JP2004358587A

JP2004358587A - スラリー供給装置、スラリーの供給方法および研磨方法

Info

Publication number: JP2004358587A
Application number: JP2003157928A
Authority: JP
Inventors: Fumitaka Itou; 史隆伊藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: JP4400096B2

Abstract

【課題】スラリーに含まれる、研磨粒子の粒径、もしくは粒度を調整することにより、粗大粒子の形成を防止する。
【解決手段】スラリー原液槽１又は２と、スラリー調合槽３と、スラリー原液槽１又は２とスラリー調合槽３とを繋ぐ配管９と、スラリー調合槽３から研磨装置へスラリーを供給する供給管１１と、粒度センサー５とを備えるスラリー供給装置を提供する。ここで、粒度センサー５はスラリーの砥粒径、もしくは砥粒密度をモニターし、粒度センサー５がスラリー原液槽１又は２、もしくはスラリー調合槽３に備えられていることに特徴がある。その結果、研磨時における欠陥のあるスラリー供給を防ぎ、安定した研磨を行うことにより、マイクロスクラッチの形成を防止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばシリコン半導体基板製造に際して行う化学機械研磨（ＣＭＰ）等の平坦化工程等において用いられる研磨装置に関し、特に研磨液の供給装置及び研磨液の供給方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、シリコン半導体基板など平板状の被加工材表面を平坦化する際に、ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置が使用されている。
【０００３】
具体的には、銅を用いた埋め込み配線（ダマシン配線）を例に、ＣＭＰを用いた配線構造の形成方法について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
まず図２（ａ）に示すように、層間絶縁膜にドライエッチングにより配線溝を形成する。
【０００５】
次に、図２（ｂ）に示すように、配線溝を含む酸化膜の上にバリア層、シード層（図示せず）を堆積させ、めっき法を用いて配線、例えばＣｕ膜を埋め込んでいく。
【０００６】
その後、図２（ｃ）に示すように、ＣＭＰ法を用いて配線溝からはみ出した余剰なＣｕ膜を除去し、配線を形成する。
【０００７】
このような技術として、例えば特許文献１に示される方法が知られている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１５６０２９号公報（［００２０］〜［００３１］）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来方法によると、ＣＭＰ工程において研磨面の腐食、研磨面上でのスクラッチの発生、研磨スラリー中に含まれる研磨粒子の凝集などにより、被研磨面に表面欠陥が発生する場合がある。
【００１０】
具体的には、図３（ａ）に示すように、配線溝からはみ出した絶縁膜に対して、スラリーを用いて研磨を行う。ここで、凝集した砥粒粒子を有する研磨スラリー（２次粒子）を用いて研磨が行われた場合に、図３（ｂ）に示すように、研磨面により大きな傷（マイクロスクラッチ）が発生する。このような傷が被研磨面に形成された状態で研磨を続けると、図３（ｃ）に示すように、マイクロスクラッチによって形成された傷にＣｕ膜が埋め込まれる。配線の微細化が進み配線間幅がより狭くなるにつれこの現象は顕著となり、この形成された傷が配線間をまたがると、配線リーク、または配線間ショートが発生してしまう場合がある。
【００１１】
そこで本発明では、ＣＭＰ工程において使用するスラリーに含まれる、研磨粒子の粒径、もしくは粒度を調整することにより、マイクロスクラッチの形成を防止し、安定した研磨方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、スラリー原液槽１又は２と、スラリー調合槽３と、スラリー原液槽１又は２とスラリー調合槽３とを繋ぐ配管９と、スラリー調合槽３から研磨装置へスラリーを供給する供給管１１と、粒度センサー５とを備え、粒度センサー５はスラリーの砥粒径、もしくは砥粒密度をモニターし、粒度センサー５がスラリー原液槽１又は２、もしくはスラリー調合槽３に備えられていることを特徴とする、スラリー供給装置を提供する。
【００１３】
その結果、原液槽１又は２、もしくはスラリー調合槽３におけるスラリー粒度をモニターすることにより、スラリーの槽毎にスラリーの状態を監視することができ、２次粒子が存在する槽の特定が可能となる。
【００１４】
また、上記スラリー供給装置に加えて、原液槽、もしくは調合槽に、槽にスラリーを供給する供給口と、槽内のスラリーを前記配管へ流す流出口とを有し、槽内のスラリーを排出する排出口、もしくは槽内のスラリーを循環させるポンプを備えていることを特徴とする、スラリー供給装置を提供する。
【００１５】
その結果、２次粒子が発見された槽のスラリーを入れ替えることにより、２次粒子のないスラリーを適宜供給出来る、または槽内のスラリーを循環させることが出来るため、２次粒子の発生を抑制することが出来る。また、ポンプを用いて槽内のスラリーを循環させることにより、スラリーの凝集を防ぐことが出来る。
【００１６】
さらに、上記スラリー供給装置においてモニターを、スラリー供給ラインのスラリー原液槽、スラリー調合槽及び各スラリー槽間を繋ぐ配管に設置する。
【００１７】
その結果、２次粒子が形成された箇所を特定することが出来るため、装置復旧に必要な時間やメンテナンス時間を短縮出来る。
【００１８】
以上より、本発明によると、２次粒子が形成された箇所を特定し、アラームを発し装置を停止させること、あるいはスラリー供給ラインを自動で切り換えること、あるいは循環させることで２次粒子の発生を予防することにより、ウェハ研磨前にスラリー起因による研磨不良の発生を防ぐことができる。その結果、マイクロスクラッチの発生原因となる凝集粒子が研磨時に供給されないため、配線間リーク、または配線間ショートの発生を防止し、歩留まりの高いデバイスを提供することが出来る。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１に本発明に基づく光学式砥粒濃度センサーをＣＭＰスラリー供給ラインに適用したモニタリング管理の概略構成を示す。
【００２１】
図１において、１はスラリー原液槽Ａ、２はスラリー原液槽Ｂ、３はスラリー調合槽、４はポンプ、５は光学式砥粒濃度センサー、６はドレインバルブ、７はモニタリング装置、８はスラリー循環用配管、９はスラリー供給用配管、１０はセンサー信号ライン、１１はスラリードレイン配管を表している。
【００２２】
次に、モニタリング管理を行いながらＣＭＰ工程時に供給されるスラリーを調整する方法について、図１を参照しながら説明する。
【００２３】
まず、スラリー原液槽Ａ１をモニターすることについて説明する。
【００２４】
スラリー原液槽Ａ１内にスラリー原液を、スラリー原液配管１２を通って供給口から供給する。
【００２５】
その後、スラリー原液槽Ａ１に供給されたスラリーは、槽内循環用ポンプ４によりスラリー循環用配管８内を通ってスラリー原液槽１内のスラリーが循環する。この時、光学式スラリー砥粒濃度センサー５により原液槽内の砥粒濃度及び砥粒粒子径が測定される。
【００２６】
ここで測定された光学式スラリー砥粒濃度センサー信号は、センサー信号ライン１０を通ってモニタリング装置７でモニタリングされる。このモニタリング結果が、予め設定された砥粒濃度の濃度レンジを外れた場合、もしくは設定された砥粒粒子径よりも大きな砥粒粒子径の粒子がカウントされた場合には、アラームを発生させて異常を知らせる。このようにスラリーの粒度に関して問題が発生した場合には、ドレインバルブ６を開き、スラリー原液槽Ａ１から２次粒子を含むスラリーを排出する。その後、ドレインバルブ６を締め、２次粒子の存在しない新しい原液スラリーを供給口から原液槽内に供給する。なお、モニタリング装置７において、アラームが発生すると自動的にドレインバルブ６が開き、原液槽１内のスラリーを入れ替えるように設定しておいても良い。
【００２７】
また、スラリー原液槽Ａ１（常備槽）に対し、スラリー原液槽Ｂ２（予備槽）を備えてもよい。スラリー原液槽が複数存在することにより、常備槽であるＡ１に異常が生じた場合、原液槽内のスラリーを入れ替える前に、予備槽に切り替え、原液スラリーを供給することが出来る。例えば、モニタリング装置７において予め設定された砥粒濃度の濃度レンジを外れた場合、もしくは設定された砥粒粒子径よりも大きな砥粒粒子径の粒子がカウントされた場合に、アラームを発生させ、スラリー原液の供給を自動的に予備槽である原液槽Ｂ２に切り替える。その結果、原液スラリーに２次粒子等の欠陥があったとしても、予備槽に切り替えることで、直ちに欠陥のない絵スラリーを供給することが出来るため、効率よくスラリーの調整を行うことが出来、光学式スラリー砥粒濃度センサー５を用いてスラリー原液槽内のスラリー管理を行うことができる。
【００２８】
次に、供給用配管９もしくは調合槽３のスラリー粒度をモニターすることについて説明する。
【００２９】
スラリー原液槽Ａ１またはスラリー原液槽Ｂ２から供給されるスラリーは、スラリー供給用配管９を通ってスラリー調合槽３に供給される。本実施形態では、スラリー供給用配管９内の調合槽３に近い部分に光学式スラリー砥粒濃度センサー５を設置し、スラリー供給用配管９内の砥粒濃度及び砥粒粒子径を測定する。ここで測定された光学式スラリー砥粒濃度センサー信号はセンサー信号ライン１０を通ってモニタリング装置７でモニタリングされる。このようにモニタリングした結果、予め設定された砥粒濃度の濃度レンジを外れる（例えば７〜１５ｗｔ％）、または設定された砥粒粒子径よりも大きな砥粒粒子（例えば５０ｎｍ以上）がカウントされる等の異常を検知すると、アラームを上げて異常を知らせる。このようにスラリーの粒度に関して問題が発生した場合には、スラリー調合槽３にスラリーが供給されないように、供給用配管９からのスラリーの供給を停止させる。その後、供給用配管９内にあるスラリー中の２次粒子を除去する。例えば、供給用配管９と調合槽３の接続部を一度切り離して供給用配管９を洗浄し、配管内に付着もしくは残留した不純物や２次粒子を除去する。その後、再び供給用配管９と調合槽３を接続する。従って、この光学式スラリー砥粒濃度センサー５によってスラリー供給用配管９内のスラリーの状態管理を行うことにより、２次粒子を含むスラリーが調合槽３へ供給されるのを防ぐことが出来る。
【００３０】
続いて、スラリー調合槽のモニタリングについて説明する。
【００３１】
スラリー調合槽３内に、スラリー原液がスラリー供給用配管９を通って供給され、予め設定された混合比でスラリー原液とＤＩＷ（脱イオン水）などが調合される。
【００３２】
その後、スラリー調合槽３内のスラリーは槽内循環用ポンプ４を使用することで、循環用配管８を通して調合槽３内のスラリーが循環する。この時、光学式スラリー砥粒濃度センサー５により調合槽３内の砥粒濃度及び砥粒粒子径が測定される。この測定結果である光学式スラリー砥粒濃度センサー信号は、センサー信号ライン１０を通してモニタリング装置７に伝達され、粒径及び粒度が予め設定された砥粒濃度の濃度レンジを外れる（例えば７〜１５ｗｔ％）、もしくは砥粒粒子径よりも大きな砥粒粒子（例えば５０ｎｍ以上）がカウントされる等の異常を検知した場合には、アラームが発生する。このようにスラリーの粒度に関して問題が発生した場合には、欠陥のあるスラリーが研磨面へ供給されないように、調合槽３からのスラリーの供給を停止させる。その後、ドレインバルブ６を開いて、欠陥のあるスラリーを調合槽３から排出し、２次粒子のないスラリーを新しく原液槽１Ａもしくは２Ｂから供給する。なお、アラームが発生したら、ポンプ４を用いて自動的にドレインバルブ６を開き、欠陥のあるスラリーを排出した後、新たに原液スラリーを調合槽３内に供給させても良い。その結果、この光学式スラリー砥粒濃度センサー５によってスラリー調合槽３内のスラリーの状態管理を行うことにより、研磨時に２次粒子等を含むスラリーが供給されるのを未然に防ぐことが出来る。
【００３３】
次に、調合槽３からウェハ上のスラリー供給口の間にある供給用配管１３のモニタリングについて説明する。
【００３４】
調合槽３のスラリーは、スラリー供給用配管１３を通ってウェハ上のスラリー供給口に供給される。スラリー供給用配管９においてスラリーがウェハ上に供給されるユースポイントの直前に光学式スラリー砥粒濃度センサー５を設置することにより、スラリー供給用配管１３内の砥粒濃度及び砥粒粒子径を測定することが出来る。ここでも、光学式スラリー砥粒濃度センサー信号はセンサー信号ライン１０によってモニタリング装置７でモニタリングされ、予め設定された砥粒濃度の濃度レンジを外れる場合（例えば７〜１５ｗｔ％）、もしくは設定された砥粒粒子径よりも大きな砥粒粒子がカウントされる場合（例えば５０ｎｍ以上）等の異常を検知すると、アラームを発生し異常を知らせる。このようにスラリーの粒度に関して問題が発生した場合には、欠陥のあるスラリーが研磨面へ供給されないように、スラリー供給用配管９からのスラリーの供給を停止させる。その結果、この光学式スラリー砥粒濃度センサー５によってスラリー調合槽３内のスラリーの状態管理を行うことにより、研磨時に２次粒子等を含むスラリーが供給されるのを未然に防ぐことが出来る。
【００３５】
なお、本実施形態の装置では、原液槽もしくはスラリー調合槽にポンプを設置することにより、適宜スラリーを槽内で循環させることが出来る。その結果、槽内ではスラリーに含まれる砥粒が絶えず、もしくは定期的に移動しているので、砥粒同士は凝集しにくくなっており、粗大粒子の発生を防ぐことが出来る。
【００３６】
【発明の効果】
以上本発明によると、スラリー原液槽、スラリー調合槽、もしくはスラリー配管の各箇所に粒度モニターを設置することにより、各箇所でスラリーに発生する異常を検知することが出来る。また、各箇所のモニター結果を集中的に管理するモニタリング装置を設置することにより、その異常が発生する箇所を容易に特定することが出来る。つまり、各スラリー槽ごとに砥粒濃度センサーを取り付けて信号を統合しモニタリング管理を行うことにより、問題発生箇所の特定が可能となり、装置復旧に必要な時間やメンテナンス時間を短縮でき、また過度のスラリー槽およびスラリー配管の洗浄回数を減らしメンテナンスコストを引き下げることができる。
【００３７】
従って、本発明の研磨液の供給装置、研磨液の供給方法および研磨方法によれば、研磨時に２次粒子などの凝集した粒子を含む欠陥のあるスラリーが研磨時に供給されないため、スクラッチの発生を抑制でき、配線配線間のショートを防止できる。
【００３８】
また、センサーにより粒子濃度を測定しているので、均一な粒子濃度のスラリーを供給できるため、均一な研磨レートで研磨を行うことが出来る。
【００３９】
なお、本発明では、Ｃｕ−ＣＭＰ、バリア層ＣＭＰの後に溶液を用いてバフ研磨を行うステップ、抑制剤溶液又は脱イオン水を用いてリンスするステップ、研磨スラリーを使用してバフ研磨を行うステップ、もしくは抑制剤溶液又は脱イオン水でリンスを行うことにより欠陥を低減するステップ等において、特に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づくスラリー供給ラインの概略構成図
【図２】配線形成方法の工程断面図
【図３】配線間ショートの発生を示す工程断面図
【符号の説明】
１スラリー原液槽Ａ
２スラリー原液槽Ｂ
３スラリー調合槽
４ポンプ
５光学式砥粒濃度センサー
６ドレインバルブ
７モニタリング装置
８スラリー循環用配管
９スラリー供給用配管
１０センサー信号ライン
１１スラリードレイン配管
１２スラリー原液配管
１３スラリー供給用配管

Claims

スラリー原液槽と、スラリー調合槽と、前記スラリー原液槽と前記スラリー調合槽とを繋ぐ配管と、前記スラリー調合槽から研磨装置へスラリーを供給する供給管と、粒度センサーとを備え、
前記粒度センサーはスラリーの砥粒径、もしくは砥粒密度をモニターし、前記粒度センサーは、前記スラリー原液槽、もしくは前記スラリー調合槽に備えられていることを特徴とする、スラリー供給装置。
前記スラリー原液槽は、槽にスラリーを供給する供給口と、槽内のスラリーを前記配管へ流す流出口とを有し、
前記スラリー原液槽内のスラリーを排出する排出口、もしくは前記スラリー原液槽内のスラリーを循環させるポンプを備えていることを特徴とする、請求項１記載のスラリー供給装置。
前記スラリー調合槽は、前記配管から原液スラリーを供給する原液供給口と、調合液を供給する調合液供給口と、前記調合液を前記供給管へ流す調合液流出口とを有し、
前記スラリー調合槽内のスラリーを排出する排出口、もしくは前記スラリー調合槽内のスラリーを循環させるポンプを備えていることを特徴とする、請求項１記載のスラリー供給装置。
前記粒度センサーが、前記配管の前記スラリー調合槽の近くに配置されることを特徴とする、請求項１記載のスラリー供給装置。
前記スラリー原液槽は少なくとも２個以上あり、一方は予備槽であることを特徴とする、請求項１記載のスラリー供給装置。
スラリー原液槽に原液スラリーを供給しスラリー原液を貯蔵する工程と、
前記スラリー原液槽から配管を通してスラリー調合槽へスラリーを流出する工程と、
流出されたスラリーを、スラリー調合槽においてスラリー調合液を用いて調合する工程と、
調合されたスラリーを研磨装置へ供給する工程とを備え、
前記スラリー原液槽、前記配管、もしくは前記スラリー調合槽において、スラリーの粒度をモニターする工程を備えることを特徴とする、スラリーの供給方法。
前記スラリーを貯蔵する工程、もしくは前記スラリーを調合する工程において、スラリー粒度をモニターし、前記スラリー原液、もしくは前記スラリー調合液の粒度が使用当初と比較して変化した場合に、前記スラリー原液槽内、もしくは前記スラリー調合槽内のスラリーを循環させることを特徴とする、請求項６記載のスラリー供給方法。
前記スラリーを貯蔵する工程においてスラリー粒度をモニターし、前記スラリー原液の粒度が使用当初と比較して大きく変化した場合に、前記スラリー原液を排出し、新しい原液に入れ替えることを特徴とする、請求項６記載のスラリー供給方法。
前記スラリーを調合する工程においてスラリー粒度をモニターし、前記スラリー調合液の粒度が使用当初と比較して大きく変化した場合に、前記スラリー調合液を排出し、予備のスラリー原液槽に切り替えてスラリー原液を供給することを特徴とする、請求項６記載のスラリー供給方法。
前記スラリー原液槽から配管を通してスラリー調合槽へスラリーを流出する工程においてスラリー粒度をモニターし、前記スラリー原液の粒度が使用当初と比較して大きく変化した場合に、
前記調合槽へのスラリーの供給を停止し、前記配管を洗浄した後スラリー原液を供給することを特徴とする、請求項６記載のスラリー供給方法。
前記粒度センサーを、前記スラリー原液槽、前記スラリー調合槽、前記スラリー原液槽と前記スラリー調合槽を繋ぐ配管、にそれぞれ配置し、前記粒度センサーからの情報を一箇所でモニターすることを特徴とする、請求項６記載のスラリー供給方法。
前記粒度センサーは、砥粒径、及び砥粒密度を測定出来ることを特徴とする、請求項１又は６記載のスラリー供給方法。