JP2003257914A - 化学機械研磨方法と装置、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
化学機械研磨方法と装置、及び半導体装置の製造方法Info
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- JP2003257914A JP2003257914A JP2002051350A JP2002051350A JP2003257914A JP 2003257914 A JP2003257914 A JP 2003257914A JP 2002051350 A JP2002051350 A JP 2002051350A JP 2002051350 A JP2002051350 A JP 2002051350A JP 2003257914 A JP2003257914 A JP 2003257914A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 複雑または大掛かりな設備を要することな
く、化学機械研磨の安定な研磨条件を変更することな
く、化学機械研磨の効率を向上する。 【解決手段】 化学機械研磨方法は、（ａ）研磨布上に
温度を調整した液体、例えば所定温度に予備加熱した純
水、を供給して研磨布の温度を所定温度まで昇温する工
程と、（ｂ）前記研磨布上にスラリを供給して被加工物
の化学機械研磨を行なう工程と、を含む。速やかに化学
機械研磨が進行する。
く、化学機械研磨の安定な研磨条件を変更することな
く、化学機械研磨の効率を向上する。 【解決手段】 化学機械研磨方法は、（ａ）研磨布上に
温度を調整した液体、例えば所定温度に予備加熱した純
水、を供給して研磨布の温度を所定温度まで昇温する工
程と、（ｂ）前記研磨布上にスラリを供給して被加工物
の化学機械研磨を行なう工程と、を含む。速やかに化学
機械研磨が進行する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械研磨に関
し、特に半導体ウエハ上等の被加工物を効率的に化学機
械研磨できる方法と装置、及び半導体装置の製造方法に
関する。
し、特に半導体ウエハ上等の被加工物を効率的に化学機
械研磨できる方法と装置、及び半導体装置の製造方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体デバイスの高集積化が進んでい
る。高集積化のためには、配線密度を高める必要があ
る。高集積化と共に、回路動作の高速化も要求される。
動作の高速化のためには、配線の抵抗Ｒ、及び付随容量
Ｃを減少させることが要求される。
る。高集積化のためには、配線密度を高める必要があ
る。高集積化と共に、回路動作の高速化も要求される。
動作の高速化のためには、配線の抵抗Ｒ、及び付随容量
Ｃを減少させることが要求される。
【０００３】配線の抵抗Ｒを減少させるために、配線材
料として低抵抗率のＣｕが用いられるようになった。配
線の付随容量を低減するためには、低誘電率の絶縁膜が
用いられるようになっている。
料として低抵抗率のＣｕが用いられるようになった。配
線の付随容量を低減するためには、低誘電率の絶縁膜が
用いられるようになっている。
【０００４】Ｃｕは、ＡｌやＡｌ合金と異なり、ホトレ
ジストを用いて微細加工することが困難である。このた
め、絶縁層に配線用の溝及び／又はコンタクト孔（「Ａ
及び／又はＢ」は、Ａ、又はＢ、又はＡ及びＢを意味す
る。）を形成し、その後、Ｃｕの絶縁層中への拡散を防
止するバリアメタル層を形成した後メッキに必要なシー
ド層を形成した後、銅配線層をメッキ等により形成し、
絶縁膜上の銅配線層を化学機械研磨（ＣＭＰ）により除
去するダマシン工程が用いられる。
ジストを用いて微細加工することが困難である。このた
め、絶縁層に配線用の溝及び／又はコンタクト孔（「Ａ
及び／又はＢ」は、Ａ、又はＢ、又はＡ及びＢを意味す
る。）を形成し、その後、Ｃｕの絶縁層中への拡散を防
止するバリアメタル層を形成した後メッキに必要なシー
ド層を形成した後、銅配線層をメッキ等により形成し、
絶縁膜上の銅配線層を化学機械研磨（ＣＭＰ）により除
去するダマシン工程が用いられる。
【０００５】ＣＭＰによるＣｕ膜の研磨は、「Ｃｕのエ
ッチング＋Ｃｕの防食」や「Ｃｕの脆弱な被膜形成」等
の化学反応を利用する。Ｃｕの防食とは、Ｃｕ表面に防
食膜が形成され、化学的エッチングを防止する作用であ
る。防食作用がない場合には、露出しているＣｕ全面で
化学的エッチングが進行する。防食膜が形成されると化
学的エッチングは停止する。塗粒と研磨布で表面を研磨
すると、表面の防食膜は除去され、Ｃｕ面が露出する。
露出したＣｕ面では、化学的エッチングと、防食膜形成
が生じる。
ッチング＋Ｃｕの防食」や「Ｃｕの脆弱な被膜形成」等
の化学反応を利用する。Ｃｕの防食とは、Ｃｕ表面に防
食膜が形成され、化学的エッチングを防止する作用であ
る。防食作用がない場合には、露出しているＣｕ全面で
化学的エッチングが進行する。防食膜が形成されると化
学的エッチングは停止する。塗粒と研磨布で表面を研磨
すると、表面の防食膜は除去され、Ｃｕ面が露出する。
露出したＣｕ面では、化学的エッチングと、防食膜形成
が生じる。
【０００６】凹凸を有する表面をＣＭＰする場合、凸部
表面の防食膜を除去することにより、凸部表面では研磨
が進行する。凹部では研磨布が接触せず、防食膜が除去
されない。従って、研磨は進行しない。このため、凸部
から優先的に研磨され平坦な表面が形成される。
表面の防食膜を除去することにより、凸部表面では研磨
が進行する。凹部では研磨布が接触せず、防食膜が除去
されない。従って、研磨は進行しない。このため、凸部
から優先的に研磨され平坦な表面が形成される。
【０００７】「脆弱な被膜」は、防食膜同様、化学的反応
によりＣｕ全面に形成される。砥粒と研磨布により脆弱
な被膜を除去すると、露出したＣｕ面に化学反応により
新たな被膜が形成される。表面の被膜を除去しつづける
ことにより研磨が進行する。凹凸のある表面のＣＭＰの
場合は、凸部から優先的に研磨が進行する。
によりＣｕ全面に形成される。砥粒と研磨布により脆弱
な被膜を除去すると、露出したＣｕ面に化学反応により
新たな被膜が形成される。表面の被膜を除去しつづける
ことにより研磨が進行する。凹凸のある表面のＣＭＰの
場合は、凸部から優先的に研磨が進行する。
【０００８】このようなＣＭＰにおいて、Ｃｕとスラリ
成分の化学反応は最も重要な因子の１つであり、この反
応をコントロールすることがＣｕ膜のＣＭＰの安定性に
つながる。化学反応をコントロールする際、最も重要な
因子の１つは温度である。
成分の化学反応は最も重要な因子の１つであり、この反
応をコントロールすることがＣｕ膜のＣＭＰの安定性に
つながる。化学反応をコントロールする際、最も重要な
因子の１つは温度である。
【０００９】ＣＭＰの安定化を図るために、温度をコン
トロールする方法がいくつか提案されている。スラリの
温度をコントロールする方法が、特開２０００−２０２
７７４、特開２０００−１５８３３９等に提案されてい
る。
トロールする方法がいくつか提案されている。スラリの
温度をコントロールする方法が、特開２０００−２０２
７７４、特開２０００−１５８３３９等に提案されてい
る。
【００１０】研磨すべきウエハを支持する研磨ヘッドの
温度をコントロールする方法が特開２００１−１９８８
０１等に提案されている。研磨布の表面の目立てを行な
うためのパッドコンディショナの温度をコントロールす
る方法が特開平９−２３４６６３等に提案されている。
温度をコントロールする方法が特開２００１−１９８８
０１等に提案されている。研磨布の表面の目立てを行な
うためのパッドコンディショナの温度をコントロールす
る方法が特開平９−２３４６６３等に提案されている。
【００１１】研磨室内の雰囲気の温度をコントロールす
ることにより、研磨の温度をコントロールする方法が特
開２０００−７９５５３等に提案されている。ＣＭＰ
は、研磨布と被加工物の摩擦による発熱及び化学反応に
よる発熱を伴う。スラリを供給し、研磨布と被加工物の
摩擦を生じさせても、研磨初期には、研磨はほとんど進
行しない。研磨が開始されるまでの時間を発火時間と呼
ぶ。
ることにより、研磨の温度をコントロールする方法が特
開２０００−７９５５３等に提案されている。ＣＭＰ
は、研磨布と被加工物の摩擦による発熱及び化学反応に
よる発熱を伴う。スラリを供給し、研磨布と被加工物の
摩擦を生じさせても、研磨初期には、研磨はほとんど進
行しない。研磨が開始されるまでの時間を発火時間と呼
ぶ。
【００１２】この現象は、以下のように考えられる。研
磨初期においては、摩擦による発熱により研磨布と被加
工物の界面の温度が次第に上昇する。界面が所定温度に
達すると研磨が進行し始める。研磨が進行し始めると、
化学反応による発熱が重なり、温度はさらに上昇する。
温度上昇と共に、放熱量も増加する。やがて、発熱量と
放熱量とがバランスし、一定温度で一定速度の研磨が進
行するようになる。
磨初期においては、摩擦による発熱により研磨布と被加
工物の界面の温度が次第に上昇する。界面が所定温度に
達すると研磨が進行し始める。研磨が進行し始めると、
化学反応による発熱が重なり、温度はさらに上昇する。
温度上昇と共に、放熱量も増加する。やがて、発熱量と
放熱量とがバランスし、一定温度で一定速度の研磨が進
行するようになる。
【００１３】スラリの温度を昇温することは、化学機械
研磨の平行状態を変更してしまう恐れがある。研磨ヘッ
ドは、自転させる必要がある。研磨ヘッドを昇温するた
めの加熱流体を流すためには、研磨ヘッドが配管を備え
る必要があり、研磨ヘッドの構造が複雑になり、メンテ
ナンスが複雑化する。
研磨の平行状態を変更してしまう恐れがある。研磨ヘッ
ドは、自転させる必要がある。研磨ヘッドを昇温するた
めの加熱流体を流すためには、研磨ヘッドが配管を備え
る必要があり、研磨ヘッドの構造が複雑になり、メンテ
ナンスが複雑化する。
【００１４】パッドコンディショナーは、研磨布を載置
するプラテンの面積に較べ小さな物であり、研磨ヘッド
によりプラテン上の研磨布の温度をコントロールするこ
とは容易でない。
するプラテンの面積に較べ小さな物であり、研磨ヘッド
によりプラテン上の研磨布の温度をコントロールするこ
とは容易でない。
【００１５】研磨室内の雰囲気の温度をコントロール
し、研磨布の温度をコントロールすることは、研磨室内
の雰囲気全体の温度調整を必要とし、設備が大掛かりな
ものになる。
し、研磨布の温度をコントロールすることは、研磨室内
の雰囲気全体の温度調整を必要とし、設備が大掛かりな
ものになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複雑
な設備や大掛かりな設備を要することなく、容易に、化
学機械研磨の効率を上昇させることである。
な設備や大掛かりな設備を要することなく、容易に、化
学機械研磨の効率を上昇させることである。
【００１７】本発明の他の目的は、化学機械研磨の安定
な研磨条件を変更することなく、化学機械研磨の効率を
向上することである。
な研磨条件を変更することなく、化学機械研磨の効率を
向上することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、（ａ）研磨布上に温度を調整した液体を供給して研
磨布の温度を所定温度まで昇温する工程と、（ｂ）前記
研磨布上にスラリを供給して被加工物の化学機械研磨を
行なう工程と、を含む化学機械研磨方法が提供される。
ば、（ａ）研磨布上に温度を調整した液体を供給して研
磨布の温度を所定温度まで昇温する工程と、（ｂ）前記
研磨布上にスラリを供給して被加工物の化学機械研磨を
行なう工程と、を含む化学機械研磨方法が提供される。
【００１９】本発明の他の観点によれば、研磨布を載置
でき、回転駆動可能なプラテンと、前記プラテン上方に
配置され、該被加工物を該プラテン上の研磨布に圧接す
ることのできる研磨ヘッド機構と、前記プラテン上方に
配置され、前記プラテン上の研磨布の上にスラリを供給
するスラリ供給配管と、前記プラテン上方に配置され、
前記プラテン上の研磨布の上に液体を供給する液体供給
配管と、前記液体供給配管に熱的に結合され、前記液体
供給配管中の液体の温度を調整する温度調整器と、を有
する化学機械研磨装置が提供される。
でき、回転駆動可能なプラテンと、前記プラテン上方に
配置され、該被加工物を該プラテン上の研磨布に圧接す
ることのできる研磨ヘッド機構と、前記プラテン上方に
配置され、前記プラテン上の研磨布の上にスラリを供給
するスラリ供給配管と、前記プラテン上方に配置され、
前記プラテン上の研磨布の上に液体を供給する液体供給
配管と、前記液体供給配管に熱的に結合され、前記液体
供給配管中の液体の温度を調整する温度調整器と、を有
する化学機械研磨装置が提供される。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明者等は、先ず従来の化学機
械研磨装置を用い、化学機械研磨の機構について考察し
た。図３（Ａ）は、従来用いられている化学機械研磨装
置の構成を概略的に示す。プラテン２３は、研磨布２５
を載置し、回転駆動される。プラテン２３の上方には、
ウエハ３２を保持し、自転すると共に被加工物に上方よ
り研磨圧力Ｐを印加することの出来る研磨ヘッド３１を
支持する研磨ヘッド機構、及び研磨布２５の目立てを行
なうため、上方よりプラテン２３に目立て用やすり部材
を接触させることのできるパッドコンディショナ３３を
支持するパッドコンディショナ機構が配置されている。
械研磨装置を用い、化学機械研磨の機構について考察し
た。図３（Ａ）は、従来用いられている化学機械研磨装
置の構成を概略的に示す。プラテン２３は、研磨布２５
を載置し、回転駆動される。プラテン２３の上方には、
ウエハ３２を保持し、自転すると共に被加工物に上方よ
り研磨圧力Ｐを印加することの出来る研磨ヘッド３１を
支持する研磨ヘッド機構、及び研磨布２５の目立てを行
なうため、上方よりプラテン２３に目立て用やすり部材
を接触させることのできるパッドコンディショナ３３を
支持するパッドコンディショナ機構が配置されている。
【００２１】又、研磨布２５上にスラリを供給すること
のできるスラリ配管３５と洗浄等のために研磨布２５上
に純水（脱イオン水）を供給することのできる液体配管
３７が設けられている。
のできるスラリ配管３５と洗浄等のために研磨布２５上
に純水（脱イオン水）を供給することのできる液体配管
３７が設けられている。
【００２２】化学機械研磨を行なう場合には、ウエハ３
２を保持した研磨ヘッド３１を研磨布２５上に配置し、
スラリをスラリ配管３５から供給しつつプラテン２３、
研磨ヘッド３１を回転させる。研磨布と被加工物とがス
ラリの砥粒を介してこすれ、発熱する。やがて、界面の
温度が所定温度に達し化学機械研磨が進行し始める。化
学反応が始まると、化学反応による発熱も重畳され、温
度上昇の速度が促進される。やがて、定常状態に達し、
一定速度の研磨が進行する。
２を保持した研磨ヘッド３１を研磨布２５上に配置し、
スラリをスラリ配管３５から供給しつつプラテン２３、
研磨ヘッド３１を回転させる。研磨布と被加工物とがス
ラリの砥粒を介してこすれ、発熱する。やがて、界面の
温度が所定温度に達し化学機械研磨が進行し始める。化
学反応が始まると、化学反応による発熱も重畳され、温
度上昇の速度が促進される。やがて、定常状態に達し、
一定速度の研磨が進行する。
【００２３】化学機械研磨が終了すると、先ず研磨ヘッ
ド３１を上方に引き上げ、純水で高圧洗浄を行ない、研
磨の残さを除去する。次に、液体配管３７から純水を供
給しつつパッドコンディショナ３３を研磨布２５に押し
つけ、両者を回転させつつ、パッドコンディショナ３３
により研磨布２５の目立てを行なう。研磨布２５の目立
てを終了した後、次のウエハを保持した研磨ヘッド機構
が新たに研磨布２５上に載置される。
ド３１を上方に引き上げ、純水で高圧洗浄を行ない、研
磨の残さを除去する。次に、液体配管３７から純水を供
給しつつパッドコンディショナ３３を研磨布２５に押し
つけ、両者を回転させつつ、パッドコンディショナ３３
により研磨布２５の目立てを行なう。研磨布２５の目立
てを終了した後、次のウエハを保持した研磨ヘッド機構
が新たに研磨布２５上に載置される。
【００２４】図３（Ｂ）は、化学機械研磨を行なってい
る時の研磨時間と研磨速度の関係を示す。化学機械研磨
を開始しても、当初は研磨速度はほとんど０であり研磨
は進行しない。やがて、研磨が始まる。この研磨が始ま
るまでの時間を発火時間と呼ぶ。発火時間を過ぎると、
研磨速度は次第に上昇し、やがて一定速度で安定化す
る。
る時の研磨時間と研磨速度の関係を示す。化学機械研磨
を開始しても、当初は研磨速度はほとんど０であり研磨
は進行しない。やがて、研磨が始まる。この研磨が始ま
るまでの時間を発火時間と呼ぶ。発火時間を過ぎると、
研磨速度は次第に上昇し、やがて一定速度で安定化す
る。
【００２５】研磨が開始する際は、研磨布は洗浄に用い
た純水により冷却されていると考えられる。この時の温
度をＴSとする。研磨速度が飽和した時は、研磨布の温
度は一定温度に安定化されていると考えられる。この時
の温度をＴHとする。
た純水により冷却されていると考えられる。この時の温
度をＴSとする。研磨速度が飽和した時は、研磨布の温
度は一定温度に安定化されていると考えられる。この時
の温度をＴHとする。
【００２６】図３（Ｃ）は、３種類のスラリＡ、Ｂ、Ｃ
を用い、化学機械研磨開始直後の研磨布の温度ＴS、安
定状態の温度ＴH及び１分間研磨を行なった時の研磨速
度を実測した結果を示す。
を用い、化学機械研磨開始直後の研磨布の温度ＴS、安
定状態の温度ＴH及び１分間研磨を行なった時の研磨速
度を実測した結果を示す。
【００２７】発明者等は、研磨を開始した後、実際に研
磨が進行するまでの無効な時間である発火時間を減少な
いし消滅させることを考えた。そのためには、研磨布の
温度を昇温し、始めから研磨が進行するようにすればよ
いであろう。
磨が進行するまでの無効な時間である発火時間を減少な
いし消滅させることを考えた。そのためには、研磨布の
温度を昇温し、始めから研磨が進行するようにすればよ
いであろう。
【００２８】発明者等は、化学機械研磨を開始する直前
に純水等の液体を研磨布上に供給し、研磨布の温度を昇
温し、化学機械研磨を開始すると直ちに研磨が進行する
ようにすることを考えた。スラリは加熱せず、化学機械
研磨自体の条件は変更しないようにする。
に純水等の液体を研磨布上に供給し、研磨布の温度を昇
温し、化学機械研磨を開始すると直ちに研磨が進行する
ようにすることを考えた。スラリは加熱せず、化学機械
研磨自体の条件は変更しないようにする。
【００２９】発火時間経過時の温度から安定化した状態
の温度ＴHまでの温度領域に研磨布を予備的に加熱する
ことが考えられる。予備加熱の温度は、高いほうが始め
から安定化研磨速度に近い速度で研磨が行なえ、研磨効
率の向上に有効であろう。但し、温度を上げすぎて化学
機械研磨のバランスを崩してしまっては良くない。
の温度ＴHまでの温度領域に研磨布を予備的に加熱する
ことが考えられる。予備加熱の温度は、高いほうが始め
から安定化研磨速度に近い速度で研磨が行なえ、研磨効
率の向上に有効であろう。但し、温度を上げすぎて化学
機械研磨のバランスを崩してしまっては良くない。
【００３０】図３（Ｃ）のスラリを対象とすると、安定
状態の温度ＴHは、３６℃〜５９℃に分布している。温
度ＴHが高い場合には、研磨布の予備加熱温度を高めに
設定しても、放熱により安定にＴHに到達するであろ
う。しかしながら、温度ＴHが３６℃等と低い場合に
は、研磨布の温度を昇温し過ぎると、化学機械研磨の安
定性が失われる恐れがある。温度ＴHより十分低い温度
に予備加熱することが安全であろう。
状態の温度ＴHは、３６℃〜５９℃に分布している。温
度ＴHが高い場合には、研磨布の予備加熱温度を高めに
設定しても、放熱により安定にＴHに到達するであろ
う。しかしながら、温度ＴHが３６℃等と低い場合に
は、研磨布の温度を昇温し過ぎると、化学機械研磨の安
定性が失われる恐れがある。温度ＴHより十分低い温度
に予備加熱することが安全であろう。
【００３１】図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の実施例に
よる化学機械研磨装置の構成を概略的に示す。図１
（Ａ）に示すように、化学機械研磨装置１０は、研磨室
１１内に複数個、例えば３個の研磨器２０を有する。各
研磨器２０に対応して、ハンドラ２１が設けられてい
る。研磨室１１に隣接する他の室１２は、洗浄等を行な
う室である。
よる化学機械研磨装置の構成を概略的に示す。図１
（Ａ）に示すように、化学機械研磨装置１０は、研磨室
１１内に複数個、例えば３個の研磨器２０を有する。各
研磨器２０に対応して、ハンドラ２１が設けられてい
る。研磨室１１に隣接する他の室１２は、洗浄等を行な
う室である。
【００３２】図１（Ｂ）は、研磨器２０の構成を概略的
に示す斜視図である。プラテン２３の上に研磨布２５が
貼り付けられ、プラテン２３を回転させることにより、
プラテン２３上に載置した被加工物を研磨する。プラテ
ン２３上方には、研磨ヘッド３１を回転させつつ支持す
る機構、パッドコンディショナ３３を回転させつつ支持
する機構が配置されている。また、スラリ用配管３５、
純水等の液体用配管３７がプラテン２３上方に設けられ
ている。
に示す斜視図である。プラテン２３の上に研磨布２５が
貼り付けられ、プラテン２３を回転させることにより、
プラテン２３上に載置した被加工物を研磨する。プラテ
ン２３上方には、研磨ヘッド３１を回転させつつ支持す
る機構、パッドコンディショナ３３を回転させつつ支持
する機構が配置されている。また、スラリ用配管３５、
純水等の液体用配管３７がプラテン２３上方に設けられ
ている。
【００３３】スラリ用配管３５からスラリを供給しつ
つ、研磨ヘッド３１の下面に支持されたウエハ３２の研
磨を行なう。研磨を終了した時は、液体用配管３７から
純水を高圧で供給し、研磨布２５を洗浄し、パッドコン
ディショナ３３で研磨布の目立てを行なう。以上は従来
技術による研磨器と同様の構成である。
つ、研磨ヘッド３１の下面に支持されたウエハ３２の研
磨を行なう。研磨を終了した時は、液体用配管３７から
純水を高圧で供給し、研磨布２５を洗浄し、パッドコン
ディショナ３３で研磨布の目立てを行なう。以上は従来
技術による研磨器と同様の構成である。
【００３４】図１（Ｂ）の構成においては、液体用配管
３７に温度調整器３９が設けられている。温度調整器３
９で液体用配管３７内の液体を所定温度に加熱すること
により、所望温度の液体を研磨布２５上に供給すること
ができる。少なくとも化学機械研磨を行なう直前に、所
定温度に加熱した液体例えば純水を研磨布２５上に供給
し、プラテン２３の回転によって研磨布全面上に加熱し
た純水を分布させることにより、研磨布２５全体を所望
温度に昇温することができる。
３７に温度調整器３９が設けられている。温度調整器３
９で液体用配管３７内の液体を所定温度に加熱すること
により、所望温度の液体を研磨布２５上に供給すること
ができる。少なくとも化学機械研磨を行なう直前に、所
定温度に加熱した液体例えば純水を研磨布２５上に供給
し、プラテン２３の回転によって研磨布全面上に加熱し
た純水を分布させることにより、研磨布２５全体を所望
温度に昇温することができる。
【００３５】なお、洗浄や目立てを行なっている間も、
昇温した純水等を供給してもかまわない。高圧洗浄用の
純水配管を、加熱液体供給用配管と別に設けても良い。
スラリ供給用配管も複数にし、複数種類のスラリを選択
的に使用できるようにしてもよい。
昇温した純水等を供給してもかまわない。高圧洗浄用の
純水配管を、加熱液体供給用配管と別に設けても良い。
スラリ供給用配管も複数にし、複数種類のスラリを選択
的に使用できるようにしてもよい。
【００３６】図２（Ａ）は、図１（Ｂ）に示す研磨器を
用いて行なう化学機械研磨工程を示すフローチャートで
ある。工程ＳＡ１で研磨工程を開始する。工程ＳＡ２で
液体により研磨布を加熱し、研磨布の温度を定常化させ
る。少なくとも、水やクリーンルーム内の温度よりも高
い温度まで昇温する。
用いて行なう化学機械研磨工程を示すフローチャートで
ある。工程ＳＡ１で研磨工程を開始する。工程ＳＡ２で
液体により研磨布を加熱し、研磨布の温度を定常化させ
る。少なくとも、水やクリーンルーム内の温度よりも高
い温度まで昇温する。
【００３７】工程ＳＡ３で、温度を定常化した研磨布２
５上にスラリ３５を供給し、研磨ヘッド３１に保持した
ウエハ３２等の被加工物の化学機械研磨を行なう。研磨
布２５が昇温されているため、発火時間を実質的に要す
ることなく直ちに化学機械研磨が進行する。
５上にスラリ３５を供給し、研磨ヘッド３１に保持した
ウエハ３２等の被加工物の化学機械研磨を行なう。研磨
布２５が昇温されているため、発火時間を実質的に要す
ることなく直ちに化学機械研磨が進行する。
【００３８】工程ＳＡ４で、研磨工程を終了した研磨布
表面を高圧洗浄し、研磨の残さを除去する。工程ＳＡ５
で、研磨布の目立てをパッドコンディショナを用いて行
なう。
表面を高圧洗浄し、研磨の残さを除去する。工程ＳＡ５
で、研磨布の目立てをパッドコンディショナを用いて行
なう。
【００３９】次のウエハを研磨する場合は、工程ＳＡ２
に戻る。次に研磨するウエハが無い場合は、工程ＳＡ６
に進み、研磨工程を終了する。８インチＳｉウエハの表
面に、酸化膜、バリア金属層、Ｃｕ層を形成し、上述の
工程に従ってＣｕ層の化学機械研磨を１分間行ない、予
備加熱温度、化学機械研磨中の最低温度、最高温度、研
磨速度を測定した。
に戻る。次に研磨するウエハが無い場合は、工程ＳＡ６
に進み、研磨工程を終了する。８インチＳｉウエハの表
面に、酸化膜、バリア金属層、Ｃｕ層を形成し、上述の
工程に従ってＣｕ層の化学機械研磨を１分間行ない、予
備加熱温度、化学機械研磨中の最低温度、最高温度、研
磨速度を測定した。
【００４０】スラリＡを用いた場合は、安定化状態の温
度ＴHが４０℃であったので、純水による予備加熱温度
を３５℃に設定した。３５℃に加熱した研磨布上で研磨
を行なった時、実際の研磨工程における最低温度ＴLは
３３℃、最高温度ＴHは４０℃であった。研磨速度は４
８６５Å／ｍｉｎであり、研磨布の加熱を行なわなかっ
た場合と較べ、１分間当りの研磨速度は１０００Å／ｍ
ｉｎ以上向上した。
度ＴHが４０℃であったので、純水による予備加熱温度
を３５℃に設定した。３５℃に加熱した研磨布上で研磨
を行なった時、実際の研磨工程における最低温度ＴLは
３３℃、最高温度ＴHは４０℃であった。研磨速度は４
８６５Å／ｍｉｎであり、研磨布の加熱を行なわなかっ
た場合と較べ、１分間当りの研磨速度は１０００Å／ｍ
ｉｎ以上向上した。
【００４１】スラリＢは、研磨中の安定化温度ＴHが５
９℃と高いため、研磨布を高めの温度に予備加熱しても
化学機械研磨中の温度が上昇しすぎる危険性は少ないと
考えられる。そこで、純水による予備加熱温度を６０℃
に設定した。化学機械研磨中の最低温度ＴLは４８℃、
最高温度ＴHは６１℃であった。研磨速度は５１１２Å
／ｍｉｎとなり、予備加熱を行なわなかった場合と較べ
１０００Å／ｍｉｎ以上の向上が認められた。安全のた
めには、予備加熱温度は、安定化して化学機械研磨が進
行する温度を越えない様にするほうがよいであろう。
９℃と高いため、研磨布を高めの温度に予備加熱しても
化学機械研磨中の温度が上昇しすぎる危険性は少ないと
考えられる。そこで、純水による予備加熱温度を６０℃
に設定した。化学機械研磨中の最低温度ＴLは４８℃、
最高温度ＴHは６１℃であった。研磨速度は５１１２Å
／ｍｉｎとなり、予備加熱を行なわなかった場合と較べ
１０００Å／ｍｉｎ以上の向上が認められた。安全のた
めには、予備加熱温度は、安定化して化学機械研磨が進
行する温度を越えない様にするほうがよいであろう。
【００４２】スラリＣを用いた場合の安定化温度は３６
℃であり、低めの温度であるため、加熱し過ぎると化学
機械研磨の安定状態を乱す恐れがある。そこで純水によ
る予備加熱温度を３０℃と十分低めに設定し、化学機械
研磨中温度が上昇し過ぎないようにした。実際に化学機
械研磨を行なった時の最低温度ＴLは２９℃であり、最
高温度ＴHは３６℃であった。研磨速度は４１８１Å／
ｍｉｎであり、予備加熱を行なわなかった場合と較べ、
１０００Å／ｍｉｎ以上の向上が認められた。
℃であり、低めの温度であるため、加熱し過ぎると化学
機械研磨の安定状態を乱す恐れがある。そこで純水によ
る予備加熱温度を３０℃と十分低めに設定し、化学機械
研磨中温度が上昇し過ぎないようにした。実際に化学機
械研磨を行なった時の最低温度ＴLは２９℃であり、最
高温度ＴHは３６℃であった。研磨速度は４１８１Å／
ｍｉｎであり、予備加熱を行なわなかった場合と較べ、
１０００Å／ｍｉｎ以上の向上が認められた。
【００４３】これらの結果から明らかなように、化学機
械研磨直前に加熱した液体で研磨布の温度を上昇させる
ことにより、化学機械研磨を開始するとすぐに実質的な
化学機械研磨を開始させることが可能となる。このた
め、発火時間を短縮もしくは消滅させることができ、化
学機械研磨の効率を上昇させることができる。
械研磨直前に加熱した液体で研磨布の温度を上昇させる
ことにより、化学機械研磨を開始するとすぐに実質的な
化学機械研磨を開始させることが可能となる。このた
め、発火時間を短縮もしくは消滅させることができ、化
学機械研磨の効率を上昇させることができる。
【００４４】実質的に化学機械研磨が進行するまでの時
間は短縮するが、化学機械研磨中の条件、メカニズムに
は変更を加えておらず、既に開発した設定条件、ノウハ
ウ等をそのまま利用することが可能であろう。
間は短縮するが、化学機械研磨中の条件、メカニズムに
は変更を加えておらず、既に開発した設定条件、ノウハ
ウ等をそのまま利用することが可能であろう。
【００４５】上述の実施例においては、パッドコンディ
ショニングは化学機械研磨とは別個の工程で行なった。
化学機械研磨を行なう時、同時に研磨布の目立てを行な
うこともできる。
ショニングは化学機械研磨とは別個の工程で行なった。
化学機械研磨を行なう時、同時に研磨布の目立てを行な
うこともできる。
【００４６】図２（Ｂ）は、本発明の他の実施例による
化学機械研磨工程を示すフローチャートである。工程Ｓ
Ｂ１で化学機械研磨を開始する。工程ＳＢ２において、
加熱した液体により研磨布の温度を昇温し、定常化させ
る。
化学機械研磨工程を示すフローチャートである。工程Ｓ
Ｂ１で化学機械研磨を開始する。工程ＳＢ２において、
加熱した液体により研磨布の温度を昇温し、定常化させ
る。
【００４７】工程ＳＢ３で、予備加熱して昇温した研磨
布上で化学機械研磨を開始すると共に研磨布の目立ても
行なう。工程ＳＢ４で、研磨工程を終了した研磨布表面
を純水で高圧洗浄する。
布上で化学機械研磨を開始すると共に研磨布の目立ても
行なう。工程ＳＢ４で、研磨工程を終了した研磨布表面
を純水で高圧洗浄する。
【００４８】次に研磨するウエハがある場合は工程ＳＢ
２に戻る。次に研磨するウエハが無い場合は工程ＳＢ５
に進み、研磨工程を終了する。以上実施例に沿って本発
明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものでは
ない。例えば、純水の他の液体を用い、研磨直前の研磨
布の温度を昇温させることも可能である。液体配管３７
の周囲に温度調整器３９を設ける場合を説明したが、液
体配管内又は液体配管そのものに昇温機能を持たせるこ
とのも可能である。その他種々の変更、改良、組み合わ
せが可能なことは当業者に自明であろう。
２に戻る。次に研磨するウエハが無い場合は工程ＳＢ５
に進み、研磨工程を終了する。以上実施例に沿って本発
明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものでは
ない。例えば、純水の他の液体を用い、研磨直前の研磨
布の温度を昇温させることも可能である。液体配管３７
の周囲に温度調整器３９を設ける場合を説明したが、液
体配管内又は液体配管そのものに昇温機能を持たせるこ
とのも可能である。その他種々の変更、改良、組み合わ
せが可能なことは当業者に自明であろう。
【００４９】
【発明の効果】化学機械研磨の効率を向上させることが
できる。研磨時間の短縮化に伴い、スラリ使用量を抑制
することもできる。
できる。研磨時間の短縮化に伴い、スラリ使用量を抑制
することもできる。
【図１】 本発明に実施例による化学機械研磨装置を示
す平面図と斜視図、及び研磨データを示す表である。
す平面図と斜視図、及び研磨データを示す表である。
【図２】 本発明に実施例による２種類の研磨工程を示
すフローチャートである。
すフローチャートである。
【図３】 従来の研磨装置及び研磨工程を用い、研磨機
構を考察した結果を示す斜視図、グラフ及び表である。
構を考察した結果を示す斜視図、グラフ及び表である。
１０ 化学機械研磨装置
１１ 研磨室
１２ 他の室
２０ 研磨器
２１ ハンドラ
２３ プラテン
２５ 研磨布
３１ 研磨ヘッド
３２ ウエハ
３３ パッドコンディショナ
３５ スラリ用配管
３７ 液体用配管
３９ 温度調整器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 中野 憲司
神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番
１号 富士通株式会社内
Ｆターム(参考） 3C058 AA07 AC04 BA08 BB04 BC02
CB01 DA13 DA17
Claims (5)
- 【請求項１】 （ａ）研磨布上に温度を調整した液体を
供給して研磨布の温度を所定温度まで昇温する工程と、 （ｂ）前記研磨布上にスラリを供給して被加工物の化学
機械研磨を行なう工程と、を含む化学機械研磨方法。 - 【請求項２】 前記工程（ａ）及び（ｂ）が繰り返され
る請求項１記載の化学機械研磨方法。 - 【請求項３】 （ｘ）配線用の凹部を有する絶縁膜を備
えた半導体基板上にバリアメタル層と銅又は銅合金の主
配線層を堆積する工程と、 （ｙ）前記半導体基板を被加工物として請求項１又は２
記載の化学機械研磨方法により前記主配線層及び前記バ
リアメタル層を研磨する工程と、を含む半導体装置の製
造方法。 - 【請求項４】 研磨布を載置でき、回転駆動可能なプラ
テンと、 前記プラテン上方に配置され、該被加工物を該プラテン
上の研磨布に圧接することのできる研磨ヘッド機構と、 前記プラテン上方に配置され、前記プラテン上の研磨布
の上にスラリを供給するスラリ供給配管と、 前記プラテン上方に配置され、前記プラテン上の研磨布
の上に液体を供給する液体供給配管と、 前記液体供給配管に熱的に結合され、前記液体供給配管
中の液体の温度を調整する温度調整器と、を有する化学
機械研磨装置。 - 【請求項５】 さらに、前記プラテン上方に配置され、
研磨布目立て盤を保持でき、前記研磨布目立て盤を前記
研磨布に当接させることのできるパッドコンディショナ
機構と、 前記液体供給配管に接続された純水供給配管と、を有
し、 少なくとも研磨直前には、前記温度調整器により温度調
整した純水を前記液体供給配管から流して、研磨布の温
度を調整できる請求項４記載の化学機械研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002051350A JP2003257914A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | 化学機械研磨方法と装置、及び半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002051350A JP2003257914A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | 化学機械研磨方法と装置、及び半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003257914A true JP2003257914A (ja) | 2003-09-12 |
Family
ID=28663342
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002051350A Pending JP2003257914A (ja) | 2002-02-27 | 2002-02-27 | 化学機械研磨方法と装置、及び半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003257914A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006286766A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Nec Electronics Corp | 化学的機械的研磨方法及び化学的機械的研磨システム |
| JP2007520084A (ja) * | 2004-01-26 | 2007-07-19 | ティービーダブリュ インダストリーズ，インコーポレーテッド | 化学機械的平坦化用多段インサイチュウでのパッド調節システム及び方法 |
| WO2012083621A1 (zh) * | 2010-12-21 | 2012-06-28 | 中国科学院微电子研究所 | 化学机械抛光设备及其预热方法 |
| US8439723B2 (en) | 2008-08-11 | 2013-05-14 | Applied Materials, Inc. | Chemical mechanical polisher with heater and method |
| JP2013258212A (ja) * | 2012-06-11 | 2013-12-26 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2013258213A (ja) * | 2012-06-11 | 2013-12-26 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
| JP2015012192A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| US9731401B2 (en) | 2014-02-20 | 2017-08-15 | Ebara Corporation | Method and apparatus for conditioning polishing pad |
| CN109719615A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 凯斯科技股份有限公司 | 基板处理装置 |
| CN109719617A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 凯斯科技股份有限公司 | 基板处理装置 |
-
2002
- 2002-02-27 JP JP2002051350A patent/JP2003257914A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007520084A (ja) * | 2004-01-26 | 2007-07-19 | ティービーダブリュ インダストリーズ，インコーポレーテッド | 化学機械的平坦化用多段インサイチュウでのパッド調節システム及び方法 |
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| CN109719615A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 凯斯科技股份有限公司 | 基板处理装置 |
| CN109719617A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 凯斯科技股份有限公司 | 基板处理装置 |
| CN109719617B (zh) * | 2017-10-30 | 2021-12-17 | 凯斯科技股份有限公司 | 基板处理装置 |
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