JP4803167B2

JP4803167B2 - 研磨装置

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Publication number: JP4803167B2
Application number: JP2007318981A
Authority: JP
Inventors: 克典田中
Original assignee: Yamaha Corp
Current assignee: Yamaha Corp
Priority date: 2007-12-10
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2016-03-19
Also published as: JP2008073848A

Description

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研削性の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。

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。

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。

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、特許文献１，２参照）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。
特開平４−３６４７３０号公報特開平７−２５４５７８号公報

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。

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。

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。

（イ）研磨布上の目詰まりした部分の掻き出しあるいは研磨（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。

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。

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。

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、底面及び底面に備わるガイド部で被研磨物を保持する保持部とを備えて、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、前記保持部が駆動される構成の研磨装置であって、前記保持部は、前記定盤よりも上方に備わり、前記保持部において被研磨物を保持するガイド部のまわりに研削性のドレッシングツールを設け、さらに、前記保持部において被研磨物を保持するガイド部と前記研削性のドレッシングツールとの間の部分には、前記保持部の上面に開口するリング状の溝が設けられると共に、該溝に連通し、かつ、前記保持部の底面まで貫通する孔が設けられ、前記溝に研磨剤を滴下し、前記定盤に前記研磨剤を供給する研磨剤供給部を備えることを特徴とするものである。
そして、前記研磨装置では、前記保持部において被研磨物を保持するガイド部と前記研削性のドレッシングツールとの間の部分には、前記孔がリング状に多数設けられてもよい。

これら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研削性の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。
また、ウエハの研磨に並行して研磨布に研削性のドレッシングが施されるので、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。
さらに、研削性のドレッシングツールに妨げられることなく溝及び孔を介して被研磨物に供給されるので、安定した研磨が可能になる。

また、前記研磨装置において、前記保持部は、保持に係る被研磨物と、前記研削性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なっており、前記保持部において前記孔は被研磨物を保持する側に設けられてもよい。
さらに、前記研磨装置においては、前記保持部の底面において前記研削性のドレッシングツールと前記孔との間の部分に、前記研削性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てもよい。
また、前記研磨装置においては、前記保持部において前記研削性のドレッシングツールと前記他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としてもよい。

さらに、前記研磨装置においては、前記保持部を回転させつつ揺動させる構成としてもよい。
また、前記研磨装置においては、前記研削性のドレッシングツール及び前記孔を設けた前記保持部が前記定盤の上に複数配置されていてもよい。

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研削性のドレッシングツールを設け、研磨に並行して研削性の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。

また、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。

さらに、ウエハ保持部と研削性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、ウエハ保持部及び研削性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。

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研削性のドレッシングツールを設けて研磨に並行して研削性の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１は、この発明の一実施形態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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図４は、この発明の他の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。

図４のツール・ウエハ保持部３０の特徴とするところは、研磨具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。

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。

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。

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。

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。

図６は、この発明の更に他の実施形態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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

この発明の一実施形態に係る研磨装置を示す斜視図である。図１の装置のツール・ウエハ保持部を示す断面図である。ツール・ウエハ保持部の変形例を示す断面図である。この発明の他の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。ツール・ウエハ保持部の変形例を示す断面図である。この発明の更に他の実施形態に係る研磨装置を示す斜視図である。研磨・ドレッシング部の変形例を示す斜視図である。研磨・ドレッシング部の他の変形例を示す斜視図である。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。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１０の工程に続くウエハ保持工程を示す側面図である。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１３の工程に続くウエハ上昇工程を示す側面図である。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。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

盤面に研磨布が固着され、回転駆動される定盤と、
底面及び底面に備わるガイド部で被研磨物を保持する保持部とを備えて、
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、前記保持部が駆動される構成の研磨装置であって、
前記保持部は、前記定盤よりも上方に備わり、
前記保持部において被研磨物を保持するガイド部のまわりに研削性のドレッシングツールを設け、
さらに、前記保持部において被研磨物を保持するガイド部と前記研削性のドレッシングツールとの間の部分には、前記保持部の上面に開口するリング状の溝が設けられると共に、該溝に連通し、かつ、前記保持部の底面まで貫通する孔が設けられ、
前記溝に研磨剤を滴下し、前記定盤に前記研磨剤を供給する研磨剤供給部を備える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ガイド部と前記研削性のドレッシングツールとの間の部分には、前記孔がリング状に多数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
前記保持部は、保持に係る被研磨物と、前記研削性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なっており、
前記保持部において前記孔は被研磨物を保持する側に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の研磨装置。
前記保持部の底面において前記研削性のドレッシングツールと前記孔との間の部分に、前記研削性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ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の研磨装置。
前記保持部において前記研削性のドレッシングツールと前記他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請求項４に記載の研磨装置。
前記保持部を回転させつつ揺動させることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１項に記載の研磨装置。
前記研削性のドレッシングツール及び前記孔を設けた前記保持部が前記定盤の上に複数配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の研磨装置。