JPH1015802A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents

研磨装置および研磨方法

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JPH1015802A
JPH1015802A JP8180922A JP18092296A JPH1015802A JP H1015802 A JPH1015802 A JP H1015802A JP 8180922 A JP8180922 A JP 8180922A JP 18092296 A JP18092296 A JP 18092296A JP H1015802 A JPH1015802 A JP H1015802A
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JP
Japan
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polishing
polished
tape
pressing
polishing tape
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JP8180922A
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English (en)
Inventor
Shuzo Sato
修三 佐藤
Yoshiaki Komuro
善昭 小室
Hideaki Hayakawa
秀明 早川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 機械的物理的精度管理及び安定した連続加工
が可能な研磨装置および方法を提供する。 【解決手段】 ウェーハWを保持して回転するロータリ
ーテーブル1と、フィルム表面に砥粒が塗布されてなる
研磨テープTと、ウェーハの被研磨面に研磨テープを押
し当てる軟質弾性体からなる加圧ロール3とを有する。
ロータリーテーブル1と研磨テープTとを被研磨面に沿
ってX軸方向に相対的に往復移動させる。加圧ロール3
による加圧力を調節する圧力補正用シリンダ3d及び圧
力補正用ローラ3cをさらに有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばウェーハ
などの被研磨対象の表面を良好に研磨することができる
研磨装置および研磨方法に関する。
【0002】
【従来の技術】例えばLSIの製造プロセスでは、層間
絶縁膜あるいはその他の膜の平坦化が重要である。平坦
化のための技術としては、種々の手段が提案されている
が、近年、シリコンウェーハのミラーポリッシング技術
を応用したCMP(Chemical Mechanical Polishing:化
学的機械研磨)法が注目され、これを利用して平坦化を
図る方法が開発されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
CMP法では、図4に示されるように、大形定盤、たと
えば8インチウエーハ用ではφ600mm程度の定盤1
0に研磨布11を貼り付け、この研磨布11によりウエ
ーハWの研磨を行うため、その表面状態、例えば目詰ま
りや摩擦等による劣化、あるいは研磨材11の分布など
を全面にわたり均一に長期間維持することは、きわめて
困難であった。これが加工面の均一性の維持を困難なも
のにしており、それを回避するためには、熟練作業者の
技能や種々の条件設定が重要となっていた。
【0004】また、従来のCMP法では、軟質工具(研
磨布11)と軟質フィルム12との間にウエーハWを介
在させるワークチャッキング方法を採用することによ
り、機械の運動精度を転写しない研磨の平均化効果を実
現し、これにより均一性を維持することを特徴とする。
したがって、逆にその機械的、物理的補正を行うこと
は、非常に困難であった。
【0005】さらに、機械精度を転写して精度管理を行
うためには、緩衝材を介在させない剛体チャックの方が
適しているが、この方法では、研磨においてスラリーや
ダストが吸着面とウェーハとの間に付着しやすく、また
特に真空吸着時はそれが固化し平面度に重大な影響を与
えることが多い。
【0006】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、機械的物理的精度管理及び
安定した連続加工が可能な研磨装置を提供することを目
的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の研磨装置は、被研磨対象物を保持して回転
する保持手段と、フィルム表面に砥粒が塗布されてなる
研磨テープと、前記被研磨対象物の被研磨面に前記研磨
テープを押し当てる軟質弾性体からなる加圧手段とを有
することを特徴とする。
【0008】本発明の研磨装置を用いた研磨方法では、
被研磨対象物を保持手段で保持して回転させ、加圧手段
を用いて、この被研磨対象物の被研磨面に、フィルム表
面に砥粒が塗布されてなる研磨テープを押し当てること
により、被研磨面の研磨を行う。
【0009】本発明の研磨装置および方法において、前
記保持手段と前記研磨テープとを、前記被研磨面に沿っ
て、前記被研磨対象物の半径方向に、相対的に往復移動
させる往復移動手段をさらに有することが好ましい。ま
た、本発明の研磨装置および方法において、前記加圧手
段による加圧力を調節する加圧力調節手段をさらに有す
ることが好ましい。
【0010】本発明の研磨装置および方法において、前
記保持手段は、前記被研磨対象物を直接保持するととも
に、前記被研磨対象物の外周近傍に純水を供給すること
が好ましい。また、本発明の研磨装置および方法におい
て、前記研磨テープは、テープ供給手段とテープ排出手
段とで支持され、前記被研磨対象物に対して連続的に供
給されることが好ましい。
【0011】ここで、加工されるウェーハ精度のうち、
多層配線等の研磨において問題になるのは、平坦性、均
一性及び研磨レートの3点である。すなわち、平坦性に
ついてはパターン段差を緩和することが重要であるが、
本発明の研磨装置および方法においては、研磨テープの
張力と加圧手段の軟質弾性体の弾性率を調節することに
より達成できる。また、均一性についてはウェーハ面内
の加工量バラツキを抑制することが重要であるが、本発
明の研磨装置において、加圧手段による加圧力を調節す
ることで達成できる。さらに、研磨レートについては加
工速度が重要となるが、本発明の研磨装置において、加
圧手段の加圧力、研磨テープの品質、保持手段の回転
数、スラリー流量等、機械的物理的な制御を行うことに
より達成できる。このように、本発明の研磨装置および
方法によれば、作業者の熟練度や特別な管理方法を用い
なくても、物理的或いは機械的な制御だけで、仕上げ精
度を容易に管理することができる。
【0012】また、本発明の研磨装置および方法では、
通常のポリッシング等で問題になる研磨材分布や劣化状
態の不均一による均一性の低下は、均質な研磨テープを
送り続けることで回避することができる。この利点は、
研磨レートが増大すればするほど大きくなる。
【0013】さらに、本発明の研磨装置および方法にお
いて、ローカルな段差を効率良く除去しつつ、ウェーハ
の持つ大きなうねりの影響を出さないためには、研磨テ
ープの硬度を高く、たとえば硬度95程度、加圧手段の
軟質弾性体の硬度を低く、たとえば硬度70程度に設定
することが好ましい。これより、硬度の低い加圧手段の
弾性変形により、ウェーハのうねりを吸収することがで
き、ローカル的には、表面硬度の高い研磨テープを作用
させることにより、パターン段差を効率よく除去するこ
とができる。
【0014】このほか、本発明の研磨装置および方法に
おいて、研磨レートの安定性については、加工の進行に
伴って、一定量の研磨テープを供給することにより、ポ
リッシングに見られる目詰まりや劣化の影響を受けず、
一定の加工能率を安定して維持することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明の研磨装置の実施形態
を示す斜視図、図2(A)は図1に示すロータリーテー
ブルを示す平面図、図2(B)は(A)のB−B線に沿
う断面図、図2(C)は(B)のC部拡大断面図、図3
は図1に示す加圧ロールを示す断面図である。
【0016】本実施形態の研磨装置は、LSI多層配線
工程における層間絶縁膜あるいは配線メタルのグローバ
ル平坦化を行う装置であり、主として、ウェーハWをチ
ャッキングして保持したまま回転するロータリーテーブ
ル1、研磨テープTを送り出す研磨テープ供給部2、研
磨テープTをウェーハWに加圧する加圧ロール部3、研
磨テープTを巻き取る研磨テープ排出部4、スラリー加
工液を供給するスラリー供給部5からなる。
【0017】ロータリーテーブル1は、被研磨対象であ
るウェーハWをチャック面1aに真空吸着し、図示しな
いベルト駆動により回転する。チャック面1aは例えば
多孔質材からなり、真空吸気口1bからの真空引きによ
ってウェーハWの裏面全体を直接かつ均一に保持する。
また、チャック面1aの外周縁には溝1cが形成され、
この溝1cに純水供給口1dが4箇所形成されて、図示
しない純水供給源から純水を供給される。これにより、
ウェーハWの真空吸着面へスラリーやダストが付着し固
化するのを防止する。また、図1に示すように、ロータ
リーテーブル1はX軸方向に移動可能に設けられてい
る。
【0018】なお、8インチウェーハの場合には、多孔
質材1aによる吸着範囲をウェーハWの外縁から3mm
程度とし、純水供給用の溝1cの幅を約1mm、純水の
供給量を極微量、例えば数ml/minとすることが好
ましい。本実施形態の研磨装置に係る加圧ロール3は、
研磨テープ供給部2から供給される研磨テープTとロー
タリーテーブル1上のウェーハWとの間に圧力を与える
もので、モーターにより回転する弾性軸3aにロール3
bが取り付けられている。このロール3bは、例えば硬
度50〜80程度のウレタンゴム等からなる軟質弾性体
である。また、弾性軸3aの上部には、複数個の圧力補
正用ローラ3cが設けられており、各圧力補正用シリン
ダ3dによって、0〜500/cm2 程度の研磨圧力が
与えられる。この圧力補正用ローラ3cで与えられる研
磨圧力は、上述した範囲で任意に、また弾性軸3a上の
分布も任意の値に設定できる構造となっている。なお、
ロール全体の平均的な研磨圧力は、Z軸上をZ軸ガイド
3eに沿って全体が上下する構造により与えられ、この
ために全体加圧シリンダ3fが設けられている。
【0019】この加圧ロール3の構造により、例えばウ
ェーハWの中央が凸の場合は、中心部の圧力補正シリン
ダ3dの圧力をさらに高く設定するような補正が可能に
なる。本実施形態の研磨テープTは、研磨テープ供給部
2から送り出され研磨テープ排出部4で巻き取られる
が、ウェーハWの研磨中に巻取を行っても良いし、或い
はウェーハWの研磨が終了する度に研磨テープTを巻き
取っても良い。
【0020】この研磨テープTは、α酸化鉄、酸化クロ
ム、炭化珪素、酸化アルミニウム等の粒径0.1μm以
下程度の微粒子をポリエステル等のベースフィルムに塗
布したものである。そして、この研磨テープTを用いる
ことにより、層間膜やメタルの表面の微細パターンが研
磨加工され、加工液としてpHを調整した酸またはアル
カリ溶液を用いることによるエッチングとの組み合わせ
によって、複合テープラップ加工が行われる。なお、加
工液はスラリー供給部5から供給されるが、加工レート
を向上させる目的で、加工液中に上記微粒子を混在させ
たもの(スラリー)が用いられる。
【0021】次に作用を説明する。加工されるウェーハ
精度のうち、多層配線において問題になるのは、以下の
3点であるが、本実施形態の研磨装置によれば、作業者
の熟練度や特別な管理方法を用いなくても、仕上げ精度
を比較的容易に管理できる。
【0022】まず第1の平坦性、すなわちパターン段差
の緩和については、研磨テープTの張力とロール3bの
弾性率とを調節することにより制御することができる。
また、第2の均一性、すなわちウェーハ面内の加工量バ
ラツキについては、ロール3bの荷重を調節することに
より制御することができる。具体的には、圧力補正用ロ
ーラ3c及び圧力補正用シリンダ3dで補正する。
【0023】第3の研磨レート、つまり加工速度につい
ては、加圧荷重、研磨テープTの品質、ロータリーテー
ブル1の回転数、スラリー流量等の機械的物理的制御に
よって調節することができる。また、通常のポリッシン
グ等で問題になる研磨材分布や劣化状態の不均一による
均一性の低下は、均質な研磨テープTを送り続けること
で回避することができる。このことは、研磨レートが増
大すればするほど大きな利点となる。
【0024】さらに、ローカル段差を効率良く除去しつ
つ、ウェーハWが有する大きなうねりの影響を出さない
ためには、研磨テープTの硬度を高く、たとえば硬度9
5程度、ロール3bの硬度を低く、たとえば硬度70程
度に設定する。これより、硬度の低いロール3bの弾性
変形によりウェーハWのうねりを吸収し、ローカルには
表面硬度の高い研磨テープTを作用させることにより、
パターン段差を効率よく除去することができる。
【0025】これに加えて、研磨レートの安定性につい
ては、加工の進行にともなって、一定量の研磨テープT
を供給することにより、ポリッシングに散見される目詰
まりや劣化の影響を受けず、一定の加工能率を安定して
維持することができる。なお、以上説明した実施形態
は、本発明の理解を容易にするために記載されたもので
あって、本発明を限定するために記載されたものではな
い。したがって、上記の実施形態に開示された各要素
は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等
物をも含む趣旨である。
【0026】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、研磨
テープの張力と加圧手段の軟質弾性体の弾性率を調節す
ることにより平坦性を向上させることができる。また、
加圧手段による加圧力を調節することで均一性を向上さ
せることができる。さらに、加圧手段の加圧力、研磨テ
ープの品質、保持手段の回転数、スラリー流量等、機械
的物理的な制御を行うことにより研磨レートを制御する
ことができる。したがって、作業者の熟練度や特別な管
理方法を用いなくても、物理的或いは機械的な制御だけ
で、仕上げ精度を容易に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は本発明の研磨装置の実施形態を示す斜
視図である。
【図2】 図2(A)は図1に示すロータリーテーブル
を示す平面図、同図(B)は(A)のB−B線に沿う断
面図、同図(C)は(B)のC部拡大断面図である。
【図3】 図3は図1に示す加圧ロールを示す断面図で
ある。
【図4】 図4は従来の研磨装置を示す要部断面図であ
る。
【符号の説明】
1…ロータリーテーブル(保持手段)、2…研磨テープ
供給部、3…加圧ロール(加圧手段)、4…研磨テープ
排出部、5…スラリー供給部、W…ウェーハ、T…研磨
テープ。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被研磨対象物を保持して回転する保持手
    段と、フィルム表面に砥粒が塗布されてなる研磨テープ
    と、前記被研磨対象物の被研磨面に前記研磨テープを押
    し当てる軟質弾性体からなる加圧手段とを有することを
    特徴とする研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記保持手段と前記研磨テープとを、前
    記被研磨面に沿って、前記被研磨対象物の半径方向に、
    相対的に往復移動させる往復移動手段をさらに有する請
    求項1に記載の研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記加圧手段による加圧力を調節する加
    圧力調節手段をさらに有することを特徴とする請求項1
    に記載の研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記保持手段は、前記被研磨対象物を直
    接保持するとともに、前記被研磨対象物の外周近傍に純
    水を供給することを特徴とする請求項1に記載の研磨装
    置。
  5. 【請求項5】前記研磨テープは、テープ供給手段とテー
    プ排出手段とで支持され、前記被研磨対象物に対して連
    続的に供給されることを特徴とする請求項1に記載の研
    磨装置。
  6. 【請求項6】 保持手段により被研磨対象物を保持して
    回転させ、フィルム表面に砥粒が塗布されてなる研磨テ
    ープを、加圧手段により、前記被研磨対象物の被研磨面
    に押し当てながら、被研磨面を研磨することを特徴とす
    る研磨方法。
  7. 【請求項7】 前記保持手段と前記研磨テープとを、前
    記被研磨面に沿って、前記被研磨対象物の半径方向に、
    相対的に往復移動させる請求項6に記載の研磨方法。
  8. 【請求項8】 前記加圧手段による加圧力を調節する請
    求項6に記載の研磨方法。
  9. 【請求項9】 前記保持手段は、前記被研磨対象物を直
    接保持するとともに、前記被研磨対象物の外周近傍に純
    水を供給することを特徴とする請求項6に記載の研磨方
    法。
  10. 【請求項10】 前記研磨テープは、テープ供給手段と
    テープ排出手段とで支持され、前記被研磨対象物に対し
    て連続的に供給されることを特徴とする請求項6に記載
    の研磨方法。
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