JP3880102B2

JP3880102B2 - 研磨装置および研磨方法

Info

Publication number: JP3880102B2
Application number: JP19877996A
Authority: JP
Inventors: 隆藤田
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1996-07-29
Filing date: 1996-07-29
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2016-07-29
Also published as: JPH1050641A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の試料を研磨する研磨装置および研磨方法、特に半導体素子製造工程においてクリーンな環境を汚染することなく使用することができる研磨装置および研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば絶縁膜の平坦化工程や金属配線の形成工程などの一部の半導体素子製造工程において、ウエハの表面を研磨する処理が施されるようになってきている。
【０００３】
このウエハの表面の研磨は、研磨パッドとウエハとの間に研磨スラリを供給しつつ、研磨パッドにウエハを押し当て、研磨パッドとウエハのいずれか一方または両方を回転させることにより行われる。
【０００４】
このウエハの表面の研磨に用いられる研磨装置は、他の半導体製造装置とともにクリーンルーム等に配設される。そのため、装置内を流れる研磨スラリに含まれるカリウム（Ｋ）などの微粒子等が装置の外部に漏れ出し汚染物質となってクリーンルーム等の環境を汚染することのないように、装置が比較的密閉された構造となっており、しかも装置内の雰囲気が装置外部に漏れ出さないように設計されている。
【０００５】
図６は、従来の研磨装置の模式的縦断面図である。装置は、前面に通気孔４６を有する以外、壁１８により密閉されている。装置の上部には装置内１７の雰囲気を強制排気するための排気口４３が設けられ、装置の前室１３の上部には空気供給口３９および清浄空気供給装置４２が設けられている。前室１３は装置の外部１９とビニール製のカーテン１６で仕切られている。
【０００６】
この装置では、清浄空気供給装置４２により空気供給口３９から前室１３に清浄な空気を供給しつつ、排気口４３から装置内１７の雰囲気を強制排気することにより、装置の外部１９につながる前室１３から装置内１７への空気の流れを形成する。この空気の流れにより、装置内１７の雰囲気が装置の外部１９に漏れ出さないようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の研磨装置では、装置内の雰囲気を強制排気して、装置内を装置の外部に対して負圧にすることで、装置内の雰囲気が装置の外部に漏れ出さないようにしている。
【０００８】
しかしながら、この研磨装置には次のような問題があった。
【０００９】
装置内が減圧されるので、装置内の研磨スラリの水分が気化しやすい。そのため、研磨スラリ中の粒子が凝集しやすくなってしまう。研磨スラリはシリカ（ＳｉＯ₂）などの微小な粒子（砥粒）を水酸化カリウム（ＫＯＨ）などの水溶液に懸濁させたものである。懸濁状態では粒子径が０．１μｍ以下であるが、乾燥してくるとこれらの砥粒が凝集し、１μｍ以上の大きさの粉末になる。そのため、砥粒が凝集すると、凝集物が研磨パッド上に付着し、研磨の際にウエハの表面にスクラッチ（ひっかき疵）を生じさせるおそれが大きくなる。
【００１０】
また、砥粒の凝集を防止するには、装置内の雰囲気を高湿度に管理することが好ましいが、装置内を排気しているため、高湿度に管理することが難しい。
【００１１】
また、清浄な空気であっても装置内へ空気を引き込むとき、その空気が装置の壁面や周囲に付着あるいは堆積している塵をまき上げて装置内へ引き入れてしまうおそれがあった。この塵が研磨パッド上に付着すると、砥粒の凝集物と同様、ウエハの表面にスクラッチを生じさせる。
【００１２】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、クリーンな環境で使用してもその環境を汚染することなく、研磨スラリの乾燥により凝集した砥粒および外部から装置内へ引き込まれる塵に起因する試料表面のスクラッチの発生が少ない研磨装置および研磨方法を提供することを目的としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨装置は、通気孔を有し、研磨室を囲む第１壁と、該第１壁の外側に配置してあり該第１壁との間に分離室を形成し、該分離室により前記研磨室と装置外部とを分離するための、前記第１壁を包囲する第２壁と、前記研磨室に開口した空気供給口と、前記分離室に開口した排気口とを有することを特徴とする。
また、本発明の研磨装置は、前記空気供給口を通じて研磨室の内部に空気供給を行う空気供給装置を有することを特徴とする。
また、本発明は、前期空気供給装置はフィルタで浄化した空気を供給するようにしてあることを特徴とする。
さらに、本発明は、前記分離室と装置外部とを連通する外部通気孔を前記第２壁に設けてあることを特徴とする。
【００１４】
本発明は、前記分離室の内部に研磨後の試料を保管する載置台を有することを特徴とする。
また、本発明は、前記研磨室を加湿するように、蒸気発生器、霧発生器、又は純水を霧状に噴射するノズルのいずれか１つを有することを特徴とする。
さらに、本発明は、研磨室に設けたプールと、該プールに純水を供給する純水供給管と、前記プールの純水を排出する排出管とを有することを特徴とする。
さらに、また、本発明は、前記純水供給管は、前記第１壁の研磨室側の壁面をつたわせて前記プールに純水を供給するようにしてあることを特徴とする。
【００１５】
本発明の研磨方法は、前記研磨装置を用いた研磨方法であって、研磨室に空気を供給しつつ分離室を強制排気して、分離室内を研磨室及び第２壁の外側より負圧にした状態で、研磨室において試料を研磨することを特徴とする。
また、本発明の研磨方法は、前記研磨装置を用いた研磨方法であって、前記空気供給装置で研磨室に空気を供給しつつ分離室の排気口から強制排気を行って、分離室内を研磨室及び第２壁の外側より負圧にした状態で、研磨室において試料を研磨することを特徴とする。
さらに、本発明の研磨方法は、前記研磨装置を用いた研磨方法であって、研磨室への空気の供給及び前記外部通気孔を通じて装置外部から分離室への空気の供給を行いながら分離室を強制排気して、分離室内を研磨室及び第２壁の外側より負圧にした状態で、研磨室において試料を研磨することを特徴とする。
さらに、また、本発明の研磨方法は、前記研磨装置は、請求項６乃至請求項８のいずれか１つに記載の研磨装置であり、加湿して研磨室内の研磨スラリの乾燥を防いだ状態で試料を研磨することを特徴とする。
【００１６】
なお、研磨室には清浄な空気を供給することが好ましく、この清浄な空気とは、フィルタを通して微粒子（パーティクル）が十分に取り除かれた空気のことをいう。
【００１７】
本発明の研磨装置は、研磨室を囲む第１壁およびその外側の第２壁との間に分離室を備えており、試料を研磨する際には、清浄な空気を研磨室に供給しつつ、分離室を強制排気する。したがって、研磨室を減圧しなくても、装置内（分離室）を装置外部（第２壁の外側）に対して負圧に保持することができる。その結果、従来の装置内の研磨部の乾燥の問題を抑制し、試料にスクラッチを生じさせるおそれを低減できる。また、研磨室を減圧しなくても良いので、研磨室を加湿して高い湿度に保持することができる。
【００１８】
また、空気供給装置を設けると共に分離室の排気口より強制排気することにより、研磨室から分離室への空気の流れと装置の外部から分離室へ空気の流れを形成し、装置の外部から研磨室への空気の流れをなくすことができる。その結果、装置内へ空気を引き込むときに塵を巻き込み、この塵が研磨パッドに付着し、試料にスクラッチを生じさせるおそれも低減することができる。
【００１９】
第２壁にも分離室と装置外部とを連通する（外部）通気孔を設けることにより、装置の外部から分離室へ空気の流れを定常的につくり出すことができる。
【００２０】
さらに、例えば水蒸気発生器や霧発生器のような研磨室を加湿する手段を備えることにより、研磨室を高湿度に保持することにより、乾燥による研磨スラリの砥粒の凝集を抑え、スクラッチの発生をより低減することができる。なお、湿度は１００％に近い状態が好ましい。
【００２１】
また、本発明の研磨装置は、第１壁を仕切りにして第２壁により形成した研磨室及び分離室を備えて、分離室内を他の箇所より負圧にするので、上記装置と同様に、試料にスクラッチを生じさせるおそれを低減でき、さらに研磨室を加湿する手段を備えることで、一段とスクラッチの発生を低減できる。
【００２２】
本発明の研磨方法によれば、上述したように、乾燥による研磨スラリの砥粒の凝集の発生を抑制し、また外部から研磨室へ引き込まれる塵を低減できるので、試料表面にスクラッチを生じさせることなく、試料を研磨することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の研磨装置および研磨方法について図面に基づき説明する。
【００２４】
図１は、本発明の研磨装置の第１の例を示す模式図であって、（ａ）は装置内の模式的配置図であって、（ｂ）は装置の模式的縦断面図である。
【００２５】
この装置は、シリコンウエハＳ（以下ウエハＳと呼ぶ）に研磨を施す研磨室１１を囲む第１壁１４とその外側に第２壁１５を備えている。第１壁１４と第２壁１５の間に分離室１２が設けられており、この分離室１２により、研磨室１１と装置外部１９とが分離される。なお、研磨処理が施されるウエハＳが挿入されたカセット６１が置かれる前室１３は、装置外部１９からカーテン１６のみで仕切られた領域であり、装置外部１９と同じ雰囲気であるため、前室１３は装置外部１９に含めるものとする。
【００２６】
研磨室１１には、研磨パッド３１、研磨スラリ供給管３２、スラリ排出溝３３、ウエハ吸着部３５を有するウエハ保持ロボット３４、上下に可動なウエハ載置台２７、２８などが設けられている。
【００２７】
分離室１２には、ウエハ搬送ロボット２３、２４、研磨後のウエハＳを水中で保管するための水槽２９と複数のウエハが載置可能で上下に可動なウエハ載置台３０などが設けられている。
【００２８】
前室１３には、上下に可動なカセット載置台２０が設けられている。
【００２９】
第２壁１５には、分離室１２へのウエハの搬入および搬出口となるゲート２１、２２が設けられている。第１壁１４には、研磨室１１へのウエハの搬入および搬出口となるゲート２５、２６が設けられている。
【００３０】
研磨室１１の上部には空気供給口３９および清浄空気供給装置４１が設けられ、また分離室１２の上部には雰囲気を強制排気するための排気口４３が設けられている。また、前室１３には、処理前のウエハ上に微粒子（パーティクル）が付着することを防ぐため、空気供給口４０および清浄空気供給装置４２が設けられている。第１壁１４の側壁には複数の通気孔４５が、第２壁１５の側壁には同じく複数の通気孔４６が設けられている。なお、清浄空気供給装置４１、４２は、例えばヘパフィルタやウルトラフィルタにより、空気を清浄化するものである。
【００３１】
次に、この研磨装置を用いた研磨方法の１例について説明する。
【００３２】
（１）装置内に清浄な空気の流れを形成する。
【００３３】
清浄空気供給装置４１により空気供給口３９から研磨室１１に、清浄空気供給装置４２により空気供給口４０から前室１３に清浄な空気を供給し、分離室１２から空気を強制排気して、研磨室１１、前室１３および装置外部１９に対して分離室１２を負圧に保持する。
【００３４】
こうすることにより、空気供給口３９から研磨室１１を経て分離室１２から排気される清浄な空気の流れと、前室１３または装置外部１９から分離室１２に入り排気口４３から排気される清浄な空気の流れを形成する。
【００３５】
（２）ウエハＳに研磨を施す。
【００３６】
▲１▼カーテン１６を持ち上げ、ウエハＳが挿入されたカセット６１をカセット載置台２０に載置する。
【００３７】
▲２▼ゲート２１が開き、ウエハ搬送ロボット２３によりウエハＳが分離室１２内に搬送される。
【００３８】
▲３▼ゲート２１が閉じ、ゲート２５が開き、ウエハ搬送ロボット２３によりウエハＳが研磨室１１内のウエハ載置台２７上に載置される。
【００３９】
▲４▼ウエハ保持ロボット３４により、その吸着部３５にウエハＳが吸着され、研磨スラリが供給されつつ回転する研磨パッド３１にウエハＳが押し当てられ、ウエハＳの表面が研磨される。
【００４０】
▲５▼ウエハ保持ロボット３４により、研磨されたウエハＳがウエハ載置台２８上に載置される。
【００４１】
▲６▼ゲート２６が開き、ウエハ搬送ロボット２４によりウエハＳが分離室１２内の水槽２９内のウエハ載置台３０に搬送され、純水中で保管される。
【００４２】
▲７▼カセット６１内の複数枚のウエハＳに対して上記▲２▼から▲６▼の処理を繰り返す。
【００４３】
▲８▼ウエハＳが所定枚数処理されると、ゲート２２が開き、水槽２９内のウエハ載置台３０に保持されていた複数枚のウエハＳが、ゲート２２から洗浄装置（図示せず）に搬送され、ウエハＳに洗浄処理が施される。
【００４４】
このとき、研磨室１１を減圧せずに、前室１３および装置外部１９から装置内（分離室１２）への空気の流れを形成するので、研磨室１１の減圧に起因する乾燥を抑制でき、研磨スラリの砥粒が凝集することを抑制できる。
【００４５】
また、装置の外部１９から研磨室１１への空気の流れをほとんどなくすことができるので、装置内へ空気を引き込むときに巻き込まれる塵が研磨室１１まで入る割合を低減することができる。
【００４６】
すなわち、この研磨方法によれば、研磨スラリの乾燥による砥粒の凝集の発生を抑制し、また外部から研磨室へ引き込まれる塵を低減できるので、ウエハ表面にスクラッチを生じさせることなく、ウエハＳを研磨することができる。
【００４７】
また、研磨室１１を直接排気しないので、清浄空気供給装置４１から供給する空気を管理することにより研磨室１１の湿度に容易に管理することができる。
【００４８】
なお、研磨室１１と装置外部１９の圧力に関しては、その大小関係は問わないが、研磨室１１の雰囲気の外部への漏洩を考えると研磨室１１の圧力が装置外部１９の圧力に比べて低くなるようにした方が好ましい。
【００４９】
また、研磨パッド交換などのメンテナンスの際には、清浄空気供給装置４１を止め、排気口４３から強制排気しつつ、研磨室１１の側面にあって第１壁１４および第２壁１５にそれぞれ設けられた扉（図示せず）を開き、作業すれば良い。こうすることにより、メンテナンスの際に研磨室１１の雰囲気が装置外部１９へ漏出することを防ぐことができる。
【００５０】
図２は、本発明の研磨装置の第２の例を示す模式的縦断面図である。
【００５１】
この研磨装置には、蒸気発生器４７が設けられており、研磨室１１に純水の蒸気を供給できる構成になっている。こうすることにより、研磨室１１内を高湿度に保ち、研磨室１１内の研磨スラリの乾燥を防ぐことができる。なお、研磨室１１の高湿度の雰囲気は、分離室１２において排気口４３から強制排気されるため、装置外部１９には漏れ出さない。
【００５２】
なお、蒸気発生器の代わりに霧発生器を用いても、同様の効果が得られる。
【００５３】
図３は、本発明の研磨装置の第３の例を示す模式的縦断面図である。
【００５４】
この研磨装置には、研磨室１１内に純水を霧状に噴射するノズル４８が設けられている。常時もしくは間欠的に霧状の純水を研磨室１１内に噴射することにより、図２に示す研磨装置と同じく、研磨室１１内を高湿度に保ち、研磨室１１内の研磨スラリの乾燥を防ぐことができる。
【００５５】
図４は、本発明の研磨装置の第４の例を示す模式図であって、（ａ）は装置内の模式的配置図であって、（ｂ）は装置の模式的縦断面図である。
【００５６】
この研磨装置には、研磨室１１に純水のプール５０が設けられている。純水供給管４９から供給された水は純水のプール５０を流れ、排出管５１から排出される。排出管５１から排出される水量と純水供給管４９から供給される水量を調整し、プール５０の水面位置を一定に保持するようになっている。
【００５７】
このプール５０に純水を常時または間欠的に供給することにより、研磨室１１内の湿度を高めに保つことができる。また、研磨室１１内で発生した塵や砥粒の凝集物をこのプール５０で受けて排出することにより、これらが研磨室１１内に堆積し、それが再び塵となって研磨パッドに付着することをさらに低減することができる。
【００５８】
なお、このプール５０は研磨室１１のみならず分離室１２に設けても良い。
【００５９】
また、このプール５０への純水の供給は第１壁１４の内壁をつたわせて供給しても良く、この場合はさらに第１壁１４への塵や砥粒の凝集物の付着を抑えることができる。
【００６０】
図５は、本発明の研磨装置の第５の例を示す模式図であって、（ａ）は装置内の模式的配置図であって、（ｂ）は装置の模式的縦断面図である。
【００６１】
この研磨装置は、研磨室１１へのウエハＳの搬出入を行う側にのみ第１壁１４によって仕切られた分離室１２が設けられている。第２壁１５のうち研磨室１１と装置の外部１９が直接対面している部分は気密に構成されている。
【００６２】
研磨パッド交換などのメンテナンスの際には、清浄空気供給装置４１を止め、開閉バルブ５３を開き、排気口５２から研磨室１１の雰囲気を強制排気しつつ、研磨室１１の側面の第２壁１５に設けられた扉（図示せず）を開き、作業すれば良い。こうすることにより、メンテナンスの際に研磨室１１の雰囲気が装置外部１９へ漏出することを防ぐことができる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の研磨装置および研磨方法によれば、クリーンな環境で使用してもその環境を汚染することなく、また研磨スラリの乾燥により凝集した砥粒および外部から装置内へ引き込まれる塵に起因する試料表面のスクラッチの発生を低減させることができる。即ち、分離室を研磨室よりも負圧に保持することで、研磨室を経て分離室から排気される空気の流れを形成でき、分離室を装置外部より負圧に保持することで、装置外部から分離室に入り排気口から排気される空気の流れを形成でき、研磨室内の乾燥も抑制できる。
さらに、研磨室から分離室へ空気を流すことで、研磨室の減圧を不要にでき研磨室の湿度を維持して研磨スラリの砥粒が凝集することを抑制でき、（外部）通気孔から分離室への空気の流れも形成することで、さらに上記効果を高めることができる。
さらに、また、研磨室を装置外部より負圧にすることで、研磨室の雰囲気が外部へ漏洩することの抑制を図ることに対して好適な状態を形成できる。
また、研磨室を加湿することで、研磨室内の乾燥を一段と抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨装置の第１の例を示す模式図であって、（ａ）は装置内の模式的配置図であって、（ｂ）は装置の模式的縦断面図である。
【図２】本発明の研磨装置の第２の例を示す模式的縦断面図である。
【図３】本発明の研磨装置の第３の例を示す模式的縦断面図である。
【図４】本発明の研磨装置の第４の例を示す模式図であって、（ａ）は装置内の模式的配置図であって、（ｂ）は装置の模式的縦断面図である。
【図５】本発明の研磨装置の第５の例を示す模式図であって、（ａ）は装置内の模式的配置図であって、（ｂ）は装置の模式的縦断面図である。
【図６】従来の研磨装置を示す模式的縦断面図である。
【符号の説明】
Ｓウエハ
１１研磨室
１２分離室
１３前室（外部）
１４第１壁
１５第２壁
１６カーテン
１７装置内
１８壁
１９外部
２０カセット載置台
２１ゲート
２２ゲート
２３ウエハ搬送ロボット
２４ウエハ搬送ロボット
２５ゲート
２６ゲート
２７ウエハ載置台
２８ウエハ載置台
２９水槽
３０ウエハ載置台
３１研磨パッド
３２研磨スラリ供給管
３３研磨スラリ排出溝
３４ウエハ保持ロボット
３５ウエハ吸着部
３９空気供給口
４０空気供給口
４１清浄空気供給装置
４２清浄空気供給装置
４３排気口
４４排気口
４５通気孔
４６通気孔
４７蒸気発生器
４８ノズル
４９純水供給管
５０プール
５１排出管
５２排気口
５３開閉バルブ

Claims

通気孔を有し、研磨室を囲む第１壁と、
該第１壁の外側に配置してあり該第１壁との間に分離室を形成し、該分離室により前記研磨室と装置外部とを分離するための、前記第１壁を包囲する第２壁と、
前記研磨室に開口した空気供給口と、
前記分離室に開口した排気口とを有することを特徴とする研磨装置。
前記空気供給口を通じて研磨室の内部に空気供給を行う空気供給装置を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記空気供給装置はフィルタで浄化した空気を供給するようにしてあることを特徴とする請求項２に記載の研磨装置。
前記分離室と装置外部とを連通する外部通気孔を前記第２壁に設けてある請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の研磨装置。
前記分離室の内部に研磨後の試料を保管する載置台を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の研磨装置。
前記研磨室を加湿するように、蒸気発生器、霧発生器、又は純水を霧状に噴射するノズルのいずれか１つを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の研磨装置。
研磨室に設けたプールと、
該プールに純水を供給する純水供給管と、
前記プールの純水を排出する排出管とを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の研磨装置。
前記純水供給管は、前記第１壁の研磨室側の壁面をつたわせて前記プールに純水を供給するようにしてあることを特徴とする請求項７に記載の研磨装置。
前記請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の研磨装置を用いた研磨方法であって、
研磨室に空気を供給しつつ分離室を強制排気して、分離室内を研磨室及び第２壁の外側より負圧にした状態で、研磨室において試料を研磨することを特徴とする研磨方法。
前記請求項２乃至請求項８のいずれか１つに記載の研磨装置を用いた研磨方法であって、
前記空気供給装置で研磨室に空気を供給しつつ分離室の排気口から強制排気を行って、分離室内を研磨室及び第２壁の外側より負圧にした状態で、研磨室において試料を研磨することを特徴とする研磨方法。
前記請求項４乃至請求項８のいずれか１つに記載の研磨装置を用いた研磨方法であって、
研磨室への空気の供給及び前記外部通気孔を通じて装置外部から分離室への空気の供給を行いながら分離室を強制排気して、分離室内を研磨室及び第２壁の外側より負圧にした状態で、研磨室において試料を研磨することを特徴とする研磨方法。
前記研磨装置は、請求項６乃至請求項８のいずれか１つに記載の研磨装置であり、
加湿して研磨室内の研磨スラリの乾燥を防いだ状態で試料を研磨することを特徴とする請求項９乃至請求項１１のいずれか１つに記載の研磨方法。