JP3177549B2 - Wafer polishing amount detection apparatus and wafer polishing amount detection method - Google Patents

Wafer polishing amount detection apparatus and wafer polishing amount detection method

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JP3177549B2
JP3177549B2 JP715093A JP715093A JP3177549B2 JP 3177549 B2 JP3177549 B2 JP 3177549B2 JP 715093 A JP715093 A JP 715093A JP 715093 A JP715093 A JP 715093A JP 3177549 B2 JP3177549 B2 JP 3177549B2
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雅司 濱中
猛 光嶋
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハの平坦化
のための研磨におけるウェハ研磨量の検出装置及びその
検出方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus and a method for detecting a wafer polishing amount in polishing for flattening a semiconductor wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体ウェハ上に形成される半導
体装置の高集積化にともない、半導体チップの面積増大
を避けるため、配線層の微細化や多層化が進みつつあ
る。
2. Description of the Related Art In recent years, as the degree of integration of semiconductor devices formed on a semiconductor wafer has increased, the wiring layers have been miniaturized and multilayered in order to avoid an increase in the area of semiconductor chips.

【0003】多層配線技術の重要課題のひとつとして層
間絶縁膜の平坦化が挙げられる。層間絶縁膜の平坦化方
法としていくつかの方法が提案されているが、低温でか
つほぼ完全な平坦化が実現できるケミカルメカニカルポ
リッシング(Chemical Mechanical Polishing、以
下、CMPという)が最近注目されつつある。
[0003] One of the important issues of the multilayer wiring technique is flattening of an interlayer insulating film. Several methods have been proposed as a method for planarizing an interlayer insulating film. However, recently, chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as CMP) capable of realizing almost complete planarization at a low temperature has been attracting attention.

【0004】以下、図面を参照しながら、従来のCMP
による平坦化技術を採用した半導体装置の製造方法の一
例について説明する。
Hereinafter, a conventional CMP will be described with reference to the drawings.
An example of a method for manufacturing a semiconductor device employing a planarization technique according to the present invention will be described.

【0005】図11は、従来のCMPにより平坦化する
過程における半導体装置の断面構造を示すものである。
FIG. 11 shows a sectional structure of a semiconductor device in a process of flattening by conventional CMP.

【0006】図11(a)〜(d)において、1は半導
体素子が形成されたシリコン基板、2はシリコン基板1
上に形成される多層配線構造における下層アルミニウム
配線、3は下層アルミニウム配線2上に形成された珪素
系酸化膜、5は上層アルミニウム配線、6は下層のアル
ミニウム配線2と上層のアルミニウム配線5を接続する
ためのスルーホールであり、珪素系酸化膜3に形成され
るものである。
In FIGS. 11A to 11D, reference numeral 1 denotes a silicon substrate on which a semiconductor element is formed, and 2 denotes a silicon substrate.
The lower aluminum wiring in the multilayer wiring structure formed thereon, 3 is a silicon-based oxide film formed on the lower aluminum wiring 2, 5 is the upper aluminum wiring, 6 is the connection between the lower aluminum wiring 2 and the upper aluminum wiring 5. Through holes formed in the silicon-based oxide film 3.

【0007】図12は、従来のCMPによる平坦化のた
めの研磨装置の概略構成を示すものである。
FIG. 12 shows a schematic configuration of a conventional polishing apparatus for flattening by CMP.

【0008】図12において、7は水平面内で回転可能
な研磨台であり、その上面にはウェハ13を研磨するた
めの研磨布(図示せず)が敷設されている。8は上記研
磨台7の上面に対峙して設けられウェハ13を固定する
ためのホルダーであり、アーム9により、水平面内で回
転可能に支持されている。10は研磨用薬液を研磨台7
に供給するための薬液供給ノズルであり、該薬液供給ノ
ズル10の供給口は研磨台7の上面に向けられている。
なお、11は研磨台7を回転させるための研磨台用モー
ターであって、研磨台7の回転軸に取り付けられてい
る。また、12はホルダー8を回転させるためのホルダ
ー用モーターであり、ホルダー8の回転軸に取り付けら
れている。
In FIG. 12, reference numeral 7 denotes a polishing table which is rotatable in a horizontal plane, and a polishing cloth (not shown) for polishing the wafer 13 is laid on an upper surface thereof. Reference numeral 8 denotes a holder provided to face the upper surface of the polishing table 7 to fix the wafer 13 and is supported by an arm 9 so as to be rotatable in a horizontal plane. 10 is a polishing table for polishing chemicals.
The supply port of the chemical solution supply nozzle 10 is directed to the upper surface of the polishing table 7.
A polishing table motor 11 for rotating the polishing table 7 is attached to a rotating shaft of the polishing table 7. Reference numeral 12 denotes a holder motor for rotating the holder 8, which is attached to a rotation shaft of the holder 8.

【0009】以上のように構成されたCMPによる平坦
化法について、以下図11及び図12を用いてその動作
について説明する。
The operation of the above-structured planarization method by CMP will be described below with reference to FIGS.

【0010】まず、図11(a)に示すように、下層ア
ルミニウム配線2上に珪素系酸化膜3を少なくとも凹部
が研磨を行う位置以上の膜厚になるまで形成する。
First, as shown in FIG. 11A, a silicon-based oxide film 3 is formed on a lower aluminum interconnection 2 until at least the concave portion has a thickness equal to or larger than the polishing position.

【0011】次に、珪素系酸化膜3を形成したウェハ1
3をホルダー8に固定し、アーム9によりウェハ13を
研磨台7に接触させて、供給ノズル10より薬液を供給
しながら研磨台7とホルダー8を回転させる。しかる
後、ある時間が経過した後にアーム9を上げ、ウェハ1
3を取り出すと、ウェハ13は、図11(b)に示すよ
うに、上部の珪素系酸化膜3が平坦化された状態となっ
ている。
Next, the wafer 1 on which the silicon-based oxide film 3 is formed
3 is fixed to the holder 8, the wafer 9 is brought into contact with the polishing table 7 by the arm 9, and the polishing table 7 and the holder 8 are rotated while supplying a chemical solution from the supply nozzle 10. Then, after a certain time has elapsed, the arm 9 is raised and the wafer 1
When the wafer 3 is taken out, the wafer 13 is in a state where the upper silicon-based oxide film 3 is flattened as shown in FIG.

【0012】次に、ウェハ13を洗浄後、図11(c)
に示すように、珪素系酸化膜3にスルーホール6を形成
する。
Next, after cleaning the wafer 13, FIG.
As shown in FIG. 6, a through hole 6 is formed in the silicon-based oxide film 3.

【0013】その後、図11(d)に示すように、珪素
系酸化膜3の上に上層アルミニウム配線5を堆積する。
After that, as shown in FIG. 11D, an upper aluminum wiring 5 is deposited on the silicon-based oxide film 3.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような研磨量の検出装置及び研磨量の検出方法では、図
11(a)から同図(b)に至るまでの珪素系酸化膜3
の研磨量を検出することができないという問題があっ
た。そのため、研磨条件及び研磨時間から経験則的に研
磨量を推定することを余儀なくされ、目標研磨量からの
ずれを生じていた。このため、研磨不足が生じて下層ア
ルミニウム配線2の直上で珪素系酸化膜3の膜厚が過大
となってスルーホール6を形成するためのエッチングを
所定の条件で行っても珪素系酸化膜3を十分除去し切れ
ずに導通不良が発生したり、逆に研磨過多により下層ア
ルミニウム配線2が珪素系酸化膜3の表面上に露出し、
上層アルミニウム配線5とのショートを生じる虞れがあ
った。
However, in the above-described apparatus and method for detecting the amount of polishing, the silicon-based oxide film 3 shown in FIG. 11A to FIG.
There is a problem that the amount of polishing cannot be detected. For this reason, the polishing amount has to be empirically estimated from the polishing conditions and the polishing time, resulting in a deviation from the target polishing amount. For this reason, even if the etching for forming the through hole 6 is performed under a predetermined condition due to insufficient polishing, the thickness of the silicon-based oxide film 3 becomes excessively high just above the lower aluminum wiring 2 under predetermined conditions, the silicon-based oxide film 3 is not polished. And the lower aluminum wiring 2 is exposed on the surface of the silicon-based oxide film 3 due to excessive polishing.
There is a possibility that a short circuit with the upper aluminum wiring 5 may occur.

【0015】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、ウェハの表面を平坦化するためにウ
ェハを研磨する間に、ウェハ研磨量を正確に検出しうる
手段を講ずることにより、研磨不足による導通不良や研
磨過多による上下層配線間のショートを有効に防止する
ことにある。
The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a means capable of accurately detecting a polishing amount of a wafer while polishing the wafer to flatten the surface of the wafer. Accordingly, it is possible to effectively prevent a conduction failure due to insufficient polishing and a short circuit between upper and lower wirings due to excessive polishing.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明の講じた手段は、回転駆動される研
磨台上で研磨用薬液を供給しながら、ホルダーに取付け
られたウェハを研磨するようにしたウェハ研磨装置に配
置されるウェハ研磨量の検出装置を前提とする。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the means according to the first aspect of the present invention is to supply a polishing chemical solution on a rotatingly driven polishing table while removing a wafer attached to a holder. It is assumed that a device for detecting the amount of polished wafer is arranged in a polisher that is polished.

【0017】そして、ウェハ研磨量の検出装置に、研磨
中に上記研磨台からホルダーに作用する力を上記ホルダ
ー部においてモニターして、ウェハの研磨抵抗を測定す
る研磨抵抗測定手段を設ける構成としたものである。
[0017] Then, the detection device of the wafer polishing amount, the force of the holder acting from the grinding stand during polishing the holder
In this configuration, a polishing resistance measuring means for monitoring the polishing resistance of the wafer by monitoring in the storage section is provided.

【0018】請求項2の発明の講じた手段は、上記請求
項1の発明において、上記ホルダーを強制的に回転駆動
する駆動機構と、ホルダーが安定条件で回転するよう上
記駆動機構を上記ホルダー部において制御する回転速度
制御手段とを設け、上記研磨抵抗測定手段を、上記ホル
ダーに作用する回転トルクを測定するトルク計としたも
のである。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the drive mechanism for forcibly rotating the holder and the drive mechanism for rotating the holder under stable conditions are provided on the holder section. And a rotational speed control means for controlling the polishing resistance, and the polishing resistance measuring means is a torque meter for measuring a rotational torque acting on the holder.

【0019】請求項3の発明の講じた手段は、ウェハ研
磨量の検出方法として、回転駆動される研磨台上で研磨
用薬液を供給しながら、回転駆動されるホルダーに取付
けられたウェハを研磨する際に、ホルダーに作用する回
転トルクを測定し、回転トルクの変化特性に基づき、
記ホルダー部に取り付けられたウェハの平坦化が終了し
た時を検出する方法としたものである。
According to a third aspect of the present invention, as a method of detecting a wafer polishing amount, a wafer mounted on a rotationally driven holder is polished while a polishing chemical is supplied on a rotationally driven polishing table. when, by measuring the rotational torque acting on the holder based on the variation characteristics of the torque, the upper
This is a method for detecting when the flattening of the wafer attached to the holder is completed.

【0020】請求項の発明の講じた手段は、回転駆動
される研磨台上で研磨用薬液を供給しながら、ウェハを
研磨するようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ
研磨量の検出装置を前提とする。
The means of the invention according to claim 4 is an apparatus for detecting a polishing amount of a wafer, which is arranged in a wafer polishing apparatus which polishes a wafer while supplying a polishing chemical on a rotationally driven polishing table. Is assumed.

【0021】そして、上記ウェハの表面上に不純物を導
入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁膜
とを順次堆積しておくものとする。
Then, a first insulating film formed by introducing impurities and a second insulating film not doped with impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer.

【0022】さらに、ウェハ研磨量の検出装置に、研磨
後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段と、該
液回収手段で回収される研磨後の薬液中の不純物の濃度
を測定する不純物濃度測定手段とを設け、上記不純物濃
度測定手段を、回収された薬液を真空雰囲気中で気化さ
せて、プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、プラ
ズマ発光を検出する発光検出器とで構成したものであ
る。
The apparatus for detecting the amount of polished wafer further comprises a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical liquid after polishing, and an impurity for measuring the concentration of impurities in the chemical liquid after polishing collected by the liquid collecting means. It provided a concentration measuring means, the impurity concentration measuring means, the recovered chemical solution is vaporized in a vacuum atmosphere, and a plasma generating means for generating a plasma, which was constituted by the emission detector for detecting a plasma emission is there.

【0023】請求項の発明の講じた手段は、ウェハ研
磨量の検出方法として、予めウェハの表面上に、不純物
を導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶
縁膜とを順次堆積しておき、研磨用薬液を供給しながら
上記ウェハを研磨する際に、研磨後の薬液の少なくとも
一部を回収し、回収された研磨後の薬液を真空雰囲気中
に導入して気化させた後プラズマを発生させ、不純物の
プラズマ発光の強度を測定して、プラズマ発光の強度の
変化特性に基づき、ウェハの研磨量を検出する方法とし
たものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a polishing amount of a wafer, wherein a first insulating film doped with impurities and a second insulating film not doped with impurities are formed on the surface of the wafer in advance. When the wafer is polished in sequence while supplying the polishing chemical liquid, at least a part of the polished chemical liquid is collected, and the collected polished chemical liquid is introduced into a vacuum atmosphere and vaporized. Then, plasma is generated, the intensity of the plasma emission of the impurity is measured, and the polishing amount of the wafer is detected based on the change characteristic of the intensity of the plasma emission.

【0024】請求項の発明の講じた手段は、回転駆動
される研磨台上で研磨用薬液を供給しながら、ウェハを
研磨するようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ
研磨量の検出装置を前提とする。
[0024] The means adopted in the invention of claim 6 is a wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing apparatus for polishing a wafer while supplying a polishing chemical solution on a polishing table which is rotationally driven. Is assumed.

【0025】そして、上記ウェハの表面上に、不純物を
導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁
膜とを順次堆積しておくものとする。
Then, a first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited on the surface of the wafer.

【0026】さらに、ウェハ研磨量の検出装置に、研磨
後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段と、該
液回収手段で回収される研磨後の薬液のpH値を測定す
るpH測定手段とを設ける構成としたものである。
The apparatus for detecting the amount of polished wafer further includes a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical liquid after polishing, and a pH measuring means for measuring a pH value of the chemical liquid after polishing collected by the liquid collecting means. Are provided.

【0027】請求項7の発明の講じた手段は、ウェハ研
磨量の検出方法として、予めウェハの表面上に、不純物
を導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶
縁膜とを順次堆積しておき、研磨用薬液を供給しながら
ウェハを研磨する際に、研磨後の薬液の少なくとも一部
を回収し、回収された薬液のpH値を測定して、薬液の
pHの変化特性に基づきウェハの研磨量を検出する方法
としたものである。
The means taken in the invention of claim 7, as a method of detecting the wafer polishing amount on the surface of the pre-Meu E c, the second insulating without introducing the first insulating film and the impurities formed by introducing impurities When a wafer is polished while a film is sequentially deposited and a polishing chemical is supplied, at least a part of the polished chemical is collected, and the pH value of the collected chemical is measured, and the pH of the chemical is measured. In this method, the polishing amount of the wafer is detected based on the change characteristics of the wafer.

【0028】請求項の発明の講じた手段は、回転駆動
される研磨台上で研磨用薬液を供給しながら、ウェハを
研磨するようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ
研磨量の検出装置を前提とする。
[0028] The means adopted in the invention of claim 8 is an apparatus for detecting a wafer polishing amount arranged in a wafer polishing apparatus for polishing a wafer while supplying a polishing chemical on a polishing table which is driven to rotate. Is assumed.

【0029】そして、上記ウェハの表面上に、不純物を
導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁
膜とを順次堆積しておくものとする。
Then, a first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited on the surface of the wafer.

【0030】さらに、ウェハ研磨量の検出装置に、研磨
後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段と、該
液回収手段で回収される研磨後の薬液の比抵抗を測定す
る比抵抗測定手段とを設ける構成としたものである。
Further, the apparatus for detecting the amount of polished wafer has a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical liquid after polishing, and a resistivity measuring means for measuring the specific resistance of the chemical liquid after polishing collected by the liquid collecting means. And means are provided.

【0031】請求項9の発明の講じた手段は、ウェハ研
磨量の検出方法として、予めウェハの表面上に、不純物
を導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶
縁膜とを順次堆積しておき、研磨用薬液を供給しながら
ウェハを研磨する際に、研磨後の薬液の少なくとも一部
を回収し、回収された研磨後の薬液の比抵抗値を測定し
て、薬液の比抵抗値の変化特性に基づきウェハの研磨量
を検出する方法としたものである。
The means taken in the invention of claim 9, as a method of detecting the wafer polishing amount on the surface of the pre-Meu E c, the second insulating without introducing the first insulating film and the impurities formed by introducing impurities Films are sequentially deposited, and at the time of polishing a wafer while supplying a polishing chemical, at least a portion of the polished chemical is collected, and the specific resistance value of the collected polished chemical is measured. In this method, a polishing amount of a wafer is detected based on a change characteristic of a specific resistance value of a chemical solution.

【0032】請求項10の発明の講じた手段は、上記請
求項1,2,4,6又は8の発明において、ウェハの研
磨を、珪素系酸化物を研磨用薬液とし、研磨台上に敷設
された研磨布を介して、ウェハ表面上に形成された絶縁
膜を平坦化することを目的とするケミカルメカニカルポ
リッシングとしたものである。
In a tenth aspect of the present invention, the polishing of the wafer according to the first, second, fourth, sixth or eighth aspect is performed by laying the wafer on a polishing table using a silicon-based oxide as a polishing chemical. This is a chemical mechanical polishing for the purpose of flattening an insulating film formed on the wafer surface via the polishing cloth thus formed.

【0033】[0033]

【作用】以上の構成により、請求項1の発明では、ウェ
ハの研磨が行われている間、ウェハの研磨によってウェ
ハ表面が平坦化された時に研磨抵抗が急激に減小する。
したがって、研磨抵抗測定手段により、ホルダーが研磨
台から受ける力をホルダー部においてモニターしなが
ら、研磨抵抗が急激に減小する時を検知することで、ウ
ェハが平坦化された状態が確実に検知され、経験的に研
磨終了時を判断する際に生じるような研磨不足や研磨過
剰によるウェハ特性の不具合が回避されることになる。
With the above arrangement, in the first aspect of the present invention, while the wafer is being polished, the polishing resistance sharply decreases when the wafer surface is flattened by the wafer polishing.
Therefore, by monitoring the force received by the holder from the polishing table at the holder portion by the polishing resistance measuring means and detecting when the polishing resistance sharply decreases, the flattened state of the wafer is reliably detected. In addition, defects in wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing, which may occur when empirically determining the end of polishing, can be avoided.

【0034】請求項2又は3の発明では、回転速度制御
手段により安定条件下で回転駆動されるホルダーに加わ
る回転トルクを利用して、研磨抵抗が精度よく測定さ
れ、ウェハの平坦化が終了した時がより正確に検知され
ることになる。
According to the second or third aspect of the present invention, the polishing resistance is accurately measured by utilizing the rotational torque applied to the holder which is rotationally driven under stable conditions by the rotational speed control means, and the flattening of the wafer is completed. Time will be detected more accurately.

【0035】請求項の発明では、研磨の進行により、
ウェハの最上面にある第2絶縁膜が研磨されると、第1
絶縁膜が表面上に露出し、第1絶縁膜中の不純物が研磨
薬液に混入するようになり、回収された研磨後の薬液中
の不純物濃度がその時に急激に上昇する。したがって、
不純物濃度測定手段により、研磨中に研磨後の薬液中の
不純物濃度をモニターすることで、第1絶縁膜の厚みに
相当する研磨量が正確に検知されることになる。しか
も、研磨後の薬液中の不純物濃度の変化が、不純物のプ
ラズマ発光強度を利用して検知されるので、不純物濃度
の測定が容易となり、ウェハの研磨量も容易に検知され
る。
According to the fourth aspect of the present invention, as the polishing progresses,
When the second insulating film on the top surface of the wafer is polished,
The insulating film is exposed on the surface, and the impurities in the first insulating film are mixed into the polishing chemical, and the concentration of the impurities in the recovered polished chemical is rapidly increased at that time. Therefore,
By monitoring the impurity concentration in the chemical liquid after polishing by the impurity concentration measuring means during polishing, the polishing amount corresponding to the thickness of the first insulating film can be accurately detected. Only
In addition, since the change in the impurity concentration in the chemical solution after polishing is detected by using the plasma emission intensity of the impurity, the impurity concentration can be easily measured, and the polishing amount of the wafer can be easily detected.

【0036】請求項5の発明では、研磨後の薬液中の不
純物濃度の変化が、不純物のプラズマ発光強度を利用し
て検知されるので、不純物濃度の測定が容易となり、ウ
ェハの研磨量も容易に検知される。
According to the fifth aspect of the present invention, since the change in the impurity concentration in the chemical solution after polishing is detected by using the plasma emission intensity of the impurity, the impurity concentration can be easily measured and the polishing amount of the wafer can be easily adjusted. Is detected.

【0037】請求項6又は7の発明では、ウェハの最上
面にある第2絶縁膜が研磨されると、第1絶縁膜が表面
上に露出し、研磨後の薬液中のpH値が第1絶縁膜中の
不純物によって急激に変化する。したがって、pH測定
手段により回収された薬液中のpH値をモニターするこ
とで、ウェハの研磨量が精度よく検知されることにな
る。
According to the sixth or seventh aspect of the present invention, when the second insulating film on the uppermost surface of the wafer is polished, the first insulating film is exposed on the surface, and the pH value in the polished chemical solution becomes the first value. It changes rapidly due to impurities in the insulating film. Therefore, by monitoring the pH value in the chemical solution collected by the pH measuring means, the polishing amount of the wafer can be accurately detected.

【0038】請求項8又は9の発明では、ウェハの最上
面にある第2絶縁膜が研磨されると、第1絶縁膜が表面
上に露出し、研磨後の薬液中の比抵抗値が第1絶縁膜中
の不純物によって急激に変化する。したがって、比抵抗
測定手段により回収された薬液中の比抵抗値をモニター
することで、ウェハの研磨量が精度よく検知されること
になる。
According to the eighth or ninth aspect of the present invention, when the second insulating film on the uppermost surface of the wafer is polished, the first insulating film is exposed on the surface, and the specific resistance value in the polished chemical solution becomes the second value. 1 Rapidly changes due to impurities in the insulating film. Therefore, by monitoring the specific resistance value in the chemical solution collected by the specific resistance measuring means, the polishing amount of the wafer can be accurately detected.

【0039】請求項10の発明では、特にわずかの研磨
量で高精度の平坦化を行うことを目的とするCMP法に
おいても、各請求項の発明により、研磨量が確実に検知
され、多層配線間における絶縁特性やコンタクト部にお
ける導電特性のようなウェハの特性が良好に維持される
ことになる。
According to the tenth aspect of the present invention, in particular, even in the CMP method for achieving high-precision flattening with a small amount of polishing, the amount of polishing is reliably detected and the multilayer wiring The properties of the wafer, such as the insulating properties between the gaps and the conductive properties at the contact portions, are favorably maintained.

【0040】[0040]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0041】まず、第1実施例について説明する。[0041] or not a, a description will be given of a first embodiment.

【0042】図1は、第1実施例における研磨装置の概
略構成を示すものである。図1において、7は水平面内
で回転可能な研磨台であり、その上面にはウェハ13を
研磨するための研磨布(図示せず)が敷設されている。
8は上記研磨台7の上面に対峙して設けられウェハ13
を固定するためのホルダーであり、アーム9により、水
平面内で回転可能に支持されている。10は研磨用薬液
を研磨台7に供給するための供給ノズルであり、該供給
ノズル10の供給口は研磨台7の上面に向けられてい
る。なお、11は研磨台7を回転させるための研磨台用
モーターであって、研磨台7の回転軸に取り付けられて
いる。また、12はホルダー8を回転させる駆動機構と
してのホルダー用モーターであり、ホルダー8の回転軸
に取り付けられている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a polishing apparatus according to the first embodiment. In FIG. 1, reference numeral 7 denotes a polishing table which is rotatable in a horizontal plane, and a polishing cloth (not shown) for polishing the wafer 13 is laid on an upper surface thereof.
Reference numeral 8 denotes a wafer 13 provided facing the upper surface of the polishing table 7.
Is held by the arm 9 so as to be rotatable in a horizontal plane. Reference numeral 10 denotes a supply nozzle for supplying a polishing chemical to the polishing table 7, and a supply port of the supply nozzle 10 is directed to the upper surface of the polishing table 7. A polishing table motor 11 for rotating the polishing table 7 is attached to a rotating shaft of the polishing table 7. Further, 12 is a holder for motor as a moving mechanism drive that rotates the holder 8 is attached to the rotation shaft of the holder 8.

【0043】ここで、本発明の特徴として、上記ホルダ
ー用モーター12に対し、ホルダー8の回転を測定する
ための回転計20と、該回転計20の信号を受けて、ホ
ルダー8の回転を安定させるよう上記ホルダー用モータ
ー12をフィードバック制御する回転速度制御手段とし
ての制御装置21と、ホルダー8に印加する回転トルク
を測定する研磨抵抗測定手段としてのトルク計22とが
配設されている。
Here, as a feature of the present invention, a tachometer 20 for measuring the rotation of the holder 8 with respect to the holder motor 12, and the rotation of the holder 8 is stabilized by receiving a signal from the tachometer 20. A control device 21 serving as a rotation speed control means for performing feedback control of the holder motor 12 and a torque meter 22 serving as a polishing resistance measuring means for measuring a rotation torque applied to the holder 8 are provided so as to perform the above operations.

【0044】また、図2(a)〜(d)は、上記ウェハ
13の平坦化のためのケミカルメカニカルポリッシュ工
程における断面構造の変化を示す工程断面図である。
FIGS. 2A to 2D are process cross-sectional views showing changes in the cross-sectional structure in a chemical mechanical polishing process for flattening the wafer 13.

【0045】図2(a)〜(d)において、1は半導体
素子が形成されたシリコン基板、2はシリコン基板1上
に形成される多層配線構造における例えば膜厚800n
mの下層アルミニウム配線、3は下層アルミニウム配線
2上に形成された例えば2000nmの珪素系酸化膜、
5は例えば膜厚1000nmの上層アルミニウム配線、
6は下層アルミニウム配線2と上層アルミニウム配線5
とを接続するためのスルーホールであり、珪素系酸化膜
3を貫通して下層アルミニウム配線2の上に形成され
る。
2A to 2D, reference numeral 1 denotes a silicon substrate on which a semiconductor element is formed, and 2 denotes, for example, a film thickness of 800 nm in a multilayer wiring structure formed on the silicon substrate 1.
m, a lower aluminum wiring 3; a silicon-based oxide film of, eg, 2000 nm formed on the lower aluminum wiring 2;
5 is, for example, an upper aluminum wiring having a thickness of 1000 nm;
6 is a lower aluminum wiring 2 and an upper aluminum wiring 5
And is formed on lower aluminum interconnection 2 through silicon-based oxide film 3.

【0046】さらに、図3は上記図2のような断面構造
を持ったウェハ13をCMPにより平坦化した場合のホ
ルダー8に印加するトルクの変化を示し、研磨量が約6
00nmまではトルクは略一定(同図では約10.5N
m)であるが、研磨量が600nmを越えると、トルク
が急激に低下し、研磨量が約900nmとなる付近から
トルクが略一定値(7.8Nm程度)となる。すなわ
ち、CMPにより、表面の凹凸が平坦化されることによ
り、研磨抵抗が急激に減少してトルクの降下をきたすも
のと解される。
FIG. 3 shows a change in torque applied to the holder 8 when the wafer 13 having a sectional structure as shown in FIG. 2 is flattened by CMP.
The torque is substantially constant up to 00 nm (about 10.5 N in the figure).
m), when the polishing amount exceeds 600 nm, the torque sharply decreases, and the torque becomes a substantially constant value (about 7.8 Nm) from the vicinity where the polishing amount is about 900 nm. That is, it is understood that the polishing resistance is sharply reduced and the torque is reduced by the flattening of the surface irregularities by the CMP.

【0047】次に、図1,図2及び図3を用いて、ウェ
ハ研磨装置の作動及び研磨工程を説明する。
Next, the operation of the wafer polishing apparatus and the polishing process will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3.

【0048】まず、図2(a)に示すように、下層アル
ミニウム配線2上に珪素系酸化膜3を少なくとも下層ア
ルミニウム配線2の膜厚以上の膜厚になるまで形成す
る。そして、珪素系酸化膜3が形成されたウェハ13を
ホルダー8に固定し、アーム9によりウェハ13を研磨
台7の研磨布に例えば7psiの圧力で接触させて、供
給ノズル10より、例えば粒径200〜300オングス
トロームの珪素酸化物粒子を含んだ薬液(いわゆるコロ
イダルシリカ)を、例えば毎分230mlの供給量で供
給しながら研磨台7とホルダー8とを例えば回転数15
rpmで回転させる。この間、ホルダー8の回転数を回
転計20で測定し、回転数が一定になるように制御装置
21で回転数を制御する。
First, as shown in FIG. 2A, a silicon-based oxide film 3 is formed on the lower aluminum interconnection 2 until the thickness of the silicon oxide film 3 becomes at least the thickness of the lower aluminum interconnection 2. Then, the wafer 13 on which the silicon-based oxide film 3 is formed is fixed to the holder 8, and the wafer 9 is brought into contact with the polishing cloth of the polishing table 7 by the arm 9 at a pressure of, for example, 7 psi. While supplying a chemical solution (so-called colloidal silica) containing silicon oxide particles of 200 to 300 angstroms at a supply rate of, for example, 230 ml per minute, the polishing table 7 and the holder 8 are rotated at, for example, 15 rpm.
Rotate at rpm. During this time, the rotation speed of the holder 8 is measured by the tachometer 20, and the rotation speed is controlled by the control device 21 so that the rotation speed becomes constant.

【0049】この条件で、珪素径酸化物3は、例えば1
000nm程度の厚み分だけ研磨され、図2(b)に示
すように、平坦化される。この時のホルダー8にかかる
トルクをトルク計22により測定する。上記図3に示さ
れるように、平坦化が進むにつれてホルダー8にかかる
トルクは小さくなり、例えば7.8Nmで完全に平坦化
され、飽和状態となる。飽和状態となった時にアーム9
を上げ、ウェハ13を取り出す。
Under these conditions, the silicon oxide 3 is, for example, 1
It is polished by a thickness of about 000 nm and flattened as shown in FIG. The torque applied to the holder 8 at this time is measured by the torque meter 22. As shown in FIG. 3, the torque applied to the holder 8 decreases as the flattening progresses. For example, the flattening is performed at 7.8 Nm, and the holder 8 is saturated. Arm 9 when saturated
And take out the wafer 13.

【0050】次に、ウェハ13を洗浄後、図2(c)に
示すように、珪素系酸化膜3に下層配線2に連通するス
ルーホール6を形成する。
Next, after cleaning the wafer 13, as shown in FIG. 2C, a through hole 6 communicating with the lower wiring 2 is formed in the silicon-based oxide film 3.

【0051】その後、図2(d)に示すように、珪素系
酸化膜3の上に上層アルミニウム配線5を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 2D, an upper aluminum wiring 5 is formed on the silicon-based oxide film 3.

【0052】以上のように、本実施例によれば、ホルダ
ー8に回転計20及び制御装置21及びトルク計22を
設け、回転数等の研磨条件が安定した状態でウェハ13
を研磨しながらその間にホルダー8に印加されるトルク
の変化を測定することで、ウェハ13が平坦化されると
研磨抵抗の低減によりトルクが急減する特性を利用し
て、ウェハの平坦化が完了する時を正確に検知すること
ができ、よって、上層配線と下層配線の接続不良やショ
ートの発生を有効に防止することができる。
As described above, according to this embodiment, the tachometer 20, the control device 21, and the torque meter 22 are provided on the holder 8, and the wafer 13 is kept in a state where the polishing conditions such as the number of rotations are stable.
By measuring the change in the torque applied to the holder 8 during polishing, the flattening of the wafer 13 is completed by utilizing the characteristic that when the wafer 13 is flattened, the torque decreases sharply due to the reduction in polishing resistance. It is possible to accurately detect when the connection is made, and thus it is possible to effectively prevent the occurrence of a connection failure or short circuit between the upper layer wiring and the lower layer wiring.

【0053】なお、上記第1実施例では、ウェハ13を
取付けるホルダー8を強制回転させるようにしたが、本
発明はかかる実施例に限定されるものではなく、例えば
ホルダーが自由回転可能に構成されたものや固定された
ものでもよい。そのような場合でも、ホルダーの軸にス
トレインゲージを取付けて、軸に加わる応力から研磨抵
抗の変化を測定するなどの方法によって、研磨抵抗を測
定することが可能である。
In the first embodiment, the holder 8 for mounting the wafer 13 is forcibly rotated. However, the present invention is not limited to this embodiment . For example, the holder can be freely rotated. Or a fixed one. Even in such a case, the polishing resistance can be measured by, for example, attaching a strain gauge to the shaft of the holder and measuring a change in the polishing resistance from the stress applied to the shaft.

【0054】次に、第2実施例について説明する。[0054] In the following, a second embodiment will be described.

【0055】図4は、第2実施例におけるウェハ研磨量
の検出を行うためのウェハの工程断面図である。
FIG. 4 is a process sectional view of a wafer for detecting a wafer polishing amount in the second embodiment.

【0056】図4(a)〜(d)において、1は半導体
素子が形成されたシリコン基板、2はシリコン基板1上
に形成される多層配線構造における例えば膜厚800n
mの下層アルミニウム配線、3は下層アルミニウム配線
2上に形成された例えば膜厚1000nmのリンを例え
ば6%含んだ第1絶縁膜である第1珪素系酸化膜、4は
該第1珪素系酸化膜3の上に形成された例えば膜厚10
00nmの第2絶縁膜である第2珪素系酸化膜であっ
て、この第2絶縁膜3内にはリンがドーピングされてい
ない。また、5は例えば膜厚1000nmの上層アルミ
ニウム配線、6は下層のアルミニウム配線2と上層のア
ルミニウム配線5を接続するためのスルーホールであ
り、第1珪素系酸化膜3に形成される。
4A to 4D, reference numeral 1 denotes a silicon substrate on which a semiconductor element is formed, and 2 denotes, for example, a film thickness of 800 n in a multilayer wiring structure formed on the silicon substrate 1.
m is a first silicon-based oxide film, which is a first insulating film containing , for example, 6% of phosphorus having a thickness of, for example, 1000 nm and formed on the lower aluminum wiring 2, and 4 is a first silicon-based oxide film. For example, a film thickness of 10 formed on the film 3
A second silicon-based oxide film which is the second insulating film nm, phosphorous is not doped in this second insulating film 3. Reference numeral 5 denotes an upper aluminum wiring having a thickness of, for example, 1000 nm, and reference numeral 6 denotes a through hole for connecting the lower aluminum wiring 2 and the upper aluminum wiring 5, and is formed in the first silicon-based oxide film 3.

【0057】図5は、第2実施例における研磨装置の概
略構成を示すものである。
FIG. 5 shows a schematic configuration of a polishing apparatus according to the second embodiment.

【0058】図5において、研磨装置の基本的構成は上
記第1実施例と同様であり、異なる部分のみ説明する。
本第2実施例では、研磨後の薬液を回収するための容器
23が研磨台7の外周部下に設置されており、さらに、
この容器23の底部には、研磨後の薬液を排出するため
の配管24が接続されている。そして、この配管24の
途中の一部位で薬液の一部を回収する分岐配管25が接
続され、モーター26により、薬液の一部が真空チャン
バー27に送給するようになされている。これらの容器
23、配管24、分岐配管25及びモーター26によっ
て、液回収手段が構成されている。
In FIG. 5, the basic configuration of the polishing apparatus is the same as that of the first embodiment, and only different portions will be described.
In the second embodiment, a container 23 for recovering a chemical solution after polishing is provided below the outer peripheral portion of the polishing table 7.
A pipe 24 for discharging the chemical solution after polishing is connected to the bottom of the container 23. A branch pipe 25 for recovering a part of the chemical solution is connected at one position in the middle of the pipe 24, and a part of the chemical solution is supplied to a vacuum chamber 27 by a motor 26. The container 23, the pipe 24, the branch pipe 25, and the motor 26
Thus, a liquid recovery means is configured.

【0059】また、28は回収した薬液を真空チャンバ
ー27内で気化させるノズルであり、真空チャンバー2
7内部に設置されている。29はプラズマを発生させる
ための平衡平板電極であり、真空チャンバー27内部に
設置されている。また、30はプラズマを発生させるた
めの発振器であり、平衡平板電極29に接続されてい
る。31は真空チャンバー27を真空に保つための排気
ポンプ、32はプラズマの発光を検出するための検出
窓、33は発生したプラズマの発光を検出する発光検出
器であって、該発光検出器33は、真空チャンバー27
内の発光を検出できるように検出窓32に接して設置さ
れている。この真空チャンバ27,ノズル28,平衡平
板電極29,発振器30及び発光検出器33により、不
純物濃度測定手段が構成されている。また、そのうちノ
ズル28,平衡平板電極29及び発振器30により、プ
ラズマ発生手段が構成されている。
Reference numeral 28 denotes a nozzle for vaporizing the collected chemical in the vacuum chamber 27.
7 is installed inside. Reference numeral 29 denotes an equilibrium plate electrode for generating plasma, which is provided inside the vacuum chamber 27. Reference numeral 30 denotes an oscillator for generating plasma, which is connected to the balanced plate electrode 29. 31 is an exhaust pump for keeping the vacuum chamber 27 at a vacuum, 32 is a detection window for detecting the emission of plasma, 33 is an emission detector for detecting the emission of generated plasma, and the emission detector 33 is , Vacuum chamber 27
It is installed in contact with the detection window 32 so as to detect the light emission inside. The vacuum chamber 27, the nozzle 28, the balanced plate electrode 29, Ri by the oscillator 30 and the emission detector 33, not <br/> pure concentration measurement means is constituted. Also, of which the nozzle 28, Ri by the equilibrium plate electrode 29 and the oscillator 30, up <br/> plasma generating means is constituted.

【0060】ここで、図6は、図4の断面構造を持った
ウェハをCMPにより平坦化した場合のリンの発光強度
の変化を示すものである。すなわち、研磨量が600n
m程度までは、ウェハ1のリンを含んだ第1珪素系酸化
膜3の上にリンを含まない第2珪素系酸化膜4が堆積さ
れているのでリンの発光強度は極めて僅かであるが、研
磨量が増大すると、第1珪素系酸化膜3が表面に露出し
てくるためにリンの発光量が急激に増大し、研磨量が9
00nm程度になると、第1珪素系酸化膜3が表面の大
部分を示すようになり、リンの発光強度が略一定値とな
る。
FIG. 6 shows a change in the luminescence intensity of phosphorus when the wafer having the sectional structure of FIG. 4 is planarized by CMP. That is, the polishing amount is 600 n
Up to about m, the phosphorous-free second silicon-based oxide film 4 is deposited on the phosphorus-containing first silicon-based oxide film 3 of the wafer 1, so that the emission intensity of phosphorus is extremely low. When the polishing amount increases, the first silicon-based oxide film 3 is exposed on the surface, so that the amount of phosphorous emission sharply increases, and the polishing amount becomes 9%.
When the thickness is about 00 nm, the first silicon-based oxide film 3 shows most of the surface, and the emission intensity of phosphorus has a substantially constant value.

【0061】以上のように構成されたCMPによる研磨
量の検出装置について、以下、図4,図5及び図6を用
いてその動作を説明する。
The operation of the apparatus for detecting the amount of polishing by CMP configured as described above will be described below with reference to FIGS. 4, 5 and 6.

【0062】まず、図4(a)に示すように、下層アル
ミニウム配線2上に、リンを含んだ第1珪素系酸化膜3
を例えば膜厚1000nm形成する。
First, as shown in FIG. 4A, a first silicon-based oxide film 3 containing phosphorus is formed on a lower aluminum interconnection 2.
Is formed, for example, to a thickness of 1000 nm.

【0063】次に、図4(b)に示すように、上記第1
珪素系酸化膜3の上に第2珪素系酸化膜4を例えば膜厚
1000nmで形成する。そして、この第2珪素系酸化
膜4を形成したウェハ13をホルダー8に固定し、アー
ム9によりウェハ13を研磨台7に例えば7psiの圧
力で接触させ、供給ノズル10より、例えば粒径200
〜300オングストロームの珪素系酸化物粒子を含んだ
薬液を例えば毎分230ml供給しながら研磨台7とホ
ルダー8とを例えば回転数15rpmで回転させる。
Next, as shown in FIG.
A second silicon-based oxide film 4 is formed on the silicon-based oxide film 3 to a thickness of, for example, 1000 nm. Then, the wafer 13 on which the second silicon-based oxide film 4 is formed is fixed to the holder 8, and the wafer 9 is brought into contact with the polishing table 7 by the arm 9 at a pressure of, for example, 7 psi.
The polishing table 7 and the holder 8 are rotated at, for example, 15 rpm while supplying a chemical solution containing silicon-based oxide particles of about 300 angstroms at a rate of, for example, 230 ml per minute.

【0064】このCMPによってウェハ13を、図4
(c)に示すように平坦化する。この間、容器23によ
り回収した薬液の一部をモーター26により真空チャン
バ内のノズル28に送り込む。真空チャンバー27は、
真空ポンプ31により、例えば1Torrに制御する。
平衡平板電極29に例えば13.56MHz、300W
の高周波電力を印加してプラズマを発生させる。ノズル
28より真空チャンバー27に薬液を気化して送り込
む。発光検出器33により発光を観察した場合、図6の
ように平坦化が終了する時にリンの発光が増加するよう
になる。リンの発光が例えば初期の発行強度より例えば
10倍以上検出された時にアーム8を上げ、ウェハ13
を取り出す。
The wafer 13 is moved by this CMP to the state shown in FIG.
Flatten as shown in FIG. During this time, a part of the chemical solution collected by the container 23 is sent by the motor 26 to the nozzle 28 in the vacuum chamber. The vacuum chamber 27
The pressure is controlled, for example, to 1 Torr by the vacuum pump 31.
For example, 13.56 MHz, 300 W
To generate plasma. The chemical is vaporized and sent from the nozzle 28 into the vacuum chamber 27. When the emission is observed by the emission detector 33, the emission of phosphorus increases when the planarization ends, as shown in FIG. When the light emission of phosphorus is detected, for example, at least 10 times higher than the initial emission intensity, the arm 8 is raised and the wafer 13
Take out.

【0065】次に、図4(d)に示すように、ウェハ1
3を洗浄後、第1珪素系酸化膜3を貫通して下層アルミ
ニウム配線2に連通するスルーホール6を形成する。
Next, as shown in FIG.
After cleaning 3, through holes 6 penetrating first silicon-based oxide film 3 and communicating with lower aluminum wiring 2 are formed.

【0066】その後、図4(e)に示すように、第1珪
素系酸化膜3の上に上層アルミニウム配線5を形成す
る。
Thereafter, as shown in FIG. 4E, an upper aluminum interconnection 5 is formed on the first silicon-based oxide film 3.

【0067】以上のように、上記第2実施例によれば、
ウェハ13の上に、リンを含んだ第1珪素系酸化膜3を
堆積し、さらに、この上にリンを含まない第2珪素系酸
化膜4を堆積して、平坦化のためのCMPを行う間、研
磨後の薬液の一部を回収し、その薬液中のリンの濃度を
測定するようにしたので、第2珪素系酸化膜4がほとん
ど研磨された時を検知することができる。そして、この
ときには、ウェハ13表面の平坦化はすでに終了してい
る。つまり、リンの濃度を測定することで、平坦化され
た状態を確実に検知することができ、その時にCMPを
終了することで、下層アルミニウム配線2と上層アルミ
ニウム配線5との間の導通不良やショートの発生を有効
に防止することができる。
As described above, according to the second embodiment,
A first silicon-based oxide film 3 containing phosphorus is deposited on the wafer 13, and a second silicon-based oxide film 4 containing no phosphorus is deposited thereon, and CMP for flattening is performed. In the meantime, since a part of the chemical solution after polishing is collected and the concentration of phosphorus in the chemical solution is measured, it is possible to detect when the second silicon-based oxide film 4 is almost polished. At this time, the planarization of the surface of the wafer 13 has already been completed. In other words, by measuring the concentration of phosphorus, the flattened state can be reliably detected. At that time, by stopping the CMP, poor conduction between the lower aluminum wiring 2 and the upper aluminum wiring 5 and the like can be obtained. The occurrence of a short circuit can be effectively prevented.

【0068】なお、研磨後の薬液中の不純物を測定する
手段は、上記のプラズマ発光を利用したものに限定され
るものではなく、他の各種分析方法を使用することがで
きる。ただし、上記第2実施例のように、プラズマ発光
を利用すると、濃度測定のための装置が比較的簡素な構
成となり、ウェハの研磨を行いながらウェハの研磨を止
めることなく研磨量を容易に判断しうる利点がある。
The means for measuring impurities in the chemical solution after polishing is not limited to the above-described method utilizing plasma emission, and various other analysis methods can be used. However, when plasma emission is used as in the second embodiment, the apparatus for measuring the concentration has a relatively simple configuration, and the polishing amount can be easily determined without stopping the wafer polishing while polishing the wafer. There are potential benefits.

【0069】なお、予め第1珪素系酸化膜3中に導入す
る不純物は上記第2実施例のごときリンに限定されるこ
とはなく、例えば窒素,ボロン,ヒ素等を不純物として
導入しておいても同様の効果が得られる。
The impurity introduced into the first silicon-based oxide film 3 in advance is not limited to phosphorus as in the second embodiment. For example, nitrogen, boron, arsenic, etc. are introduced as impurities. Has the same effect.

【0070】また、第1,第2絶縁膜3,4は必ずしも
珪素系酸化膜に限定されるものではなく、例えばSi3
Ni4 やBN等の絶縁膜についても適用しうる。
The first and second insulating films 3 and 4 are not necessarily limited to a silicon-based oxide film.
The present invention is also applicable to insulating films such as Ni4 and BN.

【0071】次に、第3実施例について図面を参照しな
がら説明する。
[0071] In the following, with reference to the accompanying drawings third embodiment.

【0072】図7は、第3実施例における研磨装置の概
略構成を示すものである。
FIG. 7 shows a schematic configuration of a polishing apparatus according to the third embodiment.

【0073】図7において、研磨装置の基本的構成は上
記第1,第2実施例と略同様であり、異なる部分のみ説
明する。本題3実施例では、研磨後の薬液を回収するた
めの容器23に接続される研磨後の薬液を排出するため
の配管24に、薬液のpH値を測定するpH測定手段と
してのpHモニタ34が介設されている。
In FIG. 7, the basic configuration of the polishing apparatus is substantially the same as in the first and second embodiments, and only different portions will be described. In the third embodiment, a pH monitor 34 as a pH measuring means for measuring a pH value of a chemical solution is provided on a pipe 24 for discharging a chemical solution after polishing, which is connected to a container 23 for collecting a chemical solution after polishing. It is interposed.

【0074】また、本実施例では、ウェハ13の断面構
造は上記第2実施例におけるウェハ13の断面構造と同
様である(図4参照)。
In this embodiment, the sectional structure of the wafer 13 is the same as the sectional structure of the wafer 13 in the second embodiment (see FIG. 4).

【0075】図8は、図4の断面構造を持ったウェハを
CMPにより平坦化した場合のpH値の変化を示すもの
である。すなわち、研磨量が600nmm以下では、ま
だ、第1珪素系酸化膜3が表面に現れず、もっぱら第2
珪素系酸化膜4が除去されるだけであるので、研磨後の
薬液中は、コロイダルシリカによってある程度のアルカ
リ性を示す。しかし、研磨が進行して、第1珪素系酸化
膜3が表面に露出してくると、その中に含まれるリンの
ために薬液が中和作用を受け、pH値が急激に低下し
て、表面の大部分が第1珪素系酸化膜3になる1000
nm付近では、ほとんど中性に近い一定値となる。
FIG. 8 shows a change in pH value when the wafer having the sectional structure of FIG. 4 is planarized by CMP. That is, when the polishing amount is 600 nm or less, the first silicon-based oxide film 3 still does not appear on the surface, and
Since only the silicon-based oxide film 4 is removed, the chemical solution after polishing exhibits a certain degree of alkalinity due to colloidal silica. However, when the polishing progresses and the first silicon-based oxide film 3 is exposed on the surface, the chemical solution is subjected to a neutralizing action due to the phosphorus contained therein, and the pH value is rapidly lowered. Most of the surface becomes the first silicon-based oxide film 3 1000
In the vicinity of nm, the constant value is almost neutral.

【0076】以上のように構成された研磨装置につい
て、以下図4,図7及び図8を用いてその作動を説明す
る。
The operation of the polishing apparatus configured as described above will be described below with reference to FIGS. 4, 7 and 8.

【0077】まず、図4(a),(b)に示すように、
ウェハ13の下層アルミニウム配線2上に、リンを含ん
だ第1珪素系酸化膜3とリンを含まない第2珪素系酸化
物4とを堆積した後、ウェハ13を上記第2実施例と同
様の条件で研磨して、図4(c)に示すように平坦化す
る。
First, as shown in FIGS. 4A and 4B,
After depositing the first silicon-based oxide film 3 containing phosphorus and the second silicon-based oxide 4 not containing phosphorus on the lower aluminum wiring 2 of the wafer 13, the wafer 13 is formed in the same manner as in the second embodiment. Polishing is performed under the conditions, and flattened as shown in FIG.

【0078】この間、容器23により薬液を回収し、p
Hモニター34によりpH値を測定すると、図8に示さ
れるように、第2珪素系酸化膜4が研磨され第1珪素系
酸化膜3が露出するときに(平坦化はすでに終了してい
る)pH値が急激に低下する。pH値が例えば8以下に
なった時にアーム9を上げ、ウェハ13を取り出す。ウ
ェハ13を洗浄後、スルーホール6を形成する(図4
(d)参照)。その後に上層アルミニウム配線5を形成
する(図4(e)参照)。
During this time, the chemical solution is collected by the container 23, and p
When the pH value is measured by the H monitor 34, as shown in FIG. 8, when the second silicon-based oxide film 4 is polished and the first silicon-based oxide film 3 is exposed (the planarization has already been completed). The pH value drops sharply. When the pH value becomes, for example, 8 or less, the arm 9 is raised, and the wafer 13 is taken out. After cleaning the wafer 13, a through hole 6 is formed (FIG. 4).
(D)). Thereafter, an upper aluminum wiring 5 is formed (see FIG. 4E).

【0079】以上のように、上記第3実施例によれば、
研磨後の薬液のpH値を測定する装置34を設けること
により、研磨の進行に応じたpH値の変化特性を利用し
て、完全に平坦化が終了したことを検知することができ
る。
As described above, according to the third embodiment,
By providing the apparatus 34 for measuring the pH value of the chemical solution after polishing, it is possible to detect the completion of the planarization completely by utilizing the change characteristic of the pH value according to the progress of polishing.

【0080】なお、第1珪素系酸化膜3中に導入する不
純物は上記第3実施例の如きリンに限定されるものでは
なく、研磨液中のpH値を変化させる各種不純物を導入
し得ることはいうまでもない。また、第1,第2絶縁膜
の材質は珪素系酸化膜に限定されるものでもない。
[0080] The Contact, impurity introduced into the first silicon-based oxide film 3 is not limited to such phosphorus of the third embodiment can introduce various impurities changing the pH value in the polishing solution Needless to say. Further, the material of the first and second insulating films is not limited to the silicon-based oxide film.

【0081】次に、請求項9及び10の発明に係る第4
実施例について、図面を参照しながら説明する。
Next, the fourth aspect according to the ninth and tenth aspects of the present invention will be described.
Embodiments will be described with reference to the drawings.

【0082】図9は、第4実施例における研磨装置を示
す。図9において、研磨装置の基本的な構成は上記各実
施例と同様であるので、異なる部分のみ説明する。研磨
後の薬液を排出するための配管24が容器33に接続さ
れ、さらに、配管24の途中に薬液の比抵抗を測定する
比抵抗測定手段としての比抵抗モニター35が介設され
ている。
FIG. 9 shows a polishing apparatus according to the fourth embodiment. In FIG. 9, the basic configuration of the polishing apparatus is the same as that of each of the above embodiments, and therefore, only different portions will be described. A pipe 24 for discharging the polished chemical is connected to the container 33, and a specific resistance monitor 35 as a specific resistance measuring means for measuring the specific resistance of the chemical is provided in the middle of the pipe 24.

【0083】本発明においても、ウェハ13の構造は上
記第2実施例における図4に示す構造と同様である。
In the present invention, the structure of the wafer 13 is the same as the structure of the second embodiment shown in FIG.

【0084】図10は、図4の断面構造を持ったウェハ
をCMPにより平坦化した場合の比抵抗の変化を示すも
のである。すなわち、600nmに達するまでは、基板
表面全体が第2珪素系酸化膜4で占められるので、比抵
抗が80kΩcm以上と比較的高いが、研磨量が600n
m以上になり、第1珪素系酸化膜3が表面に露出する
と、研磨後の薬液にリンが含まれるようになるため、比
抵抗が急激に低減して、約20kΩcm程度になる。
FIG. 10 shows a change in specific resistance when a wafer having the sectional structure of FIG. 4 is planarized by CMP. That is, until the thickness reaches 600 nm, the entire surface of the substrate is occupied by the second silicon-based oxide film 4, so that the specific resistance is relatively high at 80 kΩcm or more, but the polishing amount is
m, and when the first silicon-based oxide film 3 is exposed on the surface, the chemical solution after polishing contains phosphorus, so that the specific resistance is rapidly reduced to about 20 kΩcm.

【0085】以上のように構成されたCMPによるウェ
ハ研磨装置について、以下図4,図9及び図10を用い
てその動作を説明する。
The operation of the above-configured wafer polishing apparatus using CMP will be described below with reference to FIGS. 4, 9 and 10.

【0086】まず,図4(a)に示すように、下層アル
ミニウム配線2上に、リンを含んだ第1珪素酸化物膜3
を例えば膜厚1000nm形成し、さらに、同図(b)
に示すように、第1珪素系酸化膜3の上に第2珪素酸化
物膜4を例えば膜厚1000nm形成する。
First, as shown in FIG. 4A, the first silicon oxide film 3 containing phosphorus is formed on the lower aluminum interconnection 2.
Is formed, for example, to a thickness of 1000 nm, and furthermore, FIG.
As shown in FIG. 1, a second silicon oxide film 4 is formed on the first silicon-based oxide film 3, for example, to a thickness of 1000 nm.

【0087】この状態で、ウェハ13をホルダー8に固
定し、アーム9によりウェハ13を研磨台7に例えば7
psiの圧力で接触させ、供給ノズル10より例えば粒
径200〜300オングストロームの珪素酸化物粒子を
含んだ薬液を例えば毎分230ml供給しながら研磨台
7とホルダー8を例えば回転数15rpmで回転させ
る。この間、容器23により薬液を回収する。比抵抗モ
ニター35により比抵抗を測定した場合、図10に示さ
れるように平坦化が終了する時に比抵抗が減小する。比
抵抗が例えば20kΩcm程度になった時にアーム8を
上げ、ウェハ13を取り出すと、ウェハ13は、図4
(c)に示すように、第2珪素系酸化膜4が研磨され第
1珪素系酸化膜3が露出した状態となっている(平坦化
はすでに終了している)。
In this state, the wafer 13 is fixed to the holder 8, and the arm 13 is used to place the wafer 13 on the polishing table 7, for example.
The polishing table 7 and the holder 8 are rotated at a rotation speed of, for example, 15 rpm while supplying a chemical solution containing, for example, silicon oxide particles having a particle size of 200 to 300 angstroms, for example, 230 ml per minute from the supply nozzle 10. During this time, the medical solution is collected by the container 23. When the specific resistance is measured by the specific resistance monitor 35, the specific resistance decreases when the planarization ends, as shown in FIG. When the specific resistance reaches, for example, about 20 kΩcm, the arm 8 is raised and the wafer 13 is taken out.
As shown in (c), the second silicon-based oxide film 4 is polished and the first silicon-based oxide film 3 is exposed (planarization has already been completed).

【0088】次に、図4(d)に示すように、ウェハ1
3を洗浄後、スルーホール6を形成し、その後、図4
(e)に示すように、上層アルミニウム配線5を形成す
る。
Next, as shown in FIG.
After cleaning 3, a through hole 6 is formed.
As shown in (e), an upper aluminum wiring 5 is formed.

【0089】以上のように、上記第4実施例によれば、
基板が平坦化されリンを含んだ第1珪素系酸化膜3が表
面に露出すると、研磨後の薬液の比抵抗がリンのために
急激に低下する。そして、比抵抗モニター35によっ
て、この比抵抗の減小時が検知されるので、CMPを行
いながら、基板の研磨量を正確に検知することができ、
下層アルミニウム配線2と上層アルミニウム配線5との
接続不良やショートの発生を有効に防止することができ
る。
As described above, according to the fourth embodiment,
When the substrate is flattened and the first silicon-based oxide film 3 containing phosphorus is exposed on the surface, the specific resistance of the chemical solution after polishing sharply drops due to phosphorus. Then, since the specific resistance monitor 35 detects the time when the specific resistance decreases, it is possible to accurately detect the polishing amount of the substrate while performing the CMP.
Poor connection or short circuit between the lower aluminum wiring 2 and the upper aluminum wiring 5 can be effectively prevented.

【0090】なお、上記第4実施例において、第1珪素
系酸化膜3にドーピングされる不純物をリンとしたが、
本発明における不純物はかかる実施例に限定されるもの
ではなく、研磨液の比抵抗を変化させる各種不純物を導
入しうる。また、第1,第2絶縁膜の材質も珪素系酸化
膜に限定されるものではない。
In the fourth embodiment, the impurity doped into the first silicon-based oxide film 3 is phosphorus.
The impurities in the present invention are not limited to the examples, and various impurities that change the specific resistance of the polishing liquid can be introduced. Further, the material of the first and second insulating films is not limited to the silicon-based oxide film.

【0091】[0091]

【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、回転駆動される研磨台上でホルダーに取付けら
れたウェハを研磨用薬液を供給しながら研磨するように
したウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量の検出装
置の構成として、研磨中に研磨台からホルダーに作用す
る力をホルダーにおいてモニターして、ウェハの研磨抵
抗を測定する構成としたので、研磨の進行によってウェ
ハ表面が平坦化された時に研磨抵抗が急激に減小する特
性を利用して、研磨中にウェハが平坦化された時を確実
に検知することができ、よって、研磨不足や研磨過剰に
よるウェハ特性の不具合を回避することができる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, a wafer polishing apparatus for polishing a wafer mounted on a holder on a rotationally driven polishing table while supplying a polishing chemical. As a configuration of the wafer polishing amount detection device arranged in the configuration, the force acting on the holder from the polishing table during polishing is monitored at the holder, and the polishing resistance of the wafer is measured. Utilizing the characteristic that the polishing resistance sharply decreases when the surface is flattened, it is possible to reliably detect when the wafer is flattened during polishing, and therefore, the wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing are reduced. Failures can be avoided.

【0092】請求項2の発明によれば、上記請求項1の
発明において、ホルダーを強制的に安定条件で回転駆動
されるものとし、ホルダーに作用する回転トルクを測定
するトルク計により研磨抵抗を測定する構成としたの
で、ホルダーに加わる回転トルクの変化特性を利用し
て、研磨抵抗を精度よく測定することができ、よって、
平坦化の終了時をより正確に検知することができる。
According to the second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the holder is forcibly driven to rotate under a stable condition, and the polishing resistance is measured by a torque meter for measuring a rotational torque acting on the holder. Since the measurement is performed, the polishing resistance can be accurately measured by using the change characteristic of the rotating torque applied to the holder, and therefore,
The end of the planarization can be detected more accurately.

【0093】請求項3の発明によれば、ウェハ研磨量の
検出方法として、回転駆動される研磨台上で回転駆動さ
れるホルダーに取付けられたウェハを研磨用薬液を供給
しながら研磨する際に、ホルダーに作用する回転トルク
を測定し、回転トルクの変化特性に基づき、ウェハの平
坦化が終了した時を検知するようにしたので、ホルダー
に加わる回転トルクを利用して、研磨抵抗を精度よく測
定することができ、よって、平坦化の終了時をより正確
に検知することができる。
According to the third aspect of the present invention, as a method of detecting a wafer polishing amount, a method is employed in which a wafer mounted on a rotationally driven holder on a rotationally driven polishing table is polished while supplying a polishing chemical. The rotation torque acting on the holder is measured, and when the flattening of the wafer is completed is detected based on the change characteristic of the rotation torque, the polishing resistance is accurately determined using the rotation torque applied to the holder. Measurement can be performed, so that the end of the planarization can be more accurately detected.

【0094】請求項の発明によれば、回転駆動される
研磨台上でウェハを研磨用薬液を供給しながら研磨する
ようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量の
検出装置の構成として、予めウェハの表面上に不純物を
含む第1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次
堆積しておき、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収し
て、回収された研磨後の薬液中の不純物の濃度を、プラ
ズマの発光を利用して測定する構成としたので、研磨の
進行により、第1絶縁膜が表面上に露出すると回収され
た研磨後の薬液中の不純物濃度がその時に急激に上昇す
る特性を利用して、ウェハの研磨量を正確かつ容易に
知することができ、よって、研磨不足や研磨過剰による
ウェハ特性の不具合を回避することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, there is provided a wafer polishing apparatus configured to polish a wafer while supplying a polishing chemical on a rotationally driven polishing table. A first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited in advance on the surface of the wafer, and at least a part of the polished chemical solution is collected; the concentration of impurities in the chemical solution, Pula
Since the measurement is performed using the light emission of the plasma, the use of the property that the impurity concentration in the collected chemical solution after polishing sharply increases at that time when the first insulating film is exposed on the surface as the polishing proceeds. As a result, the amount of polishing of the wafer can be accurately and easily detected, so that it is possible to avoid defects in wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing.

【0095】請求項の発明によれば、ウェハ研磨量の
検出方法として、予めウェハの表面上に不純物を含む第
1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積し
ておき、研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際
に、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収して真空チャ
ンバーで気化させ、さらにプラズマ化させて、プラズマ
発光の強度の変化特性に基づき、ウェハの研磨量を検知
する方法としたので、不純物のプラズマ発光強度を利用
して薬液中の不純物濃度の変化を容易に検知することが
でき、よって、研磨不足や研磨過剰によるウェハ特性の
不具合を回避することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, as a method for detecting a wafer polishing amount, a first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of a wafer in advance. When polishing a wafer while supplying a polishing chemical, at least a portion of the polished chemical is collected, vaporized in a vacuum chamber, and further turned into plasma. Since the method of detecting the polishing amount is used, it is possible to easily detect a change in the impurity concentration in the chemical solution by using the plasma emission intensity of the impurity, thereby avoiding a defect in wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing. be able to.

【0096】請求項の発明によれば、回転駆動される
研磨台上でウェハを研磨用薬液を供給しながら研磨する
ようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量の
検出装置の構成として、ウェハの表面上に不純物を含む
第1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積
しておき、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収して、
回収された研磨後の薬液中のpH値を測定する構成とし
たので、研磨の進行により、第1絶縁膜が表面上に露出
すると回収された研磨後の薬液のpH値がその時に急激
に上昇する特性を利用して、ウェハの研磨量を正確に検
知することができ、よって、研磨不足や研磨過剰による
ウェハ特性の不具合を回避することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, there is provided a wafer polishing apparatus which is arranged in a wafer polishing apparatus which is configured to polish a wafer while supplying a polishing chemical solution on a rotationally driven polishing table. A first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer, and at least a part of the polished chemical solution is collected;
Since the pH value in the collected chemical solution after polishing is measured, the pH value of the collected chemical solution after polishing sharply increases at the time when the first insulating film is exposed on the surface as the polishing progresses. Utilizing the characteristics, the amount of polishing of the wafer can be accurately detected, and therefore, defects in wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing can be avoided.

【0097】請求項の発明によれば、ウェハ研磨量の
検出方法として、予めウェハの表面上に不純物を含む第
1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積し
ておき、研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際
に、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収してpH値を
測定し、pH値の変化特性に基づきウェハの研磨量を検
知する方法としたので、不純物によるpH値の変化を利
用してウェハの研磨量を正確に検知することができ、上
記請求項の発明と同様の効果を得ることができる。
According to the seventh aspect of the present invention, as a method for detecting a wafer polishing amount, a first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of a wafer in advance. When polishing a wafer while supplying a polishing chemical, it is a method of collecting at least a part of the chemical liquid after polishing, measuring the pH value, and detecting the polishing amount of the wafer based on the change characteristic of the pH value. The amount of polishing of the wafer can be accurately detected by utilizing the change in the pH value due to impurities, and the same effect as that of the sixth aspect can be obtained.

【0098】請求項の発明によれば、回転駆動される
研磨台上でウェハを研磨用薬液を供給しながら研磨する
ようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量の
検出装置の構成として、ウェハの表面上に不純物を含む
第1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積
しておき、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収して、
回収された研磨後の薬液中の比抵抗値を測定する構成と
したので、研磨の進行により、第1絶縁膜が表面上に露
出すると回収された研磨後の薬液の比抵抗値がその時に
急激に上昇する特性を利用して、ウェハの研磨量を正確
に検出することができ、よって、研磨不足や研磨過剰に
よるウェハ特性の不具合を回避することができる。
According to the eighth aspect of the present invention, there is provided an apparatus for detecting a polishing amount of a wafer, which is arranged in a wafer polishing apparatus configured to polish a wafer while supplying a polishing chemical on a rotatingly driven polishing table. A first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer, and at least a part of the polished chemical solution is collected;
Since the specific resistance value in the collected chemical solution after polishing is measured, the specific resistance value of the collected chemical solution after polishing sharply increases when the first insulating film is exposed on the surface as the polishing proceeds. Utilizing the characteristic that increases, the amount of polishing of the wafer can be accurately detected, so that it is possible to avoid defects in wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing.

【0099】請求項の発明によれば、ウェハ研磨量の
検出方法として、予めウェハの表面上に不純物を含む第
1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積し
ておき、研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際
に、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収して比抵抗値
を測定し、比抵抗値の変化特性に基づきウェハの研磨量
を検知する方法としたので、不純物による比抵抗値の変
化を利用してウェハの研磨量を正確に検知することがで
き、上記請求項の発明と同様の効果を得ることができ
る。
According to the ninth aspect of the present invention, as a method for detecting a wafer polishing amount, a first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer in advance. When polishing a wafer while supplying a polishing chemical, a method of recovering at least a part of the chemical liquid after polishing, measuring a specific resistance value, and detecting a polishing amount of the wafer based on a change characteristic of the specific resistance value; Therefore, the amount of polishing of the wafer can be accurately detected by utilizing the change in the specific resistance value due to the impurity, and the same effect as that of the eighth aspect can be obtained.

【0100】請求項10の発明によれば、上記請求項
1,2,4,6又は8の発明を、珪素系酸化物を研磨用
薬液とし、研磨布を介してウェハ表面上の絶縁膜を平坦
化することを目的とするCMP法に適用したので、特に
わずかの研磨量で高精度の平坦化を行うことを目的とす
るCMP法においても、各請求項の発明の効果が得ら
れ、多層配線間における絶縁特性やコンタクト部におけ
る導電特性のようなウェハの特性の向上を図ることがで
きる。
According to the tenth aspect, the above-mentioned claim is provided.
Since the invention of 1, 2, 4, 6 or 8 was applied to a CMP method for flattening an insulating film on a wafer surface via a polishing cloth using a silicon-based oxide as a polishing chemical, In particular, even in a CMP method aiming at high-precision flattening with a small amount of polishing, the effects of the invention of each claim can be obtained, and the wafer characteristics such as insulation characteristics between multilayer wirings and conductive characteristics at contact portions can be obtained. Characteristics can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】第1実施例におけるウェハ研磨装置の構成を概
略的に示す正面図である。
FIG. 1 is a front view schematically showing a configuration of a wafer polishing apparatus according to a first embodiment.

【図2】第1実施例における研磨の進行過程を説明する
ためのウェハの断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a wafer for explaining a progress of polishing in the first embodiment.

【図3】第1実施例における研磨の進行に対する回転ト
ルクの変化を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in rotation torque with respect to progress of polishing in the first embodiment.

【図4】第2,第3及び第4実施例における研磨の進行
過程を説明するためのウェハの断面図である。
FIG. 4 is a sectional view of a wafer for explaining a progress of polishing in the second, third and fourth embodiments.

【図5】第2実施例におけるウェハ研磨装置の構成を概
略的に示す正面図である。
FIG. 5 is a front view schematically showing a configuration of a wafer polishing apparatus according to a second embodiment.

【図6】第2実施例における研磨の進行に対するリン濃
度の変化を示す特性図である。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change in a phosphorus concentration with progress of polishing in a second embodiment.

【図7】第3実施例におけるウェハ研磨装置の構成を概
略的に示す正面図である。
FIG. 7 is a front view schematically showing a configuration of a wafer polishing apparatus according to a third embodiment.

【図8】第3実施例における研磨の進行に対するpH値
の変化を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing a change in pH value with progress of polishing in the third embodiment.

【図9】第4実施例におけるウェハ研磨装置の構成を概
略的に示す正面図である。
FIG. 9 is a front view schematically showing a configuration of a wafer polishing apparatus according to a fourth embodiment.

【図10】第4実施例における研磨の進行に対する比抵
抗値の変化を示す特性図である。
FIG. 10 is a characteristic diagram showing a change in a specific resistance value with progress of polishing in the fourth embodiment.

【図11】従来例におけるウェハの平坦化過程を示すウ
ェハの断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a wafer showing a wafer flattening process in a conventional example.

【図12】従来例におけるウェハ研磨装置の構成を概略
的に示す平面図及び正面図である。
FIG. 12 is a plan view and a front view schematically showing a configuration of a conventional wafer polishing apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板 2 下層アルミ配線 3 (第1)珪素系酸化膜(第1絶縁膜) 4 第2珪素系酸化膜(第2絶縁膜) 5 上層アルミニウム配線 6 スルーホール 7 研磨台 8 ホルダー 9 アーム 10 ノズル 11 研磨台用モーター 12 ホルダー用モーター 13 ウェハ 14 研磨台 20 回転計 21 制御装置(回転速度制御手段) 22 トルク計(研磨抵抗測定手段) 23 容器 24 配管 25 分岐配管 26 モーター 27 真空チャンバー 28 ノズル 29 平行平板電極 30 発振器 31 排気ポンプ 32 発光検出窓 33 発光検出器 34 pHモニター(pH測定手段) 35 比抵抗モニター(比抵抗測定手段) Reference Signs List 1 silicon substrate 2 lower aluminum wiring 3 (first) silicon-based oxide film (first insulating film) 4 second silicon-based oxide film (second insulating film) 5 upper-layer aluminum wiring 6 through hole 7 polishing table 8 holder 9 arm 10 Nozzle 11 Motor for polishing table 12 Motor for holder 13 Wafer 14 Polishing table 20 Tachometer 21 Controller (rotation speed control means) 22 Torque meter (polishing resistance measurement means) 23 Container 24 Pipe 25 Branch pipe 26 Motor 27 Vacuum chamber 28 Nozzle 29 Parallel plate electrode 30 Oscillator 31 Exhaust pump 32 Emission detection window 33 Emission detector 34 pH monitor (pH measurement means) 35 Specific resistance monitor (specific resistance measurement means)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−210261(JP,A) 特開 平4−33336(JP,A) 特開 平1−289656(JP,A) 特開 平4−63427(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/304 622 B24B 37/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-1-210261 (JP, A) JP-A-4-33336 (JP, A) JP-A-1-289656 (JP, A) JP-A-4-210 63427 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 21/304 622 B24B 37/04

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 回転駆動される研磨台上で研磨用薬液を
供給しながら、ホルダーに取付けられたウェハを研磨す
るようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量
の検出装置であって、 研磨中に上記研磨台からホルダーに作用する力を上記ホ
ルダー部においてモニターして、ウェハの研磨抵抗を測
定する研磨抵抗測定手段を備えたことを特徴とするウェ
ハ研磨量の検出装置。
1. A wafer polishing amount detection device arranged in a wafer polishing device configured to polish a wafer attached to a holder while supplying a polishing chemical solution on a rotatingly driven polishing table, the e the force acting from the grinding stand during polishing the holder
An apparatus for detecting a polishing amount of a wafer, comprising: a polishing resistance measuring means for monitoring a polishing resistance of a wafer by monitoring in a rudder section .
【請求項2】 請求項1記載のウェハ研磨量の検出装置
において、 上記ホルダーを強制的に回転駆動する駆動機構と、 ホルダーが安定条件で回転するよう上記駆動機構を上記
ホルダー部において制御する回転速度制御手段とを備
え、 上記研磨抵抗測定手段は、上記ホルダーに作用する回転
トルクを測定するトルク計であることを特徴とするウェ
ハ研磨量の検出装置。
In the detection apparatus according to claim 2] wafer polishing amount according to claim 1, a drive mechanism for driving forcibly rotating the holder, the drive mechanism so that the holder is rotated in a stable condition above
Rotation speed control means for controlling the holder portion, wherein the polishing resistance measuring means is a torque meter for measuring a rotation torque acting on the holder.
【請求項3】 回転駆動される研磨台上で研磨用薬液を
供給しながら、回転駆動されるホルダーに取付けられた
ウェハを研磨する際に、 ホルダーに作用する回転トルクを測定し、 回転トルクの変化特性に基づき、上記ホルダー部に取り
付けられたウェハの平坦化が終了した時を検出すること
を特徴とするウェハ研磨量の検出方法。
3. The method according to claim 1, further comprising: measuring a rotation torque acting on the holder when polishing the wafer attached to the rotation driven holder while supplying a polishing chemical on a rotation driven polishing table; based on the change characteristics, taken up in the holder
A method for detecting a polishing amount of a wafer, comprising detecting when the flattening of the attached wafer is completed.
【請求項4】 回転駆動される研磨台上で研磨用薬液を
供給しながら、ウェハを研磨するようにしたウェハ研磨
装置に配置されるウェハ研磨量の検出装置であって、 上記ウェハの表面上には不純物を導入してなる第1絶縁
膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とが順次堆積されて
いて、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段
と、 該液回収手段で回収される研磨後の薬液中の不純物の濃
度を測定する不純物濃度測定手段とを備え、 上記不純物濃度測定手段は、 回収された薬液を真空雰囲気中で気化させた後、プラズ
マを発生させるプラズマ発生手段と、 プラズマ発光を検出する発光検出器とを備えたことを特
徴とするウェハ研磨量の検出装置。
4. A wafer polishing amount detection device arranged in a wafer polishing apparatus configured to polish a wafer while supplying a polishing chemical solution on a rotatingly driven polishing table, comprising: A first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited, and a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical solution after polishing; Impurity concentration measuring means for measuring the concentration of impurities in the collected chemical liquid after polishing, wherein the impurity concentration measuring means generates plasma after vaporizing the collected chemical liquid in a vacuum atmosphere Means for detecting the amount of polished wafers, comprising:
【請求項5】 予めウェハの表面上に、不純物を導入し
てなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とを
順次堆積しておき、 研磨用薬液を供給しながら上記ウェハを研磨する際に、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収し、 回収された研磨後の薬液を真空チャンバー内に導入して
気化させた後、プラズマを発生させ、 不純物のプラズマ発光の強度を測定して、 プラズマ発光の強度の変化特性に基づき、ウェハの研磨
量を検出することを特徴とするウェハ研磨量の検出方
法。
5. A first insulating film having impurities introduced therein and a second insulating film not having impurities introduced therein are sequentially deposited in advance on the surface of the wafer, and the wafer is polished while supplying a polishing chemical. At this time, at least a part of the chemical solution after polishing is collected, the collected chemical solution after polishing is introduced into a vacuum chamber and vaporized, plasma is generated, and the intensity of plasma emission of impurities is measured. Detecting a polishing amount of the wafer based on a change characteristic of the intensity of plasma emission.
【請求項6】 回転駆動される研磨台上で研磨用薬液を
供給しながら、ウェハを研磨するようにしたウェハ研磨
装置に配置されるウェハ研磨量の検出装置であって、 上記ウェハの表面上には不純物を導入してなる第1絶縁
膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とが順次堆積されて
いて、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段
と、 該液回収手段で回収される研磨後の薬液のpH値を測定
するpH測定手段とを備えたことを特徴とするウェハ研
磨量の検出装置。
6. A wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing apparatus configured to polish a wafer while supplying a polishing chemical solution on a rotatingly driven polishing table, comprising: A first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited, and a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical solution after polishing; A wafer polishing amount detecting device, comprising: a pH measuring means for measuring a pH value of the collected chemical solution after polishing.
【請求項7】 予めウェハの表面上に、不純物を導入し
てなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とを
順次堆積しておき、 研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際に、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収し、 回収された薬液のpH値を測定して、 薬液のpHの変化特性に基づきウェハの研磨量を検出す
ることを特徴とするウェハ研磨量の検出方法。
7. A surface of the pre-Meu E c does not introduce a first insulating film and the impurities formed by introducing impurities leave second sequentially deposited an insulating film, while supplying a polishing liquid chemical wafer When polishing, at least a part of the chemical solution after polishing is collected, a pH value of the collected chemical solution is measured, and a polishing amount of the wafer is detected based on a change characteristic of the pH of the chemical solution. A method for detecting the amount of wafer polishing.
【請求項8】 回転駆動される研磨台上で研磨用薬液を
供給しながら、ウェハを研磨するようにしたウェハ研磨
装置に配置されるウェハ研磨量の検出装置であって、 上記ウェハの表面上には不純物を導入してなる第1絶縁
膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とが順次堆積されて
いて、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段
と、 該液回収手段で回収される研磨後の薬液の比抵抗を測定
する比抵抗測定手段とを備えたことを特徴とするウェハ
研磨量の検出装置。
8. A wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing apparatus adapted to polish a wafer while supplying a polishing chemical on a rotatingly driven polishing table, comprising: A first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited, and a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical solution after polishing; A device for detecting a polishing amount of a wafer, comprising: a specific resistance measuring means for measuring a specific resistance of the collected chemical solution after polishing.
【請求項9】 予めウェハの表面上に、不純物を導入し
てなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とを
順次堆積しておき、 研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際に、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収し、 回収された研磨後の薬液の比抵抗値を測定して、 薬液の比抵抗値の変化特性に基づきウェハの研磨量を検
出することを特徴とするウェハ研磨における研磨量の検
出方法。
9. A surface of the pre-Meu E c does not introduce a first insulating film and the impurities formed by introducing impurities leave second sequentially deposited an insulating film, while supplying a polishing liquid chemical wafer When polishing a wafer, at least a part of the chemical liquid after polishing is collected, the specific resistance value of the collected chemical liquid after polishing is measured, and the polishing amount of the wafer is detected based on the change characteristic of the specific resistance value of the chemical liquid. A method for detecting a polishing amount in wafer polishing.
【請求項10】 請求項1,2,4,6又は8記載のウ
ェハ研磨量の検出装置において、 ウェハの研磨は、珪素系酸化物を研磨用薬液とし、研磨
台上に敷設された研磨布を介して、ウェハ表面上に形成
された絶縁膜を平坦化することを目的とするケミカルメ
カニカルポリッシングであることを特徴とするウェハ研
磨量の検出装置。
10. The apparatus for detecting the amount of polishing of a wafer according to claim 1, 2, 4, 6, or 8 , wherein the polishing of the wafer is performed by using a silicon-based oxide as a polishing chemical and laying a polishing cloth laid on a polishing table. A polishing apparatus for detecting a polishing amount of a wafer, wherein the apparatus is a chemical mechanical polishing for flattening an insulating film formed on a surface of the wafer via the substrate.
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