JP3690837B2 - ポリッシング装置及び方法 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明はポリッシング装置及び方法に係り、特に半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に0.5μm以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。
そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の1手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【0003】
従来、この種のポリッシング装置は、各々独立した回転数で回転するターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【0004】
ポリッシング装置に用いる砥液は微粒子、例えばコロイダルシリカ(SiO2)、酸化セリウム(CeO2 )、アルミナ(Al2O3)等をアルカリ溶液、例えばKOH、NaOH等に懸濁させたものを用いる。また、ポリッシングする対象物がタングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)といった金属配線を研磨する場合には、特殊な砥液を用いる場合があり、強酸や強アルカリ系の砥液を用いる場合もある。このように、ポリッシング対象物は砥液中に含まれる微粒子による機械的な研磨作用と、アルカリ溶液または酸溶液による化学的なエッチング作用の複合的な研磨作用によって研磨される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、砥液にアルカリ溶液または酸溶液を用いているため、砥液がトップリング下面とポリッシング対象物の裏面との間に侵入し、トップリング下面およびポリッシング対象物の裏面がアルカリまたは酸によってエッチングされてしまうという問題点がある。
【0006】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、トップリング下面およびポリッシング対象物裏面が砥液によってエッチングされることを防止するポリッシング装置及び方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のポリッシング装置は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧するポリッシング装置において、該トップリング本体下面に開口するとともに液体供給源に連通された複数の開口を設け、ポリッシング対象物をトップリング本体から受け渡しするポリッシング対象物受け渡し機構を設け、該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止する機構を設け、前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面とポリッシング対象物裏面を洗浄する機構と、該洗浄する際に前記トップリングを回転する機構とを備えていることを特徴とするものである。
また、本発明のポリッシング方法は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧してポリッシング対象物を研磨する研磨方法であって、前記トップリングから研磨後のポリッシング対象物をポリッシング対象物受け渡し機構に受け渡し、該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止し、前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面及びポリッシング対象物裏面を洗浄するとともに、前記トップリングを回転することを特徴とするものである。
【0008】
【作用】
前述した構成からなる本発明によれば、トップリング本体下面の開口を真空源に連通してポリッシング対象物を真空吸着することができ、ポリッシング後には開口から流体を供給してポリッシング対象物を確実に離脱させることができる。また、ポリッシング中に、砥液中のアルカリ成分を中和する中和剤を供給することによりポリッシング対象物裏面およびトップリング下面のエッチングを防止することができ、さらに加圧空気によって開口に残留する液体を排出することができる。
【0009】
【実施例】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施例を図1乃至図4に基づいて説明する。図1及び図2は本発明のポリッシング装置のポリッシング部を示す図で、図1は縦断面図、図2は平面図である。ポリッシング装置のトップリング部は、トップリング駆動軸1と、トップリング本体3と、これらトップリング駆動軸1とトップリング本体3との間に介装された球ベアリング2とから構成されている。
【0010】
前記トップリング駆動軸1の下端面中央部には球ベアリング2が摺接する凹状球面1aが形成されている。トップリング本体3はトップリング本体上部3−1とトップリング本体下部3−2とで構成されている。トップリング本体上部3−1の上面中心部には球ベアリング2が摺接する凹状球面3−1aが形成され、トップリング本体下部3−2の外周部にはウエハ外れ止リング5が取付けられている。
【0011】
トップリング本体下部3−2には下面に開口する多数の開口3−2aが形成されている。トップリング本体上部3−1には該開口3−2aに連通する連絡溝3−1bが形成されており、連絡溝3−1bはトップリング本体上部3−1に形成された4本の連絡孔3−1cに連通している。この連絡孔3−1cはチューブ10とチューブ継手9及びチューブ継手11でトップリング駆動軸1の中心に設けられた連通孔1bに連通されている。前記連通孔1bは、配管30によって、バルブV1を介して真空ポンプ31に連通され、バルブV2を介して加圧流体源32に連通され、バルブV3を介して中和剤供給源33に連通され、さらにバルブV4を介して加圧気体源34に連通されている。
【0012】
前記トップリング駆動軸1にはフランジ部1cが一体に設けられており、フランジ部1cの外周には4本のトルク伝達ピン7が設けられている。また、トップリング本体3のトップリング本体上部3−1の上面にはトルク伝達ピン7に対応して、4本のトルク伝達ピン8が設けられている。トップリング本体下部3−2の下面とウエハ外れ止リング5の内周とターンテーブル(図示せず)上面とに囲まれた空間に半導体ウエハ6を収容し、ターンテーブルを回転させるとともに、トップリング駆動軸1を回転させ、その回転トルクをトルク伝達ピン7とトルク伝達ピン8の係合によりトップリング本体3に伝達させてトップリング本体3を回転させ、且つトップリング本体3を摺動させながら半導体ウエハ6の表面を平坦且つ鏡面に研磨する。
【0013】
トップリング駆動軸1のフランジ部1cの上部にはトップリングホルダー4が設けられており、このトップリングホルダー4はボルト41によりトップリング本体3と連結されている。またボルト41とトップリングホルダー4との間にはスプリング42が介装されている。トップリング駆動軸1を上昇させるとトップリングホルダー4はトップリング3とともに上昇する。この上昇させた状態時にスプリング42は柔らかくトップリング本体3を水平に保つ機能を奏する。このトップリング本体3を柔らかく水平に保つ機能は半導体ウエハ6を受け渡しするときに有効に機能する。
【0014】
図3は図1及び図2に示すポリッシング部を用いたポリッシング装置の全体構成を示す図である。図3において、符号20はターンテーブルであり、ターンテーブル20は軸21を中心に回転できるようになっている。ターンテーブル20の外周部には研磨砥液等の飛散を防ぐためのターンテーブルリング22が設けられている。また、ターンテーブル20の上面には研磨布23が張られている。
【0015】
ターンテーブル20の上部には前述のように構成されたトップリング部が配置されている。トップリング駆動軸1の上部にはトップリングシリンダ12が設けられており、トップリング本体3はトップリングシリンダ12により、ターンテーブル20に対して一定の圧力で押圧されている。符号13はトップリング駆動モータで、歯車14、歯車15、歯車16を介してトップリング駆動軸1に回転トルクを与えている。またターンテーブル20の上方には研磨砥液ノズル17が設置されており、研磨砥液ノズル17によってターンテーブル20の研磨布23上に研磨砥液Qを供給できるようになっている。
【0016】
上記構成のポリッシング装置において、トップリング本体下部3−2の下面に半導体ウエハ6を保持し、トップリング本体3とターンテーブル20が回転している状態で、ターンテーブル20の研磨布23上にトップリングシリンダ12により圧力を加えて加圧する。この時研磨砥液ノズル17から研磨布23上に研磨砥液Qを流しており、研磨布23に研磨砥液Qが保持され、半導体ウエハ6の研磨される面(下面)に砥液Qが有る状態でポリッシングが行われる。
【0017】
この時、ターンテーブル20の上面に僅かな傾きがあったとしてもトップリング本体3は球ベアリング2によりトップリング駆動軸1に対してトップリング本体3が速やかに傾動する。トップリング本体3が傾いても、トップリング駆動軸1側のトルク伝達ピン7とトップリング本体3側のトルク伝達ピン8は点接触のためにそれぞれの場合で接触点をずらしてトップリング駆動軸1の回転トルクを確実にトップリング本体3に伝達する。
【0018】
しかして、半導体ウエハ6をトップリング本体3の下面に真空吸着するときには、バルブV1を開いて真空ポンプ31を稼動させ、配管30、連通孔1b等の真空ラインを介して開口3−2aからの吸引力により半導体ウエハ6を吸着する。そして、ポリッシング中には、中和剤供給源33から配管30、連通孔1b等の液体供給ラインを介して開口3−2aより少量の中和剤を半導体ウエハ6の裏面とトップリング本体3の下面との間に供給する。これにより、少量の中和剤が半導体ウエハ6の裏面に流れ、半導体ウエハ6の裏面がポリッシング中の研磨砥液によってエッチングされることがない。なお、半導体ウエハ6の裏面に流れる液体はごく少量であるため、研磨砥液への影響、すなわち砥液の研磨作用に及ぼす影響は全くない。
【0019】
また、従来行われているポリッシング方法で、トップリングと半導体ウエハとの間に弾性マットを介在させ、研磨圧力を半導体ウエハ全面で均一にする場合がある。本発明の中和剤を供給することはこのような弾性マットを介在させる場合にも、弾性マットおよび半導体ウエハの裏面をエッチングされることがなく同様の効果がある。
【0020】
ポリッシング終了後には、半導体ウエハ6を再びトップリング本体3に真空吸着した後、トップリング本体3を上昇させ、所定場所にて半導体ウエハ6をトップリング本体3から離脱させる。半導体ウエハ6の真空吸着時に、砥液を同時に吸い込むため、または、ポリッシング中に砥液がトップリング本体3と半導体ウエハ6との間に入り込むため、半導体ウエハ6がトップリング本体3に密着している場合が多く、真空を解除しただけでは半導体ウエハ6をトップリング本体3から離脱させることができない。
【0021】
そこで、ある一定の流量及び圧力に設定された液体(例えば純水)を、加圧液体源32から、配管30、連通孔1b等の供給ラインを介して開口3−2aよりトップリング本体3の下面と半導体ウエハ6の裏面との間に供給し、液体の噴出力により半導体ウエハ6をトップリング本体3から離脱させる。
【0022】
次に、研磨後にトップリング本体3を図示しないトップリング洗浄部まで移動させ、トップリング本体3の下面をブラシおよび外部から供給する洗浄液により洗浄した後に、加圧気体源33から加圧気体を配管30、連通孔1b等の液体供給ライン(加圧ラインも兼用)および開口3−2aに供給する。これにより、液体供給ラインに残留した液体や洗浄液を排出することができ、次の半導体ウエハ6を研磨するために、半導体ウエハ6を真空吸着する際に液体が真空ポンプ系に吸引されることを防止できる。
なお、トップリング下面洗浄の際、開口に連通する加圧液体源に洗浄液を混合させて、トップリング下面の開口から洗浄液を供給するようにしてもよい。
【0023】
なお、ポリッシング中に半導体ウエハ6とトップリング本体3の下面との間に供給する中和剤は、砥液がアルカリ溶液を主成分とする場合には、次亜塩素酸ナトリウム(NaClO)またはクエン酸を含む溶液等が適当である。
次亜塩素酸ナトリウムを用いた場合、開口、チューブ、配管系等を含む液体供給ライン中でのバクテリアの発生を防止する効果もある。
【0024】
次に、ポリッシング装置に設置され、ポリッシング装置のトップリングに又はトップリングから半導体ウエハを受け渡しするポリッシング対象物受け渡し機構を図4を参照して説明する。図4は本発明のポリッシング対象物受け渡し機構50の構造を示す図である。図4において、符号51は円板状のベースであり、ベース51の周端上部には複数の吸着コマ52が取付けられ、さらに吸着コマ52の上部には吸着パッド53が取付けられている。そして、吸着コマ52と吸着パッド53のそれぞれの中央部には互いに連通する真空孔が形成されており、真空孔は真空継手54を介して真空ラインチューブ55に連通されている。
【0025】
前記ベース51は軸56の上端に固定されており、軸56は軸受58にフランジ付き軸受スリーブ57を介し上下に摺動自在に支持されている。符号60はスプリングであり、スプリング60は軸56に形成された段部とスプリング押え部59の間に挟まれ、軸56を上方に押し上げる弾発力を与える。なお、スプリング押え部59はその外周に雄ネジが形成されており、軸受58の中央部に形成された雌ネジに螺合されている。符号62は軸56の先端部に螺合されたナットであり、このナット62がストッパー61に当接することにより、スプリング60による軸56の押し上げをこの位置で止めている。
【0026】
前記軸受58はアーム63の先端に固定されており、アーム63はエレベータにより矢印Zに示すように上下動できるようになっている。上記構成のポリッシング対象物受け渡し機構50において、吸着パッド53の上部に半導体ウエハ6が載置されるようになっており、真空ラインチューブ55を真空源に接続すると半導体ウエハ6は吸着パッド53上に真空吸着される。また、吸着パッド53及び吸着コマ52を介してベース51に衝撃等の圧力が加わると軸56はスプリング60の弾発力に抗して下降する。即ち、軸受スリーブ57、軸受58、スプリング押え部59及びスプリング60はベースに加わる衝撃等の圧力を緩衝する緩衝機構を構成している。
【0027】
受け渡し機構は50は、ポリッシングが終了し、研磨した半導体ウエハ6をトップリング3から離脱し、半導体ウエハ6を受け渡し機構に載せた状態で、トップリング下面と半導体ウエハ裏面との距離が僅かに離れた位置で停止するようになっている。トップリング下面と半導体ウエハ裏面との距離は数mm程度であり、この間隔を保った状態で、トップリング下面に形成した開口3ー2aから加圧流体を噴出する。トップリング下面と半導体ウエハ裏面との間が狭いため、噴出された流体は半導体ウエハ6の裏面を洗浄すると同時に、そのすぐ上方にあるトップリング下面を洗浄することができる。
【0028】
洗浄を所定時間行った後に、ポリッシング対象物受け渡し機構50は、研磨されたウエハを次工程へと搬送し、下面が洗浄されたトップリングは次のポリッシングを行うために新たな半導体ウエハを保持する。
ここで、液体噴射中に、トップリングを回転させることで効果的に洗浄を行うことができる。トップリング下面及び半導体ウエハ裏面を洗浄している時に、研磨した半導体ウエハの研磨面側(下面)に下方から水を供給するようにして乾燥させないようにするのが望ましい。これは砥液が乾燥して半導体ウエハの研磨面に固着することを防止するためである。
【0029】
本実施例においては、ポリッシング対象物として半導体ウエハを説明したが、ポリッシング対象物はこれに限るものではない。また、ここで対象物としている半導体ウエハは、金属回路を表面に有するウエハ、さらにその上に酸化シリコン等の絶縁膜を有するウエハのみならず、生ウエハ、及びその上に酸化シリコン等の絶縁膜を有するウエハも含むものである。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、トップリング本体下面の開口を真空源に連通してポリッシング対象物を真空吸着することができ、ポリッシング後には開口から流体を供給してポリッシング対象物を確実に離脱させることができる。また、砥液中のアルカリ成分を中和する中和剤を供給することにより、ポリッシング対象物裏面およびトップリング下面のエッチングを防止することができ、さらに加圧空気によって開口に残留する液体を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリッシング装置の一実施例における要部を示す縦断面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】本発明のポリッシング装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図4】本発明のポリッシング装置におけるポリッシング対象物受け渡し機構を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 トップリング駆動軸
2 球ベアリング
3 トップリング本体
4 トップリングホルダー
5 ウエハ外れ止リング
6 半導体ウエハ
7,8 トルク伝達ピン
10 真空ライン用チューブ
12 トップリングシリンダ
13 トップリング駆動モータ
20 ターンテーブル
23 研磨布
31 真空ポンプ
32 加圧液体源
33 中和剤供給源
34 加圧気体源
Claims (6)
- 上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、
前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧するポリッシング装置において、
該トップリング本体下面に開口するとともに液体供給源に連通された複数の開口を設け、
ポリッシング対象物をトップリング本体から受け渡しするポリッシング対象物受け渡し機構を設け、
該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止する機構を設け、
前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面とポリッシング対象物裏面を洗浄する機構と、該洗浄する際に前記トップリングを回転する機構とを備えていることを特徴とするポリッシング装置。 - 前記トップリング下面とポリッシング対象物裏面を洗浄する際に、ポリッシング対象物研磨面側に水を供給する機構を有することを特徴とする請求項1記載のポリッシング装置。
- 上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧してポリッシング対象物を研磨する研磨方法であって、
前記トップリングから研磨後のポリッシング対象物をポリッシング対象物受け渡し機構に受け渡し、
該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止し、
前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面及びポリッシング対象物裏面を洗浄するとともに、前記トップリングを回転することを特徴とするポリッシング方法。 - 前記トップリング下面とポリッシング対象物裏面を洗浄する際に、ポリッシング対象物研磨面側に水を供給することを特徴とする請求項3記載のポリッシング方法。
- 上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧してポリッシング対象物を研磨する研磨方法であって、
前記トップリングから研磨後のポリッシング対象物をポリッシング対象物受け渡し機構に受け渡し、
該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止し、
前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面及びポリッシング対象物裏面を洗浄するとともに、前記ポリッシング対象物研磨面側に水を供給することを特徴とするポリッシング方法。 - 上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、下面に液体供給源と加圧気体源とに供給ラインを介して連通する開口を有するトップリングとを設け、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧してポリッシング対象物を研磨する研磨方法であって、
前記トップリングから研磨後のポリッシング対象物をポリッシング対象物受け渡し機構に受け渡し、
前記ポリッシング対象物の受け渡し後、前記トップリングをトップリング洗浄部に移動させ該トップリングの下面を洗浄し、
前記トップリングの下面を洗浄後、該トップリング下面に設けられた開口に加圧気体源から加圧気体を供給し、前記供給ラインに残留した洗浄液を排出することを特徴とするポリッシング方法。
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