JP2004031752A

JP2004031752A - 研磨パッドの製造方法および半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2004031752A
Application number: JP2002187436A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ozawa; 小澤　一夫; Kazuhiro Ban; 伴　和弘; Kenzo Naito; 内藤　健蔵
Original assignee: Renesas Technology Corp; Hitachi ULSI Systems Co Ltd
Current assignee: Renesas Technology Corp; Hitachi Solutions Technology Ltd
Priority date: 2002-06-27
Filing date: 2002-06-27
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】研磨パッドのランニングコストの上昇を抑制する。また、ダイヤモンド砥粒の脱落に起因するスクラッチの発生をなくす。
【解決手段】表面に凹凸が形成された研磨パッド１にシリカ粒を含んだスラリーを供給し、供給したシリカ粒を研磨パッド１の凹部により保持する。次に、研磨パッド１の表面に半導体ウェハを接触させ、半導体ウェハを研磨する。研磨した後、研磨パッド１の凹部にたまった半導体ウェハの研磨屑やスラリーの反応生成物などからなる残渣５を、氷粒噴射ノズル２より吹き出された氷粒３によって、削りとることにより除去する。削り取られた残渣５は、吹き付けた氷粒３が溶解することにより生じた純水によって、洗い流される。
【選択図】　　図１５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨パッドの製造技術および半導体装置の製造技術に関し、特に、研磨パッドに凹凸を形成する技術および研磨パットに残存する残渣を除去する技術に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の微細化が進み素子構造が複雑になるとともに多層配線の層数が増加するに伴い、半導体ウェハの素子形成面は、凹凸が増え段差が大きくなってきている。これは、半導体装置の製造工程においては、薄膜を形成し、パターニングや開孔を行う微細加工の後、次の薄膜を積層するという工程を何度も繰り返すためである。半導体ウェハの素子形成面の凹凸が増えると、薄膜形成時に段差部において膜厚が薄くなったり、配線の断線によるオープン不良や配線層間の絶縁不良によるショート不良が発生する。
【０００３】
また、半導体装置の製造工程においては、薄膜をパターニングする際、フォトリソグラフィ技術を使用するが、半導体ウェハの素子形成面に凹凸があると、露光時に露光系のレンズの焦点が部分的に合わなくなり、パターンの形成が困難になる。
【０００４】
上記した理由により、半導体ウェハの素子形成面を平坦化する技術が必要となってきている。平坦化する技術には、いくつかの方法があるが、その一つとしてＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法がある。ＣＭＰ法は、シリカ粒を含んだ液状のスラリー（研磨液）を流しながら、スピンドルに張り付けられた半導体ウェハの素子形成面を、回転テーブルの上に配置された研磨パッドの表面に接触させて研磨する方法である。
【０００５】
上記したＣＭＰ法で使用する研磨パッドは、ポリウレタン製であり、シリカ粒の保持および研磨屑の排出のために微細な孔を多数設けた構造をとっている。
【０００６】
また、上記したＣＭＰ法では、半導体ウェハを研磨していくに連れて研磨屑やスラリーによる反応生成物などの残渣が研磨パッドの微細な孔に蓄積される。研磨パッドの微細な孔に残渣が蓄積されると、研磨パッドの研磨能力が減少し、研磨レートの維持をすることが困難になる。このため、研磨能力の確保および研磨レートの再現性などの加工特性を維持する観点から、パッドコンディショニング（ドレッシング）が行われる。パッドコンディショニングは、研磨パッドの表面に設けられた微細な孔に研磨屑やスラリーによる反応生成物が蓄積されてきた時に研磨パッドの表面を削りとって、研磨パッドの機能を再生するものである。具体的には、表面にダイヤモンドを電着した固定砥石（コンディショナー）により、研磨パッドの表面を削りとって、新たな微細孔を研磨パッドの表面に露出させ、研磨パッドの機能を再生させる。
【０００７】
なお、ＣＭＰ法については、株式会社工業調査会発行の「半導体平坦化ＣＭＰ技術」などに記載がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、表面にダイヤモンドを電着した固定砥石によって、パッドコンディショニングを行うと、固定砥石に電着したダイヤモンドが脱落し、研磨パッド上にダイヤモンドが付着する。ダイヤモンドが付着した研磨パッドによって半導体ウェハを研磨すると、半導体ウェハにスクラッチ（傷）が形成されてしまう問題点がある。
【０００９】
また、パッドコンディショニングを行うと、固定砥石と研磨パッドの磨耗が激しくランニングコストが高くなるという問題点がある。特に、研磨パッドは、ポリウレタンに多数の微細孔を形成したもので、その製造には高度な技術が必要である。そのため、製造コストが高くなり、ランニングコストが高くなるという問題点がある。
【００１０】
本発明の目的は、半導体ウェハにスクラッチを発生させないパッドコンディショニングを行う方法を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、研磨パッドのランニングコストの上昇を抑制することができる方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００１３】
【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、以下のとおりである。
【００１４】
本発明は、研磨パッドに氷粒を吹き付けることにより、前記研磨パッドの前記氷粒を吹き付けた面に凹凸を形成する工程を備えるものである。
【００１５】
また、本発明は、（ａ）凹部と凸部とを形成した研磨パッド上に研磨液を供給する工程と、（ｂ）前記研磨液を供給した前記研磨パッドにウェハを接触させて研磨する工程と、（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記研磨パッドの前記凹部にたまった残渣を、前記研磨パッドに氷粒を吹き付けることにより除去する工程とを備えるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。また、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の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
本実施の形態における研磨パッドの製造方法を、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態における研磨パッドの製造方法を実現するための構成を示したものである。
【００１８】
図１において、研磨パッド１上には、氷粒噴射ノズル２が配置されている。この研磨パッド１は、ポリウレタンなどから構成されており、表面が平坦な状態で配置されている。
【００１９】
氷粒噴射ノズル２は、高圧エアによって、微細な氷粒を吹き出すことができるように構成されている。氷粒噴射ノズル２内に格納されている微細な氷粒は、純水を凍結させたものであり、例えば、純水を霧状に噴霧し、噴霧した純水を凍結させることにより形成されたものである。
【００２０】
本実施の形態における研磨パッドの製造方法を実現するための構成は、上記のように構成されており、以下に、本実施の形態における研磨パッドの製造方法を説明する。
【００２１】
まず、図２に示すように、氷粒噴射ノズル２より高圧エアによって氷粒３を、研磨パッド１に向かって吹き付ける。吹き付けた氷粒３は、表面が平坦な状態の研磨パッド１に衝突する。研磨パッド１の表面には、図３に示すように、衝突した氷粒３によって、凹凸が形成される。すなわち、研磨パッドの表面が粗面化される。この凹凸は、スラリーに含まれるシリカ粒保持用として使用される。したがって、凹凸の大きさは、シリカ粒より大きい。次に、図４に示すように、凹凸形成時に生ずる研磨パッド１の削り屑は、衝突した氷粒３が溶けることによって生じた純水によって洗い流される。このようにして、スラリーに含まれるシリカ粒保持用の凹凸を表面に設けた研磨パッド１を製造できる。
【００２２】
実施の形態における研磨パッドの製造方法によれば、微細な氷粒３を吹き付けることにより、研磨パッド１の表面にスラリーに含まれるシリカ粒保持用の凹凸を形成することができるので、研磨パッド１を発泡構造にしなくてもよい。したがって、研磨パッド１の製造コストを低くすることができる。このため、研磨パッド１のランニングコストを低くすることができる。
【００２３】
また、実施の形態における研磨パッドの製造方法によれば、微細な氷粒３を研磨パッドに吹き付けることによりスラリーに含まれるシリカ粒保持用の凹凸を形成することができるとともに、吹き付けた氷粒３が溶けて純水になることにより、凹凸を形成した際に生ずる研磨パッド１の削り屑を洗い流すことができ、研磨パッド１の表面を洗浄することができる。
【００２４】
また、実施の形態における研磨パッドの製造方法によれば、氷粒噴射ノズル２によって吹き出された氷粒３の吹き出し速度や吹き出す氷粒３の大きさを変化させることにより、研磨パッド１の表面に形成される凹凸の大きさを制御することができる。したがって、凹凸に保持されるシリカ粒の数を変化させることができ、研磨パッド１による研磨レートを制御することができる。
【００２５】
次に、実施の形態における研磨パッドの製造方法によって製造された研磨パッドを使用して、半導体ウェハ上に半導体装置を製造する工程について説明する。
【００２６】
半導体ウェハ上に半導体装置を製造する工程のうち、半導体ウェハ上に素子分離層を形成する工程を一例として説明する。
【００２７】
まず、図５に示すようにシリコンよりなる半導体ウェハ１０を用意する。次に、図６に示すように、用意した半導体ウェハ１０の素子形成面に、例えばＣＶＤ法を使用して窒化シリコン膜１１を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して、図７に示すように窒化シリコン膜１１をパターニングする。パターニングは、素子分離溝を形成する領域に窒化シリコン膜１１が残らないようにする。続いて、図８に示すように、エッチング技術を使用して、素子分離溝１２を形成する。次に、図９に示すように、窒化シリコン膜１１および素子分離溝１２上に、例えばＣＶＤ法を使用して酸化シリコン膜１３を堆積させる。そして、堆積させた酸化シリコン膜１３を、本実施の形態で製造した研磨パッドを使用して研磨し（ＣＭＰ）、図１０に示すように素子分離層１４を形成する。その後、図１１に示すように、パターニングした窒化シリコン膜１１をエッチングにより除去する。このようにして、半導体ウェハ１０上に素子分離層１４を形成することができる。
【００２８】
以下に、酸化シリコン膜１３を堆積させた半導体ウェハ１０を本実施の形態で製造した研磨パッドを用いて研磨する工程を説明する。
【００２９】
図１２は、本実施の形態で製造した研磨パッド１を示したものである。研磨パッド１の表面には、氷粒を吹き付けることにより形成された凹凸がある。次に、研磨パッド１の表面にシリカ粒４を含んだスラリー（研磨液）を供給する。すると、図１３に示すように、スラリーに含まれるシリカ粒４が、氷粒を吹き付けることにより形成された凹部に保持される。次に、表面の凹部にシリカ粒４が保持された研磨パッド１に、酸化シリコン膜１３を堆積させた半導体ウェハ１０を接触させて研磨する。研磨すると、図１０に示したように、半導体ウェハ１０に、素子分離層１４を形成することができる一方、研磨パッド１の凹部には、図１４に示すように、半導体ウェハ１０を研磨した際に生ずる研磨屑やスラリーとの反応生成物などの残渣５がたまる。この残渣５がたまると、研磨パッドの研磨能力が低下するため、パッドコンディショニング（ドレッシング）を行う。パッドコンディショニングは、図１５に示すように、残渣５がたまった研磨パッド１上に、氷粒噴射ノズル２より吹き出した氷粒３を高速で吹き付けることにより行われる。研磨パッド１に吹き付けられた氷粒３により、研磨パッド１の表面の凹部にたまった残渣５が削りとられるとともに、研磨パッド１の表面に新たな凹凸が形成される。研磨パッド１に吹き付けられた氷粒３は、その後、溶解して純水となるため、削りとった残渣５を洗い流すことができる。
【００３０】
本実施の形態における半導体装置の製造方法で使用されるパッドコンディショニングは、研磨パッド１に高速で吹き付ける氷粒３によって行われ、表面にダイヤモンドを電着した固定砥石によっては行われない。したがって、ダイヤモンド砥粒の脱落は生じないため、研磨パッド１に付着したダイヤモンド砥粒によって、半導体ウェハ１０上にスクラッチを形成してしまうことは無くなる。すなわち、高速で吹き付けられた氷粒３は、研磨パッド１の凹部にたまった残渣５を削った後は、純水になってしまう。このため、半導体ウェハ１０上にスクラッチを形成することはない。
【００３１】
また、本実施の形態における半導体装置の製造方法で使用されるパッドコンディショニングは、研磨パッド１に高速で吹き付ける氷粒３によって行われ、金属円板の表面にダイヤモンドを電着した固定砥石によっては行われない。したがって、結合材である金属による研磨パッドへの汚染をなくすことができる。すなわち、研磨パッド１に高速で吹き付ける氷粒３を純水から製造することにより、研磨パッド１への汚染をなくすことができる。
【００３２】
以上、本発明者によってなされた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で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００３３】
前記実施の形態では、研磨パッドに吹き付ける氷粒を純水から製造する場合を説明したが、これに限らず、例えば固体から気体に変化するドライアイス（Ｎ_２）や固体から液体に変化するアルコールから製造された氷粒であってもよい。
【００３４】
前記実施の形態では、シリカ粒を含むスラリーを使用して半導体ウェハを研磨する例を説明したが、これに限らず、アルミナ粒や酸化マンガン粒を含むスラリーを使用して半導体ウェハを研磨する場合にも適用することができる。
【００３５】
また、前記実施の形態では、前記実施の形態における研磨パッドの製造方法によって製造された研磨パッドのパッドコンディショニングをする例を説明したが、これに限らず、例えば発泡構造を有する研磨パッドをパッドコンディショニングする場合にも適用することができる。
【００３６】
また、前記実施の形態では、半導体ウェハを研磨パッドで研磨し、その後パッドコンディショニングを行う工程として、半導体ウェハ上に素子分離層を形成する工程を例にとって説明したが、これに限らず、例えば半導体ウェハ上に層間絶縁膜を形成する工程やダマシン法を使用して配線を形成する工程などに適用してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本願によっ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、以下の通りである。
【００３８】
表面が平坦な研磨パッドに氷粒を高速で吹き付けることにより、研磨パッドの表面に凹凸を形成することができるので、研磨パッドを発泡構造にしなくてもよい。したがって、研磨パッドの製造コストを低くすることができる。このため、研磨パッドのランニングコストの上昇を抑制することができる。
【００３９】
研磨パッドの凹部にたまった残渣の除去を、氷粒を高速で吹き付けることにより行うため、ダイヤモンド砥粒の脱落に起因するスクラッチの発生をなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における研磨パッドの製造工程を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態における研磨パッドの製造工程を示す図である。
【図３】本発明の一実施の形態における研磨パッドの製造工程を示す図である。
【図４】本発明の一実施の形態における研磨パッドの製造工程を示す図である。
【図５】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程で使用する研磨パッドを示した図である。
【図１３】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程で使用する研磨パッドの凹部にシリカ粒が保持された状態を示す図である。
【図１４】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程で使用する研磨パッドの凹部に残渣がたまった状態を示す図である。
【図１５】本発明の一実施の形態における半導体装置の製造工程で使用する研磨パッドの凹部にたまった残渣を除去する状態を示す図である。
【符号の説明】
１　研磨パッド
２　氷粒噴射ノズル
３　氷粒
４　シリカ粒
５　残渣
１０　半導体ウェハ
１１　窒化シリコン膜
１２　素子分離溝
１３　酸化シリコン膜
１４　素子分離層

Claims

研磨パッドに氷粒を吹き付けることにより、前記研磨パッドの前記氷粒を吹き付けた面に凹凸を形成する工程を備えることを特徴とする研磨パッドの製造方法。
研磨パッドに氷粒を吹き付けることにより、前記研磨パッドの前記氷粒を吹き付けた面を粗面化する工程を備えることを特徴とする研磨パッドの製造方法。
研磨パッドに氷粒を吹き付けることにより、前記研磨パッドの前記氷粒を吹き付けた面に凹凸を形成する工程を備え、
前記氷粒は、純水を凍らせたものであることを特徴とする研磨パッドの製造方法。
（ａ）凹部と凸部とを形成した研磨パッド上に研磨液を供給する工程と、
（ｂ）前記研磨液を供給した前記研磨パッドに半導体ウェハを接触させて研磨する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記研磨パッドの前記凹部にたまった残渣を、前記研磨パッドに氷粒を吹き付けることにより除去する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
（ａ）凹部と凸部とを形成した研磨パッド上に研磨液を供給する工程と、
（ｂ）前記研磨液を供給した前記研磨パッドに半導体ウェハを接触させて研磨する工程と、
（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記研磨パッドの前記凹部にたまった残渣を、前記研磨パッドに氷粒を吹き付けることにより除去する工程とを備え、
前記氷粒は、純水を凍らせたものであることを特徴とする半導体装置の製造方法。