JP2001118812A - Chemical mechanical-polishing device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

Chemical mechanical-polishing device and manufacturing method of semiconductor device

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JP2001118812A
JP2001118812A JP2000235590A JP2000235590A JP2001118812A JP 2001118812 A JP2001118812 A JP 2001118812A JP 2000235590 A JP2000235590 A JP 2000235590A JP 2000235590 A JP2000235590 A JP 2000235590A JP 2001118812 A JP2001118812 A JP 2001118812A
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JP
Japan
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polishing pad
substrate
polishing
chemical mechanical
diameter
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Withdrawn
Application number
JP2000235590A
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Japanese (ja)
Inventor
Akira Ishikawa
彰 石川
Satoru Ide
悟 井出
Eiichi Yamamoto
栄一 山本
Kiyoshi Tanaka
潔 田中
Takahiko Mitsui
貴彦 三井
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a chemical mechanical-polishing device of a substrate where a metal layer is provided on an insulation layer whose dicing and erosion have been suppressed. SOLUTION: By relatively moving a polishing pad and a substrate while polishing liquid is included between the polishing pad and the substrate, in the chemical mechanical-polishing device for polishing the substrate, the shape of the polishing pad is in an annular body where the central part of a circle or an ellipse has been hollowed out in a circular shape or an elliptical shape with a smaller diameter.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ディシング、エロ
−ジョンが抑制され、化学機械研磨された基板の厚み分
布の均一性が優れる基板を与えることができる化学機械
研磨装置およびそれを用いた半導体デバイス製造方法に
関する。本発明の化学機械研磨装置は、絶縁層の上に形
成された金属膜の除去、金属膜のパタ−ン模様の上に絶
縁層膜が施された基板表面の絶縁層膜の除去、STI
(Shallow Trench Insulator)のP−TEOS層の除
去に有用である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus and a semiconductor using the same, which can provide a substrate which suppresses dishing and erosion and has excellent uniformity in thickness distribution of a chemically mechanically polished substrate. The present invention relates to a device manufacturing method. According to the chemical mechanical polishing apparatus of the present invention, there is provided a method for removing a metal film formed on an insulating layer, removing an insulating layer film on a substrate surface provided with an insulating layer film on a pattern pattern of a metal film, and performing STI.
(Shallow Trench Insulator) is useful for removing the P-TEOS layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】スピンドル軸に軸承された研磨パッドを
用い、該研磨パッド面に研磨材スラリ−を供給しながら
チャックに保持されたウエハを圧接し、パッドとウエハ
を同一方向または逆方向に回転させてウエハを研磨また
はCMP研磨する研磨装置は知られている(特開平6−
21028号、特開平7−266219号、特開平8−
192353号、特開平8−293477号、特開平1
0−173715号、特開平11−156711号、英
国公開特許第2331948号公報等)。
2. Description of the Related Art A polishing pad mounted on a spindle shaft is used. A polishing slurry is supplied to the surface of the polishing pad while a wafer held by a chuck is pressed to rotate the pad and the wafer in the same direction or in the opposite direction. A polishing apparatus for polishing or CMP polishing a wafer by polishing the wafer is known (Japanese Unexamined Patent Publication No.
21028, JP-A-7-266219, JP-A-8-
192353, JP-A-8-293377, JP-A-1
0-173715, JP-A-11-156711, British Patent No. 2331948, etc.).

【0003】パッド素材としては、硬質発泡ウレタンシ
−ト、ポリエステル繊維不織布、フェルト、ポリビニ−
ルアルコ−ル繊維不織布、ナイロン繊維不織布、これら
不織布上に発泡性ウレタン樹脂溶液を流延させ、ついで
発泡・硬化させたもの等が使用されている。
[0003] Pad materials include hard foamed urethane sheet, polyester fiber non-woven fabric, felt, and polyvinyl alcohol.
Rualcoal fiber nonwoven fabrics, nylon fiber nonwoven fabrics, and those obtained by casting a foamable urethane resin solution on these nonwoven fabrics and then foaming and curing are used.

【0004】従来、パッド形状は、研磨される基板の形
状と同じく円形であり、厚み3〜7mmのものがアルミ
ニウム板やステンレス板などの取付板に貼付されて使用
されていた。
Heretofore, the pad shape has a circular shape similar to the shape of a substrate to be polished, and a pad having a thickness of 3 to 7 mm has been used by being attached to a mounting plate such as an aluminum plate or a stainless steel plate.

【0005】かかる円形パッドを用いて金属膜を有する
基板をCMP研磨するには、例えば特開平10−173
715号、特開平11−156711号公報に示される
ように、金属膜を有する基板を金属膜面を上向きにして
チャックテ−ブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するス
ピンドル軸に軸承された取付板に貼付された研磨パッド
面を遊離研磨砥粒を介して相対的に前記基板に押圧し、
該基板と研磨パッドを摺動させ、かつ、研磨パッドを基
板表面で20〜50mm左右方向に揺動させて基板表面
の金属膜の少なくとも一部を除去して化学機械研磨を行
っていた。
In order to perform CMP polishing of a substrate having a metal film using such a circular pad, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-173
No. 715 and JP-A-11-156711, a substrate having a metal film is held on a chuck table with the metal film surface facing upward, and mounted on a spindle shaft having a vertical axis in a vertical direction. Pressing the polishing pad surface attached to the plate relatively against the substrate via loose abrasive grains,
The chemical mechanical polishing was performed by sliding the substrate and the polishing pad and swinging the polishing pad in the horizontal direction by 20 to 50 mm on the substrate surface to remove at least a part of the metal film on the substrate surface.

【0006】この研磨パッドの径は、金属膜を有する基
板の径の略1/2であり、研磨パッドを基板表面で20
〜50mm左右方向に揺動させるとともにパッドを15
0〜800rpmと高速で回転させて研磨し、300m
m径の基板のCMP研磨に要求される高速加工を満足す
るが、高速研磨ゆえに得られる基板の金属層のディッシ
ングが200〜320nmと大きく、エロ−ジョンも絶
縁層に対する金属膜の密度が高いと60〜100nmと
大きく、デバイスウエハにおいてデバイス層が5〜10
層と高集積化する用途においてはディッシングを60n
m以下に、エロ−ジョンを80nm以下とすることが市
場より要求されている。
The diameter of the polishing pad is approximately half the diameter of the substrate having the metal film, and the polishing pad is
Swing to the left and right direction by 50mm
Polish by rotating at a high speed of 0-800 rpm, 300m
It satisfies the high-speed processing required for CMP polishing of a substrate having a diameter of m, but the dishing of the metal layer of the substrate obtained by the high-speed polishing is as large as 200 to 320 nm, and the erosion is high if the density of the metal film with respect to the insulating layer is high. 60 to 100 nm, a device wafer has a device layer of 5 to 10 nm.
60n dishing for high integration with layers
The market demands that the erosion be 80 nm or less.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、研磨パッド
と基板との間に研磨液を介在させた状態で、前記研磨パ
ッドと前記基板とを相対移動させることにより、前記基
板を研磨する化学機械研磨装置において、上記市場要求
を満たすCMP装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a chemical polishing method for polishing a substrate by relatively moving the polishing pad and the substrate while a polishing liquid is interposed between the polishing pad and the substrate. In a mechanical polishing apparatus, an object is to provide a CMP apparatus that satisfies the above market requirements.

【0008】また、本発明は、研磨工程でのディッシン
グおよびエロ−ジョンに関する市場要求を満たすことに
より歩留まりの向上を図り、それにより従来の半導体デ
バイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製
造することができる半導体デバイス製造方法を提供する
ことを目的とする。
Further, the present invention improves the yield by satisfying the market requirements for dishing and erosion in the polishing process, thereby manufacturing a semiconductor device at a lower cost than a conventional semiconductor device manufacturing method. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device manufacturing method capable of performing the above.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の1は、研磨パッ
ドと基板との間に研磨液を介在させた状態で、前記研磨
パッドと前記基板とを相対移動させることにより、前記
基板を研磨する化学機械研磨装置において、前記研磨パ
ッドの形状は、円または楕円の中央部をより小さい径の
円状または楕円状に刳り貫いた環状体であることを特徴
とする、化学機械研磨装置を提供するものである。
According to one aspect of the present invention, a polishing pad is polished by relatively moving the polishing pad and the substrate while a polishing liquid is interposed between the polishing pad and the substrate. In the chemical mechanical polishing apparatus, the polishing pad is an annular body in which a central portion of a circle or an ellipse is hollowed out in a circular or elliptical shape with a smaller diameter. Is what you do.

【0010】中央部を刳り貫いた環状の研磨パッドを用
いて化学機械研磨することにより高速研磨加工において
もディッシングおよびエロ−ジョンを低減することが可
能となった。
By performing chemical mechanical polishing using an annular polishing pad having a hollow central portion, dishing and erosion can be reduced even in high-speed polishing.

【0011】本発明の2は、金属膜を有する基板を金属
膜面を上向きにしてチャックテ−ブルに保持し、軸芯を
鉛直方向に有するスピンドル軸に軸承された取付板に貼
付された研磨パッド面を遊離研磨砥粒を介して相対的に
前記基板に押圧し、該基板と研磨パッドを摺動させて基
板表面の金属膜の少なくとも一部を除去する化学機械研
磨装置であって、前記研磨パッドの昇降機構と、前記研
磨パッドを左右方向に往復移動可能な移送機構とを有
し、前記研磨パッドの形状は円または楕円の中央部をよ
り小さい径の円状または楕円状に刳り貫いた環状体であ
り、研磨パッドの径は基板の径よりも小さいことを特徴
とする、化学機械研磨装置を提供するものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a polishing pad which is attached to a mounting plate which is held on a chuck table with a substrate having a metal film with the metal film surface facing upward and which has a shaft center in a vertical direction. A chemical mechanical polishing apparatus that presses a surface relative to the substrate via loose abrasive grains, and slides the substrate and a polishing pad to remove at least a part of a metal film on the surface of the substrate. It has a pad lifting / lowering mechanism and a transfer mechanism capable of reciprocating the polishing pad in the left-right direction, and the polishing pad has a circular or elliptical central portion that is hollowed out into a circular or elliptical shape with a smaller diameter. An object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing apparatus characterized by being an annular body, wherein the diameter of the polishing pad is smaller than the diameter of the substrate.

【0012】中央部を刳り貫いた環状の研磨パッドを用
い、かつ、該研磨パッドを研磨時に左右方向に往復揺動
させながら化学機械研磨することにより高速研磨加工に
おいてもディッシングを60nm以下に、エロ−ジョン
を80nm以下と抑制することが可能となった。
A dish is reduced to 60 nm or less even in a high-speed polishing process by using an annular polishing pad having a hollow central portion, and performing chemical mechanical polishing while oscillating the polishing pad back and forth in the left-right direction during polishing. -It became possible to suppress the John to 80 nm or less.

【0013】本発明の3は、P−TEOS膜を有するS
TI基板をP−TEOS膜面を上向きにしてチャックテ
−ブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するスピンドル軸
に軸承された取付板に貼付された研磨パッド面を遊離研
磨砥粒を介して相対的に前記基板に押圧し、該基板と研
磨パッドを摺動させて基板表面のP−TEOS膜の少な
くとも一部を除去する化学機械研磨装置であって、前記
研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方向に
往復移動可能な移送機構とを有し、前記該研磨パッドの
形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状また
は楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径は
基板の径よりも小さいことを特徴とする、化学機械研磨
装置を提供するものである。
A third aspect of the present invention is an S-type semiconductor device having a P-TEOS film.
The TI substrate is held on a chuck table with the P-TEOS film surface facing upward, and the polishing pad surface affixed to a mounting plate that is mounted on a spindle shaft having a shaft center in a vertical direction is relatively loose abrasive particles. A chemical mechanical polishing apparatus for removing at least a part of a P-TEOS film on a surface of a substrate by pressing the polishing pad against the substrate and sliding the polishing pad with the substrate, wherein the polishing pad lifting and lowering mechanism; A transfer mechanism capable of reciprocating the pad in the left-right direction, wherein the shape of the polishing pad is an annular body in which the center of a circle or an ellipse is hollowed out into a circle or an ellipse of a smaller diameter; The present invention provides a chemical mechanical polishing apparatus characterized in that the diameter is smaller than the diameter of the substrate.

【0014】本発明の4は、金属膜のパタ−ン模様の上
に絶縁層膜が施された基板を絶縁層膜面を上向きにして
チャックテ−ブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するス
ピンドル軸に軸承された取付板に貼付された研磨パッド
面を遊離研磨砥粒を介して相対的に前記基板に押圧し、
該基板と研磨パッドを摺動させて基板表面の絶縁層膜の
少なくとも一部を除去する化学機械研磨装置であって、
前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方
向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記該研磨パッ
ドの形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状
または楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの
径は基板の径よりも小さいことを特徴とする、化学機械
研磨装置を提供するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, a substrate having an insulating layer film formed on a pattern of a metal film is held on a chuck table with the insulating layer film surface facing upward, and has a shaft center in a vertical direction. Pressing the polishing pad surface attached to the mounting plate bearing on the spindle shaft relatively to the substrate via loose abrasive grains,
A chemical mechanical polishing apparatus that slides the substrate and the polishing pad to remove at least a part of the insulating layer film on the substrate surface,
The polishing pad lifting and lowering mechanism, and a transfer mechanism that can reciprocate the polishing pad in the left-right direction, the shape of the polishing pad is a circle or an ellipse in the center of a circle or an ellipse smaller diameter. An object of the present invention is to provide a chemical mechanical polishing apparatus characterized in that the polishing pad is a hollow body and the diameter of the polishing pad is smaller than the diameter of the substrate.

【0015】本発明の3もしくは4では、金属膜の除去
ばかりでなく、絶縁層の除去、STIのP−TEOS膜
の除去においてもディッシング、エロ−ジョンを抑制で
きる。
According to 3 or 4 of the present invention, dishing and erosion can be suppressed not only in the removal of the metal film but also in the removal of the insulating layer and the removal of the P-TEOS film of the STI.

【0016】本発明の5は、本発明の2から4のいずれ
かの化学機械研磨装置において、前記移送機構は、前記
基板に対する前記研磨パッドの位置により前記研磨パッ
ドの左右方向の移動速度を変化させる機能を有すること
を特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the chemical mechanical polishing apparatus according to any one of the second to fourth aspects of the present invention, the transfer mechanism changes a moving speed of the polishing pad in the left-right direction according to a position of the polishing pad with respect to the substrate. Characterized by having a function of causing

【0017】ディッシング、エロ−ジョンをより抑制す
ることができる。本発明の6は、本発明の1から5のい
ずれかの化学機械研磨装置において、前記研磨パッドの
刳り貫かれた内径が、前記研磨パッドの外径の5〜75
%の長さであることを特徴とする。
Dishing and erosion can be further suppressed. According to a sixth aspect of the present invention, in the chemical mechanical polishing apparatus according to any one of the first to fifth aspects of the present invention, the bored inner diameter of the polishing pad is 5 to 75 times the outer diameter of the polishing pad.
% Length.

【0018】上記研磨パッドの刳り貫き割合とすること
によりディッシング、エロ−ジョンを効果的に抑制する
ことができる。本発明の7は、本発明の1から6のいず
れかの化学機械研磨装置を用いて半導体ウエハの表面を
平坦化する工程を有することを特徴とする半導体デバイ
ス製造方法を提供するものである。
The dishing and erosion can be effectively suppressed by setting the above-mentioned hollowing ratio of the polishing pad. A seventh aspect of the present invention provides a method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of flattening a surface of a semiconductor wafer using the chemical mechanical polishing apparatus according to any one of the first to sixth aspects of the present invention.

【0019】CMP工程に本発明の1〜6のいずれかの
化学機械研磨装置を用いることによりディッシングおよ
びエロ−ジョンに関する市場要求を満たすことができる
ので歩留まりの向上を図り、それにより従来の半導体デ
バイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを製
造することができる。
The use of any one of the chemical mechanical polishing apparatuses of the present invention in the CMP step can satisfy the market requirements for dishing and erosion, thereby improving the yield and thereby improving the conventional semiconductor device. A semiconductor device can be manufactured at a lower cost than a manufacturing method.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明を詳細
に説明する。図1は、化学機械研磨装置の一例を示す斜
視図、図2は研磨パッドの移送機構を示す斜視図、図3
は研磨パッドとコンディショニング装置の部分断面図、
図4は研磨ヘッドの断面図、図5は研磨パッドの斜視
図、図6は研磨パッドの回転数とディッシング深さの相
関図、図7は金属層のパタ−ン密度とエロ−ジョンの相
関図、図8は配線パタ−ン幅とディッシング深さの相関
図、図9はSTIのトレンチ幅とエロ−ジョンの相関
図、図10はSTIのトレンチ密度とエロ−ジョンの相
関図である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below in detail with reference to the drawings. 1 is a perspective view showing an example of a chemical mechanical polishing apparatus, FIG. 2 is a perspective view showing a polishing pad transfer mechanism, and FIG.
Is a partial cross-sectional view of the polishing pad and the conditioning device,
4 is a cross-sectional view of the polishing head, FIG. 5 is a perspective view of the polishing pad, FIG. 6 is a correlation diagram between the rotation speed of the polishing pad and the dishing depth, and FIG. 7 is a correlation between the pattern density of the metal layer and the erosion. 8 and FIG. 8 are correlation diagrams between the wiring pattern width and the dishing depth, FIG. 9 is a correlation diagram between the STI trench width and the erosion, and FIG. 10 is a correlation diagram between the STI trench density and the erosion.

【0021】図1、図2および図3に示すインデックス
型化学機械研磨装置1において、2は研磨ヘッド、2a
は粗研磨用研磨ヘッド、2bは仕上研磨用ヘッド、3,
3は回転軸、3aはモ−タ−、3bは歯車、3cはプ−
リ−、3dは歯車、4,4は研磨パッド、5,5はパッ
ドコンディショニング機構、5aはドレッシングディス
ク,5bは噴射ノズル、5cは保護カバ−、6,6は回
転可能な洗浄ブラシ、7は研磨ヘッドの移送機構、7a
はレ−ル、7bは送りネジ、7cは送りネジに螺着させ
た移動体で研磨ヘッド2を具備させる。7d,7eは歯
車、7fはモ−タ−、8はヘッドの昇降機構であるエヤ
−シリンダ−、9はウエハw収納カセット、10はロ−
ディング搬送用ロボット、11はウエハ仮置台、12は
軸12eを軸芯として同一円周上に等間隔に設けられた
回転可能な4基のウエハチャック機構12a,12b,
12c,12dを備えるインデックステ−ブルで、テ−
ブル12はs1のウエハロ−ディングゾ−ン、s2の粗
研磨ゾ−ン、s3のウエハ仕上研磨ゾ−ン、s4のウエ
ハアンロ−ディングゾ−ンに仕分けされている。
In the index type chemical mechanical polishing apparatus 1 shown in FIGS. 1, 2 and 3, 2 is a polishing head, 2a
Is a polishing head for rough polishing, 2b is a head for finish polishing, 3,
3 is a rotating shaft, 3a is a motor, 3b is a gear, and 3c is a gear.
Re, 3d is a gear, 4, 4 is a polishing pad, 5, 5 is a pad conditioning mechanism, 5a is a dressing disk, 5b is an injection nozzle, 5c is a protective cover, 6, 6 is a rotatable cleaning brush, 7 is Polishing head transfer mechanism, 7a
Is a rail, 7b is a feed screw, and 7c is a moving body screwed to the feed screw and has a polishing head 2. 7d and 7e are gears, 7f is a motor, 8 is an air cylinder which is a head elevating mechanism, 9 is a wafer w storage cassette, and 10 is a low.
Robot 11 for transferring wafers, 11 is a temporary wafer mounting table, 12 is a rotatable wafer chuck mechanism 12a, 12b, which is provided at equal intervals on the same circumference with a shaft 12e as an axis.
An index table having 12c and 12d,
The bull 12 is classified into a wafer loading zone of s1, a rough polishing zone of s2, a finishing polishing zone of s3, and a wafer unloading zone of s4.

【0022】13はアンロ−ディング用搬送ロボット、
14aはチャックドレサ−、14bはチャック洗浄機
構、15はウエハ仮置台、16はベルトコンベア、17
はウエハ洗浄機構である。
13 is a transfer robot for unloading,
14a is a chuck dresser, 14b is a chuck cleaning mechanism, 15 is a temporary wafer placement table, 16 is a belt conveyor, 17
Denotes a wafer cleaning mechanism.

【0023】図4に示す研磨ヘッド2において、ヘッド
2は基板21の張り出し縁21aが加圧シリンダ−20
のフランジ部分20aに支えられ、研磨パッド(環状研
磨布)4は研磨布取付板22を介して基板21に保持さ
れている。加圧シリンダ−20内の加圧室20b内には
ダイヤフラム23が張り渡され、スピンドル軸3内を通
じて加圧室20b内に圧縮空気が圧入され、その圧力に
よって基板21は3次元(X,Y,Z)方向に揺動自在
に支えられ、パッド4はウエハ表面に対して平行に保も
たてられる。
In the polishing head 2 shown in FIG. 4, the overhanging edge 21a of the substrate 21 is
The polishing pad (annular polishing cloth) 4 is supported by a substrate 21 via a polishing cloth mounting plate 22. A diaphragm 23 is stretched in a pressurizing chamber 20b in the pressurizing cylinder 20, and compressed air is press-fitted into the pressurizing chamber 20b through the spindle shaft 3, and the substrate 21 is three-dimensionally (X, Y) by the pressure. , Z), and the pad 4 is held parallel to the wafer surface.

【0024】ヘッド2の中央に研磨液または洗浄液供給
パイプ24が設けられ、パイプの先は研磨パッドの中央
刳り貫き部4aを避けて研磨パッド環状体裏面に臨み、
環状体を経由して基板の金属層表面に研磨液またはエッ
チング液が供給される。
A polishing liquid or cleaning liquid supply pipe 24 is provided at the center of the head 2, and the tip of the pipe faces the back surface of the polishing pad ring body avoiding the central hollow portion 4 a of the polishing pad.
A polishing liquid or an etching liquid is supplied to the surface of the metal layer of the substrate via the annular body.

【0025】図5に示す研磨パッド4において、(a)
は本発明に用いられる円環状研磨パッド、(b)は本発
明に用いられる楕円環状研磨パッドである。環状研磨パ
ッドの刳り貫かれた内径liは、研磨パッド外径loの
長さの5〜75%、好ましくは30〜50%である。
In the polishing pad 4 shown in FIG. 5, (a)
Is an annular polishing pad used in the present invention, and (b) is an elliptical annular polishing pad used in the present invention. The hollow inner diameter li of the annular polishing pad is 5 to 75%, preferably 30 to 50% of the length of the polishing pad outer diameter lo.

【0026】研磨される金属膜を有する基板wの外径に
対する研磨パッドの外径は、円環状パッドのときは0.
5〜0.75倍、楕円環状パッドのときは、短径が0.
35〜0.40倍、長径が0.5〜0.75倍である。
The outer diameter of the polishing pad with respect to the outer diameter of the substrate w having the metal film to be polished is 0.1 mm in the case of an annular pad.
In the case of an oval annular pad, the minor axis is 0.5 to 0.75 times.
It is 35 to 0.40 times and the major axis is 0.5 to 0.75 times.

【0027】パッド素材としては、硬質発泡ウレタンシ
−ト、ポリエステル繊維不織布、フェルト、ポリビニ−
ルアルコ−ル繊維不織布、ナイロン繊維不織布、これら
不織布上に発泡性ウレタン樹脂溶液を流延させ、ついで
発泡・硬化させたもの等が使用される。厚みは3〜7m
mである。また、これらの積層体も利用できる。
As the pad material, rigid urethane sheet, polyester fiber non-woven fabric, felt, polyvinyl alcohol
Rualcol fiber nonwoven fabric, nylon fiber nonwoven fabric, foamed urethane resin solution cast on these nonwoven fabrics, and then foamed and cured are used. The thickness is 3-7m
m. Further, these laminates can also be used.

【0028】研磨剤液は、(a)コロイダルアルミナ、
フ−ムドシリカ、酸化セリウム、チタニア等の固型砥粒
を0.01〜20重量%、(b)硝酸銅、クエン酸鉄、
過酸化マンガン、エチレンジアミンテトラ酢酸、ヘキサ
シアノ鉄、フッ化水素酸、フルオロチタン酸、ジペルサ
ルフェ−ト、フッ化アンモニウム、二フッ化水素アンモ
ニウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、等の酸化剤
1〜15重量%、(c)界面活性剤0.3〜3重量%、
(d)pH調整剤、(e)防腐剤、などを含有するスラ
リ−が使用される(特開平6−313164号、特開平
8−197414号、特表平8−510437号、特開
平10−67986号、特開平10−226784号
等)。
The polishing liquid is (a) colloidal alumina,
0.01-20% by weight of solid abrasive grains such as fumed silica, cerium oxide, titania, and (b) copper nitrate, iron citrate,
1 to 15% by weight of an oxidizing agent such as manganese peroxide, ethylenediaminetetraacetic acid, hexacyanoiron, hydrofluoric acid, fluorotitanic acid, dipersulfate, ammonium fluoride, ammonium hydrogen difluoride, ammonium persulfate, hydrogen peroxide, etc. (C) 0.3 to 3% by weight of a surfactant,
A slurry containing (d) a pH adjuster, (e) a preservative, and the like is used (JP-A-6-313164, JP-A-8-197414, JP-A-8-51037, and JP-A-10-104). 67986, JP-A-10-226784, etc.).

【0029】銅、銅−チタン、銅−タングステン、チタ
ン−アルミニウム等の金属研磨に適した研磨剤スラリ−
は、株式会社フジミインコ−ポレ−テッド、ロデ−ル・
ニッタ株式会社、米国のキャボット社、米国ロデ−ル社
より入手できる。
An abrasive slurry suitable for polishing metals such as copper, copper-titanium, copper-tungsten, and titanium-aluminum.
Is Fujimi Incorporated, Inc.
It can be obtained from Nitta Corporation, Cabot Corporation in the United States, and Rodell Corporation in the United States.

【0030】前記の化学機械研磨装置を用いて絶縁層の
上に金属膜を有するウエハを研磨する工程は、次のよう
に行われる。 1)ウエハw1は、搬送ロボット10のア−ムによりカ
セット9より取り出され仮置台11上に金属膜面を上向
きにして載せられ、ここで裏面を洗浄され、ついで搬送
ロボットによりインデックステ−ブル12のウエハロ−
ディングゾ−ンs1に移送され、チャック機構12aに
より吸着される。
The step of polishing a wafer having a metal film on an insulating layer using the above-described chemical mechanical polishing apparatus is performed as follows. 1) The wafer w1 is taken out of the cassette 9 by the arm of the transfer robot 10, placed on the temporary mounting table 11 with the metal film surface facing upward, the back surface thereof is cleaned, and then the index table 12 is transferred by the transfer robot. Uehara-
It is transferred to the ding zone s1 and is sucked by the chuck mechanism 12a.

【0031】2)インデックステ−ブル12を90度時
計回り方向に回動させてウエハw1を第1研磨ゾ−ンs
2に導き、スピンドル軸3を下降させてヘッド2aに取
り付けられた研磨パッド4をウエハw1に押圧し、スピ
ンドル軸3とチャック機構の軸を回転させることにより
ウエハの化学機械研磨を行う。この間、新たなウエハw
2が仮置台の上に載せられ、ウエハロ−ディングゾ−ン
s1に移送され、チャック機構12bにより吸着され
る。
2) The index table 12 is rotated clockwise by 90 degrees to rotate the wafer w1 in the first polishing zone s.
2, the spindle shaft 3 is lowered, the polishing pad 4 attached to the head 2a is pressed against the wafer w1, and the wafer is chemically and mechanically polished by rotating the spindle shaft 3 and the chuck mechanism. During this time, a new wafer w
2 is placed on the temporary table, transferred to the wafer loading zone s1, and sucked by the chuck mechanism 12b.

【0032】ウエハのCMP加工時、スピンドル軸3の
中空部に設けた供給管24より環状体4裏面に研磨剤液
が10〜100ml/分の割合で供給される。チャック
テ−ブルに吸着されたウエハの回転数は、200〜80
0rpm、好ましくは300〜600rpm、研磨パッ
ドの回転数は400〜3000rpm、好ましくは60
0〜1000rpmである。
At the time of CMP processing of the wafer, an abrasive liquid is supplied to the back surface of the annular body 4 at a rate of 10 to 100 ml / min from a supply pipe 24 provided in a hollow portion of the spindle shaft 3. The number of rotations of the wafer adsorbed on the chuck table is 200 to 80.
0 rpm, preferably 300-600 rpm, and the rotation speed of the polishing pad is 400-3000 rpm, preferably 60 rpm.
0 to 1000 rpm.

【0033】CMP加工中、研磨パッドをボ−ルネジで
ウエハの中心点より左へ10〜60mm幅、およびウエ
ハの外周より10〜60mm幅右へ行った点間の距離を
左右方向(X軸方向)に往復揺動させる。研磨パッドの
往復揺動は、研磨パッド外周がウエハの中心点と外周間
に位置するときを基準の速さとすると、研磨パッドがウ
エハ中心点部では揺動速度をゆっくりとし、ウエハ外周
部では揺動速度を速くしてディッシングが均一に行なわ
れるようにする。例えば、揺動幅が40mmで、研磨パ
ッド外周がウエハの中心点と外周間に位置するときの揺
動速度を300mm/分のときは、ウエハ中心点部での
研磨パッドの揺動速度を260mm/分、ウエハ外周部
での研磨パッドの揺動速度を320mm/分とする。
During the CMP process, the distance between the points where the polishing pad is moved to the left by 10 to 60 mm width from the center point of the wafer by the ball screw and to the right by 10 to 60 mm width from the outer periphery of the wafer is measured in the horizontal direction (X-axis direction). ). The reciprocating swing of the polishing pad is defined as a reference speed when the outer periphery of the polishing pad is located between the center point and the outer periphery of the wafer. The moving speed is increased so that dishing is performed uniformly. For example, when the swing width is 40 mm and the swing speed when the outer periphery of the polishing pad is located between the center point and the outer periphery of the wafer is 300 mm / min, the swing speed of the polishing pad at the center point of the wafer is 260 mm. / Min, and the swing speed of the polishing pad at the outer peripheral portion of the wafer is 320 mm / min.

【0034】ウエハ面への研磨パッドの押圧は、50〜
150g/cm2である。第一研磨ゾ−ンs2での化学
機械研磨が所望時間行なわれると、スピンドル軸3を上
昇させ、右方向に後退させ、パッド洗浄機構5上に導
き、ここで高圧ジェット水をノズル5bより吹き付けな
がら回転ブラシ6で表パッド面に付着した砥粒、金属研
磨屑を取り除き、再び右方向に研磨パッドを移送し、研
磨ゾ−ンs2上に待機させる。
The pressure of the polishing pad on the wafer surface is 50 to
150 g / cm 2 . When the chemical mechanical polishing in the first polishing zone s2 has been performed for a desired time, the spindle shaft 3 is raised and retracted to the right, and guided onto the pad cleaning mechanism 5, where high-pressure jet water is sprayed from the nozzle 5b. While removing the abrasive grains and metal polishing debris adhered to the front pad surface with the rotating brush 6, the polishing pad is transferred to the right again, and waits on the polishing zone s2.

【0035】3)インデックステ−ブルを時計回り方向
に90度回動させ、研磨されたウエハw1を第二研磨ゾ
−ンs3に導き、スピンドル軸3を下降させてヘッド2
bに取り付けられた研磨パッド4を粗研磨されたウエハ
w1に押圧し、スピンドル軸3とチャック機構の軸を回
転させることによりウエハの化学機械仕上研磨を行う。
仕上げ研磨終了後は、スピンドル軸3を上昇、右方向に
後退させ、ヘッド2bに取り付けられた研磨パッドを洗
浄機構5で洗浄し、再び右方向に移送し、第二研磨ゾ−
ンs3上に待機させる。
3) The index table is rotated clockwise by 90 degrees, the polished wafer w1 is guided to the second polishing zone s3, and the spindle shaft 3 is moved down so that the head 2
The polishing pad 4 attached to the wafer b is pressed against the roughly polished wafer w1, and the spindle mechanical shaft and the chuck mechanism are rotated to perform the chemical mechanical finish polishing of the wafer.
After finishing polishing, the spindle shaft 3 is raised and retracted to the right, the polishing pad attached to the head 2b is cleaned by the cleaning mechanism 5, and transferred to the right again, and the second polishing zone is moved.
On standby s3.

【0036】この間、新たなウエハw3が仮置台の上に
載せられ、ウエハロ−ディングゾ−ンs1に移送され、
チャック機構12cにより吸着される。また、第一研磨
ゾ−ンs2ではウエハw2の化学機械粗研磨が実施され
る。
During this time, a new wafer w3 is placed on the temporary table and transferred to the wafer loading zone s1.
It is sucked by the chuck mechanism 12c. In the first polishing zone s2, the chemical mechanical rough polishing of the wafer w2 is performed.

【0037】4)インデックステ−ブル12を時計回り
方向に90度回動させ、研磨されたウエハw1をアンロ
−ディングゾ−ンs4に導く。ついで、アンロ−ディン
グ搬送ロボット13で仕上研磨されたウエハを仮置台1
5へ搬送し、裏面を洗浄した後、更に搬送ロボット13
でベルトコンベアを利用した移送機構へと導き、研磨さ
れたウエハのパタ−ン面に洗浄液をノズル17より吹き
付け洗浄し、さらにウエハを次工程へと導く。
4) The index table 12 is rotated clockwise by 90 degrees to guide the polished wafer w1 to the unloading zone s4. Next, the wafer polished and finished by the unloading transfer robot 13 is placed on the temporary table 1.
5 and after cleaning the back surface, further transfer robot 13
The cleaning liquid is sprayed from a nozzle 17 onto the polished wafer pattern surface to clean the wafer, and the wafer is further guided to the next step.

【0038】この間、新たなウエハw4が仮置台の上に
載せられ、ウエハロ−ディングゾ−ンs1に移送され、
チャック機構12dにより吸着される。また、第一研磨
ゾ−ンs2ではウエハw3の化学機械粗研磨が、第二研
磨ゾ−ンs3ではウエハw2の化学機械仕上研磨実施さ
れる。
During this time, a new wafer w4 is placed on the temporary table and transferred to the wafer loading zone s1.
It is sucked by the chuck mechanism 12d. In the first polishing zone s2, chemical mechanical rough polishing of the wafer w3 is performed, and in the second polishing zone s3, chemical mechanical finish polishing of the wafer w2 is performed.

【0039】5)インデックステ−ブル12を時計方向
に90度回転させ、以下前記2)から4)の工程と同様
の操作を繰り返し、ウエハの化学機械研磨を行う。上記
例において、化学機械研磨加工を第一粗研磨と第二仕上
研磨に分けたのは、スル−プット時間を短縮するためで
あるが、CMP加工を一段で行ってもよいし、粗研磨、
中仕上研磨、仕上研磨と三段階に分け、よりスル−プッ
ト時間を短縮してもよい。三段階のCMP加工工程をと
るときは、s1をウエハロ−ディングとウエハアンロ−
ディングの兼用ゾ−ンとし、s2を第一研磨ゾ−ン、s
3を第二研磨ゾ−ン、s4を第3研磨ゾ−ンとする。
5) The index table 12 is rotated clockwise by 90 degrees, and the same operations as in the above steps 2) to 4) are repeated to perform chemical mechanical polishing of the wafer. In the above example, the chemical mechanical polishing is divided into the first rough polishing and the second finish polishing in order to reduce the throughput time, but the CMP may be performed in one step,
Medium finishing polishing and finishing polishing may be divided into three stages to further reduce the throughput time. When a three-step CMP process is performed, s1 is used for wafer loading and wafer unloading.
S2 is the first polishing zone, s2
3 is a second polishing zone, and s4 is a third polishing zone.

【0040】また、研磨パッド素材は、第一研磨パッド
と第二研磨パッドの素材を変えてもよい。本発明の化学
機械研磨装置は、金属パタ−ンの上に絶縁層膜が形成さ
れた基板の絶縁層膜の除去、STIのP−TEOS膜層
の除去にも勿論利用できる。
The material of the polishing pad may be different from that of the first polishing pad and the second polishing pad. The chemical mechanical polishing apparatus of the present invention can of course be used for removing an insulating layer film of a substrate having an insulating layer film formed on a metal pattern and removing a P-TEOS film layer of STI.

【0041】[0041]

【実施例】実施例1 基板として300mm径の酸化珪素絶縁膜上に銅膜を設
けたシリコン基板を、研磨剤としてA社の銅膜研磨用ス
ラリ−を50ml/分の量、研磨パッドとしてポリウレ
タン樹脂を素材とした外径150mmの円盤の中央部5
0mm径を刳り貫いた円環状パッドを、研磨装置として
図1に示す自動化学機械研磨装置を用い、基板チャック
テ−ブルの回転数を400rpm、研磨パッドの回転数
を700rpm、基板にかかる研磨パッドの圧力を1.
4psi(100g/cm2)とし、左右揺動幅を54
mm(揺動開始点は基板外径より27mm左内側、基板
中心点より27mm右内側)とし、揺動速度を基板外径
より27mm左内側から基板外周側においては260m
m/分、基板中心点より27mm右内側から基板中心点
においては320mm/分、その間においては300m
m/分で研磨を行なって(スル−プット時間 3.0
分)、パタ−ン幅150μmのウエハを得た。
EXAMPLE 1 A silicon substrate having a copper film provided on a silicon oxide insulating film having a diameter of 300 mm was used as a substrate, a slurry for polishing a copper film of Company A was used as an abrasive at a rate of 50 ml / min, and a polyurethane was used as a polishing pad. Center part 5 of a 150 mm outer diameter disk made of resin
An annular pad having a diameter of 0 mm is used as a polishing apparatus by using the automatic chemical mechanical polishing apparatus shown in FIG. 1 as a polishing apparatus. Pressure 1.
4 psi (100 g / cm 2 ), and the horizontal swing width is 54
mm (the swing start point is 27 mm left inside from the substrate outer diameter and 27 mm right inside from the substrate center point), and the swing speed is 260 m from the left inner 27 mm from the board outer diameter to the substrate outer periphery.
m / min, 320 mm / min at the substrate center point from the right inner side 27 mm from the substrate center point, 300 m between them
Polishing at m / min (throughput time 3.0
Min) to obtain a wafer having a pattern width of 150 μm.

【0042】ディッシングは、18nmであった。 比較例1 実施例1において、研磨パッドとしてポリウレタン樹脂
を素材とした外径150mmの円盤状パッドを用い、基
板チャックテ−ブルの回転数を400rpm、研磨パッ
ドの回転数を700rpm、基板にかかる研磨パッドの
圧力を1.4psi(100g/cm2)とし、左右揺
動幅を54mm(揺動開始点は基板外径より27mm左
内側、基板中心点より27mm右内側)とし、揺動速度
を基板外径より27mm左内側から基板外周側において
は260mm/分、基板中心点より27mm右内側から
基板中心点においては320mm/分、その間において
は300mm/分で研磨を行なって(スル−プット時間
3.0分)、パタ−ン幅150μmのウエハを得た。
The dishing was 18 nm. Comparative Example 1 In Example 1, a disk-shaped pad made of polyurethane resin and having an outer diameter of 150 mm was used as the polishing pad, the rotation speed of the substrate chuck table was 400 rpm, the rotation speed of the polishing pad was 700 rpm, and the polishing pad applied to the substrate. The pressure was 1.4 psi (100 g / cm 2 ), the horizontal swing width was 54 mm (the swing start point was 27 mm left inside from the outer diameter of the substrate, 27 mm right inner from the center of the substrate), and the swing speed was outside the substrate. Polishing is performed at 260 mm / min from the left inner side of the diameter to the substrate outer circumferential side at 260 mm / min, at 320 mm / min from the right inner side of the substrate 27 mm to the substrate central point, and at 300 mm / min between them (throughput time 3. (0 min), a wafer having a pattern width of 150 μm was obtained.

【0043】ディッシングは241nmであった。 比較例2 実施例1において、研磨パッドとしてポリウレタン樹脂
を素材とした長径160mm、短径80mmの楕円盤状
パッドを用い、基板チャックテ−ブルの回転数を400
rpm、研磨パッドの回転数を700rpm、基板にか
かる研磨パッドの圧力を1.4psi(100g/cm
2)とし、左右揺動幅を54mm(揺動開始点は基板外
径より27mm左内側、基板中心点より27mm右内
側)とし、揺動速度を基板外径より27mm左内側から
基板外周側においては260mm/分、基板中心点より
27mm右内側から基板中心点においては320mm/
分、その間においては300mm/分で研磨を行なって
(スル−プット時間 3.0分)、パタ−ン幅150μ
mのウエハを得た。
The dishing was 241 nm. Comparative Example 2 In Example 1, an elliptic disk-shaped pad made of polyurethane resin and having a major axis of 160 mm and a minor axis of 80 mm was used as the polishing pad, and the number of rotations of the substrate chuck table was 400.
rpm, the rotation speed of the polishing pad is 700 rpm, and the pressure of the polishing pad applied to the substrate is 1.4 psi (100 g / cm
2 ), the horizontal swing width is 54 mm (the swing start point is 27 mm left inside from the substrate outer diameter, and 27 mm right inside from the substrate center point), and the swing speed is 27 mm left inside from the substrate outer diameter to the substrate outer periphery. Is 260 mm / min, and 320 mm / min at the substrate center point from the right inner side 27 mm from the substrate center point.
And polishing is performed at a rate of 300 mm / minute (throughput time: 3.0 minutes), and the pattern width is 150 μm.
m wafers were obtained.

【0044】ディッシングは124nmであった。実施
例1、比較例1および比較例2において、研磨パッドの
回転数を変えて研磨を行なった際に得られたウエハのデ
ィッシングと研磨パッドの回転数との相関を図6に示
す。
The dishing was 124 nm. FIG. 6 shows the correlation between the dishing of the wafer and the polishing pad rotation speed obtained when the polishing was performed while changing the rotation speed of the polishing pad in Example 1, Comparative Example 1, and Comparative Example 2.

【0045】実施例1および比較例1で、ウエハ基板の
回転数を400rpm、研磨パッドの回転数を700r
pm、ウエハに対する研磨パッド圧を1.4psiとし
て研磨を行なった際の絶縁層に対するパタ−ン密度とエ
ロ−ジョンの相関を図7に示す。
In Example 1 and Comparative Example 1, the rotation speed of the wafer substrate was 400 rpm, and the rotation speed of the polishing pad was 700 rpm.
FIG. 7 shows the correlation between the pattern density of the insulating layer and the erosion when the polishing was performed at a polishing pad pressure of 1.4 psi for the wafer.

【0046】実施例1および比較例1で、ウエハ基板の
回転数を400rpm、研磨パッドの回転数を700r
pm、ウエハに対する研磨パッド圧を1.4psiとし
て研磨を行なった際のパタ−ン幅とディシングの相関を
図8に示す。
In Example 1 and Comparative Example 1, the rotational speed of the wafer substrate was 400 rpm, and the rotational speed of the polishing pad was 700 rpm.
FIG. 8 shows the correlation between the pattern width and the dishing when the polishing was performed with the polishing pad pressure at 1.4 psi and the polishing pad pressure at 1.4 psi.

【0047】実施例2 実施例1において、ウエハとして、300mm径のシリ
コン基板の表面に15nmの酸化珪素絶縁層、その上に
200nmの窒化珪素絶縁層、さらにその上に800n
mのP−TEOS層を設けたSTI基板(トレンチ幅2
50μm、トレンチ密度50%)を用い、研磨剤として
B社の酸化セリウム砥粒1重量%含有研磨剤スラリ−を
用いる他は同様にして4分間研磨を行った。
Example 2 In Example 1, as a wafer, a 15-nm silicon oxide insulating layer was formed on the surface of a 300-mm-diameter silicon substrate, a 200-nm silicon nitride insulating layer was formed thereon, and a 800-nm silicon nitride insulating layer was formed thereon.
STI substrate provided with m-P-TEOS layer (trench width 2
Polishing was carried out for 4 minutes in the same manner except that a polishing slurry containing 1% by weight of cerium oxide abrasive grains of Company B was used as a polishing agent.

【0048】トレンチのエロ−ジョンは41nmであ
り、除かれたSiNは12nmであった。トレンチ幅と
エロ−ジョンの相関を図9に、トレンチ密度とエロ−ジ
ョンの相関を図10に示す。
The erosion of the trench was 41 nm and the SiN removed was 12 nm. FIG. 9 shows the correlation between the trench width and the erosion, and FIG. 10 shows the correlation between the trench density and the erosion.

【0049】図11は、半導体デバイス製造プロセスを
示すフローチャートである。半導体デバイス製造プロセ
スをスタートして、まずステップS200で、次に挙げ
るステップS201〜S204の中から適切な処理工程
を選択する。選択に従って、ステップS201〜S20
4のいずれかに進む。
FIG. 11 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process. After the semiconductor device manufacturing process is started, first, in step S200, an appropriate processing step is selected from the following steps S201 to S204. Steps S201 to S20 according to the selection
Go to any of 4

【0050】ステップS201はウェハの表面を酸化さ
せる酸化工程である。ステップS202はCVD等によ
りウェハ表面に絶縁膜を形成するCVD工程である。ス
テップS203はウェハ上に電極を蒸着等の工程で形成
する電極形成工程である。ステップS204はウェハに
イオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。
Step S201 is an oxidation step for oxidizing the surface of the wafer. Step S202 is a CVD step of forming an insulating film on the wafer surface by CVD or the like. Step S203 is an electrode forming step of forming electrodes on the wafer by steps such as vapor deposition. Step S204 is an ion implantation step of implanting ions into the wafer.

【0051】CVD工程もしくは電極形成工程の後で、
ステップS205に進む。ステップS205はCMP工
程である。CMP工程では本発明による研磨装置によ
り、層間絶縁膜の平坦化や、半導体デバイスの表面の金
属膜の研磨によるダマシン(damascene)の形成等が行
われる。
After the CVD step or the electrode forming step,
Proceed to step S205. Step S205 is a CMP process. In the CMP process, the polishing apparatus according to the present invention performs flattening of an interlayer insulating film, formation of a damascene by polishing a metal film on the surface of a semiconductor device, and the like.

【0052】CMP工程もしくは酸化工程の後でステッ
プS206に進む。ステップS206はフォトリソ工程
である。フォトリソ工程では、ウェハへのレジストの塗
布、露光装置を用いた露光によるウェハへの回路パター
ンの焼き付け、露光したウェハの現像が行われる。更に
次のステップS207は現像したレジスト像以外の部分
をエッチングにより削り、その後レジスト剥離が行わ
れ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除
くエッチング工程である。
After the CMP step or the oxidation step, the process proceeds to step S206. Step S206 is a photolithography step. In the photolithography process, a resist is applied to the wafer, a circuit pattern is printed on the wafer by exposure using an exposure device, and the exposed wafer is developed. Further, the next step S207 is an etching step of removing portions other than the developed resist image by etching, removing the resist, and removing unnecessary resist after etching.

【0053】次にステップS208で必要な全工程が完
了したかを判断し、完了していなければステップS20
0に戻り、先のステップを繰り返して、ウェハ上に回路
パターンが形成される。ステップS208で全工程が完
了したと判断されればエンドとなる。
Next, in step S208, it is determined whether or not all the necessary processes have been completed.
Returning to 0, the previous steps are repeated to form a circuit pattern on the wafer. If it is determined in step S208 that all steps have been completed, the process ends.

【0054】本発明による半導体デバイス製造方法で
は、CMP工程において本発明による化学機械研磨装置
を用いているため、CMP工程でのディッシングおよび
エロ−ジョンに関する市場要求を満たすことによりCM
P工程での歩留まりが向上する。これにより、従来の半
導体デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイ
スを製造することができるという効果がある。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, since the chemical mechanical polishing apparatus according to the present invention is used in the CMP process, the CM requirement is satisfied by satisfying the market requirements for dishing and erosion in the CMP process.
The yield in the P process is improved. As a result, there is an effect that a semiconductor device can be manufactured at a lower cost than a conventional semiconductor device manufacturing method.

【0055】なお、上記の半導体デバイス製造プロセス
以外の半導体デバイス製造プロセスのCMP工程に本発
明による研磨装置を用いても良い。
The polishing apparatus according to the present invention may be used in a CMP process of a semiconductor device manufacturing process other than the semiconductor device manufacturing process described above.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明の環状研磨パッドを備えた研磨装
置を用いて化学機械研磨を行なうことにより、ディッシ
ング、エロ−ジョンが抑制され、パタ−ン厚みの均一性
の採れたデバイスウエハを得ることができる。さらに、
絶縁層上に金属膜が施された基板上を左右方向に揺動す
る速度を基板に対する研磨パッドの位置により変えて化
学機械研磨を行なうことにより、ディッシング、エロ−
ジョンがさらに抑制される。
By performing chemical mechanical polishing using the polishing apparatus having the annular polishing pad of the present invention, dishing and erosion are suppressed, and a device wafer having a uniform pattern thickness is obtained. be able to. further,
Dishing, erosion and erosion are performed by performing chemical mechanical polishing by changing the speed of swinging in the left-right direction on the substrate having the metal film formed on the insulating layer depending on the position of the polishing pad with respect to the substrate.
John is further suppressed.

【0057】また、金属パタ−ンの上に絶縁層膜が形成
された基板の絶縁層膜の除去、STIのP−TEOS膜
層の除去にもエロ−ジョン、ディッシングを抑制して行
なうことができる。
The removal of the insulating layer film of the substrate having the insulating layer film formed on the metal pattern and the removal of the P-TEOS film layer of the STI can be performed while suppressing erosion and dishing. it can.

【0058】また、本発明は、CMP工程でのディッシ
ングおよびエロ−ジョンに関する市場要求を満たすこと
により歩留まりの向上を図り、それにより従来の半導体
デバイス製造方法に比べて低コストで半導体デバイスを
製造することができる半導体デバイス製造方法を提供す
ることができる。
Further, the present invention improves the yield by satisfying the market requirements for dishing and erosion in the CMP process, thereby manufacturing a semiconductor device at a lower cost than a conventional semiconductor device manufacturing method. And a method for manufacturing a semiconductor device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】研磨装置の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of a polishing apparatus.

【図2】研磨装置の斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a polishing apparatus.

【図3】研磨ヘッドとコンディショニング機構との位置
関係を示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a positional relationship between a polishing head and a conditioning mechanism.

【図4】研磨ヘッドの断面図である。FIG. 4 is a sectional view of a polishing head.

【図5】研磨パッドの斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a polishing pad.

【図6】研磨パッドの回転数とディッシングの相関図で
ある。
FIG. 6 is a correlation diagram between the number of rotations of a polishing pad and dishing.

【図7】基板のパタ−ン密度とエロ−ジョンの相関図で
ある。
FIG. 7 is a correlation diagram between pattern density and erosion of a substrate.

【図8】基板のパタ−ン幅とディッシングの相関図であ
る。
FIG. 8 is a correlation diagram between a pattern width of a substrate and dishing.

【図9】STIのトレンチ幅とエロ−ジョンの相関図で
ある。
FIG. 9 is a correlation diagram between an STI trench width and erosion.

【図10】STIのトレンチ密度とエロ−ジョンの相関
図である。
FIG. 10 is a correlation diagram between STI trench density and erosion.

【図11】半導体デバイス製造プロセスを示すフローチ
ャートである。
FIG. 11 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 化学機械研磨装置 w ウエハ 2 研磨ヘッド 3 スピンドル軸 4 研磨パッド 5 コンディショニング機構 5a ドレッシングディスク 5b 噴射ノズル 5c 保護カバ− 7 研磨ヘッド移送機構 8 研磨ヘッド昇降機構 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Chemical mechanical polishing apparatus w Wafer 2 Polishing head 3 Spindle shaft 4 Polishing pad 5 Conditioning mechanism 5a Dressing disk 5b Spray nozzle 5c Protective cover 7 Polishing head transfer mechanism 8 Polishing head elevating mechanism

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) (72)発明者 田中 潔 神奈川県厚木市上依知3009番地 株式会社 岡本工作機械製作所半導体事業本部内 (72)発明者 三井 貴彦 神奈川県厚木市上依知3009番地 株式会社 岡本工作機械製作所半導体事業本部内Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme Court II (Reference) (72) Inventor Kiyoshi Tanaka 3009 Jyochi, Atsugi-shi, Kanagawa Semiconductor Company, Okamoto Machine Tool Works, Ltd. (72) Inventor Mitsui Takahiko 3009 Kamiyori, Atsugi City, Kanagawa Prefecture Okamoto Machine Tool Works, Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 研磨パッドと基板との間に研磨液を介在
させた状態で、前記研磨パッドと前記基板とを相対移動
させることにより、前記基板を研磨する化学機械研磨装
置において、 前記研磨パッドの形状は、円または楕円の中央部をより
小さい径の円状または楕円状に刳り貫いた環状体である
ことを特徴とする、化学機械研磨装置。
1. A chemical mechanical polishing apparatus for polishing a substrate by relatively moving the polishing pad and the substrate in a state where a polishing liquid is interposed between the polishing pad and the substrate. The chemical mechanical polishing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the shape of (1) is an annular body obtained by hollowing out a central portion of a circle or an ellipse into a circle or an ellipse having a smaller diameter.
【請求項2】 金属膜を有する基板を金属膜面を上向き
にしてチャックテ−ブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有
するスピンドル軸に軸承された取付板に貼付された研磨
パッド面を遊離研磨砥粒を介して相対的に前記基板に押
圧し、該基板と研磨パッドを摺動させて基板表面の金属
膜の少なくとも一部を除去する化学機械研磨装置であっ
て、 前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方
向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記研磨パッド
の形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状ま
たは楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径
は基板の径よりも小さいことを特徴とする、化学機械研
磨装置。
2. A substrate having a metal film is held on a chuck table with the metal film surface facing upward, and a polishing pad surface adhered to a mounting plate mounted on a spindle shaft having a vertical axis in a vertical direction is freely polished. A chemical mechanical polishing apparatus for relatively pressing against said substrate via abrasive grains, sliding said substrate and a polishing pad to remove at least a part of a metal film on a substrate surface, wherein said polishing pad elevating mechanism And a transfer mechanism capable of reciprocating the polishing pad in the left-right direction, wherein the shape of the polishing pad is an annular body having a central portion of a circle or an ellipse hollowed out in a circular or elliptical shape with a smaller diameter. A polishing pad having a diameter smaller than a diameter of the substrate.
【請求項3】 P−TEOS膜を有するSTI基板をP
−TEOS膜面を上向きにしてチャックテ−ブルに保持
し、軸芯を鉛直方向に有するスピンドル軸に軸承された
取付板に貼付された研磨パッド面を遊離研磨砥粒を介し
て相対的に前記基板に押圧し、該基板と研磨パッドを摺
動させて基板表面のP−TEOS膜の少なくとも一部を
除去する化学機械研磨装置であって、 前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方
向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記研磨パッド
の形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状ま
たは楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径
は基板の径よりも小さいことを特徴とする、化学機械研
磨装置。
3. An STI substrate having a P-TEOS film is made of P
The TEOS film surface is held on a chuck table with the film surface facing upward, and the polishing pad surface attached to a mounting plate supported on a spindle shaft having a shaft center in a vertical direction is relatively fixed to the substrate via free polishing abrasive grains. A chemical mechanical polishing apparatus that removes at least a part of the P-TEOS film on the surface of the substrate by sliding the substrate and the polishing pad, wherein the polishing pad elevating mechanism and the polishing pad are moved in the left-right direction. The polishing pad has a circular or elliptical hollow body with a smaller diameter at the center of the circle or ellipse. A chemical mechanical polishing apparatus characterized by being smaller than a diameter.
【請求項4】 金属膜のパタ−ン模様の上に絶縁層膜が
施された基板を絶縁層膜面を上向きにしてチャックテ−
ブルに保持し、軸芯を鉛直方向に有するスピンドル軸に
軸承された取付板に貼付された研磨パッド面を遊離研磨
砥粒を介して相対的に前記基板に押圧し、該基板と研磨
パッドを摺動させて基板表面の絶縁層膜の少なくとも一
部を除去する化学機械研磨装置であって、 前記研磨パッドの昇降機構と、前記研磨パッドを左右方
向に往復移動可能な移送機構とを有し、前記研磨パッド
の形状は円または楕円の中央部をより小さい径の円状ま
たは楕円状に刳り貫いた環状体であり、研磨パッドの径
は基板の径よりも小さいことを特徴とする、化学機械研
磨装置。
4. A chuck table in which an insulating layer film is formed on a pattern of a metal film with the insulating layer film surface facing upward.
Holding the polishing pad, the surface of the polishing pad attached to a mounting plate which is supported on a spindle shaft having a vertical axis in a vertical direction is relatively pressed against the substrate via loose abrasive grains, and the substrate and the polishing pad are removed. A chemical mechanical polishing apparatus that removes at least a portion of an insulating layer film on a substrate surface by sliding, comprising: a polishing pad elevating mechanism; and a transfer mechanism capable of reciprocating the polishing pad in a left-right direction. The shape of the polishing pad is an annular body obtained by hollowing out the center of a circle or an ellipse into a circle or an ellipse having a smaller diameter, and the diameter of the polishing pad is smaller than the diameter of the substrate. Mechanical polishing equipment.
【請求項5】 前記移送機構は、前記基板に対する前記
研磨パッドの位置により前記研磨パッドの左右方向の移
動速度を変化させる機能を有することを特徴とする、請
求項2から4のいずれかに記載の化学機械研磨装置。
5. The apparatus according to claim 2, wherein the transfer mechanism has a function of changing a moving speed of the polishing pad in the left-right direction according to a position of the polishing pad with respect to the substrate. Chemical mechanical polishing equipment.
【請求項6】 前記研磨パッドの刳り貫かれた内径は、
前記研磨パッドの外径の5〜75%の長さである、請求
項1から5のいずれかに記載の化学機械研磨装置。
6. The hollow inner diameter of the polishing pad is:
The chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1, wherein the length of the polishing pad is 5 to 75% of the outer diameter of the polishing pad.
【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の化学
機械研磨装置を用いて半導体ウエハの表面を平坦化する
工程を有することを特徴とする半導体デバイス製造方
法。
7. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of flattening a surface of a semiconductor wafer using the chemical mechanical polishing apparatus according to claim 1.
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