JPH10230450A - ポリッシング装置及び方法 - Google Patents
ポリッシング装置及び方法Info
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- JPH10230450A JPH10230450A JP5107897A JP5107897A JPH10230450A JP H10230450 A JPH10230450 A JP H10230450A JP 5107897 A JP5107897 A JP 5107897A JP 5107897 A JP5107897 A JP 5107897A JP H10230450 A JPH10230450 A JP H10230450A
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- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
物の管理を行うことによりポリッシング対象物が割れる
ことによる損害を抑制できるポリッシング装置と方法を
提供することを目的とする。 【解決手段】 ターンテーブル20とトップリング本体
3とを有し、前記ターンテーブル20とトップリング本
体3との間に半導体ウエハ6を介在させて所定の圧力で
押圧することによって半導体ウエハ6を研磨し平坦且つ
鏡面化するポリッシング方法において、半導体ウエハ6
のポリッシングの際、半導体ウエハ6の背面に供給する
流体の供給圧力と供給流量の少なくとも一方を検出する
ことにより、前記圧力と流量の少なくとも一方が変化し
たときにポリッシングを停止する。
Description
び方法に係り、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及び方
法に関する。
化が進み、回路の配線間距離が狭くなりつつある。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。
従来、半導体ウエハの平坦化装置として自己平坦化CV
D装置やエッチング装置等があるが、これらは完全な平
坦化を実現できていない。最近、前記装置に比べて容易
で完全な平坦化を実現できると期待されるポリッシング
装置により平坦化を行うことが試みられている。
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
トップリング本体との間にポリッシング対象物を介在さ
せてポリッシング対象物を所定の圧力でターンテーブル
に押圧して、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。研磨終了後はポリ
ッシング対象物をトップリング本体から離脱させ、ポリ
ッシング対象物は次の処理、例えば洗浄処理に移され
る。
シング対象物が割れてしまい、研磨布上に破片が散らば
ることがあった。この研磨布を再使用した場合に、ポリ
ッシング対象物の表面に傷を与えてしまうので、割れる
毎に研磨布を交換しなければならなかった。また割れな
かったとしても、ポリッシング対象物がトップリング本
体からポリッシング対象物が飛び出したりしてしまうこ
とがあった。この時、飛び出したポリッシング対象物が
半導体シリコンウエハ等の脆性材料で構成されている場
合、ターンテーブルを覆う壁面等に衝突してポリッシン
グ対象物の外周部にチッピング等の破損を生じる場合が
ある。この破損したポリッシング対象物を再度研磨する
ときには、前記破損箇処の付近に軽く力が加わっただけ
でも、ポリッシング対象物は容易に割れやすくなる。
が割れることと、トップリング本体から飛び出すことを
防止するための工夫が先に提案されている。例えば、ト
ップリング下面とウエハの間に弾性マット等の緩衝物を
介在させて研磨し、ウエハの割れや欠けを減少させる方
法や、ポリッシング対象物の周囲をガイドしてトップリ
ング内にポリッシング対象物を固定させることにより研
磨中の飛び出しを防止する方法が知られている。
ずれも予防であるので、ポリッシング対象物が割れるこ
とと、トップリング本体から飛び出すことを完全に防止
することは不可能である。このため従来はポリッシング
対象物が破損した場合の対策がなされずにポリッシング
を継続させていたため、上記の如く破損した結果生ずる
損害は解決されないままであった。
で、研磨工程において連続してポリッシング対象物の管
理を行うことによりポリッシング対象物が割れることに
よる損害を抑制できるポリッシング装置と方法を提供す
ることを目的とする。
ため、本発明のポリッシング方法は、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
プリング本体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方法におい
て、前記ポリッシング対象物のポリッシングの際、前記
ポリッシング対象物の背面に供給する流体の供給圧力と
供給流量の少なくとも一方を検出することにより、前記
圧力と流量の少なくとも一方が変化したときにポリッシ
ングを停止することを特徴とするものである。
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本体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
方法において、真空吸着により前記トップリング本体の
下面に前記ポリッシング対象物を保持する第一の工程を
有し、該第一の工程の間、トップリング本体と真空源と
を接続する真空ライン内の気体の圧力および流量の少な
くとも一方を検出して前記ポリッシング対象物の前記ト
ップリングの下面への真空吸着の有無を判定し、前記ト
ップリング本体を前記ターンテーブルに対して押圧し、
前記トップリング本体とターンテーブルとの相対運動に
より前記ポリッシング対象物をポリッシングする第二の
工程を有し、該第二の工程の間、前記ポリッシング対象
物とトップリング本体の間に一定圧力に加圧された流体
を供給して、前記加圧流体の供給圧力と供給流量の少な
くとも一方を検出して前記ポリッシング対象物の破損の
有無を判定し、前記ポリッシングを終えた後、真空吸着
により前記トップリング本体の下面に前記ポリッシング
対象物を保持する第三の工程を有し、該第三の工程の
間、前記真空ライン内の圧力および流量の少なくとも一
方を検出して前記ポリッシング対象物の前記トップリン
グの下面への真空吸着の有無を判定し、加圧流体をポリ
ッシング対象物とトップリング本体の間に供給して、ポ
リッシング対象物をトップリング本体の下面から離脱さ
せる第四の工程を有し、該第四の工程の後、前記真空源
を稼動させて前記真空ライン内の気体の圧力および流量
の少なくとも一方を検出してポリッシング対象物のトッ
プリング本体からの離脱の有無を判定することを特徴と
するものである。
り付け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本体との間にポリッ
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
よって前記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
開口と、前記開口部から一定圧力に加圧した流体をポリ
ッシング対象物の背面に供給するための加圧流体源と、
前記開口部と前記加圧流体源との間に位置し、前記加圧
流体の圧力と流量の少なくとも一方を検出する検出部
と、前記流体の圧力と流量の少なくとも一方が変化した
ときにポリッシングを停止するための制御部とを備えた
ことを特徴とするものである。
リッシング対象物をトップリング本体へ取り付ける工
程、ポリッシング工程、トップリング本体から離脱させ
る工程を連続させて行う処理において、ポリッシング対
象物の破損の危険を常時一貫して管理することにより、
処理中のポリッシング対象物の破損を未然に防ぐことが
でき、またポリッシング対象物が破損したときの損害を
最小限に抑制することができる。
装置及び方法の一実施例を図1乃至図3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。
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。
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
て加圧液体源32に連通され、さらにバルブV3を介し
て加圧気体源33に連通されている。
液体が収容されており、加圧気体源33には、加圧され
た空気等の気体が収容されている。バルブV1と真空ポ
ンプ31の間の配管には、真空ポンプ31より上流側の
圧力を測定するための圧力計G1および真空排気流量を
測定するための流量計q1が取付けられている。バルブ
V2と加圧液体源32の間の配管には、加圧液体源32
より下流側の圧力を測定するための圧力計G2および液
体の流量を測定するための流量計q2が取付けられてい
る。バルブV3と加圧気体源33の間の配管には、加圧
気体源33より下流側の圧力を測定するための圧力計G
3および気体の流量を測定するための流量計q3が取付け
られている。これら圧力計G1,G2,G3および流量計
q1,q2,q3から圧力値信号および流量値信号が本ポ
リッシング装置の制御部(図示しない)へ出力される。
また前記加圧液体源32および加圧気体源33は各々
(図示しない)加圧力を設定するための機構と加圧力を
保持するための機構を備えている。
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の内周と図示しないターン
テーブルの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。トップリング本体3の
上面にはボルト41が固定され、ボルト41の頭部と、
駆動軸1のフランジ部1cに係合するトップリングホル
ダ4との間には、圧縮コイルスプリング42が介装され
ている。
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。トップリング駆動軸1の上端にはト
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によってターンテ
ーブル20に対して押圧されるようになっている。また
トップリング駆動軸1は歯車14,15,16を介して
トップリング駆動モータ13に連結されており、このモ
ータ13によりトップリング本体3が回転駆動されるよ
うになっている。
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
している状態で両者の間に相対運動を起こさせ、トップ
リングシリンダ12により研磨布23に対してトップリ
ング本体3を押圧する。この時、研磨砥液ノズル17か
ら研磨布23上に研磨砥液Qを供給しており、研磨布2
3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。
示しない)で半導体ウエハ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をトップリング本体3に吸着する。このとき、圧
力計G1の圧力指示値、または流量計q1の流量指示値の
どちらかが所定時間内に各々の所定値よりも低くなれば
吸着完了したと確認でき、本ポリッシング装置は引き続
いて次の例えばポリッシング処理を進めることができ
る。もし吸着完了しない場合は、半導体ウエハ6がトッ
プリングからズレて吸着していることがあり、このまま
次のポリッシング工程に進むと半導体ウエハ6を破損す
る可能性があるので、本ポリッシング装置の制御部(図
示しない)により故障と見なされ、前記制御部はポリッ
シング装置の運転を自動中断する。先の吸着完了の後、
続けてポリッシング位置まで半導体ウエハ6を真空吸着
したままトップリング本体3を移動する。この間も常
時、前記真空吸着の確認処理を行う。
降、押し付けて、ポリッシングを行うが、ポリッシング
の最中はバルブV1を閉めて前記真空吸着を切り、バル
ブV3を開いて、ウエハの背面に開口3−2aから一定
圧力に加圧された気体を供給する。この間、圧力計G3
の圧力指示値と流量計q3の流量指示値を制御部(図示
しない)で常時計測する。もしポリッシングに異変が起
こると前記圧力指示値と流量指示値の変化が検出され
る。この変化は次のように起こる。例えば、研磨中ウエ
ハが割れて開口部3−2aにウエハの破片が詰って供給
する気体の通路内に抵抗が増えてしまい、供給する気体
の流量が減少したり、供給する気体の圧力が一時的に増
大する。あるいは破片が研磨布23とウエハ外れリング
5の下面の間に挟まった時や、研磨布23とトップリン
グ本体下部3−2の間に破片が幾つか重なり合った時
に、研磨布23とトップリング本体下部3−2の間に空
間が増大して、供給する気体の通路の抵抗が減って、供
給する気体の流量が増えたり、供給する気体の圧力が一
時的に減少する。また加圧気体源33自体が故障して、
供給圧力が前記一定圧力よりも上昇することもある。こ
の場合、半導体ウエハ6とトップリング本体下部3−2
との間に隙間が生じ、ウエハ外れ止めリング5からウエ
ハが飛び出す可能性が増大する。
変化が生じ、この変化が前記制御部で検出されたら、制
御部は直ちに、ターンテーブル20とトップリング本体
3の回転を止め、トップリング本体3を上昇させる指令
をポリッシング装置に対して送り、ポリッシングが停止
され、ウエハへの負荷をなくす。これにより、半導体ウ
エハ6が割れて研磨布23上に破片が散らばることを抑
制することができる。またトップリング本体3から割れ
ずに飛び出したウエハのチッピングや傷をチェックし、
割れの恐れのあるウエハを再研磨しないことにすれば割
れる危険を未然に防げる。なお研磨中のウエハの破損の
管理に気体の圧力や流量を用いたが、この代わりに加圧
液体を供給して同様に液体の圧力や流量を用いてもよ
い。
めた後、バルブV1を開き、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、半導体ウエハ6の離脱場所(図示しない)
までトップリング本体3を移動させる。この工程中、前
記真空吸着及び真空吸着確認処理を常時行う。これは半
導体ウエハ6が研磨砥液Qの表面張力により研磨布23
上に吸着したままになったり、あるいはトップリング本
体3を移動させているときにも半導体ウエハ6がトップ
リング本体3から外れてしまったりする不具合の発生を
確認するために行う。
手順について具体的に説明する。まずバルブV1を閉
じ、次にバルブV2またはV3を一定時間開けて、液体
(例えば純水)または気体(例えば空気)を、加圧液体
源32または加圧気体源33から、配管30、連通孔1
b、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、半導体ウエハ6をト
ップリング本体3から離脱させる。
は液体の供給を停止し、さらに続けてバルブV1を開け
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から吸引を行う。こ
の処理の所定時間内に、圧力計G1の圧力指示値がほぼ
ポリッシングを行う環境の圧力より低く、しかもある基
準値よりも高い圧力を示すか、あるいは流量計q1の流
量指示値がある基準値よりも高くなるのかのいずれか早
い方を制御部(図示しない)が検出することにより半導
体ウエハ6が離脱完了されたと確認でき、本ポリッシン
グ装置は引き続いて次の処理を進めることができる。
本体3に半導体ウエハ6がまだ吸着していることがある
ので、このまま次のポリッシング対象物である半導体ウ
エハ6を研磨するため、次のウエハをトップリング本体
3に真空吸着しようとすると、前記研磨工程を経た半導
体ウエハの下に未研磨半導体ウエハが取付けられるの
で、未研磨半導体ウエハには真空吸着力が働かず、未研
磨半導体ウエハは落下して割れる可能性がある。そこ
で、研磨工程を経た半導体ウエハ6がトップリング本体
3から離脱完了しない場合には、本ポリッシング装置の
制御部(図示しない)により故障と見なされ、前記制御
部はポリッシング装置の運転を自動中断する。
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、ここでポリッシング
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、無積層ウエハ、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。
リッシング対象物をトップリング本体へ取り付ける工
程、研磨工程、トップリング本体から離脱させる工程を
連続させて行う処理において、ポリッシング対象物の破
損の危険を常時一貫して管理することにより、処理中の
ポリッシング対象物の破損を未然に防ぐことができ、ま
たポリッシング対象物が破損したときの損害を最小限に
抑制することができる。
要部を示す縦断面図である。
断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 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本体との間に
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方法において、前記ポリッシング
対象物のポリッシングの際、前記ポリッシング対象物の
背面に供給する流体の供給圧力と供給流量の少なくとも
一方を検出することにより、前記圧力と流量の少なくと
も一方が変化したときにポリッシングを停止することを
特徴とするポリッシング方法。 - 【請求項2】 前記ポリッシング対象物を前記トップリ
ング本体に真空吸着させる際に、トップリング本体と真
空源とを接続する真空ライン内の気体の圧力および流量
の少なくとも一方を検出することにより、ポリシッング
対象物が正常に真空吸着されたか否かを判定することを
特徴とする請求項1記載のポリッシング方法。 - 【請求項3】 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本体との間に
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方法において、 真空吸着により前記トップリング本体の下面に前記ポリ
ッシング対象物を保持する第一の工程を有し、該第一の
工程の間、トップリング本体と真空源とを接続する真空
ライン内の気体の圧力および流量の少なくとも一方を検
出して前記ポリッシング対象物の前記トップリング本体
への真空吸着の有無を判定し、 前記トップリング本体を前記ターンテーブルに対して押
圧し、前記トップリング本体とターンテーブルとの相対
運動によって前記ポリッシング対象物をポリッシングす
る第二の工程を有し、該第二の工程の間、前記ポリッシ
ング対象物とトップリング本体の間に一定圧力に加圧さ
れた流体を供給して、前記加圧流体の供給圧力と供給流
量の少なくとも一方を検出して前記ポリッシング対象物
の破損の有無を判定し、 前記ポリッシングを終えた後、真空吸着により前記トッ
プリング本体の下面に前記ポリッシング対象物を保持す
る第三の工程を有し、該第三の工程の間、前記真空ライ
ン内の圧力および流量の少なくとも一方を検出して前記
ポリッシング対象物の前記トップリングの下面への真空
吸着の有無を判定し、 加圧流体をポリッシング対象物とトップリング本体の間
に供給して、ポリッシング対象物をトップリング本体の
下面から離脱させる第四の工程を有し、該第四の工程の
後、前記真空源を稼動させて前記真空ライン内の気体の
圧力および流量の少なくとも一方を検出してポリッシン
グ対象物のトップリング本体からの離脱の有無を判定す
ることを特徴とするポリッシング方法。 - 【請求項4】 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本体との間に
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
ことによって前記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
複数の開口と、前記開口部から一定圧力に加圧した流体
をポリッシング対象物の背面に供給するための加圧流体
源と、前記開口部と前記加圧流体源との間に位置し、前
記加圧流体の圧力と流量の少なくとも一方を検出する検
出部と、前記流体の圧力と流量の少なくとも一方が変化
したときにポリッシングを停止するための制御部とを備
えたことを特徴とするポリッシング装置。 - 【請求項5】 前記トップリング本体と真空源とを接続
する真空ライン内の気体の圧力および流量の少なくとも
一方を検出する検出部を備えたことを特徴とする請求項
4記載のポリッシング装置。
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JP5107897A JP3705670B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | ポリッシング装置及び方法 |
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JP5107897A JP3705670B2 (ja) | 1997-02-19 | 1997-02-19 | ポリッシング装置及び方法 |
Related Child Applications (1)
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JP2005164733A Division JP4180068B2 (ja) | 2005-06-03 | 2005-06-03 | ポリッシング装置及び方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH10230450A true JPH10230450A (ja) | 1998-09-02 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP (1) | JP3705670B2 (ja) |
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