(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々独立した回転数で回転する上面に研磨布を張ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、
前記ポリッシング対象物は半導体ウエハであり、前記ターンテーブル上部の半径方向に複数のノズルを配設した支持体を配置し、前記複数のノズルはそれぞれ砥液混合ユニットに接続され、前記砥液混合ユニットではそれぞれに砥液原液と該原液を希釈する液体とが供給されて混合され、前記複数のノズルから異なる濃度の砥液を前記研磨布上に供給することを特徴とするポリッシング装置。
【請求項２】
各々独立した回転数で回転する上面に研磨布を張ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、
前記ポリッシング対象物は半導体ウエハであり、前記ターンテーブル上部に、半径方向に配設された第１の支持体に配置された単数もしくは複数の砥液を供給するノズルと、半径方向に配設された第２の支持体に配置された研磨面全面に渡って水量の調整可能な水を供給する複数のノズルとを備え、前記砥液を供給するノズルから供給される砥液を前記水を供給するノズルから供給される水で希釈して異なる濃度の砥液を前記研磨布上に形成することを特徴とするポリッシング装置。
【請求項３】
各々独立した回転数で回転する上面に研磨布を張ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、
前記ポリッシング対象物は半導体ウエハであり、前記ターンテーブル上部に少なくとも、砥液を供給する単数又は複数のノズルと、分散剤を含む水を供給する単数又は複数のノズルを備え、該ノズルは分散剤と水の混合比を任意に設定できる分散剤混合ユニットに接続され、前記砥液を供給するノズルから供給される砥液と、前記分散剤を含む水を供給するノズルから供給される分散剤を含む水とを前記研磨布上に供給して、前記研磨布上で前記砥液を任意の分散剤濃度及び砥液濃度に希釈して、研磨することを特徴とするポリッシング装置。
【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に係り、特に研磨布に保持された砥液により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は、各々独立した回転数で回転するターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を平坦且つ鏡面に研磨している。そして、このターンテーブル上面には研磨布が張られ、砥液ノズルから砥液を研磨布上に噴射し、砥液が研磨布とポリッシング対象物の隙間に浸入し、研磨が行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ポリッシング対象物の表面の研磨量は、ターンテーブルとトップリングとを独立した回転数で回転させ、一様な研磨を行うようにしているにも係わらず必ずしも均一にはならない。例えば、研磨後の半導体ウエハ表面が、図７（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のような形状となり、十分な平面度を得られない場合が少なくない。ここで、図７（Ａ）はポリッシング対象物である半導体ウエハ表面の中央部分で深く研磨され周辺部にいくに従って浅く研磨されている。図７（Ｂ）は中央部と周辺部で深く研磨され、その中間が山型に浅く研磨されている。図７（Ｃ）は表面の中央部で浅く研磨され周辺部にいくに従って深く研磨されている。これは、研磨布の消耗が不均一であること、トップリングから半導体ウエハへの押し付け圧力の均一化が不十分であること、ポリッシング対象物とトップリング間に間挿される緩衡材であるフィルムの押圧力が不均一であること、研磨布上に保持された砥粒を含む砥液の量または砥液の供給される量が半導体ウエハの全面に渡って必ずしも均一にはならないことなどのためと考えられる。
【０００５】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、上記問題点を除去し、ポリッシング対象物の研磨面が高い平面度に研磨できるポリッシング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】
前述した目的を達成するため、本発明のポリッシング装置の１態様は、各々独立した回転数で回転する上面に研磨布を張ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物は半導体ウエハであり、前記ターンテーブル上部の半径方向に複数のノズルを配設した支持体を配置し、前記複数のノズルはそれぞれ砥液混合ユニットに接続され、前記砥液混合ユニットではそれぞれに砥液原液と該原液を希釈する液体とが供給されて混合され、前記複数のノズルから異なる濃度の砥液を前記研磨布上に供給することを特徴とするものである。
【０００７】
また、本発明のポリッシング装置の他の態様は、各々独立した回転数で回転する上面に研磨布を張ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物は半導体ウエハであり、前記ターンテーブル上部に、半径方向に配設された第１の支持体に配置された単数もしくは複数の砥液を供給するノズルと、半径方向に配設された第２の支持体に配置された研磨面全面に渡って水量の調整可能な水を供給する複数のノズルとを備え、前記砥液を供給するノズルから供給される砥液を前記水を供給するノズルから供給される水で希釈して異なる濃度の砥液を前記研磨布上に形成することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のポリッシング装置の更に他の態様は、各々独立した回転数で回転する上面に研磨布を張ったターンテーブルとトップリングとを有し、前記ターンテーブルとトップリングとの間にポリッシング対象物を介在させて該ポリッシング対象物の表面を研磨し平坦且つ鏡面化するポリッシング装置において、前記ポリッシング対象物は半導体ウエハであり、前記ターンテーブル上部に少なくとも、砥液を供給する単数又は複数のノズルと、分散剤を含む水を供給する単数又は複数のノズルを備え、該ノズルは分散剤と水の混合比を任意に設定できる分散剤混合ユニットに接続され、前記砥液を供給するノズルから供給される砥液と、前記分散剤を含む水を供給するノズルから供給される分散剤を含む水とを前記研磨布上に供給して、前記研磨布上で前記砥液を任意の分散剤濃度及び砥液濃度に希釈して、研磨することを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】
本発明の第１の態様によれば、ターンテーブル上部に半径方向に配設された複数のノズルから、それぞれ異なる濃度の砥液がターンテーブルに張られた研磨布上に供給される。このため、ポリッシング対象物の研磨速度の遅い部分に対して、高濃度の砥液を供給し、研磨速度の速い部分に対して、低い濃度の砥液を供給することができる。研磨液中の砥粒の濃度と研磨速度即ち単位時間当たりに研磨により取り除かれる量との間には相関関係があり、砥粒の濃度が濃い場合には、研磨速度が速くなり、砥粒の濃度が薄い場合には、研磨速度が遅くなる。このようにして、研磨速度の遅い部分に対して研磨速度を速めるように、又、研磨速度の速い部分に対して研磨速度を遅くするように調整することが可能となる。従って、ターンテーブル上の半径方向に沿って砥液の濃度分布を調整することにより、高い平面度の研磨を行うことができる。
【００１０】
本発明の第２の態様によれば、複数の水を供給するノズルをターンテーブル上の半径方向に配設し、それぞれのノズルは水量の調整が可能であることから、一定濃度の砥液を水で希釈することにより任意の濃度分布の砥液をターンテーブル表面に張られた研磨布に供給することができる。従って、前述と同様な作用によりポリッシング対象物の平面度の高い研磨面を得ることができる。
【００１１】
本発明の第３の態様によれば、分散剤を含む水を供給するノズルを設け、一定濃度の砥液を分散剤を含む水で希釈することにより、任意の分散剤濃度の砥液をターンテーブル表面に張られた研磨布に供給することができる。砥液中の分散剤濃度と研磨速度との間にも相関関係があり、分散剤濃度が濃い場合には研磨速度が遅くなり、分散剤濃度が薄い場合には、研磨速度が速くなる。従って前述と同様な作用によりポリッシング対象物の平面度の高い研磨面を得ることができる。また分散剤濃度が濃い場合には平面度の高い研磨面を得やすいため、ノズルを必ずしも半径方向に配設しなくてもよい。
【００１２】
【実施例】
以下、本発明に係るポリッシング装置の一実施例を図１乃至図８を参照して説明する。
【００１３】
図１はポリッシング装置の立面を示す図であり、図２は上面を示す図である。ターンテーブル１は軸２を中心に回転できるようになっており、ターンテーブル１の上面には研磨布３が張られている。ターンテーブル１の上方にはトップリング本体４が配置されており、トップリング本体４はトップリング駆動軸６に連結されている。図２に示すようにターンテーブル１の中心から離隔した位置にトップリング本体４が配置され、それぞれ矢印で示す方向に回転するようになっている。トップリング駆動軸６の上部には図示しないトップリングシリンダが設けられており、トップリング本体４はトップリングシリンダにより、ターンテーブル１に対して一定の圧力で押圧されている。ポリッシング対象物である半導体ウエハ５は、トップリング本体４に把持され、その研磨面が研磨布３と接触するようになっている。
【００１４】
またターンテーブル１の上方には砥粒を含んだ研磨液を供給する砥液ノズル１０Ａ，１０Ｂ，…１０Ｇが支持体１３に取付けられており、これらの砥液ノズルによってターンテーブル１の研磨布３上に砥液を噴射できるようになっている。図２に示すように、ターンテーブル１上の半径方向に砥液ノズル支持体１３が配置され、砥液噴射ノズル１０Ａ，１０Ｂ，…１０Ｇがターンテーブル１の半径方向に沿って配置されている。砥液ノズル１０Ａ，１０Ｂ，…１０Ｇは、それぞれ砥液混合ユニット１１Ａ，１１Ｂ，…に接続され、それぞれ固有の濃度の砥液を噴射できるようになっている。砥液混合ユニット１１Ａ，１１Ｂ，…は、それぞれに砥液原液と原液を希釈する液体（純水）とが供給されて混合され、任意の砥粒濃度を有する砥液を調合できるようになっている。制御装置１２は、研磨データにもとづき各砥液混合ユニットの砥液濃度を調整する制御装置である。なお、この研磨用の砥液としては、例えばシリカ系又はＣｅＯ2（酸化セリウム）系等を用いる。
【００１５】
尚、図７に示すような平坦度の不均一はポリッシング対象物が回転して研磨されるため、半導体ウエハ（ポリッシング対象物）の中心に対して回転対称に表れる。従って、この研磨面の平面度を補正するためには、ターンテーブルの半径方向の半導体ウエハの中心を含む円周に対して線対称な位置の砥液濃度を等しくすればよい。このため、ノズル１０Ｄが半導体ウエハの中心を含む円周上に配置されているとすれば、ノズル１０Ｃと１０Ｅ、ノズル１０Ｂと１０Ｆ、ノズル１０Ａと１０Ｇはそれぞれ共通の砥液混合ユニットを使用するようにすることができる。これにより、砥液混合ユニットの数を低減して、ポリッシング対象物の全面に渡って同じ研磨速度とすることができる。
【００１６】
次に、上記構成のポリッシング装置における研磨方法について説明する。まず研磨時には、トップリング本体４の下面にポリッシング対象物５を例えば真空吸着で取付け、ポリッシング対象物５を回転しているターンテーブル１上面の研磨布３上に図示しないトップリングシリンダにより加圧する。
【００１７】
一方、砥液ノズル１０Ａ，１０Ｂ，…１０Ｇから研磨布３上にそれぞれの固有濃度の砥液を流すことにより、研磨布３に半径方向に濃度の異なる砥液が保持されており、ポリッシング対象物５の研磨される面（下面）と研磨布３の間に砥液が存在した状態でポリッシングが始まる。
【００１８】
図５は、砥液濃度とポリッシュレート（研磨速度）との関係を示す。図示するように、ポリッシュレート（研磨速度）は、砥液濃度に直線的に比例する。このため、砥液濃度を高くすることにより、研磨速度を速めることができ、砥液濃度を低くすることにより研磨速度を低下させることができる。
【００１９】
図６は、砥液濃度を決定するフローを示す。まず、ポリッシングの完了した一枚の半導体ウエハを取り出す。そして、この半導体ウエハの研磨面の均一性のチェックを行う。このチェックは、前述のように平面度のムラは研磨面の中心に対して回転対称に生じるので、円形の半導体ウエハの半径に沿って研磨量を測定することによって行われる。平面度にムラがある場合には、該当するターンテーブル上の円周部分に砥液を噴射する砥液ノズルに接続した砥液混合ユニットを選択し、その中の砥液の濃度を調整する。
【００２０】
例えば、図７（Ａ）に示す中心部で研磨量が多すぎる場合には、ノズル１０Ｄの砥液の濃度を下げて、研磨速度を遅くし、ウエハ周辺部の研磨量が少なすぎる部分に対して、ノズル１０Ａ，１０Ｇ及びノズル１０Ｂ，１０Ｆの砥液の濃度を上げて研磨速度を速める。このようにして、ポリッシング対象物の研磨面全面に渡って均一な速度の研磨が行われるように各砥液噴射ノズルから噴射される砥液濃度を決定する。制御装置１２からの指令により各砥液混合ユニット１１Ａ，１１Ｂ，…内の砥液濃度を調整し、次のポリッシング対象物の半導体ウエハをトップリング本体４内に装填して次のポリッシング作業を開始する。尚、制御装置１２を用いずに、手動で砥液濃度を調整するようにしてもよい。
【００２１】
図３及び図４は、本発明の他の態様のポリッシング装置を示す図であり、それぞれ図１及び図２に対応する。相当する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
この態様においては半径方向に配置された砥液噴射ノズル１４Ａ，１４Ｂ，…１４Ｇと水噴射ノズル１５Ａ，１５Ｂ，…１５Ｇとを備えている。ここで、砥液噴射ノズル１４Ａ，１４Ｂ，…１４Ｇは、それぞれ共通の砥液混合ユニット１６に接続され、同一濃度の砥液を噴射する。これに対して、水噴射ノズル１５Ａ，１５Ｂ，…１５Ｇは、それぞれの噴射水量がニードル弁で調整できるようになっている。したがって、ターンテーブルの半径方向に水噴射ノズル１５Ａ，１５Ｂ，…１５Ｇの各水量を調整することにより、任意の砥液濃度に希釈して研磨布上に保持させることができる。そして、ターンテーブルの半径方向に沿った各円周上に任意の砥液濃度の分布を形成することができるので、トップリング本体４の押圧力に不均一があっても、ターンテーブル上の砥液濃度分布を調整することにより、研磨面全面に渡って均一（平坦）にポリッシングされた半導体ウエハを得ることができる。
【００２２】
尚、この態様の実施例においては、砥液混合ユニットを各ノズルに対応して設けることが必要ではないため、装置構成を大幅に簡略化する事ができる。又、砥液噴射ノズルは、同一の砥液混合ユニットから砥液を供給されるので、図示するように半径方向に分布して多数のノズルを設ける必要はない。例えば、砥液ノズルを２個または３個と少数にしても良く、また従来技術と同様に１個のみ設けても良い。
【００２３】
図８は、本発明の更に他の態様のポリッシング装置を示す図であり、図１及び図３に対応する。相当する部分には同一の符号を付して重複した説明を省略する。
この態様においては、砥液混合ユニット１８から接続する砥液噴射ノズル１９と、分散剤混合ユニット１７から接続する分散剤を含む水噴射ノズル２０とを備えている。分散剤混合ユニット１７は分散剤と水の混合比を任意に設定することができる。また砥液噴射ノズル１９と分散剤を含む水噴射ノズル２０は、それぞれの噴射水流がニードル弁で調整できるようになっている。従って、各噴射量を調整することにより、任意の分散剤濃度及び砥液濃度に希釈して研磨布上に保持させることができる。分散剤濃度が濃い場合には、このようにノズルが２個だけでも均一にポリッシングされた半導体ウエハを得やすい。また、本発明のように研磨布上で砥液と分散剤を含む水を混合した方が、砥液混合ユニット中で両者を混合するより、砥液を扱いやすい。なぜならば分散剤濃度を均一に得るために通常使われるレベルより濃くしていくと、逆に砥液中の砥粒が沈澱しやすくなり、砥液混合ユニット中で沈澱するからである。
尚、ここではノズルを２つのみとしたが、図３及び図４に示したように複数個のノズルを備えてもよい。特に分散剤濃度が薄い場合は、ターンテーブルの半径方向に沿って複数個のノズルを備えた方がよい。ノズルの個数を決める分散剤濃度は分散剤の種類によって異なる。
【００２４】
尚、以上に説明した第１の実施例及び第２の実施例においては、半径方向に７個のノズルを配置して砥液濃度分布を半径方向に調整しているが、ノズル数としては例えば１０個としてもよく、又５個としてもよい。ノズル数が多い方がよりきめの細かな補正を行うことができるが、装置構成が複雑となる。
【００２５】
また、ポリッシング対象物として半導体ウエハの例について説明したが、平面研磨が必要な電子部品等の対象物に広く適用できることは勿論のことである。
このように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々の変形実施例が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ターンテーブルの半径方向にそって砥液の濃度分布を任意に形成することができるため、常にポリッシング対象物の全面に渡って、平面度の良好なポリッシングを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のポリッシング装置の立面を示す説明図。
【図２】上記ポリッシング装置の上面を示す説明図。
【図３】本発明の一実施例の他の態様のポリッシング装置の立面を示す説明図。
【図４】上記ポリッシング装置の上面を示す説明図。
【図５】砥液濃度とポリッシュレートの関係を示す線図。
【図６】本発明の一実施例のポリッシングの手順を示したフロー図。
【図７】ポリッシング後の半導体ウエハの断面形状を示す説明図。
【図８】本発明の一実施例の更に他の態様のポリッシング装置の立面を示す説明図。
【符号の説明】
１    ターンテーブル
３    研磨布
４    トップリング本体
５    半導体ウエハ（ポリッシング対象物）
１０Ａ，１０Ｂ，…１０Ｇ  砥液噴射ノズル
１１Ａ，１１Ｂ，…    砥液混合ユニット
１５Ａ，１５Ｂ，…１５Ｇ  水ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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