JP3550316B2 - 研摩スラリ中の凝塊化粒子を除去する方法及びそのシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して半導体ウエハの製作方法 に関し、詳しくは半導体ウエハの研摩に用いられる研摩スラリ中の凝塊化粒子（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ 又はａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の半導体技術は、デバイスサイズを ０．５μｍレベルよりも小さいサイズへ、それどころか ０．２５μｍのサイズにまで微細化する状態を急速に引き出しつつある。デバイスサイズがこのレベルの場合、デバイス及び活性デバイスを隔離する誘電体層を形成するプロセスには、このレベルよりも高い精度が要求される。
【０００３】
半導体構成要素の製作においては、一般にＳｉ、Ｇｅ、又はＧａのヒ素化合物の組成を有する下部基板上に種々のデバイスが層状に形成される。これら種々のデバイスの各々は、金属導線によって相互接続されて望ましい集積回路（ＩＣ）が形成される。
【０００４】
これらの金属導線は、隣接する相互接続レベルから絶縁材料の薄膜によって更に絶縁される。この絶縁材料の薄膜は、例えば酸化物のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） （化学蒸着法、又は化学的気相成長法）による又はＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎ Ｇｌａｓｓ） 層の適用による凝着堆積と、それに続く関連プロセスとによって形成される。絶縁層に隔てられて隣接連続する導電性相互接続層間の電気的接続は、絶縁層を通して形成される孔部（経由連絡孔）によって得られる。
【０００５】
このような微細回路配線プロセスにおいては、絶縁層の表面の、細密な幾何学的凹凸状態（トポグラフィー）（又は簡単に、表面状態）が滑らかな状態にあることが極めて望ましい。理由は、表面が粗い場合にはその上に配置した層にリソグラフィーによって結像及びパターン作成を行うことが困難なためである。
【０００６】
必要とされる滑らかな半導体表面状態を得るために、半導体製造プロセスの１つである化学的／機械的研摩（ｃｈｅｍｉｃａｌ／ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ＝ ＣＭＰ）が用いられる。ＣＭＰは、（ａ）例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンのような、ＣＶＤによって凝着堆積される絶縁体表面、（ｂ）例えば、スピン・オン及びリフロー方式の凝着堆積手段によって凝着堆積されたガラスのような、半導体デバイス上に形成された絶縁層、又は（ｃ）金属製の導電性相互接続配線層、の平坦化に用いることができる。
【０００７】
又、半導体ウエハを平坦化する目的としては、層厚の調整、経由連絡孔（プラグ）の縁の先鋭化、ハードマスクの除去、他の材料の除去、等が挙げられる。重要なのは、与えられた半導体ウエハが、数回（各金属層の形成完了時等に）行われることである。例えば、誘電体材料層への経由連絡孔の形成後、金属被覆層が一様に凝着堆積され、それからＣＭＰを用いて平坦な金属スタッド（取り付け部）が形成される。
【０００８】
ＣＭＰプロセスを簡単に説明すると、このプロセスは、薄くて適度に平らな半導体ウエハを、回転する研摩作業面に対して保持、回転させるステップを伴う。研摩作業面は、制御された化学、圧力、及び温度条件の下で化学的な研摩スラリで濡らされる。化学的スラリには、アルミナ又はシリカのような、研摩材料として用いられる研摩材が含まれる。
【０００９】
更に、化学的スラリには、研摩材による除去ステップに備えてウエハの選択された表面をエッチング又は酸化する選択された化学薬品成分が含まれる。研摩時の、材料に対する化学反応及び機械的除去操作の両方の組合せによって、研摩対象面の優れた平坦化が得られる。
【００１０】
このプロセスにおいて重要なのは、滑らかな表面を得るのに十分な量の材料を除去すること、しかも、その材料除去を、下側にある材料を過度に除去することなく行うことである。この正確な量の材料を除去するということは、デバイスと金属レベルとの間の層厚が常により薄くなる方向に進んでいる今日のサブミクロン級の微細技術においては特に重要である。
【００１１】
化学的／機械的研摩に付随する問題点の１つは、スラリの軟度（コンシステンシー）にある。研摩スラリ（又は簡単に、スラリ）は、液状の化学薬品中に機械的研摩材を懸濁させた懸濁液である。機械的研摩材、一般にアルミナ又はアモルファス・シリカ、は目的材料を研摩するために特定された設計値粒子サイズを有するものが選択される。望む粒子サイズは、木材、金属、又は塗装について特定の仕上げ平滑度を得るためにサンドペーパの等級を選択するのと同様な仕方で選択される。
【００１２】
もし粒子サイズが小さ過ぎる場合、研摩プロセスの進行が遅くなり過ぎ、又は全く進行しないことになる。しかしもし粒子サイズが大き過ぎる場合には、半導体の望ましい外形形状が顕著に損傷を受ける。残念ながら、スラリが懸濁液であるので、スラリ中の研摩材粒子は凝塊化する傾向があり、半導体デバイスサイズに比べると比較的大きい塊を形成する。
【００１３】
これらの研摩材の塊は、部分的には研摩材の当初の粒子サイズにもよるが、例えば０．１μｍ から３０μｍまでのような顕著なサイズに成長することがあり得る。その際、成長した研摩材粒子は半導体ウエハ表面を摩耗させる能力をそのまま保持している。
【００１４】
スラリ粒子凝塊化の問題は、スラリが静止することを許される場合、すなわち静止状態になった場合、に最も明白である。もしスラリがかなりの時間供給管路内で静止状態になった場合には、凝塊化が始まり、時には供給管路を詰まらせる。その結果、処理を停止して供給管路を水洗する必要が生じる。もちろん、一旦供給管路を水洗すると、管路に安定したスラリを再流させる必要があり、残留水が管路から強制排除される。
【００１５】
この全手順は時間を消費するものであり、無駄になるスラリのコストの高さと失われる処理時間とを勘案すると最終的に極めて高価につくことになる。凝塊化は、金属平坦化スラリの場合に特に問題である。
【００１６】
この凝塊化問題を軽減するための従来の手法は、スラリをループ内で流し続け、スラリがループ内にある間にスラリの粗フィルタ処理を行うという手法であった。スラリを研摩作業面にスラリを供給するには、ループからスラリを引き出し、研摩作業面に供給する直前にスラリを使用個所用の最終フィルタにかける。
【００１７】
しかし、最終フィルタが大きい方の粒子を濾過するとフィルタが詰まり、必要とする流圧を上昇させることになり、フィルタ交換又は洗浄作業が必要となる。圧力が上昇すると研摩作業面にスラリが届かず、平坦化プロセスが危うくなる。フィルタの洗浄又は交換は明らかにＣＭＰ処理の妨げとなる。
【００１８】
フィルタの洗浄又は交換はどちらももちろん時間が掛かり、コストも高い。更に、フィルタが極めて細かい（約１０μｍから１４μｍまでよりも小さいサイズの粒子だけを通過させる能力を有する）ためフィルタ自体が極めて高価である。
【００１９】
加えて、処理を停止してフィルタを洗浄又は交換する場合、より多くの凝塊形成を防ぐために供給管路を水洗する必要がある。この水洗水は研摩処理再開時の当初にスラリを薄めるので、ＣＭＰプロセスを更に遅延させることになる。
【００２０】
残念ながら、フィルタを定期的に洗浄したとしても、フィルタは、毎日の処理計画にもよるが、数日又は場合によっては数時間の時間長さしか保たない。更に又、これらのフィルタでは、予定した設計値粒子サイズよりも大きい粒子が研摩作業面に到達するのを尚又許してしまう。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ＣＭＰスラリ凝塊を効率よく破砕し、スラリ粒子をほぼ設計値粒子サイズに戻すようなスラリ送達システム及びその用法が求められている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
従来の技術の上記の欠点に対処するために、本発明の一実施例によれば、研摩スラリ中の凝塊化した粒子（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ） （凝塊化粒子、又は簡単に、凝塊（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ）） を除去するための方法が提供される。
【００２３】
本実施例において、本方法は、設計値粒子サイズを有するスラリをスラリ源からエネルギー源に移送するステップからなる。多くの場合、スラリは設計値粒子サイズよりもかなり大きい凝塊化粒子サイズを有する凝塊を形成する。この大きい粒子サイズは半導体ウエハの研摩中にウエハ表面を傷つける可能性があるので極めて望ましくない。
【００２４】
本方法は更に、凝塊にエネルギー源から放射する超音波のようなエネルギーを当てるステップと凝塊化粒子サイズをほぼ設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーをエネルギー源からスラリに伝達するステップとからなる。
【００２５】
ここで用いる用語「ほぼ設計値粒子サイズに減少させる」とは、「凝塊化粒子サイズを、与えられたスラリに対する設計値粒子サイズの約１００％から約４００％までの範囲にあるサイズに減少させる」ことを意味する。
【００２６】
このように本発明の一態様によれば、凝塊化粒子サイズを、フィルタを必要とせずに減少させる方法が提供される。したがって本発明の本態様によれば、従来の技術のデバイス及びシステムに比べて確定的な利点が得られる。例えば、フィルタではなくエネルギー源によって凝塊化粒子サイズがほぼ設計値粒子サイズに減少されるので、プロセスを頻繁に停止してフィルタを交換する必要がない。
【００２７】
したがって、フィルタコストが節減されるだけでなく、生産ラインの休止時間も短縮されるので、これによってもちろん、効率が増大し、全体の生産コストが減少する。
【００２８】
スラリ粒子の設計値サイズは個々のスラリによって変化する。しかし、本発明の一態様によれば、設計値粒子サイズは、約１．５μｍ から約０．０１２μｍ までの範囲にあり、詳しくは、約０．０２５μｍ から約０．０５０μｍ までの範囲にある。
【００２９】
本発明には、凝塊化粒子を減少させるために用いることのできる種々の種類の装置を用いることが含まれるが、本発明の一実施例においてはエネルギーは無線周波数生成器から生成される。本発明の一態様において、無線周波数生成器は約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲の周波数を有するエネルギー波を生成することが可能である。一般にこの周波数は、２０Ｗの電力（パワー）を有するエネルギー波を生成することになる。
【００３０】
凝塊化粒子のサイズは、粘度、システムの圧力及び温度、並びに入力又は設計値粒子サイズ、のようないくつかの処理ファクタ（因子）によるが、このようなシステムの通常の動作条件においては一般に、エネルギーパルス前に、約０．１ μｍから約３０μｍの範囲にある粒子サイズを有する凝塊粒子が形成される。
【００３１】
本発明において用いられるスラリは本技術分野の当業者には一般に周知であり、もちろん研摩手順の種類によって異なる。しかし、一実施例において、スラリは約０．１２μｍ から約１．５０μｍ までの範囲にある設計値粒子サイズの研摩材を有する金属スラリである。別の実施例においては、スラリは約 ０．０５μｍから約０．０１２μｍ までの範囲にある設計値粒子サイズの研摩材（ａｂｒａｓｉｖｅ）を有する酸化物スラリである。
【００３２】
本発明の別の実施例においては、研摩スラリ中の凝塊化粒子を除去するためのシステムが提供される。
【００３３】
この実施例におけるシステムは、自らに付随する研摩作業面を有する化学的／機械的研摩装置と設計値粒子サイズを有するスラリからなるスラリ源と、スラリ投与端部（スラリディスペンサ端部）を有し、スラリをスラリ源からスラリ投与端部の近くに位置する研摩作業面に移送するように構成されたスラリ送達システムとからなる。
【００３４】
このシステムは更に、スラリ投与端部の近くに位置し、凝塊化粒子サイズをほぼ設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーをスラリに伝達するように構成された、エネルギー源とからなる。
【００３５】
エネルギー源は、約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲にある周波数を有するエネルギー波を生成するように構成された無線周波数生成器からなる。又別の実施例においては、エネルギー源が更に、２４Ｖ電源と、エネルギー波導波路（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ） と、超音波・投与ノズルからなる。
【００３６】
更に具体的な一実施例によれば、スラリ送達システムが更に、研摩作業面とエネルギー源との近くに位置するスラリ投与端部を有する主スラリループと、主スラリループに接続されるとともにスラリを研摩作業面にポンピング輸送するように構成されたスラリポンプと、スラリをスラリ送達システムを通した経路で送るように構成された弁システムとからなる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
従来の技術の欠点に対処するために、本発明は、半導体ウエハの研摩すなわち平坦化に用いられるスラリに生じる凝塊化状態を除去することができる独特な化学的／機械的研摩（平坦化）（ＣＭＰ）スラリ送達システムを提供する。ＣＭＰプロセスを用いて半導体ウエハの表面を研摩、平坦化する方法全般、及び新しい改良型のスラリ送達システムを以下詳細に説明する。
【００３８】
本方法は、（ａ）例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンのような、ＣＶＤによって凝着堆積される絶縁体表面、（ｂ）例えば、スピン・オン及びリフロー方式の凝着堆積手段によって凝着堆積されたガラスのような、半導体デバイス上に形成された絶縁層、又は（ｃ）金属製の導電性相互接続配線層、の平坦化に用いられる。
【００３９】
図１（Ａ）は、本発明の方法に基づいて用いられる従来の化学的／機械的研摩（平坦化）（ＣＭＰ）装置の一例についての概略断面図である。ＣＭＰ装置１００は従来の設計のもので、半導体ウエハ１２０を保持するためのウエハ支持体１１０（研摩用先端部（ヘッド）を構成する）からなる。ウエハ支持体１１０は一般に、半導体ウエハ１２０を保持する保持リング１１５を有する。
【００４０】
ウエハ支持体１１０は、軸Ａ１ のまわりに矢印１３３で示す方向に連続回転させるために駆動モータ１３０に取り付けられる。ウエハ支持体１１０は、矢印１３５で示される力が半導体ウエハ１２０に掛かるように構成される。ＣＭＰ装置１００は更に、軸Ａ２ のまわりに矢印１４３で示す方向に連続回転させるために第２の駆動モータ１４１に取り付けられた研摩台１４０からなる。
【００４１】
吹き込み成型ポリウレタンのような材料で形成された研摩パッド１４５が研摩台１４０に取り付けられ、本プロセスにおける研摩作業面を構成する。
【００４２】
ＣＭＰ処理中、塩基性又は酸性溶液にコロイド懸濁状に研摩材を懸濁させた懸濁液からなる研摩スラリ１５０（スラリ）が、研摩パッド１４５上に投与（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）される。特に有利な一実施例においては、研摩材料はアモルファス・シリカ又はアルミナで、研摩対象の材料に対して選択された設計値すなわち仕様値粒子サイズを有する。
【００４３】
ＣＭＰ処理中、研摩スラリ１５０は主スラリポンプ１６０によってスラリ源タンク１７０から１次フィルタ１６１を通して主スラリループ１６３を回りスラリ源タンク１７０へ戻るように連続的にポンピング輸送される。
【００４４】
主スラリループ１６３を回る研摩スラリ１５０の一部分は、弁システムとしての三方ソレノイド弁１６５を通してスラリ送達管路１６７へ分岐され、スラリ送達ポンプ１９０によってスラリ投与機構１８０へ、そして最終フィルタ１８１を通して研摩パッド１４５へとポンピング輸送される。この最終フィルタ１８１は、１０μｍよりも大きいサイズの凝塊化粒子を除去する場合にのみ有効に作動する。
【００４５】
線幅０．２５μｍ の精細度の場合、これらの凝塊化粒子によって相互接続回路が激しく損傷されることが起こり得る。スラリ送達管路１６７、スラリ投与機構１８０及びスラリ送達ポンプ１９０の水洗用として水源が三方ソレノイド弁１６５に結合されている。
【００４６】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＣＭＰ装置を主要構成要素と共に示す概略平面図である。同図に、ウエハ支持体１１０が軸Ａ１ のまわりに矢印１３３で示す方向に回転する状態、及び研摩台１４０が軸Ａ２ のまわりに矢印１４３で示す方向に回転する状態を示す。
【００４７】
三方ソレノイド弁１６５に制御されて、研摩スラリ１５０がスラリ源タンク１７０からスラリ送達管路１６７及びスラリ投与機構１８０を通して研摩パッド１４５上に投与される。通常のＣＭＰ装置の動作は本技術分野の当業者には周知である。
【００４８】
次に、図１（Ａ）（Ｂ）とともに図２をも参照して説明すると、図２は、本発明に用いられる、或るメーカから市販購入可能な代表的研摩スラリに関する表を説明する図である。
【００４９】
このメーカ（Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）から市販購入可能な研摩スラリ（図２の表の縦欄２１０（製品欄）に表示）（概略的に符号２００とする）は、アルミナ又はアモルファス・シリカ研摩材粒子（縦欄２２０（研磨材欄））が、同表に示す濃度（縦欄２４０（濃度欄））及び設計値ｐＨ（縦欄２５０）を有する選択された化学薬品（縦欄２３０（溶媒欄））中に、コロイド懸濁された懸濁液からなる。
【００５０】
選択された化学薬品２３０が半導体ウエハ１２０上の選択された材料（縦欄２７０（用途欄））をエッチング又は酸化処する。縦欄２６０（粒子サイズ欄）から判るようにアルミナ又はアモルファス・シリカのスラリ粒子は約 ０．０１２μｍから約１．５ μｍまでの範囲の設計値すなわち仕様値粒子サイズを有する。
【００５１】
図３は、本発明の原理に基づいて構築された改良型ＣＭＰスラリ送達システムの一実施例についての略図を示す。改良型のＣＭＰスラリ送達システム（一般的に符号３００とする）は、図１（Ａ）及び（Ｂ）の従来のスラリ送達システムの基本構成要素、すなわちスラリ源タンク１７０、主スラリポンプ１６０、１次フィルタ１６１、主スラリループ１６３、三方ソレノイド弁１６５、スラリ送達管路１６７、スラリ投与機構１８０、及びスラリ送達ポンプ１９０からなる。
【００５２】
改良型ＣＭＰスラリ送達システム３００は更にエネルギー源３１０からなる。有利な一実施例においてはエネルギー源３１０は、２４Ｖ電源３１１、電力制御ソレノイド３１３、無線周波数生成器３１５ 、エネルギー波導波路としての、ＲＦ同軸ケーブル３１７（ＲＦ＝無線周波数）、及び超音波・投与ノズル３１９からなる。
【００５３】
本実施例において、２４Ｖ電源３１１は電力制御ソレノイド３１３を通して無線周波数生成器３１５及びスラリ送達ポンプ１９０に電気的に結合されている。この構成により、電力制御ソレノイド３１３が無線周波数生成器３１５及びスラリ送達ポンプ１９０の両方への電力を制御する。無線周波数生成器３１５は更に、エネルギー波導波路であるＲＦ同軸ケーブル３１７によって超音波・投与ノズル３１９に結合され、超音波・投与ノズル３１９はスラリ投与機構１８０の出力ノズル３８０に機械的に結合される。
【００５４】
有利な一実施例においては、無線周波数生成器３１５が、約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲の周波数及び約２０Ｗの電力を有する超音波エネルギーを放射することができる。本実施例において、ＲＦ同軸ケーブル３１７によって超音波・投与ノズル３１９に伝達された超音波エネルギーは、超音波・投与ノズル３１９を通って流れている研摩スラリ２００に焦点が合わされる。
【００５５】
以上、改良型ＣＭＰスラリ送達システム３００の機器構成につて述べた。次にこのシステムの動作を、タングステンのプラグ層を研摩、平坦化するために行う半導体ウエハ１２０のＣＭＰ（化学的／機械的研磨）処理の実施例について説明する。
【００５６】
図１（Ａ）（Ｂ）及び図３を同時に参照すると、ＣＭＰ装置が半導体ウエハ１２０の処理用に用意されている。改良型ＣＭＰスラリ送達システム３００の構成機器全てを、前回処理後、十分に洗浄する。スラリ源タンク１７０に図２のリストから選択した適切な研摩スラリ２００（簡単に、スラリ）（例えば、ＭＥＴ−２００）を充填し、主スラリポンプ１６０を起動する。
【００５７】
本実施例では、平坦化すべき半導体表面は金属、すなわちタングステンで、アルミナ研摩材の粒子サイズは約１．５ μｍである。金属例えばアルミ、銅、又はタングステンを平坦化する別の実施例では、アルミナ研摩材の粒子サイズは約０．１２ μｍから約１．５ μｍまでの範囲で変化する。
【００５８】
又、誘電体材料すなわち半導体酸化物の平坦化を扱う尚別の例では、研磨材として約０．０１２ μｍから約０．０５ μｍまでの範囲の粒子サイズを有するアモルファス・シリカが用いられる。これら以外の他の研磨材及び他の粒子サイズも本発明の実施に用い得ることは、本技術分野の当業者に容易に理解できよう。
【００５９】
スラリ２００は、１次フィルタ１６１を通って流れ、主スラリループ１６３を回り、スラリ源タンク１７０に戻る。この流れはＣＭＰ処理の全時間を通して連続する。しかし、この連続流にもかかわらず、粒子の凝塊化が生じることが経験上判明している。
【００６０】
１次フィルタ１６１のフィルタ間隙より大きい粒子は１次フィルタ１６１によって捕捉される。約０．１ μｍから約３０μｍまでの範囲のサイズの粒子は、１次フィルタ１６１による捕捉を免れるが、設計値粒子サイズのスラリ粒子と共に三方ソレノイド弁１６５によってスラリ送達管路１６７へと分岐される。更に経験から、１次フィルタ１６１を通過した後でもスラリ送達管路内に凝塊化粒子が形成されることが判っている。
【００６１】
ＣＭＰ処理が開始される前に、電力制御ソレノイド３１３が起動され、スラリ送達ポンプ１９０及び無線周波数生成器３１５に電力を供給する。１次フィルタ１６１によって捕捉されなかった凝塊化スラリ粒子は、スラリ送達管路１６７へ分岐されたスラリ２００中にあり、スラリ送達ポンプ１９０によりスラリ投与機構を通してポンピング輸送される。
【００６２】
起動された無線周波数生成器３１５が無線周波数エネルギーを、超音波の形でＲＦ同軸ケーブルを通して超音波・投与ノズル３１９に送達される。この超音波は、約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲の周波数及び約２０Ｗのパワーを有する。スラリ２００が超音波・投与ノズル３１９を通過する際に、無線周波数生成器３１５から伝達された超音波が超音波・投与ノズル３１９によってスラリ２００に焦点を合わされる。
【００６３】
スラリ２００に伝達された超音波エネルギーは、凝塊化粒子に吸収される。超音波の形のエネルギーを粒状の材料の破砕に用いる際のメカニズムは当技術分野の当業者には周知である。
【００６４】
実施例においては、凝塊化粒子サイズを、用いられるスラリ２００に対する設計値粒子サイズにほぼ同じサイズに減少できるように、スラリ２００に適用される超音波エネルギーが、約２０Ｗのパワーで、約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲の周波数となるように選択的に制御される。無線周波数生成器３１５の出力及び周波数は、凝塊化粒子のサイズが設計値粒子サイズよりも小さい値に減少しないように、注意深く制御される。
【００６５】
上記のことから、本発明が研摩スラリ中の凝塊化粒子を除去する方法及びシステムを提供することが明らかである。
【００６６】
本実施例において、本方法は、設計値粒子サイズを有するスラリをスラリ源からエネルギー源に移送するステップからなる。多くの場合、スラリは設計値粒子サイズよりもかなり大きい凝塊化粒子サイズを有する凝塊を形成する。この大きい粒子サイズは半導体ウエハの研摩中にウエハ表面を傷つける可能性があるので極めて望ましくない。
【００６７】
本方法は更に、凝塊にエネルギー源から放射する超音波のようなエネルギーを当てるステップと凝塊化粒子サイズをほぼ設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーをエネルギー源からスラリに伝達するステップとからなる。
【００６８】
又、上に述べたように、本発明の別の実施例においては、研摩スラリ中の凝塊化粒子を除去するためのシステムが提供される。
【００６９】
この実施例におけるシステムは、自らに付随する研摩作業面を有する化学的／機械的研摩装置と、設計値粒子サイズを有するスラリからなるスラリ源と、スラリ投与端部を有し、スラリをスラリ源からスラリ投与端部の近くに位置する研摩作業面に移送するように構成されたスラリ送達システムとからなる。
【００７０】
このシステムは更に、スラリ投与端部の近くに位置し、凝塊化粒子サイズをほぼ設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーをスラリに伝達するように構成された、エネルギー源とからなる。
【００７１】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、半導体表面の研摩平坦化プロセスにおいて、従来の技術におけるフィルタ処理に代わり、エネルギー源からのエネルギーを凝塊化サイズ粒子に当てて、凝塊化粒子を効率よく破砕するようにしたので、効率よくスラリ粒子をほぼ設計値粒子サイズに戻すスラリ送達手法が得られる。
【００７３】
したがって、プロセスを頻繁に停止してフィルタを交換する必要がなくフィルタコストが節減され、更には生産ラインの休止時間も短縮されるので、プロセスの効率を増大させ、生産コスト全体を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に基づいて用いられる従来の化学的／機械的研摩（平坦化）（ＣＭＰ）装置の一例についての概略断面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。
【図２】本発明に用いられる、或るメーカから市販購入可能な代表的スラリの略図である。
【図３】本発明の原理に基づいて構築された改良型のＣＭＰスラリ送達システムの一実施例についての略図である。
【符号の説明】
１００ 化学的／機械的研摩（平坦化）装置（ＣＭＰ装置）
１１０ ウエハ支持体
１１５ 保持リング
１２０ 半導体ウエハ
１３０ 駆動モータ
１３３ 矢印
１３５ 矢印
１４０ 研摩台
１４１ 第２の駆動モータ
１４３ 矢印
１４５ 研摩パッド
１５０、２００ 研摩スラリ
１６０ 主スラリポンプ
１６１ １次フィルタ
１６３ 主スラリループ
１６５ 三方ソレノイド弁
１６７ スラリ送達管路
１７０ スラリ源タンク
１８０ スラリ投与機構
１８１ 最終フィルタ
１９０ スラリ送達ポンプ
３００ 改良型ＣＭＰスラリ送達システム
３１０ エネルギー源
３１１ ２４Ｖ電源
３１３ 電力制御ソレノイド
３１５ 無線周波数生成器
３１７ ＲＦ同軸ケーブル（エネルギー波導波路）
３１９ 超音波・投与ノズル
３８０ 出力ノズル
【発明の属する技術分野】
本発明は、概して半導体ウエハの製作方法 に関し、詳しくは半導体ウエハの研摩に用いられる研摩スラリ中の凝塊化粒子（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ 又はａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）を除去する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日の半導体技術は、デバイスサイズを ０．５μｍレベルよりも小さいサイズへ、それどころか ０．２５μｍのサイズにまで微細化する状態を急速に引き出しつつある。デバイスサイズがこのレベルの場合、デバイス及び活性デバイスを隔離する誘電体層を形成するプロセスには、このレベルよりも高い精度が要求される。
【０００３】
半導体構成要素の製作においては、一般にＳｉ、Ｇｅ、又はＧａのヒ素化合物の組成を有する下部基板上に種々のデバイスが層状に形成される。これら種々のデバイスの各々は、金属導線によって相互接続されて望ましい集積回路（ＩＣ）が形成される。
【０００４】
これらの金属導線は、隣接する相互接続レベルから絶縁材料の薄膜によって更に絶縁される。この絶縁材料の薄膜は、例えば酸化物のＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ） （化学蒸着法、又は化学的気相成長法）による又はＳＯＧ（ＳｐｉｎＯｎ Ｇｌａｓｓ） 層の適用による凝着堆積と、それに続く関連プロセスとによって形成される。絶縁層に隔てられて隣接連続する導電性相互接続層間の電気的接続は、絶縁層を通して形成される孔部（経由連絡孔）によって得られる。
【０００５】
このような微細回路配線プロセスにおいては、絶縁層の表面の、細密な幾何学的凹凸状態（トポグラフィー）（又は簡単に、表面状態）が滑らかな状態にあることが極めて望ましい。理由は、表面が粗い場合にはその上に配置した層にリソグラフィーによって結像及びパターン作成を行うことが困難なためである。
【０００６】
必要とされる滑らかな半導体表面状態を得るために、半導体製造プロセスの１つである化学的／機械的研摩（ｃｈｅｍｉｃａｌ／ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ ＝ ＣＭＰ）が用いられる。ＣＭＰは、（ａ）例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンのような、ＣＶＤによって凝着堆積される絶縁体表面、（ｂ）例えば、スピン・オン及びリフロー方式の凝着堆積手段によって凝着堆積されたガラスのような、半導体デバイス上に形成された絶縁層、又は（ｃ）金属製の導電性相互接続配線層、の平坦化に用いることができる。
【０００７】
又、半導体ウエハを平坦化する目的としては、層厚の調整、経由連絡孔（プラグ）の縁の先鋭化、ハードマスクの除去、他の材料の除去、等が挙げられる。重要なのは、与えられた半導体ウエハが、数回（各金属層の形成完了時等に）行われることである。例えば、誘電体材料層への経由連絡孔の形成後、金属被覆層が一様に凝着堆積され、それからＣＭＰを用いて平坦な金属スタッド（取り付け部）が形成される。
【０００８】
ＣＭＰプロセスを簡単に説明すると、このプロセスは、薄くて適度に平らな半導体ウエハを、回転する研摩作業面に対して保持、回転させるステップを伴う。研摩作業面は、制御された化学、圧力、及び温度条件の下で化学的な研摩スラリで濡らされる。化学的スラリには、アルミナ又はシリカのような、研摩材料として用いられる研摩材が含まれる。
【０００９】
更に、化学的スラリには、研摩材による除去ステップに備えてウエハの選択された表面をエッチング又は酸化する選択された化学薬品成分が含まれる。研摩時の、材料に対する化学反応及び機械的除去操作の両方の組合せによって、研摩対象面の優れた平坦化が得られる。
【００１０】
このプロセスにおいて重要なのは、滑らかな表面を得るのに十分な量の材料を除去すること、しかも、その材料除去を、下側にある材料を過度に除去することなく行うことである。この正確な量の材料を除去するということは、デバイスと金属レベルとの間の層厚が常により薄くなる方向に進んでいる今日のサブミクロン級の微細技術においては特に重要である。
【００１１】
化学的／機械的研摩に付随する問題点の１つは、スラリの軟度（コンシステンシー）にある。研摩スラリ（又は簡単に、スラリ）は、液状の化学薬品中に機械的研摩材を懸濁させた懸濁液である。機械的研摩材、一般にアルミナ又はアモルファス・シリカ、は目的材料を研摩するために特定された設計値粒子サイズを有するものが選択される。望む粒子サイズは、木材、金属、又は塗装について特定の仕上げ平滑度を得るためにサンドペーパの等級を選択するのと同様な仕方で選択される。
【００１２】
もし粒子サイズが小さ過ぎる場合、研摩プロセスの進行が遅くなり過ぎ、又は全く進行しないことになる。しかしもし粒子サイズが大き過ぎる場合には、半導体の望ましい外形形状が顕著に損傷を受ける。残念ながら、スラリが懸濁液であるので、スラリ中の研摩材粒子は凝塊化する傾向があり、半導体デバイスサイズに比べると比較的大きい塊を形成する。
【００１３】
これらの研摩材の塊は、部分的には研摩材の当初の粒子サイズにもよるが、例えば０．１μｍ から３０μｍまでのような顕著なサイズに成長することがあり得る。その際、成長した研摩材粒子は半導体ウエハ表面を摩耗させる能力をそのまま保持している。
【００１４】
スラリ粒子凝塊化の問題は、スラリが静止することを許される場合、すなわち静止状態になった場合、に最も明白である。もしスラリがかなりの時間供給管路内で静止状態になった場合には、凝塊化が始まり、時には供給管路を詰まらせる。その結果、処理を停止して供給管路を水洗する必要が生じる。もちろん、一旦供給管路を水洗すると、管路に安定したスラリを再流させる必要があり、残留水が管路から強制排除される。
【００１５】
この全手順は時間を消費するものであり、無駄になるスラリのコストの高さと失われる処理時間とを勘案すると最終的に極めて高価につくことになる。凝塊化は、金属平坦化スラリの場合に特に問題である。
【００１６】
この凝塊化問題を軽減するための従来の手法は、スラリをループ内で流し続け、スラリがループ内にある間にスラリの粗フィルタ処理を行うという手法であった。スラリを研摩作業面にスラリを供給するには、ループからスラリを引き出し、研摩作業面に供給する直前にスラリを使用個所用の最終フィルタにかける。
【００１７】
しかし、最終フィルタが大きい方の粒子を濾過するとフィルタが詰まり、必要とする流圧を上昇させることになり、フィルタ交換又は洗浄作業が必要となる。圧力が上昇すると研摩作業面にスラリが届かず、平坦化プロセスが危うくなる。フィルタの洗浄又は交換は明らかにＣＭＰ処理の妨げとなる。
【００１８】
フィルタの洗浄又は交換はどちらももちろん時間が掛かり、コストも高い。更に、フィルタが極めて細かい（約１０μｍから１４μｍまでよりも小さいサイズの粒子だけを通過させる能力を有する）ためフィルタ自体が極めて高価である。
【００１９】
加えて、処理を停止してフィルタを洗浄又は交換する場合、より多くの凝塊形成を防ぐために供給管路を水洗する必要がある。この水洗水は研摩処理再開時の当初にスラリを薄めるので、ＣＭＰプロセスを更に遅延させることになる。
【００２０】
残念ながら、フィルタを定期的に洗浄したとしても、フィルタは、毎日の処理計画にもよるが、数日又は場合によっては数時間の時間長さしか保たない。更に又、これらのフィルタでは、予定した設計値粒子サイズよりも大きい粒子が研摩作業面に到達するのを尚又許してしまう。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、ＣＭＰスラリ凝塊を効率よく破砕し、スラリ粒子をほぼ設計値粒子サイズに戻すようなスラリ送達システム及びその用法が求められている。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
従来の技術の上記の欠点に対処するために、本発明の一実施例によれば、研摩スラリ中の凝塊化した粒子（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ） （凝塊化粒子、又は簡単に、凝塊（ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｅ）） を除去するための方法が提供される。
【００２３】
本実施例において、本方法は、設計値粒子サイズを有するスラリをスラリ源からエネルギー源に移送するステップからなる。多くの場合、スラリは設計値粒子サイズよりもかなり大きい凝塊化粒子サイズを有する凝塊を形成する。この大きい粒子サイズは半導体ウエハの研摩中にウエハ表面を傷つける可能性があるので極めて望ましくない。
【００２４】
本方法は更に、凝塊にエネルギー源から放射する超音波のようなエネルギーを当てるステップと凝塊化粒子サイズをほぼ設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーをエネルギー源からスラリに伝達するステップとからなる。
【００２５】
ここで用いる用語「ほぼ設計値粒子サイズに減少させる」とは、「凝塊化粒子サイズを、与えられたスラリに対する設計値粒子サイズの約１００％から約４００％までの範囲にあるサイズに減少させる」ことを意味する。
【００２６】
このように本発明の一態様によれば、凝塊化粒子サイズを、フィルタを必要とせずに減少させる方法が提供される。したがって本発明の本態様によれば、従来の技術のデバイス及びシステムに比べて確定的な利点が得られる。例えば、フィルタではなくエネルギー源によって凝塊化粒子サイズがほぼ設計値粒子サイズに減少されるので、プロセスを頻繁に停止してフィルタを交換する必要がない。
【００２７】
したがって、フィルタコストが節減されるだけでなく、生産ラインの休止時間も短縮されるので、これによってもちろん、効率が増大し、全体の生産コストが減少する。
【００２８】
スラリ粒子の設計値サイズは個々のスラリによって変化する。しかし、本発明の一態様によれば、設計値粒子サイズは、約１．５μｍ から約０．０１２μｍ までの範囲にあり、詳しくは、約０．０２５μｍ から約０．０５０μｍ までの範囲にある。
【００２９】
本発明には、凝塊化粒子を減少させるために用いることのできる種々の種類の装置を用いることが含まれるが、本発明の一実施例においてはエネルギーは無線周波数生成器から生成される。本発明の一態様において、無線周波数生成器は約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲の周波数を有するエネルギー波を生成することが可能である。一般にこの周波数は、２０Ｗの電力（パワー）を有するエネルギー波を生成することになる。
【００３０】
凝塊化粒子のサイズは、粘度、システムの圧力及び温度、並びに入力又は設計値粒子サイズ、のようないくつかの処理ファクタ（因子）によるが、このようなシステムの通常の動作条件においては一般に、エネルギーパルス前に、約０．１ μｍから約３０μｍの範囲にある粒子サイズを有する凝塊粒子が形成される。
【００３１】
本発明において用いられるスラリは本技術分野の当業者には一般に周知であり、もちろん研摩手順の種類によって異なる。しかし、一実施例において、スラリは約０．１２μｍ から約１．５０μｍ までの範囲にある設計値粒子サイズの研摩材を有する金属スラリである。別の実施例においては、スラリは約 ０．０５μｍから約０．０１２μｍ までの範囲にある設計値粒子サイズの研摩材（ａｂｒａｓｉｖｅ）を有する酸化物スラリである。
【００３２】
本発明の別の実施例においては、研摩スラリ中の凝塊化粒子を除去するためのシステムが提供される。
【００３３】
この実施例におけるシステムは、自らに付随する研摩作業面を有する化学的／機械的研摩装置と設計値粒子サイズを有するスラリからなるスラリ源と、スラリ投与端部（スラリディスペンサ端部）を有し、スラリをスラリ源からスラリ投与端部の近くに位置する研摩作業面に移送するように構成されたスラリ送達システムとからなる。
【００３４】
このシステムは更に、スラリ投与端部の近くに位置し、凝塊化粒子サイズをほぼ設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーをスラリに伝達するように構成された、エネルギー源とからなる。
【００３５】
エネルギー源は、約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲にある周波数を有するエネルギー波を生成するように構成された無線周波数生成器からなる。又別の実施例においては、エネルギー源が更に、２４Ｖ電源と、エネルギー波導波路（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ） と、超音波・投与ノズルからなる。
【００３６】
更に具体的な一実施例によれば、スラリ送達システムが更に、研摩作業面とエネルギー源との近くに位置するスラリ投与端部を有する主スラリループと、主スラリループに接続されるとともにスラリを研摩作業面にポンピング輸送するように構成されたスラリポンプと、スラリをスラリ送達システムを通した経路で送るように構成された弁システムとからなる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
従来の技術の欠点に対処するために、本発明は、半導体ウエハの研摩すなわち平坦化に用いられるスラリに生じる凝塊化状態を除去することができる独特な化学的／機械的研摩（平坦化）（ＣＭＰ）スラリ送達システムを提供する。ＣＭＰプロセスを用いて半導体ウエハの表面を研摩、平坦化する方法全般、及び新しい改良型のスラリ送達システムを以下詳細に説明する。
【００３８】
本方法は、（ａ）例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンのような、ＣＶＤによって凝着堆積される絶縁体表面、（ｂ）例えば、スピン・オン及びリフロー方式の凝着堆積手段によって凝着堆積されたガラスのような、半導体デバイス上に形成された絶縁層、又は（ｃ）金属製の導電性相互接続配線層、の平坦化に用いられる。
【００３９】
図１（Ａ）は、本発明の方法に基づいて用いられる従来の化学的／機械的研摩（平坦化）（ＣＭＰ）装置の一例についての概略断面図である。ＣＭＰ装置１００は従来の設計のもので、半導体ウエハ１２０を保持するためのウエハ支持体１１０（研摩用先端部（ヘッド）を構成する）からなる。ウエハ支持体１１０は一般に、半導体ウエハ１２０を保持する保持リング１１５を有する。
【００４０】
ウエハ支持体１１０は、軸Ａ１ のまわりに矢印１３３で示す方向に連続回転させるために駆動モータ１３０に取り付けられる。ウエハ支持体１１０は、矢印１３５で示される力が半導体ウエハ１２０に掛かるように構成される。ＣＭＰ装置１００は更に、軸Ａ２ のまわりに矢印１４３で示す方向に連続回転させるために第２の駆動モータ１４１に取り付けられた研摩台１４０からなる。
【００４１】
吹き込み成型ポリウレタンのような材料で形成された研摩パッド１４５が研摩台１４０に取り付けられ、本プロセスにおける研摩作業面を構成する。
【００４２】
ＣＭＰ処理中、塩基性又は酸性溶液にコロイド懸濁状に研摩材を懸濁させた懸濁液からなる研摩スラリ１５０（スラリ）が、研摩パッド１４５上に投与（ｄｉｓｐｅｎｓｅ）される。特に有利な一実施例においては、研摩材料はアモルファス・シリカ又はアルミナで、研摩対象の材料に対して選択された設計値すなわち仕様値粒子サイズを有する。
【００４３】
ＣＭＰ処理中、研摩スラリ１５０は主スラリポンプ１６０によってスラリ源タンク１７０から１次フィルタ１６１を通して主スラリループ１６３を回りスラリ源タンク１７０へ戻るように連続的にポンピング輸送される。
【００４４】
主スラリループ１６３を回る研摩スラリ１５０の一部分は、弁システムとしての三方ソレノイド弁１６５を通してスラリ送達管路１６７へ分岐され、スラリ送達ポンプ１９０によってスラリ投与機構１８０へ、そして最終フィルタ１８１を通して研摩パッド１４５へとポンピング輸送される。この最終フィルタ１８１は、１０μｍよりも大きいサイズの凝塊化粒子を除去する場合にのみ有効に作動する。
【００４５】
線幅０．２５μｍ の精細度の場合、これらの凝塊化粒子によって相互接続回路が激しく損傷されることが起こり得る。スラリ送達管路１６７、スラリ投与機構１８０及びスラリ送達ポンプ１９０の水洗用として水源が三方ソレノイド弁１６５に結合されている。
【００４６】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＣＭＰ装置を主要構成要素と共に示す概略平面図である。同図に、ウエハ支持体１１０が軸Ａ１ のまわりに矢印１３３で示す方向に回転する状態、及び研摩台１４０が軸Ａ２ のまわりに矢印１４３で示す方向に回転する状態を示す。
【００４７】
三方ソレノイド弁１６５に制御されて、研摩スラリ１５０がスラリ源タンク１７０からスラリ送達管路１６７及びスラリ投与機構１８０を通して研摩パッド１４５上に投与される。通常のＣＭＰ装置の動作は本技術分野の当業者には周知である。
【００４８】
次に、図１（Ａ）（Ｂ）とともに図２をも参照して説明すると、図２は、本発明に用いられる、或るメーカから市販購入可能な代表的研摩スラリに関する表を説明する図である。
【００４９】
このメーカ（Ｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ）から市販購入可能な研摩スラリ（図２の表の縦欄２１０（製品欄）に表示）（概略的に符号２００とする）は、アルミナ又はアモルファス・シリカ研摩材粒子（縦欄２２０（研磨材欄））が、同表に示す濃度（縦欄２４０（濃度欄））及び設計値ｐＨ（縦欄２５０）を有する選択された化学薬品（縦欄２３０（溶媒欄））中に、コロイド懸濁された懸濁液からなる。
【００５０】
選択された化学薬品２３０が半導体ウエハ１２０上の選択された材料（縦欄２７０（用途欄））をエッチング又は酸化処する。縦欄２６０（粒子サイズ欄）から判るようにアルミナ又はアモルファス・シリカのスラリ粒子は約 ０．０１２μｍから約１．５ μｍまでの範囲の設計値すなわち仕様値粒子サイズを有する。
【００５１】
図３は、本発明の原理に基づいて構築された改良型ＣＭＰスラリ送達システムの一実施例についての略図を示す。改良型のＣＭＰスラリ送達システム（一般的に符号３００とする）は、図１（Ａ）及び（Ｂ）の従来のスラリ送達システムの基本構成要素、すなわちスラリ源タンク１７０、主スラリポンプ１６０、１次フィルタ１６１、主スラリループ１６３、三方ソレノイド弁１６５、スラリ送達管路１６７、スラリ投与機構１８０、及びスラリ送達ポンプ１９０からなる。
【００５２】
改良型ＣＭＰスラリ送達システム３００は更にエネルギー源３１０からなる。有利な一実施例においてはエネルギー源３１０は、２４Ｖ電源３１１、電力制御ソレノイド３１３、無線周波数生成器３１５ 、エネルギー波導波路としての、ＲＦ同軸ケーブル３１７（ＲＦ＝無線周波数）、及び超音波・投与ノズル３１９からなる。
【００５３】
本実施例において、２４Ｖ電源３１１は電力制御ソレノイド３１３を通して無線周波数生成器３１５及びスラリ送達ポンプ１９０に電気的に結合されている。この構成により、電力制御ソレノイド３１３が無線周波数生成器３１５及びスラリ送達ポンプ１９０の両方への電力を制御する。無線周波数生成器３１５は更に、エネルギー波導波路であるＲＦ同軸ケーブル３１７によって超音波・投与ノズル３１９に結合され、超音波・投与ノズル３１９はスラリ投与機構１８０の出力ノズル３８０に機械的に結合される。
【００５４】
有利な一実施例においては、無線周波数生成器３１５が、約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲の周波数及び約２０Ｗの電力を有する超音波エネルギーを放射することができる。本実施例において、ＲＦ同軸ケーブル３１７によって超音波・投与ノズル３１９に伝達された超音波エネルギーは、超音波・投与ノズル３１９を通って流れている研摩スラリ２００に焦点が合わされる。
【００５５】
以上、改良型ＣＭＰスラリ送達システム３００の機器構成につて述べた。次にこのシステムの動作を、タングステンのプラグ層を研摩、平坦化するために行う半導体ウエハ１２０のＣＭＰ（化学的／機械的研磨）処理の実施例について説明する。
【００５６】
図１（Ａ）（Ｂ）及び図３を同時に参照すると、ＣＭＰ装置が半導体ウエハ１２０の処理用に用意されている。改良型ＣＭＰスラリ送達システム３００の構成機器全てを、前回処理後、十分に洗浄する。スラリ源タンク１７０に図２のリストから選択した適切な研摩スラリ２００（簡単に、スラリ）（例えば、ＭＥＴ−２００）を充填し、主スラリポンプ１６０を起動する。
【００５７】
本実施例では、平坦化すべき半導体表面は金属、すなわちタングステンで、アルミナ研摩材の粒子サイズは約１．５ μｍである。金属例えばアルミ、銅、又はタングステンを平坦化する別の実施例では、アルミナ研摩材の粒子サイズは約０．１２ μｍから約１．５ μｍまでの範囲で変化する。
【００５８】
又、誘電体材料すなわち半導体酸化物の平坦化を扱う尚別の例では、研磨材として約０．０１２ μｍから約０．０５ μｍまでの範囲の粒子サイズを有するアモルファス・シリカが用いられる。これら以外の他の研磨材及び他の粒子サイズも本発明の実施に用い得ることは、本技術分野の当業者に容易に理解できよう。
【００５９】
スラリ２００は、１次フィルタ１６１を通って流れ、主スラリループ１６３を回り、スラリ源タンク１７０に戻る。この流れはＣＭＰ処理の全時間を通して連続する。しかし、この連続流にもかかわらず、粒子の凝塊化が生じることが経験上判明している。
【００６０】
１次フィルタ１６１のフィルタ間隙より大きい粒子は１次フィルタ１６１によって捕捉される。約０．１ μｍから約３０μｍまでの範囲のサイズの粒子は、１次フィルタ１６１による捕捉を免れるが、設計値粒子サイズのスラリ粒子と共に三方ソレノイド弁１６５によってスラリ送達管路１６７へと分岐される。更に経験から、１次フィルタ１６１を通過した後でもスラリ送達管路内に凝塊化粒子が形成されることが判っている。
【００６１】
ＣＭＰ処理が開始される前に、電力制御ソレノイド３１３が起動され、スラリ送達ポンプ１９０及び無線周波数生成器３１５に電力を供給する。１次フィルタ１６１によって捕捉されなかった凝塊化スラリ粒子は、スラリ送達管路１６７へ分岐されたスラリ２００中にあり、スラリ送達ポンプ１９０によりスラリ投与機構を通してポンピング輸送される。
【００６２】
起動された無線周波数生成器３１５が無線周波数エネルギーを、超音波の形でＲＦ同軸ケーブルを通して超音波・投与ノズル３１９に送達される。この超音波は、約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲の周波数及び約２０Ｗのパワーを有する。スラリ２００が超音波・投与ノズル３１９を通過する際に、無線周波数生成器３１５から伝達された超音波が超音波・投与ノズル３１９によってスラリ２００に焦点を合わされる。
【００６３】
スラリ２００に伝達された超音波エネルギーは、凝塊化粒子に吸収される。超音波の形のエネルギーを粒状の材料の破砕に用いる際のメカニズムは当技術分野の当業者には周知である。
【００６４】
実施例においては、凝塊化粒子サイズを、用いられるスラリ２００に対する設計値粒子サイズにほぼ同じサイズに減少できるように、スラリ２００に適用される超音波エネルギーが、約２０Ｗのパワーで、約１ＭＨｚから約１５ＭＨｚまでの範囲の周波数となるように選択的に制御される。無線周波数生成器３１５の出力及び周波数は、凝塊化粒子のサイズが設計値粒子サイズよりも小さい値に減少しないように、注意深く制御される。
【００６５】
上記のことから、本発明が研摩スラリ中の凝塊化粒子を除去する方法及びシステムを提供することが明らかである。
【００６６】
本実施例において、本方法は、設計値粒子サイズを有するスラリをスラリ源からエネルギー源に移送するステップからなる。多くの場合、スラリは設計値粒子サイズよりもかなり大きい凝塊化粒子サイズを有する凝塊を形成する。この大きい粒子サイズは半導体ウエハの研摩中にウエハ表面を傷つける可能性があるので極めて望ましくない。
【００６７】
本方法は更に、凝塊にエネルギー源から放射する超音波のようなエネルギーを当てるステップと凝塊化粒子サイズをほぼ設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーをエネルギー源からスラリに伝達するステップとからなる。
【００６８】
又、上に述べたように、本発明の別の実施例においては、研摩スラリ中の凝塊化粒子を除去するためのシステムが提供される。
【００６９】
この実施例におけるシステムは、自らに付随する研摩作業面を有する化学的／機械的研摩装置と、設計値粒子サイズを有するスラリからなるスラリ源と、スラリ投与端部を有し、スラリをスラリ源からスラリ投与端部の近くに位置する研摩作業面に移送するように構成されたスラリ送達システムとからなる。
【００７０】
このシステムは更に、スラリ投与端部の近くに位置し、凝塊化粒子サイズをほぼ設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーをスラリに伝達するように構成された、エネルギー源とからなる。
【００７１】
以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
尚、特許請求の範囲に記載した参照番号は発明の容易な理解のためで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではない。
【００７２】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、半導体表面の研摩平坦化プロセスにおいて、従来の技術におけるフィルタ処理に代わり、エネルギー源からのエネルギーを凝塊化サイズ粒子に当てて、凝塊化粒子を効率よく破砕するようにしたので、効率よくスラリ粒子をほぼ設計値粒子サイズに戻すスラリ送達手法が得られる。
【００７３】
したがって、プロセスを頻繁に停止してフィルタを交換する必要がなくフィルタコストが節減され、更には生産ラインの休止時間も短縮されるので、プロセスの効率を増大させ、生産コスト全体を減少させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法に基づいて用いられる従来の化学的／機械的研摩（平坦化）（ＣＭＰ）装置の一例についての概略断面図（Ａ）及び概略平面図（Ｂ）である。
【図２】本発明に用いられる、或るメーカから市販購入可能な代表的スラリの略図である。
【図３】本発明の原理に基づいて構築された改良型のＣＭＰスラリ送達システムの一実施例についての略図である。
【符号の説明】
１００ 化学的／機械的研摩（平坦化）装置（ＣＭＰ装置）
１１０ ウエハ支持体
１１５ 保持リング
１２０ 半導体ウエハ
１３０ 駆動モータ
１３３ 矢印
１３５ 矢印
１４０ 研摩台
１４１ 第２の駆動モータ
１４３ 矢印
１４５ 研摩パッド
１５０、２００ 研摩スラリ
１６０ 主スラリポンプ
１６１ １次フィルタ
１６３ 主スラリループ
１６５ 三方ソレノイド弁
１６７ スラリ送達管路
１７０ スラリ源タンク
１８０ スラリ投与機構
１８１ 最終フィルタ
１９０ スラリ送達ポンプ
３００ 改良型ＣＭＰスラリ送達システム
３１０ エネルギー源
３１１ ２４Ｖ電源
３１３ 電力制御ソレノイド
３１５ 無線周波数生成器
３１７ ＲＦ同軸ケーブル（エネルギー波導波路）
３１９ 超音波・投与ノズル
３８０ 出力ノズル
Claims (10)
- 研磨作業面に最も近い投与端部を有するスラリ投与システムにより研磨装置の研磨作業面上に投与される設計値粒子サイズを有する研磨スラリ中の凝塊化粒子を減少させる方法において、
前記研磨スラリを、前記スラリ投与システムにより、スラリ源から、前記投与端部に最も近い前記スラリ投与システムに連結されたエネルギー源へ向けて移送する工程であって、前記スラリが前記スラリ投与システム内に凝塊を形成し、前記凝塊が前記設計値粒子サイズより実質的に大きい凝塊化粒子サイズを有し、
前記エネルギー源から放出されるエネルギーへ前記凝塊を曝す工程、及び
前記研磨プラテン上に前記研磨スラリを投与する前に、実質的に前記設計値粒子サイズへ前記凝塊化粒子サイズを減少させるために、前記エネルギー源からのエネルギーを前記凝塊へ伝達させる工程を含むことを特徴とする方法。 - 前記エネルギー源が超音波変換器であり、前記伝達工程が超音波により前記エネルギー源から前記凝塊へエネルギーを伝達させることを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記設計値粒子サイズが、約１．５μｍから約０．０１２μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記凝塊化粒子サイズが、約０．１μｍから約３０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記スラリが、約０．１２μｍから約１．５０μｍの範囲の設計値粒子サイズを有する研磨剤を含む金属スラリであることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 前記スラリが、約０．０５μｍから約０．０１２μｍの範囲の設計値粒子サイズを有する研磨剤を含む酸化物スラリであることを特徴とする請求項１記載の方法。
- 研摩スラリ中の凝塊化粒子を減少させるシステムであって、
（Ａ）自らに付随する研摩作業面を有する化学的／機械的装置と、
（Ｂ）研摩スラリを含むスラリ源と、
（Ｃ）スラリ投与端部を有し、前記研摩スラリをスラリ源から前記スラリ投与端部の近くに位置する前記研摩作業面に移送するように構成されたスラリ投与システムであって、前記研摩スラリが、凝塊を前記スラリ送達システム内で形成し、前記凝塊が前記設計値粒子サイズよりもかなり大きい凝塊化粒子サイズを有するようなスラリ投与システムと、
前記スラリ投与端部に連結し、前記凝塊化粒子サイズをほぼ前記設計値粒子サイズに減少させるためにエネルギーを前記凝塊に伝達するように構成された、エネルギー源と、
を含むことを特徴とする、システム。 - 前記スラリ投与システムが更に、
前記研摩作業面の近くに位置するスラリ投与端部を有する主スラリループであって、前記スラリ投与端部が前記エネルギー源と連結し、
前記主スラリループに接続されるとともに、前記研摩スラリを前記研摩作業面）にポンピング輸送するように構成されたスラリポンプと、
前記研摩スラリを前記スラリ投与システムを通した経路で送るように構成された弁システムと、
を含むことを特徴とする請求項７記載のシステム。 - 半導体ウエハを研摩するための方法であって、
前記半導体ウエハの１表面を研摩作業面に対面して位置させる工程と、
設計値粒子サイズを有するスラリを、投与端部を有するスラリ投与システムのスラリ源から、前記投与端部から最も近い前記スラリ投与システムへ連結されたエネルギー源へ向けて移送させる工程であって、前記スラリが前記スラリ投与システム内凝塊を形成し、前記凝塊が前記設計値粒子サイズよりもかなり大きい凝塊化粒子サイズを有し、
前記凝塊に前記エネルギー源から放射するエネルギーを当てる工程と、
前記凝塊化粒子サイズを実質的に前記設計値粒子サイズに減少させるために、エネルギーを前記エネルギー源から前記凝塊に伝達する工程と、
前記凝塊化粒子サイズの減少の後に前記研摩スラリを前記研摩作業面に移送するステップと、
前記半導体ウエハの前記１表面を研摩するステップと、
を含むことを特徴とする、半導体ウエハを研摩するための方法。 - 前記エネルギー源が超音波変換器であり、前記伝達工程が、エネルギーを前記エネルギー源から超音波により前記凝塊へ伝達させることを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
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