JP3920465B2 - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク(例えば半導体ウェーハ等)を研磨加工する研磨方法および研磨装置に関するもので、さらに詳しくは、研磨装置の定盤を支持する定盤受け部に係わるものである。
【0002】
【従来の技術】
ワークを研磨加工する場合、一般的に、定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、ワークおよび定盤を回転させることによって研磨加工を行っている。
【0003】
この研磨加工に用いられる研磨装置は、研磨布が貼り付けられた定盤と、溝が形成されその溝形成面に定盤を支持する定盤受け部と、研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、ワークおよび定盤を回転させる回転手段とを備えている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、生産性の向上のため、具体的には、研磨布の交換の際の装置停止時間短縮のため、定盤が取外し可能となっている研磨装置が見られるようになってきた。そして、この研磨装置にあっては、その研磨装置の剛性を高めるため、定盤および定盤受け部の材質に鋳物、ステンレスおよびセラミックスという強度の高いものが使用される一方で、定盤受け部からの定盤の取外しを容易にするため、定盤受け部の定盤支持面に溝を設けている。
【0005】
しかし、この研磨装置では、研磨時に、定盤はワークから研磨荷重を受ける一方で、その定盤は定盤受け部からは反力を受ける。この反力は研磨布とワークとの押接力となる。この場合、定盤受け部に溝が設けられていると、定盤は定盤受け部の溝有り部からは反力を受けるが、溝無し部からは反力を受けないこととなる。その結果、研磨布とワークとの押接力がワークの面内において不均一となり、ワークの研磨レートが面内で一様でなくなり、ワーク表面に微小なうねりが形成されることになる。
【0006】
この場合、例えば、定盤受け部に同心円状の溝が設けられ、その定盤受け部の回転中心とワークの回転中心とが一致している場合、研磨布に対する押接力が強い部分と弱い部分がワークの回転中心を基準に同心的かつ交互に発生することになる。この場合、この押接力の違いによってワークの研磨レートが変化することになる。したがって、ワークにおいて、溝有り部分に対応する部分は多く研磨され、溝無し部分に対応する部分は少なく研磨されるため、ワークには同心円状のうねりが形成されることになる。つまり、ワークには例えば0.1μm以下程度の凹凸が周期的に形成される。このような現象は定盤受け部の溝形状が同心円状又はスパイラル状の場合に見られる。
【0007】
また、定盤受け部の回転中心とワークの回転中心とが一致していない場合、つまりワークの回転中心が定盤受け部の回転中心から偏心している場合であっても、定盤受け部に同心円状の溝が設けられているものでは、ワークの回転中心近傍は、研磨布との押接力が常に強いか、常に弱いかのいずれか一方となるため、ワークの中心部とその回りの部分とでは研磨の具合が変化してしまうという問題があった。
【0008】
本発明は、かかる問題点に鑑みなされたもので、ワークと研磨布との押接力が面内で実質的に一様となり、良好な品質のワークが得られる研磨方法および研磨装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の研磨方法は、外周に開口し水の導入が可能な溝が直線状に延設された定盤受け部の溝形成面に定盤を着脱可能に支持させ、前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、前記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行うようにしたことを特徴とする。この場合の溝は全体として直線状に延設されていれば波線となっていても良い。
この研磨方法によれば、定盤受け部の溝が直線状に延設されているため、回転するワークの各部に対する定盤受け部の溝の軌跡は複雑な軌跡を示し、研磨布とワークとの押接力は実質的に平均化されることになる。このためワーク面内における研磨布からの押接力も平均化されるため、良好な品質のワークが得られる。
【0010】
請求項2記載の研磨方法は、外周に開口し水の導入が可能な溝が格子状に延設された定盤受け部の溝形成面に定盤を着脱可能に支持させ、前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、前記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行うようにしたことを特徴とする。この場合の溝は全体として格子状に延設されていれば波線となっていても良い。
この研磨方法によっても、請求項1記載の研磨方法と同様の効果が得られる。
【0011】
請求項3記載の研磨方法は、外周に開口し水の導入が可能な溝が放射状に延設された定盤受け部の溝形成面に定盤を着脱可能に支持させ、前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、前記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行うようにしたことを特徴とする。この場合の溝は全体として放射状に延設されていれば波線となっていても良い。
この研磨方法によっても、請求項1記載の研磨方法と同様の効果が得られる。
【0012】
請求項4記載の研磨装置は、研磨布が貼り付けられた定盤と、外周に開口し水の導入が可能な溝が形成されその溝形成面に前記定盤を着脱可能に支持する定盤受け部と、前記研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、前記ワークおよび前記定盤を回転させる回転手段とを備えた研磨装置において、前記溝は前記定盤受け部に直線状に延設されていることを特徴とする。この場合の溝は全体として直線状に延設されていれば波線となっていても良い。
この研磨装置によれば、定盤受け部の溝が直線状に延設されているため、回転するワークの各部に対する定盤受け部の溝の軌跡は複雑な軌跡を示し、結果的に定盤受け部の押接力は実質的に平均化されることになる。このためワーク面内における研磨布からの押接力も平均化されるため、良好な品質のワークが得られる。
【0013】
請求項5記載の研磨装置は、研磨布が貼り付けられた定盤と、外周に開口し水の導入が可能な溝が形成されその溝形成面に前記定盤を着脱可能に支持する定盤受け部と、前記研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、前記ワークおよび前記定盤を回転させる回転手段とを備えた研磨装置において、前記溝は前記定盤受け部に格子状に延設されていることを特徴とする。この場合の溝は全体として格子状に延設されていれば波線となっていても良い。
この研磨装置によっても、請求項4記載の研磨装置と同様の効果が得られる。
【0014】
請求項6記載の研磨装置は、研磨布が貼り付けられた定盤と、外周に開口し水の導入が可能な溝が形成されその溝形成面に前記定盤を着脱可能に支持する定盤受け部と、前記研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、前記ワークおよび前記定盤を回転させる回転手段とを備えた研磨装置において、前記溝は前記定盤受け部に放射状に延設されていることを特徴とする。この場合の溝は全体として放射状に延設されていれば波線となっていても良い。
この研磨装置によっても、請求項4記載の研磨装置と同様の効果が得られる。
【0015】
【発明の実施の形態】
図1は第1実施形態に係る研磨装置の概略図である。この研磨装置1は、定盤2、定盤受け部3、研磨剤供給手段4、研磨ヘッド5、ヘッド回転手段6および定盤回転手段7を備えている。
【0016】
ここで、定盤2には研磨布8が貼り付けられている。そして、この定盤2は定盤受け部3に着脱可能に支持される。着脱可能に構成したのは、研磨布8の交換時に定盤2と一体的に取り外すことで、研磨布8の交換を容易にするためである。この場合、定盤2の定盤受け部3への固定は、専用の治具によってなされる。
【0017】
定盤受け部3の上面には図2に示すように格子状の溝9が延設されている。この場合の溝9は全体として格子状に延設されていれば波線となっていても良い。このように定盤受け部3の表面に溝9を形成したのは、定盤2を定盤受け部3から取り外す際に溝9に水を供給し、その水圧で定盤2を簡単に取り外せるようにするためである。この定盤受け部3の軸10は、減速機を介してモータ(図示せず)に連結されている。ここで減速機およびモータは定盤回転手段7を構成する。
なお、定盤受け部3の回転中心はワークWの回転中心とはずらしてある。これにより、研磨布8とワークWの押接力ができるだけ実質的に平均化されるようになっている。
【0018】
また、研磨剤供給手段4は、研磨剤貯留タンク(図示せず)に連結されたノズル12を備えており、このノズル12からワークWと研磨布8の摺接部へ研磨剤が供給されるようになっている。
【0019】
研磨ヘッド5はワークWを研磨布8に押圧するためのものであるが、直接押圧するのではなく、プレート13を介して押圧するようになっている。この場合、ワークWはプレート13にワックス方式またはワックスレス方式で貼り付けられる。なお、研磨ヘッド5の軸14は、減速機を介してモータ(図示せず)に連結されている。この減速機およびモータはヘッド回転手段6を構成する。
【0020】
次に、この研磨装置1によるワークWの研磨方法について説明する。
まず、ワークWが貼り付けられたプレート13を研磨ヘッド5の下側に置き、ワークWを研磨布8に接触させる。次いで、研磨ヘッド5を下げてプレート13を介してワークWを研磨布8に押圧させる。ヘッド回転手段6および定盤回転手段7を駆動させる一方で、研磨剤供給手段4のノズル12から研磨剤を供給してワークWを研磨する。研磨が終了したならば、研磨ヘッド5を上げてプレート13を取り出す。
【0021】
この研磨装置1およびこの研磨装置1によってなされる研磨方法によれば下記の効果を得ることができる。
すなわち、定盤受け部3に溝9が延設されているため、ワークWが研磨布8に押し付けられた際に、定盤受け部3の溝有り部分と溝無し部分から定盤2が受ける反力が相違することになるが、その溝が格子状となっているため、回転するワークWの各部に対して定盤受け部3の溝有り部分と溝無し部分の定盤2への転写部分が研磨布8を介して満遍なくワークWの各部に当接することになる。これによってワークWの面内における定盤2に対する押接力も平均化されるため、ワークWに偏荷重が作用することが無く、良好な品質が得られる。
【0022】
図3は第2実施形態に係る研磨装置の定盤受け部3の溝9は直線状に形成されている。この場合の溝9は全体として直線状に延設されていれば波線となっていても良い。溝間隔、溝本数は、特に限定はされないが、定盤2の取外しのためには、3本以上の直線状の溝がほぼ等間隔で定盤全体に亘って形成されていることが好ましい。
この研磨装置によれば、第1実施形態に係る研磨装置1と同様の効果を得ることができる。
【0023】
図4は第3実施形態に係る研磨装置の定盤受け部3の溝9は放射状に延設されている。この場合の溝9は全体として放射状に延設されていれば波線となっていても良い。
この研磨装置によれば、第1実施形態に係る研磨装置1と同様の効果を得ることができる。
【0024】
次に、定盤受け部の溝の好適な仕様を説明する。
1.溝の幅:3mm〜15mm
定盤受け部の溝有り部分から定盤は応力を受けず、溝無し部分のみから定盤は応力を受ける。この定盤が受ける応力の違いに起因して定盤表面にうねりが形成される。この場合、溝の幅が15mmを超えると、定盤表面に周期の大きなうねりが形成され、これが平坦度に影響を与える。一方、3mm未満の場合には、定盤の取外し時に定盤受け部の溝に水を導入するも、必要な圧力が得られないので、定盤受け部からの定盤の取外しが困難となる。
2.溝の間隔:10mm〜100mm
溝の間隔が100mmを超えると、定盤の取外しが困難となる。一方、10mm未満だと、溝無し部分から定盤が受ける応力が大きくなり、定盤表面の細かくかつ大きく脈打ち、これが平坦度に影響を与える。
なお、定盤受け部の溝が放射状に延設されている場合、定盤受け部ひいては定盤の回転中心とワークの回転中心とがずれており、かつ、定盤の偏心位置でワークが研磨加工されるようになっていることが好ましい。この場合、図5に示すように、定盤受け部3(正確には研磨布8)に対するワークWの移動軌跡中の最も内側の部分と、隣り合う2つの溝9との交点間の円弧長xが少なくとも10mmとなっていることが好ましい。
3.溝の深さ:1mm〜10mm
溝の深さが10mmを超えると、常磐受け部の剛性が低下し、これが平坦度に影響を与える。一方、1mm未満だと、定盤の取外し時に定盤受け部の溝に水を導入するのが難しく、定盤の取外しが困難となる。
【0025】
(実験例)
この実験では、図2に示すような格子状の溝が延設された定盤受け部を用いて研磨加工を行うと共に、それとの効果を比較するために図6に示すような(従来の)同心円状の溝が延設された定盤受け部を用いてワーク(被研磨物)の研磨加工を行った。
1.条件
(1)被研磨物
この第1実施例では被研磨物としては、チョクラルスキー法で成長させた単結晶シリコンウェーハ(厚さ735μm)であって、P型、結晶方位〈100〉、200mmφのエッチングウェーハを準備した。
(3)研磨布
不織布タイプで硬度80(アスカーC硬度:JISK6301に準拠)の研磨布を使用した。
(4)研磨剤
コロイダルシリカ研磨剤(pH=10.5)を使用した。
(5)研磨荷重
研磨ヘッドにて研磨荷重250g/cm2 にてワークを研磨布に押圧した。
(6)研磨代
研磨による除去量つまり研磨代を12μmとした。
(7)定盤
SiC製で厚さ30mm、直径700mmφの定盤を用いた。
(8)定盤受け部
セラミック製で溝の幅を10mm、間隔を30mm、溝深さを3mmとした。
2.研磨方法
定盤受け部に定盤を取り付け、定盤受け部の中心とワークの中心とを200mmずらして枚葉式でワークの研磨を行なった。ワークおよび定盤の回転速度は、各々40rpmである。また、ワークは固定したまま、定盤を±10mm揺動させて研磨している。
3.結果
図2に示すような格子状の溝が延設された定盤受け部を用いたものでは、図7に示すように、研磨後の魔境像に特定のパターンは見当たらず、良好な品質が得られていることが確認された。これに対して、図6に示すような同心円状の溝が延設された定盤受け部を用いたものでは、研磨後の魔境像に図8に示すように同心円状のパターンが発生しているのが確認された。
【0026】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能であることはいうまでもない。
【0027】
【発明の効果】
本発明の代表的なものの効果を説明すれば、外周に開口し水の導入が可能な溝が直線状に延設された定盤受け部の溝形成面に定盤を着脱可能に支持させ、前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、前記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行うようにしたので、良好な品質のワークが得られる。また、定盤の交換も容易である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る研磨装置の概略構成図である。
【図2】本発明に係る研磨装置の定盤受け部の平面図である。
【図3】本発明に係る他の研磨装置の定盤受け部の平面図である。
【図4】本発明に係る他の研磨装置の定盤受け部の平面図である。
【図5】図4の定盤受け部の好適な溝仕様を説明するための図である。
【図6】従来の研磨装置の定盤受け部の平面図である。
【図7】図2の定盤受け部を用いて研磨した場合のワークの研磨面を示す図である。
【図8】図6の定盤受け部を用いて研磨した場合のワークの研磨面を示す図である。
【符号の説明】
1 研磨装置
2 定盤
3 定盤受け部
4 研磨剤供給手段
6 ヘッド回転手段
7 定盤回転手段
Claims (6)
- 外周に開口し水の導入が可能な溝が直線状に延設された定盤受け部の溝形成面に定盤を着脱可能に支持させ、前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、前記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行うようにしたことを特徴とする研磨方法。
- 外周に開口し水の導入が可能な溝が格子状に延設された定盤受け部の溝形成面に定盤を着脱可能に支持させ、前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、前記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行うようにしたことを特徴とする研磨方法。
- 外周に開口し水の導入が可能な溝が放射状に延設された定盤受け部の溝形成面に定盤を着脱可能に支持させ、前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、前記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行うようにしたことを特徴とする研磨方法。
- 研磨布が貼り付けられた定盤と、外周に開口し水の導入が可能な溝が形成されその溝形成面に前記定盤を着脱可能に支持する定盤受け部と、前記研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、前記ワークおよび前記定盤を回転させる回転手段とを備えた研磨装置において、前記溝は前記定盤受け部に直線状に延設されていることを特徴とする研磨装置。
- 研磨布が貼り付けられた定盤と、外周に開口し水の導入が可能な溝が形成されその溝形成面に前記定盤を着脱可能に支持する定盤受け部と、前記研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、前記ワークおよび前記定盤を回転させる回転手段とを備えた研磨装置において、前記溝は前記定盤受け部に格子状に延設されていることを特徴とする研磨装置。
- 研磨布が貼り付けられた定盤と、外周に開口し水の導入が可能な溝が形成されその溝形成面に前記定盤を着脱可能に支持する定盤受け部と、前記研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給手段と、前記ワークおよび前記定盤を回転させる回転手段とを備えた研磨装置において、前記溝は前記定盤受け部に放射状に延設されていることを特徴とする研磨装置。
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