JP2002343755A - 半導体基板研磨方法及び装置 - Google Patents

半導体基板研磨方法及び装置

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JP2002343755A
JP2002343755A JP2001149743A JP2001149743A JP2002343755A JP 2002343755 A JP2002343755 A JP 2002343755A JP 2001149743 A JP2001149743 A JP 2001149743A JP 2001149743 A JP2001149743 A JP 2001149743A JP 2002343755 A JP2002343755 A JP 2002343755A
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JP
Japan
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cover
polishing
wafer
air
polishing pad
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JP2001149743A
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Takashi Kamono
隆 加茂野
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Canon Inc
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Canon Inc
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 パッド上に異物が付着することを防止して、
スクラッチのない研磨を実現することにより、半導体製
造の歩留まりを向上させる。 【解決手段】 研磨パッド2の上部に防塵カバー20を
取り付けた。又、前記カバー20の内部を陽圧にするべ
く空気供給手段(エアーカーテン機構)、空気圧縮測定
手段、空気圧制御手段を構成した。この空気圧制御手段
により、カバー内部雰囲気圧力がカバー外部雰囲気圧力
より陽圧となるべく圧力制御を行なった。さらに、研磨
ヘッド及びコンディショニング工具のために前記カバー
20に開いている開口部にエアーカーテンを配置した。
さらに、前記カバー20は異物が付着しにくいフッ素樹
脂で作成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、Si、GaAs、
InP等の半導体ウエハあるいは表面上に複数の島状の
半導体領域が形成された石英やガラス基板等の基板研磨
方法および研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体デバイスの超微細化や多層配線化
が進み、Si、GaAs、InP等の半導体ウエハある
いは表面上に複数の島状の半導体領域が形成された石英
やガラス基板等の基板の外表面を高精度に平坦化するこ
とが求められている。さらに、SOIウエハの出現や3
次元集積化の必要性からも基板の外表面のグローバル平
坦化が望まれている。
【0003】このような基板のグローバル平坦化はもち
ろんミクロな平坦化も可能な平坦化技術として、例えば
次に説明するような化学機械研磨(CMP)装置が知ら
れている。
【0004】ここでは従来のCMP装置について図6と
図7を用いて説明する。図6は従来のCMP装置の上面
図である。図7は従来のCMP装置の正面図である。被
加工物であるウエハ1がウエハホルダー603によって
その被研磨面を下に向けた状態で保持され、ウエハ1の
口径よりも大きな口径の例えばポリウレタンからなる研
磨パッド602を用いてウエハ1を研磨する形態であ
る。この研磨パッド602は、主として表面に凹凸を有
しているかあるいは多孔質である。ウエハ1は不図示の
駆動手段によって矢印が示す方向に回転する。また研磨
パッド602は不図示の駆動手段により矢印が示す方向
に回転する。これらウエハ1と研磨パッド602の互い
の回転或いはいずれか一方の回転によって当接するウエ
ハ1の技研磨面が研磨される。このとき研磨量を向上さ
せる目的で研磨剤(スラリー)をスラリー供給手段60
4から供給する。スラリーは例えばミクロンオーダーか
らサブミクロンオーダーのSi02の微粒子が安定に分
散したアルカリ水溶液である。
【0005】また、コンディショニングヘッド605を
研磨パッド602に押し付け回転させることにより、ス
ラリーにより目詰まりを防止している。ウエハホルダー
603は研磨終了後洗浄ステーション606に移動し、
ウエハ裏面部分にあたるバッキングフィルムの洗浄を行
なうとともに乾燥を防ぐ為、間欠的に純水を吹き付けて
いる。コンディショニングヘッド605は研磨終了後洗
浄ステーション607に移動し、コンディショニングヘ
ッド605の洗浄を行なうとともに乾燥を防ぐ為、間欠
的に純水を吹き付けている。また、研磨前或いは研磨後
のウエハはウエハ搬送手段608によりウエハホルダー
603へ着脱される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の研
磨装置においては、研磨パッド上の雰囲気に浮遊する異
物が研磨パッドの上に落下して、スラリーとともに研磨
パッドとウエハの間に入り込みウエハ表面に傷をつける
スクラッチという問題が発生する。この異物の発生源
は、研磨ヘッドを移動させる可動部やウエハ搬送部、ま
たは乾燥したスラリーが装置の壁などに付着した後振動
などで落下するものや装置外部の異物が装置の壁の開口
などから入り込むものがある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はかかる問題点を
解決するものであって、研磨パッド上部に防塵カバーを
取り付けた。また、前記カバーの内部を陽圧にするべく
空気供給手段(エアーカーテン機構)、空気圧測定手
段、空気圧制御手段を構成している。この空気圧制御手
段により、カバー内部雰囲気圧力がカバー外部雰囲気圧
力より陽圧となるように圧力制御を行なった。
【0008】さらに、研磨ヘッド及びコンディショニン
グエ具のために前記カバーに開いている開口部にエアー
カーテンを配置した。さらに、前記カバーは異物が付着
しにくい弗化樹脂で作成した。
【0009】以上の手段により本発明の作用として、パ
ッド上に異物が付着することを防止して、スクラッチの
ない研磨を実現することにより、半導体製造の歩留まり
を向上させた。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に本発明で実施する研磨の形
態を図面に基づいて説明する。
【0011】図1は、本発明の第一の実施例に係る精密
研磨装置を上面からあらわした様式図である。
【0012】図2は、本発明の第一の実施例に係る精密
研磨装置を側面からあらわした様式図である。
【0013】ウエハキャリア10内に収納されているウ
エハ1は、3関節ロボットであるウエハ搬送ロボット1
1によりキャリア内から取り出され、ウエハ反転ステー
ション12へ搬送される。ウエハ反転ステーション12
において上下を反転されたウエハ1は、ウエハ送り込み
手段13によりウエハホルダー3へ受け渡される。ウエ
ハホルダー3は洗浄ステーション6においてバッキング
フィルムの洗浄を行なった後不図示の上下機構により上
昇し、回転移動機構15により反時計回りに移動し、受
け渡し位置9で停止した後にウエハ送り込み手段13に
よりウエハ1を受け取る。ウエハ1を受け渡されたウ工
ハホルダー3は更に回転移動機構15により反時計回り
に移動し、研磨位置17にて停止する。そこでウエハホ
ルダー3は不図示の上下機構及び回転機構により下降、
回転し、ウ工パー1を研磨パッド2に押付け、摺動させ
ることにより研磨を行なう。
【0014】研磨終了後ウエハホルダー3は不図示の上
下機構により上昇し、更に回転移動機構15により時計
回りに移動し、受け渡し位置9で停止した後にウエハ送
り込み手段13にウエハ1を受け渡す。ウエハ送り込み
手段13に受け渡されたウエハ1は再びウエハ反転ステ
ーション12において上下を反転され、ウエハ搬送ロボ
ット11によりウエハ洗浄ユニット18に送り込まれた
後ウエハキャリア10に収納される。ウエハ1を受け渡
したウエハホルダー3は更に回転移動機構15により時
計回りに移動し、洗浄ステーション6にて停止する。そ
こでウエハ裏面部分にあたるバッキングフィルムの洗浄
を行なうとともに乾燥を防ぐ為、間欠的に純水を吹き付
けている。
【0015】研磨中にはスラリー供給手段4から研磨パ
ッド2上にスラリーが供給される。また、研磨中にはコ
ンディショニングヘッド5はウエハホルダー3と同様に
不図示の上下機構及び回転機構により下降、回転し、ウ
エハ1を研磨パッド2に押付け、摺動させることにより
コンディショニングを行なう。また、コンディショニン
グヘッド5は研磨終了後不図示の上下機構により上昇
し、更に回転移動機構16により時計回りに移動し、洗
浄ステーション7にて停止し、コンディショニングヘッ
ド5の洗浄を行なうとともに乾燥を防ぐ為、間欠的に純
水を吹き付けている。2枚目以降のウエハに対する研磨
はこの繰り返しである。
【0016】次に本発明の特徴である防塵カバーについ
て説明する。
【0017】図3はウエハホルダー3及び防塵カバー2
0を側面から見た概略図である。防塵カバー20は研磨
パッド2上に研磨パッド2の全体を覆う形に作成されて
いる。防塵カバー20と研磨パッド2の隙間は5〜30
0mmの範囲であり、好ましくは20〜80mmの範囲
に設定される。防塵カバー20にはウエハホルダー3、
コンディショニングヘッド5、スラリー供給手段4用に
切り欠きが設けてある。ウエハホルダー3は研磨中はこ
の切り欠きの中で回転し、研磨後はこの切り欠きから上
昇した後に回転移動機構15により水平移動するので、
ウエハホルダー3と防塵カバー20が干渉することはな
い。コンディショニングヘッド5も同様にコンディショ
ニング中は防塵カバー20の切り欠きの中にあり、コン
ディショニング後は切り欠きより上昇して移動するので
コンディショニングヘッド5と防塵カバー20が干渉す
ることはない。スラリー供給手段4のノズル部分は移動
しないので、防塵カバー20が干渉することはない。本
発明では防塵カバー20とウエハホルダー3、コンディ
ショニングヘッド5、スラリー供給手段4との各々の隙
間から異物が防塵カバー20の中に入り込みスクラッチ
の原因になることを防止する為に、エアーカーテン機構
21を配置した。図4はエアーカーテン機構21の図で
ある。薄い円管状の外形をもつエアーカーテン機構21
はその内部にドーナツ状の空洞と上面に向けてエアー供
給用のノズル22と内面に向かいエアー排出用の複数個
の穴23が開いている。図3に示すように防塵カバー5
に固定されたエアーカーテン機構21は、供給されたエ
アーをその内部の空洞を通してウエアーホルダー3側に
開けた複数個の穴23から排出する。その空気流動によ
りウエハホルダー3と防塵カバー20との隙間から異物
が防塵カバー5の中に入り込みスクラッチの原因になる
ことを防止している。また、本発明では防塵カバー20
の内部雰囲気圧力を防塵カバー外部に対して陽圧に制御
する不図示の制御手段と防塵カバー20の内部の雰囲気
圧力を測定するセンサー24と外部の雰囲気圧力を測定
するセンサー25を備えている。これらにより防塵カバ
ー20の内部雰囲気圧力を防塵カバー20の外部に対し
て陽圧に制御することにより、防塵カバー20の外部の
異物が防塵カバー20の中に入り込みスクラッチの原因
になることを防止している。
【0018】図5はウエハホルダー3の側面とエアーカ
ーテン機構21から排出された空気流の関係を示す図で
ある。エアーカーテン機構21から排出された空気流は
ウエハホルダー3の側面にあたり上下に分岐して、上昇
する空気流を作り異物がカバー20内部に入り込むのを
防ぐと同時に、下降する空気流をつくりカバー20内部
の雰囲気圧力を陽圧にする。図5−b及び図5−cは、
エアーカーテン機構21から排出された空気流を積極的
に上下に分岐するためにウエハホルダー3の側面を凸ま
たは凹形状にしたものである。
【0019】上記説明はウエハホルダー3と防塵カバー
20との切り欠き部に配置したエアーカーテン機構21
に関する説明であるが、コンディショニングヘッド5と
防塵カバー20との切り欠き部及びスラリー供給手段4
と防塵カバー20との切り欠き部にも同様のエアーカー
テン機構を配置することにより、防塵カバー20の内部
雰囲気圧力を防塵カバー外部に対して陽圧に制御してい
る。また、スラリー供給手段4のノズルは動かないので
スラリー供給手段4と防塵カバー20との切り欠き部を
ゴム、スポンジ等の緩衝材で密閉しても良い。研磨パッ
ド2の交換作業時に防塵カバー20を取り外すときスラ
リー供給手段4のノズルが邪魔にならないようにスラリ
ー供給手段4のノズルにコイルチューブなどを利用する
と良い。
【0020】図8は防塵カバー20と研磨パッド2を貼
りつけている研磨パッド取り付け板26とスラリーの廃
液を廃液管27に導く為の廃液受け25を側面から見た
概略図である。防塵カバー20と廃液受け25の間はゴ
ム、スポンジ等の緩衝材で密閉するとともに、防塵カバ
ー20を着脱可能にしている。研磨パッド取り付け板2
6は不図示の回転中心を軸に回転しているので、廃液受
け25にエアーカーテン機構21を配置することによっ
て、防塵カバー20と廃液受け25の内部雰囲気圧力を
外部に対して陽圧に制御している。また、廃液管27を
S字状に配管することにより内部雰囲気圧力が逃げるの
を防止している。
【0021】さらに本発明では、防塵カバー20の内部
でスラリーが防塵カバー20内壁に凝固した後研磨パッ
ド2上に落下してスクラッチの原因となることを防止す
るために、防塵カバー20をフッ素樹脂で作成した。フ
ッ素樹脂の難接着性の特性によりスラリーが防塵カバー
内壁に固着することはない。フッ素樹脂の種類として
は、四弗化エチレン(PTFE、TFE)、四弗化エチ
レンペルフォルオロアルコキシビニルエーテル(PF
A)、四弗化エチレン・六弗化プロピレン重合体(FE
P)、ポリクロロトリルフルオロエチレン(PCTF
E)、四弗化エチレン・エチレン共重合体(ETF
E)、クロロトリルフルオロエチレン・エチレン共重合
体(ECTFE)、ポリビニリデンフロライド、ポリ弗
化ビニリデン、2弗化樹脂(KFポリマー、カイナ
ー)、ポリビニルフロライド(PVF)などがある。ま
た、フッ素樹脂以外にも超高分子量ポリエチレン(UH
MWPE)、MCナイロン(MCN)、ポリアセタール
(POM)などは、その難接着性の性質から弗化樹脂と
同様の効果がある。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ッド上に異物が付着することを防止して、スクラッチの
ない研磨を実現することにより、半導体製造の歩留まり
を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第一の実施例に係る精密研磨装置の
平面図
【図2】 本発明の第一の実施例に係る精密研磨装置の
側面図
【図3】 本発明の第一の実施例に係る要部側面図
【図4】 本発明の第一の実施例に係る要部概略図
【図5】 本発明の第一の実施例に係る空気流の関係を
示す図
【図6】 従来のCMP装置の上面図である。
【図7】 従来のCMP装置の正面図である。
【図8】 本発明の第一の実施例に係る要部概略図
【符号の説明】
1 ウエハ 2 研磨パッド 3 ウエハホルダー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を回転させる為の駆動手段及
    び研磨パッドを回転させる為の駆動手段を有し、半導体
    基板のデバイス形成面に研磨パッドを所定の加圧力を与
    えた状態で当接させ、各々回転させながら研磨を行なう
    化学機械研磨装置において、研磨パッドの上面にカバー
    を付けたことを特徴とする半導体基板研磨方法及び装
    置。
  2. 【請求項2】 前記カバーの内部を陽圧にするべく空気
    供給手段、空気圧測定手段、空気圧制御手段を構成して
    いることを特徴とする請求項1記載の半導体基板研磨方
    法及び装置。
  3. 【請求項3】 前記カバーの切り欠き部にエアーカーテ
    ンを配置したことを特徴とする請求項1記載の半導体基
    板研磨方法及び装置。
  4. 【請求項4】 前記カバーはフッ素樹脂、超高分子量ポ
    リエチレン、MCナイロン、ポリアセタールのいずれか
    で作成されていることを特徴とする請求項1記載の半導
    体基板研磨方法及び装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103624687A (zh) * 2013-12-10 2014-03-12 福建省三明机床有限责任公司 数控气囊抛光机床的机床防护系统
JP2015112675A (ja) * 2013-12-11 2015-06-22 株式会社ディスコ 切削装置
JP2016072327A (ja) * 2014-09-29 2016-05-09 株式会社ディスコ 研磨装置
CN112405354A (zh) * 2020-11-09 2021-02-26 广东韶钢松山股份有限公司 磨床除尘装置

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