JP2004193289A - Polishing method - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing method which enables an object to be polished to be torn off from a polishing surface easily and safely without using an overhanging method and which has improved throughput. <P>SOLUTION: In the polishing method, a table 100 having the polishing surface 101 and a top ring 1 holding a semiconductor wafer W are rotated, and the polished surface of the semiconductor wafer W held by the top ring 1 is pressed against the polishing surface 101 of the table 100 to polish the semiconductor wafer W. When separating the semiconductor wafer W held by the top ring 1 from the polishing surface 101 of the table 100 after polishing the semiconductor wafer W, the rotational speed of the table 100 is lowered than that at the time of polishing, and a difference is caused in rotational speed between the top ring 1 and the turn table 100. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

Translated fromJapanese

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポリッシング方法に係り、特に半導体ウェ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方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの微細化と高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、回路の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、許容される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。半導体ウェハ等の基板状のポリッシング対象物の表面を研磨して平坦化する平坦化装置として、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。最近では、これらの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ているポリッシング装置により、半導体ウェハ等の表面を研磨することが試みられている。
【０００３】
この種のポリッシング装置の基本的構成を図７に示す。図７に示すように、ポリッシング装置は、上面に研磨パッド１６１を貼付して研磨面を構成する研磨テーブル１５１と、ポリッシング対象物である半導体ウェハＷの被研磨面を研磨テーブル１５１に向けて半導体ウェハＷを保持するトップリング１５２とを備えている。このトップリング１５２は、トップリングシャフト１５３の下端に、ボールジョイント１５４を介して傾動自在に連結されている。これら研磨テーブル１５１とトップリング１５２とをそれぞれ独立に自転させながらトップリング１５２により半導体ウェハＷを一定の圧力でターンテーブル１５１に押しつけ、研磨液供給ノズル１５５から砥液または純水からなる研磨液Ｑを供給しつつ、この研磨液Ｑにより半導体ウェハＷの被研磨面を平坦かつ鏡面に研磨する。このとき、半導体ウェハＷの被研磨面は、ボールジョイント１５４を介して研磨パッド１６１の表面に追随して摺接する。
なお、上記研磨パッドとしては、従来、不織布からなる研磨パッドが用いられていたが、近年、ＩＣやＬＳＩの集積度が高くなるに従って、ポリッシング対象物の表面段差がより小さいことが要望され、研磨パッドとして硬い材質のもの、例えば発泡ポリウレタンが用いられるようになってきている。
【０００４】
ここで、ポリッシング装置を用いて半導体ウェハＷの研磨を行った後には、半導体ウェハＷを研磨テーブル１５１の研磨面（研磨パッド１６１）から引き剥がす必要がある。しかし、研磨パッド１６１と半導体ウェハＷとの間には研磨液Ｑによる表面張力が働いており、この表面張力が大きいために、半導体ウェハＷを保持したトップリング１５２をその位置で上昇させると、トップリング１５２のみが上昇し、半導体ウェハＷが研磨パッド１６１に密着して残ってしまうことがあるという問題がある。
【０００５】
このような問題はオーバーハング方式を採用することにより解決することができる。このオーバーハング方式は、研磨の終了したトップリング１５２をその位置で上昇させるのではなく、半導体ウェハＷを研磨パッド１６１の外周縁まで一旦移動させ、半導体ウェハＷを研磨パッド１６１の外周縁の外部に露出させた後にトップリング１５２を上昇させて研磨パッド１６１から引き剥がすものである。このオーバーハング方式によれば、研磨パッド１６１と半導体ウェハＷとの間に働く表面張力を軽減することができ、半導体ウェハＷを研磨パッドから確実に引き剥がして離間することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のオーバーハング方式では、研磨パッド１６１と半導体ウェハＷとの間に働く表面張力を軽減することができるものの、研磨の終了した半導体ウェハＷを研磨パッド１６１の外周縁から突出させる際にトップリング１５２が傾いてしまう。そして、半導体ウェハＷが研磨パッド１６１の外周縁に押し付けられ、半導体ウェハＷにスクラッチが入ったり、半導体ウェハＷが割れてしまうおそれがある。
【０００７】
また、このようなポリッシング装置においては、研磨パッド１６１に固着する砥粒や研磨クズによる研磨速度の低下や研磨ムラを防止し、研磨パッド１６１の表面状態を回復するために、半導体ウェハＷの研磨の前後又は最中にダイヤモンドドレッサー等を用いたドレッシングが行われることがある。このようなドレッサーによりドレッシングする場合には、研磨パッド１６１の表面がわずかながら削られる。従って、ドレッシングの回数を重ねていくうちに、研磨パッド１６１の表面の平坦性が失われ、段差が形成される。その結果として、上述したオーバーハング方式では、研磨の終了した半導体ウェハＷを研磨パッド１６１の外周縁まで移動させる際に、研磨パッド１６１の段差部で半導体ウェハＷが割れてしまうおそれがある。
【０００８】
本発明は、このような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、オーバーハング方式を用いることなく、容易かつ安全にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができ、またスループットを向上させたポリッシング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような従来技術における問題点を解決するために、本発明のポリッシング方法の第１の態様は、研磨面を有するテーブルとポリッシング対象物を把持するトップリングとをそれぞれ回転させ、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記テーブルの研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、上記テーブルの回転速度を研磨時より低下させ、上記トップリングと上記ターンテーブルとの間に回転速度差を設けるようにしたものである。
【００１０】
本発明の第１の態様によれば、研磨テーブルの回転速度を研磨時より低下させ、研磨テーブルとトップリングとの間に回転速度差を設けると、ポリッシング対象物の下面と研磨面の間に形成された研磨液の液層によってトップリングに保持されたポリッシング対象物が浮上する現象、すなわちハイドロプレーン現象が生ずる。そのため、研磨面とポリッシング対象物との間の研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリングをそのまま上昇させても、容易にポリッシング対象物を研磨パッドから引き剥がすことができ、ポリッシング対象物が研磨パッドに残ってしまうこともなく、また、オーバーハング方式のようにポリッシング対象物が割れることもない。さらに、わざわざオーバーハング処理をする必要がないので、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
【００１１】
本発明の１態様によれば、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間する前の研磨時において、予め上記回転速度差を設けておき、そのままの状態で上記トップリングを上昇させる。これにより、研磨工程中から引き剥がし工程の一部の工程が行われることになり、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
【００１２】
本発明の１態様によれば、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、研磨時より上記研磨面に供給する研磨液の流量を増加させるようにした。これにより、ハイドロプレーン現象の効果を増加させ、さらにポリッシング対象物の研磨面からの引き剥がしを容易にすることができる。
【００１３】
本発明の１態様によれば、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間する前に、研磨面洗浄用の気体と純水又は薬液とが混合された液体を噴射する。これにより、ハイドロプレーン現象の効果を増加させることができるとともに、研磨終了後に行なう研磨面の洗浄工程の一部を先行して行うようにしている。
【００１４】
本発明の１態様によれば、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、ポリッシング対象物が上記テーブルの研磨面から離れる間、上記トップリングの上昇速度を低下させる。これにより、引き剥がし時にポリッシング対象物に加わる応力を低減できる。
【００１５】
本発明のポリッシング方法の第２の態様は、研磨面に所定の運動を行わせ該研磨面とポリッシング対象物とを相対運動させ、トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記研磨面から離間するときに、上記研磨面の運動の周波数を研磨時より低下させるようにしたものである。上記研磨面の運動は、例えばスクロール運動である。
【００１６】
本発明の第２の態様によれば、ポリッシング対象物の下面と研磨面の間に形成された研磨液の液層によってトップリングに保持されたポリッシング対象物が浮上する現象、すなわちハイドロプレーン現象が生じ、研磨面とポリッシング対象物との間の研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリングをそのまま上昇させても、容易にポリッシング対象物を研磨パッドから引き剥がすことができる。
【００１７】
本発明のポリッシング方法の第３の態様は、研磨面に所定の運動を行わせ該研磨面とポリッシング対象物とを相対運動させ、トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記研磨面から離間するときに、上記研磨面の移動速度を研磨時より低下させるようにしたものである。
上記研磨面の運動は、例えば直線運動である。
【００１８】
本発明の第３の態様によれば、研磨面の移動速度を研磨時より低下させることによって、ハイドロプレーン現象が生じ、研磨面とポリッシング対象物との研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリングを上昇させても、容易にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング方法の一実施形態について図１乃至図５を参照して詳細に説明する。
図１は本実施形態におけるポリッシング方法に使用されるポリッシング装置の全体構成を示す正面図であり、図２はポリッシング装置の平面図である。図１および図２に示すように、本発明に係るポリッシング装置は半導体ウェハＷを保持するためのトップリング１を備え、トップリング１の下方には上面に研磨パッド１０１を貼付した研磨テーブル１００が設置されている。研磨パッド１０１の上面は半導体ウェハＷに摺接して半導体ウェハＷを研磨するための研磨面を構成している。また、研磨テーブル１００の上方には研磨液Ｑを供給するための研磨液供給ノズル１０２と、窒素ガス供給源及び液体供給源に接続される複数の噴射ノズル１０３ａを備えたアトマイザ１０３が設置されている。なお、アトマイザ１０３は、図２において実線で示す位置に設置してもよく、また仮想線（二点鎖線）で示す位置に設置してもよい。
【００２０】
研磨液供給ノズル１０２からは研磨に使用する砥液または純水からなる研磨液Ｑが研磨テーブル１００上の研磨面に供給される。また、アトマイザ１０３からは窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体が研磨テーブル１００上の研磨面に噴射される。窒素ガス供給源からの窒素ガス及び液体供給源からの純水又は薬液は、図示しないレギュレータやエアオペレータバルブによって所定の圧力に調整され、両者が混合された状態でアトマイザ１０３の噴射ノズル１０３ａに供給される。この場合において、アトマイザ１０３の噴射ノズル１０３ａは研磨テーブル１００の外周側に向けて液体を噴射するのが好ましい。なお、窒素ガスに代えて他の不活性ガスを用いることもできる。また、純水又は薬液などの液体のみをアトマイザ１０３から噴射することとしてもよい。
【００２１】
混合された窒素ガスと純水又は薬液は、▲１▼液体微粒子化、▲２▼液体が凝固した微粒子固体化、▲３▼液体が蒸発した気体化（これら▲１▼、▲２▼、▲３▼を霧状化又はアトマイズという）された状態で、アトマイザ１０３の噴射ノズル１０３ａから研磨テーブル１００上の研磨面に向けて噴射される。混合された液体が液体微粒子化、微粒子固体化、気体化のいずれの状態で噴射されるかは、窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状などによって決定される。従って、レギュレータなどによって窒素ガス及び／又は純水又は薬液の圧力、温度、又はノズル形状などを適宜変更することによって噴射される液体の状態を変更することができる。
【００２２】
なお、市場で入手できる研磨パッドとしては種々のものがあり、例えば、ロデール社製のＳＵＢＡ８００、ＩＣ−１０００、ＩＣ−１０００／ＳＵＢＡ４００（二層クロス）、フジミインコーポレイテッド社製のＳｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００等がある。ＳＵＢＡ８００、Ｓｕｒｆｉｎ ｘｘｘ−５、Ｓｕｒｆｉｎ ０００は繊維をウレタン樹脂で固めた不織布であり、ＩＣ−１０００は硬質の発泡ポリウレタン（単層）である。発泡ポリウレタンは、ポーラス（多孔質状）になっており、その表面に多数の微細なへこみ又は孔を有している。
【００２３】
トップリング１は、自在継手部１０を介してトップリング駆動軸１１に接続されており、トップリング駆動軸１１はトップリングヘッド１１０に固定されたトップリング用エアシリンダ１１１に連結されている。このトップリング用エアシリンダ１１１によってトップリング駆動軸１１は上下動し、トップリング１の全体を昇降させると共にトップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３を研磨テーブル１００に押圧するようになっている。トップリング用エアシリンダ１１１はレギュレータＲ１を介して圧縮空気源１２０に接続されており、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧空気の空気圧等を調整することができる。これにより、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を調整することができる。
【００２４】
また、トップリング駆動軸１１はキー（図示せず）を介して回転筒１１２に連結されている。この回転筒１１２はその外周部にタイミングプーリ１１３を備えている。トップリングヘッド１１０にはトップリング用モータ１１４が固定されており、上記タイミングプーリ１１３は、タイミングベルト１１５を介してトップリング用モータ１１４に設けられたタイミングプーリ１１６に接続されている。従って、トップリング用モータ１１４を回転駆動することによってタイミングプーリ１１６、タイミングベルト１１５、及びタイミングプーリ１１３を介して回転筒１１２及びトップリング駆動軸１１が一体に回転し、トップリング１が回転する。なお、トップリングヘッド１１０は、フレーム（図示せず）に固定支持されたトップリングヘッドシャフト１１７によって支持されている。
【００２５】
以下、本発明に係るポリッシング装置のトップリング１についてより詳細に説明する。図３はポリッシング装置のトップリングの詳細構造を示す断面図、図４は図３に示すトップリング１の底面図である。図３に示すように、トップリング１は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体２と、トップリング本体２の下端に固定されたリテーナリング３とを備えている。トップリング本体２は金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。また、リテーナリング３は、剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
【００２６】
トップリング本体２は、円筒容器状のハウジング部２ａと、ハウジング部２ａの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部２ｂと、ハウジング部２ａの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部２ｃとを備えている。トップリング本体２のハウジング部２ａの下端にはリテーナリング３が固定されている。このリテーナリング３の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２と一体的に形成することとしてもよい。
【００２７】
トップリング本体２のハウジング部２ａの中央部の上方には、上述したトップリング駆動軸１１が配設されており、トップリング本体２とトップリング駆動軸１１とは自在継手部１０により連結されている。この自在継手部１０は、トップリング本体２及びトップリング駆動軸１１とを互いに傾動可能とする球面軸受機構と、トップリング駆動軸１１の回転をトップリング本体２に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング駆動軸１１からトップリング本体２に対して互いの傾動を許容しつつ押圧力及び回転力を伝達する。
【００２８】
球面軸受機構は、トップリング駆動軸１１の下面の中央に形成された球面状凹部１１ａと、ハウジング部２ａの上面の中央に形成された球面状凹部２ｄと、両凹部１１ａ，２ｄ間に介装されたセラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール１２とから構成されている。一方、回転伝達機構は、トップリング駆動軸１１に固定された駆動ピン（図示せず）とハウジング部２ａに固定された被駆動ピン（図示せず）とから構成される。トップリング本体２が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合し、回転伝達機構がトップリング駆動軸１１の回転トルクをトップリング本体２に確実に伝達する。
【００２９】
トップリング本体２及びトップリング本体２に一体に固定されたリテーナリング３の内部に画成された空間内には、トップリング１によって保持される半導体ウェハＷの外周部に当接するシールリング４と、環状のホルダーリング５と、トップリング本体２内部の収容空間内で上下動可能な概略円盤状のチャッキングプレート６（上下動部材）とが収容されている。シールリング４は、その外周部がホルダーリング５とホルダーリング５の下端に固定されたチャッキングプレート６との間に挟み込まれており、チャッキングプレート６の外縁近傍の下面を覆っている。このシールリング４の下端面は、ポリッシング対象物である半導体ウェハＷの上面に接する。なお、半導体ウェハＷの外縁にはノッチやオリエンテーションフラットと呼ばれる、半導体ウェハの向きを認識（特定）するための切り欠きが設けられているが、このようなノッチやオリエンテーションフラットよりもチャッキングプレート６の内周側にまでシールリング４が延出していることが好ましい。
【００３０】
なお、チャッキングプレート６は金属材料から形成されていてもよいが、研磨すべき半導体ウェハがトップリングに保持された状態で、渦電流を用いた膜厚測定方法でその表面に形成された薄膜の膜厚を測定する場合などにおいては、磁性を持たない材料、例えば、フッ素系樹脂、エポキシ系樹脂やセラミックスなどの絶縁性の材料から形成されていることが好ましい。
【００３１】
ホルダーリング５とトップリング本体２との間には弾性膜からなる加圧シート７が張設されている。この加圧シート７は、一端をトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込み、他端をホルダーリング５の上端部５ａとストッパ部５ｂとの間に挟み込んで固定されている。トップリング本体２、チャッキングプレート６、ホルダーリング５、及び加圧シート７によってトップリング本体２の内部に圧力室２１が形成されている。図３に示すように、圧力室２１にはチューブ、コネクタ等からなる流体路３１が連通されており、圧力室２１は流体路３１上に配置されたレギュレータＲ２を介して圧縮空気源１２０に接続されている。なお、加圧シート７は、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３２】
なお、加圧シート７がゴムなどの弾性体である場合に、加圧シート７をリテーナリング３とトップリング本体２との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート７の弾性変形によってリテーナリング３の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、本実施形態では、別部材として加圧シート支持部２ｂを設けて、これをトップリング本体２のハウジング部２ａと加圧シート支持部２ｂとの間に挟み込んで固定している。なお、リテーナリング３をトップリング本体２に対して上下動可能としたり、リテーナリング３をトップリング本体２とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート７の固定方法が用いられるとは限らない。
【００３３】
トップリング本体２のシール部２ｃが嵌合されるハウジング部２ａの上面の外周縁付近には、環状の溝からなる洗浄液路５１が形成されている。この洗浄液路５１はシール部２ｃの貫通孔５２を介して流体路３２に連通されており、この流体路３２を介して洗浄液（純水）が供給される。また、洗浄液路５１からハウジング部２ａ、加圧シート支持部２ｂを貫通する連通孔５３が複数箇所設けられており、この連通孔５３はシールリング４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇへ連通されている。
【００３４】
チャッキングプレート６と半導体ウェハＷとの間に形成される空間の内部には、半導体ウェハＷに当接する当接部材としてのセンターバッグ８及びリングチューブ９が設けられている。本実施形態においては、図３及び図４に示すように、センターバッグ８はチャッキングプレート６の下面の中心部に配置され、リングチューブ９はこのセンターバッグ８の周囲を取り囲むようにセンターバッグ８の外側に配置されている。なお、シールリング４、センターバッグ８及びリングチューブ９は、加圧シート７と同様に、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
【００３５】
チャッキングプレート６と半導体ウェハＷとの間に形成される空間は、上記センターバッグ８及びリングチューブ９によって複数の空間に区画されており、これによりセンターバッグ８とリングチューブ９の間には圧力室２２が、リングチューブ９の外側には圧力室２３がそれぞれ形成されている。
【００３６】
センターバッグ８は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜８１と、弾性膜８１を着脱可能に保持するセンターバッグホルダー８２とから構成されている。センターバッグホルダー８２にはネジ穴８２ａが形成されており、このネジ穴８２ａにネジ５５を螺合させることにより、センターバッグ８がチャッキングプレート６の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ８の内部には、弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２とによって中心部圧力室２４が形成されている。
【００３７】
同様に、リングチューブ９は、半導体ウェハＷの上面に当接する弾性膜９１と、弾性膜９１を着脱可能に保持するリングチューブホルダー９２とから構成されている。リングチューブホルダー９２にはネジ穴９２ａが形成されており、このネジ穴９２ａにネジ５６を螺合させることにより、リングチューブ９がチャッキングプレート６の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ９の内部には、弾性膜９１とリングチューブホルダー９２とによって中間部圧力室２５が形成されている。
【００３８】
本実施形態では、センターバッグ８の弾性膜８１とセンターバッグホルダー８２により圧力室２４を、リングチューブ９の弾性膜９１とリングチューブホルダー９２により圧力室２５をそれぞれ形成しているが、圧力室２２，２３についても同様に、弾性膜とこれを固定するホルダーを用いて圧力室を形成することができる。また、適宜、弾性膜とホルダーを追加し、圧力室を増やすことができるのは言うまでもない。
【００３９】
圧力室２２，２３、中心部圧力室２４、及び中間部圧力室２５には、チューブ、コネクタ等からなる流体路３３，３４，３５，３６がそれぞれ連通されており、各圧力室２２〜２５はそれぞれの流体路３３〜３６上に配置されたレギュレータＲ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６を介して供給源としての圧縮空気源１２０に接続されている。なお、上記流体路３１〜３６は、トップリングシャフト１１０の上端部に設けられたロータリージョイント（図示せず）を介して各レギュレータＲ１〜Ｒ６に接続されている。
【００４０】
上述したチャッキングプレート６の上方の圧力室２１及び上記圧力室２２〜２５には、各圧力室に連通される流体路３１，３３，３４，３５，３６を介して加圧空気等の加圧流体を供給する、あるいは大気圧や真空にすることができるようになっている。図１に示すように、圧力室２１〜２５の流体路３１，３３，３４，３５，３６上に配置されたレギュレータＲ２〜Ｒ６によってそれぞれの圧力室に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室２１〜２５の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。このように、レギュレータＲ２〜Ｒ６によって各圧力室２１〜２５の内部の圧力を独立に可変とすることにより、半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。なお、場合によっては、これらの圧力室２１〜２５を真空源１２１に接続することとしてもよい。
【００４１】
この場合において、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体や大気圧の温度をそれぞれ制御することとしてもよい。このようにすれば、半導体ウェハ等の研磨対象物の被研磨面の裏側から研磨対象物の温度を直接制御することができる。特に、各圧力室の温度を独立に制御することとすれば、ＣＭＰにおける化学的研磨の化学反応速度を制御することが可能となる。
【００４２】
チャッキングプレート６には、下方に突出する内周部吸着部６１がセンターバッグ８とリングチューブ９との間に設けられており、また、下方に突出する外周部吸着部６２がリングチューブ９の外側に設けられている。本実施形態においては、８個の吸着部６１，６２が設けられている。
【００４３】
内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２には、流体路３７，３８にそれぞれ連通する連通孔６１ａ，６２ａがそれぞれ形成されており、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２は流体路３７，３８及びバルブＶ１，Ｖ２を介して真空ポンプ等の真空源１２１に接続されている。そして、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ａが真空源１２１に接続されると、連通孔６１ａ，６２ａの開口端に負圧が形成され、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に半導体ウェハＷが吸着される。なお、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面には薄いゴムシート等からなる弾性シート６１ｂ，６２ｂが貼着されており、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２は半導体ウェハＷを柔軟に吸着保持するようになっている。
【００４４】
ここで、シールリング４の外周面とリテーナリング３との間には、わずかな間隙Ｇがあるので、ホルダーリング５とチャッキングプレート６及びチャッキングプレート６に取付けられたシールリング４等の部材は、トップリング本体２及びリテーナリング３に対して上下方向に移動可能で、フローティングする構造となっている。ホルダーリング５のストッパ部５ｂには、その外周縁部から外方に突出する突起５ｃが複数箇所に設けられており、この突起５ｃがリテーナリング３の内方に突出している部分の上面に係合することにより、上記ホルダーリング５等の部材の下方への移動が所定の位置までに制限される。
【００４５】
次に、このように構成されたトップリング１の作用について詳細に説明する。上記構成のポリッシング装置において、半導体ウェハＷの搬送時には、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ａを流体路３７，３８を介して真空源１２１に接続する。連通孔６１ａ，６２ａの吸引作用により内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面に半導体ウェハＷが真空吸着される。そして、半導体ウェハＷを吸着した状態でトップリング１を移動させ、トップリング１の全体を研磨面（研磨パッド１０１）を有する研磨テーブル１００の上方に位置させる。なお、半導体ウェハＷの外周縁はリテーナリング３によって保持され、半導体ウェハＷがトップリング１から飛び出さないようになっている。
【００４６】
研磨時には、吸着部６１，６２による半導体ウェハＷの吸着を解除し、トップリング１の下面に半導体ウェハＷを保持させると共に、トップリング駆動軸１１に連結されたトップリング用エアシリンダ１１１を作動させてトップリング１の下端に固定されたリテーナリング３を所定の押圧力で研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。この状態で、圧力室２２，２３、中心部圧力室２４、及び中間部圧力室２５にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面に押圧する。そして、予め研磨液供給ノズル１０２から研磨液Ｑを流すことにより、研磨パッド１０１に研磨液Ｑが保持され、半導体ウェハＷの研磨される面（下面）と研磨パッド１０１との間に研磨液Ｑが存在した状態で研磨が行われる。この研磨時には、研磨テーブル１００とトップリング１との回転速度は、概略同一に保たれている。
【００４７】
ここで、半導体ウェハＷの圧力室２２及び２３の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室２２，２３に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。また、半導体ウェハＷの中心部圧力室２４の下方に位置する部分は、センターバッグ８の弾性膜８１を介して、中心部圧力室２４に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。半導体ウェハＷの中間部圧力室２５の下方に位置する部分は、リングチューブ９の弾性膜９１を介して、中間部圧力室２５に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。
【００４８】
従って、半導体ウェハＷに加わる研磨圧力は、各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、半導体ウェハＷの部分ごとに調整することができる。即ち、レギュレータＲ３〜Ｒ６によって各圧力室２２〜２５に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００上の研磨パッド１０１に押圧する押圧力を半導体ウェハＷの部分ごとに調整している。このように、半導体ウェハＷの部分ごとに研磨圧力が所望の値に調整された状態で、回転している研磨テーブル１００の上面の研磨パッド１０１に半導体ウェハＷが押圧される。同様に、レギュレータＲ１によってトップリング用エアシリンダ１１１に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力を変更することができる。このように、研磨中に、リテーナリング３が研磨パッド１０１を押圧する押圧力と半導体ウェハＷを研磨パッド１０１に押圧する押圧力を適宜調整することにより、半導体ウェハＷの中心部（図４のＣ１）、中心部から中間部（Ｃ２）、中間部（Ｃ３）、そして周縁部（Ｃ４）、更には半導体ウェハＷの外側にあるリテーナリング３の外周部までの各部分における研磨圧力の分布を所望の分布とすることができる。
【００４９】
このように、半導体ウェハＷを同心の４つの円及び円環部分（Ｃ１〜Ｃ４）に区切り、それぞれの部分を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは半導体ウェハＷの研磨面に対する押圧力に依存するが、上述したように各部分の押圧力を制御することができるので、半導体ウェハＷの４つの部分（Ｃ１〜Ｃ４）の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、半導体ウェハ全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。即ち、半導体ウェハＷの表面の研磨すべき薄膜が、半導体ウェハＷの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各圧力室２２〜２５のうち、半導体ウェハＷの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、半導体ウェハＷの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに半導体ウェハＷの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。
【００５０】
半導体ウェハＷの周縁部に起こる縁だれは、リテーナリング３の押圧力を制御することにより防止することができる。また、半導体ウェハＷの周縁部において研磨すべき薄膜の膜厚に大きな変化がある場合には、リテーナリング３の押圧力を意図的に大きく、あるいは、小さくすることで、半導体ウェハＷの周縁部の研磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室２２〜２５に加圧流体を供給すると、チャッキングプレート６は上方向の力を受けるので、本実施形態では、圧力室２１には流体路３１を介して圧力流体を供給し、各圧力室２２〜２５からの力によりチャッキングプレート６が上方に持ち上げられるのを防止している。
【００５１】
上述のようにして、トップリング用エアシリンダ１１１によるリテーナリング３の研磨パッド１０１への押圧力と、各圧力室２２〜２５に供給する加圧空気による半導体ウェハＷの部分ごとの研磨パッド１０１への押圧力とを適宜調整して半導体ウェハＷの研磨が行われる。そして、研磨が終了した際は、半導体ウェハＷを内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面に再び真空吸着する。この時、半導体ウェハＷを研磨面に対して押圧する各圧力室２２〜２５への加圧流体の供給を止め、大気圧に開放することにより、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の下端面を半導体ウェハＷに当接させる。また、圧力室２１内の圧力を大気圧に開放するか、もしくは負圧にする。これは、圧力室２１の圧力を高いままにしておくと、半導体ウェハＷの内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２に当接している部分のみが、研磨面に強く押圧されることになってしまうためである。従って、圧力室２１の圧力を速やかに下げる必要があり、図３に示すように、圧力室２１からトップリング本体２を貫くようにリリーフポート３９を設けて、圧力室２１の圧力が速やかに下がるようにしてもよい。この場合には、圧力室２１に圧力をかける際には流体路３１から常に圧力流体を供給し続ける必要がある。また、リリーフポート３９は逆止弁を備えており、圧力室２１内を負圧にする際には外気が圧力室２１に入らないようにしている。
【００５２】
上述のように半導体ウェハＷを吸着させた後、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨パッド１０１から引き剥がす（離間する）必要がある。この場合に、上述したように研磨パッド１０１と半導体ウェハＷとの間に働く表面張力が問題となるが、本発明に係るポリッシング方法においては、研磨テーブル１００の回転速度を研磨時の回転速度よりも下げることによって、上記表面張力の軽減が実現される。この場合、トップリング１の回転速度は研磨時と同一の回転速度に保たれる。
【００５３】
即ち、研磨テーブル１００の回転速度を研磨時より低下させ、研磨テーブル１００とトップリング１との間に回転速度差を設けると、半導体ウェハＷの下面と研磨パッド１０１の上面の研磨面の間に形成された研磨液Ｑの液層によってトップリング１に保持された半導体ウェハＷが浮上する現象、すなわちハイドロプレーン現象が生ずる。そのため、研磨面と半導体ウェハＷとの間の研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリング１をそのまま上昇させても、容易に半導体ウェハＷを研磨パッド１０１から引き剥がすことができ、半導体ウェハＷが研磨パッド１０１に残ってしまうこともなく、また、オーバーハング方式のように半導体ウェハが割れることもない。
【００５４】
半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす際のトップリング１の上昇時に、半導体ウェハＷが研磨面から離れる瞬間だけ、トップリング１の上昇速度を低下させ、離れた後には、トップリング１の上昇速度を上げる。すなわち、トップリング１の上昇速度を半導体ウェハＷの引き剥がし時の低速と、引き剥がし後の高速の二段階制御とすることにより、引き剥がし時に半導体ウェハＷへ加わる圧力をできるだけ小さくし、半導体ウェハＷに形成された回路素子に加わる応力を最小限とする。このトップリング１の上昇速度における二段階制御は、トップリング用エアシリンダ１１１へ供給する圧縮空気の圧力をレギュレータＲ１によって高・低の二段階に調整することによって行うことができる。この場合、半導体ウェハＷが研磨面から離れる瞬間から直近の位置を、例えば、トップリング用エアシリンダ１１１のロッドの近傍に設けたセンサ（図示せず）により検出し、二段階制御を行えばよい。
本発明によれば、わざわざオーバーハング処理をする必要がないので、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
【００５５】
上述の半導体ウェハＷの研磨面からの引き剥がし工程において、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす前の研磨時に、研磨テーブル１００の回転速度を下げ、トップリング１と研磨テーブル１００との間に回転速度差を設け、研磨が終了した際にそのままの状態でトップリング１を引き上げる（上昇させる）ことが好ましい。このように、研磨終了の直前の研磨時から研磨テーブル１００の回転速度を下げ、トップリング１と研磨テーブル１００との間に回転速度差を設け、この状態で研磨を続行する。そして、研磨終点に達したら、そのままの状態でトップリング１を引き上げ、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす。この方法によれば、研磨工程中から引き剥がし工程の一部の工程が行われることになり、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
【００５６】
また、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす前の研磨時において、研磨液供給ノズル１０２から研磨用に供給される砥液または純水からなる研磨液Ｑの流量を増加させ、ハイドロプレーン現象の効果を増加させ、さらに半導体ウェハＷの研磨面からの引き剥がしを容易にすることが好ましい。そして、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす直前より、アトマイザ１０３から研磨面洗浄用の気体（Ｎ_２等の不活性ガス）と純水又は薬液とが混合された液体を研磨面に噴射する。これにより、ハイドロプレーン現象の効果を増加させることができるとともに、研磨終了後に行なう研磨面の洗浄工程の一部を先行して行うようにしている。
【００５７】
上述のように、トップリング１を上昇させた後に、トップリング１の全体を半導体ウェハの移送位置に位置させ、内周部吸着部６１及び外周部吸着部６２の連通孔６１ａ，６２ｂから半導体ウェハＷに流体（例えば、圧縮空気もしくは窒素と純水を混合したもの）を噴射して半導体ウェハＷをリリースする。
【００５８】
ところで、シールリング４の外周面とリテーナリング３との間のわずかな間隙Ｇには、研磨に用いられる研磨液Ｑが侵入してくるが、この研磨液Ｑが固着すると、ホルダーリング５、チャッキングプレート６、及びシールリング４などの部材のトップリング本体２及びリテーナリング３に対する円滑な上下動が妨げられる。そのため、流体路３２を介して洗浄液路５１に洗浄液（純水）を供給する。これにより、複数の連通孔５３より間隙Ｇの上方に純水が供給され、純水が間隙Ｇを洗い流して上述した研磨液Ｑの固着が防止される。この純水の供給は、研磨後の半導体ウェハがリリースされ、次に研磨される半導体ウェハが吸着されるまでの間に行われるのが好ましい。また、次の研磨までに供給された純水が全て外部に排出されるように、リテーナリング３には図３に示すような複数の貫通孔３ａを設けるのが好ましい。更に、リテーナリング３、ホルダーリング５、及び加圧シート７により形成される空間２６内に圧力がこもっていると、チャッキングプレート６の上昇を妨げることとなるので、スムーズにチャッキングプレート６を上昇させるためにも上記貫通孔３ａを設け、空間２６を大気と同圧にすることが好ましい。
【００５９】
本実施形態では、図１に示すように、真空源１２１に連絡する真空ラインである流体路３７，３８がトップリング１に接続されており、半導体ウェハＷは真空吸着によってトップリング１に保持されるようになっている。半導体ウェハＷの引き剥がしの際には、トップリング１は機械的に上昇するが、もし半導体ウェハＷがトップリング１から外れ、研磨パッド１０１に残ってしまった場合には、真空ライン（流体路３７，３８）内の圧力が真空から大気圧に近づくこととなる。従って、本実施形態では、図１に示すように、真空ラインに真空圧力センサ４０を設置し、真空ラインの圧力を計測及びモニタすることで、半導体ウェハＷが研磨パッド１０１から正常に引き剥がされたか否かを判断している。即ち、トップリング１の上昇開始後、真空ラインの圧力を真空圧力センサ４０により計測し、この計測値が所定の圧力値よりも小さい場合には、半導体ウェハＷはトップリング１に吸着された状態で正常に研磨パッド１０１から引き剥がされたと判断する。具体的には、半導体ウェハＷがトップリング１に正常に吸着していると判断される圧力値を１０ｋＰａ以上上回る計測値が、所定時間以上計測された場合には、半導体ウェハＷがトップリング１から外れたと判断している。
【００６０】
図５はポリッシング工程（研磨工程）と、半導体ウェハの研磨面からの引き剥がし工程との時系列上の動作関係を示す図である。図５に基づいて、トップリングの回転および停止、研磨テーブルの回転と回転速度の低下および停止、研磨液供給ノズルからの研磨液の供給および停止、アトマイザからの窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体の供給および停止のタイミングを説明する。
【００６１】
時系列上の時刻Ｔ１までは、ポリッシング工程（研磨工程）が継続する。この場合、トップリング１の回転速度は７１ｒｐｍ（ｍｉｎ^−１）であり、研磨テーブル１００の回転速度は７０ｒｐｍ（ｍｉｎ^−１）である。また、研磨液供給ノズル１０２からは研磨液が１５０ｍｌ／ｍｉｎの供給量で供給され、アトマイザからの気体と純水又は薬液とが混合された液体の供給は停止されている。
【００６２】
時刻Ｔ１からＴ２までの間は、トップリング１の引き上げ前（半導体ウェハの引き剥がし前）の条件を変化させる工程である。この条件を変化させる工程においては、トップリングの回転速度は７１ｒｐｍ（ｍｉｎ^−１）で研磨工程と同一であり、研磨テーブル１００の回転速度は時刻Ｔ１で７０ｒｐｍ（ｍｉｎ^−１）から低下し始めて、時刻Ｔ１から少し経過したところで２５ｒｐｍ（ｍｉｎ^−１）になり、この回転速度が保たれる。また、研磨液供給ノズル１０２からの研磨液の供給量は時刻Ｔ１で増加し始め、時刻Ｔ１から少し経過したところで３００ｍｌ／ｍｉｎになり、この供給量が保たれる。そして、アトマイザ１０３からは時刻Ｔ１で窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体が研磨テーブル１００の研磨面上に噴射される。
【００６３】
時刻Ｔ２を経過すると、半導体ウェハＷを研磨テーブル１００の研磨面から引き剥がすためにトップリング１が上昇し、時刻Ｔ３でトップリング１の上昇が完了し、半導体ウェハＷが研磨面から所定距離だけ離間する。
【００６４】
次に、時刻Ｔ４になると、トップリング１の回転の停止動作が開始されるとともに、研磨テーブル１００の回転の停止動作が開始され、また研磨液の供給が停止される。このとき、アトマイザからの窒素ガスと純水又は薬液とが混合された液体の供給は続行され、時刻Ｔ５になってアトマイザからの液体の供給は停止される。また、時刻Ｔ’において、トップリング１および研磨テーブル１００の回転が完全に停止される。なお、アトマイザに関しては、二点鎖線（仮想線）で示されているように、通常、トップリングおよび研磨テーブルの回転が停止した際の時刻Ｔ’においてアトマイザからの液体の供給が開始され、時刻Ｔ５を経過してもしばらく続行される。
【００６５】
このように、本実施形態によれば、トップリングの引き上げ前にアトマイザ１０３からの液体の噴射が開始されているために、アトマイザによる研磨面の洗浄工程を従来のものより早く終了することができ、次のポリッシング対象物の研磨条件を整えることができ、結果的にスループットが向上する。
なお、時刻Ｔ１において、研磨液供給ノズル１０２からの研磨液の供給量を増加するようにしたが、この研磨液供給ノズル１０２からの研磨液の供給量の増加と同期して、リテーナリング３を洗浄するためのリテーナリング洗浄水（純水）を供給するようにしてもよい。
【００６６】
図１および図２に示した自転形式の研磨テーブル以外にも、スクロール型研磨テーブルやウェブ式（ベルト式）研磨テーブルを研磨テーブル１００として用いることができる。
スクロール型研磨テーブルの場合には、スクロール型研磨テーブルの外形は図１および図２に示すものより相当に小径であり、半導体ウェハＷの直径＋２“ｅ”以上に設定されていて、研磨テーブルが並進運動（スクロール運動）をしてもウェハが研磨テーブルからはみ出さない大きさになっている。スクロール型研磨テーブルにおいて、モータの作動によって研磨テーブルが所定の周波数で並進円運動（スクロール運動）し、トップリング１（図１および図３に示すものと同一）に取付けられた半導体ウェハＷは研磨テーブルの研磨面上に押し付けられる。そして、研磨テーブルに設けられた貫通孔を介して研磨面に供給された研磨液により研磨が行われる。研磨テーブル上の研磨面とウェハの間には、半径”ｅ”の微小な相対並進円運動が生じて、ウェハの被研磨面はその全面において均一な研磨がなされる。なお、被研磨面と研磨面の位置関係が同じであると、研磨面の局部的な差異による影響を受けるので、これを避けるためにトップリング１を徐々に自転させて、研磨面の同じ場所のみで研磨されるのを防止している。
【００６７】
スクロール型研磨テーブルを用いた場合には、上述の半導体ウェハＷの研磨面からの引き剥がし工程において、半導体ウェハＷを研磨面から引き剥がす前の研磨時に、研磨テーブル１００のスクロール運動の周波数を下げ、研磨が終了した際にそのままの状態でトップリング１を引き上げる（上昇させる）。このように、スクロール型研磨テーブルを用いた場合でも、半導体ウェハＷの下面と研磨パッド１０１の上面の研磨面の間に形成された研磨液Ｑの液層によってトップリング１に保持された半導体ウェハＷが浮上する現象、すなわちハイドロプレーン現象が生じ、研磨面と半導体ウェハＷとの間の研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリング１をそのまま上昇させても、容易に半導体ウェハＷを研磨パッド１０１から引き剥がすことができる。
【００６８】
図６はウェブ式（ベルト式）研磨テーブルの実施形態を示す斜視図である。図６に示すように、研磨面はその表面に砥粒を有したベルト２１５によって構成されている。ベルト２１５は対向する一対の回転ドラム２１６，２１７に巻回されている。回転ドラム２１６，２１７が回転すると、ベルト２１５は矢印Ａ方向に直線的に移動する。支持テーブル２１８は、上部ベルト面２１５ａと下部ベルト面２１５ｂとの間に配設されている。トップリング１（図１および図３に示すものと同一）に取り付けられた半導体ウェハは、ベルト２１５の上面の研磨面に押し付けられ、研磨液供給ノズル１０２から研磨面に研磨液Ｑを流すことにより研磨が行われる。
【００６９】
図６に示す構成において、半導体ウェハの研磨面からの引き剥がし工程において、半導体ウェハを研磨面から引き剥がす前の研磨時に、ベルト２１５の移動速度を低下させ、研磨が終了した際にそのままの状態でトップリング１を引き上げる（上昇させる）。このように、ベルト２１５の移動速度を研磨時より低下させることによっても、ハイドロプレーン現象が生じ、研磨面と半導体ウェハとの研磨液による表面張力が軽減される。従って、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリング１をそのまま上昇させても、容易に半導体ウェハをベルト２１５から引き剥がすことができる。なお、半導体ウェハの研磨面からの引き剥がし工程において、研磨液供給ノズル１０２からの研磨液の供給量を増加してもよい。
【００７０】
また、上述した実施形態においては、研磨パッドにより研磨面が形成されることとしたが、これに限られるものではない。例えば、固定砥粒により研磨面を形成してもよい。固定砥粒は、砥粒をバインダ中に固定し板状に形成されたものである。固定砥粒を用いた研磨においては、固定砥粒から自生した砥粒により研磨が進行する。固定砥粒は砥粒とバインダと気孔により構成されており、例えば砥粒には平均粒径０．５μｍ以下の酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、バインダにはエポキシ樹脂を用いる。このような固定砥粒は硬質の研磨面を構成する。また、固定砥粒には、上述した板状のものの他に、薄い固定砥粒層の下に弾性を有する研磨パッドを貼付して二層構造とした固定砥粒パッドも含まれる。
【００７１】
次に、図１乃至図４に示すポリッシング装置を用いて半導体ウェハに生ずる応力の測定を行った結果を表１に示す。この場合、トップリングに保持された半導体ウェハの中心部と端部近傍に歪ゲージを貼り、半導体ウェハの引き剥がし時の研磨テーブルとトップリングの回転速度をそれぞれ変化させ、この時の半導体ウェハに生ずる応力の測定を行ったものである。なお、実験条件は以下の通りである。
１）３００ｍｍの半導体ウェハを使用した。
２）半導体ウェハの引き剥がし時に、
実験No. １：研磨テーブルの回転速度を６０ｍｉｎ^−１に保ち、トップリングの回転速度を６０ｍｉｎ^−１に保つ。これは、従来（現状）の半導体ウェハの引き剥がし時の条件である。
実験No. ２：研磨テーブルの回転速度を６０ｍｉｎ^−１から７０ｍｉｎ^−１に上昇させ、トップリングの回転速度を６０ｍｉｎ^−１から７１ｍｉｎ^−１へ上昇させる。
実験No. ３：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から１２０ｍｉｎ^−１に上昇させ、トップリングの回転速度を１２０ｍｉｎ^−１に上昇させる。
実験No. ４：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から２５ｍｉｎ^−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ^−１に保ち、トップリングの上昇時間を１．５ｓｅｃにする。
実験No. ５：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から２５ｍｉｎ^−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ^−１に保つ。
実験No. ６：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から２５ｍｉｎ^−１に低下させ、トップリングの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から５０ｍｉｎ^−１に低下させる。
実験No. ７：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から２５ｍｉｎ^−１に低下させ、トップリングの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から４０ｍｉｎ^−１に低下させる。
実験No. ８：研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から５０ｍｉｎ^−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ^−１に保つ。
実験No. １〜３、５〜８において、トップリング上昇時間は０．５ｓｅｃである。
【００７２】
上記実験No. １〜８の測定結果を表１に示す。
【表１】

表１において、半導体ウェハの応力を１１段階で示し、１が最小応力、１１が最大応力である。
【００７３】
表１から、実験No. ４の研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から２５ｍｉｎ^−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ^−１に保ち、トップリングの上昇時間を１．５ｓｅｃにした場合に、半導体ウェハに生ずる応力が１で最も小さく、よってトップリングの引き上げ力が最も小さいことがわかる。この場合には半導体ウェハＷを研磨パッド１０１から容易に引き剥がすことができる。また、実験No. ５の研磨テーブルの回転速度を７０ｍｉｎ^−１から２５ｍｉｎ^−１に低下させ、トップリングの回転速度を７１ｍｉｎ^−１に保ち、トップリングの上昇期間を０．５ｓｅｃにした場合に、半導体ウェハに生ずる応力が２で次に小さく、よってトップリングの引き上げ力が実験No. ４の次に小さいことがわかる。このように、研磨テーブルとトップリングの回転速度差（ＴＲ／ＴＴ＝２．８）を大きくすることにより、半導体ウェハを研磨パッドから容易に引き剥がすことができる。
【００７４】
上述の実験の結果、半導体ウェハの引き剥がし時に、研磨テーブルの回転速度を５０ｒｐｍ（ｍｉｎ^−１）以下とすることが好ましいことが判明した。これは、回転速度が５０ｒｐｍ（ｍｉｎ^−１）以上の高速で研磨テーブルを回転させると、研磨テーブル上の純水又は研磨液が遠心力で飛ばされて、ハイドロプレーン現象の効果が薄れるからである。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、ポリッシング対象物の研磨の終了後、トップリングを上昇させてポリッシング対象物をテーブルの研磨面から離間するときに、テーブルの回転速度を研磨時の回転速度よりも低下させ、トップリングとテーブルとの間に回転速度差を設けることにより、オーバーハング方式を採用することなく、研磨終了位置でトップリングをそのまま上昇させても、容易にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができ、ポリッシング対象物が研磨面に残ってしまうこともなく、オーバーハング方式のようにポリッシング対象物が割れることもない。
【００７６】
また、わざわざオーバーハング処理をする必要がないので、ポリッシュタクトを短くすることができ、スループットが向上する。
さらに、テーブルの回転速度を低下させるとともに、研磨面の洗浄工程等の研磨後の工程の一部を併行して行うことにより、引き剥がしの容易化と同時に、次のポリッシング対象物の研磨条件を整えることができ、結果的にスループットが向上する。
【００７７】
本発明は、スクロール型研磨テーブルやウェブ式（ベルト式）研磨テーブルを用いた場合にも、ポリッシング対象物の研磨面からの引き剥がし時に、スクロール型研磨テーブルの運動の周波数を低下させる、又はベルトの移動速度を低下させることにより、容易にポリッシング対象物を研磨面から引き剥がすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態におけるポリッシング方法に使用されるポリッシング装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】ポリッシング装置の平面図である。
【図３】ポリッシング装置のトップリングの詳細構造を示す断面図である。
【図４】図３に示すトップリングの底面図である。
【図５】ポリッシング工程（研磨工程）と、半導体ウェハの研磨面からの引き剥がし工程との時系列上の動作関係を示す図である。
【図６】ウェブ式（ベルト式）研磨テーブルの実施形態を示す斜視図である。
【図７】ポリッシング装置の基本的構成を示す図である。
【符号の説明】
１ トップリング
２ トップリング本体
２ａ ハウジング部
２ｂ 加圧シート支持部
２ｃ シール部
２ｄ，１１ａ 球面状凹部
３ リテーナリング
４ シールリング
５ ホルダーリング
５ａ 上端部
５ｂ ストッパ部
５ｃ 突起
６ チャッキングプレート
７ 加圧シート
８ センターバッグ
９ リングチューブ
１０ 自在継手部
１１ トップリング駆動軸
２１，２２，２３，２４，２５ 圧力室
２６ 空間
３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８ 流体路
３９ リリーフポート
４０ 真空圧力センサ
５１ 洗浄液路
５２ 貫通孔
５３，６１ａ，６２ａ 連通孔
５５ ネジ
６１ 内周部吸着部
６１ｂ，６２ｂ 弾性シート
６２ 外周部吸着部
８１，９１ 弾性膜
８２ センターバッグホルダー
８２ａ，９２ａ ネジ穴
９２ リングチューブホルダー
１００ 研磨テーブル
１０１ 研磨パッド
１０２ 研磨液供給ノズル
１０３ アトマイザ
１１０ トップリングヘッド
１１１ トップリング用エアシリンダ
１１２ 回転筒
１１３ タイミングプーリ
１１４ トップリング用モータ
１１５ タイミングベルト
１１６ タイミングプーリ
１１７ トップリングヘッドシャフト
１２０ 圧縮空気源
１２１ 真空源
２１５ ベルト
２１６，２１７ 回転ドラム
２１８ 支持テーブル
Ｑ 研磨液
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５，Ｒ６ レギュレータ
Ｖ１，Ｖ２ バルブ
Ｗ 半導体ウェハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing method, and more particularly to a polishing method for polishing a polishing object such as a semiconductor wafer in a flat and mirror-like manner.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as semiconductor devices have become finer and more highly integrated, circuit wiring has become finer, and the distance between circuit wirings has been narrowing. In particular, in the case of optical lithography of 0.5 μm or less, since the allowable depth of focus becomes shallow, a flatness of the image forming surface of the stepper is required. As a flattening device for polishing and flattening the surface of a substrate-like polishing object such as a semiconductor wafer, there is a self-flattening CVD device, an etching device, or the like, but these devices cannot achieve perfect flattening. Recently, attempts have been made to polish the surface of a semiconductor wafer or the like with a polishing apparatus which is expected to achieve easier and more complete planarization than these apparatuses.
[0003]
FIG. 7 shows a basic configuration of this type of polishing apparatus. As shown in FIG. 7, the polishing apparatus includes a polishing table 151 having a polishing surface formed by attaching apolishing pad 161 to an upper surface, and a semiconductor device in which a polishing target surface of a semiconductor wafer W to be polished is directed toward the polishing table 151. And atop ring 152 for holding the wafer W. Thetop ring 152 is tiltably connected to a lower end of thetop ring shaft 153 via aball joint 154. The semiconductor wafer W is pressed against theturntable 151 at a constant pressure by thetop ring 152 while rotating the polishing table 151 and thetop ring 152 independently of each other, and the polishing liquid Q made of a polishing liquid or pure water is supplied from the polishingliquid supply nozzle 155. The polishing liquid Q is used to polish the polished surface of the semiconductor wafer W to a flat and mirror surface. At this time, the surface to be polished of the semiconductor wafer W follows the surface of thepolishing pad 161 through theball joint 154 and slides on the surface.
Conventionally, a polishing pad made of a nonwoven fabric has been used as the polishing pad. However, in recent years, as the degree of integration of ICs and LSIs has increased, it has been demanded that the surface step of the object to be polished is smaller, and that the polishing pad has been required. Pads made of a hard material such as foamed polyurethane have been used.
[0004]
Here, after polishing the semiconductor wafer W using a polishing apparatus, the semiconductor wafer W needs to be peeled off from the polishing surface (polishing pad 161) of the polishing table 151. However, a surface tension due to the polishing liquid Q acts between thepolishing pad 161 and the semiconductor wafer W. Since the surface tension is large, when thetop ring 152 holding the semiconductor wafer W is raised at that position, There is a problem that only thetop ring 152 rises and the semiconductor wafer W may remain in close contact with thepolishing pad 161.
[0005]
Such a problem can be solved by adopting the overhang method. In this overhang method, the semiconductor wafer W is temporarily moved to the outer peripheral edge of thepolishing pad 161 without raising the polishedtop ring 152 at that position, and the semiconductor wafer W is moved outside the outer peripheral edge of thepolishing pad 161. Then, thetop ring 152 is lifted up and peeled off from thepolishing pad 161. According to this overhang method, the surface tension acting between thepolishing pad 161 and the semiconductor wafer W can be reduced, and the semiconductor wafer W can be reliably peeled off from the polishing pad and separated.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described overhang method, although the surface tension acting between thepolishing pad 161 and the semiconductor wafer W can be reduced, when the polished semiconductor wafer W is projected from the outer peripheral edge of thepolishing pad 161, Thetop ring 152 tilts. Then, the semiconductor wafer W is pressed against the outer peripheral edge of thepolishing pad 161, so that the semiconductor wafer W may be scratched or the semiconductor wafer W may be broken.
[0007]
Further, in such a polishing apparatus, polishing of the semiconductor wafer W is performed in order to prevent a reduction in the polishing rate or polishing unevenness due to abrasive grains or polishing scraps adhered to thepolishing pad 161 and recover the surface state of thepolishing pad 161. Dressing using a diamond dresser or the like may be performed before, after, or during the process. When dressing is performed with such a dresser, the surface of thepolishing pad 161 is slightly ground. Therefore, as the dressing is repeated, the surface of thepolishing pad 161 loses its flatness and a step is formed. As a result, in the above-described overhang method, when the polished semiconductor wafer W is moved to the outer peripheral edge of thepolishing pad 161, the semiconductor wafer W may be broken at a step portion of thepolishing pad 161.
[0008]
The present invention has been made in order to solve such problems of the related art, and can easily and safely peel off a polishing object from a polished surface without using an overhang method, and can improve throughput. An object of the present invention is to provide an improved polishing method.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such problems in the prior art, a first aspect of the polishing method of the present invention is to rotate a table having a polishing surface and a top ring for gripping an object to be polished, respectively, In a polishing method for polishing a polishing object by pressing a surface to be polished of the object to be polished against the polishing surface of the table, after polishing of the object to be polished is finished, the polishing object gripped by the top ring When the object is separated from the polishing surface of the table, the rotation speed of the table is reduced from that at the time of polishing, and a rotation speed difference is provided between the top ring and the turntable.
[0010]
According to the first aspect of the present invention, when the rotation speed of the polishing table is reduced from that at the time of polishing, and a rotation speed difference is provided between the polishing table and the top ring, the lower surface of the object to be polished and the polishing surface are provided. A phenomenon in which the polishing target held by the top ring floats by the liquid layer of the formed polishing liquid, that is, a hydroplane phenomenon occurs. Therefore, the surface tension caused by the polishing liquid between the polishing surface and the object to be polished is reduced. Therefore, even if the top ring is lifted at the polishing end position without employing the overhang method, the object to be polished can be easily peeled off from the polishing pad, and the object to be polished remains on the polishing pad. Also, there is no breakage of the object to be polished unlike the overhang method. Further, since it is not necessary to perform the overhang processing, the polishing tact can be shortened and the throughput is improved.
[0011]
According to one aspect of the present invention, at the time of polishing before the polishing object held by the top ring is separated from the polishing surface of the table, the rotation speed difference is provided in advance, and the polishing object is kept as it is. Raise the ring. Thereby, a part of the peeling step is performed during the polishing step, so that the polishing tact can be shortened and the throughput is improved.
[0012]
According to one aspect of the present invention, when the polishing target held by the top ring is separated from the polishing surface of the table, the flow rate of the polishing liquid supplied to the polishing surface is increased from the time of polishing. . As a result, the effect of the hydroplane phenomenon can be increased and the object to be polished can be easily peeled off from the polished surface.
[0013]
According to one aspect of the present invention, before the polishing object held by the top ring is separated from the polishing surface of the table, a liquid in which a gas for cleaning the polishing surface and pure water or a chemical solution are mixed is jetted. I do. As a result, the effect of the hydroplane phenomenon can be increased, and a part of the step of cleaning the polished surface performed after the end of polishing is performed in advance.
[0014]
According to one aspect of the present invention, when the polishing target held by the top ring is separated from the polishing surface of the table, while the polishing target is separated from the polishing surface of the table, the rising speed of the top ring is increased. Lower. Thereby, the stress applied to the object to be polished at the time of peeling can be reduced.
[0015]
In a second aspect of the polishing method of the present invention, a predetermined movement is performed on a polishing surface to cause relative movement between the polishing surface and the object to be polished, and the surface to be polished of the object to be polished held by a top ring is polished by the polishing. In the polishing method of polishing the polishing object by pressing against the surface, after the polishing of the polishing object is finished, when the polishing object held by the top ring is separated from the polishing surface, the polishing surface The frequency of the movement is made lower than at the time of polishing. The movement of the polishing surface is, for example, a scroll movement.
[0016]
According to the second aspect of the present invention, the phenomenon that the polishing target held on the top ring floats by the liquid layer of the polishing liquid formed between the lower surface of the polishing target and the polishing surface, that is, the hydroplane phenomenon occurs. As a result, the surface tension of the polishing liquid between the polishing surface and the object to be polished is reduced. Therefore, the object to be polished can be easily peeled off from the polishing pad even if the top ring is raised at the polishing end position without employing the overhang method.
[0017]
In a third aspect of the polishing method of the present invention, the polishing surface is caused to perform a predetermined motion, the polishing surface and the polishing target are relatively moved, and the polishing target surface of the polishing target gripped by the top ring is polished. In the polishing method of polishing the polishing object by pressing against the surface, after the polishing of the polishing object is finished, when the polishing object held by the top ring is separated from the polishing surface, the polishing surface The moving speed is made lower than at the time of polishing.
The movement of the polishing surface is, for example, a linear movement.
[0018]
According to the third aspect of the present invention, by reducing the moving speed of the polished surface from that at the time of polishing, a hydroplane phenomenon occurs, and the surface tension of the polished surface and the object to be polished by the polishing liquid is reduced. Therefore, the object to be polished can be easily peeled off from the polishing surface even if the top ring is raised at the polishing end position without employing the overhang method.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a polishing method according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 is a front view showing an entire configuration of a polishing apparatus used in a polishing method according to the present embodiment, and FIG. 2 is a plan view of the polishing apparatus. As shown in FIGS. 1 and 2, the polishing apparatus according to the present invention includes atop ring 1 for holding a semiconductor wafer W, and a polishing table 100 having apolishing pad 101 attached to an upper surface below thetop ring 1. is set up. The upper surface of thepolishing pad 101 forms a polishing surface for slidingly contacting the semiconductor wafer W and polishing the semiconductor wafer W. Above the polishing table 100, a polishingliquid supply nozzle 102 for supplying the polishing liquid Q and anatomizer 103 having a plurality ofinjection nozzles 103a connected to a nitrogen gas supply source and a liquid supply source are provided. I have. Note that theatomizer 103 may be installed at a position indicated by a solid line in FIG. 2 or may be installed at a position indicated by a virtual line (two-dot chain line).
[0020]
A polishing liquid Q composed of a polishing liquid or pure water used for polishing is supplied from the polishingliquid supply nozzle 102 to a polishing surface on the polishing table 100. Further, from theatomizer 103, a liquid in which nitrogen gas and pure water or a chemical solution are mixed is jetted onto the polishing surface on the polishing table 100. Nitrogen gas from the nitrogen gas supply source and pure water or chemical solution from the liquid supply source are adjusted to a predetermined pressure by a regulator or an air operator valve (not shown), and supplied to theinjection nozzle 103a of theatomizer 103 in a state where both are mixed. Is done. In this case, it is preferable that theejection nozzle 103a of theatomizer 103 ejects the liquid toward the outer peripheral side of the polishing table 100. Note that another inert gas can be used instead of the nitrogen gas. Alternatively, only a liquid such as pure water or a chemical solution may be ejected from theatomizer 103.
[0021]
The mixed nitrogen gas and pure water or the chemical solution are (1) liquid fine particles, (2) solidified fine particles of liquid, and (3) gasification of liquid by evaporation (these (1), (2), and (▲)). In the state where 3 ▼ is atomized or atomized), it is jetted from thejet nozzle 103a of theatomizer 103 toward the polishing surface on the polishing table 100. Whether the mixed liquid is ejected in the state of liquid atomization, liquid solidification, or gasification is determined by the pressure, temperature, nozzle shape, etc. of nitrogen gas and / or pure water or a chemical solution. Therefore, the state of the liquid to be ejected can be changed by appropriately changing the pressure, temperature, nozzle shape, or the like of the nitrogen gas and / or pure water or the chemical liquid by a regulator or the like.
[0022]
There are various types of polishing pads available on the market, for example, SUBA800, IC-1000, IC-1000 / SUBA400 (two-layer cloth) manufactured by Rodale, Surfin xxx-5 manufactured by Fujimi Incorporated, Surfin 000 and the like. SUBA800, Surfin xxx-5, and Surfin 000 are nonwoven fabrics in which fibers are hardened with urethane resin, and IC-1000 is hard foamed polyurethane (single layer). The foamed polyurethane is porous (porous) and has many fine dents or holes on its surface.
[0023]
Thetop ring 1 is connected to a topring drive shaft 11 via auniversal joint 10, and the topring drive shaft 11 is connected to a topring air cylinder 111 fixed to atop ring head 110. The topring air cylinder 111 causes the topring drive shaft 11 to move up and down, thereby raising and lowering the entiretop ring 1 and pressing theretainer ring 3 fixed to the lower end of the top ringmain body 2 against the polishing table 100. ing. The topring air cylinder 111 is connected to acompressed air source 120 via a regulator R1, and the regulator R1 can adjust the air pressure and the like of the pressurized air supplied to the topring air cylinder 111. Thereby, the pressing force with which theretainer ring 3 presses thepolishing pad 101 can be adjusted.
[0024]
The topring drive shaft 11 is connected to therotary cylinder 112 via a key (not shown). Therotary cylinder 112 has a timingpulley 113 on its outer peripheral portion. Atop ring motor 110 is fixed to thetop ring head 110, and the timingpulley 113 is connected to a timingpulley 116 provided on thetop ring motor 114 via atiming belt 115. Accordingly, when thetop ring motor 114 is rotationally driven, therotary cylinder 112 and the topring drive shaft 11 are integrally rotated via the timingpulley 116, thetiming belt 115, and the timingpulley 113, and thetop ring 1 is rotated. Thetop ring head 110 is supported by a topring head shaft 117 fixed and supported on a frame (not shown).
[0025]
Hereinafter, thetop ring 1 of the polishing apparatus according to the present invention will be described in more detail. FIG. 3 is a sectional view showing a detailed structure of the top ring of the polishing apparatus, and FIG. 4 is a bottom view of thetop ring 1 shown in FIG. As shown in FIG. 3, thetop ring 1 includes a cylindrical container-shaped top ringmain body 2 having an accommodation space therein, and aretainer ring 3 fixed to a lower end of the top ringmain body 2. The top ringmain body 2 is formed of a material having high strength and rigidity such as metal and ceramics. Further, theretainer ring 3 is formed of a highly rigid resin material, ceramics, or the like.
[0026]
The top ringmain body 2 has a cylindrical container-shapedhousing portion 2a, an annular pressuresheet support portion 2b fitted inside the cylindrical portion of thehousing portion 2a, and fits on the outer peripheral edge of the upper surface of thehousing portion 2a. And a formedannular seal portion 2c. Aretainer ring 3 is fixed to a lower end of thehousing portion 2a of the top ringmain body 2. The lower portion of theretainer ring 3 protrudes inward. Theretainer ring 3 may be formed integrally with the top ringmain body 2.
[0027]
The above-described topring drive shaft 11 is disposed above the central portion of thehousing portion 2a of thetop ring body 2, and thetop ring body 2 and the topring drive shaft 11 are connected by the universaljoint portion 10. I have. The universaljoint portion 10 includes a spherical bearing mechanism that allows the top ringmain body 2 and the topring drive shaft 11 to be tiltable with respect to each other, and a rotation transmission mechanism that transmits the rotation of the topring drive shaft 11 to the top ringmain body 2. Thus, the topring drive shaft 11 transmits the pressing force and the rotational force to the top ringmain body 2 while allowing the top ringmain body 2 to tilt each other.
[0028]
The spherical bearing mechanism includes a sphericalconcave portion 11a formed at the center of the lower surface of the topring drive shaft 11, a sphericalconcave portion 2d formed at the center of the upper surface of thehousing portion 2a, and an interposition between theconcave portions 11a and 2d. And a bearingball 12 made of a high hardness material such as ceramics. On the other hand, the rotation transmission mechanism includes a drive pin (not shown) fixed to the topring drive shaft 11 and a driven pin (not shown) fixed to thehousing 2a. Even when thetop ring body 2 is inclined, the driven pin and the driving pin can move relatively vertically in the vertical direction. The torque is reliably transmitted to thetop ring body 2.
[0029]
In the space defined inside the top ringmain body 2 and theretainer ring 3 integrally fixed to the top ringmain body 2, aseal ring 4 abutting on the outer peripheral portion of the semiconductor wafer W held by thetop ring 1 is provided. Anannular holder ring 5 and a substantially disk-shaped chucking plate 6 (a vertically movable member) that can move up and down in a housing space inside the top ringmain body 2 are housed. The outer periphery of theseal ring 4 is sandwiched between theholder ring 5 and thechucking plate 6 fixed to the lower end of theholder ring 5, and covers the lower surface near the outer edge of thechucking plate 6. The lower end surface of theseal ring 4 contacts the upper surface of the semiconductor wafer W to be polished. The outer edge of the semiconductor wafer W is provided with a notch or orientation flat for notifying or identifying the orientation of the semiconductor wafer. It is preferable that theseal ring 4 extends to the inner peripheral side.
[0030]
The chuckingplate 6 may be formed of a metal material, but a thin film formed on the surface of the semiconductor wafer to be polished by a film thickness measurement method using an eddy current in a state where the semiconductor wafer to be polished is held by a top ring. In the case of measuring the film thickness of the film, it is preferable that the film is formed of a material having no magnetism, for example, an insulating material such as a fluororesin, an epoxy resin or ceramics.
[0031]
Apressure sheet 7 made of an elastic film is stretched between theholder ring 5 and the top ringmain body 2. Thepressure sheet 7 has one end sandwiched between thehousing 2a of the top ringmain body 2 and thepressure sheet support 2b, and the other end sandwiched between theupper end 5a of theholder ring 5 and the stopper 5b. Fixed. Apressure chamber 21 is formed inside the top ringmain body 2 by the top ringmain body 2, the chuckingplate 6, theholder ring 5, and thepressure sheet 7. As shown in FIG. 3, afluid path 31 including a tube, a connector, and the like is connected to thepressure chamber 21. Thepressure chamber 21 is connected to acompressed air source 120 via a regulator R2 disposed on thefluid path 31. Have been. Thepressure sheet 7 is made of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicone rubber.
[0032]
When thepressing sheet 7 is an elastic body such as rubber, and when thepressing sheet 7 is sandwiched and fixed between theretainer ring 3 and the top ringmain body 2, thepressing sheet 7 as an elastic body is used. , A desirable flat surface cannot be obtained on the lower surface of theretainer ring 3. Therefore, in order to prevent this, in the present embodiment, the pressuresheet support portion 2b is provided as a separate member, and is fixed by sandwiching it between thehousing portion 2a of the top ringmain body 2 and the pressuresheet support portion 2b. are doing. In addition, theretainer ring 3 can be vertically movable with respect to the top ringmain body 2 or theretainer ring 3 can be configured to be able to be pressed independently of the top ringmain body 2. The method for fixing thepressure sheet 7 described above is not always used.
[0033]
A cleaningliquid passage 51 formed of an annular groove is formed near the outer peripheral edge of the upper surface of thehousing portion 2a into which theseal portion 2c of the top ringmain body 2 is fitted. The cleaningliquid path 51 is connected to thefluid path 32 through the throughhole 52 of theseal portion 2c, and the cleaning liquid (pure water) is supplied through thefluid path 32. Further, a plurality of communication holes 53 are provided from the cleaningliquid passage 51 to penetrate thehousing portion 2a and the pressurizedsheet support portion 2b, and the communication holes 53 are formed between the outer peripheral surface of theseal ring 4 and theretainer ring 3 slightly. Is communicated with the gap G.
[0034]
Inside a space formed between the chuckingplate 6 and the semiconductor wafer W, a center bag 8 and aring tube 9 are provided as contact members that contact the semiconductor wafer W. In this embodiment, as shown in FIGS. 3 and 4, the center bag 8 is disposed at the center of the lower surface of thechucking plate 6, and thering tube 9 surrounds the center bag 8 so as to surround the center bag 8. It is located outside. Theseal ring 4, the center bag 8 and thering tube 9 are made of a rubber material having excellent strength and durability, such as ethylene propylene rubber (EPDM), polyurethane rubber, and silicone rubber, similarly to thepressure sheet 7. I have.
[0035]
The space formed between the chuckingplate 6 and the semiconductor wafer W is divided into a plurality of spaces by the center bag 8 and thering tube 9. Thechamber 22 has apressure chamber 23 outside thering tube 9.
[0036]
The center bag 8 includes anelastic film 81 that contacts the upper surface of the semiconductor wafer W, and acenter bag holder 82 that detachably holds theelastic film 81. Ascrew hole 82a is formed in thecenter bag holder 82. A screw 55 is screwed into thescrew hole 82a, so that the center bag 8 is detachably attached to the center of the lower surface of thechucking plate 6. . Thecenter pressure chamber 24 is formed inside the center bag 8 by theelastic film 81 and thecenter bag holder 82.
[0037]
Similarly, thering tube 9 includes anelastic film 91 that contacts the upper surface of the semiconductor wafer W, and aring tube holder 92 that detachably holds theelastic film 91. Ascrew hole 92 a is formed in thering tube holder 92, and thescrew 56 is screwed into thescrew hole 92 a so that thering tube 9 is detachably attached to the lower surface of thechucking plate 6. Anintermediate pressure chamber 25 is formed inside thering tube 9 by theelastic film 91 and thering tube holder 92.
[0038]
In the present embodiment, thepressure chamber 24 is formed by theelastic film 81 of the center bag 8 and thecenter bag holder 82, and thepressure chamber 25 is formed by theelastic film 91 of thering tube 9 and thering tube holder 92. , 23 can similarly form a pressure chamber using an elastic film and a holder for fixing the elastic film. Needless to say, an elastic film and a holder can be appropriately added to increase the number of pressure chambers.
[0039]
Fluid paths 33, 34, 35, 36 formed of tubes, connectors, and the like are communicated with thepressure chambers 22, 23, thecentral pressure chamber 24, and theintermediate pressure chamber 25, respectively. It is connected to acompressed air source 120 as a supply source via regulators R3, R4, R5, and R6 disposed on therespective fluid paths 33 to 36. Thefluid paths 31 to 36 are connected to the regulators R1 to R6 via a rotary joint (not shown) provided at the upper end of thetop ring shaft 110.
[0040]
The above-mentionedpressure chamber 21 above the chuckingplate 6 and the above-mentionedpressure chambers 22 to 25 are pressurized with pressurized air or the like viafluid passages 31, 33, 34, 35, 36 communicating with the respective pressure chambers. Fluid can be supplied, or atmospheric pressure or vacuum can be applied. As shown in FIG. 1, the pressure of the pressurized fluid supplied to each pressure chamber is adjusted by regulators R2 to R6 arranged on thefluid passages 31, 33, 34, 35, 36 of thepressure chambers 21 to 25. be able to. Thereby, the pressure inside each of thepressure chambers 21 to 25 can be controlled independently or can be set to atmospheric pressure or vacuum. As described above, by independently varying the pressure inside each of thepressure chambers 21 to 25 by the regulators R2 to R6, the pressing force for pressing the semiconductor wafer W against thepolishing pad 101 is adjusted for each portion of the semiconductor wafer W. be able to. In some cases, thesepressure chambers 21 to 25 may be connected to thevacuum source 121.
[0041]
In this case, the temperature of the pressurized fluid or the atmospheric pressure supplied to each of thepressure chambers 22 to 25 may be controlled. In this way, the temperature of the object to be polished such as a semiconductor wafer can be directly controlled from the back side of the surface to be polished. In particular, if the temperature of each pressure chamber is controlled independently, it is possible to control the chemical reaction rate of chemical polishing in CMP.
[0042]
The chuckingplate 6 is provided with an innerperipheral suction portion 61 protruding downward between the center bag 8 and thering tube 9, and an outerperipheral suction portion 62 protruding downward is provided on thering tube 9. It is provided outside. In the present embodiment, eightsuction portions 61 and 62 are provided.
[0043]
Communication holes 61a and 62a communicating with thefluid passages 37 and 38, respectively, are formed in the innerperipheral suction portion 61 and the outerperipheral suction portion 62, respectively. It is connected to avacuum source 121 such as a vacuum pump viapaths 37 and 38 and valves V1 and V2. Then, when thecommunication holes 61a, 62a of the innerperipheral suction portion 61 and the outerperipheral suction portion 62 are connected to thevacuum source 121, a negative pressure is formed at the open ends of thecommunication holes 61a, 62a, and the inner peripheral suction portion is formed. The semiconductor wafer W is attracted to the outerperipheral portion 61 and the outer peripheral attractingportion 62.Elastic sheets 61b and 62b made of a thin rubber sheet or the like are adhered to the lower end surfaces of the inner peripheralportion adsorbing portion 61 and the outer peripheralportion adsorbing portion 62, respectively. The semiconductor wafer W is flexibly held by suction.
[0044]
Here, since there is a slight gap G between the outer peripheral surface of theseal ring 4 and theretainer ring 3, members such as theholder ring 5, the chuckingplate 6, and theseal ring 4 attached to thechucking plate 6 are provided. Has a structure that can move vertically with respect to thetop ring body 2 and theretainer ring 3 and floats. The stopper portion 5b of theholder ring 5 is provided with a plurality ofprotrusions 5c protruding outward from the outer peripheral edge thereof, and theprotrusions 5c engage with the upper surface of the portion protruding inward of theretainer ring 3. By the combination, the downward movement of the member such as theholder ring 5 is limited to a predetermined position.
[0045]
Next, the operation of thetop ring 1 configured as described above will be described in detail. In the polishing apparatus having the above-described configuration, when the semiconductor wafer W is transferred, the entiretop ring 1 is positioned at the transfer position of the semiconductor wafer, and thecommunication holes 61a and 62a of the innerperipheral suction unit 61 and the outerperipheral suction unit 62 are connected to the fluid path. It connects to thevacuum source 121 via 37,38. The semiconductor wafer W is vacuum-sucked on the lower end surfaces of the inner andouter suction portions 61 and 62 by the suction action of thecommunication holes 61a and 62a. Then, thetop ring 1 is moved while the semiconductor wafer W is being sucked, and the entiretop ring 1 is positioned above the polishing table 100 having the polishing surface (polishing pad 101). The outer peripheral edge of the semiconductor wafer W is held by theretainer ring 3 so that the semiconductor wafer W does not protrude from thetop ring 1.
[0046]
At the time of polishing, the suction of the semiconductor wafer W by thesuction portions 61 and 62 is released, the semiconductor wafer W is held on the lower surface of thetop ring 1, and the topring air cylinder 111 connected to the topring drive shaft 11 is operated. Then, theretainer ring 3 fixed to the lower end of thetop ring 1 is pressed against the polishing surface of the polishing table 100 with a predetermined pressing force. In this state, a pressurized fluid having a predetermined pressure is supplied to each of thepressure chambers 22 and 23, thecentral pressure chamber 24, and theintermediate pressure chamber 25, and the semiconductor wafer W is pressed against the polishing surface of the polishing table 100. Then, the polishing liquid Q is supplied from the polishingliquid supply nozzle 102 in advance, whereby the polishing liquid Q is held on thepolishing pad 101, and the polishing liquid Q is placed between the polishing surface (the lower surface) of the semiconductor wafer W and thepolishing pad 101. Is polished in a state where there is. During this polishing, the rotation speeds of the polishing table 100 and thetop ring 1 are kept substantially the same.
[0047]
Here, portions of the semiconductor wafer W located below thepressure chambers 22 and 23 are pressed against the polishing surface by the pressure of the pressurized fluid supplied to thepressure chambers 22 and 23, respectively. Further, the portion of the semiconductor wafer W located below thecentral pressure chamber 24 is pressed against the polishing surface by the pressure of the pressurized fluid supplied to thecentral pressure chamber 24 via theelastic film 81 of the center bag 8. You. The portion of the semiconductor wafer W located below theintermediate pressure chamber 25 is pressed against the polishing surface by the pressure of the pressurized fluid supplied to theintermediate pressure chamber 25 via theelastic film 91 of thering tube 9.
[0048]
Therefore, the polishing pressure applied to the semiconductor wafer W can be adjusted for each portion of the semiconductor wafer W by controlling the pressure of the pressurized fluid supplied to each of thepressure chambers 22 to 25, respectively. That is, the pressure of the pressurized fluid supplied to each of thepressure chambers 22 to 25 is independently adjusted by the regulators R3 to R6, and the pressing force for pressing the semiconductor wafer W against thepolishing pad 101 on the polishing table 100 is reduced. Are adjusted for each part. As described above, the semiconductor wafer W is pressed against thepolishing pad 101 on the upper surface of the rotating polishing table 100 in a state where the polishing pressure is adjusted to a desired value for each portion of the semiconductor wafer W. Similarly, the pressure of the pressurized fluid supplied to the topring air cylinder 111 is adjusted by the regulator R1, and the pressing force with which theretainer ring 3 presses thepolishing pad 101 can be changed. As described above, during polishing, by appropriately adjusting the pressing force of theretainer ring 3 pressing thepolishing pad 101 and the pressing force of pressing the semiconductor wafer W against thepolishing pad 101, the central portion of the semiconductor wafer W (see FIG. C1), the distribution of the polishing pressure in each portion from the central portion to the intermediate portion (C2), the intermediate portion (C3), the peripheral portion (C4), and further to the outer peripheral portion of theretainer ring 3 outside the semiconductor wafer W. A desired distribution can be obtained.
[0049]
As described above, the semiconductor wafer W can be divided into four concentric circles and annular parts (C1 to C4), and each part can be pressed with an independent pressing force. The polishing rate depends on the pressing force on the polished surface of the semiconductor wafer W, but since the pressing force of each portion can be controlled as described above, the polishing rate of the four portions (C1 to C4) of the semiconductor wafer W is reduced. It can be controlled independently. Therefore, even if the thickness of the thin film to be polished on the surface of the semiconductor wafer W has a distribution in the radial direction, it is possible to eliminate insufficient polishing or overpolishing over the entire surface of the semiconductor wafer. In other words, even if the thin film to be polished on the surface of the semiconductor wafer W has a different thickness depending on the radial position of the semiconductor wafer W, the surface of the semiconductor wafer W among thepressure chambers 22 to 25 described above. The pressure in the pressure chamber located above the thick portion of the semiconductor wafer W is made higher than the pressure in the other pressure chambers, or the pressure in the pressure chamber located above the thin portion on the surface of the semiconductor wafer W is increased. By making the pressure lower than the pressure of the other pressure chambers, it becomes possible to make the pressing force on the polished surface of the thick part thicker than the pressing force on the polished surface of the thin part. Polishing rate can be selectively increased. Thus, it is possible to perform polishing without excess or shortage over the entire surface of the semiconductor wafer W without depending on the film thickness distribution at the time of film formation.
[0050]
Edge dripping occurring at the peripheral portion of the semiconductor wafer W can be prevented by controlling the pressing force of theretainer ring 3. Further, when there is a large change in the thickness of the thin film to be polished at the peripheral portion of the semiconductor wafer W, the pressing force of theretainer ring 3 is intentionally increased or decreased to thereby reduce the peripheral portion of the semiconductor wafer W. Polishing rate can be controlled. When the pressurized fluid is supplied to each of thepressure chambers 22 to 25, the chuckingplate 6 receives an upward force. In this embodiment, thepressure chamber 21 is supplied with the pressurized fluid via thefluid passage 31. In addition, the chuckingplate 6 is prevented from being lifted upward by the force from each of thepressure chambers 22 to 25.
[0051]
As described above, the pressing force of theretainer ring 3 against thepolishing pad 101 by the topring air cylinder 111 and thepolishing pad 101 for each portion of the semiconductor wafer W by the pressurized air supplied to each of thepressure chambers 22 to 25. The semiconductor wafer W is polished by appropriately adjusting the pressing force. Then, when the polishing is completed, the semiconductor wafer W is vacuum-adsorbed again to the lower end surfaces of the innerperipheral suction portion 61 and the outerperipheral suction portion 62. At this time, the supply of the pressurized fluid to each of thepressure chambers 22 to 25 that presses the semiconductor wafer W against the polishing surface is stopped, and the pressure is released to the atmospheric pressure. Is brought into contact with the semiconductor wafer W. Further, the pressure in thepressure chamber 21 is released to the atmospheric pressure or is set to a negative pressure. This is because if the pressure in thepressure chamber 21 is kept high, only the portion of the semiconductor wafer W that is in contact with the innerperipheral suction portion 61 and the outerperipheral suction portion 62 is strongly pressed against the polishing surface. It is because it becomes. Therefore, it is necessary to quickly reduce the pressure in thepressure chamber 21, and as shown in FIG. 3, arelief port 39 is provided so as to penetrate the top ringmain body 2 from thepressure chamber 21, and the pressure in thepressure chamber 21 decreases quickly. You may do so. In this case, when applying pressure to thepressure chamber 21, it is necessary to constantly supply the pressurized fluid from thefluid passage 31. Therelief port 39 is provided with a check valve to prevent outside air from entering thepressure chamber 21 when the pressure inside thepressure chamber 21 is reduced to a negative pressure.
[0052]
After adsorbing the semiconductor wafer W as described above, the semiconductor wafer W needs to be peeled off (separated) from thepolishing pad 101 of the polishing table 100. In this case, the surface tension acting between thepolishing pad 101 and the semiconductor wafer W becomes a problem as described above, but in the polishing method according to the present invention, the rotation speed of the polishing table 100 is made smaller than the rotation speed at the time of polishing. Also, the above-mentioned reduction of the surface tension is realized. In this case, the rotation speed of thetop ring 1 is maintained at the same rotation speed as during polishing.
[0053]
In other words, when the rotation speed of the polishing table 100 is reduced from that at the time of polishing, and a rotation speed difference is provided between the polishing table 100 and thetop ring 1, the lower surface of the semiconductor wafer W and the upper polishing surface of thepolishing pad 101 are polished. A phenomenon that the semiconductor wafer W held on thetop ring 1 floats by the formed liquid layer of the polishing liquid Q, that is, a hydroplane phenomenon occurs. Therefore, the surface tension of the polishing liquid between the polishing surface and the semiconductor wafer W is reduced. Therefore, the semiconductor wafer W can be easily peeled off from thepolishing pad 101 even if thetop ring 1 is lifted at the polishing end position without employing the overhang method, and the semiconductor wafer W remains on thepolishing pad 101. The semiconductor wafer does not break, unlike the overhang method.
[0054]
When the semiconductor wafer W is lifted off the polished surface when thetop ring 1 is lifted, the rising speed of thetop ring 1 is reduced only at the moment when the semiconductor wafer W separates from the polished surface. Raise. That is, the pressure applied to the semiconductor wafer W at the time of peeling is reduced as much as possible by making the ascending speed of the top ring 1 a two-stage control of a low speed at the time of peeling the semiconductor wafer W and a high speed after the peeling. Minimize the stress applied to the circuit element formed in W. The two-stage control of the rising speed of thetop ring 1 can be performed by adjusting the pressure of the compressed air supplied to the topring air cylinder 111 to two stages of high and low by the regulator R1. In this case, the position immediately from the moment when the semiconductor wafer W separates from the polishing surface is detected by, for example, a sensor (not shown) provided near the rod of theair cylinder 111 for top ring, and two-stage control may be performed. .
According to the present invention, since there is no need to perform the overhang process, the polishing tact can be shortened, and the throughput is improved.
[0055]
In the above-described step of peeling the semiconductor wafer W from the polished surface, during polishing before peeling the semiconductor wafer W from the polished surface, the rotation speed of the polishing table 100 is reduced, and the rotation between thetop ring 1 and the polishing table 100 is reduced. It is preferable to provide a speed difference and pull up (raise) thetop ring 1 as it is when polishing is completed. In this way, the rotation speed of the polishing table 100 is reduced from the time of polishing immediately before the end of polishing, and a rotation speed difference is provided between thetop ring 1 and the polishing table 100, and polishing is continued in this state. Then, when the polishing end point is reached, thetop ring 1 is pulled up as it is, and the semiconductor wafer W is peeled off from the polished surface. According to this method, a part of the peeling step is performed during the polishing step, so that the polishing tact can be shortened and the throughput is improved.
[0056]
Further, at the time of polishing before the semiconductor wafer W is peeled off from the polishing surface, the flow rate of the polishing liquid Q made of the polishing liquid or pure water supplied for polishing from the polishingliquid supply nozzle 102 is increased, and the effect of the hydroplane phenomenon is increased. It is preferable that the semiconductor wafer W be easily peeled off from the polished surface. Then, immediately before the semiconductor wafer W is peeled off from the polished surface, a gas (N₂ And the like, and a liquid in which pure water or a chemical solution is mixed is sprayed onto the polishing surface. As a result, the effect of the hydroplane phenomenon can be increased, and a part of the step of cleaning the polished surface performed after the end of polishing is performed in advance.
[0057]
As described above, after thetop ring 1 is raised, the entiretop ring 1 is positioned at the transfer position of the semiconductor wafer, and the semiconductor wafer is transferred from the communication holes 61 a and 62 b of the innerperipheral suction portion 61 and the outerperipheral suction portion 62. The semiconductor wafer W is released by injecting a fluid (for example, a mixture of compressed air or nitrogen and pure water) into W.
[0058]
By the way, a polishing liquid Q used for polishing enters into a small gap G between the outer peripheral surface of theseal ring 4 and theretainer ring 3. When the polishing liquid Q is fixed, theholder ring 5 and the chuck Smooth up and down movement of members such as theking plate 6 and theseal ring 4 with respect to thetop ring body 2 and theretainer ring 3 is prevented. Therefore, the cleaning liquid (pure water) is supplied to the cleaningliquid path 51 via thefluid path 32. Thereby, pure water is supplied above the gap G from the plurality of communication holes 53, and the pure water rinses the gap G to prevent the polishing liquid Q from being fixed. It is preferable that the supply of the pure water is performed between the release of the polished semiconductor wafer and the adsorption of the semiconductor wafer to be polished next. Further, it is preferable to provide theretainer ring 3 with a plurality of through holes 3a as shown in FIG. 3 so that all the pure water supplied until the next polishing is discharged to the outside. Furthermore, if the pressure is confined in thespace 26 formed by theretainer ring 3, theholder ring 5, and thepressure sheet 7, the lifting of thechucking plate 6 will be hindered. It is preferable that the above-mentioned through-hole 3a is provided also for raising the pressure, and thespace 26 is set to the same pressure as the atmosphere.
[0059]
In the present embodiment, as shown in FIG. 1,fluid paths 37 and 38, which are vacuum lines communicating with avacuum source 121, are connected to thetop ring 1, and the semiconductor wafer W is held on thetop ring 1 by vacuum suction. It has become so. When the semiconductor wafer W is peeled off, thetop ring 1 is raised mechanically. However, if the semiconductor wafer W comes off thetop ring 1 and remains on thepolishing pad 101, a vacuum line (fluid path) is used. 37, 38) approaches the atmospheric pressure from the vacuum. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the semiconductor wafer W is normally peeled off from thepolishing pad 101 by installing thevacuum pressure sensor 40 in the vacuum line and measuring and monitoring the pressure in the vacuum line. Has been determined. That is, after thetop ring 1 starts to rise, the pressure of the vacuum line is measured by thevacuum pressure sensor 40. If the measured value is smaller than a predetermined pressure value, the semiconductor wafer W is in a state of being adsorbed to thetop ring 1. Is determined to have been normally peeled off from thepolishing pad 101. More specifically, when a measured value that exceeds the pressure value at which the semiconductor wafer W is determined to be normally adsorbed to thetop ring 1 by 10 kPa or more is measured for a predetermined time or more, the semiconductor wafer W is moved to thetop ring 1. It is judged that it has deviated from.
[0060]
FIG. 5 is a diagram showing a time-series operation relationship between the polishing step (polishing step) and the step of peeling the semiconductor wafer from the polished surface. Based on FIG. 5, rotation and stop of the top ring, rotation and reduction of the rotation and rotation speed of the polishing table, supply and stop of the polishing liquid from the polishing liquid supply nozzle, nitrogen gas and pure water or chemical liquid from the atomizer The timing of supplying and stopping the mixed liquid will be described.
[0061]
The polishing step (polishing step) continues until time T1 in the time series. In this case, the rotation speed of thetop ring 1 is 71 rpm (min)^-1 ), And the rotation speed of the polishing table 100 is 70 rpm (min).^-1 ). Further, the polishing liquid is supplied from the polishingliquid supply nozzle 102 at a supply rate of 150 ml / min, and the supply of the liquid in which the gas and the pure water or the chemical liquid are mixed from the atomizer is stopped.
[0062]
The period from time T1 to T2 is a step of changing the conditions before lifting the top ring 1 (before peeling off the semiconductor wafer). In the step of changing this condition, the rotation speed of the top ring is 71 rpm (min).^-1 ) Is the same as the polishing step, and the rotation speed of the polishing table 100 is 70 rpm (min) at time T1.^-1 ) At 25 rpm (min) after a short time from time T1.^-1 ), And this rotation speed is maintained. Further, the supply amount of the polishing liquid from the polishingliquid supply nozzle 102 starts increasing at time T1, and becomes 300 ml / min a little after time T1, and this supply amount is maintained. Then, a liquid in which the nitrogen gas and the pure water or the chemical liquid are mixed is jetted from theatomizer 103 onto the polishing surface of the polishing table 100 at time T1.
[0063]
After time T2, thetop ring 1 rises to peel off the semiconductor wafer W from the polishing surface of the polishing table 100, and at time T3, the lifting of thetop ring 1 is completed, and the semiconductor wafer W moves by a predetermined distance from the polishing surface. Separate.
[0064]
Next, at time T4, the operation of stopping the rotation of thetop ring 1 is started, the operation of stopping the rotation of the polishing table 100 is started, and the supply of the polishing liquid is stopped. At this time, the supply of the liquid in which the nitrogen gas and the pure water or the chemical liquid are mixed from the atomizer is continued, and the supply of the liquid from the atomizer is stopped at time T5. At time T ′, the rotation of thetop ring 1 and the polishing table 100 is completely stopped. As for the atomizer, as indicated by a two-dot chain line (virtual line), supply of the liquid from the atomizer is normally started at time T ′ when the rotation of the top ring and the polishing table is stopped. It continues for a while after T5.
[0065]
As described above, according to the present embodiment, since the injection of the liquid from theatomizer 103 is started before the top ring is pulled up, the cleaning process of the polished surface by the atomizer can be completed earlier than the conventional one. Thus, the polishing conditions for the next polishing object can be adjusted, and as a result, the throughput is improved.
At time T1, the supply amount of the polishing liquid from the polishingliquid supply nozzle 102 is increased. However, in synchronization with the increase in the supply amount of the polishing liquid from the polishingliquid supply nozzle 102, theretainer ring 3 is moved. Retainer ring cleaning water (pure water) for cleaning may be supplied.
[0066]
A scroll-type polishing table or a web-type (belt-type) polishing table other than the rotation type polishing table shown in FIGS. 1 and 2 can be used as the polishing table 100.
In the case of the scroll-type polishing table, the outer shape of the scroll-type polishing table is considerably smaller than that shown in FIGS. 1 and 2, and is set to be equal to or more than the diameter of the semiconductor wafer W + 2 "e". The size is such that the wafer does not protrude from the polishing table even when performing a translational motion (scrolling motion). In the scroll-type polishing table, the operation of the motor causes the polishing table to perform a translational circular motion (scrolling motion) at a predetermined frequency, so that the semiconductor wafer W attached to the top ring 1 (same as that shown in FIGS. 1 and 3) is polished. Pressed onto the polished surface of the table. Then, polishing is performed by a polishing liquid supplied to the polishing surface through a through hole provided in the polishing table. A small relative translational circular motion having a radius "e" occurs between the polishing surface on the polishing table and the wafer, and the surface to be polished of the wafer is uniformly polished over its entire surface. When the positional relationship between the polished surface and the polished surface is the same, the polished surface is affected by local differences. Only to prevent polishing.
[0067]
In the case where the scroll-type polishing table is used, the frequency of the scroll motion of the polishing table 100 is reduced in the above-described step of peeling the semiconductor wafer W from the polishing surface during polishing before the semiconductor wafer W is peeled from the polishing surface. When the polishing is completed, thetop ring 1 is pulled up (raised) as it is. As described above, even when the scroll-type polishing table is used, the semiconductor wafer held on thetop ring 1 by the liquid layer of the polishing liquid Q formed between the lower surface of the semiconductor wafer W and the polishing surface of the upper surface of thepolishing pad 101. A phenomenon in which W floats, that is, a hydroplane phenomenon occurs, and the surface tension between the polishing surface and the semiconductor wafer W due to the polishing liquid is reduced. Therefore, the semiconductor wafer W can be easily peeled off from thepolishing pad 101 even if thetop ring 1 is raised at the polishing end position without employing the overhang method.
[0068]
FIG. 6 is a perspective view showing an embodiment of a web type (belt type) polishing table. As shown in FIG. 6, the polishing surface is constituted by abelt 215 having abrasive grains on its surface. Thebelt 215 is wound around a pair ofrotating drums 216 and 217 facing each other. When therotating drums 216 and 217 rotate, thebelt 215 moves linearly in the direction of arrow A. The support table 218 is provided between theupper belt surface 215a and thelower belt surface 215b. The semiconductor wafer attached to the top ring 1 (same as that shown in FIGS. 1 and 3) is pressed against the polishing surface on the upper surface of thebelt 215, and the polishing liquid Q flows from the polishingliquid supply nozzle 102 to the polishing surface. Polishing is performed.
[0069]
In the configuration shown in FIG. 6, in the step of peeling the semiconductor wafer from the polished surface, the speed of movement of thebelt 215 is reduced during polishing before the semiconductor wafer is peeled from the polished surface, and the state is maintained as it is when the polishing is completed. Then, thetop ring 1 is pulled up (raised). Thus, the hydroplane phenomenon also occurs by reducing the moving speed of thebelt 215 from the time of polishing, and the surface tension between the polished surface and the semiconductor wafer due to the polishing liquid is reduced. Therefore, the semiconductor wafer can be easily peeled off from thebelt 215 even if thetop ring 1 is raised at the polishing end position without employing the overhang method. In the step of peeling the semiconductor wafer from the polishing surface, the supply amount of the polishing liquid from the polishingliquid supply nozzle 102 may be increased.
[0070]
In the above-described embodiment, the polishing surface is formed by the polishing pad. However, the present invention is not limited to this. For example, the polished surface may be formed by fixed abrasive grains. The fixed abrasive grains are formed in a plate shape by fixing the abrasive grains in a binder. In polishing using fixed abrasive grains, polishing proceeds by abrasive grains generated from the fixed abrasive grains. The fixed abrasive is composed of an abrasive, a binder, and pores. For example, the abrasive includes a cerium oxide (CeO) having an average particle diameter of 0.5 μm or less.₂ ), An epoxy resin is used for the binder. Such fixed abrasives constitute a hard polished surface. Further, the fixed abrasive grains include, in addition to the above-mentioned plate-shaped ones, fixed abrasive grains having a two-layer structure in which an elastic polishing pad is attached below a thin fixed abrasive layer.
[0071]
Next, Table 1 shows the results of measuring the stress generated in the semiconductor wafer by using the polishing apparatus shown in FIGS. In this case, a strain gauge is attached near the center and the end of the semiconductor wafer held by the top ring, and the rotational speeds of the polishing table and the top ring when the semiconductor wafer is peeled off are respectively changed. The resulting stress was measured. The experimental conditions are as follows.
1) A 300 mm semiconductor wafer was used.
2) When peeling the semiconductor wafer,
Experiment No. 1: The rotation speed of the polishing table was 60 min.^-1 And the top ring rotation speed is 60 min.^-1 To keep. This is a conventional (current) condition for peeling a semiconductor wafer.
Experiment No. 2: The rotation speed of the polishing table was 60 minutes.^-1 From 70min^-1 And the rotation speed of the top ring is 60 min.^-1 From 71min^-1 To rise.
Experiment No. 3: The rotating speed of the polishing table was 70 min.^-1 From 120min^-1 And rotate the top ring at a speed of 120 min.^-1 To rise.
Experiment No. 4: The rotation speed of the polishing table was 70 min.^-1 From 25min^-1 To reduce the top ring rotation speed to 71 min.^-1 And the rise time of the top ring is set to 1.5 sec.
Experiment No. 5: The rotation speed of the polishing table was 70 min.^-1 From 25min^-1 To reduce the top ring rotation speed to 71 min.^-1 To keep.
Experiment No. 6: The rotation speed of the polishing table was set to 70 min.^-1 From 25min^-1 And the rotation speed of the top ring is reduced to 70 min.^-1 From 50min^-1 To lower.
Experiment No. 7: The rotation speed of the polishing table was set to 70 min.^-1 From 25min^-1 And the rotation speed of the top ring is reduced to 70 min.^-1 From 40min^-1 To lower.
Experiment No. 8: Revolving speed of polishing table was 70 min^-1 From 50min^-1 To reduce the top ring rotation speed to 71 min.^-1 To keep.
In Experiment Nos. 1-3, 5-8, the top ring rise time is 0.5 sec.
[0072]
Table 1 shows the measurement results of the above Experiment Nos. 1 to 8.
[Table 1]

In Table 1, the stress of the semiconductor wafer is shown in 11 levels, where 1 is the minimum stress and 11 is the maximum stress.
[0073]
From Table 1, the rotation speed of the polishing table of Experiment No. 4 was set to 70 min.^-1 From 25min^-1 To reduce the top ring rotation speed to 71 min.^-1 When the rise time of the top ring is set to 1.5 sec, the stress generated in the semiconductor wafer is 1 and the smallest, and hence the pulling force of the top ring is the smallest. In this case, the semiconductor wafer W can be easily peeled off from thepolishing pad 101. The rotation speed of the polishing table of Experiment No. 5 was set to 70 min.^-1 From 25min^-1 To reduce the top ring rotation speed to 71 min.^-1 When the rising period of the top ring is set to 0.5 sec, the stress generated in the semiconductor wafer is 2 and the next smallest, and therefore the pulling force of the top ring is the second smallest in Experiment No. 4. As described above, by increasing the rotation speed difference (TR / TT = 2.8) between the polishing table and the top ring, the semiconductor wafer can be easily peeled off from the polishing pad.
[0074]
As a result of the above experiment, when the semiconductor wafer was peeled off, the rotation speed of the polishing table was set to 50 rpm (min).^-1 It has been found that the following is preferable. This is because the rotation speed is 50 rpm (min)^-1 If the polishing table is rotated at the above high speed, the pure water or the polishing liquid on the polishing table is blown off by centrifugal force, and the effect of the hydroplane phenomenon is reduced.
[0075]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after the polishing of the object to be polished, when the top ring is lifted to separate the object to be polished from the polishing surface of the table, the rotation speed of the table is made smaller than the rotation speed at the time of polishing. By providing a rotation speed difference between the top ring and the table, the object to be polished can be easily polished on the polishing surface even if the top ring is raised at the polishing end position without employing the overhang method. The polishing target does not remain on the polished surface, and the polishing target does not crack as in the overhang method.
[0076]
Further, since it is not necessary to perform the overhang process, the polishing tact can be shortened, and the throughput is improved.
Furthermore, by lowering the rotation speed of the table and performing a part of the post-polishing process such as the cleaning process of the polished surface in parallel, the peeling is facilitated and the polishing conditions of the next polishing object are simultaneously adjusted. Can be trimmed, resulting in improved throughput.
[0077]
The present invention also reduces the frequency of the movement of the scroll-type polishing table when the object to be polished is peeled off from the polishing surface, even when a scroll-type polishing table or a web-type (belt-type) polishing table is used. By lowering the moving speed of the polishing target, the polishing target can be easily peeled off from the polished surface.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing an overall configuration of a polishing apparatus used in a polishing method according to an embodiment.
FIG. 2 is a plan view of the polishing apparatus.
FIG. 3 is a sectional view showing a detailed structure of a top ring of the polishing apparatus.
FIG. 4 is a bottom view of the top ring shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing a time-series operation relationship between a polishing step (polishing step) and a step of peeling a semiconductor wafer from a polished surface.
FIG. 6 is a perspective view showing an embodiment of a web type (belt type) polishing table.
FIG. 7 is a diagram showing a basic configuration of a polishing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Top ring
2 Top ring body
2a Housing part
2b Pressing sheet support
2c Seal part
2d, 11a Spherical recess
3 Retaining ring
4 Seal ring
5 Holder ring
5a Upper end
5b Stopper
5c protrusion
6 chucking plate
7 Pressure sheet
8 Center bag
9 Ring tube
10 Universal joint
11 Top ring drive shaft
21, 22, 23, 24, 25 pressure chamber
26 space
31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38 Fluid passage
39 relief port
40 vacuum pressure sensor
51 Cleaning liquid path
52 Through hole
53, 61a, 62a Communication hole
55 screws
61 Inner circumference suction section
61b, 62b elastic sheet
62 Peripheral suction section
81,91 elastic membrane
82 center bag holder
82a, 92a Screw hole
92 Ring tube holder
100 polishing table
101 polishing pad
102 Polishing liquid supply nozzle
103 Atomizer
110 Top Ring Head
111 Air cylinder for top ring
112 rotating cylinder
113 Timing pulley
114 Top ring motor
115 Timing Belt
116 Timing pulley
117 Top ring head shaft
120 compressed air source
121 vacuum source
215 belt
216,217 rotating drum
218 Support table
Q Polishing liquid
R1, R2, R3, R4, R5, R6 Regulator
V1, V2 valve
W semiconductor wafer

Claims (9)

Translated fromJapanese

研磨面を有するテーブルとポリッシング対象物を把持するトップリングとをそれぞれ回転させ、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記テーブルの研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、
ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、上記テーブルの回転速度を研磨時より低下させ、上記トップリングと上記ターンテーブルとの間に回転速度差を設けるようにしたことを特徴とするポリッシング方法。By rotating a table having a polishing surface and a top ring that grips the object to be polished, the object to be polished is pressed by pressing the surface to be polished of the object to be polished gripped by the top ring against the polishing surface of the table. In the polishing method for polishing,
After the polishing of the object to be polished, when the object to be polished held by the top ring is separated from the polishing surface of the table, the rotation speed of the table is reduced from that at the time of polishing, and the top ring and the turntable are rotated. A polishing speed difference is provided between the polishing method and the polishing method.上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間する前の研磨時において、予め上記回転速度差を設けておき、そのままの状態で上記トップリングを上昇させることを特徴とする請求項１記載のポリッシング方法。At the time of polishing before separating the object to be polished held by the top ring from the polishing surface of the table, the rotational speed difference is provided in advance, and the top ring is raised as it is. The polishing method according to claim 1.上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、研磨時より上記研磨面に供給する研磨液の流量を増加させるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のポリッシング方法。The polishing apparatus according to claim 1, wherein when the polishing target gripped by the top ring is separated from the polishing surface of the table, a flow rate of a polishing liquid supplied to the polishing surface is increased from the time of polishing. 3. The polishing method according to item 2.上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間する前に、研磨面洗浄用の気体と純水又は薬液とが混合された液体を噴射することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のポリッシング方法。2. A liquid in which a gas for cleaning the polishing surface and pure water or a chemical liquid are mixed before the polishing object held by the top ring is separated from the polishing surface of the table. The polishing method according to any one of claims 1 to 3.上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記テーブルの研磨面から離間するときに、ポリッシング対象物が上記テーブルの研磨面から離れる間、上記トップリングの上昇速度を低下させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のポリッシング方法。When the polishing object held by the top ring is separated from the polishing surface of the table, the rising speed of the top ring is reduced while the polishing object is separated from the polishing surface of the table. Item 5. The polishing method according to any one of Items 1 to 4.研磨面に所定の運動を行わせ該研磨面とポリッシング対象物とを相対運動させ、トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、
ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記研磨面から離間するときに、上記研磨面の運動の周波数を研磨時より低下させるようにしたことを特徴とするポリッシング方法。A predetermined movement is performed on the polishing surface to cause relative movement between the polishing surface and the object to be polished. Polishing method,
After the polishing of the polishing object is completed, when the polishing object held by the top ring is separated from the polishing surface, the frequency of the movement of the polishing surface is made lower than that at the time of polishing. Polishing method.上記研磨面の運動は、スクロール運動であることを特徴とする請求項６記載のポリッシング方法。The polishing method according to claim 6, wherein the movement of the polishing surface is a scroll movement.研磨面に所定の運動を行わせ該研磨面とポリッシング対象物とを相対運動させ、トップリングに把持されたポリッシング対象物の被研磨面を上記研磨面に押圧することによって該ポリッシング対象物を研磨するポリッシング方法において、
ポリッシング対象物の研磨の終了後、上記トップリングに把持されたポリッシング対象物を上記研磨面から離間するときに、上記研磨面の移動速度を研磨時より低下させるようにしたことを特徴とするポリッシング方法。A predetermined movement is performed on the polishing surface to cause relative movement between the polishing surface and the object to be polished. Polishing method,
After the polishing of the object to be polished is finished, when moving the object to be polished held by the top ring away from the polished surface, the moving speed of the polished surface is made lower than at the time of polishing. Method.上記研磨面の運動は、直線運動であることを特徴とする請求項８記載のポリッシング方法。9. The polishing method according to claim 8, wherein the movement of the polishing surface is a linear movement.

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