JP2005342837A - Grinding device and grinding method - Google Patents

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Junji Watanabe
純二 渡邉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a simple grinding device and a grinding method capable of grinding a surface of a grounded element with waviness along the waviness without computer controlling. <P>SOLUTION: The grinding device includes (1) a rotating spindle, (2) a disc holder provided on a lower surface of the rotating spindle, and (3) an elastic pad attached to the disc holder and having (i) a curved end portion, (ii) a disc-shaped flexible plastic sheet attached to the elastic pad and having a diameter slightly larger than that of an elastomer elastic plate, and (iii) a multilayer element stuck to a lower surface of the plastic sheet and made from a sheet grinding wheel including a grinding abrasive layer having a diameter smaller than that of the plastic sheet. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、半導体の表面の研削加工方法、およびその加工方法に用いられる研削加工装置に関する。本発明は、特に半導体装置の製造プロセスにおける半導体多層配線回路基板表面の平坦化処理に適した研削装置、及び研削方法に関する。   The present invention relates to a method for grinding a surface of a semiconductor and a grinding apparatus used for the machining method. The present invention relates to a grinding apparatus and a grinding method particularly suitable for planarizing a surface of a semiconductor multilayer wiring circuit board in a semiconductor device manufacturing process.

高密度半導体集積回路素子(LSI)の形成プロセスの過程で絶縁膜や金属膜のパターン形成等によってLSIウエハ表面は複雑な凹凸が生じる。LSIの高集積化に伴いこの凹凸を持ったLSIウエハ表面上の凹凸はより微細化される。この高集積化を実現するため、露光光源が短波長化され、その結果、リソグラフィプロセスにおける焦点深度の浅化、製造プロセスの高度化のため半導体回路基板表面の平坦化処理はますます重要になってきている。   During the process of forming a high-density semiconductor integrated circuit element (LSI), the surface of the LSI wafer has complex irregularities due to pattern formation of an insulating film or a metal film. As LSI is highly integrated, the unevenness on the surface of the LSI wafer having the unevenness is made finer. To achieve this high integration, the wavelength of the exposure light source has been shortened. As a result, the planarization of the semiconductor circuit board surface has become more and more important due to the shallow depth of focus in the lithography process and the sophistication of the manufacturing process. It is coming.

このLSIウエハ表面を平滑にする方法としては、従来は、研磨剤を含有する研削液を供給しつつ研磨弾性パッドを研磨定盤に押し付けながら摺動し、凹凸を研磨により平坦化するCMP法が採用されている。   As a method for smoothing the surface of the LSI wafer, there has been conventionally a CMP method in which a polishing liquid is slid while pressing a polishing elastic pad against a polishing surface plate while supplying a polishing liquid containing an abrasive, and unevenness is flattened by polishing. It has been adopted.

半導体ウエハ自体も集積回路が形成されている部分とそうでない部分、例えば切断部分で数mm〜20mmの単位のピッチでうねっており、更にウエハの表面側のみに回路が形成されることから膜応力の不均一によりウエハに反りが発生することが多かった。 Since the semiconductor wafer itself is wavy with a unit pitch of several mm to 20 mm at a portion where an integrated circuit is formed and a portion where it is not, for example, a cut portion, and a circuit is formed only on the surface side of the wafer, film stress In many cases, the wafer was warped due to non-uniformity.

この反った状態のウエハ表面の凹凸を前記CMPで平坦化研磨する場合、表面側にそった部分はCMPの研磨圧力が高く、谷状にそった部分の圧力は低くなるので、研磨圧力の高い部分が早く平坦化が進み、圧力の低い部分まで平坦化を進めると、先に平坦化された圧力の高い部分は必要な残膜厚が薄くなりすぎたり、消滅してしまうという大きな問題が発生する。 When flattening and polishing the unevenness of the warped wafer surface with the CMP, the polishing pressure is high because the CMP pressure is high in the portion along the surface side and the pressure in the valley shape is low. When flattening progresses quickly, and flattening to a low pressure part, the required residual film thickness becomes too thin or disappears in the high pressure part flattened first. To do.

上記問題を解決するために、第一の問題に対してはCMPに際して硬軟2層のパッドを使用している。即ち、被加工面に接触するのは硬い層でその硬い層の背面に軟質層が配置されている。これにより表面側にそった部分と谷状にそった部分に対する研磨圧力差を緩和するものである。しかし、この方法では圧力差は十分に緩和出来ず、大型ウエハの全面を均一に平坦化出来ないという問題があった。   In order to solve the above problem, a hard and soft two-layer pad is used for CMP in the first problem. That is, a hard layer is in contact with the surface to be processed, and a soft layer is disposed on the back of the hard layer. Thus, the polishing pressure difference between the portion along the surface side and the portion along the valley shape is reduced. However, this method has a problem that the pressure difference cannot be sufficiently relaxed and the entire surface of the large wafer cannot be uniformly flattened.

また、回路パターンでは1μm前後の微細なパターンの集積した領域と数十から数百μmの大型パターンが形成された領域が混在することがよくある。これらの混在した面を同時に平坦化すると微細パターン領域が大型パターン領域よりも先に平坦化され、最終的に大型パターン領域の平坦化は進まなくなるなどの問題が発生していた。この問題、パターンの大小や粗密な領域における平坦化速さの差を緩和する有効な解決策は見出されていないのが実情である。 Further, in the circuit pattern, a region where fine patterns of about 1 μm are integrated and a region where a large pattern of several tens to several hundreds μm is often mixed. If these mixed surfaces are planarized at the same time, the fine pattern region is planarized before the large pattern region, and eventually the large pattern region is not flattened. In fact, no effective solution has been found to alleviate this problem, the difference in flattening speed in the size of patterns and in dense regions.

本発明の目的は、うねりのある被研削体の表面をうねりに沿って均一に平滑化研削ができる研削装置、および研削方法を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、うねりのある被研削体の表面をコンピュータ制御せずうねりに沿って研削できる簡便な装置、及び研削方法を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、被研削材にスクラッチ等の傷が発生しにくい研削装置、および研削方法を提供することを目的としている。   An object of the present invention is to provide a grinding apparatus and a grinding method capable of uniformly smoothing the surface of an object to be ground having waviness along the waviness. Another object of the present invention is to provide a simple apparatus and a grinding method capable of grinding the surface of a ground object with waviness along the waviness without computer control. Another object of the present invention is to provide a grinding apparatus and a grinding method in which scratches such as scratches are unlikely to occur on a material to be ground.

すなわち、本発明は、(1)回転スピンドル、(2)回転スピンドルの下面に設けられているディスクホルダー、(3)ディスクホルダーに取りつけられ(i)端部が曲面状に形成されている弾性パッド、(ii)弾性パッドに付着され、エラストマー製弾性板の直径よりわずかに大きい直径の円盤状の可撓性プラスチックシート、(iii)該プラスチックシートの下面に貼着され、プラスチックシートの直径より小さい直径の研削砥粒層を含むシート砥石からなる多層体を含む研削装置である。   That is, the present invention includes (1) a rotating spindle, (2) a disc holder provided on the lower surface of the rotating spindle, (3) an elastic pad attached to the disc holder and (i) an end formed in a curved shape. (Ii) a disc-like flexible plastic sheet attached to the elastic pad and having a diameter slightly larger than the diameter of the elastomeric elastic plate; (iii) adhered to the lower surface of the plastic sheet and smaller than the diameter of the plastic sheet It is a grinding device including a multilayer body composed of a sheet grindstone including a grinding abrasive layer having a diameter.

シート砥石は、プラスチックシートの中央部に、シートと略等しい厚さになるよう埋め込まれていることが好ましい。 The sheet grindstone is preferably embedded in the central portion of the plastic sheet so as to have a thickness substantially equal to that of the sheet.

別の面から見ると、本発明は、(1)回転スピンドル、(2)回転スピンドルの下面に設けられているディスクホルダー、(3)ディスクホルダーに取りつけられ(i)端部が曲面状に形成されている弾性パッド、(ii)弾性パッドに付着され、エラストマー製弾性板の直径よりわずかに大きい直径の円盤状のプラスチックシート、(iii)プラスチックシートの下面に貼着され、プラスチックシートの直径より小さい直径のシート砥石層を含む多層研削体からなる研削装置の多層研削体を高速回転させて該多層研削体面と被研削体面との間に酸化剤と金属錯化剤とを有する研削液を介在させつつ被研削体上を走査させて被研削体の極表層のみを研削することを特徴とする研削方法である。   Viewed from another aspect, the present invention is (1) a rotating spindle, (2) a disk holder provided on the lower surface of the rotating spindle, (3) attached to the disk holder, and (i) an end is formed in a curved surface shape. (Ii) a disc-shaped plastic sheet attached to the elastic pad and having a diameter slightly larger than the diameter of the elastomeric elastic plate; (iii) pasted on the lower surface of the plastic sheet; A grinding fluid having an oxidizing agent and a metal complexing agent is interposed between the surface of the multilayer grinding body and the surface of the object to be ground by rotating the multilayer grinding body of the grinding machine comprising a multilayer grinding body including a sheet grindstone layer having a small diameter at high speed. And grinding only the extreme surface layer of the object to be ground by scanning the object to be ground.

研削液は、酸化剤と金属錯化剤とを有することが好ましい。   The grinding fluid preferably has an oxidizing agent and a metal complexing agent.

被研削体は、多層配線形成プロセス途中の絶縁膜の平坦化または金属配線膜の平坦化が必要な半導体ウエハであることが好ましい。   The object to be ground is preferably a semiconductor wafer that requires planarization of the insulating film or metal wiring film during the multilayer wiring formation process.

本発明の研削装置、研削方法によってこれまで行われていなかったうねりのある被研削体の表面をうねりに沿って均一に平滑化研削ができるようになった。また、うねりのある被研削体の表面をコンピュータ制御せずうねりに沿って研削できる簡便な装置、及び研削方法を提供することが出来る。本発明の方法によれば特に銅等の金属配線が設けられた半導体ウエハの研削を効率よく行なうことができる。また、本発明の研削方法で研削しておくと、後の仕上げ工程であるCMP作業において大型パターン部が研削していない場合に比べて迅速化できるため、微細パターンや大型パターンの混在した集積回路の多層配線ウエハの全面を均一に平坦化出来るという利点がある。本発明の研削装置、および研削方法ではシート砥石のエッジがウエハ面に接触しないため、被研削材にスクラッチ等の傷が発生しにくいという利点がある。     With the grinding apparatus and grinding method of the present invention, the surface of an object to be ground with undulation that has not been performed so far can be uniformly smoothed and ground along the undulation. Further, it is possible to provide a simple apparatus and a grinding method that can grind the surface of a ground object with waviness along the waviness without computer control. According to the method of the present invention, it is possible to efficiently grind a semiconductor wafer provided with a metal wiring such as copper. In addition, if the grinding method according to the present invention is used, the integrated circuit in which fine patterns and large patterns are mixed can be speeded up in comparison with the case where the large pattern portion is not ground in the CMP work that is a subsequent finishing process. There is an advantage that the entire surface of the multilayer wiring wafer can be uniformly flattened. In the grinding apparatus and the grinding method of the present invention, since the edge of the sheet grindstone does not contact the wafer surface, there is an advantage that scratches such as scratches are hardly generated on the material to be ground.

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の装置の一実施例について説明する。図1は本発明の研削装置の要部の一例を示した概略図である。図1において、1はホイールスピンドル、2は、スピンドル軸、3はディスクホルダー、4は弾性パッド、5はプラスチックシート、6はシート砥石である。   Hereinafter, an embodiment of the apparatus of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a main part of a grinding apparatus of the present invention. In FIG. 1, 1 is a wheel spindle, 2 is a spindle shaft, 3 is a disk holder, 4 is an elastic pad, 5 is a plastic sheet, and 6 is a sheet grindstone.

スピンドルはモータ等によって駆動され回転する。スピンドルの傾斜角度、回転速度、ウエハ固定盤への押し付け圧力を調節できるようになっていることが好ましい。   The spindle is driven and rotated by a motor or the like. It is preferable that the tilt angle of the spindle, the rotation speed, and the pressure applied to the wafer fixing plate can be adjusted.

ディスクホルダー3は、多層研削体を保持する役割をする円盤状の部品で、スピンドル1に取り付けられ、スピンドル軸2とともに回転する。ディスクホルダーの直径は、弾性パッド4と同等であることが好ましい。   The disk holder 3 is a disk-shaped component that plays a role of holding a multilayered grinding body, is attached to the spindle 1, and rotates together with the spindle shaft 2. The diameter of the disc holder is preferably equal to that of the elastic pad 4.

弾性パッド4は、弾力性に富んだ材料で構成されており、多層研削体を被研削体に並行に配置する役割を有する。この弾性パッドに用いられる素材としては、エラストマー、あるいはエラストマーの発泡体を使用することができる。エラストマーとしては、具体的には、ウレタン樹脂、エチレン・プロピレンゴム、ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、ネオプレンゴム、クロロプレンゴム、ポリエステルエラストマー、シリコンゴム等を挙ることができる。これらのうちではポリウレタン、中でも発泡ポリウレタンが弾力性と耐久性が優れているため、好ましい。 The elastic pad 4 is made of a material having a high elasticity, and has a role of arranging the multilayer ground body in parallel with the body to be ground. As a material used for the elastic pad, an elastomer or an elastomer foam can be used. Specific examples of the elastomer include urethane resin, ethylene / propylene rubber, polybutadiene rubber, styrene-butadiene rubber, neoprene rubber, chloroprene rubber, polyester elastomer, and silicone rubber. Among these, polyurethane, particularly polyurethane foam, is preferable because of its excellent elasticity and durability.

ポリウレタン発泡体は、公知の注型法、連続発泡成形法等によって製造することができる。必要に応じて得られた発泡体成形物をスライスして弾性パッドとする。 The polyurethane foam can be produced by a known casting method, continuous foam molding method or the like. The foam molded product obtained as necessary is sliced into an elastic pad.

弾性パッド4は図1に示したように端部が曲面をなす凸状の形状であることが好ましい。本発明の研削装置では、パッドの大きさは、直径が通常10〜100mm、好ましくは20〜50mmの範囲にあることが望ましい。また、厚さは、通常1〜50mm、好ましくは5〜20mmの範囲にあることが望ましい。 As shown in FIG. 1, the elastic pad 4 preferably has a convex shape with a curved end. In the grinding apparatus of the present invention, the size of the pad is desirably in the range of usually 10 to 100 mm, preferably 20 to 50 mm in diameter. The thickness is usually in the range of 1 to 50 mm, preferably 5 to 20 mm.

弾性パッド4は、ディスクホルダー3に、接着剤を介して固着されている。接着剤は、弾性パッドが古くなった際交換が可能なように、エラストマー系重合体と粘着付与剤とを主成分とする感熱性、または感圧性接着剤が好ましい。 The elastic pad 4 is fixed to the disc holder 3 with an adhesive. The adhesive is preferably a heat-sensitive or pressure-sensitive adhesive mainly composed of an elastomeric polymer and a tackifier so that the elastic pad can be replaced when it becomes old.

弾性パッド4の下面にはプラスチックシート5が固着されている。プラスチックシートの材質としては、耐摩耗性、耐熱性が優れており、フイルム成形が可能な材料、例えばポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルサルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド等の一種または2種以上などを用いることができる。これらの中では、耐摩耗性、耐熱性が優れ、シート砥石のバインダーが接着しやすいポリイミドフイルムが好ましい。   A plastic sheet 5 is fixed to the lower surface of the elastic pad 4. The material of the plastic sheet is excellent in abrasion resistance and heat resistance, and can be film-molded, such as polyvinyl chloride, polyvinylidene fluoride, polyethersulfone, polystyrene, polyethylene, polytetrafluoroethylene, acrylic resin , Polycarbonate, polyamide, polyester, polyimide or the like can be used alone or in combination. Among these, a polyimide film is preferable because it is excellent in wear resistance and heat resistance and can easily be bonded to a binder of a sheet grindstone.

プラスチックシートの厚さは、被研削材の凹凸に追従してたわむことが出来るように可撓性を有する厚さであることが必要で、例えば、10〜1000μm、特に50〜500μmの範囲にあることが好ましい。   The thickness of the plastic sheet needs to be flexible so that it can bend following the unevenness of the material to be ground, and is, for example, in the range of 10 to 1000 μm, particularly 50 to 500 μm. It is preferable.

プラスチックシートは、好ましくは円板状の形状をしており、その直径は弾性パッドの直径より大きいことが必要である。また、プラスチックシートと弾性パッドとは中央部のみが固着されており、端部は互いに遊離している。このような形状とすることにより、研削操作時にプラスチックシートが研削液によるハイドロダイナミック効果で半導体ウエハ上にウエハ面に対して均等な間隔で自動的に位置することができる。   The plastic sheet preferably has a disk shape, and its diameter needs to be larger than the diameter of the elastic pad. Further, only the central part of the plastic sheet and the elastic pad is fixed, and the end parts are separated from each other. By adopting such a shape, the plastic sheet can be automatically positioned on the semiconductor wafer at equal intervals with respect to the wafer surface by the hydrodynamic effect of the grinding liquid during the grinding operation.

本発明の研削装置では、上記プラスチックシートの下面に研削砥粒とバインダーとからなるシート砥石層6が固着されている。バインダーと研削砥粒とは、例えば、適当な溶媒に溶解させたものをシート表面に塗布することによりシート砥石層を形成させることができる。   In the grinding apparatus of the present invention, a sheet grindstone layer 6 composed of grinding abrasive grains and a binder is fixed to the lower surface of the plastic sheet. The binder and the grinding abrasive grains can form a sheet grindstone layer by, for example, applying a material dissolved in an appropriate solvent to the sheet surface.

本発明で用いることのできる研削砥粒としては、例えば、ダイヤモンド、窒化ケイ素、窒化ホウ素、CBN、炭化ケイ素、炭化チタン、酸化アルミニウム、酸化鉄、ジルコニア、ガーネット、エメリー等を挙げることができる。 Examples of the abrasive grains that can be used in the present invention include diamond, silicon nitride, boron nitride, CBN, silicon carbide, titanium carbide, aluminum oxide, iron oxide, zirconia, garnet, emery, and the like.

研削砥粒とバイダーとからなるシート砥石層6は、プラスチックシート5より小さい直径であることが必要で、このような形状とすることによりシート砥石のエッジがウエハ面にいきなり接触し、切削することを防ぐことができる。 The sheet grindstone layer 6 composed of abrasive grains and a binder needs to have a diameter smaller than that of the plastic sheet 5, and by using such a shape, the edge of the sheet grindstone suddenly contacts and cuts the wafer surface. Can be prevented.

シート砥石層6は、図1のようにプラスチックシート5の下面に層として設けられていてもよいが、図7に示したように、プラスチックシート5の下面中央部に窪みを設け、その窪みにシート砥石を層として埋め込み、かつプラスチックシートの外周部とシート砥石埋め込み部の厚さとを略等しくすることが好ましい。このような形状を作ることによって、ウエハ面に対する接触面がプラスチックシートとシート砥石面が連続した面として作用することになり、砥石のエッジがウエハ面に接触する危険性が少なくすることができる。   The sheet grindstone layer 6 may be provided as a layer on the lower surface of the plastic sheet 5 as shown in FIG. 1, but as shown in FIG. It is preferable to embed a sheet grindstone as a layer and to make the outer periphery of the plastic sheet and the thickness of the sheet grindstone embedment portion substantially equal. By making such a shape, the contact surface with respect to the wafer surface acts as a surface in which the plastic sheet and the sheet grindstone surface are continuous, and the risk that the edge of the grindstone contacts the wafer surface can be reduced.

図2に、本発明の装置の全体図の一例を示す。図2は、本発明の装置の全体図の一例を示した概略図である。本発明の研削装置は、図2に示したように上記ホイールスピンドル12、研削ホイール11、多層研削体の他に、更にホイールスピンドル/研削ホイールを移動させるための2軸ステージ14、ウエハを固定するウエハホルダー、ウエハホルダーを回転させるためのロータリーテーブル15、スピンドルやウエアホルダーを回転させるための駆動モータ等を具備している。   FIG. 2 shows an example of an overall view of the apparatus of the present invention. FIG. 2 is a schematic view showing an example of an overall view of the apparatus of the present invention. As shown in FIG. 2, the grinding apparatus according to the present invention fixes the wafer spindle 12, the grinding wheel 11, the multilayer grinding body, the biaxial stage 14 for moving the wheel spindle / grinding wheel, and the wafer. A wafer holder, a rotary table 15 for rotating the wafer holder, a drive motor for rotating the spindle and wear holder, and the like are provided.

次に、本発明の研削方法について説明する。図3は、本発明の研削方法を説明するための概略図である。図3において、22は、回転スピンドル、23はディスクホルダー、24は弾性パッド、25はプラスチックシート、26はシート砥石、27は研削液、28はウエハ、29はウエハ固定盤である。 Next, the grinding method of the present invention will be described. FIG. 3 is a schematic view for explaining the grinding method of the present invention. In FIG. 3, 22 is a rotary spindle, 23 is a disk holder, 24 is an elastic pad, 25 is a plastic sheet, 26 is a sheet grindstone, 27 is a grinding fluid, 28 is a wafer, and 29 is a wafer fixing platen.

半導体ウエハを研削する方法について手順を追って説明すると、まずウエハ28をウエハ固定盤29に固定する。一方、弾性パッド24/プラスチックシート25/シート砥石26からなる多層研削体を、接着剤で、あるいは真空吸引することによりディスクホルダー23に固定しておく。回転スピンドル軸をウエハ面に対して垂直方向から数度傾斜させて、プラスチックシートの外周から数ミリがウエハ面に対向、接触し、シート砥石の外周端がウエハ面に接触するように設定する。   The procedure for grinding a semiconductor wafer will be described in sequence. First, the wafer 28 is fixed to the wafer fixing plate 29. On the other hand, a multilayered grinding body comprising the elastic pad 24 / plastic sheet 25 / sheet grindstone 26 is fixed to the disc holder 23 with an adhesive or by vacuum suction. The rotation spindle axis is inclined several degrees from the vertical direction with respect to the wafer surface, and several millimeters from the outer periphery of the plastic sheet are set to face and contact the wafer surface, and the outer peripheral edge of the sheet grindstone is set to contact the wafer surface.

ウエハ固定盤29を回転させることによりウエハを回転させる。一方、スピンドルを回転させることにより研削体を回転させる。多層研削体をウエハに押し付けながらウエハ上を走査・摺動させることによりウエハの極表面のみが研削される。 The wafer is rotated by rotating the wafer fixing platen 29. On the other hand, the grinding body is rotated by rotating the spindle. Only the extreme surface of the wafer is ground by scanning and sliding on the wafer while pressing the multilayer grinding body against the wafer.

本発明の研削方法では、半導体ウエハ、多層研削体の間に研削液を供給しながら行う。この研削工程において研削液を供給することにより、多層研削体のプラスチックシートは、研削液によるハイドロプレーニング現象により被研磨体である半導体ウエハ面より研削液の粘度、プラスチックシートとウエハ間の相対速度、対向面積に応じて一定の隙間を自動的に形成することになり、従ってウエハ面のうねりに沿って変形し、かつ半導体ウエハと多層研削体との間に研削液が介在することにより半導体ウエハとプラスチックシートとの間隔は等しい距離に保持される。この結果、シート砥石の砥粒層は半導体ウエハ表面に均等の間隔でかつ均等の圧力で接することになり、その結果、半導体ウエハは表面のうねりに沿って均一に研削される。   In the grinding method of the present invention, the grinding liquid is supplied between the semiconductor wafer and the multilayer grinding body. By supplying the grinding liquid in this grinding process, the plastic sheet of the multilayer grinding body is subjected to hydroplaning phenomenon by the grinding liquid, the viscosity of the grinding liquid from the semiconductor wafer surface to be polished, the relative speed between the plastic sheet and the wafer, A certain gap is automatically formed according to the facing area. Therefore, the semiconductor wafer is deformed along the waviness of the wafer surface, and the grinding liquid is interposed between the semiconductor wafer and the multi-layered grinding body. The distance from the plastic sheet is kept equal. As a result, the abrasive layer of the sheet grindstone comes into contact with the semiconductor wafer surface at equal intervals and with equal pressure, and as a result, the semiconductor wafer is uniformly ground along the surface waviness.

シート砥石のエッジがウエハ面に接触する場合は局部研削応力によりウエハ面を深く傷つけてしまう、スクラッチが発生する可能性が大きいが、本発明の研削方法によればシート砥石のエッジがウエハ面に接触しないでプラスチックシートの変形に応じてシート砥石もウエハ面側にわずかに凸状にそるので、シート砥石のゆるやかな曲率を持つ凸状部でのみ研削することできる。本発明の多層研削体の構成はこのことをハイドロダイナミックの効果により自動的に実現する構成としている。 When the edge of the sheet grindstone touches the wafer surface, there is a high possibility of scratching, which would damage the wafer surface deeply due to local grinding stress, but according to the grinding method of the present invention, the edge of the sheet grindstone is on the wafer surface. Since the sheet grindstone is slightly convex toward the wafer surface side in accordance with the deformation of the plastic sheet without contact, it can be ground only at the convex portion having a gentle curvature of the sheet grindstone. The structure of the multilayer grinding body of the present invention is such that this is automatically realized by the hydrodynamic effect.

上記本発明の研削方法で使用される研削液は、被研削膜がウエハ上のCu膜もしくは金属膜である場合は、好ましくは、酸化剤と金属錯化剤を含む水性液である。このうち酸化剤は半導体ウエハ上に配設された金属配線の表面を瞬間的に酸化させて金属酸化物とし、脆化させて砥粒による研削により除去されやすくする。一方、金属錯化剤は研削された界面が更に酸化されないよう金属表面を保護する役割をする。   When the film to be ground is a Cu film or a metal film on the wafer, the grinding liquid used in the grinding method of the present invention is preferably an aqueous liquid containing an oxidizing agent and a metal complexing agent. Of these, the oxidizing agent instantaneously oxidizes the surface of the metal wiring disposed on the semiconductor wafer to form a metal oxide, embrittles it, and is easily removed by grinding with abrasive grains. On the other hand, the metal complexing agent serves to protect the metal surface so that the ground interface is not further oxidized.

本発明の研削方法で研削液の1成分として用いることのできる酸化剤としては、例えば、過酸化水素、過マンガン酸カリウム、三酸化二マンガン、酸化クロム、酸化セリウム等を挙げることができる。これらのうちでは、過酸化水が、酸化能力が高く、かつすぐに分解されて水に変わり、残渣を残さず、研削された材料に悪影響を与えないため、最も好ましい。研削液中の酸化剤の配合量は、0.1〜20重量%、特に1〜5重量%の範囲とすることが好ましい。   Examples of the oxidizing agent that can be used as one component of the grinding fluid in the grinding method of the present invention include hydrogen peroxide, potassium permanganate, dimanganese trioxide, chromium oxide, and cerium oxide. Of these, water peroxide is most preferred because it has a high oxidizing capacity and is readily decomposed into water, leaving no residue and not adversely affecting the ground material. The blending amount of the oxidizing agent in the grinding fluid is preferably 0.1 to 20% by weight, particularly 1 to 5% by weight.

本発明の研削方法で用いる研削液は、好ましくは金属不活性化剤を含有する。このような金属不活性化剤としては、ベンゾトリアゾール、ジアルキルチオリン酸亜鉛類、ジアルキルセレン等を挙げることができる。これらのうちではコスト、環境への影響等からベンゾトリアゾールが最も好ましい。研削液中の金属不活性剤の配合量は、0.1〜10重量%、特に0.5〜2重量%の範囲とすることが好ましい。   The grinding fluid used in the grinding method of the present invention preferably contains a metal deactivator. Examples of such metal deactivators include benzotriazole, zinc dialkylthiophosphates, and dialkyl selenium. Of these, benzotriazole is most preferable from the viewpoints of cost and environmental impact. The compounding amount of the metal deactivator in the grinding fluid is preferably 0.1 to 10% by weight, particularly 0.5 to 2% by weight.

本発明で用いる研削液は研削剤を含有していてもよい。このような研削剤としては、コロイダルシリカ、アルミナ−シリカ研削液、アルミナ研削液、セリウム研削液、キナルジン酸研削液等を挙げることができる。研磨剤は、10重量%までの濃度で含有することができる。   The grinding fluid used in the present invention may contain an abrasive. Examples of such an abrasive include colloidal silica, alumina-silica grinding fluid, alumina grinding fluid, cerium grinding fluid, and quinaldic acid grinding fluid. The abrasive can be contained at a concentration of up to 10% by weight.

本発明の研削方法の好ましい態様によれば、酸化剤、特に過酸化水素を含有した研削液をウエハ等の金属面に供給することにより、金属表面が酸化されて金属酸化物を形成することにより、研削装置による研削操作により半導体の部分と同等に均一に研削される。   According to a preferred aspect of the grinding method of the present invention, by supplying a grinding liquid containing an oxidizing agent, particularly hydrogen peroxide, to a metal surface such as a wafer, the metal surface is oxidized to form a metal oxide. By the grinding operation by the grinding device, the semiconductor part is ground uniformly and equally.

本発明の研削方法で研削、粗平坦化された半導体ウエハは、ついで、通常CMP技術、すなわち、ケミカル・メカニカル・ポリシングにより研磨され最終的にサブミクロンオーダーの粗さの面に平坦化させる。   The semiconductor wafer ground and roughened by the grinding method of the present invention is then polished by a normal CMP technique, that is, chemical mechanical polishing, and finally flattened to a surface having a roughness of submicron order.

次ぎに実施例を挙げて本発明につき更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら制約されるものではない。なお、ウエハの表面粗さ、および段差は精密段差計(KLATencor社製 Alpha−Step
500)、3Dトポグラフは、光干渉表面形状測定器(Veeco社製WYKO NT-3300)により測定した。
EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not restrict | limited to these Examples at all. The surface roughness and level difference of the wafer are measured with a precision step gauge (Alpha-Step manufactured by KLA Tencor).
500) The 3D topograph was measured with an optical interference surface shape measuring instrument (WYKO NT-3300 manufactured by Veeco).

(実施例1)
(装置)
図7に示した装置を用いた。
ディスクホルダー直径:30mm
パッド材質:発泡ポリウレタン
直径:30mm
厚さ:5mm
プラスチックシート材質:ポリイミド
直径:45mm
厚さ:0.1mm
砥粒層材質:ダイヤモンド+ポリイミド樹脂
ダイヤモンドの平均粒径:5μm
直径:30mm
厚さ:0.1mm
スピンドル回転速度:1000rpm
角度:進行方向に対して2度傾斜
押付圧力:100grf/cm
(Example 1)
(apparatus)
The apparatus shown in FIG. 7 was used.
Disc holder diameter: 30mm
Pad material: Polyurethane foam
Diameter: 30mm
Thickness: 5mm
Plastic sheet material: Polyimide
Diameter: 45mm
Thickness: 0.1mm
Abrasive layer material: Diamond + Polyimide resin Average particle diameter of diamond: 5 μm
Diameter: 30mm
Thickness: 0.1mm
Spindle rotation speed: 1000rpm
Angle: 2 degree tilt with respect to the direction of travel
Pressing pressure: 100 grf / cm 2

(被研削体)
ウエハ材質:シリコン
表面:2μm厚のシリコン酸化膜と銅配線が形成されている
溝深さ:1μm
直径:150mm
回転速度:20rpm
移動速度:75mm/分
(To-be-ground)
Wafer material: silicon Surface: 2 μm thick silicon oxide film and copper wiring are formed Groove depth: 1 μm
Diameter: 150mm
Rotation speed: 20rpm
Movement speed: 75mm / min

(研削液)
過酸化水素:30ml/L
ベンゾトリアゾール:10 g/L
供給量:100ml/分
(Grinding fluid)
Hydrogen peroxide: 30ml / L
Benzotriazole: 10 g / L
Supply amount: 100ml / min

研削結果を図4に、研削された試料表面の3Dトポグラフを図5に示す。膜厚2000nmに対して粗さのオーダーが±80nm前後であり、極表面だけを均一に研削できていることが明らかである。図5より、凹部は研削されず凸部の平坦部のみが均一に研削されていることが分かる。   The grinding result is shown in FIG. 4, and the 3D topograph of the ground sample surface is shown in FIG. It is clear that the order of roughness is around ± 80 nm with respect to a film thickness of 2000 nm, and only the pole surface can be ground uniformly. As can be seen from FIG. 5, the concave portion is not ground and only the flat portion of the convex portion is ground uniformly.

図6に、研削有無によるCMP後の平坦化特性を示す。凸部が研削状痕で粗されていることによって、粗い凸部が表面積が大きく、研磨歪も残留しているのでCMP時に凹部よりも研磨選択比が高く、平坦化効率が促進されることが分かる。   FIG. 6 shows the flattening characteristics after CMP with and without grinding. Since the projections are roughened by grinding traces, the rough projections have a large surface area and polishing strain remains, so that the polishing selectivity is higher than the depressions during CMP and the planarization efficiency is promoted. I understand.

本発明の研削装置、及び研削方法は、多層配線が形成されたシリコン、GaAs、GaP、InP等の超LSIウエハ、精密金型、レンズ、液晶パネル、フォトマスク、磁気ディスク、その他機械的研削を要する被研削物の研削に好ましく使用することができる。   The grinding apparatus and grinding method of the present invention are used for ultra-LSI wafers such as silicon, GaAs, GaP, and InP formed with multilayer wiring, precision molds, lenses, liquid crystal panels, photomasks, magnetic disks, and other mechanical grinding. It can be preferably used for grinding a workpiece to be ground.

図1は本発明の研削装置の一例を示した概略図である。FIG. 1 is a schematic view showing an example of a grinding apparatus of the present invention. 図2は、本発明の装置の全体図の一例を示した概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing an example of an overall view of the apparatus of the present invention. 図3は、本発明の研削方法を説明するための概略図である。FIG. 3 is a schematic view for explaining the grinding method of the present invention. 図4は、本発明の実施例における研削結果を示したグラフである。FIG. 4 is a graph showing the grinding result in the example of the present invention. 図5は、本発明の実施例における研削結果を示した3Dトポグラフである。FIG. 5 is a 3D topograph showing the grinding result in the example of the present invention. 図6は、本発明の実施例における研削の有無によるCMP後の平坦化特性を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the flattening characteristics after CMP according to the presence or absence of grinding in the example of the present invention. 図7は、本発明の研削装置の他の1例を示した概要図である。FIG. 7 is a schematic view showing another example of the grinding apparatus of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

1:ホイールスピンドル
2:スピンドル軸
3:ディスクホルダー
4:弾性パッド
5:プラスチックシート
6:シート砥石
11:研磨ホイール
12: ホイールスピンドル
13:ウエハ
14:2軸ステージ
15:ロータリーテーブル
22:回転スピンドル
23:ディスクホルダー
24:弾性パッド
25:プラスチックシート
26:シート砥石
27:研削液
28:ウエハ
29:ウエハ固定盤
1: Wheel spindle
2: Spindle shaft 3: Disc holder 4: Elastic pad 5: Plastic sheet 6: Sheet grindstone 11: Polishing wheel 12: Wheel spindle 13: Wafer 14: Biaxial stage 15: Rotary table 22: Rotary spindle 23: Disc holder 24: Elastic pad 25: Plastic sheet 26: Sheet grindstone 27: Grinding liquid 28: Wafer 29: Wafer fixing plate

Claims (5)

(1)回転スピンドル、(2)回転スピンドルの下面に設けられているディスクホルダー、(3)ディスクホルダーに取りつけられ(i)端部が曲面状に形成されている弾性パッド、(ii)弾性パッドに付着され、エラストマー製弾性板の直径よりわずかに大きい直径の円盤状の可撓性プラスチックシート、(iii)該プラスチックシートの下面に貼着され、プラスチックシートの直径より小さい直径の研削砥粒層を含むシート砥石からなる多層体を含む研削装置。   (1) a rotating spindle, (2) a disk holder provided on the lower surface of the rotating spindle, (3) an elastic pad attached to the disk holder (i) an end having a curved surface, and (ii) an elastic pad A disk-shaped flexible plastic sheet having a diameter slightly larger than the diameter of the elastomeric elastic plate, and (iii) a ground abrasive layer having a diameter smaller than the diameter of the plastic sheet, which is adhered to the lower surface of the plastic sheet Grinding device including a multilayer body made of a sheet grindstone including シート砥石が、プラスチックシートの中央部に、シートと略等しい厚さになるよう埋め込まれていることを特徴とする請求項1に記載の研削装置。   The grinding apparatus according to claim 1, wherein the sheet grindstone is embedded in the central portion of the plastic sheet so as to have a thickness substantially equal to that of the sheet. (1)回転スピンドル、(2)回転スピンドルの下面に設けられているディスクホルダー、(3)ディスクホルダーに取りつけられ(i)端部が曲面状に形成されている弾性パッド、(ii)弾性パッドに付着され、エラストマー製弾性板の直径よりわずかに大きい直径の円盤状のプラスチックシート、(iii)プラスチックシートの下面に貼着され、プラスチックシートの直径より小さい直径の研削砥粒層を含む多層研削体からなる研削装置の多層研削体を高速回転させて該多層研削体面と被研削体面との間に、研削液を介在させつつ被研削体上を走査させて被研削体の極表層のみを研削することを特徴とする研削方法。   (1) a rotating spindle, (2) a disk holder provided on the lower surface of the rotating spindle, (3) an elastic pad attached to the disk holder (i) an end having a curved surface, and (ii) an elastic pad A disc-shaped plastic sheet with a diameter slightly larger than the diameter of the elastomeric elastic plate, and (iii) multi-layer grinding including a grinding grain layer adhered to the lower surface of the plastic sheet and having a diameter smaller than that of the plastic sheet Grinding only the extreme surface layer of the object to be ground by scanning the surface of the object to be ground with the grinding fluid interposed between the surface of the object to be ground and the surface of the object to be ground. A grinding method characterized by: 研削液が、酸化剤と金属錯化剤とを有することを特徴とする請求項3に記載の研削方法。   The grinding method according to claim 3, wherein the grinding liquid has an oxidizing agent and a metal complexing agent. 被研削体が、多層配線形成プロセス途中の絶縁膜の平坦化または金属配線膜の平坦化が必要な半導体ウエハであることを特徴とする請求項3〜4に記載の研削方法。   The grinding method according to claim 3, wherein the object to be ground is a semiconductor wafer that requires planarization of an insulating film or metal wiring film in the middle of a multilayer wiring formation process.
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