JP3077652B2 - ウエーファの研磨方法及びその装置 - Google Patents
ウエーファの研磨方法及びその装置Info
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ウエーファの研磨
方法及びその装置に係わり、特に、半導体装置の層間絶
縁膜や金属配線の平坦化に好適なウエーファの研磨方法
及びその装置に関する。
方法及びその装置に係わり、特に、半導体装置の層間絶
縁膜や金属配線の平坦化に好適なウエーファの研磨方法
及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ウエーファの研磨方法としては、例えば
特開平５−３２６４６８号公報による技術が知られてい
る。上記したものは、図５に示すように、ウェハ３６を
装着したキャリア３１を研磨定盤３３上に装着された研
磨パッド３２に押し付けウエーファ３６を研磨する際
に、ウエーファ３６周辺にウエーファ３６の厚みより薄
い周辺リング３５を装着して研磨するものである。
特開平５−３２６４６８号公報による技術が知られてい
る。上記したものは、図５に示すように、ウェハ３６を
装着したキャリア３１を研磨定盤３３上に装着された研
磨パッド３２に押し付けウエーファ３６を研磨する際
に、ウエーファ３６周辺にウエーファ３６の厚みより薄
い周辺リング３５を装着して研磨するものである。
【０００３】しかし、上記した従来のものは、研磨時に
ウエーファ３６が研磨パッド３２に押し付けられるが、
周辺リング３５よりウエーファ３６が飛び出しているた
めウエーファ３６周辺に多大な荷重が加わり、ウエーフ
ァ周辺の研磨レートが大きくなり、均一性が得られない
という欠点があった。
ウエーファ３６が研磨パッド３２に押し付けられるが、
周辺リング３５よりウエーファ３６が飛び出しているた
めウエーファ３６周辺に多大な荷重が加わり、ウエーフ
ァ周辺の研磨レートが大きくなり、均一性が得られない
という欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記し
た従来技術の欠点を改良し、特に、均一性を以て研磨す
ると共に、ウエーファの有効領域を拡大するウエーファ
の研磨方法及びその装置を提供することにある。
た従来技術の欠点を改良し、特に、均一性を以て研磨す
ると共に、ウエーファの有効領域を拡大するウエーファ
の研磨方法及びその装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記した目的
を達成するため、基本的には、以下に記載されたような
技術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる
ウエーファの研磨装置の第１の態様は、ウエーファを取
り付けた硬質プレートを定盤上に貼付された研磨パッド
上で回転摺動させて前記ウエーファを研磨するウエーフ
ァの研磨装置において、前記ウエーファの周縁にウエー
ファの仕上がり厚よりも厚い部分を含むリングを取り付
けて、前記ウエーファを研磨するウエーファの研磨装置
であり、又、第２の態様としては、ウエーファを取り付
けたキャリアを定盤上に貼付された研磨パッド上で回転
摺動させて前記ウエーファを研磨するウエーファの研磨
装置におて、前記ウエーファの周縁にウエーファの表面
より飛び出した部分を含むリングを取り付けて、前記ウ
エーファを研磨するウエーファの研磨装置であり、又、
第３の態様としては、前記リングの厚みは前記ウエーフ
ァ側内周部が薄く、外周部が厚く形成されているウエー
ファの研磨装置であり、又、第４の態様としては、前記
リングの摺動面には、キャリア表面に対して、所定の角
度の傾斜面が形成されているウエーファの研磨装置であ
り、又、第５の態様としては、前記リングの摺動面の角
度は、キャリア表面に対して０．０００５乃至０．００
５ラヂアンの角度であることを特徴とするウエーファの
研磨装置である。
を達成するため、基本的には、以下に記載されたような
技術構成を採用するものである。即ち、本発明に係わる
ウエーファの研磨装置の第１の態様は、ウエーファを取
り付けた硬質プレートを定盤上に貼付された研磨パッド
上で回転摺動させて前記ウエーファを研磨するウエーフ
ァの研磨装置において、前記ウエーファの周縁にウエー
ファの仕上がり厚よりも厚い部分を含むリングを取り付
けて、前記ウエーファを研磨するウエーファの研磨装置
であり、又、第２の態様としては、ウエーファを取り付
けたキャリアを定盤上に貼付された研磨パッド上で回転
摺動させて前記ウエーファを研磨するウエーファの研磨
装置におて、前記ウエーファの周縁にウエーファの表面
より飛び出した部分を含むリングを取り付けて、前記ウ
エーファを研磨するウエーファの研磨装置であり、又、
第３の態様としては、前記リングの厚みは前記ウエーフ
ァ側内周部が薄く、外周部が厚く形成されているウエー
ファの研磨装置であり、又、第４の態様としては、前記
リングの摺動面には、キャリア表面に対して、所定の角
度の傾斜面が形成されているウエーファの研磨装置であ
り、又、第５の態様としては、前記リングの摺動面の角
度は、キャリア表面に対して０．０００５乃至０．００
５ラヂアンの角度であることを特徴とするウエーファの
研磨装置である。
【０００６】又、本発明のウエーファの研磨方法の第１
の態様としては、ウエーファを取り付けたキャリアを定
盤上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウ
エーファを研磨するウエーファの研磨装置において、前
記ウエーファの周縁にウエーファの表面より飛び出した
部分を含むリングを取り付け、この状態で前記ウエーフ
ァを研磨するウエーファの研磨方法であり、又、第２の
態様としては、前記リングの厚みは前記ウエーファ側が
薄く、外周部が厚く形成されているリングを用いて前記
ウエーファを研磨するウエーファの研磨方法である。
の態様としては、ウエーファを取り付けたキャリアを定
盤上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウ
エーファを研磨するウエーファの研磨装置において、前
記ウエーファの周縁にウエーファの表面より飛び出した
部分を含むリングを取り付け、この状態で前記ウエーフ
ァを研磨するウエーファの研磨方法であり、又、第２の
態様としては、前記リングの厚みは前記ウエーファ側が
薄く、外周部が厚く形成されているリングを用いて前記
ウエーファを研磨するウエーファの研磨方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明に係わるウエーファの研磨
装置は、ウエーファを取り付けたキャリアを定盤上に貼
付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエーファ
を研磨するウエーファの研磨装置において、前記ウエー
ファの周縁にウエーファの仕上がり厚よりも厚い部分を
含むリング（周辺リング）を取り付けて、前記ウエーフ
ァを研磨するように構成したから、ウエーファ面全体に
わたり均一な力がかかる。
装置は、ウエーファを取り付けたキャリアを定盤上に貼
付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエーファ
を研磨するウエーファの研磨装置において、前記ウエー
ファの周縁にウエーファの仕上がり厚よりも厚い部分を
含むリング（周辺リング）を取り付けて、前記ウエーフ
ァを研磨するように構成したから、ウエーファ面全体に
わたり均一な力がかかる。
【０００８】このため、均一性において優れた化学的機
械的研磨（ＣＭＰ）を行うことができる。
械的研磨（ＣＭＰ）を行うことができる。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明に係わるウエーファの研磨方
法及びその装置の具体例を図面を参照して詳細に説明す
る。図２は本発明の第１の具体例を示し、図２には、ウ
エーファ６を取り付けたキャリア１と定盤４上に貼付さ
れた研磨パッド２上で回転摺動させて前記ウエーファ６
を研磨するウエーファの研磨装置において、前記ウエー
ファ６の周縁にウエーファの仕上がり厚ｔ１よりも厚い
部分ｔ２を含むリング５を取り付けて、前記ウエーファ
６を研磨するウエーファの研磨装置が示されている。
法及びその装置の具体例を図面を参照して詳細に説明す
る。図２は本発明の第１の具体例を示し、図２には、ウ
エーファ６を取り付けたキャリア１と定盤４上に貼付さ
れた研磨パッド２上で回転摺動させて前記ウエーファ６
を研磨するウエーファの研磨装置において、前記ウエー
ファ６の周縁にウエーファの仕上がり厚ｔ１よりも厚い
部分ｔ２を含むリング５を取り付けて、前記ウエーファ
６を研磨するウエーファの研磨装置が示されている。
【００１０】又、ウエーファを取り付けたキャリアを定
盤上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウ
エーファを研磨するウエーファの研磨装置において、前
記ウエーファ６の周縁にウエーファ６の表面より飛び出
した部分５Ａを含むリング５を取り付けて、前記ウエー
ファ６を研磨するウエーファの研磨装置が示されてい
る。
盤上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウ
エーファを研磨するウエーファの研磨装置において、前
記ウエーファ６の周縁にウエーファ６の表面より飛び出
した部分５Ａを含むリング５を取り付けて、前記ウエー
ファ６を研磨するウエーファの研磨装置が示されてい
る。
【００１１】この具体例では、第１の金属配線１３を有
した半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜１４を形成
し、その後、図２のキャリア部１のリング５の構造がウ
エーファ６の表面６Ａより飛び出した部分５Ａを形成し
たリング５を装着している研磨装置Ｐを用い、更に、ス
ラリーとしてシリカ粒子を用い化学的機械的研磨（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉ
ｎｇ以下ＣＭＰと称す）法にて層間絶縁膜１４を平坦化
する。次に、ビアホール１５を開口し密着層として窒化
チタン膜１６を成膜し、その後、タングステン膜１７を
全面成膜する。
した半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜１４を形成
し、その後、図２のキャリア部１のリング５の構造がウ
エーファ６の表面６Ａより飛び出した部分５Ａを形成し
たリング５を装着している研磨装置Ｐを用い、更に、ス
ラリーとしてシリカ粒子を用い化学的機械的研磨（Ｃｈ
ｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉ
ｎｇ以下ＣＭＰと称す）法にて層間絶縁膜１４を平坦化
する。次に、ビアホール１５を開口し密着層として窒化
チタン膜１６を成膜し、その後、タングステン膜１７を
全面成膜する。
【００１２】次に、本発明の研磨装置Ｐを用いると共に
アルミナ粒子のスラリーを使用して前記タングステン膜
７、窒化チタン膜６を研磨しタングステンプラグを形成
する。この具体例を更に、具体的に説明すると、第１の
金属配線１３を５０００Åを有した半導体基板１１上に
第１の層間絶縁膜１４を１００００Å形成し（図１
（ａ））、シリカ濃度１０ｗｔ％のスラリーを用いると
共に、ウエーファの厚みの略１／３ウエーファ６の表面
６Ａより飛び出しているリング５を用い、ＣＭＰによる
平坦化を行う。その後、ビアホール１５を開口し密着層
として窒化チタン膜１６を５００Å成膜し、続いて前記
窒化チタン膜上にタングステン膜１７を５０００Å全面
成膜する（図１（ｂ））。次に、アルミナ粒子濃度５ｗ
ｔ％に酸化剤としてＫＩＯ3 （よう化酸カリウム）を用
いたアルミナ粒子スラリーを用い再び、タングステン膜
１７と窒化チタン膜１６を全面研磨する。さらに、窒化
チタン膜５００ÅとＡｌ−Ｃｕ膜４５００Åを連続にス
パッタし、第２の金属配線８を図１（ｃ）のように形成
する。
アルミナ粒子のスラリーを使用して前記タングステン膜
７、窒化チタン膜６を研磨しタングステンプラグを形成
する。この具体例を更に、具体的に説明すると、第１の
金属配線１３を５０００Åを有した半導体基板１１上に
第１の層間絶縁膜１４を１００００Å形成し（図１
（ａ））、シリカ濃度１０ｗｔ％のスラリーを用いると
共に、ウエーファの厚みの略１／３ウエーファ６の表面
６Ａより飛び出しているリング５を用い、ＣＭＰによる
平坦化を行う。その後、ビアホール１５を開口し密着層
として窒化チタン膜１６を５００Å成膜し、続いて前記
窒化チタン膜上にタングステン膜１７を５０００Å全面
成膜する（図１（ｂ））。次に、アルミナ粒子濃度５ｗ
ｔ％に酸化剤としてＫＩＯ3 （よう化酸カリウム）を用
いたアルミナ粒子スラリーを用い再び、タングステン膜
１７と窒化チタン膜１６を全面研磨する。さらに、窒化
チタン膜５００ÅとＡｌ−Ｃｕ膜４５００Åを連続にス
パッタし、第２の金属配線８を図１（ｃ）のように形成
する。
【００１３】上記説明では、周辺リング５の突出量はウ
エーファ６の厚みの１／３としたが、１／１０〜１の範
囲であれば同様の効果が得る事ができる。又、アルミナ
粒子に酸化剤としてＫＩＯ3 （よう化酸カリウム）を用
いたが、Ｆｅ系酸化剤（たとえば、硝酸第二鉄）を用い
ても同様の効果を得ることが出来る。ＣＭＰ法の研磨条
件は定盤回転数１０〜７０ｒｐｍ、キャリア回転数１０
〜７０ｒｐｍ、荷重２〜８ｐｓｉ、裏面荷重０〜４ｐｓ
ｉ、スラリー流量５０〜２００ｃｃ／ｍｉｎ．の範囲で
あればよい。
エーファ６の厚みの１／３としたが、１／１０〜１の範
囲であれば同様の効果が得る事ができる。又、アルミナ
粒子に酸化剤としてＫＩＯ3 （よう化酸カリウム）を用
いたが、Ｆｅ系酸化剤（たとえば、硝酸第二鉄）を用い
ても同様の効果を得ることが出来る。ＣＭＰ法の研磨条
件は定盤回転数１０〜７０ｒｐｍ、キャリア回転数１０
〜７０ｒｐｍ、荷重２〜８ｐｓｉ、裏面荷重０〜４ｐｓ
ｉ、スラリー流量５０〜２００ｃｃ／ｍｉｎ．の範囲で
あればよい。
【００１４】次に本発明の第２の具体例について図３を
用いて説明する。図３には、ウェーファ６を取り付けた
キャリア１を定盤２４上に貼付された研磨パッド２３上
で回転摺動させて前記ウェーファ６を研磨するウェーフ
ァの研磨装置において、前記ウェーファ６を囲むリング
２５の厚みは前記ウェーファ６側内周部が厚みｔ３で薄
く、外周部が厚くｔ４に形成されているウェーファの研
磨装置が示され、又、前記リング２５の摺動面２６に
は、キャリア１表面１ａに対して所定の角度の傾斜面２
７が形成されているウェーファの研磨装置が示されてい
る。
用いて説明する。図３には、ウェーファ６を取り付けた
キャリア１を定盤２４上に貼付された研磨パッド２３上
で回転摺動させて前記ウェーファ６を研磨するウェーフ
ァの研磨装置において、前記ウェーファ６を囲むリング
２５の厚みは前記ウェーファ６側内周部が厚みｔ３で薄
く、外周部が厚くｔ４に形成されているウェーファの研
磨装置が示され、又、前記リング２５の摺動面２６に
は、キャリア１表面１ａに対して所定の角度の傾斜面２
７が形成されているウェーファの研磨装置が示されてい
る。
【００１５】この具体例では、第１の金属配線１３を有
した半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜１４を形成
し、その後、図３のキャリア部１のリング２５の構造が
ウェーファの表面６Ａより飛び出した部分２５Ａを形成
したリング５を装着している研磨装置Ｐ１を用い、更
に、スラリーとしてシリカ粒子を用い化学的機械的研磨
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉ
ｓｈｉｎｇ 以下ＣＭＰと称す）法により層間絶縁膜１
４を平坦化する。
した半導体基板１１上に第１の層間絶縁膜１４を形成
し、その後、図３のキャリア部１のリング２５の構造が
ウェーファの表面６Ａより飛び出した部分２５Ａを形成
したリング５を装着している研磨装置Ｐ１を用い、更
に、スラリーとしてシリカ粒子を用い化学的機械的研磨
（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉ
ｓｈｉｎｇ 以下ＣＭＰと称す）法により層間絶縁膜１
４を平坦化する。
【００１６】そして、この具体例では、ウェーファ６を
囲むリング２５の厚みは、ウェーファ側の内周部の厚み
ｔ３が薄く、外周部の厚みｔ４が厚くなっていて、リン
グ２５にはキャリア１の表面に対し、０．００１ラヂア
ンの角度の傾斜面が形成されている。又、使用する研磨
パッドとしては変形可能なエアープレート２４上に研磨
パッド２３を装着した研磨装置を用いて第１の具体例と
同様にＣＭＰによる平坦化研磨を行った。
囲むリング２５の厚みは、ウェーファ側の内周部の厚み
ｔ３が薄く、外周部の厚みｔ４が厚くなっていて、リン
グ２５にはキャリア１の表面に対し、０．００１ラヂア
ンの角度の傾斜面が形成されている。又、使用する研磨
パッドとしては変形可能なエアープレート２４上に研磨
パッド２３を装着した研磨装置を用いて第１の具体例と
同様にＣＭＰによる平坦化研磨を行った。
【００１７】次に、本発明の研磨装置Ｐ１を用いると共
にアルミナ粒子のスラリーを使用して前記タングステン
膜７、窒化チタン膜６を研磨しタングステンプラグを形
成した。整形された周辺リングの内側と外側の角度は
０．００１ラヂアンとしたが、０．０００５〜０．００
５ラヂアンの範囲であれば同様の効果が得られる。
にアルミナ粒子のスラリーを使用して前記タングステン
膜７、窒化チタン膜６を研磨しタングステンプラグを形
成した。整形された周辺リングの内側と外側の角度は
０．００１ラヂアンとしたが、０．０００５〜０．００
５ラヂアンの範囲であれば同様の効果が得られる。
【００１８】外側が厚く整形された本発明の周辺リング
２５はエアープレートのような変形可能なプレート２４
上に装着された研磨パッド２３のたわみと一致するため
均一性の向上が図られる。図４に連続研磨時の均一性の
変化を示した。図４に示すように変形可能なパッドを用
いると均一性が安定するまで５０枚以上のダミー研磨が
必要となるが、変形された周辺リング２５を用いるとダ
ミー研磨が不必要となる。
２５はエアープレートのような変形可能なプレート２４
上に装着された研磨パッド２３のたわみと一致するため
均一性の向上が図られる。図４に連続研磨時の均一性の
変化を示した。図４に示すように変形可能なパッドを用
いると均一性が安定するまで５０枚以上のダミー研磨が
必要となるが、変形された周辺リング２５を用いるとダ
ミー研磨が不必要となる。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、ウェーファより周辺リ
ングが突出している事によって、ウェーファ周辺の研磨
レートを抑制し、これにより、ウェーファの有効領域が
拡大する。さらに、エアープレートのような変形可能な
プレート上に研磨パッドを装着し周辺リングの外側が内
側より厚く整形された周辺リングを用いることによっ
て、パッドが変形し、ウェーファ周辺の研磨レートを抑
制し、ウェーファの有効領域を拡大する事が出来る。
ングが突出している事によって、ウェーファ周辺の研磨
レートを抑制し、これにより、ウェーファの有効領域が
拡大する。さらに、エアープレートのような変形可能な
プレート上に研磨パッドを装着し周辺リングの外側が内
側より厚く整形された周辺リングを用いることによっ
て、パッドが変形し、ウェーファ周辺の研磨レートを抑
制し、ウェーファの有効領域を拡大する事が出来る。
【図１】研磨する半導体の断面図である。
【図２】本発明の研磨装置の第１の具体例を示す図であ
る。
る。
【図３】本発明の研磨装置の第２の具体例を示す図であ
る。
る。
【図４】本発明の効果を示すグラフである。
【図５】従来技術を示す図である。
【符号の説明】 １：キャリア ２：硬質プレート上の研磨パッド ４：定盤 ５：周辺リング ６：ウェーファ １１：半導体基板 １２：シリコン酸化膜 １３：第１の金属配線 １４：第１の層間絶縁膜 １５：ビアホール １６：密着層 １７：タングステン膜 １８：第２の金属配線 ２３：研磨パッド ２４：定盤 ２５：周辺リング
Claims (8)
- 【請求項１】 ウエーファを取り付けたキャリアを定盤
上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエ
ーファを研磨するウエーファの研磨装置において、 前記ウエーファの周縁にウエーファの仕上がり厚よりも
厚い部分を含むリングを取り付けると共に、前記リング
の厚みは、前記ウエーファ側内周部が薄く、外周部が厚
く形成されていることを特徴とするウエーファの研磨装
置。 - 【請求項２】 ウエーファを取り付けたキャリアを定盤
上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエ
ーファを研磨するウエーファの研磨装置において、前記ウエーファの周縁にウエーファの仕上がり厚よりも
厚い部分を含むリングを取り付けると共に、前記リング
の摺動面には、キャリア表面に対して所定の角度の傾斜
面が形成されている ことを特徴とするウエーファの研磨
装置。 - 【請求項３】 ウエーファを取り付けたキャリアを定盤
上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエ
ーファを研磨するウエーファの研磨装置において、 前記ウエーファの周縁にウエーファの表面より飛び出し
た部分を含むリングを取り付けると共に、前記 リングの
厚みは前記ウエーファ側内周部が薄く、外周部が厚く形
成されていることを特徴とするウエーファの研磨装置。 - 【請求項４】 ウエーファを取り付けたキャリアを定盤
上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエ
ーファを研磨するウエーファの研磨装置におて、 前記ウエーファの周縁にウエーファの表面より飛び出し
た部分を含むリングを取り付けると共に、 前記リングの
摺動面には、キャリア表面に対して所定の角度の傾斜面
が形成されていることを特徴とするウエーファの研磨装
置。 - 【請求項５】 前記リングの摺動面の角度は、断面形状
においてキャリア表面に対して０．０００５乃至０．０
０５ラヂアンの角度であることを特徴とする請求項１乃
至４の何れかに記載のウエーファの研磨装置。 - 【請求項６】 ウエーファを取り付けたキャリアを定盤
上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエ
ーファを研磨するウエーファの研磨装置において、 前記ウエーファの周縁にウエーファの表面より飛び出し
た突出量が前記ウエーファの厚みの１／１０乃至１の部
分を含むリングを取り付け、前記ウエーファを研磨する
ことを特徴とするウエーファの研磨装置。 - 【請求項７】 ウエーファを取り付けたキャリアを定盤
上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエ
ーファを研磨するウエーファの研磨方法において、 前記ウエーファの周縁にウエーファの表面より飛び出し
た部分を含むリングを取り付け、前記リングの厚みが 前
記ウエーファ側内周部で薄く、外周部で厚く形成されて
いるリングを用いて前記ウエーファを研磨することを特
徴とするウエーファの研磨方法。 - 【請求項８】 ウエーファを取り付けたキャリアを定盤
上に貼付された研磨パッド上で回転摺動させて前記ウエ
ーファを研磨するウエーファの研磨方法において、 前記ウエーファの周縁にウエーファの表面より飛び出し
た突出量が前記ウエーファの厚みの１／１０乃至１の部
分を含むリングを取り付け、この状態で前記ウエーファ
を研磨することを特徴とするウエーファの研磨方法。
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