JP2001138211A - 研磨装置及びその方法 - Google Patents
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Abstract
る反応生成物を短時間で除去し、CMPプロセスの処理
時間を短縮すること。 【解決手段】 被研磨面が銅からなるウエハと研磨部材
であるパッドとを接触させ、機械的及び化学的研磨粒子
を含むスラリーを供給しながら銅の研磨を行った後、パ
ッド表面に例えば多数の微小な突起群が形成されたダイ
ヤモンドからなる仕上げ部材を接触させながらスキャン
するときに、ドレッシング液としてシュウ酸等のキレー
ト剤をパッド表面に供給する。これによりパッド表面に
付着した、水に難溶な銅とスラリーとの反応生成物が溶
解されるため、短時間で反応生成物の除去を行うことが
できる。
Description
される金属面を研磨する技術に関する。
の製造プロセスの中に、CMP(chemical mechanical
polishing)と呼ばれるプロセスがある。このCMPプ
ロセスは多層配線から形成される半導体装置において
は、主としてタングステンオキサイドからなる層の研磨
に用いられる。これは研磨部材である研磨布の表面に機
械的研磨粒子及び化学的研磨粒子を含む研磨液を滴下
し、この研磨布の表面をウエハの被研磨面に押し付け
て、当該被研磨面の一部を除去する方法である。
示す装置において、表面に研磨層である研磨布11が形
成された回転テーブル12に、ウエハ保持機構13に保
持させたウエハWを所定の圧力で圧接させ、ノズル14
から研磨液を前記研磨布11の表面に供給しながら、回
転テーブル12を回転させると共にウエハ保持機構13
をモータ15により回転させて、こうしてウエハWを回
転テーブル12上で自転させ、かつ相対的に公転させる
ことによってウエハWの表面を研磨していた。
m程度の厚さの発泡ウレタン樹脂等の発泡樹脂が用いら
れ、研磨液としては、機械的研磨粒子であるシリカ(S
iO2)及び化学的研磨粒子を溶液に分散させたスラリ
ー状のものが用いられている。
の研磨を行う度に、微小突起部が形成されたダイヤモン
ドからなる仕上げ部材によりドレッシング(いわば「目
立て」)が行われ、これにより研磨能力を回復してい
る。一方、研磨布12表面には前記研磨により生じるス
ラリー(研磨液)とタングステンオキサイドとの混合物
や反応生成物が付着しているが、これらは水に溶解する
ため、ドレッシングを行う際に例えば純水を供給して前
記反応生成物等を除去している。
ンプロセスにより銅配線を形成する技術が注目されてい
る。この工程にはCMPプロセスが必要となるが、銅と
スラリーとの反応生成物は純水に溶けにくいため、タン
グステンオキサイドと同様のドレッシングを行ったので
は反応生成物が除去できない。この状態を図10により
説明すると、研磨布11の表面にはドレッシングにより
凹凸16が形成されており、前述の反応生成物の粒子1
7はこの凹凸16の隙間に入り込んでしまう。また、発
泡部18にも当該粒子17が入り込み、流されずに残っ
てしまう。
じた反応生成物が付着すると、研磨能力が低下すると共
に被研磨面の均一性も悪くなってしまうため、例えば前
記ダイヤモンドによる研磨布表面のスキャン回数を増や
して反応生成物を除去するようにしていた。しかしなが
らこのようにすると、ウエハW1枚の研磨工程における
研磨布の削り分が多くなるため研磨布の使用寿命を縮め
ることになるし、また、仕上げ作業の時間が長くなるた
めスループットの低下の要因にもなる。
たものであり、その目的は基板を研磨した後の研磨部材
に付着している反応生成物を短時間で除去することにあ
る。
は、基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させな
がら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研磨部材の研
磨面に供給し、前記被研磨面を構成する金属を研磨する
研磨装置において、基板を研磨した後の研磨部材の研磨
面と相対的に摺動し、当該研磨面を擦り削ることにより
研磨能力を回復させる研磨面仕上げ手段と、この研磨面
仕上げ手段と摺動している研磨部材の研磨面に、前記金
属と研磨液との反応生成物を溶解させる薬液を供給する
薬液供給手段と、前記研磨面に洗浄液を供給して、当該
研磨面上の前記薬液を除去するための洗浄手段と、を備
えることを特徴とする。
面仕上げ部材により擦り削りながら被研磨面を構成する
金属と研磨液との反応生成物を溶解させる薬液の供給を
行っているので、研磨部材の研磨能力を短時間で回復す
ることができ、パッドの使用寿命も長期化する。このよ
うな構成は金属の研磨時における金属と研磨液との反応
生成物が水に難溶な場合、例えば前記金属に銅を用いた
場合に有効である。
圧された洗浄液を吐出する吐出ノズルを用いるようにし
てもよく、このような装置によれば基板表面上に供給さ
れる薬液を短時間且つ確実に除去することが可能とな
る。
磨面と研磨部材とを相対的に摺動させながら、化学的な
研磨作用を有する研磨液を研磨部材の研磨面に供給し、
前記被研磨面を構成する金属を研磨する工程と、前記研
磨面と研磨面仕上げ手段とを相対的に摺動して当該研磨
面を擦り削ると共に、前記金属と研磨液との反応生成物
を溶解させる薬液を供給し、研磨面の研磨能力を回復さ
せる工程と、前記研磨面上に供給された前記薬液を洗い
流す工程と、を含むことを特徴とする。
エハW表面に形成された銅(Cu)層の一部を研磨処理
であるCMPプロセスにより削り取ろうとするものであ
り、例えば以下に示す装置により行われる。
示す概観図及び側面図である。2はウエハWの被研磨面
を下方側に向けて上方側から吸着保持するウエハ保持部
であり、昇降機構21及び支持部22により昇降自在な
構成となっている。このウエハ保持部2と対向して下部
側には研磨部3が設けられている。研磨部3は、駆動機
構30により回転する回転テーブル31と、回転テーブ
ル31の上面に貼着された研磨部材をなすパッド32と
から構成されており、パッド32は例えば厚さ1.2m
mのポリウレタン発泡樹脂が用いられる。このパッド3
2の表面(研磨面)には微小な突起群33及び発泡によ
り形成される凹部34が形成されており(図5(a)参
照)、また図3に示すように例えば碁盤の目状に溝35
が形成され、後述するスラリーや洗浄液等が流れ易くな
るように構成される。
イズは例えばウエハ保持部2により吸着保持されるウエ
ハWよりも直径が大きくなるように設定され、例えば直
径20cmのウエハWに対しては直径25cmのパッド
32が用いられる。ウエハ保持部2の中心はパッド32
の中心から例えば3cm程度偏心しており、駆動機構3
0は例えば図4に示すようにこのウエハ保持部2の中心
軸の周囲を公転させるように構成されている。
4中に黒点で示されるように多数の孔部36がパッド3
2を貫通して形成されており、これら孔部36は図2に
示すように回転テーブル31内の送液流路37に連通し
ている。送液流路37には外部のフレキシブルな配管3
8及びバルブV1〜V3を介して図示しないスラリー供
給源、ドレッシング液供給源及び洗浄液供給源に接続さ
れている。またドレッシング液供給源とバルブV2との
間にはドレッシング液の溶解能力を高めるため、例えば
40℃に当該ドレッシング液を加熱する加熱手段39が
介設されている。
供給される各液について説明を行う。スラリーはウエハ
Wの被研磨面をパッド32で研磨する際に供給する研磨
液をなすもので、例えばシリカ等の機械的研磨粒子及び
化学的研磨粒子並びに銅を酸化させる酸化剤を含んでい
る。
構5にてパッド31表面を目立てする際に供給される薬
液で、研磨によりパッド32表面に付着する銅の反応生
成物を溶解する物質が用いられる。例えばドレッシング
液にはシュウ酸やクエン酸などの有機酸を用いたもの、
またはアンモニア等の利用が可能である。また、洗浄液
はドレッシング後にドレッシング液を洗い流すためのも
ので、例えば純水が用いられる。
エハ保持部2との間でウエハWの受け渡しを行うウエハ
搬送機構4と、パッド32の研磨能力を回復させるため
のドレッシング機構5とを備えている。ウエハ搬送機構
4は、真空吸着機能を有するアーム41を備え、X,
Y,Z方向に移動自在でかつウエハWを反転できるよう
にアーム41が回転可能に構成されている。
枚のCMPプロセスを行った後のパッド32の表面を擦
り削り、新たな研磨面を形成して研磨能力を回復させる
アーム51と、このアーム51をウエハ周縁部とウエハ
中央部との間で水平旋回させるスキャン機構50とを備
え、アーム51の先端下面側のパッド32と接する部位
には、例えば高さ160ミクロン程度の突起群が形成さ
れたダイヤモンド結晶を使用した仕上げ部材52が設け
られている。
明する。先ずウエハWの被研磨面を保持しているウエハ
搬送機構4をウエハ保持部2付近まで移動させ、ここで
アーム41を反転させ、それまで上を向いていたウエハ
Wの被研磨面が下を向くようにしてウエハ保持部2に真
空吸着させる。そして回転テーブル31が図示しない駆
動機構により例えば既述のような周回運動を開始し、こ
こに上方からウエハ保持部2を下降させてウエハWとパ
ッド32とを所定の圧力で接触させる(図5(a)参
照)。
らパッド32表面上へスラリーが供給され、このスラリ
ーは遠心力によりパッド32の周辺へと広がり、溝35
を伝ってパッド32とウエハWの被接触面とが接触する
部位の隙間全域へと供給される。
相対的に公転しながらその被研磨面が研磨されていく。
ここで研磨対象となるウエハWは、例えばダマシンプロ
セスと呼ばれる銅配線を形成するためのプロセスが行わ
れるものであって、例えば図6に示すように凹部61が
形成された酸化シリコン(SiO2)層62の上に銅6
3が積層されたものが用いられ、SiO2層62が露出
するまで銅63が研磨されて銅配線が形成される。なお
図中64はバリアメタルである。
されている酸化剤が銅の表面を酸化して機械的にもろい
酸化銅の層を作り、この部分がスラリー中の機械的研磨
粒子及びパッド32表面上の凹凸により機械的に削ら
れ、ここで生じる研磨屑や研磨された表面を同じくスラ
リー中の化学的研磨粒子がエッチングして、研磨後の滑
らかな表面を実現していると考えられている。そしてウ
エハWの研磨が終了するとウエハ保持部2が上昇し、後
続のウエハWと交換される。
の表面の突起群33の先端が丸められ、また「発明が解
決しようとする課題」で述べたように水に難溶な銅とス
ラリーとの反応生成物Pが突起群33の隙間や凹部34
などに入り込み、こうしていわば目詰まりの状態とな
る。
磨処理が終了する度にドレッシング機構5を稼動してア
ーム51をスキャンし、仕上げ部材52であるダイヤモ
ンドの突起群によりパッド32の表面(突起群33)を
擦り削りながら、パッド32表面にドレッシング液を供
給する。
切削され、これにより新たな突起群33が形成されるこ
ととなる。同時にドレッシング液により既述の凹部34
等に入り込んだ反応生成物Pが溶解され、前記の新たな
突起群33と併せてパッド32表面の凹凸が回復し、こ
れによりパッド32の研磨能力が回復する。
を研磨部3外側の図示しない待機位置まで移動すると共
にバルブV3を開き、洗浄水をパッド32表面へ供給し
て、残存するドレッシング液を洗い流してパッド32表
面から除去する。
よれば、銅の研磨を行うCMPプロセスにおいて、スラ
リーと銅との反応生成物に対して溶解能力を有する例え
ばシュウ酸に添加物を加えたドレッシング液をウエハ研
磨後のパッド32に供給してドレッシング(仕上げ処
理)を行っているので、スラリーと銅との反応生成物を
容易にパッド表面から除去することができ、例えばアー
ム51によるスキャンを1回行うだけでパッド32の研
磨能力を回復できるので、CMPの工程全体の時間を短
縮でき、またパッドの使用寿命も長期化する。
に対する溶解速度が上がるように例えば40℃に加熱さ
れてパッド32表面へ供給されており、このようにすれ
ば前記反応物の除去をより確実に行うことができる。な
おこの加熱は必ずしも行わなくともよい。
例えば図7に示す供給手段を用いるようにしてもよい。
この供給手段はパッド32の上方を例えば直径方向に移
動可能に構成される供給ノズル7からなり、この供給ノ
ズル7は下方側にパッド32の直径の長さに対応して一
直線上に配列された多数の吐出孔71を備え、パッド3
2に対して洗浄液の供給を行うことができる構成となっ
ている。供給ノズル7は、加圧ポンプ8により加圧され
圧力調整手段81により圧力が調節された洗浄液例えば
純水を、吐出孔71からパッド32表面に供給しながら
例えばパッド32の一端側から他端側へと移動して残存
するドレッシング液を洗い流す。
表面に残る薬液例えばドレッシング液の除去を短時間且
つ確実に行うことが可能である。
研磨するウエハWの被研磨面は銅に限定されるものでは
ない。
た後の研磨部材に付着している反応生成物を短時間で除
去することができ、この結果CMPプロセスの処理時間
を短縮できる。
視図である。
略断面図である。
を示した説明図である。
平面図である。
ド32のドレッシングの作用について示した説明図であ
る。
した断面図である。
の実施の形態を示す概略斜視図である。
の実施の形態を示す断面図である。
る。
布の状態を示す断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に
摺動させながら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研
磨部材の研磨面に供給し、前記被研磨面を構成する金属
を研磨する研磨装置において、 基板を研磨した後の研磨部材の研磨面と相対的に摺動
し、当該研磨面を擦り削ることにより研磨能力を回復さ
せる研磨面仕上げ手段と、 この研磨面仕上げ手段と摺動している研磨部材の研磨面
に、前記金属と研磨液との反応生成物を溶解させる薬液
を供給する薬液供給手段と、 前記研磨面に洗浄液を供給して、当該研磨面上の前記薬
液を除去するための洗浄手段と、を備えることを特徴と
する研磨装置。 - 【請求項2】 基板の被研磨面を構成する金属は銅であ
ることを特徴とする請求項1記載の研磨装置。 - 【請求項3】 洗浄手段は研磨部材の研磨面に、加圧さ
れた洗浄液を吐出する吐出ノズルを備えたことを特徴と
する請求項1または2記載の研磨装置。 - 【請求項4】 基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に
摺動させながら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研
磨部材の研磨面に供給し、前記被研磨面を構成する金属
を研磨する工程と、 次いで前記金属と研磨液との反応生成物を溶解させる薬
液を前記研磨面に供給しながら、当該研磨面と研磨面仕
上げ手段とを相対的に摺動して当該研磨面を擦り削るこ
とにより研磨面の研磨能力を回復させる工程と、 前記研磨面上に供給された前記薬液を洗浄液により除去
する工程と、を含むことを特徴とする研磨方法。
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