JPH10175158A

JPH10175158A - 半導体研磨装置

Info

Publication number: JPH10175158A
Application number: JP33694396A
Authority: JP
Inventors: Koji Iguchi; 幸治井口; Kazuhiro Sakaya; 和裕坂屋; Tsutomu Honma; 勉本間; Tadatoshi Tsuchiya; 忠利土屋; Takashi Narushima; 孝志成嶋; Akihiro Yamada; 明弘山田
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Microelectronics Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Priority date: 1996-12-17
Filing date: 1996-12-17
Publication date: 1998-06-30

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体研磨装置において、研磨クロスの磨耗
後に研磨クロス交換のために定盤から研磨クロスを剥が
す作業には熟練を要し、誰にでも容易にできる作業では
なかった。また研磨クロスを定盤から剥離させる時に破
けてしまうと、装置内にダストを飛散し問題であった。
かかる場合でも容易かつ安全に定盤から研磨クロスを剥
離できることを目的とする。【解決手段】半導体研磨装置において、研磨面の定盤
２を複数個に分割し、制御装置８とセンサー４ａ、４
ｂ、４ｃによって可動定盤１を種々の研磨クロス３の性
質に合った制御により相対的に任意な位置に移動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体製造工程にお
いて使用される研磨装置に関するもので、特に半導体ウ
エハーを平坦化しかつ鏡面状に研磨する工程に使用され
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体研磨装置の概略を図８に示
す。かかる研磨装置は一般に、上部表面に研磨クロス３
を配置した回転可能な定盤２と、下面に半導体ウエハー
２０を吸着し該ウエハーを研磨クロスの方向に加圧しな
がら保持するウエハー保持部１９と、該ウエハー２０と
研磨クロス３の間に研磨剤１８を供給する研磨剤供給ノ
ズル１７とを具備する。

【０００３】定盤は通常研磨面である上部表面が水平に
なるように配置され、研磨クロスは定盤２の上部表面に
取外し可能に密着して配置される。被加工半導体ウエハ
ー２０はウエハー保持部１９の平坦な下面に研磨すべき
面を下向きにして真空吸着させる。ウエハーの研磨すべ
き面が研磨クロスに対置するようにウエハー保持部１９
を研磨クロス３の上部に配置し、ウエハー２０と研磨ク
ロス３の接触面に研磨剤粒子が液体に分散された研磨剤
１８を供給しながら定盤２および必要があればウエハー
保持部１９を回転し、ウエハー２０に加重を加えながら
回転させることにより、ウエハ−を均等に押圧しながら
ウエハー表面を研磨する。

【０００４】かかる研磨方法においては、ウエハーの研
磨処理を続けるに従って研磨クロス３の表面は劣化し、
また変形する場合がある。このため研磨クロスは定期的
に交換する必要がある。そこで交換を容易にするため、
研磨クロス３としては研磨クロスの一方の面に粘着剤を
付着させた粘着タイプの研磨クロスを使用する。そし
て、使用時には定盤の表面にこの粘着剤によって研磨ク
ロスを固定し、研磨クロスの表面が劣化した場合に作業
者が定番２の研磨面から劣化した研磨クロスを手作業で
剥がし新しい研磨クロスと交換する方法が採られてい
る。

【０００５】しかし、研磨クロス３は薄くて破れやす
く、（具体的には厚さは一般的に約0.5 〜3mm であり材
質はポリウレタンまたはポリウレタン含浸ポリエステル
からなっている）、また研磨剤（一般的には超高純度シ
リカをアルカリ溶液中に分散させもの）が浸透して濡れ
ており作業性が悪いため、交換作業には熟練を要してい
た。さらに、研磨クロスの交換の作業中に研磨クロスが
破れてしまう場合がある。研磨クロスが破れると研磨装
置内に研磨クロスの一部がダストとして飛散し問題とな
っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように半導
体研磨装置においては研磨クロスを定期的に交換する必
要があるが、この交換作業には熟練を要し誰にでもでき
るものではなかった。さらに、研磨クロスの交換作業中
に研磨クロスが破れてしまった場合、装置内をダストに
より汚染することが問題となっていた。

【０００７】本発明の目的は上記の問題を解決し、研磨
クロスの交換作業を安全にかつ簡単に行うことができ、
交換作業時間を短縮して装置を停止させる時間を短く
し、単位時間あたりの生産ロット数を増加させることの
できる半導体研磨装置および研磨クロスの剥離方法を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による半導体研磨
装置は、表面に粘着タイプの研磨クロスを貼り付けた定
盤とウエハー保持部により保持されたウエハーを対置さ
せ、研磨クロスとウエハーとの間に研磨剤を供給し、ウ
エハーに荷重を加えながらウエハーを回転させることに
よりウエハー表面を研磨する半導体研磨装置において、
粘着タイプの研磨クロスを定盤の研磨面から容易に剥離
させることができるように、定盤の研磨面を複数個に分
割したものである。この複数個に分割された定盤は、個
々に相対的に移動する機構を持つことにより、研磨クロ
スに適切な張力を加え、研磨クロスを簡単に定盤の研磨
面から引き剥がすことができるようにしたものである。
さらに、この分割された定盤は個々に任意の高さに移動
する機構を持ち、分割された定盤の上下動により研磨ク
ロスに張力を加え、研磨クロスを定盤の研磨面から引き
剥がすことができるようにしたものである。また、本発
明による半導体研磨装置は、複数個に分割された定盤を
それぞれ制御する制御装置を具備して確実に研磨クロス
の取り外し作業を行うものである。さらに、複数個に分
割された定盤を制御する制御装置は、定盤移動のための
データを記憶する記憶部を有し、このため、種類の異な
る種々の研磨クロスに対しても適切な剥離処理を容易に
行うことができる。

【０００９】さらに、表面に粘着タイプの研磨クロスを
貼り付けた研磨面を複数個に分割した定盤とウエハー保
持部により保持されたウエハーを対置させ、研磨クロス
とウエハーとの間に研磨剤を供給し、ウエハーに荷重を
加えながらウエハーを回転させることによりウエハー表
面を研磨する半導体研磨装置において、前記複数個に分
割された研磨面を移動させることにより研磨面から研磨
クロスを剥がす剥離方法を提供するものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態を以下に
図１を用いて説明する。第１の実施形態における半導体
研磨装置の定盤は、粘着タイプの研磨クロス３を貼り付
ける研磨面の中央部を分割し、研磨面に対して垂直方向
に移動する中央部の可動定盤１と、それを保持する固定
定盤２から構成されている。通常の動作状態では、可動
定盤１と固定定盤２の各研磨面は同一平面を成し、研磨
クロス３はその上に水平になるようにそして取り外し可
能に接着されている。

【００１１】図１は研磨クロスを定盤から取外す工程に
おいて、可動定盤１が上昇し始めた状態を示す。研磨ク
ロス３を剥がす際には、例えば円形の可動定盤１の研磨
面の高さを徐々に高くして可動定盤の上方から均一に研
磨クロスに張力を加え、固定定盤２上の研磨クロスを中
央部から順次周辺部方向に引き剥がすことにより行う。
図１は固定定盤２上の研磨クロスが中央部付近において
一部剥離を開始している状態を示している。

【００１２】図１において、可動定盤１の上昇は、エア
シリンダ５内にポンプ７によって高圧エアを送り込むこ
とによって行われる。これらの制御は、可動定盤１の下
端部の位置を３個のレベルセンサ４ａ、４ｂ、４ｃによ
り検出し、切り替えバルブ６の開閉を制御する制御装置
８によって行われる。固定定盤２上の研磨クロスが剥離
されれば、後の可動定盤１上の研磨クロスの剥離は手作
業でも容易に行うことができる。

【００１３】逆に可動定盤１を下降させるときには、例
えばバルブ６を解放しエアシリンダ５内のエアを抜くこ
とによって行う。本発明の第２の実施形態を図２を用い
ながら説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と
同様の構造を持ちながら可動定盤１の形状を変えたもの
である。

【００１４】第２の実施形態の半導体研磨装置は、粘着
タイプの研磨クロス（図中では見やすさの便から研磨ク
ロスを省略してあるが、本来は研磨面の上面に位置す
る。）を貼り付ける研磨面を十字型に分割し、これを研
磨面に対して垂直方向に移動する可動定盤１と、それを
保持する固定定盤２から構成されている。またここで可
動定盤と固定定盤という呼び方を用いているが、可動定
盤と固定定盤の移動は相対的なものであって、第２の実
施形態において前記可動定盤１が固定されていて前記固
定定盤２が下方へ移動しても研磨クロスの剥離は可能で
あり、また前記可動定盤１が上方へ移動し、前記固定定
盤２が下方へ移動するというように、両者が相対的に移
動しても研磨クロス（前記同様図中では省略してあ
る。）の剥離が可能なのはいうまでもない。

【００１５】なお図２（ａ）で示される本発明の第２の
実施例の斜視図では、見やすいように便宜上研磨クロス
を省いてあるが、実際は各々の定盤の相対的な垂直方向
移動によって一部剥離を開始している状態においては、
可動定盤１もしくは固定定盤２の上に研磨クロスが位置
するものである。

【００１６】研磨クロスを押し上げる定盤１または定盤
２の面積が大きいこと、および押し上げる部分が定盤の
中央部のみならず周辺部にも配置されることにより、更
に研磨クロスの破損を防止でき、安定した研磨クロスの
剥離を行うことができる。

【００１７】可動定盤１の形状は、第１の実施形態の円
形および第２の実施形態の十字型に限定されるものでは
なく、様々な形状のものに置き換えられるのはいうまで
もない。

【００１８】本発明の第３の実施形態を図３を用いなが
ら説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態と同様
の構造を持ちながら可動定盤１を複数個設けるものであ
る。第３の実施形態の半導体研磨装置は、第１の実施形
態および第２の実施形態と同様粘着タイプの研磨クロス
３を貼り付ける研磨面を複数の部分に分割したものであ
るが、研磨面に対して垂直方向に移動可能な複数の可動
定盤１と、それを保持する固定定盤２から構成されてい
る。通常の動作状態では、複数の可動定盤１と固定定盤
２の各研磨面は同一平面を成し、研磨クロス３はその上
に水平になるようにそして取り外し可能に接着されてい
る。図３は２つの可動定盤１が上昇し始めた状態を示
す。固定定盤２上の研磨クロスが２つの可動定盤１の周
囲部において一部剥離を開始している状態を示してい
る。

【００１９】第３の実施形態においても第１の実施形態
と同様研磨クロス３を剥がす際には、各可動定盤１の研
磨面の高さを徐々に高くして、各可動定盤１により上方
から均一に研磨クロスに張力を加え、研磨クロスを可動
定盤部から順次その周辺部方向に引き剥がすことにより
行われる。各可動定盤１の上昇は、エアシリンダ５内に
ポンプ７によって高圧エアを送り込むことによって行
う。これらの制御は、各可動定盤１の下端部の位置をそ
れぞれ３個のレベルセンサ４ａ、４ｂ、４ｃにより検出
し、各切り替えバルブ６の開閉を制御する制御装置８に
よって行われる。逆に可動定盤１を下降させるときに
は、バルブ６を解放しエアシリンダ５内のエアを抜くこ
とによって行う。

【００２０】可動定盤を複数個設けることにより複数の
部分において剥離を開始できるなど様々な剥離方法、剥
離形態が可能となり、種類の異なる研磨クロスの剥離に
対しても柔軟に対応することができる。

【００２１】また複数の可動定盤１は互いに同じ動きを
することに限定されておらず、例えば複数設けた可動定
盤１の端の方から順に徐々に高さを増していくなど様々
な形態が可能であることはいうまでもない。

【００２２】本発明の第４の実施形態を図４を用いなが
ら説明する。第４の実施形態は、第１の実施形態と同様
の構造を持ちながら可動定盤を複数個設け、一つの可動
定盤１ｂにもう一つの可動定盤１ａを内蔵して設けるよ
うに構成したものである。

【００２３】第４の実施形態の半導体研磨装置は、粘着
タイプの研磨クロス３を貼り付ける研磨面を可動部分１
ａとその周囲の可動部分１ｂと固定部分２に分割したも
ので、研磨面に対して垂直方向に移動できる可動定盤１
ａとそれ自身垂直方向に移動可能でしかも可動定盤１ａ
を保持する可動定盤１ｂと、この可動定盤１ｂを保持す
る固定定盤２から構成されている。第１の実施形態と同
様通常の動作状態では、可動定盤１ａと可動定盤１ｂお
よび固定定盤２の各研磨面は同一平面を成し、研磨クロ
ス３はその上に水平になるようにそして取り外し可能に
接着されている。図４は可動定盤１ａ及び可動定盤１ｂ
が同時に上昇し始めた状態を示す。固定定盤２上の研磨
クロスが可動定盤１ａにおいて一部剥離を開始している
状態を示している。

【００２４】研磨クロス３を剥がす際には、可動定盤１
ａおよび可動定盤１ｂの研磨面の高さを徐々に高くして
可動定盤１ａおよび可動定盤１ｂにより上方から均一に
研磨クロス張力を加え、研磨クロスを中央部から順次周
辺部方向に引き剥がすことにより行われる。可動定盤１
ａおよび可動定盤１ｂの上昇は、エアシリンダ５内にポ
ンプ７によって高圧エアを送り込むことによって行う。
これらの制御は、可動定盤１の下端部の位置を６個のレ
ベルセンサ４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆにより
検出し、切り替えバルブ６の開閉を制御する制御装置８
によって行われる。逆に可動定盤１ａおよび可動定盤１
ｂを下降させるときには、バルブ６を解放しエアシリン
ダ５内のエアを抜くことによって行う。

【００２５】可動定盤を二重にして設けることにより、
研磨クロスにかかる張力を分散できるなど、様々な剥離
方法、剥離形態が可能になり、種類の異なる研磨クロス
の剥離に対し柔軟に対応することができる。また、複数
個設けた可動定盤１ａ、可動定盤１ｂの動き方は上記に
限定されるわけではなく、可動定盤１ｂを上昇させた後
で可動定盤１ａを上昇させるなど、種々の方法が可能で
あることはいうまでもない。

【００２６】本発明の第５の実施形態を図５を用いなが
ら説明する。本発明の第５の実施形態は、第１の実施形
態と同様の構造を持ちながら第１の実施形態の可動定盤
１の可動部分に対し回転運動を加えることができるよう
にしたものである。

【００２７】本発明の半導体研磨装置は、粘着タイプの
研磨クロス３を貼り付ける研磨面の中央部を分割し、こ
れを研磨面に対して垂直方向に移動する可動定盤１１
と、その中に内蔵される回転用のモータ９、可動定盤１
１の上部に回転用金属板１０、そして可動定盤１１を保
持する固定定盤２から構成されている。

【００２８】研磨クロス３を剥がす際には、可動定盤１
１の研磨面の高さを徐々に高くして金属板１０の上方か
ら均一に研磨クロス張力を加え、研磨クロスを中央部か
ら順次周辺部方向に引き剥がすことにより行われる。可
動定盤１１の上昇は、エアシリンダ５内にポンプ７によ
って高圧エアを送り込むことによって行う。これらの制
御は、可動定盤１１の下端部の位置を３個のレベルセン
サ４ａ、４ｂ、４ｃにより検出し、切り替えバルブ６の
開閉を制御する制御装置８によって行われる。逆に可動
定盤１１を下降させるときには、バルブ６を解放しエア
シリンダ５内のエアを抜くことによって行う。

【００２９】また研磨クロスの剥離を促進させるため
に、必要に応じて可動定盤１１上の金属板１０をモータ
９を使って回転させることができる。以上のように可動
定盤を複数に分割し、かつ必要に応じて可動定盤１１の
みに回転運動を加味することにより、可動定盤１１上の
研磨クロスも手作業によらずに剥離できるなど、様々な
剥離方法、剥離形態が可能になり、種々の研磨クロスの
剥離に対し柔軟に対応することができる。

【００３０】また第５の実施形態の半導体研磨装置の可
動定盤１１は、上下運動に回転運動を加えて螺旋運動を
するものであるが、単独で螺旋運動をする機構を用いる
ことも可能であることはいうまでもない。また金属板１
０の材質は、耐薬品（研磨剤等）性があれば良く、種々
の材料を用いることが可能であることはいうまでもな
い。さらに、複数個に分割された定盤を制御する制御装
置８は、定盤移動のためのデータを記憶する記憶部を有
することができ、このため、種類の異なる種々の研磨ク
ロスに対しても適切な剥離処理を容易に行うことができ
る。例として図７に高さ制御の例を図７に示す。図７
は、第１の実施形態において可動定盤１が行った駆動の
位置（高さ）と時間との関係を表したものである。可動
定盤１はこの特性図に示されるように、単なる等速度運
動ではなく、研磨クロスの性質に対応して適切に制御さ
れる。図７に示されるような制御データは様々な研磨ク
ロスについて作成される。第１の実施形態の例でいえ
ば、半導体研磨装置の可動定盤１、レベルセンサー４
ａ，４ｂ，４ｃおよび制御装置８を用いて、種々の研磨
クロスに対して最適の剥離プロセスを採用できることは
いうでもない。

【００３１】本発明の第６の実施形態を図６を用いなが
ら説明する。本発明の第６の実施形態は、可動定盤１２
の構造が第１の実施形態とは違い、ネジ１３をモーター
の動力で回転させ、可動定盤１２を上下運動させるもの
である。また、長さ可変式シャーシ１５はシャーシ１４
の中に一部内蔵されており、モータ１６の回転によりシ
ャーシ１４を回転させながらシャーシ１４の長さを変え
させて上下運動をさせる構造になっている。また第１の
実施形態と同様に、制御装置８がレベルセンサー４ａ、
４ｂ、４ｃを使って可動定盤１２を制御することによ
り、様々な研磨クロス３に対応することができる。

【００３２】定盤を複数に分割し、可動定盤の上下動を
モータによる回転運動により行うことにより複雑な制御
が容易になり、様々な剥離方法、剥離形態が可能にな
り、種々の研磨クロスの剥離に対し柔軟に対応すること
ができる。

【００３３】このようにエアシリンダー以外の駆動装置
を用いて可動定盤を動作させることによっても、本発明
の研磨クロスの剥離において上記実施の形態と同様の効
果を有することができ、その他の駆動装置としては油
圧、ラックとピニオン、カムシャフト、リンク等を用い
ても可能であることはいうまでもない。

【００３４】

【発明の効果】本発明の半導体研磨装置を用いることに
より、容易に研磨クロスを剥がし交換することができ、
クロスを破いて装置内にダストを飛散することがなく、
研磨クロスの交換時間の短縮によって作業者の作業軽減
ができ、また作業効率および生産効率の向上がはかれ
る。また、本発明を実施するのに従来のように熟練を要
することなく、安全にかつ容易に作業が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体研磨装置
を示す断面図。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体研磨装置
を示す斜視図及び上面図。

【図３】本発明の第３の実施形態に係る半導体研磨装置
を示す断面図。

【図４】本発明の第４の実施形態に係る半導体研磨装置
を示す断面図。

【図５】本発明の第５の実施形態に係る半導体研磨装置
を示す断面図。

【図６】本発明の第６の実施形態に係る半導体研磨装置
を示す断面図。

【図７】本発明の第１の実施形態に係る可動定盤のシー
ケンスの一例を示す図。

【図８】従来の半導体研磨装置を示す断面図。

【符号の説明】

１…可動定盤２…固定定盤３…研磨クロス４ａ、４ｄ…上限センサー４ｂ、４ｅ…原点センサー４ｃ、４ｆ…下限センサー５…エアシリンダー６…切り替えバルブ７…ポンプ８…制御装置９…モータ１０…金属板１１…可動定盤１２…可動定盤１３…ネジ１４…シャーシ１５…長さ可変式シャーシ１６…モータ１７…研磨剤供給ノズル１８…研磨剤１９…ウエハー保持部２０…ウエハー

フロントページの続き (72)発明者本間勉神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者土屋忠利神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者成嶋孝志神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内 (72)発明者山田明弘神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地１東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に粘着タイプの研磨クロスを貼り付け
た定盤とウエハー保持部により保持されたウエハーを対
置させ、研磨クロスとウエハーとの間に研磨剤を供給
し、ウエハーに荷重を加えながらウエハーを回転させる
ことによりウエハー表面を研磨する半導体研磨装置にお
いて、前記定盤を複数個に分割したことを特徴とする半
導体研磨装置。
【請求項２】前記複数個に分割した定盤を個々に相対的
に移動する機構を持つことを特徴とする請求項１記載の
半導体研磨装置。
【請求項３】前記複数個に分割した定盤の研磨面を個々
に任意の高さに移動する機構を持つことを特徴とする請
求項１または請求項２記載の半導体研磨装置。
【請求項４】前記複数個に分割した定盤を移動する機構
を制御する制御装置を具備することを特徴とする請求項
２または請求項３記載の半導体研磨装置。
【請求項５】前記複数個に分割された定盤を制御する前
記制御装置が定盤移動のためのデータを記憶する記憶部
を有することを特徴とする請求項４記載の半導体研磨装
置。
【請求項６】表面に粘着タイプの研磨クロスを貼り付け
た研磨面を複数個に分割した定盤とウエハー保持部によ
り保持されたウエハーを対置させ、研磨クロスとウエハ
ーとの間に研磨剤を供給し、ウエハーに荷重を加えなが
らウエハーを回転させることによりウエハー表面を研磨
する半導体研磨装置において、前記複数個に分割した定
盤の研磨面を移動させることにより研磨面から研磨クロ
スを剥がすことを特徴とする研磨クロスの剥離方法。