JP2000202759A - 半導体ウエハの研磨方法および研磨装置 - Google Patents

半導体ウエハの研磨方法および研磨装置

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JP2000202759A
JP2000202759A JP588799A JP588799A JP2000202759A JP 2000202759 A JP2000202759 A JP 2000202759A JP 588799 A JP588799 A JP 588799A JP 588799 A JP588799 A JP 588799A JP 2000202759 A JP2000202759 A JP 2000202759A
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JP
Japan
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semiconductor wafer
polishing
polishing pad
holder
pressure
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JP588799A
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English (en)
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Kyo Otsuka
巨 大塚
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハの全面を均一に研磨できる半導
体ウエハの研磨方法と研磨装置とを提供する。 【解決手段】 図1(a)に示すように、半導体ウエハ
2を保持具3にセットする。図1(b)に示すように、
半導体ウエハ2を研磨パッド1に接触させる。図1
(c)に示すように、半導体ウエハ2の反り量に応じて
加圧面内の加圧力を可変して半導体ウエハ2と研磨パッ
ド1とを均一に接触させて研磨する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの研
磨方法およびこれに使用する研磨装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】半導体ウエハは、製造工程における配線
工程において発生する表面の配線段差を平坦化するため
に、その表面を研磨する必要がある。
【0003】図4は、従来の半導体ウエハの研磨装置を
用いた研磨工程を示す。
【0004】半導体ウエハの研磨装置は、研磨パッドを
載置した回転台と、半導体ウエハを保持する保持具とか
らなり、回転台と保持具とはそれぞれ回転自在に構成さ
れている。
【0005】図4(a)に示すように、表面に微細加工
が施され凹凸が形成された半導体ウエハ2が、回転台4
に載置された研磨パッド1と対向するように保持具3に
セットされると、水平面に対する半導体ウエハ2の反り
が測定される。
【0006】測定が終了すると、図4(b)に示すよう
に、研磨パッド1と半導体ウエハ2との間隔を所定の間
隔とする。このとき半導体ウエハ2の回転軸Aと研磨パ
ッド1の回転軸Bとを水平移動してずらし、研磨パッド
1と半導体ウエハ2の間に半導体ウエハ2と化学反応を
起こすスラリー状の研磨剤5を供給しながら、半導体ウ
エハ2を保持した保持具3を矢印C方向に、研磨パッド
1を載置した回転台4を矢印D方向にそれぞれ回転させ
る。
【0007】そして、図4(c)に示すように、保持具
3を垂直下向きに移動して半導体ウエハ2を研磨パッド
1に接触させて垂直下向き方向に加圧すると、半導体ウ
エハ2の研磨パッド1との対向面が研磨される。この時
の加圧力P3は、予め測定した半導体ウエハ2の反り量
に応じて決定される。
【0008】上記のような半導体ウエハ2の研磨方法の
CMP(Chemical Mechanical Polishing)では、研
磨レート・均一性の決定要素として、研磨パッド1と半
導体ウエハ2との相対速度と半導体ウエハ2を加圧する
圧力とが挙げられる。
【0009】すなわち、オフセット及び揺動させながら
半導体ウエハ2を研磨するに際し、半導体ウエハ2と研
磨パッド1とは上述のように互いに反対方向に回転して
いるため、半導体ウエハ2を研磨パッド1に押圧する
と、その相対速度差により半導体ウエハ2の研磨パッド
と対向する面が研磨される。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、半導体
ウエハ2を研磨パッド1で覆いつくされた上記の従来の
方法では、図4(a)に示す工程において、半導体ウエ
ハ2を保持具3にセットしたときに半導体ウエハ2に反
りが生じ、半導体ウエハ2の中心部は研磨パッド1の側
に凹になり、周辺部では研磨パッド1の側に凸となって
いる。
【0011】図4(c)に示す工程では、半導体ウエハ
2を研磨パッド1と接触させて加圧力P3で押圧しなが
ら研磨を行なう。その際、半導体ウエハ2の周辺部は研
磨パッド1と接触しているため加圧力P3で押圧されな
がら研磨されるが、中心部では研磨パッド1との間に隙
間が生じているため、その加圧力はP3よりも小さくな
る。従って、半導体ウエハ2と研磨パッド1とを均一に
接触させて研磨することができず、半導体ウエハ2の全
面を精密な研磨精度で研磨することができないという問
題がある。
【0012】本発明は、前記問題点を解決し、半導体ウ
エハ2の全面を均一に研磨できる半導体ウエハの研磨方
法と研磨装置とを提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体ウエハの
半導体研磨方法は、半導体ウエハと研磨パッドとを均一
に接触させて研磨することを特徴とする。
【0014】この本発明によると、半導体ウエハの全面
を均一に研磨でき、精密な研磨精度が得られる。
【0015】また、本発明の半導体ウエハの研磨装置
は、半導体ウエハの加圧手段と制御手段とを設けたこと
を特徴とする。
【0016】この本発明によると、半導体ウエハの精密
な研磨が容易に実現できる。
【0017】
【発明の実施の形態】請求項1記載の半導体ウエハの研
磨方法は、半導体ウエハを保持具にセットして前記半導
体ウエハを研磨パッドに接触させ、半導体ウエハの面を
研磨するに際し、半導体ウエハの反り量に応じて加圧面
内の加圧力を可変して半導体ウエハと研磨パッドとを均
一に接触させて研磨することを特徴とする。
【0018】この構成によると、半導体ウエハの全面を
均一に研磨でき、精密な研磨精度を得ることができる。
【0019】請求項2記載の半導体ウエハの研磨方法
は、請求項1において、保持具の半導体ウエハと対向す
る底面部分を可撓性のある材料にて形成し、保持具内へ
流体を送り込み、前記流体にて底面部分にかかる加圧力
を可変して半導体ウエハと研磨パッドとを均一に接触さ
せて研磨することを特徴とする。
【0020】この構成によると、半導体ウエハを保持具
にセットした際に生じる反りに対し、研磨パッドの側に
凸になった部分に対しては圧力を低く、凹になった部分
には圧力を高くなるような圧力制御を容易に実現でき
る。
【0021】請求項3記載の半導体ウエハの研磨方法
は、請求項1において、保持具の半導体ウエハと対向す
る底面部分を可撓性のある材料にて形成し、前記保持部
の底面部分に複数の圧電素子を設け、前記圧電素子のそ
れぞれに電圧をかけてその厚み方向に変化させ、保持具
の底面部分にかかる加圧力を可変して半導体ウエハと研
磨パッドとを均一に接触させることを特徴とする。
【0022】この構成によっても、上記と同様の効果が
得られる。
【0023】請求項4記載の半導体ウエハの研磨装置
は、研磨パッドを載置し回転自在に構成された回転台
と、半導体ウエハを保持し回転自在に構成された保持具
と、前記保持具の内部に設けられ保持した半導体ウエハ
を加圧する加圧手段と、半導体ウエハの反り量に応じて
前記加圧手段の圧力を可変する圧力制御手段とを設けた
ことを特徴とする。
【0024】この構成によると、制御性に優れ、再現性
の良い半導体ウエハの研磨が実現できる。
【0025】請求項5記載の半導体ウエハの研磨装置
は、請求項4において、加圧手段を、保持具内へ送り込
まれた流体または保持具の底面部分に複数設けられた圧
電素子にて半導体ウエハを加圧するように構成したこと
を特徴とする。
【0026】以下、本発明の実施の形態を図1〜図3を
用いて説明する。
【0027】なお、上記従来例を示す図4と同様をなす
ものについては、同一の符号を付けて説明する。
【0028】(実施の形態)図1は、本発明の(実施の
形態)の半導体ウエハの研磨方法を示し、図2と図3は
その具体例を示す。
【0029】この(実施の形態)では、従来の半導体ウ
エハの研磨方法よりも研磨精度を向上させるために、研
磨装置に半導体ウエハの加圧手段とこれを制御する圧力
制御手段を設けた点で異なるが、それ以外の基本的な構
成は上記従来例を示す図4とほぼ同様である。
【0030】詳細には、図1(a),(b)に示すよう
に、上記従来例を示す図4(a),(b)と同様にして
半導体ウエハ2を保持具3にセットし、半導体ウエハ2
と研磨パッド1とを対向させ両者を互いに回転させる。
【0031】図1(c)に示す工程では、半導体ウエハ
2を研磨パッド1に対して垂直方向下向きに加圧して研
磨するが、上記従来例を示す図4(c)とは異なり、保
持具3の内部に加圧手段とこれを制御する圧力制御手段
とを設け、保持具3の底面部3aにかかる圧力Pを半導
体ウエハ2の反り量に応じて可変にし、半導体ウエハ2
と研磨パッド1とを均一に接触させて研磨する。
【0032】すなわち、研磨パッド1に対して凹になっ
た半導体ウエハ2の中央部は、周辺部に較べて高い圧力
にて加圧し、研磨パッド1に対して凸になった半導体ウ
エハ2の周辺部は、中央部よりも低い圧力にて加圧する
ように、圧力制御手段にて圧力Pを調整する。
【0033】このように、保持具3にセットされた半導
体ウエハ2の反り、すなわち研磨パット1に対する凹凸
の状態に併せて加圧状態を制御することで、半導体ウエ
ハ2の全面が研磨パッド1と接触するようになり、精度
のよい研磨が実現できる。
【0034】加圧手段と底面部3aにかかる圧力Pを調
整する圧力調整手段としては、例えば図2に示すように
構成された研磨装置が用いられる。
【0035】保持具3の半導体ウエハ2と対向する底面
部分3aは、可撓性のある材料にて形成されている。ま
た、保持具3の内部は、底面部3aの側に凸形状に撓ん
だ可撓性のある仕切りにて2つの部屋に区別されてお
り、仕切りよりも上部にあり底面部3aの中央部を加圧
するように構成された部屋11と、仕切りよりも下部に
あり底面部3aの外周部を加圧するように構成された部
屋12とが設けられている。
【0036】部屋11には、加圧手段として流体入口6
aから圧力P1を有する流体7aが供給され、部屋12
には、加圧手段として流体入口6bから前記圧力P1よ
りも低い圧力P2を有する流体7bが供給される。
【0037】そして、半導体ウエハ1の研磨パッド1の
側に凹となっている部分は圧力P1を有する液体7aに
て加圧され、研磨パッド1の側に凸になっている部分は
前記圧力P1よりも低い圧力P2を有する液体7bにて
加圧しながら半導体ウエハ2を研磨パッド1に押圧する
ことにより研磨が行なわれる。
【0038】このようにそれぞれ異なった圧力を有する
流体を保持具3の内部に送り込み、底面部分3aにかか
る加圧力を可変して半導体ウエハ2と研磨パッド1とを
均一に接触させて研磨することで、研磨精度の良い半導
体ウエハが得られる。
【0039】なお、上記図2では、加圧手段として圧力
の異なる2種類の流体7a,7bを用いたが、本発明は
これに限定されるものではなく、2種類以上の流体を用
いて圧力調整を行なっても良い。
【0040】また、保持具3の底面部分3aを加圧する
流体としては、特に限定されるものではなく、例えば、
水などの液体や、エアなどの高圧ガスなどが使用でき
る。
【0041】保持部3の底面部3aにかかる圧力Pの調
整は、例えば図3に示すように構成された研磨装置を用
いることによっても実現できる。
【0042】保持具3の半導体ウエハ2と対向する底面
部分3aを可撓性のある材料にて形成する。
【0043】保持具3の内部には、前記底面部分3aと
対向する位置に複数の圧電素子8を設け、このそれぞれ
の圧電素子8には配線10を介してドライバ9を接続す
る。
【0044】半導体ウエハ2の反り量に応じて制御した
電圧が圧電素子8にかかると、圧電素子8はその厚み方
向に変化し、その変位差によって保持具3の底面部分3
aにかかる加圧力が可変される。
【0045】このような研磨装置を使用しても、半導体
ウエハ2と研磨パッド1とを均一に接触させながら研磨
することができ、半導体ウエハ2の全面に加圧がかかる
ように制御することができるため、均一で精度の良い研
磨が実現できる。
【0046】なお、上記(実施の形態)では、半導体ウ
エハ2を加圧するに際し、半導体ウエハ2を研磨パッド
1に対して垂直方向下向きに加圧して研磨するとした
が、本発明はこれに限定されるものではなく、研磨パッ
ド1の側から半導体ウエハ2の面を加圧してもよいし、
あるいは両方の側から半導体ウエハ2を加圧しても良
い。
【0047】また、研磨パッド1と半導体ウエハ2との
間にスラリー状の研磨剤5を供給しながら互いに回転さ
せ、研磨パッド1の揺動運動を開始させてから研磨パッ
ド1を半導体ウエハ2に加圧させるとしたが、このタイ
ミングは同時でもよい。
【0048】
【発明の効果】以上のように、本発明の半導体ウエハの
研磨方法によれば、半導体ウエハの反り量に応じて加圧
面内の加圧力を可変して半導体ウエハと研磨パッドとを
均一に接触させて研磨することで、半導体ウエハの全面
を均一に研磨することができる。
【0049】また、本発明の半導体ウエハの研磨装置に
よれば、保持具の内部に半導体ウエハの加圧手段とその
圧力制御手段とを設けることで、制御性に優れ、再現性
の良い半導体ウエハの研磨が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(実施の形態)における研磨工程とこれに使用
する研磨装置の断面図
【図2】(実施の形態)における研磨装置の具体例を示
す断面図
【図3】(実施の形態)における別の研磨装置の具体例
を示す断面図
【図4】従来の半導体ウエハの研磨工程とこれに使用す
る研磨装置の断面図
【符号の説明】
1 研磨パッド 2 半導体ウエハ 3 保持具 4 回転台 5 研磨剤 7a,7b 液体 8 圧電素子 9 ドライバ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体ウエハを保持具にセットして前記半
    導体ウエハを研磨パッドに接触させ、半導体ウエハの面
    を研磨するに際し、 半導体ウエハの反り量に応じて加圧面内の加圧力を可変
    して半導体ウエハと研磨パッドとを均一に接触させて研
    磨する半導体ウエハの研磨方法。
  2. 【請求項2】保持具の半導体ウエハと対向する底面部分
    を可撓性のある材料にて形成し、保持具内へ流体を送り
    込み、前記流体にて底面部分にかかる加圧力を可変して
    半導体ウエハと研磨パッドとを均一に接触させて研磨す
    る請求項1記載の半導体ウエハの研磨方法。
  3. 【請求項3】保持具の半導体ウエハと対向する底面部分
    を可撓性のある材料にて形成し、前記保持部の底面部分
    に複数の圧電素子を設け、前記圧電素子のそれぞれに電
    圧をかけてその厚み方向に変化させ、保持具の底面部分
    にかかる加圧力を可変して半導体ウエハと研磨パッドと
    を均一に接触させる請求項1記載の半導体ウエハの研磨
    方法。
  4. 【請求項4】研磨パッドを載置し回転自在に構成された
    回転台と、 半導体ウエハを保持し回転自在に構成された保持具と、 前記保持具の内部に設けられ保持した半導体ウエハを加
    圧する加圧手段と、 半導体ウエハの反り量に応じて前記加圧手段の圧力を可
    変する圧力制御手段とを設けた半導体ウエハの研磨装
    置。
  5. 【請求項5】加圧手段を、保持具内へ送り込まれた流体
    または保持具の底面部分に複数設けられた圧電素子にて
    半導体ウエハを加圧するように構成した請求項4記載の
    半導体ウエハの研磨装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009131950A (ja) * 2007-11-08 2009-06-18 Noritake Co Ltd スラブ研削方法およびスラブ研削装置の制御装置
JP2011151151A (ja) * 2010-01-20 2011-08-04 Showa Denko Kk 半導体ウェーハの製造方法
TWI790659B (zh) * 2020-06-24 2023-01-21 美商應用材料股份有限公司 具有壓電壓力控制的拋光承載頭

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