JPH1071562A - 化学機械研磨装置および方法 - Google Patents

化学機械研磨装置および方法

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JPH1071562A
JPH1071562A JP13276597A JP13276597A JPH1071562A JP H1071562 A JPH1071562 A JP H1071562A JP 13276597 A JP13276597 A JP 13276597A JP 13276597 A JP13276597 A JP 13276597A JP H1071562 A JPH1071562 A JP H1071562A
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JP
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polishing
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polished
chemical mechanical
tools
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JP13276597A
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Shinzo Uchiyama
信三 内山
Matsuomi Nishimura
松臣 西村
Kazuo Takahashi
一雄 高橋
Kyoichi Miyazaki
恭一 宮崎
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Canon Inc
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ等の被研磨面を高速かつ高精度で均一
に研磨する。 【解決手段】 第1ないし第4の研磨工具210〜21
3は、基板W1 の口径より小さい口径を有し、各研磨工
具210〜213を基板W1 に押しつけて自転させ、か
つ公転テーブル208の回転によって公転させるととも
に、基板W1 を支持する回転テーブル205を回転させ
ながら径方向へ揺動、走査させて化学機械研磨を行な
う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハ等の基板を
高精度に研磨するための化学機械研磨装置および方法に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体ディバイスの超微細化や高
段差化が進み、これに伴ってSIO基板、GaAs、I
nP等の半導体ウエハ等の基板の表面を高精度に平坦化
することが求められている。このウエハ等の基板の表面
を高精度に平坦化するための加工手段として次に説明す
る化学機械研磨(CMP)装置が知られている。
【0003】この従来の化学機械研磨装置は、図9に示
すように、ウエハ等の基板4を図示下面に着脱自在に保
持することができる被加工物回転テーブル3と、被加工
物回転テーブル3の図示下方に対向して配設された基板
4の口径に比較して口径の大きな研磨パッド2が一体的
に設けられた研磨工具回転テーブル1と、研磨パッド2
の上面に研磨剤(研磨スラリー)7を供給するための研
磨剤(研磨スラリー)の供給ノズル6を備え、矢印A方
向へ回転される研磨工具回転テーブル1に一体的に設け
られた研磨パッド2の上面に研磨剤(研磨スラリー)7
を供給しつつ、基板4を保持した被加工物回転テーブル
3の回転軸5に白抜き矢印で示す軸方向への加工圧を与
えて基板4を研磨パッド2に押付けた状態で基板4を保
持した被加工物回転テーブル3に矢印Bで示す回転運動
と矢印Cで示す揺動運動を与えて研磨するように構成さ
れている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術では、研磨パッドが一体的に設けられた研磨工具
回転テーブルの口径が基板の口径に比較して大きいた
め、次に記載するような未解決の課題がある。
【0005】(1) 研磨工具回転テーブルを含めた研
磨装置全体が大型となり、研磨工具回転テーブルを高速
回転させると振動が発生して被加工物である基板の被研
磨面表面の加工精度が低下するため、研磨工具回転テー
ブルを高速回転させることができない。その結果、研磨
速度(単位時間あたりの除去量)を高くすることができ
ないばかりでなくコスト高を招く。
【0006】(2) 被加工物である基板の被研磨面の
全面が研磨パッドの研磨面に当接された状態で研磨され
るため、基板の被研磨面に局部的なキズがある場合、こ
のような局部的なキズを効率的に除去することが困難で
ある。
【0007】本発明は、上記従来の技術の有する未解決
の課題に鑑みてなされたものであって、被加工物の被研
磨面の局部的なキズの有無にかかわらず高速かつ高精度
に研磨することができ、かつ有効接触研磨面積を大きく
して被研磨面全面を効率良く研磨でき、研磨の均一性を
向上させることができる化学機械研磨装置および方法を
実現することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の化学機械研磨装置は、被加工物の被研磨面
と、前記被研磨面に所定の加工圧を与えた状態で当接さ
れた研磨工具の研磨面との間に研磨剤を供給しつつ研磨
を行なう化学機械研磨装置において、前記被加工物を保
持して回転させるための回転テーブルと、前記回転テー
ブルを支持して径方向へ移動させるためのスライダと、
前記被加工物の口径よりも小さい口径であってそれぞれ
口径の異なる複数の研磨工具を互いに間隔をおいて同一
公転半径部位に回転自在かつ軸方向へ移動自在に支持す
る公転テーブルと、前記公転テーブルを公転させるため
の公転テーブル回転駆動機構と、前記複数の研磨工具を
それぞれ個別に自転させるとともに軸方向へ移動させる
ための回転駆動機構兼直線駆動機構を備えたことを特徴
とするものである。
【0009】被加工物の被研磨面と、前記被研磨面に所
定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の研磨面
との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機械研磨
装置において、前記被加工物を保持して自転させるため
の回転テーブルと、前記回転テーブルを支持して径方向
へ移動させるためのスライダと、同一口径であって前記
被加工物よりも口径の小さい複数の研磨工具をそれぞれ
公転半径の異なる部位において回転自在かつ軸方向へ移
動自在に支持した公転テーブルと、前記公転テーブルを
公転させるための公転テーブル回転駆動機構と、前記複
数の研磨工具をそれぞれ個別に自転させるとともに軸方
向へ移動させるための回転駆動機構兼直線駆動機構とを
備えたものでもよい。
【0010】また、被加工物の被研磨面と、前記被研磨
面に所定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の
研磨面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機
械研磨装置において、前記被加工物を保持して回転させ
るための回転テーブルと、前記回転テーブルを支持して
径方向へ移動させるためのスライダと、前記被加工物の
口径よりも小さい口径であってそれぞれ口径の異なる複
数の研磨工具を互いに間隔をおいて異なる公転半径部位
に回転自在かつ軸方向へ移動自在に支持する公転テーブ
ルと、前記公転テーブルを公転させるための公転テーブ
ル回転駆動機構と、前記複数の研磨工具をそれぞれ個別
に自転させるとともに軸方向へ移動させるための回転駆
動機構兼直線駆動機構を備えたものでもよい。
【0011】本発明の化学機械研磨方法は、被加工物の
被研磨面と、前記被研磨面に所定の加工圧を与えた状態
で当接された研磨工具の研磨面との間に研磨剤を供給し
つつ研磨を行なう化学機械研磨方法において、前記被加
工物の被研磨面より小さい口径でかつ互いに異なる口径
の研磨面を有する複数の研磨工具を用意し、該複数の研
磨工具のうちから選択した研磨工具の研磨面を前記被加
工物の被研磨面に当接させて公転させるとともに自転さ
せて研磨を行なうことを特徴とするものである。
【0012】被加工物の被研磨面と、前記被研磨面に所
定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の研磨面
との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機械研磨
方法において、前記被加工物の被研磨面より小さい口径
でかつ互いに同一口径の研磨面を有する複数の研磨工具
を用意し、該複数の研磨工具のうちから選択した研磨工
具の研磨面を前記被加工物の被研磨面に当接させて公転
させるとともに自転させて研磨を行なうものでもよい。
【0013】また、被加工物の被研磨面と、前記被研磨
面に所定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の
研磨面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機
械研磨方法において、前記被加工物の被研磨面より小さ
い口径でかつ互いに異なる口径の研磨面を有する複数の
研磨工具を異なる公転半径部位に用意し、該複数の研磨
工具のうちから選択した研磨工具の研磨面を前記被加工
物の被研磨面に当接させて公転させるとともに自転させ
て研磨を行なうものでもよい。
【0014】
【作用】各研磨工具の口径が被研磨面の口径に比較して
小さいので、各研磨工具をそれぞれ高速で自転させて高
速かつ高精度な研磨が可能となる。また、被加工物の被
研磨面における研磨領域に対応する口径の研磨工具を選
択したり、各研磨工具毎に独立して自転速度を制御でき
るので、被加工物の被研磨面に局部的なキズ等があって
も、高速かつ高精度で均一に研磨することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
【0016】(第1の実施の形態)図1は、本発明の第
1の実施の形態による化学機械研磨装置110を示すも
ので、被加工物であるウエハ等の基板W1 を着脱自在に
保持して自転ならびに径方向へ移動させるための研磨ス
テーション111と、研磨ステーション111の図示上
方部位に配設された複数の研磨工具である第1ないし第
4の研磨工具210〜213を支持して公転および自転
させるための研磨ヘッド112を備えている。
【0017】研磨ステーション111は、図1および図
3に示すように、基台201上に一体的に設けられたガ
イドテーブル203の上面上において、回転テーブル2
05を支持して径方向へ移動させるためのスライダ20
4と、スライダ204を移動させるための図示しない直
線駆動機構と、スライダ204にラジアル軸受204a
およびスラスト軸受204bを介してその回転軸206
が回転自在に支持された回転テーブル205と、回転テ
ーブル205を自転させるための図示しない回転駆動機
構を備え、回転テーブル205の上面に基板W1 を着脱
自在に保持して自転させるとともに、径方向へ移動させ
得るように構成されている。
【0018】研磨ヘッド112は、基台201上に立設
された支持部材202の研磨ステーション111の上方
へ張り出した下ヨーク202aにラジアル軸受208a
およびスラスト軸受208bを介して回転自在に支持さ
れた公転テーブル208と、公転テーブル208におけ
る同一公転半径部位の互いに間隔をおいた4箇所の部位
にそれぞれ軸受215を介して回転自在かつ軸方向へ移
動自在に支持された第1ないし第4の研磨工具210〜
213を備えている。
【0019】公転テーブル208は支持部材202の上
ヨーク202bに取付けられた公転テーブル回転駆動機
構207の出力軸207aの図示下端に固着されてお
り、所定の回転速度で公転される。
【0020】また、第1ないし第4の研磨工具210〜
213はその口径がそれぞれ異なるだけであってそれ以
外は同一構造でよいため、図3に示した第2の研磨工具
211を例に挙げて説明する。
【0021】第2の研磨工具211は、その軸部211
aの上端側が回転駆動機構兼直線駆動機構214の出力
軸214aに連結されているとともに、軸部211aの
下端側には連結部材216を介して研磨パッド保持部材
217が連結されており、研磨パッド保持部材217の
図示下面には研磨パッド218が一体的に取付けられて
いる。これにより、第2の研磨工具211を高速で自転
させることができるとともに軸方向へ直線移動させて研
磨パッド218を基板W1 の被研磨面に当接させて所定
の加工圧を加えたり、または基板W1 の被研磨面から離
間させることができる。
【0022】なお、連結部材216と研磨パッド保持部
材217とは、連結部材216の凹半球面216aに研
磨パッド保持部材217の凸半球面217aが滑動自在
に嵌合されたいわゆるイコライズ機構を構成している。
このため、研磨パッド218の基板W1 に当接する面、
つまり研磨面は、被加工物である基板W1 の被研磨面の
傾きに追随して傾く。
【0023】残りの第1、第3および第4の研磨工具2
10,212,213については、同一部分について同
一符号を付して説明は省略する。
【0024】本実施の形態において、第1ないし第4の
研磨工具210〜213は、図2に示すように、第1の
研磨工具210の口径をD1 、第2の研磨工具211の
口径をD2 、第3の研磨工具212の口径をD3 、第4
の研磨工具213の口径をD4 とすると、D1 >D2
3 >D4 の関係に設定されており、しかも第1ないし
第4の研磨工具210〜213それぞれの口径は被加工
物である基板W1 の口径より小さく設定されている。
【0025】次に、上記化学機械研磨装置の動作につい
て説明する。
【0026】 回転テーブル205の上面に基板W1
を着脱自在に保持させ、ついでスライダ204を径方向
へ移動させて、基板W1 に第1ないし第4の研磨工具2
10〜213の研磨パッド218が当接される位置に位
置決めする。
【0027】 上記ののち、第1ないし第4の研磨
工具210〜213のうち、被加工物であるウエハ等の
基板W1 の被研磨面上における研磨すべき領域(研磨領
域)に対応する口径の研磨工具を直線移動させて所定の
加工圧を与えた状態で基板W1 の被研磨面に当接させ、
図示しない研磨剤(研磨スラリー)の供給手段より研磨
剤(研磨スラリー)を基板W1 と前記研磨パッド218
の間に供給しつつ、前記研磨工具を自転させると同時に
公転させ、これと同時に回転テーブル205を径方向に
短いストロークで揺動させつつ径方向に走査させて化学
機械研磨を行なう。
【0028】なお、本実施の形態において、研磨工具の
数は上記実施例に示した4個に限らず、2〜3個あるい
は5個以上とすることができる。
【0029】また、各研磨工具がそれぞれ自転速度なら
びに加工圧が可変である。
【0030】本実施の形態の研磨方法により研磨するに
好適な被加工物としては、Si、Ge、GaAs、In
P等の半導体ウエハ、または、表面上に複数の島状の半
導体領域が形成された石英やガラス基板が挙げられる。
【0031】いずれも、フォトリソグラフィーによりパ
ターニングされた配線や絶縁領域を形成するために、平
坦な面が要求されるものである。よって、被研磨面は、
絶縁膜または金属膜あるいはそれらが混在した面になっ
ている。
【0032】本実施の形態の研磨工具の研磨面として
は、不織布、発泡ポリウレタン等のパッドの表面を利用
することが望ましい。
【0033】本実施の形態に用いられる研磨剤として
は、微粒子を含む液体が望ましく、具体的には、微粒子
としてはシリカ(SiO2 )、アルミナ(Al2
3 )、酸化マンガン(MnO2 )、酸化セリウム(Ce
O)等が挙げられ、液体としてはNaOH、KOH、H
22 等を含む液体が挙げられる。
【0034】微粒子の粒径は8nm〜50nmが好まし
く、例えば、KOHのpHを変化させることで粒子の凝
集の度合いを制御できる。
【0035】半導体表面の研磨の際には、シリカ分散水
酸化ナトリウム溶液が好ましく、絶縁膜の研磨の際には
シリカ分散水酸化カリウム溶液が好ましく、タングステ
ン等の金属膜の研磨の際にはアルミナや酸化マンガン分
散の過酸化水素水が好ましいものである。
【0036】例えば、半導体表面の研磨の場合、研磨剤
としてシリカ分散NaOH水溶液を用いると、シリコン
表面がNaOHと反応し反応生成分であるNa2 SiO
3 層を作る。これをシリカと研磨布による機械的研磨に
より除去し、新たなシリコン表面を露出させることで、
反応が進行する。このようなメカニズムが化学機械研磨
と呼ばれる由縁である。
【0037】(第2の実施の形態)図4は、本発明の第
2の実施の形態による化学機械研磨装置120を示すも
ので、被加工物であるウエハ等の基板W2 を着脱自在に
保持して自転ならびに径方向へ水平移動させるための研
磨ステーション121と、研磨ステーション121の図
示上方部位に配設された複数の研磨工具である第1ない
し第4の研磨工具310〜313を支持して公転および
自転させるための研磨ヘッド122を備えている。
【0038】研磨ステーション121は、図4および図
6に示すように、基台301上に一体的に設けられたガ
イドテーブル303の上面上において、回転テーブル3
05を支持して径方向へ移動させるためのスライダ30
4と、スライダ304を移動させるための図示しない直
線駆動機構と、スライダ304にラジアル軸受304a
およびスラスト軸受304bを介してその回転軸306
が回転自在に支持された回転テーブル305と、回転テ
ーブル305を自転させるための図示しない回転駆動機
構を備え、回転テーブル305の上面305aに基板W
2 を着脱自在に保持して自転させるとともに、径方向へ
移動させ得るように構成されている。
【0039】研磨ヘッド122は、基台301上に立設
された支持部材302の研磨ステーション121の上方
へ張り出した下ヨーク302aにラジアル軸受308a
およびスラスト軸受308bを介して回転自在に支持さ
れた公転テーブル308と、公転テーブル308におけ
る公転半径の異なる4箇所の部位にそれぞれ軸受315
を介して軸部が回転自在かつ軸方向へ移動自在に支持さ
れた第1ないし第4の研磨工具310〜313を備えて
いる。
【0040】公転テーブル308は支持部材302の上
ヨーク302bに支持された公転テーブル回転駆動機構
307の出力軸307aの図示下端に固着されており、
所定の回転速度で公転される。
【0041】また、第1ないし第4の研磨工具310〜
313はその公転半径がそれぞれ異なるだけであってそ
れ以外は同一構造でよいため、図6に示した第2の研磨
工具311を例に挙げて説明する。
【0042】第2の研磨工具311は、軸部311aの
上端側に回転駆動機構兼直線駆動機構314の出力軸3
14aが連結されているとともに、軸部311aの下端
側には連結部材316を介して研磨パッド保持部材31
7が連結されており、研磨パッド保持部材317の図示
下面には研磨パッド318が一体的に取付けられてい
る。これにより、第2の研磨工具311を高速で自転さ
せることができるとともに軸方向へ直線移動させて研磨
パッド318を基板W2 の被研磨面に当接させて所定の
加工圧を加えたり、または基板W2 の被研磨面から離間
させることができる。
【0043】なお、連結部材316と研磨パッド保持部
材317とは、連結部材316の凹半球面316aに研
磨パッド保持部材317の凸半球面317aが滑動自在
に嵌合されたいわゆるイコライズ機構を構成している。
このため、研磨パッド318の基板W2 に当接する面、
つまり研磨面は、被加工物である基板W2 の被研磨面の
傾きに追随して傾く。
【0044】なお、残りの第1、第3および第4の研磨
工具310,312,313については、同一部分につ
いて同一符号を付して説明は省略する。
【0045】本実施の形態において、第1ないし第4の
研磨工具310〜313それぞれの公転半径は、図5に
示すように、第1の研磨工具310をr1 、第2の研磨
工具311をr2 、第3の研磨工具312をr3 、第4
の研磨工具313をr4 とすると、r1 >r2 >r3
4 の関係に設定されており、各研磨工具の研磨パッド
の口径は基板W2 の半径よりも小さく設定されている。
【0046】次に、上記化学機械研磨装置の動作につい
て説明する。
【0047】 回転テーブル305の上面305aに
基板W2 を着脱自在に保持させ、ついでスライダ4を径
方向へ移動させて、基板W2 に第1ないし第4の研磨工
具310〜313の研磨パッド318のすべてが当接さ
れる位置に位置決めする。
【0048】 上記ののち、第1ないし第4の研磨
工具310〜313を基板W2 に向けて軸方向へ移動さ
せることにより、所定の加工圧を与えた状態で各研磨パ
ッド318を基板W2 の被研磨面に当接させ、図示しな
い研磨剤(研磨スラリー)の供給手段より研磨剤(研磨
スラリー)を基板W2 と各研磨パッド318の間に供給
しつつ、第1ないし第4の研磨工具310〜313を公
転させるととも高速で自転させ、これと同時に回転テー
ブル305を回転させるとともに径方向に短いストロー
クで揺動させつつ径方向に走査させて、化学機械研磨を
行なう。
【0049】本工程において、第1ないし第4の研磨工
具310〜313の自転速度は、各研磨工具310〜3
13のそれぞれの研磨パッド318と基板W2 との相対
的周速が同一速度となるように設定することにより各研
磨工具310〜313による除去量を均一化させること
ができる。
【0050】また、複数の研磨工具が、それぞれ自転速
度ならびに加工圧が可変のものとし、基板の被研磨面に
局部的な突出部等のキズがある場合には、そのキズの部
分に当接する研磨工具の自転速度を他の研磨工具の自転
速度よりも高速に設定したり加工圧を大きくすることに
より、基板の被研磨面を均一に平坦化することができ
る。
【0051】なお、本実施の形態において、研磨工具の
数は、上記実施例に示した4個に限らず、2〜3個ある
いは5個以上とすることができる。
【0052】また、研磨工具がそれぞれ自転速度ならび
に加工圧が可変である。
【0053】本実施の形態の化学機械研磨装置により研
磨するに好適な被加工物としては、Si、Ge、GaA
s、InP等の半導体ウエハ、または、表面上に複数の
島状の半導体領域が形成された石英やガラス基板が挙げ
られる。いずれも、フォトリソグラフィーによりパター
ニングされた配線や絶縁領域を形成するために、平坦な
面が要求されるものである。よって、被研磨面は、絶縁
膜または金属膜あるいはそれらが混在した面になってい
る。
【0054】本実施の形態の研磨工具の研磨面として
は、不織布、発泡ポリウレタン等の研磨パッドの表面を
利用することが望ましい。
【0055】本実施の形態に用いられる研磨剤として
は、微粒子を含む液体が望ましく、具体的には、微粒子
としてはシリカ(SiO2 )、アルミナ(Al2
3 )、酸化マンガン(MnO2 )、酸化セリウム(Ce
O)等が挙げられ、液体としては水酸化ナトリウム(N
aOH)、水酸化カリウム(KOH)、過酸化水素(H
22 )等を含む液体が挙げられる。
【0056】微粒子の粒径は8nm〜50nmが好まし
く、例えば、KOHのpHを変化させることで粒子の凝
集の度合いを制御できる。
【0057】半導体表面の研磨の際には、シリカ分散水
酸化ナトリウム溶液が好ましく、絶縁膜の研磨の際には
シリカ分散水酸化カリウム溶液が好ましく、タングステ
ン等の金属膜の研磨の際にはアルミナや酸化マンガン分
散の過酸化水素水が好ましいものである。
【0058】例えば、半導体表面の研磨の場合、研磨剤
としてシリカ分散NaOH水溶液を用いると、シリコン
表面がNaOHと反応し反応生成分であるNa2 SiO
3 層を作る。これをシリカと研磨パッドによる機械的研
磨により除去し、新たなシリコン表面を露出させること
で、反応が進行する。このようなメカニズムが化学機械
研磨と呼ばれる由縁である。
【0059】(第3の実施の形態)図7は、本発明の第
3の実施の形態による化学機械研磨装置130を模式的
に示すもので、第1の実施の形態で用いられた複数の異
径の研磨パッド有する研磨工具を第2の実施の形態と同
様に配置したものである。図7において、公転テーブル
708の上方に配設された第1ないし第4の研磨工具7
10〜713は、第1の研磨工具710の口径をD1
第2の研磨工具711の口径をD2 、第3の研磨工具7
12の口径をD3 、第4の研磨工具713の口径をD4
とすると、D1 >D2 >D3 >D4 の関係に設定されて
おり、しかも、第1ないし第4の研磨工具710〜71
3それぞれの口径は被加工物である基板の口径より小さ
く設定されている。また、第1ないし第4の研磨工具7
10から713の公転軸からの距離rは、第1の研磨工
具中心から公転軸までの距離をr1 、第2の研磨工具中
心から公転軸までの距離をr2 、第3の研磨工具中心か
ら公転軸までの距離をr3 、第4の研磨工具中心から公
転軸までの距離をr4 とすると、r1 >r2 >r3 >r
4 の関係に設定されている。なお、駆動方法に関しては
第2の実施の形態と同様である。
【0060】なお、研磨工具中心から公転軸までの距離
と研磨工具の口径の大小関係の組み合わせはこれに限ら
ず任意の組み合わせにすることができる。
【0061】また、研磨工具の数は上述した4つに限ら
ず必要ならば2つ、3つ、あるいは5つ以上でも構わな
い。
【0062】(第4の実施の形態)図8は、本発明の第
4の実施の形態による化学機械研磨装置140の一部分
を示す。これは、第1の実施の形態の研磨工具210に
多重輪帯状研磨パッド911を有する研磨工具910を
おきかえたものである。
【0063】研磨工具910は、多重輪帯状研磨パッド
911を保持するための輪帯状研磨パッド保持部912
と軸部913とからなり、軸部913の外側円筒状軸部
913aは、公転テーブルに一体的に形成された下方支
持体908aに対して、軸受915aを介して回転自在
にかつ軸方向へ移動自在に配設され、内側円筒状軸部9
13bは外側円筒状軸部913a内に同軸状に配設さ
れ、外側円筒状軸部913aに対して軸受915b,9
15bを介して回転自在にかつ軸方向へ移動自在に設け
られている。そして各円筒状軸部913a,913bの
下方部にはそれぞれ所望の径をもった輪帯状研磨パッド
保持部912a,912bが形成され、輪帯状研磨パッ
ド保持部912a,912bの下面には輪帯状研磨パッ
ド911a,911bがそれぞれ一体的に取り付けら
れ、これらの輪帯状研磨パッド911a,911bは、
径の異なる輪帯状であり、同軸的に配置されている。
【0064】そして、径の異なる2個の輪帯状研磨パッ
ド911a,911bは両者の自転周速度が同一となる
ようにそれらの回転数を設定することができる。すなわ
ち、輪帯状研磨パッド911a,911bの半径をそれ
ぞれr1 ,r2 とし、外側回転駆動機構兼直線駆動機構
914aないし研磨パッド911aの自転回転数をn
1 、内側回転駆動機構兼直線駆動機構914bないし輪
帯状研磨パッド911bの自転回転数をn2 とすると、
1 ・n1 =r2 ・n2 の関係となるようにそれぞれの
自転の回転数を設定しておく。したがって半径の小さい
研磨パッドほど自転の回転数が速い関係になる。その他
の駆動機構は、第1の実施の形態で用いた研磨工具と同
じである。
【0065】なお、多重輪帯状研磨パッドは、第1の研
磨工具210のみに代替されるものではなく、第1ない
し第4の研磨工具のうちいずれか1つに代替されても構
わないし、あるいは、第1ないし第4の研磨工具のうち
2つ、3つあるいは4つすべてが代替されても構わな
い。
【0066】(第5の実施の形態)本発明の第5の実施
の形態は、第2の実施の形態の第1の研磨工具310に
第4の実施の形態による多重輪帯状研磨パッドを有する
研磨工具をおきかえたものである。
【0067】なお、多重輪帯状研磨パッドは、第1の研
磨工具310のみに代替されるものではなく、第1ない
し第4の研磨工具のうち、いずれか1つに代替されても
構わないし、あるいは、第1ないし第4の研磨工具のう
ち2つ、3つあるいは4つすべてが代替されても構わな
い。
【0068】(第6の実施の形態)本発明の第6の実施
の形態は、第3の実施の形態で使用される第1の研磨工
具710に第4の実施の形態で用いた多重輪帯状研磨パ
ッドを有する研磨工具をおきかえたものである。
【0069】なお、多重輪帯状研磨パッドは、第1の研
磨工具710のみ代替されるものではなく、第1ないし
第4の研磨工具のうち、いずれか1つに代替されても構
わないし、あるいは第1ないし第4の研磨工具のうち2
つ、3つ、あるいは4つすべてが代替されても構わな
い。
【0070】
【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載するような効果を奏する。
【0071】各研磨工具の口径が被加工物の口径よりも
小さい小型のものであるため、各研磨工具を高速で自転
させても悪影響を及ぼすような振動が発生しない。その
結果、各研磨工具をそれぞれ高速で自転させることがで
きるため、高精度かつ高速の研磨が可能である。また、
研磨される被加工物の被研磨面の単位時間あたりの除去
量すなわち研磨速度が著しく増大する。
【0072】また、被加工物の被研磨面における研磨領
域に対応する研磨工具を選択して研磨を行なうことがで
きる。さらに、各研磨工具毎に自転速度ならびに加工圧
を個別に制御することも可能である。こうして被加工物
の被研磨面の局部的なキズが存在するとしないとにかか
わらず、被加工物の被研磨面を均一に高速かつ高精度に
研磨することができる。加えて、前記被研磨面上に存在
する局部的なキズを効率的に除去することができ、生産
性が著しく向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態による化学機械研磨
装置を示す模式側面図である。
【図2】図1に示す化学機械研磨装置における各研磨工
具の口径および公転半径を示す説明図である。
【図3】図1に示す化学機械研磨装置の図2に示すA−
A線に沿う模式部分断面図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態による化学機械研磨
装置を示す模式側面図である。
【図5】図4に示す化学機械研磨装置における各研磨工
具の口径および公転半径を示す説明図である。
【図6】図4に示す化学機械研磨装置の図5に示すA−
A線に沿う模式部分断面図である。
【図7】本発明の第3の実施の形態による化学機械研磨
装置の異径の研磨工具を公転軸より異なる距離に配置し
た様子を示す説明図である。
【図8】本発明の第4の実施の形態による化学機械研磨
装置の研磨工具を模式的に示す断面図である。
【図9】一従来例による化学機械研磨装置を示す斜視図
である。
【符号の説明】
201,301 基台 202,302 支持部材 203,303 ガイドテーブル 204,304 スライダ 205,305 回転テーブル 206,306 回転軸 207,307 公転テーブル回転駆動機構 208,308,708 公転テーブル 210,211,212,213,310,311,3
12,313,710,711,712,713,91
0 研磨工具 214,314,914 回転駆動機構兼直線駆動機
構 215,315 軸受 216,316 連結部材 217,317 研磨パッド保持部材 218,318 研磨パッド 911 多重輪帯状研磨パッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 恭一 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被加工物の被研磨面と、前記被研磨面に
    所定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の研磨
    面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機械研
    磨装置において、 前記被加工物を保持して回転させるための回転テーブル
    と、前記回転テーブルを支持して径方向へ移動させるた
    めのスライダと、前記被加工物の口径よりも小さい口径
    であってそれぞれ口径の異なる複数の研磨工具を互いに
    間隔をおいて同一公転半径部位に回転自在かつ軸方向へ
    移動自在に支持する公転テーブルと、前記公転テーブル
    を公転させるための公転テーブル回転駆動機構と、前記
    複数の研磨工具をそれぞれ個別に自転させるとともに軸
    方向へ移動させるための回転駆動機構兼直線駆動機構を
    備えたことを特徴とする化学機械研磨装置。
  2. 【請求項2】 各研磨工具が、その研磨面を被加工物の
    被研磨面の傾きに追随して傾けるためのイコライズ機構
    をそれぞれ有することを特徴とする請求項1記載の化学
    機械研磨装置。
  3. 【請求項3】 各研磨工具が、それぞれ自転速度ならび
    に加工圧が可変であることを特徴とする請求項1または
    2記載の化学機械研磨装置。
  4. 【請求項4】 被加工物の被研磨面と、前記被研磨面に
    所定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の研磨
    面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機械研
    磨方法において、 前記被加工物の被研磨面より小さい口径でかつ互いに異
    なる口径の研磨面を有する複数の研磨工具を用意し、該
    複数の研磨工具のうちから選択した研磨工具の研磨面を
    前記被加工物の被研磨面に当接させて公転させるととも
    に自転させて研磨を行なうことを特徴とする化学機械研
    磨方法。
  5. 【請求項5】 被加工物は、半導体である請求項4記載
    の化学機械研磨方法。
  6. 【請求項6】 被加工物が、絶縁性基板上に半導体膜を
    形成したものであることを特徴とする請求項4記載の化
    学機械研磨方法。
  7. 【請求項7】 被加工物は、表面に絶縁膜および/また
    は金属膜が形成された被研磨面を有する請求項4記載の
    化学機械研磨方法。
  8. 【請求項8】 被研磨面に微粒子を含むアルカリ性また
    は酸性の液体を供給することを特徴とする請求項4ない
    し7いずれか1項記載の化学機械研磨方法。
  9. 【請求項9】 被加工物の被研磨面と、前記被研磨面に
    所定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の研磨
    面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機械研
    磨装置において、 前記被加工物を保持して自転させるための回転テーブル
    と、前記回転テーブルを支持して径方向へ移動させるた
    めのスライダと、同一口径であって前記被加工物よりも
    口径の小さい複数の研磨工具をそれぞれ公転半径の異な
    る部位において回転自在かつ軸方向へ移動自在に支持し
    た公転テーブルと、前記公転テーブルを公転させるため
    の公転テーブル回転駆動機構と、前記複数の研磨工具を
    それぞれ個別に自転させるとともに軸方向へ移動させる
    ための回転駆動機構兼直線駆動機構とを備えたことを特
    徴とする化学機械研磨装置。
  10. 【請求項10】 各研磨工具が、その研磨面を被加工物
    の被研磨面の傾きに追随して傾けるためのイコライズ機
    構をそれぞれ有することを特徴とする請求項9記載の化
    学機械研磨装置。
  11. 【請求項11】 各研磨工具が、それぞれ自転速度なら
    びに加工圧が可変であることを特徴とする請求項9また
    は10記載の化学機械研磨装置。
  12. 【請求項12】 被加工物の被研磨面と、前記被研磨面
    に所定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の研
    磨面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機械
    研磨方法において、 前記被加工物の被研磨面より小さい口径でかつ互いに同
    一口径の研磨面を有する複数の研磨工具を用意し、該複
    数の研磨工具のうちから選択した研磨工具の研磨面を前
    記被加工物の被研磨面に当接させて公転させるとともに
    自転させて研磨を行なうことを特徴とする化学機械研磨
    方法。
  13. 【請求項13】 被加工物は、半導体である請求項12
    記載の化学機械研磨方法。
  14. 【請求項14】 被加工物が、絶縁性基板上に半導体膜
    を形成したものであることを特徴とする請求項12記載
    の化学機械研磨方法。
  15. 【請求項15】 被加工物は、表面に絶縁膜および/ま
    たは金属膜が形成された被研磨面を有する請求項12記
    載の化学機械研磨方法。
  16. 【請求項16】 被研磨面に微粒子を含むアルカリ性ま
    たは酸性の液体を供給することを特徴とする請求項12
    ないし15いずれか1項記載の化学機械研磨方法。
  17. 【請求項17】 被加工物の被研磨面と、前記被研磨面
    に所定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の研
    磨面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機械
    研磨装置において、 前記被加工物を保持して回転させるための回転テーブル
    と、前記回転テーブルを支持して径方向へ移動させるた
    めのスライダと、前記被加工物の口径よりも小さい口径
    であってそれぞれ口径の異なる複数の研磨工具を互いに
    間隔をおいて異なる公転半径部位に回転自在かつ軸方向
    へ移動自在に支持する公転テーブルと、前記公転テーブ
    ルを公転させるための公転テーブル回転駆動機構と、前
    記複数の研磨工具をそれぞれ個別に自転させるとともに
    軸方向へ移動させるための回転駆動機構兼直線駆動機構
    を備えたことを特徴とする化学機械研磨装置。
  18. 【請求項18】 研磨工具が、その研磨面を被加工物の
    被研磨面の傾きに追随して傾けるためのイコライズ機構
    をそれぞれ有することを特徴とする請求項17記載の化
    学機械研磨装置。
  19. 【請求項19】 各研磨工具が、それぞれ自転速度なら
    びに加工圧が可変であることを特徴とする請求項17ま
    たは18記載の化学機械研磨装置。
  20. 【請求項20】 被加工物の被研磨面と、前記被研磨面
    に所定の加工圧を与えた状態で当接された研磨工具の研
    磨面との間に研磨剤を供給しつつ研磨を行なう化学機械
    研磨方法において、 前記被加工物の被研磨面より小さい口径でかつ互いに異
    なる口径の研磨面を有する複数の研磨工具を異なる公転
    半径部位に用意し、該複数の研磨工具のうちから選択し
    た研磨工具の研磨面を前記被加工物の被研磨面に当接さ
    せて公転させるとともに自転させて研磨を行なうことを
    特徴とする化学機械研磨方法。
  21. 【請求項21】 被加工物は、半導体である請求項20
    記載の化学機械研磨方法。
  22. 【請求項22】 被加工物が、絶縁性基板上に半導体膜
    を形成したものであることを特徴とする請求項20記載
    の化学機械研磨方法。
  23. 【請求項23】 被加工物は、表面に絶縁膜および/ま
    たは金属膜が形成された被研磨面を有する請求項20記
    載の化学機械研磨方法。
  24. 【請求項24】 被研磨面に微粒子を含むアルカリ性ま
    たは酸性の液体を供給することを特徴とする請求項20
    ないし23いずれか1項記載の化学機械研磨方法。
  25. 【請求項25】 複数の研磨工具のうち少なくとも1つ
    が多重輪帯状研磨パッドを有する研磨工具であることを
    特徴とする請求項1、9、17いずれか1項記載の化学
    機械研磨装置。
  26. 【請求項26】 複数の研磨工具のうち少なくとも1つ
    が多重輪帯状研磨パッドを有する研磨工具であることを
    特徴とする請求項4、12、20いずれか1項記載の化
    学機械研磨方法。
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