JPH1058307A - ウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法 - Google Patents
ウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法Info
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- JPH1058307A JPH1058307A JP8216190A JP21619096A JPH1058307A JP H1058307 A JPH1058307 A JP H1058307A JP 8216190 A JP8216190 A JP 8216190A JP 21619096 A JP21619096 A JP 21619096A JP H1058307 A JPH1058307 A JP H1058307A
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- polishing cloth
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ウエハ研磨量を面内で均一にするウエハ研磨
装置及びウエハ研磨方法を提供することである。 【解決手段】 本発明に係るウエハ研磨装置は、ウエハ
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、ウエハを保持し、回
転する研磨布に押圧しな らウエハに直交する回転軸と
共に回転するキャリアと、砥粒４４がｕ1＝７５μｍ以
下で突出した砥面を下面に備え、砥面を回転しつつ研磨
布に押圧して研磨布を研削するドレッサとを備える。ウ
エハを研磨する際、砥面の研磨布に対する押圧圧力を２
００gf/cm2以下にし、ウエハの研磨布への押圧圧力を４
５０gf/cm2以下にする。
装置及びウエハ研磨方法を提供することである。 【解決手段】 本発明に係るウエハ研磨装置は、ウエハ
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、ウエハを保持し、回
転する研磨布に押圧しな らウエハに直交する回転軸と
共に回転するキャリアと、砥粒４４がｕ1＝７５μｍ以
下で突出した砥面を下面に備え、砥面を回転しつつ研磨
布に押圧して研磨布を研削するドレッサとを備える。ウ
エハを研磨する際、砥面の研磨布に対する押圧圧力を２
００gf/cm2以下にし、ウエハの研磨布への押圧圧力を４
５０gf/cm2以下にする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械研磨法に
最適なウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法に関し、更に
詳しくは、ウエハの面内研磨量を均一にできるウエハ研
磨装置及びウエハ研磨方法に関するものである。
最適なウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法に関し、更に
詳しくは、ウエハの面内研磨量を均一にできるウエハ研
磨装置及びウエハ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。また、積層構造の半導体装置では、基板上に生
じるデバイス段差は各層の段差の積算値であり、積層化
により基板上に生じているデバイス段差よりも大きくな
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。また、積層構造の半導体装置では、基板上に生
じるデバイス段差は各層の段差の積算値であり、積層化
により基板上に生じているデバイス段差よりも大きくな
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、図面を参照して、ＣＭＰ法により
基板面の研磨を行う従来のウエハ研磨装置の構成を説明
する。図１１は従来のウエハ研磨装置を示す側面断面図
である。従来のウエハ研磨装置１０は、ウエハ１１を下
向けに保持し回転するキャリア１２と、キャリア１２に
平行に対向しウエハを研磨する研磨布１４と、研磨布１
４を下面から保持するプラテン１６とを備えている。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及びウエハを保持して回転させることができる。
また、ウエハ研磨装置１０は、下面に砥粒の突出した砥
面１７が形成されたリング状砥石１５を有し砥石１５を
回転しつつ研磨布１４を押圧して研磨布を目立てするド
レッサ１８と、研磨布１４の表面にスラリ状の研磨剤を
供給する供給管（図示せず）とを備えている。
基板面の研磨を行う従来のウエハ研磨装置の構成を説明
する。図１１は従来のウエハ研磨装置を示す側面断面図
である。従来のウエハ研磨装置１０は、ウエハ１１を下
向けに保持し回転するキャリア１２と、キャリア１２に
平行に対向しウエハを研磨する研磨布１４と、研磨布１
４を下面から保持するプラテン１６とを備えている。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及びウエハを保持して回転させることができる。
また、ウエハ研磨装置１０は、下面に砥粒の突出した砥
面１７が形成されたリング状砥石１５を有し砥石１５を
回転しつつ研磨布１４を押圧して研磨布を目立てするド
レッサ１８と、研磨布１４の表面にスラリ状の研磨剤を
供給する供給管（図示せず）とを備えている。
【０００６】図１２は、研磨中での研磨布１４上面とド
レッサ１８及びウエハ１１との接触部分を示す平面図で
ある。ウエハ研磨装置１０を用いてウエハを研磨するに
は、キャリア１２によりウエハ１１を保持し、次いで、
研磨剤を研磨布上面に供給しつつキャリア１２を回転さ
せながら降ろし、研磨布１４にウエハ１１を押圧しなが
ら回転して研磨する。その際、ドレッサ１８を回転させ
て研磨布に所定圧力で押圧し、研磨布１４を研削する
（以下、ドレスすると記載）ことにより研磨布１４を目
立てし、研磨布上面の平均粗さＲａを一定の範囲以内に
保っている。
レッサ１８及びウエハ１１との接触部分を示す平面図で
ある。ウエハ研磨装置１０を用いてウエハを研磨するに
は、キャリア１２によりウエハ１１を保持し、次いで、
研磨剤を研磨布上面に供給しつつキャリア１２を回転さ
せながら降ろし、研磨布１４にウエハ１１を押圧しなが
ら回転して研磨する。その際、ドレッサ１８を回転させ
て研磨布に所定圧力で押圧し、研磨布１４を研削する
（以下、ドレスすると記載）ことにより研磨布１４を目
立てし、研磨布上面の平均粗さＲａを一定の範囲以内に
保っている。
【０００７】尚、ウエハ被研磨面の位置ｘでの研磨量Ｍ
x は、以下に記載するプレストン式で決定される。 Ｍx ＝ｋx ・Ｖx ・Ｐx ・Ｔ （１）式 ここで、ｋx 、Ｖx 、Ｐx 及びＴは、以下の値である。 ｋx ：研磨状態によって決められる比例定数 Ｖx ：研磨布とウエハとの相対速度 Ｐx ：ウエハが研磨布に垂直方向に加える圧力 Ｔ：研磨時間 研磨量Ｍx が、位置ｘによらず一定になるように、すな
わちウエハの面内均一性を向上させるように、通常、段
差の形成されていないウエハを用いて、ｋx 、Ｖx 及び
Ｐx の最適条件を求めている。
x は、以下に記載するプレストン式で決定される。 Ｍx ＝ｋx ・Ｖx ・Ｐx ・Ｔ （１）式 ここで、ｋx 、Ｖx 、Ｐx 及びＴは、以下の値である。 ｋx ：研磨状態によって決められる比例定数 Ｖx ：研磨布とウエハとの相対速度 Ｐx ：ウエハが研磨布に垂直方向に加える圧力 Ｔ：研磨時間 研磨量Ｍx が、位置ｘによらず一定になるように、すな
わちウエハの面内均一性を向上させるように、通常、段
差の形成されていないウエハを用いて、ｋx 、Ｖx 及び
Ｐx の最適条件を求めている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図９は、ウ
エハを研磨布に押圧して研磨している状態を示す側面断
面拡大図である。段差を有するウエハ１９を研磨する
と、図９に示すように、研磨布１４の上面２０は、押圧
する前の状態の水平位置２１に比べ、ウエハ１９の被研
磨面の凹凸に沿って弾性変形し、接触している部分に応
力分布が生じる。この結果、ウエハ１９が面内で均一に
研磨されないという問題があった。以上のような事情に
照らして、本発明の目的は、ウエハ研磨量を面内で均一
にするウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法を提供するこ
とである。
エハを研磨布に押圧して研磨している状態を示す側面断
面拡大図である。段差を有するウエハ１９を研磨する
と、図９に示すように、研磨布１４の上面２０は、押圧
する前の状態の水平位置２１に比べ、ウエハ１９の被研
磨面の凹凸に沿って弾性変形し、接触している部分に応
力分布が生じる。この結果、ウエハ１９が面内で均一に
研磨されないという問題があった。以上のような事情に
照らして、本発明の目的は、ウエハ研磨量を面内で均一
にするウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法を提供するこ
とである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ウエハ１９
の凹凸によって形成される研磨布の弾性変形について、
以下の検討を行った。研磨中では、ウエハの隣り合う凸
部間での研磨布上面には、弾性変形により上に凸の撓み
が形成される。隣り合う凸部２２、２４の底面同士を結
ぶ線分と研磨布上面との間の研磨布撓み厚δ（図９参
照）は、ウエハ１９の凸部２２側壁からの距離ｙの位置
では、以下に記載する式で算出される。 δ＝１２ｐ（ｙ4 −２ｌｙ3 ＋ｌ3 ｙ）／（２４Ｅｈ3 ｂ） （２）式 ここで、ｐ、ｌ、Ｅ、ｈ、ｂは、以下に示す値である。 ｐ：ウエハ上面に一様に加えられる単位面積あたりの荷
重 ｌ：隣り合う凸部間の距離 Ｅ：研磨布の縦弾性係数（ヤング率） ｈ：研磨布厚さ ｂ：凸部に直交方向の研磨布幅 （２）式から、δは、ｙ＝ｌ／２で、以下に記載する式
に示される最大値δmax になることが導き出せる。 δmax ＝６０ｐｌ4 ／（３８４Ｅｈ3 ｂ） （３）式
の凹凸によって形成される研磨布の弾性変形について、
以下の検討を行った。研磨中では、ウエハの隣り合う凸
部間での研磨布上面には、弾性変形により上に凸の撓み
が形成される。隣り合う凸部２２、２４の底面同士を結
ぶ線分と研磨布上面との間の研磨布撓み厚δ（図９参
照）は、ウエハ１９の凸部２２側壁からの距離ｙの位置
では、以下に記載する式で算出される。 δ＝１２ｐ（ｙ4 −２ｌｙ3 ＋ｌ3 ｙ）／（２４Ｅｈ3 ｂ） （２）式 ここで、ｐ、ｌ、Ｅ、ｈ、ｂは、以下に示す値である。 ｐ：ウエハ上面に一様に加えられる単位面積あたりの荷
重 ｌ：隣り合う凸部間の距離 Ｅ：研磨布の縦弾性係数（ヤング率） ｈ：研磨布厚さ ｂ：凸部に直交方向の研磨布幅 （２）式から、δは、ｙ＝ｌ／２で、以下に記載する式
に示される最大値δmax になることが導き出せる。 δmax ＝６０ｐｌ4 ／（３８４Ｅｈ3 ｂ） （３）式
【００１０】δmax を小さくするには、以下の対策が考
えられる。 （１）荷重ｐを下げる。 （２）距離ｌを小さくする。 （３）縦弾性係数Ｅの大きい硬質研磨布を使用する。 （４）研磨布厚さｈの小さい研磨布を使用する。 （２）を実現するためには凸部間にダミーの凸部を形成
する必要があり、この結果、半導体装置のＲＣ遅延増大
を招くので好ましくない。（４）は、研磨布の製造時で
の生産性を考慮すると非現実的である。（１）は、ウエ
ハホルダの押圧力を下げることにより、容易に実施でき
る。
えられる。 （１）荷重ｐを下げる。 （２）距離ｌを小さくする。 （３）縦弾性係数Ｅの大きい硬質研磨布を使用する。 （４）研磨布厚さｈの小さい研磨布を使用する。 （２）を実現するためには凸部間にダミーの凸部を形成
する必要があり、この結果、半導体装置のＲＣ遅延増大
を招くので好ましくない。（４）は、研磨布の製造時で
の生産性を考慮すると非現実的である。（１）は、ウエ
ハホルダの押圧力を下げることにより、容易に実施でき
る。
【００１１】（３）についは、現在市販されているポリ
ウレタン樹脂系の研磨布が、縦弾性係数の上限値に近い
研磨布であり、材質を改良することは難しいので、別の
方法でＥを大きくすることを検討した。図１０は、研磨
中での研磨布の表面状態の概念を示す側面拡大断面図で
ある。ドレッサによる目立てにより、研磨布１４の表面
研磨層３０に山谷形状が形成され、その結果、表面研磨
層３０の空隙率は、研磨布本体３２に比べ高い。よっ
て、表面研磨層３０の縦弾性係数Ｅs は、研磨布本体３
２の縦弾性係数Ｅb に比べて小さいと推定される。以下
に、この推定を裏付ける検討内容を記載する。
ウレタン樹脂系の研磨布が、縦弾性係数の上限値に近い
研磨布であり、材質を改良することは難しいので、別の
方法でＥを大きくすることを検討した。図１０は、研磨
中での研磨布の表面状態の概念を示す側面拡大断面図で
ある。ドレッサによる目立てにより、研磨布１４の表面
研磨層３０に山谷形状が形成され、その結果、表面研磨
層３０の空隙率は、研磨布本体３２に比べ高い。よっ
て、表面研磨層３０の縦弾性係数Ｅs は、研磨布本体３
２の縦弾性係数Ｅb に比べて小さいと推定される。以下
に、この推定を裏付ける検討内容を記載する。
【００１２】研磨布１４の縦弾性係数Ｅは、以下に示す
式で表される。 Ｅ＝（ｐ／Ｓ）／（λ／ｔ） （４）式 研磨布１４の縦弾性係数Ｅｓ及びＥｂは、以下に示す式
で表される。 Ｅs ＝（ｐ／Ｓs ）／（λs ／ｔs ） （５）式 Ｅb ＝（ｐ／Ｓb ）／（λb ／ｔb ） （６）式 ここで、Ｓ、λ、ｔ、Ｓs 、λs 、ｔs 、Ｓb 、λb 及
びｔb は、以下に示す値である。 Ｓ ：研磨布１４の断面積 λ ：研磨布１４の縦方向変化厚さ ｔ ：研磨布１４の厚み Ｓs ：表面研磨層３０の断面積 λs ：表面研磨層３０の縦方向変化厚さ ｔs ：表面研磨層３０の厚み Ｓb ：研磨布本体３２の断面積 λb ：研磨布本体３２の縦方向変化厚さ ｔb ：研磨布本体３２の厚み
式で表される。 Ｅ＝（ｐ／Ｓ）／（λ／ｔ） （４）式 研磨布１４の縦弾性係数Ｅｓ及びＥｂは、以下に示す式
で表される。 Ｅs ＝（ｐ／Ｓs ）／（λs ／ｔs ） （５）式 Ｅb ＝（ｐ／Ｓb ）／（λb ／ｔb ） （６）式 ここで、Ｓ、λ、ｔ、Ｓs 、λs 、ｔs 、Ｓb 、λb 及
びｔb は、以下に示す値である。 Ｓ ：研磨布１４の断面積 λ ：研磨布１４の縦方向変化厚さ ｔ ：研磨布１４の厚み Ｓs ：表面研磨層３０の断面積 λs ：表面研磨層３０の縦方向変化厚さ ｔs ：表面研磨層３０の厚み Ｓb ：研磨布本体３２の断面積 λb ：研磨布本体３２の縦方向変化厚さ ｔb ：研磨布本体３２の厚み
【００１３】ここで、 λ＝λs ＋λb （７）式 ｔ＝ｔs ＋ｔb （８）式 の関係があるので、（５）式から（７）式を（８）式に
代入すると、以下の式が得られる。 Ｅ＝Ｅb （ｔs ＋ｔb ）（ｋ1 ｔs ＋ｔb ） （９）式 ここで、ｋ1 は以下の値である。 ｋ1 ＝Ｅs ／Ｅb （１０）式 表面研磨層３０は、研磨布本体３２に比べて空隙率が高
いので、 Ｅs ＜Ｅb と推定できる。よって、（１０）式より ｋ1 ＞１ と推定され、（９）式より Ｅ＜Ｅｂ と推定される。従って、研磨布の表面研磨層の縦弾性係
数は、ドレスされることにより、ドレス前に比べて小さ
くなる。
代入すると、以下の式が得られる。 Ｅ＝Ｅb （ｔs ＋ｔb ）（ｋ1 ｔs ＋ｔb ） （９）式 ここで、ｋ1 は以下の値である。 ｋ1 ＝Ｅs ／Ｅb （１０）式 表面研磨層３０は、研磨布本体３２に比べて空隙率が高
いので、 Ｅs ＜Ｅb と推定できる。よって、（１０）式より ｋ1 ＞１ と推定され、（９）式より Ｅ＜Ｅｂ と推定される。従って、研磨布の表面研磨層の縦弾性係
数は、ドレスされることにより、ドレス前に比べて小さ
くなる。
【００１４】本発明者は、研磨中でのＥ値をＥb 値に近
づけることを検討した。ここで、Ｅ値をＥb 値と同一に
するには、（９）式より、 （ｔs ＋ｔb ）／（ｋｔs ＋ｔb ）＝１ （１１）式 にすればよく、（１１）式を変形すると、 （１−ｋ1 ）ｔs ＝０ （１２）式 となる。よって、Ｅ値をＥb 値に近づけるには、 （１）ｋ1 を１に近づける、すなわちＥs をＥb に近づ
ける （２）ｔs を０に近づける、すなわち、表面研磨層３０
の厚みを薄くするの２つの方法が考えられるが、（１）
は、ドレスを行っているので実現不可能である。そこ
で、本発明者は（２）について検討し、後述する実験例
により、ドレッサの砥石は、下面に目の細かい砥粒を７
５μｍ以下で突出させた砥石を用いると、ウエハの研磨
中にドレッサにより研磨布の表面研磨層３０を研削して
目立てする際、表面研磨層３０の厚みを薄い状態に維持
でき、ウエハ研磨量を面内で均一にできることを見い出
した。更に、突出長さを２５μｍ以下にすると、ウエハ
研磨量を面内でより一層均一にできることを見い出し、
本発明を完成するに至った。
づけることを検討した。ここで、Ｅ値をＥb 値と同一に
するには、（９）式より、 （ｔs ＋ｔb ）／（ｋｔs ＋ｔb ）＝１ （１１）式 にすればよく、（１１）式を変形すると、 （１−ｋ1 ）ｔs ＝０ （１２）式 となる。よって、Ｅ値をＥb 値に近づけるには、 （１）ｋ1 を１に近づける、すなわちＥs をＥb に近づ
ける （２）ｔs を０に近づける、すなわち、表面研磨層３０
の厚みを薄くするの２つの方法が考えられるが、（１）
は、ドレスを行っているので実現不可能である。そこ
で、本発明者は（２）について検討し、後述する実験例
により、ドレッサの砥石は、下面に目の細かい砥粒を７
５μｍ以下で突出させた砥石を用いると、ウエハの研磨
中にドレッサにより研磨布の表面研磨層３０を研削して
目立てする際、表面研磨層３０の厚みを薄い状態に維持
でき、ウエハ研磨量を面内で均一にできることを見い出
した。更に、突出長さを２５μｍ以下にすると、ウエハ
研磨量を面内でより一層均一にできることを見い出し、
本発明を完成するに至った。
【００１５】上記目的を達成するために、本発明に係る
ウエハ研磨装置は、ウエハ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、ウエハを保持し、回転する研磨布に押圧しながら
ウエハに直交する回転軸と共に回転するキャリアと、下
面に砥粒の突出した砥面を備え、砥面を回転しつつ研磨
布に押圧して研磨布を研削するドレッサとを備えたウエ
ハ研磨装置において、砥粒の突出長さが０μｍ〜７５μ
ｍの範囲であることを特徴としている。本発明に係るウ
エハ研磨装置は、ウエハを研磨する全ての研磨装置に適
用できる。本発明により、研磨後のウエハの平坦性を向
上させることができ、従って、ウエハ研磨量を面内で均
一にすることができる。砥粒の突出長さが０μｍ〜２５
μｍの範囲であると、研磨後のウエハの平坦性をより向
上させることができる。
ウエハ研磨装置は、ウエハ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、ウエハを保持し、回転する研磨布に押圧しながら
ウエハに直交する回転軸と共に回転するキャリアと、下
面に砥粒の突出した砥面を備え、砥面を回転しつつ研磨
布に押圧して研磨布を研削するドレッサとを備えたウエ
ハ研磨装置において、砥粒の突出長さが０μｍ〜７５μ
ｍの範囲であることを特徴としている。本発明に係るウ
エハ研磨装置は、ウエハを研磨する全ての研磨装置に適
用できる。本発明により、研磨後のウエハの平坦性を向
上させることができ、従って、ウエハ研磨量を面内で均
一にすることができる。砥粒の突出長さが０μｍ〜２５
μｍの範囲であると、研磨後のウエハの平坦性をより向
上させることができる。
【００１６】また、本発明に係るウエハ研磨方法は、本
発明に係る砥粒の突出長さが０μｍ〜７５μｍの範囲で
あるウエハ研磨装置を用い、砥面の研磨布に対する押圧
圧力を０gf/cm2〜２００gf/cm2にし、ウエハの研磨布へ
の押圧圧力を４５gf/cm2〜４５０gf/cm2にしてウエハを
研磨することを特徴としている。砥面により研磨布を研
削して目立てすることとウエハを研磨布に押圧して研磨
することとを同時に行うと、研磨後のウエハの平坦性を
より一層向上させることができる。
発明に係る砥粒の突出長さが０μｍ〜７５μｍの範囲で
あるウエハ研磨装置を用い、砥面の研磨布に対する押圧
圧力を０gf/cm2〜２００gf/cm2にし、ウエハの研磨布へ
の押圧圧力を４５gf/cm2〜４５０gf/cm2にしてウエハを
研磨することを特徴としている。砥面により研磨布を研
削して目立てすることとウエハを研磨布に押圧して研磨
することとを同時に行うと、研磨後のウエハの平坦性を
より一層向上させることができる。
【００１７】また、砥粒の突出長さが２５μｍ以下であ
る本発明に係るウエハ研磨装置を使用して、砥面の研磨
布に対する押圧圧力を０gf/cm2〜２００gf/cm2にし、ウ
エハの研磨布への押圧圧力を４５gf/cm2〜２９０gf/cm2
にしてウエハを研磨すると、研磨後のウエハの平坦性を
より一層向上させることができる。
る本発明に係るウエハ研磨装置を使用して、砥面の研磨
布に対する押圧圧力を０gf/cm2〜２００gf/cm2にし、ウ
エハの研磨布への押圧圧力を４５gf/cm2〜２９０gf/cm2
にしてウエハを研磨すると、研磨後のウエハの平坦性を
より一層向上させることができる。
【００１８】
【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より詳細に説明す
る。実施例１ 本実施例は、研磨布の表面研磨層をドレスして、表面研
磨層を目立てすることと薄い状態に維持することとを同
時に行うウエハ研磨装置の例である。図１は、本実施例
のウエハ研磨装置のドレッサが有する砥石の部分側面拡
大断面図である。本実施例のウエハ研磨装置は、ドレッ
サ３８の備えている砥石が砥石１５と異なり、他は従来
のウエハ研磨装置１０と同じである。よって、本実施例
では、同じ部品には同じ符号を付してその説明を省略す
る。ドレッサ３８は、下面に砥粒４４の突出した砥面が
形成されたリング状砥石４０を底部に備えている。砥石
４０は、下面から全てｕ1 ＝７５μｍ突出させた平均粒
径２００μｍのダイヤモンド製の砥粒４４を備えてお
り、砥面には、砥粒４４を固定するニッケル又はチタン
のコーティング層４６が形成されている。
を参照して、本発明の実施の形態をより詳細に説明す
る。実施例１ 本実施例は、研磨布の表面研磨層をドレスして、表面研
磨層を目立てすることと薄い状態に維持することとを同
時に行うウエハ研磨装置の例である。図１は、本実施例
のウエハ研磨装置のドレッサが有する砥石の部分側面拡
大断面図である。本実施例のウエハ研磨装置は、ドレッ
サ３８の備えている砥石が砥石１５と異なり、他は従来
のウエハ研磨装置１０と同じである。よって、本実施例
では、同じ部品には同じ符号を付してその説明を省略す
る。ドレッサ３８は、下面に砥粒４４の突出した砥面が
形成されたリング状砥石４０を底部に備えている。砥石
４０は、下面から全てｕ1 ＝７５μｍ突出させた平均粒
径２００μｍのダイヤモンド製の砥粒４４を備えてお
り、砥面には、砥粒４４を固定するニッケル又はチタン
のコーティング層４６が形成されている。
【００１９】ウエハ研磨装置３６を用いてウエハを研磨
するには、ウエハをキャリアに保持させプラテンを回転
させてスラリ状の研磨剤を研磨布の表面に供給し、キャ
リアを回転させながら押し下げ、ウエハを研磨布に押圧
して研磨する。その際、ドレッサ３８を回転軸により回
転させて研磨布に所定の圧力で押圧し、研磨中における
研磨布表面研磨層の縦弾性係数Ｅs を研磨前の値に近づ
ける。これにより、研磨布によるウエハ被研磨層に生じ
る応力分布は面内でほぼ均一となり、ウエハ被研磨量は
面内でほぼ均一になる。
するには、ウエハをキャリアに保持させプラテンを回転
させてスラリ状の研磨剤を研磨布の表面に供給し、キャ
リアを回転させながら押し下げ、ウエハを研磨布に押圧
して研磨する。その際、ドレッサ３８を回転軸により回
転させて研磨布に所定の圧力で押圧し、研磨中における
研磨布表面研磨層の縦弾性係数Ｅs を研磨前の値に近づ
ける。これにより、研磨布によるウエハ被研磨層に生じ
る応力分布は面内でほぼ均一となり、ウエハ被研磨量は
面内でほぼ均一になる。
【００２０】実施例２ 本実施例は、実施例１と同様、研磨布の表面研磨層をド
レスして、表面研磨層を目立てすることと薄い状態に維
持することとを同時に行うウエハ研磨装置の例である。
図２は、本実施例のウエハ研磨装置のドレッサが有する
砥石の部分側面拡大断面図である。本実施例のウエハ研
磨装置は、ドレッサ４８の砥石５０の下面からの砥粒突
出量が、全てｕ2 ＝２５μｍである。他は実施例１のウ
エハ研磨装置１０と同じである。実施例２のウエハ研磨
装置を用いることにより、実施例１に比べ、ウエハを一
層平坦に研磨することができる。
レスして、表面研磨層を目立てすることと薄い状態に維
持することとを同時に行うウエハ研磨装置の例である。
図２は、本実施例のウエハ研磨装置のドレッサが有する
砥石の部分側面拡大断面図である。本実施例のウエハ研
磨装置は、ドレッサ４８の砥石５０の下面からの砥粒突
出量が、全てｕ2 ＝２５μｍである。他は実施例１のウ
エハ研磨装置１０と同じである。実施例２のウエハ研磨
装置を用いることにより、実施例１に比べ、ウエハを一
層平坦に研磨することができる。
【００２１】実験例 本実験例は、実施例１又は実施例２のウエハ研磨装置を
用いたウエハ研磨方法を評価する実験である。デバイス
段差の形成されていない半径３０５mmの４枚の同形状の
ウエハ上に、プラズマＣＶＤにより、それぞれＴＥＯＳ
酸化膜を１０００nm成膜して実験用の段差なしウエハ５
２を製作した。また、デバイス段差の形成されている半
径３０５mmの７枚の同形状のウエハ上に、プラズマＣＶ
Ｄにより、それぞれＴＥＯＳ酸化膜を２０００nm成膜し
て実験用の段差付きウエハ５４を製作した。
用いたウエハ研磨方法を評価する実験である。デバイス
段差の形成されていない半径３０５mmの４枚の同形状の
ウエハ上に、プラズマＣＶＤにより、それぞれＴＥＯＳ
酸化膜を１０００nm成膜して実験用の段差なしウエハ５
２を製作した。また、デバイス段差の形成されている半
径３０５mmの７枚の同形状のウエハ上に、プラズマＣＶ
Ｄにより、それぞれＴＥＯＳ酸化膜を２０００nm成膜し
て実験用の段差付きウエハ５４を製作した。
【００２２】次いで、図３に示すように、研磨布中心Ｃ
から半径Ｒ1 ＝８０mm、Ｒ2 ＝１７５mm及びＲ3 ＝２７
０mmにおける研磨布の研磨前の平均粗さＲａをそれぞれ
測定した。図４から図６は、ウエハ上の各測定位置にお
ける平均粗さＲａと研磨時間Ｔとの関係を示すデータ図
である。また、凸部の存在によりウエハ上での高さが最
大であるＨp 位置及び最小であるＨl 位置を検出し、各
々の位置の高さｈpbef及びｈlbefを測定し、以下の式で
示されるウエハ凹凸差ｈ1 を算出した。 ｈ1 ＝ｈpbef−ｈlbef
から半径Ｒ1 ＝８０mm、Ｒ2 ＝１７５mm及びＲ3 ＝２７
０mmにおける研磨布の研磨前の平均粗さＲａをそれぞれ
測定した。図４から図６は、ウエハ上の各測定位置にお
ける平均粗さＲａと研磨時間Ｔとの関係を示すデータ図
である。また、凸部の存在によりウエハ上での高さが最
大であるＨp 位置及び最小であるＨl 位置を検出し、各
々の位置の高さｈpbef及びｈlbefを測定し、以下の式で
示されるウエハ凹凸差ｈ1 を算出した。 ｈ1 ＝ｈpbef−ｈlbef
【００２３】次いで、実施例１又は実施例２のウエハ研
磨装置で、スラリ状の研磨剤はＣＡＢＯＴ社製の商品名
「ＳＣ−１１２」を、研磨布はＲＯＤＥＬ社製の商品名
「ＩＣ−１０００／Ｓｕｂａ４００」を用い、表１に示
すように、研磨圧力、砥粒の突出長さ及びドレス方法を
パラメータとして変化させ、段差付きウエハ５４を研磨
する実験番号１から７までの研磨を行った。研磨時間
は、何れの実験番号でも最大８分間である。その際、キ
ャリア、プラテン及びドレッサの回転数を何れも２０rp
m にし、ドレッサが研磨布に加えるドレス荷重を４０kg
f にすることによりドレス圧力を２００kgf/cm2 にし
た。
磨装置で、スラリ状の研磨剤はＣＡＢＯＴ社製の商品名
「ＳＣ−１１２」を、研磨布はＲＯＤＥＬ社製の商品名
「ＩＣ−１０００／Ｓｕｂａ４００」を用い、表１に示
すように、研磨圧力、砥粒の突出長さ及びドレス方法を
パラメータとして変化させ、段差付きウエハ５４を研磨
する実験番号１から７までの研磨を行った。研磨時間
は、何れの実験番号でも最大８分間である。その際、キ
ャリア、プラテン及びドレッサの回転数を何れも２０rp
m にし、ドレッサが研磨布に加えるドレス荷重を４０kg
f にすることによりドレス圧力を２００kgf/cm2 にし
た。
【表１】
【００２４】研磨４分後及び８分後に、研磨前と同様
に、ウエハ中心Ｃから半径Ｒ1 ＝８０mm、Ｒ2 ＝１７５
mm及びＲ3 ＝２７０mmにおけるウエハの平均粗さＲａを
必要に応じそれぞれ測定した。図４から図６に、それぞ
れの測定データを示す。図４から図６に示すように、Ｒ
ａの値は何れも７μｍ以下であり、ウエハを研磨するに
は好ましい値となった。また、砥粒の突出長さが２５μ
ｍでは、７５μｍに比べ、Ｒａはより小さい結果にな
り、研磨布の表面研磨層はより薄くなっていると推定さ
れる。よって、砥粒の突出長さが短くなると、研磨布の
縦弾性係数Ｅは、より研磨布本体の縦弾性係数Ｅb に近
づくと判断される。
に、ウエハ中心Ｃから半径Ｒ1 ＝８０mm、Ｒ2 ＝１７５
mm及びＲ3 ＝２７０mmにおけるウエハの平均粗さＲａを
必要に応じそれぞれ測定した。図４から図６に、それぞ
れの測定データを示す。図４から図６に示すように、Ｒ
ａの値は何れも７μｍ以下であり、ウエハを研磨するに
は好ましい値となった。また、砥粒の突出長さが２５μ
ｍでは、７５μｍに比べ、Ｒａはより小さい結果にな
り、研磨布の表面研磨層はより薄くなっていると推定さ
れる。よって、砥粒の突出長さが短くなると、研磨布の
縦弾性係数Ｅは、より研磨布本体の縦弾性係数Ｅb に近
づくと判断される。
【００２５】更に、実験番号１、２、４、６及び７につ
いて、以下に記載する凸部研磨量ｈ2 を算出した。 ｈ2 ＝ｈpbef−ｈｐａｆｔ ここで、ｈｐａｆｔは研磨後のＨp 位置での高さであ
る。また、研磨前と同様にして、ウエハ凹凸差ｈ1 を算
出した。図７は、ｈ1 とｈ2 との関係を示す図である。
研磨圧力４５０gf/cm2（実験番号１、２及び４のデー
タ）では、凸部研磨量ｈ2はドレス方法に影響されない
結果となった。しかし、砥粒の突出長さが７５μｍに比
べて小さい２５μｍ（実験番号４及び７のデータ）で
は、ｈ1 及びｈ2 が他のデータに比べて低くなており、
ウエハの平坦性がよい結果となった。この理由は、前述
のように、研磨布の表面研磨層が薄くなったためと推定
される。また、実験番号２及び６のデータにより、研磨
圧力が２９０gf/cm2では、４５０gf/cm2に比べ、ｈ2 が
大きくなるとｈ2 は下がる傾向にある結果となった。よ
って、研磨圧力を下げると平坦性が向上していると判断
できる。更にまた、実験番号７のデータにより、研磨圧
力を下げ、かつ砥粒の突出長さを小さくすると平坦性が
一層向上することが判る。
いて、以下に記載する凸部研磨量ｈ2 を算出した。 ｈ2 ＝ｈpbef−ｈｐａｆｔ ここで、ｈｐａｆｔは研磨後のＨp 位置での高さであ
る。また、研磨前と同様にして、ウエハ凹凸差ｈ1 を算
出した。図７は、ｈ1 とｈ2 との関係を示す図である。
研磨圧力４５０gf/cm2（実験番号１、２及び４のデー
タ）では、凸部研磨量ｈ2はドレス方法に影響されない
結果となった。しかし、砥粒の突出長さが７５μｍに比
べて小さい２５μｍ（実験番号４及び７のデータ）で
は、ｈ1 及びｈ2 が他のデータに比べて低くなており、
ウエハの平坦性がよい結果となった。この理由は、前述
のように、研磨布の表面研磨層が薄くなったためと推定
される。また、実験番号２及び６のデータにより、研磨
圧力が２９０gf/cm2では、４５０gf/cm2に比べ、ｈ2 が
大きくなるとｈ2 は下がる傾向にある結果となった。よ
って、研磨圧力を下げると平坦性が向上していると判断
できる。更にまた、実験番号７のデータにより、研磨圧
力を下げ、かつ砥粒の突出長さを小さくすると平坦性が
一層向上することが判る。
【００２６】また、段差なしウエハ５２を用い、砥粒の
突出長さは７５μｍに統一し、研磨圧力及びドレス方法
をパラメータとして変化させ、以下の式で示される面内
均一性ｈu を研磨後に各々のウエハについて求めた。 ｈu ＝（ｈpp−ｈll）／ｈav×１００ （％） ここで、ｈpp、ｈll及びｈavは、以下に記載する値であ
る。 ｈpp：研磨後のウエハ上での最大高さ ｈll：研磨後のウエハ上での最小高さ ｈav：ウエハ上での平均高さ 図８は、各ドレス方法でのｈu 値を示す図である。図８
より、研磨後のウエハの面内均一性の観点では、インタ
ーバルドレスに比べ、コンカレントドレスのほうがより
優れていることが判った。尚、ｈu の再現性がよいこと
は、他の実験で確かめられた。
突出長さは７５μｍに統一し、研磨圧力及びドレス方法
をパラメータとして変化させ、以下の式で示される面内
均一性ｈu を研磨後に各々のウエハについて求めた。 ｈu ＝（ｈpp−ｈll）／ｈav×１００ （％） ここで、ｈpp、ｈll及びｈavは、以下に記載する値であ
る。 ｈpp：研磨後のウエハ上での最大高さ ｈll：研磨後のウエハ上での最小高さ ｈav：ウエハ上での平均高さ 図８は、各ドレス方法でのｈu 値を示す図である。図８
より、研磨後のウエハの面内均一性の観点では、インタ
ーバルドレスに比べ、コンカレントドレスのほうがより
優れていることが判った。尚、ｈu の再現性がよいこと
は、他の実験で確かめられた。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、ウエハ研磨装置は、研
磨布を研削するドレッサの砥面には、砥粒が突出長さ７
５μｍ以下で備えられている。これにより、研磨中にお
ける研磨布の表面研磨層を薄くすることができ、研磨布
の研磨中の弾性率を研磨前の値に近づけることができ
る。これと同時に、表面研磨層上面の平均粗さを所定範
囲以内に維持することができる。よって、ウエハ研磨量
を面内で均一にすることができる。
磨布を研削するドレッサの砥面には、砥粒が突出長さ７
５μｍ以下で備えられている。これにより、研磨中にお
ける研磨布の表面研磨層を薄くすることができ、研磨布
の研磨中の弾性率を研磨前の値に近づけることができ
る。これと同時に、表面研磨層上面の平均粗さを所定範
囲以内に維持することができる。よって、ウエハ研磨量
を面内で均一にすることができる。
【図１】本実施例のウエハ研磨装置の砥石の部分側面拡
大断面図である。
大断面図である。
【図２】本実施例のウエハ研磨装置の砥石の部分側面拡
大断面図である。
大断面図である。
【図３】ウエハの平面図である。
【図４】ウエハ上の平均粗さＲａと研磨時間Ｔとの関係
を示すデータ図である。
を示すデータ図である。
【図５】ウエハ上の平均粗さＲａと研磨時間Ｔとの関係
を示すデータ図である。
を示すデータ図である。
【図６】ウエハ上の平均粗さＲａと研磨時間Ｔとの関係
を示すデータ図である。
を示すデータ図である。
【図７】ｈ1 とｈ2 との関係を示す図である。
【図８】各ドレス方法でのｈu 値を示す図である。
【図９】ウエハを研磨布に押圧して研磨している状態を
示す側面断面拡大図である。
示す側面断面拡大図である。
【図１０】研磨中での研磨布の表面状態の概念を示す側
面拡大断面図である。
面拡大断面図である。
【図１１】従来のウエハ研磨装置を示す側面断面図であ
る。
る。
【図１２】研磨布の平面図である。
１０……ウエハ研磨装置、１１……ウエハ、１２……キ
ャリア、１４……研磨布、１６……プラテン、１７……
砥面、１５……砥石、１８……ドレッサ、１９……ウエ
ハ、２０……上面、２１……水平位置、２２、２４……
凸部、３０……表面研磨層、３２……研磨布本体、３８
……ドレッサ、４０……砥石、４４……砥粒、４６……
コーティング層、４８……ドレッサ、５０……砥石、５
２……段差なしウエハ、５４……段差付きウエハ。
ャリア、１４……研磨布、１６……プラテン、１７……
砥面、１５……砥石、１８……ドレッサ、１９……ウエ
ハ、２０……上面、２１……水平位置、２２、２４……
凸部、３０……表面研磨層、３２……研磨布本体、３８
……ドレッサ、４０……砥石、４４……砥粒、４６……
コーティング層、４８……ドレッサ、５０……砥石、５
２……段差なしウエハ、５４……段差付きウエハ。
Claims (5)
- 【請求項１】 ウエハ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、ウエハを保持し、回転する研磨布に押圧しながら
ウエハに直交する回転軸と共に回転するキャリアと、下
面に砥粒の突出した砥面を備え、砥面を回転しつつ研磨
布に押圧して研磨布を研削するドレッサとを備えたウエ
ハ研磨装置において、 砥粒の突出長さが０μｍ〜７５μｍの範囲であることを
特徴とするウエハ研磨装置。 - 【請求項２】 砥粒の突出長さが０μｍ〜２５μｍの範
囲であることを特徴とする請求項１に記載のウエハ研磨
装置。 - 【請求項３】 請求項１に記載のウエハ研磨装置を使用
して、砥面の研磨布に対する押圧圧力を０gf/cm2〜２０
０gf/cm2にし、ウエハの研磨布への押圧圧力を４５gf/c
m2〜４５０gf/cm2にしてウエハを研磨することを特徴と
するウエハ研磨方法。 - 【請求項４】 砥面により研磨布を研削して目立てする
こととウエハを研磨布に押圧して研磨することとを同時
に行うことを特徴とする請求項３に記載のウエハ研磨方
法。 - 【請求項５】 請求項２に記載のウエハ研磨装置を使用
して、砥面の研磨布に対する押圧圧力を０gf/cm2〜２０
０gf/cm2にし、ウエハの研磨布への押圧圧力を４５gf/c
m2〜２９０gf/cm2にしてウエハを研磨することを特徴と
するウエハ研磨方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8216190A JPH1058307A (ja) | 1996-08-16 | 1996-08-16 | ウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8216190A JPH1058307A (ja) | 1996-08-16 | 1996-08-16 | ウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1058307A true JPH1058307A (ja) | 1998-03-03 |
Family
ID=16684704
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8216190A Pending JPH1058307A (ja) | 1996-08-16 | 1996-08-16 | ウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1058307A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9849558B2 (en) | 2015-02-20 | 2017-12-26 | Toshiba Memory Corporation | Polishing pad dresser, polishing apparatus and polishing pad dressing method |
-
1996
- 1996-08-16 JP JP8216190A patent/JPH1058307A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9849558B2 (en) | 2015-02-20 | 2017-12-26 | Toshiba Memory Corporation | Polishing pad dresser, polishing apparatus and polishing pad dressing method |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |