JP2008174823A - Combined electropolishing method and combined electropolishing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複合電解研磨方法及び複合電解研磨装置に関し、特に半導体ウェハ等の基板表面の導電性材料を加工したり、基板表面に付着した不純物を除去したりするのに使用される複合電解研磨方法及び複合電解研磨装置に関する。 The present invention relates to a composite electropolishing method and a composite electropolishing apparatus, and in particular, composite electropolishing used for processing a conductive material on a substrate surface such as a semiconductor wafer or removing impurities adhering to the substrate surface. The present invention relates to a method and a composite electrolytic polishing apparatus.
半導体装置の配線形成プロセスとして、絶縁膜内に設けたトレンチやビアホール等の配線用凹部内に配線金属を埋込むようにした、いわゆるダマシンプロセスが使用されつつある。このダマシンプロセスは、基板上のSiO2、SiOF、SiOCまたはいわゆるLow−k材等からなる絶縁膜(層間絶縁膜)内に配線用凹部を形成し、次いで配線用凹部を含む絶縁膜全表面に、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム及び/またはそれらの合金等からなるバリア膜を形成し、バリア膜の表面にアルミニウム、銅、銀、金、タングステンまたはそれらの合金からなる配線金属膜を形成して配線用凹部内に配線金属を埋込み、その後、配線用凹部以外に形成された余分な配線金属膜及びバリア膜を除去することにより一般に行われる。現状の高速デバイスでは、配線金属として、銅ないしその合金を採用することが一般的であり、また絶縁膜としては、いわゆるLow−k材を採用する方向にある。 As a wiring formation process of a semiconductor device, a so-called damascene process in which a wiring metal is buried in a wiring recess such as a trench or a via hole provided in an insulating film is being used. In this damascene process, a recess for wiring is formed in an insulating film (interlayer insulating film) made of SiO 2 , SiOF, SiOC, or a so-called low-k material on the substrate, and then the entire surface of the insulating film including the recess for wiring is formed. Forming a barrier film made of titanium, tantalum, tungsten, ruthenium and / or alloys thereof, and forming a wiring metal film made of aluminum, copper, silver, gold, tungsten or alloys thereof on the surface of the barrier film In general, a wiring metal is embedded in the wiring recess, and then an extra wiring metal film and a barrier film formed other than the wiring recess are removed. In current high-speed devices, copper or an alloy thereof is generally used as a wiring metal, and so-called low-k materials are used as an insulating film.
ダマシンプロセスにおける配線用凹部の形成はドライエッチング等により、バリア膜の形成はPVD、CVDまたはALD等のドライプロセスにより行われることが多い。配線金属膜の形成方法としては、電解めっきまたは無電解めっきなどのウェットプロセス、PVD、CVDまたはALD等のドライプロセスが挙げられるが、電解めっきで形成することが広く行われている。バリア膜の導電性が低い場合に電解めっきで配線金属膜を形成する際には、バリア膜の成膜に連続して該バリア膜の表面に給電用のシード膜を事前に形成しておくことが広く行われている。余分な配線金属膜及びバリア膜の除去は、一般に、化学機械的研磨(CMP)、電解研磨、複合電解研磨などのいわゆる平坦化法で行われる。複合電解研磨については、(1)配線金属の電解酸化、(2)電解酸化された配線金属の電解液成分による錯化、(3)錯化した配線金属のメカニカル除去、のメカニズムにより研磨が進行すると考えられている。 In the damascene process, the formation of the wiring recess is often performed by dry etching or the like, and the barrier film is formed by a dry process such as PVD, CVD, or ALD. Examples of the method for forming the wiring metal film include a wet process such as electrolytic plating or electroless plating, and a dry process such as PVD, CVD, or ALD, but formation by electrolytic plating is widely performed. When forming a wiring metal film by electrolytic plating when the conductivity of the barrier film is low, a seed film for power feeding is formed in advance on the surface of the barrier film in succession to the formation of the barrier film. Is widely practiced. The excess wiring metal film and the barrier film are generally removed by a so-called flattening method such as chemical mechanical polishing (CMP), electrolytic polishing, and composite electrolytic polishing. For composite electropolishing, polishing proceeds by the mechanisms of (1) electrolytic oxidation of wiring metal, (2) complexation of electrolytically oxidized wiring metal by the electrolyte component, and (3) mechanical removal of complexed wiring metal. It is considered to be.
図1は、半導体装置における銅配線形成例を工程順に示す。図1(a)に示すように、半導体素子を形成した半導体基材301上の導電層301aの上に、例えばSiO2やLow−k材からなる絶縁膜302を堆積し、この絶縁膜302の内部に、例えばリソグラフィ・エッチング技術によりビアホール303とトレンチ304を形成し、その上にTaもしくはTaN等からなるバリア膜305、更にその上に電解めっきの給電膜としてのシード膜306をスパッタリング等により形成する。
FIG. 1 shows an example of forming a copper wiring in a semiconductor device in the order of steps. As shown in FIG. 1A, an
そして、図1(b)に示すように、半導体基板Wの表面に銅めっきを施すことで、半導体基板Wのビアホール303及びトレンチ304内に銅を充填させるとともに、絶縁膜302上に配線金属膜としての銅膜307を堆積させる。その後、化学的機械的研磨(CMP)等により、絶縁膜302上の銅膜307、シード膜306及びバリア膜305を除去して、ビアホール303及びトレンチ304に充填させた銅膜307の表面と絶縁膜302の表面とをほぼ同一平面にする。これにより、図1(c)に示すように、絶縁膜302の内部にシード膜306と銅膜307からなる配線308を形成する。
Then, as shown in FIG. 1B, the surface of the semiconductor substrate W is plated with copper so that the
半導体デバイスの配線形成工程において、層間絶縁膜の低誘電率化に伴うLow−k材料の導入と共に、研磨時におけるLow−k材料の破壊や剥離といったLow−k材料へのダメージ低減が課題となり、その中で研磨工程の低圧化がその一つの解とされている。これまでCMPに代表される半導体ウェハの研磨においては、ウェハ面内における研磨速度の均一性は、主に研磨圧力をウェハ面内で均一になるよう調整したり、研磨時のウェハと研磨パッドの相対速度を均一にしたりすることにより確保されてきた。 In the semiconductor device wiring formation process, along with the introduction of the low-k material accompanying the reduction of the dielectric constant of the interlayer insulating film, the reduction of damage to the low-k material such as destruction or peeling of the low-k material during polishing becomes an issue. One solution is to lower the pressure of the polishing process. Conventionally, in polishing of semiconductor wafers represented by CMP, the uniformity of the polishing rate in the wafer surface is mainly adjusted so that the polishing pressure is uniform in the wafer surface, or the wafer and polishing pad are polished during polishing. It has been ensured by making the relative speed uniform.
図2に一般的なCMPにおける研磨速度の研磨圧力依存性を示す。図2に示すように、低研磨圧力領域において、研磨速度は、研磨圧力の増加に伴って急激に増加する。しかし、ある一定の研磨圧力で、研磨速度は変極点を持ち、研磨圧力が変極点を超えると、研磨速度の増加率が小さくなるのが一般である。これまでの一般的な研磨条件(例えば、2〜3psi)では、図2の変極点よりも若干研磨圧力が大きい状態であり、これにより、高研磨速度かつウェハ面内での研磨圧力の均一性が高い(研磨圧力に対する研磨速度の増加率が小さい)状態での研磨が行われてきた。 FIG. 2 shows the polishing pressure dependence of the polishing rate in general CMP. As shown in FIG. 2, in the low polishing pressure region, the polishing rate increases rapidly as the polishing pressure increases. However, the polishing rate has an inflection point at a certain polishing pressure, and when the polishing pressure exceeds the inflection point, the increase rate of the polishing rate is generally small. Under conventional general polishing conditions (for example, 2 to 3 psi), the polishing pressure is slightly higher than the inflection point in FIG. 2, thereby achieving high polishing speed and uniform polishing pressure within the wafer surface. Polishing has been performed in a high state (the increase rate of the polishing rate with respect to the polishing pressure is small).
しかし、低研磨圧力領域(1.0psi(70hPa)以下)では、研磨圧力に対する研磨速度の増加率が大きいため、(1)研磨速度の低下が大きい、(2)研磨圧力の僅かな変化に対する研磨速度の変化が大きい、ことが問題となる。従って、これらの問題を克服することが低圧力領域での研磨の実現に繋がる。これに対する一つの解として、電解作用を組合せた複合電解研磨がある。この複合電解研磨における研磨速度は、一定研磨圧力条件下で、印加電圧に依存して増加する特徴があり、低研磨圧力での高研磨速度が可能とされている。 However, in the low polishing pressure region (1.0 psi (70 hPa) or less), the rate of increase of the polishing rate with respect to the polishing pressure is large, so (1) the decrease in polishing rate is large, and (2) polishing with a slight change in polishing pressure. The big change in speed is a problem. Therefore, overcoming these problems leads to realization of polishing in a low pressure region. One solution to this is composite electropolishing that combines electrolytic action. The polishing rate in this composite electrolytic polishing is characterized by increasing depending on the applied voltage under a constant polishing pressure condition, and a high polishing rate at a low polishing pressure is possible.
また、ウェハ面内での研磨速度の均一性を確保するため、研磨時におけるウェハ面内での印加電圧に分布を持たせることが提案されている(特許文献1〜3参照)。
複合電解研磨で研磨対象物上の導電膜、例えば基板上の銅からなる配線金属膜を研磨してバリア膜を露出させる場合、導電膜がバリア膜上に電気的に絶縁された状態で残留すると、前述の複合電解研磨におけるメカニズムのうち、(1)配線金属(導電膜)の電解酸化、が不可能となる。このため、電気的に絶縁された状態で残留する導電膜に対する電解研磨が進行しなくなる。この状態で、更に次工程としてバリア膜の研磨を行うと、残留した導電膜によってバリア膜の研磨が不均一となり、結果として、本来除去すべきバリア膜が残留したり、導電膜(配線金属)の過研磨が生じたりすることによるディッシングやエロージョンの増加が生じてしまう。従って、複合電解研磨でバリア膜の表面に形成した導電膜を除去してバリア膜を露出させるにあたっては、研磨中に電気的に絶縁された状態で導電膜をバリア膜上に残留させないようにすることが求められる。 When the conductive film on the object to be polished by composite electrolytic polishing, for example, the wiring metal film made of copper on the substrate is polished to expose the barrier film, the conductive film remains electrically insulated on the barrier film. Among the mechanisms in the above-described composite electropolishing, (1) electrolytic oxidation of the wiring metal (conductive film) becomes impossible. For this reason, the electropolishing for the conductive film remaining in an electrically insulated state does not proceed. In this state, if the barrier film is further polished as the next step, the barrier film is non-uniformly polished by the remaining conductive film. As a result, the barrier film to be originally removed remains or the conductive film (wiring metal) Dishing and erosion increase due to overpolishing. Therefore, when removing the conductive film formed on the surface of the barrier film by composite electrolytic polishing to expose the barrier film, the conductive film is not left on the barrier film while being electrically insulated during polishing. Is required.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、電気的に絶縁された状態で導電膜を残留させることなく除去して、導電膜の下層のバリア膜を露出させることができるようにした複合電解研磨方法及び電解研磨装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and removes the conductive film in an electrically insulated state without leaving it, so that the barrier film under the conductive film can be exposed. An object is to provide a polishing method and an electrolytic polishing apparatus.
請求項1に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第1の電極と電源の他方の電極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する第2の電極との間に電圧を印加し、前記第1の電極と研磨対象物の導電膜との間に電解液を満たし、該導電膜を研磨パッドの研磨面に押付けながら擦り付けて研磨するに際し、前記導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜を研磨することを特徴とする複合電解研磨方法である。 According to the first aspect of the present invention, there is a voltage between the first electrode connected to one electrode of the power source and the second electrode connected to the other electrode of the power source and supplying power to the conductive film of the object to be polished. Is applied to fill the electrolyte between the first electrode and the conductive film of the object to be polished, and the conductive film is rubbed against the polishing surface of the polishing pad while being rubbed for polishing. The composite electropolishing method is characterized in that the conductive film is polished so that the film is exposed in order from the center to the outer periphery of the object to be polished.
このように、導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜を研磨することで、研磨中に導電膜が電気的に絶縁された状態でバリア膜の上に残り、この電気的に絶縁された導電膜が研磨されることなくバリア膜上に残留することを防止することができる。 In this way, the conductive film is electrically insulated during polishing by polishing the conductive film so that the barrier film under the conductive film is exposed in the order from the center to the outer periphery of the object to be polished. It is possible to prevent the electrically conductive film remaining on the barrier film from remaining on the barrier film without being polished.
請求項2に記載の発明は、残留する導電膜の平均膜厚が300nm以下で、残留する導電膜の研磨対象物中での膜厚分布が150nm以下となるように前記導電膜の研磨を行うことを特徴とする請求項1記載の複合電解研磨方法である。
According to a second aspect of the present invention, the conductive film is polished so that the average film thickness of the remaining conductive film is 300 nm or less and the film thickness distribution of the remaining conductive film in the object to be polished is 150 nm or less. The composite electropolishing method according to
残留する導電膜の平均膜厚が300nm以下となるまで導電膜をほぼ平坦に研磨した後、例えば研磨対象物の中央部の方が外周部よりも大きな研磨圧力で残留する導電膜を研磨することにより、研磨対象物の中央部から積極的に導電膜を除去することができる。この研磨対象物の中央部の導電膜が除去された時点での外周部に残留する導電膜の膜厚は、例えば100nm以下であり、50nm以下であることが好ましく、20nm以下であることが更に好ましい。これにより、導電膜として配線金属膜を使用した場合に、配線金属膜が電解液に晒される時間を短縮して、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。 After the conductive film is polished almost flatly until the average film thickness of the remaining conductive film reaches 300 nm or less, for example, the remaining conductive film is polished at a polishing pressure that is greater in the central portion of the object to be polished than in the outer peripheral portion. Thus, the conductive film can be positively removed from the center of the object to be polished. The film thickness of the conductive film remaining on the outer periphery when the conductive film at the center of the object to be polished is removed is, for example, 100 nm or less, preferably 50 nm or less, and more preferably 20 nm or less. preferable. As a result, when a wiring metal film is used as the conductive film, the time during which the wiring metal film is exposed to the electrolytic solution is shortened, and the conductive film embedded in the trench or the like (wiring metal film) is excessively polished. This can be prevented.
請求項3に記載の発明は、残留する導電膜の平均膜厚が300nm以下で、残留する導電膜の研磨対象物中の膜厚が該研磨対象物の中央部から外周部に向けて大きくなるように前記導電膜に対する研磨を行うことを特徴とする請求項1または2記載の複合電解研磨方法である。
In the invention according to
このように、残留する導電膜の研磨対象物中の膜厚が該研磨対象物の中央部から外周部に向けて大きくなるように導電膜を研磨し、しかる後、残存する導電膜を均一な速度で研磨するようにしてもよい。この研磨終了時における残留する導電膜の膜厚差は、例えば100nmであり、50nm以下であることが好ましく、20nm以下であることが更に好ましい。 In this way, the conductive film is polished so that the film thickness of the remaining conductive film in the polishing object increases from the center to the outer periphery of the polishing object, and then the remaining conductive film is made uniform. Polishing may be performed at a speed. The film thickness difference of the remaining conductive film at the end of polishing is, for example, 100 nm, preferably 50 nm or less, and more preferably 20 nm or less.
請求項4に記載の発明は、研磨対象物の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなる条件で研磨を行うことを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
このように、研磨対象物の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなる条件で研磨を行うことで、研磨対象物の中央部から外周部に向かってバリア膜を露出させても良い。この研磨時における研磨速度差は、例えば100nm/minであり、50nm/min以下であることが好ましい。
The invention according to
As described above, the barrier film may be exposed from the central part of the polishing object toward the outer peripheral part by performing polishing under the condition that the polishing rate decreases from the central part to the outer peripheral part of the polishing object. The polishing rate difference at the time of polishing is, for example, 100 nm / min, and preferably 50 nm / min or less.
請求項5に記載の発明は、前記バリア膜が該研磨対象物の中心部から外周部の順に露出する際の導電膜に対する電解エッチング速度は、50nm/min以下であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
The invention according to
電解エッチング速度は、機械的研磨を伴うことなく、電解液中で導電膜に電位を掛けることで行われるエッチングの速度である。今後求められる配線部の金属膜のディッシングは20nm以下であると考えられ、通常のCMPにおいて、バリア膜が露出を開始してから露出を完了までの時間が約20sec程度であることから、50nm/min以下の研磨速度であれば、20nm以下のディッシングを達成できる。このように、導電膜に対する電解エッチング速度が50nm/min以下となる研磨を行うことにより、例えば導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が電解液に晒されて過剰に研磨されることを防止することができる。 The electrolytic etching rate is a rate of etching performed by applying a potential to the conductive film in the electrolytic solution without mechanical polishing. It is considered that the metal film dishing of the wiring portion required in the future is 20 nm or less, and in normal CMP, the time from the start of exposure of the barrier film to the completion of the exposure is about 20 seconds. If the polishing rate is less than min, dishing of 20 nm or less can be achieved. In this way, by performing polishing so that the electrolytic etching rate for the conductive film is 50 nm / min or less, for example, when a wiring metal film is used as the conductive film, the conductive film (wiring metal film) embedded in the trench or the like Can be prevented from being excessively polished by being exposed to the electrolytic solution.
請求項6に記載の発明は、残留する前記導電膜の平均膜厚が200nm以下における研磨速度は、平均膜厚が200nm以上における研磨速度の1/2以下であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の研磨方法である。
これによっても、例えば導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。
The invention according to
Also by this, for example, when a wiring metal film is used as the conductive film, it is possible to prevent the conductive film embedded in the trench or the like (wiring metal film) from being excessively polished.
請求項7に記載の発明は、前記導電膜の研磨で2種類以上の電解液を使用することを特徴とする請求項1乃至6のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
前記導電膜の研磨において、複数の所定残膜(例えば、前記導電膜の残膜300nmや、前記バリア膜が露出)になった際に、電解液成分を切りかえることにより、前記バリア膜の露出が開始した際に電解エッチングを抑制したり、前記バリア膜が露出開始後の前記導電膜の除去効率を増加させたりすることが可能となる。
The invention according to
In the polishing of the conductive film, when a plurality of predetermined residual films (for example, a residual film of the conductive film of 300 nm or the barrier film is exposed), the electrolytic solution component is switched to thereby expose the barrier film. It is possible to suppress electrolytic etching when started, or to increase the removal efficiency of the conductive film after the barrier film starts to be exposed.
請求項8に記載の発明は、前記導電膜は銅または銅合金からなり、前記電解液のpHは、銅の電位−pH図で示される銅に不動態酸化膜を形成するpH域にあることを特徴とする請求項1乃至7のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
これにより、導電膜の表面に不導態酸化膜を形成して導電膜の表面を不導態酸化膜で覆うことで、導電膜が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。
According to an eighth aspect of the present invention, the conductive film is made of copper or a copper alloy, and the pH of the electrolytic solution is in a pH range where a passive oxide film is formed on copper as shown by a potential-pH diagram of copper. A composite electropolishing method according to
Thereby, it is possible to prevent the conductive film from being excessively etched by forming a non-conductive oxide film on the surface of the conductive film and covering the surface of the conductive film with the non-conductive oxide film.
前記電解液の組成例としては、2〜80重量%の1種類以上の有機酸、2〜20重量%のスルホン酸基を有する1種類以上の強酸、0.01〜1重量%の腐食抑制剤、0.01〜1重量%の水溶性高分子化合物、0.01〜2重量%の砥粒、及び0.01〜1重量%の界面活性剤を含有しており、pH=3〜6、好ましくはpH=3〜4.5に調整されたものが挙げられる。 Examples of the composition of the electrolyte include 2 to 80% by weight of one or more organic acids, 2 to 20% by weight of one or more strong acids having a sulfonic acid group, and 0.01 to 1% by weight of a corrosion inhibitor. , 0.01 to 1% by weight of a water-soluble polymer compound, 0.01 to 2% by weight of abrasive grains, and 0.01 to 1% by weight of a surfactant, pH = 3 to 6, Preferably, the pH is adjusted to 3 to 4.5.
有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グリタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、クエン酸、アコニット酸、グリオキシル酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸及び酒石酸が挙げられる。スルホン酸基を有する強酸としては、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が1〜6のアルキルベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸及びフルオロスルホン酸が挙げられる。 Organic acids include acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, citric acid, aconitic acid, glyoxylic acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid And tartaric acid. Examples of the strong acid having a sulfonic acid group include benzenesulfonic acid, methanesulfonic acid, taurine, cysteic acid, alkylbenzenesulfonic acid having 1 to 6 carbon atoms in total, trifluoromethanesulfonic acid, and fluorosulfonic acid.
また、腐食抑制剤としは、ベンゾトリアゾール及びその誘導体が挙げられる。水溶性高分子化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメトキシエチレン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸またはその塩、ポリビニルピロリドンが挙げられる。砥粒としては、1次粒径が10nm以上のコロイダルシリカやヒュームドシリカが挙げられる。 Examples of the corrosion inhibitor include benzotriazole and its derivatives. Examples of the water-soluble polymer compound include polyethylene glycol, polyisopropylacrylamide, polydimethylacrylamide, polymethacrylamide, polymethoxyethylene, polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, Polyvinyl pyrrolidone is mentioned. Examples of the abrasive grains include colloidal silica and fumed silica having a primary particle size of 10 nm or more.
電解液は、通常のCMPスラリに電解質を添加したものでもよい。これは、通常のCMPスラリの導電膜への化学作用を利用するものであり、通常のCMPスラリに更に電解質を加えることで、例えば電解液の導電性を増加させたり、CMPスラリへの化学作用に追加させたりすることができる。ここで、添加する電解質の例としては、コハク酸等の有機酸が挙げられる。例えばコハク酸をCMPスラリに添加する。pH調整剤として、例えばKOHを用い、これにより、電解液のpHを5.5とする。このように調整した電解液を使用して印加電圧を変化させると、電極電位で0.8〜1.2(Vvs.Ag/AgCl)の領域にて、図15のAに示すような不動態化膜(不動態酸化膜)の形成領域が見られる。 The electrolytic solution may be one obtained by adding an electrolyte to a normal CMP slurry. This utilizes the chemical action of the normal CMP slurry on the conductive film. By adding an electrolyte to the normal CMP slurry, for example, the conductivity of the electrolytic solution is increased or the chemical action on the CMP slurry is increased. Can be added. Here, examples of the electrolyte to be added include organic acids such as succinic acid. For example, succinic acid is added to the CMP slurry. As the pH adjuster, for example, KOH is used, and thereby the pH of the electrolytic solution is set to 5.5. When the applied voltage is changed using the electrolytic solution thus adjusted, the passive state as shown in FIG. 15A is obtained in the region of 0.8 to 1.2 (Vvs. Ag / AgCl) in terms of electrode potential. A formation region of a passivation film (passive oxide film) can be seen.
有機酸としては、コハク酸の他に、マレイン酸、クエン酸、グリコール酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、グリタル酸、アジピン酸、フマル酸、アコニット酸、グリオキシル酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸及び酒石酸が挙げられる。 Organic acids include succinic acid, maleic acid, citric acid, glycolic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, glutaric acid, adipic acid, fumaric acid, aconitic acid, glyoxylic acid, lactic acid, gluconic acid , Malic acid and tartaric acid.
これらの液を使用しつつ、研磨速度を低下させる(例えば、印加電圧を低下させる)ことで、導電膜表面に不動態化膜を形成させ、これにより導電膜が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。 While using these solutions, the polishing rate is reduced (for example, the applied voltage is reduced) to form a passivated film on the surface of the conductive film, which causes the conductive film to be excessively electroetched. Can be prevented.
請求項9に記載の発明は、残留する前記導電膜の平均膜厚が200nm以下における前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧は、平均膜厚が200nm以上における研磨で前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧より小さいことを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
これによっても、平均膜厚が200nm以上における研磨で導電膜の表面に不導態膜を形成して、導電膜が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。
According to the ninth aspect of the present invention, the voltage applied between the first electrode and the second electrode when the average film thickness of the remaining conductive film is 200 nm or less is polishing when the average film thickness is 200 nm or more. The composite electropolishing method according to
Also by this, it is possible to prevent the conductive film from being excessively etched by forming a non-conductive film on the surface of the conductive film by polishing at an average film thickness of 200 nm or more.
請求項10に記載の発明は、前記バリア膜が露出開始から露出完了までの間における前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧は、電極電位で前記導電膜の腐食電位以下であることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
これによって、導電膜の腐食を抑制して、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。
According to a tenth aspect of the present invention, the voltage applied between the first electrode and the second electrode between the start of exposure and the completion of exposure of the barrier film is an electrode potential that corrodes the conductive film. The composite electropolishing method according to
Thus, corrosion of the conductive film can be suppressed, and the conductive film embedded in the trench or the like (wiring metal film) can be prevented from being excessively polished.
請求項11記載の発明は、前記バリア膜が露出開始から露出完了までの間における前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加する電圧の波形は、矩形波、サイン波、ランプ波のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
According to the eleventh aspect of the present invention, the waveform of the voltage applied between the first electrode and the second electrode between the start of exposure and the completion of exposure of the barrier film is a rectangular wave, a sine wave, a lamp The composite electropolishing method according to
例えば、矩形波やランプ波のように電圧を一旦低下させる波形を用いることで、導電膜の急激な溶解を防止して、表面荒れや導電膜(配線金属膜)の過剰な研磨を抑制することができる。この際、周波数としては、研磨対象物のある特定個所上を通過する研磨パッドの貫通孔の周期と同期しないように設定することが望ましい(同期すると加工/非加工カ所が生じて、導電膜の膜厚分布のばらつきが大きくなってしまう)。 For example, by using a waveform that once decreases the voltage, such as a rectangular wave or a ramp wave, it prevents rapid dissolution of the conductive film and suppresses surface roughness and excessive polishing of the conductive film (wiring metal film). Can do. At this time, it is desirable to set the frequency so that it does not synchronize with the period of the through hole of the polishing pad passing over a specific location of the object to be polished. Variation in film thickness distribution becomes large).
請求項12に記載の発明は、前記導電膜の残留膜厚の変化を渦電流の変化で検出することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
請求項13に記載の発明は、前記渦電流の変化で前記導電膜の研磨終点を検出することを特徴とする請求項12記載の複合電解研磨方法である。
研磨対象物の導電膜の膜厚変化やバリア膜の露出の状態は、渦電流の変化をセンシングすることでモニタ可能である。これにより、導電膜が過剰に研磨されたり、バリア膜が露出を開始した後にトレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されたりすることを防止することができる。
The invention according to
The invention according to
Changes in the thickness of the conductive film to be polished and the state of exposure of the barrier film can be monitored by sensing changes in eddy current. Thereby, it is possible to prevent the conductive film from being excessively polished or the conductive film (wiring metal film) embedded in the trench or the like from being excessively polished after the barrier film starts to be exposed.
請求項14に記載の発明は、前記導電膜の研磨終点を該導電膜の電極電位の変化により検出することを特徴とする請求項1乃至11のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
研磨対象物の導電膜とバリア膜では、その電極電位が異なるため、導電膜が除去され、バリア膜が露出すると電極電位が変化する。この変化をもとに、研磨終点を検出することにより、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。
The invention according to
Since the electrode potential of the conductive film to be polished and the barrier film are different, the electrode potential changes when the conductive film is removed and the barrier film is exposed. By detecting the polishing end point based on this change, it is possible to prevent the conductive film (wiring metal film) embedded in the trench or the like from being excessively polished.
請求項15に記載の発明は、前記第1の電極と前記研磨対象物の導電膜との間に満たされる電解液の該研磨対象物面内での流量分布及び温度分布の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項1乃至14のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
The invention according to claim 15 controls at least one of a flow rate distribution and a temperature distribution of the electrolytic solution filled between the first electrode and the conductive film of the object to be polished in the surface of the object to be polished. The composite electrolytic polishing method according to
低研磨圧力領域で、高研磨速度及び良好な面内均一性を有する複合電解研磨では、ウェハ等の研磨対象物の導電膜表面に電圧を印加して電気化学反応を生じさせている。この電気化学反応に影響するパラメータとして、電解液の研磨対象物における面内分布と電解液の温度分布がある。特に、複合電解研磨に使用される研磨パッドは、通常のCMPに使用される研磨パッドと異なり、研磨対象物の導電膜と電極(加工電極)間を貫通する貫通穴を有することから、電解液の面内分布の均一性が特に重要となる。つまり、図10に示すように、複合電解研磨では、電解液流量と研磨速度との関に、電解液流量が増加すると研磨速度が速くなる関係がある。また、図11に示すように、電解液温度と研磨速度の間にも、電解液温度が高くなると研磨速度が速くなる関係があり、この関係は、研磨圧力が小さいほど顕著になる。したがって、第1の電極と研磨対象物の導電膜との間に満たされる電解液の該研磨対象物面内での流量分布及び温度分布の少なくとも一方を制御することで、被研磨対象物の導電膜の被研磨面内での研磨量の分布を制御することができる。 In composite electropolishing having a high polishing rate and good in-plane uniformity in a low polishing pressure region, an electrochemical reaction is caused by applying a voltage to the conductive film surface of an object to be polished such as a wafer. Parameters affecting the electrochemical reaction include an in-plane distribution of the electrolytic solution in the polishing object and a temperature distribution of the electrolytic solution. In particular, a polishing pad used for composite electrolytic polishing has a through-hole penetrating between a conductive film to be polished and an electrode (processed electrode) unlike a polishing pad used for normal CMP. The uniformity of the in-plane distribution is particularly important. That is, as shown in FIG. 10, in composite electrolytic polishing, there is a relationship between the electrolytic solution flow rate and the polishing rate that the polishing rate increases as the electrolytic solution flow rate increases. Also, as shown in FIG. 11, there is a relationship between the electrolyte temperature and the polishing rate that increases as the electrolyte temperature increases, and this relationship becomes more prominent as the polishing pressure decreases. Therefore, by controlling at least one of the flow rate distribution and the temperature distribution of the electrolyte filled between the first electrode and the conductive film of the object to be polished in the surface of the object to be polished, the conductivity of the object to be polished is controlled. The distribution of the polishing amount in the surface to be polished of the film can be controlled.
請求項16に記載の発明は、前記電解液の研磨対象物面内での流量分布の制御を、前記導電膜の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給路から供給される電解液の流量を独立に制御して行うことを特徴とする請求項15記載の複合電解研磨方法である。
In the invention described in
請求項17に記載の発明は、前記電解液の研磨対象物面内での温度分布の制御を、前記導電膜の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給路から独立に制御して供給される電解液の温度を調整することにより行うことを特徴とする請求項16記載の複合電解研磨方法である。
電解液の温度範囲は、例えば10〜50℃である。
The invention according to claim 17 controls the temperature distribution in the surface of the polishing object of the electrolytic solution based on the difference between the film thickness distribution during polishing of the conductive film and the desired film thickness distribution. The composite electrolytic polishing method according to
The temperature range of the electrolytic solution is, for example, 10 to 50 ° C.
請求項18に記載の発明は、前記研磨パッドと前記研磨対象物との相対運動速度を制御することを特徴とする請求項15乃至17のいずれかに記載の複合電解研磨方法である。
研磨パッドの回転速度は、例えば20〜40rpmの範囲で、研磨対象物の回転速度は、例えば50〜100rpmの範囲で制御される。研磨対象物を、必要に応じて、研磨パッドと逆方向に回転させてもよく、また研磨対象物を、必要に応じて、研磨パッドの回転方向に揺動させてもよい。
The invention according to claim 18 is the composite electropolishing method according to any one of
The rotational speed of the polishing pad is controlled in the range of 20 to 40 rpm, for example, and the rotational speed of the polishing object is controlled in the range of 50 to 100 rpm, for example. The polishing object may be rotated in the direction opposite to the polishing pad, if necessary, and the polishing object may be swung in the rotation direction of the polishing pad, if necessary.
請求項19に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第1の電極を有し、研磨パッドを保持する研磨テーブルと、導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に個別に押圧する複数の押圧領域を有するトップリングと、前記第1の電極の外周または内周の少なくとも一方に該第1の電極と絶縁されて配置され、電源の他方の極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する少なくとも一つ以上の第2の電極と、前記研磨パッドの前記研磨面に少なくとも1種類以上の電解液を供給する電解液供給部と、前記研磨対象物と前記研磨面とを相対移動させる移動機構と、前記導電膜の残留膜厚に対応する信号を検知する検知部と、前記検知部より得られた信号を元に、前記電源の印加電圧、前記トップリングの押圧力、前記電解液供給部の電解液供給流量及び前記相対移動速度の少なくとも1つを制御する制御部とを有することを特徴とする複合電解研磨装置である。 The invention according to claim 19 has a first electrode connected to one pole of a power supply, holds a polishing table for holding a polishing pad, and a polishing object having a conductive film, and the polishing object A top ring having a plurality of pressing regions that individually press the polishing pad against the polishing surface of the polishing pad, and at least one of an outer periphery or an inner periphery of the first electrode and insulated from the first electrode. At least one second electrode that is connected to the other electrode and supplies power to the conductive film of the object to be polished; and an electrolyte supply unit that supplies at least one electrolyte to the polishing surface of the polishing pad; , A moving mechanism for moving the object to be polished and the polishing surface relative to each other, a detection unit for detecting a signal corresponding to a residual film thickness of the conductive film, and the power source based on the signal obtained from the detection unit. Applied voltage of the top ring Force, a composite electrolytic polishing apparatus characterized by a control unit for controlling at least one of the electrolytic solution supply flow rate and the relative movement velocity of the electrolytic solution supply unit.
研磨対象物面内での研磨圧力分布を、例えば均一の状態から複数(3エリア以上)の同心円状に変化させ、研磨対象物の内周部の研磨圧力を残りの外周部よりも高くする(例えば、内周部と最外周部で研磨圧力差が0.01〜0.5psi)ことで、研磨対象物の内周部での導電膜の研磨速度を外周部より大きくすることができる。 The polishing pressure distribution in the surface of the object to be polished is changed from, for example, a uniform state to a plurality of (three or more areas) concentric circles, and the polishing pressure at the inner periphery of the object to be polished is made higher than the remaining outer periphery ( For example, when the polishing pressure difference is 0.01 to 0.5 psi between the inner peripheral portion and the outermost peripheral portion, the polishing rate of the conductive film on the inner peripheral portion of the object to be polished can be made larger than that of the outer peripheral portion.
請求項20に記載の発明は、前記第1電極は複数の分割電極からなり、前記電源により独立に制御可能であることを特徴とする請求項19記載の複合電解研磨装置である。
研磨対象物面内での電圧分布を、例えば均一の状態から複数(3エリア以上)に変化させ、研磨対象物の内周部の電圧を残りの外周部よりも高くする(例えば、内周部と最外周部で電位差が0.01〜0.5V)ことで、研磨対象物の内周部での導電膜の研磨速度を外周部より大きくすることができる。
The invention according to
The voltage distribution in the surface of the polishing object is changed from, for example, a uniform state to a plurality (three or more areas), and the voltage of the inner periphery of the object to be polished is made higher than the remaining outer periphery (for example, the inner periphery) And a potential difference of 0.01 to 0.5 V at the outermost peripheral portion), the polishing rate of the conductive film at the inner peripheral portion of the object to be polished can be made larger than that of the outer peripheral portion.
請求項21に記載の発明は、前記第2の電極は、導電性を有する樹脂材料からなることを特徴とする請求項19または20記載の複合電解研磨装置である。
請求項22に記載の発明は、前記電解液供給部は、複数の電解液供給路を持ち、該電解液供給路からの供給流量が制御部により独立に制御可能であることを特徴とする請求項19乃至21のいずれかに記載の複合電解研磨装置である。
複合電解研磨では、電解液の流量分布が研磨速度に影響するため、電解液の流量分布を調整することにより、研磨対象物面内での研磨レートの分布を制御することができる。
The invention according to
The invention according to
In composite electropolishing, since the flow rate distribution of the electrolytic solution affects the polishing rate, the distribution of the polishing rate within the surface of the object to be polished can be controlled by adjusting the flow rate distribution of the electrolytic solution.
請求項23に記載の発明は、前記電解液供給部は、前記複数の電解液供給路に沿って流れる電解液の温度を独立に調整する温度調整部を更に有することを特徴とする請求項22記載の複合電解研磨装置である。
複合電解研磨では、電解液の温度分布が研磨速度に影響するため、電解液の温度分布を調整することにより、研磨対象物面内での研磨レートの分布を制御することができる。
23. The invention according to
In composite electropolishing, the temperature distribution of the electrolytic solution affects the polishing rate. Therefore, the distribution of the polishing rate within the surface of the object to be polished can be controlled by adjusting the temperature distribution of the electrolytic solution.
請求項24に記載の発明は、前記検知部は、渦電流センサであることを特徴とする請求項19乃至23のいずれかに記載の複合電解研磨装置である。
研磨対象物の導電膜の膜厚変化やバリア膜露出の状態は、渦電流の変化をセンシングすることでモニタ可能であり、この変化を研磨圧力分布、印加電圧分布や電解液流量分布、研磨対象物と研磨パッドとの相対速度条件にフィードバックすることで、導電膜の残留膜厚の制御や、バリア膜露出開始後のトレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。
The invention according to
The film thickness change of the conductive film of the object to be polished and the state of the barrier film exposure can be monitored by sensing the change in eddy current, and this change can be monitored by polishing pressure distribution, applied voltage distribution, electrolyte flow rate distribution, and polishing target. By feeding back the relative speed condition between the object and the polishing pad, the residual conductive film thickness is controlled, and the conductive film (wiring metal film) embedded in the trench after the exposure of the barrier film is excessively polished. Can be prevented.
請求項25に記載の発明は、前記検知部は、参照電極であり、前記導電膜の電極電位の変化を検知することを特徴とする請求項19乃至23のいずれかに記載の複合電解研磨装置である。
前記導電膜や前記バリア膜の電極電位は、参照電極を用いて測定可能であり、この電極電位の変化を基に研磨終点を検出することにより、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。
25. The composite electropolishing apparatus according to claim 19, wherein the detection unit is a reference electrode and detects a change in electrode potential of the conductive film. It is.
The electrode potential of the conductive film or the barrier film can be measured using a reference electrode. By detecting the polishing end point based on the change in the electrode potential, the conductive film embedded in the trench (wiring metal) It is possible to prevent the film) from being excessively polished.
請求項26に記載の発明は、前記制御部は、前記導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜の研磨を制御することを特徴とする請求項19乃至25のいずれかに記載の複合電解研磨装置である。
これにより、電気的に絶縁された状態で導電膜をバリア膜上に残留させることなく、導電膜の下層のバリア膜を露出させることが可能になる。
The invention according to claim 26 is characterized in that the control unit controls the polishing of the conductive film so that the barrier film under the conductive film is exposed in order from the central part to the outer peripheral part of the object to be polished. A composite electrolytic polishing apparatus according to any one of claims 19 to 25.
This makes it possible to expose the barrier film under the conductive film without leaving the conductive film on the barrier film in an electrically insulated state.
請求項27に記載の発明は、電源の一方の極に接続された第1の電極と電源の他方の電極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する第2の電極との間に電圧を印加し、前記第1の電極と研磨対象物の導電膜との間に電解液を満たし、該導電膜を研磨パッドの研磨面に押付けながら擦り付けて研磨し、前記導電膜の下層のバリア膜を露出させる方法において、前記バリア膜の露出直前にて、前記導電膜の表面に該導電膜の研磨速度が50nm/minになるような不動態化膜を形成する電解液を用いることを特徴とする複合電解研磨方法である。 According to a twenty-seventh aspect of the present invention, there is provided a voltage between the first electrode connected to one electrode of the power source and the second electrode connected to the other electrode of the power source and supplying power to the conductive film of the object to be polished. Is applied to fill the electrolytic solution between the first electrode and the conductive film of the object to be polished, and the conductive film is rubbed against the polishing surface of the polishing pad while being rubbed to polish the barrier film below the conductive film. In the method for exposing the film, an electrolyte is used that forms a passivated film on the surface of the conductive film so that the polishing rate of the conductive film is 50 nm / min immediately before the exposure of the barrier film. This is a composite electrolytic polishing method.
請求項28に記載の発明は、前記電解液の供給と共に、前記第1の電極と第2の電極間の電圧を、導電膜の表面に不動態化膜が形成される電極電位に相当する範囲とすることを特徴とする請求項27記載の複合電解研磨方法である。 The invention described in claim 28 is a range corresponding to an electrode potential at which a passivation film is formed on the surface of the conductive film, with the supply of the electrolyte solution, and the voltage between the first electrode and the second electrode. 28. The composite electropolishing method according to claim 27.
本発明によれば、電気的に絶縁された状態で導電膜を残留させることなく、導電膜の下層のバリア膜を露出させることが可能になり、従って、その後のバリア膜の除去に際して、バリア膜の残留や、導電膜(配線金属膜)の過研磨によるディッシングやエロージョンの発生を極力低減することができる。 According to the present invention, it is possible to expose the barrier film under the conductive film without leaving the conductive film in an electrically insulated state. Therefore, when the barrier film is subsequently removed, the barrier film is exposed. And the occurrence of dishing and erosion due to overpolishing of the conductive film (wiring metal film) can be reduced as much as possible.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。以下の例では、研磨対象物としての基板のバリア膜表面に形成した、配線を形成する銅膜(及びシード膜)を除去して、バリア膜を露出させるようにした例を示す。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following example, an example is shown in which the barrier film is exposed by removing the copper film (and the seed film) forming the wiring formed on the surface of the barrier film of the substrate as the object to be polished.
図3は、本発明に係る複合電解研磨装置を備えた基板処理装置の配置構成を示す平面図である。この基板処理装置は、例えば、図1(b)に示すように、表面に銅めっきを施すことで、ビアホール303及びトレンチ304内に銅を充填させるとともに、絶縁膜302上に配線金属膜としての銅膜307を堆積させた基板(研磨対象物)Wを用意し、この基板の表面に、図1(b)にA−A線で示す位置まで研磨処理を施して、絶縁膜302上の導電膜としての銅膜307(及びシード膜306)を除去し、これによって、バリア膜305を露出させるのに使用される。そして、更に絶縁膜302上のバリア膜305を除去することで、図1(c)に示すように、絶縁膜302の内部にシード膜306と銅膜307からなる配線308が形成される。
FIG. 3 is a plan view showing an arrangement configuration of the substrate processing apparatus provided with the composite electrolytic polishing apparatus according to the present invention. For example, as shown in FIG. 1B, this substrate processing apparatus fills the via
この基板処理装置は、配線金属膜(導電膜)としての銅膜307を有する多数の基板W(図1(b)参照)をストックする基板カセット204を収容するロード・アンロードステージを備えている。ロード・アンロードステージ内の各基板カセット204に到達可能となるように、走行機構200の上に2つのハンドを有した搬送ロボット202が配置されている。走行機構200にはリニアモータからなる走行機構が採用されている。リニアモータからなる走行機構を採用することにより、大口径化し重量が増した基板の高速且つ安定した搬送ができる。
This substrate processing apparatus includes a load / unload stage that accommodates a
搬送ロボット202の走行機構200を対称軸に、基板カセット204とは反対側に2台の乾燥ユニット212が配置されている。各乾燥ユニット212は、搬送ロボット202のハンドが到達可能な位置に配置されている。また2台の乾燥ユニット212の間で、搬送ロボット202が到達可能な位置に、4つの基板載置台を備えた基板ステーション206が配置されている。
Two drying
各乾燥ユニット212と基板ステーション206に到達可能な位置に搬送ロボット208が配置されている。乾燥ユニット212と隣接するように、搬送ロボット208のハンドが到達可能な位置に洗浄ユニット214が配置されている。搬送ロボット208のハンドの到達可能な位置にロータリトランスポータ210が配置され、このロータリトランスポータ210と基板受渡し可能な位置に、本発明の実施の形態における複合電解研磨装置250が2台配置されている。この例では、複合電解研磨装置250を2台備え、この内の一方を銅膜307(及びシード膜306)の第1の研磨に、他方を第2の研磨にそれぞれ個別に使用するようにしている。
A
基板処理装置は、研磨前、あるいは研磨後に洗浄及び乾燥処理を経た基板表面における膜の膜厚等の表面状態を測定する測定部としてのITM(In-line Thickness Monitor)224を備えている。つまり、図3に示すように、走行機構200の延長線上には、搬送ロボット202が研磨後の基板を基板カセット204内に収納する前、もしくは搬送ロボット202が研磨前の基板を基板カセット204から取出した後(In-line)に、光学的手段による基板表面へ入射し反射した光学信号により、半導体ウェハ等の基板表面における銅膜やバリア層等の研磨状態を測定するITM(測定部)224が配置されている。
The substrate processing apparatus includes an ITM (In-line Thickness Monitor) 224 as a measurement unit that measures a surface state such as a film thickness on a substrate surface that has been subjected to cleaning and drying processing before polishing or after polishing. That is, as shown in FIG. 3, on the extension line of the traveling
各複合電解研磨装置250は、研磨テーブル100、トップリング1、研磨テーブル100の研磨パッド101(図4及び図8等参照)に電解液を供給する電解液供給ノズル102、研磨テーブル100の研磨パッド101のドレッシングを行うためのドレッサー218及びドレッサー218を洗浄するための水槽222を有している。
Each composite
図4は、複合電解研磨装置250の要部を示す。図4に示すように、トップリング1は、自在継手部10を介してトップリング駆動軸11に接続されており、トップリング駆動軸11は、トップリングヘッド110に固定されたトップリング用エアシリンダ111に連結されている。トップリング用エアシリンダ111によってトップリング駆動軸11は上下動し、トップリング1の全体を昇降させるとともに、トップリング本体2の下端に固定されたリテーナリング3を研磨テーブル100に押圧する。トップリング用エアシリンダ111は、レギュレータRE1を介して圧縮空気源120に接続されており、レギュレータRE1によって、トップリング用エアシリンダ111に供給される加圧空気の空気圧等の流体圧力を調整することができる。これにより、リテーナリング3が研磨パッド101を押圧する押圧力を調整することができる。
FIG. 4 shows a main part of the
トップリング駆動軸11は、キー(図示せず)を介して回転筒112に連結されている。回転筒112は、その外周部にタイミングプーリ113を備えている。トップリングヘッド110には、回転駆動部としてのトップリング用モータ114が固定されており、タイミングプーリ113は、タイミングベルト115を介してトップリング用モータ114に設けられたタイミングプーリ116に接続されている。従って、トップリング用モータ114を回転駆動することによって、タイミングプーリ116、タイミングベルト115及びタイミングプーリ113を介して回転筒112及びトップリング駆動軸11が一体に回転し、トップリング1が回転する。トップリングヘッド110は、フレーム(図示せず)に固定支持されたトップリングヘッドシャフト117によって支持されている。
The top
次に、トップリング1について、図5及び図6を用いてより詳細に説明する。図5は、トップリング1を示す縦断面図、図6は、図5に示すトップリング1の底面図である。図5に示すように、トップリング1は、内部に収容空間を有する円筒容器状のトップリング本体2と、トップリング本体2の下端に固定されたリテーナリング3を備えている。トップリング本体2は、例えば金属やセラミックス等の強度及び剛性が高い材料から形成されている。リテーナリング3は、例えば剛性の高い樹脂材又はセラミックス等から形成されている。
Next, the
トップリング本体2は、円筒容器状のハウジング部2aと、ハウジング部2aの円筒部の内側に嵌合される環状の加圧シート支持部2bと、ハウジング部2aの上面の外周縁部に嵌合された環状のシール部2cとを備えている。トップリング本体2のハウジング部2aの下面に固定されているリテーナリング3の下部は内方に突出している。なお、リテーナリング3をトップリング本体2と一体的に形成してもよい。
The
トップリング本体2のハウジング部2aの中央部上方には、上述したトップリング駆動軸11が配設されており、トップリング本体2とトップリング駆動軸11とは自在継手部10により連結されている。この自在継手部10は、トップリング本体2及びトップリング駆動軸11とを互いに傾動可能とする球面軸受け機構と、トップリング駆動軸11の回転をトップリング本体2に伝達する回転伝達機構とを備えており、トップリング本体2のトップリング駆動軸11に対する傾動を許容しつつ、トップリング駆動軸11の押圧力及び回転力をトップリング本体2に伝達する。
The above-described top
球面軸受け機構は、トップリング駆動軸11の下面の中央に形成された球面状凹部11aと、ハウジング部2aの上面の中央に形成された球面状凹部2dと、両凹部11a,2d間に介装された、セラミックスのような高硬度材料からなるベアリングボール12とから構成されている。回転伝達機構は、トップリング駆動軸11に固定された駆動ピン(図示せず)とハウジング部2aに固定された被駆動ピン(図示せず)とから構成される。トップリング本体2が傾いても被駆動ピンと駆動ピンは相対的に上下方向に移動可能であるため、これらは互いの接触点をずらして係合して、回転伝達機構がトップリング駆動軸11の回転トルクをトップリング本体2に確実に伝達する。
The spherical bearing mechanism includes a spherical recess 11a formed at the center of the lower surface of the top
トップリング本体2及びトップリング本体2に一体に固定されたリテーナリング3の内部に画成された空間内には、トップリング1によって保持される半導体ウェハ等の基板Wに当接する弾性パッド4と、環状のホルダーリング5と、弾性パッド4を支持する概略円盤状のチャッキングプレート6とが収容されている。弾性パッド4は、その外周部がホルダーリング5と該ホルダーリング5の下端に固定されたチャッキングプレート6との間に挟み込まれており、チャッキングプレート6の下面を覆っている。これにより弾性パッド4とチャッキングプレート6との間には空間が形成されている。
In the space defined inside the
ホルダーリング5とトップリング本体2との間には弾性膜からなる加圧シート7が張設されている。加圧シート7は、一端をトップリング本体2のハウジング部2aと加圧シート支持部2bとの間に挟み込み、他端をホルダーリング5の上端部5aとストッパ部5bとの間に挟み込んで固定されている。トップリング本体2、チャッキングプレート6、ホルダーリング5、及び加圧シート7によって、トップリング本体2の内部に圧力室21が形成されている。図5に示すように、圧力室21には、チューブやコネクタ等からなる流体路31が連通されており、圧力室21は、流体路31内に設置されたレギュレータRE2を介して圧縮空気源120に接続されている。なお、加圧シート7は、例えばエチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴムなどの強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
A
なお、加圧シート7がゴムなどの弾性体からなり、加圧シート7をリテーナリング3とトップリング本体2との間に挟み込んで固定した場合には、弾性体としての加圧シート7の弾性変形によってリテーナリング3の下面において好ましい平面が得られなくなってしまう。従って、これを防止するため、この例では、別部材として加圧シート支持部2bを設けて、加圧シート7をトップリング本体2のハウジング部2aと加圧シート支持部2bとの間に挟み込んで固定している。
When the
なお、特願平8−50956号(特開平9−168964号公報)や特願平11−294503号に記載されているように、リテーナリング3をトップリング本体2に対して上下動可能としたり、リテーナリング3をトップリング本体2とは独立に押圧可能な構造としたりすることもでき、このような場合には、必ずしも上述した加圧シート7の固定方法が用いられるとは限らない。
Incidentally, as described in Japanese Patent Application No. 8-50956 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-168964) and Japanese Patent Application No. 11-294503, the
弾性パッド4とチャッキングプレート6との間に形成される空間の内部には、弾性パッド4に当接する当接部材としてのセンターバッグ8(中心部当接部材)及びリングチューブ9(外側当接部材)が設けられている。この例においては、図5及び図6に示すように、センターバッグ8は、チャッキングプレート6の下面の中心部に配置され、リングチューブ9は、このセンターバッグ8の周囲を取り囲むようにセンターバッグ8の外側に配置されている。なお、弾性パッド4、センターバッグ8及びリングチューブ9は、加圧シート7と同様に、例えばエチレンプロピレンゴム(EPDM)、ポリウレタンゴム、シリコンゴム等の強度及び耐久性に優れたゴム材によって形成されている。
In the space formed between the
チャッキングプレート6と弾性パッド4との間に形成される空間は、上記センターバッグ8及びリングチューブ9によって複数の空間に区画されており、これによりセンターバッグ8とリングチューブ9の間には圧力室22が、リングチューブ9の外側には圧力室23がそれぞれ形成されている。
A space formed between the chucking
センターバッグ8は、弾性パッド4の上面に当接する弾性膜81と、弾性膜81を着脱可能に保持するセンターバッグホルダー82(保持部)とから構成されている。センターバッグホルダー82にはねじ穴82aが形成されており、このねじ穴82aにねじ55を螺合させることにより、センターバッグ8がチャッキングプレート6の下面の中心部に着脱可能に取付けられている。センターバッグ8の内部には、弾性膜81とセンターバッグホルダー82とによって中心部圧力室24が形成されている。
The
同様に、リングチューブ9は、弾性パッド4の上面に当接する弾性膜91と、弾性膜91を着脱可能に保持するリングチューブホルダー92(保持部)とから構成されている。リングチューブホルダー92にはねじ穴92aが形成されており、このねじ穴92aにねじ56を螺合させることにより、リングチューブ9がチャッキングプレート6の下面に着脱可能に取付けられている。リングチューブ9の内部には、弾性膜91とリングチューブホルダー92とによって中間部圧力室25が形成されている。
Similarly, the
圧力室22,23、中心部圧力室24及び中間部圧力室25には、チューブやコネクタ等からなる流体路33,34,35,36がそれぞれ連通されており、各圧力室22〜25は、それぞれの流体路33〜36内に設置されたレギュレータRE3,RE4,RE5,RE6を介して、供給源としての圧縮空気源120に接続されている。なお、上記流体路31,33〜36は、トップリング駆動軸11の上端部に設けられたロータリージョイント(図示せず)を介して、各レギュレータRE2〜RE6に接続されている。
The
上述したチャッキングプレート6の上方の圧力室21及び上記圧力室22〜25には、各圧力室に連通される流体路31,33〜36を介して加圧空気等の加圧流体又は大気圧や真空が供給されるようになっている。図4に示すように、圧力室21〜25の流体路31,33〜36上に配置されたレギュレータRE2〜RE6によってそれぞれの圧力室に供給される加圧流体の圧力を調整することができる。これにより各圧力室21〜25の内部の圧力を各々独立に制御する又は大気圧や真空にすることができるようになっている。
In the
このように、レギュレータRE2〜RE6によって各圧力室21〜25の内部の圧力を独立に可変とすることにより、弾性パッド4を介して基板Wを研磨パッド101に押圧する押圧力を基板Wの部分(区画領域)毎に調整することができる。なお、場合によっては、これらの圧力室21〜25を真空源121に接続してもよい。
Thus, by making the internal pressures of the
図4に示すように、複合電解研磨装置250の研磨テーブル100は、例えばSUS、チタンで構成されるか、または金属の表面を白金等で被覆して構成されている。この研磨テーブル100には、基板表面の銅膜等の膜厚を測定する、例えば渦電流センサからなるITM226のセンサコイル228が埋め込まれている。そして、このITM226からの信号は、制御部400に入力され、この制御部400からの出力でレギュレータRE3〜RE6が制御される。
As shown in FIG. 4, the polishing table 100 of the composite
この研磨テーブル100の上面には、図7及び図8に示すように、電源252の一方の極に接続された円板状の第1の電極(カソード)254と、電源252の他方の極に接続されたリング状の第2の電極(アノード)256が、絶縁体258を介して互いに電気的に絶縁されて配置されている。第1の電極254の上面は、その全域に亘って研磨パッド101で覆われており、この研磨パッド101の上面が研磨面となっている。また、この研磨面と第2の電極256の上面は、ほぼ面一となっている。電源252は、前記制御部400によって制御される。
On the upper surface of the polishing table 100, as shown in FIGS. 7 and 8, a disk-shaped first electrode (cathode) 254 connected to one pole of the
この例では、第2の電極256は、第1の電極254の外周に沿ってリング状に連続して延びるように配置されているが、外周部のリング状に連続して延びる第2の電極256を複数に分割し、各電極を電源252にそれぞれ接続してもよい。これにより、リング状の第2の電極内での電圧差を小さくすることができる。更に、1個のリング状に連続して延びる第2の電極256に、複数の導線を介して、電源252を接続するようにしても良い。これによっても、リング状の第2の電極内での電位差を小さくすることが可能である。また、パッド状の導電性部材によって第2の電極256を構成しても良い。
In this example, the
第2の電極256は、トップリング1で保持した基板Wを下降させ、基板Wの表面(下面)を研磨パッド101の研磨面に接触させた時、この上面が基板Wの周縁部表面に接触して、基板Wの表面に形成した銅膜307(図1(b)参照)等の導電膜に給電できるようになっている。トップリング1は、トップリング1で保持した基板を、研磨パッド101の研磨面に、例えば70hPa(約1psi)以下の研磨圧力で押付けるように構成されている。
The
研磨パッド101は、図7及び図8に示すように、この例では、全面には多数の貫通する貫通孔101aを有するニッタ・ハース社製のIC−1000から構成されている。これにより、この貫通孔101a内に流入する電解液を介して、第2の電極256に接続された基板Wの表面と第1の電極254と間に電流が流れて電解研磨が行われる。なお、全面に渡って貫通孔があれば、研磨パッド101全体は、格子状または円環状の溝が形成されたものであってもよい。また、例えば、PVA樹脂といった連続気孔を有する研磨パッドのように、研磨パッド101自体に通液性があれば、必ずしも研磨パッド101に貫通孔が開いていなくてもよい。
As shown in FIGS. 7 and 8, the
電解液供給ノズル102は、図9に示すように、研磨パッド102の半径方向に沿って延びており、その長さ方向に沿った所定の間隔で複数の電解液供給口140が設けられている。そして、この各電解液供給口140には、電解液タンクから延びる電解液供給ライン(電解液供給路)142がそれぞれ接続され、この各電解液供給ライン142には、この電解液供給ライン142に沿って流れる電解液の流量を個別に調整する流量調整バルブ等を有する流量調整部144と、この電解液供給ライン142に沿って流れる電解液の温度を個別に調整する熱交換器等を有する温度調整部146が介装され、これによって、電解液供給部148が構成されている。流量調整部144の各流量調整バルブ等、及び温度調整部146の各熱交換器等は、例えば、図4に示す、研磨テーブル100側の研磨パッド101下に配置された渦電流センサ等のITM226から制御部400に入力された信号に基づいて該制御部400から出力される出力信号によって制御される。
As shown in FIG. 9, the
複合電解研磨では、図10に示すように、電解液流量と研磨速度との関に、電解液流量が増加すると研磨速度が速くなる関係がある。また、図11に示すように、電解液温度と研磨速度の間にも、電解液温度が高くなると研磨速度が速くなる関係があり、この関係は、研磨圧力が小さいほど顕著になる。したがって、個々が独立に流量制御及び温度制御可能な複数の電解液供給ライン(電解液供給路)142と、複数の電解液供給口140を有する電解液供給ノズル102を使用して電解液を研磨パッド101に供給することが好ましく、これによって、導電膜内での研磨レートの分布を制御することができる。
In the composite electrolytic polishing, as shown in FIG. 10, there is a relationship between the electrolytic solution flow rate and the polishing rate that the polishing rate increases as the electrolytic solution flow rate increases. Also, as shown in FIG. 11, there is a relationship between the electrolyte temperature and the polishing rate that increases as the electrolyte temperature increases, and this relationship becomes more prominent as the polishing pressure decreases. Therefore, the electrolyte solution is polished by using the electrolyte solution supply nozzle (102) having a plurality of electrolyte solution supply lines (electrolyte solution supply channels) 142 and a plurality of electrolyte
次に、上記のように構成された複合電解研磨装置250の研磨時における動作について説明する。研磨時には、トップリング1の下面に基板Wを保持させるとともに、トップリング駆動軸11に連結されたシリンダ111を作動させてトップリング1の下端に固定されたリテーナリング3を所定の押圧力で研磨テーブル100の研磨パッド101の研磨面に押圧する。この状態で、圧力室22,23、中心部圧力室24及び中間部圧力室25にそれぞれ所定の圧力の加圧流体を供給し、基板Wを研磨テーブル100の研磨パッド101の研磨面に押圧する。この時、基板Wは、その外周部で第2の電極256の上面に接触して、基板Wの表面に設けられた銅膜307(図1(b)参照)等の導電膜への給電が可能となる。
Next, the operation at the time of polishing of the composite
そして、電源252を介して、第1の電極254と基板Wの表面に設けられた銅膜307等の導電膜との間に電圧を印加しながら、電解液供給ノズル102から電解液Qを流すことにより、研磨パッド101に電解液Qが保持され、基板Wの導電膜の下面と研磨パッド101の研磨面との間に電解液Qが存在した状態で導電膜の研磨が行われる。
Then, the electrolyte Q is supplied from the
このとき、電解液の研磨対象物面である導電膜内での流量分布及び温度分布は、研磨速度に影響することから、図9に示すように、個々が独立に流量制御及び温度制御可能な複数の電解液供給口140を有する電解液供給ノズル102を使用して電解液を研磨パッド101に供給することが好ましく、これによって、導電膜内での研磨ルートの分布を制御することができる。
At this time, the flow rate distribution and the temperature distribution in the conductive film, which is the surface of the object to be polished of the electrolytic solution, affect the polishing rate. Therefore, as shown in FIG. 9, each can independently control the flow rate and the temperature. It is preferable to supply the electrolytic solution to the
ここで、基板Wの圧力室22,23の下方に位置する部分は、それぞれ圧力室22,23に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。また、基板Wの中心部圧力室24の下方に位置する部分は、センターバッグ8の弾性膜81及び弾性パッド4を介して、中心部圧力室24に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。基板Wの中間部圧力室25の下方に位置する部分は、リングチューブ9の弾性膜91及び弾性パッド4を介して、中間部圧力室25に供給される加圧流体の圧力で研磨面に押圧される。
Here, the portions of the substrate W positioned below the
従って、基板Wに加わる研磨圧力は、各圧力室22〜25に供給される加圧流体の圧力をそれぞれ制御することにより、基板Wの半径方向に沿った各部分毎に調整することができる。すなわち、制御部400が、レギュレータRE3〜RE6によって、各圧力室22〜25に供給する加圧流体の圧力をそれぞれ独立に調整し、基板Wを研磨テーブル100上の研磨パッド101に押圧する押圧力を基板Wの部分毎に調整している。このように、基板Wの部分(押圧領域)毎に研磨圧力が所望の値に調整された状態で、回転している研磨テーブル100の上面の研磨パッド101に基板Wが押圧される。同様に、レギュレータRE1によって、トップリング用エアシリンダ111に供給される加圧流体の圧力を調整し、リテーナリング3が研磨パッド101を押圧する押圧力を変更することができる。
Therefore, the polishing pressure applied to the substrate W can be adjusted for each portion along the radial direction of the substrate W by controlling the pressure of the pressurized fluid supplied to the
このように、研磨中に、リテーナリング3が研磨パッド101を押圧する押圧力と、基板Wを研磨パッド101に押圧する押圧力を適宜調整することにより、基板Wの中心部(図6のC1)、中心部から中間部(C2)、外方部(C3)、そして周縁部(C4)、更には基板Wの外側にあるリテーナリング3の外周部までの各部分における研磨圧力の分布を所望の値とすることができる。
As described above, by appropriately adjusting the pressing force with which the
なお、基板Wの圧力室22,23の下方に位置する部分には、弾性パッド4を介して流体から押圧力が加えられる部分と、開口部41の箇所のように、加圧流体の圧力そのものが基板Wに加わる部分とがあるが、これらの部分に加えられる押圧力は、同一圧力でもよく、それぞれ任意の圧力でも押圧ができる。また、研磨時には、弾性パッド4は、開口部41の周囲において基板Wの裏面に密着するため、圧力室22,23の内部の加圧流体が外部に漏れることはほとんどない。
In addition, in the part located under the
このように、基板Wを同心の4つの円及び円環部分(C1〜C4)に区画し、それぞれの部分(押圧領域)を独立した押圧力で押圧することができる。研磨レートは、基板Wの研磨面に対する押圧力に依存するが、上述したように各部分の押圧力を制御することができるので、基板Wの4つの部分(C1〜C4)の研磨レートを独立に制御することが可能となる。従って、基板Wの表面の研磨すべき薄膜の膜厚に半径方向の分布があっても、基板全面に亘って研磨の不足や過研磨をなくすことができる。 In this manner, the substrate W can be divided into four concentric circles and ring portions (C1 to C4), and each portion (pressing region) can be pressed with independent pressing force. Although the polishing rate depends on the pressing force on the polishing surface of the substrate W, since the pressing force of each part can be controlled as described above, the polishing rates of the four parts (C1 to C4) of the substrate W are independent. It becomes possible to control to. Therefore, even if the film thickness of the thin film to be polished on the surface of the substrate W has a radial distribution, it is possible to eliminate insufficient polishing or overpolishing over the entire surface of the substrate.
即ち、基板Wの表面の研磨すべき膜が、基板Wの半径方向の位置によって膜厚が異なっている場合であっても、上記各圧力室22〜25のうち、基板Wの表面の膜厚の厚い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも高くすることにより、あるいは、基板Wの表面の膜厚の薄い部分の上方に位置する圧力室の圧力を他の圧力室の圧力よりも低くすることにより、膜厚の厚い部分の研磨面への押圧力を膜厚の薄い部分の研磨面への押圧力より大きくすることが可能となり、その部分の研磨レートを選択的に高めることができる。これにより、成膜時の膜厚分布に依存せずに基板Wの全面に亘って過不足のない研磨が可能となる。
That is, even if the film to be polished on the surface of the substrate W has a different film thickness depending on the position in the radial direction of the substrate W, the film thickness of the surface of the substrate W among the
ここで、基板Wの周縁部に起こる縁だれは、リテーナリング3の押圧力を制御することにより防止できる。また、基板Wの周縁部において研磨すべき膜の膜厚に大きな変化がある場合には、リテーナリング3の押圧力を意図的に大きく、あるいは、小さくすることで、基板Wの周縁部の研磨レートを制御することができる。なお、上記各圧力室22〜25に加圧流体を供給すると、チャッキングプレート6は上方向の力を受けるので、この例では、圧力室21には流体路31を介して圧力流体を供給し、各圧力室22〜25からの力によりチャッキングプレート6が上方に持ち上げられるのを防止している。
Here, drooling that occurs at the peripheral edge of the substrate W can be prevented by controlling the pressing force of the
上述のようにして、トップリング用エアシリンダ111によるリテーナリング3の研磨パッド101への押圧力と、各圧力室22〜25に供給する加圧空気による基板Wの部分毎の研磨パッド101への押圧力とを適宜調整して基板Wの研磨が行われる。
As described above, the pressing force of the
以上説明したように、圧力室22,23、センターバッグ8の内部の圧力室24、及びリングチューブ9の内部の圧力室25の圧力を独立に制御することにより、基板に対する押圧力を制御することができる。更に、この例によれば、センターバッグ8及びリングチューブ9の位置や大きさなどを変更することによって、押圧力の制御を行う範囲を簡単に変更することができる。
As described above, the pressure on the substrate is controlled by independently controlling the pressures of the
すなわち、基板の表面に形成される膜の膜厚分布は、成膜の方法や成膜装置の種類により変化するが、この例によれば、基板に押圧力を加える圧力室の位置や大きさをセンターバッグ8及びセンターバッグホルダー82、またはリングチューブ9及びリングチューブホルダー92を交換するだけで変更することができる。従って、研磨すべき膜の膜厚分布に合わせて押圧力を制御すべき位置や範囲をトップリング1の極一部を交換するだけで容易かつ低コストで変更することが可能となる。換言すれば、研磨すべき基板の表面の研磨すべき膜の膜厚分布に変化があった場合にも、容易かつ低コストで対応することができる。なお、センターバッグ8またはリングチューブ9の形状及び位置を変更すると、結果的にセンターバッグ8とリングチューブ9に挟まれる圧力室22及びリングチューブ9を取り囲む圧力室23の大きさを変えることにもなる。
That is, the film thickness distribution of the film formed on the surface of the substrate varies depending on the film forming method and the type of film forming apparatus. According to this example, the position and size of the pressure chamber that applies the pressing force to the substrate. The
次に、基板処理装置の動作について説明する。
先ず、図1(b)に示す、表面に銅膜307を形成した基板Wを多数収容した基板カセット204をロード・アンロードステージに装着する。そして、1枚の基板を基板カセット204から搬送ロボット202で取出して基板ステーション206へ載置する。搬送ロボット208は、基板ステーション206から基板を受け取り、必要に応じて、基板を反転させた後、ロータリトランスポータ210に渡す。次に、ロータリトランスポータ210を水平に回転させ、このロータリトランスポータ210で支持した基板を、一方の複合電解研磨装置250のトップリング1で保持する。
Next, the operation of the substrate processing apparatus will be described.
First, a
そして、トップリング1で保持した基板を研磨テーブル100の上方の研磨位置に移動させる。そして、下降させて、基板を研磨パッド101の研磨面に、約70hPa(1psi)以下の所定の研磨圧力で押圧し、同時に研磨パッド101に電解液Qを供給しながら、第1の電極254と基板の表面の銅膜307等の導電膜との間に電源252を介して電圧を印加して導電膜を研磨(第1の研磨)する。なお、基板を研磨パッド101で研磨している間は真空吸着等による基板の保持を解除してもよい。
Then, the substrate held by the
この複合電解研磨装置250による第1の研磨によって、残留する導電膜、すなわち銅膜307(及びシード膜306)の平均膜厚が300nm以下で、残留する銅膜307(及びシード膜306)の基板面内での膜厚分布が150nm以下となるように、渦電流センサ等のITM226で銅膜307(及びシード膜306)の膜厚の基板面内分布を検知し、制御部400を介して、図6に示す各部分(押圧領域)C1〜C4における研磨圧力を調整しながら、該銅膜307(及びシード膜306)を研磨する。このように、配線等に与えるダメージが一般に少ない複合電解研磨を研磨処理に採用し、例えば、全体の研磨量の過半を占める配線用凹部以外に形成された配線金属膜の大部分の研磨除去を複合電解研磨で行うことで、研磨工程による配線構造に対するダメージを大きく低減することができる。
By the first polishing by the composite
この時、必要に応じて、複数の電解液供給ライン142を通して、電解液供給ノズル102の各電解液供給口140から研磨パッド101に供給される電解液Qの流量及び温度を制御する。つまり、導電膜(銅膜307(及びシード膜306))の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給口140から研磨パッド101に供給される電解液の流量及び温度を独立に制御し、これによって、研磨対象物面内での研磨レートの分布を制御する。
At this time, the flow rate and temperature of the electrolyte Q supplied to the
更に、研磨パッド101と基板Wとの相対運動速度を制御するようにしてもよい。研磨パッド101の回転速度は、例えば20〜40rpmの範囲で、基板Wの回転速度は、例えば50〜100rpmの範囲で制御される。基板Wを、必要に応じて、研磨パッド101と逆方向に回転させてもよく、また基板Wを、必要に応じて、研磨パッド101の半径方向に揺動させてもよい。
Further, the relative motion speed between the
そして、一方の複合電解研磨装置250による第1の研磨を終了した基板を、必要に応じて、その被研磨面及び裏面を純水等で洗浄(リンス)し乾燥させた後、ロータリトランスポータ210を経由させて、他方の複合電解研磨装置250に搬送し、このトップリング1で保持する。第1の研磨を行った複合電解研磨装置250にあっては、この研磨パッド101の研磨面のドレッサー218によるコンディショニングを行って、次の研磨に備える。
The substrate that has been subjected to the first polishing by one
そして、トップリング1で保持した基板を研磨テーブル100の上方の研磨位置に移動させ、しかる後、下降させて、基板を研磨パッド101の研磨面に押圧し、同時に研磨パッド101に電解液Qを供給しながら、第1の電極254と基板の表面の銅膜307等の導電膜との間に電源252を介して電圧を印加して、第1の研磨で研磨されずに残った導電膜、つまりバリア膜305上の銅膜307(及びシード膜306)を研磨する。これによって、バリア膜305を露出させる。
Then, the substrate held by the
この複合電解研磨装置250による研磨を、基板の中央部から外周部に向けて導電膜の研磨速度が小さくなる条件で行う。つまり、渦電流センサ等のITM226で銅膜307(及びシード膜306)の膜厚の基板面内分布を検知しながら、図6に示す各部分(押圧領域)C1〜C4における研磨圧力を、例えば、基板の基板Wの中心部(C1)、中心部から中間部(C2)、外方部(C3)、そして周縁部(C4)に向けて同心円状に、例えば中心部(C1)と周縁部(C4)の研磨圧力差が0.01(約0.7hPa)〜0.5(約35hPa)となる範囲で、順に低くなるように制御部400で制御して、基板の内周部での導電膜の研磨速度を大きくなるようにしながら、残存する導電膜、つまり銅膜307(及びシード膜306)を研磨する。
Polishing by the
この時、前述と同様に、必要に応じて、複数の電解液供給ライン142を通して、電解液供給ノズル102の各電解液供給口140から研磨パッド101に供給される電解液Qの流量及び温度を制御する。つまり、導電膜(銅膜307(及びシード膜306))の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液供給口140から研磨パッド101に供給される電解液の流量及び温度を独立に制御し、これによって、研磨対象物面内での研磨レートの分布を制御する。
At this time, as described above, the flow rate and temperature of the electrolyte Q supplied to the
更に、研磨パッド101と基板Wとの相対運動速度を制御するようにしてもよい。研磨パッド101の回転速度は、例えば20〜40rpmの範囲で、基板Wの回転速度は、例えば50〜100rpmの範囲で制御される。基板Wを、必要に応じて、研磨パッド101と逆方向に回転させてもよく、また基板Wを、必要に応じて、研磨パッド101の半径方向に揺動させてもよい。
Further, the relative motion speed between the
これにより、図12に示すように、導電膜(銅膜307(及びシード膜306))の下層のバリア膜305が基板Wの中心部から外周部に向けって露出するように導電膜を研磨しながら、最終的に、バリア膜305上の導電膜を完全に研磨して除去する。このように、第2の研磨で、導電膜(銅膜307(及びシード膜306))の下層のバリア膜305が研基板の中心部から外周部に向けって露出するように該導電膜を研磨することで、研磨中に導電膜が電気的に絶縁された状態でバリア膜305の上に残り、この電気的に絶縁された導電膜が研磨されることなくバリア膜305上に残留することを防止することができる。
Thus, as shown in FIG. 12, the conductive film is polished so that the
図12に示す、基板Wの中央部の導電膜が除去されてバリア膜305が露出した時点で外周部に残留する導電膜、つまり銅膜307(及びシード膜306)の膜厚は、例えば100nm以下であり、50nm以下であることが好ましく、20nm以下であることが更に好ましい。これにより、電解液に晒される時間を短縮して、導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。
The film thickness of the conductive film remaining on the outer periphery when the conductive film at the center of the substrate W shown in FIG. 12 is removed and the
研磨に際して、バリア膜が該研磨対象物の中心部から外周部の順に露出する際の導電膜、つまり銅膜307(及びシード膜306)に対する電解エッチング速度が50nm/min以下となる電解液を使用することが好ましい。電解エッチング速度は、機械的研磨を伴うことなく、電解液中で導電膜に電位を掛けることで行われるエッチングの速度である。このように、導電膜に対する電解エッチング速度が50nm/min以下となるようにして研磨を行うことにより、例えば導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が電解液に晒されて過剰に研磨されることを防止することができる。 During polishing, an electrolytic solution is used in which the electrolytic etching rate for the conductive film, that is, the copper film 307 (and the seed film 306) when the barrier film is exposed in the order from the center to the outer periphery of the object to be polished is 50 nm / min or less. It is preferable to do. The electrolytic etching rate is a rate of etching performed by applying a potential to the conductive film in the electrolytic solution without mechanical polishing. Thus, by polishing so that the electrolytic etching rate for the conductive film is 50 nm / min or less, for example, when a wiring metal film is used as the conductive film, the conductive film embedded in the trench or the like (wiring) It is possible to prevent the metal film) from being excessively polished by being exposed to the electrolytic solution.
残存する導電膜の平均膜厚が200nm以下における該導電膜の研磨速度が、平均膜厚が200nm以上での導電膜の研磨速度の1/2以下であってもよく、これによっても、例えば導電膜として配線金属膜を使用した場合に、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。 The polishing rate of the conductive film when the average film thickness of the remaining conductive film is 200 nm or less may be ½ or less of the polishing rate of the conductive film when the average film thickness is 200 nm or more. When a wiring metal film is used as the film, it is possible to prevent the conductive film (wiring metal film) embedded in the trench or the like from being excessively polished.
銅を研磨するのに使用する電解液のpHは、図13に示す、銅の電位−pH図(プールベ図(Pourbaix-Diagram))で示される銅に不動態酸化膜(CuO、Cu2O)を形成するpH域にあることが好ましい。水溶液系電解液で銅の不導体酸化膜(CuO、CU2O)を形成するpH領域は、水中における化学種(銅)の存在領域を電極電位とpHの2次元座標上に図示した、電位−pH図(プールベ図(Pourbaix-Diagram))で概略規定されているが、このpH領域は、図13に示す例では、4〜12.5であるが、電解液に添加される電解質の種類によって異なる。電位−pH図は、熱力学的データ(平衡論)に基づいて作成される。これにより、図14に示すように、バリア膜305が露出した時点で、トレンチ304内に埋込まれて配線308(図1(c)参照)を形成する導電膜の表面に不導態酸化膜310を形成して該表面を不導態酸化膜310で覆って、配線308が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。電解液のpHは、銅がCu2+として活性溶解する強酸性よりも、例えばpH=3〜4.5といった弱酸性側である方が、銅の電解エッチングを防止する上で好ましい。
The pH of the electrolytic solution used for polishing copper is a passive oxide film (CuO, Cu 2 O) on copper as shown in FIG. 13, which is a copper potential-pH diagram (Pourbaix-Diagram). It is preferable that it exists in the pH range which forms. The pH region in which the copper non-conductive oxide film (CuO, CU 2 O) is formed with the aqueous electrolytic solution is a potential in which the existence region of chemical species (copper) in water is illustrated on the two-dimensional coordinates of the electrode potential and pH. -Although it is roughly defined in the pH diagram (Pourbaix-Diagram), this pH region is 4 to 12.5 in the example shown in FIG. 13, but the type of electrolyte added to the electrolyte It depends on. The potential-pH diagram is created based on thermodynamic data (equilibrium theory). As a result, as shown in FIG. 14, when the
電解液の組成の一例としては、腐食抑制剤、砥粒、錯化剤、pH調整剤及び界面活性剤等が含まれるものが挙げられる。不動態酸化膜を更に保護する目的で、銅と結合しやすいN、SまたはPを含む化合物、例えば、N系として、ベンゾトリアゾールやその誘導体、(ベンズ)イミダゾールやその誘導体、脂肪酸アルカノールアミドなどの陰イオン界面活性剤、ポリエチレンイミンやポリアクリルアミド等のポリマーなど、S系として、チオサリチル酸、6-ジブチルアミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジチオールなど、P系として、リン酸エステルなどの陰イオン界面活性剤などの腐食抑制剤を用いることが好ましい。 Examples of the composition of the electrolytic solution include those containing a corrosion inhibitor, abrasive grains, a complexing agent, a pH adjusting agent, a surfactant and the like. For the purpose of further protecting the passive oxide film, a compound containing N, S or P that easily binds to copper, for example, N-based compounds such as benzotriazole and derivatives thereof, (benz) imidazole and derivatives thereof, fatty acid alkanolamide, etc. Anionic surfactants, polymers such as polyethyleneimine and polyacrylamide, etc. S-type, thiosalicylic acid, 6-dibutylamino-1,3,5-triazine-2,4-dithiol, etc. P-type, phosphate ester It is preferable to use a corrosion inhibitor such as an anionic surfactant.
電解液の電解質は、銅と結合する物質が好ましく、例えばシュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、マレイン酸、クエン酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸、アスコルビン酸、ピルビン酸、グリオキシル酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、アコニット酸、酒石酸、リン酸、アミノ酸類(グリシン等)、エチレンジアミン、エチレンジアミン四酢酸等が挙げられる。
電解液に含まれる砥粒としては、酸化シリカ(ヒュームド、コロイダル)、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、酸化チタン、酸化マンガン等が挙げられる。
The electrolyte of the electrolyte is preferably a substance that binds to copper, such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, maleic acid, citric acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid, ascorbic acid, pyruvic acid, Examples include glyoxylic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, aconitic acid, tartaric acid, phosphoric acid, amino acids (such as glycine), ethylenediamine, and ethylenediaminetetraacetic acid.
Examples of the abrasive grains contained in the electrolytic solution include silica oxide (fumed, colloidal), aluminum oxide, zirconium oxide, cerium oxide, titanium oxide, manganese oxide and the like.
また、別の電解液の組成例としては、2〜80重量%の1種類以上の有機酸、2〜20重量%の1種類以上のスルホン酸基を有する強酸、0.01〜1重量%の腐食抑制剤、0.01〜1重量%の水溶性高分子化合物、0.01〜2重量%の砥粒及び0.01〜1重量%の界面活性剤を含有しており、pH=3〜4.5に調整されたものが挙げられる。 Further, as another composition example of the electrolytic solution, 2 to 80% by weight of one or more organic acids, 2 to 20% by weight of a strong acid having one or more sulfonic acid groups, 0.01 to 1% by weight It contains a corrosion inhibitor, 0.01 to 1% by weight of a water-soluble polymer compound, 0.01 to 2% by weight of abrasive grains and 0.01 to 1% by weight of a surfactant, and pH = 3 to 3 What was adjusted to 4.5 is mentioned.
有機酸としては、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グリタル酸、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、クエン酸、アコニット酸、グリオキシル酸、グリコール酸、乳酸、グルコン酸、リンゴ酸及び酒石酸が挙げられる。スルホン酸基を有する強酸としては、ベンゼンスルホン酸、メタンスルホン酸、タウリン、システイン酸、アルキル基の総炭素数が1〜6のアルキルベンゼンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸及びフルオロスルホン酸が挙げられる。 Organic acids include acetic acid, propionic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, citric acid, aconitic acid, glyoxylic acid, glycolic acid, lactic acid, gluconic acid, malic acid And tartaric acid. Examples of the strong acid having a sulfonic acid group include benzenesulfonic acid, methanesulfonic acid, taurine, cysteic acid, alkylbenzenesulfonic acid having 1 to 6 carbon atoms in total, trifluoromethanesulfonic acid, and fluorosulfonic acid.
また、腐食抑制剤としは、ベンゾトリアゾール及びその誘導体が挙げられる。水溶性高分子化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリイソプロピルアクリルアミド、ポリジメチルアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリメトキシエチレン、ポリビニルアルコール、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ポリアクリル酸またはその塩、ポリメタクリル酸又はその塩、ポリビニルピロリドンが挙げられる。更に、砥粒としては、1次粒径が10nm以上のコロイダルシリカやヒュームドシリカが挙げられる。 Examples of the corrosion inhibitor include benzotriazole and its derivatives. Examples of the water-soluble polymer compound include polyethylene glycol, polyisopropylacrylamide, polydimethylacrylamide, polymethacrylamide, polymethoxyethylene, polyvinyl alcohol, hydroxyethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, polyacrylic acid or a salt thereof, polymethacrylic acid or a salt thereof, Polyvinyl pyrrolidone is mentioned. Furthermore, examples of the abrasive grains include colloidal silica and fumed silica having a primary particle diameter of 10 nm or more.
残留する前記導電膜の平均膜厚が200nm以下における前記第1の電極254と前記第2の電極256との間、つまり銅膜307等の導電膜との間に印加する電圧は、平均膜厚が200nm以上における研磨で前記第1の電極254と前記第2の電極256との間、つまり銅膜307等の導電膜との間に印加する電圧より小さく、例えば4〜5V以下であることが望ましい。
The voltage applied between the
図15は、研磨時における電流値と電極電位の関係を示す。図15に示す電流値が減少して電流が流れにくくなる領域A、つまり電極電位で0.8〜1.2(Vvs.Ag/AgCl)は、導電膜の表面に不動態化膜(不動態酸化膜)を形成している領域であり、この時の電極電位よりも電極電位が高い領域では、導電膜表面の不動態化膜が破壊されていると考えられる。したがって、前記導電膜の平均膜厚が200nm以上では、不動態化膜を破壊する電圧(領域Aよりも大きな電圧)を印加して研磨を行うことで研磨速度を上げ、前記導電膜の平均膜厚が200nm以下の研磨では、領域Aに対応する電圧を印加し、導電膜の表面に不導態膜を形成して該表面を覆うことで、導電膜が過剰に電解エッチングされるのを防止することができる。 FIG. 15 shows the relationship between the current value and the electrode potential during polishing. In the region A where the current value shown in FIG. 15 decreases and the current hardly flows, that is, the electrode potential of 0.8 to 1.2 (Vvs. Ag / AgCl), the passivation film (passivation) is formed on the surface of the conductive film. In the region where the oxide potential is higher than the electrode potential at this time, the passivating film on the surface of the conductive film is considered to be destroyed. Therefore, when the average film thickness of the conductive film is 200 nm or more, the polishing rate is increased by applying a voltage (voltage larger than the region A) that destroys the passivation film to increase the polishing rate, and the average film of the conductive film In polishing with a thickness of 200 nm or less, a voltage corresponding to the region A is applied to form a non-conductive film on the surface of the conductive film, and the conductive film is prevented from being excessively etched by covering the surface. can do.
バリア膜305が露出を開始してから露出を完了までの間における第1の電極254と第2の電極256との間、つまり銅膜307等の導電膜との間に電源252を介して印加する電圧は、電極電位で銅膜307等の導電膜の腐食電位以下であることが好ましい。これにより、導電膜の腐食を抑制して、トレンチ等に埋込まれた導電膜(配線金属膜)が過剰に研磨されることを防止することができる。
Applied between the
また、バリア膜305が露出を開始してから露出を完了までの間における第1の電極254と第2の電極256、つまり銅膜307等の導電膜との間に電源252を介して印加する電圧の波形は、図16(a)に示す矩形波、図16(b)に示すサイン波、または図16(c)に示すランプ波のいずれかであることが好ましい。
In addition, the voltage is applied between the
例えば、矩形波やランプ波のように電圧を一旦低下させる波形を用いることで、導電膜307の急激な溶解を防止して、表面荒れや導電膜(配線金属膜)の過剰な研磨を抑制することができる。この際、周波数としては、導電膜307のある特定個所上を通過する研磨パッド101の貫通孔101aの周期と同期しないように設定することが望ましい。これは、周波数と導電膜307のある特定個所上を通過する研磨パッド101の貫通孔101aとが同期すると、加工/非加工個所が生じて、導電膜の膜厚分布のばらつきが大きくなってしまうからである。
なお、研磨終了に際しては、研磨性能を損なわないために、まず電圧の印加を停止し、しかる後に電解液の供給を終了させることが好ましい。
For example, by using a waveform that once decreases the voltage, such as a rectangular wave or a ramp wave, rapid dissolution of the
Note that, at the end of polishing, in order not to impair the polishing performance, it is preferable to first stop the application of voltage, and then end the supply of the electrolytic solution.
そして、複合電解研磨装置250による研磨を終了した基板を、ロータリトランスポータ210及び搬送ロボット208を経由させ、必要に応じて反転させた後、洗浄ユニット214に搬送する。研磨を行った複合電解研磨装置250にあっては、この研磨パッド101の研磨面のドレッサー218によるコンディショニングを行って、次の研磨に備える。
Then, the substrate that has been polished by the composite
そして、洗浄ユニット214で、基板の表面の洗浄リンス処理を行い、洗浄リンス後の基板を搬送ロボット208で基板ステーション206に搬送して載置する。搬送ロボット202(または206)は、洗浄された基板を基板ステーション206から取出し、例えば上面洗浄のペンスポンジとスピンドライ機能を有する乾燥ユニット212に搬送し、この乾燥ユニット212で基板を洗浄し乾燥させる。そして、洗浄乾燥後の基板を搬送ロボット202により元の基板カセット204に戻す。
Then, the
図17及び図18は、研磨テーブルの他の例を示すもので、この例にあっては、研磨テーブル100(図4参照)の上面に、電源252の一方の極に接続されたリング状の第1の電極(カソード)254aと、電源252の他方の極に接続されたリング状の第2の電極(アノード)256aが、絶縁体258aを介して互いに電気的に絶縁されて配置されている。第1の電極254aの上面は、その全域に亘って、多数の貫通孔101aを有する研磨パッド101で覆われており、この研磨パッド101の上面が研磨面となっている。また、この研磨面と第2の電極256a及び絶縁体258aの上面は、ほぼ面一となっている。
17 and 18 show another example of the polishing table. In this example, a ring-like shape connected to one pole of the
この例では、第2の電極256aは、第1の電極254aの内周に沿ってリング状に連続して延びるように配置されて、絶縁体258aの内部に埋込まれている。内周部のリング状に連続して延びる第2の電極256aを複数の電極に分割して、各電極を電源252にそれぞれ接続してもよく、また、パッド状の導電性部材によって第2の電極256aを構成しても良いことは前述の同様である。
In this example, the
図19及び図20は、研磨テーブルの他の例を示すもので、この例にあっては、研磨テーブル100(図4参照)の上面に、同心円状に複数(4つ)に分割された分割電極260a〜260dにより構成された第1の電極(カソード)260と、該第1の電極260の周囲を包囲するリング状の第2の電極(アノード)262が、絶縁体264を介して互いに電気的に絶縁されて配置されている。第1の電極260の各分割電極260a〜260dは、電源266の一方の極に個別に接続され、第2の電極262は、電源266の他方の極に接続されている。第1の電極260の上面は、その全域に亘って、多数の貫通孔101aを有する研磨パッド101で覆われており、この研磨パッド101の上面が研磨面となっている。また、この研磨面と第2の電極262の上面は、ほぼ面一となっている。そして、電源266は、前記制御部400(図3参照)からの信号で、各分割電極260a〜260dの電位を制御するようになっている。
19 and 20 show another example of the polishing table. In this example, the upper surface of the polishing table 100 (see FIG. 4) is concentrically divided into a plurality (four). A first electrode (cathode) 260 constituted by the
この例によれば、残留する導電膜、すなわち銅膜307(及びシード膜306)の平均膜厚が300nm以下で、残留する銅膜307(及びシード膜306)の基板面内での膜厚分布が150nm以下となるように、渦電流センサ等のITM226で銅膜307(及びシード膜306)の膜厚の基板面内分布を検知し、制御部400を介して、第1の電極260の各分割電極260a〜260dの電位を個別に調整しながら、該銅膜307(及びシード膜306)を研磨する。
According to this example, the average film thickness of the remaining conductive film, that is, the copper film 307 (and the seed film 306) is 300 nm or less, and the film thickness distribution in the substrate surface of the remaining copper film 307 (and the seed film 306). The
そして、渦電流センサ等のITM226で銅膜307(及びシード膜306)の膜厚の基板面内分布を検知しながら、第1の電極260の各分割電極260a〜260dの電位を、例えば、電位差が0.01〜0.5Vの範囲で、基板の中心部から外方に向かって導電膜の研磨速度が小さくなるように制御部400で制御しながら、残存する導電膜、つまり銅膜307(及びシード膜306)を研磨する。
Then, while detecting the in-plane distribution of the film thickness of the copper film 307 (and the seed film 306) with the
これにより、図12に示すように、導電膜(銅膜307(及びシード膜306))の下層のバリア膜305が基板Wの中心部から外周部に向かって露出するように導電膜を研磨しながら、最終的に、バリア膜305上の導電膜を完全に研磨して除去する。
Thus, as shown in FIG. 12, the conductive film is polished so that the
なお、バリア膜305上の導電膜(銅膜307(及びシード膜306))が完全に除去したか否かは、渦電流センサによる渦電流の変化をモニタリングし、これにより研磨終点を検出しても良い。図4に示すように、渦電流センサ等のITM226のセンサコイル228は、例えば研磨テーブル100側の研磨パッド101下に配置されている。また、導電膜とバリア膜との電極電位の差を利用して、参照電極を用いて電極電位の変化をモニタリングし、これにより研磨終点を検出しても良い。参照電極は研磨対象物近傍に存在することが好ましく、例えばトップリングのリテーナリング内又はリテーナリング外周、又は研磨テーブル側から研磨パッドの貫通孔を通して研磨対象物に近接させても良い。
Whether or not the conductive film (copper film 307 (and seed film 306)) on the
なお、図19及び図20に示す研磨テーブルを使用する場合には、図5及び図6に詳細に示す、個別に調整可能な複数の部分(押圧領域)C1〜C4を有するトップリング1を必ずしも使用する必要はないが、両者を併用することで、よりきめ細かな制御を行うことができる。更に、個々が独立に流量制御及び温度制御可能な複数の電解液供給口140を有する電解液供給ノズル102を使用して電解液を研磨パッド101に供給することが好ましく、これによって、導電膜内での研磨ルートの分布を制御することができる。
When the polishing table shown in FIGS. 19 and 20 is used, the
なお、上記の例では、残留する導電膜の平均膜厚が300nm以下で、残留する導電膜の基板面内での膜厚分布が150nm以下となるように導電膜を研磨し、しかる後、基板の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなる条件で残留する導電膜を研磨するようにしている。この代わりに、第1の研磨で、残留する導電膜の平均膜厚が300nm以下で、残留する導電膜の基板面内の膜厚が該基板の中央部から外周部に向けて大きくなるように導電膜を研磨し、しかる後、研磨速度が基板の全面において等しくなる条件で残留する導電膜を研磨するようにしてもよい。 In the above example, the conductive film is polished so that the average film thickness of the remaining conductive film is 300 nm or less, and the film thickness distribution in the substrate surface of the remaining conductive film is 150 nm or less. The remaining conductive film is polished under the condition that the polishing rate decreases from the center to the outer periphery. Instead, in the first polishing, the average film thickness of the remaining conductive film is 300 nm or less, and the film thickness of the remaining conductive film in the substrate surface is increased from the central portion toward the outer peripheral portion of the substrate. The conductive film may be polished, and then the remaining conductive film may be polished under the condition that the polishing rate is the same over the entire surface of the substrate.
これによっても、図12に示すように、導電膜(銅膜307(及びシード膜306))の下層のバリア膜305が基板Wの中心部から外周部に向かって露出するように導電膜を研磨しながら、最終的に、バリア膜305上の導電膜を完全に研磨して除去することができる。この場合、この第1の研磨終了時に残留する導電膜の膜厚差は、例えば100nmであり、50nm以下であることが好ましく、20nm以下であることが更に好ましい。
Also by this, the conductive film is polished so that the
また、研磨対象物の中央部から外周部に向けて研磨速度が小さくなるよう、例えば研磨対象物の中央部と外周部との研磨速度差が100nm/min、好ましくは50nm/min以下となるような条件で導電膜(銅膜307(及びシード膜306))を研磨するようにしてもよい。 Further, the polishing rate difference between the central part and the outer peripheral part of the polishing object is, for example, 100 nm / min, preferably 50 nm / min or less so that the polishing speed decreases from the central part to the outer peripheral part of the polishing object. The conductive film (copper film 307 (and seed film 306)) may be polished under various conditions.
なお、上記の例では、2台の複合電解研磨装置を備え、第1の研磨と第2の研磨として別の電解研磨装置で個別に行うようにした例を示しているが、例えば同じ電解液を使用し、研磨圧力及び/または第1の電極と第2の電極(導電膜)との間に印加する電圧を変えることで、第1の研磨と第2の研磨を行うことができる場合には、1台の複合電解研磨装置で第1の研磨と第2の研磨を連続して行うことができる。
上記の例では、研磨の対象となる研磨対象物として、半導体ウェハ等の基板を用いているが、研磨対象物は、半導体ウェハ等の基板に限定されないことは勿論である。
In the above example, two composite electrolytic polishing apparatuses are provided, and the first polishing and the second polishing are performed separately by different electrolytic polishing apparatuses. Is used, and the first polishing and the second polishing can be performed by changing the polishing pressure and / or the voltage applied between the first electrode and the second electrode (conductive film). The first polishing and the second polishing can be continuously performed with one composite electrolytic polishing apparatus.
In the above example, a substrate such as a semiconductor wafer is used as an object to be polished. However, the object to be polished is not limited to a substrate such as a semiconductor wafer.
図21は、研磨テーブルの更に他の例を示す。図21に示すように、回転自在な研磨テーブル410の内部には、この例では、3つの電解液流路(電解液供給路)412が形成され、研磨テーブル410の上面には、各電解液流路412に個別に連通する電解液溜室414が同心状に形成されている。更に、研磨テーブル410内の各電解液流路412は、研磨テーブル410の軸部の下端に連結されたロータリジョイント416を介して、電解液タンク418から延び、途中で電解液主ライン420から3つに分岐した各分岐電解液ライン422にそれぞれ連通するようになっている。そして、電解液主ライン420には送液ポンプ424が設置され、更に、各分岐電解液ライン422内を流れる電解液の流量を調整する流量調整バルブ426を有する流量調整部428と、各分岐電解液ライン422内を流れる電解液の温度を調整する熱交換器430を有する温度調整部432が備えられている。これによって、電解液供給部434が構成されている。
FIG. 21 shows still another example of the polishing table. As shown in FIG. 21, in this example, three electrolyte flow paths (electrolyte supply paths) 412 are formed inside a rotatable polishing table 410, and each electrolyte solution is provided on the upper surface of the polishing table 410.
研磨テーブル410の上面には、絶縁板436を介して、円板状の第1の電極(カソード)438が取付けられ、研磨テーブル410の側方に配置された支持台440上には、棒状の第2の電極442が取付けられている。絶縁板436及び第1の電極438には、互いい連通する多数の連絡孔436a,438aが設けられている。そして、第1の電極438は、研磨テーブル410の軸部下端に取付けたスリップリング444を介して、電源446の一方の極に接続され、第2の電極442は、電源446の他方の電極に接続される。第1の電極438の上面は、その全域に亘って、内部に多数の貫通孔101aを有する研磨パッド101で覆われており、この研磨パッド101の上面が研磨面となっている。この研磨面と第2の電極442の上面は、ほぼ面一となっている。
A disc-shaped first electrode (cathode) 438 is attached to the upper surface of the polishing table 410 via an insulating
研磨テーブル410の内部には、上端面を第1の電極438の表面に露出させて膜厚検知センサ448が埋設され、この膜厚検知センサ448からの出力信号は、研磨テーブル410の軸部下端に設けたスリップリング450を介して制御部400に入力され、この制御部400からの出力信号で、流量調整部428の各流量調整バルブ426及び温度調整部432の各熱交換器430が制御される。
A film
この例にあっても、前述の例と同様に、トップリング1で保持した基板Wの下面(表面)を、回転している研磨パッド101の表面(研磨面)に押付けながら回転させ、電源446を介して、第1の電極438と基板Wの表面に設けられ第2の電極442と接触している銅膜307等の導電膜との間に電圧を印加しながら、電解液供給部434から研磨パッド101に電解液を供給することで、導電膜の研磨が行われる。この時、例えば、導電膜(銅膜307(及びシード膜306))の研磨中における膜厚分布と所望膜厚分布の差を基に、複数の電解液流路(電解液供給路)412を通して研磨パッド101に供給される電解液の流量及び温度を独立に制御するのであり、これによって、導電膜面内での研磨レートの分布を制御することができる。
Even in this example, similarly to the above-described example, the
図22は、本発明の他の実施の形態の複合電解研磨装置の要部を示す。この例は、研磨テーブル500として、その直径が、トップリング1で保持される基板Wの直径より僅かに大きいものを使用している。なお、この研磨テーブル500は、図21に示す研磨テーブル410と、その全体的な大きさが異なるのみで、ほぼ同様な内部構造を有しているので、図21に示すものと同一部分に同一符号を付して、その説明を省略する。
FIG. 22 shows a main part of a composite electrolytic polishing apparatus according to another embodiment of the present invention. In this example, a polishing table 500 having a diameter slightly larger than the diameter of the substrate W held by the
そして、トップリング1の回転中心と研磨テーブル500の回転中心とを、互いに僅かにずらした位置に配置し、トップリング1及び研磨テーブル500を共に回転させて、トップリング1で保持した基板Wの表面(下面)を研磨テーブル500の上面を覆った研磨パッド101の表面(研磨面)に押付けながら擦り付けて研磨する時、研磨テーブル500の回転中心が、トップリング1で保持した基板Wで常に覆われる(センタオーバ)ようにしている。
この例によれば、複合電解研磨装置の小型コンパクト化を図りながら、基板の全表面を確実に研磨し、しかも電解液の効果的な使用が可能となる。
Then, the rotation center of the
According to this example, the entire surface of the substrate can be reliably polished and the electrolytic solution can be effectively used while reducing the size and size of the composite electropolishing apparatus.
1 トップリング
2 トップリング本体
3 リテーナリング
4 弾性パッド
5 ホルダーリング
6 チャッキングプレート
7 加圧シート
8 センターバッグ
9 リングチューブ
21〜25 圧力室
100,410,500 研磨テーブル
101 研磨パッド
101a 貫通孔
102 電解液供給ノズル
120 圧縮空気源
121 真空源
142 電解液供給ライン(電解液供給路)
144,428 流量調整部
146,432 温度調整部
148,434 電解液供給部
204 基板カセット
206 基板ステーション
210 ロータリトランスポータ
212 乾燥ユニット
214 洗浄ユニット
218 ドレッサー
222 水槽
224,226 ITM
250 複合電解研磨装置
252,252a,266,446 電源
254,254a,260,438 第1の電極
256,256a,262,442 第2の電極
258,258a,264 絶縁体
260a〜260d 分割電極
305 バリア膜
306 シード膜(導電膜)
307 銅膜(導電膜)
308 配線
310 不導態酸化膜
400 制御部
412 電解液流路(電解液供給路)
448 膜厚検知センサ
DESCRIPTION OF
144, 428 Flow
250
307 Copper film (conductive film)
308
448 Film thickness detection sensor
Claims (28)
前記導電膜の下層のバリア膜が研磨対象物の中心部から外周部の順に露出するように該導電膜を研磨することを特徴とする複合電解研磨方法。 A voltage is applied between the first electrode connected to one electrode of the power source and the second electrode connected to the other electrode of the power source and supplying power to the conductive film of the object to be polished, and the first electrode When filling the electrolytic solution between the conductive film and the conductive film of the object to be polished, and rubbing while pressing the conductive film against the polishing surface of the polishing pad,
A composite electrolytic polishing method comprising polishing the conductive film so that a barrier film under the conductive film is exposed in order from the center to the outer periphery of the object to be polished.
導電膜を有する研磨対象物を保持し、該研磨対象物を前記研磨パッドの研磨面に個別に押圧する複数の押圧領域を有するトップリングと、
前記第1の電極の外周または内周の少なくとも一方に該第1の電極と絶縁されて配置され、電源の他方の極に接続されて研磨対象物の導電膜に給電する少なくとも一つ以上の第2の電極と、
前記研磨パッドの前記研磨面に少なくとも1種類以上の電解液を供給する電解液供給部と、
前記研磨対象物と前記研磨面とを相対移動させる移動機構と、
前記導電膜の残留膜厚に対応する信号を検知する検知部と、
前記検知部より得られた信号を元に、前記電源の印加電圧、前記トップリングの押圧力、前記電解液供給部の電解液供給流量及び前記相対移動速度の少なくとも1つを制御する制御部とを有することを特徴とする複合電解研磨装置。 A polishing table having a first electrode connected to one pole of a power supply and holding a polishing pad;
A top ring having a plurality of pressing regions for holding a polishing object having a conductive film and individually pressing the polishing object against the polishing surface of the polishing pad;
At least one of at least one of an outer periphery and an inner periphery of the first electrode is insulated from the first electrode and connected to the other electrode of the power source to supply power to the conductive film of the object to be polished. Two electrodes;
An electrolytic solution supply unit that supplies at least one type of electrolytic solution to the polishing surface of the polishing pad;
A moving mechanism for relatively moving the object to be polished and the polishing surface;
A detection unit for detecting a signal corresponding to the residual film thickness of the conductive film;
A control unit that controls at least one of the applied voltage of the power source, the pressing force of the top ring, the electrolyte solution supply flow rate of the electrolyte solution supply unit, and the relative movement speed based on a signal obtained from the detection unit; A composite electropolishing apparatus comprising:
前記バリア膜の露出直前にて、前記導電膜の表面に該導電膜の研磨速度が50nm/minになるような不動態化膜を形成する電解液を用いることを特徴とする複合電解研磨方法。 A voltage is applied between the first electrode connected to one electrode of the power source and the second electrode connected to the other electrode of the power source and supplying power to the conductive film of the object to be polished, and the first electrode And filling the electrolyte between the conductive film of the object to be polished, rubbing and polishing the conductive film while pressing it against the polishing surface of the polishing pad, and exposing the barrier film under the conductive film,
A composite electropolishing method characterized by using an electrolytic solution that forms a passivated film on the surface of the conductive film so that the polishing rate of the conductive film is 50 nm / min immediately before the exposure of the barrier film.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN115415857A (en) * | 2022-09-14 | 2022-12-02 | 大连理工大学 | Photoelectrochemical mechanical polishing device and efficient material removal and adjustment method |
-
2007
- 2007-01-22 JP JP2007011767A patent/JP2008174823A/en active Pending
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CN115415857A (en) * | 2022-09-14 | 2022-12-02 | 大连理工大学 | Photoelectrochemical mechanical polishing device and efficient material removal and adjustment method |
CN115415857B (en) * | 2022-09-14 | 2023-10-20 | 大连理工大学 | Photoelectrochemical mechanical polishing device and efficient material removal and adjustment method |
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