JPWO2014128754A1 - CMP equipment - Google Patents

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Abstract

研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、テーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面に押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨装置であって、研磨中は、接触面の押圧荷重を一定に保つ圧力調整機構を設けた。A rotating head equipped with a polishing pad with a contact area smaller than the surface area of the polishing object is pressed against the surface of the polishing object mounted face-up on the table, and slurry is supplied to the contact surface. Then, after rotating the rotating head while polishing the table for a predetermined time with the table stationary, the rotating head is moved within the surface of the object to be polished, and the chemical mechanical polishing apparatus sequentially polishes the entire surface of the object to be polished, During polishing, a pressure adjusting mechanism that keeps the pressing load on the contact surface constant was provided.

Description

本発明は、半導体ウェハや樹脂金型の主面に形成される絶縁膜、金属膜又は半導体膜の表面の凹凸を研磨し、平坦化する化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)装置及びCMP方法に関する。   The present invention relates to a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus and a CMP method for polishing and flattening unevenness on the surface of an insulating film, a metal film or a semiconductor film formed on a main surface of a semiconductor wafer or a resin mold. About.

今日の半導体集積回路は、微細化、高集積化のため多層配線構造を有している。多層配線構造における従来の配線形成プロセスは、絶縁膜上に堆積したAlなどの金属をリソグラフィ及びドライエッチングにより加工して金属配線パターンを形成するものであるが、最近は、多層配線形成プロセスに銅配線のダマシンプロセスが採用されてきている。   Today's semiconductor integrated circuits have a multilayer wiring structure for miniaturization and high integration. In the conventional wiring formation process in the multilayer wiring structure, a metal wiring pattern is formed by processing a metal such as Al deposited on an insulating film by lithography and dry etching. Wiring damascene process has been adopted.

また、金属や樹脂の転写金型を用いてコイル素子などの微細な線幅を持つ電子部品を製造する際にも、金型上にめっき処理により堆積した銅をCMPにより平坦に研磨し、ビア孔や配線溝の中にのみ銅を残して、埋め込み銅配線を形成することが行われている。
図7aに、特許文献1に記載されている代表的なCMP装置700によるCMP方法を示す。このCMP方法は、研磨布または、研磨パッド710を貼った回転テーブル(下部定盤)720に対して半導体ウェハなどの研磨対象物730を被研磨面を下向き(フェイスダウン)に固定保持する回転ヘッド(上部定盤)740を押し付けて、回転ヘッド740及び回転テーブル720をそれぞれ回転させながら、ノズル750より研磨パッド710上に液状のスラリ(研磨剤)760を供給して、化学的作用と機械的研磨により研磨対象物730の下面(被処理面)の膜を削って平坦化する。
In addition, when manufacturing electronic components having a fine line width such as a coil element using a metal or resin transfer mold, copper deposited by plating on the mold is polished flatly by CMP, and vias are formed. An embedded copper wiring is formed by leaving copper only in a hole or a wiring groove.
FIG. 7 a shows a CMP method by a typical CMP apparatus 700 described in Patent Document 1. In this CMP method, a polishing head or a rotary table (lower surface plate) 720 with a polishing pad 710 attached thereto holds a polishing object 730 such as a semiconductor wafer fixedly holding the surface to be polished downward (face down). (Upper surface plate) 740 is pressed to supply a liquid slurry (abrasive) 760 onto the polishing pad 710 from the nozzle 750 while rotating the rotary head 740 and the rotary table 720, respectively. By polishing, the film on the lower surface (surface to be processed) of the object to be polished 730 is cut and flattened.

従来は、研磨対象物730上での研磨速度の面内均一性を良くする観点から、荷重を研磨対象物730の全面に渡って一定に保持するとともに、研磨パッド710の回転により発生する速度と研磨対象物730の速度との合成速度が被処理面内で略均一になるように制御していた。
しかし、上述したCMP方法では、研磨対象物730の板厚方向の断面形状が均一、即ち被研磨面が全面に渡ってうねりがなく平面である場合には、図7bに示すように研磨範囲が一定の厚さになるように研磨されるものの、板厚方向の断面形状にうねりがある研磨対象物730を研磨する場合、うねりに合わせて研磨対象物730の表面を研磨することができない。このため、図7cに示すように研磨範囲内の研磨厚さにバラツキが出てくる。
Conventionally, from the viewpoint of improving the in-plane uniformity of the polishing rate on the polishing object 730, the load is kept constant over the entire surface of the polishing object 730, and the speed generated by the rotation of the polishing pad 710 is Control was performed so that the synthesis speed with the speed of the polishing object 730 was substantially uniform within the surface to be processed.
However, in the above-described CMP method, when the cross-sectional shape of the polishing object 730 is uniform, that is, the surface to be polished is flat with no undulation over the entire surface, as shown in FIG. When the polishing object 730 is polished so as to have a constant thickness but has a undulation in the cross-sectional shape in the plate thickness direction, the surface of the polishing object 730 cannot be polished in accordance with the undulation. For this reason, as shown in FIG. 7c, the polishing thickness within the polishing range varies.

特許文献2、3には、断面形状にうねりがあるウェハをそのうねりにあわせて研磨することが可能なCMP装置が記載されている。
特許文献2に記載されているCMP装置は、回転テーブル(ターンテーブル)の中心軸に直交する回転軸を有するとともに、直線移動機構によって回転軸に平行な方向に移動可能な工具ホルダを設け、この工具ホルダの外周に沿って複数の円弧状の砥石を配置し、これらの砥石の研磨対象物への押し付け力をうねりに倣う様に個別に制御するようにしている。
Patent Documents 2 and 3 describe a CMP apparatus capable of polishing a wafer having a wavy cross-sectional shape according to the waviness.
The CMP apparatus described in Patent Document 2 has a rotary shaft that is orthogonal to the central axis of a rotary table (turntable), and is provided with a tool holder that can be moved in a direction parallel to the rotary shaft by a linear moving mechanism. A plurality of arc-shaped grindstones are arranged along the outer periphery of the tool holder, and the pressing force of these grindstones on the object to be polished is individually controlled so as to follow the waviness.

また、特許文献3に記載されている装置は、初期的な変形や反り量を一定に保ちながらウェハをウェハホルダに保持し、ウェハ表面の凹凸などの表状態に応じて、研磨パッドを部分的に押すチューブを複数備え、これらの各チューブの加圧力を制御し、ウェハ面内を均一に研磨している。
しかし、上記いずれの装置も、制御機構が複雑であるという欠点がある。
In addition, the apparatus described in Patent Document 3 holds the wafer on the wafer holder while keeping the initial deformation and warping amount constant, and partially applies the polishing pad according to the surface condition such as the unevenness of the wafer surface. A plurality of pushing tubes are provided, the pressure applied to each of these tubes is controlled, and the wafer surface is uniformly polished.
However, each of the above devices has a drawback that the control mechanism is complicated.

特開2007−12936号公報JP 2007-12936 A 特開2000−263425号公報JP 2000-263425 A 特開2002−246346号公報JP 2002-246346 A

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するもので、比較的簡単な制御機構を用いて、断面形状にうねりがある研磨対象物を、そのうねりに合わせて研磨することが可能で、しかも、安定した研磨加工を実現できるCMP方法及びCMP装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the problems of the prior art as described above, and a relatively simple control mechanism can be used to polish a polishing object having a wavy cross-sectional shape in accordance with the waviness. And it aims at providing the CMP method and CMP apparatus which can implement | achieve the stable grinding | polishing process.

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点における化学機械研磨装置は、研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、テーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面に押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨装置であって、研磨中は、接触面の押圧荷重を一定に保つ圧力調整機構を設けたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, a chemical mechanical polishing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a rotary head mounted with a polishing pad having a contact area with a polishing object smaller than a surface area of the polishing object. Press and contact the surface of the object to be polished mounted face-up, supply slurry to the contact surface, rotate the rotating head while holding the table stationary, polish for a specified time, and then move the rotating head to the surface of the object to be polished. Is a chemical mechanical polishing apparatus that sequentially polishes the entire surface of the object to be polished, and is provided with a pressure adjusting mechanism that keeps the pressing load on the contact surface constant during polishing.

本発明の化学機械研磨装置において、圧力調整機構は、テーブルを中心軸に沿って支持する支持軸と、支持軸を中心軸に沿ってスライド移動可能に保持するシリンダと、空気流入口と空気流出口とを有し、シリンダ内に形成された圧力室と、圧力室内に位置する支持軸に設けた空気圧調整手段と、を含むことを特徴とする。   In the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, the pressure adjusting mechanism includes a support shaft that supports the table along the central axis, a cylinder that holds the support shaft slidably along the central axis, an air inlet, and an air flow. And a pressure chamber formed in the cylinder, and an air pressure adjusting means provided on a support shaft located in the pressure chamber.

本発明の化学機械研磨装置において、空気圧調整手段は、圧力室の空気流入口を有する第1圧力室と、空気流出口を有する第2圧力室とに分離する分離壁を備え、この分離壁に設けた微小開口又は分離壁とシリンダの内壁面との間の間隙を介して第1圧力室から第2圧力室に移動する空気の量を調整することにより、圧力室内の空気圧を制御することを特徴とする。   In the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, the air pressure adjusting means includes a separation wall that separates into a first pressure chamber having an air inlet of the pressure chamber and a second pressure chamber having an air outlet, and the separation wall includes Controlling the air pressure in the pressure chamber by adjusting the amount of air that moves from the first pressure chamber to the second pressure chamber through a small opening or a gap between the separation wall and the inner wall surface of the cylinder. Features.

本発明の化学機械研磨装置において、圧力調整機構は、テーブルを上面で水平に保持し、内部に圧力室が形成された内筒シリンダと、内筒シリンダを中心軸に沿ってスライド移動可能に保持する外筒シリンダと、空気流入口と空気流出口とを有し、外筒シリンダを保持する台座と、空気流入口から流入し、空気流出口から流出する空気の量を調整することにより圧力室内の空気圧を制御する空気圧制御部とを備えたことを特徴とする。   In the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, the pressure adjustment mechanism holds the table horizontally on the upper surface, and holds the inner cylinder in which the pressure chamber is formed, and the inner cylinder so as to be slidable along the central axis. An outer cylinder, an air inlet and an air outlet, a pedestal holding the outer cylinder, and a pressure chamber by adjusting an amount of air flowing in from the air inlet and out of the air outlet And an air pressure control unit for controlling the air pressure.

本発明の化学機械研磨装置において、テーブルを着脱可能に支持軸に取付けることを特徴とする。   In the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, the table is detachably attached to the support shaft.

本発明の化学機械研磨装置において、テーブルを着脱可能に内筒シリンダの上面に取付けることを特徴とする。   In the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, the table is detachably attached to the upper surface of the inner cylinder cylinder.

本発明の化学機械研磨装置において、回転ヘッドに近接してスラリを供給するノズルを配置し、回転ヘッドの移動に同期して移動しつつスラリを供給することを特徴とする。   In the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, a nozzle for supplying slurry is disposed in the vicinity of the rotary head, and the slurry is supplied while moving in synchronization with the movement of the rotary head.

本発明の化学機械研磨装置において、スラリを収容可能な容器をテーブルに装着することを特徴とする。   The chemical mechanical polishing apparatus of the present invention is characterized in that a container capable of storing slurry is mounted on a table.

本発明の化学機械研磨装置において、回転ヘッドの研磨対象物対向面の中心近傍にくぼみを設けることを特徴とする。   The chemical mechanical polishing apparatus of the present invention is characterized in that a recess is provided in the vicinity of the center of the surface of the rotating head facing the object to be polished.

また、本発明の第2の観点における化学機械研磨方法は、研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、テーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面に押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨方法であって、研磨中は、接触面の押圧荷重を一定に保つことを特徴とする。   Further, in the chemical mechanical polishing method according to the second aspect of the present invention, the rotating head mounted with the polishing pad having a contact area with the polishing object smaller than the surface area of the polishing object is mounted face-up on the table. While pressing and contacting the surface of the object to be polished and supplying slurry to the contact surface, rotating the rotating head with the table stationary and polishing for a predetermined time, the rotating head is moved within the surface of the object to be polished, A chemical mechanical polishing method for sequentially polishing the entire surface of an object, wherein a pressing load on a contact surface is kept constant during polishing.

本発明の化学機械研磨方法において、研磨対象物の表面を複数の被研磨領域に分割し、分割された各被研磨領域の断面厚さに応じて研磨時間を異ならせながら回転ヘッドを順次押圧接触させて研磨することを特徴とする。   In the chemical mechanical polishing method of the present invention, the surface of the object to be polished is divided into a plurality of regions to be polished, and the rotary head is sequentially pressed and contacted while varying the polishing time according to the sectional thickness of each of the divided regions to be polished And polishing.

本発明の化学機械研磨装置及び研磨方法によれば、研磨対象物の被研磨面にうねりがあっても、そのうねりに合わせて研磨することが可能となるため、安定した研磨加工を実現できる。   According to the chemical mechanical polishing apparatus and the polishing method of the present invention, even if there is a undulation on the surface to be polished of the object to be polished, it is possible to polish in accordance with the undulation, so that stable polishing can be realized.

本発明に係るCMP装置の要部の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the principal part of the CMP apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るCMP装置の圧力調整機構の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the pressure adjustment mechanism of the CMP apparatus which concerns on this invention. 本発明の一実施例に係るCMP装置の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the CMP apparatus which concerns on one Example of this invention. 図3に示す空気圧制御部の一例を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a pneumatic control unit illustrated in FIG. 3. 本発明に係るCMP装置の圧力調整機構の他の実施例を示す断面図。Sectional drawing which shows the other Example of the pressure adjustment mechanism of the CMP apparatus which concerns on this invention. 図5に示す空気制御部640を備えた本発明の実施例に係るCMP装置の概略構成図。The schematic block diagram of the CMP apparatus which concerns on the Example of this invention provided with the air control part 640 shown in FIG. 従来のCMP装置の要部の構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the principal part of the conventional CMP apparatus. テーブルにスラリ収納容器を取り付けた状態を示す断面図。Sectional drawing which shows the state which attached the slurry storage container to the table. スラリ液アタッチメント800の構造を示す断面図。Sectional drawing which shows the structure of the slurry liquid attachment 800. FIG. 回転ヘッド140の制御機構を示す図。The figure which shows the control mechanism of the rotating head 140. FIG. くぼみを設けた回転ヘッドを示す図。The figure which shows the rotary head which provided the hollow.

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施の形態を説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係るCMP装置100の要部の構成を示す斜視図である。本発明に係るCMP装置では、テーブル120上に凹凸のある、即ち表面にうねりのあるウェハや樹脂金型などのターゲットである研磨対象物130を被研磨面を上向き(フェイスアップ)に装着する。従って、テーブル120の装着面の面積は研磨対象物130の表面積よりわずかに大きい程度であり、通常使用される研磨対象物130が直径4インチの円板形状をしているのに鑑みると図7に示した従来のCMP装置に比較して非常に小型である。   FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a main part of a CMP apparatus 100 according to the present invention. In the CMP apparatus according to the present invention, a polishing target 130 such as a wafer or a resin mold having an uneven surface on a table 120, that is, a surface having a undulation, is mounted with the surface to be polished facing upward (face up). Accordingly, the area of the mounting surface of the table 120 is slightly larger than the surface area of the polishing object 130, and considering that the polishing object 130 that is normally used has a disk shape with a diameter of 4 inches, FIG. Compared to the conventional CMP apparatus shown in FIG.

研磨パッド110を装着した回転ヘッド140が研磨対象物130の表面に押圧接触されるように操作される。なお、図1からも明らかなように、回転ヘッド140の研磨対象物130との接触面積は、研磨対象物の表面積より十分小さい。従って、研磨パッド110を装着した回転ヘッド140は、研磨対象物130に局所的に接触するだけである。そして回転ヘッド140を回転させ接触部分の接触面の研磨を所定時間行った後、回転ヘッド140をX、Y軸に沿って所定距離だけ水平移動させ、異なる接触面の研磨を行う。このように回転ヘッド140を研磨対象物130の表面内でX、Y軸方向に移動させながら、表面全体を順次研磨してゆく。   The rotary head 140 equipped with the polishing pad 110 is operated so as to be pressed against the surface of the polishing object 130. As is clear from FIG. 1, the contact area of the rotary head 140 with the polishing object 130 is sufficiently smaller than the surface area of the polishing object. Therefore, the rotary head 140 equipped with the polishing pad 110 only makes local contact with the object to be polished 130. Then, after rotating the rotary head 140 and polishing the contact surface of the contact portion for a predetermined time, the rotary head 140 is horizontally moved by a predetermined distance along the X and Y axes to polish different contact surfaces. In this manner, the entire surface is sequentially polished while moving the rotary head 140 in the X and Y axis directions within the surface of the polishing object 130.

このため、本発明のCMP装置では、テーブル120は無回転で静止した状態で、回転ヘッド140のみが回転及び移動することにより研磨が行われる。また、回転ヘッド140に近接して接触面にスラリを供給するノズル150が配置されており、このノズル150は回転ヘッド140の移動に同期して移動しつつスラリを供給する。このように、ノズル150の移動を回転ヘッド140の移動に同期させることにより、接触面に効率良くスラリを供給することができる。   For this reason, in the CMP apparatus of the present invention, polishing is performed by rotating and moving only the rotary head 140 while the table 120 is stationary and stationary. Further, a nozzle 150 that supplies slurry to the contact surface is disposed in the vicinity of the rotary head 140, and the nozzle 150 supplies the slurry while moving in synchronization with the movement of the rotary head 140. Thus, by synchronizing the movement of the nozzle 150 with the movement of the rotary head 140, the slurry can be efficiently supplied to the contact surface.

本発明の主要な特徴点は、接触面を小さくし研磨中の接触面の押圧荷重を一定に保つ点にある。このようにすることで、接触面全体で所定時間当りの厚さ方向の研磨量が一定となる。
このように本発明のCMP装置では、接触面の面積が研磨対象物130の表面積に比べてかなり小さくなるように構成しているため、研磨対象物130の表面にうねりがあったとしても、うねりに沿って接触面が配置されるようになるため、研磨量が一定となる。
その結果、図1bに示すように、研磨対象物のうねりに沿って研磨範囲を一定の厚さに保つことができる。
The main feature of the present invention is that the contact surface is made smaller and the pressing load on the contact surface during polishing is kept constant. In this way, the polishing amount in the thickness direction per predetermined time is constant over the entire contact surface.
As described above, in the CMP apparatus of the present invention, the area of the contact surface is configured to be considerably smaller than the surface area of the polishing object 130. Therefore, even if the surface of the polishing object 130 has waviness, waviness is generated. Since the contact surface is arranged along the surface, the polishing amount is constant.
As a result, as shown in FIG. 1b, the polishing range can be kept constant along the waviness of the object to be polished.

このように、本発明では研磨対象物の表面を複数の被研磨領域に分割して、一定荷重で順次所定時間だけ研磨を行うのであるが、研磨対象物のうねりの程度によっては、断面厚さに多少のむらが発生する場合もある。
このような場合には、断面厚さに応じて研磨時間を異ならせるようにすればよい。上述したように、本発明のCMP装置では接触面の荷重(以下、局所荷重という)を一定に保つことを主要な特徴としているが、次に、このような特徴を実現するための圧力調整機構の実施例について説明する。
As described above, in the present invention, the surface of the object to be polished is divided into a plurality of regions to be polished, and polishing is performed sequentially for a predetermined time with a constant load. Depending on the degree of waviness of the object to be polished, the cross-sectional thickness Some unevenness may occur.
In such a case, the polishing time may be varied depending on the cross-sectional thickness. As described above, the main feature of the CMP apparatus according to the present invention is to keep the load on the contact surface (hereinafter referred to as local load) constant. Next, a pressure adjusting mechanism for realizing such a feature. Examples will be described.

図2は、本発明に係るCMP装置の圧力調整機構の実施例を示す断面図である。図2に示す圧力調整機構は、テーブル120をその中心軸122に沿って支持する支持軸160と、この支持軸160を中心軸122に沿ってスライド移動可能に保持するシリンダ200と、このシリンダ200を固定して設置する台座250を有している。シリンダ200の中心には支持軸160を上下にスライド移動させるための貫通孔240が設けられ、台座250にも支持軸160を下端部で受け入れるための開口242が設けられている。支持軸160はシリンダ200の内側の上下に設けられたベアリング230、232によりはさみ込まれて支持されているため、上下に摺動することができる。シリンダ200内には、空気流入口202と空気流出口204とを有する圧力室210が形成されている。   FIG. 2 is a sectional view showing an embodiment of the pressure adjusting mechanism of the CMP apparatus according to the present invention. The pressure adjusting mechanism shown in FIG. 2 includes a support shaft 160 that supports the table 120 along the central axis 122, a cylinder 200 that holds the support shaft 160 slidably along the central axis 122, and the cylinder 200. It has the base 250 which installs fixedly. A through-hole 240 for sliding the support shaft 160 up and down is provided at the center of the cylinder 200, and an opening 242 for receiving the support shaft 160 at the lower end is also provided in the base 250. Since the support shaft 160 is sandwiched and supported by bearings 230 and 232 provided on the upper and lower sides of the cylinder 200, the support shaft 160 can slide up and down. A pressure chamber 210 having an air inlet 202 and an air outlet 204 is formed in the cylinder 200.

圧力室210は空気流入口202を有する第1圧力室206と空気流出口204を有する第2圧力室208とに分離されている。この分離のための分離壁は、圧力室210内に位置する支持軸160の一部に第1軸径拡張部162及び第2軸径拡張部164を設け、第2軸径拡張部164の外径部を圧力室210の内壁面に摺動可能に接触させるように構成することで実現できる。第2軸径拡張部164は肉薄に形成されており、この第2軸径拡張部164には直径が100μm程度の微小な開口166が1個若しくは複数個形成されている。なお、この開口166は、第2軸径拡張部164とシリンダ200の内壁面との間に所定の間隙を設けるように構成した場合、必ずしも設ける必要はない。   The pressure chamber 210 is divided into a first pressure chamber 206 having an air inlet 202 and a second pressure chamber 208 having an air outlet 204. The separation wall for this separation is provided with a first shaft diameter expansion portion 162 and a second shaft diameter expansion portion 164 on a part of the support shaft 160 located in the pressure chamber 210, and the outside of the second shaft diameter expansion portion 164. This can be realized by making the diameter portion slidably contact the inner wall surface of the pressure chamber 210. The second shaft diameter expansion portion 164 is formed thin, and the second shaft diameter expansion portion 164 is formed with one or a plurality of minute openings 166 having a diameter of about 100 μm. The opening 166 is not necessarily provided when a predetermined gap is provided between the second shaft diameter expanding portion 164 and the inner wall surface of the cylinder 200.

このように構成されたシリンダ200において、空気流入口202から所定の空気圧の圧縮空気260が第1圧力室206に流入されると、空気は開口166を通って第2圧力室208に流れ込み、空気流出口204から流出されるが、開口166が微小であるため、第1圧力室206と第2圧力室208との間で圧力差が発生し、これにより支持軸160が上方向に押し上げられ、支持軸160とこれに支持されたテーブル120との合計質量の重力とバランスする位置で静止する。この静止位置は、空気流入口202に流入される圧縮空気260の圧力によって定まる。   In the cylinder 200 configured as described above, when compressed air 260 having a predetermined air pressure flows into the first pressure chamber 206 from the air inlet 202, the air flows into the second pressure chamber 208 through the opening 166, and the air Although it flows out from the outflow port 204, since the opening 166 is minute, a pressure difference is generated between the first pressure chamber 206 and the second pressure chamber 208, and thereby the support shaft 160 is pushed upward, The support shaft 160 and the table 120 supported by the support shaft 160 are stationary at a position that balances with the gravity of the total mass. This stationary position is determined by the pressure of the compressed air 260 that flows into the air inlet 202.

そこで、テーブル120の上昇位置よりも低い位置に回転ヘッド140の下面を設定するように制御しておけば、回転ヘッド140の下面は圧縮空気260の圧力によって定まる一定の荷重でテーブル120に押圧接触することとなる。
研磨に必要とされる一定荷重は、圧縮空気の圧力を制御することにより設定することができる。
Therefore, if the lower surface of the rotary head 140 is controlled to be set at a position lower than the raised position of the table 120, the lower surface of the rotary head 140 is pressed against the table 120 with a constant load determined by the pressure of the compressed air 260. Will be.
The constant load required for polishing can be set by controlling the pressure of compressed air.

図3は、本発明の一実施例に係るCMP装置の概略構成を示す図である。なお、図1及び図2に示したのと同一の構成要素には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
本発明のCMP装置では、回転ヘッド140の昇降/移動/回転を制御するための昇降/移動/回転制御部302と、ノズル150にスラリを供給するためのスラリ供給部304と、圧縮空気260の空気圧を制御するための空気圧制御部306と、接触面の押圧荷重を検出するための圧力センサ308と、昇降/移動/回転制御部302、スラリ供給部304及び空気圧制御部306を制御するための主制御部310とが設けられている。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a CMP apparatus according to an embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
In the CMP apparatus according to the present invention, an elevation / movement / rotation control unit 302 for controlling the elevation / movement / rotation of the rotary head 140, a slurry supply unit 304 for supplying slurry to the nozzle 150, and the compressed air 260 An air pressure control unit 306 for controlling the air pressure, a pressure sensor 308 for detecting a pressing load on the contact surface, an elevation / movement / rotation control unit 302, a slurry supply unit 304, and an air pressure control unit 306 A main control unit 310 is provided.

昇降/移動/回転制御部302は、回転ヘッド140の停止位置、X−Y方向への移動量とタイミング及び回転ヘッド140の回転数などを制御するもので、主制御部310からの制御指令404に基づいて、回転ヘッド140へ制御指令402を送ることにより制御を行う。
スラリ供給部304は、ノズル150を回転ヘッド140の移動に同期して移動しつつスラリを供給するよう制御するもので、主制御部310からの制御指令408に基づいて、ノズル150を制御する。
空気圧制御部306は、空気流入口202に供給される圧縮空気260の空気圧を制御するもので、主制御部310からの制御指令410に基づいて制御が行われる。
The elevating / moving / rotating control unit 302 controls the stop position of the rotating head 140, the amount and timing of movement in the XY directions, the number of rotations of the rotating head 140, and the like, and a control command 404 from the main control unit 310. Based on the above, control is performed by sending a control command 402 to the rotary head 140.
The slurry supply unit 304 controls the nozzle 150 to supply slurry while moving in synchronization with the movement of the rotary head 140, and controls the nozzle 150 based on a control command 408 from the main control unit 310.
The air pressure control unit 306 controls the air pressure of the compressed air 260 supplied to the air inlet 202 and is controlled based on a control command 410 from the main control unit 310.

本発明では、研磨パッド110と研磨対象物130の接触面の押圧荷重を所定値に一定に保つよう図2に示した圧力調整機構を操作するが、操作後の押圧荷重は、例えば、回転ヘッド140の所望の位置に圧力センサ308を設置して測定することができる。そして、圧力センサ308からの圧力信号406に基づいて、この圧力信号が所定値となるよう主制御部310が空気圧制御部306に制御指令410を送ることにより、空気圧制御部306が、圧縮空気260の空気圧を調整する。   In the present invention, the pressure adjusting mechanism shown in FIG. 2 is operated so as to keep the pressing load on the contact surface between the polishing pad 110 and the polishing object 130 constant at a predetermined value. The pressure sensor 308 can be installed and measured at 140 desired positions. Then, based on the pressure signal 406 from the pressure sensor 308, the main control unit 310 sends a control command 410 to the air pressure control unit 306 so that the pressure signal becomes a predetermined value. Adjust the air pressure.

図4は、空気圧制御部306の一例を示すブロック図である。
空気圧制御部306は、主制御部310からの制御指令410を受けて動作する圧力制御回路450と、圧力源420と、バルブ430と、圧力計440とから構成される。圧力源420は例えば圧縮空気ボンベである。圧力源420からの圧縮空気は、バルブ430及び圧力計440を通って供給用圧縮空気260となって、空気流入口202に供給されるが、圧力制御回路450が、圧力計440の計測値に基づいてバルブ430の開閉量を調整することにより供給用圧縮空気260の空気圧を所望の大きさに制御する。
FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of the air pressure control unit 306.
The air pressure control unit 306 includes a pressure control circuit 450 that operates in response to a control command 410 from the main control unit 310, a pressure source 420, a valve 430, and a pressure gauge 440. The pressure source 420 is, for example, a compressed air cylinder. The compressed air from the pressure source 420 passes through the valve 430 and the pressure gauge 440 to become the supply compressed air 260 and is supplied to the air inlet 202. The pressure control circuit 450 sets the measured value of the pressure gauge 440 to the measured value. Based on this, the opening / closing amount of the valve 430 is adjusted to control the air pressure of the supply compressed air 260 to a desired magnitude.

図5は、本発明に係るCMP装置の圧力調整機構の他の実施例を示す断面図である。図5に示す圧力調整機構は、テーブル120をその上面612で水平に保持し、内部に圧力室600が形成された内筒シリンダ610と、この内筒シリンダ610を中心軸122に沿ってスライド移動可能に保持する外筒シリンダ620と、空気流入口602と空気流出口604とを有し、外筒シリンダ620を下部で保持する台座630と、空気流入口602から流入し(Air IN)、空気流出口604から流出する(Air OUT)空気の量を調整することにより圧力室600内の空気圧を制御する空気圧制御部640とを有している。
内筒シリンダ610は、その外壁面が外筒シリンダ620の内壁面に摺動可能に接触している。
このように構成された圧力調整機構において、空気圧制御部640を介して空気流入口602から所定の空気圧の圧縮空気が圧力室600に流入されると、空気流出口604から流出される空気量に応じて圧力室600内の空気圧が上昇する。
これにより内筒シリンダ610が上方向に押し上げられ、内筒シリンダ610とこれに保持されたテーブル120との合計質量の重力とバランスする位置で静止する。この静止位置は、圧力室600内の空気圧によって定まる。
そこで、テーブル120の上昇位置よりも低い位置に回転ヘッド140の下面を設定するように制御しておけば、回転ヘッドの下面は圧力室600内の空気圧によって定まる一定の荷重でテーブル120に押圧接触することとなる。
このように、研磨に必要とされる一定荷重は、圧力室600内の空気圧を空気圧制御部640により制御することにより設定することができる。
FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the pressure adjusting mechanism of the CMP apparatus according to the present invention. The pressure adjustment mechanism shown in FIG. 5 holds the table 120 horizontally on its upper surface 612 and has an inner cylinder 610 in which a pressure chamber 600 is formed, and the inner cylinder 610 slides along the central axis 122. An outer cylinder 620 that can be held, an air inlet 602, and an air outlet 604, and a pedestal 630 that holds the outer cylinder 620 at the lower part, and flows from the air inlet 602 (Air IN), air And an air pressure control unit 640 for controlling the air pressure in the pressure chamber 600 by adjusting the amount of air flowing out from the outflow port 604 (Air OUT).
The inner cylinder cylinder 610 has an outer wall surface slidably in contact with an inner wall surface of the outer cylinder cylinder 620.
In the pressure adjustment mechanism configured as described above, when compressed air having a predetermined air pressure flows into the pressure chamber 600 from the air inlet 602 via the air pressure control unit 640, the amount of air flowing out from the air outlet 604 is reduced. Accordingly, the air pressure in the pressure chamber 600 increases.
As a result, the inner cylinder 610 is pushed upward and stops at a position that balances with the gravity of the total mass of the inner cylinder 610 and the table 120 held by the inner cylinder 610. This stationary position is determined by the air pressure in the pressure chamber 600.
Therefore, if the lower surface of the rotating head 140 is controlled to be set at a position lower than the raised position of the table 120, the lower surface of the rotating head is pressed against the table 120 with a constant load determined by the air pressure in the pressure chamber 600. Will be.
Thus, the constant load required for polishing can be set by controlling the air pressure in the pressure chamber 600 by the air pressure control unit 640.

図6は、図5に示す空気圧制御部640を備えた本発明の実施例に係るCMP装置の概略構成を示す図である。なお図5に示したのと同一の構成要素には同一符号を付し、その詳細説明は省略する。
空気圧制御部640は、外部からの空気を圧縮して圧縮空気とする圧縮ポンプ642と、供給する圧縮空気量を調整する空気バルブ644と、空気流入口602に流入される圧縮空気の流量を制御するマスフローコントローラ(MFC)646と、空気流出口604に接続され空気流出量を制御するニードルバルブ648と、圧力逃し弁650とから構成されている。MFC646からの制御指令646aによりニードルバルブ648の開度を制御することにより、空気流入口に流入される圧縮空気の流量を所定の値に保ち、圧力室600内の空気圧を所望の大きさに制御し、必要とされる一定荷重を得ることができる。
なお、上述した実施例では、テーブル120は支持軸160又は内筒シリンダ610の上面612に固定して取付けられていたが、テーブル120を着脱可能に取付けることも可能である。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a CMP apparatus according to an embodiment of the present invention provided with the air pressure control unit 640 shown in FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same component as shown in FIG. 5, and the detailed description is abbreviate | omitted.
The air pressure control unit 640 controls the compression pump 642 that compresses air from the outside into compressed air, the air valve 644 that adjusts the amount of compressed air to be supplied, and the flow rate of the compressed air that flows into the air inlet 602. A mass flow controller (MFC) 646, a needle valve 648 connected to the air outlet 604 for controlling the amount of air outflow, and a pressure relief valve 650. By controlling the opening degree of the needle valve 648 by the control command 646a from the MFC 646, the flow rate of the compressed air flowing into the air inlet is kept at a predetermined value, and the air pressure in the pressure chamber 600 is controlled to a desired magnitude. Thus, the required constant load can be obtained.
In the above-described embodiment, the table 120 is fixedly attached to the support shaft 160 or the upper surface 612 of the inner cylinder 610. However, the table 120 can be detachably attached.

さらに、上述した実施例においては、スラリはスラリ供給部304からノズル150を介して供給していたが、研磨対象物130を常時スラリにひたした状態で研磨することも可能である。   Further, in the above-described embodiment, the slurry is supplied from the slurry supply unit 304 via the nozzle 150. However, it is possible to polish the polishing object 130 in a state in which the polishing object 130 is always immersed in the slurry.

図8は、テーブル120にスラリ収納容器を取り付けた状態で研磨を行う状態を示した断面図である。
スラリを収容可能な容器500をテーブル120又は支持軸160に取付け、容器500内にスラリ550を満たして研磨を行う。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which polishing is performed with the slurry storage container attached to the table 120.
A container 500 capable of containing slurry is attached to the table 120 or the support shaft 160, and the container 500 is filled with the slurry 550 and polished.

図9はテーブル120を着脱式とし、そのテーブル120にスラリを収容可能な容器500を装着したスラリ液アタッチメント800の構造を示す断面図である。
テーブル120は所定の厚さを有し、上面と下面とが十分な平坦度を有している必要がある。スラリ液アタッチメント800を図5に示す内筒シリンダ610の上面612や図2に示す支持軸160に着脱可能に装着するために図9aに示すようにピン802を設け、これを内筒シリンダ610の上面612に設けた挿入口(図示しない)に挿入したり、図9bに示すようにネジ穴804を設け、これに支持軸160の上部に設けた雄ネジ(図示しない)に係合させる。
研磨すべき膜の性質や、研磨量に応じて、スラリ液の濃度、粒径、材質を変えることにより研磨量を制御することができる。
スラリ液の交換は、アタッチメント800を変更することにより簡単に行うことができる。また、現在使用しているスラリ液を吸い出して、異なる濃度、粒径、材質を持ったスラリ液と取替えることで行うことができる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a slurry liquid attachment 800 in which the table 120 is detachable and a container 500 capable of storing slurry is mounted on the table 120.
The table 120 has a predetermined thickness, and the upper surface and the lower surface need to have sufficient flatness. In order to detachably attach the slurry liquid attachment 800 to the upper surface 612 of the inner cylinder cylinder 610 shown in FIG. 5 or the support shaft 160 shown in FIG. 2, a pin 802 is provided as shown in FIG. It is inserted into an insertion port (not shown) provided on the upper surface 612, or a screw hole 804 is provided as shown in FIG. 9b, and engaged with a male screw (not shown) provided on the upper portion of the support shaft 160.
The polishing amount can be controlled by changing the concentration, particle size, and material of the slurry liquid according to the properties of the film to be polished and the polishing amount.
The replacement of the slurry liquid can be easily performed by changing the attachment 800. Moreover, it can carry out by sucking out the slurry liquid currently used and replacing with the slurry liquid with a different density | concentration, a particle size, and a material.

図10は、回転ヘッド140の制御機構を示す図である。
回転ヘッド140は、高速回転モータ170に取付けられ、高速回転モータ170は、3軸(X,Y,Z)制御ロボットに取付けられている。
3軸制御ロボット180により、回転ヘッド140の回転及び軸方向への移動が制御される。
回転ヘッド140を高速回転モータ170へクランプ式に取付けるようにしておけば、研磨条件に応じて回転ヘッド140を交換するのが容易になる。また、3軸制御ロボット180の個数を必要なだけ用意しておけば3軸制御ロボット180毎に交換することも可能である。
なお、本願発明による研磨の制御要因としては、以下の要因がある。
1)回転ヘッドの接触面への滞留時間
2)スラリ液の濃度、粒径及び材質
3)押圧荷重
4)回転ヘッドの材質及び接触面の形状
5)回転ヘッドの回転速度、水平移動速度
これらの要因をそれぞれ適切に制御することにより所望の研磨を実現することができる。
また、本発明者等の実測結果によると、理由は定かではないが回転ヘッド140の研磨対象物対向面147の中心近傍に図11aに示すようにくぼみ145を設けることにより研磨対象物130の表面がより均一にうねりに沿って研磨できることが判明した。
FIG. 10 is a diagram illustrating a control mechanism of the rotary head 140.
The rotary head 140 is attached to a high-speed rotary motor 170, and the high-speed rotary motor 170 is attached to a three-axis (X, Y, Z) control robot.
The three-axis control robot 180 controls the rotation of the rotary head 140 and the movement in the axial direction.
If the rotary head 140 is attached to the high-speed rotary motor 170 in a clamped manner, the rotary head 140 can be easily replaced according to the polishing conditions. If the necessary number of the three-axis control robot 180 is prepared, the three-axis control robot 180 can be replaced.
In addition, as a control factor of grinding | polishing by this invention, there are the following factors.
1) Residence time of rotating head on contact surface 2) Concentration, particle size and material of slurry liquid 3) Press load 4) Material of rotating head and shape of contact surface 5) Rotating head rotating speed, horizontal moving speed Desired polishing can be realized by appropriately controlling the factors.
Further, according to the actual measurement results of the present inventors, although the reason is not clear, the surface of the polishing object 130 is provided by providing a recess 145 in the vicinity of the center of the polishing object facing surface 147 of the rotary head 140 as shown in FIG. Was found to be able to polish along the waviness more uniformly.

これはくぼみ145の部分で研磨パッドに加わる押圧加重が弱まるためか、又はくぼみ145の部分にスラリが集まり易いかのいずれかであろうと推測されるものの詳細は定かでない。
図11bに示すように、中心近傍に穴148を穿ち、倒壁からこの穴148に到達する接続穴149を設けた回転ヘッド140を開いて研磨したところ、より均一に研磨できることが判明した。これは、回転ヘッド140が回転することにより穴148の内部が負圧となり、スラリを吸い上げるためであろうと思われる。
また、図11cに示すように、中心近傍のくぼみ145に向かって連接する連接溝144を回転ヘッド140の研磨面に設けても同様な結果が得られた。
これは連接溝144によりスラリの取り込みが多くなるためと考えられる。
The details of what is speculated that either this is because the pressure load applied to the polishing pad at the depression 145 is weakened or the slurry is likely to collect at the depression 145 is not clear.
As shown in FIG. 11b, it has been found that when the hole 148 is formed in the vicinity of the center and the rotating head 140 provided with the connection hole 149 reaching the hole 148 from the falling wall is opened and polished, polishing can be performed more uniformly. This is probably because the rotation of the rotary head 140 causes the inside of the hole 148 to have a negative pressure and suck up the slurry.
In addition, as shown in FIG. 11c, the same result was obtained even when the connecting groove 144 connected to the recess 145 near the center was provided on the polishing surface of the rotary head 140.
This is presumably because the slurry is taken up by the connecting groove 144.

以上、実施例に基づいて本発明を説明したが、本発明は実施例に限定されるものではない。本発明に用いられる圧力調整機構は種々の変形が可能であることは当業者に明らかである。例えば上述した実施例では圧力センサを設置して、この圧力センサからの圧力信号をフィードバックして空気圧を調整するように構成しているが、圧力センサを用いることなく、一度設定した押圧荷重の大きさは研磨中は変更しないようにしてもよい。また、回転ヘッドがうねりに沿って傾斜するような機構を設けておけばより正確にうねりに沿って均一に研磨することができる。
なお、回転ヘッドの接触面の面積はうねりの周期に応じて、周期が長いときは大きく、短いときは小さくなるように調節してもよい。本発明は、金型の鏡面仕上げや、最大膜厚100nmの薄膜の剥離に好適に適用することが可能である。
また、3次元構造体、レンズ、光造形で作製した物体の表面仕上げにも適用できるのみならず、球状シリコン、ナノインプリント等にも適用することができる。
As mentioned above, although this invention was demonstrated based on the Example, this invention is not limited to an Example. It will be apparent to those skilled in the art that the pressure adjustment mechanism used in the present invention can be variously modified. For example, in the above-described embodiment, a pressure sensor is installed, and the pressure signal from the pressure sensor is fed back to adjust the air pressure. The thickness may not be changed during polishing. Further, if a mechanism for tilting the rotating head along the waviness is provided, the polishing can be performed more uniformly along the waviness.
Note that the area of the contact surface of the rotary head may be adjusted so as to be large when the period is long and small when the period is short, according to the waviness period. The present invention can be suitably applied to mirror finishing of a mold and peeling of a thin film having a maximum film thickness of 100 nm.
Moreover, it can be applied not only to the surface finishing of a three-dimensional structure, a lens, and an object produced by stereolithography, but also to spherical silicon, nanoimprint, and the like.

110: 研磨パッド
120: テーブル
130: 研磨対象物
140: 回転ヘッド
145: くぼみ
150: ノズル
160: 支持軸
162: 第1軸径拡張部
164: 第2軸径拡張部
166: 微小な開口
200: シリンダ
202: 空気流入口
204: 空気流出口
210: 圧力室
500: 容器
550: スラリ
600: 圧力室
610: 内筒シリンダ
620: 外筒シリンダ
630: 台座
640: 空気制御部
110: Polishing pad 120: Table 130: Polishing target 140: Rotating head 145: Recess 150: Nozzle 160: Support shaft 162: First shaft diameter expansion portion 164: Second shaft diameter expansion portion 166: Small opening 200: Cylinder 202: Air inlet 204: Air outlet 210: Pressure chamber 500: Container 550: Slurry 600: Pressure chamber 610: Inner cylinder 620: Outer cylinder 630: Base 640: Air control unit

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点における化学機械研磨装置は、研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、テーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面に押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨装置であって、研磨中は、前記テーブルから前記回転ヘッドに向って押圧することにより、接触面の押圧荷重を一定に保つ圧力調整機構を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a chemical mechanical polishing apparatus according to a first aspect of the present invention includes a rotary head mounted with a polishing pad having a contact area with a polishing object smaller than a surface area of the polishing object. Press and contact the surface of the object to be polished mounted face-up, supply slurry to the contact surface, rotate the rotating head while holding the table stationary, polish for a specified time, and then move the rotating head to the surface of the object to be polished. Is a chemical mechanical polishing apparatus that sequentially polishes the entire surface of the object to be polished, and is a pressure that keeps the pressing load on the contact surface constant by pressing from the table toward the rotating head during polishing. An adjustment mechanism is provided.

また、本発明の第2の観点における化学機械研磨方法は、研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、テーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面に押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨方法であって、研磨中は、前記テーブルから前記回転ヘッドに向って押圧することにより、接触面の押圧荷重を一定に保つことを特徴とする。 Further, in the chemical mechanical polishing method according to the second aspect of the present invention, the rotating head mounted with the polishing pad having a contact area with the polishing object smaller than the surface area of the polishing object is mounted face-up on the table. While pressing and contacting the surface of the object to be polished and supplying slurry to the contact surface, rotating the rotating head with the table stationary and polishing for a predetermined time, the rotating head is moved within the surface of the object to be polished, A chemical mechanical polishing method for sequentially polishing the entire surface of an object, wherein the pressing load on the contact surface is kept constant by pressing from the table toward the rotating head during polishing.

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点における化学機械研磨装置は、研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より十分小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、昇降可能なテーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面にテーブルを上昇させて押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨装置であって、回転ヘッドの下面を、テーブルの上昇位置よりも低い位置に設定する昇降制御機構と、研磨中は、テーブルを上昇させて圧縮空気の圧力によって定まる一定の荷重でテーブルから回転ヘッドに向って押圧することにより、接触面の押圧荷重を一定に保つ圧力調整機構と、を設けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the chemical mechanical polishing apparatus according to the first aspect of the present invention moves up and down a rotating head mounted with a polishing pad, the contact area of which is sufficiently smaller than the surface area of the polishing object. After raising the table to the surface of the object to be polished that is mounted face-up on the possible table and pressing and contacting it, supplying the slurry to the contact surface, rotating the rotary head with the table stationary, polishing for a predetermined time, A chemical mechanical polishing device that moves the rotating head within the surface of the object to be polished, and sequentially polishes the entire surface of the object to be polished. The lifting control controls the lower surface of the rotating head to a position lower than the raised position of the table. a mechanism, during polishing, by pressing toward the tables or et rotary head with a constant load determined by the pressure of the compressed air raises the table, press the contact surfaces Characterized by providing a pressure adjusting mechanism to keep the load constant, the.

また、本発明の第2の観点における化学機械研磨方法は、研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より十分小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、昇降可能なテーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面にテーブルを上昇させて押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨方法であって、回転ヘッドの下面を、テーブルの上昇位置よりも低い位置に設定し、研磨中は、テーブルを上昇させて圧縮空気の圧力によって定まる一定の荷重でテーブルから回転ヘッドに向って押圧することにより、接触面の押圧荷重を一定に保つことを特徴とする。 In addition, the chemical mechanical polishing method according to the second aspect of the present invention is a method in which a rotating head mounted with a polishing pad, whose contact area with the object to be polished is sufficiently smaller than the surface area of the object to be polished, is faced up to a table that can be raised and lowered The table is lifted and pressed against the surface of the object to be polished, and the rotating head is rotated for a predetermined time while the table is stationary while supplying the slurry to the contact surface. This is a chemical mechanical polishing method in which the entire surface of the object to be polished is sequentially polished, and the lower surface of the rotary head is set to a position lower than the raised position of the table, and the table is raised during polishing. by pressing toward the tables or et rotary head is allowed certain load determined by the pressure of compressed air, characterized by keeping the pressing load of the contact surface constant.

上記目的を達成するために、本発明の第1の観点における化学機械研磨装置は、研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より十分小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、昇降可能なテーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面にテーブルを上昇させて押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨装置であって、回転ヘッドの下面を、テーブルの上昇位置よりも低い位置に設定する昇降制御機構と、研磨中は、テーブルを上昇させて圧縮空気の圧力によって定まる一定の荷重でテーブルから回転ヘッドに向って押圧することにより、接触面の押圧荷重を一定に保つ圧力調整機構と、を設け、圧力調整機構は、テーブルを中心軸に沿って支持する支持軸と、支持軸を中心軸に沿ってスライド移動可能に保持するシリンダと、空気流入口と空気流出口とを有し、シリンダ内に形成された圧力室と、圧力室内に位置する支持軸に設けた空気圧調整手段と、を含むことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the chemical mechanical polishing apparatus according to the first aspect of the present invention moves up and down a rotating head mounted with a polishing pad, the contact area of which is sufficiently smaller than the surface area of the polishing object. After raising the table to the surface of the object to be polished that is mounted face-up on the possible table and pressing and contacting it, supplying the slurry to the contact surface, rotating the rotary head with the table stationary, polishing for a predetermined time, A chemical mechanical polishing device that moves the rotating head within the surface of the object to be polished, and sequentially polishes the entire surface of the object to be polished. The lifting control controls the lower surface of the rotating head to a position lower than the raised position of the table. During polishing, the contact surface is pushed by raising the table and pressing it from the table toward the rotary head with a constant load determined by the pressure of the compressed air. A pressure adjusting mechanism to keep the load constant, the provided pressure adjusting mechanism includes a support shaft for supporting along the central axis of the table, and a cylinder that slidably held along the central axis of the support shaft, air flow It has an inlet and an air outlet, and includes a pressure chamber formed in the cylinder, and air pressure adjusting means provided on a support shaft positioned in the pressure chamber .

本発明の化学機械研磨装置において、研磨対象物との接触面積が、研磨対象物の表面積より十分小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、昇降可能なテーブルにフェイスアップで装着された研磨対象物の表面にテーブルを上昇させて押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、テーブルを静止したまま前記回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、回転ヘッドを研磨対象物の表面内で移動させ、研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨装置であって、回転ヘッドの下面を、テーブルの上昇位置よりも低い位置に設定する昇降制御機構と、研磨中は、テーブルを上昇させて圧縮空気の圧力によって定まる一定の荷重でテーブルから回転ヘッドに向って押圧することにより、接触面の押圧荷重を一定に保つ圧力調整機構と、を設け、圧力調整機構は、テーブルを上面で水平に保持し、内部に圧力室が形成された内筒シリンダと、内筒シリンダを中心軸に沿ってスライド移動可能に保持する外筒シリンダと、空気流入口と空気流出口とを有し、外筒シリンダを保持する台座と、空気流入口から流入し、空気流出口から流出する空気の量を調整することにより圧力室内の空気圧を制御する空気圧制御部とを備えたことを特徴とする。 In the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, a polishing object in which the contact area with the polishing object is sufficiently smaller than the surface area of the polishing object and the rotary head mounted with the polishing pad is mounted face-up on a table that can be raised and lowered The table is raised and brought into pressure contact with the surface of the substrate, and while supplying the slurry to the contact surface, the rotating head is rotated and polished for a predetermined time while the table is stationary, and then the rotating head is moved within the surface of the object to be polished. A chemical mechanical polishing apparatus that sequentially polishes the entire surface of an object to be polished, wherein the lower surface of the rotary head is set at a position lower than the raised position of the table, and the table is raised during polishing. A pressure adjusting mechanism that keeps the pressing load on the contact surface constant by pressing from the table toward the rotating head with a constant load determined by the pressure of the compressed air; Provided, the pressure adjusting mechanism holds the table horizontally at the top surface, a cylindrical cylinder inner pressure chamber formed therein, an outer cylinder cylinder for slidably held along the central axis of the inner tube cylinder, air Pedestal that has an inlet and an air outlet and holds the outer cylinder, and a pneumatic control that controls the air pressure in the pressure chamber by adjusting the amount of air that flows in from the air inlet and out of the air outlet And a section.

Claims (11)

  1. 研磨対象物との接触面積が、前記研磨対象物の表面積より小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、テーブルにフェイスアップで装着された前記研磨対象物の表面に押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、
    前記テーブルを静止したまま前記回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、
    前記回転ヘッドを前記研磨対象物の表面内で移動させ、前記研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨装置であって、
    研磨中は、前記接触面の押圧荷重を一定に保つ圧力調整機構を設けたことを特徴とする化学機械研磨装置。
    A rotating head mounted with a polishing pad having a contact area with the polishing object smaller than the surface area of the polishing object is brought into pressure contact with the surface of the polishing object mounted face-up on a table, and the contact surface is slurried. While supplying
    After rotating the rotary head with the table stationary and polishing for a predetermined time,
    A chemical mechanical polishing apparatus for moving the rotating head within the surface of the object to be polished and sequentially polishing the entire surface of the object to be polished;
    A chemical mechanical polishing apparatus provided with a pressure adjusting mechanism for maintaining a constant pressing load on the contact surface during polishing.
  2. 請求項1に記載の化学機械研磨装置において、
    前記圧力調整機構は、
    前記テーブルを中心軸に沿って支持する支持軸と、
    前記支持軸を前記中心軸に沿ってスライド移動可能に保持するシリンダと、
    空気流入口と空気流出口とを有し、前記シリンダ内に形成された圧力室と、
    前記圧力室内に位置する前記支持軸に設けた空気圧調整手段と、
    を含むことを特徴とする化学機械研磨装置。
    The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1,
    The pressure adjustment mechanism is
    A support shaft for supporting the table along a central axis;
    A cylinder that holds the support shaft slidably along the central axis;
    A pressure chamber having an air inlet and an air outlet and formed in the cylinder;
    Air pressure adjusting means provided on the support shaft located in the pressure chamber;
    A chemical mechanical polishing apparatus comprising:
  3. 請求項2に記載の化学機械研磨装置において、
    前記空気圧調整手段は、
    前記圧力室の前記空気流入口を有する第1圧力室と、前記空気流出口を有する第2圧力室とに分離する分離壁を備え、この分離壁に設けた微小開口又は前記分離壁と前記シリンダの内壁面との間の間隙を介して前記第1圧力室から前記第2圧力室に移動する空気の量を調整することにより、前記圧力室内の空気圧を制御することを特徴とする化学機械研磨装置。
    The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 2,
    The air pressure adjusting means is
    A separation wall that separates the pressure chamber into the first pressure chamber having the air inlet and the second pressure chamber having the air outlet, and the minute opening provided in the separation wall or the separation wall and the cylinder A chemical mechanical polishing characterized by controlling an air pressure in the pressure chamber by adjusting an amount of air moving from the first pressure chamber to the second pressure chamber through a gap between the inner pressure wall and the inner wall surface. apparatus.
  4. 請求項1に記載の化学機械研磨装置において、
    前記圧力調整機構は、
    前記テーブルを上面で水平に保持し、内部に圧力室が形成された内筒シリンダと、
    前記内筒シリンダを中心軸に沿ってスライド移動可能に保持する外筒シリンダと、
    空気流入口と空気流出口とを有し、前記外筒シリンダを保持する台座と、
    前記空気流入口から流入し、前記空気流出口から流出する空気の量を調整することにより前記圧力室内の空気圧を制御する空気圧制御部とを備えたことを特徴とする化学機械研磨装置。
    The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1,
    The pressure adjustment mechanism is
    An inner cylinder that holds the table horizontally on the upper surface and in which a pressure chamber is formed;
    An outer cylinder that holds the inner cylinder slidably along a central axis;
    A pedestal having an air inlet and an air outlet and holding the outer cylinder;
    A chemical mechanical polishing apparatus comprising: an air pressure control unit that controls an air pressure in the pressure chamber by adjusting an amount of air flowing in from the air inflow port and out of the air outflow port.
  5. 請求項2に記載の化学機械研磨装置において、
    前記テーブルを着脱可能に前記支持軸に取付けることを特徴とする化学機械研磨装置。
    The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 2,
    A chemical mechanical polishing apparatus, wherein the table is detachably attached to the support shaft.
  6. 請求項4に記載の化学機械研磨装置において、
    前記テーブルを着脱可能に前記内筒シリンダの上面に取付けることを特徴とする化学機械研磨装置。
    The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 4, wherein
    A chemical mechanical polishing apparatus, wherein the table is detachably attached to an upper surface of the inner cylinder cylinder.
  7. 請求項1乃至6に記載の化学機械研磨装置において、
    前記回転ヘッドに近接してスラリを供給するノズルを配置し、前記回転ヘッドの移動に同期して移動しつつスラリを供給することを特徴とする化学機械研磨装置。
    The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1,
    A chemical mechanical polishing apparatus, wherein a nozzle for supplying slurry is disposed in proximity to the rotating head, and the slurry is supplied while moving in synchronization with the movement of the rotating head.
  8. 請求項1乃至6に記載の化学機械研磨装置において、
    スラリを収容可能な容器を前記テーブルに装着することを特徴とする化学機械研磨装置。
    The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1,
    A chemical mechanical polishing apparatus, wherein a container capable of storing a slurry is attached to the table.
  9. 請求項1乃至8のいずれかに記載の化学機械研磨装置において、
    前記回転ヘッドの研磨対象物対向面の中心近傍にくぼみを設けることを特徴とする化学機械研磨装置。
    The chemical mechanical polishing apparatus according to any one of claims 1 to 8,
    A chemical mechanical polishing apparatus, wherein a recess is provided in the vicinity of the center of the surface of the rotating head facing the object to be polished.
  10. 研磨対象物との接触面積が、前記研磨対象物の表面積より小さい、研磨パッドを装着した回転ヘッドを、テーブルにフェイスアップで装着された前記研磨対象物の表面に押圧接触させ、接触面にスラリを供給しつつ、
    前記テーブルを静止したまま前記回転ヘッドを回転させ所定時間研磨したのち、
    前記回転ヘッドを前記研磨対象物の表面内で移動させ、前記研磨対象物の表面全体を順次研磨する化学機械研磨方法であって、
    研磨中は、前記接触面の押圧荷重を一定に保つことを特徴とする化学機械研磨方法。
    A rotating head mounted with a polishing pad having a contact area with the polishing object smaller than the surface area of the polishing object is brought into pressure contact with the surface of the polishing object mounted face-up on a table, and the contact surface is slurried. While supplying
    After rotating the rotary head with the table stationary and polishing for a predetermined time,
    A chemical mechanical polishing method in which the rotating head is moved within the surface of the polishing object, and the entire surface of the polishing object is sequentially polished,
    A chemical mechanical polishing method characterized by maintaining a constant pressing load on the contact surface during polishing.
  11. 請求項10に記載の化学機械研磨方法において、
    前記研磨対象物の表面を複数の被研磨領域に分割し、分割された各被研磨領域の断面厚さに応じて研磨時間を異ならせながら前記回転ヘッドを順次押圧接触させて研磨することを特徴とする化学機械研磨方法。
    The chemical mechanical polishing method according to claim 10,
    The surface of the object to be polished is divided into a plurality of regions to be polished, and polishing is performed by sequentially pressing and contacting the rotary heads while varying the polishing time according to the cross-sectional thickness of each of the divided regions to be polished. Chemical mechanical polishing method.
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