JPH07193033A - 半導体表面研磨方法及び研磨装置 - Google Patents

半導体表面研磨方法及び研磨装置

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JPH07193033A
JPH07193033A JP33275093A JP33275093A JPH07193033A JP H07193033 A JPH07193033 A JP H07193033A JP 33275093 A JP33275093 A JP 33275093A JP 33275093 A JP33275093 A JP 33275093A JP H07193033 A JPH07193033 A JP H07193033A
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JP
Japan
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polishing
film thickness
semiconductor substrate
semiconductor
light
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JP33275093A
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English (en)
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Yasuhiro Makino
泰博 牧野
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】本発明の半導体表面研磨装置は、研磨装置の研
磨台の一部に透過性の物質を用いる。研磨面の膜厚測定
を行う際は、研磨台下より膜厚測定器の発光光を研磨面
へ透光部を通して照射し、この透光部を通って反射して
くる反射光の状態を膜厚測定器により受光し、膜厚を測
定する。 【効果】本発明によれば、研磨中に膜厚測定のために基
板を研磨装置から取り出す必要がなく、またストッパ−
材を基板表面に用いる工程等を削減できるため、工程数
と時間の削減ができる。さらに研磨中に随時膜厚を測定
することにより膜厚研磨量の制御性が改善できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体基板の被膜を研磨
する半導体表面研磨方法及び研磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の半導体基板上に成膜された被膜
を、化学的もしくは物理的に又はその両面の作用により
研磨を行う半導体表面研磨装置(以下、研磨装置)で
は、半導体基板上の被膜を研磨するのに、図8のように
半導体基板(5)と研磨台(2)の間に研磨材(8)を
入れて研磨している。この方法を用いて研磨を行う場
合、被膜の研磨量を測定するには研磨装置を一旦止め
て、半導体基板を研磨装置より取り出し測定するしかな
く、所望の膜厚に合わせ込むためには非常に時間がかか
り、また操作性が悪いという問題点が存在する。また研
磨量の終点を検出するには、半導体基板上の配線上にス
トッパ−材を用い、研磨面がこのストッパ−材表面まで
到達したとき研磨面の摩擦力の変化を感知し、研磨台と
研磨装置の研磨面との回転のトルクの差によって終点の
判断を行っている。この為、半導体表面にストッパ−材
の加工をする必要があり、工程が増してしまうという問
題点や、研磨材の制約及びストッパ−材の材質によって
は、ダストの増加が顕著になることもある。また、研磨
面がストッパ−材に到達しても、トルク差が明瞭に現れ
ない場合があり、被研磨面が完全に研磨されずに残膜し
たり、過研磨により基板まで研磨してしまう問題点があ
る。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の研
磨装置では、研磨中の被膜の膜厚を検出するためには研
磨装置より半導体基板を外す必要があったり、また終点
検出を行うためには、ストッパ−材を基板上に加工する
必要がある。このため研磨に要する時間や工程数が多
く、また研磨量の制御性が悪い等の問題点がある。
【0004】本発明はこれらの問題点を解決するための
もので、半導体基板を装置より外す必要がなく、研磨中
に研磨装置を一旦停止することで研磨する被膜の膜厚を
検出できる。また、終点検出をストッパ−材を用いずに
でき、研磨の工程数と時間の削減、及び研磨量の制御性
を改善することを目的とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明においては、研磨装置の研磨台に透過性の物質を
用いることにより、研磨台下部より半導体研磨面に対し
光学的手段、例えば偏光解析による分光エリプソメ−タ
もしくは干渉法等による膜厚測定器を用い、研磨面の膜
厚を研磨中に随時測定するものである。これにより研磨
量の測定のために半導体基板を研磨装置よりはずす手間
や、ストッパ−材を基板表面に用いる工程等の工程数と
時間の削減、及び膜厚研磨量の制御性を改善を行うもの
である。
【0006】
【作用】本発明によれば、研磨装置の研磨台に透過性の
物質を用い、膜厚測定に光学的手段を用いることによ
り、研磨中に膜厚研磨量の測定ができるため基板を研磨
装置から取り出す必要がない。またストッパ−材を基板
表面に用いる工程等を削減でき工程数と時間の削減がで
きる。さらに研磨中に随時膜厚を測定することにより膜
厚研磨量の制御性が改善できる。
【0007】
【実施例】本発明の実施例について図を用いて説明す
る。図1は装置の説明図である。本実施例の研磨装置は
主に、研磨台(1)と基板支持台(2)と膜厚測定器
(3)により構成されている。研磨台の膜厚測定器から
の発光光及び基板の膜表面からの反射光が通過する部分
には、透過性の物質で、研磨材より硬度の高い石英ガラ
スによる透光部(4)が用いられている。この透光部
(4)は半導体基板台の面積を持つものとする。研磨台
の他の部分は、従来と同様にステンレスで構成し、基板
支持台からの強度に対応できるようになっている。半導
体基板(5)はシリコン基板、被研磨面はシリコン酸化
膜が対象である。研磨台は軸(6)を中心として、基板
支持台は支持軸(7)を中心として、研磨中はそれぞれ
回転する。これらの状態を図2に示す。また膜厚測定器
は、レ−ザ光の膜表面からの偏光状態より膜厚を測定す
る偏光解析による分光エリプソメ−タを用い、発光器と
受光器を持つ。
【0008】研磨する半導体基板(4)を研磨装置の支
持台(2)に設置し、研磨材(8)を挿入し支持台
(2)及び研磨台(1)を図2中の矢印の方向に回転さ
せ、基板上の例えばCVD法によって形成されたシリコ
ン酸化膜の被研磨面の研磨を行う。ある程度まで研磨が
行われた後、膜厚測定のため、ウエハを研磨台の石英ガ
ラス上に止める。ここでは、基板と石英ガラスとの間の
研磨材が問題となるので、コック(9)より噴射する純
水にて洗い流し、この後、純水除去のため同コックより
空気を噴射し、石英ガラスとの間には空気のみが存在す
るように行う。これによって半導体基板(4)を基板支
持台(2)より取り外さずに研磨面の膜厚測定が可能と
なる。その後分光エリプソメ−タによる半導体基板の膜
厚の計測を開始する。
【0009】図3に分光エリプソメ−タの概略図を示
す。分光エリプソメ−タは発光器(31)と受光器(3
2)及び計測値を計算する数値処理回路(33)により
構成される。これは測定器の光源より発せられるレ−ザ
光を基板上のシリコン膜(35)に照射しこの吸収によ
る減衰を利用するものである。レ−ザ光の通過路である
石英ガラスの吸収率、厚さ及びシリコン酸化膜の吸収率
等はあらかじめ把握しておき、数値処理回路(33)に
より膜厚を計測する。
【0010】図4に研磨面の説明図を示す。基板表面か
ら研磨面側にあらかじめ、例えばポリシリコンによって
形成された配線(41)の高さと所望の残膜量であるシ
リコン酸化膜の和Wを設定しておく。測定の結果、基板
面からWの膜厚まで研磨されていれば、研磨の終点とし
研磨を中止する。研磨がWまで達していなければ再び研
磨を開始する。その後、同様に所望の膜厚Wとなるまで
随時研磨と膜厚測定を行う。
【0011】また膜厚測定器に干渉法を利用することも
可能である。この説明図を図5に示す。この方法は主に
マイケルソン型と呼ばれ、光路内での反射による膜厚に
よって起こる干渉縞を解析し、膜厚を計測する方法であ
る。この原理は同一波面の発光器(51)からの光を半
透明平面鏡(52)で二分し、両光線を反射平面鏡(5
3)及び被測定物(55)表面で送り返し、半透明平面
鏡(52)上に干渉縞を発生させ、この干渉縞を受光器
(54)によって観測し、定量化することにより膜厚の
測定を行うものである。分光エリプソメ−タ同様、石英
ガラスの吸収率、厚さ及びシリコン酸化膜の吸収率等は
あらかじめ把握しておく必要がある。膜厚測定器は複数
個用いることができる。この場合には、研磨台透光部
(4)の形状は、膜厚測定器の数に対応して決定する必
要がある。その膜厚測定器の配置に合わせて、図2のよ
うに研磨台に半導体基板大の面積の透光部を持つ形状や
や、図7(a)、(b)に示すような形状等が考えられ
る。図2のような透光部を持つ形状では膜厚測定器は、
この透光部の直下の任意の位置に数個配置することがで
きるが、膜厚測定を行う場合には半導体基板をこの透光
部上に停止する必要がある。図7(a)は研磨台(1)
に同心円状の透光部(4)を設けたものである。これに
よれば膜厚測定器を研磨台に固定しておく必要がなく、
研磨台、基板支持台を適当な位置で停止しても、膜厚測
定が可能な位置に膜厚測定器(71)を配置しておくこ
とで停止位置を考慮せずに測定を行うことが可能とな
る。図7(a)による膜厚測定器の配置例を図7(c)
に示す。この膜厚測定器(71)は半導体基板へ膜厚測
定器からの発光光が当たり、その反射光が得られるよう
同心円状の透光部の直下に、数個配置されている。また
図7(b)は、半導体基板の面積を持つ範囲内に、透光
部を孔状に4個設けたものである。この場合、膜厚測定
器は研磨台に固定しておく必要があり、また基板は、測
定時この透光部(4)8上部に位置するよう、基板支持
台及び研磨台を停止する必要がある。図7(b)による
膜厚測定器の配置例を図7(d)に示す。(72)は膜
厚測定の発光器であり(73)は膜厚測定の受光器であ
る。図7(c)と同様にその発光光と受光光が、透光部
を通して得られるように、それぞれ4器ずつ配置されて
いる。これによれば基板の膜厚測定を4箇所同時に行う
ことができる。
【0012】同一基板上においては研磨される膜厚に差
ができることがある。膜厚測定を同一基板上の複数の箇
所で同時に行うことにより、研磨されるべきシリコン酸
化膜を低減することができ、残膜のより少ない研磨が実
現できる。図6に示す基板上に素子や配線等がパタ−ニ
ングされていない部分(61)の4箇所で計測する場
合、この4点全てが所望の膜厚又は、それ以下でも基板
上の配線に影響を与えない範囲まで研磨が行われると、
研磨装置が停止するようにしておけば、不要な残膜が基
板表面に残る確率は低くなる。されに同時に複数箇所測
定を行うことになるので、一回の測定において一器の膜
厚測定器を測定点まで移動させて測定するのに比べ、測
定時間の短縮となる。また膜厚測定器の移動手段も考慮
せずに済む。また、ウエハ面上の配線の段差によりシリ
コン酸化膜の膜厚に誤差が出るような場合も考えられ
る。このような場合にも、基板状の4箇所の膜厚を測定
することによって誤差を低減することが可能である。以
上の様に本発明は、半導体表面を研磨する際にその研磨
量を光学的手段を用いて測定するものである。よってそ
の技術的思想からすれば、研磨台中に構成する透光部の
材質は、例えばアルミナ、窒化アルミ等も考えらる。ま
た透光部の形状も膜厚測定器の配置と研磨台の強度との
関係により実施例が種々考えられる。膜厚測定器も前記
個数に限定されるものではなくその測定精度との兼合い
で種々の態様が考えられる。以上本発明ではその趣旨を
逸脱しない範囲で、変形して実施することが可能であ
る。・
【0013】
【発明の効果】以上記述したように、研磨装置の研磨台
に透過性の物質を用い、膜厚測定に光学的手段を用いる
ことにより、研磨中に膜厚研磨量の測定ができる。この
ため基板を研磨装置から取り出し膜厚を測定する必要が
なく、ストッパ−材を基板表面に用いる工程等の研磨の
ための工程数と時間の削減ができる。また、研磨中に随
時研磨面の膜厚測定を行うことにより、膜厚研磨量の制
御性が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面図。
【図2】本発明の実施例を示す説明図。
【図3】本発明の実施例の膜厚測定器の説明図。
【図4】ウエハ面上の膜厚測定方法の説明図。
【図5】本発明の実施例の膜厚測定器の説明図。
【図6】ウエハ面上の測定箇所を示す説明図。
【図7】本発明の実施例の研磨台を示す説明図及び膜厚
測定器の配置説明図。
【図8】従来の研磨装置の断面図。
【符号の説明】
1 研磨台 2 基板支持台 3 膜厚測定器 4 透光部 5 半導体基板 6 研磨台軸 7 基板支持台支持軸 8 研磨材 9 純水及び空気噴射コック 31、51、72 膜厚測定発光器 32、54、73 膜厚測定受光器 33 膜厚測定器数値処理回路 34 シリコン基板 35 シリコン酸化膜 41 ポリシリコン配線 52 半透明平面鏡 53 半透明鏡面 55 被測定物 61 基板上パタ−ニングされていない部分 71 膜厚測定器の発光器及び受光器

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板を用意する工程と、前記半導
    体基板を基板支持台に設置する工程と、前記半導体基板
    を前記半導体基板と研磨台との間に介在させた研磨材に
    よって研磨する工程と、前記半導体基板の研磨面の膜厚
    を検知する工程を具備する半導体表面研磨方法におい
    て、 前記半導体基板の膜厚を上記研磨台を透過する光によっ
    て検出することを特徴とする半導体表面研磨方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体表面研磨方法にお
    いて、 前記半導体基板の研磨面の膜厚を検知する工程が前記半
    導体表面研磨中に前記半導体基板を基板支持台から外す
    ことなく行われることを特徴とする半導体表面研磨方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の半導体表面研磨方法にお
    いて、 前記半導体基板の研磨面の膜厚を検知する工程が膜厚測
    定器より発する光の研磨面における吸収率により検出す
    ることを特徴とする半導体表面研磨方法。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の半導体表面研磨方法にお
    いて、 前記半導体基板の研磨面の膜厚を検知する工程が膜厚測
    定器より発する光の研磨面における干渉縞により検出す
    ることを特徴とする半導体表面研磨方法。
  5. 【請求項5】 請求項3及び請求項4記載の半導体表面
    研磨方法において、 前記膜厚測定器により前記半導体基板上のパタ−ニング
    されていない部分の膜厚を検出することを特徴とする半
    導体表面研磨方法。
  6. 【請求項6】 半導体基板を設置する基板支持台と、前
    記半導体基板の研磨面に対向する研磨台とを有する半導
    体表面研磨装置において、 前記研磨台の少なくとも一部が光を通す透過性の物質に
    よる透光部で構成されることを特徴とする半導体表面研
    磨装置。
  7. 【請求項7】 請求項6記載の半導体表面研磨装置にお
    いて、 前記半導体基板に向けて光を発する発光器と前記半導体
    基板からの反射光を受ける受光器とを有する膜厚測定器
    を具備することを特徴とする半導体表面研磨装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の半導体表面研磨装置にお
    いて、 前記膜厚測定器が前記発光器と前記受光器との間で求め
    られる光の吸収率をもとにして前記半導体基板の膜厚を
    検出することを特徴とする半導体表面研磨装置。
  9. 【請求項9】 請求項7記載の半導体表面研磨装置にお
    いて、 前記膜厚測定器が前記受光器が検知する光の干渉縞をも
    とにして前記半導体基板の膜厚を検出することを特徴と
    する半導体表面研磨装置。
  10. 【請求項10】 請求項6記載の半導体表面研磨装置に
    おいて、 前記透光部が研磨台の一部分に前記半導体基板大の面積
    を持って存在することを特徴とする半導体研磨装置。
  11. 【請求項11】 請求項6記載の半導体表面研磨装置に
    おいて、 前記透光部が研磨台に同心円上に存在することを特徴と
    する半導体研磨装置。
  12. 【請求項12】 請求項6記載の半導体表面研磨装置に
    おいて、 前記透光部が研磨台の一部分の前記半導体基板大の面積
    を持つ範囲内に孔状に四個存在することを特徴とする半
    導体研磨装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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