JP2000091280A - 半導体研磨装置及び半導体基板の研磨方法 - Google Patents

半導体研磨装置及び半導体基板の研磨方法

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JP2000091280A
JP2000091280A JP26139398A JP26139398A JP2000091280A JP 2000091280 A JP2000091280 A JP 2000091280A JP 26139398 A JP26139398 A JP 26139398A JP 26139398 A JP26139398 A JP 26139398A JP 2000091280 A JP2000091280 A JP 2000091280A
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polishing
semiconductor
semiconductor substrate
cloth
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Akihisa Izaki
彰久 井崎
Kenji Doi
建治 土井
Naoto Miyashita
直人 宮下
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 スラリーの供給時に、スラリーの粒子密度が
高いため、ノズルによる中央からのスラリーの供給で
は、遠心力によって研磨布上に均一に発散しにくく、こ
れによりウエハーの研磨後に、研磨ムラが発生してい
た。このことにより、研磨後のウエハーの品質を高める
ことができす、歩留まりも悪く改善が望まれていた。 【解決手段】 研磨布（２）を少なくとも２層構造と
し、研磨部材（２Ａ）に研磨粒子を混入させた第１の層
と、この研磨部材の下部に、第１の層を保持する第２の
層（２Ｂ）を接着したものを研磨布（２）として用い
る。そして、研磨部材（２Ａ）から研磨粒子を溶出させ
るため、例えばカルボニル基を含む界面活性剤を含む研
磨液（４）を用いて半導体基板の研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板をポリ
シングして平坦化する半導体研磨装置及び半導体基板の
研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年の超々大規模集積回路等では、トラ
ンジスタおよび他の半導体素子を縮小して実装密度を高
める傾向にある。このため、種々の微細加工技術が研
究、開発されており、既にデザインルールにおいては、
サブミクロンのオーダーとなっている。
【０００３】そのような厳しい微細化の要求を満たすた
めに開発されている技術の一つにＣＭＰ技術がある。こ
の技術は、半導体装置の製造工程において、例えば埋め
込み金属配線形成、層間絶縁膜の平坦化、プラグ形成、
埋め込み素子分離、及び埋め込みキャパシタ形成等を行
う際に必須となる技術である。
【０００４】前記ＣＭＰ技術において従来用いられてい
る研磨装置は、図３に示すように、ターンテーブル（以
下研磨盤とする）１００の上に、研磨布１０１を設置
し、研磨布上に研磨剤供給装置Ｂから、ノズル１０５を
用いてスラリーなどの研磨剤１０６を供給する。
【０００５】図３に示すように、回転している研磨盤１
００の上方からノズル１０５により研磨剤１０６が供給
されている状態で、研磨盤１００が回転すると、その遠
心力により研磨剤１０６が研磨盤１００の全体に広が
る。研磨剤１０６が研磨盤１００の表面を覆った状態に
おいて、ウエハー１０３を吸着盤１０４に固定し、上方
から加工圧Ａをかけてウエハー１０３を研磨布１０１に
接触させ研磨剤１０６による研磨を行う。
【０００６】図４に、図３に示したウエハー１０３と吸
着盤１０４の拡大断面図を示す。図４に示すように、回
転している研磨盤１００上に研磨布１０１を設置し、研
磨布上に研磨剤供給装置から、スラリーなどの研磨剤１
０６を供給している。このとき、吸着盤１０４の内部で
は、ウエハー１０３を研磨布１０１に圧着させるため、
図中Ｃから空気を送り込んでいる。
【０００７】吸着盤１０４はセラミックで形成され、吸
着盤１０４とウエハー１０３の間には、通常吸着力向上
のためにバッキングフィルム１０７が設置されている。
このとき、上記従来の方法による窒化珪素スラリー１０
６の供給方法では、窒化珪素スラリー１０６の粒子密度
が高いため、図３に示すようなノズル１０５による中央
からのスラリーの供給では、スラリーが遠心力によって
研磨布上に均一に発散しにくく、これによりウエハー１
０３の研磨後に、研磨ムラ（ポリッシュムラ）が発生し
てしまっていた。このことにより、研磨後のウエハーの
品質を高めることができす、歩留まりも悪く改善が望ま
れていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ＣＭＰ技術において従
来用いられている研磨技術では、例えば窒化珪素スラリ
ーの粒子密度を高くすると、ノズルを用いた中央からの
スラリーの供給方法では、遠心力のみによっては研磨布
上にスラリーが均一に発散しにくく、このためウエハー
に研磨ムラ（ポリッシュムラ）が発生するという問題が
あった。
【０００９】本発明の目的は、上記状態を鑑みて、研磨
ムラがなく面均一性が向上し、また研磨布のメンテナン
スであるドレスも行う必要のない半導体研磨装置及び半
導体基板の研磨方法を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体基板を
研磨布に接触させて研磨する半導体研磨装置において、
研磨粒子を研磨部材に分散凝固した研磨布を用いるもの
であり、前記研磨部材に溝が形成されているものであ
り、前記研磨布にカルボニル基を含む界面活性剤を供給
する手段を有することを特徴とする半導体研磨装置であ
る。また、研磨粒子を研磨部材に分散凝固した研磨部材
を準備する工程と、前記研磨部材に研磨液を供給する工
程と、半導体基板を前記研磨部材に加圧、接触させなが
ら相互に移動する工程を有し、前記研磨部材には溝が形
成されているものであり、前記研磨液はカルボニル基を
含む界面活性剤を有することを特徴とする半導体基板の
研磨方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は以下の実施の形態を図面
を用いて説明するが、本発明はここで説明する実施の形
態に限定されるものではない。下記実施の形態は発明の
目的を逸脱しない限りにおいて多様に変形することがで
きる。
【００１２】本発明の実施の形態を以下に図１と図２を
用いて説明する。本発明の第１の実施の形態について図
１を用いて説明する。研磨盤１の上に、研磨布２を設置
し、研磨布上に研磨液供給装置Ｂから、ノズル５を用い
て研磨液４を供給し、研磨盤１が回転し遠心力により研
磨液４が広がる。従来技術と同様、ウエハーを吸着盤に
固定し、研磨布２に接触させ、加工圧をかけ研磨を行
う。本発明の第１の実施の形態が従来技術と比較し特に
異なる点は、使用する研磨布の構造および研磨液の成分
が異なる点である。
【００１３】まずはじめに本発明で使用する研磨布の構
造について説明する。本発明において使用する研磨布は
少なくとも２層構造を有する。例えば窒化珪素などを成
分とする研磨粒子を研磨部材に分散凝固させた第１の層
２Ａと、例えばポリウレタンで形成された第２の層２Ｂ
から成る。第１の層は、研磨布製造時に、研磨部材に研
磨粒子として例えば窒化珪素の粒子を混入し凝固させて
形成する。次に、上記で形成した第１の層である研磨部
材の下部に、例えば第２の層としてポリウレタン（例え
ばＳｕｂ−４００）を接着することにより研磨布２が完
成する（図１参照。なお図１は研磨布２を研磨盤１に載
置した状態を示す。）。研磨粒子としては、窒化珪素に
限らず、例えば酸化珪素、酸化セリウムなどを用いるこ
ともできる。研磨布を２層構造とし、第２の層として第
１の層より柔らかい例えばポリウレタンを使用する。か
かる構造により、半導体基板表面の凹凸の平坦化を、基
板の大きなうねりに対応するように半導体基板の非研磨
面を基準として均一な研磨を行うことが可能となる。
【００１４】他の相違点は、ノズルから供給される研磨
液が、上記研磨部材中に分散凝固されている窒化珪素粒
子を溶出させるため、カルボニル基を有する界面活性剤
を含む点である。
【００１５】次に本発明で使用する研磨液の成分につい
て説明する。図１に示すように、半導体研磨装置の研磨
盤１上に、本発明で用いられる研磨布２を設置する。こ
の研磨布２は、上記の通り研磨布製造時に、研磨粒子に
窒化珪素の粒子を混入させた研磨布２Ａと前記研磨布２
Ａの下部にポリウレタン２Ｂを接着したものである。
【００１６】次に前記研磨布２上に、ノズル５から研磨
液４を供給する。この研磨液４は、前記したように、例
えば窒化珪素粒子を溶出させるカルボニル基を含む界面
活性剤を有する。界面活性剤は研磨部材に分散凝固され
た窒化珪素粒子を溶出させ、研磨液中に研磨用粒子とし
て取り込む。従って、供給される研磨液が研磨粒子を特
に含まない場合でも、研磨時には研磨粒子が含まれるこ
とになる。
【００１７】この後の、ウエハーの研磨方法において
は、従来の研磨技術と特に異なる点はなく、同様に行う
ものとする。このように、本発明の研磨布および研磨液
を用いると、研磨液は従来の技術で用いている窒化珪素
スラリーを含む研磨剤よりも粘度が低いので、研磨盤の
回転による遠心力によって、均一に広がり、そして研磨
粒子は研磨布から供給されるので、ウエハーの研磨にお
いて研磨ムラがなく面内均一性が高い研磨をすることが
できる。
【００１８】また、ウエハーの研磨ムラがなくなること
で、歩留まりが向上しコスト減、及び生産性が向上す
る。さらに、本発明の研磨布および研磨液を用いて研磨
することによって、研磨後のコンディショニング（ドレ
ス）を行う必要が無く、製造時における工程を省くこと
ができ、生産性が向上する。
【００１９】次に、本発明の第２の実施の形態を図２を
用いて説明する。本発明の第２の実施の形態が、本発明
の第１の実施の形態と異なる点は、第１の実施の形態で
使用した研磨部材２に溝を形成するという点である。こ
の溝は少なくとも２本以上形成する。
【００２０】図２に示すように研磨盤１上に溝を有する
研磨布（２Ａ，２Ｂ）を設置するのであるが、研磨布製
造時に、研磨粒子として例えば窒化珪素粒子を混入させ
た研磨部材２Ａと、前記研磨部材２Ａの下部に例えばポ
リウレタン２Ｂを接着した少なくとも２層構造の研磨布
を形成し、研磨部材２Ａに例えばグラインダーなどを用
いて複数の溝７を形成するものである。この溝７を形成
する方法は、グラインダーの使用の他、薬液などを使っ
て溶かしても良く、溝を形成する方法は特に限定される
ものではない。
【００２１】次に、前記溝７を形成した研磨布上にノズ
ル５を用いて窒化珪素粒子を溶出させるカルボニル基を
含む界面活性剤６を供給しながら研磨盤１を回転させ、
半導体基板表面の研磨を行う。
【００２２】このように本発明の第２の実施の形態の研
磨布を用いると、半導体基板表面と研磨布とのより均一
な接触が行われるため、ウエハー研磨において研磨ムラ
がなく面内均一性が高い研磨をすることができる。
【００２３】また、ウエハーの研磨ムラなくなること
で、歩留まりが向上しコスト減、及び生産性が向上す
る。さらに、本発明の研磨布および研磨液を用いて研磨
することによって、研磨後のコンディショニング（ドレ
ス）を行う必要が無く、製造時における工程を省くこと
ができ、生産性が向上する。
【００２４】次に、本発明の第３の実施の形態を説明す
る。本発明の第３の実施の形態が、本発明の他の実施の
形態と異なる点は、研磨粒子の粒子径を限定した点にあ
る。すなわち、第３の実施の形態で使用する研磨粒子
は、径が０．２から０．６μｍのものに限定するという
点である。
【００２５】以上のような本発明の第３の実施の形態を
用いると、他の実施の形態よりさらにウエハーの研磨に
おいて研磨ムラがなく面内均一性が高い研磨をすること
ができる。
【００２６】
【発明の効果】本発明を用いることにより、半導体ウエ
ハー研磨時の面均一性が向上し、研磨後のウエハーの品
質が向上すると同時に、生産性も高くなり、コストも削
減することができる。さらに、研磨後のコンディショニ
ング（ドレス）を行う必要が無く、製造時における工程
を省くことができ、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体研磨装置
を示す図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体研磨装置
を示す図。
【図３】従来の技術に係る半導体研磨装置を示す図。
【図４】従来の技術に係る半導体研磨装置の拡大図。
【符号の説明】
１…研磨盤 ２…研磨布 ２Ａ…研磨粒子にＳｉＮの粒子を混入させた研磨部材 ２Ｂ…ポリウレタン ４…研磨液 ５…ノズル ６…カルボニル基を含む界面活性剤 ７…溝 １００…研磨盤 １０１…研磨布 １０３…ウエハー １０４…吸着盤 １０５…ノズル １０６…研磨剤 １０６…窒化珪素スラリー １０７…バッキングフィルム Ａ…加工圧 Ｂ１…研磨液供給装置 Ｂ２…カルボニル基を含む界面活性剤装置 Ｃ…空気（Ａｉｒ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮下 直人 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝多摩川工場内 Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AA09 AA11 AA12 AC04 CA01 CB01 CB03 CB05 DA02 DA17

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体基板を研磨布に接触させて研磨する
    半導体研磨装置において、研磨粒子を研磨部材に分散凝
    固した研磨布を用いることを特徴とする半導体研磨装
    置。
  2. 【請求項２】前記研磨部材に溝が形成されていることを
    特徴とする請求項１記載の半導体研磨装置。
  3. 【請求項３】前記研磨布にカルボニル基を含む界面活性
    剤を供給する手段を有することを特徴とする請求項１ま
    たは請求項２記載の半導体研磨装置。
  4. 【請求項４】研磨粒子を研磨部材に分散凝固した研磨部
    材を準備する工程と、 前記研磨部材に研磨液を供給する工程と、 半導体基板を前記研磨部材に加圧、接触させながら相互
    に移動する工程とを含むことを特徴とする半導体基板の
    研磨方法。
  5. 【請求項５】前記研磨部材には溝が形成されていること
    を特徴とする請求項４記載の半導体基板の研磨方法。
  6. 【請求項６】前記研磨液はカルボニル基を含む界面活性
    剤を有することを特徴とする請求項４または請求項５記
    載の半導体基板の研磨方法。
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