JP3065016B2 - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

研磨装置及び研磨方法

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JP3065016B2 JP3446598A JP3446598A JP3065016B2 JP 3065016 B2 JP3065016 B2 JP 3065016B2 JP 3446598 A JP3446598 A JP 3446598A JP 3446598 A JP3446598 A JP 3446598A JP 3065016 B2 JP3065016 B2 JP 3065016B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明はウエハ研磨装置に
関し、特に半導体基板上の凹凸部を研磨するウエハ研磨
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般的に用いられている研磨装置の全体
構成を図４に基づき説明する。図４に示すウエハ研磨装
置は、回転自在な研磨テーブル１と、研磨テーブル１上
に設けられた研磨パッド４と、被研磨対象であるウエハ
２を保持するキャリアヘッド８とを有する。さらに本発
明の研磨装置はウエハ２をキャリアヘッド８ごと研磨パ
ッド４に押圧する加圧機構９と、ウエハ２をキャリアヘ
ッド８ごと研磨パッド４上で回転させるスピンドル１０
とを含んで構成され、ポンプ等を用いて研磨パッド４の
表面に研磨剤スラリ５が供給される。
【０００３】従って、回転する研磨パッド４には、加圧
機構９によりスピンドル１０、キャリヤヘッド８を介し
てウエハ２が押圧され、これにより研磨パッド４により
ウエハ２の研磨が行われる。
【０００４】かかる従来のウエハ研磨装置では研磨パッ
ド４上でウエハを保持するリテーナリングが備えられて
いた。図５に示すタイプ１はリテーナリング３をウエハ
２の保持のみに使用するもので研磨パッド４面への接触
は殆ど発生しない。この場合のメリットは図５で分かる
ように研磨パッド４とウエハ２間へ研磨剤スラリ５が容
易に供給される点にある。しかしこのタイプ１として説
明した非接触型リングを用いるものにあっては、ウエハ
２のエッジ部と研磨パッド４間に集中荷重が発生し、図
７に示すようにエッジ部での研磨速度加速化が発生しウ
エハ周辺部にて特異な形状が形成する。そのため図９
(b)に示すように、ウエハ２外周部の平坦性が悪化し、
収量が減少する。
【０００５】かかる図５にタイプ１として説明した非接
触型リングを用いるものにおいて生じる異常研磨の改善
策として図６に示す研磨装置が用いられる。この図６に
示すタイプ２ではリテーナリング３を積極的に研磨パッ
ド４面に押し当てるため研磨パッド４とウエハ２間に働
く集中荷重は分散されると共にリング３の外側へ移動
し、図８に示されるようにエッジ部での研磨速度プロフ
ァイルが向上する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】以上の図６に示す研磨
装置にあっては以下の問題があった。すなわち一方、タ
イプ２として図６に示した接触型リングを用いる研磨装
置にあっては、リテーナリング３と接触している関係上
研磨剤スラリ５のウエハ２と研磨パッド４間への供給が
不足し、これと共に既に供給されたスラリがリテーナリ
ング３内に滞留する結果として新たなスラリのリテーナ
リング３内への供給が妨げられ、面内での研磨速度にば
らつきが発生する。また、ウエハエッジ部分での研磨プ
ロファイルにばらつきが発生する。
【０００７】本発明は以上の従来の研磨装置における問
題に鑑みてなされたものであって、研磨後の半導体基板
に良好な平坦性を持たせると共に収量を増加して生産性
を向上することができる研磨装置を提供することを目的
とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は本発明の課題
を達成するために種々検討し、基板エッジ部の異常研磨
の主要因は上流側の基板の周辺での研磨パッドの変形に
あり、下流側には接触側リングを設けなくても異常研磨
は十分改善できるということを見いだし、かかる知見に
基づき本発明に想到した。ここでいう上流側とは研磨テ
ーブルの回転方向を示す回転線とウエハの周縁との交点
位置における研磨テーブル上の点の動きがウエハの内側
方向に向かう領域側であり、一方下流側とは研磨テーブ
ル１の回転線αとウエハ２の周縁との交点位置における
研磨テーブル上の点の動きがウエハの外側方向に向かう
領域側である。
【０００９】前記課題を解決する本願発明の研磨装置
は、回転自在な研磨定盤と、研磨定盤上に設けられた研
磨パッドと、研磨パッド表面に研磨剤を供給する研磨剤
供給手段と、研磨パッドに摺接しながら研磨パッドの表
面状態を調整する研磨パッド表面矯正手段とを備え、研
磨パッド表面矯正手段が研磨定盤の回転方向に沿って基
板の上流側の基板の周辺に位置することを特徴とする。
【００１０】この様に本願発明の研磨装置では、基板の
上流側の基板の周辺に研磨パッド表面矯正手段を設け
て、下流側には特に接触リングは設けない構成を採用し
たことにより、スラリの流れを改善して研磨速度の面内
不均一性の改善を可能とした。
【００１１】すなわち下流側のリングはウエハ保持をす
るだけの作用を有し、一方研磨パッド表面矯正手段すな
わち矯正ユニットは研磨パッドのリバウンド変形を矯正
ユニットのウエハ側縁部と逆側の縁部に移動させる。ま
た研磨パッド表面矯正手段が研磨定盤の回転方向に沿っ
て基板の上流側の基板の周辺に位置することにより、研
磨剤スラリが流れ込む方向すなわち研磨定盤の回転下流
側においては研磨パッド表面矯正手段によってウエハ
（被研磨体）が被覆されることはなく研磨剤スラリの流
れに対して露出しており研磨剤スラリの流れ込みが阻害
されることはない。
【００１２】この本願発明の研磨装置では研磨パッド表
面矯正手段を研磨定盤の回転方向に沿って基板の上流側
のほぼ全域を囲撓するように形成することが有効であ
る。
【００１３】さらにこの本願発明の研磨装置では研磨パ
ッド表面矯正手段によって囲撓される基板の周辺領域が
基板全周のほぼ３０％〜５０％である様にすることが有
効である。
【００１４】研磨パッド表面矯正手段によって囲撓され
る基板の周辺領域が基板全周のほぼ３０％未満である場
合には研磨パッド表面矯正手段による基板であるウエハ
周辺部で発生する極小的荷重分散機能が不十分となりウ
エハ周辺で研磨パッドの変形が生じる。
【００１５】研磨パッド表面矯正手段によって囲撓され
る基板の周辺領域が基板全周のほぼ５０％を超える場合
には、研磨剤スラリが流れ込む方向すなわち研磨定盤の
回転下流側においても研磨パッド表面矯正手段によって
ウエハが被覆され、研磨剤スラリの流れ込みが阻害され
る。
【００１６】さらに本願発明の研磨装置では研磨パッド
表面矯正手段によって囲撓される基板の周辺領域に対す
る残部の基板の周辺領域にスラリ供給位置を設定するの
が良い。これにより、スラリの供給が研磨パッド表面矯
正手段によって妨げられることはない。
【００１７】その場合、スラリ供給位置を研磨パッド表
面矯正手段によって囲撓される基板の周辺領域と研磨パ
ッド表面矯正手段によって囲撓されない基板の周辺領域
との境界部近傍であり、研磨パッド表面矯正手段によっ
て囲撓されない基板の周辺領域から研磨パッド表面矯正
手段によって囲撓される基板の周辺領域に向けて、基板
の自転が進行する領域に設定するようにすれば、基板の
進行に伴うスラリの流れが形成されて、スラリの供給を
効率よくおこなうことができる。
【００１８】さらにこの本願発明の研磨装置では研磨定
盤の回転方向に沿って基板の下位置に研磨剤スラリ保持
用トラップを設けることが有効である。この様に、研磨
剤スラリ保持用トラップを設けることにより均一且つ十
分に研磨剤スラリをウエハと研磨パッドの間に供給でき
る。
【００１９】また以上の課題を達成する本願発明の研磨
方法は、回転自在な研磨定盤上に設けられた研磨パッド
表面に研磨剤を供給しながら研磨パッドに基板を押圧す
ることにより基板を研磨するにあたり、研磨定盤の回転
方向に沿って基板の上流側の基板の周辺の研磨パッドを
押圧して研磨パッドの表面状態を調整することを特徴と
する。
【００２０】以上の本願発明の研磨方法は、前述の本願
発明の研磨装置を用いて実施することができ、基板の上
流側のみを研磨パッド表面矯正手段により押圧して、下
流側には特にリングを接触させることはないので、スラ
リの流れが改善されて研磨速度の面内不均一性を改善す
ることが可能となる。
【００２１】すなわち下流側のリングは単にウエハを保
持するのみであり、上流側の基板の周辺は研磨パッド表
面矯正手段すなわち矯正ユニットによりウエハ周辺部で
発生する極小的荷重が分散せしめられる。また研磨剤ス
ラリが流れ込む方向すなわち研磨定盤の回転下流側にお
いては研磨パッド表面矯正手段によってウエハ（被研磨
体）が被覆しないので、研磨剤スラリの流れ込みを阻害
することはない。
【００２２】したがってかかる本願発明の研磨方法で
は、研磨定盤の回転方向に沿って基板の上流側の基板の
周辺領域のほぼ全域の研磨パッドを押圧して研磨パッド
の表面状態を調整し、さらには研磨パッドを押圧して基
板全周のほぼ３０％〜５０％の基板の周辺領域の研磨パ
ッドの表面状態を調整する様にし、また研磨パッド表面
に供給された研磨剤を研磨定盤の回転方向に沿って基板
の下位置で貯留する様にする等の手段が適宜適用され有
効である。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施の形態の研
磨装置及びかかる研磨装置を用いた本発明の研磨方法を
説明する。図１に本発明の研磨装置の要部の概要を説明
するための概念図を示す。図１に示すように本発明の研
磨装置にあっては、研磨テーブル１の回転方向の上流側
にすなわちポイントＡ部より上流側に接触型の矯正ユニ
ット６を配設する。ここで上流側とは図２に示されるよ
うに、研磨テーブル１の回転線αとウエハ２の周縁との
交点位置α１における研磨テーブル１の動きがウエハ２
の内側方向に向かう領域側であり、一方下流側とは研磨
テーブル１の回転線αとウエハ２の周縁との交点位置α
２における研磨テーブル１の動きがウエハ２の外側方向
に向かう領域側である。
【００２４】またスラリノズルを図１で示すポイントＣ
に設置する。このポイントＣで示されるスラリ供給位置
は矯正ユニット６によって囲撓されるウエハ２の周辺領
域に対する残部のウエハ２の周辺領域内の位置である。
これにより、スラリの供給が矯正ユニット６によって妨
げられることはない。
【００２５】以上のポイントＣは図１で示されるように
以下の位置として設定される。矯正ユニット６によっ
て囲撓されるウエハ２の周辺領域と矯正ユニット６によ
って囲撓されないウエハ２の周辺領域との境界部近傍で
ある。矯正ユニット６によって囲撓されないウエハ２
の周辺領域から矯正ユニット６によって囲撓されるウエ
ハ２の周辺領域に向けて、ウエハ２の自転が進行する領
域である。以上の条件によりに設定するようにすれば、
ウエハ２の進行に伴うスラリの流れが形成されて、スラ
リの供給を効率よくおこなうことができる。さらに研磨
剤スラリを効率よくウエハと研磨パッド間に捕捉できる
ようにスラリトラップ７を回転下流側に設ける。
【００２６】以下に以上の本発明の一実施の形態の研磨
装置を用いた本発明の研磨方法を説明する。前述した図
４に示すウエハ研磨装置の回転自在な研磨テーブル１を
図示しない駆動源により駆動して回転し、研磨テーブル
１と共に研磨テーブル１上に設けられた研磨パッド４を
回転する。一方、加圧機構９により、被研磨対象である
ウエハ２を保持するキャリアヘッド８を介して、ウエハ
２を研磨パッド４に押圧し、さらにスピンドル１０によ
りウエハ２をキャリアヘッド８ごと研磨パッド４上で回
転させ、それと同時にポンプ等を用いて研磨パッド４の
表面に研磨剤スラリ５を供給する。
【００２７】図１に示す様に研磨テーブル１の回転方向
の上流側の基板の周辺には接触型の矯正ユニット６が配
設されている。この矯正ユニット６は研磨テーブル１の
側部から支持されて配置されるものとして構成される。
この矯正ユニット６により図３で示すように研磨パッド
の変形、いわゆるリバウンドをウエハ２の周辺位置から
矯正ユニット６の縁部、すなわちウエハ２に面するウエ
ハ２側の縁部とは逆側の矯正ユニット６縁部位置に移動
させることができる。この様に、矯正ユニット６が研磨
パッド４に押圧しているため、ウエハ２の外周部では図
９（ａ）に示すように良好な平坦性が得られ、収量が増
加する。
【００２８】本発明の研磨装置では上述したように矯正
ユニット６と研磨パッドが強い接触を行う結果としてウ
エハ２の周辺位置にリバウンドが生じない。これに加え
て本発明の研磨装置ではポイントＡからの研磨剤スラリ
供給は行わず、本発明のウエハ研磨装置を用いた本実施
の形態の研磨方法ではポイントＢ周辺より研磨剤スラリ
が導入できるようにスラリノズルを図１で示すポイント
Ｃに設置する。これにより本発明のウエハ研磨装置を用
いた本実施の形態の研磨方法では、ポイントＣに設置さ
れたスラリノズルからポイントＣに研磨剤スラリを滴下
し、滴下された研磨剤スラリは効率よくウエハと研磨パ
ッドとの間に吸い込まれウエハ面内に研磨剤スラリを十
分均等に分散供給できる。
【００２９】これに加えて本実施の形態の研磨装置で
は、図１に示すように回転下流側にスラリトラップを設
ける。この様に回転下流側にスラリトラップを設けた場
合には、スラリノズルからポイントＣに滴下された新た
な研磨剤スラリが十分に機能を果たさないで流下してし
まうことを防ぎ、研磨剤スラリをスラリトラップにより
効率よくウエハと研磨パッド間に捕捉することができ
る。
【００３０】なお以上の実施の形態の矯正ユニットは本
発明にいうところの研磨パッド表面矯正手段の一態様で
あり、本発明の研磨パッド表面矯正は研磨定盤の回転方
向に沿って基板の上流側の基板の周辺に位置するもので
あれば上述の実施の形態の矯正ユニットに限定されるも
のではなく、例えば、以上の実施の形態では、矯正ユニ
ットはリテーナリングと別体に研磨装置本体部の側部か
ら支持されて配置されるものとして構成されたが本発明
にいうところの研磨パッド表面矯正手段はこれに限られ
るものではなく、例えばリテーナリングにより支持する
態様で矯正ユニットを配置するようにしても良い。
【００３１】
【発明の効果】以上のように本発明のウエハ研磨装置及
びかかるウエハ研磨装置を用いた本発明のウエハ研磨方
法によれば、研磨パッドに摺接しながら研磨パッドの表
面状態を調整する研磨パッド表面矯正手段を研磨定盤の
回転方向に沿って基板の上流側の基板の周辺に位置する
様にして設けたので、この研磨パッド表面矯正手段によ
って集中荷重を分散させて研磨パッドのリバウンド変形
をウエハ位置から離し、矯正ユニットのウエハ側縁部と
逆側の縁部に移動させることができ、研磨パッド、ウエ
ハ間荷重分布を均一にすることができる。また、研磨剤
スラリはスピンドルの回転に対して容易に吸い込まれる
こととスラリトラップにより効率よく研磨剤スラリが分
布し、エッジ部以外も含めてより面内均一性が向上す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の研磨装置の要部の概要を説明するた
めの概念図
【図２】 図１III-III断面模式図
【図３】 図１III-III断面模式図
【図４】 研磨装置の一般的な全体構成図。
【図５】 従来方法によるウエハと研磨パッド間の関係
を示した概念図。
【図６】 従来方法によるウエハと研磨パッド間の関係
を示した他の概念図。
【図７】 従来技術で非接触型リングで研磨した場合の
ウエハ残膜プロファイル。
【図８】 従来技術で接触型で研磨した場合のウエハ残
膜プロファイル。
【図９】 ウエハ研磨装置においてリテーナにより研磨
面を押圧した場合とリテーナが研磨面に非接触である場
合の研磨面の平坦性を比較して示す説明図。
【符号の説明】
１・・・研磨テーブル、２・・・ウエハ、３・・・リテーナリン
グ、４・・・研磨パッド、５・・・研磨剤スラリ、６・・・矯正
ユニット、７・・・スラリトラップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24B 37/00,37/04 H01L 21/304 622

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転自在な研磨定盤と、研磨定盤上に設
    けられた研磨パッドと、研磨パッド表面に研磨剤を供給
    する研磨剤供給手段と、研磨パッドに摺接しながら研磨
    パッドの表面状態を調整する研磨パッド表面矯正手段と
    を備え、研磨パッド表面矯正手段が研磨定盤の回転方向
    に沿って基板の上流側の基板の周辺に位置することを特
    徴とする研磨装置。
  2. 【請求項２】 研磨パッド表面矯正手段が研磨定盤の回
    転方向に沿って基板の上流側のほぼ全域を囲撓するよう
    に形成された請求項１記載の研磨装置。
  3. 【請求項３】 研磨パッド表面矯正手段によって囲撓さ
    れる基板の周辺領域が基板全周のほぼ３０％〜５０％で
    ある請求項２記載の研磨装置。
  4. 【請求項４】 研磨パッド表面矯正手段によって囲撓さ
    れる基板の周辺領域に対する残部の基板の周辺領域にス
    ラリ供給位置が設定される請求項２又は請求項３記載の
    研磨装置。
  5. 【請求項５】 基板が研磨パッド上で自転する研磨装置
    であって、以下の条件を充たす領域にスラリ供給位置が
    設定される請求項４記載の研磨装置。条件１：研磨パッ
    ド表面矯正手段によって囲撓される基板の周辺領域と研
    磨パッド表面矯正手段によって囲撓されない基板の周辺
    領域との境界部近傍である。条件２：研磨パッド表面矯
    正手段によって囲撓されない基板の周辺領域から研磨パ
    ッド表面矯正手段によって囲撓される基板の周辺領域に
    向けて、基板の自転が進行する領域である。
  6. 【請求項６】 研磨定盤の回転方向に沿って基板の下位
    置にスラリ保持用トラップを設けることを特徴とする請
    求項１乃至請求項５の何れか一に記載の研磨装置。
  7. 【請求項７】 回転自在な研磨定盤上に設けられた研磨
    パッド表面に研磨剤を供給しながら研磨パッドに基板を
    押圧することにより基板を研磨するにあたり、研磨定盤
    の回転方向に沿って基板の上流側の基板の周辺の研磨パ
    ッドを押圧して研磨パッドの表面状態を調整することを
    特徴とする研磨方法。
  8. 【請求項８】 研磨定盤の回転方向に沿って基板の上流
    側の基板の周辺領域のほぼ全域の研磨パッドを押圧して
    研磨パッドの表面状態を調整する請求項７記載の研磨方
    法。
  9. 【請求項９】 研磨パッドを押圧して基板全周のほぼ３
    ０％〜５０％の基板の周辺領域の研磨パッドの表面状態
    を調整する請求項８記載の研磨装置。
  10. 【請求項１０】 研磨パッド表面に供給された研磨剤を
    研磨定盤の回転方向に沿って基板の下位置で貯留するこ
    とを特徴とする請求項７乃至請求項８の何れか一に記載
    の研磨方法。
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