JP3663728B2 - 薄板の研磨機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は薄板の研磨機に関する。
【0002】
【従来の技術】
図7には、ウェーハの研磨に用いられる研磨機が示されている。この研磨機100は、研磨ヘッド101と機械的に連結された保持板102を備えている。この保持板102は、真空系流路103を介して真空ポンプ104に連なる通孔105(図8参照)を持っている。そして、この保持板102の下面に固定されたウェーハ106は研磨布107に押し付けられ、そのウェーハ106にはヘッド駆動モータ108によって回転運動が与えられるようになっている。一方、研磨布107が貼られる定盤109には定盤駆動モータ110により回転運動が与えられる。これによって、ウェーハ106と研磨布107との間には相対運動が与えられ、このように両者に相対運動を与えつつ、研磨剤120を研磨布107に供給することでウェーハ106の研磨が行なわれる。なお、研磨剤120としては、通常、アルカリ水溶液に分散したコロイダルシリカが用いられ、研磨は、機械作用と化学作用が複合したいわゆるメカノケミカル作用によって行なわれる。
【0003】
また、この研磨機100には、電磁弁103aが介装された真空系流路103の他に、電磁弁113aや減圧弁113bが介装された脱離系流路113が設けられているが、この真空系流路103と脱離系流路113は、研磨ヘッド101内において1系統となっている。この研磨機100では、研磨終了後に、真空系流路103の電磁弁103aを閉じた後、脱離系流路113の電磁弁113aを開き、エアを噴出させて、保持板102からウェーハ106を脱離する。その後は、ブラシおよび純水により、保持板102の下面の洗浄を行なう。
【0004】
この洗浄を行なう理由は次の通りである。
すなわち、ウェーハ106を保持板102で保持する際、ウェーハ106と保持板102との間には隙間がないことが好ましいが、両者の接触面の面粗さに起因して、両者の間には僅かながら隙間が生じているのが普通である。
したがって、ウェーハ106を研磨する際、この僅かな隙間を通じて、研磨剤120が通孔105および研磨ヘッド101内に吸引される(図9(a))。この場合、真空系流路103内は真空に保持されているため、吸引された研磨剤中の水分が蒸発し、その蒸気は真空ポンプ104によって真空系流路103内から除去される。その結果、研磨剤120の濃度が上昇し、研磨剤120はゲル化し、やがては固体となってしまう。
そして、ウェーハ106の脱離時のエアと一緒に、固体となった粒子が保持板102から外部に飛散してしまい、その飛散した粒子121の一部が保持板102の下面に付着する(図9(b))。
そのため、保持板102の下面に付着した粒子を除去するのにブラシおよび純水による洗浄が必要となるのである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その洗浄によっても、保持板102の下面に付着した粒子121が完全には除去されない場合があり、保持板102の下面に残った粒子121によって次のような問題が生じてしまう。
すなわち、次のウェーハ106を研磨するに際し、このウェーハ106を保持板102に吸着すると、ウェーハ106と保持板102との間に粒子121が挟まれてしまう(図9(c))。そして、この粒子に対応する部分は、ウェーハ106の研磨の際に、他の部分に比べて研磨布7に強く押し付けられるので、その部分の研磨が促進され(図9(d))、ウェーハ106を保持板102から脱離させた際に、その部分がへこんでしまう(図9(e))という問題があった。
【0006】
また、前記研磨剤120には、pH調整のため、あるいはコロイダルシリカの安定性を向上させるために、アルカリ性の薬剤が添加されているが、真空系流路103内で研磨剤中のスラリーが蒸発除去されると、前記薬剤の濃度が高くなり、この薬剤によってウェーハ106の裏面がエッチングされてしまうという問題があった。
【0007】
半導体集積回路製造プロセスにおいては、近年のデバイスの高集積化にともない、デバイスのデザインルールは狭くなり、ホトリソグラフィ工程におけるステッパの焦点深度も浅くなってきている。このため、ウェーハの研磨工程でのウェーハに対する平坦性の要求も高くなってきている。このような状況下においては、上記のような問題はできるだけ除去されなければならない。
【0008】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、薄板の平坦度の向上が図れると共に、研磨時の汚染の発生を防止できる研磨機を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の研磨機は、真空系流路を介して真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備え、この保持板に真空吸着した薄板を研磨手段に押し付け、前記研磨手段に研磨剤を供給しつつ、前記薄板と前記研磨手段との間に相対運動を与えて前記薄板の一面を研磨するように構成されると共に、研磨後には、脱離系流路を通じて前記通孔から流体を前記薄板の他面に向けて噴出させて前記保持板から前記薄板の脱離を行うように構成された研磨機であって、前記真空系流路内には、研磨中に前記通孔および前記真空系流路に吸引された前記研磨剤からの水分の蒸発を抑制してゲル化を抑制するためのゲル化抑制手段が設けられていることを特徴とするものである。また、請求項2記載の研磨機は、真空系流路を介して真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備え、この保持板に真空吸着した薄板を研磨手段に押し付け、前記研磨手段に研磨剤を供給しつつ、前記薄板と前記研磨手段との間に相対運動を与えて前記薄板の一面を研磨するように構成されると共に、研磨後には、前記真空系流路とは独立に設けた脱離系流路を通じて他の通孔から流体を前記薄板の他面に向けて噴出させて前記保持板から前記薄板の脱離を行うように構成された研磨機であって、前記真空系流路内には、研磨中に、前記真空ポンプに連なる前記通孔と前記真空系流路とに吸引された前記研磨剤からの水分の蒸発を抑制してゲル化を抑制するためのゲル化抑制手段が設けられていることを特徴とするものである。例えば、図5(a),(b)のごとく前記真空系流路と脱離系流路とを独立して設けたものである。
【0010】
この請求項1又は2記載の研磨機によれば、保持板の通孔や真空系流路内での研磨剤のゲル化が抑制されることになり、研磨剤の固化に起因する問題点が解消されることになる。
また、請求項2記載の研磨機によれば、通孔や真空系流路に研磨剤に起因するゲルが発生しても、薄板脱離の際、脱離用流体を噴出しても、真空系流路から外へ粒子が飛散する機会が減少する。
【0011】
請求項3記載の研磨機は、請求項1又は2記載の研磨機において、前記ゲル化抑制手段は、前記真空系流路内の水蒸気圧力を前記研磨剤が示す水蒸気圧力よりも高く保持するように構成されていることを特徴とするものである。
【0012】
例えば、図1に示すように、この研磨機1は、保持板2の通孔3および真空系流路4内に、水を保有する水蒸気供給槽5を設けたものである。この研磨機1では、通孔3および真空系流路4を減圧した場合、その真空度が高くなるにつれて、研磨剤中の水分が蒸発し、その蒸気が真空系流路4から除去される。この場合、水蒸気供給槽5が設けてあると、蒸発除去される水分は主に水蒸気供給槽5から供給されるようになり、研磨剤中の水分の蒸発が抑制される。その結果、研磨剤のゲル化が抑制される。この効果は、水蒸気供給槽5内の水の温度を同図に示すように常時に検出し、その温度を研磨剤の温度とほぼ同じに制御すれば、より高くなる。また、脱離用のエアも同図に示すように水蒸気供給槽5内の水を経由して供給するようにすれば、エアが湿潤されるので、脱離用のエア中への、研磨剤中の水分の蒸発が少なくなる。さらに、真空源の真空度を、研磨剤の水蒸気圧力近くに制御すれば、水蒸気供給槽5からの水分の蒸発圧力も減じ、より効果的である。なお、水の貯留場所は、研磨剤が存在する場所に近い程大きいので、例えば、図2に示すように、保持板2の上面に、水を貯留する水蒸気供給槽5あるいは貯水溝を設けるのが好ましい。
【0013】
請求項4記載の研磨機は、請求項1又は2記載の研磨機において、前記真空ポンプは水封式真空ポンプであり、また、前記ゲル化抑制手段は、前記水封式真空ポンプの封水の温度を前記研磨剤の温度よりも高く保つように構成されていることを特徴とするものである。
【0014】
この請求項4記載の研磨機によれば、封水より水分が蒸発し、真空系流路内の水蒸気圧力が高くなるため、研磨剤からの水分の蒸発が押さえられ、研磨剤のゲル化がさらに抑制される。
【0015】
請求項5記載の研磨機は、請求項1又は2記載の前記ゲル化抑制手段が、前記通孔および前記真空系流路に水を注入し、この注入された水によって、真空吸引された研磨剤の濃度を下げるように構成されていることを特徴とするものである。
【0016】
この請求項5記載の研磨機によれば、注入された水によって、通孔および真空流路に存在する研磨剤が希釈化される。この場合の水は、薄板を保持板に真空吸着する前に注入しても良いし、薄板を保持板に真空吸着した後に、真空系流路とは別個に設けた流路6(図2参照)を通じて注入しても良い。
【0017】
請求項6記載の研磨機は、請求項1又は2記載の前記ゲル化抑制手段が、前記通孔および前記真空系流路を洗浄するように構成されていることを特徴とするものである。この場合の洗浄時期は、1枚の薄板の研磨を終了し、次の薄板を研磨するまでの間とし、頻度は高い程(数枚毎よりも1枚毎が)好ましい。
【0018】
この請求項6記載の研磨機の具体例を2つ示す。1つは、図3に示すように、研磨された薄板を脱離後、洗浄源から水を入れて通孔3および真空系流路4を洗浄し、脱離系流路よりエアを吹き込み、通孔3および真空系流路4の水を排出するようにしたものである。この場合、水を排出しないで、次の薄板を真空吸着することもできる。他の1つは、図4に示すように、真空系と脱離系を交互に作用させ、通孔3および真空系流路4に対して水を出し入れするものである。このようにして通孔3および真空系流路4を洗浄すれば、研磨剤の固化に起因する問題点がさらに解消されることになる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図6には本発明に係る研磨機が示されている。この研磨機10はウェーハ12を保持するための円板状の保持板13を備えている。この保持板13には上下に貫通する多数の通孔13aが設けられている。また、保持板3の上面には、通孔13aと干渉しない位置に、純水を蓄えるための溝13bが刻設されている。この保持板13は研磨ヘッド15に機械的に連結されている。
【0022】
研磨ヘッド15には、保持板13の周辺部の通孔13aに連通した真空系流路14が形成されている。この真空系流路14は、研磨ヘッド15内の他、研磨ヘッド15外にまで延び真空ポンプ16に接続されている。真空ポンプ16は、特に限定はされないが、水封式の真空ポンプとして構成されている。また、真空系流路14には、研磨ヘッド15外に延在する部分に水蒸気供給槽17が介装されている。この水蒸気供給槽17は内部に純水を保有している。保有された純水は、真空系流路14が減圧された際に、蒸発して真空系流路14内の水蒸気圧力をある程度まで高める作用をなす。具体的には、真空系流路14内の水蒸気圧力を研磨剤の水蒸気圧力よりも高める作用をなす。その際、その水蒸気圧力を制御し易くするために、水蒸気供給槽17内部の純水の温度は、図示しない温度制御手段によって研磨剤の温度とほぼ同じに維持される。また、水蒸気供給槽17には純水源が連設され、水蒸気供給槽17内の純水が減った場合には、適宜に純水が補給されるようになっている。なお、図6において符号14a,14bは電磁弁を示している。
【0023】
また、研磨ヘッド15には、通孔13aに連通した脱離系流路19が形成されている。この脱離系流路19は、研磨ヘッド15内の他、研磨ヘッド15外にまで延び図示しない脱離用エア供給源に接続されている。脱離系流路19には、研磨ヘッド15外に延在する部分にエア加湿槽20が介装されている。このエア加湿槽20は内部に純水を保有している。保有された純水には脱離用エアが通され、その間に、脱離用エアを適度に湿潤するようになっている。このように構成される脱離系流路19は、エア加湿槽20よりも脱離用エア供給源寄りの位置で2つに分岐されており、その分岐路のうちの1つが、エア加湿槽20を経て、保持板13の中央部の通孔13aに連なっている。また、他の1つは真空系流路14の途中部分に接続された構造となっている。その結果、真空系流路14の一部を脱離系流路19が借用した形となっている。また、エア加湿槽20には純水源が連設され、エア加湿槽20内の純水が減った場合には、適宜に純水が補給されるようになっている。なお、図6において符号19a,19b,19cは弁を示している。
【0024】
なお、前記真空系流路14および前記脱離系流路19においては、研磨ヘッド15内外の流路を連結するためにロータリジョイント22が使用されている。
【0025】
また、この研磨機10においては、定盤23と、センタリング装置(図示せず)、ヘッド内部洗浄槽24、ブラシ洗浄部(図示せず)の間を研磨ヘッド51が移動できるようになっている。ヘッド内部洗浄槽24には純水が保有されている。また、ブラシ洗浄部では、図示はしないが、純水をシャワー状にしてかけつつ研磨ヘッド15をブラシ洗浄するようになっている。なお、図1において符号25は定盤23の上に貼られた研磨布を示している。
【0026】
その他の構成は、従来の研磨機とほぼ同一の構成となっている。
【0027】
次に、本実施形態の研磨機10の動作を説明する。
研磨すべきウェーハ12を研磨布25のセンタリング装置上に水平に置き、センタリングを行なった後、このウェーハ12の上面に純水をシャワー状にかけて純水の水膜を形成する。次いで、保持板13が連結されている研磨ヘッド15をウェーハ12の上方まで移動し、電磁弁14aを開き、真空ポンプ16により真空系流路14のエアを排出し、ウェーハ12を保持板13に真空吸着する。この際、水膜としてウェーハ12上面に付着していた純水も通孔13aや真空系流路14に持ち込まれる。この持ち込まれた純水は、研磨中に吸引される研磨剤を希釈化して、その研磨剤のゲル化を抑制する働きをする。
【0028】
次に、研磨ヘッド15を定盤23上に降下し、研磨剤を供給しつつ、所定の荷重と動きを与えてウェーハ12を研磨する。この研磨の間、真空ポンプ16で真空系流路14系のエアが吸収され、その系内の水蒸気の分圧が低下すると、水蒸気供給槽17内の純水と、水蒸気供給溝13b内の純水が蒸発するため、水蒸気分圧はほぼ一定に、具体的には研磨剤の示す水蒸気圧力よりも高く保たれる。このため、ウェーハ12と保持板13の間、保持板13の通孔13aあるいは真空系流路14に存在する研磨剤からの水分の蒸発が抑制される。その結果、研磨剤のゲル化ひいては固形粒子の発生が抑制される。
【0029】
そして、所定の時間経過後、研磨ヘッド15を上方に上げて研磨を終える。
【0030】
研磨が終えたら、電磁弁14aを閉じ、他の電磁弁19a,19bを開けて研磨ヘッド15内部にエアを吹き込み、ウェーハ12を保持板13から脱離する。なお、この場合のエアは流路途中にあるエア加湿槽20で水分を保持しているので、保持板13下面などを乾燥させることが少ない。なお、脱離したウェーハ12は図示していない装置により受け取られる。
【0031】
一方、ウェーハ12を脱離した研磨ヘッド15は、図示していない手段によりヘッド内部洗浄槽24まで移動され、保持板13下部がヘッド内部洗浄槽24内の純水中に浸漬される。この状態で、電磁弁14aを開き、真空系流路14内に、ヘッド内部洗浄槽24の純水を吸引する。その後、電磁弁14aを閉じ、他の電磁弁19a,19bを開き、真空系流路系14内の水を排出する。この吸引、排出を数回繰り返し、研磨剤などを洗浄除去する。なお、この操作の際、水蒸気供給用の溝13bへ純水を供給することも行なう。その後、図示されていない手段により、研磨ヘッド15をブラシ洗浄部に移動し、保持板13下面および側面を純水をシャワー状にしてかけつつブラシにより洗浄する。
【0032】
このようにして洗浄が終わったら、次のウェーハ12を前記と同じ手順で研磨する。
【0033】
【発明の効果】
以上の説明からも明かなように、本発明の研磨機によれば、薄板の平坦度の向上が図れると共に、研磨時の汚染の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項2記載の発明に係る研磨機を示す図である。
【図2】請求項2記載の発明に係る研磨機の好ましい例を示す図である。
【図3】請求項5記載の発明に係る研磨機を示す図である。
【図4】請求項5記載の発明に係る研磨機の他例を示す図である。
【図5】請求項6記載の発明に係る研磨機を示す図である。
【図6】本発明の実施形態を示す図である。
【図7】従来の研磨機を示す図である。
【図8】従来の研磨機の研磨ヘッドおよびその周辺を示す図である。
【図9】従来の研磨機の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
10 研磨機
12 ウェーハ
13 保持板
13a 通孔
14 真空系流路
17 水蒸気供給槽
Claims (6)
- 真空系流路を介して真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備え、この保持板に真空吸着した薄板を研磨手段に押し付け、前記研磨手段に研磨剤を供給しつつ、前記薄板と前記研磨手段との間に相対運動を与えて前記薄板の一面を研磨するように構成されると共に、研磨後には、脱離系流路を通じて前記通孔から流体を前記薄板の他面に向けて噴出させて前記保持板から前記薄板の脱離を行うように構成された研磨機であって、前記真空系流路内には、研磨中に前記通孔および前記真空系流路に吸引された前記研磨剤からの水分の蒸発を抑制してゲル化を抑制するためのゲル化抑制手段が設けられていることを特徴とする薄板の研磨機。
- 真空系流路を介して真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備え、この保持板に真空吸着した薄板を研磨手段に押し付け、前記研磨手段に研磨剤を供給しつつ、前記薄板と前記研磨手段との間に相対運動を与えて前記薄板の一面を研磨するように構成されると共に、研磨後には、前記真空系流路とは独立に設けた脱離系流路を通じて他の通孔から流体を前記薄板の他面に向けて噴出させて前記保持板から前記薄板の脱離を行うように構成された研磨機であって、前記真空系流路内には、研磨中に、前記真空ポンプに連なる前記通孔と前記真空系流路とに吸引された前記研磨剤からの水分の蒸発を抑制してゲル化を抑制するためのゲル化抑制手段が設けられていることを特徴とする薄板の研磨機。
- 前記ゲル化抑制手段は、前記真空系流路内の水蒸気圧力を前記研磨剤が示す水蒸気圧力よりも高く保持するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の研磨機。
- 前記真空ポンプは水封式真空ポンプであり、また、前記ゲル化抑制手段は、前記水封式真空ポンプの封水の温度を前記研磨剤の温度よりも高く保つように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の研磨機。
- 前記ゲル化抑制手段は、前記真空ポンプに連なる前記通孔および前記真空系流路に水を注入し、この注入された水によって、真空吸引された研磨剤の濃度を下げるように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の研磨機。
- 前記ゲル化抑制手段は、前記真空ポンプに連なる前記通孔および前記真空系流路を洗浄するように構成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の研磨機。
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