JPH0957613A - 研磨装置とその研磨終点検出方法 - Google Patents

研磨装置とその研磨終点検出方法

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JPH0957613A
JPH0957613A JP21459695A JP21459695A JPH0957613A JP H0957613 A JPH0957613 A JP H0957613A JP 21459695 A JP21459695 A JP 21459695A JP 21459695 A JP21459695 A JP 21459695A JP H0957613 A JPH0957613 A JP H0957613A
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JP
Japan
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polishing
wafer substrate
displacement
holding plate
wafer
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JP21459695A
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Inventor
Kazuhiro Iwabuchi
和弘 岩渕
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は半導体プロセスのウェーハ基板の
平坦化を行う研磨装置での研磨終点検出方法に関し、研
磨処理中のウェーハ基板の研磨量を常時検出して、平坦
度のばらつきが各ウェーハ基板間で発生しないようにし
て、研磨の条件設定等の付帯作業を無くす。 【解決手段】 回転運動する研磨砥石に回転及び平行
運動するウェーハ基板を押し付けて研磨する研磨装置に
おいて、保持盤の全周を加圧ヘッド部の下部にばねで固
定し、変位検出部を保持盤の上部に設け、変位検出部と
対向する保持盤裏面に検出子を設け、ウェーハ基板の研
磨量に相当する変位検出部と検出子の距離の変位を変位
検出部で測定し、所定の距離になったら自動的に研磨を
停止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体プロセスの
ウェーハ基板の平坦化を行う研磨装置での研磨終点検出
方法に関する。
【0002】近年の半導体プロセスは多層配線化がチッ
プサイズの減少を図る上で行われている。多層配線は絶
縁膜によって複数の配線層を形成し、パターン形成が行
われているが、しかし、多層配線におけるホトリソグラ
フィでは、フィールドの段差を最適化しないとフォーカ
スずれによるパターン形成の位置ずれが発生し、下層配
線とのコンタクト不良で歩留りに影響する。そのため、
パターン形成するフィールドとの段差を最適化するため
の平坦化技術が要求されており、その平坦化技術のひと
つである研磨装置において、ウェーハ基板の平坦化加工
の研磨量の制御を時間設定による研磨終了検出により実
施しているが、研磨中の研磨速度の変化で適正な研磨量
が得られず、残膜厚にばらつきが発生し、各ウェーハ基
板間でフィールドの段差を最適化できない。そこで、適
正な研磨量が判る終点検出方法が要求されており、ウェ
ーハ基板の研磨量が研磨中に常時判るようにする必要が
ある。
【0003】
【従来の技術】図3は従来例の説明図である。図におい
て、21は加圧ヘッド、22は研磨布または研磨砥石、23は
定盤、24はウェーハ保持盤、25はウェーハ基板である。
【0004】従来の研磨装置においては、図3に片面研
磨装置の研磨機構部分を模式断面図で示すように、ウェ
ーハ基板25を定盤23上の研磨布または研磨砥石22に平行
に押しつけて、加圧ヘッド部21のウェーハ保持24に保持
したウェーハ基板25と定盤23とをそれぞれ回転運動さ
せ、水または加工液を流しながら研磨していた。
【0005】そのウェーハ基板25の研磨終点は、時間設
定による終点検出や、研磨時に発生するウェーハ基板25
表面の研磨速度の変化によって生じるモータ電流または
回転数の変化や、研磨中のウェーハ基板25の位置変化の
検出により、終点検出を行っていた。
【0006】また、研磨中にウェーハ基板25にレーザ光
等を直接当てて反射光の変位を実測してウェーハ基板25
の厚みや凹凸の変化を捉え、研磨の終了点にしている
が、ウェーハ基板25の研磨速度が研磨布または研磨砥石
22の目詰まりによりウェーハ基板25表面の摩擦抵抗の変
化に関係なく研磨速度が変化するため、モータ電流また
は回転数の変化等が実際のウェーハ基板25の表面の膜質
変化なのか判らない。
【0007】更に、ウェーハ基板25表面の汚れにより研
磨量の実測値が狂い、適正な研磨量の終点検出が出来な
いので、ウェーハ基板25表面の残膜厚のばらつきが出て
平坦度が悪くなり、ホトリソグラフィでフォーカスずれ
が起こり、位置合わせが旨くいかなくなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って、研磨処理中の
ウェーハ基板の研磨量を検出する方法として、ウェーハ
基板を保持して回転させているモータの回転数またはモ
ータ電流の変化を検出して研磨を終了させていた。ま
た、研磨時間の設定や、ウェーハ基板の厚さまたは表面
状態を見て、研磨終点の検出を行っていたので、研磨布
または研磨砥石の目詰まり等で研磨速度が変化し、適正
な研磨量が得られないうちに終了していた。
【0009】更に、実測するウェーハ基板が研磨液等で
汚れるため、適正な厚さまたは表面状態を見ることが出
来ないので、終点検出がばらついていた。これらの問題
により、各ウェーハ基板間で平坦度及び厚さにばらつき
が発生していた。
【0010】更に、研磨時間を設定する場合は測定用の
ウェーハ基板を常に事前に用いて研磨速度を把握し、適
正な研磨量の処理条件の設定を行っていた。本発明は、
以上の点を鑑み、研磨処理中のウェーハ基板の研磨量を
常時検出して、平坦度のばらつきが各ウェーハ基板間で
発生しないようにして、研磨の条件設定等の付帯作業を
無くすことを目的として提供される。
【0011】
【課題を解決するための手段】図1は本発明の原理説明
図である。図において、1は加圧ヘッド部、2は研磨量
を検出する変位検出部、3は検出子、4はウェーハ基板
の保持盤、5は保持盤を固定している全周状のばね、6
は被研磨材のウェーハ基板、7は研磨砥石、8は定盤、
9は研磨砥石と定盤からなるプラテン部、10は加圧用の
空気を送る圧縮空気口である。
【0012】本発明では、図1の原理説明図に本発明の
ウェーハ片面研磨装置の研磨機構の部分を模式断面図で
示すように、研磨装置の加圧ヘッド部1の保持盤4がウ
ェーハ基板6の裏面を保持しながら、ウェーハ基板6の
表面をプラテン部9の研磨砥石7に押し付けて、その位
置をウェーハ基板6の研磨量に追従して加圧ヘッド部1
の変位検出部2が高さ方向に変位する機構にして、その
変位量を常時計測することによりウェーハ基板6の研磨
量を判定する。
【0013】そして、終了させたい研磨量を予め変位検
出部2の制御機構に入力しておくことで、研磨の終点検
出が研磨布や研磨砥石7の目詰まりにより回転速度が変
化しても、ウェーハ基板6の厚みを間接的に測定してい
るので、終点検出を自動制御出来る。
【0014】これにより、各ウェーハ基板6間での平坦
度のばらつきを防止し、研磨量の条件設定等の付帯作業
をなくすことが出来る。即ち、本発明では、図1のよう
に研磨装置の加圧ヘッド部1の保持盤4がウェーハ基板
6の裏面を保持しながら、ウェーハ基板6の表面をプラ
テン部9の研磨砥石7または研磨布に押し付けること
で、保持盤4を固定しているベローズ状のばね5が押し
た量だけ上側に持ち上げられ、その位置をレーザ測長器
等を用いた加圧ヘッド部1内の変位検出部2で検出し、
研磨開始の基準位置にして研磨を開始することで、ウェ
ーハ基板6の研磨量が変化すると保持盤4の位置もそれ
に追従して変化し、変位検出部2でその変位を常時計測
する。そしてその計測データにより研磨量を把握し、研
磨の終点を自動検出制御出来ることとなる。
【0015】従って、前記の色々な障害により、研磨速
度の変化が発生しても、それに関係なく、常時研磨量の
検出を行っているため、各ウェーハ基板6間での平坦度
のばらつきをなくすことが出来る。
【0016】
【発明の実施の形態】図2は本発明の一実施例に用いた
装置の模式断面図である。図において、11は加圧ヘッド
部、12は研磨量を検出する変位検出部としてのレーザ測
長器、13は球状の検出子、14はウェーハ保持盤、15は保
持盤を固定している全周ベローズ状のばね、16は研磨さ
れるウェーハ基板、17は研磨砥石、18は定盤、19は空気
を送る圧縮空気口である。
【0017】本発明を用いた研磨方法としては、ウェー
ハ基板の研磨のような数百μmの研磨量の研磨にも勿論
応用出来るが、実施の形態として、ウェーハ基板上に形
成された多層配線用のCVD層間SiO2膜のような薄い絶
縁膜の微量な研磨の均一平坦化を例に説明する。
【0018】本発明の一実施例では、CVDで形成され
た2μmの厚さのSiO2膜が被覆された口径8インチのウ
ェーハ基板16を水膜により加圧ヘッド部11のウェーハ保
持盤14に密着吸着させ、プラテン部の定盤18上の砥粒サ
イズ0.5 μmの研磨砥石17に接触させて、加圧ヘッド部
11に圧縮空気口19より圧入した加圧用の圧縮空気により
ウェーハ基板16を100g/cm2 の圧力で、研磨砥石17に押
し付ける事で、ウェーハ保持盤14を固定しているベロー
ズ状のばね15が押した量だけ持ち上げられ、その位置を
加圧ヘッド部11内の変位検出部であるレーザ測長器12を
用い、レーザ干渉光によりB点を研磨開始の基準位置に
する。
【0019】先ず、研磨砥石17を載置した定盤18を60rp
m で回転させ、同時に加圧ヘッド部11も低速に回転並び
に平行運動をさせ、研磨砥石17上に水を流しながら、ウ
ェーハ基板16の研磨を開始する。
【0020】そして、研磨の開始によりウェーハ基板16
が次第に研磨され、研磨量が増加すると、ウェーハ保持
盤14の位置もそれに追従して変化するため、保持盤14裏
面の球状の検出子13の位置が次第に下がって、検出子13
とレーザ測長器12先端との間隔も研磨量に応じて次第に
長くなるため、レーザ測長器を使ったレーザ干渉光でそ
の間隔変位を常時計測し、レーザ測長器12に接続した制
御部20でB点からA点方向に変位した計測データにより
研磨量を把握して研磨の終点を自動で検出し、研磨量が
2分半でSiO2膜の2μmの厚さの半分の1μmまで研磨
されたら、自動的に研磨を停止する。
【0021】その結果、ゴミや研磨砥石17の目詰まり等
により研磨速度の時間的な変化が発生しても、実測した
10,000Å(1μm)の厚さの研磨量で終点を検出するた
め、各ウェーハ基板間での平坦度のばらつきは通常の50
0 Åから 100Åまで向上した。尚、ウェーハ基板16内の
ばらつきも100 Å以内であり、本実施例では、ウェーハ
基板16内の研磨量検出位置を1箇所に設定したが、複数
箇所の測定をすれば、ウェーハ基板16内もより精度が向
上する。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
本来はウェーハ基板とその上に被覆された絶縁膜の硬度
差による膜質変化やウェーハ基板の凹凸の変化で研磨速
度の差によるモータ回転数またはモータ電流値、更には
ウェーハ基板の保持位置が変化するが、研磨布または研
磨砥石の目詰まりによる研磨時の負荷が変化し、回転速
度が変化した時は、終点検出を誤検出するので、適正な
平坦化ができなかったがウェーハ基板の研磨量を常時計
測しているので、研磨布または研磨砥石の状態に影響さ
れなくなり、各ウェーハ基板間で残膜厚のばらつきがな
くなり、適正な平坦化が可能となる。
【0023】従って、ホトリソグラフィでフォーカスず
れによる位置合わせ不良の防止が出来るため、製品の向
上に寄与し、終点検出の自動化において、研磨条件設定
等の付帯作業を無くすメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の原理説明図
【図2】 本発明の一実施例の説明図
【図3】 従来例の説明図
【符号の説明】 図において 1 加圧ヘッド部 2 変位検出部 3 検出子 4 保持盤 5 ばね(全周) 6 ウェーハ基板 7 研磨砥石 8 定盤 9 プラテン部 10 圧縮空気口 11 加圧ヘッド部 12 レーザ測長器 13 検出子 14 ウェーハ保持盤 15 ばね 16 ウェーハ基板 17 研磨砥石 18 定盤 19 圧縮空気口 20 制御部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 定盤上に研磨砥石が取り付けられて回転
    運動するプラテン部を有し、回転及び平行運動する加圧
    ヘッド部内の保持盤表面にウェーハ基板の裏面を固定
    し、加圧により該ウェーハ基板の表面を該研磨砥石に押
    し付けて研磨する研磨装置において、 前記保持盤の全周を前記加圧ヘッド部の下部に支持する
    ばねと、該保持盤の上部に設けられた変位検出部と、該
    変位検出部と対向する該保持盤裏面に設けた検出子とを
    有し、該ウェーハの研磨量が所定の値になったら自動的
    に研磨を停止する機構を具備することを特徴とする研磨
    装置。
  2. 【請求項2】 前記保持盤の全周を前記加圧ヘッド部の
    下部にばねで支持し、変位検出部を該保持盤の上部に設
    け、該変位検出部と対向する該保持盤裏面に検出子を設
    け、前記ウェーハ基板の研磨量に相当する該変位検出部
    と該検出子の距離の変位を該変位検出部で測定し、所定
    の距離になったら自動的に研磨を停止することを特徴と
    する研磨装置の研磨終点検出方法。
JP21459695A 1995-08-23 1995-08-23 研磨装置とその研磨終点検出方法 Pending JPH0957613A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5948206A (en) * 1996-12-17 1999-09-07 Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Apparatus for determining removed amount of wafer

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5948206A (en) * 1996-12-17 1999-09-07 Tokyo Seimitsu Co., Ltd. Apparatus for determining removed amount of wafer

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Effective date: 20040629

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

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