JPH09309065A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

研磨装置および研磨方法

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JPH09309065A
JPH09309065A JP12799996A JP12799996A JPH09309065A JP H09309065 A JPH09309065 A JP H09309065A JP 12799996 A JP12799996 A JP 12799996A JP 12799996 A JP12799996 A JP 12799996A JP H09309065 A JPH09309065 A JP H09309065A
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wafer
polishing
retainer
polishing pad
polishing apparatus
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Kenichi Horii
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Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨パッドの目詰まりの進行を抑え、長期間に
わたってウエハの研磨速度を安定させることができる研
磨装置および研磨方法を提供する。 【解決手段】ウエハの外周部にリテーナを有する研磨装
置であって、このリテーナの研磨パッドと対向する面
に、複数の高硬度の凸部17が設けられ、その高硬度の
凸部17と凸部17の間の凹部がその凸部に比べて低硬
度の材料18で埋められている研磨装置。この研磨装置
を用い、リテーナの上面がウエハ上面より0mm以上
0.1mm以下の範囲内で高くなる条件でウエハを研磨
する研磨方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエハな
どのウエハ(板状物)の研磨装置および研磨方法に関
し、特に半導体素子の製造工程で用いられるウエハの研
磨に好適な研磨装置および研磨方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子の製造工程におけるウエハの
研磨は、試料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し
当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリー(砥粒
液)を供給し、試料台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により行われている。
【0003】この研磨時の回転運動によりウエハの外縁
には大きな力が加わることと、ウエハと研磨パッドの間
から滲みでたスラリーがウエハの外縁付近に滞留するこ
とから、ウエハの周縁部分が過剰に研磨され、面ダレを
起こすことが多い。この対策としてウエハの周囲に所定
厚みのリテーナを設けてウエハを研磨する構成の研磨装
置が提案されている。
【0004】図1は、ウエハの研磨装置を示す模式的縦
断面図である。研磨パッド21が被着された研磨定盤2
2が、研磨定盤回転軸A−A’を中心としてこのまわり
を回転(公転)する。ウエハ載置部11が設けられた試
料台10が、試料台回転軸B−B’を中心としてこのま
わりを回転(公転)する。研磨定盤回転軸A−A’と試
料台回転軸B−B’は一致させる場合もあれば、異なら
せる場合もある。リテーナ15を有するウエハ載置部1
1はウエハ載置部回転軸C−C’を中心としてこのまわ
りを回転する。
【0005】図2は、ウエハの研磨装置の試料台を示す
模式的平面図である。試料台10には、ウエハ載置部1
1が5つ設けられている。図2では、それぞれのウエハ
載置部11、試料台10、および研磨定盤(図示せず)
は、すべて同じ方向に回転している。
【0006】図3は、ウエハの研磨装置のウエハ載置部
を示す模式的縦断面図である。
【0007】ウエハ載置部11はアクリル樹脂等で形成
され、ウエハ載置面12にはウエハが載置される部分よ
りも小さい範囲で同心円状および放射状にウエハ保持用
溝13が形成されている。ウエハ保持用溝13には排気
用貫通孔14が数箇所接続形成されており、この排気用
貫通孔14は真空排気装置(図示せず)に通じている。
排気貫通孔14を介してウエハ保持用溝13を真空に排
気することにより、ウエハSがウエハ載置面12に真空
吸着される。
【0008】ウエハ載置面12の周囲には、前述したリ
テーナ15が配設されている。このリテーナ15の上面
は平坦な面に作製され、リテーナ15の上面の高さは、
ウエハSをウエハ載置面12に載置したとき、ウエハS
の上面とほぼ同一の高さになるよう調整されている。こ
れによりウエハSを研磨する際の研磨パッド21が安定
した平面で回転し、ウエハS周縁部の面ダレの発生が防
止される。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような研磨パッドを用いた研磨装置には、研磨処理の
時間が経過するにつれて、研磨パッドの目詰まりが進行
し、ウエハの研磨速度が低下する。
【0010】本発明は、このような課題を解決するため
になされたものであり、研磨パッドの目詰まりの進行を
抑え、長期間にわたってウエハの研磨速度を安定させる
ことができる研磨装置および研磨方法を提供することを
目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の研磨装置は、試
料台に保持されたウエハに研磨パッドを押し当て、ウエ
ハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供給し、試料台お
よび/または研磨パッドを回転させることによりウエハ
を研磨する研磨装置であって、試料台のウエハが載置さ
れる部分の外周部にリテーナを備え、前記リテーナの研
磨パッドと対向する面に、研磨パッドより高硬度の複数
の凸部が設けられ、その高硬度の凸部と凸部の間の凹部
がその凸部に比べて低硬度の材料で埋められていること
を特徴としている。
【0012】本発明の研磨装置によれば、ウエハの研磨
工程中に、リテーナの上面に設けられた高硬度の凸部が
研磨パッドに接触し、研磨パッドの表面が削られて、研
磨パッドのシーズニングを行うことができる。その結
果、研磨パッドの目詰まりの進行が抑えられる。
【0013】一方、高硬度の凸部が設けられたリテーナ
でシーズニングする場合、研磨パッドのシーズニング効
果が激しく、研磨パッドの摩耗が激しくなる場合があ
る。
【0014】本発明の研磨装置のリテーナでは、高硬度
の凸部と凸部の間の凹部に、その凸部に比べて低硬度の
材料が適度な位置まで埋めこまれている。これにより、
高硬度の凸部の研磨パッドへの食い込みが抑えられ、研
磨パッドの過度のシーズニングが防止され、適度なシー
ズニング効果を安定して得ることができる。その結果、
長期間にわたってウエハの研磨速度を安定させることが
できる。
【0015】また、本発明の研磨装置によれば、リテー
ナの研磨パッドと対向する面に高硬度の凸部が存在する
ので、リテーナの消耗速度を低減することもできる。
【0016】なお、この高硬度の凸部は、ダイヤモンド
粒などをステンレス板等に電着することにより、またS
iC、SiNなどのセラミックス板に溝加工を加えるこ
とにより形成することができる。
【0017】高硬度の凸部と凸部の間の凹部に埋め込ま
れる材料としては、テフロンやアクリルなどの樹脂を用
いることができる。
【0018】なお、高硬度の凸部と凸部の間の凹部への
低硬度の材料の埋め込み量は、この材料の材質、研磨パ
ッドの材質、リテーナ上面の凸部の材質およびリテーナ
の上面とウエハ上面の高さの位置関係から決めれば良
い。
【0019】また、本発明の研磨方法は、上記の研磨装
置の試料台にウエハを保持し、リテーナの上面がウエハ
上面より0mm以上0.1mm以下の範囲内で高くなる
条件でウエハを研磨することを特徴としている。
【0020】リテーナの上面をウエハ上面より高くする
ことにより、効果的に研磨パッドの表面を削り、研磨パ
ッドのシーズニングを行うことができる。また、リテー
ナの上面をウエハ上面に比べてあまり高い条件でウエハ
を研磨すると、ウエハ周縁部の研磨速度が低下し、研磨
速度のウエハ面内均一性が悪化する。リテーナの上面が
ウエハ上面から0.1mm以内の高さの範囲内でウエハ
を研磨することにより、ウエハ周縁部の研磨速度の低下
を抑えて、ウエハを均一に研磨することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】本発明の研磨装置の例について説
明する。本発明の研磨装置の例は、図1、図2および図
3に示す研磨装置と同じ構成の装置であって、リテーナ
のみが異なるものである。したがって、リテーナ以外の
部分の説明は省略する。
【0022】図4は、本発明の研磨装置のリテーナの1
例の模式的平面図である。リテーナの上面には、ダイヤ
モンド粒を電着することにより、凸部17が形成されて
いる。ダイヤモンド粒の粒径は、0.1〜1.0mm程
度が好ましい。
【0023】図5は、このリテーナの一部分の模式的縦
断面図である。ステンレス鋼製などのリテーナ15にダ
イヤモンド粒(凸部17)を電着し、例えばニッケルな
どの高硬度金属でダイヤモンド粒17の間に電気メッキ
処理を施し、電着層16を形成している。ダイヤモンド
粒17の脱落を抑えるため、ダイヤモンド粒17の電着
層16への埋設率は50%以上が好ましい。この電着層
16の上に、テフロンやアクリルなどの樹脂のような低
硬度の材料18をコーティングし、ダイヤモンド粒17
の間を埋める。なお、ダイヤモンド粒17の電着層16
および低硬度の材料18への最終的な埋設率は、研磨パ
ッドのシーズニング効果から決めれば良いが、通常60
〜99%が好ましい。低硬度の材料18の厚みは20〜
500μmであることが好ましい。
【0024】図6は、本発明の研磨装置のリテーナの他
の例を示す模式的平面図である。凸部19のパターンが
形成されているSiCやSiNなどの焼結されたセラミ
ックス板の例である。この凸部の大きさ、形状および間
隔を変えることにより研磨パッドのシーズニング効果を
変化させることができる。
【0025】図7は、このリテーナの一部分の模式的縦
断面図である。セラミックスの凸部19と凸部19との
間の凹部に、低硬度の材料18としてテフロンやアクリ
ルなどの樹脂がコーティングにより、埋め込まれた構造
となっている。
【0026】本発明の研磨方法の例について、図3に基
づき説明する。
【0027】ウエハSをウエハ載置面12に載置した
とき、リテーナの表面がウエハSの表面とほぼ同一の高
さで、しかも高硬度の凸部の先端がウエハSの表面より
少し高くなるように、リテーナ15を取り付けておく。
【0028】ウエハ載置面12に、例えばシリコンウ
エハなどのウエハSを載置する。
【0029】排気貫通孔14を介してウエハ保持用溝
13を真空に排気して、ウエハSをウエハ載置面12に
真空吸着する。
【0030】研磨パッド21、ウエハ載置部11、お
よびウエハ載置部11が設けられている試料台を回転さ
せつつ、研磨定盤の中央部の研磨スラリー供給孔(図示
せず)から研磨スラリーを研磨パッド21に供給する。
【0031】研磨パッド21を降下させて、研磨パッ
ド21をウエハSに所定の研磨負荷を与えてつつ圧接
し、ウエハSの上面を研磨する。
【0032】この研磨方法によれば、ウエハSを研磨す
る際、研磨パッド21が安定した平面で回転し、ウエハ
S周縁部の面ダレの発生が防止されるとともに、研磨パ
ッド21のシーズニングが安定して行なわれる。その結
果、研磨パッドの目詰まりの進行が抑えられ、長期間に
わたってウエハの研磨速度を安定させることができる。
また、この高硬度の凸部が存在するので、リテーナ自体
の消耗速度を低減することもできる。
【0033】なお、通常、リテーナの高硬度の凸部の先
端が、ウエハ上面に対して0〜0.1mm程度高くなる
ようにリテーナを取り付けることにより、効果的に研磨
パッドの表面を削り、研磨パッドの適度なシーズニング
を行うことができ、また研磨速度のウエハ面内均一性を
良好に保つことができる。
【0034】
【実施例】本発明の実施例について説明する。本実施例
で用いた研磨装置は、図1、図2および図3に示した研
磨装置であり、用いたリテーナは、図2および図3に示
したダイヤモンド粒を電着したリテーナである。
【0035】リテーナの作製は以下のようにして行っ
た。ステンレス鋼製のリテーナ15本体上面にダイヤモ
ンド粒17を電着し、ニッケルでダイヤモンド粒17の
間に電気メッキ処理を施し、電着層16を形成した。そ
して、この電着層16の上に、テフロン(樹脂18)を
コーティングして、先端のみ表面から見える程度にダイ
ヤモンド粒17を埋め込んだ。ダイヤモンド粒の粒径
は、0.5mm。ダイヤモンド粒17の電着層16への
埋設率は60%。テフロン(低硬度の材料18)のコー
ティング量は、厚さ100μmとした。
【0036】このリテーナを用いて、8インチシリコン
ウエハ上に形成された熱酸化膜の研磨を行った。研磨パ
ッドは、発泡ポリウレタン製であり、研磨スラリーは、
シリカをKOH水溶液に懸濁させたものである。
【0037】本実施例のリテーナを用いた場合、ウエハ
5000枚処理時においても、その研磨速度は約200
nm/minであり、その研磨速度のばらつきは5%以
下であった。これに対して、従来の石英製の平坦なリテ
ーナを用いた場合、ウエハを200〜300枚程度処理
すると、研磨速度が当初の約200nm/minから1
0%以上低下した。
【0038】なお、本実施例のリテーナは、リテーナの
高硬度の凸部の先端がウエハ上面に対して0.02mm
程度高くなるように取り付けた。また、従来の石英製の
平坦なリテーナは、その上面がウエハ上面と同じ高さに
なるように取り付けた。
【0039】この結果から、本実施例のリテーナを用い
た研磨装置の場合、ウエハの研磨速度を安定させること
ができることが確認された。また、ウエハの周縁部の面
ダレの発生もなかった。
【0040】また、従来ウエハを200枚程度処理する
とリテーナの交換が必要であったのに対し、本実施例の
リテーナを用いた場合、10000枚程度処理するまで
交換が不要になった。
【0041】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の研磨装置
および研磨方法によれば、研磨パッドの目詰まりの進行
を抑え、長期間にわたってウエハの研磨速度を安定させ
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウエハの研磨装置を示す模式的縦断面図であ
る。
【図2】ウエハの研磨装置の試料台を示す模式的平面図
である。
【図3】ウエハの研磨装置のウエハ載置部を示す模式的
縦断面図である。
【図4】本発明の研磨装置のリテーナの1例の模式的平
面図である。
【図5】図4に示すリテーナの模式的縦断面図である。
【図6】本発明の研磨装置のリテーナの他の例の模式的
平面図である。
【図7】図6に示すリテーナの模式的縦断面図である。
【符号の説明】
10 試料台 11 ウエハ載置部 12 ウエハ載置面 13 ウエハ保持用溝 14 排気用貫通孔 15 リテーナ 16 電着層 17 凸部(ダイヤモンド粒) 18 低硬度の材料 19 凸部 21 研磨パッド 22 研磨定盤 S ウエハ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】試料台に保持されたウエハに研磨パッドを
    押し当て、ウエハと研磨パッドの間に研磨スラリーを供
    給し、試料台および/または研磨パッドを回転させるこ
    とによりウエハを研磨する研磨装置であって、試料台の
    ウエハが載置される部分の外周部にリテーナを備え、前
    記リテーナの研磨パッドと対向する面に、研磨パッドの
    材質より高硬度の複数の凸部が設けられ、その高硬度の
    凸部と凸部の間の凹部がその凸部に比べて低硬度の材料
    で埋められていることを特徴とするウエハの研磨装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の研磨装置の試料台にウエハ
    を保持し、リテーナの上面がウエハ上面より0mm以上
    0.1mm以下の範囲内で高くなる条件でウエハを研磨
    することを特徴とするウエハの研磨方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6893327B2 (en) 2001-06-04 2005-05-17 Multi Planar Technologies, Inc. Chemical mechanical polishing apparatus and method having a retaining ring with a contoured surface
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