JP2007190614A - Polishing device and polishing method - Google Patents
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本発明は、半導体装置などを製造する際の化学機械研磨(CMP)工程で使用する研磨装置および研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing apparatus and a polishing method used in a chemical mechanical polishing (CMP) process when manufacturing a semiconductor device or the like.
近年、半導体装置の高集積化、高機能化及び高速化が進み、半導体装置の製造プロセスにおいては、配線遅延の問題から、層間絶縁膜をより低誘電率化する傾向にある。そして層間絶縁膜は低誘電率化されるにつれて、空孔のあるポーラス性の高い膜質となり、機械強度が落ち、脆弱になる傾向にある。このような半導体装置の微細化を伴う製造プロセスでは、CMP工程においても、研磨処理時の膜のダメージを防ぐことが求められ、半導体基板上への研磨圧力は低圧力での制御性を高めるようになってきている。研磨圧力を下げると被研磨膜の研磨速度が低下するため、研磨定盤の回転速度はより高速での制御性が必要になってきている。研磨定盤の回転が高速化される中で、研磨時に用いる研磨スラリーや研磨屑が周辺の電装部まで飛散した場合には設備の誤動作の原因になるので、それを防ぐための種々の提案がなされている。 In recent years, higher integration, higher functionality, and higher speed of semiconductor devices have progressed, and in the manufacturing process of semiconductor devices, the interlayer dielectric film tends to have a lower dielectric constant due to the problem of wiring delay. As the dielectric constant of the interlayer insulating film is lowered, the film quality becomes highly porous with pores, and the mechanical strength tends to decrease and become brittle. In such a manufacturing process that involves the miniaturization of a semiconductor device, it is required to prevent damage to the film during the polishing process even in the CMP process, and the polishing pressure on the semiconductor substrate is improved in controllability at a low pressure. It is becoming. When the polishing pressure is lowered, the polishing speed of the film to be polished is lowered, so that the rotational speed of the polishing surface plate needs to be controlled at a higher speed. As the polishing plate rotates faster, polishing slurries and polishing debris used during polishing scatter to the surrounding electrical equipment, which may cause malfunction of equipment. Various proposals have been made to prevent this. Has been made.
たとえば図3に示す研磨装置では、研磨定盤3を回転させ、研磨定盤3上の研磨パッド2の研磨面に研磨スラリーSを供給しながら、半導体基板などのワークWを研磨ヘッド1に保持して回転させつつ研磨パッド2の研磨面に押し当てることで、ワークWの表面を研磨し平坦化するようにしており、この時に発生する研磨屑や研磨スラリーSが、研磨定盤3の回転の影響で研磨定盤3の周辺に飛散することになるので、これら飛散物が研磨ユニット20の外部にまでは飛散しないように、飛散防止カバー21を設けるとともに、シャワーヘッド22を用いて飛散防止カバー21の下部にウォーターカーテン23を作り出すようにしている。また飛散防止カバー21の内部に付着した飛散物が研磨パッド2上に再付着するのを防ぐために、飛散防止カバー21の内側にもシャワーヘッド24を設け、研磨処理の合間に、飛散防止カバー21の内壁を洗浄するようにしている(特許文献1)。
半導体装置の微細化に伴って、CMP工程でワーク上に発生するスクラッチやパーティクルといった欠陥が、半導体装置の配線間短絡といった不良につながり、歩留低下の原因となっている。 Along with the miniaturization of semiconductor devices, defects such as scratches and particles generated on the workpiece in the CMP process lead to defects such as a short circuit between wirings of the semiconductor device, causing a decrease in yield.
上述した従来の研磨装置において、スクラッチの発生要因について詳細に調査したところ、研磨処理中に飛散した研磨屑などの飛散物が飛散防止カバー21に付着するだけでなく、飛散防止カバー21から跳ね返り、研磨パッド2上に再付着することが要因になっていた。研磨パッド2上への飛散物の再付着については、上述したように研磨処理の合間に飛散防止カバー21を洗浄する対策がとられているものの、半導体装置の微細化に伴って研磨定盤3の回転が高速化されてきたことや、半導体基板(ワーク)の大口径化に伴って研磨定盤3が大型化されてきたことにより、研磨屑などの飛散物の飛散速度が増大し、飛散防止カバー21から研磨パッド3への跳ね返りが顕著になってきたためと思われる。
In the above-described conventional polishing apparatus, the cause of the scratch was investigated in detail. As a result, scattered objects such as polishing debris scattered during the polishing process not only adhered to the
本発明は上記問題を解決するもので、研磨処理中に飛散する研磨屑などの飛散物が飛散防止カバーを経て研磨パッドへ再付着することを防止し、スクラッチなどの欠陥を防止することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problem, and it is an object of the present invention to prevent scattered matters such as polishing debris scattered during the polishing process from reattaching to the polishing pad through the anti-scattering cover and to prevent defects such as scratches. And
上記課題を解決するために、本発明の研磨装置は、ワークを保持する研磨ヘッドと、研磨パッドが取り付けられる回転自在な研磨定盤と、前記研磨定盤上の研磨パッドの研磨面に研磨スラリーを供給するスラリー供給部と、前記研磨定盤の周囲を囲んだスラリー飛散防止カバーとを備えた研磨装置において、研磨処理中に前記スラリー飛散防止カバーの内壁を覆う流水膜を形成する流水膜形成部を設けたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a polishing apparatus of the present invention includes a polishing head for holding a workpiece, a rotatable polishing surface plate to which a polishing pad is attached, and a polishing slurry on a polishing surface of the polishing pad on the polishing surface plate. In a polishing apparatus including a slurry supply unit that supplies a slurry and a slurry scattering prevention cover that surrounds the periphery of the polishing platen, a flowing water film is formed to form a flowing water film that covers an inner wall of the slurry scattering prevention cover during a polishing process A feature is provided.
また本発明の研磨方法は、研磨定盤を回転させ、研磨定盤上の研磨パッドの研磨面に研磨スラリーを供給しながら、研磨ヘッドに保持したワークを前記研磨パッドの研磨面に押し当てて研磨する研磨処理中に、前記研磨定盤の周囲を囲んだスラリー飛散防止カバーの内壁を覆う流水膜を形成することを特徴とする。 Further, the polishing method of the present invention rotates the polishing platen and supplies the polishing slurry to the polishing surface of the polishing pad on the polishing platen, while pressing the work held on the polishing head against the polishing surface of the polishing pad. During the polishing process for polishing, a flowing water film covering the inner wall of the slurry scattering prevention cover surrounding the polishing surface plate is formed.
上記の研磨装置および研磨方法によれば、形成した流水膜によって、飛散してくるスラリーや研磨屑をスラリー飛散防止カバーの内壁に到達させることなく流し去ることができ、スラリーや研磨屑が飛散防止カバーから跳ね返って研磨パッドへ再付着するのを防止できる。 According to the above polishing apparatus and polishing method, the formed flowing water film allows the scattered slurry and polishing debris to flow away without reaching the inner wall of the slurry splash prevention cover, preventing slurry and polishing debris from scattering. It is possible to prevent rebounding from the cover and reattaching to the polishing pad.
流水膜形成部は、スラリー飛散防止カバーの上端部を越流壁とするオーバーフロー槽と、このオーバーフロー槽内に水を供給する給水系とを有した構造とすることができる。これにより均一な流水膜を作り出すことが可能となる。 The flowing water film forming unit may have a structure having an overflow tank having the upper end portion of the slurry scattering prevention cover as an overflow wall and a water supply system for supplying water into the overflow tank. This makes it possible to create a uniform flowing water film.
スラリー飛散防止カバーを、研磨定盤と同一方向に同等の回転数で回転可能に構成するのが好ましい。飛散するスラリーや研磨屑が万が一スラリー飛散防止カバーに到達する場合も、その跳ね返りには、これらがスラリー飛散防止カバーに衝突する速度が関わるので、この速度を最小限にするためである。 It is preferable that the slurry scattering prevention cover is configured to be rotatable at the same rotational speed in the same direction as the polishing surface plate. This is because, in the unlikely event that the slurry or polishing scraps that scatters reach the slurry scatter prevention cover, the rebounding involves the speed at which they collide with the slurry scatter prevention cover, so that this speed is minimized.
そのために、スラリー飛散防止カバーを回転させる回転モーターを設けてもよいし、あるいはスラリー飛散防止カバーを研磨定盤の研磨面よりも下部に固定してもよい。
スラリー飛散防止カバーの内壁に親水性材料が用いられているのが好ましい。親水性材料であれば水に対する濡れ性が高く、流水膜が均一になるからである。親水性材料としてたとえば親水性ウレタン樹脂を使用できる。
For this purpose, a rotary motor for rotating the slurry scattering prevention cover may be provided, or the slurry scattering prevention cover may be fixed below the polishing surface of the polishing platen.
It is preferable that a hydrophilic material is used for the inner wall of the slurry scattering prevention cover. This is because a hydrophilic material has high wettability with water and a flowing water film becomes uniform. For example, a hydrophilic urethane resin can be used as the hydrophilic material.
本発明の研磨装置および研磨方法によれば、形成した流水膜によって、飛散してくるスラリーや研磨屑をスラリー飛散防止カバーの内壁の手前で捕捉して流し去ることができるので、従来は起こっていた研磨パッドへの跳ね返り、再付着を防ぎ、スクラッチ欠陥の発生を防止することが可能となる。 According to the polishing apparatus and the polishing method of the present invention, the slurry and polishing debris that are scattered can be captured and washed away in front of the inner wall of the slurry scattering prevention cover by the formed flowing water film. Therefore, it is possible to prevent rebound and reattachment to the polishing pad and to prevent the occurrence of scratch defects.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の一実施形態における研磨装置の(a)断面図および(b)上面図である。この研磨装置は、ワークWを保持する回転体である研磨ヘッド1と、研磨パッド2が取り付けられる回転体である研磨定盤3と、研磨パッド2の研磨面に研磨スラリーSを供給するスラリー供給部4とを備えた化学機械研磨(CMP)装置であり、研磨定盤3の周囲、少なくともスラリー等の飛散箇所、を囲んだスラリー飛散防止カバー5(以下カバー5という)を備えている。ワークWは、たとえば上述したような層間絶縁膜が形成された半導体基板である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1A is a sectional view and FIG. 1B is a top view of a polishing apparatus according to an embodiment of the present invention. This polishing apparatus includes a polishing head 1 that is a rotating body that holds a workpiece W, a
上記構成により、研磨定盤3を回転させ、研磨定盤3上の研磨パッド2の研磨面に研磨スラリーSを供給しながら、ワークWを研磨ヘッド1に保持して回転させつつ研磨パッド2の研磨面に押し当てることで、ワークWの表面を研磨して平坦化する。この時に発生する研磨屑や研磨スラリーSが研磨定盤3の回転の影響で研磨定盤3の周辺、たとえば電装部(図示せず)まで飛散することは、カバー5によって防止する。
With the configuration described above, the
この研磨装置が従来のものと相違するのは、研磨処理中にカバー5の内壁を覆う流水膜6を形成する流水膜形成部7を有している点である。詳細には、カバー5はほぼ鉛直方向に延びる内壁を持った筒体であり、流水膜形成部7は、カバー5の上端部5aを越流壁とするようにカバー5の上部外周に沿って形成されたリング状のオーバーフロー槽8と、このオーバーフロー8槽内に純水waを供給する純水供給ノズル9などの給水系とを有していて、純水供給ノズル9より供給された純水waはオーバーフロー槽8内に溜められ、そこからオーバーフローしてカバー5の内壁に沿って流れ、カバー5の内壁を覆う均一な流水膜6を作り出す。
This polishing apparatus is different from the conventional apparatus in that it has a flowing water film forming portion 7 that forms a flowing
このため、ワークWの研磨処理中に発生した研磨屑やスラリーが研磨定盤3の回転による遠心力をうけてカバー5に向かって飛散しても、カバー5の内壁を覆っている流水膜6によって、カバー5に付着することなく流し去られる。したがって、上述したように研磨定盤3の回転が高速化されてきたことや、ワークWたる半導体基板の大口径化に伴って研磨定盤3が大型化されてきたことに伴って、研磨定盤3からのスラリーや研磨屑の飛散速度が増大しても、これらの飛散物がカバー5から跳ね返ることはなく、研磨パッド2への再付着を防止できる。よって、この化学機械研磨工程で発生するスクラッチを従来よりも低減することができ、ワークWより製造される半導体装置の配線間の短絡不良を防ぐことが可能となる。
For this reason, even if polishing debris or slurry generated during the polishing process of the workpiece W is scattered toward the
なお、スラリーSや研磨屑が万が一、カバー5の内壁に到達した場合の跳ね返りには、これら飛散物がカバー5に衝突する速度が関わるので、この速度を最小限にするために、カバー5を研磨定盤3と同一方向にほぼ同等の回転数で、望ましくは同一の回転数で回転させるのが好ましい。そのためにここでは、カバー5の外周面と互いに噛み合う回転軸10aを持ったモーター10を用いてカバー5を回転させるようにしている。図2に示すように、カバー5を複数のサポート部材11によって研磨定盤3の研磨面よりも下部に固定して、研磨定盤3と一体に回転させるようにしてもよい。
In the unlikely event that the slurry S or polishing scraps reach the inner wall of the
さらに、カバー5の内壁に親水性材料、たとえば親水性ウレタン樹脂を使用しておけば、水waに対する濡れ性が高く、流水膜6が均一になるので、飛散するスラリーや研磨屑からカバー5を効果的に遮蔽することができる。これに対し、カバー5の内壁に疎水性材料、たとえばテフロン(登録商標)などを使用した場合には、オーバーフロー槽8から流れる純水waは弾かれてしまうことになり、カバー5の内壁における純水waの流れに偏りが発生し、均一な流水膜6が得られなくなる。
Furthermore, if a hydrophilic material such as a hydrophilic urethane resin is used for the inner wall of the
以上説明したように、本発明の研磨装置および研磨方法は、CMP工程におけるスクラッチを低減することができ、半導体装置の製造に用いて配線間の短絡不良を防ぐのに有用である。 As described above, the polishing apparatus and the polishing method of the present invention can reduce scratches in the CMP process, and are useful for preventing a short circuit failure between wirings when used for manufacturing a semiconductor device.
1 研磨ヘッド
2 研磨パッド
3 研磨定盤
4 スラリー供給部
5 飛散防止カバー
6 流水膜
7 流水膜形成部
8 オーバーフロー槽
9 純水供給ノズル
10 モータ
11 サポート部材
W ワーク
S 研磨スラリー
Wa 純水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
10 Motor
11 Support material W Work S Polishing slurry
Wa pure water
Claims (8)
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Cited By (2)
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JP2014147990A (en) * | 2013-01-31 | 2014-08-21 | Ebara Corp | Polishing device |
JP2017533834A (en) * | 2014-11-12 | 2017-11-16 | イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド | Surface grinding machine |
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2006
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