JP2006000962A - 研磨装置および研磨方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】被研磨面上での面内分布の悪化を回避して、CMP後における被研磨面の高平坦化を可能にしつつ、高い研磨レートを確保して十分な削り込み量をも得られるようにする。
【解決手段】研磨定盤2上に貼付された研磨パッド1と被研磨物の被研磨面とが互いに対向するように当該被研磨物を研磨ヘッド3に装着し、前記研磨パッド1と前記被研磨面とを相対的に摺擦させることによって研磨を行って当該被研磨面を平坦化するのにあたり、磁性体が混入された研磨用スラリーを供給して前記研磨パッド1と前記被研磨物との間に介在させ、前記研磨パッド1と前記被研磨物との間に介在する前記研磨用スラリー中における前記磁性体の分布状態を、磁力を発生させることによって可変させる。
【選択図】図1
【解決手段】研磨定盤2上に貼付された研磨パッド1と被研磨物の被研磨面とが互いに対向するように当該被研磨物を研磨ヘッド3に装着し、前記研磨パッド1と前記被研磨面とを相対的に摺擦させることによって研磨を行って当該被研磨面を平坦化するのにあたり、磁性体が混入された研磨用スラリーを供給して前記研磨パッド1と前記被研磨物との間に介在させ、前記研磨パッド1と前記被研磨物との間に介在する前記研磨用スラリー中における前記磁性体の分布状態を、磁力を発生させることによって可変させる。
【選択図】図1
Description
本発明は、平坦化技術の一つであるCMP(Chemical Mechanical Polishing;化学的機械的研磨)を行う研磨装置および研磨方法に関する。
一般に、半導体装置の製造工程においては、ウエハ基板等の平坦化のために、平坦化技術の一つであるCMPを用いることが広く知られている。CMPは、通常、ウエハ基板等の被研磨物の被研磨面と研磨パッドの研磨面とが互いに対向するように配置し、その間に研磨剤としての機能を有した液状の研磨用スラリーを供給しつつ、被研磨面と研磨面とを相対的に摺擦させることによって行う。これにより、被研磨物の被研磨面が研磨によって平坦化されるのである。
ただし、近年では、半導体装置の微細化等の進展に伴い、CMPによる平坦化の度合に対する要求も高まりつつある。このことから、例えばウエハ基板上の酸化膜等を平坦化するためのCMPにおいては、研磨用スラリーに添加剤として界面活性剤を混入させることが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。界面活性剤が混入された研磨用スラリーを用いて行うCMPでは、その界面活性剤によって被研磨面への保護作用が得られ、また被研磨面上の凸部に対する集中研磨が可能となるため、研磨後の凹凸段差が少ない高平坦化を実現することができ、研磨の均一性や仕上げ面精度等の向上が図れるようになる。
しかしながら、界面活性剤が混入された研磨用スラリーを用いて行うCMPでは、界面活性剤が混入されていない研磨用スラリーを用いて行う前世代の場合と比較すると、高平坦化が得られる一方で、界面活性剤により研磨レートが低くなってしまい、被研磨面を十分に削り込むことができないおそれがある。この点については、研磨時間を長時間化することによって、十分な削り込み量を確保することも考えられる。ところが、界面活性剤が混入された研磨用スラリーを用いた場合には、研磨時間が長時間化すると、研磨終了付近では被研磨面への界面活性剤による保護作用が強まるため、被研磨面と研磨面との間に発生する摩擦力が高くなる。したがって、研磨終了付近では、凝集したスラリー等がディフェクトの要因となり、いわゆるディッシングやスクラッチ等が生じてしまうおそれがある。さらに、研磨時間の長時間化は、半導体装置製造の効率低下を招く要因にもなる。
また、CMPでは、被研磨面または研磨パッドの状態等によっては、被研磨面上における研磨の面内分布が悪くなることも考えられる。具体的には、例えば図5に示すように、同一被研磨面上でも、研磨箇所によっては研磨レートに差が生じてしまうことがある。このような面内分布の悪化は、界面活性剤を混入させてもその悪い面内分布を踏襲してしまい、その結果所望の高平坦化が得られない要因となり得る。そして、平坦化不十分による凹凸段差のために、CMP後の露光工程においてフォーカスが合わない、といったことを招くおそれがある。
このように、従来におけるCMPでは、CMP後における被研磨面の高平坦化を可能にしつつ、高い研磨レートを確保して十分な削り込み量をも得ることが、必ずしも実現容易ではない。つまり、従来におけるCMPでは、次世代半導体製造プロセスに要求される高平坦化の実現が困難であったり、また半導体装置製造の歩留まり向上や高効率化等が困難である、といった問題点がある。
そこで、本発明は、被研磨面上での面内分布の悪化を回避して、CMP後における被研磨面の高平坦化を可能にしつつ、高い研磨レートを確保して十分な削り込み量をも得ることのできる、研磨装置および研磨方法を提供することを目的とする。
本発明は、上記目的を達成するために案出された研磨装置である。すなわち、被研磨物の被研磨面に対する研磨を行って当該被研磨面を平坦化する研磨装置であって、上面に研磨パッドが貼付される研磨定盤と、前記被研磨面を前記研磨パッドと対向させるように前記被研磨物を保持する研磨ヘッドと、磁性体が混入された研磨用スラリーを供給して前記研磨パッドと前記被研磨物との間に介在させるスラリー供給管と、磁力を発生させるとともに当該磁力によって前記研磨パッドと前記被研磨物との間に介在する前記研磨用スラリー中における前記磁性体の分布状態を可変させる磁力発生手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された研磨方法である。すなわち、研磨定盤上に貼付された研磨パッドと被研磨物の被研磨面とが互いに対向するように当該被研磨物を研磨ヘッドに装着し、前記研磨パッドと前記被研磨面とを相対的に摺擦させることによって研磨を行って当該被研磨面を平坦化する研磨方法であって、前記研磨にあたり、磁性体が混入された研磨用スラリーを供給して前記研磨パッドと前記被研磨物との間に介在させ、前記研磨パッドと前記被研磨物との間に介在する前記研磨用スラリー中における前記磁性体の分布状態を、磁力を発生させることによって可変させることを特徴とする。
上記構成の研磨装置および上記手順の研磨方法によれば、磁性体が混入された研磨用スラリーを研磨パッドと被研磨物との間に介在させる。ここで、「磁性体」とは、外部から与えられる磁界に反応して、その磁界が与えられた方向に引き寄せられるものをいい、具体的には、外部磁界を印加しなくても存在する磁化(自発磁化)を持つ強磁性体、あるいは外部磁界を印加したときに磁界と平行な方向に磁化が誘起されるような弱い磁性を持つ常磁性体からなるものが挙げられる。このような磁性体は、研磨用スラリーに混入されることによって、研磨砥粒として機能することになる。
そして、研磨パッドと被研磨物との間に介在する研磨用スラリーに対しては、磁力を発生させることによって、例えばある箇所に磁性体を集中させるといったように、その研磨用スラリー中における磁性体の分布状態を可変させる。
したがって、磁性体の分布が密な箇所ではその磁性体の研磨砥粒としての機能により高研磨レートを確保し、磁性体の分布が疎な箇所では研磨レートを抑える、といったことをコントロールし得るようになる。また、研磨パッド側よりも被研磨面側に磁性体を集中させて、その磁性体が研磨に寄与する度合を高めたり、その逆に磁性体が研磨に寄与する度合を抑える、といったこともコントロールし得るようになる。
そして、研磨パッドと被研磨物との間に介在する研磨用スラリーに対しては、磁力を発生させることによって、例えばある箇所に磁性体を集中させるといったように、その研磨用スラリー中における磁性体の分布状態を可変させる。
したがって、磁性体の分布が密な箇所ではその磁性体の研磨砥粒としての機能により高研磨レートを確保し、磁性体の分布が疎な箇所では研磨レートを抑える、といったことをコントロールし得るようになる。また、研磨パッド側よりも被研磨面側に磁性体を集中させて、その磁性体が研磨に寄与する度合を高めたり、その逆に磁性体が研磨に寄与する度合を抑える、といったこともコントロールし得るようになる。
本発明の研磨装置および研磨方法によれば、磁性体が混入された研磨用スラリーを用い、その磁性体の分布状態を磁力によって可変させることで、被研磨面上における研磨の面内分布の均一化が図れるようになり、さらには磁性体の疎密度合を通じて研磨レート自体をもコントロールし得るようになる。したがって、CMP後における被研磨面の高平坦化を可能にしつつ、高い研磨レートを確保して十分な削り込み量をも得られるので、歩留まり低下を回避して効率のよい半導体装置の製造が実現可能となり、また次世代半導体製造プロセスに要求される高平坦化の実現に対応することも容易となる。
以下、図面に基づき本発明に係る研磨装置および研磨方法、具体的にはCMPを行うCMP装置およびCMP方法について説明する。
〔第1の実施の形態〕
先ず、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態におけるCMP装置の要部構成例を示す図である。
先ず、本発明の第1の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態におけるCMP装置の要部構成例を示す図である。
ここで説明するCMP装置は、図1(a)に示すように、上面に研磨パッド1が貼付された研磨定盤2と、その上方にて被研磨物であるウエハ基板を保持する研磨ヘッド3とを備えたものである。また、研磨定盤2の上面側には、研磨用スラリーおよび純水を供給するための各供給管4が配されている。そして、ウエハ基板に対する研磨を行う際には、被研磨面が研磨パッド1と対向するようにウエハ基板を研磨ヘッド3に装着し、その研磨ヘッド3および研磨定盤2をそれぞれ回転させ、その状態で研磨ヘッド3を研磨定盤2に向けて下降させることで、ウエハ基板の被研磨面と研磨定盤2上の研磨パッド1とを摺擦させ、しかもその際に供給管4から研磨用スラリーを供給するとともに必要に応じて純水をも供給するように構成されている。すなわち、ウエハ基板の被研磨面と研磨パッド1とが加圧された状態で、少なくとも研磨用スラリーを介在させつつ、相対的に摺擦することにより、そのウエハ基板の被研磨面を研磨するようになっている。
このような構成は一般的なCMP装置と略同様であるが、ここで説明するCMP装置は、以下に述べるような特徴的な構成を備えている。すなわち、図1(b)に示すように、研磨定盤2内に磁力発生手段5が配設されている。この磁力発生手段5は、磁力を発生させるとともに、その磁力によって詳細を後述する研磨用スラリー中における磁性体の分布状態を可変させるものである。このような磁力発生手段5は、複数の磁石を用いて構成することが考えられる。磁石には、磁性材料からなる永久磁石の他に、電磁石も含まれるものとする。つまり、磁力発生手段5は、永久磁石と電磁石とのいずれを用いて構成しても構わない。ただし、印加電圧によって発生させる磁力の大きさを任意に調整し得る点で、電磁石を用いて構成することが望ましい。
磁力発生手段5を構成する複数の磁石は、研磨定盤2の上面に規則的に配されているものとする。規則的な配置としては、各磁石をマトリクス状に並べたものであってもよいが、その配置数の削減や後述するコントロールの際の容易さや省電力等を考慮すると、各磁石を同心円状に並べて配したものが望ましい。具体的には、図例のように、研磨定盤2の上面に、幅5〜7mm程度の同心円状に形成された各磁石を、それぞれの間のスペースを1〜2mm程度にして配置することが考えられる。
また、磁力発生手段5を構成する各磁石が電磁石である場合には、その磁力発生手段5に付随して、電圧調整機構6が設けられているものとする。電圧調整機構6は、磁力発生手段5を構成する各磁石に対して、個別に電圧印加を行うとともに、それぞれへの印加電圧の大きさを調整するためのものである。このような電圧調整機構6は、例えば印加電圧の大きさを調整するボリューム回路を用いて構成することが考えられる。なお、電圧調整機構6が設けられている場合には、その電圧調整機構6が調整する印加電圧によって、磁力発生手段5を構成する各磁石が発生させる磁力の大きさも異なってくるが、磁力発生手段5および電圧調整機構6は、例えばBr(残留磁束密度)が0.5〜1.2T、BH(最大エネルギー積)が150〜350kJ/m3、Hc(保磁力)が400〜700kA/m程度の磁力発生に対応し得るものとする。
また、ここで説明するCMP装置は、上述した磁力発生手段5および電圧調整機構6に加えて、供給管4から供給される研磨用スラリーにも大きな特徴がある。ここで、研磨用スラリーについて詳しく説明する。
供給管4を通じて供給される研磨用スラリーは、ウエハ基板の被研磨面を研磨する際の研磨剤としての機能を有した液状のものであり、その具体例としては例えば酸化セリウム(セリア;CeO2)系のものが知られている。ただし、研磨用スラリーは、必ずしもセリア系に限定されるものではなく、シリカ、アルミナ、硝酸鉄系であってもよい。
また、研磨用スラリーには、被研磨面の高平坦化を実現すべく、添加剤としての界面活性剤が混入されている。界面活性剤としては、例えばポリアクリル酸アンモニウム塩、またはポリカルボン酸アンモニウム塩を用いる。なお、界面活性剤の混入は、供給管4の途中にて行ってもよいし、あるいは予め界面活性剤が混入された一液タイプの研磨用スラリーを当該研磨用スラリーの供給源に注入することで行うようにしてもよい。
このような研磨用スラリーは一般的なCMP装置で用いられるものと略同様であるが、ここで説明する研磨用スラリーは、以下に述べるような特徴的な構成を備えている。すなわち、ここで説明する研磨用スラリーは、界面活性剤に加えて、強磁性または常磁性の磁性体が混入されている。ここで、「強磁性」とは、外部磁界を印加しなくても存在する磁化(自発磁化)を持つ磁性をいう。また、「常磁性」とは、外部磁界を印加したときに磁界と平行な方向に磁化が誘起されるような弱い磁性をいう。すなわち、ここでいう「磁性体」は、外部から与えられる磁界に反応して、その磁界が与えられた方向に引き寄せられるものである。
例えば、磁性体としては、強磁性体であるフェロ磁性の鉄(Fe)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)またはこれらの化合物のいずれかを用いることが考えられる。化合物としては、MxMy(M=Fe,Co,NIから選ばれる少なくとも一種類の元素、N=ホウ素(B),炭素(C),窒素(N),酸素(O),アルミニウム(Al),ケイ素(Si),チタン(Ti),バナジウム(V),クロム(Cr),ガリウム(Ga),ゲルマニウム(Ge),ジルコニウム(Zr),ニオブ(Nb),モリブデン(Mo),ルテニウム(Ru),ロジウム(Rh),パラジウム(Pd),銀(Ag),ハフニウム(Hf),タンタル(Ta),タングステン(W),白金(Pt),金(Au)から選ばれる少なくとも一種類の元素)が挙げられる。また、その他にも、例えば強磁性体であるフェリ磁性を持つペロブスカイト酸化物(BiFeO3とPLZT)を用いることが考えられる。このペロブスカイト酸化は、強磁性と強誘電ヒステリシス特性を同時に持つ。ただし、磁性体は、必ずしもこれらに限定されるものではない。
図2は、本発明に係るCMP装置で用いられる研磨用スラリーの成分の一具体例を示す説明図である。セリア系の研磨用スラリーであれば、図例のような成分比にて界面活性剤および磁性体を混入させることが考えられる。
以上のような磁性体が混入された研磨用スラリーでは、磁性体がスラリーの分散剤の働きをし、界面活性剤をうまく分散させることになる。しかも、磁性体は、研磨用スラリーに混入されることによって、研磨砥粒として機能することになる。したがって、磁性体の混入によって、研磨用スラリーは、界面活性剤による凹凸段差緩和性能を持たせたまま、磁性体によって研磨レートが高くなるのである。
次に、以上のように構成されたCMP装置が行う処理動作例、すなわち本発明の第1の実施の形態におけるCMP方法について説明する。
CMPを行うのにあたっては、CMP装置の研磨ヘッド3にウエハ基板を装着し、その研磨ヘッド3および研磨定盤2をそれぞれ回転させ、その状態で研磨ヘッド3を研磨定盤2に向けて下降させる。そして、ウエハ基板の被研磨面と研磨パッド1とが互いに加圧された状態で、その間に研磨用スラリーおよび必要に応じて純水を介在させつつ、被研磨面と研磨パッド1とを相対的に摺擦することにより、そのウエハ基板の被研磨面を研磨する。つまり、供給管4を通じて供給された研磨用スラリーを被研磨面と研磨パッド1との間に介在させつつ、その被研磨面に対する研磨を行う。
ただし、CMPの開始当初には、第1ステップとして、電圧調整機構6が磁力発生手段5に対して電圧印加を行うことなく、すなわち磁力発生手段5を構成する各磁石に磁力を発生させることなく、被研磨面に対する研磨を行う。したがって、被研磨面と研磨パッド1との間に介在する研磨用スラリーについては、磁性体が均一に分布していることになるので、界面活性剤の保護作用の働きが期待でき、被研磨面における凹凸段差の緩和が図れるようになる。つまり、研磨後の凹凸段差が少ない高平坦化の実現が可能となる。この第1ステップの研磨は、所望の平坦度が得られるまで行う。具体的には、例えば研磨定盤2のトルク変化から界面活性剤の保護作用が終了したか否かを判断し得るので、そのトルク変化の検出結果に基づいて研磨終了の判定を行えばよい。
その後は、第2ステップとして、電圧調整機構6が磁力発生手段5を構成する各磁石のうちの一部に対して電圧印加を行い、その一部の磁石に磁力を発生させた状態で、被研磨面に対する研磨を行う。どの磁石に電圧印加を行うかは、例えば電圧印加を行わずに研磨を終了したウエハ基板について予め行っておいた膜厚測定の結果を基に、CMP装置における研磨の面内分布が判定できるので、その面内分布から研磨レートの低い研磨箇所を認識することで決定すればよい。すなわち、研磨レートの低い研磨箇所に対応する位置に配された一つまたは複数の磁石に対して、電圧印加を行うようにする。このような一部の磁石に磁力を発生させて研磨を行えば、その磁石に対応する研磨箇所に研磨用スラリー中の磁性体が集中することになる。したがって、磁性体が集中し、その分布が密な箇所では、その磁性体の研磨砥粒としての機能により、高研磨レートを確保し得るようになる。その一方で、磁性体の分布が疎な箇所では、研磨レートを抑えられるようになる。これは、磁性体がセリアやシリカ等よりも大きく、より研磨を促進させるためである。その結果、第2ステップの研磨を、被研磨面における残膜が所望厚さとなるまで継続すれば、被研磨面上での面内分布の悪化を解消することが可能となる。しかも、そのために、研磨時間の長時間化を要することもなく、さらには十分な削り込み量を確保することも可能となる。
また、その他にも、第1の実施の形態におけるCMP方法としては、以下のような手順のものが考えられる。例えば、CMPの開始当初には、第1ステップとして、電圧調整機構6が磁力発生手段5を構成する全ての磁石に対して電圧印加を行い、各磁石に磁力を一律に発生させた状態で、被研磨面に対する研磨を行う。このような第1ステップの研磨を行えば、研磨用スラリー中の磁性体が研磨定盤2側に集中することになる。すなわち、ウエハ基板が保持されている研磨ヘッド3側には、磁性体の分布が疎となり、主に界面活性剤の保護作用が働くことになる。これにより、被研磨面における凹凸段差の緩和が図れ、研磨後の凹凸段差が少ない高平坦化の実現が可能となる。
そして、例えば研磨定盤2のトルク変化から研磨終了を判定した後は、続いて、第2ステップとして、電圧調整機構6が磁力発生手段5に対して電圧印加を行うことなく、あるいは磁力発生手段5を構成する各磁石のうちの一部に対して電圧印加を行い、被研磨面に対する研磨を行う。このような手順で被研磨面に対する研磨を行った場合であっても、被研磨面上での面内分布の悪化を解消することが可能となる。
なお、CMPにあたっては、上述した二通りの手順のどちらを用いても構わないが、研磨用スラリー中における磁性体の種類やその混入量等を総合的に勘案しつつ、いずれを選択するか適宜決定すればよい。また、いずれの手順においても、第1ステップと第2ステップを入れ替えて実行しても構わない。
〔第2の実施の形態〕
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。ただし、ここでは、上述した第1の実施の形態の場合との相違点を説明し、同様の内容についてはその説明を省略する。図3は、本発明の第2の実施の形態におけるCMP装置の要部構成例を示す図である。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。ただし、ここでは、上述した第1の実施の形態の場合との相違点を説明し、同様の内容についてはその説明を省略する。図3は、本発明の第2の実施の形態におけるCMP装置の要部構成例を示す図である。
ここで説明するCMP装置は、図3(a)に示すように、研磨ヘッド3内に磁力発生手段5が配設されている。すなわち、研磨ヘッド3は、ウエハ基板7の被装着面を保護するためにゴム等の弾性部材からなるメンブレンサポート8と、研磨時におけるウエハ基板7の飛び出しを防ぎ、かつ、研磨パッド1と接してリバウンド効果を生じさせるために、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂等の弾性部材からなるリテーナリング9とに加えて、磁力発生手段5と、これに付随する電圧調整機構6とを備えている。
磁力発生手段5は、第1の実施の形態の場合と同様に、例えば複数の電磁石が同心円状に並べて配されたものである。また、電圧調整機構6についても、第1の実施の形態の場合と同様であり、磁力発生手段5を構成する各磁石に対して、個別に電圧印加を行うとともに、それぞれへの印加電圧の大きさを調整し得るようになっている。さらに、研磨の際に用いる研磨用スラリーについても、第1の実施の形態の場合と同様である。すなわち、供給管4を通じて供給される研磨用スラリーには、界面活性剤に加えて、磁性体が混入されている。
次に、以上のように構成されたCMP装置が行う処理動作例、すなわち本発明の第2の実施の形態におけるCMP方法について説明する。
ここで説明するCMPでは、その開始当初、第1ステップとして、電圧調整機構6が磁力発生手段5に対して電圧印加を行うことなく、すなわち磁力発生手段5を構成する各磁石に磁力を発生させることなく、被研磨面に対する研磨を行う。したがって、被研磨面と研磨パッド1との間に介在する研磨用スラリーについては、磁性体が均一に分布していることになるので、界面活性剤の保護作用の働きが期待でき、被研磨面における凹凸段差の緩和が図れるようになる。つまり、研磨後の凹凸段差が少ない高平坦化の実現が可能となる。
そして、例えばトルク変化の検出結果に基づいて所望の平坦度が得られたと判定した後は、第2ステップとして、電圧調整機構6が磁力発生手段5を構成する各磁石のうちの一部に対して電圧印加を行い、その一部の磁石に磁力を発生させた状態で、被研磨面に対する研磨を行う。どの磁石に電圧印加を行うかは、例えば事前の膜厚測定結果に基づき研磨レートの低い研磨箇所を認識することで決定すればよい。このような一部の磁石に磁力を発生させて研磨を行えば、その磁石に対応する研磨箇所に研磨用スラリー中の磁性体が集中することになるのでその磁性体の研磨砥粒としての機能により、高研磨レートを確保し得るようになる。その一方で、磁性体の分布が疎な箇所では、研磨レートを抑えられるようになる。その結果、第2ステップの研磨を、被研磨面における残膜が所望厚さとなるまで継続すれば、被研磨面上での面内分布の悪化を解消することが可能となる。しかも、そのために、研磨時間の長時間化を要することもなく、さらには十分な削り込み量を確保することも可能となる。
また、第2の実施の形態における第2ステップでは、電圧調整機構6が磁力発生手段5を構成する全ての磁石に対して電圧印加を行い、各磁石に磁力を一律に発生させた状態で、被研磨面に対する研磨を行ってもよい。このような全ての磁石に磁力を発生させて研磨を行えば、研磨用スラリー中の磁性体が研磨ヘッド3側に集中することになる。すなわち、ウエハ基板の被研磨面側での磁性体の分布が密となり、その被研磨面の全体に対して高研磨レートを確保し得るようになる。これにより、被研磨面における研磨量の調整が図れるようになる。
なお、上述した第2の実施の形態においても、第1ステップと第2ステップを入れ替えて実行しても構わない。
〔第3の実施の形態〕
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。ただし、ここでも、上述した第1または第2の実施の形態の場合との相違点を説明し、同様の内容についてはその説明を省略する。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。ただし、ここでも、上述した第1または第2の実施の形態の場合との相違点を説明し、同様の内容についてはその説明を省略する。
ここで説明するCMP装置は、研磨定盤2内および研磨ヘッド3内のそれぞれに磁力発生手段5が配設されているとともに、それぞれの磁力発生手段5に付随して電圧調整機構6が設けられている。供給管4から供給される研磨用スラリーについては、第1の実施の形態の場合と同様である。
次に、以上のように構成されたCMP装置が行う処理動作例、すなわち本発明の第3の実施の形態におけるCMP方法について説明する。
ここで説明するCMPにおいても、第1の実施の形態の場合と同様に、第1ステップとして電圧調整機構6が磁力発生手段5に対して電圧印加を行うことなく被研磨面に対する研磨を行い、その後、第2ステップとして、研磨定盤2内および研磨ヘッド3内の少なくとも一方における電圧調整機構6が磁力発生手段5を構成する各磁石のうちの一部に対して電圧印加を行い、その一部の磁石に磁力を発生させた状態で、被研磨面に対する研磨を行う。これにより、第1ステップでは研磨後の凹凸段差が少ない高平坦化の実現が可能となり、また第2ステップでは被研磨面上での面内分布の悪化を研磨時間の長時間化を要することなく解消することが可能となる。
また、その他にも、第3の実施の形態におけるCMP方法としては、以下のような手順のものが考えられる。図4は、本発明の第3の実施の形態におけるCMP方法の概念を示す模式図である。
例えば、CMPの開始当初には、図4(a)に示すように、第1ステップとして、研磨定盤2内の磁力発生手段5のみが磁力を発生させた状態で、被研磨面に対する研磨を行う。このとき、電圧調整機構6は、磁力発生手段5を構成する全ての磁石に対して電圧印加を行い、各磁石に磁力を一律に発生させる。このような第1ステップの研磨を行えば、研磨用スラリー中の磁性体粒子10が研磨定盤2側に集中することになる。すなわち、ウエハ基板7における被研磨面、さらに詳しくは例えばウエハ基板7上に成膜された酸化膜7aの表面には、磁性体粒子10の分布が疎となり、主に界面活性剤11が吸着することとなり、その界面活性剤11の保護作用が働くことになる。これにより、酸化膜7aの表面における凹凸段差の緩和が図れ、研磨後の凹凸段差が少ない高平坦化の実現が可能となるのである。
そして、例えば研磨定盤2のトルク変化から研磨終了を判定した後は、続いて、図4(b)に示すように、第2ステップとして、研磨ヘッド3内の磁力発生手段5のみが磁力を発生させた状態で、被研磨面に対する研磨を行う。このときも、電圧調整機構6は、磁力発生手段5を構成する全ての磁石に対して電圧印加を行い、各磁石に磁力を一律に発生させる。このような第2ステップの研磨を行えば、研磨用スラリー中の磁性体粒子10が研磨ヘッド3側に集中することになる。すなわち、ウエハ基板7上に成膜された酸化膜7aの表面に磁性体粒子10が集まり、高研磨レートを確保して被研磨面における研磨量の調整が図れるようになる。これにより、酸化膜7aの残膜量(除去量)を所望の膜厚に調整し、これと同時に膜厚の分布(均一性)を調整することも可能となるのである。
なお、上述した第3の実施の形態においても、第1ステップと第2ステップを入れ替えて実行しても構わない。また、図4を用いて説明した手順においては、磁力発生手段5を構成する各磁石に一律に磁力を発生させるだけではなく、そのうちの一部に対して磁力を発生させることを組み合わせてもよい。
以上に説明したように、第1〜第3の実施の形態におけるCMP装置およびCMP方法においては、磁性体が混入された研磨用スラリーを研磨パッド1とウエハ基板7との間に介在させるとともに、磁力を発生させることによってその研磨用スラリー中における磁性体の分布状態を可変させるので、磁性体の分布が密な箇所ではその磁性体の研磨砥粒としての機能により高研磨レートを確保し、磁性体の分布が疎な箇所では研磨レートを抑える、といったことをコントロールし得るようになる。また、研磨パッド側よりも被研磨面側に磁性体を集中させて、その磁性体が研磨に寄与する度合を高めたり、その逆に磁性体が研磨に寄与する度合を抑える、といったこともコントロールし得るようになる。つまり、被研磨面上における研磨の面内分布の均一化が図れるようになり、さらには磁性体の疎密度合を通じて研磨レート自体をもコントロールし得るようになる。したがって、CMP後における被研磨面の高平坦化を可能にしつつ、高い研磨レートを確保して十分な削り込み量をも得られるので、歩留まり低下を回避して効率のよい半導体装置の製造が実現可能となり、また次世代半導体製造プロセスに要求される高平坦化の実現に対応することも容易となる。
また、第1の実施の形態で説明したように、研磨定盤2の側から磁力発生を行えば、その研磨定盤2上の全面について磁性体の分布をコントロールし得るようになるので、例えばウエハ基板7のエッジ近傍における面内分布の不均一についても、これを解消することが容易となる。一方、第2の実施の形態で説明したように、研磨ヘッド3の側から磁力発生を行えば、ウエハ基板7の大きさに合わせて磁力発生を行うことになるので、研磨定盤2の側から磁力発生を行う場合に比べて、構成の簡素化や消費電力の削減等に対応することが容易となる。さらに、第3の実施の形態で説明したように、研磨定盤2および研磨ヘッド3の両方の側から磁力発生を行い得るようにすれば、図4を用いて説明した手順によるCMPが可能になることに加え、様々な態様で生じ得る面内分布の不均一についてもこれに柔軟に対応し得るようになる。
1…研磨パッド、2…研磨定盤、3…研磨ヘッド、4…供給管、5…磁力発生手段、6…磁力調整手段、7…ウエハ基板、7a…酸化膜、10…磁性体粒子、11…界面活性剤
Claims (12)
- 被研磨物の被研磨面に対する研磨を行って当該被研磨面を平坦化する研磨装置であって、
上面に研磨パッドが貼付される研磨定盤と、
前記被研磨面を前記研磨パッドと対向させるように前記被研磨物を保持する研磨ヘッドと、
磁性体が混入された研磨用スラリーを供給して前記研磨パッドと前記被研磨物との間に介在させるスラリー供給管と、
磁力を発生させるとともに当該磁力によって前記研磨パッドと前記被研磨物との間に介在する前記研磨用スラリー中における前記磁性体の分布状態を可変させる磁力発生手段と を備えることを特徴とする研磨装置。 - 前記磁力発生手段が前記研磨定盤内に配設されている
ことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。 - 前記磁力発生手段が前記研磨ヘッド内に配設されている
ことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。 - 前記磁力発生手段が前記研磨定盤内と前記研磨ヘッド内との両方に配設されている
ことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。 - 前記磁力発生手段は、個別の電圧印加が可能な複数の電磁石からなる
ことを特徴とする請求項1記載の研磨装置。 - 前記複数の電磁石が同心円状に配されている
ことを特徴とする請求項5記載の研磨装置。 - 研磨定盤上に貼付された研磨パッドと被研磨物の被研磨面とが互いに対向するように当該被研磨物を研磨ヘッドに装着し、前記研磨パッドと前記被研磨面とを相対的に摺擦させることによって研磨を行って当該被研磨面を平坦化する研磨方法であって、
前記研磨にあたり、磁性体が混入された研磨用スラリーを供給して前記研磨パッドと前記被研磨物との間に介在させ、
前記研磨パッドと前記被研磨物との間に介在する前記研磨用スラリー中における前記磁性体の分布状態を、磁力を発生させることによって可変させる
ことを特徴とする研磨方法。 - 前記磁力の発生を前記研磨定盤側から行う
ことを特徴とする請求項7記載の研磨方法。 - 前記磁力の発生を前記研磨ヘッド側から行う
ことを特徴とする請求項7記載の研磨方法。 - 前記磁力の発生を前記研磨定盤側と前記研磨ヘッド側との両方から行う
ことを特徴とする請求項7記載の研磨方法。 - 前記磁力の発生を、個別の電圧印加が可能な複数の電磁石を用いて行う
ことを特徴とする請求項7記載の研磨方法。 - 前記複数の電磁石が同心円状に配されている
ことを特徴とする請求項11記載の研磨方法。
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