JP5528520B2 - Polishing apparatus having pressure distribution adjustment function - Google Patents
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Description
本発明は圧力分布調整機能を有する研磨装置に関するものであり、特に、化学的機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)において、研磨中の発熱によってプラテンが熱変形した場合でも、熱変形の影響による圧力分布変化を最小限に抑えた研磨装置に関するものである。 The present invention relates to a polishing apparatus having a pressure distribution adjusting function, and in particular, in chemical mechanical polishing (CMP), even when a platen is thermally deformed due to heat generation during polishing, pressure due to the influence of thermal deformation is determined. The present invention relates to a polishing apparatus that minimizes distribution changes.
近年、半導体の微細加工が進んでおり、多層に亘ってパターンを形成することが行われている。パターンを形成した層の表面には、ある程度の凹凸が生じるのが避けられない。従来は、そのまま次の層のパターンを形成していたが、層数が増加するとともに線やホールの幅が小さくなるほど良好なパターンを形成するのが困難となり、欠陥などが生じ易くなっていた。 In recent years, fine processing of semiconductors has progressed, and a pattern is formed over multiple layers. It is inevitable that a certain degree of unevenness is generated on the surface of the layer on which the pattern is formed. Conventionally, the pattern of the next layer is formed as it is. However, as the number of layers increases and the width of a line or hole decreases, it becomes difficult to form a good pattern, and defects and the like easily occur.
このため、パターンを形成した層の表面を研磨して平坦にした後に、次の層のパターンを形成することが行われている。このように、半導体などのウェーハ表面を研磨するには、CMP工程による研磨装置が使用されている。此種CMP研磨装置は、プラテン上に研磨パッドを取り付け、スラリを供給しながらウェーハと研磨パッドを相対的に摺接して研磨を行う構成が一般的である。 For this reason, the pattern of the next layer is formed after the surface of the layer on which the pattern is formed is polished and flattened. Thus, in order to polish the surface of a wafer such as a semiconductor, a polishing apparatus using a CMP process is used. This type of CMP polishing apparatus generally has a configuration in which a polishing pad is mounted on a platen and polishing is performed by relatively sliding the wafer and the polishing pad while supplying a slurry.
一般的に、半導体ウェーハの平坦化や配線を形成する工程において使用される研磨パッドとして、ポリウレタンを含浸させた不織布の上に発泡ポリウレタンを積み重ねたものが一般的である。 In general, as a polishing pad used in a process of flattening a semiconductor wafer or forming a wiring, a polyurethane pad is generally laminated on a nonwoven fabric impregnated with polyurethane.
半導体ウェーハの表面を平坦に研磨するために、研磨パッドのウェーハを研磨する側の表面硬度は高い必要がある。しかし、その反面パッドの硬度が高いとウェーハ全体のうねりに追従できなくなるため、特にウェーハに反りを有している場合においては、ウェーハ全面で均一に研磨できなくなる。 In order to polish the surface of the semiconductor wafer flatly, the surface hardness of the polishing pad on the side of polishing the wafer needs to be high. However, when the hardness of the pad is high, it becomes impossible to follow the waviness of the entire wafer, and in particular when the wafer has warpage, it becomes impossible to polish uniformly over the entire surface of the wafer.
また、この2層パッドを構成する上で、従来は、複数の溝を形成されたパッドで、研磨処理する場合、非常に多量のスラリを必要とする。研磨剤を溝から供給するには、溝が研磨剤を満たす必要があるからである。しかし、パッドに孔のみで形成されている場合と比較してスラリの排出が大きく、必要なスラリ量は増大する。一方、パッドに孔のみで形成している場合、ウェーハをパッドから取り除く際に、パッドに設けられた孔によって、ウェーハが吸盤状に変形し、パッドとウェーハとの間に負圧が生じ、ウェーハがパッドに貼りつく事態が起こり、装置稼動の妨げとなる問題があった。 Further, in the construction of the two-layer pad, conventionally, when a polishing process is performed with a pad having a plurality of grooves, a very large amount of slurry is required. This is because the groove needs to fill the abrasive in order to supply the abrasive from the groove. However, as compared with the case where the pad is formed only with holes, the slurry is discharged more and the required amount of slurry is increased. On the other hand, when the pad is formed only with holes, when the wafer is removed from the pad, the wafer is deformed into a sucker shape due to the holes provided in the pad, and a negative pressure is generated between the pad and the wafer. There was a problem that the sticking to the pad occurred and hindered the operation of the device.
このような問題を解消するために、硬質層と軟質層の2つの層を備え、硬質層には貫通する複数の孔が設けられるとともに、研磨面となる表面に複数の溝が設けられた研磨パッドが知られている。すなわち、研磨パッドに溝および多数の孔を形成することで独立して変位させ、エッジに対する研磨パッドの接触圧が上昇するのを一部回避している(例えば、特許文献1参照)。 In order to solve such a problem, the hard layer and the soft layer are provided with two layers, and the hard layer is provided with a plurality of holes penetrating therethrough and a polishing surface provided with a plurality of grooves. Pads are known. That is, by forming grooves and a large number of holes in the polishing pad, they are independently displaced, and part of the increase in the contact pressure of the polishing pad with respect to the edge is avoided (see, for example, Patent Document 1).
また、研磨面を有するテーブル(プラテン)上面に載置された複数の突起部を有する弾性体シートと、該弾性体シートに載置され上面に研磨面をもつ研磨パッドとを具備する研磨パッドが知られている。すなわち、多数の突起部によって研磨パッドまたはテーブルとの間に空間ができ、局部的な加圧を周囲に分散させることで、追従性のよい研磨パッドの変形が行われる(例えば、特許文献2参照)。 There is also provided a polishing pad comprising an elastic sheet having a plurality of protrusions mounted on the upper surface of a table (platen) having a polishing surface, and a polishing pad mounted on the elastic sheet and having a polishing surface on the upper surface. Are known. That is, a space is formed between the polishing pad or the table by a large number of protrusions, and the polishing pad is deformed with good followability by dispersing local pressurization to the surroundings (see, for example, Patent Document 2). ).
さらに、パッド形状の構成として特許文献3の公報では、パッドと研磨定盤の間に弾性体を介在させた構成としている。本公知例においては、従来の軟質の研磨布であれば、特許文献3の図9に示すように、弾性変形によってウェーハ表面の凹部にも接触し変形する。そのため、効率的に平坦化できないという問題があった。
Furthermore, in the publication of
また、極めて硬質な研磨布を使用する場合、マクロ的に見た場合のウェーハの凸部分と接触し、マクロ的にみた凸部のみが研磨され、ウェーハ全面で均一に研磨されないという問題があった。そのため、マクロ的には試料表面の形状に沿って均一な研磨を行い、ミクロ的には平坦性を向上させる研磨装置として、試料接触面は硬質な部材を着設して構成し、その下に軟質部材を備えた構成としている(例えば、特許文献3参照)。 In addition, when using an extremely hard polishing cloth, there is a problem that it contacts the convex portion of the wafer when viewed macroscopically, and only the macroscopic convex portion is polished, and the entire wafer surface is not polished uniformly. . Therefore, as a polishing device that performs uniform polishing along the shape of the sample surface on a macro scale and improves flatness on a micro scale, the sample contact surface is configured with a hard member attached below it. It is set as the structure provided with the soft member (for example, refer patent document 3).
さらに、もう一つの公知例では、上記構成の場合、研磨条件によっては、ウェーハ外周部の方がウェーハ中心部に比べて研磨が速く進む傾向があった。こうした課題を解決し、ウェーハ全面を絶えず均一に研磨できる研磨装置を提供することを目的に、研磨定盤と弾性体の間にリング状の凸状体を備えることを特徴としている。その凸状体はウェーハ中央部の軌跡に対応する部分の厚みが最も厚く、周辺部の厚みを最も薄くしてあることを特徴としている(例えば、特許文献4参照)。 Furthermore, in another known example, in the case of the above configuration, depending on the polishing conditions, there was a tendency that polishing on the outer peripheral portion of the wafer progressed faster than the central portion of the wafer. In order to solve such problems and provide a polishing apparatus capable of polishing the entire surface of the wafer constantly and uniformly, a ring-shaped convex body is provided between the polishing surface plate and the elastic body. The convex body is characterized in that the thickness corresponding to the locus of the central portion of the wafer is the thickest and the peripheral portion is the thinnest (see, for example, Patent Document 4).
さらに別の公知例では、平坦化するウェーハ表面において、ウェーハ表面に形成されたミクロな凹凸を平坦化しつつ、うねりを有するウェーハ表面においては、全面にわたってマクロに均一に研磨することが求められていた。このような課題において従来の軟質パッドでは、ウェーハ表面に追従して研磨が進行するが、ミクロな凹凸の平坦化は行うことができず、また硬質パッドにおいては、ミクロな凹凸の平坦化は行うことができるが、マクロに見た場合に、均一に研磨することは不可能であった。 Further, in another known example, the surface of the wafer to be flattened is required to be uniformly polished macroscopically over the entire surface of the wafer surface having waviness while flattening the micro unevenness formed on the wafer surface. . In such a problem, in the conventional soft pad, polishing proceeds following the wafer surface, but the micro unevenness cannot be flattened, and in the hard pad, the micro uneven surface is flattened. However, it was impossible to polish uniformly when viewed macroscopically.
このような問題に対して、硬質パッドと研磨定盤の間に弾性体を介在させることによって、ミクロには硬質パッドが作用して、平坦化を行う一方、マクロには、弾性体の効果によって、ウェーハ表面でのマクロなうねりに対しても表面に追従して研磨が進行するように構成したものである(例えば、特許文献5参照)。 For such problems, by interposing an elastic body between the hard pad and the polishing surface plate, the hard pad acts on the micro to perform flattening, while the macro has an effect of the elastic body. Further, polishing is performed following the surface against macro undulations on the wafer surface (see, for example, Patent Document 5).
また、ウェーハ面内において、しばしば異なる研磨レートで研磨される場合があり、こうした異なる研磨レートで研磨される場合において、所望の平坦度と仕上げを提供するニーズがあるとしている。こうしたニーズに対して、実質的に均一な基板の研磨が可能な研磨ヘッドを有する必要があるとしている。この課題に対して、ウェーハをパッドに押圧するキャリアヘッド内に独立したチャンバを設け、そのチャンバ内の圧力を独立して制御することによって、ウェーハに与える圧力を領域ごとに独立制御して、上記課題の解決を試みている(例えば、特許文献6参照)。 Also, the wafer surface is often polished at different polishing rates, and there is a need to provide the desired flatness and finish when polishing at such different polishing rates. For such needs, it is necessary to have a polishing head capable of polishing a substantially uniform substrate. In response to this problem, an independent chamber is provided in the carrier head that presses the wafer against the pad, and the pressure in the chamber is independently controlled, whereby the pressure applied to the wafer is independently controlled for each region. Attempts have been made to solve the problem (see, for example, Patent Document 6).
また、ウェーハを押圧するトップリングを複数の領域に分けて、その領域ごとの圧力について、他の要素の不均一性を補正するように最適化することで、結果として、全体に均一な研磨形状を得ようとする構成も知られている(例えば、特許文献7参照)。 In addition, the top ring that presses the wafer is divided into multiple areas, and the pressure in each area is optimized to correct the non-uniformity of other elements. The structure which tries to obtain is also known (for example, refer patent document 7).
また、2層パッドを形成する上で、表層パッドがスラリ等で膨潤してしわよりを発生するため、しわよりを防止することを目的に支持層を設け、この支持層として、シートを貼り付けた構成が開示されている(例えば、特許文献8参照)。 In addition, when forming a two-layer pad, the surface layer pad swells with slurry and generates wrinkles, so a support layer is provided for the purpose of preventing wrinkles, and a sheet is attached as this support layer. Have been disclosed (for example, see Patent Document 8).
特許文献1記載の発明は、研磨パッドを独立して変位させることにより、研磨パッドの接触圧の上昇を抑えているが、原理的にウェーハ自体が沈み込んで撓む現象は依然として残る。そのため、ウェーハの中立面が変形し、ウェーハエッジの接触圧が高まるほか、エッジより内側の部分の圧力が変化する。付与する研磨荷重によってウェーハの中立面が撓む構成の場合、ウェーハ荷重によってもエッジにかかる接触圧が変化して、ウェーハ面内で均一な圧力を与えることはできない。特に、大口径のウェーハではウェーハの反りが問題となり、反りをもつウェーハが撓む状態で研磨されると、エッジにかかる接触圧は特に変化が相乗されて、ウェーハ面内で均一な圧力が与えられない。 The invention described in Patent Document 1 suppresses an increase in the contact pressure of the polishing pad by displacing the polishing pad independently, but in principle, the phenomenon that the wafer itself sinks and bends still remains. For this reason, the neutral surface of the wafer is deformed, the contact pressure at the wafer edge is increased, and the pressure inside the edge is changed. In the case where the neutral surface of the wafer is bent by the polishing load to be applied, the contact pressure applied to the edge is also changed by the wafer load, and a uniform pressure cannot be applied within the wafer surface. In particular, for wafers with large diameters, warpage of the wafer becomes a problem, and when the wafer with warpage is polished while being bent, the contact pressure applied to the edge is particularly synergistic, giving a uniform pressure within the wafer surface. I can't.
また、研磨パッドの表面に設けられた多数の孔は、研磨時に研磨パッド上に供給される研磨剤を保持するためのものであるが、この孔に研磨屑が入り込んだ場合はリンスなどで除去することは非常に困難である。例えば、1つの孔から研磨屑が出たとしても、すぐに他の孔に研磨屑が入り込むため、研磨パッド上の研磨屑をきれいに洗い流すことができない。したがって、研磨パッドの表面にあまり多数の孔を設けると、研磨パッド上の研磨屑が残存することになり、研磨屑が研磨パッド上に長く残された場合は、それが塊となってスクラッチを発生させる原因となる。 In addition, many holes provided on the surface of the polishing pad are for holding the abrasive supplied onto the polishing pad during polishing, but if polishing debris enters this hole, it is removed by rinsing etc. It is very difficult to do. For example, even if polishing waste comes out from one hole, the polishing waste immediately enters another hole, so that the polishing waste on the polishing pad cannot be washed away cleanly. Therefore, if too many holes are provided on the surface of the polishing pad, polishing debris on the polishing pad will remain, and if the polishing debris remains on the polishing pad for a long time, it will lump and scratch. Cause it to occur.
特許文献2記載の発明も、弾性体シートに設けられた多数の突起部で局部的な加圧を分散させるようにしているが、表層の研磨パッドの撓み剛性が弱い場合、弾性体シートの影響により研磨パッドが沈み込み、平坦化特性が悪化する。したがって、ウェーハ自体が沈み込んで中立面が撓むと、特許文献1と同様に、エッジにかかる接触圧が変化して、ウェーハ面内で均一な圧力が与えられない。
The invention described in
このほかにも、従来は下記のような問題点があった。まず、プラテンシートを両面テープで貼り付ける構成にすると、プラテンシートを取り換える際、シートの取付誤差によって、研磨パッドがウェーハに与える圧力分布が変化することがある。プラテンシートが弾性体である場合、プラテンに取り付ける際に作業者の熟練度によって取付状態に差が生じ、安定した圧力分布を形成できないおそれがある。 In addition, there have been the following problems. First, when the platen sheet is affixed with a double-sided tape, when the platen sheet is replaced, the pressure distribution applied to the wafer by the polishing pad may change due to the sheet mounting error. When the platen sheet is an elastic body, when it is attached to the platen, the attachment state varies depending on the skill level of the operator, and a stable pressure distribution may not be formed.
また、研磨パッドが完全にフラットであり、かつウェーハも完全にフラットである場合は、圧力が均等にかからない。これは平面対平面が接触する場合、原理的には圧力が均等にかからずエッジに集中する性質があり、平面内で圧力を均一にするには多少のラウンド形状にする必要がある。 Further, when the polishing pad is completely flat and the wafer is also completely flat, the pressure is not applied evenly. In principle, when a plane-to-plane contact is made, the pressure is not uniformly applied but concentrated on the edge. In order to make the pressure uniform in the plane, it is necessary to form a round shape.
プラテンに貼り付けるシートが、密度の高い弾性体であった場合、一部のエリアで弾性体が凹むと、体積が一定であるためにポアソン比の影響で別のエリアでは弾性体が凸になる。この結果、ウェーハ面内で圧力分布がばらつくことになり、ウェーハ面内で均一な圧力が与えられない。 If the sheet to be attached to the platen is an elastic body with high density, if the elastic body is recessed in some areas, the volume remains constant, and the elastic body becomes convex in other areas due to the Poisson's ratio. . As a result, the pressure distribution varies within the wafer surface, and a uniform pressure cannot be applied within the wafer surface.
2層に形成された研磨パッドの表層の撓み剛性が乾燥状態で強いとしても、スラリが浸透することによって撓み剛性が低下し、その結果、平坦化特性が悪化することもあった。また、研磨パッドをドレッシングすると、表層の厚みが変化して撓み剛性に関する指数(ヤング率×断面二次モーメント)が初期の状態から変化する。断面が長方形の場合、断面二次モーメントは高さ(厚み)の3乗に比例するため、ドレッシングによる厚みの変化は極めて大きい。 Even if the flexural rigidity of the surface layer of the polishing pad formed in two layers is strong in the dry state, the flexural rigidity is lowered by the penetration of the slurry, and as a result, the flattening characteristics may be deteriorated. Moreover, when dressing the polishing pad, the thickness of the surface layer changes, and the index (Young's modulus x cross-sectional second moment) related to the flexural rigidity changes from the initial state. When the cross section is rectangular, the second moment of the cross section is proportional to the cube of the height (thickness), so the change in thickness due to dressing is extremely large.
特許文献3記載の発明では、表面に硬質なパッドを使用し、そのパッドと研磨定盤の間に弾性体を介在させ、ウェーハ表面に形成された凹凸については、平坦化を行い、ウェーハ全面のうねりに対しては、表面の硬質パッドが弾性体の上で上下することによって、表面に追従して均一に研磨する方法を示している。
In the invention described in
しかし、例えば、初期の膜厚がマクロに見た場合に、同心円状に凸状ないしは、凹状に形成されており、それを補正して研磨後のマクロに見た膜厚分布が均一になるように、ウェーハ中心と外周との研磨量を故意に変化させて、修正するような研磨方法は開示していない。 However, for example, when the initial film thickness is viewed macroscopically, it is formed in a concentric convex or concave shape so that the film thickness distribution seen in the macro after polishing is made uniform by correcting it. Further, there is no disclosure of a polishing method in which the polishing amount between the wafer center and the outer periphery is intentionally changed and corrected.
また、そうしたウェーハ全面での研磨形状を修正する目的での研磨装置構成とはなっていない。さらに、研磨工程の前工程におけるウェーハ膜付け工程において、初期の膜厚分布が均一ではなく、さらにその膜厚分布が幾通りかパターンがある場合に、その膜厚分布のパターンに応じて、適正に研磨形状を制御することはできない。 Further, the polishing apparatus is not configured for the purpose of correcting the polishing shape on the entire surface of the wafer. Furthermore, if the initial film thickness distribution is not uniform in the wafer film deposition process before the polishing process, and there are several patterns, the film thickness distribution pattern is appropriate depending on the film thickness distribution pattern. The polishing shape cannot be controlled.
また、表面に硬質パッドを使用した場合、硬質パッド表面はスラリを保持して研磨に寄与する必要がある。しかし、硬質パッドがスラリを保持するとは、それはすなわち、スラリによってパッド表面が膨潤することを示す。この硬質パッドの膨潤により、表層パッドの撓み剛性は大きく低下する。結果として、表層パッドの撓み特性が変化して、安定した平坦化特性を達成できない問題がある。さらに、パッドをドレッシングして使用する場合では、パッドの厚みが減少して撓み変形に対する剛性が変化し、一定の平坦化特性を達成できない問題がある。 Further, when a hard pad is used on the surface, the hard pad surface needs to contribute to polishing by holding a slurry. However, a hard pad holding slurry indicates that the pad surface is swollen by the slurry. Due to the swelling of the hard pad, the flexural rigidity of the surface layer pad is greatly reduced. As a result, there is a problem in that a stable planarization characteristic cannot be achieved due to a change in the deflection characteristic of the surface layer pad. Further, when the pad is used by dressing, there is a problem that the thickness of the pad is reduced and the rigidity against the bending deformation is changed, and a certain flattening characteristic cannot be achieved.
さらに、特許文献3においては、硬質な部分を、下の軟質部材で支えた形を取っている。また、別の実施例では、硬質なパッドに溝を入れて、それぞれの硬質部材がキャタピラー状に変形可能なようにしている。このような形態であれば、例えば、区分化された硬質な部分が軟質部材で支えられている場合、研磨のせん断応力によって下の軟質部材が横方向に変形し、パッド表面の硬質部材部分が、研磨をしていない場合に横倒れした形態になる。
Furthermore, in
その結果、安定した圧力分布を与えることは難しくなる。また、下の軟質部材に研磨の押圧力とせん断応力が同時に働くため、硬質部分を上に配した軟質部材を使用する場合、硬質部分と軟質部分の間にねじりの応力がはたらき、その界面部分か、軟質部材の部分から破断する場合が懸念される。 As a result, it becomes difficult to provide a stable pressure distribution. Also, since the pressing force and shear stress of polishing work on the lower soft member at the same time, when using a soft member with the hard part on top, torsional stress acts between the hard part and the soft part, and the interface part Or, there is a concern that the soft member may break.
また、別の実施例では、硬質部分のパッド部分に溝を入れて溝の部分が支点となって、パッドが曲がるようになっている。しかし、このような構成においても、研磨による圧縮とせん断応力が働く状態においては、先に述べたパッドに対するねじりの応力は、分厚い硬質部分に作用せず、溝で薄くなっている部分に対して、集中的にねじりの応力が作用することになる。 In another embodiment, a groove is formed in the pad portion of the hard portion, and the groove portion serves as a fulcrum so that the pad bends. However, even in such a configuration, in the state where compression and shear stress due to polishing work, the torsional stress on the pad described above does not act on the thick hard part, but on the part thinned by the groove. The torsional stress acts intensively.
その結果、この薄くなった溝の部分は、繰り返し引っ張りと撓みの応力を受けるフレッチング現象を起こして、その下の弾性体の部分からずれて、少し浮くことなどが考えられる。その下の弾性体材料から表面の硬質パッドが浮いてくることによって、さらにねじりの応力を受けやすくなる。 As a result, it is conceivable that the thinned groove portion undergoes a fretting phenomenon that is repeatedly subjected to tensile and bending stresses, and is slightly displaced from the underlying elastic body portion. When the hard pad on the surface floats from the elastic material below it, it becomes more susceptible to torsional stress.
ねじりの応力をうけたパッドは、自身が変形してしまうために、長期に渉って安定した圧力分布をウェーハに与えることができなくなる。 Since the pad subjected to torsional stress deforms itself, it becomes impossible to give a stable pressure distribution to the wafer over a long period of time.
このように、パッドの撓み強度やパッドの構成が、パッド面内で連続的ではなく、区分化している構成においては、その物理的に最も弱い部分に研磨の応力が集中し、場合によっては、その位置から破断する場合がある。 Thus, in the configuration in which the flexure strength of the pad and the configuration of the pad are not continuous in the pad surface and are segmented, the polishing stress is concentrated on the physically weakest part. It may break from that position.
さらに、表面のパッド部分に撓み剛性が強い部分と、撓み剛性が弱い部分が混在する場合、一定の撓み強度を受けると、それは撓み剛性が弱い部分に応力集中とともに、変形も起きる。その結果、撓み剛性が強い部分の平面が、必ずしも水平な平面を取ることなく、せん断応力によって、応力を受けた方向に傾き、その傾いたままの状態で研磨に寄与することになる。結果的にたわみ剛性の強い平面部分が、自身の水平姿勢を保てなくなるため、結果として、ウェーハへの圧力分布が大幅に悪化することになると予測される。 Furthermore, when a portion having a high bending rigidity and a portion having a low bending rigidity are mixed in the pad portion on the surface, when a certain bending strength is received, the stress is concentrated and a deformation occurs in the portion having a low bending rigidity. As a result, the plane of the portion where the bending rigidity is strong does not necessarily take a horizontal plane, but is inclined in the stressed direction by the shear stress, and contributes to the polishing in the inclined state. As a result, it is predicted that the flat portion having a high deflection rigidity cannot maintain its own horizontal posture, and as a result, the pressure distribution to the wafer is greatly deteriorated.
また、軟質部材上に硬質部材を配置した構成の場合、たとえばパッド交換する際に、軟質部材と硬質部材をセットで交換するようになる。たとえば、本発明のように、あらかじめ圧力分布を初期の膜厚分布に応じて、研磨後の膜厚分布を均一にするように、均一に研磨をするのではなく、恣意的に研磨形状を制御する必要がある場合においては、パッド交換ごとに圧力分布を設定するように調整する必要性が生じる。 In the case of a configuration in which a hard member is arranged on a soft member, for example, when replacing a pad, the soft member and the hard member are replaced as a set. For example, as in the present invention, according to the initial film thickness distribution, the polishing shape is arbitrarily controlled instead of uniformly polishing so as to make the film thickness distribution after polishing uniform. When it is necessary to adjust the pressure distribution, it is necessary to adjust the pressure distribution every time the pad is replaced.
それぞれの消耗材料のパッドに対して、微妙に圧力分布を調整した弾性体を多数準備しておくことは技術上非常に問題があり、さらにその微妙に圧力分布を調整した弾性材料を装置に取り付ける上においても、高度な技術が必要となる。例えば、単純にねじ止めすれば、ねじ部とねじのない部分とで圧力分布に影響がでることや、単純に接着剤で全面接着するとしても、貼り付け時の弾性体の延びや縮みの状態によって、あらかじめ、設定した圧力分布を必ずしも反映できない問題がある。 For each pad of consumable material, preparing a large number of elastic bodies whose pressure distribution is delicately adjusted is very technically problematic, and the elastic material whose pressure distribution is delicately adjusted is attached to the device. Even in the above, advanced technology is required. For example, if it is simply screwed, the pressure distribution will be affected by the threaded part and the unthreaded part, or even if the entire surface is simply bonded with an adhesive, the elastic body will be stretched or contracted Therefore, there is a problem that the preset pressure distribution cannot always be reflected.
このように、均一にウェーハを研磨するのではなく、ウェーハの膜厚分布状態に応じて、その形状を補正するように恣意的に研磨形状を不均一にする場合など、こうした装置構成、およびパッド構成では、その目的を達成できないことは自明である。 In this way, when the wafer is not polished uniformly, but the polishing shape is arbitrarily made non-uniform so as to correct the shape according to the film thickness distribution state of the wafer, such a device configuration, and the pad It is self-evident that the purpose cannot be achieved with a configuration.
特許文献4記載の発明では、研磨条件によってウェーハ外周部がウェーハ中心部よりも、研磨が速く進む傾向があった場合に、弾性体と研磨定盤の間に凸状体を挟み込み、ウェーハの中心部の圧力を高めて、研磨条件による研磨不均一性を補正する方法を開示している。しかし、この場合も初期の膜厚分布形状に対応して、その形状を補正する内容を開示するものではない。研磨条件によってウェーハ外周部が速く研磨されることを補正するためのものであり、研磨形状を制御するものではない。
In the invention described in
ただし、この方法の延長線として、たとえば、研磨レシピが均一に研磨される条件であった場合に、その凸状体を利用することで研磨形状において中心付近を他より多く研磨する能力も有することは予測されることであり、これを研磨形状制御とみなすことは可能である。 However, as an extension line of this method, for example, when the polishing recipe is a condition for uniformly polishing, it has the ability to polish the vicinity of the center more than others in the polishing shape by using the convex body Is to be predicted, and this can be regarded as polishing shape control.
しかし、特許文献4においても、様々な初期の膜厚形状によって、その都度、研磨形状を修正するという課題に対して、十分満足できるものではない。それは、研磨パッドと研磨定盤の間に凸状体と弾性体をはさんで保持する場合において、研磨定盤上に凸状体およびその上の弾性体を固定しない場合では、凸状体および弾性体がその上にある研磨パッドの中で移動してしまうため、安定して圧力分布を確保することは難しい。
However, even in
また、固定しない場合では、特に弾性体においては取り付け誤差の問題もあるため、安定した圧力分布を形成することは非常に困難である。 Further, when not fixed, it is very difficult to form a stable pressure distribution because there is a problem of attachment error particularly in an elastic body.
研磨定盤上に凸状体を固定し、その上に弾性体を固定する場合、すべてが研磨定盤と一体になるため、例えば、初期の膜厚形状によって研磨形状を修正するといった場合に研磨定盤ごと取り替える形になる。これは非常に大きな手間となる。 When a convex body is fixed on the polishing surface plate and an elastic body is fixed on it, everything is integrated with the polishing surface plate. For example, polishing is performed when the polishing shape is corrected by the initial film thickness. It becomes the form which replaces the whole surface plate. This is a huge effort.
さらに、弾性体の下に凸状体を差し挟んだとしても、例えば密な弾性体自身では、弾性体のある部分が局所的に変形すると、弾性体は体積を一定に保とうとするため、それ以外の部分で跳ね返りが起こる。よって、全面を均一に押圧することは原理的に難しい。 Furthermore, even if a convex body is sandwiched under the elastic body, for example, in a dense elastic body itself, if a certain part of the elastic body deforms locally, the elastic body tries to keep the volume constant. Bounce occurs in other parts. Therefore, it is theoretically difficult to press the entire surface uniformly.
また、そうしたことを防ぐために、体積が多少圧縮変化しても、跳ね返りを生じない気泡(空隙)を有するようなスポンジ材料を使用した場合、ある部分が局所的に変形しても、他の部分がそれによって影響を受けることはない。 In addition, in order to prevent such a situation, if a sponge material that has bubbles (voids) that do not bounce even if the volume changes to some extent, even if one part is locally deformed, the other part Will not be affected by it.
しかし、こうした気泡を有するスポンジ材料では、繰り返し圧力がかかる研磨過程において、その空隙部分の体積が次第に変形し、結果として弾性体の使用初期の状態における圧力分布と、繰り返しその弾性体を使用した状態における圧力分布は当然変化してくる。その結果、そのスポンジ材料使用初期と使用終期の間で一定の圧力分布を得ることはできず、量産に適用可能な安定した圧力分布を形成する弾性材料としては適用困難な問題がある。 However, in the sponge material having such bubbles, the volume of the void portion gradually deforms in the polishing process in which repeated pressure is applied. As a result, the pressure distribution in the initial use state of the elastic body and the state in which the elastic body is repeatedly used Naturally, the pressure distribution in the chamber changes. As a result, it is impossible to obtain a constant pressure distribution between the initial and final use of the sponge material, and there is a problem that it is difficult to apply as an elastic material that forms a stable pressure distribution applicable to mass production.
さらに、弾性体の上に研磨パッドを載せて研磨加工を行うが、例えば弾性体表面に加工処理を施していない場合、表面の研磨パッドとその下にある弾性体との界面で、研磨時に生じるせん断応力によってずれを生じることが予測される。このずれが大きくなるとパッドだけが、膨潤によって、しわが寄るようになることが起こり、これを繰り返し使用した場合、パッドがそのしわによって破断してしまう可能性が予測される。 Furthermore, polishing is performed by placing a polishing pad on the elastic body. For example, when the surface of the elastic body is not processed, it occurs at the interface between the polishing pad on the surface and the elastic body below the surface. It is predicted that the shear stress will cause a shift. If this deviation becomes large, only the pad may be wrinkled due to swelling, and if this is used repeatedly, it is predicted that the pad may break due to the wrinkle.
本方法においては、研磨パッドと研磨定盤の間に、凸状体と弾性体を介在させて、研磨を行うにあたって、表層の研磨パッドは、研磨スラリを含んで研磨に寄与する。たとえば、発泡ポリウレタンなどの研磨パッドを使用する場合、研磨しない乾燥状態では非常に硬質であり、変形にしにくい。しかし、一旦スラリを含んで膨潤すると、非常に変形しやすくなる。そのため、スラリを含む状態によって、パッド表面の撓み変形は変化する。 In this method, when polishing is performed with a convex body and an elastic body interposed between the polishing pad and the polishing surface plate, the polishing pad on the surface layer contributes to the polishing including the polishing slurry. For example, when a polishing pad such as foamed polyurethane is used, it is very hard in a dry state where it is not polished, and is not easily deformed. However, once the slurry is swelled and swollen, it becomes very deformable. Therefore, the bending deformation of the pad surface changes depending on the state including the slurry.
また、研磨パッドは通常パッドドレッシングを行って、パッド表面を再生して研磨を行う。パッドドレッシングはパッド表面を削りながらパッドドレッシングを行う。そのため、パッドの厚みは、パッドの使用とともに減少していく。 Further, the polishing pad is usually subjected to pad dressing, and the pad surface is regenerated and polished. Pad dressing is performed while cutting the pad surface. Therefore, the thickness of the pad decreases with the use of the pad.
例えば、初期のパッド厚みは1.27mm程度であるが、それを使用していくと0.4mm程度減ることで、0.87mmとなり、厚みが2/3程度にまで減少する。パッドの厚みが減少すると、パッドのたわみ変形に対する剛性に大きく影響する。たとえば、厚みが2/3に変化した場合、単純に部材を撓ませる上での断面二次モーメントは、厚みの3乗に比例するため、8/27となり、約3割程度にまで低下する。 For example, the initial pad thickness is about 1.27 mm, but if it is used, the thickness is reduced by about 0.4 mm to 0.87 mm, and the thickness is reduced to about 2/3. As the pad thickness decreases, the rigidity of the pad against deformation is greatly affected. For example, when the thickness changes to 2/3, the cross-sectional secondary moment when the member is simply bent is proportional to the cube of the thickness, and thus becomes 8/27, which is reduced to about 30%.
その結果、ウェーハ表面の凹凸を平坦化する能力が著しく変化することから、長期にわたって安定した平坦化特性を得ることは困難である。ここで、パッドの撓み変形がウェーハ表面の凹凸の平坦化に大きく影響することは自明である。例えば、表層パッドが非常に硬質で極端に薄いパッドや厚いパッドを想定すれば、その重要性が容易に理解できる。 As a result, the ability to flatten the irregularities on the wafer surface changes significantly, and it is difficult to obtain stable flattening characteristics over a long period of time. Here, it is obvious that the bending deformation of the pad greatly affects the flattening of the irregularities on the wafer surface. For example, if the surface layer pad is very hard and an extremely thin pad or a thick pad is assumed, the importance can be easily understood.
仮に、ステンレスのパッドで0.01mmのパッドを想定した場合、これを圧縮変形させるには、0.01mmから厚みはほとんど変形しない。しかし、非常に薄いため、いくらステンレスでできた硬質部材のパッドといえども、容易に撓ませることはできる。結果的に、ステンレスのパッドであっても下地の弾性体の硬度が支配的になり、軟質部材で加工したものと同様に、ウェーハ表面の凹凸を平坦化できるものではないことが容易に予測できる。 Assuming that a stainless steel pad of 0.01 mm is assumed, in order to compressively deform it, the thickness hardly changes from 0.01 mm. However, since it is very thin, even a hard member pad made of stainless steel can be easily bent. As a result, even if it is a stainless steel pad, the hardness of the underlying elastic body becomes dominant, and it can be easily predicted that the unevenness on the wafer surface cannot be flattened, similar to that processed with a soft member. .
その反対に、ステンレス製のパッドで非常に厚い1cmのパッドを表層パッドとして想定した場合、いくら下地に弾性体があったとしても、表層パッドがほとんど撓むことがないため、ウェーハ表面のうねりに追従せず、まさに硬質パッド(ラップ盤)で研磨したものと同様に、ウェーハのマクロに見たうねりに追従することなく、そのまま平坦に加工してしまうことは容易に理解できる。よって、研磨時に表層パッドの撓み変形特性は、その下地にある弾性体の特徴を生かすためにも重要な要素であり、厳密に管理する必要がある。 On the other hand, assuming a very thick 1cm pad as a surface layer pad with a stainless steel pad, no matter how much the base material has an elastic body, the surface layer pad hardly bends. It is easy to understand that flat processing is performed without following the waviness seen in the macro of the wafer, just like polishing with a hard pad (lapping machine) without following. Therefore, the flexural deformation characteristic of the surface layer pad during polishing is an important factor for taking advantage of the characteristics of the elastic body underneath, and must be strictly managed.
こうした撓み変形特性の制御において、本特許文献4においては、その表層パッドに発泡ポリウレタンを使用している。このような発泡体の研磨パッドでは、研磨することで付随に変化する以下の二つ要素によって、その撓み変形を最適化して一定に保つことが困難であった。
・ スラリによって発泡体のパッドが膨潤し、軟化する点、
・ パッドドレッシングによってパッド厚みが減少してくる点。
In the control of such bending deformation characteristics, in
・ The foam pad swells and softens due to the slurry,
・ Pad thickness is reduced by pad dressing.
さらに、本方法においては、製作上の安定性に欠くことが予測される。すなわち、凸状体を精度良く加工し、弾性体を精度良く加工したとしても、その双方を重ね合わせる際に問題を生じる。とくに凸状体と弾性体を単純に重ね置きするだけでは、その都度位置ずれなどが起こることより、安定した圧力分布形成は困難になる。部分的に固定するとして、例えば、ねじで弾性体を凸状体へ固定する場合、ねじ付近の弾性体の硬度は上昇し、結果的に圧力分布のばらつきが生じ、ねじのない部分では研磨のせん断力によって、凸状体と弾性体の間でずれが起こる。 Furthermore, this method is expected to lack manufacturing stability. That is, even if the convex body is processed with high accuracy and the elastic body is processed with high accuracy, a problem occurs when the both are superposed. In particular, if the convex body and the elastic body are simply placed one on top of the other, a positional deviation or the like occurs each time, so that it is difficult to form a stable pressure distribution. For example, when the elastic body is fixed to the convex body with a screw, for example, the hardness of the elastic body near the screw increases, resulting in a variation in pressure distribution. The shear force causes a deviation between the convex body and the elastic body.
その結果、ねじ部に集中的な応力が作用してねじ部付近での弾性体が部分的に破断するなどの問題を引き起こす。また、弾性体を研磨定盤相当の大きさの凸状板に全面接着等で貼り付ける場合においても問題は起こる。例えば、弾性体および凸状体を精度良く製作し、さらに凸状体を精度良く製作しても、双方を接着する際に接着むらが生じる。特に弾性体を貼り付ける場合、部分的に引き伸ばされた状態の部分と縮んだ状態の部分とが同一平面内に混ざって存在するようになるため、面内一様にその凸状体の厚みに応じた圧力分布にすることは困難である。 As a result, concentrated stress acts on the threaded portion, causing problems such as partial breakage of the elastic body near the threaded portion. A problem also arises when the elastic body is attached to a convex plate having a size equivalent to a polishing surface plate by full adhesion or the like. For example, even if an elastic body and a convex body are manufactured with high accuracy, and further, a convex body is manufactured with high accuracy, uneven bonding occurs when both are bonded. In particular, when an elastic body is pasted, a partially stretched part and a contracted part are mixed in the same plane, so that the thickness of the convex body is uniformly in the plane. It is difficult to achieve a corresponding pressure distribution.
特許文献6においては、ウェーハをパッドに押圧するキャリアヘッド内に独立したチャンバを設け、そのチャンバ内の圧力を独立して制御することによって、ウェーハに与える圧力を領域ごとに独立制御して、上記課題の解決を試みている。
In
しかし、こうした構成の場合、ウェーハの裏面から圧力を与えて、ウェーハをパッドに押し付けているため、ウェーハの撓み剛性によって、ウェーハとパッド間の圧力分布状態が変化するため、必ずしも安定した圧力分布制御にならない問題がある。 However, in such a configuration, pressure is applied from the back side of the wafer and the wafer is pressed against the pad, so the pressure distribution state between the wafer and the pad changes depending on the deflection rigidity of the wafer, so stable pressure distribution control is not necessarily required. There is a problem that does not become.
例えば、所望の研磨形状を形成するために、ある厚みのウェーハを使用して、ウェーハ裏面側に存在するチャンバに圧力を与えて、その上の可撓性膜を変形し、ウェーハとパッド間の圧力分布を制御したとする。次に、別の少し厚手のウェーハを適用し、同様にチャンバに同じ圧力を与えたとする。この場合、ウェーハとパッド間の圧力分布は全く異なる。なぜならば、ウェーハの厚みによってウェーハの撓み剛性が異なるため、ウェーハを介して圧力を伝達する際、その圧力伝達はウェーハのたわみ変形に大きく依存するからである。 For example, in order to form a desired polishing shape, a wafer having a certain thickness is used, and pressure is applied to a chamber existing on the back side of the wafer to deform the flexible film thereon, so that the wafer and the pad are in contact with each other. Assume that the pressure distribution is controlled. Next, assume that another slightly thicker wafer is applied and the same pressure is applied to the chamber as well. In this case, the pressure distribution between the wafer and the pad is completely different. This is because the flexural rigidity of the wafer varies depending on the thickness of the wafer, and therefore when the pressure is transmitted through the wafer, the pressure transmission largely depends on the deflection deformation of the wafer.
極端な事例では、ウェーハが仮に10mm程度の厚いウェーハであったことを想定すると、ウェーハ剛性は非常に大きくなり、たとえ、3つのチャンバの圧力を変えたところで、ウェーハとパッドの間の圧力分布は、ほとんど変化せず、一定になることが容易に予測できる。 In an extreme case, assuming that the wafer was a thick wafer of about 10 mm, the wafer stiffness would be very large, even if the pressure in the three chambers was changed, the pressure distribution between the wafer and the pad would be It can be easily predicted that it will remain almost unchanged.
このように、ウェーハへの理想的な圧力分布制御を想定した場合、所望の研磨形状を得るために、研磨形状に対応した理想的な圧力分布状態を設計したとしても、ウェーハを介して圧力が伝達される際、そのウェーハの撓み変形、ウェーハの反りの状態によって、所望の圧力分布は原理的に崩されてしまうため、原理的に理想的な研磨形状制御はできないことは自明である。 As described above, assuming ideal pressure distribution control on the wafer, even if an ideal pressure distribution state corresponding to the polishing shape is designed in order to obtain a desired polishing shape, the pressure is applied through the wafer. It is obvious that ideal polishing shape control cannot be performed in principle because the desired pressure distribution is destroyed in principle depending on the bending deformation of the wafer and the warpage of the wafer.
特許文献7においても、同様に、研磨に関連する様々な要素が一様に作用すれば原理的に均一な研磨形状になるが、その要素によっては、一様に作用しない要素が存在し、原理的に不均一になってしまう問題が存在する場合を取り上げている。 Similarly, in Patent Document 7, if various elements related to polishing act uniformly, a uniform polishing shape is obtained in principle. However, depending on the element, there is an element that does not act uniformly. The case where there is a problem of non-uniformity is taken up.
こうした問題に対して、ウェーハを押圧するトップリングを複数の領域に分けて、その領域ごとの圧力について、他の要素の不均一性を補正するように最適化することで、結果として、全体に均一な研磨形状を得るとしている。 In response to these problems, the top ring that presses the wafer is divided into multiple areas, and the pressure in each area is optimized to correct the non-uniformity of other elements. A uniform polished shape is obtained.
しかし、これも先の特許文献6と同じ理由によって、原理的に理想的な圧力分布をウェーハとパッドの界面に形成することはできないため、理想的な研磨形状の制御はできないことは自明である。
However, for the same reason as in
特許文献8は、2層パッドを形成する上で、表層パッドがスラリ等で膨潤してしわよりを発生するため、しわよりを防止することを目的に支持層を設けている。この支持層として、シートを貼り付けた構成を開示している。しかし、このしわより防止のためのシートを、本発明の撓み変形シートとして利用したとしても以下の問題が生じる。
In
また、ウェーハを保持台に載せ置きするとしている。すなわち、ウェーハは保持台に吸着されること無く、普通に載せ置きされているとみなされる。そうしたウェーハが保持台に載せ置きされている場合に、まず、しわよりを防止するシートではなく、たとえ、本発明の撓み変形シートを用いたとしても、それは全く意味をなさないことになる。なぜならば、ウェーハは反りを持った状態で単純に載せ置きされている状態では、撓み変形シートで撓み変形を制御して押圧したとしても、ウェーハ自身がその保持台の上で撓むことが想定されるほか、ウェーハが反りを有する場合においては、その反りを補正する応力なども影響するからである。 It is also assumed that the wafer is placed on a holding table. That is, it is considered that the wafer is normally placed without being attracted to the holding table. When such a wafer is placed on a holding table, it does not make any sense at all even if the bending deformation sheet of the present invention is used instead of a sheet for preventing wrinkling. This is because, in a state where the wafer is simply placed in a warped state, it is assumed that the wafer itself bends on its holding table even if the deformation is controlled by the deformation sheet and pressed. In addition, when the wafer has a warp, the stress for correcting the warp is also affected.
本件特許では、ウェーハを裏面で吸着保持して、ウェーハの中立面を平面にするとともに、ウェーハの反りを強制することでウェーハ裏面を基準として、ウェーハ表面に、ウェーハ厚みむらや膜厚分布をすべて加えたウェーハ表面のうねり形状を定義する。 In this patent, the wafer is attracted and held on the back surface, the wafer neutral surface is made flat, and the wafer warpage is forced to provide wafer thickness unevenness and film thickness distribution on the wafer surface relative to the wafer back surface. Define the waviness shape of the wafer surface that has been added.
ウェーハ表面にあらかじめ形成された凹凸を平坦化する機能を有するとともに、先の状態で定義されたウェーハ表面のうねりに追従するため、パッドの撓み変形シートの撓み特性が平坦化とうねりへの追従との両立を果たすことになる。撓み変形シートは、ウェーハ裏面を基準としてウェーハ保持体と一体となった自信が撓むことの無い剛体とみなしうるウェーハに対してのみ、ウェーハ表面のうねり形状に追従するという本来の機能が発揮されるのである。 In addition to having the function of flattening the irregularities formed in advance on the wafer surface and following the waviness of the wafer surface defined in the previous state, the flexure characteristics of the pad deformation sheet are flattening and follow the waviness. Will be achieved. The deflection deformation sheet has the original function of following the waviness shape of the wafer surface only for a wafer that can be regarded as a rigid body that can be regarded as a rigid body that does not flex with the wafer holder, based on the back surface of the wafer. It is.
仮に、ウェーハを平面矯正しない状態であれば、ウェーハの反りを矯正できないほか、ウェーハの厚みむらや膜厚分布などが反りの影響と混乱し、ウェーハのうねり成分を定義できない。そのため、撓み変形シートが撓み特性として、ウェーハの表面の平坦化する領域では撓みを抑制し、一方でウェーハ表面のうねりに対しては、それに追従するように撓み特性を設定するとしているが、そうした設定そのものができない。場合によっては、うねりに追従させずに不均一に研磨する場合や、ウェーハ表面に形成された凹凸の平坦化を行うことができない場合なども存在する。 If the wafer is not flattened, the wafer warp cannot be corrected, and the wafer thickness unevenness and film thickness distribution are confused with the influence of the warp, and the waviness component of the wafer cannot be defined. Therefore, the bending deformation sheet is set as a bending characteristic, and the bending characteristic is set so as to follow the waviness of the wafer surface while suppressing the bending in the area where the wafer surface is flattened. The setting itself cannot be made. Depending on the case, there are cases where polishing is performed non-uniformly without following the waviness, and unevenness formed on the wafer surface cannot be flattened.
さらに、本発明に対して、特許文献8に示すしわより防止シートを使用しても、そのシートの撓み特性は、ウェーハ表面の平坦化とウェーハ表面のうねりに追従する目的として考慮されていないため、意味をなすものではない。すなわち、特許文献8では、ウェーハ表面の平坦化を担う部分は、表層の硬質パッドの部分である。しかし、その硬質パッドの部分は、スラリが膨潤することやドレッシングによりパッドの厚み自身が減耗することで、その撓み変形のその硬度は大きく変わり、撓み変形の度合いが大きくなる。
Furthermore, even if a wrinkle prevention sheet shown in
しわよりを防止するシートでは、そのシートの厚みがせいぜい0.05mm程度の薄手のポリエチレンシートを使用するとしている。パッドの厚みは1.3mm近くある。この程度の薄手のポリエチレンシートでは、パッドのしわよりを防止する程度においては有効であるかもしれないが、パッドの撓み変形特性を制御する上では厚みが非常に薄いため有効ではない。結果的には、表層パッドの撓み特性がそのまま影響することになり、結果的にスラリによる膨潤やドレッシングによるパッドの厚みの減耗による撓み剛性の低下の影響を大きく受けることになる。 In the sheet for preventing wrinkling, a thin polyethylene sheet having a thickness of about 0.05 mm at most is used. The pad thickness is nearly 1.3mm. Such a thin polyethylene sheet may be effective in preventing wrinkling of the pad, but is not effective in controlling the flexural deformation characteristics of the pad because it is very thin. As a result, the flexure characteristics of the surface layer pad are affected as they are, and as a result, they are greatly affected by the decrease in flexural rigidity due to swelling due to slurry and wear of the pad due to dressing.
本発明においては、撓み変形シートによって、パッドの撓み特性を制御し、パッドのスラリ膨潤による撓み特性の変化やドレッシングによるパッド減耗の影響を極力受けることなく、安定した撓み特性を得る程度の撓み変形シートを使用する。 In the present invention, the deflection characteristics of the pad are controlled by the deflection deformation sheet, and the deflection deformation is such that a stable deflection characteristic is obtained without being affected as much as possible by the change in the deflection characteristics due to the swelling of the pad slurry and the pad depletion due to the dressing. Use a sheet.
そのため、その変形シートの厚みは、特許文献8では0.05mm程度としていたものに対して、少なくとも0.1mm以上必要とし、理想的には、パッドの厚みを考慮して0.2mm〜0.5mm程度の厚みが好適とされる。また、さらに詳細には、その撓み変形シートの厚みは、平坦化する領域においてはほとんど撓まないように設定し、うねりに追従する領域においては少ない分布荷重でも十分撓むように、部材のヤング率を考慮した厚みを設定することが望ましい。
For this reason, the thickness of the deformed sheet is required to be at least 0.1 mm or more than that which was about 0.05 mm in
そこで、本発明は係る事情に鑑みて、下記の課題を解決することを目的とする。 Then, in view of the situation which concerns, this invention aims at solving the following subject.
課題1:ウェーハの撓み剛性やウェーハの反りに影響されることなく、所望の研磨形状を得るための理想的な圧力分布を形成するための研磨装置を提供すること。 Problem 1: To provide a polishing apparatus for forming an ideal pressure distribution for obtaining a desired polishing shape without being affected by the deflection rigidity of the wafer or the warpage of the wafer.
課題2:研磨中の発熱によってプラテンの表面が温められ、プラテンの裏面との温度差の影響でプラテンの平面度が多少変化しても、ウェーハ面内に及ぼす圧力分布が大きく変化せず、結果としてウェーハ面内の研磨均一性が大きく悪化しないようにする。さらに、研磨中の発熱がプラテンの表面にまで伝達し難くすることにより、プラテンの表面と裏面との温度差を大きくしないようにする。 Problem 2: Even if the platen surface is warmed by the heat generated during polishing and the flatness of the platen changes slightly due to the temperature difference from the backside of the platen, the pressure distribution on the wafer surface does not change significantly. As a result, the polishing uniformity within the wafer surface is not greatly deteriorated. Furthermore, the temperature difference between the front and back surfaces of the platen is not increased by making it difficult for heat generated during polishing to be transmitted to the surface of the platen.
課題3:研磨パッド裏面を粘着材や両面テープなどでプラテン上に貼り付ける際に、研磨パッド面内に気泡が入ってウェーハ面内に与える圧力分布へ悪影響を及ぼすことを防止する。 Problem 3: When the back surface of the polishing pad is affixed on the platen with an adhesive or double-sided tape, bubbles are prevented from entering the polishing pad surface and adversely affecting the pressure distribution applied to the wafer surface.
課題4:ウェーハ表面のなだらかなうねりに対して、ウェーハ表面に研磨パッドを倣わせつつも、ウェーハの裏面から一様な圧力で押圧する際、ウェーハが研磨パッド上で撓むことなく、ウェーハ面内で絶えず一定の平面となる中立面を有し、安定して一様な圧力分布をウェーハ上に形成できるようにする。 Problem 4: The wafer surface is not bent on the polishing pad when the wafer is pressed with a uniform pressure from the back surface of the wafer while following the polishing pad on the wafer surface against the gentle waviness on the wafer surface. And a neutral surface that is constantly a constant plane, so that a stable and uniform pressure distribution can be formed on the wafer.
課題5:プラテンシートが弾性体である場合でも、プラテンシートの取付誤差による圧力分布の変化をなくし、シートをプラテンに取り付ける際に安定した圧力分布を形成できるようにする。 Problem 5: Even when the platen sheet is an elastic body, a change in pressure distribution due to an attachment error of the platen sheet is eliminated, and a stable pressure distribution can be formed when the sheet is attached to the platen.
課題6:研磨パッドが完全にフラットであり、かつウェーハも完全にフラットである場合は、原理的には圧力が均等にかからないが、プラテンシートの形状によって、ウェーハ面内にかかる圧力分布が均一になるようにする。 Problem 6: When the polishing pad is completely flat and the wafer is also completely flat, the pressure is not applied evenly in principle, but the pressure distribution on the wafer surface is uniform depending on the shape of the platen sheet. To be.
課題7:プラテンに貼り付けるシートが、密度の高い弾性体であったとしても、押し付ける圧力によってその跳ね返りが生じないように、ウェーハ全面に均一な圧力分布を与えるようにする。 Problem 7: Even if the sheet to be attached to the platen is an elastic body having a high density, a uniform pressure distribution is applied to the entire surface of the wafer so that the sheet does not rebound due to the pressing pressure.
課題8:2層に形成された研磨パッドの表層の撓み剛性が弱い場合、あるいは撓み剛性が乾燥状態で強いとしてもスラリが浸透することによって撓み剛性が低下し、その結果、平坦化特性が悪化するような場合でも、2層目を硬質にして撓み変形を抑制することにより、ある程度の平坦度を確保する。また、研磨パッドのドレッシングにより、表層の厚みが変化して撓み剛性に関する指数が初期の状態から変化するような場合であっても、安定して一様な圧力分布をウェーハ上に形成できるようにする。 Problem 8: When the flexural rigidity of the surface layer of the polishing pad formed in two layers is weak, or even if the flexural rigidity is strong in the dry state, the flexural rigidity is lowered by the penetration of the slurry, and as a result, the flattening characteristics deteriorate. Even in such a case, a certain degree of flatness is ensured by making the second layer hard to suppress bending deformation. Also, even if the surface thickness changes due to dressing of the polishing pad and the index related to flexural rigidity changes from the initial state, a stable and uniform pressure distribution can be formed on the wafer. To do.
課題9:初期のウェーハが様々な膜厚分布を有する場合、その膜厚分布に応じて、所望の研磨後の膜厚分布にするように、その膜厚分布を補正する上で適合する圧縮変形板を選択し、その圧力分布調整シートを適正な方法で研磨定盤上に敷設して、圧力分布を調整することをできることを有する。 Problem 9: When an initial wafer has various film thickness distributions, a compression deformation suitable for correcting the film thickness distribution so as to obtain a desired film thickness distribution after polishing according to the film thickness distribution. It is possible to adjust the pressure distribution by selecting a plate and laying the pressure distribution adjusting sheet on a polishing surface plate by an appropriate method.
課題10:さらに、繰り返し作業によって、弾性体自身は安定したウェーハ上への圧力分布形状を有し、その結果絶えず安定した、圧力分布形態を得ることができる。 Problem 10: Furthermore, the elastic body itself has a stable pressure distribution shape on the wafer by repeated operations, and as a result, a constantly stable pressure distribution form can be obtained.
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
研磨パッド上にスラリを滴下供給しながらウェーハと前記研磨パッドを相対的に摺接して研磨を行う研磨装置において、
前記ウェーハの裏面を基準面として、ウェーハ全面を減圧して平面矯正して取り付けるウェーハ保持台と、
前記ウェーハに対して相対的に運動するプラテン上に敷設固定されて所望の圧力分布を
形成された圧縮変形板と、
該圧縮変形板上に前記研磨パッドを張り上げて固定する張上機構とを有し、
前記研磨パッドは、前記圧縮変形板上に敷設されて撓み変形によって変位可能な撓み変形シートと、該撓み変形シート上に敷設されて滴下されたスラリを保持する表層パッドとを備え、
前記表層パッドは、前記撓み変形シート上に貼り付けられて一体化されていることを特徴とする
圧力分布調整機能を有する研磨装置を提供する。
The present invention has been proposed in order to achieve the above object, and the invention according to claim 1 is a polishing in which polishing is performed by relatively slidingly contacting a wafer and the polishing pad while dropping and supplying slurry onto the polishing pad. In the device
Using the back surface of the wafer as a reference surface, a wafer holding table to which the entire surface of the wafer is decompressed and flattened,
A compression deformation plate that is laid and fixed on a platen that moves relative to the wafer to form a desired pressure distribution;
A tensioning mechanism for tensioning and fixing the polishing pad on the compression deformation plate;
The polishing pad is provided with a bending deformation sheet laid on the compression deformation plate and displaceable by bending deformation, and a surface layer pad laid on the bending deformation sheet and holding a dropped slurry.
The surface pad is affixed and integrated on the flexible deformation sheet.
A polishing apparatus having a pressure distribution adjusting function is provided.
この構成によれば、ウェーハを全面で減圧して平面矯正して保持することによって、ウェーハの反りに関係なく、絶えずウェーハを平面矯正して加工することから、ウェーハ状態に起因しない安定した圧力分布状態を形成し、その結果安定した研磨形状を得ることが可能となる。さらに、ウェーハに研磨荷重をかけた場合においても、従来のようにウェーハが撓むことはなく、ウェーハの中立面は絶えず平面を維持する。それによって、研磨荷重によってウェーハが撓んで変形し、そのウェーハの撓み変形が研磨時のウェーハ面内の圧力分布に影響することを排除することができる。 According to this configuration, the wafer is reduced in pressure over the entire surface and held flattened and held, so that the wafer is continuously flattened and processed regardless of the warpage of the wafer, so that a stable pressure distribution not caused by the wafer state is achieved. As a result, a stable polished shape can be obtained. Further, even when a polishing load is applied to the wafer, the wafer does not bend as in the prior art, and the neutral surface of the wafer constantly maintains a flat surface. Accordingly, it is possible to eliminate the fact that the wafer is bent and deformed by the polishing load, and that the bending deformation of the wafer affects the pressure distribution in the wafer surface during polishing.
また、本発明に係る研磨パッドは、圧縮変形板上に敷設されて撓み変形によって変位可能な撓み変形シートと、撓み変形シート上に敷設されて滴下されたスラリを保持する表層パッドとを備えている。 In addition, a polishing pad according to the present invention includes a bending deformation sheet that is laid on a compression deformation plate and can be displaced by bending deformation, and a surface layer pad that is laid on the bending deformation sheet and holds a dropped slurry. Yes.
このパッド構成によれば、撓み変形によって変位可能な撓み変形シートによって、表層パッドがたとえスラリによって膨潤したとしても、表層パッドの撓みよりも、この撓み変形シートの方で撓み加減を律速することによって、パッドの消耗やスラリの膨潤によらず安定した撓み変形を確保することができ、安定した平坦化特性を得ることができる。 According to this pad configuration, even if the surface layer pad is swollen by the slurry by the bending deformation sheet that can be displaced by the bending deformation, the bending deformation rate is controlled by the bending deformation sheet rather than the bending of the surface layer pad. Stable bending deformation can be ensured regardless of pad wear and slurry swelling, and stable flattening characteristics can be obtained.
また、撓み変形シートを裏側で支える、あらかじめ所望の圧力分布を形成した圧縮変形板によって、ウェーハとパッドが当接した際、ウェーハ全面をマクロ的にみた場合の圧力分布を制御することが可能となる。また、マクロ的にみた場合の圧力分布について、表層パッドの下にある撓み変形シートは、ウェーハのうねりに追従する程度の領域においては、ほとんど抵抗なく撓むことが可能となる。 In addition, the compression deformation plate that supports the flexure deformation sheet on the back side and has a desired pressure distribution formed in advance allows the pressure distribution when the wafer and the pad are in contact to be viewed macroscopically. Become. Further, regarding the pressure distribution when viewed macroscopically, the bending deformation sheet under the surface layer pad can be bent with almost no resistance in a region that follows the waviness of the wafer.
後述するが、撓み変形に関する式によれば、撓み変形する変位量は、同じ分布荷重がかかった状態では、半径の4乗に比例することが分かる。すなわち、狭い範囲では撓み変形は非常に小さく無視されるが、少し広い範囲になると、容易に大きく撓むことを示している。この撓みの原理を利用して、ここで、平坦化を必要とする狭い領域においては撓み変形シートを撓ませず、パッドを剛体として作用させ、ウェーハ表面のうねりに追従させて均一に研磨する領域においては、容易に撓むような撓み剛性にすればよい。その領域の半径の4乗に比例して撓み量が変化するため、適正な撓み剛性の撓み変形シートを選択すれば、撓み変形をドラスティックに変化させることが可能となる。 As will be described later, according to the equation relating to bending deformation, it can be seen that the amount of displacement to be bent and deformed is proportional to the fourth power of the radius when the same distributed load is applied. In other words, the bending deformation is very small and neglected in a narrow range, but it is easily bent greatly in a slightly wide range. By using this bending principle, in a narrow region where flattening is required, the bending deformation sheet is not bent, the pad acts as a rigid body, and the region is polished uniformly by following the waviness of the wafer surface. In this case, the bending rigidity may be set so as to be easily bent. Since the amount of bending changes in proportion to the fourth power of the radius of the region, the bending deformation can be changed drastically by selecting a bending deformation sheet having an appropriate bending rigidity.
従来問題となっていた表層パッドがスラリを含んで膨潤することにより、撓み変形の剛性が変化し、その結果ウェーハ表面の凹凸の平坦化研磨を行う研磨性能が著しく悪化するといった問題はない。 When the surface layer pad, which has been a problem in the past, swells including slurry, the rigidity of the flexural deformation changes, and as a result, there is no problem that the polishing performance for flattening and polishing the unevenness of the wafer surface is significantly deteriorated.
なぜならば、この撓み変形に対しては、表層パッドの下側にある撓み変形シートの撓み変形が支配的になり、表層パッドの撓み変形は、このスラリに対して膨潤することのない撓み変形シートの撓み変形によってほとんど制御されることになるからである。 This is because the bending deformation of the bending deformation sheet on the lower side of the surface layer pad dominates against this bending deformation, and the bending deformation sheet of the surface layer pad does not swell against this slurry. This is because it is almost controlled by the bending deformation.
さらに、パッド全面、とくに撓み変形シートは一様な厚み構成である。この撓み変形シートが一様な厚みを持つことによって、従来のパッドにあったような局所的な強度の弱い部分をもつことはない。その結果、研磨することによるせん断応力と、ウェーハを純粋に押圧する応力に複合されたねじりの応力は、一様な撓み変形シートで分散される。その結果、従来の溝や区分化された硬質部材のパッドを使用する際に予測されるフレッチング現象などは起きることはなく、撓み変形シート全体で研磨のせん断応力を受けることになる。 Furthermore, the entire surface of the pad, particularly the bending deformation sheet, has a uniform thickness structure. Since the bending deformation sheet has a uniform thickness, it does not have a portion having a weak local strength as in a conventional pad. As a result, the shearing stress caused by polishing and the torsional stress combined with the stress that purely presses the wafer are dispersed by the uniform bending deformation sheet. As a result, the fretting phenomenon expected when using conventional grooves or pads of hard members that are segmented does not occur, and the entire bending deformation sheet is subjected to the shearing stress of polishing.
その結果、パッドが研磨途中で一部の強度が弱いところに応力が集中することにより、フレッチング現象がおき、その結果、その部分からパッドが破断したりすることはない。また、表面のパッドおよび撓み変形シートが、そのねじりの応力によって、弾性体から一部浮き上がるような現象が生じ、表層パッドがウェーハ内の一部に及ぼす圧力分布が、極端に大きくなって悪化することもない。その結果、撓み変形シートが長期に渉って安定した強度を保持し、安定した圧力分布状態の下で、安定した研磨形状を得ることが可能となる。 As a result, the stress is concentrated at a portion where the strength of the pad is weak during polishing, thereby causing a fretting phenomenon. As a result, the pad does not break from the portion. Also, the surface pad and the bending deformation sheet cause a phenomenon that a part of the surface pad is lifted from the elastic body due to the torsional stress, and the pressure distribution exerted on the part in the wafer by the surface layer pad becomes extremely large and deteriorates. There is nothing. As a result, the flexural deformation sheet maintains a stable strength over a long period of time, and a stable polished shape can be obtained under a stable pressure distribution state.
また、表層パッド、および撓み変形シートなどに厚みのばらつきがあったとしても、ウェーハ表面全体のうねりに追従するための弾性変形は、先の圧縮変形板が十分な変形マージンを有するため、多少の部材の厚みばらつきによらず安定した所定の圧力分布を形成する。その圧力分布をウェーハの撓み変形に阻害されることなく、安定してウェーハ上にそのまま圧力分布を伝達することができる。 In addition, even if there are variations in the thickness of the surface pad, the bending deformation sheet, etc., the elastic deformation for following the waviness of the entire wafer surface has a slight deformation margin because the previous compression deformation plate has a sufficient deformation margin. A stable predetermined pressure distribution is formed regardless of the thickness variation of the members. The pressure distribution can be transmitted to the wafer as it is without being disturbed by the deformation of the wafer.
結果として、安定した研磨形状をウェーハの撓み剛性(厚みの違うウェーハなど)や、ウェーハのそりに関係なく、安定した所望の研磨形状を得ることが可能となる。さらに、初期のウェーハの膜厚分布がたとえ不均一であったとしても、所望の研磨形状を得ることから、その初期の不均一膜厚分布を修正して、研磨後に均一な圧力分布を得ることが可能となる。 As a result, a stable desired polished shape can be obtained regardless of the flexural rigidity of the wafer (such as wafers having different thicknesses) or warpage of the wafer. Furthermore, even if the initial wafer film thickness distribution is non-uniform, the desired polished shape can be obtained, so that the initial non-uniform film thickness distribution can be corrected to obtain a uniform pressure distribution after polishing. Is possible.
尚、ここで、ウェーハの平面矯正は特に本発明の主題とする研磨の形状を制御する場合には必須となる。ウェーハが平面矯正されていない場合、いくらパッドの下側の圧縮変形板に圧力構成をつけても意味をなさない。特に、初期ウェーハの膜厚分布が均一ではなく、その不均一な膜厚分布を補正して研磨することが必要な場合においては、それが顕著になる。 Here, the flattening of the wafer is indispensable particularly when controlling the shape of polishing which is the subject of the present invention. If the wafer is not flattened, it does not make sense to apply pressure to the compression deformation plate below the pad. In particular, when the film thickness distribution of the initial wafer is not uniform and it is necessary to correct the non-uniform film thickness distribution for polishing, this becomes remarkable.
例えば、ウェーハを平板に載せ置きし、その載せ置き状態で反りがある場合、そのウェーハに一様な研磨荷重をかけたとしても、一様な研磨荷重にはならない。ウェーハの反りを補正するための偏った研磨荷重をかけてウェーハの反りを矯正して、その上で一様な研磨荷重をかけることが必要になる。 For example, when a wafer is placed on a flat plate and there is a warp in the placed state, even if a uniform polishing load is applied to the wafer, the polishing load is not uniform. It is necessary to correct the wafer warp by applying a biased polishing load for correcting the warpage of the wafer, and to apply a uniform polishing load on the wafer.
そのときの、ウェーハの反りを矯正するための偏った研磨圧力と、ウェーハの初期の膜厚分布を補正するための恣意的に不均一にかける研磨圧力とが、ほぼ同じ程度で同じ位置における偏差圧力であったとした場合、初期の膜厚分布の形状を補正するための偏った研磨圧力を与えたとしても、その偏差分の圧力状態がウェーハの反りを修正するために使用される場合もありうる。このような状態では、初期の膜厚分布を補正することはできず、均一な研磨を行ってしまい、結果として得たウェーハの膜厚分布が初期の膜厚分布と同様に不均一な状態で終了してしまうことになる。 At that time, the uneven polishing pressure for correcting the warpage of the wafer and the arbitrarily non-uniform polishing pressure for correcting the initial film thickness distribution of the wafer are almost the same, but the deviation at the same position. Even if a biased polishing pressure is applied to correct the shape of the initial film thickness distribution, the pressure state corresponding to the deviation may be used to correct the warpage of the wafer. sell. In such a state, the initial film thickness distribution cannot be corrected, and uniform polishing is performed, and the resulting film thickness distribution of the wafer is not as uniform as the initial film thickness distribution. It will end.
よって、より初期の膜厚分布を修正するための偏差を持った圧力分布を効果的に作用させるためには、ウェーハの反りの影響を極力排除した形でウェーハを保持し、その上で、制御性のある圧力分布状態をもつ圧縮変形板によって、安定した圧力分布をウェーハに与えることが重要になる。 Therefore, in order to effectively operate the pressure distribution with a deviation to correct the initial film thickness distribution, the wafer is held in a form that eliminates the influence of the warpage of the wafer as much as possible, and then controlled. It is important to give a stable pressure distribution to the wafer by a compression deformation plate having a responsive pressure distribution state.
さらに、同時に圧力分布調整は圧縮変形板と撓み変形シートの二つが、圧縮変形と撓み変形の二つの機能を、独立して作用させることが必要となる。圧力分布により研磨形状を制御するとしても、前提として、ウェーハ平面に形成された凹凸を平坦化することが、その前提条件として求められる。そのための方法として本発明に示す方法では、部材の撓み特性を利用する。部材の撓み特性は、先にも述べたように領域の半径の4乗に比例して変位量が増大するため、領域の大小によってオンオフするような効果を出すことが可能となる。 Furthermore, at the same time, the pressure distribution adjustment requires that the two functions of the compression deformation plate and the bending deformation sheet independently act on the two functions of the compression deformation and the bending deformation. Even if the polishing shape is controlled by the pressure distribution, as a precondition, it is required to flatten the unevenness formed on the wafer plane. As a method for that purpose, the method shown in the present invention utilizes the deflection characteristics of the member. As described above, since the displacement amount of the member increases in proportion to the fourth power of the radius of the region, an effect of turning on and off depending on the size of the region can be obtained.
さらに、従来の区画化した硬質部材ではなく、一様な撓み変形シートによって、その撓み量を制御しているため、研磨のせん断と押し付ける応力によって発生するねじりの応力を局所的に受けることはなく、一様な撓み変形シートによって分散してその応力をうけることになる。その結果、撓み変形シートが破断することはないほか、局部的に弾性体から浮き上がるようなことも起きず、安定した撓み変形を有した状態で、絶えず一定の圧力分布を与えることが可能となる。 Furthermore, since the amount of bending is controlled by a uniform bending deformation sheet instead of the conventional hard sectioned member, the torsional stress generated by polishing shear and pressing stress is not locally received. The stress is dispersed by the uniform bending deformation sheet. As a result, the flexural deformation sheet will not break, and it will not lift locally from the elastic body, and it will be possible to constantly give a constant pressure distribution with stable flexural deformation. .
また、本発明に係る研磨装置は、圧縮変形板上に研磨パッドを張り上げて固定する張上機構を有している。 Moreover, the polishing apparatus according to the present invention has a lifting mechanism for lifting and fixing the polishing pad on the compression deformation plate.
この構成により、張上機構が、表層パッドと撓み変形シートとを相互に貼り付けて一体に構成された研磨パッドをプラテンの側面下方へ引き下ろした状態で圧縮変形板上に張り上げて固定するため、表層パッドの貼り付けに伴う圧力変化がなく、表層パッドが膨潤しても伸びることなく圧縮変形板における表面の弾性体に装着される。また、一体に貼り付けられた表層パッドおよび撓み変形シートは容易に撓むため、圧縮変形板で形成された圧力分布を反映する。さらに、一体に貼り付けられた表層パッドおよび撓み変形シートと、弾性体との間に両面テープを介在させないので、安定した圧力分布を確保できる。 With this configuration, the tensioning mechanism is fixed on the compression deformation plate in a state where the polishing pad integrally formed by pasting the surface layer pad and the flexural deformation sheet is pulled down to the lower side of the platen, There is no pressure change accompanying the attachment of the surface layer pad, and the surface layer pad is attached to the elastic body on the surface of the compression deformation plate without expanding even if the surface layer pad swells. Moreover, since the surface layer pad and the bending deformation | transformation sheet | seat bonded together are easily bent, it reflects the pressure distribution formed with the compression deformation board. In addition, since the double-sided tape is not interposed between the surface layer pad and the flexurally deformable sheet that are bonded together and the elastic body, a stable pressure distribution can be ensured.
これにより、従来であれば、研磨パッドを作業者が交換していたことによって、その作業者自体の技量に依存する貼り付けのばらつきなどが生じていたが、本発明では、貼り付けのばらつきによる圧力分布ばらつきを生じることがない。 As a result, conventionally, since the operator replaced the polishing pad, there was a variation in pasting depending on the skill of the worker itself, but in the present invention, due to the variation in pasting. There is no pressure distribution variation.
さらに、従来のような両面テープなどを利用した貼り付け方法によると、例えば撓み変形シートを圧縮変形板にある弾性材料に貼り付ける場合、弾性材料が粘着テープで貼りつかず途中で剥がれる問題などが生じる。もしくは仮に貼り付いた場合においては、次に剥がす際に表面の弾性材料をむしりながら剥がすことになりかねない。 Furthermore, according to the pasting method using a double-sided tape or the like, for example, when a flexible deformation sheet is attached to an elastic material on a compression deformation plate, there is a problem that the elastic material does not stick with an adhesive tape and peels off in the middle. Arise. Alternatively, if it is pasted, the elastic material on the surface may be peeled off during the next peeling.
加えて、圧縮変形板の表面や撓み変形シート表面を何等かの処理を施して、付け剥がしが容易にでき、安定した接着能力を確保できたとしても次の問題が起こる。すなわち、研磨時においては、研磨のせん断応力が作用するとき、それはそのまま圧縮変形板上の弾性体を捻ることになる。このねじりの応力で弾性体は横方向に変形し、長期に使用することで、安定した弾性回復力を失うことになる。圧縮変形板は、そのあらかじめ所定の圧力分布を形成した形状であるため、長期にわたって交換頻度を小さくして使用することが好ましい。圧縮変形板に絶えず横方向の応力が作用することで、こうした使用可能な寿命を極端に短くすることになる。 In addition, even if the surface of the compression deformation plate or the surface of the bending deformation sheet is subjected to any treatment to be easily removed and secured, and the stable adhesion ability can be secured, the following problem occurs. That is, at the time of polishing, when the shearing stress of polishing acts, it directly twists the elastic body on the compression deformation plate. Due to this torsional stress, the elastic body deforms in the lateral direction and loses a stable elastic recovery force when used for a long time. Since the compression deformation plate has a shape in which a predetermined pressure distribution is formed in advance, it is preferable to use the compression deformation plate with a low replacement frequency over a long period of time. The continuous lateral stress acts on the compression deformed plate, which significantly shortens the usable lifetime.
張上機構が、研磨パッドの外周縁部を挟持しながらプラテンの側面下方へ引き下ろした状態で固定することによって、パッドに及ぼされる研磨によるせん断応力は、張上機構で支えられることになる。その下の圧縮変形板に対して横方向の応力を作用させることはない。そのため、圧縮変形板には、単純に圧縮方向の研磨による繰り返し荷重がかかるだけとなる。このような形であれば、圧縮変形板は、十分に繰り返しの圧縮応力に耐え得る材料で形成されているため、長期に渉って使用することが可能となる。 When the tensioning mechanism fixes the polishing pad while holding the outer peripheral edge of the polishing pad while being pulled down to the lower side of the platen, the shearing stress due to polishing exerted on the pad is supported by the tensioning mechanism. No lateral stress is applied to the compression deformation plate below. For this reason, the compression deformation plate is simply subjected to repeated load due to polishing in the compression direction. With such a shape, the compression deformable plate is formed of a material that can sufficiently withstand repeated compressive stress, and thus can be used over a long period of time.
また、表層パッドと一体となった撓み変形シートは、圧縮変形板上でウェーハのうねりに対して十分に変位することができる程度に撓むが、引っ張り方向の応力に対しては大きく変形することなく、十分な強度を有する。それによって、パッドが研磨のせん断応力によって破断することはなく、また皺がよることもない。 In addition, the bending deformation sheet integrated with the surface layer pad is bent to such an extent that it can be sufficiently displaced against the waviness of the wafer on the compression deformation plate, but it is greatly deformed with respect to the stress in the pulling direction. And sufficient strength. Thereby, the pad does not break due to the shearing stress of polishing and does not wrinkle.
さらに、パッドの交換時は、研磨パッドのみを交換すればよい。また、その交換方法は、パッドの外周リングを外して、圧縮変形板を残して研磨パッドを取り外し、パッドを取り付ける際は、外周リングを圧縮変形板上に載せ、外周部で張り上げるだけで容易に取り付けることが可能である。 Furthermore, when replacing the pad, only the polishing pad needs to be replaced. The replacement method can be easily removed by removing the pad's outer ring, removing the polishing pad leaving the compression deformation plate, and mounting the pad by placing the outer ring on the compression deformation plate and lifting it up at the outer periphery. It is possible to attach.
このような方法によって、従来の両面テープ使用によるパッドのプラテン上への接着時の問題にあったように、研磨定盤とパッドの間に気泡が入ることで、パッドとウェーハ間との圧力分布にばらつきが生じるということはない。作業者の技量によることなく、安定して圧縮変形板上にパッドを取り付けて安定した圧力分布を持たせることが可能となる。すなわち、両面テープを介在させないことで、安定した圧力分布を形成できる。 With this method, pressure was distributed between the pad and the wafer by introducing air bubbles between the polishing platen and the pad, as was the case when using the conventional double-sided tape to bond the pad onto the platen. There will be no variation in. Regardless of the skill of the operator, it is possible to stably attach a pad on the compression deformation plate to have a stable pressure distribution. That is, a stable pressure distribution can be formed by not interposing a double-sided tape.
この構成によれば、スラリを保持する表層パッドと撓み変形シートが全面で一体化されていることにより、たとえスラリを保持する表層パッドが膨潤して変形したとしても、その膨潤による伸びの変形を撓み変形シートによって抑制することができる。さらに、表層パッドが撓み変形シートに強固に固定されていない場合では、スラリを保持する表層部分が、研磨のせん断応力によって捻られて破断することが予測されるのに対し、本発明によれば、スラリ保持部分と撓み変形シートが強固に固定されることで、このような懸念はない。 According to this configuration, since the surface layer pad holding the slurry and the flexible deformation sheet are integrated on the entire surface, even if the surface layer pad holding the slurry swells and deforms, the deformation due to the swelling is not deformed. It can suppress by a bending deformation sheet. Furthermore, when the surface layer pad is not firmly fixed to the bending deformation sheet, it is predicted that the surface layer portion holding the slurry is twisted and broken by the shearing stress of polishing, according to the present invention. In addition, since the slurry holding portion and the bending deformation sheet are firmly fixed, there is no such concern.
さらに、ウェーハの凹凸を平坦化とウェーハ表面のうねりに追従する機能の二つを両立するための撓み変形シートによる撓み変形制御において、撓み変形シートと表層パッドが一体化することで、その一体化した部分で安定した撓み変形制御が可能となる。さらにスラリを保持する部分が、スラリ保持やパッドドレッシングによるパッド厚みの減少によって、撓み剛性が低下したとしても、密着された撓み変形シートの撓み剛性が支配的に影響することによって、スラリ保持部を含めて安定した撓み変形制御を実現することができる。その結果、ウェーハ表面の平坦化とウェーハ表面のロングレンジのうねりに追従する機能とを両立させることが可能となる。 Furthermore, in flexural deformation control with a flexural deformation sheet to achieve both of the functions of flattening the unevenness of the wafer and following the waviness of the wafer surface, the flexural deformation sheet and the surface layer pad are integrated to integrate them. Stable bending deformation control can be performed at the part. Furthermore, even if the portion holding the slurry is reduced in flexural rigidity due to the decrease in pad thickness due to slurry holding or pad dressing, the flexural rigidity of the closely-fitted deformation deformed sheet is dominantly affecting the slurry holding portion. In addition, stable bending deformation control can be realized. As a result, it is possible to achieve both the flattening of the wafer surface and the function of following the long range waviness of the wafer surface.
請求項2記載の発明は、前記圧縮変形板における表面の弾性体は、空隙のない圧縮永久歪の小さい弾性材料にて形成されるとともに、前記研磨パッドに対向する対向表面を区分化され、
該区分化された弾性体の対向表面は、夫々独立して変形することを特徴とする請求項1記載の圧力分布調整機能を有する研磨装置を提供する。
According to a second aspect of the present invention, the elastic body on the surface of the compression deformation plate is formed of an elastic material having a small compression set without voids, and the opposed surface facing the polishing pad is segmented.
2. The polishing apparatus having a pressure distribution adjusting function according to claim 1, wherein the opposing surfaces of the segmented elastic bodies are independently deformed.
この構成によれば、圧縮変形板として、研磨による繰り返し応力を受ける上においても、弾性体に圧縮永久ひずみが残らず、絶えず安定した弾性回復力を有する密な材料を選択することができる。仮に、密ではない弾性材料、たとえばスポンジのような空隙を有する弾性体の場合、繰返し応力下で弾性体そのものが変形し、安定した弾性回復力が望めず、研磨の圧力分布を繰り返し再現できるものでない。 According to this configuration, even when subjected to repeated stress due to polishing, a dense material having a stable elastic recovery force can be selected without causing any permanent compression set in the elastic body. If the elastic material is not dense, for example, an elastic body having a void such as a sponge, the elastic body itself is deformed under repeated stress and a stable elastic recovery force cannot be expected, and the pressure distribution of polishing can be reproduced repeatedly. Not.
また、上記示すような安定した弾性回復力を有する密な材料では、ある領域で局所的に弾性体が変形したとした場合、弾性体の体積自体を一定に保とうとする働きから、その近傍付近で跳ね返りの応力が発生する。これにより、研磨の圧力分布を絶えずウェーハ面に追従させることは難しい問題があった。 In addition, in the case of a dense material having a stable elastic recovery force as shown above, when the elastic body is locally deformed in a certain region, the vicinity of the vicinity of the elastic body itself is maintained due to the function of keeping the volume of the elastic body constant. The bounce stress occurs. As a result, there is a problem that it is difficult to keep the polishing pressure distribution continuously following the wafer surface.
しかし、密な圧縮変形板の弾性体における対向表面に溝を持たせるか、弾性体そのものを区分化して配置するかによって、個々の弾性体領域において、個別に独立して変形することが可能となる。従来のような跳ね返りの応力を生むことはなく、ウェーハ表面のうねりに対しても絶えず一様に追従することが可能となる。 However, depending on whether the opposing surface of the elastic body of the dense compression deformation plate has a groove or the elastic body itself is divided and arranged, it can be deformed independently in each elastic body region. Become. The conventional bounce stress is not generated, and it is possible to follow the waviness of the wafer surface constantly and uniformly.
その結果、安定した所定の圧力分布をウェーハ上に形成することができ、ウェーハ研磨形状を精度良く制御することが可能となる。 As a result, a stable predetermined pressure distribution can be formed on the wafer, and the wafer polishing shape can be accurately controlled.
また、この構成によれば、弾性体の対向表面は、例えば、溝などによって区分化されており、おのおのが独立して変形する。弾性体が区分化されていない場合、上記のような圧縮永久ひずみの小さい弾性材料(弾性体)を使用すると、変形した場合でも、弾性材料の体積を一定に保つように他の部分が盛り上がって、変形状態を完了する。研磨におけるこの弾性材料の変形では、一部がウェーハのうねりによって変形したとしても、その他の部分でこのような跳ね返りがあるために、結果的にそれぞれのウェーハ場所によって独立して押圧することはできない。 Moreover, according to this structure, the opposing surface of an elastic body is divided by the groove | channel etc., for example, and each deform | transforms independently. If the elastic body is not segmented, use of an elastic material (elastic body) with a small compression set as described above causes other parts to rise to keep the volume of the elastic material constant even when deformed. Complete the deformation state. This deformation of the elastic material during polishing, even if one part is deformed by the waviness of the wafer, because of such a bounce in the other part, as a result can not be pressed independently by each wafer location .
圧縮変形板の弾性体が区分化されていることにより、区分化されている部分のおのおのが独立して変形し、結果としてウェーハ表面のうねりに関係なく、研磨の圧力分布を制御することが可能となる。 Since the elastic body of the compression deformation plate is segmented, each segmented portion is independently deformed, and as a result, the polishing pressure distribution can be controlled regardless of the waviness of the wafer surface. It becomes.
したがって、例えば弾性体が密度の高い弾性材料で形成されている場合、一部のエリアで凹んだとしても、別のエリアにその跳ね返りが生じるのを防止でき、ウェーハ面内にかかる圧力分布を均一にできる。 Therefore, for example, when the elastic body is formed of a high-density elastic material, even if it is recessed in some areas, it can be prevented from rebounding in other areas, and the pressure distribution on the wafer surface can be made uniform. Can be.
請求項3記載の発明は、前記圧縮変形板は、圧縮変形するための前記弾性体と、該弾性体を全面で一様固定する硬質板とを備えていることを特徴とする請求項2記載の圧力分布調整機能を有する研磨装置を提供する。
Third aspect of the present invention, the compressive deformation plate, said elastic body for compressing deformation, according to
圧縮変形板が弾性体だけで構成される場合、圧縮変形板をプラテンに固定することが難しく、例えば、ねじ固定はできない。両面テープや接着固定では、貼り付け方によって圧力ばらつきができ、作業者がそれを容易に行うことはできない。しかし、この構成によれば、あらかじめ所定の圧力分布が形成された弾性体を硬質板に貼り付けられているため、硬質板面をそのまま研磨定盤に載せるだけで作業者が容易に取り付け可能となる。 When the compression deformation plate is composed only of an elastic body, it is difficult to fix the compression deformation plate to the platen, for example, screw fixing is not possible. With double-sided tape and adhesive fixing, pressure variations can occur depending on the method of application, and the operator cannot easily do this. However, according to this configuration, since the elastic body in which a predetermined pressure distribution is formed in advance is attached to the hard plate, the worker can easily attach it by simply placing the hard plate surface on the polishing surface plate as it is. Become.
また、取り付けの際の精度においても、プラテンと硬質板が十分面精度が確保されておれば、面を合わせるだけである。さらに双方が十分剛性を有するものであれば、ねじ固定などによって、十分取り付け可能である。そのねじ固定によっても、弾性材料の圧力分布が乱されることはない。 In addition, as for the accuracy in mounting, if the platen and the hard plate have sufficient surface accuracy, they are simply aligned. Furthermore, if both have sufficient rigidity, they can be sufficiently attached by screw fixing or the like. The screw distribution does not disturb the pressure distribution of the elastic material.
さらに、弾性体の裏面に硬質板を一体に貼り付けて、所定の圧力分布が形成された圧縮変形板をプラテン上に装着し、さらに、裏面に撓み変形シートを一体に貼り付けた表層パッドを弾性体の上に装着する。すなわち、プラテンの表面には、上から順番に表層パッド、撓み変形シート、弾性体、硬質板が貼り付けられており、圧縮変形板は、弾性体と硬質板が一体となったものとしている。 Furthermore, a hard plate is integrally attached to the back surface of the elastic body, a compression deformation plate on which a predetermined pressure distribution is formed is mounted on the platen, and a surface layer pad in which a bending deformation sheet is integrally attached to the back surface. Mount on the elastic body. That is, a surface layer pad, a bending deformation sheet, an elastic body, and a hard plate are attached to the surface of the platen in order from the top, and the compression deformation plate is formed by integrating the elastic body and the hard plate.
この構成によれば、圧縮変形板によってプラテン表面と裏面で多少の温度勾配によって熱変形したとしても、その変形を弾性体の変形マージンによって吸収するとともに、物質の弾性変形に応じて安定した所定の圧力分布が形成される。また、弾性体でプラテンを保護することにより、プラテンに打痕などがついても、圧力分布が変化しない。さらに、弾性体を硬質板に貼り付けて一体構成にしたので、プラテンを取り換えずとも容易に圧力分布調整が行える。 According to this configuration, even if thermal deformation is caused by a slight temperature gradient between the platen surface and the back surface by the compression deformation plate, the deformation is absorbed by the deformation margin of the elastic body and is stable according to the elastic deformation of the substance. A pressure distribution is formed. Further, by protecting the platen with an elastic body, the pressure distribution does not change even if the platen has a dent or the like. Further, since the elastic body is attached to the hard plate to form an integrated structure, the pressure distribution can be easily adjusted without replacing the platen.
請求項4記載の発明は、前記圧縮変形板は、前記プラテン上から一体で交換可能に形成されていることを特徴とする請求項3記載の圧力分布調整機能を有する研磨装置を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the polishing apparatus having a pressure distribution adjusting function according to the third aspect, wherein the compression deformation plate is formed so as to be integrally replaceable from the platen .
この構成によれば、圧縮変形板を構成する弾性体と硬質板とが一体となって交換可能に形成されている。これにより、弾性体と硬質板とが、プラテンと研磨パッドとの間で不要に移動することを回避するため、圧縮変形板に形成された圧力分布を長期に亘って安定させることができる。 According to this configuration, the elastic body and the hard plate constituting the compression deformation plate are integrally formed to be exchangeable. Thereby, in order to avoid that an elastic body and a hard board move unnecessary between a platen and a polishing pad, the pressure distribution formed in the compression deformation board can be stabilized over a long period of time.
請求項5記載の発明は、前記圧縮変形板は、その表面を予め圧力分布を考慮した形状に形成されていることを特徴とする請求項4記載の圧力分布調整機能を有する研磨装置を提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the polishing apparatus having a pressure distribution adjusting function according to the fourth aspect, wherein the surface of the compression deformation plate is formed into a shape in consideration of the pressure distribution in advance. .
この構成によれば、あらかじめ圧縮変形板に圧力分布が形成されていることから、パッドによることなく、安定した圧力分布をウェーハに与えることが可能となる。特に、パッドは研磨とともにパッドドレッシングによって消耗し、消耗による交換頻度は非常に高い。それに対して、圧縮変形板は、研磨の応力を受けるだけであり、表層のパッドと違って、スラリに浸されることやドレッシングによって消耗することもない。よって、応力を繰り返し受ける状態にあっても、圧縮永久ひずみの小さい弾性材料を使用することによって、長期に渉って、同様の弾性回復力を出すことは可能となり、安定した圧力分布を形成することが可能となる。 According to this configuration, since the pressure distribution is formed on the compression deformation plate in advance, it is possible to give a stable pressure distribution to the wafer without using the pad. In particular, the pad is consumed by pad dressing along with polishing, and the exchange frequency due to consumption is very high. On the other hand, the compression deformation plate is only subjected to polishing stress, and unlike the surface layer pad, it is not immersed in the slurry or consumed by the dressing. Therefore, even in a state where stress is repeatedly applied, by using an elastic material having a small compression set, it is possible to produce the same elastic recovery force over a long period of time, and a stable pressure distribution is formed. It becomes possible.
圧縮変形板は、十分な変形マージンをもちながら変形する。それによって、部材の厚みむら、プラテンの熱変形による厚みむら及びウェーハ基板それ自体の厚みむらなど、一連の多少の寸法変形を十分に許容するだけの変形マージンを有している。この十分な変形マージンを有する状態で、あらかじめ圧縮変形板に設けた圧力分布をウェーハに与えることによって、こうした各種の外乱の影響を受けることがないロバスト(安定)な圧力分布をウェーハに与えることが可能となる。 The compression deformation plate is deformed with a sufficient deformation margin. As a result, there is a deformation margin sufficient to allow a series of slight dimensional deformations such as uneven thickness of the member, uneven thickness due to thermal deformation of the platen, and uneven thickness of the wafer substrate itself. By giving the wafer the pressure distribution previously provided on the compression deformation plate with this sufficient deformation margin, it is possible to give the wafer a robust pressure distribution that is not affected by various disturbances. It becomes possible.
さらには、ウェーハを減圧吸着してウェーハ裏面を基準として平面矯正している。この平面矯正された状態でウェーハは、研磨圧力を受けても裏面の平面状態はほとんど変形しない。その変形しない基準状態の下で、あらかじめ圧力分布を設定した圧縮変形板の圧力分布をウェーハ表面に作用することで安定した圧力分布をウェーハ表面に作用させることが可能となる。 Furthermore, the wafer is vacuum-adsorbed and flattened on the basis of the wafer back surface. Even when the wafer is subjected to the polishing pressure in the flattened state, the flat state of the back surface hardly deforms. It is possible to apply a stable pressure distribution to the wafer surface by applying the pressure distribution of the compression deformation plate, in which the pressure distribution is set in advance, to the wafer surface under the reference state that does not deform.
請求項6記載の発明は、前記研磨パッドは、前記ウェーハ表面の凹凸を平坦化する領域において、前研磨パッドの撓み変形量が圧縮変形量より小さく、前記ウェーハ表面のうねりに追従する領域において、前記研磨パッドの撓み変形量が圧縮変形量より大きくなるように撓み剛性を設定されていることを特徴とする請求項1記載の圧力分布調整機能を有する研磨装置を提供する。 According to a sixth aspect of the present invention, in the region where the polishing pad flattens the irregularities on the surface of the wafer, the amount of deformation of the pre-polishing pad is smaller than the amount of compressive deformation and follows the waviness of the wafer surface. 2. A polishing apparatus having a pressure distribution adjusting function according to claim 1 , wherein the bending rigidity is set so that the bending deformation amount of the polishing pad is larger than the compression deformation amount.
この構成によれば、ウェーハ表面の凹凸を平坦化する領域においては、上記一体化した表層パッドの撓み変形量が圧縮変形量よりも小さくなるように研磨パッドの撓み剛性を設定する。これに対して、ウェーハ表面のうねりに追従する領域においては、一体化した表層パッドの撓み変形量が圧縮変形量よりも大きくなるように研磨パッドの撓み剛性を設定する。 According to this configuration, the flexural rigidity of the polishing pad is set so that the flexural deformation amount of the integrated surface layer pad is smaller than the compressive deformation amount in the region where the unevenness on the wafer surface is flattened. On the other hand, in the region following the waviness of the wafer surface, the flexural rigidity of the polishing pad is set so that the flexural deformation amount of the integrated surface layer pad is larger than the compressive deformation amount.
本発明は上述したように、弾性体の裏面に硬質板を一体に貼り付けてプラテンの上に装着し、さらに、表層パッドの裏面に撓み変形シートを一体に貼り付けて弾性体の上に装着し、ウェーハの反りを修正しながら、ウェーハの平均化を行うように構成したので、弾性体によってプラテンの熱変形を吸収し、物質の弾性変形に応じて安定した圧力分布を形成することができる。また、弾性体でプラテンを保護することにより、プラテンに打痕などがついても、圧力分布の変化を防止できる。さらに、弾性体を硬質板に貼り付けて一体構成にしたので、プラテンを取り換えずとも容易に圧力分布調整が可能となる。 In the present invention, as described above, a hard plate is integrally attached to the back surface of the elastic body and mounted on the platen, and a flexible deformation sheet is attached to the back surface of the surface layer pad and attached to the elastic body. Since the wafer is averaged while correcting the warp of the wafer, the elastic deformation can absorb the thermal deformation of the platen and form a stable pressure distribution according to the elastic deformation of the substance. . Further, by protecting the platen with an elastic body, it is possible to prevent a change in pressure distribution even if the platen has a dent or the like. In addition, since the elastic body is attached to the hard plate and integrated, the pressure distribution can be easily adjusted without replacing the platen.
また、表層パッドが展延性の小さい撓み変形シート上に貼り付けられているので、表層パッドを貼り付けるための両面テープが必要でなくなり、圧力分布以外に粘着力の微調整などが不要になる。 Moreover, since the surface layer pad is affixed on the flexible deformable sheet having a low spreadability, a double-sided tape for affixing the surface layer pad is not necessary, and fine adjustment of the adhesive force is not required other than the pressure distribution.
また、張上機構が一体に貼り付けられた表層パッドと撓み変形シートとから成る研磨パッドを研磨パッド上で張り上げて固定するため、表層パッドの貼り付けに伴う圧力変化を防止でき、表層パッドが膨潤しても伸びることなく装着することが可能である。また、一体に貼り付けられた表層パッドおよび撓み変形シートは容易に撓むため、弾性体で形成された圧力分布を反映することができる。さらに、一体に貼り付けられた表層パッドおよび撓み変形シートと、弾性体との間に両面テープを介在させないので、安定した圧力分布を確保することができる。 In addition, since the polishing pad made up of the surface layer pad and the bending deformation sheet with the tension mechanism attached integrally is lifted and fixed on the polishing pad, it is possible to prevent the pressure change associated with the surface layer pad from being attached. Even if it swells, it can be mounted without stretching. Moreover, since the surface layer pad and the bending deformation sheet that are attached together are easily bent, the pressure distribution formed by the elastic body can be reflected. Further, since the double-sided tape is not interposed between the surface layer pad and the flexurally deformable sheet that are integrally bonded and the elastic body, a stable pressure distribution can be ensured.
また、弾性体は圧縮変形の小さい材質にて形成され、かつその表面は予め圧力分布を考慮した凸面形状に形成したので、表層パッドの撓み剛性が低下した場合でも圧力分布の変化を抑えて、ウェーハ面内の研磨均一性を保持することができる。また、弾性体の表面が予め圧力分布を考慮した凸面形状に形成されているので、研磨パッドおよびウェーハが完全にフラットである場合でも、ウェーハ面内で均一な圧力分布が与えられて研磨均一性を確保することができる。 In addition, since the elastic body is formed of a material having a small compressive deformation and the surface thereof is formed in a convex shape in consideration of the pressure distribution in advance, even when the bending rigidity of the surface layer pad is reduced, the change in the pressure distribution is suppressed, Polishing uniformity within the wafer surface can be maintained. In addition, since the surface of the elastic body is formed in a convex shape considering the pressure distribution in advance, even if the polishing pad and the wafer are completely flat, a uniform pressure distribution is given within the wafer surface and the polishing uniformity Can be secured.
また、弾性体の対向表面は区分化されて、おのおのが独立して変形し、かつ弾性体および硬質板が一体で交換可能に形成したので、プラテンに貼り付けるシートが、密度の高い弾性体であったとしても、押し付ける圧力によってその跳ね返りが生じないように、ウェーハ全面に均一な圧力分布を与えることができる。また、研磨パッドのドレッシングにより、表層の厚みが変化して撓み剛性に関する指数が初期の状態から変化するような場合であっても、安定して一様な圧力分布をウェーハ上に形成することができる。 In addition, the opposing surface of the elastic body is segmented, and each of them is deformed independently, and the elastic body and the hard plate are formed so as to be integrated and replaceable. Therefore, the sheet to be attached to the platen is a high-density elastic body. Even if it exists, uniform pressure distribution can be given to the whole wafer surface so that the rebound does not occur due to the pressing pressure. Also, even when the surface thickness changes due to the dressing of the polishing pad and the index related to the flexural rigidity changes from the initial state, a stable and uniform pressure distribution can be formed on the wafer. it can.
研磨中の発熱によってプラテンが熱変形するのを防止するとともに圧力分布変化することを最小限に抑えたプラテンシートを提供するという目的を達成するために、研磨パッド上にスラリを滴下供給しながらウェーハと前記研磨パッドを相対的に摺接して研磨を行う研磨装置において、
前記ウェーハの裏面を基準面として、ウェーハ全面を減圧して平面矯正して取り付けるウェーハ保持台と、
前記ウェーハに対して相対的に運動するプラテン上に敷設固定されて所望の圧力分布を形成された圧縮変形板と、
該圧縮変形板上に前記研磨パッドを張り上げて固定する張上機構とを有し、前記研磨パッドは、前記圧縮変形板上に敷設されて撓み変形によって変位可能な撓み変形シートと、該撓み変形シート上に敷設されて滴下されたスラリを保持する表層パッドとを備え、前記表層パッドは、前記撓み変形シート上に貼り付けられて一体化されている圧力分布調整機能を有する研磨装置により実現した。
In order to achieve a purpose of providing a platen sheet that prevents the platen from being thermally deformed due to heat generation during polishing and minimizes a change in pressure distribution, the wafer is supplied while dropping slurry on the polishing pad. In a polishing apparatus that performs polishing by relatively sliding the polishing pad and the polishing pad,
Using the back surface of the wafer as a reference surface, a wafer holding table to which the entire surface of the wafer is decompressed and flattened,
A compression deformation plate that is laid and fixed on a platen that moves relative to the wafer to form a desired pressure distribution;
A tension mechanism that lifts and fixes the polishing pad on the compression deformation plate, and the polishing pad is laid on the compression deformation plate and can be displaced by bending deformation; and the deformation deformation and a surface layer pad which holds the slurry dropped is laid on the sheet, the surface layer pad is more achieved a polishing apparatus having a pressure distribution adjustment function are integrated pasted on the bending deformation sheet did.
図1はCMP式の研磨装置の全体斜視図、図2はウェーハ保持台の説明図である。研磨装置10は、主としてウェーハを保持するウェーハ保持台20と、回転するプラテン30と、プラテン30の上に圧縮変形板40を介して装着された研磨パッド50とから構成されている。前記ウェーハ保持台20は円盤状に形成され、その下面にウェーハを減圧して保持し、その上面中央部に回転軸21が連結されて、図示しないモータの駆動によって矢印A方向へ回転する。
FIG. 1 is an overall perspective view of a CMP type polishing apparatus, and FIG. 2 is an explanatory view of a wafer holder. The polishing
ウェーハ保持台20は、全面に減圧吸着用の溝がつけられている。この吸着台の溝に連通する減圧吸引孔20aを通して、減圧することにより、ウェーハをウェーハ保持台20に強固に吸着保持することが可能となる。ウェーハ保持台20のウェーハチャック板20bの表面の平面度は、例えば5μm程度に仕上げられている。またウェーハ保持台20の平行度も10μm以内である。このような状態でウェーハはたとえ反りを持っていても、この減圧吸着によって、その反りは十分矯正することが可能となる。結果的には、ウェーハ裏面を基準としてウェーハは撓むことなく強固に平面矯正される。
The
次に、圧縮変形板40は、弾性体41を硬質板42に貼り付けた構成としている。硬質板42の材質としては、ステンレスやセラミックスなど、多少の応力をうけても変形しない平面基準となる部材を使用することが望ましい。
Next, the
この硬質板42がベースとなって圧縮変形板40となり、プラテン30にそのまま取り付ける。プラテン30上にこの硬質板42を取り付ける場合は、プラテン30の面と硬質板42の面を合わせるだけとし、プラテン30上にピン(図示せず)を立てておき、硬質板42がプラテン30の面に対してずれないようにしておけばよい。
The
また、別の方法として、硬質板42の外周部をプラテン30にねじ固定によって取り付けてもよい。双方が十分硬質で合わせ面で合わせているため、周辺をねじ固定したとしても、その固定方法で圧縮変形板40がウェーハに及ぼす圧力分布に影響することはない。
As another method, the outer peripheral portion of the
硬質板42の上に、弾性体41を貼り付ける方法は、両面テープによる方法や接着剤による方法などが選択される。圧力分布の形成に非常に敏感な部材であるため、弾性体41をできる限り全面一様に硬質板42に貼り付ける方法が望ましい。
As a method of attaching the
弾性体41の材料は、スチレンブタジエンラバーやニトリルブタジエンラバーなど、圧縮永久ひずみの残らないゴム材料を使用することが望ましい。また、ゴム硬度は、JIS6253で20から60程度の材質を選ぶとことが望ましいが、これはゴム材料の表面形状にもよる。表面を微小区画に切れ目を入れることで、みかけの変形量を大きくし、多少硬い材料であっても柔らかくすることは可能となる。
As the material of the
次に、図3に示すように、弾性体41にあらかじめ圧力分布形状をつけておく。弾性体41の表面、すなわち、弾性体41上に載置される研磨パッド(図示せず)に対向する対向表面41sを所定形状に削りだすことで、こうした圧力分布形状を出すことは可能である。その圧力分布を形成するための圧縮変形板40の弾性体41を成形する形状は、図3(a)に示す凸面形状、図3(b)に示す凹面形状、図3(c)に示すテーパ形状など、様々な形状にすることが可能である。このような形状は、あらかじめ市販の圧力分布測定装置などを用いて、その圧力勾配に基づいた形状になるように修正して弾性体の対向表面41sを加工すればよい。
Next, as shown in FIG. 3, the
弾性体41の対向表面41sの加工方法は、型等により成形することも可能であるが、硬質板42に弾性材料を両面テープや接着剤43にて全面接着した後に、表面を研削加工することが最も細かく圧力分布を修正する上で好適である。弾性体41の表面形状としては、例えば、弾性体41の対向表面41sを100μmから200μm程度ほど、ウェーハ中央部に接する部分(弾性体の中心と外周の中間部分)が、ウェーハ周辺部に接する部分(弾性体の中心か外周部分)に比べて高くなるように設定するようにした。
Although the processing method of the opposing
弾性体41のトータル厚みは7mmとし、その下の硬質板42の厚みは、SUSで作製して厚みを1cmとした。SUS部の平行度、平面度は、10μm以下程度とした。この精度では、弾性体41の変形マージンを十分取ることが可能である。
The total thickness of the
次に、圧力分布形状を設けても、必ずしも所望の圧力分布形状にならない場合もある。これは先に述べたように、密度の高い弾性体41の場合、体積を一定に保つように変形するため、ある箇所で局部的に変形した弾性体41の体積は、別の箇所に跳ね返りとしてその変形分盛り上がるようになる。弾性体41の体積を一定に保つために、局部的な変形を許容しないように弾性体41が変形することになり、結果として、歪な変形になることもある。
Next, even if a pressure distribution shape is provided, a desired pressure distribution shape may not necessarily be obtained. As described above, in the case of the
そのようなことから、図3(d)に示すように弾性体41の対向表面41sに溝41aを設けている。この溝41aは弾性体41がそれぞれ縦方向に圧縮変形を受けた場合に、弾性体41が体積一定に保つように変形するとしても、その変形による体積減少分は溝41aの部分で膨らむことになる。その結果、溝41aに仕切られたそれぞれの区画の部分で、独立して弾性体41が圧縮変形することを許容する。この溝41aの形状としては、格子状や三角状、円状など様々な模様で溝41aを弾性体41の対向表面41sに形成することが可能である。溝41aの形状として、深さを例えば5mmとした。また、溝ピッチは、15mmとし、溝幅は1mm程度とした。
For this reason, a
図4は本件特許における表層パッド51と撓み変形シート52とを一体化した研磨パッド50が凹みを押圧する状態の断面図、図5は対応するばねモデルの説明図である。尚、説明の都合上、ウェーハとパッドの位置関係を上下逆にしている。
FIG. 4 is a cross-sectional view of a state in which the
図4に示すように、弾性体41の上に、表層パッド51と撓み変形シート52とからなる研磨パッド50を取り付ける。撓み変形シート52は、引っ張り応力に強いが、可撓性の部材であることが望まれる。なぜならば、本方式の場合、この撓み変形シート52の撓み変位が、ウェーハWを平坦化するオーダーではほとんど撓まず、ウェーハWのうねりに追従するオーダーでは、十分に撓んでウェーハW表面に追従する程度の撓み変形シート52が望まれる。
As shown in FIG. 4, a
そのため、撓み変形シート52の材質としては、ステンレスシートやその他の金属材料、ないしはPET材料やテフロン(登録商標)シートなどが好適である。撓み変形シート52の厚みは、例えばPET材料やその他の樹脂シートを使用した場合、1mm〜2mm程度が好適であるが、これより薄いものであっても構わない。この撓み変形シート52の厚みは、平坦化するウェーハW表面に形成された凹凸の横方向の大きさに依存する。すなわち、せいぜい0.01mmオーダーのエリアにおける凹凸であれば0.05mm程度の厚みで十分であるが、それが1mm程度のオーダーのエリアにおける凹凸が形成されているとすれば、撓み変形シート52は1mm程度の厚みが必要となる。
Therefore, as a material of the
撓み変形シート52が1mm程度の厚みであれば、その部材のヤング率にもよるが、ウェーハW上にφ100mm領域程度のうねりがある場合であっても、表層パッド表面はウェーハW表面に難なく、追従することが可能となる。その結果、撓み変形シート52が、圧縮変形板40の圧縮変形量に依存した形態で撓み変形シート52が撓むことが可能となる。
If the
さらに、その撓み変形シート52の上には、スラリの保持性がよく、研磨に寄与する表層パッド51がある。この表層パッド51は、果たすべき機能として、研磨に寄与するということであるが、具体的にはスラリの保持性がよく、また、表層パッド51が目詰まりした場合に、その状態から回復可能なようにパッドドレッシングを行うことが可能であることなどの機能が求められる。
Further, on the
例えば、硬質な材料で表層パッド51を形成した場合、たとえばポリエチレンシートや塩ビシート、アクリルシートなど、単純なシート材料を使用したとしても、スラリの保持性は悪く、さらに、スラリ保持性を浴するためにその表面をパッドドレッシングするなどもできないことが考えられる。そのため、例えば、樹脂といっても発泡体や不織布に硬質樹脂を含浸した材料が使用される。ニッタハース社製のIC1000(厚み1.27mm)などはスラリ保持性が良く、パッドドレッシング可能であり、良好な研磨特性を得ることのできる表層パッド51の一例である。
For example, when the
当然ながら、こうしたスラリ保持性がよいパッド材料は、スラリを保持する際に多少膨潤してスラリを保持する。さらに、スラリの保持面積を大きくするため発泡体などの形状をしている。こうした発泡体形状の部材においては、スラリを保持することで、パッド自体が膨潤して拡張するため、当然、硬度や撓み変形度合いなどは変化する。そのため、パッド材料を撓み変形シート52の代わりとして、一定の撓み変形を維持させて使用することは難しく、パッドはスラリ保持性能や、ドレッシング性能により表面状態が絶えず維持され、研磨特性を最も良好に得るための部材とすることが本来の機能である。
Needless to say, such a pad material having good slurry holding ability swells somewhat to hold the slurry when holding the slurry. Furthermore, it is shaped like a foam to increase the holding area of the slurry. In such a foam-shaped member, since the pad itself swells and expands by holding the slurry, the hardness, the degree of flexural deformation, and the like naturally change. Therefore, it is difficult to use the pad material in place of the
そうしたことから、撓み変形シート52に求められる機能は、表層パッド51が果たすことができないスラリの保持性やパッドドレッシング状態などに関係なく、安定した撓み特性を得ることが求められる。そのため、発泡体や不織布に硬質樹脂を含浸したような材料で形成することは撓み変形の安定性を大きく阻害するものになるため、極力無垢でスラリを保持しない強固なシート材料であることが望ましい。
For this reason, the function required of the
また、この表層パッド52と撓み変形シート51は、一体となって圧縮変形板40上で撓むことが必要とされるため、一体化していることが望ましい。一体化の方法としては、両面テープなどによる貼り付けや接着剤による貼り付け、熱圧着など様々な方法を用いることができる。撓み変形シート51と表層パッド52が一体化された場合においても、それぞれの部材の特性から、層ごと(表層パッド52部分と撓み変形シート51部分)に性質は異なることは自明である。
Further, since the
次に、撓み変形シート52に関するウェーハ表面を平坦化する効果と、ウェーハ表面のうねりに追従する原理について述べる。
Next, the effect of flattening the wafer surface with respect to the
図4に示すように、ウェーハW上に直径2aの凹み22を想定し、凹み22の径(大きさ)によるパッドの追従性を評価する。追従性がよい場合、即ち凹みにまで十分パッドが到達する場合は、均一に研磨進行することを示す。凹みに追従しない場合は凸部だけを選択的に研磨することを示す。
As shown in FIG. 4, assuming a
図5に示すように、撓み変形シート52と表層パッド51で構成された研磨パッド50と、その下の圧縮変形板40を合わせたばねモデルは、ばね定数が大きく異なるばねAとばねBが直列に繋がれ、その間に板ばねCを挟んだ状態とみなされる。ばねAは、表層パッドの圧縮変形を指す。硬質部材で変形しにくく、ばね定数は非常に大きい。ばねBは圧縮変形板の圧縮変形を指す。弾性体で形成されているため、ばね定数は小さく、ばねAと比較すると容易に変形する。
As shown in FIG. 5, in the spring model in which the
その間の板ばねCは、表層パッドの裏側に貼り付けられている撓み変形シートに相当する。この3つのばねの状態によって、微小な凹凸の平坦化とウェーハ全面に対する均一研磨の両立を図る。平坦化研磨と均一研磨の両立を図る上で、表層パッドの縦弾性による変形(ばねA)と撓み変形シートの撓み変形(ばねC)との変形の兼ね合いが重要になる。 The leaf spring C in the meantime corresponds to the bending deformation sheet affixed to the back side of the surface layer pad. By the state of these three springs, it is possible to achieve both flattening of minute irregularities and uniform polishing on the entire wafer surface. In order to achieve both flattening polishing and uniform polishing, it is important to balance the deformation caused by the longitudinal elasticity of the surface layer pad (spring A) and the deformation of the bending deformation sheet (spring C).
一様な分布圧力pがパッドに働いた場合に、表層パッドの縦変形ωAは、次式で近似的に求められる。 When a uniform distributed pressure p is applied to the pad, the longitudinal deformation ωA of the surface layer pad is approximately obtained by the following equation.
尚、EAは次式で示される。 EA is expressed by the following equation.
次に、同様に一様な分布圧力が加えられたときの撓み変形シートの撓み変形量を求める。一様な分布圧力pが撓み変形シート(板ばねC)に働くとして、半径aの凹みに対する撓み変形シートの最大撓み量ωCは次式で表すことができる。 Next, the amount of bending deformation of the bending deformation sheet when a uniform distributed pressure is similarly applied is obtained. Assuming that the uniform distributed pressure p acts on the bending deformation sheet (leaf spring C), the maximum bending amount ωC of the bending deformation sheet with respect to the recess having the radius a can be expressed by the following equation.
尚、Dは次式となる。 In addition, D becomes following Formula.
図6は、凹みの半径aに対して、表層パッドの変形量(ばねAの変形量)と撓み変形シートの撓み変形量(板ばねCの撓み量)を比較するグラフ、図7は凹凸領域に対する撓み変形シートの変位特性の違いを示す説明図である。尚、説明の都合上、図7はウェーハとパッドの位置関係を逆にしている。 FIG. 6 is a graph comparing the amount of deformation of the surface layer pad (the amount of deformation of the spring A) and the amount of deformation of the bending deformation sheet (the amount of deformation of the leaf spring C) against the radius a of the recess, and FIG. It is explanatory drawing which shows the difference in the displacement characteristic of the bending deformation sheet | seat with respect to. For convenience of explanation, FIG. 7 shows the positional relationship between the wafer and the pad reversed.
図6に示すように、表層パッドの変形量は、凹みの領域が大きくなっても理論上一定の値となる。それに対して、撓み変形シートの撓みによる変形量は、凹みの半径aの4乗に比例して、急激に増大する。凹みの半径aが4mm未満の場合、撓み変形シートの撓み変形量は無視できるほど小さく、表層パッドの変形量が撓み変形シートの撓み量を上回る。この領域では、硬質な部材である表層部材の変形量が支配的であるため、凹みに追従することなく、凸部が選択的に研磨される。 As shown in FIG. 6, the deformation amount of the surface layer pad has a theoretically constant value even when the dent area is large. On the other hand, the amount of deformation due to the bending of the bending deformation sheet increases rapidly in proportion to the fourth power of the radius a of the recess. When the radius a of the dent is less than 4 mm, the bending deformation amount of the bending deformation sheet is negligibly small, and the deformation amount of the surface layer pad exceeds the bending amount of the bending deformation sheet. In this region, since the deformation amount of the surface layer member that is a hard member is dominant, the convex portion is selectively polished without following the dent.
一方、凹み半径aが4mm以上の場合、撓み変形シートの撓み変形量が表層パッドの圧縮変形量を大きく上回る。撓み変形シートが撓みは、圧縮変形板の変形で支えられる。半径aが10mm以上の場合では、撓み変形シートの撓み変形量は非常に大きく、変形に要する応力はほとんど無視できることから、トータルのばね定数Kは、表層パッド(ばねA)のばね定数KAと圧縮変形板(ばねB)のばね定数KBを直列に組み合わせたものとなり、次式で表される。 On the other hand, when the dent radius a is 4 mm or more, the bending deformation amount of the bending deformation sheet greatly exceeds the compression deformation amount of the surface layer pad. The bending of the bending deformation sheet is supported by the deformation of the compression deformation plate. When the radius a is 10 mm or more, the bending deformation amount of the bending deformation sheet is very large, and the stress required for the deformation is almost negligible. Therefore, the total spring constant K is equal to the spring constant KA of the surface layer pad (spring A) and the compression. The spring constant KB of the deformation plate (spring B) is combined in series, and is expressed by the following equation.
ここで、圧縮変形板は、表層パッドと比較して、ばね定数は非常に小さく、KA≫KBであることから、(5)式より、トータルの弾性定数Kは、次式となる。 Here, the compression deformation plate has a very small spring constant as compared with the surface layer pad, and KA >> KB. Therefore, from equation (5), the total elastic constant K is expressed by the following equation.
これは、圧縮変形板の変形が支配的であることを示しており、凹みに対して、表層パッド表面は十分追従することを示している。 This indicates that the deformation of the compression deformation plate is dominant, and the surface pad surface sufficiently follows the dent.
狭い領域の凹凸、凹みの半径aが4mm未満の場合、撓み変形シートはほとんど撓まないため、表層パッドの圧縮変形が支配的になり、弾性定数Kは、次式となる。 When the unevenness of the narrow region and the radius “a” of the dent are less than 4 mm, the flexural deformation sheet hardly bends, so that the compressive deformation of the surface layer pad is dominant, and the elastic constant K is expressed by the following equation.
図7(a)は凹みの半径aが4mm未満の場合を示し、狭い領域では、板ばねが変形しない。そのため、弾性率の大きいばねAが表面に作用するようになる。表層パッドはウェーハ表面凹凸に追従せず、凸部のみを選択的に研磨し、平坦化が進行する。一方、図7(b)は凹みの半径aが4mm以上の場合を示し、広い領域では、板ばねが変形する。これによって、弾性率の小さいばねCが動くことになる。表層パッドはウェーハ表面凹凸に追従して、凹凸部分をすべて均一に研磨する。 FIG. 7A shows a case where the radius a of the recess is less than 4 mm, and the leaf spring does not deform in a narrow region. Therefore, the spring A having a large elastic modulus acts on the surface. The surface layer pad does not follow the irregularities on the wafer surface, and only the convex portions are selectively polished, and the planarization proceeds. On the other hand, FIG. 7B shows a case where the radius a of the recess is 4 mm or more, and the leaf spring is deformed in a wide region. As a result, the spring C having a small elastic modulus moves. The surface layer pad follows the irregularities on the wafer surface and uniformly grinds all irregularities.
このように、撓み変形シートの撓み特性を変えることで、圧縮変形板の圧縮弾性を作用させるか、それとも作用させずに表層パッドの圧縮弾性のみを作用させるかで、凹凸に追従させるか、それとも追従させずに凸部を研磨し平坦化するか、を分けることが可能となる。 In this way, by changing the bending characteristics of the bending deformation sheet, whether the compression deformation of the compression deformation plate is applied or only the compression elasticity of the surface layer pad is applied without being applied, or the unevenness is followed. It is possible to separate whether the convex portion is polished and flattened without being followed.
これは、局所的な平坦化研磨とグローバルな均一研磨を両立できることを表している。撓み変形シートのヤング率や厚みを調整し、パッドの撓み特性を変化させることで、平坦化研磨と均一研磨の臨界領域を調整することが可能になる。 This represents that local planarization polishing and global uniform polishing can be compatible. By adjusting the Young's modulus and thickness of the flexural deformation sheet and changing the flexural characteristics of the pad, it becomes possible to adjust the critical region of flattening polishing and uniform polishing.
以上の原理に基づいて、撓み変形シートのたわみ特性が領域の大きさによって、急激に変化することを利用して、局所的な部分でのウェーハの凹凸を平坦化しつつ、ウェーハ表面のうねりについて、追従して研磨する。 Based on the above principle, using the fact that the deflection characteristics of the flexural deformation sheet changes rapidly depending on the size of the region, while flattening the unevenness of the wafer in the local portion, about the waviness of the wafer surface, Follow and polish.
図8は、研磨パッド50の構成の種々の例を示す説明図である。撓み特性を一様かつ連続にするため、撓み変形シート52は一枚のシートで構成される。それに対して、表層パッド51はスラリを保持して、研磨する機能のみを有する。そのため、図8(a)のように、一枚の連続したシートでも良いが、図8(b)のように、ウェーハに対向する研磨部だけに撓み変形シート52を貼り付けても良い。さらに、図8(C)のように、表層パッド51にスラリを均一に行き渡らせるため、表層パッド51を区分化しておき、その位置間一枚を撓み変形シート52を一枚ずつ貼り付けてもよい。また、図8(d)のように、表層パッド51を区分化するのであれば、あらかじめ表層パッド51に溝53をつけておき、溝53を設けた一枚の表層パッド51を撓み変形シート52に貼り付けても良い。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing various examples of the configuration of the
こうした機構・構成を用いて、例えば以下のような研磨条件にて研磨を行うことが可能となる。 Using such a mechanism and configuration, it is possible to perform polishing under the following polishing conditions, for example.
このような実験条件により、研磨を行った。100μm程度の幅で、0.5μmの段差を有する凸部は、0.5μm程度研磨した後には、0.1μm以下の段差になるまで平坦化された。さらに、ウェーハ研磨レートの面内均一性は、3.2%(1σ)と良好な均一性を得た。 Polishing was performed under such experimental conditions. The convex part having a width of about 100 μm and a step of 0.5 μm was flattened to a step of 0.1 μm or less after being polished by about 0.5 μm. Furthermore, the in-plane uniformity of the wafer polishing rate was as good as 3.2% (1σ).
一方、前記プラテン30は円盤状に形成され、その下面中央部に回転軸31が連結されており、モータ32の駆動によって矢印B方向へ回転する。前記プラテン20上の研磨パッド50に研磨剤を含んだスラリを供給しながら、ウェーハ保持台20面に保持されたウェーハを回転するプラテン30上の研磨パッド40に押圧することにより、ウェーハ面が研磨される。
On the other hand, the
図9は前記プラテン30の説明図である。前述したように、プラテン30の上には圧縮変形板40を介して研磨パッド50が装着されているが、なお詳述すれば、同図に示すように、弾性体41の裏面に硬質板42を一体に貼り付けてプラテン30の上に装着し、さらに、表層パッド51の裏面に撓み変形シート52を一体に貼り付けて弾性体41の上に装着する。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the
前記弾性体41は比較的に圧縮変形の小さい材質にて形成され、撓み剛性が高く平坦化特性が良好である。弾性体41の対向表面41sは例えば溝(図示せず)などによって区分化されており、おのおのが独立して変形するように形成され、また、弾性体41の対向表面41sが予め圧力分布を考慮した凸面形状となっている。
The
また、前記弾性体41の裏面に貼り付けられた硬質板42は、ステンレス製あるいはセラミックス製のプレートを使用し、焼付けなどの手段にて弾性体41の裏面に貼り付ける。そして、一体に貼り付けられた弾性体41および硬質板42は、プラテン30の上に載置されて、物理的固定手段にて固定される。
Further, the
ここで、前記表層パッド51の裏面に貼り付けられた撓み変形シート52は、狭い領域では撓まず広い領域で撓むような材質、例えばPET(Polyethylene Terephthalate)フィルムを使用する。そして、一体に貼り付けられた表層パッド51および撓み変形シート52の外周縁部を挟持する止めリング60と、プラテン30の側面に設けられて止めリング60をプラテン30の側面下方に引き下ろした状態で位置決め固定するブラケット51とで構成される張上機構により、研磨パッド50を圧縮変形板40上に張り上げて固定する。すなわち、表層パッド51および撓み変形シート52の外周縁部がプラテン30の側面下方へ引き下ろした状態にて固定する。これにより、研磨パッド40に及ぼされる研磨によるせん断応力は、止めリング60で支えられることになり、圧縮変形板50に対して横方向の応力を作用させることはない。
Here, the bending
このように、表層パッド51を撓み変形シート52に貼り付けて一体構成にし、それらの外周縁部を引き下ろした状態にて固定するので、表層パッド51の貼り付けに伴う圧力変化がなく、表層パッド51が膨潤しても伸びることなく弾性体41に装着される。また、一体に貼り付けられた表層パッド51および撓み変形シート52と、弾性体41との間に両面テープを介在させないので、安定した圧力分布を確保できる。
In this way, the
以上のように構成したことにより、発明が解決しようとする課題のすべてを解決することができた。すなわち、課題1:弾性体41によってプラテン30の熱変形を吸収し、プラテン30の表面と裏面との温度差を大きくしないようにしたので、ウェーハ面内の研磨均一性が大きく悪化するのを防止できる。
With the configuration described above, all the problems to be solved by the invention can be solved. That is, since the thermal deformation of the
課題2:表層パッド51が展延性の小さい撓み変形シート52上に貼り付けられているので、両面テープが必要でなくなり、ウェーハ面内に与える圧力分布へ悪影響を及ぼすことを防止できる。
Problem 2: Since the
課題3:一体に貼り付けられた表層パッド51および撓み変形シート52の下に、硬質板41を一体に貼り付けた弾性体41を配置したので、ウェーハ表面のなだらかなうねりに対して、ウェーハ表面に表層パッド51を倣わせつつも、ウェーハの裏面から一様な圧力で押圧する際、ウェーハが表層パッド51上で撓むことなく、安定して一様な圧力分布をウェーハ上に形成することができる。
Problem 3: Since the
課題4:弾性体41の裏面に硬質板41を一体に貼り付けてプラテン30の上に装着したので、プラテンシートが弾性体である場合でも、プラテンシートの取付誤差による圧力分布の変化がなくなり、プラテンシートをプラテン30に取り付ける際に安定した圧力分布を形成できる。
Problem 4: Since the
課題5:弾性体41の表面が予め圧力分布を考慮した凸面形状に形成されているので、表層パッド51が完全にフラットであり、かつウェーハも完全にフラットである場合であっても、ウェーハ面内にかかる圧力分布を均一にすることができる。
Problem 5: Since the surface of the
課題6:弾性体41の表面は区分化されて、おのおのが独立して変形するので、密度の高い弾性体であったとしても、押し付ける圧力によってその跳ね返りが生じないで、ウェーハ全面に均一な圧力分布を与えることができる。
Problem 6: Since the surface of the
課題7:表層パッド51の表層の撓み剛性が弱い場合であっても、2層目を弾性体41および硬質板41が一体で形成したので、撓み変形を抑制することができ、表層パッド51のドレッシングにより、表層の厚みが変化しても、安定して一様な圧力分布をウェーハ上に形成できる。
Problem 7: Even when the
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。 It should be noted that the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and the present invention naturally extends to the modified ones.
10 研磨装置
20 ウェーハ保持台
22 ウェーハの凹み
30 プラテン
40 圧縮変形板
41 弾性体
42 硬質板
50 研磨パッド
51 表層パッド
52 撓み変形シート
60 止めリング
61 ブラケット
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ウェーハの裏面を基準面として、ウェーハ全面を減圧して平面矯正して取り付けるウェーハ保持台と、
前記ウェーハに対して相対的に運動するプラテン上に敷設固定されて所望の圧力分布を
形成された圧縮変形板と、
該圧縮変形板上に前記研磨パッドを張り上げて固定する張上機構とを有し、
前記研磨パッドは、前記圧縮変形板上に敷設されて撓み変形によって変位可能な撓み変形シートと、該撓み変形シート上に敷設されて滴下されたスラリを保持する表層パッドとを備え、
前記表層パッドは、前記撓み変形シート上に貼り付けられて一体化されていることを特徴とする
圧力分布調整機能を有する研磨装置。 In a polishing apparatus that performs polishing by relatively sliding a wafer and the polishing pad while dropping and supplying slurry onto the polishing pad,
Using the back surface of the wafer as a reference surface, a wafer holding table to which the entire surface of the wafer is decompressed and flattened,
A compression deformation plate that is laid and fixed on a platen that moves relative to the wafer to form a desired pressure distribution;
A tensioning mechanism for tensioning and fixing the polishing pad on the compression deformation plate;
The polishing pad is provided with a bending deformation sheet laid on the compression deformation plate and displaceable by bending deformation, and a surface layer pad laid on the bending deformation sheet and holding a dropped slurry.
The polishing apparatus having a pressure distribution adjusting function, wherein the surface layer pad is bonded and integrated on the bending deformation sheet .
該区分化された弾性体の対向表面は、夫々独立して変形することを特徴とする請求項1記載の圧力分布調整機能を有する研磨装置。 The elastic body on the surface of the compression deformed plate is formed of an elastic material having a small compression set without voids, and the opposing surface facing the polishing pad is segmented,
Compartment facing surface of differentiated elastic body polishing apparatus having a pressure distribution adjustment function according to claim 1, wherein that you modified each independently.
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