JP3582026B2 - Planar polishing method and planar polishing apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面に半導体酸化膜や半導体窒化膜等の層間絶縁膜を有する基板を加工するための平面研磨方法および平面研磨装置に関するものである。
半導体集積回路装置の高集積化の要求に応えるため、配線を微細化し多層化するために層間絶縁膜の表面を平坦化する技術が要求されている。
【0002】
配線の多層化とは、一層の配線を形成した後、その上に絶縁膜を形成し、その絶縁膜の上にさらに配線を形成する工程を繰り返して行うことを意味する。
例えば、MPU(マイクロプロセッサユニット)と駆動集積回路を一体にした集積回路装置では、各集積回路の場所により配線密度が異なるため、層間絶縁膜を形成した後に段差が生じる。
【0003】
図4は、集積回路装置の層間絶縁膜の平坦化説明図であり、(A)は平坦化処理前の断面を示し、(B)は平坦化処理後の断面を示している。
この図において、61は半導体基板、621 は平板状電極、622 は高密度配線、623 は低密度配線、63は層間絶縁膜である。
【0004】
この集積回路装置においては、ウェハプロセスによって必要な素子が形成された半導体基板61の上に、必要に応じて絶縁膜を介して、第1層の平板状電極621 、高密度配線622 、低密度配線623 が形成され、その上に第1の層間絶縁膜63が形成されている。
これに続いて、第1の層間絶縁膜63の上に第2層の配線が形成され、必要に応じて、さらに、その上に第2の層間絶縁膜が形成され、その上に第3層の配線が形成される。
【0005】
この際、層間絶縁膜63は、通常CVD(化学的気相成長法)によって堆積するが、平板状電極621 や高密度配線622 の上では層間絶縁膜63が厚くなり、低密度配線623 の上で層間絶縁膜63が薄くなる傾向があるため、図4(A)に示されているように、平板状電極621 と高密度配線622 と低密度配線623 の間で段差が生じる。
【0006】
したがって、層間絶縁膜63の上に、さらに配線を形成するためには、この段差を平坦化することが必要になる。
層間絶縁膜63の表面の平坦化を行わないで、第2層の配線を形成すると、段差の部分で断線が生じやすくなり、半導体集積回路装置の製造歩留りが低下することになる。
【0007】
層間絶縁膜63を平坦化する方法としては、層間絶縁膜63を溶融して段差を緩和する方法等があるが、これらの方法によっては、図4(B)に示されているように、段差を充分に平坦化することはできず、工程の整合性やコスト等の点から研磨技術が最も適している。
【0008】
【従来の技術】
図5は、従来の平面研磨装置の構成説明図である。
この図において、71は回転テーブル、72は研磨シート、73は機枠、74はヘッド押圧杆、75はヘッド、76はテンプレート、77は研磨剤供給管、78は研磨液、79は被加工物、80は層間絶縁膜である。
【0009】
従来の平面研磨装置においては、上面に研磨シート72が貼着された回転テーブル71と、回転テーブル71に対向させたヘッド75を有し、回転テーブル71の上方のヘッド75は装置の機枠73によって、上下方向に移動可能で、かつ、回転されるように支持されている。
【0010】
そして、ヘッド75は回転テーブル71に対向し、下面に層間絶縁膜80を有する被加工物79を装着する面に、被加工物79を取り囲むテンプレート76が固着されており、被加工物79はテンプレート76によって取り囲まれた領域に嵌め込まれ、ヘッド75に吸着固定される。
【0011】
この平面研磨装置において、コロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む研磨液78を回転テーブル71の上の研磨シート72の上に散布して被加工物79を研磨シート72に押し付け、回転テーブル71を駆動して研磨シート72を回転するとともにヘッド75も回転して、被加工物79を研磨する。
【0012】
なお、被加工物79を研磨シート72に押し付ける力、すなわち、加工圧を得る手段として被加工物79の材質や研磨条件により、例えば、ヘッド75の自重、ヘッド75の上に置かれる重錘、機枠73に固定したエアシリンダの推力等が利用される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来用いられていた平面研磨方法によって、層間絶縁膜80を研磨すると、コロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む研磨液78と層間絶縁膜80の反応性が比較的弱いため、研磨に時間がかかり、例えば、被加工物79を1時間当たり数十枚しか研磨出来ないという問題があった。
本発明は、被加工物の表面を大きい研磨速度で研磨できる平面研磨方法および平面研磨装置の提供を目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】
本発明に依る平面研磨方法および平面研磨装置に於いて、方法の発明として、
(1)
酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウムのうち少なくとも何れか1つの研磨粒子を含む研磨液を用いて被加工物を研磨する平面研磨方法において、研磨粒子の酸素の量を化学量論値より少なくしたことを特徴とするか、又は、
(2)
酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウムのうち少なくとも何れか1つの研磨粒子を含む研磨液を用いて被加工物を研磨する平面研磨方法において、酸素よりも電気陰性度が低い成分を研磨粒子に含ませることを特徴とするか、又は、
(3)
研磨液が供給される研磨シートと被加工物の間に交番電位差を与えた状態で、該研磨シートに被加工物を押圧して摺動することによって被加工物を研磨することを特徴とし、
そして、物の発明として、
(4)
研磨シートを設けた回転テーブルと、該研磨シートの上面に被加工物を押圧するヘッドと、該回転テーブルを回転させる手段と、該研磨シートに研磨液を供給する手段と、該被加工物を押圧するヘッドと該研磨シートの間に交番電位差を与える手段とを備えることを特徴とする。
【0021】
また、本発明にかかる他の平面研磨方法においては、研磨液が供給される研磨シートの表面近傍に電磁界を生起させた状態で、該研磨シートに被加工物を押圧して摺動することによって被加工物を研磨する工程を採用した。
【0022】
また、本発明にかかる他の平面研磨方法においては、研磨液が供給される研磨シートと被加工物の間に電位差を与えた状態で、該研磨シートに被加工物を押圧して摺動することによって被加工物を研磨する工程を採用した。
【0023】
また、本発明にかかる他の平面研磨装置においては、研磨シートを設けた回転テーブルと、該研磨シートの上面に被加工物を押圧するヘッドと、該回転テーブルを回転させる手段と、該研磨シートに研磨液を供給する手段と、該研磨シートの表面に電磁場を生起させるソレノイドコイルを備える構成を採用した。
【0024】
また、本発明にかかる他の平面研磨装置においては、研磨シートを設けた回転テーブルと、該研磨シートの上面に被加工物を押圧するヘッドと、該回転テーブルを回転させる手段と、該研磨シートに研磨液を供給する手段と、該被加工物を押圧するヘッドと該研磨シートの間に電位差を与える手段を備える構成を採用した。
【0025】
従来の平面研磨方法が有していた、単位時間当たりの加工量が一定にならないという欠点は、主に研磨シートの研磨能力の劣化が原因である。通常、研磨シートの表面には微小な孔が形成されており、この孔に研磨剤を保持し、保持された研磨剤が回転テーブルの回転とともに移動し、被加工物の表面に効率よく供給される。
【0026】
ところが、研磨を継続すると、削り取られた研磨屑が研磨シートの表面の孔に溜まり、孔が目詰まりして、研磨剤を保持することができなくなり、研磨剤を被加工物の表面に効率よく供給することができなくなるため、単位時間当たりの研磨速度が研磨を続けるにつれて減少する。
【0027】
したがって、研磨屑による研磨シートの目詰まりを無くすることができれば、単位時間当たりの研磨速度を常に一定にすることができる。
この、目詰まりを無くすために、層間絶縁膜を1回研磨する毎に、ナイロンブラシで研磨シートの表面をドレスする方法が知られているが、スループットが低下するため、実用的でない。
【0028】
また、スループットの低下を防ぐために、研磨とドレスを同時に行う方法も考えられるが、実際にこれを行うと、ドレスの効果が弱いため、徐々に目詰まりが起こり、研磨速度が徐々に低下する。
そこで、本発明の平面研磨方法および平面研磨装置においては、被加工物を研磨する際、この被加工物とともに、研磨シートの研磨屑による目詰まりを発生させない半導体基板または金属基板を研磨することによって、研磨シートの目詰まりを防ぐことを原理とする。
【0029】
【実施の形態】
(第1実施例)
図1は、第1実施例の平面研磨装置の構成説明図である。
この図において、1は回転テーブル、2は研磨シート、3は機枠、4はヘッド押圧杆、5はヘッド、6はテンプレート、61 ,62 ,・・・は開口、7は研磨剤供給管、8は研磨液、9は被加工物、10は層間絶縁膜、111 ,112 ,・・・は半導体基板である。
【0030】
この実施例の平面研磨装置においては、上面に研磨シート2が貼着された回転テーブル1と、回転テーブル1に対向させたヘッド5を有し、回転テーブル1の上方のヘッド5は装置の機枠3によって、上下方向に移動可能で、かつ、回転自在に支持されている。
【0031】
そして、ヘッド5は回転テーブル1に対向し、被加工物9を装着する面に、シリコン等の半導体基板111 ,112 ,・・・を収容する開口61 ,62 ,63 ,・・・を有し、被加工物9を取り囲むテンプレート6が固着されており、被加工物9はテンプレート6によって取り囲まれた領域に嵌め込まれ、半導体基板111 ,112 ,・・・がテンプレート6の開口61 ,62 ,・・・中に収容されることによってヘッド5に固着される。
【0032】
この平面研磨装置において、研磨剤供給管7によってコロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む研磨液8を回転テーブル1の上の研磨シート2の上に散布して被加工物9と半導体基板111 ,112 ,・・・を研磨シート2に押し付け、回転テーブル1を駆動し、研磨シート2の回転とともにヘッド5も回転して、被加工物9を研磨する。
【0033】
なお、被加工物9を研磨シート2に押し付ける力、すなわち、加工圧を得る手段として被加工物9の材質や研磨条件により、例えば、ヘッド5の自重、ヘッド5の上に置かれたの重錘、機枠3に固定したエアシリンダの推力等を利用することができる。
【0034】
このように、コロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む液体を用いて、被加工物の層間絶縁膜10を研磨する場合、主として、遊離研磨剤が機械的に層間絶縁膜を削り取る研磨が進行するため、削り取られた研磨屑が研磨シート2の表面に吸着されて、研磨シート2の目詰まりを起こす。
【0035】
しかしながら、コロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む研磨剤を用いて半導体基板111 ,112 ,・・・を研磨すると、主として研磨液8自身が半導体基板111 ,112 ,・・・と化学的に反応してエッチングが進行するため、研磨シート2を目詰まりさせるような研磨屑が発生しにくい。
また、半導体基板111 ,112 ,・・・と研磨シート2は強い相互作用を起こすため、目詰まりを起こした研磨屑が研磨液によって効果的に洗い流され、容易に取り除かれる。
【0036】
この実施例の研磨条件は下記のとおりである。
研磨シートの材質・・・ポリウレタン
研磨剤・・・・・・・・コロイダルシリカ
研磨圧力・・・・・・・300g/cm2
回転数・・・・・・・・60rpm
【0037】
上記の研磨条件で半導体基板としてシリコン基板を用いることなく、シリコン酸化膜を研磨すると、初期の研磨速度が400Å/minであるが、連続して研磨を続けると、40分後には、300Å/minに低下する。
次に、同じ研磨剤を用い、上記条件で、半導体基板であるシリコン基板を20分間研磨すると研磨速度は400Å/minに回復した。
【0038】
この実施例では、半導体基板としてシリコン基板を用いたが、酸化等の金属酸化物からなる研磨粒子との反応性を有するGaAs等、他の半導体基板でも有効に用いることができる。
一般に、半導体基板を用いると、確立されている被加工物にとって有害な不純物を低減する技術を用いて作製することができ、好都合である。
また、半導体基板に代えて、酸化等の反応性を有するAl,Cu,Fe等の金属製の基板を用いることもできる。
【0039】
(第2実施例)
図2は、第2実施例の平面研磨装置の構成説明図である。
この図において、21は回転テーブル、22は研磨シート、231 ,232 は機枠、241 ,242 はヘッド押圧杆、251 ,252 はヘッド、261 ,262 はテンプレート、27は研磨剤供給管、28は研磨液、29は被加工物、30は層間絶縁膜、31は半導体基板である。
【0040】
この実施例の平面研磨装置においては、上面に研磨シート22が貼着された回転テーブル21と、回転テーブル21に対向させたヘッド251 ,252 を有し、回転テーブル21の上方のヘッド251 ,252 は装置の機枠231 ,232 によって、上下方向に移動可能で、かつ、回転自在に支持されている。
【0041】
そして、ヘッド251 は回転テーブル21に対向し、このヘッド251 には被加工物29を装着する面に、被加工物29を取り囲むテンプレート261 が固着されており、層間絶縁膜30を有する被加工物29はテンプレート261 によって取り囲まれた領域に嵌め込まれてヘッド251 に固定される。
【0042】
また、ヘッド252 は回転テーブル21に対向し、このヘッド252 には半導体基板31を装着する面に、半導体基板31を取り囲むテンプレート262 が固着されており、半導体基板31はテンプレート262 によって取り囲まれた領域に嵌め込まれヘッド252 に固定される。
【0043】
この平面研磨装置において、コロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む研磨液28を回転テーブル21の上の研磨シート22の上に散布して被加工物29の層間絶縁膜30を研磨シート22に押し付け、回転テーブル21を駆動し、研磨シート22の回転とともにヘッド251 も回転して、被加工物29の層間絶縁膜30を研磨する。
【0044】
このように、コロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む液体を用いて、絶縁膜を加工する場合、主として、遊離研磨剤が機械的に絶縁膜を削り取る研磨が進行するため、削り取られた研磨屑が研磨シート22の表面に吸着されて、研磨シート22の目詰まりを起こす。
【0045】
しかし、コロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む研磨剤を用いて半導体基板31を研磨する場合は、主として研磨液自身が半導体基板31と化学的に反応してエッチング進行するため、研磨シート22を目詰まりさせるような研磨屑は発生しにくく、かつ、半導体基板31と研磨シート22は強い相互作用を起こすため、目詰まりを起こした研磨屑が研磨液によって効果的に洗い流され、容易に取り除かれる。
この実施例の研磨条件を第1実施例の研磨条件と同様にすると、被加工物の研磨によって低下した研磨速度を、半導体基板を研磨することによって回復させることができる。
【0046】
(第3実施例)
前記の第1実施例、第2実施例において説明した、回転する回転テーブルの上面に貼着した研磨シートに被加工物を押し付け、この研磨シートの上にコロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む研磨液を散布して一様な条件で研磨する平面研磨装置およびそれを用いた平面研磨方法には、その研磨速度に限界があり、ある程度の加工時間が必要である。
【0047】
例えば、層間絶縁膜を平坦化する場合等には、1時間当たり十数枚の半導体ウェハしか処理できないとうい問題があった。
このように、通常の平面研磨方法において、研磨速度にある程度の時間がかかる原因は、シリカ(二酸化シリコン)等の遊離研磨剤を含む液と被加工物の表面との反応性が比較的弱いためである。
【0048】
例えば、層間絶縁膜として、一般的なCVDシリコン酸化膜をシリカ(二酸化シリコン)等の遊離研磨剤で研磨する場合、被加工物表面と遊離研磨剤表面はともに電気的に負であるため、お互いに反発しあい、その結果、反応性が低下し、研磨速度が低下する。
この実施例の平面研磨装置および平面研磨方法は、被加工物を効率よく研磨することができる手段を提供することを目的とする。
【0049】
図3は、第3実施例の平面研磨装置の構成説明図である。
この図において、41は回転テーブル、42は研磨シート、43は機枠、44はヘッド押圧杆、45はヘッド、46はテンプレート、47は研磨剤供給管、48は研磨液、49は被加工物、50は層間絶縁膜、51はソレノイドコイルである。
【0050】
この実施例の平面研磨装置においては、上面に研磨シート42が貼着された回転テーブル41と、回転テーブル41に対向させたヘッド45を有し、回転テーブル41の上方のヘッド45は装置の機枠43によって、上下方向に移動可能で、かつ、回転自在に支持されている。
【0051】
そして、ヘッド45は回転テーブル41に対向し、このヘッド45には被加工物49を装着する面に、被加工物49を取り囲むテンプレート46が固着されており、層間絶縁膜50を有する被加工物49はテンプレート46によって取り囲まれた領域に嵌め込まれてヘッド45に固定される。
【0052】
この平面研磨装置において、コロイダルシリカ等の遊離研磨剤を含む研磨液48を回転テーブル41の上の研磨シート42の上に散布して被加工物49の層間絶縁膜50を研磨シート42に押し付け、回転テーブル41を駆動し、研磨シート42の回転とともにヘッド45も回転して、被加工物49の層間絶縁膜50を研磨する。
【0053】
そして、この実施例の平面研磨装置おいては、回転テーブル41を駆動して被加工物49を研磨する際、ヘッド45の近傍にソレノイドコイル51を設け、このソレノイドコイル51に高周波の電流を供給することによって、ソレノイドコイル51の内側すなわち、ヘッド45の近くの研磨シート42に強い電磁場を発生させる。
【0054】
このように強い電磁場を発生させると、シリカ等の遊離研磨剤を含んだ研磨液48の中には、負あるいは正の電荷をもった粒子が存在するため、この強い電磁場によって研磨液48が激しく攪拌される。
そのため、シリカ等の遊離研磨剤が強く被加工物49の層間絶縁膜50と接触するため、反応性が向上し、加工速度が著しく向上する。
【0055】
なお、この実施例においては、被加工物49の層間絶縁膜50を研磨するとして説明したが、層間絶縁膜50を有しない被加工物49の表面を研磨する場合も、研磨速度を向上させることができる。
【0056】
(第4実施例)
第3実施例においては、ヘッド45の近くの研磨シート42に強い電磁場を発生させることによって、研磨液48を激しく攪拌して、加工速度を向上したが、この実施例においては、回転テーブル41とヘッド45間に電位差を与え、シリカ等の遊離研磨剤を含んだ研磨液48中に存在する負あるいは正の電荷をもった粒子を研磨シート42の表面に引き出し、あるいは、回転テーブル41とヘッド45間に交番電位差を与え、シリカ等の遊離研磨剤を含んだ研磨液48中に存在する負あるいは正の電荷をもった粒子を激しく攪拌して、シリカ等の遊離研磨剤を強く被加工物49の層間絶縁膜50に強く接触させて、反応性を向上し、加工速度を向上する。
【0057】
なお、この実施例においては、被加工物49の層間絶縁膜50を研磨するとして説明したが、層間絶縁膜50を有しない被加工物49の表面を研磨する場合も、研磨速度を向上させることができる。
【0058】
(第5実施例)
この実施例の平面研磨方法においては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の研磨粒子を含んだ研磨液(ラッピング液を含む)を用いて被研磨物を平面研磨する場合、例えば、リアクティブスパッタ成長によって形成し、通常の化学量論比を有する酸化物よりも酸素の化学量論比が少ない研磨粒子を含むラッピング液を使用する。
【0059】
化学量論比は金属の原子価と酸素の原子価との比で表され、例えば、化学量論比を有する酸化シリコンはSiO2 であるが、この実施例ではSiOx (x<2)の微粒子を用いる。
また、化学量論比を有する酸化アルミニウムはAl2 O3 であるが、この実施例ではAl2 Ox (x<3)の微粒子を用いる。
【0060】
このように、研磨粒子の酸素の量を化学量論値より少なくすると、金属酸化物である研磨粒子の表面の負の電荷が低減され、研磨粒子同士の反発が抑制され、被加工物の表面に研磨粒子が高密度で供給され、研磨速度が向上する。
【0061】
(第6実施例)
この実施例の平面研磨方法においては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の研磨粒子を含んだ研磨液(ラッピング液を含む)を用いて被加工物を平面研磨する場合、窒素等の酸素より電気陰性度が低い成分を含ませた研磨粒子を含む研磨液を用いる。
【0062】
このように、窒素等の酸素より電気陰性度が低い成分を含ませた研磨粒子を用いると、研磨粒子の表面の負の電荷を低減し、研磨シートと研磨粒子の間、および、研磨粒子同士の反発を抑制することができ、被加工物の表面に研磨粒子を高密度で供給して、研磨速度を向上することができる。
【0063】
(第7実施例)
この実施例の平面研磨方法においては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の研磨粒子を含んだ研磨液(ラッピング液を含む)を用いて被加工物を平面研磨する場合、フッ素等の酸素より電気陰性度が高い成分を含ませた微粒子を用いる。
【0064】
このように、フッ素等の酸素より電気陰性度が高い成分を含ませた微粒子を用いて、研磨粒子の表面の負の電荷を増加させ、研磨シートと被加工物の間に電界をかけて研磨粒子を被加工物の表面に向けて流動させるとき、あるいは、交番電界をかけて研磨粒子を振動させることによって研磨効率を向上する場合、研磨粒子の運動量を大きくして、研磨速度を向上することができる。
【0065】
(第8実施例)
この実施例の平面研磨方法においては、酸化シリコン、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化ジルコニウム等の研磨粒子を含んだ研磨液(ラッピング液を含む)を用いて被加工物を研磨する場合、研磨液中の研磨粒子の表面層のみに、通常の化学量論比を有する酸化物よりも酸素の化学量論比が少ない層を形成し、または、窒素等の酸素より電気陰性度が低い成分を含ませた層を形成し、あるいは、フッ素等の酸素より電気陰性度が高い成分を含ませた層を形成する。
このように研磨粒子に表面処理を施すだけで、第5実施例、第6実施例、第7実施例に説明したように、研磨速度を向上することができる。
【0066】
(第9実施例)
この実施例においては、第3実施例の、被加工物支持するヘッドの近傍にソレノイドコイルを設けて、ヘッドの近くの研磨シートに強い電磁場を発生させる平面研磨装置、あるいは、第4実施例の、回転テーブルと被加工物支持するヘッドの間に電位差を与える平面研磨装置に、第5実施例の、SiOx (x<2)、Al2 Ox (x<3)等の酸素の量が化学量論値より少ない研磨粒子、第6実施例の、窒素等の酸素より電気陰性度が低い成分を含ませた研磨粒子、または、第7実施例の、フッ素等の酸素より電気陰性度が高い成分を含ませた研磨粒子、第8実施例の、表面のみに前記の層を形成した研磨粒子を用いる。
【0067】
このようにすると、研磨装置に最適の研磨粒子を用いて、研磨条件を最適化することができる。
【0068】
この実施例において、Si9.5 O0.5 からなる微粒子を含んだ研磨剤を用いた場合の研磨速度を、通常のSiO2 からなる微粒子を含んだ研磨剤を用いた場合の研磨速度を比べたところ、数倍の研磨速度の向上が見られた。
【0069】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、層間絶縁膜等の被加工物を一定で大きな研磨速度で研磨することができる平面研磨方法と平面研磨装置を提供することができ半導体集積回路装置の製造技術分野において寄与するところが大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施例の平面研磨装置の構成説明図である。
【図2】第2実施例の平面研磨装置の構成説明図である。
【図3】第3実施例の平面研磨装置の構成説明図である。
【図4】集積回路装置の層間絶縁膜の平坦化説明図であり、(A)は平坦化処理前の断面を示し、(B)は平坦化処理後の断面を示している。
【図5】従来の平面研磨装置の構成説明図である。
【符号の説明】
1 回転テーブル
2 研磨シート
3 機枠
4 ヘッド押圧杆
5 ヘッド
6 テンプレート
61 ,62 ,・・・ 開口
7 研磨剤供給管
8 研磨液
9 被加工物
10 層間絶縁膜
111 ,112 ,・・・ 半導体基板
21 回転テーブル
22 研磨シート
231 ,232 機枠
241 ,242 ヘッド押圧杆
251 ,252 ヘッド
261 ,262 テンプレート
27 研磨剤供給管
28 研磨液
29 被加工物
30 層間絶縁膜
31 半導体基板
41 回転テーブル
42 研磨シート
43 機枠
44 ヘッド押圧杆
45 ヘッド
46 テンプレート
47 研磨剤供給管
48 研磨液
49 被加工物
50 層間絶縁膜
51 ソレノイドコイル[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar polishing method and a planar polishing apparatus for processing a substrate having a surface having an interlayer insulating film such as a semiconductor oxide film or a semiconductor nitride film.
In order to meet the demand for higher integration of semiconductor integrated circuit devices, there is a demand for a technology for flattening the surface of an interlayer insulating film in order to make wiring finer and multi-layered.
[0002]
Multi-layered wiring means that after forming one layer of wiring, an insulating film is formed thereon, and a step of further forming a wiring on the insulating film is repeated.
For example, in an integrated circuit device in which an MPU (microprocessor unit) and a driving integrated circuit are integrated, the wiring density differs depending on the location of each integrated circuit, so that a step occurs after an interlayer insulating film is formed.
[0003]
4A and 4B are explanatory views of the planarization of the interlayer insulating film of the integrated circuit device. FIG. 4A shows a cross section before the planarization processing, and FIG. 4B shows a cross section after the planarization processing.
In this figure, 61 is a semiconductor substrate, 62 1 planar electrodes, 62 2 high-density wiring, 62 3 low-density wiring, 63 denotes an interlayer insulating film.
[0004]
In this integrated circuit device, a first-layer plate-
Subsequently, a second-layer wiring is formed on the first
[0005]
At this time, the
[0006]
Therefore, in order to further form a wiring on the
If the wiring of the second layer is formed without flattening the surface of the
[0007]
As a method of flattening the
[0008]
[Prior art]
FIG. 5 is an explanatory view of the configuration of a conventional planar polishing apparatus.
In this figure, 71 is a rotary table, 72 is a polishing sheet, 73 is a machine frame, 74 is a head pressing rod, 75 is a head, 76 is a template, 77 is an abrasive supply pipe, 78 is a polishing liquid, and 79 is a workpiece. And 80 are interlayer insulating films.
[0009]
The conventional planar polishing apparatus includes a rotary table 71 having a
[0010]
The
[0011]
In this planar polishing apparatus, a polishing
[0012]
The force for pressing the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the
An object of the present invention is to provide a planar polishing method and a planar polishing apparatus capable of polishing a surface of a workpiece at a high polishing rate.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In the planar polishing method and the planar polishing apparatus according to the present invention, as a method invention,
(1)
In a planar polishing method for polishing a workpiece using a polishing liquid containing at least one of silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, and zirconium oxide, the amount of oxygen in the polishing particles is determined from a stoichiometric value. Characterized by reduced or
(2)
In a planar polishing method for polishing a workpiece using a polishing liquid containing at least one of silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, and zirconium oxide, a component having a lower electronegativity than oxygen is polished. It is characterized by being included in, or,
(3)
In a state in which an alternating potential difference is given between the polishing sheet and the workpiece to which the polishing liquid is supplied, the workpiece is polished by pressing and sliding the workpiece on the polishing sheet,
And as an invention of a product,
(4)
A rotary table provided with a polishing sheet, a head for pressing a workpiece on the upper surface of the polishing sheet, a unit for rotating the rotary table, a unit for supplying a polishing liquid to the polishing sheet, It is characterized by comprising a head for pressing and a means for providing an alternating potential difference between the polishing sheet and the polishing sheet.
[0021]
In another planar polishing method according to the present invention, in a state where an electromagnetic field is generated near the surface of the polishing sheet to which the polishing liquid is supplied, the workpiece is pressed against the polishing sheet and slid. The step of polishing the workpiece is adopted.
[0022]
In another planar polishing method according to the present invention, in a state where a potential difference is given between a polishing sheet to which a polishing liquid is supplied and a workpiece, the workpiece is pressed against the polishing sheet and slid. Thus, a step of polishing the workpiece is adopted.
[0023]
In another planar polishing apparatus according to the present invention, there is provided a rotary table provided with a polishing sheet, a head for pressing a workpiece on an upper surface of the polishing sheet, means for rotating the rotary table, and a polishing sheet. And a means for supplying a polishing liquid to the polishing sheet, and a solenoid coil for generating an electromagnetic field on the surface of the polishing sheet.
[0024]
In another planar polishing apparatus according to the present invention, there is provided a rotary table provided with a polishing sheet, a head for pressing a workpiece on an upper surface of the polishing sheet, means for rotating the rotary table, and a polishing sheet. And a means for supplying a polishing liquid to the workpiece and a means for applying a potential difference between the head for pressing the workpiece and the polishing sheet.
[0025]
The disadvantage of the conventional planar polishing method that the processing amount per unit time is not constant is mainly due to the deterioration of the polishing ability of the polishing sheet. Usually, fine holes are formed on the surface of the polishing sheet, and the polishing agent is held in these holes, and the held polishing agent moves with the rotation of the turntable, and is efficiently supplied to the surface of the workpiece. You.
[0026]
However, when the polishing is continued, the shavings scraped off are accumulated in the holes on the surface of the polishing sheet, the holes are clogged, the abrasive cannot be held, and the abrasive is efficiently applied to the surface of the workpiece. Since supply cannot be performed, the polishing rate per unit time decreases as polishing continues.
[0027]
Therefore, if the clogging of the polishing sheet due to the polishing debris can be eliminated, the polishing rate per unit time can always be kept constant.
In order to eliminate the clogging, a method of dressing the surface of the polishing sheet with a nylon brush every time the interlayer insulating film is polished once is known, but is not practical because the throughput is reduced.
[0028]
In order to prevent a decrease in throughput, a method in which polishing and dressing are performed at the same time is conceivable. However, when this is actually performed, clogging occurs gradually because the effect of the dress is weak, and the polishing rate gradually decreases.
Therefore, in the planar polishing method and the planar polishing apparatus of the present invention, when polishing a workpiece, by polishing a semiconductor substrate or a metal substrate that does not cause clogging with polishing debris of a polishing sheet together with the workpiece. The principle is to prevent clogging of the polishing sheet.
[0029]
Embodiment
(First embodiment)
FIG. 1 is an explanatory view of the configuration of the planar polishing apparatus of the first embodiment.
In this figure, 1 is a turntable, 2 is a polishing sheet, 3 is a machine frame, 4 is a head pressing rod, 5 is a head, 6 is a template, 6 1 , 6 2 ,... tubes, 8 polishing liquid, 9 workpiece, the
[0030]
The planar polishing apparatus of this embodiment has a rotary table 1 on which an
[0031]
The head 5 faces the rotary table 1 and has openings 6 1 , 6 2 , 6 3 ,... For
[0032]
In this flat-surface polishing apparatus, a polishing
[0033]
The force for pressing the
[0034]
As described above, when the
[0035]
However, the
Further, since the
[0036]
The polishing conditions of this example are as follows.
Polishing sheet material: Polyurethane abrasive: Colloidal silica polishing pressure: 300 g / cm 2
Number of rotations: 60 rpm
[0037]
When the silicon oxide film is polished without using a silicon substrate as the semiconductor substrate under the above polishing conditions, the initial polishing rate is 400 ° / min. To decline.
Next, when the same abrasive was used and the silicon substrate as the semiconductor substrate was polished for 20 minutes under the above conditions, the polishing rate was restored to 400 ° / min.
[0038]
In this embodiment, a silicon substrate is used as a semiconductor substrate. However, other semiconductor substrates such as GaAs having reactivity with abrasive particles made of metal oxide such as oxide can be effectively used.
In general, the use of a semiconductor substrate is advantageous because it can be manufactured using a technique for reducing impurities which are harmful to an object to be processed.
Further, instead of the semiconductor substrate, a substrate made of a metal such as Al, Cu, and Fe having reactivity such as oxidation can be used.
[0039]
(Second embodiment)
FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the planar polishing apparatus according to the second embodiment.
In this figure, the rotary table 21, the abrasive sheet 22, 23 1, 23 2 machine frame, 24 1, 24 2 head pressing lever, 25 1, 25 2 heads, 26 1, 26 2
[0040]
In surface polishing apparatus of this embodiment includes a rotary table 21 which polishing
[0041]
Then, the
[0042]
The
[0043]
In this planar polishing apparatus, a polishing
[0044]
As described above, when processing an insulating film using a liquid containing a free abrasive such as colloidal silica, mainly, the polishing in which the free abrasive mechanically scrapes the insulating film progresses. It is adsorbed on the surface of the polishing
[0045]
However, when the
When the polishing conditions in this embodiment are the same as those in the first embodiment, the polishing rate reduced by polishing the workpiece can be recovered by polishing the semiconductor substrate.
[0046]
(Third embodiment)
The workpiece is pressed against the polishing sheet stuck on the upper surface of the rotating rotary table described in the first and second embodiments, and the polishing sheet contains a free abrasive such as colloidal silica on the polishing sheet. A flat surface polishing apparatus and a flat surface polishing method using the same, which scatter liquid and polish under uniform conditions, have a limit in the polishing rate and require a certain amount of processing time.
[0047]
For example, when the interlayer insulating film is flattened, there is a problem that only ten and several semiconductor wafers can be processed per hour.
As described above, the reason why the polishing rate takes a certain amount of time in the ordinary planar polishing method is because the reactivity between the liquid containing a free abrasive such as silica (silicon dioxide) and the surface of the workpiece is relatively weak. It is.
[0048]
For example, when a general CVD silicon oxide film is polished with a free abrasive such as silica (silicon dioxide) as an interlayer insulating film, both the surface of the workpiece and the surface of the free abrasive are electrically negative. As a result, the reactivity decreases and the polishing rate decreases.
An object of the planar polishing apparatus and the planar polishing method of this embodiment is to provide a means capable of efficiently polishing a workpiece.
[0049]
FIG. 3 is an explanatory view of the configuration of the planar polishing apparatus of the third embodiment.
In this figure, 41 is a rotary table, 42 is a polishing sheet, 43 is a machine frame, 44 is a head pressing rod, 45 is a head, 46 is a template, 47 is an abrasive supply pipe, 48 is a polishing liquid, and 49 is a workpiece. , 50 are interlayer insulating films, and 51 is a solenoid coil.
[0050]
The planar polishing apparatus according to this embodiment includes a rotary table 41 having a polishing
[0051]
The
[0052]
In this planar polishing apparatus, a polishing
[0053]
In the planar polishing apparatus of this embodiment, when the rotary table 41 is driven to polish the
[0054]
When such a strong electromagnetic field is generated, the polishing
Therefore, a free abrasive such as silica strongly contacts the
[0055]
In this embodiment, the description has been made on the assumption that the
[0056]
(Fourth embodiment)
In the third embodiment, a strong electromagnetic field is generated in the polishing
[0057]
In this embodiment, the description has been made on the assumption that the
[0058]
(Fifth embodiment)
In the planar polishing method of this embodiment, when the object to be polished is planar-polished using a polishing liquid (including a lapping liquid) containing polishing particles such as silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, and zirconium oxide, for example, A lapping liquid formed by reactive sputter growth and containing abrasive particles having a lower stoichiometric ratio of oxygen than an oxide having a normal stoichiometric ratio is used.
[0059]
The stoichiometric ratio is expressed as the ratio between the valence of the metal and the valence of oxygen. For example, silicon oxide having a stoichiometric ratio is SiO 2 , but in this embodiment, SiO x (x <2) is used. Use fine particles.
The aluminum oxide having a stoichiometric ratio is Al 2 O 3. In this embodiment, Al 2 O x (x <3) fine particles are used.
[0060]
Thus, when the amount of oxygen in the abrasive particles is smaller than the stoichiometric value, the negative charge on the surface of the abrasive particles, which is a metal oxide, is reduced, repulsion between the abrasive particles is suppressed, and the surface of the workpiece is reduced. The abrasive particles are supplied at a high density to improve the polishing rate.
[0061]
(Sixth embodiment)
In the planar polishing method of this embodiment, when the workpiece is planar polished using a polishing liquid (including a lapping liquid) containing polishing particles such as silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, and zirconium oxide, nitrogen or the like is used. A polishing liquid containing abrasive particles containing a component having a lower electronegativity than oxygen is used.
[0062]
As described above, when the abrasive particles containing a component having a lower electronegativity than oxygen such as nitrogen are used, the negative charge on the surface of the abrasive particles is reduced, and between the abrasive sheet and the abrasive particles, and between the abrasive particles. Can be suppressed, and the polishing rate can be improved by supplying abrasive particles at high density to the surface of the workpiece.
[0063]
(Seventh embodiment)
In the planar polishing method of this embodiment, when the workpiece is planar-polished using a polishing liquid (including a lapping liquid) containing polishing particles such as silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, and zirconium oxide, fluorine or the like is used. Fine particles containing a component having a higher electronegativity than oxygen are used.
[0064]
In this way, fine particles containing a component having a higher electronegativity than oxygen, such as fluorine, are used to increase the negative charge on the surface of the abrasive particles and apply an electric field between the abrasive sheet and the workpiece to polish the object. When the polishing efficiency is improved by causing the particles to flow toward the surface of the workpiece, or when the polishing particles are vibrated by applying an alternating electric field, the momentum of the polishing particles is increased to improve the polishing rate. Can be.
[0065]
(Eighth embodiment)
In the planar polishing method of this embodiment, when a workpiece is polished using a polishing liquid (including a lapping liquid) containing polishing particles such as silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, zirconium oxide, etc. A layer having a smaller stoichiometric ratio of oxygen than an oxide having a normal stoichiometric ratio is formed only on the surface layer of the abrasive particles, or a component having a lower electronegativity than oxygen, such as nitrogen, is contained. Or a layer containing a component having a higher electronegativity than oxygen such as fluorine.
As described in the fifth embodiment, the sixth embodiment, and the seventh embodiment, the polishing rate can be improved only by performing the surface treatment on the abrasive particles.
[0066]
(Ninth embodiment)
In this embodiment, a solenoid polishing coil is provided in the vicinity of a head for supporting a workpiece to generate a strong electromagnetic field on a polishing sheet near the head according to the third embodiment. The amount of oxygen such as SiO x (x <2) and Al 2 O x (x <3) of the fifth embodiment is applied to the planar polishing apparatus for applying a potential difference between the rotary table and the head supporting the workpiece. Abrasive particles smaller than the stoichiometric value, abrasive particles containing a component having a lower electronegativity than oxygen such as nitrogen in the sixth embodiment, or having an electronegativity lower than oxygen such as fluorine in the seventh embodiment. The abrasive particles containing a high component, the abrasive particles of the eighth embodiment having the above-mentioned layer formed only on the surface are used.
[0067]
In this case, the polishing conditions can be optimized by using the optimum polishing particles for the polishing apparatus.
[0068]
In this example, the polishing rate when using an abrasive containing fine particles composed of Si 9.5 O 0.5 was set to the polishing rate when using an abrasive containing ordinary fine particles composed of SiO 2. As a result, several times the polishing rate was improved.
[0069]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a planar polishing method and a planar polishing apparatus capable of polishing a workpiece such as an interlayer insulating film at a constant and high polishing rate, and to manufacture a semiconductor integrated circuit device. It greatly contributes in the technical field.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram of a configuration of a planar polishing apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration of a planar polishing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 3 is an explanatory view of a configuration of a planar polishing apparatus according to a third embodiment.
FIGS. 4A and 4B are explanatory views of flattening an interlayer insulating film of an integrated circuit device, wherein FIG. 4A shows a cross section before the flattening process, and FIG. 4B shows a cross section after the flattening process.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a configuration of a conventional planar polishing apparatus.
[Explanation of symbols]
Claims (4)
を特徴とする平面研磨方法。In a planar polishing method for polishing a workpiece using a polishing liquid containing at least one of abrasive particles of silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, and zirconium oxide, the amount of oxygen in the abrasive particles is determined from a stoichiometric value. A planar polishing method characterized in that it is reduced.
を特徴とする平面研磨方法。In a planar polishing method for polishing a workpiece using a polishing liquid containing at least one of silicon oxide, aluminum oxide, cerium oxide, and zirconium oxide, a component having a lower electronegativity than oxygen is polished to particles. A planar polishing method characterized by including the following.
を特徴とする平面研磨方法。A planar polishing method characterized by the above-mentioned.
を備えることを特徴とする平面研磨装置。A planar polishing apparatus comprising:
Priority Applications (1)
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JPH0936071A JPH0936071A (en) | 1997-02-07 |
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