JP2002246350A

JP2002246350A - 平面研磨方法

Info

Publication number: JP2002246350A
Application number: JP2001043767A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Nogi; 貴之野木; Hiromi Nishihara; 浩巳西原
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd
Current assignee: Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2002-08-30

Abstract

(57)【要約】【課題】平板状の被加工物の表面を砥石を用いて研磨
する際に、高い加工速度及び平坦度を実現することがで
きる平面研磨方法を提供する。【解決手段】ウエーハ１はターンテーブル２の上面に
吸着される。ターンテーブル２の上方には研磨ヘッド６
が配置され、研磨ヘッド６の下面に砥石５が装着され
る。研磨ヘッド６は、水平面内で駆動され、ウエーハ１
のほぼ中心を通る軌道上で往復旋回運動を行う。ウエー
ハ１の表面温度を測定するため、ターンテーブル２の上
方には、放射温度計１５が配置されている。放射温度計
１５は、砥石５が通過した直後のウエーハ１の表面温度
を測定する。加工中にウエーハ１の表面温度を監視し、
その値が所定の基準値に一致するように砥石５とウエー
ハ１の間の加圧力を制御する。これによって、砥石５の
自生作用が適正な状態に保たれ、高い加工速度及び平坦
度が実現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シリコンウエーハ
などの平板状の被加工物の表面を平坦に加工するための
平面研磨方法に係り、特に、砥石を使用してＣＭＰ加工
を行う際の平面研磨方法に係る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体回路の微細化、多層化が進
む中、パターン形成に使用される露光装置のビーム波長
が短波長化され、フォトリソグラフィの際の焦点深度の
マージンが次第に小さくなって来ている。このため、ウ
エーハ表面の段差をグローバルに減少させる平坦化技術
は、多層配線を行う上で必要不可欠なものになりつつあ
る。そこで、グローバルに且つ精度良くウエーハ表面を
平坦化する方法として、ＣＭＰ（ Chemical Mechanical
Polishing ）加工が注目されている。

【０００３】ＣＭＰ装置では、一般に、研磨布または砥
石などの研磨工具をウエーハの表面に押し付けた状態
で、研磨工具及びウエーハを回転させ、必要に応じて薬
液、純水またはそれらに砥粒を混入した流体を研磨面に
供給しながら、研磨加工を行っている。

【０００４】ＣＭＰ装置において大口径のウエーハを研
磨する場合、ウエーハと比べて小さな径の研磨工具が使
用される。研磨工具を旋回機構あるいは直動機構で保持
し、ウエーハの表面に対して平行な平面内で往復運動を
与えることによって、ウエーハの表面全体の研磨が行わ
れる。

【０００５】特に、研磨工具として砥石を使用する場合
には、砥粒の脱落による砥石の自生作用によって、適切
な頻度で新たな砥粒を発生させることが好ましい。しか
し、砥石の自生作用を適正に生じさせるための加工条件
は、砥石の表面状態、砥粒を結合しているボンド材の種
類やボンド材の分散状態などによって変動する。適正な
自生作用が生じていない場合には、研磨速度が低下した
り、研磨速度の変動により被加工面の平坦度が低下する
などの問題が発生する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な砥石を用いた平面研磨方法の問題点に鑑みなされたも
ので、本発明の目的は、平板状の被加工物の表面を砥石
を用いて研磨する際、砥石の自生作用を適正な状態で維
持することによって、高い加工速度及び平坦度を実現す
ることができる平面研磨方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の平面研磨方法
は、平板状の被加工物の表面を砥石を用いて研磨する平
面研磨方法であって、加工中に前記砥石または前記被加
工物のいずれかの表面温度を測定し、その値が所定の基
準温度範囲内に収まるように、前記砥石と前記被加工物
の間の加圧力を制御することを特徴とする。

【０００８】本願発明者等は、種々の実験を行い、砥石
の自生作用が生ずる条件について調査をした。その結
果、砥石の自生作用が、被加工物に対する砥石の加圧力
に関係すると同時に、自生作用の適否が加工面の温度に
現れることを見出した。本発明は、このような知見に基
づいてなされたものである。

【０００９】本発明の平面研磨方法によれば、平板状の
被加工物の表面を砥石を用いて研磨する際、上記いずれ
かの温度が所定の目標温度範囲の中に収まるように加圧
力を制御することによって、砥石の自生作用が適正な状
態で維持される。その結果、加工速度を高い水準で安定
させるとともに、研磨後の被加工面の平坦度を向上させ
ることができる。

【００１０】特に、平板状の被加工物の表面を被加工物
と比べて小さな径の砥石を用いて研磨する場合には、例
えば、加工中に前記被加工物の表面温度を測定し、その
値が所定の基準温度範囲内に収まるように加圧力を制御
する。

【００１１】この場合、好ましくは、前記砥石が通過し
た直後の前記被加工物の表面温度を測定し、その値が所
定の基準温度範囲内に収まるように加圧力を制御する。

【００１２】なお、上記の温度範囲は、例えば、３０〜
３３℃であり、その値は、砥石及び被加工物の種類、上
記表面温度の測定位置などによって異なる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１に、本発明に基づく平面研磨
方法が適用されるＣＭＰ装置の概略構成の一例を示す。
図中、１はウエーハ、２はターンテ−ブル、３はガイド
リング、５は砥石、６は研磨ヘッド、１５は放射温度計
を表す。

【００１４】被加工物であるウエーハ１は、ターンテー
ブル２の上面に真空吸着される（または、静電吸着によ
り若しくはバッキングパッドを介して吸着される）。タ
ーンテーブル２の上面の周縁部には、ウエーハ１の外周
に沿ってガイドリング３が取り付けられている。ターン
テーブル２の上方には研磨ヘッド６が配置され、研磨ヘ
ッド６の下面には円盤型の砥石５が装着されている。こ
の例では、ウエーハ１よりも小さな径の砥石５が使用さ
れている。

【００１５】ターンテーブル２の上方には旋回アーム１
１が張り出されている。旋回アーム１１の先端の下側に
は、直動ガイド１２及びエアシリンダ１３を介してモー
タ８のハウジング部分が保持されている。前記の研磨ヘ
ッド６は、モータ８の駆動軸７の先端（下端）に接続さ
れている。研磨ヘッド６は、旋回アーム１１によって水
平面内で駆動され、ウエーハ１のほぼ中心を通る軌道上
を、ウエーハ１の一方の縁から他方の縁までの間で往復
旋回運動を行う。

【００１６】ターンテーブル２及び研磨ヘッド６を回転
するとともに、研磨ヘッド６に水平面内で往復旋回運動
を与え、その状態で、エアシリンダ１３を駆動して、砥
石５をウエーハ１の表面に対して押し付けることによっ
て、ウエーハ１の表面の研磨が行われる。

【００１７】ウエーハ１の表面温度を測定するため、タ
ーンテーブル２の上方には、放射温度計１５が配置され
ている。放射温度計１５は、ウエーハ１の表面温度を測
定し、砥石５が通過した直後にそのデータを取り込ん
で、当該装置の制御ユニット（図示せず）へ送る。

【００１８】なお、上記の様に、放射温度計１５を用い
てウエーハ１の表面温度を測定する代わりに、サーモグ
ラフィーを用いてウエーハ１の表面温度分布を測定して
もよい。更に、砥石５の内部に温度計を埋め込んで、砥
石５の加工面近傍の温度を測定してもよい。

【００１９】図２に、図１に示したＣＭＰ装置を用い
て、加工時間の経過に伴うウエーハの表面温度の変化を
測定した結果を示す。なお、ウエーハ１に対する砥石５
の加圧力を、３つの水準で設定した。このとき、使用し
た砥石は、ＣｅＯ_２砥粒をフェノール樹脂で結合したも
のである。なお、加工開始時点のウエーハの表面温度は
２５℃であった。

【００２０】図中、Ａは加圧力が低く、砥石の自生作用
が発生しない場合の表面温度の変化である。このとき、
ウエーハの表面温度は僅かしか上昇しなかった。

【００２１】Ｂは、加圧力をＡの場合よりも高く設定し
て、自生作用を発生させた場合の表面温度の変化であ
る。ただし、この場合には、加圧力が不十分で自生作用
が不安定である。この場合には、加工開始直後に表面温
度が上昇したが、３０℃付近に到達した以降は表面温度
が上下に振動した。

【００２２】Ｃは、加圧力をＢの場合よりも更に高くし
て、自生作用を適正に発生させた場合の表面温度の変化
である。この場合には、加工開始直後に表面温度が上昇
し、３０℃付近に到達した以降は表面温度が安定し、そ
の後の温度の変動は僅かであった。

【００２３】以上の結果より、砥石５の自生作用を適正
な状態で生じさせるためには、加工中のウエーハ１の表
面温度（または、砥石５の表面近傍温度でもよい）を測
定し、その温度が一定の値で安定するように、ウエーハ
１に対する砥石５の加圧力を制御すれば良いことが分か
る。

【００２４】なお、ウエーハ１の表面温度が安定する条
件は、砥石５の砥粒や結合剤の種類、被加工物の材質、
砥石と被加工物の間の相対速度、研磨剤の種類などの加
工条件により異なるので、加工条件毎に、予め求めてお
くことが必要である。

【００２５】図３に、ウエーハ１の表面温度が目標とす
る基準値に一致するように加圧力を制御するフローの一
例を示す。先ず、予め求めておいた基準値θ_０を設定す
る。所定の加工条件で加工を行い、加工中のウエーハ１
の表面温度を測定し、その測定値θと基準値θ_０とを比
較する。両者が等しければ、そのままの加工条件で加工
を続ける。測定値θが基準値θ_０よりも低いときは、砥
石５の面圧を上げるように加圧力を増やし、測定値θが
基準値θ_０より高いときは、面圧を下げるように加工圧
を減らし、両者を等しくする。このようにして、砥石５
の自生作用を適正な状態に保つことができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明の平面研磨方法によれば、加工中
の砥石または被加工物の表面温度が所定の基準温度範囲
内で安定するように、砥石と被加工物の間の加圧力を制
御することによって、砥石の自生作用を適正な状態で維
持することができる。この結果、砥石を用いた加工の適
正化、効率化及び安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づく平面研磨方法が適用されるＣＭ
Ｐ装置の一例を示す概略構成図。

【図２】加工時間の経過に伴うウエーハの表面温度の変
化を、三水準の加圧力について測定した結果を示す図。

【図３】本発明に基づく平面研磨方法を実施するための
制御方法のフローチャート。

【符号の説明】

１・・・ウエーハ、２・・・ターンテーブル、３・・・ガイドリング、５・・・砥石、６・・・研磨ヘッド、７・・・駆動軸、８・・・モータ、１１・・・旋回アーム、１２・・・直動ガイド、１３・・・エアシリンダ、１５・・・放射温度計。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状の被加工物の表面を砥石を用いて
研磨する平面研磨方法であって、加工中に前記砥石または前記被加工物のいずれかの表面
温度を測定し、その値が所定の基準温度範囲内に収まる
ように、前記砥石と前記被加工物の間の加圧力を制御す
ることを特徴とする平面研磨方法。
【請求項２】平板状の被加工物の表面を被加工物と比
べて小さな径の砥石を用いて研磨する平面研磨方法であ
って、加工中に前記被加工物の表面温度を測定し、その値が所
定の基準温度範囲内に収まるように、前記砥石と前記被
加工物の間の加圧力を制御することを特徴とする平面研
磨方法。
【請求項３】前記砥石が通過した直後の前記被加工物
の表面温度を測定し、その値が所定の基準温度範囲内に
収まるように、前記砥石と前記被加工物の間の加圧力を
制御することを特徴とする請求項２に記載の平面研磨方
法。