JPH09270399A - 基板研磨方法及びその装置 - Google Patents

基板研磨方法及びその装置

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JPH09270399A
JPH09270399A JP10374696A JP10374696A JPH09270399A JP H09270399 A JPH09270399 A JP H09270399A JP 10374696 A JP10374696 A JP 10374696A JP 10374696 A JP10374696 A JP 10374696A JP H09270399 A JPH09270399 A JP H09270399A
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JP
Japan
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polishing
substrate
polished
surface plate
polishing cloth
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JP10374696A
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Hirohiko Izumi
宏比古 泉
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の材料によって表面が形成されている半
導体基板に対し適当な選択比と平坦化形状を同時に実現
し得る基板研磨方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 基体11に保持された基板Wと定盤12
との間に研磨布13を介在させながら、基板11の表面
を研磨してその平坦な表面形状を形成する。性状の異な
る複数の研磨布1,2によって交互に基板11を加圧研
磨することで、均一且つ平坦な研磨形状を得ることがで
きる。少なくとも基板11及び研磨布13間で相対移動
を行わせながら、基板11を加圧研磨する。基体11及
び/又は定盤12の温度制御を行なうための温度制御手
段15を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、好適には半導体基
板の表面を研磨し、平坦な基板表面形状を形成するため
の方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、半導体基板の表面研磨を始めとし
て精密研磨を要求される研磨法では、基体に保持された
半導体基板と定盤との間に研磨布を介在させながら、半
導体基板の表面を研磨することにより、その平坦な表面
形状を得るようにしている。
【0003】例えば、この種の研磨方法に使用する研磨
装置において、研磨すべき半導体基板(ウェハ)を保持
する支持基体と、研磨布を張り付けた定盤と、研磨布に
滴下されるようにした砥液と、を備えている。この装置
によれば、定盤上に張り付けられた研磨布に砥液を分散
し、回転もしくは振動する定盤に対して、支持基体によ
って保持された被研磨基板である半導体基板を適当な圧
力で押し付けることにより半導体基板の表面研磨が行わ
れる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨方法或いは装置において、研磨布によって一定の範
囲の研磨条件が決定されてしまい、例えば半導体基板の
表面に複数の材料が存在している場合に、それぞれの材
料に最適な条件で研磨することができないという問題が
あった。
【0005】即ち、その具体的な例としてシリコン酸化
膜とシリコン膜とが交互に配列された半導体基板の表面
を研磨する場合、シリコン酸化膜に対して最適な研磨条
件によって研磨を行うと、材質的により柔らかいシリコ
ン膜もシリコン酸化膜とほぼ同等の速度で研磨されてし
まう。このためシリコン膜に対するシリコン酸化膜の選
択的研磨ができず、かかる半導体基板に平坦な表面が実
現されるまでに、双方の材料とも初期の厚さに比べてか
なり削られてしまい、研磨の終点検出も困難にならざる
を得なかった。
【0006】一方、材質の柔らかいシリコン膜側に最適
な研磨条件を設定した場合、シリコン酸化膜に対してシ
リコン膜を選択的に研磨することができるため、より硬
いシリコン酸化膜のパターンをシリコン膜研磨の際の所
謂ストッパとして用いることができる。ところが、この
場合シリコン酸化膜上のシリコン膜の研磨残りを無くす
ために研磨を過剰に施した場合、シリコン酸化膜のパタ
ーンの間に所定の膜厚で残されるべきシリコン膜も同時
に削り込まれてしまう。つまりシリコン酸化膜パターン
の表面からシリコン膜の表面が陥没もしくは低くなり、
所望のシリコン膜厚が得られないという問題が生じる。
【0007】更に、かかる問題は、上述したシリコン酸
化膜とシリコン膜を有する半導体基板の表面研磨の場合
に限らず、シリコン酸化膜と金属膜が交互に並んで成る
表面を有する半導体基板の場合にも同様に生じ得る。そ
してこのような問題の対策として、異なった研磨条件で
2回以上研磨を行ったり、2つの研磨布を重ねて用いる
等の方法がとられていた。しかしながら、前者の場合は
研磨加工の処理工程数が増大し、また後者の場合にあっ
ては研磨布の消費量が多くなり、このようにいずれの場
合も量産技術としては問題が残る。
【0008】そこで、本発明はかかる実情に鑑み、特に
複数の材料によって表面が形成されている被研磨基板で
ある半導体基板について、適当な選択比と平坦化形状を
同時に実現し得る基板研磨方法及びその装置を提供する
ことを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の基板研磨方法
は、基体に保持された基板と定盤との間に研磨布を介在
させながら、前記基板の表面を研磨してその平坦な表面
形状を形成するようにした基板研磨方法であって、性状
の異なる複数の研磨布によって交互に前記基板を加圧研
磨することを特徴とする。
【0010】また、本発明の基板研磨方法において、少
なくとも前記基板及び前記研磨布間で相対移動を行わせ
ながら、前記基板を加圧研磨するようにしたものであ
る。
【0011】また、本発明の基板研磨方法において、前
記基板の研磨時、前記基体及び/又は前記定盤の温度制
御が行なわれる。
【0012】或いはまた、本発明の基板研磨装置は、基
体に保持された基板と定盤との間に研磨布を介在させな
がら、前記基板の表面を加圧研磨してその平坦な表面形
状を形成するようにした基板研磨装置であって、前記定
盤の表面に性状の異なる複数の研磨布が交互に張り付け
られていることを特徴とする。
【0013】また、本発明の基板研磨装置において、前
記基体及び/又は前記定盤の温度制御を行なうための温
度制御手段を備えている。
【0014】また、本発明の基板研磨装置において、前
記基体及び/又は前記定盤を回転もしくは直線駆動する
ための駆動手段を備えている。
【0015】また、本発明の基板研磨装置において、前
記駆動手段は、前記基体を前記研磨布に対して揺動させ
得るように構成されている。
【0016】
【作用】本発明によれば、被研磨基板である半導体基板
を研磨するための定盤の表面に性状の異なる複数枚の研
磨布を張り付けることによって、半導体基板表面を研磨
する。例えば、シリコン酸化膜とシリコン膜が交互に配
列された半導体基板を研磨する場合、シリコン酸化膜の
研磨に最適な研磨布を定盤に交互に張り付けて研磨を行
う。
【0017】シリコン膜に最適な研磨布によって選択的
にシリコン膜が研磨されながら、シリコン酸化膜に最適
な研磨布上ではシリコン膜とシリコン酸化膜がほぼ同時
に研磨される。これによりシリコン膜が効率的に研磨さ
れてシリコン酸化膜上に研磨残りが生じ難くなる。ま
た、シリコン膜がシリコン酸化膜パターンより低くなっ
てしまうのを防ぎ、均一且つ平坦な研磨形状を得ること
ができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき、本発明によ
る基板研磨方法及びその装置の好適な実施の形態を説明
する。
【0019】図1は、この実施形態による基板研磨装置
10の構成例を示している。この研磨装置10による研
磨方法において、半導体基板Wを支持基体11によって
保持し、砥液供給機構14aから砥液14を供給された
研磨布13を半導体基板Wと定盤12とによって挟み込
む。そして、研磨布13に半導体基板Wを押し付けて圧
力をかけながら、該半導体基板Wの表面を研磨する。な
お、研磨されるべき半導体基板Wの表面には、後述のよ
うに複数の材料で成る膜もしくは層が存在しているもの
とする。この例では、例えばシリコン膜Waとシリコン
酸化膜Wbを有している(図5参照)。
【0020】研磨布13は、定盤12の上表面に張り付
けられる。この研磨布13は性状の異なる複数の研磨布
1,2から成り、これらの研磨布1,2が定盤12に交
互に張り付けられる。この実施形態では硬質の研磨布1
と軟質の研磨布2を用い、これらが、例えば図2の図示
例のように定盤12上で円周2分割或いは4分割するか
たちで交互に配置される。更に、5分割、6分割等で多
分割するように交互に配置することができる。
【0021】なお、研磨布13を構成する性状の異なる
3種以上の研磨布を用いることも可能である。つまり複
数種の研磨布の定盤12上での配置構成方法について
は、研磨すべき半導体基板Wの特に膜もしくは層構造と
の関係で適宜設定するものとする。
【0022】上記構成で成る本発明による基板研磨装置
10において、図1のように支持基体11或いは定盤1
2を図示しない駆動機構によって回転駆動する。研磨布
13に半導体基板Wを押し付けて圧力をかけながら、半
導体基板Wの表面を研磨加工を行うが、次にその研磨加
工の主要工程を説明する。
【0023】ここで先ず、半導体基板Wにおいて、図3
に示すようにシリコン酸化膜Wbのパターン上にポリシ
リコンのシリコン膜Waが成膜されている。
【0024】かかる半導体基板Wに対して研磨布13を
回転させると、シリコン膜Waの研磨に最適な軟質の研
磨布2によって該シリコン膜Waの研磨が進行する。こ
の場合、研磨布2は柔らかいため下地のシリコン酸化膜
Wbのパターンに影響され、即ち下地としてシリコン酸
化膜Wbを有するシリコン膜Waの部分がより強い研磨
圧を受ける。そのため図4に示されるようにシリコン酸
化膜Wbのパターンに対応する部分が速く研磨される。
【0025】一方、研磨布1,2が交互に配置されてい
るから、シリコン酸化膜Wbの研磨に最適な硬質の研磨
布1によってもシリコン膜Waが研磨される。この場合
には、研磨布1が硬いために、研磨布2の場合のように
下地のシリコン酸化膜Wbに影響されることはない。従
って、前述した図4のように研磨された半導体基板Wの
表面は、図5のように平坦に修正される。
【0026】上記のようにシリコン膜Waが研磨される
のに従って、次第にシリコン酸化膜Wbが露呈する。す
ると、軟質の研磨布2は上記と同様にシリコン酸化膜W
bのパターンに影響されるため、シリコン酸化膜Wbの
パターン上で更に強い研磨圧力を受けてシリコン膜Wa
の研磨残りを除去することができる。ところが、研磨布
2は柔らかいため、その形状はシリコン酸化膜Wbのパ
ターンに追随してしまう。即ち、図6に示したように比
較的広い面積のシリコン膜Waのパターン上では、特に
そのパターンの中央部付近のシリコン膜Waがそのとき
の研磨圧力を受けて研磨される。このため、図示のよう
にシリコン膜Waのパターン中心部が落ち込むように凹
んでしまう。
【0027】一時的に図6のようにシリコン膜Waの凹
みが生じるが、硬質の研磨布1にあってはシリコン酸化
膜Wbのパターンに倣ってその形状に追随しない。従っ
て、最終的には図7のようにシリコン膜Waとシリコン
酸化膜Wbが相互に面一化して揃うように同一平面で研
磨される。
【0028】このように本発明によれば、半導体基板W
の表面にシリコン膜Wa、シリコン酸化膜Wb等の複数
の膜もしくは層が存在している場合でも、最終的に極め
て均一な表面研磨を行うことができる。
【0029】上記の場合、研磨すべき半導体基板W上に
含まれるパターンの大きさやシリコン膜Wa或いはシリ
コン酸化膜Wbの面積の割合に応じて、研磨布1,2の
定盤12上での占有面積の割合を任意に選択することが
できる。例えば、最大のパターンが100μmのときシ
リコン膜Waの面積が20%のパターンにおいては、柔
らかい研磨布2の占有面積を20%とすることで、シリ
コン膜Wa及びシリコン酸化膜Wbを同一平面で研磨す
ることができた。
【0030】なお、この実施形態においては、半導体基
板Wがシリコン膜Wa、シリコン酸化膜Wbを有する例
を説明したが、この場合に限らずシリコン膜Waに代わ
り、メタルと酸化膜によって形成されたパターンを有す
る半導体基板Wに対しても上記と同様の作用効果を得る
ことができる。
【0031】ところで、この実施形態において図1に示
されるように、定盤12或いは支持基体11内に温度調
整機構15を備えている。この温度調整機構15は、支
持基体11又は定盤12に内蔵されたヒータ又はクーラ
によって構成され、この温度制御手段によって支持基体
11や定盤12の温度を制御するようにしたものであ
る。温度調整機構15によれば、研磨の再現性を高める
効果や研磨速度を制御する等の利点がある。
【0032】また、本発明装置の前記駆動機構によれ
ば、半導体基板Wの厚さ均一性を向上させたり、或いは
研磨速度を向上させるために支持基体11及び定盤12
のいずれか一方もしくは双方を回転させる(図1、矢印
A,B参照)ことができる。
【0033】また、研磨布13自体の好適な形状例とし
て円形に形成し、この研磨布13の周囲を例えば図8の
ように環状もしくはリング状枠体16によって定盤12
上で保持固定するようにしてもよい。この場合、本発明
に係る駆動機構によりリング状枠体16を回動させるこ
とで研磨布13を回転させることができる。この際、定
盤12は定位置に固定してもよく、或いは前記駆動機構
によって支持基体11(即ち、半導体基板W)及び/又
は定盤12を回転させるようにしてもよい。
【0034】更に、図9に示したようにベルト状の研磨
布13′を駆動手段としての回転ローラ17に巻回し、
適宜のタイミング及び速度で支持基体11及び定盤12
の間を走行させるようにしてもよい。これら図8及び図
9の例のように研磨布13を回転させ、或いは直線移動
させることにより、半導体基板Wの被研磨面に対して常
に新しい研磨布13の研磨面を提供することができる。
これより高い研磨効率を維持することが可能になる。
【0035】上記のように駆動機構によって支持基体1
1及び/又は定盤12、或いは研磨布13を回転もしく
は直線駆動させる場合、研磨布13を有効に使用するた
めに図10及び図11にそれぞれ示したように研磨布1
3の回転又は走行方向に対して、支持基体11従って半
導体基板Wを横方向に一定周期で揺動させながら(図1
0及び図11、矢印C参照)、研磨布13を回転或いは
走行させると効果的である。
【0036】なお、上述の実施形態において、半導体基
板Wの研磨終了後、研磨布13の表面を洗浄し、或いは
その表面状態を調整(所謂目立て)するための表面調整
手段を設けることができる。この表面調整手段を本発明
装置の至近位置に配置構成することで、研磨布13の研
磨機能を維持改善することができる。
【0037】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、異
なる材料膜もしくは層を有する半導体基板表面に対し
て、その材料とパターンの状態に応じて好適な研磨布を
用いて研磨することにより極めて平坦な研磨形状を得る
ことができる。これにより特殊な仕様の研磨布を用い、
或いは異なった仕様の研磨布を重ねて用いる必要がない
ばかりか、構成が比較的に簡単であるため実質的にコス
ト低減を実現することができる等の利点を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態における研磨装置の構成例を
示す図である。
【図2】本発明の実施形態に係る研磨布の例を示す平面
図である。
【図3】本発明の実施形態における研磨加工の主要工程
を示すである。
【図4】本発明の実施形態における研磨加工の主要工程
を示すである。
【図5】本発明の実施形態における研磨加工の主要工程
を示すである。
【図6】本発明の実施形態における研磨加工の主要工程
を示すである。
【図7】本発明の実施形態における研磨加工の主要工程
を示すである。
【図8】本発明に係る研磨布の配置構成例を示す平面図
である。
【図9】本発明に係る研磨布の別の配置構成例を示す縦
断面図である。
【図10】図8に示した研磨布の配置構成の変形例を示
す平面図である。
【図11】図9に示した研磨布の配置構成の変形例を示
す平面図である。
【符号の説明】
1 硬質の研磨布 2 軟質の研磨布 10 基板研磨装置 11 支持基体 12 定盤 13,13′ 研磨布 14 砥液 14a 砥液供給機構 15 温度調整機構 16 環状もしくはリング状枠体 17 回転ローラ W 半導体基板

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基体に保持された基板と定盤との間に研
    磨布を介在させながら、前記基板の表面を研磨してその
    平坦な表面形状を形成するようにした基板研磨方法であ
    って、 性状の異なる複数の研磨布によって交互に前記基板を加
    圧研磨することを特徴とする基板研磨方法。
  2. 【請求項2】 少なくとも前記基板及び前記研磨布間で
    相対移動を行わせながら、前記基板を加圧研磨するよう
    にしたことを特徴とする請求項1に記載の基板研磨方
    法。
  3. 【請求項3】 前記基板の研磨時、前記基体及び/又は
    前記定盤の温度制御が行なわれることを特徴とする請求
    項1又は2に記載の基板研磨方法。
  4. 【請求項4】 基体に保持された基板と定盤との間に研
    磨布を介在させながら、前記基板の表面を加圧研磨して
    その平坦な表面形状を形成するようにした基板研磨装置
    であって、 前記定盤の表面に性状の異なる複数の研磨布が交互に張
    り付けられていることを特徴とする基板研磨装置。
  5. 【請求項5】 前記基体及び/又は前記定盤の温度制御
    を行なうための温度制御手段を備えていることを特徴と
    する請求項4に記載の基板研磨装置。
  6. 【請求項6】 前記基体及び/又は前記定盤を回転もし
    くは直線駆動するための駆動手段を備えていることを特
    徴とする請求項4に記載の基板研磨装置。
  7. 【請求項7】 前記駆動手段は、前記基体を前記研磨布
    に対して揺動させ得るように構成されていることを特徴
    とする請求項6に記載の基板研磨装置。
JP10374696A 1996-03-29 1996-03-29 基板研磨方法及びその装置 Withdrawn JPH09270399A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010002470A (ko) * 1999-06-15 2001-01-15 고석태 화학적 기계적 폴리싱 장치용 폴리싱 패드의 그루브 패턴
JP2002540611A (ja) * 1999-03-29 2002-11-26 ラム リサーチ コーポレイション 化学機械研磨中の処理温度を安定させる方法及び装置
JP2003500843A (ja) * 1999-05-21 2003-01-07 ラム リサーチ コーポレイション 異なる溝パターンをもつセクションを備えた化学機械式平坦化すなわち研摩パッド

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Effective date: 20030603