JP2002246346A - 化学機械研磨装置 - Google Patents
化学機械研磨装置Info
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Landscapes
- 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１６を研磨する化学機械研磨装置におい
て、ウェハ１６の初期的な反りや変形を保ちウェハ表面
の状態を加味し研磨パッドを部分的に圧力を与えウェハ
面内を均一に研磨する。 【解決手段】初期的な変形や反り量を一定に保ちながら
ウェハ１６をウェハホルダ１で保持し、ウェハ表面の凹
凸などの表面状態に応じて、研磨パッド３を部分的に押
すチュ−ブ４を備え、これらチュ−ブ４の加圧力を制御
し、ウェハ面内を均一に研磨する。
て、ウェハ１６の初期的な反りや変形を保ちウェハ表面
の状態を加味し研磨パッドを部分的に圧力を与えウェハ
面内を均一に研磨する。 【解決手段】初期的な変形や反り量を一定に保ちながら
ウェハ１６をウェハホルダ１で保持し、ウェハ表面の凹
凸などの表面状態に応じて、研磨パッド３を部分的に押
すチュ−ブ４を備え、これらチュ−ブ４の加圧力を制御
し、ウェハ面内を均一に研磨する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハの一
主面に形成される絶縁膜、配線膜および半導体膜におけ
る凹凸を研磨し平坦化する化学機械研磨装置に関する。
主面に形成される絶縁膜、配線膜および半導体膜におけ
る凹凸を研磨し平坦化する化学機械研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体集積回路の集積化に伴い半
導体ウェハ（以下単にウェハと呼ぶ）の面に多層に絶縁
層や配線層を繰り返して積層するに至った。しかし、こ
れら絶縁層や配線層を積層する毎にその表面に凹凸が生
じ、露光装置のもつ焦点深度では、この凹凸をカバ−し
きれないという問題があった。この問題を解消する方法
として化学機械研磨方法による平坦化が一般的に用いら
れていた。
導体ウェハ（以下単にウェハと呼ぶ）の面に多層に絶縁
層や配線層を繰り返して積層するに至った。しかし、こ
れら絶縁層や配線層を積層する毎にその表面に凹凸が生
じ、露光装置のもつ焦点深度では、この凹凸をカバ−し
きれないという問題があった。この問題を解消する方法
として化学機械研磨方法による平坦化が一般的に用いら
れていた。
【０００３】この化学機械研磨装置は、研磨パッドを貼
り付けた定盤を備え、ウェハを保持したウェハホルダ
で、定盤の研磨パッドにウェハを接触させ、ウェハホル
ダの中心からガスを供給しウェハの裏面を一定のガス圧
で加圧し、研磨液を供給しながら回転させウェハを研磨
していた。しかしながら、ウェハ裏面にかかる荷重が必
ずしも均一なく、ウェハの中心付近よりウェハの端部付
近の方が研磨量が多くしかもばらつきが大きいという問
題がある。
り付けた定盤を備え、ウェハを保持したウェハホルダ
で、定盤の研磨パッドにウェハを接触させ、ウェハホル
ダの中心からガスを供給しウェハの裏面を一定のガス圧
で加圧し、研磨液を供給しながら回転させウェハを研磨
していた。しかしながら、ウェハ裏面にかかる荷重が必
ずしも均一なく、ウェハの中心付近よりウェハの端部付
近の方が研磨量が多くしかもばらつきが大きいという問
題がある。
【０００４】この問題を解消する化学機械研磨装置の一
例が、特開平１１−１５６６９８号公報に開示されてい
る。この開示された化学機械研磨装置は、圧力ガス管を
複数の分岐管に分け、それぞれの分岐管に圧力コントロ
−ラを設け、ウェハホルダである研磨支持体内に前記分
岐管を配置し、ウェハの中心に対応する逆テ−パ穴Ｃ、
ウェハの周辺部に対応する逆テ−パ穴Ａ、およびその中
間部に対応する逆テ−パ穴Ｂとし、それぞれの逆テ−パ
穴に前記分岐管を接続し、それぞれの圧力コントロ−ラ
を調節し、ウェハの裏面への荷重を均一に図ることを特
徴としている。
例が、特開平１１−１５６６９８号公報に開示されてい
る。この開示された化学機械研磨装置は、圧力ガス管を
複数の分岐管に分け、それぞれの分岐管に圧力コントロ
−ラを設け、ウェハホルダである研磨支持体内に前記分
岐管を配置し、ウェハの中心に対応する逆テ−パ穴Ｃ、
ウェハの周辺部に対応する逆テ−パ穴Ａ、およびその中
間部に対応する逆テ−パ穴Ｂとし、それぞれの逆テ−パ
穴に前記分岐管を接続し、それぞれの圧力コントロ−ラ
を調節し、ウェハの裏面への荷重を均一に図ることを特
徴としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ウェハ
には元々反り等の変形により全体的にはうねっているこ
とが多い。このように反りがある場合、ウェハの裏面か
ら任意のガス圧力で押し矯正ても、反りを矯正する圧力
にガス圧力が吸収されウェハ裏面内における実際の圧力
が均一にならない。このためウェハ面内の凹凸を一様に
平坦化することは困難である。
には元々反り等の変形により全体的にはうねっているこ
とが多い。このように反りがある場合、ウェハの裏面か
ら任意のガス圧力で押し矯正ても、反りを矯正する圧力
にガス圧力が吸収されウェハ裏面内における実際の圧力
が均一にならない。このためウェハ面内の凹凸を一様に
平坦化することは困難である。
【０００６】しかも、研磨後にウェハを取り外したと
き、矯正されていたウェハの反りがスプリングバック
し、ウェハが元の状態に戻り、平坦に研磨したはずのウ
ェハが反りを持った状態になり、その後、工程に支障を
もたらすという問題がある。
き、矯正されていたウェハの反りがスプリングバック
し、ウェハが元の状態に戻り、平坦に研磨したはずのウ
ェハが反りを持った状態になり、その後、工程に支障を
もたらすという問題がある。
【０００７】従って、本発明の目的は、ウェハの初期的
な反りや変形を保ちウェハ表面の状態を加味し研磨パッ
ドを部分的に圧力を与えウェハ面内を均一に研磨する化
学機械研磨装置を提供することにある。
な反りや変形を保ちウェハ表面の状態を加味し研磨パッ
ドを部分的に圧力を与えウェハ面内を均一に研磨する化
学機械研磨装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の特徴は、半導体
ウェハの裏面を平坦な面に載置し前記半導体ウェハ保持
するとともに回転するウェハホルダと、前記半導体ウェ
ハの表面に接触し前記半導体ウェハを研磨する研磨パッ
ドと、この研磨パッドの裏面に被着される基板と、前記
基板を介して前記研磨パッドの複数の同心円領域に配置
されるとともに同心円領域に対応する前記ウェハの部分
のそれぞれを押す複数の加圧機構と、これら加圧機構の
押圧力のそれぞれを独立に制御する加圧制御部と、前記
研磨パッドと前記基板とを重ね合わせる部材を上に載せ
前記加圧機構を表面に取付ける定盤とを備える化学機械
研磨装置である。
ウェハの裏面を平坦な面に載置し前記半導体ウェハ保持
するとともに回転するウェハホルダと、前記半導体ウェ
ハの表面に接触し前記半導体ウェハを研磨する研磨パッ
ドと、この研磨パッドの裏面に被着される基板と、前記
基板を介して前記研磨パッドの複数の同心円領域に配置
されるとともに同心円領域に対応する前記ウェハの部分
のそれぞれを押す複数の加圧機構と、これら加圧機構の
押圧力のそれぞれを独立に制御する加圧制御部と、前記
研磨パッドと前記基板とを重ね合わせる部材を上に載せ
前記加圧機構を表面に取付ける定盤とを備える化学機械
研磨装置である。
【０００９】また、前記研磨パッドの裏面に隣接する前
記同心円領域の境界に同心円のスリットが形成されてい
ることが望ましい。さらに、前記基板と前記加圧機構と
の間に挟みこまれる圧力センサを備えることが望まし
い。
記同心円領域の境界に同心円のスリットが形成されてい
ることが望ましい。さらに、前記基板と前記加圧機構と
の間に挟みこまれる圧力センサを備えることが望まし
い。
【００１０】一方、前記加圧機構は、チュ−ブ状弾性部
材であるか、または、ベロ−ズ状弾性部材であるか、あ
るいは、エアシリンダであることが望ましい。そして、
前記加圧制御部は前記加圧機構に供給するガスの圧力を
制御する絞り弁を備えることが望ましい。
材であるか、または、ベロ−ズ状弾性部材であるか、あ
るいは、エアシリンダであることが望ましい。そして、
前記加圧制御部は前記加圧機構に供給するガスの圧力を
制御する絞り弁を備えることが望ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。
して説明する。
【００１２】図１は本発明の一実施の形態における化学
機械研磨装置を示す部分破断断面図でる。この化学機械
研磨装置は、図１に示すように、ウェハ１６の裏面を平
坦な面をもつバッキングプレ−ト１３に密着させリティ
ナ−リング１２でウェハ１６の外形を保持するとともに
矢印の方向に回転するウェハホルダ１と、ウェハ１６の
表面に接触しウェハ１６を研磨する研磨パッド３と、こ
の研磨パッド３の裏面に被着される基板５と、基板５を
介して研磨パッド３の複数の同心円領域部分のそれぞれ
を押す複数のチュ−ブ４と、これらチュ−ブ４に供給す
るガスの圧力を調節する絞り弁である圧力コントロ−ラ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれを独立に制御する加
圧制御部１０と、研磨パッド３と基板５とを重ね合わせ
る部材を上に被着させ複数のチュ−ブ４を表面に取付け
る定盤２とを備えている。
機械研磨装置を示す部分破断断面図でる。この化学機械
研磨装置は、図１に示すように、ウェハ１６の裏面を平
坦な面をもつバッキングプレ−ト１３に密着させリティ
ナ−リング１２でウェハ１６の外形を保持するとともに
矢印の方向に回転するウェハホルダ１と、ウェハ１６の
表面に接触しウェハ１６を研磨する研磨パッド３と、こ
の研磨パッド３の裏面に被着される基板５と、基板５を
介して研磨パッド３の複数の同心円領域部分のそれぞれ
を押す複数のチュ−ブ４と、これらチュ−ブ４に供給す
るガスの圧力を調節する絞り弁である圧力コントロ−ラ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれを独立に制御する加
圧制御部１０と、研磨パッド３と基板５とを重ね合わせ
る部材を上に被着させ複数のチュ−ブ４を表面に取付け
る定盤２とを備えている。
【００１３】また、定盤２の外形はウェハホルダ１の外
形より大きく剛性の高い材料で製作されている。そし
て、回転するウェハ１６に対し半径方向に揺動できるよ
うになっている。また、二点鎖線で示すウェハ１６より
露呈した研磨パッド３にスラリ−を滴下するようにノズ
ル（図示せず）が設けられている。さらに、チュ−ブ４
の膨らみによって研磨パッド３が変形し易いように研磨
パッド３の裏面に隣接する同心円領域の境界に同心円の
スリット７ａ，７ｂが形成されている。なお、研磨パッ
ド３は従来と同じように発泡ポリウレタン材を使用し、
基板５は、発泡ポリウレタンより硬度のあるゴムを使用
することが望ましい。
形より大きく剛性の高い材料で製作されている。そし
て、回転するウェハ１６に対し半径方向に揺動できるよ
うになっている。また、二点鎖線で示すウェハ１６より
露呈した研磨パッド３にスラリ−を滴下するようにノズ
ル（図示せず）が設けられている。さらに、チュ−ブ４
の膨らみによって研磨パッド３が変形し易いように研磨
パッド３の裏面に隣接する同心円領域の境界に同心円の
スリット７ａ，７ｂが形成されている。なお、研磨パッ
ド３は従来と同じように発泡ポリウレタン材を使用し、
基板５は、発泡ポリウレタンより硬度のあるゴムを使用
することが望ましい。
【００１４】一方、基板５とチュ−ブ４との間に挟みこ
まれる圧力センサ６ａ，６ｂ，６ｃが備えられており、
各チュ−ブ４の押圧力を独立に測定できる。そして、加
圧制御部１０により圧力コントロ−ラ１１ａ，１１ｂ，
１１cを独立に制御しウェハ１６の同心円領域の各部へ
の押圧力を調節するようになっている。
まれる圧力センサ６ａ，６ｂ，６ｃが備えられており、
各チュ−ブ４の押圧力を独立に測定できる。そして、加
圧制御部１０により圧力コントロ−ラ１１ａ，１１ｂ，
１１cを独立に制御しウェハ１６の同心円領域の各部へ
の押圧力を調節するようになっている。
【００１５】図２はウェハ表面のプロファイルを示す図
である。この化学機械研磨は、研磨する前に、ウェハホ
ルダ１に取り付けられたウェハ１６の表面状態を調査す
る必要がある。これには、図１に示すように、フィゾ−
などのレ−ザ干渉計８をウェハ１６の半径方向に移動さ
せ、ウェハ１６の表面を走査する。このことによりディ
スプレイである表示部９に撮像されたウェハ１６の表面
のプロファイルは、例えば、図２に示すように、ウェハ
１６の中心部が山なりになっている状態である。
である。この化学機械研磨は、研磨する前に、ウェハホ
ルダ１に取り付けられたウェハ１６の表面状態を調査す
る必要がある。これには、図１に示すように、フィゾ−
などのレ−ザ干渉計８をウェハ１６の半径方向に移動さ
せ、ウェハ１６の表面を走査する。このことによりディ
スプレイである表示部９に撮像されたウェハ１６の表面
のプロファイルは、例えば、図２に示すように、ウェハ
１６の中心部が山なりになっている状態である。
【００１６】この場合は、図１のウェハの中心部に対応
するチュ−ブ４に供給するガス圧を圧力コントロ−ラ１
１ｃを調節して上げる。そして、その圧力を圧力センサ
６ｃで測定する。
するチュ−ブ４に供給するガス圧を圧力コントロ−ラ１
１ｃを調節して上げる。そして、その圧力を圧力センサ
６ｃで測定する。
【００１７】それから、ウェハ１６を下降させ二点鎖線
に示すように、中心部が盛り上げられた研磨パッド３に
ウェハ１６を押し付け研磨を行う。そして、所定の時間
研磨後、再びウェハホルダ１を上昇させ、レ−ザ干渉計
８でウェハ１６の表面を走査する。そして、このとき得
られたウェハ表面のプロファイルに応じて盛り上がりに
対応するチュ−ブ４の圧力を調整し、ウェハホルダ１を
下降させウェハ１６を研磨パッド３に押しつけ再び研磨
する。
に示すように、中心部が盛り上げられた研磨パッド３に
ウェハ１６を押し付け研磨を行う。そして、所定の時間
研磨後、再びウェハホルダ１を上昇させ、レ−ザ干渉計
８でウェハ１６の表面を走査する。そして、このとき得
られたウェハ表面のプロファイルに応じて盛り上がりに
対応するチュ−ブ４の圧力を調整し、ウェハホルダ１を
下降させウェハ１６を研磨パッド３に押しつけ再び研磨
する。
【００１８】このように、ウェハ１６の初期の反りや変
形を圧力で矯正することなく、ウェハの初期状態を維持
しながら、研磨パッドとウェハとの密着度をウェハ面内
で任意に変えることによってウェハ面内の研磨量を均一
にできる。
形を圧力で矯正することなく、ウェハの初期状態を維持
しながら、研磨パッドとウェハとの密着度をウェハ面内
で任意に変えることによってウェハ面内の研磨量を均一
にできる。
【００１９】図３は図１のチュ−ブである加圧機構の一
変形例を説明するために定盤を示す図である。この化学
機械研磨装置における加圧機構は、図３に示すように、
図１のチュ−ブの代わりにベロ−１４を設けている。そ
の他は図１と同じだる。そして、図１と同じものは、符
号番号を同じにしている。
変形例を説明するために定盤を示す図である。この化学
機械研磨装置における加圧機構は、図３に示すように、
図１のチュ−ブの代わりにベロ−１４を設けている。そ
の他は図１と同じだる。そして、図１と同じものは、符
号番号を同じにしている。
【００２０】なお、このベロ−１４を使用した化学機械
研磨装置の動作および研磨パッド３の部分的に加圧操作
は、前述の実施の形態と同じであるから、説明は割愛す
る。
研磨装置の動作および研磨パッド３の部分的に加圧操作
は、前述の実施の形態と同じであるから、説明は割愛す
る。
【００２１】図４は図１のチュ−ブである加圧機構のそ
の他の変形例を説明するために定盤を示す図である。こ
の化学機械研磨装置における定盤２の加圧機構は、リン
グ状のエアシリンダ１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、エアシ
リンダ１５ａ，１５ｂ，１５ｃのエアポ−トを切換える
切換弁１７を設けている。
の他の変形例を説明するために定盤を示す図である。こ
の化学機械研磨装置における定盤２の加圧機構は、リン
グ状のエアシリンダ１５ａ，１５ｂ，１５ｃと、エアシ
リンダ１５ａ，１５ｂ，１５ｃのエアポ−トを切換える
切換弁１７を設けている。
【００２２】このエアシリンダを用いた加圧機構の動作
は、前述の実施の形態における加圧機構の動作とは若干
異なる。すなわち、図２に示すように、ウェハの表面が
中心部が膨らんでいる場合は、中央部の研磨パッド３の
加圧力を大きくする。これには、まず、切換弁１７でエ
アポ−トを切り換えて、研磨パッド３の中央部に対応す
るエアシリンダ１５ｃの下側の室に圧縮ガスを供給し研
磨パッドの中央部を膨らませ、ウェハの中間部と周辺部
に対応するエアシリンダの上側の室に圧縮ガスを供給し
研磨パッド３の中央部に追従しないように逆圧をかけ
る。
は、前述の実施の形態における加圧機構の動作とは若干
異なる。すなわち、図２に示すように、ウェハの表面が
中心部が膨らんでいる場合は、中央部の研磨パッド３の
加圧力を大きくする。これには、まず、切換弁１７でエ
アポ−トを切り換えて、研磨パッド３の中央部に対応す
るエアシリンダ１５ｃの下側の室に圧縮ガスを供給し研
磨パッドの中央部を膨らませ、ウェハの中間部と周辺部
に対応するエアシリンダの上側の室に圧縮ガスを供給し
研磨パッド３の中央部に追従しないように逆圧をかけ
る。
【００２３】なお、ウェハの中間部の加圧力を増大する
ときは、ウェハの中間部に対応するエアシリンダ１５ｂ
を動作させ、切換弁１７でエアポ−トを切り換えて、ウ
ェハの中央部と周辺部に対応するエアシリンダ１５ｂ，
１５ａの上側の室に圧縮ガスを供給する。勿論、ウェハ
への押圧力は、圧力センサ６ｃで圧力を検知し、圧力コ
ントロ−ラ１１ｂにより調整する。
ときは、ウェハの中間部に対応するエアシリンダ１５ｂ
を動作させ、切換弁１７でエアポ−トを切り換えて、ウ
ェハの中央部と周辺部に対応するエアシリンダ１５ｂ，
１５ａの上側の室に圧縮ガスを供給する。勿論、ウェハ
への押圧力は、圧力センサ６ｃで圧力を検知し、圧力コ
ントロ−ラ１１ｂにより調整する。
【００２４】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、初期的な
変形や反り量を一定に保ちながらウェハを保持し、ウェ
ハ表面の凹凸などの表面状態に応じて、研磨パッドを部
分的に加圧力を制御できるるので、ウェハ面内を均一に
研磨でき、品質の向上が得られるという効果がある。
変形や反り量を一定に保ちながらウェハを保持し、ウェ
ハ表面の凹凸などの表面状態に応じて、研磨パッドを部
分的に加圧力を制御できるるので、ウェハ面内を均一に
研磨でき、品質の向上が得られるという効果がある。
【図１】本発明の一実施の形態における化学機械研磨装
置を示す部分破断断面図でる。
置を示す部分破断断面図でる。
【図２】ウェハ表面のプロファイルを示す図である。
【図３】図１のチュ−ブである加圧機構の一変形例を説
明するために定盤を示す図である。
明するために定盤を示す図である。
【図４】図１のチュ−ブである加圧機構のその他の変形
例を説明するために定盤を示す図である。
例を説明するために定盤を示す図である。
【符号の説明】 １ ウェハホルダ ２ 定盤 ３ 研磨パッド ４ チュ−ブ ５ 基板 ６ａ，６ｂ，６ｃ 圧力センサ ７ａ，７ｂ スリット ８ レ−ザ干渉計 ９ 表示部 １０ 加圧制御部 １１ａ，１１ｂ，１１ｃ 圧力コントロ−ラ １２ リティナ−リング １３ バッキングプレ−ト １４ ベロ− １５ａ，１５ｂ，１５ｃ エアシリンダ １６ ウェハ １７ 切換弁
Claims (7)
- 【請求項１】 半導体ウェハの裏面を平坦な面に載置し
前記半導体ウェハ保持するとともに回転するウェハホル
ダと、前記半導体ウェハの表面に接触し前記半導体ウェ
ハを研磨する研磨パッドと、この研磨パッドの裏面に被
着される基板と、前記基板を介して前記研磨パッドの複
数の同心円領域に配置されるとともに同心円領域に対応
する前記ウェハの部分のそれぞれを押す複数の加圧機構
と、これら加圧機構の押圧力のそれぞれを独立に制御す
る加圧制御部と、前記研磨パッドと前記基板とを重ね合
わせる部材を上に載せ前記加圧機構を表面に取付ける定
盤とを備えることを特徴とする化学機械研磨装置。 - 【請求項２】 前記研磨パッドの裏面に隣接する前記同
心円領域の境界に同心円のスリットが形成されているこ
とを特徴とする請求項１記載の化学機械研磨装置。 - 【請求項３】 前記基板と前記加圧機構との間に挟みこ
まれる圧力センサを備えることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の化学機械研磨装置。 - 【請求項４】 前記加圧機構は、チュ−ブ状弾性部材で
あることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項
３記載の化学機械研磨装置。 - 【請求項５】 前記加圧機構は、ベロ−ズ状弾性部材で
あることを特徴とする請求項１、請求項２または請求項
３記載の化学機械研磨装置。 - 【請求項６】 前記加圧機構は、エアシリンダであるこ
とを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載
の化学機械研磨装置。 - 【請求項７】 前記加圧制御部は前記加圧機構に供給す
る空気の圧力を制御する絞り弁を備えることを特徴とす
る請求項４、請求項５または請求項６記載の化学機械研
磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001037610A JP2002246346A (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 化学機械研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001037610A JP2002246346A (ja) | 2001-02-14 | 2001-02-14 | 化学機械研磨装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002246346A true JP2002246346A (ja) | 2002-08-30 |
Family
ID=18900709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004043648A1 (ja) * | 2002-11-11 | 2004-05-27 | Ebara Corporation | 研磨装置 |
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-
2001
- 2001-02-14 JP JP2001037610A patent/JP2002246346A/ja active Pending
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