JP2000127023A - Polishing method for semiconductor and manufacture thereof - Google Patents

Polishing method for semiconductor and manufacture thereof

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JP2000127023A
JP2000127023A JP30503498A JP30503498A JP2000127023A JP 2000127023 A JP2000127023 A JP 2000127023A JP 30503498 A JP30503498 A JP 30503498A JP 30503498 A JP30503498 A JP 30503498A JP 2000127023 A JP2000127023 A JP 2000127023A
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polishing
tool
grindstone
small
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Japanese (ja)
Inventor
Shuichi Owada
秀一 大和田
Shigeo Moriyama
茂夫 森山
Yukio Suzuki
幸夫 鈴木
Masahiro Houtsuki
正博 宝槻
Kenji Inayoshi
健治 稲吉
Makoto Kajiwara
誠 梶原
Shigeo Otsuki
繁夫 大月
Kenichi Togawa
賢一 戸川
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable flattening working having high accuracy, high efficiency and low cost without generating working damage by making it possible to exchange the edge of a blade of a dress tool and to adjust the height of the edge of the blade. SOLUTION: On a dressing part 200 for dressing, a small-sized throw away tip 201 is mounted with a screw 202. It is desirable that a plurality of these small-sized throw away tips 201 are provided so as to improve dynamic balance at the time of rotation. As a result, an exchanging work at the time of maintenance becomes easy. Because the small-sized throw-away tips 201 are easy to fix with a dressing tool because the throw-away tips 201 are large, falling of the throw away tips 201 can be prevented and clutch becomes difficult to be generated. Further, because the small-sized throw away chips 201 can be adjusted in height with the screws 202, changes in cutting location can be prevented in sizing dressing and stable dressing can be performed for a long period.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路の
製造過程で用いられる研磨加工によるウェハ表面パター
ンの平坦化技術に関し、特に加工ダメージを発生するこ
となく高精度,高能率、かつ安価に平坦化するための加
工法、およびそのための加工装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for flattening a wafer surface pattern by polishing used in a process of manufacturing a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a high-precision, high-efficiency, and inexpensive flattening without causing processing damage. The present invention relates to a processing method for forming the same and a processing apparatus therefor.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体製造工程は多くのプロセス処理工
程からなるが、まず本発明が適用される工程の一例であ
る配線工程について図1を用いて説明する。図1(a)
は一層目の配線が形成されているウェハの断面図を示し
ている。トランジスタ部が形成されているウェハ基板1
の表面には絶縁膜2が形成されており、その上にアルミ
ニュウム等の配線層3が設けられている。トランジスタ
との接合をとるために絶縁膜2にホールが開けられてい
るので、配線層のその部分3′は多少へこんでいる。
2. Description of the Related Art A semiconductor manufacturing process includes a number of process steps. First, a wiring process as an example of a process to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 1 (a)
Shows a cross-sectional view of the wafer on which the first-layer wiring is formed. Wafer substrate 1 on which transistor portion is formed
Is formed on the surface thereof, and a wiring layer 3 of aluminum or the like is provided thereon. Since a hole is formed in the insulating film 2 to form a junction with the transistor, the portion 3 'of the wiring layer is slightly dented.

【0003】図(b)に示す二層目の配線工程では、一
層目の上に絶縁膜4,金属アルミ層5を形成し、さら
に、このアルミ層を配線パターン化するため露光用ホト
レジスト層6を付着する。
In a second wiring step shown in FIG. 1B, an insulating film 4 and a metal aluminum layer 5 are formed on the first layer, and a photoresist layer 6 for exposure is used to form a wiring pattern on the aluminum layer. To adhere.

【0004】次に図(c)に示すようにステッパ7を用
いて回路パターンを上記ホトレジスト6上に露光転写す
る。この場合、ホトレジスト層6の表面が凹凸になって
いると、図に示すようにホトレジスト表面の凹部と凸部
8では同時に焦点が合わないことになり、解像不良とい
う重大な障害となる。
Next, as shown in FIG. 1C, a circuit pattern is exposed and transferred onto the photoresist 6 using a stepper 7. In this case, if the surface of the photoresist layer 6 is uneven, the concave portion and the convex portion 8 on the photoresist surface will not be simultaneously focused as shown in the figure, and this will be a serious obstacle of poor resolution.

【0005】上記の不具合を解消するため、次に述べる
ような基板表面の平坦化処理が行われる。図1(a)の
処理工程の次に、図1(d)に示すように、絶縁層4を
形成後、図中9のレベルまで平坦となるように後述する
方法によって研磨加工し、図(e)の状態を得る。その
後金属アルミ層5とホトレジスト層6を形成し、図1
(f)のようにステッパで露光する。この状態ではレジ
スト表面が平坦であるので前記解像不良の問題は生じな
い。
[0005] In order to solve the above-mentioned problems, a flattening process of the substrate surface as described below is performed. After the processing step of FIG. 1A, as shown in FIG. 1D, after the insulating layer 4 is formed, the insulating layer 4 is polished by a method described later so as to be flat to the level 9 in FIG. Obtain the state of e). Thereafter, a metal aluminum layer 5 and a photoresist layer 6 are formed.
Exposure is performed with a stepper as shown in FIG. In this state, since the resist surface is flat, the problem of the poor resolution does not occur.

【0006】図2に、上記絶縁膜パターンを平坦化する
ため従来一般的に用いられている化学機械研磨加工法を
示す。研磨パッド11を定盤上12に貼りつけて回転し
ておく。この研磨パッドとしては、例えば発泡ウレタン
樹脂を薄いシート状にスライスして成形したものであ
り、被加工物の種類や仕上げたい表面あらさの程度によ
ってその材質や微細な表面構造を種々選択して使いわけ
る。
FIG. 2 shows a conventional chemical mechanical polishing method for planarizing the insulating film pattern. The polishing pad 11 is stuck on the surface plate 12 and rotated. This polishing pad is, for example, a product obtained by slicing urethane foam resin into a thin sheet shape and forming the same. Depending on the type of workpiece and the degree of surface roughness to be finished, various materials and fine surface structures are selected and used. Divide.

【0007】他方、加工すべきウェハ1は弾性のある押
さえパッド13を介してウェハホルダ14に固定する。
このウェハホルダ14を回転しながら研磨パッド11表
面に荷重し、さらに研磨パッド11の上に研磨スラリー
15を供給することによりウェハ表面上の絶縁膜4の凸
部が研磨除去され、平坦化される。
On the other hand, the wafer 1 to be processed is fixed to a wafer holder 14 via an elastic holding pad 13.
A load is applied to the surface of the polishing pad 11 while rotating the wafer holder 14, and a polishing slurry 15 is further supplied onto the polishing pad 11, whereby the projections of the insulating film 4 on the wafer surface are polished and removed, and are planarized.

【0008】二酸化珪素等の絶縁膜を研磨する場合、一
般的に研磨スラリとしてはコロイダルシリカが用いられ
る。コロイダルシリカは直径30nm程度の微細なシリ
カ粒子を水酸化カリウム等のアルカリ水溶液に懸濁させ
たものであり、アルカリによる化学作用が加わるため、
砥粒のみによる機械的研磨に比べ飛躍的に高い加工能率
と加工ダメージの少ない平滑面を得られる特徴がある。
When polishing an insulating film such as silicon dioxide, colloidal silica is generally used as a polishing slurry. Colloidal silica is obtained by suspending fine silica particles having a diameter of about 30 nm in an aqueous alkali solution such as potassium hydroxide.
Compared to mechanical polishing using only abrasive grains, there is a feature that a significantly higher processing efficiency and a smooth surface with less processing damage can be obtained.

【0009】このように、研磨パッドと被加工物の間に
研磨スラリを供給しながら加工する方法は遊離砥粒研磨
技術として広く知られているが、大きく3つの解決困難
な課題を有している。
As described above, a method of processing while supplying a polishing slurry between a polishing pad and a workpiece is widely known as a free abrasive polishing technique, but has three major problems. I have.

【0010】第1は、パターンの種類や段差の状態によ
っては十分に平坦化できない、というパターン寸法依存
性の問題である。一般的に、半導体ウェハ上のパターン
は種々の寸法や段差を持つパターンから形成されてい
る。
The first problem is that the pattern cannot be sufficiently flattened depending on the type of the pattern and the state of the step. Generally, patterns on a semiconductor wafer are formed from patterns having various dimensions and steps.

【0011】例えば半導体メモリ素子を例にした場合、
図3(a)に示すように、1つのチップは大きく4つの
ブロックに分割されている。この内、4つのブロック内
部は微細なメモリセルが規則正しく密に形成されてお
り、メモリマット部16と呼ばれる。この4つのメモリ
マット部の境界部には上記メモリセルをアクセスするた
めの周辺回路17が形成されている。典型的なダイナミ
ックメモリの場合、1つのチップ寸法は7mm×20mm程
度、周辺回路部の幅は1mm程度である。
For example, in the case of a semiconductor memory device,
As shown in FIG. 3A, one chip is roughly divided into four blocks. Of these, inside the four blocks, fine memory cells are regularly and densely formed, and are called memory mat portions 16. A peripheral circuit 17 for accessing the memory cell is formed at a boundary between the four memory mats. In the case of a typical dynamic memory, the size of one chip is about 7 mm × 20 mm, and the width of the peripheral circuit is about 1 mm.

【0012】上記チップの断面A−A′をとると、図3
(b)に示すようにメモリマット部16の平均高さは周
辺回路部17の平均高さより0.5〜1μm 程度高い。
このような段差パターン上に厚さ1〜2μm程度の絶縁
膜4を成膜すると、その表面部の断面形状31もほぼ下
地パターンの段差形状を反映したものとなる。
FIG. 3 shows a cross section AA 'of the chip.
As shown in (b), the average height of the memory mat section 16 is about 0.5 to 1 μm higher than the average height of the peripheral circuit section 17.
When the insulating film 4 having a thickness of about 1 to 2 μm is formed on such a step pattern, the cross-sectional shape 31 of the surface portion substantially reflects the step shape of the underlying pattern.

【0013】半導体ウェハの平坦化工程では、上記ウェ
ハ表面の絶縁膜4を一点鎖線32のように平坦化したい
のであるが、一般的にこの用途に多く用いられている発
泡ポリウレタン樹脂製の軟質な研磨パッド11Lを用い
た場合には、研磨速度にパターン依存性が存在するため
にこのようには平坦化されない。すなわち、図4に示す
ように、軟質な研磨パッド11Lを用いた場合、研磨パ
ッド表面形状は研磨荷重のために図中の実線30のよう
に変形する。寸法がμmオーダの微細パターンには荷重
が集中するため短時間で平坦化研磨されるものの、mmオ
ーダの大きな寸法のパターンには分布荷重となって加わ
るため、研磨速度は遅くなる。その結果、研磨後の断面
形状は、図中の波線34のようになり、以前として高低
差:dが残留したものとなってしまうのである。
In the step of flattening the semiconductor wafer, the insulating film 4 on the wafer surface is desired to be flattened as shown by a one-dot chain line 32. In general, a soft polyurethane foam resin, which is widely used for this purpose, is used. When the polishing pad 11L is used, the polishing rate is not planarized because the polishing rate has pattern dependency. That is, as shown in FIG. 4, when a soft polishing pad 11L is used, the polishing pad surface shape is deformed as shown by a solid line 30 in the figure due to a polishing load. A load concentrates on a fine pattern having a size on the order of μm, so that flattening and polishing is performed in a short time. However, a pattern having a large size on the order of mm is applied as a distributed load, and the polishing rate is reduced. As a result, the cross-sectional shape after polishing becomes as shown by the wavy line 34 in the figure, and the level difference: d remains as before.

【0014】平坦化機能を向上させるためには研磨パッ
ドをより硬質にすれば良いが、この場合には後述する加
工ダメージの問題と共に、ウェハ面内の加工むらの増大
という新たな問題を生じる。この硬質パッド使用時に生
じる加工むら増大の原因については、まだ学術的に解明
されていないが、研磨パッド表面上に供給された砥粒が
研磨パッド表面の微細構造部に捕捉されて被加工基板と
の間に入ってゆく確率が変動する、といった原因が考え
られている。
In order to improve the flattening function, the polishing pad may be made harder. In this case, however, there arises a problem of processing damage described later and a new problem of an increase in processing unevenness in a wafer surface. The cause of the increase in processing unevenness that occurs when using the hard pad is not yet scientifically elucidated, but the abrasive grains supplied on the polishing pad surface are captured by the fine structure on the polishing pad surface, and the processing target substrate and The cause is considered that the probability of entering between fluctuates.

【0015】半導体の配線工程の用途には±5%以下の
むらであることが求められ、現状、研磨パッドの硬さの
限界はヤング率:10kg/mm2 程度が上限となってい
る。そのため、メモリ素子のようにmmオーダからμmオ
ーダまでの大小さまざまなパターンが混在している半導
体素子では、十分な平坦化効果が期待できず、適用可能
な対象としては、あまり寸法の大きなパターンを含まな
い半導体製品、例えば論理LSIなどに限られている。
For use in the semiconductor wiring process, the unevenness is required to be ± 5% or less. At present, the upper limit of the hardness of the polishing pad is a Young's modulus of about 10 kg / mm 2 . For this reason, a semiconductor device having a large and small pattern from the order of mm to the order of μm, such as a memory device, cannot be expected to have a sufficient flattening effect. It is limited to semiconductor products that do not include, for example, logic LSIs.

【0016】遊離砥粒方式の平坦化技術における第2の
課題は、ランニングコスト高にある。これは遊離砥粒研
磨法における研磨スラリの利用効率の低さに起因してい
る。すなわち、研磨傷(スクラッチ)を発生しない超平
滑研磨のためにはコロイダルシリカなどの研磨スラリを
数100cc/分以上の割合で供給する必要があるが、そ
の大半は実際の加工に寄与することなく排除されてしま
う。半導体用の高純度スラリの価格は極めて高価であ
り、平坦化研磨プロセスコストの大半をこの研磨スラリ
が決めるため、その改善が強く要求されている。
A second problem in the flattening technique using the loose abrasive method is that the running cost is high. This is due to the low use efficiency of the polishing slurry in the free abrasive polishing method. That is, it is necessary to supply a polishing slurry such as colloidal silica at a rate of several hundred cc / min or more for ultra-smooth polishing without generating polishing scratches, but most of the polishing slurry does not contribute to actual processing. Will be eliminated. The price of high-purity slurries for semiconductors is extremely expensive, and the polishing slurries determine most of the cost of the flattening polishing process.

【0017】第3の課題である研磨パッドの寿命の短さ
は研磨パッド表面のドレッシング作業によってもたらさ
れるものであり、現状ではウェハ500枚程度毎に研磨
パッドを交換する必要がある。
The third problem, the short life of the polishing pad, is caused by dressing work on the surface of the polishing pad. At present, it is necessary to replace the polishing pad every about 500 wafers.

【0018】このような従来の遊離砥粒研磨による平坦
化の欠点を解消するものとして、固定砥粒研磨による平
坦化の概念がPCT/JP95/01814号に開示さ
れている。
As a solution to the above-mentioned drawback of flattening by loose abrasive polishing, the concept of flattening by fixed abrasive polishing is disclosed in PCT / JP95 / 01814.

【0019】この新しい平坦化技術は、図2に示した研
磨装置において、従来の研磨パッドの代わりに、硬度が
最適に制御された特殊な砥石20を用いることを特徴と
する。具体的には、砥石20の弾性率は5〜500kg/
mm2 と、従来一般的な砥石に比べ1/10から1/10
0の硬さであり、逆に、従来本発明の用途に用いられて
いる硬質発泡ポリウレタン製などの硬質研磨パッドの硬
さに比べれぱ、5倍から50倍の硬さである。
This new flattening technique is characterized in that a special grindstone 20 whose hardness is optimally controlled is used in place of the conventional polishing pad in the polishing apparatus shown in FIG. Specifically, the elastic modulus of the grindstone 20 is 5 to 500 kg /
and mm 2, from 1/10 compared to the conventional general grindstone 1/10
On the contrary, the hardness is 5 to 50 times as high as the hardness of a hard polishing pad made of a hard foamed polyurethane or the like conventionally used for the purpose of the present invention.

【0020】図5に上記技術で用いられる砥石の構造を
示す。砥粒21の種類としては、二酸化珪素,酸化セリ
ウム,酸化アルミナなどが好ましく、粒径は0.01〜
1μm程度のものがスクラッチを発生することなく良好
な加工能率を得ることができる。これら砥粒を結合する
ための樹脂22としては、フェノール系,ポリエステル
系などの高純度有機系樹脂が好ましいとされている。上
記砥粒を結合樹脂に混練後、適切な圧力を加えて固形化
し、必要に応じて加熱硬化などの処理を加える。上記製
法において結合樹脂の種類、および加圧圧力によってで
きあがる砥石の硬度を制御でき、本技術ではこれが5〜
500kg/mm2 となるようにしている。
FIG. 5 shows the structure of a grindstone used in the above technique. As the type of the abrasive grains 21, silicon dioxide, cerium oxide, alumina oxide, and the like are preferable, and the particle diameter is 0.01 to
With a thickness of about 1 μm, good working efficiency can be obtained without generating scratches. It is said that the resin 22 for binding these abrasive grains is preferably a high-purity organic resin such as a phenol-based or polyester-based resin. After kneading the abrasive grains with the binding resin, an appropriate pressure is applied to solidify, and if necessary, a treatment such as heat curing is applied. In the above-mentioned manufacturing method, the type of the binder resin, and the hardness of the grindstone formed by the applied pressure can be controlled.
It is set to be 500 kg / mm 2 .

【0021】粒径1μmの酸化セリウム砥粒を弾性率:
100kg/mm2 となるようにフェノール系またはポリエ
ステル系樹脂で結合して製作された砥石に純水を研磨液
として供給し、これを用いて厚さ1μmの二酸化珪素膜
を加工した場合、スクラッチの発生は皆無、かつパター
ン幅が10mmから0.5μm のすべての種類のパターン
に対して、加工速度:0.3±0.011μm/分以下、
という極めて良好な平坦化性能が得られている。上記ス
クラッチフリーの加工と良好な平坦化性能の両立は、弾
性率が最適化された砥石を用いた固定砥粒加工で初めて
成し得る効果であると考えられる。
Cerium oxide abrasive grains having a particle size of 1 μm
When pure water is supplied as a polishing liquid to a grindstone manufactured by bonding with a phenol or polyester resin so as to be 100 kg / mm 2, and a 1 μm-thick silicon dioxide film is processed using the polishing water, Processing speed: 0.3 ± 0.011 μm / min or less for all types of patterns with no occurrence and a pattern width of 10 mm to 0.5 μm
That is, an extremely good flattening performance is obtained. It is considered that the compatibility between the scratch-free processing and the excellent flattening performance is an effect that can be achieved for the first time by fixed abrasive processing using a grindstone having an optimized elastic modulus.

【0022】また、従来の遊離砥粒加工ではウェハ50
0枚程度が研磨パッドの寿命であったものが、上記技術
では砥石の厚みを数cmとすることができるので、砥石寿
命をウェハ加工15000枚程度にまで伸ばすことがで
きるとしている。これは、研磨パッドの交換頻度を1日
毎から1ケ月毎と1/30に低減できることを意味して
おり、量産現場では非常に大きなメリットとなるもので
ある。
In the conventional loose abrasive processing, the wafer 50
Although the life of the polishing pad is about 0, the thickness of the grindstone can be reduced to several centimeters in the above-mentioned technology, and the life of the grindstone can be extended to about 15,000 wafer processing. This means that the replacement frequency of the polishing pad can be reduced to 1/30 from every day to every one month, which is a great advantage in a mass production site.

【0023】これまで説明してきたように、砥石を研磨
工具とする平坦化技術は数多くのメリットを有するが、
これを量産ラインに適用しようとした場合、新たな問題
を生じることが判った。
As described above, the flattening technique using a grindstone as a polishing tool has many advantages.
It has been found that when this is applied to a mass production line, a new problem occurs.

【0024】従来技術における第1の課題は砥石表面の
平坦性維持の問題である。従来の遊離砥粒加工と同様、
上記の砥石を用いる平坦技術においてもウェハの研磨に
伴って砥石表面が目つぶれを生じるので、ときどき砥石
表面のドレッシング(目立て)が必要となる。従来、この
ドレッシング法としては、構造が簡略でありながら高い
目立て作用が得られる定圧荷重方式の引っ掻き加工が用
いられていた。
The first problem in the prior art is the problem of maintaining the flatness of the grinding wheel surface. Like conventional loose abrasive processing,
Even in the flattening technique using the above-mentioned grindstone, the grindstone surface is crushed as the wafer is polished, so that dressing of the grindstone surface is sometimes required. Heretofore, as this dressing method, a constant pressure load type scratching process which has a simple structure and a high dressing action has been used.

【0025】これは遊離砥粒加工で用いられる研磨パッ
ドのドレッシング法と同一であり、図6に示すように#
80から#400程度のダイヤモンド粒41を埋めこん
だコンデショニングリング42を、砥石20の表面に1
00〜300g/cm2 程度の平均面圧で荷重しながら5
〜30cm/s程度の相対速度で摺動させるものである。
This is the same as the dressing method of the polishing pad used in the loose abrasive processing, and as shown in FIG.
A conditioning ring 42 in which diamond grains 41 of about 80 to # 400 are embedded
5 while applying an average surface pressure of about 00 to 300 g / cm 2
It slides at a relative speed of about 30 cm / s.

【0026】これにより、ダイヤモンド粒41の刃先が
砥石表面をまんべんなく引っ掻き加工をするので、砥石
研磨面の目立てができる。ところが、砥石表面を従来と
同じようにドレスした場合、時々、砥石表面に数10μ
mの深さに達するクラック43を生じさせるケースがあ
り、このクラックの端部が引き金となって研磨加工中に
砥石端部が破壊され、最終的にμmオーダの大きなスク
ラッチ発生につながることが判った。
As a result, the edge of the diamond grain 41 scratches the surface of the grindstone evenly, so that the grindstone polished surface can be sharpened. However, when dressing the whetstone surface in the same manner as before, sometimes several tens of μm
In some cases, a crack 43 reaching a depth of m is generated, and the end of the crack is used as a trigger to break the end of the grindstone during the polishing process, eventually leading to the generation of a large scratch on the order of μm. Was.

【0027】上記現象の原因は、ダイヤモンド砥粒の大
きさが#80〜#400、すなわち粒径:300μmか
ら60μmと大きいことに起因しているものと推測され
る。ダイヤモンド粒径を小さくすればこの問題を解決で
きるが、この場合にはベースリング42へのダイヤモン
ド砥粒の固着が難しくなり、ドレス作業中にダイヤモン
ド粒が剥離して砥石表面に埋めこまれ、これがスクラッ
チ発生の原因となってしまうのである。
It is presumed that the above-mentioned phenomenon is caused by the fact that the size of the diamond abrasive grains is as large as # 80 to # 400, that is, as large as 300 to 60 μm. This problem can be solved by reducing the diamond grain size, but in this case, it becomes difficult to fix the diamond abrasive grains to the base ring 42, and during the dressing operation, the diamond grains are peeled off and embedded in the grindstone surface. This causes scratching.

【0028】従来技術における第2の課題は砥石表面の
平坦度の劣化の問題である。従来のドレス法はダイヤモ
ンド砥粒を一定荷重で砥石表面に圧入しながら引っ掻き
加工を行う原理に基づいており、砥石面の高さや傾き姿
勢の変化によらず常に一定の荷重をコンデショニングリ
ングに与える必要がある。そのため、一般的には図6に
示すようにエアーシリンダ等による荷重をジンバル支点
44を介してコンデショニングリング42に与える。そ
のため、砥石面の硬さにばらつきがあったり、コンデシ
ョニングリングの回転数が設定値からずれた場合には砥
石半径方向のドレス量分布が不均一となり、結果として
砥石表面の形状は浅いすりばち状になったり、逆の富士
山状になったりしてしまう。このように砥石表面の平坦
度が悪くなると、加工されるウェハ面には加工むらが発
生し、重大な欠陥となる。
A second problem in the prior art is the problem of deterioration of the flatness of the grinding wheel surface. The conventional dressing method is based on the principle of scratching while pressing diamond abrasive grains into the grinding wheel surface with a constant load, and always applies a constant load to the conditioning ring regardless of changes in the height or inclination posture of the grinding wheel surface There is a need. Therefore, generally, as shown in FIG. 6, a load from an air cylinder or the like is applied to the conditioning ring 42 via the gimbal fulcrum 44. Therefore, if the hardness of the grindstone surface varies, or if the number of rotations of the conditioning ring deviates from the set value, the dress amount distribution in the grindstone radial direction becomes non-uniform, and as a result, the shape of the grindstone surface becomes a shallow beveled shape. Or the shape of Mt. Fuji. When the flatness of the whetstone surface is deteriorated in this way, processing unevenness occurs on the wafer surface to be processed, which becomes a serious defect.

【0029】上記問題を解決するものとして図7に示さ
れる定寸ドレスが提案されている。粒度#50〜#20
0程度の多数のダイヤモンド粒が先着加工で固着された
直径50mmの小径カップ型砥石101は、スピンドルモ
ータ102に駆動されて10000rpm で高速回転し、
10rpm 程度の速度で回転するウェハ研磨用砥石20の
研磨面をドレッシングする。上記高速回転により小径カ
ップ型砥石101の周速度はおよそ20m/sに達し、
十分に小さな粗さで砥石面をドレッシングできる。この
場合の小径カップ型砥石101の切り込み量はμmオー
ダであり、典型的には1μmである。
A fixed size dress shown in FIG. 7 has been proposed to solve the above problem. Particle size # 50 to # 20
A small-diameter cup-shaped grindstone 101 having a diameter of 50 mm to which a large number of diamond grains of about 0 are fixed by first-come-first processing is driven by a spindle motor 102 and rotates at a high speed of 10,000 rpm.
The polished surface of the wafer polishing grindstone 20 rotating at a speed of about 10 rpm is dressed. Due to the high-speed rotation, the peripheral speed of the small-diameter cup-type grindstone 101 reaches approximately 20 m / s,
The grinding wheel surface can be dressed with sufficiently small roughness. In this case, the cut amount of the small-diameter cup-shaped grindstone 101 is on the order of μm, and is typically 1 μm.

【0030】スピンドルモータ102はZ移動台103
に設けられており、Z駆動系104に駆動されて図中Z
軸方向に移動可能である。さらにこのZ移動台103
は、X駆動系106によりX軸方向に移動されるX移動
台105上でX軸方向の運動を規制されているので、X
移動台の動きによって小径カップ型砥石101は切り込
み量を保ったまま砥石半径方向に直線運動する。この動
きによって砥石20の上面は正確な平面に研削される。
他方、小径カップ型砥石101の切り込み量はZ移動台
103の位置決め座標で決定され、制御系107の指示
によって与えられる。
The spindle motor 102 is a Z moving table 103
And is driven by a Z drive system 104 to
It is movable in the axial direction. Further, this Z moving table 103
Is restricted in the X-axis direction on the X-movement table 105 moved in the X-axis direction by the X drive system 106.
Due to the movement of the moving table, the small-diameter cup-type grindstone 101 linearly moves in the grindstone radial direction while maintaining the cutting amount. By this movement, the upper surface of the grindstone 20 is ground to an accurate plane.
On the other hand, the cut amount of the small-diameter cup-shaped grindstone 101 is determined by the positioning coordinates of the Z movable table 103 and given by an instruction of the control system 107.

【0031】上記構成からなるドレッシング系は次のよ
うに動作する。まず、ウェハ研磨に先立って、ドレッシ
ング作業の開始指示が与えられると研磨砥石20を回転
を始め、同時に制御装置107は、小径カップ型砥石1
01が砥石表面に接触するまでZ駆動系に切り込み方向
への移動指示を与える。なおこの接触状態を検出する要
素(図示せず)は接触式のセンサ,光学式等の非接触セ
ンサ等、何でも良く、スピンドルモータ102は回転し
ている方が望ましい。
The dressing system having the above configuration operates as follows. First, prior to wafer polishing, when an instruction to start a dressing operation is given, the polishing grindstone 20 starts rotating, and at the same time, the control device 107 sets the small-diameter cup-shaped grindstone 1
Until 01 comes in contact with the grindstone surface, the Z drive system is instructed to move in the cutting direction. The element (not shown) for detecting the contact state may be any element such as a contact-type sensor or a non-contact sensor such as an optical type, and it is desirable that the spindle motor 102 is rotating.

【0032】さて、両者の接触が確認されると、制御装
置107は1μmの切り込み指示を与え、同時にX軸駆
動系106に10mm/s程度の速度で連続移動するよう
に指示を与える。X移動台105は砥石20の半径分の
距離を往復運動し、小径カップ型砥石101が砥石全面
を1μmだけ研削除去する。
When the contact between the two is confirmed, the control unit 107 gives a cutting instruction of 1 μm, and at the same time gives an instruction to the X-axis driving system 106 to continuously move at a speed of about 10 mm / s. The X moving table 105 reciprocates a distance corresponding to the radius of the grindstone 20, and the small-diameter cup-shaped grindstone 101 grinds and removes the entire grindstone by 1 μm.

【0033】これによって砥石表面はドレッシングされ
るわけであるが、X移動台の往復回数と移動速度,切り
込み量、および砥石20の回転速度は砥石の種類に合わ
せて最適な条件に設定される。このドレッシング作業
中、研削のための加工液としては純水を供給することが
望ましく、さらには砥石表面上に残留するその廃液と切
り粉は真空吸引によって除去することが望ましい。
Thus, the surface of the grinding wheel is dressed. The number of reciprocations and the moving speed of the X moving table, the cutting depth, and the rotation speed of the grinding wheel 20 are set to optimal conditions in accordance with the type of the grinding wheel. During this dressing operation, it is desirable to supply pure water as a working fluid for grinding, and it is desirable to remove the waste fluid and chips remaining on the surface of the grinding wheel by vacuum suction.

【0034】他の作動法として、ウェハの平坦化研磨と
同時にドレッシングする方法がある。この作動法の中に
はさらに、1枚のウェハの加工中に上記作動を一度だけ
併行して行うものと、加工中にも連続的に切り込み量を
増加させながらドレッシングを常時行うモードがある。
砥石の種類によって低速ドレスが必要なものは後者のモ
ードが望ましい。
As another operation method, there is a method of performing dressing simultaneously with flattening and polishing of a wafer. The operation method further includes a method in which the above operation is performed only once during the processing of one wafer and a mode in which the dressing is constantly performed while continuously increasing the cutting amount during the processing.
The latter mode is desirable for those requiring low-speed dressing depending on the type of grinding stone.

【0035】しかしながら、上記の定寸ドレス方式にお
いて、粒度#50〜#200程度の多数のダイヤ粒を電
着加工でベースに固着した従来のドレス工具を用いる場
合、重大な問題を生じていた。すなわち上記に示す従来
の定寸ドレス工具では、強制的に硬い研磨工具に切り込
むためにダイヤモンド粒が崩壊して脱落し易く、脱落し
たダイヤモンドによって被研磨材の表面が傷つき歩留り
が低下するという問題がある。また、目立て中に刃先が
最も高く取り付けられたダイヤ粒が脱落すると、切り込
み深さが変化してしまう欠点があった。
However, in the above-mentioned fixed-size dressing system, when using a conventional dressing tool in which a large number of diamond grains having a grain size of about # 50 to # 200 are fixed to a base by electrodeposition, a serious problem has occurred. That is, in the conventional fixed-size dressing tool described above, the diamond grains are liable to fall off due to forced cutting into the hard polishing tool, and the dropped diamond damages the surface of the material to be polished and reduces the yield. is there. Further, when diamond grains having the highest cutting edge attached fall during sharpening, the cutting depth changes.

【0036】[0036]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
定寸ドレスを長期間に渡って安定に維持できる平坦化方
法とその為の加工装置を提供する事にある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a flattening method capable of maintaining the above-mentioned fixed size dress stably for a long period of time and a processing apparatus therefor.

【0037】[0037]

【課題を解決するための手段】上記目的は、ドレス工具
の刃先部が交換可能で、さらにその刃先高さがを調正可
能とすることにより達成できる。
The above object can be attained by changing the cutting edge of the dressing tool and adjusting the height of the cutting edge.

【0038】[0038]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図8を用いて詳細に説明する。ドレッシングの目立て
部200に小型スロウアウエーチップ201をネジ20
2で取り付ける。この為、刃先の交換作業は容易に行え
る。なる。また、この小型スロウアウエーチップは回転
時のダイナミックバランスを良くする為に複数個設ける
事が望ましく、20個以下が良い。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to FIG. A small throw-away tip 201 is screwed into the dressing
Attach with 2. For this reason, the replacement work of the cutting edge can be easily performed. Become. Further, it is desirable to provide a plurality of such small throw-away chips in order to improve the dynamic balance at the time of rotation, and it is preferable to provide 20 or less.

【0039】さらに、この小型スロウアウエーチップは
ネジ202により高さの調節ができるので、定寸ドレス
において切り込み位置の変化を防げ長期間に渡って安定
なドレスを行う事が出来る。
Further, since the height of the small throw-away tip can be adjusted by the screw 202, a change in the cutting position in a fixed size dress can be prevented, and a stable dress can be performed for a long period of time.

【0040】産業上の利用可能性:本発明は、半導体素
子をはじめ液晶表示素子やマイクロマシン,磁気ディス
ク基板,光ディスク基板及びフレネルレンズ等の微細な
表面構造を有する光学素子の製造に適用することができ
る。
Industrial applicability: The present invention can be applied to the production of optical elements having a fine surface structure such as semiconductor elements, liquid crystal display elements, micromachines, magnetic disk substrates, optical disk substrates, and Fresnel lenses. it can.

【0041】[0041]

【発明の効果】ドレッシング工具の目立て部を小型スロ
ウアウエーチップにすることにより、メンテナンス時の
交換作業が容易になる。さらに、スロウアウエーチップ
が大きい為、ドレッシング工具と固定し易い。この為ス
ロウアウエーチップの脱落を防ぐことができクラッチが
発生し難くなる。半導体ウェハ等の被研磨材の表面を傷
つける事なく研磨する事ができ、製品の歩留りを向上さ
せることができる。
According to the present invention, the dressing tool can be easily replaced during maintenance by making the sharpening portion of the dressing tool a small throw-away tip. Further, since the lower outer tip is large, it is easy to fix it to the dressing tool. For this reason, the fall-away tip can be prevented from falling off, and the clutch is less likely to occur. Polishing can be performed without damaging the surface of a material to be polished such as a semiconductor wafer, and the yield of products can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】ウェハ表面の各平坦化工程を説明する側断面
図。
FIG. 1 is a side cross-sectional view illustrating each flattening step of a wafer surface.

【図2】化学機械研磨法を説明する図。FIG. 2 illustrates a chemical mechanical polishing method.

【図3】(a)及び(b)は半導体メモリ素子の平面図
と断面図。
3A and 3B are a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor memory device.

【図4】軟質な研磨パッドを用いて加工した場合の間題
点を説明する断面図。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a problem when processing is performed using a soft polishing pad.

【図5】固定砥粒加工法で用いる砥石の構成を説明する
拡大平面図。
FIG. 5 is an enlarged plan view illustrating a configuration of a grindstone used in a fixed abrasive processing method.

【図6】固定砥粒加工法における従来のドレッシング法
を説明する図。
FIG. 6 is a view for explaining a conventional dressing method in a fixed abrasive processing method.

【図7】本発明を実施するに適した定寸ドレス法を説明
する図。
FIG. 7 is a view for explaining a fixed-size dressing method suitable for carrying out the present invention.

【図8】本発明の実施例の構造を示す図。FIG. 8 is a diagram showing the structure of an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウェハ基板、2…絶縁膜、3…配線層、4…絶縁
層、5…金属アルミ層、6…ホトレジスト層、7…ステ
ッパ、8…ホトレジスト上の凹凸部、9…平坦化するレ
ベル、11…研磨パッド、12…定盤、13…押さえパ
ッド、14…ウェハホルダ、15…研磨スラリ、16…
メモリマット部、17…周辺回路部、20…砥石、21
…砥粒、22…樹脂、41…ダイヤモンド粒、42…コ
ンデショニングリング、43…クラック、44…ジンバ
ル支点、51…第一の砥石定盤、52…第二の砥石定
盤、53…ローダカセット、54…ハンドリングロボッ
ト、55…被加工ウェハ、56…直動キャリア、57…
ロードリング、58…研磨アームA、59…ウェハ研磨
ホルダ、60…回転ブラシ、61…アンロードカセッ
ト、62…研磨アームB、101…小径ダイヤモンド砥
石、102…スピンドルモータ、103…Z移動台、1
05…X移動台、107…制御装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wafer board, 2 ... Insulating film, 3 ... Wiring layer, 4 ... Insulating layer, 5 ... Metal aluminum layer, 6 ... Photoresist layer, 7 ... Stepper, 8 ... Irregularities on photoresist, 9 ... Level to flatten, 11: polishing pad, 12: platen, 13: holding pad, 14: wafer holder, 15: polishing slurry, 16:
Memory mat part, 17 ... peripheral circuit part, 20 ... whetstone, 21
... Abrasive grains, 22 ... Resin, 41 ... Diamond grains, 42 ... Conditioning ring, 43 ... Crack, 44 ... Gimbal fulcrum, 51 ... First grindstone platen, 52 ... Second grindstone platen, 53 ... Loader cassette , 54: Handling robot, 55: Wafer to be processed, 56: Linear carrier, 57:
Load ring, 58: Polishing arm A, 59: Wafer polishing holder, 60: Rotating brush, 61: Unload cassette, 62: Polishing arm B, 101: Small diameter diamond grindstone, 102: Spindle motor, 103: Z moving table, 1
05: X movable table, 107: control device.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 幸夫 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 宝槻 正博 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 稲吉 健治 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 梶原 誠 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 大月 繁夫 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 戸川 賢一 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 Fターム(参考) 3C058 AA04 AA07 AA09 AA15 AA19 CB10 DA17  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yukio Suzuki 882-mo, Oji-shi, Hitachinaka-shi, Ibaraki Co., Ltd.Measurement Division, Hitachi, Ltd. Hitachi, Ltd.Measurement Instruments Division (72) Inventor Kenji Inayoshi, Ibaraki Prefecture, Hitachinaka City, Oji-city 882 Co., Ltd. Hitachi, Ltd.Measuring Instruments Division (72) Inventor Shigeo Otsuki 882, Oji-shi, Oaza, Hitachinaka-shi, Ibaraki Co., Ltd. 3C058 AA04 AA07 AA09 AA15 AA19 CB10 DA17

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】凹凸パターンが形成されている半導体基板
の表面上に薄膜を形成する工程と、該半導体基板の該薄
膜が形成されている面を研磨工具表面上に押しつけて相
対運動させながら該凹凸パターンを平坦化する工程と、
該研磨工具の研磨面をドレッシングする工程を含む半導
体製造方法において、上記研磨工具のドレッシング工程
で用いるドレス工具の刃部が交換可能であることを特徴
とする半導体の研磨方法。
A step of forming a thin film on a surface of a semiconductor substrate on which an uneven pattern is formed; and a step of pressing a surface of the semiconductor substrate on which the thin film is formed on a polishing tool surface to cause relative movement. Flattening the uneven pattern;
A semiconductor manufacturing method including a step of dressing a polished surface of the polishing tool, wherein a blade portion of a dress tool used in the dressing step of the polishing tool is replaceable.
【請求項2】上記ドレス工具の刃部の数は多くとも20
個以下であることを特徴とする請求項1記載の半導体の
製造方法。
2. The dressing tool according to claim 1, wherein the number of blades is at most 20.
2. The method for manufacturing a semiconductor according to claim 1, wherein the number is not more than the number.
【請求項3】上記ドレス工具の各刃部が単石ダイヤモン
ドであることを特徴とする請求項2記載の半導体の製造
方法。
3. The method according to claim 2, wherein each of the blades of the dressing tool is a single stone diamond.
【請求項4】上記ドレス工具の各刃部がセラミック製、
またはスローアウェイ工具片であることを特徴とする請
求項2記載の半導体の製造方法。
4. Each of the blade portions of the dressing tool is made of ceramic;
3. The method for manufacturing a semiconductor according to claim 2, wherein the method is a throw-away tool piece.
【請求項5】上記ドレス工具は各刃部の切れ刃高さを調
正可能となす機能を備えた事を特徴とする請求項2記載
の半導体の製造方法。
5. The method according to claim 2, wherein the dressing tool has a function of adjusting a cutting edge height of each blade portion.
【請求項6】上記研磨工具が固定砥粒砥石であることを
特徴とする請求項5記載の半導体の製造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the polishing tool is a fixed abrasive wheel.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103760814A (en) * 2014-01-29 2014-04-30 南京航空航天大学 Multi-kind and small-quantity part production process capability index determining method based on features

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