JP3697775B2 - 研磨装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体ウエハ等の被研磨物を研磨する研磨装置に関し、特にウエハ保持部においてウエハのまわりにドレッシングツールを設けたことによりドレッサの占有面積を減らすと共に安定した研磨性能が得られるようにしたものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体ウエハの表面に形成した層間絶縁膜を平坦化するなどの目的でウエハに研磨処理を施す手段としては、回転する定盤上に固着した研磨布にウエハを圧接して研磨を行なう研磨装置が知られている。
【0003】
この種の研磨装置にあっては、ウエハの処理枚数が多くなるにつれて研磨剤や研磨屑などによって研磨布に目詰まりが生ずる。また、ウエハの回転やウエハ側からの荷重により研磨布が変形したり、すり減ったりする。この結果、研磨速度の低下といった研磨性能の劣化やウエハの損傷又は汚染等が起こる。
【0004】
このような事態に対処するため、目詰まりした研磨布を再生するドレッシング機能を研磨装置に付加することが知られている(例えば、特開平4−364730号公報、特開平7−254578号公報等参照)。
【0005】
図10〜17は、ドレッシング機能を有する研磨装置を用いる従来の研磨処理の一例を示すものである。研磨装置の本体10には、盤面に研磨布が固着された定盤12が設けられると共に定盤12の近傍にウエハ受け14が設けられている。また、本体10には、図17に示すようにドレッサ保持部22に保持されたドレッサ24が移動自在に設けられているが、図10〜16では簡単のため図示を省略した。ドレッサ24のドレッシングツールとしては、ワイヤブラシ、樹脂ブラシ、ダイアモンド電着プレート等のうちの1種類のものが用いられる。
【0006】
ウエハ保持部18は、図18に示すように真空吸着等によりガイド26の内側にウエハ16を保持して移動可能なもので、ウエハ16を定盤12上の研磨布に圧接した状態で回転軸28を介して回転駆動されるようになっている。
【0007】
図10の工程では、ウエハ受け14に処理すべきウエハ16が載置される。そして、図11の工程では、ウエハ保持部18でウエハ16を吸着・保持する。
【0008】
次に、図12の工程では、ウエハ保持部18をウエハ保持状態のまま定盤12の中央部まで移動させる。そして、図13の工程では、ウエハ保持部18を降下させ、ウエハ16を回転する定盤12上の研磨布に圧接する。滴下ノズル20から定盤12上に研磨剤を供給しながら保持・圧接状態にあるウエハ16を回転させて研磨を行なう。
【0009】
研磨が終ると、図14の工程でウエハ保持部18によりウエハ16を定盤12から上昇させる。そして、図15の工程では、ウエハ保持部18をウエハ保持状態のままウエハ受け14まで移動させ、ウエハ受け14上でウエハ16をウエハ保持部18から吸着解除及び水圧付加等により外す。
【0010】
次に、図16の工程では、ウエハ保持部18を初期位置に戻す。そして、図17の工程では、ドレッサ保持部22によりドレッサ24を定盤12上に移動させた後、ドレッサ24のドレッシングツールを回転する定盤12上の研磨布に圧接して回転させながらドレッシングを行なう。この場合、図示しない配管から純水等の洗浄液を供給して研磨布を洗浄することもできる。
【0011】
ドレッシングが終ると、図10の工程に戻り、次のウエハの研磨処理を上記したと同様に行なう。なお、ドレッシングは、1枚のウエハの研磨終了毎に行なうのではなく、複数枚のウエハの研磨終了毎に行なうこともある。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のドレッシング手段によると、ドレッサ24がウエハ保持部18とは独立に設けられ、独立に回転駆動されるようになっているので、定盤12上でのドレッサ24の占有面積が大きく、ウエハ保持部18を複数設けるのが困難であると共に、ドレッサ24のための保持、回転、移動等の機構が必要であり、構成が複雑となる不都合があった。
【0013】
また、上記した従来のドレッシング手段では、研磨処理とは別にドレッシング処理を行なうので、研磨性能が安定しないと共にスループットが低下する不都合もあった。
【0014】
一般に、ドレッシングには次の(イ)〜(ニ)のような性能が要求される。
【0015】
(イ)研磨布の目詰まりした部分の掻き出しあるいは研削(研削性)
(ロ)研磨布上の異物除去(表面洗浄性)
(ハ)弾性質の研磨布などでの永久変形(押し込み性)
(ニ)繊維質の研磨布などでの毛羽揃え(軌跡揃え)
従来、種々のドレッシングツールが提案されている。しかし、現状では1種類のドレッシングツールで(イ)〜(ニ)の性能要求をすべて満たすものは存在しない。従って、上記した従来のドレッシング手段では、いずれかの性能が不満足となる不都合があった。
【0016】
例えば、研削性の大きいダイアモンド電着プレートをドレッシングツールとして用いたものでは、研磨布切削屑や脱落ダイアモンド粒が研磨布上に残存し、ウエハに対し損傷や汚染などの悪影響を与える。また、洗浄性のないドレッシングツールを用いたものでは、ドレッサで汚染した研磨剤が被研磨物に供給される。
【0017】
この発明の目的は、ドレッサの占有面積を減らすと共に安定した研磨性能を得ることができる新規な研磨装置を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る研磨装置は、
盤面に研磨布が固着され、回転駆動される定盤と、
被研磨物を保持する保持部と、
前記保持部で保持された被研磨物を前記定盤の回転中に回転させながら前記研磨布に圧接するように前記保持部を保持し、制御する保持手段と
を備えた研磨装置であって、
前記保持部において被研磨物を保持する個所のまわりに所定のドレッシングツールを設けて研磨に並行してドレッシングを行なう構成にすると共に、前記保持部での保持に係る被研磨物と前記所定のドレッシングツールとを互いに独立に回転駆動する構成にしたことを特徴とするものである。
【0019】
この発明の構成によれば、被研磨物としてウエハを保持する保持部においてウエハを保持する個所のまわりにドレッシングツールを設けたので、ウエハ保持部とは独立にドレッサを設けるのに比べて定盤上でのドレッサの占有面積を減らすことができ、ドレッシングツールのための保持、回転、移動等の機構をウエハ保持部と共有することができる。従って、構成を簡略化することができ、定盤上に複数のウエハ保持部を設けるのが容易となる。
【0020】
また、ウエハの研磨に並行して研磨布のドレッシングが行なわれるので、安定した研磨性能が得られると共にスループットの向上が可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明に係る研磨装置を示すもので、図2には、図1の装置によるウエハ研磨の様子を示す。
【0022】
本体10には、図2に示すように盤面に研磨布12aが固着された定盤12が設けられている。定盤12は、図示しないモータ等により回転駆動される。本体10において、定盤12の近傍には、被研磨物としてのウエハを載置するためのウエハ受け14が設けられている。
【0023】
ツール・ウエハ保持部30は、図10〜18に関して前述したと同様に真空吸着等によりガイド34の内側にウエハ16を保持して移動可能なもので、図2に示すようにウエハ16を定盤12に圧接した状態で回転軸38を介して回転駆動されるようになっている。
【0024】
ツール・ウエハ保持部30において、ウエハ16を保持する個所のまわり(ガイド34の外側)には、研削具36がリング状に設けられている。研削具36としては、ダイアモンド電着プレート等を用いることができる。研削具36の代りに、目的に応じてブラシ、セラミックプレート等の他のドレッシングツールを設けてもよい。
【0025】
ツール・ウエハ保持部30において、ガイド34と研削具36との間の部分には、保持部30の上面に開口するリング状の溝Sが設けられると共に、溝Sに連通して保持部30の底面まで貫通する多数の孔Rがリング状に設けられている。滴下ノズル40から供給される研磨剤Pは、研削具36等のドレッシングツールに妨げられることなく溝S及び孔Rを介してウエハ16に供給されるので、安定した研磨が可能になる。
【0026】
本体10には、定盤12を取囲んで下方に延長するように排出部32が設けられている。研削屑は、遠心力で外に向かい、定盤12から排出部32に落下し、除去される。また、使用済みの研磨剤も排出部32を介して排出される。
【0027】
研磨処理に際しては、図10〜13で述べたと同様にしてツール・ウエハ保持部30でウエハ受け14から定盤12上にウエハ16を移した後、保持部30でウエハ16を保持した状態でウエハ16を回転させながら定盤12上の研磨布12aにウエハ16を圧接して研磨を行なう。研磨中は、図2に示すように滴下ノズル40から溝S及び孔Rを介してウエハ16及び研磨布12aに研磨剤Pを供給する。また、研磨中は、研削具36が回転しつつ研磨布12aに圧接されるので、研磨布12aに対しては研削性のドレッシング処理が施される。
【0028】
研磨が終了したときは、図14〜16で述べたと同様にウエハ16をウエハ受け14に戻すと共にツール・ウエハ保持部30からウエハ16を外し、保持部30を初期位置に戻す。
【0029】
上記した研磨装置によれば、図17に示した従来装置に比べて定盤12上でのドレッサの占有面積が低減される。また、ドレッサの保持、回転、移動等の機構をウエハ保持部と共有する構成にしたので、構成が簡単である。さらに、ウエハ研磨と同時に研磨布のドレッシングが行なわれるので、安定した研磨性能が得られると共に、図17に示したような独立のドレッシング工程が不要となり、スループットが向上する。
【0030】
図3は、ツール・ウエハ保持部の変形例を示すもので、図2と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0031】
図3のツール・ウエハ保持部30の特徴とするところは、保持部30の底面において研削具36と孔Rとの間の部分にブラシ37をリング状に設けたことである。この構成は、外側の研削具36で研磨布12aの目詰まり部の研削を行なうと共に内側のブラシ37で研削屑がウエハ16に行かないように外側に掻き出すことを意図したものである。
【0032】
ブラシ37の内側に溝S及び孔Rを設けたので、研削具36及びブラシ37に妨げられることなく滴下ノズル40から溝S及び孔Rを介してウエハ16に研磨剤Pを供給することができる。
【0033】
図3の例では、異種のドレッシングツールとして研削性のもの(研削具36)と表面洗浄性のもの(ブラシ37)とを組合せたが、研削性のものと押し込み性のもの(例えばアルミナセラミックプレート)との組合せ、押し込み性のものと表面洗浄性のものとの組合せ等であってもよく、目的に応じて選択すればよい。
【0034】
図4は、この発明の一実施形態に係るツール・ウエハ保持部を示すもので、図2と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0035】
図4のツール・ウエハ保持部30の特徴とするところは、研削具36を設けたツール保持部30bを、ウエハ16を保持するウエハ保持部30aとは独立に回転駆動する構成にしたことである。すなわち、研削具36は、ウエハ保持部30aを覆うように設けられたツール保持部30bの底面に固着されると共に、保持部30bは、保持部30aを回転駆動する回転軸38aの外側に同軸的に配置された回転軸38bを介して回転駆動される。保持部30bには、保持部30aに設けた溝Sに対応して溝Sbがリング状に設けられており、滴下ノズル40から溝Sb,S及び孔Rを介してウエハ16に研磨剤Pを供給することができる。
【0036】
図4の構成によれば、研削具36に最適の回転速度でドレッシングを行なうことができる。図4の例は、図2の構成においてドレッシングツールをウエハ保持部とは独立に回転駆動する構成にしたものであるが、図3の構成においても、図4に示したと同様にして異種のドレッシングツール(36,37)をウエハ保持部とは独立に回転駆動する構成にすることができる。
【0037】
図5は、ツール・ウエハ保持部の変形例を示すもので、図3,4と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0038】
図5のツール・ウエハ保持部30の特徴とするところは、異種のドレッシングツールを互いに独立に回転駆動する構成にしたことである。すなわち、ブラシ37は、ウエハ保持部30aにおいて孔Rの外側にリング状に設けられ、回転軸38aにより保持部30aと共に回転駆動され、研削具36は、図4で述べたと同様にして回転軸38bによりツール保持部30bと共に回転駆動される。
【0039】
図5の構成によれば、研削具36に最適の回転速度でドレッシングを行なうことができる。また、図5の構成においては、ブラシ37を研削具36及びウエハ保持部30aとは独立に回転駆動する構成にしてもよい。このようにすると、ブラシ37に最適の回転速度でドレッシングを行なうことができる。
【0040】
図6は、変形例に係る研磨装置を示すもので、図1と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
【0041】
図6の装置の特徴とするところは、ツール・ウエハ保持部30を回転させつつ揺動させる構成にしたことである。一例として、本体10の上部には、可動部31を支持し、案内する支持・案内部材33を設けると共に可動部31にツール・ウエハ保持部30を取付け、図示しないシリンダ等の駆動手段により可動部31を矢印A,A’方向に往復的に駆動する。ツール・ウエハ保持部30としては、図2〜5に関して前述したいずれの形式のものを用いてもよい。
【0042】
図6の構成によれば、定盤12の盤面内におけるドレッシングの均一性を図1のものに比べて一層向上させることができる。また、図1のものに比べて研磨効率も向上する。
【0043】
図7は、研磨・ドレッシング部の変形例を示すものである。図7の例の特徴とするところは、矢印K方向に回転駆動される定盤12の上に3つのツール・ウエハ保持部30A〜30Cを配置すると共に、これらの保持部30A〜30Cをそれぞれ回転軸38A〜38Cを介して矢印方向に回転駆動する構成にしたことである。保持部30A〜30Cとしては、図2〜5に関して前述したいずれの形式のものを用いてもよい。
【0044】
図7の構成によれば、スループットが図2のものに比べて約3倍向上する。ツール・ウエハ保持部の設置数は、3に限らず、任意の複数とすることができる。
【0045】
図8は、研磨・ドレッシング部の他の変形例を示すもので、図7と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。この例では、回転軸38A、38B、38Cをそれぞれ矢印a,a’方向、b,b’方向、c,c’方向に独立に揺動することによりツール・ウエハ保持部30A、30B、30Cを互いに独立して揺動させる構成にしたものである。
【0046】
図9は、研磨・ドレッシング部の更に他の変形例を示すもので、図7と同様の部分には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。この例では、回転軸38A〜38Cを連結する連結部42を設け、連結部42を矢印S,S’方向に揺動することによりツール・ウエハ保持部30A〜30Cを互いに連動して揺動させる構成にしたものである。
【0047】
図8,9の構成によれば、スループットが向上する効果が得られる他、図6で述べた研磨・ドレッシング部と同様にドレッシングの均一性が向上すると共に研磨効率が向上する効果が得られる。
【0048】
この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の改変形態で実施可能なものである。例えば、図4又は図5に示した実施形態では、研削具36に連結された回転軸38bを上下動自在とし、適時に研削具36を降下させて研削性のドレッシングを付加するようにしてもよい。
【0049】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ウエハ保持部においてウエハのまわりにドレッシングツールを設け、研磨に並行してドレッシングを行なうようにしたので、(a)ドレッサの占有面積の低減、(b)ドレッシング機構の簡略化、(c)研磨性能の安定化、(d)スループットの向上等の効果が得られる。
【0050】
また、ツール・ウエハ保持部を回転させつつ揺動させる構成にすると、ドレッシングの均一性が向上すると共に研磨効率が向上する効果も得られる。
【0051】
さらに、ウエハ保持部とドレッシングツールとを互いに独立に回転駆動したり、ウエハ保持部及び1種類のドレッシングツールと他種類のドレッシングツールとを互いに独立に回転駆動したりすると、きめ細かなドレッシング制御が可能になる効果も得られる。
【0052】
さらに、1つの定盤に対して複数のウエハ保持部を設け、各ウエハ保持部毎にドレッシングツールを設けて研磨に並行するドレッシングを行なうようにすると、スループットの大幅な向上が可能になる効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明を説明するための研磨装置を示す斜視図である。
【図2】 図1の装置のツール・ウエハ保持部を示す断面図である。
【図3】 ツール・ウエハ保持部の変形例を示す断面図である。
【図4】 この発明の一実施形態に係るツール・ウエハ保持部を示す断面図である。
【図5】 ツール・ウエハ保持部の変形例を示す断面図である。
【図6】 変形例に係る研磨装置を示す斜視図である。
【図7】 研磨・ドレッシング部の変形例を示す斜視図である。
【図8】 研磨・ドレッシング部の他の変形例を示す斜視図である。
【図9】 研磨・ドレッシング部の更に他の変形例を示す斜視図である。
【図10】 従来の研磨処理におけるウエハ載置工程を示す側面図である。
【図11】 図10の工程に続くウエハ保持工程を示す側面図である。
【図12】 図11の工程に続くウエハ移動工程を示す側面図である。
【図13】 図12の工程に続くウエハ降下及びウエハ研磨工程を示す側面図である。
【図14】 図13の工程に続くウエハ上昇工程を示す側面図である。
【図15】 図14の工程に続くウエハ移動及びウエハ外し工程を示す側面図である。
【図16】 図15の工程に続くウエハ保持部戻し工程を示す側面図である。
【図17】 図16の工程に続く研磨布ドレッシング工程を示す側面図である。
【図18】 従来のウエハ保持部を示す断面図である。
【符号の説明】
10:本体、12:定盤、12a:研磨布、14:ウエハ受け、16:ウエハ、30,30A〜30C:ツール・ウエハ保持部、32:排出部、34:ガイド、36:研削具、37:ブラシ、38,38A〜38C,38a,38b:回転軸、40:滴下ノズル。
Claims (6)
- 盤面に研磨布が固着され、回転駆動される定盤と、
被研磨物を保持する保持部と、
前記保持部で保持された被研磨物を前記定盤の回転中に回転させながら前記研磨布に圧接するように前記保持部を保持し、制御する保持手段と
を備えた研磨装置であって、
前記保持部において被研磨物を保持する個所のまわりに所定のドレッシングツールを設けて研磨に並行してドレッシングを行なう構成にすると共に、前記保持部での保持に係る被研磨物と前記所定のドレッシングツールとを互いに独立に回転駆動する構成にしたことを特徴とする研磨装置。 - 前記保持部において被研磨物を保持する個所のまわりに前記所定のドレッシングツールと共に回転するように前記所定のドレッシングツールとは種類を異にする他のドレッシングツールを設けた請求項1記載の研磨装置。
- 前記保持部において被研磨物を保持する個所のまわりに前記所定のドレッシングツールとは種類を異にする他のドレッシングツールを設け、該他のドレッシングツールを前記保持部での保持に係る被研磨物及び前記所定のドレッシングツールとは独立に回転駆動する構成にした請求項1記載の研磨装置。
- 盤面に研磨布が固着され、回転駆動される定盤と、
被研磨物を保持する保持部と、
前記保持部で保持された被研磨物を前記定盤の回転中に回転させながら前記研磨布に圧接するように前記保持部を保持し、制御する保持手段と
を備えた研磨装置であって、
前記保持部において被研磨物を保持する個所のまわりにドレッシングツールを設けて研磨に並行してドレッシングを行なう構成にすると共に、前記保持部において被研磨物を保持する個所のまわりに前記ドレッシングツールとは種類を異にする他のドレッシングツールを設けてこれらの異種のドレッシングツールを互いに独立に回転駆動する構成にしたことを特徴とする研磨装置。 - 前記保持手段は、前記保持部を回転させつつ揺動させる構成になっている請求項1〜4のいずれかに記載の研磨装置。
- 盤面に研磨布が固着され、回転駆動される定盤と、
各々被研磨物を保持する複数の保持部と、
前記複数の保持部で個別に保持された複数の被研磨物を前記定盤の回転中にそれぞれ回転させながら前記研磨布に圧接するように前記複数の保持部を保持し、制御する保持手段と
を備えた研磨装置であって、
前記複数の保持部のうちの各保持部毎に被研磨物を保持する個所のまわりにドレッシングツールを設けて研磨に並行してドレッシングを行なう構成にすると共に、前記保持手段が前記複数の保持部をそれぞれ回転させつつ前記複数の保持部を互いに独立して揺動させる構成になっていることを特徴とする研磨装置。
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