(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨対象を回転自在に保持する保持手段と、
回転自在に保持され、回転中心部から研磨液を吐出するように構成してある研磨パッドと、
回転する前記研磨パッドを前記被研磨対象の表面に沿って、被研磨対象の半径方向に相対的に往復移動させる往復移動手段と、
前記研磨パッドの中央部が前記被研磨対象から外れた状態で、研磨パッドの中央部から吐出される研磨液を被研磨対象の表面に向かわせる整流板と、
を有し、
前記整流板が、前記研磨パッドに対して略平行に所定の間隙で、研磨パッドの相対的往復移動の範囲を含むように、前記保持手段に対しては相対的に静止するように装着してあり、
前記整流板には、前記被研磨対象の外周との間に研磨液排出口が形成されるように隙間が形成してある
研磨装置。
【請求項２】
前記整流板の外周には、壁が形成してある請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
被研磨対象を回転させた状態で、当該被研磨対象の表面に沿って、回転する研磨パッドを、被研磨対象の半径方向に相対的に往復移動させ、被研磨対象の表面を研磨する方法において、
前記研磨パッドの中央部が前記被研磨対象から外れた状態で、研磨パッドの中央部から吐出される研磨液を被研磨対象の表面に向かわせる整流板を、前記研磨パッドに対して略平行に所定の間隙で、研磨パッドの相対的往復移動の範囲を含むように、前記被研磨対象に対しては相対的に静止するように配置し、前記整流板と前記被研磨対象の外周との間の隙間から前記研磨液を排出させる
研磨方法。
【請求項４】
前記整流板の外周には、壁が形成してある請求項３に記載の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえばウェーハなどの被研磨対象の表面を良好に研磨することができる研磨方法と研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＬＳＩの製造プロセスでは、層間絶縁膜あるいはその他の膜の平坦化が重要である。
平坦化のための技術としては、種々の手段が提案されているが、近年、シリコンウェハーのミラーポリシング技術を応用したＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）法が注目され、これを利用して平坦化を図る方法が開発されている。
【０００３】
しかしながら、従来のＣＭＰ法を用いたウェハーの曲面形成技術は、ラッピング技術の延長上にあるもので、ウェハー面内の均一性および研磨レートの安定性などの精度面において、不十分であるという問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本出願人により、図５，６に示す高速回転研磨装置が提案されている。
図５，６に示すように、ウェーハ２は、真空引き用通路８が形成されたテーブル６のチャック４に吸着され、テーブル６と共に回転されるようになっている。このウェーハ２の表面は、パッド保持具１０に装着された研磨パッド８により研磨されるようになっている。パッド保持具１０の中央部には、軸芯に沿って、研磨液供給孔１２が形成してあり、パッド８の中央部から研磨液が吐出するようになっている。
【０００５】
パッド保持具１０は、高速で回転し、しかも矢印Ｘに示すように、ウェーハ２の回転半径方向に沿って、往復移動自在になっている。
このような高速回転研磨装置では、研磨パッド８の面積とウェーハ２の面積とを略同じにすると共に、パッド保持具を回転させるスピンドルとして高剛性部材を用いることにより、高速回転研磨を可能にする。その結果、パッド面の高平坦化が可能になり、従来技術に比べて平坦化距離を長くすることができ、ウェーハ２の表面にある凹凸のみが高精度に研磨され、ウェーハ２の表面に高品質な平坦面を形成することができる。なお、研磨パッド８をウェーハ２に対して半径方向に往復移動させるのは、ウェーハ２の表面の平坦性をさらに向上させるためである。
【０００６】
しかしながら、この開発中の高速回転研磨装置では、図５，６に示すように、パッド保持具１０をウェーハ２に対して往復移動させて研磨するため、研磨パッド８の中央部がウェーハ２から外れた状態では、研磨液が鉛直方向下方に流れる。そのため、特に研磨開始初期のウェーハ２の外周部には、研磨液が入らないおそれがあり、パッドの研磨面への入りが悪く、研磨むらが生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような実状に鑑みてなされ、ウェーハなどのような被研磨対象の表面に沿って研磨パッドが往復移動しながら回転して研磨する際に、ウェーハの表面に良好に研磨液が供給され、研磨むらが少なく、平坦化の面内均一性に優れた研磨方法と研磨装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る研磨装置は、被研磨対象を回転自在に保持する保持手段と、回転自在に保持され、回転中心部から研磨液を吐出するように構成してある研磨パッドと、回転する前記研磨パッドを前記被研磨対象の表面に沿って、被研磨対象の半径方向に相対的に往復移動させる往復移動手段と、前記研磨パッドの中央部が前記被研磨対象から外れた状態で、研磨パッドの中央部から吐出される研磨液を被研磨対象の表面に向かわせる整流板とを有し、前記整流板が、前記研磨パッドに対して略平行に所定の間隙で、研磨パッドの相対的往復移動の範囲を含むように、前記保持手段に対しては相対的に静止するように装着してあり、前記整流板には、前記被研磨対象の外周との間に研磨液排出口が形成されるように隙間が形成してある。
【０００９】
前記整流板の外周には、壁が形成してあることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る研磨方法は、被研磨対象を回転させた状態で、当該被研磨対象の表面に沿って、回転する研磨パッドを、被研磨対象の半径方向に相対的に往復移動させ、被研磨対象の表面を研磨する方法において、前記研磨パッドの中央部が前記被研磨対象から外れた状態で、研磨パッドの中央部から吐出される研磨液を被研磨対象の表面に向かわせる整流板を、前記研磨パッドに対して略平行に所定の間隙で、研磨パッドの相対的往復移動の範囲を含むように、前記被研磨対象に対しては相対的に静止するように配置し、前記整流板と前記被研磨対象の外周との間の隙間から前記研磨液を排出させる。
好適には、前記整流板の外周には、壁が形成してある。
【００１１】
本発明に係る研磨装置を用いた研磨方法では、研磨パッドの中央部が前記被研磨対象から外れた状態で、研磨パッドの中央部から吐出される研磨液を被研磨対象の表面に向かわせる整流板が装着してある。このため、研磨パッドの中央部が前記被研磨対象から外れた状態でも、研磨パッドの中央部から吐出される研磨液が、無駄になることなく、ウェーハなどの被研磨対象の表面に向かう。
【００１２】
したがって、被研磨対象の表面全体に研磨液が供給され、研磨液の供給性が向上する。また、研磨初期時でも、被研磨対象の表面に研磨液が供給され、研磨パッドと被研磨対象との相対的な往復移動がスムーズになり、被研磨対象の外周部と内周部との研磨レートの差を少なくすることが可能になる。その結果、研磨むらがなくなり、平坦化の面内均一性が向上し、研磨された対象物の品質が向上する。
【００１３】
さらに、本発明では、単に整流板を配置するのみで、上述した優れた作用効果を奏するので、装置のコストアップも少ない。さらに、単純な構成なので、メンテナンスも容易である。
特に、整流板の外周に壁を設けた本発明では、この壁の近くに研磨液溜りが形成され、研磨液をさらに有効に利用することができる。また、この壁は、研磨パッドおよび被研磨対象の回転による研磨液の飛散をも防止することができる。
【００１４】
また、研磨液の排出口を被研磨対象と整流板との隙間に設けた本発明では、被研磨対象および研磨パッドの回転により外周に飛散した研磨液が最終的に、被研磨対象の方向へ向けて流れ、その排出口から排出されるので、研磨液をさらに有効に利用することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る研磨装置および研磨方法を、図面に示す実施形態に基づき、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る研磨装置の側面側要部断面図、図２はその研磨装置の要部平面図、図３は研磨装置全体の一部省略した概略斜視図、図４は図３に示す主軸スピンドルの断面図である。
【００１６】
図１，２に示すように、本実施形態に係る研磨装置３０は、被研磨対象としてのウェーハ２の表面を研磨するための装置である。
図３に示すように、この研磨装置３０は、研磨パッド８を回転させる主軸スピンドル３２と、ウェーハ２を保持する保持手段としてのテーブル６とを有する。
【００１７】
主軸スピンドル３２では、図４に示すように、研磨パッド保持具１０の下面に発泡ポリウレタンなどの多孔質粘弾性材からなる研磨パッド８が貼着してある。研磨パッドは、ウェーハ２の被研磨面と略同じ面積（またはそれよりも小さい面積）を有している。
【００１８】
研磨パッド保持具１０の上方にはフランジ３１、エアベアリング３３およびロータコイル３８が順に設けてある。研磨パッド２は、例えば直径約２２０ｍｍの円盤状をしている。ステータコイル３７とロータコイル３８とでスピンドルモータ３４が構成される。
【００１９】
研磨パッド８と、パッド保持具１０と、フランジ３１、エアベアリング３３のエアベアリングシャフト３５およびロータコイル３８とは一体となって回転する。すなわち、ステータコイル３７からの電磁力によってロータコイル３８が回転すると、それに連動して、研磨パッド８、パッド保持具１０、フランジ３１、エアベアリングシャフト３５が回転する。すなわち、主軸スピンドル３２は、スピンドルモータ３４による回転力が、平ベルトなどを介さずに、直接的に研磨パッド８に伝達される機構になっている。
【００２０】
ロータコイル３８の内側には、ステータコイル３７が設けてある。ステータコイル３７はカバー４１に固定してあり、ステータコイル３７の内側にはノズルブラケット３６が設けてある。ノズルブラケット３６には、中心軸に沿って研磨液供給孔１２が形成してあり、この供給孔１２の下端には、ノズル４０が装着してある。ノズル４０からは、供給孔１２を介して、図示しないスラリー供給装置からスラリー（研磨剤）が供給される。スラリーとしては、例えば粉状の酸化シリコン( ＳｉＯ2 ) と水酸化カリウム(ＫＯＨ) との水溶液などが用いられる。
【００２１】
カバー４１には、エアー吸入口４１ａが設けてあり、エアー吸入口４１ａから主軸スピンドル３２の内圧を高めるためのエアーが吸入される。このエアーによって、ノズル４０から噴出されるスラリーが主軸スピンドル３２内に逆流することを抑制できる。
【００２２】
また、本実施形態では、回転軸に対する研磨パッド８の回転を安定化させるために、ノズルブラケット３６、エアベアリングシャフト３５、フランジ３１およびパッド保持具１０として、研磨パッド２がＺ軸方向（図３参照）に移動する際の弾性係数を高めるために高剛性部材を用いている。
【００２３】
なお、図４中、４２はエアベアリングハウジングを示し、４４は多孔質絞り部を示し、４６はスピンドルフランジを示している。
一方、図３に示すように、テーブル６は、レール５０に沿ってＸ軸方向に移動自在に設けられたスライダ５２（往復移動手段）の上に回転自在に装着してある。テーブル６は、比較的低速回転なので、モータ、プーリおよび平ベルトなどにより回転駆動される。
【００２４】
テーブル６の大きさは、特に限定されないが、たとえば直径約２００ｍｍの円盤状をしている。テーブル６の上部には、図１に示すように、多孔質部材などで構成されるチャック４が装着してある。テーブル６を回転させる回転軸７には、その軸芯に沿って真空引き用通路８が形成してある。この通路８を通して真空引きすることで、ウェーハ２がチャック４の表面に真空吸着されるようになっている。
【００２５】
図１，２に示すように、本実施形態では、テーブル６の周囲には、研磨液ガイド２０が装着してある。この研磨液ガイド２０は、図３には図示省略してあるが、スライダ５２に対して固定してあり、スライダ５２と共に、Ｘ方向に往復移動自在になっている。
【００２６】
ガイド２０は、図１，２に示すように、研磨パッド８に対して約０．５mm〜数十mm、好ましくは１〜５mm、さらに好ましくは１〜２mmの間隙で略平行な平面を有する整流板２１を有する。この整流板２１には、テーブル６に対応する位置に開口部が形成してあり、ここにテーブル６が回転自在に収容される。この開口部には、下方に延びる円筒部が形成してあり、この円筒部とテーブル６との間に、０．５mm〜数十mm程度の隙間２６が形成される。この隙間２６が研磨液の排出口２５となる。
【００２７】
整流板２１の平面形状は、図２に示すように、ウェーハ２の外周を囲み、しかもパッド保持具１０がウェーハから最も遠い往復位置で、保持具１０の外周を囲む程度に、広い面積を有する形状である。この整流板２１の外周には、図１，２に示すように、壁２８が形成してあり、この壁２８の付近に研磨液溜り２４が形成されるようになっている。壁２８の高さは、特に限定されないが、パッド保持具１０の厚み程度である。研磨液溜り２４に貯留される研磨液の量は、研磨液供給孔１２から供給される研磨液の供給量と、研磨パッド８およびウェーハの回転速度と、隙間２６の大きさなどとにより決定される。隙間２６を大きく設定すれば、研磨液溜り２４に貯留される研磨液の量は少なくなる。
【００２８】
なお、壁２８は、研磨パッド８およびウェーハ２の回転による研磨液の飛散をも防止することができる。
次に、本実施形態に係る研磨装置の動作について説明する。
先ず、テーブル６の吸引装置が吸引を開始し、チャック４の表面に吸引力が生じる。この状態で、図１に示すように、研磨対象面を図中上にして、チャック４の上にウェーハ２を載置し、ウェーハ２をチャック４の表面に吸着させる。
【００２９】
次に、図４に示すスピンドルモータ３４の駆動によって研磨パッド８を回転速度約１５００〜３０００ｒｐｍで回転させる。また、モータの駆動によってテーブル６をウェーハ２と共に、回転速度約３０〜５００ｒｐｍで回転させる。
また、ウェーハ２の上方に研磨パッド８が位置するように、図３に示すスライダ５２をレール５０に沿ってＸ軸方向に移動する。
【００３０】
このとき、図４に示す研磨液供給孔１２を介して、スラリー供給装置からのスラリーがノズル４０に供給され、ノズル４０から放射状に噴射される。
そして、図示しない駆動装置により主軸スピンドル３２（図３，４）がＺ軸方向に下降し、所定の研磨圧力で、ウェーハ２の研磨対象面に研磨パッド８が押し付けられる。
【００３１】
本実施形態では、ウェーハ２の研磨対象面に研磨パッド８が押し付けられた状態で、図示しない駆動装置からの駆動力によって、図３に示すスライダ５２がレール５０に沿って所定の周期および振幅で往復運動を行い、ウェーハ２および研磨液ガイド２０が研磨パッド８に対してトラバース運動（回転半径方向に往復移動）を行う。尚、このトラバース運動の速度は、例えば５〜４００（ｍｍ／分）である。このトラバース運動に際して、研磨パッド８およびウェーハ２は回転し、研磨液ガイド２０は、回転せずにトラバース運動のみである。
【００３２】
本実施形態では、このようなトラバース運動に際し、研磨パッド８の中央部がウェーハ２から外れた状態でも、研磨パッド８の中央部から吐出される研磨液が、無駄になることなく、整流板２１により案内されてウェーハ２の表面に向かう。また、研磨パッドおよび被研磨対象の回転により研磨液が外周に飛散することになるが、この飛散した研磨液は、壁２８に当たり、壁の付近に液溜り２４が形成される。したがって、研磨液をさらに有効に利用することができる。研磨液は、最終的には、ウェーハ２の方向へ向けて流れ、その外周に形成された排出口２５から排出される。
【００３３】
したがって、ウェーハ２の表面全体に研磨液が供給され、研磨液の供給性が向上する。また、研磨初期時でも、整流板２１に沿った研磨液の流れにより、ウェーハ２の表面に研磨液が供給され、研磨パッド８とウェーハ２との相対的な往復移動がスムーズになり、ウェーハ２の外周部と内周部との研磨レートの差を少なくすることが可能になる。
【００３４】
このような研磨により、ウェーハ２の研磨対象面は、スラリー中のアルカリ成分による化学的研磨作用と、直径約０．１μｍ程度のシリカなどの研磨粒子による機械的研磨作用と、さらにこれらの相乗研磨作用により、メカノケミカル研磨（ＣＭＰ）が良好に行われる。
【００３５】
その結果、研磨むらがなくなり、平坦化の面内均一性が向上し、研磨されたウェーハの品質が向上する。
また、本実施形態では、単に研磨液ガイド２０を配置するのみで、上述した優れた作用効果を奏するので、装置のコストアップも少ない。さらに、ガイド２０は単純な構成なので、そのメンテナンスも容易である。
【００３６】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
たとえば、上述した実施形態では、整流板２１の外周に壁２８を設けたが、本発明では、必ずしもこの壁２８を設ける必要はない。さらに、研磨液の排出口２５は、ウェーハ２の外周位置のみでなく、その他の位置に形成しても良い。ただし、回転するウェーハ２と整流板２１との間には、隙間を形成する必要があるので、この隙間を利用して研磨液の排出口２５を形成することがより好ましい。
【００３７】
また、上記実施形態では、往復移動手段として、図３に示すスライダ５２を用い、このスライダ５２をＸ方向に移動させることで、ウェーハ２を研磨パッド８に対して往復移動させたが、研磨パッド８を保持するスピンドル３２をウェーハに対して往復移動させても良い。ただし、スピンドル３２の方が高速回転なので、テーブル６を往復移動させる方が、回転安定性の観点からは好ましい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、研磨パッドの中央部が前記被研磨対象から外れた状態でも、研磨パッドの中央部から吐出される研磨液が、無駄になることなく、ウェーハなどの被研磨対象の表面に向かう。
【００３９】
したがって、被研磨対象の表面全体に研磨液が供給され、研磨液の供給性が向上する。また、研磨初期時でも、被研磨対象の表面に研磨液が供給され、研磨パッドと被研磨対象との相対的な往復移動がスムーズになり、被研磨対象の外周部と内周部との研磨レートの差を少なくすることが可能になる。その結果、研磨むらがなくなり、平坦化の面内均一性が向上し、研磨された対象物の品質が向上する。
【００４０】
さらに、本発明では、単に整流板を配置するのみで、上述した優れた作用効果を奏するので、装置のコストアップも少ない。さらに、単純な構成なので、メンテナンスも容易である。
特に、整流板の外周に壁を設けた本発明では、この壁の近くに研磨液溜りが形成され、研磨液をさらに有効に利用することができる。また、この壁は、研磨パッドおよび被研磨対象の回転による研磨液の飛散をも防止することができる。
【００４１】
また、研磨液の排出口を被研磨対象と整流板との隙間に設けた本発明では、被研磨対象および研磨パッドの回転により外周に飛散した研磨液が最終的に、被研磨対象の方向へ向けて流れ、その排出口から排出されるので、研磨液をさらに有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る研磨装置の側面側要部断面図である。
【図２】図２はその研磨装置の要部平面図である。
【図３】図３は研磨装置の外観斜視図である。
【図４】図４は図３に示す主軸スピンドルの断面図である。
【図５】図５は開発中の研磨装置の側面側要部断面図である。
【図６】図６はその研磨装置の要部平面図である。
【符号の説明】
２…  ウェーハ、  ４…  チャック、  ６…  テーブル、  ８…  研磨パッド、１０…  パッド保持具、  １２…  研磨液供給孔、  ２０…  研磨液ガイド、２１…  整流板、  ２４…  研磨液溜り、  ２５…  排出口、  ２６…  隙間、２８…  壁、  ３０…  研磨装置。
【図１】
0003711607.tif 000002
【図２】
0003711607.tif 000003
【図３】
0003711607.tif 000004
【図４】
0003711607.tif 000005
【図５】
0003711607.tif 000006
【図６】
0003711607.tif 000007