JP2002103201A - ポリッシング装置 - Google Patents
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- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
Abstract
ッシング部材、砥液、研磨屑などを容易かつ確実に除去
し、研磨対象物の研磨品質を高めることができる研磨装
置を提供する。 【解決手段】 研磨面を有する研磨テーブル11と該研
磨面の目立てを行なうドレッサー33とを有し、研磨面
に研磨対象物Wを押圧して該研磨対象物Wを研磨するポ
リッシング装置において、ドレッサー33の下面には、
研磨面に摺接して該研磨面のドレッシングを行なうドレ
ッシング部材34と、液体供給源50から供給される洗
浄液と気体供給源40から供給される気体とを混合した
液体を研磨テーブル11の研磨面に噴射する噴射ノズル
35とを設けた。
Description
するポリッシング装置に係り、特に、表面に薄膜が形成
された半導体ウェハ等の研磨対象物を平坦かつ鏡面状に
研磨するポリッシング装置に関するものである。
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0.5μm以下の光リソグラ
フィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像
面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表
面を平坦化する一手段として、化学機械研磨(CMP)
を行うポリッシング装置が知られている。
ように、上面に研磨布(研磨パッド)300を貼付して
研磨面を構成する研磨テーブル302と、研磨対象物で
ある半導体ウェハ等の基板Wをその被研磨面を研磨テー
ブル302に向けて保持するトップリング304とを備
えている。このようなポリッシング装置を用いて半導体
ウェハWの研磨処理を行う場合には、研磨テーブル30
2とトップリング304とをそれぞれ自転させ、研磨テ
ーブル302の上方に設置された砥液ノズル306より
砥液を供給しつつ、トップリング304により半導体ウ
ェハWを一定の圧力で研磨テーブル302の研磨布30
0に押圧する。砥液ノズル306から供給される砥液
は、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥
粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作
用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化
学的・機械的研磨によって半導体ウェハWが平坦かつ鏡
面状に研磨される。
作業を継続すると研磨布300の研磨面の研磨力が低下
するが、この研磨力を回復させるために、ドレッサー3
08を設け、このドレッサー308によって、研磨する
半導体ウェハWの交換時などに研磨布300の目立て
(ドレッシング)が行われている。このドレッシング処
理においては、ドレッサー308のドレッシング面(ド
レッシング部材)を研磨テーブル302の研磨布300
に押圧しつつ、これらを自転させることで、研磨面に付
着した砥液や切削屑を除去すると共に、研磨面の平坦化
及び目立てが行なわれ、研磨面が再生される。このドレ
ッシングはコンディショニングとも呼ばれる。
サーによるドレッシングの際に、研磨面に摺接するドレ
ッシング部材が研磨面に脱落する場合がある。ドレッシ
ング部材が研磨面に脱落したまま残ってしまった場合に
は、脱落したドレッシング部材によって、次に研磨を行
なう基板の表面にスクラッチ傷が形成される場合があ
る。
レッサーの下面に電着などにより付着させてドレッシン
グ部材を構成したダイヤモンドドレッサーにおいては、
初期ならし運転をしたり、ダイヤモンド粒子の間隔を広
くしたりすることで、ドレッシング部材の表面上に存在
する浮遊粒子を少なくし、ダイヤモンド粒子の脱落をな
るべく少なくする試みがなされている。しかしながら、
研磨面上に脱落するダイヤモンド粒子を完全になくすこ
とは非常に難しい。
磨処理に用いた砥液や研磨屑が研磨面に残ってしまう場
合がある。このような砥液や研磨屑もスクラッチの原因
となるので、これらを次の研磨が行なわれる前に除去す
る必要がある。
鑑みてなされたもので、スクラッチの原因となる研磨面
上の脱落ドレッシング部材、砥液、研磨屑などを容易か
つ確実に除去し、研磨対象物の研磨品質を高めることが
できる研磨装置を提供することを目的とする。
ける問題点を解決するために、本発明は、研磨面を有す
る研磨テーブルと該研磨テーブルの研磨面の目立てを行
なうドレッサーとを有し、上記研磨テーブルの研磨面に
研磨対象物を押圧して該研磨対象物を研磨するポリッシ
ング装置において、上記ドレッサーの下面には、上記研
磨面に摺接して該研磨面のドレッシングを行なうドレッ
シング部材と、液体供給源から供給される液体を上記研
磨テーブルの研磨面に噴射する噴射ノズルとを設けたこ
とを特徴とする。
研磨面上に脱落したドレッシング部材あるいは砥液や研
磨屑などが噴射ノズルからの液体によってドレッサーの
外方に飛散されるので、スクラッチの原因となるこれら
の残留物を研磨面から効果的に除去することができる。
これにより、研磨対象物の研磨品質を高めることが可能
となる。
磨面に摺接して該研磨面のドレッシングを行なうドレッ
シング部材と、液体供給源から供給される洗浄液と気体
供給源から供給される気体とを混合した液体を上記研磨
テーブルの研磨面に噴射する噴射ノズルとを設けること
としてもよい。このようにすれば、研磨面の凹部に落ち
込んだ砥液や研磨屑を混合液体中の気体によって掻き出
し、更に洗浄液によって洗い流すことができるので、更
に効果的な研磨面の洗浄が可能となる。
部材を上記ドレッサーの下面にリング状に配置し、該リ
ング状に配置されたドレッシング部材の内側に上記噴射
ノズルを配置するのが好ましい。
は、上記液体を該ドレッシング部材の下面に流出させる
液体流通孔が形成され、上記ドレッシング部材の下面に
は、上記液体流通孔から該ドレッシング部材の外周部に
至る液体排出溝が形成されていることを特徴とする。こ
れにより、ドレッサーの回転と相俟って、上記液体が勢
いよくドレッサーの外方に流出するので、効果的に研磨
面の洗浄を行なうことができる。
が上記ドレッサーの外周側に延びるように形成されてい
ることを特徴とする。これにより、流出する液体の勢い
が更に強まり、洗浄の効果が向上する。
装置の一実施形態について図面を参照して詳細に説明す
る。図1は本実施形態に係るポリッシング装置を模式的
に示す平面図、図2は図1のポリッシング装置の外観を
示す斜視図である。
装置には、全体が長方形をなす床上のスペースの一端側
に一対の研磨部1a,1bが左右に対向して配置され、
他端側にそれぞれ半導体ウェハ収納用カセット2a,2
bを載置する一対のロード・アンロードユニットが配置
されている。研磨部1a,1bとロード・アンロードユ
ニットとを結ぶ線上には、半導体ウェハを搬送する搬送
ロボット4a,4bが2台配置されて搬送ラインが形成
されている。この搬送ラインの両側には、それぞれ1台
の反転機5,6とこの反転機5,6を挟んで2台の洗浄
機7a,7b,8a,8bとが配置されている。
の仕様の装置が搬送ラインに対称に配置されており、そ
れぞれ、上面に研磨布10が貼付された研磨テーブル1
1と、研磨対象物である半導体ウェハWを真空吸着によ
り保持し、これを研磨テーブル11に押圧して研磨する
トップリング装置12と、研磨テーブル11上の研磨布
10の目立て(ドレッシング)を行なうドレッシング装
置13とを備えている。また、研磨部1a,1bには、
それぞれの搬送ライン側に、半導体ウェハWをトップリ
ング装置12との間で授受するプッシャー14が設けら
れている。上記研磨布10の上面は研磨面を形成してい
る。なお、研磨布に限られず、固定砥粒パッドや砥石に
より研磨面を形成することとしてもよい。ここで、研磨
布とは、弾性を有する発泡ポリウレタンや不織布を指
す。砥石とは、樹脂等からなるバインダ中に砥粒を固定
したものである。また、固定砥粒パッドとは、バインダ
中に砥粒を固定したものを上層とし、その下層として弾
性パッドを貼着して二層構造としたもの、もしくは、弾
性を有するバインダ中に砥粒を固定したものである。
折自在な関節アームを有しており、それぞれ上下に2つ
の把持部をドライフィンガーとウェットフィンガーとし
て使い分けている。本実施形態では2台のロボットが使
用されるので、基本的に第1ロボット4aは反転機5,
6よりカセット2a,2b側の領域を、第2ロボット4
bは反転機5,6より研磨部1a,1b側の領域を受け
持つ。
転させるもので、搬送ロボット4a,4bのハンドが到
達可能な位置に配置されている。本実施形態では、2つ
の反転機5,6をドライ基板を扱うものと、ウエット基
板を扱うものとに使い分けている。
任意であるが、例えば、研磨部1a,1b側はスポンジ
付きのローラで半導体ウェハの表裏両面を拭う形式の洗
浄機7a,7bであり、カセット2a,2b側は半導体
ウェハのエッジを把持して水平面内で回転させながら洗
浄液を供給する形式の洗浄機8a,8bである。後者
は、遠心脱水して乾燥させる乾燥機としての機能をも備
える。洗浄機7a,7bにおいて、半導体ウェハの1次
洗浄を行うことができ、洗浄機8a,8bにおいて1次
洗浄後の半導体ウェハの2次洗浄を行うことができる。
1bの要部を示す縦断面図である。図3に示すように、
研磨テーブル11の研磨布10の表面は研磨対象物であ
る半導体ウェハWと摺接する研磨面を構成している。研
磨テーブル11は、テーブル軸11aを介してその下方
に配置されるモータ(図示せず)に連結されており、研
磨テーブル11は、図3の矢印Cで示すようにそのテー
ブル軸11a周りに回転可能になっている。
ル15及び水供給ノズル16が配置されており、砥液供
給ノズル15からは研磨砥液が、水供給ノズル16から
はドレッシングに使用するドレッシング液(例えば、
水)が、それぞれ研磨テーブル11に貼付された研磨布
10上に供給される。また、これら砥液と水を回収する
枠体17が研磨テーブル11の周囲に設けられており、
この枠体の下部に樋17aが形成されている。
20と、支軸20の上端に連結される揺動アーム21
と、揺動アーム21の自由端から垂下するトップリング
シャフト22と、トップリングシャフト22の下端に連
結される略円盤状のトップリング23とから構成されて
いる。トップリング23は、支軸20の回転による揺動
アーム21の揺動と共に水平方向に移動し、図1の矢印
Aで示すように、プッシャー14と研磨布10上の研磨
位置との間での往復運動が可能となっている。また、ト
ップリング23は、トップリングシャフト22を介して
揺動アーム21の内部に設けられた図示しないモータ
(回転機構)及び昇降シリンダに連結されており、これ
により、図3の矢印D,Eに示すように昇降可能かつト
ップリングシャフト22周りに回転可能となっている。
また、研磨対象である半導体ウェハWは、トップリング
23の下端面に真空等によって吸着、保持されている。
これらの機構により、トップリング23は自転しなが
ら、その下面に保持した半導体ウェハWを研磨布10に
対して任意の圧力で押圧することができる。
化した研磨布10の表面を再生するもので、研磨テーブ
ル11の中心に対してトップリング装置12とは反対側
に配置されている。ドレッシング装置13は、上記トッ
プリング装置12と同様に、回転可能な支軸30と、支
軸30の上端に連結される揺動アーム31と、揺動アー
ム31の自由端から垂下するドレッサーシャフト32
と、ドレッサーシャフト32の下端に連結される略円盤
状のドレッサー33とから構成されている。ドレッサー
33は、支軸30の回転による揺動アーム31の揺動と
共に水平方向に移動し、図1の矢印Bで示すように、研
磨布10上のドレッシング位置と研磨テーブル11の外
側の待機位置との間で往復運動が可能となっている。ま
た、ドレッサー33は、ドレッサーシャフト32を介し
て揺動アーム31の内部に設けられた図示しないモータ
(回転機構)及び昇降シリンダに連結されており、これ
により、図3の矢印F,Gに示すように昇降可能かつド
レッサーシャフト32周りに回転可能となっている。
配管構成を示す概略図、図5は図3に示すドレッサー3
3の底面図である。なお、図4においては一部を断面で
示してある。図4及び図5に示すように、ドレッサー3
3の下面には、研磨布10に摺接して研磨布10のドレ
ッシングを行うためのドレッシング部材34が取り付け
られている。本実施形態では、ダイヤモンド粒子等の粒
状物を円板に電着により付着させたドレッシング部材
(ダイヤモンドペレット)を用い、複数のドレッシング
部材34がドレッサー33の下面に取り付けられてい
る。このドレッシング部材34は、図5に示すように、
ドレッサー33の円周方向に所定の間隔で配置され、全
体としてリング状に配置されている。ドレッサー33
は、このドレッシング部材34を研磨布10に対して任
意の圧力で押圧し、自転することで研磨面のドレッシン
グ(目立て)を行なう。
と洗浄液としての純水とを混合した液体を研磨布の研磨
面に噴射する複数の噴射ノズル35が設けられている。
この噴射ノズル35は、図4及び図5に示すように、上
記リング状に配置されたドレッシング部材34で囲まれ
る場所、即ち、リング状に配置されたドレッシング部材
34の内側に、ドレッサー33の中心に対して放射状に
配置されている。なお、各噴射ノズル35のノズルは、
液体がドレッサー33の外方に向けて噴射されるように
構成されている。
は、窒素ガス供給源(気体供給源)40からの窒素ガス
と純水供給源(液体供給源)50からの純水の双方がそ
れぞれ気体経路41及び液体経路51を介して供給され
ている。窒素ガス供給源40からの窒素ガスは、レギュ
レータ42で圧力を調整され、エアオペレータバルブ4
3及びロータリージョイント60を介して噴射ノズル3
5に供給される。一方、純水供給源50からの純水は、
レギュレータ52で圧力が調整され、エアオペレータバ
ルブ53及びロータリージョイント60を介して噴射ノ
ズル35に供給される。気体経路41と液体経路51は
噴射ノズル35に至る前に合流し、純水と窒素ガスとが
混合される。混合された液体は、ドレッサー33内に形
成された流路36に至り、この流路36から噴射ノズル
35に供給される。
子化、液体が凝固した微粒子固体化、液体が蒸発し
た気体化(これら、、を霧状化又はアトマイズと
いう)された状態で、噴射ノズル35から研磨テーブル
に向けて噴射される。混合された液体が液体微粒子化、
微粒子固体化、気体化のいずれの状態で噴射されるか
は、窒素ガス及び/又は純水の圧力、温度、又はノズル
形状などによって決定される。したがって、レギュレー
タなどによって窒素ガス及び/又は純水の圧力、温度、
又はノズル形状などを適宜変更することによって噴射さ
れる液体の状態を変更することができる。
付近の部分拡大図、図6(b)は(a)のVI−VI線断面
図である。各ドレッシング部材34の下面には、多数の
ダイヤモンド粒子が全面に亘って電着されている。図6
(a)及び(b)に示すように、本実施形態におけるド
レッシング部材34には上下に貫通する液体流通孔34
aが形成されている。また、ドレッシング部材34の底
面には、液体流通孔34aから延びる液体排出溝34b
が形成されている。本実施形態における液体排出溝34
bは、図6(a)に示すように、液体流通孔34aから
ドレッサー33の外周33a側に延び、ドレッシング部
材34の外周部まで至っている。液体流通孔34aの上
部は上述したドレッサー33内の流路36と連通してお
り、ドレッサー33内の流路36から液体流通孔34a
及び液体排出溝34bを通って上述した混合液体がドレ
ッサー33の外部に流出するようになっている。
用いて、半導体ウェハWの研磨処理及びドレッシングを
行なう場合の動作について説明する。研磨部1a,1b
において半導体ウェハWの研磨処理を行なう場合には、
トップリング23及び研磨テーブル11をそれぞれ独立
に自転させつつ、トップリング23に保持された半導体
ウェハWと研磨テーブル11とを相対運動させて、トッ
プリング23の下面に保持された半導体ウェハWを研磨
テーブル11上の研磨布10に押圧する。このとき、同
時に砥液供給ノズル15から研磨布10の上面に砥液を
供給する。この砥液として、例えばアルカリ溶液に微粒
子からなる砥粒を懸濁したものが用いられ、アルカリに
よる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との
複合作用とによって半導体ウェハWが研磨される。研磨
に使用された砥液は、研磨テーブル11の回転による遠
心力を受けて研磨テーブル11の外方に飛散し、枠体1
7の下部の樋17aにより回収される。
た時点で研磨処理が終了するが、この研磨作業の終了時
点では、研磨によって研磨布10の特性が変化し、次に
行なう研磨の研磨性能が低下しているので、ドレッシン
グ装置13により研磨布10のドレッシングを行なう。
ドレッシングは、ドレッサー33及び研磨テーブル11
をそれぞれ独立に自転させつつ、ドレッサー33に保持
されたドレッシング部材34を所定の圧力下で研磨布1
0に当接させる。このとき、ドレッシング部材34が研
磨布10に接触するのと同時又は接触する前に、水供給
ノズル16から研磨布10の上面に水を供給し、研磨布
10に残留している使用済みの砥液を洗い流す。
レータ42,52及びエアオペレータバルブ43,53
を制御することによって、所定の圧力、温度の窒素ガス
と純水とをドレッサー33の噴射ノズル35に供給し、
該噴射ノズル35から純水と窒素ガスとの混合液体を研
磨布10に向けて噴射する。この窒素ガスの圧力は0.
01MPa〜0.7MPa、純水の圧力は0.1MPa
〜0.3MPaとするのが好ましい。これにより、混合
液体が霧状化された状態で研磨布10に噴射され、ドレ
ッシング中に脱落したドレッシング部材34がこの混合
液体によってドレッサー33の外方に飛散される。更
に、研磨布10上の砥液や研磨屑もドレッサー33の外
方に飛散される。特に、研磨布の凹部に落ち込んだ砥液
や研磨屑を、混合液体中の気体によって掻き出し、更に
洗浄液(純水)によって洗い流すことができる。このよ
うに、スクラッチの原因となる研磨布10上に存在する
ドレッシング部材34及び砥液や研磨屑を効果的に除去
することができる。
33内の流路36からドレッシング部材34の液体流通
孔34a及び液体排出溝34bを通りドレッサー33の
外方へ流出される。このときドレッサー33は回転して
いるため、混合液体は勢いよくドレッサー33の外方に
流出し、これにより更に効果的な洗浄が可能となる。特
に、図6(a)に示すドレッシング部材では、液体排出
溝34bが液体流通孔34aからドレッサー33の外周
33a側に延びているため、流出する混合流体の勢いが
更に強まり、洗浄の効果が向上する。
5から研磨布10に噴射された混合液体は研磨テーブル
11の回転による遠心力を受けて研磨テーブル11の外
方に飛散し、枠体17の下部の樋17aにより回収され
る。ドレッシング終了後のドレッサー33は、揺動アー
ム31の駆動により待機位置に戻され、この待機位置に
設置されたドレッサー洗浄装置18(図1参照)によっ
て洗浄される。
説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、そ
の技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施
されてよいものである。上述の実施形態では、気体供給
源40から窒素ガスを、液体供給源50から洗浄液とし
ての純水をそれぞれ噴射ノズル35に供給することとし
たが、気体供給源40を設けずに、液体供給源50から
液体(洗浄液)のみを噴射ノズル35に供給することと
してもよい。この場合に、例えば、液体経路51上のレ
ギュレータ52を制御することによって、高圧の液体
(純水)を噴射ノズル35に供給し、これにより研磨布
の凹部に落ち込んだ砥液や研磨屑を掻き出すこととして
もよい。
噴射ノズル35の数及び配置は図示のものに限られるも
のではない。更に、ドレッサー33のドレッシング部材
34に形成される液体流通孔34a及び液体排出溝34
bの位置、形状なども図示のものに限られるものではな
い。例えば、図7に示すように、ドレッシング部材34
の中心に液体流通孔34aを形成し、該液体流通孔34
aから放射状に延びる液体排出溝34bを互いに90度
をなすように形成することとしてもよい。更に、上述の
実施形態では、ドレッサー33のドレッシング部材とし
てダイヤモンドペレットを採用した例を説明したが、こ
れに限られず、例えば、ブラシを用いたドレッシング部
材に本発明を適用することも可能である。
原因となる研磨面上の脱落ドレッシング部材、砥液、研
磨屑などを容易かつ確実に除去し、研磨対象物の研磨品
質を高めることができる。
を模式的に示す平面図である。
ある。
ある。
概略図である。
分拡大図、図6(b)は(a)のVI−VI線断面図であ
る。
レッシング部材付近の部分拡大図である。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 研磨面を有する研磨テーブルと該研磨テ
ーブルの研磨面の目立てを行なうドレッサーとを有し、
上記研磨テーブルの研磨面に研磨対象物を押圧して該研
磨対象物を研磨するポリッシング装置において、 上記ドレッサーの下面には、上記研磨面に摺接して該研
磨面のドレッシングを行なうドレッシング部材と、液体
供給源から供給される液体を上記研磨テーブルの研磨面
に噴射する噴射ノズルとを設けたことを特徴とするポリ
ッシング装置。 - 【請求項2】 研磨面を有する研磨テーブルと該研磨テ
ーブルの研磨面の目立てを行なうドレッサーとを有し、
上記研磨テーブルの研磨面に研磨対象物を押圧して該研
磨対象物を研磨するポリッシング装置において、 上記ドレッサーの下面には、上記研磨面に摺接して該研
磨面のドレッシングを行なうドレッシング部材と、液体
供給源から供給される洗浄液と気体供給源から供給され
る気体とを混合した液体を上記研磨テーブルの研磨面に
噴射する噴射ノズルとを設けたことを特徴とするポリッ
シング装置。 - 【請求項3】 上記ドレッシング部材を上記ドレッサー
の下面にリング状に配置し、該リング状に配置されたド
レッシング部材の内側に上記噴射ノズルを配置したこと
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のポリッシン
グ装置。 - 【請求項4】 上記ドレッシング部材には、上記液体を
該ドレッシング部材の下面に流出させる液体流通孔が形
成され、上記ドレッシング部材の下面には、上記液体流
通孔から該ドレッシング部材の外周部に至る液体排出溝
が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項
3に記載のポリッシング装置。 - 【請求項5】 上記ドレッシング部材の液体排出溝が上
記ドレッサーの外周側に延びるように形成されているこ
とを特徴とする請求項4に記載のポリッシング装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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