JPH08300253A - ポリッシング装置 - Google Patents

ポリッシング装置

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JPH08300253A
JPH08300253A JP13285395A JP13285395A JPH08300253A JP H08300253 A JPH08300253 A JP H08300253A JP 13285395 A JP13285395 A JP 13285395A JP 13285395 A JP13285395 A JP 13285395A JP H08300253 A JPH08300253 A JP H08300253A
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polishing
ring body
liquid
semiconductor wafer
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    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/04Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B57/00Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
    • B24B57/02Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 トップリング下面およびポリッシング対象物
裏面が砥液によってエッチングされることを防止するポ
リッシング装置を提供することを目的とする。 【構成】 トップリング本体3にその先端がトップリン
グ本体下面に開口する複数の開口3ー2aを設け、開口
部は、半導体ウエハ6をトップリング本体下面に真空吸
着可能にするための真空ポンプ31と、半導体ウエハ6
を前記トップリング本体下面から液体供給により離脱可
能なように加圧流体源32と、砥液による半導体ウエハ
6の裏面の過度なエッチングを防止するための砥液の中
和剤供給源33と、さらに該開口に残留する液体を排出
するための加圧気体源34とに連通されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はポリッシング装置に係
り、特に半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦且
つ鏡面状に研磨するポリッシング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高集積化が進む
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつある。特に0.5μm以下の光リソグラフィの
場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平
坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦
化することが必要となるが、この平坦化法の1手段とし
てポリッシング装置により研磨することが行われてい
る。
【0003】従来、この種のポリッシング装置は、各々
独立した回転数で回転するターンテーブルとトップリン
グとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブ
ルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリ
ッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリ
ッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【0004】ポリッシング装置に用いる砥液は微粒子、
例えばコロイダルシリカ(SiO2)、酸化セリウム
(CeO2 )、アルミナ(Al23)等をアルカリ溶
液、例えばKOH、NaOH等に懸濁させたものを用い
る。また、ポリッシングする対象物がタングステン
(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)といった金
属配線を研磨する場合には、特殊な砥液を用いる場合が
あり、強酸や強アルカリ系の砥液を用いる場合もある。
このように、ポリッシング対象物は砥液中に含まれる微
粒子による機械的な研磨作用と、アルカリ溶液または酸
溶液による化学的なエッチング作用の複合的な研磨作用
によって研磨される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、砥液に
アルカリ溶液または酸溶液を用いているため、砥液がト
ップリング下面とポリッシング対象物の裏面との間に侵
入し、トップリング下面およびポリッシング対象物の裏
面がアルカリまたは酸によってエッチングされてしまう
という問題点がある。
【0006】本発明は、上述の事情に鑑みなされたもの
で、トップリング下面およびポリッシング対象物裏面が
砥液によってエッチングされることを防止するポリッシ
ング装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため、本発明のポリッシング装置は、各々独立した回転
数で回転する上面に研磨布を貼ったターンテーブルとト
ップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップ
リングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の
圧力で押圧することによって該ポリッシング対象物を研
磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前
記トップリング本体にその先端が該トップリング本体下
面に開口する複数の開口を設け、該開口部は、ポリッシ
ング対象物を前記トップリング本体下面に真空吸着可能
にするための真空原と、ポリッシング対象物を前記トッ
プリング本体下面から液体供給により離脱可能なように
加圧流体源と、砥液によるポリッシング対象物の裏面の
過度なエッチングを防止するための砥液の中和剤供給源
と、さらに該開口に残留する液体を排出するための加圧
気体源とに連通されていることを特徴とするものであ
る。
【0008】
【作用】前述した構成からなる本発明によれば、トップ
リング本体下面の開口を真空源に連通してポリッシング
対象物を真空吸着することができ、ポリッシング後には
開口から流体を供給してポリッシング対象物を確実に離
脱させることができる。また、ポリッシング中に、砥液
中のアルカリ成分を中和する中和剤を供給することによ
りポリッシング対象物裏面およびトップリング下面のエ
ッチングを防止することができ、さらに加圧空気によっ
て開口に残留する液体を排出することができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明に係るポリッシング装置の一実
施例を図1乃至図4に基づいて説明する。図1及び図2
は本発明のポリッシング装置のポリッシング部を示す図
で、図1は縦断面図、図2は平面図である。ポリッシン
グ装置のトップリング部は、トップリング駆動軸1と、
トップリング本体3と、これらトップリング駆動軸1と
トップリング本体3との間に介装された球ベアリング2
とから構成されている。
【0010】前記トップリング駆動軸1の下端面中央部
には球ベアリング2が摺接する凹状球面1aが形成され
ている。トップリング本体3はトップリング本体上部3
−1とトップリング本体下部3−2とで構成されてい
る。トップリング本体上部3−1の上面中心部には球ベ
アリング2が摺接する凹状球面3−1aが形成され、ト
ップリング本体下部3−2の外周部にはウエハ外れ止リ
ング5が取付けられている。
【0011】トップリング本体下部3−2には下面に開
口する多数の開口3−2aが形成されている。トップリ
ング本体上部3−1には該開口3−2aに連通する連絡
溝3−1bが形成されており、連絡溝3−1bはトップ
リング本体上部3−1に形成された4本の連絡孔3−1
cに連通している。この連絡孔3−1cはチューブ10
とチューブ継手9及びチューブ継手11でトップリング
駆動軸1の中心に設けられた連通孔1bに連通されてい
る。前記連通孔1bは、配管30によって、バルブV1
を介して真空ポンプ31に連通され、バルブV2を介し
て加圧流体源32に連通され、バルブV3を介して中和
剤供給源33に連通され、さらにバルブV4を介して加
圧気体源34に連通されている。
【0012】前記トップリング駆動軸1にはフランジ部
1cが一体に設けられており、フランジ部1cの外周に
は4本のトルク伝達ピン7が設けられている。また、ト
ップリング本体3のトップリング本体上部3−1の上面
にはトルク伝達ピン7に対応して、4本のトルク伝達ピ
ン8が設けられている。トップリング本体下部3−2の
下面とウエハ外れ止リング5の内周とターンテーブル
(図示せず)上面とに囲まれた空間に半導体ウエハ6を
収容し、ターンテーブルを回転させるとともに、トップ
リング駆動軸1を回転させ、その回転トルクをトルク伝
達ピン7とトルク伝達ピン8の係合によりトップリング
本体3に伝達させてトップリング本体3を回転させ、且
つトップリング本体3を摺動させながら半導体ウエハ6
の表面を平坦且つ鏡面に研磨する。
【0013】トップリング駆動軸1のフランジ部1cの
上部にはトップリングホルダー4が設けられており、こ
のトップリングホルダー4はボルト41によりトップリ
ング本体3と連結されている。またボルト41とトップ
リングホルダー4との間にはスプリング42が介装され
ている。トップリング駆動軸1を上昇させるとトップリ
ングホルダー4はトップリング3とともに上昇する。こ
の上昇させた状態時にスプリング42は柔らかくトップ
リング本体3を水平に保つ機能を奏する。このトップリ
ング本体3を柔らかく水平に保つ機能は半導体ウエハ6
を受け渡しするときに有効に機能する。
【0014】図3は図1及び図2に示すポリッシング部
を用いたポリッシング装置の全体構成を示す図である。
図3において、符号20はターンテーブルであり、ター
ンテーブル20は軸21を中心に回転できるようになっ
ている。ターンテーブル20の外周部には研磨砥液等の
飛散を防ぐためのターンテーブルリング22が設けられ
ている。また、ターンテーブル20の上面には研磨布2
3が張られている。
【0015】ターンテーブル20の上部には前述のよう
に構成されたトップリング部が配置されている。トップ
リング駆動軸1の上部にはトップリングシリンダ12が
設けられており、トップリング本体3はトップリングシ
リンダ12により、ターンテーブル20に対して一定の
圧力で押圧されている。符号13はトップリング駆動モ
ータで、歯車14、歯車15、歯車16を介してトップ
リング駆動軸1に回転トルクを与えている。またターン
テーブル20の上方には研磨砥液ノズル17が設置され
ており、研磨砥液ノズル17によってターンテーブル2
0の研磨布23上に研磨砥液Qを供給できるようになっ
ている。
【0016】上記構成のポリッシング装置において、ト
ップリング本体下部3−2の下面に半導体ウエハ6を保
持し、トップリング本体3とターンテーブル20が回転
している状態で、ターンテーブル20の研磨布23上に
トップリングシリンダ12により圧力を加えて加圧す
る。この時研磨砥液ノズル17から研磨布23上に研磨
砥液Qを流しており、研磨布23に研磨砥液Qが保持さ
れ、半導体ウエハ6の研磨される面(下面)に砥液Qが
有る状態でポリッシングが行われる。
【0017】この時、ターンテーブル20の上面に僅か
な傾きがあったとしてもトップリング本体3は球ベアリ
ング2によりトップリング駆動軸1に対してトップリン
グ本体3が速やかに傾動する。トップリング本体3が傾
いても、トップリング駆動軸1側のトルク伝達ピン7と
トップリング本体3側のトルク伝達ピン8は点接触のた
めにそれぞれの場合で接触点をずらしてトップリング駆
動軸1の回転トルクを確実にトップリング本体3に伝達
する。
【0018】しかして、半導体ウエハ6をトップリング
本体3の下面に真空吸着するときには、バルブV1を開
いて真空ポンプ31を稼動させ、配管30、連通孔1b
等の真空ラインを介して開口3−2aからの吸引力によ
り半導体ウエハ6を吸着する。そして、ポリッシング中
には、中和剤供給源33から配管30、連通孔1b等の
液体供給ラインを介して開口3−2aより少量の中和剤
を半導体ウエハ6の裏面とトップリング本体3の下面と
の間に供給する。これにより、少量の中和剤が半導体ウ
エハ6の裏面に流れ、半導体ウエハ6の裏面がポリッシ
ング中の研磨砥液によってエッチングされることがな
い。なお、半導体ウエハ6の裏面に流れる液体はごく少
量であるため、研磨砥液への影響、すなわち砥液の研磨
作用に及ぼす影響は全くない。
【0019】また、従来行われているポリッシング方法
で、トップリングと半導体ウエハとの間に弾性マットを
介在させ、研磨圧力を半導体ウエハ全面で均一にする場
合がある。本発明の中和剤を供給することはこのような
弾性マットを介在させる場合にも、弾性マットおよび半
導体ウエハの裏面をエッチングされることがなく同様の
効果がある。
【0020】ポリッシング終了後には、半導体ウエハ6
を再びトップリング本体3に真空吸着した後、トップリ
ング本体3を上昇させ、所定場所にて半導体ウエハ6を
トップリング本体3から離脱させる。半導体ウエハ6の
真空吸着時に、砥液を同時に吸い込むため、または、ポ
リッシング中に砥液がトップリング本体3と半導体ウエ
ハ6との間に入り込むため、半導体ウエハ6がトップリ
ング本体3に密着している場合が多く、真空を解除した
だけでは半導体ウエハ6をトップリング本体3から離脱
させることができない。
【0021】そこで、ある一定の流量及び圧力に設定さ
れた液体(例えば純水)を、加圧液体源32から、配管
30、連通孔1b等の供給ラインを介して開口3−2a
よりトップリング本体3の下面と半導体ウエハ6の裏面
との間に供給し、液体の噴出力により半導体ウエハ6を
トップリング本体3から離脱させる。
【0022】次に、研磨後にトップリング本体3を図示
しないトップリング洗浄部まで移動させ、トップリング
本体3の下面をブラシおよび外部から供給する洗浄液に
より洗浄した後に、加圧気体源33から加圧気体を配管
30、連通孔1b等の液体供給ライン(加圧ラインも兼
用)および開口3−2aに供給する。これにより、液体
供給ラインに残留した液体や洗浄液を排出することがで
き、次の半導体ウエハ6を研磨するために、半導体ウエ
ハ6を真空吸着する際に液体が真空ポンプ系に吸引され
ることを防止できる。なお、トップリング下面洗浄の
際、開口に連通する加圧液体源に洗浄液を混合させて、
トップリング下面の開口から洗浄液を供給するようにし
てもよい。
【0023】なお、ポリッシング中に半導体ウエハ6と
トップリング本体3の下面との間に供給する中和剤は、
砥液がアルカリ溶液を主成分とする場合には、次亜塩素
酸ナトリウム(NaClO)またはクエン酸を含む溶液
等が適当である。次亜塩素酸ナトリウムを用いた場合、
開口、チューブ、配管系等を含む液体供給ライン中での
バクテリアの発生を防止する効果もある。
【0024】次に、ポリッシング装置に設置され、ポリ
ッシング装置のトップリングに又はトップリングから半
導体ウエハを受け渡しするポリッシング対象物受け渡し
機構を図4を参照して説明する。図4は本発明のポリッ
シング対象物受け渡し機構50の構造を示す図である。
図4において、符号51は円板状のベースであり、ベー
ス51の周端上部には複数の吸着コマ52が取付けら
れ、さらに吸着コマ52の上部には吸着パッド53が取
付けられている。そして、吸着コマ52と吸着パッド5
3のそれぞれの中央部には互いに連通する真空孔が形成
されており、真空孔は真空継手54を介して真空ライン
チューブ55に連通されている。
【0025】前記ベース51は軸56の上端に固定され
ており、軸56は軸受58にフランジ付き軸受スリーブ
57を介し上下に摺動自在に支持されている。符号60
はスプリングであり、スプリング60は軸56に形成さ
れた段部とスプリング押え部59の間に挟まれ、軸56
を上方に押し上げる弾発力を与える。なお、スプリング
押え部59はその外周に雄ネジが形成されており、軸受
58の中央部に形成された雌ネジに螺合されている。符
号62は軸56の先端部に螺合されたナットであり、こ
のナット62がストッパー61に当接することにより、
スプリング60による軸56の押し上げをこの位置で止
めている。
【0026】前記軸受58はアーム63の先端に固定さ
れており、アーム63はエレベータにより矢印Zに示す
ように上下動できるようになっている。上記構成のポリ
ッシング対象物受け渡し機構50において、吸着パッド
53の上部に半導体ウエハ6が載置されるようになって
おり、真空ラインチューブ55を真空源に接続すると半
導体ウエハ6は吸着パッド53上に真空吸着される。ま
た、吸着パッド53及び吸着コマ52を介してベース5
1に衝撃等の圧力が加わると軸56はスプリング60の
弾発力に抗して下降する。即ち、軸受スリーブ57、軸
受58、スプリング押え部59及びスプリング60はベ
ースに加わる衝撃等の圧力を緩衝する緩衝機構を構成し
ている。
【0027】受け渡し機構は50は、ポリッシングが終
了し、研磨した半導体ウエハ6をトップリング3から離
脱し、半導体ウエハ6を受け渡し機構に載せた状態で、
トップリング下面と半導体ウエハ裏面との距離が僅かに
離れた位置で停止するようになっている。トップリング
下面と半導体ウエハ裏面との距離は数mm程度であり、
この間隔を保った状態で、トップリング下面に形成した
開口3ー2aから加圧流体を噴出する。トップリング下
面と半導体ウエハ裏面との間が狭いため、噴出された流
体は半導体ウエハ6の裏面を洗浄すると同時に、そのす
ぐ上方にあるトップリング下面を洗浄することができ
る。
【0028】洗浄を所定時間行った後に、ポリッシング
対象物受け渡し機構50は、研磨されたウエハを次工程
へと搬送し、下面が洗浄されたトップリングは次のポリ
ッシングを行うために新たな半導体ウエハを保持する。
ここで、液体噴射中に、トップリングを回転させること
で効果的に洗浄を行うことができる。トップリング下面
及び半導体ウエハ裏面を洗浄している時に、研磨した半
導体ウエハの研磨面側(下面)に下方から水を供給する
ようにして乾燥させないようにするのが望ましい。これ
は砥液が乾燥して半導体ウエハの研磨面に固着すること
を防止するためである。
【0029】本実施例においては、ポリッシング対象物
として半導体ウエハを説明したが、ポリッシング対象物
はこれに限るものではない。また、ここで対象物として
いる半導体ウエハは、金属回路を表面に有するウエハ、
さらにその上に酸化シリコン等の絶縁膜を有するウエハ
のみならず、生ウエハ、及びその上に酸化シリコン等の
絶縁膜を有するウエハも含むものである。
【0030】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ト
ップリング本体下面の開口を真空源に連通してポリッシ
ング対象物を真空吸着することができ、ポリッシング後
には開口から流体を供給してポリッシング対象物を確実
に離脱させることができる。また、砥液中のアルカリ成
分を中和する中和剤を供給することにより、ポリッシン
グ対象物裏面およびトップリング下面のエッチングを防
止することができ、さらに加圧空気によって開口に残留
する液体を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリッシング装置の一実施例における
要部を示す縦断面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】本発明のポリッシング装置の全体構成を示す縦
断面図である。
【図4】本発明のポリッシング装置におけるポリッシン
グ対象物受け渡し機構を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 トップリング駆動軸 2 球ベアリング 3 トップリング本体 4 トップリングホルダー 5 ウエハ外れ止リング 6 半導体ウエハ 7,8 トルク伝達ピン 10 真空ライン用チューブ 12 トップリングシリンダ 13 トップリング駆動モータ 20 ターンテーブル 23 研磨布 31 真空ポンプ 32 加圧液体源 33 中和剤供給源 34 加圧気体源

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々独立した回転数で回転する上面に研
    磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有
    し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッ
    シング対象物を介在させて所定の圧力で押圧することに
    よって該ポリッシング対象物を研磨し平坦且つ鏡面化す
    るポリッシング装置において、前記トップリング本体に
    その先端が該トップリング本体下面に開口する複数の開
    口を設け、該開口部は、ポリッシング対象物を前記トッ
    プリング本体下面に真空吸着可能にするための真空源
    と、ポリッシング対象物を前記トップリング本体下面か
    ら液体供給により離脱可能なように加圧流体源と、砥液
    によるポリッシング対象物の裏面の過度なエッチングを
    防止するための砥液の中和剤供給源と、さらに該開口に
    残留する液体を排出するための加圧気体源とに連通され
    ていることを特徴とするポリッシング装置。
  2. 【請求項2】 各々独立した回転数で回転する上面に研
    磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有
    し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッ
    シング対象物を介在させて所定の圧力で押圧することに
    よって該ポリッシング対象物を研磨し平坦且つ鏡面化す
    るポリッシング装置において、前記トップリング本体に
    その先端が該トップリング本体下面に開口するとともに
    液体供給源に連通された複数の開口を設け、ポリッシン
    グ対象物をトップリング本体から受け渡しするポリッシ
    ング対象物受け渡し機構を設け、該受け渡し機構はポリ
    ッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だ
    け離隔して停止する機構を備えていることを特徴とする
    ポリッシング装置。
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