JPH06216095A - Apparatus and method for detecting wafer polishing amount - Google Patents
Apparatus and method for detecting wafer polishing amountInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハの平坦化
のための研磨におけるウェハ研磨量の検出装置及びその
検出方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer polishing amount detecting apparatus and a wafer polishing amount detecting method in polishing for flattening a semiconductor wafer.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、半導体ウェハ上に形成される半導
体装置の高集積化にともない、半導体チップの面積増大
を避けるため、配線層の微細化や多層化が進みつつあ
る。2. Description of the Related Art In recent years, with higher integration of semiconductor devices formed on a semiconductor wafer, miniaturization and multilayering of wiring layers have been progressing in order to avoid an increase in the area of semiconductor chips.
【0003】多層配線技術の重要課題のひとつとして層
間絶縁膜の平坦化が挙げられる。層間絶縁膜の平坦化方
法としていくつかの方法が提案されているが、低温でか
つほぼ完全な平坦化が実現できるケミカルメカニカルポ
リッシング(Chemical Mechanical Polishing、以
下、CMPという)が最近注目されつつある。One of the important issues in the multilayer wiring technique is the planarization of the interlayer insulating film. Although several methods have been proposed as a method for planarizing an interlayer insulating film, chemical mechanical polishing (hereinafter, referred to as CMP), which can realize almost complete planarization at low temperature, has recently been attracting attention.
【0004】以下、図面を参照しながら、従来のCMP
による平坦化技術を採用した半導体装置の製造方法の一
例について説明する。A conventional CMP will now be described with reference to the drawings.
An example of a method of manufacturing a semiconductor device that employs the planarization technique according to the above will be described.
【0005】図11は、従来のCMPにより平坦化する
過程における半導体装置の断面構造を示すものである。FIG. 11 shows a sectional structure of a semiconductor device in the process of planarizing by conventional CMP.
【0006】図11(a)〜(d)において、1は半導
体素子が形成されたシリコン基板、2はシリコン基板1
上に形成される多層配線構造における下層アルミニウム
配線、3は下層アルミニウム配線2上に形成された珪素
系酸化膜、5は上層アルミニウム配線、6は下層のアル
ミニウム配線2と上層のアルミニウム配線5を接続する
ためのスルーホールであり、珪素系酸化膜3に形成され
るものである。In FIGS. 11A to 11D, 1 is a silicon substrate on which a semiconductor element is formed, and 2 is a silicon substrate 1.
Lower-layer aluminum wiring in the multilayer wiring structure formed above, 3 is a silicon oxide film formed on the lower-layer aluminum wiring 2, 5 is upper-layer aluminum wiring, and 6 is a connection between the lower-layer aluminum wiring 2 and the upper-layer aluminum wiring 5. The through holes are formed in the silicon oxide film 3.
【0007】図12は、従来のCMPによる平坦化のた
めの研磨装置の概略構成を示すものである。FIG. 12 shows a schematic structure of a conventional polishing apparatus for flattening by CMP.
【0008】図12において、7は水平面内で回転可能
な研磨台であり、その上面にはウェハ13を研磨するた
めの研磨布(図示せず)が敷設されている。8は上記研
磨台7の上面に対峙して設けられウェハ13を固定する
ためのホルダーであり、アーム9により、水平面内で回
転可能に支持されている。10は研磨用薬液を研磨台7
に供給するための薬液供給ノズルであり、該薬液供給ノ
ズル10の供給口は研磨台7の上面に向けられている。
なお、11は研磨台7を回転させるための研磨台用モー
ターであって、研磨台7の回転軸に取り付けられてい
る。また、12はホルダー8を回転させるためのホルダ
ー用モーターであり、ホルダー8の回転軸に取り付けら
れている。In FIG. 12, a polishing table 7 is rotatable in a horizontal plane, and a polishing cloth (not shown) for polishing the wafer 13 is laid on the upper surface thereof. Reference numeral 8 denotes a holder provided on the upper surface of the polishing table 7 so as to face the polishing table 7 and for fixing the wafer 13. The holder 8 is rotatably supported in the horizontal plane by the arm 9. 10 is a polishing table for polishing chemicals
And a supply port of the chemical liquid supply nozzle 10 is directed to the upper surface of the polishing table 7.
Reference numeral 11 denotes a polishing table motor for rotating the polishing table 7, which is attached to the rotary shaft of the polishing table 7. Further, 12 is a holder motor for rotating the holder 8 and is attached to the rotation shaft of the holder 8.
【0009】以上のように構成されたCMPによる平坦
化法について、以下図11及び図12を用いてその動作
について説明する。The operation of the flattening method by CMP configured as described above will be described below with reference to FIGS. 11 and 12.
【0010】まず、図11(a)に示すように、下層ア
ルミニウム配線2上に珪素系酸化膜3を少なくとも凹部
が研磨を行う位置以上の膜厚になるまで形成する。First, as shown in FIG. 11A, a silicon oxide film 3 is formed on the lower aluminum wiring 2 until at least the recess has a thickness equal to or larger than the polishing position.
【0011】次に、珪素系酸化膜3を形成したウェハ1
3をホルダー8に固定し、アーム9によりウェハ13を
研磨台7に接触させて、供給ノズル10より薬液を供給
しながら研磨台7とホルダー8を回転させる。しかる
後、ある時間が経過した後にアーム9を上げ、ウェハ1
3を取り出すと、ウェハ13は、図11(b)に示すよ
うに、上部の珪素系酸化膜3が平坦化された状態となっ
ている。Next, the wafer 1 on which the silicon oxide film 3 is formed
3 is fixed to the holder 8, the wafer 13 is brought into contact with the polishing table 7 by the arm 9, and the polishing table 7 and the holder 8 are rotated while supplying the chemical solution from the supply nozzle 10. Then, after a certain time has passed, the arm 9 is raised and the wafer 1
When the wafer 3 is taken out, the wafer 13 is in a state in which the upper silicon-based oxide film 3 is flattened, as shown in FIG.
【0012】次に、ウェハ13を洗浄後、図11(c)
に示すように、珪素系酸化膜3にスルーホール6を形成
する。Next, after cleaning the wafer 13, FIG.
Through holes 6 are formed in the silicon oxide film 3 as shown in FIG.
【0013】その後、図11(d)に示すように、珪素
系酸化膜3の上に上層アルミニウム配線5を堆積する。After that, as shown in FIG. 11D, an upper aluminum wiring 5 is deposited on the silicon oxide film 3.
【0014】[0014]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような研磨量の検出装置及び研磨量の検出方法では、図
11(a)から同図(b)に至るまでの珪素系酸化膜3
の研磨量を検出することができないという問題があっ
た。そのため、研磨条件及び研磨時間から経験則的に研
磨量を推定することを余儀なくされ、目標研磨量からの
ずれを生じていた。このため、研磨不足が生じて下層ア
ルミニウム配線2の直上で珪素系酸化膜3の膜厚が過大
となってスルーホール6を形成するためのエッチングを
所定の条件で行っても珪素系酸化膜3を十分除去し切れ
ずに導通不良が発生したり、逆に研磨過多により下層ア
ルミニウム配線2が珪素系酸化膜3の表面上に露出し、
上層アルミニウム配線5とのショートを生じる虞れがあ
った。However, in the above-described polishing amount detecting apparatus and polishing amount detecting method, the silicon-based oxide film 3 shown in FIGS. 11 (a) to 11 (b) is used.
However, there is a problem in that the polishing amount cannot be detected. Therefore, it has been necessary to empirically estimate the polishing amount from the polishing conditions and the polishing time, which causes a deviation from the target polishing amount. As a result, insufficient polishing causes the thickness of the silicon oxide film 3 to be excessively large immediately above the lower aluminum wiring 2, and even if the etching for forming the through hole 6 is performed under a predetermined condition, the silicon oxide film 3 is formed. Is not completely removed to cause conduction failure, or conversely, the lower aluminum wiring 2 is exposed on the surface of the silicon oxide film 3 due to excessive polishing,
There is a possibility that a short circuit with the upper layer aluminum wiring 5 may occur.
【0015】本発明は斯かる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、ウェハの表面を平坦化するためにウ
ェハを研磨する間に、ウェハ研磨量を正確に検出しうる
手段を講ずることにより、研磨不足による導通不良や研
磨過多による上下層配線間のショートを有効に防止する
ことにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide means for accurately detecting the amount of wafer polishing during polishing of the wafer in order to flatten the surface of the wafer. This effectively prevents the conduction failure due to insufficient polishing and the short circuit between the upper and lower wirings due to excessive polishing.
【0016】[0016]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項1の発明の講じた手段は、回転駆動される研
磨台上で研磨用薬液を供給しながら、ホルダーに取付け
られたウェハを研磨するようにしたウェハ研磨装置に配
置されるウェハ研磨量の検出装置を前提とする。In order to achieve the above-mentioned object, the means of the present invention as set forth in claim 1 is configured so that a wafer mounted on a holder is supplied while supplying a polishing chemical on a polishing table which is rotationally driven. It is premised on a wafer polishing amount detection device arranged in a wafer polishing device that is designed to perform polishing.
【0017】そして、ウェハ研磨量の検出装置に、研磨
中に上記研磨台からホルダーに作用する力をモニターし
て、ウェハの研磨抵抗を測定する研磨抵抗測定手段を設
ける構成としたものである。Further, the wafer polishing amount detecting device is provided with a polishing resistance measuring means for measuring the polishing resistance of the wafer by monitoring the force applied from the polishing table to the holder during polishing.
【0018】請求項2の発明の講じた手段は、上記請求
項1の発明において、上記ホルダーを強制的に回転駆動
する駆動機構と、ホルダーが安定条件で回転するよう上
記駆動機構を制御する回転速度制御手段とを設け、上記
研磨抵抗測定手段を、上記ホルダーに作用する回転トル
クを測定するトルク計としたものである。According to a second aspect of the present invention, in the invention of the first aspect, the driving mechanism for forcibly rotating and driving the holder, and the rotation for controlling the driving mechanism so that the holder rotates in a stable condition. A speed control means is provided, and the polishing resistance measuring means is a torque meter for measuring the rotational torque acting on the holder.
【0019】請求項3の発明の講じた手段は、ウェハ研
磨量の検出方法として、回転駆動される研磨台上で研磨
用薬液を供給しながら、回転駆動されるホルダーに取付
けられたウェハを研磨する際に、ホルダーに作用する回
転トルクを測定し、回転トルクの変化特性に基づき、ウ
ェハの平坦化が終了した時を検出する方法としたもので
ある。According to a third aspect of the present invention, as a method of detecting a wafer polishing amount, a wafer mounted on a rotary driven holder is polished while a polishing chemical is supplied on a rotary driven polishing table. At this time, the rotation torque acting on the holder is measured, and the time when the flattening of the wafer is completed is detected based on the change characteristic of the rotation torque.
【0020】請求項4の発明の講じた手段は、回転駆動
される研磨台上で研磨用薬液を供給しながら、ウェハを
研磨するようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ
研磨量の検出装置を前提とする。According to a fourth aspect of the present invention, a means for detecting a polishing amount of a wafer arranged in a wafer polishing apparatus for polishing a wafer while supplying a polishing chemical on a polishing table which is rotationally driven. Is assumed.
【0021】そして、上記ウェハの表面上に不純物を導
入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁膜
とを順次堆積しておくものとする。Then, a first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited on the surface of the wafer.
【0022】さらに、ウェハ研磨量の検出装置に、研磨
後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段と、該
液回収手段で回収される研磨後の薬液中の不純物の濃度
を測定する不純物濃度測定手段とを設ける構成としたも
のである。Further, the wafer polishing amount detecting device includes a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical liquid after polishing, and an impurity for measuring the concentration of impurities in the chemical liquid after polishing collected by the liquid collecting means. The configuration is such that a concentration measuring means is provided.
【0023】請求項5の発明の講じた手段は、上記請求
項4の発明において、不純物濃度測定手段を、回収され
た薬液を真空雰囲気中で気化させて、プラズマを発生さ
せるプラズマ発生手段と、プラズマ発光を検出する発光
検出器とで構成したものである。According to a fifth aspect of the invention, in the invention of the fourth aspect, the impurity concentration measuring means is a plasma generating means for vaporizing the recovered chemical solution in a vacuum atmosphere to generate plasma. And a light emission detector for detecting plasma light emission.
【0024】請求項6の発明の講じた手段は、ウェハ研
磨量の検出方法として、予めウェハの表面上に、不純物
を導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶
縁膜とを順次堆積しておき、研磨用薬液を供給しながら
上記ウェハを研磨する際に、研磨後の薬液の少なくとも
一部を回収し、回収された研磨後の薬液を真空雰囲気中
に導入して気化させた後プラズマを発生させ、不純物の
プラズマ発光の強度を測定して、プラズマ発光の強度の
変化特性に基づき、ウェハの研磨量を検出する方法とし
たものである。According to a sixth aspect of the present invention, as a method for detecting a wafer polishing amount, a first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are previously formed on the surface of a wafer. When the wafer is polished while sequentially depositing and supplying a polishing chemical, at least a part of the chemical after polishing is recovered, and the recovered chemical after polishing is introduced into a vacuum atmosphere and vaporized. After that, plasma is generated, the intensity of the plasma emission of the impurities is measured, and the polishing amount of the wafer is detected based on the change characteristic of the intensity of the plasma emission.
【0025】請求項7の発明の講じた手段は、回転駆動
される研磨台上で研磨用薬液を供給しながら、ウェハを
研磨するようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ
研磨量の検出装置を前提とする。According to a seventh aspect of the present invention, a means for detecting a wafer polishing amount is arranged in a wafer polishing apparatus which polishes a wafer while supplying a polishing chemical on a polishing table which is rotationally driven. Is assumed.
【0026】そして、上記ウェハの表面上に、不純物を
導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁
膜とを順次堆積しておくものとする。Then, a first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited on the surface of the wafer.
【0027】さらに、ウェハ研磨量の検出装置に、研磨
後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段と、該
液回収手段で回収される研磨後の薬液のpH値を測定す
るpH測定手段とを設ける構成としたものである。Further, in the wafer polishing amount detecting device, a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical liquid after polishing, and a pH measuring means for measuring the pH value of the chemical liquid after polishing collected by the liquid collecting means. And is provided.
【0028】請求項8の発明の講じた手段は、ウェハ研
磨量の検出方法として、予め上記ウェハの表面上に、不
純物を導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第
2絶縁膜とを順次堆積しておき、研磨用薬液を供給しな
がらウェハを研磨する際に、研磨後の薬液の少なくとも
一部を回収し、回収された薬液のpH値を測定して、薬
液のpHの変化特性に基づきウェハの研磨量を検出する
方法としたものである。The means taken by the invention of claim 8 is, as a method for detecting a wafer polishing amount, a first insulating film having impurities introduced thereinto and a second insulating film not having impurities introduced thereinto on the surface of the wafer in advance. When the wafer is polished while sequentially supplying the polishing chemicals, at least a part of the chemicals after polishing is recovered, the pH value of the recovered chemicals is measured, and the pH of the chemicals changes. This is a method for detecting the polishing amount of the wafer based on the characteristics.
【0029】請求項9の発明の講じた手段は、回転駆動
される研磨台上で研磨用薬液を供給しながら、ウェハを
研磨するようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ
研磨量の検出装置を前提とする。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing device for polishing a wafer while supplying a polishing chemical on a rotary table for polishing. Is assumed.
【0030】そして、上記ウェハの表面上に、不純物を
導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁
膜とを順次堆積しておくものとする。Then, a first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited on the surface of the wafer.
【0031】さらに、ウェハ研磨量の検出装置に、研磨
後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段と、該
液回収手段で回収される研磨後の薬液の比抵抗を測定す
る比抵抗測定手段とを設ける構成としたものである。Further, the wafer polishing amount detecting device includes a liquid collecting means for collecting at least a part of the chemical liquid after polishing, and a specific resistance measurement for measuring the specific resistance of the chemical liquid after polishing collected by the liquid collecting means. And means for providing the means.
【0032】請求項10の発明の講じた手段は、ウェハ
研磨量の検出方法として、予め上記ウェハの表面上に、
不純物を導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない
第2絶縁膜とを順次堆積しておき、研磨用薬液を供給し
ながらウェハを研磨する際に、研磨後の薬液の少なくと
も一部を回収し、回収された研磨後の薬液の比抵抗値を
測定して、薬液の比抵抗値の変化特性に基づきウェハの
研磨量を検出する方法としたものである。According to a tenth aspect of the present invention, as a method for detecting a wafer polishing amount, a wafer polishing amount is previously detected on the surface of the wafer.
A first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited, and at the time of polishing a wafer while supplying a polishing chemical, at least a part of the chemical after polishing is This is a method in which the specific resistance value of the recovered chemical liquid after polishing is measured and the polishing amount of the wafer is detected based on the change characteristic of the specific resistance value of the chemical liquid.
【0033】請求項11の発明の講じた手段は、上記請
求項1,2,4,5,7又は9の発明において、ウェハ
の研磨を、珪素系酸化物を研磨用薬液とし、研磨台上に
敷設された研磨布を介して、ウェハ表面上に形成された
絶縁膜を平坦化することを目的とするケミカルメカニカ
ルポリッシングとしたものである。According to an eleventh aspect of the present invention, in the above-mentioned first, second, fourth, fifth, seventh or ninth aspect of the present invention, the wafer is polished by using a silicon-based oxide as a polishing chemical liquid on a polishing table. The chemical mechanical polishing is intended to planarize the insulating film formed on the wafer surface through the polishing cloth laid on the substrate.
【0034】[0034]
【作用】以上の構成により、請求項1の発明では、ウェ
ハの研磨が行われている間、ウェハの研磨によってウェ
ハ表面が平坦化された時に研磨抵抗が急激に減小する。
したがって、研磨抵抗測定手段により、ホルダーが研磨
台から受ける力をモニターしながら、研磨抵抗が急激に
減小する時を検知することで、ウェハが平坦化された状
態が確実に検知され、経験的に研磨終了時を判断する際
に生じるような研磨不足や研磨過剰によるウェハ特性の
不具合が回避されることになる。With the above construction, in the invention of claim 1, the polishing resistance is sharply reduced when the wafer surface is flattened by polishing the wafer while the wafer is being polished.
Therefore, the polishing resistance measuring means monitors the force received by the holder from the polishing table and detects when the polishing resistance sharply decreases, so that the flattened state of the wafer can be reliably detected, and it is empirical. In addition, it is possible to avoid defects in wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing that occur when determining the end of polishing.
【0035】請求項2又は3の発明では、回転速度制御
手段により安定条件下で回転駆動されるホルダーに加わ
る回転トルクを利用して、研磨抵抗が精度よく測定さ
れ、ウェハの平坦化が終了した時がより正確に検知され
ることになる。In the second or third aspect of the invention, the polishing resistance is accurately measured by utilizing the rotational torque applied to the holder rotationally driven by the rotational speed control means under stable conditions, and the flattening of the wafer is completed. Time will be detected more accurately.
【0036】請求項4の発明では、研磨の進行により、
ウェハの最上面にある第2絶縁膜が研磨されると、第1
絶縁膜が表面上に露出し、第1絶縁膜中の不純物が研磨
薬液に混入するようになり、回収された研磨後の薬液中
の不純物濃度がその時に急激に上昇する。したがって、
不純物濃度測定手段により、研磨中に研磨後の薬液中の
不純物濃度をモニターすることで、第1絶縁膜の厚みに
相当する研磨量が正確に検知されることになる。According to the invention of claim 4, the progress of polishing causes
When the second insulating film on the top surface of the wafer is polished, the first
The insulating film is exposed on the surface, impurities in the first insulating film are mixed in the polishing chemical, and the concentration of impurities in the recovered chemical after polishing sharply rises at that time. Therefore,
By monitoring the impurity concentration in the chemical liquid after polishing by the impurity concentration measuring means, the polishing amount corresponding to the thickness of the first insulating film can be accurately detected.
【0037】請求項5又は6の発明では、研磨後の薬液
中の不純物濃度の変化が、不純物のプラズマ発光強度を
利用して検知されるので、不純物濃度の測定が容易とな
り、ウェハの研磨量も容易に検知される。In the invention of claim 5 or 6, since the change in the impurity concentration in the chemical liquid after polishing is detected by utilizing the plasma emission intensity of the impurities, the measurement of the impurity concentration becomes easy, and the polishing amount of the wafer is increased. Is also easily detected.
【0038】請求項7又は8の発明では、ウェハの最上
面にある第2絶縁膜が研磨されると、第1絶縁膜が表面
上に露出し、研磨後の薬液中のpH値が第1絶縁膜中の
不純物によって急激に変化する。したがって、pH測定
手段により回収された薬液中のpH値をモニターするこ
とで、ウェハの研磨量が精度よく検知されることにな
る。In the invention of claim 7 or 8, when the second insulating film on the uppermost surface of the wafer is polished, the first insulating film is exposed on the surface, and the pH value in the chemical solution after polishing is the first value. It changes rapidly due to impurities in the insulating film. Therefore, by monitoring the pH value in the chemical solution collected by the pH measuring means, the polishing amount of the wafer can be accurately detected.
【0039】請求項9又は10の発明では、ウェハの最
上面にある第2絶縁膜が研磨されると、第1絶縁膜が表
面上に露出し、研磨後の薬液中の比抵抗値が第1絶縁膜
中の不純物によって急激に変化する。したがって、比抵
抗測定手段により回収された薬液中の比抵抗値をモニタ
ーすることで、ウェハの研磨量が精度よく検知されるこ
とになる。In the invention of claim 9 or 10, when the second insulating film on the uppermost surface of the wafer is polished, the first insulating film is exposed on the surface, and the specific resistance value in the chemical solution after polishing is 1 Rapid change due to impurities in the insulating film. Therefore, by monitoring the specific resistance value in the chemical solution collected by the specific resistance measuring means, the polishing amount of the wafer can be accurately detected.
【0040】請求項11の発明では、特にわずかの研磨
量で高精度の平坦化を行うことを目的とするCMP法に
おいても、各請求項の発明により、研磨量が確実に検知
され、多層配線間における絶縁特性やコンタクト部にお
ける導電特性のようなウェハの特性が良好に維持される
ことになる。According to the eleventh aspect of the present invention, even in the CMP method which aims to perform highly accurate flattening with a very small polishing amount, the polishing amount can be reliably detected by the invention of each claim, and the multilayer wiring can be obtained. The characteristics of the wafer, such as the insulation characteristics during the interval and the conductive characteristics at the contact portion, are maintained well.
【0041】[0041]
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
しながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0042】まず、請求項1及び2の発明に係る第1実
施例について説明する。First, a first embodiment according to the first and second aspects of the invention will be described.
【0043】図1は、第1実施例における研磨装置の概
略構成を示すものである。図1において、7は水平面内
で回転可能な研磨台であり、その上面にはウェハ13を
研磨するための研磨布(図示せず)が敷設されている。
8は上記研磨台7の上面に対峙して設けられウェハ13
を固定するためのホルダーであり、アーム9により、水
平面内で回転可能に支持されている。10は研磨用薬液
を研磨台7に供給するための供給ノズルであり、該供給
ノズル10の供給口は研磨台7の上面に向けられてい
る。なお、11は研磨台7を回転させるための研磨台用
モーターであって、研磨台7の回転軸に取り付けられて
いる。また、12はホルダー8を回転させる請求項2の
発明にいう駆動機構としてのホルダー用モーターであ
り、ホルダー8の回転軸に取り付けられている。FIG. 1 shows a schematic structure of the polishing apparatus in the first embodiment. In FIG. 1, reference numeral 7 denotes a polishing table that can rotate in a horizontal plane, and a polishing cloth (not shown) for polishing the wafer 13 is laid on the upper surface thereof.
The wafer 8 is provided on the upper surface of the polishing table 7 so as to face it.
Is a holder for fixing and is rotatably supported by an arm 9 in a horizontal plane. Reference numeral 10 denotes a supply nozzle for supplying the polishing chemical to the polishing table 7, and the supply port of the supply nozzle 10 is directed to the upper surface of the polishing table 7. Reference numeral 11 denotes a polishing table motor for rotating the polishing table 7, which is attached to the rotary shaft of the polishing table 7. Further, 12 is a holder motor as a drive mechanism according to the invention of claim 2, which rotates the holder 8, and is attached to the rotating shaft of the holder 8.
【0044】ここで、本発明の特徴として、上記ホルダ
ー用モーター12に対し、ホルダー8の回転を測定する
ための回転計20と、該回転計20の信号を受けて、ホ
ルダー8の回転を安定させるよう上記ホルダー用モータ
ー12をフィードバック制御する回転速度制御手段とし
ての制御装置21と、ホルダー8に印加する回転トルク
を測定する研磨抵抗測定手段としてのトルク計22とが
配設されている。Here, as a feature of the present invention, the rotation of the holder 8 is stabilized by the tachometer 20 for measuring the rotation of the holder 8 with respect to the holder motor 12 and the signal of the tachometer 20. A control device 21 as a rotation speed control means for feedback-controlling the holder motor 12 so as to perform the above, and a torque meter 22 as a polishing resistance measurement means for measuring a rotation torque applied to the holder 8 are provided.
【0045】また、図2(a)〜(d)は、上記ウェハ
13の平坦化のためのケミカルメカニカルポリッシュ工
程における断面構造の変化を示す工程断面図である。2A to 2D are process sectional views showing changes in the sectional structure in the chemical mechanical polishing process for flattening the wafer 13. As shown in FIG.
【0046】図2(a)〜(d)において、1は半導体
素子が形成されたシリコン基板、2はシリコン基板1上
に形成される多層配線構造における例えば膜厚800n
mの下層アルミニウム配線、3は下層アルミニウム配線
2上に形成された例えば2000nmの珪素系酸化膜、
5は例えば膜厚1000nmの上層アルミニウム配線、
6は下層アルミニウム配線2と上層アルミニウム配線5
とを接続するためのスルーホールであり、珪素系酸化膜
3を貫通して下層アルミニウム配線2の上に形成され
る。In FIGS. 2A to 2D, reference numeral 1 is a silicon substrate on which a semiconductor element is formed, and 2 is a film thickness of 800 n in a multilayer wiring structure formed on the silicon substrate 1.
m lower layer aluminum wiring, 3 is, for example, a 2000 nm silicon-based oxide film formed on the lower layer aluminum wiring 2,
5 is, for example, an upper aluminum wiring having a film thickness of 1000 nm,
6 is a lower layer aluminum wiring 2 and an upper layer aluminum wiring 5
It is a through hole for connecting to and is formed on the lower aluminum wiring 2 penetrating the silicon oxide film 3.
【0047】さらに、図3は上記図2のような断面構造
を持ったウェハ13をCMPにより平坦化した場合のホ
ルダー8に印加するトルクの変化を示し、研磨量が約6
00nmまではトルクは略一定(同図では約10.5N
m)であるが、研磨量が600nmを越えると、トルク
が急激に低下し、研磨量が約900nmとなる付近から
トルクが略一定値(7.8Nm程度)となる。すなわ
ち、CMPにより、表面の凹凸が平坦化されることによ
り、研磨抵抗が急激に減少してトルクの降下をきたすも
のと解される。Further, FIG. 3 shows a change in the torque applied to the holder 8 when the wafer 13 having the sectional structure as shown in FIG. 2 is flattened by CMP, and the polishing amount is about 6
The torque is almost constant up to 00 nm (about 10.5 N in the figure).
However, when the polishing amount exceeds 600 nm, the torque sharply decreases, and the torque reaches a substantially constant value (about 7.8 Nm) from the vicinity of the polishing amount of about 900 nm. That is, it is understood that the polishing resistance sharply decreases and the torque drops due to the flattening of the surface irregularities by CMP.
【0048】次に、図1,図2及び図3を用いて、ウェ
ハ研磨装置の作動及び研磨工程を説明する。Next, the operation and polishing process of the wafer polishing apparatus will be described with reference to FIGS. 1, 2 and 3.
【0049】まず、図2(a)に示すように、下層アル
ミニウム配線2上に珪素系酸化膜3を少なくとも下層ア
ルミニウム配線2の膜厚以上の膜厚になるまで形成す
る。そして、珪素系酸化膜3が形成されたウェハ13を
ホルダー8に固定し、アーム9によりウェハ13を研磨
台7の研磨布に例えば7psiの圧力で接触させて、供
給ノズル10より、例えば粒径200〜300オングス
トロームの珪素酸化物粒子を含んだ薬液(いわゆるコロ
イダルシリカ)を、例えば毎分230mlの供給量で供
給しながら研磨台7とホルダー8とを例えば回転数15
rpmで回転させる。この間、ホルダー8の回転数を回
転計20で測定し、回転数が一定になるように制御装置
21で回転数を制御する。First, as shown in FIG. 2A, a silicon oxide film 3 is formed on the lower layer aluminum wiring 2 to a thickness of at least the lower layer aluminum wiring 2. Then, the wafer 13 on which the silicon oxide film 3 is formed is fixed to the holder 8, and the wafer 13 is brought into contact with the polishing cloth of the polishing table 7 by the arm 9 at a pressure of, for example, 7 psi. For example, the polishing table 7 and the holder 8 are rotated at a rotation speed of 15 while supplying a chemical solution containing 200 to 300 angstroms of silicon oxide particles (so-called colloidal silica) at a supply rate of 230 ml per minute, for example.
Rotate at rpm. During this period, the rotation speed of the holder 8 is measured by the tachometer 20, and the rotation speed is controlled by the control device 21 so that the rotation speed becomes constant.
【0050】この条件で、珪素径酸化物3は、例えば1
000nm程度の厚み分だけ研磨され、図2(b)に示
すように、平坦化される。この時のホルダー8にかかる
トルクをトルク計22により測定する。上記図3に示さ
れるように、平坦化が進むにつれてホルダー8にかかる
トルクは小さくなり、例えば7.8Nmで完全に平坦化
され、飽和状態となる。飽和状態となった時にアーム9
を上げ、ウェハ13を取り出す。Under this condition, the silicon oxide 3 is, for example, 1
It is polished by a thickness of about 000 nm and flattened as shown in FIG. The torque applied to the holder 8 at this time is measured by the torque meter 22. As shown in FIG. 3, as the flattening progresses, the torque applied to the holder 8 becomes smaller, and for example, the torque is completely flattened at 7.8 Nm and becomes saturated. Arm 9 when saturated
And the wafer 13 is taken out.
【0051】次に、ウェハ13を洗浄後、図2(c)に
示すように、珪素系酸化膜3に下層配線2に連通するス
ルーホール6を形成する。Next, after cleaning the wafer 13, as shown in FIG. 2C, a through hole 6 communicating with the lower wiring 2 is formed in the silicon oxide film 3.
【0052】その後、図2(d)に示すように、珪素系
酸化膜3の上に上層アルミニウム配線5を形成する。Thereafter, as shown in FIG. 2D, an upper aluminum wiring 5 is formed on the silicon oxide film 3.
【0053】以上のように、本実施例によれば、ホルダ
ー8に回転計20及び制御装置21及びトルク計22を
設け、回転数等の研磨条件が安定した状態でウェハ13
を研磨しながらその間にホルダー8に印加されるトルク
の変化を測定することで、ウェハ13が平坦化されると
研磨抵抗の低減によりトルクが急減する特性を利用し
て、ウェハの平坦化が完了する時を正確に検知すること
ができ、よって、上層配線と下層配線の接続不良やショ
ートの発生を有効に防止することができる。As described above, according to this embodiment, the holder 8 is provided with the tachometer 20, the controller 21, and the torque meter 22, and the wafer 13 is kept in a state where the polishing conditions such as the number of revolutions are stable.
The flattening of the wafer is completed by measuring the change in the torque applied to the holder 8 during the polishing of the wafer and utilizing the characteristic that the torque sharply decreases due to the reduction of the polishing resistance when the wafer 13 is flattened. It is possible to accurately detect the time of occurrence, and thus it is possible to effectively prevent the occurrence of a connection failure or a short circuit between the upper layer wiring and the lower layer wiring.
【0054】なお、上記第1実施例では、ウェハ13を
取付けるホルダー8を強制回転させるようにしたが、本
発明はかかる実施利に限定されるものではなく、例えば
ホルダーが自由回転可能に構成されたものや固定された
ものでもよい。そのような場合でも、ホルダーの軸にス
トレインゲージを取付けて、軸に加わる応力から研磨抵
抗の変化を測定するなどの方法によって、研磨抵抗を測
定することが可能である。In the first embodiment, the holder 8 for mounting the wafer 13 is forcibly rotated, but the present invention is not limited to such an embodiment, and for example, the holder is configured to be freely rotatable. It may be fixed or fixed. Even in such a case, it is possible to measure the polishing resistance by a method such as attaching a strain gauge to the shaft of the holder and measuring the change in the polishing resistance from the stress applied to the shaft.
【0055】次に、請求項4〜6の発明に係る第2実施
例について説明する。Next, a second embodiment according to the inventions of claims 4 to 6 will be described.
【0056】図4は、第2実施例におけるウェハ研磨量
の検出を行うためのウェハの工程断面図である。FIG. 4 is a process sectional view of a wafer for detecting the wafer polishing amount in the second embodiment.
【0057】図4(a)〜(d)において、1は半導体
素子が形成されたシリコン基板、2はシリコン基板1上
に形成される多層配線構造における例えば膜厚800n
mの下層アルミニウム配線、3は下層アルミニウム配線
2上に形成された例えば膜厚1000nmのリンを例え
ば6%含んだ請求項4の発明にいう第1絶縁膜である第
1珪素系酸化膜、4は該第1珪素系酸化膜3の上に形成
された例えば膜厚1000nmの請求項4の発明にいう
第2絶縁膜である第2珪素系酸化膜であって、この第2
絶縁膜3内にはリンがドーピングされていない。また、
5は例えば膜厚1000nmの上層アルミニウム配線、
6は下層のアルミニウム配線2と上層のアルミニウム配
線5を接続するためのスルーホールであり、第1珪素系
酸化膜3に形成される。In FIGS. 4A to 4D, 1 is a silicon substrate on which a semiconductor element is formed, 2 is a film thickness of 800 n in a multilayer wiring structure formed on the silicon substrate 1.
m lower layer aluminum wiring, 3 is a first silicon oxide film which is the first insulating film according to the invention of claim 4, and which contains, for example, 6% of phosphorus having a film thickness of 1000 nm formed on the lower layer aluminum wiring 2. Is a second silicon oxide film which is a second insulating film according to the invention of claim 4 and which is formed on the first silicon oxide film 3 and has a film thickness of, for example, 1000 nm.
The insulating film 3 is not doped with phosphorus. Also,
5 is, for example, an upper aluminum wiring having a film thickness of 1000 nm,
Reference numeral 6 is a through hole for connecting the lower aluminum wiring 2 and the upper aluminum wiring 5, which is formed in the first silicon oxide film 3.
【0058】図5は、第2実施例における研磨装置の概
略構成を示すものである。FIG. 5 shows a schematic structure of the polishing apparatus in the second embodiment.
【0059】図5において、研磨装置の基本的構成は上
記第1実施例と同様であり、異なる部分のみ説明する。
本第2実施例では、研磨後の薬液を回収するための容器
23が研磨台7の外周部下に設置されており、さらに、
この容器23の底部には、研磨後の薬液を排出するため
の配管24が接続されている。そして、この配管24の
途中の一部位で薬液の一部を回収する分岐配管25が接
続され、モーター26により、薬液の一部が真空チャン
バー27に送給するようになされている。これらの容器
23、配管24、分岐配管25及びモーター26によっ
て、請求項4,7及び9の発明にいう液回収手段が構成
されている。In FIG. 5, the basic structure of the polishing apparatus is the same as that of the first embodiment, and only different parts will be described.
In the second embodiment, a container 23 for collecting the chemical liquid after polishing is installed under the outer peripheral portion of the polishing table 7, and further,
A pipe 24 for discharging the chemical liquid after polishing is connected to the bottom of the container 23. A branch pipe 25 for collecting a part of the chemical liquid is connected at a part of the pipe 24, and a part of the chemical liquid is sent to a vacuum chamber 27 by a motor 26. The container 23, the pipe 24, the branch pipe 25, and the motor 26 constitute a liquid recovery means according to the invention of claims 4, 7 and 9.
【0060】また、28は回収した薬液を真空チャンバ
ー27内で気化させるノズルであり、真空チャンバー2
7内部に設置されている。29はプラズマを発生させる
ための平衡平板電極であり、真空チャンバー27内部に
設置されている。また、30はプラズマを発生させるた
めの発振器であり、平衡平板電極29に接続されてい
る。31は真空チャンバー27を真空に保つための排気
ポンプ、32はプラズマの発光を検出するための検出
窓、33は発生したプラズマの発光を検出する発光検出
器であって、該発光検出器33は、真空チャンバー27
内の発光を検出できるように検出窓32に接して設置さ
れている。この真空チャンバ27,ノズル28,平衡平
板電極29,発振器30及び発光検出器33により、請
求項4の発明にいう不純物濃度測定手段が構成されてい
る。また、そのうちノズル28,平衡平板電極29及び
発振器30により、請求項4の発明にいうプラズマ発生
手段が構成されている。Further, 28 is a nozzle for vaporizing the recovered chemical liquid in the vacuum chamber 27, and the vacuum chamber 2
It is installed inside 7. 29 is a balanced plate electrode for generating plasma, which is installed inside the vacuum chamber 27. Reference numeral 30 is an oscillator for generating plasma, which is connected to the balanced plate electrode 29. 31 is an exhaust pump for keeping the vacuum chamber 27 in vacuum, 32 is a detection window for detecting the emission of plasma, 33 is an emission detector for detecting the emission of generated plasma, and the emission detector 33 is , Vacuum chamber 27
It is installed in contact with the detection window 32 so that the light emission therein can be detected. The vacuum chamber 27, the nozzle 28, the balanced plate electrode 29, the oscillator 30, and the light emission detector 33 constitute the impurity concentration measuring means according to the invention of claim 4. Further, the nozzle 28, the balanced plate electrode 29, and the oscillator 30 constitute the plasma generating means according to the invention of claim 4.
【0061】ここで、図6は、図4の断面構造を持った
ウェハをCMPにより平坦化した場合のリンの発光強度
の変化を示すものである。すなわち、研磨量が600n
m程度までは、ウェハ1のリンを含んだ第1珪素系酸化
膜3の上にリンを含まない第2珪素系酸化膜4が堆積さ
れているのでリンの発光強度は極めて僅かであるが、研
磨量が増大すると、第1珪素系酸化膜3が表面に露出し
てくるためにリンの発光量が急激に増大し、研磨量が9
00nm程度になると、第1珪素系酸化膜3が表面の大
部分を示すようになり、リンの発光強度が略一定値とな
る。Here, FIG. 6 shows changes in the emission intensity of phosphorus when the wafer having the sectional structure of FIG. 4 is flattened by CMP. That is, the polishing amount is 600 n
Up to about m, since the second silicon oxide film 4 containing no phosphorus is deposited on the first silicon oxide film 3 containing phosphorus of the wafer 1, the light emission intensity of phosphorus is extremely small. When the polishing amount increases, the first silicon-based oxide film 3 is exposed on the surface, so that the phosphor emission amount rapidly increases and the polishing amount is 9%.
When the thickness is about 00 nm, the first silicon oxide film 3 shows most of the surface, and the emission intensity of phosphorus has a substantially constant value.
【0062】以上のように構成されたCMPによる研磨
量の検出装置について、以下、図4,図5及び図6を用
いてその動作を説明する。The operation of the CMP polishing amount detecting apparatus configured as described above will be described below with reference to FIGS. 4, 5 and 6.
【0063】まず、図4(a)に示すように、下層アル
ミニウム配線2上に、リンを含んだ第1珪素系酸化膜3
を例えば膜厚1000nm形成する。First, as shown in FIG. 4A, the first silicon oxide film 3 containing phosphorus is formed on the lower aluminum wiring 2.
To have a film thickness of 1000 nm, for example.
【0064】次に、図4(b)に示すように、上記第1
珪素系酸化膜3の上に第2珪素系酸化膜4を例えば膜厚
1000nmで形成する。そして、この第2珪素系酸化
膜4を形成したウェハ13をホルダー8に固定し、アー
ム9によりウェハ13を研磨台7に例えば7psiの圧
力で接触させ、供給ノズル10より、例えば粒径200
〜300オングストロームの珪素系酸化物粒子を含んだ
薬液を例えば毎分230ml供給しながら研磨台7とホ
ルダー8とを例えば回転数15rpmで回転させる。Next, as shown in FIG. 4B, the first
A second silicon oxide film 4 is formed on the silicon oxide film 3 to have a film thickness of 1000 nm, for example. Then, the wafer 13 having the second silicon oxide film 4 formed thereon is fixed to the holder 8, and the wafer 13 is brought into contact with the polishing table 7 by the arm 9 at a pressure of, for example, 7 psi.
The polishing table 7 and the holder 8 are rotated at, for example, a rotation speed of 15 rpm while supplying, for example, 230 ml per minute of a chemical solution containing silicon oxide particles of 300 angstroms.
【0065】このCMPによってウェハ13を、図4
(c)に示すように平坦化する。この間、容器23によ
り回収した薬液の一部をモーター26により真空チャン
バ内のノズル28に送り込む。真空チャンバー27は、
真空ポンプ31により、例えば1Torrに制御する。
平衡平板電極29に例えば13.56MHz、300W
の高周波電力を印加してプラズマを発生させる。ノズル
28より真空チャンバー27に薬液を気化して送り込
む。発光検出器33により発光を観察した場合、図6の
ように平坦化が終了する時にリンの発光が増加するよう
になる。リンの発光が例えば初期の発行強度より例えば
10倍以上検出された時にアーム8を上げ、ウェハ13
を取り出す。By this CMP, the wafer 13 is removed as shown in FIG.
It is flattened as shown in (c). During this time, a part of the chemical solution collected in the container 23 is sent to the nozzle 28 in the vacuum chamber by the motor 26. The vacuum chamber 27 is
The vacuum pump 31 controls the pressure to 1 Torr, for example.
For the balanced flat plate electrode 29, for example, 13.56 MHz, 300 W
To generate plasma by applying high frequency electric power. The chemical liquid is vaporized and sent into the vacuum chamber 27 from the nozzle 28. When luminescence is observed by the luminescence detector 33, the luminescence of phosphorus increases when the planarization is finished as shown in FIG. When the light emission of phosphorus is detected, for example, 10 times or more than the initial emission intensity, the arm 8 is raised and the wafer 13
Take out.
【0066】次に、図4(d)に示すように、ウェハ1
3を洗浄後、第1珪素系酸化膜3を貫通して下層アルミ
ニウム配線2に連通するスルーホール6を形成する。Next, as shown in FIG. 4D, the wafer 1
After cleaning 3, the through holes 6 penetrating the first silicon oxide film 3 and communicating with the lower aluminum wiring 2 are formed.
【0067】その後、図4(e)に示すように、第1珪
素系酸化膜3の上に上層アルミニウム配線5を形成す
る。After that, as shown in FIG. 4E, the upper layer aluminum wiring 5 is formed on the first silicon oxide film 3.
【0068】以上のように、上記第2実施例によれば、
ウェハ13の上に、リンを含んだ第1珪素系酸化膜3を
堆積し、さらに、この上にリンを含まない第2珪素系酸
化膜4を堆積して、平坦化のためのCMPを行う間、研
磨後の薬液の一部を回収し、その薬液中のリンの濃度を
測定するようにしたので、第2珪素系酸化膜4がほとん
ど研磨された時を検知することができる。そして、この
ときには、ウェハ13表面の平坦化はすでに終了してい
る。つまり、リンの濃度を測定することで、平坦化され
た状態を確実に検知することができ、その時にCMPを
終了することで、下層アルミニウム配線2と上層アルミ
ニウム配線5との間の導通不良やショートの発生を有効
に防止することができる。As described above, according to the second embodiment,
A first silicon-based oxide film 3 containing phosphorus is deposited on the wafer 13, and a second silicon-based oxide film 4 not containing phosphorus is further deposited thereon, and CMP for planarization is performed. During this period, a part of the chemical liquid after polishing is collected and the concentration of phosphorus in the chemical liquid is measured, so that it is possible to detect when the second silicon oxide film 4 is almost polished. At this time, the flattening of the surface of the wafer 13 has already been completed. That is, by measuring the phosphorus concentration, it is possible to reliably detect the flattened state, and by ending CMP at that time, conduction failure between the lower layer aluminum wiring 2 and the upper layer aluminum wiring 5 can be prevented. It is possible to effectively prevent the occurrence of a short circuit.
【0069】なお、研磨後の薬液中の不純物を測定する
手段は、上記のプラズマ発光を利用したものに限定され
るものではなく、他の各種分析方法を使用することがで
きる。ただし、上記第2実施例のように、プラズマ発光
を利用すると、濃度測定のための装置が比較的簡素な構
成となり、ウェハの研磨を行いながらウェハの研磨を止
めることなく研磨量を容易に判断しうる利点がある。The means for measuring the impurities in the chemical liquid after polishing is not limited to the one utilizing the plasma emission described above, and various other analysis methods can be used. However, when plasma emission is used as in the second embodiment, the concentration measuring device has a relatively simple structure, and the polishing amount can be easily determined without stopping the wafer polishing while polishing the wafer. There are possible advantages.
【0070】なお、予め第1珪素系酸化膜3中に導入す
る不純物は上記第2実施例のごときリンに限定されるこ
とはなく、例えば窒素,ボロン,ヒ素等を不純物として
導入しておいても同様の効果が得られる。The impurities introduced into the first silicon oxide film 3 in advance are not limited to phosphorus as in the second embodiment. For example, nitrogen, boron, arsenic, etc. are introduced as impurities. Also has the same effect.
【0071】また、第1,第2絶縁膜3,4は必ずしも
珪素系酸化膜に限定されるものではなく、例えばSi3
Ni4 やBN等の絶縁膜についても適用しうる。Further, the first and second insulating films 3 and 4 are not necessarily limited to the silicon oxide film, and for example, Si 3
It can also be applied to an insulating film such as Ni 4 or BN.
【0072】次に、請求項7及び8の発明に係る第3実
施例について図面を参照しながら説明する。Next, a third embodiment according to the seventh and eighth aspects of the invention will be described with reference to the drawings.
【0073】図7は、第3実施例における研磨装置の概
略構成を示すものである。FIG. 7 shows a schematic structure of the polishing apparatus in the third embodiment.
【0074】図7において、研磨装置の基本的構成は上
記第1,第2実施例と略同様であり、異なる部分のみ説
明する。本題3実施例では、研磨後の薬液を回収するた
めの容器23に接続される研磨後の薬液を排出するため
の配管24に、薬液のpH値を測定するpH測定手段と
してのpHモニタ34が介設されている。In FIG. 7, the basic structure of the polishing apparatus is substantially the same as that of the first and second embodiments, and only different parts will be described. In Example 3 of the present subject, a pH monitor 34 as a pH measuring means for measuring the pH value of the chemical liquid is provided in a pipe 24 for discharging the chemical liquid after polishing, which is connected to a container 23 for collecting the chemical liquid after polishing. It is installed.
【0075】また、本実施例では、ウェハ13の断面構
造は上記第2実施例におけるウェハ13の断面構造と同
様である(図4参照)。Further, in this embodiment, the sectional structure of the wafer 13 is the same as the sectional structure of the wafer 13 in the second embodiment (see FIG. 4).
【0076】図8は、図4の断面構造を持ったウェハを
CMPにより平坦化した場合のpH値の変化を示すもの
である。すなわち、研磨量が600nmm以下では、ま
だ、第1珪素系酸化膜3が表面に現れず、もっぱら第2
珪素系酸化膜4が除去されるだけであるので、研磨後の
薬液中は、コロイダルシリカによってある程度のアルカ
リ性を示す。しかし、研磨が進行して、第1珪素系酸化
膜3が表面に露出してくると、その中に含まれるリンの
ために薬液が中和作用を受け、pH値が急激に低下し
て、表面の大部分が第1珪素系酸化膜3になる1000
nm付近では、ほとんど中性に近い一定値となる。FIG. 8 shows a change in pH value when the wafer having the sectional structure of FIG. 4 is flattened by CMP. That is, when the polishing amount is 600 nm or less, the first silicon oxide film 3 does not yet appear on the surface, and the second silicon oxide film 3 is mainly used for the second
Since only the silicon oxide film 4 is removed, the chemical solution after polishing shows a certain degree of alkalinity due to the colloidal silica. However, when the polishing progresses and the first silicon oxide film 3 is exposed on the surface, the chemical solution is neutralized by the phosphorus contained therein, and the pH value sharply decreases, Most of the surface becomes the first silicon oxide film 3 1000
In the vicinity of nm, it has a constant value that is almost neutral.
【0077】以上のように構成された研磨装置につい
て、以下図4,図7及び図8を用いてその作動を説明す
る。The operation of the polishing apparatus having the above structure will be described below with reference to FIGS. 4, 7 and 8.
【0078】まず、図4(a),(b)に示すように、
ウェハ13の下層アルミニウム配線2上に、リンを含ん
だ第1珪素系酸化膜3とリンを含まない第2珪素系酸化
物4とを堆積した後、ウェハ13を上記第2実施例と同
様の条件で研磨して、図4(c)に示すように平坦化す
る。First, as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b),
After depositing the first silicon-based oxide film 3 containing phosphorus and the second silicon-based oxide 4 not containing phosphorus on the lower aluminum wiring 2 of the wafer 13, the wafer 13 is formed in the same manner as in the second embodiment. Polishing is performed under the conditions, and flattening is performed as shown in FIG.
【0079】この間、容器23により薬液を回収し、p
Hモニター34によりpH値を測定すると、図8に示さ
れるように、第2珪素系酸化膜4が研磨され第1珪素系
酸化膜3が露出するときに(平坦化はすでに終了してい
る)pH値が急激に低下する。pH値が例えば8以下に
なった時にアーム9を上げ、ウェハ13を取り出す。ウ
ェハ13を洗浄後、スルーホール6を形成する(図4
(d)参照)。その後に上層アルミニウム配線5を形成
する(図4(e)参照)。During this period, the chemical solution is collected in the container 23, and p
When the pH value is measured by the H monitor 34, as shown in FIG. 8, when the second silicon oxide film 4 is polished and the first silicon oxide film 3 is exposed (planarization is already completed). The pH value drops sharply. When the pH value becomes, for example, 8 or less, the arm 9 is raised and the wafer 13 is taken out. After cleaning the wafer 13, the through holes 6 are formed (FIG. 4).
(See (d)). After that, the upper aluminum wiring 5 is formed (see FIG. 4E).
【0080】以上のように、上記第3実施例によれば、
研磨後の薬液のpH値を測定する装置34を設けること
により、研磨の進行に応じたpH値の変化特性を利用し
て、完全に平坦化が終了したことを検知することができ
る。As described above, according to the third embodiment,
By providing the device 34 for measuring the pH value of the chemical liquid after polishing, it is possible to detect the completion of the flattening by utilizing the change characteristic of the pH value according to the progress of polishing.
【0081】なお、各請求項の発明における第1珪素系
酸化膜3中に導入する不純物は上記第3実施例の如きリ
ンに限定されるものではなく、研磨液中のpH値を変化
させる各種不純物を導入し得ることはいうまでもない。
また、第1,第2絶縁膜の材質は珪素系酸化膜に限定さ
れるものでもない。The impurities introduced into the first silicon oxide film 3 according to the invention of each claim are not limited to phosphorus as in the third embodiment, but various kinds of substances that change the pH value in the polishing liquid. It goes without saying that impurities can be introduced.
The material of the first and second insulating films is not limited to the silicon oxide film.
【0082】次に、請求項9及び10の発明に係る第4
実施例について、図面を参照しながら説明する。Next, the fourth aspect of the present invention according to claims 9 and 10
Examples will be described with reference to the drawings.
【0083】図9は、第4実施例における研磨装置を示
す。図9において、研磨装置の基本的な構成は上記各実
施例と同様であるので、異なる部分のみ説明する。研磨
後の薬液を排出するための配管24が容器33に接続さ
れ、さらに、配管24の途中に薬液の比抵抗を測定する
比抵抗測定手段としての比抵抗モニター35が介設され
ている。FIG. 9 shows a polishing apparatus in the fourth embodiment. In FIG. 9, the basic structure of the polishing apparatus is the same as that of each of the above-described embodiments, so only different parts will be described. A pipe 24 for discharging the chemical liquid after polishing is connected to a container 33, and a resistivity monitor 35 as a resistivity measuring means for measuring the resistivity of the chemical liquid is provided in the middle of the pipe 24.
【0084】本発明においても、ウェハ13の構造は上
記第2実施例における図4に示す構造と同様である。Also in the present invention, the structure of the wafer 13 is similar to the structure shown in FIG. 4 in the second embodiment.
【0085】図10は、図4の断面構造を持ったウェハ
をCMPにより平坦化した場合の比抵抗の変化を示すも
のである。すなわち、600nmに達するまでは、基板
表面全体が第2珪素系酸化膜4で占められるので、比抵
抗が80kΩcm以上と比較的高いが、研磨量が600n
m以上になり、第1珪素系酸化膜3が表面に露出する
と、研磨後の薬液にリンが含まれるようになるため、比
抵抗が急激に低減して、約20kΩcm程度になる。FIG. 10 shows changes in specific resistance when a wafer having the sectional structure of FIG. 4 is flattened by CMP. That is, until reaching 600 nm, the entire surface of the substrate is occupied by the second silicon oxide film 4, so that the specific resistance is relatively high at 80 kΩcm or more, but the polishing amount is 600 n.
When the thickness becomes m or more and the first silicon oxide film 3 is exposed on the surface, phosphorus is contained in the chemical liquid after polishing, so that the specific resistance is rapidly reduced to about 20 kΩcm.
【0086】以上のように構成されたCMPによるウェ
ハ研磨装置について、以下図4,図9及び図10を用い
てその動作を説明する。The operation of the CMP wafer polishing apparatus configured as described above will be described below with reference to FIGS. 4, 9 and 10.
【0087】まず,図4(a)に示すように、下層アル
ミニウム配線2上に、リンを含んだ第1珪素酸化物膜3
を例えば膜厚1000nm形成し、さらに、同図(b)
に示すように、第1珪素系酸化膜3の上に第2珪素酸化
物膜4を例えば膜厚1000nm形成する。First, as shown in FIG. 4A, the first silicon oxide film 3 containing phosphorus is formed on the lower aluminum wiring 2.
Is formed to a film thickness of 1000 nm, for example, and further, in FIG.
As shown in, the second silicon oxide film 4 is formed on the first silicon oxide film 3 to a thickness of 1000 nm, for example.
【0088】この状態で、ウェハ13をホルダー8に固
定し、アーム9によりウェハ13を研磨台7に例えば7
psiの圧力で接触させ、供給ノズル10より例えば粒
径200〜300オングストロームの珪素酸化物粒子を
含んだ薬液を例えば毎分230ml供給しながら研磨台
7とホルダー8を例えば回転数15rpmで回転させ
る。この間、容器23により薬液を回収する。比抵抗モ
ニター35により比抵抗を測定した場合、図10に示さ
れるように平坦化が終了する時に比抵抗が減小する。比
抵抗が例えば20kΩcm程度になった時にアーム8を
上げ、ウェハ13を取り出すと、ウェハ13は、図4
(c)に示すように、第2珪素系酸化膜4が研磨され第
1珪素系酸化膜3が露出した状態となっている(平坦化
はすでに終了している)。In this state, the wafer 13 is fixed to the holder 8 and the arm 9 holds the wafer 13 on the polishing table 7, for example, 7.
The polishing table 7 and the holder 8 are rotated at a rotation speed of 15 rpm, for example, while supplying 230 ml per minute of a chemical solution containing silicon oxide particles having a particle diameter of 200 to 300 angstroms from the supply nozzle 10 while bringing them into contact with each other. During this time, the container 23 collects the drug solution. When the specific resistance is measured by the specific resistance monitor 35, the specific resistance decreases when the flattening is completed as shown in FIG. When the arm 8 is raised and the wafer 13 is taken out when the specific resistance becomes about 20 kΩcm, the wafer 13 is
As shown in (c), the second silicon oxide film 4 is polished and the first silicon oxide film 3 is exposed (planarization is already completed).
【0089】次に、図4(d)に示すように、ウェハ1
3を洗浄後、スルーホール6を形成し、その後、図4
(e)に示すように、上層アルミニウム配線5を形成す
る。Next, as shown in FIG. 4D, the wafer 1
3 is washed, the through hole 6 is formed, and then, as shown in FIG.
As shown in (e), the upper layer aluminum wiring 5 is formed.
【0090】以上のように、上記第4実施例によれば、
基板が平坦化されリンを含んだ第1珪素系酸化膜3が表
面に露出すると、研磨後の薬液の比抵抗がリンのために
急激に低下する。そして、比抵抗モニター35によっ
て、この比抵抗の減小時が検知されるので、CMPを行
いながら、基板の研磨量を正確に検知することができ、
下層アルミニウム配線2と上層アルミニウム配線5との
接続不良やショートの発生を有効に防止することができ
る。As described above, according to the fourth embodiment,
When the substrate is flattened and the first silicon-based oxide film 3 containing phosphorus is exposed on the surface, the specific resistance of the chemical solution after polishing sharply decreases due to phosphorus. Since the specific resistance monitor 35 detects the decrease in the specific resistance, it is possible to accurately detect the polishing amount of the substrate while performing CMP.
It is possible to effectively prevent a connection failure or a short circuit between the lower aluminum wiring 2 and the upper aluminum wiring 5.
【0091】なお、上記第4実施例において、第1珪素
系酸化膜3にドーピングされる不純物をリンとしたが、
各請求項の発明における不純物はかかる実施例に限定さ
れるものではなく、研磨液の比抵抗を変化させる各種不
純物を導入しうる。また、第1,第2絶縁膜の材質も珪
素系酸化膜に限定されるものではない。In the fourth embodiment, the impurity doped in the first silicon oxide film 3 is phosphorus.
The impurities in the inventions of the respective claims are not limited to the embodiments, and various impurities that change the specific resistance of the polishing liquid can be introduced. The material of the first and second insulating films is not limited to the silicon oxide film.
【0092】[0092]
【発明の効果】以上説明したように、請求項1の発明に
よれば、回転駆動される研磨台上でホルダーに取付けら
れたウェハを研磨用薬液を供給しながら研磨するように
したウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量の検出装
置の構成として、研磨中に研磨台からホルダーに作用す
る力をモニターして、ウェハの研磨抵抗を測定する構成
としたので、研磨の進行によってウェハ表面が平坦化さ
れた時に研磨抵抗が急激に減小する特性を利用して、研
磨中にウェハが平坦化された時を確実に検知することが
でき、よって、研磨不足や研磨過剰によるウェハ特性の
不具合を回避することができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, the wafer polishing apparatus is configured to polish the wafer mounted on the holder on the rotary table for polishing while supplying the polishing chemical. As the configuration of the wafer polishing amount detection device that is arranged in the above position, the force applied from the polishing table to the holder during polishing is monitored to measure the polishing resistance of the wafer. It is possible to reliably detect when the wafer is flattened during polishing by utilizing the characteristic that the polishing resistance sharply decreases when the wafer is flattened. It can be avoided.
【0093】請求項2の発明によれば、上記請求項1の
発明において、ホルダーを強制的に安定条件で回転駆動
されるものとし、ホルダーに作用する回転トルクを測定
するトルク計により研磨抵抗を測定する構成としたの
で、ホルダーに加わる回転トルクの変化特性を利用し
て、研磨抵抗を精度よく測定することができ、よって、
平坦化の終了時をより正確に検知することができる。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the holder is forcibly driven to rotate under stable conditions, and the polishing resistance is measured by a torque meter that measures the rotational torque acting on the holder. Since it is configured to measure, it is possible to accurately measure the polishing resistance by utilizing the change characteristic of the rotation torque applied to the holder.
The end of the flattening can be detected more accurately.
【0094】請求項3の発明によれば、ウェハ研磨量の
検出方法として、回転駆動される研磨台上で回転駆動さ
れるホルダーに取付けられたウェハを研磨用薬液を供給
しながら研磨する際に、ホルダーに作用する回転トルク
を測定し、回転トルクの変化特性に基づき、ウェハの平
坦化が終了した時を検知するようにしたので、ホルダー
に加わる回転トルクを利用して、研磨抵抗を精度よく測
定することができ、よって、平坦化の終了時をより正確
に検知することができる。According to the third aspect of the present invention, as a method for detecting the amount of wafer polishing, when a wafer mounted on a holder which is rotationally driven on a rotationally driven polishing table is polished while supplying a polishing chemical. , The rotation torque acting on the holder is measured, and when the flattening of the wafer is detected based on the change characteristic of the rotation torque, the rotation resistance applied to the holder is used to accurately measure the polishing resistance. It can be measured and thus the end of the planarization can be detected more accurately.
【0095】請求項4の発明によれば、回転駆動される
研磨台上でウェハを研磨用薬液を供給しながら研磨する
ようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量の
検出装置の構成として、予めウェハの表面上に不純物を
含む第1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次
堆積しておき、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収し
て、回収された研磨後の薬液中の不純物の濃度を測定す
る構成としたので、研磨の進行により、第1絶縁膜が表
面上に露出すると回収された研磨後の薬液中の不純物濃
度がその時に急激に上昇する特性を利用して、ウェハの
研磨量を正確に検知することができ、よって、研磨不足
や研磨過剰によるウェハ特性の不具合を回避することが
できる。According to the fourth aspect of the present invention, there is provided a wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing device configured to polish a wafer while supplying a polishing chemical on a rotary drive polishing table. Firstly, a first insulating film containing impurities and a second insulating film not containing impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer in advance, and at least a part of the chemical liquid after polishing is collected, and the collected chemical liquid after polishing is collected. Since the configuration is such that the concentration of impurities in the chemical liquid is measured, the characteristic that the impurity concentration in the recovered chemical liquid after polishing is rapidly increased when the first insulating film is exposed on the surface due to the progress of polishing is used. Therefore, the polishing amount of the wafer can be accurately detected, and therefore, the defect of the wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing can be avoided.
【0096】請求項5の発明によれば、上記請求項4の
発明において、不純物を測定する手段として、真空チャ
ンバー内部に回収された薬液を気化させてプラズマを発
生させ、プラズマの発光を検出する構成としたので、不
純物のプラズマ発光強度を利用して薬液中の不純物濃度
の変化を容易に検知することができる。According to the invention of claim 5, in the invention of claim 4, as a means for measuring impurities, the chemical solution collected in the vacuum chamber is vaporized to generate plasma, and the emission of plasma is detected. Since the configuration is adopted, it is possible to easily detect the change in the impurity concentration in the chemical liquid by utilizing the plasma emission intensity of the impurities.
【0097】請求項6の発明によれば、ウェハ研磨量の
検出方法として、予めウェハの表面上に不純物を含む第
1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積し
ておき、研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際
に、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収して真空チャ
ンバーで気化させ、さらにプラズマ化させて、プラズマ
発光の強度の変化特性に基づき、ウェハの研磨量を検知
する方法としたので、不純物のプラズマ発光強度を利用
して薬液中の不純物濃度の変化を容易に検知することが
でき、よって、研磨不足や研磨過剰によるウェハ特性の
不具合を回避することができる。According to the invention of claim 6, as a method for detecting the amount of wafer polishing, a first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited in advance on the surface of the wafer, When a wafer is polished while supplying a polishing chemical, at least a part of the chemical after polishing is recovered and vaporized in a vacuum chamber, and further converted into plasma. Based on the change characteristic of the intensity of plasma emission, Since the method of detecting the polishing amount is used, it is possible to easily detect the change in the impurity concentration in the chemical liquid by utilizing the plasma emission intensity of the impurities, thus avoiding the defect of the wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing. be able to.
【0098】請求項7の発明によれば、回転駆動される
研磨台上でウェハを研磨用薬液を供給しながら研磨する
ようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量の
検出装置の構成として、ウェハの表面上に不純物を含む
第1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積
しておき、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収して、
回収された研磨後の薬液中のpH値を測定する構成とし
たので、研磨の進行により、第1絶縁膜が表面上に露出
すると回収された研磨後の薬液のpH値がその時に急激
に上昇する特性を利用して、ウェハの研磨量を正確に検
知することができ、よって、研磨不足や研磨過剰による
ウェハ特性の不具合を回避することができる。According to the invention of claim 7, the wafer polishing amount detecting device is arranged in the wafer polishing device which polishes the wafer on the polishing table driven to rotate while supplying the polishing chemical. , A first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer, and at least a part of the chemical liquid after polishing is recovered,
Since the pH value in the recovered chemical liquid after polishing is measured, when the first insulating film is exposed on the surface due to the progress of polishing, the pH value of the recovered chemical liquid after polishing sharply increases at that time. It is possible to accurately detect the polishing amount of the wafer by utilizing the characteristics described above, and thus it is possible to avoid a defect in the wafer characteristics due to insufficient polishing or excessive polishing.
【0099】請求項8の発明によれば、ウェハ研磨量の
検出方法として、予めウェハの表面上に不純物を含む第
1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積し
ておき、研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際
に、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収してpH値を
測定し、pH値の変化特性に基づきウェハの研磨量を検
知する方法としたので、不純物によるpH値の変化を利
用してウェハの研磨量を正確に検知することができ、上
記請求項7の発明と同様の効果を得ることができる。According to the invention of claim 8, as a method for detecting the amount of wafer polishing, a first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited in advance on the surface of the wafer, When a wafer is polished while supplying a polishing chemical, at least a part of the chemical after polishing is collected to measure the pH value, and the polishing amount of the wafer is detected based on the change characteristic of the pH value. The polishing amount of the wafer can be accurately detected by utilizing the change in pH value due to impurities, and the same effect as that of the invention of claim 7 can be obtained.
【0100】請求項9の発明によれば、回転駆動される
研磨台上でウェハを研磨用薬液を供給しながら研磨する
ようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量の
検出装置の構成として、ウェハの表面上に不純物を含む
第1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積
しておき、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収して、
回収された研磨後の薬液中の比抵抗値を測定する構成と
したので、研磨の進行により、第1絶縁膜が表面上に露
出すると回収された研磨後の薬液の比抵抗値がその時に
急激に上昇する特性を利用して、ウェハの研磨量を正確
に検出することができ、よって、研磨不足や研磨過剰に
よるウェハ特性の不具合を回避することができる。According to the ninth aspect of the present invention, there is provided a wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing device configured to polish a wafer on a polishing table which is rotationally driven while supplying a polishing chemical. , A first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer, and at least a part of the chemical liquid after polishing is recovered,
Since the specific resistance value in the recovered chemical liquid after polishing is measured, when the first insulating film is exposed on the surface due to the progress of polishing, the specific resistance value of the recovered chemical liquid after polishing sharply increases at that time. It is possible to accurately detect the polishing amount of the wafer by utilizing the characteristic that rises to 0. Therefore, it is possible to avoid the defect of the wafer characteristic due to insufficient polishing or excessive polishing.
【0101】請求項10の発明によれば、ウェハ研磨量
の検出方法として、予めウェハの表面上に不純物を含む
第1絶縁膜と不純物を含まない第2絶縁膜とを順次堆積
しておき、研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する
際に、研磨後の薬液の少なくとも一部を回収して比抵抗
値を測定し、比抵抗値の変化特性に基づきウェハの研磨
量を検知する方法としたので、不純物による比抵抗値の
変化を利用してウェハの研磨量を正確に検知することが
でき、上記請求項9の発明と同様の効果を得ることがで
きる。According to the tenth aspect of the invention, as a method for detecting the amount of wafer polishing, a first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited in advance on the surface of the wafer, When polishing a wafer while supplying a polishing chemical, at least a portion of the chemical after polishing is collected to measure the specific resistance value, and a method for detecting the polishing amount of the wafer based on the change characteristic of the specific resistance value is used. Therefore, the polishing amount of the wafer can be accurately detected by utilizing the change in the specific resistance value due to the impurities, and the same effect as that of the invention of claim 9 can be obtained.
【0102】請求項11の発明によれば、上記請求項
1,2,4,5,7又は9の発明を、珪素系酸化物を研
磨用薬液とし、研磨布を介してウェハ表面上の絶縁膜を
平坦化することを目的とするCMP法に適用したので、
特にわずかの研磨量で高精度の平坦化を行うことを目的
とするCMP法においても、各請求項の発明の効果が得
られ、多層配線間における絶縁特性やコンタクト部にお
ける導電特性のようなウェハの特性の向上を図ることが
できる。According to the invention of claim 11, the invention of claim 1, 2, 4, 5, 7 or 9 is characterized in that a silicon-based oxide is used as a polishing chemical, and insulation on the wafer surface is performed through a polishing cloth. Since it was applied to the CMP method for flattening the film,
In particular, the effects of the invention of each claim can be obtained even in the CMP method for the purpose of performing highly accurate flattening with a small polishing amount, and the wafer such as the insulating characteristic between the multi-layered wiring and the conductive characteristic in the contact portion The characteristics of can be improved.
【図1】第1実施例におけるウェハ研磨装置の構成を概
略的に示す正面図である。FIG. 1 is a front view schematically showing a configuration of a wafer polishing apparatus in a first embodiment.
【図2】第1実施例における研磨の進行過程を説明する
ためのウェハの断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the wafer for explaining the progress of polishing in the first embodiment.
【図3】第1実施例における研磨の進行に対する回転ト
ルクの変化を示す特性図である。FIG. 3 is a characteristic diagram showing a change in rotation torque with progress of polishing in the first embodiment.
【図4】第2,第3及び第4実施例における研磨の進行
過程を説明するためのウェハの断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of a wafer for explaining the progress of polishing in the second, third and fourth embodiments.
【図5】第2実施例におけるウェハ研磨装置の構成を概
略的に示す正面図である。FIG. 5 is a front view schematically showing a configuration of a wafer polishing apparatus in a second embodiment.
【図6】第2実施例における研磨の進行に対するリン濃
度の変化を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing changes in phosphorus concentration with progress of polishing in the second embodiment.
【図7】第3実施例におけるウェハ研磨装置の構成を概
略的に示す正面図である。FIG. 7 is a front view schematically showing a configuration of a wafer polishing apparatus in a third embodiment.
【図8】第3実施例における研磨の進行に対するpH値
の変化を示す特性図である。FIG. 8 is a characteristic diagram showing a change in pH value with the progress of polishing in the third embodiment.
【図9】第4実施例におけるウェハ研磨装置の構成を概
略的に示す正面図である。FIG. 9 is a front view schematically showing a configuration of a wafer polishing apparatus in a fourth embodiment.
【図10】第4実施例における研磨の進行に対する比抵
抗値の変化を示す特性図である。FIG. 10 is a characteristic diagram showing changes in the specific resistance value with the progress of polishing in the fourth example.
【図11】従来例におけるウェハの平坦化過程を示すウ
ェハの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a wafer showing a flattening process of the wafer in a conventional example.
【図12】従来例におけるウェハ研磨装置の構成を概略
的に示す平面図及び正面図である。FIG. 12 is a plan view and a front view schematically showing the configuration of a conventional wafer polishing apparatus.
1 シリコン基板 2 下層アルミ配線 3 (第1)珪素系酸化膜(第1絶縁膜) 4 第2珪素系酸化膜(第2絶縁膜) 5 上層アルミニウム配線 6 スルーホール 7 研磨台 8 ホルダー 9 アーム 10 ノズル 11 研磨台用モーター 12 ホルダー用モーター 13 ウェハ 14 研磨台 20 回転計 21 制御装置(回転速度制御手段) 22 トルク計(研磨抵抗測定手段) 23 容器 24 配管 25 分岐配管 26 モーター 27 真空チャンバー 28 ノズル 29 平行平板電極 30 発振器 31 排気ポンプ 32 発光検出窓 33 発光検出器 34 pHモニター(pH測定手段) 35 比抵抗モニター(比抵抗測定手段) 1 Silicon Substrate 2 Lower Aluminum Wiring 3 (First) Silicon Oxide Film (First Insulating Film) 4 Second Silicon Oxide Film (Second Insulating Film) 5 Upper Aluminum Wiring 6 Through Hole 7 Polishing Table 8 Holder 9 Arm 10 Nozzle 11 Motor for polishing table 12 Motor for holder 13 Wafer 14 Polishing table 20 Tachometer 21 Control device (rotation speed control means) 22 Torque meter (polishing resistance measuring means) 23 Container 24 Pipe 25 Branch pipe 26 Motor 27 Vacuum chamber 28 Nozzle 29 Parallel plate electrode 30 Oscillator 31 Exhaust pump 32 Emission detection window 33 Emission detector 34 pH monitor (pH measuring means) 35 Specific resistance monitor (specific resistance measuring means)
Claims (11)
供給しながら、ホルダーに取付けられたウェハを研磨す
るようにしたウェハ研磨装置に配置されるウェハ研磨量
の検出装置であって、 研磨中に上記研磨台からホルダーに作用する力をモニタ
ーして、ウェハの研磨抵抗を測定する研磨抵抗測定手段
を備えたことを特徴とするウェハ研磨量の検出装置。1. A wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing device configured to polish a wafer mounted on a holder while supplying a polishing chemical on a rotary driven polishing table, comprising: A device for detecting a wafer polishing amount, comprising a polishing resistance measuring means for measuring a polishing resistance of a wafer by monitoring a force applied to a holder from the polishing table during polishing.
において、 上記ホルダーを強制的に回転駆動する駆動機構と、 ホルダーが安定条件で回転するよう上記駆動機構を制御
する回転速度制御手段とを備え、 上記研磨抵抗測定手段は、上記ホルダーに作用する回転
トルクを測定するトルク計であることを特徴とするウェ
ハ研磨量の検出装置。2. The wafer polishing amount detection device according to claim 1, further comprising a drive mechanism for forcibly rotating and driving the holder, and a rotation speed control means for controlling the drive mechanism so that the holder rotates under a stable condition. The wafer polishing amount detecting device is characterized in that the polishing resistance measuring means is a torque meter for measuring a rotational torque acting on the holder.
供給しながら、回転駆動されるホルダーに取付けられた
ウェハを研磨する際に、 ホルダーに作用する回転トルクを測定し、 回転トルクの変化特性に基づき、ウェハの平坦化が終了
した時を検出することを特徴とするウェハ研磨量の検出
方法。3. The rotational torque acting on the holder when polishing a wafer mounted on a rotationally driven holder while supplying a polishing chemical on a rotationally driven polishing table is measured. A method for detecting the amount of wafer polishing, which detects when the flattening of the wafer is completed based on the change characteristics.
供給しながら、ウェハを研磨するようにしたウェハ研磨
装置に配置されるウェハ研磨量の検出装置であって、 上記ウェハの表面上には不純物を導入してなる第1絶縁
膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とが順次堆積されて
いて、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段
と、 該液回収手段で回収される研磨後の薬液中の不純物の濃
度を測定する不純物濃度測定手段とを備えたことを特徴
とするウェハ研磨量の検出装置。4. A wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing device for polishing a wafer while supplying a polishing chemical on a rotary driven polishing table, the device comprising: A first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited, and a liquid recovery means for recovering at least a part of the chemical liquid after polishing, and the liquid recovery means. An apparatus for detecting a polishing amount of a wafer, comprising: an impurity concentration measuring means for measuring a concentration of impurities in the recovered chemical liquid after polishing.
において、 不純物濃度測定手段は、 回収された薬液を真空雰囲気中で気化させた後、プラズ
マを発生させるプラズマ発生手段と、 プラズマ発光を検出する発光検出器とを備えたことを特
徴とするウェハ研磨量の検出装置。5. The wafer polishing amount detecting device according to claim 4, wherein the impurity concentration measuring means includes a plasma generating means for generating plasma after vaporizing the recovered chemical liquid in a vacuum atmosphere, and a plasma emission means. An apparatus for detecting a wafer polishing amount, comprising a light emission detector for detecting.
てなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とを
順次堆積しておき、 研磨用薬液を供給しながら上記ウェハを研磨する際に、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収し、 回収された研磨後の薬液を真空チャンバー内に導入して
気化させた後、プラズマを発生させ、 不純物のプラズマ発光の強度を測定して、 プラズマ発光の強度の変化特性に基づき、ウェハの研磨
量を検出することを特徴とするウェハ研磨量の検出方
法。6. A first insulating film containing impurities and a second insulating film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of a wafer in advance, and the wafer is polished while supplying a polishing chemical. In this case, at least a part of the chemical liquid after polishing is collected, the collected chemical liquid after polishing is introduced into the vacuum chamber and vaporized, plasma is generated, and the plasma emission intensity of impurities is measured. Then, the method for detecting the amount of wafer polishing is characterized in that the amount of wafer polishing is detected based on the change characteristics of the intensity of plasma emission.
供給しながら、ウェハを研磨するようにしたウェハ研磨
装置に配置されるウェハ研磨量の検出装置であって、 上記ウェハの表面上には不純物を導入してなる第1絶縁
膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とが順次堆積されて
いて、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段
と、 該液回収手段で回収される研磨後の薬液のpH値を測定
するpH測定手段とを備えたことを特徴とするウェハ研
磨量の検出装置。7. A wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing device configured to polish a wafer while supplying a polishing chemical on a polishing table which is rotationally driven. A first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited, and a liquid recovery means for recovering at least a part of the chemical liquid after polishing, and the liquid recovery means. A wafer polishing amount detecting device, comprising: a pH measuring unit that measures a pH value of a recovered chemical liquid after polishing.
入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁膜
とを順次堆積しておき、 研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際に、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収し、 回収された薬液のpH値を測定して、 薬液のpHの変化特性に基づきウェハの研磨量を検出す
ることを特徴とするウェハ研磨量の検出方法。8. A wafer is polished while a polishing chemical is supplied while a first insulation film containing impurities and a second insulation film containing no impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer in advance. When polishing, at least part of the chemical liquid after polishing is collected, the pH value of the collected chemical liquid is measured, and the polishing amount of the wafer is detected based on the pH change characteristics of the chemical liquid. How to detect quantity.
供給しながら、ウェハを研磨するようにしたウェハ研磨
装置に配置されるウェハ研磨量の検出装置であって、 上記ウェハの表面上には不純物を導入してなる第1絶縁
膜と不純物を導入しない第2絶縁膜とが順次堆積されて
いて、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収する液回収手段
と、 該液回収手段で回収される研磨後の薬液の比抵抗を測定
する比抵抗測定手段とを備えたことを特徴とするウェハ
研磨量の検出装置。9. A wafer polishing amount detecting device arranged in a wafer polishing device configured to polish a wafer while supplying a polishing chemical on a rotary drive polishing table. A first insulating film into which impurities are introduced and a second insulating film into which impurities are not introduced are sequentially deposited, and a liquid recovery means for recovering at least a part of the chemical liquid after polishing, and the liquid recovery means. A device for detecting the amount of wafer polishing, comprising: a specific resistance measuring means for measuring the specific resistance of the recovered chemical liquid after polishing.
導入してなる第1絶縁膜と不純物を導入しない第2絶縁
膜とを順次堆積しておき、 研磨用薬液を供給しながらウェハを研磨する際に、 研磨後の薬液の少なくとも一部を回収し、 回収された研磨後の薬液の比抵抗値を測定して、 薬液の比抵抗値の変化特性に基づきウェハの研磨量を検
出することを特徴とするウェハ研磨における研磨量の検
出方法。10. A wafer is polished while a polishing chemical is supplied while a first insulation film containing impurities and a second insulation film not containing impurities are sequentially deposited on the surface of the wafer in advance. At this time, at least a part of the chemical liquid after polishing is collected, the specific resistance value of the collected chemical liquid after polishing is measured, and the polishing amount of the wafer is detected based on the change characteristic of the specific resistance value of the chemical liquid. A method for detecting a polishing amount in wafer polishing, comprising:
のウェハ研磨量の検出装置において、 ウェハの研磨は、珪素系酸化物を研磨用薬液とし、研磨
台上に敷設された研磨布を介して、ウェハ表面上に形成
された絶縁膜を平坦化することを目的とするケミカルメ
カニカルポリッシングであることを特徴とするウェハ研
磨量の検出装置。11. The wafer polishing amount detection apparatus according to claim 1, 2, 4, 5, 7 or 9, wherein the wafer is polished by using a silicon-based oxide as a polishing chemical and is laid on a polishing table. A wafer polishing amount detecting device characterized by chemical mechanical polishing for flattening an insulating film formed on a wafer surface through a polishing cloth.
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