JP2011176342A - Polishing method and wiring forming method - Google Patents

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達也 小濱
Itsuki Kobata
厳貴 小畠
Suekazu Nomura
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polishing method capable of preventing a preceding process in multi-step polishing from applying a load on a subsequent process. <P>SOLUTION: A polishing method includes: a first polishing step of polishing and removing most part of a first film formed on an object to be polished; a second polishing step of polishing and removing a residual part of the first film until a second film is exposed to a surface while a wiring part is left; a step of preliminarily setting the film thickness distribution of the first film in shifting from the first polishing step to the second polishing step; a step of measuring a first film thickness using an eddy current sensor during the first polishing step to obtain the film thickness distribution of the first film; and a step of adjusting polishing conditions in the first polishing step so that the obtained film thickness distribution of the first film agrees with the preliminarily set film thickness distribution of the first film. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、研磨方法に係り、特に半導体ウェハなどの研磨対象物を研磨して平坦化する研磨方法に関するものである。
また、本発明は、配線形成方法に係り、特に半導体ウェハなどの基板上に導電膜による配線を形成する配線形成方法に関するものである。
The present invention relates to a polishing method, and more particularly to a polishing method for polishing and planarizing a polishing object such as a semiconductor wafer.
The present invention also relates to a wiring forming method, and more particularly to a wiring forming method for forming a wiring using a conductive film on a substrate such as a semiconductor wafer.

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が0.5μm以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウェハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨(CMP)を行うポリッシング装置が知られている。   In recent years, as semiconductor devices are highly integrated, circuit wiring is becoming finer and the distance between wirings is becoming narrower. In particular, in the case of photolithography having a line width of 0.5 μm or less, the depth of focus becomes shallow, so that the flatness of the imaging surface of the stepper is required. As one means for flattening the surface of such a semiconductor wafer, a polishing apparatus that performs chemical mechanical polishing (CMP) is known.

この種の化学機械研磨(CMP)装置は、研磨パッドを上面に有する研磨テーブルとトップリングとを備えている。そして、研磨テーブルとトップリングとの間に半導体ウェハを介在させて、研磨パッドの表面に砥液(スラリ)を供給しつつ、トップリングによって半導体ウェハを研磨テーブルに押圧して、半導体ウェハの表面を平坦かつ鏡面状に研磨している。   This type of chemical mechanical polishing (CMP) apparatus includes a polishing table having a polishing pad on its upper surface and a top ring. Then, the semiconductor wafer is interposed between the polishing table and the top ring, and while supplying the polishing liquid (slurry) to the surface of the polishing pad, the semiconductor wafer is pressed against the polishing table by the top ring, and the surface of the semiconductor wafer Is polished flat and mirror-like.

特開2002−113653号公報JP 2002-113653 A 特開平10−58309号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-58309 特開平10−286758号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-286758 特開2003−133277号公報JP 2003-133277 A 特開2001−237208号公報JP 2001-237208 A

本発明は、多ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる研磨方法を提供することを目的とする。
本発明は、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる配線形成方法を提供することを他の目的とする。
An object of this invention is to provide the grinding | polishing method which can prevent the front process in multistep grinding | polishing from applying a load to a back process.
Another object of the present invention is to provide a wiring forming method capable of forming a wiring without causing defects.

本発明の第1の態様によれば、多ステップ研磨、特に2ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる研磨方法が提供される。この研磨方法は、研磨対象物上に形成された第1膜の大部分を研磨して除去する第1の研磨工程と、上記第1膜の残留部分を、配線部分を残して第2膜が表面に露出するまで研磨して除去する第2の研磨工程とを有する。第1の研磨工程から上記第2の研磨工程に移行するときの第1膜の膜厚分布を予め設定する。上記第1の研磨工程中に上記第1膜の厚さをうず電流センサにより測定して上記第1膜の膜厚分布を取得する。上記取得された第1膜の膜厚分布が上記予め設定された第1膜の膜厚分布に一致するように上記第1の研磨工程における研磨条件を調整する。   According to the first aspect of the present invention, there is provided a polishing method capable of preventing a previous step in multi-step polishing, particularly two-step polishing, from placing a burden on a subsequent step. In this polishing method, a first polishing step for polishing and removing most of the first film formed on the object to be polished, a remaining portion of the first film is replaced with a second film leaving a wiring portion. And a second polishing step of polishing and removing until the surface is exposed. The film thickness distribution of the first film when shifting from the first polishing process to the second polishing process is set in advance. During the first polishing step, the thickness of the first film is measured by an eddy current sensor to obtain the film thickness distribution of the first film. The polishing conditions in the first polishing step are adjusted so that the obtained film thickness distribution of the first film matches the preset film thickness distribution of the first film.

この方法によれば、実際の膜厚分布をモニタしながら、最終的に得たい膜厚分布を確実に得ることができる。すなわち、第1の研磨工程から第2の研磨工程への切替を常に所望の膜厚分布で行うことができるので、第1の研磨工程が第2の研磨工程に負荷をかけることを防止することができる。また、第2の研磨工程後のディッシングやエロージョンを抑制することができるとともに、第2の研磨工程の時間を短縮することができる。したがって、生産性の向上とコスト削減にもつながる。   According to this method, it is possible to surely obtain the desired film thickness distribution while monitoring the actual film thickness distribution. That is, since the switching from the first polishing process to the second polishing process can always be performed with a desired film thickness distribution, it is possible to prevent the first polishing process from placing a burden on the second polishing process. Can do. In addition, dishing and erosion after the second polishing step can be suppressed, and the time of the second polishing step can be shortened. This leads to improved productivity and cost reduction.

本発明の第2の態様によれば、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる配線形成方法が提供される。この配線形成方法は、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する第1の工程と、上記平坦な導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去する第2の工程とを有している。   According to the second aspect of the present invention, there is provided a wiring forming method capable of forming a wiring without causing a defect. This wiring forming method has a first step of forming a flat conductive thin film on a substrate and a second step of removing the flat conductive thin film by chemical etching.

このように、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成した後に、機械的な作用を伴わず、電気的な接続も必要としないケミカルエッチングにより、残った導電性の薄膜を除去するので、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる。   In this way, after forming a flat conductive thin film on the substrate, the remaining conductive thin film is removed by chemical etching without mechanical action and requiring no electrical connection. Wiring can be formed without causing the above.

本発明の研磨方法によれば、多ステップ研磨における前の工程が後の工程に負荷をかけることを防止することができる。
本発明の配線形成方法によれば、ディフェクトを生じさせずに配線を形成することができる。
According to the polishing method of the present invention, it is possible to prevent a previous process in multi-step polishing from applying a load to a subsequent process.
According to the wiring forming method of the present invention, wiring can be formed without causing defects.

研磨装置の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of a grinding | polishing apparatus. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの一部を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows a part of grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図2に示すトップリングのリテーナリングの一例を示す底面図である。It is a bottom view which shows an example of the retainer ring of the top ring shown in FIG. 図2に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。It is a bottom view which shows the other example of the retainer ring of the top ring shown in FIG. 図2に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。It is a bottom view which shows the other example of the retainer ring of the top ring shown in FIG. 図2に示すトップリングのリテーナリングの他の例を示す底面図である。It is a bottom view which shows the other example of the retainer ring of the top ring shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの一部を模式的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view schematically showing a part of a polishing unit of the polishing apparatus shown in FIG. 1. 図7に示す研磨ユニットに用いられる気体噴出機構を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the gas ejection mechanism used for the grinding | polishing unit shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの一変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図7に示す研磨ユニットの研磨パッドを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the polishing pad of the polishing unit shown in FIG. 図10に示す研磨パッドの拡大縦断面図である。It is an expansion longitudinal cross-sectional view of the polishing pad shown in FIG. 図10に示す研磨パッドの変形例を示す拡大平面図である。FIG. 11 is an enlarged plan view showing a modification of the polishing pad shown in FIG. 10. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the polishing liquid supply nozzle used for the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図21に示す研磨液供給ノズルの縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the polishing liquid supply nozzle shown in FIG. 図21に示す研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the polishing liquid supply nozzle shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the polishing liquid supply nozzle used for the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図21に示す研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the polishing liquid supply nozzle shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the modification of the polishing liquid supply nozzle used for the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the polishing liquid supply nozzle used for the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 図1に示す研磨装置の研磨ユニットに用いられる研磨液供給ノズルの変形例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the modification of the polishing liquid supply nozzle used for the grinding | polishing unit of the grinding | polishing apparatus shown in FIG. 従来の研磨装置における研磨液供給系を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the polishing liquid supply system in the conventional polishing apparatus. 他の研磨液供給系を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another polishing liquid supply system. 図31(a)および図31(b)は、図30に示す研磨液供給系に用いられる流体圧バルブを示す模式図である。FIG. 31A and FIG. 31B are schematic views showing a fluid pressure valve used in the polishing liquid supply system shown in FIG. 図2に示すトップリングの変形例を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the modification of the top ring shown in FIG. 図33(a)から図33(c)は、CMPによる銅ダマシン配線の平坦化プロセスを示す模式図である。FIG. 33A to FIG. 33C are schematic views showing a planarization process of copper damascene wiring by CMP. 図34(a)はオーバーポリッシングの状態を示す模式図、図34(b)は研磨不足の状態を示す模式図である。FIG. 34A is a schematic diagram showing a state of over polishing, and FIG. 34B is a schematic diagram showing a state of insufficient polishing. 研磨液供給ノズルを揺動させて半導体ウェハの研磨を行うために使用した研磨装置の平面図である。It is a top view of the polish device used in order to carry out polish of a semiconductor wafer by rocking a polish supply nozzle. 図36(a)は図35に示す研磨装置において研磨液供給ノズルを揺動させた半導体ウェハにおける研磨レートを示すグラフ、図36(b)は研磨液供給ノズルを揺動させないときの半導体ウェハにおける研磨レートを示すグラフである。36A is a graph showing a polishing rate in a semiconductor wafer in which the polishing liquid supply nozzle is swung in the polishing apparatus shown in FIG. 35, and FIG. 36B is a graph in the semiconductor wafer when the polishing liquid supply nozzle is not swung. It is a graph which shows a polishing rate.

以下、本発明の実施形態について図1から図36(b)を参照して詳細に説明する。なお、図1から図36(b)において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 36B. In FIG. 1 to FIG. 36B, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、研磨装置の一例を示す平面図である。図1に示すように、この研磨装置には、3つのウェハカセット10を装着できるようになっている。これらのウェハカセット10に沿って走行機構12が設けられており、この走行機構12の上には、2つのハンドを有する第1搬送ロボット14が配置されている。第1搬送ロボット14のハンドは、ウェハカセット10にアクセス可能となっている。   FIG. 1 is a plan view showing an example of a polishing apparatus. As shown in FIG. 1, three wafer cassettes 10 can be mounted on this polishing apparatus. A travel mechanism 12 is provided along these wafer cassettes 10, and a first transfer robot 14 having two hands is disposed on the travel mechanism 12. The hand of the first transfer robot 14 can access the wafer cassette 10.

また、研磨装置は、4つの研磨ユニット20を備えており、これらの研磨ユニット20は装置の長手方向に沿って配列されている。それぞれの研磨ユニット20には、研磨面を有する研磨テーブル22と、半導体ウェハを保持しかつ半導体ウェハを研磨テーブル22に対して押圧しながら研磨するためのトップリング24と、研磨テーブル22に研磨液やドレッシング液(例えば、水)を供給するための研磨液供給ノズル26と、研磨テーブル22のドレッシングを行うためのドレッサ28と、液体(例えば純水)と気体(例えば窒素)の混合流体を霧状にして、1つまたは複数のノズルから研磨面に噴射するアトマイザ30とを備えている。   Further, the polishing apparatus includes four polishing units 20, and these polishing units 20 are arranged along the longitudinal direction of the apparatus. Each polishing unit 20 includes a polishing table 22 having a polishing surface, a top ring 24 for holding the semiconductor wafer and polishing the semiconductor wafer while pressing the semiconductor wafer against the polishing table 22, and a polishing liquid on the polishing table 22. And a polishing liquid supply nozzle 26 for supplying a dressing liquid (for example, water), a dresser 28 for dressing the polishing table 22, and a mixed fluid of liquid (for example, pure water) and gas (for example, nitrogen). And an atomizer 30 that sprays the polishing surface from one or a plurality of nozzles.

研磨ユニット20の近傍には、長手方向に沿ってウェハを搬送する第1リニアトランスポータ32と第2リニアトランスポータ34とが設置されており、この第1リニアトランスポータ32のウェハカセット10側には、第1搬送ロボット14から受け取ったウェハを反転する反転機36が配置されている。   In the vicinity of the polishing unit 20, a first linear transporter 32 and a second linear transporter 34 for transporting the wafer along the longitudinal direction are installed, and the first linear transporter 32 is disposed on the wafer cassette 10 side. A reversing device 36 for reversing the wafer received from the first transfer robot 14 is arranged.

また、この研磨装置は、第2搬送ロボット38と、第2搬送ロボット38から受け取ったウェハを反転する反転機40と、研磨後の半導体ウェハを洗浄する4つの洗浄機42と、反転機40および洗浄機42の間でウェハを搬送する搬送ユニット44とを備えている。これらの第2搬送ロボット38、反転機40、および洗浄機42は、長手方向に沿って直列に配置されている。   In addition, the polishing apparatus includes a second transfer robot 38, a reversing device 40 that reverses the wafer received from the second transfer robot 38, four cleaning devices 42 that clean the polished semiconductor wafer, a reversing device 40, and And a transfer unit 44 for transferring the wafer between the cleaning machines. The second transfer robot 38, the reversing machine 40, and the cleaning machine 42 are arranged in series along the longitudinal direction.

このような研磨装置において、ウェハカセット10内のウェハは、反転機36、第1リニアトランスポータ32、第2リニアトランスポータ34を経て各研磨ユニット20に導入される。各研磨ユニット20ではウェハが研磨される。研磨後のウェハは、第2搬送ロボット38および反転機40を経て洗浄機42に導入され、ここで洗浄される。洗浄後のウェハは、第1搬送ロボット14によりウェハカセット10に戻される。   In such a polishing apparatus, the wafer in the wafer cassette 10 is introduced into each polishing unit 20 via the reversing machine 36, the first linear transporter 32, and the second linear transporter 34. In each polishing unit 20, the wafer is polished. The polished wafer is introduced into the cleaning machine 42 through the second transfer robot 38 and the reversing machine 40, and is cleaned there. The cleaned wafer is returned to the wafer cassette 10 by the first transfer robot 14.

図2は、研磨ユニット20の一部を示す縦断面図である。図2に示すように、研磨ユニット20の研磨テーブル22は、その下方に配置されたモータ50に連結されており、矢印で示すようにその軸心周りに回転可能になっている。また、研磨テーブル22の上面には研磨面を有する研磨パッド(研磨布)52が貼設されている。また、トップリング24はトップリングシャフト54に連結されており、トップリング24の下部外周部には、半導体ウェハWの外周縁を保持するリテーナリング56が設けられている。   FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a part of the polishing unit 20. As shown in FIG. 2, the polishing table 22 of the polishing unit 20 is connected to a motor 50 disposed below the polishing table 22, and is rotatable about its axis as indicated by an arrow. A polishing pad (polishing cloth) 52 having a polishing surface is attached to the upper surface of the polishing table 22. The top ring 24 is connected to a top ring shaft 54, and a retainer ring 56 that holds the outer peripheral edge of the semiconductor wafer W is provided on the lower outer peripheral portion of the top ring 24.

トップリング24は、モータ(図示せず)に連結されるとともに昇降シリンダ(図示せず)に連結されている。これによって、トップリング24は、矢印で示すように昇降可能かつその軸心周りに回転可能になっており、半導体ウェハWを研磨パッド52に対して任意の圧力で押圧することができるようになっている。   The top ring 24 is connected to a motor (not shown) and to a lifting cylinder (not shown). As a result, the top ring 24 can be moved up and down as indicated by an arrow and can rotate about its axis, and the semiconductor wafer W can be pressed against the polishing pad 52 with an arbitrary pressure. ing.

このような構成の研磨ユニット20において、トップリング24の下面に半導体ウェハWを保持させ、回転している研磨テーブル22の上面の研磨パッド52に半導体ウェハWを昇降シリンダにより押圧する。そして、研磨液供給ノズル26の研磨液供給口57から研磨パッド52上に研磨液Qを供給し、半導体ウェハWの被研磨面(下面)と研磨パッド52の間に研磨液Qが存在した状態で半導体ウェハWの研磨が行われる。   In the polishing unit 20 having such a configuration, the semiconductor wafer W is held on the lower surface of the top ring 24, and the semiconductor wafer W is pressed against the polishing pad 52 on the upper surface of the rotating polishing table 22 by the lifting cylinder. Then, the polishing liquid Q is supplied onto the polishing pad 52 from the polishing liquid supply port 57 of the polishing liquid supply nozzle 26, and the polishing liquid Q exists between the polishing surface (lower surface) of the semiconductor wafer W and the polishing pad 52. Thus, the semiconductor wafer W is polished.

また、図2に示すように、研磨テーブル22の内部には、半導体ウェハWの膜厚を測定するうず電流センサ58が埋設されている。うず電流センサ58からの配線60は、研磨テーブル22および支持軸62内を通り、支持軸62の軸端に設けられたロータリコネクタ(またはスリップリング)64を経由してコントローラ66に接続されている。このうず電流センサ58が半導体ウェハWの下方を通過している間、通過軌跡上で連続的に半導体ウェハWの表面に形成された銅膜等の導電膜の膜厚を検出できるようになっている。   Further, as shown in FIG. 2, an eddy current sensor 58 for measuring the film thickness of the semiconductor wafer W is embedded in the polishing table 22. The wiring 60 from the eddy current sensor 58 passes through the polishing table 22 and the support shaft 62 and is connected to the controller 66 via a rotary connector (or slip ring) 64 provided at the shaft end of the support shaft 62. . While the eddy current sensor 58 passes under the semiconductor wafer W, the film thickness of a conductive film such as a copper film formed on the surface of the semiconductor wafer W can be detected continuously on the passing locus. Yes.

ここで、半導体デバイスのさらなる高速化への要求に伴い、デバイス内の配線間の絶縁膜をより誘電率の小さい材料(例えばLow-k材など)にすることが検討されている。このような低誘電率材料は多孔質で機械的に脆い性質を有するため、Low-k材を用いた銅ダマシン配線の平坦化研磨プロセスにおいては、研磨時の半導体ウェハにかかる圧力(研磨圧力)を可能な限り小さくする(例えば13.79kPa(2psi)以下にする)ことが要求されている。   Here, with the demand for higher speed of semiconductor devices, it has been studied to use an insulating film between wirings in the device as a material having a lower dielectric constant (for example, a low-k material). Since such low dielectric constant materials are porous and mechanically brittle, the pressure applied to the semiconductor wafer during polishing (polishing pressure) in the planarization polishing process for copper damascene wiring using low-k materials Is required to be as small as possible (for example, 13.79 kPa (2 psi) or less).

しかしながら、一般に、研磨プロセスにおける研磨レートは、研磨圧力に依存し、研磨圧力の低下とともに低下する。したがって、銅の研磨に際しては、このような研磨レートの低下を補うため、より化学的な作用の強い研磨液を用いる場合がある。このような化学的作用が強い研磨液を使用した場合、研磨液と銅膜との間でより安定した化学反応が起こらなければ、均一で安定した研磨特性を得ることができない。このため、化学的作用が強い研磨液を用いた研磨プロセスにおいては、研磨パッドと半導体ウェハとの間に未反応の研磨液をより安定的に供給することが要望されている。   However, in general, the polishing rate in the polishing process depends on the polishing pressure and decreases as the polishing pressure decreases. Therefore, when polishing copper, a polishing liquid having a stronger chemical action may be used to compensate for such a decrease in the polishing rate. When a polishing liquid having such a strong chemical action is used, uniform and stable polishing characteristics cannot be obtained unless a more stable chemical reaction occurs between the polishing liquid and the copper film. For this reason, in a polishing process using a polishing liquid having a strong chemical action, it is desired to supply an unreacted polishing liquid more stably between the polishing pad and the semiconductor wafer.

この例では、トップリング24のリテーナリング56に溝を形成することにより、研磨パッド52と半導体ウェハWとの間に研磨液をより安定的に供給するようにしている。図3は、図2のリテーナリング56の一例を示す底面図である。図3に示すように、リテーナリング56の底面には、その外周面70と内周面72とを連通する複数の溝74が周方向に等間隔で形成されている。図3に示す例は、トップリング24の回転方向が時計回りの場合であり、それぞれの溝74の外周側開口部76は、内周面側開口部78よりも時計回り(トップリング24の回転方向)に進んだ位置に配置されている。このような溝74により、リテーナリング56の内側の半導体ウェハWと研磨パッド52との間に研磨液を効率的かつ安定的に供給することができる。   In this example, a groove is formed in the retainer ring 56 of the top ring 24 so that the polishing liquid is supplied more stably between the polishing pad 52 and the semiconductor wafer W. 3 is a bottom view showing an example of the retainer ring 56 of FIG. As shown in FIG. 3, a plurality of grooves 74 communicating the outer peripheral surface 70 and the inner peripheral surface 72 are formed at equal intervals in the circumferential direction on the bottom surface of the retainer ring 56. The example shown in FIG. 3 is a case where the rotation direction of the top ring 24 is clockwise, and the outer peripheral side opening 76 of each groove 74 is more clockwise than the inner peripheral surface side opening 78 (the rotation of the top ring 24). It is arranged at a position advanced in the direction). With such a groove 74, the polishing liquid can be supplied efficiently and stably between the semiconductor wafer W inside the retainer ring 56 and the polishing pad 52.

ここで、これらの溝74の外周側開口部76の開口率は、研磨液の化学的な作用の強さによって決定され、約10%〜約50%とする。例えば、ある研磨液を用いる場合、開口率0%では、研磨パッド52と半導体ウェハWとの間に研磨液が供給されにくく、十分な研磨レートが得られない。一方、外周側開口部76の開口率が極端に高い場合(例えば50%を越える場合)には、一度溝74を通ってリテーナリング56の内側に入った研磨液が、別の溝74を通って外側に流れ出し、研磨液が研磨パッド52と半導体ウェハWとの間に有効に保持されにくくなる。したがって、外周側開口部76の開口率を約10%〜約50%の範囲とすれば、研磨パッド52と半導体ウェハWとの間に研磨液を有効に供給することができ、安定した研磨レートを得ることができる。また、外周側開口部76の開口率を約10%〜約50%の範囲とすれば、溝74を介して反応後の不活性な研磨液を効果的に外部に排出することができる。なお、それぞれの溝74の寸法および溝74間のピッチは、上述した外周側開口部76の開口率に応じて設定される。   Here, the opening ratio of the outer peripheral side openings 76 of these grooves 74 is determined by the strength of the chemical action of the polishing liquid, and is about 10% to about 50%. For example, when a certain polishing liquid is used, if the opening ratio is 0%, it is difficult to supply the polishing liquid between the polishing pad 52 and the semiconductor wafer W, and a sufficient polishing rate cannot be obtained. On the other hand, when the opening ratio of the outer peripheral side opening 76 is extremely high (for example, exceeding 50%), the polishing liquid once entering the inside of the retainer ring 56 through the groove 74 passes through another groove 74. As a result, the polishing liquid is hardly retained between the polishing pad 52 and the semiconductor wafer W. Therefore, when the opening ratio of the outer peripheral opening 76 is in the range of about 10% to about 50%, the polishing liquid can be effectively supplied between the polishing pad 52 and the semiconductor wafer W, and a stable polishing rate can be achieved. Can be obtained. Further, when the opening ratio of the outer peripheral side opening 76 is in the range of about 10% to about 50%, the inactive polishing liquid after reaction can be effectively discharged outside through the groove 74. In addition, the dimension of each groove | channel 74 and the pitch between the grooves 74 are set according to the aperture ratio of the outer peripheral side opening part 76 mentioned above.

トップリング24の回転方向が反時計回りの場合には、図4に示すように、溝74の向きを図3の場合と逆にするのがよい。あるいは、図5に示すように、溝74を放射状に等間隔に配置して、トップリング24がどちらに回転しても使用できるようにしてもよい。この場合において、図6に示すように、それぞれの溝74の内周側開口部78を外周側開口部76よりも大きくしてもよい。   When the rotation direction of the top ring 24 is counterclockwise, as shown in FIG. 4, the direction of the groove 74 is preferably reversed from that in FIG. Alternatively, as shown in FIG. 5, the grooves 74 may be radially arranged at equal intervals so that the top ring 24 can be used regardless of which direction it rotates. In this case, as shown in FIG. 6, the inner peripheral side opening 78 of each groove 74 may be larger than the outer peripheral side opening 76.

また、リテーナリング56の溝74の効果をより効果的なものとするために、トップリング24の回転速度を研磨テーブル22の回転速度に対して1/1以下が好ましいが、より好ましくは約1/3〜約1/1.5とする。この場合において、研磨テーブル22の回転方向とトップリング24の回転方向とは同一方向であってもよいし、あるいは逆方向であってもよい。研磨テーブル22とトップリング24の回転速度を上記のように設定して研磨装置を運転することで、より均一性に優れた研磨を行うことが可能となる。   Further, in order to make the effect of the groove 74 of the retainer ring 56 more effective, the rotational speed of the top ring 24 is preferably 1/1 or less with respect to the rotational speed of the polishing table 22, but more preferably about 1 / 3 to about 1 / 1.5. In this case, the rotation direction of the polishing table 22 and the rotation direction of the top ring 24 may be the same direction, or may be opposite directions. By setting the rotational speeds of the polishing table 22 and the top ring 24 as described above and operating the polishing apparatus, it is possible to perform polishing with better uniformity.

すなわち、トップリング24の回転速度が高いと、トップリング24の外周部に位置するリテーナリング56によって、研磨パッド52と半導体ウェハWとの間への研磨液の流入が阻害され、効率的な研磨液の供給を行うことができなくなる。トップリング24の回転速度を低くすれば、上述したリテーナリング56に形成された溝74を介して研磨液を効率的に研磨パッド52と半導体ウェハWとの間に供給することが可能となり、より均一性に優れた研磨を行うことが可能となる。   That is, when the rotational speed of the top ring 24 is high, the retainer ring 56 located on the outer peripheral portion of the top ring 24 inhibits the inflow of the polishing liquid between the polishing pad 52 and the semiconductor wafer W, thereby efficiently polishing. The liquid cannot be supplied. If the rotational speed of the top ring 24 is lowered, it becomes possible to efficiently supply the polishing liquid between the polishing pad 52 and the semiconductor wafer W through the groove 74 formed in the retainer ring 56 described above. It is possible to perform polishing with excellent uniformity.

図7は、図1に示す研磨装置の研磨ユニット20の一部を模式的に示す平面図である。図7に示すように、アトマイザ30は、トップリング24に対して研磨テーブル22の回転方向の上流側に配置されており、研磨パッド52に向けて洗浄液と気体の混合流体を噴射する流体噴射機構として機能する。例えば、アトマイザ30から、窒素ガスと純水または薬液との混合流体が研磨パッド52に向けて噴射される。この混合流体は、1)液体微粒子化、2)液体が凝固した微粒子固体化、3)液体が蒸発した気体化(これらを霧状化またはアトマイズという)された状態で研磨パッド52に向けて噴射される。   FIG. 7 is a plan view schematically showing a part of the polishing unit 20 of the polishing apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 7, the atomizer 30 is disposed upstream of the top ring 24 in the rotational direction of the polishing table 22, and ejects a mixed fluid of cleaning liquid and gas toward the polishing pad 52. Function as. For example, a mixed fluid of nitrogen gas and pure water or chemical liquid is sprayed from the atomizer 30 toward the polishing pad 52. This mixed fluid is sprayed toward the polishing pad 52 in the state of 1) liquid fine particle formation, 2) solidification of fine particle solidified liquid, and 3) gasification of the liquid evaporation (these are referred to as atomization or atomization). Is done.

このように混合流体を霧状化した状態で研磨パッド52に噴射することで、研磨パッド52の凹部に落ち込んだ研磨液や研磨屑を混合流体中の気体によって掻き出し、さらに純水や薬液などの洗浄液によって洗い流すことができる。これにより、スクラッチの原因となる研磨パッド52上に存在する研磨液や研磨屑を効果的に除去することができる。   By spraying the mixed fluid in the atomized state to the polishing pad 52 in this way, the polishing liquid and polishing debris that have fallen into the recess of the polishing pad 52 are scraped out by the gas in the mixed fluid, and further, pure water, chemical liquid, etc. It can be washed away with a cleaning solution. As a result, it is possible to effectively remove polishing liquid and polishing debris present on the polishing pad 52 that causes scratches.

通常、CMPにおいては、研磨後の研磨面に、残留砥粒や研磨屑(銅研磨では銅錯体)などの研磨残渣が存在している。これらの研磨残渣を放置しておくと、後の研磨において半導体ウェハの表面に傷をつけたり、研磨液の化学的作用が抑制されて研磨レートが減少したりする原因となる。したがって、研磨中の研磨面には研磨残渣がなるべく存在しないようにすることが望まれる。このため、通常のCMPでは、研磨間のインターバルに、ドレッサによって研磨面のドレッシングが行われるとともに、アトマイザによって洗浄液と気体の混合流体を研磨面に吹き付けて、研磨残渣を研磨面から除去するアトマイジングが行われる。   Usually, in CMP, polishing residues such as residual abrasive grains and polishing scraps (copper complex in copper polishing) exist on the polished surface after polishing. If these polishing residues are left untreated, the surface of the semiconductor wafer may be damaged in the subsequent polishing, or the chemical action of the polishing liquid may be suppressed and the polishing rate may be reduced. Therefore, it is desired that as much polishing residue as possible is not present on the polishing surface being polished. For this reason, in ordinary CMP, dressing of the polishing surface is performed by a dresser at intervals between polishings, and an atomizer that sprays a mixed fluid of a cleaning liquid and a gas onto the polishing surface by an atomizer to remove polishing residues from the polishing surface. Is done.

図7に示すように、アトマイザ30に対して研磨テーブル22の回転方向の下流側には、アトマイザ30から噴出された混合流体を研磨パッド52上から排出する排出機構80が配置されている。また、アトマイザ30と排出機構80の上方には、アトマイザ30と排出機構80とを覆うカバー82が設けられている。このカバー82の材質としては、フッ素樹脂などの撥水性を有する材料を用いることが好ましい。このカバー82は、研磨テーブル22の径方向に関しては開口していてもよい。   As shown in FIG. 7, a discharge mechanism 80 that discharges the mixed fluid ejected from the atomizer 30 from the polishing pad 52 is disposed downstream of the atomizer 30 in the rotation direction of the polishing table 22. Further, a cover 82 that covers the atomizer 30 and the discharge mechanism 80 is provided above the atomizer 30 and the discharge mechanism 80. As a material of the cover 82, a material having water repellency such as a fluororesin is preferably used. The cover 82 may be opened with respect to the radial direction of the polishing table 22.

図7に示す排出機構80は、研磨パッド52に接触する接触部材84と、この接触部材を保持する保持部材(図示せず)とを備えている。接触部材84としては、摩擦係数の低い材質からなる部材を用い、摩耗量が少なくなるようにすることが好ましく、また、シール性(液密性)の高い材質から形成されることが好ましい。また、この場合において、排出機構80は、接触部材84または保持部材を押圧する押圧機構(図示せず)を備え、この押圧機構による押圧力を制御しつつ接触部材84を研磨パッド52に接触させてもよい。このような押圧機構としては、気体や水などの流体の圧力を利用したシリンダ機構やボールねじ機構を用いることができる。   The discharge mechanism 80 shown in FIG. 7 includes a contact member 84 that contacts the polishing pad 52 and a holding member (not shown) that holds the contact member. As the contact member 84, a member made of a material having a low friction coefficient is preferably used so that the amount of wear is reduced, and the contact member 84 is preferably made of a material having a high sealing property (liquid tightness). In this case, the discharge mechanism 80 includes a pressing mechanism (not shown) that presses the contact member 84 or the holding member, and makes the contact member 84 contact the polishing pad 52 while controlling the pressing force by the pressing mechanism. May be. As such a pressing mechanism, a cylinder mechanism or a ball screw mechanism using the pressure of a fluid such as gas or water can be used.

ところで、従来のCMPにおいては、研磨中にアトマイジングを行うと、洗浄液が研磨面上に導入されることにより研磨液の濃度が変化し、これによって研磨特性が変化してしまうことから、研磨中のアトマイジングは行われていなかった。この例によれば、上述した排出機構80により、アトマイザ30からの洗浄液を即時に研磨テーブル22の外部に排出することができる。したがって、研磨面を常に清浄な状態に保つことができ、研磨装置の研磨特性を安定させることができる。このように、この例の研磨装置によれば、研磨中にアトマイザ30によるアトマイジング(In-situアトマイジング)が可能となる。   By the way, in the conventional CMP, if atomizing is performed during polishing, the concentration of the polishing liquid is changed by introducing the cleaning liquid onto the polishing surface, thereby changing the polishing characteristics. No atomizing was done. According to this example, the cleaning liquid from the atomizer 30 can be immediately discharged to the outside of the polishing table 22 by the discharge mechanism 80 described above. Therefore, the polishing surface can always be kept clean, and the polishing characteristics of the polishing apparatus can be stabilized. Thus, according to the polishing apparatus of this example, atomization (in-situ atomization) by the atomizer 30 can be performed during polishing.

また、研磨中のドレッサ28によるドレッシング(In-situドレッシング)と、このアトマイザ30によるアトマイジング(In-situアトマイジング)を組み合わせることにより、研磨中に研磨パッド52のコンディショニングを行うことが可能となる。このため、研磨間のインターバルを短縮することができ、装置のスループットを向上させることができる。   Further, by combining dressing by the dresser 28 during polishing (in-situ dressing) and atomizing by the atomizer 30 (in-situ atomizing), the polishing pad 52 can be conditioned during polishing. . For this reason, the interval between grinding | polishing can be shortened and the throughput of an apparatus can be improved.

なお、図7に示す例では、接触部材84が研磨テーブル22の径方向に延びているが、接触部材84は研磨テーブル22の径方向に対して所定の角度(0°から90°)だけ傾いた方向に延びていてもよい。   In the example shown in FIG. 7, the contact member 84 extends in the radial direction of the polishing table 22, but the contact member 84 is inclined by a predetermined angle (0 ° to 90 °) with respect to the radial direction of the polishing table 22. It may extend in a different direction.

また、上記接触部材84に代えて、または接触部材84に加えて、研磨パッド52に向けて気体を噴出する気体噴出口を有する気体噴出機構を備えてもよい。図8は、そのような気体噴出機構86を示す斜視図である。図8に示すように、気体噴出機構86は、研磨パッド52に向けて乾燥空気や乾燥窒素などの気体を噴出する複数の気体噴出口88と、噴出する気体の噴出量、噴出圧力、および噴出方向を制御する制御部(図示せず)を有しており、この気体噴出口88からの気体の噴出によりアトマイザ30からの洗浄液を研磨テーブル22の外部に排出することができるようになっている。この場合において、エアカーテンのように扇形状になるように気体を噴出することが好ましい。また、気体噴出口88の形状をスリット状にして気体を噴出する方向を制御することとしてもよい。   Further, instead of the contact member 84 or in addition to the contact member 84, a gas ejection mechanism having a gas ejection port for ejecting gas toward the polishing pad 52 may be provided. FIG. 8 is a perspective view showing such a gas ejection mechanism 86. As shown in FIG. 8, the gas ejection mechanism 86 includes a plurality of gas ejection ports 88 that eject gas such as dry air and dry nitrogen toward the polishing pad 52, and the ejection amount, ejection pressure, and ejection of the ejected gas. A control unit (not shown) for controlling the direction is provided, and the cleaning liquid from the atomizer 30 can be discharged to the outside of the polishing table 22 by the ejection of gas from the gas ejection port 88. . In this case, it is preferable to eject the gas so as to have a fan shape like an air curtain. Moreover, it is good also as controlling the direction which ejects gas by making the shape of the gas ejection port 88 into a slit shape.

このような気体噴出機構86を有する排出機構80によっても、アトマイザ30からの洗浄液を即時に研磨テーブル22の外部に排出することができる。したがって、研磨面を常に清浄な状態に保つことができ、研磨装置の研磨特性を安定させることができる。   Also with the discharge mechanism 80 having such a gas ejection mechanism 86, the cleaning liquid from the atomizer 30 can be immediately discharged to the outside of the polishing table 22. Therefore, the polishing surface can always be kept clean, and the polishing characteristics of the polishing apparatus can be stabilized.

ところで、LSIにおいては、配線の微細化により高速化、高集積化、低消費電力化が行われ、高性能化が実現されている。配線の微細化は、全体としてほぼ国際半導体技術ロードマップ(ITRS)の予測に則って技術開発が行われてきた。また、抵抗が小さい銅配線や誘電率の小さいLow-k材への転換が配線の微細化と併行して進み、平坦化プロセスとして、銅ダマシン平坦化プロセス(銅CMPプロセス)に対する需要が増加する見通しとなっている。   By the way, in LSI, high-speed performance, high integration, and low power consumption are achieved by miniaturization of wiring, and high performance is realized. As for the miniaturization of wiring as a whole, technological development has been carried out almost in accordance with the prediction of the International Semiconductor Technology Roadmap (ITRS). In addition, the transition to copper wiring with low resistance and low-k material with low dielectric constant advances along with the miniaturization of wiring, and demand for copper damascene flattening process (copper CMP process) increases as a flattening process. It is a prospect.

ここで、銅ダマシン平坦化プロセスにおいて、Low-k材やポーラスLow-k材とのインテグレーションを実現する場合には、微細化に伴う平坦化特性のさらなる向上に加え、これらの材料の機械的強度が低いことによる研磨時の材料破壊に対する対策が必要となる。   Here, in the copper damascene planarization process, when integration with low-k materials or porous low-k materials is realized, in addition to further improvement of planarization characteristics due to miniaturization, the mechanical strength of these materials Therefore, it is necessary to take measures against material destruction at the time of polishing due to the low hardness.

これらの課題を解決するためには、加工面圧(研磨圧力)を低くすることが考えられる。通常の銅CMPでは、銅錯体を形成した後、その銅錯体を機械的に除去することによって研磨が進行する。しかしながら、通常のCMP装置で使用されている研磨液では、形成される銅錯体の強度が高いために、研磨圧力を低くすると、同時に研磨レートの低下を招いてしまうという問題がある。   In order to solve these problems, it is conceivable to reduce the processing surface pressure (polishing pressure). In normal copper CMP, after a copper complex is formed, polishing proceeds by mechanically removing the copper complex. However, in the polishing liquid used in a normal CMP apparatus, since the strength of the formed copper complex is high, there is a problem that if the polishing pressure is lowered, the polishing rate is simultaneously lowered.

最近では、低い研磨圧力の条件でも機械的に除去できるような、機械的強度の低い銅錯体を形成する研磨液が開発されている。この種の研磨液は化学反応性が強いため、半導体ウェハの被研磨面への研磨液の供給量および供給分布が、研磨レートや研磨レートの面内均一性に大きく影響する。   Recently, polishing liquids have been developed that form copper complexes with low mechanical strength that can be mechanically removed even under low polishing pressure conditions. Since this type of polishing liquid has a strong chemical reactivity, the supply amount and distribution of the polishing liquid to the surface to be polished of the semiconductor wafer greatly affect the polishing rate and the in-plane uniformity of the polishing rate.

従来のCMP装置では、固定された1つの研磨液供給口から研磨液が供給されるので、半導体ウェハの被研磨面に対する研磨液の供給量の分布に偏りが生じ、研磨レートの面内均一性が悪化する。これは特に研磨面と半導体ウェハとの相対速度が高い場合に顕著となる。また、無駄な研磨液の供給量が多くなり、研磨コストの増加につながってしまう。したがって、いかに半導体ウェハの被研磨面に研磨液を均一かつ効率的に供給するかが重要となる。   In the conventional CMP apparatus, since the polishing liquid is supplied from one fixed polishing liquid supply port, the distribution of the supply amount of the polishing liquid to the surface to be polished of the semiconductor wafer is biased, and the in-plane uniformity of the polishing rate Gets worse. This is particularly noticeable when the relative speed between the polished surface and the semiconductor wafer is high. Moreover, the supply amount of useless polishing liquid increases, leading to an increase in polishing cost. Therefore, it is important how to uniformly and efficiently supply the polishing liquid to the surface to be polished of the semiconductor wafer.

この例では、研磨液供給ノズル26の研磨液供給口57(図2参照)を研磨中に移動させることで研磨液を半導体ウェハの被研磨面に均一かつ効率的に供給している。すなわち、図1に示すように、この例における研磨液供給ノズル26は、軸27を中心に旋回可能となっており、研磨中に研磨液供給ノズル26が旋回機構(移動機構)により旋回されるようになっている。   In this example, the polishing liquid supply port 57 (see FIG. 2) of the polishing liquid supply nozzle 26 is moved during polishing to supply the polishing liquid uniformly and efficiently to the surface to be polished of the semiconductor wafer. That is, as shown in FIG. 1, the polishing liquid supply nozzle 26 in this example is capable of turning about a shaft 27, and the polishing liquid supply nozzle 26 is turned by a turning mechanism (moving mechanism) during polishing. It is like that.

研磨液供給ノズル26から研磨パッド52上には研磨液が供給されるが、この研磨パッド52上に供給された研磨液は、トップリング24と研磨テーブル22との間の相対移動に伴い半導体ウェハの被研磨面に供給されることとなる。上述したように、研磨中に研磨液供給ノズル26を旋回させ、その先端にある研磨液供給口57(図2参照)を移動させることで、研磨パッド52上に供給された研磨液がトップリング24と研磨テーブル22との間の相対移動に伴い半導体ウェハの全面に均一に行き渡るように、研磨液を研磨パッド52上に適切に分布させることができる。   The polishing liquid is supplied from the polishing liquid supply nozzle 26 onto the polishing pad 52, and the polishing liquid supplied onto the polishing pad 52 is transferred to the semiconductor wafer along with the relative movement between the top ring 24 and the polishing table 22. Is supplied to the surface to be polished. As described above, the polishing liquid supplied on the polishing pad 52 is top ring by rotating the polishing liquid supply nozzle 26 during polishing and moving the polishing liquid supply port 57 (see FIG. 2) at the tip thereof. With the relative movement between the polishing table 24 and the polishing table 22, the polishing liquid can be appropriately distributed on the polishing pad 52 so as to spread uniformly over the entire surface of the semiconductor wafer.

このように、この例における研磨液供給ノズル26によれば、半導体ウェハの被研磨面への研磨液の供給量の分布を均一にすることができる。したがって、研磨レートを改善し、研磨レートの面内均一性を向上させることができる。また、効率的な研磨液の供給が実現されるので、研磨液の使用量を減少させることができ、研磨液の無駄をなくして研磨コストを低減することができる。   Thus, according to the polishing liquid supply nozzle 26 in this example, the distribution of the supply amount of the polishing liquid to the surface to be polished of the semiconductor wafer can be made uniform. Therefore, the polishing rate can be improved and the in-plane uniformity of the polishing rate can be improved. Further, since efficient supply of the polishing liquid is realized, the amount of the polishing liquid used can be reduced, and the polishing cost can be reduced by eliminating the waste of the polishing liquid.

この例では、円弧を描くように研磨液供給ノズル26を旋回移動させた例について説明したが、これに限られるものではない。例えば、研磨液供給ノズル26を直線移動させてもよいし、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。また、研磨液供給ノズル26の移動速度を移動中に一定(例えば、50mm/s)にしてもよく、あるいは変化させてもよい。また、研磨液供給口57から供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。また、研磨液供給口57の走査範囲は、研磨テーブル22の半径内で、かつ半導体ウェハの直径をカバーする範囲とするのが好ましい。   In this example, the example in which the polishing liquid supply nozzle 26 is swung so as to draw an arc has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the polishing liquid supply nozzle 26 may be moved linearly, or may be rotated, swinged, or reciprocated. Further, the moving speed of the polishing liquid supply nozzle 26 may be constant (for example, 50 mm / s) or may be changed during the movement. Further, a liquid amount control mechanism that changes the amount of the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply port 57 during movement may be provided. The scanning range of the polishing liquid supply port 57 is preferably within a radius of the polishing table 22 and a range that covers the diameter of the semiconductor wafer.

また、図1に示す例では、研磨液供給ノズル26が研磨テーブル22の径方向に延びているが、図9に示すように、研磨液供給ノズル26が研磨テーブル22の径方向に対して所定の角度(0°から45°)だけ傾いた方向に延びていてもよい。   In the example shown in FIG. 1, the polishing liquid supply nozzle 26 extends in the radial direction of the polishing table 22. However, as shown in FIG. 9, the polishing liquid supply nozzle 26 is predetermined with respect to the radial direction of the polishing table 22. May extend in a direction inclined by an angle (0 ° to 45 °).

通常、CMPでは、研磨パッド上に保持された研磨液の化学的機械的作用により半導体ウェハの研磨を行うが、従来の研磨パッドの研磨液の保持量は小さく、したがって、大部分の研磨液は使用されずに研磨パッドから外部に排出されていた。研磨液は非常に高価であり、研磨コストに大きな影響を及ぼすため、研磨液の使用効率を向上することが研磨コストを低減するために必要である。   Normally, in CMP, a semiconductor wafer is polished by the chemical mechanical action of a polishing liquid held on a polishing pad. However, the amount of polishing liquid held by a conventional polishing pad is small, and therefore most polishing liquids It was discharged from the polishing pad without being used. Since the polishing liquid is very expensive and greatly affects the polishing cost, it is necessary to improve the use efficiency of the polishing liquid in order to reduce the polishing cost.

また、研磨圧力が低く(6.89kPa(1psi)以下)、相対速度が高い(2m/s以上)研磨では、研磨面への研磨液の液膜が増加するような条件下において、半導体ウェハと研磨面との間でハイドロプレーニング現象による滑りが生じる。このような現象は、研磨面に断面積の小さな同心円状の溝が形成されている場合や研磨テーブルの中心の1点から研磨面上に研磨液を供給するなど、研磨面への研磨液の供給が不均一な場合などに特に顕著に現れる。このようなハイドロプレーニング現象が生じると、研磨圧力が半導体ウェハと研磨面との間に作用しなくなるため、研磨レートが低下してしまう。一方、研磨液を研磨面から積極的に排出するとすれば、研磨面の研磨液の保持力が小さくなり、研磨レートが低下するとともに、研磨液の使用効率が下がってしまう。このため、適量の研磨液を研磨面に保持して研磨面上に均一な研磨液膜を形成することが要望されている。   Further, in polishing where the polishing pressure is low (6.89 kPa (1 psi) or less) and the relative speed is high (2 m / s or more), the semiconductor wafer Sliding due to the hydroplaning phenomenon occurs with the polished surface. Such a phenomenon is caused by the fact that the polishing liquid is applied to the polishing surface when a concentric groove having a small cross-sectional area is formed on the polishing surface or when the polishing liquid is supplied onto the polishing surface from one central point of the polishing table. This is particularly noticeable when the supply is uneven. When such a hydroplaning phenomenon occurs, the polishing pressure does not act between the semiconductor wafer and the polishing surface, so that the polishing rate decreases. On the other hand, if the polishing liquid is positively discharged from the polishing surface, the holding power of the polishing liquid on the polishing surface becomes small, the polishing rate decreases, and the use efficiency of the polishing liquid decreases. For this reason, it is desired to hold an appropriate amount of polishing liquid on the polishing surface to form a uniform polishing liquid film on the polishing surface.

このような要望を満たすために、この例では、研磨パッド52の表面に断面積が0.38mm以上である溝を形成している。図10は研磨パッド52を示す斜視図であり、図11は図10の拡大断面図である。図10に示すように、研磨パッド52の表面には複数の円形溝90が同心円状に形成されており、溝90間のピッチP(図11参照)は例えば2mmである。図11に示す例では、溝90の幅Wが0.5mm、深さDが0.76mmとなっており、溝90の断面積は0.38mmとなっている。また、溝90の深さを従来のものよりも大きくし、例えば1mm以上とするのが好ましい。 In order to satisfy such a demand, in this example, a groove having a cross-sectional area of 0.38 mm 2 or more is formed on the surface of the polishing pad 52. FIG. 10 is a perspective view showing the polishing pad 52, and FIG. 11 is an enlarged sectional view of FIG. As shown in FIG. 10, a plurality of circular grooves 90 are concentrically formed on the surface of the polishing pad 52, and the pitch P 1 (see FIG. 11) between the grooves 90 is 2 mm, for example. In the example shown in FIG. 11, the width W 1 of the groove 90 is 0.5 mm, the depth D 1 is 0.76 mm, and the cross-sectional area of the groove 90 is 0.38 mm 2 . Moreover, it is preferable that the depth of the groove 90 is larger than that of the conventional one, for example, 1 mm or more.

また、図12に示すように、同心円状の溝90と溝90とを接続する直線状の細溝92を形成してもよい。このような細溝92により研磨液が遠心力を受けにくくなる。細溝92は、円周方向に対して所定の角度だけ傾斜した溝とするのが好ましく、例えば、円周方向に対する傾斜角度αを30°、細溝92間のピッチPを2mmとする。また、この細溝92の幅は溝90の幅の30%程度とすることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 12, a concentric groove 90 and a linear thin groove 92 that connects the grooves 90 may be formed. Such a narrow groove 92 makes it difficult for the polishing liquid to receive centrifugal force. The narrow grooves 92 are preferably grooves inclined by a predetermined angle with respect to the circumferential direction. For example, the inclination angle α with respect to the circumferential direction is 30 °, and the pitch P 2 between the narrow grooves 92 is 2 mm. The width of the narrow groove 92 is preferably about 30% of the width of the groove 90.

この例では、研磨パッド52に同心円状の溝90を形成した例を説明したが、溝90の形状は、これに限られるものではない。例えば、研磨パッド52の表面に、上述した断面積を有する螺旋状の溝を形成してもよい。法線方向に対する角度を一定(例えば45°)にした螺旋状の溝を形成すれば、一定の遠心力によって研磨液を排出することができる。   In this example, an example in which the concentric grooves 90 are formed in the polishing pad 52 has been described, but the shape of the grooves 90 is not limited to this. For example, a spiral groove having the above-described cross-sectional area may be formed on the surface of the polishing pad 52. If a spiral groove having a constant angle (for example, 45 °) with respect to the normal direction is formed, the polishing liquid can be discharged by a constant centrifugal force.

また、上述した溝90に加えて、あるいは溝90に代えて、開口面積が2.98mm以上の複数の孔(直径1.95mm以上の孔)を研磨パッド52に形成してもよい。このように、大きな開口面積を有する複数の孔を研磨パッド52の表面に形成することで、研磨面における研磨液の保持量を増やすことができ、研磨液の使用効率を向上させることができる。このような孔の開口面積は、好ましくは3.14mm(直径2mm)以上、より好ましくは19.63mm(直径5mm)以上である。また、孔の形状は、丸形や楕円形とすることができ、孔の配置は、同心状、千鳥状、格子状などとすることができる。 In addition to or in place of the groove 90 described above, a plurality of holes having an opening area of 2.98 mm 2 or more (holes having a diameter of 1.95 mm or more) may be formed in the polishing pad 52. Thus, by forming a plurality of holes having a large opening area on the surface of the polishing pad 52, the amount of polishing liquid retained on the polishing surface can be increased, and the use efficiency of the polishing liquid can be improved. The opening area of such a hole is preferably 3.14 mm 2 (diameter 2 mm) or more, more preferably 19.63 mm 2 (diameter 5 mm) or more. Moreover, the shape of the hole can be round or oval, and the arrangement of the holes can be concentric, staggered, latticed, or the like.

ここで、CMPプロセスは、主に(1)半導体ウェハを研磨パッドに押圧し、研磨パッドにスラリを供給しながら半導体ウェハを研磨する主研磨工程と、(2)半導体ウェハの研磨後にスラリを水に換えて半導体ウェハの研磨(洗浄)を行う水ポリッシュ工程という2つの工程からなる。(1)の主研磨工程では、半導体ウェハの表面の余分な膜材料を研磨により除去し、(2)の水ポリッシュ工程では、半導体ウェハの表面に付着しているスラリや研磨生成物を洗浄および除去する。   Here, the CMP process mainly includes (1) a main polishing step of polishing the semiconductor wafer while pressing the semiconductor wafer against the polishing pad and supplying the slurry to the polishing pad; and (2) watering the slurry after polishing the semiconductor wafer. Instead, it consists of two steps, a water polishing step for polishing (cleaning) the semiconductor wafer. In the main polishing step (1), excess film material on the surface of the semiconductor wafer is removed by polishing, and in the water polishing step (2), slurry and polishing products adhering to the surface of the semiconductor wafer are washed and removed. Remove.

上述したように、配線構造の微細化に伴いより絶縁性の高い絶縁膜が求められており、絶縁性の高い膜の材料として、ポーラスLow-k材などが候補として挙がっているが、これらの材料は機械的強度が極めて低い。したがって、従来のCMP装置における研磨圧力は13.79〜34.47kPa(2〜5psi)であったが、今後は13.79kPa(2psi)以下、さらに6.89kPa(1psi)以下にすることが要求される。   As described above, with the miniaturization of the wiring structure, an insulating film with higher insulation is required, and porous low-k materials and the like are listed as candidates for highly insulating film materials. The material has a very low mechanical strength. Therefore, the polishing pressure in the conventional CMP apparatus was 13.79 to 34.47 kPa (2 to 5 psi), but in the future, it is required to be 13.79 kPa (2 psi) or less, and further 6.89 kPa (1 psi) or less. Is done.

このように、Low-k材を含む半導体ウェハを研磨する場合には、低い研磨圧力(例えば3.45kPa(0.5psi))で研磨を行う必要がある。この場合には、主研磨工程と水ポリッシュ工程の双方を低研磨圧力で行う必要があるが、低研磨圧力で水ポリッシュ工程を行うと、スラリ等の付着物を完全には除去できず、これらの付着物が半導体ウェハの表面に残留してしまう場合がある。   Thus, when a semiconductor wafer containing a low-k material is polished, it is necessary to perform polishing at a low polishing pressure (eg, 3.45 kPa (0.5 psi)). In this case, it is necessary to perform both the main polishing step and the water polishing step at a low polishing pressure. However, if the water polishing step is performed at a low polishing pressure, deposits such as slurry cannot be completely removed. May remain on the surface of the semiconductor wafer.

したがって、この例においては、以下のように水ポリッシュ工程を行う。低研磨圧力での主研磨工程後に、主研磨工程と同等かそれ以下の圧力で半導体ウェハを研磨パッド52に押圧し、線速度が1.5m/s以上、好ましくは2m/s以上、さらに好ましくは3m/s以上になるように、研磨テーブル22を回転させる。純水(DIW)を流量1l/minで研磨パッド52上に供給して水ポリッシングする。これにより、低圧研磨後のウェハの表面を適正に洗浄することができる。あるいは、純水(DIW)に代えて、薬液、例えばクエン酸液などのウェハの表面に付着したスラリの脱離を促進させる薬液を供給して薬液ポリッシングしてもよい。なお、洗浄工程の時間を例えば通常の10秒から20秒に延ばしても同様の効果が得られるが、この場合には、スループットが低下してしまうため、上述した高速回転での水ポリッシングまたは薬液ポリッシングを行うことが好ましい。   Therefore, in this example, the water polishing process is performed as follows. After the main polishing step at a low polishing pressure, the semiconductor wafer is pressed against the polishing pad 52 at a pressure equal to or lower than that of the main polishing step, and the linear velocity is 1.5 m / s or more, preferably 2 m / s or more, more preferably The polishing table 22 is rotated so as to be 3 m / s or more. Pure water (DIW) is supplied onto the polishing pad 52 at a flow rate of 1 l / min to perform water polishing. Thereby, the surface of the wafer after low-pressure polishing can be properly cleaned. Alternatively, instead of pure water (DIW), chemical liquid polishing may be performed by supplying a chemical liquid such as a citric acid liquid that promotes the detachment of slurry attached to the surface of the wafer. Note that the same effect can be obtained by extending the time of the cleaning process from, for example, the usual 10 seconds to 20 seconds. However, in this case, the throughput is lowered, so that the above-described water polishing or chemical solution at high speed rotation is performed. It is preferable to perform polishing.

上述した例では、研磨液供給ノズル26の先端に設けた研磨液供給口57から研磨液を供給する例を説明したが、研磨液供給ノズル26はこれに限られるものではない。例えば、図13に示すように、研磨液供給口57が形成された円板100と、この円板100を取り付けたアーム102とを備えた研磨液供給ノズル26aを用いることもできる。この場合には、アーム102を旋回させずに円板100のみを回転させながら研磨液を供給してもよいし、アーム102を旋回させ、かつ円板100を回転させながら研磨液を供給してもよい。また、アーム102を直線移動させてもよい。さらに、研磨液供給口57の移動速度、すなわち、アーム102の移動速度および/または円板100の回転速度を移動中に変化させてもよい。また、研磨液供給口57から供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。   In the example described above, the example in which the polishing liquid is supplied from the polishing liquid supply port 57 provided at the tip of the polishing liquid supply nozzle 26 has been described. However, the polishing liquid supply nozzle 26 is not limited thereto. For example, as shown in FIG. 13, a polishing liquid supply nozzle 26 a including a disk 100 in which a polishing liquid supply port 57 is formed and an arm 102 to which the disk 100 is attached can be used. In this case, the polishing liquid may be supplied while rotating only the disk 100 without rotating the arm 102, or the polishing liquid may be supplied while rotating the arm 102 and rotating the disk 100. Also good. Further, the arm 102 may be moved linearly. Furthermore, the moving speed of the polishing liquid supply port 57, that is, the moving speed of the arm 102 and / or the rotational speed of the disk 100 may be changed during the movement. Further, a liquid amount control mechanism that changes the amount of the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply port 57 during movement may be provided.

また、図14に示すように、複数の研磨液供給口57を有する研磨液供給ノズル26bを用いることもできる。この場合において、研磨液供給ノズル26bを旋回移動させても、直線移動させても、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。また、研磨液供給ノズル26bの移動速度を移動中に変化させてもよい。また、各研磨液供給口57から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口57の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口57の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、図14に示す例では、研磨液供給ノズル26bが研磨テーブル22の径方向に延びているが、図15に示すように、研磨液供給ノズル26が研磨テーブル22の径方向に対して所定の角度(0°から45°)だけ傾いた方向に延びていてもよい。   Further, as shown in FIG. 14, a polishing liquid supply nozzle 26b having a plurality of polishing liquid supply ports 57 can also be used. In this case, the polishing liquid supply nozzle 26b may be swung, moved linearly, rotated, swinged, or reciprocated. Further, the moving speed of the polishing liquid supply nozzle 26b may be changed during the movement. Further, a liquid amount control mechanism for individually controlling the amount of the polishing liquid supplied from each polishing liquid supply port 57 may be provided. Further, the hole diameter of each polishing liquid supply port 57 may be changed. For example, you may comprise so that the hole diameter of the polishing liquid supply port 57 may become small toward the inner side in the radial direction. In the example shown in FIG. 14, the polishing liquid supply nozzle 26 b extends in the radial direction of the polishing table 22. However, as shown in FIG. 15, the polishing liquid supply nozzle 26 is predetermined with respect to the radial direction of the polishing table 22. May extend in a direction inclined by an angle (0 ° to 45 °).

また、研磨液供給ノズルを移動させるのではなく、研磨液供給ノズル内で研磨液供給口を移動させてもよい。例えば、図16に示すように、内部で移動可能な研磨液供給口57aを有する研磨液供給ノズル26cを用いることもできる。図16に示す例では、研磨液供給口57を直線移動させているが、これに限られるものではない。例えば、研磨液供給口57を旋回移動させてもよいし、回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。この場合において、研磨液供給ノズル26cを旋回させずに研磨液供給口57aのみを移動させながら研磨液を供給してもよいし、研磨液供給ノズル26cを旋回させ、かつ研磨液供給口57aを移動させながら研磨液を供給してもよい。また、研磨液供給口57aの移動速度を移動中に変化させてもよい。また、研磨液供給口57aから供給される研磨液の量を移動中に変化させる液量制御機構を設けてもよい。さらに、図17に示すように、図16に示す研磨液供給ノズル26cを複数設けてもよい。   Further, instead of moving the polishing liquid supply nozzle, the polishing liquid supply port may be moved within the polishing liquid supply nozzle. For example, as shown in FIG. 16, a polishing liquid supply nozzle 26c having a polishing liquid supply port 57a movable inside can be used. In the example shown in FIG. 16, the polishing liquid supply port 57 is linearly moved, but the present invention is not limited to this. For example, the polishing liquid supply port 57 may be swung, or may be rotated, swinged, or reciprocated. In this case, the polishing liquid may be supplied while moving only the polishing liquid supply port 57a without turning the polishing liquid supply nozzle 26c, or the polishing liquid supply nozzle 26c is turned and the polishing liquid supply port 57a is turned on. The polishing liquid may be supplied while being moved. Further, the moving speed of the polishing liquid supply port 57a may be changed during the movement. Further, a liquid amount control mechanism that changes the amount of the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply port 57a during movement may be provided. Further, as shown in FIG. 17, a plurality of polishing liquid supply nozzles 26c shown in FIG. 16 may be provided.

また、図18に示すように、複数の研磨液供給口57が形成された円板100と、この円板100を取り付けたアーム102とを備えた研磨液供給ノズル26dを用いることもできる。この場合には、アーム102を旋回させずに円板100のみを回転させながら研磨液を供給してもよいし、アーム102を旋回させ、かつ円板100を回転させながら研磨液を供給してもよい。また、アーム102を直線移動させてもよい。さらに、研磨液供給口57の移動速度、すなわち、アーム102の移動速度および/または円板100の回転速度を移動中に変化させてもよい。各研磨液供給口57から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口57の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口57の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、図18に示す例では、研磨液供給口57が同一円周上に配置されているが、研磨液供給口57を複数の円周上に同心状に配置してもよいし、あるいは単一の直線上や複数の直線上に配置してもよい。   Further, as shown in FIG. 18, a polishing liquid supply nozzle 26d provided with a disk 100 having a plurality of polishing liquid supply ports 57 and an arm 102 to which the disk 100 is attached can be used. In this case, the polishing liquid may be supplied while rotating only the disk 100 without rotating the arm 102, or the polishing liquid may be supplied while rotating the arm 102 and rotating the disk 100. Also good. Further, the arm 102 may be moved linearly. Furthermore, the moving speed of the polishing liquid supply port 57, that is, the moving speed of the arm 102 and / or the rotational speed of the disk 100 may be changed during the movement. A liquid amount control mechanism for individually controlling the amount of polishing liquid supplied from each polishing liquid supply port 57 may be provided. Further, the hole diameter of each polishing liquid supply port 57 may be changed. For example, you may comprise so that the hole diameter of the polishing liquid supply port 57 may become small toward the inner side in the radial direction. In the example shown in FIG. 18, the polishing liquid supply ports 57 are arranged on the same circumference, but the polishing liquid supply ports 57 may be arranged concentrically on a plurality of circumferences, or simply. You may arrange | position on one straight line or several straight lines.

また、図19に示すように、複数の研磨液供給口57が形成された中空ロール104を備えた研磨液供給ノズル26eを用いることもできる。このロール104は、研磨テーブル22の表面に対して平行な回転軸を中心として回転可能に構成される。研磨液供給口57は、直線状に配置したり、螺旋状に配置したり、あるいはランダムに配置してもよい。この場合において、ロール104を回転させながら研磨液を供給してもよいし、ロール104を旋回および回転させながら研磨液を供給してもよい。さらに、研磨液供給口57の移動速度、すなわち、ロール104の回転速度および/または旋回速度を移動中に変化させてもよい。各研磨液供給口57から供給される研磨液の量を個別に制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、各研磨液供給口57の孔径を変えてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがって研磨液供給口57の孔径が小さくなるように構成してもよい。また、ロール104の長手方向の位置によって供給される研磨液が異なるように、ロール104を複数のゾーンに分割してもよい。さらに、図19に示す例では、研磨液供給ノズル26eのロール104が研磨テーブル22の径方向に延びているが、ロール104が研磨テーブル22の径方向に対して所定の角度(0°から45°)だけ傾いた方向に延びていてもよい。   Further, as shown in FIG. 19, a polishing liquid supply nozzle 26e including a hollow roll 104 in which a plurality of polishing liquid supply ports 57 are formed may be used. The roll 104 is configured to be rotatable about a rotation axis parallel to the surface of the polishing table 22. The polishing liquid supply port 57 may be arranged linearly, spirally, or randomly. In this case, the polishing liquid may be supplied while rotating the roll 104, or the polishing liquid may be supplied while rotating and rotating the roll 104. Further, the moving speed of the polishing liquid supply port 57, that is, the rotational speed and / or the turning speed of the roll 104 may be changed during the movement. A liquid amount control mechanism for individually controlling the amount of polishing liquid supplied from each polishing liquid supply port 57 may be provided. Further, the hole diameter of each polishing liquid supply port 57 may be changed. For example, you may comprise so that the hole diameter of the polishing liquid supply port 57 may become small toward the inner side in the radial direction. Further, the roll 104 may be divided into a plurality of zones so that the polishing liquid supplied varies depending on the position of the roll 104 in the longitudinal direction. Furthermore, in the example shown in FIG. 19, the roll 104 of the polishing liquid supply nozzle 26 e extends in the radial direction of the polishing table 22, but the roll 104 has a predetermined angle (0 ° to 45 ° with respect to the radial direction of the polishing table 22. It may extend in a direction inclined by °).

また、図20に示すように、研磨液供給口としてのスリット106が形成されたロール104を備えた研磨液供給ノズル26fを用いることもできる。この場合において、ロール104を回転させながら研磨液を供給してもよいし、ロール104を旋回および回転させながら研磨液を供給してもよい。さらに、ロール104の回転速度および/または旋回速度を移動中に変化させてもよい。また、スリット106から供給される研磨液の量を制御する液量制御機構を設けてもよい。さらに、スリット106の開口幅を位置によって変化させてもよい。例えば、半径方向内側に向かうにしたがってスリット106の開口幅が小さくなるように構成してもよい。また、ロール104の長手方向の位置によって供給される研磨液が異なるように、ロール104を複数のゾーンに分割してもよい。さらに、図20に示す例では、研磨液供給ノズル26fのロール104が研磨テーブル22の径方向に延びているが、ロール104が研磨テーブル22の径方向に対して所定の角度(0°から45°)だけ傾いた方向に延びていてもよい。   Further, as shown in FIG. 20, a polishing liquid supply nozzle 26f including a roll 104 in which a slit 106 as a polishing liquid supply port is formed may be used. In this case, the polishing liquid may be supplied while rotating the roll 104, or the polishing liquid may be supplied while rotating and rotating the roll 104. Further, the rotational speed and / or the turning speed of the roll 104 may be changed during the movement. Further, a liquid amount control mechanism for controlling the amount of polishing liquid supplied from the slit 106 may be provided. Further, the opening width of the slit 106 may be changed depending on the position. For example, the opening width of the slit 106 may be reduced as it goes inward in the radial direction. Further, the roll 104 may be divided into a plurality of zones so that the polishing liquid supplied varies depending on the position of the roll 104 in the longitudinal direction. Further, in the example shown in FIG. 20, the roll 104 of the polishing liquid supply nozzle 26 f extends in the radial direction of the polishing table 22, but the roll 104 has a predetermined angle (0 ° to 45 ° with respect to the radial direction of the polishing table 22. It may extend in a direction inclined by °).

また、図20に示す例では、螺旋状のスリット106がロール104に形成されているが、直線状のスリットを用いることもできる。図21は、直線状のスリットが形成された研磨液供給ノズル26gを示す斜視図、図22は、図21の縦断面図である。図22に示すように、研磨液供給ノズル26gは、内部に圧力室108を有する圧力保持部110と、圧力保持部110から下方に延びるスリット112を形成するスリット部114とを備えている。この圧力保持部110は、圧力室108に供給される研磨液Qの圧力を制御してスリット112から吐出される研磨液Qの流量を調整する。直線状にスリット112が形成されているため、研磨液Qがスリット112から幅方向に一様に噴出される。また、図23に示すように、圧力室108を複数の室に分割し、各室に供給される研磨液Qの流量を変化させることで、幅方向に流量が異なるように研磨液を噴出することもできる。なお、図21および図22に示す研磨液供給ノズル26gは、研磨テーブル22の径方向に沿って配置してもよいし、あるいは研磨テーブル22の径方向に対して所定の角度(0°から45°)だけ傾いた方向に沿って配置してもよい。   In the example shown in FIG. 20, the spiral slit 106 is formed in the roll 104, but a linear slit can also be used. FIG. 21 is a perspective view showing the polishing liquid supply nozzle 26g formed with a linear slit, and FIG. 22 is a longitudinal sectional view of FIG. As illustrated in FIG. 22, the polishing liquid supply nozzle 26 g includes a pressure holding unit 110 having a pressure chamber 108 therein, and a slit unit 114 that forms a slit 112 extending downward from the pressure holding unit 110. The pressure holding unit 110 controls the pressure of the polishing liquid Q supplied to the pressure chamber 108 and adjusts the flow rate of the polishing liquid Q discharged from the slit 112. Since the slit 112 is formed linearly, the polishing liquid Q is uniformly ejected from the slit 112 in the width direction. Further, as shown in FIG. 23, the pressure chamber 108 is divided into a plurality of chambers, and the polishing liquid is ejected so that the flow rate varies in the width direction by changing the flow rate of the polishing liquid Q supplied to each chamber. You can also. The polishing liquid supply nozzle 26g shown in FIGS. 21 and 22 may be arranged along the radial direction of the polishing table 22, or a predetermined angle (0 ° to 45 ° with respect to the radial direction of the polishing table 22). It may be arranged along a direction inclined by (°).

また、図24に示すような研磨液供給ノズル26hを用いて研磨パッド52上に供給される研磨液を分散させることもできる。この研磨液供給ノズル26hは、研磨液供給口57から噴出される研磨液Qを分散させる末広がり形状の分散板(分散スカート)116を備えている。この研磨液供給ノズル26hによれば、研磨液供給口57から噴出された研磨液Qが分散スカート116上を流れる間に多方向に分散され、この分散された状態で研磨パッド52に供給される。分散スカート116には、溝を形成したり、研磨液の流れを規制する抵抗部材を設けたりしてもよい。また、分散スカート116の表面を荒らして抵抗をつけてもよい。分散スカート116の材質としては、フッ素樹脂などの耐薬品性を有する材料を用いることが好ましい。また、図25に示すように、図21に示す研磨液供給ノズル26gに分散スカート116を取り付けてもよい。   Further, the polishing liquid supplied onto the polishing pad 52 can be dispersed using a polishing liquid supply nozzle 26h as shown in FIG. The polishing liquid supply nozzle 26h is provided with a disperse spreading plate (dispersion skirt) 116 for dispersing the polishing liquid Q ejected from the polishing liquid supply port 57. According to this polishing liquid supply nozzle 26h, the polishing liquid Q ejected from the polishing liquid supply port 57 is dispersed in multiple directions while flowing over the dispersion skirt 116, and is supplied to the polishing pad 52 in this dispersed state. . The dispersion skirt 116 may be provided with a groove or a resistance member that restricts the flow of the polishing liquid. Further, the surface of the dispersion skirt 116 may be roughened to provide resistance. As a material of the dispersion skirt 116, a material having chemical resistance such as a fluororesin is preferably used. Further, as shown in FIG. 25, a dispersion skirt 116 may be attached to the polishing liquid supply nozzle 26g shown in FIG.

また、図26に示すような研磨液供給ノズル26iを用いて研磨パッド52上に供給される研磨液を分散させることもできる。この研磨液供給ノズル26iは、円板状のノズル本体118と、ノズル本体118の下面に取り付けられた分散板120とを備えている。研磨液はノズル本体118および分散板120の中心部に形成された貫通孔(図示せず)を介して研磨パッド52上に供給される。分散板120の下面は抵抗のある材質で形成されている。この研磨液供給ノズル26iによれば、研磨液供給口57から研磨パッド52上に供給された研磨液は、分散板120の外側に出るまでの間に分散板120の下面により多方向に分散される。分散板120の材質としては、フッ素樹脂などの耐薬品性を有する材料を用いることが好ましい。   Further, the polishing liquid supplied onto the polishing pad 52 can be dispersed using a polishing liquid supply nozzle 26i as shown in FIG. The polishing liquid supply nozzle 26 i includes a disk-shaped nozzle body 118 and a dispersion plate 120 attached to the lower surface of the nozzle body 118. The polishing liquid is supplied onto the polishing pad 52 through a through hole (not shown) formed in the central portion of the nozzle body 118 and the dispersion plate 120. The lower surface of the dispersion plate 120 is made of a material having resistance. According to the polishing liquid supply nozzle 26 i, the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply port 57 onto the polishing pad 52 is dispersed in multiple directions by the lower surface of the dispersion plate 120 until it comes out of the dispersion plate 120. The As the material of the dispersion plate 120, it is preferable to use a material having chemical resistance such as a fluororesin.

また、図27に示すように、研磨液供給ノズル26に対して研磨テーブル22の回転方向の下流側に、研磨パッド52と接触する分散板122(接触部材)を設けて研磨パッド52上に供給される研磨液を分散させることもできる。この分散板122により、研磨液供給ノズル26から供給された研磨液Qが半径方向に拡散され、研磨パッド52上の研磨液の分布が均一になる。この分散板122は、例えばフッ素樹脂などの耐摩耗性を有する弾性体から形成されることが好ましい。また、分散板122は、研磨テーブル22の径方向に沿って配置してもよいし、あるいは研磨テーブル22の径方向に対して所定の角度(0°から45°)だけ傾いた方向に沿って配置してもよい。さらに、分散板122を静止させておいてもよいが、分散板122を旋回移動、直線移動、または回転移動や揺動移動、往復移動をさせてもよい。この場合において、分散板122の移動速度を移動中に変化させてもよい。また、図28に示すように、分散板122に複数のスリット124を設けてスリット124を介して研磨液Qを分散させてもよい。このスリット124は、シャッターなどにより寸法(スリット124の幅や高さ、ピッチ)を調整できるようになっていることが好ましい。   In addition, as shown in FIG. 27, a dispersion plate 122 (contact member) that comes into contact with the polishing pad 52 is provided on the downstream side in the rotational direction of the polishing table 22 with respect to the polishing liquid supply nozzle 26 and supplied onto the polishing pad 52. It is also possible to disperse the polishing liquid. By this dispersion plate 122, the polishing liquid Q supplied from the polishing liquid supply nozzle 26 is diffused in the radial direction, and the distribution of the polishing liquid on the polishing pad 52 becomes uniform. The dispersion plate 122 is preferably formed of an elastic body having abrasion resistance such as a fluororesin. Further, the dispersion plate 122 may be arranged along the radial direction of the polishing table 22 or along a direction inclined by a predetermined angle (0 ° to 45 °) with respect to the radial direction of the polishing table 22. You may arrange. Further, the dispersion plate 122 may be kept stationary, but the dispersion plate 122 may be swung, linearly moved, rotated, swinged, or reciprocated. In this case, the moving speed of the dispersion plate 122 may be changed during the movement. In addition, as shown in FIG. 28, a plurality of slits 124 may be provided in the dispersion plate 122 and the polishing liquid Q may be dispersed through the slits 124. It is preferable that the slits 124 can be adjusted in size (width, height, pitch).

なお、図9および図13から図28に示すような研磨液供給手段を用いる場合、研磨パッド52は、図10に示すような同心円状に溝が形成されたパッドのように、研磨パッド52の半径方向に複数に分割された領域が形成されているものを用いることが好ましい。このような研磨パッドを用いることで、供給された研磨液が研磨パッド上で混合されずに各々の分割された領域に保持されたまま、半導体ウェハの被研磨面に効率よく供給される。   When the polishing liquid supply means as shown in FIGS. 9 and 13 to 28 is used, the polishing pad 52 is similar to the pad with concentric grooves as shown in FIG. It is preferable to use one in which a plurality of regions divided in the radial direction are formed. By using such a polishing pad, the supplied polishing liquid is efficiently supplied to the polished surface of the semiconductor wafer while being held in each divided region without being mixed on the polishing pad.

ところで、従来のCMP装置においては、複数の研磨液供給口が設けられる場合、図29に示すように、CMP装置500の外部に大流量の研磨液循環系502が設けられ、CMP装置500から研磨液循環系502に1本の研磨液供給ライン504が接続される。この研磨液供給ライン504は、CMP装置500内で複数のライン506に分岐して各研磨液供給口に接続される。したがって、研磨液供給ノズルの形状によっては、各研磨液供給口からの研磨液の供給量に差が生じやすく、均一な研磨液供給のためには、各研磨液供給口の調整やバルブの設置が必要であった。   Incidentally, in the conventional CMP apparatus, when a plurality of polishing liquid supply ports are provided, a polishing liquid circulation system 502 having a large flow rate is provided outside the CMP apparatus 500 as shown in FIG. One polishing liquid supply line 504 is connected to the liquid circulation system 502. The polishing liquid supply line 504 branches into a plurality of lines 506 in the CMP apparatus 500 and is connected to each polishing liquid supply port. Therefore, depending on the shape of the polishing liquid supply nozzle, the difference in the amount of polishing liquid supplied from each polishing liquid supply port is likely to occur. For uniform polishing liquid supply, each polishing liquid supply port is adjusted and valves are installed. Was necessary.

この例においては、図30に示すように、研磨装置200の外部に、研磨液タンク202、圧送ポンプ204、背圧弁206、および配管208から構成される大流量の研磨液循環系210が設けられている。各研磨液供給口57からは複数の研磨液供給ライン212が延びており、これらの研磨液供給ライン212が直接研磨液循環系210の配管208に接続されている。このような構成とすることで、半導体ウェハへの均一な研磨液供給が可能となり、研磨レートを改善することができ、研磨レートの面内均一性を大幅に向上させることができる。   In this example, as shown in FIG. 30, a large-flow polishing liquid circulation system 210 including a polishing liquid tank 202, a pressure pump 204, a back pressure valve 206, and a pipe 208 is provided outside the polishing apparatus 200. ing. A plurality of polishing liquid supply lines 212 extend from each polishing liquid supply port 57, and these polishing liquid supply lines 212 are directly connected to the pipe 208 of the polishing liquid circulation system 210. With such a configuration, a uniform polishing liquid can be supplied to the semiconductor wafer, the polishing rate can be improved, and the in-plane uniformity of the polishing rate can be greatly improved.

ここで、図30に示すように、各研磨液供給ライン212には、研磨液供給口57から供給される研磨液の流量を調整する流量調整弁として流体圧バルブ214が設けられている。この流体圧バルブ214は、図31(a)および図31(b)に示すように、柔軟性のある研磨液供給ライン212の管212aを流体の圧力によって押圧して管の径を絞る管圧縮部216を有している。この管圧縮部216は管212aを囲むように配置されている。図31(b)に示すように、流体圧によって管212aが絞られることによって、管212a内を流れる研磨液Qの流量が減少する。この流体圧バルブ214は、流体圧により管212aを絞るので、管212aの摩耗を防止することができる。   Here, as shown in FIG. 30, each polishing liquid supply line 212 is provided with a fluid pressure valve 214 as a flow rate adjusting valve for adjusting the flow rate of the polishing liquid supplied from the polishing liquid supply port 57. As shown in FIGS. 31 (a) and 31 (b), the fluid pressure valve 214 compresses the pipe 212a of the flexible polishing liquid supply line 212 by the pressure of the fluid to reduce the diameter of the pipe. Part 216. The tube compression unit 216 is disposed so as to surround the tube 212a. As shown in FIG. 31 (b), the flow rate of the polishing liquid Q flowing in the tube 212a is reduced by the tube 212a being throttled by the fluid pressure. Since the fluid pressure valve 214 restricts the tube 212a by the fluid pressure, wear of the tube 212a can be prevented.

ここで、トップリングのリテーナリングは、(1)研磨対象物(半導体ウェハ)の外周縁部の保持、および(2)研磨面(研磨パッド)を押付することによる被研磨対象物の研磨プロファイルの制御を行っている。研磨面圧が低い状態で、上述したような機械的強度の低い銅錯体を形成する研磨液を用いる場合には、過剰なリテーナリングの研磨面への押付は、研磨対象物の表面への研磨液の供給を律速させる。したがって、リテーナリングの研磨面への押付荷重は小さい方がよい。しかしながら、リテーナリングの押付荷重が小さいと、研磨対象物がトップリングから飛び出しやすくなる。したがって、リテーナリングの押付荷重を低くした状態であっても研磨対象物の飛び出しを防止することができるリテーナリングが要望されている。   Here, the retainer ring of the top ring is (1) holding the outer peripheral edge of the object to be polished (semiconductor wafer), and (2) the polishing profile of the object to be polished by pressing the polishing surface (polishing pad). Control is in progress. When using a polishing liquid that forms a copper complex with low mechanical strength as described above in a state where the polishing surface pressure is low, pressing the excessive retainer ring against the polishing surface may cause polishing to the surface of the object to be polished. Limit the supply of liquid. Therefore, it is better that the pressing load on the polishing surface of the retainer ring is small. However, when the pressing load of the retainer ring is small, the polishing object is likely to jump out of the top ring. Therefore, there is a demand for a retainer ring that can prevent the polishing object from popping out even when the pressing load of the retainer ring is low.

このような要望に応えるために、図32に示すように、研磨パッド52を押圧して半導体ウェハWと研磨パッド52との接触状態を調整する押圧部材300と、半導体ウェハWがトップリング24から飛び出すのを防止するリング状のガイド部材302とから構成されるリテーナリング356を用いてもよい。ガイド部材302は押圧部材300よりも径方向内側、すなわち半導体ウェハWに近接する位置に配置されている。このようなリテーナリング356を用いることにより、研磨圧力が小さい場合においても、半導体ウェハWがトップリング24から飛び出すことを防止しつつ、半導体ウェハWの研磨プロファイルの制御を行うことができる。   In order to meet such a demand, as shown in FIG. 32, the pressing member 300 that presses the polishing pad 52 to adjust the contact state between the semiconductor wafer W and the polishing pad 52, and the semiconductor wafer W is removed from the top ring 24. You may use the retainer ring 356 comprised from the ring-shaped guide member 302 which prevents popping out. The guide member 302 is disposed radially inward of the pressing member 300, that is, at a position close to the semiconductor wafer W. By using such a retainer ring 356, the polishing profile of the semiconductor wafer W can be controlled while preventing the semiconductor wafer W from jumping out of the top ring 24 even when the polishing pressure is low.

また、ガイド部材302は、ねじやエアシリンダにより上下方向に位置調整可能となっており、研磨パッド52の表面からの高さを調整することができる。また、ガイド部材302の径方向幅は6mm以下であることが好ましく、半導体ウェハWよりも硬度の小さい材質から形成されていることが好ましい。   Further, the position of the guide member 302 can be adjusted in the vertical direction by a screw or an air cylinder, and the height from the surface of the polishing pad 52 can be adjusted. The radial width of the guide member 302 is preferably 6 mm or less, and is preferably formed of a material having a hardness lower than that of the semiconductor wafer W.

半導体デバイスの製造工程において、CMPによる銅ダマシン配線の平坦化プロセスにおいては、配線部分を残してバリアメタル上まで銅膜が完全に除去されるが、一般に、バリアメタル上まで銅膜を除去する工程は、図33(a)から図33(c)に示すように、(1)初期銅膜400の大部分を高速に除去するとともに、初期段差を緩和し、若干の銅膜400aを残留させる第1の工程(バルク銅研磨工程、図33(a)から図33(b)の工程)と、残りの銅膜400aを、配線部分400bを残してバリアメタル402上まで完全に除去する第2の工程(銅クリア工程、図33(b)から図33(c)の工程)とから構成される。   In the process of planarizing copper damascene wiring by CMP in a semiconductor device manufacturing process, the copper film is completely removed up to the barrier metal leaving the wiring part, but generally the process of removing the copper film up to the barrier metal As shown in FIGS. 33 (a) to 33 (c), (1) a large portion of the initial copper film 400 is removed at a high speed, the initial step is relaxed, and some copper film 400a remains. Step 1 (bulk copper polishing step, steps of FIGS. 33 (a) to 33 (b)) and the remaining copper film 400a are completely removed up to the top of the barrier metal 402, leaving the wiring portion 400b. The process (copper clear process, the process of FIG.33 (b) to FIG.33 (c)) is comprised.

バルク銅研磨工程においては、初期段差をできる限り緩和(平坦化)し、銅膜400aをできる限り薄く、しかも均一に残すことにより、銅クリア工程への負荷を低減することができる。例えば、バルク銅研磨工程後の残留銅膜400aの厚さが100〜150nm程度、好ましくは100nm以下、厚さのレンジが50nm以下程度となるように研磨することが好ましい。また、一般的には、銅クリア工程では、図34(a)に示すような、銅を除去した後のディッシング410やエロージョン412を抑制するため、研磨圧力を低くして研磨がなされる。   In the bulk copper polishing process, the initial step is reduced (flattened) as much as possible, and the copper film 400a is made as thin and uniform as possible to reduce the load on the copper clearing process. For example, it is preferable to polish so that the thickness of the residual copper film 400a after the bulk copper polishing step is about 100 to 150 nm, preferably 100 nm or less, and the thickness range is about 50 nm or less. In general, in the copper clearing process, as shown in FIG. 34A, polishing is performed at a low polishing pressure in order to suppress dishing 410 and erosion 412 after removing copper.

ここで、従来のCMP装置では、ウェハ面内のある特定位置の膜厚の情報からプロセスの切替のタイミングを決定していた。この方法では、研磨中の膜厚分布に関係なく切替のタイミングが決定されるため、例えば、研磨プロファイルが変化した場合であっても、測定されるウェハ上の位置の膜厚が所定値になりさえすれば、プロセスの切替が行われてしまう。   Here, in the conventional CMP apparatus, the process switching timing is determined from the film thickness information at a specific position in the wafer surface. In this method, since the switching timing is determined regardless of the film thickness distribution during polishing, for example, even when the polishing profile changes, the film thickness at the position on the wafer to be measured becomes a predetermined value. As long as you do, the process will be switched.

仮に、測定される位置よりも非常に残膜の厚い部分が他の位置に存在した場合、図34(b)に示すように、次の銅クリア工程の終了後に銅膜の残留414が生じるおそれがある。また、逆に、測定される位置よりも非常に残膜の薄い部分が他の位置に存在した場合、図34(a)に示すように、その位置でディッシング410やエロージョン412が生じるおそれがある。   If there is a portion that is much thicker than the position to be measured at another position, as shown in FIG. 34 (b), a copper film residue 414 may be generated after the next copper clear process is completed. There is. On the other hand, when a portion having a very thin residual film exists at a position other than the position to be measured, dishing 410 or erosion 412 may occur at that position as shown in FIG. .

このような問題を防止するために、以下のような方法を採用することができる。すなわち、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に移行するときの銅膜の膜厚分布を予め設定し、記憶装置に格納しておく。バルク銅研磨工程中には、うず電流センサ58(図2参照)により半導体ウェハの銅膜の膜厚分布を取得する。シミュレーションソフトウエアにより、予め設定された膜厚分布と研磨中にうず電流センサ58により取得された膜厚分布とを瞬時に比較し、設定された膜厚分布とするために必要な研磨条件のシミュレーションを行う。シミュレーションによって得られた研磨条件に基づいて、設定された膜厚分布になるようにトップリング24によるプロファイル制御を行う。例えば、現在の残膜分布において研磨量が不足している領域に対して研磨レートを高めるような制御を行う。このようなプロファイル制御により、結果的に銅クリア工程直前の銅残膜が均一となるように、あるいは予め決められた膜厚分布となるようにする。そして、実際の膜厚分布が設定された膜厚分布と一致したときに、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に切り替える。   In order to prevent such a problem, the following method can be employed. That is, the film thickness distribution of the copper film when shifting from the bulk copper polishing process to the copper clear process is set in advance and stored in the storage device. During the bulk copper polishing process, the film thickness distribution of the copper film of the semiconductor wafer is acquired by the eddy current sensor 58 (see FIG. 2). By simulation software, a preset film thickness distribution and a film thickness distribution acquired by the eddy current sensor 58 during polishing are instantaneously compared to simulate the polishing conditions necessary to obtain the set film thickness distribution. I do. Based on the polishing conditions obtained by the simulation, profile control by the top ring 24 is performed so as to obtain a set film thickness distribution. For example, control is performed to increase the polishing rate for a region where the polishing amount is insufficient in the current residual film distribution. By such profile control, as a result, the copper remaining film immediately before the copper clearing process is made uniform or has a predetermined film thickness distribution. Then, when the actual film thickness distribution matches the set film thickness distribution, the bulk copper polishing process is switched to the copper clear process.

このような方法により、実際の研磨形状(膜厚分布)をモニタしながら、最終的に得たい膜厚分布を確実に得ることができる。すなわち、バルク銅研磨工程から銅クリア工程への切替を常に所望の膜厚分布で行うことができるので、バルク銅研磨工程のプロセス変動(研磨レートの変動や研磨プロファイルの変動)に影響されず、常に一定の条件で銅クリア工程を開始することができる。したがって、次工程である銅クリア工程への負荷を最小限にとどめることができる。これは、銅クリア工程後のディッシング410やエロージョン412を抑制することに寄与するだけでなく、銅クリア工程の時間短縮(過研磨時間の抑制)にも寄与し、生産性の向上とコスト削減にもつながる。   By such a method, it is possible to surely obtain the desired film thickness distribution while monitoring the actual polished shape (film thickness distribution). In other words, since switching from the bulk copper polishing process to the copper clear process can always be performed with a desired film thickness distribution, it is not affected by process fluctuations in the bulk copper polishing process (polishing rate fluctuation or polishing profile fluctuation), The copper clearing process can always be started under certain conditions. Therefore, the load on the copper clear process, which is the next process, can be minimized. This not only contributes to suppressing the dishing 410 and erosion 412 after the copper clearing process, but also contributes to shortening the time of the copper clearing process (suppressing excessive polishing time), thereby improving productivity and reducing costs. Is also connected.

配線形成工程において、半導体ウェハ上の導電膜を研磨するときには、研磨が終了したときに存在するディフェクト(例えば、導電膜の半導体ウェハ表面上への残留414、スクラッチやピット416(図34(a)および図34(b)参照))は、次の配線形成工程に影響を及ぼすのみならず、最終的に形成された電気回路の電気特性の劣化にも影響を及ぼす。したがって、研磨の終了時にこれらのディフェクトをなくすことが要望される。   When polishing the conductive film on the semiconductor wafer in the wiring formation step, defects existing when the polishing is completed (for example, residual 414 on the surface of the semiconductor wafer of the conductive film, scratches and pits 416 (FIG. 34A) And FIG. 34 (b))) not only affects the next wiring formation process but also affects the deterioration of the electrical characteristics of the finally formed electric circuit. Therefore, it is desired to eliminate these defects at the end of polishing.

CMPにおいては、導電膜の残留に対して、初期膜以上に研磨(オーバーポリッシング)を行って導電膜の残留414をなくすこともなされるが、一般にオーバーポリッシングを長時間行うと、図34(a)に示すように、配線部においてディッシング410やエロージョン412が発生してしまう。また、機械的な作用による研磨を行うため、スクラッチやピット416の発生は避けられない。   In CMP, the remaining conductive film is polished (over-polished) more than the initial film to eliminate the remaining conductive film 414. In general, when over-polishing is performed for a long time, FIG. ), Dishing 410 and erosion 412 occur in the wiring portion. Further, since polishing is performed by a mechanical action, generation of scratches and pits 416 is inevitable.

一般に残留した導電膜414は、研磨除去が難しいため、過剰のオーバーポリッシングを必要とする。この場合には、ディッシング410やエロージョン412,およびスクラッチやピット416が発生しやすくなる。これを避けるために、上述したバルク銅研磨工程をCMPで行い、その後のCMPによる銅クリア工程を銅膜の残りが50nm以下となったところで止め、その後の銅クリア工程をケミカルエッチングにより行い、銅膜を除去するという方法を用いることができる。このように、機械的な作用を伴わないケミカルエッチングにより銅クリア工程を行えば、ディフェクトを生じさせずに銅膜の研磨を行うことができる。   Generally, the remaining conductive film 414 is difficult to polish and remove, and thus requires excessive overpolishing. In this case, dishing 410, erosion 412, and scratches and pits 416 are likely to occur. In order to avoid this, the above-described bulk copper polishing step is performed by CMP, the subsequent copper clearing step by CMP is stopped when the remaining copper film is 50 nm or less, and the subsequent copper clearing step is performed by chemical etching. A method of removing the film can be used. As described above, if the copper clear process is performed by chemical etching without mechanical action, the copper film can be polished without causing defects.

ケミカルエッチングにおけるエッチャントとしては、硫酸、硝酸、ハロゲン酸(特にフッ酸、塩酸)などの酸、アンモニア水などのアルカリ、過酸化水素などの酸化剤とフッ化水素や硫酸などの酸との混合物を用いることができる。また、バルク銅研磨工程において導電性の薄膜の厚さを測定し、該測定された厚さが所定の厚さ、好ましくは100nm以下になったときに、バルク銅研磨工程から銅クリア工程に切り替えるのが好ましい。この場合の膜厚の測定は、導電膜に光を照射して膜厚を測定する光学式センサ、導電膜に発生するうず電流を検出して膜厚を測定するうず電流センサ(図2参照)、研磨テーブル22の回転トルクを検出して導電膜の膜厚を測定するトルク検知センサ、導電膜に超音波をあてて膜厚を測定する超音波式センサのうち少なくとも1つを使用することができる。   Etchant in chemical etching includes acids such as sulfuric acid, nitric acid, halogen acids (especially hydrofluoric acid and hydrochloric acid), alkalis such as aqueous ammonia, and oxidizing agents such as hydrogen peroxide and acids such as hydrogen fluoride and sulfuric acid. Can be used. Further, the thickness of the conductive thin film is measured in the bulk copper polishing step, and when the measured thickness becomes a predetermined thickness, preferably 100 nm or less, the bulk copper polishing step is switched to the copper clear step. Is preferred. In this case, the film thickness is measured by an optical sensor that measures the film thickness by irradiating the conductive film with light, and an eddy current sensor that detects the eddy current generated in the conductive film and measures the film thickness (see FIG. 2). At least one of a torque detection sensor that detects the rotational torque of the polishing table 22 and measures the film thickness of the conductive film, and an ultrasonic sensor that measures the film thickness by applying ultrasonic waves to the conductive film may be used. it can.

上述したケミカルエッチングは、CMP装置を用いて銅膜の薄膜を形成するバルク銅研磨工程に限らず、他のプロセスとも組み合わせることができる。すなわち、基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する種々のプロセスの後に、その導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去することができる。   The above-described chemical etching is not limited to the bulk copper polishing step in which a thin copper film is formed using a CMP apparatus, and can be combined with other processes. That is, after various processes for forming a flat conductive thin film on a substrate, the conductive thin film can be removed by chemical etching.

例えば、電解研磨により薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去してもよい。電解研磨は、機械的な作用を用いずに研磨を行うことができるため、スクラッチやピット416の発生が低減されるものの、電気的な接続がなされないような導電膜の残留(例えば絶縁材料上に形成された微小な導電膜の残留)が生じると、その残留した導電膜の除去ができないという問題がある。しかしながら、電解研磨により平坦な導電性の薄膜を形成した後に、電気的な接続を必要としないケミカルエッチングによりその導電性の薄膜を除去することとすれば、ディフェクトを生じさせずに導電膜の除去をすることができる。この場合において、電解研磨の方法は特定のものに限定されるものではない。例えば、イオン交換体を用いた電解研磨またはイオン交換体を用いない電解研磨のいずれであってもよい。また、電解研磨においては、超純水、純水、または500μS/cm以下の液体または電解液を用いることが好ましい。例えば、特開2003−145354号公報に記載されている電解加工装置を用いて上述の電解研磨を行うこととしてもよい。   For example, after forming a thin film by electropolishing, the thin film may be removed by chemical etching. Since the electropolishing can be performed without using a mechanical action, the generation of scratches and pits 416 is reduced, but the conductive film remains (for example, on an insulating material) that is not electrically connected. If a minute conductive film formed on the substrate is left), the remaining conductive film cannot be removed. However, after forming a flat conductive thin film by electropolishing, if the conductive thin film is removed by chemical etching that does not require electrical connection, the conductive film can be removed without causing defects. Can do. In this case, the electrolytic polishing method is not limited to a specific one. For example, either electropolishing using an ion exchanger or electropolishing without using an ion exchanger may be used. In electropolishing, it is preferable to use ultrapure water, pure water, or a liquid or electrolytic solution of 500 μS / cm or less. For example, the above-described electrolytic polishing may be performed using an electrolytic processing apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-145354.

また、平坦めっきにより薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去することもできる。さらに、上述の例では、銅膜(Cu)を形成および除去する場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、Ta、TaN、WN、TiN、Ruのうちの少なくとも1つを含む導電性薄膜を形成した後に、その薄膜をケミカルエッチングにより除去してもよい。   Moreover, after forming a thin film by flat plating, the thin film can also be removed by chemical etching. Furthermore, in the above-described example, the case where the copper film (Cu) is formed and removed has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, after forming a conductive thin film containing at least one of Ta, TaN, WN, TiN, and Ru, the thin film may be removed by chemical etching.

図35に示す研磨装置において、実際に研磨中に研磨液供給ノズル26を揺動させて半導体ウェハの研磨を行った。図36(a)は、このときの結果を示すグラフである。図36(b)に示す研磨液供給ノズル26を揺動させない場合のグラフと比較すればわかるように、研磨中に研磨液供給ノズル26を揺動させることにより、半導体ウェハの面内均一性が向上した。   In the polishing apparatus shown in FIG. 35, the polishing liquid supply nozzle 26 was swung during the actual polishing to polish the semiconductor wafer. FIG. 36A is a graph showing the results at this time. As can be seen from comparison with the graph in FIG. 36B in which the polishing liquid supply nozzle 26 is not swung, the in-plane uniformity of the semiconductor wafer is improved by swinging the polishing liquid supply nozzle 26 during polishing. Improved.

これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。   Although one embodiment of the present invention has been described so far, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be implemented in various forms within the scope of the technical idea.

20 研磨ユニット
22 研磨テーブル
24 トップリング
26 研磨液供給ノズル
28 ドレッサ
30 アトマイザ(流体噴出機構)
52 研磨パッド(研磨布)
56,356 リテーナリング
57 研磨液供給口
58 うず電流センサ
70 外周面
72 内周面
74 溝
80 排出機構
82 カバー
84 接触部材
86 気体噴出機構
88 気体噴出口
100 円板
116 分散スカート
120,122 分散板
124 スリット
210 研磨液循環系
212 研磨液供給ライン
300 押圧部材
302 ガイド部材
400 銅膜
402 バリアメタル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Polishing unit 22 Polishing table 24 Top ring 26 Polishing liquid supply nozzle 28 Dresser 30 Atomizer (fluid ejection mechanism)
52 Polishing pad (polishing cloth)
56, 356 Retainer ring 57 Polishing liquid supply port 58 Eddy current sensor 70 Outer peripheral surface 72 Inner peripheral surface 74 Groove 80 Discharge mechanism 82 Cover 84 Contact member 86 Gas ejection mechanism 88 Gas ejection port 100 Disc 116 Dispersion skirt 120, 122 Dispersion plate 124 Slit 210 Polishing liquid circulation system 212 Polishing liquid supply line 300 Pressing member 302 Guide member 400 Copper film 402 Barrier metal

Claims (10)

研磨対象物上に形成された第1膜の大部分を研磨して除去する第1の研磨工程と、
前記第1膜の残留部分を、配線部分を残して第2膜が表面に露出するまで研磨して除去する第2の研磨工程と、
前記第1の研磨工程から前記第2の研磨工程に移行するときの第1膜の膜厚分布を予め設定する工程と、
前記第1の研磨工程中に前記第1膜の厚さをうず電流センサにより測定して前記第1膜の膜厚分布を取得する工程と、
前記取得された第1膜の膜厚分布が前記予め設定された第1膜の膜厚分布に一致するように前記第1の研磨工程における研磨条件を調整する工程と、
を有することを特徴とする研磨方法。
A first polishing step of polishing and removing most of the first film formed on the polishing object;
A second polishing step of removing the remaining portion of the first film by polishing until the second film is exposed on the surface leaving a wiring portion;
Presetting the film thickness distribution of the first film when shifting from the first polishing step to the second polishing step;
Measuring a thickness of the first film with an eddy current sensor during the first polishing step to obtain a film thickness distribution of the first film;
Adjusting the polishing conditions in the first polishing step so that the obtained film thickness distribution of the first film matches the preset film thickness distribution of the first film;
A polishing method characterized by comprising:
前記取得された第1の膜の膜厚分布が前記予め設定された第1膜の膜厚分布に一致したときに、前記第1の研磨工程から前記第2の研磨工程に移行することを特徴とする請求項1に記載の研磨方法。   When the acquired film thickness distribution of the first film coincides with the preset film thickness distribution of the first film, the process shifts from the first polishing process to the second polishing process. The polishing method according to claim 1. 基板上に平坦な導電性の薄膜を形成する第1の工程と、
前記平坦な導電性の薄膜をケミカルエッチングにより除去する第2の工程と、
を有することを特徴とする配線形成方法。
A first step of forming a flat conductive thin film on a substrate;
A second step of removing the flat conductive thin film by chemical etching;
A wiring formation method comprising:
前記第1の工程は、化学的機械的研磨によりなされることを特徴とする請求項3に記載の配線形成方法。   The wiring forming method according to claim 3, wherein the first step is performed by chemical mechanical polishing. 前記第1の工程は、電解研磨によりなされることを特徴とする請求項3に記載の配線形成方法。   The wiring forming method according to claim 3, wherein the first step is performed by electropolishing. 前記電解研磨は、イオン交換体を用いた電解研磨であることを特徴とする請求項5に記載の配線形成方法。   The wiring forming method according to claim 5, wherein the electrolytic polishing is electrolytic polishing using an ion exchanger. 前記ケミカルエッチングのエッチャントは、硫酸、硝酸、ハロゲン酸、過酸化水素、アンモニア水、およびこれらの混合物のうち少なくとも1つであることを特徴とする請求項3から6のいずれか一項に記載の配線形成方法。   The etchant for the chemical etching is at least one of sulfuric acid, nitric acid, halogen acid, hydrogen peroxide, ammonia water, and a mixture thereof. Wiring formation method. 前記第1の工程において、前記導電性の薄膜の厚さを測定し、該測定された厚さが所定の厚さになったときに前記第1の工程を終了することを特徴とする請求項3から7のいずれか一項に記載の配線形成方法。   The first step is characterized in that, in the first step, the thickness of the conductive thin film is measured, and the first step is terminated when the measured thickness reaches a predetermined thickness. The wiring formation method according to any one of 3 to 7. 前記所定の厚さは100nm以下であることを特徴とする請求項8に記載の配線形成方法。   The wiring formation method according to claim 8, wherein the predetermined thickness is 100 nm or less. 前記導電性の薄膜は、Cu、Ta、TaN、WN、TiN、およびRuのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする請求項3から9のいずれか一項に記載の配線形成方法。   The wiring forming method according to claim 3, wherein the conductive thin film includes at least one of Cu, Ta, TaN, WN, TiN, and Ru.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023026413A (en) * 2021-08-13 2023-02-24 エスケーシー ソルミックス カンパニー,リミテッド Polishing device and method for manufacturing semiconductor element
CN116160364A (en) * 2023-04-21 2023-05-26 长鑫存储技术有限公司 Polishing liquid supply device

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015460A (en) * 1999-06-30 2001-01-19 Toshiba Corp Fabrication of semiconductor device
JP2001345292A (en) * 2000-06-02 2001-12-14 Ebara Corp Method and apparatus for polishing
JP2001358105A (en) * 2000-06-12 2001-12-26 Mitsubishi Electric Corp Forming method of embedded wiring, cmp device, and semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2003158108A (en) * 2001-09-04 2003-05-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polishing method, polishing system and process management system
JP2004012302A (en) * 2002-06-07 2004-01-15 Hitachi Ltd Method and instrument for measuring film thickness distribution
JP2004223665A (en) * 2003-01-24 2004-08-12 Sony Corp Electrolytic polishing device and polishing method
WO2004083494A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-30 Ebara Corporation Composite machining device and method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001015460A (en) * 1999-06-30 2001-01-19 Toshiba Corp Fabrication of semiconductor device
JP2001345292A (en) * 2000-06-02 2001-12-14 Ebara Corp Method and apparatus for polishing
JP2001358105A (en) * 2000-06-12 2001-12-26 Mitsubishi Electric Corp Forming method of embedded wiring, cmp device, and semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2003158108A (en) * 2001-09-04 2003-05-30 Matsushita Electric Ind Co Ltd Polishing method, polishing system and process management system
JP2004012302A (en) * 2002-06-07 2004-01-15 Hitachi Ltd Method and instrument for measuring film thickness distribution
JP2004223665A (en) * 2003-01-24 2004-08-12 Sony Corp Electrolytic polishing device and polishing method
WO2004083494A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-30 Ebara Corporation Composite machining device and method

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2023026413A (en) * 2021-08-13 2023-02-24 エスケーシー ソルミックス カンパニー,リミテッド Polishing device and method for manufacturing semiconductor element
JP7473607B2 (en) 2021-08-13 2024-04-23 エスケー エンパルス カンパニー リミテッド Polishing apparatus and method for manufacturing semiconductor device
CN116160364A (en) * 2023-04-21 2023-05-26 长鑫存储技术有限公司 Polishing liquid supply device
CN116160364B (en) * 2023-04-21 2023-09-22 长鑫存储技术有限公司 Polishing liquid supply device

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