CN103962938A - 研磨装置 - Google Patents

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Abstract

一种研磨装置，具有：研磨台(5)，其对具有研磨面(3a)的研磨件(3)进行支承；研磨头(4)，其具有用于将基板(W)按压到研磨面(3a)的顶环(15)；研磨头罩壳(50)，其覆盖研磨头(4)；第1清洗液供给机构(54)，其将清洗液供给到研磨头罩壳(50)的外周面(50a)；以及第2清洗液供给机构(61)，其将清洗液供给到研磨头罩壳(50)的内周面(50b)。采用本发明，可防止研磨液附着在研磨头上，进而可防止干燥了的研磨液落到研磨面上。

Description

研磨装置
技术领域
本发明涉及一种研磨装置，尤其涉及一种对晶片等研磨对象物(基板)的表面进行研磨的研磨装置。
背景技术
化学机械研磨(CMP)，是一种利用研磨液的化学性作用和研磨液所含的磨粒的机械作用而对晶片的表面进行研磨的技术。用于实施CMP的研磨装置，通常具有：支承研磨垫的研磨台、将晶片按压到研磨垫上的研磨头以及将研磨液(浆料)供给于研磨垫的研磨液供给机构。研磨头具有：对晶片进行保持并将其按压到研磨垫的研磨面的顶环；以及对该顶环进行驱动的顶环驱动机构等。
晶片被顶环按压到研磨垫的研磨面上，在该状态下研磨台和顶环旋转。晶片在存在研磨液的情况下与研磨垫的研磨面滑动接触，由此对晶片的表面进行研磨。研磨结束后，从喷雾器向研磨垫的研磨面供给雾状流体而清洗研磨面。
发明所要解决的课题
当一边供给研磨液一边对晶片等基板的表面进行研磨时，研磨液附着在包含顶环在内的研磨头上。另外，在喷雾器对研磨面进行清洗时残留在研磨面上的研磨液也附着在研磨头上。附着在研磨头上的研磨液逐渐干燥，结果有时落到研磨面上。这种干燥后的研磨液是使基板的被研磨面产生擦伤的原因。
专利文献1：日本专利特开2008-296293号公报
发明内容
本发明是为解决上述问题而做成的，其目的在于提供一种研磨装置，可防止研磨液附着在研磨头上，进而可防止干燥了的研磨液落到研磨面上。
用于解决课题的手段
本发明的实施方式的一形态是一种研磨装置，其特点是，具有：研磨台，该研磨台对具有研磨面的研磨件进行支承；研磨头，该研磨头具有用于将基板按压到所述研磨面的顶环；研磨头罩壳，该研磨头罩壳覆盖所述研磨头；第1清洗液供给机构，该第1清洗液供给机构将清洗液供给到所述研磨头罩壳的外表面；以及第2清洗液供给机构，该第2清洗液供给机构将清洗液供给到所述研磨头罩壳的内表面。
本发明的较佳形态的特点是，所述第1清洗液供给机构及所述第2清洗液供给机构安装在所述研磨头罩壳上。
本发明的较佳形态的特点是，所述第1清洗液供给机构将清洗液供给到所述研磨头罩壳的整个外表面。
本发明的较佳形态的特点是，所述第2清洗液供给机构将清洗液供给到所述研磨头罩壳的整个内表面。
本发明的较佳形态的特点是，所述第2清洗液供给机构具有：清洗液所流动的清洗液流道；以及与所述清洗液流道连接的多个清洗喷嘴，所述多个清洗喷嘴的顶端开口部与所述研磨头罩壳的内表面接近或接触，并沿该内表面供给清洗液。
本发明的较佳形态的特点是，所述研磨头罩壳的外表面及/或内表面被亲水性的被膜覆盖。
本发明的较佳形态的特点是，所述研磨头罩壳的外表面及/或内表面被防水性的被摸覆盖。
本发明的较佳形态的特点是，在所述研磨头罩壳的外表面形成有向水平方向延伸的凸部或凹部，所述凸部或凹部位于所述第1清洗液供给机构的下方。
本发明的较佳形态的特点是，在所述研磨头罩壳的内表面形成有向水平方向延伸的凸部或凹部，所述凸部或凹部位于所述第2清洗液供给机构的下方。
发明的效果
采用本发明，研磨头被收容在研磨头罩壳内。因此，可利用研磨头罩壳来保护包含顶环在内的研磨头不受研磨液影响。附着在研磨头罩壳上的研磨液，由于由清洗液冲洗，故不会有干燥了的研磨液落到研磨面上。因此，采用本发明，可防止干燥了的研磨液对基板造成的擦伤。
附图说明
图1是本发明所适用的研磨装置的立体图。
图2是图1所示的研磨装置的俯视图。
图3是表示具有覆盖研磨头的研磨头罩壳的研磨装置的一实施方式的立体图。
图4(a)是表示设于研磨头罩壳外周面的槽的放大图，图4(b)是表示设于研磨头罩壳外周面的围堰的放大图。
图5(a)是表示沿图3中符号A所示的点划线切去后的研磨头罩壳的内周面的示图，图5(b)是图5(a)中的V-V线剖视图。
图6(a)是表示设于研磨头罩壳内周面的槽的放大图，图6(b)是设于研磨头罩壳内周面的围堰的放大图。
图7是表示具有覆盖修整头的修整头罩壳的研磨装置的一实施方式的立体图。
符号说明
3 研磨垫
4 研磨头
5 研磨台
6 台轴
8 台电动机
10 研磨液供给机构
15 顶环
16 顶环旋转轴
17 顶环升降机构
18 顶环臂
19 顶环回旋轴
26 轴承
28 搭板
29 支承台
30 支柱
32 滚珠丝杠
38 伺服电动机
40 修整头
41 砂轮修整工具
43 砂轮修整工具旋转轴
45 砂轮修整工具臂
47 砂轮修整工具回旋轴
50 研磨头罩壳
50a 外周面
50b 内周面
51 槽(凹部)
53 围堰(凸部)
54 第1清洗液供给机构
55 清洗液流道
56 清洗喷嘴
61 第2清洗液供给机构
62 清洗液流道
63 清洗喷嘴
71 槽(凹部)
73 围堰(凸部)
81 修整头罩壳
具体实施方式
下面，参照说明书附图来说明本发明的实施方式。
图1是表示对晶片等基板进行研磨的研磨装置。图2是图1所示的研磨装置的俯视图。如图1所示，研磨装置具有：用于对作为研磨件的研磨垫3进行支承的研磨台5；用于对晶片W进行保持并将晶片W按压到研磨台5的研磨垫3上的研磨头4；以及用于将研磨液(例如浆料)供给到研磨垫3的研磨液供给机构10。研磨垫3贴附在研磨台5的上表面上，研磨垫3的上表面构成对晶片W进行研磨的研磨面3a。作为研磨件，也可使用固定磨粒或研磨布等来代替研磨垫3。
研磨台5通过台轴6而与配置在其下方的台电动机8连接，研磨台5及研磨垫3利用该台电动机8而绕其中心轴旋转。
研磨头4具有：对晶片W进行保持并将其按压到研磨面3a上的顶环15；固定顶环15的顶环旋转轴16；通过顶环旋转轴16使顶环15升降的顶环升降机构17；设置有顶环升降机构17的顶环臂18；以及通过顶环旋转轴16使顶环15绕其中心轴旋转的顶环旋转机构(未图示)等。顶环旋转机构配置在顶环臂18内。顶环升降机构17及顶环旋转机构构成对顶环15进行驱动的顶环驱动机构。
顶环15与顶环旋转轴16的下端连接。顶环15的下表面能够利用真空吸附而对晶片W进行保持。顶环臂18与顶环回旋轴19连接，并以该顶环回旋轴19为中心进行回旋。当顶环臂18回旋时，如图2所示，顶环15就在位于研磨台5上方的研磨位置与位于研磨台5径向外侧的待机位置(虚线所示)之间进行移动。
顶环升降机构17具有：通过轴承26能够旋转地支承顶环旋转轴16的搭板28；安装在搭板28上的滚珠丝杠32；由支柱30支承的支承台29；以及设在支承台29上的伺服电动机38。支承伺服电动机38的支承台29通过支柱30与顶环臂18连接。
滚珠丝杠32具有：与伺服电动机38连接的螺纹轴32a、以及与该螺纹轴32a螺合的螺母32b。顶环旋转轴16与搭板28一体地进行升降(上下移动)。因此，当驱动伺服电动机38时，搭板28就通过滚珠丝杠32而上下移动，由此顶环旋转轴16及顶环15进行上下移动。
如下那样地进行晶片W的研磨。保持有晶片W的顶环15从待机位置移动到研磨位置。使顶环15及研磨台5分别向同方向旋转，将研磨液(浆料)从研磨液供给机构10供给到研磨垫3上。在该状态下，顶环15将晶片W按压到研磨垫3的研磨面3a上，使晶片W与研磨面3a滑动接触。晶片W的表面利用研磨液的化学性作用和研磨液所含的磨粒的机械作用而被研磨。这种研磨装置被称为CMP(化学机械研磨：Chemical Mechanical Polishing)装置。
研磨装置还具有对研磨垫3的研磨面3a进行修整(或调节)的修整头40。修整头40具有：与研磨垫3滑动接触的砂轮修整工具41；固定砂轮修整工具41的砂轮修整旋转轴43；对砂轮修整工具旋转轴43进行支承的砂轮修整工具臂45；以及通过砂轮修整工具旋转轴43而对砂轮修整工具41进行旋转驱动的砂轮修整工具旋转机构(未图示)。砂轮修整工具旋转机构配置在砂轮修整工具臂45内。在砂轮修整工具41的下表面固定有金刚石粒子等磨粒(未图示)，由这些磨粒构成对研磨面3a进行修整的修整面。
砂轮修整工具臂45与砂轮修整工具回旋轴47连接，并以该砂轮修整工具回旋轴47为中心进行回旋。当砂轮修整工具臂45进行回旋时，砂轮修整工具41就在研磨面3a上在研磨台5的径向上进行摆动。砂轮修整工具41一边在研磨垫3的研磨面3a上摆动一边旋转，将研磨垫3稍微磨去从而对研磨面3a进行修整。此外，砂轮修整工具41如图2所示，随着砂轮修整工具回旋轴47的旋转，而在研磨台5上方的修整位置与研磨台5外侧的待机位置(虚线所示)之间进行移动。
研磨装置还具有将雾状清洗流体喷射到研磨垫3的研磨面3a上而对研磨面3a进行清洗的喷雾器49。喷雾器49沿研磨垫3(或研磨台5)的径向延伸。清洗流体由清洗液(通常为纯水)与气体(例如氮气等惰性气体)的混合流体构成或仅由清洗液构成。通过将这种清洗流体喷射到研磨面3a，从而去除残留在研磨垫3的研磨面3a上的研磨屑及研磨液所含的磨粒。
图3是表示具有覆盖研磨头4的研磨头罩壳50的本发明一实施方式的研磨装置。如图3所示，研磨头4的大致整体被研磨头罩壳覆盖。研磨头罩壳50的下端开口，并具有椭圆形的水平截面。研磨头罩壳50可以具有圆形的水平截面，也可以具有例如四边形的水平截面等的多边形的水平截面。研磨头罩壳50具有将顶环旋转轴16、顶环臂18、未图示的顶环旋转机构以及顶环升降机构17收容在内部、进一步覆盖顶环15上部的形状。因此，可防止研磨液进入顶环15的上部，以及防止研磨液附着在包含顶环升降机构17在内的研磨头4上。
在研磨头罩壳50的上部，配置有第1清洗液供给机构54，所述第1清洗液供给机构54将清洗液供给到研磨头罩壳50外周面50a。第1清洗液供给机构54具有：清洗液所流动的环状的清洗液流道(第1清洗液流道)55、以及与清洗液流道55连接的多个清洗喷嘴(第1清洗喷嘴)56。清洗液流道55及清洗喷嘴56安装在研磨头罩壳50的上端。作为清洗液，最好使用纯水。
清洗液流道55沿外周面50a的周向延伸以围住外周面50a。清洗喷嘴56等间隔地配置在外周面50a的全周上。清洗液从清洗液供给管线(未图示)供给到清洗液流道55。清洗液流道55中流动的清洗液，分别从清洗喷嘴56供给到研磨头罩壳50的外周面50a上。清洗喷嘴56最好是能够将清洗液喷雾到宽大区域的喷涂喷嘴。
当顶环15处于待机位置时(即顶环15不在研磨面3a的上方时)，将清洗液向外周面50a喷雾。最好是，清洗喷嘴56的顶端开口与外周面50a接近或接触配置，以沿外周面50a供给清洗液。清洗液沿整个外周面50a向下方流动，对附着在外周面50a上的研磨液进行冲洗。因此，研磨液不会残留在研磨头罩壳50上，结果可防止干燥了的研磨液落到研磨垫3的研磨面3a上。
为了在外周面50a形成清洗液的均匀厚度的液膜，最好是用亲水性的被摸覆盖研磨头罩壳50的外周面50a。作为这种亲水性的被摸的一例子，如有由氟与硅系有机化合物的混合而构成的被摸。作为将亲水性的被摸覆盖在外周面50a上的方法的一例子，如有将亲水性的材料涂敷在外周面50a上，然后对外周面50a上的亲水性材料实施热处理的方法。通过外周面50由亲水性的被摸覆盖，从而清洗液扩散以粘附在整个外周面50a上，在外周面50a形成均匀厚度的液膜。
也可用防水性的被摸代替亲水性的被摸来覆盖研磨头罩壳50的外周面50a。作为将防水性的被摸覆盖在外周面50a上的方法的一例子，如有将防水性材料涂敷在外周面50a上，然后对外周面50a上的防水性材料实施热处理的方法。通过外周面50a由防水性被摸覆盖，从而在研磨晶片W时附着在外周面50a上的研磨液被聚集，成为条状而向下方流动。由此，不会有研磨液附着在外周面50a上而干燥的现象。结果，可防止干燥了的研磨液落到研磨垫3的研磨面3a上。
如图4(a)及图4(b)所示，也可在研磨头罩壳50的外周面50a上设置沿水平方向延伸的槽(凹部)51或围堰(凸部)53外周面。槽51或围堰53位于清洗喷嘴56的下方，并沿外周面50a的全周水平延伸。槽51及围堰53的截面是三角形。从清洗喷嘴56供给到外周面50a上的清洗液先在槽51或围堰53上向水平方向扩散，然后流下形成具有较宽宽度的向下方的液流。为了维持这种向下方的宽幅的液流，最好在外周面50a上形成有亲水性的被摸。清洗液以在外周面50a上扩散的状态向下方流动，在外周面50a形成均匀厚度的液膜。
在图4(a)及图4(b)中，清洗液流道55为方管，但不特别限定于特定的形状，例如也可是管状的清洗液流道55。也可在由防水性被摸覆盖的外周面50a设置图4(a)所示的槽51或图4(b)所示的围堰53。
为了减少清洗液的消耗量，最好是将所使用后的清洗液予以回收，去除杂质后，再使用。另外，为使供给于研磨头罩壳50的清洗液不落到研磨头3上，最好是向处于待机位置的研磨头罩壳50吹净化气体(氮气等)，从而从研磨头罩壳50去除清洗液。
图5(a)是表示沿图3中符号A所示的点划线切去后的研磨头罩壳50内周面的示图，图5(b)是图5(a)的V-V线的剖视图。如图5(a)及图5(b)所示，设有将清洗液供给到研磨头罩壳50的内周面50b的第2清洗液供给机构61。将第2清洗液供给机构61设在研磨头罩壳50内侧的理由如下。如图1所示，顶环15构成为，通过顶环升降机构17而相对于顶环臂18上下移动。由于研磨头罩壳50形成为围住顶环15，因此，当处于上升位置的顶环15在研磨头罩壳50内进行旋转时，研磨液从顶环15飞散并附着在研磨头罩壳50的内周面50b上。因此清洗液从第2清洗液供给机构61供给到内周面50b，以从研磨头罩壳50的内周面50b去除研磨液。
如图5(a)所示，第2清洗液供给机构61具有：清洗液所流动的清洗液流道(第2清洗液流道)62；以及与清洗液流道62连接的多个清洗喷嘴(第2清洗喷嘴)63。清洗液流道62固定在内周面50b上，并沿内周面50b的周向延伸。清洗喷嘴63配置于与顶环15的上升位置相同的高度，或配置在该上升位置的上方。如图5(b)所示，清洗喷嘴63由形成于清洗液流道62下部的通孔所构成。也可将清洗喷嘴63构成为与清洗液流道62分开的另体。清洗喷嘴63沿内周面50b的周向等间隔配置。
清洗液从上述的清洗液供给管线(未图示)供给到清洗液流道62。清洗液流道62中流动的清洗液分别从清洗喷嘴63供给到研磨头罩壳50的内周面50b上。为了当清洗液从清洗喷嘴63出来碰到内周面50b时不飞散，清洗喷嘴63的顶端开口部与内周面50b接近或接触。此外，清洗喷嘴63相对于内周面50b倾斜以使清洗喷嘴63的顶端开口部朝向内周面50b。通过使用这种清洗喷嘴63，清洗液就不会飞散地沿内周面50b从清洗喷嘴63流出，在内周面50b上形成均匀厚度的液膜。对于上述的第1清洗液供给机构54，也可适用图5(b)所示的清洗液流道62及清洗喷嘴63。
为了在内周面50b形成清洗液的均匀厚度的液膜，最好用亲水性的被摸覆盖研磨头罩壳50的内周面50b。通过用亲水性的被摸覆盖内周面50b，从而清洗液粘附在整个内周面50b上而扩散，在内周面50b形成均匀厚度的液膜。
也可用防水性的被摸代替亲水性的被摸来覆盖研磨头罩壳50的内周面50b。通过内周面50b由防水性被摸覆盖，从而附着在内周面50b上的研磨液聚集，成为条状而向下方流动。由此，不会有研磨液附着在内周面50b上而被干燥的现象。结果，可防止干燥了的研磨液落到研磨垫3的研磨面3a上。
如图6(a)及图6(b)所示，也可在研磨头罩壳50的内周面50b上设置沿水平方向延伸的槽(凹部)71或围堰(凸部)73内周面。槽71或围堰73位于清洗喷嘴63的下方，并沿内周面50b的全周水平延伸。槽71及围堰73的截面是三角形。从清洗喷嘴63供给到内周面50b上的清洗液先在槽71或围堰73上向水平方向扩散，然后流下形成具有较宽宽度的向下方的液流。为了维持这种向下方的宽幅的液流，最好在内周面50b上形成有亲水性的被摸。清洗液以在内周面50b上扩散的状态而向下方流动，在内周面50b形成均匀厚度的液膜。
为了防止供给到研磨头罩壳50内周面50b的清洗液自身的飞散，最好一定程度地减少从清洗喷嘴63供给的清洗液的流量。在这种场合，由于清洗液因槽71或围堰73而向水平方向扩散，因此也可在内周面50b形成均匀厚度的液膜。
在图6(a)及图6(b)中，清洗液流道62为方管，但不特别限定于特定的形状，例如也可是管状的清洗液流道62。也可在由防水性被摸覆盖的内周面50b设置图6(a)所示的槽71或图6(b)所示的围堰73。
参照图3至图6(b)说明的研磨头罩壳50，也可适用于修整头40。图7是表示在修整头40上安装有修整头罩壳81后例子的示图。由于修整头罩壳81的结构与研磨头罩壳50相同，因此省略其重复说明。
至此，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于上述的实施方式，在其技术思想的范围内当然也可用各种不同的形态来实施。

Claims (9)

1.一种研磨装置，其特征在于，具有：
研磨台，该研磨台对具有研磨面的研磨件进行支承；
研磨头，该研磨头具有用于将基板按压到所述研磨面的顶环；
研磨头罩壳，该研磨头罩壳覆盖所述研磨头；
第1清洗液供给机构，该第1清洗液供给机构将清洗液供给到所述研磨头罩壳的外表面；以及
第2清洗液供给机构，该第2清洗液供给机构将清洗液供给到所述研磨头罩壳的内表面。
2.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述第1清洗液供给机构及所述第2清洗液供给机构安装在所述研磨头罩壳上。
3.如权利要求1或2所述的研磨装置，其特征在于，所述第1清洗液供给机构将清洗液供给到所述研磨头罩壳的整个外表面。
4.如权利要求1或2所述的研磨装置，其特征在于，所述第2清洗液供给机构将清洗液供给到所述研磨头罩壳的整个内表面。
5.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述第2清洗液供给机构具有：清洗液所流动的清洗液流道；以及与所述清洗液流道连接的多个清洗喷嘴，
所述多个清洗喷嘴的顶端开口部与所述研磨头罩壳的内表面接近或接触，所述多个清洗喷嘴沿该内表面供给清洗液。
6.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，所述研磨头罩壳的外表面及/或内表面被亲水性的被摸覆盖。
7.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，在所述研磨头罩壳的外表面及/或内表面被防水性的被摸覆盖。
8.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，在所述研磨头罩壳的外表面形成有向水平方向延伸的凸部或凹部，所述凸部或凹部位于所述第1清洗液供给机构的下方。
9.如权利要求1所述的研磨装置，其特征在于，在所述研磨头罩壳的内表面形成有向水平方向延伸的凸部或凹部，所述凸部或凹部位于所述第2清洗液供给机构的下方。
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