JP2001260003A

JP2001260003A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2001260003A
Application number: JP2000078468A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ueno; 久史上野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2001-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨布の張り替え頻度を上げることなく、被
研磨材の研磨面の均一性を安定的に良好に保つことがで
きる研磨装置を提供する。【解決手段】回転研磨テーブル上に設けた研磨布に、
その中央から研磨液を供給し、前記回転研磨テーブルの
回転の過程で、前記研磨液を遠心方向に拡散すると共
に、被研磨材保持手段によって、弾性を有する緩衝材を
介して被研磨材を保持し、該被研磨材を回転させながら
前記研磨布に接触・押圧して研磨し、一方で、前記研磨
布を目立てするための手段が前記回転研磨テーブル上に
装備されている研磨装置において、前記研磨布上の被研
磨材の位置から外れた領域で、被研磨材の研磨で発生し
た研磨屑および／あるいは前記目立て手段で発生した屑
を含む研磨液を、研磨領域から排除するための超高圧ジ
ェット噴射手段を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置に関し、
特に、半導体基板などの表面の凹凸を平坦化するための
研磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体の製造プロセスにおいて、
半導体基板の凹凸及び素子や配線の段差を平坦化するの
に、研磨プロセスが使用されている。ここで、研磨プロ
セスとは、一般的に基板表面の凸部を選択的に研磨し、
消滅させ、完全平坦化を達成させる方法である。

【０００３】この種の研磨装置の構成は、特開昭59-187
456号、特開平7-221053号及び特開昭58-22657号公報な
どに開示されている。例えば、この研磨装置は、図５に
示すように、鉛直な回転軸205Bを中心に回転される被研
磨材固定ブロック202（被研磨材保持手段）の下端に、
リテーナリング204の内側で、板状の緩衝材を介して、
被研磨材201を保持すると共に、この被研磨材201に対向
して、鉛直な駆動回転軸205Aを中心に回転される回転研
磨テーブル206を配置し、この回転研磨テーブル206上に
貼られた研磨布207（研磨布208は下層）の上面に、研磨
液供給ノズル209を介して、液状の研磨材210を供給し、
研磨布207表面に被研磨材201を押圧・接触させ、その研
磨を行う構成になっている。

【０００４】この際、研磨布207の平坦化のために、コ
ンディショナー213を回転させ、その下端に設けたコン
ディショニングディスク214で、被研磨材201の位置から
外れ、これを研磨した領域において、研磨布207表面の
目立てを行い（コンディショニングと称す）、また、研
磨液210の固形成分であるシリカ(SiO₂)と研磨布207の削
れ屑とによる研磨布207の目詰りを除去する。なお、こ
こでは、コンディショナー213を回転研磨テーブル203の
半径方向に往復移動し、必要な目立て幅を確保するので
ある。また、コンディショニングディスク214には、ニ
ッケルプレートにダイヤモンドを電着したものが良く使
われる。

【０００５】なお、上述の緩衝板203は、研磨中に被研
磨材201に局所的な荷重が掛かるのを緩和して、研磨面
の均一性を向上させるのに必要で、例えば、米国：ロデ
ール社製のDF200が一般的によく使用される。このDF200
は、ポリウレタン発泡層、ポリエステルシート基材の積
層構造になっており、圧縮率(JIS L-1096に準拠)が33％
である。

【０００６】また、回転研磨テーブル206の上面に接着
された研磨布は、上述のように、研磨布(上層)207と研
磨布(下層)208とを重ねて使用するのが一般的である。
研磨布207は米国:ロデール社製のIC1000が良く使用され
る。これは、ポリウレタン樹脂を発泡硬化したものであ
り、Asker C硬度計で、硬度：95を示し、硬質である。
一方、研磨布208はロデール・ニッタ社製のSUBA400が良
く使用される。これは、ポリエステル繊維不織布にポリ
ウレタン樹脂を含浸させたもので、Asker C硬度計で、
硬度：61を示し、軟質である。

【０００７】ここで、研磨布207、208は、その上層が平
坦性を高めるために、下層が被研磨材料201の反りまた
は表面のうねりを吸収して、研磨面の均一性を向上させ
るために、それぞれ役割分担している。

【０００８】次に、上述の研磨装置の、一般的な研磨に
おける動作を説明する。回転研磨テーブル206の中央に
おいて、20rpmで回転する研磨布207上に、研磨液210
が、研磨液供給ノズル209から200cc/minの供給速度で供
給されると、研磨液210は、遠心力により、回転研磨テ
ーブル206の端部へと研磨布207の上面を伝わって拡散す
る。

【０００９】この状態で、被研磨材固定ブロック202に
保持された被研磨材201を、荷重用エアーシリンダー(図
示せず)によって、研磨布207に圧接し、被研磨材固定ブ
ロック202に荷重8psiをかけた状態で、研磨を行う。そ
の際、研磨速度を一定に保つために、研磨中にコンディ
ショナー213を用いて、コンディショニング(研磨布207
の目立て及び研磨屑の除去)を行う。この際、被研磨材2
01の研磨面の研磨速度を均一に保つために、被研磨材固
定ブロック202を20rpmで自転させる。

【００１０】なお、研磨布207には、格子状の溝、また
は、回転中心に対して同心円状の溝が形成されているの
が一般的であり、これは、研磨中に研磨液210を、研磨
布107上に形成された溝を通って、被研磨材201の中央部
に拡散させることにより、中央部の研磨速度の低下を補
い、研磨面の研磨速度を均一性にすることを目的にして
いる。

【００１１】図３、図４は、図５の装置を用いて研磨し
た被研磨材201の中心を通る直径を含み、研磨面に直角
方向の研磨速度の線図である。この研磨速度のプロファ
イルは、被研磨材201の中心を原点とする、何れの直径
方向のプロファイルについても同じである。特に、図３
は、研磨布207を回転研磨テーブル206に貼付した直後に
おいて、研磨した被研磨材201の研磨面の研磨速度プロ
ファイルであり、図４は、研磨布207を貼付してから、
被研磨材201の研磨処理：500枚の後における研磨面の研
磨速度プロファイルである。

【００１２】図３に示すように、研磨布207を貼付した
直後における研磨面の研磨速度の均一性は良好である
が、図４に示すように、被研磨材料201の処理枚数が多
くなると、研磨中のコンディショニングにより、研磨布
207が削れ、研磨布207に形成された溝が浅くなるか、消
滅し、それによって、研磨面中央部の研磨速度が遅くな
り、均一性が悪化する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、コンデ
ィショニングは、目立てを行う効果と研磨屑を除去する
効果の２面性を持っており、どちらの効果を除いても、
研磨速度は経時劣化する。従って、研磨面の研磨速度を
一定に保つためには、研削効率の高いコンディショニン
グディスクを用いたり、ディスク荷重を高めたりして、
過剰にコンディショニングを行う必要があるが、その結
果、研磨布207が過剰に削られるために、研磨布207の貼
付後、早期に研磨布207の溝が消滅し、研磨中における
被研磨材201の、中央部への研磨液210の供給量が少なく
なり、中央部の研磨速度が遅くなるという問題が発生
し、半導体装置における安定したデバイス特性が得られ
なくなり、歩留りが低下するという結果をもたらす。そ
こで、研磨面の均一性を良好に保つためには、研磨布20
7の張り替え頻度を上げれば良いが、これは作業効率を
低下し、コスト高をもたらすこととなる。

【００１４】本発明は、上記事情に基づいてなされたも
ので、その目的とするところは、研磨布の張り替え頻度
を上げることなく、被研磨材の研磨面の均一性を安定的
に良好に保つことができる研磨装置を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明による研磨装置
は、回転研磨テーブル上に設けた研磨布に、その中央か
ら研磨液を供給し、前記回転研磨テーブルの回転の過程
で、前記研磨液を遠心方向に拡散すると共に、被研磨材
保持手段によって、弾性を有する緩衝材を介して被研磨
材を保持し、該被研磨材を回転させながら前記研磨布に
接触・押圧して研磨し、一方で、前記研磨布を目立てす
るための手段が前記回転研磨テーブル上に装備されてい
る研磨装置において、前記研磨布上の被研磨材の位置か
ら外れた領域で、被研磨材の研磨で発生した研磨屑およ
び／あるいは前記目立て手段で発生した屑を含む研磨液
を、研磨領域から排除するための超高圧ジェット噴射手
段を備えていることを特徴とする。

【００１６】この場合、本発明の実施の形態として、前
記超高圧ジェット噴射手段が、噴射ノズルから、前記研
磨液と同じ研磨液を噴射すること、前記研磨布を目立て
する手段が、ダイヤモンドを金属プレートに、ニッケル
などの金属で電着したコンディショニングディスクを具
備する構成であること、前記目立て手段が、前記コンデ
ィショニングディスクを、前記研磨布に当てて回転させ
るような駆動手段を含むこと、更には、前記目立て手段
が、前記コンディショニングディスクによる研磨布の研
削効率が低減されるように、前記コンディショニングデ
ィスクの接触圧を調整する調整手段を具備することなど
が、有効である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図１および図２を参照して、具体的に説明する。な
お、図１は、本発明に係わる研磨装置の主要構成を示す
断面図であり、図２はウエハ中心からの距離に対応する
ウエハ断面における研磨速度を示す線図である。ここに
示す研磨装置は、上面に研磨布（上層107、下層108）を
備えた回転研磨テーブル106と、研磨布上に研磨液110を
供給する手段（研磨液供給ノズル109）と、研磨布に対
面する被研磨材101を、弾性を有する緩衝板103を介して
保持し、被研磨材101に回転を与える被研磨材保持手段
（被研磨材固定ブロック102）と、前記研磨布上に配置
された、研磨布を目立てする手段（コンディショナー11
3）と研磨液110を噴射する超高圧ジェット噴射手段111
とを備えている。

【００１８】被研磨材固定ブロック102は、その中心
に、鉛直な回転軸105Bを備えた回転可能な円板状をな
し、エアシリンダー（図示せず）によって、緩衝板103
を介して、被研磨材101に荷重をかけるものである。ま
た、前記固定ブロック102の下端に設けたリテーナーリ
ング104は、環状をなし、研磨中に被研磨材101が外れる
のを防止するためのものである。

【００１９】また、研磨布107上には、コンディショナ
ー113の下端に設けたコンディショニングディスク114が
当接されており、コンディショナーの回転で、前記研磨
布表面の目立てを行うのである。コンディショニングデ
ィスク114は、研磨布107に詰ったシリカ(SiO₂)および研
磨布107の削れ屑を取り除くものではなく、ここでは、
研磨布107の目立てのみに使用される。そこで、研磨布1
07の研削効率の低いディスクを使用するか、または、研
削効率の低い、例えば、ディスク荷重の低いコンディシ
ョニング条件のものを選択する。

【００２０】なお、この実施の形態において、目立て手
段としてのコンディショナー113は、コンディショニン
グディスク114を、研磨布107に当てて回転させるような
駆動手段（図示せず）を含むと共に、コンディショニン
グディスク114による研磨布107の研削効率が低減される
ように、コンディショニングディスク114の接触圧を調
整する調整手段（図示せず）を具備する。

【００２１】そして、シリカ(SiO₂)および研磨布107の
屑は、研磨液110を噴射圧力：5〜10MPaで噴射する超高
圧ジェット噴射手段113の働きによって取り除く。な
お、噴射液には、純水を使用しないで、同じ研磨液110
を使用する。これは、研磨速度を低下させたり、不安定
にさせないためである。

【００２２】このように構成された、図１に示す研磨装
置を用いて動作を説明する。まず、回転研磨テーブル10
6を20rpmで回転させながら、研磨液110を200cc／minの
供給速度で研磨布107の中央部から研磨布107上に供給す
る。この時、被研磨材固定ブロック102は、回転してい
るので、研磨液110は研磨布107の周縁部へと拡散し、研
磨布107全体に広がる。

【００２３】その後、荷重用エアーシリンダー（図示せ
ず）によって、被研磨材101を研磨布107に圧着させ、荷
重8psiで、研磨を開始する。研磨中は、コンディショナ
ー113および超高圧ジェット噴射手段111を、研磨布107
の中央部近傍から周縁部へ往復移動させることによっ
て、研磨布107全面に亘って、それぞれの機能で、目立
ておよび研磨屑の除去を行う。なお、噴射ノズル112
は、垂直軸周りで回転される際の、遠心方向に開口され
ていて、研磨布表面からの研磨屑吹き払いの効果を発揮
している。

【００２４】図２は、研磨布を貼付してから、6φウエ
ハ：500枚を研磨処理した後の、ウエハ研磨面である。
ウエハ研磨処理枚数が多いにも拘わらず、研磨面の研磨
速度の均一性は、良好に保持されている。これは、研削
効率が低いコンディショニングディスク114を使用する
ことで、あるいは、研削効率の低いコンディショニング
条件のものを使用するためであり、その結果、研磨布10
7が削れ難く、その表面の溝が消滅し難くなるからであ
る。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、研磨布
のコンディショニングに関して、コンディショニングデ
ィスクを用いる方法と、研磨液を噴射する超高圧ジェッ
ト方式とを併用することにより、コンディショニングの
みを用いる方法のように、研磨速度を安定させるのに研
磨布を過剰にコンディショニングすることなく、研削効
率の低いコンディショニングディスクやコンディショニ
ング条件のものが使用でき、研磨布上の溝が、そのコン
ディショニングにより、短期で消滅しないという効果を
奏する。その結果、被研磨材の研磨面の均一性を、研磨
布の貼付後、長期に渡って良好に保つことができ、半導
体装置において、安定したデバイス特性が得られ、歩留
りが向上する。更に、研磨布を頻繁に張り替える必要が
ないので、作業効率が良く、コストも低く抑えることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置における実施の形態の主要構
成断面図である。

【図２】研磨布を貼付してからウエハ500枚を研磨処理
した後の、ウエハの中心からの距離に対応するウエハ断
面における研磨速度の線図である。

【図３】従来の技術による研磨装置の、研磨布の貼付直
後におけるウエハ研磨処理のウエハの中心からの距離に
対応するウエハ断面における研磨速度の線図である。

【図４】研磨布を貼付してからウエハ500枚を研磨処理
した後のウエハの中心からの距離に対応するウエハ断面
における研磨速度の線図である。

【図５】従来技術の主要構成を示す断面図である。

【符号の説明】

101,201 被研磨材 102,202 被研磨材固定ブロック 103,203 緩衝板 104,204 リテーナー 105A,105B,205A,205B 回転軸 106,206 回転研磨テーブル 107,207 研磨布(上層) 108,208 研磨布(下層) 109,209 研磨液供給ノズル 110,210 研磨液 111,211 超高圧ジェット噴射手段 112,212 噴射ノズル 113,213 コンディショナー 114,214 コンディショニングディスク

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｈ０１Ｌ 21/304 ６２２Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転研磨テーブル上に設けた研磨布に、
その中央から研磨液を供給し、前記回転研磨テーブルの
回転の過程で、前記研磨液を遠心方向に拡散すると共
に、被研磨材保持手段によって、弾性を有する緩衝材を
介して被研磨材を保持し、該被研磨材を回転させながら
前記研磨布に接触・押圧して研磨し、一方で、前記研磨
布を目立てするための手段が前記回転研磨テーブル上に
装備されている研磨装置において、前記研磨布上の被研
磨材の位置から外れた領域で、被研磨材の研磨で発生し
た研磨屑および／あるいは前記目立て手段で発生した屑
を含む研磨液を、研磨領域から排除するための超高圧ジ
ェット噴射手段を備えていることを特徴とする研磨装
置。
【請求項２】請求項１において、前記超高圧ジェット
噴射手段は、噴射ノズルから、前記研磨液と同じ研磨液
を噴射することを特徴とする研磨装置。
【請求項３】請求項１あるいは２において、前記研磨
布を目立てする手段は、ダイヤモンドを金属プレート
に、ニッケルなどの金属で電着したコンディショニング
ディスクを具備する構成であることを特徴とする研磨装
置。
【請求項４】請求項３において、前記目立て手段は、
前記コンディショニングディスクを、前記研磨布に当て
て回転させるような駆動手段を含むことを特徴とする研
磨装置。
【請求項５】請求項３あるいは４において、前記目立
て手段は、前記コンディショニングディスクによる研磨
布の研削効率が低減されるように、前記コンディショニ
ングディスクの接触圧を調整する調整手段を具備するこ
とを特徴とする研磨装置。