(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被研磨面を研磨テーブルの研磨面に押圧し、研磨液を該研磨面に供給し、該基板の被研磨面と前記研磨テーブルの研磨面の相対的運動により基板の被研磨面を研磨する研磨装置において、
前記研磨テーブルの研磨面に溝で囲まれた複数のシマを設け、
前記各シマにはその上面に開口する少なくとも１つの研磨液供給口を設け、
前記各研磨液供給口を通して前記各シマ上面に研磨液を供給する研磨液供給手段を設けたことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨装置において、
前記研磨テーブルの研磨面への前記研磨液の供給は、前記研磨液供給口を通して、該研磨テーブルの研磨面と前記基板の被研磨面の相対運動により生じる圧力差で行うことを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の研磨装置において、
前記溝に流れ込んだ研磨作用後の研磨液を排出することを特徴とする研磨装置。
【請求項４】
基板の被研磨面を研磨テーブルの研磨面に押圧し、研磨液を該研磨面に供給し、該基板の被研磨面と前記研磨テーブルの研磨面の相対的運動により基板の被研磨面を研磨する研磨装置において、
前記研磨テーブルの研磨面に溝で囲まれた複数のシマを設け、
前記各シマにはその上面に開口する少なくとも１つの研磨液供給口を設け、
前記各研磨液供給口を通して前記各シマ上面に研磨液を供給する研磨液供給手段を設け、
研磨液供給手段は、前記研磨テーブルの研磨面の下部に研磨液供給ラインを通して供給される研磨液を貯留する研磨液供給槽を設けると共に、該研磨液供給槽に連通する研磨液排出槽を設け、該研磨液排出槽に連通する研磨液排出ラインを設け、
前記研磨液は前記研磨液供給口を通して前記研磨面下部より湧出させることを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウエハ等の基板の被研磨面を研磨テーブルの研磨面に押圧し、基板と研磨テーブルの相対運動により基板の被研磨面を研磨する研磨装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の研磨装置は、上面に研磨面となる研磨クロスを貼り付けた研磨テーブルと、基板を保持するトップリングを具備し、該トップリングで保持する基板の被研磨面を研磨テーブルの研磨面に押圧し、該研磨面に研磨液を供給しながら、基板の被研磨面と研磨テーブルの研磨面の相対運動により、基板の被研磨面を研磨する構成となっている。
【０００３】
半導体デバイスの集積度の向上に伴い、半導体ウエハの被研磨面を研磨する研磨装置には、その研磨性能（研磨の効率、研磨の均一性等）は勿論のこと、他にも種々の機能上の向上が要求されている。このような構成の研磨装置において、研磨中にトップリングが振動するという問題がある。このトップリングの振動は騒音を発し、作業環境を害するだけでなく、研磨装置の各部に振動を与え、その性能に悪影響を及ぼすという問題があった。
【０００４】
また、上記構成の研磨装置においては、研磨液にスラリーを使用しており、通常このスラリーの供給流量は２００ｍｌ／ｍｉｎと多く、これが基板研磨のランニングコストを高めるという問題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、基板の研磨中にトップリングの振動が無く、且つ研磨液の使用量を大幅に削減できる研磨装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１に記載の発明は、基板の被研磨面を研磨テーブルの研磨面に押圧し、研磨液を該研磨面に供給し、該基板の被研磨面と前記研磨テーブルの研磨面の相対的運動により基板の被研磨面を研磨する研磨装置において、研磨テーブルの研磨面に溝で囲まれた複数のシマを設け、各シマにはその上面に開口する少なくとも１つの研磨液供給口を設け、各研磨液供給口を通して各シマ上面に研磨液を供給する研磨液供給手段を設けたことを特徴とする。
【０００７】
上記のように研磨テーブルの研磨面に溝で囲まれた複数のシマを設け、各シマにはその上面に開口する少なくとも１つの研磨液供給口を設け、各研磨液供給口を通して各シマ上面に研磨液を供給することにより、基板の被研磨面と全シマ上面からなるに研磨テーブルの研磨面の間に研磨液が浸透し均一な研磨液の膜が形成されるから、該被研磨面と研磨面の摩擦力が均一若しくは低減され、トップリングの振動が防止されると同時に、該被研磨面と研磨面の間に研磨に必要な流量の研磨液のみが供給されることになり消費される研磨液流量を大幅に削減できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の研磨装置において、研磨テーブルの研磨面への研磨液の供給は、研磨液供給口を通して、該研磨テーブルの研磨面と基板の被研磨面の相対運動により生じる圧力差で行うことを特徴とする。
【００１１】
上記のように、研磨テーブルの研磨面と基板の被研磨面の相対運動により生じる圧力差で研磨液供給口から研磨液を供給するので、研磨に必要なだけの研磨液が供給されることになり、研磨液の消費量を大幅に削減できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の研磨装置において、溝に流れ込んだ研磨作用後の研磨液を排出することを特徴とする。
【００１３】
上記のように溝に流れ込んだ研磨作用後の研磨液を排出することにより、研磨作用後の研磨液や削り屑が研磨テーブルの研磨面に溢れ、基板の被研磨面の研磨に悪影響を及ぼすことがない。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、基板の被研磨面を研磨テーブルの研磨面に押圧し、研磨液を該研磨面に供給し、該基板の被研磨面と研磨テーブルの研磨面の相対的運動により基板の被研磨面を研磨する研磨装置において、研磨テーブルの研磨面に溝で囲まれた複数のシマを設け、各シマにはその上面に開口する少なくとも１つの研磨液供給口を設け、各研磨液供給口を通して各シマ上面に研磨液を供給する研磨液供給手段を設け、研磨液供給手段は、研磨テーブルの研磨面の下部に研磨液供給ラインを通して供給される研磨液を貯留する研磨液供給槽を設けると共に、該研磨液供給槽に連通する研磨液排出槽を設け、該研磨液排出槽に連通する研磨液排出ラインを設け、研磨液は前記研磨液供給口を通して研磨面下部より湧出させることを特徴とする。
【００１５】
上記のように研磨液供給槽に連通する研磨液排出槽を設け、該研磨液排出槽に連通する研磨液排出ラインを設けたので、研磨液供給槽内を別の研磨液又は純水に置換する場合、研磨液供給槽の研磨液又は純水を研磨液排出槽に集め研磨液排出ラインを通して排出することにより、置換する研磨液や純水に研磨液供給槽内の純水又は研磨液を混合させることなく、速やかに置換できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明に係る研磨装置の研磨テーブル上面に貼り付ける研磨クロスの平面図で、図１（ｂ）は一部拡大図、図１（ｃ）は一部断面図である。研磨テーブルの上面に研磨面となる研磨クロス１０が貼り付けられており、該研磨クロス１０の上面には互いに直交する溝１１が形成され、該直交する溝１１に囲まれたシマ１２の中央部分に上面（研磨面）に開口する研磨液供給口１３が設けられている。
【００１７】
図２は本発明に係る研磨装置の概略構成を示す断面図である。研磨装置２０は研磨テーブル２１を具備し、該研磨テーブル２１の上面には上記研磨クロス１０が貼り付けられている。研磨テーブル２１には研磨液が流入する研磨液供給槽２２が設けられ、該研磨テーブル２１の上面には該上面に開口し且つ研磨液供給槽２２に連通する多数の研磨液流通孔２３が設けられ、該研磨液流通孔２３は上記研磨クロス１０に設けられた研磨液供給口１３に連通している。
【００１８】
上記研磨テーブル２１の研磨液供給槽２２は研磨液供給管２６が接続されており、該研磨液供給管２６にはスラリー供給管２５及び純水供給管２４が接続されている。該スラリー供給管２５又は純水供給管２４を通して、スラリー又は純水が研磨液供給槽２２に供給され、該研磨液供給槽２２を満たすようになっている。基板の研磨の際には、研磨液としてスラリーを供給し、水ポリッシュの場合は研磨液として純水を供給する。また、研磨終了後は研磨液供給槽２２を純水で満たし、スラリーの変質による次の研磨に影響を与えないようにする。
【００１９】
研磨テーブル２１は複数の偏心回転軸機構２７、２８で支持されており、図示しないモータ等の駆動機構により水平方向に偏心運動するようになっている。研磨テーブル２１上面に貼り付けた研磨クロス１０の上面にはトップリング２９の下面に保持された半導体ウエハ等の基板Ｗの被研磨面が押圧されている。また、トップリング２９自体は矢印Ａ方向に所定の速度で回転している。研磨テーブル２１の研磨クロス１０とトップリング２９に保持された基板Ｗの相対運動により生じる圧力差により、研磨液供給槽２２内の研磨液は研磨テーブル２１の研磨液流通孔２３及び研磨クロス１０の研磨液供給口１３を通って、基板Ｗの被研磨面と研磨クロス１０上面の間に浸透し、基板Ｗの被研磨面の研磨に寄与する。
【００２０】
研磨液供給口１３が研磨クロス１０の溝１１に配置されていた場合、研磨液（スラリー）流量が２００ｍｌ／ｍｉｎでは、トップリング２９が激しく振動する。研磨液流量を増やせば振動は抑制できるが、研磨液が基板を押し上げ、研磨クロス１０との面圧を下げるので研磨レートが低下する。
【００２１】
研磨液供給口１３を研磨クロス１０のシマ１２の中央部に配置した場合、５０ｍｌ／ｍｉｎの研磨液流量で大きな振動は発生せず、必要な研磨レートが得られている。この場合に研磨液流量を１００ｍｌ／ｍｉｎに上げても研磨レートの変化が僅かである。これらのことから、この研磨液供給口１３の配置は振動防止と研磨液の節約を効率的に可能にする。なお図３は本発明に係る研磨装置で基板を研磨した場合の実験結果を示す図である。
【００２２】
また、スラリーの流量に関しては流量を２倍にしても研磨レート（Ｐ／Ｒ）の上昇は３％であることから、スラリー流量は５０ｍｌ／ｍｉｎで十分であると判断できる。研磨テーブルの上面にスラリーを供給するタイプの研磨装置では、スラリーの供給量は通常２００ｍｌ／ｍｉｎであるから、本研磨装置ではスラリー量を大幅に減らすことが可能となる。なお、研磨作用後に溝に流れ込んだ研磨液は図示しない排水手段で速やかに排出する。これにより、研磨作用後の研磨液や削り屑が研磨テーブルの研磨面に溢れ、基板の被研磨面の研磨に悪影響を及ぼすことがない。
【００２３】
なお、上記例では研磨クロス１０の上面に直交する多数の溝１１を形成し、該溝１１で囲まれた矩形状のシマ１２の中央部に研磨液供給口１３を設けたが、研磨クロス上面に形成する溝は直交する溝に限定されるものではなく、図４に示すように、研磨クロス１０の上面に同心円状に溝１４を形成し、該溝１４を連通する放射状の溝１５を設け、該同心円状の溝１４と放射状の溝１５で囲まれたシマ１２に研磨液供給口１３を設けてもよい。また、各シマ１２に形成される研磨液供給口１３も１個に限定されるものではなく、例えば図５に示すように各シマ１２の面積に応じて複数個設けてもよい。
【００２４】
また、上記例では研磨テーブル２１が水平方向に偏心運動し、トップリング２９が回転運動する研磨装置を例に説明したが、図示は省略するが、研磨テーブルもトップリングも水平面上で回転するものであってもよい。更に研磨テーブル２１がベルト状若しくはシート状であって、ベルト若しくはシートに対して同様の砥液供給手段と砥液漏れ防止機構を有する構成とすることもできる。要は基板の被研磨面と前記研磨テーブルの研磨面の相対的運動により基板の被研磨面を研磨する研磨装置であれば、本発明は適用できる。
【００２５】
図２に示す構成の研磨装置においては、研磨クロス１０の上面（研磨面）に均一に研磨液を湧出させるため、研磨テーブル２１の研磨面下部に研磨液流通孔２３及び研磨液供給口１３が連通する研磨液供給槽２２を設け、該研磨液供給槽２２を溢れる形で研磨液を湧出させている。この方法では、研磨液供給槽２２に研磨液を貯めることになるため、別の研磨液や純水に置換する際にはこの研磨液供給槽２２に貯まっている研磨液をすべて研磨クロス１０の上面、即ち研磨面に流さなければならず、しかも置換速度が遅いという問題がある。この研磨液の置換速度が遅いという問題を解決するために開発した研磨装置の構成を図６乃至図８に示す。図６はこの研磨装置の概略構成を示す断面図、図７は図６のＢ−Ｂ断面図、図８は図６のＣ−Ｃ断面図である。
【００２６】
図６乃至図８に示すように、本研磨装置は研磨テーブル２１に研磨液が流入する研磨液供給槽２２を設け、該研磨液供給槽２２の外周部に複数個（図では５個）の長穴３０を該研磨液供給槽２２に連通して設け、更に研磨液供給槽２２の下方に該長穴３０に連通する研磨液排出槽３１を設けている。また、研磨液供給槽２２の底面中央には研磨液供給管２６に連通する開口２６ａを設け、研磨液排出槽３１の底面には研磨液排出管３２、３３に連通する開口３２ａ、３３ａを設けている。研磨クロス１０の研磨液供給口１３及び研磨液流通孔２３は図２と同様、研磨液供給槽２２に連通している。なお、研磨液排出管３２、３３は開閉弁（図示せず）を通して工場廃液ライン若しくは図示しない研磨液再生ラインに通じている。
【００２７】
図６乃至図８に示す構成の研磨装置において、研磨を行う前には研磨液供給槽２２及び研磨液排出槽３１の両槽には純水が満たされている。研磨液供給槽２２を研磨液で置換する場合は、最初上記研磨液排出管３２、３３の開閉弁を開け、研磨液供給槽２２内の純水を工場廃液ラインとの高低差を利用して自重で排出する（例えば、３秒程度）。
【００２８】
次に、そのまま研磨液（スラリー）を所定流量（例えば、約５００ｍｌ／ｍｉｎ）で研磨液供給管２６を通して研磨液供給槽２２に供給する。研磨液は研磨液供給槽２２を満たしながら、研磨液排出槽３１に回り込む。両槽が研磨液で満たされた置換開始所定時間後（例えば約１０秒後）、上記開閉弁を閉じる。更に所定時間（例えば約５秒程度）研磨液を供給すれば、研磨面に通じている多数の研磨液供給口１３及び研磨液流通孔２３も研磨液で置換され、研磨可能な状態となる。基板Ｗの研磨が終了し、研磨液供給槽２２及び研磨液排出槽３１内の研磨液を純水と置換する場合、上記手順を今度は純水を用いて行う。
【００２９】
上記のように長穴３０を介して研磨液供給槽２２に連通する研磨液排出槽３１を設け、該研磨液排出槽３１に連通する研磨液排出管３２、３３を設けたので、研磨開始前に研磨液供給槽２２の純水を研磨液と置換する場合、研磨中に別の研磨液と置換する場合、研磨終了後に純粋と置換する場合、研磨液供給槽２２の純水又は研磨液を研磨液排出槽３１に集め研磨液排出管３２、３３を通して排出することにより、置換する研磨液や純水に研磨液供給槽２２内の純水や研磨液を混合させることなく、速やかに置換できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように各請求項に記載の発明によれば、下記のような優れた効果が得られる。
【００３１】
請求項１に記載の発明によれば、研磨テーブルの研磨面に溝で囲まれた複数のシマを設け、各シマにはその上面に開口する少なくとも１つの研磨液供給口を設け、各研磨液供給口を通して各シマ上面に研磨液を供給することにより、基板の被研磨面と全シマ上面からなる研磨テーブルの研磨面の間に研磨液が浸透し均一な研磨液の膜が形成されるから、該被研磨面と研磨面の摩擦力が均一若しくは低減され、トップリングの振動が防止されると同時に、該被研磨面と研磨面の間に研磨に必要な流量の研磨液のみが供給されることになり消費される研磨液流量を大幅に削減できる。
【００３３】
請求項２に記載の発明によれば、研磨テーブルの研磨面と基板の被研磨面の相対運動により生じる圧力差で研磨液供給口から研磨液を供給するので、研磨に必要なだけの研磨液が供給されることになり、研磨液の消費量を大幅に削減できる。
【００３４】
請求項３に記載の発明によれば、溝に流れ込んだ研磨作用後の研磨液を排出することにより、研磨作用後の研磨液や削り屑が研磨テーブルの研磨面に溢れ、基板の被研磨面の研磨に悪影響を及ぼすことがない。
【００３５】
請求項４に記載の発明によれば、研磨テーブルの研磨面に溝で囲まれた複数のシマを設け、各シマにはその上面に開口する少なくとも１つの研磨液供給口を設け、各研磨液供給口を通して各シマ上面に研磨液を供給する研磨液供給手段を設け、研磨液供給手段は、研磨テーブルの研磨面の下部に研磨液供給ラインを通して供給される研磨液を貯留する研磨液供給槽を設けると共に、該研磨液供給槽に連通する研磨液排出槽を設け、該研磨液排出槽に連通する研磨液排出ラインを設けたので、上記請求項１に記載の発明の効果に加え、研磨液供給槽内を別の研磨液又は純水に置換する場合、研磨液供給槽の研磨液又は純水を研磨液排出槽に集め研磨液排出ラインを通して排出することにより、置換する研磨液や純水に研磨液供給槽内の純水又は研磨液を混合させることなく、速やかに置換できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の研磨クロスを示す図で、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は一部拡大図、図１（ｃ）は一部断面図である。
【図２】本発明に係る研磨装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】本発明に係る研磨装置で基板を研磨した場合の実験結果を示す図である。
【図４】本発明に係る研磨装置の研磨クロスを示す平面図である。
【図５】本発明に係る研磨装置の研磨クロスを示す一部平面図である。
【図６】本発明に係る研磨装置の概略構成を示す断面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図である。
【図８】図６のＣ−Ｃ断面図である。
【符号の説明】
１０            研磨クロス
１１            溝
１２            シマ
１３            研磨液供給口
１４            溝
１５            溝
２０            研磨装置
２１            研磨テーブル
２２            研磨液供給槽
２３            研磨液流通孔
２４            純水供給管
２５            スラリー供給管
２６            研磨液供給管
２７            偏心回転軸機構
２８            偏心回転軸機構
２９            トップリング
３０            長穴
３１            研磨液排出槽
３２            研磨液排出管
３３            研磨液排出管
Ｗ              基板
【図１】
0004087581.tif 000002
【図２】
0004087581.tif 000003
【図３】
0004087581.tif 000004
【図４】
0004087581.tif 000005
【図５】
0004087581.tif 000006
【図６】
0004087581.tif 000007
【図７】
0004087581.tif 000008
【図８】
0004087581.tif 000009