JPH1058317A - 基板の研磨方法及び装置 - Google Patents
基板の研磨方法及び装置Info
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- JPH1058317A JPH1058317A JP14312997A JP14312997A JPH1058317A JP H1058317 A JPH1058317 A JP H1058317A JP 14312997 A JP14312997 A JP 14312997A JP 14312997 A JP14312997 A JP 14312997A JP H1058317 A JPH1058317 A JP H1058317A
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Abstract
効率良く行うことができる研磨方法およびその装置を提
供する。 【解決手段】 自転する第1の研磨工具11面に基板
1の被研磨面を所定の圧力で押圧しながら研磨を行なう
第1の工程と、上記基板の被研磨面に対して所定の軌跡
で平面相対並進運動を行なう第2の研磨工具59面に上
記基板の被研磨面を所定の圧力で押圧しながら処理を行
なう第2の工程とを有する。
Description
置に係り、特に半導体ウエハ、ガラス基板、液晶パネル
等の高度の清浄度が要求される基板を研磨するのに好適
な方法および装置に関する。
につれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭く
なりつつあり、特に0.5μm以下の光リソグラフィの
場合は、焦点深度が浅くなるためにステッパの結像面の
平坦度を必要とする。また、基板上に配線間距離より大
きなパーティクルが存在すると、配線がショートするな
どの不具合が生じるので、基板の処理においては、平坦
化とともに清浄化を図ることが重要となる。このような
事情は、マスク等に用いるガラス基板、或いは液晶パネ
ル等の基板のプロセス処理においても同様である。
に、研磨ユニット10、ロード・アンロードユニット2
1、搬送ロボット22、2つの洗浄機23a,23bを
有するものがある。研磨ユニット10は、図6に示され
るように、上面にクロス(研磨布)11を貼り付けたタ
ーンテーブル12と、半導体ウエハ1を保持しつつター
ンテーブル12に押しつけるトップリング13とを具備
している。
プリング13の下面に半導体ウエハ1を保持し、半導体
ウエハ1を回転しているターンテーブル12の上面の研
磨布11に昇降シリンダにより押圧する。一方、研磨砥
液ノズル14から研磨砥液Qを流すことにより、研磨布
11に研磨砥液Qが保持され、半導体ウエハ1の研磨さ
れる面(下面)と研磨布11の間に研磨砥液Qが存在し
た状態で研磨が行われる。
それぞれが独立の回転数で回転しており、トップリング
13は、ウエハ1の縁部がターンテーブル12の中心及
び縁から所定距離a,bだけ離れた位置に来るようにウ
エハ1を保持し、これにより、ウエハ1の全面が均一に
かつ高速度で研磨される。従って、ターンテーブル12
の径Dは、次式に示すようにウエハ1の径dの2倍以上
に設定されている。 D=2(d+a+b)
23bにおいて1ないし数次の洗浄工程と乾燥工程を経
て、ロード・アンロードユニット21においてウエハ搬
送用カセット24に収容される。ウエハ1を洗浄する方
法としては、ナイロン、モヘア等のブラシや、PVA
(ポリビニルアルコール)スポンジによって表面を擦る
スクラブ洗浄が行われている。
磨装置においては、ターンテーブル12とトップリング
13の相対的な変位が大きく、またその相対速度も大き
いため効率的な研磨がなされ、平坦度も充分に得られる
が、面粗度が大きくなる傾向がある。これを防止するた
めに、2台のターンテーブルを設置して、研磨布の粗
度、回転速度、研磨液を変えて研磨を行なうことも考え
られる。しかしながら、上述したようにターンテーブル
の径はウエハの2倍以上と大きく、大きな面積を占有す
るとともに、装置コストも大きくなる。この欠点は、半
導体ウエハの大径化の傾向に伴って一層顕著となる。
研磨液を替え、回転速度を落として研磨を行なうことも
考えられるが、研磨液自体の経済性が落ちること、研磨
時間が長引くことによる効率の低下をもたらす。
研磨の後にスクラブ洗浄を行なう場合には、サブミクロ
ンレベルのパーティクルの除去が難しい、あるいはウエ
ハとパーティクルの結合力が強い場合に洗浄効果が現れ
ないという問題点があった。
で、高度の平坦化と清浄化をコンパクトな装置で効率良
く行うことができる研磨方法およびその装置を提供する
ことを目的とする。
は、自転する第1の研磨工具面に基板の被研磨面を所定
の圧力で押圧しながら研磨を行なう第1の工程と、上記
基板の被研磨面に対して所定の軌跡で平面相対並進運動
を行なう第2の研磨工具面に上記基板の被研磨面を所定
の圧力で押圧しながら処理を行なう第2の工程とを有す
ることを特徴とする基板の研磨方法である。
勢を変えずに、すなわち相対的に回転することなく相対
移動する場合、あるいはこのような並進運動が主である
ような相対移動を行なう場合を指すもので、移動のパタ
ーンは、所定の軌跡に沿った循環運動でもよく、またラ
ンダム(不規則)な動きであってもよい。この並進運動
では、接触する面の各部分で同一の相対移動が行われ
る。循環運動の場合の軌跡としては直線に沿った往復運
動でも、多角形や楕円のような特殊な形状でもよいが、
研磨性及び機構上からみて最適には円運動である。この
ような相対的な循環並進運動を得るためには、第2の研
磨工具面及び基板の被研磨面のいずれを実際に移動させ
てもよく、両方を移動させてもよい。
は、ウエハと研磨工具面を比較的高速で相対移動させて
所定の研磨を行って平坦度を高める。第2の工程におい
ては、研磨工具の面粗度を小さくし、比較的小さい相対
速度で研磨を行って被研磨面を滑らかに仕上げるととも
に、付着している極微小のパーティクルを除去する。接
触面にはそれぞれの目的に応じた研磨剤を介在させる。
第1工程では砥粒を含ませ、第2工程では純水や薬液を
用いる。第2工程では、砥粒は通常用いず、用いる場合
でも極微細な砥粒を少量用いるとともに、研磨面と被研
磨面の間の押圧力も比較的小さくする。
において、上記並進運動は所定のパターンを有する循環
運動であることを特徴とする請求項1に記載の基板の研
磨方法である。請求項3に記載の発明は、上記第2の工
程において、上記並進運動は上記第2の研磨工具を動か
すことにより与えられることを特徴とする請求項1に記
載の基板の研磨方法である。請求項4に記載の発明は、
上記第2の工程において、上記並進運動は不規則な運動
であることを特徴とする請求項1に記載の基板の研磨方
法である。
において、上記不規則な並進運動は、2つの直線運動の
ベクトル和として与えられることを特徴とする請求項1
に記載の基板の研磨方法である。請求項6に記載の発明
は、上記第1の研磨工具面に対する上記基板の被研磨面
の押圧圧力が200〜500g/cm2であり、上記第
2の研磨工具面に対する上記基板の被研磨面の押圧圧力
が0〜200g/cm2であることを特徴とする請求項
1に記載の基板の研磨方法である。
の少なくとも一方を上記循環並進運動の周期より充分大
きい回転周期で自転させるようにしてもよく、これによ
り研磨面と被研磨面の接触する位置が順次変化して、全
体に均一化された処理がなされる。
水を用いるようにしてもよく、これにより、この工程が
研磨の最終工程であるとともに洗浄の一工程として用い
られ、特に被研磨面に付着した微小なパーティクルの除
去に効果的である。
自転可能な第1の研磨工具と、その研磨面に基板の被研
磨面を所定の圧力で押圧可能な押圧手段とを有する第1
の研磨部と、上記基板の被研磨面に対して所定の軌跡で
相対並進運動可能な第2の研磨工具と、その研磨面に基
板の被研磨面を所定の圧力で押圧する押圧手段とを有す
る第2の研磨部を有することを特徴とする基板の研磨装
置である。
磨工具が自転により研磨を行なうものではなく、全体に
並進運動を行なうものであるので、特定の静止点が無
い。従って、第2の研磨工具の大きさは、基板面積に並
進移動スペースを加えた大きさより少し大きいだけで済
み、装置全体もコンパクトになる。これに伴い、駆動用
モータも小型で済み、占有面積も小さくてよい。この利
点は、半導体ウエハなどの被処理基板が大型化するに従
い大きくなる。また、第2の研磨工具が自転を伴わない
ので、被処理基板のどの部分でも同一の相対速度が得ら
れ、低速で研磨したときに平坦性が得やすく、従って、
滑らかな面を得るにも有利である。
支持する支持部と、上記支持部を循環並進運動させる駆
動手段とを有するようにしてもよい。また、上記駆動手
段を、該駆動手段の駆動源の回転軸に対して偏心して設
けられた駆動端を有し、上記支持部を上記駆動端を収容
する凹所を有するようにしてもよい。
工具面に対する上記基板の被研磨面の押圧圧力が200
〜500g/cm2であり、上記第2の研磨工具面に対
する上記基板の被研磨面の押圧圧力が0〜200g/c
m2であることを特徴とする請求項7に記載の基板の研
磨装置である。
研磨工具を取り付け可能な定盤と、上記基台上において
上記定盤を循環並進運動可能に支持する支持部と、上記
定盤を循環並進運動させる駆動手段とを有することを特
徴とする基板の研磨装置である。上記駆動手段を、該駆
動手段の駆動源の回転軸に対して偏心して設けられた駆
動端を有し、上記支持部を上記駆動端を収容する凹所を
有するようにしてもよい。
は、上記定盤をその縁部の少なくとも3箇所以上で支持
することを特徴とする請求項9に記載の研磨装置であ
る。また、記支持部を、軸線がずれた一対の軸体を連結
した連結部材を有し、該連結部材の各軸を上記定盤と上
記基台に形成した凹所に回転可能に挿入して構成するよ
うにしてもよい。
は、研磨工具の研磨面に向けて開口する研磨液供給流路
が設けられていることを特徴とする請求項9に記載の研
磨装置である。これにより、基板の中央部にも研磨液を
充分供給することができる。
に研磨工具を取り付け可能な定盤と、上記定盤を第1の
方向に直線運動可能に支持する第1の支持部と、上記第
1の支持部を第1の方向とは異なる第2の方向に直線運
動可能に支持する第2の支持部と、上記定盤、上記第1
の支持部、第2の支持部を直線運動させる駆動手段とを
有することを特徴とする基板の研磨装置である。
磨工具と上記基板の間で実質的に回転を伴わない運動で
あってもよいが、多少の相対回転を含んでも実質的に平
面相対並進運動を行なうものであればよい。
施の形態を示すもので、長方形のスペースの一端側に被
研磨材であるウエハ1の出し入れを行なうロード・アン
ロードユニット21が設けられ、他端側にはターンテー
ブルとトップリングを備えた主研磨ユニット(第1の研
磨部)10が設けられている。そして、これらを結ぶウ
エハ搬送ライン上に、この例では2基の搬送ロボット2
2a,22bが走行可能に設けられ、この搬送ラインの
一方の側にウエハ1を反転するための反転機25が、他
方の側に仕上げ研磨ユニット(第2の研磨部)30と3
機の洗浄機23a,23b,23cが設置されている。
主研磨ユニット10は、1つのターンテーブル12と2
つのトップリング13を備えており、2枚のウエハ1を
並行して処理することができるが、この点を除けば図5
及び図6により説明したものと同じである。
図3により説明する。これは、循環並進運動する研磨工
具面を提供する並進テーブル部31と、ウエハ1を被研
磨面を下に向けて把持し、所定圧力で研磨工具面に押圧
するトップリング32を備えている。
を収容する筒状のケーシング34の上部に、内側に環状
に張り出す支持板35が設けられ、これには周方向に3
つ以上の支持部36が形成され、定盤37が支持されて
いる。つまり、この支持部36の上面と定盤37の下面
の対応する位置には、周方向に等間隔に複数の凹所3
8,39が形成され、これにはそれぞれベアリング4
0,41が装着されている。そして、このベアリング4
0,41には、図3に示すように”e”だけずれた2つ
の軸体42,43を持つ連結部材44が、各軸体の端部
を挿入して装着され、これにより定盤37が半径”e”
の円に沿って並進運動可能となっている。
33の主軸45の上端に偏心して設けられた駆動端46
を軸受47を介して収容する凹所48が形成されてい
る。この偏心量も同様に”e”である。モータ33は、
ケーシング34内に形成されたモータ室49に収容さ
れ、その主軸45は上下の軸受50,51により支持さ
れているとともに、偏心による負荷のバランスをとるバ
ランサ52a,52bが設けられている。
心量”e”の2倍を加えた値よりやや大きい径に設定さ
れ、2枚の板状部材53,54を接合して構成されてい
る。これらの部材の間には研磨面に供給する研磨液を流
通させる空間55が形成されている。この空間55は側
面に設けられた研磨液供給口56に連通しているととも
に、上面に開口する複数の研磨液吐出孔57と連通して
いる。定盤37の上面に貼付される研磨布59にも対応
する位置に吐出孔58が形成されており、通常は定盤3
7の全面にほぼ均一に分散配置されている。研磨布59
の表面に格子状、スパイラル状、あるいは放射状等の溝
を設け、この溝に吐出口58を連通させるようにしてい
もよい。
フト60の下端に研磨面に合わせてある程度の傾動を可
能として取り付けられ、図示しないエアシリンダの押圧
力と駆動モータの回転力がシャフト60を介してこのト
ップリング32に伝達される。このトップリング32
は、自転速度が遅い点以外は、構造的には図5及び図6
に示すものと同一である。なお、ケーシング34の上部
外側には供給された研磨液を回収する回収槽61が取り
付けられている。
作用を説明する。収納カセット24(図5参照)内のウ
エハ1は、搬送ロボット22a,22bにより必要に応
じて反転機25を介して主研磨ユニット10のトップリ
ング13に取り付けられる。トップリング13は、図6
に示すように、自転しながらウエハ1をターンテーブル
12の研磨布11上に押圧する。ウエハ1と研磨布11
の間の高速相対移動と、ノズル14から供給される研磨
砥液Qによって第1研磨工程が行われる。
に又は粗洗浄を行った後、仕上げ研磨ユニット30に移
送され、ここで第2研磨工程が行われる。すなわち、モ
ータ33の作動によって定盤37が並進円運動し、トッ
プリング32に取り付けられたウエハ1は定盤37に貼
付した研磨布59の面上に押し付けられる。
液吐出孔57,58を介して研磨面に供給された研磨液
により研磨が行われる。研磨布59とウエハ1の間に
は、半径”e”の微小な相対並進円運動が生じて、ウエ
ハ1の被研磨面はその全面において均一な研磨がなされ
る。なお、被研磨面と研磨面の位置関係が同じである
と、研磨面の局部的な差異による影響を受けるので、こ
れを避けるためにトップリング32を徐々に自転させ
て、研磨布59の同じ場所のみで研磨がなされるのを防
止している。
得るためにウエハ1と研磨工具(研磨布)11の面を高
速で相対移動させ、押圧力も比較的大きくしているのに
対し、第2研磨工程は平坦度や面粗度の向上とともに、
付着している微細径の粒子を除去することを目的とする
ので、研磨工具(研磨布)59の面の粗度を小さくし、
工具とウエハの相対移動速度、押圧力を第1研磨工程に
比べて小さく設定する。また、研磨液としては、通常は
純水を用いた水研磨とし、必要に応じて薬液や特殊スラ
リーを用いる。
に応じて洗浄機23a〜23cにおいて数次の洗浄が行
われた後に乾燥され、ウエハカセット24に収容され
る。この研磨装置においては、第1の研磨工程を行なう
主研磨ユニット10では2つのトップリング13が設け
られている。従って、第2研磨工程の研磨時間を第1の
研磨工程の研磨時間のほぼ2分の1にすることにより、
各装置がロスタイムなしに稼動して効率の向上を図るこ
とができる。
て並行して行われるので、第1の研磨工程の研磨時間は
短縮され、従って、装置の全体のスループット(処理
量)は、図5及び図6に示した従来の装置に比べて向上
する。また、仕上げ研磨ユニット30は、循環並進運動
型であるので、定盤37の大きさはウエハ1の大きさよ
り偏心量である”e”だけ大きな程度の径であれば良
い。従って、主研磨ユニット10と同じターンテーブル
形式のものを2基設置する場合に比較して、設置面積を
大幅に小さくすることができる。さらに、この仕上げ研
磨ユニット30では、定盤37が循環並進運動をするの
で、図2に示すように定盤37をその縁部の複数箇所で
支持することができ、高速で回転するターンテーブルに
比べてより平坦度の高い研磨を行なうことができる。
の平均的な研磨条件を対比して示す。 第1次研磨 研磨剤 被研磨材の材質により異なる 研磨布 被研磨材の材質により異なる 面圧 200〜500g/cm2 相対速度 0.07〜0.6m/sec 時間 研磨量により異なる 第2次研磨 研磨剤 水、薬液、スラリー 研磨布 柔らかいクロス(不織布、ナップ層の物) 面圧 0〜200g/cm2 相対速度 0.07〜0.6m/sec 時間 10〜120sec
循環並進運動させているが、基板側を運動させるように
しても良い。さらに、上記実施の形態ではクランク状の
連結部材を用いて定盤を支持したが、自転を規制しなが
ら並進運動を可能とするような適当な支持構造、例え
ば、磁気軸受や無潤滑滑り軸受を用いても良い。
心した駆動端を形成して定盤を並進円運動させたが、例
えば、XYステージを用いてX方向とY方向の運動のベ
クトル和として定盤を運動させてもよく、工具と基板の
双方を運動させて同じ並進運動を得ても良い。
るための装置の1つの実施の形態を示すもので、基板を
下面に保持するトップリング100の下側に、XYステ
ージの上面に取り付けられた研磨工具101を配置して
いる。この例では、研磨工具は比較的粒度の細かい砥粒
をバインダで固めた電着砥石を用いている。
テージ103、固定盤104が基台105上に順次設置
されて構成されている。XステージとYステージの間に
は、XステージがYステージに対してX方向に走行可能
となるように、例えば摺動機構と、送りねじのような直
線駆動機構とが設けられている。同様に、Yステージと
固定盤の間には、Yステージが固定盤に対してY方向に
走行可能となるように、やはり摺動機構と直線駆動機構
とが設けられている。また、これらの駆動機構を制御す
るための制御装置が設けられている。
2とYステージ103のそれぞれの駆動機構によりそれ
ぞれの方向に同じ位相の正弦波、余弦波の変位を与えれ
ば、Xステージは固定盤104に対してその合成ベクト
ルとして円運動を行う。これにより、先の実施の形態の
装置と同様に研磨工具101は循環並進運動を行い、研
磨が行われる。この例においても、図4に矢印で示すよ
うに、トップリングを循環並進運動の周期より充分大き
い回転周期で自転させて、研磨工具の局所的な影響を排
除するようにしてもよい。
構成を用いていないので、循環並進運動の軌跡を任意に
変えることができる利点がある。例えば、循環円運動の
半径”e”を基板の研磨中に変えることができるので、
研磨の最初と最後は比較的小さい半径で行い、中間段階
で比較的大きな半径で研磨を行なうような制御を行なう
ことができる。これにより、単純な循環運動を繰り返す
場合の一定方向の傷の発生のような不利点を回避するこ
とができる。
字状運動、あるいは振幅する螺旋のような循環並進運
動、あるいはこれらの任意の組み合わせの運動を行なう
ことができる。さらに、この装置では、特定の軌跡の循
環並進運動ではなく、全くランダムな、つまり循環しな
い並進運動を行わせることもできる。これは、例えば、
ある所定の曲率半径以下の走行経路を採らないという条
件下で、乱数発生器からの乱数をもとに軌跡を決めるプ
ログラムにより実行可能である。
よれば、第1の研磨工程において、ウエハと研磨工具面
を比較的高速で相対移動させて所定の研磨を行って平坦
度を高め、第2の研磨工程において、研磨工具の面粗度
を小さくし、比較的小さい相対速度で研磨を行って被研
磨面を滑らかに仕上げるとともに、付着している極微小
のパーティクルを除去し、結果として平坦で滑らかなし
かも清浄な研磨面を効率的に得ることができる。
磨工具が自転により研磨を行なうものではなく、全体に
並進運動を行なうものであるので、被処理基板に並進移
動スペースを加えた程度の大きさで済み、装置全体もコ
ンパクトになり、これに伴い、駆動用モータも小型で済
み、占有面積も小さくてよい。また、定盤をその縁部の
少なくとも3箇所以上で支持することにより、押圧力が
掛かっても定盤が安定に支持されるので被研磨面の平坦
性が高く維持される。
る。
タ側の平面図及び断面図である。
図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 自転する第1の研磨工具面に基板の被研
磨面を所定の圧力で押圧しながら研磨を行なう第1の工
程と、 上記基板の被研磨面に対して所定の軌跡で平面相対並進
運動を行なう第2の研磨工具面に上記基板の被研磨面を
所定の圧力で押圧しながら処理を行なう第2の工程とを
有することを特徴とする基板の研磨方法。 - 【請求項2】 上記第2の工程において、上記並進運動
は所定のパターンを有する循環運動であることを特徴と
する請求項1に記載の基板の研磨方法。 - 【請求項3】 上記第2の工程において、上記並進運動
は上記第2の研磨工具を動かすことにより与えられるこ
とを特徴とする請求項1に記載の基板の研磨方法。 - 【請求項4】 上記第2の工程において、上記並進運動
は不規則な運動であることを特徴とする請求項1に記載
の基板の研磨方法。 - 【請求項5】 上記第2の工程において、上記不規則な
並進運動は、2つの直線運動のベクトル和として与えら
れることを特徴とする請求項1に記載の基板の研磨方
法。 - 【請求項6】 上記第1の研磨工具面に対する上記基板
の被研磨面の押圧圧力が200〜500g/cm2であ
り、上記第2の研磨工具面に対する上記基板の被研磨面
の押圧圧力が0〜200g/cm2であることを特徴と
する請求項1に記載の基板の研磨方法。 - 【請求項7】 研磨面に沿って自転可能な第1の研磨工
具と、その研磨面に基板の被研磨面を所定の圧力で押圧
可能な押圧手段とを有する第1の研磨部と、上記基板の
被研磨面に対して所定の軌跡で相対並進運動可能な第2
の研磨工具と、その研磨面に基板の被研磨面を所定の圧
力で押圧する押圧手段とを有する第2の研磨部を有する
ことを特徴とする基板の研磨装置。 - 【請求項8】 上記第1の研磨工具面に対する上記基板
の被研磨面の押圧圧力が200〜500g/cm2であ
り、上記第2の研磨工具面に対する上記基板の被研磨面
の押圧圧力が0〜200g/cm2であることを特徴と
する請求項7に記載の基板の研磨装置。 - 【請求項9】 基台と、上面に研磨工具を取り付け可能
な定盤と、上記基台上において上記定盤を循環並進運動
可能に支持する支持部と、上記定盤を循環並進運動させ
る駆動手段とを有することを特徴とする基板の研磨装
置。 - 【請求項10】 上記支持部は、上記定盤をその縁部の
少なくとも3箇所以上で支持することを特徴とする請求
項9に記載の研磨装置。 - 【請求項11】 上記定盤には、研磨工具の研磨面に向
けて開口する研磨液供給流路が設けられていることを特
徴とする請求項9に記載の研磨装置。 - 【請求項12】 基台と、上面に研磨工具を取り付け可
能な定盤と、上記定盤を第1の方向に直線運動可能に支
持する第1の支持部と、上記第1の支持部を第1の方向
とは異なる第2の方向に直線運動可能に支持する第2の
支持部と、上記定盤、上記第1の支持部、第2の支持部
を直線運動させる駆動手段とを有することを特徴とする
基板の研磨装置。
Priority Applications (2)
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---|---|---|---|
JP14312997A JPH1058317A (ja) | 1996-05-16 | 1997-05-16 | 基板の研磨方法及び装置 |
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JP8-146776 | 1996-05-16 | ||
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Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100710915B1 (ko) * | 1999-03-05 | 2007-04-26 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 폴리싱장치 |
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