JP2002064074A - 基板の研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 基板２枚を同時に１台の研磨プラテンを用い
て研磨する際、２枚の基板の研磨量を略同等とする研磨
装置の提供。 【解決手段】 それぞれ別々のヘッド２５，２５に保持
された基板２枚ｗ₁，ｗ₂を、同一の研磨プラテン１１に
押し当て、研磨液５１を介在させつつ、基板と研磨プラ
テンを摺動し、研磨プラテンまたはヘッドを水平往復揺
動させて同時に２枚の基板表面を研磨する研磨装置であ
って、基板２枚の中心点を結ぶ直線は、研磨プラテンの
中心点を含む鉛直面内にあり、ヘッドまたは研磨プラテ
ンを該鉛直面に対し垂直な水平面方向に移動可能な研磨
装置３０を用い、試験研磨の基板ｗ₁，ｗ₂の研磨量
ｔ₁，ｔ₂を測定し、本番の研磨においては研磨量が小さ
い方の基板を保持していたヘッドに保持される基板が研
磨プラテンの外周側により近づくように研磨プラテンま
たはヘッドの揺動中心を移動させた後、研磨を開始する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２枚の基板を同一
の研磨プラテンで同時研磨する際に、略同一の研磨量の
研磨加工基板を得る研磨方法およびそれに用いる研磨装
置に関する。基板としては、シリコン基板、液晶基板、
ＡｌＴｉＣ基板、樹脂基板、ガラス基板等が利用でき
る。

【０００２】

【従来の技術】生産性を向上させるために、複数の基板
を同一の研磨プラテンで同時に研磨することは知られて
いる（特開２０００−５２２３７号、同２０００−９４
３１７号）。特開２０００−９４３１７号公報には、図
６、図７および図８に示すように、３基の研磨プラテン
２ａ，２ｂ，２ｃを同一の円周上Ｃに配置した基台１
と、この基台の上方でそれぞれ別々のスピンドル２４，
２４に軸承されたヘッド２５に基板２枚ｗ₁，ｗ₂を保持
する４基のチャック機構６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを回動
自在に支持してなるインデックスヘッド５と、カセット
７ａ，７ｂから移送される研磨前の基板ｗ、およびチャ
ック機構より移送される研磨後の基板が載置される基板
受け台、受け台洗浄機構１３とを備え、基板を裏面から
チャック機構で保持し、その表面を研磨プラテンに押し
付け、基板とプラテンとの間に研磨液を介在させつつ、
基板と研磨プラテンを摺動させて基板表面を研磨する研
磨装置が開示されている。

【０００３】この研磨装置において、基板２枚ｗ₁，ｗ₂
の中心点を結ぶ直線は、研磨プラテンの中心点を含む鉛
直面内にあり、ヘッドを軸承するスピンドル２４，２４
は同一のモ−タＭの駆動を受けて回転するようになって
いる。

【０００４】この図６で示される研磨装置は、研磨を粗
研磨、中研磨および仕上研磨の３つのステ−ジに振り分
け、それぞれ研磨プラテン２ａ，２ｂ，２ｃを用いて２
枚の基板を同時に研磨している。研磨装置によっては、
１つの研磨プラテンと、１対のヘッドとの組み合わせの
場合もありうる。このように、基板２枚を１台の研磨プ
ラテンで研磨加工することは生産性が向上する利点を有
する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、研磨加工された
基板の平坦度（ＳＦＱＲ）については、後工程（裏面研
削、エッチング、ダイシング、スパッタリングなど）の
基板の管理面から配線幅以下の平坦度厚みが要求され、
従来の基板では平坦度（ＳＦＱＲ）が０．２５μｍ以下
であったが、近時、基板の大口径化、高集積化に伴い平
坦度（ＳＦＱＲ）が０．１８μｍ以下または０．１３μ
ｍ以下が要求されるようになっており、複数の加工基板
はこれら基準を満たす略同一の研磨量であることが必要
とされる。

【０００６】基板２枚を１台の研磨プラテンで研磨加工
する際、研磨装置の２基のチャック機構の組立精度の僅
かな差異や、研磨剤スラリ−の僅かな供給差、熱変形に
より２基のチャック機構に保持された基板に研磨量のバ
ラツキが生じ、平坦度の異なった加工基板となる。従来
基板に要求された基板の平坦度０．２５μｍ以下の基準
であるなら、研磨時に基板にかける圧力を変えて調整す
ることで基準を満たすことができた。しかしながら、平
坦度（ＳＦＱＲ）が０．１３μｍ以下、０．１０μｍ以
下の基準であると基板にかける圧力調整では対応できな
いことが判明した。

【０００７】本発明は、研磨加工された基板の平坦度
（ＳＦＱＲ）が０．１８μｍ以下の基板を与える研磨装
置の提供および、基板の研磨方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の１は、それぞれ
別々のスピンドルに軸承されたヘッドに保持された基板
２枚ｗ₁，ｗ₂を、同一の研磨プラテンに押し当て、基板
と研磨プラテンとの間に研磨液を介在させつつ、基板と
研磨プラテンを摺動させつつ、かつ、研磨プラテンまた
はヘッドを水平方向に往復揺動させて同時に２枚の基板
表面を研磨する研磨装置であって、前記基板２枚ｗ₁，
ｗ₂の中心点を結ぶ直線は、研磨プラテンの中心点を含
む鉛直面内にあり、ヘッドまたは研磨プラテンを該鉛直
面に対し垂直な水平面方向に往復移動可能な研磨装置を
提供するものである。

【０００９】ヘッドまたは研磨プラテンを水平方向に移
動可能としたことにより、研磨速度が遅く、厚くなりが
ちな基板を保持するヘッド位置を基板の研磨量の差に応
じて研磨プラテンの外周側へ揺動の起点を１〜５５ｍｍ
程度移動させ、基板または研磨プラテンを往復揺動させ
ながら研磨を行うことにより、基準Ｗ₁，Ｗ₂の研磨量を
揃えることができ、平坦度が０．１８μｍ以下の基準を
満たす研磨加工基板が得られる。

【００１０】本発明の請求項２は、それぞれ別々のスピ
ンドルに軸承されたヘッドに保持された基板２枚ｗ₁，
ｗ₂を、同一の研磨プラテンに押し当て、基板と研磨プ
ラテンとの間に研磨液を介在させつつ、基板と研磨プラ
テンを摺動させつつ、かつ、研磨プラテンまたはヘッド
を１〜５５ｍｍ幅水平方向に往復揺動させて同時に２枚
の基板表面を研磨する研磨装置であって、前記基板２枚
ｗ₁，ｗ₂の中心点を結ぶ直線は、研磨プラテンの中心点
を含む鉛直面内にあり、ヘッドまたは研磨プラテンを該
鉛直面に対し垂直な水平面方向に移動可能な研磨装置を
用い、略同一研磨量の２枚の研磨基板を製造する方法に
おいて、予め、試験的に研磨された２枚の基板ｗ₁，ｗ₂
の研磨量ｔ₁，ｔ₂を測定し、本番の研磨においては研磨
量が小さい方の基板を保持していたヘッドに保持される
基板が研磨プラテンの外周側により近づくように研磨プ
ラテンまたはヘッドの揺動中心を移動させた後、研磨を
開始することを特徴とする、基板の研磨方法を提供す
る。

【００１１】研磨量の小さい基板の揺動起点を研磨プラ
テンの外周側により近づくように研磨プラテンまたはヘ
ッドを移動させると、研磨プラテンの外周側は回転速度
が内周側より速いので基板の研磨量が向上する。移動距
離は、基板の径、ヘッドの回転数、研磨プラテンの回転
数により異なるが、通常、１〜５５ｍｍであり、両基板
の研磨量の差異ができる限り小さくなるような移動距離
を１から数回の実験で求める。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。図１は、本発明の研磨装置の正面図、図２
は図１における研磨装置のヘッドの揺動機構を説明する
ための平面図、図３は揺動機構の側面図、および図４は
別の態様を示す研磨装置の正面図、図５はその部分平面
図である。

【００１３】図１は、図６に示す研磨装置のスピンドル
２４，２４に軸承されたヘッド２５，２５を水平方向に
往復移動可能な揺動機構を新たに備えさせた研磨装置３
０である。図中、１は基台、２はテ−ブルの表面に研磨
布１１が貼付された研磨プラテン、１０は研磨プラテン
を回転自在に軸承するスピンドル、Ｍ₄はモ−タで研磨
プラテンを水平方向に回転する駆動力を与える。

【００１４】それぞれ別々のスピンドル２４，２４に軸
承されたヘッド２５，２５には、吸着または接着材で貼
付された基板２枚ｗ₁，ｗ₂が保持される。スピンドル２
４，２４の回転は、モ−タＭ₁，Ｍ₂の駆動力をプ−リ３
１，３１で受け、これをベルト３２，３２を介してプ−
リ３３，３３に伝えることで行なわれる。３４，３４は
エア−シリンダでスピンドル２４，２４を昇降する。２
つのスピンドル２４，２４は、揺動フレ−ム３５で連結
されており、サ−ボモ−タＭ₃の駆動をプ−リ３６が受
け、ベルト３７を介してプ−リ３８に伝え、ボ−ルネジ
３９を時計廻り方向または逆廻り方向に回転させる（図
２と図３参照）。揺動時のスピンドルまたは研磨プラテ
ンの反転は、制御装置の指令を受け、サ−ボモ−タＭ₃
が行う。

【００１５】ボ−ルネジ３９には、前記揺動フレ−ム３
５を係止する函体４０が螺合され、フレ−ム３５の側面
の上下に取り付けられたガイド４１，４１がレ−ル４２
上を走行することによりスピンドル２４，２４は同時に
同一方向であって水平方向に移動する。函体の左右に分
けてリミットスイッチＬＳ₁，ＬＳ₂が設けられ、図示さ
れていないドッグがリミットスイッチＬＳ₁，ＬＳ₂のい
ずれかに当接するとストロ−クエンドの指令が発信され
る。

【００１６】５０は研磨液の供給ノズルである。前記基
板２枚ｗ₁，ｗ₂の中心点を結ぶ直線Ｌは、研磨プラテン
の中心点ｏを含む鉛直面内にあり、図１においては、基
板２枚ｗ₁，ｗ₂の各々の中心点は研磨プラテンの中心点
ｏに対し、等距離の位置に描かれている。スピンドル２
４，２４に軸承されたヘッド２５，２５は前記鉛直面に
対し垂直な水平面方向（矢印の方向）に往復移動可能と
なっている。

【００１７】該研磨装置３０を用いてそれぞれ別々のス
ピンドル２４，２４に軸承されたヘッド２５，２５に保
持された基板２枚ｗ₁，ｗ₂を、同一の研磨プラテン２に
押し当て、基板と研磨プラテンとの間に研磨液５１を介
在させつつ、基板と研磨プラテンを摺動させて同時に２
枚の基板表面を研磨するには、予め、基板２枚ｗ₁，ｗ₂
の各々の中心点を研磨プラテンの中心点ｏに対し、等距
離の位置に設定した状態で、本番で研磨する研磨条件
（例えば、スピンドル２４，２４の回転数を３０〜１０
０ｒｐｍ、研磨プラテンの回転数３０〜１００ｒｐｍ、
基板の研磨プラテンに対する押圧５０〜４００ｇ／ｃｍ
²、研磨時間２〜１０分の選ばれた条件）で試験的に研
磨し、試験研磨された２枚の基板ｗ₁，ｗ₂の研磨量
ｔ₁，ｔ₂を測定し、本番の研磨においては、研磨量の少
ない方の基板を保持していたヘッドに保持される基板が
研磨プラテンの外周側により近づく（研磨プラテンの中
心点ｏからは遠ざかる）ように、かつ、基板ｗ₁，ｗ₂間
の研磨量ｔ₁，ｔ₂の差が解消される距離、例えば、１〜
５５ｍｍ幅揺動フレ−ムを移動させた後、本番の研磨
（基板と研磨プラテンを摺動させつつ、かつ、研磨プラ
テンまたはヘッドを水平方向に往復揺動させる）を開始
する。

【００１８】前記揺動フレ−ムを移動させる移動距離
は、基板の径、ヘッドの回転数、研磨プラテンの回転数
により異なるが、通常、１〜５５ｍｍ、好ましくは１〜
２０ｍｍであり、両基板ｗ₁，ｗ₂間の研磨量の差異が出
きる限り小さくなるような移動距離を実験で求める。

【００１９】研磨中、ヘッドまたは研磨プラテンを水平
方向に往復揺動させることは、平坦度の良好な、かつ、
鏡面の研磨基板を得るに有用である。研磨中の揺動フレ
−ムの左右方向往復揺動の距離は、１〜５５ｍｍ幅、好
ましくは２５〜５０ｍｍである。揺動フレ−ムの左右水
平方向の往復移動により揺動フレ−ムに備え付けられて
いる基板を保持しているスピンドル２４，２４が左右水
平方向に往復移動することとなるので、このスピンドル
に軸承されたヘッドに保持された基板も左右水平方向に
往復移動する。この基板を往復揺動する位置は、試験研
磨において基板を往復揺動の条件を入れて研磨を行って
得られた研磨基板の研磨量の差から揺動フレ−ムを移動
するという補正を行った位置を揺動起点とする。

【００２０】図１に示す研磨装置３０では、ヘッド２
４，２４の方を移動、および往復揺動させたが、図４お
よび図５に示す研磨装置３０のように研磨プラテンを移
動、および往復揺動させてもよい。また、２基のスピン
ドル２４，２４の回転を１台のモ−タＭ₁で行なっても
よい。さらに、ヘッド２４，２４および研磨プラテン１
１の双方とも水平方向に移動、および往復揺動できるよ
うに設計してもよい。

【００２１】研磨プラテンの研磨布としては、硬質発泡
ウレタンシ−ト、ポリ弗化エチレンシ−ト、ポリエステ
ル繊維不織布、フェルト、ポリビニ−ルアルコ−ル繊維
不織布、ナイロン繊維不織布、これら不織布上に発泡性
ウレタン樹脂溶液を流延させ、ついで発泡・硬化させた
もの等が使用される。研磨布は、固定砥粒を１〜３５重
量％含有していてもよい。砥粒としては、粒径が０．０
０３〜０．５μｍのシリカ、アルミナ、炭酸カルシウ
ム、ダイアモンド、窒化珪素、炭化珪素、窒化硼素、二
酸化マンガン、コロイダルシリカ、ベ−マイト、酸化セ
リウムおよびガラス粉より選ばれた砥粒が単独で、また
は２種以上混合して使用される。

【００２２】研磨液の例としては、基板の種類により異
なるが、（ａ）コロイダルアルミナ、フ−ムドシリカ、
酸化セリウム、チタニア、コロイダルシリカ等の砥粒を
０．０１〜２０重量％、（ｂ）硝酸銅、クエン酸鉄、過
酸化マンガン、エチレンジアミンテトラ酢酸、ヘキサシ
アノ鉄、フッ化水素酸、フルオロチタン酸、ジペルサル
フェ−ト、フッ化アンモニウム、二フッ化水素アンモニ
ウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、等の酸化剤１
〜１５重量％、（ｃ）界面活性剤０．３〜３重量％、
（ｄ）ｐＨ調整剤、（ｅ）防腐剤、（ｆ）分散溶媒 残
余などを含有するスラリ−が使用される（特開平６−３
１３１６４号、特開平８−１９７４１４号、特表平８−
５１０４３７号、特開平１０−６７９８６号、特開平１
０−２２６７８４号等）。

【００２３】

【実施例】実施例１ ２００ｍｍ径、厚み約７００μｍ前後のシリコンウエハ
２６枚を、図１に示す同時２枚基板研磨装置を用いて
研磨を行う。 試験研磨：２枚の基板ｗ₁，ｗ₂をヘッド２５，２５に吸
着させ、コロイダルシリカ系研磨剤スラリ−を５０ｒｐ
ｍで回転している研磨プラテン上に滴下しつつ１００ｒ
ｐｍで回転しているスピンドル２４，２４を下降させて
基板を研磨プラテンに２００ｇ／ｃｍ²の圧力で押し当
て、かつ、スピンドル２４，２４を２５ｍｍ幅左右方向
に１ｃｍ／分の速度で往復揺動させながら５分間研磨を
行った。研磨後、スピンドルを上昇させ、ヘッドの吸着
を開放し、研磨された基板をブラシ洗浄し、リンス洗
浄、乾燥させ、鏡面仕上の基板を得た。

【００２４】基板ｗ₁の研磨量ｔ₁は２．００μｍ，基板
ｗ₂の研磨量ｔ₂は１．９１μｍであり、右側のスピンド
ルに軸承されたヘッド２５に保持された基板ｗ₂の方が
基板ｗ₁より研磨速度が遅いことが判明した。

【００２５】本番研磨１：揺動フレ−ムを右方向に５ｍ
ｍ移動し、右側のスピンドル２４に軸承されたヘッド２
５に保持された基板ｗ２の方が左側のスピンドル２４に
軸承されたヘッド２５に保持された基板ｗ１より研磨プ
ラテンの外周側に近いようにした。新しく、２枚の基板
ｗ₁，ｗ₂をヘッド２５，２５に吸着させ、以下、前記の
試験研磨と同一研磨条件で基板を左右方向に揺動させな
がら研磨を行った。得られた鏡面仕上の基板ｗ₁の研磨
量ｔ₁は１．９５μｍ，基板ｗ₂の研磨量ｔ₂は１．９４
μｍであった。

【００２６】本番研磨２〜１２：残りの基板２２枚につ
いて、新たなスピンドル２４，２４を右方向に５ｍｍ幅
移動することは行わない他は、前記本番研磨１と同様に
して、同時に２枚づつシリコンウエハの研磨を行った。
得られた基板２２枚の研磨量は１．９０μｍから１．９
９μｍであった。

【００２７】研磨加工した基板２６枚の内、研磨量が
１．９０μｍから１．９９μｍの２５枚は、平坦度０．
１３μｍを満足するものであった。

【００２８】

【発明の効果】本発明の基板２枚の同時研磨方法は、両
基板の研磨量差の小さい、鏡面の研磨加工基板を与え
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の研磨装置の正面図である。

【図２】 図１における研磨装置のヘッドの揺動機構を
説明するための平面図である。

【図３】 揺動機構の側面図である。

【図４】 別の態様を示す研磨装置の正面である。

【図５】 図４の研磨装置の部分平面図である。

【図６】 公知の研磨装置の平面図である。

【図７】 図５の研磨装置の略断面図である。

【図８】 基板を保持するヘッド機構の構成を示す部分
断面図である。

【符号の説明】

１ 基台 ｗ 基板 Ｍ₃ サ−ボモ−タ ２ 研磨プラテン １０ スピンドル １１ 研磨布 ２４ スピンドル ２５ ヘッド ３５ 揺動フレ−ム ３９ ボ−ルネジ ４０ 函体 ４１ ガイド ４２ レ−ル ５０ 研磨液供給管 ５１ 研磨液

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 それぞれ別々のスピンドルに軸承された
   ヘッドに保持された基板２枚ｗ₁，ｗ₂を、同一の研磨プ
   ラテンに押し当て、基板と研磨プラテンとの間に研磨液
   を介在させつつ、基板と研磨プラテンを摺動させつつ、
   かつ、研磨プラテンまたはヘッドを水平方向に往復揺動
   させて同時に２枚の基板表面を研磨する研磨装置であっ
   て、 前記基板２枚ｗ₁，ｗ₂の中心点を結ぶ直線は、研磨プラ
   テンの中心点を含む鉛直面内にあり、ヘッドまたは研磨
   プラテンを該鉛直面に対し垂直な水平面方向に往復移動
   可能な研磨装置。
2. 【請求項２】 それぞれ別々のスピンドルに軸承された
   ヘッドに保持された基板２枚ｗ₁，ｗ₂を、同一の研磨プ
   ラテンに押し当て、基板と研磨プラテンとの間に研磨液
   を介在させつつ、基板と研磨プラテンを摺動させつつ、
   かつ、研磨プラテンまたはヘッドを１〜５５ｍｍ幅水平
   方向に往復揺動させて同時に２枚の基板表面を研磨する
   研磨装置であって、前記基板２枚ｗ₁，ｗ₂の中心点を結
   ぶ直線は、研磨プラテンの中心点を含む鉛直面内にあ
   り、ヘッドまたは研磨プラテンを該鉛直面に対し垂直な
   水平面方向に移動可能な研磨装置を用い、略同一研磨量
   の２枚の研磨基板を製造する方法において、 予め、試験的に研磨された２枚の基板ｗ₁，ｗ₂の研磨量
   ｔ₁，ｔ₂を測定し、本番の研磨においては研磨量が小さ
   い方の基板を保持していたヘッドに保持される基板が研
   磨プラテンの外周側により近づくように研磨プラテンま
   たはヘッドの揺動中心を移動させた後、研磨を開始する
   ことを特徴とする、基板の研磨方法。