JP2003100683A

JP2003100683A - 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2003100683A
Application number: JP2001287952A
Authority: JP
Inventors: Takashi Igarashi; 崇五十嵐; Sakae Matsuzaki; 栄松崎
Original assignee: Hitachi Ltd; Eastern Japan Semiconductor Technologies Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Eastern Japan Semiconductor Inc
Priority date: 2001-09-21
Filing date: 2001-09-21
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】ＣＭＰにおけるパッドドレス量の定量的評価
をインサイチューで実施することが可能な技術を提供す
る。【解決手段】ウェハ２をパッド８に押圧した状態で、
ウェハ２及びパッド８を夫々回転させてウェハ２の研磨
を行なう半導体装置の製造装置に関し、前記パッド８の
回転方向に沿って、パッド８のドレッシングを行なうコ
ンディショナ１２の後方に、表面清浄化装置２０と測定
装置２１とを順に近接して設ける。そして、この製造装
置を用いた半導体装置の製造方法に関して、ウェハ２の
研磨処理と並行して、パッド８の表面状態を測定し、そ
の測定結果に基づいてドレッシングを行なう。この構成
によれば、研磨中におけるパッド８の状態のモニタリン
グが可能になる。その結果、適切なドレッシングを行な
うことにより、ウェハ２の研磨速度が安定化し、また、
過剰なドレスによるドレッサ並びにパッド材料の消費を
防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
装置或いはそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、
特に、ウェハの研磨を伴う半導体装置の製造に適用して
有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造では、微細化の進展に
よって、ウェハ表面に形成される段差に起因した配線の
部分的な薄膜化或いはホトリソグラフィにおける焦点位
置の変化等の問題が深刻なものとなってくる。このた
め、こうした段差をなくす層間絶縁膜等の平坦化処理が
必要となっている。

【０００３】また、半導体装置の高速化に対応して金属
配線を低抵抗化させるために採用されている銅配線で
は、配線パターンの溝を形成した絶縁膜の全面に銅膜を
堆積させて平坦化処理を施すことによって前記溝内に銅
配線を形成するダマシン法が採用されている。

【０００４】こうした平坦化処理の手法の一つとしてＣ
ＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)が用いられてい
る。図１はＣＭＰ装置の一例を示す平面図である。ＣＭ
Ｐ装置では、カセット１に収容されたウェハ２をアーム
３によって取り出し、反転機４によって研磨面を下側に
した後にアーム３によって研磨部５に移送する。

【０００５】研磨部５では、トップリング６の研磨ヘッ
ドにウェハ２を固定して、ウェハ２をターンテーブル７
表面のパッド８に押圧した状態で、ウェハ２及びパッド
８を夫々回転させて、パッド８に供給されるスラリの作
用によってウェハ２の研磨を行なう。研磨部５にて研磨
の終了したウェハ２は、アーム３によって取り出され、
洗浄部９に送られて、先ずロール洗浄機１０にてロール
部材の回転によってウェハ２の両面を洗浄し、ペンシル
洗浄機１１でペンシル部材を回転させてウェハ２の研磨
面を洗浄し、こうして清浄化したウェハ２を再びアーム
３によってカセット１に収容する。

【０００６】通常パッド８は、発泡ウレタン等の気泡を
含む高分子樹脂で作られており、その表面が適度の凹凸
がある所謂荒れた状態となっている。このパッド表面の
凹凸の間にスラリを保持することによって、パッドがス
ラリをウェハに押圧してスラリの研磨材とウェハとの接
触を保った状態で、パッド及びウェハを回転させて研磨
を行なっている。

【０００７】しかし、こうした研磨によってパッドの表
面からも徐々にパッドの細片が剥がされていくため、研
磨枚数が増加するにつれてパッドの凸部が消耗し、パッ
ド表面は目潰れと称される凹凸が減少した状態が進行す
る。目潰れの進行に伴ってパッドがスラリを充分に保持
できなくなるために、研磨速度が低下してしまう。この
ため、研磨時間を増加させて研磨量を調整するが、ある
程度目潰れが進行するとパッドドレッシング（コンディ
ショニング）によって研磨速度を回復させる作業が定期
的に必要になる。

【０００８】図２に示すのは、本発明者等が測定した加
工枚数と研磨速度との関係を示すグラフであり、このグ
ラフから、加工枚数が増加するにつれて研磨速度が減少
し、パッドドレッシングを施すことによって研磨速度が
回復するが、再び加工枚数の増加につれて研磨速度が減
少して行くのがよく解る。

【０００９】パッドドレッシングでは、図３の（ａ）に
示す目潰れが進行したパッド８の表面を、コンディショ
ナ１２に取り付けたドレッサ１３で擦ることで、ドレッ
サ１３に分散電着されたダイヤモンド砥石１３ａがパッ
ド８表面を削り取り、図３の（ｂ）に示すようにパッド
８の表面を再び荒れた状態に戻して、一定の表面状態を
保つことによって研磨速度を回復させている。なお、こ
うしたドレッシングは、パッド８を新品に張り替えた場
合にも、表面を一定の状態とするためのコンディショニ
ングとして必要である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】こうしたドレッシング
については、どの程度実施したらよいかの具体的な指標
がなく経験的に実施されている。このため、確実に研磨
レートを安定化させるために過剰なドレッシングを実施
する傾向があり、過剰なドレッシングによって、ドレッ
サ、パッドなどの消耗部品寿命の低下によりランニング
コストが上昇し、ドレッシングの時間が長くなるため着
工再開までの時間が長くなり、スループットが低下す
る。

【００１１】このため、こうしたパッドの表面状態の定
量化方法として、現在は光学的な方法が用いられてい
る。この方法では、図４に示すように、光源１４からハ
ーフミラー１５に反射させた可視光或いはレーザー光を
パッド８表面に照射し、パッド８表面からの反射光をハ
ーフミラー１５に透過させＣＣＤ等の受光素子１６で測
定する。パッド８が荒れた状態では照射した光が乱反射
するが目潰れが進行するに連れて規則的な反射をするこ
とから、パッド８の目潰れ率を求めるものである。他に
パッド表面のレプリカをとってそのレプリカを電子顕微
鏡或いはプロファイラで測定する等の方法も行われてい
る。

【００１２】しかし、ダイヤモンドドレッサによるドレ
ッシングは、研磨処理と並行して行なうインサイチュー
ドレッシングと研磨処理とは別に実施するイクサイチュ
ードレッシングがある。インサイチュードレッシング、
イクスサイチュードレッシングの何れの場合でも、研磨
中においては、図５に示すように、パッド８表面がスラ
リやパッド細片等の残渣物１７や水１８等の付着物で覆
われており、このままでは光学的な方法によって再現精
度よく表面観察するのは困難である。そのため、現状で
は、一旦パッドの回転を停止し、パッド表面の残渣物或
いは水分等の付着物を高圧窒素ガスで吹き飛ばした後に
測定せざるをえない。

【００１３】本発明の課題は、これらの問題点を解決
し、パッドの表面状態をパッドが回転している最中に連
続して測定し、ＣＭＰにおけるパッドドレス量の定量的
評価をインサイチューで実施することが可能な技術を提
供することにある。本発明の前記ならびにその他の課題
と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって
明らかになるであろう。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。ウェハをパッドに押圧した状態
で、ウェハ及びパッドを夫々回転させてウェハの研磨を
行なう半導体装置の製造装置に関し、前記パッドの回転
方向に沿って、パッドのドレッシングを行なうコンディ
ショナの後方に、表面清浄化装置と表面状態測定装置と
を順に近接して設ける。そして、この製造装置を用いた
半導体装置の製造方法に関して、ウェハの研磨処理と並
行して、パッドの表面状態を測定し、その測定結果に基
づいてドレッシングを行なう。

【００１５】上述した本発明によれば、研磨中における
パッドの状態のモニタリングが可能になる。その結果、
適切なドレッシングを行なうことにより、ウェハの研磨
速度が安定化し、また、過剰なドレスによるドレッサ並
びにパッド材料の消費を防止することができる。従っ
て、ＣＭＰ加工に要する費用を低減させることができ
る。

【００１６】以下、本発明の実施の形態を説明する。な
お、実施の形態を説明するための全図において、同一機
能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明
は省略する。

【００１７】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）図６は、本発明
の一実施の形態に用いられるＣＭＰ装置の研磨部を示す
平面図であり、図中矢印にて示すパッド８の回転方向に
沿って、コンディショナ１２の後方に、表面清浄化装置
２０と測定装置２１とを順に近接して設けてある。従っ
て、コンディショナ１２のドレッサ１３によってコンデ
ィショニングされたパッド８は、続いて表面浄化装置２
０によって部分的に清浄化された状態で測定装置２１に
よって表面状態の測定が行われる。

【００１８】図７は表面清浄化装置２０と表面状態測定
装置２１とを示す平面図であり、図８は図７中のａ-ａ
線に沿った縦断面図である。清浄化装置２０は洗浄部２
２及びブロー部２３が設けられており、洗浄部２２では
高圧の洗浄水を噴出する複数の噴出ノズル２２ａの列
と、噴出ノズル２２ａが噴出した洗浄水とともにパッド
８に付着したスラリ残渣、パッド８細片及び水分等の付
着物を吸引する複数の吸引ノズル２２ｂの列とが、パッ
ド８の回転方向に沿って交互に近接して設けられてい
る。

【００１９】吸引ノズル２２ｂによって吸引されずにパ
ッド８表面に残っている余剰な水分を隔壁２４で概ね流
し去った後に、ブロー部２３では行列状に複数設けられ
たノズル２３ａから高圧の窒素ガスを噴出して、パッド
８表面に残留した水を吹き飛ばす。

【００２０】こうした清浄化装置２０の構成によって、
回転しているパッド８表面の残渣物と水分等の付着物を
短時間の内に効果的に除去し、インサイチューで再現性
よくパッド８表面を清浄化することができる。

【００２１】付着物を除去し清浄化した状態のパッド８
表面を、前述した光学的な測定装置２１によって測定す
る。この測定は８ｍｍ四方程度の面積について行われる
ので、清浄化を行なう領域としては余裕をみて３〜４ｃ
ｍ程度の幅で夫々のノズル２２ａ，２２ｂ，２３ａの列
及び隔壁２４を設けて付着物の除去を行なえば充分であ
る。

【００２２】この測定によって、研磨中におけるパッド
表面の状態を正確に把握するモニタリング及びパッド表
面状態（ドレス状態）を評価すること可能になる。従っ
て、この測定結果に基づいて、ドレッシングを適切に行
なうことができるので、過剰なドレスによるドレッサ並
びにパッド材料の消費量が低減する。

【００２３】また、モニタリングの情報をフィードバッ
クしてドレッシング条件を最適化し、インサイチュー又
はイクスサイチューで適切なドレッシングを行なうこと
により、パッド表面の状態が安定化するため、ウェハの
研磨速度が安定化する。このため、研磨不足による追加
研磨の頻度が減少し、ＱＣ頻度が低減し、パッド等の部
品交換の頻度が減少することにより、設備稼働率の向上
が達成できる。

【００２４】ＣＭＰ加工に要する費用は、原価＝直接材
料費＋（加工費）/（ウェハ枚数）と算出され、ドレッ
サ並びにパッド材料等の直材が減少し、処理できるウェ
ハ枚数が増加するので原価を低減させることができる。

【００２５】以上、本発明を、前記実施の形態に基づき
具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て種々変更可能であることは勿論である。例えば、清浄
化装置の構成としては、パッド表面を測定が可能な状態
まで清浄化することができるのであれば、洗浄部、隔壁
或いはブロー部の中から適宜の構成を選択する、或いは
それらを組み合わせることによって清浄化装置を構成し
てもよい。

【００２６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。（１）本発明によれば、研磨中におけるパッドの状態の
モニタリングが可能になるという効果がある。（２）本発明によれば、上記効果（１）により、適切な
ドレッシングを行なうことにより、ウェハの研磨速度が
安定化するという効果がある。（３）本発明によれば、上記効果（１）により、過剰な
ドレスによるドレッサ並びにパッド材料の消費を防止す
ることができるという効果がある。（４）本発明によれば、上記効果（２）（３）により、
ＣＭＰ加工に要する費用を低減させることができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＣＭＰ装置の一例を示す平面図である。

【図２】従来のＣＭＰ装置の加工枚数と研磨速度との関
係を示すグラフである。

【図３】従来のＣＭＰ装置のドレッシングの作用を説明
する縦断面図である。

【図４】光学的な測定方法を説明する図である。

【図５】従来のＣＭＰ装置のパッド表面の状態を示す縦
断面図である。

【図６】本発明の一実施の形態に用いられるＣＭＰ装置
の研磨部を示す平面図である。

【図７】本発明の一実施の形態に用いられるＣＭＰ装置
の表面清浄化装置と測定装置とを示す平面図である。

【図８】図７中のａ‐ａ線に沿った縦断面図である。

【符号の説明】

１…カセット、２…ウェハ、３…アーム、４…反転機、
５…研磨部、６…トップリング、７…ターンテーブル、
８…パッド、９…洗浄部、１０…ロール洗浄機、１１…
ペンシル洗浄機、１２…コンディショナ、１３…ドレッ
サ、１３ａ…ダイヤモンド砥石、１４…光源、１５…ハ
ーフミラー、１６…受光素子、１７…残渣物、１８…
水、２０…表面清浄化装置、２１…測定装置、２２…洗
浄部、２２ａ…噴出ノズル、２２ｂ…吸引ノズル、２３
…ブロー部、２３ａ…ノズル、２４…隔壁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者松崎栄群馬県高崎市西横手町１番地１日立東部セミコンダクタ株式会社内Ｆターム(参考） 3C047 AA22 AA34 BB01 BB10 BB16 3C058 AA07 AA19 AC02 CB03 CB05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェハをパッドに押圧した状態で、ウェ
ハ及びパッドを夫々回転させてウェハの研磨を行なう半
導体装置の製造装置において、前記パッドの回転方向に沿って、パッドのドレッシング
を行なうコンディショナの後方に、表面清浄化装置と表
面状態測定装置とを順に近接して設けたことを特徴とす
る半導体装置の製造装置。
【請求項２】前記表面清浄化装置には隔壁によって隔
てられた洗浄部とブロー部とを設けることを特徴とする
請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】前記洗浄部には高圧の洗浄水を噴出する
噴出ノズルと、前記洗浄水とともにパッドに付着した付
着物を吸引する吸引ノズルとを交互に設けることを特徴
とする請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】前記ブロー部には高圧の窒素ガスを噴出
するノズルを設けることを特徴とする請求項２に記載の
半導体装置の製造装置。
【請求項５】ウェハをパッドに押圧した状態で、ウェ
ハ及びパッドを夫々回転させてウェハの研磨を行なう半
導体装置の製造方法において、前記パッドの回転方向に沿って、パッドのドレッシング
を行なうコンディショナの後方に、表面清浄化装置と表
面状態測定装置とを順に近接して設け、ウェハの研磨処理と並行して、パッドの表面状態を測定
し、その測定結果に基づいてドレッシングを行なうこと
を特徴とする半導体装置の製造方法。