JP4372173B2 - 化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents

化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体集積回路装置の製造においては、微細化に伴なうリソグラフィー工程での焦点深度の低下を抑制するため、数十ナノメートルオーダーの極めて高い平坦性が要求されている。
このような平坦性を実現する方法として現在、化学的機械的研磨方法が主流となっている。例えば、素子分離領域（ＳＴＩ、シャロートレンチアイソレーション）形成のためのＳｉＯ2膜のＣＭＰ技術や、所謂ダマシン配線を形成するためのＣｕ膜またはＷ膜等の金属膜のＣＭＰ技術の開発が活発に行なわれている。
ＣＭＰにおいては、研磨テーブルに貼付された研磨パッドとキャリアに保持された半導体基板との間にスラリーを供給しながら、両者を摺接させつつ研磨を行なうが、種々の改善が求められている。
例えば、ＣＭＰ時に研磨パッドとウェハーとの間に生じる摩擦を低減することである。特にＣｕ膜のＣＭＰの場合には、絶縁膜である低比誘電率膜との密着性が悪いため膜剥がれが誘発しやすく、配線歩留まりの低下につながる。
研磨粒子が含有されるスラリーが用いられる場合には、次のような問題点が挙げられる。研磨粒子のうちの粗大粒子が、被研磨膜上にスクラッチを発生させて、歩留まり低下の一因となる。また通常、研磨粒子の研磨パッドへの保持性を高めるために、ドレッシングと呼ばれるパッド表面の目立てが行なわれる。目立ての結果、パッド表面の粗さは数十μｍにも及び、研磨粒子サイズ（数百ｎｍ）よりはるかに大きなものとなる。このため、研磨粒子を効率的に被研磨膜に作用させることができず、研磨速度が遅くなって生産性が低下する。
こうした問題を解決する手段の一つとして、樹脂粒子をスラリー中に含有させる方法が開示されている（例えば特許文献１）。しかしながら、樹脂粒子は有機物であり、廃液の環境負荷が大きく、またランニングコストが高騰する問題があった。これとは別に、気泡を有する研磨液を用いた化学的機械的研磨方法も、提案されている（例えば、特許文献２参照）。ここでは、研磨粒子に加えて気泡を含む研磨液を用いて、研磨パッドと半導体ウェハーとの間の真実接触面積の増加を図っているが、要求はさらに厳しくなりつつある。
特許３７８４９８８号公報 特開２００６−１１４８６１号公報
本発明は、被研磨膜と研磨パッドとの摩擦が小さく、研磨後の表面に生じる欠陥を低減して、大きな研磨速度で被研磨膜を研磨でき、しかも廃液の環境負荷の小さな化学的機械的研磨方法を提供することを目的とする。また本発明は、高い歩留まりで半導体装置を製造できる方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかる化学的機械的研磨方法は、研磨パッド上に第１の薬液と第２の薬液とを供給しつつ、被研磨膜を前記研磨パッドと摺接させることにより化学的機械的に研磨する方法であって、
前記第１の薬液は、電解質と直径１０ｎｍ〜１０００μｍの気泡とを含有し、
前記第２の薬液は、研磨粒子を含有することを特徴とする。
本発明の一態様にかかる半導体装置の製造方法は、半導体基板上に被研磨膜を形成する工程と、
前記被研磨膜を、電解質と直径１０ｎｍ〜１０００μｍの気泡とを含有する第１の薬液および研磨粒子を含有する第２の薬液を供給した研磨パッドと摺接させて、化学的機械的に研磨する工程とを具備することを特徴とする。
本発明の一態様によれば、被研磨膜と研磨パッドとの摩擦が小さく、研磨後の表面に生じる欠陥を低減して、大きな研磨速度で被研磨膜を研磨でき、しかも廃液の環境負荷の小さな化学的機械的研磨方法が提供される。本発明の他の態様によれば、高い歩留まりで半導体装置を製造できる方法が提供される。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において実施される各種の変型例も包含する。
図１を参照して、本発明の実施形態にかかる化学的機械的研磨方法を説明する。図示するように、研磨テーブル１１上に貼付された研磨パッド１２には、研磨ヘッド１３に保持された半導体基板１４が当接される。研磨パッド１２上にスラリーを供給し、研磨テーブル１１および研磨ヘッド１３を所定の速度で回転させることによって、半導体基板１４に設けられた被研磨膜（図示せず）が研磨される。
被研磨膜の研磨に用いられるスラリーは、特定の第１の薬液１８と第２の薬液２１とによって構成される。第１の薬液１８は、電解質と直径１０ｎｍ〜１０００μｍの気泡（マイクロバブル）とを含有し、研磨における欠陥を抑制するとともに被研磨膜の研磨を促進する添加剤として作用する。一方、第２の薬液２１は、研磨粒子を含有し、被研磨膜を研磨する。
第１の薬液１８は、例えば、電解質溶液に気泡を発生させることによって調製することができる。図１に示す例においては、電解質溶液タンク１５内に電解質を含む溶液が収容され、気泡発生器１６により気泡を発生させることによって、第１の薬液１８が得られる。気泡を含有する第１の薬液１８は、第１の薬液ノズル１７を経て、研磨パッド１２上に供給される。
電解質としては、例えば、カルシウム、マグネシウム、および鉄等を用いることができる。なかでも、半導体素子の電気特性に悪影響を及ぼさない物質が好ましい。具体的には、スラリー成分として実績のある酸化剤、酸化抑制剤、界面活性剤、およびｐＨ調整剤から選択される成分を、電解質として用いることができる。
酸化剤としては、例えば、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、および硝酸鉄等が挙げられ、酸化抑制剤としては、例えば、キナルジン酸、キノリン酸、およびベンゾトリアゾール等が挙げられる。
界面活性剤としては、例えば、ドデシルベンゼンスルホン酸等のアニオン性界面活性剤；ラウリルトリメチルアンモニウムクロライド等のカチオン性界面活性剤；およびアセチレンジオール系等のノニオン界面活性剤を用いることができる。あるいは、メチルセルロース、メチルヒドロキシエチルセルロース、メチルヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシメチルセルロース、カルボキシエチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチルセルロース等のセルロース類；キトサン等の多糖類；ポリエチレングリコール、ポリエチレンイミン、ポリビニルピロリドン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸およびその塩、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド等の水溶性高分子を、界面活性剤として用いてもよい。
また、ｐＨ調整剤としては、例えば、硝酸、塩酸、燐酸等の無機酸、蟻酸、マロン酸、マレイン酸、クエン酸等の有機酸、あるいはアンモニア、水酸化カリウム等が挙げられる。
上述したような電解質は、気泡を安定に存在させて、寿命を長くする作用を有する。電解質は、３ｍＳ／ｃｍ以上の電気伝導度が確保できるように第１の薬液中に溶解されていれば、所望の効果を得ることができる。
気泡発生器１６においては、任意の機構により気泡を発生させることができる。例えば、衝撃波による圧壊法、キャビテーションを利用した圧壊法、加圧溶解による過飽和析出法、乱流法、微細孔法、固体包理法、電解法、化学反応法、および縮小法等を用いることができる。気泡発生器としては、具体的には、加圧溶解ポンプ、コンプレッサー式加圧、ノズル、または噴射装置、回転攪拌式、および旋回流式等の市販の装置を用いることができる。
こうした装置を用いることによって、１０ｎｍ以上１０００μｍ以下の直径を有する気泡が形成される。小さすぎる気泡は形成するのが困難であり、一方、大きすぎる気泡は、浮力が増大するため水面へ向かう浮上速度が大きく、気泡の寿命が短い。気泡の直径は、例えば、液中パーティクルカウンター等により測定することができる。あるいは、光学顕微鏡とビデオカメラとを用いた画像処理によって、気泡の直径を測定することも可能である。気泡の直径が数μｍ以下の場合には、レーザ回折や散乱法などを用いてもよい。
電解質とともに含有されるので、気泡は安定して第１の薬液中に存在することができる。図２に、第１の薬液中における気泡の状態を模式的に示す。図示するように、気泡２４の界面においては、大部分の水分子は酸素原子を気体側に向けており、気液界面でマイナスに帯電している。電解質に起因したプラスのイオン２５により中和され、電気二重層を形成することにより気液界面のバランスが保たれている。電解質を含まない純水のみの場合には、このプラスのイオン２５が第１の薬液中に存在しない。このため、気泡２４は安定して存在することができず、数秒で消失してしまう。
上述したように、薬液中に気泡を発生させるには、通常、圧力が印加される。研磨粒子が含有された薬液に圧力を印加して気泡を発生させた場合には、高圧の印加により研磨粒子が凝集して粗大粒子が生成する。シリカをはじめとするほとんど全ての研磨粒子において、こうした圧力印加に起因して粗大粒子が生成することが、本発明者らによって確認されている。
なお、研磨粒子の中には、粒径の大きな粗大粒子が本来的に存在することがあるが、後述するような気泡のクッション効果によって、スクラッチの発生は抑制される。しかしながら、圧力印加に起因して生成された凝集粗大粒子の粒子径は、本来存在している粗大粒子より、はるかに大きなものとなる。もはや、気泡はクッションとして機能することができず、研磨後の被研磨膜表面のスクラッチの増大につながる。
また、気泡とともに研磨粒子が存在する場合には、気泡の表面に研磨粒子が吸着し、これが繰り返されることによって気泡が合体するおそれがある。直径の増大した気泡は、水面に浮上して消失する確率が高くなる。例えば、アルミナやセリアからなる研磨粒子の場合は、ゼータ電位がプラスの電荷を有することに起因し、樹脂粒子の場合には、表面が疎水性を有することに起因して、こうした現象が生じやすい。このように、研磨粒子として特に表面が疎水性を有するものや、ゼータ電位がプラスの電荷を有するものが用いられると、研磨粒子の存在下で気泡は安定して存在することができない。
研磨粒子の凝集や気泡の消失を避けるために、本発明の実施形態においては、研磨粒子は、気泡を含有する第１の薬液には配合されず、第１の薬液とは別途供給される第２の薬液中に含有される。
研磨粒子を含有する第２の薬液２１は、図１に示されるように、第２の薬液タンク１９から第２の薬液ノズル２０を介して研磨パッド１２上に供給される。研磨粒子としては、例えば、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、セリア、アルミナ、酸化チタン、ジルコニア、二酸化マンガン等の無機粒子や、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート等の有機粒子等を用いることができる。また、こうした無機粒子と有機粒子とを併用して用いてもよい。
研磨粒子は、被研磨膜の種類に応じて選択することができ、通常、０．００１〜１０ｗｔ％程度の濃度で水中に分散させて、第２の薬液が調製される。また、被研磨膜の種類等に応じて、酸化剤、酸化抑制剤、界面活性剤、およびｐＨ調整剤から選択される少なくとも一種を第２の薬液２１に配合してもよい。被研磨膜は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｒｕ、またはこれらの積層膜、あるいはこれらを主成分とする合金、窒化物、ホウ化物、または酸化物を含む膜とすることができる。さらに、ＳｉＯ2系絶縁膜または有機膜により被研磨膜を構成してもよい。こうした被研磨膜は、直接あるいは凹部を有する下地層を介して、半導体基板の上に形成することができる。
例えば、Ｃｕ膜およびＷ膜等の金属膜を研磨する場合には、研磨粒子としては、コロイダルシリカおよびアルミナ等を用いることができる。第２の薬液には、研磨粒子に加えて、例えば、酸化剤、酸化抑制剤、および界面活性剤から選択される少なくとも一種を配合してもよい。こうした成分の濃度は、いずれも通常、０．００１〜１０ｗｔ％程度である。
ＳｉＯ2膜等の絶縁膜を研磨する場合には、研磨粒子としてはセリアを用いることができ、レジスト膜等の有機膜を研磨する場合には、有機粒子を用いることができる。第２の薬液には、０．００１〜１０ｗｔ％程度の界面活性剤を配合してもよい。
また、Ｃｕ膜およびＷ膜等の金属膜を研磨する場合には、０．００１〜１０ｗｔ％程度のｐＨ調整剤を第２の薬液に配合することができる。
酸化剤、酸化抑制剤、界面活性剤、およびｐＨ調整剤としては、第１の薬液に配合され得るとして列挙した成分を用いることができる。
図１に示されるように、第１の薬液１８と第２の薬液２１とは、研磨パッド１２に供給され、この研磨パッド１２上でスラリー（図示せず）が調製される。こうして得られたスラリーを用いて、研磨パッド１２と摺接させることで半導体基板１４の被処理面が研磨される。
ここで図３を参照して、本実施形態の化学機械的研磨の状態について、スラリー中に存在する気泡および研磨粒子を示しつつ説明する。
図示するように、半導体基板１４の上には溝パターンを有する絶縁膜２７が設けられ、スラリーを用いた化学的機械的研磨によって、この溝パターン内に被研磨膜２８が埋め込まれる。ここでの被研磨膜２８は、金属膜またはレジスト膜により形成することができる。研磨パッド１２と被研磨膜２８との間には、スラリーの成分である水３１、研磨粒子３２、および気泡２４が存在する。
スラリー中には、電解質（図示せず）も含有されていることから、気泡２４が安定して存在できることは上述したとおりである。これに起因して、種々の効果が得られる。例えば、気泡２４が研磨パッド１２の表面と粗大粒子（図示せず）との間に入ることによって、弾性を有する気泡がクッションのように機能する。その結果、粗大粒子により被研磨面にスクラッチが発生するのを回避することが可能となった。これは、従来は避け難かった問題である。
また、径の大きい気泡の周りに研磨粒子が吸着して、粒子径が実質的に増大する。このため、従来のようにパッドの表面粗さに研磨粒子が埋もれることなく、効果的に被研磨面に作用できることから、研磨速度が上昇して生産性が改善される。
さらに、気泡を含有することにより、水中の酸素濃度が高められて微生物の活動を活発化させるため、廃液の環境への負担が小さい。また、気泡発生器をＣＭＰ装置に設置することにより、新たな添加剤等のスラリー材料の必要がなくなって、スラリーコストが低減され、低ランニングコストのプロセスとすることもできる。
特に、絶縁膜２７として低誘電率膜を用い、被研磨膜２８としてＣｕ膜が用いられる場合には、膜剥がれを防止するという効果も得られる。低誘電率膜としては、例えば、ポリアリールエーテル（アライドシグナル社製（商品名：ＦＬＡＲＥ）、ダウケミカル社製（商品名：ＳｉＬＫ））、ベンゾシクロブテン（ダウケミカル社製）およびポリイミド等や、コーラル（商品名、ノベラス社製）、オーロラ（商品名、エー・エス・エム社製）、およびブラックダイアモンド（商品名、アプライドマテリアル社製）、ＬＫＤ（商品名、ＪＳＲ社製）、およびメチルシルセスキオキサン等が知られている。Ｃｕ膜は、こうした低誘電率膜との密着性が低いので、従来の技術では研磨時の摩擦によって、図４に示すような膜剥がれ３５が生じていた。さらに、低誘電率膜が脆いことから、図示するようにスクラッチ３４が発生することもあった。
本実施形態においては、上述したように電解質と気泡とを有するスラリーが研磨パッド上に供給されるので、表面が疎水性の気泡は、同様に疎水性の低誘電率膜上に吸着する。気体の密度は水の約１／１０００と非常に小さいため、気泡が低誘電率膜の近くに蓄積されると、研磨粒子による摩擦がそれだけ遮断される。その結果、膜剥がれやスクラッチの発生が抑制される。
上述したように、本発明の実施形態においては、スラリー中に気泡が存在することによって、研磨時の摩擦の低減など、種々の効果を得ることができる。こうした気泡の効果を十分に発揮させるためには、気泡の消失を引き起こす要因となる成分とは分離しておくことが望まれる。したがって、図１に示したように、気泡を含有する第１の薬液１８は、研磨粒子等を含有する第２の薬液２１と、別個の供給経路で研磨パッド１２上に供給することが好ましい。この際、第１の薬液１８の流量は、１〜１０００ｍｌ／ｍｉｎ程度とし、第２の薬液２１の流量は、１〜１０００ｍｌ／ｍｉｎ程度とすることができる。ただし、第１の薬液１８の流量が多すぎる場合には、スラリー全体における第２の薬液２１の割合が小さくなるので研磨作用が損なわれるおそれがある。第１の薬液１８の流量は、気泡の効果が十分に発揮される範囲内で極力少ないことが望まれる。
気泡の寿命が損なわれなければ、図５に示すように、第１の薬液ノズル１７の先端と第２の薬液ノズル２０の先端とを接続することもできる。この場合には、第１の薬液と第２の薬液との混合物からなるスラリー２２として、研磨パッド１２上に供給される。スラリー２２中に気泡が存在しているので、この場合も、上述したような効果を得ることができる。
以下、具体例を示して本発明の実施形態を説明する。
（実施例１）
本実施例では、ＳｉＯ2膜のＣＭＰについて説明する。
第１の薬液として、過飽和法により微小気泡を有する水を調製した。まず、マグネシウム、ナトリウム等の電解質を含有する水を２ｍｌ用意し、これを注射器に注入した。ここに６ｍｌの空気を封入し、ピストンに圧力を印加して空気を２ｍｌにまで圧縮し、水中に空気を溶解させた。次いで、空気が６ｍｌになるまでピストンを引き上げて減圧し、過飽和状態にした。注射器を激しく振動させることにより過飽和状態の空気が析出して、白濁した気泡が発生した。上述の手順を繰り返すことによって、計２０ｍｌの気泡が得られた。
画像処理法により気泡の直径を測定したところ、５００μｍ程度であった。気泡は安定に存在することが、デジタルカメラ撮影により確認された。安定に存在する気泡は、目視により確認することもできる。
一方、研磨粒子としての酸化セリウム（日立化成工業製 ＨＳ−ＤＬＳ２）を、０．５ｗｔ％の濃度で純水に分散させて、第２の薬液を調製した。
被研磨膜としては、シリコン基板表面に１μｍの厚さで形成されたＳｉＯ2膜を準備した。ＣＭＰ装置としてはＥＰＯ−１１２（荏原製作所製）を用い、研磨パッドとしては、ＩＣ１０００/Ｓｕｂａ４００（ニッタハース製）を用いた。第１の薬液と第２の薬液とを研磨パッド上に供給し、以下の条件でＳｉＯ2膜を研磨した。
第１の薬液流量：２０ｍｌ／ｍｉｎ
第２の薬液流量：１９０ｍｌ／ｍｉｎ
研磨荷重：４００ｈＰａ
テーブル回転数：１００ｒｐｍ
トップリング回転数：１０７ｒｐｍ
このときの研磨パッドとウェハーとの間に発生した摩擦を、テーブルトルク電流によりモニターした。その結果、テーブル電流値は、約９．３Ａであり、研磨速度は、４３８ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。また、スクラッチは、１個／Ｗａｆｅｒ以下であることが確認された。ここでは、光学顕微鏡による暗視野像を用いてスクラッチを評価したが、欠陥検査装置（ＫＬＡテンコール製ＰＵＭＡ）を用いてもよい。
（比較例１）
気泡を含有しない水を第１の薬液として用いる以外は実施例１と同様の条件で、ＳｉＯ2膜の研磨を行なった。
テーブル電流値を測定したところ、約９．８Ａであった。実施例１の場合よりも、研磨時の摩擦が増加したことがわかる。なお、実施例１との比較において研磨時の摩擦の増加量は、テーブル回転数が５０ｒｐｍ、３０ｒｐｍと低いほど大きくなった。また、研磨速度は４００ｎｍ／ｍｉｎ程度以下であり、スクラッチは５個／Ｗａｆｅｒを越えていた。このように、全ての結果において、実施例１よりも劣っていた。
また、電解質を含有しない純水を用いる以外は実施例１と同様にして、第１の薬液の調製を試みた。すなわち、過飽和法による気泡の形成を図ったものの、気泡は安定に発生せず、気泡は瞬時に消滅した。電解質が存在しない場合には、気泡を含有する第１の薬液が得られないことが確認された。
（実施例２）
本実施例では、Ｃｕ膜のＣＭＰについて説明する。
第１の薬液に含有される電解質としては、ｐＨ調整剤を用いた。具体的には、水酸化カリウムを、純水に溶解して０．１ｗｔ％の溶液を調製した。得られたｐＨ調整剤溶液を用いる以外は、実施例１と同様にして気泡を発生させ、第１の薬液を得た。
画像処理法により気泡の直径を測定したところ、１０μｍ程度であった。気泡は安定に存在することが、デジタルカメラ撮影により確認された。
一方、研磨粒子としてのコロイダルシリカを０．５ｗｔ％、酸化剤としての過硫酸アンモニウムを０．１ｗｔ％、酸化抑制剤としてのキナルジン酸を０．１ｗｔ％、界面活性剤としてのドデシルベンゼンスルホン酸を０．１ｗｔ％の濃度で純水に溶解させて、第２の薬液を調製した。
半導体基板上に、低誘電率膜としてのＪＳＲ製ＬＫＤを堆積して、幅０．０５〜５０μｍの溝パターンを形成した。その全面にＣｕ膜を堆積して、被研磨膜を得た。実施例１と同様のＣＭＰ装置および研磨パッドを用いて、以下の条件でＣｕ膜を研磨した。
第１の薬液流量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
第２の薬液流量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
研磨荷重：３００ｈＰａ
テーブル回転数：１２０ｒｐｍ
トップリング回転数：１００ｒｐｍ
このときの研磨パッドとウェハーとの間に発生した摩擦を、テーブルトルク電流によりモニターした。その結果、テーブル電流値は、約１０Ａであった。研磨速度は、１２００ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。光学顕微鏡測定の結果、スクラッチは、１個／Ｗａｆｅｒ以下であることが確認された。
（比較例２）
第１の薬液を、気泡を含有しないｐＨ調整剤の水溶液に変更した以外は実施例２と同様の条件で、Ｃｕ膜の研磨を行なった。
テーブル電流値を測定したところ、約１２Ａであった。実施例２の場合よりも、研磨時の摩擦が増加したことがわかる。また、研磨速度は１０００ｎｍ／ｍｉｎ程度以下であり、スクラッチは５個／Ｗａｆｅｒを越えていた。このように、全ての結果において、実施例２よりも劣っていた。
さらに、比較例２で調製された第１の薬液と第２の薬液とを混合してスラリーを得、過飽和法によって、このスラリー中に気泡を発生させることを試みた。しかしながら、気泡は、安定して存在しなかった。第２の薬液中に含有されるコロイダルシリカの作用によって、気泡の消失が促進されたものと推測される。また、スラリー中には、研磨粒子の凝集も確認された。
得られたスラリーを用いて、Ｃｕ膜の研磨を行なったところ、研磨後のスクラッチは、３００個／Ｗａｆｅｒにも及んでいた。このように気泡を含有しない場合の１０倍以上にスクラッチが増大したのは、研磨粒子の凝集に起因する。
（実施例３）
本実施例では、Ｗ膜のＣＭＰについて説明する。
第１の薬液に含有される電解質としては、酸化剤を用いた。具体的には、硝酸鉄を、純水に溶解して０．５ｗｔ％の溶液を調製した。得られた酸化剤溶液を用いる以外は、実施例１と同様にして気泡を発生させ、第１の薬液を得た。
画像処理法により気泡の直径を測定したところ、８０μｍ程度であった。気泡は安定に存在することが、デジタルカメラ撮影により確認された。
一方、研磨粒子としてのアルミナを、０．５ｗｔ％の濃度で純水に溶解させて、第２の薬液を調製した。
半導体基板上に、絶縁膜としてのＳｉＯ2を堆積して、幅０．０５〜５０μｍの溝パターンを形成した。その全面にＷ膜を堆積して、被研磨膜を得た。実施例１と同様のＣＭＰ装置および研磨パッドを用いて、以下の条件でＷ膜を研磨した。
第１の薬液流量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
第２の薬液流量：２００ｍｌ／ｍｉｎ
研磨荷重：３００ｈＰａ
テーブル回転数：５０ｒｐｍ
トップリング回転数：５３ｒｐｍ
このときの研磨パッドとウェハーとの間に発生した摩擦を、テーブルトルク電流によりモニターした。その結果、テーブル電流値は、約８Ａであった。研磨速度は、３５０ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。光学顕微鏡による測定の結果、スクラッチは、２０個／Ｗａｆｅｒ以下であることが確認された。
（比較例３）
第１の薬液を、気泡を含有しない酸化剤の水溶液に変更した以外は実施例３と同様の条件で、Ｗ膜の研磨を行なった。
テーブル電流値を測定したところ、約９Ａであった。実施例３の場合よりも、研磨時の摩擦が増加したことがわかる。また、研磨速度は３００ｎｍ／ｍｉｎ程度以下であり、スクラッチは３０個／Ｗａｆｅｒを越えていた。このように、全ての結果において、実施例３よりも劣っていた。
（実施例４）
本実施例では、ＳｉＯ2膜のＣＭＰについて説明する。
第１の薬液に含有される電解質としては、界面活性剤を用いた。具体的には、ドデシルベンゼンスルホン酸カリウム塩を純水に溶解して、０．１ｗｔ％の溶液を調製した。得られた界面活性剤溶液を用いる以外は、実施例１と同様にして気泡を発生させ、第１の薬液を得た。
画像処理法により気泡の直径を測定したところ、１００μｍ程度であった。気泡は安定に存在することが、デジタルカメラ撮影により確認された。
一方、研磨粒子としてのセリアを、０．５ｗｔ％の濃度で純水に溶解させて、第２の薬液を調製した。
半導体基板上に、ＣＶＤ法によりＳｉＯ2膜を堆積して、被研磨膜を得た。実施例１と同様のＣＭＰ装置および研磨パッドを用いて、以下の条件でＳｉＯ2膜を研磨した。
第１の薬液流量：２０ｍｌ／ｍｉｎ
第２の薬液流量：１９０ｍｌ／ｍｉｎ
研磨荷重：３００ｈＰａ
テーブル回転数：１００ｒｐｍ
トップリング回転数：１０７ｒｐｍ
このときの研磨パッドとウェハーとの間に発生した摩擦を、テーブルトルク電流によりモニターした。その結果、テーブル電流値は、約８Ａであった。研磨速度は、４００ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。光学顕微鏡による測定の結果、スクラッチは、１個／Ｗａｆｅｒ以下であることが確認された。
（比較例４）
第１の薬液を、気泡を含有しない界面活性剤の水溶液に変更した以外は実施例４と同様の条件で、ＳｉＯ2膜の研磨を行なった。
テーブル電流値を測定したところ、約９Ａであった。実施例４の場合よりも、研磨時の摩擦が増加したことがわかる。また、研磨速度は３８０ｎｍ／ｍｉｎ程度以下であり、スクラッチは５個／Ｗａｆｅｒを越えていた。このように、全ての結果において、実施例４よりも劣っていた。
（実施例５）
本実施例では、レジスト膜のＣＭＰについて説明する。
第１の薬液に含有される電解質としては、水溶性高分子を用いた。具体的には、ポリビニルアルコールを、純水に溶解して０．０５ｗｔ％の溶液を調製した。得られた水溶性高分子を用いる以外は、実施例１と同様にして気泡を発生させ、第１の薬液を得た。
画像処理法により気泡の直径を測定したところ、２０μｍ程度であった。気泡は安定に存在することが、デジタルカメラ撮影により確認された。
一方、研磨粒子としてのポリスチレン粒子を０．８３ｗｔ％、水溶性高分子としてのポリビニルアルコールを０．１ｗｔ％の濃度で純水に溶解させて、第２の薬液を調製した。
半導体基板上に、スピン塗布によりレジスト膜を形成して、被研磨膜を得た。実施例１と同様のＣＭＰ装置および研磨パッドを用いて、以下の条件でレジスト膜を研磨した。
第１の薬液流量：５０ｍｌ／ｍｉｎ
第２の薬液流量：２５０ｍｌ／ｍｉｎ
研磨荷重：１００ｈＰａ
テーブル回転数：３０ｒｐｍ
トップリング回転数：３３ｒｐｍ
このときの研磨パッドとウェハーとの間に発生した摩擦を、テーブルトルク電流によりモニターした。その結果、テーブル電流値は、約５Ａであった。研磨速度は、１２０ｎｍ／ｍｉｎ程度であった。光学顕微鏡による測定の結果、スクラッチは、２個／Ｗａｆｅｒ以下であることが確認された。
（比較例５）
第１の薬液を、気泡を含有しない水溶性高分子の水溶液に変更した以外は実施例５と同様の条件で、レジスト膜の研磨を行なった。
テーブル電流値を測定したところ、約７Ａであった。実施例５の場合よりも、研磨時の摩擦が増加したことがわかる。また、研磨速度は１００ｎｍ／ｍｉｎ程度以下であり、スクラッチは２０個／Ｗａｆｅｒを越えていた。このように、全ての結果において、実施例５よりも劣っていた。
一実施形態にかかる化学的機械的研磨方法を説明する模式図。 気泡の状態を示す模式図。 実施形態における化学的機械的研磨の状態を示す模式図。 従来の化学的機械的研磨の状態を示す模式図。 他の実施形態にかかる化学的機械的研磨方法を説明する模式図。
符号の説明
１１…研磨テーブル； １２…研磨パッド； １３…研磨ヘッド； １４…半導体基板
１５…電解質溶液タンク； １６…気泡発生器； １７…第１の薬液ノズル
１８…第１の薬液； １９…第２の薬液タンク； ２０…第２の薬液ノズル
２１…第２の薬液； ２２…スラリー； ２４…気泡； ２５…電解質イオン
２７…絶縁膜； ２８…被研磨膜； ３１…水； ３２…研磨粒子
３４…スクラッチ； ３５…膜剥がれ。

Claims (5)

  1. 研磨パッド上に第１の薬液と第２の薬液とを供給しつつ、被研磨膜を前記研磨パッドと摺接させることにより化学的機械的に研磨する方法であって、
    前記第１の薬液は、電解質と直径１０ｎｍ〜１０００μｍの気泡とを含有し、
    前記第２の薬液は、研磨粒子を含有することを特徴とする化学的機械的研磨方法。
  2. 前記第１の薬液に含有される前記電解質は、酸化剤、酸化抑制剤、界面活性剤，およびｐＨ調整剤からなる群から選択されることを特徴とする請求項１記載の化学的機械的研磨方法。
  3. 半導体基板上に被研磨膜を形成する工程と、
    前記被研磨膜を、電解質と直径１０ｎｍ〜１０００μｍの気泡とを含有する第１の薬液および研磨粒子を含有する第２の薬液を供給した研磨パッドと摺接させて、化学的機械的に研磨する工程と
    を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  4. 前記被研磨膜は、Ｃｕ、Ａｌ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖ、Ｒｕ、またはこれらの積層膜、あるいはこれらを主成分とする合金、窒化物、ホウ化物、または酸化物を含む膜であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記被研磨膜は、ＳｉＯ2系絶縁膜または有機膜であることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
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