JPH09123059A - 研磨方法 - Google Patents

研磨方法

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JPH09123059A
JPH09123059A JP28601095A JP28601095A JPH09123059A JP H09123059 A JPH09123059 A JP H09123059A JP 28601095 A JP28601095 A JP 28601095A JP 28601095 A JP28601095 A JP 28601095A JP H09123059 A JPH09123059 A JP H09123059A
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JP
Japan
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polishing
wafer
plate
liquid
water
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JP28601095A
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English (en)
Inventor
Sadahiro Kishii
貞浩 岸井
Jiyunji Fukuroda
淳史 袋田
Wataru Nakamura
亘 中村
Akira Oishi
明良 大石
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は研磨装置におけるウェーハの研磨
終点検出方法に関し、ウェーハと研磨布或いは研磨剤と
の摩擦振動波による研磨終点検出を高感度で検出する。 【解決手段】 積層膜2が表面に形成されたウェーハ
1を多孔質の吸着パッド3を介してヘッド4に設けたプ
レート5下面に吸着固定し、下定盤6上にセットした研
磨布7に加圧して押し付け、プレート5及び下定盤6を
同時に回転しながら、ウェーハ1上の積層膜2の表面を
研磨する研磨方法において、少なくとも吸着パッド3を
氷点或いは吸着パッド3に含まれる水或いは液体7の固
化温度以下に冷却し、吸着パッド3内に含まれる水或い
は液体7を固化した状態でウェーハ1の研磨を行い、プ
レート5の上面に設置した振動センサ8によりウェーハ
1の表面と、研磨布7或いは研磨剤との摩擦で発生する
振動波を検出して、ウェーハ1上の積層膜2表面の研磨
の終点を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨方法に係わり、
ウェーハの研磨終点検出方法に関する。近年、半導体デ
バイスの高集積、微細化に伴いウェーハプロセスにおけ
る研磨工程の高精度化が要求されている。
【0002】
【従来の技術】図5〜図6は従来例の説明図、図7は従
来の研磨装置である。図において、1はウェーハ、2は
積層膜、3は吸着パッド、4はヘッド、5はプレート、
6は下定盤、7は研磨布、8は振動センサ、9はヘッド
回転軸、10は真空吸着パイプ、11は吸着溝、12は吸着
孔、13はガイド、14は下定盤回転軸、21は下地絶縁膜、
22はメタル膜、23は層間絶縁膜、24は下層メタル膜、25
はコンタクトホール、26は下地メタル膜、27はメタル膜
である。
【0003】半導体デバイスの作成工程においては、特
に配線工程にこの研磨プロセスを導入する動きが出てい
る。この研磨プロセスは大きく分けて二種類の研磨が考
えられている。一つはウェーハ上の層間絶縁膜の平坦
化、もう一つはメタルの埋め込みである。以下、その二
つについて別々に説明する。
【0004】先ず、図5に示す層間絶縁膜の凹凸の平坦
化については、図5(a)に示すように、ウェーハ1上
の下地絶縁膜21の上に通常アルミニウムを主成分とする
メタル膜22を堆積後、配線パターンを形成するため、図
5(b)に示すように、フォトリソグラフィによりメタ
ル膜22をパターンエッチングする。
【0005】そして、図5(c)に示すように、メタル
膜22上に通常は二酸化シリコン膜(SiO2膜) からなる層
間絶縁膜23を堆積する。そして層間絶縁膜23を堆積後、
その上に直接、上層の配線を形成すると凹凸があるため
露光及びエッチングが出来にくくなる。
【0006】従って、通常、層間絶縁膜23を平坦化する
が、平坦化には研磨を利用することが多い。図5(c)
に示すように、少し厚めにSiO2膜等の層間絶縁膜23を堆
積後、図5(d)に示すように、層間絶縁膜23の表面を
研磨して層間絶縁膜23の段差を減少させる。
【0007】この方法の場合、層間絶縁膜23に段差があ
る時とない時では、図7に示す研磨装置において、ウェ
ーハ1と研磨布7との摩擦の状態が異なるため、振動の
変化で層間絶縁膜23の平坦化が終了した時点での研磨の
終点を判断していた。
【0008】次に、図6に示すメタル膜の埋め込みにつ
いては、プラグの形成を例にして示す。先ず、図6
(a)に示すように、ウェーハ1上に形成された下地絶
縁膜21表面に下層メタル膜24をパターニングし、その上
に層間絶縁膜23を被覆して、積層膜2を構成する。
【0009】次に、図6(b)に示すように、層間絶縁
膜23をエッチングして配線に相当するパターン(プラグ
のパターンを含む)を形成する。図6ではプラグの形成
を例にして示してあり、図6(b)に示すように、プラ
グ埋め込み用のコンタクトホール25を層間絶縁膜23に開
口する。
【0010】そして、図6(c)に示すように、その上
から配線材料のメタル膜27を下地メタル膜26を下地とし
て堆積して、配線やコンタクトホール25となる溝、或い
は穴を埋め込む。
【0011】その後、図6(d)に示すように、配線に
相当する溝、或いは穴以外の部分のメタル膜27を除去し
ており、このメタル膜27の除去を研磨により行ってい
た。このメタル膜を除去する時に発生するウェーハと研
磨布、或いはウェーハと研磨材との振動が、メタル膜が
除去された層間絶縁膜、或いはメタル膜と層間絶縁膜と
の密着性を良くするために挿入している通常窒化チタン
等の下地メタル膜26が露出した時に、ウェーハと研磨
布、或いはウェーハと研磨剤との間に発生する振動とが
異なる。
【0012】この信号の変化を検出することにより配線
材料が除去された時点での研磨の終点を判断していた。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】このような層間絶縁膜
或いはメタル膜を研磨する場合とも、通常同じような構
成を有する研磨装置を用いる。図7に従来の研磨装置の
断面図を示す。
【0014】図7(a)に示すように、従来の研磨装置
では、下定盤6に研磨布7を張りつけ、研磨布7に研磨
剤を供給しながらヘッド(上定盤)4を回転させてウェ
ーハ1の表面の積層膜2を研磨する。
【0015】ヘッド4の部分の拡大図を図7(b)に示
す。ウェーハ1は無数の穴が開いたウレタン樹脂からな
る吸着パッド3に固定されている。吸着パッド3には真
空吸着するために、上下に貫通した吸着孔12が開いてい
る。振動センサ8は吸着パッド3を張りつけたプレート
5の上部に配置されている。この振動センサ8の信号は
ケーブルによって外部に送られるが、別に途中から無線
で信号を伝達しても構わない。
【0016】このような従来の研磨装置では、ウェーハ
と研磨布、或いはウェーハと研磨剤とに起因する振動以
外に、下定盤のモータ等の振動が大きいため、これらの
ノイズが大きく、信号の変化を効果的に検出することが
できなかった。
【0017】
【課題を解決するための手段】図1は本発明を使用した
時のスペクトル強度の改善例を示す図、図2は本発明の
研磨装置の構成を示す図である。
【0018】図において、1はウェーハ、2は積層膜、
3は吸着パッド、4はヘッド、5はプレート、6は下定
盤、7は水或いは液体、8は振動センサ、9はヘッド回
転軸、10は真空吸着パイプ、11は吸着溝、12は吸着孔、
13はガイド、14は下定盤回転軸、15は温度調節パイプ、
16は仕切板、17は液体窒素、18は高温水、19は水或いは
液体である。
【0019】発明者はウェーハと研磨布、或いはウェー
ハと研磨剤との摩擦による振動が、吸着パッドを介在せ
ずに、プレートの材質を工夫して、直接ウェーハをプレ
ートに吸着して研磨した。すると、ウェーハと研磨布、
或いはウェーハと研磨剤との摩擦による振動から発する
必要な信号を明確に検出できた。この時に必要なこと
は、加工圧力と回転速度を低く設定することであった。
【0020】加工圧力を大きくしたり、回転速度を大き
くすると、ウェーハが吸着プレート表面を動き、摩擦振
動を生じるため、回転数及び圧力の向上が困難になると
考えた。また、ウェーハを直接吸着プレートに接する
と、時々、ウェーハ表面上に研磨量の大きい処が局所的
に観察された。これは、今までの経験から、ウェーハと
吸着パッドとの間に研磨粒子、或いは異物が混入して、
その部分だけ凸部になり研磨速度がその部分だけ上昇し
ているためだと推測した。
【0021】以上の結果から、吸着パッドを用いつつ、
振動を吸収しない方法を考えた。吸着パッドの断面には
無数の気泡がある。このような気泡が存在すると、振動
が伝わりにくくなると考えた。研磨中、この気泡には水
が入っている。この気泡を無くすことは困難と考えて、
この気泡中の水を凍らせたら、振動の減衰が少なくなる
と考えた。
【0022】そこで、吸着パッドを用いて、ウェーハを
吸着した後、プレートを0℃以下に冷却して、吸着パッ
ド内の水を凍らせた。冷却したままウェーハを研磨する
と、図1に示すように、ウェーハと研磨布、或いはウェ
ーハと研磨剤との摩擦による振動が以前より明確に伝わ
る。この従来と本発明との振動周波数と振動強度の関係
をスペクトル強度で示す。
【0023】下定盤の振動(周波数の小さいスペクトル
は下定盤のモータ振動の成分が大きい)も大きくなった
が、S/Nで見ると明らかに向上している。特に、高い
周波数の成分についてはS/Nの向上が大きい。研磨後
のウェーハには吸着プレートとウェーハを直接接する場
合に見られた局所的な凹みは観察できなかった。
【0024】以上に示す通り、ウェーハを真空吸着で吸
着後、吸着パッド内の水を冷却により固体化させると、
ウェーハと研磨布、或いはウェーハと研磨剤との摩擦に
よる振動を振動センサを用いてより明確に検出でき、終
点検出がより確実になる。
【0025】
【発明の実施の形態】図2は本発明の研磨装置の構成、
図3〜図4は本発明の第一から第二の実施例の説明図で
ある。
【0026】図において、1はウェーハ、2は積層膜、
3は吸着パッド、4はヘッド、5はプレート、6は下定
盤、7は水或いは液体、8は振動センサ、9はヘッド回
転軸、10は真空吸着パイプ、11は吸着溝、12は吸着孔、
13はガイド、14は下定盤回転軸、15は温度調節パイプ、
16は仕切板、17は液体窒素、18は高温水、19は水或いは
液体である。
【0027】図2に示すような構造を有する本発明の研
磨装置を作成して用いた。図2(a)に示すように、従
来装置のヘッド4の部分に例えばウレタン樹脂等の吸着
パッド3内の水或いは液体19の温度を制御する温度調節
パイプ15を設けた。液体或いは流動体としては、グリセ
リンや油類を用いることも出来る。
【0028】図2(b)に、本発明の研磨装置のプレー
ト5内に設けた温度調節パイプ15の形状を図2(a)の
上方、A〜A’から見た平面図で示す。また、温度調節
パイプ15の断面図は図2(c)に示すように、中が仕切
り板16で仕切られており、片側に冷却用の液体窒素17、
片側に保温用の高温水18が流れる。冷却液として液体窒
素17を用い、研磨直後には吸着パッド3内の水或いは液
体19を固体化する必要があるため、プレート5上に高温
水18が流れる温度調節パイプ15も備えられている。研磨
終了時には液体窒素17の配管には空気を供給し、同時に
高温水18を流す。
【0029】本発明の第一の実施例は層間絶縁膜の平坦
化により行った。前述の図5に示す構造のウェーハ1を
研磨した。ウェーハ1を真空吸着した後、図2の装置で
吸着パッド3内の水を固体化させて研磨した。
【0030】振動センサ8は、プレート5の上面又は下
面、または下定盤6に設置しても良いが、好ましくは、
プレート5の上面に設置した方が、振動を検出しやす
い。その結果を図3に示す。比較のため、本発明と従来
の方法の二通りについて示してある。尚、図3におい
て、生のスペクトルであると平坦の判断は困難なため、
平坦になった時に変化が大きい周波数の範囲の(ここで
は4〜6KHz)信号強度を積分し、その範囲におい
て、(平坦前の信号の積分値)÷(平坦後の信号の積分
値)の値の経時変化を示している。
【0031】従来でも、平坦化前と平坦化後の積分強度
の違いはあるものの、本発明の方が平坦化前後の判断が
容易であることが分かる。判断が容易であるということ
は、平坦になるとすぐ研磨を終了できるので、余分な研
磨量が不要になることを示す。
【0032】本発明の第二の実施例はメタルの埋め込み
において行った。ウェーハ1を真空吸着した後、吸着パ
ッド3内の水を固体化させて研磨した。その結果を図4
に示す。比較のため、本発明と従来の方法の二通りにつ
いて示してある。
【0033】実験により検出が容易な周波数範囲(ここ
では1.0〜1.5KHz)の信号強度を積分し、その
範囲において、(平坦前の信号の積分値)÷(平坦後の
信号の積分値)の値の経時変化を示している。層間膜で
あるTEOSが露出した点を検出できていることが分か
る。
【0034】ここでも、本発明の方が従来方法より検出
が容易であることが分かる。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウェーハを吸着後、吸着パッド内の水を固体化させる
と、研磨の終点を明確に判断できることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明を使用した時のスペクトル強度の改善
【図2】 本発明の研磨装置の構成
【図3】 本発明の第一の実施例の説明図
【図4】 本発明の第二の実施例の説明図
【図5】 従来例の説明図(その1)
【図6】 従来例の説明図(その2)
【図7】 従来の研磨装置
【符号の説明】
図において 1 ウェーハ 2 積層膜 3 吸着パッド 4 ヘッド 5 プレート 6 下定盤 7 研磨布 8 振動センサ 9 ヘッド回転軸 10 真空吸着パイプ 11 吸着溝 12 吸着孔 13 ガイド 14 下定盤回転軸 15 温度調節パイプ 16 仕切板 17 液体窒素 18 高温水 19 水或いは液体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 亘 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 大石 明良 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定盤上に設けられた研磨布を用いて、プ
    レートの下面に吸着パッドを介して吸着された被処理基
    板の表面を研磨する研磨方法において、 前記吸着パッド内に水、液体、または流動体を含ませ、 該水、該液体、または該流動体を固化し、 該吸着パッド内の該水、該液体、または該流動体を固化
    した状態で、前記被処理基板表面を研磨することを特徴
    とする研磨方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の研磨方法において、 前記被処理基板の表面または内部に、該被処理基板の材
    質とは異なる層を有し、前記プレートまたは前記定盤に
    設けられた振動センサにより、該被処理基板または該層
    の研磨の終点を検出することを特徴とする研磨方法。
  3. 【請求項3】 積層膜が表面に形成されたウェーハを多
    孔質の吸着パッドを介してプレートの下面に吸着し、定
    盤上にセットした研磨布に加圧して押し付け、該プレー
    ト及び該定盤を同時に回転しながら該ウェーハ上の積層
    膜の表面を研磨する研磨方法において、 少なくとも該吸着パッドを氷点或いは吸着パッドに含ま
    れる液体の固化温度以下に冷却し、該吸着パッド内に含
    まれる水或いは液体を固化した状態で、該ウェーハ上の
    積層膜表面の研磨を行い、該プレートの上面に設置した
    振動センサにより該ウェーハ表面と該研磨布或いは研磨
    剤との摩擦で発生する振動波を検出して、該ウェーハ上
    の該積層膜表面の研磨の終点を検出することを特徴とす
    る研磨方法。
JP28601095A 1995-11-02 1995-11-02 研磨方法 Pending JPH09123059A (ja)

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