JPH06252113A - Method for flattening semiconductor substrate - Google Patents

Method for flattening semiconductor substrate

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JPH06252113A
JPH06252113A JP3762793A JP3762793A JPH06252113A JP H06252113 A JPH06252113 A JP H06252113A JP 3762793 A JP3762793 A JP 3762793A JP 3762793 A JP3762793 A JP 3762793A JP H06252113 A JPH06252113 A JP H06252113A
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substrate
polishing
film
head
film thickness
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JP3762793A
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Minoru Fujii
Mikio Nishio
Noboru Nomura
稔 藤井
幹夫 西尾
登 野村
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Matsushita Electric Ind Co Ltd
松下電器産業株式会社
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Abstract

PURPOSE:To make the surface of a semiconductor substrate flat by grinding a film deposited on the substrate on which an irregular pattern is formed while the thickness of the film is always monitored with a grinding device equipped with a single or plurality of grinding heads which are sufficiently smaller than the substrate. CONSTITUTION:After sticking a silicon substrate 11 on which a film is deposited after forming an irregular pattern to a substrate holding turntable 13 turning on its axis with the main surface of the substrate 11 up, the main surface of the substrate 11 is ground by moving a grinding head 12 turning on its axis in the radial direction of the head 12 while the head 12 is press-contacted with the main surface. During the grinding operation, the average film thickness of the substrate 11 on its circumference is always monitored with a film thickness measuring device, since the detecting head section 14 of the measuring instrument is controlled so that the section 14 can be always positioned on the same circumference as that of the head 11 on the substrate 11. Film thickness data are sent to a computer and the grinding is carried on toward the central part from the outer peripheral section or toward the outer peripheral section from the central part of the substrate 11 while the position or grinding amount of the head 12 is controlled based on the film thickness data.

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、半導体装置の製造における平坦化工程に関する。 The present invention relates to a planarization step of manufacturing the semiconductor device.

【0002】 [0002]

【従来の技術】LSIの集積度が向上し素子の微細化が進むにつれ、素子製造工程はますます3次元的になり、 As miniaturization of the Related Art improve the degree of integration of LSI has elements progresses, the element manufacturing process becomes more and more three-dimensional,
半導体の基板に必要とされる加工寸法と同等またはそれ以上の高さの段差が形成されるようになる。 Processing dimension and the step of equal or greater height required for semiconductor substrate is to be formed. 基板にこのような急峻で複雑な形状をもつ段差をそのまま基板に残しておくと、次に示すような様々な問題が生じる。 When a step with such a steep complicated shape on the substrate kept intact leaving the substrate, various problems such as the following may occur.

【0003】(1)フォトリソグラフィー工程で段差部の上下で最適な焦点位置が異なるため、パターン精度が劣化する。 [0003] (1) Since the upper and lower at the optimum focus position of the step portion is different photolithographic process, the pattern accuracy is deteriorated. (2)エッチング工程では異方性エッチングを用いるため、段差部での膜厚が厚くなると、エッチング残りを生じやすい。 (2) for using the anisotropic etching in the etching process, the film thickness at the step portion is increased, prone to etching residue.

【0004】(3)スパッタ法などで配線材の金属の堆積を行うと、段差部での膜の被覆率が低下し、配線の信頼性が低下する。 [0004] (3) When performing the deposition of a metal wiring material in a sputtering method, coverage of the film at the stepped portion is reduced, reliability of the wiring is reduced. このような問題を解決するために、LSI製造工程においては、基板に段差をなくし表面を平坦化しながら加工を進める技術がますます重要となりつつある。 To solve such a problem, in the LSI manufacturing process, technology advances the processing while planarizing the surface without a step on the substrate is becoming increasingly important.

【0005】従来の平坦化法としては主に、塗布法(S [0005] mainly coating method conventionally as a planarizing method (S
OG(Spin no Glass))、流動化法(B OG (Spin no Glass)), Liquidation Law (B
PSGフロー)、エッチバック法などが用いられてきた(たとえば古川静二郎ら 超微細加工入門 オーム社 PSG flow), such as an etch-back method has been used (e.g. Furukawa ShizuJiro et micromachining Introduction Ohm
1989)。 1989). しかしながら、これらの方法では、局所的には比較的平坦な表面を得ることができるが、数mmにわたる比較的広い範囲では満足できる平坦度は得られていなかった。 However, in these methods, can be in topical obtain a relatively flat surface, the flatness can be satisfied with a relatively wide range over several mm has not been obtained. また、最近のLSIの高集積化にともない、局所的な平坦度に関しても、満足できるものではなくなりつつある。 Further, with the high integration of recent LSI, or with respect to local planarity, becoming not satisfactory there.

【0006】広範囲にわたって平坦な表面を得る方法として、化学機械研磨をもちいる方法が注目されている(たとえばS.Sivaram et al. Sol As a method to obtain a flat surface over a wide range, a method of using the chemical mechanical polishing has attracted attention (e.g. S.Sivaram et al. Sol
idState Tech. idState Tech. May 1992 p. May 1992 p.
87)。 87). この方法は、パターンを形成した半導体基板表面に膜を堆積した後、研磨により凸部を削り落し、表面を平坦化するという原理的には非常に簡単なものである。 This method, after depositing a film on a semiconductor substrate surface to form a pattern, scraped protrusions by polishing, in principle that flattening the surface is very simple. 現在、この方法により、半導体表面に堆積された各種金属(Al,W,Cu)、酸化物などが基板表面の非常に広範囲にわたって平坦に研磨されることが示されている。 Currently, this method various metals deposited on the semiconductor surface (Al, W, Cu), an oxide is shown to be polished flat over a very wide range of substrate surface.

【0007】以下図面を参照しながら、上記の化学機械研磨による平坦化方法の一例について説明する。 [0007] with reference to the following drawings, description will be given of an example of a flattening method by chemical mechanical polishing described above. 図6には上記の化学機械研磨に用いられる研磨装置の要部が示されている。 Main part of the polishing apparatus for use in the chemical mechanical polishing described above is shown in FIG.

【0008】図6において符号1は基板押え治具を示しており、この基板押え治具1の下面には、膜堆積、フォトリソグラフィー、ドライエッチングの繰り返しで微細凸凹パターンを形成した後、全面に膜を堆積した基板2 [0008] Number 1 in FIG. 6 shows the substrate fixing jig, to the lower surface of the substrate holding jig 1, film deposition, photolithography, after forming the fine uneven pattern by repeating the dry etching, on the entire surface board were deposited film 2
が、たとえば真空吸着により着脱可能に接着されている。 But for example, it is adhered detachably by vacuum suction. 一方基板押え治具1の下方に位置するターンテーブル3の上面には研磨布4が設けられている。 On the other hand the upper surface of the turntable 3 located below the substrate holding jig 1 is is provided a polishing cloth 4. 前記基板押え治具1によって基板2の研磨布4に圧接させるとともに、ターンテーブル3および基板押え治具1を回転させることにより、基板押え治具1の下面に接着されている基板2の主面を研磨する。 Together is pressed against the polishing cloth 4 of the substrate 2 by the substrate holding jig 1, by rotating the turntable 3 and the substrate holding jig 1, the main surface of the substrate 2 are bonded to the lower surface of the substrate holding jig 1 to polish the. その際、研磨布4に対しては、スラリーとして、例えばシリコン酸化膜研磨の際には、弱アルカリ性のコロイダルシリカなどの研磨剤を含む水溶液が供給される。 At that time, with respect to the polishing cloth 4, as a slurry, for example, when the silicon oxide film polishing solution containing an abrasive such as weak alkaline colloidal silica is supplied. またターンテーブル3上の研磨パッドとしては、ポリウレタンパッドなどが用いられる。 As the polishing pad on the turntable 3, and polyurethane pads are used.

【0009】 [0009]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記のような研磨方法では、種々の工程を経た基板2を大量に、しかも精度よく研磨することは非常に難しい。 However [0005] In the polishing method described above, a large number of substrates 2 having passed through the various steps, yet it is very difficult to polish accurately. 通常上記のような研磨装置を利用しての研磨にあっては、研磨布4自身の経時変化によって、研磨が進むにつれて研磨速度が低下するという問題が生じる。 In the normal polishing using a polishing apparatus as described above, the change with time of the polishing pad 4 itself, a problem that the polishing rate is lowered as the polishing proceeds. そのため、基板2を一枚処理するごとに、研磨布4を再生したり、研磨速度の低下を考慮し経験的に研磨時間を増加させるなどの操作が必要になるが、いずれの場合も、制御性は良いとは言い難い。 Therefore, each time the substrate 2 is treated one, play polishing cloth 4, the operation of such increase considered empirically polishing time a reduction in the polishing rate is required, in any case, control sex is a good hard to say. 制御性を上げるためには、研磨中にその場で基板2上の膜の膜厚を検出する必要がある。 In order to increase the controllability, it is necessary to detect the thickness of a film on the substrate 2 in situ during polishing. しかしながら上記のような構成では、基板2の主面の全面が研磨布4に接しているため、研磨中に基板2の主面上に堆積された膜の膜厚を測定することができない。 However, in the above configuration, since the entire main surface of the substrate 2 is in contact with the polishing cloth 4 can not measure the thickness of the deposited film on the main surface of the substrate 2 during polishing.

【0010】さらに、種々の工程を経た基板2は、一般に凸または凹に反っているが、上記のような研磨装置では、反った基板2上に堆積した膜を均一に研磨することはできず、たとえば凸に反った場合であると基板2の中心部のみを選択的に研磨することになる。 Furthermore, the substrate 2 which has undergone the various steps is generally warped in a convex or concave, in a polishing apparatus as described above, can not be uniformly polished film deposited on the substrate 2 warped , for example, would be as if warped in a convex selectively polishing only the central portion of the substrate 2.

【0011】本発明は、かかる点を鑑みなされたもので、半導体の基板表面に堆積した膜を研磨する、研磨布の経時変化に影響されない、非常に制御性のよい研磨を行うことを特徴とする基板の平坦化方法を提供することを目的としている。 [0011] The present invention has been made in view of such points, and characterized by polishing the film deposited on the semiconductor substrate surface, is not affected by the aging of the polishing pad, perform a good polishing very controllability and its object is to provide a method of planarizing the substrate to. さらに、本発明は、基板が凸または凹に反っている場合でも、反った基板上に堆積した膜を均一に研磨することができる基板の平坦化方法を提供することを目的としている。 Furthermore, the present invention aims at providing a method of planarizing a substrate that can be a substrate even when the warps in a convex or concave, to uniformly polish the film deposited on the substrate warped.

【0012】この発明のそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明かになるであろう。 [0012] The other objects and novel features of the invention will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

【0013】 [0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、半導体の基板より小さい研磨ヘッドを備えた研磨装置により、前記基板を研磨する。 To achieve the above object of the Invention The present invention provides a polishing apparatus having a semiconductor substrate smaller than the polishing head, polishing the substrate. 基板上には研磨ヘッドが存在しない領域が存在し、その部分を利用して研磨中にその場で膜厚を測定し、研磨の終点を正確に検知する。 On the substrate there is a region where no polishing head, the film thickness in situ during the polishing by utilizing the portion was measured, accurately detect the end point of polishing.

【0014】さらに本発明では、膜厚検出装置の検出ヘッド部を基板上を移動させるか、もしくは複数の検出ヘッド部を備えた膜厚検出装置を用い、基板面内の膜厚分布を研磨中にその場でモニターしながら研磨を行う。 [0014] Further, in the present invention, using the film thickness detection device the detection head portion of the thickness detecting device or is moved on the substrate, or with a plurality of detection head, during polishing the film thickness distribution within the surface of the substrate It is polished while monitoring in situ. 前記膜厚分布データをもとに、研磨ヘッドの位置、研磨ヘッドにかける圧力などをコントロールしながら前記膜を研磨する。 Based on the film thickness distribution data, the position of the polishing head, the membrane is polished while controlling such pressure applied to the polishing head. さらに本発明では、基板より小さい研磨ヘッドを複数個同時に用いる。 Further, in the present invention, a substrate is smaller than the polishing head plurality simultaneously. さらに本発明では、自転のみを行う基板より十分小さい複数の研磨ヘッドを基板上に敷き詰めて研磨する。 Further, in the present invention, polishing a plurality of polishing heads sufficiently smaller than the substrate to perform a rotation only laid on the substrate.

【0015】 [0015]

【作用】本発明によれば、研磨中に常に基板上に堆積した膜の膜厚を検出することが可能であるため、研磨ヘッドの経時変化に左右されることなく、常に所望の研磨量を研磨することが可能である。 According to the present invention, since it is possible to detect the thickness of the film is always deposited on the substrate during polishing, Without being influenced by the aging of the polishing head, always the desired polishing amount it is possible to polish. また、研磨ヘッドは基板より十分小さく、基板表面の大部分の空間が露出しているため、膜厚検出装置の検出ヘッド部を基板上を移動させるか、もしくは複数の膜厚検出ヘッド部を備えた膜厚検出装置を用いて、基板面内の膜厚分布を研磨中にその場で算出することが可能である。 The polishing head is sufficiently smaller than the substrate, since the space of a large portion of the substrate surface is exposed, whether the detection head portion of the thickness of the detection device is moved on the substrate, or comprises a plurality of film thickness detection head unit by using the film thickness detector, it is possible to calculate on the fly a film thickness distribution within the surface of the substrate during polishing. 前記基板面内の膜厚分布をもとに、前記研磨ヘッドの位置および、前記研磨ヘッドによる研磨量をコントロールし、どのように反った基板上に堆積した膜も均一に研磨することが可能になる。 Based on the film thickness distribution in the substrate surface, the position of the polishing head and, to control the polishing amount by the polishing head, to be capable of any even film deposited on a substrate warped polished uniformly Become. つまり、基板が凹に反っている場合に周辺部だけを優先的に研磨したり、凸に反っている場合中心部だけを優先的に研磨することを防ぐことができる。 That is, the substrate can be prevented that only the peripheral portion or preferentially polished, only when the heart is warped in a convex polished preferentially when warped in a concave. さらに複数の研磨ヘッドを用い、小さいヘッドを用いることによる研磨速度の低下を防止し、上記の優れた特徴を備えながら、従来法と同程度の研磨速度を得る。 Further a plurality of polishing heads, preventing a reduction in the polishing rate by using a small head, while having excellent characteristics described above, to obtain a polishing rate comparable to the conventional method.

【0016】 [0016]

【実施例】(実施例1)以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。 EXAMPLES (Example 1) with reference to the accompanying drawings illustrating an embodiment of the present invention.

【0017】図1には、本発明で用いられる研磨装置の要部が示されている。 [0017] Figure 1 is a main portion of a polishing apparatus used in the present invention is shown. 図1において符号13は基板保持ターンテーブルを示してている。 Reference numeral 13 is shows a substrate holding turntable 1. 基板保持ターンテーブル13上には、膜堆積、フォトリソグラフィー、エッチングの繰り返しにより凸凹パターンを形成した後膜堆積を行った直径150mmもしくは200mmのシリコン基板11がたとえば真空吸着により接着されている。 On the substrate holding turntable 13, film deposition, are bonded photolithography, the silicon substrate 11 having a diameter of 150mm or 200mm performing the film deposition after forming the uneven pattern by repeating the etching for example by vacuum suction. 本実施例においては、基板保持ターンテーブル13は自転のみを行うよう設計されている。 In the present embodiment, the substrate holding the turntable 13 is designed to perform a rotation only. 一方シリコン基板11 On the other hand the silicon substrate 11
の上面にはシリコン基板11より十分小さい、たとえば直径50mmの研磨ヘッド12が配置されている。 Sufficiently smaller than the silicon substrate 11 on the upper surface, for example, the polishing head 12 with a diameter of 50mm is disposed. 研磨ヘッド12は自転を行いながらシリコン基板11の半径方向に移動できる構造になっている。 The polishing head 12 has a structure that can be moved in the radial direction of the silicon substrate 11 while rotating. 一方、シリコン基板11上の研磨ヘッド12と対称の位置には膜厚測定装置の検出ヘッド部14が設置される。 On the other hand, the detection head unit 14 of the thickness measuring apparatus is installed at a position of the polishing head 12 and symmetrically on the silicon substrate 11. 膜厚測定装置の検出ヘッド部14は、研磨ヘッド12のシリコン基板の半径方向への動きに同期して、シリコン基板の半径方向に移動するように構成されている。 Detection head unit 14 of the thickness measuring device is synchronized with the movement of the radial direction of the silicon substrate of the polishing head 12, and is configured to move in the radial direction of the silicon substrate.

【0018】次に、この装置を用いての研磨による平坦化の手順を述べる。 Next, describing the procedure for planarization by polishing using this device. 基板保持テーブル13に接着したシリコン基板11の主面に、研磨ヘッド12を圧接させるとともに、研磨ヘッド12を自転させ、シリコン基板1 The main surface of the silicon substrate 11 adhered to the substrate holding table 13, a polishing head 12 causes pressure contact, by rotating the polishing head 12, the silicon substrate 1
1上をシリコン基板11の半径方向に移動させることにより、シリコン基板11の主面を研磨する。 By moving the upper 1 in the radial direction of the silicon substrate 11 is polished main surface of the silicon substrate 11. このとき、 At this time,
基板保持テーブル13の自転も同時に行う。 Rotation of the substrate holding table 13 is also performed at the same time. シリコン基板11上に堆積したシリコン酸化膜を研磨する場合、研磨剤としては、たとえばコロイダルシリカを水溶液中に分散させ、KOHで弱アルカリ性にPH調整されたものが用いられる。 For polishing silicon oxide film deposited on the silicon substrate 11, as the polishing agent, for example, colloidal silica is dispersed in an aqueous solution, it is used those PH adjusted to weak alkaline with KOH. 研磨剤は、研磨ヘッド12の中心からシリコン基板11上に供給する。 Abrasive supply on the silicon substrate 11 from the center of the polishing head 12. また研磨ヘッド12の研磨面には、たとえばポリウレタンパッドを取りつけ、これを研磨布とする。 Also on the polishing surface of the polishing head 12, for example fitted with polyurethane pad, to do this and the polishing pad. 研磨中、膜厚検出装置の検出ヘッド部14は、シリコン基板11上で常に研磨ヘッド12と同一の円上に位置するようにコントロールされているため、シリコン基板11上の研磨ヘッド12が存在する円周上の平均の膜厚は常に膜厚測定装置によってモニターされている。 During polishing, the detection head unit 14 of the film thickness detection device, since it is controlled so as to be positioned always polishing head 12 on the same circle and on the silicon substrate 11, there are polishing head 12 on the silicon substrate 11 the average film thickness on the circumference is monitored constantly by the film thickness measuring apparatus. 膜厚検出装置により得られた膜厚データはコンピュータに送られ、コンピュータは前記膜厚データをもとに研磨ヘッド12の位置、研磨ヘッド12にかける圧力、研磨ヘッド12の回転数、研磨ヘッド12から供給する研磨剤の量、研磨ヘッド12の温度などをコントロールしながら、シリコン基板11の外周部から中心部、もしくはシリコン基板11の中心部から外周部に向かって研磨を進める。 Thickness data obtained by the film thickness detecting device is sent to a computer, the computer positions the polishing head 12 on the basis of the film thickness data, pressure applied to the polishing head 12, the rotational speed of the polishing head 12, the polishing head 12 the amount of the abrasive is supplied from, while controlling temperature, etc. of the polishing head 12, the central portion from the outer peripheral portion of the silicon substrate 11, or advances the polishing toward the outer periphery from the center of the silicon substrate 11.

【0019】本実施例によれば、シリコン基板11上の実際に研磨している円周部の平均の膜厚を常に取得しつつ研磨をおこなっているため、所望の残し膜厚で正確に研磨を終了することができる。 According to this embodiment, since the performing constantly obtained while polishing the film thickness of the average of the circumferential portion that is actually polished on the silicon substrate 11, precisely polished with the desired remaining thickness it can be terminated. また、本実施例のもう一つの大きい特徴としては、シリコン基板11より十分小さい研磨ヘッド12を用いて、研磨部分の膜厚を常に取得しながら研磨しているため、平坦なシリコン基板11 Further, as another large characteristic of this embodiment, by using a sufficiently small polishing head 12 from the silicon substrate 11, since the polished while the thickness of the abrasive section always obtained flat silicon substrate 11
上に堆積した膜のみならず、凸または凹に反ったシリコン基板11上に堆積した膜をも、シリコン基板11の形状に反った形で平坦に研磨することができる。 Not only film was deposited thereon, the film deposited on the silicon substrate 11 warped in a convex or concave, can also be polished flat in the form of warped shape of the silicon substrate 11. つまり、 That is,
シリコン基板11が凹に反っている場合に周辺部だけを優先的に研磨したり、凸に反っている場合に中心部だけを優先的に研磨することを防ぐことができる。 If only the peripheral portion or polished preferentially to the silicon substrate 11 is warped concavely, the only center when warped in a convex can be prevented from being preferentially polished.

【0020】本実施例において、研磨ヘッド12をシリコン基板11の外周部から中心部、もしくはシリコン基板11の中心部から外周部に向かって一度だけ動かし研磨を行うのではなく、一往復につき目標研磨膜厚の1/ In the present embodiment, the center portion of the polishing head 12 from the outer peripheral portion of the silicon substrate 11, or instead of performing a moving polishing only once toward the outer periphery from the center of the silicon substrate 11, a target polishing per round trip the film thickness of 1 /
100程度研磨しながら、研磨ヘッド12のシリコン基板11の半径方向への移動を繰り返し行うことにより、 While polishing about 100, by repeating the movement of the radial direction of the silicon substrate 11 of the polishing head 12,
より平坦に研磨することができる。 It can be polished more flatly.

【0021】本実施例においては、膜厚測定装置の検出ヘッド部14を、研磨ヘッド12の位置と同期して移動させ、常に検出ヘッド部14が研磨ヘッド12とシリコン基板11上の同一円周上に存在するようにコントロールした。 [0021] In this embodiment, the detection head portion 14 of the film thickness measuring apparatus, polishing position of the head 12 and is moved synchronously, continuously detects the head section 14 is the same circumference on the polishing head 12 and the silicon substrate 11 It was controlled to be in the top. 研磨のポイントと同一円周上での平均の膜厚をモニターするもう一つの方法として、膜厚検出ヘッド部14の位置を研磨ヘッド12の位置と同期させず、たとえば研磨ヘッド12の移動速度の10倍程度の速度でシリコン基板11上を半径方向に向かって膜厚を常にモニターしながら往復運動させる方法がある。 Another method of monitoring the thickness of the average on the points and the same circumference of the grinding, without synchronizing the position of the thickness detection head unit 14 and the position of the polishing head 12, for example, the moving speed of the polishing head 12 the upper silicon substrate 11 at 10 times the rate constantly monitor the thickness radially towards a method to reciprocate. この方法によると、現在研磨中の円周上での膜厚のみならず、シリコン基板11上での膜厚分布が得られ、シリコン基板11 According to this method, not only the film thickness on the circumference of the current polishing, the film thickness distribution on the silicon substrate 11 is obtained, the silicon substrate 11
全体に渡っての研磨の状況を把握しながら研磨を進めることが可能であるため、研磨後のシリコン基板11の平坦性をより高めることができる。 Since it is possible to proceed the polishing while grasping the state of polishing throughout, it is possible to increase the flatness of the silicon substrate 11 after polishing.

【0022】さらに、前記高速で移動する膜厚の検出ヘッド14部のかわりに、シリコン基板11の半径方向に、複数の膜厚検出ヘッド部14を備えた膜厚測定装置の検出ヘッド部14を一列に並べることにより、基板1 Furthermore, instead of the detection head 14 parts of the film thickness to be moved by the high speed, in the radial direction of the silicon substrate 11, the detection head unit 14 of the thickness measuring device comprising a plurality of film thickness detection head unit 14 by arranging in a row, the substrate 1
1上での膜厚分布がリアルタイムで得られ、シリコン基板11全体にわたっての研磨の状況を把握しながら研磨を進めることが可能であるため、研磨後のシリコン基板の平坦性をより高めることができる。 Film thickness distribution on 1 can be obtained in real time, since it is possible to proceed the polishing while grasping the state of polishing over the entire silicon substrate 11, it is possible to enhance the flatness of the silicon substrate after polishing . (実施例2)実施例1の基板の研磨方法は、非常に簡便な方法で、研磨の終点を正確に判定できる非常に優れた方法である。 The polishing method of the substrate (Example 2) Example 1 is a very simple method, a very good way to the end point of polishing can be determined accurately. しかしながら、研磨ヘッドが小さいため研磨速度が従来例より低下する。 However, the polishing rate for the polishing head is small is lower than the conventional example. 本実施例は、実施例1の全ての特徴を備えながら、研磨速度を向上させる研磨方法に関するものである。 This embodiment, while providing all the features of embodiment 1, the present invention relates to a polishing method for improving the polishing rate.

【0023】図2には、本発明で用いられる研磨装置の要部が示されている。 [0023] FIG 2 is a main portion of a polishing apparatus used in the present invention is shown. 装置の構成は実施例1の研磨装置(図1)とほぼ同等である。 Configuration of the device is substantially equivalent to the polishing apparatus of the first embodiment (FIG. 1). 実施例1との違いとしては、研磨ヘッド22が3つ存在し、それぞれが独立に制御されている。 As a difference in the first embodiment, the polishing head 22 has three exist, it is controlled each independently. 各研磨ヘッド22はシリコン基板21の半径方向に自由に移動できるように設計されており、それぞれがシリコン基板21上の同一円周上に存在することも、任意の位置に位置することも可能である。 Each polishing head 22 is designed to be freely moved in the radial direction of the silicon substrate 21, also respectively are on the same circumference on the silicon substrate 21, it is also possible to position an arbitrary position is there. また、 Also,
膜厚検出装置としては、実施例1記載の、複数の研磨ヘッドを備えた膜厚測定装置を用いており、膜厚検出ヘッド列24がシリコン基板21の半径方向に配置されている。 The thickness detecting apparatus of Example 1, and using a film thickness measuring device comprising a plurality of polishing heads, the thickness detection head row 24 are arranged in the radial direction of the silicon substrate 21.

【0024】この装置を用いての研磨による平坦化の手順は、研磨ヘッド22が3つ存在すること以外は基本的には実施例1と同等である。 The procedure of planarization by polishing using this device, except that the polishing head 22 is that there are three basically the same as in Example 1. シリコン基板21上の膜の膜厚分布は、複数の検出ヘッド列24を備えた膜厚測定装置によりリアルタイムでモニターされている。 The film thickness distribution of the film on the silicon substrate 21 is monitored in real time by the film thickness measuring device comprising a plurality of detection heads column 24. 前記膜厚分布データをもとに、各研磨ヘッド22の位置、各研磨ヘッド22にかける圧力、各研磨ヘッド22の回転数、温度、各研磨ヘッド22から供給する研磨剤の量などを独立に制御し、シリコン基板21を平坦に研磨する。 Based on the film thickness distribution data, the position of each polishing head 22, pressure applied to the polishing head 22, the rotational speeds of the polishing head 22, the temperature, etc. independent amount of abrasive supplied from the polishing head 22 controlled, flatly polished silicon substrate 21.

【0025】本実施例によれば実施例1と同様、シリコン基板11上の実際に研磨している円周部の膜厚を常に取得しつつ、膜厚データを研磨ヘッド22のコントロール部にフィードバックをかけているため、所望の残し膜厚で正確に研磨を終了することができる。 [0025] Similarly as in Example 1 according to this embodiment, while always obtaining the thickness of the circumferential portion that is actually polished on the silicon substrate 11, feeding back the film thickness data to the control unit of the polishing head 22 since the over, it can be terminated precisely polished with the desired leaving thickness. また、シリコン基板21より十分小さい研磨ヘッド22を用いて、研磨部分の膜厚を常に取得しながら研磨しているため、平坦なシリコン基板21上に堆積した膜のみならず、凸または凹にそったシリコン基板21上に堆積した膜をも、 Further, by using a sufficiently small polishing head 22 from the silicon substrate 21, since the polished while the thickness of the abrasive section always acquires not only film deposited on the flat silicon substrate 21, along a convex or concave even film deposited on the silicon substrate 21,
シリコン基板21の形状に反った形で平坦に研磨することができる。 It can be polished flat in the form of warped shape of the silicon substrate 21. さらに、研磨ヘッド22を複数備えているため、実施例1の研磨方法より研磨速度を大幅に高めつつ、上記性能を維持させることができる。 Furthermore, since the a plurality of polishing heads 22, while significantly increasing the polishing rate than a polishing method of Example 1, it is possible to maintain the performance.

【0026】本実施例では、研磨ヘッド22が3個の場合を示したが、研磨ヘッド22の数は、膜厚測定装置のヘッド部の列24が設置でき、個々の研磨ヘッド22の動きが互いに干渉されない限り、何個でもよく、研磨ヘッド22の数が増加するほど研磨速度は向上する。 [0026] In this embodiment, the polishing head 22 shows the case of three, the number of the polishing head 22 may be installed column 24 of the head portion of the film thickness measuring device, the movement of each of the polishing head 22 unless interfering with each other, may any number, the polishing rate as the number of the polishing head 22 is increased to increase. (実施例3)実施例1および実施例2の研磨方法は、研磨の終点を正確に検知できることおよび凸または凹に反ったシリコン基板上に堆積した膜をも、シリコン基板の形状に反った形で平坦に研磨することができるという優れた特徴を持っている。 Shape polishing method of (Example 3) Example 1 and Example 2, the film deposited with the end point of the polishing accurately detected can be and convex or silicon substrate warped concave also the warped shape of the silicon substrate in it has excellent feature that can be polished flat. 本実施例は、実施例1および2 This example, Examples 1 and 2
の研磨方法をさらに進化させ、凸または凹に反ったシリコン基板上に堆積した膜のみならず、表面がより複雑に凸凹したシリコン基板(たとえば凸または凹に反ってるシリコン基板でも、凸または凹の中心がシリコン基板の中心からずれているシリコン基板)を、より高速に平坦化するシリコン基板の平坦化方法である。 Polishing method further evolve, not only film deposited on the convex or silicon substrate warped concave surface even more complex uneven silicon substrate (e.g. convex or silicon substrate is warped in a concave, convex or concave the silicon substrate) which center is offset from the center of the silicon substrate, a method of planarizing a silicon substrate to flatten faster. 以下図面を参照して本実施例を説明する。 With reference to the accompanying drawings to explain the present embodiment.

【0027】図3には、本実施例で用いられる研磨装置の要部が示されている。 [0027] FIG. 3 is a main portion of a polishing apparatus used in this embodiment. 図3において符号33は基板保持ターンテーブルを示している。 Reference numeral 33 denotes a substrate holding turntable 3. 基板保持ターンテーブル33上には、膜堆積、フォトリソグラフィー、エッチングの繰り返しにより凸凹パターンを形成した後膜堆積を行った直径200mmのシリコン基板31が、たとえば真空吸着により接着されている。 On the substrate holding turntable 33, the film deposition, the silicon substrate 31 in photolithography, the diameter 200mm The film was deposited after the formation of the concavo-convex pattern by repeating the etching is bonded for example by vacuum suction. 一方シリコン基板31 On the other hand the silicon substrate 31
の上面には複数の研磨ヘッド32がシリコン基板31の全面を覆う形で密に敷き詰められている。 Of the upper surface it is densely spread all over in the form of a plurality of polishing heads 32 cover the entire surface of the silicon substrate 31. 個々の研磨ヘッド32の直径は、たとえば40mm程度とする。 The diameter of each of the polishing head 32, for example, about 40 mm. 実施例1および2とは異なり、個々の研磨ヘッド32は自転のみを行ない、その研磨ヘッド中心軸36は固定されている。 Unlike Examples 1 and 2, each of the polishing head 32 performs a rotation only, the polishing head central axis 36 is fixed. 研磨剤は、個々の研磨ヘッド32の中心部からシリコン基板31の表面に供給される。 Polishing agent is supplied to the surface of the silicon substrate 31 from the center of each of the polishing head 32. 各研磨経都度32と研磨ヘッド32のすきまには、膜厚検出機の検出部34 The gap between the polishing head 32 and the polishing after each time 32, the thickness detector detecting section 34
が備え付けられており、各ポイントでの膜厚をリアルタイムで測定する。 It has equipped to measure the film thickness at each point in real time.

【0028】次に、この装置を用いての研磨による平坦化の手順を述べる。 Next, describing the procedure for planarization by polishing using this device. 基板保持ターンテーブル33上に接着したシリコン基板31の主面に、シリコン基板31上に敷き詰められた複数の研磨ヘッド32を圧接させるとともに、個々の研磨ヘッド32を自転させ、シリコン基板31の主面を研磨する。 The main surface of the silicon substrate 31 adhered on the substrate holding the turntable 33, a plurality of polishing heads 32 which are spread on the silicon substrate 31 causes pressure contact, by rotating the individual polishing head 32, the main surface of the silicon substrate 31 to polish the. 研磨の際、本実施例の特徴の一つとして、基板保持テーブル33を自転のみならず公転もさせることにより、シリコン基板31の主面をより均一に研磨する。 During polishing, as one feature of the present embodiment, by also revolve not only rotate the substrate holding table 33 to polish the main surface of the silicon substrate 31 more uniformly. 研磨の際の研磨剤としては、たとえばシリコン酸化膜を研磨する場合は、コロイダルシリカを水溶液中に分散させ、KOHなので弱アルカリ性にPH The abrasive during polishing, for example, when polishing the silicon oxide film, a colloidal silica dispersed in an aqueous solution, PH in KOH so weakly alkaline
調整されたものが用いられる。 And then adjusted are used. また、研磨ヘッド32の研磨面には、たとえばポリウレタンパッドが接着され研磨布として用いられる。 Further, the polishing surface of the polishing head 32, for example a polyurethane pad used as a bonded abrasive cloth. 研磨中、シリコン基板31上の各ポイントでの膜厚は複数の検出ヘッド部34をもった膜厚検出装置によってモニターされている。 During polishing, the film thickness at each point on the silicon substrate 31 is monitored by the film thickness detecting device having a plurality of detection head unit 34. 膜厚検出装置によって得られた膜厚データはコンピュータに送られ、コンピュータはシリコン基板31の自転および公転のデータから各測定ポイントのシリコン基板31上での位置を計算し、シリコン基板31上での膜厚分布データをリアルタイムで算出する。 Thickness data obtained by the film thickness detection device is sent to a computer, the computer calculates the position on the silicon substrate 31 at each measurement point from the data of the rotation and revolution of the silicon substrate 31, with on the silicon substrate 31 calculating the thickness distribution data in real time. コンピュータは、前記膜厚分布データをもとに、個々の研磨ヘッド32にかける荷重を変化させながらシリコン基板31を平坦に研磨する。 Computer, based on the film thickness distribution data is polished flat silicon substrate 31 while changing the load applied to each of the polishing head 32.

【0029】本実施例によれば実施例1および2と同様、シリコン基板31上の膜の膜厚を常に取得しつつ、 [0029] Similarly as in Example 1 and 2 according to the present embodiment, while always obtaining the thickness of the film on the silicon substrate 31,
膜厚データを研磨ヘッド32のコントロール部にフィードバックをかけているため、所望の残し膜厚で正確に研磨を終了することができる。 Since the fed back film thickness data to the control unit of the polishing head 32, it can be terminated precisely polished with the desired leaving thickness. また、個々のシリコン基板31より十分小さい研磨ヘッド32を移動させず、シリコン基板31上のある位置に固定することにより、シリコン基板31上の研磨ヘッド32と研磨ヘッド32の間に膜厚検出装置のヘッド部34を設置することが可能になる。 Also, without moving a sufficiently small polishing head 32 than the individual silicon substrate 31, by fixing the position on the silicon substrate 31, the thickness detecting apparatus during the polishing head 32 and the polishing head 32 on the silicon substrate 31 it is possible to install the head unit 34. 各検出ヘッド部34からの信号の取得タイミングとシリコン基板31の自転スピードおよびシリコン基板31の公転半径とスピードをコンピュータで処理することにより、シリコン基板31上の膜厚測定ポイントを正確に同定することができ、シリコン基板31上の各円周上での平均の膜厚のみならず、シリコン基板31上の各ポイントでの膜厚を測定することが可能になる。 By treating the radius of revolution and speed in computer rotation speed and the silicon substrate 31 of the acquisition timing and the silicon substrate 31 of a signal from the detection head unit 34, to accurately identify the film thickness measurement points on the silicon substrate 31 can be, not only the thickness of the average on the circumference on the silicon substrate 31, it is possible to measure the film thickness at each point on the silicon substrate 31. 得られたシリコン基板31上での膜厚分布にもとずいて、各研磨ヘッド32にかける圧力をコントロールすることにより、平坦なシリコン基板31上の膜はいうに及ばず、凸または凹に反ったシリコン基板31上に堆積した膜のみならず、より複雑な表面形状をもったシリコン基板31 Obtained based cerebrospinal the film thickness distribution on the silicon substrate 31 Te, by controlling the pressure applied to the polishing head 32 is not inferior to say film on flat silicon substrate 31, warped in a convex or concave was not only film deposited on the silicon substrate 31, a silicon substrate 31 having a more complex surface shapes
(たとえば凸や凹の反っている場合でも凸や凹の中心がシリコン基板31の中心からずれているようなシリコン基板31)上に堆積した膜も、シリコン基板31表面の形状に反った形で平坦に研磨することができる。 Film deposited on (for example, a convex or concave central even if warped a convex or concave silicon substrate 31, as displaced from the center of the silicon substrate 31) is also in the form of warped shape of the silicon substrate 31 surface it can be polished flat. さらには、研磨ヘッド32を密に敷き詰めているため、研磨速度を大幅に高めることができる。 Further, since the spread of the polishing head 32 tightly, it is possible to increase the polishing rate significantly.

【0030】なお、本実施例において、個々の研磨ヘッド32ごとの研磨速度制御の方法として、個々の研磨ヘッド32にかける圧力を変化させたが、個々の研磨ヘッド32の回転数を変化させることによっても個々の研磨ヘッド32による研磨速度をコントロールすることができる。 [0030] In the present embodiment, as a method for polishing speed control of each individual polishing head 32, but varying the pressure applied to each of the polishing head 32, changing the rotational speed of each of the polishing head 32 it is possible to control the polishing rate due to individual polishing head 32 by. また、個々の研磨ヘッドから、ウエハーに供給するスラリーの量をコントロールすることによっても、個々の研磨ヘッド32による研磨速度をコントロールすることができる。 Further, the individual abrasive head, also by controlling the amount of slurry supplied to the wafer, it is possible to control the polishing rate due to individual polishing head 32. また、個々の研磨ヘッド32にヒーターを備え、前記ヒーターの温度をコントロールすることによっても、個々の研磨ヘッド32による研磨速度をコントロールすることができる。 Also includes a heater to each of the polishing head 32, also by controlling the temperature of the heater, it is possible to control the polishing rate due to individual polishing head 32. さらには、上記個々の研磨ヘッド32にかける圧力、個々の研磨ヘッド32の回転数、個々の研磨ヘッド32からシリコン基板31に供給するスラリーの量、個々の研磨ヘッド32の温度のコントロールを複数組み合わせることにより、個々の研磨ヘッド32による研磨速度をコントロールすることができる。 Furthermore, combining a plurality of rotation speed, the amount of the slurry supplied from each of the polishing head 32 in the silicon substrate 31, the temperature control of the individual abrasive head 32 of the pressure, each of the polishing head 32 to be applied to the individual abrasive head 32 it is thus possible to control the polishing rate due to individual polishing head 32.

【0031】上記、実施例1、2、3において、いずれの場合も研磨中にシリコン基板上の膜の膜厚をモニターしながら研磨をおこなっている。 [0031] is performed above, in Examples 1, a polishing while monitoring the film thickness of the film on the silicon substrate during polishing both cases. シリコン基板に凸凹パターンが形成され、その上に膜が堆積してある場合の膜厚検出は比較的困難である。 The silicon substrate uneven pattern is formed, the film thickness detecting when film thereon are deposited is relatively difficult. 次に、本実施例で用いた膜厚検出法を示す。 Next, a film thickness detection method used in this example. 図4に示すように、シリコン基板10 As shown in FIG. 4, the silicon substrate 10
1上に、高さ1μmのポリシリコンパターン102を形成し、その上に厚さ2.5μmのシリコン酸化膜103 On 1, to form a polysilicon pattern 102 height 1 [mu] m, the silicon oxide film 103 having a thickness of 2.5μm on the
を形成した基板を研磨する。 Polishing a substrate formed with. 目標残し膜厚はポリシリコンパターン上で0.5μmとする。 Target residual thickness is set to 0.5μm on the polysilicon pattern.

【0032】光源としてたとえばタングステンランプなどの白色光源を用い、よく知られている通常の方法により、基板の反射率のスペクトルを測定する。 [0032] using a white light source such as a light source for example a tungsten lamp, by conventional methods well known to measure the spectral reflectance of the substrate. 図5(A) Fig. 5 (A)
(b)は図4のパターンから得られる反射率スペクトルである。 (B) is a reflectance spectrum obtained from the pattern of FIG. 本実施例では、入射光のエネルギーとして、 In this embodiment, as the energy of the incident light,
1.5eVから4eVの範囲を用いた。 Using a range of 4eV from 1.5eV. エネルギーが増加するにともない反射率が振動しながら増加しているのは、このエネルギー範囲では、シリコン酸化膜103の屈折率ほとんどを分散を示さないが、下地のシリコン基板101およびポリシリコンパターン102が比較的大きい分散を示すことに起因する。 The reflectance with the energy increases is increased while vibration is in this energy range, but exhibits no dispersion almost refractive index of the silicon oxide film 103, the silicon substrate 101 and the polysilicon pattern 102 underlying caused by a relatively large dispersion. 図5(A)(b)のスペクトルをフーリエ変換したものを、図5−(A) Figure 5 (A) a material obtained by Fourier transform spectrum (b), FIG. 5-(A)
(c)にしめす。 It is shown in the (c). ただし、図5(A)(c)では、フーリエ変換により得られた複素数スペクトルの絶対値の2 However, in FIG. 5 (A) (c), 2 of the absolute value of a complex number spectrum obtained by the Fourier transform
乗をとった後、3次元スプライン曲線により補間を行っている。 After taking a ride, it is doing the interpolation by a three-dimensional spline curve. 図5(A)(c)の横軸はエネルギーの逆数のディメンジョンになっている。 Figure horizontal axis 5 (A) (c) is in the dimension of the reciprocal of the energy. 図5(A)(c)において、段差上と段差下で膜厚が同じであり、また、このエネルギー範囲ではシリコン酸化膜103の屈折率はほとんど分散を持たないため、単一のピークが表れている。 In FIG. 5 (A) (c), the film thickness on the stepped lower step it is the same, and since the refractive index of the silicon oxide film 103 is in an energy range has little dispersion, a single peak appears ing.
横軸が1以下の部分が非常に大きい値になっているのは、図5(A)(b)のDC成分や、シリコンの屈折率の分散に起因する非常に周期の長い信号によるものである。 The horizontal axis is in a very large value of 1 or less part, FIG. 5 and the DC component of (A) (b), due to a very long period signal due to the dispersion of the refractive index of the silicon is there. シリコン酸化膜103の屈折率が分散を持たないと仮定すると、図5(A)(c)のピークの位置から下記式1を用いて膜厚を求めることができる。 If the refractive index of the silicon oxide film 103 is assumed to have no dispersion, can be obtained the thickness using the following equation 1 from the position of the peak in FIG. 5 (A) (c).

【0033】 [0033]

【数1】 [Number 1]

【0034】図5(A)(a)から、研磨を開始し、図5(B)(a)状態になった場合の、反射率スペクトルとそのフーリエ変換を図5(B)(b)、図5(B) FIG. 5 (A) (a), starts polishing, FIG 5 (B) (a) in the case of the state, FIG reflectance spectrum and its Fourier transform 5 (B) (b), Figure 5 (B)
(c)に示す。 It is shown in (c). この段階では、段差上に堆積した膜のみ研磨され、段差下に堆積した膜は研磨されないため、それぞれの膜厚に対応してピークが2つに分裂する。 At this stage, is polished only film deposited on the step, because the film deposited under step is not polished, the peak corresponding to each of the film thickness is split into two. 段差下に堆積した膜からのピークは図5(A)(c)と同じ位置に位置し、段差上の膜からのピークは研磨され薄くなったことに対応して値の小さい方にシフトする。 Peak from film deposited under step is located in the same position as FIG. 5 (A) (c), the peak of the film on the step is shifted to smaller values ​​correspond to the thinned and polished .

【0035】さらに研磨が進み図5(C)(a)のように、段差上の高さが段差下の高さと一致した場合の反射率スペクトルとそのフーリエ変換を図5(C)(b)、 Furthermore polishing proceeds view 5 (C) as in (a), FIG. 5 reflectance spectrum when the height of the step is matched to the height of the lower step and its Fourier transform (C) (b) ,
図5(C)(c)に示す。 Figure 5 shows in (C) (c). 段差下に堆積した膜からの信号は、依然同じ位置に位置しているが、段差上に堆積した膜からの信号はさらに低い値の方にシフトしている。 Signal from the film deposited under step is positioned still at the same position, it is shifted towards the signal lower value from film deposited on the step.

【0036】研磨がさらに進み図5(D)(a)のように、段差上の膜も段差下の膜も研磨した場合の反射率スペクトルとそのフーリエ変換を図5(D)(b)、図5 The polishing further proceeds view 5 (D) as in (a), FIG. 5 reflectance spectrum when the film on the level difference was also polished film under step and its Fourier transform (D) (b), Figure 5
(D)(c)に示す。 It is shown in (D) (c). 段差下に堆積した膜も研磨されているため、段差下に堆積した膜からの信号も、低い値の方にシフトし、同時に段差上に堆積した膜からの信号はさらに低い値の方にシフトする。 Since it is also polished film deposited under step, even if the signal from the film deposited under step, lower shifts towards the value, the shift towards the signal lower value from film deposited on the step at the same time to. つまり、フーリエ変換スペクトルを常にモニターすることにより、段差下部上の膜が研磨され始めた瞬間を正確に把握することができる。 That is, by constantly monitoring the Fourier transform spectrum, it is possible to accurately grasp the moment the film on the step bottom began to be polished.

【0037】研磨がさらに進み、図5(E)(a)のように目標の残し膜厚に達した場合の、反射率スペクトルとそのフーリエ変換を図5(E)(b),図5(E) The polishing further proceeds, 5 (E) Figure that of the target of the residual thickness, reflectance spectrum and its Fourier transform as (a) 5 (E) (b), 5 ( E)
(c)に示す。 It is shown in (c).

【0038】以上のように、反射率スペクトルのフーリエ変換後のピークの位置を常にモニターし、式1により遂次膜厚に換算しながら研磨を進めることにより、凸凹段差を形成した基板上に堆積した膜を研磨する場合でも、膜厚の絶対値をモニターすることができ、正確に研磨の終点を検出することができる。 [0038] As described above, the position of the peak of the Fourier transform of the reflectance spectrum constantly monitored, by advancing the grinding while converted by Equation 1 Successive approximation thickness, deposited on the substrate formed with the uneven steps even when polishing the membrane, can be monitored absolute value of the film thickness, it is possible to detect the end point of accurately polishing. ちなみに、フーリエ変換後のスペクトルのサンプリング間隔は、反射率スペクトルの測定エネルギー範囲に依存し、測定エネルギー範囲が狭い場合は、ピーク位置を精度よく同定するのは難しい。 Incidentally, the spectral sampling interval after the Fourier transform, depending on the measured energy range of the reflectance spectrum, when measured energy range is narrow, it is difficult to accurately identify the peak position. 本実施例では、フーリエ変換により得られた複素数スペクトルの絶対値の2乗をとった後、3次元スプライン曲線により補間を行い、ピーク位置を正確に読み取る工夫をしており、測定範囲内で膜の屈折率が変動しない場合は、約0.05μm程度の精度で膜厚の絶対値を求めることが可能である。 In this embodiment, after taking the square of the absolute value of a complex number spectrum obtained by the Fourier transform, performs interpolation by three-dimensional spline curve, has devised to accurately read the peak position, the film in the measuring range If the refractive index of no change, it is possible to determine the absolute value of the film thickness of about 0.05μm accuracy of about.

【0039】本実施例では、段差が一段だけの場合を示したが、本発明の膜厚検出方法は、段差が1段の場合だけではなく、段差が2段3段の場合にも適用することができる。 [0039] In this embodiment, level difference shows the case of only one stage, the film thickness detection method of the present invention, a step not only in the first stage is applied to the case of the step bunk three stages be able to.

【0040】本実施例においては、膜厚をリアルタイムで測定する必要があるため、反射率スペクトルの測定には、分光器とマルチチャンネル光検出器の組み合せが必要となる。 [0040] In this embodiment, since it is necessary to measure the thickness in real time, the measurement of reflectance spectra, it is necessary to combine the spectrometer and the multichannel photodetector. さらには、マルチチャンネル光検出器としてタイオードアレーのような一次元光検出器を用いるよりも、CCDカメラなどの2次元検出器を用いることが望ましいCCDカメラでは画素は2次元に配列されているため、分光器により波長分解された光の強度検出に、ある一方向に配列した画素を用いた場合、もう一方向の配列を他の用途に用いることができる。 Further, rather than using a one-dimensional photodetector such as a tie diode array as a multi-channel photodetector, the pixels in the CCD camera is preferably used a two-dimensional detector such as a CCD camera are arranged in a two-dimensional Therefore, the light intensity detection which is wavelength-resolved by the spectroscope, the case of using the pixels arranged in one direction, it is possible to use other one-way sequence for other purposes. 実施例2、3では、基板面内の複数の点で膜厚をモニターしながら研磨することを特徴としているため、一次元光検出器が複数台必要になる。 In Examples 2 and 3, because it is characterized in that polishing while monitoring the film thickness at a plurality of points in the surface of the substrate, the one-dimensional light detector is a plurality needed. CCDカメラを用いることにより、一次元光検知器を複数並べたものと同等の働きを一素子で行うことができ、コストの削減と装置サイズの大幅な縮小を同時に達成する。 By using the CCD camera, it is possible to perform same function as that arranging a plurality of one-dimensional light detector in one device, to achieve a substantial reduction of costs and device size simultaneously. また、単一の素子を用いるため、各膜厚検出ヘッド間の検出膜厚の精度を、大幅に改善することができる。 Moreover, since the use of a single element, the accuracy of detection film thickness between the film thickness detecting head can be greatly improved.

【0041】 [0041]

【発明の効果】本発明において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。 As follows explains briefly the effect acquired by the typical invention among the inventions disclosed in the present invention, according to the present invention.

【0042】本発明によれば、研磨中に常に基板上に堆積した膜の膜厚を検出することが可能であるため、研磨ヘッドの経時変化に左右されることなく、常に所望の研磨量を研磨することが可能である。 According to the present invention, since it is possible to detect the thickness of the film is always deposited on the substrate during polishing, Without being influenced by the aging of the polishing head, always the desired polishing amount it is possible to polish. また、基板より十分小さい研磨ヘッドを用いることにより、基板表面の大部分の空間が露出しているため、膜厚検出装置の検出ヘッド部を基板上を移動させるか、もしくは複数の膜厚検出ヘッド部を備えた膜厚検出装置を用いることにより、基板面内の膜厚分布を研磨中にその場で算出することが可能である。 Further, by using a sufficiently small polishing head than the substrate, since the space of a large portion of the substrate surface is exposed, whether the detection head portion of the thickness of the detection device is moved on the substrate, or a plurality of thickness detecting head by using the film thickness detecting device provided with a part, it is possible to calculate the film thickness distribution within the surface of the substrate in situ during polishing. 前記基板面内の膜厚分布をもとに、前記研磨ヘッドをコントロールすることにより、どのように反った基板上に堆積した膜も均一に研磨することが可能になる。 Based on the film thickness distribution in the substrate surface, by controlling the polishing head, it is possible to any film deposited on the substrate warped be polished uniformly. つまり、基板が凹に反っている場合に周辺部だけを優先的に研磨したり、凸に反っている場合中心部だけを優先的に研磨することを防ぐことができる。 That is, the substrate can be prevented that only the peripheral portion or preferentially polished, only when the heart is warped in a convex polished preferentially when warped in a concave. さらに複数の研磨ヘッドを用いることにより、小さいヘッドを用いることによる研磨速度の低下を防止し、上記の優れた特徴を備えながら、従来法と同程度の研磨速度を得ることができる。 Further by using a plurality of polishing heads, preventing a reduction in the polishing rate by using a small head, while having excellent characteristics described above, it is possible to obtain a polishing rate comparable to the conventional method.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】(a)は本発明の第1の実施例の研磨方法の実施に使用されるポリッシング装置の一部を示す平面図 (b)は同断面図 1 (a) is a plan view showing a part of a polishing apparatus used in the practice of the polishing method of the first embodiment of the present invention (b) is the sectional view

【図2】(a)は本発明の第2の実施例の研磨方法の実施に使用されるポリッシング装置の一部を示す平面図 (b)は同断面図 2 (a) is a plan view showing a part of a polishing apparatus used in the practice of the polishing method of the second embodiment of the present invention (b) is the sectional view

【図3】(a)は本発明の第3の実施例の研磨方法の実施に使用されるポリッシング装置の一部を示す平面図 (b)は同断面図 3 (a) is a plan view showing a part of a polishing apparatus used in the practice of the polishing method of the third embodiment of the present invention (b) is the sectional view

【図4】シリコン基板上にポリシリコンの段差を形成した後、シリコン酸化膜を堆積した基板の断面図 [4] After the formation of the step of the polysilicon on a silicon substrate, cross-sectional view of a substrate on which a silicon oxide film is deposited

【図5】(A)は研磨前の状態、(B)は0.5μm研磨後、(C)は1μm研磨し、基板表面が平になった状態、(D)は0.5μm研磨後、(E)は2.0μm研磨し目標残し膜厚に到達した場合の状態を示し、(a) [5] (A) is before polishing state, (B) after 0.5μm polishing, (C) is 1μm polishing, while the substrate surface becomes flat, (D) after 0.5μm polishing, (E) shows a state when the processing reaches 2.0μm polished target residual thickness, (a)
は研磨が進むにともなう基板断面図、(b)は基板の反射率のスペクトル図、(c)は基板の反射率のスペクトルをフーリエ変換した後、絶対値の2乗を求め、その後3次元スプライン曲線により補間したスペクトル図 Board cross section due to polishing progresses, (b) the spectrum of the reflectance of the substrate, (c) After the Fourier transform of the spectral reflectance of the substrate, determine the square of the absolute value, then the three-dimensional spline spectrum view was interpolated by curve

【図6】従来のポリッシング装置の一部を示す断面図 6 is a sectional view showing a portion of a conventional polishing apparatus

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

11 シリコン基板 12 研磨ヘッド 13 基板保持ターンテーブル 14 膜厚測定装置のヘッド部 11 head portion of the silicon substrate 12 polishing head 13 substrate holding the turntable 14 film thickness measuring device

Claims (15)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】 凸凹パターンを形成した基板表面に膜を堆積した後,前記膜の膜厚を常に検出しながら、前記基板より小さい研磨ヘッドをもった研磨装置により、回転する前記基板上の前記膜を研磨し、前記基板表面を平坦化することを特徴とする半導体基板の平坦化方法。 [Claim 1] After depositing a film on the substrate surface formed with unevenness pattern, while constantly detecting the thickness of the film, the polishing apparatus having the substrate smaller polishing head, wherein on the rotating substrate polishing the film, flattening a semiconductor substrate, wherein planarizing the substrate surface.
  2. 【請求項2】 自転しながら基板の半径方向に移動することによって前記基板の研磨を行う前記基板より小さい研磨ヘッドの位置と、膜厚測定装置の検出ヘッド部の位置が、常に前記基板上の同一円周上にあるように、前記膜厚測定装置の検出ヘッド部の位置をコントロールすることを特徴とする請求項1記載の半導体基板の平坦化方法。 2. A position of the substrate is smaller than the polishing head for polishing of the substrate by moving in the radial direction of the substrate while rotating, the position of the detection head portion of the thickness measuring device is always on the substrate the same circumference on way in, planarization method according to claim 1, wherein the semiconductor substrate, characterized in that to control the position of the detection head portion of the film thickness measuring device.
  3. 【請求項3】 膜厚測定装置の検出ヘッド部を、基板上の研磨ヘッドの位置に関係なく基板の半径方向に基板の移動速度より早く往復運動させながら膜厚を測定することにより、基板面内の膜厚分布を常にモニターすることを特徴とする請求項2記載の半導体基板の平坦化方法。 The detection head portion of 3. A film thickness measuring apparatus, by measuring the thickness while quickly reciprocated than the moving speed of the substrate in the radial direction of the substrate regardless of the position of the polishing head on the substrate, the substrate surface flattening a semiconductor substrate according to claim 2, wherein the constantly monitoring the film thickness distribution of the inner.
  4. 【請求項4】 基板の半径方向に一列に並んだ複数の膜厚検出ヘッドを備えた膜厚測定装置により、基板面内の膜厚分布を常にモニターすることを特徴とする請求項1 In the radial direction of 4. A substrate by a film thickness measuring device comprising a plurality of thickness detecting head in a row, according to claim 1, characterized in that constantly monitors the film thickness distribution within the surface of the substrate
    記載の半導体基板の平坦化方法。 Flattening a semiconductor substrate according.
  5. 【請求項5】 研磨ヘッドを複数個備えたことを特徴とする請求項1記載の半導体基板の平坦化方法。 5. A method for planarizing a semiconductor substrate according to claim 1, characterized by comprising a plurality of polishing heads.
  6. 【請求項6】 複数の研磨ヘッドを移動させず、自転のみを行うようにしたことを特徴とする請求項5記載の半導体基板の平坦化方法。 6. A without moving the plurality of polishing heads, flattening a semiconductor substrate according to claim 5, characterized in that to perform the rotation only.
  7. 【請求項7】 複数の研磨ヘッドの中心軸が、基板の中心軸と重ならないようにしたことを特徴とする請求項6 Claim 6 7. The central axis of the plurality of polishing heads, characterized in that so as not to overlap with the center axis of the substrate
    記載の半導体基板の平坦化方法。 Flattening a semiconductor substrate according.
  8. 【請求項8】 複数の研磨ヘッドを基板上に密に敷き詰めたことを特徴とする請求項6記載の半導体基板の平坦化方法。 8. A method for planarizing a semiconductor substrate according to claim 6, wherein a plurality of the polishing head, characterized in that densely spread on the substrate.
  9. 【請求項9】 基板を自身の回転のみならず公転させるようにしたことを特徴とする請求項6記載の半導体基板の平坦化方法。 9. A method for planarizing a semiconductor substrate according to claim 6, characterized in that so as to revolve not the substrate itself of rotation only.
  10. 【請求項10】 複数の検出ヘッド部を備えた膜厚測定装置の各検出ヘッド部を基板上に研磨ヘッドが存在しない任意の位置に設置し、前記膜の膜厚分布を常に検出しながら研磨を行うことを特徴とする請求項6記載の半導体基板の平坦化方法。 10. established the respective detection head of the film thickness measuring device comprising a plurality of detection head at an arbitrary position the polishing head is not present on the substrate, the polishing while constantly detecting the thickness distribution of the film flattening a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the performing.
  11. 【請求項11】 基板上の膜の膜厚分布データをもとに、 11. The film thickness distribution data of a film on the substrate based on,
    複数の研磨ヘッドの回転数を個々のヘッド毎にコントロールすることを特徴とする請求項6記載の半導体基板の平坦化方法。 Flattening a semiconductor substrate according to claim 6, characterized in that to control the rotational speed of the plurality of polishing heads for each individual head.
  12. 【請求項12】 基板上の膜の膜厚分布データをもとに、 12. The film thickness distribution data of a film on the substrate based on,
    複数の研磨ヘッドにかける圧力を個々のヘッド毎にコントロールすることを特徴とする請求項6記載の半導体基板の平坦化方法。 Flattening a semiconductor substrate according to claim 6, characterized in that to control the pressure applied to the plurality of polishing heads for each individual head.
  13. 【請求項13】 基板上の膜の膜厚分布データをもとに、 13. The film thickness distribution data of a film on the substrate based on,
    複数の研磨ヘッドから前記基板表面上に供給する研磨剤を含む水溶液の供給量を個々のヘッド毎にコントロールすることを特徴とする請求項6記載の半導体基板の平坦化方法。 Flattening a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the controlling of a plurality of polishing heads the supply amount of an aqueous solution containing an abrasive is supplied onto the substrate surface for each individual head.
  14. 【請求項14】 基板上の膜の膜厚分布データをもとに、 14. The film thickness distribution data of a film on the substrate based on,
    複数の研磨ヘッドの温度を個々のヘッド毎にコントロールすることを特徴とする請求項6記載の半導体基板の平坦化方法。 Flattening a semiconductor substrate according to claim 6, wherein the controlling the temperature of a plurality of polishing heads for each individual head.
  15. 【請求項15】 凹凸パターンをもつ基板上に白色光を照射し、前記基板の反射率の波長依存性を求めた後、前記反射率のスペクトルをフーリエ変換することにより、前記反射スペクトルを前記凸凹パターンの凸部に堆積した膜からの反射率スペクトルと、前記で凸凹パターンの凹部に堆積した膜からの反射率スペクトルに分離し前記凸凹パターンの凹部に堆積した膜の膜厚および凸部に堆積した膜の膜厚を同時に測定することを特徴とした請求項1記載の半導体基板の平坦化方法。 15. The white light is irradiated on a substrate having an uneven pattern, after obtaining the wavelength dependence of the reflectance of the substrate, by Fourier transform spectrum of the reflectance, the irregularities of the reflection spectrum a reflectance spectrum from the film deposited on the convex portions of the pattern, the deposited film thickness and the convex portion of the film reflectance separated into spectrum deposited in the recess of the uneven pattern of the film deposited in the recess of the uneven pattern flattening a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the wherein the measuring the thickness of a film at the same time.
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