JPH10180622A - 精密研磨装置及び方法 - Google Patents

精密研磨装置及び方法

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JPH10180622A
JPH10180622A JP34804896A JP34804896A JPH10180622A JP H10180622 A JPH10180622 A JP H10180622A JP 34804896 A JP34804896 A JP 34804896A JP 34804896 A JP34804896 A JP 34804896A JP H10180622 A JPH10180622 A JP H10180622A
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polishing
polished
pad
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precision
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一雄 ▲高▼▲橋▼
Kazuo Takahashi
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 被研磨体を保持するための被研磨体保持手段
と、前記被研磨体を研磨するための研磨パッドを保持
し、該研磨パッドをパッド面中心を軸として自転させる
為のプラテンを複数有する研磨ヘッドと、を具備する精
密研磨装置において、高い精度の研磨性能を有する精密
研磨装置及び方法を提供する。 【解決手段】 前記研磨パッドを保持する複数のプラテ
ンを夫々同心円上に配置し、該研磨パッドが該同心円上
を公転するように支持するための支持体と、前記研磨パ
ッドの自転数と前記研磨パッドの公転数とが一致するよ
うに該パッドを自転させる駆動手段と該パッドを公転さ
せる駆動手段とを制御する制御手段と、を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はウエハー等の基板を
高精度に研磨するための精密研磨装置及び方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの超微細化や多層
配線化が進み、これに伴って、Si,GaAs, InPやSOI等か
らなる半導体ウエハ等の基板の表面を高精度に平坦化す
る精密研磨装置が求められているが、その中でも半導体
素子が形成されたウエハ等の基板の表面を高精度に平坦
化するための精密研磨装置として化学機械研磨装置(CM
P装置;Chemical Mechanical Polishing装置)が知られ
ている。
【0003】従来のCMP装置は、図5、図6に示すよう
な2種類のタイプに分類することができる。
【0004】(1)図5は、ウエハー400の被研磨面
が下方を向く状態で研磨加工が行われるCMP装置の研磨
加工部の模式的な外観図である。
【0005】図5に示したように、ウエハー400は、
被研磨面が下方を向く状態で保持され、回転しながらウ
エハー400よりも大口径の研磨パッド501に押し付
けられることで研磨される。研磨時は、研磨剤(スラリ
ー)が研磨パッド501の上面に滴下される。
【0006】この種の装置では、ウエハーチャック51
2にウエハー400を保持する方法は、真空吸着、ワッ
クス、溶液或いは純水による接着などがあり、ウエハー
400のずれを防止する目的でウエハー400外周にガ
イドリンク513を設ける場合もある。テーブル514
上の研磨パッド501の径はウエハー400の3〜5倍
であり、スラリーとしては、酸化シリコンの微粉末を水
酸化カリウム水溶液に混合した懸濁液が用いられる。
【0007】(2)また、図6に示すように、ウエハー
テーブル615に配された、ガイドリング613を有す
るウエハーチャック612にウエハー400を研磨面を
上方に向けて、ウエハー400の径より小さな研磨パッ
ド601を用いて研磨する方法も提案されている。
【0008】これらの研磨装置及び研磨方法は、専ら現
在の8インチの半導体ウエハ等の基板を研磨することが
できるが、近年、半導体集積回路の微細化とウエハーの
大口径化が進んでおり、近い将来、ウエハーは8インチ
から12インチに移行するといわれている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】大口径のウエハーを研
磨するにあたり、従来の技術では以下のような解決すべ
き技術課題がある。
【0010】従来の研磨装置は、8インチのウエハーを
研磨するのに研磨パッドの厚さや弾力性などを最適化す
ることで研磨性能の調節を試みているが、その場合、研
磨パッドの材質の微妙な調整や均一性を確保することが
困難であり、12インチといった、より口径の大きいウ
エハーを高品質に研磨することは難しい。
【0011】プレストンの研磨理論によれば、研磨量は
研磨速度に比例する。一般に研磨パッド面の周速度νi
は、図3に示すように、回転中心からの半径riにパッド
の回転数npを乗じたものに等しく、以上を鑑みれば、ウ
エハー直径よりも大きな直径の研磨パッドでウエハーの
被研磨面全域を一度に研磨した場合、研磨パッドの回転
中心付近の研磨性能と外周付近の研磨性能とが異なると
いうことが考えられる。また、ウエハー直径よりも小さ
な直径の研磨パッドでウエハーの被研磨面全域を研磨す
る場合は、研磨時間が非常に長くなる。
【0012】また、ウエハー直径よりも大きな直径の研
磨パッドを用いた場合では、研磨時間はかからないもの
の、研磨剤の消費量が必然的に多くなる。その結果、コ
スト高になるという問題が生じる。
【0013】
【課題を解決するための手段】そこで、上記課題を解決
するための本発明とは、被研磨体を保持するための被研
磨体保持手段と、前記被研磨体を研磨するための研磨パ
ッドを保持し、該研磨パッドをパッド面中心を軸として
自転させる為のプラテンを複数有する研磨ヘッドと、を
具備する精密研磨装置において、前記研磨パッドを保持
する複数のプラテンを夫々同心円上に配置し、該研磨パ
ッドが該同心円上を公転するように支持するための支持
体と、前記研磨パッドの自転数と前記研磨パッドの公転
数とが一致するように該研磨パッドを自転させる駆動手
段と該研磨パッドを公転させる駆動手段とを制御する制
御手段と、を有することを特徴とする精密研磨装置を提
供することである。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
【0015】(第一の実施の形態)図1は、本発明の第
一の実施例に係る精密機械研磨装置を側面からあらわし
た模式図である。ウエハー400は、被研磨面を上方に
向けながらウエハーテーブル402に保持され、複数の
研磨パッド401が、ウエハー400に対向する位置に
ある。ウエハーチャック403は、ウエハーテーブル4
02に複数配備される。また、ウエハーテーブル402
は、第一の駆動手段404、第二の駆動手段405を備
えており、前者により揺動を、また後者により矢印Aが
示す方向に回転する。研磨ヘッド406は、プラテン1
18を同心円上に配置する支持体119と研磨パッドが
矢印Bが示す方向に回転するための第三の駆動手段40
8を有する。また、研磨ヘッド406は、第四の駆動手
段409によって矢印Cが示す方向へ回転し、ヘッド上
下機構116によって上下方向へ動く。
【0016】また、本発明の精密研磨装置は制御手段1
20を有しており、これは前述した第三の駆動手段40
8、第四の駆動手段409、第五の駆動手段411と、
後述する第一の駆動手段404、第二の駆動手段405
の駆動を夫々独立に制御する。
【0017】図2は、本発明の第1の実施例における支
持体119と研磨パッド401を下方よりあらわした模
式図である。本発明において支持体119は、3つの研
磨パッド401を同心円上に等間隔で配置している。各
研磨パッド401は、第三の駆動手段408によって自
転するが、さらに支持体119が第四の駆動手段409
によって矢印Cが示す方向に回転する結果、公転する。
【0018】次に図4を用いて本発明によるウエハーの
研磨方法について述べる。
【0019】図4は、ウエハー400上にある3つの研
磨パッド401のうち1つの研磨パッド401のみ示し
ているが、以下に述べる作用は全ての研磨パッドにおい
て共通のものである。研磨パッド401の直径は、ウエ
ハー400のそれの半分である。研磨パッド401の自
転、公転及び自転数や公転数は前述した制御手段120
によって独立に設定される。本実施例では、自転と公転
が同方向で且つ同回転数に設定して研磨を行う。
【0020】研磨条件としては、公転自転の各回転数の
選択範囲は1000rpm以下の範囲で同回転数であり、
より好ましくは50〜300rpmの範囲で同回転数であ
る。
【0021】また、研磨ヘッドがウエハー406に加え
る圧力は、0〜1kg/cm2の範囲である。
【0022】このように研磨パッド401が同方向且つ
同回転数で自転と公転をすると、図示したようにパッド
の中心付近と外周付近での周速度が等しくなり、その結
果研磨量も等しくなる。
【0023】研磨は研磨剤を用いて行われる。研磨剤は
研磨剤供給手段(不図示)によって研磨パッド401に
設けられた小孔(不図示)からウエハー400の被研磨面
上に供給される。
【0024】本発明に用いられる研磨剤としては、材質
が酸化シリコン、酸化セリウム、酸化アルミニウム、酸
化ゼオライト、酸化クロム、酸化鉄、炭化シリコン、炭
化ホウ素、カーボン、アンモニウム塩等の、径が数ミリ
オーダーからサブミクロンオーダーの範囲内で比較的均
一である微粒子が、水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カ
リウム水溶液、アンモニア水溶液、イソシアヌル酸溶
液、Br-CH3OH、塩酸水溶液、等の溶液中で分散している
研磨液が用いられるが、各微粒子と溶液との組み合わせ
は、目的に合わせて選択することが可能である。例え
ば、Si表面研磨においては、酸化シリコン、酸化セリウ
ム、アンモニウム塩、二酸化マンガン等の微粒子を上記
溶液に分散させた研磨剤が、また、SiO2表面研磨におい
ては、酸化シリコン微粒子を水酸化カリウム水溶液に分
散させた研磨剤が、また、Al表面基板においては、酸化
シリコン微粒子を過酸化水素を含むアンモニア水溶液に
分散させた研磨剤が好適である。また、研磨能力回復動
作の際には水や上記微粒子を含まない各水溶液を用いる
とよい。
【0025】ウエハーテーブル402は、第二の駆動手
段405によって、予め設定された振幅と周期で半径方
向に揺動し、又、ウエハーチャック403も内設する第
五の駆動手段411によって揺動することが可能である
し、第六の駆動手段419によって回転することが可能
である。夫々の駆動手段は制御手段120によって独立
に制御可能なので、これらの揺動及び回転は、必要に応
じて全て選択することができるし、あるいはいずれかを
選択しても構わない。
【0026】ウエハーテーブル402揺動の幅は、およ
そ10mmが好適である。この場合研磨パッド401は、
揺動時もウエハー400の被研磨面全域を研磨すること
ができるのに十分な大きさ、即ちウエハー400の半径
よりもおよそ10mm大きい直径を有する研磨パッドの使
用がより好適である。また、ウエハーチャック403の
揺動を加えた場合、ウエハー400の直径は、ウエハー
チャック403の揺動の幅と同じだけ大きくする方がよ
り好ましい。つまり、ウエハーチャックの揺動の幅が1
0mmであるならば、研磨パッドの直径は更に10mm大き
くすることが好ましい。
【0027】なお、本実施例では、第五の駆動手段41
1をウエハーチャック403に備えることでウエハー4
00を揺動させたが、ウエハーチャック403を揺動す
るかわりに第五の駆動手段411をヘッドに設けてヘッ
ド側を揺動しても構わないし、あるいは両者を揺動して
もよい。また、この場合も夫々の駆動手段は制御手段1
20によって独立に制御可能である。
【0028】また、研磨ヘッド406には、3つの研磨
パッド401が同心円上に等間隔に配置されているが、
必要ならば一部の間隔を他の間隔と異ならしめても構わ
ない。また、研磨パッド401の数も必ずしも3つであ
る必要はなく、1つ、2つまたは4つ以上でもよい。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、複数の研磨パッドを同
一方向同回転数で公転、自転させることで、パッドの中
心付近と外周付近での周速度が等しくなり、その結果研
磨量も等しくなる。その結果、12インチのウエハーを
作業工程時間を延ばすことなくウエハーの被研磨面全域
を均一な研磨量で研磨することができる。また、揺動運
動を加えることでさらに精密な研磨ができる。また、小
径研磨パッドを使用するため、研磨剤の使用量を削減す
ることができ、コスト安になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施の形態に係る化学機械研磨
装置の側面の模式図である。
【図2】研磨パッドの自転と公転を示す模式図である。
【図3】パッドの周速度を説明するための図である。
【図4】公転及び自転の回転数と相対速度の関係を説明
するための図である。
【図5】従来のCMP装置の研磨部分の図である。
【図6】従来の別の形態のCMP装置の研磨部分の図であ
る。
【符号の説明】
400 ウエハー 401、501、601、701 研磨パッド 402 ウエハーテーブル 403 ウエハーチャック 404 第一の駆動手段 405 第二の駆動手段 406 研磨ヘッド 407 小孔 408 第三の駆動手段 409 第四の駆動手段 410 ヘッド上下機構 411 第五の駆動手段 419 第六の駆動手段 512、612 ウエハーチャック 513、613 ガイドリング 514 テーブル 515 ウエハーテーブル 116 ヘッド上下機構 117 研磨ステーション 118 プラテン 119 支持体 120 制御手段

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被研磨体を保持するための被研磨体保持
    手段と、前記被研磨体を研磨するための研磨パッドを保
    持し、該研磨パッドをパッド面中心を軸として自転させ
    る為のプラテンを複数有する研磨ヘッドと、を具備する
    精密研磨装置において、前記研磨パッドを保持する複数
    のプラテンを夫々同心円上に配置し、該研磨パッドが該
    同心円上を公転するように支持するための支持体と、前
    記研磨パッドの自転数と前記研磨パッドの公転数とが一
    致するように該研磨パッドを自転させる駆動手段と該研
    磨パッドを公転させる駆動手段とを制御する制御手段
    と、を有することを特徴とする精密研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記被研磨体は、半導体ウエハーである
    請求項1記載の精密研磨装置。
  3. 【請求項3】 前記被研磨体は、前記被研磨面が上方を
    向いた状態で保持される請求項1記載の精密研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記被研磨体保持手段は、少なくとも1
    以上設けられている請求項1記載の精密研磨装置。
  5. 【請求項5】 前記被研磨体保持手段は、駆動手段によ
    って前記被研磨体の被研磨面に沿って軸を中心に回転す
    る請求項1記載の精密研磨装置。
  6. 【請求項6】 前記被研磨体保持手段は、駆動手段によ
    って前記被研磨体の被研磨面に沿って揺動する請求項1
    記載の精密研磨装置。
  7. 【請求項7】 前記研磨ヘッドは、少なくとも1以上設
    けられている請求項1記載の精密研磨装置。
  8. 【請求項8】 前記研磨パッドは、研磨剤、あるいは洗
    浄液を供給する為の小孔を有する請求項1記載の精密研
    磨装置。
  9. 【請求項9】 前記プラテンには、前記プラテンの軸を
    中心として回転するための駆動手段が設けられているこ
    とを特徴とする請求項1記載の精密研磨装置。
  10. 【請求項10】 被研磨体を保持するための被研磨体保
    持手段と、前記被研磨体を研磨するための研磨パッドを
    保持し、該研磨パッドをパッド面中心を軸として自転さ
    せる為のプラテンを複数有する研磨ヘッドと、を具備す
    る精密研磨装置を用いた精密研磨方法において、前記支
    持体上の夫々同心円上に配置された複数の前記研磨パッ
    ドを同心円上で公転させ、公転数と前記研磨パッドの自
    転数とを一致させて、前記被研磨体を研磨することを特
    徴とする精密研磨方法。
  11. 【請求項11】 前記被研磨体は、半導体ウエハーであ
    る請求項10記載の精密研磨方法。
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