JP5911786B2 - 研磨装置 - Google Patents

Description

本発明は、研磨装置に係り、特に半導体ウエハなどの研磨対象物（基板）の表面を、研磨テーブルの周囲に配置される各種カバー等が研磨液によって汚染されてしまうことを防止しつつ、研磨して平坦化する研磨装置に関する。

半導体ウエハの表面を研磨する研磨装置は、一般に、研磨パッドからなる研磨面を有する研磨テーブルと、半導体ウエハを保持するトップリング（研磨ヘッド）とを備えている。そして、トップリングで保持した半導体ウエハを研磨パッドの研磨面に対して所定の圧力で押圧しつつ、研磨テーブルとトップリングとを相対運動させることにより、半導体ウエハを研磨面に摺接させて、半導体ウエハの表面を平坦かつ鏡面に研磨するようにしている。化学的機械研磨（ＣＭＰ）にあっては、研磨時に、研磨面に研磨液（スラリー）が供給される。

このように、研磨液を供給しながら半導体ウエハ等の基板の表面を研磨すると、この研磨時に研磨液が研磨テーブルの周辺に飛散する。また、研磨テーブルの研磨面に向けてアトマイザから液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状に噴霧して研磨面を洗浄することも広く行われているが、この研磨面のアトマイザによる洗浄時にも研磨面上に残留した研磨液が研磨テーブルの周辺に飛散する。

飛散した研磨液から、トップリングを有するトップリングヘッドを保護するため、トップリングヘッドの周囲をトップリングヘッドカバーで包囲することが広く行われている。研磨装置には、研磨面をドレッシングするドレッサが一般に備えられ、このドレッサを有するドレッシングヘッドにあっても同様に、その周囲をドレッシングヘッドカバーで包囲して、飛散する洗浄液から保護することが広く行われている。

出願人は、アトマイザの噴射ノズルの先端から被研磨面までの流体噴射域の所定範囲外周をアトマイザカバーで囲うことで、被研磨面で跳ね返った混合流体や研磨液が外部に飛散することを防止するようにしたり（特許文献１参照）、アトマイザの上部を覆うアトマイザカバーの少なくとも頂部面を研磨液等の異物が付着堆積しにくい曲面または傾斜面としたりすること（特許文献２参照）を提案している。

特開２００７−１６８０３９号公報 特開２００３−１３３２７７号公報

アトマイザカバーは、一般にかなり複雑な形状を有しており、被研磨面から跳ね返った研磨液を含む液体がアトマイザカバーの内周面に留まって汚れ易く、また液体が溜まり易い角部を多く有しているため、その外周面に付着した研磨液の洗浄液による洗浄も一般に困難である。そして、アトマイザカバーに研磨液を含む液体が付着して固化すると、この固化物が研磨面上に落下して研磨面を汚染してしまう。

また、トップリングヘッドカバーにあっては、この内部に飛散した研磨液が流入することを完全に防止することは困難で、トップリングヘッドカバーの内部に入り込んだ研磨液が、該内部に留まって、トップリングヘッドカバーやトップリングヘッドを汚染したり、研磨面に滴下して該研磨面を汚染したりすることがある。

本発明は上記事情に鑑みて為されたもので、被研磨面から跳ね返った液体が内周面に留まることを極力防止でき、しかも洗浄液による洗浄が比較的容易で、内周面や外周面に付着して固化した固化物の落下による研磨面の汚染を防止できるようにしたアトマイザカバーを有する研磨装置を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、トップリングカバーの内部に研磨液が入り込んでも、この内部に入り込んだ研磨液でトップリングヘッドカバーやトップリングヘッドが汚染されたり、研磨液が研磨面に滴下して該研磨面が汚染されたりすることを極力防止したトップリングヘッドカバー有する研磨装置を提供することを第２の目的とする。

本発明の研磨装置は、研磨面を有する回転自在な研磨テーブルと、アトマイザカバーで上面を覆われ、前記研磨テーブルの研磨面に向けて流体を噴霧して該研磨面を洗浄するアトマイザとを有し、前記アトマイザカバーは、半径が一定で円弧状の第１頂板と基端から先端に向けて半径が徐々に小さくなる円弧状の第２頂板とが頂部において互いに連結されている半円状の頂板と、該頂板から連続して下方に垂下する一対の側板とを有する。

これにより、アトマイザカバーを、アトマイザカバーの内周面や外周面に液体が飛散しても流れ落ちやすい、角部のない平滑な形状にして、アトマイザカバーが研磨液を含む液体で汚染されることを極力防止すると共に、研磨液を含む液体がアトマイザカバーに付着した場合の払拭性を良くすることができ、これによって、アトマイザカバーの内周面や外周面に付着して固化した固化物の落下による研磨面の汚染を防止することができる。

本発明の好ましい一態様において、前記頂板と前記一対の側板は、樹脂からなる一体成形物である。
アトマイザカバーを角部のない平滑な形状にすることで、樹脂による一体成形が可能となる。

本発明の好ましい一態様において、前記一対の側板の下端面は、先端から基端に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有する。
これにより、アトマイザカバーの頂板から側板に沿って流下して側板の下端部に達した液体が、該下端面の勾配に沿ってアトマイザカバーの先端から基端に向けて流れるようにすることができる。

本発明の好ましい一態様において、前記アトマイザカバーの前記第２頂板に連続して下方に垂下する一方の側板には、基端から先端に向けて徐々に外方への膨出量が縮小する膨出部が一体に設けられている。
このように側板に膨出部を一体に設けることで、アトマイザカバーを膨出部で補強することができる。

本発明の好ましい一態様において、研磨装置は、基板を保持し回転させながら前記研磨面に押圧するトップリングを有し、周囲をトップリングヘッドカバーで包囲されたトップリングヘッドを更に有している。前記トップリングヘッドカバーは、下端開口部を閉塞する下部カバーを有し、該下部カバーは、トップリングが前記研磨面の上方の研磨位置に位置する時に、研磨テーブルの半径方向の外方に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有する底板を有する。

これにより、飛散した研磨液がトップリングヘッドカバーの内部に入り込んだ時、この研磨液は、下部カバーの底板に達し該底板の勾配に沿って流れて、研磨テーブルの側方に集められる。これによって、トップリングヘッドカバーの内部に入り込んだ研磨液でトップリングヘッドカバーやトップリングヘッドが汚染されたり、研磨液が研磨面に滴下して該研磨面が汚染されたりすることを極力防止することができる。

本発明の好ましい一態様において、前記下部カバーは、前記底板の周縁部に連接されて上方に立上る側板を有しており、前記下部カバーの側板の端面が、側部カバーの側板の端面に突合わされた状態で、前記下部カバーの側板が前記側部カバーの側板に連結されている。
これにより、下部カバーと側部カバーとの連結部を上方に位置させることができ、これによって、両者の間に角部が形成されて該角部に研磨液が溜まってしまうことを防止することができる。

本発明の研磨装置によれば、アトマイザカバーが研磨液を含む液体で汚染されることを極力防止すると共に、研磨液を含む液体がアトマイザカバーに付着した場合の払拭性を良くし、これによって、アトマイザカバーの内周面や外周面に付着して固化した固化物の落下による研磨面の汚染を防止することができる。更に、トップリングカバーの内部に研磨液が入り込んでも、この内部に入り込んだ研磨液でトップリングヘッドカバーやトップリングヘッドが汚染されたり、研磨液が研磨面に滴下して該研磨面が汚染されたりすることを極力防止することができる。

本発明の実施形態の研磨装置の概要を示す斜視図である。 アトマイザヘッドを仮想線で示すアトマイザカバーの正面図である。 アトマイザカバーの底面図である。 図２の左側面図である。 図２の右側面図である。 トップリングヘッドカバーの下部カバーを拡大して示す正面図である。 図６のＡ−Ａ線断面図である。 第２ドレッサヘッドカバーの縦断面図である。 研磨液供給ノズルの詳細を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態の研磨装置の概要を示す斜視図である。図１に示すように、この研磨装置は、上面を研磨面１０ａとした研磨パッド１０と、上面に研磨パッド１０を取付けた研磨テーブル１２と、半導体ウエハなどの基板（被研磨物）を研磨パッド１０の研磨面（上面）１０ａに摺接させて研磨するトップリング１４を有するトップリングヘッド１６と、研磨パッド１０の研磨面１０ａの目立て（ドレッシング）を行うドレッサ２０を有するドレッサヘッド２２とを備えている。研磨テーブル１２は、図示しないモータに連結されており、このモータによって、研磨テーブル１２および研磨パッド１０は、矢印で示す方向に回転する。

トップリングヘッド１６は、トップリング１４を除く主要部の周囲をトップリングヘッドカバー２４で包囲されており、トップリングヘッドカバー２４の底板を貫通して上方に延びる回転自在なトップリングヘッド揺動軸２６の上端に連結されている。トップリング１４は、トップリングヘッドカバー２４の下記の下部カバー７４の底板７６を貫通して下方に延出するトップリング駆動軸２８の下端に連結されおり、トップリング１４の下面は、真空吸着などにより基板を保持する基板保持面を構成している。

トップリング１４は、トップリングヘッド揺動軸２６の回転に伴うトップリングヘッド１６の揺動によって、図１に示す、研磨テーブル１２の直上方の研磨位置と、研磨テーブル１２の側方の基板受渡し位置との間を移動する。

ドレッサヘッド２２は、ドレッサ２０を除く主要部の周囲を３つのドレッサヘッドカバー、すなわち第１ドレッサヘッドカバー３０ａ，第２ドレッサヘッドカバー３０ｂ及び第３ドレッサヘッドカバー３０ｃで包囲されており、第１ドレッサヘッドカバー３０ａの底板を貫通して上方に延びる回転自在なドレッサヘッド揺動軸３２の上端に連結されている。ドレッサ２０は、第２ドレッサヘッドカバー３０ｂの底板を貫通して下方に延出するドレッサ駆動軸３８の下端に連結されている。

ドレッサ２０は、ドレッサヘッド揺動軸３２の回転に伴うドレッサヘッド２２の揺動によって、図１に示す、研磨テーブル１２の直上方のドレッシング位置と、研磨テーブル１２の側方の退避位置との間を移動する。

研磨テーブル１６に隣接して、研磨パッド１０の研磨面１０ａに向けて液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状に噴霧（噴射も含む）して該研磨面１０ａを洗浄するアトマイザヘッド３９（図２参照）の上面をアトマイザカバー４２で覆ったアトマイザ４０が配置されている。アトマイザヘッド３９の下面には、その長さ方向に沿った所定間隔で、流体を下方に向けて噴出する多数の噴霧ノズル３９ａ（図２参照）が設けられている。このアトマイザ４０は、アトマイザ揺動軸４４の上端に連結され、このアトマイザ揺動軸４４の回転に伴って、図１に実線で示す研磨テーブル１２の側方に位置する退避位置と、図１に仮想線で示す磨テーブル１２の上方に位置する洗浄位置との間を揺動する。

研磨テーブル１６に隣接して、先端の供給口４６ａから研磨パッド１０の研磨面１０ａに研磨液（スラリー）を供給する研磨液供給ノズル４６が配置されている。この研磨液供給ノズル４６は、ノズル揺動軸４８の上端に連結され、このノズル揺動軸４８の回転に伴って、図１に示す、供給口４６ａが研磨テーブル１２の上方に位置する研磨液供給位置と、供給口４６ａが研磨テーブル１２の側方に位置する退避位置との間を揺動する。

図２乃至図５は、アトマイザカバー４２を示す。なお、図２及び図３において、左側がアトマイザカバー４２の基端側で、右側がアトマイザカバー４２の先端側である。図２乃至図５に示すように、アトマイザカバー４２は、半径Ｒ_１が一定で１／４円状の第１頂板５０ａと、基端から先端に向けて半径が徐々に小さくなる、すなわち基端側の半径Ｒ_２の方が先端側半径の半径Ｒ_３よりも大きい（Ｒ_２＞Ｒ_３）１／４円状の第２頂板５０ｂとを頂部において互いに連結させた半円状の頂板５０と、該頂板５０の両下端からスムーズに連続して鉛直方向に垂下する一対の側板５２，５４とを有している。

これにより、アトマイザカバー４２の内部には、第１頂板５０ａ側においては、面Ｙ−Ｙから一定の開口幅ａを有し、第２頂板５０ｂ側において、基端から先端部に向けて、面Ｙ−Ｙから開口幅ｂが徐々に狭くなる、下方に開口した開口部５６が形成されている。この開口部５６は、面Ｙ−Ｙと中心として、左右非対称となる。この開口部５６の内部に、図２に示すように、研磨面１０ａに向けて液体（例えば純水）と気体（例えば窒素ガス）の混合流体または液体（例えば純水）を霧状に噴霧して研磨面１０ａを洗浄する噴霧ノズル３９ａを有するアトマイザヘッド３９が、アトマイザカバー４２で上面を覆われて収納される。

この例では、共に１／４円状の第１頂板５０ａと第２頂板５０ｂとを頂部において互いに連結して半円状の頂板５０を形成しているが、共に円弧状の第１頂板と第２頂板とを頂部において互いに連結して頂板を形成するようにしてもよい。

更に、第２頂板５０ｂ側の側板５４には、基端から先端に向けて徐々に外方への膨出量が縮小する膨出部５８が一体に設けられている。この膨張部５８は、噴霧ノズル３９ａから研磨パッド１０に向けて液体等を噴霧したときに、研磨パッド１０の面上から巻き上がる液体等が研磨部内部に拡散するのを防止する役目を果たす。この例では、第２頂板５０ｂ側の側板５４にのみ膨張部５８を設けているが、第１頂板５０ａ側の側板５２にも膨張部５８を設けるようにしてもよい。この膨出部５８を有さない側板５４の下端面５４ａと膨出部５８の下端面５８ａは直線状に連続している。

そして、第１頂板５０ａ側の側板５２の下端面５２ａは、図２に示すように、水平面Ｘ−Ｘに対して、先端から基端に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有するようになっている。第２頂板５０ｂ側の側板５４にあっても同様に、互いに直線状に連続する膨出部５８を有さない側板５４の下端面５４ａと膨出部５８の下端面５８ａは、先端から基端に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有するようになっている。

このアトマイザカバー４２は、例えばポリ塩化ビニル等の樹脂で一体成型される。樹脂の一体成型における抜き勾配は、例えば１．５°である。つまり、図４において、第１頂板５０ａ側の側板５２の鉛直部Ａと第２頂板５０ｂ側の側板５４の鉛直部Ｂは、互いに平行ではなく、両者の幅が下方に向かって徐々に拡がるようになっている。このアトマイザカバー４２は、このように樹脂で一体成型可能な形状を有している。

このアトマイザカバー４２の頂板５０の先端側裏面は、矩形状のノルシール６０が取付けられ、基端側に設けられた切欠き部にボルト取付け具６２が取付けられる。このボルト取付け具６２の内部には、アトマイザカバー４２の長さ方向に延びる長穴６２ａが設けられている。

これにより、アトマイザカバー４２は、ボルト取付け具６２の長穴６２ａ内に、図示しないボルトの軸部を挿通させ、ボルトを締付けてボルトの頭部をボルト取付け具６２に当接させることで、所定位置に１本のボルトで固定される。この時、長穴６２ａを介して、アトマイザカバー４２の長さ方向に沿った取付け位置が微調整される。

この例のアトマイザカバー４２は、その内周面や外周面に液体が飛散しても流れ落ちやすい、角部のない平滑な形状を有しており、これにより、アトマイザカバー４２が研磨液を含む液体で汚染されることを極力防止すると共に、研磨液を含む液体がアトマイザカバー４２に付着した場合の払拭性を良くすることができる。しかも、アトマイザカバー４２を角部のない平滑な形状にすることで、樹脂による一体成形が可能となる。

また、第１頂板５０ａ側の側板５２の下端面５２ａを、水平面Ｘ−Ｘに対して、先端から基端に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有するように構成し、第２頂板５０ｂ側の側板５４にあっても同様に、直線状に連続する膨出部５８を有さない側板５４の下端面５４ａと膨出部５８の下端面５８ａが先端から基端に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有するように構成することで、アトマイザカバー４２の頂板５０から側板５２，５４、更には膨出部５８に沿って流下して側板５２，５４の下端部、更には膨出部５８の下端部５８ａに達した液体が、該下端面５２ａ，５４ａ，５８ａの勾配に沿ってアトマイザカバー４２の先端から基端に向けて流れるようにすることができる。

更に、第２頂板５０ｂ側の側板５４に膨出部５８を一体に設けることで、アトマイザヘッドカバー４２を膨出部５８で補強することができる。

トップリングヘッドカバー２４は、図１に示すように、側板７０を有する側部カバー７２と、トップリング１４側の下端開口部を閉塞する下部カバー７４を有している。図６は、下部カバー７４の詳細を示す。図６に示すように、下部カバー７４は、底板７６と、該底板７６の外周部から上方に立上り、側部カバー７２の側板７０と共に、トップリングヘッド１６の周囲を囲繞する側板７８を有している。

下部カバー７４の底板７６は、トップリング１４が研磨面１０ａの上方の研磨位置に位置する時に、研磨テーブル１２の半径方向の外方に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有している。つまり、下部カバー７４の底板７６は、トップリングヘッド駆動軸２６に向かい徐々に下方に傾斜する勾配を有している。

このように、下部カバー７４の底板７６にトップリングヘッド駆動軸２６に向って徐々に下方に傾斜する勾配を持たせることで、飛散した研磨液がトップリングヘッドカバー２４の内部に入り込んだ時、この研磨液は、下部カバー７４の底板７６に達し該底板７６の勾配に沿って流れて、研磨テーブル１２の側方に集められる。これによって、トップリングヘッドカバー２４の内部に入り込んだ研磨液でトップリングヘッドカバー２４やトップリングヘッド１６が汚染されたり、研磨液が研磨面１０ａに滴下して該研磨面１０ａが汚染されたりすることが極力防止される。

図７は、図６のＡ−Ａ線拡大断面図を示す。図７に示すように、下部カバー７４は、その側板７８の端面を側部カバー７２の側板７０の端面に突合せ、裏面側にノルシール８０を配置して連結されている。これにより、側部カバー７２と下部カバー７４との連結部を上方に位置させ、側部カバー７２と下部カバー７４の間に角部が形成されて該角部に研磨液が溜まってしまうことを防止することができる。

図８は、第２ドレッサヘッドカバー３０ｂの縦断面図を示す。図８に示すように、第２ドレッサヘッドカバー３０ｂは、略円筒状の２つ割の上部側板８２と下部側板８４とを有しており、上部側板８２の下端面と下部側板８４の上端面を突合せ、この突合せ部の外周にテープ８６を配置して構成されている。そして、上部側板８２の内周面に取付けた突条部８８と下部側板８４の内周面に取付けた突条部９０との間に緩衝材９２を配置している。これにより、上部側板８２と下部側板８４との突合せ部を上方に移動させて、第２ドレッサヘッドカバー３０ｂの下部の洗浄を強化することができる。

更に上部側板８２の上部に、鉛直部から水平部にスムーズに連続する曲面部８２ａを形成している。これにより、上部側板８２の外周面に沿って、水滴がスムーズに流れるようにすることができる。

なお、第１ドレッサヘッドカバー３０ａにあっても、第２ドレッサヘッドカバー３０ｂと同様な構成を採用してもよい。

図９は、研磨液供給ノズル４６の詳細を示す。図９に示すように、研磨液供給ノズル４６は、複数の研磨液チューブ９４を一本のパイプ９６に纏めて構成されている。これにより、研磨液チューブ９４間への汚れの付着を防止するとともに、研磨液供給ノズル４６の洗浄性を向上させることができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１０ 研磨パッド
１０ａ 研磨面
１２ 研磨テーブル
１４ トップリング
１６ トップリングヘッド
２０ ドレッサ
２２ ドレッサヘッド
２４ トップリングヘッドカバー
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ ドレッサヘッドカバー
３９ アトマイザヘッド
４２ アトマイザカバー
４６ 研磨液供給ノズル
５０ 頂板
５０ａ 第１頂板
５０ｂ 第２頂板
５２，５４ 側板
５６ 開口部
５８ 膨出部
６０ ノルシール
６２ ボルト取付け具
７２ 側部カバー
７４ 下部カバー
７６ 底板
７８ 側板
８０ ノルシール
８２ 上部側板
８４ 下部側板
８６ テープ
９２ 緩衝材
９４ 研磨液チューブ
９６ パイプ

Claims (6)

1. 研磨面を有する回転自在な研磨テーブルと、
   アトマイザカバーで上面を覆われ、前記研磨テーブルの研磨面に向けて流体を噴霧して該研磨面を洗浄するアトマイザとを有し、
   前記アトマイザカバーは、半径が一定で円弧状の第１頂板と基端から先端に向けて半径が徐々に小さくなる円弧状の第２頂板とが頂部において互いに連結されている半円状の頂板と、該頂板から連続して下方に垂下する一対の側板とを有することを特徴とする研磨装置。
2. 前記頂板と前記一対の側板は、樹脂からなる一体成形物であることを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記一対の側板の下端面は、先端から基端に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有することを特徴とする請求項１または２に記載の研磨装置。
4. 前記アトマイザカバーの前記第２頂板に連続して下方に垂下する一方の側板には、基端から先端に向けて徐々に外方への膨出量が縮小する膨出部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の研磨装置。
5. 基板を保持し回転させながら前記研磨面に押圧するトップリングを有し、周囲をトップリングヘッドカバーで包囲されたトップリングヘッドを更に有し、
   前記トップリングヘッドカバーは、トップリングヘッドカバーの下端開口部を閉塞する下部カバーを有し、該下部カバーは、トップリングが前記研磨面の上方の研磨位置に位置する時に、研磨テーブルの半径方向の外方に向けて徐々に下方に傾斜する勾配を有する底板を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の研磨装置。
6. 前記下部カバーは、前記底板の周縁部に連接されて上方に立上る側板を有しており、
   前記下部カバーの側板の端面が、側部カバーの側板の端面に突合わされた状態で、前記下部カバーの側板が前記側部カバーの側板に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。

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