JPH10125634A - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置

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JPH10125634A
JPH10125634A JP8297499A JP29749996A JPH10125634A JP H10125634 A JPH10125634 A JP H10125634A JP 8297499 A JP8297499 A JP 8297499A JP 29749996 A JP29749996 A JP 29749996A JP H10125634 A JPH10125634 A JP H10125634A
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polishing
polished
film thickness
wafer
infrared rays
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JP8297499A
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Takeshi Yagi
健 八木
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Nikon Corp
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/005—Control means for lapping machines or devices
    • B24B37/013—Devices or means for detecting lapping completion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11—Lapping tools
    • B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/205—Lapping pads for working plane surfaces provided with a window for inspecting the surface of the work being lapped
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨布に相当する研磨体にスリットを開ける
必要なく、研磨後の膜厚バラ付きが増加する可能性が低
い研磨装置を提供する。 【解決手段】 定盤１２上の研磨パッド１３に「研磨対
象物」としてのウエハ１５を接触させて相対移動させる
ことにより、該ウエハ１５を研磨して平坦化する研磨装
置１１において、前記定盤１２及び研磨パッド１３を、
赤外線を透過する物質で形成し、この定盤１２及び研磨
パッド１３の、前記ウエハ１５の配設側と反対側に、前
記ウエハ１５の膜厚を測定する膜厚測定器１９を配設
し、この膜厚測定器１９は、赤外線光源２２からの赤外
線を前記定盤１２及び研磨パッド１３を透過させて前記
ウエハ１５に照射して、その反射光を検出することによ
り膜厚を測定するように設定した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、研磨体に研磨対
象物を接触させて相対移動させることにより、研磨対象
物を研磨して平坦化する研磨装置、特に、その研磨対象
物の膜厚を測定する膜厚測定器が設けられた研磨装置に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体製造において微細加工の線幅が細
くなるに従って、光リソグラフィの光源波長は短くな
り、開口数いわゆるＮＡも大きくなってきている。ま
た、半導体製造プロセスも工程が増加し、複雑となって
きており、半導体デバイスの表面形状は必ずしも平坦で
はなくなってきている。
【０００３】表面における段差の存在は配線の段切れ、
局所的な抵抗値の増大などを招き、断線や電流容量の低
下等をもたらし、絶縁膜では耐圧劣化やリークの発生に
もつながる。また、こうした段差の存在は半導体露光装
置の焦点深度が実質的に浅くなってきていることを示し
ている。言い換えると、歩留まりと信頼性の向上、更に
高解像度化のための焦点深度のマージンの増加のために
半導体デバイス表面の平坦化が必要になってきた。
【０００４】そこで、図６に示すような、研磨装置が提
案されている。これは、化学的機械的研磨（Chemical M
echanical Polishing又はChemical Mechanical Planari
zation)（以下「ＣＭＰ」と称す。）技術を用いたもの
であり、この技術は、シリコンウエハの鏡面研磨法を基
に発展してきたものである。すなわち、回転駆動する定
盤１上に研磨布２が貼り付けられる一方、ホルダー３に
ウエハ４が保持され、このウエハ４が研磨布２上に接触
されている。この状態で、定盤１を回転駆動すると共
に、ホルダー３に上方から荷重をかけながら回転させる
と同時横方向に平行移動させる。かかる動作と共に、研
磨剤吐出口５から研磨剤６を研磨布２上に吐出させて、
この研磨剤６を研磨面に供給して、ホルダー３に保持さ
れたウエハ４を平坦に研磨するようにしている。
【０００５】かかる研磨時には、ウエハの研磨状態を測
定し、研磨の終点を検出する必要がある。この方法とし
て、例えば上記の定盤と研磨布にスリットを形成し、定
盤の下方に配設されたレーザー光源からそのスリットを
介してウエハの研磨面にレーザー光を照射し、この反射
光を干渉計で検出して、終点を検出するようにしたもの
が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のものにあっては、研磨布にスリットを開ける
ようにしているため、この部分の影響によって、研磨対
象物であるウエハ４の研磨後の膜厚バラ付きが増加する
可能性がある。
【０００７】そこで、この発明は、研磨布等に相当する
研磨体にスリットを開ける必要なく、研磨対象物の研磨
後の膜厚バラ付きを抑制できる研磨装置を提供すること
を課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる課題を達成するた
めに、請求項１に記載の発明は、研磨体に研磨対象物を
接触させて相対移動させることにより、該研磨対象物を
研磨して平坦化する研磨装置において、前記研磨体を、
赤外線を透過する物質で形成し、該研磨体の、前記研磨
対象物の配設側と反対側に、前記研磨対象物の膜厚を測
定する膜厚測定器を配設し、該膜厚測定器は、赤外線光
源からの赤外線を前記研磨体を透過させて前記研磨対象
物に照射して、その反射光を検出することにより膜厚を
測定するように設定した研磨装置としたことを特徴とす
る。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の構成に加え、前記研磨体は、回転駆動される定盤と、
該定盤上に設けられた研磨部材とを有し、該定盤と研磨
部材とを赤外線を透過する物質で形成したことを特徴と
する。
【００１０】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の構成に加え、前記定盤は、赤外線を透過するシリコン
で形成したことを特徴とする。
【００１１】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の構成に加え、前記研磨体は、直線的に移動するベルト
であり、該ベルト上に研磨対象物を接触させて相対移動
可能とすると共に、前記ベルトを赤外線を透過する物質
で形成したことを特徴とする。
【００１２】請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４
の何れかに記載の構成に加え、前記赤外線を透過する物
質は、エポキシ樹脂を主剤とし、アミン又はテトラエチ
レンペンタミン、グラファイトを硬化剤とする合成樹脂
であることを特徴とする。
【００１３】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の構成に加え、前記赤外線は、４μｍから６μｍの波長
であることを特徴とする。
【００１４】請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６
の何れかに記載の構成に加え、該研磨体の、前記研磨対
象物の配設側と反対側に、前記研磨対象物の研磨状態を
観察する赤外線撮像装置を配設したことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて説明する。
【００１６】［発明の実施の形態１］図１乃至図３に
は、この発明の実施の形態１を示す。
【００１７】まず構成について説明すると、図１中符号
１１は、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）技術を用いた研磨
装置で、この研磨装置１１は、回転駆動する定盤１２上
に「研磨部材」としての研磨パッド１３が形成される一
方、ホルダー１４に「研磨対象物」であるウエハ１５が
保持されるようになっている。この定盤１２及び研磨パ
ッド１３で、「研磨体」が構成されている。
【００１８】そのホルダー１４は、ホルダー支持腕１６
に支持されて、回転駆動されると同時に、図１中矢印方
向に平行移動可能に設定されている。
【００１９】また、図示していないが、研磨中には、研
磨剤用ノズルから研磨剤が研磨パッド１３上に吐出され
るようになっている。
【００２０】その定盤１２は、ここでは赤外線を透過す
るシリコンで形成されている。勿論、赤外線を透過すれ
ば他の物質でも良い。
【００２１】また、研磨パッド１３も、赤外線を透過す
る物質、ここでは、エポキシ樹脂を主剤とし、アミン又
はテトラエチレンペンタミン、グラファイトを硬化剤と
する合成樹脂から構成されている。これらエポキシ樹
脂、アミン又はテトラエチレンペンタミン、グラファイ
トの重量比は、３〜７：１：１／１５０である。また、
硬度は、ドックウェルＣスケールで６０〜１３０に調整
されている。なお、この研磨パッド１３の硬度は、対象
とする研磨対象物の材料に合わせて、樹脂混合物の混合
比、樹脂混合物の硬化条件等を調整することで設定する
ことができる。さらに、この研磨パッド１３の波長とそ
の透過率との関係を図３に示す。この図３から、この実
施の形態の研磨パッド１３は、４μｍ〜６μｍの波長の
赤外線が透過しやすいことが分かる。
【００２２】さらに、その定盤１２の下側（ウエハ１５
配設側と反対側）には、終点検出装置１８が支持部材２
１により配設されている。この終点検出装置１８には、
ウエハ１５研磨面の膜厚を測定する膜厚測定装置１９及
びウエハ１５研磨面の研磨状態を観察する赤外線撮像装
置２０が配設されている。これら膜厚測定装置１９及び
赤外線撮像装置２０は、定盤１２及び研磨パッド１３を
透過した赤外線により測定及び観察ができるようになっ
ている。この膜厚測定装置１９は、膜表面からの偏光状
態より膜厚を測定する偏光解析による分光エリプソメー
タを用いている。勿論、干渉法を利用することもでき
る。
【００２３】次に、その研磨パッド１３の成形について
説明する。
【００２４】まず、エポキシ樹脂の主剤、アミン又はテ
トラエチレンペンタミン、グラファイトからなる溶融さ
れた樹脂混合物を、図示省略の筒状のパッド制作工具に
保持された定盤１２上に滴下する。
【００２５】次に、離形剤を塗布した平面状の合わせ皿
を、樹脂混合物に上から押し当てる。製造する研磨パッ
ド１３の厚さは、その合わせ皿の押圧力を調整すること
により、所定の値に設定する。
【００２６】その後、これらを恒温槽に入れて一定温度
で加熱硬化させる。そして、室温まで温度を低下させた
後、合わせ皿から硬化した樹脂混合物を剥離する。次い
で、この樹脂混合物の表面に研磨剤が通る溝を形成する
ことにより、研磨パッド１３が完成する。
【００２７】この場合、この研磨パッド１３の主成分で
あるエポキシ樹脂が接着性を有するので、定盤１２上に
研磨パッド１３を形成することで、定盤１２と研磨パッ
ド１３を直接接合することができる。
【００２８】次に、かかる構成の研磨装置１１の作用に
ついて説明する。
【００２９】ホルダー１４にウエハ１５が保持され、こ
のウエハ１５が研磨パッド１３上に接触されている。こ
の状態で、定盤１２を回転駆動すると共に、ホルダー１
４に上方から荷重をかけながら回転させると同時に横方
向に移動させる。かかる動作と共に、図示省略の研磨剤
用ノズルの研磨剤吐出口から研磨剤を研磨パッド１３上
に吐出させることにより、ウエハ１５の研磨面が研磨さ
れる。
【００３０】この時のウエハ１５の研磨面の膜厚を膜厚
測定装置１９で測定すると共に、その研磨面の状態を赤
外線撮像装置２０で観察する。
【００３１】この膜厚測定は、赤外線光源２２から赤外
線を出射させて定盤１２及び研磨パッド１３を透過させ
てウエハ１５の研磨面に照射し、この反射光を定盤１２
及び研磨パッド１３を介して膜厚測定装置１９に入射さ
せて検出することにより、ウエハ１５の研磨面の膜厚が
測定されることとなる。この膜厚測定の際には、予め、
定盤１２や研磨パッド１３を赤外線が透過するときの屈
折率や反射・吸収などを考慮しておくことは言うまでも
ない。この膜厚を測定することにより、研磨終点を検知
することができる。
【００３２】また、一般に、物体はその温度に応じた赤
外線を放射しており、この実施の形態のウエハ１５の研
磨面からもその温度に応じた赤外線が放射されている。
この研磨面から放射された赤外線は、定盤１２及び研磨
パッド１３を透過して赤外線撮像装置２０に入射される
ことにより、ウエハ１５の研磨面の熱分布の像が映し出
されて観察が行われることとなる。従って、観察のため
に、特に光源を設ける必要はない。勿論、光源を用いて
ウエハ１５の研磨面に赤外線を照射し、その反射光によ
り、研磨面の状態を観察することもできる。
【００３３】このように、定盤１２及び研磨パッド１３
を赤外線を透過する物質で形成することにより、これら
を介して膜厚測定を行うことができることから、研磨パ
ッド１３に従来と異なりスリットを形成する必要がな
い。従って、ウエハ１５の研磨面は、研磨後の膜厚バラ
付きを従来より抑制できる。
【００３４】さらに、研磨パッド１３は、上記のような
物質で形成されているため、ウエハ１５の研磨に必要な
硬度や粘弾性度を長時間にわたって安定して維持でき
る。従って、通常の研磨加工は勿論、高速高圧条件下の
研磨加工においても、縁だれの少ない高精度のウエハ１
５研磨面を、長期に渡る加工において得ることができ
る。
【００３５】また、この研磨パッド１３の主成分である
エポキシ樹脂は、硬化収縮が少なく、硬化成型用の型と
の転写性に優れ、又、硬化物の切削性が優れているの
で、硬化物により構成される研磨パッド１３の研磨面を
高精度に形成することができる。研磨パッド１３の研磨
面精度は、ウエハ１５の研磨精度に直接関係するため、
できる限り高精度であることが望ましい。
【００３６】［発明の実施の形態２］図４及び図５に
は、この発明の実施の形態２を示す。
【００３７】上記実施の形態１では、「研磨体」が回転
自在な定盤１２と、この定盤１２上に設けられた研磨パ
ッド１３とから構成されているが、この実施の形態２
は、「研磨体」が直線的に移動するベルト２４であり、
このベルト２４が赤外線を透過する物質で形成されてい
る。
【００３８】かかるものにおいても、赤外線をベルト２
４を透過させることにより、研磨中にウエハ１５の膜厚
を測定できると共に、このベルト２４にスリットを形成
する必要もなく、膜厚のバラ付きを抑制できる。
【００３９】なお、上記実施の形態では、赤外線を透過
する物質として、エポキシ樹脂を主剤とし、アミン又は
テトラエチレンペンタミン、グラファイトを硬化剤とす
る合成樹脂、又は、シリコンを例示したが、これに限定
されるものでない。
【００４０】
【発明の効果】以上説明してきたように、請求項１に記
載された発明によれば、研磨体を赤外線を透過する物質
で形成することにより、この研磨体を介して研磨対象物
の膜厚を測定できるため、従来のように研磨体にスリッ
トを形成する必要がないことから、研磨対象物の研磨面
の膜厚のバラ付きを従来より抑制できる。
【００４１】請求項２に記載された発明によれば、研磨
体が定盤と研磨部材とで構成されるものについて請求項
１に記載の効果が得られる。
【００４２】請求項３に記載された発明によれば、請求
項２と同様な効果が得られる。
【００４３】請求項４に記載された発明によれば、研磨
体が直線的に移動するベルトのものについて請求項１に
記載の効果が得られる。
【００４４】請求項５に記載された発明によれば、請求
項１乃至４の何れかに記載の効果に加え、赤外線を透過
する物質を、エポキシ樹脂を主剤とし、アミン又はテト
ラエチレンペンタミン、グラファイトを硬化剤とする合
成樹脂とすることにより、研磨対象物の研磨に必要な硬
度や粘弾性度を長時間にわたって安定して維持できる。
従って、通常の研磨加工は勿論、高速高圧条件下の研磨
加工においても、縁だれの少ない高精度の研磨対象物の
研磨面を長期に渡る加工において得ることができる。
【００４５】また、この研磨体の主成分であるエポキシ
樹脂は、硬化収縮が少なく、硬化成型用の型との転写性
に優れ、又、硬化物の切削性が優れているので、硬化物
により構成される研磨体の研磨面を高精度に形成するこ
とができる。
【００４６】請求項６に記載された発明によれば、請求
項５に記載の効果に加え、エポキシ樹脂を主剤とし、ア
ミン又はテトラエチレンペンタミン、グラファイトを硬
化剤とする合成樹脂は、４μｍ〜６μｍの波長の赤外線
の透過率が良いため、膜厚測定精度をより向上させるこ
とができる。
【００４７】請求項７に記載された発明によれば、請求
項１乃至６の何れかに記載の効果に加え、研磨体にスリ
ットを開けることなく、又、研磨作業を停止する必要な
く、研磨対象物の研磨面の像を観察できる。また、研磨
対象物の研磨面からはその温度に応じた赤外線が放射さ
れているため、この赤外線を研磨体を通して赤外線撮像
装置に入射させて観察できることから、この観察のため
に、特に光源を設ける必要はない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る研磨装置の概略
正面図である。
【図２】同実施の形態１に係るウエハや終点検出装置等
を示す、定盤や研磨パッドを省略した概略図である。
【図３】同実施の形態１に係る研磨パッドの波長と透過
率との関係を示すグラフ図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る研磨装置の概略
正面図である。
【図５】同実施の形態２に係る概略平面図である。
【図６】従来例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
11 研磨装置 12 定盤 13 研磨パッド（研磨部材） 14 ホルダー 15 ウエハ（研磨対象物） 18 終点検出装置 19 膜厚測定装置 20 赤外線撮像装置 22 赤外線光源 24 ベルト

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨体に研磨対象物を接触させて相対移
    動させることにより、該研磨対象物を研磨して平坦化す
    る研磨装置において、 前記研磨体を、赤外線を透過する物質で形成し、 該研磨体の、前記研磨対象物の配設側と反対側に、前記
    研磨対象物の膜厚を測定する膜厚測定器を配設し、 該膜厚測定器は、赤外線光源からの赤外線を前記研磨体
    を透過させて前記研磨対象物に照射して、その反射光を
    検出することにより膜厚を測定するように設定したこと
    を特徴とする研磨装置。
  2. 【請求項２】 前記研磨体は、回転駆動される定盤と、
    該定盤上に設けられた研磨部材とを有し、該定盤と研磨
    部材とを赤外線を透過する物質で形成したことを特徴と
    する請求項１記載の研磨装置。
  3. 【請求項３】 前記定盤は、赤外線を透過するシリコン
    で形成したことを特徴とする請求項２記載の研磨装置。
  4. 【請求項４】 前記研磨体は、直線的に移動するベルト
    であり、該ベルト上に研磨対象物を接触させて相対移動
    可能とすると共に、前記ベルトを赤外線を透過する物質
    で形成したことを特徴とする請求項１に記載の研磨装
    置。
  5. 【請求項５】 前記赤外線を透過する物質は、エポキシ
    樹脂を主剤とし、アミン又はテトラエチレンペンタミ
    ン、グラファイトを硬化剤とする合成樹脂であることを
    特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の研磨装置。
  6. 【請求項６】 前記赤外線は、４μｍから６μｍの波長
    であることを特徴とする請求項５に記載の研磨装置。
  7. 【請求項７】 該研磨体の、前記研磨対象物の配設側と
    反対側に、前記研磨対象物の研磨状態を観察する赤外線
    撮像装置を配設したことを特徴とする請求項１乃至６の
    何れか一つに記載の研磨装置。
JP8297499A 1996-04-12 1996-10-19 研磨装置 Pending JPH10125634A (ja)

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JP8297499A JPH10125634A (ja) 1996-10-19 1996-10-19 研磨装置
US08/834,665 US6074287A (en) 1996-04-12 1997-04-11 Semiconductor wafer polishing apparatus

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JP8297499A JPH10125634A (ja) 1996-10-19 1996-10-19 研磨装置

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