JPH10296621A - 研磨装置、研磨方法、研磨パッドおよび研磨パッドの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェハなどの被研磨対象の被研磨面内での研磨
量および単位時間当たりの研磨量を安定化させることが
できるとともに、研磨パッドの摩耗を極力抑えることが
可能な研磨装置、研磨方法、および研磨パッドを提供す
る。 【解決手段】研磨パッド８の軸心Ｏを被研磨対象である
ウェハＷの被研磨面に直交する軸に対して所定の角度θ
で傾斜させ、研磨パッド８の傾斜角度θで傾斜する研磨
面８ａの一部をウェハＷの被研磨面に摺接させる。ウェ
ハＷを回転させかつ被研磨面と研磨パッド８の研磨面８
ａとの摺接位置を移動させて被研磨面を研磨する。これ
により、研磨パッド８の研磨面８ａと被研磨面との摺接
面積を適切に狭小化できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、たとえばウェハな
どの被研磨対象の被研磨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、研磨に使用される研磨パ
ッド、およびこの研磨パッドの形成方法に関する。

【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、シリコンウェハのミラーポリシング技術を応
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法を用いたウェハの平坦化技術は、ラッピング技
術の延長上にあるものであった。すなわち、ウェハに対
して研磨パッドの面積がかなり大きく、研磨パッドの回
転速度が遅い装置構成となっていた。このため、ウェハ
の表面の平坦性、ウェハ面内での研磨量の均一性および
単位時間当たりの研磨量である研磨レートの安定性など
の精度面において、不十分であるという問題がある。ま
た、スループットが遅いという課題も有する。

【０００４】すなわち、ウェハに対する研磨パッドの接
触面積がかなり大きいと、研磨パッドの研磨面の実効面
積が変動し、ウェハ表面の凸部の研磨量は多くなり、凹
部は研磨量が少なくなる。また、研磨パッドの外周側と
内周側とでは周速が大きく異なるため、内周側では研磨
量が少なくなり外周側にいくほど研磨量が大きくなる。
さらに、研磨時に研磨パッドとウェハとの間に供給され
るスラリ、研磨材の供給量が研磨パッドの内周側と外周
側とでは異なってくる。したがって、上記のような原因
で、ウェハ面内において研磨量の不均一および研磨レー
トの不安定が存在すると、研磨装置を数値制御化して精
度の高い研磨を行うことが難しい。一方、ウェハに対す
る研磨パッドの接触面積がかなり大きいと、ウェハと研
磨パッドとの摩擦が大きくなり、研磨パッドの摩耗が激
しく、研磨パッドの交換も頻繁に行う必要があり、ま
た、研磨パッドが目詰まりを起こしやすいという不利益
もある。

【０００５】本発明は、このような実状に鑑みてなさ
れ、ウェハなどのような被研磨対象の被研磨面内での研
磨量および研磨レートを安定化させることができるとと
もに、研磨パッドの摩耗を極力抑えることが可能な研磨
装置、研磨方法、および研磨パッド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】本発明の研磨装置は、被
研磨対象を保持する保持手段と、前記被研磨対象の被研
磨面を研磨する研磨面を有する研磨パッドと、前記研磨
パッドを回転自在に保持し、前記研磨パッドの回転軸を
前記保持手段に保持された前記被研磨対象の保持面に対
して相対的に所定の角度で傾斜させ、前記研磨パッドの
研磨面と前記被研磨対象の被研磨面とを摺接させながら
当該研磨パッドを回転させる回転駆動手段と、前記被研
磨対象の被研磨面と前記研磨パッドの研磨面とを摺接さ
せながら平面的に相対移動させる移動手段とを有する。

【０００７】本発明の研磨装置では、回転駆動手段によ
って研磨パッドの研磨面が被研磨対象の被研磨面に傾斜
した状態で回転される。このため、被研磨対象の被研磨
面に研磨パッドの研磨面の狭小な部分が摺接して、被研
磨面の研磨加工を行う。さらに、移動手段によって、回
転する被研磨対象の被研磨面と研磨パッドの研磨面との
摺接部分を移動する。これによって、被研磨面の全面が
研磨加工される。なお、本発明の研磨パッドは、発泡ポ
リウレタンなどの多孔質粘弾性材や不織布等の研磨布か
ら構成される研磨工具、研磨砥石、研磨ホイールや積層
フィルム等の固定砥粒を有する研磨工具を指し、以下こ
れらを研磨パッドと総称する。

【０００８】本発明の研磨方法は、被研磨対象の被研磨
面に対面する研磨面を有する研磨パッドを回転させて、
前記研磨パッドの研磨面により前記被研磨対象の被研磨
面を研磨する研磨方法であって、前記研磨パッドの回転
軸を前記被研磨対象の被研磨面に直交する軸に対して所
定の角度傾斜させ、前記研磨パッドの研磨面を前記被研
磨対象の被研磨面に摺接させ、前記被研磨対象を回転さ
せながら前記被研磨面と前記研磨パッドの研磨面との摺
接位置を移動させて当該被研磨面を研磨する。

【０００９】本発明の研磨方法では、研磨パッドの研磨
面と被研磨面との摺接面積が狭小化され、被研磨面内に
おける研磨量および研磨レートの安定化を図ることがで
きる。

【００１０】本発明の研磨パッドは、被研磨対象の被研
磨面に摺接して前記被研磨面を研磨する研磨面が、回転
軸に直交する面に対して所定の角度で傾斜している。

【００１１】本発明の研磨パッドでは、研磨面が回転軸
に直交する面に対して傾斜しているため、回転軸を傾斜
させて研磨パッドを保持し回転することによって、当該
傾斜した研磨面の狭小な一部が被研磨対象の被研磨面に
摺接することになる。

【００１２】本発明の研磨パッドの形成方法は、研磨パ
ッドによって研磨される被研磨対象が保持されるべき保
持面に直交する軸に対して回転軸が所定の角度で傾斜し
た状態で研磨パッドを回転させ、前記保持面の所定の位
置に設けられた前記研磨パッドの研磨面を仕上げるフェ
ーシング用工具と前記研磨パッドとを当接させながら、
前記研磨パッドを前記保持面に沿う方向に相対移動させ
て前記研磨パッドの研磨面を形成する。

【００１３】本発明の研磨パッドの形成方法では、被研
磨対象の保持面と研磨パッドの回転軸の傾斜する位置関
係が、研磨パッドの研磨面に容易にかつ高精度に転写さ
れることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形
態に係る研磨装置の全体斜視図であり、図１に示す本実
施形態に係る研磨装置３０は、被研磨対象としてのウェ
ハの被研磨面を研磨するための装置である。また、図２
は図１に示す研磨装置の研磨パッドの駆動機構部および
ウェハ保持機構部の概略構成図であり、（ａ）は上面
図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。図３は研
磨パッド付近の要部断面図であり、図４は研磨パッドの
底面図である。

【００１５】図１に示すように、この研磨装置３０の研
磨パッド８を保持する主軸の回転駆動機構部は、研磨パ
ッド８を回転させる主軸スピンドル３２と、主軸スピン
ドル３２をＺ軸方向に移動可能に保持するＺ軸スライダ
７３と、Ｚ軸スライダ７３の上面の２か所に一端が固定
された荷重を検出するためのロードセル８１と、ロード
セル８１の他端が固定され、Ｚ軸方向に移動可能に支持
されたサブスライド８２と、サブスライド８２をＺ軸方
向に駆動するＺ軸駆動モータ７４とから主に構成されて
いる。また、研磨装置３０のウェハＷの保持および移動
を行う移動保持機構部は、Ｘ軸テーブル６によって主に
構成されている。

【００１６】Ｚ軸スライダ７３は、コラム７１の側面に
設けられたＺ軸ガイド７２に沿ってＺ軸方向に移動可能
になっている。Ｚ軸スライダ７３の移動によって主軸ス
ピンドル３２のＺ軸方向の移動が行われる。Ｚ軸スライ
ダ７３に一端が固定されたロードセル８１は、主軸のＺ
軸方向に掛かる荷重を検出する。ロードセル８１の他端
はサブスライド８２に固定されており、ロードセル８１
によって保持された状態でＺ軸スライダ７３とともにＺ
軸方向の移動を行う。ロードセル８１は、図２に示すよ
うに、Ｚ軸スライダ７３に対する作用点Ｐが主軸中心Ｏ
およびＺ軸ガイド７２と一直線上にあるようにＺ軸スラ
イダ７３に対して固定される。

【００１７】サブスライド８２は、図２に示すように、
サブスライドガイド７４ａに沿ってＺ軸方向に移動自在
となっており、このサブスライド８２は、Ｚ軸方向にね
じ込まれたボールネジ８７にカップリング８９を介して
連結されたＺ軸駆動モータ７４の駆動によってＺ軸方向
に駆動される。

【００１８】また、Ｚ軸スライダ７３の上面の両端部に
は、図１，図２に示すように、２本のワイヤ８４の一端
がそれぞれ接続されている。これらのワイヤ８４の他端
には、図２に示すように、カウンタウエイト８６がそれ
ぞれ連結されており、これらのカウンタウエイト８６は
プーリ８３を介して吊り下げられている。カウンタウエ
イト８６の荷重はＺ軸スライダ７３の荷重にほぼ等しい
荷重となっており、これによってロードセル８１にかか
るＺ軸スライダ７３の荷重はほぼキャンセルされるよう
になっており、ロードセル８１に掛かる荷重が軽減され
ている。

【００１９】主軸スピンドル３２は、Ｚ軸スライダ７３
によって保持されており、Ｚ軸方向の移動が可能となっ
ている。この主軸スピンドル３２の軸線Ｏは、Ｘ軸テー
ブル６のウェハ保持面に直交するテーブル軸に対して所
定の角度で傾斜している。主軸スピンドル３２の軸線Ｏ
を傾斜させるには、例えば、主軸スピンドル３２をＺ軸
スライダ７３に固定する際に、Ｚ軸方向に対して所定の
角度で傾斜するように設置する。傾斜角度は、Ｚ軸スラ
イダ７３をＺ軸ガイド７２に設置する際に調整可能であ
る。例えば、主軸スピンドル３２とＺ軸スライダ７３締
結ボルトの締め付け力を調整することにより、傾斜角度
を調整する。また、傾斜角度のオーダは、例えば、Ｚ軸
方向の１００ｍｍ当たり、これに直交する方向に数μｍ
程度傾斜する程度のオーダであり、微小な角度である。

【００２０】また、主軸スピンドル３２は、図３に示す
ように、主軸３６と主軸ハウジング３８とを有する。主
軸３６の下部には、定盤３４が取付固定してある。定盤
３４の中心部には、ノズル孔４２が形成してあり、この
ノズル孔４２に、ノズル管４０の下端部が接触しないよ
うに挿入されるようになっている。ノズル管４０から
は、研磨液としてのスラリーが吐出するようになってい
る。ノズル管４０は、回転せず、定盤３４が主軸３６に
より回転可能になっている。主軸３６は、図示省略して
あるモータにより回転駆動される。ノズル管４０から供
給されるスラリーとしては、化学機械研磨を可能とする
研磨スラリーが用いられ、例えば粉状の酸化シリコン(
ＳｉＯ₂ ) と水酸化カリウム( ＫＯＨ) との水溶液など
が用いられる。図３，図４に示すように、本実施形態で
は、ノズル孔４２は、その下部にスラリー分配用端板４
６が残されるように、定盤３４に形成してある。しか
も、定盤３４の下面には、放射状溝４４が形成してあ
り、その放射状溝４４の中心部が、ノズル孔４２に対し
て連通するようになっている。

【００２１】Ｘ軸テーブル６は、図示しないレールに沿
ってＸ軸方向に移動自在に設けられたスライダ上に回転
自在に装着してある。Ｘ軸テーブル６は、比較的低速回
転なので、モータ、プーリおよび平ベルトなどにより回
転駆動される。Ｘ軸テーブル６の大きさは、特に限定さ
れないが、たとえば、直径約２００ｍｍの円盤状をして
いる。Ｘ軸テーブル６の上部には、多孔質部材などで構
成されるチャックが装着してある。Ｘ軸テーブル６を回
転させる回転軸には、その軸心に沿って真空引き用通路
が形成してある。この通路を通して真空引きすること
で、ウェハＷがＸ軸テーブル６の表面に真空吸着される
ようになっている。

【００２２】図３，図４に示すように、定盤３４の下面
の外周に、リング状研磨パッド８が接着などで取り付け
てある。このリング状の研磨パッド８の回転中心は、上
記の主軸スピンドル３２および主軸３６の軸心Ｏに一致
しており、研磨パッド８の研磨面８ａは、後述するよう
に、主軸スピンドル３２の軸心Ｏに直交する面に対して
所定の角度で傾斜している。この研磨面８ａの傾斜角度
は、主軸スピンドル３２の軸心Ｏの傾斜角度に等しい。
また、この研磨パッド８は、発泡ポリウレタンなどの多
孔質粘弾性材で構成される。この研磨パッド８の外径Ｄ
は、ウェハＷの外径と略同じまたはそれよりも小さい外
径である。前述した放射状溝４４は、研磨パッド８の内
周面まで延びるように形成してある。リング状の研磨パ
ッド８の半径方向幅ｄは、本実施形態では、２０ｍｍで
ある。また、定盤３４の外径Ｄは、２００ｍｍである。

【００２３】また、図１に示すように、研磨装置３０
は、例えば図示しない搬送装置によって運ばれてきたウ
ェハカセット６１に収納された未研磨状態のウェハＷを
真空吸着によって把持してロードバッファ６３まで運ん
で待機し、Ｘ軸テーブル６上のウェハＷの研磨が完了し
てアンロードされたら、図１の開口部９０を通じてロー
ドバッファ６３上のウェハＷをＸ軸テーブル６にロード
するローダチャック５５と、Ｘ軸テーブル６上で研磨が
完了したウェハＷを開口部９０を通じて真空吸着によっ
て保持し、これをアンロードバッファ６５まで運ぶアン
ローダチャック６４と、アンロードバッファ６５上に載
置されたウェハＷの表面を洗浄してウェハカセット６７
に収容するウェハ洗浄ブラシ６６とを備えている。

【００２４】次に、本実施形態に係る研磨装置３０の動
作を説明する。まず、上記したウェハカセット６１に収
納された未研磨状態のウェハＷをローダチャック５５に
よってロードバッファ６３上に載置する。Ｘ軸テーブル
６上のウェハＷの研磨が完了してアンローダチャック６
５によってアンロードされると、ローダチャック５５は
ロードバッファ６３上に載置されたウェハＷをＸ軸テー
ブル６上に運び、ウェハＷの被研磨面を図中上にして載
置する。そして、Ｘ軸テーブル６の吸引装置が吸引を開
始し、その表面に吸引力が生じ、Ｘ軸テーブル６の上に
載置されたウェハＷがＸ軸テーブル６に吸着される。

【００２５】次いで、主軸スピンドル３２の駆動によっ
て、定盤３４を、例えば、回転速度１０００〜３０００
ｒｐｍの高速で回転させる。また、モータの駆動によっ
てＸ軸テーブル６をウェハＷと共に、例えば、回転速度
数十ｒｐｍの低速で回転させる。また、ウェハＷの上方
に研磨パッド８が位置するように、図示しないレールに
沿ってＸ軸方向に移動自在に設けられたスライダを当該
レールに沿ってＸ軸方向に移動する。このとき、図３に
示すノズル管４０を介して、スラリー供給装置からのス
ラリーが、ノズル孔４２から吐出され、回転による遠心
力で、放射状４４を通して、研磨パッド８の内周側に供
給される。

【００２６】そして、Ｚ軸駆動モータ７４の駆動によっ
て主軸スピンドル３２がＺ軸方向に所定の位置まで下降
する。これにより、ウェハＷの被研磨面に研磨パッド８
の研磨面８ａの一部が接触する。この状態で、図示しな
い駆動装置からの駆動力によって、図示しないスライダ
がレールに沿って所定の周期および振幅でＸ軸テーブル
６の往復運動を行い、ウェハＷが研磨パッド８に対して
トラバース運動（回転半径方向に往復移動）を行う。な
お、このトラバース運動の速度は、例えば５〜４００
（ｍｍ／分）である。このトラバース運動に際して、研
磨パッド８およびウェハＷは共に回転する。

【００２７】ここで、上記のウェハＷの被研磨面に研磨
パッド８の研磨面８ａの一部が接触した状態で研磨加工
を行う様子を図５に示す。図５に示すように、研磨パッ
ド８の回転中心である主軸スピンドル３２の軸心Ｏは、
Ｘ軸テーブル６のウェハ保持面に直交するテーブル軸Ｔ
に対して微小な傾斜角度θで傾斜した状態となってい
る。一方、研磨パッド８の研磨面８ａも傾斜角度θと同
じ角度で主軸スピンドル３２の軸心Ｏに直交する面に対
して傾斜している。なお、研磨パッド８の研磨面８ａの
フェーシング加工については後述する。傾斜角度θは、
図面上では説明の便宜上大きく示したが、実際には、主
軸３６が１００ｍｍ当たり数μｍ程度のオーダで傾斜す
る微小な角度である。

【００２８】図５において、研磨パッド８は矢印Ｄの向
きに高速で回転しており、ウェハＷは矢印Ｃの方向に低
速で回転しており、研磨パッド８の研磨面８ａとウェハ
Ｗの被研磨面とは、摺接部Ｓで摺接する。この摺接部Ｓ
においてウェハＷの被研磨面の研磨加工が行われること
になる。

【００２９】さらに、研磨パッド８は、ウェハＷの被研
磨面に対して加工圧力Ｌで押しつけられている。研磨パ
ッド８のウェハＷの被研磨面に対する加工圧力Ｌは、上
記したＺ軸駆動モータ７４を駆動することによって調整
することができる。すなわち、Ｚ軸駆動モータ７４を駆
動すると、研磨パッド８のウェハＷの被研磨面に対する
加工圧力Ｌに応じた力がロードセル８１によって検出さ
れる。ロードセル８１の検出信号に基づいてＺ軸駆動モ
ータ７４を駆動制御することにより、加工圧力Ｌの調整
が可能となる。

【００３０】図５における研磨パッド８の研磨面８ａ
は、図６に示すように、主軸３６の軸心Ｏのテーブル軸
Ｔに対する傾斜角度θと同じ角度に形成されている。こ
のため、図５に示した摺接部Ｓの形状は、加工圧力Ｌの
大きさを変更することによって例えば図７に示すように
変化する。加工圧力Ｌが小さい時は、図７（ａ）に示す
ように、摺接部Ｓは研磨面８ａの全体に比べて非常に微
小な面積を有する接線形状となる。加工圧力Ｌを大きく
していくと、図７（ｂ）に示すように、摺接部Ｓは扇状
に拡大する。これは、加工圧力Ｌによって研磨パッド８
の研磨面８ａに弾性変形が生じるためである。

【００３１】さらに、加工圧力Ｌを大きくしていくと、
図７（ｃ）に示すように、扇状の摺接部Ｓはさらに拡大
していく。すなわち、加工圧力Ｌを大きくしていくと、
リング状の研磨パッド８の軸心Ｏがテーブル軸Ｔに対し
て傾斜しておらず、研磨面８ａもウェハＷの被研磨面に
対して平行な場合の摺接と同様な状態に近づいていくの
がわかる。したがって、本実施形態では、加工圧力Ｌを
調整することにより、研磨面８ａとウェハＷの被研磨面
との摺接部Ｓの面積を適切な範囲に狭小化することがで
きる。

【００３２】また、研磨パッド８の研磨面８ａによるウ
ェハＷの被研磨面の研磨量は、摺接部Ｓの面積に応じた
量となる。すなわち、摺接部Ｓの面積が小さいと研磨量
は少なく、摺接部Ｓの面積が大きいと研磨量は多い。こ
のことから、加工圧力Ｌを調整して摺接部Ｓの面積を調
整することによって、研磨量の調整が可能となる。

【００３３】摺接部Ｓの面積は、加工圧力Ｌの調整によ
る方法以外に、主軸３６の傾斜角度θおよび研磨パッド
８の研磨面８ａの傾斜角度θを調整することによっても
変更することができる。すなわち、一定の加工圧力Ｌの
下では、主軸３６および研磨パッド８の研磨面８ａの傾
斜角度θを大きくするほど摺接部Ｓの形状は接線状とな
り、傾斜角度θを小さくするほど摺接部Ｓの形状は扇状
になる。したがって、研磨装置３０のＺ軸スライダ７３
をＺ軸ガイド７２に設置する際に、予め傾斜角度θを調
整することによって研磨量の調整が可能となる。なお、
Ｚ軸スライダ７３の傾斜角度をリアルタイムに変更可能
な傾斜機構を研磨装置３０に装備することも可能であ
る。この場合には、摺接部Ｓの面積をリアルタイムに変
更することができる。

【００３４】上記のように、主軸３６の軸心Ｏおよび研
磨パッド８の研磨面８ａを傾斜させ、研磨面８ａのごく
一部のみをウェハＷの被研磨面に摺接させて研磨するこ
とにより、ウェハＷの被研磨面は、ノズル管４０から供
給されたスラリー中のアルカリ成分による化学的研磨作
用と、直径約０．１μｍ程度のシリカなどの研磨粒子に
よる機械的研磨作用と、さらにこれらの相乗研磨作用に
より、メカノケミカル研磨（ＣＭＰ）が良好に行われ
る。

【００３５】このとき、摺接部Ｓを微小な面積とするこ
とができるため、ウェハＷの被研磨面の凹凸の影響を受
けにくくなる。このため、研磨加工中に摺接部Ｓの面積
を安定させることができ、研磨量の均一性を大幅に向上
させることができる。また、摺接部Ｓを微小な面積とす
ることができるため、スラリーの分布が摺接部Ｓ内にお
いては安定することになる。このため、単位時間あたり
の研磨量である研磨レートの変動が非常に少なくなる。
このため、研磨レートの均一性を大幅に向上させること
ができる。また、リング状の研磨パッド８を用いて研磨
を行うことで、研磨面８ａの径方向の長さが短くなり、
摺接部Ｓ内での周速差はほとんどなく、研磨量のばらつ
きが最小限に抑制される。さらに、摺接部Ｓは微小な面
積であるため、加工圧力Ｌの絶対値は非常に小さな値で
も十分な面圧が得られる。

【００３６】研磨装置３０による研磨加工が完了する
と、ウェハＷは、図１に示す開口部３０からアンローダ
チャック６４によってアンロードバッファ６５まで運ば
れ、ウェハ洗浄ブラシ６６によって洗浄された後、ウェ
ハカセット６７に収納される。

【００３７】以上のように、本実施形態では、摺接部Ｓ
における研磨量および研磨レートが安定しており、ま
た、加工圧力Ｌの絶対値が非常に小さくてもよいことか
ら、研磨量を制御することが非常に容易となる。すなわ
ち、例えば、加工圧力Ｌまたは主軸３６の軸心Ｏの傾斜
角度θを調整して摺接部Ｓの面積を調整することによっ
てウェハＷの被研磨面内の研磨量を制御したり、ウェハ
Ｗを保持するＸ軸テーブルの送り速度を調整することに
よって研磨量を制御したりする際に、摺接部Ｓにおける
研磨量および研磨レートのバラツキや変動がほとんどな
いため、加工圧力Ｌや軸心Ｏの傾斜角度θやＸ軸テーブ
ルの送り速度を数値制御化しても所望の所望の研磨精度
を容易に得ることができる。

【００３８】また、本実施形態では、研磨パッド８の研
磨面８ａの極一部がウェハＷの被研磨面に摺接すること
から、研磨パッド８の摩耗は非常に少なく、研磨パッド
８の長寿命化を図ることができる。さらに、研磨パッド
８の研磨面８ａの極一部がウェハＷの被研磨面に摺接す
ることから、研磨パッド８の研磨面８ａの目づまりする
割合も大幅に減少する。

【００３９】また、本実施形態の研磨パッド８は、図８
（ａ）に示すように、基本的には、研磨パッド８の回転
軸がウェハＷの被研磨面に略直交しており、ウェハＷの
被研磨面に対面する研磨面８ａによってウェハＷの被研
磨面の研磨加工を行う研磨方式である。研磨面８ａのウ
ェハＷの被研磨面との摺接部は、円弧形状（扇形状）で
あるため、研磨面８ａに凹凸が存在しても、ウェハＷの
被研磨面には凹凸がランダムに形成されることになる。
このため、本実施形態では研磨加工後のウェハＷの被研
磨面の平面性が良好となる。一方、図８（ｂ）に示すよ
うに、研磨パッド１０１の回転軸がウェハＷの被研磨面
に対して平行で、研磨パッド１０１の外周面である研磨
面１０１ａによってウェハＷの被研磨面を研磨加工する
研磨方式の場合には、研磨面１０１ａの凹凸がウェハＷ
の被研磨面にそのまま転写されるため、研磨加工後のウ
ェハＷの被研磨面の表面性が悪い。

【００４０】また、本実施形態では、リング状の研磨パ
ッド８を用いることで、研磨による平坦性も向上する。
従来では、円盤状の研磨パッドの内周側と外周側とで、
パッドの周速度差が大きいため、それらの部分で加工さ
れる段差による加振力の周波数差が大きくなっていた。
このため、たとえば内周側で都合良く段差を加工できる
程度の研磨パッド回転速度であるとすると、外周側で
は、段差の加工残りが大きくなるおそれがあった。本実
施形態では、リング状の研磨パッド８を用いることで、
内外周における周速度の差を小さくすることができ、研
磨能力の均一性が向上し、結果として得られる被研磨面
の平坦性が向上する。

【００４１】ここで、上記した研磨パッド８の研磨面８
ａの形成方法について説明する。まず、研磨パッド８を
上記の研磨装置３０の主軸３６の定盤３４に装着する。
これにより、研磨パッド８の軸心Ｏは、図９（ａ）に示
すように、Ｘ軸テーブル６のテーブル軸Ｔに対して傾斜
角度θで傾斜した状態となる。

【００４２】次いで、図９（ｂ）に示すように、Ｘ軸テ
ーブル６の所定の位置にフェーシング用工具Ｂを固定す
る。フェーシング用工具Ｂは例えば、ダイアモンドバイ
ト等のフェーシング用工具を使用することができる。そ
して、図９（ｃ）に示すように、Ｘ軸テーブル６をＸ軸
方向に移動させて、研磨パッド８の端面部分をフェーシ
ング用工具Ｂに当接させ、研磨パッド８をセルフカット
する。これにより、研磨パッド８の軸心Ｏに直交する面
に対して傾斜角度θで傾斜した研磨面８ａが形成され
る。

【００４３】研磨パッド８を実際に研磨加工を行う研磨
装置３０に装着し、フェーシング用工具Ｂを用いて研磨
面８ａを形成することにより、軸心Ｏのテーブル軸Ｔに
対する傾斜角度θを研磨パッド８の研磨面８ａに正確に
転写することができる。上記の方法によって形成された
研磨パッド８によって、研磨加工を行うことによって、
摺接部Ｓにおける研磨量および研磨レートの均一性をさ
らに向上させることができる。また、上記の方法によれ
ば、本実施形態に係る研磨パッド８の研磨面８ａを容易
にかつ高精度に形成することができる。

【００４４】なお、本発明は、上述した実施形態に限定
されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変する
ことができる。例えば、上記実施形態では、主軸３６を
Ｘ軸テーブル６のテーブル軸Ｔに対して傾斜角度θで傾
斜させるものとしたが、主軸３６を傾斜させるのではな
くＸ軸テーブル６のウェハ保持面を傾斜角度θで傾斜さ
せることも可能である。また、Ｘ軸テーブル６によって
ウェハＷをＸ方向に移動させることで、ウェーハＷを研
磨パッド８に対して移動させたが、研磨パッド８を保持
する主軸スピンドル３２をウェーハに対して往復移動さ
せても良い。ただし、スピンドル３２の方が高速回転な
ので、テーブル６を往復移動させる方が、回転安定性の
観点からは好ましい。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、研磨パ
ッドを傾斜させて研磨面の一部を被研磨対象の被研磨面
に摺接させて研磨するため、摺接部を微小な面積とする
ことができ、被研磨対象の被研磨面の有する凹凸の影響
を受けにくくなる。このため、研磨加工中に摺接部の実
効面積を安定させることができ、研磨量の均一性を大幅
に向上させることができる。また、摺接部を微小な面積
とすることができるため、スラリー等の研磨材の分布が
摺接部内においては安定することになる。このため、単
位時間あたりの研磨レートの変動が非常に少なくなる。
このため、研磨レートの均一性を大幅に向上させること
ができる。また、リング状の研磨パッドを用いて研磨を
行うことで、研磨面の径方向の長さが短くなり、摺接部
内での周速差はほとんどなく、研磨量のばらつきを最小
限に抑制することができるさらに、摺接部は微小な面積
であるため、加工圧力の絶対値は非常に小さな値でも十
分な面圧が得られる。

【００４６】この結果、被研磨対象の被研磨面内におけ
る研磨量の制御が非常に容易となり、数値制御化された
研磨を容易にかつ高精度に行うことができ、任意の曲面
の研磨加工や高精度な研磨加工の自動化が可能となる。

【００４７】また、本発明によれば、研磨パッドの研磨
面の極一部が被研磨対象の被研磨面に摺接することか
ら、研磨パッドの摩耗は非常に少なく、研磨パッドの研
磨面の目づまりする割合も大幅に減少し、研磨パッドの
長寿命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る研磨装置の全体斜視
図である。

【図２】図１に示す研磨装置の研磨パッドの回転駆動機
構部およびウェハの移動保持機構部の概略構成図であ
り、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図
である。

【図３】研磨パッド付近の要部断面図である。

【図４】研磨パッドの底面図である。

【図５】ウェハの被研磨面に研磨パッドの研磨面の一部
が接触した状態で研磨加工を行う様子を示す斜視図であ
る。

【図６】図５に示すウェハと研磨パッドとの位置関係を
示す断面図である。

【図７】加工圧力の大きさを変更することによる摺接部
Ｓの形状の形状の変化を示す説明図であって、（ａ）は
加工圧力が小さい場合、（ｂ）は加工圧力を増加させた
場合、（ｃ）は加工圧力をさらに増加させた場合であ
る。

【図８】（ａ）は本発明の基本的な研磨方式を示す説明
図であり、（ｂ）は他の研磨方式を示す説明図である。

【図９】本発明に係る研磨パッドの研磨面の形成方法を
説明するための説明図であって、（ａ）は主軸に研磨パ
ッドを装着した状態を示す図であり、（ｂ）はＸ軸テー
ブルにフェーシング用工具を固定した状態を示す図であ
り、（ｃ）はＸ軸テーブルを移動させてフェーシング用
工具によって研磨面を形成する様子を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

６…Ｘ軸テーブル，８…研磨パッド，８ａ…研磨面，３
０…研磨装置，３２…主軸スピンドル，７２…Ｚ軸ガイ
ド，７３…Ｚ軸スライド，７４…Ｚ軸駆動モータ，８１
…ロードセル，８２…サブスライド。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被研磨対象を保持する保持手段と、 前記被研磨対象の被研磨面を研磨する研磨面を有する研
   磨パッドと、 前記研磨パッドを回転自在に保持し、前記研磨パッドの
   回転軸を前記保持手段に保持された前記被研磨対象の保
   持面に対して相対的に所定の角度で傾斜させ、前記研磨
   パッドの研磨面と前記被研磨対象の被研磨面とを摺接さ
   せながら当該研磨パッドを回転させる回転駆動手段と、 前記被研磨対象の被研磨面と前記研磨パッドの研磨面と
   を摺接させながら平面的に相対移動させる移動手段とを
   有する研磨装置。
2. 【請求項２】前記研磨パッドの前記被研磨対象と摺接す
   る研磨面は、当該研磨パッドの回転軸に直交する面に対
   して前記所定の角度で傾斜している請求項１に記載の研
   磨装置。
3. 【請求項３】前記回転駆動手段は、前記研磨パッドの回
   転軸の前記保持手段の保持面に対する傾斜角度を任意に
   調整可能である請求項１に記載の研磨装置。
4. 【請求項４】前記研磨パッドの研磨面の前記被研磨面に
   対する加工圧力を調整する圧力調整手段をさらに有する
   請求項１に記載の研磨装置。
5. 【請求項５】前記研磨パッドと被研磨対象との間に、化
   学的機械研磨を生じさせる研磨液を供給する研磨液供給
   手段をさらに有する請求項１に記載の研磨装置。
6. 【請求項６】前記研磨パッドの研磨面がリング状である
   請求項１に記載の研磨装置。
7. 【請求項７】被研磨対象の被研磨面に対面する研磨面を
   有する研磨パッドを回転させて、前記研磨パッドの研磨
   面により前記被研磨対象の被研磨面を研磨する研磨方法
   であって、 前記研磨パッドの回転軸を前記被研磨対象の被研磨面に
   直交する軸に対して所定の角度傾斜させ、 前記研磨パッドの研磨面を前記被研磨対象の被研磨面に
   摺接させ、前記被研磨対象を回転させながら前記被研磨
   面と前記研磨パッドの研磨面との摺接位置を移動させて
   当該被研磨面を研磨する研磨方法。
8. 【請求項８】前記被研磨対象の研磨に先立って、前記研
   磨パッドの回転軸に直交する面に対して所定の角度で傾
   斜するように前記研磨パッドの研磨面を予めフェーシン
   グし、 その後に、フェーシングされた研磨面によって前記被研
   磨対象の被研磨面を研磨する請求項７に記載の研磨方
   法。
9. 【請求項９】前記研磨パッドの研磨面のフェーシング
   は、 前記回転軸が前記被研磨対象の被研磨面に直交する軸に
   対して所定角度で傾斜した状態で回転する前記研磨パッ
   ドの研磨面を当該研磨面を仕上げるフェーシング用工具
   に当接させ、 前記研磨パッドを前記被研磨対象の被研磨面に沿う方向
   に相対移動させて前記所定の角度で傾斜する研磨面を形
   成する請求項８に記載の研磨方法。
10. 【請求項１０】前記被研磨対象の被研磨面に対する前記
    研磨パッドの回転軸の傾斜角度を調整して、前記被研磨
    対象の被研磨面と研磨面との摺接面積を調整する請求項
    ７に記載の研磨方法。
11. 【請求項１１】前記研磨パッドの研磨面の前記被研磨対
    象の被研磨面に対する加工圧力を調整して、前記被研磨
    対象の被研磨面と研磨面との摺接面積を調整する請求項
    ７に記載の研磨方法。
12. 【請求項１２】前記研磨パッドの研磨面がリング状であ
    って、当該研磨面は前記回転軸に直交する面に対して所
    定の角度で傾斜しており、 前記研磨パッドの傾斜する研磨面を前記被研磨対象の被
    研磨面に接線状に摺接させて当該被研磨面を研磨する請
    求項７に記載の研磨方法。
13. 【請求項１３】前記研磨パッドと被研磨対象との間に、
    化学的機械研磨を生じさせる研磨液を供給しながら研磨
    を行う請求項７に記載の研磨方法。
14. 【請求項１４】被研磨対象の被研磨面に摺接して前記被
    研磨面を研磨する研磨面が、回転軸に直交する面に対し
    て所定の角度で傾斜している研磨パッド。
15. 【請求項１５】前記研磨面がリング状である請求項１４
    に記載の研磨パッド。
16. 【請求項１６】研磨パッドによって研磨される被研磨対
    象が保持されるべき保持面に直交する軸に対して回転軸
    が所定の角度で傾斜した状態で研磨パッドを回転させ、 前記保持面の所定の位置に設けられた前記研磨パッドの
    研磨面を仕上げるフェーシング用工具と前記研磨パッド
    とを当接させながら、前記研磨パッドを前記保持面に沿
    う方向に相対移動させて前記研磨パッドの研磨面を形成
    する研磨パッドの形成方法。