(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空系流路を介して真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備え、この保持板に真空吸着した薄板を研磨手段に押し付け、前記研磨手段に研磨剤を供給しつつ、前記薄板と前記研磨手段との間に相対運動を与えて前記薄板の一面を研磨するように構成されると共に、研磨後には、脱離系流路を通じて前記通孔から流体を前記薄板の他面に向けて噴出させて前記保持板から前記薄板の脱離を行うように構成された研磨機であって、前記真空系流路内には、研磨中に前記通孔および前記真空系流路に吸引された前記研磨剤からの水分の蒸発を抑制してゲル化を抑制するためのゲル化抑制手段が設けられていることを特徴とする薄板の研磨機。
【請求項２】
真空系流路を介して真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備え、この保持板に真空吸着した薄板を研磨手段に押し付け、前記研磨手段に研磨剤を供給しつつ、前記薄板と前記研磨手段との間に相対運動を与えて前記薄板の一面を研磨するように構成されると共に、研磨後には、前記真空系流路とは独立に設けた脱離系流路を通じて他の通孔から流体を前記薄板の他面に向けて噴出させて前記保持板から前記薄板の脱離を行うように構成された研磨機であって、前記真空系流路内には、研磨中に、前記真空ポンプに連なる前記通孔と前記真空系流路とに吸引された前記研磨剤からの水分の蒸発を抑制してゲル化を抑制するためのゲル化抑制手段が設けられていることを特徴とする薄板の研磨機。
【請求項３】
前記ゲル化抑制手段は、前記真空系流路内の水蒸気圧力を前記研磨剤が示す水蒸気圧力よりも高く保持するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨機。
【請求項４】
前記真空ポンプは水封式真空ポンプであり、また、前記ゲル化抑制手段は、前記水封式真空ポンプの封水の温度を前記研磨剤の温度よりも高く保つように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨機。
【請求項５】
前記ゲル化抑制手段は、前記真空ポンプに連なる前記通孔および前記真空系流路に水を注入し、この注入された水によって、真空吸引された研磨剤の濃度を下げるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨機。
【請求項６】
前記ゲル化抑制手段は、前記真空ポンプに連なる前記通孔および前記真空系流路を洗浄するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の研磨機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄板の研磨機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７には、ウェーハの研磨に用いられる研磨機が示されている。この研磨機１００は、研磨ヘッド１０１と機械的に連結された保持板１０２を備えている。この保持板１０２は、真空系流路１０３を介して真空ポンプ１０４に連なる通孔１０５（図８参照）を持っている。そして、この保持板１０２の下面に固定されたウェーハ１０６は研磨布１０７に押し付けられ、そのウェーハ１０６にはヘッド駆動モータ１０８によって回転運動が与えられるようになっている。一方、研磨布１０７が貼られる定盤１０９には定盤駆動モータ１１０により回転運動が与えられる。これによって、ウェーハ１０６と研磨布１０７との間には相対運動が与えられ、このように両者に相対運動を与えつつ、研磨剤１２０を研磨布１０７に供給することでウェーハ１０６の研磨が行なわれる。なお、研磨剤１２０としては、通常、アルカリ水溶液に分散したコロイダルシリカが用いられ、研磨は、機械作用と化学作用が複合したいわゆるメカノケミカル作用によって行なわれる。
【０００３】
また、この研磨機１００には、電磁弁１０３ａが介装された真空系流路１０３の他に、電磁弁１１３ａや減圧弁１１３ｂが介装された脱離系流路１１３が設けられているが、この真空系流路１０３と脱離系流路１１３は、研磨ヘッド１０１内において１系統となっている。この研磨機１００では、研磨終了後に、真空系流路１０３の電磁弁１０３ａを閉じた後、脱離系流路１１３の電磁弁１１３ａを開き、エアを噴出させて、保持板１０２からウェーハ１０６を脱離する。その後は、ブラシおよび純水により、保持板１０２の下面の洗浄を行なう。
【０００４】
この洗浄を行なう理由は次の通りである。
すなわち、ウェーハ１０６を保持板１０２で保持する際、ウェーハ１０６と保持板１０２との間には隙間がないことが好ましいが、両者の接触面の面粗さに起因して、両者の間には僅かながら隙間が生じているのが普通である。
したがって、ウェーハ１０６を研磨する際、この僅かな隙間を通じて、研磨剤１２０が通孔１０５および研磨ヘッド１０１内に吸引される（図９（ａ））。この場合、真空系流路１０３内は真空に保持されているため、吸引された研磨剤中の水分が蒸発し、その蒸気は真空ポンプ１０４によって真空系流路１０３内から除去される。その結果、研磨剤１２０の濃度が上昇し、研磨剤１２０はゲル化し、やがては固体となってしまう。
そして、ウェーハ１０６の脱離時のエアと一緒に、固体となった粒子が保持板１０２から外部に飛散してしまい、その飛散した粒子１２１の一部が保持板１０２の下面に付着する（図９（ｂ））。
そのため、保持板１０２の下面に付着した粒子を除去するのにブラシおよび純水による洗浄が必要となるのである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、その洗浄によっても、保持板１０２の下面に付着した粒子１２１が完全には除去されない場合があり、保持板１０２の下面に残った粒子１２１によって次のような問題が生じてしまう。
すなわち、次のウェーハ１０６を研磨するに際し、このウェーハ１０６を保持板１０２に吸着すると、ウェーハ１０６と保持板１０２との間に粒子１２１が挟まれてしまう（図９（ｃ））。そして、この粒子に対応する部分は、ウェーハ１０６の研磨の際に、他の部分に比べて研磨布７に強く押し付けられるので、その部分の研磨が促進され（図９（ｄ））、ウェーハ１０６を保持板１０２から脱離させた際に、その部分がへこんでしまう（図９（ｅ））という問題があった。
【０００６】
また、前記研磨剤１２０には、ｐＨ調整のため、あるいはコロイダルシリカの安定性を向上させるために、アルカリ性の薬剤が添加されているが、真空系流路１０３内で研磨剤中のスラリーが蒸発除去されると、前記薬剤の濃度が高くなり、この薬剤によってウェーハ１０６の裏面がエッチングされてしまうという問題があった。
【０００７】
半導体集積回路製造プロセスにおいては、近年のデバイスの高集積化にともない、デバイスのデザインルールは狭くなり、ホトリソグラフィ工程におけるステッパの焦点深度も浅くなってきている。このため、ウェーハの研磨工程でのウェーハに対する平坦性の要求も高くなってきている。このような状況下においては、上記のような問題はできるだけ除去されなければならない。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みなされたもので、薄板の平坦度の向上が図れると共に、研磨時の汚染の発生を防止できる研磨機を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の研磨機は、真空系流路を介して真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備え、この保持板に真空吸着した薄板を研磨手段に押し付け、前記研磨手段に研磨剤を供給しつつ、前記薄板と前記研磨手段との間に相対運動を与えて前記薄板の一面を研磨するように構成されると共に、研磨後には、脱離系流路を通じて前記通孔から流体を前記薄板の他面に向けて噴出させて前記保持板から前記薄板の脱離を行うように構成された研磨機であって、前記真空系流路内には、研磨中に前記通孔および前記真空系流路に吸引された前記研磨剤からの水分の蒸発を抑制してゲル化を抑制するためのゲル化抑制手段が設けられていることを特徴とするものである。また、請求項２記載の研磨機は、真空系流路を介して真空ポンプに連なる通孔を持つ保持板を備え、この保持板に真空吸着した薄板を研磨手段に押し付け、前記研磨手段に研磨剤を供給しつつ、前記薄板と前記研磨手段との間に相対運動を与えて前記薄板の一面を研磨するように構成されると共に、研磨後には、前記真空系流路とは独立に設けた脱離系流路を通じて他の通孔から流体を前記薄板の他面に向けて噴出させて前記保持板から前記薄板の脱離を行うように構成された研磨機であって、前記真空系流路内には、研磨中に、前記真空ポンプに連なる前記通孔と前記真空系流路とに吸引された前記研磨剤からの水分の蒸発を抑制してゲル化を抑制するためのゲル化抑制手段が設けられていることを特徴とするものである。例えば、図５（ａ），（ｂ）のごとく前記真空系流路と脱離系流路とを独立して設けたものである。
【００１０】
この請求項１又は２記載の研磨機によれば、保持板の通孔や真空系流路内での研磨剤のゲル化が抑制されることになり、研磨剤の固化に起因する問題点が解消されることになる。
また、請求項２記載の研磨機によれば、通孔や真空系流路に研磨剤に起因するゲルが発生しても、薄板脱離の際、脱離用流体を噴出しても、真空系流路から外へ粒子が飛散する機会が減少する。
【００１１】
請求項３記載の研磨機は、請求項１又は２記載の研磨機において、前記ゲル化抑制手段は、前記真空系流路内の水蒸気圧力を前記研磨剤が示す水蒸気圧力よりも高く保持するように構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
例えば、図１に示すように、この研磨機１は、保持板２の通孔３および真空系流路４内に、水を保有する水蒸気供給槽５を設けたものである。この研磨機１では、通孔３および真空系流路４を減圧した場合、その真空度が高くなるにつれて、研磨剤中の水分が蒸発し、その蒸気が真空系流路４から除去される。この場合、水蒸気供給槽５が設けてあると、蒸発除去される水分は主に水蒸気供給槽５から供給されるようになり、研磨剤中の水分の蒸発が抑制される。その結果、研磨剤のゲル化が抑制される。この効果は、水蒸気供給槽５内の水の温度を同図に示すように常時に検出し、その温度を研磨剤の温度とほぼ同じに制御すれば、より高くなる。また、脱離用のエアも同図に示すように水蒸気供給槽５内の水を経由して供給するようにすれば、エアが湿潤されるので、脱離用のエア中への、研磨剤中の水分の蒸発が少なくなる。さらに、真空源の真空度を、研磨剤の水蒸気圧力近くに制御すれば、水蒸気供給槽５からの水分の蒸発圧力も減じ、より効果的である。なお、水の貯留場所は、研磨剤が存在する場所に近い程大きいので、例えば、図２に示すように、保持板２の上面に、水を貯留する水蒸気供給槽５あるいは貯水溝を設けるのが好ましい。
【００１３】
請求項４記載の研磨機は、請求項１又は２記載の研磨機において、前記真空ポンプは水封式真空ポンプであり、また、前記ゲル化抑制手段は、前記水封式真空ポンプの封水の温度を前記研磨剤の温度よりも高く保つように構成されていることを特徴とするものである。
【００１４】
この請求項４記載の研磨機によれば、封水より水分が蒸発し、真空系流路内の水蒸気圧力が高くなるため、研磨剤からの水分の蒸発が押さえられ、研磨剤のゲル化がさらに抑制される。
【００１５】
請求項５記載の研磨機は、請求項１又は２記載の前記ゲル化抑制手段が、前記通孔および前記真空系流路に水を注入し、この注入された水によって、真空吸引された研磨剤の濃度を下げるように構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
この請求項５記載の研磨機によれば、注入された水によって、通孔および真空流路に存在する研磨剤が希釈化される。この場合の水は、薄板を保持板に真空吸着する前に注入しても良いし、薄板を保持板に真空吸着した後に、真空系流路とは別個に設けた流路６（図２参照）を通じて注入しても良い。
【００１７】
請求項６記載の研磨機は、請求項１又は２記載の前記ゲル化抑制手段が、前記通孔および前記真空系流路を洗浄するように構成されていることを特徴とするものである。この場合の洗浄時期は、１枚の薄板の研磨を終了し、次の薄板を研磨するまでの間とし、頻度は高い程（数枚毎よりも１枚毎が）好ましい。
【００１８】
この請求項６記載の研磨機の具体例を２つ示す。１つは、図３に示すように、研磨された薄板を脱離後、洗浄源から水を入れて通孔３および真空系流路４を洗浄し、脱離系流路よりエアを吹き込み、通孔３および真空系流路４の水を排出するようにしたものである。この場合、水を排出しないで、次の薄板を真空吸着することもできる。他の１つは、図４に示すように、真空系と脱離系を交互に作用させ、通孔３および真空系流路４に対して水を出し入れするものである。このようにして通孔３および真空系流路４を洗浄すれば、研磨剤の固化に起因する問題点がさらに解消されることになる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図６には本発明に係る研磨機が示されている。この研磨機１０はウェーハ１２を保持するための円板状の保持板１３を備えている。この保持板１３には上下に貫通する多数の通孔１３ａが設けられている。また、保持板３の上面には、通孔１３ａと干渉しない位置に、純水を蓄えるための溝１３ｂが刻設されている。この保持板１３は研磨ヘッド１５に機械的に連結されている。
【００２２】
研磨ヘッド１５には、保持板１３の周辺部の通孔１３ａに連通した真空系流路１４が形成されている。この真空系流路１４は、研磨ヘッド１５内の他、研磨ヘッド１５外にまで延び真空ポンプ１６に接続されている。真空ポンプ１６は、特に限定はされないが、水封式の真空ポンプとして構成されている。また、真空系流路１４には、研磨ヘッド１５外に延在する部分に水蒸気供給槽１７が介装されている。この水蒸気供給槽１７は内部に純水を保有している。保有された純水は、真空系流路１４が減圧された際に、蒸発して真空系流路１４内の水蒸気圧力をある程度まで高める作用をなす。具体的には、真空系流路１４内の水蒸気圧力を研磨剤の水蒸気圧力よりも高める作用をなす。その際、その水蒸気圧力を制御し易くするために、水蒸気供給槽１７内部の純水の温度は、図示しない温度制御手段によって研磨剤の温度とほぼ同じに維持される。また、水蒸気供給槽１７には純水源が連設され、水蒸気供給槽１７内の純水が減った場合には、適宜に純水が補給されるようになっている。なお、図６において符号１４ａ，１４ｂは電磁弁を示している。
【００２３】
また、研磨ヘッド１５には、通孔１３ａに連通した脱離系流路１９が形成されている。この脱離系流路１９は、研磨ヘッド１５内の他、研磨ヘッド１５外にまで延び図示しない脱離用エア供給源に接続されている。脱離系流路１９には、研磨ヘッド１５外に延在する部分にエア加湿槽２０が介装されている。このエア加湿槽２０は内部に純水を保有している。保有された純水には脱離用エアが通され、その間に、脱離用エアを適度に湿潤するようになっている。このように構成される脱離系流路１９は、エア加湿槽２０よりも脱離用エア供給源寄りの位置で２つに分岐されており、その分岐路のうちの１つが、エア加湿槽２０を経て、保持板１３の中央部の通孔１３ａに連なっている。また、他の１つは真空系流路１４の途中部分に接続された構造となっている。その結果、真空系流路１４の一部を脱離系流路１９が借用した形となっている。また、エア加湿槽２０には純水源が連設され、エア加湿槽２０内の純水が減った場合には、適宜に純水が補給されるようになっている。なお、図６において符号１９ａ，１９ｂ，１９ｃは弁を示している。
【００２４】
なお、前記真空系流路１４および前記脱離系流路１９においては、研磨ヘッド１５内外の流路を連結するためにロータリジョイント２２が使用されている。
【００２５】
また、この研磨機１０においては、定盤２３と、センタリング装置（図示せず）、ヘッド内部洗浄槽２４、ブラシ洗浄部（図示せず）の間を研磨ヘッド５１が移動できるようになっている。ヘッド内部洗浄槽２４には純水が保有されている。また、ブラシ洗浄部では、図示はしないが、純水をシャワー状にしてかけつつ研磨ヘッド１５をブラシ洗浄するようになっている。なお、図１において符号２５は定盤２３の上に貼られた研磨布を示している。
【００２６】
その他の構成は、従来の研磨機とほぼ同一の構成となっている。
【００２７】
次に、本実施形態の研磨機１０の動作を説明する。
研磨すべきウェーハ１２を研磨布２５のセンタリング装置上に水平に置き、センタリングを行なった後、このウェーハ１２の上面に純水をシャワー状にかけて純水の水膜を形成する。次いで、保持板１３が連結されている研磨ヘッド１５をウェーハ１２の上方まで移動し、電磁弁１４ａを開き、真空ポンプ１６により真空系流路１４のエアを排出し、ウェーハ１２を保持板１３に真空吸着する。この際、水膜としてウェーハ１２上面に付着していた純水も通孔１３ａや真空系流路１４に持ち込まれる。この持ち込まれた純水は、研磨中に吸引される研磨剤を希釈化して、その研磨剤のゲル化を抑制する働きをする。
【００２８】
次に、研磨ヘッド１５を定盤２３上に降下し、研磨剤を供給しつつ、所定の荷重と動きを与えてウェーハ１２を研磨する。この研磨の間、真空ポンプ１６で真空系流路１４系のエアが吸収され、その系内の水蒸気の分圧が低下すると、水蒸気供給槽１７内の純水と、水蒸気供給溝１３ｂ内の純水が蒸発するため、水蒸気分圧はほぼ一定に、具体的には研磨剤の示す水蒸気圧力よりも高く保たれる。このため、ウェーハ１２と保持板１３の間、保持板１３の通孔１３ａあるいは真空系流路１４に存在する研磨剤からの水分の蒸発が抑制される。その結果、研磨剤のゲル化ひいては固形粒子の発生が抑制される。
【００２９】
そして、所定の時間経過後、研磨ヘッド１５を上方に上げて研磨を終える。
【００３０】
研磨が終えたら、電磁弁１４ａを閉じ、他の電磁弁１９ａ，１９ｂを開けて研磨ヘッド１５内部にエアを吹き込み、ウェーハ１２を保持板１３から脱離する。なお、この場合のエアは流路途中にあるエア加湿槽２０で水分を保持しているので、保持板１３下面などを乾燥させることが少ない。なお、脱離したウェーハ１２は図示していない装置により受け取られる。
【００３１】
一方、ウェーハ１２を脱離した研磨ヘッド１５は、図示していない手段によりヘッド内部洗浄槽２４まで移動され、保持板１３下部がヘッド内部洗浄槽２４内の純水中に浸漬される。この状態で、電磁弁１４ａを開き、真空系流路１４内に、ヘッド内部洗浄槽２４の純水を吸引する。その後、電磁弁１４ａを閉じ、他の電磁弁１９ａ，１９ｂを開き、真空系流路系１４内の水を排出する。この吸引、排出を数回繰り返し、研磨剤などを洗浄除去する。なお、この操作の際、水蒸気供給用の溝１３ｂへ純水を供給することも行なう。その後、図示されていない手段により、研磨ヘッド１５をブラシ洗浄部に移動し、保持板１３下面および側面を純水をシャワー状にしてかけつつブラシにより洗浄する。
【００３２】
このようにして洗浄が終わったら、次のウェーハ１２を前記と同じ手順で研磨する。
【００３３】
【発明の効果】
以上の説明からも明かなように、本発明の研磨機によれば、薄板の平坦度の向上が図れると共に、研磨時の汚染の発生を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項２記載の発明に係る研磨機を示す図である。
【図２】請求項２記載の発明に係る研磨機の好ましい例を示す図である。
【図３】請求項５記載の発明に係る研磨機を示す図である。
【図４】請求項５記載の発明に係る研磨機の他例を示す図である。
【図５】請求項６記載の発明に係る研磨機を示す図である。
【図６】本発明の実施形態を示す図である。
【図７】従来の研磨機を示す図である。
【図８】従来の研磨機の研磨ヘッドおよびその周辺を示す図である。
【図９】従来の研磨機の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１０    研磨機
１２    ウェーハ
１３    保持板
１３ａ    通孔
１４    真空系流路
１７    水蒸気供給槽
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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