JP2000108004A

JP2000108004A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2000108004A
Application number: JP28533498A
Authority: JP
Inventors: Kyoichi Miyazaki; 恭一宮▲崎▼; 一雄 ▲高橋▼; Kazuo Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-10-07
Filing date: 1998-10-07
Publication date: 2000-04-18

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨能力の高い研磨フィルムを短時間で交換
して被研磨体の被研磨面を研磨する。【解決手段】帯状研磨フィルム８を研磨面へ供給する
帯状研磨フィルム供給手段９と、研磨面へ供給された帯
状研磨フィルム回収手段１０とを、研磨ヘッド４の自転
軸２０上に位置するように設けた研磨ヘッド４を被研磨
体１に当接して研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハー等
の基板表面を高精度に研磨するための研磨装置及び方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの超微細化や高段
差化が進み、これに伴ってＳＯＩ基板、Si、GeAs、InP
等からなる半導体ウエハー、あるいは半導体集積回路形
成過程において表面に絶縁膜あるいは金属膜を有したウ
エハー、更にディスプレー用の基板等を高精度に研磨す
るための加工手段として化学機械研磨（Chemical Mecha
nical Polishing;ＣＭＰ）装置が知られている。

【０００３】ここでは従来のＣＭＰ装置について図９と
図１０を用いて説明する。図９は被研磨体１（ウエハ
ー）が被研磨体保持手段３によってその被研磨面２を下
に向けた状態で保持され、被研磨体１の口径よりも大き
な口径の例えばポリウレタンからなる研磨パッド１５を
用いて被研磨体１を研磨する形態である。この研磨パッ
ド１５は、主として表面に凹凸、或いは溝を有している
か或いは多孔質である。図１０では被研磨体１は不図示
の駆動手段によって矢印が示す方向に回転する。また、
研磨パッド１５は不図示の駆動手段により矢印が示す方
向に回転する。これら被研磨体１と研磨パッド１５の互
いの回転或いはいずれか一方の回転によって当接する被
研磨体１の被研磨面２が研磨される。このとき研磨量を
向上させる目的で研磨剤（スラリー）をスラリー供給手
段１６から供給する。スラリーは例えばミクロンオーダ
ーからサブミクロンオーダーの砥粒として用いられるSi
O2の微粒子が安定に分散したアルカリ水溶液である。図
９においてスラリーは被研磨体１と研磨パッド１５との
間へ外部から供給される。

【０００４】図１０は、被研磨体１の口径よりも小さい
口径の研磨パッド１５が被研磨面２を上に向けて保持さ
れる被研磨体１を研磨する形態である。このときスラリ
ーは、研磨パッドに設けられた小孔１７に連通するスラ
リー供給手段１６から小孔１７を介して被研磨体１と研
磨パッド１５との間へ供給される。

【０００５】しかしながら図９ないし図１０において説
明した従来のCMP装置では、研磨パッド１５の研磨性能
が劣化した時、その都度研磨パッド１５を手作業で交換
しなければならない。研磨パッド１５の交換は長時間を
要しスループットの低下を招く。

【０００６】また、例えばスラリー或いは発生する研磨
屑が研磨パッド１５の凹部に目詰まりすること、或いは
機械的摩耗等によって研磨性能が劣化した研磨パッド１
５を用いて研磨を続けると研磨性能が劣化する前と後で
得られる研磨量にばらつきが生じたり、あるいは被研磨
面に予期せぬ傷をつくり歩留まりを低下させる。

【０００７】またさらに例えばスラリー或いは発生する
研磨屑が研磨パッド１５の凹部に目詰まりした場合のよ
うな予期せぬ時に研磨パッド１５の交換の必要が起こり
うることを考えると常に人が監視する必要があり、装置
の無人化は困難であり、また装置の監視をする人に負担
を与える。

【０００８】特開平８−１５３６９２号公報には帯状研
磨布が被研磨体の全面を覆った状態で被研磨体を回転さ
せて研磨する装置が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した特開平８−１
５３６９２号公報では、帯状研磨布が被研磨体の被研磨
面全面を覆うため部分研磨することが出来ない。なおこ
こでいう部分研磨とは、被研磨体の被研磨面の中の研磨
すべき部分を特定してその部分のみを研磨することを意
味する。

【００１０】特に部分研磨においては研磨すべき部分以
外の被研磨面に研磨パッド乃至研磨布が接触することで
研磨屑等が付着することを避ける必要がある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】よって本発明は、上記課
題を解決するために研磨ヘッドと、被研磨体を保持する
ための被研磨体保持手段と、前記研磨ヘッドを自転させ
る駆動手段と、を有し、前記研磨ヘッドの面が前記被研
磨体保持手段に対向して配置される研磨装置において、
帯状研磨フィルムを前記面に供給する帯状研磨フィルム
供給手段の重心と、前記帯状研磨フィルムを前記面から
回収する帯状研磨フィルム回収手段の重心とが前記研磨
ヘッドの自転軸上に位置するように、前記帯状研磨フィ
ルム供給手段と、前記帯状研磨フィルム回収手段とを有
することを特徴とする研磨装置を提供する。

【００１２】また本発明は、研磨ヘッドの自転軸上に重
心を位置する帯状研磨フィルム供給手段により前記研磨
ヘッドの面に帯状研磨フィルムを供給する工程と、前記
研磨ヘッドの自転軸上に重心を位置する帯状研磨フィル
ム回収手段により前記研磨ヘッドの前記面に供給された
前記帯状研磨フィルムを回収する工程とを含み、自転す
る前記研磨ヘッドの前記面に供給された帯状研磨フィル
ムにより被研磨体を研磨することを特徴とする研磨方法
を提供する。

【００１３】（作用）本発明によれば、帯状研磨フィル
ム回収手段が研磨後研磨能力の低下した帯状研磨フィル
ムを被研磨体の被研磨面と接触する部分から回収し、帯
状研磨フィルム供給手段が次の研磨のために研磨能力の
高い帯状研磨フィルムを供給できる。その結果帯状研磨
フィルムを交換する際にかかる時間を大幅に短縮するこ
とが出来る。さらに帯状研磨フィルムに付着した研磨屑
や研磨液中の微粒子が被研磨体を汚染したり、或いは被
研磨体に傷を与えることが避けられる。また帯状研磨フ
ィルム供給手段と、帯状研磨フィルム回収手段のそれぞ
れの重心が研磨ヘッドの自転軸上に設けられているの
で、研磨ヘッドはぶれることなく安定に回転することが
できる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態による
研磨装置について述べる。

【００１５】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態による研磨装置は、図１に示すように円形の面を
下に向けた研磨ヘッド４の自転軸２０上に研磨フィルム
供給手段９及び研磨フィルム回収手段１０とを設け、第
１の駆動手段５によって矢印Ａの方向に、又研磨フィル
ム供給手段９及び研磨フィルム回収手段１０とともに自
転し、又第２の駆動手段によって矢印Ｂの方向に公転す
ることを特徴とする。研磨フィルム８は、ポリエステ
ル、ポリウレタン等の帯状の可撓性部材でありその研磨
面を下に向けて、且つ被研磨体１と対向するように研磨
ヘッド４に保持される。

【００１６】研磨ヘッド４の内部には、帯状の研磨フィ
ルム８を研磨面へ送り出す研磨フィルム供給手段９と、
送り出された前記研磨フィルムを巻き取る研磨フィルム
回収手段１０とが設けられている。研磨フィルム供給手
段９および研磨フィルム回収手段１０は共に円筒形のロ
ーラーである。

【００１７】研磨フィルム供給手段９は、研磨ヘッド４
の研磨面に脱着可能に設けられる弾性体パッド７に沿っ
て研磨フィルム８を送り出すことが出来る。そして研磨
フィルム回収手段１０は、前記研磨フィルム供給手段９
が研磨ヘッド４の研磨面に供給した研磨フィルム８を巻
き取って回収することが出来る。

【００１８】また研磨フィルム供給手段９も研磨フィル
ム回収手段１０もそれぞれの重心２１が研磨ヘッド４の
自転軸２１上に位置するように配置されている。その結
果研磨ヘッド４が自転しても研磨ヘッド４は、ぶれるこ
となく安定に自転できる。また研磨パッド８を保持する
研磨フィルム供給手段９乃至研磨フィルム回収手段１０
のそれぞれの自重、あるいは研磨フィルム８を収容した
状態の重量が同じでなくても研磨ヘッド４は、ぶれるこ
となく安定に自転できる。

【００１９】また、研磨フィルム供給手段９は、研磨フ
ィルム回収手段１０に対して上方に設けられている。こ
のような構成にすることで、使用済みの研磨フィルム８
に付着している塵や後述するスラリー等の液体が研磨フ
ィルム８の巻き取り中に下へ落ちても研磨フィルム供給
手段９に収容されている未使用の研磨フィルム８に汚染
することを防ぐことが出来る。

【００２０】また、研磨ヘッド４は研磨ヘッド上下駆動
手段１３によって上下方向に移動する。また研磨ヘッド
４は、研磨フィルム８を被研磨体１に接触させた状態
で、研磨フィルム８を介して圧力を被研磨体１に加えな
がら回転することで被研磨体を研磨することができる。

【００２１】この圧力は加圧手段１４によって任意の値
に設定できる。

【００２２】研磨ヘッド４の下面には脱着可能な弾性体
パッド７が取り付けられている。これは加圧手段１４に
よる加圧力を研磨フィルム８の研磨面全面に分散させる
ためである。

【００２３】研磨フィルム供給手段９は帯状の研磨フィ
ルム８を弾性体パッド７の下に供給する。研磨フィルム
８のうち、この弾性体パッド７の下へ供給された部分が
被研磨体１を研磨する。研磨には供給手段１１から研磨
液１２（スラリー）が被研磨体１の被研磨面上に供給さ
れる。研磨終了後動作を終えると、弾性体パッド７の下
にある部分は研磨能力が低下しているので研磨フィルム
回収手段１０によって回収される。同時に研磨フィルム
供給手段９が、前記研磨能力が低くなった部分に隣接し
ている未だ研磨に使用されていない研磨能力の高い部分
を弾性体パッド７の下に供給する。また、研磨フィルム
８は研磨フィルム供給手段９と研磨フィルム回収手段１
０によって張りが与えられる。

【００２４】また、被研磨体が平坦に研磨されるよう
に、あるいは、研磨による傷が発生し難くなるように第
２の駆動手段６によって研磨ヘッド４の自転方向と逆方
向である矢印Ｂの方向に研磨ヘッド４を公転させること
が好ましい。

【００２５】また、自転の回転数と公転の回転数は数rp
mから数千rpmの範囲から選択され、両者を同回転数とす
ることがより好ましい。

【００２６】また、研磨ヘッド４の自転軸と公転軸との
距離Ｃは研磨ヘッド４の半径Ｄより小さくなるように設
定されるが、これは公転軸を中心に半径をＤ−Ｃとする
領域内において研磨ヘッド４に周転円運動をさせるため
である。研磨ヘッド４が周転円運動をすることで、前記
領域における研磨量は前記領域以外の部分に比べてより
多くなり、且つその領域内は均一に研磨される。

【００２７】また、第３の駆動手段１８は、研磨ヘッド
４が被研磨体１の被研磨面４の研磨すべき部分に対向す
るように、研磨ヘッド４を水平方向に移動させ位置決め
を行う。

【００２８】以下に本実施の形態の研磨装置が被研磨体
を研磨する際の動作を説明する。

【００２９】不図示の被研磨体搬送手段によって搬送さ
れた被研磨体１が、被研磨体保持手段３上に置かれて保
持される。研磨ヘッド４は被研磨体１の被研磨面２に対
向する面を有しており、前記面に帯状の研磨フィルム８
が前記研磨フィルム供給手段９によって供給されてい
る。ついで第３の駆動手段１８が研磨ヘッド４を被研磨
体１の被研磨面２の中で研磨すべき箇所の直上に位置す
るように水平方向に移動させ位置決めする。また研磨ヘ
ッド４は第１の駆動手段５と第２の駆動手段６とによっ
て自転し且つ公転する。このとき研磨フィルム８も研磨
ヘッド４とともに自転し、公転する。位置決めされた研
磨ヘッド４は、研磨ヘッド上下駆動手段１３によって研
磨フィルム８を被研磨体１に当接し、被研磨体を研磨す
る。このとき供給手段１１が研磨液１２を研磨が行われ
ている被研磨体１の被研磨面２に供給する。また、加圧
手段１４が所望の加圧力を研磨ヘッド４に与え研磨量を
調節する。このとき研磨フィルム供給手段９と研磨フィ
ルム回収手段１０とが研磨フィルム８に与える張力は、
研磨フィルム８が当接する被研磨体１の被研磨面２に密
着した状態で回転出来る程度に設定される。

【００３０】研磨ヘッド４の前記周転円運動によって被
研磨体１の被研磨面２のうち研磨ヘッド４の公転軸を中
心として半径をＤ−Ｃとした領域内が均一に研磨され
る。

【００３１】研磨が終了すると、研磨ヘッド４は研磨ヘ
ッド上下駆動手段１３によって上方へ移動し、研磨ヘッ
ド４に設けられた研磨フィルム８も一緒に被研磨体１か
ら離れる。被研磨体１は、不図示の被研磨体搬送手段に
よって被研磨体保持手段３上から取り外される。研磨フ
ィルム回収手段１０は、被研磨体１を研磨に用いられ研
磨能力が低くなった部分の研磨フィルムを研磨ヘッド４
の下面から巻き取って回収する。そして同時に研磨フィ
ルム供給手段９が、研磨フィルム８のうち研磨使用済み
の部分と隣接する未だ研磨に使用されていない部分を研
磨ヘッド４の下面に供給する。そして再び新たな被研磨
体１を研磨する。

【００３２】また本実施の形態は、被研磨体１が下側で
研磨ヘッド４が上側に配置される形態に限定されること
はなく、被研磨体１が被研磨面２を下に向けて上側に設
けられ、研磨ヘッド４が下側に配置される形態であって
もよい。

【００３３】また、本実施の形態は被研磨体保持手段３
と研磨ヘッド４のうち、少なくともいずれか一方に不図
示の駆動手段を設けて水平方向へ揺動運動をさせて研磨
を行うことも好ましい。

【００３４】また、本実施の形態の研磨装置による研磨
フィルム８の供給方法としては、上記方法のように研磨
中に研磨フィルム８の搬送を止める他に、研磨フィルム
８を所望のスピードで送り出し、巻き取りながら回収し
続ける方法であってもよい。

【００３５】また本実施の形態に係る研磨装置は、研磨
面から研磨フィルム回収手段１０へ回収される使用済み
の研磨フィルム８の研磨面を不図示の観察手段を用いて
観察し、観察結果をもとに研磨フィルム８を研磨面へ送
り出し、且つ回収するタイミング或いはスピードを設定
してもよい。

【００３６】また、本実施の形態において研磨ヘッド４
の口径が被研磨体１の口径よりも小さく部分研磨に適し
た形態を示したが、その他に被研磨体１の口径と同径或
いはそれ以上にして全面研磨が可能な形態にしてもよ
い。その場合、より好ましい被研磨体１の口径と研磨ヘ
ッド４の口径との比は、１以上２未満の範囲の中であ
る。

【００３７】また、本実施の形態の研磨装置による研磨
ヘッド４の回転運動としては、例えば短時間で均一な研
磨量を得る必要がある場合には、自転、公転の回転方向
を互いに逆向きにすることがよい。また、前記周転円運
動では自転数と公転数を一致させることが好ましいが、
例えば研磨すべき部分をそれ以外の部分との境界付近の
研磨量が漸次変化するように研磨する場合は自転数と公
転数を自由に異ならせてもよい。

【００３８】また、前述したように研磨すべき部分とそ
れ以外の部分との境界付近の研磨量が漸次変化するよう
に研磨する場合は距離Ｃを半径Ｄ以上にしてもよい。ま
た、必要に応じて研磨ヘッド４の自転のみで研磨を行っ
てもよい。

【００３９】また、本実施の形態は、被研磨体１の口径
より小さい口径の面を有する研磨ヘッド４を用いている
が、これは被研磨体を予め大まかに粗研磨した後に被研
磨体１の被研磨面２の中で更に研磨する必要がある部分
のみを選択的に研磨する修正研磨工程に適した装置にす
るためである。

【００４０】また、本実施の形態の研磨ヘッドを複数用
いて、一つの研磨面を同時に研磨することも好ましい。

【００４１】また、研磨フィルム８の交換は、研磨フィ
ルム供給手段９及び研磨フィルム回収手段１０を研磨ヘ
ッドからとりはずして交換してもよい。あるいは、研磨
ヘッド４を研磨装置と脱着可能にすることで研磨フィル
ム８を研磨ヘッド４ごと交換してもよい。

【００４２】本実施の形態に用いられる研磨液１２とし
ては、例えば粒径がミクロンオーダーからサブミクロン
オーダーの比較的均一な砥粒として用いられる微粒子が
安定して液体中に分散されている研磨剤（スラリー）が
好ましい。そして前記液体の例としては、ｐＨが調整さ
れた水酸化カリウム（KOH）水溶液、或いは水酸化ナト
リウム（NaOH）水溶液、或いはイソプロピルアルコー
ル、純水、また或いは金属を酸化する化学成分を有する
溶液等がある。

【００４３】また、上記液体をそれぞれ混合させること
も好ましいものである。

【００４４】また、本実施の形態において用いられる微
粒子は、例えば酸化シリコン（SiO₂等）、酸化アルミニ
ウム（Al₂O₃等）、酸化マンガン（MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄
等）、酸化セリウム（CeO、CeO₂等）、酸化イットリウ
ム（Y₂O₃等）、酸化モリブデン（MoO₂等）, 酸化カルシ
ウム（CaO₂等）,酸化マグネシウム（MgO等）, 酸化錫
（SnO₂等）等が具体例として挙げることが出来る。例え
ば被研磨対象物の構成元素がSiならばSiO₂、CeO等の微
粒子を分散させたスラリー、また被研磨対象物の構成元
素がAl、Cu、W等の金属であればAl₂O₃ 、MnO₂等の微粒
子を分散させたスラリーを用いることがより好ましい。
また、微粒子の粒径はおよそ８ｎｍ〜５０ｎｍで粒度分
布が比較的そろっていることがより好ましい。

【００４５】また、特に酸化マンガンを研磨微粒子とし
て用いる場合には、酸化マンガン微粒子を液体に分散さ
せる必要はなく粉体のまま直接ウエハー１と研磨フィル
ム８との間に供給して研磨しても構わない。

【００４６】また、本実施の形態により研磨される被研
磨体として、例えば略円形であるＳＯＩ基板、Si、GaA
s、InP等からなる半導体ウエハー、半導体集積回路形成
過程において表面に絶縁膜あるいは金属膜を有したウエ
ハー等を例として挙げることが出来る。上記ウエハーの
口径はいずれもおよそ６インチ以上また更には１２イン
チ以上である。また、本発明によって研磨される被研磨
体１は必ずしも円形である必要はなく、例えば四角形の
ディスプレー用の基板等も本発明の被研磨体の１例とし
て挙げることができる。

【００４７】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態に係る研磨装置は、研磨ヘッド４の外部に設けら
れて、且つ重心２１が研磨ヘッド４の自転軸２０上に位
置していることを特徴とする。またその他については第
１の実施の形態と同じである。

【００４８】図２は、本実施の形態に係る研磨装置の別
の実施の形態を模式的に表した図である。

【００４９】図２に示すように本実施の別の実施に係る
研磨装置は、研磨ヘッド４の自転軸２０上に重心２１が
位置するように配置された円筒状のロール形状の研磨フ
ィルム供給手段９の両端が保持部材２２によって回転可
能に保持されており、研磨フィルム回収手段１０の両端
も同様に保持部材２２によって回転可能に保持されてい
ることを特徴とする。保持手段２２は、研磨ヘッド４
と、第１の駆動手段５とにつながっており、第１の駆動
手段が与える回転力を研磨ヘッド４に伝えることが出来
る。

【００５０】本実施の形態は、研磨フィルム供給手段９
及び研磨フィルム回収手段１０を研磨ヘッド４の外に設
けているために研磨ヘッド４の内部に研磨フィルム供給
手段９乃至研磨フィルム回収手段１０を収容するための
空間を設ける必要がなく、研磨ヘッド４の研磨面に保持
されている研磨フィルム８を全面均一な圧力で被研磨体
１の被研磨面２に当接することが出来る。また研磨フィ
ルム供給手段９乃至研磨フィルム回収手段１０に巻かれ
ている研磨フィルム８の量を目視によって容易に知るこ
とが出来るので、研磨フィルムの交換時期等を容易に特
定することが出来るので作業効率が向上する。

【００５１】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態による研磨装置は、砥粒を有する研磨フィルムを
用いる研磨装置である。またその他の点については第１
および第２の実施の形態と同じである。本発明の第３の
実施の形態は、図３に示すように面を下に向けた研磨ヘ
ッド４に研磨フィルム供給手段９及び研磨フィルム回収
手段１０とを設け、第１の駆動手段５によって矢印Ａの
方向に、また第２の駆動手段６によって矢印Ｂの方向
に、研磨ヘッド４が研磨フィルム供給手段９及び研磨フ
ィルム回収手段１０とともに自転、公転することを特徴
とする。研磨フィルム８は、ポリエステル、ポリウレタ
ン等の帯状の可撓性部材であり砥粒として粒径が８〜５
０ｎｍの均一な粒径のアルミナ等が塗布されている。

【００５２】本実施の形態によれば、帯状研磨フィルム
が砥粒を有しているので砥粒が帯状研磨フィルムと被研
磨体との間に均一に保持される。その結果前記研磨すべ
き部分を均一に研磨することが出来る。また、帯状研磨
フィルム回収手段が研磨後研磨能力の低下した帯状研磨
フィルムを被研磨体の被研磨面と接触する部分から回収
し、帯状研磨フィルム供給手段が次の研磨のために最適
な研磨能力を有する帯状研磨フィルムを供給できる。ま
た、帯状研磨フィルム供給手段も帯状回収手段もその重
心が研磨ヘッドの自転軸上に配置しているので、研磨ヘ
ッドはぶれることなく安定に回転できる。その結果帯状
研磨フィルムを交換する際にかかる時間を大幅に短縮す
ることが出来るのでスループットが向上する。さらに帯
状研磨フィルムに付着した研磨屑や研磨液中の微粒子が
被研磨体を汚染したり、或いは被研磨体に傷を与えるこ
とが避けられる。

【００５３】図４及び図５は本実施の形態に用いられる
研磨フィルム８の別の例を模式的に表した図である。

【００５４】図４は、研磨量がそれぞれ異なる砥粒を有
した３種の研磨フィルム８ａ、８ｂ、８ｃの研磨面を模
式的に示しており、研磨フィルム８ａは大きい粒径の砥
粒１９ａを有し、研磨フィルム８ｂは中程度の粒径の砥
粒１９ｂを有し、研磨フィルム８ｃは小さい粒径の砥粒
１９ｃを有している。

【００５５】被研磨体を所定時間内に研磨する量、つま
り研磨量は、研磨フィルム８ａ、８ｂ、８ｃの中で各研
磨フィルム８ａを用いて研磨した場合が一番多く、次い
で８ｂ、８ｃの順で少ない。また、表面粗さ、つまり被
研磨面の平坦度は研磨フィルム８ｃを用いて研磨した場
合が一番よく、次いで８ｂ、８ａの順でよい。

【００５６】また、研磨フィルム８による研磨量は、粒
径ではなく砥粒の素材を変えることで変化させることも
できる。

【００５７】また、図５は、一枚の基材上に異なる粒径
の砥粒がそれぞれ特定の領域に塗布された研磨フィルム
８ｄを示している。

【００５８】研磨フィルム８dは、大きい粒径の砥粒１
９ａを塗布した領域Ｆ、Ｉ、中程度の粒径の砥粒１９ｂ
を塗布した領域Ｇ、Ｊ、小さい粒径の砥粒１９ｃを塗布
した領域Ｈ，Ｋを有する。また、各領域は研磨フィルム
８ｄの送り方向に対して順にＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋの
順で配列される。またＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋの各領
域は、その順序で研磨フィルム８ｄの長手方向に沿って
繰り返して設けられている。

【００５９】各領域の長さはそれが用いられる研磨ヘッ
ド４の口径よりも大きくした方がよい。

【００６０】また、図５に示した研磨フィルム８ｄは、
粒径が異なる３種類の砥粒がそれぞれの各領域に塗布さ
れているが、３種の砥粒として硬度の異なる材料の砥粒
を各領域に塗布したものであってもよい。

【００６１】また、図５では３種類の砥粒を用いたが、
本実施の形態に用いられる研磨フィルムとしては２種類
ないし４種類以上の研磨量の異なる砥粒をそれぞれの領
域に分けて研磨フィルム８ｄの同一面上に設けたものを
用いてもよい。

【００６２】（第４の実施の形態）図６は、本発明の第
２の実施の形態による研磨装置を示す図である。本発明
の第４の実施の形態に係る研磨装置は、液体の供給手段
１１が設けられており液体１２を被研磨体１と研磨フィ
ルム８との間に供給する点であり、その他の構成は第３
の実施の形態と同じである。

【００６３】本実施の形態で用いられる液体１２として
は、例えばｐＨが調整された水酸化カリウム（KOH）水
溶液、或いは水酸化ナトリウム（NaOH）水溶液、或いは
イソプロピルアルコール、純水、また或いは金属を酸化
する化学成分を有する溶液等がある。

【００６４】また、上記液体をそれぞれ混合させること
も好ましいものである。

【００６５】液体１２を被研磨体１と研磨パッド８との
間に供給しながら研磨することで、液体１２の冷却作用
により研磨時に研磨フィルム８と被研磨体１との間に発
生する摩擦熱による温度上昇を抑えることが出来る。よ
って熱によって電気的劣化しやすい半導体素子等を有す
る基板等を研磨する際特に好ましい。

【００６６】また、供給される液体１２が、発生する研
磨屑の飛散を防ぐことができ、その結果研磨装置を清浄
な状態に保つことができる。

【００６７】砥粒として酸化シリコンを用いて被研磨体
であるシリコンウエハーを研磨する場合、砥粒がシリコ
ンウエハーに強力に固着して除去することが困難になる
ことがある。この場合、例えば水酸化カリウム水溶液等
の液体１２を研磨フィルム８とシリコンウエハーとの間
に供給することで酸化シリコンがシリコンウエハーに固
着することを防止できる以下に本発明の第３の実施の形
態に係る研磨装置を用いて被研磨面を研磨する数例を記
す。

【００６８】（実施例１）実施例１は、図４に示した粒
径の異なる砥粒をそれぞれ有した３種の研磨フィルム８
ａ、８ｂ、８ｃを用いて第１の実施の形態で示した研磨
装置を用いて被研磨体を部分研磨する方法である。図７
は、実施例１における被研磨体１を研磨する工程を表し
たフローチャートである。図７に示すように研磨工程は
全面研磨工程Ｓ０と部分研磨工程Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６とに
分かれる。全面研磨工程Ｓ０に用いられる研磨装置とし
ては、図９、図１０に示したような従来型の研磨装置、
または図１に示した研磨装置を改良して研磨ヘッドの口
径を被研磨体の口径よりも大きくした研磨装置を用いる
ことができる。

【００６９】例えば１００枚の被研磨体を用意する。そ
して全面研磨工程Ｓ０において被研磨体の全面を大まか
に研磨して膜厚を均一にする。

【００７０】全面研磨工程（Ｓ０）を終了した膜厚が均
一な被研磨体は、公知の膜厚測定装置を用いて表面形状
を測定することで被研磨面全面において他の部分よりも
逸脱して表面が粗く、前記他の部分と略同程度の表面粗
さにする必要がある部分が特定される（Ｓ１）。

【００７１】次に特定された前記部分を研磨する部分研
磨を説明する。

【００７２】工程Ｓ２において工程Ｓ１で得た情報をも
とに１００枚の被研磨体を研磨フィルム８ａを用いて順
次部分研磨する。研磨フィルム８ａは、被研磨体を１枚
研磨するごとに使用済みの部分を巻き取り、未使用の部
分を送り出すように供給且つ回収される。こうして各被
研磨体は、常に未使用の状態の研磨フィルム８ａによっ
て研磨される。

【００７３】こうして１００枚の被研磨体を研磨フィル
ム８ａを用いて順次研磨した後、被研磨面全面において
他の部分よりも逸脱して表面が粗く、且つ研磨フィルム
８ａを用いて再研磨することで前記他の部分と略同程度
の表面粗さにしたい部分があるか否かを公知の膜厚測定
装置を用いて検出し、前記１００枚の被研磨体の中から
該当する被研磨体を選び出す（Ｓ３）。そして選び出さ
れた被研磨体は再び工程Ｓ２において再研磨される。工
程Ｓ２において１００枚の被研磨体がすべて研磨フィル
ム８ａを用いて再研磨する必要が無くなった後、研磨フ
ィルム８ａを研磨フィルム８ｂに取り替える。

【００７４】前記１００枚の被研磨体は、工程Ｓ１と工
程Ｓ３のうち少なくとも１つ以上から得られた情報をも
とに被研磨体の被研磨面の中で研磨フィルム８bにより
用いることで研磨する必要がある部分を特定し、研磨フ
ィルム８ｂが被研磨体の該部分を部分研磨する（Ｓ
４）。研磨の方法は工程Ｓ２と同様である。工程Ｓ４に
よる研磨が終了した後、工程Ｓ３と同様に公知の膜厚測
定装置を用いて再び研磨すべき部分を有した被研磨体を
選び出し（Ｓ５）、工程Ｓ４による再研磨を行う。

【００７５】そして工程Ｓ４による再研磨が終了した
後、研磨フィルム８ｂを研磨フィルム８ｃに取り替え、
工程Ｓ１と工程Ｓ３と工程Ｓ５のうち少なくとも１つ以
上から得られた情報をもとに工程Ｓ４と同様に部分研磨
を行う（Ｓ６）。そして工程Ｓ５と同様に前記１００枚
の被研磨体の中で研磨フィルム８ｃを用いることで再研
磨する必要がある被研磨体を選び出し（Ｓ７）、選んだ
被研磨体を工程Ｓ６において再研磨し、研磨を終了する
（Ｓ８）。

【００７６】（実施例２）実施例２は、図５で示した粒
径が異なる３種の砥粒を研磨量が多い順にそれぞれ各領
域Ｆ、Ｇ，Ｈに分けて同一面上に塗布した研磨フィルム
８dを用いて被研磨体を１枚ずつ研磨する方法である。

【００７７】図８は、実施例２により被研磨体１を研磨
する様子を表したフローチャートである。図８に示すよ
うに全面研磨（Ｓ０）された被研磨体は、公知の膜厚測
定装置を用いて被研磨体の被研磨面全面を観察し、他の
部分よりも逸脱して表面が粗い部分、すなわち部分研磨
すべき部分がある場合、研磨パッド８ｄの領域Ｆ、Ｇ、
Ｈのなかでどの領域を用いて研磨を始めれば良いか判別
し（Ｓ１、Ｓ３、Ｓ５）、領域Ｆ、Ｇ、Ｈのいずれか１
つから部分研磨を始める（Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６）。

【００７８】工程Ｓ６が終了した後、公知の膜厚測定装
置を用いて被研磨体の被研磨面全面を再び観察し、他の
部分よりも逸脱して表面が粗い部分、すなわち再研磨す
べき部分があれば領域Ｆ、Ｇ、Ｈに隣接する領域Ｉ、
Ｊ、Ｋのなかでどの領域を用いて研磨を始めれば良いか
判別し（Ｓ７、Ｓ９、Ｓ１１）、領域Ｉ、Ｊ、Ｋのいず
れか１つから部分研磨を始め（Ｓ８、Ｓ１０、Ｓ１
２）、研磨を終了させる（Ｓ１３）。

【００７９】

【発明の効果】本発明によれば、帯状研磨フィルム回収
手段が研磨後研磨能力の低下した帯状研磨フィルムを被
研磨体の被研磨面と接触する部分から回収し、帯状研磨
フィルム供給手段が次の研磨のために研磨能力の高い帯
状研磨フィルムを供給できる。その結果帯状研磨フィル
ムを交換する際にかかる時間を大幅に短縮することが出
来るのでスループットが向上する。さらに帯状研磨フィ
ルムに付着した研磨屑や研磨液中の微粒子が被研磨体を
汚染したり、或いは被研磨体に傷を与えることが避けら
れる。また帯状研磨フィルム供給手段と、帯状研磨フィ
ルム回収手段のそれぞれの重心が研磨ヘッドの自転軸上
に設けられているので、研磨ヘッドはぶれることなく安
定に回転できる。その結果複数の被研磨体を連続して研
磨し、高い歩留まりを実現することが出来る。また帯状
研磨フィルムが被研磨面の前記研磨すべき部分以外の部
分を汚染したり或いは傷を与えることを防ぐことが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による研磨装置を説
明する模式図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態による研磨装置を説
明する模式図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態による研磨装置を説
明する模式図である。

【図４】本発明の第３の実施の形態に用いる研磨性能の
異なる３種の砥粒をそれぞれ有する３種の研磨フィルム
の研磨面を表した模式図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態による研磨性能の異
なる３種の砥粒を同一面に有した研磨フィルムの研磨面
を表した模式図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態による化学機械研磨
装置を説明する模式図である。

【図７】本発明の第１の実施例を説明するフローチャー
トである。

【図８】本発明の第２の実施例を説明するフローチャー
トである。

【図９】従来の化学機械研磨装置の１形態を表す模式図
である。

【図１０】従来の化学機械研磨装置の別の形態を表す模
式図である。

【符号の説明】

１被研磨体２被研磨面３被研磨体保持手段４研磨ヘッド５第１の駆動手段６第２の駆動手段７弾性体パッド８研磨フィルム９研磨フィルム供給手段１０研磨フィルム回収手段１１供給手段１２研磨液１３研磨ヘッド上下駆動手段１４加圧手段１６スラリー供給手段１７小孔１５研磨パッド１８第３の駆動手段１９砥粒２０自転軸２１重心２２保持手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨ヘッドと、被研磨体を保持するため
の被研磨体保持手段と、前記研磨ヘッドを自転させる駆
動手段と、を有し、前記研磨ヘッドの面が前記被研磨体
保持手段に対向して配置される研磨装置において、帯状
研磨フィルムを前記面に供給する帯状研磨フィルム供給
手段の重心と、前記帯状研磨フィルムを前記面から回収
する帯状研磨フィルム回収手段の重心とが前記研磨ヘッ
ドの自転軸上に位置するように、前記帯状研磨フィルム
供給手段と、前記帯状研磨フィルム回収手段とを有する
ことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記研磨ヘッドの面の口径は前記被研磨
体の口径より小径であることを特徴とする請求項１記載
の研磨装置。
【請求項３】前記研磨ヘッドは公転軸を中心に公転す
るための駆動手段を有することを特徴とする請求項１記
載の研磨装置。
【請求項４】前記研磨ヘッドの前記自転軸と前記公転
軸との距離は前記研磨ヘッドの半径より小さいことを特
徴とする請求項３記載の研磨装置。
【請求項５】前記研磨ヘッドと前記研磨体保持手段の
少なくともいずれか一方を揺動させるための揺動手段を
有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項６】前記研磨ヘッドは前記被研磨体の被研磨
面の一部のみを研磨することを特徴とする請求項１記載
の研磨装置。
【請求項７】前記研磨ヘッドは複数で前記被研磨体の
被研磨面の全面を研磨することを特徴とする請求項１記
載の研磨装置。
【請求項８】前記研磨ヘッドは前記被研磨体の被研磨
面を修正研磨することを特徴とする請求項１記載の研磨
装置。
【請求項９】前記研磨ヘッドの研磨面と前記帯状研磨
フィルムとの間に弾性部材を有することを特徴とする請
求項１記載の研磨装置。
【請求項１０】前記弾性部材はポリウレタンであるこ
とを特徴とする請求項９記載の研磨装置。
【請求項１１】前記帯状研磨フィルムと前記被研磨体
の被研磨面との間に液体を供給する手段を有することを
特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１２】前記帯状研磨フィルムと前記被研磨体
の被研磨面の間に粉体を供給する手段を有することを特
徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１３】前記研磨ヘッドは、前記駆動手段と脱
着可能であることを特徴とする請求項１記載の研磨装
置。
【請求項１４】前記帯状研磨フィルム供給手段は、前
記帯状研磨フィルム回収手段よりも上に配置されている
ことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１５】前記帯状研磨フィルム供給手段と、前
記帯状研磨フィルム回収手段とは、前記研磨ヘッド内部
に配置されていることを特徴とする請求項１記載の研磨
装置。
【請求項１６】前記帯状研磨フィルム供給手段と、前
記帯状研磨フィルム回収手段とは、前記研磨ヘッド外部
に配置されていることを特徴とする請求項１記載の研磨
装置。
【請求項１７】研磨ヘッドの自転軸上に重心を位置す
る帯状研磨フィルム供給手段により前記研磨ヘッドの面
に帯状研磨フィルムを供給する工程と、前記研磨ヘッド
の自転軸上に重心を位置する帯状研磨フィルム回収手段
により前記研磨ヘッドの前記面に供給された前記帯状研
磨フィルムを回収する工程とを含み、自転する前記研磨
ヘッドの前記面に供給された帯状研磨フィルムにより被
研磨体を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項１８】前記研磨ヘッドの面の口径は前記被研
磨体の口径より小径であることを特徴とする請求項１７
記載の研磨方法。
【請求項１９】半導体基板、半導体素子を構成する材
料を表面に有する半導体基板、半導体素子を構成する材
料を表面に有する絶縁性基板、のうちいずれか１つを前
記被研磨体とすることを特徴とする請求項１７記載の研
磨方法。
【請求項２０】四角形、円形のいずれか１つの基板を
前記被研磨体とすることを特徴とする請求項１７記載の
研磨方法。
【請求項２１】金属からなる被研磨面を有する前記被
研磨体を研磨することを特徴とする請求項１７記載の研
磨方法。
【請求項２２】公転軸を中心に前記研磨ヘッドを公転
させることを特徴とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項２３】前記自転と前記公転の方向を逆方向と
することを特徴とする請求項２２記載の研磨方法。
【請求項２４】前記自転と前記公転の回転数を同回転
数とすることを特徴とする請求項２２記載の研磨方法。
【請求項２５】前記研磨ヘッドの前記自転軸と前記公
転軸との距離を前記研磨ヘッドの半径より小さくするこ
とを特徴とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項２６】前記研磨ヘッドと前記研磨体保持手段
の少なくともいずれか一方を揺動させることを特徴とす
る請求項１７記載の研磨方法。
【請求項２７】前記被研磨体の被研磨面の一部を研磨
することを特徴とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項２８】複数の前記研磨ヘッドで前記被研磨体
の被研磨面の全面を研磨することを特徴とする請求項１
７記載の研磨方法。
【請求項２９】前記被研磨体の被研磨面を修正研磨す
ることを特徴とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項３０】前記研磨ヘッドの研磨面と前記帯状研
磨パッドとの間に弾性部材を有することを特徴とする請
求項１７記載の研磨方法。
【請求項３１】ポリウレタンを前記弾性部材として用
いることを特徴とする請求項１７記載の研磨装置。
【請求項３２】前記帯状研磨フィルムと前記被研磨体
の被研磨面との間に微粒子を含む液体を供給して研磨す
ることを特徴とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項３３】前記液体はアルカリ性水溶液、酸性水
溶液、有機溶媒、純水の少なくともいずれか１つをふく
むことを特徴とする請求項３２記載の研磨方法。
【請求項３４】酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸
化マンガン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化モ
リブデン、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化錫
のうち少なくとも１種を前記微粒子として用いることを
特徴とする請求項３２記載の研磨方法。
【請求項３５】前記帯状研磨フィルムと前記被研磨体
の被研磨面との間に粉体を供給して研磨することを特徴
とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項３６】酸化マンガンを前記粉体として用いる
ことを特徴とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項３７】前記被研磨体保持手段を自転させるこ
とを特徴とする請求項１７記載の研磨方法。
【請求項３８】第１の粒径を有した砥粒を有する前記
帯状研磨フィルムを用いて前記被研磨体を研磨する第１
の工程と、前記第１の工程に続いて前記第１の粒径より
も小さい第２の粒径を有した砥粒を有する第２の前記帯
状研磨フィルムを用いて前記被研磨体を研磨する第２の
工程と、によって前記被研磨体を研磨することを特徴と
する請求項１７記載の研磨方法。
【請求項３９】第１の材料からなる砥粒を有する前記
帯状研磨フィルムを用いて前記被研磨体を研磨する第１
の工程と、前記第１の材料と異なる第２の材料からなる
砥粒を有する第２の前記帯状研磨フィルムを用いて前記
被研磨体を研磨する第２の工程と、によって前記被研磨
体を研磨することを特徴とする請求項１７記載の研磨方
法。
【請求項４０】第１の粒径を有した第１の砥粒を第１
の部分に有し、前記第１の粒径と異なる第２の粒径を有
した第２の砥粒を前記第１の部分と異なる第２の部分に
有する前記帯状研磨フィルムを用いることを特徴とする
請求項１７記載の研磨方法。
【請求項４１】第１の材料からなる第１の砥粒を第１
の部分に有し、前記第１の粒径と異なる第２の材料から
なる第２の砥粒を前記第１の部分と異なる第２の部分に
有する前記帯状研磨フィルムを用いることを特徴とする
請求項１７記載の研磨方法。