JP2006278977A - Manufacturing method of semiconductor device and polishing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は一般にCMP(化学的機械研磨)法に係り、特にCMP法による研磨工程を含む半導体装置の製造方法に関する。 The present invention generally relates to a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor device including a polishing step by the CMP method.
半導体装置の製造では、基板を平坦化し、あるいは絶縁膜や導電膜を除去するのに、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法が使われる。CMP技術は、特にCuなどの低抵抗金属を配線層として使った多層配線構造において重要である。またCMP法はシリコンウェハの表面処理や、磁気ディスクの表面処理、さらにはレンズなど、光学要素の研磨においても重要である。
図1は、典型的なCMP装置10の構成を示す。
FIG. 1 shows a configuration of a
図1を参照するに、CMP装置10は、図示しない駆動源により回動されるプラテン11を有し、前記プラテン11上には研磨パッド12が固定されている。一方、半導体基板14は別の駆動源により回動されるキャリア13上に保持され、前記プラテン11と共に回動する研磨パッド12に、所定の研磨圧力で押圧される。その際、前記研磨パッド12上には研磨剤16が滴下され、前記研磨パッド12上に保持された研磨剤の作用により、前記半導体基板表面が化学機械研磨される。このような化学機械研磨により、基板上の絶縁膜や導電膜が、個別に、あるいは同時に研磨される。
Referring to FIG. 1, a
このようなCMP装置10では、一様で効率的な研磨がなされるように、研磨パッド12の表面は、ダイヤモンドやセラミックス等の硬質砥粒が固定され図示しない別の駆動源により回動されるコンディショニングディスク15により、研削すなわちコンディショニングされる。一般に、このような研磨パッド12のコンディショニングは、半導体ウェハの研磨中、あるいは研磨が終了した段階で行われ、ドレッシング、あるいは目立てとも称される。このようなコンディショニングにより、研磨パッドの表面が削除され、新しいパッド面が露出される。
In such a
図2は、CMP法で一般的に使われている独立発泡型研磨パッドの断面図を示す。 FIG. 2 shows a cross-sectional view of a self-foaming type polishing pad generally used in the CMP method.
図2を参照するに、独立発泡型研磨パッドは、パッド表面および内部に、径が数μmから数十μmの微細な発泡部(ポアと呼ぶ)12Pが、互いに独立して形成されており、研磨剤は、このような発泡部がパッド表面に形成した凹部12Uに保持される。その際、発泡部が互いに独立しているため、研磨剤は研磨パッド内部に浸透することがなく、このため、研磨剤が研磨パッド内部に浸透する連続発泡型の研磨パッドと比較して、研磨剤の消費量を減少させることが可能である。
Referring to FIG. 2, the independent foam type polishing pad has fine foam portions (called pores) 12 </ b> P having a diameter of several μm to several tens of μm formed independently from each other on the pad surface and inside. The abrasive is held in the
一方、このような独立発泡型の研磨パッドでは、研磨に伴って発生する加工屑や反応性生物が発泡部に残留し、研磨パッド表層での目詰まりが発生する問題が生じる。このような目詰まりが生じると、研磨速度は低下し、また研磨も不安定になり、さらに研磨の均一性も悪化すると考えられる。 On the other hand, in such an independent foaming type polishing pad, there arises a problem that processing waste and reactive organisms generated during polishing remain in the foamed portion and clogging occurs on the surface of the polishing pad. When such clogging occurs, the polishing rate decreases, the polishing becomes unstable, and the polishing uniformity is also deteriorated.
そこで従来、研磨パッドを所定の時間使用する度に、例えば図1に示したコンディショニングディスク15により研磨パッド表面にコンディショニングを行い、研磨パッド表面を、図3に示すように符号12Xで示す加工屑ごと削り取ることがなされている。
Therefore, conventionally, every time the polishing pad is used for a predetermined time, the surface of the polishing pad is conditioned by, for example, the
従来、微細化された半導体装置の製造に使われている研磨パッドでは、図2のような独立発泡型研磨パッドが主流であるが、この型の研磨パッドは発泡体12Pを含むため、製造工程に起因して、ある程度のばらつきが生じるのが避けられない。このような研磨パッドの製造ばらつきは、最近の超微細化半導体装置の製造においては、研磨速度の変化、研磨の均一性の劣化、研磨時間の増加など、無視できない問題を生じる可能性がある。また、このような内部に発泡体12Pを有する研磨パッドはフレキシブルで、このため表面に段差を有する構造を化学機械研磨で平坦化しようとしても、研磨パッドが被研磨面の段差構造に追従して変形してしまうため、特に微細化された構造を研磨する場合、段差を充分に解消することができない、あるいは平坦構造を研磨した場合にディッシングを生じてしまうなどの課題を有している。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a polishing pad used for manufacturing a miniaturized semiconductor device, an independent foam type polishing pad as shown in FIG. 2 is mainstream. However, since this type of polishing pad includes a
そこでこれらの課題を解決するため、最近では図4に示す無発泡型の研磨パッドの使用が提案されている。 In order to solve these problems, recently, use of a non-foaming type polishing pad shown in FIG. 4 has been proposed.
図4を参照するに、無発泡型の研磨パッドは、従来の連続発泡型研磨パッドと同様に、主にポリウレタンなどの材料より形成されるが、内部に発泡体を含まない。無発泡型の研磨パッドは内部に発泡体を含まないことから、個体間差が小さく、製造バラツキを抑えることが可能である。また、研磨の際、力学的緩衝材として作用する発泡体を含まないため、無発泡型研磨パッドは発泡型研磨パッドよりも大きな剛性を有し、このため段差を有する構造を研磨した場合でも、段差に対して効果的に作用し、ディッシングを抑制し、基板面の平坦化を促進することができる。 Referring to FIG. 4, the non-foaming type polishing pad is formed mainly from a material such as polyurethane as in the case of the conventional continuous foaming type polishing pad, but does not include a foam inside. Since the non-foaming type polishing pad does not contain a foam inside, the difference between individuals is small, and manufacturing variations can be suppressed. In addition, since it does not include a foam that acts as a mechanical buffer during polishing, the non-foaming type polishing pad has greater rigidity than the foaming type polishing pad, and therefore even when a structure having a step is polished, It effectively acts on the step, suppresses dishing, and promotes flattening of the substrate surface.
一方、無発泡型研磨パッドは、図2のような発泡部12Pを含まないため、発泡型研磨パッドと比較すると、研磨剤の保持能力が劣り、所望の研磨速度が得られない場合がある。
On the other hand, since the non-foaming type polishing pad does not include the
図5に、シリコンウェハ上に形成されたプラズマ酸化膜を、図1のCMP装置において連続発泡型研磨パッドおよび無発泡型研磨パッドを使って研磨した場合の、研磨速度を比較して示す。ただし図5の実験においては、研磨圧力を4psi、研磨キャリア13の回転数および研磨プラテン11の回転数をそれぞれ90rpmおよび80rpmに設定し、スラリを200ml/minの流量で供給しながら研磨を行っている。
FIG. 5 shows a comparison of polishing rates when the plasma oxide film formed on the silicon wafer is polished using the continuous foaming polishing pad and the non-foaming polishing pad in the CMP apparatus of FIG. However, in the experiment of FIG. 5, the polishing pressure was set to 4 psi, the rotation speed of the
図5よりわかるように、無発泡型研磨パッドを使った場合の研磨速度は、発泡型研磨パッド使った場合と比較して、約16%低下している。図5の実験では、用いた研磨剤中の砥粒濃度が15wt%と比較的高く、このため無発泡型研磨パッドを使った場合における研磨速度の低下が、16%程度で収まったものと考えられる。 As can be seen from FIG. 5, the polishing rate when the non-foaming type polishing pad is used is about 16% lower than that when the foaming type polishing pad is used. In the experiment of FIG. 5, the abrasive concentration in the used abrasive was relatively high at 15 wt%, and therefore the decrease in the polishing rate when using the non-foaming type polishing pad was considered to be within about 16%. It is done.
一方、CMP工程においては、このプロセスで特徴的に発生するスクラッチが大きな問題となっているが、従来、このようなスクラッチを減少させるのに、研磨剤中の砥粒濃度を減少させるのが有効であることが知られている。スクラッチは、研磨剤中に分散された砥粒が凝集して粗大粒子を形成したような場合など、様々な理由で発生するが、このようなスクラッチは半導体装置の製造歩留まりを低下させるため、スクラッチの抑制は、CMP技術においては常に重要な課題となっている。また、このように研磨剤中の砥粒濃度を減少させれば、スクラッチと共に、砥粒の消費量も減少するため、半導体装置の製造費用を低減させる効果も期待できる。しかしながら、このような無発泡型研磨パッドを使ったCMP工程で砥粒濃度を減少させると、深刻な研磨速度の低下を招いてしまう。 On the other hand, in the CMP process, scratches that occur characteristically in this process have become a big problem. Conventionally, it is effective to reduce the concentration of abrasive grains in the abrasive to reduce such scratches. It is known that Scratches occur for various reasons, such as when the abrasive grains dispersed in the abrasive form agglomerate to form coarse particles. Such scratches reduce the manufacturing yield of semiconductor devices. This suppression has always been an important issue in CMP technology. Further, if the abrasive concentration in the polishing agent is reduced in this way, the consumption of the abrasive grains is reduced together with the scratch, so that an effect of reducing the manufacturing cost of the semiconductor device can be expected. However, if the abrasive concentration is reduced in the CMP process using such a non-foaming type polishing pad, the polishing rate is seriously lowered.
本発明は一の側面において、基板を研磨パッド上で化学機械研磨する工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記化学機械研磨工程は、前記研磨パッドの表面を、表面状態の異なる少なくとも第1および第2のコンディショニングディスクによりコンディショニングする工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。 In one aspect, the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device including a step of chemically and mechanically polishing a substrate on a polishing pad, wherein the chemical mechanical polishing step includes at least a surface of the polishing pad having a different surface state. There is provided a method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of conditioning with first and second conditioning disks.
本発明は他の側面において、物体を研磨パッド上で化学機械研磨する工程と、前記研磨パッドの表面を、表面状態の異なる少なくとも第1および第2のコンディショニングディスクによりコンディショニングする工程を含むことを特徴とする化学機械研磨方法を提供する。 In another aspect, the present invention includes a step of chemically mechanically polishing an object on a polishing pad, and a step of conditioning the surface of the polishing pad with at least first and second conditioning disks having different surface states. A chemical mechanical polishing method is provided.
本発明によれば、研磨パッドとして無発泡型研磨パッドを使う場合や、研磨剤中の砥粒濃度が低い場合など、化学機械研磨の際に充分な研磨速度を確保するのが困難な場合においても、前記研磨パッドの表面を、表面状態の異なる少なくとも第1および第2のコンディショニングディスクによりコンディショニングすることで、研磨パッド上に充分な量の研磨剤を保持することが可能となり、充分な研磨速度が確保される。さらに、前記研磨パッド表面により大きな表面粗さを形成する第1のコンディショニングディスクを間欠的に使用することで、あるいは前記第1のコンディショニングディスクと前記第2のコンディショニングディスクを交互に使うことで、前記研磨パッドの過剰な磨耗を抑制し、寿命を延長することが可能となる。 According to the present invention, when a non-foaming type polishing pad is used as the polishing pad, or when it is difficult to ensure a sufficient polishing rate during chemical mechanical polishing, such as when the abrasive grain concentration in the polishing agent is low. However, by conditioning the surface of the polishing pad with at least the first and second conditioning disks having different surface states, it is possible to hold a sufficient amount of abrasive on the polishing pad, and a sufficient polishing rate. Is secured. Further, by intermittently using the first conditioning disk that forms a large surface roughness on the polishing pad surface, or by alternately using the first conditioning disk and the second conditioning disk, Excessive wear of the polishing pad can be suppressed and the life can be extended.
本発明によれば、無発泡型研磨パッドを使うことで、充分な研磨速度を確保しつつ、被処理基板表面に優れた平坦性を実現でき、さらに砥粒濃度を減少させることにより、充分な研磨速度を確保しつつ、被処理基板表面におけるスクラッチの発生を低減させることができる。 According to the present invention, by using a non-foaming type polishing pad, it is possible to achieve excellent flatness on the surface of the substrate to be processed while ensuring a sufficient polishing rate, and further by reducing the abrasive concentration, The generation of scratches on the surface of the substrate to be processed can be reduced while ensuring the polishing rate.
[原理]
最初に、本発明者が本発明の基礎となる研究において発見した、本発明の原理について説明する。
[principle]
First, the principle of the present invention discovered by the inventor in research that forms the basis of the present invention will be described.
図6は、図2の発泡型研磨パッドを使った場合の、研磨剤中の砥粒濃度と研磨速度の関係を示す。 FIG. 6 shows the relationship between the abrasive concentration in the abrasive and the polishing rate when the foaming type polishing pad of FIG. 2 is used.
この実験では、シリカ粒子を純水中に分散させた研磨剤において、シリカ粒子の濃度を5,10,15wt%にそれぞれ調製し、シリコンウェハ上に形成されたプラズマ酸化膜の研磨速度を調査している。その際、研磨は図1のCMP装置10を使い、研磨圧力を3psiに設定し、研磨キャリア13および研磨プラテン11をそれぞれ90rpmおよび80rpmの回転数で回転させ、上記研磨剤を200ml/minの流量で供給しながら行った。
In this experiment, in a polishing agent in which silica particles are dispersed in pure water, the concentration of silica particles was adjusted to 5, 10 and 15 wt%, respectively, and the polishing rate of the plasma oxide film formed on the silicon wafer was investigated. ing. At that time, the polishing is performed using the
図6を参照するに、研磨速度と砥粒濃度は、ほぼ比例する結果が得られた。また図6の結果から、砥粒の粒径にも左右はされるが、研磨剤中の砥粒濃度が5wt%以下に減少すると、急激に研磨速度が低下することが見出された。 Referring to FIG. 6, a result in which the polishing rate and the abrasive concentration are almost proportional was obtained. Further, from the results of FIG. 6, it was found that the polishing rate was drastically lowered when the abrasive concentration in the polishing agent was reduced to 5 wt% or less, although it depends on the grain size of the abrasive grains.
図6の結果は、研磨剤の成分や砥粒の特性(形状、粒子径等)によっては、研磨剤中の砥粒濃度がある一定以下になると、急激に研磨速度が低下する場合が生じることが予想される。 The results in FIG. 6 indicate that depending on the components of the abrasive and the characteristics (shape, particle diameter, etc.) of the abrasive, when the abrasive concentration in the abrasive is below a certain level, the polishing rate may decrease rapidly. Is expected.
図7は、同様の実験を、シリコン基板上にシリコン酸化膜を介して形成されたCu膜に対して行った場合の結果を示す。 FIG. 7 shows the results when a similar experiment is performed on a Cu film formed on a silicon substrate via a silicon oxide film.
図7を参照するに、この実験ではCu膜の研磨を、研磨圧力を3psiに、また研磨キャリア13の回転数を80rpm、研磨プラテン11の回転数を70rpmに設定し、研磨剤を200ml/minの流量で供給しながら行った。図7の実験では、研磨剤中の砥粒濃度を3.5wt%に設定している。Cu膜の研磨の場合も、酸化膜の研磨と同様に、研磨に関する条件を、独立発泡型研磨パッドと無発泡型研磨パッドで統一している。
Referring to FIG. 7, in this experiment, the Cu film was polished by setting the polishing pressure to 3 psi, the rotation speed of the polishing
図7より、無発泡型研磨パッドの研磨速度は発泡型パッド使用時と比較して、33.5%と大きく低下するのがわかる。これは、研磨剤中の砥粒濃度が低いため、研磨速度の低下がより顕著に表れたものと考えられる。 From FIG. 7, it can be seen that the polishing rate of the non-foaming type polishing pad is greatly reduced to 33.5% as compared with the case of using the foaming type pad. This is presumably because the decrease in the polishing rate appears more remarkably because the abrasive grain concentration in the abrasive is low.
このように、研磨パッドに無発泡型研磨パッドを用いた場合や、研磨剤中の砥粒濃度が低い場合などでは、研磨速度が低下することがあり、所望の高い研磨速度を得るのが困難になる。 Thus, when a non-foaming type polishing pad is used as the polishing pad or when the abrasive concentration in the polishing agent is low, the polishing rate may decrease, making it difficult to obtain a desired high polishing rate. become.
先に説明した、無発泡型研磨パッドを使用する場合や、無発泡型研磨パッドに砥粒濃度の低い研磨剤を組み合わせて使う場合における研磨速度低下を解決する方策の一つとして、図1のコンディショニングディスク15によって研磨パッド表面に溝を形成することが考えられる。
As one of the measures for solving the decrease in the polishing rate in the case of using the non-foaming type polishing pad described above or in the case of using the non-foaming type polishing pad in combination with an abrasive having a low abrasive concentration, FIG. It is conceivable to form grooves on the surface of the polishing pad by the
図8(A)に示すように、無発泡型の研磨パッドでは研磨パッドは発泡体(ポア)を有さないため、研磨パッド12の表面に保持される研磨剤16の量は、図8(B)に示す発泡型の研磨パッドと比較して少なくなる。すなわち、無発泡型研磨パッドを使った場合、研磨される半導体ウェハ表面に供給される研磨剤の量が発泡型研磨パッドを使った場合と比較して少なくなり、その結果、先に図5で説明したような研磨速度の低下が生じるものと考えられる。
As shown in FIG. 8A, in the non-foaming type polishing pad, the polishing pad does not have a foam (pore). Therefore, the amount of the abrasive 16 held on the surface of the
そこで、無発泡型の研磨パッドにおいて発泡型研磨パッドと同様に研磨剤を保持するためには、先述したようにコンディショニングディスク15により、研磨パッド12の表面に微細な溝を形成し、前記発泡体の代替とすることが考えられる。
Therefore, in order to retain the abrasive in the non-foaming type polishing pad in the same manner as the foaming type polishing pad, as described above, the
図9は、従来使われているコンディショニングディスク15の断面を模式的に示す図である。
FIG. 9 is a diagram schematically showing a cross section of a conventionally used
図9を参照するに、コンディショニングディスク5は、座金15Aと、前記座金15A上に合金層15Bにより固定された、例えばダイヤモンドよりなる硬質砥粒15Cより構成されており、前記座金15Aとしては、一般にステンレス鋼等が用いられ、砥粒15Cとしては、ダイヤモンドが使われる。また前記砥粒15Cを前記座金15Aに固定する合金層15Bとしては、Ni系合金が使われることが多い。このような砥粒15Cの座金15A上への固着は、前記合金層15Bを電着法やメッキ法、拡散法などにより形成することでなされる。
Referring to FIG. 9, the
このようなコンディショニングディスク15の特性は、主に硬質砥粒とその配置方法で決定される。
Such characteristics of the
以下、コンディショニングディスク15を、硬質砥粒15Cとしてダイヤモンドを用いた場合について、説明する。
Hereinafter, the case where the
このようなコンディショニングディスク15では、コンディショニングディスクに用いられるダイヤモンドのサイズ、形状によって、研磨パッドの研削特性が大きく変化する。
In such a
例えばダイヤモンド砥粒15Cの粒径が小さく、また粒状、ないし等方的形状である場合、研磨パッドを研削する能力、すなわちパッド研削速度およびパッド研削量は減少する。その結果、研磨パッド12の寿命は伸びるが、一方で、十分なコンディショニングを行えない場合が生じる。
For example, when the diameter of the diamond abrasive grains 15C is small and is granular or isotropic, the ability to grind the polishing pad, that is, the pad grinding speed and the amount of pad grinding decreases. As a result, the life of the
逆に形が不規則で、尖った形状の粗いダイヤモンド粒子を前記砥粒15Cとして用いた場合には、研磨パッド12の研削速度は増大し、効率良く研磨パッドのコンディショニングを行うことが可能となるが、その反面、研磨パッド12の寿命が減少し、半導体装置の製造コストの上昇につながる。また、鋭く尖ったダイヤモンド砥粒は、割れたり欠けたりしやすく、スクラッチを生じやすい。スクラッチが生じると、半導体基盤表面には深い傷が生じ、歩留まりが低下する。
On the contrary, when diamond particles having irregular shapes and sharp points are used as the abrasive grains 15C, the grinding speed of the
いずれのタイプのコンディショニングパッドとも、市販品が入手可能であるが、一般的には、粒状の略等方的形状のダイヤモンド砥粒が、前記砥粒15Cとして用いられることが多い。この場合、状況に応じて、粗いダイヤモンド砥粒が配置されたコンディショニングディスクが使用される。粗いダイヤモンド砥粒を担持したコンディショニングディスクを使ってコンディショニングを行うと、粒状のダイヤモンド砥粒を担持したコンディショニングディスクよりも深い溝を、前記研磨パッド12の表面に形成することができる。
Commercially available products are available for both types of conditioning pads, but generally, diamond abrasive grains having a substantially isotropic shape are often used as the abrasive grains 15C. In this case, a conditioning disk on which coarse diamond abrasive grains are arranged is used depending on the situation. When conditioning is performed using a conditioning disk carrying coarse diamond abrasive grains, grooves deeper than the conditioning disk carrying granular diamond abrasive grains can be formed on the surface of the
一般に、図2に示す発泡型研磨パッドにおける発泡体の大きさは、数μmから数十μm程度であるのに対し、図9のダイヤモンド砥粒15Cの大きさは、小さくとも50μm程度で、通常は100μmから数百μmの大きさを有するため、かかるコンディショニングディスクを使うことにより、研磨パッド表面に溝を、発泡体よりも深く形成できる。すなわち、図9のコンディショニングディスク15によるコンディショニングは、発泡型の研磨パッドにおいても有効で、研磨パッド表面に、より多量の研磨剤を保持することが可能になる。
In general, the size of the foam in the foam type polishing pad shown in FIG. 2 is about several μm to several tens of μm, whereas the size of the diamond abrasive grains 15C in FIG. 9 is at least about 50 μm. Has a size of 100 μm to several hundred μm, and by using such a conditioning disk, a groove can be formed deeper than the foam on the surface of the polishing pad. That is, the conditioning by the
すなわち、図1のCMP装置において、粗いダイヤモンド砥粒を配置したコンディショニングディスクをコンディショニングディスク15として使用することにより、前記研磨パッド12として、先に図2で説明した発泡型研磨パッドを使った場合でも、図4で説明した無発泡型の研磨パッドを使った場合でも、研磨速度の上昇を期待することができる。
また、研磨パッド12中に深い溝が形成される結果、研磨パッド12の表面に研磨剤中に含まれる砥粒をより多量に、かつより長時間保持することが可能となる。
That is, in the CMP apparatus of FIG. 1, by using a conditioning disk on which coarse diamond abrasive grains are arranged as the
Further, as a result of the formation of deep grooves in the
図11(A)は、無発泡型研磨パッド12の表面に溝を形成しなかった場合に半導体基板21の研磨を行った場合の、半導体基板21と研磨剤16中の砥粒、及び研磨パッド12の関係を概略的に示す図、図11(B)は、同じ無発泡型研磨パッド12の表面に、前記コンディショニングディスク15により深い溝を形成した場合の、半導体基板21と研磨剤16中の砥粒、及び研磨パッド12の関係を概略的に示す図である。
FIG. 11 (A) shows the
図11(A)を参照するに、前記研磨パッド12上に溝が形成されていない場合、研磨剤が供給されている研磨パッド12の表面に半導体基板21が、前記研磨剤16中の砥粒の薄い層を介して接触するが、研磨が進行するにつれて、研磨剤16中の砥粒は圧力や摩擦によって徐々に粉砕されていく。ここで新しい砥粒が、上記消耗された砥粒を置き換えるように研磨パッド12の表面に沿って供給されれば良いが、研磨パッド12の表面に沿った研磨剤の流れは制御が困難で、研磨パッド12上の特定の領域で砥粒が枯渇する場合が生じうる。このような場合、化学機械研磨の研磨速度は、時間が長くなって砥粒が消耗するにつれて低下する。
Referring to FIG. 11A, when a groove is not formed on the
一方、図11(B)に示すように研磨パッド表面にコンディショニングディスク15により溝を形成した場合には、この溝の内部に研磨剤16中の砥粒が多量に保持されるため、研磨中に砥粒が消耗しても、新たな砥粒がその場で安定に供給されるため、研磨速度が低下することなく、長時間、安定した化学機械研磨を行うことが可能となる。
On the other hand, when grooves are formed on the surface of the polishing pad by the
このように、半導体ウェハの研磨速度は、使われる研磨パッド12の表面状態によって変化し、研磨パッド12の表面状態は、使われるコンディショニングディスク15の表面状態に左右されるが、研磨パッド12の表面状態は、同じ形状のダイヤモンドを配置したコンディショニングディスクであっても、ディスク上のダイヤモンド砥粒15Cの配列が異なると変化することがある。
Thus, the polishing speed of the semiconductor wafer varies depending on the surface state of the
図11(A)〜(D)は、このような、ダイヤモンド砥粒15Cの配列を変化させたコンディショニングディスクの例を示す。ただし図11(A)〜(D)中、先に説明した部分には同一の参照符号を付し、説明を省略する。 FIGS. 11A to 11D show examples of conditioning disks in which the arrangement of the diamond abrasive grains 15C is changed. However, in FIGS. 11A to 11D, the same reference numerals are given to the portions described above, and the description thereof is omitted.
図11(A)を参照するに、この例では、前記砥粒15Cとしてダイヤモンド結晶が、平らな結晶面が上方に向くように配向されている。これに対し、図11(B)の例では、ダイヤモンド結晶の角が上方を向くように配向されている。図11(B)の構成では、ダイヤモンド砥粒15Cの角が上方を向くことにより、より効果的に研磨パッドを荒らすことが可能となる。 Referring to FIG. 11A, in this example, diamond crystals are oriented as the abrasive grains 15C so that a flat crystal plane faces upward. On the other hand, in the example of FIG. 11B, the diamond crystal is oriented so that the corners thereof face upward. In the configuration of FIG. 11 (B), it is possible to roughen the polishing pad more effectively by turning the corners of the diamond abrasive grains 15C upward.
図11(C)は、コンディショニングディスク15上に形成するダイヤモンド砥粒158Cの密度を増大させており、一方図11(D)は、ダイヤモンド砥粒15Cを固定する固定層15Bの厚さを減少させ、砥粒15Cの露出量を増大させている。これらいずれの構成においても、図11(A)の構成と比較して、より効果的に研磨パッド12の表面を研削することが可能になる。また図11(B)および11(D)では、研磨パッド12の表面に形成される溝の深さも増大する。図12(A)は、前記図11(A)のコンディショニングディスクを使って無発泡型研磨パッド12の表面を研削した場合の、研磨パッド表面の状態を、一方図12(B)は、図11(B)あるいは図11(D)のコンディショニングディスクを使って、同じ無発泡型研磨パッド12の表面を研削した場合の、研磨パッド表面の状態を、概略的に示す。
FIG. 11C increases the density of diamond abrasive grains 158C formed on the
このように、コンディショニングディスク15においてダイヤモンド砥粒15Cを座金15A上に配置する方法が異なると、このようなコンディショニングディスクによりコンディショニングされた研磨パッド上で半導体ウェハを研磨した場合、その研磨速度が変動する。また、ダイヤモンド砥粒15Cを規則的に座金15A上に配置した場合とランダムに配置する場合を比較すると、同一ダイヤモンドを使用しているにも関わらずランダムに配置した方が、研磨速度が高い結果が出る場合もある。
Thus, if the method of disposing the diamond abrasive grains 15C on the
コンディショニングディスク上にダイヤモンドを配置する方法については、例えば特開2002−187065に記載されている。 A method for arranging diamond on the conditioning disk is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-187065.
図13は、市販の発泡型研磨パッドを、図14(A),(B)に示す二種類のコンディショニングディスクA,Bを使ってコンディショニングし、さらにこのようにコンディショニングされた研磨パッドを図1のCMP装置において研磨パッド12として使い、プラズマ酸化膜の研磨を行った場合の研磨速度の時間変化を示す図である。ただし図13の実験において、研磨は研磨圧力を4psiに、研磨キャリア13の回転数および研磨プラテン11の回転数をそれぞれ90rpmおよび80rpmに設定し、研磨剤中の砥粒濃度を18wt%に設定し、研磨剤を200ml/minの流量で供給しながら行っている。また、研磨パッド12のコンディショニングは、コンディショニングディスク15の圧力を5psiに設定し、コンディショニングを毎回行いながらシリコン酸化膜を研磨している。
FIG. 13 shows a condition that a commercially available foam-type polishing pad is conditioned using the two types of conditioning disks A and B shown in FIGS. 14A and 14B, and the polishing pad thus conditioned is shown in FIG. It is a figure which shows the time change of the grinding | polishing speed | rate at the time of using as the
図14(A)を参照するに、コンディショニングディスクAは図11(A)のディスクに対応し、粒状の略等方的なダイヤモンド結晶を砥粒15Cとして使い、砥粒15Cは固定層15Bから、50〜100μm程度の距離だけ突出している。これに対し、コンディショニングディスクBは図11(B)あるいは(D)のディスクに対応し、粗いタイプ不規則な形状のダイヤモンド結晶を砥粒15Cとして使っている。その際、前記砥粒15Cは、前記固定層15Bから100−200μm程度の距離だけ突出している。また図14(B)のコンディショニングディスクBでは、座金15A上において前記ダイヤモンド砥粒15Cはランダムに配置されており、研磨パッド14に対して大きな研削速度を実現している。
Referring to FIG. 14 (A), the conditioning disk A corresponds to the disk of FIG. 11 (A), and a granular substantially isotropic diamond crystal is used as the abrasive grains 15C. The abrasive grains 15C are formed from the fixed
これに対し、図14(A)のコンディショニングディスクAでは、ダイヤモンド砥粒15Cは規則的に、格子状に配置されている。その結果、コンディショニングディスクBによりコンディショニングした研磨パッド12を使った場合、研磨パッド12に対する研削速度が、コンディショニングディスクAを使った場合と比べて、約2倍となる。
On the other hand, in the conditioning disk A of FIG. 14A, the diamond abrasive grains 15C are regularly arranged in a lattice shape. As a result, when the
図13を参照するに、コンディショニング直後の研磨速度は、研磨パッド12をコンディショニングディスクBでコンディショニングした場合の方が大きいが、これは、コンディショニングにディスクBを使った方が、ディスクAを使った場合よりも、使われた研磨パッド12の表面がラフになっているためと考えられる。一方、研磨剤中の砥粒濃度が高く、約18wt%であるため、研磨速度は約10%程度しか上昇していない。
Referring to FIG. 13, the polishing rate immediately after conditioning is larger when the
一方、図13よりわかるように、コンディショニングディスクBで研磨パッド12のコンディショニングを続けると、コンディショニング積算時間が5時間を過ぎたあたりで、シリコン酸化膜の研磨速度が急激に低下する現象が見出された。一方、コンディショニングディスクAでコンディショニングした研磨パッドを研磨パッド12として使った場合、積算コンディショニング時間が9時間に達しても、安定した研磨速度が得られているのがわかる。
On the other hand, as can be seen from FIG. 13, when conditioning of the
これは、コンディショニングディスクBによる研磨パッドの研削速度が非常に大きいため、研磨パッド12は急速に消耗し、このため、研磨パッド表面に加工されている溝も浅くなってしまい、研磨剤を十分半導体ウェハに供給できなくなるためであると考えられる。これに対し、研磨パッド12のコンディショニングに前記ディスクAを使った場合、研磨パッドの研削速度が小さいため、長時間コンディショニングを行っても研磨パッドの消耗はわずかで、このため、研磨パッド表面の溝は、長時間にわたり、有効な深さを維持する。その結果、研磨剤が安定して半導体ウェハ表面に供給され、安定な研磨が実現することがわかる。
This is because the grinding speed of the polishing pad by the conditioning disk B is very high, so that the
次に同様の実験を、Cu膜を用いて行った。 Next, a similar experiment was performed using a Cu film.
この実験では、研磨パッド12として、無発泡型の研磨パッドを用い、研磨は、研磨圧力を3psiに設定し、研磨キャリア13を80rpmの回転数で、研磨プラテン11を70rpmの回転数で回転させ、砥粒を2wt%の濃度で含む研磨剤を、200ml/minの流量で供給しながら行っている。さらに、研磨パッド12のコンディショニングを、コンディショニングディスク15としてディスクA,Bを使い、いずれのディスクを使う場合とも、5psiの圧力で行っている。
In this experiment, a non-foaming type polishing pad was used as the
図15は、このようにして得られた研磨速度と積算コンディショニング時間との関係を示す。 FIG. 15 shows the relationship between the polishing rate thus obtained and the integrated conditioning time.
図15を参照するに、無発泡型の研磨パッドと砥粒濃度の低い研磨剤を使ってCu膜を研磨した場合、発泡型の研磨パッドを砥粒を高濃度で含む研磨剤と組み合わせて酸化膜を研磨した場合よりもコンディショニングディスクBの効果は顕著で、研磨速度は最大で約70%も向上するのがわかる。 Referring to FIG. 15, when a Cu film is polished using a non-foaming type polishing pad and an abrasive having a low abrasive concentration, the foaming type polishing pad is oxidized in combination with an abrasive containing a high concentration of abrasive grains. It can be seen that the effect of the conditioning disk B is more remarkable than when the film is polished, and the polishing rate is improved by about 70% at the maximum.
しかし、このように研磨速度は非常に大きくなるものの、研磨パッドの寿命は逆に非常に短くなり、積算コンディショニング時間が6時間を過ぎたところで、研磨パッド表面に加工された溝が完全に消失するのが確認された。一方、コンディショニングディスクAを使った場合、16時間近くコンディショニングを行っても研磨パッドの溝は十分残っており、推定すると研磨パッド12の寿命において約4倍以上の差が出る結果となった。
However, although the polishing rate becomes very large as described above, the life of the polishing pad is extremely shortened, and when the integrated conditioning time exceeds 6 hours, the grooves processed on the surface of the polishing pad are completely lost. It was confirmed. On the other hand, when the conditioning disk A was used, the polishing pad grooves remained sufficiently even after conditioning for about 16 hours, and an estimated difference of about four times or more in the life of the
このように、本発明の基礎となる研究によれば、コンディショニングディスクBを用いることで、低砥粒濃度の研磨剤や無発泡型の研磨パッドの使用に伴う研磨速度の低下は回避可能であることが見出されたが、一方で、研磨パッドの寿命が短縮されることが見出された。また、コンディショニングBを用いた場合、半導体ウェハの均一性の悪化が生じる場合も観察された。 Thus, according to the research that forms the basis of the present invention, by using the conditioning disk B, it is possible to avoid a decrease in the polishing rate associated with the use of a low abrasive concentration abrasive or a non-foaming type polishing pad. However, it has been found that the life of the polishing pad is shortened. In addition, when conditioning B was used, it was observed that the uniformity of the semiconductor wafer deteriorated.
そこで、本発明では、これら新たに発生した問題を解決するため、研磨パッドをコンディショニングする際、二つの、表面状態の異なったコンディショニングを組み合わせて使うことを提案する。
[第1実施例]
以下、本発明の第1実施例を図16および表1を参照しながら説明する。ただし表1は、コンディショニング条件を、図16は、本発明第1実施例による化学機械研磨フローチャートを示す。本実施例においても図1のCMP装置10を使ってCu膜を研磨する。
Therefore, in order to solve these newly generated problems, the present invention proposes to use a combination of two conditionings having different surface states when conditioning a polishing pad.
[First embodiment]
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. However, Table 1 shows the conditioning conditions, and FIG. 16 shows a chemical mechanical polishing flowchart according to the first embodiment of the present invention. Also in this embodiment, the Cu film is polished using the
次に図16のステップ2において、前記コンディショニングディスク15を、図14(B)のディスクBから図14(A)のディスクAに交換し、Cu膜の研磨を、研磨圧力を3psi、研磨キャリア13の回転数を80rpm、研磨プラテン11の回転数を70rpmに設定し、砥粒濃度が2wt%の研磨剤を、200ml/minの流量で供給しながら行う。またその際に、研磨速度の測定を行う。前記ステップ2では、前記コンディショニングを、コンディショニングディスク15の回転数を87rpmに設定し、5lbのコンディショニング圧力の下、24秒間実行している。表2の「ウェハ研磨時」を参照。
Next, in
次に、前記ステップ2におけるウェハ研磨および研磨速度取得の後、図15の実験では、コンディショニング積算時間を稼ぐために加速コンディショニングを行う。加速コンディショニングは純水を流しながらコンディショニングを一定時間行う手法で行う。表1の「加速時」を参照。
Next, after the wafer polishing and the polishing rate acquisition in the
さらに図16の実施例では、前記ステップ3における加速処理の結果、積算コンディショニング時間が一定に達した段階で、ステップ4においてウェハ研磨を行い、研磨速度を取得している。
Further, in the embodiment of FIG. 16, as a result of the acceleration processing in the
さらにステップ5において、研磨速度が低下してきた段階でコンディショニングディスク15を前記ディスクAからディスクBに変更し、再び研磨パッド12のブレイクインを、表1の「再ブレイクイン」の条件で、600秒間実施する。
Further, in
さらに、図16のステップ6以降において、前記ステップ1〜ステップ5の処理を繰り返し、研磨速度のデータを取得した。
Further, in
図17は、図16の実験により取得されたCu膜の研磨速度を示す。ただし図中、「ディスクA」は、前記コンディショニング15としてディスクAのみを使った場合、「ディスクB」は、前記コンディショニングディスク15として、ディスクBのみを使用した場合、さらに「ディスクA+B」は、前記コンディショニングディスク15として、ディスクAとディスクBを併用した場合のCu膜の研磨速度を示す。
FIG. 17 shows the polishing rate of the Cu film obtained by the experiment of FIG. However, in the figure, “disk A” uses only disk A as the
図17を参照するに、「ディスクA+B」の実験では、先の図15のフローチャートに従い、矢印のタイミングで再ブレイクインを実施しているが、この場合、ブレイクイン直後の研磨速度は高いが、その後コンディショニングディスク15をディスクAに変更し、継続使用し続けると徐々に研磨速度が低下するのがわかる。そこで、前記「ディスクA+B」の実験では、研磨速度がある程度低下した段階で、コンディショニングディスク15としてディスクBを使い、再度研磨パッドのブレイクインを一定時間行うことにより、研磨速度を、初期値に近い値に回復させている。このように、コンディショニングディスク15としてディスクAとディスクBとを併用した場合、コンディショニングをディスクAだけで行った場合とほぼ同等の研磨パッドの寿命が得られることも確認された。
Referring to FIG. 17, in the experiment of “Disk A + B”, rebreaking is performed at the timing of the arrow according to the flowchart of FIG. 15, but in this case, the polishing rate immediately after the breakin is high. Thereafter, the
これに対し、コンディショニングをディスクBだけで行った場合には、積算コンディショニング時間が6時間を過ぎたあたりで、研磨パッド12が磨耗してしまう。またコンディショニングをディスクAだけで行った場合には、低い研磨速度しか得られない。
On the other hand, when the conditioning is performed only with the disk B, the
このように、研磨パッド12のコンディショニングを、ディスクAとBを組み合わせて行うことで、大きな研磨速度を実現すると同時に、研磨パッドの長寿命化も実現することが可能になる。
In this way, by conditioning the
なお、図16のフローチャートの実験では、先の図1のCMP装置10を使い、コンディショニングディスク15としてディスクAとディスクBを交換しながら研磨を行っているが、CMP装置によっては、コンディショニングディスクを同時に二個以上装着できる形式のものもある。このような場合には、コンディショニングディスクを交換することなく、先の図15と同等の研磨プロセスを実行することが可能である。また、二つのコンディショニングディスクを同時に稼動させて、同時にコンディショニングを行うことも可能である。
[第2実施例]
次に、Cuダマシンプロセスを含む、本発明の第2実施例による半導体装置の製造工程を、図18(A)〜18(E)を参照しながら説明する。
In the experiment of the flowchart of FIG. 16, the
[Second Embodiment]
Next, a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention including the Cu damascene process will be described with reference to FIGS. 18 (A) to 18 (E).
図18(A)を参照するに、半導体基板(図示せず)上にSiO2,SiOC,SiC,SiON,SiN,BPSGなどよりなる絶縁膜21が、前記半導体基板上形成されたトランジスタなどの活性素子(図示せず)を覆うように形成される。前記絶縁膜21は、また前記半導体基板上に直接に形成される場合もあれば、半導体基板上に形成されている絶縁膜を覆うように形成される場合もある。
Referring to FIG. 18A, an insulating
次に図18(B)の工程において、前記絶縁膜21中に、所望の配線パターンに対応した配線溝21Gを、エッチングにより形成する。なお、デュアルダマシン法の場合には、前記絶縁膜21下層の導電層を露出するように、前記配線溝21G中にビアホールが形成される。
Next, in the step of FIG. 18B, a
さらに図18(C)の工程において、前記絶縁膜21の表面を、前記配線溝21Gの側壁面および底面を含むように、タンタル(Ta)、チタン(Ti)あるいはこれらの窒化膜(TaN、TiN)よりなるバリアメタル膜22により覆う。
Further, in the step of FIG. 18C, the surface of the insulating
次に、図18(D)の工程において、前記バリアメタル膜23上にCu膜23を、前記Cu膜23が前記配線溝21Gを充填するように形成する。このようなCu膜23の形成は、スパッタリング法やめっき法、あるいはこれらを組み合わせることにより実行される。
Next, in the step of FIG. 18D, a
さらに図18(E)の工程において、前記Cu膜23を図1のCMP装置10を使って前記絶縁膜21の表面から、前記バリアメタル膜23ともども研磨・除去し、Cuパターン23Gが配線溝21Gに、バリアメタル膜22を介して埋め込まれた配線構造が得られる。
Further, in the step of FIG. 18E, the
本実施例においては、図18(E)のCMP工程を、無発泡型研磨パッドを使い、1.5wt%の濃度でコロイダルシリカを砥粒として溶媒中に分散させた研磨剤を使って実行する。ここで、前記溶媒としては、Cuと錯体を形成する有機酸と、Cuを酸化する酸化剤と、Cu表面に保護膜を形成する防食剤とを超純水に添加したもの、あるいは超純水に過酸化水素と有機酸を天下したものが使われ、またコンディショニングディスク15として、前記研磨パッド12のブレイクインを行う場合には14(B)のディスクBを使い、通常の研磨時は、図14(A)のディスクAを使用する。
In this example, the CMP process of FIG. 18E is performed using a non-foamed polishing pad and a polishing agent in which colloidal silica is dispersed in a solvent as abrasive grains at a concentration of 1.5 wt%. Here, as the solvent, an organic acid that forms a complex with Cu, an oxidizing agent that oxidizes Cu, and an anticorrosive agent that forms a protective film on the surface of Cu are added to ultrapure water, or ultrapure water. In this case, the surface of hydrogen peroxide and an organic acid is used, and when the
図19(A)は、本実施例に対応する実験を示すフローチャートである。 FIG. 19A is a flowchart showing an experiment corresponding to this example.
図19(A)を参照するに、ステップ11において無発泡型研磨パッドが研磨パッド12として図1のCMP装置10に装着され、これを図14(B)のディスクBを前記コンディショニングディスク15に使い、前記研磨パッド12のブレイクインを、先に説明した表1の条件(「ブレイクイン時」で行う。
Referring to FIG. 19A, in
次に、ステップ12において、図14(A)のディスクAをコンディショニングディスク15に使い、研磨パッド12をコンディショニングしながら、前記図18(E)のCu膜23の研磨を、先に説明した研磨条件(研磨圧力=3psi;キャリア回転数=80rpm;プラテン回転数=70rpm;研磨剤流量=200ml/min)で行う。また研磨パッド12のコンディショニングは、先の表1の条件(「ウェハ研磨時」)にて行う。
Next, in
さらにステップ13において研磨パッド12の加速コンディショニングを、前記ディスクAをコンディショニングディスク15として使いながら、先の表1の条件(「加速時」)で行い、ステップ14において、研磨パッド12の再ブレイクインを、先の表1の条件(再ブレイクイン時)で行う。
Further, in
さらにステップ15において、前記ステップ12と同一条件で、前記Cu膜23の研磨をもう一度行った。
Further, in
本実施例では、さらに上記図19(A)のプロセスの効果を検証するため、図19(B)および図19(C)の比較実験を行った。 In this example, in order to further verify the effect of the process of FIG. 19A, a comparative experiment of FIG. 19B and FIG. 19C was performed.
図19(B)の実験では、無発泡型研磨パッドとディスクBを使い、図19(A)のステップ14(再ブレイクイン)を省略した他は同様な研磨を行った。 In the experiment of FIG. 19B, the same polishing was performed except that the non-foaming type polishing pad and the disk B were used and the step 14 (rebreak-in) in FIG. 19A was omitted.
すなわち、ステップ21ではステップ11と同様なブレイクインを行い、ステップ22では、ディスクBをコンディショニングディスク15として装着したまま、ステップ12と同様なCu膜23の研磨を行っている。
That is, in
さらにステップ23では、前記ディスクBをコンディショニングディスク15として装着したまま、前記表1の条件にしたがって加速コンディショニングを行い、ステップ24では、図19(A)のステップ14を飛ばし、ステップ15に対応して、Cu膜13の研磨を、前記ステップ22と同一の条件で行っている。
Further, in
また図19(C)の実験では、発泡型研磨パッドとディスクAを使い、図19(A)のステップ14(再ブレイクイン)を省略した他は同様な研磨を行った。 In the experiment of FIG. 19C, the same polishing was performed except that the foam type polishing pad and the disk A were used and the step 14 (rebreak-in) in FIG. 19A was omitted.
すなわち、ステップ31ではステップ11と同様なブレイクインを、ディスクAをコンディショニングディスク15として使って行い、ステップ32では、ディスクAをコンディショニングディスク15として装着したまま、ステップ12と同様なCu膜23の研磨を行っている。
That is, in
さらにステップ33では、前記ディスクAをコンディショニングディスク15として装着したまま、前記表1の条件にしたがって加速コンディショニングを行い、ステップ34では、図19(A)のステップ14を飛ばし、ステップ15に対応して、Cu膜23の研磨を、前記ステップ32と同一の条件で行っている。
Further, in step 33, acceleration conditioning is performed in accordance with the conditions shown in Table 1 with the disk A mounted as the
図20は、このようにして研磨されたダマシン構造の評価を示す。 FIG. 20 shows an evaluation of a damascene structure polished in this manner.
一般にCMP法で処理されたCuダマシン構造では、Cu膜の研磨速度が層間絶縁膜を構成する絶縁膜の研磨速度よりも大きいため、ダマシン配線が形成された領域において段差(ディッシング)が生じやすい。一方、半導体装置の高い信頼性を実現するためには、このような段差は可能な限り抑制するのが好ましい。 In general, in a Cu damascene structure processed by the CMP method, since the polishing rate of the Cu film is higher than the polishing rate of the insulating film constituting the interlayer insulating film, a step (dishing) is likely to occur in the region where the damascene wiring is formed. On the other hand, in order to realize high reliability of the semiconductor device, it is preferable to suppress such a step as much as possible.
そこで、本実施例では、図19(A)〜(C)の研磨プロセスの評価を、図20に示すように、配線パターンが形成されない領域と配線パターンが形成されたダマシン配線領域との間の段差を測定することにより行った。測定は、基板中心部と外周部において行っている。 In this embodiment, therefore, the polishing process shown in FIGS. 19A to 19C is evaluated between a region where no wiring pattern is formed and a damascene wiring region where a wiring pattern is formed, as shown in FIG. This was done by measuring the step. Measurement is performed at the center and the outer periphery of the substrate.
図21は、上記測定結果を示す。 FIG. 21 shows the measurement results.
図21を参照するに、(A)は、図19(A)のプロセス、すなわち本実施例のプロセスに対応するが、測定された段差は非常に小さく、また加速コンディショニング後も、段差が増大することはないのがわかる。 Referring to FIG. 21, (A) corresponds to the process of FIG. 19 (A), that is, the process of the present embodiment, but the measured step is very small, and the step increases even after acceleration conditioning. I understand that there is nothing.
これに対し図21中、(B)は、図19(B)の、無発泡型研磨パッドにおいてディスクをBのみを使用した場合に対応するが、ステップ22の1回目の研磨により生じる段差は小さく、良好な結果が得られている。ところが、この場合には、ステップ23で加速コンディショニングを行った後は、半導体基板外周部において、段差が非常に大きくなっているのがわかる。これは、半導体基板外周部が接触する研磨パッド12が外周部において磨耗してしまっており、溝がほとんど消失している為と考えられる。すなわち、ディスクBにおいては研磨パッドの研削量が大きいため、短時間で研磨パッドの溝が消失し、研磨剤が研磨パッド表面に十分に供給されず、研磨がなされていない事情を表しているものと考えられる。
On the other hand, FIG. 21B corresponds to the case where only the disk B is used in the non-foaming type polishing pad of FIG. 19B, but the step generated by the first polishing in
一方、図21中、(C)は、発泡型研磨パッドを、ディスクAと組み合わせて使った場合を示しているが、ステップ32とステップ34で大きな差はなく、研磨は図19(B)のプロセスよりは安定している。しかし、図19(A)のプロセスに比べると、段差ははるかに増大しているのがわかる。 On the other hand, in FIG. 21, (C) shows the case where the foaming type polishing pad is used in combination with the disk A, but there is no big difference between step 32 and step 34, and polishing is shown in FIG. 19 (B). More stable than the process. However, as compared with the process of FIG. 19A, it can be seen that the level difference is much increased.
このように、本実施例によれば、コンディショニングディスク15として、研磨パッドのブレイクイン時にディスクBを使い、研磨時にディスクBを使うことにより、無発泡型の剛性の大きい研磨パッドを使い、さらに砥粒濃度の低い研磨剤を使っても、研磨パッドの寿命を短縮することなく、大きな研磨速度を安定に実現することが可能になり、段差を抑制し、またスクラッチの少ない優れた化学機械研磨が可能となる。
As described above, according to the present embodiment, the
なお、本発明において、前記絶縁膜21はSi,SiO,SiO2,SiOC,SiC,SiON,SiN,BPSGおよびこれらの複合膜であってもよい。さらに前記Cu膜23の代わりに、W,Ti,Al,Ta,Ag,Au,Pt,Ru,ポリシリコン,アモルファスシリコン、およびこれらの酸化膜あるいは窒化膜を使うことも可能である。
In the present invention, the insulating
また以上の発明では、化学機械研磨工程をダマシン構造の形成に関連して説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばSTI(シャロートレンチアイソレーション)構造の形成などにも適用可能である。 In the above invention, the chemical mechanical polishing process has been described in relation to the formation of the damascene structure. However, the present invention is not limited to this, and is applicable to the formation of an STI (shallow trench isolation) structure, for example. Is possible.
さらに本発明は、半導体装置の製造に限定されるものではなく、レンズなどの光学部品や磁気ディスクなどの研磨においても適用可能である。 Furthermore, the present invention is not limited to the manufacture of a semiconductor device, but can also be applied to polishing optical components such as lenses and magnetic disks.
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において、様々な変形・変更が可能になる。 As mentioned above, although this invention was demonstrated about the preferable Example, this invention is not limited to this, A various deformation | transformation and change are possible within the summary described in the claim.
(付記1)
基板の研磨工程を含む半導体装置の製造方法であって、
前記研磨工程は、
前記基板を研磨パッド上で、研磨剤を使って化学機械研磨する工程と、
前記研磨パッドの表面をコンディショニングする工程と、
を含み、
前記コンディショニング工程は、前記研磨パッドの表面を、表面状態の異なる少なくとも第1および第2のコンディショニングディスクにより研削する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
(Appendix 1)
A method of manufacturing a semiconductor device including a substrate polishing step,
The polishing step includes
Chemical mechanical polishing the substrate with a polishing agent on a polishing pad;
Conditioning the surface of the polishing pad;
Including
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the conditioning step includes a step of grinding the surface of the polishing pad with at least first and second conditioning disks having different surface states.
(付記2)
前記第1および第2のコンディショニングディスクは、前記研磨パッド表面に、それぞれ第1および第2の表面粗さを形成し、前記第1の表面粗さは、前記第2の表面粗さよりも大きいことを特徴とする付記1記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 2)
The first and second conditioning disks form first and second surface roughnesses on the polishing pad surface, respectively, and the first surface roughness is larger than the second surface roughness. The method for manufacturing a semiconductor device according to
(付記3)
前記第1および第2のコンディショニングディスクは、前記パッド表面を、第1および第2の研削速度で研削し、前記第1の研削速度は前記第2の研削速度よりも大きいことを特徴とする付記1または2記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 3)
The first and second conditioning disks are configured to grind the pad surface at first and second grinding speeds, and the first grinding speed is greater than the second grinding speed. A method for manufacturing a semiconductor device according to 1 or 2.
(付記4)
前記第2のコンディショニングディスクは、前記基板を研磨する毎に前記研磨パッドの表面を研削し、前記第1のコンディショニングディスクは、前記研磨パッドの表面を間欠的に研削することを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 4)
The second conditioning disk grinds the surface of the polishing pad every time the substrate is polished, and the first conditioning disk grinds the surface of the polishing pad intermittently. The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of -3.
(付記5)
前記第1のコンディショニングディスクは、前記第2のコンディショニングディスクと同時に、前記研磨パッドの表面を研削することを特徴とする付記4記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 5)
5. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記6)
前記第1および第2のコンディショニングディスクは、前記研磨パッドの表面を、交互に研削することを特徴とする付記1〜3のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 6)
4. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記7)
前記第2のコンディショニングディスクは、前記物体の化学機械研磨工程と同時に、前記研磨パッドの表面を研削することを特徴とする付記1〜6のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 7)
7. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記8)
前記第1および第2のコンディショニングディスクの各々は、座金と、前記座金上に固定層により固定された砥粒とよりなり、前記砥粒の形状が、前記第1のコンディショニングディスクと前記第2のコンディショニングディスクとで、全体的に異なっていることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 8)
Each of the first and second conditioning disks is composed of a washer and abrasive grains fixed on the washer by a fixing layer, and the shape of the abrasive grains is the first conditioning disk and the second conditioning disk. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記9)
前記第1および第2のコンディショニングディスクの各々は、座金と、前記座金上に固定層により固定された砥粒とよりなり、前記砥粒の粒径が、前記第1のコンディショニングディスクと前記第2のコンディショニングディスクとで、全体的に異なっていることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 9)
Each of the first and second conditioning disks is composed of a washer and abrasive grains fixed on the washer by a fixing layer, and the grain size of the abrasive grains is the first conditioning disk and the second conditioning disk. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記10)
前記第1および第2のコンディショニングディスクの各々は、座金と、前記座金上に固定層により固定され砥粒を構成する結晶とよりなり、前記結晶の方位が、前記第1のコンディショニングディスクと前記第2のコンディショニングディスクとで、全体的に異なっていることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 10)
Each of the first and second conditioning disks is composed of a washer and a crystal that is fixed on the washer by a fixed layer to form an abrasive grain, and the orientation of the crystal is the first conditioning disk and the first The manufacturing method of a semiconductor device according to any one of
(付記11)
前記第1および第2のコンディショニングディスクの各々は、座金と、前記座金上に固定層により固定された砥粒とよりなり、前記砥粒の密度が、前記第1のコンディショニングディスクと前記第2のコンディショニングディスクとで異なっていることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 11)
Each of the first and second conditioning disks includes a washer and abrasive grains fixed on the washer by a fixing layer, and the density of the abrasive grains is the first conditioning disk and the second conditioning disk. 8. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記12)
前記第1および第2のコンディショニングディスクの各々は、座金と、前記座金上に固定層により固定された砥粒とよりなり、前記砥粒の前記固定層からの突出量が、前記第1のコンディショニングディスクと前記第2のコンディショニングディスクとで、全体的に異なっていることを特徴とする付記1〜7のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 12)
Each of the first and second conditioning disks includes a washer and abrasive grains fixed on the washer by a fixed layer, and the amount of protrusion of the abrasive grains from the fixed layer is the first conditioning. The manufacturing method of a semiconductor device according to any one of
(付記13)
前記突出量は、前記第1のコンディショニングディスクでは100μm以上であり、前記第2のコンディショニングディスクでは100μm以下であることを特徴とする付記12記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 13)
13. The method of manufacturing a semiconductor device according to
(付記14)
前記研磨パッドは、無発泡型研磨パッドであることを特徴とする付記1〜13のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 14)
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記15)
前記研磨剤は砥粒を10wt%以下の濃度で含むことを特徴とする付記1〜14のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 15)
15. The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記16)
前記基板は半導体ウェハであり、前記化学機械研磨工程では、前記半導体ウェハ表面が研磨されることを特徴とする付記1〜15のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 16)
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記17)
前記基板は絶縁膜を担持しており、前記化学機械研磨工程では、前記絶縁膜が研磨されることを特徴とする付記1〜15のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 17)
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記18)
前記基板は導電膜を担持しており、前記化学機械研磨工程では、前記導電膜が研磨されることを特徴とする付記1〜15のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
(Appendix 18)
The method of manufacturing a semiconductor device according to any one of
(付記19)
物体を研磨パッド上で、研磨剤を使って化学機械研磨する工程と、
前記研磨パッドの表面をコンディショニングする工程と、を含む研磨方法であって、
前記コンディショニング工程は、前記研磨パッドの表面を、表面状態の異なる少なくとも第1および第2のコンディショニングディスクにより研削する工程を含むことを特徴とする研磨方法。
(Appendix 19)
Chemical mechanical polishing of the object on the polishing pad using an abrasive;
Conditioning the surface of the polishing pad, and a polishing method comprising:
The conditioning method includes a step of grinding the surface of the polishing pad with at least first and second conditioning disks having different surface states.
10 CMP装置
11 プラテン
12 研磨パッド
13 基板キャリア
14 基板
15 コンディショニングディスク
15A 座金
15B 合金層
15C 砥粒
16 研磨剤
21 絶縁膜
21G 配線溝
22 バリアメタル
23 Cu膜
23G Cuパターン
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記研磨工程は、
前記基板を研磨パッド上で、研磨剤を使って化学機械研磨する工程と、
前記研磨パッドの表面をコンディショニングする工程と、
を含み、
前記コンディショニング工程は、前記研磨パッドの表面を、表面状態の異なる少なくとも第1および第2のコンディショニングディスクにより研削する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device including a substrate polishing step,
The polishing step includes
Chemical mechanical polishing the substrate with a polishing agent on a polishing pad;
Conditioning the surface of the polishing pad;
Including
The method of manufacturing a semiconductor device, wherein the conditioning step includes a step of grinding the surface of the polishing pad with at least first and second conditioning disks having different surface states.
前記研磨パッドの表面をコンディショニングする工程と、を含む研磨方法であって、
前記コンディショニング工程は、前記研磨パッドの表面を、表面状態の異なる少なくとも第1および第2のコンディショニングディスクにより研削する工程を含むことを特徴とする研磨方法。
Chemical mechanical polishing of the object on the polishing pad using an abrasive;
Conditioning the surface of the polishing pad, and a polishing method comprising:
The conditioning method includes a step of grinding the surface of the polishing pad with at least first and second conditioning disks having different surface states.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009059914A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Fujitsu Microelectronics Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2023044678A (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-30 | エスケーシー ソルミックス カンパニー,リミテッド | Method for refreshing polishing pad, method for manufacturing semiconductor device using the same, and apparatus for manufacturing semiconductor device |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5526895B2 (en) * | 2009-04-01 | 2014-06-18 | 信越化学工業株式会社 | Manufacturing method of large synthetic quartz glass substrate |
KR101504221B1 (en) * | 2010-08-02 | 2015-03-20 | 주식회사 엘지화학 | Large scale plate and method for uniform polishing of the same |
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CN104907934B (en) * | 2015-06-18 | 2017-04-12 | 浙江工商大学 | Accurate repairing mechanism based on image detection and grinding disc surface self-growing |
US10857651B2 (en) | 2017-11-20 | 2020-12-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Apparatus of chemical mechanical polishing and operating method thereof |
CN109273586A (en) * | 2018-08-17 | 2019-01-25 | 福建晶安光电有限公司 | A kind of piezoelectric chip and preparation method thereof |
US20200094375A1 (en) * | 2018-09-26 | 2020-03-26 | Cana Diamond Technology, LLC | Multiple zone pad conditioning disk |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10146750A (en) * | 1996-11-13 | 1998-06-02 | Hitachi Ltd | Semiconductor device manufacturing method and device |
JP2000286218A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Nikon Corp | Polishing member, polishing equipment and polishing method |
JP2003179017A (en) * | 2001-12-12 | 2003-06-27 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Polisher and polishing pad dressing method therein |
JP2004266219A (en) * | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Mitsui Chemicals Inc | Polishing pad and polishing method using it |
-
2005
- 2005-03-30 JP JP2005099890A patent/JP2006278977A/en active Pending
- 2005-08-11 CN CN 200510091424 patent/CN1841671A/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH10146750A (en) * | 1996-11-13 | 1998-06-02 | Hitachi Ltd | Semiconductor device manufacturing method and device |
JP2000286218A (en) * | 1999-03-30 | 2000-10-13 | Nikon Corp | Polishing member, polishing equipment and polishing method |
JP2003179017A (en) * | 2001-12-12 | 2003-06-27 | Tokyo Seimitsu Co Ltd | Polisher and polishing pad dressing method therein |
JP2004266219A (en) * | 2003-03-04 | 2004-09-24 | Mitsui Chemicals Inc | Polishing pad and polishing method using it |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009059914A (en) * | 2007-08-31 | 2009-03-19 | Fujitsu Microelectronics Ltd | Manufacturing method of semiconductor device |
JP2023044678A (en) * | 2021-09-17 | 2023-03-30 | エスケーシー ソルミックス カンパニー,リミテッド | Method for refreshing polishing pad, method for manufacturing semiconductor device using the same, and apparatus for manufacturing semiconductor device |
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