JPH1034520A - 半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法 - Google Patents
半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法Info
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- JPH1034520A JPH1034520A JP19490096A JP19490096A JPH1034520A JP H1034520 A JPH1034520 A JP H1034520A JP 19490096 A JP19490096 A JP 19490096A JP 19490096 A JP19490096 A JP 19490096A JP H1034520 A JPH1034520 A JP H1034520A
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- polishing
- semiconductor substrate
- polishing cloth
- cloth
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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】 半導体基板の表面粗さを均一にする半導体基
板研磨装置及び半導体基板の研磨方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板研磨装置２０は、半導体基板
を研磨する研磨布１４を上面に保持し、研磨布に直交す
る回転軸と共に回転するプラテン１６と、研磨布表面に
スラリ状研磨剤を供給する研磨剤供給部と、半導体基板
を保持し、回転する研磨布に押し当てながら半導体基板
に直交する回転軸と共に回転するキャリア１２と、キャ
リアの側方で研磨布の上方に位置し、下面に砥面を備
え、昇降機構、回転機構及び押圧機構により研磨布上に
位置決めした砥面を回転しつつ研磨布に押圧し、研磨布
を研削して目立てするドレッサ２４とを備える。半導体
基板を研磨中に、ドレッサ２４は、所定の範囲の回転数
で研磨布１４を研削し、目立てを行う。
板研磨装置及び半導体基板の研磨方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板研磨装置２０は、半導体基板
を研磨する研磨布１４を上面に保持し、研磨布に直交す
る回転軸と共に回転するプラテン１６と、研磨布表面に
スラリ状研磨剤を供給する研磨剤供給部と、半導体基板
を保持し、回転する研磨布に押し当てながら半導体基板
に直交する回転軸と共に回転するキャリア１２と、キャ
リアの側方で研磨布の上方に位置し、下面に砥面を備
え、昇降機構、回転機構及び押圧機構により研磨布上に
位置決めした砥面を回転しつつ研磨布に押圧し、研磨布
を研削して目立てするドレッサ２４とを備える。半導体
基板を研磨中に、ドレッサ２４は、所定の範囲の回転数
で研磨布１４を研削し、目立てを行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械研磨法に
最適な半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法に
関し、更に詳しくは、半導体基板の面内研磨量を均一に
できる半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法に
関するものである。
最適な半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法に
関し、更に詳しくは、半導体基板の面内研磨量を均一に
できる半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体装置の高集積化に伴い、半
導体素子、特に半導体素子の配線幅は益々微細化されつ
つあり、これに伴い、ホトリソグラフィ技術により配線
層をパターニングする際の露光工程の解像度を小さくす
る必要がある。ところで、フォトリソグラフィの解像度
Ｋと焦点深度ＤＯＦとは、以下に示すようなトレードオ
フの関係がある。 Ｋ＝ｋ1 λ／ＮＡ ＤＯＦ＝ｋ2 λ／ＮＡ2 ここで、ｋ1 ，ｋ2 はプロセスファクタ、λは波長、Ｎ
Ａは開口率である。上述の式から判るように、微細化す
るために解像度Ｋを小さくしようとすると、ＤＯＦが減
少する。更に、積層化によって各層におけるＤＯＦに対
する余裕は、益々減少している。この結果、ＤＯＦマー
ジンは益々減少し、基板上に生じているデバイス段差よ
りも小さくなることがある。これでは、正確なパターニ
ングを行うことが難しい。
導体素子、特に半導体素子の配線幅は益々微細化されつ
つあり、これに伴い、ホトリソグラフィ技術により配線
層をパターニングする際の露光工程の解像度を小さくす
る必要がある。ところで、フォトリソグラフィの解像度
Ｋと焦点深度ＤＯＦとは、以下に示すようなトレードオ
フの関係がある。 Ｋ＝ｋ1 λ／ＮＡ ＤＯＦ＝ｋ2 λ／ＮＡ2 ここで、ｋ1 ，ｋ2 はプロセスファクタ、λは波長、Ｎ
Ａは開口率である。上述の式から判るように、微細化す
るために解像度Ｋを小さくしようとすると、ＤＯＦが減
少する。更に、積層化によって各層におけるＤＯＦに対
する余裕は、益々減少している。この結果、ＤＯＦマー
ジンは益々減少し、基板上に生じているデバイス段差よ
りも小さくなることがある。これでは、正確なパターニ
ングを行うことが難しい。
【０００３】これを回避する第１の解決策は、基板上の
デバイス段差を平坦化してＤＯＦマージン内に収めるた
めグローバル平坦化技術である。グローバル平坦化は、
層間絶縁膜を形成する工程で行われており、ダミーパタ
ーンを用いたＳＯＧ（Spin on Grass ）又はＣＶＤ（Ch
emical Vaper Deposition ）法で、エッチバックを併用
して行われている。しかし、工程数と素子特性（ダミー
パターンによる遅延の増大）の観点から、簡便で平坦度
の優れた平坦化技術が要求され、化学機械研磨（Chemic
al Mecanical Polishing。以下ＣＭＰと記載）法がグロ
ーバル平坦化を達成できる技術として、近年注目されて
いる。
デバイス段差を平坦化してＤＯＦマージン内に収めるた
めグローバル平坦化技術である。グローバル平坦化は、
層間絶縁膜を形成する工程で行われており、ダミーパタ
ーンを用いたＳＯＧ（Spin on Grass ）又はＣＶＤ（Ch
emical Vaper Deposition ）法で、エッチバックを併用
して行われている。しかし、工程数と素子特性（ダミー
パターンによる遅延の増大）の観点から、簡便で平坦度
の優れた平坦化技術が要求され、化学機械研磨（Chemic
al Mecanical Polishing。以下ＣＭＰと記載）法がグロ
ーバル平坦化を達成できる技術として、近年注目されて
いる。
【０００４】第２の解決策は、配線層の材質を現在のＡ
ｌ系から低抵抗のＣｕ系に変更することである。この解
決策では、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置により
Ｃｕ系の低抵抗材を加工するにはＣｕの副生成物の蒸気
圧が低いため加工し難く、また、加工後のＣｕの酸化防
止層の形成など別の問題が生じる。そこで、予め、配線
材料を残すための溝や接続孔を層間絶縁膜に形成した
後、Ｃｕ膜を全面に形成し、ＣＭＰ法により基板面を研
磨して溝や接続孔に配線材料を残す方法（Damascene, D
ual Damascene ）が検討されている。
ｌ系から低抵抗のＣｕ系に変更することである。この解
決策では、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置により
Ｃｕ系の低抵抗材を加工するにはＣｕの副生成物の蒸気
圧が低いため加工し難く、また、加工後のＣｕの酸化防
止層の形成など別の問題が生じる。そこで、予め、配線
材料を残すための溝や接続孔を層間絶縁膜に形成した
後、Ｃｕ膜を全面に形成し、ＣＭＰ法により基板面を研
磨して溝や接続孔に配線材料を残す方法（Damascene, D
ual Damascene ）が検討されている。
【０００５】ここで、図９を参照して、ＣＭＰ法により
基板面の研磨を行う従来の半導体基板研磨装置の構成を
説明する。従来の半導体基板研磨装置１０は、半導体基
板を下向けに保持し回転するキャリア１２と、キャリア
１２に平行に対向し半導体基板を研磨する研磨布１４
と、研磨布１４を下面から保持するプラテン１６とを備
えている。また、研磨布１４の表面にスラリ状の研磨剤
を供給する供給管１９を備えている。プラテン１６は及
びキャリア１２は、何れも保持板と保持板を回転させる
回転軸とを備えており、それぞれ、研磨布１４及び半導
体基板を保持して回転させることができる。
基板面の研磨を行う従来の半導体基板研磨装置の構成を
説明する。従来の半導体基板研磨装置１０は、半導体基
板を下向けに保持し回転するキャリア１２と、キャリア
１２に平行に対向し半導体基板を研磨する研磨布１４
と、研磨布１４を下面から保持するプラテン１６とを備
えている。また、研磨布１４の表面にスラリ状の研磨剤
を供給する供給管１９を備えている。プラテン１６は及
びキャリア１２は、何れも保持板と保持板を回転させる
回転軸とを備えており、それぞれ、研磨布１４及び半導
体基板を保持して回転させることができる。
【０００６】ところで、半導体基板の研磨量Ｍは、以下
に記載するプレストン式で決定される。 Ｍ＝ｋ・Ｖ・Ｆ・ｔ （１） ここで、ｋ、Ｖ、Ｆ及びｔは、以下の値である。 ｋ：研磨状態によって決められる比例定数 Ｖ：研磨布と半導体基板との相対速度 Ｆ：半導体基板が研磨布に加える圧力 ｔ：研磨時間
に記載するプレストン式で決定される。 Ｍ＝ｋ・Ｖ・Ｆ・ｔ （１） ここで、ｋ、Ｖ、Ｆ及びｔは、以下の値である。 ｋ：研磨状態によって決められる比例定数 Ｖ：研磨布と半導体基板との相対速度 Ｆ：半導体基板が研磨布に加える圧力 ｔ：研磨時間
【０００７】（１）式は、以下の式に変形できる。 Ｍ＝ΣＭｘ＝ｋ・Ｆ・ΣＬｘ （２） ここで、Ｍｘ及びＬｘは、以下の値である。 Ｌｘ：研磨布中心Ｏ1 からの距離ｘの位置における研磨
布と半導体基板との接触距離 Ｍｘ：研磨布中心Ｏ1 からの距離ｘの位置における研磨
布の摩耗量
布と半導体基板との接触距離 Ｍｘ：研磨布中心Ｏ1 からの距離ｘの位置における研磨
布の摩耗量
【０００８】ＣＭＰ法により研磨布を用いて半導体基板
を研磨する際、半導体基板の研磨面が均一に研磨されて
いること、即ち研磨布の研磨に使用される部分面のＭｘ
が、ｘによらず一定であることが重要である。そこで、
従来の半導体基板研磨装置を用い、以下のようにして研
磨している。図１０は、半導体基板の研磨位置及び研磨
速度の概念を示す平面図である。研磨布の中心Ｏ1 を原
点にし、Ｏ1 の中心から半導体基板の中心Ｏ2 に向かう
ベクトルをベクトルＲ1 （以下、Ｒ1 と記載）、Ｏ2 か
ら半導体基板面内の任意位置Ｐへ向かうベクトルをベク
トルＲ2 （以下、Ｒ2 と記載）とする。また、研磨布及
び半導体基板は、それぞれ角速度ω1 、ω2 で回転して
いる。この結果、Ｐ真下の研磨布（即ち位置Ｐを研磨す
る研磨布部分）に対するＰの相対速度Ｖは、以下に記載
する式になる。 Ｖ＝（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）ω1 −Ｒ2 ω2 ＝（ω1 −ω2 ）Ｒ2 ＋ω1 Ｒ1 （３） ω1 ＝ω2 にすれば、（３）式は Ｖ＝ω1 Ｒ1 となりＲ2 に依存しない。従って、Ｒ1 とω1 とを一定
値にすれば、Ｐの位置に関係なくＶは一定ベクトルにな
り速度分布は均一になる。
を研磨する際、半導体基板の研磨面が均一に研磨されて
いること、即ち研磨布の研磨に使用される部分面のＭｘ
が、ｘによらず一定であることが重要である。そこで、
従来の半導体基板研磨装置を用い、以下のようにして研
磨している。図１０は、半導体基板の研磨位置及び研磨
速度の概念を示す平面図である。研磨布の中心Ｏ1 を原
点にし、Ｏ1 の中心から半導体基板の中心Ｏ2 に向かう
ベクトルをベクトルＲ1 （以下、Ｒ1 と記載）、Ｏ2 か
ら半導体基板面内の任意位置Ｐへ向かうベクトルをベク
トルＲ2 （以下、Ｒ2 と記載）とする。また、研磨布及
び半導体基板は、それぞれ角速度ω1 、ω2 で回転して
いる。この結果、Ｐ真下の研磨布（即ち位置Ｐを研磨す
る研磨布部分）に対するＰの相対速度Ｖは、以下に記載
する式になる。 Ｖ＝（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）ω1 −Ｒ2 ω2 ＝（ω1 −ω2 ）Ｒ2 ＋ω1 Ｒ1 （３） ω1 ＝ω2 にすれば、（３）式は Ｖ＝ω1 Ｒ1 となりＲ2 に依存しない。従って、Ｒ1 とω1 とを一定
値にすれば、Ｐの位置に関係なくＶは一定ベクトルにな
り速度分布は均一になる。
【０００９】また、研磨布から半導体基板に加えられる
圧力Ｆを、半導体基板内の面内で均一にするには、キャ
リアの構造を所定形状にすることにより可能である。更
に、ｋを一定にするように調整することにより、Ｍｘが
ｘによらずに一定になるようにしている。
圧力Ｆを、半導体基板内の面内で均一にするには、キャ
リアの構造を所定形状にすることにより可能である。更
に、ｋを一定にするように調整することにより、Ｍｘが
ｘによらずに一定になるようにしている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ところで、研磨状態に
よって決まる比例定数ｋは、一般的に、（１）半導体基
板の被研磨層、研磨剤及び研磨布の材質と、（２）半導
体基板の被研磨層及び研磨布の形状、研磨布の表面粗
さ、研磨時における研磨剤の研磨面内への供給分布及び
研磨面内の温度分布によって決まる。被研磨層はＣＶＤ
又はＰＶＤ（スパッタリング等）により形成されている
ので、組成分布はほぼ均一である。研磨剤及び研磨布の
材質も、同様にほぼ均一である。従って、ｋの研磨面内
での分布は、（２）で言及した研磨時の状態によって支
配される。しかし、研磨中に被研磨層や研磨布の形状及
び表面粗さが不均一になってｋを一定にすることは困難
であり、研磨量Ｍは、半導体基板の面内で不均一になる
という問題があった。
よって決まる比例定数ｋは、一般的に、（１）半導体基
板の被研磨層、研磨剤及び研磨布の材質と、（２）半導
体基板の被研磨層及び研磨布の形状、研磨布の表面粗
さ、研磨時における研磨剤の研磨面内への供給分布及び
研磨面内の温度分布によって決まる。被研磨層はＣＶＤ
又はＰＶＤ（スパッタリング等）により形成されている
ので、組成分布はほぼ均一である。研磨剤及び研磨布の
材質も、同様にほぼ均一である。従って、ｋの研磨面内
での分布は、（２）で言及した研磨時の状態によって支
配される。しかし、研磨中に被研磨層や研磨布の形状及
び表面粗さが不均一になってｋを一定にすることは困難
であり、研磨量Ｍは、半導体基板の面内で不均一になる
という問題があった。
【００１１】以上のような事情に照らして、本発明の目
的は、半導体基板の研磨量を面内で均一にする半導体基
板研磨装置及び半導体基板の研磨方法を提供することで
ある。
的は、半導体基板の研磨量を面内で均一にする半導体基
板研磨装置及び半導体基板の研磨方法を提供することで
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明者は、半導体基板
を研磨すると、研磨布におけるｘの一定範囲内のみに摩
耗量Ｍが生じることを、従来装置による実験例１により
確認した。実験例１に用いられる研磨布１４は、半径３
０５mmの円状の研磨布１４であり、研磨される半導体基
板１６の中心は、研磨布１４の中心Ｏ1 から所定の距離
だけ離れている。よって、研磨に使用される研磨面１８
は、研磨布１４の中心Ｏ1 と同じ中心を有するドーナツ
状面である。（図１１参照） 従来装置による実験例１では、研磨前及び研磨４分後
に、研磨布１４の表面粗さとして中心線平均粗さ（以
下、平均粗さと記載）を、それぞれ測定した。図１２
は、研磨前後での、研磨布中心Ｏ1 から半径８０mm、１
７５mm及び２７０mmにおける研磨布の平均粗さＲａを測
定したデータ図である。図１２に示すように、研磨前で
は平均粗さは何れの位置でも同じであり均一な分布であ
ったが、研磨４分後では、中心Ｏ1 からの半径１７５mm
での平均粗さは８０mm及び２７０mmに比べ０．５μｍ〜
１μｍ低く、平均粗さは不均一な分布であった。
を研磨すると、研磨布におけるｘの一定範囲内のみに摩
耗量Ｍが生じることを、従来装置による実験例１により
確認した。実験例１に用いられる研磨布１４は、半径３
０５mmの円状の研磨布１４であり、研磨される半導体基
板１６の中心は、研磨布１４の中心Ｏ1 から所定の距離
だけ離れている。よって、研磨に使用される研磨面１８
は、研磨布１４の中心Ｏ1 と同じ中心を有するドーナツ
状面である。（図１１参照） 従来装置による実験例１では、研磨前及び研磨４分後
に、研磨布１４の表面粗さとして中心線平均粗さ（以
下、平均粗さと記載）を、それぞれ測定した。図１２
は、研磨前後での、研磨布中心Ｏ1 から半径８０mm、１
７５mm及び２７０mmにおける研磨布の平均粗さＲａを測
定したデータ図である。図１２に示すように、研磨前で
は平均粗さは何れの位置でも同じであり均一な分布であ
ったが、研磨４分後では、中心Ｏ1 からの半径１７５mm
での平均粗さは８０mm及び２７０mmに比べ０．５μｍ〜
１μｍ低く、平均粗さは不均一な分布であった。
【００１３】更に、本発明者は、半導体基板の研磨時間
の経過に伴い、研磨布の平均粗さは低下する傾向にある
ことを、従来装置による実験例２により確認した。図１
３は、研磨時間と研磨布の平均粗さとの関係を示すデー
タ図である。実験例２では、研磨布の所定位置で、研磨
前、研磨４分後、及び研磨８分後に平均粗さＲａを測定
した。図１３に示すように、研磨時間が経過すると、平
均粗さＲａは一定の割合で低下した。
の経過に伴い、研磨布の平均粗さは低下する傾向にある
ことを、従来装置による実験例２により確認した。図１
３は、研磨時間と研磨布の平均粗さとの関係を示すデー
タ図である。実験例２では、研磨布の所定位置で、研磨
前、研磨４分後、及び研磨８分後に平均粗さＲａを測定
した。図１３に示すように、研磨時間が経過すると、平
均粗さＲａは一定の割合で低下した。
【００１４】本発明者は、平均粗さ分布が不均一である
と半導体基板の研磨量にどのような影響が及ぼされる
か、理論計算により検討した。図８は、研磨時間が２０
分経過する毎に、半導体基板の任意位置Ｐにおける研研
磨布摩耗量と半導体基板研磨量とを求めた理論計算図で
ある。図８に示すように、研磨布における位置Ａは中心
Ｏ1 からの距離ｘの位置であり、破線ｑ1 と摩耗量線α
との交点が各研磨時間での摩耗量を示している。研磨布
摩耗量は、研磨時間が経過するに従い、研磨端部近傍ほ
ど小さく研磨中央部ほど大きくなり、摩耗量分布がより
不均一になった。また、半導体基板における位置Ｐでの
研磨布研磨量は、図８に示すように、破線ｑ2 と研磨量
線βとの交点が各研磨時間での研磨量を示している。研
磨時間が経過するに従い研磨布の摩耗量分布がより不均
一になり、この結果、半導体基板の研磨量も面内でより
不均一になった。
と半導体基板の研磨量にどのような影響が及ぼされる
か、理論計算により検討した。図８は、研磨時間が２０
分経過する毎に、半導体基板の任意位置Ｐにおける研研
磨布摩耗量と半導体基板研磨量とを求めた理論計算図で
ある。図８に示すように、研磨布における位置Ａは中心
Ｏ1 からの距離ｘの位置であり、破線ｑ1 と摩耗量線α
との交点が各研磨時間での摩耗量を示している。研磨布
摩耗量は、研磨時間が経過するに従い、研磨端部近傍ほ
ど小さく研磨中央部ほど大きくなり、摩耗量分布がより
不均一になった。また、半導体基板における位置Ｐでの
研磨布研磨量は、図８に示すように、破線ｑ2 と研磨量
線βとの交点が各研磨時間での研磨量を示している。研
磨時間が経過するに従い研磨布の摩耗量分布がより不均
一になり、この結果、半導体基板の研磨量も面内でより
不均一になった。
【００１５】従って、半導体基板の研磨量も面内で均一
にするには、研磨布の表面形状及び平均粗さを均一に維
持する必要があることが判る。そこで、本発明者は、鋭
意検討の結果、半導体基板を研磨する工程で、研磨布の
表面を研削により目立てすることにより均一な平均粗さ
分布にすることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。
にするには、研磨布の表面形状及び平均粗さを均一に維
持する必要があることが判る。そこで、本発明者は、鋭
意検討の結果、半導体基板を研磨する工程で、研磨布の
表面を研削により目立てすることにより均一な平均粗さ
分布にすることを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。
【００１６】上記目的を達成するために、本発明に係る
半導体基板研磨装置は、半導体基板を研磨する研磨布を
上面に保持し、研磨布に直交する回転軸と共に回転する
プラテンと、研磨布表面にスラリ状研磨剤を供給する研
磨剤供給部と、半導体基板を保持し、回転する研磨布に
押し当てながら半導体基板に直交する回転軸と共に回転
するキャリアとを備えた半導体基板研磨装置において、
キャキアの側方で研磨布の上方に位置し、下面に砥面を
備え、昇降機構、回転機構及び押圧機構により研磨布上
に位置決めした砥面を回転しつつ研磨布に押圧し、研磨
布を研削して目立てするドレッサを備えていることを特
徴としている。
半導体基板研磨装置は、半導体基板を研磨する研磨布を
上面に保持し、研磨布に直交する回転軸と共に回転する
プラテンと、研磨布表面にスラリ状研磨剤を供給する研
磨剤供給部と、半導体基板を保持し、回転する研磨布に
押し当てながら半導体基板に直交する回転軸と共に回転
するキャリアとを備えた半導体基板研磨装置において、
キャキアの側方で研磨布の上方に位置し、下面に砥面を
備え、昇降機構、回転機構及び押圧機構により研磨布上
に位置決めした砥面を回転しつつ研磨布に押圧し、研磨
布を研削して目立てするドレッサを備えていることを特
徴としている。
【００１７】本発明に係る半導体基板研磨装置は、半導
体基板を研磨する全ての研磨装置に適用できる。
体基板を研磨する全ての研磨装置に適用できる。
【００１８】ドレッサの一例としては、ドレッサの砥面
が円環状に形成され、径が１５０μｍ以上の砥粒が砥面
から７５μｍ以下の突出長さで下方に突出しているドレ
ッサである。砥粒は、一例としてダイヤモンドである。
また、ドレッサの砥面の径が半導体基板径と同じである
と、研磨布の摩耗量に相当する目立てを行い易い。
が円環状に形成され、径が１５０μｍ以上の砥粒が砥面
から７５μｍ以下の突出長さで下方に突出しているドレ
ッサである。砥粒は、一例としてダイヤモンドである。
また、ドレッサの砥面の径が半導体基板径と同じである
と、研磨布の摩耗量に相当する目立てを行い易い。
【００１９】また、本発明に係る半導体基板の研磨方法
は、上記本発明に係る半導体基板研磨装置を使用して、
ドレッサの回転数を１０〜１００rpm 、砥面の研磨布に
対する押圧力を５０〜８００gf/cm2で押圧して、研磨布
を目立しつつ半導体基板を研磨することを特徴としてい
る。研磨及び研削による目立てにより研磨布研磨面に形
成される凹み部又は盛り上がり部の高さと、凹み部又は
盛り上がり部における研磨布研磨面の内縁及び外縁の平
均高さとの差が、−１０μｍ〜５０μｍになるようにす
るとよい。これにより、研磨される半導体基板は面内で
ほぼ均一に研磨される。
は、上記本発明に係る半導体基板研磨装置を使用して、
ドレッサの回転数を１０〜１００rpm 、砥面の研磨布に
対する押圧力を５０〜８００gf/cm2で押圧して、研磨布
を目立しつつ半導体基板を研磨することを特徴としてい
る。研磨及び研削による目立てにより研磨布研磨面に形
成される凹み部又は盛り上がり部の高さと、凹み部又は
盛り上がり部における研磨布研磨面の内縁及び外縁の平
均高さとの差が、−１０μｍ〜５０μｍになるようにす
るとよい。これにより、研磨される半導体基板は面内で
ほぼ均一に研磨される。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、実施例を挙げ、添付図面
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつより詳細
に説明する。実施例 本実施例は、ドレッサ径と半導体基板径とが同一である
半導体基板研磨装置の例である。図１は、実施例１の半
導体基板研磨装置の概念を表す側面断面図である。実施
例１の半導体基板研磨装置２０は、研磨布１４の上方に
位置し、昇降機構、回転機構及び押圧機構を有し、研磨
布の表面を研削して目立てを行うドレッサ２４を備えて
いることを除いて、従来の半導体基板研磨装置１０と同
じである。よって、同じ部位、部品には同じ符号を付
し、その説明を省略する。
を参照して、本発明の実施の形態を具体的かつより詳細
に説明する。実施例 本実施例は、ドレッサ径と半導体基板径とが同一である
半導体基板研磨装置の例である。図１は、実施例１の半
導体基板研磨装置の概念を表す側面断面図である。実施
例１の半導体基板研磨装置２０は、研磨布１４の上方に
位置し、昇降機構、回転機構及び押圧機構を有し、研磨
布の表面を研削して目立てを行うドレッサ２４を備えて
いることを除いて、従来の半導体基板研磨装置１０と同
じである。よって、同じ部位、部品には同じ符号を付
し、その説明を省略する。
【００２１】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ドレ
ッサ２４の側面断面図及び下面図である。ドレッサ２４
は、研磨布１４を研削する円盤状の砥石２６と、砥石２
６の上面中心に接続され砥石２６を研磨布に平行な水平
面内で回転させる回転軸２８とを備えている。砥石２６
の外径Ｄ1 は２１０mmで半導体基板の径とほぼ同じであ
り、内径Ｄ2 は１９０mmである。研磨布１４の中心軸と
砥石２６の中心軸との距離は、研磨布１４の中心軸と半
導体基板の中心軸との距離と同じである。砥石２６は、
図２（ｂ）に示すように、最外周の下向けにリング状の
砥面２９が形成され、砥面２９の内側には、研磨剤の出
入りする薄円盤状の凹部３０が形成されている。また、
砥面２９には、中心角に対し４５゜毎に研磨剤流通路３
２が形成されている。図３は、砥石２６の構成概念を示
す側面断面拡大図である。砥石２６には１５０μｍ径の
多数のダイヤモンド製砥粒３１が備えられており、砥粒
３１は全て砥面２９からｕ＝７５μｍ突出している。
ッサ２４の側面断面図及び下面図である。ドレッサ２４
は、研磨布１４を研削する円盤状の砥石２６と、砥石２
６の上面中心に接続され砥石２６を研磨布に平行な水平
面内で回転させる回転軸２８とを備えている。砥石２６
の外径Ｄ1 は２１０mmで半導体基板の径とほぼ同じであ
り、内径Ｄ2 は１９０mmである。研磨布１４の中心軸と
砥石２６の中心軸との距離は、研磨布１４の中心軸と半
導体基板の中心軸との距離と同じである。砥石２６は、
図２（ｂ）に示すように、最外周の下向けにリング状の
砥面２９が形成され、砥面２９の内側には、研磨剤の出
入りする薄円盤状の凹部３０が形成されている。また、
砥面２９には、中心角に対し４５゜毎に研磨剤流通路３
２が形成されている。図３は、砥石２６の構成概念を示
す側面断面拡大図である。砥石２６には１５０μｍ径の
多数のダイヤモンド製砥粒３１が備えられており、砥粒
３１は全て砥面２９からｕ＝７５μｍ突出している。
【００２２】半導体基板研磨装置２０を用いて半導体基
板を研磨するには、半導体基板をキャリア１２に保持さ
せプラテン１６を回転させてスラリ状の研磨剤を研磨布
３４の表面に供給し、キャリア１２を回転させながら押
し下げ、半導体基板を研磨布３４に押し当てて研磨す
る。その際、ドレッサ２４を回転軸２８により回転させ
て研磨布３４に押し当て、研磨剤を凹部３０に出入りさ
せながら研磨布３４を研削し、研磨布３４の目立てを行
う。
板を研磨するには、半導体基板をキャリア１２に保持さ
せプラテン１６を回転させてスラリ状の研磨剤を研磨布
３４の表面に供給し、キャリア１２を回転させながら押
し下げ、半導体基板を研磨布３４に押し当てて研磨す
る。その際、ドレッサ２４を回転軸２８により回転させ
て研磨布３４に押し当て、研磨剤を凹部３０に出入りさ
せながら研磨布３４を研削し、研磨布３４の目立てを行
う。
【００２３】実験例３ 実験例３は、実施例１の半導体基板研磨装置２０を用い
て、研磨時間と平均粗さとの関係を求めた実験例であ
る。実験例３では、研磨布１４を未使用の研磨布３４に
取り替え、未研磨の半導体基板３３をキャリア１２に保
持させ、プラテン１６を回転させスラリ状の研磨剤を研
磨布３４の表面に供給し、キャリア１２を回転させなが
ら押し下げ、半導体基板３３を研磨布３４に押し当てて
研磨した。その際、ドレッサ２４を回転軸２８により回
転させて研磨布３４に押し当て、研磨剤を凹部３０に出
入りさせながら研磨布３４を４分間研削し、目立てを行
った。研削前及び研削後での所定位置での平均粗さを図
１３に示す。所定位置は、実験例１で測定した位置と同
じ位置である。実験例３では、図１３に示すように、半
導体基板の平均粗さは、６．６μｍの一定値に維持され
た。
て、研磨時間と平均粗さとの関係を求めた実験例であ
る。実験例３では、研磨布１４を未使用の研磨布３４に
取り替え、未研磨の半導体基板３３をキャリア１２に保
持させ、プラテン１６を回転させスラリ状の研磨剤を研
磨布３４の表面に供給し、キャリア１２を回転させなが
ら押し下げ、半導体基板３３を研磨布３４に押し当てて
研磨した。その際、ドレッサ２４を回転軸２８により回
転させて研磨布３４に押し当て、研磨剤を凹部３０に出
入りさせながら研磨布３４を４分間研削し、目立てを行
った。研削前及び研削後での所定位置での平均粗さを図
１３に示す。所定位置は、実験例１で測定した位置と同
じ位置である。実験例３では、図１３に示すように、半
導体基板の平均粗さは、６．６μｍの一定値に維持され
た。
【００２４】実験例４ 実験例４は、実施例１の半導体基板研磨装置２０を用い
て、研磨時間と研磨布の研磨面の傾きとの関係を求めた
実験例である。実験例４では、半導体基板研磨装置２０
の研磨布を未使用の研磨布３５に取り替え、未研磨の半
導体基板をキャリア１２に保持し、実験例１と同様、半
導体基板を研磨する際にドレッサ２４を回転させながら
研磨布に押し当てて研削した。ドレッサ２４及びプラテ
ン１６の回転数は何れも２０rpm 、ドレッサ２４を押し
当てるドレス圧力は７５０gf/cm2であった。
て、研磨時間と研磨布の研磨面の傾きとの関係を求めた
実験例である。実験例４では、半導体基板研磨装置２０
の研磨布を未使用の研磨布３５に取り替え、未研磨の半
導体基板をキャリア１２に保持し、実験例１と同様、半
導体基板を研磨する際にドレッサ２４を回転させながら
研磨布に押し当てて研削した。ドレッサ２４及びプラテ
ン１６の回転数は何れも２０rpm 、ドレッサ２４を押し
当てるドレス圧力は７５０gf/cm2であった。
【００２５】実験例４では、研削過程で、以下に定義す
るＡ1 、Ａ2 及びｐ位置での基準水平面（所定の水平
面）からの垂直方向高さｈA1、ｈA2及びｈp を、一定の
時間が経過する毎に計７回それぞれ測定した。図４は、
実験例４に用いた研磨布の断面図である。 Ａ1 ：研磨面における内縁部の任意位置 Ａ2 ：研磨面の外縁部の、Ａ1 に対向する位置 ｐ：線分Ａ1 Ａ2 の中点で、研磨及び研削により研磨面
に形成される盛り上がり部での高さが最大である位置
（Ａ1 、Ａ2 及びｐは図１１参照） ｈA1：Ａ1 位置の基準水平面からの垂直方向高さ ｈA2：Ａ2 位置の基準水平面からの垂直方向高さ ｈp ：ｐ位置の基準水平面からの垂直方向高さ（ｈA1、
ｈA2及びｈp は、図４参照） 図５は、各実験における各測定での、ｈA1、ｈA2及びｈ
p の値を示すデータ図である。研磨面の傾きを決定する
（ｈA1−ｈp ）の値は、図５に示すように各測定でほと
んど同じであり、従って、研磨面の傾きはほとんど変化
しなかった。また、研磨及び研削により研磨面に形成さ
れる盛り上がり部の最大高さと研磨面の内縁及び外縁の
平均高さとの差であるｈdif ＝｛ｈp −（ｈA1 +ｈA2）
／２｝の値は、図５に示すように、測定番号２以降の測
定では、各測定でほとんど同じであった。
るＡ1 、Ａ2 及びｐ位置での基準水平面（所定の水平
面）からの垂直方向高さｈA1、ｈA2及びｈp を、一定の
時間が経過する毎に計７回それぞれ測定した。図４は、
実験例４に用いた研磨布の断面図である。 Ａ1 ：研磨面における内縁部の任意位置 Ａ2 ：研磨面の外縁部の、Ａ1 に対向する位置 ｐ：線分Ａ1 Ａ2 の中点で、研磨及び研削により研磨面
に形成される盛り上がり部での高さが最大である位置
（Ａ1 、Ａ2 及びｐは図１１参照） ｈA1：Ａ1 位置の基準水平面からの垂直方向高さ ｈA2：Ａ2 位置の基準水平面からの垂直方向高さ ｈp ：ｐ位置の基準水平面からの垂直方向高さ（ｈA1、
ｈA2及びｈp は、図４参照） 図５は、各実験における各測定での、ｈA1、ｈA2及びｈ
p の値を示すデータ図である。研磨面の傾きを決定する
（ｈA1−ｈp ）の値は、図５に示すように各測定でほと
んど同じであり、従って、研磨面の傾きはほとんど変化
しなかった。また、研磨及び研削により研磨面に形成さ
れる盛り上がり部の最大高さと研磨面の内縁及び外縁の
平均高さとの差であるｈdif ＝｛ｈp −（ｈA1 +ｈA2）
／２｝の値は、図５に示すように、測定番号２以降の測
定では、各測定でほとんど同じであった。
【００２６】実験例５ 実験例５は、実験例４と同様の実験を実験例４とは別に
行い、研磨及び研削する際、ｈdif をパラメータとして
変化させ、以下に定義する半導体基板の外周部Ｂ1 位置
からＢ4 位置（図６参照）での半導体基板の研磨量ｓB1
からｓB4を測定することにより、半導体基板の研磨量の
面内均一性Ｅ1 （％）を算出した。 Ｂ1 ：半導体基板の外周部のオリエンテーションフラッ
ト面の中央位置 Ｂ2 ：半導体基板の外周部のＢ1 に対向する位置 Ｂ3 、Ｂ4 ：それぞれ、半導体基板の外周部で、半導体
基板の中心Ｃを通り線分Ｂ1 Ｂ2 に直交する直線上の位
置 ｓB1：位置Ｂ1 での研磨量（nm） ｓB2：位置Ｂ2 での研磨量（nm） ｓB3：位置Ｂ3 での研磨量（nm） ｓB4：位置Ｂ4 での研磨量（nm） ｓC ：半導体基板の中心Ｃでの研磨量（nm） ｓT ：半導体基板の面内平均研磨量（nm）（４９箇所で
測定） Ｅ1 ＝１００×｛ｓC −（ｓB1 +ｓB2 +ｓB3 +ｓB4）／
４｝／（２×ｓT ）（％） 各測定におけるｈdif とＥ1 との関係を図７に示す。図
７に示すように、ｈdi f が−10μｍ〜10μｍでは、Ｅは
−7 ％〜5 ％にすることができ、研磨による半導体基板
の面内均一性は良好な結果であった。
行い、研磨及び研削する際、ｈdif をパラメータとして
変化させ、以下に定義する半導体基板の外周部Ｂ1 位置
からＢ4 位置（図６参照）での半導体基板の研磨量ｓB1
からｓB4を測定することにより、半導体基板の研磨量の
面内均一性Ｅ1 （％）を算出した。 Ｂ1 ：半導体基板の外周部のオリエンテーションフラッ
ト面の中央位置 Ｂ2 ：半導体基板の外周部のＢ1 に対向する位置 Ｂ3 、Ｂ4 ：それぞれ、半導体基板の外周部で、半導体
基板の中心Ｃを通り線分Ｂ1 Ｂ2 に直交する直線上の位
置 ｓB1：位置Ｂ1 での研磨量（nm） ｓB2：位置Ｂ2 での研磨量（nm） ｓB3：位置Ｂ3 での研磨量（nm） ｓB4：位置Ｂ4 での研磨量（nm） ｓC ：半導体基板の中心Ｃでの研磨量（nm） ｓT ：半導体基板の面内平均研磨量（nm）（４９箇所で
測定） Ｅ1 ＝１００×｛ｓC −（ｓB1 +ｓB2 +ｓB3 +ｓB4）／
４｝／（２×ｓT ）（％） 各測定におけるｈdif とＥ1 との関係を図７に示す。図
７に示すように、ｈdi f が−10μｍ〜10μｍでは、Ｅは
−7 ％〜5 ％にすることができ、研磨による半導体基板
の面内均一性は良好な結果であった。
【００２７】尚、半導体基板の研磨のみを行った後に研
磨布を未使用の研磨布に換え、次いで研磨布の研削のみ
を行い、Ｅ1 と同様に面内均一性Ｅ2 を求めた結果を図
７に示す。また、ドレッサ２４に換えて、砥石の粒径が
５０μｍのドレッサを備え、次いで、Ｅ1 と同様に未使
用の研磨布で面内均一性Ｅ3 を求めた結果も図７に示
す。Ｅ3 は、ｈdif が10μｍ〜50μｍで−8 ％〜8 ％に
することができ、Ｅ1 と同様、良好な結果であった。
磨布を未使用の研磨布に換え、次いで研磨布の研削のみ
を行い、Ｅ1 と同様に面内均一性Ｅ2 を求めた結果を図
７に示す。また、ドレッサ２４に換えて、砥石の粒径が
５０μｍのドレッサを備え、次いで、Ｅ1 と同様に未使
用の研磨布で面内均一性Ｅ3 を求めた結果も図７に示
す。Ｅ3 は、ｈdif が10μｍ〜50μｍで−8 ％〜8 ％に
することができ、Ｅ1 と同様、良好な結果であった。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、研磨布の上方に位置
し、下面に砥面を備え、昇降機構、回転機構及び押圧機
構により研磨布上に位置決めした砥面を回転しつつ研磨
布に押圧し、研磨布を研削して目立てを行うようにした
ドレッサを備えるている。これにより、研磨中における
研磨布の研磨面内の平均粗さを均一にすることができ、
よって、半導体基板における研磨量分布を均一にするこ
とができる。
し、下面に砥面を備え、昇降機構、回転機構及び押圧機
構により研磨布上に位置決めした砥面を回転しつつ研磨
布に押圧し、研磨布を研削して目立てを行うようにした
ドレッサを備えるている。これにより、研磨中における
研磨布の研磨面内の平均粗さを均一にすることができ、
よって、半導体基板における研磨量分布を均一にするこ
とができる。
【図１】実施例１の半導体基板研磨装置の概念を表す側
面断面図である。
面断面図である。
【図２】図２（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、ドレッサ
の側面断面図及び下面図である。
の側面断面図及び下面図である。
【図３】砥石の構成概念を示す側面断面拡大図である。
【図４】研磨布の側面断面図である。
【図５】研磨布の各位置の高さを示すデータ図である。
【図６】半導体基板の平面図である。
【図７】研磨布のｈdif と半導体基板の面内均一性Ｅと
の関係を示すデータ図である。
の関係を示すデータ図である。
【図８】研磨布摩耗量と半導体基板研磨量とを求めた理
論計算図である。
論計算図である。
【図９】従来の半導体基板研磨装置の概念を表す側面断
面図である。
面図である。
【図１０】半導体基板の研磨位置及び研磨速度の概念を
示す平面図である。
示す平面図である。
【図１１】研磨布の平面図である。
【図１２】研磨布の平均粗さを測定したデータ図であ
る。
る。
【図１３】研磨時間と研磨布の平均粗さとの関係を示す
データ図である。
データ図である。
１０……半導体基板研磨装置、１２……キャリア、１４
……研磨布、１６……プラテン、１８……研磨面、１９
……供給管、２０……半導体基板研磨装置、２４……ド
レッサ、２６……砥石、２８……回転軸、２９……砥
面、３０……凹部、３１……砥粒、３２……研磨剤流通
路、３３……半導体基板、３４……研磨布、３５……研
磨布。
……研磨布、１６……プラテン、１８……研磨面、１９
……供給管、２０……半導体基板研磨装置、２４……ド
レッサ、２６……砥石、２８……回転軸、２９……砥
面、３０……凹部、３１……砥粒、３２……研磨剤流通
路、３３……半導体基板、３４……研磨布、３５……研
磨布。
Claims (5)
- 【請求項１】 半導体基板を研磨する研磨布を上面に保
持し、研磨布に直交する回転軸と共に回転するプラテン
と、研磨布表面にスラリ状研磨剤を供給する研磨剤供給
部と、半導体基板を保持し、回転する研磨布に押し当て
ながら半導体基板に直交する回転軸と共に回転するキャ
リアとを備えた半導体基板研磨装置において、 キャリアの側方で研磨布の上方に位置し、下面に砥面を
備え、昇降機構、回転機構及び押圧機構により研磨布上
に位置決めした砥面を回転しつつ研磨布に押圧し、研磨
布を研削して目立てするドレッサを備えていることを特
徴とする半導体基板研磨装置。 - 【請求項２】 ドレッサの砥面は、円環状に形成され、
径が１５０μｍ以上の砥粒が砥面から７５μｍ以下の突
出長さで下方に突出していることを特徴とする請求項１
に記載の半導体基板研磨装置。 - 【請求項３】 ドレッサの砥面の径が半導体基板径と同
じであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導
体基板研磨装置。 - 【請求項４】 請求項１から３のうちのいずれか１項に
記載の半導体基板研磨装置を使用して、ドレッサの回転
数を１０〜１００rpm 、砥面の研磨布に対する押圧力を
５０〜８００gf/cm2で押圧して、研磨布を目立しつつ半
導体基板を研磨することを特徴とする半導体基板の研磨
方法。 - 【請求項５】 研磨及び研削による目立てにより研磨布
研磨面に形成される凹み部又は盛り上がり部の高さと、
凹み部又は盛り上がり部における研磨布研磨面の内縁及
び外縁の平均高さとの差が、−１０μｍ〜５０μｍにな
るようにする請求項４に記載の半導体基板の研磨方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19490096A JPH1034520A (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19490096A JPH1034520A (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1034520A true JPH1034520A (ja) | 1998-02-10 |
Family
ID=16332206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19490096A Pending JPH1034520A (ja) | 1996-07-24 | 1996-07-24 | 半導体基板研磨装置及び半導体基板の研磨方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1034520A (ja) |
-
1996
- 1996-07-24 JP JP19490096A patent/JPH1034520A/ja active Pending
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