JPH01207929A - 研摩方法および装置 - Google Patents

研摩方法および装置

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JPH01207929A
JPH01207929A JP63318679A JP31867988A JPH01207929A JP H01207929 A JPH01207929 A JP H01207929A JP 63318679 A JP63318679 A JP 63318679A JP 31867988 A JP31867988 A JP 31867988A JP H01207929 A JPH01207929 A JP H01207929A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、半導体ウェーハの化学的・機械的研摩工程に
おけるエツチングの終了点を判定することができる研摩
装置及び方法に関するものである。
Ｂ、従来技術 最近、半導体ウェーハの厚みを減少させるために、各種
の研摩機が用いられている。一般に、これらの研摩機は
、上部及び下部に研摩板を有し、間にウェーハを入れて
研摩を行なう。２枚の研摩板を相対的に動かし、研摩板
の間に研摩材溶液のスラリを注入して研摩し、ウェーハ
の粒子を洗い流す。研摩材溶液にはエツチング剤を含有
する場合と含有しない場合がある。このような研摩機の
−例が、米国特許第３０６３２０Ｅ３号明細書に開示さ
れている。
米国特許第４１９７ｆ３７６号及び第４１９９９０２号
明細書は、それぞれ圧電ウェーハの研摩の自動制御を行
なう研摩機を開示している。この研摩機の」二部研摩板
には、誘電体の円板と、上部導電性表面と、この導電性
表面に接続した導体の棒または線とををする電極が含ま
れている。この研摩機はさらに、電圧制御された発振器
を有し、その出力は′、電極に直列な抵抗、自動制御回
路、掃引電圧端子、研摩機のモータに直列に接続された
ソリッド・ステート・リレー、及び制御回路に接続され
た電力線出口に接続されている。この研摩機の自動機構
は、１枚または複数の圧電ウェーハの周波数が、目標周
波数と所定の関係に達したときに研摩を終了させる。米
国特許第４１９９９０２号明細書には、第２の電極が上
部研摩板に埋め込まれた実施例が含まれている。
米国特許第４４０７０９４号明細書も、半導体ウェーハ
の研摩を自動制御する研摩機を開示している。この研摩
機は２個の端子を何するピン・ダイオードを含んでいる
。端子の１つは研摩板に挿入された電極に接続され、他
の１つは掃引周波数発生装置に接続されている。２個の
端子は、それぞれ電極の下の圧電ウェーハの有無を検出
し、自動制御回路に接続されたスイッチを作動させる、
インピーダンス比較器にも接続されている。この制御回
路は、ウェーハの周波数を検出し、研摩機のモータと電
源との間で切替えを行なうリレーを制御する役割をする
。動作中は、研摩機はウェーハの共鳴周波数を監視し、
この共鳴周波数を所定の目標周波数と比較して、ウェー
ハの周数数が目標周波数以上になるとリレーを作動させ
る。
ＩＢＭテクニカル・ディスクロージャ・プルテン（ＩＢ
Ｍ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕ
ｌｌｅｔｉｎ）、Ｖｏｗ、１９、Ｎｏ、４．１９７６年
９月に所載のＪ、Ｒ，スコバーン（Ｊ、　Ｒ，５ｋｏｂ
ｅｒｎ　）の論文には、電子システムの絶縁層に浸透し
た金属ノジュールを除去するための電気的除去法が開示
されている。この方法では、導電性の「共通リング」を
金属層の上に置き、このリングを電源の接地端子に接続
する。この方法ではさらに、金属板を金属ノジュールに
接触させて置き、この金属板を電源のプラス端子に接続
する。電源を入れると、金属ノジュールは高い電流密度
にさらされ、そのためノジュールが気化する。
研摩機のほかに、半導体ウェーハのエツチングの終点を
決定するための、他の様々な装置及び方法がある。下記
に、このような装置及び方法の例を示す。
米国特許第３８７４９５９号明細書には、酸化物をコー
ティングした半導体基板のエツチングの終点を検出する
装置が開示されている。この装置は、基板に接続した第
１の電線と、エツチング液の浴中に置いた電極に接続し
た第２の電線を存する。これらの電線は、検出器または
読取針に接続されている。直流光源からの光を基板に当
て、エツチング点に光点を結ばせる。半導体基板の酸化
物コーティングがエツチングされて、エッチ液が半導体
基板の材料と電気的に接触すると、信号が検出される。
米国特許第４２０７１３７号明細書には、プラズマ終点
エツチング法が開示されている。この方法は、２つの電
極間に半導体装置き、電極に電力を供給してプラズマを
発生させて半導体をエツチングする。プラズマ・エツチ
ングの終点は、エツチング工程中のプラズマのインピー
ダンスを監視することにより決定する。
米国特許箱４６０２９８１号明細書には、電極の高周波
電圧を測定することにより、プラズマ・エツチングの終
点を決定する方法が開示されている。この方法は、ウェ
ーハの両面に上部及び下部電極を置き、上部電極を接地
し、下部電極を整合インピーダンスを介して高周波電源
に接続して、高周波電圧を測定するものである。
米国特許第４３４０４５Ｅｉ号及び第４３５８３３８号
明細書を、プラズマ・エソチングツ終点検出の例として
引用する。
゛ｖＬＳＩ配線技術ては、デバイス回路を含む基板」二
に接続用金属線を形成させる。これらの金属線は、個々
のデバイスを電気的に相互接続させるものである。これ
らの金属接続線は、たとえば酸化物の化学蒸着（ＣＶＤ
）によって形成させた絶縁材料の薄膜により、次の相互
接続レベルから絶縁される。異なる相互接続レベルの金
属線を相互接続させるために、絶縁層に孔を形成してレ
ベル間を電気的に接続させる。
このような配線法では、絶縁層は平坦な表面形状である
ことが望ましい。これは、表面が粗いと製作上の問題を
生ずるためである。具体的には、粗い表面上に付着させ
た層を作像しパターン化することは困難であり、この困
難さは層の数が増加するほど増大する。
最近、研摩機及び他の化学的・機械的平坦化技術を使用
して、次の金属レベル用に絶縁体の形状を平滑化する方
法が開発されている。これらの方法では、下層の材料を
過度に除去することなく、しかも表面を平滑にするのに
十分な量の材料を除去することが重要である。このため
、精密なエツチングの終点検出法が必要となる。
従来、エツチングの終点を決定するのにレーザその他の
光学的検出装置が使用されてきた。しかし、これらの光
学装置の設計を研摩機で実施することは困難である。こ
れは、これらの研摩機では、ウェーハが回転するホイー
ルに対して下向きに研摩されるためである。具体的には
、ウェーハがウェーハ・ホルダ及びテンプレートの下に
隠れるため、終点の光学的検出が困難になる。
研摩機で終点を決定するために用いる通常の方法は、最
初のウェーハを平坦化するのに必要な時間を測定した後
、残りのウェーハを同じ時間処理するものである。実際
には、様々なウェーハについて皮膜除去の速度を精密に
制御することはきわめて困難であるため、この方法では
、操作員が研摩後のウェーハを１つ１つ検査しなければ
ならなくなり、時間が非常にかかる。
このように、半導体の製作には、研摩平坦化工程の終点
を正確に効率良（検出する装置及び方法が依然として求
められている。
Ｃ０発明が解決すべき問題点 本発明の目的は、研摩平坦化工程の終点を正確に効率良
く検出することができる研摩装置及び方法を提供するこ
とにある。
Ｄ４問題点を解決するための手段 上記及びその他の目的は、半導体ウェーハのエツチング
の終点を電気的に決定する装置及び方法を提供する本発
明を実施することにより達成される。
この装置は、その少なくとも１つが工作物の表面に接触
する、研摩機に接続された、複数の分離された電極手段
と、基板の露出表面の量を示す、上記の複数の電極手段
間の電流を監視する手段とを含む。またこの方法は、研
摩パッドによりウェーハを機械的に平坦化すること、上
記研摩パッド中に能動電極及び少なくとも１本の受動電
極を形成させること、及び半導体ウェーハの導電部の有
無を電気的に検出することを含んでいる。
Ｅ、実施例 第２図は、本発明の第１の実施例による金属線、接点／
ヴアイア・スタッド、及びパッド４を有する半導体ウェ
ーハ２の化学的・機械的研摩装置を示す。この装置は、
ウェーハ・キャリアすなわちホルダ６を含み、このホル
ダ６の片面６Ａにテンプレート８が固定されている。本
発明に基づいて処理される半導体ウェーハ２は、ウェー
ハ・キャリア６と研摩テーブル１０との間に配置する。
ウェーハ・キャリア６は、他の面６Ｂが、駆動アーム１
２に接続されている。アーム１２は、矢印１４Ａ１１４
Ｂ、１４Ｇで示す方向にウェーハ・キャリア６を移動（
回転）させるための適当なモータまたは駆動手段（図示
せず）に接続されている。
テンプレート８は、ウェーハ・キャリア６が移動すると
き、ウェーハ２がウェーハ・キャリア６の下からすべり
出すのを防ぐ縁部１６を有する。テンプレートにはイン
サート１８が取り付けられている。このインサート１８
は、ウェーハの表面２Ａがキャリア６の重量により破損
しないように、軟質の材料製であることが好ましい。研
摩テーブル１０は、プラテン２０１及び穴２３のあいた
研摩パッド２２を有する。パッド２２の一部の穴、たと
えば２３Ａ及び２３Ｂに導電性エポキシ材料等を充てん
することにより、多孔研摩パッド２２上に能動電極２６
及び受動電極２８が形成されている。プラテン２０は２
個の絶縁された接点３０を有し、各接点３０は上部導電
部３１及び下部導電部３２を有する。上部導電部３１は
エポキシ材料に接触するように配置され、下部導電部３
２は導線３４に接触するように配置されている。
第１図で、能動電極２６及び受動電極２８は、それぞれ
スリップ・リング・アセンブリ４０を介して電源３６及
び記憶オシロスコープまたは他の適当な電子回路３８に
接続されている。能動電極２６は、スリップ・リング・
アセンブリ４０及び抵抗４１を介して電源３６の正の端
子に接続されている。受動電極２８は、スリップ・リン
グ・アセンブリ４０を介して電源３６の負の端子に接続
されている。電源３６は、０．４Ｖのバイアス電圧を発
生するように設計されており、抵抗４１はたとえば４５
０にΩの抵抗で、能動電極２６に供給される電流（２０
μＡ）を制限する。
第１図の実施例の動作について説明する。
平坦化または研摩工程の始めには、ウェーハ２は二酸化
シリコン等の絶縁材料の層で覆われている。電極２６及
び２８は最初は絶縁層にのみ接触するので、開回路が形
成される。平坦化工程が進むにつれて、絶縁層は除去さ
れ、接地されたまたは基板に接触する金属パッド４が露
出する。電極２６及び２８の両方が露出したパッド４に
接触すると、ウェーハ２の基板を介して電流路が形成さ
れる。
具体的には、ウェーハ２の基板中に形成された相互接続
線及び回路を経て金属４Ａ（電極２６に接触する）から
金属４Ｂ（電極２８に接触する）へと２０μＡの電流が
流れる。ウェーハが電極上を通過すると、オシロスコー
プ３８のスクリーン上にパルスまたはスパイクが現われ
る。電極２６に供給される電流は、下層の回路の損傷を
防ぐため、２０μＡに制限される。オシロスコープ３８
のスクリーン上に現われるパルスは、ウェーハ２の研摩
が終点に達した（たとえば金属点４が露出した）ことを
示す。当業者なら理解できるはずだが、自動システムで
は、これらのパルスを電気的に積分して、研摩機に工程
を停止させ、または終点を越えた所期の過剰研摩率をも
たらすシーケンサを始動させた後、工程を終了させる。
第３図に、本発明の第２の好ましい実施例を示す。この
実施例では、３つの電極２６．２Ｂ、４２が研摩パッド
中に三角形に置かれ、電極２６．２８．４２のすべてが
同時に露出した金属と接触した場合にのみ、半導体ウェ
ーハを通る電流路が形成されるようになっている。
この３つの電極を三角形に配置することにより、ウェー
ハのある部分がウェーハの他の部分より速く研摩される
場合に生じる問題が解消する。たとえば、半導体ウェー
ハの縁部が、ウェーハの中央より速い速度で研摩される
ことがある。２つの電極配置の両方の電極がウェーハの
縁部付近に位置する露出した金属パッドまたは線に接触
すると、誤った終点が示される。電極を三角形に配置し
て、電極のすべてが接触しないとエツチングの終点が示
されないようにすることによって、エツチングの終点が
早く示される問題がなくなる。
具体的には、これらの３つの電極は、２つの電極がウェ
ーハの縁部にある露出した金属と接触しても、さらに研
摩を行なって第３の電極の位置が　　゛露出されるまで
はエツチングの終点が示されないように配置されている
。
第３図に、研摩テーブル１０に埋め込んだ３つの電極２
６．２８．４２を示す。チューブ４４には、９Ｖの電池
４７に接続した積分器４６に通じる電線３４が入ってい
る。積分器４６は、赤外線発信器４８に接続されている
。発信器４８は、電極２６．２８．４２がすべて半導体
ウェーノー中の露出した金属と接触したとき、赤外線を
発生する。
赤外線センサ５０が発生した赤外線を検出し、これに応
答して第２の積分器５２へ電気信号を送る。
積分器５２は、オシロスコープ３８、チャート・レコー
ダ５４、及び電源５３に接続されている。
オシロスコープ３８は、エツチングの終点に達したとき
信号またはパルスを表示し、チャート・レコーグ５４は
、積分器５２が特定の出力を発生したとき、積分したエ
ツチングの終点を表わすスパイクを記録する。
第４図に、第３図の積分器４６の回路配置を示す。電極
２６は、抵抗５８．６０及び９Ｖの電圧源（たとえば第
３図の電池４７）で生成される小電流源に接続されてい
る。電極２８は比較器６６の正の端子に、電極４２は比
較器６８の負の端子にそれぞれ接続されている。オフセ
ット調節回路５６及び７０はそれぞれＩＯＫΩの抵抗と
９■の電圧源で構成されている。回路７０は比較器６８
の正の端子に、回路５６は比較器６６の負の端子にそれ
ぞれ接続されている。比較器６８の出力は比較器７２の
負の端子に、比較器６６の出力は比較器７２の正の端子
に接続されている。比較器７２の出力は、トランジスタ
７４のベース領域６２に接続されている。１００Ωの限
流抵抗を有する赤外線ダイオード７６は、トランジスタ
７４のコレクタ領域６４に接続されている。ＩＯＫΩの
抵抗と９ｖの電圧源で形成される小電流源は、トランジ
スタ７４のベース領域に接続されている。トランジスタ
７４のエミッタは接地されている。
第４図に示した積分回路４６の動作を、第５図の論理図
を参照して説明する。
積分回路４６は、電極２６．２８．４２のすべてがウェ
ーハ中の露出した金属パッドまたは線に電気的に接触し
たときに、赤外線を発生させる。
このような電気的接触が起こると、電流が能動電極２６
から基板を介して受動電極２８及び４２に流れ、その結
果電気信号が正及び負の比較器６６及び６８へ送られる
。
比較器６６及び６８は、入力端子の電圧が規定のしきい
値を超えると、それぞれ「高」及び「低」の信号、すな
わちパルス出力を発生する。規定のしきい値は、オフセ
ット回路５６及び７０の可変抵抗器を調節することによ
り設定する。具体的には、しきい値電圧の値は、わずか
に導電性ををするスラリ溶液２４（第１図）を使用する
場合、た　。
とえば電極２６から電極２８または４２への電流路を示
す、小入力電流をオフセットするように設定する。
比較器７２は、第５図の論理図に示すように、比較器６
８の出力が「低」で、比較器６６の出力が「高」である
場合に出力パルスを発生する。その結果、比較器６８が
「低」の信号を発生し、かつ比較器６６が「高」の信号
を発生したときのみ（すなわち、第５図の時間Ｔ１とＴ
２の間）、赤外線発信器４８が赤外線を発生する。発生
した赤外線は、第３図に示すように、赤外線受信器５０
で検出され、オシロスコープ３８に表示され、チャート
・レコーダ５４で記録される。
本発明を、絶縁層のエツチングの終点検出に関して説明
したが、導電層のエツチングの終点検出にも適用するこ
とができる。この適用例では、エツチングの終点で導電
路が遮断される。
上記のように、本発明の終点検出システムにより、能動
電極と受動電極の間の電流の有無を監視することによっ
て終点が示される。しかし、本発明は、研摩工程中の導
電層の抵抗率を監視するのにも使用できる。たとえば、
ＣｖＤで付着させた金属皮膜の厚みを薄くするために、
導電層を薄くすることが必要なことがある。ＣＶＤ金属
を故意に厚く付着させて、接点またはバイア・スタッド
を完全に埋めることができる。この方法を使って、研摩
工程中にシート抵抗を測定することにより、金属の厚み
を所期の値にまで減少させる。
本発明の終点検出システムに、多くの構造上の変更を行
なうことができる。２つまたは３つの電極を特徴とする
実施例を開示したが、電極の数を増加してシステムの精
度を増大させることができる。電極を、研摩パッドでは
なく、研摩機の一部分とすることもできる。たとえば、
電極の１つを、ウェーハの裏側に接触するウェーハ・サ
ポート上に設けて、研摩工程中に研摩パッド上の電極か
ら基板を介してウェーハの裏側の電極に至る回路を形成
させることができる。さらに、スラリか導電性（イオン
性）である場合、スラリか表側（すなわち研摩パッド）
の電極となり、スラリに接続したバイアス手段により、
スラリを所定の電圧に保持することができる。最後に、
電極を、銀塗料、銅の編線、グラファイトまたはアルミ
ニウム箔で形成することもできる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、第２図の実施例の概略回路図、第２図は、本
発明の実施例による研摩機の概略断面図、第３図は、本
発明の第２の実施例による３つの電極を三角形に配置し
た研摩機の斜視図、第４図は、第３図の実施例による比
較回路の回路図、第５図は、第４図の積分回路の動作を
示す論理図である。 ２・・・・半導体ウェーハ、４・・・・研摩パット、６
・・・・ウェーハ・キャリア、８・・・・テンプレート
、１０・・・・研摩テーブル、２６・・・・能動電極、
２８．４２・・・・受動電極、３６・・・・電源、３８
・・・・オシロスコープ、４６・・・・積分回路、４８
・・・・赤外線発信器、５０・・・・赤外線センサ、５
２・・・・積分回路、５４・・・・チャート・レコーダ
、６６．６８．７２・・・・比較器、７４・・・・トラ
ンジスタ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）絶縁体で覆われており、かつ電流路を形成しうる
    導電部分を含む工作物の上記絶縁体を研摩する方法にし
    て、 上記導電部分が露出されたとき、この露出した導電部分
    と接触しうるように、研摩表面に露出して設けられた複
    数の電極を有する研摩パッドで上記絶縁層を研摩し、 研摩期間に上記電極間の電流をモニタして、電流の検出
    に基づいて研摩終了点を判定すること、を特徴とする研
    摩方法。
  2. （２）絶縁体で覆われており、かつ電流路を形成しうる
    導電部分を含む工作物の上記絶縁体を研摩する装置にし
    て、 上記導電部分が露出されたとき、この露出した導電部分
    と接触しうるように、研摩表面に露出して設けられた複
    数の電極を有する研摩パッドと、上記絶縁層を上記研摩
    表面に接触させて上記工作物を上記研摩パッドに対して
    動かすための手段と、 上記電極に接続され、研摩期間に上記電極間の電流をモ
    ニタするための手段と、 を有することを特徴とする研摩装置。
JP63318679A 1988-01-25 1988-12-19 研摩方法及び装置 Expired - Lifetime JPH0761610B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US07/147,422 US4793895A (en) 1988-01-25 1988-01-25 In situ conductivity monitoring technique for chemical/mechanical planarization endpoint detection
US147422 1988-01-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH01207929A true JPH01207929A (ja) 1989-08-21
JPH0761610B2 JPH0761610B2 (ja) 1995-07-05

Family

ID=22521511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP63318679A Expired - Lifetime JPH0761610B2 (ja) 1988-01-25 1988-12-19 研摩方法及び装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4793895A (ja)
EP (1) EP0325753B1 (ja)
JP (1) JPH0761610B2 (ja)
DE (1) DE3888512T2 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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