JP2011206881A - 研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 被加工物の研磨量を正確に制御することが可能な研磨装置を提供することである。
【解決手段】 被加工物を研磨する研磨装置であって、被加工物を回転可能に保持するチャックテーブルと、中央に第１貫通孔を有するスピンドルと、該スピンドルを回転駆動するモータと、中央に該第１貫通孔に連通する第２貫通孔を有し被加工物より大径で該チャックテーブルに保持された被加工物を覆って研磨する該スピンドルの先端に取り付けられた研磨パッドとを含み、該チャックテーブルの上方に配設された研磨手段と、該チャックテーブルと該研磨手段とを鉛直方向に相対移動させる第１移動手段と、該チャックテーブルと該研磨手段とを水平方向に相対移動させる第２移動手段と、該スピンドルの第１貫通孔内に配設され、該研磨パッドの該第２貫通孔を通して該チャックテーブルで保持された被加工物の厚みを検出する非接触式厚み検出手段と、を具備したことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨する研磨装置に関する。

例えば、半導体デバイスの製造工程において優れた平坦性を有する表面を形成することができる研磨方法として、化学機械研磨、所謂ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が広く採用されている。

ＣＭＰは研磨パッドと被研磨物との間に研磨液を供給しつつ、研磨パッドと被研磨物とをそれぞれ回転させて相対的に摺動させることで遂行される（例えば、特開平３−２４８５３２号公報参照）。

従来の研磨装置では、回転される研磨プレートの下面に固定された被加工物を研磨定盤上に貼り付けられた研磨パッドに接触させ、遊離砥粒を含む研磨液を供給しながら研磨定盤と研磨プレートとを回転させることによって研磨を遂行していた。

このような従来の研磨装置においては、被加工物の研磨が研磨パッドを押圧する押圧力のみによって遂行されるため、加工時の押圧力を制御することが難しく、被加工物や装置を破損させてしまうという問題があった。

また、一定押圧力のみで研磨を行うため、粗研磨と仕上げ研磨を同一被加工物に施すには、それぞれ異なる押圧力を有する専用の装置で実施する必要があり、非効率的であるという問題があった。

これらの問題を解決するために、特開２００１−１３８２１９号公報では、チャックテーブルで保持した被加工物に対して固定砥粒を有する研磨パッドを接近又は離反する方向に可動して、研磨時の押圧力を制御する研磨装置が提案されている。

特開平３−２４８５３２号公報 特開２００１−１３８２１９号公報

ＣＭＰを利用した研磨装置では、被加工物の全面を均一に研磨するために、被加工物は研磨パッドによって全面が覆われた状態で研磨される。よって、研磨中に被加工物の厚みを測定することは出来ず、研磨時間で研磨量を制御している。従って、研磨量を正確に制御することが困難であるという問題がある。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、研磨量を正確に制御することができる研磨装置を提供することである。

本発明によると、被加工物を研磨する研磨装置であって、被加工物を回転可能に保持するチャックテーブルと、中央に第１貫通孔を有するスピンドルと、該スピンドルを回転駆動するモータと、中央に該第１貫通孔に連通する第２貫通孔を有し被加工物より大径で該チャックテーブルに保持された被加工物を覆って研磨する該スピンドルの先端に取り付けられた研磨パッドとを含み、該チャックテーブルの上方に配設された研磨手段と、該チャックテーブルと該研磨手段とを鉛直方向に相対移動させる第１移動手段と、該チャックテーブルと該研磨手段とを水平方向に相対移動させる第２移動手段と、該スピンドルの第１貫通孔内に配設され、該研磨パッドの該第２貫通孔を通して該チャックテーブルで保持された被加工物の厚みを検出する非接触式厚み検出手段と、を具備したことを特徴とする研磨装置が提供される。

好ましくは、前記非接触式厚み検出手段は、被加工物の上面に当接する該研磨パッドの該第２貫通孔内に研磨液を供給して該第２貫通孔内に研磨液柱を形成する、該スピンドルの該第１貫通孔内に配設された研磨液供給路と、波を発振する発振部と、該発振部で発振した波を該研磨液柱を介して被加工物へ送波する送波部と、被加工物の上面及び下面で反射された反射波を受信する受波部とを含む。

本発明によると、スピンドルの中央に形成された第１貫通孔内に配設された非接触厚み検出手段によって、研磨中の被加工物の厚みを検出できる。従って、被加工物が所定厚みに達した際に研磨を終了することが可能となり、研磨量を正確に制御できる。

研磨装置の斜視図である。 研磨ユニット（研磨手段）の縦断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明実施形態に係る研磨装置２の斜視図が示されている。４は研磨装置２のベース（ハウジング）であり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研磨ユニット（研磨手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１０は、スピンドルハウジング１２と、スピンドルハウジング１２を保持する支持部１４を有しており、支持部１４が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１６に取り付けられている。

図２の縦断面図に示すように、研磨ユニット１０は、スピンドルハウジング１２中に回転可能に収容されたスピンドル１８を含んでいる。スピンドル１８はその中心に貫通孔２０を有している。スピンドル１８は、ラジアルエアベアリング２２及びスラストエアベアリング２４によりスピンドルハウジング１２中に回転可能に支持されている。

２６はスピンドル１８を回転駆動する電気モータである。スピンドル１８の先端にはパッドマウント２８が一体的に形成されており、このパッドマウント２８に対して研磨パッド３０が貼着されている。

研磨パッド３０は被加工物であるウエーハＷの直径よりも大きな直径を有しており、ＳｉＯ_２等の固定砥粒を含んでいる。研磨パッド３０はその中心に貫通孔３１を有しており、研磨パッド３０がパッドマウント２８に取り付けられた状態においては、研磨パッド３０の貫通孔３１はスピンドル１８の貫通孔２０に整列している。

３２は非接触厚み検出計であり、レーザ光源及びフォトダイオードを含むレーザユニット３４と、レーザユニット３４に接続されてスピンドル１８の貫通孔２０内に挿入された光ファイバ３６と、光ファイバ３６の先端に設けられた送受信部３８とを含んでいる。

４０は透明仕切り板であり、非接触厚み検出計３２の送受信部３８は透明仕切り板４０に当接するように設けられている。非接触厚み検出計３２は更に、スピンドル１８の貫通孔２０内に配設された研磨液供給路４４を含んでいる。

研磨液供給路４４の一端は研磨液供給源４２に接続され、他端は透明仕切り板４０を貫通して研磨液供給口４６に終端している。研磨液供給源４２から供給される研磨液は、遊離砥粒を含まないアルカリ溶液である。研磨液供給口４６から供給された研磨液は、ウエーハＷと透明仕切り板４０との間の貫通孔３１内に研磨液柱４８を形成する。

スピンドルハウジング１２の上端には貫通孔５１を有するカバー５０が装着されており、光ファイバ３６及び研磨液供給路４４はカバー５０の貫通孔５１を介してスピンドル１８の貫通孔２０内に導入されている。

再び図１を参照すると、研磨装置２は、研磨ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ５２とパルスモータ５４とから構成される研磨ユニット送り機構５６を備えている。パルスモータ５４を駆動すると、ボールねじ５２が回転し、移動基台１６が上下方向に移動される。

５８はチャックテーブル機構であり、ウエーハＷを吸引保持するチャックテーブル６０を有している。チャックテーブル機構５８は図示しない移動機構を含んでおり、この移動機構によりチャックテーブル６０はＹ軸方向に移動される。６２，６４は蛇腹である。ベース４の前方側には、研磨装置２のオペレータが研磨条件等を入力する操作パネル６６が配設されている。

以下、このように構成された研磨装置２の作用について説明する。まず、オペレータが研磨すべきウエーハＷをチャックテーブル６０上に載置しチャックテーブル６０でウエーハＷを吸引保持する。

次いで、チャックテーブル移動機構によりチャックテーブル６０をＹ軸方向に移動して、パッドマウント２８に貼着された研磨パッド３０がチャックテーブル６０に吸引保持されたウエーハＷの全面を覆う位置に位置づける。

研磨液供給口４６から研磨液を供給して研磨液柱４８を形成しながら、チャックテーブル６０と研磨パッド３０とを同一方向に異なる速度で回転し、ウエーハＷと研磨パッド３０とを相対的に摺動させ、更に研磨ユニット送り機構５６を作動してウエーハＷに所定の押圧力を印加しながらウエーハＷを研磨する。

ウエーハＷの研磨時には、レーザユニット３４のレーザ光源から、ウエーハＷに対して透過性を有する波長のレーザ光を発振し、このレーザ光を光ファイバ３６で導いて非接触厚み検出計３２の送受信部３８から研磨液柱４８を介してウエーハＷにレーザ光を照射する。

ここで、ウエーハＷの厚さの測定には、ウエーハＷの上面で反射した第１反射光と、ウエーハＷの内部を透過して下面で反射した第２反射光との干渉波が利用される。第１反射光及び第２反射光は、それぞれウエーハＷの上面と下面で反射してから相互に干渉し合い干渉波を発生させる。その干渉波が、送受信部３８及び光ファイバ３６を介してレーザユニット３４のフォトダイオードで受光される。

フォトダイオードで受光された第１反射光と第２反射光との干渉波は、検波回路を備えた図示しない制御部で波形が分析され、その波形に応じて電気信号に数値化される。その数値化された値はウエーハＷの厚さに応じたものであり、これによって研磨中のウエーハＷの厚さが検出される。

このように本実施形態の研磨装置２によると、研磨中のウエーハＷの厚さを非接触厚み検出計３２で検出しながら研磨を遂行するため、ウエーハＷが所定厚みに達した際に研磨を終了することが可能となり、研磨量を正確に制御することができる。

上述した実施形態では、非接触厚み検出計３２にレーザ光を利用しているが、本発明の非接触厚み検出計はこれに限定されるものではなく、例えば特開２００６−３８７４４号公報に開示されたような超音波を利用した非接触厚み検出計も同様に利用することができる。

この超音波厚み検出計では、超音波発振部から超音波が送信されてからウエーハＷの上面における反射波を反射波受信部において受信するまでの時間と、ウエーハＷの下面における反射波を反射波受信部において受信するまでの時間差を求めてウエーハＷの厚みを算出する。

２ 研磨装置
１０ 研磨ユニット
１８ スピンドル
２０ 貫通孔
３０ 研磨パッド
３２ 非接触厚み検出計
３４ レーザユニット
３６ 光ファイバ
３８ 送受信部
４０ 透明仕切り板
４２ 研磨液供給源
４４ 研磨液供給路
４８ 研磨液柱
６０ チャックテーブル

Claims (3)

1. 被加工物を研磨する研磨装置であって、
   被加工物を回転可能に保持するチャックテーブルと、
   中央に第１貫通孔を有するスピンドルと、該スピンドルを回転駆動するモータと、中央に該第１貫通孔に連通する第２貫通孔を有し被加工物より大径で該チャックテーブルに保持された被加工物を覆って研磨する該スピンドルの先端に取り付けられた研磨パッドとを含み、該チャックテーブルの上方に配設された研磨手段と、
   該チャックテーブルと該研磨手段とを鉛直方向に相対移動させる第１移動手段と、
   該チャックテーブルと該研磨手段とを水平方向に相対移動させる第２移動手段と、
   該スピンドルの第１貫通孔内に配設され、該研磨パッドの該第２貫通孔を通して該チャックテーブルで保持された被加工物の厚みを検出する非接触式厚み検出手段と、
   を具備したことを特徴とする研磨装置。
2. 前記非接触式厚み検出手段は、
   被加工物の上面に当接する該研磨パッドの該第２貫通孔内に研磨液を供給して該第２貫通孔内に研磨液柱を形成する、該スピンドルの該第１貫通孔内に配設された研磨液供給路と、
   波を発振する発振部と、
   該発振部で発振した波を該研磨液柱を介して被加工物へ送波する送波部と、
   被加工物の上面及び下面で反射された反射波を受信する受波部とを含む請求項１記載の研磨装置。
3. 前記波はレーザ光又は超音波である請求項１又は２記載の研磨装置。

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