JPH1126404A

JPH1126404A - 研磨装置

Info

Publication number: JPH1126404A
Application number: JP18246997A
Authority: JP
Inventors: 一雄 ▲高橋▼; Kazuo Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1997-07-08
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 1999-01-29

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨中被加工物の被研磨面上に研磨剤を効率
的に供給する。【解決手段】研磨パッド１１の研磨面とウエハー１０
の被研磨面とを当接させ、少なくともいずれか一方を回
転させ、前記ウエハーの被研磨面を研磨する研磨装置に
おいて、前記研磨剤を供給する供給圧力を周期的に基準
値よりも高圧にすることで前記研磨パッド１１と前記ウ
エハー１０とが研磨中繰り返し非接触状態となり、その
結果十分量の研磨剤が前記ウエハー被研磨面全域に供給
される。前記ウエハー１０の被研磨面に供給して研磨す
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
表面を高精度に研磨するための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高段
差化が進み、これに伴ってＳＯＩ基板、Si、GeAs、InP
等からなる半導体ウエハー、あるいは半導体集積回路形
成過程において表面に絶縁膜あるいは金属膜を有したウ
エハー、更にディスプレー用の基板等を高精度に研磨す
るための加工手段として化学機械研磨（ＣＭＰ）装置が
知られている。

【０００３】ここでは従来のＣＭＰ装置について図４と
図５を用いて説明する。図４は被加工物であるウエハー
１がウエハーホルダー３によってその被研磨面を下に向
けた状態で保持され、ウエハー１の口径よりも大きな口
径の例えばポリウレタンからなる研磨パッド２を用いて
ウエハー１を研磨する形態である。この研磨パッド２
は、主として表面に凹凸を有しているかあるいは多孔質
である。図４ではウエハー１は不図示の駆動手段によっ
て矢印が示す方向に回転する。また、研磨パッド２は不
図示の駆動手段により矢印が示す方向に回転する。これ
らウエハー１と研磨パッド２の互いの回転或いはいずれ
か一方の回転によって当接するウエハー１の被研磨面が
研磨される。このとき研磨量を向上させる目的で研磨剤
（スラリー）をスラリー供給手段５から供給する。スラ
リーは例えばミクロンオーダーからサブミクロンオーダ
ーのSiO₂の微粒子が安定に分散したアルカリ水溶液であ
る。図６においてスラリーはウエハー１と研磨パッド２
との間へ外部から供給される。

【０００４】図５は、ウエハー１の口径よりも小さい口
径の研磨パッド２が研磨パッドホルダー６によって保持
され、被研磨面を上に向けて保持されるウエハー１を研
磨する形態である。

【０００５】このときスラリーは、研磨パッドに設けら
れた小孔７に連通する不図示のスラリー供給手段から小
孔７を介してウエハー１と研磨パッド２との間へ供給さ
れる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
型のCMP装置では、ウエハー１と研磨パッド２との間に
十分な量のスラリーが保持されないという問題がある。
それは、ウエハー１ないし研磨パッド２、あるいは双方
が回転したときに遠心力が生じその結果、ウエハー１と
研磨パッド２との間に供給されたスラリーが外部へ押し
出されるためである。

【０００７】詳述するに、図４に示した従来型のCMP装
置の場合では、ウエハー１と研磨パッド２との間へ外部
からスラリーが供給されるため、スラリーは回転するウ
エハー１と研磨パッド２との間に入り込むことが困難で
ある。また、図６に示した従来型のＣＭＰ装置の場合で
は、スラリーは小孔７から供給されるので当初ウエハー
１と研磨パッド２との間に供給されるが、遠心力によっ
てウエハー１と研磨パッド２との間から外部へ出ていっ
てしまう。

【０００８】その結果、図４ないし図５に示した従来の
CMP装置ではウエハー１と研磨パッド２との間には十分
な量のスラリーが保持されないまま、研磨が行われる。
その結果、研磨量が減る。そのため高い研磨量を維持す
るために新たにスラリーを供給してもウエハー１と研磨
パッド２との間に保持されるスラリーの量は再び減り、
その結果、研磨量が再び減少する。また、残存するスラ
リーは、ウエハー１と研磨パッド２との間で局在するこ
とが多く、そのまま研磨が行われるといわゆる研磨むら
が生じる。

【０００９】また更に、十分な量のスラリーがウエハー
１表面に保持されることでウエハー１の被研磨面が湿潤
状態を保つことができるが、十分な量のスラリーがウエ
ハー１の被研磨面に保持されない場合、ウエハー１の被
研磨面は乾燥状態となりやすい。

【００１０】その結果、研磨時に発生した研磨屑がウエ
ハー１の被研磨面に予期せずして吸着する。例えばスラ
リー成分である微粒子、中でも特にSiO₂の微粒子やCeか
らなる微粒子はSiからなるウエハー１に極めて吸着しや
すく、また一度吸着した上記微粒子はウエハー１から容
易に取り除くことができない。

【００１１】また上記研磨屑は、それ自体あるいはスラ
リー成分である微粒子と乾燥状態において凝集し、大き
な凝集塊となる。その凝集塊がウエハー１表面上から十
分に除去されぬまま研磨を行えば予期せぬ傷が生じる。

【００１２】また、ウエハー１と研磨パッド２との間に
十分な量のスラリーが保持されないと研磨に伴う摩擦熱
が発生しその熱が例えばウエハー１の被研磨面が半導体
素子を有するような場合半導体素子の表面が熱的に改質
され半導体素子の電気的特性を劣化させるという現象を
起こす。

【００１３】また、研磨量を上げるためにあるいは生産
性の向上のためにウエハー１ないし研磨パッド２の回転
数を上げた場合、前述した遠心力がより大きく働き、そ
の結果スラリーはウエハー１と研磨パッド２との間にほ
とんど残らない。また前述した予期せぬ摩擦熱が更に多
く発生する。

【００１４】このようにウエハー１と研磨パッド２との
間にスラリーが十分な量保持されないと様々な予期せぬ
現象を生み、その結果ウエハーの品質低下を招く。

【００１５】また特に被研磨面がマイクロプロセッサ等
の高価な高集積回路用の基板あるいは薄膜半導体から構
成されるディスプレイ用基板である場合ではその歩留ま
りを向上させることが製造コスト削減の急務である。

【００１６】これらの解決方法として従来技術では必要
以上のスラリーを研磨中供給し続ける。しかしながらそ
の結果、コスト面で大きな負担となる。

【００１７】またさらに従来のウエハーはその口径が６
インチであるが、将来的にウエハーの大口径化が進み、
１２インチあるいはそれ以上となる。ウエハーの大口径
化に伴いスラリーの消費量も増加するため、スラリーの
効率的な供給手段及び方法を新たに検討する必要があ
る。

【００１８】本発明はこのような従来技術における課題
を踏まえ、ウエハーと研磨パッドとの間に十分な量のス
ラリーが保持される手段あるいは方法を提供するもので
ある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、被加工
物を保持する被加工物保持手段と、研磨工具と、前記被
加工物の被研磨面と前記研磨工具の研磨面とを上下方向
に対向させ所定の加圧力を与えて接触させるための加圧
手段と、前記被加工物と前記研磨工具の少なくともいず
れか一方を回転運動させるための駆動手段と、研磨剤を
供給するための研磨剤供給手段と、を有する研磨装置に
おいて、前記研磨工具の前記研磨面は前記研磨剤供給手
段と連通する孔を有し、前記研磨剤供給手段は、前記研
磨剤を前記孔から互いに当接する前記研磨工具と前記被
加工物との間へ供給する際の供給圧力を互いに当接する
前記研磨工具と前記被加工物とを繰り返し非接触の状態
とするに十分な圧力となるように周期的に変化させるこ
とを特徴とする研磨装置を提供する。

【００２０】また、本発明は、被加工物と研磨工具の少
なくともいずれか一方が回転し且つ前記被加工物の被研
磨面と前記研磨工具の研磨面とが所定の加圧力で互いに
接触することで前記被研磨面を研磨する研磨方法におい
て、前記被加工物の前記被研磨面と前記研磨工具の前記
研磨面との間に供給する研磨剤の供給圧力を変えること
で前記被加工物の前記被研磨面と前記研磨工具の前記研
磨面とを繰り返し接触と非接触の状態にしながら前記被
加工物の前記被研磨面を研磨することを特徴とする研磨
方法を提供する。

【００２１】また、本発明は、被加工物を保持する被加
工物保持手段と、研磨工具と、前記被加工物の被研磨面
と前記研磨工具の研磨面とを上下方向に対向させ所定の
加圧力を与えて接触させるための加圧手段と、前記被加
工物と前記研磨工具の少なくともいずれか一方を回転運
動させるための駆動手段と、研磨剤を供給するための研
磨剤供給手段と、を有する研磨装置において、前記加圧
手段が所定の周期で加圧力を変化させる第１の手段を有
し、前記研磨剤供給手段が前記研磨剤の供給圧力を所定
の周期で変化させる第２の手段を有し、前記研磨剤供給
手段が前記研磨剤の供給圧力を変化させ且つ前記加圧手
段による加圧力を変化させながら研磨剤を前記被研磨面
に供給して、前記研磨工具により前記被加工物の前記被
研磨面を研磨することを特徴とする研磨装置を提供す
る。

【００２２】また、本発明は、被加工物と研磨工具の少
なくともいずれか一方が回転し且つ前記被加工物の被研
磨面と前記研磨工具の研磨面とが所定の加圧力を受けて
接触することで前記被研磨面を研磨する研磨方法におい
て、所定の周期で加圧力を変化させ且つ前記被加工物の
前記被研磨面と前記研磨工具の前記研磨面との間に研磨
剤を所定の周期で供給圧力を変化させながら供給して前
記被加工物の前記被研磨面を研磨することを特徴とする
研磨方法を提供する。

【００２３】（作用）本発明により研磨中に研磨剤を研
磨工具に設けられた小孔から当接する被加工物と研磨工
具との間へ供給する際、研磨剤の供給圧力を周期的に基
準圧力よりも高い圧力にする結果、当接する被加工物と
研磨工具とは繰り返し非接触の状態となる。そのため十
分な量の研磨剤が被加工物の被研磨面に供給される。加
えて被加工物と研磨工具とを接触させる圧力を減じる方
法を併用しても被研磨面に十分な量の研磨剤が被加工物
の被研磨面に安定して供給される。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を述べ
る。

【００２５】（第１の実施の形態）図１の符号a乃至cに
示すように本発明の第１の実施の形態は、被加工物保持
手段（ウエハーチャック１６）によって保持された被加
工物（ウエハー１０）が、駆動手段２４を有した研磨工
具（脱着可能な研磨パッド１１を有した研磨パッドホル
ダー１８）によって保持された研磨面に凹凸を有した研
磨パッド１１と対向し、ウエハー１０と研磨パッド１１
との間隔f1、f2をa、b1、cが示す順で変化させる手段
（往復運動手段１９）によって駆動する形態である。

【００２６】また、研磨パッドホルダー１８は、研磨剤
（スラリー２３）を供給する為の小孔２２を有してお
り、小孔２２はスラリー供給手段２０と連通する。ま
た、研磨パッド１１も小孔を有し、研磨パッドホルダー
１８から供給されるスラリー２３を研磨パッド１１の小
孔を介してウエハー１０の被研磨面に供給する。

【００２７】aは研磨パッド１１がウエハー１０と当接
し該研磨パッド１１の中心を軸として矢印Ｄが示す方向
に回転（自転）しウエハー１０を研磨する状態を示して
いる。このとき往復運動手段１９は、ウエハー１０と研
磨パッド１１とを当接する際に所定の圧力を付加するた
めの加圧手段の働きをも兼ねている。図１においてスラ
リー２３は、スラリー供給手段２０によって圧力ｐ１で
供給され、予めウエハー１０と研磨パッド１１の凹部と
の間F1に保持される。矢印２３aは供給されるスラリー
の流れを表す。そしてＦ１に保持されたスラリー２３が
ウエハー１０の被研磨面と研磨パッド１１の研磨面の凸
部と実質上接触している部分に入り込む。ｆ1はウエハ
ー１０の被研磨面と研磨パッド１１の研磨面の凸部と実
質上接触している上記部分の間隔であり、すなわちその
間隔は実質０である。そして研磨パッド１１の回転に伴
い、研磨時間が経過するにつれウエハー１０と研磨パッ
ド１１との間で矢印Ｅが図示する様に研磨パッド１１の
自転中心から外側へと移動し、その結果研磨パッド１１
の自転中心付近のスラリー２３は粗となり、一方研磨パ
ッドの外周付近のスラリー２３は密となるという局在化
が生じる。そしてこのようにaで示した状態で研磨を長
時間続けると上に述べた様に研磨むらや予期せぬ傷が発
生するといった問題が生じる。そのため上記問題が発生
する前に次の工程に進める。そのときのウエハー１０と
研磨パッド１１との状態を表した図がb１である。

【００２８】ｂ１は、スラリー供給手段２３が、p１よ
り高い圧力p２でスラリー２３を矢印２３aが示すように
供給することでウエハー１０と研磨パッド１１とをｆ２
の間隔分非接触状態にして前記ウエハーの間Ｆ２にスラ
リー２３を供給する状態を示している。このとき往復運
動手段１９は、ウエハー１０と研磨パッド１１とを当接
させる際に設定した加圧力を０にする。この場合のウエ
ハー１０と研磨パッド１１との間隔ｆ２は、圧力p２で
供給されるスラリー２３が当接するウエハー１０と研磨
パッド１１との間に行き渡るために生じた間隔であり、
往復運動手段１９に任意の上下運動を予め設定すること
で生じる間隔ではない。

【００２９】このときウエハー１０と研磨パッド１１と
の間Ｆ２は速やかにスラリー２３によって満たされる。
また、このとき研磨パッド１１はaで表した状態と同様
に回転し続ける。

【００３０】そしてcは、b１で示したウエハー１０と研
磨パッド１１が、往復運動手段１９によって再び当接し
研磨が行われる状態をあらわす。このときスラリー２３
は、aの状態で供給した圧力ｐ１と同じ圧力で供給さ
れ、ウエハー１０と研磨パッド１１との間Ｆ1において
局在することなく一様に分布し、ウエハー１０は再び研
磨される。その後研磨が続くとウエハー１０と研磨パッ
ド１１とは再びaに示す状態となる為、所定時間経過後
は再びb1に示す状態となり、続いてcに示す状態となる
ように一連の状態を繰り返す。また本発明の第１の実施
の形態においてウエハー１０と研磨パッド１１とはスラ
リー２３がウエハー１０と研磨パッド１１との間F2に速
やかに満たされるようにするという目的から、ｂ1に示
した状態つまりウエハー１０と研磨パッド１１とが非接
触となる場合がより好ましい。また、研磨パッド１１の
材質に高い弾性率を有するものを用いる場合には、ウエ
ハー１０と研磨パッド１１が完全に非接触にならずとも
一部が非接触となることでウエハー１０と研磨パッド１
１の凹部との間にスラリー２３が速やかに且つ均一に供
給されるので状態ｂ１に代えて、b2に示す様にスラリー
２３の供給圧力を高圧にして且つ往復運動手段１９によ
る研磨パッド１１の加圧力を変化させて研磨パッド１１
の厚みを繰り返し厚くしたり薄くしたりすることで十分
な量のスラリー２３をウエハー１０の被研磨面全域へ供
給出来る。

【００３１】本発明においては第１の実施の形態におい
て説明したようにスラリー２３を高圧ｐ２で供給する際
に往復運動手段１９が研磨パッド１１をウエハー１０に
当接させる際の圧力を０にするが、スラリー２３が供給
圧力p２のみによってウエハー１０と研磨パッド１１と
の間に広がり、ウエハー１０と研磨パッド１１とが非接
触の状態となる場合には、往復運動手段１９が研磨ヘッ
ド１１をウエハー１０に当接させる際の上記圧力は０で
ある限りではなく、スラリー２３が圧力p１でウエハー
１０の被研磨面に供給されるとき往復運動手段１９が研
磨パッド１１をウエハー１０に当接させる際の圧力より
も小さくするだけで良い。

【００３２】或いはまた、本発明はスラリー２３の供給
圧力p２のみではウエハー１０と研磨パッド１１とが互
いに非接触の状態とならない場合には、スラリー２３が
p２の供給圧力でウエハー１０の被研磨面に供給される
ときと同時に或いはその前後に往復運動手段１９が研磨
パッド１１をウエハー１０から離す動作を併用すること
でウエハー１０と研磨パッド１１とを非接触にしてその
間Ｆ２に圧力p２で供給されたスラリー２３を行き渡ら
せることも出来る。

【００３３】本発明においては、第１の実施の形態にお
いて説明したように駆動手段２４と往復運動手段１９と
して研磨パッド１１を有する研磨パッドホルダー１８を
駆動させる構成を用いることが出来るが、ウエハー１０
を保持するウエハーチャック１６を回転させ且つ上下方
向に往復運動させても構わないし、あるいは研磨パッド
ホルダー１８とウエハーチャック１６を共に回転させ且
つ上下方向に往復運動させても構わない。

【００３４】また、往復運動手段１９としては油圧式乃
至気圧式シリンダからなる流体圧力制御手段であっても
よいし、あるいはばね等からなる硬い弾性部材を用いる
ことが出来る。

【００３５】また、往復運動手段１９が第３の駆動手段
１４に大きな負荷をかけないならば、往復運動手段１９
の設置位置を研磨パッドホルダー１８に設置し、研磨パ
ッドホルダー１８とともに第３の駆動手段１４によって
回転されるように構成することが好ましい。

【００３６】また、本発明においては、第１の実施の形
態において説明したように研磨パッド１１を水平方向へ
の運動として上記に説明した自転運動させる構成を用い
ることが出来るが、さらに上記自転の自転軸と異なる軸
を中心に回転する公転運動や、あるいは水平方向への揺
動運動を併用させることが出来る。またウエハホルダー
１７に駆動装置を設置して上述の各運動を行わせること
も出来る。また、対向するウエハー１０と研磨パッド１
１の中心を揃えず偏心させた状態で回転させても構わな
い。

【００３７】また、本発明においては、ウエハー１０と
研磨パッドは、ウエハー１０の被研磨面が下を向き、そ
して研磨パッド１１の研磨面が上を向く様に配置されて
も構わない。

【００３８】また、本発明においては、ウエハー１０の
固定手段として、ガイドリングや、減圧装置を用いてウ
エハー１０の裏面をウエハーチャック１６に吸着させる
真空チャックを用いることが出来る。更に摩擦係数の高
い部材を用いたバッキング材、ワックスあるいは純水を
介してウエハー裏面をウエハーチャック１６に固定する
ことも好ましいものである。

【００３９】また、本発明においては、ウエハー１０と
研磨パッド１１との大小関係は、ウエハー１０が研磨パ
ッド１１より大きくても小さくても構わないが、本発明
者が詳しくウエハー１０と研磨パッド１１との大小関係
について検討したところ、ウエハー１０と研磨パッド１
１の形状が共に略円形であってウエハー１０に対して研
磨パッド１１が大口径である場合が好適である。またよ
り好ましくは、ウエハー１０の口径に対する研磨パッド
１１の口径の比は１以上２未満である。

【００４０】また、上記口径の比が１未満の場合、つま
り研磨パッド１１の口径がウエハー１０に対して小径で
ある場合は、研磨ヘッド１１をウエハー１０の被研磨面
全面へ移動させながら研磨するか或いは複数の研磨パッ
ド１１をウエハー１０の被研磨面全面を覆うように用い
れば全面研磨が可能である。また小径の研磨パッド１１
は、ウエハー１０全面のうち局所的な一部分のみを特定
して研磨することができるので一度研磨したウエハー１
０の修正研磨に応用することが出来る。

【００４１】また、研磨パッド１１は例えばポリウレタ
ンからなるもので、ポリウレタンは、発砲ポリウレタン
や多孔質ポリウレタン、或いは高密度且つ高剛性ポリウ
レタンであってもよい。またあるいは、研磨パッド１１
はテフロンからなるものでもよい。

【００４２】また、本発明において用いられる研磨剤
は、例えばシリカ（SiO₂）、アルミナ（Al₂O₃）、酸化
マンガン（MnO₂）、酸化セリウム（CeO）等の微粒子の
み、あるいは前記微粒子を水酸化ナトリウム(NaOH)、水
酸化カリウム(KOH)、過酸化水素(H₂O₂)等を含む液体に
分散させたものが挙げられる。例えば被研磨対象物の構
成元素がSiならばSiO₂、CeO等の微粒子を分散させたス
ラリー、また被研磨対象物の構成元素がAl、Cu、W等の
金属であればAl₂O₃ 、MnO₂の微粒子を分散させたスラリ
ーを用いることがより好ましい。

【００４３】また、微粒子の粒径はおよそ８ｎｍ〜５０
ｎｍで粒度分布が比較的そろっていることがより好まし
い。

【００４４】また、特に酸化マンガンを研磨微粒子とし
て用いる場合には、酸化マンガン微粒子を液体に分散さ
せる必要はなく粉体のまま直接ウエハー１０と研磨パッ
ドとの間に供給した状態で研磨しても構わない。

【００４５】また、本発明により研磨される被加工物と
しては、例えば略円形であるＳＯＩ基板、Si、GeAs、I
nP等からなる半導体ウエハー、半導体集積回路形成過程
において表面に絶縁膜あるいは金属膜を有したウエハ
ー、あるいは表面に被研磨層を有する四角形のディスプ
レー用の基板等が挙げられる。

【００４６】（第２の実施の形態）図２は、第２の実施
の形態によるCMP装置を示す。この装置は、ウエハー１
０をその被研磨面を上に向けた状態で保持するためのウ
エハーチャック１６を有するウエハーホルダー１７と、
ウエハー１０を回転させるための第１の駆動手段１２
と、ガイド部と動力部から構成されるウエハーを揺動さ
せるための第２の駆動手段１３と、研磨パッド１１を回
転するための第３ないし第４の駆動手段１４、１５と、
研磨パッド１１を上下運動し且つウエハー１０に圧接す
るための往復運動手段１９と、スラリーを供給するため
のスラリー供給手段２０と、往復運動手段１９が研磨パ
ッド１１をウエハー１０に圧接するときの圧力を制御す
るための制御装置２１と、ウエハー１０の口径以上且つ
２倍以下である研磨パッド１１をウエハー１１の被研磨
面に対向するように保持する研磨パッドホルダー１８
と、を有する。

【００４７】このCMP装置では、ウエハー１０を保持す
るためのウエハーチャック１６が第１の駆動手段１２に
より矢印Ｇが示す方向に回転し、また第２の駆動手段１
３により矢印Ｈが示す方向に揺動する。また、制御装置
２１と電気的に接続した往復運動手段１９が脱着自在な
研磨パッド１１を有する研磨パッドホルダー１８を上下
に往復運動させ、研磨パッド１１がウエハー１０と接
触、非接触を繰り返す。このとき研磨パッド１１とウエ
ハー１０は制御装置２１によって予め入力された任意の
圧力で互いに当接し、そして制御装置２１に予め入力さ
れた任意の時間で先述の接触と非接触とが繰り返され
る。また、制御装置２１は非接触状態におけるウエハー
１０と研磨パッド１１との間隔を制御することが出来
る。また第３の駆動手段１４が矢印Ｉが示す方向に研磨
パッド１１を自転させる。

【００４８】また、第４の駆動手段１５が、研磨パッド
１１を矢印Ｊが示す方向に公転させる。このように研磨
パッド１１を２つの異なる回転軸を中心に回転させるこ
とで研磨パッド１１は自転と公転をする。

【００４９】また、スラリーはスラリー供給手段２０と
連通する研磨パッドホルダ１８に設けられた小孔２２か
らウエハー１０と研磨パッド１１との間に供給される。

【００５０】このようにウエハー１０と研磨パッド１１
とが接触と非接触とを繰り返すことで小孔２２から供給
されるスラリーがウエハー１０と研磨パッド１１との間
の全域に効率よく供給されるので所定時間あたりの研磨
量を確保しながらウエハー１０に傷をつけることなく研
磨することが出来る。

【００５１】また、上述した第１、第３及び第４の駆動
手段１２、１４、１５によるウエハー１０と研磨パッド
１１の回転方向はそれぞれ必ずしも矢印で示した方向で
ある必要はなくそれぞれ任意に回転方向を決めて構わな
い。また、回転数もそれぞれ任意に決めて構わない。ま
た回転数は数rpmから数千rpmの範囲で選択可能である。
なお、本発明者が詳しく検討した結果、第１、第３及び
第４の駆動手段１２、１４、１５によるウエハー１０と
研磨パッド１１の回転方向並びに回転数はいずれも同方
向且つ同回転数とすることがウエハー研磨面をより平坦
化するためにより好ましいことがわかった。また回転数
を特定の回転数以上にすると研磨パッド１１をウエハー
１０から離す際ウエハー１０が研磨パッド１１に張り付
くという現象が減ることもわかった。例えばこのときの
回転数はおよそ１０rpm以上からである。

【００５２】以下に本発明によるウエハーの研磨方法を
説明する。

【００５３】図３は第２の実施の形態で説明した研磨装
置を用いた場合に研磨パッド１１がウエハ１０を研磨す
る様子を経時的に４つの状態k、l、m、nと、ｋ乃至ｎの
各状態におけるウエハ１０と研磨パッド１１との距離が
変化する様子を表した模式図である。なおｔは時間の経
過を、そしてｑはウエハ１０と研磨パッド１１との間の
距離を表す。

【００５４】はじめにkの状態において、研磨パッド１
１はウエハ１０と加圧力を受けて当接しながら自転及び
公転する。このようにして研磨が行われるが、このとき
矢印２３aでその流れを示したスラリー２３は小孔２２
から圧力p１で研磨パッド１１とウエハ１０との間隙へ
入り込む。kの状態を長時間続けた場合には不均一な研
磨や凝集塊による不測の傷が生じるために次の動作とし
てウエハー１０と研磨パッド１１とを離すに十分な供給
圧力でスラリー２３を供給する。

【００５５】ｌの状態は、スラリー２３の供給圧力が時
刻ｔ１にp１に対して高圧であるp２に変化した状態を示
し、ｍの状態ではｌの状態において加圧されたスラリー
２３が、互いに接触するウエハー１０と研磨パッド１１
とを距離ｆ２だけ離した状態を示す。このとき研磨パッ
ド１１はｋの状態と同様に自転および公転し続ける。そ
の結果スラリー２３がウエハ１０と研磨パッド１１との
間の領域全てにすばやく行き渡る。また更に、スラリー
２３が行き渡ることによって不要な研磨屑がウエハー１
０の被研磨面から除去される。

【００５６】そしてｍの状態の後時刻t2においてスラリ
ー２３の供給圧力はp２からp１に戻り回転する研磨パッ
ド１１がウエハ１０と再び接触する。そしてその後研磨
パッド１１は、往復運動手段１９によって加圧力を受け
て再び研磨がなされる。

【００５７】この状態をｎの状態として示す。ｎの状態
はｋの状態と同じである。

【００５８】以上に述べたｋｌｍｎの状態を順に繰り返
す研磨方法で所定時間あたりの研磨量を低下させること
なく、更に被研磨面に傷をつけずに研磨することが出来
る。

【００５９】具体的に言えば、ウエハー１０を研磨する
のに要する時間を１分とするならば、該１分の間に研磨
パッドがウエハー１０と数回非接触となる。また研磨パ
ッド１１とウエハー１０とが非接触である時間、つまり
t２とｔ１との差とは数秒であり、その間に十分な量の
スラリーがウエハー１０の被研磨面全域に供給するため
に要する時間である。また、非接触状態におけるウエハ
ー１０と研磨パッド１１との間の距離ｆ２は、回転する
ウエハー１０が非接触時に飛び出さない程度の距離であ
り、ウエハー１０の厚みより小さくより具体的には０．
２〜０．８ｍｍの間である。

【００６０】なお、研磨パッド１１の上下運動の周期及
びウエハー１０との間の距離は、研磨が目標とする値の
範囲内となるように設定されることが望ましい。また、
研磨パッド１１の上下運動の周期を短くしたり研磨パッ
ド１１の運動距離を大きくすることで研磨パッド１１の
上下運動はスラリーをウエハー１０全面に行き渡らせる
ためのポンプとしての機能を大きく発現する。この場合
も不要な凝集塊が効果的に除去される。また、本発明は
一度研磨された被加工物の被加工面内の更に研磨すべき
部分を特定し、前記部分を研磨する修正研磨にも用いる
ことが出来る。また、研磨パッド１１が弾性率のおおき
な素材からなる場合には、ウエハー１０と研磨パッド１
１とは必ずしも上記研磨中全域が非接触とならなくても
微小な隙間を介して、十分な量のスラリーがウエハ１０
と研磨パッド１１との間に行き届く。したがって、研磨
パッド１１をウエハー１０に当接させるときの圧力を時
間と共に繰り返し増減することによっても、同様の作用
効果がある。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば研磨剤が被加工物の被研
磨面に供給され、研磨工具により前記被加工物の前記被
研磨面を研磨する研磨装置において、研磨剤の供給圧力
を変化させることで前記被加工物と前記研磨工具とが接
触と非接触の状態を繰り返し、あるいは更に研磨工具と
被加工物とを接触させるための加圧力を変化させること
で、前記被加工物と前記研磨工具との間に研磨中前記研
磨剤が均一に且つ十分な量供給される。その結果、所定
時間あたりの安定した研磨量を確保しながら傷をつける
ことなく研磨することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を説明する模式図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施の形態を説明する模式図で
ある。

【図３】本発明の実施例によるウエハーの研磨方法にお
いてスラリーの供給と研磨パッドの上下運動と上下運動
に伴う研磨パッドとウエハーとの間の距離を経時的に表
した模式図である。

【図４】従来の化学機械研磨装置の１形態を表す模式図
である。

【図５】従来の化学機械研磨装置の別の形態を表す模式
図である。

【符号の説明】

１０、１ウエハー１１、２研磨パッド１２第１の駆動手段１３第２の駆動手段１４第３の駆動手段１５第４の駆動手段１６ウエハーチャック１８研磨パッドホルダー１９往復運動手段２０、５スラリー供給手段２１制御装置２２、７小孔２３スラリー２３ａ供給されるスラリーの流れ２４駆動手段１７、３ウエハーホルダー４研磨テーブル６研磨パッドホルダー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物を保持する被加工物保持手段
と、研磨工具と、前記被加工物の被研磨面と前記研磨工
具の研磨面とを上下方向に対向させ所定の加圧力を与え
て接触させるための加圧手段と、前記被加工物と前記研
磨工具の少なくともいずれか一方を回転運動させるため
の駆動手段と、研磨剤を供給するための研磨剤供給手段
と、を有する研磨装置において、前記研磨工具の前記研
磨面は前記研磨剤供給手段と連通する孔を有し、前記研
磨剤供給手段は、前記研磨剤を前記孔から互いに当接す
る前記研磨工具と前記被加工物との間へ供給する際の供
給圧力を互いに当接する前記研磨工具と前記被加工物と
を繰り返し非接触の状態とするに十分な圧力となるよう
に周期的に変化させることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記研磨工具が前記研磨面を下に向けた
状態で設置されていることを特徴とする請求項１記載の
研磨装置。
【請求項３】前記研磨工具が研磨面を上に向けた状態
で設置されていることを特徴とする請求項１記載の研磨
装置。
【請求項４】前記研磨工具は前記被加工物の前記被研
磨面の全面を研磨することを特徴とする請求項１記載の
研磨装置。
【請求項５】前記研磨工具は前記被加工物の前記被研
磨面の一部のみを研磨することを特徴とする請求項１記
載の研磨装置。
【請求項６】前記研磨工具の前記研磨面が前記加工物
の前記被研磨面より大きいことを特徴とする請求項１記
載の研磨装置。
【請求項７】前記被加工物の前記被研磨面は略円形で
あることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項８】前記研磨工具の前記研磨面は略円形であ
り、且つ前記被加工物の前記被研磨面の口径に対する前
記研磨工具の前記研磨面の口径の比が１以上２未満の範
囲にあることを特徴とする請求項７記載の研磨装置。
【請求項９】前記研磨工具の前記研磨面が前記加工物
の前記被研磨面より小さいことを特徴とする請求項１記
載の研磨装置。
【請求項１０】前記研磨工具は、少なくとも２つ設け
られていることを特徴とする請求項９項記載の研磨装
置。
【請求項１１】前記駆動手段が、前記研磨工具を自転
させることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１２】前記駆動手段が、前記研磨工具を公転
させることを特徴とする請求項１１記載の研磨装置。
【請求項１３】前記駆動手段が、前記被加工物保持手
段を自転させることを特徴とする請求項１記載の研磨装
置。
【請求項１４】前記駆動手段が、前記被加工物保持手
段を公転させることを特徴とする請求項１３記載の研磨
装置。
【請求項１５】前記研磨工具を揺動させる揺動手段を
有することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１６】前記加工物を揺動させる揺動手段を有
することを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項１７】前記研磨工具と前記被加工物保持手段
の少なくともいずれか一方を上下方向に運動させるため
の手段を有することを特徴とする請求項１記載の研磨装
置。
【請求項１８】前記手段は、前記研磨工具及び前記被
加工物のうち一方を静止させ他方を往復運動させること
を特徴とする請求項１７記載の研磨装置。
【請求項１９】前記手段は、前記研磨工具及び前記被
加工物の両方を往復運動させることを特徴とする請求項
１７記載の研磨装置。
【請求項２０】前記手段は、弾性部材乃至流体圧力制
御手段のうち少なくともいずれか１つを有することを特
徴とする請求項１７記載の研磨装置。
【請求項２１】前記手段に電気的に接続され、電気信
号を前記手段に与え、非接触の状態における前記被加工
物の前記被研磨面と前記研磨工具の前記研磨面との間の
距離を任意に設定するための制御手段を有することを特
徴とする請求項１７記載の研磨装置。
【請求項２２】前記加圧手段に電気的に接続され、電
気信号を前記加圧手段に与え、前記研磨工具と前記被加
工物とを接触させるための圧力を任意に設定するための
制御手段を有することを特徴とする請求項１記載の研磨
装置。
【請求項２３】前記研磨剤供給手段に電気的に接続さ
れ、電気信号を前記研磨剤供給手段に与え、前記被加工
物の前記被研磨面に前記研磨剤を供給する圧力を任意に
設定するための制御手段を有することを特徴とする請求
項１記載の研磨装置。
【請求項２４】前記研磨工具は、脱着可能な研磨パッ
ドとそれを保持するパッドホルダーを有することを特徴
とする請求項１記載の研磨装置。
【請求項２５】被加工物と研磨工具の少なくともいず
れか一方が回転し且つ前記被加工物の被研磨面と前記研
磨工具の研磨面とが所定の加圧力で互いに接触すること
で前記被研磨面を研磨する研磨方法において、前記被加
工物の前記被研磨面と前記研磨工具の前記研磨面との間
に供給する研磨剤の供給圧力を変えることで前記被加工
物の前記被研磨面と前記研磨工具の前記研磨面とを繰り
返し接触と非接触の状態にしながら前記被加工物の前記
被研磨面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項２６】前記被加工物は半導体基板、被研磨層
を表面に設けた絶縁性基板、被研磨層を表面に設けた半
導体基板のいずれか１つであることを特徴とする請求項
２５記載の研磨方法。
【請求項２７】前記研磨剤は微粒子のみで構成されて
いることを特徴とする請求項２５記載の研磨方法。
【請求項２８】前記微粒子は酸化シリコン、酸化アル
ミニウム、酸化マンガンのうち少なくとも１つを含むこ
とを特徴とする請求項２７記載の研磨方法。
【請求項２９】前記研磨剤は微粒子を含む液体である
ことを特徴とする請求項２５記載の研磨方法。
【請求項３０】前記被加工物の前記被加工面全面を研
磨した後、更に研磨すべき部分を特定し、特定された前
記部分のみを再び研磨することを特徴とする請求項２５
記載の研磨方法。
【請求項３１】被加工物を保持する被加工物保持手段
と、研磨工具と、前記被加工物の被研磨面と前記研磨工
具の研磨面とを上下方向に対向させ所定の加圧力を与え
て接触させるための加圧手段と、前記被加工物と前記研
磨工具の少なくともいずれか一方を回転運動させるため
の駆動手段と、研磨剤を供給するための研磨剤供給手段
と、を有する研磨装置において、前記加圧手段は所定の
周期で加圧力を変化させながら前記研磨工具と前記被加
工物とを当接させ、且つ前記研磨剤供給手段は前記研磨
剤の供給圧力を所定の周期で変化させながら研磨剤を前
記被研磨面に供給することで、前記研磨工具が前記被加
工物の前記被研磨面を研磨することを特徴とする研磨装
置。
【請求項３２】前記研磨面はポリウレタンからなるこ
とを特徴とする請求項３１記載の研磨装置。
【請求項３３】被加工物と研磨工具の少なくともいず
れか一方が回転し且つ前記被加工物の被研磨面と前記研
磨工具の研磨面とが所定の加圧力を受けて接触すること
で前記被研磨面を研磨する研磨方法において、所定の周
期で加圧力を変化させ且つ前記被加工物の前記被研磨面
と前記研磨工具の前記研磨面との間に研磨剤を所定の周
期で供給圧力を変化させながら供給して前記被加工物の
前記被研磨面を研磨することを特徴とする研磨方法。
【請求項３４】前記研磨面にポリウレタンを用いるこ
とを特徴とする請求項３３記載の研磨方法。