JPH0929616A

JPH0929616A - ポリッシング装置

Info

Publication number: JPH0929616A
Application number: JP20521795A
Authority: JP
Inventors: Nobu Shimizu; 展清水
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1995-07-19
Filing date: 1995-07-19
Publication date: 1997-02-04

Abstract

(57)【要約】【課題】回転ドラムを用いたポリッシング装置の長所
を活かしつつ、研磨時に衝撃、振動、騒音の生じない安
定な研磨を行うことができるポリッシング装置を提供す
る。【解決手段】研磨用パッド１６を表面に取付けた回転
可能なドラム３と、研磨対象物９が載置される台座と、
ドラム３を研磨対象物９の表面に押し付ける押圧手段１
０と、ドラム３を回転させる手段と、ドラム３が研磨対
象物９の研磨面の全域に当たるように台座１１，１２又
はドラム３を動かす手段と、研磨用パッド１６に砥粒を
含んだ研磨液を供給する手段１５とを備えたポリッシン
グ装置において、研磨用パッド９の継ぎ目５０をドラム
３の軸に対して斜めに配置したものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はポリッシング装置に
係り、特に研磨用パッドを表面に備えた回転ドラムによ
り、半導体ウエハ等の研磨対象物の表面を平坦且つ鏡面
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。特にサブミクロンレベル以下の光リソグ
ラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパの結像
面の高い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
一手段としてポリッシング装置により鏡面研磨すること
が行なわれている。

【０００３】特開平２−２６９５５２号公報によれば、
回転ドラムを用いたポリッシング方法及びポリッシング
装置が開示されている。このポリッシング方法は、研磨
対象物に、周面が略直線状に接触する状態で対向して配
設された円柱状の回転ドラムを回転させつつ、該回転ド
ラムの周面と研磨対象物との対向部間に砥液を供給し、
両者を該回転ドラムの軸芯に対して適当な角度をなす方
向へ直線的に相対移動させることによりポリッシングを
行なうものである。

【０００４】このような回転ドラムを用いた方法によれ
ば、従来から普及しているターンテーブル型のポリッシ
ング装置が必要であった大きな径のターンテーブルを必
要とせず、小型で軽量のポリッシング装置とすることが
できる。又、ポリッシング対象の半導体ウエハの研磨面
を直接目視することができるので、ポリッシング中にお
ける、その時点での研磨量あるいは残膜量を測定するこ
とが可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、回転ド
ラム上に装着された研磨用パッドは、不織布又はポリウ
レタンシート等で構成され、ドラムの上に接着剤で張り
付けて使用されるので、必ずパッドの継ぎ目が存在して
いた。この継ぎ目は、従来はドラムの軸芯と平行であっ
た。係るドラムの軸芯に平行なパッドの継ぎ目が、ドラ
ムの回転により研磨対象物上に来たときに、この研磨用
パッドがドラムの円周面上で途切れるので、研磨用パッ
ドの不連続性により衝撃が生じ、安定な研磨ができず、
研磨対象物の研磨面の平坦性にも悪影響を及ぼしてい
た。

【０００６】また、研磨対象物が例えば半導体ウエハで
ある場合には、半導体ウエハ上に加工された微細な凹凸
のパターンを研磨して、凹凸をなくし微視的に平坦にす
ることが必要となる。係る半導体ウエハを対象とした研
磨には、研磨用パッドはポリウレタン等の堅い性質のも
のが用いられる。このような堅い材質の研磨用パッド
を、単層でドラムに接着して使用すると、研磨用パッド
が弾性に乏しいため、ドラムの真円度や軸芯度のわずか
の誤差に伴うドラムの振れのため、研磨中に振動を発生
するという問題がある。この振動に伴い騒音が発生し、
研磨対象物の研磨面の平坦性にも問題を生じる。

【０００７】また、堅い研磨用パッドは、変形が小さい
ため、研磨対象物との接触幅が小さい。このため、研磨
速度が小さくなるという問題がある。

【０００８】また、研磨用パッドの下層に吸水性のある
不織布をドラムと研磨用パッドの間に装着すると、研磨
中に不織布が圧縮と弛緩を繰り返して、不織布が砥液を
吸って研磨用パッドが剥離するという問題がある。

【０００９】また、研磨用パッドは研磨に用いるごとに
消耗するので定期的に交換が必要である。研磨用パッド
は薄いと、比較的短期間に摩耗してしまい、その都度貼
替が必要であり、生産効率が悪くなるという問題があ
る。

【００１０】本発明は上述の事情に鑑みて為されたもの
であり、回転ドラムを用いたポリッシング装置の長所を
活かしつつ、研磨時に衝撃等の生じない安定な研磨を行
うことができるポリッシング装置を提供することを目的
とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様のポ
リッシング装置は、研磨用パッドを表面に取付けた回転
可能なドラムと、研磨対象物が載置される台座と、前記
ドラムを前記研磨対象物の表面に押し付ける押圧手段
と、前記ドラムを回転させる手段と、前記ドラムが前記
研磨対象物の研磨面の全域に当たるように前記台座又は
ドラムを動かす手段と、前記研磨用パッドに砥粒を含ん
だ研磨液を供給する手段とを備えたポリッシング装置に
おいて、前記研磨用パッドの継ぎ目を前記ドラムの軸に
対して斜めに配置したことを特徴とする。

【００１２】本発明の第１の態様によれば、回転ドラム
型のポリッシング装置において、研磨用パッドの継ぎ目
をドラムの軸に対して斜めに配置したことから、ドラム
の回転に伴い、研磨対象物側から見て研磨用パッドが途
切れない。これにより、従来の軸芯に平行なパッドの継
ぎ目で生じていた衝撃の発生という問題を回避すること
ができる。

【００１３】本発明の第２の態様は、前記ドラム表面と
前記研磨用パッドの間に非吸水性の弾性体パッドを装着
したことを特徴とする。

【００１４】本発明の第２の態様によれば、非吸水性の
弾性体パッドを間挿したことから、弾性体の変形によ
り、研磨用パッドと研磨対象物との接触面積を増大し、
研磨速度を向上させることができる。また、弾性体が非
吸水性であることから、研磨液を吸着するという問題が
無く、安定した研磨を行うことができる。

【００１５】本発明の第３の態様は、研磨用パッドを表
面に取付けた回転可能なドラムと、研磨対象物が載置さ
れる台座と、前記ドラムを前記研磨対象物の表面に押し
付ける押圧手段と、前記ドラムを回転させる手段と、前
記ドラムが前記研磨対象物の研磨面の全域に当たるよう
に前記台座又はドラムを動かす手段と、前記研磨用パッ
ドに砥粒を含んだ研磨液を供給する手段とを備えたポリ
ッシング装置において、前記研磨用パッドは、継ぎ目の
無い円筒状のパッドを用いたものであることを特徴とす
る。

【００１６】本発明の第３の態様によれば、研磨用パッ
ドは、継ぎ目の無い円筒状のパッドを用いたものである
ことから、ドラムの回転に伴い、研磨対象物側から見
て、研磨用パッドにまったく段差を生じない。これによ
り、従来の研磨用パッドの継ぎ目で生じていた衝撃の発
生という問題が無くなる。

【００１７】本発明の第４の態様は、前記研磨用パッド
を厚肉円筒状に形成して、前記ドラムに装着したことを
特徴とする。

【００１８】本発明の第４の態様によれば、研磨用パッ
ドを円筒状に形成したことから、パッドが消耗しきるの
に長時間を要し、パッドの交換周期を極めて長くするこ
とができる。これにより、保守性が向上する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について添付図面を参
照しながら説明する。尚、各図中同一の符号は、同一又
は相当部分を示す。

【００２０】図１は、本発明の第１実施例のポリッシン
グ装置を示す。このポリッシング装置は、砥粒を含んだ
研磨液を保持する研磨用パッド１６を表面に取り付けた
回転するドラム３を備えている。ドラム３は、図示しな
いドラムヘッド内の軸受によりその回転軸２が支持さ
れ、ドラム駆動用モータにより回転駆動される。研磨対
象物である半導体ウエハ９は、台座８に載置されてお
り、真空吸着により固定されている。台座８は、追従機
構１０を介してＹテーブル１１に固定されている。Ｙテ
ーブル１１は、研磨対象物９をＹ方向（ドラム軸芯と同
一方向）に揺動可能とする駆動機構を備えたテーブルで
ある。Ｘテーブル１２は、研磨対象物９をＸ方向（ドラ
ム軸芯と直角方向）に研磨対象物の全長に亘って移動可
能とする駆動機構を備えたテーブルである。研磨液供給
パイプ１５からは砥粒を含む研磨液がドラム３表面の研
磨用パッド１６に供給され、研磨用パッド１６に研磨液
が保持されてドラム３が回転することにより半導体ウエ
ハ９との接触面で研磨が行なわれる。

【００２１】このポリッシング装置においては、研磨対
象物の外周部を保護するフチダレ防止用の犠牲板１８を
備えている。研磨対象物である半導体ウエハ９は、真空
・圧力パイプ１７により研磨時は台座８に真空吸着さ
れ、研磨終了後は、エア加圧され、台座８からはずされ
る。なお、研磨対象物９をはずす際には、ウエハ押し上
げピン４０に固設された押し上げリング４１がシリンダ
４２により押し上げられることにより、台座８に密着し
た半導体ウエハ９を取りはずすことができる。

【００２２】このポリッシング装置においては、回転す
るドラムの接触面に対して均一な押圧力となるように研
磨対象の半導体ウエハを接触させる追従機構を２種類備
えている。第一の追従機構は、研磨対象物が載置された
台座８の下に、この台座を支える状態で断面が円形の棒
状支持体２０を、その軸芯がドラム３の軸芯と直角で且
つ台座８表面と平行になるように取り付けている。又、
第二の追従機構は、昇降座２１の下側部分が固定された
ダイヤフラム２２と、そのダイヤフラムを支えるエアク
ッションによるものである。昇降座２１は、昇降座ガイ
ド２５により上下方向に移動自在となっている。昇降座
２１の下面は、接続部材２６を介してダイヤフラム２２
に固定されている。ダイヤフラム２２の下部空間２３は
エアパイプ２４から圧縮空気が押し込まれエアクッショ
ンを形成する。

【００２３】研磨用パッド１６は、円筒形のドラム３の
外周に接着剤で張り付けて使用される。研磨用パッド１
６は、不織布、ポリウレタン成型品等の裏面に接着テー
プでドラムに張り付けられている。本実施例では、図１
に示すように研磨用パッド１６の継ぎ目５０は、ドラム
３の軸芯に対して斜めに配置されている。

【００２４】図２は、研磨用パッド１６の展開図であ
る。一例として、直径２００mmφのドラムに用いる場合
で、幅１８０mm、長さ６２８mmに対して、５０mm程度の
切り欠きを入れたものを用いている。本実施例では、研
磨用パッドの厚みは１〜２mm程度である。

【００２５】このように、円筒形ドラム３の表面に貼付
された研磨用パッド１６の継ぎ目５０を斜めに配置する
ことにより、ドラム３の円周面の全長にわたる回転中に
研磨用パッドが途切れる瞬間がない。従って、ドラムの
回転に伴う研磨用パッドの継ぎ目の影響をほとんど受け
ることがない。このため、従来の軸芯と平行な継ぎ目の
存在により、衝撃を生じ、振動及び騒音が発生し、研磨
対象物の平坦性に悪影響を及ぼしていた問題が解決され
る。

【００２６】図３は、本発明の第２実施例のドラムの構
造を示す。ドラム３の外周にはゴム等の非吸水性の弾性
体５１が配置され、更にその上に研磨用パッド１６が張
り付けられている。弾性体５１の厚みは、直径２００mm
φのドラムの場合には、１乃至数mm程度であることが好
ましい。ゴム等の弾性体５１は、ドラム３に接着剤で張
り付けても、又円筒状の形状を有するゴムをドラム３の
外周に挿入してもよい。研磨用パッド１６は、継ぎ目は
第１実施例と同様にドラムの軸芯に対して斜めに配置し
ている。研磨用パッド１６は、弾性体５１に接着剤で張
り付ければよい。尚、本実施例のポリッシング装置の全
体的な構造は、第１実施例と共通である。

【００２７】従来のようにステンレス材等のドラム表面
に堅い材質の研磨用パッドを単層で接着して使用する
と、研磨用パッドの表面が弾性に乏しいため、ドラムの
真円度あるいは軸芯のわずかの偏芯に伴うドラムの振れ
のため、研磨中に振動を発生して、半導体ウエハ等の研
磨の平坦性に問題を生じていた。また、研磨用パッドと
研磨対象物との接触面が直線状となるため、研磨速度が
上げられないという問題があった。本実施例では、図３
に示すように研磨対象物９と研磨パッド１６との間に弾
性体５１により接触幅Ｗの面で接触するようになる。従
って、ドラムの回転速度が等しければ、接触幅Ｗに相当
する面積で研磨が進行することになり、研磨速度が向上
する。また、弾性体が制振材の役割を果たして、振動、
騒音を押さえて安定した研磨を行うことができ、研磨対
象物の研磨面の平坦性が向上する。

【００２８】また、従来は研磨用パッドとドラムの間に
不織布等の吸水性のある間挿体を装着する場合がある
が、間挿体が圧縮と弛緩を繰り返すうちに、間挿体が砥
液を吸収して、研磨用パッドが剥離するという問題があ
った。弾性体５１が吸水性のないゴム等の材料を用いる
ことにより、間挿体が砥液を吸収して研磨用パッドが剥
離するという問題を回避することができる。

【００２９】図４は、本発明の第３実施例の回転ドラム
の構造を示す。尚、本実施例においても、ポリッシング
装置の全体的な構造は、第１実施例と共通である。本実
施例ではステンレス材等の回転ドラム３に厚肉の研磨用
パッド５８を装着している。この研磨用パッド５８は、
例えばポリウレタンからなる厚肉円筒体であり、その内
径は一例として５０mmφであり、その外径は２００mmφ
である。厚肉研磨用パッド５８は、その内径にドラム３
が挿入され、パッド押さえ５９で軸に固定される。厚肉
円筒状の研磨用パッドを予め製作しておき、ドラムを挿
入して止め具５９で固定してもよいが、金属製のドラム
３に直接、例えばポリウレタンからなる厚肉状の研磨用
パッド５８をモールドにより製作してもよい。また、ド
ラムを介さず軸に直接パッド５８を挿入あるいはモール
ドしても良い。

【００３０】係る厚肉研磨用パッド５８を用いることに
より、この研磨用パッドは継ぎ目がないことから、従来
技術の継ぎ目による衝撃、振動、騒音、さらに継ぎ目に
起因する平坦性の劣化という問題が生じない。また、研
磨用パッドは随時ドレッシングして使用されるため消耗
するので定期的に交換することが必要であり、研磨用パ
ッドが薄いと交換期間が短くなり生産効率がよくないと
いう問題があった。肉厚の研磨用パッド５８を採用する
ことにより、パッドの交換周期がきわめて長くなるた
め、保守性が向上する。

【００３１】なお、上述した実施例では研磨用パッドと
して、不織布又はポリウレタン等の材料について説明し
たが、その他の材料を用いたものであっても、精密な研
磨に利用できるものならば本発明の趣旨が適用できるの
は勿論のことである。また、非吸水性の弾性体としてゴ
ムを用いた例について説明したが、非吸水性であり、か
つ弾性を有するものであればよいのも勿論のことであ
る。また、本実施例は半導体ウエハの研磨の例について
説明したが、広く電子材料、光学材料等の研磨に適用で
きるのも勿論のことである。

【００３２】又、薄肉の継ぎ目のない研磨用パッドとド
ラムとの間に、非吸水性の弾性体を間挿してもよいこと
も勿論のことである。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、研磨用パッドの継ぎ目を軸芯に対して斜めに配置す
ることにより、研磨用パッドの継ぎ目での段差の衝撃が
著しく緩和され、振動、騒音を生じることなく安定した
研磨が行える。

【００３４】また、研磨用パッドとドラムの間に非吸水
性の弾性体を間挿することにより、弾性体が変形するこ
とにより研磨用パッドと研磨対象物との接触面積が増大
し、研磨速度を向上させることができる。また、研磨用
パッドの厚みのムラ、あるいは軸芯の偏芯を弾性体が吸
収して安定した研磨を行うことができる。更に又、非吸
水性の弾性体を用いることにより、砥液等を間挿体が吸
収することが無くなり、保守性が向上する。

【００３５】また、継ぎ目の無い円筒状研磨用パッドを
用いることにより、継ぎ目の衝撃の問題がなくなり、安
定した研磨を行うことができる。更に又、肉厚の円筒状
研磨用パッドを用いることにより、研磨用パッドの交換
周期を長くすることができ、その保守性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例のポリッシング装置の説明
図。

【図２】図１における研磨用パッドの展開図。

【図３】本発明の第２実施例の回転ドラム部分の断面構
造を示す説明図。

【図４】本発明の第３実施例の回転ドラム部分の構造を
示す説明図。

【符号の説明】

３ドラム９研磨対象物（半導体ウエハ）１６，５８研磨用パッド５０継ぎ目５１弾性体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨用パッドを表面に取付けた回転可能
なドラムと、研磨対象物が載置される台座と、前記ドラ
ムを前記研磨対象物の表面に押し付ける押圧手段と、前
記ドラムを回転させる手段と、前記ドラムが前記研磨対
象物の研磨面の全域に当たるように前記台座又はドラム
を動かす手段と、前記研磨用パッドに砥粒を含んだ研磨
液を供給する手段とを備えたポリッシング装置におい
て、前記研磨用パッドの継ぎ目を前記ドラムの軸に対して斜
めに配置したことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】前記ドラム表面と前記研磨用パッドの間
に非吸水性の弾性体パッドを装着したことを特徴とする
請求項１記載のポリッシング装置。
【請求項３】研磨用パッドを表面に取付けた回転可能
なドラムと、研磨対象物が載置される台座と、前記ドラ
ムを前記研磨対象物の表面に押し付ける押圧手段と、前
記ドラムを回転させる手段と、前記ドラムが前記研磨対
象物の研磨面の全域に当たるように前記台座又はドラム
を動かす手段と、前記研磨用パッドに砥粒を含んだ研磨
液を供給する手段とを備えたポリッシング装置におい
て、前記研磨用パッドは、継ぎ目の無い円筒状のパッドを用
いたものであることを特徴とするポリッシング装置。
【請求項４】前記研磨用パッドを厚肉円筒状に形成し
て、前記ドラムに装着したことを特徴とする請求項３記
載のポリッシング装置。