時にウェーハが移動してリテーナリングに衝突した場合でも、リテーナリングからウェーハに作用する変形力が補強部材により吸収されるので、リテーナリングとの接触・衝撃によるウェーハの変形、特に、該ウェーハの外周縁部の座屈変形を抑制することができると共に、該変形によるウェーハ外周縁部の研磨不良を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明はウェーハの外周縁部の変形を抑制すると共に、該変形による過剰研磨を防止するという目的を達成するため、リテーナリングで包囲されたウェーハを研磨パッドに押し付けて研磨するＣＭＰ装置におけるウェーハ変形抑制装置であって、前記ウェーハの上面に該ウェーハ径と略同等の直径を有する平面視円形の補強部材が貼り付けられ、該補強部材を前記ウェーハに貼り付けたまま該ウェーハを研磨し、前記リテーナリングから前記ウェーハに作用する変形力を前記補強部材により吸収させることによって実現した。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の好適な一実施例を図１乃至図７に従って説明する。本実施例は、特に、ウェーハの外周縁部の形状変形による過研磨等の悪影響を簡易な構成によってキャンセルするため、ウェーハ上面に補強部材を接着テープ等で貼り付けて研磨することにより、研磨中にリテーナリングとの接触・衝撃によるウェーハ外周縁部の変形を効率良く抑制又は防止するように構成したものである。
【００２５】
前記補強部材としては、例えば、ウェーハが嵌着可能な上面部を有する略逆皿形状（以下「シャーレ形状」という。）に形成したもの、或いは、ウェーハ形状と対応する円形の平板状に形成したものなどを採用できるが、ウェーハに貼り付けて該ウェーハ外周縁部の変形を抑制できれば、補強部材の形状等は任意である。
【００２６】
図１はＣＭＰ装置１１の概略を示す斜視図である。同図において、ＣＭＰ装置１１は、主に円盤状のプラテン１２と研磨ヘッド１３とから構成されている。該プラテン１２の下面中央には回転軸１４が連結され、回転軸１４はモータ１５の駆動によって矢印Ａ方向へ回転する。又、前記プラテン１２の上面には研磨パッド１６が貼着され、該研磨パッド１６上に図示しないノズルから研磨剤が供給される。
【００２７】
前記研磨ヘッド１３の下面部は、図２に示すように、主としてウェーハＷを保持するためのキャリア１７と、該キャリア１７の下側に設けられた円形の弾性シート１８と、前記キャリア１７の下部外周部に設けられた円環状のリテーナリング１９等により構成され、該リテーナリング１９の下面には複数の研磨剤用の溝部（図示せず）が形成されている。
【００２８】
尚、図１に示すように、研磨ヘッド１３の上面中央部には回転軸２０が連結され、該回転軸２０は、モータ駆動により図１の矢印Ｂ方向に回転する。
【００２９】
また、図２に示すように、前記キャリア１７の下面には、弾性シート１８上側にエアを加圧噴射するためのエア吹出し口（図示せず）と、バキューム及び必要により純水（ＤＩＷ）又はエアを吹き出すための孔（図示せず）が形成されている。
【００３０】
更に、キャリア１７下側に配設された弾性シート１８は、湾曲可能なゴム等の軟質材料から成り、リテーナリング１９の内側に張設されている。該弾性シート１８の適所には複数の孔（図示せず）が開穿され、該孔はウェーハ搬送時にはウェーハ吸着用孔として機能し、又、研磨時にはウェーハＷを押圧するためのエア圧供給用孔として機能する。
【００３１】
次に、本発明に係るウェーハ変形抑制機能を有する補強部材について詳述する。図２において、符号２２Ａは、適度な剛性強度と厚さを有する平面視円形の補強部材であり、該補強部材２２Ａは合成樹脂等から成り、ウェーハＷの上面に粘着テープ等の貼着材２１を介して一体に貼り付けられている。ウェーハＷは、研磨時、補強部材２２Ａを貼り付けたまま研磨パッド１６に押し付けて研磨される。
【００３２】
補強部材２２Ａは、上面部を有するシャーレ形状に形成され、補強部材２２Ａの外周縁部２３Ａ下面側にはリング状リブ部２４Ａが設けられている。該リング状リブ部２４Ａの下面はウェーハＷの下面と面一になるように形成されている。更に、リング状リブ部２４Ａの内径はウェーハ径と略同等に設定され、該リング状リブ部２４Ａの内側にウェーハＷが嵌合装着されている。
【００３３】
補強部材２２Ａ上面部は、弾性力を有する軟質の貼着材２１を介して、ウェーハＷ上面に貼着固定されている。該貼着材２１としては、所要の粘着力又は粘着力を有するものであれば、例えば、ワックス、粘着シート（接着シート）、両面テープ又はＵＶテープ等を使用できる。該貼着材２１は、ウェーハＷに対して衝撃吸収機能及び変形矯正機能を発揮する。
【００３４】
本発明に係る補強部材の他の形態例を図３に示す。同図において、該補強部材２２Ｂは円形の平板状に形成され、ウェーハＷ上面に貼着材２１を介して重合貼着されている。該補強部材２２Ｂの直径は、ウェーハ径と略同等に設定しても良いが、図示例では、ウェーハ径よりも若干大きくなるように形成されている。
【００３５】
ウェーハＷは、研磨時、補強部材２２Ｂを貼り付けたまま研磨パッド１６に押し付けて研磨される。この場合、補強部材２２ＢはウェーハＷに対して、剛性維持機能及び衝撃吸収除去機能を発揮することにより、研磨時におけるウェーハＷの変形を抑制する。
【００３６】
次に、上記ＣＭＰ装置１１によるウェーハＷの研磨手順について説明する。尚、所定箇所に待機中の未研磨のウェーハＷには、予め補強部材２２Ａが貼り付けられているものとする。先ず、待機中の未研磨のウェーハＷ上に研磨ヘッド１３を移動させる。次いで、バキュームライン（図示せず）の駆動により、キャリア１７と弾性シート１８間のエア室２５を真空状態に設定してウェーハＷを吸着保持する。その後、研磨ヘッド１３を研磨パッド１６の真上に移動させて、該研磨パッド１６上面にウェーハＷを載置する。
【００３７】
然る後、前記エア室２５等に設定圧のエアを供給することにより、ウェーハＷ及びリテーナリング１９を研磨パッド１６上面に押し付けると共にプラテン１２を回転させ、且つ、研磨ヘッド１３を回転させながら、研磨パッド１６上に研磨剤を供給してウェーハＷ下面を研磨する。
【００３８】
研磨時に、図４に示すように、ウェーハＷはリテーナリング１９内で研磨パッド１６の回転方向Ｒに移動するため、ウェーハＷの外周側面がリテーナリング１９の内周側面に衝突する。この衝突時、従来技術では、衝撃力によりウェーハＷの外周縁部に座屈変形又は反り変形を発生させていたが、本実施例では、衝撃力によるウェーハＷの外周縁部の変形が抑制される。
【００３９】
即ち、本実施例では、ウェーハＷにはシャーレ形状の補強部材２２Ａが被着されているので、ウェーハＷの外周側面は、補強部材２２Ａのリング状リブ部２４Ａで包囲される。そのため、研磨時にウェーハＷがリテーナリング側に移動しても、補強部材２２Ａがリテーナリング１９内周面に接触するので、ウェーハＷの外周側面には直接衝撃力が作用しない。
【００４０】
又、ウェーハＷにシャーレ形状の補強部材２２Ａを被着した場合は、補強部材２２Ａを被着しない場合に比べて、補強部材２２Ａの径寸法及び高さ寸法に比例して、ウェーハＷの剛性強度が増大すると共に、リテーナリング１９に対する補強部材２２Ａの接触面積が拡大する。その結果、リテーナリング１９からウェーハＷが受ける実質的な衝撃力も大幅に小さくなる。
【００４１】
斯くの如く、ウェーハＷに作用する衝撃力が小さくなるので、リテーナリング１９との衝突によるウェーハＷ外周縁部の変形が抑制される。併せて、前記変形によるウェーハＷ外周縁部の研磨不良が防止される。また、研磨ムラを無くして高い研磨精度及び研磨形状が得られるので、ウェーハＷのデバイス性能が著しく向上する。
【００４２】
図６に示すように、本発明は従来技術とは異なり、ウェーハＷ外周縁部にはリング状の研磨不良領域Ｅが発生しないので、その分だけウェーハＷの有効面積が広くなる。
【００４３】
図７に本発明方式を従来方式と比較した研磨レートの実験結果を示す。この実験結果から判るように、従来方式では実線グラフ中の符号Ｇで示す如く、ウェーハＷ外周縁部の研磨レートが顕著に増大していたが、本発明方式では破線グラフに示す如く、ウェーハＷに対して変形抑制効果を発揮するため、研磨レートを増大させることなく、研磨形状の変形が効果的に防止されて良好な研磨加工が得られる。
【００４４】
本発明では、補強部材２２Ａは貼着材２１を介してウェーハＷに貼り付けられているので、貼着材２１は、ウェーハＷに作用する変形力に対して高い吸収除去機能を発揮する。斯くして、ウェーハＷ裏面（上面）の平面度に対する変形力を貼着材２１で吸収除去することにより、ウェーハＷの研磨面全域に及んで圧力分布が均一化される。そのため、衝撃によるウェーハＷの座屈変形や反り変形等が自動的に抑制又は矯正される。尚、研磨後、補強部材２２ＡはウェーハＷから取り外される。
【００４５】
又、図３に示すように、ウェーハＷに平板状の補強部材２２Ｂを重合貼着した場合も、図２に示したシャーレ形状の補強部材２２Ａと同様の作用効果を奏する。即ち、ウェーハＷの剛性強度を増大させると共に、ウェーハＷの衝突時の変形力除去効果が顕著になる。
【００４６】
その結果、図５に示すように、研磨時にウェーハＷの径方向外方Ｒへの移動により、補強部材２２Ａの外周側面がリテーナリング１９の内周面に衝突した場合、従来に比べて、リテーナリング１９からウェーハＷに作用する衝撃力が大幅に低減する。従って、ウェーハＷ外周縁部の変形が抑制され、併せて、該変形に基づくウェーハＷ外周縁部の研磨不良が未然に防止される。
【００４７】
特に、図５の構成例では、ウェーハ径よりも円形平板状の補強部材２２Ｂの直径を若干大きく形成したことにより、補強部材２２Ｂの外周縁部全域がウェーハＷの外側に突出している。このため、研磨時にウェーハＷが径方向外方に移動した際、補強部材２２Ｂの外周側突出部がリテーナリング１９の内周面に接触・衝突する。従って、衝撃によるウェーハＷの座屈変形や反り変形等を確実に防止することができる。
【００４８】
更に、本発明に係る補強部材２２Ａ，２２Ｂは研磨条件等に応じて、補強部材２２Ａ，２２Ｂの高さや径寸法を最適値に変更調整することにより、リテーナリング１９と接触するウェーハＷ外周側の面積を変更制御できるとともに、ウェーハＷのリテーナリング１９から受ける衝撃力の大きさも変更制御される。従って、研磨条件等に応じた形状寸法を有する補強部材２２Ａ，２２Ｂを使用することにより、前記衝撃力によるウェーハＷ外周縁部の変形が一層簡易かつ確実に抑制される。
【００４９】
本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例を示し、ＣＭＰ装置の斜視図。
【図２】一実施例に係る略逆皿形状の補強部材を使用したウェーハ変形抑制装置を示す要部断面図。
【図３】一実施例に係る平板形状の補強部材を使用したウェーハ変形抑制装置を示す要部断面図。
【図４】図２のウェーハが研磨中に移動したときの状態を説明するウェーハ変形抑制装置の要部断面図。
【図５】図３のウェーハが研磨中に移動したときの状態を説明するウェーハ変形抑制装置の要部断面図。
【図６】一実施例に係るウェーハの研磨面を示す平面図。
【図７】本発明方式の変形抑制方式を従来方式と比較した研磨レートの実験結果を示すグラフ。
【図８】従来の研磨ヘッド下面部を示す要部断面図。
【図９】従来技術によるウェーハの変形例を示す正面断面図。
【図１０】従来技術によるウェーハの研磨面を示す平面図。
【符号の説明】
【００５１】
１１  ＣＭＰ装置（ウェーハ研磨装置）
１３  研磨ヘッド（ウェーハ保持ヘッド）
１６  研磨パッド１９  リテーナリング
２１  貼着材（粘着材、接着材）
２２Ａ補強部材
２２Ｂ補強部材
【図１】
2009010227.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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