JP5399001B2 - 研磨装置の保持テーブル機構 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨する研磨装置の保持テーブル機構に関する。

インゴットから切り出されたウエーハを研磨する従来の一般的な研磨装置では、研磨プレートの下面に固定されたウエーハを研磨定盤上に貼り付けられた研磨パッドに接触させ、研磨液を供給しながら研磨定盤と研磨プレートとを回転させることによってウエーハを研磨している（例えば、特開平３−２４８５３２号公報参照）。

このような従来の研磨装置においては、ウエーハを研磨パッドに押圧する押圧力のみに頼って研磨が遂行されるため、加工時の押圧力を制御することが難しく、ウエーハや装置を破損させてしまう恐れがあるという問題があった。

また、一定押圧力のみで研磨を行うため、粗研磨と仕上げ研磨を同一ウエーハに施すにはそれぞれ異なる押圧力を有する専用の研磨装置で実施する必要があり、非効率的であるという問題があった。

これらの問題を解決するために、保持テーブルで保持したウエーハに対して研磨パッドを接近又は離反する方向に可動させて研磨時の押圧力を制御する研磨装置が提案されている（例えば、特開２００１−１３８２１９号公報参照）。
特開平３−２４８５３２号公報 特開２００１−１３８２１９号公報

このように研磨中に押圧力が変化する研磨装置では、常時ウエーハが保持テーブルによって強固に保持されていないと、押圧力が低下した際にウエーハが研磨パッドに連れまわり研磨不良が発生したり、ウエーハが保持テーブルから外れて破損する等の問題が生じる。

一方、ウエーハ全面が均一に研磨されるように、ウエーハは研磨パッドによって全面が被覆されて研磨される。ところが一般に研磨パッドは軟質であるために、ウエーハを研磨パッドに当接させればウエーハは研磨パッドに僅かながらも沈み込む。この状態で研磨が実施されると、ウエーハの外周部分にダレが生じ、高い平坦度を必要とする半導体ウエーハには適さない。

よって、本発明の第１の目的は、押圧力が弱い状態でもウエーハを強固に保持する研磨装置の保持テーブル機構を提供することである。

本発明の第２の目的は、ウエーハ外周部分にダレを発生させることのない研磨装置の保持テーブル機構を提供することである。

本発明によると、被加工物を保持する保持テーブル機構と、該保持テーブル機構に対峙して該保持テーブル機構の上方に配設され被加工物を研磨する被加工物より大径の研磨パッドを有する研磨手段と、を備えた研磨装置の保持テーブル機構であって、回転駆動されるように適合した保持テーブルベースと、該保持テーブルベース上に自在継ぎ手を介して傾動可能に連結され、支持面に形成された複数の分岐路及び開口を有する保持テーブルと、該保持テーブル上に配設され、被加工物を保持する保持面を上面に有し、該保持面から前記支持面に連通する複数の細孔を有する被加工物を保持する保持パッドと、該保持パッドの外周との間に所定の環状空間を画成するように前記保持テーブル上に弾性部材を介して配設され、被加工物とともに研磨パッドによって研磨されることで被加工物外周に発生するダレを防止する被加工物と同質の材料によって形成された環状部材と、一端が前記開口及び前記分岐路を介して前記複数の細孔に連通され、他端が第１開閉弁を介して吸引源に接続された第１流体路と、一端が該保持テーブルの側壁を貫通して前記環状空間に連通し、他端が第２及び第３開閉弁を介してそれぞれ前記吸引源及び給水源に選択的に接続された第２流体路と、を具備したことを特徴とする研磨装置の保持テーブル機構が提供される。

好ましくは、保持パッドは弾性発砲体層を有しており、環状部材は被加工物と同質の材料によって形成されている。

本発明によると、押圧力が低い時には第１流体路を吸引源に接続させて被加工物を保持パッドで吸引保持することができ、研磨中に被加工物を保持テーブルにより強固に保持することが可能となる。

また、保持面の外周に環状部材を弾設しているため、研磨パッドが被加工物に接触する際には環状部材上面と被加工物上面とは略同一面となり、見かけ上は環状部材大の被加工物を研磨するような形で被加工物と環状部材とが同時に研磨される。従って、環状部材の外周部分にダレが発生するが、被加工物は平坦に研磨される。

更に、被加工物吸引保持時には、第２流体路を給水源へ接続させることで、環状空間内に水を供給し、被加工物の吸引により被加工物裏面側にエッチング液が浸透することを防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明実施形態の研磨装置２の斜視図を示している。４は研磨装置２のハウジングであり、ハウジング４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に延びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研磨ユニット（研磨手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

研磨ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定された研磨パッド２６を有する研磨ホイール２４を含んでいる。

研磨ユニット１０は、研磨ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される研磨ユニット移動機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

ハウジング４の中間部分には保持テーブル機構２８が配設されており、保持テーブル機構２８は図示しない保持テーブル移動機構によりＹ軸方向に移動される。３０は保持テーブル機構をカバーする蛇腹である。

ハウジング４の前側部分には、第１のウエーハカセット３２と、第２のウエーハカセット３４と、ウエーハ搬送ロボット３６と、複数の位置決めピン４０を有する位置決め機構３８と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）４２と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）４４と、スピナユニット４６が配設されている。

また、ハウジング４の概略中央部には、保持テーブル機構２８を洗浄する洗浄水噴射ノズル４８が設けられている。この洗浄水噴射ノズル４８は、保持テーブル機構２８が装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置付けられた状態において、保持テーブル機構２８に向かって洗浄水を噴射する。

図２を参照すると、本発明実施形態の保持テーブル機構２８の分解斜視図が示されている。図３は保持テーブル機構２８の斜視図である。５０は保持テーブルベースであり、回転軸５２に連結されている。

保持テーブルベース５０の表面５０ａには後で詳細に説明する自在継ぎ手５４が搭載されており、保持テーブル５６は自在継ぎ手５４を介して保持テーブルベース５０に対して傾動可能に搭載されている。

保持テーブル５６の支持面５６ａには開口５８と、開口５８に接続された十字形状及び同心円形状の複数の分岐溝６０が形成されている。保持テーブル５６の支持面５６ａには、図４に示すように複数の細孔６８を有する保持パッド６６が接着されている。

更に、保持テーブル５６の外周部分上面には弾性部材６２が配置されており、この弾性部材６２上に保持パッド６６の外周との間に所定の環状空間７０を画成するように環状部材６４が配置され、弾性部材６２と共に保持テーブル５６にねじ止めされている。環状部材６４は、被加工物と同質の材料、例えば被加工物がシリコンウエーハの場合には、シリコン（Ｓｉ）から形成されるのが好ましい。

図２及び図４は併せて参照すると、保持テーブル５６及び保持テーブルベース５０に渡り、第１流体路７２と第２流体路７４が形成されている。図４に示されるように、第１流体路７２の一端は開口５８及び複数の分岐溝６０を介して保持パッド６６の細孔６８に連通され、第２流体路７４の一端７４ａは保持テーブル５６の側壁を貫通して環状空間７０に連通している。

図２に示すように、第１流体路７２の他端は電磁開閉弁７８を介して吸引源８０に接続されており、第２流体路７４の他端は電磁開閉弁８４，８６を介してそれぞれ吸引源８０及び給水源８８に選択的に接続されている。

尚、第１流体路７２はロータリジョイント７６を介して電磁開閉弁７８に接続され、第２流体路７４はロータリジョイント８２を介して電磁開閉弁８４，８６に接続されている。

次に、図５及び図６を参照して、本発明実施形態に係る自在継ぎ手５４の構成について説明する。この自在継ぎ手５４は、一般的な自在継ぎ手と異なり、剛体を十字形状に結合して構成されている。

すなわち、剛体から形成された部材９０と部材９２は符号９３部分で十字状に結合されている。部材９０の両端には直方体形状の第１及び第２取付部９４ａ，９４ｂが固定されている。部材９２の両端にも直方体形状の第３及び第４取付部９４ｃ，９４ｄが固定されている。

各取付部９４ａ〜９４ｄには丸穴９５が貫通して形成されており、第１及び第２取付部９４ａ，９４ｂの上面には丸穴９５の周りに座繰り９６が形成されている。第３及び第４取付部９４ｃ，９４ｄの下面にも丸穴９５の周りに同様な座繰りが形成されている。

図６に示すように、自在継ぎ手５４の第１及び第２取付部９４ａ，９４ｂは丸穴９５中にねじを挿入することにより保持テーブルベース５０にねじ締結され、第３及び第４取付部９４ｃ，９４ｄは丸穴９５中にねじを挿入することにより保持テーブル５６にねじ締結されている。

図６を観察すると明らかなように、第１及び第２取付部９４ａ，９４ｂの上面と保持テーブル５６の底面との間には十分なクリアランス（隙間）が設定されており、第３及び第４取付部９４ｃ，９４ｄの下面と保持テーブルベース５０の上面との間にも十分なクリアランスが設定されている。

このような構造を有する自在継ぎ手５４を介して保持テーブルベース５０上に保持テーブル５６を搭載することにより、保持テーブル５６は保持テーブルベース５０に対して傾動可能となる。なお、部材９０、９２は剛体でなくても良い。

以下、上述のように構成された研磨装置２のシリコンウエーハ研磨時の作用について説明する。この場合には、環状部材６４はシリコン（Ｓｉ）から形成される。

まず、研磨すべきウエーハを保持テーブル５６の保持パッド６６上に載置し、第１流体路７２を吸引源８０に接続した後、第２流体路７４を給水源８８に接続する。これにより、ウエーハは保持パッド６６に吸引吸着されるとともに、環状空間７０内に水が供給される。このように、環状空間７０内に水を供給することにより、エッチング液のウエーハ裏面側への浸透を防止することができる。

次いで、研磨ユニット移動機構１８を駆動して研磨パッド２６を下降し保持パッド６６上のウエーハに所定圧力で押し付け、研磨パッド２６側からエッチング液を供給しながらウエーハの研磨を開始する。

この研磨初期にはウエーハは保持パッド６６に吸引吸着されているため、ウエーハの押し付け力が弱い場合にもウエーハが研磨パッド２６に連れまわる恐れが防止される。ウエーハの研磨時には、シリコンから形成された環状部材６４も同時に研磨されるため、ウエーハの外周部分にダレを生じることなくウエーハを研磨できる。

研磨加工時の押圧力は保持テーブル５６の下に配置された図示しない荷重計で常時検出しており、研磨パッド２６からの押圧力が十分な状態となったら、第１流体路７２及び第２流体路７４とも閉じ、バキュームと給水を中止した状態でウエーハの研磨を続行する。この状態では、研磨パッド２６からの押圧力がウエーハに十分掛かっているため、バキュームを解除してもウエーハが研磨パッド２６に連れまわることはない。

研磨加工が終盤に近づいたら、研磨パッド２６をウエーハと離反させる方向に移動させるため、再度第２流体路７４を給水源８８に接続して環状空間７０内に給水した後、第１流体路７２を吸引源８０に接続して保持パッド６６でウエーハを吸引吸着する。

研磨終了後、保持テーブル５６を回転させてウエーハ上面のエッチング液を飛ばすと共に、第２流体路７４の接続を給水源８８から吸引源８０に切換えることで、環状空間７０内に溜まったエッチング液をドレインに排出する。

図２に示した実施形態では、第１流体路７２は吸引源８０に選択的に接続され、第２流体路７４は吸引源８０及び給水源８８に選択的に接続される構成となっているが、第１流体路７２及び第２流体路７４とも、それぞれ電磁弁を介してバキューム、水、圧縮エア、界面活性剤に接続可能なように構成しても良い。

図１に示した研磨装置２では、Ｙ軸方向に移動可能な一つの保持テーブル機構２８を有しているが、回転可能なターンテーブル上に円周方向に所定間隔離間して、例えば３個の保持テーブル機構を配置するとともに、研磨ユニット１０を独立して制御可能な粗研磨ユニットと仕上げ研磨ユニットの二つの研磨ユニットから構成するようにしても良い。

この場合には、研磨ユニットに対峙しない保持テーブル機構はウエーハのロード又はアンロードに利用され、他の２個の保持テーブル機構でウエーハを保持しながら粗研磨及び仕上げ研磨を同時に遂行することができる。

また、図１に示した実施形態では、保持テーブル機構２８がＹ軸方向に移動可能であるが、保持テーブル機構２８は固定し、研磨ユニット１０をＹ軸方向及びＺ軸方向又はＸ軸方向及びＺ軸方向に移動可能なように構成しても良い。

本発明実施形態の研磨装置の外観斜視図である。 保持テーブル機構の分解斜視図である。 保持テーブル機構の斜視図である。 保持テーブルの縦断面図である。 自在継ぎ手の斜視図である。 自在継ぎ手により保持テーブルベースと保持テーブルを連結した様子を示す断面図である。

符号の説明

２ 研磨装置
１０ 研磨ユニット
１８ 研磨ユニット移動機構
２６ 研磨パッド
２８ 保持テーブル機構
５０ 保持テーブルベース
５４ 自在継ぎ手
５６ 保持テーブル
６２ 弾性部材
６４ 環状部材
６６ 保持パッド
６８ 細孔
７０ 環状空間
７２ 第１流体路
７４ 第２流体路
７６，８２ ロータリジョイント
８０ 吸引源
８８ 給水源

Claims (2)

1. 被加工物を保持する保持テーブル機構と、該保持テーブル機構に対峙して該保持テーブル機構の上方に配設され被加工物を研磨する被加工物より大径の研磨パッドを有する研磨手段と、を備えた研磨装置の保持テーブル機構であって、
   回転駆動されるように適合した保持テーブルベースと、
   該保持テーブルベース上に自在継ぎ手を介して傾動可能に連結され、支持面に形成された複数の分岐路及び開口を有する保持テーブルと、
   該保持テーブル上に配設され、被加工物を保持する保持面を上面に有し、該保持面から前記支持面に連通する複数の細孔を有する被加工物を保持する保持パッドと、
   該保持パッドの外周との間に所定の環状空間を画成するように前記保持テーブル上に弾性部材を介して配設され、被加工物とともに研磨パッドによって研磨されることで被加工物外周に発生するダレを防止する被加工物と同質の材料によって形成された環状部材と、
   一端が前記開口及び前記分岐路を介して前記複数の細孔に連通され、他端が第１開閉弁を介して吸引源に接続された第１流体路と、
   一端が該保持テーブルの側壁を貫通して前記環状空間に連通し、他端が第２及び第３開閉弁を介してそれぞれ前記吸引源及び給水源に選択的に接続された第２流体路と、
   を具備したことを特徴とする研磨装置の保持テーブル機構。
2. 前記保持パッドは弾性発砲体層を有する請求項１記載の研磨装置の保持テーブル機構。

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