JP2014075472A - 半導体装置の製造方法及びｃｍｐ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体ウエハ表面を化学的機械的に研磨するＣＭＰ装置において、研磨パッドへの洗浄水である純水の供給が安定しないことによる研磨異常が発生する。
【解決手段】１つの実施の形態によれば、研磨パッド洗浄水供給ラインに流量計を取り付け該ラインに流れる洗浄水の流量を監視して、流量異常時にアラームを発するようにした。これにより、研磨パッドは常に適切な流量の洗浄水により洗浄されるため、研磨パッドの洗浄不十分による半導体ウエハの研磨異常を無くすことが可能なる。また、バルブ不良等のＣＭＰ装置異常の発見ができ、オペレータに確実に装置異常を伝えることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置を製造する製造装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法に関し、特にＣＭＰ装置及びそれを用いたＩＣの製造方法に好適に利用できるものである。

半導体ウエハ表面を化学的機械的に研磨するＣＭＰ装置として、例えば、特開平１０−９４９６４号公報（特許文献１）に記載されるように、研磨プレート上に洗浄用の純水シャワーを設けて研磨パッドの洗浄を行なう技術が提案されている。

特開平１０−９４９６４号公報

特許文献１の技術は、洗浄用の純水供給が安定せず研磨異常を発生させるという問題がある。
その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。

１つの実施の形態によれば、研磨パッド洗浄水供給ラインに流量計を取り付け前記ラインに流れる洗浄水の流量を監視して、流量異常時にアラームを発するようにしたＣＭＰ装置。

前記一実施の形態によれば、洗浄水の供給が安定して研磨異常の発生を防止することができる。

実施の形態１に係るＣＭＰ装置の概略図である。 実施の形態１に係る図１の装置の流量低下監視チャートである。 実施の形態１に係る図１の装置の出流れの監視チャートである。 実施の形態１における半導体装置形成工程の一部工程を説明するための概略断面図である。 実施の形態１に係る図４に関連する２ステップ研磨工程を説明するためのＣＭＰ装置の概略図である。 実施の形態１に係る図４に関連する２ステップ研磨工程を説明するためのＣＭＰ装置の概略図である。 実施の形態１に係る図４に関連する２ステップ研磨工程を説明するためのＣＭＰ装置の概略図である。 実施の形態２に係るＨＰＲ時間延長チャートである。

１．先ず、本願発明者の本願に先立ったＣＭＰ装置に関する検討及び新たに判明した問題点を下記する。
ＣＭＰ装置において、研磨精度を上げるためにパッドの洗浄機能を有するハイプレッシャーリンス（以下ＨＰＲと称す）を使用する。このＨＰＲは半導体ウエハ表面を化学的機械的に研磨するＣＭＰ装置の研磨パッドに供給して研磨パッドの洗浄やスラリの除去を行なうもので具体的には純水が使用される。

前記ＨＰＲ使用時には、ＣＭＰ装置のパーソナルコンピューター（ＰＣ）からの信号に基づきＨＰＲラインに純水を供給させ、研磨パッドを洗浄する。

ところが、このＣＭＰ装置において半導体ウエハの研磨異常を発生させるという問題があり、この問題の解決が課題となった。本願発明者の検討によると、研磨パッド洗浄時のＨＰＲの流量低下や出流れ異常により洗浄水である純水の供給が安定しないことによるものと判明した。

２．実施の形態の詳細
以下、図面を参照して実施の形態を詳細に説明する。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。しかし、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。ただし、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除く。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。ただし、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除く。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。

なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は原則省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

〈実施の形態１〉
図１は、洗浄機能を有するハイプレッシャーリンス（ＨＰＲ）を洗浄水として用いるＣＭＰ装置を示す。同図に示すようにモーター等（図示せず）で回転駆動されるプラテン１上に研磨パッド１５を有し、この研磨パッド１５上に、ウエハキャリア１７に保持された半導体ウエハ３２が対向して配置される。前記の研磨パッド１５にはＨＰＲライン２を介してＨＰＲ・スラリ噴射部１８から洗浄水としてのＨＰＲ（純水）８を供給する。このＨＰＲ（純水）８の供給は、ＣＭＰ装置制御部７からのエアオペレートバルブ制御信号６に基づき、バルブカード５の電磁弁（図示せず）をＯＮさせ、エアライン４を介してエアオペレートバルブ３を動作させてＨＰＲ（純水）８をＨＰＲライン２に供給することにより成される。すなわち、バルブカード５の電磁弁のオン、オフにより、エアオペレートバルブ３もオン、オフしてそれによりＨＰＲライン２へのＨＰＲ（純水）８の供給、非供給が成される。

そして、ＨＰＲライン２に流れるＨＰＲ（純水）８の流量をＨＰＲラインに取り付けた流量計１０により測定し、この測定された流量を流量信号１２として外部監視ユニット１１に送ることにより、この外部監視ユニット１１にて監視を行う。そして、この外部監視ユニット１１からのバルブ制御信号１３によりバルブカード５、エアライン４を介してエアオペレートバルブ３を調整する。また、この外部監視ユニット１１からの外部警報出力信号１４に基づき洗浄水の供給・流量異常時には、ＣＭＰ装置が警報（アラーム）を発報する。

これにより、研磨パッドは常に適切な流量の洗浄水すなわちＨＰＲ（純水）により洗浄されるため、研磨パッドの洗浄不十分による半導体ウエハの研磨異常を無くすことが可能となった。また、洗浄水供給のＯＮ・ＯＦＦに直接影響するバルブ不良等のＣＭＰ装置異常の発見もできるという効果も得られる。

次にＨＰＲの流量低下や出流れ異常等が発生した場合の具体的監視チャートについて図２、図３に基づき下記する。

図２はＨＰＲ８の流量低下の監視チャートを示す図である。同図に示すように、電磁弁がＯＮすると流量がＯＮする。しかし、流量計１０、流量監視ユニット１１等による流量監視は、電磁弁ＯＮ直後は任意の時間Ａ行わないすなわち流量監視をマスクする。これは流量が安定するまでに若干の時間を要する為である。そして、流量が安定する所定（任意）の時間Ａ経過後前記流量監視がＯＮする。

さらに、途中、流量がチャタリングにて短い時間低下したとしても警報は発しない。つまり、流量低下監視はチャタリングの検出防止をする為、チャタリング等の短い時間での流量低下については反応しない、つまり前記短い時間（任意の時間）流量監視はマスクする。この任意のマスク時間Ｂを越えて流量が低下した場合は警報を発する、すなわち警報がＯＮとなる。警報が発せられるとＣＭＰ装置はプロセス状態からアイドル状態となる。警報はリセットスイッチがオペレータにより押されるまでＯＮし続ける。

これにより洗浄水であるＨＰＲ８の供給が不十分な状態での研磨パッドの洗浄はおこなわれず、常に十分な洗浄水の供給の基で研磨パッドの洗浄が行われ、研磨パッドの洗浄不十分による半導体ウエハの研磨異常を防ぐことができる。また、警報はリセットスイッチがオペレータにより押されるまでＯＮし続ける（発報し続ける）ため、オペレータに確実に装置異常を伝えることができる。

次に、図３はＨＰＲ８の出流れの監視チャートを示す。電磁弁がＯＦＦすると流量がＯＦＦするが電磁弁ＯＦＦ直後は任意の時間、出流れ監視は行わずにマスクする。すなわち電磁弁ＯＦＦ後、流量がＯＦＦするまでに若干の時間（任意の時間）を要する為である。そして、流量が完全にＯＦＦする任意の時間（Ａ′）経過後前記流量監視がＯＮする。さらに、途中、流量がチャタリングにより短い時間出流れしたとしても警報は発しない。つまり、出流れ監視はチャタリングの検出防止をする為、任意の時間流量監視をマスクする。この任意のマスク時間（Ｂ′）を越えて出流れが継続して発生した場合は警報を発する。警報が発せられるとＣＭＰ装置はプロセス状態からアイドル状態となる。警報はリセットスイッチがオペレータにより押されるまでＯＮし続ける。

このように、研磨パッドへの余計な量の洗浄水すなわちＨＰＲ（純水）の供給がされないため、研磨パッドの必要以上の洗浄水によるスラリへの影響による半導体ウエハの研磨異常を出さないことが可能となった。また、洗浄水供給のＯＮ・ＯＦＦに直接影響するバルブ不良等のＣＭＰ装置異常も発見できる。

次に図４?図７は、前記したＣＭＰ装置が用いられる半導体装置形成工程の一工程を説明するための概略断面図である。図４に示すようなＳＴＩ形成時の２ステップ研磨で用いられる。

ＳＴＩ形成において、ＳｉＯ２膜をメイン研磨にて研磨し、ＳｉＮ膜を研磨のストッパにして研磨をひとまず止める。次にＨＰＲ８にてＳｉＯ２研磨時に用いたスラリＡを洗い流す。次に、ＳｉＯ２膜とＳｉＮ膜とを研磨するオーバー研磨を別のスラリＢにて行う。このように、研磨の選択比を変えるためにスラリを変える２ステップ研磨が用いられる。

この２ステップ研磨の行程を、図５、図６、図７を基に説明する。
図５は、ＳｉＯ２膜を研磨する最初のスラリＡを流しているメイン研磨を行っている状態である。同図に示すように、ウエハキャリア１７に支持された半導体ウエハ３２は回転するプラテン１上に設けられた研磨パッド１５により研磨される。このときＨＰＲ・スラリ噴射部１８からスラリＡ３１が供給される。これにより半導体ウエハのＳｉＯ２膜２５が研磨される。

次に図６に示すように、ウエハキャリア１７に支持された半導体ウエハ３２は、研磨パッド１５から離れ、ＨＰＲ・スラリ噴射部１８からＨＰＲ８が供給され研磨パッド１５を洗浄し、前記スラリＡ３１を洗い流す。

その後、図７に示すように、再びウエハキャリア１７に支持された半導体ウエハ３２を回転するプラテン１上に設けられた研磨パッド１５に接触させ、この研磨パッドにより回転研磨する。このときＨＰＲ・スラリ噴射部１８からはスラリＢ５１が前記研磨パッド１５上に供給される。これにより、半導体ウエハのＳｉＯ２膜２５とＳｉＮ膜２４とを研磨するオーバー研磨が行われる。

〈実施の形態２〉
次に、実施の形態２を図８に基づき説明する。
流量低下が発生した場合には、図８に示すように、流量低下が発生した時間、ＨＰＲ時間を延ばす。実施の形態１の図２と比較して、図８のチャートにおいては、流量が低下した時間だけ電磁弁がＯＮする時間を長くして、ＨＰＲ８が供給される時間を時間Ｃ延長している。本チャートでは、警報を発生させないため、警報のオン、オフは記載していない。

これにより、ＣＭＰ装置を停止させることなく、また、オペレータの手動によるアラーム解除を行うこともなく、ＨＰＲ８のシーケンスを続行することができるという効果を有する。

本実施の形態２も前記した図４?図７に示す製造工程に用いることができる。
以上発明者によってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、前記半導体ウエハを研磨するプラテン１及びこのプラテン１に洗浄水であるＨＰＲ（純水）８を供給するＨＰＲ噴射部１８を複数設け、この複数のＨＰＲ噴射部１８それぞれにエアオペレーションバルブ３を有するＨＰＲライン２を接続し、また、バルブカード５に複数の電磁弁を設けて、複数のエアオペレーションバルブ３それぞれをバルブカード５の複数の電磁弁によりオン・オフ制御しても良い。もちろんこの場合複数のＨＰＲライン２それぞれに流量計１０を設けそれらからの流量信号１２を外部監視ユニット１１で監視する。

１：プラテン
２：ＨＰＲライン
３：エアオペバルブ
４：エアライン
５：バルブカード
６：エアオペバルブ制御信号
７：ＣＭＰ装置制御部
８：ＨＰＲ（純水）
９：マニホールド
１０：流量計
１１：外部警報監視ユニット
１２：流量信号
１３：バルブ制御信号
１４：外部警報出力信号
１５：研磨パッド
１７：ウエハキャリア
１８：ＨＰＲ・スラリ噴射部
２１：Ｓｉ基板
２２：カップリングＯｘ
２３：ポリシリコン層
２４：ＳｉＮ膜
２５：ＳｉＯ２膜
２６：ＳＴＩ（ＳｉＯ２）
３１：スラリＡ
３２：半導体ウエハ
５１：スラリＢ

Claims (10)

1. 半導体ウエハ表面を化学的機械的に研磨するＣＭＰ装置において、研磨パッドに供給する洗浄水の供給状態を監視する監視ユニットを設け、異常時には警報を発するようにしたＣＭＰ装置。
2. 前記監視ユニットは、洗浄水を供給する供給ラインに設けた流量計からの情報に基づき前記供給ラインのバルブを制御する請求項１記載のＣＭＰ装置。
3. 前記研磨パッドへの洗浄水の供給は、洗浄水噴射部から洗浄水を噴射することにより成される請求項１記載のＣＭＰ装置。
4. 前記洗浄水は、純水である請求項１記載のＣＭＰ装置。
5. 前記洗浄水は、ハイプレッシャーリンスである請求項１記載のＣＭＰ装置。
6. 前記研磨パッドへの洗浄水の供給は、前記供給ラインに設けたエアオペレーションバルブのオン・オフにより調整される請求項２記載のＣＭＰ装置。
7. 前記研磨パッドへの洗浄水の供給時、洗浄水の供給が停止又は流量低下の時間が続いた場合警報を発する請求項１記載のＣＭＰ装置。
8. 前記研磨パッドへの洗浄水の供給を停止しても洗浄水の供給が続いた場合警報を発する請求項１記載のＣＭＰ装置。
9. 前記請求項１記載のＣＭＰ装置を用いて半導体ウエハの絶縁膜を研磨する半導体装置の製造方法。
10. 前記半導体ウエハの絶縁膜の研磨は２ステップ研磨である請求項９記載の半導体装置の製造方法。

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