JP2000114215A - 半導体研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハ表面の酸化膜、金属被膜等を平
坦化する化学機械研磨法において、研磨布を再使用する
際のドレッサーとして使用するダイヤモンドドレッサー
に関し、ドレッサー基板材のニッケルの溶出、ドレッサ
ー基板からのダイヤモンド粒子の脱落等が問題となって
いる。 【解決手段】 研磨布（１０５）に半導体ウエハを接触
させ研磨剤（１０３）を供給して研磨を行う半導体研磨
装置において、前記研磨剤としてＳｉＮを含む研磨剤を
用い、ドレッサーにＳｉＣ膜（５）を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハの平坦
化に係るものであり、特に、平坦化するための半導体ウ
エハ研磨装置に使用される半導体研磨装置及び研磨方法
に関するものである。

【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より縮小して実装密度
をさらに高める傾向にある。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】こ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ケミカルメカニカルポ
リッシング（以下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】一般に、上記ＣＭＰ技術においては、半導
体基板表面を研磨後にコンディショニング（ドレス）を
行う。例えば、従来の層間絶縁膜のＣＭＰにおいては、
一般にシリカ系研磨剤を使用し、コンディショニングの
ドレッサーとしてダイヤモンドドレッサーを用いてい
る。このＣＭＰ技術およびドレス技術について以下に図
４に示す概略図を用いて説明する。

【０００５】従来のＣＭＰ技術においては、図４に示す
ように、研磨盤１０１に研磨布１０５を張り付ける。次
にキャリア１０２にウエハ（キャリア１０２の中にあり
図示せず）をはめ込み、キャリア１０２内のウエハ研磨
面が下になるように取り付ける。

【０００６】そして、図４に示すように、研磨時に研磨
剤１０３を流し込み、研磨盤１０１、キャリア１０２を
回転させ、支持棒１０６で、キャリア１０２を研磨盤１
０１に押しつけウエハを研磨布１０５に接触させること
により研磨する。

【０００７】研磨終了後、研磨剤１０３の供給を止め、
その後にさらに純水のみを供給して研磨し、終了後に研
磨盤１０１にキャリア１０２を押しつけていた支持棒１
０６を上昇させることにより、キャリア１０２を研磨盤
１０１への押しつけから解放し研磨工程が終了する。

【０００８】通常、研磨終了後の研磨盤１０１には、研
磨剤１０３の研磨粒子や被研磨物の研磨屑が付着してい
る。この研磨剤１０３や被研磨物の研磨屑を除去するた
め、キャリア１０２と対向して配置されたドレッサー１
０４を回転させ、研磨布１０５に押しつけることによ
り、研磨布１０５の洗浄及び目立てを行い、次の研磨の
準備を行う。

【０００９】図５には、従来技術のアルカリ性研磨液に
シリカを加えた研磨剤（スラリー）を使用した場合の、
処理枚数に対するＣＭＰレート（ｎｍ／ｍｉｎ）の変化
を示す。図に示すように、ダイヤモンドドレッサーを用
いた方式の方が、ＳｉＣドレッサーを用いた方式よりも
ＣＭＰの研磨速度が大きいことがわかる。また、ＳｉＣ
ドレッサーを用い、研磨剤としてシリカを含むアルカリ
性研磨液を使用した場合においては、研磨速度が処理の
経過とともに低下するという現象が生じていた。その理
由は以下の様に考えられている。

【００１０】従来のアルカリ性のシリカ系研磨剤を用い
て研磨を行い、ＳｉＣドレッサーを用いてドレスを行っ
た場合のドレス効果は、ダイヤモンドドレッサーを用い
た場合と比較し元来小さい。また、ＳｉＣ自体は常温の
アルカリ性溶液中では特に化学的には反応しないが、発
砲ポリウレタン系パッドによる研磨布のドレッサーとし
て用いた場合には、ドレス時の温度の影響や機械的作用
が働くためにドレス効果が徐々に小さくなると考えられ
る。このため、処理枚数を重ねるごとに研磨速度が減少
する。

【００１１】次に、従来のダイヤモンドドレッサーの断
面構造について模式的に図６に示す。図に示すように、
ニッケル基板１０７にダイヤモンド粒子１０８をニッケ
ル電着によって固定している。また、レジンボンドでダ
イヤモンド粒子を埋め込む方法も採用されている。この
とき、図６のＡの部分は、ダイヤモンド粒子１０８と隣
接するダイヤモンド粒子１０８との隙間になっており、
かなりスペースがあいている。ここのスペースＡに研磨
剤１０３や研磨屑がたまり、目詰まりを起こしてしま
い、ドレッサー自身の洗浄も必要としていた。

【００１２】また、上記研磨布のコンディショニング
（以下ドレスとする）を行う際にニッケル電着でダイヤ
モンドを埋め込んだダイヤモンドドレッサーを用いた場
合には、ニッケルの溶出、ダイヤモンドの脱落なども問
題となっていた。

【００１３】ドレッサーとして求められる条件として
は、ドレッサー時の研磨布のダメージができるだけ少な
く、研磨布のライフサイクルを長くできるものであり、
また、ドレッサー自身の目詰まりも無いものが要求され
ている。さらに、研磨速度の安定化かつ高速化が望まれ
ており、この要求を充分満たし切れていなかった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】現在の超々大規模集積
回路においては、トランジスタおよび他の半導体素子を
縮小するため、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
オーダーになりつつある。

【００１５】このような厳しい微細化の要求を満たすた
めには、半導体ウエハ表面の平坦化が重要で、そのため
の技術の一つに上記ＣＭＰ技術がある。この技術は、半
導体装置の製造工程においで、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。このＣＭＰ技術においては通常半導体
ウエハ表面を研磨後に研磨布のコンディショニングを行
う。

【００１６】研磨処理後の研磨布には研磨剤や被研磨物
の研磨屑が付着している。この研磨剤や被研磨物の研磨
屑を除去するため、従来のダイヤモンドドレッサーを用
いた場合においては、研磨布のダメージが大きく、研磨
布の寿命も短いという問題があった。また、ダイヤモン
ドドレッサーは目詰まりが発生しやすく、そのたびにド
レッサーを洗浄したり交換する必要があった。

【００１７】また従来のダイヤモンドドレッサーにおい
ては、ニッケル電着により基板にダイヤモンド粒子を埋
め込んだり、又はレジンボンドで埋め込んだりしていた
が、ニッケルの溶出、ダイヤモンドの脱落なども問題と
なっていた。

【００１８】一方、ＳｉＣドレッサーを用いた場合にお
いて、研磨剤として従来のアルカリ性のシリカ系研磨剤
を用いた場合、ＳｉＣドレッサーのドレス効果が少な
く、さらに研磨速度は処理枚数を重ねるごとに減少する
という問題があった。

【００１９】本発明は、ドレッサー時の研磨布の損傷を
きるだけ少なくし、研磨布のライフサイクルを長くし、
また、ドレッサーの目詰まりが無く、さらに研磨速度の
安定化かつ高速化の要求を満たす半導体研磨装置及び半
導体の研磨方法を提供するものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は、研磨布に半導
体ウエハを接触させ研磨剤を供給して研磨を行う半導体
研磨方法において、研磨布のドレッシング工程にＳｉＣ
膜を含むドレッサーを用いるものであり、前記ＳｉＣド
レッサーは、ＳｉＣ膜を含む複数個のペレットとこれを
保持する基板とからなるものであり、前記ＳｉＣドレッ
サーは、少なくとも８個以上のペレットを含むものであ
り、前記研磨剤はＳｉＮ粒子を含む酸性の研磨剤である
ことを特徴とする研磨方法である。

【００２１】

【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。

【００２２】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。半導体研磨装置本体そのものは従来技
術の装置と同じである。ドレッサーとしてＳｉＣ（窒化
珪素）ドレッサーを用いる点で従来技術と異なる。さら
に、使用する研磨剤としては、ＳｉＮ粒子を含む研磨剤
であり、これも従来技術と異なる点である。ＳｉＮ粒子
はその表面に凹凸を生ずるように成長させることが可能
である。

【００２３】図１に、本発明におけるＳｉＣドレッサー
の概略図を示す。図１に示すように、本発明のＳｉＣド
レッサーは円盤状のドレッサー１にペレット２を複数個
取り付けた構造になっている。上記複数のペレット２
は、例えば図１（ｃ）に示すように、円盤状のドレッサ
ー１の周囲を囲むような形で取り付けられている。各ペ
レットがドレッシングする際に研磨布に均一に接触する
ためにはペレットの数は少なくとも８個以上であること
が好ましい。

【００２４】上記ペレット２の拡大図を図１（ｂ）に示
す。図１（ｂ）に示すように、ペレット２は、Ａｌ母材
３にエポキシ系接着剤４でＳｉＣ膜５を張り付けた構造
になっている。

【００２５】この場合、研磨剤としては酸性の溶液に研
磨剤粒子としてＳｉＮ粒子を加えた研磨剤を用いるのが
良い。このように酸性の研磨剤を用いることにより、ド
レッサーに用いているＳｉＣの表面を変性させることな
く研磨布をコンディショニングすることが可能となる。
このため、コンディショニングの回数が増加しても安定
した研磨速度が得られる。

【００２６】また、上記研磨粒子ＳｉＮを含む酸性の研
磨剤は、ｐＨを２から５に調整することにより最適の研
磨性能が得られる。図２に、ドレッサーとしてＳｉＣド
レッサーを使用し、研磨剤としてＳｉＮ研磨剤を用いた
場合の、研磨処理回数に対する研磨速度の変化を示す。

【００２７】図２に示すように、研磨剤として酸性溶液
にＳｉＮ粒子を加えた研磨剤を用い、ドレッサーとして
ＳｉＣドレッサーを使用することにより、従来のダイヤ
モンドドレッサーを用いた場合と比較して、高い研磨速
度が得られている。

【００２８】また、従来研磨剤にアルカリ性のシリカ系
を用いた場合のように、処理枚数を重ねるごとに研磨速
度が低下するようなことはなく、一定した研磨速度で研
磨を行うことができる。

【００２９】次に、本発明のＳｉＣドレッサーの拡大図
を図３に示す。図３に示すように、Ａｌ母材３にエポキ
シ系接着剤４でＳｉＣ膜５を張り付けたものである。図
３に示すＢの部分は、ＳｉＣ膜５の突出部間の隙間であ
る。ＳｉＣ膜を使用する場合には、ＳｉＣ膜が凹凸を有
するため、従来のダイヤモンドドレッサーにおけるダイ
ヤモンド粒子１０８とこれに隣接するダイヤモンド粒子
１０８との隙間Ａ（図６参照）と比較し、突出部間のス
ペースＢを狭く形成することができる。このことから、
研磨剤や研磨屑がたまったり、目詰まりを起こしたりす
ることが少なくなり、洗浄工程およびドレッシング工程
を削減することができる。

【００３０】以上のように、ＳｉＣドレッサーとＳｉＮ
研磨剤との組み合わせを用いて研磨を行うことにより、
研磨速度の高レート化が可能となり、さらに、ＳｉＣが
耐酸性が優れており、さらにニッケルの溶出等も極めて
少なく、研磨布および研磨剤の高清浄度を保つことがで
きる。また、研磨布は例えば発泡ポリウレタン系材料で
形成するのが好適である。

【００３１】

【発明の効果】本発明を用いることにより、処理回数に
よる研磨速度が減少せず、一般に使用されているダイヤ
モンドドレッサーより高レートのＣＭＰが可能となる。
さらに、ＳｉＣは耐酸性が優れており、さらにニッケル
の溶出等もなく、研磨布および研磨剤の高清浄度を保つ
ことができる。

【００３２】また、目詰まりのたびに洗浄工程が必要だ
ったものが不要になり、工程削減、コスト削減ができ
る。さらにドレッサーの粒子の欠損も起こりにくくな
り、耐久性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のＳｉＣドレッサーを示す断面図。

【図２】本発明のＳｉＮ研磨剤を用いた場合のダイヤモ
ンドドレッサーとＳｉＣドレッサーの研磨特性の比較
図。

【図３】本発明のＳｉＣドレッサーの先端を拡大した部
分を示す断面図。

【図４】従来の技術における研磨装置の概略図。

【図５】従来の技術におけるシリカ系研磨剤を用いた場
合のダイヤモンドドレッサーとＳｉＣドレッサーの研磨
特性の比較図。

【図６】従来の技術におけるダイヤモンドドレッサーの
先端を拡大した部分を示す断面図。

【符号の説明】

１…ドレッサー ２…ペレット ３…Ａｌ ４…エポキシ系接着剤 ５…ＳｉＣ膜 １０１…研磨盤 １０２…キャリア １０３…研磨剤（スラリー） １０４…ドレッサー １０５…研磨布 １０６…支持棒 １０８…ダイヤモンド粒子 Ａ…ダイヤモンドドレッサーにおいての、研磨粒子の隙
間 Ｂ…ＳｉＣドレッサーにおいての、研磨粒子の隙間

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨布に半導体ウエハを接触させ研磨剤を
   供給して研磨を行う半導体研磨方法において、研磨布の
   ドレッシング工程にＳｉＣ膜を含むドレッサーを用いる
   ことを特徴とする半導体ウエハの研磨方法。
2. 【請求項２】前記ＳｉＣドレッサーは、ＳｉＣ膜を含む
   複数個のペレットとこれを保持する基板とからなること
   を特徴とする請求項１に記載の研磨方法。
3. 【請求項３】前記ＳｉＣドレッサーは、少なくとも８個
   以上のペレットを含むことを特徴とする請求項１または
   請求項２に記載の研磨方法。
4. 【請求項４】前記研磨剤はＳｉＮ粒子を含む酸性の研磨
   剤であることを特徴とする請求項１から請求項３のいず
   れか１項に記載の研磨方法。