JP2004335648A

JP2004335648A - Cmp system, method for initializing cmp polishing pad and semiconductor device

Info

Publication number: JP2004335648A
Application number: JP2003128083A
Authority: JP
Inventors: Taro Ito; 太郎伊藤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2004-11-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a CMP system in which unnecessary matters on a polishing pad can be removed efficiently immediately after using a conditioner, and to provide a method for initializing a CMP polishing pad and a semiconductor device utilizing it. <P>SOLUTION: A conditioner 15 is arranged, along the vicinity of the outer circumference thereof, with a plurality of setting members 151 for bringing the surface of a polishing pad 12 close to the initial state, and unnecessary matter removing members 152 for removing polishing chips or abrasive grain residue on the surface of the polishing pad 12. A setting member 151 includes each pellet P electrodeposited with diamond abrasive grains G, for example, on the polishing pad contact part side. Each pallet P can be replaced easily depending on the conditions of deterioration. The unnecessary matter removing member 152 includes a movable supporting part S fixed with a nylon brush B on the polishing pad contact part side. The movable supporting part S is arranged such that one end side becomes a fixed shaft and the other end side is in movable state (arrow A5). <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置製造に係り、ウェハ上の被平坦化処理層をＣＭＰ（化学的機械的研磨）により平坦化する工程を前提とし、特にＣＭＰ用研磨パッドへのコンディショニングの最適化を伴うＣＭＰ装置及びＣＭＰ用研磨パッドのイニシャライズ方法及びこれを利用して形成される半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の微細化及び高集積化により、配線のいっそうの微細化、多層化が進む。多層化の際、ウェハ上に配線層や絶縁膜を積層すると表面が凹凸になる。この表面上にフォトリソグラフィ技術を利用してパターンマスクを形成していくと精度が劣化する。すなわち、素子の微細化により形成したい配線幅や間隔、ホール径などが小さくなるため、表面の凹凸によってパターンマスクの確度にばらつきが生じる。これにより、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などが懸念される。また、フォトリソグラフィ工程における露光時のフォーカスずれも問題にあげられる。
【０００３】
このような問題に対処するため、形成層間の平坦化を目的とした化学的機械的研磨、いわゆるＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術は不可欠である。すなわち、被平坦化処理層の凹凸部に加わるＣＭＰ用研磨パッド（研磨パッド）の圧力差により研磨レートの選択性を生じさせ、所定時間経過後には凹凸部をなだらかにし、平坦化に寄与する技術である。
【０００４】
ＣＭＰプロセスでは、一般に発泡ポリウレタン製の研磨パッドを回転させ、パッド表面にスラリー（砥粒入り研磨溶媒）を供給しながらウェハを研磨パッドに押し付ける。被平坦化処理層に対し、凸部には凹部に比べて大きな圧力がかかり、研磨レートは大きくなる。
【０００５】
ＣＭＰプロセスでは、研磨パッドの状態がウェハ研磨加工能率やウェハ面内研磨量不均一性（凸部を選択的に研磨する性能）を左右する重要な要素であることが知られている。研磨パッドにはＣＭＰ処理中の削り屑やスラリーの砥粒が残留するため、
【０００６】
研磨パッドは、ウェハ研磨加工処理を続けていくと劣化し、ウェハ研磨加工能率を著しく低下させる。つまり、研磨パッドの過剰な平滑化によって、スラリーを保持する機能（スラリー溜り）が減少してしまう。これにより、スラリーがパッド内に均一に広がらず、ウェハ面内研磨条件のばらつき、ひいてはウェハ研磨除去の能率低下を招く。そこで、平滑化された研磨パッドの表面を初期の表面状態と同等にするイニシャライズを行う。イニシャライズは、電着ダイヤモンド砥石が配備されたコンディショナ（ドレッサともいう）で目立てを行うパッドコンディショニングが一般的である。
【０００７】
研磨パッドの表面の目立てを行うと、研磨パッドの削り屑やスラリーの砥粒が残留する。また、時としてコンディショナのダイヤモンド刃が脱落し、研磨パッド上に残留する。これら不要な残留物を除去しなければならないが、水洗などでは除去しきれない場合がある。このような残留物を研磨パッド上に保有したまま次の製品処理を行うと、パッドコンディションが悪く、ウェハ研磨能率が低下する。さらに、ダイヤモンド刃の残留物はウェハ研磨中にウェハ表面のスクラッチを誘発し不良発生の原因となる。
【０００８】
従来技術として、研磨パッド表面をブラッシングすることによって研磨パッドの表面に存在する粒子を除去する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、研磨パッドブラシを設けて、研磨パッドの表面に形成された溝に嵌め込まれている研磨粒子塊及び粒子を除去する。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１０−２０２５０７（第４，５頁、図３〜５）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術ではコンディショナとは別に研磨パッドブラシを設ける点から、コンディショナ使用直後では研磨パッド上の不要物を除去する段階には入らず、効率的な面で改良の余地がある。
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、研磨パッド上の不要物をコンディショナ使用直後から効率的に除去することのできるＣＭＰ装置及びＣＭＰ用研磨パッドのイニシャライズ方法及びその利用を経る半導体装置を提供すようとするものである。
【００１１】
本発明は上記のような事情を考慮してなされたもので、研磨パッド上の不要物をコンディショナ使用直後から効率的に除去することのできるＣＭＰ装置及びＣＭＰ用研磨パッドのイニシャライズ方法及びその利用を経る半導体装置を提供すようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るＣＭＰ装置は、半導体ウェハ上の被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ装置に関し、研磨パッドが配された研磨盤と、前記半導体ウェハを保持しそのウェハ表面を研磨パッドに接触させるウェハキャリアと、前記研磨パッド表面の目立て用部材と不要物除去用部材が複数配され前記研磨パッドの表面状態をドレスするコンディショナと、を具備したことを特徴とする。
【００１３】
上記本発明に係るＣＭＰ装置によれば、コンディショナは研磨パッド表面に対する目立て用部材と不要物除去用部材が複数配された形態をとっている。これにより、半導体ウェハの研磨中またはドレスのみの時間などの装置可動時の間における所定段階において、コンディショナはドレスと同時に研磨パッドの表面状態を清浄な状態にするよう作用する。より効率的な研磨パッドのコンディショニングに寄与する。
【００１４】
なお、上記本発明に係るＣＭＰ装置において、より好ましい実施態様として次のような特徴を少なくとも一つ有する。
前記コンディショナは、前記目立て用部材と前記不要物除去用部材が少なくとも外周近傍に沿って配されている回転盤であることを特徴とする。
前記コンディショナは、前記目立て用部材と前記不要物除去用部材が交互に配されている回転盤であり、前記不要物除去用部材それぞれは所定部を支点とした可動状態になっていることを特徴とする。
前記コンディショナは、少なくとも前記目立て用部材と前記不要物除去用部材が前記研磨パッドへ接触する第１形態と前記不要物除去用部材のみが前記研磨パッドへ接触する第２形態を有し、前記第１形態または前記第２形態が選択されることを特徴とする。
前記コンディショナは、前記目立て用部材と前記不要物除去用部材が各々独立して制御され、少なくとも前記目立て用部材と前記不要物除去用部材が前記研磨パッドへ接触する第１形態と前記不要物除去用部材のみが前記研磨パッドへ接触する第２形態を有し、前記第１形態または前記第２形態が選択されることを特徴とする。
前記コンディショナは、前記目立て用部材として前記研磨パッドへ接触する固定砥粒を備え、前記不要物除去用部材として前記研磨パッドへ接触するブラシを備えていることを特徴とする。
前記コンディショナは、前記目立て用部材として前記研磨パッドへ接触する固定砥粒を備え、前記不要物除去用部材として前記研磨パッドへ接触するブラシを備え、洗浄液の供給口を備えていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係るＣＭＰ用研磨パッドのイニシャライズ方法は、半導体ウェハ上の被平坦化処理層を化学的機械的研磨により平坦化するＣＭＰ工程において、研磨盤に配設された研磨パッドにスラリーが供給されつつ前記半導体ウェハが擦り付けられることにより、前記半導体ウェハを研磨する研磨工程と、前記研磨工程の最中、前記研磨工程の前か後いずれかの段階で前記研磨パッドをコンディショナによりドレス制御するドレス制御工程と、を具備し、前記ドレス制御工程は、一つの回転盤で前記研磨パッドに対する目立て処理と共に不要な残留物を除去する清掃処理を達成することを特徴とする。
【００１６】
上記本発明に係るＣＭＰ用研磨パッドのイニシャライズ方法によれば、コンディショナのドレス制御は、一つの回転盤で研磨パッドに対する目立て処理と共に不要な残留物を除去する清掃処理を達成する。これにより、半導体ウェハの研磨中またはドレスのみの時間などの装置可動時の間における所定段階において、研磨パッドの表面状態をより清浄な状態にしながらドレス制御が可能である。より効率的な研磨パッドのコンディショニングに寄与する。
【００１７】
なお、本発明に係るＣＭＰ用研磨パッドのイニシャライズ方法において、より好ましい実施態様として次のような特徴を少なくとも一つ有する。
前記ドレス制御工程は、前記目立て処理及び前記清掃処理の同時処理、及び前記清掃処理のみの２つのモードを組み合わせて行うことを特徴とする。
前記ドレス制御工程に関し、前記コンディショナは砥粒及びブラシを配備した回転盤であり、前記コンディショナの回転数を可変制御して対処することを特徴とする。
前記ドレス制御工程に関し、前記コンディショナは砥粒及びブラシを配備した回転盤であり、前記研磨パッドへの前記コンディショナの押圧力を可変制御して対処することを特徴とする。
前記ドレス制御工程に関し、前記コンディショナは砥粒及びブラシを配備した回転盤であり、前記研磨パッド上における前記コンディショナの任意の領域への移動を可能にして対処することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示す概略図である。図１（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）中のコンディショナの要部で、接触面側の構成を示す平面図及び１Ｃ−１Ｃ線断面図である。
研磨側の研磨盤１１は、例えばポリウレタン製の研磨パッド１２を配し所定の回転速度で回転する（矢印Ａ１）。ウェハキャリア１３はワークホルダとも呼ばれ、半導体ウェハ１４を保持し、研磨盤１１の中心（×印）から所定距離離れた領域でウェハ表面を水平に研磨パッド１２に適当な圧力で接触させ、回転する（矢印Ａ２）。ウェハキャリア１３は回転しながら研磨盤１１内で移動制御されてもよい。ウェハ研磨時、研磨パッド１２上にはスラリー（砥粒入り研磨溶媒）が供給される。研磨パッド１２に押し付けられたウェハ１４主表面の被平坦化処理層において、凸部には凹部に比べて大きな圧力がかかり、研磨レートは大きくなる。研磨盤１１及びウェハキャリア１３それぞれの制御部は図示しないが、ウェハ１４主表面の被平坦化処理のため効果的に機能する。
【００１９】
コンディショナ１５はドレッサとも呼ばれ、矢印Ａ３、Ａ４のように回転移動させながら研磨パッド１２の表面状態をドレス制御する。ドレス制御機構１６はコンディショナ１５のドレス動作を制御する。
コンディショナ１５は、研磨パッドへの接触側において、図１（ｂ）に示されるような構成を有する。研磨パッド１２表面を擦り初期状態に近付けるための目立て用部材１５１と、研磨パッド１２表面における削り屑や砥粒残留物等を排除するための不要物除去用部材１５２とが外周近傍に沿って複数配設されている。図では、目立て用部材１５１と不要物除去用部材１５２とが外周近傍に沿って交互に配設されている。
【００２０】
目立て用部材１５１は、研磨パッド接触部側に例えばダイヤモンド砥粒Ｇを電着した各ペレットＰを含む。各ペレットＰは劣化状況に応じて容易に交換可能である。不要物除去用部材１５２は、研磨パッド接触部側に例えばナイロンブラシＢの付いた可動支持部Ｓを含む。ブラシＢは可動支持部Ｓから部分的に取り外せるユニット構成でもよい。これにより、ブラシＢは劣化状況に応じて容易に交換可能である。ブラシＢは、ダイヤモンド砥粒Ｇが研磨パッド１２に接触するとき、研磨パッド１２の凹凸表面に十分にブラシ先端が接触可能な長さに設定される。可動支持部Ｓは、一方端側が固定軸となり、他方端側が可動状態（矢印Ａ５）になるよう構成されている。ここでは、可動支持部Ｓが研磨パッド１２やコンディショナ１５の回転数や押圧力の関係に応じて矢印Ａ５の範囲のいずれかの位置に可変される。これによりブラシＢ位置が可変になる形態を構成している。図１（ｃ）には、可動不要物除去用部材１５２に関し、可動支持部Ｓの一例として一方端側の固定軸Ｓ１と他方端側の可動軸Ｓ２が示されている。
【００２１】
コンディショナ１５による、研磨パッド１２表面のイニシャライズ方法は次のようである。研磨パッド１２表面にスラリーが供給されウェハキャリア１３の押し付けによって半導体ウェハ１４に対する化学的機械的研磨が実施される。この化学的機械的研磨実施の間、またはこの研磨実施の前か後の少なくともいずれかの段階において、コンディショナ１５は研磨パッド１２表面の目立てと残留物除去を兼ねたドレス動作を実施する。ここで、上記半導体ウェハ１４に対する化学的機械的研磨が実施される間とは、研磨実施中を含む装置可動時の間を意味し、研磨パッド１２から半導体ウェハ１４が一時的に離れる時間も入る。例えばウェハキャリア１３が研磨パッド１２から一時的に離れ半導体ウェハ１４の表面状態を計測するような状況にある場合が考えられる。
【００２２】
コンディショナ１５によるドレス制御は、ドレス制御機構１６に従って達成される。研磨パッド１２表面の状況に応じて、回転数が可変制御されることが考えられる。あるいは、研磨パッド１２への押圧力が可変制御されることが考えられる。また、これら可変制御と共にコンディショナ１５自体によるドレス領域の移動を伴うことも考えられる。コンディショナ１５が研磨パッド１２に接触しドレス動作している間、洗浄液（純水等）が適宜供給される。洗浄液は研磨パッド１２上の所定部に向って供給される。コンディショナ１５の所定部、例えば中心部に洗浄液の供給口１７が設けられるようにしてもよい。
【００２３】
上記実施形態及び研磨パッドのイニシャライズ方法によれば、研磨パッド１２のドレス時、コンディショナ１５の目立て用部材１５１による削り屑やダイヤモンド砥粒Ｇの脱落が発生したとしても、同時に不要物除去用部材１５２が清掃する。すなわち、コンディショナ１５使用直後から効率的に削り屑や脱落ダイヤモンド砥粒の排出を促進する。これにより、平坦化処理するウェハ表面のスクラッチを抑制することができ、不良を低減する。また、研磨パッド１２表面の迅速な清浄化が達成されるので、研磨パッド１２表面の目立てを適切に行うことができる。これにより、研磨パッド１２のイニシャライズについて信頼性が向上すると共に研磨パッド１２の寿命が延びる利点を有する。
【００２４】
図２（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示す概略図である。図２（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）中のコンディショナの要部で、接触面側の構成を示す平面図及び２Ｃ−２Ｃ線断面図である。前記第１実施形態と同様の箇所には前記図１中で用いた符号を付す。第１実施形態に比べて、コンディショナ２５の構成が異なる。ドレス制御機構２６はコンディショナ２５のドレス動作を制御する。その他の構成について同様の説明は省略する。
図２（ｂ），（ｃ）を参照すると、コンディショナ２５は、研磨パッド１２表面を擦り初期状態に近付けるための目立て用部材２５１と、研磨パッド１２表面における削り屑や砥粒残留物等を排除するための不要物除去用部材２５２とが外周近傍に沿って複数配設されている。図では、目立て用部材２５１と不要物除去用部材２５２とが外周近傍に沿って交互に略等間隔で配設されている。
【００２５】
目立て用部材２５１は、研磨パッド接触部側に例えばダイヤモンド砥粒Ｇを電着した各ペレットＰ１を含む。各ペレットＰ１は劣化状況に応じて容易に交換可能である。不要物除去用部材２５２は、研磨パッド接触部側に例えばナイロンブラシＢの付いた各ペレットＰ２を含む。各ペレットＰ２は劣化状況に応じて容易に交換可能である。各ペレットＰ２に設けられたブラシＢは、ダイヤモンド砥粒Ｇが研磨パッド１２に接触するとき、研磨パッド１２の凹凸表面に十分にブラシ先端が接触可能な長さに設定される。
【００２６】
コンディショナ２５による研磨パッド１２表面のイニシャライズ方法は、第１実施形態と同様である。すなわち、半導体ウェハ１４に対する化学的機械的研磨が実施される間、またはこの研磨実施の前か後の少なくともいずれかの段階において、研磨パッド１２表面の目立てと残留物除去を兼ねたドレス動作を実施する。コンディショナ２５によるドレス制御は、ドレス制御機構２６に従って達成される。研磨パッド１２表面の状況に応じて、回転数が可変制御されることが考えられる。あるいは、研磨パッド１２への押圧力が可変制御されることが考えられる。また、これら可変制御と共にコンディショナ２５自体によるドレス領域の移動を伴うことも考えられる。コンディショナ２５が研磨パッド１２に接触しドレス動作している間、洗浄液（純水等）が適宜供給される。洗浄液は研磨パッド１２上の所定部に向って供給される。コンディショナ２５の所定部、例えば中心部に洗浄液の供給口２７が設けられるようにしてもよい。
【００２７】
上記実施形態及び研磨パッドのイニシャライズ方法によれば、研磨パッド１２のドレス時、コンディショナ２５の目立て用部材２５１による削り屑やダイヤモンド砥粒Ｇの脱落が発生したとしても、同時に不要物除去用部材２５２が清掃する。すなわち、コンディショナ２５使用直後から効率的に削り屑や脱落ダイヤモンド砥粒の排出を促進する。これにより、平坦化処理するウェハ表面のスクラッチを抑制することができ、不良を低減する。また、研磨パッド１２表面の迅速な清浄化が達成されるので、研磨パッド１２表面の目立てを適切に行うことができる。これにより、研磨パッド１２のイニシャライズについて信頼性が向上すると共に研磨パッド１２の寿命が延びる利点を有する。
【００２８】
図３（ａ）は、本発明の第３実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示す概略図である。図２（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図３（ａ）中のコンディショナの要部で、接触面側の構成を示す平面図及び３Ｃ−３Ｃ線断面図である。前記第１実施形態と同様の箇所には前記図１中で用いた符号を付す。第１実施形態に比べて、コンディショナ３５の構成が異なる。ドレス制御機構３６はコンディショナ３５のドレス動作を制御する。その他の構成について同様の説明は省略する。
図３（ｂ），（ｃ）を参照すると、コンディショナ３５は、研磨パッド１２表面を擦り初期状態に近付けるための目立て用部材３５１と、研磨パッド１２表面における削り屑や砥粒残留物等を排除するための不要物除去用部材３５２とが外周近傍に沿って複数配設されている。図では、目立て用部材３５１と不要物除去用部材３５２とが外周近傍に沿って交互に略等間隔で配設されている。
【００２９】
目立て用部材３５１は、研磨パッド接触部側に例えばダイヤモンド砥粒Ｇを電着した各ペレットＰ１を含む。各ペレットＰ１は劣化状況に応じて容易に交換可能である。不要物除去用部材３５２は、研磨パッド接触部側に例えばナイロンブラシＢの付いた各ペレットＰ２を含む。各ペレットＰ２は劣化状況に応じて容易に交換可能である。
【００３０】
この実施形態では、外観構成は前記第２実施形態と同様であるが、不要物除去用部材３５２の各ペレットＰ２の高さが可変となる構成となっている。各ペレットＰ２は昇降機構３８につながり昇降制御される。これにより、コンディショナ３５は、少なくとも目立て用部材３５１と不要物除去用部材３５２が研磨パッド１２へ接触する第１形態ＭＯＤＥ１と、不要物除去用部材３５２のみが研磨パッド１２へ接触する第２形態ＭＯＤＥ２を有する。これらＭＯＤＥ１，２のいずれかが選択されることにより、研磨パッド１２表面の目立て及び残留物除去を達成するＭＯＤＥ１ドレス動作、研磨パッド１２表面の清掃専用動作を達成するＭＯＤＥ２ドレス動作が利用できる。
【００３１】
コンディショナ３５による、研磨パッド１２表面のイニシャライズ方法は次のようである。研磨パッド１２にスラリーが供給されウェハキャリア１３の押し付けによって半導体ウェハ１４に対する化学的機械的研磨が実施される。この化学的機械的研磨実施の間、またはこの研磨実施の前か後の少なくともいずれかの段階においてコンディショナ３５は、ＭＯＤＥ１ドレス動作、ＭＯＤＥ２ドレス動作いずれかの動作が選択され実施される。コンディショナ３５によるドレス制御は、ドレス制御機構３６に従って達成される。例えば、ＭＯＤＥ１→ＭＯＤＥ２、あるいは、ＭＯＤＥ２→ＭＯＤＥ１、さらには、ＭＯＤＥ２→ＭＯＤＥ１→ＭＯＤＥ２など、段階に応じてドレス動作の効果的なシーケンスを組むこともできる。コンディショナ３５が研磨パッド１２に接触しドレス動作あるいは清掃専用動作している間、洗浄液（純水等）が適宜供給される。洗浄液は研磨パッド１２上の所定部に向って供給される。コンディショナ３５の所定部、例えば中心部に洗浄液の供給口３７が設けられるようにしてもよい。
【００３２】
上記実施形態及び研磨パッドのイニシャライズ方法によれば、研磨パッド１２のドレス時、コンディショナ３５の目立て用部材３５１による削り屑やダイヤモンド砥粒Ｇの脱落が発生したとしても、同時に不要物除去用部材３５２が清掃する。さらに、不要物除去用部材３５２のみ用いられる清掃専用の期間（ＭＯＤＥ２ドレス動作）によっても研磨パッド１２表面の清浄化が達成される。すなわち、コンディショナ３５使用直後から効率的に削り屑や脱落ダイヤモンド砥粒の排出を促進する。これにより、平坦化処理するウェハ表面のスクラッチを抑制することができ、不良を低減する。また、研磨パッド１２表面の迅速な清浄化が達成されるので、研磨パッド１２表面の目立てを適切に行うことができる。これにより、研磨パッド１２のイニシャライズについて信頼性が向上すると共に研磨パッド１２の寿命が延びる利点を有する。
【００３３】
図４（ａ）は、本発明の第４実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示す概略図である。図４（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図４（ａ）中のコンディショナの要部で、接触面側の構成を示す平面図及び４Ｃ−４Ｃ線断面図である。前記第１実施形態と同様の箇所には前記図１中で用いた符号を付す。第１実施形態に比べて、コンディショナ４５の構成が異なる。ドレス制御機構４６はコンディショナ４５のドレス動作を制御する。その他の構成について同様の説明は省略する。
図４（ｂ），（ｃ）を参照すると、コンディショナ４５は、研磨パッド１２表面を擦り初期状態に近付けるための目立て用部材４５１と、研磨パッド１２表面における削り屑や砥粒残留物等を排除するための不要物除去用部材４５２とが外周近傍に沿って複数配設されている。図では、目立て用部材４５１の外側に不要物除去用部材４５２が配列されている。
【００３４】
目立て用部材４５１は、研磨パッド接触部側に例えばダイヤモンド砥粒Ｇを電着した各ペレットＰ１を含み内側回転盤に設けられている。各ペレットＰ１は劣化状況に応じて容易に交換可能である。不要物除去用部材４５２は、研磨パッド接触部側に例えばナイロンブラシＢの付いた各ペレットＰ２を含む外側リング回転盤となっている。各ペレットＰ２は劣化状況に応じて容易に交換可能である。
【００３５】
この実施形態において、不要物除去用部材４５２の各ペレットＰ２の高さが可変となる構成を有する。外側リング回転盤としての不要物除去用部材４５２は昇降機構４８につながり昇降制御される。これにより、コンディショナ４５は、少なくとも目立て用部材４５１と不要物除去用部材４５２が研磨パッド１２へ接触する第１形態ＭＯＤＥ１と、不要物除去用部材４５２のみが研磨パッド１２へ接触する第２形態ＭＯＤＥ２を有する。これらＭＯＤＥ１，２のいずれかが選択されることにより、研磨パッド１２表面の目立て及び残留物除去を達成するＭＯＤＥ１ドレス動作、研磨パッド１２表面の清掃専用動作を達成するＭＯＤＥ２ドレス動作が利用できる。
【００３６】
コンディショナ４５による、研磨パッド１２表面のイニシャライズ方法は次のようである。研磨パッド１２にスラリーが供給されウェハキャリア１３の押し付けによって半導体ウェハ１４に対する化学的機械的研磨が実施される。この化学的機械的研磨実施の間、またはこの研磨実施の前か後の少なくともいずれかの段階においてコンディショナ４５は、ＭＯＤＥ１ドレス動作、ＭＯＤＥ２ドレス動作いずれかの動作が選択され実施される。コンディショナ４５によるドレス制御は、ドレス制御機構４６に従って達成される。例えば、ＭＯＤＥ１→ＭＯＤＥ２、あるいは、ＭＯＤＥ２→ＭＯＤＥ１、さらには、ＭＯＤＥ２→ＭＯＤＥ１→ＭＯＤＥ２など、段階に応じてドレス動作の効果的なシーケンスを組むこともできる。コンディショナ４５が研磨パッド１２に接触しドレス動作あるいは清掃専用動作している間、洗浄液（純水等）が適宜供給される。洗浄液は研磨パッド１２上の所定部に向って供給される。コンディショナ４５の所定部、例えば中心部に洗浄液の供給口４７が設けられるようにしてもよい。
【００３７】
上記実施形態及び研磨パッドのイニシャライズ方法によれば、研磨パッド１２のドレス時、コンディショナ４５の目立て用部材４５１による削り屑やダイヤモンド砥粒Ｇの脱落が発生したとしても、同時に不要物除去用部材４５２が清掃する。さらに、不要物除去用部材３５２のみ用いられる清掃専用の期間（ＭＯＤＥ２ドレス動作）によっても研磨パッド１２表面の清浄化が達成される。すなわち、コンディショナ４５使用直後から効率的に削り屑や脱落ダイヤモンド砥粒の排出を促進する。これにより、平坦化処理するウェハ表面のスクラッチを抑制することができ、不良を低減する。また、研磨パッド１２表面の迅速な清浄化が達成されるので、研磨パッド１２表面の目立てを適切に行うことができる。これにより、研磨パッド１２のイニシャライズについて信頼性が向上すると共に研磨パッド１２の寿命が延びる利点を有する。
【００３８】
なお、上記各実施形態のドレス制御機構１６，２６，３６，４６は、化学的機械的研磨の実施中を含む装置可動時の間における所定段階で研磨パッド１２の表面状態を把握し、ドレス制御動作に反映させてもよい。例えば、研磨パッド１２への反射光の干渉現象を利用する光学系の光膜厚測定器による研磨パッド表面状態の把握を利用する。これにより、研磨パッド１２の表面を最小限のドレスで常に良好な状態に維持するようにする。研磨パッド１２（及びコンディショナ）の過剰な消耗を防ぎ、長寿命に寄与する効率的なドレスを実現する。
【００３９】
以上説明したように本発明によれば、半導体ウェハの化学的機械的研磨により常に変動する研磨パッドの表面状態を、コンディショナ使用直後から効率的に削り屑や脱落ダイヤモンド砥粒の排出を促進する。これにより、研磨パッドは消耗が最小限に抑えられ、より効率的な研磨パッドのコンディショニングに寄与する。常に良好な状態を保つようになる。この結果、研磨パッド上の不要物をコンディショナ使用直後から効率的に除去することのできるＣＭＰ装置及びＣＭＰ用研磨パッドのイニシャライズ方法及びその利用を経る半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示す各図。
【図２】第２実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示す各図。
【図３】第３実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示す各図。
【図４】第４実施形態に係るＣＭＰ装置の要部構成を示す各図。
【符号の説明】
１１…研磨盤、１２…研磨パッド、１３…ウェハキャリア（ワークホルダ）、１４…半導体ウェハ、１５，２５，３５，４５…コンディショナ（ドレッサ）、１５１，２５１，３５１，４５１…目立て用部材、１５２，２５２，３５２，４５２…不要物除去用部材、１６，２６，３６，４６…ドレス制御機構、１７，２７，３７，４７…洗浄液の供給口、３８，４８…昇降機構。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to the manufacture of semiconductor devices, and presupposes a step of flattening a planarization processing layer on a wafer by CMP (Chemical Mechanical Polishing). In particular, the present invention relates to CMP with optimization of conditioning to a polishing pad for CMP. The present invention relates to an apparatus, a method for initializing a polishing pad for CMP, and a semiconductor device formed using the method.
[0002]
[Prior art]
With the miniaturization and high integration of semiconductor elements, further miniaturization and multi-layering of wirings are progressing. In the case of multi-layering, if a wiring layer or an insulating film is laminated on a wafer, the surface becomes uneven. When a pattern mask is formed on this surface by using photolithography technology, accuracy deteriorates. In other words, the wiring width, interval, hole diameter, and the like to be formed due to the miniaturization of the element become small, so that the accuracy of the pattern mask varies due to the unevenness of the surface. As a result, there is a concern about an open defect due to disconnection of the wiring and a short circuit due to a defective insulation between wiring layers. In addition, there is a problem of a focus shift at the time of exposure in the photolithography process.
[0003]
In order to cope with such a problem, chemical mechanical polishing for so-called planarization between formation layers, that is, a so-called CMP (Chemical Mechanical Polishing) technique is indispensable. In other words, a technique for causing a selectivity of a polishing rate due to a pressure difference of a polishing pad (polishing pad) for CMP applied to an uneven portion of a layer to be flattened and smoothing the uneven portion after a predetermined time elapses, thereby contributing to flattening. It is.
[0004]
In the CMP process, generally, a polishing pad made of foamed polyurethane is rotated, and a wafer is pressed against the polishing pad while slurry (polishing solvent containing abrasive grains) is supplied to the pad surface. A greater pressure is applied to the convex portions than to the concave portions on the planarization processing layer, and the polishing rate increases.
[0005]
In the CMP process, it is known that the state of the polishing pad is an important factor that affects the wafer polishing efficiency and the non-uniformity of the polishing amount in the wafer surface (the ability to selectively polish the convex portion). Since shavings during CMP processing and abrasive grains of slurry remain on the polishing pad,
[0006]
The polishing pad deteriorates as the wafer polishing process is continued, and significantly lowers the wafer polishing efficiency. That is, due to excessive smoothing of the polishing pad, the function of holding the slurry (slurry pool) decreases. As a result, the slurry does not spread evenly in the pad, causing variations in polishing conditions within the wafer surface, and consequently lowering the efficiency of wafer polishing removal. Therefore, initialization is performed to make the smoothed surface of the polishing pad equal to the initial surface state. Initialization is generally pad conditioning in which a conditioner (also referred to as a dresser) provided with an electrodeposited diamond grindstone is used for dressing.
[0007]
When the surface of the polishing pad is dressed, shavings of the polishing pad and abrasive grains of the slurry remain. Also, the diamond blade of the conditioner sometimes falls off and remains on the polishing pad. These unnecessary residues must be removed, but may not be completely removed by washing with water or the like. If the next product processing is performed while holding such a residue on the polishing pad, the pad condition is poor and the wafer polishing efficiency is reduced. Furthermore, the residue of the diamond blade induces scratches on the wafer surface during wafer polishing, which causes defects.
[0008]
As a conventional technique, a configuration is disclosed in which particles present on the surface of a polishing pad are removed by brushing the surface of the polishing pad (for example, see Patent Document 1). In Patent Literature 1, a polishing pad brush is provided to remove abrasive particle clumps and particles fitted in grooves formed on the surface of the polishing pad.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-10-202507 (pages 4, 5; FIGS. 3 to 5).
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art, since the polishing pad brush is provided separately from the conditioner, immediately after using the conditioner, it is not possible to enter a stage of removing unnecessary substances on the polishing pad, and there is room for improvement in efficiency.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a CMP apparatus and a CMP polishing pad initializing method capable of efficiently removing unnecessary substances on a polishing pad immediately after use of a conditioner, and use thereof. It is intended to provide a semiconductor device which goes through.
[0011]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a CMP apparatus and a CMP polishing pad initializing method capable of efficiently removing unnecessary substances on a polishing pad immediately after use of a conditioner, and use thereof. It is intended to provide a semiconductor device which goes through the following.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The CMP apparatus according to the present invention relates to a CMP apparatus for flattening a layer to be flattened on a semiconductor wafer by chemical-mechanical polishing, comprising: a polishing plate on which a polishing pad is disposed; And a conditioner for arranging a plurality of members for sharpening the surface of the polishing pad and members for removing unnecessary substances and dressing the surface state of the polishing pad.
[0013]
According to the CMP apparatus of the present invention, the conditioner has a form in which a plurality of dressing members and unnecessary material removing members are arranged on the polishing pad surface. Thus, at a predetermined stage during operation of the apparatus, such as during polishing of the semiconductor wafer or during dressing only, the conditioner acts to clean the surface state of the polishing pad simultaneously with the dressing. It contributes to more efficient polishing pad conditioning.
[0014]
The CMP apparatus according to the present invention has at least one of the following features as a more preferred embodiment.
The conditioner is a turntable in which the dressing member and the unnecessary material removing member are arranged at least along the vicinity of the outer periphery.
The conditioner is a turntable in which the dressing members and the unnecessary material removing members are alternately arranged, and each of the unnecessary material removing members is in a movable state with a predetermined portion as a fulcrum. Features.
The conditioner has a first mode in which at least the dressing member and the unnecessary substance removing member are in contact with the polishing pad, and a second mode in which only the unnecessary substance removing member is in contact with the polishing pad, The first mode or the second mode is selected.
In the conditioner, the dressing member and the unnecessary material removing member are independently controlled, and at least the first mode in which the dressing member and the unnecessary material removing member come into contact with the polishing pad, and the unnecessary material. Only the removing member has a second mode in which the polishing pad is in contact with the polishing pad, and the first mode or the second mode is selected.
The conditioner is characterized in that the conditioner includes fixed abrasive grains that contact the polishing pad as the dressing member, and a brush that contacts the polishing pad as the unnecessary object removing member.
The conditioner includes fixed abrasive grains that contact the polishing pad as the dressing member, includes a brush that contacts the polishing pad as the unnecessary object removing member, and includes a cleaning liquid supply port. And
[0015]
In the method for initializing a polishing pad for CMP according to the present invention, in a CMP step of flattening a planarization processing layer on a semiconductor wafer by chemical mechanical polishing, slurry is supplied to a polishing pad provided on a polishing board. A polishing step of polishing the semiconductor wafer by the rubbing of the semiconductor wafer, and a dress controlling the dressing of the polishing pad by a conditioner at any stage before or after the polishing step during the polishing step. A dressing control step, wherein the dressing step achieves a dressing process for the polishing pad and a cleaning process for removing unnecessary residues with a single rotating disk.
[0016]
According to the method for initializing a polishing pad for CMP according to the present invention, the dressing of the conditioner achieves a dressing process for the polishing pad and a cleaning process for removing unnecessary residues with a single rotating disk. Thus, at a predetermined stage during operation of the apparatus, such as during polishing of the semiconductor wafer or during dressing alone, dress control can be performed while keeping the surface state of the polishing pad more clean. It contributes to more efficient polishing pad conditioning.
[0017]
The method for initializing a polishing pad for CMP according to the present invention has at least one of the following features as a more preferred embodiment.
The dress control step is performed by combining two modes of simultaneous processing of the dressing processing and the cleaning processing and only the cleaning processing.
Regarding the dress control step, the conditioner is a turntable provided with abrasive grains and a brush, and the conditioner is variably controlled to control the number of rotations of the conditioner.
Regarding the dress control step, the conditioner is a rotating disk provided with abrasive grains and brushes, and the pressing force of the conditioner on the polishing pad is variably controlled to cope with the situation.
Regarding the dress control step, the conditioner is a rotating disk provided with abrasive grains and brushes, and is capable of moving the conditioner to an arbitrary region on the polishing pad.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1A is a schematic diagram illustrating a main configuration of a CMP apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 1B and 1C are a plan view and a cross-sectional view taken along the line 1C-1C, respectively, showing a configuration of a contact surface side of a main part of the conditioner in FIG.
The polishing plate 11 on the polishing side is provided with a polishing pad 12 made of, for example, polyurethane, and rotates at a predetermined rotation speed (arrow A1). The wafer carrier 13 is also called a work holder, holds the semiconductor wafer 14, and brings the wafer surface horizontally into contact with the polishing pad 12 at an appropriate pressure at a predetermined distance from the center (marked by “x”) of the polishing board 11 to rotate the wafer. (Arrow A2). The movement of the wafer carrier 13 may be controlled within the polishing board 11 while rotating. During wafer polishing, a slurry (polishing solvent containing abrasive grains) is supplied onto the polishing pad 12. In the planarization processing layer on the main surface of the wafer 14 pressed against the polishing pad 12, a larger pressure is applied to the convex portions than to the concave portions, and the polishing rate is increased. Although the control units of the polishing machine 11 and the wafer carrier 13 are not shown, they function effectively for flattening the main surface of the wafer 14.
[0019]
The conditioner 15 is also called a dresser, and dress-controls the surface state of the polishing pad 12 while rotating and moving as indicated by arrows A3 and A4. The dress control mechanism 16 controls a dress operation of the conditioner 15.
The conditioner 15 has a configuration as shown in FIG. 1B on the contact side with the polishing pad. A plurality of sharpening members 151 for rubbing the surface of the polishing pad 12 to approach an initial state and a plurality of unnecessary material removing members 152 for removing shavings, abrasive residue, and the like on the surface of the polishing pad 12 are provided along the periphery. It is arranged. In the figure, dressing members 151 and unnecessary object removing members 152 are alternately arranged along the vicinity of the outer periphery.
[0020]
The dressing member 151 includes, for example, each pellet P on which a diamond abrasive grain G is electrodeposited on the polishing pad contact portion side. Each of the pellets P can be easily replaced according to the state of deterioration. The unnecessary member removing member 152 includes a movable support portion S having, for example, a nylon brush B on the polishing pad contact portion side. The brush B may have a unit configuration that can be partially removed from the movable support portion S. Thus, the brush B can be easily replaced according to the state of deterioration. The length of the brush B is set such that the tip of the brush can sufficiently contact the uneven surface of the polishing pad 12 when the diamond abrasive grains G contact the polishing pad 12. The movable support portion S is configured such that one end side is a fixed shaft and the other end side is in a movable state (arrow A5). Here, the movable support portion S is changed to any position in the range of the arrow A5 according to the relationship between the rotation speed and the pressing force of the polishing pad 12 and the conditioner 15. Thereby, the brush B position is configured to be variable. FIG. 1C shows a fixed shaft S1 on one end side and a movable shaft S2 on the other end side as an example of the movable support portion S with respect to the movable unnecessary object removing member 152.
[0021]
The method of initializing the surface of the polishing pad 12 by the conditioner 15 is as follows. The slurry is supplied to the surface of the polishing pad 12, and the semiconductor wafer 14 is chemically and mechanically polished by pressing the wafer carrier 13. During the chemical mechanical polishing, or at least before or after the polishing, the conditioner 15 performs a dressing operation for both sharpening the surface of the polishing pad 12 and removing residues. Here, the period during which the chemical mechanical polishing is performed on the semiconductor wafer 14 means a period during which the apparatus is in operation, including during the polishing, and includes a time during which the semiconductor wafer 14 is temporarily separated from the polishing pad 12. For example, there may be a case where the wafer carrier 13 is temporarily separated from the polishing pad 12 and the surface state of the semiconductor wafer 14 is measured.
[0022]
Dress control by the conditioner 15 is achieved according to a dress control mechanism 16. It is conceivable that the number of rotations is variably controlled according to the condition of the surface of the polishing pad 12. Alternatively, the pressing force on the polishing pad 12 may be variably controlled. Also, it is conceivable that the dresser 15 moves the dress area together with the variable control. While the conditioner 15 is in contact with the polishing pad 12 and performing a dressing operation, a cleaning liquid (pure water or the like) is appropriately supplied. The cleaning liquid is supplied toward a predetermined portion on the polishing pad 12. A cleaning liquid supply port 17 may be provided at a predetermined portion of the conditioner 15, for example, at the center.
[0023]
According to the above-described embodiment and the method for initializing the polishing pad, even when shavings or diamond abrasive grains G are dropped by the dressing member 151 of the conditioner 15 when the polishing pad 12 is dressed, the unnecessary material removing member is also used. 152 cleans. That is, the discharge of the shavings and the dropped diamond abrasive grains is efficiently promoted immediately after the use of the conditioner 15. As a result, scratches on the wafer surface to be planarized can be suppressed, and defects can be reduced. In addition, since the surface of the polishing pad 12 is quickly cleaned, the surface of the polishing pad 12 can be properly dressed. Thereby, there is an advantage that the reliability of the initialization of the polishing pad 12 is improved and the life of the polishing pad 12 is extended.
[0024]
FIG. 2A is a schematic diagram illustrating a main configuration of a CMP apparatus according to a second embodiment of the present invention. FIGS. 2B and 2C are a plan view and a cross-sectional view taken along line 2C-2C, respectively, showing a main part of the conditioner in FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals used in FIG. The configuration of the conditioner 25 is different from that of the first embodiment. The dress control mechanism 26 controls a dress operation of the conditioner 25. Similar description is omitted for other configurations.
2 (b) and 2 (c), the conditioner 25 removes shavings and abrasive residues on the surface of the polishing pad 12 with a sharpening member 251 for rubbing the surface of the polishing pad 12 to approach an initial state. A plurality of unnecessary member removing members 252 for removing the member are arranged along the vicinity of the outer periphery. In the drawing, the dressing members 251 and the unnecessary material removing members 252 are alternately arranged at substantially equal intervals along the vicinity of the outer periphery.
[0025]
The dressing member 251 includes, for example, each pellet P1 on which a diamond abrasive grain G is electrodeposited on the polishing pad contact portion side. Each of the pellets P1 can be easily replaced according to the state of deterioration. The unnecessary material removing member 252 includes, for example, each pellet P2 with a nylon brush B on the polishing pad contact portion side. Each of the pellets P2 can be easily replaced according to the state of deterioration. The brush B provided on each pellet P2 is set to a length that allows the brush tip to sufficiently contact the uneven surface of the polishing pad 12 when the diamond abrasive grains G contact the polishing pad 12.
[0026]
The method of initializing the surface of the polishing pad 12 by the conditioner 25 is the same as in the first embodiment. In other words, during the chemical mechanical polishing of the semiconductor wafer 14, or at least at any stage before or after the polishing, the dressing operation is performed to sharpen the surface of the polishing pad 12 and remove the residue. I do. The dress control by the conditioner 25 is achieved according to a dress control mechanism 26. It is conceivable that the number of rotations is variably controlled according to the condition of the surface of the polishing pad 12. Alternatively, the pressing force on the polishing pad 12 may be variably controlled. It is also conceivable that the conditioner 25 itself moves the dress area together with these variable controls. While the conditioner 25 is in contact with the polishing pad 12 and performing a dressing operation, a cleaning liquid (pure water or the like) is appropriately supplied. The cleaning liquid is supplied toward a predetermined portion on the polishing pad 12. A cleaning liquid supply port 27 may be provided at a predetermined portion of the conditioner 25, for example, at the center.
[0027]
According to the above-described embodiment and the method of initializing the polishing pad, even when shavings or diamond abrasive grains G are dropped by the dressing member 251 of the conditioner 25 when the polishing pad 12 is dressed, the unnecessary material removing member is simultaneously formed. 252 cleans. That is, immediately after the use of the conditioner 25, the discharge of the shavings and the dropped diamond abrasive grains is efficiently promoted. As a result, scratches on the wafer surface to be planarized can be suppressed, and defects can be reduced. In addition, since the surface of the polishing pad 12 is quickly cleaned, the surface of the polishing pad 12 can be properly dressed. Thereby, there is an advantage that the reliability of the initialization of the polishing pad 12 is improved and the life of the polishing pad 12 is extended.
[0028]
FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a main configuration of a CMP apparatus according to a third embodiment of the present invention. FIGS. 2B and 2C are a plan view and a cross-sectional view taken along line 3C-3C, respectively, showing a configuration of a main part of the conditioner in FIG. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals used in FIG. The configuration of the conditioner 35 is different from that of the first embodiment. The dress control mechanism 36 controls a dress operation of the conditioner 35. Similar description is omitted for other configurations.
Referring to FIGS. 3B and 3C, the conditioner 35 removes shavings and abrasive residue on the surface of the polishing pad 12 and a sharpening member 351 for rubbing the surface of the polishing pad 12 to approach an initial state. A plurality of unnecessary object removing members 352 for removal are arranged along the vicinity of the outer periphery. In the figure, the dressing members 351 and the unnecessary material removing members 352 are alternately arranged at substantially equal intervals along the vicinity of the outer periphery.
[0029]
The dressing member 351 includes, for example, each of the pellets P1 on which the diamond abrasive grains G are electrodeposited on the polishing pad contact portion side. Each of the pellets P1 can be easily replaced according to the state of deterioration. The unnecessary material removing member 352 includes, for example, each pellet P2 with a nylon brush B on the polishing pad contact portion side. Each of the pellets P2 can be easily replaced according to the state of deterioration.
[0030]
In this embodiment, the external configuration is the same as that of the second embodiment, but the height of each pellet P2 of the unnecessary material removing member 352 is variable. Each pellet P2 is connected to an elevating mechanism 38 and is controlled to elevate. Accordingly, the conditioner 35 has a first mode MODE1 in which at least the dressing member 351 and the unnecessary material removing member 352 contact the polishing pad 12, and a second mode in which only the unnecessary material removing member 352 contacts the polishing pad 12. MODE2. By selecting one of MODE1 and MODE2, a MODE1 dressing operation for sharpening the surface of the polishing pad 12 and removing a residue, and a MODE2 dressing operation for performing a cleaning-only operation on the surface of the polishing pad 12 can be used.
[0031]
The method of initializing the surface of the polishing pad 12 by the conditioner 35 is as follows. The slurry is supplied to the polishing pad 12, and the chemical mechanical polishing of the semiconductor wafer 14 is performed by pressing the wafer carrier 13. During the chemical mechanical polishing operation, or at least before or after the polishing operation, the conditioner 35 selects and executes one of the MODE1 dress operation and the MODE2 dress operation. Dress control by the conditioner 35 is achieved according to a dress control mechanism 36. For example, it is possible to form an effective sequence of the dress operation according to the stages, such as MODE1 → MODE2, or MODE2 → MODE1, and furthermore, MODE2 → MODE1 → MODE2. While the conditioner 35 is in contact with the polishing pad 12 and performing a dressing operation or a cleaning-only operation, a cleaning liquid (pure water or the like) is appropriately supplied. The cleaning liquid is supplied toward a predetermined portion on the polishing pad 12. A cleaning liquid supply port 37 may be provided at a predetermined portion of the conditioner 35, for example, at the center.
[0032]
According to the above-described embodiment and the method of initializing the polishing pad, even when shavings or diamond abrasive grains G are dropped by the dressing member 351 of the conditioner 35 when the polishing pad 12 is dressed, the unnecessary material removing member is simultaneously formed. 352 cleans. Further, the surface of the polishing pad 12 is also cleaned during a cleaning-only period (MODE2 dress operation) in which only the unnecessary object removing member 352 is used. That is, immediately after the use of the conditioner 35, the discharge of the shavings and the dropped diamond abrasive grains is efficiently promoted. As a result, scratches on the wafer surface to be planarized can be suppressed, and defects can be reduced. In addition, since the surface of the polishing pad 12 is quickly cleaned, the surface of the polishing pad 12 can be properly dressed. Thereby, there is an advantage that the reliability of the initialization of the polishing pad 12 is improved and the life of the polishing pad 12 is extended.
[0033]
FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a main configuration of a CMP apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. 4 (b) and 4 (c) are a plan view and a cross-sectional view taken along line 4C-4C, respectively, showing a configuration of a contact surface side of a main part of the conditioner in FIG. 4 (a). The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals used in FIG. The configuration of the conditioner 45 is different from that of the first embodiment. The dress control mechanism 46 controls a dress operation of the conditioner 45. Similar description is omitted for other configurations.
Referring to FIGS. 4B and 4C, the conditioner 45 removes shavings and abrasive residues on the surface of the polishing pad 12 by rubbing the surface of the polishing pad 12 to approach the initial state. A plurality of unnecessary member removing members 452 for removing the member are arranged along the vicinity of the outer periphery. In the figure, unnecessary member removing members 452 are arranged outside the dressing member 451.
[0034]
The dressing member 451 includes, for example, each pellet P1 on which a diamond abrasive grain G is electrodeposited on the polishing pad contact portion side, and is provided on the inner rotating disk. Each of the pellets P1 can be easily replaced according to the state of deterioration. The unnecessary material removing member 452 is an outer ring rotating disk including each pellet P2 having, for example, a nylon brush B on the polishing pad contact portion side. Each of the pellets P2 can be easily replaced according to the state of deterioration.
[0035]
In this embodiment, the height of each pellet P2 of the unnecessary member removing member 452 is variable. The unnecessary member removing member 452 as the outer ring rotating disk is connected to the elevating mechanism 48 and is controlled to move up and down. Accordingly, the conditioner 45 includes a first mode MODE1 in which at least the dressing member 451 and the unnecessary material removing member 452 contact the polishing pad 12, and a second mode in which only the unnecessary material removing member 452 contacts the polishing pad 12. MODE2. By selecting one of MODE1 and MODE2, a MODE1 dressing operation for sharpening the surface of the polishing pad 12 and removing a residue, and a MODE2 dressing operation for performing a cleaning-only operation on the surface of the polishing pad 12 can be used.
[0036]
The method of initializing the surface of the polishing pad 12 by the conditioner 45 is as follows. The slurry is supplied to the polishing pad 12, and the chemical mechanical polishing of the semiconductor wafer 14 is performed by pressing the wafer carrier 13. During the chemical mechanical polishing, or at least before or after the polishing, the conditioner 45 selects and executes one of the MODE1 dress operation and the MODE2 dress operation. Dress control by the conditioner 45 is achieved according to a dress control mechanism 46. For example, it is possible to form an effective sequence of the dress operation according to the stages, such as MODE1 → MODE2, or MODE2 → MODE1, and furthermore, MODE2 → MODE1 → MODE2. While the conditioner 45 is in contact with the polishing pad 12 and performing a dressing operation or a cleaning-only operation, a cleaning liquid (eg, pure water) is supplied as appropriate. The cleaning liquid is supplied toward a predetermined portion on the polishing pad 12. A cleaning liquid supply port 47 may be provided at a predetermined portion of the conditioner 45, for example, at the center.
[0037]
According to the above embodiment and the method for initializing the polishing pad, even when shavings or diamond abrasive grains G are dropped off by the dressing member 451 of the conditioner 45 when the polishing pad 12 is dressed, the unnecessary material removing member is also used. 452 cleans. Further, the surface of the polishing pad 12 is also cleaned during a cleaning-only period (MODE2 dress operation) in which only the unnecessary object removing member 352 is used. That is, immediately after the use of the conditioner 45, the discharge of the shavings and the dropped diamond abrasive grains is efficiently promoted. As a result, scratches on the wafer surface to be planarized can be suppressed, and defects can be reduced. In addition, since the surface of the polishing pad 12 is quickly cleaned, the surface of the polishing pad 12 can be properly dressed. Thereby, there is an advantage that the reliability of the initialization of the polishing pad 12 is improved and the life of the polishing pad 12 is extended.
[0038]
The dress control mechanism 16, 26, 36, 46 of each of the above embodiments grasps the surface state of the polishing pad 12 at a predetermined stage during the operation of the apparatus including the execution of the chemical mechanical polishing, and performs the dress control operation. It may be reflected. For example, grasping of a polishing pad surface state by an optical film thickness measuring device of an optical system utilizing an interference phenomenon of reflected light to the polishing pad 12 is used. As a result, the surface of the polishing pad 12 is always kept in a good state with a minimum dress. Excessive consumption of the polishing pad 12 (and conditioner) is prevented, and an efficient dress that contributes to a long life is realized.
[0039]
As described above, according to the present invention, the surface condition of the polishing pad that constantly changes due to the chemical mechanical polishing of the semiconductor wafer promotes efficient discharge of shavings and dropped diamond abrasive grains immediately after use of the conditioner. . This minimizes wear on the polishing pad and contributes to more efficient polishing pad conditioning. You will always be in good condition. As a result, it is possible to provide a CMP apparatus capable of efficiently removing unnecessary substances on the polishing pad immediately after use of the conditioner, a method of initializing the polishing pad for CMP, and a semiconductor device using the method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a main configuration of a CMP apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a diagram showing a main configuration of a CMP apparatus according to a second embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a main configuration of a CMP apparatus according to a third embodiment.
FIG. 4 is a diagram showing a main configuration of a CMP apparatus according to a fourth embodiment.
[Explanation of symbols]
11: polishing machine, 12: polishing pad, 13: wafer carrier (work holder), 14: semiconductor wafer, 15, 25, 35, 45 ... conditioner (dresser), 151, 251, 351, 451: dressing member, 152, 252, 352, 452: unnecessary material removing member, 16, 26, 36, 46: dress control mechanism, 17, 27, 37, 47: cleaning liquid supply port, 38, 48: elevating mechanism.

Claims

A CMP apparatus for planarizing a planarization processing layer on a semiconductor wafer by chemical mechanical polishing,
A polishing machine on which a polishing pad is arranged,
A wafer carrier for holding the semiconductor wafer and bringing the wafer surface into contact with a polishing pad,
A conditioner for dressing a surface state of the polishing pad, in which a plurality of members for sharpening the surface of the polishing pad and members for removing unnecessary substances are arranged,
A CMP apparatus comprising:

2. The CMP apparatus according to claim 1, wherein the conditioner is a turntable in which the dressing member and the unnecessary material removing member are arranged at least along a vicinity of an outer periphery. 3.

The conditioner is a turntable in which the dressing members and the unnecessary material removing members are alternately arranged, and each of the unnecessary material removing members is in a movable state with a predetermined portion as a fulcrum. The CMP apparatus according to claim 1, wherein:

The conditioner has a first mode in which at least the dressing member and the unnecessary substance removing member are in contact with the polishing pad, and a second mode in which only the unnecessary substance removing member is in contact with the polishing pad, The CMP apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the first mode or the second mode is selected.

In the conditioner, the dressing member and the unnecessary material removing member are independently controlled, and at least the first mode in which the dressing member and the unnecessary material removing member come into contact with the polishing pad, and the unnecessary material. The CMP apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein only the removing member has a second form in contact with the polishing pad, and the first form or the second form is selected. .

The said conditioner is provided with the fixed abrasive which contacts the said polishing pad as the said dressing member, and is equipped with the brush which contacts the said polishing pad as the said unnecessary material removal member, The Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. The CMP apparatus according to any one of the above.

The conditioner includes fixed abrasive grains that contact the polishing pad as the dressing member, includes a brush that contacts the polishing pad as the unnecessary object removing member, and includes a cleaning liquid supply port. The CMP apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein

In a CMP step of flattening a flattening processing layer on a semiconductor wafer by chemical mechanical polishing,
A polishing step of polishing the semiconductor wafer by rubbing the semiconductor wafer while slurry is supplied to a polishing pad disposed on a polishing board;
During the polishing step, a dress control step of dressing the polishing pad by a conditioner at any stage before or after the polishing step,
With
The dress control step is a method for initializing a polishing pad for CMP, wherein a dressing process for the polishing pad and a cleaning process for removing unnecessary residues are performed with a single rotating disk.

9. The method according to claim 8, wherein the dress control step is performed by combining two modes of a simultaneous processing of the dressing processing and the cleaning processing and a mode of only the cleaning processing.

10. The polishing for CMP according to claim 8 or 9, wherein in the dress control step, the conditioner is a turntable provided with abrasive grains and a brush, and the number of rotations of the conditioner is variably controlled. How to initialize the pad.

In the dress control step, the conditioner is a rotating disk provided with abrasive grains and a brush, and the conditioner variably controls a pressing force of the conditioner on the polishing pad. The method for initializing a polishing pad for CMP according to any one of the above.

Regarding the dress control step, the conditioner is a turntable provided with abrasive grains and a brush, and the conditioner is capable of moving the conditioner to an arbitrary area on the polishing pad. 12. The method for initializing a polishing pad for CMP according to any one of 8 to 11.