WO2000007771A1 - Procede et dispositif de polissage - Google Patents

Description

明 細書 研磨方法および研磨装置 技術分野

本発明は、 ワーク （例えば半導体ゥエーハ等） を研磨加工 (鏡面研磨加工)す る研磨方法および研磨装置に関するもので、 さらに詳しくは、 研磨装置の定盤 を支持する定盤受け部に係わるものである。 背景技術

ワークを研磨加工する場合、 一般的に、 定盤に貼り付けられた研磨布に研磨 剤を流しながらワークを押し付け、 ワークおよび定盤を回転させることによつ て研磨加工を行っている。

この研磨加工に用いられる研磨装置は、 研磨布が貼り付けられた定盤と、 溝 が形成されその溝形成面に定盤を支持する定盤受け部と、 研磨布に対して研磨 剤を供給する研磨剤供給手段と、 ワークおよび定盤を回転させる回転手段とを 備えている。

ところで、 近年、 生産性の向上のため、 具体的には、 研磨布の交換の際の装 置停止時間短縮のため、 定盤が取外し可能となっている研磨装置が見られるよ うになつてきた。 そして、 この研磨装置にあっては、 その研磨装置の剛性を高 めるため、 定盤および定盤受け部の材質に铸物、 ステンレスおよびセラミック スという強度の高いものが使用される一方で、 定盤受け部からの定盤の取外し を容易にするため、 定盤受け部の定盤支持面に溝を設けている。

しかし、 この研磨装置では、 研磨時に、 定盤はワークから研磨荷重を受ける 一方で、 その定盤は定盤受け部からは反力を受ける。 この反力は研磨布とヮー クとの押接力となる。 この場合、 定盤受け部に溝が設けられていると、 定盤は 定盤受け部の溝無し部からは反力を受けるが、 溝有り部からは反力を受けない こととなる。 その結果、 研磨布とワークとの押接力がワークの面内において不 均一となり、 ワークの研磨レートが面内で一様でなくなり、 ワーク表面に微小 なうねりが形成されることになる。

先行開発技術においては、 図 6に示されているように、 例えば、 定盤受け部 3 dに同心円状の溝 9 dが設けられ、 その定盤受け部 3 dの回転中心とワーク の回転中心とがー致している場合、 研磨布に対する押接力が強い部分と弱い部 分がワークの回転中心を基準に同心的かつ交互に発生することになる。 この場 合、 この押接力の違いによってワークの研磨レートが変化することになる。 し たがって、 ワークにおいて、 溝無し部分に対応する部分は多く研磨され、 溝有 り部分に対応する部分は少なく研磨されるため、 図 8に示されているように、 ワーク W には同心円状のうねりが形成されることになる。 つまり、 ワークには 例えば 0 . 1 以下程度の凹凸が周期的に形成される。 このような現象は定 盤受け部 3 dの溝 9 dの形状が同心円状又はスパイラル状の場合に見られる。 また、 定盤受け部の回転中心とワークの回転中心とがー致していない場合、 つまりワークの回転中心が定盤受け部の回転中心から偏心している場合であつ ても、 定盤受け部に同心円状の溝が設けられているものでは、 ワークの回転中 心近傍は、 研磨布との押接力が常に強いか、 常に弱いかのいずれか一方となる ため、 ワークの中心部とその回りの部分とでは研磨の具合が変化してしまうと いう問題があった。

本発明は、 かかる問題点に鑑みなされたもので、 ワークと研磨布との押接力 が面内で実質的に一様となり、 良好な品質のワークが得られる研磨方法および 研磨装置を提供することを目的とする。 発明の開示

本発明の第 1の側面によれば、 本発明の研磨方法は、 複数の溝が直線方向に 設けられた定盤受け部の溝形成面に定盤を支持させ、 前記定盤に貼り付けられ た研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、 前記ワークおよび前記定盤 を回転させることによって研磨加工を行うようにしたことを特徴とする。

この研磨方法によれば、 定盤受け部の複数の溝が直線状に設けられているた め、 回転するワークの各部に対する定盤受け部の溝の軌跡は複雑な軌跡を示し、 研磨布とワークとの押接力は実質的に平均化されることになる。 このためヮー ク面内における研磨布からの押接力も平均化されるため、 良好な品質のワーク が得られる。

本発明の第 2の側面によれば、 本発明の研磨装置は、 研磨布が貼り付けられ た定盤と、 溝が形成されその溝形成面に前記定盤を支持する定盤受け部と、 前 記研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給ュニッ卜と、 ワークおよび前記 定盤を回転させる回転機構とを備えた研磨装置において、 前記溝は前記受け部 に直線方向に設けられていることを特徴とする。

この研磨装置によれば、 定盤受け部の複数の溝が直線状に設けられているた め、 回転するワークの各部に対する定盤受け部の溝の軌跡は複雑な軌跡を示し、 結果的に定盤受け部の押接力は実質的に平均化されることになる。 このためヮ —ク面内における研磨布からの押接力も平均化されるため、 良好な品質のヮ一 クが得られる。

本発明の研磨方法および研磨装置において、 前記溝は、 平行に配置すること が可能である。 この溝は、 格子状に、 もしくは放射状に配置することもできる。 また、 前記定盤受け部の回転中心とワークの回転中心とが互いにずれている ことが好ましい。 これによつて、 研磨布とワークの押接力が実質的に平均化さ れる。

また、 前記ワークは半導体ゥエー八であり得る。 半導体ゥェ一八のようにき わめて薄く、 きわめて高い平坦度を要求されるワークの場合、 本発明の方法も しくは装置を適用することによる効果は特に著しい。 前記溝は複数設けられ、 それぞれの溝の幅が 3〜1 5 mm、 溝の間隔が 1 0 〜1 0 0 mm、 溝の深さが 1〜 1 0 mmの範囲内にあることが好ましい。 特に、 本発明によって半導体ゥェ一ハを研磨する場合には、 溝がこの範囲内にあれば、 良好な平坦度を得ることができるとともに、 定盤受け部からの定盤の取り外し が容易となる。 図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の実施形態に係る研磨装置の概略構成図であり、 図 2は第 1の実施形態に係る研磨装置の定盤受け部の平面図であり、 図 3は本発明の第 2の実施形態に係る他の研磨装置の定盤受け部の平面図で あり、

図 4は本発明の第 3の実施形態に係る他の研磨装置の定盤受け部の平面図で あり、

図 5は、 図 4の定盤受け部の好適な溝仕様を説明するための図であり、 図 6は先行開発技術による研磨装置の定盤受け部の平面図であり、

図 7は図 2の定盤受け部を用いて研磨した場合のワークの研磨面を示す図で あり、

図 8は図 6の定盤受け部を用いて研磨した場合のワークの研磨面を示す図で ある。 発明を実施するための最良の形態

図 1は本発明の第 1の実施形態に係る研磨装置の概略図である。 この研磨装 置 1は、 定盤 2、 定盤受け部 3、 研磨剤供給ユニット 4、 研磨ヘッド 5、 へッ ド回転機構 6および定盤回転機構 7を備えている。

ここで、 定盤 2には研磨布 8が貼り付けられている。 そして、 この定盤 2は 定盤受け部 3 aに着脱可能に支持される。 着脱可能に構成したのは、 研磨布 8 の交換時に定盤 2と一体的に取り外すことで、 研磨布 8の交換を容易にするた めである。 この場合、 定盤 2の定盤受け部 3 aへの固定は、 専用の治具によつ てなされる。

定盤受け部 3 aの上面には図 2に示すように格子状の溝 9 aが設けられてい る。 この場合の溝 9 aは全体として格子状に設けられていれば波線となってい ても良い。 このように定盤受け部 3 aの表面に溝 9 aを形成したのは、 定盤 2 を定盤受け部 3 aから取り外す際に溝 9 aに流体、 例えば水を供給し、 その水 圧で定盤 2を簡単に取り外せるようにするためである。 この定盤受け部 3 aの 軸 1 0は、 減速機を介してモータ （図示せず） に連結されている。 ここで減速 機およびモ一夕は定盤回転機構 7を構成する。

なお、 定盤受け部 3 aの回転中心はワーク Wの回転中心とはずらしてある。 これにより、 研磨布 8とワーク Wの押接力ができるだけ実質的に平均化される ようになつている。

また、 研磨剤供給ユニット 4は、 研磨剤貯留タンク （図示せず） に連結され たノズル 1 2を備えており、 このノズル 1 2からワーク Wと研磨布 8の摺接部 へ研磨剤が供給されるようになっている。

研磨へッド 5はワーク Wを研磨布 8に押圧するためのものであるが、 直接押 圧するのではなく、 プレート 1 3を介して押圧するようになつている。 この場 合、 ワーク Wはプレート 1 3にワックス方式またはワックスレス方式で貼り付 けられる。 なお、 研磨ヘッド 5の軸 1 4は、 減速機を介してモー夕 （図示せず） に連結されている。 この減速機およびモータはへッド回転機構 6を構成する。 次に、 この研磨装置 1によるワーク Wの研磨方法について説明する。

まず、 ワーク Wが貼り付けられたプレート 1 3を研磨へッド 5の下側に置き、 ワーク Wを研磨布 8に接触させる。 次いで、 研磨ヘッド 5を下げてプレート 1 3を介してワーク Wを研磨布 8に押圧させる。 ヘッド回転機構 6および定盤回 転機構 7を駆動させる一方で、 研磨剤供給ユニット 4のノズル 1 2から研磨剤 を供給してワーク Wを研磨する。 研磨が終了したならば、 研磨ヘッド 5を上げ てプレート 1 3を取り出す。

この研磨装置 1およびこの研磨装置 1によってなされる研磨方法によれば下 記の効果を得ることができる。

すなわち、 定盤受け部 3 aに溝 9 aが設けられているため、 ワーク Wが研磨 布 8に押し付けられた際に、 定盤受け部 3 aの溝有り部分と溝無し部分から定 盤 2が受ける反力が相違することになるが、 その溝 9 aが格子状となっている ため、 回転するワーク Wの各部に対して定盤受け部 3 aの溝有り部分と溝無し 部分の定盤 2への転写部分が研磨布 8を介して満逼なくワーク Wの各部に当接 することになる。 これによつてワーク Wの面内における定盤 2に対する押接力 も平均化されるため、 ワーク Wに偏荷重が作用することが無く、 良好な品質が 得られる。

図 3は第 2の実施形態に係る研磨装置の定盤受け部 3 bを示すものであり、 溝 9 bは平行に直線状に形成されている。 この場合の溝 9 bは全体として直線 方向に設けられていれば波線となっていても良い。 溝間隔、 溝本数は、 特に限 定はされないが、 定盤 2の取外しのためには、 3本以上の直線状の溝がほぼ等 間隔で平行に定盤全体に亘つて形成されていることが好ましい。

この研磨装置によれば、 第 1実施形態に係る研磨装置 1と同様の効果を得る ことができる。

図 4は第 3の実施形態に係る研磨装置の定盤受け部 3 cを示すものであり、 溝 9 cは放射状に設けられている。 この場合の溝 9 cは全体として放射状に設 けられていれば波線となっていても良い。

この研磨装置によれば、 第 1の実施形態に係る研磨装置 1と同様の効果を得 ることができる。

次に、 定盤受け部の溝の好適な仕様を説明する。

1 . 溝の幅： 3 mm〜 1 5 mm 定盤受け部の溝有り部分から定盤は応力を受けず、 溝無し部分のみから定盤 は応力を受ける。 この定盤が受ける応力の違いに起因して定盤表面にうねりが 形成される。 この場合、 溝の幅が 1 5 mmを超えると、 定盤表面に周期の大き なうねりが形成され、 これが平坦度に影響を与える。 一方、 3 mm未満の場合 には、 定盤の取外し時に定盤受け部の溝に水を導入するも、 必要な圧力が得ら れないので、 定盤受け部からの定盤の取外しが困難となる。

2 . 溝の間隔： 1 0 mm〜 1 0 0 mm

溝の間隔が 1 0 0 mmを超えると、 定盤の取外しが困難となる。 一方、 1 0 mm未満だと、 定盤表面が細かくかつ大きく脈打ち、 これが平坦度に影響を与 える。

なお、 定盤受け部 3 cの溝が放射状に設けられている場合、 定盤受け部 3 c ひいては定盤の回転中心とワークの回転中心とがずれており、 かつ、 定盤の偏 心位置でワークが研磨加工されるようになつていることが好ましい。 この場合、 図 5に示すように、 定盤受け部 3 c (正確には研磨布 8 ) に対するワーク Wの 移動軌跡中の最も内側の部分と、 隣り合う 2つの溝 9 cとの交点間の円弧長 X が少なくとも 1 0 mmとなっていることが好ましい。

3 . 溝の深さ： 1 mm〜 1 0 mm

溝の深さが 1 0 mmを超えると、 定盤受け部の剛性が低下し、 これが平坦度 に影響を与える。 一方、 1 mm未満だと、 定盤の取外し時に定盤受け部の溝に 水を導入するのが難しく、 定盤の取外しが困難となる。

(実験例）

この実験では、 図 2に示すような格子状の溝 9 aが設けられた定盤受け部 3 aを用いて研磨加工を行うと共に、 それとの効果を比較するために図 6に示す ような先行開発技術による同心円状の溝 9 dが設けられた定盤受け部 3 dを用 いてワーク （被研磨物） の研磨加工を行った。

1 . 条件 (1) 被研磨物

この第 1実施例では被研磨物としては、 チヨクラルスキー法で成長させた単 結晶シリコンゥェ一ハ （厚さ 735 zm) であって、 P型、 結晶方位 〈100〉、 20 Οπιιτιφのエッチングゥェ一ハを準備した。

(3) 研磨布

不織布タイプで硬度 80 (ァス力一 C硬度： J I SK630 1に準拠） の研 磨布を使用した。

(4) 研磨剤

コロイダルシリカ研磨剤 （pH= 10. 5) を使用した。

(5) 研磨荷重

研磨へッドにて研磨荷重 250 g/cm² にてワークを研磨布に押圧した。

(6) 研磨代

研磨による除去量つまり研磨代を 12 mとした。

(7) 定盤

S i C製で厚さ 30mm、 直径 700 mm φの定盤を用いた。

(8) 定盤受け部

セラミック製で溝の幅を 10mm、 間隔を 30mm、 溝深さを 3 mmとした。

2. 研磨方法

定盤受け部に定盤を取り付け、 定盤受け部の中心とワークの中心とを 200 mmずらして枚葉式でワークの研磨を行なった。 ワークおよび定盤の回転速度 は、 各々 4 O r pmである。 また、 ワークは固定したまま、 定盤を ± 1 0mm 揺動させて研磨している。

3. 糸口:? i

図 2に示すような格子状の溝 9 aが設けられた定盤受け部 3 aを用いたもの では、 図 7に示すように、 研磨後の魔鏡像に特定のパターンは見当たらず、 良 好な品質が得られていることが確認された。 これに対して、 図 6に示すような 同心円状の溝 9 dが設けられた定盤受け部 3 dを用いたものでは、 研磨後の魔 鏡像に図 8に示すように同心円状のパターンが発生しているのが確認された。 以上、 本発明の実施形態について説明したが、 本発明は、 かかる実施形態に 限定されるものではなく、 その要旨を逸脱しない範囲で、 種々の変形が可能で あることはいうまでもない。 たとえば、 上記実施例においては、 主に、 半導体 ゥェ一八の研磨について説明してきたが、 本発明は、 液晶パネル用ガラス基板、 フォトマスク用石英ガラス基板、 磁気ディスク基板等、 半導体ゥエー八以外の 薄板の研磨にも用いることができることはもちろんである。

産業上の利用可能性

本発明によれば、 溝が直線方向に延設された定盤受け部の溝形成面に定盤を 支持させ、 前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押 し付け、 前記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行う ようにしたので、 良好な品質のワークが得られる。 また、 定盤の交換も容易で ある。 したがって、 本発明の研磨方法および研磨装置は、 半導体ゥエー八、 液 晶パネル用ガラス基板、 フォトマスク用石英ガラス基板、 磁気ディスク基板等、 種々の薄板製品の研磨に特に適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 複数の溝が直線方向に設けられた定盤受け部の溝形成面に定盤を支持させ、 前記定盤に貼り付けられた研磨布に研磨剤を流しながらワークを押し付け、 前 記ワークおよび前記定盤を回転させることによって研磨加工を行うようにした ことを特徴とする研磨方法。

2 . 前記溝が平行に設けられていることを特徴とするクレーム 1に記載の研磨 方法。

3 . 前記溝が格子状に設けられていることを特徴とするクレーム 1に記載の研 磨方法。

4 . 前記溝が放射状に設けられていることを特徴とするクレーム 1記載の研磨 方法。

5 . 定盤受け部の回転中心とワークの回転中心とが互いにずれていることを特 徴とするクレーム 1〜4のいずれかに記載の研磨方法。

6 . 前記溝のそれぞれの幅が 3〜 1 5 mm、 溝の間隔が 1 0〜 1 0 0 mm、 溝 の深さが 1〜 1 0 mmの範囲にあるクレーム 1〜 5のいずれかに記載の研磨方 法。

7 . 前記ワークが半導体ゥエーハであるクレーム 1〜6のいずれかに記載の研 磨方法。

8 . 研磨布が貼り付けられた定盤と、 溝が形成されその溝形成面に前記定盤を 支持する定盤受け部と、 前記研磨布に対して研磨剤を供給する研磨剤供給ュニ ッ卜と、 ワークおよび前記定盤を回転させる回転機構とを備えた研磨装置にお いて、 前記溝は前記受け部に直線方向に設けられていることを特徴とする研磨

9 . 前記溝が平行に設けられていることを特徴とするクレーム 8に記載の研磨

10. 前記溝が格子状に設けられていることを特徴とするクレーム 8に記載の 研磨装置。

1 1. 前記溝が放射状に設けられていることを特徴とするクレーム 8記載の研

12. 定盤受け部の回転中心とワークの回転中心とが互いにずれているクレ一 ム 8〜 1 1のいずれかに記載の研磨装置。

13. 前記溝のそれぞれの幅が 3〜 15mm、 溝の間隔が 10〜100mm、 溝の深さが 1〜10mmの範囲にあるクレーム 8〜 12のいずれかに記載の研

14. 前記ワークが半導体ゥエーハであるクレーム 8〜 13のいずれかに記載 の研磨装置。