JPH10337656A - ウェーハ研磨装置およびウェーハ保持用インサートの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ウェーハ保持用インサートの空孔
内にスラリーを残留させることなく洗浄作業が行え、か
つウェーハ保持用インサート交換直後における研磨作業
の立ち上げを迅速化することを課題とする。 【解決手段】 ウェーハ研磨装置に、供給口が上方に向
けられるノズルと、ノズルに純水を供給する純水供給手
段と、植毛先端がノズルの供給口よりも上方に配される
ブラシと、プラテンから引き上げられたウェーハ保持用
インサートにおけるウェーハ保持面の下方位置にブラシ
およびノズルを出没自在に移動させるとともにブラシを
ウェーハ保持面において摺動させることのできる駆動手
段を備えてなるインサート洗浄装置を設け、ウェーハ保
持面に純水を供給しつつブラシを摺動させて、迅速かつ
確実に空孔内のスラリーを純水に置換するようにしてい
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、集積回路を形成す
る半導体ウェーハ等の表面を研磨するためのウェーハ研
磨装置および該研磨装置に設けられるウェーハ保持用イ
ンサートの洗浄方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のウェーハ研磨装置として
は、表面に研磨パッドが貼付された円盤状のプラテン
と、研磨すべきウェーハの一面を保持するとともに他面
を研磨パッドに当接させる複数のウェーハ保持ヘッド
と、これらウェーハ保持ヘッドをプラテンに対し相対回
転させるヘッド駆動機構とを具備し、研磨パッドとウェ
ーハの間に研磨砥粒を含むスラリーを供給することによ
って機械的および化学的に研磨を行うものが広く知られ
ている。

【０００３】また、前記ウェーハ保持ヘッドとしては、
円盤状のウェーハ保持用インサートを備え、ウェーハ保
持面をなす当該ウェーハ保持用インサートの一面近傍に
設けられた多孔質層の空孔内に浸透させた純水の表面張
力によりウェーハを保持するようにしたものが知られて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウェーハ保
持用インサートに研磨すべきウェーハを装着する場合、
別のウェーハの研磨作業において供給されたスラリーが
前記空孔内に浸透していることがあるため、ウェーハ保
持面に純水シャワーをかけて空孔内の洗浄作業を行うよ
うにしている。

【０００５】しかしながら、従来のように単にウェーハ
保持面に純水シャワーをかけるだけでは、前記空孔内、
特に微細な空孔内に残留したスラリーを完全に除去する
ことは困難であった。

【０００６】このため、残留スラリーにより、前記研磨
パッドへのウェーハの圧力伝達が不均一になって研磨性
能が悪化したり、研磨中のウェーハの裏面（ウェーハ保
持面との当接面）がスラリーの化学作用によりエッチン
グされてウェーハ品質の低下を招いたり、次工程である
ウェーハの洗浄工程においてウェーハの研磨面だけでな
く裏面に付着したスラリーも洗浄しなければならないと
いった問題が生じている。

【０００７】また、ウェーハ保持用インサートを新品の
ものに交換した場合、研磨性能を安定させるため、研磨
作業を開始する前に前記ウェーハ保持面に純水シャワー
をかけて前記空孔内に純水を浸透させるようにしている
が、純水シャワーだけでは微細な空孔に純水を浸透させ
ることができないので、研磨作業を行いながら研磨性能
が安定するのを待たなければならず、安定した研磨作業
が行えるまでの立ち上がりが悪いといった不都合も生じ
ている。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、ウェーハ保持用インサートの空孔内にスラリーを残
留させることなく洗浄作業が行えるとともに、ウェーハ
保持用インサート交換直後における研磨作業の迅速な立
ち上げを可能とするウェーハ研磨装置およびウェーハ保
持用インサートの洗浄方法の提供を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成を採用した。請求項１記載のウ
ェーハ研磨装置は、表面に研磨パッドが貼付されたプラ
テンと、研磨すべきウェーハの一面を保持するとともに
他面を前記研磨パッドに当接させる１または２以上のウ
ェーハ保持ヘッドと、これらウェーハ保持ヘッドを前記
プラテンに対し相対運動させることにより前記研磨パッ
ドで前記ウェーハの他面を研磨するヘッド駆動機構とを
備え、前記ウェーハ保持ヘッドに、ウェーハ保持面をな
す一面に多孔質層を有するとともに該多孔質層の空孔内
に浸透させた液体の表面張力によりウェーハを保持する
ウェーハ保持用インサートが設けられたウェーハ研磨装
置において、供給口が上方に向けられるノズルと、該ノ
ズルに純水を供給する純水供給手段と、植毛先端が前記
ノズルの供給口よりも上方に配されるブラシと、該ブラ
シおよび前記ノズルを、前記プラテンから引き上げられ
た前記ウェーハ保持用インサートにおけるウェーハ保持
面の下方位置に移動可能とするともに、前記ブラシを前
記ウェーハ保持面において摺動させる駆動手段とを備え
たインサート洗浄装置が設けられていることを特徴とす
るものである。

【００１０】また、請求項３記載のウェーハ保持用イン
サート洗浄方法は、ウェーハ保持面をなす一面に多孔質
層を有するとともに該多孔質層の空孔内に浸透した液体
の表面張力により研磨すべきウェーハの一面を保持する
ウェーハ保持用インサートの洗浄方法であって、前記ウ
ェーハ保持面に純水を供給しつつ、当該ウェーハ保持面
においてブラシを摺動させ、前記空孔内に残留するスラ
リーをブラシの植毛先端で掻き出しながら供給した純水
により置換することを特徴とするものである。

【００１１】上記構成のウェーハ研磨装置およびウェー
ハ保持用インサートの洗浄方法によれば、プラテンから
引き上げられたウェーハ保持用インサートから研磨作業
を終えたウェーハを外した後、駆動手段の作動によりブ
ラシおよびノズルがウェーハ保持面の下方に配され、ノ
ズルから純水が供給されつつブラシがウェーハ保持面上
を摺動させられる。これにより、多孔質層の空孔内に残
留したスラリーは、ブラシの植毛先端で掻き出されなが
ら洗い流され、純水に置換される。

【００１２】請求項２記載のウェーハ研磨装置は、請求
項１記載のウェーハ研磨装置において、前記純水供給手
段に、前記純水を加圧して前記ウェーハ保持面に噴射す
るための純水加圧装置が設けられていることを特徴とす
るものである。

【００１３】また、請求項４記載のウェーハ保持用イン
サートの洗浄方法は、請求項３記載のウェーハ保持用イ
ンサートの洗浄方法において、前記純水を加圧状態とし
て前記ウェーハ保持面に噴射することを特徴とするもの
である。

【００１４】このような構成のウェーハ研磨装置および
ウェーハ保持用インサートの洗浄方法によれば、空孔内
における残留スラリーから純水への置換性が高められる
とともに、微細な空孔にも迅速かつ確実に純水を浸透さ
せることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態につい
てを図面を参照しながら説明する。始めに、図３および
図４を参照しながらウェーハ研磨装置の全体構成につい
て、また、図５を参照しながらウェーハ保持ヘッドの概
略構成について説明する。

【００１６】これらの図中、符号１は基台であり、この
基台１の中央には円盤状のプラテン２が水平に設置され
ている。このプラテン２は、図３に示すように、基台１
内に設けられたプラテン駆動機構（図示略）により軸線
回りに回転されるようになっており、その上面には全面
に亙って研磨パッド３が貼付されている。

【００１７】プラテン２の上方には、複数の支柱４を介
して上側取付板５が水平に固定されている。この上側取
付板５の下面には円盤状のカルーセル（ヘッド駆動機
構）６が固定され、このカルーセル６にはプラテン２と
対向する計６基のウェーハ保持ヘッド７が設けられてい
る。

【００１８】これらウェーハ保持ヘッド７は、図４に示
すように、カルーセル６の中心から同一距離においてカ
ルーセル６の中心軸回りに６０゜毎に配置されており、
カルーセル６によりそれぞれ遊星回転される。そして、
インサート洗浄装置Ｍは、図３に示すように、上方に待
機させられたウェーハ保持ヘッド７と、プラテン２との
間を出没自在に移動可能とされて、基台１に固定されて
いる。

【００１９】ウェーハ保持ヘッド７は、図５に示すよう
に、軸線が垂直に配置されるとともに下端が開口する中
空のヘッド本体８と、このヘッド本体８の内部に張られ
た第１のダイアフラム９Ａおよび第２のダイアフラム９
Ｂと、この第１のダイアフラム９Ａの下面に固定された
円盤状のキャリア１０と、該キャリア１０の外周に同心
に配置されたリテーナリング１１とを備えて概略構成さ
れる。

【００２０】前記ヘッド本体８は、円板状の天板部８ａ
と、この天板部８ａの外周に固定される円筒状の周壁部
８ｂとから構成され、天板部８ａはカルーセル６のシャ
フト１２に同軸に固定されている。前記キャリア１０
は、セラミック等の高い剛性を有する材料で成形された
一定厚さのものであり、弾性変形はしない。

【００２１】前記リテーナリング１１は、下端面が平坦
な円環状をなし、キャリア１０の外周面との間に僅かな
クリアランスをもって同心状に配置され、キャリア１０
とは独立して上下変位可能とされている。

【００２２】また、リテーナリング１１の上端外周縁に
は、半径外方向に突出する保持部１１Ａが形成されてお
り、ウェーハ保持ヘッド７をカルーセル６と共にプラテ
ン２から引き上げた場合に、この保持部１１Ａが周壁部
８ｂの下端の円環状のストッパ部１３により保持される
ようになっている。

【００２３】前記キャリア１０の上面およびリテーナリ
ング１１の上面には、軸線を同じくして第１のダイアフ
ラム９Ａが配されている。該第１のダイアフラム９Ａの
内縁部は、第１の固定リング１４を介して複数のボルト
１５によりキャリア１０に固定されている。

【００２４】また、第１のダイアフラム９Ａの外縁部の
上面には、軸線を同じくして連結用リング１６が配さ
れ、該連結用リング１６の上面および前記周壁部８ｂの
内周面に全周に亙って半径内方向に突出する取付部１３
の上面には、第２のダイアフラム９Ｂが軸線を同じくし
て配されている。

【００２５】該第２のダイアフラム９Ｂの内縁部は、第
２の固定リング１８，当該ダイヤフラム９Ｂ，連結用リ
ング１６および前記第１のダイアフラム９Ａを貫通する
複数のボルト１９によってリテーナリング１１に固定さ
れている。さらに、第２のダイアフラム９Ｂの外縁部
は、第３の固定リング２０を介して複数のボルト２１に
よって前記取付部１３に固定されている。

【００２６】そして、これら第１のダイアフラム９Ａお
よび第２のダイアフラム９Ｂは、加圧空気源２２によっ
て流体室２３内の流体圧力を調整することにより上下に
変位し、これにより、研磨パッド３へのキャリア１０の
押圧力が変化するようになっている。

【００２７】一方、キャリア１０の下面には、ウェーハ
の一面を保持するウェーハ保持用インサート２４が設け
られている。このウェーハ保持用インサート２４は、図
２に示すように、表面すなわちウェーハが当接するウェ
ーハ保持面２４ａの近傍に多孔質層２５が設けられてお
り、該多孔質層２５の空孔２５ａ内に浸透させた純水の
表面張力によってウェーハをウェーハ保持面２４ａに張
り付けて保持するようになっている。

【００２８】前記インサート洗浄装置Ｍは、図１に示す
ように、ノズル３１と、該ノズル３１に供給路３２を介
して純水を供給する純水供給手段（図示略）と、ナイロ
ン製の植毛３３Ａを有するブラシ３３と、これらノズル
３１およびブラシ３３を前記ウェーハ保持ヘッド７の下
方位置に移動させるとともにブラシ３３をその軸線回り
に回転させる駆動手段（図示略）とを備えて構成されて
いる。

【００２９】前記純水供給手段としては、前記ノズル３
１から純水を所定圧（例えば、１〜２０kgf/mm²）で噴
出させるため、純水供給源から供給された純水を、例え
ばポンプ等（純水加圧装置）によって加圧してノズル３
１に向けて送り出すといった構成のものが採用される。

【００３０】インサート洗浄装置Ｍの本体部３４には、
ブラシ３３がその軸線回りに回転可能に取り付けられる
とともに、当該本体部３４およびブラシ３３の中央部を
貫通するようにしてノズル３１が設けられている。ま
た、該ノズル３１の供給口３１Ａは、ブラシ３３におけ
る植毛３３Ａの先端よりも低めて設けられている。

【００３１】すなわち、ブラシ３３をウェーハ保持用イ
ンサート２４に押し付けながら洗浄作業を行うと、植毛
３３Ａが弾性変形して当該ウェーハ保持用インサートの
ウェーハ保持面２４ａとノズル３１の供給口３１Ａとの
相互間隔が狭められるが、このとき、植毛３３Ａの先端
から露出した供給口３１Ａによってウェーハ保持面２４
ａが損傷してしまうことのないように配慮されている。

【００３２】前記駆動手段は、支持アーム３５を介して
前記本体部３４を前後，左右および上下方向に移動させ
る移動機構と、本体部３４に対して前記ブラシ３３をそ
の軸線回りに回転させる回転機構とを備えた構成のもの
が採用される。

【００３３】これにより、ブラシ３３は、図１において
矢印で示すように、自身の軸線回りに回転させられなが
ら、前記ノズル３１とともに支持アーム３５の長さ方向
（前記前後方向），該長さ方向に直交する方向（前記左
右方向）およびウェーハ保持ヘッド７の軸線方向（上下
方向）に移動可能な構成とされている。

【００３４】次に、このように構成されたウェーハ研磨
装置を用いたウェーハ保持用インサート２４の洗浄方法
について説明する。ウェーハの研磨が終わると、ウェー
ハ保持ヘッド７をカルーセル６と共にプラテン２から引
き上げ、当該ウェーハをウェーハ保持用インサート２４
から取り外す。

【００３５】次いで、駆動手段の移動機構を作動させ、
インサート洗浄装置Ｍの本体部３４をウェーハ保持面２
４ａの下方位置に移動させる。そして、駆動手段の回転
機構を作動させてブラシ３３を回転させつつ純水供給手
段を作動させ、加圧された純水をウェーハ保持用インサ
ート２４のウェーハ保持面２４ａに向けて噴射する。

【００３６】この状態で、移動機構の作動により本体部
３４をウェーハ保持ヘッド７の軸線上方向に移動させて
ブラシ３３をウェーハ保持面２４ａに押し付けると、回
転するブラシ３３がウェーハ保持面２４ａ上を摺動し、
多孔質層２５の空孔２５ａ内に残留するスラリーが、ブ
ラシ３３の植毛３３Ａの先端で掻き出されながら高圧で
供給される純水によって洗い流され、空孔２５ａ内に残
留するスラリーは純水に置換される。

【００３７】ここで、ブラシ３３をウェーハ保持面２４
ａに押し付けている間も移動機構を作動させ、回転軸回
りに自転するブラシ３３をウェーハ保持面２４ａ内にお
いて縦横に移動させたり、公転させるようにすれば、空
孔２５ａ内におけるスラリーから純水への置換作業をさ
らに効果的に行うことができる。

【００３８】このように、本実施形態におけるウェーハ
研磨装置および該研磨装置を用いたウェーハ保持用イン
サート２４の洗浄方法によれば、ウェーハ保持面２４ａ
に純水が高圧下で噴射されるとともに、回転するブラシ
３３が当該ウェーハ保持面２４ａ上を摺動するので、多
孔質層２５の空孔２５ａ内に残留するスラリーを、ブラ
シ３３の植毛３３Ａで掻き出しながら洗い流して純水に
置換することができるので、ウェーハ保持面２４ａにお
けるウェーハの保持性が高められて安定した研磨性能を
得ることができ、高品質のウェーハを歩留まりよく製造
することができる。

【００３９】また、ウェーハ保持用インサート２４を新
品のものに交換した場合には、ウェーハ保持面２４Ａに
向けて高圧の純水を噴射することにより、微細な空孔２
５ａにも迅速かつ確実に純水を浸透させることができる
ので、ウェーハ保持用インサート２４を交換した直後で
あってもウェーハ保持面２４ａにおけるウェーハの保持
性が高められて研磨性能を安定させることができ、研磨
作業の立ち上げを迅速化することができる。

【００４０】なお、本実施形態では、ブラシ３３を自身
の軸線回りに回転させることによって、ウェーハ保持用
インサート２４のウェーハ保持面２４ａを摺動させる構
成としているが、ブラシ３３がインサート洗浄装置Ｍの
本体３４に一体的に固定され、前記駆動手段の移動機構
のみによって摺動させるようにしても構わない。この場
合には、本実施形態におけるインサート洗浄装置Ｍより
も単純な構造で上述の諸機能を発揮することが可能であ
る。

【００４１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次のような効果を奏することができる。 （ａ）請求項１記載のウェーハ研磨装置および請求項３
記載のウェーハ保持用インサートの洗浄方法によれば、
ウェーハ保持面に純水が供給されるとともに、当該ウェ
ーハ保持面上をブラシが摺動するので、空孔内に残留す
るスラリーをブラシの植毛先端で掻き出しながら洗い流
して確実に純水に置換することができる。これにより、
ウェーハ保持面におけるウェーハの保持性を高めて安定
した研磨性能を得ることができるので、高品質のウェー
ハを歩留まりよく製造することができる。

【００４２】（ｂ）請求項２記載のウェーハ研磨装置お
よび請求項４記載のウェーハ保持用インサートの洗浄方
法によれば、ウェーハ保持面に高圧の純水が供給される
ので、空孔内における残留スラリーから純水への置換性
が高められる。これにより、より安定した研磨性能を確
保することができ、高品質のウェーハを歩留まりよく製
造することができる。

【００４３】（ｃ）また、微細な空孔にも迅速かつ確実
に純水を浸透させることができるので、ウェーハ保持用
インサートを交換した直後であっても、ウェーハ保持面
におけるウェーハの保持性を高めて研磨性能を安定させ
ることができ、研磨作業の立ち上げを迅速化することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施形態を示す、一部を破断した
インサート洗浄装置の斜視図である。

【図２】 同実施形態に係るウェーハ保持用インサート
の断面を５０倍に拡大した状態を模式的に示す断面図で
ある。

【図３】 同実施形態に係るウェーハ研磨装置の全体の
構成を示す正面図である。

【図４】 同研磨装置のウェーハ保持ヘッドとプラテン
の配置状態を示す平面図である。

【図５】 同ウェーハ保持ヘッドの概略構成を示す断面
図である。

【符号の説明】

２ プラテン ３ 研磨パッド ６ カルーセル（ヘッド駆動機構） ７ ウェーハ保持ヘッド ２４ ウェーハ保持用インサート ２４ａ ウェーハ保持面 ２５ 多孔質層 ２５ａ 空孔 ３１ ノズル ３１Ａ 供給口 ３３ ブラシ ３３Ａ 植毛

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面に研磨パッドが貼付されたプラテン
   と、 研磨すべきウェーハの一面を保持するとともに他面を前
   記研磨パッドに当接させる１または２以上のウェーハ保
   持ヘッドと、 これらウェーハ保持ヘッドを前記プラテンに対し相対運
   動させることにより前記研磨パッドで前記ウェーハの他
   面を研磨するヘッド駆動機構とを備え、 前記ウェーハ保持ヘッドに、ウェーハ保持面をなす一面
   に多孔質層を有するとともに該多孔質層の空孔内に浸透
   させた液体の表面張力によりウェーハを保持するウェー
   ハ保持用インサートが設けられたウェーハ研磨装置にお
   いて、 供給口が上方に向けられるノズルと、 該ノズルに純水を供給する純水供給手段と、 植毛先端が前記ノズルの供給口よりも上方に配されるブ
   ラシと、 該ブラシおよび前記ノズルを、前記プラテンから引き上
   げられた前記ウェーハ保持用インサートにおけるウェー
   ハ保持面の下方位置に移動可能とするともに、前記ブラ
   シを前記ウェーハ保持面において摺動させる駆動手段と
   を備えたインサート洗浄装置が設けられていることを特
   徴とするウェーハ研磨装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のウェーハ研磨装置におい
   て、 前記純水供給手段には、純水を加圧して前記ウェーハ保
   持面に噴射するための純水加圧装置が設けられているこ
   とを特徴とするウェーハ研磨装置。
3. 【請求項３】 ウェーハ保持面をなす一面に多孔質層を
   有するとともに該多孔質層の空孔内に浸透した液体の表
   面張力により研磨すべきウェーハの一面を保持するウェ
   ーハ保持用インサートの洗浄方法であって、 前記ウェーハ保持面に純水を供給しつつ、当該ウェーハ
   保持面においてブラシを摺動させ、前記空孔内に残留す
   るスラリーをブラシの植毛先端で掻き出しながら供給し
   た純水により置換することを特徴とするウェーハ保持用
   インサートの洗浄方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のウェーハ保持用インサー
   トの洗浄方法において、 前記純水を加圧状態として前記ウェーハ保持面に噴射す
   ることを特徴とするウェーハ保持用インサートの洗浄方
   法。