JPH11300625A - カップ型砥石及び研磨装置及び被研磨基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 砥石のエッジ部による被研磨基板の過剰研磨
や、該エッジ部の欠けを防止することができるカップ型
砥石及び研磨装置及び被研磨基板の研磨方法を提供す
る。 【解決手段】 砥石支持部材１１にリング形状の砥石１
５を取り付ける構造のカップ型砥石１０である。砥石１
５のエッジ部分１７，１９に丸みを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハや各種
ハードディスク、ガラス基板、液晶パネルなどの被研磨
基板を研磨するのに好適なカップ型砥石及び研磨装置及
び被研磨基板の研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体集積回路装置の製造工程に
おいて用いられるＣＭＰ（化学機械研磨）装置は、ター
ンテーブル上に貼り付けた研磨クロス面上に、回転する
トップリングに装着された被研磨基板を当接すると共
に、研磨クロス上に研磨スラリを供給しながら、被研磨
基板の研磨面を研磨（遊離砥粒研磨）するように構成し
たものである。しかしながらこのＣＭＰ装置の場合、研
磨面のパターンの種類や段差（凹凸）の状態によっては
十分に平坦化できないという問題等があった。

【０００３】そこで上記構造のＣＭＰ装置の代わりに、
砥石を被研磨基板に押し付けて砥石面に研磨液を供給し
ながら双方を相対運動させることで被研磨基板を研磨す
る、固定砥粒研磨法が開発されている。そしてこの種の
砥石の中には、砥石支持部材にリング形状の砥石を取り
付けるか、或いはリング状にペレット型の砥石を取り付
けてなる構造のカップ型砥石がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
のカップ型砥石によって被研磨基板を研磨すると、砥石
の周囲の鋭角なエッジ部が被研磨基板を過剰に研磨して
しまい、被研磨基板が均一に研磨できない場合が生じる
恐れがあった。また砥石のエッジ部には、被研磨基板の
研磨中又は被研磨基板への砥石の乗り上げ時などに、大
きな衝撃力が作用し、砥石が欠けてしまう恐れもあっ
た。

【０００５】本発明は上述の点に鑑みてなされたもので
ありその目的は、砥石のエッジ部による被研磨基板の過
剰研磨や、該エッジ部の欠けを防止することができるカ
ップ型砥石及び研磨装置及び被研磨基板の研磨方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め本発明は、リング形状の砥石或いはリング状に配列し
たペレット型の砥石を有し、該砥石の表面に被研磨基板
を押し付けて双方の相対運動によって被研磨基板を研磨
するカップ型砥石において、前記砥石のエッジ部分に、
丸み又は面取り又はテーパ面を設けたことを特徴とす
る。また本発明は、前記カップ型砥石と、該砥石の表面
に当接して研磨される被研磨基板と、前記カップ型砥石
と被研磨基板とを相互に相対運動させることで被研磨基
板を砥石に擦り合わせて研磨する駆動機構とを具備して
研磨装置を構成した。また本発明は、リング形状の砥石
或いはリング状に配列したペレット型の砥石を有し且つ
該砥石のエッジ部に丸み又は面取りを設けてなるカップ
型砥石と、該砥石の表面に当接して研磨される被研磨基
板と、前記カップ型砥石と被研磨基板とを相互に相対運
動させることで被研磨基板を砥石に擦り合わせて研磨す
る駆動機構とを具備してなる研磨装置において、前記砥
石の被研磨基板を研磨していない部分に、前記砥石のエ
ッジ部分の丸み又は面取りを再生する砥石形状維持装置
を設けて研磨装置を構成した。また本発明は、リング形
状の砥石或いはリング状に配列したペレット型の砥石を
有してなるカップ型砥石と、該砥石の表面に当接して研
磨される被研磨基板とを相互に相対運動させることで被
研磨基板を砥石に擦り合わせて研磨する被研磨基板の研
磨方法において、被研磨基板を研磨していない位置に移
動して来る砥石のエッジ部分に継続的に丸み又は面取り
を再生していくことを特徴とする。また本発明は、リン
グ形状の砥石或いはリング状に配列したペレット型の砥
石を被研磨基板に当接して回転することで被研磨基板を
研磨するカップ型砥石の被研磨基板を研磨していない位
置に設置され、回転移動して来る砥石のエッジ部分を研
磨して該エッジ部分に継続的に丸み又は面取りを再生し
ていく砥石形状維持装置を構成した。また本発明は、リ
ング状に配列したペレット型の砥石を有し、該砥石の表
面に被研磨基板を押し付けて双方の相対運動によって被
研磨基板を研磨するカップ型砥石において、前記砥石は
その縦断面が平行四辺形に構成され、且つ該砥石は研磨
の際の該砥石の進行方向に向かって被研磨基板に当接す
る側の部分の方が後側に後退するように配設して構成し
た。また本発明は、リング状に配列したペレット型の砥
石を有し、該砥石の表面に被研磨基板を押し付けて双方
の相対運動によって被研磨基板を研磨するカップ型砥石
において、前記砥石に、研磨の際の砥石の進行方向に向
かって前面側のエッジ部にテーパ面を設けることとし
た。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態に
かかるカップ型砥石１０を示す図であり、同図（ａ）は
側断面図（同図（ｂ）のＡ−Ａ断面図）、同図（ｂ）は
裏面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ部分拡大図であ
る。

【０００８】同図に示すようにこのカップ型砥石１０
は、円板形状の砥石支持部材１１の下面に、リング状に
形成された砥石１５を取り付けて構成されている。

【０００９】そして本実施形態においては、砥石１５の
下面の内外周のエッジ部１７，１９にその全体にわたっ
て所定の半径の丸みを持たせている。

【００１０】なおこの砥石１５は、研磨液を介してその
表面に下記する被研磨基板を擦り付けることで、該砥石
１５内の砥粒がスラリーとなって被研磨基板を研磨する
ものである。具体的にこの砥石１５の場合は、平均粒子
径が２μｍ以下のＣｅＯ_２又はＳｉＯ_２又はＡｌ_２Ｏ_３
又はＺｒＯ_２又はＭｎＯ_２又はＭｎ_２Ｏ_３等からなる砥
粒を、ポリイミド樹脂又はフェノール樹脂又はウレタン
又はＰＶＡ（ポリビニルアルコール）等からなる結合剤
によって固めて構成されている。

【００１１】次に図２はこのカップ型砥石１０を用いて
構成した研磨装置を示す概略斜視図である。同図に示す
ようにカップ型砥石１０の上面中央に取り付けた回転軸
３１は、これを回転駆動する駆動機構を内蔵した研磨装
置２００のアーム部２０１に取り付けられている。一方
円板形状の被研磨基板（半導体ウエハ）１００は基板ホ
ルダ２１１の上に保持されている。

【００１２】基板ホルダ２１１及び被研磨基板１００は
テーブル２１３内に露出するように設置されており、該
基板ホルダ２１１及び被研磨基板１００の上面とテーブ
ル２１３の上面とは略同一面となるように構成されてい
る。

【００１３】またテーブル２１３は基板ホルダ２１１と
共に研磨装置２００の基台２０３上において図示しない
駆動機構によって直線方向（矢印Ｊ方向）に移動自在に
構成されている。

【００１４】そして基板ホルダ２１１とカップ型砥石１
０とをそれぞれ独立に回転しながら被研磨基板１００に
砥石１５を押し付け、同時にテーブル２１３を直線運動
させれば、被研磨基板１００表面全体の研磨が行なわれ
る。

【００１５】その際砥石１５の内外周のエッジ部１７，
１９（図１参照）は鋭角ではなく丸みをもって形成され
ているので、被研磨基板１００を研磨している最中に該
エッジ部１７，１９によって被研磨基板１００が過剰研
磨される恐れはなく、被研磨基板１００の表面全体を均
一に研磨することができる。

【００１６】また砥石１５が被研磨基板１００を研磨し
ている最中や、エッジ部１７，１９が被研磨基板１００
の外周に乗り上げる時などにも、エッジ部１７，１９に
大きな衝撃力が作用することはなく、スムーズな動作が
行なえ、従って砥石１５のエッジ部１７，１９部分が欠
けてしまうこともなくなる。

【００１７】なお上記実施形態においては砥石１５のエ
ッジ部１７，１９に丸みを設けたが、その代りに図３に
示すように、エッジ部１７，１９に面取りを施しても良
い。このように構成しても前記実施形態と同様の作用を
発揮する。

【００１８】ところで上記砥石１５の場合、これを使用
して研磨を行なっていくと、その表面が摩耗して前記エ
ッジ部１７，１９がなくなっていく。

【００１９】図４は該摩耗するエッジ部１７，１９を再
生する機能を備えた研磨装置を示す要部概略断面図であ
る。

【００２０】同図において前記図２に示す研磨装置２０
０と同一部分には同一符号を付してその詳細な説明は省
略する。即ち、この研磨装置２００′においても、基板
ホルダ２１１の上に被研磨基板（半導体ウエハ）１００
を保持し、基板ホルダ２１１及び被研磨基板１００をテ
ーブル２１３面に露出せしめ、その上に前記カップ型砥
石１０を配置して構成されている。

【００２１】この研磨装置２００′において前記図２に
示す研磨装置２００と相違する点は、テーブル２１３の
一部に、基板ホルダ２１１から離れる方向に向かう１本
の溝２２１を設け、その中に砥石形状維持部材２２３を
収納した点である。

【００２２】この砥石形状維持部材２２３は、その下部
に車輪２２５が取り付けられることで、溝２２１内を矢
印Ｃ方向に直線運動自在となるように構成されている。
また砥石形状維持部材２２３の上面には、前記砥石１５
の形状と同一形状の凹部２２７が設けられている。この
凹部２２７の内表面はこの凹部２２７内を砥石１５が通
過することによって該砥石１５表面を研磨して凹部２２
７の形状と同一形状にするように機能する。

【００２３】そして前記図２に示す研磨装置２００と同
様に、回転する基板ホルダ２１１に保持された被研磨基
板１００に、回転するカップ型砥石１０の砥石１５を押
し付け、同時に基板ホルダ２１１を保持するテーブル２
１３をスライド運動させることにより、被研磨基板１０
０を研磨するが、該研磨の最中に砥石１５は被研磨基板
１００を研磨していない部分において砥石形状維持部材
２２３の凹部２２７の内表面によって研磨され、これに
よって被研磨基板１００の研磨によって消耗したエッジ
部１７，１９の再生が図られる。砥石１５は直線Ｊ方向
にスライドするが、砥石形状維持部材２２３もこれに追
従し、常に砥石１５を再生する。

【００２４】図５はペレット型の砥石を用いて構成した
カップ型砥石４０の実施形態を示す図であり、同図
（ａ）は側断面図（同図（ｂ）のＧ−Ｇ断面図）、同図
（ｂ）は裏面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＨ部分拡大
図、同図（ｄ）は砥石４５の変形例を示すＨ部分拡大図
である。

【００２５】同図（ａ）〜（ｃ）に示すようにこのカッ
プ型砥石４０は、円板形状の砥石支持部材４１の下面
に、リング状にペレット型（円柱型）の砥石４５を複数
個（１２個）取り付けて構成されている。

【００２６】そして本実施形態においては、全ての砥石
４５の下面の外周のエッジ部４７の部分全体にわたって
所定の半径の丸みを持たせることとした。丸みの代わり
に同図（ｄ）に示すように面取りを施しても良い。

【００２７】このように構成すれば、前記図１に示すカ
ップ型砥石１０と同様に、被研磨基板がエッジ部４７に
よって過剰研磨される恐れはなく、被研磨基板の表面全
体を均一に研磨することができる。また砥石４５が被研
磨基板を研磨している最中や、各砥石４５のエッジ部４
７が被研磨基板の外周に乗り上げる時などにも、エッジ
部４７に大きな衝撃力が作用することはなく、スムーズ
な動作が行なえ、エッジ部４７が欠けることもない。

【００２８】図６はカップ型砥石５０のさらに他の実施
形態を示す図であり、同図（ａ）は砥石５５単体を示す
斜視図、同図（ｂ）はカップ型砥石５０の裏面図、同図
（ｃ）はカップ型砥石５０の概略動作説明図である。

【００２９】同図（ａ）に示すようにこのカップ型砥石
５０に用いる各砥石５５は、その縦断面が平行四辺形に
なるような形状に構成されている。

【００３０】そして各砥石５５は、研磨の際の砥石５５
の進行方向に向かって砥石支持部材５１側の部分により
も被研磨基板１００に当接する先端側の部分の方が後側
に後退するように砥石支持板５１に取り付けられてい
る。

【００３１】このように構成すれば、同図（ｃ）に示す
ように被研磨基板１００とカップ型砥石５０とを相対的
に矢印方向に移動して研磨した場合、前記図１に示すカ
ップ型砥石１０の場合と同様に、被研磨基板１００を研
磨している最中に砥石５５の進行方向先端側のエッジ部
５７が被研磨基板１００を過剰研磨したり、該エッジ部
５７に大きな衝撃力が作用したりすることはなくなる。

【００３２】図７はカップ型砥石６０のさらに他の実施
形態を示す図であり、同図（ａ）は砥石６５単体を示す
斜視図、同図（ｂ）はカップ型砥石６０の裏面図、同図
（ｃ）はカップ型砥石６０の概略動作説明図である。

【００３３】同図に示すカップ型砥石６０の砥石６５に
は、研磨の際の砥石６５の進行方向に向かってその前面
角部にテーパ面６７を設けて構成されている。テーパ面
６７の傾斜角度θは例えば１０°〜６０°とする。

【００３４】このように構成しても、同図（ｃ）に示す
ように被研磨基板１００とカップ型砥石６０とを相対的
に矢印方向に移動して研磨した場合、同様に砥石６５の
テーパ面６７の部分が被研磨基板１００を過剰研磨した
り、該テーパ面６７の部分に大きな衝撃力が作用したり
することはなくなる。

【００３５】なお場合によっては、前記本発明にかかる
カップ型砥石を用いた研磨装置とともに、前記従来の技
術の欄で説明した研磨クロスなどからなるＣＭＰ装置を
設置し、本発明にかかるカップ型砥石を用いた研磨装置
による研磨の前後の工程でＣＭＰ装置によって被研磨基
板を研磨するように構成しても良い。

【００３６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明にかか
るカップ型砥石によれば、被研磨基板を研磨している最
中に砥石のエッジ部によって被研磨基板が過剰研磨され
る恐れはなく、被研磨基板の表面全体を均一に研磨する
ことができるばかりか、砥石が被研磨基板を研磨してい
る最中や、砥石のエッジ部が被研磨基板の外周に乗り上
げる時などに、該エッジ部に大きな衝撃力が作用するこ
とはなく、スムーズな動作が行なえ、従って砥石のエッ
ジ部が欠けてしまうこともなくなる。

【００３７】また砥石の被研磨基板を研磨していない部
分に、砥石のエッジ部分の丸み又は面取りを再生する砥
石形状維持装置を設けた場合は、被研磨基板の研磨によ
って消耗した砥石のエッジ部の再生を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかるカップ型砥石１０
を示す図であり、同図（ａ）は側断面図、同図（ｂ）は
裏面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＢ部分拡大図であ
る。

【図２】カップ型砥石１０を用いて構成した研磨装置を
示す概略斜視図である。

【図３】砥石１５の変形例を示す拡大断面図である。

【図４】摩耗するエッジ部１７，１９を再生する機能を
備えた研磨装置を示す要部概略断面図である。

【図５】ペレット型の砥石を用いて構成したカップ型砥
石４０の実施形態を示す図であり、同図（ａ）は側断面
図、同図（ｂ）は裏面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＨ
部分拡大図、同図（ｄ）は砥石４５の変形例を示すＨ部
分拡大図である。

【図６】カップ型砥石５０のさらに他の実施形態を示す
図であり、同図（ａ）は砥石５５単体を示す斜視図、同
図（ｂ）はカップ型砥石５０の裏面図、同図（ｃ）はカ
ップ型砥石５０の概略動作説明図である。

【図７】カップ型砥石６０のさらに他の実施形態を示す
図であり、同図（ａ）は砥石６５単体を示す斜視図、同
図（ｂ）はカップ型砥石６０の裏面図、同図（ｃ）はカ
ップ型砥石６０の概略動作説明図である。

【符号の説明】 １０ カップ型砥石 １１ 砥石支持部材 １５ 砥石 １７，１９ エッジ部分 １００ 被研磨基板 ２００ 研磨装置 ２００′ 研磨装置 ２２３ 砥石形状維持部材（砥石形状維持装置） ４０ カップ型砥石 ４５ 砥石 ４７ エッジ部 ５０ カップ型砥石 ５５ 砥石 ５７ エッジ部 ６０ カップ型砥石 ６５ 砥石 ６７ テーパ面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 廣川 一人 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リング形状の砥石或いはリング状に配列
   したペレット型の砥石を有し、該砥石の表面に被研磨基
   板を押し付けて双方の相対運動によって被研磨基板を研
   磨するカップ型砥石において、 前記砥石のエッジ部分に、丸み又は面取り又はテーパ面
   を設けたことを特徴とするカップ型砥石。
2. 【請求項２】 請求項１記載のカップ型砥石と、該砥石
   の表面に当接して研磨される被研磨基板と、前記カップ
   型砥石と被研磨基板とを相互に相対運動させることで被
   研磨基板を砥石に擦り合わせて研磨する駆動機構とを具
   備してなることを特徴とする研磨装置。
3. 【請求項３】 リング形状の砥石或いはリング状に配列
   したペレット型の砥石を有し且つ該砥石のエッジ部に丸
   み又は面取りを設けてなるカップ型砥石と、該砥石の表
   面に当接して研磨される被研磨基板と、前記カップ型砥
   石と被研磨基板とを相互に相対運動させることで被研磨
   基板を砥石に擦り合わせて研磨する駆動機構とを具備し
   てなる研磨装置において、 前記砥石の被研磨基板を研磨していない部分に、前記砥
   石のエッジ部分の丸み又は面取りを再生する砥石形状維
   持装置を設けたことを特徴とする研磨装置。
4. 【請求項４】 リング形状の砥石或いはリング状に配列
   したペレット型の砥石を有してなるカップ型砥石と、該
   砥石の表面に当接して研磨される被研磨基板とを相互に
   相対運動させることで被研磨基板を砥石に擦り合わせて
   研磨する被研磨基板の研磨方法において、 被研磨基板を研磨していない位置に移動して来る砥石の
   エッジ部分に継続的に丸み又は面取りを再生していくこ
   とを特徴とする被研磨基板の研磨方法。
5. 【請求項５】 リング形状の砥石或いはリング状に配列
   したペレット型の砥石を被研磨基板に当接して回転する
   ことで被研磨基板を研磨するカップ型砥石の被研磨基板
   を研磨していない位置に設置され、回転移動して来る砥
   石のエッジ部分を研磨して該エッジ部分に継続的に丸み
   又は面取りを再生していくことを特徴とする砥石形状維
   持装置。