JPH09216128A - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨対象物を高精度かつ高速に研磨して平坦化
する。 【解決手段】正または負に帯電可能な研磨粒子Ｓを含む
導電性加工液をウェーハ９の加工面と導電性フィルム３
４が設けられた研磨工具面との間に供給し、加工面と研
磨工具面との間にバイアス電圧１０を印加しながら研磨
を行う。バイアス電圧は交流で印加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば硬脆材料表
面を鏡面加工または平坦加工するための研磨方法および
研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子家電製品の小形軽量化、高機
能化にともない、これを支える電子部品の高性能、高密
度化の要求は益々高まっているが、生産面からこれらに
応えるためには、実用化されつつあるファインセラミッ
クス、アモルファス合金、各種複合材料、結晶材料など
の新素材を活かし、小形、高精度電子部品を低コストで
生産することが必要である。

【０００３】この種の新素材にあっては、きわめて硬い
もの、脆いもの、熱的性質が特異なものなどが多く、し
かも加工による特性劣化が重要な問題となる。また、表
面粗さ、平面度、寸法精度など、要求される加工精度も
さらに厳しくなっている。このような硬脆材料の平坦化
研磨方法としては、従来よりシリコンウェーハのミラー
ポリシング技術を応用したＣＭＰ(Chemical Mechanical
Polishing：化学的機械研磨）法が知られている。この
ＣＭＰ法は、従来のポリッシングと同様に機械精度転写
ではなく、遊離砥粒による研磨方法であって、ウェーハ
のグローバル平坦化技術として近年注目されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
ＣＭＰ法は、加工精度を維持するためには、研磨パッド
の修正、ドレス・ツルーイング等の加工条件に大きく左
右されることから、作業者の熟練に頼っているのが実状
であった。また、遊離砥粒研磨であるため、加工効率
（スループット）が低いという問題や、研磨パッドの目
詰まりによる研磨レートの変動が大きいという問題もあ
った。

【０００５】一方、平坦化研磨方法として従来より研削
・切削による方法も知られているが、表面粗さがポリッ
シングレベルまで達しないという問題があり、一部にＳ
ＰＤＴ（Single Point Diamont Turning）等による高精
度研磨も知られているが、この方法は工具寿命が短く、
コスト的にも不利であるため一般的な硬脆材料の量産に
は適しないという問題があった。

【０００６】本発明は、このような従来技術の問題点に
鑑みてなされたものであり、研磨対象物を高精度かつ高
速に研磨して平坦化できる研磨方法および研磨装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の研磨方法は、正または負に帯電可能な研磨
粒子を含む導電性加工液を加工面と研磨工具面との間に
供給し、前記加工面と前記研磨工具面との間にバイアス
電圧を印加しながら前記加工面の研磨を行うことを特徴
とする。

【０００８】また、上記目的を達成するために、本発明
の研磨装置は、研磨対象物を保持するための保持手段
と、前記研磨対象物に対して相対的に回転する研磨工具
面を有する研磨手段と、前記研磨対象物の加工面と前記
研磨工具面との間に、正または負に帯電可能な研磨粒子
を含む導電性加工液を供給する加工液供給手段と、前記
加工面と前記研磨工具面との間にバイアス電圧を印加す
る電源と、前記研磨工具面に設けられた導電性フィルム
と、を有することを特徴とする。

【０００９】本発明の研磨方法および研磨装置では、正
または負に帯電可能な研磨粒子を含む導電性加工液を研
磨液として用い、これを加工面と研磨工具面との間に供
給し、かつ加工面と研磨工具面との間にバイアス電圧を
印加しながら加工面の研磨を行うので、印加極性を考慮
することで、研磨粒子の電気泳動現象が生じて研磨粒子
が研磨工具面に電気的に吸引される。この研磨工具面に
向かって吸引された研磨粒子は研磨工具面に吸着して研
磨粒子層を形成し、この状態で研磨が行われることとな
る。

【００１０】これにより、遊離砥粒研磨法でも固定砥粒
研磨法でもない、いわゆる半固定砥粒研磨法による平坦
化研磨が実現され、この半固定砥粒による機械的研磨
と、研磨液による化学的研磨との相乗効果によって、研
磨パッドの修正やドレス・ツルーイング等の熟練作業に
左右されることなく、研磨面を高精度で平坦化すること
ができる。また、半固定砥粒研磨法であるため、遊離砥
粒研磨法に比べてスループットが高まることとなる。

【００１１】本発明の研磨方法において、前記バイアス
電圧を交流で印加することがより好ましい。この発明の
研磨方法では、バイアス電圧を交流にすることにより、
研磨工具面に吸着した研磨粒子や研磨屑を一時的に反発
させることができる。この結果、劣化した研磨粒子や研
磨屑が排出され、次に元のバイアス電圧が印加される
と、研磨工具面に吸着される研磨粒子は劣化していない
ものとなるからである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は実施の形態である研磨装置
を示す模式図、図２は同じく研磨装置の外観を示す斜視
図、図３は同じくロータリテーブルを示す縦断面図、図
４は同じく主軸スピンドルを示す縦断面図、図５は本発
明の原理を説明するための断面図である。

【００１３】図１および図２に示すように、本実施の形
態である研磨装置は、主として主軸スピンドル２０とロ
ータリテーブル２１とで構成される。ロータリテーブル
２０は、図３に示すように、モータ１７からの回転力
が、プーリ１５および平ベルト１６を介してプーリ１８
に伝達され、プーリ１８の回転に連動して継手２３が回
転する。継手２３は、ベアリング１４，２２によって軸
受け支持されており、表面にテーブル２４が設けられて
いる。このテーブル２４は、直径約２００ｍｍの円盤状
に形成され、その表面には、ウレタンゴムなどからなる
ウェーハ吸着フィルム１２が貼着されている。本実施の
形態では、回転軸８に対するウェーハ吸着フィルム１２
の回転を安定化させるために、継手２３およびベアリン
グ１４，２２などに高剛性部材が用いられている。

【００１４】継手２３およびテーブル２４の回転中心に
設けられた中空部には、ウェーハ吸着フィルム１２の表
面に達する真空吸着用パイプ２５が格納されており、真
空吸着用パイプ２５の一端は、図示しない吸引装置に接
続されており、これによりウェーハ９が真空吸着され
る。

【００１５】このロータリテーブル２０は、図２に示す
ように、レール２６に沿ってＸ軸方向に移動自在に設け
られたスライダ６の表面に固定され、後述する主軸スピ
ンドル２１に対してＸ軸方向に移動可能となっている。
一方、主軸スピンドル２１は、レールに沿ってＺ軸方向
に移動自在に設けられたスライダ（図示せず）に固定さ
れている。この主軸スピンドル２１にあっては、図４に
示すように、図示しないスピンドルモータにより回転す
る主軸スピンドルシャフト４には、取付フランジ３１を
介してツールベース２が着脱可能に取り付けられてお
り、このツールベース２には絶縁材３２によって主軸ス
ピンドルシャフト４から電気的に絶縁され、例えば直径
約２２０ｍｍの円盤状に形成されたウレタンゴム１（研
磨パッド１ともいう）が取り付けられている。さらに、
このウレタンゴム１には導電性フィルム３４がフィルム
ホルダ３３によって取り付けられており、導電性フィル
ム３４はウレタンゴム１により張力および研磨加工圧力
が付与されることとなる。

【００１６】なお、これら導電性フィルム３４、ウレタ
ンゴム１およびフィルムホルダ３３からなるツール部分
は、銅プレートなどの金属板によっても構成することが
できるが、研磨対象物によってはスクラッチなどのダメ
ージが残りやすい場合があるので、本実施の形態では軟
質の粘弾性体系のもので構成されている。また、本実施
の形態では、回転軸５に対する導電性フィルム３４およ
びウレタンゴム１の回転を安定化させるために、ツール
ベース２、取付フランジ３１、主軸スピンドルシャフト
４などに高剛性部材を用いている。

【００１７】一方、主軸スピンドルシャフト４および取
付フランジ３１の中心には中空部が形成されており、こ
こに導電性材料で形成されたノズル４０が設けられてい
る。このノズル４０には、図示しないスラリー供給装置
からスラリー（研磨剤）が供給され、ノズル４０からの
スラリーは、導電性フィルム３４と研磨対象物であるウ
ェーハ９との間に、略放射状に噴射される。

【００１８】本実施の形態で用いられる研磨剤として
は、水酸化カリウムなどのアルカリ溶液にφ１０ｎｍ程
度の超微粒シリカをコロイド状に分散させたものの他、
ＳｉＣやＳｅＯなどの微粒子をアルカリ溶液に分散させ
たものを用いることができる。特に本実施の形態である
研磨装置では、フィルムホルダ３３に設けられた電極ブ
ラシ３５を介して導電性フィルム３４に数十ボルト程
度、６０Ｈｚ程度の交流電圧が電源１０から印加され、
またノズル４０にも同様の交流電圧が印加されている。

【００１９】次に作用を説明する。まず、ロータリテー
ブル２０の吸引装置が吸引を開始すると、ウェーハ吸着
フィルム１２の表面に吸引力が生じる。この状態で、図
２に示すように、研磨面を図中上にしてウェーハ吸着フ
ィルム１２の表面にウェーハ９を載置し、ウェーハ９を
ウェーハ吸着フィルム１２に吸着させる。

【００２０】ついで、スピンドルモータの駆動によって
研磨パッド１を回転速度約１５００〜３０００ｒｐｍで
回転させるとともに、図３に示すモータ１７の駆動によ
ってウェーハ吸着フィルム１２を回転速度約３０〜５０
０ｒｐｍで回転させる。また、ウェーハ９の上方に研磨
パッド１が位置するように、スライダ６をレール２６に
沿ってＸ軸方向に移動する。

【００２１】ついで、スラリーをスラリー供給装置から
ノズル４０に供給し、ノズル４０から研磨パッド１とウ
ェーハ９との間に放射状に噴射する。これと相前後して
導電性フィルム３４およびノズル４０に交流電圧を印加
する。主軸スピンドル２１をＺ軸方向に下降させ、所定
の研磨圧力でウェーハ９の研磨面に研磨パッド１を押し
付けると、導電性フィルム３４とノズル４０とに印加さ
れた交流電圧によって以下の現象が生じる。

【００２２】すなわち、本実施の形態で用いられる研磨
液は、例えば水酸化カリウムに超微粒シリカを分散させ
たものであるため、シリカ粒子Ｓはシラノール基を有
し、このため負に帯電している（図５（Ａ）参照）。こ
れによりシリカ粒子Ｓの凝集が抑制されるが、本実施例
ではこの帯電を利用して研磨を行う。つまり、このシリ
カ粒子Ｓを含む研磨液に電場を与えると、シリカ粒子Ｓ
の電気泳動現象が生じてシリカ粒子Ｓが陽極である導電
性フィルム３４に電気的に吸引される。この導電性フィ
ルム３４に向かって吸引されたシリカ粒子Ｓは導電性フ
ィルム３４の表面に吸着してシリカ粒子層を形成し、こ
の状態で研磨が行われることとなる（図５（Ｂ）参
照）。これにより、遊離砥粒研磨法でも固定砥粒研磨法
でもない、いわゆる半固定砥粒研磨法による平坦化研磨
が実現され、この半固定砥粒による機械的研磨と、研磨
液による化学的研磨との相乗効果によって、研磨パッド
の修正やドレス・ツルーイング等の熟練作業に左右され
ることなく、ウェーハ９の研磨面を高精度で平坦化する
ことができる。また、半固定砥粒研磨法であるため、遊
離砥粒研磨法に比べてスループットが高まることとな
る。

【００２３】また、本実施の形態では、交流電圧を印加
しているので、導電性フィルム３４に吸着したシリカ粒
子Ｓや研磨屑を一時的に反発させることができる（図５
（Ｄ）参照）。つまり、加工が進むと、劣化したシリカ
粒子やウェーハの研磨屑などが導電性フィルム３４の表
面に吸着したままになり、目詰まりを生じて加工効率が
低下することも考えられる（図５（Ｃ）参照））。しか
しながら、本実施の形態のようにバイアス電圧１０を交
流にすれば、劣化したシリカ粒子やウェーハの研磨屑が
排出され、次に元のバイアス電圧が印加されると、導電
性フィルム３４の表面に吸着されるシリカ粒子Ｓは劣化
していないものとなる。

【００２４】このような本発明の研磨方法および研磨装
置は、図６（Ａ）に示すシリコンウェーハの層間絶縁膜
６０の平坦化加工（従来はＣＭＰ研磨）、同図（Ｂ）に
示すビデオヘッド、ハードディスクヘッドなどの磁気ヘ
ッド用基板６１の平坦化加工（従来は研削およびラッピ
ング）、同図（Ｃ）に示すマイクロプリズム６２の光学
結晶加工（従来は研削およびラッピング）、同図（Ｄ）
に示す水晶振動子６３の加工（従来はラッピング）やハ
ードディスクのテクスチュアリング（従来はテープラッ
ピング）、同図（Ｅ）に示す光ディスク基板６４の鏡面
加工（従来はポリッシング）など、広く応用することが
できる。この場合、図７（Ａ）に示すように、ウェーハ
状態Ｗで研磨を行うことも、また同図（Ｂ）に示すよう
にチップ状態Ｃで研磨を行うことも可能である。

【００２５】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れず、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の研磨方法
および研磨装置によれば、研磨パッドの修正やドレス・
ツルーイング等の熟練作業に左右されることなく、研磨
面を高精度で平坦化することができる。また、半固定砥
粒研磨法であるため、遊離砥粒研磨法に比べてスループ
ットが高まることとなる。

【００２７】また、本発明の研磨方法によれば、バイア
ス電圧を交流で印加することにより、研磨工具面に吸着
した研磨粒子や研磨屑を一時的に反発させることができ
る。この結果、劣化した研磨粒子や研磨屑が排出され、
次に元のバイアス電圧が印加されると、研磨工具面に吸
着される研磨粒子は劣化していないものとなるので、目
詰まりを防止できるだけでなく、研磨レートを一定に維
持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は本発明の実施の形態である研磨装置を
示す模式図である。

【図２】 図２は本発明の実施の形態である研磨装置の
外観を示す斜視図である。

【図３】 図３は図２のロータリテーブルを示す断面図
である。

【図４】 図４は図２の主軸スピンドルを示す断面図で
ある。

【図５】 図５は本発明の原理を説明するための断面図
である。

【図６】 図６は本発明の応用例を示す断面図である。

【図７】 図７は本発明の応用例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１…研磨パッド（研磨工具面） ９…ウェーハ（研磨対象物） １０…交流電源 ２０…ロータリテーブル ２１…主軸スピンドル ３４…導電性フィルム ４０…ノズル Ｓ…シリカ粒子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正または負に帯電可能な研磨粒子を含む
   導電性加工液を加工面と研磨工具面との間に供給し、前
   記加工面と前記研磨工具面との間にバイアス電圧を印加
   しながら前記加工面の研磨を行うことを特徴とする研磨
   方法。
2. 【請求項２】 前記バイアス電圧を交流で印加すること
   を特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
3. 【請求項３】 研磨対象物を保持するための保持手段
   と、 前記研磨対象物に対して相対的に回転する研磨工具面を
   有する研磨手段と、 前記研磨対象物の加工面と前記研磨工具面との間に、正
   または負に帯電可能な研磨粒子を含む導電性加工液を供
   給する加工液供給手段と、 前記加工面と前記研磨工具面との間にバイアス電圧を印
   加する電源と、 前記研磨工具面に設けられた導電性フィルムと、を有す
   ることを特徴とする研磨装置。