JP2000094316A - 平坦化研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨体と被研磨基板との相対速度を基板面内に
おいて均一にできるとともに、基板表面の有する段差部
の研磨効率を向上させることができる平坦化研磨装置を
提供する。 【解決手段】研磨面を有する研磨ベルト３と、研磨ベル
ト３の研磨面を所定の方向に沿って直動または往復動さ
せる駆動手段とを有する研磨ベルト部２と、基板Ｗを研
磨ベルトの研磨面を保持する基板ホルダー５１と、基板
ホルダー５１を研磨ベルト３に対して移動位置決めし、
基板Ｗを研磨ベルト３の研磨面に当接させる移動位置決
め手段である駆動ヘッド部３４と、基板Ｗと研磨ベルト
３の研磨面とを所定の力で押し付けるシリンダ装置４１
および定盤６３と、基板ホルダ５１を所定の軸を中心に
所定の角度で断続的に回動させ、各回動位置で所定時間
基板Ｗを停止保持する回動手段３４とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえば、半導体
基板等の被研磨対象を平坦化するのに好適な平坦化研磨
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの微細化に伴い、リソグ
ラフィーのフォーカスマージンが狭くなったことをカバ
ーするために、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishin
g)法が層間絶縁膜の平坦化に導入されている。ＣＭＰ法
による層間絶縁膜の平坦化技術によれば、層間絶縁膜の
局所的な段差を解消することができることに加え、従来
の層間絶縁膜の平坦化工程（ＳＯＧ(Spin on Glass) 膜
の塗布とエッチバックとの組み合わせ）に比べ工程が簡
素化されるメリットもある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１４は、従来の平坦
化研磨装置の一構成例を示す図であって、所定の方向に
回転される回転ターンテーブル状の研磨砥石５１０と、
基板Ｗを保持し、基板Ｗを回転軸５０２を中心に回転し
つつ研磨砥石５１０に押し付ける基板ホルダー５０１
と、研磨砥石５１０上に研磨剤Ｓを供給する研磨剤供給
装置５２１と、研磨砥石５１０の砥石面の目立てを行う
ドレッシング装置５３１を有する構成となっている。上
記構成の平坦化研磨装置では、基板Ｗは基板ホルダー５
０１による自転と研磨砥石５１０上の公転との相対速度
に応じて研磨される。研磨砥石５１０の砥石面の中央の
回転と周辺の基板Ｗに対する角速度は同一とならず、こ
の角速度差が研磨加工量の均一性を阻害する。

【０００４】一方、たとえば、特開平９−１５５７２３
号公報には、図１５に示すように、ターンテーブル状の
研磨砥石に代えて、エンドレス状の研磨ベルト６０１を
駆動ローラ６０２および６０３に巻回して所定の方向に
移動させ、研磨剤供給装置６０５によって研磨ベルト６
０１に研磨剤を塗布し、研磨ベルト６０１の内側面を定
盤６０７で支持しながら、研磨ベルト６０１に基板ホル
ダー６０４によって保持された回転する基板Ｗを押し付
けることによって基板Ｗの研磨を行う構成の平坦化研磨
装置が開示されている。しかしながら、上記構成の平坦
化研磨装置の場合も、基板ホルダー６０４が回転するた
め、研磨ベルト６０１と基板Ｗとの相対速度は基板Ｗの
中央位置と周辺位置とで差が生じてしまう。この問題を
解決する手段として、たとえば、特開平７−２３０９７
３号公報では、研磨ベルトの進行方向に直交する方向に
往復摺動する基板ホルダーを有する構成の平坦化研磨装
置を開示している。しかしながら、この場合にも、研磨
ベルトと平行／直交方向で相対的速度を合わせることは
現実には難しいため、研磨ベルトの進行方向に対し平行
な方向と直交する方向の研磨速度が異なり、研磨均一性
を十分に高めることが難しい。

【０００５】本発明は、上述した問題に鑑みてなされた
ものであって、研磨体と被研磨基板との相対速度を基板
面内において均一にできるとともに、基板表面の有する
段差部の研磨効率を向上させることができる平坦化研磨
装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、研磨面を有す
る研磨体と、研磨体の研磨面を所定の方向に沿って直動
または往復動させる駆動手段と、被研磨基板を研磨体の
研磨面に対向させて保持する保持手段と、前記保持手段
を前記研磨体に対して移動位置決めし、当該保持手段に
保持された被研磨基板を前記研磨体の研磨面に当接させ
る移動位置決め手段と、前記保持手段に保持された被研
磨基板と前記研磨体の研磨面とを所定の力で押し付ける
押し付け手段と、前記保持手段を所定の軸を中心に所定
の角度で断続的に回動させ、各回動位置で所定時間当該
被研磨基板を停止保持する回動手段とを有する。

【０００７】前記回動手段は、前記被研磨基板の被研磨
層に形成された所定方向の段差に直交する向きに当該被
研磨基板を回動させる。

【０００８】前記回動手段は、前記被研磨基板に形成さ
れる素子の配列方向が前記研磨体の移動方向に沿うよう
に当該被研磨基板を回動する。

【０００９】前記素子の配列方向は、前記被研磨基板の
所定の基準面を基準にして互いに直交する方向であり、
前記回動手段は、前記被研磨基板の所定の基準面を基準
にして９０度毎に前記被研磨基板を回動させる。

【００１０】前記押し付け手段は、前記研磨体の裏面を
支持する支持面を有する定盤と、前記保持手段に対して
複数箇所に設けられ、当該保持手段を前記定盤に向けて
押圧し、各々が独立に押圧力を調整可能である押圧手段
とを有する。

【００１１】前記押圧手段は、前記保持手段の複数箇所
に固定されたシリンダ装置からなる。

【００１２】前記定盤には、前記支持面の前記被研磨基
板に対する高さを独立に調整可能な複数のシリンダ装置
が設けられている。

【００１３】前記研磨体は、エンドレス状の研磨ベルト
からなり、前記駆動手段は、前記研磨ベルトが巻回さ
れ、当該研磨ベルトを所定の方向に直線移動させる回転
体を有する。

【００１４】前記複数の押圧手段の押圧力と前記被研磨
基板の研磨量の面内分布との相関データに基づいて、前
記被研磨基板の研磨量および研磨量の面内均一性が所定
の値になるように前記複数の押圧手段の押圧力を独立に
調整する押圧力調整手段を有する。

【００１５】所定の押圧力で前記研磨ベルトの研磨面を
押圧する押圧面を有し、前記研磨ベルトの研磨面の前記
被研磨基板に対して上流で前記研磨面に塗布された研磨
剤を均一に分散させる研磨剤分散プレートをさらに有す
る。

【００１６】本発明では、保持手段を連続的に回転させ
るのではなく、所定角度で断続的に回転させ、各回動位
置で被研磨基板に対して直動または往復動する研磨体に
よって研磨加工が行われる。このため、被研磨基板と研
磨体の研磨面との被研磨基板面内における相対速度が各
位置間で等しくなり、相対速度の違いによる研磨量のば
らつきが発生しなくなる。また、被研磨基板に形成され
た被研磨層の所定方向の段差に対して研磨体の移動方向
が直交する向きとなるように、被研磨基板が断続的に回
動されることにより、被研磨基板の被研磨層の有する段
差が効率良く平坦化される。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照して詳細に説明する。第１実施形態 図１は、本発明の第１の実施形態に係る平坦化研磨装置
の構成を示す斜視図である。図１に示す平坦化研磨装置
１は、たとえば、直径が２００ｍｍのシリコンウェハ上
に形成される層間絶縁膜を平坦化するために用いられ、
研磨ベルト部２と、基板ホルダー部３１と、定盤部６１
とを有する。

【００１８】研磨ベルト部２は、両端部が接合されたエ
ンドレス状の研磨ベルト３と、研磨ベルト３が巻回され
た所定の距離をおいて並設された２つの回転ドラム６お
よび７とを有する。回転ドラム６および７は、それぞれ
回転軸８および９によって回転自在に保持されている。
一方の回転軸８は、ベルト５を介して駆動モータ４の回
転軸４ａに連結されており、回転軸８は駆動モータ４に
よって所定の方向に回転駆動される。

【００１９】研磨ベルト３は、回転ドラム６および７に
所定の張力が発生するように巻回されており、研磨ベル
ト３は図１の矢印方向に進行する。研磨ベルト３は、被
研磨基板であるシリコンウェハの直径よりも大きい幅を
有しており、研磨ベルト３の外側面には被研磨基板を研
磨する研磨部材が全周に固着されて研磨面３ａを構成し
ている。研磨部材には、たとえば、ポリウレタン等の材
料を用いることができる。

【００２０】研磨ベルト３の研磨面３ａに接するよう
に、研磨材（スラリー）Ｓを塗布するスラリー塗布装置
４３が設けられている。このスラリー塗布装置４３は、
研磨ベルト３の進行方向と直交する方向に沿って塗布穴
が複数配置された長尺管から構成されており、研磨ベル
ト３の研磨面３ａにスラリーＳを均一に塗布することが
できる。また、回転ドラム７の付近には、研磨加工によ
って研磨面３ａ表面の凹凸がつぶれた研磨ベルト３の表
面を再度荒して目立て（ドレッシング）を行うドレッシ
ング装置５４と、ドレッシング装置５４によるドレッシ
ングで研磨ベルト３に付着した異物を洗い流すための洗
浄装置５２とが、研磨ベルト３の進行方向に直交する方
向に取り付けられている。研磨ベルト３の進行方向に沿
ってドレッシング装置５４、洗浄装置５２の順序で配設
されている。

【００２１】ドレッシング装置５４は、研磨ベルト３の
研磨面３ａと接触する接触部がらせん状に形成された長
尺部材からなり、接触部には、たとえば、人工ダイヤが
コーティングされている。ドレッシング装置５４と回転
ドラム７との間に研磨ベルト３を挟みこみ、ドレッシン
グ装置５４の接触部を研磨ベルト３の研磨面３ａに接触
させて研磨面３ａの目立てを行う。

【００２２】洗浄装置５２は、回転駆動される長尺の回
転ブラシを有するとともに、供給される純水Ｆを研磨ベ
ルト３の研磨面３ａに吹き出す吹出口を有している。洗
浄装置５２と回転ドラム７との間に研磨ベルト３を挟み
込み、純水Ｆを供給しながら回転ブラシを研磨ベルト３
の研磨面３ａに接触回転させてドレッシング装置５４に
よって発生した異物を洗い流す。また、洗浄装置５２
は、回転ドラム７の回転軸軸の高さと同じもしくは下方
に設けられ、異物を含んだ洗浄水が回転ドラム７に沿っ
て下方に流れ、研磨部には到達しないように構成されて
いる。

【００２３】基板ホルダー部３１は、鉛直方向に沿って
立設されたコラム３２に連結部材３３を介して保持され
た駆動ヘッド部３４と、駆動ヘッド部３４に保持された
保持軸３５と、保持軸３５に対して固定された４つのシ
リンダ装置４１と、シリンダ装置４１のピストンロッド
４２に保持固定された基板ホルダ５１とを有する。

【００２４】駆動ヘッド部３４は、保持軸３５を鉛直方
向の任意の位置に移動位置決め可能な駆動装置を内蔵し
ているとともに、保持軸３５を９０度毎に断続的に回動
する回動装置を内蔵している。保持軸３５を鉛直方向に
駆動する駆動装置は、たとえば、サーボモータと、サー
ボモータの回転運動を直線運動に変換する送り機構から
構成することができる。また、保持軸３５を９０度毎に
断続的に回動する回動装置は、たとえば、保持軸３５に
接続されるサーボモータと、このサーボモータの回転位
置を駆動制御するサーボ制御装置から構成することがで
きる。

【００２５】シリンダ装置４１は、基板ホルダ５１の保
持軸３５を中心とする円周上に等間隔にかつ鉛直方向に
沿ってそれぞれ配設されている。シリンダ装置４１は、
たとえば、油等の液圧や、空気圧によってシリンダ装置
４１内からピストンロッド４２を伸縮させる構成のもの
を用いることができる。また、シリンダ装置４１は、そ
れぞれ独立に駆動制御されており、ピストンロッド４２
の押圧力を独立に調整可能となっている。

【００２６】基板ホルダ５１は、シリコンウェハＷを保
持する保持部を有しており、シリコンウェハＷの表面が
研磨ベルト３の研磨面３ａに対して平行になるように保
持する。また、シリコンウェハＷを平坦化研磨装置１に
対して搬送する図示しない搬送系にはシリコンウェハＷ
の位置合わせ機構が取り付けられており、シリコンウェ
ハＷは基板ホルダー５１に対して一定位置一定方向で取
り付けられる。すなわち、シリコンウェハＷに形成され
たオリエンテーションフラット部が基板ホルダー５１に
対して一定の位置および一定の向きになるように装着さ
れる。

【００２７】定盤部６１は、研磨ベルト３の内側面を支
持する支持面を有する定盤６３と、定盤６３の下面を支
持するシリンダ装置６４と、シリンダ装置６４を鉛直方
向に保持する保持台６２とを有している。保持台６２
は、図示しないが研磨ベルト３の両側にそれぞれ設けら
れており、保持台６２にそれぞれ設けられた２つのシリ
ンダ装置６４は、定盤６３の下面の４ヵ所を支持してい
る。シリンダ装置６４は、たとえば、油圧等の液圧や空
圧によってピストンロッド６４ａを駆動し、また、ピス
トンロッド６４ａは独立に駆動される。定盤部６１で
は、４つのシリンダ装置６４をそれぞれ独立に駆動し
て、ピストンロッド６４ａの高さを調整することによ
り、定盤６３の支持面の研磨ベルト３に対する高さおよ
び傾きを任意に調整可能となっている。

【００２８】図２は、上記構成の平坦化研磨装置によっ
て研磨加工されるシリコンウェハＷ上に形成される素子
の配列を説明するための説明図である。図２に示すよう
に、シリコンウェハＷには、オリエンテーションフラッ
トＯＦを基準として、オリエンテーションフラットＯＦ
に平行なＸ軸およびオリエンテーションフラットＯＦに
直交するＹ軸に沿って素子Ｃが形成される。基板ホルダ
５１には、Ｘ軸またはＹ軸が研磨ベルト３の進行方向に
沿うように装着される。

【００２９】図３は、図２のシリコンウェハＷに形成さ
れる素子Ｃ内の配線パターンの一例を示す図である。図
３に示すように、素子Ｃ内には、たとえば、アルミニウ
ム合金からなる配線パターンＡＬがＸ軸およびＹ軸に沿
って形成され、この配線パターンＡＬ上に、たとえば、
層間絶縁膜が形成されるとこの層間絶縁膜には配線パタ
ーンＡＬに沿った段差が形成される。

【００３０】図４は、シリコンウェハＷ上に形成される
素子Ｃの断面構造の一例を示す断面図である。図４に示
すように、シリコンウェハＷ上には、素子分離酸化層２
０１、トランジスタＴｒ、キャパシター２０５、絶縁層
２０６等が形成され、絶縁層２０６上には、アルミニウ
ム配線層２０７が形成されている。絶縁層２０６には、
アルミニウム配線層２０７とトランジスタＴｒ等を接続
するためのタングステンプラグ２０９が形成されてい
る。アルミニウム配線層２０７上には、アルミニウム配
線層２０７の上層に形成される他のアルミニウム配線層
との間を絶縁しおよび研磨加工の際の研磨代として機能
する層間絶縁膜２１０および２１１が形成されている。
層間絶縁膜２１０は、たとえば、Ｏ₃ −ＴＥＯＳを材料
として、常圧ＣＶＤ(chemical vapour deposition)法に
よって膜厚４００ｎｍで堆積させる。層間絶縁膜２１１
は、たとえば、Ｐ−ＴＥＯＳを材料として、減圧ＣＶＤ
法によって膜厚２μｍで堆積させる。層間絶縁膜２１１
には、各アルミニウム配線層２０７の形成領域と非形成
領域とに対応して、アルミニウム配線層２０７の形成方
向に沿った段差Ｄが形成される。

【００３１】この段差Ｄをより効率良く平坦化するため
には、段差Ｄの形成方向に対して直交する方向から研磨
する必要がある。すなわち、図５に示すように、矢印Ａ
の方向に沿って研磨加工を行うことにより、段差Ｄを効
率良く平坦に加工することができる。図２において説明
したように、シリコンウェハＷ上には素子ＣがＸ軸およ
びＹ軸方向に沿って形成され、素子Ｃ内でのアルミニウ
ム配線層はＸ軸およびＹ軸方向に沿って形成される。し
たがって、段差ＤはシリコンウェハＷのＸ軸およびＹ軸
方向のいずれかに沿って形成される。

【００３２】本実施形態に係る平坦化研磨装置では、研
磨ベルト３の進行方向に対してシリコンウェハＷのＸ軸
およびＹ軸方向が沿うように回動されるため、研磨ベル
ト３はＸ軸およびＹ軸方向のいずれかに形成された段差
Ｄの形成方向に対して直交する方向に進行する。

【００３３】図６は、上記した平坦化研磨装置のシリン
ダ装置４１に適用される押圧力自動調整装置の一構成例
を示す構成図である。上記構成の平坦化研磨装置では、
各シリンダ装置４１は、基板ホルダ５１に対して固定さ
れているため、研磨されたシリコンウェハＷと各シリン
ダ装置４１との対応位置関係は、基板ホルダ５１が回動
しても変更されない。このため、各シリンダ装置４１が
基板ホルダ５１を押圧する押圧力とシリコンウェハＷの
研磨量の面内分布との相関関係を容易に把握することが
できる。このことから、押圧力自動調整装置９１は、研
磨済のシリコンウェハＷの面内の各位置で測定された研
磨量データと研磨済のシリコンウェハＷを研磨した際の
各シリンダ装置４１の押圧力データとに基づいて、次に
研磨加工するシリコンウェハＷを押圧する各シリンダ装
置４１の押圧力を調整する。

【００３４】図６において、押圧力自動調整装置９１
は、研磨量データ入力部９２と、研磨量分布算出部９３
と、圧力補正量算出部９４と、圧力補正値出力部９５
と、圧力データ入力部９６と、補正研磨量入力部９７と
を有する。研磨量データ入力部９２は、研磨加工された
シリコンウェハＷ面内の各位置における研磨量データが
入力保持される。研磨量分布算出部９３は、研磨量デー
タ入力部９２に入力された研磨量データに基づいて、シ
リコンウェハＷ面内の研磨量の分布を算出する。これに
より、各シリンダ装置４１の押圧力と研磨量の分布との
相関データが得られる。

【００３５】圧力データ入力部９６は、各シリンダ装置
４１をそれぞれ独立に駆動するシリンダ駆動装置９８に
接続されており、シリンダ駆動装置９８は研磨加工時の
各シリンダ装置４１の駆動圧力データを圧力データ入力
部９６に対して出力し、圧力データ入力部９６はこれを
保持する。研磨量・均一性設定部９７は、シリコンウェ
ハＷに対して研磨加工によって研磨すべき研磨量および
所望の研磨量の均一性を予め設定保持している。

【００３６】圧力補正量算出部９４は、研磨量分布算出
部９３において得られた各シリンダ装置４１の押圧力と
研磨量の分布との相関データと、研磨量・均一性設定部
９７おいて保持された設定研磨量および均一性データと
に基づいて、設定された研磨量および均一性を得るため
の各シリンダ装置４１を駆動する駆動圧力を算出する。
圧力補正値出力部９５は、圧力補正量算出部９４におい
て得られた各シリンダ装置４１を駆動する駆動圧力に基
づいて各シリンダ装置４１を駆動する制御指令をシリン
ダ駆動装置９８に出力する。シリンダ駆動装置９８は、
入力された制御指令に基づいて、各シリンダ装置４１を
駆動する。

【００３７】上記構成の押圧力自動調整装置９１を本実
施形態に係る平坦化研磨装置に適用することにより、研
磨加工済のシリコンウェハＷにおける研磨量および均一
性の設定研磨量および均一性からの隔たりを随時各シリ
ンダ装置４１にフィードバックバックすることができ、
本実施形態に係る平坦化研磨装置におけるシリコンウェ
ハＷの研磨量および均一性を簡便に維持することができ
る。また、従来の研磨装置では、研磨量、研磨均一性を
所定の範囲に維持するのに、モニター用のウェハを先行
して研磨することにより、研磨量、均一性のデータを取
得し、このデータを実際のウェハの研磨加工にフィード
バックしていたが、均一性を補正するには、研磨工具の
回転軸の軸調整が必要であり、調整後の確認研磨を必要
としていたが、本実施形態に係る平坦化研磨装置では、
基板ホルダ５１に固定された各シリンダ装置４１の押圧
力を調整することで、研磨量の面内均一性を補正するこ
とができる。

【００３８】次に、上記構成の平坦化研磨装置によるシ
リコンウェハＷの研磨加工動作の一例について説明す
る。まず、駆動モータ４を駆動して研磨ベルト３を所定
の方向に回転させ、研磨ベルト３の速度を、たとえば、
３０ｍ／分に制御する。研磨ベルト３の速度が安定した
後に、スラリー塗布装置４３によって、研磨ベルト３の
研磨面３ａにスラリーＳを塗布する。スラリーＳは、た
とえば、純水に粒径０．６ｕｍ以下の酸化セリウム粉
（１ｗｔ％）を拡散させた研磨液であり、このスラリー
Ｓを５００ｃｃ／分の流量で研磨ベルト３の研磨面３ａ
の全幅に塗布する。

【００３９】次いで、図示しないレーザー透過式位置合
わせ器によって、シリコンウェハＷの中心と向きを基準
位置に位置決めした後、基板ホルダー５１にシリコンウ
ェハＷを装着する。この状態で、基板ホルダー５１を研
磨ベルト３上に移動させ、洗浄装置５２に純水Ｆを供給
し、回転ブラシを回転させながら研磨ベルト３の研磨面
３ａに押し付ける。

【００４０】次に、ドレッシング装置５４を研磨ベルト
３の研磨面３ａに押し付け、研磨ベルト３の研磨面３ａ
の目立てを開始する。洗浄装置５２およびドレッシング
装置５４が作動後、基板ホルダー５１の保持軸３５を鉛
直下方に伸ばし、基板ホルダー５１に保持されたシリコ
ンウェハＷの表面を研磨ベルト３の研磨面に接触させ
る。また、シリコンウェハＷの表面を研磨ベルト３の研
磨面３ａに接触させると同時に、各シリンダ装置４１に
よってシリコンウェハＷを０．３ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で
研磨ベルト３の研磨面３ａに押し付け、研磨加工を開始
する。この状態で、シリコンウェハＷは、シリコンウェ
ハＷの素子配列方向であるＸ軸またはＹ軸が研磨ベルト
３の進行方向に沿った向きとなっている。

【００４１】研磨加工は、たとえば、１０秒間毎に基板
ホルダー５１を９０度回動させて、シリコンウェハＷの
研磨方向を変更する。すなわち、０度、９０度、１８０
度、２７０度、０度の回動位置の順にシリコンウェハＷ
を回動させ、合計で、たとえば、２００秒間研磨した後
に、基板ホルダー５１を研磨ベルト３から上昇させる。

【００４２】基板ホルダー５１を初期位置に復帰させた
後、シリコンウェハＷを基板ホルダー５１から取り外
し、所定の搬送系によって搬出する。研磨加工後のシリ
コンウェハＷは、平坦化研磨装置に付設された基板用ス
ピン洗浄装置によって、たとえば、０．５％フッ酸水溶
液により洗浄され、シリコンウェハＷの表面のスラリー
と金属不純物が除去される。

【００４３】シリコンウェハＷのフッ酸洗浄後、純水リ
ンス、スピン乾燥が平坦化研磨装置に付設されたスピン
洗浄装置内で行なわれ、シリコンウェハＷはウェハカセ
ット内に収容される。

【００４４】上記の研磨加工条件における研磨速度は、
３００ｎｍ／分であり、シリコンウェハＷの研磨量の面
内均一性は±３．８％以内が得られ、２００秒間の研磨
による研磨量は、約１．０ｕｍであり、アルミニウム配
線層による高さ６５０ｎｍの段差Ｄを完全にフラット
（段差０ｎｍ）にすることが可能であった。なお、従来
においては、たとえば、面内均一性±７％の条件で同様
の段差の平坦化を行うのに、１．４μｍの研磨量を必要
とした。

【００４５】本実施形態では、シリコンウェハＷを９０
度毎に断続的に回動させて素子配列方向であるＸ軸また
はＹ軸を研磨ベルト３の進行方向に沿わせて研磨する構
成とすることにより、研磨時には、シリコンウェハＷと
研磨ベルト３の研磨面３ａとの相対速度が面内で完全に
均一になる。たとえば、図７（ａ）に示すように、シリ
コンウェハＷ上の中心位置および外周位置にある２点Ｐ
ｗ１およびＰｗ２の下方の研磨ベルト３上の点は、単位
時間経過後には、それぞれ、点Ｐｂ１およびＰｂ２の位
置まで移動する。したがって、２点Ｐｗ１およびＰｗ２
の研磨ベルト３に対する相対速度は等しくなる。

【００４６】一方、図７（ｂ）に示すように、シリコン
ウェハＷを研磨ベルト３に対して回転すると、ウェハＷ
上の中心位置および外周位置にある２点Ｐｗ１およびＰ
ｗ２は、単位時間経過後に、点Ｐｗ１は不動で、点Ｐｗ
２はＰ’ｗ２の位置に移動する。また、２点Ｐｗ１およ
びＰｗ２の下方に位置する研磨ベルト３上の点は、単位
時間経過後には、それぞれ、点Ｐｂ１およびＰｂ２の位
置まで移動する。したがって、２点Ｐｗ１およびＰｗ２
における研磨ベルト３に対する相対速度は異なる。ウェ
ハＷを非常に低速で回転させると、２点Ｐｗ１およびＰ
ｗ２における研磨ベルト３に対する相対速度の差は小さ
くなるが、完全に一致することはない。

【００４７】以上のように、本実施形態によれば、シリ
コンウェハＷ面内における研磨量の均一性を向上させる
ことができる。また、本実施形態では、シリコンウェハ
Ｗを回動しているときも、シリコンウェハＷと研磨ベル
トの研磨面３ａとは接触しているが、回動に要する時間
は、シリコンウェハＷを各回動位置に停止させている時
間と比べて短く、本実施形態では、主に、各回動位置に
停止中に研磨が行われる。したがって、シリコンウェハ
Ｗを回動するときに、シリコンウェハＷを研磨ベルト３
から離間させる構成としても、同様の効果が期待でき
る。

【００４８】また、本実施形態によれば、シリコンウェ
ハＷ上に形成された配線パターンによって形成される段
差Ｄの形成方向と、研磨ベルト３の進行方向とは直交す
るため、段差Ｄを効率良く研磨することができ、段差Ｄ
の平坦化に必要な研磨量を抑制することができ、研磨量
削減によって平坦化研磨装置の処理能力が向上する。

【００４９】第２の実施形態 図８は、本発明の第２の実施形態に係る平坦化研磨装置
の構成を示す斜視図である。本実施形態に係る平坦化研
磨装置は、たとえば、２００×４００ｍｍ液晶表示素子
用の石英基板対応メタル膜の研磨加工に用いられ、第１
の実施形態に係る平坦化研磨装置と略同様の構成である
が、被研磨基板である石英基板Ｗが大型であるため、石
英基板Ｗを研磨ベルト３の研磨面３ａに押し付けるシリ
ンダ装置４１は、矩形状の基板ホルダー５１に石英基板
Ｗの対角線に沿って合計で８個取り付けられている。各
シリンダ装置４１は、独立に圧力を制御可能である。

【００５０】基板ホルダー５１への石英基板Ｗの装着
は、基板ホルダー５１に対して一定位置一定方向で取り
付けられる。装着位置は、研磨ベルト３の進行方向が石
英基板Ｗに形成する互いに直交する画素の配列方向
（Ｘ、Ｙ）と平行となるあるいは直交するように設定さ
れている。

【００５１】図９は、石英基板Ｗに形成される素子構造
の一例を示す断面図である。図９において、石英基板Ｗ
上には、ゲート電極３０１、ゲート絶縁膜３０２および
チャネル（ソース・ドレイン）用のポリシリコン層３０
３を形成後、たとえば、常圧熱ＣＶＤ法により酸化シリ
コン膜を膜厚８００ｎｍで堆積させて層間絶縁膜３０４
を形成する。次いで、ソース領域へのコンタクトホール
３０６を形成し、反射電極用メタルパッド用の溝３０７
を加工後、スパッタ法によりアルミニウム膜３０５を膜
厚６００ｎｍで堆積させる。この状態では、アルミニウ
ム膜３０５には複数の段差が形成されている。

【００５２】上記構造から、たとえば、アルミニウム膜
３０５および層間絶縁膜３０４を７００ｎｍ程度で研磨
し、反射電極用メタルパッド用の溝３０７のみに平坦化
されたアルミニウム膜３０５を残す。また、研磨の際に
は、ゲート電極３０１によってアルミニウム膜３０５に
形成された段差の平坦化も行う。

【００５３】上記構成の平坦化研磨装置による研磨動作
の一例について説明する。まず、研磨ベルト３の速度を
４０ｍ／分に制御し、研磨ベルト３の速度が安定した後
にスラリー塗布装置４３によって、スラリーＳを５００
ｃｃ／分の流量で研磨ベルト３の研磨面３ａに塗布す
る。スラリーＳには、たとえば、グリシン水溶液と過酸
化水素水の混合液に粒径０．７ｕｍのシリカ粒子を２ｗ
ｔ％で拡散させたものを用いる。

【００５４】石英基板Ｗを図示しないレーザー透過式位
置合わせ器により中心と方向を基準位置に位置決めした
後、石英基板Ｗを基板ホルダー５１に装着し、基板ホル
ダー５１を研磨ベルト３上に移動する。

【００５５】次いで、洗浄装置５２に純水Ｆを供給し、
回転ブラシを回転させながら研磨ベルト３の研磨面３ａ
に押し付ける。ドレッシング装置５４を研磨ベルト３の
研磨面３ａに押し付け、研磨ベルト３の研磨面３ａの目
立てを開始する。洗浄装置５２およびドレッシング装置
５４が作動後、基板ホルダー５１の保持軸３５を鉛直下
方に伸ばし、基板ホルダー５１に保持された石英基板Ｗ
の表面を研磨ベルト３の研磨面に接触させる。また、石
英基板Ｗの表面を研磨ベルト３の研磨面３ａに接触させ
ると同時に、各シリンダ装置４１によって石英基板Ｗを
０．２ｋｇ／ｃｍ2 の圧力で研磨ベルト３の研磨面３ａ
に押し付け、研磨加工を開始する。

【００５６】研磨加工は、たとえば、１０秒間毎に基板
ホルダー５１を９０度回動させて、石英基板Ｗの研磨方
向を変更する。すなわち、０度、９０度、１８０度、２
７０度、０度の回動位置の順にシリコンウェハＷを回動
させ、合計で、たとえば、７０秒間研磨した後に、基板
ホルダー５１を研磨ベルト３から上昇させる。

【００５７】研磨加工後の動作は、第１の実施形態の場
合と同様である。上記の研磨加工条件での研磨速度は、
６００ｎｍ／ｍｉｎ．となる。研磨の均一性は石英基板
Ｗの面内において、±４．５％以内が得られ、７０秒間
の研磨加工における研磨量は７００ｎｍ程度であり、図
１０に示すように、反射電極用メタルパッド用の溝３０
７内のアルミニウム膜３０５を完全にフラット（段差０
ｎｍ）にすると共に、それ以外の領域のアルミニウム膜
３０５の除去と、ゲート電極３０１により存在した高さ
３００ｎｍの段差を高さ５０ｎｍの段差まで平坦化する
ことができた。なお、従来においては、面内均一性は±
１０％であった。

【００５８】第３実施形態 図１１は、本発明の第３の実施形態に係る平坦化研磨装
置の構成を示す斜視図である。図１１に示す平坦化研磨
装置は、たとえば、２００ｍｍのシリコンウェハに形成
される層間絶縁膜を平坦化するのに用いられ、第１の実
施形態に係る平坦化研磨装置と同一の構成であり、さら
に、研磨剤分散プレート６５が研磨ベルト３の基板ホル
ダー５１の上流に設けられている。

【００５９】研磨剤分散プレート６５は、基板ホルダー
５１の前方に研磨ベルト３の幅方向を跨いで設けられて
おり、支持部材６６によって両端部が研磨ベルト３の研
磨面３ａに押し付けられている。研磨剤分散プレート６
５は、例えば、石英製の板材から構成される。

【００６０】上記構成の平坦化研磨装置では、基板ホル
ダー５１に保持されたシリコンウェハＷが各回動位置で
停止している状態では、シリコンウェハＷの表面に達す
るスラリーＳの量が基板ホルダー５１の形状によって偏
る場合がある。研磨剤分散プレート６５は、研磨前の研
磨ベルト３を均等に押圧する事でスラリーＳを分散均一
化し、シリコンウェハＷの押圧によるスラリーＳの不均
一化を防止する働きをする。したがって、研磨剤分散プ
レート６５を具備することにより、スラリーＳの不均一
化に起因して研磨量の均一性が低下するのを防止するこ
とができる。

【００６１】研磨剤分散プレート６５は、図１１に示す
長方形形状以外にも、たとえば、図１２に示すように、
基板ホルダー５１の可動領域を円弧状に抜いた形状とし
たり、図１３に示すように、基板ホルダー５１の可動領
域の周囲を囲む形状とすることができる。いずれの場合
にも、研磨剤分散プレート６５は、基板ホルダー５１と
は独立に押圧され、基板ホルダー５１と接触しない形状
である必要がある。

【００６２】研磨剤分散プレート６５を具備する場合の
シリコンウェハＷの研磨加工例について説明する。ま
ず、研磨ベルト３の速度を３０ｍ／分に制御し、研磨ベ
ルト３の速度が安定した後に、スラリー塗布装置４３に
より、たとえば、純水に粒径０．６μｍ以下の酸化セリ
ウム粉（１ｗｔ％）を拡散させたスラリーＳを５００ｃ
ｃ／分の流量で研磨ベルト３の研磨面３ａに塗布する。

【００６３】シリコンウェハＷをレーザー透過式位置合
わせ器により中心と方向を合わせた後、基板ホルダー５
１に装着し、基板ホルダー５１を研磨ベルト３上の所定
の位置に移動させる。ここで、研磨剤分散プレート６５
の押圧力は０．３ｋｇ／ｃｍ2 とし、上述した実施形態
と同様の動作にしたがって、研磨加工を開始する。

【００６４】１２秒（５０ｎｍの研磨量）毎に研磨ホル
ダー５１を９０°毎回動させて、合計で２４０秒の間研
磨加工を行い、研磨ホルダー５１を研磨ベルト３から離
間させる。この研磨加工条件での研磨速度は、２５０ｎ
ｍ／分となる。研磨剤分散プレート６５によるロスがあ
るため、研磨レートは低下するが、研磨の面内均一性は
±３．５％以内が得られ、２４０秒間の研磨量は１．０
μｍであり、アルミニウム配線パターンによる層間絶縁
膜の高さ６５０ｎｍ段差Ｄを完全にフラットにすること
が可能である。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、被研磨基板の各位置に
おける研磨ベルトとの相対速度が均一化され、研磨量の
面内均一性が向上するとともに、被研磨層の段差に対し
直交方向から研磨することで平坦化に必要な研磨量を削
減し処理可能枚数を増加させることが可能となる。ま
た、本発明によれば、被研磨基板に対し、複数の位置で
研磨ベルトへの圧力が制御できるため、研磨済み製品の
残膜厚データを直接平坦化研磨装置の面内均一性にフィ
ードバックすることが可能となり、面内均一性の維持管
理が簡便化される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る平坦化研磨装置
の構成を示す斜視図である。

【図２】シリコンウェハＷ上に形成される素子の配列を
説明するための説明図である。

【図３】図２のシリコンウェハＷに形成される素子Ｃ内
の配線パターンの一例を示す図である。

【図４】シリコンウェハＷ上に形成される素子Ｃの断面
構造の一例を示す断面図である。

【図５】図４に示す素子Ｃの層間絶縁膜の段差を平坦化
した状態を示す断面図である。

【図６】シリンダ装置４１に適用される押圧力自動調整
装置の一構成例を示す構成図である。

【図７】シリコンウェハと研磨ベルトとの面内における
相対速度を説明するための説明図である。

【図８】本発明の第２の実施形態に係る平坦化研磨装置
の構成を示す斜視図である。

【図９】石英基板Ｗに形成される素子構造の一例を示す
断面図である。

【図１０】図９の石英基板Ｗに形成されたメタル膜を平
坦化した状態を示す断面図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態に係る平坦化研磨装
置の構成を示す斜視図である。

【図１２】研磨剤分散プレートの他の構造例を示す図で
ある。

【図１３】研磨剤分散プレートのさらに他の構造例を示
す図である。

【図１４】従来の平坦化研磨装置の一構成例を示す図で
ある。

【図１５】従来の平坦化研磨装置のさらに他の構成例を
示す図である。

【符号の説明】

１…平坦化研磨装置、２…研磨ベルト部、３１…基板ホ
ルダー部、６１…定盤部。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨面を有する研磨体と、 研磨体の研磨面を所定の方向に沿って直動または往復動
   させる駆動手段と、 被研磨基板を研磨体の研磨面に対向させて保持する保持
   手段と、 前記保持手段を前記研磨体に対して移動位置決めし、当
   該保持手段に保持された被研磨基板を前記研磨体の研磨
   面に当接させる移動位置決め手段と、 前記保持手段に保持された被研磨基板と前記研磨体の研
   磨面とを所定の力で押し付ける押し付け手段と、 前記保持手段を所定の軸を中心に所定の角度で断続的に
   回動させ、各回動位置で所定時間当該被研磨基板を停止
   保持する回動手段とを有する平坦化研磨装置。
2. 【請求項２】前記回動手段は、前記被研磨基板の被研磨
   層に形成された所定方向の段差に直交する向きに当該被
   研磨基板を回動させる請求項１に記載の平坦化研磨装
   置。
3. 【請求項３】前記回動手段は、前記被研磨基板に形成さ
   れる素子の配列方向が前記研磨体の移動方向に沿うよう
   に当該被研磨基板を回動する請求項１に記載の平坦化研
   磨装置。
4. 【請求項４】前記素子の配列方向は、前記被研磨基板の
   所定の基準面を基準にして互いに直交する方向であり、 前記回動手段は、前記被研磨基板の所定の基準面を基準
   にして９０度毎に前記被研磨基板を回動させる請求項２
   に記載の平坦化研磨装置。
5. 【請求項５】前記押し付け手段は、前記研磨体の裏面を
   支持する支持面を有する定盤と、 前記保持手段に対して複数箇所に設けられ、当該保持手
   段を前記定盤に向けて押圧し、各々が独立に押圧力を調
   整可能である押圧手段とを有する請求項１に記載の平坦
   化研磨装置。
6. 【請求項６】前記押圧手段は、前記保持手段の複数箇所
   に固定されたシリンダ装置からなる請求項５に記載の平
   坦化研磨装置。
7. 【請求項７】前記定盤には、前記支持面の前記被研磨基
   板に対する高さを独立に調整可能な複数のシリンダ装置
   が設けられている請求項４に記載の平坦化研磨装置。
8. 【請求項８】前記研磨体は、エンドレス状の研磨ベルト
   からなり、 前記駆動手段は、前記研磨ベルトが巻回され、当該研磨
   ベルトを所定の方向に直線移動させる回転体を有する請
   求項１に記載の平坦化研磨装置。
9. 【請求項９】前記複数の押圧手段の押圧力と前記被研磨
   基板の研磨量の面内分布との相関データに基づいて、前
   記被研磨基板の研磨量および研磨量の面内均一性が所定
   の値になるように前記複数の押圧手段の押圧力を独立に
   調整する押圧力調整手段を有する請求項４に記載の平坦
   化研磨装置。
10. 【請求項１０】所定の押圧力で前記研磨ベルトの研磨面
    を押圧する押圧面を有し、前記研磨ベルトの研磨面の前
    記被研磨基板に対して上流で前記研磨面に塗布された研
    磨剤を均一に分散させる研磨剤分散プレートをさらに有
    する請求項７に記載の平坦化研磨装置。