JPH07299731A

JPH07299731A - ウエハ研磨装置および研磨面のドレッシング方法

Info

Publication number: JPH07299731A
Application number: JP9777794A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Takeda; 圭介武田; Keiichi Shirai; 啓一白井
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-05-11
Filing date: 1994-05-11
Publication date: 1995-11-14

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハ研磨装置および研磨面のドレッシング
方法に係り、研磨布の目づまりや凹凸を確実に除去し、
ウエハの品質を向上する。【構成】ヘッド２を研磨面５ａから離間させる離間手
段４と、ヘッド２が研磨面５ａから離間させられたとき
に、研磨面５ａに圧接させられるドレッシングパッド２
１とを設けることにより、ウエハ３の研磨作業とドレッ
シング作業とを独立して実施し、ドレッシング作業によ
って発生するドレッシングパッド２１からの砥粒等の落
下物がウエハ３の被研磨面に及ぼす悪影響を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路を形成する半
導体ウエハ等の表面を研磨するためのウエハ研磨装置お
よび研磨面のドレッシング方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩ等の集積回路を製造するた
めの半導体ウエハ（以下、単にウエハという。）は、デ
バイスの微細化に伴って、高精度かつ無欠陥表面となる
ように研磨することが要求されるようになってきた。こ
の研磨のメカニズムは、微粒子シリカ等によるメカニカ
ルな要素とアルカリ液によるエッチング要素とを複合し
たメカノ・ケミカル研磨法に基づいている。したがっ
て、研磨剤や研磨布の性質がウエハの表面状態を決定す
る主な要素となるので、従来は、これらについての改良
が数多くなされてきた。しかし、最近のウエハの精度、
特に平坦度向上等の要求に対しては研磨装置自体の重要
度が高まりつつある。

【０００３】図５は従来のウエハ研磨装置１の構成を示
す図であって、符号２はウエハ３を保持するヘッド、４
は旋回アーム、５はプラテン（研磨盤）である。ヘッド
２はその下部にウエハキャリア６を有し、ウエハ３はウ
エハキャリア６に真空吸着されることにより、研磨され
るべき表面を下向きに水平状態に保持されるようになっ
ている。一方、ウエハキャリア６の上方には圧力空気源
（図示略）から微小空気圧が供給され、ウエハキャリア
６が下方に変位して、ウエハ３がプラテン５に押し付け
られるようになっている。

【０００４】また、ヘッド２は、基台７上に設置される
旋回アーム４によりプラテン５の上面に対向するように
支持されている。旋回アーム４の先端にはエアシリンダ
８が設置されており、ヘッド２の軸体９とリンク接続さ
れることによって、エアシリンダ８の作動によりヘッド
２が上下方向に若干移動し得るようになっている。

【０００５】また、旋回アーム４は、鉛直方向に延びる
支持軸４ａを中心に水平面内で回動させられるようにな
っている。これにより、旋回アーム４の先端に設けられ
ているヘッド２は、プラテン５上に位置する範囲内で図
７に矢印Ａで示す揺動運動をさせられるようになってい
る。

【０００６】プラテン５には、その上面に研磨布（図示
略）が貼付されており、研磨の際には、この研磨布がヘ
ッド２に保持されたウエハ３と接触するようになってい
る。このプラテン５の中心には回転軸１０が設けられ、
基台７に設置された駆動モータ１１の回転力が動力伝達
機構（図示略）を介してこの回転軸１０に伝達され、プ
ラテン５が水平回転させられるようになっている。

【０００７】このような構成のウエハ研磨装置１は、ヘ
ッド２にウエハ３を装着した状態で動作を開始すること
により、ウエハ３とプラテン５の研磨布との間に研磨剤
を供給しつつ、ヘッド２をプラテン５に対して揺動運動
させる。また、これと同時に、プラテン５およびヘッド
２が時計回りに回転する。これにより、ウエハ３がプラ
テン５の同一箇所のみで研磨されることなく、研磨布が
満遍なく使用されて、研磨布の偏摩耗による研磨むらの
発生が防止されるようになっている。そして、ヘッド
２、プラテン５、旋回アーム４のこのような相互運動に
よって、ウエハ３と研磨布とが研磨剤を介して摩擦さ
れ、ウエハ３の表面が研磨されることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
従来の研磨装置１において使用される研磨布は、プラテ
ン５の上面に貼付される不織布であるが、貼付の際にお
ける塵埃の挟み込みや、研磨布自体の厚さのムラ等によ
って、初期状態において研磨面５ａに微小な凹凸を形成
する。また、このような研磨布は、使用されるにしたが
って、供給された研磨剤が偏在することになったり、該
研磨剤あるいはウエハ３を構成するシリコンの削りカス
等によって目づまりを生じたりすることによっても研磨
面５ａに微小な凹凸が形成されあるいは研磨能力が低下
することになる。これらの場合には、ツルーイングある
いはドレッシングを実施することによって、凹凸をなら
しあるいは目づまりを洗い落とすことが必要である。

【０００９】従来、研磨布のドレッシングの方法とし
て、図６に示すように、ウエハ３を支持するヘッド２
に、ドレッシングパッド１２を設けておき、ウエハ３を
研磨面５ａに圧接させて研磨を行うと同時に、ドレッシ
ングパッド１２を研磨面５ａに圧接させる方法が案出さ
れている。この場合、例えば、研磨面５ａを水平旋回さ
せられる円盤状のものとし、ウエハ３を支持するヘッド
２の周囲に円環状のドレッシングパッド１２を設ける。
そして、ウエハ３とドレッシングパッド１２とを研磨面
５ａの半径方向の途中位置に同時に圧接させることとす
れば、ウエハ３は、常に、ドレッシングパッド１２によ
ってドレッシングを施された研磨面５ａに接触させられ
ることになる。

【００１０】しかしながら、かかるドレッシング方法に
よれば、ドレッシングパッド１２によって研磨面５ａが
ならされあるいは目づまりが解消される反面、ドレッシ
ングパッド１２の砥粒がドレッシングパッドから剥がれ
落ちた場合等には、該砥粒がそのまま研磨剤の中に混在
させられて、ウエハ３の表面に傷を付ける等の悪影響を
及ぼすという不都合が考えられる。

【００１１】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、研磨布の目づまりや凹凸を確実に除去
し、ウエハの品質を向上することができるウエハ研磨装
置を提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ヘッドに支持されたウエハを、研磨盤の
研磨面に圧接させた状態で、前記ヘッドと研磨面とを相
対移動させることによって摺動させるとともに、前記ウ
エハの表面と研磨面との間に研磨剤を供給してウエハを
研磨する研磨装置において、前記ヘッドに、該ヘッドを
研磨面から離間させる離間手段が設けられるとともに、
該離間手段によってヘッドが研磨面から離間させられた
ときに、研磨盤の研磨面に圧接させられるドレッシング
パッドが設けられているウエハ研磨装置を提案してい
る。

【００１３】上記ウエハ研磨装置においては、研磨面
が、水平旋回させられる円盤状に形成され、離間手段
が、前記研磨面の半径方向外方に配される垂直軸心回り
に水平旋回させられ先端にヘッドを取り付ける旋回アー
ムよりなり、ドレッシングパッドが旋回アームに取り付
けられている構成とすることが効果的である。

【００１４】また、ドレッシングパッドがクラッチを介
して旋回アームに取り付けられていることとしてもよ
い。

【００１５】また、本発明にかかる研磨面のドレッシン
グ方法は、水平旋回させられてその表面に圧接されるウ
エハを研磨する円盤状の研磨面に、軸心回りに水平回転
自在に支持された円形のドレッシングパッドを偏心状態
に配し、ウエハが圧接される領域よりも広い範囲に亙る
研磨面にドレッシングパッドを圧接させ、研磨面の回転
によってドレッシングパッドをつれ回りさせながらドレ
ッシングすることを特徴としている。

【００１６】

【作用】本発明に係るウエハ研磨装置によれば、ヘッド
に支持されたウエハは、研磨盤の研磨面に研磨剤を介し
て摺動させられ、その表面を研磨される。これにより研
磨面には、研磨剤あるいはウエハの削りカスが付着する
こととなるが、離間手段を作動させてウエハを研磨面か
ら退けた状態でドレッシングパッドを研磨面に圧接させ
ることにより、研磨面のドレッシングが行われる。この
場合に、ドレッシングと同時にウエハの研磨が行われな
いので、ドレッシングによってドレッシングパッドから
剥がれた砥粒等が研磨剤に混入されることがなく、ウエ
ハの品質低下を防止することが可能となる。

【００１７】また、離間手段を、水平旋回させられる円
盤状の研磨面の半径方向外方に配される垂直軸心回りに
水平旋回させられ先端にヘッドを取り付ける旋回アーム
とすれば、旋回アームの水平旋回によってヘッドを垂直
軸心回りに旋回移動させることにより、ウエハが研磨面
から退けられる。そして、旋回アームにドレッシングパ
ッドを取り付ける構成とすれば、旋回アームの水平旋回
に伴ってドレッシングパッドが水平旋回され、研磨面上
に配置させられて、研磨面のドレッシングを実施するこ
とが可能となる。

【００１８】さらに、ドレッシングパッドと旋回アーム
との間にクラッチを設ける構成とすれば、旋回アームに
よるウエハの研磨動作からドレッシングパッドを切り離
しておき、必要に応じてクラッチを作動させる。これに
より、旋回アームとドレッシングパッドとを連動させる
ことが可能となるので、ドレッシングパッドを研磨面上
に配置させることによって、研磨面のドレッシングが実
施されることになる。

【００１９】また、本発明に係る研磨面のドレッシング
方法によれば、水平旋回させられている円盤状の研磨面
に対して、水平回転自在に支持された円形のドレッシン
グパッドを偏心させた状態で圧接させることにより、研
磨面とドレッシングパッドとの各部の摩擦力の不均衡に
基づいて、ドレッシングパッドがつれ回りさせられる。
これにより、ドレッシングパッドと研磨面とは、相対的
に摺動させられ、その摺動動作の間に、研磨面がドレッ
シングパッドによってドレッシングされることになる。
この場合に、ドレッシングパッドは、ウエハが圧接され
る領域よりも広い範囲に亙る研磨面に圧接させられるの
で、ウエハを研磨すべき部分の研磨面は、漏れなくドレ
ッシングされウエハの健全な研磨加工を行うことが可能
となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明に係るウエハ研磨装置および研
磨面のドレッシング方法の一実施例について、図１から
図４を参照して説明する。なお、図５から図７に示す従
来例と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を
簡略化する。

【００２１】本実施例のウエハ研磨装置２０は、プラテ
ン５の研磨面５ａに圧接させられる円盤状のドレッシン
グパッド２１を有するドレッシング装置２２を具備して
いる。このドレッシング装置２２は、旋回アーム４（離
間手段）の旋回中心となる垂直軸４ａ回りに旋回可能に
配されるドレッシングアーム２３と、該ドレッシングア
ーム２３の先端に水平に配されるドレッシングパッド２
１と、該ドレッシングパッド２１を上下移動させるシリ
ンダ２４とを具備している。

【００２２】また、前記ドレッシングアーム２３と前記
旋回アーム４との間には両者の連結・切り離しを行うた
めのクラッチ２５が設けられている。該クラッチ２５
は、オペレータにより、あるいは、ウエハ研磨装置２０
の内部信号等によってＯＮ・ＯＦＦされ、ドレッシング
アーム２３と旋回アーム４とを適宜、連結しあるいは切
り離すことができるようになっている。なお、クラッチ
２５の形式としては、特に限定はなく、機械式、電磁式
等の種々の形式のものを適用することができる。

【００２３】前記ドレッシングパッド２１は、図３に示
すように、断面コ字状の円形に形成されており、その外
縁に沿って、研磨面５ａに圧接されることとなるリング
状の圧接面２１ａを具備している。この圧接面２１ａに
は、例えば、約１００メッシュのダイヤモンド砥粒２１
ｂが均一分布状態に電着されている。

【００２４】ドレッシングパッド２１の直径寸法は、図
１に示す例では、プラテン５の半径寸法と同等に形成さ
れている。そして、その外周がプラテン５の外周に内接
する位置に配置されることによって、プラテン５の回転
のみによって研磨面５ａの全面をドレッシングすること
ができるようになっている。

【００２５】また、前記シリンダ２４は、先端にドレッ
シングパッド２１を取り付けたロッド２４ａを下方に向
けて突出させることにより、ドレッシングパッド２１を
上下方向に移動させ、その圧接面２１ａをプラテン５の
研磨面５ａに圧接することができるようになっている。
ドレッシングパッド２１は、例えば、ロッド２４ａに水
平回転自在に取り付けられており、圧接面２１ａを研磨
面５ａに圧接させられることによって、研磨面５ａの動
作に倣わせてつれ回り回転させられるようになってい
る。

【００２６】このように構成されたウエハ研磨装置２０
を用いてウエハ３の研磨作業を実施するには、まず、オ
ペレータは、ウエハ３をヘッド２に取り付けて、微粒子
シリカからなる砥粒を包含する水酸化カリウム等のアル
カリ溶液で構成された研磨剤をウエハ３とプラテン５の
研磨布との間に流し込みつつ、ヘッド２とプラテン５と
を相対運動させる。

【００２７】すなわち、図１に示すように、プラテン５
およびヘッド２が時計回りに回転させられるとともに、
ヘッド２を支持する旋回アーム４が支持軸４ａ回りに回
動させられる。そして、ヘッド２、プラテン５、旋回ア
ーム４がこのように相互運動を行う間に、ウエハ３がプ
ラテン５の研磨面５ａに対して研磨剤を介して摩擦さ
れ、その表面の研磨されることになる。このとき、クラ
ッチ２５はＯＦＦ状態とされ、旋回アーム４とドレッシ
ングアーム２３とが切り離された状態とされている。

【００２８】次いで、オペレータにより、あるいは、ウ
エハ研磨装置２０の内部信号等によって、クラッチ２５
がＯＮ状態とされると、旋回アーム４とドレッシングア
ーム２３とが連動して水平方向に旋回移動される。そし
て、ドレッシングアーム２３の先端に設けられたドレッ
シングパッド２１の圧接面２１ａがプラテン５上に配置
され、シリンダ２４の作動によって、プラテン５の研磨
面５ａに圧接させられることによってドレッシング作業
が開始される。

【００２９】このドレッシング作業は、例えば、ウエハ
３の研磨作業が終了したときに、ウエハ３をプラテン５
の外方（図１に鎖線で示す位置）に除外して、ウエハ３
の交換作業を実施するような場合に行われる。すなわ
ち、ウエハ３の交換作業中は、ウエハ３の研磨を行うこ
とができない無駄時間となるので、この無駄時間を有効
利用して研磨面５ａのドレッシングを行うものである。
ドレッシングに際しては、プラテン５上に純水が噴射さ
れ、研磨布から掃き出されたウエハの塵埃等の異物が洗
い流されるようになっている。

【００３０】したがって、本実施例のウエハ研磨装置２
０によれば、ウエハ３をプラテン５の研磨面５ａから退
けた状態で、ドレッシングパッド２１の圧接面２１ａを
研磨面５ａに圧接させてドレッシング作業を実施するの
で、ドレッシングによって剥離することがあるダイヤモ
ンド砥粒２１ｂ等が、ウエハ３を研磨する際に使用され
る研磨剤に混入することが防止される。すなわち、ウエ
ハ３の研磨作業とドレッシングパッド２１によるドレッ
シング作業とを別々に実施するので、ウエハ３の被研磨
面に損傷を与える等の悪影響を回避して、ウエハ３の品
質を向上することができる。

【００３１】また、ドレッシングアーム２３を旋回アー
ム４に連動させて旋回させることにより、単一の駆動源
によってヘッド２とドレッシングパッド２１とを入れ替
えることができるので、装置構成を簡易なものとするこ
とができる。しかも、ウエハ３をプラテン５から退けた
状態でドレッシング作業を実施する方法により、ウエハ
３の交換作業時等の無駄時間を有効利用してドレッシン
グ作業を行うことができる。

【００３２】さらに、ドレッシングアーム２３を旋回ア
ーム４にクラッチ２５を介して取り付けることにより、
クラッチ２５をＯＮ状態として旋回アーム４の旋回動作
に伴わせてドレッシングパッド２１をプラテン５の研磨
面５ａ上に配置することができるとともに、ドレッシン
グ作業を実施しないときは、クラッチ２５をＯＦＦ状態
とすれば旋回アーム４とドレッシングアーム２３とを切
り離すことができる。これにより、研磨作業時におい
て、旋回アーム４に余分な負荷が作用することを防止し
て、円滑な研磨作業を実施することができる。

【００３３】また、本発明に係る研磨面のドレッシング
方法によれば、水平旋回させられるプラテン５の研磨面
５ａと、水平回転自在に設けられるドレッシングパッド
２１とが偏心した位置に配置されるので、ドレッシング
パッド２１は、圧接面２１ａ全域に不均一に作用する摩
擦力のバランスによって、研磨面５ａの回転動作に倣う
ようにしてつれ回りさせられる。これにより、ドレッシ
ングパッド２１に特別な駆動源を必要とすることなく、
また、ドレッシングアーム２３に無理な力を作用させる
ことなく、研磨面５ａのドレッシングを実施することが
できる。

【００３４】また、ドレッシングパッド２１は、ウエハ
３が接触させられる研磨面５ａ上の領域を網羅するよう
に、研磨面５ａ全域に亙って圧接させられるので、ウエ
ハあを研磨する研磨面５ａを確実にドレッシングして、
ウエハ３の品質向上を図ることができる。

【００３５】なお、本実施例に係るウエハ研磨装置２０
においては、ドレッシングパッド２１を円形に形成した
が、これに限られることなく、任意の形状でよい。ま
た、このドレッシングパッド２１を研磨面５ａの旋回に
倣わせて回転させることとしたが、例えば、駆動モータ
を取り付ける等によって独立に回転させることとしても
よい。また、旋回アーム４とドレッシングアーム２３と
をクラッチを介して連結することとしたが、これに代え
て、適当な角度、例えば、９０゜程度の角度をなして両
者を固定することとしてもよい。

【００３６】さらに、本実施例にかかる研磨面５ａのド
レッシング方法においては、ドレッシングパッド２１の
直径寸法を研磨面５ａの半径寸法に一致させ、かつ、研
磨面５ａの外周に内接する位置に配置することとした
が、その半径寸法および中心位置は、これに限定される
ものではない。すなわち、少なくともウエハ３が圧接さ
せられることとなる領域を網羅するように配置されれば
よい。

【００３７】例えば、図４に示す例では、ドレッシング
パッド２１の直径寸法をＤ_D、プラテン５の直径寸法を
Ｄ_P、圧接面２１ａの幅寸法をＷ、ドレッシングパッド
２１の中心位置に設けられる中抜き部分５ｂの直径をｄ
とした場合に、好ましくは、Ｄ_P／２≦Ｄ_D≦Ｄ_P／２＋ｄ／２＋Ｗとなるように設定するのがよい。これにより、研磨面５
ａを有効利用し、ドレッシングパッド２１のつれ回り速
度を低下させることなく、しかも、ウエハ３の接触させ
られる領域を完全に網羅するようにドレッシングパッド
２１を配置することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係るウエ
ハ研磨装置は、ヘッドを研磨面から離間させる離間手段
と、ヘッドが研磨面から離間させられたときに、研磨盤
の研磨面に圧接させられるドレッシングパッドとを設け
たので、ウエハの研磨作業とドレッシングパッドによる
ドレッシング作業とが別々に実施され、削られたドレッ
シングパッドの微粉が、研磨剤に混入されることを防止
することができる。これにより、ウエハの被研磨面を高
精度に仕上げることができるという効果を奏する。

【００３９】また、上記ウエハ研磨装置において、研磨
面を、水平旋回させられる円盤状に形成し、離間手段
を、研磨面の半径方向外方に配される垂直軸心回りに水
平旋回させられ先端にヘッドを取り付ける旋回アームと
し、ドレッシングパッドを旋回アームに取り付ける構成
とすることにより、ドレッシングパッドを旋回アームに
連動させて水平旋回移動させ、ヘッドとドレッシングパ
ッドとの入れ替えを簡易な構成によって実現することが
できる。これにより、上記研磨作業とドレッシング作業
とが別々に実現されて高精度のウエハを製造することが
できるとともに、ウエハの交換作業等の無駄時間を有効
利用してドレッシング作業を実施することができるとい
う効果を奏する。

【００４０】さらに、旋回アームとドレッシングパッド
とをクラッチを介して取り付けることにより、上記効果
に加えて、研磨作業時におけるドレッシングパッドを旋
回アームから切り離して、旋回アームの水平旋回にドレ
ッシングパッドの負荷が作用することを回避することが
できるという効果を奏する。

【００４１】また、本発明に係る研磨面のドレッシング
方法によれば、水平回転自在に支持された円形のドレッ
シングパッドを研磨面に対して偏心状態に配し、ウエハ
が圧接される領域よりも広い範囲に亙ってドレッシング
パッドを圧接させ、研磨面の回転によってドレッシング
パッドをつれ回りさせながらドレッシングするので、ド
レッシングパッドが研磨面との間に生ずる摩擦力のバラ
ンスによって無理なくつれ回り回転させられて、ドレッ
シングパッドを支持する機構に無理な力を作用させるこ
となく、研磨面を良好にドレッシングすることができる
という効果を奏する。ドレッシングパッドは、ウエハが
圧接させられることとなる研磨面を網羅する広い範囲に
亙ってドレッシングを行うので、ドレッシングが行われ
た研磨面をウエハに接触させて、ウエハの品質を向上す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウエハ研磨装置の一実施例を示す
平面図である。

【図２】図１のウエハ研磨装置の側面図である。

【図３】図１のウエハ研磨装置のドレッシングパッドを
示す縦断面図である。

【図４】図３のドレッシングパッドの配置を説明するた
めの平面図である。

【図５】ウエハ研磨装置の従来例を示す縦断面図であ
る。

【図６】研磨布のドレッシングの従来例を説明する縦断
面図である。

【図７】図５のウエハ研磨装置の各部の動作を説明する
ための平面図である。

【符号の説明】

２ヘッド３ウエハ４旋回アーム（離間手段）５プラテン（研磨盤）５ａ研磨面２０ウエハ研磨装置２１ドレッシングパッド２５クラッチ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ヘッドに支持されたウエハを、研磨盤の
研磨面に圧接させた状態で、前記ヘッドと研磨面とを相
対移動させることによって摺動させるとともに、前記ウ
エハの表面と研磨面との間に研磨剤を供給してウエハを
研磨する研磨装置において、前記ヘッドに、該ヘッドを研磨面から離間させる離間手
段が設けられるとともに、該離間手段によってヘッドが研磨面から離間させられた
ときに、研磨盤の研磨面に圧接させられるドレッシング
パッドが設けられていることを特徴とするウエハ研磨装
置。
【請求項２】研磨面が、水平旋回させられる円盤状に
形成され、離間手段が、前記研磨面の半径方向外方に配される垂直
軸心回りに水平旋回させられ先端にヘッドを取り付ける
旋回アームよりなり、ドレッシングパッドが旋回アームに取り付けられている
ことを特徴とする請求項１記載のウエハ研磨装置。
【請求項３】ドレッシングパッドがクラッチを介して
旋回アームに取り付けられていることを特徴とする請求
項２記載のウエハ研磨装置。
【請求項４】水平旋回させられてその表面に圧接され
るウエハを研磨する円盤状の研磨面に、軸心回りに水平
回転自在に支持された円形のドレッシングパッドを偏心
状態に配し、ウエハが圧接される領域よりも広い範囲に
亙る研磨面にドレッシングパッドを圧接させ、研磨面の
回転によってドレッシングパッドをつれ回りさせながら
ドレッシングすることを特徴とする研磨面のドレッシン
グ方法。