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
workpiece
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)
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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 ＞
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 Ｏ
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
2 Ｏ2 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 ＞
ｒ4 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 Ｏ
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
2 Ｏ2 ）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、
ｒ1 ・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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