JPH0227721A - 半導体ウエハの研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は研磨技術、特に、半導体ウェハの研磨に適用し
て効果のある技術に関するものである。

〔従来の技術〕

半導体ウェハの研磨工程においては、半導体ウェハを研
磨プレートに保持し、そのウェハの被研磨面を研磨定盤
上の研磨クロスと接触させた状態で、研磨定盤を自転さ
せると共に、研磨プレートを研磨定盤に対して自転、公
転させることにより、半導体ウェハの研磨を行っている
。

このウェハの研磨において、ウェハを研磨すべき研磨定
盤の研磨面が平坦でないと、被研磨物であるウェハの被
研磨面の平坦度が確保されなくなる。このことは、ウニ
ハネ良の原因となる上に、ひいてはそのウェハを用いた
フォトレジスト工程における解像不良の原因となったり
することにより、そのウェハを用いて作られる半導体集
積回路装置の製品不良の原因となってしまう。

そこで、従来は、研磨定盤の平坦度を確保するため、研
磨処理の途中で必要に応じであるいは一定のインターバ
ルで研磨定盤を停止させ、３点もしくは多点のストレー
トゲージを手作業で研磨定盤の研磨面に当ててその両者
の隙間の有無に基づいて研磨面の平坦度を測定している
。

なお、半導体ウェハの研磨については、工業調査会、昭
和５７年１１月１５日発行の「電子材料１９８２年別冊
」Ｐ６１〜Ｐ６６に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、本発明者は上記した従来技術には次のよ
うな問題点があることを見い出した。

すなわち、上記従来技術では、手作業で、しかも作業者
の目視により平坦度の測定を行うので、その精度にばら
つきや誤差が生じてしまう。しかも、研磨面の全面につ
いて多点測定を行うことは、能率的にも技術的にも限界
がある。

また、上記従来技術の場合には、研磨定盤の停止中に平
坦度の測定を行うので、実際の研磨定盤の動的変形量、
さらには研磨面の温度変化による変形量の変動などを正
確に知ることは楊めて困難である。

したがって、このような不確定要素の多い研磨定盤の平
坦度の測定に基づいて、研磨面の変形などによるウェハ
の平坦度の状態を正確に判断することはなおさら困難で
あり、自ずから限界がある。

その結果、ウェハの平坦度の低下に起因するウニハネ良
、ひいてはそのウェハを用いた半導体集積回路装置の製
品不良を引き起こしてしまうことになる。

本発明の目的は、研磨定盤を停止させたり、手作業に依
存したりする必要なく、研磨加工中の研磨定盤の研磨面
の平坦度を含む面状態を測定することができ、それに基
づいて半導体ウェハの平坦度の向上を図ることのできる
半導体ウェハの研磨技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本
明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう
。

〔課題を解決するための手段〕

本願にふいて開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば次の通りである。

すなわち、本発明の半導体ウェハの研磨装置は、実際に
研磨加工中の研磨定盤の研磨面の面状態を無接触でモニ
タするモニタ手段を備えたものである。

このモニタ手段としては、うず電流または静電窓ｌを利
用したセンサを研磨定盤の研磨面の直上に該研磨面と接
触することなく半径方向に配置したものを用いることが
できる。

また、モニタ手段は、研磨定盤や研磨プレートの研磨条
件を設定する制御装置に接続することができる。

〔作用〕

上記した手段によれば、実際に研磨加工中の研磨定盤の
研磨面の平坦度がモニタ手段で測定されるので、手作業
かつ目視によるものに比べて掻めて能率良く、しかも精
度の高い平坦度測定を行うことができる。

その結果、半導体ウェハの研磨条件をモニタ手段の測定
に基づいて容易かつ正確に設定でき、それにより、研磨
される半導体ウェハの平坦度を著しく向上させることが
可能となる。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例である半導体ウェハの研磨装
置の概略的平面図、第２図はその研磨装置の概略的側面
図である。

本実施例にふいては、研磨定盤１の研磨面２の上面には
、図示しない研磨クロス（バッド〉が敷設され、研磨定
盤ｌはその回転駆動手段であるモータ３によって矢印方
向に回転される。

この研磨定盤Ｉにより研磨される半導体ウェハ４は、研
磨プレート５の下面により、図示しない真空吸着手段で
保持される。研磨プレート５は、回転駆動手段としての
モータ６により、研磨定盤ｌと同じ方向に自転すると共
に、研磨定盤ｌに対して公転し、半導体ウェハ４を研磨
定盤１の研磨面２に対して接触押圧させて研磨するよう
になっている。

本実施例の研磨定盤１の研磨面２の直上には、該研磨定
盤１の半径方向に平坦度測定用のセンサ７　（モニタ手
段）が配置されている。すなわち、このセンサ７は研磨
面２とは無接触ないし非接触で、その面状態の１つを表
す平坦度を略半径方向全体について測定するものである
。

このセンサ７は、たとえばうず電流を利用し、研磨面２
の研磨加工中における変形量を測定することによって該
研磨面２の平坦度を略半径方向全体について測定するこ
とができる。

また、センサ７は静電容量を利用して研磨加工中の研磨
面２の変形量を測定するものとして構成することもでき
る。

前記センサ７は平坦度モニタ装置８　（モニタ手段）に
接続され、両者はモニタ手段を構成している。平坦度モ
ニタ装置８は、センサ７で測定された研磨面２の平坦度
を、たとえば研磨面２の等高線８ａｓ研磨面２の縦断面
形状８ｂ、および研磨面２の基準平面からのずれ量を表
す測定値８Ｃの形式でモニタすることができるよう構成
されている。

平坦度モニタ装置８は制御装置９に接続されている。制
御装置９は、センサ７および平坦度モニタ装置８からの
経時的な平坦度測定結果に基づいて所要の演算処理など
を行い、研磨面２の最適な研磨条件を経時的に設定する
ことができる。

また、この制御装置９は前記モータ３および６に接続さ
れており、該モータ３および６を前記の最適な研磨条件
に従って制御することができる。

次に、本実施例の作用について説明する。

まず、単結晶引上げされたインゴットからスライスさた
後、ランピングおよびエツチングにより面処理されたシ
リコン（Ｓｉ）などの半導体ウェハ４を研磨プレート５
に真空吸着で保持する。

そして、半導体ウェハ４の被研磨面が研磨定盤１の研磨
面２の方に面するよう研磨プレート５の姿勢を制御し、
研磨プレート５をモータ６で回転駆動しながら下降させ
て、半導体ウェハ４の被研磨面を同じく回転中の研磨定
盤１の研磨面２における研磨クロス（パッド）の上に接
触押圧する。

そして、研磨定盤１および研磨プレート５を所要の回転
速度で回転（自転）させながら、研磨プレート５を研磨
定盤ｌに対して公転させることにより、半導体ウェハ４
の被＠磨面ば研磨定盤１の研磨面２によって研磨される
。

この研磨工程において、研磨定盤ｌの研磨面２は何らか
の原因で経時的にその平坦度が変化し、その面位置によ
って変形量が変わることにより、平坦面ではなくなる。

このような研磨面２の平坦度不良は半導体ウェハ４の被
研磨面の平坦度不良を起こし、ひいては半導体集積回路
装置の製品不良を引き起こす原因の１つとなる。

そこで、本実施例では、研磨定盤１の研磨面２の真上に
非接触で半径方向に配置したセンサ７により、うず電流
または静電容量を利用して、研磨加工中における研磨面
２の平坦度を略半径方向全体について経時的に測定する
。

その平坦度測定結果はセンサ７から平坦度モニタ装ｒＩ
ｔ８に送られ、研磨面２の等高線８ａｓ縦断面形状３ｂ
、および基準平面からのずれ量を表す測定値８Ｃの形式
でモニタされる。

また、平坦度モニタ装置８は平坦度測定結果を制御装置
９に送る。制御装置９は、センサ７および平坦度モニタ
装置８からの経時的な平坦度測定結果に基づいて所要の
演算処理などの処理を実行し、研磨定盤ｌの研磨面２の
だめの最適な研磨条件を経時的に設定する。

そして、制御装置９は、設定された最適な研磨条件に従
ってモータ３および６などを制御し、半導体ウェハ４の
研磨を最適な研磨条件で研磨加工を自動的に継続実行す
ることができる。

それにより、半導体ウェハ４の被研磨面の平坦度を含む
寸法精度は向上し、また研磨定盤１の研磨面２と半導体
ウェハ４の被研磨面とのならいが良くなるので、研磨ス
ピードが速くなり、研磨能率が向上する。

本発明による半導体ウェハの寸法精度（平坦度を含む）
と研磨能率を、手作業で作業者の目視により停止中の半
導体ウェハの平坦度を測定する場合（比較例）と本発明
者が比較実験した結果を第この第１表から明らかなよう
に、本発明の場合には、比較例に比べて半導体ウェハの
寸法精度（平坦度を含む）も研磨能率も大幅に向上した
。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能
であることはいうまでもない。

たとえば、センサ７はうず電流また静電容量以外のもの
を利用して研磨定盤１の研磨面２の面状態を無接触で測
定するものであってもよい。

また、平坦度モニタ装置８や制御装置９の構成および機
能、制御対象や制御方式なども実施例以外のものとする
こともできる。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその利用分野であるンリコン半導体ウェハの研磨に適
用した場合について説明したが、これに限定されるもの
ではなく、たとえば、ガリウム・ヒ素（Ｇ　ａ　Ａ　ｓ
　）などのシリコン以外の半導体材料よりなるウェハな
どにも適用できる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。

〔１）、半導体ウェハを研磨プレートに保持し、回転可
能な研磨定盤上で回転させて研磨する装置であって、研
磨加工中の前記研磨定盤の研磨面の面状態を無接触でモ
ニタするモニタ手段を備えたことにより、研磨定盤を停
止させたり、手作業や作業者の目視の判断に依存したり
することなく、研磨定盤の実際の研磨加工中における平
坦度を測定することができ、半導体ウェハの寸法精度を
著しく向上させることができる。

（２）６前記（１）により、その半導体ウェハを用いて
製造される半導体集積回路１１ｉＩ！の製品不良の発生
を未然に防止できる。

（３）、前記（１）により、研磨定盤の研磨面と半導体
ウェハの被研磨面とのならいが良くなるので、また平坦
度測定のために研磨定盤を停止させる必要がないので、
研磨能率を大幅に向上させることができる。

（４）、平坦度の測定は研磨定盤の研磨面とは非接触で
行われるので、測定により研磨面の平坦度が損なわれる
ことはない。

（５）、モニタ手段が、研磨定盤および研磨プレートな
どの研磨条件を設定する制御装置に接続されていること
により、モニタ手段による測定結果に基づいて、研磨定
盤や研磨プレートなどを自動的に最適研磨条件で制御し
、最適な研磨を自動的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

ｉｔ図は本発明の一実施例である半導体ウェハの研磨装
置の概略的平面図、 第２図はその研磨装置の概略的側面図である。 １・・・研磨定盤、２・・・研磨面、３・・・モータ、
４・・・半導体ウェハ、５・・・研磨プレート、６・・
・モータ、７・・・センサ（モニタ手段）、８・・・平
坦度モニタ装置（モニタ手段）、８ａ・・・等高線、８
ｂ・・・縦断面形状、８Ｃ・・・測定値、９・・・制御
装置。 代　　理　　人　　弁理士　　　筒　　井　　大　　和
第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハを研磨プレートに保持し、回転可能な
   研磨定盤上で回転させて研磨する装置であって、研磨加
   工中の前記研磨定盤の研磨面の面状態を無接触でモニタ
   するモニタ手段を備えたことを特徴とする半導体ウェハ
   の研磨装置。 ２、前記モニタ手段は、前記研磨定盤の研磨面の直上に
   半径方向に配置され、うず電流を利用して該研磨面の平
   坦度を測定するセンサを有していることを特徴とする請
   求項１記載の半導体ウェハの研磨装置。 ３、前記モニタ手段は、半導体ウェハの研磨面の直上に
   半径方向に配置され、静電容量を利用して該研磨面の平
   坦度を測定するセンサを有していることを特徴とする請
   求項１記載の半導体ウェハの研磨装置。 ４、前記モニタ手段が、前記研磨定盤および研磨プレー
   トの研磨条件を設定する制御装置に接続されていること
   を特徴とする請求項１、２、または３のいずれかに記載
   の半導体ウェハの研磨装置。