JP2001239457A

JP2001239457A - ポリッシング装置

Info

Publication number: JP2001239457A
Application number: JP2000048241A
Authority: JP
Inventors: Seiji Katsuoka; 誠司勝岡; Masahiko Sekimoto; 雅彦関本; Mitsuru Miyazaki; 充宮崎
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2001-09-04

Abstract

(57)【要約】【課題】単位時間当たりの半導体ウエハ等の基板の研
磨枚数を増加することができるとともに各基板を均一に
研磨することができるポリッシング装置を提供する。【解決手段】研磨面を有する研磨テーブル６と、半導
体ウエハ８を保持して研磨テーブル６に押圧する複数の
トップリング５と、複数のトップリング５を保持すると
ともに複数のトップリング５の回転割出しを行なう回転
台３とを備えたマルチヘッド型のポリッシング装置にお
いて、研磨テーブル６に隣接してトップリング５との間
で半導体ウエハ８の受け渡しを行なう基板受け渡し装置
２０を設け、回転台３の回転割出し動作により一個のト
ップリング５を基板受け渡し装置２０に隣接して位置さ
せ、半導体ウエハ８の交換を行なうことを可能とし、半
導体ウエハ８の交換中に他のトップリング５に保持され
た半導体ウエハ８の研磨を可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハ等の基
板を平坦かつ鏡面状に研磨するポリッシング装置に係
り、特に一個の研磨テーブルに対してポリッシング対象
物を保持するトップリングを複数個備えたマルチヘッド
型のポリッシング装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に、線幅がきわめて狭い光リソグラフ
ィの場合、許容される焦点深度が浅くなるため、ステッ
パーの結像面の高い平坦度が必要となる。そこで、半導
体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この
平坦化法の１手段としてポリッシング装置を用いて化学
的機械的研磨（ＣＭＰ）をすることが行なわれている。

【０００３】前記ポリッシング装置として、一個の研磨
テーブルに対して半導体ウエハを保持するトップリング
を複数個備え、同時に複数の半導体ウエハを研磨するこ
とができるマルチヘッド型のポリッシング装置が知られ
ている。このマルチヘッド型のポリッシング装置におい
ては、各トップリングに半導体ウエハを装着した後に、
トップリングに保持された全ての半導体ウエハを同時に
研磨テーブル上の研磨面に押し付けて研磨を行ない、所
定時間の研磨を行った後に、各トップリングを上昇させ
ることにより、研磨を終了した全ての半導体ウエハをト
ップリングから取り外した後に、各トップリングに新た
な半導体ウエハを装着することが行なわれている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のマルチ
ヘッド型のポリッシング装置においては、複数の半導体
ウエハを同時に研磨し、同時にロードアンロード（即
ち、交換）するという方法を採っているため、ロードア
ンロードしている間は、研磨テーブルにおいては研磨作
業が行われておらず、単位時間当たりのポリッシング対
象物の研磨枚数を増やしたいという要請の障害になって
いた。また複数の半導体ウエハを同時に研磨開始し、同
時に研磨終了する方法を採っているため、研磨終了時の
研磨状態にバラツキがあり、全ての半導体ウエハにつき
均一に研磨することが難しいという問題点があった。

【０００５】本発明は、上述の事情に鑑み、単位時間当
たりの半導体ウエハ等の基板の研磨枚数を増加すること
ができるとともに各基板を均一に研磨することができる
ポリッシング装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の第１の態様は、研磨面を有する研磨テーブ
ルと、基板を保持して前記研磨テーブルに押圧する複数
のトップリングと、複数のトップリングを保持するとと
もに該複数のトップリングの回転割出しを行なう回転台
とを備えたマルチヘッド型のポリッシング装置におい
て、前記研磨テーブルに隣接してトップリングとの間で
基板の受け渡しを行なう基板受け渡し装置を設け、前記
回転台の回転割出し動作により一個のトップリングを基
板受け渡し装置に隣接して位置させ、基板の交換を行な
うことを可能とし、前記基板の交換中に他のトップリン
グに保持された基板の研磨を可能としたことを特徴とす
るものである。本発明によれば、基板のロードアンロー
ドしている間にも、研磨テーブル上で複数の基板を研磨
することができるため、単位時間当たりの基板の研磨枚
数を増やすことができる。

【０００７】本発明の第２の態様は、研磨面を有する研
磨テーブルと、基板を保持して前記研磨テーブルに押圧
する複数のトップリングと、複数のトップリングを保持
するとともに該複数のトップリングの回転割出しを行な
う回転台とを備えたマルチヘッド型のポリッシング装置
において、前記複数のトップリングの研磨作業を個別に
制御可能とし、前記複数のトップリングによって保持さ
れた複数の基板の被研磨面の研磨状態を監視して研磨の
終点を検知するセンサを設け、終点検知がなされた基板
を保持したトップリングのみの研磨作業を終了させるよ
うにしたことを特徴とするものである。本発明によれ
ば、各トップリングに保持された基板毎にＣＭＰプロセ
スの終点を検知できるため、ＣＭＰプロセスの終点が検
知された基板のみの研磨作業を終了することができる。
したがって、本発明によれば、同時に複数の基板を研磨
することができるマルチヘッド型のポリッシング装置に
も拘わらず、研磨中の全ての基板のＣＭＰプロセスの終
点検知が可能であるため、全ての基板を研磨状態にバラ
ツキがなく、均一に研磨することができる。

【０００８】本発明の好ましい態様では、前記複数のト
ップリングは、所定位置で基板を被研磨面に接触させた
状態で半径方向に移動し、基板の一部を研磨面から露出
させてから上昇する。また本発明の更に好ましい態様で
は、前記複数のトップリングにおいて、隣接するトップ
リング間に研磨面のドレッシングを行なうドレッサーを
設けている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るポリッシング
装置の第１実施形態を図１乃至図１４を参照して説明す
る。図１はポリッシング装置の全体構成を示す正面図で
あり、図２は図１のII−II矢視図であり、図３は図１に
示すポリッシング装置の要部正面図である。図１に示す
ように、ポリッシング装置は、複数の柱１によって支持
された架台２を備えており、架台２によって回転台３が
支持されている。回転台３は垂直方向に延びる回転主軸
４に支持されており、回転主軸４の回転によって垂直な
回転軸芯Ｏを中心に回転可能に構成されている。回転台
３には複数（図示では５個）のトップリング５が支持さ
れている。図２に示すように、全てのトップリング５は
回転主軸４の回転軸芯Ｏから所定半径Ｒの位置に所定角
度毎に配置されている。

【００１０】前記回転台３の下方には、研磨テーブル６
が配置されており、研磨テーブル６の上面には、研磨面
を構成する研磨クロス７が貼設されている。研磨クロス
には、例えば、ロデール社製のポリテックス（Ｐｏｌｉ
ｔｅｘ）などの不織布やＩＣ１０００のような発泡ポリ
ウレタンが用いられる。研磨クロスに代えて固定砥粒プ
レートを使用してもよく、固定砥粒プレートは粒度が数
μｍ以下であるような微細な砥粒（例えばＣｅＯ_２）を
樹脂を結合剤として固め、円板状に成形したものが用い
られる。また研磨テーブル６に隣接してプッシャー２０
が配置されており、このプッシャー２０によって被研磨
基板である半導体ウエハ８をトップリング５との間で受
け渡しするようになっている。

【００１１】図３に示すように、各トップリング５はト
ップリング軸９によってトップリング載置台１０に支持
されている。トップリング載置台１０にはモータ１１と
エアシリンダ１２とが固定されており、トップリング５
はモータ１１により自身の軸線回わりに回転可能とさ
れ、エアシリンダ１２により上下動可能とされている。
またトップリング軸９の上端にはロータリージョイント
１３が固定されており、回転するトップリング５に対
し、圧縮空気等の加圧気体、水等の液体、真空等が供給
可能になっている。各トップリング５を保持したトップ
リング載置台１０は、回転台３の軸芯Ｏを中心に放射状
に設けられたガイドレール１４に沿って半径方向に往復
動可能になっている。

【００１２】図４および図５は、トップリング載置台１
０の移動機構を示す図であり、図４は図３のIV矢視図、
図５は図３のＶ矢視図である。図４および図５に示すよ
うに、トップリング載置台１０にはナット１５が固定さ
れており、このナット１５にはボールネジ１６が螺合さ
れている。ボールネジ１６は回転台３に固定された駆動
モータ１７に連結されている。またトップリング載置台
１０の下端にはガイドレール１４に嵌合する摺動台１８
が固定されている。

【００１３】図４および図５に示す構成によって、駆動
モータ１７が回転駆動されると、ボールネジ１６が回転
するため、ボールネジ１６に螺合したナット１５を介し
てトップリング載置台１０がガイドレール１４上を移動
する。この結果、トップリング５は研磨テーブル６上の
ポリッシングポジション（研磨位置）と、プッシャー２
０上のウエハ受け渡し位置との間を回転台３の半径方向
に移動可能になっている。そして、ウエハ受け渡し位置
でプッシャー２０が上昇することによりプッシャー２０
上の半導体ウエハ８がトップリング５へ受け渡しされ
る。また、逆に、トップリング５に保持された半導体ウ
エハ８はプッシャー２０へ受け渡しされる。

【００１４】次に、前述のように構成されたポリッシン
グ装置の作用を説明する。本発明のポリッシング装置に
おいては、連続処理とバッチ処理の２種類の処理を行な
うことができるように構成されている。図６および図７
は、連続処理を示す図であり、図６はポリッシング装置
の平面的な模式図であり、図７はポリッシング装置の斜
視図である。図６に示すように、回転台３の反時計回わ
りの回転割出し（インデックス）によって、各トップリ
ング５は、ロードアンロードポジションＰＬ、第１ポリ
ッシングポジションＰ１、第２ポリッシングポジション
Ｐ２、第３ポリッシングポジションＰ３、第４ポリッシ
ングポジションＰ４に順次位置されるようになってい
る。

【００１５】ロードアンロードポジションＰＬでは、設
定された一定時間毎にトップリング５がインデックスさ
れ、半導体ウエハ８の受け渡しが行われる。半導体ウエ
ハ８をロードされたトップリング５は、第１ポリッシン
グポジションＰ１に移動して半導体ウエハを研磨テーブ
ル６に押圧し、ポリッシングが開始される。この場合、
半導体ウエハ８を回転している研磨テーブル６の上面の
研磨クロス７に昇降シリンダにより押圧する。一方、研
磨砥液ノズル（図示せず）から研磨砥液を流すことよ
り、研磨クロス７に研磨砥液が保持されており、半導体
ウエハ８の被研磨面（下面）と研磨クロス７の間に研磨
砥液が存在した状態でポリッシングが行われる。

【００１６】第１ポリッシングポジションＰ１において
所定時間のポリッシングが終了した後に、回転台３は順
次インデックス動作を行ない、第２ポリッシングポジシ
ョンＰ２〜第４ポリッシングポジションＰ４で順次ポリ
ッシングが行なわれる。第４ポリッシングポジションＰ
４では、ポリッシング終了後、トップリング５はオーバ
ーハングして上昇後、ロードアンロードポジションＰＬ
にインデックスされる。即ち、トップリング５は半導体
ウエハ８を研磨クロス７に接触させた状態で半径方向に
移動し、半導体ウエハ８の一部を研磨クロス７から露出
させて半導体ウエハ８と研磨クロス７との間の表面張力
を減少させてから、上昇する。その後、トップリング５
はロードアンロードポジションＰＬにインデックスされ
る。

【００１７】第１ポリッシングポジションＰ１の半導体
ウエハ８は、第２ポリッシングポジションＰ２へのイン
デックス時に上昇する必要はなく、ポリッシングの荷重
のみ脱圧され、第２ポリッシングポジションＰ２へイン
デックスされる。荷重がかかっていなければ、インデッ
クスにより生じるトップリングと研磨クロスの相対速度
がポリッシングに影響を与えない。

【００１８】図７は、１個のトップリング５がロードア
ンロードポジションＰＬで半導体ウエハ８の受け渡しを
行っている間に、他の４個のトップリング５が半導体ウ
エハ８をポリッシングしている状態を示している。図７
から明らかなように、本ポリッシング装置においては、
１個のトップリング５とプッシャー２０との間で半導体
ウエハ８をロードアンロードポジションＰＬでロードア
ンロード（即ち、交換）している間に、他の４個のトッ
プリング５は半導体ウエハ８を研磨テーブル６上の研磨
クロス７に押し付けて半導体ウエハ８のポリッシングを
行なうことができる。また、トップリング５がプッシャ
ー２０上の受け渡し位置において半導体ウエハの受け渡
しを行っている間にロードアンロードポジションＰＬに
円盤状のドレッサー５０を位置させて研磨クロスのドレ
ッシング（目立て）を行なうことができる。したがっ
て、本ポリッシング装置によれば、半導体ウエハのロー
ドアンロードしている間にも、研磨テーブル６上で複数
の半導体ウエハを研磨することができるため、単位時間
当たりの半導体ウエハの研磨枚数を増やすことができ
る。

【００１９】図８および図９は、バッチ処理を示す図で
あり、図８はポリッシング装置の平面的な模式図であ
り、図９はポリッシング装置の斜視図である。図８およ
び図９に示すように、回転台３のインデックス動作によ
り全てのトップリング５を順次プッシャー２０上に位置
させて、全てのトップリング５に半導体ウエハ８を装着
した後に、全てのトップリング５によって半導体ウエハ
８を研磨テーブル６に押し付けて５個の半導体ウエハ８
の同時研磨を行なう。なお、図８および図９ではプッシ
ャーは図示していないが、図６および図７と同様のプッ
シャー２０が設置されている。そして、この研磨中に、
全ての半導体ウエハ８の研磨状態を光学式センサで監視
する。

【００２０】次に、半導体ウエハの研磨状態を監視する
光学式センサを説明する。図１０は光学式センサの設置
状態を示す概略断面図である。図１０に示すように、研
磨テーブル６内には光学式センサ２１が埋め込まれてい
る。光学式センサ２１の配線２２は研磨テーブル６内を
通り、研磨テーブル支持軸６ａの軸端に設けられたロー
タリコネクタ（又はスリップリング）２３を経由してコ
ントローラ２４に接続されている。コントローラ２４は
表示装置（ディスプレイ）２５に接続されている。

【００２１】図１１は、図１０に示すポリッシング装置
の平面図である。図示するように、光学式センサ２１
は、全てのトップリング５に保持された研磨中の半導体
ウエハ８の中心Ｃ_Ｗを通過する位置に設置されている。
符号Ｃ_Ｔは研磨テーブル６の回転中心である。光学式セ
ンサ２１は、半導体ウエハ８の下方を通過している間、
通過軌跡上で連続的に半導体ウエハ８のＣｕ層等の導電
性膜や絶縁膜の膜厚を検出できるようになっている。

【００２２】光学式センサ２１は、投光素子と受光素子
を具備し、投光素子から半導体ウエハの被研磨面に光を
照射し、被研磨面からの反射光を受光素子で受光するよ
うに構成されている。この場合、投光素子から発せられ
る光は、レーザー光もしくはＬＥＤによる光である。光
学式センサ２１においては、投光素子から被研磨面に照
射された光の一部が導電性膜や絶縁膜からなる最上層の
膜を透過し、次の層の表面から反射された反射光と、最
上層の膜の表面から反射された反射光との二種類の反射
光が存在することになる。この二種類の反射光を受光素
子で受光し、受光素子からの信号をコントローラ２４で
処理することにより最上層の導電性膜や絶縁膜の膜厚を
正確に検出できる。

【００２３】次に、光学式センサ２１を用いてＳｉＯ_２
等の絶縁膜やＣｕ，Ａｌ等の金属膜の膜厚を検出する原
理を簡単に説明する。本光学式センサに適用する膜厚測
定の原理は、膜とその隣接媒体によって引き起こされる
光の干渉を利用している。基板上の薄膜に光を入射する
と、まず一部の光は膜の表面で反射され残りは透過して
いく。この透過した光の一部はさらに基板面で反射さ
れ、残りは透過していくが、基板が金属の場合には吸収
されてしまう。干渉はこの膜の表面反射光と基板表面反
射光の位相差によって発生し、位相が一致した場合は互
いに強め合い、逆になった場合は弱め合う。つまり入射
光の波長、膜厚、膜の透過率に応じて反射強度が変化す
る。基板で反射した光を回折格子等で分光し、各波長に
おける反射光の強度をプロットしたプロファイルを解析
して基板上に形成された膜の厚みを測定する。したがっ
て、研磨テーブル６が一回転する毎に、５個のトップリ
ング５に保持された半導体ウエハ８の被研磨面に順次投
光され、被研磨面からの反射光が光学式センサ２１の受
光素子で受光される。そして、受光素子で受光された光
は、コントローラ２４により処理され、被研磨面上の膜
厚が測定される。

【００２４】即ち、光学式センサ２１によって、全ての
トップリング５によって保持された半導体ウエハ８に形
成された絶縁膜や金属膜の膜厚を半導体ウエハの外周縁
から中心部に至るまでリアルタイムで連続した測定値と
して検出可能である。これにより、研磨中の全ての半導
体ウエハ上の絶縁膜や金属膜の膜厚を常時モニターする
ことができ、所望の膜厚になったことを検出することに
より、又は、膜厚が０（ゼロ）になったことを検出する
ことにより、ＣＭＰプロセスの終点を正確に検出でき
る。また検出時間の間隔を短くするため、図１１の仮想
線で示すように、光学式センサ２１を追加してテーブル
上に２ヶ以上のセンサを設けてもよい。

【００２５】このように、各トップリング５に保持され
た半導体ウエハ毎にＣＭＰプロセスの終点を検知できる
ため、ＣＭＰプロセスの終点が検知された半導体ウエハ
のみの研磨作業を終了することができる。したがって、
本発明によれば、同時に複数の半導体ウエハを研磨する
ことができるマルチヘッド型のポリッシング装置にも拘
わらず、研磨中の全ての半導体ウエハのＣＭＰプロセス
の終点検知が可能であるため、全ての半導体ウエハを研
磨状態にバラツキがなく、均一に研磨することができ
る。

【００２６】この場合、ＣＭＰプロセスの終点検知がさ
れたトップリング５のみをそのまま引き上げてしまう
と、研磨テーブル６に偏荷重が掛かり、研磨テーブル６
が傾いてしまう。例えば、図８において、第２トップリ
ングに保持された半導体ウエハが終点検知された場合
に、そのまま第２トップリングを引き上げてしまうと、
第２トップリングから研磨テーブル６に加わっていた荷
重がなくなり、研磨テーブル６に偏荷重が掛かり、研磨
テーブル６が傾いてしまう。また、各トップリングは１
つの構造体である回転台３に連結されているため、偏荷
重により回転台３自体も傾いてしまう恐れがある。そこ
で、本発明においては、複数のトップリング５が個別に
ポリッシングを終了した場合、偏荷重を極力低減するた
め、ポリッシング終了とともに半導体ウエハの押し付け
荷重のみ０として、リテーナ荷重（ヤトイ荷重）はその
ままにする、または、リテーナ荷重をポリッシング中の
ウエハ押し付け荷重＋リテーナ荷重と同等に切り替える
ことができるようになっている。次に、上述のリテーナ
荷重を付加することができるトップリングの機構を説明
する。

【００２７】図１２は本発明のトップリングの構造を示
す断面図である。図１２において、符号５はトップリン
グであり、トップリング５はトップリング本体３２と半
導体ウエハ８等のポリッシング対象物を保持する保持プ
レート３３とを備えている。トップリング本体３２と保
持プレート３３との間にはチャンバＣが形成されてお
り、チャンバＣはレギュレータＲ_１を介して流体源３５
に接続されている。また保持プレート３３の下面には弾
性マット３６が貼着されている。

【００２８】またトップリング５の外周部には、半導体
ウエハ８を保持プレート３３の下端面、すなわちウエハ
保持面３３ａに保持するためのリテーナリング（ガイド
リング）３７が配置されている。リテーナリング３７と
トップリング５との間には、円環状のチューブからなる
流体圧バッグ３８が配置されている。そして、流体圧バ
ッグ３８はレギュレータＲ_２を介して流体源３５に接続
されている。トップリング５の下方には、上面に研磨ク
ロス７を貼った研磨テーブル６が設置されている。研磨
クロス７は半導体ウエハに摺接して研磨を行う研磨面を
構成している。

【００２９】前記トップリング５はボール４１を介して
トップリング軸９に連結されており、このトップリング
軸９はトップリング載置台１０に固定されたエアシリン
ダ１２に連結されている。エアシリンダ１２はレギュレ
ータＲ_３を介して流体源３５に接続されている。

【００３０】上述の構成において、流体源３５からエア
シリンダ１２に圧縮空気等の加圧流体を供給することに
より、トップリング５が被研磨基板である半導体ウエハ
８を研磨テーブル６上の研磨クロス７に所定の押圧力Ｆ
_１で押圧し、半導体ウエハ８を研磨する。この押圧力Ｆ
_１はレギュレータＲ_３を調節することにより可変になっ
ている。

【００３１】図１３は保持プレート３３のウエハ保持面
３３ａの形状を模式的に表す図であり、横軸は保持プレ
ート３３の中心（Ｏ）からの距離（mm）、縦軸はウエハ
保持面の高さを示す。図１３において、一点鎖線ｄはウ
エハ保持面３３ａが平坦な場合を示し、加圧流体が供給
されず、非研磨時で研磨圧力がウエハ保持面３３ａに加
わっていない場合である。研磨中、流体源３５から圧縮
空気等の加圧流体をチャンバＣに供給すると、加圧流体
の加圧力により保持プレート３３のウエハ保持面３３ａ
が図１３の曲線ａに示すように下側に凸状に湾曲する。
即ち、ウエハ保持面３３ａが凸球面になる。半導体ウエ
ハ８は、下側に凸状に湾曲した保持プレート３３によっ
て、中央部側が外周部側より高い圧力で研磨クロス７に
押し付けられる。そのため、半導体ウエハ８の外周部側
が中央部側より研磨される傾向にあるときは、上記のよ
うに加圧流体による保持プレート３３の変形を利用し
て、中央部側の研磨不足を補正することができる。

【００３２】一方、半導体ウエハ８の中央部側が外周部
側より研磨される傾向にあるときは、レギュレータＲ_１
を調節して、流体源３５からチャンバＣに供給される加
圧流体の圧力を弱めるか、又は加圧流体の供給を停止し
て、保持プレート３３のウエハ保持面３３ａの形状を図
１３の曲線ｂ又はｃのようにし、これによって、半導体
ウエハ８の中央部側の研磨圧力を弱め、曲線ａの場合と
比較して相対的に外周部側の研磨圧力を高め、外周部側
の研磨不足を補正し、半導体ウエハ８の全面を均一に研
磨することができる。

【００３３】チャンバＣへの加圧流体の供給を停止した
場合に、研磨圧力によってウエハ保持面３３ａは曲線ｃ
に示すようにわずかに上側に凸状に湾曲する。即ち、ウ
エハ保持面３３ａは凹球面になる。保持プレート３３の
ウエハ保持面３３ａの形状を曲線ｃよりも更に上側に凸
形状に湾曲させたい場合には、チャンバＣ内を真空ポン
プからなる流体源３５により排気すればよい。すなわ
ち、チャンバＣ内を正圧（大気圧以上の圧力）又は負圧
（大気圧以下の圧力）にすることにより、ウエハ保持面
３３ａの形状を下側に凸状の湾曲（凸球面）又は上側に
凸状の湾曲（凹球面）又は平坦にすることができる。ウ
エハ保持面３３ａの変形の度合は、保持プレート３３の
材料と厚さを適宜選定することにより、所望の状態とす
ることができる。

【００３４】保持プレートの材料としては、ポリッシン
グ装置（ＣＭＰ）の使用環境を考慮して、耐食性のあ
る、比較的弾性を有する材質、たとえば、オーステナイ
ト系ステンレス（ＳＵＳ３０４，ＳＵＳ３１６など）、
アルミニウムチタン、また、樹脂系であれば、ポリフェ
ニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテル
ケトン（ＰＥＥＫ）等が好ましい。また保持プレートの
厚さは、チャンバ内の圧力を安全な範囲（望ましくは、
０．１ＭＰａ以下）で使用することを考え、オーステナ
イト系ステンレスで言えば、３ｍｍ〜８ｍｍ、好ましく
は５ｍｍ程度である。その他の材質では、安全性を考慮
して、その弾性係数により厚さを選択するべきである。

【００３５】上述のトップリング５のウエハ保持面３３
ａの形状補正と併行して、流体圧バッグ３８に流体源３
５から圧縮空気等の加圧流体を供給することにより、リ
テーナリング３７が研磨クロス７を押圧力Ｆ_２で押圧す
る。

【００３６】すなわち、本発明においては、トップリン
グ５がポリッシング対象物である半導体ウエハ８を研磨
テーブル６上の研磨クロス７に押圧する押圧力Ｆ_１を可
変とし、またリテーナリング３７が研磨クロス７を押圧
する押圧力Ｆ_２を可変としている。そして、押圧力Ｆ_１
と押圧力Ｆ_２とは、それぞれ独立して押圧力を変更でき
るようになっている。したがって、リテーナリング３７
が研磨クロス７を押圧する押圧力Ｆ_２をトップリング５
が半導体ウエハ８を研磨クロス７に押圧する押圧力Ｆ_１
に応じて変更することができる。

【００３７】この場合、理論的には、トップリング５が
半導体ウエハ８を研磨クロス７に押圧する押圧力Ｆ_１と
リテーナリング３７が研磨クロス７を押圧する押圧力Ｆ
_２とを等しくすれば、ポリッシング対象物である半導体
ウエハ８の内部から周縁部、さらには半導体ウエハ８の
外側にあるリテーナリング３７の外周部までの研磨圧力
の分布が連続かつ均一になる。そのため、ポリッシング
対象物である半導体ウエハ８の周縁部における研磨量の
過不足を防止することができる。

【００３８】図１４はトップリング５が半導体ウエハ８
を研磨クロス７に押圧する押圧力Ｆ _１とリテーナリング
３７が研磨クロス７を押圧する押圧力Ｆ_２との関係を変
えた場合の模式図であり、図１４（ａ）はＦ_１＞Ｆ_２の
場合を示し、図１４（ｂ）はＦ_１≒Ｆ_２の場合を示し、
図１４（ｃ）はＦ_１＜Ｆ_２の場合を示す。図１４
（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されるように、リテーナリ
ング３７に押圧力Ｆ_２を加えた場合、研磨クロス７が圧
縮され、半導体ウエハ８の周縁部に対する研磨クロス７
の接触状態が変化していく。このため、Ｆ_１とＦ_２との
関係を変更することにより半導体ウエハ８の研磨圧力の
分布を内部側と周縁部とで種々に変えることができる。

【００３９】図１４から明らかなように、Ｆ_１＞Ｆ_２の
場合には半導体ウエハ８の周縁部の研磨圧力が内部より
高くなり、半導体ウエハ８の周縁部の研磨量を内部の研
磨量より多くすることができる。Ｆ_１≒Ｆ_２の場合には
半導体ウエハ８の内部から周縁部、さらには押圧リング
の外周部までの研磨圧力の分布が連続かつ均一になり、
半導体ウエハ８において内部から周縁部まで均一な研磨
量が得られる。Ｆ_１＜Ｆ_２の場合には半導体ウエハ８の
周縁部の研磨圧力が内部より低くなり、半導体ウエハ８
の周縁部の研磨量を内部の研磨量より少なくすることが
できる。

【００４０】以上のように本発明のトップリングによれ
ば、トップリング５の保持プレート３３のウエハ保持面
３３ａの上面に流体を供給し、この際に、流体の圧力を
正圧から負圧の範囲で適宜選択して、保持プレート３３
のウエハ保持面３３ａの形状を下側に凸形状又は上側に
凸形状とし、半導体ウエハ８の研磨クロス７への押圧力
を、半導体ウエハ８の中央部側と外周部側とで変えて研
磨する。また、場合によっては、保持プレート３３のウ
エハ保持面３３ａの形状を平坦にして半導体ウエハ８を
研磨する。

【００４１】上記工程と並行して、トップリング５の外
周部にあるリテーナリング３７の押圧力Ｆ_２をトップリ
ング５の押圧力Ｆ_１に基づいて決定し、決定された押圧
力Ｆ _２で研磨クロス７を押圧しながら研磨する。すなわ
ち、正圧又は負圧を有した流体によるウエハ保持面３３
ａの形状補正作用とリテーナリング３７による研磨クロ
ス７の形状補正作用の協働作用を活用しながら半導体ウ
エハ８を研磨する。これによって、半導体ウエハの局部
（例えば、中央部、外周部等）的な研磨不足を補正する
ことができる。

【００４２】図１２乃至図１４に示す構造を有したトッ
プリング５により研磨中の半導体ウエハのＣＭＰプロセ
スの終点検知がされた場合、トップリング５が半導体ウ
エハ８を研磨テーブル６上の研磨クロス７に押圧する押
圧力Ｆ_１を脱力し、リテーナリング３７が研磨クロス７
を押圧する押圧力（リテーナ荷重）Ｆ_２のみを加える。
この場合、リテーナリングの押圧力（リテーナ荷重）は
研磨中の値と同一の押圧力Ｆ_２のままとするか、また
は、リテーナリングの押圧力を押圧力Ｆ_１＋押圧力Ｆ_２
と同等に切り替える。これにより、研磨テーブル６およ
び回転台３に偏荷重が加わることがない。

【００４３】次に、本発明に係るポリッシング装置の第
２の実施形態を図１５乃至図２２を参照して説明する。
第２の実施形態におけるポリッシング装置は、図１乃至
図１４に示す第１の実施形態におけるポリッシング装置
に研磨中にドレッシングを行なうことができるドレッシ
ング機構を付加したものである。マルチヘッド型のポリ
ッシング装置では、トップリングが同時にポリッシング
を行なうため、ポリッシングと同時にドレッシングを行
なうことができない。そのため、長時間のポリッシング
では研磨クロスの目つぶれや研磨クロス表面のスラリ堆
積により、ポリッシングレート低下や被研磨面の面内均
一性の悪化が起こる。そこで、本実施形態においては、
各トップリング間にドレッサーを配置することにより、
マルチヘッド型のポリッシング装置でもポリッシングと
同時にドレッシング可能とするものである。完全にドレ
ッシング機能を発揮できなくても、ポリッシング性能の
低下を防ぐことができれば、その効果は大きい。ドレッ
サー形状としては、後述のプレートタイプ、ローラタイ
プ、小径カップタイプが考えられる。以下、ドレッシン
グ機構を説明する。

【００４４】図１５および図１６は、本発明の第２の実
施形態におけるポリッシング装置を示す図であり、図１
５はポリッシング装置の平面的な模式図であり、図１６
はポリッシング装置の斜視図である。図１５に示すよう
に、本ポリッシング装置においては、５個のドレッサー
５０が配置されている。各ドレッサー５０は、隣接する
トップリング５の間に配置されている。各ドレッサー５
０は、細長い板状体からなり、研磨テーブル６の中心部
よりやや離間した位置より放射状に延びており、半導体
ウエハが研磨される範囲の半径方向の全域に亘る範囲が
ドレッシングされるようになっている。

【００４５】図１７および図１８は、ドレッサーの詳細
構造を示す図であり、図１７はドレッサーの正面図であ
り、図１８は図１７のXVIII矢視図である。図１７およ
び図１８に示すように、ドレッサー５０は回転台３に固
定されたエアシリンダ５１に連結される。またドレッサ
ー５０の両端部には、ガイドポスト５２が固定されてお
り、このガイドポスト５２は内部にすべり軸受５３を具
備するとともに回転台３に固定された案内部材５４によ
り案内されるようになっている。ドレッサー５０の円弧
状の下面のドレス面５０ａにはダイヤモンド粒が電着等
によって固定されている。

【００４６】図１９（ａ）はドレッサー５０の作動状態
を示す図であり、ドレッサー５０のドレス面５０ａは研
磨クロス７に押し付けられる。図１９（ｂ）はドレッサ
ー５０の他の形態を示す概略図である。図１９（ｂ）に
示すように、ドレッサー５０の下端はナイフエッジ５０
ｂになっている。この場合、ドレッサー５０の全体又は
下部のみをセラミックスなどの超硬質材とすることによ
り、又は金属製等のドレッサー本体にダイヤモンド膜コ
ーティングを施すことにより、ナイフエッジ５０ｂを形
成している。

【００４７】図１５乃至図１９に示すドレッサー５０に
よれば、ドレッサー５０におけるダイヤモンド粒からな
るドレス面５０ａ又はナイフエッジ５０ｂを研磨クロス
７に押し付けることで、研磨クロス表面の堆積物を擦り
落とすことができる。また研磨クロスの表面をわずかに
削り落とすことができる。ドレッサー５０のドレス面５
０ａ又はナイフエッジ５０ｂを研磨クロスに押し付ける
際に、ドレッサー５０に研磨クロスの直径方向に振幅
０．０１〜１ｍｍ程度、振動数１０〜５００Ｈｚ程度の
わずかな振動を加えてもよい。

【００４８】図２０及び図２１は、ドレッサー５０の更
に他の形態を示す図であり、図２０はドレッサー５０の
正面図であり、図２１はドレッサー５０の動作を説明す
る構成図である。図２０に示すように、ローラ型のドレ
ッサー５０は、ベルト５６及びプーリ５７，５７等の動
力伝達機構を介して駆動モータ５８に連結されている。
従って、ドレッサー５０は水平方向の軸線の回りに回転
するようになっている。ローラ型のドレッサー５０の外
周には、ダイヤモンド粒が電着等により固定されてい
る。エアシリンダ５１、ガイドポスト５２及び案内部材
５４等は図１７及び図１８に示す例と同一である。図２
１に示すように、ドレッサー５０を研磨クロス７の表面
に所定の荷重で押し付けることにより、研磨クロス表面
を薄く削り落とす。この際、ローラ型のドレッサー５０
を水平な軸線回りに回転させることにより、切削力を増
加させることができる。

【００４９】ローラ型のドレッサーの場合、ドレッサー
５０を研磨テーブル６の半径方向と一致させないで、図
２２に示すように、ドレッサー５０をテーブルの半径方
向ｒに対してわずかな角度（θ）だけ傾けてもよい。こ
のように、ドレッサー５０を半径方向よりわずかに傾け
ることにより、外部から回転力を加えなくとも研磨クロ
スとローラ型のドレッサー５０との間に相対速度が生
じ、ダイヤモンドローラの切削力を増加させることがで
きる。図１５乃至図２２に示す実施形態によれば、各ト
ップリング間にドレッサーを配置することにより、マル
チヘッド型のポリッシング装置においても研磨作業と同
時にドレッシング作業が可能となり、ポリッシング性能
の低下を防ぐことができる。

【００５０】

【発明の効果】本発明によれば、基板のロードアンロー
ドしている間にも、研磨テーブル上で複数の基板を研磨
することができるため、単位時間当たりの基板の研磨枚
数を増やすことができる。また、本発明によれば、各ト
ップリングに保持された基板毎にＣＭＰプロセスの終点
を検知できるため、ＣＭＰプロセスの終点が検知された
基板のみの研磨作業を終了することができる。したがっ
て、本発明によれば、同時に複数の基板を研磨すること
ができるマルチヘッド型のポリッシング装置にも拘わら
ず、研磨中の全ての基板のＣＭＰプロセスの終点検知が
可能であるため、全ての基板を研磨状態にバラツキがな
く、均一に研磨することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態におけるポリッシング
装置の全体構成を示す正面図である。

【図２】図１のII−II矢視図である。

【図３】図１に示すポリッシング装置の要部正面図であ
る。

【図４】トップリング載置台の移動機構を示す図であ
り、図３のIV矢視図である。

【図５】トップリング載置台の移動機構を示す図であ
り、図３のＶ矢視図である。

【図６】連続処理を示す図であり、ポリッシング装置の
平面的な模式図である。

【図７】連続処理を示す図であり、ポリッシング装置の
斜視図である。

【図８】バッチ処理を示す図であり、ポリッシング装置
の平面的な模式図である。

【図９】バッチ処理を示す図であり、ポリッシング装置
の斜視図である。

【図１０】光学式センサの設置状態を示す概略断面図で
ある。

【図１１】図１０に示すポリッシング装置の平面図であ
る。

【図１２】本発明のトップリングの構造を示す断面図で
ある。

【図１３】トップリングの保持プレートのウエハ保持面
の形状を模式的に表す図である。

【図１４】トップリングが半導体ウエハを研磨布に押圧
する押圧力とリテーナリングが研磨布を押圧する押圧力
との関係を変えた場合の模式図であり、図１４（ａ）は
Ｆ _１＞Ｆ_２の場合を示し、図１４（ｂ）はＦ_１≒Ｆ_２の
場合を示し、図１４（ｃ）はＦ_１＜Ｆ_２の場合を示す。

【図１５】本発明の第２の実施形態におけるポリッシン
グ装置を示す図であり、ポリッシング装置の平面的な模
式図である。

【図１６】本発明の第２の実施形態におけるポリッシン
グ装置を示す図であり、ポリッシング装置の斜視図であ
る。

【図１７】ドレッサーの詳細構造を示す正面図である。

【図１８】図１７のXVIII矢視図である。

【図１９】図１９（ａ）はドレッサーの作動状態を示す
図であり、図１９（ｂ）はドレッサーの他の形態を示す
概略図である。

【図２０】ドレッサーの更に他の形態を示す正面図であ
る。

【図２１】ドレッサーの更に他の形態を示す図であり、
ドレッサーの動作を説明する構成図である。

【図２２】ドレッサーの更に他の形態を示す概略模式図
である。

【符号の説明】

１柱２架台３回転台４回転主軸５トップリング６研磨テーブル７研磨クロス８半導体ウエハ９トップリング軸１０トップリング載置台１１モータ１２，５１エアシリンダ１３ロータリジョイント１４ガイドレール１５ナット１６ボールネジ１７駆動モータ１８摺動台２０プッシャー２１光学式センサ２２配線２３ロータリコネクタ２４コントローラ２５表示装置（ディスプレイ）３２トップリング本体３３保持プレート３３ａ保持面３５流体源３６弾性マット３７リテーナリング３８流体圧バッグ４１ボール５０ドレッサー５０ａドレス面５０ｂナイフエッジ５２ガイドポスト５３すべり軸受５４案内部材５６ベルト５７プーリ５８駆動モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮崎充東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 3C058 AA09 AA12 AB03 AB04 AB08 AC02 BA01 BA02 BA05 BC03 CB01 CB03 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨面を有する研磨テーブルと、基板を
保持して前記研磨テーブルに押圧する複数のトップリン
グと、複数のトップリングを保持するとともに該複数の
トップリングの回転割出しを行なう回転台とを備えたマ
ルチヘッド型のポリッシング装置において、前記研磨テーブルに隣接してトップリングとの間で基板
の受け渡しを行なう基板受け渡し装置を設け、前記回転
台の回転割出し動作により一個のトップリングを基板受
け渡し装置に隣接して位置させ、基板の交換を行なうこ
とを可能とし、前記基板の交換中に他のトップリングに保持された基板
の研磨を可能としたことを特徴とするポリッシング装
置。
【請求項２】前記複数のトップリングの回転割出し
は、トップリングを上昇させることなく基板に加える研
磨圧力のみを解除して行なうことを特徴とする請求項１
に記載のポリッシング装置。
【請求項３】研磨面を有する研磨テーブルと、基板を
保持して前記研磨テーブルに押圧する複数のトップリン
グと、複数のトップリングを保持するとともに該複数の
トップリングの回転割出しを行なう回転台とを備えたマ
ルチヘッド型のポリッシング装置において、前記複数のトップリングの研磨作業を個別に制御可能と
し、前記複数のトップリングによって保持された複数の基板
の被研磨面の研磨状態を監視して研磨の終点を検知する
センサを設け、終点検知がなされた基板を保持したトッ
プリングのみの研磨作業を終了させるようにしたことを
特徴とするポリッシング装置。
【請求項４】前記研磨作業の終了は、基板に加える研
磨圧力のみを解除することにより行なうことを特徴とす
る請求項３に記載のポリッシング装置。
【請求項５】前記トップリングの外周側に研磨面を押
圧する機能を有する押圧部材を設け、該押圧部材は、ト
ップリングが基板に加える研磨圧力を解除した後にも研
磨面を押圧することを特徴とする請求項４に記載のポリ
ッシング装置。