JP2006066425A - 半導体基板の研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】化学的機械的研磨方法において、銅配線および銅プラグを確実に形成する。
【解決手段】半導体基板の研磨方法は、第１の研磨テーブルの研磨面にウェハーＷを押し付け、研磨面とウェハーＷとの相対運動によってウェハーＷを研磨する第１の研磨工程（ステップ５２）と、純水と気体との混合流体を第１の研磨テーブルの研磨面に噴射しながら、第１の研磨工程で研磨されたウェハーＷを第１の研磨テーブルの研磨面に１００ｈＰａ以上の面圧で押し付け、研磨面と研磨対象物との相対運動によって研磨対象物を３０秒以上研磨する第１の水研磨工程（ステップ５３）とを有している。
【選択図】 図５

Description

本発明は半導体基板の研磨方法に関し、特に銅配線および銅プラグの形成の際に用いる化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）方法に関する。

半導体基板は、トランジスタ上に何層にも形成された配線および配線を接続するプラグにより構成されている。近年、配線およびプラグに使用される材料として、処理速度を高速化できる銅（Ｃｕ）が採用されており、また、Ｃｕ配線およびＣｕプラグを形成する際の基板の平坦化手段としてＣＭＰ法が用いられている。

図７に、従来のＣＭＰ法を用いた研磨方法の流れ図の一例を示す。ウェハーＷ上には、バリア層とＣｕ膜とがこの順で成膜されている。まず、ウェハーＷは、第１ＣＭＰユニットにセットされ（ステップ５５１）、次に、Ｃｕ膜が、所定の研磨パッド上で、研磨剤（スラリー）を使用して完全に除去される（ステップ５５２）。次に、ウェハーＷ上および研磨パッド上に残留しているスラリーおよび研磨屑を除去するために、研磨パッド上に純水を滴下しながら、図８に示すような水研磨処理がおこなわれる（ステップ５５３）。すなわち、同図（ａ）の平面図に示すように、ウェハーＷは、研磨ヘッド１２２に支持されて回転させられながら、これと独立して回転する研磨テーブル１１１上に形成された研磨パッド１１２に押し付けられて研磨され、その間、同図（ｂ）の断面図に示すように、純水が研磨パッド１１２上に供給される。研磨ヘッド１２２の下部には、ウェハーＷを囲うように円環状のリテイナ１１７が設けられ、ウェハーＷの横方向の動きが抑えられる。

水研磨処理が終わると、回転するダイヤモンドドレッサー（図示せず）がこれと独立に回転する研磨パッド１１２に押し付けられ、純水と窒素ガスとの混合流が研磨パッド上にアトマイザー（図示せず）から供給されながら、研磨パッド１１２上の研磨屑が除去され、研磨パッド１１２が再生される（ステップ５５４）。この再生処理はドレッシングとも呼ばれる。次に、ウェハーＷは、ウェハー表面に純水をかけられリンスされながら、プッシャー（図示せず）に搬送され、そこで研磨ヘッド１２２から離脱させられる。ウェハーＷは、さらに純水をかけられながら、第２ＣＭＰユニットに搬送される（ステップ５５５）。ウェハーＷは次に、バリア研磨用のヘッドに吸着支持させられ、ウェハーＷのバリア層は、バリア用研磨剤を使用しながら所定の研磨パッドで研磨される（ステップ５５６）。次に、ウェハー上および研磨パッド上に残留しているスラリーおよび研磨屑を除去するために、純水が研磨パッド上に滴下されながら水研磨処理がおこなわれる（ステップ５５７）。その後、ステップ５５４と同様にして研磨パッドが再生される（ステップ５５８）。次に、ウェハーＷは、ウェハー表面に純水をかけられリンスされながら、プッシャーに搬送され、そこでバリア研磨用のヘッドから離脱させられる。その後、ウェハーＷは洗浄ユニットへ搬送され、洗浄されてＣＭＰプロセスが終了する。

このように、従来技術では、研磨パッド上に純水を滴下しながらウェハーの水研磨処理を行い、さらに、ウェハーに純水をかけながら後工程への搬送をおこない、ウェハー表面上のスラリーや研磨屑を除去し、ウェハー表面を清浄な状態に保っている。
特開２００１−２３７２０８号公報 特開２００１−３３８９０２号公報 特開２００２−１０３２０１号公報 特開２００２−１９０４５５号公報

このように、ウェハーは、表面に純水が滴下供給されながら、水研磨処理および搬送がおこなわれるが、純水を用いるだけでは研磨屑やスラリーをウェハー表面から十分に除去することは困難であった。その理由は、実際のウェハー表面は配線リセスやプラグリセス等の凹部が多くあるため、研磨屑やスラリーはリセスに溜まって（詰まって）しまい、リセスに詰まった研磨屑やスラリーを水圧だけで掻き出すのは難しいためである。リセスに溜まったスラリーは、自らＣｕプラグをエッチングし（静的エッチング）、リセスをさらに拡大させるおそれがある。

この課題を解決するためには洗浄効率を改善することが有効であり、水圧を増すことが考えられるが、純水の使用量が多くなるという問題がある。また、水研磨処理の際のウェハーの研磨パッドへの押圧力を増すことも考えられるが、研磨パッドの研磨面の消耗が速くなるという問題がある。

さらに、研磨後のウェハー表面に純水が供給されながら搬送されると、研磨後の稼動イオンがない高抵抗状態のウェハー表面に高抵抗の純水が供給されて、高抵抗同士の液体の衝突が起き、ウェハー表面に電荷が発生し、Ｃｕプラグを溶解させるという問題もある。

Ｃｕプラグが静的エッチングあるいは溶解で十分に形成されないと、図９（ａ）に示すように、Ｃｕプラグ上部に空洞が発生したり、同図（ｂ）に示すように、上層配線がＣｕプラグ上部に落ち込んでしまう。この結果、電気抵抗が極端に増加したり、配線寿命が極端に短くなるなど、半導体基板として致命的な不具合が生じる。このように、ウェハー表面に純水を滴下供給しながら、ウェハーを水研磨処理し搬送するという工程は、残留スラリーによる静的エッチングのおそれと、純水起因の電荷発生によるエッチングのおそれを有しており、ＣＭＰ法を採用する場合の課題となっていた。

本発明は、以上の事情に鑑みて、純水環境で行なっていた水研磨あるいは搬送方法を用いることなく、特に銅配線および銅プラグを確実に形成することができる、化学的機械的研磨方法を提供することを目的とする。

本発明の半導体基板の研磨方法は、第１の研磨テーブルの研磨面に研磨対象物を押し付け、研磨面と研磨対象物との相対運動によって研磨対象物を研磨する第１の研磨工程と、純水と気体との混合流体を第１の研磨テーブルの研磨面に噴射しながら、第１の研磨工程で研磨された研磨対象物を第１の研磨テーブルの研磨面に１００ｈＰａ以上の面圧で押し付け、研磨面と研磨対象物との相対運動によって研磨対象物を３０秒以上研磨する第１の水研磨工程とを有している。

このように、純水と気体との混合流体を研磨後の研磨対象物に噴射することによって、配線リセスやプラグリセスにたまった研磨屑やスラリーが、気体で掻き出され、さらに純水で洗い流される。このため、これら研磨屑やスラリーが残留して静的エッチングによりさらにリセスを拡大させるおそれがなくなり、プラグの上部に上層配線を形成したときにＣｕ配線とＣｕプラグとの良好な接続が確保される。

本発明の半導体基板の研磨方法は、また、第１の水研磨工程で研磨された研磨対象物を、水洗をすることなく第２の研磨テーブルまで搬送する第１の搬送工程と、第２の研磨テーブルの研磨面に搬送された研磨対象物を押し付け、研磨面と研磨対象物との相対運動によって研磨対象物をさらに研磨する第２の研磨工程と、純水と気体との混合流体を第２の研磨テーブルの研磨面に噴射しながら、第２の研磨工程で研磨された研磨対象物を第２の研磨テーブルの研磨面に押し付け、研磨面と研磨対象物との相対運動によって研磨対象物を研磨する研磨する第２の水研磨工程と、第２の水研磨工程で研磨された研磨対象物を、水洗をすることなく洗浄装置まで搬送する第２の搬送工程とを有している。

ここで、第１の研磨工程は、研磨対象物上に形成された銅膜を除去する工程を有し、第２の研磨工程は、研磨対象物上の銅膜の下層に形成されたバリア層を研磨する工程を有していてもよい。

さらに、第１の水研磨工程では、混合流体を形成する純水が毎分１．５リットル以上供給され、窒素ガスが０．３ＭＰａ以上の供給圧力で供給されることが望ましい。

以上説明したように、本発明の半導体基板の研磨方法では、純水と気体との混合流体を配線リセスやプラグリセスに噴霧して水研磨するので、配線リセスやプラグリセスに残留した研磨屑やスラリーが効率的に除去されて洗浄効率が改善される。さらに第２の研磨工程までの搬送工程において純水リンスを行わないので、純水起因の電荷によるプラグ溶解の可能性も減少する。これらの効果によって、配線とプラグとの接続性が向上し、製品の信頼性向上や長寿命化が可能となる。

以下、本発明の半導体基板研磨方法を図面を参照して説明する。図１は、本発明の半導体基板研磨方法に用いる装置の全体構成を示す概念的平面図である。また、図２は、本半導体基板研磨装置の一構成要素である第１ＣＭＰユニットの、図１中２−２線に沿った断面図である。

半導体基板研磨装置１は、ウェハー表面のＣｕ膜を除去し研磨する第１ＣＭＰユニット１１と、Ｃｕ膜の下層にあるバリア層を研磨する第２ＣＭＰユニット１４とを有している。半導体基板研磨装置１はまた、研磨対象のウェハーＷを半導体基板研磨装置１に取付け、取出すためのロードアンロード部２と、バリア層研磨後にウェハーＷを洗浄する洗浄ユニット４Ａ、４Ｂと、ウェハーＷを上下反転する第１反転機８および第２反転機９と、ウェハーＷを半導体基板研磨装置１内の所定の場所に搬送する第１搬送ロボット３および第２搬送ロボット５とを有している。

第１ＣＭＰユニット１１の中央部には、上面にウェハーＷを研磨する研磨パッド１１２が形成された、第１の研磨テーブルである研磨テーブル１１１が設けられている。研磨テーブル１１１の下面にはテーブル軸１１３が連結しており、モータ等の回転手段（図示せず）によって、研磨テーブル１１１を回転運動させることができる。また、研磨テーブル１１１の側方および下方は枠体１１４で覆われており、研磨屑および残留スラリーを回収する。枠体１１４の縁部には一段下がったドレン１１５が形成されており、回収を容易としている。研磨テーブル１１１の内部には、ウェハーＷの研磨量を測定する、渦電流式または光学式の膜厚測定器１１６が内蔵されている。研磨パッド１１２は、研磨布や、固定砥粒パッドや、砥石などで形成される。研磨布とは、弾性を有する発砲ポリウレタンや不織布である。固定砥粒パッドとは、バインダ中に砥粒を固定したものを上層とし、その下層に弾性パッドを貼付けて二重構造としたものである。砥石とは、樹脂等からなるバインダ中に砥粒を固定したものである。

研磨テーブル１１１の外側には揺動アーム１２４が設けられ、ヘッドシャフト１２３を介して、研磨ヘッド１２２を回転可能および上下移動可能に（図２中、ＤおよびＥ）支持している。研磨ヘッド１２２の回転速度は可変で、かつ自動制御される。研磨ヘッド１２２は、ウェハーＷを真空吸着して、所定の押圧力で制御しながらウェハーＷを研磨パッド１１２に押し付ける。研磨テーブル１１１の外側にはまた、ウェハーＷと研磨ヘッド１２２との脱着をおこなうプッシャー１２８が設けられている。ウェハーＷはプッシャー１２８の載置台（図示せず）に載置され、載置台が上下動することによって、研磨ヘッド１２２との間でウェハーＷの受け渡しがおこなわれる。揺動アーム１２４は、支軸１２５に支えられて図１、２中の矢印Ａ方向に回転し、ウェハーＷを研磨テーブル１１１またはプッシャー１２８に搬送することができる。研磨パッド１１２上には、複数のノズル１２７から純水と窒素ガスの混合流体を噴射することのできるアトマイザー１２６が設けられている。アトマイザー１２６の具体的構造は、たとえば特許文献１に記載されているものと同様である。

研磨テーブル１１１の反対側には、揺動アーム１３４が設けられ、ヘッドシャフト１３３を介して、ドレッシングヘッド１３２を回転可能および上下移動可能に（図２中、ＦおよびＧ）支持している。ドレッシングヘッド１３２は、回転しながら、これと独立に回転する研磨パッド１１２に押し付けられて、研磨パッド１１２の再生（目立て、ドレッシング）をおこなう。研磨テーブル１１１の外側にはまた、ドレッシング終了後のドレッシングヘッド１３２を洗浄するドレッサー洗浄装置１３８が設けられている。揺動アーム１３４は、支軸１３５に支えられて図１、２中の矢印Ｂ方向に回転し、ドレッシングヘッド１３２を研磨テーブル１１１またはドレッサー洗浄装置１３８に搬送することができる。研磨パッド１１２上には、アトマイザー１２６同様に純水と窒素ガスの混合流体を噴射することのできるアトマイザー１３６が設けられているが、アトマイザー１２６、１３６を兼用することも可能である。

なお、第２ＣＭＰユニット１４については、第１ＣＭＰユニット１１と基本的に同様の構成を有しているため、詳細な説明は省略する。本明細書では、第１ＣＭＰユニット１１を構成する各要素の参照番号（１１１〜１１６、１２２〜１２８、１３２〜１３８）に３０を加えたものを、第２ＣＭＰユニット１４の対応する各要素としており、必要に応じて、上記規則で各要素が参照される。

図３には、アトマイザー１２６への混合流体供給部１６の概念図を示す（アトマイザー１３６についても同様である。）。窒素ガス供給源１６１から供給された窒素ガスは、圧力調整用のレギュレータ１６３とバルブ１６５とを途中に有する窒素ガス管１６７を通って所定量がアトマイザー１２６に供給される。同様に、純水供給源１６２から供給された純水は、圧力調整用のレギュレータ１６４とバルブ１６６とを途中に有する純水管１６８を通って所定量がアトマイザー１２６に供給される。アトマイザー１２６はこれらを混合し、各々が所定の圧力または流量を有する混合流を形成して、ノズル１２７から噴出させる。

図４には、アトマイザー、研磨テーブル、研磨ヘッドの相対位置関係を示す。アトマイザー１２６のノズル１２７は図示のとおり、複数個設けられ、混合流をできるだけ均一に噴射する構造が望ましい。また、アトマイザー１２６は研磨ヘッド１２２と干渉しなければよいので、設置位置は自由であり、図示の位置に限定されるわけではない。なお、図中のＣは研磨テーブル１１１の回転方向を示し、Ｄは研磨ヘッド１２２の回転方向を示す。このように、研磨テーブル１１１と研磨ヘッド１２２が各々独立して回転することによって、ウェハーＷと研磨パッド１１２との間に複雑な相対的摺動運動が生じ、平坦な研磨が可能となる。

次に、本発明の研磨方法を図５の流れ図を参照して説明する。図中太枠で囲った工程は、従来技術の研磨方法を示す図７と異なる部分である。ウェハーＷ上には、バリア層とＣｕ膜とがこの順で成膜されており、本発明の研磨方法によれば、Ｃｕ膜、バリア層の順で研磨されて平坦面が得られる。なお、Ｃｕ膜とバリア層との間に給電シード層が形成されていてもよい。

まず、ウェハーＷは、Ｃｕ膜を研磨する第１ＣＭＰユニット１１にセットされる（ステップ５１）。具体的には、（１）ウェハーＷはカセット２１Ａ（または２１Ｂ）にセットされ（図１参照）、ロードアンロード部２に設置される。（２）次に、ウェハーＷは、第１搬送ロボット３によってカセット２１Ａから取り出され、第１反転機８に渡される。（３）次に、ウェハーＷは、第１反転機８で反転される。これによって、ウェハーＷの下面がＣｕ膜の形成された研磨対象面になる。（４）次に、ウェハーＷは、第２搬送ロボット５によってプッシャー１２８上に置かれる。（５）次に、揺動アーム１２４が回転して、研磨ヘッド１２２がプッシャー１２８の上方に移動する。（６）次に、プッシャー１２８が上下動し、ウェハーＷは、研磨ヘッド１２２に真空吸着によって固定される。（７）次に、揺動アーム１２４が再び回転して、ウェハーＷは研磨パッド１１２に対向させられる。

次に、ウェハーＷ上に形成されたＣｕ膜は、研磨パッド１１２上で研磨剤（スラリー）を使用して完全に除去される（ステップ５２）。研磨中は、研磨ヘッド１２２は真空吸着を解除し、ウェハーＷに向かって加圧気体を供給する。このとき、前述のように、研磨テーブル１１１と研磨ヘッド１２２とは各々独立して回転し、相互に相対運動をする。また、ウェハーＷは、研磨ヘッド１２２の下部にウェハーＷを囲うように設けられた円環状のリテイナ１１７により、横方向の動きが抑えられ、研磨中も研磨ヘッド１２２に保持される。Ｃｕ膜の研磨の終了は終点検知法または時間指定法で検知される。終点検知法では、膜厚測定機１１６で監視しながら、Ｃｕ膜の膜厚０を検知したとき、またはバリア層の表面を検知したときに研磨が終了する。時間指定法では、あらかじめ設定された研磨時間の経過後に研磨が終了する。研磨剤としては、たとえばアルカリ溶液に微粒子からなる砥粒を懸濁したものが用いられ、アルカリによる化学的研磨作用と、砥粒による機械的研磨作用との複合作用でウェハーＷが研磨される。研磨圧力は２８０ｈＰａ以下とすることが望ましい。

次に、スラリーの供給を停止後、ウェハーＷ上および研磨パッド１１２上に残留しているスラリーを除去するために、アトマイザー１２６から純水と窒素ガスとの混合流が供給され、水研磨処理がおこなわれる（ステップ５３）。研磨パッド１１２上には、混合流体を形成する純水が毎分１．５リットル以上、窒素ガスが０．３ＭＰａ以上の供給圧力で供給される。ウェハーＷは研磨パッド１１２に１００ｈＰａ以上の面圧で押し付けられて、３０秒以上研磨される。これによって、Ｃｕ配線リセスやＣｕプラグリセスにたまった研磨屑やスラリーが、窒素ガスで掻き出され、さらに純水で洗い流される。ここで、面圧とは水研磨処理の際にウエハーが研磨パッドを押圧する圧力のことである。充分な水研磨処理が終了した後、ウェハーＷは研磨ヘッド１２２に再び真空吸着され、研磨ヘッド１２２と共に上昇し、研磨パッド１１２から離間する。

次に、従来通りダイヤモンドドレッサー（図示せず）とアトマイザー１３６とを使用して、研磨パッド１１２の表面がドレッシング処理される（ステップ５４）。

次に、ウェハーＷは、第２ＣＭＰユニット１４にセットされる（ステップ５５）。具体的には、（１）ウェハーＷは、揺動アーム１２４によってプッシャー１２８に移され、研磨ヘッド１２２から離脱させられる。（２）次に、ウェハーＷは、第２搬送ロボット５によって第２ＣＭＰユニット１４のプッシャー１５８に置かれる。（５）次に、揺動アーム１５４が回転して、研磨ヘッド１５２がプッシャー１５８の上方に移動する。（６）次に、ヘッドシャフト１５３が下降して、ウェハーＷは、研磨ヘッド１５２に真空吸着によって固定される。（７）次に、揺動アーム１５４が再び回転して、ウェハーＷは研磨パッド１４２に対向させられる。ウェハーＷは、研磨テーブル１１１による研磨の後、プッシャー１２８に載置され、次の研磨が研磨テーブル１４１でおこなわれるまでの間、純水によるリンスは施されない。なお、上述のように、ウェハーＷが第１ＣＭＰユニット１１と第２ＣＭＰユニット１４との間で、研磨ヘッド１２２から研磨ヘッド１５２に受け渡される構成の代わりに、ウェハーＷが同一の研磨ヘッドに保持されながら、２つの研磨テーブルの間を行き来するような構成を採用してもかまわない。

次に、ウェハーＷ上に成膜したバリア層が、研磨パッド１４２上で研磨剤（スラリー）を使用して研磨される（ステップ５６）。研磨条件は適宜調整可能であるが、好適な一実施形態では、研磨圧力はＣｕ膜除去ステップ（ステップ５２）と同一とし、スラリー条件と、研磨テーブル／研磨ヘッドの回転数はステップ５２の研磨条件から変更される。

次に、ウェハーＷ上および研磨パッド１４２上に残留しているスラリーを除去するために、アトマイザー１５６から純水と窒素ガスとの混合流が供給され、１００ｈＰａ以上の面圧で水研磨処理がおこなわれる（ステップ５７）。この処理はステップ５３と同様である。充分な水研磨処理が終了した後、ウェハーＷは研磨ヘッド１５２に再び真空吸着され、研磨ヘッド１５２と共に上昇し、研磨パッド１４２から離間する。

研磨パッド１４２からウェハーＷが離されると、同時にドレッシングが開始される。すなわち、従来通りダイヤモンドドレッサーとアトマイザー１６６とを使用して、研磨パッド１４２の表面がドレッシング処理される（ステップ５８）。この処理もステップ５４と同様である。

このドレッシング中に、ウェハーＷは洗浄ユニット部４Ａにセットされる（ステップ５９）。具体的には、（１)揺動アーム１５４が回転して、研磨ヘッド１５２がプッシャー１５８の上方に移動する。（２）次に、ウェハーＷはプッシャー１５８上に置かれ、研磨ヘッド１５２から離脱させられる。（３）次に、ウェハーＷは、第２搬送ロボット５によって第２反転機９に渡される。ウェハーＷは、研磨テーブル１４１による研磨の後、プッシャー１５８に載置され、洗浄ユニット部４Ａにて洗浄が始まるまで、純水によるリンスは施されない。（４）次に、ウェハーＷは、第２反転機９で反転させられる。これによって、ウェハーＷの上面が研磨が行なわれた面になる。（５）次に、ウェハーＷは、第１搬送ロボット３によって洗浄ユニット４Ａにセットされ、洗浄ユニット４Ａで洗浄される。

ウェハーＷはさらに、第１搬送ロボット３によって洗浄ユニット４Ｂへ搬送され、洗浄ユニット４Ｂで洗浄される（ステップ６０）。ウェハーＷは、このように洗浄ユニット４Ａ、４Ｂによって多段洗浄された後スピン乾燥され、第１搬送ロボット３によって元のカセット２１Ａ（または２１Ｂ）に戻される。

このように、本発明によれば、純水と窒素ガスとの混合流体が、アトマイザー１２６によって、研磨後のウェハーＷに噴射され、Ｃｕ配線リセスやＣｕプラグリセスにたまった研磨屑やスラリーが、窒素ガスで掻き出され、さらに純水で洗い流される。したがって、従来の水研磨では十分な洗浄ができなかった、より微細な構造の孔の内部も水置換が可能となる。また、搬送中に純水をかけないため、ウェハー表面に電荷が発生し、Ｃｕプラグを溶解させる危険性を回避できる。

次に、研磨条件の適正なパラメータ範囲を検討するため、以下に示す７ケースの研磨条件で研磨を実施した。パラメータとしては、スラリー除去工程（ステップ５３，５７）において純水または、純水と窒素ガスとの混合流のいずれを用いるか、純水による水洗をおこなうか、スラリー除去時の面圧、研磨時間等を中心に、表１に示すパラメータを設定した。ここで、混合流を用いるケースにおいて、混合流の生成条件は、純水供給量が毎分１．５リットル以上、窒素ガスの供給圧力が０．３ＭＰａとした。表中の「ＯＰ」とはOver Polishの略で、スラリーを流した状態のままでエンドポイントを検知した後、さらに数秒間研磨を続けることをいう。これによって、エンドポイントでは検知できない微小なＣｕを完全に取り除くことができる。表中の「水洗」とは、従来技術でおこなわれていた、研磨後プッシャーにおいてウエハーの表裏面に純水をかけてリンスをおこなうことで、本発明においてはこのような工程はおこなわれないが、従来技術との対比のために一部のケースでおこなった。バリア層研磨における研磨条件は、研磨圧力は２８０ｈＰａとしたが、スラリー条件および研磨テーブル、研磨ヘッドの回転数はＣｕ膜除去工程とは異なっている。また、バリア層研磨後のスラリー除去工程における面圧は全ケースで１００ｈＰａ、研磨時間１５秒とした。結果は、Ｃｕの欠落やＣｕのエッチングの有無で判定し、「不良」、「良好」、「優良」の３段階に整理した。

表１の結果より、純水を用いず、混合流だけを用いてＣｕ膜除去後とバリア層研磨後のスラリー除去をおこなうことが有利であることが確認された。また、スラリー除去時の面圧は１００ｈＰａに固定しておこなったが、さらに面圧を高めれば研磨屑等をかき出す効果が一層高まることは明らかであることから、面圧は最低１００ｈＰａ以上が望ましいことが確認された。さらに、研磨時間としては３０秒以上確保することが望ましいことが確認された。

図６には、直径０．１４μｍのＣｕプラグを本発明の研磨方法で製作した例を示す（なお、図９に示す従来例も直径０．１４μｍのＣｕプラグである。）。純水供給量、窒素ガス供給圧力、ウェハーＷの研磨パッド１１２への面圧、および研磨時間は前述の条件範囲内である。このように、Ｃｕプラグには空洞や上層配線の落ち込みは発生せず、Ｃｕ配線とＣｕプラグとの良好な接続が確保された。

本発明の半導体基板の研磨方法に用いられる装置の全体構成を示す概念的平面図である。 図１中２−２線に沿った第１ＣＭＰユニットの断面図である。 アトマイザーへの混合流体供給部の概念図である。 アトマイザー、研磨テーブル、研磨ヘッドの相対位置関係の説明図である。 本発明の半導体基板の研磨方法の手順を示す流れ図である。 本発明の半導体基板の研磨方法で形成したＣｕプラグの断面図である。 従来技術の半導体基板の研磨方法の手順を示す流れ図である。 従来技術の水研磨処理の方法を示す説明図である。 従来技術で形成したＣｕプラグの断面図である。

符号の説明

１ 半導体基板研磨装置
２ ロードアンロード部
３ 第１搬送ロボット
４Ａ、４Ｂ 洗浄ユニット
５ 第２搬送ロボット
８ 第１反転機
９ 第２反転機
１１ 第１ＣＭＰユニット
１１１ 研磨テーブル
１１２ 研磨パッド
１１３ テーブル軸
１１４ 枠体
１１５ ドレン
１１６ 膜厚測定器
１２２ 研磨ヘッド
１２３ ヘッドシャフト
１２４ 揺動アーム
１２５ 支軸
１２６ アトマイザー
１２７ ノズル
１２８ プッシャー
１３２ ドレッシングヘッド
１３３ ヘッドシャフト
１３４ 揺動アーム
１３５ 支軸
１３６ アトマイザー
１３７ ノズル
１３８ ドレッサー洗浄装置
１４ 第２ＣＭＰユニット
１６ 混合流体供給部
１６１ 窒素ガス供給源
１６２ 純水供給源
１６３、１６４ レギュレータ
１６５、１６６バルブ
１６７ 窒素ガス管
１６８ 純水管
Ｗ ウェハー

Claims (4)

1. 第１の研磨テーブルの研磨面に研磨対象物を押し付け、該研磨面と該研磨対象物との相対運動によって該研磨対象物を研磨する第１の研磨工程と、
   純水と気体との混合流体を前記第１の研磨テーブルの研磨面に噴射しながら、前記第１の研磨工程で研磨された前記研磨対象物を前記第１の研磨テーブルの研磨面に１００ｈＰａ以上の面圧で押し付け、該研磨面と該研磨対象物との相対運動によって前記研磨対象物を３０秒以上研磨する第１の水研磨工程とを有する、半導体基板の研磨方法。
2. 前記第１の水研磨工程で研磨された前記研磨対象物を、水洗をすることなく第２の研磨テーブルまで搬送する第１の搬送工程と、
   前記第２の研磨テーブルの研磨面に搬送された前記研磨対象物を押し付け、該研磨面と該研磨対象物との相対運動によって該研磨対象物をさらに研磨する第２の研磨工程と、
   純水と気体との混合流体を前記第２の研磨テーブルの研磨面に噴射しながら、前記第２の研磨工程で研磨された前記研磨対象物を前記第２の研磨テーブルの研磨面に押し付け、該研磨面と該研磨対象物との相対運動によって前記研磨対象物を研磨する研磨する第２の水研磨工程と、
   前記第２の水研磨工程で研磨された前記研磨対象物を、水洗をすることなく洗浄装置まで搬送する第２の搬送工程とを有する、請求項１に記載の半導体基板の研磨方法。
3. 前記第１の研磨工程は、前記研磨対象物上に形成された銅膜を除去磨する工程を有し、
   前記第２の研磨工程は、前記研磨対象物上の前記銅膜の下層に形成されたバリア層を研磨する工程を有する、請求項１に記載の半導体基板の研磨方法。
4. 前記第１の水研磨工程では、前記混合流体を形成する純水が毎分１．５リットル以上供給され、窒素ガスが０．３ＭＰａ以上の供給圧力で供給される、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体基板の研磨方法。

Images