JP2004106118A

JP2004106118A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2004106118A
Application number: JP2002272003A
Authority: JP
Inventors: Hiroomi Torii; 鳥居　弘臣; Yasushi Takahashi; 高橋　泰; Mikihiko Masaki; 正木　幹彦; Keisuke Namiki; 並木　計介; Masao Houdai; 蓬臺　昌夫
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-09-18
Filing date: 2002-09-18
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を離脱させるとき、スクラッチひいては被研磨基板の割れを引き起こす原因となるスラリー等の異物が被研磨基板の裏面に放出されることがない研磨装置を提供すること。
【解決手段】研磨テーブル１０、トップリング２０を具備し、該トップリング２０の基板装着面２１に装着された被研磨基板Ｗを研磨テーブル１０の研磨面に押し当て、該研磨テーブル１０とトップリング２０の相対運動により被研磨基板Ｗを研磨する研磨装置において、トップリング２０に、ロータリー・ジョイント２４を介して気体のみを通過させるライン３３と気体と液体の混合体を通過させるライン３４を接続した。
【選択図】　　　図２

Description

【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研磨する研磨装置に関し、特にトップリングに基板を脱着させたり、研磨中にトップリングに装着された被研磨基板の裏面を加圧する機構に特徴を有する研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の研磨装置としては特許文献１に記載のものがある。図１はこの研磨装置の概略構成を示す図である。図示するように、研磨装置は、研磨テーブル１０、トップリング２０を具備する。研磨テーブル１０の上面には研磨布或いは固定砥粒等の研磨治具１１が設けられている。トップリング２０の下面は被研磨基板Ｗを装着する基板装着面２１となっており、該基板装着面２１には、複数の穴２２が開口している。該複数の穴２２には１本の加圧・吸引ライン２３が連通しており、該加圧・吸引ライン２３はロータリー・ジョイント２４及び制御バルブ２５、２６を介して真空源１０１、ガス供給源１０２に接続されている。なお、２７はリテーナリング、２８はトップリング回転軸、２９はトップリング本体である。
【０００３】
トップリング２０の基板装着面２１に被研磨基板Ｗを装着するときは、加圧・吸引ライン２３をロータリー・ジョイント２４及び制御バルブ２５を介して真空源１０１に接続することにより、基板装着面２１に開口する複数の穴２２を通して被研磨基板Ｗは該基板装着面２１に真空吸着される（このとき制御バルブ２６は閉じている）。被研磨基板Ｗを解放（脱着）させるときは、加圧・吸引ライン２３をロータリー・ジョイント２４及び制御バルブ２６を介してガス供給源１０２に接続することにより、基板装着面２１に開口する複数の穴２２から被研磨基板Ｗの裏面に加圧した窒素ガスを放出することにより、該被研磨基板Ｗは解放される（このとき制御バルブ２５は閉じている）。
【０００４】
矢印Ｂ方向に回転するトップリング２０の基板装着面２１に装着した被研磨基板Ｗを矢印Ａ方向に回転する研磨テーブル１０の研磨治具１１の上面に押し当て、ノズル１２からスラリー等の研磨液１０５を供給し、被研磨基板Ｗを研磨する。
【０００５】
上記のように従来の研磨装置においては、トップリング２０の基板装着面２１に被研磨基板Ｗを装着するための真空吸着と、該基板装着面２１に装着された被研磨基板Ｗを解放させるために窒素ガス等の加圧気体を被研磨基板Ｗの裏面へ放出するラインを１つの加圧・吸引ライン２３で行っていた。そのため、被研磨基板Ｗの吸着時、被研磨基板Ｗの裏面に存在するスラリー等の異物が該加圧・吸引ライン２３内に吸込まれる。そして次の研磨工程で被研磨基板Ｗを離脱させるため加圧・吸引ライン２３に加圧気体を供給すると、このスラリー等の異物が被研磨基板Ｗの裏面に放出される。この異物が被研磨基板Ｗのスクラッチひいては被研磨基板Ｗの割れを引き起こす原因となるという問題があった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１０−５８３０９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を離脱させるとき、スクラッチひいては被研磨基板の割れを引き起こす原因となるスラリー等の異物が被研磨基板の裏面に放出されることがない研磨装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、研磨体、トップリングを具備し、該トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を研磨体の研磨面に押し当て、該研磨体とトップリングの相対運動により被研磨基板を研磨する研磨装置において、トップリングに、ジョイントを介して気体のみを通過させるラインと気体と液体の混合体を通過させるラインを接続したことを特徴とする。
【０００９】
上記のようにトップリングに、ジョイントを介して気体のみを通過させるラインと気体と液体の混合体を通過させるラインを接続したことにより、トップリングの基板装着面に被研磨基板を装着するときは、該基板装着面に開口する複数の穴に気体と液体の混合体を通過させるラインを連通させ、被研磨基板を解放するときは、基板装着面に開口する複数の穴に気体のみ通過させるラインを連通させることにより行う。この被研磨基板の解放に際して、被研磨基板の裏面に放出される気体は、気体のみ通過させるラインから放出されるから、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板が異物で汚染されることがない。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、研磨体、トップリングを具備し、該トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を研磨体の研磨面に押し当て、該研磨体とトップリングの相対運動により被研磨基板を研磨する研磨装置において、トップリングに、ジョイントを介して基板装着面に装着された被研磨基板の裏面にクリーンな窒素ガスと純水のみを放出するラインを接続したことを特徴とする。
【００１１】
上記のようにトップリングに、ジョイントを介して基板装着面に装着された被研磨基板の裏面にクリーンな窒素ガスと純水しか放出しないラインを設けることにより、該ラインを通して、トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板の解放や研磨中の被研磨基板の裏面の加圧を行うことにより、該ラインは窒素ガスと純水しか放出しないラインであるから、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板が異物で汚染されることがない。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、研磨体、トップリングを具備し、該トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を研磨体の研磨面に押し当て、該研磨体とトップリングの相対運動により被研磨基板を研磨する研磨装置において、トップリングに、ジョイントを介して基板装着面に装着された被研磨基板の裏面を加圧するラインと、該基板装着面に被研磨基板を真空吸着するためのラインを分けて接続したことを特徴とする。
【００１３】
上記のようにトップリングに、ジョイントを介して基板装着面に装着された被研磨基板の裏面を直接加圧するラインと、該基板装着面に被研磨基板を真空吸着するためのラインを分けて接続したことにより、トップリングに被研磨基板を装着するときと、研磨中の被研磨基板裏面を加圧するときや装着された基板を解放するときに、上記ラインを使い分けることにより、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板が異物で汚染されることがない。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の研磨装置において、トップリングに被研磨基板が装着されていない場合に、気体のみを通過させるラインと気体と液体の混合体を通過させるラインの内、スラリー等の異物が混入すると予想されるラインを洗浄する洗浄手段を設けたことを特徴とする。
【００１５】
上記のようにスラリーが混入すると予想されるラインを洗浄する洗浄手段を設けたので、被研磨基板の研磨処理後にライン内に残存するスラリー等の異物が固着することを防ぐことができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、研磨体、トップリングを具備し、該トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を研磨面に押し当て、該研磨面とトップリングの相対運動により被研磨基板を研磨する研磨装置において、トップリングにその基板装着面は少なくとも一つの貫通孔を設けると共に、該貫通孔に連通する真空配管と該真空配管とは別の流体配管を設け、真空配管と流体配管が弁切り換えによって選択されて真空源若しくは流体源に接続されることを特徴とする。
【００１７】
上記のように基板装着面の貫通孔に連通する真空配管と流体配管が弁切り換えによって選択されて真空源若しくは流体源に接続されるので、トップリングの基板装着面に被研磨基板を装着するときは、真空配管を真空源に接続して被研磨基板を真空吸着させ、被研磨基板を解放するとき又は研磨中に被研磨の裏面に圧力を加えるとき、流体配管を流体源に接続して行うから、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板が異物で汚染されることがない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図２は本発明に係る研磨装置の概略構成を示す図である。図２において、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分を示す。なお、他の図面においても同様とする。図示するように、トップリング２０はトップリング本体２９と保持プレート３０を具備し、該トップリング本体２９と保持プレート３０の間に、空隙３１が設けられている。トップリング本体２９と保持プレート３０の間にはシール部材３２が介在して気密性が保たれている。また、保持プレート３０の下面、即ち基板装着面２１に開口する複数の穴２２は空隙３１に連通している。
【００１９】
勿論、穴２２は複数ではなく１つの穴でも構わない。穴２２の形状は通常は円形であり、基板装着面２１の装着面の回転中心の近傍に１つ存在する。穴２２の大きさは、通常は基板装着面２１に貼着している弾性膜材、フィルム材で構成の代表的な厚さと同程度以下若しくは該厚さの２〜１０倍程度の直径を有する。また、穴２２はトップリング本体２９の回転軸２８を中心とした異なる複数の同心円上に各々複数個均等に配置してもよい。
【００２０】
上記空隙３１にはライン３３とライン３４が接続（連通）しており、ライン３４はロータリー・ジョイント２４及び制御バルブ２５を介して真空源１０１、ライン３３はロータリー・ジョイント２４及び制御バルブ２６を介してガス供給源１０２と制御バルブ３５を介して純水供給源１０３に接続されている。ライン３３にはガス供給源１０２、又は純水供給源１０３から各々、例えばフィルタでパーティクルを除去したクリーンな窒素（Ｎ_２）等の不活性ガス、純水を供給できるようになっており、ライン３４は真空源１０１で真空引きできるようになっている。
【００２１】
トップリング２０の基板装着面２１に被研磨基板Ｗを装着するには、研磨テーブル１０の外側の所定の位置（図示せず）に待機しているトップリング２０下面の基板装着面２１にプッシャー（図示せず）等により被研磨基板Ｗを当接した後、制御バルブ２５を開くことにより、ライン３４及び空隙３１は真空引きされ、被研磨基板Ｗは基板装着面２１に開口する複数の穴２２を介して真空吸着される。このとき被研磨基板Ｗ裏面及びその近傍に存在する研磨液（スラリーや研磨屑を含む）等の異物もライン３４内に浸入する。即ち、ライン３４には気体と液体の混合体が通過することになる。なお、被研磨基板Ｗを装着する場合は、制御バルブ２６、３５は閉じている。
【００２２】
トップリング２０に装着された被研磨基板Ｗは上述のように、研磨液１０５が供給されている研磨テーブル１０の研磨治具（研磨布又は固定砥粒等）１１の上面に押し当てられ、各々回転により研磨される。この研磨に際しては、制御バルブ２５を閉じ、制御バルブ２６の開度を調整し、ガス供給源１０２から空隙３１内に供給されるガスの圧力、即ち被研磨基板Ｗが研磨治具１１上面に当接する圧力を調整して行う。ここで空隙３１内にガスが供給されるとそのガス圧により保持プレート３０が研磨テーブル１０側に押され、被研磨基板Ｗの裏面は加圧されるから、ガス圧を調整することにより、研磨治具１１の上面に当接する被研磨基板Ｗの圧力を所定の値に調整できる。
【００２３】
なお、被研磨基板Ｗの裏面内で異なる圧力分布を発生させるため、複数の穴２２の内、所定領域（例えば、１つの前記同心円上）に位置するものを適時プラグすることもできる。これにより被研磨基板Ｗに任意の研磨プロファイルを形成できる。
【００２４】
研磨が終了すると、制御バルブ２６を閉じ、制御バルブ２５を開き、被研磨基板Ｗを基板装着面２１に真空吸着すると共に、トップリング２０を研磨テーブル外側の所定位置（図示せず）まで移動させ、そこに待機しているプッシャー等に被研磨基板Ｗを渡す。この被研磨基板Ｗの渡しは、制御バルブ２５を閉じ真空吸着を停止し、制御バルブ２６を開き、ガス供給源１０２からガス（窒素ガス）を被研磨基板Ｗの裏面に放出し、該被研磨基板Ｗをトップリング２０から解放（脱着）させて行う。この被研磨基板Ｗの解放には、ライン３３には制御バルブ３５を開いて純水を供給する場合、被研磨基板Ｗの裏面に純水を放出して行う場合もある。
【００２５】
上記のように被研磨基板Ｗをトップリング２０の基板装着面２１に真空吸着させるためのライン３４と、即ち、真空吸着の際、液体（スラリーや研磨屑等の異物を含む）と気体の混合体が通過するライン３４と、被研磨基板Ｗを解放及びその裏面を加圧するためにガスや純水が通過するライン３３を別々にすることにより、ライン３３内がスラリー等の異物に汚染されることがないから、ライン３３を通してガスや純水を供給する場合、これらの異物も一緒に放出され、被研磨基板Ｗの裏面等が汚染されるということはなくなる。
【００２６】
上記のようにトップリング２０に、ロータリー・ジョイント２４を介して基板装着面２１に装着された被研磨基板Ｗの解放及び裏面加圧をするためのライン３３と、基板装着面２１に被研磨基板Ｗを真空吸着するためのライン３４を分けて接続したことにより、トップリング２０に被研磨基板Ｗを装着するときと、研磨中の被研磨基板裏面を加圧するときや装着された被研磨基板Ｗを解放するときに、上記ラインを使い分けることにより、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板Ｗが異物で汚染されることがない。特にライン３３には、クリーンな窒素（Ｎ_２）ガスや純水しか通過させないことにより、被研磨基板Ｗが汚染されるということが全くなくなる。
【００２７】
また、トップリング２０は研磨終了後の待機中、即ちその基板装着面２１に被研磨基板を装着していない場合、該基板装着面２１等が乾燥しないように、研磨テーブル１０外側の待機位置で待機しているトップリング２０の下面等に、図３に示すようにノズル３７から洗浄液（主に純水）１０４を供給（噴射）してこれらの部分を濡らしている。ここでスラリー等の異物が混入すると予想されるライン３４の制御バルブ２５を自動的又は間欠的に開き、ライン３４内に洗浄液１０４を導き、該ライン３４内を洗浄するとよい。ライン３３も汚染されると予想される場合は、該ライン３３にもロータリー・ジョイント２４を介して真空源１０１に接続する制御バルブ３８を接続し、該制御バルブ３８を開いて、ライン３３内に洗浄液１０４を導き、該ライン３３内を洗浄するようにしてもよい。
【００２８】
要するに汚染されると予想されるラインに真空源を自動的又は間欠的に接続し、真空力を利用してライン内洗浄液を導き、洗浄するとよい。このようにスラリーが混入すると予想されるラインを洗浄することにより、被研磨基板の研磨処理後にライン内に残存するスラリー等の異物が固着することを防ぐことができる。
【００２９】
なお、上記例ではライン３４とライン３３の２本で、気体又は純水のみを通過させるラインと気体と液体の混合体を通過させるラインとしているが、２本に限定されるものではない。
【００３０】
図４は本発明に係る研磨装置のトップリングの概略構成を示す図である。図示するように、トップリング２０の回転軸２８内には基板装着面２１に設けた穴２２及び空隙３１に連通する真空配管３９、該真空配管３９とは別に流体配管４０を設けている。該真空配管３９及び流体配管４０は三方弁４１を介してロータリー・ジョイント２４に接続され、更にロータリー・ジョイント２４は三方弁４２を介し制御バルブ２５及び制御バルブ２６に接続され、制御バルブ２５、制御バルブ２６はそれぞれ真空源１０１、流体源１０６に接続されている。三方弁４１及び三方弁４２を切り換えることにより、真空配管３９と流体配管４０は選択されて真空源１０１若しくは流体源１０６に接続される。
【００３１】
上記のように基板装着面２１の穴２２に空隙３１を介して連通する真空配管３９と流体配管４０を設け、三方弁４１、４２からなる切替え機構で選択的に真空源１０１若しくは流体源１０６に接続できるように構成することにより、トップリング２０の基板装着面２１に被研磨基板Ｗを装着するときは、真空配管３９を真空源１０１に接続して被研磨基板Ｗを真空吸着させ、被研磨基板Ｗを解放するとき又は研磨中に被研磨基板Ｗの裏面に圧力を加えるときは、流体配管４０を流体源１０６に接続して、空隙３１に流体を供給して、穴２２を通して流体を被研磨基板Ｗの裏面に放出するから、被研磨基板Ｗの裏面がスラリー等の異物で汚染されることがない。
【００３２】
また、上記のように、ロータリー・ジョイント２４が三方弁４１を介して該真空配管３９及び流体配管４０に接続されると共に、三方弁４２を介して真空源１０１及び流体源１０６に接続されることにより、ロータリー・ジョイント２４には一本の配管が接続されるのみとなるから、ロータリー・ジョイント２４の構成が簡単になる。
【００３３】
なお、上記例では研磨体として、回転する研磨テーブル１０を例に説明した。この研磨テーブル１０の上面には研磨布（研磨パッド）を貼着した形式、砥粒とバインダを固めた所謂固定砥粒を配設した形式であるが、研磨体はこれに限定されるものではなく、例えば、研磨面を有する研磨テープ又は研磨ベルト等でもよい。また、これら研磨体の研磨面には、溝等の表面加工が施されていても良い。
【００３４】
【発明の効果】
以上、各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００３５】
請求項１に記載の発明によれば、被研磨基板の解放に際して、被研磨基板の裏面に放出される気体を、気体のみ通過させるラインから放出させることにより、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板が異物で汚染されることがない研磨装置を提供できる。
【００３６】
請求項２に記載の発明によれば、ジョイントを介して基板装着面に装着された被研磨基板の裏面にクリーンなガスと純水しか放出しないラインを設けることにより、該ラインを通して、トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板の解放や研磨中の被研磨基板の裏面の加圧を行うことにより、該ラインはガスと純水しか放出しないラインであるから、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板が異物で汚染されることがない研磨装置を提供できる。
【００３７】
請求項３に記載の発明によれば、ジョイントを介して基板装着面に装着された被研磨基板の裏面を直接加圧するラインと、該基板装着面に被研磨基板を真空吸着するためのラインを分けて接続したことにより、トップリングに被研磨基板を装着するときと、研磨中の被研磨基板裏面を加圧することや装着された基板を解放するときに、上記ラインを使い分けることにより、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板が異物で汚染されることがない研磨装置を提供できる。
【００３８】
請求項４に記載の発明によれば、スラリーが混入すると予想されるラインを洗浄する洗浄手段を設けたので、被研磨基板の研磨処理後にライン内に残存するスラリー等の異物が固着することを防ぐことができる研磨装置を提供できる。
【００３９】
請求項５に記載の発明によれば、基板装着面の貫通孔に連通する真空配管と流体配管が弁切り換えによって選択されて真空源若しくは流体源に接続されるので、トップリングの基板装着面に被研磨基板を装着するときは、真空配管を真空源に接続して被研磨基板を真空吸着させ、被研磨基板を解放するとき又は研磨中に被研磨の裏面に圧力を加えるとき、流体配管を流体源に接続して行うから、被研磨基板の裏面にスラリー等の異物が放出され、被研磨基板が異物で汚染されることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の研磨装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明に係る研磨装置の概略構成を示す図である。
【図３】本発明に係る研磨装置の待機状態にあるトップリングの概略構成例を示す図である。
【図４】本発明に係る研磨装置のトップリングの概略構成例を示す図である。
【符号の説明】
１０　　　　　　研磨テーブル
１１　　　　　　研磨治具
１２　　　　　　ノズル
２０　　　　　　トップリング
２１　　　　　　基板装着面
２２　　　　　　穴
２４　　　　　　ロータリー・ジョイント
２５　　　　　　制御バルブ
２６　　　　　　制御バルブ
２７　　　　　　リテーナリング
２８　　　　　　トップリング回転軸
２９　　　　　　トップリング本体
３０　　　　　　保持プレート
３１　　　　　　空隙
３２　　　　　　シール部材
３３　　　　　　ライン
３４　　　　　　ライン
３５　　　　　　制御バルブ
３７　　　　　　ノズル
３８　　　　　　制御バルブ
３９　　　　　　真空配管
４０　　　　　　流体配管
４１　　　　　　三方弁
４２　　　　　　三方弁

Claims

研磨体、トップリングを具備し、該トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を該研磨体の研磨面に押し当て、該研磨体とトップリングの相対運動により被研磨基板を研磨する研磨装置において、
前記トップリングに、ジョイントを介して気体のみを通過させるラインと気体と液体の混合体を通過させるラインを接続したことを特徴とする研磨装置。
研磨体、トップリングを具備し、該トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を研磨体の研磨面に押し当て、該研磨体とトップリングの相対運動により被研磨基板を研磨する研磨装置において、
前記トップリングに、ジョイントを介して前記基板装着面に装着された被研磨基板の裏面にクリーンなガスと純水のみを放出するラインを接続したことを特徴とする研磨装置。
研磨体、トップリングを具備し、該トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を研磨体の研磨面に押し当て、該研磨体とトップリングの相対運動により被研磨基板を研磨する研磨装置において、
前記トップリングに、ジョイントを介して前記基板装着面に装着された被研磨基板の裏面を加圧するラインと、該基板装着面に前記被研磨基板を真空吸着するためのラインを分けて接続したことを特徴とする研磨装置。
請求項１に記載の研磨装置において、
前記トップリングに被研磨基板が装着されていない場合に、前記気体のみを通過させるラインと気体と液体の混合体を通過させるラインの内、スラリーが混入すると予想されるラインを洗浄する洗浄手段を設けたことを特徴とする研磨装置。
研磨体、トップリングを具備し、該トップリングの基板装着面に装着された被研磨基板を研磨面に押し当て、該研磨面とトップリングの相対運動により被研磨基板を研磨する研磨装置において、
前記トップリングにその前記基板装着面は少なくとも一つの貫通孔を設けると共に、該貫通孔に連通する真空配管と該真空配管とは別の流体配管を設け、前記真空配管と前記流体配管が弁切り換えによって選択されて、真空源若しくは流体源に接続されることを特徴とする研磨装置。