JP2002141313A - Cmp装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Cmp装置及び半導体デバイスの製造方法

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JP2002141313A
JP2002141313A JP2001184996A JP2001184996A JP2002141313A JP 2002141313 A JP2002141313 A JP 2002141313A JP 2001184996 A JP2001184996 A JP 2001184996A JP 2001184996 A JP2001184996 A JP 2001184996A JP 2002141313 A JP2002141313 A JP 2002141313A
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polishing pad
cmp
wafer
polished
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JP2001184996A
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Akira Ishikawa
彰 石川
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Nikon Corp
株式会社ニコン
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    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
    • H01L21/321After treatment
    • H01L21/32115Planarisation
    • H01L21/3212Planarisation by chemical mechanical polishing [CMP]

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小径パッドを用いた場合においても、研磨対
象材を均一に研磨することが可能なCMP装置を提供す
る。 【解決手段】 研磨パッドとして、(a)に示すような
先端が円形となった三角形の形状のものを使用した。こ
れは、ウェハ外周における研磨パッドとウェハの接触時
間を、揺動速度に頼らず短くするために、研磨パッド外
周の一部削るという思想に対応するものである。図に示
すように、このような研磨パッドの中心には直径50m
mの円形刳り抜き部が設けられている。このような研磨
パッドを用いると、実現可能な揺動条件において、研磨
パッドを用いて、揺動幅を10分割し、各揺動幅内にお
いて、ウェハ面内の各点における相対線速の積分値と圧
力の積分値と接触時間の積分値の積が±30%以内とな
るようにすることができ、均一な研磨が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨パッドと研磨
対象物の間に研磨剤(スラリー)を供給しながら、研磨
パッドと研磨対象物を相対運動させ、化学的研磨と機械
的研磨を併用して行うCMP装置(化学機械研磨装置)
に関するものである。

【0002】

【従来技術】周知のCMP装置(特開平6−21028
号、特開平7−266219号、特開平8−19235
3号、特開平8−293477号、特開平10−173
715号、特開平11−156711号、英国公開特許
第2331948号公報等)においては、研磨パッドを
貼り付けた定盤をスピンドル軸で支持して回転させると
共に、それに対面するチャックに研磨対象物を保持して
回転させ、研磨パッド面に研磨剤(スラリー)を供給し
ながらチャックに保持された研磨対象物を圧接し、パッ
ドと研磨対象物を同一方向または逆方向に相対回転さ
せ、かつ研磨パッドを揺動させながら研磨対象物を研磨
する。

【0003】研磨パッドの素材としては、硬質発泡ウレ
タンシート、ポリエステル繊維不織布、フェルト、ポリ
ビニールアルコール繊維不織布、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。

【0004】従来、研磨パッドの形状は、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定盤に貼付されて
使用されていた。

【0005】また、かっては、研磨パッドとしては研磨
対象物より形状の大きなものが使用されていたが、その
周辺部における周速と中心部における周速との差が大き
くなり、一様な研磨が困難なこと、大きな寸法を有する
定盤を高速回転させることが困難であること等のため
に、最近では、研磨対象物より小さい形状を有する、い
わゆる小径パッドが使用されるようになってきている。

【0006】一般に研磨量を決定する式として、以下に
示すようなPrestonの式が使用されている。V=n・P・
v・tここで、Vは研磨速度、nは定数、Pは研磨パッ
ドと研磨対象物の接触圧、vは研磨パッドと研磨対象物
の相対線速、tは研磨パッドと研磨対象物の接触時間で
ある。均一な研磨を行うためには、このVで決定される
研磨速度が、研磨対象物の各点においてほぼ等しくなけ
ればならない。

【0007】小径パッドを用いた研磨方式の場合、ある
一瞬においては研磨対象物の一部を研磨してるため、高
い研磨速度や研磨の均一性を確保するために研磨パッド
を研磨対象物からオーバーハングさせる揺動条件で、研
磨する方法が採られている。

【0008】しかし、研磨パッドを研磨対象物からオー
バーハングさせると、揺動により研磨パッドと研磨対象
物の接触面積が変動するため、単位面積当たりの荷重が
変動する。また、ダイヤフラム方式の加圧機構を用いた
場合、研磨対象物からのオーバーハングによる研磨パッ
ドの傾きや荷重の変動が生ずる。このため、研磨時間内
における相対線速の積分値と荷重の積分値の積は、研磨
対象物面内の各点において等しい値にならない。即ち、
不均一な研磨が行われる。

【0009】そこで、これを等しくするために、揺動速
度を揺動位置により可変にしたり(研磨対象物とパッド
の接触時間により調整)、荷重が一定になるように制御
したりする方法がとられてきた。

【0010】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、揺動速
度を揺動位置により可変速する場合、均一研磨のための
可変速の条件が複雑であったり、決定された指令速度に
機械系が追随できないという問題がある。また、揺動位
置により単位面積当たりの荷重が一定になるように圧力
を制御する場合、加圧に用いる流体の圧縮などにより制
御に遅れが生ずる問題がある。これらの問題点のため、
小径パッドを用いた研磨装置においては、研磨対象物を
均一に研磨することが困難であるという問題点があっ
た。

【0011】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、小径パッドを用いた場合においても、研磨対象
物を均一に研磨することが可能なCMP装置、及びこの
CMP装置を使用した半導体デバイスの製造方法を提供
することを課題とする。

【0012】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、研磨対象物より小さい研磨パッドを研
磨対象物に相対的に押し付け、研磨対象物と研磨パッド
を共に、両者の間で相対運動が起こるように回転させな
がら、研磨パッドを揺動して研磨を行うCMP装置(化
学機械研磨装置)であって、研磨時間内における研磨パ
ッドと研磨対象物との、相対線速度の積分値、圧力の積
分値、および接触時間の積分値の、3つの積が、研磨対
象物面上の全ての点において、これらの3つの積の、研
磨対象物面上の全ての点の値の平均値に対して、±30
%以内になるような形状の研磨パッドを有してなること
を特徴とするCMP装置(請求項1)である。

【0013】本手段においては、研磨パッドの形状を工
夫することにより、前記Prestonの式における3つの要
素の積が、研磨対象物の全表面に亘って所定範囲に保た
れるようにしている。すなわち、研磨時間内における研
磨パッドと研磨対象物との、相対線速度の積分値、圧力
の積分値、および接触時間の積分値の、3つの積が、研
磨対象物面上の全ての点において、これらの3つの積
の、研磨対象物面上の全ての点の値の平均値に対して、
±30%以内になるような形状の研磨パッドを使用して
いる。

【0014】このような研磨パッドの形状は、研磨パッ
ドと研磨対象物の大きさの比、研磨パッドの揺動範囲等
によって異なってくるが、一般的には、周速が早くなる
研磨パッドの外周部をカットすることにより、研磨パッ
ドの外周部に行くに従って研磨対象物と研磨パッドの接
触時間を短くするような形状とすることによって実現で
きる。前記3つの積のばらつきの範囲を、平均値に対し
て±30%以内になるようにしているのは、発明者らの
実験により、この範囲に抑えておけば、CMP装置にお
いて実用的上問題のない範囲にシリコンウェハの均一研
磨が可能であることが判明したためである。

【0015】本手段においては、研磨パッドの形状をこ
のような条件が充たされるようにしているので、複雑な
揺動を行う必要がなく、機械系が追随できる範囲の揺動
で十分となるので、研磨対象物の全ての表面において均
一な研磨を行うことが可能である。研磨パッド外形形状
の対称性は必ずしも必要ない。

【0016】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、研磨パッドに、少なくても1
個所以上の刳り抜き部分が設けられていることを特徴と
するもの(請求項2)である。

【0017】刳り抜き部分は、回転周速が遅い中心部に
設けることが好ましい。このようにすることにより、回
転周速が遅い部分で研磨が行われることがなくなり、研
磨パッドに当たる各部分における研磨対象部材と研磨パ
ッドとの相対速度の分布が小さくなるので、前記第1の
手段における条件を満足させることが容易になる。刳り
抜きの形状の対称性は必ずしも必要ない。また、刳り抜
き位置は研磨パッド外形形状の中心や、研磨パッドを固
定し回転する定盤の回転中心に対して必ずしも対称に配
置する必要はない。

【0018】前記課題を解決するための第3の手段は、
前記第2の手段であって、刳り抜かれた部分の面積が、
パッド全体の面積に対し80%以下であることを特徴と
するもの(請求項3)である。

【0019】前記第2の手段において、刳り抜かれた部
分の面積をあまり大きくしすぎると、かえって研磨の一
様性が保たれないばかりでなく、研磨効率が悪くなる。
発明者の実験によれば、この面積が80%を超えるとこ
れらが急速に悪化するので、80%以下に限定する。

【0020】前記課題を解決するための第4の手段は、
前記第2の手段又は第3の手段であって、刳り抜かれた
部分からスラリーを供給する機構が設けられていること
を特徴とするもの(請求項4)である。

【0021】CMP装置においては、研磨パッドと研磨
対象物の間に研磨剤であるスラリーを供給するが、研磨
パッドの外側から供給すると、研磨対象物の回転に伴う
遠心力で飛び散ってしまい、うまく、研磨パッドと研磨
対象物の間に入らない場合がある。本手段においては、
研磨パッドの刳り抜かれた部分からスラリーを供給する
ので、研磨剤が飛び散ることがなく、研磨パッドと研磨
対象物の間に供給される。

【0022】前記課題を解決するための第5の手段は、
前記第2の手段から第4の手段のいずれかであって、前
記刳り抜き部分の形状が円以外の形状であることを特徴
とするもの(請求項5)である。

【0023】本手段においては、研磨パッドの回転中心
が剃り抜き部分と一致する場合でも、剃り抜き部分とそ
の他の部分の境目位置が、研磨パッドの回転に伴って変
化するので、境目部分で研磨が不均一になるのを防止す
ることができる。

【0024】前記課題を解決するための第6の手段は、
前記第1の手段であって、研磨パッドの中心に円形の刳
り抜き部分が設けられ、その半径をrとするとき、前記
研磨パッドの中心から所定の距離の円周上における有効
な研磨パッド部の長さが、前記研磨パッドの端部を除
き、0.5πr〜4πrの範囲にあることを特徴とするも
の(請求項6)である。

【0025】ここで「端部」とは、研磨パッドを構成す
る部材の角部から5mm以内の距離にある部分、または研
磨パッドの縁部を構成する線を延長してできる多角形の
頂点から5mm以内の距離にある部分のことをいう。

【0026】本手段においては、研磨パッドの形状をこ
のような条件が充たされるようにしているので、複雑な
揺動を行う必要がなく、機械系が追随できる範囲の揺動
で十分となる。よって、研磨対象物の全ての表面におい
て均一な研磨を行うことが可能である。研磨パッド外形
形状の対称性は必ずしも必要ない。

【0027】これに対し、前記研磨パッドの中心から所
定の距離における有効な研磨パッド部の長さが、0.5π
r〜4πrの範囲に無い場合は、複雑な揺動を行わなけ
ればならず、機械系が追随できない。なお、前記端部に
おいてこの条件を外しているのは、端部が研磨に寄与す
る割合が小さいので、この部分を無視しても構わないか
らである。

【0028】前記課題を解決するための第7の手段は、
前記第1の手段から第6の手段のいずれかであって、研
磨パッドの外形形状の中心と研磨パッドを貼り付ける定
盤の回転中心が、偏心していることを特徴とするもの
(請求項7)である。

【0029】研磨パッドの外径形状の中心と研磨パッド
を貼り付ける定盤の回転中心が一致していると、研磨パ
ッドの外周側は常に線速が早い状態で回転し、中心部は
常に線速が遅い状態で回転する。よって線速の差が大き
くなり好ましくない。また、前記第2の手段において、
中心部に刳り抜き部分が設けられている場合は、揺動の
端部で刳り抜き部とそうでない部分に不連続部分が現れ
ることになり、これにより研磨が不均一になることがあ
る。

【0030】本手段においては、研磨パッドの外形形状
の中心と研磨パッドを貼り付ける定盤の回転中心を偏心
させているので、研磨パッド内における線速の差が小さ
くなり、研磨対象物の研磨量をさらに均一にすることが
可能となる。また、実質上複雑な揺動を与えていること
になるので、研磨パッドの中心部が剃り貫かれている場
合においても、揺動の端部で刳り抜き部とそうでない部
分に不連続部分が現れることを防止できる。

【0031】前記課題を解決するための第8の手段は、
前記第1の手段から第7の手段のいずれかであるCMP
装置を使用してウェハを研磨する工程を有してなること
を特徴とする半導体デバイスの製造方法(請求項8)で
ある。

【0032】本手段においては、ウェハの研磨を均一性
良く行うことができるので、細かい線幅を有する半導体
デバイスを歩留良く製造することができる。

【0033】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態であ
るCMP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
である。

【0034】図1、図2および図3に示すインデックス
型CMP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は回転
軸、3aはモータ、3bは歯車、3cはプーリ、3dは
歯車、4は研磨パッド、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は保護カバー、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はレール、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。

【0035】7d,7eは歯車、7fはモータ、8はヘ
ッドの昇降機構であるエアシリンダ、9はウェハw収納
カセット、10はローディング搬送用ロボット、11は
ウェハ仮置台、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基のウェハチャック
機構12a,12b,12c,12dを備えるインデッ
クステーブルで、テーブル12はs1のウェハローディ
ングゾーン、s2の粗研磨ゾーン、s3のウェハ仕上研
磨ゾーン、s4のウェハアンローディングゾーンに仕分
けされている。

【0036】13はアンロー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はウェハ仮置台、16はベルトコンベア、17はウ
ェハ洗浄機構である。

【0037】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はウェハ表面に対して平行に保もたて
られる。

【0038】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
刳り抜き部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表面に研磨液が供給される。な
お、このようにせず、研磨パッドの中央刳り抜き部4a
内に研磨液を供給するようにしてもよい。

【0039】パッド素材としては、硬質発泡ウレタンシ
ート、ポリエステル繊維不織布、フェルト、ポリビニー
ルアルコール繊維不織布、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1〜7m
mである。また、これらの積層体も利用できる。

【0040】研磨剤液は、(a)コロイダルアルミナ、
フームドシリカ、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
ルフェート、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
リーが使用される(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)。

【0041】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。

【0042】前記のCMP装置を用いて絶縁層の上に金
属膜を有するウェハを研磨する工程は、次のように行わ
れる。

【0043】1)ウェハw1は、搬送ロボット10のア
ームによりカセット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ーブル1
2のウェハローディングゾーンs1に移送され、チャッ
ク機構12aにより吸着される。

【0044】2)インデックステーブル12を90度時
計回り方向に回動させてウェハw1を第1研磨ゾーン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をウェハ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
ウェハの化学機械研磨を行う。この間、新たなウェハw
2が仮置台の上に載せられ、ウェハローディングゾーン
s1に移送され、チャック機構12dにより吸着され
る。

【0045】CMP加工中、研磨パッドをボールネジで
ウェハの中心点より左右方向(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ェ
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、研磨パッドがウェハ中心点部では揺動速度をゆっく
りとし、ウェ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。

【0046】第一研磨ゾーン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、再び左方向に研磨パッドを移送し、研磨ゾーンs2
上に待機させる。

【0047】3)インデックステーブルを時計回り方向
に90度回動させ、研磨されたウェハw1を第二研磨ゾ
ーン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を粗研磨されたウェハ
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ェ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、再び左方向に移送し、第二研磨ゾー
ンs3上に待機させる。

【0048】この間、新たなウェハw3が仮置台の上に
載せられ、ウェハローディングゾーン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
ゾーンs2ではウェハw2の化学機械粗研磨が実施され
る。

【0049】4)インデックステーブル12を時計回り
方向に90度回動させ、研磨されたウェハw1をアンロ
ーディングゾーンs4に導く。ついで、アンローディン
グ搬送ロボット13で仕上研磨されたウェハを仮置台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
れたウェハのパターン面に洗浄液をノズル17より吹き
付け洗浄し、さらにウェハを次工程へと導く。

【0050】この間、新たなウェハw4が仮置台の上に
載せられ、ウェハローディングゾーンs1に移送され、
チャック機構12bにより吸着される。また、第一研磨
ゾーンs2ではウェハw3の化学機械粗研磨が、第二研
磨ゾーンs3ではウェハw2の化学機械仕上研磨実施さ
れる。

【0051】5)インデックステーブル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、ウェハの化学機械研磨を行う。

【0052】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、スループット時間
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、よりスルー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をウェハローディン
グとウェハンローディングの兼用ゾーンとし、s2を第
一研磨ゾーン、s3を第二研磨ゾーン、s4を第3研磨
ゾーンとする。

【0053】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。

【0054】本発明のCMP装置は、金属パターンの上
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。

【0055】

【実施例】(実施例1)以上説明したようなCMP装置
を用い、1μmの熱酸化膜が成膜された8インチウェハ
の研磨を以下の条件で行った。前記のCMP装置では2
段階研磨を行っているが、実験であるため、第一研磨ゾ
ーンs2における研磨を行わず、第二研磨ゾーンs3に
おける研磨のみを行う。研磨条件は以下のように設定し
た。

【0056】パッド回転数 :400rpm ウェハ回転数 :−200rpm(パッドと逆回転) 荷重 :200gf/cm2 研磨時間 :120sec スラリー :キャボット社SS25を2倍希釈、75m
l/min 揺動スタート位置 :研磨パッドの中心が、ウェハの中
心から25mm 揺動幅 :スタート位置からウェハ外周に向かい40.
0mm 揺動速度 :10分割で可変速、1つの分割部分の幅は
4.0mm 実施例の研磨パッドとして、図5(a)に示すような先
端が円形となった三角形の形状のものを使用した。これ
は、ウェハ外周における研磨パッドとウェハの接触時間
を、揺動速度に頼らず短くするために、研磨パッド外周
を一部削るという思想に対応するものである。図に示す
ように、このような研磨パッドの中心には直径50mm
の円形刳り抜き部が設けられている。

【0057】比較例用の研磨パッドとして、図5(b)
に示すように、直径150mmの円形の研磨パッドの中
心に直径50mmの円形剃り抜き部を設けたものを使用
した。

【0058】これらの研磨パッドを用いて、揺動幅を1
0分割し、各揺動幅内において、ウェハ面内の各点にお
ける研磨時間内での研磨パッドと研磨対象物との相対線
速の積分値、圧力の積分値、および接触時間の積分値の
積が、これらの3つの積の研磨対象物面上の全ての点の
値の平均値に対して、±30%以内となるように、揺動
の各位置における、それぞれの揺動速度を計算により求
めた。その結果を図6に示す。図6において、実線は計
算された指示速度であり、丸印は実際に得られた速度で
ある。これによれば、実際に得られた揺動速度は指令値
に追随しており、目的とする研磨状態がえられているこ
とが分かる。

【0059】図7に、この研磨において得られた研磨量
(オングストローム)を示す。これによれば、測定位置
に係わらず、ほぼ一定の研磨量が得られていることが分
かる。研磨均一性(σ)は12.3%であった。

【0060】図8は図5(b)に示すような研磨パッド
を用いて、揺動幅を10分割し、各揺動幅内において、
ウェハ面内の各点における研磨時間内での研磨パッドと
研磨対象物との相対線速の積分値、圧力の積分値、およ
び接触時間の積分値の積が、これらの3つの積の研磨対
象物面上の全ての点の値の平均値に対して、±30%以
内となるように、揺動の各位置における、それぞれの揺
動速度を計算により求めた結果を示す。

【0061】図6と図8を比較すると、図8の場合、揺
動速度の変化が大きくなっているのが分かる。そして、
丸印に示される実測値は、指令値に追随していないのが
分かる。すなわち、実際の研磨においては、ウェハ面内
の各点における研磨時間内での研磨パッドと研磨対象物
との相対線速の積分値、圧力の積分値、および接触時間
の積分値の積が、これらの3つの積の研磨対象物面上の
全ての点の値の平均値に対して、±30%以内となると
いう条件が充たされていない。

【0062】つまり、図5(b)におけるような形状の
研磨パッドは、研磨時間内における研磨パッドと研磨対
象物との、相対線速度の積分値、圧力の積分値、および
接触時間の積分値の、3つの積が、研磨対象物面上の全
ての点において、これらの3つの積の、研磨対象物面上
の全ての点の値の平均値に対して、±30%以内になる
という条件を充たしていないことになる。

【0063】図9は、図5(b)に示した研磨パッドを
使用し、図8に示したような揺動パターンで研磨を行っ
た結果を示す。図7と図9の研磨量(オングストロー
ム)を比較すると、比較例である図9において、研磨量
のばらつきが大きくなっているのが分かる。これは、ウ
ェハ外周部での、揺動の可変速が有効に作用していない
ため、ウェハ周辺での研磨速度が大きいためである。研
磨均一性(σ)は17.3%であった。

【0064】(実施例2)図7を見ると、ウェハ中心か
ら50mm付近に研磨の不均一があることがわかる。こ
れは、図5(a)のパッドの直径50mmの刳り抜き部
の影響である。すなわち、パッドの中心から25mmの
位置に穴の端が存在し、この部分で不連続な部分が現れ
るので、その影響を受けて不均一部が発生する。これを
防ぐため、図10のように、中心部の刳り抜き部が正六
角形であり、その他は図5(a)と同じ形状を有する研
磨パッドを作成し、図6に示したのと同じ揺動条件で研
磨を行った。研磨条件は実施例1と同じである。

【0065】その結果を図11に示す。図11による
と、図7に見られたウェハ中心から50mm付近に見ら
れた研磨の不均一部分が解消されている。研磨均一性
(σ)は6.3%となった。これは、中心部の刳り抜き
部を正六角形とすることにより、刳り抜き部とそうでな
い部分の境目の、回転中心からの距離が、パッドの回転
と共に変化するので、境目となる部分が平滑化されるた
めであると考えられる。よって、この刳り抜き部の形状
を円以外の形状にすれば同じ効果が得られる。同様の考
え方によれば、刳り抜き部の中心を、パッドの回転中心
から偏心させても同じ効果が得られる。

【0066】(実施例3)図12は、本発明の第3の実
施例である研磨パッドの平面図である。この研磨パッド
は、図5に示したものと同じような構造をしており、角
が丸められた正3角形の中心部に円形の刳り抜き部を有
している。この円形の刳り抜き部の半径をrとする。そ
のとき、この研磨パッドの中心Oからr1だけ離れた場
所、すなわち半径r1の円周上における研磨に寄与する
部分の長さが、0.5πr〜4πrの範囲にあるようにさ
れている。

【0067】図12の場合、半径r1の円が正3角形に
内接するとき、その円周上における研磨に寄与する部分
の長さが最大になる。よって、内接円の半径が、刳り抜
き部分の半径の2倍以内となるようにすればよい。

【0068】半径が内接円の半径より大きな部分では、
半径が大きくなるに従って、研磨パッドにかからない部
分の長さが大きくなるので、研磨に寄与する部分の長さ
が減少する。よって、端部、すなわち、研磨パッドの縁
部(3角形の辺)を構成する線を延長してできる正三角
形の頂点A、B、Cから5mm以内にある部分を除いた部
分まで半径を拡大した場合、その範囲において、研磨に
寄与する部分の長さが0.5πr以上となるようにすれば
よい。

【0069】(実施例4)図13 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S20
0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S
201〜S204のいずれかに進む。

【0070】ステップS201はシリコンウェハの表面
を酸化させる酸化工程である。ステップS202はCV
D等によりシリコンウェハ表面に絶縁膜を形成するCV
D工程である。ステップS203はシリコンウェハ上に
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はシリコンウェハにイオンを打ち込むイ
オン打ち込み工程である。

【0071】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工程では本発明に係るCMP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。

【0072】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、シリコンウェハへのレジ
ストの塗布、露光装置を用いた露光によるシリコンウェ
ハへの回路パターンの焼き付け、露光したシリコンウェ
ハの現像が行われる。さらに次のステップ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。

【0073】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、シリコンウェハ
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。

【0074】本発明に係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係るCMP装置を用い
ているため、CMP工程での研磨の一様性が向上する。
これにより、従来の半導体デバイス製造方法に比べて、
細かいパターンを有する半導体デバイスを、低コストで
製造することができるという効果がある。

【0075】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
明に係るCMP装置を用いてもよい。

【0076】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項1に係る発明においては、この範囲に抑えておけば、
従来のCMP装置に比して研磨対象物を均一に研磨する
ことが可能となる。

【0077】請求項2に係る発明においては、回転周速
が遅い部分で研磨が行われることがなくなり、研磨パッ
ドに当たる各部分における研磨対象部材と研磨パッドと
の相対速度の分布が小さくなるので、前記請求項1にお
ける条件を満足させることが容易になる。

【0078】請求項3に係る発明においては、研磨の一
様性が保たれなくなったり、研磨効率が悪くなったりす
ることがない。

【0079】請求項4に係る発明においては、研磨パッ
ドの刳り抜かれた部分からスラリーを供給するので、研
磨剤が飛び散ることがなく、研磨パッドと研磨対象物の
間に供給される。

【0080】請求項5に係る発明においては、剃り抜き
部の境目部分で研磨が不均一になるのを防止することが
できる。

【0081】請求項6に係る発明においては、複雑な揺
動を行う必要がなく、機械系が追随できる範囲の揺動で
十分となるので、研磨対象物の全ての表面において均一
な研磨を行うことが可能である。

【0082】請求項7に係る発明においては、研磨パッ
ド内における線速の差が小さくなり、研磨対象物の研磨
量をさらに均一にすることが可能となる。

【0083】請求項8に係る発明においては、ウェハの
研削を精度良く行うことができるので、細かい線幅を有
する半導体デバイスを歩留良く製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明の実施例であるCMP装置の一例を示す
斜視図である。

【図2】研磨パッドの移送機構を示す斜視図である。

【図3】研磨パッドとコンディショニング装置の部分断
面図である。

【図4】研磨ヘッドの断面図である。

【図5】実施例と比較例における研磨パッドの例を示す
図である。

【図6】本発明の実施例における揺動速度を示す図であ
る。

【図7】本発明の第1の実施例におけるウェハの研磨結
果を示す図である。

【図8】比較例における揺動速度を示す図である。

【図9】比較例におけるウェハの研磨結果を示す図であ
る。

【図10】本発明の第2の実施例における研磨パッドを
示す図ある。

【図11】本発明の第2の実施例におけるウェハの研磨
結果を示す図である。

【図12】本発明の第3の実施例における研磨パッドを
示す図ある。

【図13】半導体デバイスの製造工程を示す図である。

【符号の説明】 1…CMP装置、2…研磨ヘッド、2a…粗研磨用研磨
ヘッド、2b…仕上研磨用ヘッド、3…回転軸、3a…
モータ、3b…歯車、3c…プーリ、3d…歯車、4…
研磨パッド、4a…中央刳り抜き部、5…パッドコンデ
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…保護カバー、6…洗浄ブラシ、7
…研磨ヘッドの移送機構、7a…レール、7b…送りネ
ジ、7c…移動体、7d,7e…歯車、7f…モータ、
8…エヤシリンダ、9…ウェハw収納カセット、10…
ローディング搬送用ロボット、11…ウェハ仮置台、1
2…インデックステーブル、12a,12b,12c,
12d…ウェハチャック機構、13…アンローディング
用搬送ロボット、14a…チャックドレサ、14b…チ
ャック洗浄機構、15…ウェハ仮置台、16…ベルトコ
ンベア、17…ウェハ洗浄機構、20…加圧シリンダ、
20a…フランジ部分、20b…加圧室、21…基板、
21a…張り出し縁、22…研磨布取付板、23…ダイ
ヤフラム、24洗浄液供給パイプ、s1…ウェハローデ
ィングゾーン、s2…粗研磨ゾーン、s3…のウェハ仕
上研磨ゾーン、s4…ウェハアンローディングゾーン

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨対象物より小さい研磨パッドを研磨
    対象物に相対的に押し付け、研磨対象物と研磨パッドを
    共に、両者の間で相対運動が起こるように回転させなが
    ら、研磨パッドを揺動して研磨を行うCMP装置(化学
    機械研磨装置)であって、研磨時間内における研磨パッ
    ドと研磨対象物との、相対線速度の積分値、圧力の積分
    値、および接触時間の積分値の、3つの積が、研磨対象
    物面上の全ての点において、これらの3つの積の、研磨
    対象物面上の全ての点の値の平均値に対して、±30%
    以内になるような形状の研磨パッドを有してなることを
    特徴とするCMP装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のCMP装置であって、
    研磨パッドに、少なくても1個所以上の刳り抜き部分が
    設けられていることを特徴とするCMP装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載のCMP装置であって、
    刳り抜かれた部分の面積が、パッド全体の面積に対し8
    0%以下であることを特徴とするCMP装置。
  4. 【請求項4】 請求項2又は請求項3に記載のCMP装
    置であって、刳り抜かれた部分からスラリーを供給する
    機構が設けられていることを特徴とするCMP装置。
  5. 【請求項5】 請求項2から請求項4のうちいずれか1
    項に記載のCMP装置であって、前記刳り抜き部分の形
    状が円以外の形状であることを特徴とするCMP装置。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載のCMP装置であって、
    研磨パッドの中心に円形の刳り抜き部分が設けられ、そ
    の半径をrとするとき、前記研磨パッドの中心から所定
    の距離の円周上における有効な研磨パッド部の長さが、
    前記研磨パッドの端部を除き、0.5πr〜4πrの範囲
    にあることを特徴とするCMP装置。
  7. 【請求項7】 請求項1から請求項6のうちいずれか1
    項に記載のCMP装置であって、研磨パッドの外形形状
    の中心と研磨パッドを貼り付ける定盤の回転中心が、偏
    心していることを特徴とするCMP装置。
  8. 【請求項8】 請求項1から請求項7のうちいずれか1
    項に記載のCMP装置を使用してウェハを研磨する工程
    を有してなることを特徴とする半導体デバイスの製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008168431A (ja) * 2008-02-26 2008-07-24 Jsr Corp 研磨パッド
KR101006648B1 (ko) 2003-05-23 2011-01-10 제이에스알 가부시끼가이샤 연마 패드
CN107891358A (zh) * 2016-10-03 2018-04-10 株式会社迪思科 晶片的加工方法和研磨装置

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100875079B1 (ko) * 2007-06-28 2008-12-18 주식회사 하이닉스반도체 플래시 메모리 소자의 제조 방법
JP5184910B2 (ja) * 2008-02-13 2013-04-17 株式会社岡本工作機械製作所 基板の平面研削装置
KR101004435B1 (ko) * 2008-11-28 2010-12-28 세메스 주식회사 기판 연마 장치 및 이를 이용한 기판 연마 방법
CN102528643A (zh) * 2010-12-30 2012-07-04 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 化学机械研磨设备及其研磨单元
KR20150121029A (ko) * 2013-02-19 2015-10-28 가부시키가이샤 리프 Cmp 장치 및 cmp 방법
US9987724B2 (en) * 2014-07-18 2018-06-05 Applied Materials, Inc. Polishing system with pad carrier and conditioning station
SG11201702158SA (en) * 2014-09-25 2017-04-27 Nippon Electric Glass Co Supporting glass substrate and laminate using same
US10593554B2 (en) 2015-04-14 2020-03-17 Jun Yang Method and apparatus for within-wafer profile localized tuning
CN106670944A (zh) * 2016-12-31 2017-05-17 上海合晶硅材料有限公司 硅片抛光方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5938504A (en) * 1993-11-16 1999-08-17 Applied Materials, Inc. Substrate polishing apparatus
JP3850924B2 (ja) * 1996-02-15 2006-11-29 財団法人国際科学振興財団 化学機械研磨装置及び化学機械研磨方法
JPH09277158A (ja) * 1996-04-15 1997-10-28 Speedfam Co Ltd ディスクの条痕パターン形成方法及びその装置
JPH1015810A (ja) 1996-07-04 1998-01-20 Canon Inc 化学機械研磨方法および装置
TW358764B (en) * 1997-07-07 1999-05-21 Super Silicon Crystal Res Inst A method of double-side lapping a wafer and an apparatus therefor
JPH10180622A (ja) * 1996-12-26 1998-07-07 Canon Inc 精密研磨装置及び方法
JPH10329012A (ja) * 1997-03-21 1998-12-15 Canon Inc Polishing apparatus and polishing method
JPH11138426A (ja) * 1997-11-11 1999-05-25 Tokyo Electron Ltd 研磨装置
JP2000000757A (ja) * 1998-06-12 2000-01-07 Nikon Corp 研磨装置及び研磨方法
JP2968784B1 (ja) * 1998-06-19 1999-11-02 日本電気株式会社 研磨方法およびそれに用いる装置
US6602121B1 (en) * 1999-10-28 2003-08-05 Strasbaugh Pad support apparatus for chemical mechanical planarization

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101006648B1 (ko) 2003-05-23 2011-01-10 제이에스알 가부시끼가이샤 연마 패드
JP2008168431A (ja) * 2008-02-26 2008-07-24 Jsr Corp 研磨パッド
CN107891358A (zh) * 2016-10-03 2018-04-10 株式会社迪思科 晶片的加工方法和研磨装置

Also Published As

Publication number Publication date
US6913525B2 (en) 2005-07-05
WO2002016079A1 (fr) 2002-02-28
KR20030040212A (ko) 2003-05-22
US20040009637A1 (en) 2004-01-15

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