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JP2015500151A - ウェハーの研磨装置及びウェハーの研磨方法 - Google Patents

ウェハーの研磨装置及びウェハーの研磨方法 Download PDF

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Abstract

本発明のウェハーの研磨装置は、定盤と、前記定盤上に配置され、複数の固定研磨粒子を含む研磨パッドと、前記研磨パッド上に配置されるヘッド部と、前記ヘッド部の外周部に装着されるリテーナと、前記リテーナの下端に装着され、環状を有するドレッシング部とを含む。【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハーの研磨装置に関するものである。
従来技術では、ストック除去研磨(stock removal polishing)として、研磨剤(polishing agent)を供給しながら研磨パッドによって半導体ウェハーの両面を研磨するもの(DSP段階)と、その一方、いわゆるヘイズフリー研磨(haze-free polishing)法と、及び新規のいわゆる固定研磨材研磨(FAP)法として、より柔軟な研磨パッドを用いて単に正面(部品側)のみを最終研磨するもの(CMP段階、仕上げ)が開示されている。前記固定研磨材研磨技法では、研磨材料が結合されている研磨パッド(固定研磨材パッド)上で半導体ウェハーが研磨される。
以下、FAP研磨パッドが用いられる研磨段階は、単にFAP段階と略称する。WO ９９/５５４９１ A１には、第１FAP研磨段階と後続する第２CMP研磨段階とを含む二段階研磨方法が開示されている。CMPの場合、研磨パッドには研磨材料が結合されていない。この場合、DSPの場合のように、研磨材料がスラリーの形態で半導体ウェハーと研磨パッドの間に流入する。前記二段階研磨方法は、特にFAP段階によって基板の研磨された面に残留するスクラッチの除去に用いられる。
このようなウェハーの研磨装置によって、ウェハーの平坦度を向上させようとする研究が多様に行われている。
本発明は、ウェハーの平坦度を向上させ、効率的にウェハーを研磨できるウェハーの研磨装置を提供しようとする。
本発明のウェハーの研磨装置は、定盤と、前記定盤上に配置され、複数の固定研磨粒子を含む研磨パッドと、前記研磨パッド上に配置されるヘッド部と、前記ヘッド部の外周部に装着されるリテーナと、前記リテーナの下端に装着され、環状を有するドレッシング部とを含む。
また、本発明のウェハーの研磨装置は、回転可能な定盤上に配置され、固定研磨粒子が付着された研磨パッドと、前記定盤の回転軸とは異なる回転軸によって回転され、前記定盤の上側に位置するヘッド部と、前記ヘッド部の外周面に装着されるリテーナと、前記リテーナと接触し、前記研磨パッドをドレッシングするためのドレッシング部とを含み、前記ウェハーは、一部が前記研磨パッドの外周部から所定長さ突出するように前記ヘッド部に装着される。
本発明のウェハーの研磨装置によれば、単一の装置によってウェハーの研磨または研磨パッドのドレッシングが可能となる。
また、固定研磨パッドによりウェハーを研磨する際に、ウェハーのオーバーハング構造によってウェハーのエッジ領域の平坦度を向上させることができ、ドレッシング部により研磨パッドを円滑にドレッシングすることができる。
第１実施例に係るウェハーの研磨装置の断面図である。 第１実施例と第２実施例に係るウェハーの研磨装置の平面図である。 第１実施例と第２実施例に係るドレッシング部とリテーナを示した図である。 第１実施例と第２実施例に係るリテーナとドレッシング部を詳しく説明するための図面である。 第１実施例と第２実施例に係るリテーナとドレッシング部を詳しく説明するための図面である。 第２実施例に係るウェハーの研磨装置の断面図である。 第２実施例に係るウェハーの研磨装置において、ウェハーと研磨パッド間の位置関係を説明する図面である。
以下、ウェハーを研磨する際に、ウェハーの側面部の平坦度を向上させることができ、簡単な構造でウェハーのエッジ部の形状を改善させることができる本発明の研磨装置を、図面を参照しながら詳しく説明する。
図１は、第１実施例に係るウェハーの研磨装置の断面図である。
なお、図２〜図５に図示されているドレッシング部とリテーナ(retainer)等は、後述される第２実施例でも適用される。
図１〜図５を参照すれば、第１実施例に係るウェハーの研磨装置は、定盤１０、研磨パッド２０、ヘッド部３０、セラミックプレート４１、ドレッシング部５０及びリテーナ６０を含む。
前記定盤１０は前記研磨パッド２０を支持し、固定された前記研磨パッド２０は前記定盤１００の回転に従属する。前記研磨パッドは、固定研磨粒子が付着された固定研磨パッドとして、炭化ケイ素化合物、窒化ホウ素化合物及びダイヤモンド、またはこれらの組み合わせからなることができる。また、前記定盤１０は、モータ等によって駆動され、自転することができる。
前記研磨パッド２０は、前記定盤１０の上面に固定され、上面側(top side)から見たとき、環状になっている。
また、前記研磨パッド２０は、ポリマーからなることができ、ポリマーに配置される複数の固定研磨剤を含むことができる。
前記研磨パッド２０は、固定研磨剤を用いて前記リテーナ６０に収容されたウェハーWを研磨し、前記ウェハーWの研磨を支援するために、シリカまたはアルミナ研磨剤等をさらに用いることができる。
前記ヘッド部３０は、前記定盤１０から所定距離離れた上部に配置され、前記ヘッド部３０には、前記セラミックプレート４１、ドレッシング部５０及びリテーナ６０が固定される。
前記ヘッド部３０の外周面にリテーナ６０が装着され、前記リテーナ６０によって前記研磨パッドをドレッシングするためのドレッシング部５０が前記ヘッド部３０に結合される。これにより、前記ヘッド部３０が回転することで、前記リテーナ６０及びドレッシング部５０が回転され、研磨パッドのドレッシングと、ウェハーの研磨が選択的に行われる。即ち、前記定盤１０が回転する時に前記ヘッド部３０も回転されることで、研磨パッドのドレッシングと、ウェハーの研磨が選択的に行われる。
前記リテーナ６０は、前記ヘッド部３０より大きいサイズで構成され、前記ヘッド部３０の外周面に着脱できる。また、前記リテーナ６０の下側には、研磨パッド２０をドレッシングするためのドレッシング部５０が装着される。前記ヘッド部３０にウェハーWが付着されている場合にはウェハーの研磨が行われ、前記ウェハーWが付着されていない場合には、前記ドレッシング部５０によって前記研磨パッド２０のドレッシングが行われる。
即ち、前記ヘッド部３０と定盤１０の回転軸は相互異なるので、前記ヘッド部３０と定盤１０が両方とも回転されると、前記定盤１０と一緒に回転する研磨パッド２０は、ウェハーWまたはドレッシング部５０と接することになる。
一方、前記リテーナ６０は環状を有し、前記ヘッド部３０の直径より大きく形成されて、ヘッド部３０の外周面を取り囲むように嵌合される。また、前記リテーナ６０はステンレス鋼からなることができ、前記ドレッシング部５０と直接接触する。
また、前記ドレッシング部５０は先述したように、固定研磨パッドをドレッシングする役割をすると共に、ウェハーの離脱を防止する役割もする。材質は、アルミナ等からなることができるが、これに限定されるものではない。
また、ウェハーを研磨するために前記ウェハーをヘッド部３０に固定させるために、セラミックプレート４１が前記ウェハーWとヘッド部３０との間に介在され、前記ウェハーWが前記セラミックプレート４１に接着される。このとき、前記ウェハーWの平坦度を向上させるために、高度な接着精度が要求される。
また、前記ヘッド部３０とセラミックプレート４１との間には、緩衝手段としてバックフィルム４０がさらに装着される。前記バックフィルム４０は、ヘッド部３０の下部に位置され、ウェハーを研磨する時にウェハーに加えられる圧力のばらつきを調節するための緩衝手段となる。一方、図１には、ウェハーWを研磨するために前記ウェハーWがプレート４１に付着された状態が図示されているが、本実施例によって研磨パッドのドレッシングが行われる時には、前記ウェハーWが装着されていない状態となる。研磨パッドのドレッシングが行われる間には、図２のようにヘッド部３０の外周面を取り囲むドレッシング部５０が、研磨パッド２０の上部面に接することになる。
特に、本実施例では、ウェハーがプレート４１に付着され、ウェハーWの研磨が行われる場合に、ウェハーのエッジ部の研磨平坦度を向上させるために、前記ウェハーWの付着位置が前記研磨パッド２０に対してオーバーハングするようにする。即ち、図２と図３に示されたように、前記ウェハーWは前記研磨パッド２０の外周部と重なり、前記ウェハーWの一部２１が前記研磨パッド２０の外周部よりも外周部に位置するように装着される。これによって、前記ウェハーWは、前記研磨パッド２０に対してオーバーハング構造で配置される。即ち、前記ウェハーWの一外周部分２１は、前記研磨パッド２０の外周部よりも外側に配置される。
このようなウェハーのオーバーハング配置によって、前記ウェハーWのエッジ部分で前記研磨パッド２０に対する摺動距離、及び前記ウェハーWの中央部分で前記研磨パッド２０に対する摺動距離の差を減らすことが出来る。即ち、前記ウェハーWの外周部分が前記研磨パッド１２０の外周部から外側に突出して、前記ウェハーWの外周部分が過剰に研磨されることを防止することができる。
従って、前記ウェハーWは、全体的に均一な摺動距離を有する。これによって、前記ウェハーWに全体的に均一な圧力を加える場合、前記ウェハーWは全体的に均一に研磨される。即ち、実施例に係るウェハーの研磨装置は、前記ウェハーWを全体的に均一に研磨することができる。
図４と図５は、第１実施例と第２実施例に適用可能なリテーナとドレッシング部を詳しく説明するための図面である。
図４と図５を参照すれば、前記リテーナ６０とドレッシング部５０は、閉ループ形状を有することができ、ヘッド部３０のサイズ(直径)よりも大きく形成され、前記ヘッド部３０の外周面に嵌合方式または付着により結合させることができる。
前記ドレッシング部５０は、リテーナ６０によってヘッド部３０に固定され、先述したように、ウェハーを研磨する時に前記リテーナ６０の内側にはウェハーが配置される。
前記ドレッシング部５０は、前記研磨パッド２０と直接接触して前記研磨パッド２０をドレッシングすることができる。前記ドレッシング部５０は、前記ウェハーWが研磨される間に前記研磨パッド２０をドレッシングすることができる。例えば、前記ドレッシング部５０は、前記研磨パッド２０の上面を切削して、前記固定研磨粒子を露出させることができる。
また、前記ドレッシング部５０は複数の溝１５１を含み、これらの溝１５１は前記ドレッシング部５０の内部から外部に延長される。即ち、前記溝１５１は、前記ドレッシング部５０の内周面から外周面に延長、または前記ドレッシング部５０の中心から外周部に延長される。前記複数の溝１５１は相互等間隔で配置される。
前記複数の溝１５１は、前記ドレッシング部５０を貫通ように形成され、前記ドレッシング部５０は、前記複数の溝１５１によって複数のブロックに分けられる。言い換えれば、複数のセラミックブロックを組合わせることで、前記ドレッシング部５０が構成されるとも言える。
前記リテーナ１６０は、前記ドレッシング部１５０と実質的に同じ形状を有することができ、ステンレス鋼等でからなることができる。
実施例に係るウェハーの研磨装置によって、前記ウェハーWは次のような工程により研磨される。
まず、前記セラミックプレート４１に、一つ以上のウェハーWが接着される。前記ウェハーWは、ワックスによって接着することができる。
以後、前記ヘッド部３０の外周面に、前記ドレッシング部５０及び前記リテーナ６０が装着される。また、前記セラミックプレート４１及び前記ウェハーWは、前記ドレッシング部５０の内側に配置される。以後、前記研磨パッド２０上に、前記ウェハーWが接触するように、前記セラミックプレート４１、前記ウェハーW、前記ドレッシング部５０及び前記リテーナ６０が配置される。
以後、前記ヘッド部３０が下降して、前記ヘッド部３０に前記セラミックプレート４１が固定され、前記リテーナ６０及びドレッシング部５０も一緒に固定される。
以後、前記ウェハーWは、前記ヘッド部３０の回転及び前記定盤１０の回転によって研磨される。このとき、前記ウェハーWは、前記研磨パッド２０に対してオーバーハング構造で研磨される。
このとき、前記研磨パッド２０のポリマーの一部を除去するためのポリマー除去剤を用いることができる。前記ポリマー除去剤は、アルミナ粒子を含むことができる。特に、前記ポリマー除去剤は、アルミナ粒子がコロイド形態で脱イオン水に分散させた溶液であってもよい。この場合、脱イオン水及びアルミナ粒子の比は、約１００:１〜約８０:１にすることができる。
反面、固定研磨粒子が付着された固定研磨パッド２０に対するドレッシングを行う場合には、前記プレート４１にウェハーを接着させていない状態で、前記ドレッシング部５０による研磨パッドのドレッシングが行われる。
次に、本発明の第２実施例に係るウェハーの研磨装置を、図６と図７を参照して説明する。なお、ドレッシング部とリテーナの構成及び形状は、第１実施例の場合と同一であるので、詳しい説明は図２〜図５とそれに対する説明を参照することができる。
図６及び図７を参照すれば、第２実施例に係るウェハーの研磨装置は、定盤１００、研磨パッド１２０、ヘッド部１３０、リテーナ１６０及びドレッシング部１５０を含む。前記研磨パッド１２０の上部面には複数の溝１２２が形成されており、前記ヘッド部１３０の下部面がセラミックプレート１４０に接触され、セラミックプレート１４０には研磨対象のウェハーWが装着される。
先述したように、前記セラミックプレート１４０にウェハーWが付着されている場合には、前記研磨パッド１２０によってウェハーの研磨が行われず、前記ウェハーWがセラミックプレート１４０に付着されていない場合には、前記ヘッド部１３０の外周面に結合されたドレッシング部１５０によって研磨パッド１２０のドレッシングが行われる。
先述したように、本発明では、研磨パッドとウェハーWがオーバーハングする位置に配置され、これによって、ウェハーWの外周部またはエッジの部分が過剰に研磨されることを防止することができる。
特に、図７を参照すれば、ウェハーがプレート１４０に付着されて、ウェハーWの研磨が行われる場合に、ウェハーのエッジ部の研磨平坦度を向上させるために、前記ウェハーWの付着位置が前記研磨パッド１２０に対してオーバーハングするようにする。即ち、図２と図３に示されたように、前記ウェハーWは前記研磨パッド１２０の外周部と重なり、前記ウェハーWの一部１２１が前記研磨パッド１２０の外周部よりも外周部に位置するように装着される。これによって、前記ウェハーWは、前記研磨パッド１２０に対してオーバーハング構造で配置される。即ち、前記ウェハーWの一外周部分１２１は、前記研磨パッド１２０の外周部よりも外側に配置される。
特に、ウェハーWの直径を基準として、約３％〜３０％の範囲に該当するウェハーの一部が、研磨パッド１２０よりも外側に配置される(符号A参照)。
このようなウェハーのオーバーハング配置によって、前記ウェハーWのエッジ部分で前記研磨パッド１２０に対する摺動距離、及び前記ウェハーWの中央部分で前記研磨パッド１２０に対する摺動距離の差を減らすことが出来る。即ち、前記ウェハーWの外周部分が前記研磨パッド１２０の外周部から外側に突出して、前記ウェハーWの外周部分が過剰に研磨されることを防止することができる。
従って、前記ウェハーWは、全体的に均一な摺動距離を有する。これによって、前記ウェハーWに全体的に均一な圧力を加える場合、前記ウェハーWは全体的に均一に研磨される。即ち、実施例に係るウェハーの研磨装置は、前記ウェハーWを全体的に均一に研磨することができる。
本発明は、ウェハーを研磨するための装置に適用することができるので、その産業上の利用可能性がある。

Claims (12)

  1. 定盤と、
    前記定盤上に配置され、複数の固定研磨粒子を含む研磨パッドと、
    前記研磨パッド上に配置されるヘッド部と、
    前記ヘッド部の外周部に装着されるリテーナと、
    前記リテーナの下端に装着され、環状を有するドレッシング部と、を含むウェハーの研磨装置。
  2. 前記ヘッド部の下面にウェハーが収容され、
    前記ウェハーの一部分が前記研磨パッドの外周部と重なるように配置される請求項１に記載のウェハーの研磨装置。
  3. 前記ドレッシング部は、内部から外部に延長される複数の溝を含む請求項１に記載のウェハーの研磨装置。
  4. 前記複数の溝の間の間隔は、相互対応する請求項３に記載のウェハーの研磨装置。
  5. 前記ドレッシング部は、前記研磨パッドと直接接触する請求項１に記載のウェハーの研磨装置。
  6. 前記ヘッド部にウェハーを収容でき、
    前記ウェハーの外周部から、前記ウェハーの半径を基準として、３％〜１０％に該当する前記ウェハーの部分が、前記研磨パッドの外周部から外側に突出する請求項１に記載のウェハーの研磨装置。
  7. 回転可能な定盤上に配置され、固定研磨粒子が付着された研磨パッドと、
    前記定盤の回転軸とは異なる回転軸によって回転され、前記定盤の上側に位置するヘッド部と、
    前記ヘッド部の外周面に装着されるリテーナと、
    前記リテーナと接触し、前記研磨パッドをドレッシングするためのドレッシング部と、を含み、
    前記ウェハーは、一部が前記研磨パッドの外周部から所定長さ突出するように前記ヘッド部に装着されるウェハーの研磨装置。
  8. 前記ウェハーは、直径を基準として３％〜３０％が前記研磨パッドの外周部から突出するように前記ヘッド部に装着される請求項７に記載のウェハーの研磨装置。
  9. 前記ウェハーとヘッド部との間には、前記ウェハーと直接接触するプレートがさらに設けられる請求項７に記載のウェハーの研磨装置。
  10. 前記研磨パッドは固定研磨パッドとして、炭化ケイ素化合物、窒化ホウ素化合物及びダイヤモンドのいずれか一つまたはこれらの組み合わせからなる請求項７に記載のウェハーの研磨装置。
  11. 定盤上に配置され、複数の固定研磨粒子を含む研磨パッドと、前記研磨パッド上に配置されるヘッド部と、前記ヘッド部の外周部に装着される支持部と、前記支持部の下端に配置されて研磨対象のウェハーを取り囲む形状を有するドレッシング部とを含むウェハーの研磨装置を利用してウェハーを研磨する方法であって、
    前記研磨パッドによって前記ウェハーが研磨されると共に、前記ドレッシング部によって研磨パッドがドレッシングされるウェハーの研磨方法。
  12. 前記研磨パッドのドレッシングと共に、前記ウェハーが研磨される段階は、
    前記ウェハーが前記研磨パッドの外周部と重なるように配置されることで行われる請求項１１に記載のウェハーの研磨方法。
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