JP2003159645A

JP2003159645A - 研磨装置

Info

Publication number: JP2003159645A
Application number: JP2001357986A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kuroda; 幸夫黒田; Toshiyuki Suzuki; 利幸鈴木
Original assignee: Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp
Current assignee: Sumco Corp
Priority date: 2001-11-22
Filing date: 2001-11-22
Publication date: 2003-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨剤の保持量を研磨布の全域で均一化し、
半導体ウェーハの表面のヘイズの発生を防ぐ研磨装置を
提供する。【解決手段】この研磨装置１０では、研磨定盤１１の
外周部に環状の貯液部材１７を設け、研磨布１３を研磨
剤に浸漬したまま研磨する。よって、研磨剤の保持量が
研磨布１３の全域で均一となる。結果、シリコンウェー
ハＷの表面のヘイズムラが抑えられ、ウェーハ平坦度も
高まる。しかも従来の研磨装置の場合では、研磨中、常
時、研磨剤を供給していたが、研磨装置１０では、研磨
剤を貯液部材１７に貯液したまま研磨するため、研磨剤
の使用量を低減させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は研磨装置、詳しく
は研磨布を研磨剤に浸漬させた状態で半導体ウェーハを
研磨することにより、半導体ウェーハの表面のヘイズの
発生ムラを防ぐ研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】面取り後、エッチングが施されたシリコ
ンウェーハは、次の研磨工程で、シリコンウェーハの表
面に機械的化学的研磨が施される。ここで、研磨装置に
より、シリコンウェーハの表面が平滑で無歪の鏡面に仕
上げられる。以下、図３に基づき、従来の研磨装置を具
体的に説明する。図３は、従来手段に係る研磨装置の使
用状態を示すその正面図である。図３に示すように、従
来の研磨装置１００は、上面に研磨布１０１が張設され
た研磨定盤１０２と、研磨定盤１０２の上方に対向配置
され、下面に１枚のシリコンウェーハＷが、キャリアプ
レート１０３を介して、ワックス貼着された研磨ヘッド
１０４とを備えている。研磨時には、スラリーノズル１
０５を用いて、研磨砥粒を含む研磨剤（スラリー）を研
磨布１０１の中央部に１リットル／分で供給しながら、
シリコンウェーハＷを研磨布１０１の表面（研磨作用
面）に、所定の相対回転速度および所定の研磨圧で摺接
させて研磨する。研磨布１０１上に供給された研磨剤
は、回転する研磨定盤１０２の遠心力の作用によって、
研磨布１０１の半径方向外側へ徐々に広がっていく。そ
して、この研磨剤は、最終的には研磨布１０１の外周縁
から研磨定盤１０２の外周面をつたい、研磨定盤１０２
の下方へ流れ落ちる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨装置１００によれば、この研磨中、研磨剤が１リッ
トル／分程度という少ない量で研磨布１０１の中央部に
供給されていた。この際、研磨剤は研磨定盤１０２の遠
心力の作用により、研磨布１０１の半径方向外側へ徐々
に広がっている。そのため、研磨布１０１の中央部に比
べ、研磨布１０１の外周部の方が、研磨剤の保持量が少
なくなるという傾向があった。その結果、研磨後、シリ
コンウェーハＷの表面にヘイズムラが発生し、また、シ
リコンウェーハＷの平坦度が低下するおそれがあった。
そこで、この問題を解消するため、研磨剤の供給量を増
やすことが考えられる。しかしながら、研磨剤の供給量
を増やせば、その分だけ研磨剤の使用量が増加し、不経
済になる懸念がある。

【０００４】そこで、発明者は、研究の結果、研磨定盤
の外周部に環状の貯液部材を設け、この貯液部材に研磨
剤を貯液し、研磨布を研磨剤に完全に漬けた状態で研磨
すれば、研磨剤の保持量が研磨布の全域で均一化し、ウ
ェーハの表面のヘイズムラの発生が抑えられることと、
ウェーハ平坦度が高まることとを知見し、この発明を完
成させた。

【０００５】

【発明の目的】この発明は、研磨布の全域に対する研磨
剤の保持量のバラつきを原因とした半導体ウェーハの表
面のヘイズムラの発生を防止し、ウェーハ平坦度を高め
ることができる研磨装置を提供することを、その目的と
している。また、この発明は、研磨剤の使用量を低減す
ることができる研磨装置を提供することを、その目的と
している。さらに、この発明は、貯液部材に溜まった研
磨剤をスムーズに排出することができる研磨装置を提供
することを、その目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、研磨布が展張される研磨定盤と、この研磨定盤に対
向配置され、この研磨定盤との対向面に半導体ウェーハ
が保持される研磨ヘッドとを備え、上記研磨布の研磨作
用面に、研磨剤を供給しながら、上記研磨ヘッドととも
に回転中の半導体ウェーハを押し付けて研磨する研磨装
置において、上記研磨定盤の外周部に、研磨剤を貯液
し、この貯液された研磨剤中に上記研磨布を浸漬させる
環状の貯液部材を設けた研磨装置である。

【０００７】この研磨装置は、例えば半導体ウェーハを
研磨ヘッドにワックス接着するワックスマウント方式で
もよい。または、水を含むバックパッドによって半導体
ウェーハを研磨ヘッドに保持するワックスレスマウント
方式でもよい。この研磨ヘッドは、研磨定盤の上方に対
向配置してもよいし、これとは上下を反対にしてもよ
い。さらに、研磨ヘッドの回転軸と研磨定盤の回転軸と
をそれぞれ水平配置した縦型の研磨装置でもよい。研磨
布としては、例えば硬質ウレタンパッド、ＣｅＯ₂ パッ
ドなどが挙げられる。

【０００８】半導体ウェーハとしては、代表的なシリコ
ンウェーハ以外にも、例えばガリウム砒素ウェーハ（Ｇ
ａＡｓウェーハ）など、各種のウェーハを採用すること
ができる。研磨ヘッドは、研磨定盤との対向面に１枚の
半導体ウェーハが保持される枚葉式でもよいし、多数枚
の半導体ウェーハが一括して保持されるバッチ式でもよ
い。また、この研磨ヘッドは、研磨布に沿って揺動させ
てもよいし、揺動させなくてもよい。揺動タイプを採用
した場合には、半導体ウェーハの外周部の一部を研磨布
の外部にはみ出させて研磨してもよいし、そうでなくて
もよい。研磨ヘッドの使用台数は限定されない。１台で
もよいし、複数台でもよい。研磨定盤の素材は限定され
ない。例えばセラミックス、低膨張率の金属（合金を含
む）、鋳鉄、鉄鋼などが挙げられる。この研磨定盤は、
例えば電動モータ、油圧モータなどにより所定速度で回
転させることができる。このことは、研磨ヘッドも同様
である。

【０００９】貯液部材の素材は限定されない。例えば、
塩化ビニル樹脂などのプラスチックを採用することがで
きる。要は、研磨剤に対して、耐薬品性（耐アルカリ性
など）を有していればよい。貯液部材の形状は限定され
ない。研磨定盤の外周の全域を被えるような環状であれ
ばよい。貯液部材の研磨定盤の外周部における形成位置
も限定されない。例えば、研磨剤の使用量を少なくする
ため、研磨定盤の上端部である。研磨布の表面と貯液部
材の上縁面との高さの差は限定されない。例えば、５〜
２０ｍｍである。この程度にすれば、研磨時および研磨
ヘッドの昇降時などにおいて、貯液部材に溜まった研磨
剤が、研磨定盤の外に飛び散りにくい。

【００１０】貯液部材に対する研磨剤の供給方法は限定
されない。例えば、従来通りに研磨布の中央部上にスラ
リーノズルから研磨剤を供給してもよい。または、貯液
部材の外周部上に、同じようなスラリーノズルを使って
供給してもよい。そのほか、貯液部材の周側板の一部に
供給口を形成し、この供給口から研磨剤を供給してもよ
い。さらに、貯液部材の底板の一部に供給口を形成して
研磨剤を供給してもよい。使用後の研磨剤の貯液部材か
らの排出方法は限定されない。例えばクイックダンプ式
を採用し、研磨後、貯液部材の底板に設けた排出口から
研磨剤を一気に排出してもよい。また、研磨中、研磨剤
を貯液部材に連続して供給し、貯液部材の上縁から研磨
剤をオーバーフローさせてもよい。貯液部材への研磨剤
の貯液量は限定されない。例えば、研磨布の表面が液面
下１〜５ｍｍに配置される量が好ましい。この範囲に設
定すれば、研磨剤の使用量を少なくして、この発明の効
果が得られる。

【００１１】また、請求項２に記載の発明は、上記貯液
部材の内部には、上記研磨布の表面を液面下１〜５ｍｍ
に配置する量の研磨剤が貯液される請求項１に記載の研
磨装置である。１ｍｍ未満では、研磨布の全域に対して
研磨剤の保持量のバラつきが若干発生する可能性があ
る。また、５ｍｍを超えると研磨剤の使用量が増加する
おそれがある。

【００１２】請求項３に記載の発明は、上記貯液部材に
は、この貯液部材に貯液された研磨剤を外部に排出する
ドレン管と、このドレン管の途中に連結された流路弁と
を有するドレン手段が設けられた請求項１または請求項
２に記載の研磨装置である。流路弁としては、例えばバ
タフライ弁、仕切り弁、ベローズ弁などの開閉弁が挙げ
られる。また、ドレン手段の構成も限定されない。例え
ば、貯液部材の底板または周側板に形成された研磨剤の
排出口にドレン管を連通し、このドレン管の途中に流路
弁を設けたものでもよい。

【００１３】

【作用】この発明によれば、研磨時には、あらかじめ貯
液部材に所定量の研磨剤を貯液しておく。このときの貯
液量は、研磨布が完全に液面下に浸漬される量である。
この状態を維持して、研磨ヘッドとともに半導体ウェー
ハを研磨定盤上の研磨布の研磨作用面に、所定の相対回
転速度および所定の研磨圧で摺接させて研磨する。この
ように、研磨布を研磨剤に完全に浸漬した状態で研磨す
るため、研磨剤の保持量が研磨布の全域において均一と
なる。また、研磨面温度を安定化することができる。こ
れにより、半導体ウェーハの表面のヘイズムラの発生を
防ぐことができる。また、半導体ウェーハの平坦度も高
まる。また、このように研磨剤を貯液部材に貯液して研
磨するので、従来の研磨装置のように、研磨中、研磨剤
を常に供給する必要がなくなる。これにより、研磨剤の
使用量を減少させることができる。そのほか、例えば研
磨中に常に研磨剤を供給し、貯液部材の上縁から研磨剤
をオーバーフローさせてもよい。こうすると、半導体ウ
ェーハは常に新しい研磨剤で研磨される。そのため、研
磨剤の使用量をさらに抑えることができる。

【００１４】特に、請求項３に記載の発明によれば、研
磨後に流路弁を開弁操作し、ドレン管の管路を開くと、
貯液部材内の使用済みの研磨剤がスムーズに排出され
る。また、例えば研磨中、流路弁を若干開き、貯液部材
に研磨剤が供給された分量だけ、貯液部材から研磨剤を
排出するようにしてもよい。こうすれば、前述したオー
バーフロー時と同じように、常時、新しい研磨剤で半導
体ウェーハを研磨することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して説明する。まず、第１の実施例を説明する。図
１（ａ）は、この発明の第１の実施例に係る研磨装置の
使用状態の断面図である。図１（ｂ）は、この発明の第
１の実施例に係る研磨装置の要部拡大断面図である。図
１において、１０はこの発明の第１の実施例に係る研磨
装置である。この研磨装置１０は、主に、研磨定盤１１
と、これに対向して上方に配置され、研磨定盤１１との
対向面（下面）にシリコンウェーハＷが保持される研磨
ヘッド１２とを備えている。研磨定盤１１の上面には、
図示しない厚地のスポンジゴムを介してポリウレタン製
の研磨布１３が展張されている。研磨定盤１１の中央部
の上方には、研磨剤を供給するスラリーノズル１４が設
けられている。研磨ヘッド１２は、平面視して円形状の
ヘッド本体１５を有している。このヘッド本体１５の下
面には、下面のウェーハ保持面にシリコンウェーハＷが
ワックス貼着されたキャリアプレート１６が着脱自在に
取り付けられている。

【００１６】この発明の特長は、研磨定盤１１の外周部
に、研磨布１３を研磨剤に浸漬させるための環状の貯液
部材１７を設けた点である。貯液部材１７は塩化ビニル
樹脂製で、その形状は研磨定盤１１の外周の全域を被え
るように研磨定盤１１の回転軸１１ａを中心とした環状
となっている。この貯液部材１７は、研磨剤の使用量を
少なくするため、研磨定盤１１の上端部の外周面に、溶
接されている。この貯液部材１７の上縁と、研磨布１３
の表面との高さの差Ｈは１０ｍｍである。１０ｍｍとし
たので、研磨中および研磨ヘッド１２の昇降時におい
て、貯液部材１７に溜まった研磨剤が研磨定盤１１の外
に飛び散りにくい。貯液部材１７への研磨剤の貯液量
は、研磨布１３の表面と液面との高さの差ｈが１．５ｍ
ｍになる量である。こうすることで、研磨布１３を浸漬
させる研磨剤の使用量を、略必要最小限とすることがで
きる。

【００１７】次に、この第１の実施例の研磨装置１０を
用いたシリコンウェーハＷの研磨方法を説明する。図１
に示すように、研磨時には、まずスラリーノズル１４か
ら研磨剤を５リットル／分で供給する。そうして、貯液
部材１７の内部に、上記所定量の研磨剤を貯液する。研
磨剤が所定量に達すると、スラリーノズル１４からの研
磨剤の供給を中止する。その後、この状態のまま、研磨
定盤１１および研磨ヘッド１２を所定の回転速度でそれ
ぞれ回転するとともに研磨ヘッド１２を下降し、シリコ
ンウェーハＷの表面を研磨剤の液面下の１．５ｍｍの位
置に配置する。これにより、研磨布１３が完全に研磨剤
に浸漬される。このとき、シリコンウェーハＷは、その
研磨面（表面）が研磨布１３の研磨作用面に、所定の研
磨圧で押し付けられる。この状態でシリコンウェーハＷ
が研磨される。

【００１８】このように、研磨布１３を研磨剤の中に完
全に浸漬した状態を保持して研磨するので、研磨剤の保
持量が研磨布１３の全域で均一となる。その結果、シリ
コンウェーハＷの表面のヘイズの発生を防止することが
できる。よって、シリコンウェーハＷの平坦度を高める
ことができる。また、研磨剤を貯液部材１７に貯液して
研磨するため、従来の研磨装置のように、研磨中、研磨
剤を供給し続ける必要はない。その結果、研磨剤の使用
量を低減させることができる。

【００１９】次に、図２に基づき、この発明の第２の実
施例の研磨装置を説明する。図２は、この発明の第２の
実施例に係る研磨装置の使用状態の断面図である。図２
に示すように、この第２の実施例は、貯液部材１７の一
部分に、研磨後、貯液部材１７から使用済みの研磨剤を
排出する複数のドレン手段２１…を配設した例である。
貯液部材１７の底板には、それぞれ排出口を介して、周
方向へ所定角度ごとに研磨剤の排出用の複数本のドレン
管２２…が連結されている。各ドレン管２２…の長さ方
向の中間部には、流路弁２３…が配設されている。各流
路弁２３…は、エアを弁開閉の操作流体とするバタフラ
イ弁である。このエアは、回転軸１１ａおよび研磨定盤
１１の内部に一連に形成されたエア流路１１ｂを通し
て、対応する流路弁２３…にそれぞれ供給される。これ
らのドレン管２２および流路弁２３により、上記ドレン
手段２１が構成される。

【００２０】この研磨装置２０を使用した通常の研磨時
では、あらかじめ各流路弁２３…を閉弁し、第１の実施
例と同様の方法でシリコンウェーハＷを研磨する。ただ
し、研磨後は流路弁２３…を開操作し、ドレン管２２…
の管路を開く。これにより、貯液部材１７に貯液された
使用済みの研磨剤をスムーズに外部へ排出することがで
きる。また、研磨装置２０は、このような通常の方法と
は別の方法でシリコンウェーハＷを研磨することもでき
る。すなわち、研磨中、スラリーノズル１４から研磨剤
を供給しながら各流路弁２３…を若干開弁することで、
この貯液部材１７に研磨剤が供給された分量だけ、各ド
レン管２２…を介して、この貯液部材１７から研磨剤を
排出することができる。こうすれば、研磨中は常時、新
しい研磨剤によってシリコンウェーハＷを研磨すること
ができる。その他の構成、作用、効果は第１の実施例の
それと同じであるので、説明を省略する。

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、研磨布を研磨剤に完
全に浸漬した状態で研磨を施すので、研磨剤の保持量が
研磨布の全域で均一化し、これにより半導体ウェーハの
表面のヘイズの発生を抑えることができる。よって、半
導体ウェーハの平坦度を高めることができる。また、こ
のように研磨剤を貯液部材に所定量だけ溜めて研磨する
ので、研磨時に研磨剤を常時供給する必要がなくなる。
これにより、研磨剤の使用量を低減することができる。

【００２２】特に、請求項３の発明によれば、貯液部材
にドレン手段を設けたので、研磨後、流路弁を開弁操作
するだけで、貯液部材に溜まった研磨剤をスムーズに排
出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、この発明の第１の実施例に係る研磨
装置の使用状態の断面図である。（ｂ）は、この発明の
第１の実施例に係る研磨装置の要部拡大断面図である。

【図２】この発明の第２の実施例に係る研磨装置の使用
状態の断面図である。

【図３】従来手段に係る研磨装置の使用状態の正面図で
ある。

【符号の説明】

１０，２０研磨装置、１１研磨定盤、１２研磨ヘッド、１３研磨布、１７貯液部材、２１ドレン手段、２２ドレン管、２３流路弁、Ｗシリコンウェーハ（半導体ウェーハ）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨布が展張される研磨定盤と、この研磨定盤に対向配置され、この研磨定盤との対向面
に半導体ウェーハが保持される研磨ヘッドとを備え、上
記研磨布の研磨作用面に、研磨剤を供給しながら、上記
研磨ヘッドとともに回転中の半導体ウェーハを押し付け
て研磨する研磨装置において、上記研磨定盤の外周部に、研磨剤を貯液し、この貯液さ
れた研磨剤中に上記研磨布を浸漬させる環状の貯液部材
を設けた研磨装置。
【請求項２】上記貯液部材の内部には、上記研磨布の
表面を液面下１〜５ｍｍに配置する量の研磨剤が貯液さ
れる請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】上記貯液部材には、この貯液部材に貯液
された研磨剤を外部に排出するドレン管と、このドレン
管の途中に連結された流路弁とを有するドレン手段が設
けられた請求項１または請求項２に記載の研磨装置。