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JPH1076459A - 半導体ウェーハの機械化学的研磨装置 - Google Patents

半導体ウェーハの機械化学的研磨装置

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JPH1076459A
JPH1076459A JP18139397A JP18139397A JPH1076459A JP H1076459 A JPH1076459 A JP H1076459A JP 18139397 A JP18139397 A JP 18139397A JP 18139397 A JP18139397 A JP 18139397A JP H1076459 A JPH1076459 A JP H1076459A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体ウェーハの表面の研磨量を調節しながら
均一に研磨する。 【解決手段】回動しながら昇降する複数の研磨手段１１
０と、複数の半導体ウェーハ２を、回転軸の軸中心から
所定距離離れた位置で固定して回動する研磨盤１０２
と、を備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
機械化学的研磨装置に係るもので、詳しくは、上下方向
に昇降可能な複数の研磨用回転ドラムを用い、半導体ウ
ェーハの表面の研磨量を調節しながら均一に研磨し得る
技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】近来、半導体素子の高集積化に従い、基
板上に複数の層が積層された半導体素子の表面を研磨
し、平坦化させるため、機械化学的研磨装置（Chemical
Mecanical Polishing: 以下、「CMP 」と称す。）が広
用されている。かかる従来のCMP の１例として米国特許
第5,232,875 号に記載されたものを図４及び図５に示
す。
【０００３】この図４及び図５において、駆動アセンブ
リ１４上には、研磨盤１０が回動自在に装着され、側壁
部１３が研磨盤１０緑部位に立設され、クッション部１
７が側壁部１３内側に接着され、複数の孔部１８が穿孔
形成された研磨布１２が研磨盤１０上面１１に所定長さ
を有して被覆されている。研磨すべき半導体ウェーハ２
はキャリア１の下面４に弾性パッド３を介してホールデ
ィングされている。また、キャリア１の外側壁には突出
部１６が突成されている。
【０００４】研磨を行う時、研磨盤１０の研磨布１２上
に研磨液５が供給され、研磨液５が研磨布１２の各孔部
１８に侵入し、研磨盤１０が駆動アセンブリ１４により
回動して研磨盤１０上のキャリア１が揺動する。そし
て、キャリア１下面の半導体ウェーハが研磨布１２上で
不規則な軌道で往復し、半導体ウェーハ２と研磨布１２
間に侵入した研磨液５による摩擦力により半導体ウェー
ハ２の表面が研磨される。
【０００５】さらに、従来のCMP の他の例として、日本
国特開平０７−６６１６０号公報に記載されたものを図
６及び図７に示す。この図６及び図７において、駆動ア
センブリ２２の駆動軸３４上には、研磨盤２４が回動自
在に装着され、研磨盤２４上面内側には、リセス２４ａ
が切刻形成されている。このリセス２４ａ内部には、吸
着板２０が収納され、該吸着坂２０上面に研磨すべき半
導体ウェーハＡが載置される。
【０００６】そして、半導体ウェーハＡを研磨する回転
ドラム２６は円筒状に形成され、該回転ドラム２６の円
筒表面には複数の孔部４０が中心向き切刻形成され、該
回転ドラム２６の外周面には研磨布３８が被覆されてい
る。この回転ドラム２６の中心部位に回転軸３０が横手
方向に嵌合されて回転軸３０両側端は支持枠２８で支持
されている。
【０００７】半導体ウェーハを研磨するときは、回転ド
ラム２６側に研磨液供給ホース３６を介して研磨液が供
給され、この研磨液が孔部４０を通って研磨布３８に供
給される。半導体ウェーハＡは研磨盤２４の回動により
回動され、回転ドラム２６も回動して研磨盤２４と回転
ドラム２６間の半導体ウェーハが研磨される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】然るに、従来のＣＭＰ
装置の最初の例では、研磨布上に半導体ウェーハが載置
され、研磨布の回動によってのみ研磨が行われるため、
研磨中の研磨量を測定して制御することはできず、複数
の半導体ウェーハを同時に研磨することができないとい
う不都合な点があった。
【０００９】また、従来のＣＭＰ装置のもう１つの例で
は、半導体ウェーハＡが一方にのみ回動されるため、ま
た、半導体ウェーハＡの中心部と周辺部とで、回転ドラ
ム２６の速度差が大きくなり、研磨中、半導体ウェーハ
の中央及び周辺部位の研磨量に差異が発生する。さら
に、回動ドラム２６が前後に揺動するとき、半導体ウェ
ーハに加わる圧力の差により研磨が不均一になる。この
ため、半導体ウェーハを一枚ずつ研磨しなければなら
ず、生産性の向上を図ることができないという不都合な
点があった。
【００１０】本発明は、このような従来の課題に鑑みて
なされたもので、複数の半導体ウェーハを同時に均一に
研磨し、生産性を向上し得るＣＭＰ装置を提供すること
を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明にかかる装置は、回転可能な中空の駆動軸に軸支さ
れ、駆動軸の中心から所定距離離れた位置で複数の半導
体ウェーハを一枚ずつ固定する研磨盤と、前記中空の駆
動軸の中に上下方向昇降自在に立設された支柱及び該支
柱と対応するように研磨盤の外周に上下方向昇降自在に
立設された支柱が２本１組となった複数の支持台と、該
支持台の支柱に回転自由に支持された半導体ウェーハ研
磨用の研磨手段と、該研磨手段に研磨液を供給する研磨
液供給手段と、を備えて構成されている。
【００１２】かかる構成によれば、駆動軸の回転（又は
回動）により研磨盤が回動し、研磨盤上で固定された半
導体ウェーハが研磨盤の回転軸を中心として回転する。
そして、研磨液供給手段から研磨手段に研磨液が供給さ
れ、この研磨液により半導体ウェーハが研磨される。半
導体ウェーハは、駆動軸の中心から所定距離離れた位置
で研磨盤に固定されているので、半導体ウェーハに対す
る研磨手段の速度は駆動軸の中心から距離に依存し、半
導体ウェーハ上で研磨手段の大きな速度差は生じない。
従って、均一に研磨される。
【００１３】また、各支柱が昇降自在となっているの
で、半導体ウェーハに加えられる圧力の調節が可能とな
り、研磨量が制御される。請求項２の発明にかかる装置
では、前記研磨手段は、支持台の各支柱に支持された回
転軸と、該回転軸の軸方向に連結し、駆動モータを有し
て円筒状に形成された回転ドラムと、該回転ドラムの外
周面に貼付された研磨布と、を備えて構成されている。
【００１４】かかる構成によれば、回転ドラムは駆動モ
ータにより回転軸を中心として回転し、研磨液は研磨液
供給手段から研磨布に供給される。請求項３の発明にか
かる装置では、前記研磨盤は、表面が中心から下方向き
に傾斜した傾斜面を有するように構成され、前記回転ド
ラムは、該研磨盤の傾斜面に対応するように円錐体状に
形成されている。
【００１５】かかる構成によれば、研磨後の研磨液は傾
斜面を伝って排出される。請求項４の発明にかかる装置
では、前記研磨手段及び研磨液供給手段を複数備え、前
記各研磨液供給手段は、相互に異なる成分の研磨液を供
給するようにした。かかる構成によれば、相互に異なる
成分の研磨液により研磨量が異なってくる。
【００１６】請求項５の発明にかかる装置では、前記各
研磨液供給手段は、半導体ウェーハの径よりも大きい径
を有する研磨液供給口を備えている。かかる構成によれ
ば、研磨液は、半導体ウェーハに均一に供給される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体ウェー
ハのＣＰＭ装置の実施の形態を図１〜図３に基づいて説
明する。まず、第１の実施の形態について説明する。第
１の実施の形態では、図１及び図２に示すように、駆動
アセンブリ（図示されず）に回動自在に嵌合された中空
の駆動軸１０８に軸支される研磨盤１０２が形成され、
該研磨盤１０２の中央には駆動軸１０８の中空部に連通
する孔部１０２ｂが穿孔形成されている。
【００１８】また、研磨盤１０２上面には所定径及び深
さを有する複数の溝部１０２ａが研磨盤１０２の中心を
基準に放射状に切刻形成され、各溝部１０２ａ内に半導
体ウェーハ２が嵌め込まれ、固定される。２本１組の支
柱１０６’、１０６でなる支持台は、研磨盤１０２の孔
部１０２ｂ内と孔部１０２ｂに対応する研磨盤１０２の
外周線側方とに複数組上下方向昇降自在に放射状に夫々
立設され、支柱１０６’、１０６上部に軸受１０６ａを
介して研磨手段１１０が夫々回動自在に嵌合されてい
る。
【００１９】さらに、研磨手段１１０は、駆動モータ１
０４ａを有し、円筒状に形成された回転ドラム１０１
と、回転ドラム１０１中心横手方向に連結され、支柱１
０６’、１０６の軸受１０６ａに着脱自在に連結された
回転軸１０４と、回転ドラム１０１外周面に貼付された
研磨布１０３と、を備えている。そして、支柱１０
６’、１０６が上下方向に昇降して研磨盤１０２上の半
導体ウェーハ２表面上に加える圧力が調節される。
【００２０】研磨液供給手段としての研磨液供給器１０
５ａは、半導体ウェーハの径よりも大きい径を有する研
磨液供給口１０７ａを備え、各研磨手段１１０の回転ド
ラム１０１上方に所定距離離れて配置され、研磨液が研
磨液供給口１０７ａからシャワー式に落下して各回転ド
ラム１０１の研磨布（１０３ａ）、（１０３ｂ）、（１
０３Ｃ）に夫々供給される。
【００２１】駆動軸１０８の回動により研磨盤１０２が
回動し、それにより研磨盤１０２上の各半導体ウェーハ
２が回動し、半導体ウェーハ２に当接した各研磨手段１
１０の回転ドラム１０１が駆動モータ１０４ａにより回
動して回転ドラム１０１と研磨盤１０２上面間の各半導
体ウェーハ２が研磨される。この時、半導体ウェーハ２
は、駆動軸の中心から所定距離離れた位置で研磨盤１０
２に固定されているので、半導体ウェーハ２に対する研
磨手段１１０の速度は研磨盤１１０の中心軸からの距離
に依存し、半導体ウェーハ２上で研磨手段１１０の大き
な速度差は生じない。また、各支柱１０６’、１０６が
昇降して半導体ウェーハ２に加えられる圧力が調節さ
れ、研磨量が制御される。即ち、研磨状態は偏重される
ことなく、各半導体ウェーハ２は均一に研磨される。
【００２２】かかる構成によれば、半導体ウェーハ２が
駆動軸の中心から所定距離離れた位置で研磨盤１０２に
固定され、回動しながら昇降する複数の研磨手段１１０
を備えているため、研磨中の半導体ウェーハの研磨量を
測定して研磨量を制御し半導体ウェーハの表面を偏重す
ることなく、均一に研磨し得るという効果がある。ま
た、研磨液供給口から必要な研磨液だけをシャワー式に
供給し、研磨液の浪費を防止し得るという効果がある。
【００２３】さらに、複数の半導体ウェーハを同時に研
磨するようになっているため、生産性を向上し得るとい
う効果がある。尚、各回転ドラム１０１の研磨布（１０
３ａ）、（１０３ｂ）、（１０３Ｃ）には、夫々、相異
な材質のものを用いることができ、各研磨液供給器１０
５ａから供給する研磨液も、夫々、相異な成分の研磨液
にすることもできる。これにより、研磨量を調整するこ
とができ、１つの研磨盤で粗研磨から精密研磨までを行
うことも可能となる。
【００２４】次に第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態では、図３に示すように、駆動軸１０
８に嵌合された研磨盤１０９の上面１０９ａを、駆動軸
１０８を中心に上方から下方向きに所定角度の傾斜をも
って形成し、被研磨物を含む研磨液の排出を促進させ
る。そして、研磨盤１０９上の半導体ウェーハに当接す
る研磨手段１１０の回転ドラム１０３を、傾斜した研磨
盤１０９の上面１０９ａに対応するように円錐体状に形
成し、研磨盤１０９の表面１０９ａに研磨布１０３ａが
貼付される。あとは、第１の実施の形態と同様である。
【００２５】かかる構成によれば、研磨液の排出が促進
され、研磨液に含まれる被研磨物による半導体ウェーハ
の傷を防止し、よりきれいに研磨することができる。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
かかる半導体ウェーハの機械化学的装置によれば、研磨
量が制御されて半導体ウェーハの表面を偏重することな
く、均一に研磨し得るという効果がある。又、複数の半
導体ウェーハを同時に研磨するようになっているため、
生産性を向上し得るという効果がある。
【００２７】請求項２の発明にかかる装置によれば、研
磨液を研磨布に供給して半導体ウェーハを研磨すること
ができる。請求項３の発明にかかる装置によれば、研磨
後の研磨液は傾斜面を伝って排出されるので、研磨液の
排出が促進され、研磨液に含まれる被研磨物による半導
体ウェーハの傷を防止し、よりきれいに研磨することが
できる。
【００２８】請求項４の発明にかかる装置によれば、相
互に異なる成分の研磨液により研磨量を制御することが
できる。請求項５の発明にかかる装置によれば、研磨液
を半導体ウェーハに均一に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る装置の第１の実施の形態を示す平
面図。
【図２】図１の縦断面図。
【図３】本発明に係る装置の第２の実施の形態を示す縦
断面図。
【図４】従来の装置を示す縦断面図。
【図５】図４の部分拡大図。
【図６】従来の別の装置を示す斜視図。
【図７】図６の部分縦断面図。
【符号の説明】
１０１ 回転ドラム １０２、１０９ 研磨盤 １０２ａ 溝部 １０２ｂ 孔部 １０３ａ、１０３ｂ，１０３ｃ 研磨布 １０４ 回転軸 １０４ａ 駆動モータ １０５ａ、１０５ｂ，１０５ｃ 研磨液供給器 １０６、１０６’ 支柱 １０６ａ 軸受 １０７ 研磨液 １０７ａ 供給口 １０８ 駆動軸 １０９ａ 傾斜面

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転可能な中空の駆動軸に軸支され、駆動
    軸の中心から所定距離離れた位置で複数の半導体ウェー
    ハを一枚ずつ固定する研磨盤と、 前記中空の駆動軸の中に上下方向昇降自在に立設された
    支柱（１０６）及び該支柱（１０６’）と対応するよう
    に研磨盤の外周に上下方向昇降自在に立設された支柱
    （１０６）が２本１組となった複数の支持台と、 該支持台の支柱（１０６）、（１０６’）に回転自由に
    支持された半導体ウェーハ研磨用の研磨手段（１１０）
    と、 該研磨手段（１１０）に研磨液を供給する研磨液供給手
    段と、を備えて構成されたことを特徴とする半導体ウェ
    ーハの機械化学的研磨装置。
  2. 【請求項２】前記研磨手段は、支持台の各支柱（１０
    ６）、（１０６’）に支持された回転軸と、該回転軸の
    軸方向に連結し、駆動モータを有して円筒状に形成され
    た回転ドラムと、該回転ドラムの外周面に貼付された研
    磨布と、を備えて構成されたことを特徴とする請求項１
    記載の半導体ウェーハの機械化学的研磨装置。
  3. 【請求項３】前記研磨盤は、表面が中心から下方向きに
    傾斜した傾斜面を有するように構成され、 前記回転ドラムは、該研磨盤の傾斜面に対応するように
    円錐体状に形成されたことを特徴とする請求項２記載の
    半導体ウェーハの機械化学的研磨装置。
  4. 【請求項４】前記研磨手段（１１０）及び研磨液供給手
    段を複数備え、 前記各研磨液供給手段は、相互に異なる成分の研磨液を
    供給することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれ
    か１つに記載の半導体ウェーハの機械化学的研磨装置。
  5. 【請求項５】前記各研磨液供給手段は、半導体ウェーハ
    の径よりも大きい径を有する研磨液供給口を備えたこと
    を特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載
    の半導体ウェーハの機械化学的研磨装置。
JP18139397A 1996-07-09 1997-07-07 半導体ウェーハの機械化学的研磨装置 Expired - Fee Related JP3072508B2 (ja)

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