JPH1015789A - 半導体ウェーハの研磨方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】半導体ウェーハの表面に傷を生ずることがない
とともに、十分な研磨効率を得ることができる、半導体
ウェーハの研磨方法及び装置を提供する。 【解決手段】半導体ウェーハ１２が支持されたウェーハ
支持盤１４を、研磨液容器４２の開口部４２Ａに挿入
し、半導体ウェーハ１２を研磨液４４中に浸漬する。次
いで、ピストンを兼ねるウェーハ支持盤１４をシリンダ
を兼ねる開口部４２Ａにさらに圧入することによって、
研磨液４４の静圧を上げる。そして、ウェーハ支持盤１
４を回転させて、半導体ウェーハ１２と研磨液４４とを
相対運動させ、半導体ウェーハ１２の表面１２Ａを研磨
する。この方法によれば、表面１２Ａには、研磨液以外
は接触しないので、傷を生ずることはない。さらに、研
磨液４４の静圧を上げることによって、研磨液４４の粘
度を上げ、砥粒の保持性を高めるようにしたので、十分
な研磨効率を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェーハの
研磨方法に係わり、特に研磨液と半導体ウェーハとの相
対運動による半導体ウェーハの研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスの高密度化、多層
化が進み、その製作過程において半導体ウェーハを高い
精度で研磨する技術が重要視されている。従来、そのた
めの方法の一つとして、化学的機械研磨法が用いられて
いる。これは、研磨液をポリシャの表面上に滴下して供
給するとともに、ポリシャと半導体ウェーハとを押し付
けながら相対運動させる研磨方法である。この方法で
は、半導体ウェーハの表面が研磨液やポリシャによって
拭い取られることによって研磨が進む。

【０００３】一方、従来、フロート研磨法も用いられて
いる。これは、ポリシャを固定した容器内に研磨液を入
れ、そこに半導体ウェーハを浸してポリシャと対向さ
せ、ポリシャと半導体ウェーハとを接触させずに相対運
動させる研磨方法である。この方法では、ポリシャと半
導体ウェーハとの相対運動によって両者の間の研磨液に
流れが生ずる。そして、半導体ウェーハの表面がこの流
れに擦過されることによって研磨が進む。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
化学的機械研磨法では、半導体ウェーハの表面にポリシ
ャが押し付けられて研磨が行われるので、研磨屑等が擦
り付けられることによって半導体ウェーハの表面に傷を
生じやすく、また、過剰な研磨が起こりやすいという欠
点がある。さらに、半導体ウェーハが大口径であると、
半導体ウェーハの外周部にはある程度研磨液が浸透する
ものの、半導体ウェーハの中心部までは研磨液が浸透し
にくい。そのため、半導体ウェーハの中心部と外周部と
では供給される研磨液の量に差が生じてしまい、研磨が
均一に行われないという欠点がある。

【０００５】一方、従来のフロート研磨法では、半導体
ウェーハの表面が単に研磨液の流れに擦過されることに
よって研磨が行われるので、研磨効率が極度に低いとい
う欠点がある。本発明は、このような事情に鑑みてなさ
れたもので、半導体ウェーハの表面に傷を生ずることが
なく、面内均一性の高い研磨を行うことができるととも
に、十分な研磨効率を得ることができる、半導体ウェー
ハの研磨方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決する為の手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、半導体ウェーハに研磨液を接触させ、両
者を相対運動させて半導体ウェーハを研磨する半導体ウ
ェーハの研磨方法において、容器内に充填された前記研
磨液中に前記半導体ウェーハを浸漬し、この容器を密閉
して、この容器内の研磨液の静圧を制御しながら研磨を
行うことを特徴とする。

【０００７】本発明の研磨方法では、まず、研磨液を容
器内に充填し、この研磨液中に半導体ウェーハを浸漬し
て、容器を密閉する。次いで、容器内の研磨液の静圧を
制御するとともに、半導体ウェーハと研磨液とを相対運
動させて、半導体ウェーハを研磨する。この方法によれ
ば、半導体ウェーハの表面には、研磨液以外は接触しな
いので、傷を生ずることはない。また、研磨液を半導体
ウェーハの表面全域に均一に供給することになるので、
面内均一性の高い研磨を行うことができる。さらに、研
磨液の静圧を上げることによって、研磨液の粘度を上げ
ることができ、研磨液に砥粒が懸濁されている場合には
砥粒の保持性を高めることができる。したがって、十分
な研磨効率を得ることができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下添付図面に従って、本発明に
係わる半導体ウェーハの研磨方法及び装置の好ましい実
施の形態について詳説する。本発明の第一の実施の形態
の研磨装置１０の要部構造を、図１に示す。この研磨装
置１０は、主として、ウェーハ支持機構、研磨液容器及
びシリンダ・ピストン機構から構成されている。

【０００９】まず、ウェーハ支持機構について述べる。
この機構は、半導体ウェーハ１２を保持、回転、移動す
るためのもので、ウェーハ支持盤１４とこれを回転させ
るモータ１６、さらにそれら全体を図中上下方向に移動
させる油圧シリンダ１８等から構成されている。前記ウ
ェーハ支持盤１４の下面には、半導体ウェーハ１２が研
磨される表面１２Ａを下に向けてエア吸着によって保持
される。このウェーハ支持盤１４は、後述するシリンダ
・ピストン機構にピストンとして兼用されていて、周面
にパッキン２０が取付けられている。さらに、ウェーハ
支持盤１４には上部中央に回転軸２２が固着されてい
て、この回転軸２２はギヤ２４、２６を介して、ベース
２８に取り付けられた前記モータ１６のスピンドルに連
結されている。したがって、モータ１６が回転駆動され
ると、ウェーハ支持盤１４は図中矢印ａで示す方向に所
定の速度で回転される。

【００１０】また、前記回転軸２２は、ベース２８にベ
アリング２９を介して軸支されている。このベース２８
は、コラム３０に設置されたガイド３２に、図示しない
直動式ベアリングを介して上下動自在に支持されてい
る。さらに、回転軸２２の上部には、前記油圧シリンダ
１８のロッド３４が、カップリング３６とロードセル３
８とを介して固着されている。このロードセル３８は、
回転軸２２とロッド３４との間の圧縮応力を検知するた
めのものである。そして、油圧シリンダ１８は、アーム
４０を介してコラム３０に取り付けられている。したが
って、油圧シリンダ１８によってロッド３４が伸縮する
と、回転軸２２が上下に移動し、ウェーハ支持盤１４は
図中矢印ｂで示すように上下に移動する。

【００１１】次に、研磨液容器について述べる。研磨液
容器４２内には、研磨液４４が充填され、エアバッグ４
６、プロペラ４８、ヒータ５０及び温度センサ５２が研
磨液４４中に浸漬して配置されている。前記研磨液４４
は、アルカリ性の溶液に砥粒がコロイド状に懸濁された
ものである。

【００１２】前記エアバッグ４６は、研磨液４４の静圧
を制御するために設けられている。エアバッグ４６は、
膨縮自在であって、エアレギュレータ５４を介してエア
ポンプ５６に接続されている。したがって、エアポンプ
５６によって加圧された空気が送り込まれることで、エ
アバッグ４６の内部が加圧される。そして、この送り込
まれる空気の圧力がエアレギュレータ５４によって調整
されることで、エアバッグ４６の内圧が調整され、研磨
液４４の静圧が制御される。

【００１３】前記プロペラ４８は、研磨液４４を攪拌す
るために設けられていて、軸５８を介してモータ６０に
接続されている。したがって、モータ６０が回転駆動さ
れると、プロペラ４８が回転され、研磨液４４が攪拌さ
れる。前記ヒータ５０及び温度センサ５２は、研磨液４
４の温度を制御するために設けられていて、温度コント
ローラ６２に接続されている。温度コントローラ６２
は、温度センサ５２によって研磨液４４の温度を検知し
ながら、ヒータ５０によって研磨液４４を所定の温度に
維持している。

【００１４】また、研磨液容器４２の上部には、前記ウ
ェーハ支持盤１４が挿入される、開口部４２Ａが形成さ
れている。この開口部４２Ａは、後述するシリンダ・ピ
ストン機構にシリンダとして兼用されていて、開口部４
２Ａの内壁は、ウェーハ支持盤１４のパッキン２０に外
接するように形成されている。次に、シリンダ・ピスト
ン機構について述べる。この機構は、研磨液４４の静圧
を制御するためのものである。前述のように、この研磨
装置１０では、シリンダが研磨液容器４２の開口部４２
Ａに、ピストンがウェーハ支持盤１４に、それぞれ兼ね
られている。そして、ウェーハ支持盤１４が油圧シリン
ダ１８の動作によって開口部４２Ａに挿入され、さらに
上下移動されることで、研磨液容器４２内の研磨液４４
の静圧が制御される。

【００１５】ここで、以上のように構成された研磨装置
１０による、半導体ウェーハ１２の研磨方法について説
明する。まず、半導体ウェーハ１２を、研磨される表面
１２Ａを下にしてウェーハ支持盤１４に取り付ける。ま
た、研磨液容器４２内に研磨液４４を充填する。次い
で、油圧シリンダ１８を動作させて、ウェーハ支持盤１
４を開口部４２Ａに挿入し、半導体ウェーハ１２を研磨
液４４中に浸漬する。このとき、ウェーハ支持盤１４の
パッキン２０が開口部４２Ａの内壁に内接するので、研
磨液容器４２は密閉される。そして、ウェーハ支持盤１
４を開口部４２Ａにさらに圧入して研磨液４４の静圧を
上げるとともに、ウェーハ支持盤１４を回転させて半導
体ウェーハ１２と研磨液４４とを相対運動させ、研磨を
行う。

【００１６】この研磨方法によれば、表面１２Ａには、
研磨液４４以外は接触しないので、傷を生ずることはな
い。また、研磨液４４を表面１２Ａ全域に均一に供給す
ることになるので、面内均一性の高い研磨を行うことが
できる。さて、研磨液４４の静圧を上げると、研磨液４
４の粘度が上がり、砥粒の保持性が高くなるので、研磨
効率が高くなる。したがって、研磨液４４の静圧を制御
することによって、研磨効率を制御することができる。

【００１７】研磨液４４の静圧は、開口部４２Ａに挿入
したウェーハ支持盤１４を上下移動させることによって
制御することができる。このとき、研磨液４４の静圧
は、ロードセル３８を通じて検知することができる。ま
た、研磨液４４の静圧の制御は、エアバッグ４６の内圧
を調整することによっても行うことができる。このと
き、研磨液４４の静圧は、エアレギュレータ５４を通じ
て検知することができる。この方法によれば、研磨中に
ウェーハ支持盤１４を移動させる必要がないので、制御
が容易である。

【００１８】さらに、プロペラ４８によって研磨液４４
を攪拌して均一化することで、半導体ウェーハ１２の研
磨を均一に行うことができる。また、温度コントローラ
６２によって研磨液４４の温度を制御することで、研磨
液４４と半導体ウェーハ１２との反応性を制御し、研磨
効率を制御することができる。

【００１９】次に、本発明の第二の実施の形態の研磨装
置７０の要部構造を、図２に示す。図２において、図１
に示した第一の実施の形態の研磨装置１０と同一もしく
は類似の部材については、図１と同一符号を付し、その
説明は省略する。この研磨装置７０では、研磨液容器４
２を密閉するために、蓋７２が設けられている。この蓋
７２は、その中央を貫通する回転軸２２にベアリング７
４を介して取り付けられていて、ウェーハ支持盤１４と
一体的に上下に移動される。

【００２０】また、研磨液４４の静圧を制御するため
に、研磨液容器４２内に連通するシリンダ７６、及びこ
のシリンダ７６に内接するピストン７８が設けられてい
る。この研磨装置７０においては、蓋７２を開口部４２
Ａの上端に密着させることによって研磨液容器４２を密
閉する。そして、図示しない機構によってピストン７８
のロッド８０を伸縮させて、ピストン７８をシリンダ７
６に対して図中矢印ｃで示すように出入させることで、
研磨液４４の静圧を制御する。

【００２１】次に、本発明の第三の実施の形態の研磨装
置９０の要部構造を、図３に示す。図３において、図１
に示した第一の実施の形態の研磨装置１０及び図２に示
した第二の実施の形態の研磨装置７０と、同一もしくは
類似の部材については、図１及び図２と同一符号を付
し、その説明は省略する。この研磨装置９０では、ウェ
ーハ支持盤１４が、開口部４２Ａの蓋として兼用されて
いる。ウェーハ支持盤１４には上部中央にロッド９２が
固着されていて、このロッド９２はベース２８に固定さ
れている。

【００２２】また、研磨液４４を攪拌するために、磁石
である攪拌子９４が研磨液４４中に浸漬されている。さ
らに、研磨液容器４２の外部の、攪拌子９４と対向する
位置には、棒磁石９６及びこれに接続されたモータ９８
が配置されている。そして、以上の攪拌子９４、棒磁石
９６及びモータ９８は、マグネチックスターラを構成し
ている。したがって、モータ９８によって棒磁石９６が
図中矢印ｄ方向に回転されることで、攪拌子９４が同方
向に回転され、研磨液４４が攪拌される。

【００２３】この研磨装置９０においては、ウェーハ支
持盤１４を開口部４２Ａの上端に密着させることによっ
て、研磨液容器４２を密閉する。そして、ウェーハ支持
盤１４は回転させずに、攪拌子９４によって研磨液４４
を攪拌することで、半導体ウェーハ１２と研磨液４４と
を相対運動させ、研磨を行う。なお、上記の本発明の実
施の形態においては、研磨液４４として、アルカリ性の
溶液に砥粒をコロイド状に分散させたものを用いてい
る。しかし、これに限定することなく、研磨の目的に応
じて適当な研磨液を選べばよい。

【００２４】また、ウェーハ支持盤１４は、半導体ウェ
ーハ１２をエア吸着することによって保持している。し
かし、エア吸着に限定することなく、他の適当な手段に
よって保持してもよい。また、ウェーハ支持盤１４と研
磨液容器４２との運動は、全て相対的に行えばよいの
で、例えば、ウェーハ支持盤１４は固定して研磨液容器
４２を運動させてもよい。

【００２５】また、ウェーハ支持盤１４を上下移動させ
るために、油圧シリンダ１８を用いているが、例えばね
じ送り装置等の、他の移動装置を用いてもよい。また、
研磨液４４の静圧を制御するための袋体及び袋体内圧制
御装置として、エアバッグ４６、エアレギュレータ５４
及びエアポンプ５６から構成される、空気を圧力媒体と
した装置を用いているが、他の気体や液体を圧力媒体と
した装置を用いてもよい。

【００２６】また、研磨液４４を攪拌する方法として、
プロペラ４８や攪拌子９４による方法を用いているが、
他の方法を用いてもよい。例えば、研磨液４４に磁性流
体や磁性砥粒を混合し、外部の磁場を変化させることに
よって研磨液４４を運動させる方法を用いてもよい。ま
た、研磨液４４を超音波を用いて振動させてもよい。さ
らに、温度制御手段であるヒータ５０及び温度センサ５
２の設置場所は、研磨液容器４２内に限定することな
く、研磨液４４の温度を制御することができる場所であ
ればよい。例えば、研磨液容器４２の壁に埋設してもよ
い。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の半導体ウ
ェーハの研磨方法によれば、半導体ウェーハの表面に
は、研磨液以外は接触しないので、傷を生ずることはな
い。また、研磨液を半導体ウェーハの表面全域に均一に
供給することになるので、面内均一性の高い研磨を行う
ことができる。さらに、研磨液の静圧を上げることによ
って、研磨液の粘度を上げ、砥粒の保持性を高めるよう
にしたので、十分な研磨効率を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施の形態の研磨装置の要部構
造図。

【図２】本発明の第二の実施の形態の研磨装置の要部構
造図。

【図３】本発明の第三の実施の形態の研磨装置の要部構
造図。

【符号の説明】

１０…研磨装置 １２…半導体ウェーハ １４…ウェーハ支持盤 ４２…研磨液容器 ４４…研磨液 ４６…エアバッグ ４８…プロペラ ５０…ヒータ ７０…研磨装置 ７６…シリンダ ７８…ピストン ９０…研磨装置 ９４…攪拌子

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体ウェーハに研磨液を接触させ、両者
   を相対運動させて半導体ウェーハを研磨する半導体ウェ
   ーハの研磨方法において、 容器内に充填された前記研磨液中に前記半導体ウェーハ
   を浸漬し、この容器を密閉して、この容器内の研磨液の
   静圧を制御しながら研磨を行うことを特徴とする半導体
   ウェーハの研磨方法。
2. 【請求項２】半導体ウェーハに研磨液を接触させ、両者
   を相対運動させて半導体ウェーハを研磨する半導体ウェ
   ーハ研磨装置において、 前記半導体ウェーハを支持する支持部と、 前記研磨液が充填され、前記半導体ウェーハが挿入可能
   に形成された受入れ口を有する研磨液容器と、 前記受入れ口に前記半導体ウェーハを相対的に挿入し、
   前記研磨液容器内に充填された前記研磨液中に前記半導
   体ウェーハを浸漬する挿入機構と、 前記研磨液容器を密閉する密閉手段と、 前記研磨液容器内の前記研磨液の静圧を制御する圧力制
   御機構と、 前記半導体ウェーハと前記研磨液とを相対運動させる研
   磨運動機構と、 から構成されることを特徴とする半導体ウェーハ研磨装
   置。
3. 【請求項３】前記圧力制御機構は、前記研磨液容器内に
   連通するシリンダ・ピストン機構であることを特徴とす
   る請求項２記載の半導体ウェーハ研磨装置。
4. 【請求項４】前記シリンダ・ピストン機構のシリンダ部
   は前記研磨液容器によって兼ねられ、前記シリンダ・ピ
   ストン機構のピストン部は前記支持部によって兼ねられ
   ていることを特徴とする請求項３記載の半導体ウェーハ
   研磨装置。
5. 【請求項５】前記圧力制御機構は、 前記研磨液中に浸漬して配置された膨縮自在な袋体と、 この袋体の内圧を可変制御することによって前記研磨液
   の静圧を制御する袋体内圧制御装置と、 から構成されることを特徴とする請求項２記載の半導体
   ウェーハ研磨装置。
6. 【請求項６】前記研磨運動機構は、前記半導体ウェーハ
   と前記研磨液容器とを相対回転させる回転機構であるこ
   とを特徴とする請求項２、３、４又は５記載の半導体ウ
   ェーハ研磨装置。
7. 【請求項７】前記研磨運動機構は、前記研磨液を攪拌す
   る攪拌機構であることを特徴とする請求項２、３、４又
   は５記載の半導体ウェーハ研磨装置。
8. 【請求項８】前記研磨液中に、あるいは前記研磨液容器
   に隣接して、前記研磨液の温度を制御する温度制御手段
   を備えたことを特徴とする請求項２、３、４、５、６又
   は７記載の半導体ウェーハ研磨装置。