JPH08222534A - ウエハ表面薄膜のポリッシング加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 多層薄膜表面に曲がりなどに起因する凹凸を
有するウェハであっても最上層薄膜を均一かつ的確に除
去し、一様にポリッシング加工する。 【構成】 ウェハ表面上に化学的研磨液を供給しつつ、
少なくとも表層部分が弾性部材からなるローラ２３に巻
き掛けられた研磨シート２５をロール２８によりウェハ
表面に押圧接触させ、研磨シートとウェハ１とをウェハ
表面に沿う方向に相対移動させ、最上層薄膜の下位の層
が現われるまでウェハ表面の全域もしくは一部を繰り返
しポリッシング加工をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造工程でウェ
ハの最上層薄膜を除去するポリッシング加工方法および
その装置に係り、特に、ウエハに曲りがあっても最上層
薄膜を化学的および機械的ポリッシングにより均一に除
去できるようにするウエハ表面薄膜の加工方法およびそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３（ａ）、図３（ｂ）は、ウェハの多
層薄膜に加える化学的及び機械的ポリッシング加工の順
序を示す図である。図３（ａ）に示すように、ウェハ１
の表面には、所定のパターンで第１薄膜２が形成され、
さらに、この第１薄膜２の上に第２薄膜３がＣＶＤなど
により形成される。次に、図３（ｂ）に示すように、第
１薄膜２の上面より上にある部分の第２薄膜３ａ（最上
層薄膜）のみを除去するポリッシング加工を行い、第１
薄膜２の間に入り込んで一定のパターンを形成する第２
薄膜３ｂを残す。従来、このようなウェハ多層薄膜の化
学的及び機械的ポリッシングでは、図４に示すポリッシ
ング加工装置により、最外層薄膜３ａを除去している。

【０００３】このポリッシング加工装置は、ウェハ１を
保持するヘッド４と、研磨布７を上面に載せた平定盤６
を備えた研磨装置である。ウェハ１は、ヘッド４に固定
され、このヘッド４をモータ５によって所定速度で回転
させながらウェハ１を研磨布７に押し付ける。そして、
この研磨布７に化学的研磨液を供給しながら研磨をする
ことにより、ウェハ表面の最上層薄膜３ａを除去するこ
とができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このようにウェハ１の
表面全体を研磨布７に押し付けて加工する場合、ウェハ
１の厚さおよび平面度が最上層薄膜３ａの必要な加工精
度に見合う精度を有していれば問題はないが、この加工
精度として、０．１μｍ程度の極めて高い精度が要求さ
れる。実際は、ウェハ１の厚さおよび平面度はこれより
悪い場合が多く、特に、ＣＶＤなどの加熱処理を施され
たウェハ１では、図３に示したように、相当大きな曲が
りを有しており、凸の湾曲した部分と凹んだ部分ができ
る。このような変形のあるウェハ１を平定盤６に押し付
けて研磨すると、研磨布７に柔軟性を持たせることによ
って凹凸を吸収しようとしても、高い部分の加工が先に
進み、全面を均一に加工することが非常に困難となる。
また、ウェハ１の表面全体が研磨布７に押し付けられて
いるため、加工進行状態の検知すなわち、最上層薄膜３
ａをちょうど第２薄膜３ｂを残して除去した時点である
終点検知ができないという欠点を有していた。

【０００５】そこで、本発明の目的は、前記従来技術の
有する問題点を解消し、曲がりを有するウェハであって
も最上層薄膜を均一かつ的確に除去することのできるウ
ェハの表面薄膜のポリッシング加工方法およびその装置
を提供することにある。

【０００６】また、本発明の他の目的は、最上層薄膜が
研磨により除去された時点の加工進行状態を検出できる
ようにするウェハ表面薄膜のポリッシング加工装置を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、ウェハ表面に形成された多層薄膜の最
上層を化学的及び機械的ポリッシングにより除去するウ
ェハ表面薄膜のポリッシング加工方法において、ウェハ
表面上に化学的研磨液を供給しつつ、少なくとも表層部
分が弾性部材からなるロールに巻き掛けられた研磨シー
トを前記ローラによりウェハ表面に押圧接触させ、前記
研磨シートとウェハとをウェハ表面に沿う方向に相対移
動させ、前記最上層薄膜の下位の層が現われるまでウェ
ハ表面の全域もしくは一部を繰り返しポリッシング加工
をすることを特徴とするものである。

【０００８】前記研磨シートとの接触部を通過して現わ
れるウェハ表面のパターンを光学的に検知しながらポリ
ッシング加工をすることを特徴とする。

【０００９】また、本発明によるポリッシング加工装置
は、前記の目的を達成するために、ウェハ表面に形成さ
れた多層薄膜の少なくとも最上層薄膜を化学的及び機械
的ポリッシングにより除去するウェハ薄膜のポリッシン
グ加工装置において、加工に供されるウェハが載置され
るテーブルと、前記テーブル上のウェハ薄膜面に対して
垂直に移動可能に設けられた研磨ヘッドと、前記テーブ
ル上のウェハ薄膜面に対して平行な回転軸を有し、前記
研磨ヘッドに回転可能に取り付けられ少なくとも表層部
分が弾性部材からなるロールと、前記ロールに巻き掛け
られるとともに、このロールにより前記ウェハの表面に
押圧される研磨シートと、前記ウェハ表面上に化学的研
磨液を供給する手段と、前記テーブルと研磨ヘッドとを
ウェハ薄膜面と平行な平面内に沿って相対的平行運動を
与える移動手段とを備えることを特徴とするものであ
る。

【００１０】前記のポリッシング加工装置では、前記ウ
ェハ表面の画像を取り込み、前記ウェハの最上層薄膜の
除去状態を検知する終点検知手段を前記ウェハ表面に向
けて設けることができる。

【００１１】また、前記テーブルは往復動型のテーブル
を用いることができ、前記終点検知手段の検知信号に基
づきウェハの最上層薄膜の未除去部分のみを研磨シート
に接触させるように前記テーブルの往復動位置または移
動速度を制御する制御手段を設けることが好ましい。

【００１２】前記終点検知手段には、ウェハ表面のパタ
ーンの有無を検知するＣＣＤ撮像素子などを用いたイメ
ージセンサを適用することができる。

【００１３】さらに、前記テーブルの位置に応じてウェ
ハを研磨シートを介して押圧するロールの荷重を調整す
る荷重調整手段を設けることにより、テーブルの移動に
伴って研磨シートとウェハの接触面積が変化しても、一
定の荷重でウェハを押圧することができる。

【００１４】

【作用】本発明によれば、ウェハの表面に化学的研磨液
を供給しながら、ロールに巻き掛けられて走行する研磨
シートを前記ロールを介してウェハ表面に押圧接触させ
てウェハ表面の最上層薄膜を化学的及び機械的なポリッ
シングにより除去する。この時、前記ロールは、弾性に
富む表層部分で研磨シートを介してウェハと接触し、し
かも、ロールとウェハとの接触面積は、線接触的な幅の
狭いものであるので、ウェハの表面に凹凸があるような
場合でも、ロールの表面の形状に倣って容易に変形する
ことができる。このロールは、ウェハ表面の凹凸を吸収
し、研磨シートをその全幅にわたりほぼ一様な圧力でウ
ェハ表面に押圧接触させるので、研磨シートの幅方向に
おいては、ほぼ均一にポリッシング加工が進行する。

【００１５】また、ウェハに加える押圧力は、研磨シー
トとウェハの接触面積により変化するが、ロールを押し
付ける加圧力を調節しながら、研磨シートとウェハと
を、ウェハ表面に沿う方向に所定の速度で相対移動させ
ることで、研磨シートの幅方向と直交する方向について
も、ほぼ一様なポリッシング加工が進行する。

【００１６】さらに、研磨シートとウェハとの相対移動
により、研磨シートと接触してポリッシング加工された
部分は、外部から観察可能になるため、ウェハ表面を終
点検知手段により検知し、最上層薄膜の下の層が現われ
るまで加工を続けることにより、最上層薄膜の除去が的
確に行われる。

【００１７】なお、研磨シートとウェハとの相対移動に
伴って押圧力が変化することなどにより、この相対移動
方向に加工むらを生じることがある。この場合には、終
点検知手段によりポリッシング加工の進行を確認しなが
ら、未除去部分に限定して、繰り返し研磨シートを接触
させるようにテーブルと研磨シートとの相対移動を制御
できるので、ウェハ全面を一様に加工することが可能で
ある。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付の図面
を参照して説明する。図１は、本実施例によるポリッシ
ング加工装置の構成を示す図である。この図１におい
て、１０は装置フレーム、１３は往復動型のテーブル、
２０は研磨ヘッドを示す。装置フレーム１０のベース部
１０Ａには、テーブル１３上のウェハ１と同一平面上の
水平方向に延びる複数のガイドレール１１が敷設されて
おり、テーブル１３は、このガイドレール１１にガイド
ベアリング１２を介して往復動自在に取り付けられてい
る。テーブル１３と研磨ヘッド２０との間に相対運動を
与える送り機構としては、送りねじ１６、送り雌ねじ１
７からなるボールねじ機構を用いている。テーブル１３
の下面側には、送り雌ねじ１７が固定され、制御部１４
からの指令によって制御されるモータ１５により、送り
ネジ１６を回転駆動する。テーブル１３は、ガイドレー
ル１１に案内されて、所定の速度で往復動し、所定位置
に位置決めできるように構成されている。また、制御部
１４は、テーブル１３の移動速度をガイドレール１１上
の位置に応じて変化させることができるようになってい
る。なお、テーブル１３の上面には、図示されない真空
チャックなどにより、ウェハ１が載置される。

【００１９】一方、装置フレーム１０のコラム部１０Ｂ
には、研磨ヘッド２０をウェハ１の薄膜層の表面に対し
て直角な方向に昇降案内する複数のガイドレール１８が
鉛直方向に平行に延びるように取り付けられている。研
磨ヘッド２０は、このガイドレール１８にガイドベアリ
ング１９を介して上下動自在に取り付けられている。ま
た、研磨ヘッド２０は、装置フレーム１０のヘッド部２
０Ｃとの間に取り付けられたバランス取り用のスプリン
グ２１により荷重の大部分が担持されるとともに、同じ
くヘッド部１０Ｃに取り付けられたシリンダ２２に連結
されて、このシリンダ２２によって上下動を与えられる
ようになっている。従って、前記シリンダ２２は、研磨
ヘッド２０の上下動を許容しつつ、かつその荷重の一部
を調整可能に受けることができるように構成されてお
り、次に説明する研磨シート２５がテーブル１３の移動
に伴ってウェハ１と接触する接触面積の変化に対応させ
て、ウェハ１に加える荷重を一定に調整する荷重調整手
段を構成している。

【００２０】研磨ヘッド２０の下部には、ロール２３が
回転自在に取り付けられている。このロール２３は、そ
の表層部分はゴムなどの弾性に富む部材で形成されてい
るもので、その回転軸は、テーブル１３の上面に置かれ
たウェハ１の薄膜表面と接触可能なように、このウェハ
を含む面と平行でかつガイドレール１１とは直交するよ
うに配置されている。また、研磨ヘッド２０には、ロー
ル２３と平行に駆動ロール２４が取り付けられ、両ロー
ルの間には、研磨シート２５が巻き掛けられている。

【００２１】駆動ロール２４は、研磨ヘッド２０に取り
付けられたモータ２６とベルト２９を介して連結されて
回転を伝動され、研磨シート２５を加工に適した所定の
速度で走行させることができるようになっている。

【００２２】このような研磨ヘッド２０には、ウェハ１
と研磨シート２５との接触部の全幅にわたり、化学的研
磨液を供給するための給液装置２７が取り付けられてい
る。さらに、研磨ヘッド２０には、ＣＣＤイメージセン
サなどからなる終点検知手段２８がロール２３に隣接し
て取り付けられており、ガイドレール１８に沿う方向に
おける最下点位置すなわち、研磨シート２５とウェハ１
との接触位置から既知の所定距離隔てた位置のウェハ１
の表面のパターンの画像を取り込められるようになって
いる。

【００２３】なお、終点検出手段２８の出力は、テーブ
ル１３の位置と関連づけられて制御部１４に出力され、
この制御部１４は、テーブル１３の位置に応じてモータ
１５の回転を制御し、これによってテーブル１３の移動
位置、さらには移動速度を制御することができるように
構成されている。

【００２４】本実施例は、以上のように構成されるもの
であり、次に、加工方法との関連に置いて、ポリッシン
グ装置の作用について説明する。先ず、図２に示すよう
に、テーブル１３の上面には、例えば２枚のウェハ１、
１を一組として載置される。そして、研磨ヘッド２０側
のモータ２６が作動して研磨シート２５をロール２３と
駆動ロール２４との間で走行させる。給液装置２７は、
ウェハ１と研磨シート２５とが接触する部分近傍に化学
的研磨液を供給する。この時、シリンダ２２は、研磨ヘ
ッド２０の全体を下降させ、研磨シート２５をロール２
３によりあらかじめ調整されている押し付け力でテーブ
ル１３上のウェハ１の表面に押圧接触させる。

【００２５】このような研磨シート２５の接触とほぼ同
時に、または、それに先だってテーブル１３がモータ１
５によって駆動されて所定速度で移動すると、研磨シー
ト２５は、ウェハ１の表面を図１および図２において矢
印方向に右端から左端まで全範囲にわたって順次連続的
に接触する。

【００２６】このとき研磨シート２５は、ロール２３の
弾性に富む表層部分によって押圧され、かつ図２に示す
ように、ウェハとの接触面積Ａが線接触に近い狭い幅で
あるので、一様な圧力でウェハ１を押圧する。このた
め、ウェハ１が図３に示したように、曲がって表面に波
状変形を有していることなどにより、ウェハ表面に凹凸
があっても、ロール２３はこの凹凸に容易になじんで全
幅にわたりほぼ一様な圧力で研磨シートを介して押圧す
る。従って、研磨シート２５の幅方向には、ほぼ一様な
化学的および機械的ポリシングが行われ、図３に示した
ウェハ１の最上層薄膜３ａを一様に除去する。

【００２７】研磨シート２５の幅方向と直角な方向すな
わちテーブル１３の移動方向については、テーブル１３
の移動速度と研磨シート２５の押圧力とによって最上層
薄膜３ａの除去量分布が定まる。すなわち、研磨シート
２５の押圧力は、図２から明らかなように、接触面積Ａ
がテーブル１３の移動に伴って変化するため、ロール２
３の押し付け力が一定であれば、接触面積Ａに反比例し
て変化する。そこで、シリンダ２２による研磨ヘッド２
０の荷重調整をテーブル１３の位置に応じて行ない、ロ
ール２３が及ぼす押圧力を一定に制御するか、または、
テーブル１３の移動速度をその位置に応じて変化させる
ように制御することにより、研磨シート２５の幅方向と
直角な方向すなわちテーブル１３の移動方向の最上層薄
膜の除去量分布を一様にすることができる。

【００２８】このような押圧力および移動速度の制御を
行い、終点検知手段２８によって取り込まれる画像から
最上層薄膜３ａの除去の進行状態を検知しながら、テー
ブル１３を往復動させて加工を進める。最上層薄膜３ａ
が除去されて第１薄膜２のパターンが現れたところで、
加工を終了する。テーブル１３の移動方向に加工むらが
あるときには、ウェハ１の加工未終了の部分のみに選択
的に研磨シート２５を接触させるようにするため、制御
部１４によりテーブル１３の移動位置を制御して全面を
一様に加工する。

【００２９】なお、終点検知は、最上層薄膜３ａが除去
されると、図３（ａ）から明らかなように、第１薄膜２
と、この第１薄膜２との間に入り込んだ部分の第２薄膜
３ｂの模様が現れるため、ＣＣＤカメラなどでの画像取
込による終点検知手段によって的確に行われる。

【００３０】以上、説明した実施例は、往復動型のテー
ブル１３により、ウェハ１をその表面にそう方向に直線
的に移動させる例を示したが、研磨シート２５すなわち
研磨ヘッド２０をその方向に移動させるようにしてよ
く、さらに、テーブルは、往復動型に限らず、回転型の
テーブルとしてもよいなど種々の変形が実施可能であ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、多層薄膜をＣＶＤなどにより形成した結果、
曲がりなどの変形を有するウェハであっても、その最上
層薄膜を化学的および機械的ポリッシングによりウェハ
全面にわたって均一かつ的確に除去することができる。

【００３２】しかも、イメージセンサを用いた終点検知
手段により、最上層薄膜の加工進行状況を的確に検出し
ながら、ポリッシング加工を進められるので、高精度の
ポリッシング加工が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウェハ表面薄膜の加工装置の一実
施例の構成を示す側面図。

【図２】ウェハ表面加工装置のテーブル上のウェハと研
磨シートとの接触状態を表わした説明図。

【図３】本発明の加工対象であるウェハの加工前後の状
態を示す部分拡大断面図。

【図４】従来のウェハ表面薄膜の加工に用いられる装置
の構成を示す正面図。

【符号の説明】

１ ウェハ ２ 第１薄膜 ３ 第２薄膜 １０ 装置フレーム １１ ガイドレール １２ ガイドベアリング １３ テーブル １４ 制御部 １５ モータ １８ ガイドレール ２０ 研磨ヘッド ２１ スプリング ２２ シリンダ ２３ ロール ２４ 駆動ロール ２５ 研磨シート ２６ モータ ２８ 終点検知手段 ２９ ベルト

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウェハ表面に形成された多層薄膜の最上層
   を化学的及び機械的ポリッシングにより除去するウェハ
   表面薄膜のポリッシング加工方法において、 ウェハ表面上に化学的研磨液を供給しつつ、少なくとも
   表層部分が弾性部材からなるローラに巻き掛けられた研
   磨シートを前記ロールによりウェハ表面に押圧接触さ
   せ、前記研磨シートとウェハとをウェハ表面に沿う方向
   に相対移動させ、前記最上層薄膜の下位の層が現われる
   までウェハ表面の全域もしくは一部を繰り返しポリッシ
   ング加工をすることを特徴とするウエハ表面薄膜のポリ
   ッシング加工方法。
2. 【請求項２】前記研磨シートとの接触部を通過して現わ
   れるウェハ表面のパターンを光学的に検知しながらポリ
   ッシング加工をすることを特徴とする請求項１に記載の
   ウエハ表面薄膜のポリッシング加工方法。
3. 【請求項３】ウェハ表面に形成された多層薄膜の少なく
   とも最上層薄膜を化学的及び機械的ポリッシングにより
   除去するウェハ薄膜のポリッシング加工装置において、 加工に供されるウェハが載置されるテーブルと、 前記テーブル上のウェハ薄膜面に対して垂直に移動可能
   に設けられた研磨ヘッドと、 前記テーブル上のウェハ薄膜面に対して平行な回転軸を
   有し、前記研磨ヘッドに回転可能に取り付けられ少なく
   とも表層部分が弾性部材からなるロールと、 前記ロールに巻き掛けられるとともに、このロールによ
   り前記ウェハの表面に押圧される研磨シートと、 前記ウェハ表面上に化学的研磨液を供給する手段と、 前記テーブルと研磨ヘッドとにウェハ薄膜面と平行な平
   面内に沿って相対的平行運動を与える移動手段とを備え
   ることを特徴とするウェハ表面薄膜のポリッシング加工
   装置。
4. 【請求項４】前記ウェハ表面の画像を取り込み、前記ウ
   ェハの最上層薄膜の除去状態を検知する終点検知手段を
   前記ウェハ表面に向けて設けたことを特徴とする請求項
   ３に記載のウェハ表面薄膜のポリッシング加工装置。
5. 【請求項５】前記テーブルは往復動型のテーブルであ
   り、前記終点検知手段の検知信号に基づきウェハの最上
   層薄膜の未除去部分のみを研磨シートに接触させるよう
   に前記テーブルの往復動位置または移動速度を制御する
   制御手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のウ
   ェハ表面薄膜のポリッシング加工装置。
6. 【請求項６】前記終点検知手段が、ウェハ表面のパター
   ンの有無を検知するイメージセンサであることを特徴と
   する請求項４または５に記載のウェハ表面薄膜のポリッ
   シング加工装置。
7. 【請求項７】前記テーブルの位置に応じてウェハを押圧
   するロールの荷重を調整する荷重調整手段を備えること
   を特徴とする請求項３または４に記載のウェハ表面薄膜
   のポリッシング加工装置。