JP6313196B2 - 研磨面洗浄装置、研磨装置、および研磨面洗浄装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハなどの基板を研磨する研磨面を洗浄するための研磨面洗浄装置に関する。また、本発明は、研磨面洗浄装置を備えた研磨装置に関する。さらに、本発明は、研磨面洗浄装置の製造方法に関する。

化学機械的研磨は、スラリーと呼ばれる研磨液を研磨面上に供給しながら、ウェハを研磨面に摺接させることにより、ウェハの表面を研磨する技術である。研磨面は、一般に、研磨テーブルの上に貼り付けられた研磨パッドの表面から構成される。ウェハの研磨を行った後には、研磨屑や研磨液に含まれる砥粒などのパーティクルが研磨面上に残留する。そこで、ウェハの研磨後には、研磨面洗浄装置から霧状の洗浄流体（液体、または液体と気体の混合）が研磨パッドの研磨面に噴霧され、研磨面が洗浄される。このような研磨面洗浄装置は、アトマイザーとも呼ばれる。

特開２０１４−１１１３０１号公報

しかしながら、研磨面を洗浄しているときに、研磨面から飛散した研磨液が研磨面洗浄装置に付着することがある。特に、研磨面洗浄装置の下面にはノズル配置のために凸部や凹部が存在し、研磨液はこれらの凸部上や凹部内に溜まりやすい。研磨面洗浄装置に付着した研磨液は乾燥し、固形物として研磨面洗浄装置上に堆積する。このような固形物の堆積が繰り返されるうちに、固形物が研磨面上に落下し、ウェハ表面にスクラッチを発生させる原因となる。

本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、スラリーなどの研磨液が表面に付着しにくい研磨面洗浄装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、研磨面を洗浄流体で洗浄するための研磨面洗浄装置であって、流体流路を有するアームと、前記流体流路に連通するノズルと、前記ノズルを前記アームに固定する溶接材料とを備え、前記アームの底面と前記ノズルの先端面の縁部との間の隙間は、前記溶接材料で満たされており、前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面は、略同一面内にあることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面の縁部は、同一面内にあることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面の表面粗さＲａは、３．２μｍ未満であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ノズルの前記先端面には突出部が形成されており、前記突出部内には流体出口が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ノズルの突出部は、前記アームの底面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍだけ突出していることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記アームの底面、前記ノズルの先端面、および前記溶接材料の底面は、平坦面から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ノズルおよび前記アームのうちの少なくとも一方は、撥水性の材料から構成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ノズルの先端面および前記アームの底面のうちの少なくとも一方は、撥水性の材料で覆われていることを特徴とする。

本発明の他の態様は、研磨面を有する研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、基板を前記研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、上記研磨面洗浄装置とを備えたことを特徴とする研磨装置である。

本発明のさらに他の態様は、研磨面を洗浄流体で洗浄するための研磨面洗浄装置の製造方法であって、アームの底面に形成された凹部内にノズルを挿入し、前記ノズルを前記アームに溶接し、前記アームの底面と前記ノズルの先端面の縁部との間の隙間を溶接材料で満たし、前記ノズルを前記アームに溶接した後、前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面の縁部が同一面内に位置するまで、前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面の縁部を切削することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記切削工程によって切削される前記ノズルの先端面の領域は、前記ノズルの先端面の縁部を含み、かつ前記ノズルの流体出口を含まない領域であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ノズルを前記アームに溶接する工程は、開先溶接により行われることを特徴とする。

本発明によれば、アームの底面とノズルの先端面の縁部とは溶接材料によって隙間なく接続されている。さらに、ノズルはアームに溶接されているので、ノズルを固定するためのねじやボルトが不要である。したがって、ノズルの周辺には凹凸が存在しなく、アームの底面およびノズルに研磨液が残留しにくい。結果として、乾燥した研磨液の堆積を防止することができる。

研磨面洗浄装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す模式図である。 アトマイザー（研磨面洗浄装置）の斜視図である。 図２の矢印Ａで示す方向から見たアトマイザーの底面図である。 アトマイザーの上面図である。 上から見たアームの斜視図である。 下から見たアームの斜視図である。 アームの断面図である。 アームの底面図である。 アームの底面に形成された凹部を示す図である。 アームの凹部にノズルを挿入する工程を示す図である。 ノズルをアームに溶接する工程を示す図である。 アームの底面、ノズルの先端面、および溶接材料を研削する工程を示す図である。 図１２の矢印Ｂで示す方向から見た図である。

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、研磨面洗浄装置を備えた研磨装置の一実施形態を示す模式図である。図１に示す研磨装置は、基板の一例であるウェハを化学機械的に研磨するＣＭＰ装置である。

図１に示すように、研磨装置は、研磨パッド２を支持する研磨テーブル３と、ウェハＷを研磨パッド２に押し付ける研磨ヘッド１と、研磨テーブル３を回転させるテーブルモータ６と、研磨パッド２上に研磨液（スラリー）を供給するための研磨液供給ノズル５とを備えている。研磨パッド２の表面は、ウェハＷを研磨する研磨面２ａを構成する。研磨テーブル３はテーブルモータ６に連結されており、研磨テーブル３および研磨パッド２はテーブルモータ６によって一体に回転される。

ウェハＷは次のようにして研磨される。研磨テーブル３および研磨ヘッド１を図１の矢印で示す方向に回転させながら、研磨液供給ノズル５から研磨液が研磨テーブル３上の研磨パッド２の研磨面２ａに供給される。ウェハＷは研磨ヘッド１によって回転されながら、研磨パッド２上に研磨液が存在した状態で研磨パッド２の研磨面２ａに押し付けられる。ウェハＷの表面は、研磨液に含まれる砥粒による機械的作用と、研磨液の化学的作用により研磨される。

研磨パッド２の研磨面２ａの上方には、ウェハＷの研磨後に研磨面２ａを洗浄する研磨面洗浄装置としてのアトマイザー１０が設けられている。アトマイザー１０は、霧状の洗浄流体（液体、または液体と気体の混合）を研磨面２ａに供給することにより研磨面２ａを洗浄するように構成されている。一例では、液体として純水が使用され、気体として不活性ガス（例えば窒素ガス）または清浄な空気が使用される。

図２はアトマイザー１０の斜視図であり、図３は図２の矢印Ａで示す方向から見たアトマイザー１０の底面図である。図２および図３に示すように、アトマイザー１０は、アーム１２と、このアーム１２に取り付けられた複数のノズル１５を備えている。各ノズル１５は、洗浄流体を霧状にして該霧状の洗浄流体を研磨面２ａ（図１参照）に噴霧するように構成されている。各ノズル１５は、スリット状の流体出口１７を有している。

アーム１２は、研磨面２ａの半径方向に水平に延びており、ノズル１５はアーム１２の長手方向に沿って配列されている。各ノズル１５は、アーム１２の底面に形成された凹部内に配置されている。アーム１２の先端には、上記ノズル１５と同じ構成を有したノズル１６が配置されている。このノズル１６も、同様に、洗浄流体を霧状にして該霧状の洗浄流体を研磨面２ａに噴霧するように構成されている。ノズル１６は、スリット状の流体出口１８を有している。ノズル１６は、ノズル１５と同じ高さに位置している。

アトマイザー１０は、上述した洗浄流体をアーム１２内に導入するための流体入口１９と、流体入口１９とアーム１２とを連結する連結管２０と、アーム１２を支持する基台２１と、基台２１を回転可能に支持する支持軸２４とをさらに備えている。図４に示すように、アーム１２および連結管２０は、支持軸２４を中心として旋回可能となっている。通常、研磨面２ａを洗浄するときは、アーム１２は研磨面２ａの上方に位置し、研磨面２ａの洗浄終了後はアーム１２は研磨面２ａの側方に移動される。

アーム１２の両側には側板２６Ａ，２６Ｂが固定されている。これらの側板２６Ａ，２６Ｂはアーム１２の長手方向に延びており、さらにアーム１２の底面から下方に延びている。アーム１２に固定されているノズル１５は、これらの側板２６Ａ，２６Ｂの間に位置している。側板２６Ａ，２６Ｂには、外側に突出する翼形状の突出プレート２８Ａ，２８Ｂが設けられている。側板２６Ａ，２６Ｂおよび突出プレート２８Ａ，２８Ｂは、洗浄流体による研磨面２ａの洗浄時に、研磨液や研磨屑の飛散を防止するために設けられている。

図５は上から見たアーム１２の斜視図であり、図６は下から見たアーム１２の斜視図であり、図７はアーム１２の断面図であり、図８はアーム１２の底面図である。本実施形態では、７つのノズル１５および１つのノズル１６がアーム１２の下部に取り付けられている。ただし、ノズル１５，１６の数は本実施形態に限られない。

すべてのノズル１５，１６は研磨面２ａを向いている。より具体的には、ノズル１５およびノズル１６は、研磨面２ａに垂直な方向を向いている。ノズル１５の先端面（底面）１５ａと、ノズル１６の先端面（底面）１６ａと、アーム１２の底面１２ａは略同一面内にある。

図７に示すように、アーム１２はその内部に流体流路３０を有している。流体流路３０の一端は、図２に示す連結管２０に接続されており、すべてのノズル１５，１６は流体流路３０に接続されている。洗浄流体（液体、または液体と気体の混合）は、図２に示す流体入口１９からアトマイザー１０に導入され、連結管２０を通ってアーム１２の流体流路３０に供給される。洗浄流体は流体流路３０を流れてノズル１５，１６に到達し、ノズル１５，１６の流体出口１７，１８から研磨面２ａに噴霧される。

ノズル１５，１６は、アーム１２に溶接により固定されている。より具体的には、ノズル１５，１６は開先溶接によりアーム１２に固定されている。以下、ノズル１５をアーム１２に溶接する方法について説明する。

ステップ１では、図９に示すように、凹部１２ｂが形成された底面１２ａを有するアーム１２が用意される。凹部１２ｂの縁部には、面取り１２ｃが形成されている。ステップ２では、図１０に示すように、アーム１２内に設けられている流体流路３０にノズル１５が接続されるまで、ノズル１５が凹部１２ｂ内に挿入される。凹部１２ｂの縁部に形成された面取り１２ｃの存在により、アーム１２の底面１２ａとノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂとの間には、断面三角形状の隙間（溝）が形成される。

ステップ３では、図１１に示すように、開先溶接によってノズル１５がアーム１２に固定される。溶接材料３５は上記隙間に埋設され、アーム１２の底面１２ａとノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂとの間の隙間は溶接材料３５によって充填される。溶接によって形成された溶接材料３５は、溶接ビードとも呼ばれる。特に、開先溶接によって形成された溶接材料３５は、洗浄流体の高圧に耐えうる強い固着力でノズル１５をアーム１２に固定することができる。図示しないが、ノズル１５の両側部も開先溶接によってアーム１２の両側部に固定される。本実施形態では、ノズル１５の露出部の全周がアーム１２に溶接され、これによって洗浄流体の漏洩が防止される。本実施形態では、面取り１２ｃはアーム１２の凹部１２ｂのみに形成されているが、ノズル１５の先端縁部とアーム１２の凹部１２ｂの両方に面取りを形成してもよく、またはノズル１５の先端縁部のみに形成してもよい。

さらに、アーム１２の底面１２ａおよびノズル１５の先端面１５ａからやや突出している溶接材料３５の一部を除去するために、図１２に示すように、アーム１２の底面１２ａ、溶接材料３５の底面、およびノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂをフライスなどの切削具により切削し、アーム１２の底面１２ａ、溶接材料３５の底面、およびノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂを同一平面内に位置させる。アーム１２の底面１２ａとノズル１５の先端面１５ａとは溶接材料３５によって隙間なく接続される。アーム１２の底面１２ａ、ノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂ、および溶接材料３５の底面は、平坦面から構成される。

図１３は、図１２の矢印Ｂで示す方向から見た図である。図１３に示すように、溶接材料３５は、ノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂに沿って延び、アーム１２の底面１２ａとノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂとの間の隙間を埋める。図示しないが、ノズル１６も、ノズル１５と同様の工程によりアーム１２に固定される。

本実施形態によれば、アーム１２の底面１２ａとノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂとは溶接材料３５によって隙間なく接続されている。さらに、ノズル１５はアーム１２に溶接されているので、ノズル１５を固定するためのねじやボルトが不要である。したがって、ノズル１５の周辺には凹凸が存在しなく、アーム１２の底面およびノズル１５に研磨液が残留しにくい。結果として、乾燥した研磨液の堆積を防止することができる。さらに、アトマイザー１０は研磨液が付着しにくい構造であるので、アトマイザー１０のメンテナンス作業およびメンテナンス時間を少なくすることができる。

ノズル１５の先端面１５ａの縁部１５ｂを切削した結果として、図１２に示すように、アーム１２の底面１２ａから僅かに突出した突出部１５ｃがノズル１５の先端面１５ａに形成される。流体出口１７はこの突出部１５ｃ内に形成される。図１２から分かるように、切削工程によって切削されるノズル１５の先端面１５ａの領域は、先端面１５ａの縁部１５ｂを含み、かつノズル１５の流体出口１７を含まない領域である。流体出口１７を切削しない理由は、切削加工により流体出口１７が変形することを避けるため、および流体出口１７の変形に起因する洗浄能力の低下を避けるためである。洗浄流体の付着を防止する観点から、ノズル１５の突出部１５ｃとアーム１２の底面１２ａとの高さの差はできるだけ小さいことが好ましい。一実施形態では、ノズル１５の突出部１５ｃは、アーム１２の底面１２ａから０．１ｍｍ〜０．２ｍｍだけ突出している。
尚、図１３では、先端面１５ａと突出部１５ｃとの間の境界線は突出部１５ｃが微小段部のため省略しているが、先端面１５ａと突出部１５ｃとの間の境界線は、先端面１５ａの縁部１５ｂに略平行である。

研磨面２ａの洗浄時には、ノズル１５，１６から洗浄流体が研磨パッドの研磨面２ａに噴霧される。研磨面２ａから飛散した研磨液の付着を防止するために、アーム１２の底面１２ａ、溶接材料３５の底面、およびノズル１５，１６の先端面１５ａ，１６ａはできるだけ滑らかであることが好ましい。具体的には、切削加工後のアーム１２の底面１２ａ、溶接材料３５の底面、およびノズル１５，１６の先端面１５ａ，１６ａの表面粗さ（算術平均粗さ）Ｒａは、３．２μｍ未満であることが好ましい。

本実施形態では、アーム１２、ノズル１５，１６、及び溶接材料３５の材質は合成樹脂のポリプロピレンであるが、アーム１２の底面１２ａおよびノズル１５，１６の先端面への研磨液の付着をより効果的に防止するために、アーム１２、および／またはノズル１５，１６、および／または溶接材料３５は撥水性の材料から構成されてもよく、あるいはアーム１２の底面１２ａ、および／またはノズル１５，１６の先端面１５ａ，１６ａ、および／または溶接材料３５は撥水性の材料で覆われてもよい。撥水性の材料の例としては、フッ素樹脂が挙げられる。

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。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に解釈されるものである。

１ 研磨ヘッド
２ 研磨パッド
３ 研磨テーブル
５ 研磨液供給ノズル
６ テーブルモータ
１０ アトマイザー
１２ アーム
１５，１６ ノズル
１７，１８ 流体出口
１９ 流体入口
２０ 連結管
２１ 基台
２４ 支持軸
２６Ａ，２６Ｂ 側板
２８Ａ，２８Ｂ 突出プレート
３０ 流体流路
３５ 溶接材料

Claims (12)

1. 研磨面を洗浄流体で洗浄するための研磨面洗浄装置であって、
   流体流路を有するアームと、
   前記流体流路に連通するノズルと、
   前記ノズルを前記アームに固定する溶接材料とを備え、
   前記アームの底面と前記ノズルの先端面の縁部との間の隙間は、前記溶接材料で満たされており、
   前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面は、略同一面内にあることを特徴とする研磨面洗浄装置。
2. 前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面の縁部は、同一面内にあることを特徴とする請求項１に記載の研磨面洗浄装置。
3. 前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面の表面粗さＲａは、３．２μｍ未満であることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨面洗浄装置。
4. 前記ノズルの前記先端面には突出部が形成されており、前記突出部内には流体出口が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨面洗浄装置。
5. 前記ノズルの突出部は、前記アームの底面から０．１ｍｍ〜０．２ｍｍだけ突出していることを特徴とする請求項４に記載の研磨面洗浄装置。
6. 前記アームの底面、前記ノズルの先端面、および前記溶接材料の底面は、平坦面から構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の研磨面洗浄装置。
7. 前記ノズルおよび前記アームのうちの少なくとも一方は、撥水性の材料から構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨面洗浄装置。
8. 前記ノズルの先端面および前記アームの底面のうちの少なくとも一方は、撥水性の材料で覆われていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の研磨面洗浄装置。
9. 研磨面を有する研磨パッドを支持するための研磨テーブルと、
   基板を前記研磨面に押し付ける研磨ヘッドと、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載の研磨面洗浄装置とを備えたことを特徴とする研磨装置。
10. 研磨面を洗浄流体で洗浄するための研磨面洗浄装置の製造方法であって、
    アームの底面に形成された凹部内にノズルを挿入し、
    前記ノズルを前記アームに溶接し、前記アームの底面と前記ノズルの先端面の縁部との間の隙間を溶接材料で満たし、
    前記ノズルを前記アームに溶接した後、前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面の縁部が同一面内に位置するまで、前記アームの底面、前記溶接材料の底面、および前記ノズルの先端面の縁部を切削することを特徴とする研磨面洗浄装置の製造方法。
11. 前記切削工程によって切削される前記ノズルの先端面の領域は、前記ノズルの先端面の縁部を含み、かつ前記ノズルの流体出口を含まない領域であることを特徴とする請求項１０に記載の研磨面洗浄装置の製造方法。
12. 前記ノズルを前記アームに溶接する工程は、開先溶接により行われることを特徴とする請求項１０または１１に記載の研磨面洗浄装置の製造方法。

Images