JPH07299732A - ウエハの研磨方法および研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハの研磨方法および研磨装置に係り、装
置の小型化を図りつつ、回路パターンに合わせた研磨作
業を行ってウエハの品質の向上を図る。 【構成】 ウエハ３の被研磨面３ａを、水平旋回させら
れる研磨盤４の研磨面４ａに研磨剤Ｓを介在させた状態
で圧接し、ウエハ３を研磨面４ａの旋回中心Ｃを越えて
選択的に調整された範囲内で水平移動させることによ
り、研磨面４ａの小径化を通じて研磨装置１０の小型化
を図り、ウエハ３に対する研磨面４ａの最適な摺動方
向、摺動速度等を選定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集積回路を形成する半
導体ウエハ等の表面を研磨するための研磨方法および研
磨装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＬＳＩ等の集積回路を製造するた
めの半導体ウエハ（以下、単にウエハという。）は、デ
バイスの微細化に伴って、高精度かつ無欠陥表面となる
ように研磨することが要求されるようになってきた。こ
の研磨のメカニズムは、微粒子シリカ等によるメカニカ
ルな要素とアルカリ液によるエッチング要素とを複合し
たメカノ・ケミカル研磨法に基づいている。したがっ
て、研磨剤や研磨布の性質がウエハの表面状態を決定す
る主な要素となるので、従来は、これらについての改良
が数多くなされてきた。しかし、最近のウエハの精度、
特に平坦度向上等の要求に対しては研磨装置の重要度が
高まりつつある。

【０００３】図４は従来のウエハの研磨装置１の構成を
示す図であって、符号２はウエハ３を保持するヘッド、
４はプラテン（研磨盤）である。ヘッド２は、その下部
に複数のウエハキャリア５を有し、各々のウエハキャリ
ア５に真空吸着されたウエハ３を被研磨面をそれぞれ下
向きにして水平状態に保持するようになっている。

【０００４】また、前記プラテン４は、水平旋回させら
れる円盤状の研磨面４ａを有し、図４に示すように、前
記ヘッド２の直径寸法よりも大きな半径寸法を有してい
る。そして、その上面に貼着される研磨布４ｂに、旋回
中心Ｃを含まない領域内において前記ヘッド２に支持さ
れたウエハ３の被研磨面３ａを圧接するようになってい
る。ウエハ３とプラテン４との間には、プラテン４の旋
回中心Ｃの上方位置に配置された供給口６から吐出され
る研磨剤Ｓがプラテン４の遠心力によって、半径方向外
方に流れるようにして供給されるようになっている。

【０００５】このように構成された研磨装置１によれ
ば、プラテン４を水平旋回させるとともに、ヘッド２を
自転させることにより、プラテン４の研磨面４ａに圧接
させられたウエハ３の被研磨面３ａが、プラテン４の研
磨面４ａに対して相対的に摺動させられる。そして、そ
の摺動の間に、ウエハ３は、プラテン４との間に供給さ
れた研磨剤Ｓの作用によって研磨されることになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、かかる研磨
装置１によって研磨されるウエハ３としては、回路パタ
ーンを搭載する前のウエハ３の他に、所定の形態の回路
パターンを搭載しその上にシリコン被膜を被覆したウエ
ハ３がある。このように回路パターンを搭載したウエハ
３では、特に、回路パターンによってシリコン被膜の膜
質が相違するため、その研磨作業を回路パターンに応じ
て適宜調整する必要がある。

【０００７】しかしながら、上述した従来の研磨装置１
では、ヘッド２はプラテン４の所定位置において自転す
るのみであり、その研磨作業は画一的であって調整の余
地がなく、全ての種類の回路パターンに対して同等の研
磨作業を実施しなければならないという不都合があっ
た。

【０００８】これを解決するために、図５に示すよう
に、レコードプレーヤのトーンアームのような旋回アー
ム７の先端にヘッド２を搭載する方法が考えられる。し
かし、この場合には、プラテン４の旋回中心Ｃにおいて
研磨布４ａの旋回速度がゼロとなるために、この領域に
おけるプラテン４のウエハ３に対する相対速度を十分に
確保することが困難であり、研磨精度が低下する虞があ
る。したがって、ヘッド２は、プラテン４の旋回中心Ｃ
を避けて、旋回中心Ｃに対して片側に配される両域内で
前記旋回アーム７を揺動させる必要があった。しかし、
この場合には、相当の研磨領域を確保するために、プラ
テン４の径寸法を大きく確保しなければならず、装置が
大型化してしまうことになる。そして、その結果、設置
面積の拡大に伴い設備コストが増大してしまうという問
題点があった。

【０００９】本発明は、上述した事情に鑑みてなされた
ものであって、装置の小型化を図りつつ、回路パターン
に合わせた研磨方式を調整してウエハの品質の向上を図
り得るウエハの研磨方法および研磨装置を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ウエハの被研磨面を、水平旋回させられ
る研磨盤の研磨面に研磨剤を介在させた状態で圧接する
とともに、前記ウエハを前記研磨面の旋回中心を越えて
水平移動させ、その水平移動範囲を選択的に調整するウ
エハの研磨方法を提案している。

【００１１】また、本発明は、水平に配される円盤状の
研磨面を水平旋回させる研磨盤と、該研磨盤の上方に近
接配置され下端部にウエハを支持するヘッドと、該ヘッ
ドを下方に付勢して前記ウエハを研磨面に圧接させる押
圧手段と、ヘッドを研磨面の範囲内で水平移動させる移
動手段と、ウエハと研磨盤との間に研磨剤を供給する研
磨剤供給手段とを具備するとともに、前記研磨盤の研磨
面における旋回中心位置近傍に、ウエハに接触しない非
接触領域が設けられ、前記移動手段が、前記ヘッドを研
磨面の旋回中心を通る軌跡に沿って移動させるウエハの
研磨装置を提案している。

【００１２】さらに、上記研磨装置において、移動手段
が、ヘッドの移動範囲を選択的に設定する移動範囲選定
手段を具備している構成とすれば効果的である。

【００１３】

【作用】本発明に係るウエハの研磨方法によれば、水平
旋回させられる研磨盤の研磨面に、研磨剤を介在させた
状態でウエハの被研磨面を圧接することにより、ウエハ
と研磨面との相互運動に伴う研磨剤の作用によってウエ
ハの被研磨面が研磨される。この場合に、ウエハが研磨
面の旋回中心を越えて水平移動させられるので、研磨面
の全領域に亙って十分に長い移動距離が確保される。こ
れにより、研磨盤の外径寸法を縮小することが可能とな
る。さらに、移動範囲を選択的に調整することとすれ
ば、回路パターンに合わせて最適な研磨方式を選定する
ことが可能となる。

【００１４】また、本発明に係るウエハの研磨装置によ
れば、水平旋回させられる研磨盤の研磨面に、ヘッドに
支持されたウエハを近接させ、押圧手段を作動させてウ
エハを研磨面に圧接させるとともに、移動手段を作動さ
せてヘッドを水平移動させつつ、研磨剤供給手段によっ
て研磨剤を供給することにより、ウエハの被研磨面が研
磨される。この場合に、移動手段が、研磨面の旋回中心
を通る軌跡に沿ってヘッドを水平移動させるので、ウエ
ハの移動距離が十分に確保されることになる。しかも、
研磨面に設けた非接触領域によって、旋回速度の低い研
磨面の中心位置近傍にウエハが接触させられることが防
止されることになる。

【００１５】さらに、上記研磨装置において移動範囲選
定手段を具備する構成とすれば、これを作動させること
により、ウエハの移動距離を任意に設定することが可能
となり、回路パターンに合わせて最適な研磨方式に設定
し得て、ウエハの品質が向上されることになる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明に係るウエハの研磨方法および
研磨装置の一実施例について、図１から図３を参照して
説明する。なお、本実施例の研磨装置において、図４お
よび図５に示した従来の研磨装置と構成を共通とする箇
所に同一符号を付して説明を簡略化する。

【００１７】本実施例に係るウエハ３の研磨方法は、ウ
エハ３の被研磨面３ａを、水平旋回させられるプラテン
４（研磨盤）の研磨面４ａに研磨剤Ｓを介在させた状態
で圧接するとともに、前記ウエハ３を前記研磨面４ａの
旋回中心Ｃを越えて水平移動させ、その水平移動範囲を
選択的に調整するものである。この研磨方法は、具体的
には、図１から図３に示す構成を有する研磨装置１０に
よって実現される。

【００１８】本実施例に係るウエハ３の研磨装置１０
は、図２に示すように、水平な研磨面４ａを有する円盤
状のプラテン４と、その上方に配置されウエハ３を吸着
状態に支持するヘッド１１と、このヘッド１１を先端に
水平回転可能に取り付けプラテン４の側方に立設される
支持軸１２回りに水平方向に揺動する旋回アーム１３と
を具備している。

【００１９】前記プラテン４の研磨面４ａには、研磨布
４ｂが貼着されている。この研磨布４ｂは、研磨面４ａ
の旋回中心Ｃとなるプラテン４の中心位置近傍を除き、
研磨面４ａの全体に亙って貼着されている。すなわち、
研磨面４ａの旋回中心Ｃ位置近傍は、旋回させられた場
合においても、十分な旋回速度を得られない部分であ
り、ウエハ３に対する摺動速度が低いので、この部分の
研磨布４ｂを除去することによってウエハ３を研磨しな
い非接触領域１４としている。

【００２０】前記ヘッド１１は、図３に示すように、そ
の下部にウエハキャリア１５を有し、ウエハ３はウエハ
キャリア１５に真空吸着されることにより、研磨される
べき被研磨面３ａを下向きに水平状態に保持されるよう
になっている。一方、ウエハキャリア１５の上方には、
図示しない圧力空気源から圧力室３６に微小空気圧を供
給することにより、ウエハキャリア１５を下方に変位さ
せる押圧手段３７が設けられ、該押圧手段３７の作動に
よって、ウエハ３がプラテン４に押し付けられるように
なっている。

【００２１】また、このヘッド１１は、このヘッド１１
自体をその軸心１１ａ回りに水平回転させるヘッド回転
機構１６を具備している。このヘッド回転機構１６は、
前記プラテン４を水平旋回させるモータ１７に、プーリ
１８、ベルト１９、ドライブシャフト２０、プーリ２
１、ベルト２２を介して、ヘッド１１の上部にピン２３
により結合された軸体２４を連結することにより構成さ
れている。

【００２２】前記旋回アーム１３の先端にはエアシリン
ダ２５が設置されており、ヘッド１１の軸体２４とリン
ク接続されることによって、エアシリンダ２５の作動に
よりヘッド１１が上下方向に若干移動し得るようになっ
ている。また、旋回アーム１３には、プーリ２６、ベル
ト２７を介して駆動モータ２８が接続され、支持軸１２
回りに水平面内で揺動させられるようになっている。こ
の駆動モータ２８には、旋回アーム１３の揺動角度およ
びプラテン４に対する揺動位置を任意に設定する制御装
置２９（移動範囲選定手段）が設けられている。作業者
は、ウエハ３に搭載される回路パターンに応じて、この
制御装置２９により旋回アーム１３の移動範囲を最適な
状態に設定することができるようになっている。

【００２３】これにより、図１に示すように、ヘッド１
１は、その旋回中心１１ａがプラテン４の旋回中心Ｃを
含む円筒面内に配された状態で移動されるようになって
いる。すなわち、ヘッド１１は、プラテン４の旋回中心
Ｃを通る円弧状の奇跡に沿ってプラテン４の旋回中心Ｃ
を超えて水平移動させられるようになっている。

【００２４】なお、図１から図３の各図において、符号
３０はヘッド１１を側方から支持するローラ、３１は研
磨面４ａとウエハ３との間にスラリー状の研磨剤Ｓを供
給するノズル、３２は前記ローラ３０およびノズル３１
を支持する支持梁、３３はウエハキャリア１５を上下に
移動させるダイヤフラム、３４はウエハキャリア１５に
設けられウエハ３を真空吸着するための細孔、３５はウ
エハ３の水平移動を抑制するリテーナ、３６はダイヤフ
ラム３３を変位させるための圧力室、３８はヘッドの浮
上を抑制するウエイトである。

【００２５】このように構成されたウエハ研磨装置１０
を用いてウエハ３を研磨するには、ウエハ３を取り付け
たヘッド１１を旋回アーム１３を水平旋回させることに
よって、プラテン４の研磨面４ａ上に配置する。そし
て、プラテン４およびヘッド１１を水平旋回させるとと
もに、ノズル３１から研磨剤Ｓを噴出させた状態で、圧
力空気源から高圧空気を供給することによってウエハキ
ャリア１５を下降させ、ウエハ３の被研磨面３ａを研磨
面４ａに圧接させる。

【００２６】これによりプラテン４およびヘッド１１
が、図１に示すように、時計回りに回転させられるとと
もに、ヘッド１１を支持する旋回アーム１３が支持軸１
２回りに回動させられる。そして、ヘッド１１、プラテ
ン４、旋回アーム１３がこのように相互運動を行う間
に、ウエハ３がプラテン４の研磨面４ａに対して研磨剤
Ｓを介して摩擦され、その被研磨面３ａが研磨されるこ
とになる。

【００２７】この場合、本実施例の研磨装置１０では、
ヘッド１１が旋回アーム１３によって、研磨面４ａの旋
回中心Ｃを越えて水平移動させられるので、研磨面４ａ
の表面全体を有効利用して研磨を行うことが可能とな
り、十分な移動距離を確保することができる。逆にいう
と、所望の移動距離を確保するための研磨面４ａの直径
寸法は小さくて足りるので、研磨装置１０自体を小型化
することができる。ここで、ウエハ３に対して十分な摺
動速度を確保できない研磨面４ａの旋回中心Ｃ位置近傍
には、非接触領域１４が設けられているので、ウエハ３
が旋回中心Ｃを越えて研磨面４ａの全域に水平移動させ
られても、ウエハ３の品質を維持することが可能であ
る。

【００２８】さらに、本実施例の研磨装置１０では、制
御装置２９を作動させることによって、旋回アーム１３
の揺動角度、揺動位置を任意に選定することができる。
これにより、ウエハ３に対する研磨面４ａの摺動速度、
摺動方向を所望のものに変化させることができる。その
結果、種々の回路パターン等に応じて設定されるべき研
磨方式を最適なものに設定することができ、製品の品質
を向上することができる。

【００２９】なお、本実施例の研磨装置１０では、研磨
面４ａの旋回中心Ｃを越えてヘッド１１を水平移動させ
ることとした結果、研磨面４ａからヘッド１１に作用す
る摩擦力の方向は一定しないことになる。しかし、本実
施例の研磨装置１０においては、ヘッド１１はローラ３
０によって支持されているので、ヘッド１１が傾かない
ように保持され、ウエハ３の被研磨面３ａの平坦度を維
持することができる。

【００３０】また、ヘッド１１が研磨面４ａの旋回中心
Ｃを通過するために、研磨剤Ｓの供給箇所を従来のよう
に旋回中心Ｃの上方に設定できないが、本実施例の研磨
装置１０では、旋回アーム１３とともに揺動させられる
支持梁３２にノズル３１が設けられているので、研磨面
４ａとウエハ３との間に研磨剤Ｓを確実に供給すること
ができる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係るウエ
ハの研磨方法は、ウエハの被研磨面を、水平旋回させら
れる研磨盤の研磨面に研磨剤を介在させた状態で圧接
し、ウエハを研磨面の旋回中心を越えて選択的に調整さ
れた範囲内で水平移動させるので、ウエハに搭載される
回路パターン等に応じて最適な研磨方式を選択すること
ができ、製品としてのウエハの品質を向上することがで
きるという効果を奏する。

【００３２】また、本発明に係るウエハの研磨装置は、
研磨面を水平旋回させる研磨盤と、その上方おいてウエ
ハを支持するヘッドと、ウエハを研磨面に圧接させる押
圧手段と、ヘッドを水平移動させる移動手段と、ウエハ
と研磨盤との間に研磨剤を供給する研磨剤供給手段とを
具備し、研磨面の旋回中心位置近傍に、ウエハに接触し
ない非接触領域が設けられ、移動手段が、ヘッドを研磨
面の旋回中心を通る軌跡に沿って移動させるので、研磨
面の外径寸法を小さくしても、十分な移動距離を確保で
きる。その結果、装置を小型化して設備コストの低減を
図ることができるという効果を奏する。

【００３３】さらに、上記研磨装置において、移動手段
に、ヘッドの移動範囲を選択的に設定する移動範囲選定
手段を設けることとすれば、上記効果に加えて、ウエハ
に体する研磨面の摺動速度、摺動方向等を最適な状態に
設定し得るので、ウエハの品質向上を図ることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウエハの研磨装置の一実施例を示
す平面図である。

【図２】図１の研磨装置を示す正面図である。

【図３】図１の研磨装置のヘッド近傍の構造を示す縦断
面図である。

【図４】研磨装置の従来例を示す縦断面図である。

【図５】研磨装置の他の従来例を示す平面図である。

【符号の説明】 ３ ウエハ ３ａ 被研磨面 ４ プラテン（研磨盤） ４ａ 研磨面 １０ 研磨装置 １１ ヘッド １３ 旋回アーム（移動手段） １４ 非接触領域 ２９ 制御手段（移動範囲選定手段） ３１ ノズル（研磨剤供給手段） ３７ 押圧手段 Ｃ 旋回中心 Ｓ 研磨剤

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハの被研磨面を、水平旋回させられ
   る研磨盤の研磨面に研磨剤を介在させた状態で圧接する
   とともに、 前記ウエハを前記研磨面の旋回中心を越えて水平移動さ
   せ、その水平移動範囲を選択的に調整することを特徴と
   するウエハの研磨方法。
2. 【請求項２】 水平に配される円盤状の研磨面を水平旋
   回させる研磨盤と、該研磨盤の上方に近接配置され下端
   部にウエハを支持するヘッドと、該ヘッドを下方に付勢
   して前記ウエハを研磨面に圧接させる押圧手段と、ヘッ
   ドを研磨面の範囲内で水平移動させる移動手段と、ウエ
   ハと研磨盤との間に研磨剤を供給する研磨剤供給手段と
   を具備するとともに、 前記研磨盤の研磨面における旋回中心位置近傍に、ウエ
   ハに接触しない非接触領域が設けられ、 前記移動手段が、前記ヘッドを研磨面の旋回中心を通る
   軌跡に沿って移動させることを特徴とするウエハの研磨
   装置。
3. 【請求項３】 移動手段に、ヘッドの移動範囲を選択的
   に設定する移動範囲選定手段が設けられていることを特
   徴とする請求項２記載のウエハの研磨装置。