JPH10242088A - ウエハ研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トップリングや研磨盤洗浄ユニットに付着し
ているパーティクルを確実に除去して研磨加工を良好に
行えるウエハ研磨装置を提供すること。 【解決手段】 ウエハ研磨装置１において、ウエハ１１
を保持して回転駆動するウエハ保持機構と、上記ウエハ
保持機構に保持された上記ウエハ１１と接触し、このウ
エハ１１を研磨加工する研磨盤８と、上記研磨盤８を洗
浄する研磨盤洗浄ユニットと、上記ウエハ保持機構およ
び上記研磨盤洗浄ユニットを移送可能とする移送手段
と、上記ウエハ保持機構を洗浄液で洗浄する第１の洗浄
手段１３と、上記保持機構洗浄手段を洗浄した洗浄液の
パーティクルを測定する測定手段と、を具備したことを
特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はウエハを研磨盤を用
いて研磨加工するウエハ研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】各種半導体デバイスを形成するためには
ウエハが用いられるが、このウエハは各種半導体デバイ
スを形成するために表面を鏡面研磨する必要があり、こ
のように表面研磨された後に次工程の、例えばエッチン
グ処理などがこのウエハに対して行われるようになって
いる。

【０００３】このようなウエハを鏡面研磨する装置とし
ては、ウエハ研磨装置がある。このウエハ研磨装置に
は、ウエハが外部から供給されたウエハ供給部が設けら
れており、このウエハ供給部に供給されたウエハはトッ
プリングの下面に、例えばワックスを塗布して貼付保持
される。

【０００４】上記トップリングは移送機構によって上記
ウエハ供給部から研磨布が張設された研磨盤の位置まで
駆動される構成となっており、ウエハは上記トップリン
グに貼付保持された状態で、研磨盤の中心部から所定量
偏心した位置に押圧される。

【０００５】上記トップリングおよび上記研磨盤はウエ
ハが押圧されたままで回転駆動され、また研磨盤上には
研磨液が供給される。それによって、上記トップリング
に保持されたウエハが研磨加工される。

【０００６】ウエハに対してこのような研磨加工を行っ
た後、上記研磨盤の表面部の研磨布を洗浄ブラシにて洗
浄する。上記研磨布は表面にダイヤモンドの微細砥粒が
付着固定されており、上記ウエハをこのダイヤモンドの
微細砥粒で研磨する。しかしながら、このような研磨加
工を行うと、上記研磨布に付着されたダイヤモンド砥粒
が離脱したり上記ウエハの研磨時に発生するシリコン微
細粒子が研磨布上に残留するから、研磨加工後に上記ダ
イヤモンド砥粒やシリコン粒子を洗浄除去する必要があ
る。そのため、研磨加工後に上記研磨布を洗浄ブラシで
洗浄するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な構成のウエハ研磨装置において、ウエハの研磨加工と
研磨盤の洗浄とを繰り返し行うと、上記洗浄ブラシに上
記ダイヤモンド砥粒やシリコン微細粒子などのパーティ
クルが残留するため、洗浄ブラシから研磨盤にパーティ
クルが転移してしまうということがある。また、ウエハ
を保持するトップリングの保持面にもパーティクルが付
着し、ウエハの保持精度が低下するということがある。

【０００８】そのため、上記ウエハの研磨面にパーティ
クルによって傷が付いたり、研磨面の平面精度が上記ト
ップリングに保持されたウエハの保持精度に応じて低下
するなどのことがあった。

【０００９】本発明は上記の事情にもとづきなされたも
ので、その目的とするところは、トップリングや研磨盤
洗浄ユニットに付着しているパーティクルを確実に除去
してウエハの研磨加工を良好に行うことができるように
したウエハ研磨装置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、ウエハを研磨加工するウエ
ハ研磨装置において、上記ウエハを保持して回転駆動す
るウエハ保持機構と、上記ウエハ保持機構に保持された
上記ウエハと接触して、このウエハを研磨加工する研磨
盤と、上記ウエハ保持機構を移送可能とする移送手段
と、上記ウエハ保持機構を洗浄液で洗浄する第１の洗浄
手段と、上記ウエハ保持機構を洗浄した洗浄液の清浄度
を測定する第１の測定手段と、を具備したことを特徴と
している。

【００１１】請求項２記載の発明は、ウエハを研磨加工
するウエハ研磨装置において、上記ウエハを保持して回
転駆動するウエハ保持機構と、上記ウエハ保持機構に保
持された上記ウエハと接触して、このウエハを研磨加工
する研磨盤と、上記研磨盤を洗浄する研磨盤洗浄ユニッ
トと、上記研磨盤洗浄ユニットを洗浄液で洗浄する第２
の洗浄手段と、上記ウエハ保持機構および上記研磨盤洗
浄ユニットを移送可能とする移送手段と、上記研磨盤洗
浄ユニットを洗浄した洗浄液の清浄度を測定する第２の
測定手段と、を具備したことを特徴としている。

【００１２】請求項３記載の発明は、上記第１、第２の
測定手段は上記ウエハ保持機構または上記研磨盤洗浄ユ
ニットの洗浄後の洗浄液を撮像する撮像手段と、この洗
浄液中のパーティクルを判別する判別手段とからなるこ
とを特徴とする請求項１または請求項２記載のウエハ研
磨装置である。

【００１３】請求項１の発明によると、上記ウエハ研磨
装置には、上記ウエハ保持機構を第１の洗浄手段で洗浄
した洗浄液の清浄度を測定する測定手段が設けられたた
め、この第１の洗浄手段が基準の清浄度以上を保ってい
るかどうかが認識可能となる。

【００１４】請求項２の発明によると、上記ウエハ研磨
装置には上記研磨盤洗浄ユニットを第２の洗浄手段で洗
浄した洗浄液の清浄度を測定する測定手段が設けられた
ため、この研磨盤洗浄ユニットが基準の清浄度以上とな
っているかどうかの認識が可能となる。

【００１５】請求項３の発明によると、上記測定手段は
モニター装置を用いており、このモニター装置を用いて
上記ウエハ保持機構または上記研磨盤洗浄ユニットの洗
浄後の洗浄液中のパーティクルを計測して洗浄液中の清
浄度を測定するため、この洗浄液中に含まれるパーティ
クルの計測が容易となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下本発明の一実施の形態につい
て、図１ないし図５に基づいて説明する。図１、図２に
示すように、ウエハ研磨装置１は本体２を有しており、
この本体２には脱着部３、研磨部４、第１、第２の洗浄
機構５，６が一列に形成されている。

【００１７】上記研磨部４は本体２の中央付近に凹状に
形成された凹状部７に研磨盤８が設けられている。この
研磨盤８は下方に駆動源９が接続されて回転駆動可能と
なっており、また研磨盤８の上面に研磨布１０が貼設さ
れるものである。研磨布１０は、ウエハ１１を鏡面研磨
するために、非常に微細な粒径を有するダイヤモンド砥
粒を例えば人工革皮の表面に付着固定して構成されてお
り、上記研磨盤８上に高精度な平面となるように張り合
わされている。

【００１８】上記研磨盤８の上方側には、研磨液供給ノ
ズル１２が設けられており、外方から研磨盤８に対して
研磨液を供給するようになっている。研磨部４の凹状部
７の底面は研磨液を受け止める液受部１３となってお
り、この液受部１３の一部に研磨液を排出させる排液路
１４が接続された構成となっている。

【００１９】上記研磨部４の一側には、図示されない外
部のウエハ供給源からウエハ１１が供給される上記脱着
部３が設けられている。本実施の形態では、脱着部３も
上記研磨部４と同様凹状の部分に設けられており、この
部分にウエハ１１を載置する基台３ａが設けられてい
る。この基台３ａから後述するトップリング２５によっ
てウエハ１１が保持されるようになっており、上記脱着
部３から上記研磨部４に向かってウエハ１１が移送され
るようになっている。

【００２０】なお、上記脱着部３は必ずしも凹状の部分
に設けられていなくても良い。上記脱着部３の研磨部４
とは反対側の他側に第１の洗浄機構５が設けられてい
る。この第１の洗浄機構５には凹状部１５が形成され、
この凹状部１５の内部に純水などの液体を蓄える液槽１
６が設けられている。液槽１６の内部には、後述するト
ップリング２５の下面に付着したパーティクルを除去す
るためのブラシ体１７が設けられている。上記液槽１６
には、洗浄液供給路１８が下面に形成されており、上記
液槽１６に例えば純水などの液体が一定量ずつ供給され
て、この液槽１６からオーバーフローするようになって
いる。

【００２１】上記凹状部１５の液槽１６の外方側には排
液路１９が形成されており、上記液槽１６からオーバー
フローした液体を排出するようになっている。上記研磨
部４の他側には、第２の洗浄機構６が設けられている。
この第２の洗浄機構６は後述する洗浄ブラシ２７を洗浄
するものであり、そのため上記第１の洗浄機構５と同様
に、凹状部２０が形成され、この凹状部２０に液槽２１
が設けられるようになっている。また液槽２１に洗浄液
供給路２２が接続されて例えば純水などの液体を一定ず
つ供給するように設けられている。そして凹状部２０の
液槽２１の外方側には排液路２３が形成され、液槽２１
からオーバーフローした液体を排出するようになってい
る。

【００２２】上記本体２に形成された各部の上方には、
図３に示すガイド体２４が位置するようになっている。
このガイド体２４には、本体２から所定寸法離間した位
置を中心として、アームが回動自在に設けられている。
本実施の形態では、ウエハ１１を貼付するトップリング
２５が先端に取付けられた第１のアーム２６と、上記研
磨布１０を洗浄する洗浄ブラシ２７が先端に取付けられ
た第２のアーム２８が設けられている。第１のアーム２
６は図２に矢印Ａで示すように、研磨盤８、脱着部３、
第１の洗浄機構５に沿って弧状に回動する。

【００２３】また、第２のアーム２８は上記第１のアー
ム２６と同様に、研磨盤８、第２の洗浄機構６に沿って
矢印Ｂで示すように弧状に回動するよう設けられてい
る。そして各アーム２６，２８の基端は図３に示すよう
にシリンダ２９のロッド２９ａに連結され、上下駆動可
能なように設けられている。

【００２４】上記第１のアーム２６に取付けられるトッ
プリング２５は、図１に示すように第１のアーム２６に
連結されている筒体２５ａとヘッド部２５ｂから形成さ
れており、本実施の形態では、このヘッド部２５ｂの下
面でウエハ１１を、例えばワックスなどを薄く塗布して
貼着するため、この下面が高精度な平面度の保持面とな
るように形成されている。

【００２５】また、上記第２のアーム２８に取付けられ
る洗浄ブラシ２７は、上記トップリング２５と同様に筒
体２７ａとヘッド部２７ｂとによって構成されており、
ヘッド部２７ｂは筒体２７ａの下端部に設けられた図示
されないモータなどの駆動源によって回転駆動可能に設
けられている。このヘッド部２７ｂの下面にはブラシ体
３０が設けられ、このブラシ体３０を研磨盤８に接触さ
せ、研磨盤の上方から例えば純水や洗浄液などを供給し
ながら研磨盤８を洗浄することが可能となっている。

【００２６】ここで図１に示すように、上記第１の洗浄
機構５および第２の洗浄機構６には、第１のパーティク
ルカウンタ３１および第２のパーティクルカウンタ３２
が取付けられるようになっている。これら第１、第２の
パーティクルカウンタ３１，３２は、本体２の外方側に
設けられており、上記排液路１９，２３を流れるパーテ
ィクルの計測が可能となって設けられている。

【００２７】上記パーティクルカウンタ３１，３２には
径小な排出液導入配管３３，３３が設けられており、一
端開口を上記排液路１９，２３を流れる排出液に向けて
設けられている。また上記排出液導入管３３，３３の他
端側は上記排出液導入管３３，３３を流れる排出液に含
まれるパーティクルを検出するモニター装置３４，３４
に連結されている。

【００２８】上記モニター装置３４，３４は、上記排出
液導入配管３３，３３を流れる排出液の撮像を行うもの
であり、そしてこのモニター装置３４，３４には判別装
置３５，３５が接続されている。この判別装置３５，３
５はモニター装置３４，３４の撮像信号を処理して排出
液に含まれるパーティクル数を検出する。

【００２９】上記判別装置３５，３５は制御装置３６，
３６に接続されており、上記判別装置３５，３５によっ
て計測されたパーティクル数があらかじめ設定された基
準値以下となった場合には、上記第１の洗浄機構５およ
び第２の洗浄機構６の作動を停止し、上記トップリング
２５および洗浄ブラシ２７の洗浄を終了させるようにな
っている。

【００３０】以上のような構成を有するウエハ研磨装置
１の作用について、以下に説明する。トップリング２５
は、第１のアーム２６の下降によって外部からウエハ１
１が供給される脱着部３でウエハ１１を貼着保持し、再
びトップリング２５を持ち上げて、上記第１のアーム２
６の回動によって研磨盤８の上面までウエハ１１を移送
する。そして第１のアーム２６を下降させ、上記トップ
リング２５の下面に貼着されたウエハ１１を研磨盤８の
上面の研磨布１０の中心から、所定寸法離間した偏心位
置に押圧する。

【００３１】そして上記研磨液供給ノズル１２により、
研磨盤８に対して研磨液を供給しながらこのトップリン
グ２５を回転駆動させ、これとともに研磨盤８も回転駆
動させて上記ウエハ１１を鏡面研磨加工する。

【００３２】この鏡面研磨加工が終了すると、上記トッ
プリング２５に貼着されたウエハ１１を、例えば脱着部
３に保持状態を解除して載置する。このウエハ１１が図
示されない搬出手段により、外部に設けられたウエハ積
載部へと移送される。

【００３３】そして第１のアーム２６を回動させて、上
記トップリング２５を研磨盤８の位置する反対の他端側
の第１の洗浄機構５まで移動させて上記トップリング２
５とブラシ体１７とを対向させる。そしてトップリング
２５をその下面がブラシ体１７と接触するまで下降さ
せ、ついで上記トップリング２５のヘッド部２５ｂを回
転駆動させることで、その下面が洗浄され、パーティク
ルなどが除去される。

【００３４】上記液槽１６には、洗浄液供給路１８によ
って純水などの液体が常に一定量ずつ供給されているこ
とで、オーバフローしている。そのためオーバーフロー
する液体に、上記トップリング２５の下面から除去され
たパーティクルが含まれる。上記液槽１６からオーバー
フローする液体は、上記排液路１９から流出し、その一
部が、第１のパーティクルカウンタ３１を構成する排出
液導入管３３に流入する。

【００３５】排出液導入管３３に流入した排出液は、モ
ニター装置３４によって撮像され、この撮像信号が判別
装置３５へ伝送される。この判別装置３５は、伝送され
てきた撮像信号によって、排出される液体中のパーティ
クル数をカウントする。パーティクル数が基準値以上の
ときは、洗浄が不十分であることになるから、洗浄が継
続され、パーティクル数が基準値以下となったときに
は、洗浄が十分に行われたことになるから、上記第１の
洗浄手段１３の作動を停止させ、この洗浄を終了させ
る。

【００３６】また、上記ウエハ１１の鏡面研磨が終了し
た後に、上記研磨盤８の洗浄作業を行う。すなわち、洗
浄ブラシ２７によって、研磨盤８の表面に張付された研
磨布１０の洗浄作業を行ってこの研磨布１０に付着して
いるパーティクルの除去を行い、このときに洗浄ブラシ
２７に付着したパーティクルを洗浄によって除去する。

【００３７】この洗浄作業を行うと、上記洗浄ブラシ２
７にパーティクルが多量に付着した状態となるが、上記
洗浄ブラシ２７に付着したパーティクルを除去するため
に、上記トップリング２５の下面の洗浄作業と同様な、
上記洗浄ブラシ２７の洗浄作業を行う。すなわち、この
洗浄ブラシ２７を上記第２の洗浄機構６と対向する位置
まで移動させ、この位置で上記洗浄ブラシ２７を下降さ
せてブラシ体１７を液槽２１に没入させる。ついで上記
洗浄ブラシ２７のヘッド部２７ｂを回転駆動させること
で、上記ブラシ体１７に付着しているパーティクルが除
去される。

【００３８】上記液槽２１にも、洗浄液供給路２２によ
って純水などの液体が常に一定量ずつ供給され、オーバ
ーフローしている。そのためオーバーフローしている液
体に、上記ブラシ体１７から除去されたパーティクルが
含まれて、上記排液路２３から流出する。この流出した
液体は、第２のパーティクルカウンタ３２を構成する排
出液導入管３３に流入し、以下上記第１のパーティクル
カウンタ３１と同様なパーティクル数の計測が行われ、
洗浄作業が終了する。

【００３９】このような洗浄作業を行った場合の実験結
果を以下に示す。図５の三角形の黒点で示すように、洗
浄ブラシ２７を液槽２１の液体中に液没させ、このヘッ
ド部２７ｂを回転駆動させないで純水を０．８ｌ／ｍｉ
ｎで供給してオーバーフローさせた場合、粒径が０．５
μｍ以上のパーティクル数が４００個程度となるのに約
１２００秒程かかっている。

【００４０】また、図５の黒丸点で示すように、ヘッド
部２７ｂを回転駆動させ、この液槽２１に純水を０．８
ｌ／ｍｉｎで供給した場合、粒径が０．５μｍ以上のパ
ーティクル数が２００個程度となるのに約７００秒かか
っている。

【００４１】さらに、図５の四角形の白抜き点で示すよ
うに、ヘッド部２７ｂを回転駆動させ、この液槽２１に
純水を３．１ｌ／ｍｉｎで供給した場合、粒径が０．５
μｍ以上のパーティクル数が２００個程度の定常状態と
なるのに約４２０秒かかっている。

【００４２】すなわち、純水の供給量を多くして、上記
洗浄ブラシ２７を回転駆動させながら洗浄を行うと、こ
の洗浄ブラシ２７が早く洗浄されるといえる。このよう
な構成のウエハ研磨装置１では、排出液のパーティクル
数を計測する測定手段としてのパーティクルカウンター
１９が設けられた構成のため、この排出液中のパーティ
クル数が基準値以下となっているかどうかを容易に認識
することが可能となる。

【００４３】また、このパーティクルカウンター１９に
連結されて制御装置２３が設けられた構成のため、この
認識に基づいて上記トップリング２５および洗浄ブラシ
２７の洗浄作業を制御することが可能となる。

【００４４】以上、本発明の一実施の形態について述べ
たが、本発明はこれ以外にも種々変形可能である。以
下、それについて述べる。上記実施の形態では、パーテ
ィクルカウンター１９を第１の洗浄手段１３および第２
の洗浄手段２８にそれぞれ設けた構成となっているが、
装置を簡略化したい場合には、いずれか一つの洗浄手段
のみに設ける構成としても構わない。

【００４５】また上記構成では、トップリング２５の下
面にウエハを、例えばワックスを介して貼付する構成と
なっているが、上記ウエハ１１をこのトップリング２５
の下面で真空吸引する構成であっても構わない。その
他、本発明はこの要旨を変更しない限りにおいて、種々
変形可能となっている。

【００４６】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１記載の発明
によると、ウエハ研磨装置にはウエハを保持するウエハ
保持機構を上記第１の洗浄手段で洗浄したときに、その
洗浄液の清浄度を測定する測定手段が設けられている。
そのため、上記洗浄液の清浄度によってウエハ保持機構
を確実に洗浄できるから、このウエハ保持機構によるウ
エハの保持状態が損なわれるのを防止できる。

【００４７】請求項２記載の発明によると、上記ウエハ
研磨装置には上記研磨盤洗浄ユニットを洗浄した洗浄液
の清浄度を測定する測定手段が設けられているため、こ
の研磨盤洗浄ユニットを確実に洗浄することができる。
それによってウエハの研磨を良好に行うことが可能とな
る。

【００４８】請求項３記載の発明によると、上記第１、
第２の測定手段は上記ウエハ保持機構または上記研磨盤
洗浄ユニットの洗浄後の洗浄液を撮像する撮像手段およ
び洗浄液中のパーティクルを判別する判別手段とからな
るため、この洗浄液中に含まれるパーティクルを撮像し
て判別するだけでパーティクルの計測を容易に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係わるウエハ研磨装置
の構成を示す側方から見た断面図。

【図２】同実施の形態に係わるウエハ研磨装置の構成を
示す上方から見た断面図。

【図３】同実施の形態に係わるウエハを研磨するブラシ
の構成を示す図。

【図４】同実施の形態に係わる第１または第２の洗浄手
段の構成を示すシステム図。

【図５】同実施の形態に係わる研磨布洗浄ブラシを洗浄
した場合の排出液の清浄度の推移を示す図。

【符号の説明】

１…ウエハ研磨装置 ３…脱着部 ４…研磨部 ５…第１の洗浄機構 ６…第２の洗浄機構 ８…研磨盤 １０…研磨布 １１…ウエハ １６，２１…液槽 ２３…制御装置 ２５…トップリング ２７…洗浄ブラシ ３１，３２…第１、第２のパーティクルカウンタ ３３…排出液導入管 ３４…モニター装置 ３５…判別装置

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハを研磨加工するウエハ研磨装置に
   おいて、 上記ウエハを保持して回転駆動するウエハ保持機構と、 上記ウエハ保持機構に保持された上記ウエハと接触し
   て、このウエハを研磨加工する研磨盤と、 上記ウエハ保持機構を移送可能とする移送手段と、 上記ウエハ保持機構を洗浄液で洗浄する第１の洗浄手段
   と、 上記ウエハ保持機構を洗浄した洗浄液の清浄度を測定す
   る第１の測定手段と、を具備したことを特徴とするウエ
   ハ研磨装置。
2. 【請求項２】 ウエハを研磨加工するウエハ研磨装置に
   おいて、 上記ウエハを保持して回転駆動するウエハ保持機構と、 上記ウエハ保持機構に保持された上記ウエハと接触し
   て、このウエハを研磨加工する研磨盤と、 上記研磨盤を洗浄する研磨盤洗浄ユニットと、 上記研磨盤洗浄ユニットを洗浄液で洗浄する第２の洗浄
   手段と、 上記ウエハ保持機構および上記研磨盤洗浄ユニットを移
   送可能とする移送手段と、 上記研磨盤洗浄ユニットを洗浄した洗浄液の清浄度を測
   定する第２の測定手段と、 を具備したことを特徴とするウエハ研磨装置。
3. 【請求項３】 上記第１、第２の測定手段は上記ウエハ
   保持機構または上記研磨盤洗浄ユニットの洗浄後の洗浄
   液を撮像する撮像手段と、この洗浄液中のパーティクル
   を判別する判別手段とからなることを特徴とする請求項
   １または請求項２記載のウエハ研磨装置。