JPH1148133A - 研磨装置 - Google Patents

研磨装置

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JPH1148133A
JPH1148133A JP21607497A JP21607497A JPH1148133A JP H1148133 A JPH1148133 A JP H1148133A JP 21607497 A JP21607497 A JP 21607497A JP 21607497 A JP21607497 A JP 21607497A JP H1148133 A JPH1148133 A JP H1148133A
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JP
Japan
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polishing
liquid
liquid supply
supply pipe
hole
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Pending
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JP21607497A
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English (en)
Inventor
Akira Ishikawa
彰 石川
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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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】 (修正有) 【課題】研磨終点の検出を精度良く行うことが可能な研
磨装置を提供する。 【解決手段】少なくとも、定盤1と、該定盤上に設けら
れた被研磨物4の表面を研磨する研磨パッド2とを備え
た研磨装置11において、前記研磨パッドに形成された
少なくとも1つの貫通孔と、前記貫通孔に通じる液体供
給管19を有する液体供給機構と、前記液体供給管と該
液体供給管に満たされている液体とを光路の一部とし前
記貫通孔を通して被研磨物の表面の反射率を測定するこ
とにより、研磨終点を検出する研磨モニター系18とを
備えた研磨装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、研磨装置に関し、
例えば高密度半導体集積回路素子(ULSI)等を製造
するプロセスにおける、半導体ウエハ上に堆積した絶縁
膜又は金属膜表面の平坦化加工(凹凸の研磨)に用いて
好適な研磨装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】半導体製造において微細加工の線幅が細く
なるに従って、光リソグラフィの光源波長は短くなり、
開口数、いわゆるNAも大きくなってきている。また、
半導体製造プロセスも加工数が増加し、複雑となってき
ており、半導体デバイスの表面形状は、必ずしも平坦で
はなくなってきている。
【0003】表面における段差の存在は、配線の段切
れ、局所的な抵抗値の増大などを招き、断線や電流容量
の低下などをもたらし、絶縁膜では耐圧劣化やリークの
発生にもつながる。また、こうした段差の存在は半導体
露光装置の焦点深度が実質的に浅くなってきていること
を示している。言い換えると、歩留まりと信頼性の向上
のために、更に高解像度化を目的として焦点深度マージ
ンを増加させるために、半導体デバイス表面の平坦化が
必要になってきた。
【0004】そこで、現在、図2に示すような研磨装置
が提案されている。これは、化学的機械的研磨(Chemic
al Mechanical Polishing又はChemicalMechanical Plan
arization)(以下、CMPという)技術を用いもので
あり、この技術は、シリコンウエハの鏡面研磨法を基に
発展してきたものである。従来の研磨装置は、回転駆動
する定盤1上に研磨パッド2が設けられる一方、研磨ヘ
ッド3にウエハ4が保持され、このウエハ4が研磨パッ
ド2上に接触している。この状態で定盤1を回転駆動
し、研磨ヘッド3に上方から荷重をかけ、回転させなが
ら定盤1の半径方向に揺動運動させる。
【0005】かかる動作とともに、研磨液供給ノズル5
から研磨液6を研磨パッド2上に吐出させて、この研磨
液6をウエハ4の研磨面に供給して、ウエハ4の最表面
を平坦に研磨している。ウエハ4は後述する方法により
求めた研磨終点まで研磨する。研磨終点までの研磨時間
の算出方法について簡単に説明する。
【0006】まず、サンプル用のウエハの初期膜厚をあ
らかじめ測定しておき、研磨後の残膜厚と初期膜厚及び
研磨時間から、研磨率を算出する。この後のウエハの研
磨においては、この研磨率に基づいて、所望の膜厚にす
るために算出した時間で研磨を行う。しかし、この研磨
率は研磨パッドの表面状態に依存して変動する。
【0007】そのため、多数のウエハを前述した方法に
より算出した時間だけ研磨すると、研磨率の変動に伴
い、残膜厚にばらつきが生じるという問題があった。こ
のようなばらつきを最小限に抑えるため、ウエハを数枚
研磨する毎に研磨時間の設定を見直す作業を必要として
いた。この見直し作業は多大な時間と手間がかかり、装
置のスループットを落とす原因となっていた。
【0008】この様な問題を解決する方法として、研磨
パッドに光学的窓を設け、研磨中にこの窓を通して、研
磨パッドの裏面側から、ウエハ研磨面の膜厚又は反射率
を光学的手段を用いて測定し、研磨終点をその場でリア
ルタイムに測定する方法が提案されている。(特開平7
−235520号公報)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、 研磨
パッドに設けた光学的窓の上には常に研磨液が滞留して
いるので、光学的窓に向けて照射された光及びウエハの
研磨面からの反射光は、研磨液や研磨液中の研磨砥粒に
よって散乱され、透過率が著しく低下する、或いは散乱
光が研磨面からの反射光となり、測定精度(信号光のS
/N比)を低下させるという問題点がある。
【0010】そこで、本発明は、このような問題点に鑑
みてなされたものであり、研磨終点の検出を精度良く行
うことが可能な研磨装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、第一に「少な
くとも、定盤と、該定盤上に設けられた被研磨物の表面
を研磨する研磨パッドとを備えた研磨装置において、前
記研磨パッドに形成された少なくとも1つの貫通孔と、
前記貫通孔に通じる液体供給管を有する液体供給機構
と、前記液体供給管と該液体供給管に満たされている液
体とを光路の一部とし前記貫通孔を通して被研磨物の表
面の反射率を測定することにより、研磨終点を検出する
研磨モニター系とを備えた研磨装置(請求項1)」を提
供する。
【0012】
【発明の実施形態】以下、本発明にかかる実施形態の研
磨装置を図面を参照しながら説明する。図1に示すよう
に、第1の実施形態にかかる研磨装置11は、ウエハの
口径の約2倍以上の直径からなる面積の平面を備え、モ
ータにより回転軸20回りに回転する定盤12上に「研
磨部材」として研磨パッド13を有する。
【0013】研磨パッド13としては、ロデールニッタ
製の研磨パッドIC1000(発泡ポリウレタン)の単
層構造、又はIC1000とSuba400とからなる
2層構造のものや、エポキシ樹脂に炭素繊維等を添加
し、硬化させた硬化物(以下、CEP(カーボンエポキ
シポリッシャ)という)が用いられる。なお、研磨パッ
ド13がCEPの場合は研磨液が通る溝を格子状、放射
状、螺旋状等の形状に形成する。
【0014】そして、研磨パッド13に対向して、保持
したウエハ15を加圧して研磨パッド13に押しつける
ための研磨ヘッド14が設けられている。研磨ヘッド1
4は、例えば、バッキングパッドを介して「研磨対象
物」としてのウエハ15を研磨パッド13に押圧してお
り、図示されていない研磨ヘッド支持腕、駆動装置によ
り回転駆動、揺動運動が可能になっている。
【0015】ウエハ15は、研磨ヘッド14により所定
の研磨荷重で研磨パッド13に押圧され、研磨ヘッド1
4の回転及び揺動と、定盤12の回転によって研磨パッ
ド13との間で相対運動する。バッキングパッドにより
ウエハを保持する方法の他に、真空吸着方式、ハイドロ
チャック方式(特開平8−55826号公報)、エアバ
ック方式又はダイヤフラム方式(特開平7−17175
7号公報、特開平7−112364号公報)などが知ら
れている。
【0016】真空吸着方式はウエハの裏面を基準に研磨
することができるという特徴を有する。また、ハイドロ
チャック方式、エアバック方式は流体を介して押しつけ
るため、静水圧により均一な押圧ができるという特徴を
有する。かかる動作とともに、研磨液供給ノズル16か
ら研磨液17を研磨パッド13上に吐出させて、この研
磨液17をウエハ15の研磨面に供給して、ウエハ15
の最表面を平坦に研磨している。
【0017】本発明の研磨装置においては、研磨パッド
13の一部に液体21を供給し、かつ光を通す貫通孔1
3aが設けられている。貫通孔13aの直径は、1〜5
0mm程度の大きさであって、最も好ましい直径は10
〜30mmである。また、その貫通孔13aに通じる液
体供給管19が設けられ、その液体供給管19には図示
されていない供給ポンプ及び液体供給源が設けられてい
る。
【0018】貫通孔13aからは常に液体21が供給さ
れているので、研磨液17が貫通孔13aに入り込まな
い、或いは入り込んでも、すぐに再び排出される。貫通
孔13aから供給される液体21としては、純水が挙げ
られるが研磨液と混合しても研磨に影響を与えない液体
21であれば、これに限定されない。さらに、貫通孔1
3aの下側には、即ち液体供給管19を介した定盤12
の下側には、研磨モニター系18が設けられている。
【0019】そのため、液体供給管19及び液体21の
一部は、研磨モニター系18の光路の一部をなす。した
がって、この液体供給管19又はその一部(光が液体供
給管を通過する部分)19aは、ウエハ15の研磨状態
を確認し、または研磨終点を確認する研磨モニター系1
8の光源から照射される光及びウエハ15の研磨面から
の反射光を透過させることが可能な透明材料である必要
がある。透明材料としては、光学ガラス、合成石英ガラ
スが挙げられるが、これに限られない。
【0020】また、不透明材料からなる定盤12には、
開口部12aが形成され、研磨モニター系18の光源か
ら照射される光が、液体供給管の一部19aまで到達す
ることができるようになっている。さらに、定盤12が
透明材料であっても良く、その場合は、定盤12には開
口部12aを形成しなくても良い。
【0021】この研磨モニター系18は、液体供給管1
9及び液体21を介して貫通孔13aに向けて光を照射
する光源と、液体21及び液体供給管19を介して取り
出されたウエハ15研磨面からの反射光を検出する受光
部と、受光部により検出された反射光の変化に基づいて
ウエハ15研磨面の研磨状態を確認し、又は研磨終点を
検知する研磨モニター部を備えている。
【0022】なお、研磨終点を検出する際には、あらか
じめ、研磨液供給管19の材料及び液体21の屈折率
や、光が研磨液供給管19及び液体21を通過した際に
生じる反射、吸収等について考慮する必要がある。ウエ
ハ15の研磨中は、貫通孔13aから常時液体21が供
給され続けているので、ウエハ15が貫通孔13aを通
過した際、その研磨面は液体21により清浄にされる。
【0023】そのため、研磨モニター系18の光源から
照射された光は、清浄にされた研磨面に対して照射され
るので、研磨液17中の研磨砥粒(例えばコロイダルシ
リカ)により生ずる散乱光の影響がなく、測定精度(信
号光のS/N比)を向上させることができる。また、研
磨モニター系18の光源から照射された光は、研磨面に
研磨砥粒がほとんど存在しないので、減衰することがな
く、減衰を見込んで光源の光量を大きくする必要がない
(光源の光量を小さくできる)。
【0024】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明にかかる研磨
装置は、研磨パッドに貫通孔が設けられ、その貫通孔か
らは、その貫通孔に通じる液体供給管を有する液体供給
機構から常に液体が研磨パッドに供給されているので、
貫通孔を通過するウエハの研磨面は清浄である。したが
って、液体供給管及び液体の一部を光路の一部として、
前記貫通孔を通して被研磨物表面の反射率を測定し、研
磨終点を検出する研磨モニター系から出射された光は、
清浄にされた研磨面に対して照射されるので、研磨液中
の研磨砥粒(例えばコロイダルシリカ)により生ずる散
乱光の影響がなく、測定精度(信号光のS/N比)を向
上させることができる。
【0025】また、研磨モニター系の光源から照射され
た光は、研磨面に研磨砥粒がほとんど存在しないので、
減衰することがなく、減衰を見込んで光源の光量を大き
くする必要がない(光源の光量を小さくできる)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる研磨装置の概略断面図である。
【図2】従来の研磨装置の概略斜視図である。
【符号の説明】
11・・・研磨装置 1、12・・・定盤 2、13・・・研磨部材(研磨パッド) 3、14・・・研磨ヘッド 4、15・・・研磨対象物(ウエハ) 5、16・・・研磨液供給ノズル 6、17・・・研磨液 18・・・研磨モニター系 19・・・流体供給管 20・・・回転軸 21・・・液体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも、定盤と、該定盤上に設けられ
    た被研磨物の表面を研磨する研磨パッドとを備えた研磨
    装置において、 前記研磨パッドに形成された少なくとも1つの貫通孔
    と、 前記貫通孔に通じる液体供給管を有する液体供給機構
    と、 前記液体供給管と該液体供給管に満たされている液体と
    を光路の一部とし前記貫通孔を通して被研磨物の表面の
    反射率を測定することにより、研磨終点を検出する研磨
    モニター系とを備えた研磨装置。
JP21607497A 1997-08-11 1997-08-11 研磨装置 Pending JPH1148133A (ja)

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JP21607497A JPH1148133A (ja) 1997-08-11 1997-08-11 研磨装置

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JP21607497A JPH1148133A (ja) 1997-08-11 1997-08-11 研磨装置

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JP21607497A Pending JPH1148133A (ja) 1997-08-11 1997-08-11 研磨装置

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JP (1) JPH1148133A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6106662A (en) * 1998-06-08 2000-08-22 Speedfam-Ipec Corporation Method and apparatus for endpoint detection for chemical mechanical polishing
JP2006237202A (ja) * 2005-02-24 2006-09-07 Jsr Corp 化学機械研磨用パッドおよび化学機械研磨方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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