JP2015039743A - 研磨装置、及び、研磨パッド剥離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッドの剥離作業を省力化する。【解決手段】研磨装置は、基板を研磨するための研磨パッド１０８が貼り付けられる研磨テーブル１１０と、研磨パッド１０８を研磨テーブル１１０から剥離する剥離工程において、研磨パッド１０８の研磨面の反対側の裏面を押圧する押圧部材２００とを備える。研磨テーブル１１０には、研磨テーブル１１０の研磨パッド１０８が貼り付けられる貼り付け面１１０ａに穴１１１が形成される。押圧部材２００は、穴１１１に設けられたピストン２１０と、剥離工程において、研磨パッド１０８の裏面１０８ｂを押圧する方向にピストン２１０を駆動可能な駆動部材２２０と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、研磨装置、及び、研磨パッド貼り替え方法に関するものである。

近年、半導体ウェーハなどの基板の表面を研磨するために、研磨装置が用いられている。研磨装置は、基板を研磨するための研磨パッドが貼付けられる研磨テーブルと、研磨テーブルを回転させるモータと、基板を保持して研磨パッドに押し付けるトップリングなどを備えて構成される。

この種の研磨装置では、研磨パッドは消耗品として扱われ、定期的に研磨パッドの貼り替えが行われる。研磨パッドの貼り替えは、例えば作業員の人手によって行われている。

ここで、研磨パッドは一般的に、研磨テーブルの貼付け面と同一形状に切り出されて研磨テーブルに貼り付けられているため、研磨パッドを研磨テーブルから剥離する剥離工程においては、研磨パッドを剥がし始めるための端緒が無い。このため、研磨パッドを剥がす作業に時間がかかるという問題がある。

これに対して従来技術では、研磨テーブルの外側に研磨パッドの一部がはみ出すように研磨パッドを切り出し、このはみ出た部分を端緒として研磨パッドの剥離を行うことが知られている。また、巻き取り式の治具を用いて研磨パッドを剥離することによって、研磨パッドの剥離を省力化することも知られている。

特開２００７−２０３３９号公報 特開平１０−２１７１４８号公報

しかしながら、従来技術は、基板の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッドの剥離作業を省力化することについては考慮されていない。

すなわち、研磨テーブルからはみ出す端緒をあらかじめ研磨パッドに形成する従来技術では、この端緒部分が特異点となって研磨性能に影響を与える可能性がある。

また、巻き取り式の治具を用いて研磨パッドを剥がす従来技術を用いたとしても、結局研磨パッドを剥がし始めるための端緒が必要になるし、巻き取りの際に研磨テーブルの表面を傷つけたり、破損させたりするおそれがある。

また、研磨中に研磨パッドが研磨テーブルから剥がれないようにするために、研磨パッドはある程度の接着力で研磨テーブルに接着されている為、研磨パッドを剥がすときにはかなりの力を要する。

本発明は上述の課題を鑑みてなされたもので、基板の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッドの剥離作業を省力化することを課題とする。

本願発明の研磨装置の一形態は、基板を研磨するための研磨パッドが貼り付けられる研磨テーブルと、前記研磨パッドを前記研磨テーブルから剥離する剥離工程において、前記研磨パッドの研磨面の反対側の裏面を押圧する押圧部材とを備え、前記押圧部材は、前記研磨テーブルの前記研磨パッドが貼り付けられる貼り付け面に形成された穴に設けられたピストンと、前記剥離工程において、前記研磨パッドの裏面を押圧する方向に前記ピストンを駆動可能な駆動部材と、を備える、ことを特徴とする。

また、前記押圧部材は、前記研磨テーブルの裏面方向への前記ピストンの移動を規制するストッパ部材と、前記ピストンが前記ストッパ部材によって移動を規制された状態において、前記剥離工程の際に前記研磨パッドの裏面を押圧する前記ピストンの押圧面と、前記研磨テーブルの前記貼り付け面とが同一面になるように、前記ストッパ部材の位置を調整するシム部材と、を備えることができる。

また、前記駆動部材は、流体を流入出可能な第１及び第２の連通口が形成されたシリンダと、前記シリンダ内の前記第１の連通口と連通する第１の空間と前記シリンダ内の前記第２の連通口と連通する第２の空間とを仕切る仕切り部材と、前記仕切り部材と前記ピストンとを連結する連結部材と、を備え、前記第１及び第２の連通口に対する前記流体の流入出によって前記ピストンを前記研磨パッドの裏面に対して接離する方向に駆動する流体シリンダを含む、ことができる。

また、前記シリンダは、前記研磨テーブルに形成された前記穴の一部によって形成される、ことができる。

本願発明の研磨パッド剥離方法の一形態は、基板を研磨するために研磨テーブルに貼り付けられた研磨パッドを前記研磨テーブルから剥離する研磨パッド剥離方法であって、前記研磨パッドの剥離工程において、前記研磨テーブルの前記研磨パッドが貼り付けられる貼り付け面に形成された穴に設けられたピストンを、前記研磨パッドの裏面を押圧する方向に駆動する、ことを特徴とする。

かかる本願発明によれば、基板の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッドの剥離作業を省力化することができる。

図１は、研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態の研磨装置を模式的に示す図である。 図３は、押圧部材の詳細を示す図である。 図４は、押圧部材の他の例を示す図である。 図５は、研磨パッドの剥離工程の様子を模式的に示す図である。 図６は、第２実施形態の研磨装置を模式的に示す図である。 図７は、第３実施形態の研磨装置を模式的に示す図である。

以下、本願発明の一実施形態に係る研磨装置、及び、研磨パッド剥離方法を図面に基づいて説明する。以下の実施形態は、一例として、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）研磨装置を説明するが、これには限られない。

（第１実施形態）
図１は、研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。図１に示すように、研磨装置１００は、半導体ウェーハなどの基板１０２を研磨するための研磨パッド１０８を上面に取
付け可能な研磨テーブル１１０と、研磨テーブル１１０を回転駆動する第１の電動モータ１１２と、基板１０２を保持可能なトップリング１１６と、トップリング１１６を回転駆動する第２の電動モータ１１８と、を備える。

また、研磨装置１００は、研磨パッド１０８の上面に研磨材を含む研磨砥液を供給するスラリーライン１２０と、研磨パッド１０８のコンディショニング（目立て）を行うドレッサーディスク１２２を有するドレッサーユニット１２４と、を備える。

また、研磨装置１００は、研磨パッド１０８の剥離に関する各種の操作指令を入力したり、研磨パッド１０８の剥離に関する各種情報を出力したりするための操作パネル１３０と、研磨装置１００の各部品を制御する制御部１４０と、を備える。

制御部１４０は、研磨パッド１０８を研磨テーブル１１０から剥離する剥離工程において、研磨テーブル１１０に貼り付けられた研磨パッド１０８の研磨面の反対側の裏面１０８ｂを押圧するためのコントローラである。

また、研磨装置１００は、研磨装置１００内の圧縮空気ライン１５２と後述する押圧部材２００との間で流体を出し入れするためのロータリジョイント１６０，１７０を備える。圧縮空気ライン１５２は、２系統の圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２に分岐されている。圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２はそれぞれ、ロータリジョイント１６０，１７０に接続される。圧縮空気ライン１５２には、圧力レギュレータ１５６が設けられている。圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２にはそれぞれ、ラインを開閉するバルブ１５８−１，１５８−２が設けられる。圧力レギュレータ１５６は、圧縮空気ライン１５２から注入される空気の圧力を、例えば高圧，低圧などに制御する電空レギュレータである。なお、圧力レギュレータ１５６は、電空レギュレータには限定されない。

基板１０２を研磨するときは、研磨材を含む研磨砥液をスラリーライン１２０から研磨パッド１０８の上面に供給し、第１の電動モータ１１２によって研磨テーブル１１０を回転駆動する。そして、トップリング１１６を、研磨テーブル１１０の回転軸とは偏心した回転軸回りに回転した状態で、トップリング１１６に保持された基板１０２を研磨パッド１０８に押圧する。これにより、基板１０２は研磨パッド１０８によって研磨され、平坦化される。

図２は、第１実施形態の研磨装置を模式的に示す図である。図３は、押圧部材の詳細を示す図である。図２，図３に示すように、研磨テーブル１１０には、研磨パッド１０８が貼り付けられる貼り付け面１１０ａに穴１１１が形成されている。具体的には、研磨テーブル１１０は、研磨パッド１０８が貼り付けられる貼り付け面１１０ａと貼り付け面１１０ａ以外の面（本実施形態では、研磨テーブル１１０の裏面１１０ｂ）とを連通する穴（連通路）１１１が形成されている。

また、研磨テーブル１１０の裏面側には、研磨パッド１０８を研磨テーブル１１０から剥離する剥離工程において、研磨パッド１０８の研磨面の反対側の裏面１０８ｂを押圧する押圧部材２００が設けられている。

押圧部材２００は、穴１１１に設けられたピストン２１０と、剥離工程において研磨パッド１０８の裏面１０８ｂを押圧する方向にピストン２１０を駆動可能な駆動部材２２０と、を備える。駆動部材２２０は、研磨テーブル１１０の裏面側に取り付けられた筐体２３０内に収容されている。ピストン２１０は、剥離工程の際に研磨パッド１０８の裏面１０８ｂを押圧する押圧面２１０ａを有する。

また、押圧部材２００は、ピストン２１０が研磨テーブル１１０の裏面１１０ｂへ向かう方向（ピストン２１０が研磨パッド１０８の裏面１０８ｂから離れる方向）へ移動した際に、ピストン２１０の移動を規制するストッパ部材２４０を備える。具体的には、ストッパ部材２４０は、円筒状部２４０−ａと、円筒状部２４０−ａの一方の端部から外方へ張り出すフランジ部２４０−ｂとを有する。

また、押圧部材２００は、ピストン２１０がストッパ部材２４０によって移動を規制された状態において、ピストン２１０の押圧面２１０ａと、研磨テーブル１１０の貼り付け面１１０ａとが同一面になるように、ストッパ部材２４０の位置を調整するシム部材２５０を備える。

具体的には、シム部材２５０は円板状に形成され、円板の中央に穴が形成されている。ストッパ部材２４０は、円筒状部２４０−ａの他方の端部がシム部材２５０の穴を介して穴１１１に挿入され、フランジ部２４０−ｂがシム部材２５０を介して研磨テーブル１１０の裏面１１０ｂにねじ２４２によって固定されることによって、研磨テーブル１１０に取り付けられる。

ピストン２１０が研磨テーブル１１０の裏面１１０ｂへ向かう方向へ移動すると、ピストン２１０が円筒状部２４０−ａの他方の端部に当接することによって移動が規制される。押圧部材２００は、シム部材２５０の厚みを調節することによって、ピストン２１０がストッパ部材２４０によって移動を規制された状態においてピストン２１０の押圧面２１０ａと研磨テーブル１１０の貼り付け面１１０ａとを同一面にすることができる。

駆動部材２２０は、流体（空気等）を流入出可能な第１及び第２の連通口２６０ａ，２６０ｂが形成されたシリンダ２６０と、仕切り部材２７０と、を備える。仕切り部材２７０は、シリンダ２６０内の第１の連通口２６０ａと連通する第１の空間２６２と、シリンダ２６０内の第２の連通口２６０ｂと連通する第２の空間２６４と、を仕切る部材である。また、駆動部材２２０は、仕切り部材２７０とピストン２１０とを連結する連結部材２８０を備える。

駆動部材２２０は、第１及び第２の連通口２６０ａ，２６０ｂに対する流体の流入出によってピストン２１０を研磨パッド１０８の裏面１０８ｂに対して接離する方向に駆動する流体シリンダを含んでいる。ただし、駆動部材２２０は、流体シリンダに限らず、剥離工程において、研磨パッド１０８の裏面１０８ｂを押圧する方向にピストンを駆動可能なものであればよい。また、本実施形態では、研磨装置１００に対して押圧部材２００を１個設ける例を示したが、これに限らず、複数の押圧部材２００を設けることもできる。

また、図２，３においては、シリンダ２６０が研磨テーブル１１０の外部に設けられる例を示したが、これには限られない。図４は、押圧部材の他の例を示す図である。図４に示すように、シリンダ２６０は、研磨テーブル１１０に形成された穴１１１の一部によって形成されてもよい。これによれば、研磨テーブル１１０の裏面側に筐体２３０を取り付ける必要がないので、押圧部材２００をコンパクトに形成することができる。

また、図２に示すように、圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２はそれぞれ、ロータリジョイント１６０，１７０を介して、第１及び第２の連通口２６０ａ，２６０ｂに接続される。圧縮空気ライン１５２−１には、ピストン２１０が上昇する際のスピードを調整するためのスピードコントロールバルブ１８２が設けられている。また、圧縮空気ライン１５２−２には、ピストン２１０が下降する際のスピードを調整するためのスピードコントロールバルブ１８４、及びピストン２１０が研磨テーブルから急に飛び出すのを防止するためのスピードコントロールバルブ１８６が設けられている。

次に、研磨パッド１０８の剥離工程における押圧部材２００の動きについて説明する。図５は、研磨パッドの剥離工程の様子を模式的に示す図である。図５の上図は、剥離工程ではない通常使用時における押圧部材２００の状態を示す図であり、図５の下図は、剥離工程における押圧部材２００の状態を示す図である。

通常使用時には、図５の上図に示すように、圧縮空気ライン１５２−１を介して第１の連通口２６０ａから空気を流入させることによって、ピストン２１０を下方へ加圧する。具体的には、制御部１４０は、バルブ１５８−１を「開（給気）」に制御し、バルブ１５８−２を「閉（排気）」に制御する。これにより、仕切り部材２７０が下方に押し下げられるので、仕切り部材２７０の動きに連動してピストン２１０も下方へ押し下げられる。下方へ押し下げられたピストン２１０は、ストッパ部材２４０に当接した状態となる。

一方、剥離工程においては、図５の下図に示すように、圧縮空気ライン１５２−２を介して第１の連通口２６０ｂから空気を流入させることによって、ピストン２１０を上方へ加圧する。具体的には、制御部１４０は、バルブ１５８−１を「閉（排気）」に制御し、バルブ１５８−２を「開（給気）」に制御する。これにより、仕切り部材２７０が上方に押し上げられるので、仕切り部材２７０の動きに連動してピストン２１０も上方へ押し上げられる。上方へ押し上げられたピストン２１０は、研磨パッド１０８の裏面１０８ｂを押圧して研磨パッド１０８を剥離する。

本実施形態によれば、基板１０２の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッド１０８の剥離作業を省力化することができる。すなわち、本実施形態によれば、図５の下図に示すように、ピストン２１０の押圧力によって研磨パッド１０８の剥離作業がアシストされるので、研磨パッド１０８を容易に剥離することができる。また、本実施形態では、研磨テーブルからはみ出す端緒をあらかじめ研磨パッドに形成したり、巻き取り式の治具を用いて研磨パッドを剥がしたりすることを要しない。その結果、基板１０２の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッド１０８の剥離作業を省力化することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の研磨装置について説明する。図６は、第２実施形態の研磨装置を模式的に示す図である。第２実施形態は、バルブ１５８−１，１５８−２の開閉を制御するための制御信号を、ロータリコネクタを介してバルブ１５８−１，１５８−２へ入力する点が第１実施形態と異なる。第１実施形態と同様の部分については説明を省略する。

図６に示すように、圧縮空気ライン１５２はロータリジョイント１６０へ入力され、ロータリジョイント１６０を通過した後に、２系統の圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２へ分岐する。圧縮空気ライン１５２−１，１５２−２にはそれぞれ、ラインを開閉するバルブ１５８−１，１５８−２が設けられる。

一方、バルブ１５８−１，１５８−２の開閉を制御するための制御信号が伝達される制御信号ライン１９２は、ロータリコネクタ１９０に入力され、ロータリコネクタ１９０を介してバルブ１５８−１，１５８−２へ接続される。

研磨装置１００の通常使用時には、制御部１４０は、バルブ１５８−１を「開（給気）」に制御し、バルブ１５８−２を「閉（排気）」に制御する。これにより、仕切り部材２７０が下方に押し下げられるので、仕切り部材２７０の動きに連動してピストン２１０も下方へ押し下げられる。下方へ押し下げられたピストン２１０は、ストッパ部材２４０に当接した状態となる。

一方、剥離工程においては、制御部１４０は、バルブ１５８−１を「閉（排気）」に制御し、バルブ１５８−２を「開（給気）」に制御する。これにより、仕切り部材２７０が上方に押し上げられるので、仕切り部材２７０の動きに連動してピストン２１０も上方へ押し上げられる。上方へ押し上げられたピストン２１０は、研磨パッド１０８の裏面１０８ｂを押圧して研磨パッド１０８を剥離する。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、基板１０２の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッド１０８の剥離作業を省力化することができる。すなわち、第２実施形態によれば、剥離工程の際に、ピストン２１０の押圧力によって研磨パッド１０８の剥離作業がアシストされるので、研磨パッド１０８を容易に剥離することができる。また、本実施形態では、研磨テーブルからはみ出す端緒をあらかじめ研磨パッドに形成したり、巻き取り式の治具を用いて研磨パッドを剥がしたりすることを要しない。その結果、基板１０２の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッド１０８の剥離作業を省力化することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の研磨装置について説明する。図７は、第３実施形態の研磨装置を模式的に示す図である。第３実施形態は、剥離工程が行われる都度、研磨装置１００（押圧部材２００）に研磨パッド剥離用治具を取り付けて使用する点が、第１及び第２実施形態と異なる。第１及び第２実施形態と同様の部分については、説明を省略する。

図７に示すように、研磨パッド剥離用治具３００は、研磨装置１００の外部に設けられた圧縮空気の供給元に接続される圧縮空気接続ポート３０２と、圧縮空気接続ポート３０２から供給された圧縮空気を搬送する圧縮空気ライン３０４−１，３４０−２と、を備える。

圧縮空気ライン３０４−１には、圧縮空気ライン３０４−１を開閉するバルブ３０６、及びピストン２１０が上昇する際のスピードを調整するためのスピードコントロールバルブ３１２が設けられている。また、圧縮空気ライン３０４−２には、圧縮空気ライン３０４−２を開閉するバルブ３０８、ピストン２１０が下降する際のスピードを調整するためのスピードコントロールバルブ３１４、及びピストン２１０が研磨テーブルから急に飛び出すのを防止するためのスピードコントロールバルブ３１６が設けられている。

また、シリンダ２６０には、第１の空間２６２と連通する治具接続ポート３２２、及び第２の空間２６４と連通する治具接続ポート３２４が接続されている。研磨パッド１０８の剥離工程が行われる際には、作業員によって、研磨パッド剥離用治具３００の圧縮空気ライン３０４−１が治具接続ポート３２２に接続され、圧縮空気ライン３０４−２が治具接続ポート３２４に接続される。

研磨装置１００の通常使用時には、制御部１４０は、バルブ３０６を「開」に制御し、バルブ３０８を「閉」に制御する。これにより、仕切り部材２７０が下方に押し下げられるので、仕切り部材２７０の動きに連動してピストン２１０も下方へ押し下げられる。下方へ押し下げられたピストン２１０は、ストッパ部材２４０に当接した状態となる。

一方、剥離工程においては、制御部１４０は、バルブ３０６を「閉」に制御し、バルブ３０８を「開」に制御する。これにより、仕切り部材２７０が上方に押し上げられるので、仕切り部材２７０の動きに連動してピストン２１０も上方へ押し上げられる。上方へ押し上げられたピストン２１０は、研磨パッド１０８の裏面１０８ｂを押圧して研磨パッド１０８を剥離する。

本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、基板１０２の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッド１０８の剥離作業を省力化することができる。すなわち、第３実施形態によれば、剥離工程の際に、ピストン２１０の押圧力によって研磨パッド１０８の剥離作業がアシストされるので、研磨パッド１０８を容易に剥離することができる。また、本実施形態では、研磨テーブルからはみ出す端緒をあらかじめ研磨パッドに形成したり、巻き取り式の治具を用いて研磨パッドを剥がしたりすることを要しない。その結果、基板１０２の研磨性能に与える影響を抑制し、かつ、研磨パッド１０８の剥離作業を省力化することができる。

１００ 研磨装置
１０２ 基板
１０８ 研磨パッド
１０８ｂ 裏面
１１０ 研磨テーブル
１１０ａ 貼り付け面
１１０ｂ 裏面
１１１ 穴
１５２ 圧縮空気ライン
１５８−１，１５８−２ バルブ
２００ 押圧部材
２１０ ピストン
２１０ａ 当接面
２２０ 駆動部材
２４０ ストッパ部材
２４０−ａ 円筒状部
２４０−ｂ フランジ部
２５０ シム部材
２６０ シリンダ
２６０ａ 第１の連通口
２６０ｂ 第２の連通口
２６２ 第１の空間
２６４ 第２の空間
２７０ 仕切り部材
２８０ 連結部材

Claims (5)

1. 基板を研磨するための研磨パッドが貼り付けられる研磨テーブルと、
   前記研磨パッドを前記研磨テーブルから剥離する剥離工程において、前記研磨パッドの研磨面の反対側の裏面を押圧する押圧部材とを備え、
   前記押圧部材は、前記研磨テーブルの前記研磨パッドが貼り付けられる貼り付け面に形成された穴に設けられたピストンと、
   前記剥離工程において、前記研磨パッドの裏面を押圧する方向に前記ピストンを駆動可能な駆動部材と、を備える、
   ことを特徴とする研磨装置。
2. 請求項１の研磨装置において、
   前記押圧部材は、前記研磨テーブルの裏面方向への前記ピストンの移動を規制するストッパ部材と、
   前記ピストンが前記ストッパ部材によって移動を規制された状態において、前記剥離工程の際に前記研磨パッドの裏面を押圧する前記ピストンの押圧面と、前記研磨テーブルの前記貼り付け面とが同一面になるように、前記ストッパ部材の位置を調整するシム部材と、
   を備えることを特徴とする研磨装置。
3. 請求項１又は２の研磨装置において、
   前記駆動部材は、
   流体を流入出可能な第１及び第２の連通口が形成されたシリンダと、
   前記シリンダ内の前記第１の連通口と連通する第１の空間と前記シリンダ内の前記第２の連通口と連通する第２の空間とを仕切る仕切り部材と、
   前記仕切り部材と前記ピストンとを連結する連結部材と、
   を備え、前記第１及び第２の連通口に対する前記流体の流入出によって前記ピストンを前記研磨パッドの裏面に対して接離する方向に駆動する流体シリンダを含む、
   ことを特徴とする研磨装置。
4. 請求項３の研磨装置において、
   前記シリンダは、前記研磨テーブルに形成された前記穴の一部によって形成される、
   ことを特徴とする研磨装置。
5. 基板を研磨するために研磨テーブルに貼り付けられた研磨パッドを前記研磨テーブルから剥離する研磨パッド剥離方法であって、
   前記研磨パッドの剥離工程において、前記研磨テーブルの前記研磨パッドが貼り付けられる貼り付け面に形成された穴に設けられたピストンを、前記研磨パッドの裏面を押圧する方向に駆動する、
   ことを特徴とする研磨パッド剥離方法。