(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、
前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧するポリッシング装置において、
該トップリング本体下面に開口するとともに液体供給源に連通された複数の開口を設け、
ポリッシング対象物をトップリング本体から受け渡しするポリッシング対象物受け渡し機構を設け、
該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止する機構を設け、
前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面とポリッシング対象物裏面を洗浄する機構と、該洗浄する際に前記トップリングを回転する機構とを備えていることを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
前記トップリング下面とポリッシング対象物裏面を洗浄する際に、ポリッシング対象物研磨面側に水を供給する機構を有することを特徴とする請求項１記載のポリッシング装置。
【請求項３】
上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧してポリッシング対象物を研磨する研磨方法であって、
前記トップリングから研磨後のポリッシング対象物をポリッシング対象物受け渡し機構に受け渡し、
該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止し、
前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面及びポリッシング対象物裏面を洗浄するとともに、前記トップリングを回転することを特徴とするポリッシング方法。
【請求項４】
前記トップリング下面とポリッシング対象物裏面を洗浄する際に、ポリッシング対象物研磨面側に水を供給することを特徴とする請求項３記載のポリッシング方法。
【請求項５】
上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧してポリッシング対象物を研磨する研磨方法であって、
前記トップリングから研磨後のポリッシング対象物をポリッシング対象物受け渡し機構に受け渡し、
該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止し、
前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面及びポリッシング対象物裏面を洗浄するとともに、前記ポリッシング対象物研磨面側に水を供給することを特徴とするポリッシング方法。
【請求項６】
上面に研磨布を貼ったターンテーブルと、下面に液体供給源と加圧気体源とに供給ラインを介して連通する開口を有するトップリングとを設け、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧してポリッシング対象物を研磨する研磨方法であって、
前記トップリングから研磨後のポリッシング対象物をポリッシング対象物受け渡し機構に受け渡し、
前記ポリッシング対象物の受け渡し後、前記トップリングをトップリング洗浄部に移動させ該トップリングの下面を洗浄し、
前記トップリングの下面を洗浄後、該トップリング下面に設けられた開口に加圧気体源から加圧気体を供給し、前記供給ラインに残留した洗浄液を排出することを特徴とするポリッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はポリッシング装置及び方法に係り、特に半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。
そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の１手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置は、各々独立した回転数で回転するターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。
【０００４】
ポリッシング装置に用いる砥液は微粒子、例えばコロイダルシリカ（ＳｉＯ2）、酸化セリウム（ＣｅＯ2 ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）等をアルカリ溶液、例えばＫＯＨ、ＮａＯＨ等に懸濁させたものを用いる。また、ポリッシングする対象物がタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）といった金属配線を研磨する場合には、特殊な砥液を用いる場合があり、強酸や強アルカリ系の砥液を用いる場合もある。このように、ポリッシング対象物は砥液中に含まれる微粒子による機械的な研磨作用と、アルカリ溶液または酸溶液による化学的なエッチング作用の複合的な研磨作用によって研磨される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、砥液にアルカリ溶液または酸溶液を用いているため、砥液がトップリング下面とポリッシング対象物の裏面との間に侵入し、トップリング下面およびポリッシング対象物の裏面がアルカリまたは酸によってエッチングされてしまうという問題点がある。
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みなされたもので、トップリング下面およびポリッシング対象物裏面が砥液によってエッチングされることを防止するポリッシング装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のポリッシング装置は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧するポリッシング装置において、該トップリング本体下面に開口するとともに液体供給源に連通された複数の開口を設け、ポリッシング対象物をトップリング本体から受け渡しするポリッシング対象物受け渡し機構を設け、該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止する機構を設け、前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面とポリッシング対象物裏面を洗浄する機構と、該洗浄する際に前記トップリングを回転する機構とを備えていることを特徴とするものである。
また、本発明のポリッシング方法は、上面に研磨布を貼ったターンテーブルとトップリング本体とを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて所定の圧力で押圧してポリッシング対象物を研磨する研磨方法であって、前記トップリングから研磨後のポリッシング対象物をポリッシング対象物受け渡し機構に受け渡し、該受け渡し機構はポリッシング対象物とトップリング下面との間の所定距離だけ離隔して停止し、前記トップリングの開口から加圧流体を噴出して該トップリング下面及びポリッシング対象物裏面を洗浄するとともに、前記トップリングを回転することを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】
前述した構成からなる本発明によれば、トップリング本体下面の開口を真空源に連通してポリッシング対象物を真空吸着することができ、ポリッシング後には開口から流体を供給してポリッシング対象物を確実に離脱させることができる。また、ポリッシング中に、砥液中のアルカリ成分を中和する中和剤を供給することによりポリッシング対象物裏面およびトップリング下面のエッチングを防止することができ、さらに加圧空気によって開口に残留する液体を排出することができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施例を図１乃至図４に基づいて説明する。図１及び図２は本発明のポリッシング装置のポリッシング部を示す図で、図１は縦断面図、図２は平面図である。ポリッシング装置のトップリング部は、トップリング駆動軸１と、トップリング本体３と、これらトップリング駆動軸１とトップリング本体３との間に介装された球ベアリング２とから構成されている。
【００１０】
前記トップリング駆動軸１の下端面中央部には球ベアリング２が摺接する凹状球面１ａが形成されている。トップリング本体３はトップリング本体上部３−１とトップリング本体下部３−２とで構成されている。トップリング本体上部３−１の上面中心部には球ベアリング２が摺接する凹状球面３−１ａが形成され、トップリング本体下部３−２の外周部にはウエハ外れ止リング５が取付けられている。
【００１１】
トップリング本体下部３−２には下面に開口する多数の開口３−２ａが形成されている。トップリング本体上部３−１には該開口３−２ａに連通する連絡溝３−１ｂが形成されており、連絡溝３−１ｂはトップリング本体上部３−１に形成された４本の連絡孔３−１ｃに連通している。この連絡孔３−１ｃはチューブ１０とチューブ継手９及びチューブ継手１１でトップリング駆動軸１の中心に設けられた連通孔１ｂに連通されている。前記連通孔１ｂは、配管３０によって、バルブＶ１を介して真空ポンプ３１に連通され、バルブＶ２を介して加圧流体源３２に連通され、バルブＶ３を介して中和剤供給源３３に連通され、さらにバルブＶ４を介して加圧気体源３４に連通されている。
【００１２】
前記トップリング駆動軸１にはフランジ部１ｃが一体に設けられており、フランジ部１ｃの外周には４本のトルク伝達ピン７が設けられている。また、トップリング本体３のトップリング本体上部３−１の上面にはトルク伝達ピン７に対応して、４本のトルク伝達ピン８が設けられている。トップリング本体下部３−２の下面とウエハ外れ止リング５の内周とターンテーブル（図示せず）上面とに囲まれた空間に半導体ウエハ６を収容し、ターンテーブルを回転させるとともに、トップリング駆動軸１を回転させ、その回転トルクをトルク伝達ピン７とトルク伝達ピン８の係合によりトップリング本体３に伝達させてトップリング本体３を回転させ、且つトップリング本体３を摺動させながら半導体ウエハ６の表面を平坦且つ鏡面に研磨する。
【００１３】
トップリング駆動軸１のフランジ部１ｃの上部にはトップリングホルダー４が設けられており、このトップリングホルダー４はボルト４１によりトップリング本体３と連結されている。またボルト４１とトップリングホルダー４との間にはスプリング４２が介装されている。トップリング駆動軸１を上昇させるとトップリングホルダー４はトップリング３とともに上昇する。この上昇させた状態時にスプリング４２は柔らかくトップリング本体３を水平に保つ機能を奏する。このトップリング本体３を柔らかく水平に保つ機能は半導体ウエハ６を受け渡しするときに有効に機能する。
【００１４】
図３は図１及び図２に示すポリッシング部を用いたポリッシング装置の全体構成を示す図である。図３において、符号２０はターンテーブルであり、ターンテーブル２０は軸２１を中心に回転できるようになっている。ターンテーブル２０の外周部には研磨砥液等の飛散を防ぐためのターンテーブルリング２２が設けられている。また、ターンテーブル２０の上面には研磨布２３が張られている。
【００１５】
ターンテーブル２０の上部には前述のように構成されたトップリング部が配置されている。トップリング駆動軸１の上部にはトップリングシリンダ１２が設けられており、トップリング本体３はトップリングシリンダ１２により、ターンテーブル２０に対して一定の圧力で押圧されている。符号１３はトップリング駆動モータで、歯車１４、歯車１５、歯車１６を介してトップリング駆動軸１に回転トルクを与えている。またターンテーブル２０の上方には研磨砥液ノズル１７が設置されており、研磨砥液ノズル１７によってターンテーブル２０の研磨布２３上に研磨砥液Ｑを供給できるようになっている。
【００１６】
上記構成のポリッシング装置において、トップリング本体下部３−２の下面に半導体ウエハ６を保持し、トップリング本体３とターンテーブル２０が回転している状態で、ターンテーブル２０の研磨布２３上にトップリングシリンダ１２により圧力を加えて加圧する。この時研磨砥液ノズル１７から研磨布２３上に研磨砥液Ｑを流しており、研磨布２３に研磨砥液Ｑが保持され、半導体ウエハ６の研磨される面（下面）に砥液Ｑが有る状態でポリッシングが行われる。
【００１７】
この時、ターンテーブル２０の上面に僅かな傾きがあったとしてもトップリング本体３は球ベアリング２によりトップリング駆動軸１に対してトップリング本体３が速やかに傾動する。トップリング本体３が傾いても、トップリング駆動軸１側のトルク伝達ピン７とトップリング本体３側のトルク伝達ピン８は点接触のためにそれぞれの場合で接触点をずらしてトップリング駆動軸１の回転トルクを確実にトップリング本体３に伝達する。
【００１８】
しかして、半導体ウエハ６をトップリング本体３の下面に真空吸着するときには、バルブＶ１を開いて真空ポンプ３１を稼動させ、配管３０、連通孔１ｂ等の真空ラインを介して開口３−２ａからの吸引力により半導体ウエハ６を吸着する。そして、ポリッシング中には、中和剤供給源３３から配管３０、連通孔１ｂ等の液体供給ラインを介して開口３−２ａより少量の中和剤を半導体ウエハ６の裏面とトップリング本体３の下面との間に供給する。これにより、少量の中和剤が半導体ウエハ６の裏面に流れ、半導体ウエハ６の裏面がポリッシング中の研磨砥液によってエッチングされることがない。なお、半導体ウエハ６の裏面に流れる液体はごく少量であるため、研磨砥液への影響、すなわち砥液の研磨作用に及ぼす影響は全くない。
【００１９】
また、従来行われているポリッシング方法で、トップリングと半導体ウエハとの間に弾性マットを介在させ、研磨圧力を半導体ウエハ全面で均一にする場合がある。本発明の中和剤を供給することはこのような弾性マットを介在させる場合にも、弾性マットおよび半導体ウエハの裏面をエッチングされることがなく同様の効果がある。
【００２０】
ポリッシング終了後には、半導体ウエハ６を再びトップリング本体３に真空吸着した後、トップリング本体３を上昇させ、所定場所にて半導体ウエハ６をトップリング本体３から離脱させる。半導体ウエハ６の真空吸着時に、砥液を同時に吸い込むため、または、ポリッシング中に砥液がトップリング本体３と半導体ウエハ６との間に入り込むため、半導体ウエハ６がトップリング本体３に密着している場合が多く、真空を解除しただけでは半導体ウエハ６をトップリング本体３から離脱させることができない。
【００２１】
そこで、ある一定の流量及び圧力に設定された液体（例えば純水）を、加圧液体源３２から、配管３０、連通孔１ｂ等の供給ラインを介して開口３−２ａよりトップリング本体３の下面と半導体ウエハ６の裏面との間に供給し、液体の噴出力により半導体ウエハ６をトップリング本体３から離脱させる。
【００２２】
次に、研磨後にトップリング本体３を図示しないトップリング洗浄部まで移動させ、トップリング本体３の下面をブラシおよび外部から供給する洗浄液により洗浄した後に、加圧気体源３３から加圧気体を配管３０、連通孔１ｂ等の液体供給ライン（加圧ラインも兼用）および開口３−２ａに供給する。これにより、液体供給ラインに残留した液体や洗浄液を排出することができ、次の半導体ウエハ６を研磨するために、半導体ウエハ６を真空吸着する際に液体が真空ポンプ系に吸引されることを防止できる。
なお、トップリング下面洗浄の際、開口に連通する加圧液体源に洗浄液を混合させて、トップリング下面の開口から洗浄液を供給するようにしてもよい。
【００２３】
なお、ポリッシング中に半導体ウエハ６とトップリング本体３の下面との間に供給する中和剤は、砥液がアルカリ溶液を主成分とする場合には、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＣｌＯ）またはクエン酸を含む溶液等が適当である。
次亜塩素酸ナトリウムを用いた場合、開口、チューブ、配管系等を含む液体供給ライン中でのバクテリアの発生を防止する効果もある。
【００２４】
次に、ポリッシング装置に設置され、ポリッシング装置のトップリングに又はトップリングから半導体ウエハを受け渡しするポリッシング対象物受け渡し機構を図４を参照して説明する。図４は本発明のポリッシング対象物受け渡し機構５０の構造を示す図である。図４において、符号５１は円板状のベースであり、ベース５１の周端上部には複数の吸着コマ５２が取付けられ、さらに吸着コマ５２の上部には吸着パッド５３が取付けられている。そして、吸着コマ５２と吸着パッド５３のそれぞれの中央部には互いに連通する真空孔が形成されており、真空孔は真空継手５４を介して真空ラインチューブ５５に連通されている。
【００２５】
前記ベース５１は軸５６の上端に固定されており、軸５６は軸受５８にフランジ付き軸受スリーブ５７を介し上下に摺動自在に支持されている。符号６０はスプリングであり、スプリング６０は軸５６に形成された段部とスプリング押え部５９の間に挟まれ、軸５６を上方に押し上げる弾発力を与える。なお、スプリング押え部５９はその外周に雄ネジが形成されており、軸受５８の中央部に形成された雌ネジに螺合されている。符号６２は軸５６の先端部に螺合されたナットであり、このナット６２がストッパー６１に当接することにより、スプリング６０による軸５６の押し上げをこの位置で止めている。
【００２６】
前記軸受５８はアーム６３の先端に固定されており、アーム６３はエレベータにより矢印Ｚに示すように上下動できるようになっている。上記構成のポリッシング対象物受け渡し機構５０において、吸着パッド５３の上部に半導体ウエハ６が載置されるようになっており、真空ラインチューブ５５を真空源に接続すると半導体ウエハ６は吸着パッド５３上に真空吸着される。また、吸着パッド５３及び吸着コマ５２を介してベース５１に衝撃等の圧力が加わると軸５６はスプリング６０の弾発力に抗して下降する。即ち、軸受スリーブ５７、軸受５８、スプリング押え部５９及びスプリング６０はベースに加わる衝撃等の圧力を緩衝する緩衝機構を構成している。
【００２７】
受け渡し機構は５０は、ポリッシングが終了し、研磨した半導体ウエハ６をトップリング３から離脱し、半導体ウエハ６を受け渡し機構に載せた状態で、トップリング下面と半導体ウエハ裏面との距離が僅かに離れた位置で停止するようになっている。トップリング下面と半導体ウエハ裏面との距離は数ｍｍ程度であり、この間隔を保った状態で、トップリング下面に形成した開口３ー２ａから加圧流体を噴出する。トップリング下面と半導体ウエハ裏面との間が狭いため、噴出された流体は半導体ウエハ６の裏面を洗浄すると同時に、そのすぐ上方にあるトップリング下面を洗浄することができる。
【００２８】
洗浄を所定時間行った後に、ポリッシング対象物受け渡し機構５０は、研磨されたウエハを次工程へと搬送し、下面が洗浄されたトップリングは次のポリッシングを行うために新たな半導体ウエハを保持する。
ここで、液体噴射中に、トップリングを回転させることで効果的に洗浄を行うことができる。トップリング下面及び半導体ウエハ裏面を洗浄している時に、研磨した半導体ウエハの研磨面側（下面）に下方から水を供給するようにして乾燥させないようにするのが望ましい。これは砥液が乾燥して半導体ウエハの研磨面に固着することを防止するためである。
【００２９】
本実施例においては、ポリッシング対象物として半導体ウエハを説明したが、ポリッシング対象物はこれに限るものではない。また、ここで対象物としている半導体ウエハは、金属回路を表面に有するウエハ、さらにその上に酸化シリコン等の絶縁膜を有するウエハのみならず、生ウエハ、及びその上に酸化シリコン等の絶縁膜を有するウエハも含むものである。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、トップリング本体下面の開口を真空源に連通してポリッシング対象物を真空吸着することができ、ポリッシング後には開口から流体を供給してポリッシング対象物を確実に離脱させることができる。また、砥液中のアルカリ成分を中和する中和剤を供給することにより、ポリッシング対象物裏面およびトップリング下面のエッチングを防止することができ、さらに加圧空気によって開口に残留する液体を排出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリッシング装置の一実施例における要部を示す縦断面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】本発明のポリッシング装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図４】本発明のポリッシング装置におけるポリッシング対象物受け渡し機構を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１    トップリング駆動軸
２    球ベアリング
３    トップリング本体
４    トップリングホルダー
５    ウエハ外れ止リング
６    半導体ウエハ
７，８    トルク伝達ピン
１０    真空ライン用チューブ
１２    トップリングシリンダ
１３    トップリング駆動モータ
２０    ターンテーブル
２３    研磨布
３１    真空ポンプ
３２    加圧液体源
３３    中和剤供給源
３４    加圧気体源
【図１】
0003690837.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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