(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを保持する保持ヘッドと、該保持ヘッドのウェーハを保持する保持面を洗浄する洗浄装置と、前記保持ヘッドに保持されたウェーハを研磨する研磨面を有する研磨定盤とを備え、前記保持ヘッドと前記研磨定盤とを作動させることで、前記ウェーハの被研磨面と前記研磨面とを所定の圧力で接触させると共に相対的に運動させ、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨装置において、
前記洗浄装置は、
高圧流体発生装置に接続されて、０．２から１Ｍｐａの範囲の圧力が加えられた洗浄液を噴射する高圧噴射ノズルと、
該高圧噴射ノズルが内部に配設され、前記保持ヘッドが相対的に移動されて前記内部に進入された際には、前記高圧噴射ノズルから吐出された洗浄液が飛散しないように、少なくとも該保持ヘッドの側方を囲うように設けられた飛散防止用囲い部とを備え、
前記飛散防止用囲い部の内周壁には、洗浄液が飛散しないように、該飛散防止用囲い部の内部に進入された前記保持ヘッドの外周側面と前記飛散防止囲い部の内周壁との間隙を閉塞するブラシが配設され、
前記高圧噴射ノズルから噴射した前記洗浄液によって前記保持ヘッドの保持面を形成するバッキング材を洗浄することを特徴とするウェーハの研磨装置。
【請求項２】
前記飛散防止用囲い部は、槽状に形成され、前記高圧噴射ノズルから吐出された洗浄液を回収する洗浄液回収槽であることを特徴とする請求項１記載ウェーハの研磨装置。
【請求項３】
前記高圧噴射ノズルは、前記高圧流体発生装置および高周波発生装置に接続されて、０．２から１Ｍｐａの範囲の圧力が加えられ、且つ高周波振動が与えられた洗浄液を噴射することを特徴とする請求項１又は２記載のウェーハの研磨装置。
【請求項４】
前記保持ヘッドと前記飛散防止用囲い部とを相対的に移動させる手段が、ウェーハの被研磨面と研磨定盤の研磨面とを接離動させるように前記保持ヘッドを前記研磨定盤に対して接離動させる接離動機構と、前記保持ヘッドを前記研磨定盤の上と該研磨定盤の外の間で往復動させる往復動機構とから成ることを特徴とする請求項１、２又は３記載のウェーハの研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウェーハの研磨装置に関し、さらに詳細にはウェーハを保持する保持ヘッドと、該保持ヘッドのウェーハの保持面を洗浄する洗浄装置と、ウェーハを研磨する研磨面を有する研磨定盤とを備え、前記保持ヘッドと前記研磨定盤とを作動させることで、前記ウェーハの被研磨面と前記研磨面とを所定の圧力で接触させると共に相対的に運動させ、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精度な研磨が求められるウェーハの代表例に、半導体装置用のシリコンウェーハがある。このシリコンウェーハの研磨には、シリコンウェーハ自体を製造するためのものと、そのウェーハ表面にデバイスを形成する過程での堆積形成された層間絶縁膜や金属配線等を平坦に研磨するものが含まれる。
このシリコンウェーハにかかる研磨の分野では、半導体装置における急速な高集積化の進展に伴い、研磨精度の要求が益々高くなってきている。
【０００３】
この半導体装置用のシリコンウェーハ（以下、単に「ウェーハ」と記す）の研磨は、ウェーハを一枚ごとに研磨する場合、一般的に、研磨定盤とウェーハが保持面に張り付けられた保持ヘッドとを相対的に運動させ、研磨定盤の研磨面にウェーハの被研磨面を磨り合わせて行われている。
そして、被研磨面を均一に研磨するため、具体例としては、一般的に次に説明する方法がとられている。先ず、研磨定盤と保持ヘッドとの相対的な運動は、研磨定盤を自転させると共に保持ヘッドを自転させること、さらには相対的に揺動させることによっている。また、ウェーハの被研磨面を研磨定盤の研磨面へ均等に押圧するためには、例えば、エアバック方式による加圧方法が採用されている。さらに、ウェーハの直径に比べて研磨定盤の直径を大きく設定しておき、その研磨定盤の半径部分にウェーハを位置させて研磨している。また、この研磨工程では研磨剤（研磨加工液）を用いる。この研磨剤は、微細な砥粒、及びウェーハを適度に侵蝕し得る薬液を含み、両者の作用によってウェーハの被研磨面を高精度に研磨することができる。
【０００４】
また、保持ヘッドの保持面にウェーハを張り付ける方法としては、保持面に複数の微細な通気孔を設けて保持面とウェーハとの間の空気を吸引する真空吸着や、水張り等の方法がとられている。
そして、水張りのためには、一般的に、バッキング材が、セラミックスのような高硬度・高剛性の材質で形成された保持盤に貼り付けられて保持面を形成するように用いられる。バッキング材は、保持面となる表面が、水の表面張力を好適に利用できる張付け面となるように、湿式発泡ウレタン等から成り、薄手のシート状に形成されている。
また、このように水の表面張力によりウェーハを保持面に張り付ける場合は、周囲にガイドリングを配置してウェーハのズレを防いでいる。
【０００５】
そして、保持ヘッドの保持面に張り付けられるウェーハの張付け面、及びバッキング材等の表面である保持面は、ウェーハの張り付け時に粉塵等が付着していないように、綿密に洗浄されることが必要になっている。この洗浄が不充分であると、例えば、ウェーハと保持面との間に砥粒が挟まれた場合、その部分に対応するウェーハの被研磨面に、研磨の際により高い押圧力が作用することになり、他の部分よりも過度に研磨されてしまう。また、研磨剤の化学成分（薬液）が残留して、研磨中にウェーハの張付け面を侵蝕すると、その部分に対応するウェーハの被研磨面が、適正に押圧されず、好適に研磨できないことがある。
【０００６】
これに対して、従来の保持面の洗浄方法は、通常、洗浄液としての純水を噴出させて保持面に接触させると共に、ナイロン製のブラシを保持面に押し当て相対的に回転させて洗浄するというものであった。
また、ブラッシングの後、さらに洗い流すため、ブラシによる接触をやめて純水によるシャワー洗浄を行うという方法もとられていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、通常、ナイロン製のブラシによって洗浄を行う場合、そのブラシを保持面に押し当てる強さによって、強いと、その保持面の磨耗が大きく、保持面（バッキング材）の寿命が短くなってしまう。反対に、ソフトタッチにすると、磨耗は小さいが、洗浄効果が低下してしまうという課題があった。
特に、バッキング材の表面である保持面には、粉塵が付き易く、また、研磨用の薬液が残留し易く、より綿密な洗浄が要求されている。
【０００８】
これに対しては、研磨定盤の研磨面を洗浄する方法のように、高圧の洗浄液をブラシに囲まれた洗浄ノズルから噴射して洗い流すことが考えられる。この場合は、ブラシと保持面とが接触することでブラッシング効果と、洗浄液の飛散防止効果を得ており、そのブラシの接触圧は小さくてもよい。このため、保持面が磨耗するおそれは小さい。
しかしながら、ブラシと保持面が接触するということは、その接触による発塵の問題があり、さらなる洗浄効果の向上が困難であるという課題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、保持ヘッドの保持面を、その面形状を損なうことなく、より綿密に洗浄できる共に、洗浄液の飛散を防止して好適に洗浄できるウェーハの研磨装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明は次の構成を備える。すなわち、本発明にかかるウェーハの研磨装置は、ウェーハを保持する保持ヘッドと、該保持ヘッドのウェーハを保持する保持面を洗浄する洗浄装置と、前記保持ヘッドに保持されたウェーハを研磨する研磨面を有する研磨定盤とを備え、前記保持ヘッドと前記研磨定盤とを作動させることで、前記ウェーハの被研磨面と前記研磨面とを所定の圧力で接触させると共に相対的に運動させ、前記被研磨面を研磨するウェーハの研磨装置において、前記洗浄装置は、高圧流体発生装置に接続されて、０．２から１Ｍｐａの範囲の圧力が加えられた洗浄液を噴射する高圧噴射ノズルと、該高圧噴射ノズルが内部に配設され、前記保持ヘッドが相対的に移動されて前記内部に進入された際には、前記高圧噴射ノズルから吐出された洗浄液が飛散しないように、少なくとも該保持ヘッドの側方を囲うように設けられた飛散防止用囲い部とを備え、前記飛散防止用囲い部の内周壁には、洗浄液が飛散しないように、該飛散防止用囲い部の内部に進入された前記保持ヘッドの外周側面と前記飛散防止囲い部の内周壁との間隙を閉塞するブラシが配設され、前記高圧噴射ノズルから噴射した前記洗浄液によって前記保持ヘッドの保持面を形成するバッキング材を洗浄することを特徴とする。
【００１１】
また、前記飛散防止用囲い部は、槽状に形成され、前記高圧噴射ノズルから吐出された洗浄液を回収する洗浄液回収槽であることで、使用済みの洗浄液を好適に処理できる。
【００１２】
また、前記飛散防止用囲い部の内周壁には、洗浄液が飛散しないように、該飛散防止用囲い部の内部に進入された前記保持ヘッドの外周側面と前記飛散防止囲い部の内周壁との間隙を閉塞するブラシが配設されていることで、しぶきを遮断する毛状層として作用して高圧噴射ノズルから噴射した洗浄液の飛散を好適に阻止できる。
【００１５】
また、高圧噴射ノズルは、前記高圧流体発生装置および高周波発生装置に接続されて、０．２から１Ｍｐａの範囲の圧力が加えられ、且つ高周波振動が与えられた洗浄液を噴射することを特徴とする。
また、前記保持ヘッドと前記飛散防止用囲い部とを相対的に移動させる手段が、ウェーハの被研磨面と研磨定盤の研磨面とを接離動させるように前記保持ヘッドを前記研磨定盤に対して接離動させる接離動機構と、前記保持ヘッドを前記研磨定盤の上と該研磨定盤の外の間で往復動させる往復動機構とから成ることで、研磨工程にかかる駆動機構を利用することができ、装置が複雑化することを防止できる。
【００１６】
また、本発明にかかるウェーハの研磨方法は、ウェーハを保持する保持ヘッドのウェーハ保持面を洗浄し、前記保持ヘッドにウェーハを保持し、ウェーハを研磨定盤の研磨面によって研磨するウェーハの研磨方法において、前記保持ヘッドと前記研磨定盤とを作動させることで、前記ウェーハの被研磨面と前記研磨面とを所定の圧力で接触させると共に相対的に運動させ、研磨剤を供給しながら前記被研磨面を研磨する研磨工程と、高圧流体発生装置および高周波発生装置によって、０．２から１Ｍｐａの範囲の圧力が加えられ、且つ高周波振動が与えられた洗浄液を、高圧噴射ノズルから噴霧状にして吹き付けて、前記保持ヘッドの保持面を形成するバッキング材を洗浄する洗浄工程とを備え、前記洗浄工程の際には、少なくとも該保持ヘッドの側方を飛散防止用囲い部で囲うことによって、前記高圧噴射ノズルから吐出された洗浄液の飛散防止を行うことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るウェーハの研磨装置の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係るウェーハの研磨装置を説明する正面説明図である。また、図２は、図１の実施例の保持面を洗浄する洗浄装置を説明する断面図である。このウェーハの研磨装置は、シリコンウェーハ（以下、「ウェーハ」という）を研磨する装置の一実施例であり、ウェーハ１０を保持する保持ヘッド２０と、保持ヘッド２０のウェーハ１０を保持する保持面２２を洗浄する洗浄装置３０と、保持ヘッド２０に保持されたウェーハ１０を研磨する研磨面１６を有する研磨定盤１５とを備え、ウェーハ１０の被研磨面１１と研磨面１６とを、所定の圧力で接触させると共に相対的に運動させることで、被研磨面１１を研磨するものである。
【００１８】
洗浄装置３０は、高圧噴射ノズル３２と、飛散防止用囲い部である洗浄液回収槽３５とを備える。
高圧噴射ノズル３２は、洗浄液を高圧で噴射して保持面２２を洗浄する。半導体装置用のウェーハ１０の洗浄液としては、高い清浄度が要求されるため、通常、純水が用いられる。なお、洗浄液としては、洗浄力を向上させる所定の成分を有するものを用いることも可能であるし、より高精度を要求されない分野では、通常の水を用いることも可能である。
また、この高圧噴射ノズル３２としては、高圧な流体の流れを発生させるノズルであればよく、従来の噴出水の吐出圧よりもやや高圧の０．２Ｍｐａ、又はそれ以上の圧力によれば、好適な洗浄効果を得ることができる。
【００１９】
本実施例の洗浄液回収槽３５は、高圧噴射ノズル３２が内部に配設された槽状に設けられている。この槽状の形態は、保持ヘッド２０が相対的に移動されて内部に進入された際には、高圧噴射ノズル３２から吐出された洗浄液が飛散しないように、少なくとも保持ヘッド２０の側方を囲うように設けられた飛散防止用囲い部となるように形成されている。別言すれば、保持ヘッド２０が相対的に移動されて槽内３５ａに進入された際には、保持ヘッド２０を構成する保持盤２１自体と共に保持面２２を内包して囲うように、筒状の側壁（内周壁３８）が設けられている。なお、保持盤２１は、例えば図３に示すように、ゴム板から成る弾性部材２１ａによって吊持された状態で、保持ヘッド２０のヘッド部材２１ｂに保持されている。そして、保持盤２１、板状の弾性部材２１ａ及びヘッド部材２１ｂによって画された空間が、保持盤２１に保持されたウェーハ１０を、研磨面１６へ押圧するエアバック機能を生じさせるための圧力室２１ｃになっている。
【００２０】
また、高圧噴射ノズル３２から吐出されて保持面２２の洗浄を終えた洗浄液を回収できるように、底部３６を備える。
また、複数の高圧噴射ノズル３２が、洗浄液回収槽３５の底面３６ａ上に上方を向いて固定されている。別言すれば、保持面２２が進入してくる方向へ対向させてノズルが向けられている。この洗浄液回収槽３５によれば、高圧噴射ノズル３２から吐出された洗浄液を飛散しないように回収することができる。また、保持面２２が、槽内３５ａに位置することで、その保持面２２が乾燥することを防止できる。
【００２１】
なお、３７は排出口であり、保持面２２を洗浄した後の洗浄液を排出する管路３７ａの入口になっている。
また、本実施例の高圧噴射ノズル３２は、圧力流体（圧力水）を広角に噴射するものであるため、複数で保持面２２の少なくとも半径以上の範囲をカバーできるように固定されている。このように所定の範囲に圧力水を噴射すると共に、保持面２２を後述する保持ヘッド２０の回転機構２８で回転させることで、その保持面２２の全面を洗浄できるようになっている。なお、本願発明はこれに限定されるものではなく、高圧噴射ノズル３２を可動式にして、保持面２２の全面について洗浄するようにしてもよい。
【００２２】
また、洗浄液回収槽３５の内周壁３８には、洗浄液が飛散しないように、洗浄液回収槽３５の槽内に進入された保持ヘッド２０の外周側面２３と洗浄液回収槽３５の内周壁３８との間隙を閉塞するブラシ３９が配設されている。本実施例のブラシ３９は、図２に示すように、毛の先端を洗浄液回収槽３５の中心方向へ向け、内周壁３８の上部の内周面に植毛されて設けられている。このブラシ３９を平面的に見れば、保持ヘッド２０の全周を囲うリング状になっている。また、このブラシ３９の毛の長さは、外周側面２３に適度に接触する程度に設けられており、間隙を好適に閉塞できる。
このブラシ３９によれば、しぶきを遮断する毛状層として作用して高圧噴射ノズル３２から高圧噴射した洗浄液の飛散を好適に阻止できる。
【００２３】
また、本実施例の洗浄液回収槽３５は、円盤状のウェーハ１０（保持ヘッド２０）の形状に合わせて、円筒状の内周壁３８を有して上面が開放した容器状に形成されている。そこで、洗浄液の飛散を防止するには、ブラシ３９を用いず、保持ヘッド２０の外径に対して、洗浄液回収槽３５の内径を極力小さく設定し、両者の隙間を小さくしてもよい。なお、この場合は、洗浄液回収槽３５内へ、保持ヘッド２０が干渉しないで進入するよう、より高い運動精度が要求されることになる。
【００２４】
また、高圧噴射ノズル３２が、洗浄液に高周波振動を与えることのできる高周波ノズル３３（図３参照）であることで、より洗浄効果を向上させることができる。また、高周波のうち、特に周波数の高い超音波振動を与えることのできる超音波ノズルであることで、より好適な洗浄が可能になる。
この超音波ノズル等の高周波ノズル３３の場合は、図３に示すように、高圧液体を供給する高圧流体発生装置４０に接続されていることに加えて、高周波の振動を供給する高周波発生装置３４にも接続されている。つまり、本実施例の高周波発生装置３４では、図４に示すように、高周波ノズル３３のケース３３ａ内に設けられた振動子ホーン３３ｂに接続されている。これにより、高周波発生装置３４によって発生した振動が振動子ホーン３３ｂに伝達され、噴射される洗浄液に、高周波が照射されて高周波振動が与えられる。
【００２５】
また、本実施例の保持面２２は、ウェーハ１０を水の表面張力によって張り付けるため、保持ヘッド２０を構成する保持盤２１に貼り付けられた薄手のバッキング材２４によって形成されている。すなわち、バッキング材２４は、一方の面で、保持盤２１の平坦な表面（本実施例では下面）に、接着剤によって接着されている。そして、他方の面である保持面２２で、水の表面張力によってウェーハ１０を保持する。このバッキング材２４は、湿式発泡ウレタン等から成る。なお、２５はウェーハ１０のズレを防止するガイドリングである。
【００２６】
また、高圧噴射ノズル３２から噴射する洗浄液の圧力が、０．２から１Ｍｐａの範囲であることで、バッキング材２４の保持面２２を損なうことなく、その保持面２２を効果的に洗浄することができる。つまり、保持面２２に、従来の噴出水よりもやや高圧の０．２〜１Ｍｐａの純水を噴霧状にし、吹き付けることにより、その保持面２２に付着した粉塵及び、残留薬液を好適に洗い落とすことができる。
そして、前述したように、超音波等の高周波ノズル３３による超音波等の高周波振動水によれば、その洗浄効果を好適に高めることができる。
【００２７】
以上の洗浄方法によれば、従来のナイロン性等のブラシ洗浄に比べ、バッキング材の寿命が平均２倍以上となることが確認されている。
また、洗浄水が高圧噴霧によって保持面２２へ噴射され、その洗浄水が洗い流されるため、粉塵の再付着がない。このため、高い洗浄効果が得られる。
【００２８】
次に、保持ヘッド２０の移動機構等、各駆動機構と、その各駆動装置と洗浄装置３０との関係について説明する。
２６は接離動機構であり、保持ヘッド２０を研磨定盤１５に対して接離させる。本実施例では上下動させる。駆動装置としては、シリンダ装置や電動モータを適宜用いればよい。この接離動機構２６によれば、通常、定盤に研磨クロスが貼付されて設けられた研磨定盤１５の研磨面１６に、ウェーハ１０の被研磨面１１を好適に接触或いは近接させることができる。このように研磨面１６に対して被研磨面１１を位置させた後、図示しない例えば高圧空気によるエアバック式の加圧手段によって、研磨面１６に被研磨面１１を所定の圧力で押圧する。
【００２９】
２８は保持ヘッド２０の回転機構であり、電動モータ等構成され、保持ヘッド２０を、研磨面１６及び被研磨面１１に直交する方向（本実施例では上下方向）に延びる軸心を中心に自転させる。この回転機構２８は、ウェーハ１０の研磨工程で作動すると共に、保持面２２の洗浄工程でも作動する。
また、１８は研磨定盤１５の回転機構であり、電動モータ等を駆動源として構成され、研磨定盤１５を、研磨面１６及び被研磨面１１に直交する方向（本実施例では上下方向）に延びる軸心を中心に自転させる。
【００３０】
２９は保持ヘッド２０の往復動機構であり、保持ヘッド２０を、研磨定盤１５の上の研磨位置と、研磨定盤１５の外の洗浄位置との間で移動させる。本実施例では水平動させる。この往復動機構２９としては、回動軸を中心にする回動運動を行うものでもよいし、直線運動を行うものでもよい。
また、本実施例の往復動機構２９は、ウェーハ１０の供給と排出のためにも用いられるもので、その機能と洗浄装置３０にウェーハ１０を供給する機能とを兼用するものである。つまり、往復動機構２９は、通常、図示しないウェーハ供給ステーション、及びウェーハ排出ステーション等の所定の位置にも、保持ヘッド２０を移動できるように設けられる。
【００３１】
以上のように接離動機構２６、回転機構２８、及び往復動機構２９は、ウェーハ１０の研磨工程、及び搬送工程に利用されるものであるが、それらの機構を保持面２２の洗浄工程に好適に利用することができる。
従って、保持面２２を、洗浄液回収槽３５の槽内３５ａに進退動させる機構を特別に設ける必要がなく、各駆動機構を共用でき、装置が複雑化することを防止できる。
【００３２】
なお、以上の接離動機構２６及び往復動機構２９においては、保持ヘッド２０を移動させるものであるが、これに限定されるものではない。すなわち、保持ヘッド２０と洗浄装置３０とを相対的に移動させることで、保持面２２を洗浄液回収槽３５の槽内３５ａに位置させるようにすればよい。従って、場合によっては、洗浄液回収槽３５を移動させる駆動機構を設けることも可能である。
【００３３】
以上に説明した洗浄装置３０によれば、保持面２２の洗浄を行うことを主に説明したが、同一の装置によって、ウェーハ１０の被研磨面１１を好適に洗浄することも可能である。
また、以上に説明したウェーハの研磨装置によれば、シリコンウェーハの他にウェーハ状のワーク（例えばガラス薄板材、水晶等の硬脆性薄板材の表面）を研磨する装置としても好適に利用できるのは勿論である。
以上、本発明の好適な実施例について種々述べてきたが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、発明の精神を逸脱しない範囲内でさらに多くの改変を施し得るのは勿論のことである。
【００３４】
【発明の効果】
本発明にかかるウェーハの研磨装置によれば、保持ヘッドの保持面を、その面形状を損なうことなく、より綿密に洗浄できると共に、洗浄液の飛散を防止して好適に洗浄できるという著効を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るウェーハの研磨装置の一実施例を説明する正面図である。
【図２】図１の実施例の洗浄装置を説明する断面図である。
【図３】洗浄装置の他の実施例を説明する説明図である。
【図４】高周波ノズルを説明する断面図である。
【符号の説明】
１０  ウェーハ
１１  被研磨面
１５  研磨定盤
１６  研磨面
２０  保持ヘッド
２１  保持盤
２２  保持面
２４  バッキング材
２６  接離動機構
２９  往復動機構
３０  洗浄装置
３２  高圧噴射ノズル
３３  高周波ノズル
３５  洗浄液回収槽
３５ａ  槽内
３９  ブラシ
【図１】
0004642183.tif 000002
【図２】
0004642183.tif 000003
【図３】
0004642183.tif 000004
【図４】
0004642183.tif 000005