JP3944260B2

JP3944260B2 - 基板研磨方法及びその装置

Info

Publication number: JP3944260B2
Application number: JP10374596A
Authority: JP
Inventors: 宏比古泉
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09267256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、好適には半導体基板の表面を研磨し、平坦な基板表面形状を形成するための方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体基板の表面研磨を始めとして精密研磨を要求される研磨法では、基体に保持された半導体基板と定盤との間に研磨布を介在させながら、半導体基板の表面を研磨することにより、その平坦な表面形状を得るようにしている。
【０００３】
図９は、この種の研磨方法に使用する装置の構成例を示している。図９において、１は研磨すべき半導体基板（ウェハ）Ｗを保持する支持基体、２は研磨布３を張り付けられた定盤、４は研磨布３に滴下されるようにした砥液である。この装置によれば、定盤２上の研磨布３に砥液４を分散し、回転もしくは振動する定盤２に対して、支持基体１によって保持された被研磨基板である半導体基板Ｗを適当な圧力で押し付けることにより半導体基板Ｗの表面研磨が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の研磨方法或いは装置において、前述のように定盤２に対して半導体基板Ｗを一定の圧力で押し付けながら行う。この圧力によって研磨布３が収縮する。この場合特に、研磨布３における収縮していない部分と収縮した部分の境界、即ち半導体基板Ｗの周辺部において、図１０に示されるように研磨布３が撓む結果、所定の研磨条件を保ち得ない部分が生じる。このため半導体基板Ｗの周辺部にて一定の幅領域に亘って均一に表面研磨され得ない等の問題が生じていた。
【０００５】
そこで、本発明はかかる実情に鑑み、被研磨基板である半導体基板の特に周辺部においても均一な表面研磨を保証する基板研磨方法及びその装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の基板研磨方法は、基体に保持された基板と定盤との間に研磨布を介在させながら、前記基板の表面を加圧研磨してその平坦な表面形状を形成するようにした基板研磨方法であって、前記基板及び前記定盤の中心を同心に配して、前記研磨布を介して前記基板と当接する前記定盤の接平面の直径を前記基板の直径よりも小さく設定し、前記研磨布の撓む割合を前記基板よりも前記定盤側に大きくとるようにしつつ、前記基板よりも大きく設定された前記研磨布によって前記基板を全体に亘って加圧研磨することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の基板研磨方法において、前記研磨布を前記基板に対して直線移動させ、前記基板の被研磨面に対して常に前記研磨布の新しい研磨面を提供するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の基板研磨方法において、周縁部にテーパ又は丸みが付されている前記定盤を用いることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の基板研磨方法において、前記基板の研磨時、前記基体及び前記定盤の少なくともいずれか一方の温度制御が行われることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に基板研磨方法において、砥液に対する非浸透性の材料により形成されている前記研磨布を用いることを特徴とする。
また、本発明の基板研磨方法において、上層及び下層の２層構造で成り、前記下層は、砥液に対する非浸透性の材料により形成されている前記研磨布を用いることを特徴とする。
【００１１】
或いはまた、本発明の基板研磨装置は、基体に保持された基板と定盤との間に研磨布を介在させながら、前記基板の表面を加圧研磨してその平坦な表面形状を形成するようにした基板研磨装置であって、前記定盤は、その中心が前記基板の中心と同心であって、直径が前記基板の直径よりも小さく設定され、前記基板よりも大きく設定された前記研磨布を介して前記基板と当接する接平面を有し、前記接平面により前記研磨布の撓む割合を前記基板よりも前記定盤側に大きくとるようにしつつ、前記基板を全体に亘って加圧研磨することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の基板研磨装置において、前記研磨布は、前記基板に対して直線移動し、前記基板の被研磨面に対して常に新しい研磨面を提供するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の基板研磨装置において、前記定盤の周縁部にテーパ又は丸みが付されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の基板研磨装置において、前記基体及び前記定盤の少なくともいずれか一方の温度制御を行うための温度制御手段を備えていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の基板研磨装置において、前記研磨布は、砥液に対する非浸透性の材料により形成されていることを特徴とする。
また、本発明の基板研磨装置において、前記研磨布は、上層及び下層の２層構造で成り、前記下層は、砥液に対する非浸透性の材料により形成されていることを特徴とする。
【００１６】
【作用】
本発明によれば、被研磨基板である半導体基板と、好適にはこの半導体基板と全く同じ形状及び大きさを持つ定盤とによって、砥液を含む研磨布を挟むことによって研磨を行う。このような定盤を用いて半導体基板の表面研磨を行うことにより、被研磨基板の周辺部においても研磨布の収縮していない部分と収縮した部分の境界での撓みを格段に少なくすることができる。従って、半導体基板の中央部と周辺部とは、同等に加圧研磨される。これにより被研磨基板全体に亘って一定の研磨条件を保つことができ、被研磨基板の周辺部でも均一に研磨することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき、従来例（図９及び図１０）と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いて、本発明による基板研磨方法及びその装置の好適な実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、この実施形態による基板研磨装置１０の構成例を示している。この研磨装置１０による研磨方法において、半導体基板Ｗを支持基体１１によって保持し、砥液供給機構１４ａから砥液１４を供給された研磨布１３を半導体基板Ｗと定盤１２とによって挟み込む。そして、研磨布１３に半導体基板Ｗを押し付けて圧力をかけながら、該半導体基板Ｗの表面を研磨する。
【００１９】
定盤１２の形状及び寸法につき、半導体基板Ｗと同一形状（円形）で同一大に設定されている。つまり定盤１２は、半導体基板Ｗと同一形状・同一大の接平面１２ａを有しており、この接平面１２ａと半導体基板Ｗの間に研磨布１３を介在させながら半導体基板Ｗを表面研磨するようになっている。この場合、定盤１２の形状は、半導体基板Ｗとの間に研磨布１３を挟む研磨圧力のかかる部分では半導体基板Ｗと同一とする必要がある。また、定盤１２の厚さ方向については、半導体基板Ｗと必ずしも同一である必要はなく、むしろ機械的強度等の点から考慮された十分な厚みを持たせることが好ましい。
【００２０】
なお上記の場合、研磨布１３自体は、半導体基板Ｗ或いは定盤１２よりも大きくなっている。また、後述するように支持基体１１又は定盤１２を回転駆動させるための駆動機構を備え、研磨加工中に支持基体１１及び／又は定盤１２を適宜回転し得るようにしている（即ち、支持基体１１及び定盤１２の双方、又はいずれか一方を回転可能とする）。
【００２１】
本発明によれば、上述したように定盤１２が半導体基板Ｗとほぼ同一の大きさと形状を有している。半導体基板Ｗの表面研磨の際、研磨布１３に半導体基板Ｗを押し付けることで、半導体基板Ｗと定盤１２に挟まれた部分の研磨布１３に対してのみ圧力がかかる。このように研磨布１３に圧力が加わるようにしたため、例えば図２に示すように研磨布１３の厚みの変化は両面で生じる。
【００２２】
これにより、半導体基板Ｗよりも大きな定盤を用いていた従来例（図９）に比べて研磨布１３の撓みは格段に小さくなる。従って、研磨圧力の変化が半導体基板Ｗの周辺部でも少なくなり、半導体基板Ｗの周辺部においても均一性の高い研磨を行うことができる。この実施形態においては、例えば半導体基板Ｗの周辺部で不均一になる領域を２〜５ｍｍまでに減らすことができた。
【００２３】
因みに、図９に示した大きな定盤を用いる従来装置の場合、図１０のように半導体基板Ｗの周辺部で研磨布が大きく撓むために、半導体基板Ｗの中心部と周辺部での研磨圧力が大きく変わってしまう。このため周辺部での均一性を保つことが困難となり、研磨後の半導体基板Ｗの表面における周辺から５〜１０ｍｍ入り込んだ領域が不均一な厚さとなる。従って、かかる不均一領域の更に内側部分しか有効に使用することができない。
【００２４】
ここで、本発明において図３に示すように定盤１２として、半導体基板Ｗに対して小さなものを用いてもよい。このように定盤１２を小さくすることで、研磨圧力が作用した際に研磨布１３が定盤１２側へ逃げ易くなる。つまり研磨布１３の撓む割合を半導体基板Ｗ側よりも定盤１２側に大きくとることができ、半導体基板Ｗにかかる圧力をより一層、均一化する。これにより本発明の効果を更に高めることができる。
【００２５】
或いはまた、図４に示すように定盤１２の端部（接平面１２ａの周縁部）に適宜のテーパや丸みを付けてもよい。これらのテーパ或いは丸みの形状、寸法等は最適なものを選択し得るものとする。このようなテーパ等を設けることにより、研磨布１３の撓む割合を定盤１２側に大きくとり、同様の効果を発揮することができる。
【００２６】
ところで、この実施形態において図１に示されるように、定盤１２或いは支持基体１１内に温度調整機構１５を備えている。この温度調整機構１５は、支持基体１１又は定盤１２に内蔵されたヒータ又はクーラによって構成され、この温度制御手段によって支持基体１１や定盤１２の温度を制御するようにしたものである。温度調整機構１５によれば、研磨の再現性を高める効果や研磨速度を制御する等の利点がある。
【００２７】
また、本発明装置の前記駆動機構によれば、半導体基板Ｗの厚さ均一性を向上させたり、或いは研磨速度を向上させるために支持基体１１及び定盤１２のいずれか一方もしくは双方を回転させる（図１、矢印Ａ，Ｂ参照）ことができる。
【００２８】
本発明に係る定盤１２においては、従来例のように砥液４を一定時間研磨布３上に滞留させる効果を併せ持つ大きな定盤２の効果をそのままでは期待することができない。そこで、研磨布１３に対して供給された砥液１４を有効に使用するために、砥液１４に対して非浸透性の材料で形成された研磨布１３を用いるのが有効である。この非浸透性の研磨布１３によれば、砥液１４の研磨布１３上での滞留時間を長くさせ、砥液１４の使用効率を向上させることができる。なお、この場合非浸透性の材料のものを下層として構成した２層構造の研磨布１３を用いることもできる。
【００２９】
また、研磨布１３自体の好適な形状例として円形に形成し、この研磨布１３の周囲を例えば図５のように環状もしくはリング状枠体１６によって定盤１２上で保持固定するようにしてもよい。この場合、本発明に係る駆動機構によりリング状枠体１６を回動させることで研磨布１３を回転させることができる。この際、定盤１２は定位置に固定してもよく、或いは前記駆動機構によって支持基体１１及び／又は定盤１２を回転させるようにしてもよい。
【００３０】
更に、図６に示したようにベルト状の研磨布１３を駆動手段としての回転ローラ１７に巻回し、適宜のタイミング及び速度で支持基体１１及び定盤１２の間を走行させるようにしてもよい。これら図５及び図６の例のように研磨布１３を回転させ、或いは直線移動させることにより、半導体基板Ｗの被研磨面に対して常に新しい研磨布１３の研磨面を提供することができる。これより高い研磨効率を維持することが可能になる。
【００３１】
上記のように駆動機構によって支持基体１１及び／又は定盤１２、或いは研磨布１３を回転もしくは直線駆動させる場合、研磨布１３を有効に使用するために図７及び図８にそれぞれ示したように研磨布１３の回転又は走行方向に対して、支持基体１１に保持した半導体基板Ｗを横方向に一定周期で揺動させながら（図７及び図８、矢印Ｃ参照）、研磨布１３を回転或いは走行させると効果的である。
【００３２】
なお、上述の実施形態において、半導体基板Ｗの研磨終了後、研磨布１３の表面を洗浄し、或いはその表面状態を調整（所謂目立て）するための表面調整手段を設けることができる。この表面調整手段を本発明装置の至近位置に配置構成することで、研磨布１３の研磨機能を維持改善することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、従来の研磨装置では難しかった被研磨基板の周辺部での均一な研磨が可能となり、半導体基板面を広く有効に活用することができる。これにより半導体基板の有効利用を図り、実質的にコスト低減を実現することができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における研磨装置の構成例を示す図である。
【図２】本発明の実施形態における研磨布の作用を示す図である。
【図３】本発明に係る定盤の変形例を示す図である。
【図４】本発明に係る定盤の別の変形例を示す図である。
【図５】本発明に係る研磨布の配置構成例を示す平面図である。
【図６】本発明に係る研磨布の別の配置構成例を示す縦断面図である。
【図７】図５に示した研磨布の配置構成の変形例を示す平面図である。
【図８】図６に示した研磨布の配置構成の変形例を示す平面図である。
【図９】従来の研磨方法に係る装置構成例を示す図である。
【図１０】従来の研磨方法に係る研磨布の作用を示す図である。
【符号の説明】
１０基板研磨装置
１１支持基体
１２定盤
１３研磨布
１４砥液
１４ａ砥液供給機構
１５温度調整機構
１６環状もしくはリング状枠体
１７回転ローラ
Ｗ半導体基板

Claims

基体に保持された基板と定盤との間に研磨布を介在させながら、前記基板の表面を加圧研磨してその平坦な表面形状を形成するようにした基板研磨方法であって、
前記基板及び前記定盤の中心を同心に配して、前記研磨布を介して前記基板と当接する前記定盤の接平面の直径を前記基板の直径よりも小さく設定し、前記研磨布の撓む割合を前記基板よりも前記定盤側に大きくとるようにしつつ、前記基板よりも大きく設定された前記研磨布によって前記基板を全体に亘って加圧研磨することを特徴とする基板研磨方法。
前記研磨布を前記基板に対して直線移動させ、前記基板の被研磨面に対して常に前記研磨布の新しい研磨面を提供するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の基板研磨方法。
周縁部にテーパ又は丸みが付されている前記定盤を用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の基板研磨方法。
前記基板の研磨時、前記基体及び前記定盤の少なくともいずれか一方の温度制御が行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板研磨方法。
砥液に対する非浸透性の材料により形成されている前記研磨布を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板研磨方法。
上層及び下層の２層構造で成り、前記下層は、砥液に対する非浸透性の材料により形成されている前記研磨布を用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の基板研磨方法。
基体に保持された基板と定盤との間に研磨布を介在させながら、前記基板の表面を加圧研磨してその平坦な表面形状を形成するようにした基板研磨装置であって、
前記定盤は、その中心が前記基板の中心と同心であって、直径が前記基板の直径よりも小さく設定され、前記基板よりも大きく設定された前記研磨布を介して前記基板と当接する接平面を有し、前記接平面により前記研磨布の撓む割合を前記基板よりも前記定盤側に大きくとるようにしつつ、前記基板を全体に亘って加圧研磨することを特徴とする基板研磨装置。
前記研磨布は、前記基板に対して直線移動し、前記基板の被研磨面に対して常に新しい研磨面を提供するように構成されていることを特徴とする請求項７に記載の基板研磨装置。
前記定盤の周縁部にテーパ又は丸みが付されていることを特徴とする請求項７又は８に記載の基板研磨装置。
前記基体及び前記定盤の少なくともいずれか一方の温度制御を行うための温度制御手段を備えていることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
前記研磨布は、砥液に対する非浸透性の材料により形成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の基板研磨装置。
前記研磨布は、上層及び下層の２層構造で成り、前記下層は、砥液に対する非浸透性の材料により形成されていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の研磨装置。