JP2003318141A - ウエハ研磨用化学−機械的研磨機とこの研磨機に適合したアブレーシブ送給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定性の高い研磨ができ、研磨ヘッドとの動
作干渉を起こさず、非消耗部品として頻繁な部品交換が
不要でアブレーシブの無駄な損失を生じることのないア
ブレーシブ送給装置を備えた化学−機械的研磨機を提供
する。 【解決手段】 回転研磨ターンテーブル(1)と相対移動
可能な研磨ヘッド(4)が非回転部分(42)と研磨対象ウエ
ハ(P)を保持する回転部分(40, 41)とを有する。ターン
テーブル面にアブレーシブ(A)を送給する手段(5)は送給
リング(50)を含み、送給リングはターンテーブルに対面
して開口した複数の送給オリフィス(53)と、リングをタ
ーンテーブル面と平行な平面内で研磨ヘッドの回転部分
の周囲に配置して非回転部分に固定する固定手段(420,
520, 52)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、光学用、光電子工
学用又は電子工学用の基板の製造に用いられるウエハ、
特に半導体材料のウエハを研磨するための化学−機械的
研磨機に関するものである。本発明はまた、係る研磨機
に適合したアブレーシブの送給装置にも関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハは集積回路の製造に広く利
用されている。その場合の製造工程において、ソース基
板を構成する第１ウエハから切り出した薄層を支持体と
なる第２ウエハの表面に直接移し替えてボンディングす
る技術が利用されている。このような直接ボンディング
技術では、接合表面の粗度及び平坦度に関する要求が極
めて高く、ウエハ表面を完全に研磨する必要がある。

【０００３】また、例えばスマートカット法（Smart Cu
t:登録商標）の名称で知られている方法などの幾つかの
方法では、１枚のウエハから多くの薄層の移し替えが行
われるが、１層の切り出しのたびに予めウエハ面が修整
され、この修整作業も研磨によって行われる。

【０００４】これら両方の場合において、研磨作業は化
学−機械的研磨機によって実行される。

【０００５】係る研磨機は当業者に公知であり、図１に
模式的に示すように一般には研磨用ターンテーブル１
と、研磨ヘッド２と、ペーストもしくは液体状のアブレ
ーシブＡを散布する固定の散布具３とを備えている。一
例として、アブレーシブにはコロイド状シリカが用いら
れている。

【０００６】研磨用ターンテーブル１は縦軸Ｘ−Ｘ’回
りに回転するディスク１０を備え、この回転運動を矢印
Ｒ１で表してある。ディスク１０は研磨クロス１１で被
覆されている。

【０００７】研磨ヘッド２も回転式（矢印Ｒ２）であ
り、一般にはターンテーブル１と同じ方向へ回転する。
研磨ヘッドは付勢されることによって矢印Ｆで示すよう
に振幅動作、即ち周期的往復運動も行う。この往復運動
は、一般には研磨ヘッド２がターンテーブル１のテーブ
ル面と平行に移動するようにターンテーブル１の半径に
沿って行われる。

【０００８】研磨ヘッド２は、研磨すべきウエハＰをヘ
ッドに保持固定するための保持手段（図示しない）を備
えている。

【０００９】一般に、この保持手段は高い粘着係数の材
料から成るディスク形状のインサートを備え、このイン
サートは研磨ヘッド２に固定された止め輪で周囲を囲ま
れている。インサートは片面、即ち背面で研磨対象のウ
エハＰを保持し、止め輪はその周縁でインサートを保持
している。

【００１０】これらの保持手段によりウエハＰは研磨ヘ
ッド２と共に回転できるようになっている。止め輪は、
ウエハＰの横ずれを阻止すると共にウエハがターンテー
ブル１の回転によって生じる線速度に引き込まれるのを
阻止している。

【００１１】また、研磨ヘッド２はウエハＰの前面（研
磨対象面）をターンテーブル１上の研磨クロス１１に押
し付ける機能も果たしている。

【００１２】従ってウエハＰの前面は、研磨ヘッド２と
ターンテーブル１との相対運動、即ち機械的運動によっ
て研磨されると同時にアブレーシブＡによって構成され
る化学物質の存在によっても研磨され、かくして係る研
磨機の研磨動作は「化学−機械的研磨」と称されている
わけである。

【００１３】ターンテーブル１の回転と同時に研磨ヘッ
ド２が付勢によって周期的往復運動Ｆを行うので、研磨
クロス１１は確実にその全面に亘り均一に使われること
になる。

【００１４】研磨ヘッド２の往復運動Ｆにより、ターン
テーブル１の半径のほぼ中間の固定位置に配置されてい
るアブレーシブ散布具３とヘッド２との距離ｄも変化す
る。これこそが、この研磨法における研磨の仕上がりに
再現性が得られないことの原因である。

【００１５】また、距離ｄが大きくなった場合、即ちヘ
ッド２がターンテーブル１の中心もしくは周縁部のいず
れかに位置して散布具３の位置から最も離れた場合には
アブレーシブＡの散逸が見られるようになり、アブレー
シブの無視できない損失を招く結果となっている。

【００１６】特許文献１（欧州特許出願公開第１０３７
２６２号明細書）には、上述と同様のウエハ用化学−機
械的研磨機が開示されている。

【００１７】この研磨機では、研磨ヘッドは止め輪によ
って囲まれており、研磨用ターンテーブルに接する側の
止め輪の表面には逆Ｕ字状断面形状の環状溝が設けられ
ている。この環状溝は、対面するターンテーブルの表面
との組み合わせでアブレーシブ混合物のためのポケット
を形成し、この場合、アブレーシブ混合物は外部供給源
から管を介して逆Ｕ字溝内に供給される。アブレーシブ
混合物は研磨用ターンテーブルの全面に分散され、ター
ンテーブルと研磨すべきウエハの表面との間で擦られる
ことになる。

【００１８】しかしながら、この研磨機は以下のような
種々の欠点を有している。

【００１９】即ち、止め輪が研磨ヘッドと一体に回転し
てしまうので、止め輪の内部へアブレーシブを供給する
管（チューブ）がヘッドに巻き付いてしまい、ヘッドの
動作を大いに妨げる結果となる。

【００２０】また、止め輪は研磨用ターンテーブルを覆
っている研磨クロスに直接接触しているので消耗部品と
なり、従って定期的に止め輪を交換する必要がある。と
ころがＵ字状溝の機械加工が止め輪の構造をかなり複雑
にしており、結果として止め輪の製作が比較的高価なも
のとなって、その交換も研磨機の全体的な稼働コストの
増加要因となっている。

【００２１】更に、アブレーシブは逆Ｕ字溝を介して止
め輪の全周に供給され、そこには特定の局所領域で供給
を制限する手段が何もないという欠点もある。

【００２２】また特許文献２（米国特許第６０３０４８
７号明細書）にもウエハ研磨用の化学−機械的研磨ヘッ
ドが開示されており、このヘッドはアブレーシブ混合物
と対面する研磨用ターンテーブルの表面を更新するため
の処理液との双方を同時に供給可能とする付加装置を備
えている。

【００２３】この付加装置は４本の脚部を備えており、
各脚部にはそれぞれ１つ以上の通路が穿孔され、これら
の通路を介して円の１／４（９０°）ずつを分担する４
つのスカート部材にそれぞれ上述処理液を送給できるよ
うにし、各スカート部材にも同様に複数の送給用通路と
オリフィスが穿孔されている。

【００２４】しかしながら、この付加装置は回転する研
磨ヘッドに固定されているので付加装置も回転し、その
結果、アブレーシブの送給が不規則になったり、ウエハ
の外方へ散布されたりする欠点がある。従って高い研磨
の安定性が得られないだけでなく、一部のアブレーシブ
は研磨に利用されないので経済的な観点からも重大な欠
点がある。

【００２５】更に特許文献３（国際公開第０１／９１９
７４号パンフレット）にもウエハ研磨機に用いられるア
ブレーシブ混合物送給装置が開示されている。この装置
は環状のウエハ支持体を備えており、この支持体には、
その平らな底面に開口する複数の縦向きのアブレーシブ
供給通路が設けられている。

【００２６】しかしながら、この装置もまた、ウエハ支
持体が研磨機の機能を維持するために定期的に交換しな
ければならない消耗部品であるにもかかわらず、そのよ
うなウエハ支持体に複数の通路を直接機械加工するとい
う欠点に悩まされている。即ち、このように従来の支持
体よりも複雑な構造のウエハ支持体は更に高価であるの
で、その交換に伴ってコストも増加する。

【００２７】

【特許文献１】欧州特許出願公開第１０３７２６２号明
細書

【特許文献２】米国特許第６０３０４８７号明細書

【特許文献３】国際公開第０１／９１９７４号パンフレ
ット

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
技術の上述の欠点を解消することであり、高い安定性で
再現性のよい研磨が可能であり、研磨ヘッドとの動作干
渉を起こさず、非消耗部品として頻繁な部品交換が不要
で、しかもアブレーシブの無駄な損失を生じることのな
いアブレーシブ送給装置を備えた化学−機械的研磨機及
びそのように適合した研磨機用アブレーシブ送給装置を
提供することである。

【００２９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するため、光学用、光電子工学用又は電子工学用の
基板の製造に用いられる特に半導体材料のウエハを研磨
するための化学−機械的研磨機を提供するものであり、
この研磨機は、回転駆動される研磨用ターンテーブル
と、研磨用ターンテーブル（１）と相対移動可能で、非
回転部分（４２）と、研磨すべきウエハ（Ｐ）を保持す
るための保持手段を有する回転部分（４０，４１）とを
有し、回転部分（４０，４１）によりウエハ（Ｐ）の片
面を研磨用ターンテーブル（１）に接触させたままウエ
ハを回転駆動可能な研磨ヘッド（４）と、研磨用ターン
テーブル（１）のテーブル面にアブレーシブ（Ａ）を送
給するための手段（５）とを備えている。

【００３０】本発明による研磨機では、アブレーシブの
送給手段はアブレーシブの供給源に接続された環状の管
から成るアブレーシブ送給リングを含み、アブレーシブ
送給リングはそれぞれ研磨用ターンテーブルのテーブル
面に対面するように開口した複数のアブレーシブ送給オ
リフィスを有すると共に該リングを研磨用ターンテーブ
ルのテーブル面と平行で且つ該テーブル面から離れた平
面内にて前記回転部分の周囲に配置した状態のまま研磨
ヘッドの非回転部分に固定する固定手段を備えている。

【００３１】本発明の限定を意図しない好適な実施形態
としては、以下に列挙する特徴を単独又は組み合わせ
て、 ・研磨ヘッドが研磨用ターンテーブルのテーブル面と平
行な平面内で往復運動可能であるもの、 ・全てのアブレーシブ送給オリフィスが研磨すべきウエ
ハの外周縁から等距離にあるもの、 ・アブレーシブ送給オリフィスが選択的にプラグで閉鎖
可能であるもの、を挙げることができる。

【００３２】本発明はまた、ウエハ研磨用の化学−機械
的研磨機の研磨用ターンテーブルの表面にアブレーシブ
を送給する装置も提供する。

【００３３】このアブレーシブ送給装置は、アブレーシ
ブ送給リングを形成する環状の管を備え、該リングには
供給源からのアブレーシブの導入手段と、該リングの下
面に分布配置された複数のアブレーシブ送給オリフィス
と、該リングを研磨機に取り付けられた研磨ヘッドの非
回転部分に固定する固定手段とが設けられていることを
特徴とする。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の特徴と利点及びそ
の他の詳細を図示の実施形態に基づいて詳しく説明す
る。尚、これらの実施形態は本発明を限定するものでは
なく、当業者に自明なその変形態様も本発明の技術的範
疇に包含されることは述べるまでもないことである。

【００３５】図２に示すように、本発明による化学−機
械的研磨機は、図１に示した従来技術で述べたのと同様
の研磨用ターンテーブル１を備えており、このターンテ
ーブル１も図１と同一符号で示す各部品の組み合わせか
ら成っている。

【００３６】研磨ヘッドは全体符号４で示されている。
研磨ヘッド４は一般にディスク形状の剛性回転部分４０
を備え、この剛性回転部分４０は図示しないモータによ
り駆動軸４１を介して回転される。この回転は縦軸Ｙ−
Ｙ’回りに行われる。

【００３７】回転部分４０は研磨すべきウエハＰを着脱
可能に保持固定するための保持手段を備えており、この
保持手段によりウエハも一体的に回転できるようになっ
ている。保持手段としては、例えば前述した従来技術で
公知の研磨ヘッド用のものと同様の止め輪とインサート
を使用することができる。勿論、当業者に公知のその他
の保持手段を使用してもよい。

【００３８】研磨ヘッド４は、ターンテーブル１、即ち
それを被覆している研磨布１１に対してウエハＰの研磨
対象面を適切な力で押し付ける手段（図示しない）も備
えている。この押しつけの圧力は、一般にはアクチュエ
ータによって研磨ヘッドに直接作用させるか、さもなけ
れば例えばバルーンなどのダイヤフラムでウエハに作用
させるかのいずれかである。

【００３９】駆動軸４１は軸スリーブ４２の内部を貫通
しており、研磨ヘッド４を支持及び駆動するための図示
しない手段に連結されている。

【００４０】軸スリーブ４２は軸回転不能な非回転部分
であり、矢印Ｆで示す周期的往復運動のみ可能となって
いる。この往復運動は好ましくはターンテーブル１の半
径方向に沿って行われる。駆動軸４１と軸スリーブ４２
は同心配置とすることが好ましい。尚、縦軸Ｙ−Ｙ’方
向に関して、軸スリーブ４２は図示しない昇降装置によ
り駆動軸４１と共に制御された量だけ昇降可能であり、
また軸スリーブ４２と駆動軸４１との相対位置も後述の
間隔Ｄが予め定められた最小値以上となる限り任意に調
整可能としてもよい。

【００４１】尚、研磨ヘッド自体の構造は当業者に公知
のものと大差ないので、ここではその詳細な説明は省略
する。本発明において、研磨ヘッド４はアブレーシブ送
給装置５を装備している。

【００４２】このアブレーシブ送給装置５は、平面図で
リングの形状となるように環状に成形された管５０を備
えており、ここではこれをアブレーシブ送給リングと称
している。

【００４３】図３に示すように、このリング５０は回転
軸心Ｙ−Ｙ’を有しており、この回転軸心は、リング５
０がヘッド４の非回転部分であるスリーブ４２に固定さ
れた状態では研磨ヘッド４の縦軸Ｙ−Ｙ’と同軸とな
る。

【００４４】リング５０は、軸心（縦軸）Ｙ−Ｙ’を含
む縦断面内で矩形の断面形状のものとすることが好まし
い。

【００４５】これによってリング５０は、共に平面の頂
面５０１と底面５０２、そして共に円筒面の内周面と外
周面を持つことになる。

【００４６】好ましくはリング５０はフッ素重合体タイ
プの熱可塑性樹脂（例えばパーフルオロ・アルコキシレ
ジンＰＦＡ）で成形するとよい。

【００４７】図２に更に明瞭に示したように、リング５
０はチューブのようなアブレーシブ供給手段５４を介し
てアブレーシブ供給源（図示しない）に接続されてい
る。このチューブ５１はリング５０の頂面５０１に固定
されており、この頂面５０１に設けられたオリフィス
（図示しない）を通じてリング内部に開口している。

【００４８】アブレーシブは、その粘性に応じて加圧送
給されるか或いは単に重力による流下で供給される。

【００４９】また、送給リング５０は、非回転部分であ
る軸スリーブ４２への固定手段として例えばリング外周
面５０４に溶接された固定用ブラケット５２を有してい
る。固定用ブラケット５２は、例えばネジなどの適宜な
止着手段により研磨ヘッド４上の軸スリーブ４２の基部
に取り付けられているカラー４２０に固定される。図２
では、この固定部分の止着軸心のみを符号５２０で示し
てある。

【００５０】更に、図３及び図４に明示するように、送
給リング５０はその底面５０２に一列に並んだオリフィ
ス５３を有し、これらのオリフィス５３は本発明で言う
アブレーシブ送給オリフィスであって、リングの全周に
亘り均等に分布配置されている。例えば、３０°間隔で
１２箇所のオリフィス５３を設けることができる。

【００５１】これら全てのオリフィス５３は、縦軸Ｙ−
Ｙ’から、従って研磨ヘッド４及びそれに固定された研
磨対象のウエハＰの外周縁から等距離に配置されている
ことが好ましい。リング５０が研磨ヘッド４の軸スリー
ブ４２に装着された状態において、これらのオリフィス
５３は研磨用ターンテーブル１上の研磨布１１に対面し
て開口している。

【００５２】これらの送給オリフィス５３は選択的にプ
ラグ５４で閉鎖可能である。プラグ５４は例えばオリフ
ィス５３に螺入することができ、この場合、プラグとオ
リフィスにはネジ溝が設けられることは述べるまでもな
い。

【００５３】このようにして、開口させておく送給オリ
フィス５３の数とその空間的な分布とを選択することが
できる。従って、アブレーシブの送給量を例えば研磨対
象のウエハＰの構成材料に応じて変えることができる。

【００５４】軸スリーブ４２に対する送給リング５０の
固定は、リングの底面５０２が研磨用ターンテーブル１
のテーブル面と平行又はほぼ平行で且つ僅かに上方に位
置する面内にあるようにする。即ち、図２に示すよう
に、送給リング５０の底面５０２は研磨用ターンテーブ
ル１上の研磨布１１から間隔Ｄの位置にあり、この間隔
Ｄは例えば５〜１０ｃｍの範囲内とすることができる。
従って送給リング５０は研磨布１１に接触することはな
く、その結果、研磨布１１がリング５０との接触で無用
に消耗することはない。

【００５５】本発明による化学−機械的研磨機による研
磨作業の開始操作を図２〜４を参照して説明すれば以下
の通りである。

【００５６】まず研磨対象のウエハＰが研磨ヘッド４の
回転部分４０に固定される。回転部分４０が研磨用ター
ンテーブル１の回転と共に回転され、同時に液体アブレ
ーシブがチューブ５１を介してリング５０の内部へ送り
込まれる。アブレーシブはリング内に均一に拡散して各
送給オリフィス５３から研磨布１１上に流出する。その
後、研磨ヘッド４の周期的往復運動が加わって研磨が行
われる。

【００５７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ウエハ
Ｐから材料を研磨除去する安定性を向上することが可能
であり、従って均一で再現性のよい研磨を行うことがで
き、アブレーシブの消費量を低減することが可能とな
る。

【００５８】また、アブレーシブを均一に分配散布する
ことにより研磨ヘッドと研磨布の間の摩擦を減少するの
で、研磨布の消耗も制限することができる。

【００５９】更に、本発明におけるアブレーシブ送給リ
ングは構造が単純で安価に製作することができ、非消耗
部品であるので頻繁に交換する必要もなく、一方で既存
の研磨機の研磨ヘッドにも構造を大幅に改変することな
く選択的に着脱可能である利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術の化学−機械的研磨機を模式的に示す
斜視図である。

【図２】本発明による化学−機械的研磨機の要部を模式
的に示す側面図である。

【図３】本発明におけるアブレーシブ送給リングを中心
軸上の縦断面図で示す拡大図である。

【図４】本発明におけるアブレーシブ送給リングを下か
ら見上げた状態で示す斜視図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 メトラル、フレデリック フランス国、38210 サン−カンタン・ス ール・イゼール、ラ・レプラ（番地なし) Ｆターム(参考） 3C047 FF08 GG20 3C058 AA07 AC04 CA01 CB03 CB05 DA12

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学用、光電子工学用又は電子工学用の
   基板の製造に用いられる特に半導体材料のウエハを研磨
   するための化学−機械的研磨機であって、 回転駆動される研磨用ターンテーブル（１）と、 研磨用ターンテーブル（１）と相対移動可能で、非回転
   部分（４２）と、研磨すべきウエハ（Ｐ）を保持するた
   めの保持手段を有する回転部分（４０，４１）とを有
   し、回転部分（４０，４１）によりウエハ（Ｐ）の片面
   を研磨用ターンテーブル（１）に接触させたままウエハ
   を回転駆動可能な研磨ヘッド（４）と、 研磨用ターンテーブル（１）のテーブル面にアブレーシ
   ブ（Ａ）を送給するための手段（５）とを備え、 アブレーシブ（Ａ）の送給手段（５）はアブレーシブ
   （Ａ）の供給源に接続された環状の管から成るアブレー
   シブ送給リング（５０）を含み、アブレーシブ送給リン
   グ（５０）はそれぞれ研磨用ターンテーブル（１）のテ
   ーブル面に対面するように開口した複数のアブレーシブ
   送給オリフィス（５３）を有すると共に該リングを研磨
   用ターンテーブル（１）のテーブル面と平行で且つ該テ
   ーブル面から離れた平面内にて回転部分（４０，４１）
   の周囲に配置した状態のまま研磨ヘッド（４）の非回転
   部分（４２）に固定する固定手段（４２０，５２０，５
   ２）を備えたことを特徴とするウエハ研磨用化学−機械
   的研磨機。
2. 【請求項２】 研磨ヘッド（４）が研磨用ターンテーブ
   ル（１）のテーブル面と平行な平面内で往復運動可能で
   あることを特徴とする請求項１に記載の研磨機。
3. 【請求項３】 全てのアブレーシブ送給オリフィス（５
   ３）が研磨すべきウエハ（Ｐ）の外周縁から等距離にあ
   ることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨機。
4. 【請求項４】 アブレーシブ送給オリフィス（５３）が
   選択的にプラグ（５４）で閉鎖可能であることを特徴と
   する請求項１〜６のいずれか１項に記載の研磨機。
5. 【請求項５】 ウエハ（Ｐ）を研磨するための化学−機
   械的研磨機の研磨用ターンテーブル（１）の表面にアブ
   レーシブ（Ａ）を送給する装置であって、アブレーシブ
   送給リング（５０）を形成する環状の管を備え、該リン
   グ（５０）には、供給源からのアブレーシブ（Ａ）の導
   入手段（５１）と、該リングの下面（５０２）に分布配
   置された複数のアブレーシブ送給オリフィス（５３）
   と、該リングを研磨機に取り付けられた研磨ヘッド
   （４）の非回転部分（４２）に固定する固定手段（５２
   ０，５２）とが設けられていることを特徴とするアブレ
   ーシブ送給装置。