JPWO2014128754A1

JPWO2014128754A1 - Ｃｍｐ装置

Info

Publication number: JPWO2014128754A1
Application number: JP2013528872A
Authority: JP
Inventors: 常徳寺田
Original assignee: LEAP Co., Ltd
Current assignee: LEAP Co., Ltd
Priority date: 2013-02-19
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2033-02-19
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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。

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：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置及びＣＭＰ方法に関する。

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。

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。

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。

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。

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。

特開２００７−１２９３６号公報特開２０００−２６３４２５号公報特開２００２−２４６３４６号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明に係るＣＭＰ装置の要部の構成を示す斜視図。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。本発明の一実施例に係るＣＭＰ装置の概略構成を示す図。図３に示す空気圧制御部の一例を示すブロック図。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。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。従来のＣＭＰ装置の要部の構成を示す斜視図。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。スラリ液アタッチメント８００の構造を示す断面図。回転ヘッド１４０の制御機構を示す図。くぼみを設けた回転ヘッドを示す図。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（ＡｉｒＩＮ）、空気流出口６０４から流出する（ＡｉｒＯＵＴ）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。