JP2002370168A - 研磨方法および研磨装置 - Google Patents

研磨方法および研磨装置

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JP2002370168A
JP2002370168A JP2001181008A JP2001181008A JP2002370168A JP 2002370168 A JP2002370168 A JP 2002370168A JP 2001181008 A JP2001181008 A JP 2001181008A JP 2001181008 A JP2001181008 A JP 2001181008A JP 2002370168 A JP2002370168 A JP 2002370168A
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polishing
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polishing pad
pad
liquid
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Hiroyuki Kojima
弘之 小島
Norikazu Suzuki
教和 鈴木
Hidemi Sato
秀己 佐藤
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨加工において、研磨中の研磨パッド表面に
おける残留研磨液の乾燥の防止。 【解決手段】研磨加工中に、加工物または加工物保持具
を擦過した直後の研磨パッド表面に研磨液を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、加工物の表面の研
磨加工に係り、特に半導体製造プロセスにおける半導体
基板の平坦化処理に適した研磨方法に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体集積回路において、集積度の向上
を目的とした回路構造の多層化が行われている。多層構
造を持つ半導体回路基板の製造工程では、配線等により
生じた層間膜の凹凸が次の回路層を形成する際に露光工
程で焦点深度不足を引き起こしたり、配線切れの原因と
なる場合がある。このため、前記の凹凸を平坦化するた
めにCMP(化学的機械的研磨法)が導入されている。
【0003】CMPに用いられる研磨装置は図2に示す
ように、研磨パッド5を貼付した研磨定盤1を定盤回転
軸4を介し回転させ、任意の研磨圧でウェハ保持器9に
保持されたウェハ13を研磨パッド5に押し付けながら
摺動させ、研磨液供給管14より研磨パッド5上に供給
された研磨液3により研磨を行う。また8はウェハ保持
具9を介してウェハ13に回転を与えるウェハ保持具回
転軸である。水平面内で揺動運動するドレッサ支持アー
ム6に支持されたドレッサ7は回転しながら研磨パッド
5の表面の目立て(以下ドレシングと呼ぶ)を行い、研
磨によりダメージを受けた研磨パッド表面の状態を回復
させる。
【0004】なお、近年のCMP用研磨装置ではウェハ
13の外縁部における研磨量分布の改善を目的として、
ウェハ13の研磨と同時にウェハ保持具9によってウェ
ハ13の周囲の研磨パッド5に加圧力を与えることが一
般に行われている。
【0005】以下、ここで説明した研磨加工を、従来の
研磨加工と呼ぶ。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】CMP工程における生
産性を低下させる大きな要因の一つに、研磨パッド交換
と、それに伴う調整作業が挙げられる。研磨パッドの交
換は事前の研磨定盤の清掃等、煩雑な作業を必要とし、
さらに研磨パッド交換後の研磨パッドの初期ドレシン
グ、初期ドレシング後のダミーウェハによる研磨レート
ならびに研磨傷数の確認作業、新たな研磨レートに基づ
く研磨条件の調整といった、多大な時間を要する一連の
作業を必要とする。したがって、研磨パッドの交換頻度
の低減、すなわち研磨パッドの寿命延長を図ることはC
MP工程の生産性向上に大きな効果を持つ。
【0007】ところが、CMP工程における研磨パッド
寿命は、以下の理由により従来に比べむしろ短くなる傾
向が見られる。
【0008】すなわち、ウェハの大口径化に伴う研磨時
の発熱量の増大、また、従来技術の欄で述べたウェハ保
持具による研磨パッドの加圧などにより、近年のCMP
工程における研磨パッド表面のダメージは従来に比べ増
大している。このため、従来のドレシング方法ではダメ
ージの解消に対する能力が不足する傾向がある。
【0009】研磨パッドのダメージが回復しきれない場
合、研磨パッドの使用時間の累積に伴ってダメージが蓄
積し、グレイジングと呼ばれる研磨パッド表面の硬化部
が発生する。グレイジングとは、研磨に伴う熱と圧力に
より、研磨パッド母材のウレタンと研磨液中の砥粒が乾
燥固化した部分である。グレイジングは通常の研磨パッ
ド表面より硬度が高いため研磨傷の原因となる他、グレ
イジングとウェハ面間に研磨液中の凝集砥粒を噛み込ん
で研磨傷を発生させる。
【0010】このため、ドレシング能力が不足すると、
研磨パッドの使用時間の累積に伴って、グレイジングに
よるウェハ面の研磨傷数の増大が生じる。図3の図中1
7は、以下の研磨条件で研磨を行った際の研磨パッド使
用時間と研磨傷数の相関を示している。
【0011】(1)研磨圧:27kPa (2)研磨定盤1の回転速度:9.7rad/sec (3)ウェハ保持具9の回転速度:9.0rad/ s
ec (4)ウェハ13: Si酸化膜(約2000nm)付
きSiウエハ(直径200mm) (5)研磨液3:SiO2砥粒含有率12%の水溶液 (6)研磨液供給量:200ml/min (7)研磨時間:1min (8)ドレス時間:50sec(同時ドレス) (9)ドレス荷重:33N (10)ドレッサ回転速度:6.6rad/sec このような場合、研磨傷数が管理基準値18を上回った
時点19で消耗量などの観点からはまだ使用可能な研磨
パッドを交換しなければならず、研磨パッド寿命が短く
なる問題があった。この際、研磨傷数の増大を抑制する
ためにドレシング量を増加すると、所望の効果を得るに
は極端な研磨パッドの消耗を招き、研磨パッド寿命の延
長は困難であった。
【0012】以上のように、近年の大口径ウェハのCM
Pにおいて研磨パッド寿命の延長を図るには、研磨パッ
ド消耗の抑制とグレイジングの抑制という背反する課題
を両立しなければならず、グレイジングの発生機構に基
づいた根本的な対策を行う必要があった。
【0013】前述のように、グレイジングの発生機構の
根本は研磨パッド表面における研磨液の乾燥である。そ
こで、図2に示す従来の研磨装置において、研磨パッド
5の研磨中の状況について本発明者らが詳細に観察を行
ったところ、研磨液供給管14から新たに供給された研
磨液3はウェハ保持具9およびウェハ保持具9の回転に
阻害され、研磨パッド5の回転方向に対するウェハ保持
具9後方の領域15に供給されず、ウェハ保持具9擦過
後の研磨パッド表面はドレッサ7の走査により運搬され
た新たな研磨液3により初めて湿潤されていることが判
った。また、ウェハ保持具9後方の領域15の研磨パッ
ド表面温度は50〜60℃に達しており、前述の研磨パ
ッド表面に対する研磨液3の供給の不足、これに加え研
磨パッドの回転に伴って生じる研磨パッド表面の気流に
より、研磨パッド上の領域16において残留研磨液の乾
燥が進行していることが推測された。したがって、研磨
パッド表面上の領域15に水分の供給を行って残留研磨
液の乾燥を防止すれば、グレイジングの抑制に対する効
果が期待できる。
【0014】研磨中に研磨パッド表面へ水分供給を行う
方法は、特開平10−94964号公報に開示されてい
る。しかし、この方法は研磨パッド上への純水供給によ
って研磨パッド上の研磨くずや残留研磨液を除去するこ
とで研磨傷の低減や研磨能率の安定化を図ることを目的
としており、残留研磨液の乾燥が生じる領域16に対す
る純水の供給は行っていない。
【0015】本発明は上述の事情に鑑みてなされ、加工
物擦過後、または加工物保持具擦過後の研磨パッド表面
における残留研磨液の乾燥による研磨パッド表面の硬化
を抑制することで研磨パッド寿命を延長し、もって、研
磨パッドの交換頻度を低減し、生産性を向上した研磨方
法ならびに研磨装置の提供を目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、研磨加工中に、加工物または加工物保持
具を擦過した直後の研磨パッド表面に研磨液を供給する
ことを特徴とする研磨方法ならびに研磨装置を提供す
る。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら、本発
明に係る実施の形態について説明する。
【0018】本研磨装置の概略を図1に示す。本研磨装
置は、図2に示す従来の研磨装置と同一の基本構成を持
ち、図2において研磨液供給管14により研磨パッド中
心、あるいは研磨パッド5の回転方向に対するウェハ保
持具9の前方に行っていた研磨液3の供給を、ウェハ保
持具9の後方の領域15に行うように変更した装置であ
る。以下、本研磨装置の特徴である、研磨液供給方法に
ついて説明する。
【0019】図1において、2は研磨液供給ノズル、1
0は研磨液ノズル保持アーム、11は研磨液供給管であ
る。また、12は研磨液ノズル保持アーム内流路であ
る。研磨液3は研磨液供給管11、研磨液ノズル保持ア
ーム内流路12を通じて研磨液供給ノズル2に達する。
研磨パッド表面の残留研磨液の乾燥を極力防止するに
は、ウェハ保持具9擦過直後の研磨パッド表面上の領域
15へ短時間でもれなく研磨液3を行き渡らせる必要が
ある。このため、研磨液3は円弧状に8箇所設置された
研磨液供給ノズル2により研磨パッド5に噴霧される。
なお、研磨液供給ノズルの個数は使用するノズルの噴霧
量分布に合わせて任意に変更できる。また、本実施の形
態ではすべての研磨液供給ノズル2から噴霧される研磨
液量は同等であるが、研磨液供給ノズル2への配管を分
離して、ノズル毎に噴霧される研磨液量を変更しても良
い。
【0020】以下、図1に示した研磨装置を用いた研磨
加工の実施例について、従来の研磨方法の実施例と比較
しながら説明する。なお、基本的な研磨条件は発明が解
決しようとする課題の欄にて説明した研磨条件と同一で
ある。
【0021】まず、本発明による研磨傷数抑制の効果を
確認するため、両研磨方法において研磨パッドの交換を
行わずに1000枚のウエハを連続して研磨し、同一研
磨パッド使用時間おける研磨傷数の比較を行った。図3
に結果を示す。図中17は従来の研磨方法、20が本研
磨方法における結果である。研磨傷数の測定はウェハ5
0枚毎に行った。図3より、従来の研磨方法によれば研
磨パッド使用時間250分程度で研磨傷数が管理基準値
18を超えたのに対し、本研磨装置を用いた研磨加工に
よれば、研磨パッド使用時間1000分経過後であって
も研磨傷数が管理基準値18を下回っており、本発明に
よる研磨傷数抑制の効果が確認された。
【0022】次に、両研磨方法によってウエハ1000
枚を研磨する際の所要時間の比較を行い、本研磨方法に
よるCMP工程の生産性向上の効果について確認を行っ
た。なお、従来の研磨方法では研磨傷数が管理基準値1
8を超えた時点で研磨パッドの交換および調整作業を行
い研磨を継続した。その結果、従来の研磨方法において
はウェハ1000枚の研磨に対し、事前の研磨パッド張
替えを含め研磨パッド交換が4回必要となり、これらの
時間を含め研磨に1700分を要した。これに対し、本
研磨方法では事前に張り替えた研磨パッドのみでウェハ
1000枚の研磨を完了し、研磨パッド交換回数の削減
によって研磨所要時間は1300分に短縮された(図4
参照)。以上より、本発明によるCMP工程における生
産性向上の効果が達成されていることが確認された。
【0023】なお、本実施の形態では、ウェハを研磨対
象としているが、これ以外の加工物を研磨対象として
も、これと同様な効果が達成される。
【0024】
【発明の効果】本発明に係る研磨方法によれば、研磨加
工中に、加工物または加工物保持具を擦過した直後の研
磨パッド表面に研磨液を供給することにより、研磨パッ
ド表面における残留研磨液の乾燥による研磨パッド表面
の硬化が抑制される。したがって、研磨パッド表面の硬
化の進行に起因する、研磨パッド使用時間の累積に伴っ
た加工物の研磨傷数の増大が抑制されるのて、研磨パッ
ド寿命の延長が可能となる。研磨パッド寿命の延長によ
り研磨パッドの交換頻度が低減され、研磨工程における
生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る研磨装置の基本構成
を示した図であり、(a)は側面図、(b)は上面図で
ある。
【図2】従来の研磨装置の基本構成を示した図であり、
(a)は側面図、(b)は上面図である。
【図3】本発明の実施の形態に係る研磨装置を使用する
ことにより得られる効果を説明するための図である。
【図4】本発明の実施の形態に係る研磨装置を使用する
ことにより得られる効果を説明するための図である。
【符号の説明】
1…研磨定盤、2…研磨液ノズル、3…研磨液、4…研
磨定盤回転軸、5…研磨パッド、6…ドレッサ支持アー
ム、7…ドレッサ、8…ウェハ保持具回転軸、9…ウェ
ハ保持具、10…研磨液ノズル保持アーム、11…研磨
液供給管、12…研磨液ノズル保持アーム内流路、13
…ウェハ、14…研磨液供給管、15…ウェハ擦過直後
の研磨パッド表面、16…ウェハ擦過後の研磨パッド上
の領域、17…従来の研磨方法による研磨パッド使用時
間と研磨傷数の相関、18…研磨傷数の管理基準値、1
9…従来の研磨方法において研磨傷数が研磨傷数の管理
基準値を超える時点、20…本発明の研磨方法による研
磨パッド使用時間と研磨傷数の相関。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 秀己 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Fターム(参考) 3C047 FF08 GG00 3C058 AA09 AA19 AC04 BA02 BA09 CB02 CB03 CB06 DA12 DA17

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加工物を加工物保持具で保持し、研磨パ
    ッド上に研磨液を供給し、前記加工物を前記研磨パッド
    に押し当てた状態で前記加工物と前記研磨パッドに相対
    運動を与えることで前記加工物の表面を研磨する研磨方
    法であって、 研磨加工中に、前記加工物または前記加工物保持具を擦
    過した直後の前記研磨パッド表面に研磨液を供給するこ
    とを特徴とする研磨方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の研磨方法であって、 前記研磨液を前記研磨パッド表面に噴霧して供給するこ
    とを特徴とする研磨方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の研磨方法であっ
    て、 前記研磨液は、前記研磨パッドの摺動方向に対し前記加
    工物または前記加工物保持具の後方の円弧に沿って供給
    されることを特徴とする研磨方法。
  4. 【請求項4】 加工物を加工物保持具で保持し、研磨パ
    ッド上に研磨液を供給し、前記加工物を前記研磨パッド
    に押し当てた状態で前記加工物と前記研磨パッドに相対
    運動を与えることで前記加工物の表面を研磨する研磨装
    置であって、 研磨加工中に、前記加工物または前記加工物保持具を擦
    過した直後の前記研磨パッド表面に研磨液を供給する研
    磨液供給手段を備えたことを特徴とする研磨装置。
  5. 【請求項5】 請求項4記載の研磨装置であって、 前記研磨液供給手段が研磨液を噴霧する装置であること
    を特徴とする研磨装置。
  6. 【請求項6】 請求項4または5記載の研磨装置であっ
    て、 前記研磨液供給手段は、前記研磨パッドの摺動方向に対
    し前記加工物または前記加工物保持具の後方の円弧に沿
    って前記研磨液を供給することを特徴とする研磨装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007317702A (ja) * 2006-05-23 2007-12-06 Toshiba Corp 研磨方法及び半導体装置の製造方法
JP2010114398A (ja) * 2008-10-31 2010-05-20 Araca Inc Cmpスラリの注入のための方法及び機器
WO2011070699A1 (ja) * 2009-12-11 2011-06-16 株式会社Sumco 半導体ウェーハの研磨方法
CN103639902A (zh) * 2013-11-17 2014-03-19 董朝新 一种用于平面磨床砂轮的分流板式弓形喷头的使用方法

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