JP2023137069A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨対象物の周縁を研磨する際にパターン形成面に害を及ぼすことを抑制する。【解決手段】研磨対象物の周縁を研磨する研磨装置は、研磨対象物のための載置面を有するステージと、研磨面を周縁に押し当てて研磨する研磨ヘッドと、研磨面に液体を供給する第１の流入口と、載置面と交差する第１方向に沿って延在するとともに第１方向と交差する第２方向においてステージと研磨ヘッドとの間に開口を有する第１の面を備える保護材と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、研磨装置および研磨方法に関する。

近年、半導体装置を製造する際に、ウェーハ等の研磨対象物の周縁を研磨して突起を除去することが知られている。

特開２００８－３６７８４号公報 特開２０１３－１６１９２２号公報

発明が解決しようとする課題の一つは、研磨対象物の周縁を研磨する際にパターン形成面に害を及ぼすことを抑制することである。

研磨対象物の周縁を研磨する、実施形態の研磨装置は、研磨対象物のための載置面を有するステージと、研磨面を周縁に押し当てて研磨する研磨ヘッドと、研磨面に液体を供給する第１の流入口と、載置面と交差する第１方向に沿って延在するとともに第１方向と交差する第２方向においてステージと研磨ヘッドとの間に開口を有する第１の面を備える保護材と、を具備する。

研磨装置の構成例を示す模式図である。 研磨装置の構成例を示す模式図である。 研磨装置の構成例を示す模式図である。 研磨装置の構成例を示す模式図である。 研磨装置の構成例を示す模式図である。 研磨装置の他の構成例を示す模式図である。 研磨装置の他の構成例を示す模式図である。 研磨装置１００を用いた研磨方法の例を説明するためのフローチャートである。 研磨装置の変形例を示す模式図である。 研磨装置の変形例を示す模式図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。図面に記載された各構成要素の厚さと平面寸法との関係、各構成要素の厚さの比率等は現物と異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し適宜説明を省略する。

（研磨装置の構成例）
図１ないし図５は、研磨装置の構成例を示す模式図である。図１および図２は、Ｘ軸と、Ｘ軸と直交するＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸のそれぞれと直交するＺ軸と、を含む斜視図である。図３は、Ｘ軸方向から見た側面図である。図４は、Ｙ軸方向から見た正面図である。図５は、Ｚ軸方向から見た上面図である。

研磨装置１００は、研磨対象物１０の周縁を研磨する機能を有し、ステージ１と、研磨ヘッド２と、流入口３と、保護材４と、流入口５と、を具備する。図２ないし図５は、便宜のため、保護材４を二点鎖線で示す。

ステージ１は、例えばステージ１のＺ軸方向の中心軸を回転軸として研磨対象物１０を回転させる機能を有する。ステージ１は、例えばモーターを含む駆動装置により駆動されてもよい。ステージ１は、研磨対象物１０が載置される表面（載置面）１ａを有する。Ｘ軸およびＹ軸は、例えば表面１ａと平行な方向に延在する。Ｚ軸は、例えば表面１ａと交差する。

研磨対象物１０の例は、シリコンウェーハ等の半導体基板が挙げられる。半導体基板は、基板上に設けられた絶縁膜および導電膜を有していてもよい。研磨対象物１０は、パターン形成面１０ａと、周縁１０ｂと、を有する。

パターン形成面１０ａは、凹部または凸部を含むパターンを有する。パターンの例は、例えばラインアンドスペースパターンやホールパターン等が挙げられる。周縁１０ｂは、平面または曲面等の側面やベベルを有していてもよい。

研磨ヘッド２は、研磨対象物１０の周縁１０ｂを研磨する際に、例えばＹ軸方向において周縁１０ｂと重畳するように配置される。研磨ヘッド２は、例えばＹ軸方向において表面１ａと重畳する。研磨ヘッド２は、研磨面（周縁１０ｂと接触する部分）１１ａを周縁１０ｂに押し当てて研磨する機能を有する。研磨ヘッド２は、例えばＹ軸方向に沿って移動可能であってもよい。研磨ヘッド２は、例えばモーターを含む駆動装置により駆動されてもよい。

研磨面１１ａは、例えば研磨テープ１１の表面に設けられ、凹凸を有する。研磨テープ１１は、複数のローラー１２により送られる。ローラー１２は、例えばモーターを含む駆動装置により駆動されてもよい。これに限定されず、研磨面１１ａは、研磨テープ１１を用いずに砥石の表面に設けられていてもよい。砥石は、例えば研磨ヘッド２の先端に取り付けられてもよい。

研磨テープ１１の例は、不織布研磨テープ、砥粒研磨テープ等を含む。砥粒テープは、例えば、ダイヤモンド、炭化珪素、立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、又は酸化アルミニウム等の砥粒を有していてもよい。

流入口（Ｉｎｌｅｔ）３は、例えば研磨ヘッド２の上方に設けられてもよい。流入口３は、液体１３を研磨面１１ａに供給（流入）する機能を有するパイプである。液体１３の例は、水が挙げられる。液体１３の流量は、例えば流入口３に接続されるマスフローコントローラにより制御されてもよい。研磨装置１００は、液体１３を排出するための流出口（Ｏｕｔｌｅｔ）を有していてもよい。

保護材４は、例えば研磨対象物１０のパターン形成面１０ａを液体１３から保護するために設けられる。保護材４は、上面４１と、下面４２と、正面４３と、左側面４４と、右側面４５と、を有する。

上面４１および下面４２は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に沿って延在するとともに、Ｚ軸方向において研磨テープ１１、ローラー１２、および研磨ヘッド２を挟むように設けられる。保護材４は、上面４１に流入口３が貫通するように形成されてもよい。

正面４３は、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に沿って延在するとともにＹ軸方向においてステージ１の表面１ａと研磨ヘッド２との間に開口４ａを有する。正面４３は、Ｙ軸方向において例えばローラー１２や流入口３、流入口５と重畳してもよい。開口４ａのＺ軸方向の幅は、例えば研磨対象物１０の厚さよりも大きく、研磨ヘッド２のＺ軸方向の幅よりも小さい。開口４ａのＸ軸方向の幅は、研磨対象物１０の周縁１０ｂの一部が通過可能であれば特に限定されない。開口４ａは、正面４３から左側面４４および右側面４５まで延在していてもよい。

左側面４４および右側面４５は、Ｙ軸方向およびＺ軸方向に沿って延在するとともに、Ｘ軸方向において研磨テープ１１、ローラー１２、および研磨ヘッド２を挟むように設けられる。研磨面１１ａの周縁１０ｂの一部は、開口４ａにより保護材４から露出する。保護材４の材料は、液体１３が通過しなければ特に限定されないが、例えばポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂材料を含む。

研磨テープ１１を用いて周縁１０ｂを研磨する場合、正面４３および研磨テープ１１は、その間に液体１３の通過が可能な流路４０を形成する。保護材４は、研磨ヘッド２および流路４０を含む領域Ｒ１と、ステージ１を含む領域Ｒ２とを部分的に区切るように設けられる。これにより、例えば研磨対象物１０のパターン形成面１０ａに液体１３が流れることを抑制できる。図３の流路４０内の矢印は、液体１３が流れる方向を示す。流路４０は、上面４１と研磨テープ１１との間、および下面４２と研磨テープ１１との間にも延在するように形成されてもよい。これにより、研磨テープ１１と液体１３との接触面積とを増加できる。

保護材４の形状は、図１ないし図５に示す形状に限定されない。図６および図７は、研磨装置の他の構成例を示す模式図であり、Ｘ軸と、Ｙ軸と、Ｚ軸と、を含む斜視図である。図６に示す保護材４は、上面４１および下面４２を有していない。図７に示す保護材４は、上面４１および下面４２を有していないとともに、左側面４４の一部および右側面４５の一部を有しておらず、左側面４４および右側面４５のそれぞれの表面積は、正面４３の表面積よりも小さい。左側面４４および右側面４５は、Ｘ軸方向においてローラー１２の一部に重畳しなくてもよい。図６および図７に示すように、保護材４の少なくとも一つの面の少なくとも一部を省略して保護材４の表面積を小さくすることにより、保護材４のコストを低減できる。その他の説明については図１ないし図５の説明を適宜援用できる。

流入口５は、例えばステージ１の上方に設けられる。図４および図５は、便宜のため、流入口５の図示を省略する。流入口５は、研磨対象物１０のパターン形成面１０ａに吹き付けるガス１４を供給（流入）する機能を有するパイプである。ガス１４の例は、窒素または空気が挙げられる。ガス１４の流量は、例えば流入口５に接続されるマスフローコントローラにより制御されてもよい。

ステージ１、研磨ヘッド２、流入口３からの液体１３の供給、および流入口５からのガス１４の供給は、例えば制御回路により制御されてもよい。制御回路は、例えばプロセッサ等を用いたハードウェアを用いて構成されてもよい。なお、各動作を動作プログラムとしてメモリ等のコンピュータ読み取りが可能な記録媒体に保存しておき、ハードウェアにより記録媒体に記憶された動作プログラムを適宜読み出すことで各動作を実行してもよい。

（研磨方法）
図８は、研磨装置１００を用いた研磨方法の例を説明するためのフローチャートである。研磨方法の例は、図８に示すように、載置ステップＳ１と、ガス供給ステップＳ２と、液体供給ステップＳ３と、研磨ステップＳ４と、を具備する。

［載置ステップＳ１］
載置ステップＳ１の例は、ステージ１の表面１ａに研磨対象物１０を載置する。表面１ａは、研磨対象物１０のパターン形成面１０ｂの反対側の面に接する。研磨対象物１０は、例えばロボットアーム等の搬送装置を用いて表面１ａに載置してもよい。搬送装置は、上記制御回路により制御されてもよい。

［ガス供給ステップＳ２］
ガス供給ステップＳ２の例は、流入口５からガス１４をパターン形成面１０ａに吹き付ける。

［液体供給ステップＳ３］
液体供給ステップＳ３の例は、流入口３から液体１３を供給する。供給された液体１３は、保護材４により形成された流路４０を図３の矢印のとおり流れる。

［研磨ステップＳ４］
研磨ステップＳ４の例は、ステージ１により研磨対象物１０を回転させ、研磨ヘッド２をＹ軸方向に移動させて研磨ヘッド２により研磨面１１ａを研磨対象物１０の周縁１０ｂに押し当てることにより周縁１０ｂを研磨する。研磨は、保護材４の開口４ａを介して行われる。

上記のとおり、研磨ステップＳ４では、研磨対象物１０の周縁１０ｂを研磨することにより、突起を除去できる。突起があると後の工程において突起が折れてパーティクルを形成する場合がある。このパーティクルが例えばパターン形成面１０ａに付着すると、例えば研磨対象物１０を用いて製造される半導体装置の動作不良等の害を及ぼす原因となる。よって、周縁１０ｂを研磨することにより、パターン形成面１０ａに害を及ぼすことを抑制できる。

さらに、研磨ステップＳ４では、研磨面１１ａに液体１３を供給しながら研磨対象物１０の周縁１０ｂを研磨する。液体１３がパターン形成面１０ａに流れ込むと、液体１３によりパターンの変形や倒壊等の害を及ぼしやすい。これは、パターンに含まれる凸部または凹部のアスペクト比（Ｘ軸またはＹ軸方向の幅に対する深さまたは高さの比）が高いほど顕著になる。一方で、液体１３を供給せずに研磨対象物１０を研磨すると、ダストがパターン形成面１０ａに付着しやすくなる。これは、例えば研磨対象物１０を用いて製造される半導体装置の動作不良等の害を及ぼす原因となる。

これに対し、実施形態の研磨装置および研磨方法は、保護材４を用いて研磨面１１ａに液体１３を供給することにより、パターン形成面１０ａに液体１３が流れ込むことを抑制できる。これにより、パターンの変形や倒壊を抑制できるため、パターン形成面１０ａに害を及ぼすことを抑制できる。研磨テープ１１と液体１３との接触面積が大きいほど、ダストの発生を抑制できる。

さらに、実施形態の研磨装置および研磨方法は、パターン形成面１０ａにガス１４を吹き付けることにより、パターン形成面１０ａにダストが飛散することを抑制できる。また、仮にパターン形成面１０ａに液体１３が付着する場合であっても、パターン形成面１０ａを乾燥できる。

（研磨装置の変形例）
図９および図１０は、研磨装置の変形例を示す模式図である。図９は、Ｘ軸方向から見た側面図である。図１０は、Ｙ軸方向から見た正面図である。研磨装置１００は、研磨対象物１０の周縁１０ｂを研磨する機能を有し、ステージ１と、流入口３と、研磨ヘッド２と、保護材４と、流入口５と、を具備する。ステージ１、保護材４、および流入口５については、図１ないし図５に示す研磨装置のステージ１、保護材４、および流入口５とそれぞれ同じであるため、ここでは説明を省略し、図１ないし図５の説明を適宜援用する。

研磨ヘッド２は、Ｙ軸方向に沿って内部を延在する開口２ａを有する。開口２ａは、例えばＹ軸方向において研磨ヘッド２と重畳するように設けられた流入口３に接続される。このとき、流路４０は、ステージ１と研磨ヘッド２との間から研磨テープ１１と研磨面１１ａとの間まで形成される。流入口３のその他の説明は、図１ないし図５の説明を適宜援用する。

研磨テープ１１は、研磨面１１ａに研磨テープ１１を貫通する開口１１ｂを有する。図１０は、複数の開口１１ｂを示すが、開口１１ｂの数は、特に限定されない。開口１１ｂの平均孔径は、液体１３が通過できれば特に限定されないが、研磨面１１ａにおける開口１１ｂの形状は、例えば円形である。

開口１１ｂを有する研磨テープ１１を用いて周縁１０ｂを研磨する場合、正面４３および研磨テープ１１は、その間に液体１３の通過が可能な流路４０を形成する。保護材４は、研磨ヘッド２および流路４０を含む領域Ｒ１と、ステージ１を含む領域Ｒ２とを部分的に区切るように設けられる。これにより、例えば研磨対象物１０のパターン形成面１０ａに液体１３が流れることを抑制できる。図９の流路４０内の矢印は、液体１３が流れる方向を示す。流路４０は、下面４２と研磨テープ１１との間にも延在するように形成されてもよい。これにより、研磨テープ１１と液体１３との接触面積とを増加できる。

研磨装置の変形例を用いた研磨方法の例は、図８と同様に載置ステップＳ１と、ガス供給ステップＳ２と、液体供給ステップＳ３と、研磨ステップＳ４と、を具備する。載置ステップＳ１、ガス供給ステップＳ２、および研磨ステップＳ４は、図８に示す載置ステップＳ１、ガス供給ステップＳ２、および研磨ステップＳ４と同じであるため、ここでは説明を省略し、図８の説明を適宜援用する。

液体供給ステップＳ３の例は、流入口３から液体１３を供給する。供給された液体１３は、開口２ａおよび開口１１ｂを介して研磨面１１ａに供給され、保護材４により形成された流路４０を図９の矢印のとおり流れる。

研磨装置の変形例では、保護材４を用い、さらに研磨ヘッド２の内部を延在する開口２ａを介して液体１３を供給するとともに、研磨テープ１１の開口１１ｂを通過させて液体１３を研磨面１１ａに供給することにより、パターン形成面１０ａに液体が流れ込むことを抑制できる。これにより、パターンの変形や倒壊を抑制できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ステージ、１ａ…表面、２…研磨ヘッド、２ａ…開口、３…流入口、４…保護材、４ａ…開口、５…流入口、１０…研磨対象物、１０ａ…パターン形成面、１０ｂ…周縁、１１…研磨テープ、１１ａ…研磨面、１１ｂ…開口、１２…ローラー、１３…液体、１４…ガス、４０…流路、４１…上面、４２…下面、４３…正面、４４…左側面、４５…右側面、１００…研磨装置。

Claims (6)

1. 研磨対象物の周縁を研磨する研磨装置であって、
   前記研磨対象物のための載置面を有するステージと、
   研磨面を前記周縁に押し当てて研磨する研磨ヘッドと、
   前記研磨面に液体を供給する第１の流入口と、
   前記載置面と交差する第１方向に沿って延在するとともに前記第１方向と交差する第２方向において前記ステージと前記研磨ヘッドとの間に開口を有する第１の面を備える保護材と、
   を具備する、研磨装置。
2. 前記ステージの上方に設けられ、前記研磨対象物のパターン形成面に吹き付けるガスを供給する第２の流入口をさらに具備する、請求項１に記載の研磨装置。
3. 前記第１の流入口は、前記研磨ヘッドの上方に設けられ、
   前記研磨面は、研磨テープに設けられ、
   前記研磨テープおよび前記第１の面は、その間に前記液体の通過が可能な流路を形成する、請求項１または請求項２に記載の研磨装置。
4. 前記研磨面は、第１の開口を有する研磨テープに設けられ、
   前記研磨ヘッドは、前記第１の流入口に接続され、前記第２方向に貫通する第２の開口を有する、請求項１または請求項２に記載の研磨装置。
5. 研磨対象物の周縁を研磨する研磨方法であって、
   ステージの載置面に前記研磨対象物を載置するステップと、
   研磨面に液体を供給するステップと、
   前記載置面と交差する第１方向に沿って延在するとともに前記第１方向と交差する第２方向において前記ステージと前記研磨ヘッドとの間に開口を有する第１の面を備える保護材を介し、研磨ヘッドにより研磨面を前記周縁に押し当てて前記周縁を研磨するステップと、
   を具備する、研磨方法。
6. 前記研磨面に液体を供給する前に、前記研磨対象物のパターン形成面にガスを吹き付けるステップをさらに具備する、請求項５に記載の研磨方法。

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