JPH0963995A - 研磨装置およびそれを用いた研磨方法 - Google Patents
研磨装置およびそれを用いた研磨方法Info
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- JPH0963995A JPH0963995A JP21921195A JP21921195A JPH0963995A JP H0963995 A JPH0963995 A JP H0963995A JP 21921195 A JP21921195 A JP 21921195A JP 21921195 A JP21921195 A JP 21921195A JP H0963995 A JPH0963995 A JP H0963995A
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体ウエハ上に堆積された絶縁膜あるいは
金属膜の表面を平坦且つ均一に研磨できる研磨装置を提
供する。 【構成】 中心軸回りに回転され、真空ポンプ１１に連
通する吸気孔２ｂ1 が全域にわたって形成された研磨定
盤２と、吸気孔２ｂ1 に連通する複数の気泡１２が形成
されて研磨定盤２に貼り付けられた軟質材からなる第１
パッド層３ａ、および第１パッド層３ａに貼り付けられ
た硬質材からなる第２パッド層３ｃで構成された研磨パ
ッド３とを有する研磨装置である。そして、研磨対象が
表面に絶縁膜層の形成された半導体ウエハの場合には、
気泡１２を吸引した状態で所定量研磨して、次に、吸引
力を解除した状態で残りを研磨する。また、研磨対象が
表面に導電膜層の形成された半導体ウエハの場合には、
これとは逆の手順で研磨する。
金属膜の表面を平坦且つ均一に研磨できる研磨装置を提
供する。 【構成】 中心軸回りに回転され、真空ポンプ１１に連
通する吸気孔２ｂ1 が全域にわたって形成された研磨定
盤２と、吸気孔２ｂ1 に連通する複数の気泡１２が形成
されて研磨定盤２に貼り付けられた軟質材からなる第１
パッド層３ａ、および第１パッド層３ａに貼り付けられ
た硬質材からなる第２パッド層３ｃで構成された研磨パ
ッド３とを有する研磨装置である。そして、研磨対象が
表面に絶縁膜層の形成された半導体ウエハの場合には、
気泡１２を吸引した状態で所定量研磨して、次に、吸引
力を解除した状態で残りを研磨する。また、研磨対象が
表面に導電膜層の形成された半導体ウエハの場合には、
これとは逆の手順で研磨する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は研磨装置に関し、特に、
高密度半導体集積回路素子を製造するプロセスにおいて
半導体ウエハ上に堆積した絶縁膜あるいは金属膜表面の
凹凸研磨に適用して有効な技術に関する。
高密度半導体集積回路素子を製造するプロセスにおいて
半導体ウエハ上に堆積した絶縁膜あるいは金属膜表面の
凹凸研磨に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】高密度半導体集積回路素子の形成プロセ
スでは、堆積された絶縁膜や金属膜によって半導体ウエ
ハの表面に複雑な凹凸が生ずる。この凹凸をそのままに
して引き続きその上にパターン形成を行うと、リソグラ
フィプロセスでのパターン転写で焦点深度に余裕がなく
解像度不足になったり、凹凸の段差部で金属配線膜が欠
損したりして、所望の集積回路が作成できない場合があ
る。
スでは、堆積された絶縁膜や金属膜によって半導体ウエ
ハの表面に複雑な凹凸が生ずる。この凹凸をそのままに
して引き続きその上にパターン形成を行うと、リソグラ
フィプロセスでのパターン転写で焦点深度に余裕がなく
解像度不足になったり、凹凸の段差部で金属配線膜が欠
損したりして、所望の集積回路が作成できない場合があ
る。
【０００３】このような欠点を解決する技術として、た
とえば、株式会社工業調査会発行、「電子材料」1993年
6月号（平成 5年 6月 1日発行）、 P58〜 P62に記載さ
れているように、研磨パッドの貼り付けられた研磨定盤
に半導体ウエハの回路形成面を押し付けた状態で両者を
相対運動させることによって表面の凹凸を研磨し平坦に
するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing −化学的
機械的研磨）法が知られている。
とえば、株式会社工業調査会発行、「電子材料」1993年
6月号（平成 5年 6月 1日発行）、 P58〜 P62に記載さ
れているように、研磨パッドの貼り付けられた研磨定盤
に半導体ウエハの回路形成面を押し付けた状態で両者を
相対運動させることによって表面の凹凸を研磨し平坦に
するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing −化学的
機械的研磨）法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この表面研磨におい
て、大口径の半導体ウエハの全面を均一に研磨し（均一
性）、且つ凹凸のない平坦な研磨面を得る（平坦性）に
は、研磨パッドの剛性が強く影響する。つまり、剛性の
比較的低い研磨パッドを用いて半導体ウエハ表面を均一
に研磨する方法を採ると、集積回路パターン配列のうち
広い面積を有する凹部が凸部と同じように研磨されて平
坦にならず、上記した従来の問題点が依然解決されない
ままになる（J.Electrochem.Soc.,Vol.138,No.8, p2398
〜p2402 August 1991)。また、絶縁膜にスルーホールを
設けて半導体ウエハの全面に金属膜を堆積した後にこれ
を研磨し、絶縁膜の穴にのみ金属膜を残留させる、いわ
ゆるスルーホール配線部を設ける方法においては、軟質
の研磨パッドにより均一な研磨を施そうとした場合、ス
ルーホール中の金属膜の表面が皿状に窪んで平坦な配線
層が形成されないという問題が生じる。
て、大口径の半導体ウエハの全面を均一に研磨し（均一
性）、且つ凹凸のない平坦な研磨面を得る（平坦性）に
は、研磨パッドの剛性が強く影響する。つまり、剛性の
比較的低い研磨パッドを用いて半導体ウエハ表面を均一
に研磨する方法を採ると、集積回路パターン配列のうち
広い面積を有する凹部が凸部と同じように研磨されて平
坦にならず、上記した従来の問題点が依然解決されない
ままになる（J.Electrochem.Soc.,Vol.138,No.8, p2398
〜p2402 August 1991)。また、絶縁膜にスルーホールを
設けて半導体ウエハの全面に金属膜を堆積した後にこれ
を研磨し、絶縁膜の穴にのみ金属膜を残留させる、いわ
ゆるスルーホール配線部を設ける方法においては、軟質
の研磨パッドにより均一な研磨を施そうとした場合、ス
ルーホール中の金属膜の表面が皿状に窪んで平坦な配線
層が形成されないという問題が生じる。
【０００５】このような事態を回避するために硬質の研
磨パッドを用いた場合には、軟質の研磨パッドのように
半導体ウエハの表面を倣うように研磨することはなくな
るので平坦性は確保されるものの、研磨パッドが大口径
の半導体ウエハの全面を均一加圧しながら研磨すること
が困難であることから、異なる面域において研磨された
絶縁膜や導電膜の膜厚が均一にならないという問題点が
生じる。
磨パッドを用いた場合には、軟質の研磨パッドのように
半導体ウエハの表面を倣うように研磨することはなくな
るので平坦性は確保されるものの、研磨パッドが大口径
の半導体ウエハの全面を均一加圧しながら研磨すること
が困難であることから、異なる面域において研磨された
絶縁膜や導電膜の膜厚が均一にならないという問題点が
生じる。
【０００６】そこで、本発明の目的は、半導体ウエハ上
に堆積された絶縁膜あるいは金属膜の表面を平坦且つ均
一に研磨することのできる技術を提供することにある。
に堆積された絶縁膜あるいは金属膜の表面を平坦且つ均
一に研磨することのできる技術を提供することにある。
【０００７】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。
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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
次のとおりである。
【０００９】すなわち、本発明による研磨装置は、中心
軸回りに回転され、真空吸引手段に連通する吸気孔が全
域にわたって形成された研磨定盤と、吸気孔に連通する
複数の気泡が形成されて研磨定盤に貼り付けられた軟質
材からなる第１パッド層、および第１パッド層に貼り付
けられた硬質材からなる第２パッド層で構成された研磨
パッドとを有することを特徴とするものである。そし
て、研磨パッド上に研磨液を供給するノズルが配置さ
れ、研磨パッドに半導体ウエハを加圧した状態でこれを
研磨パッドと相対運動させ、研磨材を取り込んで半導体
ウエハの表面を研磨する研磨ヘッドが設けられている。
軸回りに回転され、真空吸引手段に連通する吸気孔が全
域にわたって形成された研磨定盤と、吸気孔に連通する
複数の気泡が形成されて研磨定盤に貼り付けられた軟質
材からなる第１パッド層、および第１パッド層に貼り付
けられた硬質材からなる第２パッド層で構成された研磨
パッドとを有することを特徴とするものである。そし
て、研磨パッド上に研磨液を供給するノズルが配置さ
れ、研磨パッドに半導体ウエハを加圧した状態でこれを
研磨パッドと相対運動させ、研磨材を取り込んで半導体
ウエハの表面を研磨する研磨ヘッドが設けられている。
【００１０】この研磨装置において、第１パッド層の気
孔体積率を約65％、圧縮弾性率を約0.1MPaとし、第２パ
ッド層の気孔体積率を約45％、圧縮弾性率を約100MPaと
することが望ましい。この場合には、第１パッド層およ
び第２パッド層を発泡ポリウレタンで構成することがで
きる。
孔体積率を約65％、圧縮弾性率を約0.1MPaとし、第２パ
ッド層の気孔体積率を約45％、圧縮弾性率を約100MPaと
することが望ましい。この場合には、第１パッド層およ
び第２パッド層を発泡ポリウレタンで構成することがで
きる。
【００１１】また、本発明による研磨装置は、中心軸回
りに回転される研磨定盤と、研磨定盤に貼り付けられた
絶縁性を有する軟質材からなる第１パッド層、第１パッ
ド層に貼り付けられた電極層、および電極層に貼り付け
られた硬質材からなる第２パッド層で構成された研磨パ
ッドと、研磨定盤と電極層との間に電界を発生させる直
流電源とを有することを特徴とするものである。そし
て、研磨パッド上に研磨液を供給するノズルが配置さ
れ、研磨パッドに半導体ウエハを加圧した状態でこれを
研磨パッドと相対運動させ、研磨材を取り込んで半導体
ウエハの表面を研磨する研磨ヘッドが設けられている。
りに回転される研磨定盤と、研磨定盤に貼り付けられた
絶縁性を有する軟質材からなる第１パッド層、第１パッ
ド層に貼り付けられた電極層、および電極層に貼り付け
られた硬質材からなる第２パッド層で構成された研磨パ
ッドと、研磨定盤と電極層との間に電界を発生させる直
流電源とを有することを特徴とするものである。そし
て、研磨パッド上に研磨液を供給するノズルが配置さ
れ、研磨パッドに半導体ウエハを加圧した状態でこれを
研磨パッドと相対運動させ、研磨材を取り込んで半導体
ウエハの表面を研磨する研磨ヘッドが設けられている。
【００１２】この研磨装置において、第１パッド層を軟
質プラスチックまたは軟質ゴムで構成し、第２パッド層
を発泡ポリウレタンで構成することができる。
質プラスチックまたは軟質ゴムで構成し、第２パッド層
を発泡ポリウレタンで構成することができる。
【００１３】さらに、本発明による研磨方法は、気泡が
真空吸引される研磨装置を用いたものであり、研磨対象
が表面に絶縁膜層の形成された半導体ウエハの場合に
は、真空吸引手段により第１パッド層の気泡を吸引した
状態で絶縁膜層を所定量研磨して、次に、真空吸引手段
による吸引力を解除した状態で残りを研磨し、一方、研
磨対象が表面に導電膜層の形成された半導体ウエハの場
合には、絶縁膜層の場合とは逆の手順でこれを研磨する
ことを特徴とするものである。
真空吸引される研磨装置を用いたものであり、研磨対象
が表面に絶縁膜層の形成された半導体ウエハの場合に
は、真空吸引手段により第１パッド層の気泡を吸引した
状態で絶縁膜層を所定量研磨して、次に、真空吸引手段
による吸引力を解除した状態で残りを研磨し、一方、研
磨対象が表面に導電膜層の形成された半導体ウエハの場
合には、絶縁膜層の場合とは逆の手順でこれを研磨する
ことを特徴とするものである。
【００１４】そして、本発明による研磨方法は、電極層
が設けられた研磨装置を用いたものであり、研磨対象が
表面の絶縁膜層の形成された半導体ウエハの場合には、
直流電源により電界を発生させて第１パッド層を圧縮し
た状態で絶縁膜層を所定量研磨して、次に、給電を解除
した状態で残りを研磨し、研磨対象が表面に導電膜層の
形成された半導体ウエハの場合には、絶縁膜層の場合と
は逆の手順でこれを研磨することを特徴とするものであ
る。
が設けられた研磨装置を用いたものであり、研磨対象が
表面の絶縁膜層の形成された半導体ウエハの場合には、
直流電源により電界を発生させて第１パッド層を圧縮し
た状態で絶縁膜層を所定量研磨して、次に、給電を解除
した状態で残りを研磨し、研磨対象が表面に導電膜層の
形成された半導体ウエハの場合には、絶縁膜層の場合と
は逆の手順でこれを研磨することを特徴とするものであ
る。
【００１５】
【作用】前記した手段によれば、真空吸引手段の真空吸
引や静電力による収縮により軟質材よりなる第１パッド
層の剛性を高低に変化させて研磨することで、半導体ウ
エハの表面を平坦且つ均一に研磨することが可能にな
る。
引や静電力による収縮により軟質材よりなる第１パッド
層の剛性を高低に変化させて研磨することで、半導体ウ
エハの表面を平坦且つ均一に研磨することが可能にな
る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一の部材には同一の符号を付し、その繰り返しの
説明は省略する。
に説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一の部材には同一の符号を付し、その繰り返しの
説明は省略する。
【００１７】（実施例１）図１は本発明の一実施例であ
る研磨装置の要部を示す平面図、図２は図１の研磨装置
における研磨定盤と研磨パッドとの断面図、図３は図２
の研磨定盤の平面図、図４は図１の研磨装置で研磨され
る半導体ウエハを示す部分断面図、図５は図１の研磨装
置により研磨された半導体ウエハにおける絶縁膜層の幅
Ｌ・間隔Ｓの寸法と段差量との関係を示す特性線図、図
６は図１の研磨装置により研磨された半導体ウエハの膜
厚差と段差量との関係を示す特性線図である。
る研磨装置の要部を示す平面図、図２は図１の研磨装置
における研磨定盤と研磨パッドとの断面図、図３は図２
の研磨定盤の平面図、図４は図１の研磨装置で研磨され
る半導体ウエハを示す部分断面図、図５は図１の研磨装
置により研磨された半導体ウエハにおける絶縁膜層の幅
Ｌ・間隔Ｓの寸法と段差量との関係を示す特性線図、図
６は図１の研磨装置により研磨された半導体ウエハの膜
厚差と段差量との関係を示す特性線図である。
【００１８】図１に示すように、本実施例における研磨
装置では、モータ１により中心軸回りに回転する金属製
の研磨定盤２を有しており、研磨定盤２には研磨パッド
３が貼り付けられている。そして、研磨パッド３に対向
して、半導体ウエハ４を研磨パッド３に加圧するための
研磨ヘッド５が設けられている。研磨ヘッド５は真空吸
着されたマウンティングパッド（図示せず）を介して半
導体ウエハ４を研磨パッド３に押圧しており、また、モ
ータ６によって自ら研磨定盤２と反対方向に回転するよ
うになっている。したがって、研磨ヘッド５により所定
の研磨荷重で研磨パッド３に押圧された半導体ウエハ４
は、研磨ヘッド５および研磨定盤２の回転によって研磨
パッド３との間で相対運動される。
装置では、モータ１により中心軸回りに回転する金属製
の研磨定盤２を有しており、研磨定盤２には研磨パッド
３が貼り付けられている。そして、研磨パッド３に対向
して、半導体ウエハ４を研磨パッド３に加圧するための
研磨ヘッド５が設けられている。研磨ヘッド５は真空吸
着されたマウンティングパッド（図示せず）を介して半
導体ウエハ４を研磨パッド３に押圧しており、また、モ
ータ６によって自ら研磨定盤２と反対方向に回転するよ
うになっている。したがって、研磨ヘッド５により所定
の研磨荷重で研磨パッド３に押圧された半導体ウエハ４
は、研磨ヘッド５および研磨定盤２の回転によって研磨
パッド３との間で相対運動される。
【００１９】ここで、研磨される半導体ウエハ４は、た
とえばＷ（タングステン）からなる導電膜層４ｂの形成
された半導体基板４ａの表面にたとえばＳｉＯ2 膜（絶
縁膜層）４ｃが堆積された半導体集積回路素子の形成プ
ロセスにあるもので、堆積により生じた複雑な凹凸を研
磨により平坦化するものである（図４参照）。なお、研
磨ヘッド５は、図１においては１台しか表されていない
が、複数台設置してあってもよい。また、表面に導電膜
層４ｂの堆積された半導体ウエハ４を適用することもで
きる。
とえばＷ（タングステン）からなる導電膜層４ｂの形成
された半導体基板４ａの表面にたとえばＳｉＯ2 膜（絶
縁膜層）４ｃが堆積された半導体集積回路素子の形成プ
ロセスにあるもので、堆積により生じた複雑な凹凸を研
磨により平坦化するものである（図４参照）。なお、研
磨ヘッド５は、図１においては１台しか表されていない
が、複数台設置してあってもよい。また、表面に導電膜
層４ｂの堆積された半導体ウエハ４を適用することもで
きる。
【００２０】研磨パッド３上に研磨液７を供給するた
め、本研磨装置にはノズル８が配置されている。ここで
用いられている研磨液７は、研磨砥粒として平均粒径30
nmのコロイダルシリカをアンモニア液にて重量比12.5
％、pH＝10に配合調整したものである。但し、ノズル８
を純水供給用と研磨砥粒供給用とに分離してこれらを別
系統で供給し、研磨パッド３上で撹拌混合するようにし
てもよい。
め、本研磨装置にはノズル８が配置されている。ここで
用いられている研磨液７は、研磨砥粒として平均粒径30
nmのコロイダルシリカをアンモニア液にて重量比12.5
％、pH＝10に配合調整したものである。但し、ノズル８
を純水供給用と研磨砥粒供給用とに分離してこれらを別
系統で供給し、研磨パッド３上で撹拌混合するようにし
てもよい。
【００２１】図２に示すように、研磨定盤２はモータ１
（図１）の回転力が伝達される回転軸９と一体的に形成
されたベース２ａと、このベース２ａに装着された支持
プレート２ｂとから構成されている。
（図１）の回転力が伝達される回転軸９と一体的に形成
されたベース２ａと、このベース２ａに装着された支持
プレート２ｂとから構成されている。
【００２２】図３に示すように、ベース２ａの最外周に
は上方に向けてたとえば幅10mmの連続端面を有するフラ
ンジ２ａ1 が形成されており、このフランジ２ａ1 に取
り囲まれる内側の全域にわたってたとえば幅 5mm、長さ
10mmでフランジ２ａ1 と同じ高さを有する支持凸部２ａ
2 が隣接する支持凸部２ａ2 との間隙をたとえば 5mmと
して設けられている（図３、右側参照）。これらの支持
凸部２ａ2 と支持プレート２ｂとによって形成された隙
間Ｎに連通して真空通路１０が回転軸９内に形成されて
おり、この真空通路１０は図２に示す真空ポンプ（真空
吸引手段）１１に接続されている。
は上方に向けてたとえば幅10mmの連続端面を有するフラ
ンジ２ａ1 が形成されており、このフランジ２ａ1 に取
り囲まれる内側の全域にわたってたとえば幅 5mm、長さ
10mmでフランジ２ａ1 と同じ高さを有する支持凸部２ａ
2 が隣接する支持凸部２ａ2 との間隙をたとえば 5mmと
して設けられている（図３、右側参照）。これらの支持
凸部２ａ2 と支持プレート２ｂとによって形成された隙
間Ｎに連通して真空通路１０が回転軸９内に形成されて
おり、この真空通路１０は図２に示す真空ポンプ（真空
吸引手段）１１に接続されている。
【００２３】一方、ベース２ａ上の支持プレート２ｂは
たとえば厚さ10mmのステンレス円盤からなり、前記した
隙間Ｎに対応するようにして、たとえば直径 5mmの吸気
孔２ｂ1 が全域にわたって多数形成されている（図３、
左側参照）。したがって、吸気孔２ｂ1 は隙間Ｎおよび
真空通路１０を介して真空ポンプ１１に連通されてい
る。なお、同図中には支持凸部２ａ2 および吸気孔２ｂ
1 の一部分のみが図示されているが、実際にはこれらは
ベース２ａおよび支持プレート２ｂの全面に配列されて
いる。
たとえば厚さ10mmのステンレス円盤からなり、前記した
隙間Ｎに対応するようにして、たとえば直径 5mmの吸気
孔２ｂ1 が全域にわたって多数形成されている（図３、
左側参照）。したがって、吸気孔２ｂ1 は隙間Ｎおよび
真空通路１０を介して真空ポンプ１１に連通されてい
る。なお、同図中には支持凸部２ａ2 および吸気孔２ｂ
1 の一部分のみが図示されているが、実際にはこれらは
ベース２ａおよび支持プレート２ｂの全面に配列されて
いる。
【００２４】図２に示すように、研磨定盤２の上に位置
する研磨パッド３は、研磨定盤２に貼り付けられた第１
パッド層３ａと、感圧接着剤からなる接着剤層３ｂを介
してこの第１パッド層３ａに貼り付けられた第２パッド
層３ｃとから構成されている。
する研磨パッド３は、研磨定盤２に貼り付けられた第１
パッド層３ａと、感圧接着剤からなる接着剤層３ｂを介
してこの第１パッド層３ａに貼り付けられた第２パッド
層３ｃとから構成されている。
【００２５】第１パッド層３ａは、たとえば前記吸気孔
２ｂ1 に連通する複数の気泡１２が形成された厚さ 5mm
の連続気泡タイプの発泡ポリウレタンからなり、第２パ
ッド層３ｃ側は気泡１２が閉じられているため通気性を
有していない。第１パッド層３ａを形成する発泡ポリウ
レタンの気孔体積率はたとえば約65％、圧縮弾性率はた
とえば約0.1MPaとされている。第１パッド層３ａの密閉
面に貼り付けられた第２パッド層３ｃは、たとえば厚さ
約 0.5mmの独立気泡タイプの発泡ポリウレタンからな
り、気孔体積率はたとえば約45％、圧縮弾性率はたとえ
ば約100MPaとされている。なお、研磨パッド３を構成す
る第１パッド層３ａは軟質材から構成されていれば、ま
た、第２パッド層３ｃは硬質材から構成されていれば、
いずれも発泡ポリウレタン以外であってもよい。
２ｂ1 に連通する複数の気泡１２が形成された厚さ 5mm
の連続気泡タイプの発泡ポリウレタンからなり、第２パ
ッド層３ｃ側は気泡１２が閉じられているため通気性を
有していない。第１パッド層３ａを形成する発泡ポリウ
レタンの気孔体積率はたとえば約65％、圧縮弾性率はた
とえば約0.1MPaとされている。第１パッド層３ａの密閉
面に貼り付けられた第２パッド層３ｃは、たとえば厚さ
約 0.5mmの独立気泡タイプの発泡ポリウレタンからな
り、気孔体積率はたとえば約45％、圧縮弾性率はたとえ
ば約100MPaとされている。なお、研磨パッド３を構成す
る第１パッド層３ａは軟質材から構成されていれば、ま
た、第２パッド層３ｃは硬質材から構成されていれば、
いずれも発泡ポリウレタン以外であってもよい。
【００２６】ここで研磨に供される半導体ウエハ４の断
面図の一部を図４に示す。この半導体ウエハ４はたとえ
ば外径が８インチであり、半導体基板４ａの表面にＷか
らなる高さ約 1μｍの導電膜層４ｂを幅Ｌ、間隔Ｓで形
成し、その上にたとえばプラズマＣＶＤ法（化学気相成
長法）により約 1.5μｍ厚のＳｉＯ2 膜４ｃが堆積され
たものである。したがって、本研磨装置により、導電膜
層４ｂにより突出された部分のＳｉＯ2 膜４ｃが研磨さ
れる。
面図の一部を図４に示す。この半導体ウエハ４はたとえ
ば外径が８インチであり、半導体基板４ａの表面にＷか
らなる高さ約 1μｍの導電膜層４ｂを幅Ｌ、間隔Ｓで形
成し、その上にたとえばプラズマＣＶＤ法（化学気相成
長法）により約 1.5μｍ厚のＳｉＯ2 膜４ｃが堆積され
たものである。したがって、本研磨装置により、導電膜
層４ｂにより突出された部分のＳｉＯ2 膜４ｃが研磨さ
れる。
【００２７】この半導体ウエハ４は次のような手順で研
磨装置により研磨される。
磨装置により研磨される。
【００２８】先ず、真空ポンプ１１を作動させ、研磨定
盤２の表面に加工形成された吸気孔２ｂ1 から第１パッ
ド層３ａの気泡１２を真空吸引する。これによって気泡
１２が収縮して第１パッド層３ａの剛性が高くなる。そ
して、半導体ウエハ４を研磨ヘッド５に設置してこれを
たとえば圧力300g/cm 2 で研磨パッド３の貼り付けられ
た研磨定盤２へ加圧し、たとえば毎分 0.2リッタの割合
でノズル８から研磨液７を供給しながら研磨定盤２と研
磨ヘッド５とを回転させる。研磨定盤２の回転数はたと
えば 24rpm、研磨ヘッド５の回転数はたとえば 12rpmと
する。
盤２の表面に加工形成された吸気孔２ｂ1 から第１パッ
ド層３ａの気泡１２を真空吸引する。これによって気泡
１２が収縮して第１パッド層３ａの剛性が高くなる。そ
して、半導体ウエハ４を研磨ヘッド５に設置してこれを
たとえば圧力300g/cm 2 で研磨パッド３の貼り付けられ
た研磨定盤２へ加圧し、たとえば毎分 0.2リッタの割合
でノズル８から研磨液７を供給しながら研磨定盤２と研
磨ヘッド５とを回転させる。研磨定盤２の回転数はたと
えば 24rpm、研磨ヘッド５の回転数はたとえば 12rpmと
する。
【００２９】この条件下でたとえば約３分間研磨を行
い、ＳｉＯ2 膜４ｃをたとえば約１μｍ厚さ分研磨す
る。ここでは、たとえ広い面積の凹部があったとしても
剛性の高くなった研磨パッド３のために該凹部が凸部と
同等量研磨されることがなく、強制的に表面の凹凸が平
坦化される。つまり、平坦性が確保される。
い、ＳｉＯ2 膜４ｃをたとえば約１μｍ厚さ分研磨す
る。ここでは、たとえ広い面積の凹部があったとしても
剛性の高くなった研磨パッド３のために該凹部が凸部と
同等量研磨されることがなく、強制的に表面の凹凸が平
坦化される。つまり、平坦性が確保される。
【００３０】次に、他の条件はそのままに維持しつつ真
空ポンプ１１による吸引力のみを解除して第１パッド層
３ａの剛性を低下させ、この状態で残りのたとえば 0.5
μｍ厚のＳｉＯ2 膜４ｃを約１分間研磨する。ここで
は、剛性の低下した第１パッド層３ａにより半導体ウエ
ハ４の全面が均一に加圧され、異なる面域において研磨
されたＳｉＯ2 膜４ｃの膜厚が均一に研磨される。つま
り、均一性が確保される。
空ポンプ１１による吸引力のみを解除して第１パッド層
３ａの剛性を低下させ、この状態で残りのたとえば 0.5
μｍ厚のＳｉＯ2 膜４ｃを約１分間研磨する。ここで
は、剛性の低下した第１パッド層３ａにより半導体ウエ
ハ４の全面が均一に加圧され、異なる面域において研磨
されたＳｉＯ2 膜４ｃの膜厚が均一に研磨される。つま
り、均一性が確保される。
【００３１】ＳｉＯ2 膜４ｃの幅Ｌと間隔Ｓとの寸法を
種々設定し、それぞれこのように研磨した場合における
半導体ウエハ４のＬ・Ｓと段差量との関係を図５に示
す。なお、黒丸でプロットされたものは、比較例として
柔らかい研磨パッドを用いて研磨した場合のデータであ
る。この特性線図に示すように、本実施例によれば、幅
Ｌ、間隔Ｓの寸法に依存することなく、平坦性および均
一性に優れた研磨特性を得ることができる。
種々設定し、それぞれこのように研磨した場合における
半導体ウエハ４のＬ・Ｓと段差量との関係を図５に示
す。なお、黒丸でプロットされたものは、比較例として
柔らかい研磨パッドを用いて研磨した場合のデータであ
る。この特性線図に示すように、本実施例によれば、幅
Ｌ、間隔Ｓの寸法に依存することなく、平坦性および均
一性に優れた研磨特性を得ることができる。
【００３２】研磨された半導体ウエハ４上に残されたＳ
ｉＯ2 膜４ｃの膜厚差（均一性）と段差量（平坦性）と
の関係を図６に示す。ここでは、複数枚の半導体ウエハ
４についての膜厚差と段差量とのデータが表されてい
る。この特性線図において、グループＡは本実施例によ
る研磨装置で研磨された半導体ウエハ４のデータ、グル
ープＢは剛性の低い研磨パッドを用いた場合のデータ、
そして、グループＣは剛性の高い研磨パッドを用いた場
合のデータである。図６に示すごとく、剛性の低い研磨
パッドの場合には段差量が大きく、また、剛性の高い研
磨パッドの場合には膜厚差が大きくなるが、本研磨装置
によれば膜厚差および段差量ともに小さく、半導体ウエ
ハ４上に堆積されたＳｉＯ2 膜４ｃが平坦且つ均一に研
磨されているのが分かる。
ｉＯ2 膜４ｃの膜厚差（均一性）と段差量（平坦性）と
の関係を図６に示す。ここでは、複数枚の半導体ウエハ
４についての膜厚差と段差量とのデータが表されてい
る。この特性線図において、グループＡは本実施例によ
る研磨装置で研磨された半導体ウエハ４のデータ、グル
ープＢは剛性の低い研磨パッドを用いた場合のデータ、
そして、グループＣは剛性の高い研磨パッドを用いた場
合のデータである。図６に示すごとく、剛性の低い研磨
パッドの場合には段差量が大きく、また、剛性の高い研
磨パッドの場合には膜厚差が大きくなるが、本研磨装置
によれば膜厚差および段差量ともに小さく、半導体ウエ
ハ４上に堆積されたＳｉＯ2 膜４ｃが平坦且つ均一に研
磨されているのが分かる。
【００３３】なお、研磨対象が表面に導電膜層４ｂの形
成された半導体ウエハ４の場合には、前述のＳｉＯ2 膜
４ｃの場合とは逆の手順で研磨する。つまり、ＳｉＯ2
膜４ｃのような絶縁膜層に比較して柔らかい導電膜層４
ｂを研磨する場合には、後半に研磨パッド３の剛性を低
くして均一性を出すプロセスをもってくると、低い剛性
の研磨パッド３によりスルーホール中の金属膜の表面が
皿状に窪んだ状態に仕上げられる。そこで、先ず第１パ
ッド層３ａの剛性を低くして研磨を行って均一性を確保
し、次に、剛性を高くして平坦性を確保するようにする
ものである。このようにして導電膜層４ｂを研磨した場
合にも、図５および図６に示すようなＳｉＯ2 膜４ｃつ
まり絶縁膜層を研磨した場合とほぼ同等の結果を得るこ
とができる。
成された半導体ウエハ４の場合には、前述のＳｉＯ2 膜
４ｃの場合とは逆の手順で研磨する。つまり、ＳｉＯ2
膜４ｃのような絶縁膜層に比較して柔らかい導電膜層４
ｂを研磨する場合には、後半に研磨パッド３の剛性を低
くして均一性を出すプロセスをもってくると、低い剛性
の研磨パッド３によりスルーホール中の金属膜の表面が
皿状に窪んだ状態に仕上げられる。そこで、先ず第１パ
ッド層３ａの剛性を低くして研磨を行って均一性を確保
し、次に、剛性を高くして平坦性を確保するようにする
ものである。このようにして導電膜層４ｂを研磨した場
合にも、図５および図６に示すようなＳｉＯ2 膜４ｃつ
まり絶縁膜層を研磨した場合とほぼ同等の結果を得るこ
とができる。
【００３４】このように、本実施例の研磨装置によれ
ば、軟質材よりなる第１パッド層３ａが研磨定盤２の表
面に加工形成された吸気孔２ｂ1 から真空吸引されるこ
とによって収縮し、その剛性が高くなるようになってい
るので、研磨パッド３の剛性を自由に変化させることが
できる。これにより、ＳｉＯ2 膜４ｃなどのような絶縁
膜層を研磨する場合には最初に第１パッド層３ａの剛性
を高くすることにより、また、導電膜層４ｂを研磨する
場合には最初に剛性を低くすることにより、半導体ウエ
ハ４の表面を平坦且つ均一に研磨することができる。
ば、軟質材よりなる第１パッド層３ａが研磨定盤２の表
面に加工形成された吸気孔２ｂ1 から真空吸引されるこ
とによって収縮し、その剛性が高くなるようになってい
るので、研磨パッド３の剛性を自由に変化させることが
できる。これにより、ＳｉＯ2 膜４ｃなどのような絶縁
膜層を研磨する場合には最初に第１パッド層３ａの剛性
を高くすることにより、また、導電膜層４ｂを研磨する
場合には最初に剛性を低くすることにより、半導体ウエ
ハ４の表面を平坦且つ均一に研磨することができる。
【００３５】その結果、高精度な研磨が再現性よく行え
るようになるため、高密度半導体集積回路のパターンの
寸法設計の自由度が増加するとともに、電気回路特性の
ばらつきを大幅に改善することができる。
るようになるため、高密度半導体集積回路のパターンの
寸法設計の自由度が増加するとともに、電気回路特性の
ばらつきを大幅に改善することができる。
【００３６】（実施例２）図７は本発明の他の実施例で
ある研磨装置の要部を示す断面図である。
ある研磨装置の要部を示す断面図である。
【００３７】本実施例における研磨装置は、たとえば軟
質プラスチックや軟質ゴムのような絶縁性を有する軟質
材からなり金属製の研磨定盤２２に貼り付けられた第１
パッド層２３ａと、第１接着剤層２３ｂを介して第１パ
ッド層２３ａに貼り付けられた電極層２３ｃと、第２接
着剤層２３ｄを介して電極層２３ｃに貼り付けられた第
２パッド層２３ｅとの５層構造により研磨パッド２３が
形成されているものである。そして、たとえばＡｌ（ア
ルミニウム）よりなる電極層２３ｃと研磨定盤２２との
間に直流電圧を印加して電界を発生させるための直流電
源２４が設けられている。なお、第２パッド層２３ｅは
たとえば硬質性を有する発泡ポリウレタンなどの硬質材
より構成されている。
質プラスチックや軟質ゴムのような絶縁性を有する軟質
材からなり金属製の研磨定盤２２に貼り付けられた第１
パッド層２３ａと、第１接着剤層２３ｂを介して第１パ
ッド層２３ａに貼り付けられた電極層２３ｃと、第２接
着剤層２３ｄを介して電極層２３ｃに貼り付けられた第
２パッド層２３ｅとの５層構造により研磨パッド２３が
形成されているものである。そして、たとえばＡｌ（ア
ルミニウム）よりなる電極層２３ｃと研磨定盤２２との
間に直流電圧を印加して電界を発生させるための直流電
源２４が設けられている。なお、第２パッド層２３ｅは
たとえば硬質性を有する発泡ポリウレタンなどの硬質材
より構成されている。
【００３８】そして、電圧印加により発生する静電力で
研磨定盤２２に静電吸着される電極層２３ｃにより、両
者の間に位置している第１パッド層２３ａは圧縮されて
収縮し、その剛性が高くなる。このように、静電吸着さ
れる電極層２３ｃにより第１パッド層２３ａを研磨定盤
２２に引き付けるようにしても、研磨パッド２３の全体
としての剛性を自由に変化させることが可能になる。
研磨定盤２２に静電吸着される電極層２３ｃにより、両
者の間に位置している第１パッド層２３ａは圧縮されて
収縮し、その剛性が高くなる。このように、静電吸着さ
れる電極層２３ｃにより第１パッド層２３ａを研磨定盤
２２に引き付けるようにしても、研磨パッド２３の全体
としての剛性を自由に変化させることが可能になる。
【００３９】したがって、このような研磨装置を用い、
表面に絶縁膜層の形成された半導体ウエハを研磨する場
合には最初に第１パッド層２３ａの剛性を高くして次に
低くすることにより、また、表面に導電膜層の形成され
た半導体ウエハを研磨する場合には最初に剛性を低くし
て次に高くすることにより、半導体ウエハの表面を平坦
且つ均一に研磨することができる。
表面に絶縁膜層の形成された半導体ウエハを研磨する場
合には最初に第１パッド層２３ａの剛性を高くして次に
低くすることにより、また、表面に導電膜層の形成され
た半導体ウエハを研磨する場合には最初に剛性を低くし
て次に高くすることにより、半導体ウエハの表面を平坦
且つ均一に研磨することができる。
【００４０】以上、本発明者によってなされた発明をそ
の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言うまでもない。
の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言うまでもない。
【００４１】
【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以
下のとおりである。
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以
下のとおりである。
【００４２】(1).すなわち、本発明の研磨技術によれ
ば、真空吸引手段の真空吸引により、あるいは静電力に
よる収縮により、軟質材よりなる第１パッド層の剛性が
高低自由に変化可能となっているので、絶縁膜層を研磨
する場合には最初に第１パッド層の剛性を高くして次に
低くすることにより、また、導電膜層を研磨する場合に
は最初に剛性を低くして次に高くすることにより、半導
体ウエハの表面を平坦且つ均一に研磨することができ
る。
ば、真空吸引手段の真空吸引により、あるいは静電力に
よる収縮により、軟質材よりなる第１パッド層の剛性が
高低自由に変化可能となっているので、絶縁膜層を研磨
する場合には最初に第１パッド層の剛性を高くして次に
低くすることにより、また、導電膜層を研磨する場合に
は最初に剛性を低くして次に高くすることにより、半導
体ウエハの表面を平坦且つ均一に研磨することができ
る。
【００４３】(2).このように、均一性と平坦性が両立す
る研磨が可能になることにで高精度な研磨が再現性よく
行えるようになり、高密度半導体集積回路のパターンの
寸法設計の自由度が増加するとともに、電気回路特性の
ばらつきを大幅に改善することができる。
る研磨が可能になることにで高精度な研磨が再現性よく
行えるようになり、高密度半導体集積回路のパターンの
寸法設計の自由度が増加するとともに、電気回路特性の
ばらつきを大幅に改善することができる。
【図１】本発明の実施例１による研磨装置の要部を示す
平面図である。
平面図である。
【図２】図１の研磨装置における研磨定盤と研磨パッド
との断面図である。
との断面図である。
【図３】図２の研磨定盤の平面図である。
【図４】図１の研磨装置で研磨される半導体ウエハを示
す部分断面図である。
す部分断面図である。
【図５】図１の研磨装置により研磨された半導体ウエハ
における絶縁膜層の幅Ｌ・間隔Ｓの寸法と段差量との関
係を示す特性線図である。
における絶縁膜層の幅Ｌ・間隔Ｓの寸法と段差量との関
係を示す特性線図である。
【図６】図１の研磨装置により研磨された半導体ウエハ
の膜厚差と段差量との関係を示す特性線図である。
の膜厚差と段差量との関係を示す特性線図である。
【図７】本発明の実施例２による研磨装置の要部を示す
断面図である。
断面図である。
１ モータ ２ 研磨定盤 ２ａ ベース ２ａ1 フランジ ２ａ2 支持凸部 ２ｂ 支持プレート ２ｂ1 吸気孔 ３ 研磨パッド ３ａ 第１パッド層 ３ｂ 接着剤層 ３ｃ 第２パッド層 ４ 半導体ウエハ ４ａ 半導体基板 ４ｂ 導電膜層 ４ｃ ＳｉＯ2 膜（絶縁膜層） ５ 研磨ヘッド ６ モータ ７ 研磨液 ８ ノズル ９ 回転軸 １０ 真空通路 １１ 真空ポンプ（真空吸引手段） １２ 気泡 ２２ 研磨定盤 ２３ 研磨パッド ２３ａ 第１パッド層 ２３ｂ 第１接着剤層 ２３ｃ 電極層 ２３ｄ 第２接着剤層 ２３ｅ 第２パッド層 ２４ 直流電源 Ｎ 隙間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小西 信博 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 三谷 真一郎 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内
Claims (7)
- 【請求項１】 中心軸回りに回転され、真空吸引手段に
連通する吸気孔が全域にわたって形成された研磨定盤
と、 前記吸気孔に連通する複数の気泡が形成されて前記研磨
定盤に貼り付けられた軟質材からなる第１パッド層、お
よび前記第１パッド層に貼り付けられた硬質材からなる
第２パッド層で構成された研磨パッドと、 前記研磨パッド上に研磨液を供給するノズルと、 前記研磨パッドに半導体ウエハを加圧した状態でこれを
前記研磨パッドと相対運動させ、研磨材を取り込んで前
記半導体ウエハの表面を研磨する研磨ヘッドとを有する
ことを特徴とする研磨装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の研磨装置において、前記
第１パッド層の気孔体積率は約65％で圧縮弾性率は約0.
1MPaであり、前記第２パッド層の気孔体積率は約45％で
圧縮弾性率は約100MPaであることを特徴とする研磨装
置。 - 【請求項３】 請求項２記載の研磨装置において、前記
第１パッド層および前記第２パッド層は発泡ポリウレタ
ンであることを特徴とする研磨装置。 - 【請求項４】 中心軸回りに回転される研磨定盤と、 前記研磨定盤に貼り付けられた絶縁性を有する軟質材か
らなる第１パッド層、前記第１パッド層に貼り付けられ
た電極層、および前記電極層に貼り付けられた硬質材か
らなる第２パッド層で構成された研磨パッドと、 前記研磨定盤と前記電極層との間に電界を発生させる直
流電源と、 前記研磨パッド上に研磨液を供給するノズルと、 前記研磨パッドに半導体ウエハを加圧した状態でこれを
前記研磨パッドと相対運動させ、前記研磨材を取り込ん
で前記半導体ウエハの表面を研磨する研磨ヘッドとを有
することを特徴とする研磨装置。 - 【請求項５】 請求項４記載の研磨装置において、前記
第１パッド層は軟質プラスチックまたは軟質ゴムであ
り、前記第２パッド層は発泡ポリウレタンであることを
特徴とする研磨装置。 - 【請求項６】 請求項１、２または３記載の研磨装置を
用いた研磨方法であって、 研磨対象が表面に絶縁膜層の形成された前記半導体ウエ
ハの場合には、前記真空吸引手段により前記第１パッド
層の気泡を吸引した状態で前記絶縁膜層を所定量研磨し
て、次に、前記真空吸引手段による吸引力を解除した状
態で残りを研磨し、 研磨対象が表面に導電膜層の形成された前記半導体ウエ
ハの場合には、前記絶縁膜層の場合とは逆の手順でこれ
を研磨することを特徴とする研磨方法。 - 【請求項７】 請求項４または５記載の研磨装置を用い
た研磨方法であって、 研磨対象が表面の絶縁膜層の形成された前記半導体ウエ
ハの場合には、前記直流電源により電界を発生させて前
記第１パッド層を圧縮した状態で前記絶縁膜層を所定量
研磨して、次に、給電を解除した状態で残りを研磨し、 研磨対象が表面に導電膜層の形成された前記半導体ウエ
ハの場合には、前記絶縁膜層の場合とは逆の手順でこれ
を研磨することを特徴とする研磨方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21921195A JPH0963995A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 研磨装置およびそれを用いた研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21921195A JPH0963995A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 研磨装置およびそれを用いた研磨方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0963995A true JPH0963995A (ja) | 1997-03-07 |
Family
ID=16731957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21921195A Pending JPH0963995A (ja) | 1995-08-28 | 1995-08-28 | 研磨装置およびそれを用いた研磨方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0963995A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001513452A (ja) * | 1997-08-06 | 2001-09-04 | ローデル ホールディングス インコーポレイテッド | 連続的に変化し得る平坦化及び研磨パッドシステム |
| US6402591B1 (en) * | 2000-03-31 | 2002-06-11 | Lam Research Corporation | Planarization system for chemical-mechanical polishing |
| JP2009255271A (ja) * | 2007-08-01 | 2009-11-05 | Toray Ind Inc | 研磨パッド、およびその製造方法 |
| CN102441839A (zh) * | 2011-11-11 | 2012-05-09 | 上海华力微电子有限公司 | 提高固定研磨料在研磨垫上进行cmp工艺稳定性的方法 |
| WO2012077427A1 (ja) * | 2010-12-07 | 2012-06-14 | 旭硝子株式会社 | 研磨具 |
| KR101285953B1 (ko) * | 2011-12-22 | 2013-07-12 | 주식회사 엘지실트론 | 웨이퍼 연마장비 |
| CN111015380A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-17 | 河南神州精工制造股份有限公司 | 高成型精度封头磨削方法 |
| KR20210029395A (ko) * | 2019-09-06 | 2021-03-16 | 에스케이씨솔믹스 주식회사 | 깊이 조절이 가능한 그루브를 갖는 연마패드 및 이를 포함하는 연마 장치 |
| KR20220019931A (ko) * | 2020-08-11 | 2022-02-18 | 에스씨플랫 주식회사 | 디스플레이 장치의 기판용 연마장비 |
| CN118769124A (zh) * | 2024-08-14 | 2024-10-15 | 安徽禾臣新材料有限公司 | 一种晶圆再生抛光用cmp抛光垫及其制备工艺 |
-
1995
- 1995-08-28 JP JP21921195A patent/JPH0963995A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001513452A (ja) * | 1997-08-06 | 2001-09-04 | ローデル ホールディングス インコーポレイテッド | 連続的に変化し得る平坦化及び研磨パッドシステム |
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| CN111015380A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-04-17 | 河南神州精工制造股份有限公司 | 高成型精度封头磨削方法 |
| KR20220019931A (ko) * | 2020-08-11 | 2022-02-18 | 에스씨플랫 주식회사 | 디스플레이 장치의 기판용 연마장비 |
| CN118769124A (zh) * | 2024-08-14 | 2024-10-15 | 安徽禾臣新材料有限公司 | 一种晶圆再生抛光用cmp抛光垫及其制备工艺 |
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