JP3781578B2

JP3781578B2 - Polishing apparatus and polishing tool therefor

Info

Publication number: JP3781578B2
Application number: JP7412799A
Authority: JP
Inventors: 一人廣川; 浩國檜山; 雄高和田; 尚典松尾
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1999-03-18
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2019-03-18
Also published as: JPH11333705A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等のポリッシング対象物を砥石を用いて平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置に係り、特に砥石を台座に固定した研磨具の構造及びその使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、許容される焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の１手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置は、研磨布を貼ったターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて、研磨布に砥液を供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面状に研磨している。
【０００４】
図５は、従来のポリッシング装置の一例の主要部を示す図である。ポリッシング装置は、上面にウレタン等の研磨布６を貼った回転するターンテーブル５と、回転および押圧可能にポリッシング対象物である半導体ウエハ４を保持するトップリング１と、研磨布６に砥液Ｑを供給する砥液供給ノズル９を備えている。トップリング１はトップリングシャフト８に連結されており、またトップリング１はその下面にポリウレタン等の弾性マット２を備えており、弾性マット２に接触させて半導体ウエハ４を保持する。さらにトップリング１は、研磨中に半導体ウエハ４がトップリング１の下面から外れないようにするため、円筒状のガイドリング３を外周縁部に備えている。ここで、ガイドリング３はトップリング１に対して固定されており、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４が保持面内に保持され、研磨中に研磨布６との摩擦力によってトップリング外へ飛び出さないようになっている。また、トップリング１はシャフト８に対して、球軸受７により傾動可能に支持されている。
【０００５】
半導体ウエハ４をトップリング１の下面の弾性マット２の下部に保持し、ターンテーブル５上の研磨布６に半導体ウエハ４をトップリング１によって押圧するとともに、ターンテーブル５およびトップリング１をそれぞれ独立に回転させて研磨布６と半導体ウエハ４を相対運動させて摺動することにより研磨する。このとき、砥液供給ノズル９から研磨布６上に砥液Ｑを供給する。砥液は、例えばアルカリ溶液にシリカ等の微粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学的・機械的研磨によって半導体ウエハを研磨する。
【０００６】
しかしながら、係る従来の研磨布に砥粒を多量に含むスラリー状の砥液を供給しつつ化学的・機械的研磨を行う方法には、以下に述べる２つの問題点がある。
【０００７】
第１の問題点は、パターンの種類や段差の状態によっては、充分に平坦化できず加工面にうねりが生じてしまうという問題である。一般に、半導体ウエハ上のパターンは種々の寸法や段差を持つパターンから形成されている。この段差の中には、μｍ程度のピッチで、高さが０．５〜１μｍ程度のミクロの凹凸のものもあり、又ピッチが１００μｍ〜１ｍｍ程度のマクロの凹凸のものまである。これらの段差を有する半導体ウエハに、例えば二酸化珪素膜あるいはアルミ膜等を被着し、その表面を平坦化しようとすると、被加工面には上述した下地の段差に沿った凹凸が形成されている。そしてこれを上述した化学的・機械的研磨により平坦化しようとすると、パターンの凸部と共に凹部も研磨され、ミクロな凹凸が集中する部分では研磨速度が速くなり、マクロな凹凸が存在する部分では研磨速度が遅くなり、これにより被研磨面に大きなうねりが生じてしまうという問題がある。これは、比較的柔らかいウレタン等の研磨布を用いて且つ砥液により供給される砥粒を用いて、化学的・機械的研磨をするため、凹凸の凸部のみならず、凹部も共に研磨されてしまうためと考えられる。
【０００８】
又、第２の問題点としてコスト及び環境の問題がある。これは、砥液としては例えば微粉末シリカの懸濁液等の研磨スラリーが用いられているが、平坦度の面内均一性の高い研磨を行うためには、研磨布上に充分に潤沢に砥液が供給されねばならない。しかしながら、供給された砥液の大半は実際の加工に寄与することなく、廃液として排出されてしまうことになる。一般に高精密度の半導体の加工に用いられる砥液のコストは高いので、ポリッシング工程のコストの問題を生じることになる。又、上述の砥液は例えばシリカ等の砥粒を多量に含むスラリー状であるため、その廃液による作業環境の維持が大変である。即ち、装置の砥液の供給系及び廃液の排出系等に対する汚染が極めて著しく、更に廃液自体の処理も極めて難度の高いものが要求されている。又、砥液を用いたポリッシング後に、半導体ウエハの洗浄による砥液の除去が行われるが、この廃液処理も同様に環境保持上の負荷のかかるものであった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
そこで研磨布にスラリー状の砥液を供給する従来のポリッシング方法に変えて、砥石を用いて研磨する方法が知られている。これは例えばシリカ等の砥粒をバインダを用いて結合させて平板状に加工した砥石を用いて、これをターンテーブル上に貼設し、トップリングに保持された半導体ウエハを押圧、摺動することにより研磨を行うものである。
【００１０】
係る研磨方法によれば、砥石は研磨布と比較して硬質であるため、半導体ウエハ上の凹凸の凸部のみが研磨され、上述した加工後の基板表面上のうねりが生じるという問題点が解消される。即ち、シャープな研磨が可能である。又、砥粒を多量に含むスラリー状の砥液を用いないため、その処理コストが低減し、又、環境上の負荷も低減するという利点がある。
【００１１】
係る砥石は、一般的にその組織体が砥粒と、砥粒を相互に結合する樹脂材等からなるバインダと、中空部である気孔とから構成されている。砥粒としては、例えばシリカ（ＳｉＯ_２）、炭化硅素（ＳｉＣ）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）等の微粉末が用いられている。又、砥粒を相互に結合するバインダとしては、フェノール、エポキシ、ポリイミド等の樹脂材が用いられている。この組成の一例として、体積比（ｖｏｌ％）で、
砥粒：バインダ：気孔=２５：５：７０
程度となっている。従って、砥石の組織体内における中空部である気孔の占める比率が比較的高い。
【００１２】
ところで、砥石を用いたポリッシング方法においても、一般に砥石の表面上に水等の液体を供給することが行われている。これは砥石の研磨面とポリッシング対象物の被加工面との間に液体が介在して、摺動面を潤滑すると共に、摺動面に生じる熱を除去するために用いられ、これにより砥石を用いたポリッシングが円滑に進行する。しかしながら、上述したように砥石の組織体内には、体積比で比較的大きな部分となる気孔が存在するため、いわば組織体内はスポンジ状になっており、この組織体内にポリッシング時に液体が吸着されるという問題がある。
【００１３】
そして、砥石の組織体内に液体が吸着されると、砥石は乾燥状態と比較して膨潤するという問題が生じる。図６（ａ）は、乾燥状態で砥石を台座に接着した状態を示し、この場合には砥石表面は平坦となっている。しかしながら、上述したようにポリッシング時には、砥石に液体が供給されるため、砥石は液体を吸着し膨潤状態となる。そして、この時、砥石の片面は台座に強固に接着されているため、他面が自由端となり、図６（ｂ）に示すように変形する。この変形量は、例えば６００ｍｍΦ程度の円板状の砥石が、湿潤するとその中央部で６００μｍ程度のそりが生じる。
【００１４】
このようなそりが生じると、ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシングにおいては、研磨面の平坦性を損ねるという支障が生じてくる。
【００１５】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、砥石がポリッシング時に液体の供給を受けて湿潤状態となっても、その砥石の研磨面の平坦性を維持することができるポリッシング装置及びその研磨具を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明のポリッシング装置は、砥石と、該砥石を支持する台座と、ポリッシング対象物を保持する保持部材とを備え、前記ポリッシング対象物の被加工面を前記砥石の研磨面に押圧しながら摺動することで、前記被加工面を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置において、前記砥石は、前記台座に対して湿潤した状態で固定されていることを特徴とする。
上記本発明によれば、砥石は湿潤状態で台座に固定されているので、ポリッシング装置に装填されてポリッシングを行うときに、その表面に水等の液体が供給されても、砥石は湿潤状態であることに変わりがない。このため、砥石は湿潤状態で台座に固定されたときの表面の平坦性がそのまま維持される。従って、あらかじめ湿潤状態で表面が完全に平坦となるように砥石を台座に固定しておくことにより、実際のポリッシング時に水などの液体の供給を受けて砥石は湿潤状態となるので、被加工面の平坦性の高いポリッシングを行うことができる。
【００１７】
本発明のポリッシング用研磨具は、ポリッシング対象物の被加工面を押圧しながら摺動することで、前記被加工面を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング用の砥石が、湿潤した状態で、その台座に固定されていることを特徴とする。これにより、係る研磨具を使用することで、砥石表面にポリッシング時に水等の液体を供給しても、そり等の問題を生じることなく、安定にポリッシングを継続できる。
【００１８】
本発明のポリッシング用研磨具の製造方法は、乾燥した砥石を水中に浸漬することにより該砥石を湿潤させ、該湿潤した砥石を台座に固定し、前記砥石の台座への固定は、温度が調整された水中で行われることを特徴とする。これにより、砥石を水中に浸漬することにより、砥石はその組織体内に水を吸着して湿潤した状態となる。このとき砥石は均等に湿潤することから、その表面の平坦性は製造時の乾燥した砥石の平坦性と同一である。この状態で砥石を例えば水中接着剤を用いて平板である台座に接着することにより、砥石表面が平坦なまま、湿潤状態で台座に固定されることになる。従って、係る製造方法により製造された研磨具は、ポリッシング装置に装着され、砥石表面に液体の供給を受けても同様な湿潤状態を維持することにより、これにより研磨面の平坦な状態を維持することができる。また、砥石の固定は、温度が調整された水中で行われるので、使用状態の温度に製造時の温度を合わせることにより、製造時と使用時の温度の相違による熱膨張係数の差に基づく変形を防止することができる。
【００１９】
本発明のポリッシング用研磨具の使用方法は、砥石と、該砥石を支持する台座からなる研磨具と、ポリッシング対象物を保持する保持部材とを備え、前記ポリッシング対象物の被加工面を前記砥石の研磨面に押圧しながら摺動することで、前記被加工面を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置において、前記研磨具を着脱可能に備え、前記研磨具を該ポリッシング装置から取り外した時には、前記研磨具を水中又は湿潤した状態で保管することを特徴とする。これにより、常に砥石を湿潤状態に保つことができ、乾燥状態となることがないので、常にその表面の平坦性を維持できる。
また、前記研磨具を前記ポリッシング装置から取り外した時には、前記研磨具を水中又は湿潤雰囲気中で保存する収納具に挿入し、前記研磨具を輸送又は保存することが好ましい。これにより、研磨具の製造現場から、研磨具の使用現場であるポリッシング装置に装着する所まで、常に砥石の湿潤状態を維持することができる。また、他の工場に研磨具を移動するような場合にも同様に砥石の湿潤状態を維持することができる。
また、水中又は潤湿雰囲気中での保管は、微生物の発生を抑制する材料、例えば、エタノールを添加した状態で行うことが好ましい。これにより、保存中に雑菌の発生を防止することができる。
【００２０】
本発明のポリッシング用研磨具の収納具は、砥石が湿潤した状態で台座に固定されている研磨具を水又は湿潤した媒体と共に収納する容器と、該容器を水密に封止すると共に前記研磨具を出し入れ可能に開閉する手段とを備えたことを特徴とする。これにより、湿潤した状態の砥石を固定した研磨具は、湿潤した状態を維持しつつ、保管、又は輸送ができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１乃至図４を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態のポリッシング用研磨具の製造工程を示す。まず、図１（ａ）に示すように、乾燥状態のポリッシング用の砥石１３を製造する。このような砥石の製造方法の概略は、その一例として次の通りである。まず、シリカ等の微粉末の砥粒をフェノール等のバインダ材を有機溶剤等で希釈した液中で撹拌混合して、砥粒にバインダ材を接合させた中間体の懸濁液を形成する。この懸濁液は、砥粒の周りを液状のバインダ材が包んだようなものである。その懸濁液を加熱・乾燥することで有機溶剤を揮散させる。すると砥粒の周りにバインダであるフェノール樹脂が融着した固体状の中間体が形成される。この中間体を加熱・乾燥・粉砕して、粉末状の中間体を生成する。そして、この粉末状の中間体を成型のための型に入れ、圧縮成型及び熱処理することで砥石を成形する。この砥石は、その組織体内において、砥粒がフェノール樹脂等のバインダにより強固に結合され、機械的強度を有するものである。粉末状の中間体を圧縮成型する工程で、空気が砥石の組織体内に入り込み、気孔が形成される。
【００２３】
次に図１（ｂ）に示すように、乾燥状態の砥石を容器１４に水を入れた水中に浸漬する。これにより砥石の組織体内の気孔部分に水が入り込み、砥石は湿潤状態となる。この砥石を湿潤状態とするには、水中に３０分程度放置することで充分である。そして図１（ｃ）に示すように、ステンレス材又はアルミ材等からなる台座１５に水中接着剤１６を塗布する。水中接着剤としては、（株）コニシ製の水中ボンド（商品名）、又はスリーボンド製の型番２０８３（水中硬化型充填接着剤）等の接着剤が好適である。係る接着剤によれば、湿潤状態の砥石を安定に台座に接着することができる。
【００２４】
図１（ｄ）は、このような水中接着剤を表面に塗布した台座を容器１４の底部に沈め、湿潤状態の砥石を押圧具１７により押圧して接着した状態を示す。水中接着剤の硬化は、２０〜２５℃で５〜６時間程度で十分であり、水中で完全に台座上に砥石を接着することが可能である。次に、図１（ｅ）に示すように、台座１５に砥石１３の接着が終了した研磨具１８を、水中から引き上げることにより、湿潤状態の砥石１３が台座１５に固定された研磨具１８の製造が完了する。
【００２５】
この水中で砥石を台座に固定する際に、水温を恒温槽等の温度調整装置を用いて、２０〜２５℃程度の実際に砥石をポリッシングに使用する時の想定される使用温度に保持しておくことが重要である。これにより、砥石が実際にポリッシングに使用される際に、製造時の温度と同一の温度となり、熱膨張係数の差によって、変形することが防止される。
【００２６】
図２は、係る製造工程により製造された研磨具を用いたポリッシング装置の一例を示す図である。このポリッシング装置は、湿潤した状態の砥石１３を台座１５に固定した研磨具１８を装着したターンテーブル５と、研磨中に給液装置１１より水を供給する水供給ノズル１０とを備えている。その他の構成は、図５に示す従来のポリッシング装置と全く同様である。ここで砥石１３の研磨面上に水を供給するのは、ポリッシングの際の研磨面の潤滑とポリッシングによって生じる熱を除去する冷却のためである。尚、水に代えてアルカリ溶液等を用いるようにしてもよい。
【００２７】
このポリッシング装置は、研磨具１８を着脱可能に装着できるようになっている。この装着は、台座をネジ止め等の固定手段により、ターンテーブル５に固定することにより行われる。湿潤状態の砥石１３は、後述する湿潤状態を維持できる収納具に保管され、ポリッシングに使用する直前に収納具から取り出され、ターンテーブル５に装着される。ポリッシング終了後は、再び湿潤状態を維持できる収納具に戻され、砥石１３は常に湿潤状態が維持される。
【００２８】
このポリッシング装置においては、ポリッシング対象物である半導体ウエハ４をトップリング１の下面の弾性マット２の下部に保持し、ターンテーブル５上の砥石１３に半導体ウエハ４をトップリング１によって押圧すると共に、ターンテーブル５及びトップリング１をそれぞれ独立に回転させて、砥石１３と半導体ウエハ４とを相対運動させて摺動することで研磨する。この研磨に際しては、砥石の組織体内にバインダにより固定保持された砥粒と砥石の組織体から離脱した自生砥粒とが半導体ウエハの被研磨面に作用することで、研磨が進行すると考えられる。この際、水供給ノズル１０から砥石上に水Ｗを供給することで、砥石と半導体ウエハの摺動による研磨面を潤滑すると共に、そこで生じる熱を逃がすことができ、これにより安定した均一な研磨を行うことができる。
【００２９】
この実施の形態の砥石１３は、予め水が十分に吸収され湿潤状態となっている。このため、従来の乾燥した砥石では、研磨の開始時点では砥石の研磨面に供給する水が砥石内部に吸い込まれ、十分な潤滑作用と冷却作用とを行うことができなかった。しかしながら、この実施の形態の砥石では、予め湿潤状態となっているため、研磨の開始の当初から終了に到る迄、常に安定した水の供給による摺動面の潤滑と冷却を行うことができる。
【００３０】
このような砥石を用いたポリッシング方法によれば、砥石は従来の研磨布と比較して硬質であるため、半導体ウエハ上に凹凸が形成されている場合には、凸部に砥石面が接触することで、凸部のみを研磨することが可能で、これによりシャープな研磨を行うことができる。また、砥粒を多量に含むスラリー状の砥液を用いることなく研磨が行えるので、高価な半導体研磨用の砥液を用いる必要がなくなりその製造コストを低減することができると共に、その廃液の処理が極めて容易となり、環境問題に対する負荷が低減される。
【００３１】
尚、図２に示すポリッシング装置は、従来の研磨布とスラリー状の砥液に代えて砥石を用いるようにしたものである。しかしながら、砥石を用いて被加工物の表面を平坦且つ鏡面状に研磨するポリッシング装置としては、上述のターンテーブル型の他に、スクロール型、又はカップ型等の方式が用いられている。
スクロール型は、台座に砥石を固定すると共にポリッシング対象物を保持部材に保持して、両者を相対的に円運動しながら摺動することでポリッシングする方式である。カップ型のポリッシング装置は、カップ状の砥石を保持部材に固定して、台座にポリッシング対象物を固定する。そしてポリッシング対象物の被加工面にカップ状の砥石を押圧してスクロール運動等により摺動することで、ポリッシングを行うものである。これらの装置においても、砥石を湿潤状態でその支持部材に固定して、その後も湿潤状態を維持することで、同様に砥石の乾燥・湿潤の繰り返しによる表面のそり等の弊害を防止できる。
【００３２】
図３は、湿潤した状態で台座に固定した砥石を、湿潤状態で保管又は輸送する収納具を示す。プラスチック製等のケース２０に台座１５に固定した湿潤状態の砥石１３を収納する。そして、水を多量に含んだスポンジ２５を砥石１３上に配置する。そして蓋２１をかぶせ、ボルト２２でケース２０に固定することにより、水を含んだスポンジ２５と砥石１３とをケース２０内に密封している。尚、Ｏリング２３はケース２０と蓋２１により、その間を水密に封止するためのものである。また、スポンジに代えて水をケース内に入れるようにしてもよい。この際、ケース及び蓋等の材料をなるべく軽量のものを用いることにより、全体として軽量化することも輸送の際には重要である。
【００３３】
また、湿潤状態での保管は、温度を使用時及び製造時の温度に合せるように略一定の温度、例えば２０〜２５℃に保つことが好ましい。これにより、製造時から使用時に到る迄、常に一定の温度に保つことができ、温度の変動による熱膨張係数の差によって、台座に固定された砥石に応力がかかり、砥石が変形してしまうことを防止できる。温度を一定にする方法としては、図４に示すように、研磨具１８を水中Ｗに保管し、その水をポンプＰを用いて水温調整槽２６に循環させるようにしてもよい。また、図３に示す保管容器を断熱材を用いて構成するようにしてもよい。
【００３４】
更に、水中又は湿潤状態での保管は、微生物の発生を抑制する材料を添加して行うことが好ましい。即ち、砥石を湿潤させる水には、メタノール、エタノール、アセトン等の有機溶剤、又はその他の防腐材を添加することが好ましい。微生物の発生を抑制する材料を添加した場合と、しなかった場合とでは、次のような実験結果の相違がある。即ち、単なる純水に砥石を浸漬した場合と、エタノール１０％溶液に砥石を浸漬した場合とでは、１ケ月間の放置後に、微生物の発生量の指標であるＡＴＰ反応による相対発光量が、単なる純水の場合には１５３ＲＬＵであるのに対し、エタノール１０％溶液では１６ＲＬＵであった。これにより、エタノールを添加した液体では、微生物の繁殖が大幅に抑制されることが明らかである。
【００３５】
尚、図３又は図４に示す研磨具の保管容器は一例を示したもので、例えば袋の中に研磨具１８を水と共に収納及び取り出しができ、水密に封止できるものでもよい。
従って、ポリッシング装置にこの砥石を使用してポリッシングを終了した後に、このような容器に保存することで、常に砥石を湿潤状態に保つことができる。又、研磨具１８の輸送にも便利である。
尚、ポリッシング終了後から、次のポリッシングの開始迄の時間が比較的短い場合には、常温常圧下では砥石に吸着した水分の蒸発には時間がかかるので、必ずしも収納具に保管しなくてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、砥石を湿潤した状態で支持部材に固定することにより、砥石を用いたポリッシング工程における乾燥・湿潤のサイクルを避けることができ、これにより研磨面のそり等の弊害を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のポリッシング用研磨具の製造工程を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態のポリッシング装置の要部を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態のポリッシング用研磨具の収納具を示す説明図である。
【図４】本発明の他の実施形態のポリッシング用研磨具の収納具を示す説明図である。
【図５】従来の研磨布とスラリー状の砥液を用いたポリッシング装置の要部を示す説明図である。
【図６】従来の砥石のそりを示す説明図であり、（ａ）は乾燥状態を示し、（ｂ）は湿潤状態を示す。
【符号の説明】
１トップリング
４ポリッシング対象物（半導体ウェハ）
５ターンテーブル
１０ノズル
１１給液装置
１３砥石
１４容器
１５台座
１６接着剤
１７押圧材
１８研磨具
２０収納具（容器）
Ｗ水[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing apparatus that polishes a polishing object such as a semiconductor wafer to a flat and mirror surface using a grindstone, and more particularly to a structure of a polishing tool in which a grindstone is fixed to a pedestal and a method of using the same.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as semiconductor devices are highly integrated, circuit wiring is becoming finer and the distance between wirings is becoming narrower. In particular, in the case of photolithography having a line width of 0.5 μm or less, the allowable depth of focus becomes shallow, so that the flatness of the imaging surface of the stepper is required. Therefore, it is necessary to flatten the surface of the semiconductor wafer, but polishing is performed by a polishing apparatus as one means of this flattening method.
[0003]
Conventionally, this type of polishing apparatus has a turntable with a polishing cloth and a top ring, the top ring applies a constant pressure to the turntable, and an object to be polished is interposed between the turntable and the top ring. Thus, the surface of the polishing object is polished flat and mirror-like while supplying the polishing liquid to the polishing cloth.
[0004]
FIG. 5 is a diagram showing a main part of an example of a conventional polishing apparatus. The polishing apparatus includes a rotating turntable 5 having a polishing cloth 6 made of urethane or the like attached to the upper surface, a top ring 1 that holds a semiconductor wafer 4 that is a polishing target that can be rotated and pressed, and an abrasive liquid Q on the polishing cloth 6. A polishing liquid supply nozzle 9 is provided. The top ring 1 is connected to a top ring shaft 8, and the top ring 1 is provided with an elastic mat 2 such as polyurethane on the lower surface thereof, and holds the semiconductor wafer 4 in contact with the elastic mat 2. Further, the top ring 1 is provided with a cylindrical guide ring 3 at the outer peripheral edge so that the semiconductor wafer 4 does not come off from the lower surface of the top ring 1 during polishing. Here, the guide ring 3 is fixed to the top ring 1, and the semiconductor wafer 4, which is an object to be polished, is held in the holding surface, and jumps out of the top ring by frictional force with the polishing pad 6 during polishing. It is supposed not to. The top ring 1 is supported by a ball bearing 7 so as to be tiltable with respect to the shaft 8.
[0005]
The semiconductor wafer 4 is held below the elastic mat 2 on the lower surface of the top ring 1, the semiconductor wafer 4 is pressed against the polishing cloth 6 on the turn table 5 by the top ring 1, and the turn table 5 and the top ring 1 are respectively independent. The polishing cloth 6 and the semiconductor wafer 4 are moved relative to each other and slid by sliding relative to each other. At this time, the abrasive liquid Q is supplied onto the polishing cloth 6 from the abrasive liquid supply nozzle 9. The abrasive liquid is, for example, a suspension of abrasive grains made of fine particles such as silica in an alkaline solution. Chemical / mechanical, which is a combined action of a chemical polishing action by alkali and a mechanical polishing action by abrasive grains. The semiconductor wafer is polished by polishing.
[0006]
However, the method of performing chemical and mechanical polishing while supplying a slurry-like abrasive liquid containing a large amount of abrasive grains to the conventional polishing cloth has the following two problems.
[0007]
The first problem is that depending on the type of pattern and the state of the step, the surface cannot be sufficiently flattened and waviness occurs on the processed surface. In general, a pattern on a semiconductor wafer is formed from patterns having various dimensions and steps. Among the steps, there are micro uneven portions having a pitch of about μm and a height of about 0.5 to 1 μm, and macro uneven portions having a pitch of about 100 μm to 1 mm. When, for example, a silicon dioxide film or an aluminum film is deposited on a semiconductor wafer having these steps, and the surface thereof is to be flattened, the surface to be processed has irregularities along the above-described steps of the base. . And, when trying to flatten this by the chemical and mechanical polishing described above, the concave portions are also polished together with the convex portions of the pattern, and the polishing speed becomes faster in the portion where the micro unevenness is concentrated, and in the portion where the macro unevenness exists. There is a problem that the polishing rate becomes slow, which causes a large waviness on the surface to be polished. This is because chemical and mechanical polishing is performed by using a relatively soft polishing cloth such as urethane and abrasive grains supplied by the abrasive liquid, so that not only the concave and convex portions but also the concave portions are polished. This is thought to be due to this.
[0008]
The second problem is a problem of cost and environment. This is because, for example, a polishing slurry such as a suspension of finely divided silica is used as the polishing liquid, but the polishing cloth is sufficiently abundant to perform polishing with a high flatness in the surface. Abrasive fluid must be supplied. However, most of the supplied abrasive liquid is discharged as waste liquid without contributing to actual processing. In general, the cost of the polishing liquid used for processing a high-precision semiconductor is high, which causes a problem of the cost of the polishing process. Further, since the above-mentioned abrasive liquid is in a slurry form containing a large amount of abrasive grains such as silica, it is difficult to maintain the working environment with the waste liquid. That is, there is a demand for extremely high contamination of the abrasive liquid supply system and the waste liquid discharge system of the apparatus, and the disposal of the waste liquid itself is extremely difficult. In addition, after polishing with the abrasive liquid, the abrasive liquid is removed by cleaning the semiconductor wafer, but this waste liquid treatment is similarly burdensome in terms of environmental preservation.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, a method of polishing using a grindstone is known instead of the conventional polishing method of supplying a slurry-like abrasive liquid to a polishing cloth. This is done, for example, by using a grindstone in which abrasive grains such as silica are bonded using a binder and processed into a flat plate shape, which is pasted on a turntable, and presses and slides the semiconductor wafer held on the top ring. By this, polishing is performed.
[0010]
According to such a polishing method, since the grindstone is harder than the polishing cloth, only the uneven protrusions on the semiconductor wafer are polished, and the above-described problem of waviness on the substrate surface after processing is eliminated. Is done. That is, sharp polishing is possible. Further, since a slurry-like abrasive liquid containing a large amount of abrasive grains is not used, there are advantages that the processing cost is reduced and the environmental load is also reduced.
[0011]
Such a grindstone is generally composed of abrasive grains, a binder made of a resin material or the like that bonds the abrasive grains to each other, and pores that are hollow portions. As the abrasive grains, fine powders such as silica (SiO ₂ ), silicon carbide (SiC), cerium oxide (CeO ₂ ) and the like are used. Moreover, resin materials, such as a phenol, an epoxy, and a polyimide, are used as a binder which couple | bonds an abrasive grain mutually. As an example of this composition, by volume ratio (vol%),
Abrasive grain: Binder: Pore = 25: 5: 70
It is about. Therefore, the ratio of the pores which are the hollow portions in the tissue of the grindstone is relatively high.
[0012]
Incidentally, even in a polishing method using a grindstone, a liquid such as water is generally supplied onto the surface of the grindstone. This is used to lubricate the sliding surface and remove the heat generated on the sliding surface by interposing a liquid between the grinding surface of the grinding wheel and the work surface of the polishing object. The used polishing proceeds smoothly. However, as described above, since there are pores that are relatively large portions in volume ratio in the tissue of the grindstone, the tissue is in the form of a sponge, so that liquid is adsorbed into the tissue during polishing. There is a problem.
[0013]
When the liquid is adsorbed in the grindstone tissue, the grindstone swells compared to the dry state. FIG. 6A shows a state where the grindstone is bonded to the pedestal in a dry state, and in this case, the grindstone surface is flat. However, as described above, at the time of polishing, since the liquid is supplied to the grindstone, the grindstone absorbs the liquid and enters a swollen state. At this time, since one side of the grindstone is firmly bonded to the pedestal, the other side becomes a free end and deforms as shown in FIG. 6B. For example, when a disc-shaped grindstone having a diameter of about 600 mmΦ is wet, a warp of about 600 μm is generated at the center thereof.
[0014]
When such warpage occurs, in the polishing in which the surface of the polishing object is polished flat and mirror-like, a problem arises in that the flatness of the polished surface is impaired.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and a polishing apparatus capable of maintaining the flatness of the polishing surface of the grindstone even when the grindstone is supplied with a liquid during polishing and becomes wet. An object is to provide a polishing tool.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The polishing apparatus of the present invention includes a grindstone, a pedestal that supports the grindstone, and a holding member that holds the polishing object, and slides while pressing a work surface of the polishing object against a polishing surface of the grindstone. Thus, in the polishing apparatus for polishing the work surface to be flat and mirror-like, the grindstone is fixed in a wet state with respect to the pedestal.
According to the present invention, since the grindstone is fixed to the pedestal in a wet state, even when a liquid such as water is supplied to the surface of the grindstone when it is loaded into the polishing apparatus and polished, the grindstone is still in a wet state. There is no change. For this reason, the flatness of the surface when the grindstone is fixed to the pedestal in a wet state is maintained as it is. Therefore, if the grindstone is fixed to the pedestal so that the surface is completely flat in the wet state in advance, the grindstone becomes wet when supplied with a liquid such as water during actual polishing. Polishing with high flatness can be performed.
[0017]
In the polishing tool of the present invention, the polishing grindstone that polishes the processed surface into a flat and mirror surface by sliding while pressing the processed surface of the polishing object is wet. It is fixed to a pedestal. Thus, by using such a polishing tool, even if a liquid such as water is supplied to the grindstone surface during polishing, polishing can be stably continued without causing problems such as warpage.
[0018]
The polishing tool of the present invention is manufactured by dipping a dry grindstone in water to wet the grindstone, fixing the wet grindstone to a pedestal, and fixing the grindstone to the pedestal by adjusting the temperature. It is performed under water . Thereby, by immersing the grindstone in water, the grindstone is in a wet state by adsorbing water into the tissue. At this time, since the grindstone wets uniformly, the flatness of the surface is the same as the flatness of the dry grindstone at the time of manufacture. In this state, the grindstone is bonded to a pedestal that is a flat plate using, for example, an underwater adhesive, and the grindstone surface is fixed to the pedestal in a wet state while being flat. Therefore, the polishing tool manufactured by such a manufacturing method is mounted on the polishing apparatus and maintains the same wet state even when liquid is supplied to the surface of the grindstone, thereby maintaining the flat state of the polishing surface. be able to. The fixing of the wheels, the temperature is performed by in-water adjusted, by matching the temperature temperature during the production of use, based on the difference in thermal expansion coefficient due to differences in temperature at the time of use manufacturing variations Can be prevented.
[0019]
The polishing polishing tool of the present invention includes a grinding stone, a polishing tool comprising a pedestal that supports the grinding stone, and a holding member that holds the polishing object, and the surface of the polishing object to be processed is the grinding stone. In the polishing apparatus that polishes the work surface into a flat and mirror surface by sliding while pressing against the polishing surface, the polishing tool is detachably provided, and when the polishing tool is removed from the polishing apparatus, The polishing tool is stored in water or in a wet state. As a result, the grindstone can always be kept in a wet state and never dry, so that the flatness of the surface can always be maintained.
In addition, when the polishing tool is removed from the polishing apparatus, it is preferable that the polishing tool is inserted into a storage tool that is stored in water or in a wet atmosphere, and the polishing tool is transported or stored. Thereby, the wet state of the grindstone can always be maintained from the manufacturing site of the polishing tool to the place where the polishing tool is used in the polishing apparatus. Further, when the polishing tool is moved to another factory, the wet state of the grindstone can be similarly maintained.
Storage in water or in a humid atmosphere is preferably performed in a state where a material that suppresses the generation of microorganisms, for example, ethanol is added. Thereby, generation | occurrence | production of miscellaneous bacteria can be prevented during a preservation | save.
[0020]
The polishing tool storage tool according to the present invention includes a container for storing a polishing tool fixed to a pedestal with a grindstone in a wet state together with water or a wet medium, and the container is water-tightly sealed and the polishing tool. And a means for opening and closing so that it can be inserted and removed. Thereby, the polishing tool to which the wet grindstone is fixed can be stored or transported while maintaining the wet state.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
[0022]
FIG. 1 shows a manufacturing process of a polishing tool for polishing according to an embodiment of the present invention. First, as shown in FIG. 1A, a grinding wheel 13 for polishing in a dry state is manufactured. An outline of a method for producing such a grindstone is as follows as an example. First, fine powder abrasive grains such as silica are stirred and mixed in a liquid obtained by diluting a binder material such as phenol with an organic solvent or the like to form an intermediate suspension in which the binder material is bonded to the abrasive grains. This suspension is like a liquid binder material wrapped around the abrasive grains. The organic solvent is volatilized by heating and drying the suspension. Then, a solid intermediate body in which a phenol resin as a binder is fused around the abrasive grains is formed. This intermediate is heated, dried and pulverized to produce a powdery intermediate. Then, this powdery intermediate is put into a mold for molding, and a grinding wheel is formed by compression molding and heat treatment. In this grindstone, the abrasive grains are firmly bonded by a binder such as phenol resin in the tissue body, and have mechanical strength. In the process of compression molding the powdery intermediate, air enters the grindstone tissue and pores are formed.
[0023]
Next, as shown in FIG.1 (b), the dry grindstone is immersed in the water which put the water in the container 14. As shown in FIG. As a result, water enters the pores in the grindstone tissue, and the grindstone becomes wet. In order to make this grindstone wet, it is sufficient to leave it in water for about 30 minutes. And as shown in FIG.1 (c), the underwater adhesive 16 is apply | coated to the base 15 which consists of a stainless steel material or an aluminum material. As the underwater adhesive, an adhesive such as an underwater bond (trade name) manufactured by Konishi Co., Ltd. or a model number 2083 (underwater curable filling adhesive) manufactured by ThreeBond is suitable. According to such an adhesive, the wet grindstone can be stably adhered to the pedestal.
[0024]
FIG. 1 (d) shows a state where a pedestal coated with such an underwater adhesive is submerged in the bottom of the container 14, and a wet grindstone is pressed by the pressing tool 17 and bonded. Curing of the underwater adhesive is sufficient at 20 to 25 ° C. for about 5 to 6 hours, and it is possible to bond the grindstone completely on the pedestal in water. Next, as shown in FIG. 1 (e), the polishing tool 18 with the grindstone 13 bonded to the pedestal 15 is pulled up from the water, whereby the wet grindstone 13 is fixed to the pedestal 15. Manufacturing is complete.
[0025]
When fixing the grindstone to the pedestal in this water, the temperature of the water is maintained at the expected operating temperature when using the grindstone for polishing in the range of about 20 to 25 ° C. using a temperature adjusting device such as a thermostatic bath. It is important to keep As a result, when the grindstone is actually used for polishing, the temperature becomes the same as that at the time of manufacture, and deformation due to the difference in thermal expansion coefficient is prevented.
[0026]
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a polishing apparatus using the polishing tool manufactured by the manufacturing process. This polishing apparatus includes a turntable 5 on which a polishing tool 18 having a wet grindstone 13 fixed to a pedestal 15 is mounted, and a water supply nozzle 10 that supplies water from a liquid supply device 11 during polishing. Other configurations are the same as those of the conventional polishing apparatus shown in FIG. Here, the water is supplied onto the polishing surface of the grindstone 13 for the purpose of cooling to remove the heat generated by the polishing and polishing of the polishing surface during polishing. An alkaline solution or the like may be used instead of water.
[0027]
In this polishing apparatus, the polishing tool 18 can be detachably mounted. This mounting is performed by fixing the pedestal to the turntable 5 by fixing means such as screws. The wet grindstone 13 is stored in a storage tool capable of maintaining a wet state, which will be described later, and is taken out of the storage tool immediately before being used for polishing and mounted on the turntable 5. After the polishing is completed, it is returned to the storage tool that can maintain the wet state again, and the grindstone 13 is always maintained in the wet state.
[0028]
In this polishing apparatus, the semiconductor wafer 4 that is a polishing object is held under the elastic mat 2 on the lower surface of the top ring 1, and the semiconductor wafer 4 is pressed against the grindstone 13 on the turntable 5 by the top ring 1, Polishing is performed by rotating the turntable 5 and the top ring 1 independently and sliding the grindstone 13 and the semiconductor wafer 4 relative to each other. In this polishing, it is considered that the polishing progresses because the abrasive grains fixed and held by the binder in the grindstone structure and the self-generated abrasive grains detached from the grindstone structure act on the surface to be polished of the semiconductor wafer. At this time, by supplying water W from the water supply nozzle 10 onto the grindstone, the grinding surface by sliding of the grindstone and the semiconductor wafer can be lubricated, and the heat generated there can be released, thereby achieving stable and uniform polishing. It can be performed.
[0029]
The grindstone 13 of this embodiment is in a wet state in which water is sufficiently absorbed in advance. For this reason, in the conventional dry grindstone, the water supplied to the grinding surface of the grindstone is sucked into the grindstone at the start of polishing, and sufficient lubrication and cooling cannot be performed. However, since the grindstone of this embodiment is in a wet state in advance, the sliding surface can always be lubricated and cooled with a stable supply of water from the beginning to the end of polishing. .
[0030]
According to the polishing method using such a grindstone, since the grindstone is harder than a conventional polishing cloth, the grindstone surface comes into contact with the convex portion when the semiconductor wafer has irregularities. Thus, it is possible to polish only the convex portion, and thereby sharp polishing can be performed. Further, since polishing can be performed without using a slurry-like abrasive liquid containing a large amount of abrasive grains, it is not necessary to use an expensive semiconductor polishing abrasive liquid, and the manufacturing cost can be reduced and the waste liquid can be treated. Is extremely easy and the burden on environmental problems is reduced.
[0031]
The polishing apparatus shown in FIG. 2 uses a grindstone in place of a conventional polishing cloth and slurry-like abrasive liquid. However, as a polishing apparatus that polishes the surface of a workpiece to be flat and mirror-like using a grindstone, a scroll type or a cup type is used in addition to the above-described turntable type.
The scroll type is a system in which a grindstone is fixed to a pedestal and a polishing object is held by a holding member, and polishing is performed by sliding both of them while relatively moving. The cup-type polishing apparatus fixes a polishing object on a pedestal by fixing a cup-shaped grindstone to a holding member. Then, polishing is performed by pressing a cup-shaped grindstone on the surface to be processed of the polishing object and sliding it by scroll movement or the like. In these apparatuses as well, by fixing the grindstone to the support member in a wet state, and maintaining the wet state thereafter, it is possible to prevent problems such as warping of the surface due to repeated drying and wetting of the grindstone.
[0032]
FIG. 3 shows a storage tool for storing or transporting a grindstone fixed to a base in a wet state in a wet state. The wet grindstone 13 fixed to the pedestal 15 is accommodated in a case 20 made of plastic or the like. Then, a sponge 25 containing a large amount of water is placed on the grindstone 13. Then, the lid 21 is covered and fixed to the case 20 with bolts 22, thereby sealing the water-containing sponge 25 and the grindstone 13 in the case 20. The O-ring 23 is for watertight sealing between the case 20 and the lid 21. Further, water may be put in the case instead of the sponge. At this time, it is also important for transportation to reduce the weight as a whole by using materials such as cases and lids as light as possible.
[0033]
In addition, the storage in a wet state is preferably maintained at a substantially constant temperature, for example, 20 to 25 ° C. so as to match the temperature at the time of use and production. As a result, the temperature can always be kept constant from the time of manufacture to the time of use, and the grindstone fixed to the pedestal is stressed due to the difference in thermal expansion coefficient due to temperature fluctuation, and the grindstone is deformed. Can be prevented. As a method for keeping the temperature constant, as shown in FIG. 4, the polishing tool 18 may be stored in the water W, and the water may be circulated to the water temperature adjustment tank 26 using the pump P. Moreover, you may make it comprise the storage container shown in FIG. 3 using a heat insulating material.
[0034]
Furthermore, storage in water or in a wet state is preferably performed by adding a material that suppresses the generation of microorganisms. That is, it is preferable to add an organic solvent such as methanol, ethanol, acetone, or other preservatives to water for wetting the grindstone. There is the following difference in the experimental results between the case where the material for suppressing the generation of microorganisms is added and the case where the material is not added. That is, when the grindstone is simply immersed in pure water and when the grindstone is immersed in a 10% ethanol solution, the relative light emission due to the ATP reaction, which is an indicator of the amount of microorganisms generated, is simply calculated after being left for 1 month. In the case of pure water, it was 153 RLU, whereas in the 10% ethanol solution, it was 16 RLU. Thus, it is clear that the growth of microorganisms is significantly suppressed in the liquid to which ethanol is added.
[0035]
3 or FIG. 4 shows an example of the storage container of the polishing tool. For example, the polishing tool 18 may be stored and taken out together with water in a bag, and may be sealed watertight.
Therefore, after the polishing is finished using the grindstone in the polishing apparatus, the grindstone can always be kept wet by storing in such a container. It is also convenient for transporting the polishing tool 18.
If the time from the end of polishing to the start of the next polishing is relatively short, it takes time to evaporate the water adsorbed on the grindstone at room temperature and normal pressure. Good.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by fixing the grindstone to the support member in a wet state, it is possible to avoid a drying / wetting cycle in the polishing process using the grindstone. Can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a manufacturing process of a polishing tool according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a main part of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing a polishing tool storage tool according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing a polishing tool storage tool according to another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing a main part of a polishing apparatus using a conventional polishing cloth and a slurry-like abrasive liquid.
6A and 6B are explanatory views showing warpage of a conventional grindstone, in which FIG. 6A shows a dry state and FIG. 6B shows a wet state.
[Explanation of symbols]
1 Top ring 4 Polishing object (semiconductor wafer)
5 Turntable 10 Nozzle 11 Liquid supply device 13 Grinding wheel 14 Container 15 Base 16 Adhesive 17 Pressing material 18 Polishing tool 20 Storage tool (container)
W Water

Claims

Wetting the grindstone by immersing the dried grindstone in water, fixing the wet grindstone to the base ,
The method of manufacturing a polishing tool for polishing, wherein the fixing of the grindstone to a pedestal is performed in water at a controlled temperature .

A polishing tool comprising a grindstone, a pedestal that supports the grindstone, and a holding member that holds the polishing object, and sliding while pressing the work surface of the polishing object against the polishing surface of the grindstone In the polishing apparatus for polishing the work surface to be flat and mirror-like, the polishing tool is detachably provided, and the polishing tool is stored in water or in a wet state when the polishing tool is removed from the polishing apparatus. A method of using a polishing tool for polishing.

3. The polishing according to claim 2 , wherein when the polishing tool is removed from the polishing apparatus, the polishing tool is inserted into a storage tool that is stored in water or in a wet atmosphere, and the polishing tool is transported or stored. How to use the polishing tool.

The method for using the polishing tool according to claim 2 , wherein the storage in the water or in a humid atmosphere is performed in a state where a material that suppresses the generation of microorganisms is added.

The method for using a polishing tool according to claim 4 , wherein the material that suppresses the generation of microorganisms is ethanol.

The method for using the polishing tool according to claim 2 , wherein the storage in the water or in a humid atmosphere is performed in a state where the temperature is adjusted.