(57)【要約】【課題】  研磨工程において連続してポリッシング対象物の管理を行うことによりポリッシング対象物が割れることによる損害を抑制できるポリッシング装置と方法を提供する。【解決手段】  ターンテーブル２０とトップリング本体３とを有し、ターンテーブル２０とトップリング本体３との間にポリッシング対象物６を介在させて所定の圧力で押圧することによってポリッシング対象物６をポリッシングする工程、加圧流体をポリッシング対象物６とトップリング本体３の間に供給して、ポリッシング対象物をトップリング本体３の下面から離脱させる工程、該離脱工程の後、真空源３１を稼動させてトップリング本体３と真空源３１とを接続する真空ライン内の気体の圧力および流量の少なくとも一方を検出してポリッシング対象物のトップリング本体３からの離脱の有無を判定する。【選択図】        図１
2005279929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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本体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ことによって該ポリッシング対象物をポリッシングする工程、
加圧流体をポリッシング対象物とトップリング本体の間に供給して、ポリッシング対象物をトップリング本体の下面から離脱させる工程、
該離脱工程の後、真空源を稼動させてトップリング本体と前記真空源とを接続する真空ライン内の気体の圧力および流量の少なくとも一方を検出してポリッシング対象物のトップリング本体からの離脱の有無を判定することを特徴とするポリッシング方法。
【請求項２】
前記離脱の有無の判定によって離脱完了しない場合には、ポリッシング装置の運転を自動中断することを特徴とする請求項１記載のポリッシング方法。
【請求項３】
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本体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ことによって該ポリッシング対象物をポリッシングするポリッシング装置において、
加圧流体をポリッシング対象物とトップリング本体の間に供給して、ポリッシング対象物をトップリング本体の下面から離脱させる加圧流体源と、
ポリッシング対象物をトップリング本体の下面から離脱させた後、真空源を稼動させてトップリング本体と前記真空源とを接続する真空ライン内の気体の圧力および流量の少なくとも一方を検出してポリッシング対象物のトップリング本体からの離脱の有無を判定する制御部とを備えたことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記離脱の有無の判定によって離脱完了しない場合には、ポリッシング装置の運転を自動中断することを特徴とする請求項３記載のポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの微細化と高集積化が進み、回路の配線間距離が狭くなりつつある。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。従来、半導体ウエハの平坦化装置として自己平坦化ＣＶＤ装置やエッチング装置等があるが、これらは完全な平坦化を実現できていない。最近、前記装置に比べて容易で完全な平坦化を実現できると期待されるポリッシング装置により平坦化を行うことが試みられている。
【０００３】
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本体との間にポリッシング対象物を介在させてポリッシング対象物を所定の圧力でターンテーブルに押圧して、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。研磨終了後はポリッシング対象物をトップリング本体から離脱させ、ポリッシング対象物は次の処理、例えば洗浄処理に移される。
【０００４】
しかしながら、研磨加工中においてポリッシング対象物が割れてしまい、研磨布上に破片が散らばることがあった。この研磨布を再使用した場合に、ポリッシング対象物の表面に傷を与えてしまうので、割れる毎に研磨布を交換しなければならなかった。また割れなかったとしても、ポリッシング対象物がトップリング本体からポリッシング対象物が飛び出したりしてしまうことがあった。この時、飛び出したポリッシング対象物が半導体シリコンウエハ等の脆性材料で構成されている場合、ターンテーブルを覆う壁面等に衝突してポリッシング対象物の外周部にチッピング等の破損を生じる場合がある。この破損したポリッシング対象物を再度研磨するときには、前記破損箇処の付近に軽く力が加わっただけでも、ポリッシング対象物は容易に割れやすくなる。
【０００５】
この問題を解決すべくポリッシング対象物が割れることと、トップリング本体から飛び出すことを防止するための工夫が先に提案されている。例えば、トップリング下面とウエハの間に弾性マット等の緩衝物を介在させて研磨し、ウエハの割れや欠けを減少させる方法や、ポリッシング対象物の周囲をガイドしてトップリング内にポリッシング対象物を固定させることにより研磨中の飛び出しを防止する方法が知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし上述の工夫はいずれも予防であるので、ポリッシング対象物が割れることと、トップリング本体から飛び出すことを完全に防止することは不可能である。このため従来はポリッシング対象物が破損した場合の対策がなされずにポリッシングを継続させていたため、上記の如く破損した結果生ずる損害は解決されないままであった。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、研磨工程において連続してポリッシング対象物の管理を行うことによりポリッシング対象物が割れることによる損害を抑制できるポリッシング装置と方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した目的を達成するため、本発明のポリッシング方法は、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本体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ことによって該ポリッシング対象物をポリッシングする工程、加圧流体をポリッシング対象物とトップリング本体の間に供給して、ポリッシング対象物をトップリング本体の下面から離脱させる工程、該離脱工程の後、真空源を稼動させてトップリング本体と前記真空源とを接続する真空ライン内の気体の圧力および流量の少なくとも一方を検出してポリッシング対象物のトップリング本体からの離脱の有無を判定することを特徴とするものである。
【０００９】
また本発明のポリッシング装置は、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本体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ことによって該ポリッシング対象物をポリッシングするポリッシング装置において、加圧流体をポリッシング対象物とトップリング本体の間に供給して、ポリッシング対象物をトップリング本体の下面から離脱させる加圧流体源と、ポリッシング対象物をトップリング本体の下面から離脱させた後、真空源を稼動させてトップリング本体と前記真空源とを接続する真空ライン内の気体の圧力および流量の少なくとも一方を検出してポリッシング対象物のトップリング本体からの離脱の有無を判定する制御部とを備えたことことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、ポリッシング対象物をトップリング本体へ取り付ける工程、研磨工程、トップリング本体から離脱させる工程を連続させて行う処理において、ポリッシング対象物の破損の危険を常時一貫して管理することにより、処理中のポリッシング対象物の破損を未然に防ぐことができ、またポリッシング対象物が破損したときの損害を最小限に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るポリッシング装置及び方法の一実施例を図１乃至図３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。
【００１２】
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。
【００１３】
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を介して加圧液体源３２に連通され、さらにバルブＶ３を介して加圧気体源３３に連通されている。
【００１４】
加圧液体源３２には、加圧された純水等の液体が収容されており、加圧気体源３３には、加圧された空気等の気体が収容されている。バルブＶ１と真空ポンプ３１の間の配管には、真空ポンプ３１より上流側の圧力を測定するための圧力計Ｇ１および真空排気流量を測定するための流量計ｑ１が取付けられている。バルブＶ２と加圧液体源３２の間の配管には、加圧液体源３２より下流側の圧力を測定するための圧力計Ｇ２および液体の流量を測定するための流量計ｑ２が取付けられている。バルブＶ３と加圧気体源３３の間の配管には、加圧気体源３３より下流側の圧力を測定するための圧力計Ｇ３および気体の流量を測定するための流量計ｑ３が取付けられている。これら圧力計Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３および流量計ｑ１，ｑ２，ｑ３から圧力値信号および流量値信号が本ポリッシング装置の制御部（図示しない）へ出力される。また前記加圧液体源３２および加圧気体源３３は各々（図示しない）加圧力を設定するための機構と加圧力を保持するための機構を備えている。
【００１５】
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の内周と図示しないターンテーブルの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。トップリング本体３の上面にはボルト４１が固定され、ボルト４１の頭部と、駆動軸１のフランジ部１ｃに係合するトップリングホルダ４との間には、圧縮コイルスプリング４２が介装されている。
【００１６】
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。トップリング駆動軸１の上端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によってターンテーブル２０に対して押圧されるようになっている。またトップリング駆動軸１は歯車１４，１５，１６を介してトップリング駆動モータ１３に連結されており、このモータ１３によりトップリング本体３が回転駆動されるようになっている。
【００１７】
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両者の間に相対運動を起こさせ、トップリングシリンダ１２により研磨布２３に対してトップリング本体３を押圧する。この時、研磨砥液ノズル１７から研磨布２３上に研磨砥液Ｑを供給しており、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。
【００１８】
しかして、半導体ウエハ６の装着場所（図示しない）で半導体ウエハ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をトップリング本体３に吸着する。このとき、圧力計Ｇ１の圧力指示値、または流量計ｑ１の流量指示値のどちらかが所定時間内に各々の所定値よりも低くなれば吸着完了したと確認でき、本ポリッシング装置は引き続いて次の例えばポリッシング処理を進めることができる。もし吸着完了しない場合は、半導体ウエハ６がトップリングからズレて吸着していることがあり、このまま次のポリッシング工程に進むと半導体ウエハ６を破損する可能性があるので、本ポリッシング装置の制御部（図示しない）により故障と見なされ、前記制御部はポリッシング装置の運転を自動中断する。先の吸着完了の後、続けてポリッシング位置まで半導体ウエハ６を真空吸着したままトップリング本体３を移動する。この間も常時、前記真空吸着の確認処理を行う。
【００１９】
次にトップリング本体３を研磨布２３に下降、押し付けて、ポリッシングを行うが、ポリッシングの最中はバルブＶ１を閉めて前記真空吸着を切り、バルブＶ３を開いて、ウエハの背面に開口３−２ａから一定圧力に加圧された気体を供給する。この間、圧力計Ｇ３の圧力指示値と流量計ｑ３の流量指示値を制御部（図示しない）で常時計測する。もしポリッシングに異変が起こると前記圧力指示値と流量指示値の変化が検出される。この変化は次のように起こる。例えば、研磨中ウエハが割れて開口部３−２ａにウエハの破片が詰って供給する気体の通路内に抵抗が増えてしまい、供給する気体の流量が減少したり、供給する気体の圧力が一時的に増大する。あるいは破片が研磨布２３とウエハ外れリング５の下面の間に挟まった時や、研磨布２３とトップリング本体下部３−２の間に破片が幾つか重なり合った時に、研磨布２３とトップリング本体下部３−２の間に空間が増大して、供給する気体の通路の抵抗が減って、供給する気体の流量が増えたり、供給する気体の圧力が一時的に減少する。また加圧気体源３３自体が故障して、供給圧力が前記一定圧力よりも上昇することもある。この場合、半導体ウエハ６とトップリング本体下部３−２との間に隙間が生じ、ウエハ外れ止めリング５からウエハが飛び出す可能性が増大する。
【００２０】
前記圧力指示値と流量指示値のいずれかに変化が生じ、この変化が前記制御部で検出されたら、制御部は直ちに、ターンテーブル２０とトップリング本体３の回転を止め、トップリング本体３を上昇させる指令をポリッシング装置に対して送り、ポリッシングが停止され、ウエハへの負荷をなくす。これにより、半導体ウエハ６が割れて研磨布２３上に破片が散らばることを抑制することができる。またトップリング本体３から割れずに飛び出したウエハのチッピングや傷をチェックし、割れの恐れのあるウエハを再研磨しないことにすれば割れる危険を未然に防げる。なお研磨中のウエハの破損の管理に気体の圧力や流量を用いたが、この代わりに加圧液体を供給して同様に液体の圧力や流量を用いてもよい。
【００２１】
ポリッシング終了後には、バルブＶ３を閉めた後、バルブＶ１を開き、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、半導体ウエハ６の離脱場所（図示しない）までトップリング本体３を移動させる。この工程中、前記真空吸着及び真空吸着確認処理を常時行う。これは半導体ウエハ６が研磨砥液Ｑの表面張力により研磨布２３上に吸着したままになったり、あるいはトップリング本体３を移動させているときにも半導体ウエハ６がトップリング本体３から外れてしまったりする不具合の発生を確認するために行う。
【００２２】
以下、前記真空吸着されたウエハ６の離脱手順について具体的に説明する。まずバルブＶ１を閉じ、次にバルブＶ２またはＶ３を一定時間開けて、液体（例えば純水）または気体（例えば空気）を、加圧液体源３２または加圧気体源３３から、配管３０、連通孔１ｂ、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、半導体ウエハ６をトップリング本体３から離脱させる。
【００２３】
次にバルブＶ２またはＶ３を閉じて気体または液体の供給を停止し、さらに続けてバルブＶ１を開けて真空ポンプ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から吸引を行う。この処理の所定時間内に、圧力計Ｇ１の圧力指示値がほぼポリッシングを行う環境の圧力より低く、しかもある基準値よりも高い圧力を示すか、あるいは流量計ｑ１の流量指示値がある基準値よりも高くなるのかのいずれか早い方を制御部（図示しない）が検出することにより半導体ウエハ６が離脱完了されたと確認でき、本ポリッシング装置は引き続いて次の処理を進めることができる。
【００２４】
もし離脱完了しない場合は、トップリング本体３に半導体ウエハ６がまだ吸着していることがあるので、このまま次のポリッシング対象物である半導体ウエハ６を研磨するため、次のウエハをトップリング本体３に真空吸着しようとすると、前記研磨工程を経た半導体ウエハの下に未研磨半導体ウエハが取付けられるので、未研磨半導体ウエハには真空吸着力が働かず、未研磨半導体ウエハは落下して割れる可能性がある。そこで、研磨工程を経た半導体ウエハ６がトップリング本体３から離脱完了しない場合には、本ポリッシング装置の制御部（図示しない）により故障と見なされ、前記制御部はポリッシング装置の運転を自動中断する。
【００２５】
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、ここでポリッシング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、無積層ウエハ、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。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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。
【符号の説明】
【００２７】
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
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    加圧気体源
Ｖ１,Ｖ２,Ｖ３    バルブ
ｑ１,ｑ２,ｑ３    流量計
Ｇ１,Ｇ２,Ｇ３    圧力計
【図１】
2005279929.tif 000003
【図２】
2005279929.tif 000004
【図３】
2005279929.tif 000005