JPH0957612A

JPH0957612A - 研磨装置

Info

Publication number: JPH0957612A
Application number: JP21183895A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Ueno; 久史上野
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1997-03-04
Anticipated expiration: 2015-08-21
Also published as: JP2708022B2

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨液（９）が被研磨材料（１）の研磨面に
むらなく均一に拡がり、少ない研磨液量で安定した研磨
を行うことができ、研磨コストの引き下げと、研磨製品
の高品質化による製品利用効率の向上に貢献する研磨装
置を提供する。【解決手段】研磨液供給ノズル（８）がリテーナーリ
ング（３）に設けられることにより、装置が簡素化さ
れ、かつ研磨液がこのノズル研磨布上で被研磨材料の近
くに供給される。あるいはノズルの形状を内側に湾曲さ
せる構造とすることにより研磨布と被研磨材料との接触
面に向けて供給される構造とする。あるいは、さらに、
ノズル内壁の材料を研磨液のアルカリ性に耐えるものと
し、ノズルの個数も被研磨材料の大きさ等に応じて選定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置に関し、
特に半導体基板等の表面の凹凸を平坦化する研磨装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は、従来の研磨装置の一実施例の主
要構成を示す断面図である。

【０００３】近年、半導体の製造プロセスにおいて、半
導体基板の凹凸および素子や配線の段差を平坦化する研
磨装置が使用されている。その研磨プロセスは一般に先
ず表面の凸部が研磨され消滅してから凹部の研磨が行わ
れ、表面の完全平坦化が達成される方式である。

【０００４】図４において、半導体ウエハー等の被研磨
材料４１は、被研磨材料固定ブロック４２に固定され
る。被研磨材料固定ブロック（以降、単に固定ブロック
と称する。）４２には、研磨中に被研磨材料４１が固定
ブロック４２からずれたり外れたりするのを防ぐために
被研磨材料保持リング（以降、リテーナーリングと称す
る。）４３が被研磨材料の外周部にはめ込まれている。
一方、駆動回転軸４４Ａを有する回転研磨テーブル４５
の上部には研磨布４６が接着され、研磨布４６上中央部
には研磨液供給ノズル４８が設置されている。

【０００５】従来の研磨方法は、上述の研磨装置におい
て研磨液供給ノズル４８から研磨材を含有する研磨液４
９が動力で回転する研磨布４６上に２００ｃｃ／ｍｉｎ
の割合で供給され、研磨液４９は遠心力により回転テー
ブル４５の中央部から端部へと研磨布４６を伝わって拡
散する。この状態で、固定ブロック４２に保持した被研
磨材料４１を研磨布４６に圧着して研磨を行う。その
際、被研磨材料４１の面内の研磨速度の均一性を確保す
るために固定ブロック４２も回転および揺動させてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た従来の研磨装置および研磨方法では、研磨液４９は遠
心力によって回転研磨テーブル４５の中心から外周に向
かって拡散するので実際に研磨に使用される研磨液４９
は少なく、したがって効率よく利用されることが望めな
い。つまり、被研磨材料４１と研磨液供給ノズル４８の
間に距離があるので、供給する研磨液４９の一部しか被
研磨材料４１に到達せず、大半は回転研磨テーブル４５
外に振り切れてしまい無駄になる。特に、回転研磨テー
ブル４５の回転速度が速いとき研磨液４９が殆ど研磨に
使用されず無駄が多くなる。

【０００７】そこで、研磨液の供給量を減らしたとき、
研磨中に研磨液４９が研磨布４６と被研磨材料４１との
間で不足すると、摩擦力が大きくなり、その結果、被研
磨材料４１がリテーナーリング４３から外れたり、リテ
ーナーリング４３内で割れる可能性がある。したがっ
て、安定性良く研磨を行うためには研磨液４８を多量に
流す必要があるので、コスト高になる。

【０００８】また、研磨中、研磨液４９は被研磨材料４
１の周辺部に多く、中心部に少なく供給されるので、被
研磨材料４１の研磨速度は端部で速く、中心部で遅くな
り（後述、図２参照）、面内分布は不均一になる。被研
磨材料４１の径が大きい場合これが顕著になる。

【０００９】若し、研磨後の被研磨材料４１の面内の膜
厚が大きくばらつくと、例えば、被研磨材料４１が層間
絶縁膜の場合において、研磨後にドライエッチング工程
を用いてコンタクトホールまたはスルーホールを開孔す
る際、開孔の深さにばらつきが生じる。その結果、コン
タクト抵抗またはスルーホール抵抗がばらついたり、配
線間の導通が取れなくなるという問題が生じる。さら
に、層間絶縁膜のばらつきは配線間容量に悪影響を与
え、配線間の遅延時間のばらつきの原因となって歩留り
も低下してしまう可能性がある。

【００１０】そこで本発明の目的は、研磨液が被研磨材
料の研磨面にむらなく均一に拡がり、少ない研磨液量で
安定した研磨を行うことができ、したがって研磨コスト
の引き下げと、研磨製品の高品質化による製品利用能率
の向上に貢献する研磨装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の研磨装置は、回
転研磨テーブル上に貼付された研磨布上に研磨液を供給
し、被研磨材料保持リング（以降リテーナーリングとい
う。）内側に保持された被研磨材料を研磨布に圧接して
該被研磨材料を平面研磨する研磨装置において、研磨液
供給ノズルがリテーナーリングに設けられ、研磨液が研
磨液供給ノズルから研磨布上に供給されることを特徴と
している。

【００１２】なお、研磨液供給ノズルへの流入口が、リ
テーナーリングの軸方向一端面に設けられ、ノズルの形
状が、ほぼ他端面内側端に設けられた噴出口へ向かって
湾曲している、ことが望ましい。また、ノズルは、内壁
が、Ｐｈ１０〜１１のアルカリ度をもった研磨液に耐え
る材料からなることも望ましい。なおまた、複数のノズ
ルが、リテーナーリングの軸心を中心とする一円周上
に、ほぼ等間隔に配置されていることも一層望ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。

【００１４】図１の（ａ）は、本発明の研磨装置の一実
施の形態の主要構成を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の
線Ｂ−Ｂ平断面図、（ｃ）は、（ａ）の部分拡大断面
図、図２は、本実施の形態および従来例における研磨速
度の面内分布を示す図、図３の（ａ）は、研磨工程前の
被研磨材料の凹凸状況を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）
の本実施形態による研磨工程後の断面図である。

【００１５】図１に示すように、被研磨材料１を固定す
る被研磨材料固定ブロック（以下、単に固定ブロックと
いう。）２と一体となっているリテーナーリング３には
複数の研磨液供給ノズル８が設けられている。また、固
定ブロック２と連結している回転軸４Ｂの中心には研磨
液供給路７が貫通しており、この研磨液供給路７は、不
図示の流量調節弁および研磨液昇圧ポンプにこの順に連
結されている。

【００１６】また、回転研磨テーブル５にも固定ブロッ
ク２同様、回転軸４Ａお有し、回転研磨テーブル５上部
には、多孔質硬化型発泡ポリウレタン樹脂からなる研磨
布６が粘着テープで貼り付けられている。

【００１７】本発明の研磨装置は、回転研磨テーブル５
上に貼付された研磨布６上に研磨液９を供給し、リテー
ナーリング３内に保持された被研磨材料１を研磨布６に
圧着して該被研磨材料１を平面研磨する研磨装置におい
て、研磨液供給ノズル８がリテーナーリング３に設けら
れ、研磨液９が研磨液供給ノズル８から研磨布６上に供
給されることを特徴としている。

【００１８】なお、研磨液供給ノズル８への流入口が、
リテーナーリング３の軸方向上端面に設けられ、ノズル
８の形状が、ほぼ下端面内側端に設けられた噴出口へ向
かって湾曲している。また、ノズル８は、内壁が、Ｐｈ
１０〜１１のアルカリ度をもった研磨液９に耐える材料
からなる。なおまた、複数（図示の場合は８個）のノズ
ル８が、リテーナーリングの軸心を中心とする一円周上
に、ほぼ等間隔を置いて設けられている。なお、このノ
ズルの個数は被研磨材料の大きさ等に応じて適当に選定
される。

【００１９】次に、本実施の形態による研磨装置の動作
について説明する。図１には固定ブロック２内に真空吸
着系統を示していないが、先ずリテーナーリング３内に
被研磨材料１を真空吸着により固定し、被研磨材料１を
回転研磨テーブル５上に着地しない状態で回転研磨テー
ブル５を回転させながら研磨液供給ノズル８から研磨液
９を流す。研磨液９は平均粒径２０ｎｍの二酸化珪素
（ＳｉＯ₂ ）を含むＰＨ１０〜１１のアルカリ系（例え
ば、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、水酸化ナト
リウム、有機アミンなど）の水溶液で、昇圧ポンプによ
り固定ブロック２内の研磨液供給路７を経由してリテー
ナーリング３に設けた研磨液供給ノズル８から研磨布６
上に流す。このリテーナーリング３内においてノズル８
の噴出口へ向かう流路が前述のように下端面の内側端に
向かって湾曲しているので、研磨液９はその流路に従い
被研磨材料１の方向に噴出し、被研磨材料１と研磨布６
との接触面で実際に使用される比率が高まる。したがっ
て研磨液９の使用量は少なくてすむこととなる。研磨液
９の流量は、１００ｃｃ／ｍｉｎで、流量調節弁でコン
トロールされる。また、回転研磨テーブル５は３０ｒｐ
ｍで回転させる。

【００２０】研磨液９が研磨布６上に十分拡散した状態
で、固定ブロック２を３０ｒｐｍで回転させながら被研
磨材料１を研磨布６に着地させ、固定ブロック２に徐々
に圧力を加えて被研磨材料１を研磨する。

【００２１】図２には、本実施形態における研磨終了ま
での被研磨材料１の研磨速度の面内分布を従来例におけ
るものと比較して示す。本発明においては図中の線Ｃの
ように、被研磨材料１の中心部と端部との間における研
磨速度の差は０．０１μｍであり、従来技術における線
Ｄと比べて研磨速度のばらつきが約１／５に縮小し良好
な面内均一性を得ることが可能となった。

【００２２】そのうえ、上述のとおり研磨液供給ノズル
８がリテーナーリング３内に設けられた構造とすること
により装置全体の簡素化が実現できた。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、研磨液供
給ノズルがリテーナーリングに設けられ、研磨液が被研
磨材料に向けて直接供給される構造とすること等によ
り、従来に比し、装置全体の簡素化とともに、著しく研
磨液を有効活用でき、したがって研磨液を過剰に流すこ
となしに研磨布と被研磨材料との間で研磨液不足および
それに伴う摩擦弊害のおそれなく、その結果、研磨液が
研磨面にむらなく均一に拡がり、安定した研磨を行える
ので、高品質すなわち使用歩留りのよい製品を低コスト
で製造できる研磨装置を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の研磨装置の一実施の形態の
主要構成を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の線Ｂ−Ｂ平
断面図、（ｃ）は、（ａ）の部分拡大断面図である。

【図２】本実施の形態および従来例における研磨速度の
面内分布を示す図である。

【図３】（ａ）は、研磨工程前の被研磨材料の凹凸状況
を示す断面図、（ｂ）は、（ａ）の本実施の形態による
研磨工程後の断面図である。

【図４】従来の研磨装置の一実施例の主要構成を示す断
面図である。

【符号の説明】

１，４１被研磨材料２，４２被研磨材料固定ブロック３，４３リテーナーリング（被研磨材料保持リン
グ）４Ａ，４Ｂ，４４Ａ，４４Ｂ回転軸５，４５回転研磨テーブル６，４６研磨布７，４７研磨液供給路８，４８研磨液供給ノズル９，４９研磨液２１半導体基板２２絶縁膜２３Ａｌ配線２４プラズマ酸化膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転研磨テーブル上に貼付された研磨布
上に研磨液を供給し、被研磨材料保持リング内側に保持
された被研磨材料を前記研磨布に圧接して該被研磨材料
を平面研磨する研磨装置において、研磨液供給ノズルが
前記被研磨材料保持リングに設けられ、前記研磨液が前
記研磨液供給ノズルから前記研磨布上に供給されること
を特徴とする研磨装置。
【請求項２】前記研磨液供給ノズルへの流入口が、前
記被研磨材料保持リングの軸方向一端面に設けられ、前
記ノズルの形状が、ほぼ他端面内側端に設けられた噴出
口へ向かって湾曲している、請求項１記載の研磨装置。
【請求項３】前記ノズルは、内壁が、Ｐｈ１０〜１１
のアルカリ度をもった研磨液に耐える材料からなる、請
求項１記載の研磨装置。
【請求項４】複数の前記ノズルが、前記保持リングの
軸心を中心とする一円周上に、ほぼ等間隔に配置されて
いる、請求項１記載の研磨装置。