WO1999055493A1 - Disque a polir et meuler et procede de polissage d'un substrat avec ce disque a meuler - Google Patents

Disque a polir et meuler et procede de polissage d'un substrat avec ce disque a meuler Download PDF

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WO1999055493A1
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polishing
substrate
polished
abrasive grains
grindstone
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Yutaka Wada
Hirokuni Hiyama
Kazuto Hirokawa
Hisanori Matsuo
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Ebara Corporation
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    • H01L21/321—After treatment
    • H01L21/32115—Planarisation
    • H01L21/3212—Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Definitions

  • the present invention relates to a grindstone for polishing a substrate to be polished such as a semiconductor wafer in a flat and mirror-like manner, and a method for polishing a substrate using the grindstone.
  • this type of polishing apparatus has a turntable on which a polishing cloth is stuck and a top ring, and the top ring applies a constant pressure to the turn table, and a polishing object is placed between the turn table and the top ring.
  • a method of chemically and mechanically polishing the surface of a substrate to be polished (CMP) while supplying a polishing liquid to a polishing cloth with a substrate interposed therebetween has been used.
  • FIG. 1 is a diagram showing a main part of an example of a polishing apparatus using a conventional chemical-mechanical polishing method.
  • the polishing apparatus includes a turntable 5 having a polishing cloth 6 made of urethane or the like affixed to the upper surface thereof, a top ring 1 for holding a semiconductor wafer 4 to be polished to be rotatable and pressable, and a polishing liquid on the polishing cloth 6.
  • a polishing liquid supply nozzle 9 for supplying Q is provided.
  • Top ring 1 is top ring
  • the top ring 1 is connected to the shaft 8 and has an elastic mat 2 such as polyurethane on the lower surface thereof.
  • the semiconductor ring 4 is held in contact with the elastic mat 2.
  • the top ring 1 is provided with a cylindrical guide ring 3 on the outer peripheral edge so as to prevent the semiconductor wafer 4 from coming off the lower surface of the top ring 1 during polishing.
  • the guide ring 3 is fixed to the top ring 1, and the semiconductor wafer 4 to be polished is held in the holding surface, and during polishing, a frictional force with the polishing cloth 6 causes the semiconductor wafer 4 to move out of the top ring. Not to jump out.
  • the top ring 1 is tiltably supported by a ball bearing 7 with respect to the shaft 8.
  • the semiconductor wafer 4 is held under the elastic mat 2 on the lower surface of the top ring 1, and the semiconductor wafer 4 is pressed against the polishing cloth 6 on the turntable 5 by the top ring 1, and the turntable 5 and the turntable 5 are pressed.
  • the polishing is performed by rotating the top ring 1 independently and sliding the polishing cloth 6 and the semiconductor wafer 4 relative to each other.
  • the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 6 from the polishing liquid supply nozzle 9.
  • the abrasive liquid is a suspension of abrasive particles made of fine particles such as silica in an alkaline solution.It is a combined action of chemical polishing by Al-Li and mechanical polishing by abrasives. Polish semiconductor wafers by chemical and mechanical polishing.
  • the method for performing chemical mechanical polishing while supplying a slurry-like polishing liquid containing a large amount of abrasive grains to the conventional polishing cloth has the following two problems.
  • the first problem is that the convex portions are preferentially polished in the initial stage of polishing, but the concave portions gradually become polished. For this reason, the unevenness is not easily eliminated.
  • chemical and mechanical polishing is performed in half because polishing is performed using a relatively soft polishing cloth and a slurry-like polishing liquid containing a large amount of free abrasive grains. This is considered to be due to the fact that it acts not only on the convex part but also on the concave part on the conductor wafer surface.
  • Fig. 2 shows the polishing characteristics by conventional chemical and mechanical polishing. The height of the step portion of the film thickness of the convex portion and the concave portion is shown.
  • Fig. 3A shows the initial stage of polishing of the stepped portion
  • Fig. 3B shows the intermediate stage of polishing
  • Fig. 3C shows the final stage of polishing.
  • the concave portions are polished together with the convex portions, there is a problem that it is difficult to completely eliminate the steps or it takes time.
  • the second problem is cost and environmental issues. This is because, for example, a polishing slurry such as a suspension of fine powder is used as a polishing liquid, but in order to perform polishing with high in-plane uniformity of flatness, a polishing slurry is required.
  • the grinding fluid must be supplied abundantly. However, most of the supplied abrasive liquid is discharged as waste liquid without contributing to actual processing. In general, the cost of the polishing liquid used for processing high-precision semiconductors is high, which causes a problem in the cost of the polishing process.
  • the above-mentioned abrasive liquid is in a slurry state containing a large amount of abrasive grains such as a sili force, it is difficult to maintain a working environment by using the waste liquid. That is, it is required that the polishing liquid supply system and the waste liquid discharge system of the apparatus are extremely contaminated, and that the waste liquid itself is extremely difficult to treat. Further, after polishing using the polishing liquid, the polishing liquid is removed by cleaning the semiconductor wafer, and this waste liquid treatment also imposes a burden on environmental preservation. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and when polishing a semiconductor wafer or the like having an uneven pattern on the surface, only the convex portion can be polished. It is an object of the present invention to provide a grindstone having a self-stop function in which the grinding is automatically completed, and a polishing method using the grindstone.
  • Another object of the present invention is to provide a method and an apparatus for polishing a substrate, which can eliminate the unevenness of the surface of the substrate by polishing using a grindstone and can easily further increase the thickness to a predetermined film thickness. I do.
  • the present invention relates to an abrasive having a particle size of 2 / m or less (preferably 0.5 ⁇ m or less) and a purity of 90% or more (preferably 94% or more).
  • a polishing whetstone characterized by having a binder of 60% or less and pores of 10 to 40%.
  • the abrasive grains, the binder, and the pores are formed in a well-balanced composition ratio (volume ratio), whereby only the projections of the steps are preferentially polished.
  • the recess is not polished. Therefore, after the protrusions are eliminated and the surface is flattened, the film thickness does not change even if the polishing is performed.
  • a self-stop function in which the polishing is automatically stopped operates. In other words, if the amount of the abrasive grains is too large or the amount of the binder is too small, the abrasive grains are spontaneously generated (free), and the function of automatically stopping polishing when the level difference disappears (self-stop function) is lost. .
  • the polishing rate is reduced because the abrasive grains are not easily generated (released), and the throughput is reduced.
  • this composition ratio It is particularly important to set the (volume ratio) to 10 to 40%, desirably 15 to 30%, in order to give the grinding stone a self-stop function. That is, when the amount of pores is large, the grindstone is soft and the abrasive grains are easily generated (released) easily, and when the amount of pores is small, the abrasive grains are not easily generated (released).
  • the particle size is as small as 2 / m or less, the problem of damaging the wafer is reduced.
  • the abrasive grains fall off, and the polishing proceeds at a relatively high polishing rate by the loose abrasive grains. Then, when the polishing of the projections is completed and the step is eliminated and the surface is flattened, it is considered that the abrasive grains that fall off are reduced. In the polishing, the sliding surface always moves, so that the remaining abrasive particles flow out from the sliding surface. As a result, it is considered that the amount of loose abrasive particles existing on the sliding surface is extremely reduced, the polishing rate is extremely reduced, and a self-stop function that substantially stops polishing is generated.
  • composition ratio volume ratio
  • abrasive grains 10 to 60% preferably 20 to 50%
  • binder 30 to 60% preferably 35 to 55%)
  • pores It is preferably from 10 to 40% (preferably from 15 to 30%).
  • the method for polishing a substrate of the present invention is a method for polishing a semiconductor device wafer having a concave-convex pattern on the surface using a grindstone, wherein after forming a fine irregularity on the surface by dressing the grindstone surface,
  • the method is characterized in that the semiconductor device wafer is polished in a state where the liberated abrasive grains adhering to the surface are removed and the polishing rate of the blanket wafer is sufficiently reduced. Thereby, the self-stop function of the grindstone can be effectively exerted.
  • the method of polishing a substrate of the present invention in the method of polishing a substrate having irregularities on its surface using a grindstone, after polishing for a predetermined time under a liquid supply containing no abrasive particles on the grindstone, Further, polishing is further performed while supplying a polishing slurry containing abrasive grains onto the grindstone.
  • the during the predetermined time, according to the c the invention is a sufficient time for the unevenness of the substrate surface is being eliminated planarized, using the same grinding wheel, it contains a large amount of free abrasive grains on the grinding wheel
  • By supplying a polishing slurry and performing polishing it is possible to increase the amount of polishing. Since this polishing is performed by a large amount of free abrasive grains contained in the polishing slurry, a relatively high polishing rate can be obtained, and a predetermined film thickness can be reached in a short time.
  • the method of polishing a substrate of the present invention in the method of polishing a substrate having irregularities on its surface using a grindstone, after polishing for a predetermined time under a liquid supply containing no abrasive particles on the grindstone, While continuously supplying the liquid containing no abrasive grains, and while dressing the polished surface of the whetstone, It is characterized by further polishing by the free abrasive grains generated.
  • the polishing rate can be increased by loose abrasive grains generated by the dressing.
  • the additional grinding can be performed only with the equipment attached to the polishing apparatus using a normal grinding wheel without requiring additional equipment such as abrasive liquid supply means.
  • the method for polishing a substrate of the present invention is a method for polishing a substrate having an uneven surface, wherein the substrate is polished for a predetermined time under a liquid supply containing no abrasive particles on a grindstone, and then the substrate is polished with a polishing cloth. It is characterized by further polishing using a polishing slurry containing grains. Thereby, since the additional polishing is performed by chemical mechanical polishing using the conventional polishing cloth and polishing slurry, the additional polishing can be performed by using the existing equipment.
  • Fig. 1 is an explanatory diagram showing the main parts of a conventional polishing apparatus using chemical and mechanical polishing.
  • FIG. 2 is a view showing polishing characteristics of the polishing apparatus of FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing a state of a step on a surface to be polished according to the polishing characteristics of FIG. 4A and 4B are diagrams showing the main part of the turntable type polishing apparatus according to the embodiment of the present invention
  • FIG. 4A is a top view
  • FIG. 4B is a sectional view
  • 5 c Figure 6 A and Figure 6 B is a cross-sectional view of the embodiment of the disk port Lumpur type polishing apparatus of the present invention is a view showing a main part of the scroll Ichiru type polishing apparatus of FIG. 5 6A is a top view of the scroll mechanism
  • FIG. 6B is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 6A.
  • FIG. 7A is a diagram schematically showing the relationship between a grindstone, abrasive grains, and a substrate surface.
  • B is a diagram schematically showing the relationship between the polishing pad, the abrasive grains, and the substrate surface.
  • 8A and 8B are diagrams showing the distribution of stress depending on the grain size of the abrasive grains.
  • FIG. 8A shows the case where the particle size is large
  • FIG. 8B shows the case where the particle size is small
  • FIG. 9 is a diagram showing the composition ratio (volume ratio) of the abrasive grains, the binder, and the pores, and shows that the grinding wheel having a good self-stop function can be obtained by the composition of the region indicated by reference numeral B.
  • FIG. 10 is a graph showing the polishing characteristics of a grindstone, showing a case where the grindstone has a self-stop function.
  • FIG. 11A, FIG. 11B and FIG. 11C are views showing the state of the steps on the polished surface due to the polishing characteristics of the grindstone of FIG.
  • FIG. 12 is a diagram showing the polishing characteristics of the grindstone, showing a case without a self-stop function.
  • FIGS. 13A, 13B and 13C are diagrams showing the state of the step on the surface to be polished due to the polishing characteristics of the grindstone of FIG.
  • Figure 14 is a diagram showing the change over time in the polishing rate after dressing (sharpening) the polished surface of the grindstone.
  • FIGS. 15A and 15B are diagrams schematically showing the polished surface of the grindstone after dressing, and FIG. 15A shows a state in which a large amount of abrasive grains remain. This shows a state in which almost no abrasive grains remain.
  • FIGS. 16A to 16C are diagrams comparing the polishing characteristics of various whetstones, and FIG. 16A shows a case having a self-stop function, and FIGS. 16B and 16C show a case where the self-stop function is provided. Indicates the case without.
  • the diagram on the left shows the change in polishing rate, the horizontal axis represents the polishing time, and the vertical axis represents the polishing rate.
  • the middle diagram shows the film thickness transition, the horizontal axis represents the polishing time, and the vertical axis represents the film thickness of the concave and convex portions.
  • the figure on the right shows a blanket wafer (BL) and a semiconductor wafer It compares the polishing rates of the initial polishing (D 1) of the semiconductor wafer and the final polishing (D 2) of the semiconductor wafer.
  • FIGS. 17A to 17D are diagrams showing a method for removing residual abrasive grains
  • FIG. 17A shows a method using a brush
  • FIG. 17B shows a method using a roll brush
  • FIG. Shows the method using a water jet
  • Fig. 17D shows the method using an ultrasonic fluid.
  • FIG. 18A and FIG. 18B are views showing a polishing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a diagram showing a change in film thickness due to the first and second stages of polishing.
  • FIGS. 20A and 20B are diagrams showing a method of managing the film thickness, FIG. 20A shows time management, and FIG. 20B shows film thickness management.
  • FIG. 21 is a diagram showing a switching mechanism between a liquid W containing no abrasive grains and a slurry Q containing abrasive grains.
  • FIG. 22 is a diagram showing the flow of the switching mechanism between the liquid W containing no abrasive grains and the slurry Q containing abrasive grains.
  • FIG. 23 is a view showing a polishing method according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a diagram showing a switching mechanism of the dressing operation.
  • FIG. 25 is a diagram showing a front end of a switching mechanism of the dressing operation.
  • FIGS. 26A and 26B are views showing a polishing method according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a plan view showing an example of an apparatus suitable for the above method.
  • FIG. 28 is a perspective view showing another example of an apparatus suitable for the above method.
  • FIG. 29 is an enlarged plan view of a main part of FIG.
  • FIG. 30 is a plan view showing an example of the overall configuration of a polishing apparatus suitable for carrying out the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a polishing apparatus using the grindstone of the present invention.
  • This polishing apparatus includes a turntable 5 having a grindstone 15 having a diameter of about 60 cm attached to a surface thereof instead of a polishing cloth, and a liquid supply nozzle 1 for supplying a chemical solution W containing no water or abrasive grains during polishing. 0.
  • Other configurations of the topping 1 and the like for holding the substrate 4 to be polished are exactly the same as those of the conventional polishing apparatus shown in FIG.
  • the supply of water or the chemical solution W onto the polished surface of the grindstone 15 is to lubricate the polished surface during polishing and to promote a chemical reaction, and to cool to remove heat generated by the polishing.
  • the water or the chemical W is an acid up to about pH I, an alkali up to about pH 12, a buffer solution, a surfactant, an oxidizing agent, a reducing agent, ultrapure water, electrolytic ionic water, or the like.
  • a buffer solution As an example, in this case, about 200 ml / min of water is supplied.
  • ultrapure water containing no impurities may be used.
  • the semiconductor wafer 4 to be polished is rotated by the drive shaft 8 while being pressed onto the grindstone 15 via the elastic mat 2 by the topping 1.
  • the turntable 5 on which the grindstones 15 are attached is also driven to rotate independently, where the polished surface of the semiconductor wafer 4 comes into contact with the surface of the grindstones 15 and slides, whereby polishing proceeds. .
  • the polishing apparatus shown in FIG. 4 uses a grindstone in place of supplying a slurry-like abrasive liquid to a conventional turntable on which a polishing cloth is stuck.
  • a scroll type or a cup type is used as a polishing apparatus for polishing the surface of a workpiece to a flat and mirror surface using a grindstone.
  • the scroll type is a method in which a grindstone is fixed to a pedestal, a substrate to be polished is held on a holding member, and the two are slid while relatively circulating and translationally moving.
  • the cup-type polishing apparatus fixes a cup-shaped or ring-shaped grindstone to a support member, and fixes a substrate to be polished to a base. Then, polishing is performed by pressing a wrought or ring-shaped whetstone against the surface to be processed of the substrate to be polished and sliding. Also in these apparatuses, by using a grindstone having the composition described below, a self-stop function can be exhibited in which polishing proceeds and polishing does not proceed after the step is eliminated.
  • FIGS. 5 and 6A and 6B are views showing a circular translation mechanism of a scroll-type polishing apparatus.
  • the circular translational motion means that the two surfaces make a circular motion such as a circle relatively only by the translational motion without changing the postures facing each other.
  • the size of the grindstone plate need only be slightly larger than the substrate. Therefore, it is easy to manufacture a grindstone plate having a high degree of flatness, the driving motor can be reduced in size, the device can be compact, and the occupied area can be small.
  • This apparatus is provided with a translation table section 31 for providing a polishing tool surface that performs a circular translational movement, and a top ring 32 for holding the wafer 4 with the surface to be polished downward and pressing the wafer 4 against the polishing tool surface with a predetermined pressure. ing.
  • the translation table section 31 is provided with a support plate 35 extending inward in an annular shape on an upper part of a cylindrical casing 34 for accommodating the motor 33 therein.
  • the support portion 36 is formed, and the platen 37 is supported.
  • a plurality of recesses 38, 39 are formed at equal intervals in the circumferential direction at positions corresponding to the upper surface of the support portion 36 and the lower surface of the surface plate 37, each of which has a bearing. 40, 41 are mounted.
  • a connecting member 44 having two shafts 42, 43 shifted by "e” is inserted into the bearings 40, 41 by inserting the ends of the shafts. It is attached
  • the platen 37 is able to translate along a circle of radius "e".
  • a recess 48 is formed for accommodating a drive end 46 provided eccentrically at the upper end of the main shaft 45 of the motor 33 via a bearing 47. I have. This eccentricity is also "e”.
  • the motor 33 is housed in a motor chamber 49 formed in the casing 34, and its main shaft 45 is supported by upper and lower bearings 50 and 51, and the load due to eccentricity is reduced.
  • Balancers 52a and 52b are provided for balancing.
  • the platen 37 is set to a diameter slightly larger than the value obtained by adding the eccentricity "e" to the diameter of the wafer 4 to be polished, and is configured by joining two plate members 53, 54. I have.
  • a space 55 for flowing a liquid such as water or a chemical supplied to the polishing surface is formed between these members. This space 55 communicates with a liquid supply port 56 provided on the side surface and also communicates with a plurality of liquid discharge holes 57 opened on the upper surface.
  • a grindstone plate 59 is attached to the upper surface of the surface plate 37.
  • a discharge hole 58 is formed at a position corresponding to the liquid discharge hole 57 of the grinding stone plate 59. These discharge holes 57, 58 are usually distributed almost uniformly over the entire surface of the surface plate 37 and the grindstone plate 59.
  • the topping 32 which is a pressing means, is attached to the lower end of the shaft 60 so as to be able to tilt to some extent in accordance with the polished surface, and the pressing force of the air cylinder (not shown) and the rotational force of the drive motor are reduced. It is transmitted to this topping 32 via 60.
  • An elastic sheet 62 is attached to the substrate holding portion 61 of the top ring 32.
  • a collecting tank 63 for collecting the liquid supplied to the polished surface is provided outside the upper portion of the casing 34.
  • the platen 37 moves in a translational circular motion by the operation of the motor 33, and the wafer 4 attached to the top ring 32 becomes a grinding stone plate 5 attached to the platen 37.
  • Laboratory Liquid is supplied to the polishing surface through the polishing liquid supply port 56, the space 55, and the liquid discharge holes 57, 58, and the liquid is supplied to the polishing plate 59 and the wafer 4 through the grooves on the surface of the polishing plate 59. Is supplied to the polishing surface during the period.
  • a minute relative translational circular motion having a radius “e” occurs between the surface of the grinding wheel plate 59 and the surface of the wafer 4, and the surface to be polished of the wafer 4 is uniformly polished. If the positional relationship between the polished surface and the polished surface is the same, the polished surface is affected by a local difference. To avoid this, the top ring 32 is gradually rotated and the grindstone is rotated. Polishing is prevented only at the same place on the plate 59.
  • the grindstone used for such polishing is a grindstone having a so-called self-stop function, in which the polishing does not proceed after the step on the surface to be polished is flattened by the polishing, and cerium oxide (C e) Fine powder such as 2 ) is used.
  • Cerium oxide (C e) Fine powder such as 2
  • Resin such as polyimide or phenol is used as the binder.
  • abrasive grains in addition to C e ⁇ 2 described above, S i ⁇ 2, A 1 2 0 3, Z r 0 2, M n O 2 M n 2 ⁇ 3 or the like is used.
  • a binder a urethane resin, an epoxy resin, a polyvinyl alcohol resin, or the like may be used in addition to the polyimide or phenol resin described above. These are appropriately selected in view of the type of the film formed on the semiconductor wafer to be polished, the compatibility between the abrasive grains and the binder, and the like.
  • the size of the abrasive grains has a direct effect on wafer damage compared to conventional CMP using a polishing pad.
  • the abrasive particles 22 are pushed into the semiconductor wafer 23 by a load from above, The node 20 itself comes into contact with the semiconductor wafer 23.
  • the load from above is also distributed to the pad and concentrated only on the abrasive grains Therefore, the effect of the abrasive grains 22 on damage to the semiconductor wafer is reduced.
  • FIG. 7B since the ordinary polishing pad 20 is extremely soft compared to the grinding wheel 21, the abrasive particles 22 are pushed into the semiconductor wafer 23 by a load from above, The node 20 itself comes into contact with the semiconductor wafer 23. In other words, the load from above is also distributed to the pad and concentrated only on the abrasive grains Therefore, the effect of the abrasive grains 22 on damage to the semiconductor wafer is reduced.
  • FIG. 7B since the ordinary polishing pad 20 is extremely soft compared to the grinding wheel 21, the
  • the grinding wheel 21 is considerably harder than the pad 20 and the grinding wheel surface does not easily contact the semiconductor wafer surface. Only to receive. That is, since the load applied to one abrasive grain 22 becomes larger than that of normal CMP, the influence on the damage of the semiconductor wafer naturally increases.
  • the size of the abrasive grains is preferably 2 m or less, and more preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • the grindstone Since the grindstone is used in the clean room, it is essential that it contains as little impurities as possible. In general, impurities (especially metals) adversely affect the performance of semiconductor devices. What is particularly severe is the metal concentration in the polishing solution.
  • the metal oxide component in the abrasive grains may be partially dissolved in an acid or alkaline solution to form an ionic state. The metal component in the ionic state easily penetrates into the SiO 2 (oxide) film, which is an insulating film, and lowers the insulation performance of the insulating film. Also, residual metal contamination on the wafer after polishing and cleaning becomes a serious problem from the viewpoint of contamination of the next step and the clean room.
  • impurities metal components other than the main components of the abrasive grains
  • the purity is 50% or less.
  • metal-based impurities for example, at least about 60 ppm of iron, remain on the semiconductor wafer surface without being removed even after cleaning. If the iron concentration is kept below a few ppm, it can be almost completely removed only by the usual washing process.
  • the concentration of Na in abrasive grains is preferably 100 ppm or less.
  • polishing proceeds as the convex portion of the surface to be polished of the substrate to be polished slides on abrasive grains fixed to the structure of the grindstone, so that the polishing proceeds, and the sliding surface moves from the structure of the grindstone. Polishing is considered to proceed mainly due to the detached abrasive grains. That is, according to the polishing method using such a grindstone, the grindstone is harder than a conventional polishing cloth (pad). When the grinding surface of the grindstone comes into contact with the convex part, a high surface pressure acts on the convex part. As a result, the projections cut the polished surface of the grindstone, causing abrasive grains to fall off.
  • polished by loose abrasives dropped from this structure Progresses. After the steps are eliminated and the surface is flattened, less abrasive particles fall off, and the sliding surface moves with the rotation of the topping and the turntable, so that residual abrasive particles do not exist on the sliding surface. As a result, the polishing rate is reduced, and the self-stop function of polishing works.
  • polishing can be performed without using a slurry-like polishing liquid containing a large amount of abrasive grains, so that it is not necessary to use an expensive polishing liquid for semiconductor polishing.
  • the cost of the polishing process can be reduced, and the treatment of the waste liquid becomes extremely easy, thereby reducing the burden on environmental problems.
  • FIG. 9 is a diagram showing an experimental example of a self-stop function based on a composition ratio (volume ratio) of abrasive grains, a binder, and pores in a grindstone tissue.
  • black triangles indicate that the binder is phenolic resin
  • black circles indicate that the binder is polyimide resin
  • white squares indicate that the binder is urethane resin. In this case,
  • a good self-stop function can be obtained by using a grindstone having a composition ratio in the region indicated by B in the figure. That is, it is appropriate that the volume ratio of the abrasive grains is 10% or more of the whole and not more than twice the amount of the binder.
  • the amount of the abrasive grains is more than twice the amount of the binder, the abrasive grains grow spontaneously, and the amount of loose abrasive grains on the sliding surface is too large to eliminate the self-stop function.
  • the grindstone is liable to be worn and easily collapsed and lacks mechanical strength.
  • cracks are easily formed during the formation of the grinding stone, making the formation difficult.
  • the amount of the abrasive grains is too small as 10% or less by volume, the amount of the released abrasive grains will decrease, and the polishing rate will be too slow. Throughput in the production of semiconductor devices etc. decreases.
  • the amount of the binder is preferably at least half the amount of the abrasive grains and at most 60% by volume.
  • the amount of binder is less than half the amount of abrasive grains, the abrasive grains tend to grow on their own because the holding power of the abrasive grains in the tissue is weak, and the free abrasive grains increase, which leads to self-stop. No function.
  • the amount of the binder is 60% or more of the whole, the holding power of the abrasive grains in the structure of the grindstone is too strong, and the abrasive grains are difficult to spontaneously grow, so that the polishing rate becomes extremely low.
  • the mechanical strength of the grindstone is too strong, which may damage the surface to be polished such as a semiconductor wafer.
  • the amount of pores is preferably from 10 to 40%. If the amount of pores is as small as 10% or less, when the amount of the binder is too large, as described above, the holding power of the abrasive grains is too strong and the abrasive grains are hard to grow on their own. If the amount of the abrasive grains is too large relative to the amount of the binder, the abrasive grains become extremely self-sustaining and the self-stop function becomes ineffective. On the other hand, if the amount of pores is as large as 40% or more, the mechanical strength of the grindstone is reduced, the whole becomes brittle, and the wheel is easily worn and crumbled. In addition, the self-stop function is similarly ineffective because the abrasive grains tend to grow on their own.
  • the range surrounded by the dotted line in FIG. 9 is the range of 10 to 60% of abrasive grains, 30 to 60% of binder, and 10 to 40% of pores.
  • the abrasive grains be 20 to 50%
  • the binder is 35 to 55%
  • the pores are 15 to 30%.
  • a grindstone shown at point A in FIG. 9 made of polyimide as a solder
  • the projections have about 20000 A or more in the initial stage of polishing, and the polishing progresses to 15000 A or less during the time (relative time) 1, but the polishing is repeated up to twice the time 2.
  • the film thickness is maintained afterwards while maintaining the same thickness as the concave portion. That is, only the convex portions are preferentially polished, and the concave portions are not polished during the polishing. This makes it easy to eliminate the steps and flatten the uneven surface. After that, the film thickness does not change even after polishing, so to say, a self-stop where polishing stops automatically. Function works. This facilitates polishing time control and widens the process tolerance (process window).
  • FIGS. 11A, 11B, and 11C show changes in the unevenness of the polished surface of the semiconductor wafer surface at this time.
  • 11A indicates an initial stage of polishing
  • 11B indicates a middle stage of polishing in which the above-mentioned polishing time is 1
  • 11C indicates a final stage of polishing in which the above-mentioned polishing time is 2.
  • the convex portion is preferentially polished, the step is eliminated at time 1, and even if polishing is continued until time 2, polishing does not progress after flattening.
  • FIG. 13A shows a state at the beginning of polishing (time 0)
  • 13B shows a state at the middle of polishing (time 1)
  • 13C shows a state at the end of polishing (time 2).
  • the ratio of the binder is low, the grindstone is brittle, and the grindstone tends to grow naturally from the tissue.
  • time 1 only the protrusions are polished preferentially, during which time the recesses are hardly polished.
  • Fig. 14 is a diagram showing the polishing characteristics of the blanket wafer after dressing (sharpening) the polished surface of the grindstone.
  • the horizontal axis represents the polishing time using a grinding wheel after dressing
  • the vertical axis represents the polishing rate (AZ min).
  • AZ min polishing rate
  • the polishing speed is high as indicated by reference character a.
  • the self-stop function does not work.
  • the self-stop function is that when the step of the substrate is eliminated and the substrate becomes flat, polishing does not proceed even if further polishing is performed, that is, the film thickness hardly changes. This is equivalent to the fact that polishing does not proceed on a blanket wafer having no uneven pattern on the surface. Therefore, in the case of using a dressing whetstone, if the polishing speed is sufficiently reduced and stabilized in advance using a blanket wafer, the polishing of a semiconductor wafer having an uneven pattern to be polished can be performed. Thus, the self-stop function can be effectively brought out.
  • the grindstone after the dressing is sufficiently polished using a blanket wafer, and the polishing speed of the semiconductor device wafer is sufficiently reduced as shown by the symbol b in the figure.
  • the self-stop function shown in FIG. 10 can be effectively brought out.
  • the grinding stone is manufactured by a dry pressure molding method that combines heat treatment, which will be described later, mixing the abrasive powder and the binder powder, filling the mold, grinding stone (pressing + heating), cooling, and cooling Adhesive is attached to the plate and the grinding surface of the grinding stone is ground (planarized).
  • the degree of flatness of the grinding wheel surface finally finished at the grinding level is about 100 ⁇ , but with such a degree of flatness, even if the semiconductor wafer is pressed, only a part of it comes into contact, so-called one-sided contact is appropriate. Polishing cannot be performed.
  • a jig such as a dresser, in which diamond abrasive grains (# 100 or # 200) is electrodeposited with nickel, is pressed against the grindstone surface, for example, to obtain 400 g. It is necessary to dress the grindstone surface for about 10 minutes at about 2 cm2 to make it flat. This is called shape modification of the grinding wheel surface. It is desirable that the final flatness of the grindstone surface used for polishing semiconductor device wafers be about 30 ⁇ m or less. As shown in Fig. 15A, the grindstone surface immediately after the shape correction is in a so-called plowed state with a dresser, and a large amount of abrasive grains 22 liberated on the surface are present.
  • the polishing rate increases as indicated by reference numeral a in FIG.
  • the semiconductor device wafer is polished in this state, it is flattened while maintaining good step characteristics, but as shown in FIGS. 12 and 13, the semiconductor wafer continues to be polished after the flattening.
  • the wheel surface becomes as shown in Fig. 15B. You.
  • the polishing rate becomes extremely slow as indicated by reference numeral b in FIG.
  • the semiconductor device wafer When the semiconductor device wafer is polished in this state, the semiconductor device is flattened while maintaining good step characteristics, and the semiconductor wafer is hardly polished after the flattening. In other words, when the surface is flattened, the polishing is automatically stopped, and a self-stop effect is generated.
  • the working principle of the self-stop effect is considered as follows. Small irregularities are formed on the surface of the semiconductor device wafer. When a semiconductor device wafer is pressed against the grindstone surface, the minute irregularities play the role of a dresser, and the dressing effect (diameter of diamond abrasive grains is about 100 to 300 // m) Although it cannot be obtained, it has the effect that the minute irregularities cut into the grindstone surface and extract the abrasive grains. As shown in reference numeral b in FIG. 14, almost no grinding can be performed on the surface of the grindstone as shown in FIG. 15B by polishing the blanket wafer.
  • the self-stop effect is not always exerted by any of the above-mentioned treatments with any kind of grindstone, and it varies depending on the grindstone composition conditions.
  • the polishing characteristics of the grinding wheel for semiconductor device wafers are roughly classified into three types. When the blanket tube is continuously polished after dressing, the difference in characteristics becomes clear. Initially high polishing rate However, only in the case of a grinding wheel that rapidly decreases and stabilizes thereafter, the self-stop effect appears as well as the step is eliminated (see Fig. 16A).
  • the grindstone having the characteristics as shown in FIG. 16A described above is a grindstone in which the composition ratio of the abrasive grains, the binder, and the pores satisfies the composition conditions in the region B shown in FIG.
  • a grindstone with a low binder ratio or a grindstone with a high porosity is a relatively soft grindstone, and the characteristics shown in Fig. 16B can be seen.
  • the characteristics shown in Fig. 16C are for a grindstone with a high binder ratio and a grindstone with a low porosity, and are seen with a relatively hard grindstone.
  • One of the removal methods is a method of continuously polishing a blanket wafer as described above to reduce and stabilize a polishing rate. According to such a method, since water and the like are supplied to the polishing surface while the blanket wafer is pressed against the surface of the grindstone and rotated, the remaining abrasive grains on the surface of the grindstone are effectively removed by continuous polishing.
  • what is pressed against the whetstone surface is not limited to the blanket wafer, but may be any substrate made of a hard material having a basically smooth surface.
  • a quartz glass substrate or a ceramic substrate may be used. These substrates are used as dummy substrates and pressed against the grindstone surface, and water is supplied to the polished surface while rotating to remove abrasive grains. Dummy board In order to be able to chuck (hold) the usual semiconductor wafer carrier (top ring), it is desirable that the size and thickness (less than 1 mm) are the same as those of a general semiconductor wafer. Of course, a thicker substrate may be used, but in such a case, a special holding mechanism that enables chucking (holding) (for example, thickening the guiding) is necessary.
  • liquid fluid pressure such as water jet 27 (see Fig. 17C) or ultrasonic fluid 28a (see Fig. 17D) such as ultrasonic fluid source 28.
  • water jet 27 the water pressure of water jet 27 should be 5 kgPa or less. It is better to carry out at 2 kgPa or less.
  • the remaining abrasive grains are removed, leaving only a moderately roughened grinding wheel surface (irregularities of about 30 ⁇ m or less). If an excessive water pressure is used, not only the removal of the residual abrasive grains, but also the moderately roughened grinding wheel surface is broken and smoothed, and the dressing effect of the semiconductor device wafer may not be effective.
  • the ultrasonic fluid 28a it is desirable to appropriately adjust the transmission frequency, intensity, and the like for the above-described reasons.
  • the frequency is 20 kHz
  • the output is about 50 W
  • the time is about several minutes
  • water is supplied while supplying about 200 m 1 / min.
  • the ultrasonic horn 28 be reciprocated between the center and the outer periphery of the grindstone surface 15 during the treatment.
  • the distance between the ultrasonic horn and the grindstone is preferably about 1 mm or less.
  • a hydraulic flow such as a cap jet or a mega jet (trade name) may be used.
  • the remaining abrasive grains are removed, leaving only a moderately roughened grinding wheel surface (irregularities of about 30 ⁇ m or less).
  • a moderately roughened grinding wheel surface irregularities of about 30 ⁇ m or less.
  • the polishing rate of the semiconductor device wafer will be stabilized in a short term. However, if the polishing is repeated, the polishing rate may gradually decrease.
  • a dry pressure molding method combined with heat treatment is used. This is because a fixed amount of a mixed powder obtained by uniformly mixing the abrasive material powder and the binder material powder at a fixed ratio is filled in a predetermined mold, and this is gradually pressurized by a press or the like. This is a method in which the pressure is raised to a predetermined value, and simultaneously heating and molding to a predetermined size. By using the heat treatment together, the binder material softens and adheres to the adjacent abrasive grains, thereby forming a strong structure as a whole.
  • a method of manufacturing a wet grinding wheel as described below.
  • an organic solvent eg, ethanol
  • a raw material liquid or powder
  • a binder material such as polyimide resin
  • abrasive grains are mixed in the organic solvent in which the binder material is dissolved.
  • this embodiment uses a C e ⁇ 2 as the abrasive grains, the input amount is relative by Sunda material and by Uni determine the above-mentioned composition ratio.
  • stirring is performed so that the abrasive grains are uniformly dispersed in a liquid obtained by diluting the binder material with an organic solvent.
  • the liquid in which the abrasive grains are dispersed in the binder material is poured into a tray, and the liquid is dried by heating at about 50 ° C. for about 2 hours in a vacuum oven. By this drying, the organic solvent in the liquid is volatilized, and an intermediate in which the binder material is adhered to the abrasive grains is formed in a solid state.
  • the solid intermediate is pulverized into a powder, for example, a powdered intermediate in which a binder is attached to abrasive grains is placed in a cylindrical mold having a bottom plate, and pressed into an upper plate. Apply pressure and push down.
  • the powdery intermediate in which the binder has adhered to the abrasive grains is compressed into a solid.
  • This compression molded solid is placed in a furnace and heat treated. By this heat treatment, the binder is heated to be softened (gelled) and fused with the binder attached to the adjacent abrasive grains, thereby forming a strong structure as a whole.
  • this structure a structure is obtained in which the abrasive grains are dispersed and arranged, the binders are connected and held between the abrasive grains, and the pores (pores) exist between them.
  • these pores are mainly formed when air enters between the powders when the powdery intermediate is subjected to compression molding. Therefore, the composition ratio of the pores in the tissue can be controlled by the compression ratio in this compression molding.
  • the types of abrasive grains and binder of the grindstone having a self-stop function are exemplified by Ce 2 and polyimide resin or phenol resin, but are not described in the above description. Needless to say, it is possible to form a grindstone that can exhibit a self-stop function even with the use of grains and binders.
  • the polishing method using such a grindstone has the advantage that only the protrusions are polished and the flattening is easy, but with a grindstone having a specific composition condition, further polishing is performed after the flattening. Does not progress. However, in spite of such characteristics, there are cases where it is desired to further reduce the thickness to a predetermined remaining film thickness.
  • the substrate polishing method of the present invention includes polishing in which a step is flattened using a first-stage grindstone, and polishing in which a second step is performed to further reduce the thickness to a desired remaining film thickness.
  • FIGS. 18A and 18B schematically show a substrate polishing method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 18A of the first stage shows polishing by a polishing apparatus using the above-mentioned grindstone.
  • This whetstone is a semiconductor with irregularities formed on the surface.
  • the polishing using the above-mentioned grindstone has a self-stop function, so that even if polishing is continued for a long time, However, polishing does not progress in any way.
  • a polishing slurry Q containing a large amount of free abrasive grains similar to those used for conventional chemical and mechanical polishing is used from the slurry supply nozzle 9.
  • a colloidal silica-based slurry such as SC-1 (a product name of Cabot) is suitable.
  • FIG. 19 is a diagram schematically showing each stage of the above-mentioned polishing.
  • the first stage is polishing for flattening, and only the protrusions are preferentially polished by a polishing device using a grindstone to eliminate the step. After the step is eliminated, the polishing speed drops sharply, so the time required for the first step can be controlled by setting a sufficient polishing time for the time required for eliminating the step.
  • the second-stage polishing is a polishing for increasing abrasion, and a predetermined amount of film thickness is polished. This polishing is performed as shown in FIG. 18B by using the grindstone as it is and supplying the polishing slurry onto the grindstone from the slurry supply nozzle.
  • polishing rate in that case is determined by the type of polishing slurry used, a desired remaining film thickness AX can be obtained by polishing in a relatively short time. or, Since this polishing is a polishing from a flat surface, a uniform polishing rate can be obtained over the entire surface of the substrate by chemical and mechanical polishing, and a flat surface having a uniform film thickness can be obtained.
  • FIG. 20A shows a case of time management, in which polishing is performed until time T 1 by a polishing apparatus using a grindstone shown in FIG. 18A. This achieves planarization of the substrate surface. Then, as shown in FIG. 18B, while the polishing slurry is supplied from the slurry supply nozzle, additional polishing is performed until time T2. As described above, the polishing rate is determined by the type of the polishing slurry used, so that the desired film thickness can be further reduced while the desired remaining film thickness can be maintained while maintaining a flat surface state. Can be polished.
  • FIG. 20B shows the case of film thickness control.
  • Polishing is performed by a polishing apparatus using a grindstone as shown in Fig. 18A, thereby eliminating the steps and flattening to a film thickness of A1. Then, while monitoring the film thickness, the remaining film thickness is further increased by polishing using the polishing slurry shown in FIG. 18B to A2. In this case, since polishing is performed while monitoring the film thickness, an accurate remaining film thickness can be obtained.
  • the “abrasive-free liquid” supplied in the first stage polishing and the “abrasive-containing polishing slurry” supplied in the second stage polishing are based on the flow shown in Fig. 22.
  • the open / close states of the solenoid valves XI, X2, Yl, and Y2 shown in FIG. For example, before the start of polishing, each valve should be in the initial state shown in Fig. 22, and each liquid should be circulated between the pipe and the tank (TK1, ⁇ 2).
  • each valve is set to the state shown in the first-stage polishing in FIG. 22 by a switch, and polishing is performed only by supplying water W from the nozzle 10.
  • the end of the first stage polishing is time management, and the time T 1 shown in FIG. 2 OA is the polishing end time.
  • the second polishing Start.
  • the valves are set to the state shown in the second-stage polishing in FIG. 22 by the switch, and the polishing is performed only by supplying the polishing slurry Q from the nozzle 9.
  • the end of the polishing in the second stage is time management or film thickness management. When the time T2 shown in FIG. 20A and the film thickness A2 shown in FIG. 20B are detected, the polishing is finished.
  • FIGS. 23A and 23B show a polishing method according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 23A shows a polishing apparatus used for the first-stage polishing, which is a polishing apparatus using the above-described grindstone.
  • the second-stage polishing apparatus shown in FIG. 23B is obtained by adding a diamond dresser 16 to the above-described polishing apparatus.
  • the diamond dresser 16 has a diamond fine powder with a grain size of about # 200 fixed to the contact surface of the grinding wheel 15, and the dressing (prominent) of the grinding surface of the grinding wheel 15 is performed using water W 5 and supply.
  • the semiconductor wafer is polished with a grindstone on one side of the rotating turntable 5, and at the same time the diamond dresser 16 is brought into contact with the polished side of the grindstone on the other side. Perform dressing. Also in this case, water W is supplied from the liquid supply nozzle 10.
  • the first stage polishing and the second stage polishing in the polishing method of the second embodiment are switched based on the flow shown in FIG. 25 using the switching device shown in FIG.
  • each valve and dresser before the start of polishing is in the initial state shown in Fig. 25.
  • the valve and the dresser are set to the state shown in the first-stage polishing in FIG. 25 by the switch, and the polishing is performed only by supplying the water W from the nozzle 10.
  • the end of the first stage polishing is time management, and the time T 1 shown in FIG. 2 OA is the polishing end time. After detection of time T1, the second stage polishing is started.
  • the dresser is set to the state shown in the second stage polishing in Fig.
  • the general operating conditions of the dresser 16 are a rotation speed of 30 rpm and a surface pressure of about 50 g Z cm 2 .
  • the end of polishing in the second stage is time management or film thickness management.
  • FIG. 26 schematically shows a polishing method according to the third embodiment of the present invention
  • FIG. 27 shows a plan view of this polishing apparatus.
  • This chemical-mechanical polishing apparatus may use a conventional existing apparatus, but may be arranged in a polishing apparatus using a grindstone so that both can be used complementarily.
  • FIG. 27 shows an example in which a polishing apparatus 71 using a grindstone 15 and a polishing apparatus 72 using a polishing cloth 6 are juxtaposed in one polishing chamber 78.
  • the polishing apparatus 71 water or a chemical solution is supplied from the nozzle 10, and polishing is performed by a grindstone 15 having a self-stop function.
  • the polishing device 72 a polishing slurry containing a large amount of abrasive grains is supplied from the nozzle 9 onto the polishing cloth 6, and chemical and mechanical polishing is performed.
  • a semiconductor wafer 4 to be polished is placed on a delivery table 70 in a polishing chamber 78 from a delivery port 73, and then polished using a grindstone 15 by a polishing apparatus 71.
  • the polishing device 72 performs additional polishing by chemical and mechanical polishing.
  • the second polishing apparatus 72 may be provided with a grindstone for additional cutting and finish polishing.
  • the grindstone as the second polished surface has a smaller abrasive grain diameter and a higher porosity than the grindstone 15 used in the first polishing device 71, that is, free abrasive grains are naturally generated.
  • An easy-to-grind stone is suitable.
  • FIGS. 28 and 29 show an internal perspective view and a plan view of a polishing section of a polishing apparatus in which both a polishing cloth 6 and a grindstone 15 are provided concentrically on one turntable.
  • this polishing apparatus 80 after polishing by the grindstone 15 is completed, the top ring 1 holding the semiconductor wafer 4 is moved onto the polishing cloth 6 and the polishing slurry Q is discharged from a nozzle (not shown). By supplying, it is possible to perform additional grinding and finish polishing.
  • the grinding wheel table and the polishing cloth table are configured on the same turntable so as to have a concentric central part and an outer peripheral part. There is no need to provide two turntables, which saves space and requires only one rotary drive source (motor) to rotate the turntable.
  • a discharge groove 81 is provided on the polished surface and the polishing cloth polished surface so that the liquid (water, chemical solution, or slurry) used for polishing the both is not mixed.
  • the grindstone 15 is arranged at the center and the polishing cloth 6 is arranged at the outer periphery.
  • polishing cloth 6 is arranged at the center and the grindstone 15 is arranged at the outer periphery. You may be comprised so that it may become.
  • a grindstone may be arranged on both the center side and the outer peripheral side, and a grindstone for flattening and a grindstone for additional grinding and finish polishing may be arranged and used properly.
  • FIG. 30 shows an example of the overall configuration of a polishing apparatus suitable for implementing the present invention.
  • This polishing apparatus comprises a polishing section 130 and a cleaning section 150.
  • the polishing unit 130 has a turntable 133 equipped with a grindstone of the present invention in the center thereof, a polishing unit 137 having a topping 135 mounted on both sides thereof, and a dressing tool 133.
  • the dressing unit 14 with 9 is placed, and a workpiece transfer device 14 3 is installed beside the polishing unit 13.
  • the cleaning unit 150 has two transfer robots 101 mounted in the center of it, which can be moved in the direction of arrow G, and the primary and secondary cleaning machines 150 and 157 on one side.
  • a spin dryer (or a dryer with a washing function) 159 is arranged in parallel, and two work reversing machines 161 and 163 are arranged in parallel on the other side. Then, the cassette 160 containing the semiconductor wafer before polishing is set at the position shown in the figure. When the robot is set at the position shown in the figure, the transport robot 101 on the right side of the figure shows one semiconductor wafer from the cassette 165. Take it out one by one and transfer it to the work reversing machine 16 3 to reverse it. Further, the semiconductor wafer is transferred from the reversing machine 163 to the transfer robot 101 on the left side of the figure, and transferred to the work transfer device 144 of the polishing section 130.
  • the semiconductor wafer on the workpiece transfer device 134 is held on the lower surface of the top ring 135 of the polishing unit 133 rotating as shown by the dashed line arrow. It is moved on the turntable 13 3 and polished on the polishing surface 13 4 of the rotating turntable 13 3.
  • the polished semiconductor wafer is returned to the transfer device 144 again, transferred to the work reversing device 161 by the transfer robot 101 on the left side of the figure, and is inverted while being washed with pure water.
  • Primary and secondary washing machines Washed with chemicals and pure water in the primary and secondary washing machines, and then spin-dried in a spin dryer (or a dryer with a washing function).
  • the original cassette is returned to the original cassette 165 by the object 101.
  • the dressing gun 141 moves onto the turntable 133 as shown by the dashed-dotted arrow, and the dressing gun 134 rotates. Is pressed against the polished surface 1 3 4 of the rotating turntable 1 3 3 to sharpen the polished surface 1 3 4.
  • the configuration of the turntable 133 of the polishing apparatus shown here may be any of a rotation type turntable, a scroll type turntable, and a cup type polishing tool.
  • This polishing apparatus can be used in a clean room.
  • the polishing device covers the entire polishing device with a housing in order to discharge a large amount of contaminants. Misdust generated from the polishing and cleaning sections is exhausted by exhaust means, and the ceiling of the device is cleaned cleanly.
  • a chemical filter for supplying air into the device is provided.
  • the atmosphere in the polishing machine is pressure-controlled so as to maintain a lower pressure than the outside atmosphere (clean room) in which the machine is housed. Does not leak out of the equipment.
  • this polishing apparatus uses high-purity abrasive grains for the grindstone.Since the wafer is cleaned after CMP and dried before returning to the cassette, metal contaminants and particles are removed. Can be sufficiently removed. Also pollute the clean room atmosphere There is no. Industrial applicability
  • the present invention it is possible to provide a grindstone having a self-stop function by arranging the composition ratios of the abrasive grains, the binder, and the pores in a well-balanced manner.
  • polishing does not proceed after the convex portion is polished and flattened, so that the polishing time can be easily controlled and the uniformity of the in-plane flat surface can be improved. it can.
  • the first step is to eliminate the step in a relatively short time by polishing using a grindstone, and the second step is a state in which a large amount of loose abrasive grains are present, thereby achieving flattening.
  • the ground surface can be uniformly polished at a relatively high speed. As a result, a flat surface having no unevenness on the surface and having a desired remaining film thickness can be further polished in a relatively short time as a whole. Therefore, the present invention can be used for precision processing of a semiconductor wafer and the like.

Description

明 細 書
研磨用砥石および該砥石を用いた基板の研磨方法
技術分野
本発明は、 半導体ウェハ等の研磨対象基板を平坦且つ鏡面状に研磨す る砥石およびその砥石を用いた基板の研磨方法に関する。
背景技術
近年、 半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化 し、 配線間距離もよ り狭くなりつつある。 特に線幅が微細になると光リ ソグラフィの場合、 許容される焦点深度が浅く なるためステッパーの結 像面の平坦度を必要とする。 そこで、 半導体ウェハの表面を平坦化する ことが必要となるが、 この平坦化法の 1手段と して研磨装置によ り研磨 することが行われている。
従来、 この種の研磨装置は、 研磨布を貼ったターンテーブルと ト ップ リ ングとを有し、 トツプリ ングが一定の圧力をターンテーブルに与え、 ターンテーブルと トツプリ ングとの間に研磨対象基板を介在させて、 研 磨布に砥液を供給しつつ該研磨対象基板の表面を化学 ■ 機械的に研磨す る方法 （C M P ) が用いられている。
図 1は、 従来の化学 ■ 機械的研磨方法による研磨装置の一例の主要部 を示す図である。 研磨装置は、 上面にウレタン等の研磨布 6を貼った回 転するターンテーブル 5 と、 回転および押圧可能に研磨対象基板である 半導体ウェハ 4を保持する トップリ ング 1 と、 研磨布 6に砥液 Qを供給 する砥液供給ノズル 9を備えている。 トップリ ング 1は トップリ ングシ ャフ ト 8に連結されており、 又 トップリ ング 1 はその下面にポリ ウレタ ン等の弾性マッ ト 2を備えており、 弾性マッ ト 2に接触させて半導体ゥ ェハ 4を保持する。 さらに トップリ ング 1は、 研磨中に半導体ウェハ 4 が ト ップリ ング 1の下面から外れないよ うにするため、 円筒状のガイ ド リ ング 3を外周縁部に備えている。 ここで、 ガイ ドリ ング 3は トツプリ ング 1 に対して固定されており、 研磨対象基板である半導体ウェハ 4が 保持面内に保持され、 研磨中に研磨布 6 との摩擦力によって トップリ ン グ外へ飛び出さないようになつている。 又、 ト ップリ ング 1はシャフ ト 8に対して、 球軸受 7により傾動可能に支持されている。
半導体ウェハ 4を トップリ ング 1 の下面の弾性マッ ト 2の下部に保持 し、 タ一ンテ一ブル 5上の研磨布 6 に半導体ウェハ 4を トップリ ング 1 によって押圧すると と もに、 ターンテーブル 5およびトップリ ング 1 を それぞれ独立に回転させて研磨布 6 と半導体ウェハ 4を相対運動させて 摺動することにより研磨する。 このとき、 砥液供給ノズル 9から研磨布 6上に砥液 Qを供給する。 砥液は、 例えばアルカ リ溶液にシリカ等の微 粒子からなる砥粒を懸濁したものを用い、 アル力 リ による化学的研磨作 用と、 砥粒による機械的研磨作用との複合作用である化学 ·機械的研磨 によって半導体ウェハを研磨する。
しかしながら、 係る従来の研磨布に砥粒を多量に含むスラリ状の砥液 を供給しつつ化学 ■ 機械的研磨を行う方法には、 以下に述べる 2つの問 題点がある。
第 1の問題点は、 研磨初期は凸部が優先的に研磨されるが、 次第に凹 部も削られるようになる。 このため、 凹凸の段差がなかなか解消されな い。 これは、 研磨が比較的柔らかい研磨布を用いて、 且つ遊離砥粒を多 量に含むスラ リ状の砥液により研磨を行うため、 化学 · 機械的研磨が半 導体ウェハ表面上の凸部のみならず凹部にも作用するためと考えられる c 即ち、 図 2は、 従来の化学 ·機械的研磨による研磨特性を示し、 横軸は 相対時間であり、 縦軸は凸部および凹部の膜厚の段差部の高さを示して いる。 図示するように段差解消までに要した相対時間を 1 とすると、 凸 部が約 27000 A程度から 16000 A程度まで削られ、 凹部も約 20000 Aから 1 6000 A程度まで削られ、 この時点で段差が解消している。 図 3 Aは、 段 差部の研磨初期の段階を示し、 図 3 Bは研磨中期の段階を示し、 図 3 C は研磨終期の段階を示す。 図示するよ うに凸部と共に凹部も研磨される ため、 段差の完全な解消が困難であり、 又は時間がかかるという問題が ある。
又、 第 2の問題点と してコス トおよび環境の問題がある。 これは、 砥 液と しては例えば微粉末シリ力の懸濁液等の研磨スラ リが用いられてい るが、 平坦度の面内均一性の高い研磨を行うためには、 研磨布上に充分 に潤沢に砥液が供給されねばならない。 しかしながら、 供給された砥液 の大半は実際の加工に寄与することなく、 廃液と して排出されてしまう ことになる。 一般に高精密度の半導体の加工に用いられる砥液のコス ト は高いので、 研磨工程のコス トの問題を生じることになる。 又、 上述の 砥液は例えばシリ力等の砥粒を多量に含むスラ リ状であるため、 その廃 液による作業環境の維持が大変である。 即ち、 装置の砥液の供給系およ び廃液の排出系等に対する汚染が極めて著しく 、 更に廃液自体の処理も 極めて難度の高いものが要求されている。 又、 砥液を用いた研磨後に、 半導体ゥ ハの洗浄による砥液の除去が行われるが、 この廃液処理も同 様に環境保持上の負荷のかかるものであった。 発明の開示
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、 表面に凹凸のパター ンを有する半導体ウェハ等を研磨するに際して、 凸部のみを研磨でき、 これによ り凹凸の段差が無く なると、 研磨が自動的に終了するセルフス トップ機能を有する砥石、 およびこの砥石を用いた研磨方法を提供する ことを目的とする。
また、 本発明は、 砥石を用いた研磨により基板表面の凹凸の段差が解 消され、 更に所定の膜厚まで削り増しが容易に可能な基板の研磨方法お よび装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、 本発明は、 粒径が 2 / m以下 （望ましく は 0 . 5 μ m以下） で、 且つ純度が 9 0 %以上 （望ましく は 9 4 %以上） である砥粒からなる砥石で、 組成比 （体積比） 力 砥粒 ： バイ ンダ = 1 ： 0 . 5以上 （砥粒割合 1 に対するバインダの割合が 0 . 5以上） であ り、 且つ砥粒 1 0 %以上、 バイ ンダ 6 0 %以下、 および気孔 1 0〜 4 0 %であることを特徴とする研磨用砥石である。
上記発明によれば、 砥粒、 バイ ンダ、 および気孔がその組成比 （体積 比） においてバランスよく構成されており、 これによ り段差部の凸部の みが優先的に研磨され、 その間に凹部は研磨されない。 従って、 凸部が なく なり平坦化された後は研磨を行っても膜厚が変化しない、 いわば研 磨が自動的に停止するセルフス ト ップ機能が作用する。 即ち、 砥粒の量 が多すぎるかバイ ンダの量が少なすぎると、 砥粒が自生 （遊離） しゃす いため、 段差が消滅した時点で研磨が自動的に停止する機能 （セルフス トップ機能） がなくなる。 又逆に砥粒の量が少なすぎるかバインダの量 が多すぎると、 砥粒が自生 （遊離） しにくいため研磨速度が低下し、 ス ループッ トが低下する。 気孔の量についても同様であるが、 この組成比 (体積比） を 1 0〜 4 0 %、 望ましく は、 1 5〜 3 0 %とすることが、 セルフス ト ップ機能を砥石に持たせる うえで、 特に重要である。 即ち、 気孔の量が多いと砥石は軟らかく砥粒が自生 （遊離） し易く なり、 気孔 の量が少ないと砥粒が自生 （遊離） し難く なる。 又、 粒径が 2 / m以下 と小さいので、 これによ り ウェハを傷つけるという問題が低減される。 特に 0 . 5 μ m以下の粒径の砥粒を用いることが望ましい。
一般に、 半導体ウェハの被研磨面と、 砥石の研磨面との間の摺動面に 砥粒が多量に存在すると研磨速度が大きくなる。 これに対して、 摺動面 に存在する砥粒の量が少ないと、 研磨速度が小さく なり、 半導体ウェハ 等の生産のスループッ トが低下する。 従って、 半導体ウェハ表面に凹凸 が形成されている被研磨面を研磨するに際して、 研磨の初期から終期に おいては被研磨面の凸部に高い面圧が作用し、 その凸部が砥石の研磨面 を削り込むと考えられる。 これによ り砥粒の脱落が生じ、 遊離砥粒によ り比較的大きい研磨速度で研磨が進行する。 そして、 凸部の研磨が終了 し、 段差がなくなり平坦化すると、 脱落する砥粒が少なく なると考えら れる。 そして、 研磨においては摺動面が常に移動するので、 残留砥粒が 摺動面から流出する。 これによ り、 摺動面に存在する遊離砥粒量が極端 に少なく なり、 研磨速度が極端に低下し、 実質的に研磨が停止するセル フス ト ップ機能が生じると考えられる。
又、 前記組成比 （体積比） 、 砥粒 1 0〜 6 0 % (望ましく は 2 0〜 5 0 % ) 、 バイ ンダ 3 0〜 6 0 % (望ましく は 3 5〜 5 5 % ) 、 および 気孔 1 0〜 4 0 % (望ま しくは 1 5〜 3 0 % ) であることが好ましい。 これにより、 上述したセルフス トツプ機能を良好に作用させることがで さる。
又、 純度が 9 0 %以上 （望ましく は 9 4 %以上） の砥粒からなる砥石 W 99/55493 で、 前記砥粒と、 バイ ンダと、 気孔とから構成されることが好ましい。 これによ り 、 比較的入手が容易な原料を用いて、 半導体デバイスの製造 に際してコンタミネ一ショ ンの問題が生じない砥石を製造することがで さる。
又、 本発明の基板の研磨方法は、 砥石を用いて、 表面に凹凸パターン を有する半導体デバイスウェハを研磨する方法において、 砥石面を ドレ ッシングして表面に微小な凹凸を形成させた後に、 該表面に付着してい る遊離化した砥粒を除去して、 ブランケッ トウェハの研磨速度を十分に 低下せしめた状態で、 前記半導体デバイスウェハの研磨を行う ことを特 徴とするものである。 これによ り、 砥石の有するセルフス トップ機能を 有効に発揮させることができる。
又、 本発明の基板の研磨方法は、 表面に凹凸が形成された基板を、 砥 石を用いて研磨する方法において、 前記砥石上に砥粒を含まない液体供 給下で所定時間研磨した後、 該砥石上に、 砥粒を含有する研磨スラ リ を 供給しつつ、 更に研磨することを特徴とするものである。 ここで所定時 間とは、 基板表面の凹凸が解消され平坦化されるのに十分な時間である c 上記発明によれば、 同じ砥石を用いて、 その砥石上に遊離砥粒を多量に 含む研磨スラ リ を供給して研磨を行う ことによって、 削り増しを行う こ とができる。 この研磨は、 研磨スラ リ に含まれる多量の遊離砥粒によつ て行われるので、 比較的速い研磨速度が得られ、 所定の膜厚に短時間で 到達することが可能である。
又、 本発明の基板の研磨方法は、 表面に凹凸が形成された基板を、 砥 石を用いて研磨する方法において、 前記砥石上に砥粒を含まない液体供 給下で所定時間研磨した後、 該砥粒を含まない液体を継続供給すると共 に、 前記砥石の研磨面の ドレッシングを行いながら、 該ドレッシングに より生じた遊離砥粒によ り更に研磨することを特徴とするものである。 これによ り同じ砥石を用いて、 その砥石の ドレッシングを行いながら研 磨することによ り、 ドレッシングにより生じる遊離砥粒により研磨速度 を上昇させることができる。 これによ り砥液供給手段等の付加設備を必 要とすることなく、 通常の砥石を用いた研磨装置に付属している設備の みで削り増しを行う ことができる。
又、 本発明の基板の研磨方法は、 表面に凹凸が形成された基板を研磨 する方法において、 砥石上に砥粒を含まない液体供給下で所定時間研磨 した後、 前記基板を研磨布と砥粒を含有する研磨スラ リ を用いて更に研 磨することを特徴するものである。 これにより、 従来の研磨布と研磨ス ラリ とを用いた化学 ■機械的研磨で削り増しを行うので、 既存の設備を 利用して削り増しを行う ことができる。 図面の簡単な説明
図 1は従来の化学 ， 機械的研磨による研磨装置の要部を示す説明図で ある。
図 2は図 1 の研磨装置による研磨特性を示す図である。
図 3は図 2の研磨特性による被研磨面の段差の状態を示す図である。 図 4 A及び図 4 Bは本発明の実施の形態のターンテーブル型の研磨装 置の要部を示す図であり、 図 4 Aは上面図、 図 4 Bは断面図である。 図 5は本発明の実施の形態のスク 口ール型の研磨装置の断面図である c 図 6 A及び図 6 Bは図 5のスクロ一ル型の研磨装置の要部を示す図で あり、 図 6 Aはスク ロール機構の上面図、 図 6 Bは図 6 Aの A A線に沿 つた断面図である。
図 7 Aは砥石と砥粒と基板面との関係を模式的に示す図であり、 図 7 Bは研磨パッ ドと砥粒と基板面との関係を模式的に示す図である。
図 8 A及び図 8 Bは砥粒の粒径による応力の分布を示す図であり、 図
8 Aは粒径が大きい場合を示し、 図 8 Bは粒径が小さい場合を示す。 図 9は砥粒、 バイ ンダ、 気孔の組成比 （体積比） を示す図であり、 符 号 Bで示した領域の組成により良好なセルフス ト ップ機能を有する砥石 が得られることを示す。
図 1 0は砥石の研磨特性を示す図であり、 セルフス ト ップ機能を有す る場合を示す。
図 1 1 A， 図 1 1 B及び図 1 1 Cは図 1 0の砥石の研磨特性による被 研磨面の段差の状態を示す図である。
図 1 2は砥石の研磨特性を示す図であり、 セルフス ト ツプ機能を有さ ない場合を示す。
図 1 3 A , 図 1 3 B及び図 1 3 Cは図 1 2の砥石の研磨特性による被 研磨面の段差の状態を示す図である。
図 1 4は砥石の研磨面のドレッシング （目立て） 後の研磨速度の時間 変化を示す図である。
図 1 5 A及び図 1 5 Bはドレツシング後の砥石の研磨面を模式的に示 す図であり、 図 1 5 Aは砥粒が多量に残留している状態を示し、 図 1 5 Bは砥粒が殆ど残留していない状態を示す。
図 1 6 A乃至図 1 6 Cは各種砥石の研磨特性を比較した図であり、 図 1 6 Aはセルフス トップ機能を有する場合を示し、 図 1 6 Bおよび図 1 6 Cはセルフス トップ機能を有さない場合を示す。 左側の図は研磨速度 推移を示し、 横軸が研磨時間であり、 縦軸が研磨速度である。 中央の図 は、 膜厚推移を示し、 横軸が研磨時間であり、 縦軸が凹部および凸部の 膜厚である。 右側の図はブランケッ トウェハ （B L ) と、 半導体ウェハ の研磨初期 （D 1 ) と、 半導体ウェハの研磨終期 （D 2 ) との研磨速度 を比較したものである。
図 1 7 A乃至図 1 7 Dは残留砥粒の除去方法を示す図であり、 図 1 7 Aはブラシによる方法を示し、 図 1 7 Bはロールブラシによる方法を示 し、 図 1 7 Cはウォータジェッ トによる方法を示し、 図 1 7 Dは超音波 流体を用いた方法を示す。
図 1 8 A及び図 1 8 Bは本発明の第 1実施例の研磨方法を示す図であ る。
図 1 9は第 1段階および第 2段階の研磨による膜厚の変化を示す図で ある。
図 2 0 A及び図 2 0 Bは膜厚の管理方法を示す図であり、 図 2 0 Aは 時間管理を示し、 図 2 0 Bは膜厚管理を示す。
図 2 1は砥粒を含まない液体 Wと砥粒を含むスラ リ Qとの切替機構を 示す図である。
図 2 2は砥粒を含まない液体 Wと砥粒を含むスラ リ Qとの切替機構の フローを示す図である。
図 2 3は本発明の第 2実施例の研磨方法を示す図である。
図 2 4はドレツシング動作の切替機構を示す図である。
図 2 5はドレツシング動作の切替機構のフ口一を示す図である。
図 2 6 A及び図 2 6 Bは本発明の第 3実施例の研磨方法を示す図であ る。
図 2 7は上記方法に好適な装置の一例を示す平面図である。
図 2 8は上記方法に好適な装置の他の例を示す斜視図である。
図 2 9は図 2 8の要部の拡大平面図である。
図 3 0は本発明の実施に好適な研磨装置の全体構成の一例を示す平面 図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図 4は、 本発明の砥石を用いた研磨装置の一例を示す図である。 この 研磨装置は、 表面に研磨布に代わり直径約 6 0 c mの砥石 1 5を貼設し たターンテーブル 5 と、 研磨中に水又は砥粒を含まない薬液 Wを供給す る液供給ノズル 1 0 とを備えている。 その他の研磨対象基板 4を保持す る ト ツプリ ング 1等の構成は、 図 1 に示す従来の研磨装置と全く 同様で ある。 ここで砥石 1 5の研磨面上に水又は薬液 Wを供給するのは、 研磨 の際の研磨面の潤滑と化学反応の促進、 および研磨によって生じる熱を 除去する冷却のためである。 ここで、 水又は薬液 Wは、 p H I程度迄の 酸、 p H 1 2程度迄のアルカリ、 緩衝溶液、 界面活性剤、 酸化剤、 還元 剤、 超純水、 電解イオン水、 などである。 一例と して、 この場合には 2 0 0 m l / m i n程度の水を供給している。 水は不純物を含まない超純 水を使用してもよい。 研磨対象基板である半導体ウェハ 4は、 ト ツプリ ング 1によ り弾性マッ ト 2を介して砥石 1 5上に押圧されつつ、 駆動軸 8により回転駆動される。 一方で、 砥石 1 5を貼設したターンテーブル 5 も独立に回転駆動され、 ここで半導体ウェハ 4の被研磨面が砥石 1 5 の表面と接触し、 摺動することによ り研磨が進行する。
尚、 図 4に示す研磨装置は、 従来の研磨布を貼設したターンテーブル に、 スラ リ状の砥液を供給することに代えて砥石を用いるようにしたも のである。 しかしながら、 砥石を用いて被加工物の表面を平坦且つ鏡面 状に研磨する研磨装置と しては、 上述のターンテーブル型の他に、 スク ロール型、 又はカップ型等の方式が用いられている。 スクロール型は、 台座に砥石を固定すると共に研磨対象基板を保持部 材に保持して、 両者を相対的に循環並進運動しながら摺動することで研 磨する方式である。 カップ型の研磨装置は、 カップ状又はリ ング状の砥 石を支持部材に固定して、 台座に研磨対象基板を固定する。 そして研磨 対象基板の被加工面に力ップ状又はリ ング状の砥石を押圧して摺動する ことで、 研磨を行う ものである。 これらの装置においても、 以下に述べ る組成の砥石を用いることによ り、 研磨が進行して段差の消滅後に研磨 が進行しなく なるセルフス トップ機能を発揮させることができる。
図 5および 6 Aと 6 Bは、 スクロール型の研磨装置の循環並進運動機 構を示す図である。 ここで循環並進運動とは、 2つの面が互いに相対す る姿勢を変えずに、 並進運動のみで、 相対的に円等の循環運動をするこ とである。 このような装置では、 砥石板の大きさを基板より少し大きく するだけで済む。 従って、 平坦度の高い砥石板の製造が容易であると と もに、 駆動用モータも小型で済み、 装置もコンパク トになり、 占有面積 も小さくてよい。 この装置は、 循環並進運動する研磨工具面を提供する 並進テーブル部 3 1 と、 ウェハ 4を被研磨面を下に向けて把持し、 所定 圧力で研磨工具面に押圧する トップリ ング 3 2を備えている。
並進テーブル部 3 1は、 内部にモータ 3 3を収容する筒状のケーシン グ 3 4の上部に、 内側に環状に張り出す支持板 3 5が設けられ、 これに は周方向に 3つ以上の支持部 3 6が形成され、 定盤 3 7が支持されてい る。 つまり、 この支持部 3 6の上面と定盤 3 7の下面の対応する位置に は、 周方向に等間隔に複数の凹所 3 8， 3 9が形成され、 これにはそれ ぞれベアリ ング 4 0， 4 1が装着されている。 そして、 このベアリ ング 4 0 , 4 1には、 図 6示すように" e " だけずれた 2つの軸体 4 2， 4 3を持つ連結部材 4 4が、 各軸体の端部を挿入して装着され、 これによ り定盤 3 7が半径" e " の円に沿って並進運動可能となっている。
又、 定盤 3 7の中央下面側には、 モータ 3 3 の主軸 4 5の上端に偏心 して設けられた駆動端 4 6を軸受 4 7を介して収容する凹所 4 8が形成 されている。 この偏心量も同様に" e " である。 モータ 3 3は、 ケ一シ ング 3 4内に形成されたモータ室 4 9に収容され、 その主軸 4 5は上下 の軸受 5 0， 5 1によ り支持されているとともに、 偏心による負荷のバ ランスをとるバランサ 5 2 a , 5 2 bが設けられている。
定盤 3 7は、 研磨すべきウェハ 4の径に偏心量" e " を加えた値より やや大きい径に設定され、 2枚の板状部材 5 3， 5 4を接合して構成さ れている。 これらの部材の間には研磨面に供給する水又は薬液等の液を 流通させる空間 5 5が形成されている。 この空間 5 5は側面に設けられ た液供給口 5 6に連通していると と もに、 上面に開口する複数の液吐出 孔 5 7 と連通している。 定盤 3 7の上面には、 砥石板 5 9が貼着されて いる。 この砥石板 5 9の液吐出孔 5 7に対応する位置に吐出孔 5 8が形 成されている。 これらの吐出孔 5 7， 5 8は、 通常は定盤 3 7、 砥石板 5 9の全面にほぼ均一に分散配置されている。
押圧手段である トツプリ ング 3 2は、 シャフ ト 6 0の下端に研磨面に 合わせてある程度の傾動を可能と して取り付けられ、 図示しないエアシ リ ンダの押圧力と駆動モータの回転力がシャフ ト 6 0を介してこの トツ プリ ング 3 2に伝達される。 この ト ップリ ング 3 2の基板保持部 6 1に は弾性シー ト 6 2が装着される。 尚、 ケーシング 3 4の上部外側には研 磨面に供給された液を回収する回収槽 6 3が取り付けられている。
これらの研磨ュニッ トでの研磨工程を説明すると、 モータ 3 3の作動 によって定盤 3 7が並進円運動し、 トップリ ング 3 2に取り付けられた ウェハ 4は定盤 3 7に貼付した砥石板 5 9の面上に押し付けられる。 研 磨液供給口 5 6、 空間 5 5、 液吐出孔 5 7 , 5 8を介して研磨面には液 が供給され、 これは砥石板 5 9の面の溝を経て砥石板 5 9 とウェハ 4の 間の研磨面に供給される。
こ こで、 砥石板 5 9の面と ウェハ 4面には半径" e " の微小な相対並 進円運動が生じて、 ウェハ 4の被研磨面はその全面において均一な研磨 がなされる。 なお、 被研磨面と研磨面の位置関係が同じであると、 研磨 面の局部的な差異による影響を受けるので、 これを避けるために ト ップ リ ング 3 2を徐々に自転させて、 砥石板 5 9の同じ場所のみで研磨がな されるのを防止している。
これらの研磨に用いられる砥石は、 研磨によ り被研磨面の段差が平坦 化された後は研磨が進行しない、 いわゆるセルフス トツプ機能を有する 砥石であり、 砥粒と して酸化セリ ウム （C e 〇2 ) 等の微粉末が用いられ. バイ ンダと してポリイ ミ ド又はフエノ一ル等の樹脂が用いられている。
尚、 砥粒と しては、 上述の C e 〇2の他に、 S i 〇2、 A 1 2 0 3、 Z r 0 2、 M n O 2 M n 2〇3等が用いられる。 又、 バイ ンダと しても上述の ポリイ ミ ド又はフエノール樹脂の他に、 ウレタン樹脂、 エポキシ樹脂、 ポリ ビニルアルコール樹脂等を用いるようにしてもよい。 これらは研磨 対象となる半導体ウェハ上に形成される被膜の種類、 および砥粒とバイ ンダとの相性等の点から適宜選択される。
砥石は硬質 （弾性係数が極めて大きい） であるため、 研磨パッ ドを用 いる通常の C M Pに比べて、 砥粒の大きさがウェハダメージに直接影響 する。 例えば図 7 Bに示すよ うに、 通常の研磨パッ ド 2 0は砥石 2 1 に 比べて極めて軟質であるため、 上からの荷重により砥粒 2 2を半導体ゥ ェハ 2 3に押し込むと同時に、 ノ ッ ド 2 0 自身も半導体ウェハ 2 3に接 触する。 即ち、 上からの荷重がパッ ド部分にも分散され砥粒のみに集中 することがないため、 砥粒 2 2の半導体ウェハのダメージへの影響は緩 和される。 これに対して砥石 2 1の場合は、 図 7 Aに示すように、 パッ ド 2 0に比べかなり硬質で砥石面は半導体ウェハ面に接触しにくいため、 上からの荷重はほぼ砥粒 2 2のみで受けることになる。 つまり 1つの砥 粒 2 2にかかる荷重が、 通常の C M Pより も大きくなるため、 半導体ゥ ェハのダメージへの影響は当然大き く なる。
この対策と しては、 半導体ウェハと接触する砥粒の数を多く し、 砥粒 一つ一つの受ける荷重を軽減させる必要がある。 例えば、 粒径 2 i mか ら 0 . 5 μ mと 1ノ 4に微細化した場合、 図 8 Aおよび 8 Bに示すよ う に、 平面上に敷き詰められる砥粒の数は 1 6倍に増加する。 よって砥粒 の受ける荷重 Fは単純計算で 1 1 6に軽減されることになる。 上記の ような理由から、 砥粒は微細化するのが望ま しい。 又、 半導体ウェハの ダメージ緩和に対する砥粒微細化の効果は、 通常の C M P以上に重要で ある。 この様な視点から砥粒の大きさは 2 m以下、 望ましくは 0 . 5 β m以下が好適である。
砥石は、 ク リーンルーム内に持ち込んで使用されるため、 不純物は極 力含まないことが必須である。 一般に不純物 （特にメタル） は、 半導体 デバイスの性能に悪影響を及ぼす。 特にシビアなのは研磨溶液中のメタ ル濃度であるが、 砥粒中の金属酸化物成分においても、 酸、 又はアル力 リ溶液中で一部が溶解してイオン状態になる場合がある。 イオン状態の メタル成分は絶縁膜である S i O 2 (酸化） 膜中へ浸透しやすく、 絶縁膜 の絶緣性能を低下させる。 又、 研磨、 洗浄後のウェハへの残存金属汚染 も次工程およびク リ ーンルームの汚染という観点から非常に問題となる。 このような理由から、 砥粒中の不純物 （砥粒主成分以外のメタル成分） は極力少ない方が望ましい。 例えば C e O 2砥粒の場合、 純度は 5 0 %以 下が一般的であるが、 9 0 %以上の純度を有する砥粒を用いた砥石の場 合の実施例はない。 通常の C M Pのスラ リの場合では、 メタル系不純物、 例えば鉄が少なく とも 6 0 p p m程度含有されていると、 洗浄後も除去 されずに半導体ウェハ表面に残留してしま う。 鉄濃度を数 p p m以下に 抑えると通常の洗浄工程のみでほとんど除去できる。 従って、 9 0 %以 上 （望ましく は 9 4 %以上） の純度の砥粒を用いることによって、 研磨 に際してメタル系不純物によるコンタ ミネーショ ンの問題を回避できる。 加えて N aはデバイス特性に悪影響を及ぼすため、 砥粒中の N a濃度は 1 0 0 p p m以下が望ましい。
使用する C e 〇2砥粒の粒径とキズの量の関係を実験により検討した。 平均粒径 1 . 3 μ πιおよび 0 . 4 mの C e 〇 2砥粒を用いて砥石を製作 した。 バインダはポリイ ミ ド樹脂を使用した。 製作は、 後述する加熱処 理併用型の乾式加圧成形法で行った。 1 . 3 / m砥粒の砥石と、 0 . 4 μ πα砥粒の砥石とで、 半導体ウェハのダメージ （キズの量） を比較した ところ、 0 . 4 μ m砥粒にすることによ りキズの量が 1 Ζ 1 0程度に低 減された。 それでいて研磨性能はほぼ同等であった。 この結果から、 砥 粒は微細化した方がよいと言える。
研磨装置においては、 砥石の組織体に固定された砥粒に、 研磨対象基 板の被研磨面の凸部が摺動することで、 研磨が進行すると共に、 摺動面 に砥石の組織体から離脱した遊離砥粒によ り主と して研磨が進行すると 考えられる。 即ち、 このよ うな砥石を用いた研磨方法によれば、 砥石は 従来の研磨布 （パッ ド） と比較して硬質であるため、 半導体基板上に凹 凸が形成されている場合には、 凸部に砥石の研磨面が接触することで、 凸部に高い面圧が作用する。 これによ り凸部が砥石の研磨面を削り込み、 砥粒の脱落を引き起こす。 この組織体から脱落した遊離砥粒により研磨 が進行する。 段差がなく なり平坦化した後には、 脱落する砥粒も少なく なり、 摺動面が トツプリ ングおよびターンテーブルの回転と共に移動す るので、 残留砥粒が摺動面に存在しなく なる。 このため研磨速度が低下 し、 研磨のセルフス トップ機能が作用する。
又、 このよ うな砥石を用いた研磨方法によれば、 砥粒を多量に含むス ラ リ状の砥液を用いることなく研磨が行えるので、 高価な半導体研磨用 の砥液を用いる必要がなく なり、 研磨工程のコス トを低減することがで きると共に、 その廃液の処理が極めて容易となり、 環境問題に対する負 荷が低減される。 同様に、 消耗部材である研磨布を使用する必要もなく なり、 研磨工程のコス トを低減できる。
図 9は、 砥石の組織体内における、 砥粒と、 バインダと、 気孔との組 成比 （体積比） によるセルフス ト ップ機能についての実験例を示す図で ある。 図中黒い三角印はバインダがフエノ一ル樹脂であることを示し、 黒丸はバインダがポリィ ミ ド樹脂であることを示し、 白い四角はバイン ダがウレタン樹脂であることを示す。 この場合には、 砥粒と して
C e 0 2が用いられている。
本発明者等の実験例によれば、 図中の Bで示された領域の組成比を有 する砥石によ り、 良好なセルフス ト ップ機能が得られる。 即ち、 砥粒と しては体積比が全体の 1 0 %以上で、 且つバインダ量の 2倍以下の範囲 が適当である。 砥粒の量がバインダ量の 2倍以上になると、 砥粒が自生 しゃすくなり、 摺動面における遊離砥粒の量が多すぎてセルフス ト ップ 機能がなくなる。 又、 砥石が減耗しやすく、 且つ崩れやすい等の機械的 強度に欠ける問題がある。 更に砥石の成形時にクラックが入りやすいた め、 成形が難しくなる。 又、 砥粒の量が全体の体積比 1 0 %以下と少な すぎると、 遊離する砥粒の量が少なく なるため、 研磨速度が遅すぎて、 半導体デバイスの生産等におけるスループッ トが低下する。
又、 バインダの量と しては砥粒量の半分以上で且つ全体の体積比 6 0 %以下が好適である。 バイ ン.ダの量が砥粒量の半分以下になると、 組織 体内における砥粒の保持力が弱いため、 砥粒が自生しやすく、 これによ り遊離砥粒が増大するためセルフス ト ップ機能がなく なる。 又、 砥石が 減耗しやすく且つ崩れやすい等の問題がある。 又、 バイ ンダの量が全体 の 6 0 %以上であると、 砥石の組織体内における砥粒の保持力が強すぎ て、 砥粒が自生しにくいため、 研磨速度が極端に低く なる。 又、 砥石の 機械的な強度が強すぎるため、 半導体ウェハ等の被研磨面を傷つける恐 れがある。
気孔の量と しては 1 0〜 4 0 %が好適である。 気孔の量が 1 0 %以下 と少ないと、 バインダの量が多すぎる場合には上述したよ うに砥粒の保 持力が強すぎて砥粒が自生しにくいため研磨速度が低下する。 又バイン ダの量に対して砥粒量が多すぎる場合には、 砥粒が極端に自生しゃすく なり、 セルフス ト ップ機能が効かなく なる。 又、 気孔の量が 4 0 %以上 と多いと、 砥石の機械的強度が低下し、 全体と して脆く なり、 又、 減耗 しゃすく崩れやすい。 そして、 砥粒が自生しやすいため同様にセルフス トップ機能が効かなく なる。 尚、 図 9の点線で囲まれた範囲は、 砥粒 1 0〜 6 0 %、 バイ ンダ 3 0〜 6 0 %、 および気孔 1 0〜 4 0 %の範囲で ある。 特に、 砥粒 2 0 ~ 5 0 %、 バイ ンダ 3 5〜 5 5 %、 気孔 1 5〜 3 0 %が望ましい。
図 1 0および図 1 1 A , 1 1 B , 1 1 Cは、 砥粒 ： バインダ ： 気孔 = 3 0 : 4 5 : 2 5で砥粒と して C e O 2 (酸化セリ ウム） 、 バイ ンダと し てポリイ ミ ドを用いて構成した砥石 （図 9中の A点に示す） 等の上述し たセルフス ト ップ機能が得られる領域内の砥石を用いて凹凸を有する半 導体ウェハ表面を研磨した例を示す。 図示するように凸部は研磨初期に おいては約 20000 A以上あり、 これが時間 （相対時間） 1の間に 15000 A 以下に研磨が進行するが、 その時間の 2倍の時間 2迄研磨を継続しても, その後は凹部の膜厚と等しく なつたままで、 膜厚が維持される。 即ち、 凸部のみが優先的に研磨されてその間に凹部は研磨されない。 これによ り段差を解消して凹凸の面を平坦化することが容易であり、 その後は研 磨を行っても膜厚が変化しないので、 いわば研磨が自動的に停止するセ ルフス ト ップ機能が作用する。 このため研磨の時間管理が容易となり、 プロセスの許容範囲 （プロセスウィンドウ） が広く なる。 又、 凹部の初 期膜厚をそのまま残すことができるため、 研磨後の残膜の厚さの設計が 容易となる。 又、 半導体ウェハ面内で研磨速度の遅い領域があっても、 速い領域では平坦化後には研磨が実質的にほぼ停止し、 見かけ上待機し ていることになる。 その間に研磨速度の遅い領域の研磨が進み平坦化さ れるので、 結果と して半導体ウェハ面内の平坦面の均一性が向上する。 図 1 1 A， 1 1 B , 1 1 Cは、 この時の半導体ウェハ表面の被研磨面 の凹凸の変化を示す。 1 1 Aは、 研磨初期を示し、 1 1 Bは上述の研磨 時間が 1である研磨中期を示し、 1 1 Cは上述の研磨時間が 2である研 磨終期を示す。 図示するように凸部が優先的に研磨され、 時間 1で段差 が解消され、 時間 2迄研磨を継続しても平坦化後は研磨が進行しないこ とを示している。
図 1 2は、 比較例と してセルフス トップ機能が作用しない砥石 （砥粒 ： ノ ィンダ ： 気孔 = 5 0 ： 1 5 ： 3 5、 図 9において符号 Cで示す） の 研磨特性の例を示す。 図 1 3 Aは、 研磨初期 （時間 0 ) の状態を示し、 1 3 Bは研磨中期 （時間 1 ) の状態を示し、 1 3 Cは研磨終期 （時間 2 ) の状態を示す。 この場合は、 図 9に示するようにバイ ンダの比率が低く、 砥石が脆く 組織体から砥粒が自生しやすい砥石である。 まず時間 1迄は凸部のみが 優先的に研磨され、 その間凹部はほとんど研磨されない。 これによ り凹 凸面の段差の解消は容易であるが、 その後も遊離砥粒の存在により研磨 が進行する。 このため、 時間 2においては平坦面自体の膜厚が研磨の進 行により減少する。 このため段差の解消は容易であるが、 その後も研磨 が進行するため、 プロセス許容範囲 （プロセスウィンドウ） が狭く、 且 つ段差解消前と解消後で研磨速度が変化するため、 研磨時間の管理が難 しく なる。
図 1 4は、 砥石の研磨面を ドレッシング （目立て） した後のブランケ ッ トウェハの研磨特性を示す図である。 図中横軸はドレッシング後の砥 石を用いた研磨時間であり、 縦軸は研磨速度 （A Z m i n ) である。 砥 石の研磨面を ドレッシング （目立て） した直後は、 多く の遊離砥粒が残 留しているため、 このまま研磨すると符号 aで示すよ うに研磨速度が速 い。 この砥石の状態で表面に回凸パターンを有する半導体ウェハの被研 磨面を研磨すると、 凸部が削られて平坦化され、 段差は解消されるが、 その後も研磨が進行し、 図 1 2に示す傾向と類似の現象が見られる。 こ のため、 セルフス ト ップ機能が作用しない。 セルフス ト ップ機能とは基 板の段差が解消され、 平坦になると、 これ以上研磨を行っても研磨が進 行しないこと、 即ち膜厚が殆ど変化しないことである。 このことは、 表 面に凹凸パターンを有しないブランケッ トウェハでは研磨が進行しない こと と同等である。 よって ドレッシング後の砥石を用いる場合には、 ブ ランケッ トウェハを用いて事前に研磨速度が十分に低下して安定する状 態にしておけば、 研磨対象の凹凸のパターンを有する半導体ウェハの研 磨に際して、 セルフス ト ップ機能を効果的に引き出すことができる。 即ち、 半導体デバイスウェハの研磨の前に、 ドレッシング後の砥石は 十分にブランケッ トウェハを用いて研磨を行い、 図の符号 bで示すよう にその研磨速度が十分に低下してから半導体デバイスウェハを研磨する ことにより、 図 1 0に示すセルフス トップ機能を効果的に引き出すこと ができる。
砥石は、 例えば後述する加熱処理併用型の乾式加圧成形法で製作する 場合は、 砥粒粉とバイ ンダ粉の混合、 金型への充填、 砥石成形 （加圧 + 加熱） 、 冷却、 台板に接着貼付、 砥石の研磨面の研削 （平面出し） の手 順で製作する。 最終的に研削レベルで仕上がる砥石面の平面度は士 1 0 0 πι程度であるが、 この程度の平面度では、 半導体ウェハを押圧して もごく一部しか接触しないので、 いわゆる片当たり となり適正な研磨が 行えない。 よって半導体ウェハの研磨に供するには、 例えばダイヤモン ド砥粒 （ # 1 0 0又は # 2 0 0 ) をニッケル電着した、 ドレッサーのよ うな治具を砥石面に押圧して例えば 4 0 0 gノ c m 2程度で 1 0分程度、 砥石面を ドレッシングして平坦化する必要がある。 これを砥石面の形状 修正と呼ぶことにする。 半導体デバイスウェハの研磨に用いるための、 最終的な砥石面の平坦度は土 3 0 μ m程度以下とするのが望ましい。 形状修正された直後の砥石面は、 図 1 5 Aに示すように、 ドレッサー で、 いわゆる耕されたよ うになり表面に遊離化した砥粒 2 2が多量に存 在する状態になっている。 この状態でブランケッ トウェハを研磨すると 図 1 4の符号 a のよ うに研磨速度が速くなる。 この状態で半導体デバイ スウェハを研磨した場合は、 良好な段差特性を維持しながら平坦化され るが、 図 1 2および 1 3に示すよ うに平坦化後も半導体ウェハは研磨さ れ続ける。 これに対して、 図 1 5 Aに示すよ うな形状修正後の砥石表面 の多量の残留砥粒 2 2を除去すると、 砥石表面は、 図 1 5 Bのようにな る。 この状態でブランケッ トウェハを研磨すると図 1 4の符号 bのよう に研磨速度が極めて遅く なる。 この状態で半導体デバイスウェハを研磨 した場合は、 良好な段差特性を維持しながら平坦化されるとともに、 平 坦化後は半導体ウェハが殆ど研磨されない特性が得られる。 つまり平坦 化されるとあたかも自動的に研磨が停止したよ うな状態になり、 セルフ ス ト ップ効果が生じる。
セルフス ト ップ効果の作用原理は次のよ うに考えられる。 半導体デバ ィスウェハ表面には微小な凹凸形状が形成されている。 半導体デバイス ウェハを砥石面に押圧すると、 微小な凹凸形状が ドレッサーの役割を果 たし、 ドレッシング （ダイヤモン ド砥粒の径は 1 0 0〜 3 0 0 // m程 度） 程の目立て効果は得られないが、 微小な凹凸形状が砥石表面に食い 込み、 砥粒を搔き出す効果を有する。 図 1 5 Bのよ うな砥石面では、 ブ ランケッ トウェハを研磨しても殆ど削れないことは図 1 4の符号 bに示 すとおりである。 この状態で半導体デバイスウェハを削ると、 砥石面が ソフ トに ドレッシング （目立て） され砥粒が搔き出されるため、 図 1 5 Aの状態に近づき、 この砥粒によ り半導体デバイスウェハの凸部が研磨 される。 半導体デバイスウェハの凸部の研磨が終了し平坦化されると、 ブランケッ トウェハと同じ状態になり、 ドレッシング効果もなくなり砥 粒が搔き出されなく なるので、 砥石表面は図 1 5 Bのよ うな状態に戻る c このため研磨の進行がほぼ停止する。
尚、 どのよ うな砥石でも上記のよ うな処置を施せばセルフス トツプ効 果が発揮される訳ではなく、 砥石組成条件によって異なってく る。 砥石 の半導体デバイスウェハ研磨特性は、 図 1 6 A， 1 6 B , 1 6 Cに示す ように、 大きく 3つに大別される。 ドレッシング後にブランケッ トゥェ ハの連続研磨を行う と特性の違いが明確になる。 はじめは研磨速度が速 いがその後急激に低下し安定化するよ うな砥石の場合に限り、 段差が解 消されると ともにセルフス トップ効果が発現する （図 1 6 A参照） 。 又. 研磨速度が速いままで急激な低下が見られないよ うな砥石の場合は、 段 差は解消されるがその後も削れるため、 セルフス トップ効果は見られな い （図 1 6 B参照） 。 はじめから研磨速度が低くすぐに低下安定化する よ うな砥石の場合は、 半導体デバイスウェハの有するソフ トな ドレッシ ング能力では砥粒が搔き出されないため、 殆ど研磨できず、 段差解消は おろかセルフス ト ップ効果も見られない （図 1 6 C参照） 。 上記の図 1 6 Aのよ うな特性を有する砥石は、 上述した砥粒、 バインダ、 気孔の組 成比が図 9に示す領域 B内の組成条件を満足する砥石である。 この範囲 外でバインダ率が少ない砥石や気孔率が多い砥石の場合は、 比較的柔ら かい砥石の場合であり、 図 1 6 Bのよ うな特性が見られる。 又図 1 6 C のよ うな特性は、 バインダ率が多い砥石や気孔率が少ない砥石の場合で あり、 比較的硬い砥石の場合に見られる。
砥石による半導体デバイスウェハの研磨においてセルフス トッブ効果 を発揮させるには、 研磨前に ドレッシング後の砥石表面から残留する多 量の砥粒を除去しておく必要がある。 その除去方法の一つは、 上述のよ うにブランケッ トウェハを連続研磨し、 研磨速度を低下安定化させる手 法である。 係る手法によれば、 ブランケッ トウェハを砥石表面に押圧し て回転しつつ研磨面に水等を供給するため、 連続的に研磨することで砥 石表面の残留砥粒が効果的に除去される。 但し砥石面に押圧するものは、 ブランケッ トウェハに限定されるものではなく 、 基本的に平滑面を有す る硬質材の基板であればよい。 例えば石英ガラス基板やセラミ ック基板 でもよく、 これらの基板をダミー基板と して砥石面に押圧して回転しな がら研磨面に水等を供給することで砥粒の除去を行う。 ダミー基板は通 常の半導体ウェハキャ リア （ トップリ ング） にチャック （保持） 可能と するために、 一般の半導体ウェハと同程度の大きさと厚み （ 1 mm以 下） であることが望ましい。 勿論これより厚みのある基板を用いてもよ いが、 その場合はチャック （保持） を可能とするよ うな専用保持機構の 付加 （例えばガイ ドリ ングを厚くするなど） が必要である。 尚、 基板の 押圧回転時には必ず水などの液体を供給することが必要であり、 供給す る液体は、 研磨面を冷却する効果と砥粒を外部に運び去る効果を有する。 運転条件は、 例えばブランケッ ト ウェハの場合では、 テーブル砥石 基板 = 5 0 3 5 r p m、 基板面圧 = 5 0 0 g / c m2 (ゥヱハ研磨面圧 相当） 、 水供給量 = 2 0 0 m l Zm i n、 総研磨時間 = 1 0分程度であ る。
他の方法と しては、 砥石面 1 5をブランケッ トウェハに代えてブラシ 2 5で水洗浄して除去する方法 （図 1 7 A参照） や、 ロールブラシ 2 6 で水洗浄して除去する方法 （図 1 7 B参照） がある。 これらの方法によ り、 残留砥粒が除去され、 適度に荒れた砥石面 （ 3 0 μ πι程度以下の凹 凸） のみが残る。 運転条件は、 例えば、 テーブル砥石/ブラシ = 2 0 / 1 2 r p m、 ブラシ面圧 = 2 0 0 g / c m \ 水供給量 = 2 0 0 m l / m i n、 除去時間 = 1分程度である。 ブラシ 2 5を使用する場合は、 太さ 1 mm以下で比較的軟らかい毛先のブラシが望ましく、 これを回転させ ながら砥石面 1 5に押圧し、 水などの液体 Wを供給しながら砥粒を除去 する。
又、 ウォータージェッ ト 2 7などの液流体圧 （図 1 7 C参照） 、 又 は超音波流体源 2 8などの超音波流体 2 8 a (図 1 7 D参照） などで洗 浄して除去する方法などがある。 ウォータージエツ ト 2 7を使用する場 合は、 ウォータージェッ ト 2 7の水圧力と しては、 5 k g P a以下、 望 ましくは 2 k g P a以下で行う方がよい。 この方法によ り、 残留砥粒が 除去され、 適度に荒れた砥石面 （ 3 0 μ m程度以下の凹凸） のみが残る。 過大な水圧力を用いると残留砥粒の除去だけではなく、 適度に荒れた砥 石面が崩れて平滑化してしまい、 半導体デバイスウェハの有する ドレッ シング効果が効かなくなる場合がある。 超音波流体 2 8 a も、 上記の理 由で発信周波数および強度などを適度に調整することが望ましい。
超音波流体による除去方法では、 周波数 2 0 k H z、 出力 5 0 W程度、 時間数分間程度と し、 水を 2 0 0 m 1 / m i n程度供給しながら行う。 砥石全面を効果的に処理するために、 処理中は超音波ホーン 2 8を砥石 面 1 5の中心と外周の間で往復移動させることが望ま しい。 又超音波ホ —ンと砥石の距離は 1 m m程度かそれ以下が望ましい。 なお超音波ホ一 ンの他に、 キヤビジェッ ト又はメガジェッ ト （商品名） 等の水圧流を用 いてもよい。 これらの方法により、 残留砥粒が除去され、 適度に荒れた 砥石面 （ 3 0 μ m程度以下の凹凸） のみが残る。 ただし過大な出力で長 時間処理を行う と残留砥粒の除去のみならず、 適度に荒れた砥石面も崩 れて消失する可能性がある。
ドレッシング後に上記のような砥石面の処置を行えば、 短期的には半 導体デバイスウェハの研磨速度は安定する。 ただし研磨を重ねると、 研 磨速度が少しずつ低下してく る場合がある。 この目立て （ソフ ト ドレツ シング） は、 先に示した砥石面の形状修正のための ドレッシングとは異 なり、 砥石面を適度に荒らすことが目的であるため、 基本的には面圧 1 0 0 g / c m 2以下のソフ ト条件で行う ことが望ましい。 ソフ ト条件で目 立てを行えば、 その後の砥石表面の砥粒除去操作は必要ないか、 又は必 要であっても短時間でよい。 例えば、 運転条件と しては、 ダイヤモンド 粒度 # 2 0 0、 テーブル砥石 ドレッサ面圧 = 5 0 g / c m 2以下、 所要 55 3
25 時間 = 1分以内程度が好適である。 この方法により、 砥石面に数十/ x m 以下程度の微小な凹凸が形成される。
次に、 本発明のポリ ツシング用砥石の製造方法の概略を説明する。 一 般には加熱処理併用型の乾式の加圧成形方法が用いられる。 これは、 砥 粒材粉末とバインダ材粉末を一定の割合で均一混合した混合粉末を、 所 定の金型内に一定量充填し、 これを段階的にプレス等によ り加圧しなが ら所定の圧力まで上げ、 同時に加熱しながら所定の寸法に成形する方法 である。 加熱処理を併用することで、 バイ ンダ材が軟化し、 隣接する砥 粒に付着することにより、 全体と して強固な組織体ができあがる。 その 他に、 例えば以下のよ うな湿式の砥石の製造方法がある。 まず、 容器に 入れた有機溶剤 （例えばエタノール） を準備して、 これにバイ ンダ材で あるポリイ ミ ド樹脂等の原料 （液体又は粉体） を容器中に注入する。 次 に、 バイ ンダ材が溶解された有機溶剤中に砥粒を混合する。 この実施例 と しては、 砥粒と して C e 〇2を用い、 その投入量は、 バイ ンダ材に対し て、 上述した組成比となるよ うに決定する。 そして、 撹拌装置を用いて バインダ材を有機溶剤で希釈した液中に砥粒が均一に分散するよ うに撹 拌する。
次に、 砥粒がバイ ンダ材内に分散した液を ト レーに流し込み、 真空ォ 一ブン中で例えば 5 0 °C程度で 2時間程度加熱することで液の乾燥を行 う。 この乾燥により液中の有機溶剤が揮散して、 砥粒にバイ ンダ材が付 着した中間体が固体状に形成される。 次に、 固体状の中間体を粉砕して 粉末状と して、 例えば底板を有する筒状の金型内に砥粒にバインダが付 着した粉末状の中間体を入れて、 上板にプレス等により圧力をかけて下 方に押す。 これにより、 砥粒にバインダが付着した粉末状の中間体は圧 縮されて、 固形物となる。 この圧縮成型により、 砥石の形状が決まって く る。 この圧縮成型された固形物を炉に入れて熱処理する。 この熱処理 によ りバインダが加熱されて軟化 （ゲル化） し、 隣接する砥粒に付着し たバインダと融合することにより、 全体と して強固な組織体ができ上が る。
即ち、 この組織体においては、 砥粒が分散して配置され、 砥粒間をバ インダが連結して保持していて、 これらの間に空孔部 （気孔） が存在し ている構造が得られる。 この気孔は、 主と して粉末状の中間体を圧縮成 型する際に、 各粉末間に空気が入り込んで形成されるものと考えられる。 従って、 組織体内における気孔の組成比は、 この圧縮成型の際の圧縮率 によ り制御可能である。
尚、 セルフス トップ機能を有する砥石の砥粒およびバインダの種類と して、 C e 〇2およびポリイ ミ ド樹脂又はフエノ一ル樹脂等を例示したが 上述の説明中に記載されていない種類の砥粒およびバインダであっても、 セルフス トップ機能を発揮できる砥石を構成できることは勿論である。 係る砥石を用いた研磨方法においては、 上述したよ うに凸部のみが研 磨されて平坦化が容易であるという利点があるが、 特定の組成条件の砥 石では平坦化後はそれ以上研磨が進行しない。 しかしながら、 係る特性 にもかかわらず、 所定の残り膜厚まで更に削り増しをしたい場合がある。 このよ うな段差解消後の削り増しは、 上述の砥石を用いた研磨方法では 不可能である。 本発明の基板の研磨方法は、 第 1段階の砥石を用いて段 差を平坦化する研磨と、 第 2段階の所望の残り膜厚に削り増しを行う研 磨とから構成されている。
図 1 8 A， 1 8 Bは、 本発明の第 1の実施例の基板の研磨方法を模式 的に表したものである。 第 1段階図 1 8 Aは、 上述した砥石を用いた研 磨装置による研磨である。 この砥石は表面に凹凸が形成された半導体ゥ ェハ等を液供給ノズル 1 0から水 Wの供給のみで研磨することによ り、 凸部のみが優先的に研磨されて段差が解消すると研磨速度が急激に低下 するセルフス トップ機能を有する。 しかしながら、 研磨後の残膜の厚さ を所定値に制御する必要がある場合には、 上述の砥石を用いた研磨では セルフス ト ップ機能によ り、 時間をかけて研磨を継続しても、 研磨はい つこ うに進行しない。
このため、 まず時間管理にて基板表面の段差の解消を認識する。 そし て、 第 2段階図 1 8 Bでは、 第 1段階と同じ研磨装置を用いて第 1段階 での水の供給に変えて遊離砥粒を多量に含む研磨スラ リ を供給しながら 削り増しを行う。 この研磨スラ リ の供給は、 スラ リ供給ノズル 9から従 来の化学 · 機械的研磨に用いるものと同じ遊離砥粒を多量に含む研磨ス ラ リ Qを用いる。 例えば、 S C— 1 ( C a b o t社製の製品名） などの コロイダルシリカ系スラ リが好適である。 研磨スラリの供給により、 砥 石の研磨面には多量の遊離砥粒が存在することにより、 これによ り従来 の化学 · 機械的研磨 （C M P ) と同様の早い研磨速度が得られる。
図 1 9は、 上述の研磨の各段階を模式的に示す図である。 第 1段階は 平坦化のための研磨であり、 砥石を用いた研磨装置によ り凸部のみが優 先的に研磨され段差が解消する。 段差の解消後は、 研磨速度が急激に低 下するので、 段差の解消に必要な時間に余裕を見た研磨時間を設定する ことで第 1段階の研磨の時間管理が行える。 第 2段階の研磨は、 削り増 しのための研磨であり、 所定量の膜厚を研磨する。 この研磨は図 1 8 B に示す、 砥石をそのまま用いて、 スラ リ供給ノズルよりその砥石上に研 磨スラ リ を供給することにより行う ことは上述の通りである。 その場合 の研磨速度は使用する研磨スラ リ の種類によ り決まってく るので、 比較 的短時間の研磨により、 所望の残り膜厚 A Xを得ることができる。 又、 この研磨は平坦面からの研磨であるので、 化学 · 機械的研磨により基板 表面の全面に亘つて均一な研磨速度が得られ、 出来上がり も均一な膜厚 の平坦面が得られる。
所望の残り膜厚を得るためには、 時間管理と膜厚管理の 2つの方法が ある。 図 2 0 Aは時間管理の場合を示し、 図 1 8 Aに示す砥石を用いた 研磨装置によ り時間 T 1 まで研磨する。 これにより基板表面の平坦化が 達成される。 そして、 図 1 8 Bに示すよ うにスラ リ供給ノズルより研磨 スラ リを供給しながら、 時間 T 2まで削り増しの研磨を行う。 上述した ように使用する研磨スラ リの種類によ り研磨速度が決まってく るので、 これによ り所望の膜厚を削り増しすることで、 表面の平坦状態を維持し つつ所望の残り膜厚に研磨することができる。 図 2 0 Bは膜厚管理の場 合を示す。 図 1 8 Aに示す砥石を用いた研磨装置により研磨をすること によ り、 段差を解消して膜厚 A 1まで平坦化する。 そして、 膜厚をモニ タ しながら残り膜厚 A 2まで、 図 1 8 Bに示す研磨スラ リ を用いた研磨 によ り削り増しを行う。 この場合には膜厚をモニタ しながら研磨を行う ので、 正確な残り膜厚を得ることができる。
第 1段階の研磨で供給する 「砥粒を含まない液体」 と、 第 2段階の研 磨で供給する 「砥粒を含有する研磨スラ リ」 は、 図 2 2に示すフローに 基づいて、 図 2 1に示す電磁弁 X I , X 2 , Y l , Y 2の開閉状態を操 作して使い分けられる。 例えば、 研磨開始前の各弁は図 2 2に示す初期 状態と しておき、 各液は配管とタンク （T K 1， Τ Κ 2 ) の間で循環す るよ うにする。 第 1段階の研磨は、 切替器によ り各弁を図 2 2の第 1段 階研磨に示す状態と しておき、 ノズル 1 0からの水 Wの供給のみで研磨 を行うようにする。 第 1段階の研磨終了は時間管理と し、 図 2 O Aに示 す時間 T 1 を研磨終了時間とする。 時間 T 1検出後に第 2段階の研磨を 開始する。 第 2段階の研磨は、 切替器により各弁を図 2 2の第 2段階研 磨に示す状態と し、 ノズル 9からの研磨スラ リ Qの供給のみで研磨を行 うよ うにする。 第 2段階の研磨終了は時間管理又は膜厚管理と し、 図 2 0 Aに示す時間 T 2、 図 2 0 Bに示す膜厚 A 2を検出すれば研磨終了と する。
図 2 3 A , 2 3 Bは本発明の第 2実施例の研磨方法を示す。 図 2 3 A は第一段階の研磨に用いる研磨装置を示し、 これは上述の砥石による研 磨装置である。 図 2 3 Bに示す第 2段階の研磨装置は、 上述した研磨装 置にダイヤモンドドレッサ 1 6を付加したものである。 ダイヤモンドド レッサ 1 6は研磨砥石 1 5の接触面に粒度 # 2 0 0程度のダイャモンド の微粉末を固着したもので、 砥石 1 5の研磨面の ドレッシング （目立 て） を水 Wを砥石 1 5に供給させて行う。 図示するように回転するター ンテーブル 5の一方で半導体ウェハの砥石による研磨を行い、 同時に他 方でダイャモンドドレッサ 1 6を砥石の研磨面に接触することによ り砥 石の研磨面の ドレッシング （目立て） を行う。 この場合も液供給ノズル 1 0よ り水 Wを供給している。
第 2実施例の研磨方法における第 1段階研磨と第 2段階研磨は、 図 2 4に示す切替装置を用いて図 2 5に示すフローに基づいて切り替える。 例えば、 研磨開始前の各弁およびドレッサは図 2 5に示す初期状態とす る。 第 1段階の研磨は、 切替器によ り弁と ドレッサを図 2 5の第 1段階 研磨に示す状態と しておき、 ノズル 1 0からの水 Wの供給のみで研磨を 行う よ うにする。 第 1段階の研磨終了は時間管理と し、 図 2 O Aに示す 時間 T 1 を研磨終了時間とする。 時間 T 1検出後に第 2段階の研磨を開 始する。 第 2段階の研磨は、 切替器により ドレッサを図 2 5の第 2段階 研磨に示す状態と し、 ノズル 1 0からの水 Wの供給と ドレッサ 1 6によ る ドレツシングで研磨を行う よ うにする。 なお ドレッサ 1 6の一般的な 運転条件は、 回転数 3 0 r p m、 面圧 5 0 g Z c m 2程度である。 第 2段 階の研磨終了は時間管理又は膜厚管理と し、 図 2 0 Aに示す時間 T 2、 又は図 2 0 Bに示す膜厚 A 2を検出すれば研磨終了とする。
図 2 6は、 本発明の第 3の実施例の研磨方法を模式的に示し、 図 2 7 はこの研磨装置の平面図を示す。 図 2 6 Aに示す砥石 1 5を用いた研磨 装置による第 1段階の研磨が終了した半導体ウェハ 4を、 図 2 6 Bに示 すよ うに、 研磨布 6を用いた従来の化学 ， 機械的研磨による研磨装置に 移して研磨を続行する。 この化学 · 機械的研磨装置は従来の既存の装置 を流用してもよいが、 砥石を用いた研磨装置内に配置して、 両者を補完 的に利用するようにしてもよい。 即ち、 セルフス ト ップ機能を有する砥 石を用いた研磨では、 水又は砥粒を含まない薬液を供給するため、 半導 体ウェハの表面に形成された凹凸の段差が解消されて平坦化すると、 セ ルフス トップ機能が作用してそれ以上研磨を続行しても膜厚は変わらず 研磨は進行しない。 これに対して、 従来の化学 · 機械的研磨は、 研磨布 が弾性を有するために、 凸部のみならず凹部にも外部からスラ リ と して 供給される遊離砥粒が作用して両者共に研磨されるので、 段差がなかな か解消しないという欠点があるが、 平坦面を比較的早い研磨速度で研磨 でき、 その研磨結果も又均一な平坦面が得られるという利点がある。 こ のため第 1段階の水又は砥粒を含まない薬液供給下での砥石による研磨 と、 第 2段階の研磨布および外部から供給される遊離砥粒を多量に含む スラ リを用いた従来の化学 · 機械的研磨を組合せることによ り、 凹凸を 有する基板表面から、 所望の残り膜厚の平坦面に全体と して短時間で研 磨することができる。 残り膜厚の管理は、 時間管理又は膜厚管理によつ て行う ことは上述した各実施の形態と同様である。 図 2 7は、 1個の研磨室 7 8内に、 砥石 1 5を用いた研磨装置 7 1 と . 研磨布 6を用いた研磨装置 7 2 とを並置した例を示す。 研磨装置 7 1に おいては、 ノズル 1 0から水又は薬液が供給され、 セルフス ト ップ機能 を有する砥石 1 5による研磨が行われる。 研磨装置 7 2においては、 ノ ズル 9から研磨砥粒を多量に含む研磨スラ リが研磨布 6上に供給され、 化学 ·機械的研磨が行われる。 この装置においては、 研磨対象の半導体 ウェハ 4は、 受渡し口 7 3から研磨室 7 8内の受渡し台 7 0に置かれ、 次に研磨装置 7 1 によ り砥石 1 5を用いた研磨が行われ、 表面の段差が 解消した後に、 研磨装置 7 2によ り化学 · 機械的研磨による削り増しが 行われる。 尚、 第 2の研磨装置 7 2には、 削り増し及び仕上げ研磨用の 砥石を配してもよい。 第 2の研磨面と しての砥石は、 第 1の研磨装置 7 1に用いられる砥石 1 5 よ り も砥粒粒径が小さ く、 気孔分率が高く、 す なわち遊離砥粒が自生しやすい砥石が適している。 また、 結合剤の硬度 も、 砥石 1 5のものより柔らかい砥石を使う とよレ、。
図 2 8および図 2 9は、 1 つのターンテーブルに研磨布 6 と、 砥石 1 5の両方を同心円状に設けた研磨装置の内部斜視図と研磨部の平面図を それぞれ示す。 この研磨装置 8 0の場合には、 砥石 1 5による研磨の終 了後に、 半導体ウェハ 4を保持する トップリ ング 1 を、 研磨布 6上に移 動して図示しないノズルよ り研磨スラ リ Qを供給することにより、 削り 増し及び仕上げ研磨を行う ことができる。
図 2 8および図 2 9に示すよ うに、 砥石テーブルと研磨布テーブルを 同一ターンテーブル上で同心円状の中心部分と外周部分になるよ うに構 成したことによ り、 二段階の研磨の場合にもターンテーブルを 2つ設け る必要がなく、 省スペースで、 またターンテーブルを回転駆動させるた めの回転駆動源 （モータ） も 1つで済む。 また図に示すように、 砥石研 磨面と研磨布研磨面には両者の研磨で用いられる液体 （水又は薬液又は スラ リ） が混ざらないよ うに排出用溝 8 1が設けられている。 尚、 これ らの図では中心部側に砥石 1 5、 外周側に研磨布 6を配したが、 これら の配置構成は逆 （即ち、 中心側に研磨布 6、 外周側に砥石 1 5 ) となる ように構成してもよい。 また、 中心側及び外周側の双方に砥石を配置し、 平坦化用の砥石と削り増し及び仕上げ研磨用の砥石を配し、 使い分けて もよい。
図 3 0は、 本発明の実施に好適な研磨装置の全体構成の一例を示す。 この研磨装置は研磨部 1 3 0 と洗浄部 1 5 0 とから構成されている。 研 磨部 1 3 0は、 その中央に本発明の砥石を具備したターンテーブル 1 3 3を配置し、 その両側に トツプリ ング 1 3 5を取り付けた研磨ュニッ ト 1 3 7 と、 ドレッシングツール 1 3 9 を取り付けた ドレッシングュニッ ト 1 4 1を配置し、 さらに研磨ュニッ ト 1 3 7の横にワーク受渡装置 1 4 3を設置して構成されている。 一方洗浄部 1 5 0は、 その中央に矢印 G方向に移動可能な 2台の搬送ロボッ ト 1 0 1 を設置し、 その一方側に 1次 · 2次洗浄機 1 5 5 , 1 5 7 とスピン乾燥機 （又は洗浄機能付き乾 燥機） 1 5 9を並列に配設し、 他方側に 2つのワーク反転機 1 6 1 , 1 6 3 を並列に配設して構成されている。 そして研磨前の半導体ウェハを 収納したカセッ ト 1 6 5力 S、 図示の位置にセッ トされると、 図の右側の 搬送ロボッ ト 1 0 1が該カセッ ト 1 6 5から半導体ウェハを一枚ずつ取 り出してワーク反転機 1 6 3に受け渡して反転する。 さ らに該半導体ゥ ェハは、 反転機 1 6 3から図の左側の搬送ロボッ ト 1 0 1 に受け渡され て研磨部 1 3 0のワーク受渡装置 1 4 3に搬送される。
ワーク受渡装置 1 4 3上の半導体ウェハは、 一点鎖線の矢印で示すよ うに回動する研磨ュニッ ト 1 3 7の トップリ ング 1 3 5 の下面に保持さ れてターンテーブル 1 3 3上に移動され、 回転するターンテーブル 1 3 3の研磨面 1 3 4上で研磨される。 研磨後の半導体ウェハは、 再び受渡 装置 1 4 3に戻され、 図の左側の搬送ロボッ ト 1 0 1 によってワーク反 転機 1 6 1に受け渡されて純水で洗浄されながら反転された後、 1次 ' 2次洗浄機 1 5 5 , 1 5 7で薬液や純水で洗浄され、 その後、 ス ピン乾 燥機 （又は洗浄機能付き乾燥機） でスピン乾燥され、 図の右側の搬送口 ボッ ト 1 0 1 によって元のカセッ ト 1 6 5に戻される。 なおドレッシン グュニッ ト 1 4 1は、 トツプリ ング 1 3 5による半導体ウェハの研磨終 了後、 一点鎖線の矢印で示すようにターンテーブル 1 3 3上に移動し、 回転する ドレッシングッ一ノレ 1 3 9 を回転するタ一ンテーブル 1 3 3 の 研磨面 1 3 4に押し付け、 研磨面 1 3 4 の目立て ' 再生を行う。 尚、 こ こで示した研磨装置のターンテーブル 1 3 3の構成と しては、 自転型の ターンテーブル、 スクロール型のターンテーブル、 もしく はカップ型研 磨工具のいずれでもよい。
この研磨装置は、 ク リーンルーム内で用いることができる。 研磨装置 は、 汚染物質を多量に排出するため、 研磨装置全体をハウジングで覆い. 研磨部、 洗浄部から発生するミス トゃダス トは排気手段によ り排気し、 装置天井部には清浄な空気を装置内に供給するためのケミカルフィルタ を具備している。 また、 研磨装置内の雰囲気は該装置が収められている 外部の雰囲気 （ク リーンルーム） よ り も低圧に保つように圧力制御され ており、 研磨装置から、 汚れた雰囲気やミス ト、 ダス トが装置外へ漏出 しないようになっている。 また、 この研磨装置では、 砥石に用いる砥粒 に、 純度の高い砥粒を用いており、 また、 C M P後にウェハの洗浄を行 つて乾燥させてからカセッ トへ戻すため、 金属汚染物質やパーティクル が十分に除去できる。 また、 ク リーンルームの雰囲気も汚染させること がない。 産業上の利用の可能性
本発明によれば、 砥粒、 バインダ、 気孔の組成比をバランスよく構成 することによ り、 セルフス トップ機能を有する砥石を提供することがで きる。 この砥石を用いた研磨装置によれば、 凸部が研磨されて平坦化さ れた後に研磨が進行しないので、 研磨時間の管理が容易となり、 又面内 平坦面の均一性を向上させることができる。 また、 本発明によれば、 第 1段階を砥石を用いた研磨により比較的短い時間で段差を消滅させ、 第 2段階を遊離砥粒が多量に存在する状態にすることによ り、 平坦化され た面を比較的早い速度で一様に研磨することができる。 これによ り、 表 面の凹凸の無い、 所望量の残り膜厚を有する平坦面に、 全体と して比較 的短い時間で削り増し研磨することが可能となる。 従って、 本発明は、 半導体ウェハの精密な加工等に利用可能である。

Claims

請求の範囲
1. 研磨対象基板を平坦且つ鏡面状に研磨する砥石であって、 粒径が 2 μ πι以下で、 且つ純度が 9 0 %以上である砥粒からなる砥石であり、 組 成比 （体積比） 力 砥粒 ： バイ ンダ = 1 ： 0. 5以上 （砥粒割合 1 に対 するバインダの割合が 0. 5以上） であり、 且つ砥粒 1 0 %以上、 バイ ンダ 6 0 %以下、 および気孔 1 0〜 4 0 %であることを特徴とする研磨 用砥石。
2. 前記組成比 （体積比） 1S 砥粒 1 0〜 6 0 %、 バイ ンダ 3 0〜 6 0 %、 および気孔 1 0〜 4 0 %であることを特徴とする請求項 1 に記載の 研磨用砥石。
3. 研磨対象基板を平坦且つ鏡面状に研磨する砥石であって、 純度が 9 0 %以上の砥粒からなる砥石で、 前記砥粒と、 バイ ンダと、 気孔とから 構成されていることを特徴とする研磨用砥石。
4. 砥石を用いて、 表面に凹凸パターンを有する研磨対象基板を研磨す る方法において、 砥石の研磨面を ドレッシングして表面に微小な凹凸を 形成させた後に、 該研磨面に付着している遊離化した砥粒を除去して、 前記研磨対象基板の研磨を行う ことを特徴とする基板の研磨方法。
5. 前記砥石は、 請求項 1乃至 3のいずれかに記載の砥石であることを 特徴とする請求項 4記載の基板の研磨方法。
6 . 表面に凹凸が形成された研磨対象基板を、 砥石を用いて研磨する基 板の研磨方法において、
前記砥石の研磨面に砥粒を含まない液体供給下で研磨対象基板の被研 磨面を所定時間研磨した後、
前記研磨対象基板の被研磨面に、 砥粒を供給して更に均一に所定膜厚 の削り増し研磨を行なう こ とを特徴とする基板の研磨方法。
7 . 前記削り増し研磨は、 前記砥石を用いて砥粒を含まない液体供給下 で所定時間研磨した後、 前記砥石の研磨面に、 砥粒を含有する研磨スラ リ を供給しつつ、 更に研磨することを特徴とする請求項 6記載の基板の 研磨方法。
8 . 前記削り増し研磨は、 前記砥石を用いて砥粒を含まない液体供給下 で所定時間研磨した後、 前記砥石の研磨面の ドレッシングを行いながら. 該ドレッシングにより生じた遊離砥粒によりその研磨面に砥粒を含まな い液体を継続供給して更に研磨することを特徴とする請求項 6記載の基 板の研磨方法。
9 . 前記削り増し研磨は、 砥石上に砥粒を含まない液体供給下で所定時 間研磨した後、 前記基板を研磨布と砥粒を含有する研磨スラ リ を用いて 更に研磨することを特徴とする請求項 6記載の基板の研磨方法。
1 0 . 表面に凹凸が形成された研磨対象基板を、 砥石の研磨面に押圧し つつ摺動することで前記基板を研磨する装置において、
研磨対象基板を保持するホルダと、 砥石を保持するホルダと、
前記研磨対象基板の被研磨面と砥石の研磨面を押圧しつつ、 摺動する 機構と、 前記研磨対象基板の被研磨面と砥石の研磨面の摺動面に砥粒を 含まない液体を供給する手段と、
砥粒の供給による削り増しのための手段とを一体的に備えたことを特 徴とする基板の研磨装置。
1 1 . 砥粒の供給による削り増しのための手段は、 砥粒を含有する研磨 スラ リ を前記砥石の研磨面に供給する供給手段であることを特徴とする 請求項 1 0記載の基板の研磨装置。
1 2 . 砥粒の供給による削り増しのための手段は、 前記砥石の研磨面を ドレ ツシングして砥粒を供給する手段であることを特徴とする請求項 1 0記載の基板の研磨装置。
1 3 . 砥石の研磨面に砥粒を含まない液体を供給して研磨する第一の研 磨手段と、 研磨布上に砥粒を含有する研磨スラ リを供給することにより 研磨を行う第二の研磨手段とを備えたことを特徴とする請求項 1 0記載 の基板の研磨装置。
捕正書の請求の範囲
[19' 99年 10月 1 1日 （1 1. 10. 99) 国際事務局受理：出願当初の
請求の範囲 3— 15は補正された；他の請求の範囲は変更なし。 （5頁)]
1 . 研磨対象基板を平坦且つ鏡面状に研磨する砥石であって、 粒径が 2 m以下で、 且つ純度が 9 0 %以上である砥粒からなる砥石であ り、 組 成比 （体積比） が、 砥粒 ： バイ ンダ = 1 ： 0 · 5以上 （砥粒割合 1 に対 するバイ ンダの割合が 0. 5以上） であ り、 且つ砥粒 1 0 %以上、 バイ ンダ 6 0 %以下、 および気孔 1 0 ~ 4 0 %であるこ とを特徴とする研磨 用砥石。
2. 前記組成比 （体積比） が、 砥粒 1 0 ~ 6 0 %、 バイ ンダ 3 0 ~ 6 0 %、 および気孔 1 0〜 4 0 %であるこ とを特徴とする請求項 1 に記載の 研磨用砥石。
3. (補正後） 表面に凹凸パターンを有する研磨対象基板を平坦且つ 鏡面状に研磨する砥石であって、 純度が 9 0 %以上の砥粒からなる砥石 で、 前記砥粒と、 バイ ンダと、 気孔とから構成されていることを特徴と する研磨用砥石。
4. (追加） 表面に凹凸パターンを有する研磨対象基板を研磨する方 法において、 前記研磨対象基板を、 純度が 9 0 %以上の砥粒と、 バイ ン ダと、 気孔とから構成されている砥石を用いて研磨するこ とを特徴とす る基板の研磨方法。
5. (追加） 回路配線が形成された半導体ウェハを平坦且つ鏡面状に 研磨する砥石であって、 純度が 9 0 %以上の砥粒からなる砥石で、 前記
も証きれた用紙 (条約第 19条） 砥粒と、 バイ ンダと、 気孔とから構成されていることを特徴とする研磨 用砥石。
6 . (追加） 回路配線が形成された半導体ウェハを研磨する方法におい て、 前記研磨対象基板を、 純度が 9 0 %以上の砥粒と、 バイ ンダと、 気 孔とから構成されている砥石を用いて研磨するこ とを特徴とする基板の 研磨方法。
7 . (追加） 前記砥石を用いた研磨の後に、 研磨布を用いて第 2段階 の研磨を行う こ とを特徴とする請求項 4又は 6記載の基板の研磨方法。
8 . (追加） 前記砥石を用いた研磨の後に、 更に第 2の砥石を用いて 第 2段階の研磨を行う ことを特徴とする請求項 4又は 6記載の基板の研 磨方法。
9 . (追加） 砥石の研磨面を ド レ ッ シングして表面に微少な凹凸を形 成させた後に、 前記研磨対象基板の研磨を行う こ とを特徴とする請求項 4又は 6記載の基板の研磨方法。
1 0 . (補正後） 砥石の研磨面を ド レ ッ シングして表面に微小な凹凸 を形成させた後に、 該研磨面に付着している遊離化した砥粒を除去して 前記研磨対象基板の研磨を行う こ とを特徴とする請求項 4又は 6記載の 基板の研磨方法。
1 1 . (追加） 砥石の研磨面を ド レ ッシングして表面に微少な凹凸を
¾2正された 紙 (纖第 19条) 形成させながら、 前記研磨対象基板の研磨を行う ことを特徴とする請求 項 4又は 6記載の基板の研磨方法。
1 2 . (追加） 前記砥石の研磨面に砥粒を含まない液体供給下で、 該 砥石から 自生した遊離砥粒によ り研磨を行う こ とを特徴とする請求項 4 又は 6記載の基板の研磨方法。
1 3 . (追加） 前記砥粒を含まない液体は、 水又は薬液であるこ とを 特徴とする請求項 1 2記載の基板の研磨方法。
1 4 . (追加） 粒径が 0 . 5 〃 m以下の砥粒と、 ノ^;イ ンダと、 気孔と から構成されている砥石を用いて、 前記研磨対象基板を研磨するこ とを 特徴とする請求項 4又は 6記載の基板の研磨方法。
1 5 . (補正後） 前記砥石は、 請求項 1乃至 3のいずれかに記載の砥 石であるこ とを特徴とする請求項 4又は 6記載の基板の研磨方法。
嵇正された] ¾紙 (条約第 19条）
1 6 . 表面に凹凸が形成された研磨対象基板を、 砥石を用いて研磨する 基板の研磨方法において、
前記砥石の研磨面に砥粒を含まない液体供給下で研磨対象基板の被研 磨面を所定時間研磨した後、
前記研磨対象基板の被研磨面に、 砥粒を供給して更に均一に所定膜厚 の削 り増し研磨を行なう こ とを特徴とする基板の研磨方法。
1 7 . 前記削り増し研磨は、 前記砥石を用いて砥粒を含まない液体供給 下で所定時間研磨した後、 前記砥石の研磨面に、 砥粒を含有する研磨ス ラ リ を供給しつつ、 更に研磨するこ とを特徴とする請求項 1 6記載の基 板の研磨方法。
1 8 . 前記削 り増し研磨は、 前記砥石を用いて砥粒を含まない液体供給 下で所定時間研磨した後、 前記砥石の研磨面の ド レ ツ シングを行いなが ら、 該 ドレ ッシングによ り生じた遊離砥粒によ りその研磨面に砥粒を含 まない液体を継続供給して更に研磨するこ とを特徴とする請求項 1 6記 載の基板の研磨方法。
1 9 . 前記削り増し研磨は、 砥石上に砥粒を含まない液体供給下で所定 時間研磨した後、 前記基板を研磨布と砥粒を含有する研磨スラ リ を用い て更に研磨することを特徴とする請求項 1 6記載の基板の研磨方法。
2 0 . 表面に凹凸が形成された研磨対象基板を、 砥石の研磨面に押圧し つつ摺動することで前記基板を研磨する装置において、
研磨対象基板を保持するホルダと、
補正された用紙 第 1S条） 砥石を保持するホルダと、
前記研磨対象基板の被研磨面と砥石の研磨面を押圧しつつ、 摺動する 機構と、 前記研磨対象基板の被研磨面と砥石の研磨面の摺動面に砥粒を 含まない液体を供給する手段と、
砥粒の供給による削り増しのための手段とを一体的に備えたことを特 徴とする基板の研磨装置。
2 1 . 砥粒の供給による削 り増しのための手段は、 砥粒を含有する研磨 スラ リ を前記砥石の研磨面に供給する供給手段であるこ とを特徴とする 請求項 2 0記載の基板の研磨装置。
2 2 . 砥粒の供給による削 り増しのための手段は、 前記砥石の研磨面を ド レ 'ソ シ ングして砥粒を供給する手段であることを特徴とする請求項 2 0記載の基板の研磨装置。
2 3 . 砥石の研磨面に砥粒を含まない液体を供給して研磨する第一の研 磨手段と、 研磨布上に砥粒を含有する研磨ス ラ リ を供給するこ とによ り 研磨を行う第二の研磨手段とを備えたことを特徴とする請求項 2 0記載 の基板の研磨装置。
铺正された屈紙 (条約第 1S朵）
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