CN111716253A - 研磨装置及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种研磨装置及研磨方法。实施方式提供一种有效地去除基板的表面的凸缺陷的研磨装置。实施方式的研磨装置具备：保持部，保持基板；供给部，对基板的表面供给研磨剂；以及研磨部，具有弹性体，使用弹性体对基板的表面进行研磨，且研磨中的弹性体与基板的表面的接触面积小于基板的表面积，研磨中的弹性体的速度向量的基板表面的法线方向分量的方向在弹性体与基板的表面接触的前后反转。

Description

研磨装置及研磨方法
[相关申请案]
本申请案享有以日本专利申请案2019-52002号(申请日：2019年3月19日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参考该基础申请案而包含基础申请案的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及一种研磨装置及研磨方法。
背景技术
例如，如存储装置或逻辑装置之类的半导体装置是通过在基板之上反复进行膜的沉积及膜的蚀刻而在基板之上形成所需的电路图案来制造的。例如，于进行膜的沉积及膜的蚀刻时，有时会在基板的表面形成从基板表面突出的凸缺陷。
如果在基板的表面产生凸缺陷，那么例如在用来形成电路图案的光刻步骤中，产生由于散焦而无法形成所需的电路图案的问题。尤其，当半导体装置越来越微细化而电路图案的最小尺寸也随之变小时，那么所述问题会变得严重。
例如，当进而在凸缺陷之上沉积膜时，会在被埋入的凸缺陷之上形成尺寸扩大的凸缺陷。随着膜的积层数增加，凸缺陷的尺寸扩大。因此，由于散焦而无法形成所需的电路图案的区域也扩大，所述问题变得更加严重。
例如，如果将存储装置的存储单元设为三维构造，那么形成于基板之上的膜的积层数飞跃性地增加。因此，凸缺陷对电路图案的形成造成的影响变大，导致半导体装置的成品率降低。因此，需要有效地去除基板的表面的凸缺陷的处理。
发明内容
本发明提供一种有效地去除基板的表面的凸缺陷的研磨装置及研磨方法。
实施方式的研磨装置具备：保持部，保持基板；供给部，对所述基板的表面供给研磨剂；以及研磨部，具有弹性体，使用所述弹性体对所述基板的表面进行研磨，且研磨中的所述弹性体与所述基板的表面的接触面积小于所述基板的表面积，研磨中的所述弹性体的速度向量的所述基板表面的法线方向分量的方向在所述弹性体与所述基板的表面接触的前后反转。
附图说明
图1(a)、(b)是第1实施方式的研磨装置的示意图。
图2是第1实施方式的研磨装置的研磨部的说明图。
图3(a)～(c)是第1实施方式的研磨装置及研磨方法的作用及效果的说明图。
图4是第1实施方式的研磨方法的作用及效果的说明图。
图5是第1实施方式的研磨方法的作用及效果的说明图。
图6(a)、(b)是第2实施方式的研磨装置的示意图。
图7(a)、(b)是第3实施方式的研磨装置的示意图。
图8(a)、(b)是第4实施方式的研磨装置的示意图。
具体实施方式
以下，一面参考附图一面对本发明的实施方式进行说明。此外，于以下说明中，对同一或类似的构件等标附同一符号，对于说明过一次的构件等，适当省略其说明。
以下，参考附图对实施方式的研磨装置及研磨方法进行说明。
(第1实施方式)
第1实施方式的研磨装置具备：保持部，保持基板；供给部，对基板的表面供给研磨剂；以及研磨部，使用弹性体对基板的表面进行研磨，且弹性体与基板的表面的接触面积小于基板的表面积，研磨中的弹性体的速度向量的基板表面的法线方向分量的方向在弹性体与基板的表面接触的前后反转。
另外，第1实施方式的研磨方法是对基板的表面供给研磨剂，以接触面积小于基板的表面积的方式使弹性体与基板的表面接触，且以弹性体的速度向量的基板表面的法线方向分量的方向在弹性体与基板的表面接触的前后反转的方式移动弹性体而对基板的表面进行研磨。
图1是第1实施方式的研磨装置的示意图。图1(a)是研磨装置的截面图，图1(b)是研磨装置的俯视图。第1实施方式的研磨装置100是对半导体晶片等基板的表面进行研磨的研磨装置。
第1实施方式的研磨装置100具备平台10(保持部)、支撑轴12、研磨剂供给喷嘴14(供给部)、研磨部16、第1旋转机构18、移动机构20、壳体22、控制部24。研磨部16具有研磨垫16a(弹性体)及旋转轴16b。
平台10载置成为被研磨对象的半导体晶片W(基板)。半导体晶片W例如通过从背面侧真空吸附而固定在平台10上。半导体晶片W的正面朝上。即，半导体晶片的正面位于平台10的相反侧。
支撑轴12支撑平台10。支撑轴12固定平台10。
研磨剂供给喷嘴14对半导体晶片W的表面供给研磨浆。研磨浆是研磨剂的一例。
研磨浆中包含研磨粒。研磨粒是包含例如氧化硅、氧化铝、或氧化铈的粒子。
研磨部16设置于平台10的半导体晶片W侧。利用研磨部16对半导体晶片W的表面进行研磨。
研磨部16具有研磨垫16a及旋转轴16b。研磨垫16a设置于旋转轴16b的周围。
研磨垫16a是弹性体的一例。研磨垫16a的储能模量例如为0.01GPa以上10GPa以下。研磨垫16a的储能模量是通过JISK7244-4“塑料-动态机械特性的试验方法第4部分：拉伸振动-非共振法”所记载的方法进行测定的储能模量。
研磨垫16a例如包含树脂或无纺布。研磨垫16a例如为聚氨酯树脂。
研磨垫16a在与半导体晶片W的表面垂直的截面中，例如为圆或椭圆。图1中，示出研磨垫16a表面的与半导体晶片W的表面垂直的截面为圆的情况。
旋转轴16b在与平台10的表面平行的方向上延伸。旋转轴16b与半导体晶片W的表面平行。通过旋转轴16b旋转，研磨垫16a以旋转轴16b为中心在研磨垫16a的圆周方向上旋转。研磨垫16a进行旋转运动。
图2是第1实施方式的研磨装置的研磨部的说明图。图2是研磨部16与半导体晶片W的表面的放大图。图2表示对半导体晶片W的表面进行研磨中的状态。
图2表示研磨垫16a与半导体晶片W的表面接触的状态。通过研磨垫16a与半导体晶片W的表面接触，研磨垫16a弹性变形。
对半导体晶片W的表面进行研磨中的研磨垫16a与半导体晶片W的表面的接触部(图2中的S)的接触面积小于半导体晶片W的表面积。换句话说，研磨垫16a只与半导体晶片W表面的一部分接触。接触部S的最小宽度(Wmin)例如为半导体晶片W的直径的100分之1以下。
研磨中的研磨垫16a的速度向量的半导体晶片W表面的法线方向分量的方向在研磨垫16a与半导体晶片W的表面接触的前后反转。例如，旋转中的研磨垫16a与半导体晶片W的表面接触之前的速度向量为图2的向量Va。另外，例如，旋转中的研磨垫16a与半导体晶片W的表面接触结束后的速度向量为图2的向量Vb。
向量Va的半导体晶片W的表面的法线方向分量为图2的向量Vax。向量Vb的半导体晶片W表面的法线方向分量为图2的向量Vbx。向量Vax的方向与向量Vbx的方向反转。
第1旋转机构18使研磨垫16a以旋转轴16b为中心在研磨垫16a的圆周方向上旋转。第1旋转机构18例如具备：马达；以及轴承，能够旋转地保持旋转轴16b。
移动机构20使研磨部16在与半导体晶片W的表面平行的方向上相对于半导体晶片W移动。移动机构20使研磨部16在与半导体晶片W的表面平行的方向上移动。通过使用移动机构20使研磨部16移动，而能够对半导体晶片W的表面整个面进行研磨。移动机构20例如具备：马达；以及转换机构，将马达的旋转运动转换为直线运动。
壳体22内置有平台10、支撑轴12、研磨剂供给喷嘴14(供给部)、研磨部16、第1旋转机构18、移动机构20等。壳体22保护平台10、支撑轴12、研磨剂供给喷嘴14(供给部)、研磨部16、第1旋转机构18、移动机构20等。
控制部24控制研磨剂供给喷嘴14、研磨部16、第1旋转机构18、及移动机构20。例如，控制来自研磨剂供给喷嘴14的研磨浆的供给开始及结束、研磨浆的供给量。另外，控制第1旋转机构18及移动机构20而控制研磨垫16a的旋转速度、移动速度。控制部24例如可为电路基板等硬件，也可为硬件与存储在存储器中的控制程序等软件的组合。
接下来，对第1实施方式的研磨方法进行说明。以使用第1实施方式的研磨装置100的情况为例子进行说明。
第1实施方式的研磨方法是对半导体晶片W的表面进行研磨。在成为被研磨对象的半导体晶片W，通过反复进行例如膜的沉积及膜的蚀刻而形成电路图案。在成为被研磨对象的半导体晶片W的表面，露出例如绝缘膜及导电膜中的至少一者。
首先，将半导体晶片W搬入至壳体22内并载置于平台10之上。半导体晶片W例如通过从背面侧真空吸附而固定在平台10上。
接下来，对半导体晶片W的表面供给研磨浆。研磨浆从研磨剂供给喷嘴14供给。
接下来，使研磨部16的研磨垫16a与半导体晶片W的表面接触。研磨垫16a与半导体晶片W的表面的接触部(图2中的S)的接触面积小于半导体晶片W的表面积。
使研磨垫16a以旋转轴16b为中心在研磨垫16a的圆周方向上旋转。研磨中的研磨垫16a的速度向量的半导体晶片W表面的法线方向分量的方向在研磨垫16a与半导体晶片W的表面接触的前后反转。通过研磨垫16a对半导体晶片W的表面进行研磨。研磨垫16a的表面有多个凹凸，在对半导体晶片W的表面进行研磨中，研磨浆停留在多个凹凸上。
一面使研磨垫16a旋转，一面如图1(b)中的箭头所示，使研磨部16在与半导体晶片W的表面平行的方向上移动。通过使研磨部16移动，对半导体晶片W的表面整个面进行研磨。
于半导体晶片W的表面整个面的研磨结束后，结束向半导体晶片W的表面供给研磨浆。之后，将半导体晶片W搬出至壳体22外。
接下来，对第1实施方式的研磨装置100及研磨方法的作用及效果进行说明。
如果于半导体装置的制造中在半导体晶片的表面产生凸缺陷，那么例如在光刻步骤中，由于散焦而产生无法形成所需的电路图案的问题。尤其，当半导体装置越来越微细化而电路图案的最小尺寸也随之变小时，那么所述问题会变得严重。
进而，如果在凸缺陷上沉积膜，那么会在被埋入的凸缺陷上形成扩大的凸缺陷。随着膜的积层数增加，凸缺陷扩大。因此，由于散焦而无法形成所需的电路图案的区域也扩大，所述问题变得更加严重。
根据第1实施方式的研磨装置及研磨方法，能够有效地去除半导体晶片的表面的凸缺陷。
图3是第1实施方式的研磨装置及研磨方法的作用及效果的说明图。图3(a)是凸缺陷的示意图。图3(b)是比较例的研磨方法的说明图。图3(c)是第1实施方式的研磨方法的说明图。
例如，假定如图3(a)所示的凸缺陷30存在于半导体晶片W之上。凸缺陷30是通过在存在于下层的异物29之上进行膜形成而形成的凸缺陷30。
如图3(a)的凸缺陷30并非为附着在半导体晶片W的表面的缺陷，而是与正面一体化的缺陷。因此，在例如湿式蚀刻清洗或刷洗等机械作用小的清洗中不容易去除。
图3(b)表示使研磨垫17相对于半导体晶片W的表面平行移动的研磨方法。在这种情况下，通过在与半导体晶片W的表面平行的方向上作用的剪应力去除凸缺陷30。
一般而言，研磨垫17持续在横向移动而连续地施加剪应力。因此，例如有如下担忧，即，经去除的凸缺陷30被研磨垫17在半导体晶片W的表面上拖行，从而在半导体晶片W的表面形成较大的刮痕。另外，例如，埋入于下层的异物29被拖出，进而该异物29被在半导体晶片W的表面上拖行，因此有半导体晶片W的表面形成更大的刮痕的担忧。
在第1实施方式的研磨方法中，与比较例同样地，在研磨垫16a的接触部分，在与半导体晶片W的表面平行的方向上作用剪应力而去除凸缺陷30。另一方面，在第1实施方式的研磨方法中，与比较例不同，研磨垫16a旋转。因此，研磨垫16a在去除凸缺陷30后，向上方向运动。因此，不会产生因凸缺陷30被拖行而导致的刮痕、或因埋入于下层的异物被拖出、进而该异物29被拖行而导致的刮痕。
根据第1实施方式的研磨装置及研磨方法，能够不在半导体晶片的表面产生刮痕而有效地去除半导体晶片的表面的凸缺陷。
图4是第1实施方式的研磨方法的作用及效果的说明图。如图4所示，研磨垫16a与半导体晶片W接触的部分的研磨垫16a的圆周方向的宽度(图4中的Wx)，优选为形成于半导体晶片W的图案的最小尺寸以下。在图4的情况下，形成于半导体晶片W的图案的最小尺寸为配线40的宽度(图4中的L1)、或配线40的间距(图4中的L2)。
通过满足所述条件，因研磨垫16a拖行凸缺陷30等而产生的刮痕的长度成为形成于半导体晶片W的图案的最小尺寸以下。因此，例如，抑制配线40的断线、或配线40之间的短路。
图5是第1实施方式的研磨方法的作用及效果的说明图。图5表示研磨部16相对于半导体晶片W在水平方向上移动的情况。
如图5所示，研磨垫16a的任意一点(图5中为A)在与半导体晶片W接触的期间在半导体晶片W的表面移动的距离(图5中的d)，优选为形成于半导体晶片W的图案的最小尺寸以下。在图5的情况下，形成于半导体晶片W的图案的最小尺寸为配线40的宽度(图5中的L1)、或配线40的间距(图5中的L2)。
通过满足所述条件，因研磨垫16a拖行凸缺陷30等而产生的刮痕的长度成为形成于半导体晶片W的图案的最小尺寸以下。因此，例如，抑制配线40的断线、或配线40之间的短路。
研磨垫16a的储能模量优选为0.01GPa以上10GPa以下，更优选为0.1GPa以上1GPa以下。通过使储能模量高于所述下限值，例如凸缺陷的去除效率提高。另外，通过使储能模量低于所述上限值，例如，抑制凸缺陷以外的区域被刮削。
就有效地去除凸缺陷的观点而言，研磨垫16a优选为包含树脂或无纺布。
以上，根据第1实施方式的研磨装置及研磨方法，能够有效地去除凸缺陷。
(第2实施方式)
第2实施方式的研磨装置在还具备第2旋转机构的方面与第1实施方式不同，所述第2旋转机构通过使保持部旋转而使基板以基板的中心为旋转中心旋转。另外，第2实施方式的研磨方法在使基板以基板的中心为旋转中心旋转的方面与第1实施方式不同。以下，关于与第1实施方式重复的内容，省略一部分记述。
图6是第2实施方式的研磨装置的示意图。图6(a)是研磨装置的截面图，图6(b)是研磨装置的俯视图。第2实施方式的研磨装置200是对半导体晶片等基板的表面进行研磨的研磨装置。
第2实施方式的研磨装置200具备平台10(保持部)、支撑轴12、研磨剂供给喷嘴14(供给部)、研磨部16、第1旋转机构18、移动机构20、壳体22、控制部24、第2旋转机构26。研磨部16具有研磨垫16a(弹性体)及旋转轴16b。
第2旋转机构26通过使平台10旋转而使半导体晶片W以半导体晶片W的中心C为旋转中心旋转。第2旋转机构26使支撑轴12旋转。
第2旋转机构26例如具备：马达；以及轴承，将支撑轴12能够旋转地加以保持。第2旋转机构26由控制部24控制。
第2实施方式的研磨方法使半导体晶片W以半导体晶片W的中心C为旋转中心旋转。通过使半导体晶片W旋转，研磨垫16a的在接触部分的剪应力变大。因此，凸缺陷的去除性能提高。
以上，根据第2实施方式的研磨装置及研磨方法，与第1实施方式相比较，能够更加有效地去除凸缺陷。
(第3实施方式)
第3实施方式的研磨装置在具有多个研磨部的方面与第1实施方式不同。以下，关于与第1实施方式重复的内容，省略一部分记述。
图7是第3实施方式的研磨装置的示意图。图7(a)是研磨装置的截面图，图7(b)是研磨装置的俯视图。第3实施方式的研磨装置300是对半导体晶片等基板的表面进行研磨的研磨装置。
第3实施方式的研磨装置300具备平台10(保持部)、支撑轴12、研磨剂供给喷嘴14(供给部)、研磨部16、第1旋转机构18、移动机构20、壳体22、控制部24、第2旋转机构26。研磨部16具有研磨垫16a(弹性体)及旋转轴16b。
研磨装置300具有多个研磨部16。图7例示具有2个研磨部16的情况。研磨部16也可为3个以上。
研磨装置300由于具有多个研磨部16，所以能够缩短研磨处理的时间。
以上，根据第3实施方式的研磨装置，与第1实施方式同样地，能够有效地去除凸缺陷。另外，能够缩短研磨处理的时间。
(第4实施方式)
第4实施方式的研磨装置在弹性体的长度比基板的最大长度长的方面与第1实施方式不同。以下，关于与第1实施方式重复的内容，省略一部分记述。
图8是第4实施方式的研磨装置的示意图。图8(a)是研磨装置的截面图，图8(b)是研磨装置的俯视图。第4实施方式的研磨装置400是对半导体晶片等基板的表面进行研磨的研磨装置。
第4实施方式的研磨装置400具备平台10(保持部)、支撑轴12、研磨剂供给喷嘴14(供给部)、研磨部16、第1旋转机构18、移动机构20、壳体22、控制部24、第2旋转机构26。研磨部16具有研磨垫16a(弹性体)及旋转轴16b。
研磨装置400的研磨垫16a的长度(图8中的L3)大于半导体晶片W的最大长度(图8中的直径D)。
研磨装置400由于研磨垫16a的长度L3比半导体晶片W的直径D长，所以能够缩短研磨处理的时间。
以上，根据第4实施方式的研磨装置，与第1实施方式同样地，能够有效地去除凸缺陷。另外，能够缩短研磨处理的时间。
在第1至第4实施方式中，以研磨垫16a表面的与半导体晶片W的表面垂直的截面为圆的情况为例子进行了说明，但研磨垫16a的截面也可为椭圆。
在第1至第4实施方式中，以研磨垫16a旋转运动的情况为例子进行了说明，但研磨垫16a也可为进行如摆锤那样的往返运动的构成。在这种情况下，例如，能够将研磨垫16a的截面形状设为圆的一部分，能够缩小研磨垫16a的尺寸。例如，能够将研磨垫16a的截面形状设为扇形。
另外，在第1、第3、及第4实施方式中，以平台10固定、且研磨部16在水平方向上移动的情况为例子进行了说明，但也能够设为研磨部16固定、且平台10在水平方向上移动的构成。
以上对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提出的，并不意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够以其它各种方式实施，能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。例如，也可将一种实施方式的构成要素替换或变更成其它实施方式的构成要素。这些实施方式或其变化包含在发明的范围或主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
[符号说明]
10 平台(保持部)
14 研磨剂供给喷嘴(供给部)
16 研磨部
16a 研磨垫(弹性体)
18 第1旋转机构
20 移动机构
26 第2旋转机构
100 研磨装置
200 研磨装置
300 研磨装置
400 研磨装置
W 半导体晶片(基板)

Claims (15)

1.一种研磨装置，具备：
保持部，保持基板；
供给部，对所述基板的表面供给研磨剂；以及
研磨部，具有弹性体，使用所述弹性体对所述基板的表面进行研磨，且研磨中的所述弹性体与所述基板的表面的接触面积小于所述基板的表面积，研磨中的所述弹性体的速度向量的所述基板表面的法线方向分量的方向在所述弹性体与所述基板的表面接触的前后反转。
2.根据权利要求1所述的研磨装置，其中所述弹性体在与所述基板的表面垂直的截面中为圆或椭圆，且所述研磨装置还具备使所述弹性体在所述弹性体的圆周方向上旋转的第1旋转机构。
3.根据权利要求1或2所述的研磨装置，其还具备：第2旋转机构，通过使所述保持部旋转，而使所述基板以所述基板的中心为旋转中心旋转。
4.根据权利要求1或2所述的研磨装置，其还具备：移动机构，使所述研磨部在与所述基板的表面平行的方向上相对于所述基板移动。
5.根据权利要求1或2所述的研磨装置，其中所述弹性体的储能模量为0.01GPa以上10GPa以下。
6.根据权利要求1或2所述的研磨装置，其中所述弹性体包含树脂或无纺布。
7.根据权利要求1或2所述的研磨装置，其中所述研磨剂包含研磨粒。
8.根据权利要求1或2所述的研磨装置，其具有多个所述研磨部。
9.一种研磨方法，对基板的表面供给研磨剂，且
以接触面积小于所述基板的表面积的方式使弹性体与所述基板的表面接触，以所述弹性体的速度向量的所述基板表面的法线方向分量的方向在所述弹性体与所述基板的表面接触的前后反转的方式移动所述弹性体而对所述基板的表面进行研磨。
10.根据权利要求9所述的研磨方法，其中所述弹性体的表面在与所述基板的表面垂直的截面中为圆或椭圆，且使所述弹性体在所述弹性体的圆周方向上旋转。
11.根据权利要求9或10所述的研磨方法，其中使所述基板以所述基板的中心为旋转中心旋转。
12.根据权利要求10所述的研磨方法，其中所述弹性体与所述基板接触的部分的所述圆周方向的宽度为形成于所述基板的图案的最小尺寸以下。
13.根据权利要求9或10所述的研磨方法，其中所述弹性体的任意一点在与所述基板接触的期间在所述基板的表面移动的距离为形成于所述基板的图案的最小尺寸以下。
14.根据权利要求9或10所述的研磨方法，其中所述弹性体包含树脂或无纺布。
15.根据权利要求9或10所述的研磨方法，其中所述研磨剂包含研磨粒。
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