(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨剤及び／または研磨液を散布または含浸した円形パッドを回転させ、該パッドの中心から所定距離偏心した位置を中心として被加工物を回転させながら該パッドに押しつけて被加工物を研磨加工するポリッシング装置において、加工中に被加工物を往復円弧運動をするように揺動し、該揺動半径ｒsと被加工物の半径ｒwの比Ｒs＝ｒs／ｒw、揺動角振幅φ（度）、被加工物の揺動角振幅内の中央における前記パッドの中心からの被加工物の偏心距離ｒcと被加工物の半径ｒwの比Ｒｃ＝ｒc／ｒwが、Ｒc−Ｒs−φ直交３次元座標系に表示したとき、被加工物の相対すべり距離をＳ、前記パッド側の相対すべり距離の最大値をＬmax、前記パッドの必要最小径ｒoと被加工物の半径ｒwの比Ｒo＝ｒo／ｒwとして（Ｌmax／Ｓ）×Ｒo２の最小値の１０％増とする包絡線で囲まれ、さらに０．５ｒw＋ｒo−ｒc以上、ｒo以下となるようにｒsに制限を加えた空間であって、下記１５点：
（１．１０，１．５０，０）（１．６０，１．５０，０）
（２．６０，１．５０，０）（１．１０，２．１０，０）
（１．６０，２．６０，０）（２．６０，３．６０，０）
（１．１０，１．５６，２０）（１．６０，１．５４，２０）
（２．４５，１．５３，２０）（１．１５，２．１６，２０）
（１．６０，２．７１，３４）（２．３５，３．４４，２０）
（１．２０，１．６９，４０）（１．６０，１．８０，５２）
（２．２５，１．６６，４０）
を通る曲面で囲まれた空間の内部となるようにしたことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
研磨剤及び／または研磨液を散布または含浸した円形パッドを回転させ、該パッドの中心から所定距離偏心した位置を中心として被加工物を回転させながら該パッドに押しつけて被加工物を研磨加工するポリッシング方法において、加工中に被加工物を往復円弧運動をするように揺動し、該揺動半径ｒsと被加工物の半径ｒwの比Ｒs＝ｒs／ｒw、揺動角振幅φ（度）、被加工物の揺動角振幅内の中央における前記パッドの中心からの被加工物の偏心距離ｒcと被加工物の半径ｒwの比Ｒｃ＝ｒc／ｒwが、Ｒc−Ｒs−φ直交３次元座標系で表示したとき、被加工物の相対すべり距離をＳ、前記パッド側の相対すべり距離の最大値をＬmax、前記パッドの必要最小径ｒoと被加工物の半径ｒwの比Ｒo＝ｒo／ｒwとして（Ｌmax／Ｓ）×Ｒo２の最小値の１０％増とする包絡線で囲まれ、さらに０．５ｒw＋ｒo−ｒc以上、ｒo以下となるようにｒsに制限を加えた空間であって、下記１５点：
（１．１０，１．５０，０）（１．６０，１．５０，０）
（２．６０，１．５０，０）（１．１０，２．１０，０）
（１．６０，２．６０，０）（２．６０，３．６０，０）
（１．１０，１．５６，２０）（１．６０，１．５４，２０）
（２．４５，１．５３，２０）（１．１５，２．１６，２０）
（１．６０，２．７１，３４）（２．３５，３．４４，２０）
（１．２０，１．６９，４０）（１．６０，１．８０，５２）
（２．２５，１．６６，４０）
を通る曲面で囲まれた空間の内部となるようにしたことを特徴とするポリッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はポリッシング装置及び方法に係り、特に半導体ウエハ等のポリッシング対象物を平坦かつ鏡面状に研磨するポリッシング装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、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、半導体ウエ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手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置では、図１（ａ）に示すように、回転テーブル１上に接着または治具によって固定したパッド２を回転させながら、被加工物３を収めたトップリング４を回転させながらパッド２に押し当て、被加工物３とパッド２との相対すべりと、パッド面に散布または含浸した研磨剤及びまたは研磨液の作用により被加工物を研磨加工する。その際、パッドの特定半径位置に摩耗や目づまりが集中しないように、トップリング４を支えるアーム５を揺動する（本図は往復円弧運動をするように揺動する場合）こともある。
【０００４】
ポリッシング対象物の平坦度を向上させるためには、加工中の押し当て圧力を均一にし、パッド材と被加工物とのすべり速度を被加工面全域で均一にすることが重要で、前者の手段としてトップリングに球面座を介して押し当て力を付加する装置（例えば、特開平２−２７８８２２号、特開平４−１９０６５号）、真空吸引によって被加工物をトップリングに固定する装置（例えば、特願平５−２５６５２２号）等が考案されている。パッド材と被加工物とのすべり速度を被加工面全域で均一にするための手段としては、パッドの回転と被加工物の回転を同一方向でほぼ同一回転数にし、揺動させる場合には、揺動速度を被加工物の回転速度より十分小さくすべきことがよく知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
研磨加工量（加工により除去する厚さ）は、ほぼ被加工物とパッドとの相対速度と、加工時間の積、つまり被加工物の相対すべり距離Ｓ（一般にパッドと被加工物の回転数をほぼ同一にするので、相対すべり距離も被加工面内は均一）に比例するが、被加工物における単位すべり距離（例えば、１０００ｍまたは１個の被加工物を研磨する時間中のパッドのすべり距離）当たりのパッドの各半径位置における相対すべり距離Ｌは、図１（ｂ）のように不均一となる。これは、パッドの中心Ｏからの半径位置ｒにおける被加工物の円弧長が半径位置ｒによって異なるためである。つまり、パッドの半径ｒp のうち、内周側Ｏ−Ｏi （ｒ≦ｒi ）の部分及び外周側Ｏo−Ｂ（ｒ≧ｒp −ｒo ）の部分は被加工物と接することがなく、Ｏi−Ｏo （Δｒ＝ｒo −ｒi ）の間に相対すべり距離Ｌが最大Ｌmax となる部分（ｒ＝ｒm ）が生ずる。
【０００６】
パッドの摩耗、目づまり等の劣化はほぼパッドの相対すべり距離に比例するので、パッドの半径ｒ＝ｒm の付近でパッドの加工能力が低下または増加し、被加工物は凸または凹または凸を２個組み合わせた形の仕上りになり易い。これを防ぐために、パッドのドレッシングが必要になるが、少なくともパッドのＯi−Ｏo（Δｒ＝ｒo−ｒi ）の範囲を均一な性状にするために、劣化の進行していないｒ＝ｒo 及びｒi 付近もドレッシングすることになり、パッドの寿命を短縮することになる。
【０００７】
一方、パッドの半径を著しく大きくし、被加工物の中心位置Ｏc またはＯw を十分大きくするか、揺動振幅を十分大きくすれば、パッドの相対すべり距離は小さくなり、かつパッドの半径位置による差も小さくなる。しかし、著しく大きなパッドを必要とし、ポリッシング装置全体も極端に大きなものとなってしまう。
【０００８】
従って、極度に大きな装置でなくても、被加工物の平坦度が優れた研磨加工ができ、かつパッドの寿命を伸ばすためには、パッドの大きさを極端に大きくすることなく、パッドの相対すべり距離を小さく、かつパッドの半径位置によるその差を小さくすることが望まれる。
【０００９】
本発明は上述の事情に鑑みなされているもので、パッドの相対すべり距離を小さくかつパッドの半径位置によるその差を小さくすることができるポリッシング装置及び方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、研磨剤及び／または研磨液を散布または含浸した円形パッドを回転させ、該パッドの中心から所定距離偏心した位置を中心として被加工物を回転させながら該パッドに押しつけて被加工物を研磨加工するポリッシング装置及び方法において、加工中に被加工物を往復円弧運動をするように揺動し、該揺動半径ｒsと被加工物の半径ｒwの比Ｒs＝ｒs／ｒw、揺動角振幅φ（度）、被加工物の揺動角振幅内の中央における前記パッドの中心からの被加工物の偏心距離ｒcと被加工物の半径ｒwの比Ｒｃ＝ｒc／ｒwが、Ｒc−Ｒs−φ直交３次元座標系に表示したとき、被加工物の相対すべり距離をＳ、前記パッド側の相対すべり距離の最大値をＬmax、前記パッドの必要最小径ｒoと被加工物の半径ｒwの比Ｒo＝ｒo／ｒwとして（Ｌmax／Ｓ）×Ｒo２の最小値の１０％増とする包絡線で囲まれ、さらに０．５ｒw＋ｒo−ｒc以上、ｒo以下となるようにｒsに制限を加えた空間であって、下記１５点：
（１．１０，１．５０，０）（１．６０，１．５０，０）
（２．６０，１．５０，０）（１．１０，２．１０，０）
（１．６０，２．６０，０）（２．６０，３．６０，０）
（１．１０，１．５６，２０）（１．６０，１．５４，２０）
（２．４５，１．５３，２０）（１．１５，２．１６，２０）
（１．６０，２．７１，３４）（２．３５，３．４４，２０）
（１．２０，１．６９，４０）（１．６０，１．８０，５２）
（２．２５，１．６６，４０）
を通る曲面で囲まれた空間の内部となるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
【作用】
前述のように、被加工物の相対すべり距離Ｓ当りの、パッド側の相対すべり距離Ｌの最大値Ｌmax ／Ｓ（パッドの劣化はパッドの相対すべり距離が最大となる半径ｒw の位置で最も激しくなる）を小さくしようとすると、パッドの大きさを大きくする必要があり、パッドの寿命を伸ばしかつ平坦度の優れた研磨加工をしたいという要求と、パッドを小さいもので済ませたいという要求は相反する。故に、最適なパッド径、被加工物の偏心量、揺動角振幅、揺動半径の組み合わせを選択することが望まれる。
【００１３】
本発明のポリッシング装置は既に説明した図１（ａ）と同様の構成であるため、以下の説明においては、図１（ａ）を参照して説明する。
パッドを劣化させる度合と対応するＬmax ／Ｓとパッド面積に相当するｒo2との積を最小とするように、パッドの必要最小径ｒo 、被加工物の偏心量ｒc 、揺動角振幅φ、揺動半径ｒs を選定することがその手段の一つとなる。
【００１４】
単位時間当りの揺動回数を被加工物の回転数（パッドの回転数に等しい）の１／５とし、被加工物の半径ｒw で無次元化した偏心量Ｒc （＝ｒc ／ｒw ）、揺動半径Ｒs （＝ｒs ／ｒw ）、パッドの必要最小径Ｒo （＝ｒo ／ｒw ）及び揺動角振幅φ、Ｌmax ／Ｓとの関係を求めると図２に示すようになる。ここで、揺動は１サイクル中の１／３を定速、１／６を定加減速とした。
【００１５】
（Ｌmax ／Ｓ）×Ｒo2は、揺動しない場合（φ＝Ｏ）、Ｒc を変数とした平面曲線となり（図２の太実線）、揺動する場合Ｒc 、Ｒs 、φを変数とした曲面となり（φ＝３０°のとき図２の点線、φ＝６０°のとき図２の一点鎖線）、いずれも最小値が存在する。この（Ｌmax ／Ｓ）×Ｒo2が最小となるＲc 及び／またはＲs 、φが、パッドを劣化させる度合いと対応するＬmax ／Ｓと、パッド面積の両方を低く押さえる最適条件となる。また、被加工物の取付け、取りはずしの便、市場性の高い構成材料を使うためにＲc 、Ｒs 、φの選定に若干の自由度を持たせ、（Ｌmax ／Ｓ）×Ｒo2を（Ｌmax ／Ｓ）×Ｒo2の最小値の１０％増まで許容することとし、Ｒc 、Ｒs 、φの範囲を求めると、図３の包絡線（一点鎖線で示す）Ｙ1 ，Ｙ2 ，Ｙ3 ，Ｙ4 ，Ｙ5 で囲まれた空間の内部になる。
【００１６】
ところで、Ｒc 、Ｒs 、φの選定においては、被加工物を支えるまたは揺動のためのアーム５の軸（図示していない）及び被加工物を保持するトップリング４の外周縁厚さも考慮に入れる必要があるので、パッドの必要半径ｒo とアーム軸回転中心との間隔を０．５ｒw 以上として、ｒs の下限を制限する。また、アームの長さをいたずらに大きくするとポリッシャ装置が大きくなり、本発明の目的を損うので、ｒs の上限をパッドの必要半径（ｒo ）以下と制限する。
【００１７】
前記の、包絡線（一点鎖線）で示したＲc 、Ｒs 、φの範囲に、上記ｒs の制限を加えた結果が図３の太線で示した空間の内部となる。図３において、太線で示した空間境界面上の点ア〜ソの座標は、Ｒs −Ｒs −φ座標系で、下記となる。
ア：（１．１０，１．５０，０）、イ：（１．６０，１．５０，０）、
ウ：（２．６０，１．５０，０）、エ：（１．１０，２．１０，０）、
オ：（１．６０，２．６０，０）、カ：（２．６０，３．６０，０）、
キ：（１．１０，１．５６，２０）、ク：（１．６０，１．５４，２０）、
ケ：（２．４５，１．５３，２０）、コ：（１．１５，２．１６，２０）、
サ：（１．６０，２．７１，３４）、シ：（２．３５，３．４４，２０）、
ス：（１．２０，１．６９，４０）、セ：（１．６０，１．８０，５２）、
ソ：（２．２５，１．６６，４０）
【００１８】
Ｒc , Ｒs , φを、ア〜ソの座標で囲まれた空間内になるように選定すれば、パッドを劣化させる度合と対応するところのパッドの相対すべり距離と、パッド面積の積を小さくできるので、パッドの大きさとパッドの劣化を同時に小さくできるポリッシング装置が実現する。
【００１９】
具体的には、揺動させない場合には、Ｒc を図３の直線ア〜ウの範囲、つまり１．１≦Ｒc ≦２．６にし、揺動する場合には、Ｒc , Ｒs , φを図３の空間ア〜ソの内部になるように選定する。
【００２０】
【実施例】
被加工物として、直径２００mm（ｒw ＝１００mm）の二酸化ケイ素（ＳｉＯ２  ）を被覆したシリコンウエハの鏡面研磨加工を想定し、図１（ａ）において、ｒc ＝１５０mm, ｒs ＝２７０mm, φ＝２２度としてポリッシング装置を試作した。これらｒc ／ｒw ＝Ｒc 、ｒs ／ｒw ＝Ｒs 、φの組み合わせは、図３の空間ア〜ソの内部になるように選定した。回転テーブル１上のパッド２に硬度７３のポリウレタン含浸ポリエステル不織布を用い、砥液に酸化セレンの微粒を０．５％含む水濁液を用い、トップリング４の回転数とパッド２の回転数をともに１００rpm 、アーム５の揺動周期を５秒、ウエハのパッド２への押し当圧力を３００ｇ／cm２ としてＳｉＯ２ 層の鏡面研磨加工を行った。
【００２１】
その結果、加工（ＳｉＯ2 層厚さ方向の除去）速度が３５００〜４０００オングストローム／分、加工終了後の残存ＳｉＯ2 厚さのバラツキが、ウエハ面内１８点の平均で１０〜１５％となり優れた平坦性と加工性を得た。
【００２２】
なお、加工中はパッド面のウエハ接触部後方を清水噴射によって、パッド面の洗浄及びパッドを形成する繊維の整形を行ったが、３分のタクトタイムで１２００分余りの供用後も、被加工物の平坦度、加工速度ともに有意な差は起きず、目視上も及び電子顕微鏡観察上もパッドの特定半径位置の劣化が特に進行した徴候は認められなかった。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、被加工物の相対すべり距離Ｓ当りの、パッド側の相対すべり距離の最大値Ｌmax 、すなわち、パッドを劣化させる度合い（パッド内の特定半径位置の劣化が進むと、被加工物の平坦度が損なわれる）と対応するパラメータＬmax ／Ｓと、パッド面積に対応するところの必要パッド半径ｒo と被加工物の半径ｒw の比Ｒo （＝ｒo ／ｒw ）の２乗（Ｒo2）との積をその最小値の１．１倍以内とするように、被加工物の回転中心のパッド上の偏心距離ｒc 、及び／または揺動半径ｒs 、揺動角振幅φを設定したので、適度のパッドの大きさでパッドの相対すべり距離を小さく、かつパッドの半径位置によるその差を小さくできる。したがって、被加工物の平坦度が長時間安定しかつ優れた研磨加工が実現できる。また、パッドの寿命も長く保てる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明及び従来例に係るポリッシング装置の基本構成を示す平面図、図１（ｂ）は半径位置におけるパッドの相対すべり距離Ｌを表すグラフである。
【図２】本発明に係るポリッシング装置のディメンジョン及び揺動方法と（Ｌmas ／Ｓ）×Ｒo2の関係を示す図である。
【図３】本発明に係るポリッシング装置のディメンジョンの適正範囲を示す図である。
【符号の説明】
１    回転テーブル
２    パッド
３    被加工物
４    トップリング
５    アーム
φ    揺動角振幅
ｒc   φ＝ｏのときの被加工物の偏心距離
ｒw   被加工物の半径
ｒs   揺動半径
ｒo   パッドの必要最小半径
Ｌmax   パッドの相対すべり距離の最大値
Ｓ    被加工物の相対すべり距離
Ｒc   ＝ｒc ／ｒw
Ｒs   ＝ｒs ／ｒw
Ｒo   ＝ｒo ／ｒw
【図１】
0003651923.tif 000002
【図２】
0003651923.tif 000003
【図３】
0003651923.tif 000004