JP2747469B2 - 半導体ウェーハの研磨方法とその装置 - Google Patents
半導体ウェーハの研磨方法とその装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエーハをメ
カノケミカルポリッシングするため上下の定盤を使用す
る半導体ウエーハの研磨方法とその装置の改良に係り、
研磨布表面温度を測定して、研磨布温度を一定温度に保
持するよう上定盤の加圧力を制御することにより、研磨
装置の劣化、研磨剤の温度や流量等の研磨条件の変動に
自動的に対応し、ウエーハの研磨仕上がりの変動を防止
し、研磨ウエーハの品質の均一化と省力化を図った半導
体ウエーハの研磨方法とその装置に関する。
カノケミカルポリッシングするため上下の定盤を使用す
る半導体ウエーハの研磨方法とその装置の改良に係り、
研磨布表面温度を測定して、研磨布温度を一定温度に保
持するよう上定盤の加圧力を制御することにより、研磨
装置の劣化、研磨剤の温度や流量等の研磨条件の変動に
自動的に対応し、ウエーハの研磨仕上がりの変動を防止
し、研磨ウエーハの品質の均一化と省力化を図った半導
体ウエーハの研磨方法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ディバイスを製作する材料である
半導体ウエーハの製造工程において、最終鏡面仕上を行
う工程が研磨工程であり、半導体ウエーハの最終品質が
この工程で決定される。
半導体ウエーハの製造工程において、最終鏡面仕上を行
う工程が研磨工程であり、半導体ウエーハの最終品質が
この工程で決定される。
【０００３】かかる研磨工程では、一般にメカノケミカ
ルポリッシング（以下ＭＣＰという）と呼ばれる研磨手
法が用いられる。ＭＣＰは例えば５〜３００ｎｍ程度の
粒径を有するＳｉＯ2粒子を苛性ソーダ、アンモニア及
びエタノールアミン等のアルカリ溶液に懸濁させてｐＨ
９〜１２程度にした、いわゆるコロイダルシリカから
なる研磨剤と、ポリウレタン樹脂等からなる研磨布とを
用い、図１に示す如く、研磨布３が貼り付けられた下定
盤２と半導体ウエーハ４が貼着された上定盤５を対向さ
せ、前記研磨剤を介して相対回転運動させて半導体ウエ
ーハ４を研磨する方法であリ、通常、装置はウエーハ４
が貼着された上定盤５を一定荷重を掛けて回転する加圧
ヘッドに装着して、回転テーブル１に載置された下定盤
２に当接させて相対回転運動させる構成からなる。
ルポリッシング（以下ＭＣＰという）と呼ばれる研磨手
法が用いられる。ＭＣＰは例えば５〜３００ｎｍ程度の
粒径を有するＳｉＯ2粒子を苛性ソーダ、アンモニア及
びエタノールアミン等のアルカリ溶液に懸濁させてｐＨ
９〜１２程度にした、いわゆるコロイダルシリカから
なる研磨剤と、ポリウレタン樹脂等からなる研磨布とを
用い、図１に示す如く、研磨布３が貼り付けられた下定
盤２と半導体ウエーハ４が貼着された上定盤５を対向さ
せ、前記研磨剤を介して相対回転運動させて半導体ウエ
ーハ４を研磨する方法であリ、通常、装置はウエーハ４
が貼着された上定盤５を一定荷重を掛けて回転する加圧
ヘッドに装着して、回転テーブル１に載置された下定盤
２に当接させて相対回転運動させる構成からなる。
【０００４】ＭＣＰは化学的除去作用の要因が大きく研
磨温度と研磨スピードとは顕著に比例するため、研磨布
上温度を一般に室温〜５０℃に設定し、研磨布上温度を
高精度に管理しかつその変動が極小になるよう制御する
ことが、高品質な半導体ウエーハを製造する上で重要課
題となった。
磨温度と研磨スピードとは顕著に比例するため、研磨布
上温度を一般に室温〜５０℃に設定し、研磨布上温度を
高精度に管理しかつその変動が極小になるよう制御する
ことが、高品質な半導体ウエーハを製造する上で重要課
題となった。
【０００５】温度制御手段として従来は、ＭＣＰ装置お
いて、研磨布上に過剰な研磨剤を供給して冷却したり、
研磨布を貼り付けた下定盤裏面を冷却するためこれを支
持する回転テーブル内部に冷媒通路を設け、冷媒を供給
して発生した研磨熱を排出し研磨温度を均一にする方法
が取られた。
いて、研磨布上に過剰な研磨剤を供給して冷却したり、
研磨布を貼り付けた下定盤裏面を冷却するためこれを支
持する回転テーブル内部に冷媒通路を設け、冷媒を供給
して発生した研磨熱を排出し研磨温度を均一にする方法
が取られた。
【０００６】さらに、研磨温度をより精度よく均一にす
る手段として、赤外線温度センサーで計測した研磨布上
温度にて研磨剤及び冷媒の流量を電磁弁などによりオン
ーオフ制御することが実施されていた。
る手段として、赤外線温度センサーで計測した研磨布上
温度にて研磨剤及び冷媒の流量を電磁弁などによりオン
ーオフ制御することが実施されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、研磨布上温度
にて研磨剤及び冷媒の流量を電磁弁などで制御する方法
では、コロイダルシリカは非常に不安定で凝集し易く、
熱容量が大きいことから、応答性が悪く制御温度範囲が
広くなり、高精度な温度制御ができなかった。
にて研磨剤及び冷媒の流量を電磁弁などで制御する方法
では、コロイダルシリカは非常に不安定で凝集し易く、
熱容量が大きいことから、応答性が悪く制御温度範囲が
広くなり、高精度な温度制御ができなかった。
【０００８】また、従来、研磨条件の安定化には使用す
る装置、研磨剤、研磨布の管理と調整に対して、多くの
人員や時間を要していた。さらに、研磨装置自体及び補
機類装置の経時的劣化にともない、研磨温度が変化し
て、研磨ウエーハの品質が劣化したり、品質にばらつき
を生じて歩留りの低下を招いていた。
る装置、研磨剤、研磨布の管理と調整に対して、多くの
人員や時間を要していた。さらに、研磨装置自体及び補
機類装置の経時的劣化にともない、研磨温度が変化し
て、研磨ウエーハの品質が劣化したり、品質にばらつき
を生じて歩留りの低下を招いていた。
【０００９】この発明は、従来のＭＣＰ装置おいて、研
磨布上温度の高精度な温度制御が実現されておらず、か
つ装置や研磨条件の経時的劣化にともない研磨温度が変
化することに対応できない現状に鑑み、上記の経時的劣
化にも対応でき研磨布上温度の高精度な温度制御が可能
な半導体ウエーハの研磨方法とその装置の提供を目的と
している。
磨布上温度の高精度な温度制御が実現されておらず、か
つ装置や研磨条件の経時的劣化にともない研磨温度が変
化することに対応できない現状に鑑み、上記の経時的劣
化にも対応でき研磨布上温度の高精度な温度制御が可能
な半導体ウエーハの研磨方法とその装置の提供を目的と
している。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明は、表面に研磨
布が貼着されかつ裏面側が冷媒で冷却される下定盤と半
導体ウエーハが貼着され一定圧力で加圧する上定盤を対
向させ、砥粒を溶液に懸濁させ所要ｐＨ濃度にした研磨
剤を介して相対運動させてウエーハを研磨する半導体ウ
エーハの研磨方法において、上定盤から外れた直後の研
磨布上の表面温度を測定して、測定器からの研磨布表面
温度の信号に基づいて、予め設定した目標温度とを比較
して必要な上定盤の加圧力を演算し、現在の加圧力と設
定加圧力とを比較して該加圧力を変更し、研磨布表面温
度が所要目標温度となるように制御することを特徴とす
る半導体ウエーハの研磨方法である。
布が貼着されかつ裏面側が冷媒で冷却される下定盤と半
導体ウエーハが貼着され一定圧力で加圧する上定盤を対
向させ、砥粒を溶液に懸濁させ所要ｐＨ濃度にした研磨
剤を介して相対運動させてウエーハを研磨する半導体ウ
エーハの研磨方法において、上定盤から外れた直後の研
磨布上の表面温度を測定して、測定器からの研磨布表面
温度の信号に基づいて、予め設定した目標温度とを比較
して必要な上定盤の加圧力を演算し、現在の加圧力と設
定加圧力とを比較して該加圧力を変更し、研磨布表面温
度が所要目標温度となるように制御することを特徴とす
る半導体ウエーハの研磨方法である。
【００１１】また、この発明は上記研磨方法において、
上定盤の加圧源にシリンダを用い、シリンダへの流体圧
力及び／または流体量を制御する流体制御手段を有し、
研磨布表面温度の測定器からの信号に基づいて、研磨布
表面温度を一定に維持するため流体制御手段を自動制御
するための演算制御手段を有することを特徴とする半導
体ウエーハの研磨装置である。
上定盤の加圧源にシリンダを用い、シリンダへの流体圧
力及び／または流体量を制御する流体制御手段を有し、
研磨布表面温度の測定器からの信号に基づいて、研磨布
表面温度を一定に維持するため流体制御手段を自動制御
するための演算制御手段を有することを特徴とする半導
体ウエーハの研磨装置である。
【００１２】
【作用】この発明による研磨方法は、従来方法が上定盤
に一定荷重を掛けて、研磨布あるいは研磨剤の温度が一
定温度となるように研磨剤の温度を制御していたのに対
して、研磨布表面温度を測定して、研磨布表面温度を一
定温度に保持するよう上定盤の加圧力を制御することに
より、研磨装置の劣化、研磨剤の温度や流量等の研磨条
件の変動に対してリアルタイムに対応できかつ自動的に
安定させ、ウエーハの研磨品質の変動を防止し、研磨ウ
エーハの品質の均一化、歩留りの向上と省力化を図った
ことを特徴としている。この発明による研磨方法は、単
一の上定盤を用いる研磨装置、複数の上定盤を用いる研
磨装置など公知のいずれのＭＣＰ装置にも適用できる。
に一定荷重を掛けて、研磨布あるいは研磨剤の温度が一
定温度となるように研磨剤の温度を制御していたのに対
して、研磨布表面温度を測定して、研磨布表面温度を一
定温度に保持するよう上定盤の加圧力を制御することに
より、研磨装置の劣化、研磨剤の温度や流量等の研磨条
件の変動に対してリアルタイムに対応できかつ自動的に
安定させ、ウエーハの研磨品質の変動を防止し、研磨ウ
エーハの品質の均一化、歩留りの向上と省力化を図った
ことを特徴としている。この発明による研磨方法は、単
一の上定盤を用いる研磨装置、複数の上定盤を用いる研
磨装置など公知のいずれのＭＣＰ装置にも適用できる。
【００１３】この発明において、研磨布表面温度の測定
方法は、実施例の赤外線温度センサーなどの公知の非接
触式温度計を利用できる。この発明において、研磨布表
面温度はＭＣＰ装置に応じて、例えば研磨剤の温度でも
研磨布の温度と仮定できる条件の場合は、研磨布の所定
位置の研磨剤の温度を測定してこれに基づいて制御して
もよい。また、この発明において研磨布表面温度は、Ｍ
ＣＰ装置及び研磨剤の濃度等の研磨条件に応じて測定位
置を選定するが、例えば上定盤から外れた直後の研磨布
上の表面温度を測定するなど、研磨布のウエーハと接触
している箇所にできるだけ近い位置の研磨布表面温度を
測定することが、研磨条件の変動に対してリアルタイム
に対応できかつ自動的に安定させる上で重要である。
方法は、実施例の赤外線温度センサーなどの公知の非接
触式温度計を利用できる。この発明において、研磨布表
面温度はＭＣＰ装置に応じて、例えば研磨剤の温度でも
研磨布の温度と仮定できる条件の場合は、研磨布の所定
位置の研磨剤の温度を測定してこれに基づいて制御して
もよい。また、この発明において研磨布表面温度は、Ｍ
ＣＰ装置及び研磨剤の濃度等の研磨条件に応じて測定位
置を選定するが、例えば上定盤から外れた直後の研磨布
上の表面温度を測定するなど、研磨布のウエーハと接触
している箇所にできるだけ近い位置の研磨布表面温度を
測定することが、研磨条件の変動に対してリアルタイム
に対応できかつ自動的に安定させる上で重要である。
【００１４】この発明において、上定盤の加圧力を制御
する手段は、極く微量の加圧力を応答性よく瞬時に変更
できる構成であれば、公知の何れの機構も採用でき、所
要のストロークを微小変化せることができるリニアアク
チュエーター、モーター、圧空などを利用する流体シリ
ンダ等を用いることができる。
する手段は、極く微量の加圧力を応答性よく瞬時に変更
できる構成であれば、公知の何れの機構も採用でき、所
要のストロークを微小変化せることができるリニアアク
チュエーター、モーター、圧空などを利用する流体シリ
ンダ等を用いることができる。
【００１５】流体シリンダの流体圧力及び／または流体
量を制御する流体制御手段には、実施例の電空レギュレ
ーターのほか、流体種類に応じた各種の制御弁などの公
知の機構を利用できる。
量を制御する流体制御手段には、実施例の電空レギュレ
ーターのほか、流体種類に応じた各種の制御弁などの公
知の機構を利用できる。
【００１６】上定盤の加圧力を制御するためのリニアア
クチュエーター、モーター、圧空シリンダなどを自動制
御するための演算制御手段には、研磨布表面温度の測定
器からの信号に基づいて、予め設定した目標温度とを比
較して必要な上定盤の加圧力を演算し、現在の加圧力と
設定加圧力とを比較して加圧力の変更を可能にするよう
プログラムしたコンピュータや、前記機能をフィードバ
ックあるいはフィードフォワード制御するよう回路設計
したコントローラーやレギュレーター等を利用すること
ができる。
クチュエーター、モーター、圧空シリンダなどを自動制
御するための演算制御手段には、研磨布表面温度の測定
器からの信号に基づいて、予め設定した目標温度とを比
較して必要な上定盤の加圧力を演算し、現在の加圧力と
設定加圧力とを比較して加圧力の変更を可能にするよう
プログラムしたコンピュータや、前記機能をフィードバ
ックあるいはフィードフォワード制御するよう回路設計
したコントローラーやレギュレーター等を利用すること
ができる。
【００１７】
【実施例】図１に示す研磨装置は、ウエーハ４が貼着さ
れた上定盤５を圧空シリンダ１３で押圧して回転する加
圧ヘッドに装着して、回転テーブル１に載置され研磨布
３が貼り付けられた下定盤２に当接させて研磨剤を介し
て相対回転運動させる構成からなる。
れた上定盤５を圧空シリンダ１３で押圧して回転する加
圧ヘッドに装着して、回転テーブル１に載置され研磨布
３が貼り付けられた下定盤２に当接させて研磨剤を介し
て相対回転運動させる構成からなる。
【００１８】非接触式温度計１０は回転テーブル１の回
転中心近傍の研磨布３表面温度を測定して、測定値を電
圧信号に変換して温度コントローラー１１に出力する。
温度コントローラー１１では、予め設定した目標温度と
を比較して所要加圧力を演算し、現在の加圧力との差に
基づいて、圧空シリンダ１３へ送る圧空量を決定して圧
空量を電気的に制御する電空レギュレーター１２ヘ制御
電流信号を送る。電空レギュレーター１２は温度コント
ローラー１１からの制御電流信号に従い、圧空シリンダ
１３へ制御エアーを送り上定盤５の加圧力を所要値に変
更する。
転中心近傍の研磨布３表面温度を測定して、測定値を電
圧信号に変換して温度コントローラー１１に出力する。
温度コントローラー１１では、予め設定した目標温度と
を比較して所要加圧力を演算し、現在の加圧力との差に
基づいて、圧空シリンダ１３へ送る圧空量を決定して圧
空量を電気的に制御する電空レギュレーター１２ヘ制御
電流信号を送る。電空レギュレーター１２は温度コント
ローラー１１からの制御電流信号に従い、圧空シリンダ
１３へ制御エアーを送り上定盤５の加圧力を所要値に変
更する。
【００１９】この発明による研磨装置は、上述の如く研
磨布表面温度が所要の一定温度となるように上定盤５の
加圧力を制御するが、図２に示す如く、所要の目標温度
±０．５℃以内に研磨布表面温度を維持することがで
き、研磨装置の劣化、研磨剤の温度や流量等の研磨条件
の変動に対してもリアルタイムに対応できかつ研磨布表
面温度を自動的に安定させ、ウエーハの研磨品質を一定
にすることができる。
磨布表面温度が所要の一定温度となるように上定盤５の
加圧力を制御するが、図２に示す如く、所要の目標温度
±０．５℃以内に研磨布表面温度を維持することがで
き、研磨装置の劣化、研磨剤の温度や流量等の研磨条件
の変動に対してもリアルタイムに対応できかつ研磨布表
面温度を自動的に安定させ、ウエーハの研磨品質を一定
にすることができる。
【００２０】ちなみに、この発明による研磨装置と従来
の一定荷重を行う研磨装置を用いて半導体ウエーハの研
磨を多数実施して比較したところ、研磨中の温度が上昇
せずに一定時間内に研磨量が十分でなかったことに起因
する不良が、この発明による研磨方法では従来の１／１
０以下に著しく低減でき、また、研磨中の温度が上がり
すぎて研磨剤によるエッチングが進行したことに起因す
る不良が、この発明による研磨方法では従来の１／２以
下に低減できた。
の一定荷重を行う研磨装置を用いて半導体ウエーハの研
磨を多数実施して比較したところ、研磨中の温度が上昇
せずに一定時間内に研磨量が十分でなかったことに起因
する不良が、この発明による研磨方法では従来の１／１
０以下に著しく低減でき、また、研磨中の温度が上がり
すぎて研磨剤によるエッチングが進行したことに起因す
る不良が、この発明による研磨方法では従来の１／２以
下に低減できた。
【００２１】
【発明の効果】この発明による研磨方法は、研磨布表面
温度を測定しながら上定盤の加圧力を制御することによ
り、研磨装置の劣化、研磨剤の温度や流量等の研磨条件
の変動にもかかわらず、極めて高精度で研磨布表面温度
を一定温度に保持することができ、ウエーハの研磨品質
を一定にすることができ、製品歩留りも実施例にしめす
如く飛躍的に低減でき、また、自動制御を可能にしたこ
とから研磨装置の保守、管理も極めて容易になり省力化
が達成できる。
温度を測定しながら上定盤の加圧力を制御することによ
り、研磨装置の劣化、研磨剤の温度や流量等の研磨条件
の変動にもかかわらず、極めて高精度で研磨布表面温度
を一定温度に保持することができ、ウエーハの研磨品質
を一定にすることができ、製品歩留りも実施例にしめす
如く飛躍的に低減でき、また、自動制御を可能にしたこ
とから研磨装置の保守、管理も極めて容易になり省力化
が達成できる。
【図１】この発明による研磨方法を示す、研磨装置と制
御装置の説明図である。
御装置の説明図である。
【図２】この発明の実施例における制御状態を示すグラ
フであり、（Ａ）図は研磨時間と上定盤の制御圧力との
関係を示し、（Ｂ）図は研磨時間と研磨布表面温度との
関係を示すグラフである。
フであり、（Ａ）図は研磨時間と上定盤の制御圧力との
関係を示し、（Ｂ）図は研磨時間と研磨布表面温度との
関係を示すグラフである。
１ 回転テーブル ２ 下定盤 ３ 研磨布 ４ ウエーハ ５ 上定盤 １０ 非接触式温度計 １１ 温度コントローラー １２ 電空レギュレーター １３ 圧空シリンダ
Claims (2)
- 【請求項１】 表面に研磨布が貼着されかつ裏面側が冷
媒で冷却される下定盤と半導体ウエーハが貼着され一定
圧力で加圧する上定盤を対向させ、砥粒を溶液に懸濁さ
せ所要ｐＨ濃度にした研磨剤を介して相対運動させてウ
エーハを研磨する半導体ウエーハの研磨方法において、
上定盤から外れた直後の研磨布上の表面温度を測定し
て、測定器からの研磨布表面温度の信号に基づいて、予
め設定した目標温度とを比較して必要な上定盤の加圧力
を演算し、現在の加圧力と設定加圧力とを比較して該加
圧力を変更し、研磨布表面温度が所要目標温度となるよ
うに制御することを特徴とする半導体ウエーハの研磨方
法。 - 【請求項２】 上定盤の加圧源にシリンダを用い、シリ
ンダへの流体圧力及び／または流体量を制御する流体制
御手段を有し、研磨布表面温度の測定器からの信号に基
づいて、研磨布表面温度を一定に維持するため流体制御
手段を自動制御するための演算制御手段を有することを
特徴とする請求項１記載の半導体ウエーハの研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3093271A JP2747469B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 半導体ウェーハの研磨方法とその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3093271A JP2747469B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 半導体ウェーハの研磨方法とその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04303931A JPH04303931A (ja) | 1992-10-27 |
| JP2747469B2 true JP2747469B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=14077795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3093271A Expired - Fee Related JP2747469B2 (ja) | 1991-03-29 | 1991-03-29 | 半導体ウェーハの研磨方法とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2747469B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020241850A1 (ja) * | 2019-05-31 | 2020-12-03 | 株式会社荏原製作所 | 放射温度計を較正する方法、およびシステム |
| JP7328931B2 (ja) * | 2019-05-31 | 2023-08-17 | 株式会社荏原製作所 | 放射温度計を較正する方法、およびシステム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6056460U (ja) * | 1983-09-27 | 1985-04-19 | 株式会社東芝 | 研磨装置 |
-
1991
- 1991-03-29 JP JP3093271A patent/JP2747469B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04303931A (ja) | 1992-10-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
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