(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨シートを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板を前記研磨シートに基板裏面から加圧して押し付けながら回転させて研磨し、ガラスや半導体等の基板の凹凸を平坦化する基板研磨方法において、基板裏面から基板を研磨シートに押し付ける多数の加圧体によりそれぞれ等しい大きさの力でかつ点接触によって前記基板を前記研磨シートに対して加圧し、加圧体の配置または加圧体同士の間隔を調整することにより、前記基板の研磨面と前記研磨シートの間に発生する研磨圧力を制御することを特徴とする基板研磨方法。
【請求項２】
多数の加圧体による基板の加圧範囲よりも大きく形成された流体を収納した流体袋体を介して加圧体を加圧し、全ての加圧体に等しい加圧力を与えることを特徴とする請求項１記載の基板研磨方法。
【請求項３】
多数の加圧体は、加圧体を着脱自在に保持しうる穴を一定間隔をもって多数形成した加圧体保持部材により保持されていることを特徴とする請求項１または２記載の基板研磨方法。
【請求項４】
基板の研磨面の膜厚形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては加圧体を最密状態に配列させ、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次大きくして配列するように加圧体を配設して、前記基板の研磨を行なうことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項記載の基板研磨方法。
【請求項５】
基板の研磨面を研磨シートに押し付けながら相対的に回転させて研磨する際に前記研磨シート上に研磨剤を供給することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載の基板研磨方法。
【請求項６】
研磨シートを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板を前記研磨シートに基板裏面から加圧して押し付けながら回転させて研磨し、ガラスや半導体等の基板の凹凸を平坦化する基板研磨装置において、基板裏面から基板を研磨シートに押し付ける多数の加圧体と、該多数の加圧体を着脱自在に保持する加圧体保持部材と、該加圧体保持部材に保持された多数の加圧体のそれぞれに対して等しい加圧力を与える荷重手段とを備え、基板の研磨面形状に応じて前記加圧体の配置や間隔を調節して前記基板の研磨面と研磨シートの間に発生する研磨圧力を制御しうるように構成したことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項７】
加圧体は、基板裏面に対して点接触状に当接する形状を有することを特徴とする請求項６記載の基板研磨装置。
【請求項８】
加圧体保持部材は、加圧体を着脱自在にそれぞれ保持しうる多数の穴が一定間隔をもって形成されていることを特徴とする請求項６または７記載の基板研磨装置。
【請求項９】
荷重手段は、多数の加圧体による基板の加圧範囲よりも大きく形成された流体を収納した流体袋体と荷重とを備え、前記流体袋体を介して前記加圧体を加圧することを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１項記載の基板研磨装置。
【請求項１０】
加圧体と基板との間に板状の弾性体を介在させることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項記載の基板研磨装置。
【請求項１１】
基板の研磨面の膜厚形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては加圧体を最密状態に配列させ、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次大きくして配列するように加圧体を配設して、前記基板の研磨を行なうことを特徴とする請求項６ないし１０のいずれか１項記載の基板研磨装置。
【請求項１２】
研磨シート上に研磨液を供給するノズルをさらに備えていることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか１項記載の基板研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラスや半導体等の基板を平坦に研磨する基板研磨方法および基板研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体の高集積化の要求が高まるとともに化学機械研磨（ＣＭＰ）による平坦化技術が注目されている。このＣＭＰにより、リソグラフィーの可能性を原理的な限界点まで広げるために不可欠なデバイス表面の平坦化や、多層配線のための埋め込み構造が可能となる。
【０００３】
従来の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置は、図５に図示するように、基板１０１を着脱自在に保持し基板の裏面から加圧する基板保持具１０２と、研磨シート１０４を貼り付けた定盤１０５と、研磨シート１０４上に研磨液１０８を供給するノズル１０９を備え、定盤１０５を回転軸１０６を介して回転させ、定盤１０５上の研磨シート１０４上に基板１０１を当接させるとともに、基板保持具１０２により基板１０１をその裏面から加圧した状態で基板１０１を回転させ、かつノズル１０９から研磨液１０８を研磨シート１０４上に滴下しつつ化学機械研磨を行なうものであり、研磨液の化学的作用と砥粒の物理的作用を利用して基板研磨面を平坦化させている。
【０００４】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板研磨面と研磨シートの接触状態がそのまま研磨量に影響するため、基板研磨面を平坦に研磨するには基板研磨面全面を均一な圧力で研磨シートに押し付ける必要がある。基板全面に均一な接触圧力を得るための手段として種々の工夫がなされており、特開平０９−２６０３１６号公報には、基板研磨面と研磨シートとの接触圧力を検出しつつ単一もしくは多数のアクチュエータなどの加圧体の押し付ける力を研磨圧力が均一になるように制御して基板を加圧する方法が開示されている。
【０００５】
また、特開平０９−１４１５５０号公報には、基板または基板保持部品で密閉されるような圧力容器を有する研磨ヘッドにより、基板裏面または基板保持部品を圧力容器内の流体圧で加圧し基板研磨面を研磨シートに押し付ける基板加圧方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、化学機械研磨（ＣＭＰ）においては、基板研磨面を均一に研磨除去するためには、基板裏面から基板を加圧することにより、基板研磨面と研磨シートの間に発生する研磨圧力が基板全面で均一にならなければならない。また、研磨進行後、研磨面内で除去量にむらが生じた場合、むらの形状に合わせて選択的に除去量を大きくあるいは小さく取るような圧力操作が必要となる。このような背景から、基板を均一に加圧しかつ加圧力の強弱あるいは有無を制御することができる加圧方法が必要となる。
【０００７】
しかしながら、前述した特開平０９−１４１５５０号公報に開示された方法では、装置に流体をシールする機構や流体の制御手段、流体供給装置を必要とするなど、装置が複雑となり大型になってしまい、さらに、研磨進行後、研磨除去量にむらが生じた場合、このむらをなくするようにむら形状に合わせて研磨除去するような加圧を行なうことができないという問題点がある。
【０００８】
また、前述した特開平０９−２６０３１６号公報に開示された方法では、アクチュエータを駆動させるため、装置が大型となってしまうという問題点があり、さらに、基板が大版化すると、基板全面の接触圧力を制御するためにアクチュエータの数を増やさないといけないため、さらに装置が大型となり、基板の大版化に対応することが難しい。また、加圧体の間隔を小さくすれば細かい圧力制御が可能となるけれども、加圧体の数を増やさないといけないため、これも装置を大型化してしまう。
【０００９】
さらに、多数の加圧体を用いて基板裏面から加圧する際に、各加圧体における基板裏面に接触する端面が平面であると、基板裏面に接触している各加圧体の面内で圧力の片寄りが生じ、所望の研磨圧力を得ることができない。
【００１０】
そこで、本発明は、上記従来技術の有する未解決な課題に鑑みてなされたものであって、従来のように装置を大型、複雑にすることなく、基板全面を均一に加圧することができるとともに基板の膜厚むらや研磨進行後の研磨量のむら形状に合わせて膜厚むらを除去するように研磨圧力を制御することができ、かつ基板の大版化に対応することが容易な基板研磨方法および基板研磨装置を提供することを目的とするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の基板研磨方法は、研磨シートを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板を前記研磨シートに基板裏面から加圧して押し付けながら回転させて研磨し、ガラスや半導体等の基板の凹凸を平坦化する基板研磨方法において、基板裏面から基板を研磨シートに押し付ける多数の加圧体によりそれぞれ等しい大きさの力でかつ点接触によって前記基板を前記研磨シートに対して加圧し、加圧体の配置または加圧体同士の間隔を調整することにより、前記基板の研磨面と前記研磨シートの間に発生する研磨圧力を制御することを特徴とする。
【００１２】
本発明の基板研磨方法においては、多数の加圧体による基板の加圧範囲よりも大きく形成された流体を収納した流体袋体を介して加圧体を加圧し、全ての加圧体に等しい加圧力を与えることが好ましく、また、多数の加圧体は加圧体を着脱自在に保持しうる穴を一定間隔をもって多数形成した加圧体保持部材により保持されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の基板研磨方法においては、基板の研磨面の膜厚形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては加圧体を最密状態に配列させ、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次大きくして配列するように加圧体を配設して、前記基板の研磨を行なうことができる。
【００１４】
本発明の基板研磨方法においては、基板の研磨面を研磨シートに押し付けながら相対的に回転させて研磨する際に前記研磨シート上に研磨剤を供給することが好ましい。
【００１５】
そして、本発明の基板研磨装置は、研磨シートを貼り付けた定盤を回転させるとともに、基板を前記研磨シートに基板裏面から加圧して押し付けながら回転させて研磨し、ガラスや半導体等の基板の凹凸を平坦化する基板研磨装置において、基板裏面から基板を研磨シートに押し付ける多数の加圧体と、該多数の加圧体を着脱自在に保持する加圧体保持部材と、該加圧体保持部材に保持された多数の加圧体のそれぞれに対して等しい加圧力を与える荷重手段とを備え、基板の研磨面形状に応じて前記加圧体の配置や間隔を調節して前記基板の研磨面と研磨シートの間に発生する研磨圧力を制御しうるように構成したことを特徴とする。
【００１６】
本発明の基板研磨装置においては、加圧体は基板裏面に対して点接触状に当接する形状を有することが好ましく、また、加圧体保持部材は加圧体を着脱自在にそれぞれ保持しうる多数の穴が一定間隔をもって形成されていることが好ましく、さらにまた、荷重手段は、多数の加圧体による基板の加圧範囲よりも大きく形成された流体を収納した流体袋体と荷重とを備え、前記流体袋体を介して前記加圧体を加圧することが好ましい。
【００１７】
本発明の基板研磨装置においては、加圧体と基板との間に板状の弾性体を介在させることが好ましい。
【００１８】
本発明の基板研磨装置においては、基板の研磨面の膜厚形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては加圧体を最密状態に配列させ、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次大きくして配列するように加圧体を配設して、前記基板の研磨を行なうことができる。
【００１９】
本発明の基板研磨装置においては、研磨シート上に研磨液を供給するノズルをさらに備えていることが好ましい。
【００２０】
【作用】
本発明の基板研磨方法および基板研磨装置によれば、各加圧体を基板に対して点接触の微小な面積で接触させることにより、各加圧体の接触部での圧力の片寄りを生じることがなく、接触点からの加圧力の分布を考慮するだけでよいので、研磨圧力の制御が容易となり、また、全ての加圧体を一つの流体袋体を介して加圧し、加圧体全てに同じ大きさの加圧力を加えることができ、加圧体の間隔や配置を調整制御することによって所望の研磨圧力を得ることができる。そのため、個々の加圧体を加圧する駆動装置が不要となり、装置を大型化や複雑化することなく、多数の加圧体を配置することが可能となり、さらに、加圧体の間隔や加圧体自体の形状を小さくすることができ、より細かい加圧操作が可能となる。
【００２１】
さらに、基板保持器の形状を基板形状に合わせることにより、どのような基板形状にも対応することができ、基板の大型化にも対応が容易である。
【００２２】
さらに、同じ加圧力を与えられた多数の加圧体により基板全面にわたって均一な研磨圧力を得ることができるとともに、基板の膜厚むらや研磨進行後の研磨量のむらがある場合にはそのむら形状を除去するように加圧体の間隔や配置を調整制御することにより膜厚むらを除去する研磨圧力を得ることができ、基板の平坦化研磨を行なうことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は本発明に係る基板研磨装置の一実施例の概略構成図であり、本実施例について図１を参照して説明する。
【００２５】
被研磨物であるガラスや半導体等の基板１は、リテーナーリング２内に配置された基板保持器３によって保持され、基板１の研磨面が定盤５に貼り付けられた研磨シート４と接するように配置される。研磨シート４は、耐薬品性、耐摩耗性および弾性回復力に優れたポリエステル繊維不織布または発泡ポリウレタンシートであり、定盤５は図示しない回転装置により回転軸６を介して回転駆動される。基板１は、回転ローラ７の回転により、リテーナーリング２および基板保持器３とともに研磨シート４の上で回転する。研磨液８はノズル９を通して研磨シート３上に供給される。
【００２６】
基板１の研磨面を研磨シート４に押し付けるための多数の加圧体１１は、基板１の裏面側に配置され、各加圧体１１における基板１との接触面内で圧力分布の片寄りをなくすために、理想的には基板１の裏面と点接触する構造とし、例えば、加圧体１１の基板裏面に接触する先端部の形状を針状あるいは球面状とし、加圧体１１は鉄あるいはナイロン等の材料で作製する。図１に図示する実施例では、加圧体１１の一形態として基板１に接触する端面が球面状に形成された柱状の加圧体を用いている。加圧体１１を保持する加圧体保持部材１２は、アクリル樹脂等で作製された板状体であり、加圧体１１の断面形状と同じ形状で同じ大きさの穴１２ａが多数開けられ、これらの穴１２ａは各加圧体１１を着脱自在に保持することができる構造である。加圧体保持部材１２は、図１に図示する実施例では、基板保持器３の上面に載置されており、基板１の裏面に接することがないように配置されている。加圧体保持部材１２に保持される加圧体１１同士の間隔は、研磨シート４と基板１の間に発生する研磨圧力を均一にするために、十分に小さく形成され、また、各加圧体１１の断面積も同様に十分小さいことが好ましい。
【００２７】
そして、加圧体１１の上には気体などの流体を収納した流体袋体１３が配置され、この流体袋体１３は、多数の加圧体１１による加圧範囲よりも大きく形成されている。流体袋体１３の上にさらに荷重１４を載置することにより、加圧体１１に加圧力を与える。このように、加圧体１１は、流体袋体１３を介して加圧されるために、どのような形状の荷重１４を用いても、個々の加圧体１１が基板１に与える加圧力は全て等しくなる。なお、流体袋体１３は、加圧体１１の配置された周辺部と中心部で均一に接して加圧力に差が生じないようにするために周辺部がだれないように加圧体１１が配置されている範囲で基板１と平行に保つように保持することが必要である。図１に図示する実施例では、加圧体保持部材１２の周辺部の上面に、加圧体保持部材１２の上面から出ている加圧体１１の高さと同じ高さの段差部１２ｂを設け、この段差部１２ｂによって流体袋体１３の周辺部がだれないように支持する。
【００２８】
以上のように構成された本発明の第１の実施例においては、加圧体保持部材１２に保持された多数の加圧体１１は基板１の裏面にそれぞれ点接触状に加圧することから、各加圧体１１の接触面内での圧力の片寄りを考慮するなく加圧でき、さらに、全ての加圧体１１を一つの流体袋体１３を介して荷重１４で加圧することから、基板全面に均一な研磨圧力を得ることができる。また、加圧体１１の間隔や加圧体１１自体の形状を小さくすることにより、より細かい加圧操作が可能となる。このように、個々の加圧体を加圧する駆動装置を必要とせず、装置の大型化や複雑化を避けることができる。さらに、多数の加圧体１１はそれぞれ加圧体保持部材１２に着脱自在に保持されているために、加圧体１１の配置や間隔を適宜変更することができ、これにより、基板の厚さむらや研磨進行により生じる研磨のむら形状に合わせて、加圧体１１を適宜配置することにより、厚さむらや研磨むらを除去するような研磨圧力を得ることができる。
【００２９】
次に、基板の厚さむらや研磨むらの除去に関して、図２を参照して詳細に説明する。図２は、基板と該基板を加圧する加圧体を示す模式図であって、基板の研磨進行後に研磨量にむらが生じた場合における加圧体の配置態様の一例を図示する概略図である。
【００３０】
図２において、１ａは、基板１を研磨している途中において研磨面の研磨量にむらが生じた場合に、その研磨むらの形状を高さ方向に拡大して示す研磨むら形状であり、また、加圧体として前述の実施例と同様に柱状の加圧体１１を用い、加圧体保持部材１２には加圧体を保持する穴１２ａが等ピッチで形成されており、基板１の厚さむらや研磨むらの程度に応じて、加圧体１１を穴１２ａのピッチの整数倍の間隔をもって配置することができる。
【００３１】
したがって、加圧体１１は、基板の研磨面の膜厚形状や研磨むらの形状に応じ、最も膜厚の厚い部分に対しては最も密な状態に配列され、膜厚が薄くなるごとに加圧体の間隔を順次あけていくように配列され、加圧体１１の有無により、研磨圧力を調整して研磨を行なうことができる。
【００３２】
すなわち、それぞれの加圧体１１の間隔での単位時間当たりの除去量は予め実験等により知ることができ、例えば、最も密に加圧体１１を配置して研磨を行なった時の単位時間当たりの除去量が１００ｎｍである場合には、基板１の研磨面の基準面Ｖから１００ｎｍの高さに等高線Ｚを設定し、それよりもむら厚の大きい基板の範囲をａとするとき、この範囲ａに対応する部分での加圧体１１の配置を最も密にする。同様に、加圧体保持部材１２の穴１２ａの一つ分の間隔で加圧体１１を配置して研磨を行なった場合の単位時間当たりの除去量と等しい高さの等高線Ｙを設定し、等高線Ｙより高く等高線Ｚより低い基板の範囲をｂとして、この範囲ｂに対応する部分での加圧体１１ａの配置は、加圧体保持部材１２の穴１２ａの一つおきに加圧体１１を配置する。同様にして、加圧体１１の間隔に応じた除去量と等しい高さで等高線Ｘ、Ｗ…を設定し、研磨むらを高さ方向にいくつかの層に分け、それぞれの加圧体の間隔で配置する範囲を決定する。このように、基板の研磨面の膜厚形状を測定し、その膜厚形状に応じて、加圧体の有無により、研磨圧力を調整することができ、基板の厚さむらや研磨進行後の研磨量のむら形状に合わせた適切な研磨圧力で研磨することができる。
【００３３】
また、その後にさらに研磨むらが生じている場合には、この研磨むらに対応するように加圧体を配置して研磨圧力を調整して研磨することを繰り返して、最終的に平滑な平面を得ることができる。
【００３４】
以上のように、同じ加圧力が付与される多数の加圧体においてその配置や間隔を換えることにより、基板の厚さむらや研磨進行後の研磨のむら形状に合わせて膜厚のむらを除去するような研磨圧力を得ることができる。しかも、個々の加圧体を加圧する駆動装置を必要とせず、装置の大型化や複雑化を避けることができる。
【００３５】
次に、本発明の他の実施例について、図３を参照して説明する。図３は本発明に係る基板研磨装置の他の実施例の概略構成図である。
【００３６】
本実施例においては、前述した実施例における柱状の加圧体に代えて球状体の加圧体１１ａを用いている点で前述した実施例と相異するが、その他の構成は同じであり、同一部材には同じ符号を付してある。本実施例においても、球状の加圧体１１ａは、基板１の裏面を点接触状に加圧して、各加圧体１１ａの接触面内での圧力の片寄りを考慮するなく加圧でき、さらに、全ての加圧体１１ａを一つの流体袋体１３を介して荷重１４で加圧することから、基板全面に均一な研磨圧力を得ることができる。また、加圧体１１ａ自体の形状や加圧体１１ａの間隔を小さくすることにより、より細かい加圧操作が可能であり、前述した実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
次に、本発明のさらに他の実施例について、図４を参照して説明する。
【００３８】
本実施例においては、図４に図示するように、基板１と加圧体１１ａの間に板状の弾性体１７を介在させたものであり、その他の構成は前述した実施例と同様であり、同一部材には同一符号をもって説明する。
【００３９】
基板１と加圧体１１ａの間に介在させる板状の弾性体１７は、基板１と同等かそれ以上の大きさを有し、例えばシリコン等で作製されたものである。このように、基板１と加圧体１１ａの間に板状の弾性体１７を介在させることにより、前述した実施例の奏する作用効果に加えて、基板１と加圧体１１ａの接触部の加圧力の集中を分散させることができ、より均一な加圧力を得ることができる。なお、本実施例においては、加圧体として球状の加圧体１１ａを用いているが、図１に図示する実施例においても、基板１と加圧体１１の間に板状の弾性体１７を介在させることにより、基板１と加圧体１１の接触部の加圧力の集中を分散させ、より均一な加圧力を得ることができることはいうまでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各加圧体を基板に対して点接触させることにより、各加圧体の接触部での圧力の片寄りを生じさせることがなく、接触点からの加圧力の分布を考慮するだけでよいので、研磨圧力の制御が容易となり、また、全ての加圧体を一つの流体袋体を介して加圧し、加圧体全てに同じ大きさの加圧力を加えることができる。さらに、加圧体の間隔や配置を制御することによって所望の研磨圧力を得ることができ、個々の加圧体を加圧する駆動装置が不要となり、そのため装置が大型化や複雑化せず、多数の加圧体を配置することが可能であり、また、加圧体の間隔や加圧体自体の形状を小さくすることができ、より細かい加圧操作が可能となる。さらに、基板保持器の形状を基板形状に合わせることにより、どのような基板形状にも対応することができ、基板の大型化にも対応が容易である。
【００４１】
さらに、同じ加圧力を与えられた多数の加圧体の間隔や配置を換えることにより、均一な研磨圧力や研磨進行後の研磨量のむら形状等に合わせてむらを除去するような研磨圧力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基板研磨装置の一実施例の概略構成図である。
【図２】本発明に係る基板研磨装置において、基板と該基板を加圧する加圧体を示す模式図であって、基板の研磨進行後に研磨量にむらが生じた場合における加圧体の配置態様の一例を図示する概略図である。
【図３】本発明に係る基板研磨装置の他の実施例の概略構成図である。
【図４】本発明に係る基板研磨装置のさらに他の実施例の概略構成図である。
【図５】従来の化学機械研磨方式による基板研磨装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１    基板
１ａ    研磨むら形状
２    リテーナーリング
３    基板保持器
４    研磨シート
５    定盤
６    回転軸
７    回転ローラ
８    研磨液
９    ノズル
１１  （柱状）加圧体
１１ａ    （球状）加圧体
１２    加圧体保持部材
１２ａ    穴
１３    流体袋体
１４    荷重
【図１】
0003565480.tif 000002
【図２】
0003565480.tif 000003
【図３】
0003565480.tif 000004
【図４】
0003565480.tif 000005
【図５】
0003565480.tif 000006