JPH1133902A - 研磨装置 - Google Patents
研磨装置Info
- Publication number
- JPH1133902A JPH1133902A JP19660497A JP19660497A JPH1133902A JP H1133902 A JPH1133902 A JP H1133902A JP 19660497 A JP19660497 A JP 19660497A JP 19660497 A JP19660497 A JP 19660497A JP H1133902 A JPH1133902 A JP H1133902A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- polishing
- spindle
- platen
- wafer
- semiconductor substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】ウェハの研磨の終点を判定することを課題とす
る。 【解決手段】半導体基板の上面を平坦化する研磨装置に
おいて、研磨布22を取り付けた定盤21と、上面が前記研
磨布22と接触するように、前記半導体基板を圧接するス
ピンドル241 ，242 と、前記研磨布22に研磨材を供給す
るノズル30と、定盤回転によりスピンドル241 ，242 が
受けるトルクを測定するピエゾ素子251 ，252 とを具備
することを特徴とする研磨装置。
る。 【解決手段】半導体基板の上面を平坦化する研磨装置に
おいて、研磨布22を取り付けた定盤21と、上面が前記研
磨布22と接触するように、前記半導体基板を圧接するス
ピンドル241 ，242 と、前記研磨布22に研磨材を供給す
るノズル30と、定盤回転によりスピンドル241 ，242 が
受けるトルクを測定するピエゾ素子251 ，252 とを具備
することを特徴とする研磨装置。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨装置に関し、特
に半導体基板上に形成された誘電体を平坦化するＣＭＰ
（Ｃhemical ／Ｍechanical Ｐolishing）研磨装置に関
する。
に半導体基板上に形成された誘電体を平坦化するＣＭＰ
（Ｃhemical ／Ｍechanical Ｐolishing）研磨装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、多層配線構造をもつ集積回路
（ＩＣ）は、例えば、Ｓｉ等の半導体基板上にＳｉＯ2
などからなる絶縁膜を介してアルミ等による１層目の配
線パターンを形成し、更に該配線パターン上に別なＳｉ
Ｏ2 からなる絶縁膜を介して２層目の配線パターンを形
成した後、全面に層間絶縁膜を形成することにより形成
されている。こうしたＩＣにおいては、１層目の配線パ
ターンの段差がそのまま絶縁膜に転写されるので、次工
程のフォットエッチング工程で焦点深度を越える段差部
分はぼけてしまう。その結果、２層目以降の配線パター
ン幅の再現性がなくなり、ＩＣの信頼性が低下する。従
来、この対策として、１層目の配線パターンを含む基板
を覆う絶縁膜の段差を、機械的作用と化学的作用に基づ
くＣＭＰ研磨によりそぎ取ることが考えられている。
（ＩＣ）は、例えば、Ｓｉ等の半導体基板上にＳｉＯ2
などからなる絶縁膜を介してアルミ等による１層目の配
線パターンを形成し、更に該配線パターン上に別なＳｉ
Ｏ2 からなる絶縁膜を介して２層目の配線パターンを形
成した後、全面に層間絶縁膜を形成することにより形成
されている。こうしたＩＣにおいては、１層目の配線パ
ターンの段差がそのまま絶縁膜に転写されるので、次工
程のフォットエッチング工程で焦点深度を越える段差部
分はぼけてしまう。その結果、２層目以降の配線パター
ン幅の再現性がなくなり、ＩＣの信頼性が低下する。従
来、この対策として、１層目の配線パターンを含む基板
を覆う絶縁膜の段差を、機械的作用と化学的作用に基づ
くＣＭＰ研磨によりそぎ取ることが考えられている。
【０００３】図１は、従来のＣＭＰ研磨装置の概略図を
示す。図中の付番１は、上面に例えばＩＣ１０００等に
代表されるポリウレタン研磨布２を設けたセラミックな
どの剛体からなる定盤である。この定盤は、半径（Ｒ）
５０〜７０ｃｍで、５０〜７０ｒｐｍで回転できる機能
を有する。前記定盤１の中心から少し縁部寄りに位置す
る領域の真上には、回転可能なスピンドル３が配置され
ている。このスピンドル３の下部には、水パッド４を介
してウェハ５がパターン面を下向きにして固定されてい
る。ここで、ウェハ５は、研磨前は図２（Ａ）に示すよ
うに基板11上に配線パターン12を形成し、更にこの配線
パターン12上に段差を有したＳｉＯ2 からなる層間絶縁
膜13を形成した構成になっており、研磨後は図２（Ｂ）
に示すように層間絶縁膜13の上面がフラットとなる。ま
た、前記定盤１の真上には、前記研磨布２に５０ｎｍ程
度の粒径をもつシリカの研磨砥粒を懸濁させたＫＯＨ溶
液からなるスラリーを流すノズル６が配置されている。
示す。図中の付番１は、上面に例えばＩＣ１０００等に
代表されるポリウレタン研磨布２を設けたセラミックな
どの剛体からなる定盤である。この定盤は、半径（Ｒ）
５０〜７０ｃｍで、５０〜７０ｒｐｍで回転できる機能
を有する。前記定盤１の中心から少し縁部寄りに位置す
る領域の真上には、回転可能なスピンドル３が配置され
ている。このスピンドル３の下部には、水パッド４を介
してウェハ５がパターン面を下向きにして固定されてい
る。ここで、ウェハ５は、研磨前は図２（Ａ）に示すよ
うに基板11上に配線パターン12を形成し、更にこの配線
パターン12上に段差を有したＳｉＯ2 からなる層間絶縁
膜13を形成した構成になっており、研磨後は図２（Ｂ）
に示すように層間絶縁膜13の上面がフラットとなる。ま
た、前記定盤１の真上には、前記研磨布２に５０ｎｍ程
度の粒径をもつシリカの研磨砥粒を懸濁させたＫＯＨ溶
液からなるスラリーを流すノズル６が配置されている。
【０００４】こうした研磨装置においては、研磨粉が加
圧されたスピンドル３に保持されたウェハと研磨布２の
間に挟まれて局所的に高圧高温状態になり、層間絶縁膜
表面のＳｉＯ2 と反応してアルカリ水溶性の化合物を形
成する。この化合物は研磨布２の回転運動により除去さ
れ、新しい層間絶縁膜表面が露出する。以下、これを繰
り返す。これにより、特にウェハ面の突起部が優先的に
研磨され、最終的に図２（Ｂ）のような平坦な層間絶縁
膜表面が達成される。
圧されたスピンドル３に保持されたウェハと研磨布２の
間に挟まれて局所的に高圧高温状態になり、層間絶縁膜
表面のＳｉＯ2 と反応してアルカリ水溶性の化合物を形
成する。この化合物は研磨布２の回転運動により除去さ
れ、新しい層間絶縁膜表面が露出する。以下、これを繰
り返す。これにより、特にウェハ面の突起部が優先的に
研磨され、最終的に図２（Ｂ）のような平坦な層間絶縁
膜表面が達成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
研磨装置によれば、研磨の終点を判定することが困難な
ため、常に一定のＣＭＰ研磨量を得ることができないと
いう課題があった。そこで、研磨量の終点判定方法につ
いて種々な方法が検討されてきた。例えば、スピンドル
モーターの負荷電流の変化を見る方法（前者）、あるい
は光干渉によって研磨された層間絶縁膜の膜厚をその場
で測定する方法（後者）が挙げられる。しかし、前者の
場合は明確な変化が現れず、また後者の場合はメタルパ
ターンの品種依存性があり、品種毎に干渉強度変化を記
憶させなくては終点判定はできなかった。このように、
量産工場において使用される程信頼性のある手法はまだ
見いだされていないのが実状である。
研磨装置によれば、研磨の終点を判定することが困難な
ため、常に一定のＣＭＰ研磨量を得ることができないと
いう課題があった。そこで、研磨量の終点判定方法につ
いて種々な方法が検討されてきた。例えば、スピンドル
モーターの負荷電流の変化を見る方法（前者）、あるい
は光干渉によって研磨された層間絶縁膜の膜厚をその場
で測定する方法（後者）が挙げられる。しかし、前者の
場合は明確な変化が現れず、また後者の場合はメタルパ
ターンの品種依存性があり、品種毎に干渉強度変化を記
憶させなくては終点判定はできなかった。このように、
量産工場において使用される程信頼性のある手法はまだ
見いだされていないのが実状である。
【０００６】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、定盤回転により前記スピンドルが受けるトルクを測
定する圧力測定手段を設けることにより、そのトルクの
変化により研磨工程の終了判定を確認しえる研磨装置を
提供することを目的とする。
で、定盤回転により前記スピンドルが受けるトルクを測
定する圧力測定手段を設けることにより、そのトルクの
変化により研磨工程の終了判定を確認しえる研磨装置を
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】本発明者はウェハの研磨
終点について種々研究したところ、次のような考察をす
るに至った。即ち、図１の研磨装置において、ウェハ５
は、定盤１の回転及び層間絶縁膜と水パッド４の摩擦に
より、強く定盤回転方向に圧力を受ける。この圧力はウ
ェハ表面の段差に強く依存する。つまり、研磨初期にお
いては、ウェハ５と研磨布２間は模式的に示すと図３
（Ａ）の様な状態にあり、デバイスパターンの段差がス
ラリーと空気のパスとして働き、結果としてウェハ５と
研磨布２の吸着は小さく、定盤回転におけるスピンドル
３が受ける力は小さい。しかし、段差がほぼなくなる研
磨の最終時においては、図３（Ｂ）の様な状態にあり、
スラリー、空気のパスは皆無となって、ウェハ５は定盤
１に強く張り付いた状態となり、スピンドル３が受ける
定盤回転方向の力は強くなる。そこで、本発明者は、こ
のトルク変化をトリガーすることで研磨の終点判定が可
能であることを見いだした。
終点について種々研究したところ、次のような考察をす
るに至った。即ち、図１の研磨装置において、ウェハ５
は、定盤１の回転及び層間絶縁膜と水パッド４の摩擦に
より、強く定盤回転方向に圧力を受ける。この圧力はウ
ェハ表面の段差に強く依存する。つまり、研磨初期にお
いては、ウェハ５と研磨布２間は模式的に示すと図３
（Ａ）の様な状態にあり、デバイスパターンの段差がス
ラリーと空気のパスとして働き、結果としてウェハ５と
研磨布２の吸着は小さく、定盤回転におけるスピンドル
３が受ける力は小さい。しかし、段差がほぼなくなる研
磨の最終時においては、図３（Ｂ）の様な状態にあり、
スラリー、空気のパスは皆無となって、ウェハ５は定盤
１に強く張り付いた状態となり、スピンドル３が受ける
定盤回転方向の力は強くなる。そこで、本発明者は、こ
のトルク変化をトリガーすることで研磨の終点判定が可
能であることを見いだした。
【０００８】即ち、本発明は、半導体基板の上面を平坦
化する研磨装置において、研磨布を取り付けた定盤と、
上面が前記研磨布と接触するように、前記半導体基板を
前記研磨布に圧接するスピンドルと、前記研磨布に研磨
材を供給する供給手段と、定盤回転により前記スピンド
ルが受けるトルクを測定する圧力測定手段とを具備する
ことを特徴とする研磨装置である。
化する研磨装置において、研磨布を取り付けた定盤と、
上面が前記研磨布と接触するように、前記半導体基板を
前記研磨布に圧接するスピンドルと、前記研磨布に研磨
材を供給する供給手段と、定盤回転により前記スピンド
ルが受けるトルクを測定する圧力測定手段とを具備する
ことを特徴とする研磨装置である。
【０００９】本発明において、前記半導体基板として
は、例えば上面に層間絶縁膜等の誘電体が形成された半
導体基板が一般的である。つまり、［従来の技術］欄で
も述べたように、基板上に絶縁膜を介して形成された配
線パターン上の層間絶縁膜等をＣＭＰ研磨することによ
り基板の平坦化を行うことが多い。
は、例えば上面に層間絶縁膜等の誘電体が形成された半
導体基板が一般的である。つまり、［従来の技術］欄で
も述べたように、基板上に絶縁膜を介して形成された配
線パターン上の層間絶縁膜等をＣＭＰ研磨することによ
り基板の平坦化を行うことが多い。
【００１０】本発明において、圧力測定手段としては、
例えばピエゾ素子が挙げられる。ピエゾ素子を用いるこ
とにより、圧力を直接測定することができるという利点
を有する。また、この他、図６に示すように、トルクに
よって生ずるスピンドル軸のたわみ量を電気式マイクロ
メータで測定する方法も可能である。
例えばピエゾ素子が挙げられる。ピエゾ素子を用いるこ
とにより、圧力を直接測定することができるという利点
を有する。また、この他、図６に示すように、トルクに
よって生ずるスピンドル軸のたわみ量を電気式マイクロ
メータで測定する方法も可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例に係る研
磨装置を図５（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。ここ
で、図５（Ａ），（Ｂ）は各々本発明に係る研磨装置の
平面図と正面図である。但し、図５（Ａ）の平面図は要
部のみを描いている。
磨装置を図５（Ａ），（Ｂ）を参照して説明する。ここ
で、図５（Ａ），（Ｂ）は各々本発明に係る研磨装置の
平面図と正面図である。但し、図５（Ａ）の平面図は要
部のみを描いている。
【００１２】図中の付番21は、上面にＩＣ１０００等に
代表されるポリウレタン研磨布22を取り付けた定盤であ
る。該定盤21はセラミックなどの剛体からなり、半径
（Ｒ）５０〜７０ｃｍで、５０〜７０ｒｐｍで定盤駆動
モータ23により回転できる機能を有する。前記定盤21の
中心から約Ｒ／２離れた領域の真上には、回転可能なス
ピンドル241 ，242 が互いに離間して配置されている。
前記スピンドル241 ，242 には、該スピンドル241 ，24
2 が受けるトルクを測定する圧力測定手段としての平面
形状が環状のピエゾ素子251 ，252 が配置されている。
前記スピンドル241 ，242 は、回転駆動モータ261 ，26
2 により回転するようになっている。これら回転駆動モ
ータ261 ，262 は、アーム271 ，272 、支柱（図示せ
ず）を介してウェハ揺動機構（図示せず）が連結されて
いる。前記スピンドル241 ，242 の下部には、各々水パ
ッド281 ，282 を介してウェハ291 ，292 がパターン面
を下向きにして固定されている。前記定盤21の真上に
は、前記研磨布22に５０ｎｍ程度の粒径をもつシリカの
研磨砥粒を研削させたＫＯＨ溶液からなるスラリーを流
すノズル30が配置されている。なお、図中の矢印Ａは定
盤の回転方向を示し、図中の矢印Ｂはスピンドルが受け
る力を示す。
代表されるポリウレタン研磨布22を取り付けた定盤であ
る。該定盤21はセラミックなどの剛体からなり、半径
（Ｒ）５０〜７０ｃｍで、５０〜７０ｒｐｍで定盤駆動
モータ23により回転できる機能を有する。前記定盤21の
中心から約Ｒ／２離れた領域の真上には、回転可能なス
ピンドル241 ，242 が互いに離間して配置されている。
前記スピンドル241 ，242 には、該スピンドル241 ，24
2 が受けるトルクを測定する圧力測定手段としての平面
形状が環状のピエゾ素子251 ，252 が配置されている。
前記スピンドル241 ，242 は、回転駆動モータ261 ，26
2 により回転するようになっている。これら回転駆動モ
ータ261 ，262 は、アーム271 ，272 、支柱（図示せ
ず）を介してウェハ揺動機構（図示せず）が連結されて
いる。前記スピンドル241 ，242 の下部には、各々水パ
ッド281 ，282 を介してウェハ291 ，292 がパターン面
を下向きにして固定されている。前記定盤21の真上に
は、前記研磨布22に５０ｎｍ程度の粒径をもつシリカの
研磨砥粒を研削させたＫＯＨ溶液からなるスラリーを流
すノズル30が配置されている。なお、図中の矢印Ａは定
盤の回転方向を示し、図中の矢印Ｂはスピンドルが受け
る力を示す。
【００１３】上記実施例によれば、スピンドル241 ，24
2 に定盤21からウェハウェハ291 ，292 を介してスピン
ドル241 ，242 が受けるトルクを測定するピエゾ素子25
1 ，252 を各々配置した構成となっているため、図３
（Ａ）の状態では定盤回転によるスピンドル241 ，242
が受けるトルクは小さく、図３（Ｂ）の状態ではスピン
ドル241 ，242 が受けるトルクは大きくなることが確認
できた。従って、ウェハの研磨の終点は正確に判定する
ことができた。
2 に定盤21からウェハウェハ291 ，292 を介してスピン
ドル241 ，242 が受けるトルクを測定するピエゾ素子25
1 ，252 を各々配置した構成となっているため、図３
（Ａ）の状態では定盤回転によるスピンドル241 ，242
が受けるトルクは小さく、図３（Ｂ）の状態ではスピン
ドル241 ，242 が受けるトルクは大きくなることが確認
できた。従って、ウェハの研磨の終点は正確に判定する
ことができた。
【００１４】事実、例えばスピンドル241 によるトルク
とウェハの研磨量との関係を調べた研磨時間の経過とと
もに調べたところ、図４に示すような特性が得られた。
図４より、研磨が進みウェハ表面の段差がなくなり平坦
膜の研磨過程に入ると、トルク変化はなくなる様子が分
かる。従って、このトルク変化がなくなった時がＣＭＰ
研磨の終点（図中のＰ）となる。
とウェハの研磨量との関係を調べた研磨時間の経過とと
もに調べたところ、図４に示すような特性が得られた。
図４より、研磨が進みウェハ表面の段差がなくなり平坦
膜の研磨過程に入ると、トルク変化はなくなる様子が分
かる。従って、このトルク変化がなくなった時がＣＭＰ
研磨の終点（図中のＰ）となる。
【００１５】なお、上記実施例では、圧力測定手段がピ
エゾ素子である場合について述べたが、これに限らず、
定盤からの圧力を測定する手段であればいずれでもよ
い。
エゾ素子である場合について述べたが、これに限らず、
定盤からの圧力を測定する手段であればいずれでもよ
い。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、定盤
回転により前記スピンドルが受けるトルクを測定する圧
力測定手段を設けることにより、そのトルクの変化によ
り研磨工程の終了判定を確認でき、ウェハ表面の誘電体
の研磨量を常時一定に維持しえるる研磨装置を提供でき
る。
回転により前記スピンドルが受けるトルクを測定する圧
力測定手段を設けることにより、そのトルクの変化によ
り研磨工程の終了判定を確認でき、ウェハ表面の誘電体
の研磨量を常時一定に維持しえるる研磨装置を提供でき
る。
【図１】従来のＣＭＰ研磨装置の概略図。
【図２】層間絶縁膜を備えた研磨前後のＩＣの説明図
で、図２（Ａ）は研磨前の状態、図２（Ｂ）は研磨後の
状態を夫々示す。
で、図２（Ａ）は研磨前の状態、図２（Ｂ）は研磨後の
状態を夫々示す。
【図３】研磨ウェハの研磨状態を示す説明図で、図３
（Ａ）は研磨初期を、図３（Ｂ）は研磨終了時を示す。
（Ａ）は研磨初期を、図３（Ｂ）は研磨終了時を示す。
【図４】本発明に係る研磨装置の一構成であるスピンド
ルにおけるトルクと研磨時間との関係を示す特性図であ
る。
ルにおけるトルクと研磨時間との関係を示す特性図であ
る。
【図５】本発明の一実施例に係る研磨装置の説明図で、
図５（Ａ）は同研磨装置の平面図、図５（Ｂ）は同研磨
装置の正面図である。
図５（Ａ）は同研磨装置の平面図、図５（Ｂ）は同研磨
装置の正面図である。
【図６】トルクによって生ずるスピンドル軸のたわみ量
を電気式マイクロメータで測定する場合の説明図。
を電気式マイクロメータで測定する場合の説明図。
21…定盤、 22…ポリウレタン研磨布、 241 ，242 …スピンドル、 251 ，252 …ピエゾ素子、 281 ，282 …水パッド、 291 ，292 …ウェハ、 30…ノズル。
Claims (3)
- 【請求項１】 半導体基板の上面を平坦化する研磨装置
において、 研磨布を取り付けた定盤と、上面が前記研磨布と接触す
るように、前記半導体基板を前記研磨布に圧接するスピ
ンドルと、前記研磨布に研磨材を供給する供給手段と、
定盤回転により前記スピンドルが受けるトルクを測定す
る圧力測定手段とを具備することを特徴とする研磨装
置。 - 【請求項２】 前記半導体基板の上面に誘電体が形成さ
れていることを特徴とする請求項１記載の研磨装置。 - 【請求項３】 前記圧力測定手段は、ピエゾ素子である
ことを特徴とする請求項１記載の研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19660497A JPH1133902A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19660497A JPH1133902A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 研磨装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1133902A true JPH1133902A (ja) | 1999-02-09 |
Family
ID=16360522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19660497A Pending JPH1133902A (ja) | 1997-07-23 | 1997-07-23 | 研磨装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1133902A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2350077A (en) * | 1998-11-09 | 2000-11-22 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Wafer polishing apparatus |
| EP1034888A3 (en) * | 1999-03-12 | 2001-06-20 | Mitsubishi Materials Corporation | Wafer holding head and wafer polishing apparatus, and method for manufacturing wafers |
-
1997
- 1997-07-23 JP JP19660497A patent/JPH1133902A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2350077A (en) * | 1998-11-09 | 2000-11-22 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Wafer polishing apparatus |
| US6283828B1 (en) | 1998-11-09 | 2001-09-04 | Tokyo Seimitsu Co., Ltd. | Wafer polishing apparatus |
| US6319106B2 (en) | 1998-11-09 | 2001-11-20 | Tokyo Seimitsu Co., Ltd. | Wafer polishing apparatus |
| GB2350077B (en) * | 1998-11-09 | 2002-05-01 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Wafer polishing apparatus |
| EP1034888A3 (en) * | 1999-03-12 | 2001-06-20 | Mitsubishi Materials Corporation | Wafer holding head and wafer polishing apparatus, and method for manufacturing wafers |
| KR100715384B1 (ko) * | 1999-03-12 | 2007-05-07 | 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 | 웨이퍼 보유 지지 헤드, 웨이퍼 연마 장치 및 웨이퍼 제조방법 |
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