JPH07299738A

JPH07299738A - ウエハ研磨装置

Info

Publication number: JPH07299738A
Application number: JP9777894A
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】ウエハ研磨装置に係り、研磨布の目づまりや
凹凸を広範囲に亙って均一かつ確実に除去し、ウエハの
品質を向上する。【構成】研磨面５ａに向けて研磨剤を噴射するノズル
２２を、ヘッド２の周囲に周方向に沿って複数配設する
ことにより、研磨面５ａとの間に相対運動させられるヘ
ッド２の周囲の研磨面５ａを満遍なくドレッシングす
る。また、ノズル２２をヘッド２の動作に伴わせて研磨
面５ａに対して相対移動させることにより、広範囲に亙
る研磨面５ａをドレッシングする。

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６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
るべき被研磨面を下向きにして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が下方に変位させられて、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
支持されプラテン５の回転に同期して水平回転させられ
るようになっている。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
８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の被研磨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している研磨剤等を除去することが
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７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の被研磨面に傷を付ける等の悪影
響を及ぼす不都合が考えられる。また、かかる不都合を
解消するために、研磨面５ａの外方から高圧状態の研磨
剤を研磨面５ａに噴射することによりドレッシングを実
施する方法も案出されているが、単に研磨剤によるのみ
では、広範囲に亙る研磨面５ａに均一にドレッシングを
実施することが困難であった。

【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広範囲に亙っ
て均一かつ確実に除去し、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
エハの被研磨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、研磨面に向けて研磨剤
を噴射するノズルが、前記ヘッドの周囲に周方向に沿っ
て複数配設されているウエハ研磨装置を提案している。

【００１３】また、上記ウエハ研磨装置においては、ヘ
ッドの周囲に、該ヘッドの外周面を側方から支持するヘ
ッド支持手段を具備し、該ヘッド支持手段が、ヘッドの
周方向に間隔をおいて複数配されヘッドの外周面を周方
向に転動させられる転動体と、該転動体を連結するよう
にして回転自在に支持するリング状の支持部材とからな
り、ノズルが、該支持部材に沿って取り付けられ内部に
研磨剤を流通させる管状部材の長手方向に間隔を空けて
設けられている構成とすれば効果的である。

【００１４】さらに、ヘッドを研磨面から除外する除外
手段と、ヘッドが除外されたときに研磨面に圧接させら
れるドレッシングパッドとが設けられている構成として
もよい。

【００１５】

【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、その被研磨面を研磨される。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、供給される研磨剤がノズルから噴出
されるので、研磨面がドレッシングされ、削りカスが除
去されることになる。この場合に、ノズルは、研磨面に
対して相対移動させられるヘッドに設けられているの
で、広範囲に亙る研磨面がドレッシングされることにな
る。また、ノズルは、ヘッドの周方向に複数設けられて
いるので、ヘッドと研磨面との相対移動方向に関わら
ず、常にドレッシングされた状態の研磨面によってウエ
ハが研磨されることになる。

【００１６】また、ヘッド支持手段によって、ヘッドを
側方から支持することとすれば、ノズルから噴射される
研磨剤によっても、ヘッドが振動させられることなく安
定して支持される。この場合に、ヘッド支持手段のリン
グ状の支持部材に沿わせて管状部材を配し、該管状部材
の長手方向に間隔をおいて複数のノズルを設けることと
すれば、研磨剤の流通および噴射により管状部材に作用
する反力を支持部材に支持させることが可能となる。

【００１７】さらに、研磨剤の噴射によりウエハの研磨
作業と並行して行われる研磨面のドレッシング作業に加
えて、除外手段の作動によってウエハが研磨面から除外
されたときに、研磨面に圧接させられるドレッシングパ
ッドによってドレッシング作業を実施することとすれ
ば、より効果的に研磨面の状態を整えることが可能とな
る。

【００１８】

【実施例】以下、本発明に係るウエハ研磨装置の一実施
例について、図１から図５を参照して説明する。これら
各図において、符号３０はウエハキャリア６を上下に移
動させるダイヤフラム、３１はウエハキャリア６に設け
られウエハ３を真空吸着するための細孔、３２はウエハ
の水平移動を抑制するリテーナ、３３はダイヤフラム３
０を変位させるための圧力室、３４は軸体、３５はハウ
ジング、３６はスリーブ、３７はプーリ、３８はスプラ
イン、３９はストッパ、４０はウエイト、４１はピンで
ある。なお、図６から図８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。

【００１９】本実施例のウエハ研磨装置２０は、図１お
よび図２に示すように、水平旋回させられるヘッド２を
側方から支持するヘッド支持手段２１と、ヘッド２のウ
エハキャリア６に吸着されるウエハ３とプラテン５の研
磨面５ａとの間に研磨剤を噴射するノズル２２と、旋回
アーム４に取り付けられるドレッシングパッド２３とを
具備している。

【００２０】前記ヘッド２は、プーリ３７を介してスリ
ーブ３６に伝達される回転力を、スプライン３８を介し
て軸体３４に伝達させ、かつ、該軸体３４とヘッド２と
を所定のガタを有して結合するピン４１を介して伝達さ
せることによって、水平回転させられるようになってい
る。また、ヘッド２は、ハウジング３５の上面に搭載し
たウエイト４０によって、前記圧力室３３に供給される
微小空気圧によってウエハ３がプラテン５に押し付けら
れる際のハウジング３５を押し上げようとする反力に対
抗して押下されるようになっている。

【００２１】さらに、前記ヘッド２の軸体３４にはアー
ム４の先端に設置されたエアシリンダ４２等からなるヘ
ッド駆動機構４３（押圧手段）が連結されており、該ヘ
ッド駆動機構４３の作動によって、ヘッド２が上下方向
に若干移動することができるようになっている。また、
前記スリーブ３６には、ヘッド回転機構４４が設けられ
ている。該ヘッド回転機構４４は、駆動モータ１１によ
って回転駆動されるプラテン５と同期させてヘッド２を
その軸心２ｂ回りに回転させるために、プーリ４６・ベ
ルト４７・ドライブシャフト４８・プーリ４９・ベルト
５０等を介して、ヘッド２とモータ１１とを連結するよ
うになっている。

【００２２】また、アーム４には、図示しないアーム駆
動用モータからベルト５１・プーリ５２・支持軸５３を
介して回転力が伝達され、所定範囲内に亙って、水平方
向に回動するようになっている。これにより、アーム４
は、ヘッド２を水平移動させる移動手段を構成してい
る。

【００２３】前記ヘッド支持手段２１は、例えば、図２
および図３に示すように、旋回アーム４の下方位置に旋
回アーム４とともに回動させられる支持部材２４と、該
支持部材２４に取り付けられヘッド２の周囲に周方向に
等間隔を空けて配される３個の転動体２５とから構成さ
れている。前記転動体２５は、例えば、ローラ（以下、
ローラ２５という。）であって、前記ヘッド２の外周面
２ａの下部位置に接触状態に配置されている。ローラ２
５は、支持部材２４に鉛直下方に突出状態に固定される
垂直軸２６に、ベアリング（図示略）を介して水平旋回
自在に取り付けられている。

【００２４】前記ノズル２２は、図３に示すように、前
記ヘッド支持手段２１の支持部材２４に沿って配される
管状部材２７に周方向に間隔をおいて複数設けられてい
る。前記管状部材２７は、図４に示すように、ローラ２
５間に、円弧状に配置されており、図示しない研磨剤供
給装置に接続される供給管２８を通じて供給された研磨
剤をその内部に流通させるとともに、その研磨剤を周方
向に間隔をおいて設けられる各ノズル２２から噴出させ
るようになっている。

【００２５】このノズル２２は、図３に示すように、そ
の先端を管状部材２７の半径方向内方に斜め下方に向か
って配しており、研磨剤供給装置によって供給された高
圧状態の研磨剤を研磨面５ａに対して適当な傾斜角度で
入射させ、研磨布に目づまり状態に付着している研磨剤
等を剥離させるとともに、その先方に配されるウエハ３
と研磨面５ａとの間に研磨剤を送り込むことができるよ
うになっている。

【００２６】また、前記ドレッシングパッド２３は、例
えば、水平旋回させられる旋回アーム４（除外手段）に
対して約９０゜の角度をなして固定されるドレッシング
アーム２９の先端に回転自在に取り付けられた円盤状部
材であって、研磨面５ａの半径寸法と同等の直径寸法を
有している。これにより、ドレッシングパッド２３は、
旋回アーム４が約９０゜水平旋回させられて研磨面５ａ
の上方から除外された状態（図１に鎖線で示す状態）
で、研磨面５ａ上のプラテン５の外周に内接する位置に
配置されるようになっている。

【００２７】また、このドレッシングパッド２３は、図
５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２３ａを具備している。この圧接面２
３ａには、例えば、約１００メッシュのダイヤモンド砥
粒２３ｂが均一分布状態に電着されている。

【００２８】ドレッシングパッド２３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。なお、ドレッシングパッド
２３とプラテン５との大小関係は、上記寸法関係に限定
されるものではなく、ウエハ３が接触させられることと
なるプラテン５の研磨面５ａ全域を網羅するようにドレ
ッシングパッド２３を接触させることができ、しかも、
プラテン５との間に生じる摩擦力のバランスによってド
レッシングパッド２３がつれ回りさせられるようになっ
ていればよい。

【００２９】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、ウエハ３
を取り付けたヘッド２を旋回アーム４を水平旋回させる
ことによって、プラテン５の研磨面５ａ上に配置する。
そして、プラテン５およびヘッド２を水平旋回させると
ともに、ノズル２２から研磨剤を噴出させた状態で、圧
力空気源から微小空気圧を供給することによってウエハ
キャリア６を下降させ、ウエハ２の被研磨面を研磨面５
ａに圧接させる。

【００３０】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、その被研磨面が研磨されることになる。

【００３１】また、ヘッド２の周囲に配置されている複
数のノズル２２から研磨面５ａに向けて研磨剤が噴出さ
れることによって、ウエハ３の研磨作業と並行して研磨
面５ａのドレッシング作業が実施され、研磨剤を吹き付
けられた領域に目づまりしていた研磨剤等が取り除かれ
ることになる。したがって、研磨作業とドレッシング作
業とが同時に実施されるので作業効率を向上することが
できるとともに、ドレッシング作業が研磨剤によって実
施されるので、ウエハ３の被研磨面を傷つけることがな
い。

【００３２】この場合、本実施例のウエハ研磨装置２０
では、ヘッド２の周方向に配された管状部材２８に複数
設けられたノズル２２によってウエハ３周囲の多方向か
ら研磨剤を供給するので、常に研磨剤によってドレッシ
ングされた状態の研磨面５ａにウエハ３を接触させるこ
とができる。さらに、旋回アーム４によって水平移動さ
れるヘッド２に、このように複数のノズル２２を設ける
ことによって、ノズル２２から噴出される研磨剤が、研
磨面５ａに広範囲に亙って噴射されることになり、ドレ
ッシング作業を均一に実施することができる。

【００３３】また、ウエハ３を支持するヘッド２は、ヘ
ッド支持手段２１のローラ２５によって、水平旋回運動
を阻害されることなく側方から確実に支持され、かつ、
軸体３６およびウエイト４０によって上方から確実に支
持されるので、ノズル２２からの研磨剤の噴出力や研磨
面５ａとの相互運動によるヘッド２の振動を防止するこ
とができる。また、これとともに、このヘッド支持手段
２１の支持部材２４が、前記ノズル２２の管状部材２７
をも支持するので、研磨剤の流通および噴出によって作
用する反力に対して管状部材２７を確実に支持すること
ができる。その結果、ウエハ３に作用する振動を防止し
てウエハ３の被研磨面の平坦度の低下防止を図ることが
できる。

【００３４】さらに、例えば、研磨作業を終えたウエハ
３を交換する場合等には、交換作業は、旋回アーム４を
旋回させてヘッド２をプラテン５から除外した位置で行
われるが、本実施例のウエハ研磨装置２０では、この状
態で、ドレッシングパッド２３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、ウエハ３を研磨し
ない無駄時間を有効に利用することができるとともに、
ドレッシングパッド２３から落下する砥粒等の異物の研
磨材への混入を回避することができる。また、ドレッシ
ングパッド２３によるドレッシング作業を併用すること
によって、研磨剤のみによる場合と比較して確実に目づ
まりを除去することができる。

【００３５】なお、本実施例においては、ドレッシング
パッド２３を円盤状に形成したが、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２３を研磨面５ａの旋回に倣わせて回転させることと
してもよく、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、ドレッシングアー
ム２９を旋回アーム４に固定することとしたが、これに
代えて、クラッチによって両者を連結・切り離しをする
こととしてもよい。

【００３６】また、転動体をローラ２５よりなることと
したが、例えば、回転自在に支持されるボール等の他の
転動体を採用することとしてもよい。この転動体の個数
は、３個に限られるものでなく、任意の数としてよい。
さらに、ノズル２２の数、傾斜角度、研磨剤の噴射圧力
等は、適宜設定することとしてよい。

【００３７】また、管状部材２７をローラ２５の相互間
隙に配される円弧状に形成したが、これに代えて、ロー
ラ２５を回避して、あるいは、ローラの外方を取り巻く
ように、一連のリング状に形成することとしてもよい。

【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、研磨面に向けて研磨剤を噴射するノズル
が、ヘッドの周囲に周方向に沿って複数配設されている
ので、研磨面との間に相対運動させられるヘッドの周囲
の研磨面が満遍なくドレッシングされ、ヘッドに支持さ
れるウエハが常にドレッシングされた状態の研磨面に接
触させられ、被研磨面の平坦度を向上させることができ
るという効果を奏する。しかも、ノズルが研磨面に対し
て相対移動させられるヘッドに設けられているので、研
磨面を広範囲に亙ってドレッシングすることができる。

【００３９】また、ヘッドの周囲に、ヘッド支持手段を
設け、その転動体によってヘッドを側方から支持するこ
ととすれば、ノズルから噴射される研磨剤の噴出力によ
っても、ヘッドが振動させらないように支持することが
できる。また、ヘッド支持手段の支持部材によってノズ
ルを取り付ける管状部材を支持するので、研磨剤の流通
・噴射による管状部材の振動をも防止して、ウエハに作
用する振動を低減し、被研磨面の平坦度を向上すること
ができるという効果を奏する。

【００４０】さらに、ヘッドを研磨面から除外した状態
で、研磨面にドレッシングパッドを圧接させることとす
れば、ウエハの交換時等の無駄な時間にも、研磨面のド
レッシング作業を実施することができ、研磨剤によるド
レッシングと併せて、より確実かつ均一なドレッシング
を実施することができるという効果を奏する。

【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のウエハ研磨装置を示す縦断面図である。

【図３】図１のウエハ研磨装置のヘッド近傍の構造を示
す縦断面図である。

【図４】図１のウエハ研磨装置のノズルを示す平面図で
ある。

【図５】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６】ウエハ研磨装置の従来例を示す縦断面図であ
る。

【図７】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８】図６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（除外手段）５プラテン（研磨盤）５ａ研磨面２０ウエハ研磨装置２１ヘッド支持手段２２ノズル２３ドレッシングパッド２４支持部材２５ローラ（転動体）２７管状部材

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
エハの被研磨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、研磨面に向けて研磨剤を噴射するノズルが、前記ヘッド
の周囲に周方向に沿って複数配設されていることを特徴
とするウエハ研磨装置。
【請求項２】ヘッドの周囲に、該ヘッドの外周面を側
方から支持するヘッド支持手段を具備し、該ヘッド支持手段が、ヘッドの周方向に間隔をおいて複
数配されヘッドの外周面を周方向に転動させられる転動
体と、該転動体を連結するようにして回転自在に支持す
るリング状の支持部材とからなり、ノズルが、該支持部材に沿って取り付けられ内部に研磨
剤を流通させる管状部材の長手方向に間隔を空けて設け
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】ヘッドを研磨面から除外する除外手段
と、ヘッドが除外されたときに研磨面に圧接させられる
ドレッシングパッドとが設けられていることを特徴とす
る請求項１または請求項２記載のウエハ研磨装置。