JP4457515B2 - Chemical mechanical polishing apparatus, chemical mechanical polishing method, and semiconductor device manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、化学的機械研磨装置、化学的機械研磨方法および半導体装置の製造方法に関し、例えば層間絶縁膜の平坦化などに化学的機械研磨を用いる半導体装置の製造に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、LSIの高集積化によりその内部配線の微細化、多層化が進んでおり、これに伴い平坦化技術が重要な技術となっている。この平坦化技術の一つに化学的機械研磨(Chemical Mechanical Polishing,CMP)法があり、すでに実用化されている。図12に示すように、このCMPによる平坦化は、発泡ウレタン樹脂などからなるパッド101を張り付けた定盤102をその中心軸103の周りに回転させ、パッド101上に研磨液であるスラリー104をスラリー供給配管105の先端から滴下し、ヘッド106に取り付けたウェハー107をその中心軸の周りに回転させながらパッド101に押し付けて研磨することにより行う。スラリー104は、例えばシリカなどの研磨剤を含んだ水溶液である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
上述のCMPにおいて、パッド101上に滴下するスラリー104の中には通常、粒径が大きい研磨剤粒子、言い換えるとクラスター化した研磨剤粒子が含まれている。これは研磨剤粒子の凝集などによるものである。一例として、シリカスラリーに含まれる研磨剤粒子の粒径分布の測定結果を図13に示す。このようにスラリー104の中にクラスター化した研磨剤粒子が含まれていると、図14に示すように、そのクラスター化した研磨剤粒子104aにより、ウェハー107の研磨面にスクラッチ(傷)が発生する。図15にスクラッチ108の一例を示す。ウェハー107の表面にこのようなスクラッチ108が発生すると、その部分から得られるチップの動作不良を引き起こす。これを防止するために、CMPに用いられるスラリー104の中にクラスター化した研磨剤粒子104aが含まれないようにしなければならない。
【0004】
そのための一つの手段として、図16に示すように、スラリー供給配管105の途中にフィルター109を設置し、このフィルター109によりクラスター化した研磨剤粒子104aをトラップして除去する方法が採用されている。
【0005】
しかしながら、この方法では、フィルター109には寿命があるため使用時間に応じて交換する必要があり、その交換のコストの増大、交換時にCMP装置が使えないことによる装置のダウンタイムの増大、フィルター109の詰まりによるスラリー104の流量変動などの問題が生じる。
【0006】
このような背景から、フィルターを利用することなく、スラリーからクラスター化した大粒径の研磨剤粒子を効果的に除去または発生させない技術が求められているが、これまで簡便で有効な技術は提案されていなかった。
【0007】
したがって、この発明が解決しようとする課題は、ウェハーなどの被研磨物の研磨面に生じるスクラッチの大幅な低減を図ることができ、フィルターなどの消耗材を利用しないことにより化学的機械研磨を低コストで行うことができ、しかも化学的機械研磨の際のコンタミネーションの発生を最小限に抑えることができる化学的機械研磨装置、化学的機械研磨方法およびこの化学的機械研磨方法を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の第1の発明は、
スラリーを用いて被研磨物の化学的機械研磨を行うようにした化学的機械研磨装置において、
スラリーを用いて被研磨物の化学的機械研磨を行う前に、スラリーに含まれる研磨剤粒子を超音波、磁界および電界のうちの少なくとも一つを用いて微細化するようにした
ことを特徴とするものである。
【0009】
この発明の第2の発明は、
スラリーを用いて被研磨物の化学的機械研磨を行うようにした化学的機械研磨方法において、
スラリーを用いて被研磨物の化学的機械研磨を行う前に、スラリーに含まれる研磨剤粒子を超音波、磁界および電界のうちの少なくとも一つを用いて微細化するようにした
ことを特徴とするものである。
【0010】
この発明の第3の発明は、
スラリーを用いて半導体基板の化学的機械研磨を行う工程を有する半導体装置の製造方法において、
スラリーを用いて半導体基板の化学的機械研磨を行う前に、スラリーに含まれる研磨剤粒子を超音波、磁界および電界のうちの少なくとも一つを用いて微細化するようにした
ことを特徴とするものである。
【0011】
この発明において、スラリーのコンタミネーションなどを防止する観点から、好適には、スラリーに含まれる研磨剤粒子を微細化する手段はスラリーと接触しないように設けられ、具体的には、例えばスラリーの供給用の配管の外側に設けられる。スラリーに含まれる研磨剤粒子を微細化する手段は、具体的には、例えば、超音波を用いる場合には超音波振動子、磁界を用いる場合には永久磁石または電磁石、マイクロ波(より具体的には、その電界および/または磁界)を用いる場合にはマグネトロンなどである。これらの超音波、磁界および電界の強さなどは、スラリーの種類などに応じて最適な条件に設定される。スラリーに含まれる研磨剤粒子を微細化する手段は、被研磨物を保持する保持手段に設けてもよく、この場合には、被研磨物の化学的機械研磨を行う直前にスラリーに超音波、磁界および電界のうちの少なくとも一つを印加することによりスラリーに含まれる研磨剤粒子を微細化する。
【0012】
上述のように構成されたこの発明によれば、スラリーを用いて被研磨物の化学的機械研磨を行う前に、スラリーに含まれる研磨剤粒子を超音波、磁界および電界のうちの少なくとも一つを用いて微細化するようにしていることにより、被研磨物の化学的機械研磨に使用されるスラリーの中に含まれるクラスター化した大粒径の研磨剤粒子の数を大幅に減少させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図1はこの発明の第1の実施形態によるCMP装置を示し、図2はそのスラリー供給配管の要部を示す。
【0014】
図1に示すように、このCMP装置においては、発泡ウレタン樹脂などからなるパッド1を張り付けた定盤2をその中心軸3の周りに回転させ、パッド1上にスラリー4をスラリー供給配管5の先端から滴下し、ヘッド6に取り付けた被研磨物、すなわちウェハー7をその中心軸の周りに回転させながらパッド1に押し付けて研磨を行うようになっている。
【0015】
図1および図2に示すように、このCMP装置においては、図12に示す従来のCMP装置と同様な上記の構成に加えて、スラリー供給配管5の途中、好適には支障のない限りその先端に近い部位の外側に超音波振動子8が取り付けられており、この超音波振動子8により発生される超音波9をスラリー供給配管5の内部に流されるスラリー4に照射することができるようになっている。スラリー供給配管5は例えば樹脂製である。
【0016】
このように構成されたCMP装置においては、超音波振動子8より超音波9を発生させ、この超音波9をスラリー供給配管5に照射しながら、その内部に図示省略したスラリー供給系よりスラリー4を流す。このとき、超音波振動子8より上流側では、スラリー供給配管5に流されるスラリー4には通常、大粒径のクラスター化した研磨剤粒子4aが含まれている。このクラスター化した研磨剤粒子4aがスラリー供給配管5の内部を流れて超音波振動子8の部位に到達し、超音波9の照射を受けると、この超音波9による物理的エネルギーによりクラスター化した研磨剤粒子4aが分解し始め(これを符号4bで示す)、超音波振動子8の部位を通り過ぎた後はクラスター化した研磨剤粒子4aは完全に粉砕されて微細化された状態となる。そして、この微細化された研磨剤粒子を含むスラリー4がスラリー供給配管5の先端からパッド1上に滴下される。ここで、超音波9の振動数やパワーは、使用するスラリー4の種類や粒径分布などに応じて選択される。印加パワーの一例を挙げると、40Wである。
【0017】
図3に、スラリー供給配管5に流されるスラリー4に対して超音波9を照射した場合と照射しない場合とについて、スラリー4の研磨剤粒子の粒径分布の一例を示す。ただし、スラリー4としてはアルミナスラリーを用いた。図3より、スラリー4に超音波9を照射した場合には、超音波9を照射しない場合に比べて粒径の大きい部分の分布のテールが大幅に減少しており、スラリー4に含まれる研磨剤粒子が微細化されていることが分かる。
【0018】
このように、この第1の実施形態によれば、スラリー供給配管5の途中の部位の外側に超音波振動子8を設け、スラリー供給配管5の内部に流されるスラリー4にこの超音波振動子8より発生される超音波9を照射することによりクラスター化した研磨剤粒子4aを微細化するようにしているので、スラリー供給配管5の先端からパッド1上に滴下され、ウェハー7のCMPに使用されるスラリー4の中に含まれるクラスター化した研磨剤粒子4aの数を大幅に減少させることができる。このため、CMPによりウェハー7の研磨面に発生するスクラッチの大幅な低減を図ることができる。また、この方法によれば、スラリー供給配管5にフィルターを取り付ける必要がないので、フィルターが不要となり、その交換の手間も省くことができるので、CMPに要するコストの増大を抑えることができる。さらに、超音波振動子8はスラリー供給配管5の外側に取り付けられているので、スラリー4のコンタミネーションが生じる虞れもない。
【0019】
次に、この発明の第2の実施形態について説明する。
この第2の実施形態によるCMP装置においては、図1および図2に示すCMP装置における超音波振動子8の代わりに、永久磁石が用いられる。すなわち、図4および図5(図4のV−V線に沿っての断面図)に示すように、スラリー供給配管5の途中の部位の外側に永久磁石11が設けられている。この永久磁石11は四つの永久磁石11a、11b、11c、11dからなり、これらはそれぞれのS極およびN極を結ぶ中心軸がスラリー供給配管5の中心を通り、かつ互いに90°の角をなすように十字状に配置されている。ここで、永久磁石11a、11cは互いに対向する磁極がN極となり、永久磁石11b、11dは互いに対向する磁極がS極となるように配置されている。その他のことは第1の実施形態によるCMP装置と同様である。
【0020】
永久磁石11a、11b、11c、11dは、それらによる磁界の強さが大きいほどクラスター化した研磨剤粒子4aの粉砕の効果が大きいため、ここでは例えば以下のような強力な永久磁石を用いる。
【0021】
磁石の材質 ネオジム(Nd)・鉄(Fe)・ホウ素(B)を主成分とした成形焼結品
表面磁束密度 490mT
形状 10mmφ×10mm(円柱形状)4個
【0022】
このように構成されたCMP装置においては、永久磁石11による磁界をスラリー供給配管5に照射しながら、その内部に図示省略したスラリー供給系よりスラリー4を流す。このとき、スラリー供給配管5に流されるスラリー4中のクラスター化した大粒径の研磨剤粒子4aが永久磁石11の部位まで到達し、この永久磁石11による磁界12が印加され、したがって磁力線が照射されると、次のような原理で、クラスター化した研磨剤粒子4aが分解し始め、永久磁石11の部位を通り過ぎた後はこのクラスター化した研磨剤粒子4aは完全に粉砕された状態となる。そして、この粉砕されて微粒子化された研磨剤粒子を含むスラリー4がパッド1上に滴下され、ウェハー7のCMPが行われる。
【0023】
磁界12の印加によりクラスター化した研磨剤粒子4aが分解される原理は次のとおりである。
水の流れる方向に対し直角方向から磁力線を照射すると、水に微小電流が発生し、電子が流れることにより水分子の回転、伸縮、振動が活発となり、水の分子によるクラスター(集団)が小さくなって水が活性化することが知られている(例えば、特願平10−297597号)。
【0024】
いま、スラリー4としてKOHベースのシリカスラリーを使用する場合を考えると、そのスラリー4の流れに対し、直角方向から磁力線を照射すると、上記原理により研磨剤粒子が集まってできた大粒径のクラスター化した研磨剤粒子4aが粉砕され、より微細な研磨剤粒子へと変化する。
【0025】
また、スラリー4の溶媒がKOH水溶液であるため、水素イオン、Kイオンが水分子と衝突し、H2 O→H+ +OH- のように水分子(H2 O)を水素イオン(H+ )と水酸化物イオン(OH- )とに分極させた活性水が得られる。その様子を図6に示す。この活性水は、液体に含まれる研磨剤成分(シリカ粒子)を水素イオン、水酸化物イオンにより封鎖してコロイド状に変化させる能力を有している。このコロイド化により研磨剤粒子の凝集が抑えられる。
【0026】
このように、この第2の実施形態によれば、スラリー供給配管5の途中の部位の外側に永久磁石11を設け、スラリー供給配管5の内部に流されるスラリー4にこの永久磁石11より発生される磁界12を印加することによりクラスター化した研磨剤粒子4aを微細化するようにしているので、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【0027】
次に、この発明の第3の実施形態について説明する。
この第3の実施形態によるCMP装置においては、第2の実施形態によるCMP装置における永久磁石11の代わりに、電磁石が用いられる。すなわち、図7および図8(図7のVII−VII線に沿っての断面図)に示すように、スラリー供給配管5の途中の部位の外側に電磁石13が設けられている。この電磁石13は四つの電磁石13a、13b、13c、13dからなり、これらはそれぞれの中心軸がスラリー供給配管5の中心を通り、かつ互いに90°の角をなすように十字状に配置されている。これらの電磁石13a、13b、13c、13dには流す電流の向きおよび強さは互いに独立に制御するようになっている。その他のことは第1の実施形態によるCMP装置と同様である。
【0028】
このように構成されたCMP装置においては、電磁石13による磁界12、したがって磁力線をスラリー供給配管5に照射しながら、その内部に図示省略したスラリー供給系よりスラリー4を流す。このとき、電磁石13による磁界12により、第2の実施形態と同様の原理でクラスター化した研磨剤粒子4aが分解され、微細化される。ここで、この電磁石13による磁界12は、種々の発生の仕方があり、必要に応じて決定することができるが、具体的には、例えば、第2の実施形態と同様に、電磁石13a、13cの互いに対向する磁極がN極となり、かつ、電磁石13b、13dの互いに対向する磁極がS極となるように電流を制御して静磁界を発生させてもよいし、これと逆に、電磁石13a、13cの互いに対向する磁極がS極となり、かつ、電磁石13b、13dの互いに対向する磁極がN極となるように電流を制御して静磁界を発生させてもよいし、電磁石13a、13b、13c、13dに流す電流の向きを交番的に変化させてそれらの磁極の極性を反転させ、電磁石13a、13cの互いに対向する磁極がN極で電磁石123、13dの互いに対向する磁極がS極である状態と、電磁石13a、13cの互いに対向する磁極がS極で電磁石13b、13dの互いに対向する磁極がN極である状態とが交互に繰り返されるようにして交番磁界を発生させてもよい。
【0029】
この第3の実施形態によれば、スラリー供給配管5の途中の部位の外側に電磁石13を設け、スラリー供給配管5の内部に流されるスラリー4にこの電磁石13により発生される磁界12を印加することによりクラスター化した研磨剤粒子4aを微細化するようにしているので、第1の実施形態と同様な利点を得ることができるほか、次のような利点をも得ることができる。すなわち、スラリー4に印加する磁界12の発生に電磁石13a、13b、13c、13dを用いていることにより、上述のようにそれらに流す電流の向きを変えることによって磁極の極性を反転させることができるので、必要に応じて、スラリー4の種類などによりスラリー4に印加する磁界12の向きを変えることができ、CMPを行う場合の自由度を高めることができる。
【0030】
次に、この発明の第4の実施形態について説明する。
この第4の実施形態によるCMP装置においては、図9に示すように、スラリー供給配管5の途中の部位の外側にマグネトロン14が取り付けられており、このマグネトロン14により発生されるマイクロ波15をスラリー供給配管5の内部に流されるスラリー4に照射することができるようになっている。
【0031】
このように構成されたCMP装置においては、マグネトロン14よりマイクロ波15を発生させ、このマイクロ波15をスラリー供給配管5に照射しながら、その内部に図示省略したスラリー供給系よりスラリー4を流す。このスラリー4中のクラスター化した研磨剤粒子4aがスラリー供給配管5の内部を流れてマグネトロン14の部位に到達し、マイクロ波15の照射を受けると、その電界エネルギーにより、スラリー4の溶媒、例えばKOHベースのシリカスラリーの場合はKOHの分子の回転、伸縮、振動を活発化させ、それによってクラスター化した研磨剤粒子4aが分解し始め、マグネトロン14の部位を通り過ぎた後はクラスター化した研磨剤粒子4aは完全に粉砕されて微細化された状態となる。そして、この微細化された研磨剤粒子を含むスラリー4がスラリー供給配管5の先端からパッド1上に滴下される。ここで、マグネトロン14の印加周波数および印加パワーの一例を挙げると、それぞれ2.45GHzおよび50Wである。
【0032】
このように、この第4の実施形態によれば、スラリー供給配管5の途中の部位の外側にマグネトロン14を設け、スラリー供給配管5の内部に流されるスラリー4にこのマグネトロン14より発生されるマイクロ波15を照射して電界を印加することによりクラスター化した研磨剤粒子4aを微細化するようにしているので、第1の実施形態と同様な利点を得ることができる。
【0033】
次に、この発明の第5の実施形態について説明する。
上述の第1〜第4の実施形態においては、スラリー供給配管5の外側から、スラリー供給配管5の内部に流されるスラリー4に超音波、磁界または電界を印加することにより、クラスター化した研磨剤粒子4aを微細化するようにしているが、被研磨物であるウェハー7の研磨面にスクラッチが発生するかしないかは、パッド1上に滴下され、CMPに使用されるスラリー4中の研磨剤粒子が微細であるかどうかが鍵となる。
【0034】
そこで、この第5の実施形態においては、図10および図11に示すように、CMP装置のウェハー7を保持するヘッド6の外周に取り付けられているリテーナリング16の円周上にその半径方向に互いに近接して設けられた一対の永久磁石17a、17bを45°の角度間隔で計8対配置する。リテーナリング16は通常、樹脂またはセラミック製である。これらの永久磁石17a、17bの中心軸はパッド1の面に対して垂直に配置し、それらの一方はパッド1側の磁極がN極となり、他方はパッド1側の磁極がS極となるようにする。ここでは、永久磁石17aのパッド1側の磁極がN極、永久磁石17bのパッド1側の磁極がS極である例が示されている。図11において、符号18はウェハー7の保持用のノッチを示す。
【0035】
このように構成されたCMP装置においては、パッド1を張り付けた定盤2をその中心軸3の周りに回転させ、パッド1上にスラリー4をスラリー供給配管5の先端から滴下し、ヘッド6に取り付けたウェハー7をその中心軸の周りに回転させながらパッド1に押し付けて研磨を行う際に、ヘッド6のリテーナリング16に設けられた8対の永久磁石17a、17bのパッド1側の磁極間に発生する磁力線19がパッド1上に滴下されたスラリー4を横切り、磁界が印加される。第2および第3の実施形態においては、磁界あるいは磁力線に対してスラリー4が移動するが、ここでは、これと異なり、磁界あるいは磁力線がスラリー4に対して移動することになる。スラリー4中のクラスター化した研磨剤粒子4aに磁界が印加され、あるいは磁力線19が照射されると、第2の実施形態と同様の原理で、クラスター化した研磨剤粒子4aが分解し始め、最終的に完全に粉砕されて微細化された状態となる。そして、この微細化された研磨剤粒子を含むスラリー4によりCMPが行われる。
【0036】
永久磁石17a、17bとしては、例えば、次のような永久磁石を用いる。
磁石の材質 ネオジム(Nd)・鉄(Fe)・ホウ素(B)を主成分とした成形焼結品
表面磁束密度 490mT
形状 10mmφ×10mm(円柱形状)
【0037】
また、例えば、定盤2の回転数は60rpm、ヘッド6の回転数は100rpmである。
【0038】
このように、この第5の実施形態によれば、ウェハー7を保持するヘッド6のリテーナリング16に8対の永久磁石17a、17bを設け、それによって発生する磁界をパッド1上に滴下されたスラリー4に印加することによりこのスラリー4中のクラスター化した研磨剤粒子4aを研磨直前に微細化するようにしているので、微細化された研磨剤粒子を含むスラリー4によりウェハー7のCMPを行うことができる。このため、CMPによりウェハー7の研磨面に発生するスクラッチの大幅な低減を図ることができる。また、この方法によれば、スラリー供給配管5にフィルターを取り付ける必要がないので、フィルターが不要となり、その交換の手間も省くことができるので、CMPに要するコストの増大を抑えることができる。さらに、永久磁石17a、17bはリテーナリング16内に収容されており、スラリー4と直接接触しないようになっているので、スラリー4のコンタミネーションが生じたり、パーティクルの増加が生じたり、これらの永久磁石17a、17bの破損によるスクラッチの発生の懸念がない。
【0039】
以上、この発明の実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
【0040】
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、材料などはあくまでも例にすぎず、必要に応じて、これらと異なる数値、構造、形状、材料などを用いてもよい。
【0041】
具体的には、第2の実施形態においては、スラリー供給配管5に取り付けた永久磁石11a、11b、11c、11dはS極同士あるいはN極同士が対向するように配置されているが、使用するスラリー4の種類などに応じて、S極とN極とが対向するように配置してもよい。また、第5実施形態における永久磁石17a、17bの代わりに電磁石を用いてもよい。
【0042】
さらに、必要に応じて、第1〜第4実施形態のいずれか二つ以上を組み合わせてもよい。例えば、スラリー供給配管5に第1実施形態の超音波振動子8と第2実施形態の永久磁石11とを取り付け、超音波と磁界とによりクラスター化した研磨剤粒子4aを分解して微細化するようにしてもよい。また、第1〜4の実施形態のうちの少なくとも一つと第5実施形態とを組み合わせ、スラリー供給配管5の先端から滴下される前にスラリー4中のクラスター化した研磨剤粒子4aを超音波、磁界などにより分解させて微細化するとともに、パッド1上に滴下された後にスラリー4に磁界を印加してCMP直前にクラスター化した研磨剤粒子4aを分解して微細化するようにしてもよい。
【0043】
また、図1に示すCMP装置は単なる一例にすぎず、これと異なる構成のCMP装置にもこの発明を適用することが可能である。
【0044】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、スラリーを用いて被研磨物の化学的機械研磨を行う前に、スラリーに含まれる研磨剤粒子を超音波、磁界および電界のうちの少なくとも一つを用いて微細化するようにしているので、ウェハーなどの被研磨物の研磨面に生じるスクラッチの大幅な低減を図ることができ、フィルターなどの消耗材を利用しないことにより化学的機械研磨を低コストで行うことができ、しかも化学的機械研磨の際のコンタミネーションの発生を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態によるCMP装置を示す略線図である。
【図2】この発明の第1の実施形態によるCMP装置の要部を示す断面図である。
【図3】この発明の第1の実施形態によるCMP装置において超音波エネルギーによりスラリー中に含まれるクラスター化した研磨剤粒子の微細化を行った後の粒径分布の一例を示す略線図である。
【図4】この発明の第2の実施形態によるCMP装置の要部を示す断面図である。
【図5】この発明の第2の実施形態によるCMP装置の要部を示す断面図である。
【図6】この発明の第2の実施形態によるCMP法においてスラリーへの磁界印加によりクラスター化した研磨剤粒子が分解する原理を説明するための略線図である。
【図7】この発明の第3の実施形態によるCMP装置の要部を示す断面図である。
【図8】この発明の第3の実施形態によるCMP装置の要部を示す断面図である。
【図9】この発明の第4の実施形態によるCMP装置の要部を示す断面図である。
【図10】この発明の第5の実施形態によるCMP装置の要部を示す断面図である。
【図11】この発明の第5の実施形態によるCMP装置の要部を示す平面図である。
【図12】従来のCMP装置を示す略線図である。
【図13】シリカスラリーの粒径分布の一例を示す略線図である。
【図14】従来のCMP法の問題点を説明するための要部断面図である。
【図15】従来のCMP法により化学的機械研磨を行った場合にウェハの研磨面に発生するスクラッチの一例を示す略線図である。
【図16】スラリー供給配管にフィルターを設けた従来のCMP装置の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
1・・・パッド、2・・・定盤、4・・・スラリー、4a・・・クラスター化した研磨剤粒子、5・・・スラリー供給配管、6・・・ヘッド、7・・・ウェハー、8・・・超音波振動子、9・・・超音波、11・・・永久磁石、12・・・磁界、13・・・電磁石、14・・・マグネトロン、15・・・マイクロ波、16・・・リテーナリング、17a、17b・・・永久磁石、19・・・磁力線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a chemical mechanical polishing apparatus, a chemical mechanical polishing method, and a method for manufacturing a semiconductor device. For example, the present invention is suitable for application to the manufacture of a semiconductor device using chemical mechanical polishing for planarizing an interlayer insulating film. is there.
[0002]
[Prior art]
In recent years, miniaturization and multilayering of internal wiring have been advanced due to high integration of LSIs, and accordingly, planarization technology has become an important technology. One of the planarization techniques is chemical mechanical polishing (CMP), which has already been put into practical use. As shown in FIG. 12, the planarization by CMP is performed by rotating a
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described CMP, the
[0004]
As one means for that purpose, as shown in FIG. 16, a method is adopted in which a
[0005]
However, in this method, since the
[0006]
Against this background, there is a need for a technique that does not effectively remove or generate large-sized abrasive particles clustered from the slurry without using a filter. Was not.
[0007]
Therefore, the problem to be solved by the present invention is that it is possible to greatly reduce scratches generated on the polishing surface of an object to be polished such as a wafer, and to reduce chemical mechanical polishing by not using a consumable material such as a filter. Chemical mechanical polishing apparatus, chemical mechanical polishing method, and semiconductor device using this chemical mechanical polishing method, which can be performed at low cost and can minimize the occurrence of contamination during chemical mechanical polishing It is in providing the manufacturing method of.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the first invention of the present invention is:
In a chemical mechanical polishing apparatus configured to perform chemical mechanical polishing of an object to be polished using a slurry,
Prior to chemical mechanical polishing of an object to be polished using the slurry, the abrasive particles contained in the slurry were refined using at least one of an ultrasonic wave, a magnetic field, and an electric field.
It is characterized by this.
[0009]
The second invention of this invention is:
In a chemical mechanical polishing method in which chemical mechanical polishing of an object to be polished is performed using a slurry,
Prior to chemical mechanical polishing of an object to be polished using the slurry, the abrasive particles contained in the slurry were refined using at least one of an ultrasonic wave, a magnetic field, and an electric field.
It is characterized by this.
[0010]
The third invention of the present invention is:
In a method for manufacturing a semiconductor device having a step of performing chemical mechanical polishing of a semiconductor substrate using a slurry,
Prior to chemical mechanical polishing of a semiconductor substrate using the slurry, the abrasive particles contained in the slurry were refined using at least one of an ultrasonic wave, a magnetic field, and an electric field.
It is characterized by this.
[0011]
In this invention, from the viewpoint of preventing contamination of the slurry and the like, preferably, the means for refining the abrasive particles contained in the slurry is provided so as not to come into contact with the slurry. It is provided outside the pipe for use. Specifically, means for refining the abrasive particles contained in the slurry are, for example, an ultrasonic vibrator when using an ultrasonic wave, a permanent magnet or an electromagnet when using a magnetic field, a microwave (more specifically, In the case of using an electric field and / or a magnetic field, a magnetron or the like is used. These ultrasonic waves, magnetic fields, and electric field strengths are set to optimum conditions according to the type of slurry. Means for refining the abrasive particles contained in the slurry may be provided in a holding means for holding the object to be polished. In this case, ultrasonic waves are applied to the slurry immediately before chemical mechanical polishing of the object to be polished, The abrasive particles contained in the slurry are refined by applying at least one of a magnetic field and an electric field.
[0012]
According to the present invention configured as described above, the abrasive particles contained in the slurry are subjected to at least one of an ultrasonic wave, a magnetic field, and an electric field before performing chemical mechanical polishing of the object to be polished using the slurry. By reducing the size of the particles, the number of clustered abrasive particles with a large particle size contained in the slurry used for chemical mechanical polishing of the object to be polished can be greatly reduced. it can.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 shows a CMP apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows a main part of the slurry supply pipe.
[0014]
As shown in FIG. 1, in this CMP apparatus, a
[0015]
As shown in FIGS. 1 and 2, in this CMP apparatus, in addition to the above-described configuration similar to that of the conventional CMP apparatus shown in FIG. The
[0016]
In the CMP apparatus configured as described above, the
[0017]
FIG. 3 shows an example of the particle size distribution of the abrasive particles of the
[0018]
As described above, according to the first embodiment, the
[0019]
Next explained is the second embodiment of the invention.
In the CMP apparatus according to the second embodiment, a permanent magnet is used instead of the
[0020]
Since the
[0021]
Magnet materials Molded and sintered products mainly composed of neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B)
Surface magnetic flux density 490mT
Shape 10mmφ × 10mm (cylindrical shape) 4 pieces
[0022]
In the CMP apparatus configured as described above, the
[0023]
The principle that the
When magnetic field lines are irradiated from a direction perpendicular to the direction of water flow, a minute current is generated in the water, and electrons flow, causing water molecules to rotate, expand, contract, and vibrate, resulting in smaller clusters (groups) of water molecules. It is known that water is activated (for example, Japanese Patent Application No. 10-297597).
[0024]
Considering the case where a KOH-based silica slurry is used as the
[0025]
Moreover, since the solvent of the
[0026]
As described above, according to the second embodiment, the
[0027]
Next explained is the third embodiment of the invention.
In the CMP apparatus according to the third embodiment, an electromagnet is used instead of the
[0028]
In the CMP apparatus configured as described above, the
[0029]
According to the third embodiment, the electromagnet 13 is provided outside the intermediate portion of the
[0030]
Next explained is the fourth embodiment of the invention.
In the CMP apparatus according to the fourth embodiment, as shown in FIG. 9, a magnetron 14 is attached to the outside of a portion in the middle of the
[0031]
In the CMP apparatus configured as described above, the microwave 15 is generated from the magnetron 14, and the
[0032]
As described above, according to the fourth embodiment, the magnetron 14 is provided outside the midway portion of the
[0033]
Next explained is the fifth embodiment of the invention.
In the above-described first to fourth embodiments, a clustered polishing agent is applied by applying an ultrasonic wave, a magnetic field, or an electric field to the
[0034]
Therefore, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 10 and FIG. 11, in the radial direction on the circumference of the retainer ring 16 attached to the outer periphery of the
[0035]
In the CMP apparatus configured as described above, the
[0036]
For example, the following permanent magnets are used as the permanent magnets 17a and 17b.
Magnet materials Molded and sintered products mainly composed of neodymium (Nd), iron (Fe), and boron (B)
Surface magnetic flux density 490mT
Shape 10mmφ × 10mm (cylindrical shape)
[0037]
For example, the rotation speed of the
[0038]
As described above, according to the fifth embodiment, eight pairs of permanent magnets 17 a and 17 b are provided on the retainer ring 16 of the
[0039]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described concretely, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The various deformation | transformation based on the technical idea of this invention is possible.
[0040]
For example, the numerical values, structures, shapes, materials, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and different numerical values, structures, shapes, materials, and the like may be used as necessary.
[0041]
Specifically, in the second embodiment, the
[0042]
Furthermore, you may combine any 2 or more of 1st-4th embodiment as needed. For example, the
[0043]
The CMP apparatus shown in FIG. 1 is merely an example, and the present invention can be applied to a CMP apparatus having a different configuration.
[0044]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, before chemical mechanical polishing of an object to be polished using the slurry, the abrasive particles contained in the slurry are subjected to at least one of an ultrasonic wave, a magnetic field, and an electric field. Since it is used to make it finer, scratches generated on the polished surface of an object to be polished such as a wafer can be greatly reduced, and chemical mechanical polishing is low cost by not using consumables such as a filter. In addition, the occurrence of contamination during chemical mechanical polishing can be minimized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a CMP apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main part of the CMP apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of a particle size distribution after the clustered abrasive particles contained in the slurry are refined by ultrasonic energy in the CMP apparatus according to the first embodiment of the present invention. is there.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a main part of a CMP apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a main part of a CMP apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the principle that abrasive particles clustered by applying a magnetic field to slurry in the CMP method according to the second embodiment of the present invention are decomposed.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a main part of a CMP apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a main part of a CMP apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a main part of a CMP apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main part of a CMP apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a plan view showing a main part of a CMP apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic diagram showing a conventional CMP apparatus.
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating an example of a particle size distribution of silica slurry.
FIG. 14 is a fragmentary cross-sectional view for explaining a problem of a conventional CMP method.
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating an example of a scratch generated on a polished surface of a wafer when chemical mechanical polishing is performed by a conventional CMP method.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a main part of a conventional CMP apparatus in which a filter is provided in a slurry supply pipe.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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