JP4457515B2

JP4457515B2 - Chemical mechanical polishing apparatus, chemical mechanical polishing method, and semiconductor device manufacturing method

Info

Publication number: JP4457515B2
Application number: JP2001100994A
Authority: JP
Inventors: 圭一前田
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2001-03-30
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2021-03-30
Also published as: JP2002292557A

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、Ｈ₂Ｏ→Ｈ⁺＋ＯＨ^-のように水分子（Ｈ₂Ｏ）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 surface plate 102 with a pad 101 made of foamed urethane resin or the like around its central axis 103, and slurry 104 as a polishing liquid on the pad 101. Dropping from the tip of the slurry supply pipe 105 is performed by pressing and polishing the wafer 107 attached to the head 106 against the pad 101 while rotating around its central axis. The slurry 104 is an aqueous solution containing an abrasive such as silica.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described CMP, the slurry 104 dropped on the pad 101 usually contains abrasive particles having a large particle size, in other words, clustered abrasive particles. This is due to agglomeration of abrasive particles. As an example, FIG. 13 shows the measurement result of the particle size distribution of the abrasive particles contained in the silica slurry. When the abrasive particles clustered in the slurry 104 are contained in this manner, scratches (scratches) are generated on the polishing surface of the wafer 107 by the clustered abrasive particles 104a as shown in FIG. To do. FIG. 15 shows an example of the scratch 108. When such a scratch 108 occurs on the surface of the wafer 107, a malfunction of a chip obtained from that portion is caused. In order to prevent this, it is necessary to prevent the abrasive particles 104a clustered from being contained in the slurry 104 used for CMP.
[0004]
As one means for that purpose, as shown in FIG. 16, a method is adopted in which a filter 109 is installed in the middle of the slurry supply pipe 105 and the abrasive particles 104a clustered by the filter 109 are trapped and removed. .
[0005]
However, in this method, since the filter 109 has a lifetime, it is necessary to replace the filter 109 according to the usage time. The cost of the replacement increases, the downtime of the apparatus increases because the CMP apparatus cannot be used at the time of replacement, the filter 109 Problems such as fluctuations in the flow rate of the slurry 104 due to clogging occur.
[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 surface plate 2 to which a pad 1 made of foamed urethane resin or the like is attached is rotated around its central axis 3, and slurry 4 is placed on the pad 1 in a slurry supply pipe 5. The object to be polished, which is dropped from the tip and attached to the head 6, is pressed against the pad 1 while rotating around its central axis, and polishing is performed.
[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 ultrasonic vibrator 8 is attached to the outside of the portion close to the position so that the ultrasonic wave 9 generated by the ultrasonic vibrator 8 can be applied to the slurry 4 flowing inside the slurry supply pipe 5. It has become. The slurry supply pipe 5 is made of resin, for example.
[0016]
In the CMP apparatus configured as described above, the ultrasonic wave 9 is generated from the ultrasonic vibrator 8 and the slurry 9 is irradiated to the slurry supply pipe 5 while the ultrasonic wave 9 is irradiated to the slurry 4 from the slurry supply system (not shown). Shed. At this time, on the upstream side of the ultrasonic vibrator 8, the slurry 4 that flows through the slurry supply pipe 5 usually contains large-sized clustered abrasive particles 4 a. The clustered abrasive particles 4a flow inside the slurry supply pipe 5 to reach the site of the ultrasonic vibrator 8, and when irradiated with the ultrasonic wave 9, are clustered by the physical energy of the ultrasonic wave 9. The abrasive particles 4a start to decompose (indicated by reference numeral 4b), and after passing through the ultrasonic transducer 8, the clustered abrasive particles 4a are completely pulverized and miniaturized. Then, the slurry 4 containing the refined abrasive particles is dropped onto the pad 1 from the tip of the slurry supply pipe 5. Here, the frequency and power of the ultrasonic wave 9 are selected according to the type of slurry 4 used, the particle size distribution, and the like. An example of the applied power is 40W.
[0017]
FIG. 3 shows an example of the particle size distribution of the abrasive particles of the slurry 4 when the ultrasonic wave 9 is irradiated to the slurry 4 flowing through the slurry supply pipe 5 and when it is not irradiated. However, as the slurry 4, an alumina slurry was used. As shown in FIG. 3, when the slurry 4 is irradiated with the ultrasonic wave 9, the distribution tail of the portion having a large particle size is greatly reduced as compared with the case where the ultrasonic wave 9 is not irradiated. It can be seen that the agent particles are miniaturized.
[0018]
As described above, according to the first embodiment, the ultrasonic vibrator 8 is provided outside the middle portion of the slurry supply pipe 5, and the ultrasonic vibrator is applied to the slurry 4 flowing inside the slurry supply pipe 5. Since the clustered abrasive particles 4a are refined by irradiating ultrasonic waves 9 generated from 8, they are dropped onto the pad 1 from the tip of the slurry supply pipe 5 and used for CMP of the wafer 7. Thus, the number of clustered abrasive particles 4a contained in the slurry 4 can be greatly reduced. For this reason, it is possible to significantly reduce scratches generated on the polished surface of the wafer 7 by CMP. Further, according to this method, since it is not necessary to attach a filter to the slurry supply pipe 5, a filter is not necessary, and it is possible to save time and effort for replacement thereof, so that an increase in cost required for CMP can be suppressed. Furthermore, since the ultrasonic vibrator 8 is attached to the outside of the slurry supply pipe 5, there is no possibility that contamination of the slurry 4 will occur.
[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 ultrasonic transducer 8 in the CMP apparatus shown in FIGS. That is, as shown in FIG. 4 and FIG. 5 (cross-sectional view taken along the line VV in FIG. 4), the permanent magnet 11 is provided outside the middle portion of the slurry supply pipe 5. The permanent magnet 11 is composed of four permanent magnets 11a, 11b, 11c, and 11d, and the central axes connecting the S and N poles pass through the center of the slurry supply pipe 5 and form an angle of 90 ° with each other. Are arranged in a cross shape. Here, the permanent magnets 11a and 11c are arranged such that the magnetic poles facing each other are N poles, and the permanent magnets 11b and 11d are arranged so that the magnetic poles facing each other are S poles. Others are the same as those of the CMP apparatus according to the first embodiment.
[0020]
Since the permanent magnets 11a, 11b, 11c, and 11d have a greater effect of pulverizing the clustered abrasive particles 4a as the magnetic field strength thereof increases, for example, the following strong permanent magnets are used here.
[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 slurry 4 is flowed from a slurry supply system (not shown) into the slurry supply pipe 5 while irradiating the slurry supply pipe 5 with a magnetic field by the permanent magnet 11. At this time, the clustered abrasive particles 4a having a large particle diameter in the slurry 4 flowing to the slurry supply pipe 5 reach the portion of the permanent magnet 11, and the magnetic field 12 by the permanent magnet 11 is applied. Then, on the basis of the following principle, the clustered abrasive particles 4a start to be decomposed, and after passing through the portion of the permanent magnet 11, the clustered abrasive particles 4a are completely pulverized. . Then, the slurry 4 containing the pulverized abrasive particles is dropped onto the pad 1, and the CMP of the wafer 7 is performed.
[0023]
The principle that the abrasive particles 4a clustered by the application of the magnetic field 12 is decomposed is as follows.
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 slurry 4, when a magnetic force line is irradiated from the direction perpendicular to the flow of the slurry 4, a cluster having a large particle diameter is formed by gathering abrasive particles according to the above principle. The converted abrasive particles 4a are crushed and changed to finer abrasive particles.
[0025]
Moreover, since the solvent of the slurry 4 is a KOH aqueous solution, hydrogen ions and K ions collide with water molecules, and H ₂ O → H ⁺ + OH ^- Water molecules (H ₂ O) to hydrogen ions (H ⁺ ) And hydroxide ions (OH) ^- ) And active water polarized to the above are obtained. This is shown in FIG. This active water has an ability to change the abrasive component (silica particles) contained in the liquid into a colloidal form by blocking it with hydrogen ions and hydroxide ions. This colloidalization suppresses the aggregation of abrasive particles.
[0026]
As described above, according to the second embodiment, the permanent magnet 11 is provided outside the middle portion of the slurry supply pipe 5, and the slurry 4 flowing inside the slurry supply pipe 5 is generated from the permanent magnet 11. Since the clustered abrasive particles 4a are refined by applying the magnetic field 12, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
[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 permanent magnet 11 in the CMP apparatus according to the second embodiment. That is, as shown in FIG. 7 and FIG. 8 (cross-sectional view along the line VII-VII in FIG. 7), the electromagnet 13 is provided outside the middle portion of the slurry supply pipe 5. The electromagnet 13 includes four electromagnets 13a, 13b, 13c, and 13d, which are arranged in a cross shape so that each central axis passes through the center of the slurry supply pipe 5 and forms an angle of 90 ° with each other. . These electromagnets 13a, 13b, 13c, and 13d are controlled independently of each other in the direction and strength of the current that flows. Others are the same as those of the CMP apparatus according to the first embodiment.
[0028]
In the CMP apparatus configured as described above, the slurry 4 is caused to flow from the slurry supply system (not shown) to the inside of the slurry supply pipe 5 while irradiating the slurry supply pipe 5 with the magnetic field 12 by the electromagnet 13, and hence the magnetic field lines. At this time, the abrasive particles 4a clustered on the same principle as in the second embodiment are decomposed and refined by the magnetic field 12 by the electromagnet 13. Here, the magnetic field 12 generated by the electromagnet 13 has various ways of generation and can be determined as necessary. Specifically, for example, similarly to the second embodiment, the electromagnets 13a and 13c are used. The static magnetic field may be generated by controlling the current so that the mutually opposing magnetic poles become N poles and the opposing magnetic poles of the electromagnets 13b and 13d become S poles. Conversely, the electromagnets 13a , 13c may generate a static magnetic field by controlling the current so that the opposing magnetic poles of the electromagnets 13b and 13d become N poles, or the electromagnets 13a, 13b, The direction of the current flowing through 13c and 13d is changed alternately to reverse the polarity of the magnetic poles, and the opposing magnets of the electromagnets 13a and 13c are N poles and the magnets 123 and 13d are opposed to each other. An alternating magnetic field is generated by alternately repeating the state of the S pole and the state where the opposing magnetic poles of the electromagnets 13a and 13c are the S pole and the opposing magnetic poles of the electromagnets 13b and 13d are the N pole. Also good.
[0029]
According to the third embodiment, the electromagnet 13 is provided outside the intermediate portion of the slurry supply pipe 5, and the magnetic field 12 generated by the electromagnet 13 is applied to the slurry 4 that flows inside the slurry supply pipe 5. Since the clustered abrasive particles 4a are made finer as described above, the same advantages as in the first embodiment can be obtained, and the following advantages can also be obtained. That is, by using the electromagnets 13a, 13b, 13c, and 13d to generate the magnetic field 12 applied to the slurry 4, the polarity of the magnetic pole can be reversed by changing the direction of the current flowing through them as described above. Therefore, if necessary, the direction of the magnetic field 12 applied to the slurry 4 can be changed depending on the type of the slurry 4, and the degree of freedom in performing CMP can be increased.
[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 slurry supply pipe 5, and the microwave 15 generated by this magnetron 14 is slurryed. The slurry 4 flowing inside the supply piping 5 can be irradiated.
[0031]
In the CMP apparatus configured as described above, the microwave 15 is generated from the magnetron 14, and the slurry 4 is flowed from the slurry supply system (not shown) into the slurry supply pipe 5 while being irradiated with the microwave 15. When the clustered abrasive particles 4a in the slurry 4 flow through the slurry supply pipe 5 and reach the site of the magnetron 14 and are irradiated with the microwave 15, the electric field energy causes the solvent of the slurry 4, for example, In the case of a KOH-based silica slurry, the rotation, expansion, contraction, and vibration of KOH molecules are activated, whereby the clustered abrasive particles 4a begin to decompose, and after passing through the site of the magnetron 14, the clustered abrasive The particles 4a are completely pulverized and refined. Then, the slurry 4 containing the refined abrasive particles is dropped onto the pad 1 from the tip of the slurry supply pipe 5. Here, if an example of the applied frequency and applied power of the magnetron 14 is given, they are 2.45 GHz and 50 W, respectively.
[0032]
As described above, according to the fourth embodiment, the magnetron 14 is provided outside the midway portion of the slurry supply pipe 5, and the microron generated from the magnetron 14 is generated in the slurry 4 flowing inside the slurry supply pipe 5. Since the clustered abrasive particles 4a are refined by irradiating the wave 15 and applying an electric field, the same advantages as those of the first embodiment can be obtained.
[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 slurry 4 flowing into the slurry supply pipe 5 from the outside of the slurry supply pipe 5. The particles 4a are made finer, but whether or not scratches are generated on the polishing surface of the wafer 7 that is the object to be polished is determined whether or not the polishing agent in the slurry 4 is dropped on the pad 1 and used for CMP. The key is whether the particles are fine.
[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 head 6 holding the wafer 7 of the CMP apparatus. A total of 8 pairs of permanent magnets 17a and 17b provided close to each other are arranged at an angular interval of 45 °. The retainer ring 16 is usually made of resin or ceramic. The central axes of these permanent magnets 17a and 17b are arranged perpendicular to the surface of the pad 1, one of which has a magnetic pole on the pad 1 side as an N pole, and the other has a magnetic pole on the pad 1 side as an S pole. To. Here, an example is shown in which the magnetic pole on the pad 1 side of the permanent magnet 17a is an N pole, and the magnetic pole on the pad 1 side of the permanent magnet 17b is an S pole. In FIG. 11, reference numeral 18 indicates a notch for holding the wafer 7.
[0035]
In the CMP apparatus configured as described above, the surface plate 2 to which the pad 1 is attached is rotated around the central axis 3, and the slurry 4 is dropped onto the pad 1 from the tip of the slurry supply pipe 5, Between the magnetic poles on the pad 1 side of the eight pairs of permanent magnets 17a and 17b provided on the retainer ring 16 of the head 6 when polishing is performed by pressing the attached wafer 7 against the pad 1 while rotating around its central axis. A magnetic field is applied across the slurry 4 dropped on the pad 1 by the magnetic force lines 19 generated in FIG. In the second and third embodiments, the slurry 4 moves with respect to the magnetic field or lines of magnetic force. However, here, unlike this, the magnetic field or lines of magnetic force move with respect to the slurry 4. When a magnetic field is applied to the clustered abrasive particles 4a in the slurry 4 or the lines of magnetic force 19 are irradiated, the clustered abrasive particles 4a start to decompose on the same principle as in the second embodiment, and finally Therefore, it is completely pulverized and refined. Then, CMP is performed by the slurry 4 containing the fine abrasive particles.
[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 surface plate 2 is 60 rpm, and the rotation speed of the head 6 is 100 rpm.
[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 head 6 that holds the wafer 7, and the magnetic field generated thereby is dropped onto the pad 1. By applying to the slurry 4, the clustered abrasive particles 4 a in the slurry 4 are refined immediately before polishing. Therefore, CMP of the wafer 7 is performed with the slurry 4 containing the refined abrasive particles. be able to. For this reason, it is possible to significantly reduce scratches generated on the polished surface of the wafer 7 by CMP. Further, according to this method, since it is not necessary to attach a filter to the slurry supply pipe 5, a filter is not necessary, and it is possible to save time and effort for replacement thereof, so that an increase in cost required for CMP can be suppressed. Further, since the permanent magnets 17a and 17b are accommodated in the retainer ring 16 so as not to be in direct contact with the slurry 4, contamination of the slurry 4 or increase in particles may occur. There is no concern about the occurrence of scratches due to breakage of the magnets 17a and 17b.
[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 permanent magnets 11a, 11b, 11c, and 11d attached to the slurry supply pipe 5 are arranged so that the S poles or the N poles face each other. Depending on the type of the slurry 4 and the like, the S pole and the N pole may be arranged to face each other. Moreover, you may use an electromagnet instead of the permanent magnets 17a and 17b in 5th Embodiment.
[0042]
Furthermore, you may combine any 2 or more of 1st-4th embodiment as needed. For example, the ultrasonic vibrator 8 of the first embodiment and the permanent magnet 11 of the second embodiment are attached to the slurry supply pipe 5, and the abrasive particles 4a clustered by the ultrasonic wave and the magnetic field are decomposed and refined. You may do it. In addition, at least one of the first to fourth embodiments and the fifth embodiment are combined, and the clustered abrasive particles 4a in the slurry 4 are ultrasonically dropped before being dropped from the tip of the slurry supply pipe 5. It may be decomposed by a magnetic field or the like and refined, and a magnetic field may be applied to the slurry 4 after being dropped onto the pad 1 to decompose and refine the abrasive particles 4a clustered immediately before CMP.
[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 SYMBOLS 1 ... Pad, 2 ... Surface plate, 4 ... Slurry, 4a ... Clustered abrasive particle, 5 ... Slurry supply piping, 6 ... Head, 7 ... Wafer, 8 ... Ultrasonic vibrator, 9 ... Ultrasound, 11 ... Permanent magnet, 12 ... Magnetic field, 13 ... Electromagnet, 14 ... Magnetron, 15 ... Microwave, 16. ..Retainer rings, 17a, 17b ... permanent magnets, 19 ... lines of magnetic force

Claims

Before performing the chemical mechanical polishing of an object to be polished using a slurry, was-chemical mechanical polishing apparatus to be miniaturized by using a magnetic field the abrasive particles contained in the slurry.

Chemical mechanical polishing apparatus means for refining the abrasive particles contained in the slurry is 請 Motomeko 1 wherein that provided so as not to contact with the slurry.

Chemical mechanical polishing apparatus 請 Motomeko 1, wherein means for refining the abrasive particles contained in the slurry outside the pipe for supply of the slurry that is provided.

Chemical mechanical polishing apparatus the means for refining the abrasive particles contained in the slurry請 Motomeko 3, wherein the permanent magnet.

Means for refining the abrasive particles contained in the slurry chemical mechanical polishing apparatus 請 Motomeko 3 wherein the electromagnet.

Chemical mechanical polishing apparatus 請 Motomeko 1, wherein means for refining the abrasive particles contained in the slurry in the holding means for holding the object to be polished are provided.

A chemical mechanical polishing method in which the abrasive particles contained in the slurry are refined using a magnetic field before chemical mechanical polishing of the object to be polished using the slurry.

The chemical mechanical polishing method according to claim 7, wherein a magnetic field is applied to the abrasive particles contained in the slurry flowing from the outside of the slurry supply pipe to the inside of the slurry supply pipe.

8. The chemical mechanical polishing method according to claim 7, wherein a magnetic field is generated by a permanent magnet provided outside the piping for supplying the slurry, and this magnetic field is applied to the abrasive particles contained in the slurry.

8. The chemical mechanical polishing method according to claim 7, wherein a magnetic field is generated by an electromagnet provided outside the pipe for supplying the slurry, and the magnetic field is applied to the abrasive particles contained in the slurry.

The holding means for holding the object to be polished is provided with means for refining abrasive particles contained in the slurry, and a magnetic field is applied to the slurry immediately before chemical mechanical polishing of the object to be polished using the slurry. The chemical mechanical polishing method according to claim 7.

A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the abrasive particles contained in the slurry are refined using a magnetic field before chemical mechanical polishing of the semiconductor substrate using the slurry.

13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein a magnetic field is applied to the slurry flowing from the outside of the slurry supply pipe into the slurry supply pipe.

13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein a magnetic field is generated by a permanent magnet provided outside the pipe for supplying the slurry, and the magnetic field is applied to the abrasive particles contained in the slurry.

13. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12, wherein a magnetic field is generated by an electromagnet provided outside the piping for supplying the slurry, and the magnetic field is applied to abrasive particles contained in the slurry.

The holding means for holding the semiconductor substrate is provided with means for refining abrasive particles contained in the slurry, and a magnetic field is applied to the slurry immediately before chemical mechanical polishing of the semiconductor substrate using the slurry. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 12.