JP4657412B2

JP4657412B2 - 半導体ウェハを研磨する装置及び方法

Info

Publication number: JP4657412B2
Application number: JP35121699A
Authority: JP
Inventors: 宏志水野; 昌明荻津; 拓也永峯; 徹菊地
Original assignee: LSI Logic Corp
Current assignee: LSI Corp
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 1999-12-10
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2019-12-10
Also published as: US6413151B2; JP2001162534A; US20010003700A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば半導体ウェハ等を化学機械的研磨（ＣＭＰ）する、スラリーを繰り返し使用することにより、コストダウンを図った、半導体ウェハを研磨する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＰプロセスは、例えば半導体ウェハ等を露光処理等する前等に、ウェハ、基板等の表面を平坦化させるのに適用される。このＣＭＰプロセスは、研磨剤液としてのスラリー中の溶剤による化学反応と、研磨布、スラリー中の研磨粒子との機械的研磨作用とを組み合わせた、研磨プロセスである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＣＭＰプロセスでは、基板表面を研磨した後、スラリーを再使用せず、廃棄しているが、このスラリーは高価であり、再使用をぜに廃棄することは、半導体製造コストを高騰化させる要因の一つとなっていた。
【０００４】
また、スラリーを廃棄する場合、研磨布に供給したスラリーを一旦貯蔵タンクに回収してから廃棄している。スラリーを回収する場合、研磨テーブルの外周面及び底部を囲むようにして回収トラフを設けて行っている。研磨布に供給されたスラリーは、該研磨布から研磨テーブルの外周面や、研磨テーブルの底面を伝わって、回収トラフに流れ込み、この回収トラフから廃棄タンクに送られる。すなわち、スラリーが回収トラフに至るまでには、研磨テーブルの外周面等の広い面積に接触する。このため、この接触によってスラリーの一部が研磨テーブルの外周面や底面等に固形化してこびり付くおそれがある。また、回転する研磨テーブルから回収トラフの外に飛散するおそれがあり、スラリーの回収効率が低い問題があった。
【０００５】
したがって、仮に貯蔵タンクに溜められたスラリーを再使用することを試みたとしても、回収効率が低いため、新たにスラリーを大量に補給する必要があり、スラリーの再使用によって半導体製造コストを下げることは難しい。
【０００６】
本発明は、使用済みのスラリーを効率よく回収して、再使用することにより、半導体ウェハ等の平坦化処理コストを低減することができる、半導体ウェハを研磨する装置及び方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の半導体ウェハを研磨する装置は、第１の直径を有する研磨布と研磨布上に供給されるスラリーを用いて半導体ウェハを研磨する装置であって、研磨布を受けるように形成された表面を有する研磨テーブルであって、研磨布が前記表面上に配置されたとき、研磨布の外周縁が、研磨テーブルの外周側壁を越えて外側に延びるように、研磨布の第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、研磨テーブルと、内側壁、外側壁、及び内側壁と外側壁を接続する底壁によって画定されるリング状のトラフであって、外側壁は第１の長さを有しており、内側壁は第２の長さを有しており、トラフの内側壁は、トラフの内側壁が研磨テーブルの外周側壁と研磨布の外周縁との間の領域に配置されるように、研磨テーブルの外周面の外側で外周面に沿って且つ研磨テーブルの外周側壁を越えて外側に延びる研磨布の外周縁の下方に配置されており、トラフの外側壁は研磨テーブルの表面より上方に延びており、これにより、研磨布が研磨テーブルの表面上に配置され且つ研磨テーブルと研磨布が回転されたとき、スラリーは研磨布からトラフ内へ流入する、リング状のトラフと、を備えている、ことを特徴とする。
【０００８】
すなわち、本発明の半導体ウェハを研磨する装置は、使用済みのスラリーを研磨布から直接回収することにより、スラリーの固形化、飛散等を防止して回収効率を高めたものである。
【０００９】
本発明の半導体ウェハを研磨する装置は、更に、トラフと流体連通する貯蔵タンクを備えており、トラフ内へ流入したスラリーが、更に、貯蔵タンク内へ流入することが好ましい。
【００１０】
また、上記目的を達成するために本発明の半導体ウェハを研磨する方法は、研磨装置を用いて半導体ウェハを研磨する方法であって、研磨装置は、第１の直径を有する研磨布と、第１の直径よりも小さい第２の直径を有する研磨テーブルであって、研磨布の外周縁が研磨テーブルの外周側壁を越えて外側に延びるように、研磨布が研磨テーブルの表面上に配置される、研磨テーブルと、内側壁、外側壁、及び内側壁と外側壁を接続する底壁によって画定されるリング状のトラフであって、外側壁は第１の長さを有しており、内側壁は第２の長さを有しており、トラフの内側壁は、トラフの内側壁が研磨テーブルの外周側壁と研磨布の外周縁との間の領域に配置されるように、研磨テーブルの外周面の外側で外周面に沿って且つ研磨テーブルの外周側壁を越えて外側に延びる研磨布の外周縁の下方に配置されており、トラフの外側壁は研磨テーブルの前記表面より上方に延びている、リング状のトラフと、を備えており、前記方法は、（ａ）スラリーを前記研磨布上に供給する工程と、（ｂ）スラリーが研磨布からリング状のトラフ内に流入するように、研磨布を回転させる工程と、を備えている、ことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を、図面を参照して説明する。
図１は本発明のＣＭＰスラリー循環装置の一実施例を示すもので、研磨テーブルとスラリー回収装置との配置関係を説明するための斜視図、図２はＣＭＰスラリー循環装置全体の概略図である。
【００１２】
先ず、本発明のＣＭＰスラリー循環装置の一実施例について説明する。図１及び図２に示すように、ＣＭＰ（化学機械研磨）装置１０の研磨テーブル１１の直径を、その上面全体を覆うようにした取り付けられる、円盤状の研磨布１２の直径よりも小さく設定して、研磨テーブル１１の外周面と、研磨布１２の外周下部との間に空間１３を形成する。この空間１３内に、その一部が臨むようにして、上端開口部１４ａを有する、回収装置としてのリング状のトラフ１４を、研磨テーブル１１の外周面に沿って配置する。
【００１３】
リング状のトラフ１４は、上端開口部１４ａの他に、空間１３内に位置して、研磨テーブル１１の外周面との間に僅かな隙間おいて該外周面に沿う内側壁１４ｂと、空間１３の外側に位置して、研磨テーブル１１の外周面及び内側壁１４ｂに沿う外側壁１４ｃ、及びこれら内側壁１４ｂと外側壁１４ｃとの底部間に設けた底壁１４ｄとを有する、断面略Ｕ字状に形成される。
【００１４】
内側壁１４ｂは、その上端（上端開口部１４ａの内側縁上端）が、研磨布１２の設置高さよりも低く、研磨布１２の外周縁の下方に潜るようにして配置される。また外側壁１４ｃは、その上端が内側壁１４ｂの上端や研磨布１２の設置位置よりも高く設定される。
【００１５】
したがって、研磨布１２に供給されたスラリーが内側壁１４ｂによって研磨テーブル１１の外周面に沿って流れることなく、直接、トラフ１４内に流入する。
また、研磨布１２に供給されたスラリーが、研磨テーブル１１の回転に伴って遠心力を受けて飛散しても外側壁１４ｃにより受け止められ、トラフ１４の外部に飛散するのが阻止される。
【００１６】
トラフ１４の内面は、滑面になるように表面処理が施されており、使用済みのスラリーがこびり付いて固形化しないようにしてある。
また、トラフ１４の底壁１４ｄの適宜箇所とスラリーの貯蔵タンク１５との間には、回収パイプ１６が設けられ、該回収パイプ１６を介してトラフ１４内に回収されたスラリーが貯蔵タンク１５に送られる。回収パイプ１６の適宜箇所にはトラップフィルタ１７が設けられ、該トラップフィルタ１７によりスラリー中に混入した研磨屑等が除去される。
【００１７】
貯蔵タンク１５と研磨テーブル１１との間には、循環パイプ１８が設けられ、該循環パイプ１８の貯蔵タンク１５内に位置する一端にはファイナルフィルタ１９が設けられ、また循環パイプ１８の貯蔵タンク１１と研磨テーブル１１との間の適宜箇所には循環ポンプ２０が設けられる。循環パイプ１８の他端側は、研磨テーブル１１側に延び、該研磨テーブル１１の研磨布１２上に位置する。貯蔵タンク１５内に回収されたスラリーは、ファイナルフィルタ１９により更に研磨屑等が除去された後、循環ポンプ２０により循環パイプ１８の他端側に移送され、該他端側の供給部１８ａから研磨テーブル１１上の研磨布１２に供給される。
【００１８】
研磨テーブル１１上には、被研磨物である半導体ウェハ２１を所定の圧力で研磨布１２に押し付ける研磨ヘッド２２が配置される。この研磨ヘッド２２は、半導体ウェハ２１よりも若干直径の大きく設定され、研磨時に図示しない駆動装置によって研磨テーブル１１と同方向に回転される。また、研磨ヘッド２２は、研磨テーブル１１の半径方向に移動して、半導体ウェハ２１が局部的に研磨されるのを回避し、均一に研磨されるようにする。
【００１９】
研磨テーブルは、例えば円盤状の金属プラテンからなり、その直径が４８ｃｍ乃至５７ｃｍで、研磨時に図示しない駆動装置により回転駆動される。また、研磨布１２は、例えば発泡ポリウレタンや不織布からなり、その直径が５３ｃｍ乃至６１ｃｍ程度に設定され、研磨テーブル１１に比して４ｃｍ乃至６ｃｍ程度大きい。
【００２０】
スラリーは、例えばシリカやアルミナ等の研磨砥粒を、ｐＨ調整液を含んだ水に混合して調整される。スラリーの流量は、被研磨物によって異なるが、本実施例では１分間当たり、大体１０００ｍｌ乃至１５００ｍｌに設定される。スラリーを一回使用した後、廃棄する、従来の場合、スラリーが高価なことから、スラリーの流量は１分間当たり、大体１７５ｍｌ乃至２００ｍｌと、本実施例の場合よりも少量である。
【００２１】
次に、上記ＣＭＰ循環装置を使用した本発明のＣＭＰ循環方法の一実施例を説明する。
被研磨面が研磨布１２に向くようにして半導体ウェハ２１を研磨ヘッド２２の下面にセットする。そして、循環ポンプ２０を作動し、貯蔵タンク１５から循環パイプ１８を介してスラリーを移送し、供給部１８ａからスラリーを研磨布１２に供給する一方、研磨テーブル１１と研磨ヘッド２２を回転駆動して、半導体ウェハ２１の被研磨面を所定量研磨する。
【００２２】
研磨布１２上に供給されたスラリーは、半導体ウェハ２１の被研磨面と研磨布１２との間に流れ込み、該被研磨面を化学的、機械的に研磨する。スラリーは、被研磨面を研磨するのに使用された後、研磨布１２上を、研磨テーブル１１の半径方向外側に向かって流れ、研磨布１２の外周縁からトラフ１４内に流れ落ちる。このとき、トラフ１４の内側壁１４ｂによってスラリーの流れが案内され、研磨テーブル１１の外周面、底面を伝わって流れ落ちるのが阻止される。すなわち、スラリーは、研磨布１２から直接トラフ１４内に流れ込む。また、研磨テーブル１１の回転による遠心力を受けてスラリーが研磨布１２の外周縁から飛散しても、外側壁１４ｃにより受け止められ、トラフ１４内に流れ込む。
【００２３】
トラフ１４内に回収されたスラリーは、回収パイプ１６を介して貯蔵タンク１８に送られる。貯蔵タンク１８内に流入する前にトラップフィルタ１７によりスラリー中に混入した研磨屑等が除去される。貯蔵タンク１８内のスラリーは、ファイナルフィルタ１９により更にろ過されて循環パイプ１８を通って供給部１８ａから研磨布１２に再度供給される。スラリーは、半導体ウェハ２１の研磨中、上述した経路を循環して研磨布１２に供給される。
【００２４】
なお、スラリーは、貯蔵タンク１８内或いは循環パイプ１８を流れるときに、ｐＨ調整され、また水が補給される。また、必要に応じて再生用化学物質が添加されたり、新しいスラリーが補給されたりする。更に、熱交換器により、温度調整される。
【００２５】
上述したように本実施例のスラリー循環方法によれば、使用済みのスラリーは、研磨テーブル１１の外周面、底面にこびり付くことが無く、また飛散して回収出来なくなることも無く、スラリーの回収効率がよい。このため、新たに補給するスラリー量が少なくて済み、半導体ウェハ２１の平坦化処理コストを下げることが可能となる。
【００２６】
また、スラリーを循環して繰り返し使用することから、研磨時に供給するスラリーの供給流量を従来の場合よりも多くしてもコストが高騰化しないことから、多量のスラリーを使用して研磨処理することが出来、半導体ウェハ表面の欠陥密度を下げることが可能となる。
【００２７】
本発明の特定の実施例を本明細書中に例示の目的で説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、本発明に対して様々な変更を行うことができることは明らかである。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、研磨テーブルの直径を、研磨布の直径に対して小さく設定し、研磨テーブルの外周に沿って、研磨布から直接的にスラリーを回収するための、上端開口部を有した回収装置を配置してなるので、スラリーの固形化、飛散等を防止して回収効率を高めることが出来、半導体ウェハ等の平坦化処理コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＭＰスラリー循環装置の一実施例を示すもので、研磨テーブルとスラリー回収装置との配置関係を説明するための斜視図である。
【図２】ＣＭＰスラリー循環装置全体の概略図である。
【符号の説明】
１０ＣＭＰ装置
１１研磨テーブル
１２研磨布
１４回収装置（リング状のトラフ）
１５貯蔵タンク
１６回収パイプ
１７トラップフィルタ
１８循環パイプ
１９ファイナルフィルタ
２０循環ポンプ
２１半導体ウェハ
２２研磨ヘッド

Claims

第１の直径を有する研磨布と前記研磨布上に供給されるスラリーを用いて半導体ウェハを研磨する装置であって、
前記研磨布を受けるように形成された表面を有する研磨テーブルであって、前記研磨布が前記表面上に配置されたとき、前記研磨布の外周縁が、前記研磨テーブルの外周側壁を越えて外側に延びるように、前記研磨布の前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する、研磨テーブルと、
内側壁、外側壁、及び前記内側壁と前記外側壁を接続する底壁によって画定されるリング状のトラフであって、前記外側壁は第１の長さを有しており、前記内側壁は第２の長さを有しており、前記トラフの前記内側壁は、前記トラフの前記内側壁が前記研磨テーブルの前記外周側壁と前記研磨布の前記外周縁との間の領域に配置されるように、前記研磨テーブルの外周面の外側で前記外周面に沿って且つ前記研磨テーブルの前記外周側壁を越えて外側に延びる前記研磨布の前記外周縁の下方に配置されており、前記トラフの前記外側壁は前記研磨テーブルの前記表面より上方に延びており、これにより、前記研磨布が前記研磨テーブルの前記表面上に配置され且つ前記研磨テーブルと前記研磨布が回転されたとき、前記スラリーは前記研磨布から前記トラフ内へ流入する、リング状のトラフと、を備えている、装置。
請求項１に記載の装置であって、更に、前記トラフと流体連通する貯蔵タンクを備えており、前記トラフ内へ流入したスラリーが、更に、前記貯蔵タンク内へ流入する、装置。
請求項２に記載の装置であって、更に、前記貯蔵タンクと流体連通するポンプを備えており、前記ポンプの作動によりスラリーが前記貯蔵タンクから取り出される、装置。
請求項３に記載の装置であって、更に、前記貯蔵タンクと前記ポンプに流体連通するパイプを備えており、前記パイプは、前記研磨テーブルに対して位置決めされる供給部を備えており、前記研磨布が前記研磨テーブルの前記表面上に配置され且つ前記ポンプが作動されたとき、前記スラリーが前記供給部を通って流れ、前記研磨布上に供給される、装置。
請求項１に記載の装置であって、更に、前記半導体ウェハを受け入れるように形成された研磨ヘッドを備えており、前記研磨ヘッドは、前記研磨テーブルの前記表面に対して対向する位置に配置されている、装置。
請求項１に記載の装置であって、前記トラフは、前記内側壁、前記外側壁及び前記底壁により画定される、略Ｕ字状の断面を有している、装置。
請求項１に記載の装置であって、前記第１の長さは、前記第２の長さより大きい、装置。
研磨装置を用いて半導体ウェハを研磨する方法であって、前記研磨装置は、
第１の直径を有する研磨布と、
前記第１の直径よりも小さい第２の直径を有する研磨テーブルであって、前記研磨布の外周縁が前記研磨テーブルの外周側壁を越えて外側に延びるように、前記研磨布が前記研磨テーブルの表面上に配置される、研磨テーブルと、
内側壁、外側壁、及び前記内側壁と前記外側壁を接続する底壁によって画定されるリング状のトラフであって、前記外側壁は第１の長さを有しており、前記内側壁は第２の長さを有しており、前記トラフの前記内側壁は、前記トラフの前記内側壁が前記研磨テーブルの前記外周側壁と前記研磨布の前記外周縁との間の領域に配置されるように、前記研磨テーブルの外周面の外側で前記外周面に沿って且つ前記研磨テーブルの前記外周側壁を越えて外側に延びる前記研磨布の前記外周縁の下方に配置されており、前記トラフの前記外側壁は前記研磨テーブルの前記表面より上方に延びている、リング状のトラフと、を備えており、前記方法は、
（ａ）スラリーを前記研磨布上に供給する工程と、
（ｂ）前記スラリーが前記研磨布から前記リング状のトラフ内に流入するように、前記研磨布を回転させる工程と、を備えている、方法。
請求項８に記載の方法であって、更に、（ｃ）前記スラリーを前記トラフから貯蔵タンク内へ流す工程を備える方法。
請求項９に記載の方法であって、更に、前記研磨布を回転させる工程（ｂ）の間に、（ｄ）前記スラリーを前記貯蔵タンクから前記研磨布上に戻して流す工程を備える方法。