JPH08153695A - 研磨方法およびこれに用いる研磨装置並びに研磨仕上げ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】別途独立した洗浄装置を使用することなく被研
磨面の最終仕上げ加工および洗浄を同時に行う研磨方法
およびこれに用いる研磨装置並び研磨仕上げ装置を提供
する。 【構成】研磨装置の研磨仕上げ部は、回転軸を中心とし
て回転する定盤本体４１と、定盤本体４１の表面に植立
されたブラシ４２と、定盤本体４１の表面に対向して設
けられたウエハＷを保持するアームおよび定盤本体４１
の表面に水酸化カリウム水溶液を供給する供給部を具備
する。定盤本体４１の表面に水酸化カリウム水溶液を供
給しつつ定盤を回転させた状態で、ブラシ４２にアーム
の先端部１１ａに保持されたウエハＷの被加工面を接触
させることにより、被加工面を化学機械的に研磨すると
共にブラシにより被加工面に付着した研磨材を除去す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に半導体装置の製造
工程における表面の平坦化処理に適用される研磨方法お
よびこれに用いる研磨装置並びに研磨仕上げ装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、半導体
ウエハの表面側に設けられた層間絶縁膜や金属配線膜の
表面を平坦化することが行われている。このような平坦
化技術には、例えば、各種ＣＶＤ技術、ＣＶＤ技術とエ
ッチング技術との組み合わせ、レジストエッチバック法
等が利用されている。

【０００３】近年、膜を化学的及び機械的に研磨して平
坦化を図る化学機械的研磨方法（Chemical Mechanical
Polishing ；以下、ＣＭＰ法と記す）が提案されてい
る。ＣＭＰ法は、研磨液および研磨材を含む研磨スラリ
ーを用い、化合物による化学的溶解と研磨粒子との機械
的磨耗により膜を研磨する方法をいう。従来、シリコン
ウエハ等の基板の研磨に適用されていたポリッシング技
術を膜表面の平坦化に転用したものである。

【０００４】ＣＭＰ法を用いた半導体装置の表面平坦化
では、例えば、ゲート電極や金属配線層等の凸部を含む
シリコン基板の表面上に形成された層間絶縁膜の表面
は、基板表面の凹凸に対応した凹凸が生じる。このよう
な層間絶縁膜の表面に対して、凹部が無くなるまで研磨
を行う。その後、シリコン基板表面に付着した異物、例
えば研磨材を除去するために、シリコン基板表面の洗浄
を行っている。この洗浄は、例えば、別途用意した洗浄
装置において、棒状の回転軸の先端部にブラシを植立し
てなるブラシスクラバーでシリコン基板表面から異物を
直接かきとることや、シリコン基板を別途用意した超音
波洗浄槽に浸漬し、超音波を印加して超音波振動により
異物を剥離することが行われている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来のシリコン基板の洗浄方法では、研磨装置の
他に別途洗浄装置を用意する必要がある。また、研磨装
置での研磨処理の終了から洗浄装置での洗浄開始までの
間にシリコン基板の表面に付着した研磨材が乾燥してし
まい剥離しにくくなる。このため、乾燥を防止するため
に、シリコン基板を水中で保管および搬送する必要があ
る。

【０００６】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、別途独立した洗浄装置を使用することなく、被
研磨面の最終仕上げ加工および洗浄を同時に行うことが
できる研磨方法およびこれに用いる研磨装置並びに研磨
仕上げ装置を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、第１に、回転
軸を中心として回転する定盤、前記定盤の表面に植立さ
れたブラシ、前記定盤の表面に対向して設けられた被加
工物を保持する保持具および前記定盤の表面に研磨液ま
たは研磨スラリーを供給する供給手段を具備する研磨仕
上げ装置を用いて、前記定盤の表面に前記研磨液または
前記研磨スラリーを供給しつつ前記定盤を回転させた状
態で前記ブラシに前記保持具に保持された前記被加工物
の被加工面を接触させることにより、前記被加工面を化
学機械的に研磨すると共に前記ブラシにより前記被加工
面に付着した異物を除去することを特徴とする研磨方法
を提供する。

【０００８】本発明は、第２に、被加工物の被加工面を
化学機械的に研磨する主研磨工程、および、前記主研磨
工程の後に前記被加工物の前記被加工面を表面にブラシ
が植立された定盤を用いて前記被加工面を化学機械的に
研磨すると共に前記ブラシにより前記被加工面に付着し
た異物を除去する研磨仕上げ工程を具備することを特徴
とする研磨方法を提供する。

【０００９】本発明は、第３に、回転軸を中心として回
転する定盤、前記定盤の表面に植立されたブラシ、前記
定盤の表面に対向して設けられた被加工物を保持する保
持具および前記定盤の表面に研磨液を供給する供給手段
を具備する研磨仕上げ装置を提供する。

【００１０】本発明は、第４に、被加工物を保持および
搬送する保持具、前記保持具の前記被加工物を搬送する
経路上に配置され且つ前記保持具に対して対向して設け
られた第１定盤、前記第１定盤の表面に研磨スラリーを
供給する第１供給手段、前記保持具の前記被加工物を搬
送する経路上に配置され且つ前記保持具に対向して設け
られた、その表面にブラシが植立された第２定盤、およ
び、前記第２定盤の表面に前記研磨液を供給する第２供
給手段を具備することを特徴とする研磨装置を提供す
る。

【００１１】

【作用】本願の第１の発明は、研磨液による化学的作用
およびブラシによる機械的作用により、被加工物の被加
工面を化学機械的に研磨する。これと同時に、ブラシに
より被加工物の被加工面に付着した異物をかきとる。こ
のため、被加工物の被加工面の化学機械的研磨および被
加工面からの異物の除去が同時に達成される。また、供
給された研磨液または研磨スラリーはブラシに毛細管現
象により保持される。このため、ブラシが被加工面に押
し付けられることにより、被加工面に対して十分な研磨
液が供給され、研磨液と被加工面との化学反応が十分に
進行する。

【００１２】本願の第２の発明は、主研磨工程において
被加工物の被加工面を化学機械的に研磨し、被加工面の
凹凸をなくす。次いで行われる研磨仕上げ工程では、研
磨液による化学的作用およびブラシによる機械的作用に
より、被加工物の被加工面が化学機械的に研磨し、主研
磨工程で生じた被加工面の加工歪みを取り除く。これと
同時に、ブラシにより被加工物の被加工面に付着した異
物をかきとる。このため、被加工物の被加工面の化学機
械的研磨による研磨仕上げおよび被加工面からの異物の
除去が同時に達成される。また、供給された研磨液はブ
ラシに毛細管現象により保持される。このため、このた
め、ブラシが被加工面に押し付けられることにより、被
加工面に対して十分な研磨液が供給され、研磨液と被加
工面との化学反応が十分に進行する。

【００１３】本願の第３の発明によれば、定盤の表面に
ブラシが植立されている。従って、定盤の表面に供給手
段より研磨液を供給しつつ定盤を回転させた状態で、保
持具に保持させた被加工物の被加工面をブラシに接触さ
せると、研磨液による化学的作用およびブラシによる機
械的作用により、被加工物の被加工面が化学機械的に研
磨される。これと同時に、ブラシにより被加工物の被加
工面に付着した異物がかきとられる。このため、被加工
物の被加工面の化学機械的研磨および被加工面からの異
物の除去が同時に達成される。また、供給された研磨液
はブラシに毛細管現象により保持される。このため、ブ
ラシが被加工面に押し付けられることにより、被加工面
に対して十分な研磨液が供給され、研磨液と被加工面と
の化学反応が十分に進行する。

【００１４】また、本願の第４の発明によれば、第１定
盤に第１供給手段から研磨スラリーを供給させながら第
１定盤を回転させた状態で第１定盤の表面に保持具に保
持させた被加工物の被加工面を接触させると、被加工面
が化学機械的に研磨され、被加工面の凹凸がとり除かれ
る。次いで、保持具により被加工物を第２定盤の上方に
位置させ、第２定盤に第２供給手段から研磨液を供給さ
せながら第２定盤を回転させた状態で第２定盤の表面に
植立されたブラシに保持具に保持させた被加工物の被加
工面を接触させると、研磨液による化学的作用およびブ
ラシによる機械的作用により被加工面が化学機械的に研
磨され、第１定盤による研磨による加工歪みがとり除か
れる。また、これと同時に、ブラシにより被加工物の被
加工面に付着した研磨材や異物がかきとられる。このた
め、被加工物の被加工面の化学機械的研磨による研磨仕
上げおよび被加工面からの異物の除去が同時に達成され
る。また、供給された研磨液はブラシに毛細管現象によ
り保持される。このため、ブラシが被加工面に押し付け
られることにより、被加工面に対して十分な研磨液が供
給され、研磨液と被加工面との化学反応が十分に進行す
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

【００１６】図１は、本発明の研磨装置を示す平面図で
ある。図中１１は、回転軸Ｏを中心として回転し、且
つ、ウエハＷを保持および搬送するアームである。アー
ム１１によりウエハＷが搬送される円形の軌道１２の上
には、ロード・ステーション１３、第１研磨部１４、研
磨仕上げ部１５、アンロード．ステーション１６が配置
されている。ロード・ステーション１３およびアンロー
ド・ステーション１６の近傍には、夫々、ローディング
部１７およびアンローディング部１８が設けられてい
る。また、第１研磨部１４および研磨仕上げ部１５の近
傍には、研磨スラリーおよび研磨液を夫々供給するため
の第１供給部１９および第２供給部２０が夫々設けられ
ている。

【００１７】図２は、研磨仕上げ部１５の構造を示す断
面図である。研磨仕上げ部１５は、略円盤状の定盤３１
を有する。定盤３１の下面側であってその中心点には、
回転軸３２が接続されている。回転軸３２の下端部には
駆動手段（図示せず）が接続されている。定盤３１の上
側には、第２供給部２０のノズル２１の開口端部２２が
配置されている。一方、定盤３１の周縁部および下面部
を囲うようにして、排出液受け部３３が設けられてい
る。排出液受け部３３の底面部の所定箇所には、排出口
３４が形成され、排液パイプ３５が接続されている。

【００１８】上記定盤３１は、図３に示すように、例え
ばステンレス製の定盤本体４１の上側表面上に複数のブ
ラシ４２が植立されている。定盤本体４１の外周縁部に
は、研磨液を定盤本体４１の表面上に貯留させるための
囲い４３が設けられている。

【００１９】ブラシ４２は、図４に示すように、複数の
繊維５１を１単位とする繊維群をいう。繊維５１は例え
ば数十本、より具体的には５０〜１００本を１単位とす
る。繊維５１は、例えば、長さ５〜１０ｍｍ、直径１０
０〜５００μｍである。また、繊維の材質としては、例
えば、ポリプロピレン等の合成樹脂のような、研磨液に
含有される化学的成分（例えば、水酸化カリウム）に対
して耐性を有する材質が使用される。本実施例では、ブ
ラシ４２は、長さ約１０ｍｍ、直径１００μｍのポリプ
ロピレン製繊維約５０本からなる。

【００２０】このようなブラシ４２は、例えば、互いに
５〜１０ｍｍの間隔を隔てて任意の配置で定盤４１の表
面上に植立される。例えば、ブラシ４２は、図５（Ａ）
に示す格子状や、図５（Ｂ）に示すような千鳥格子状、
すなわち、任意の一列に対して隣の一列上のブラシ４２
の植立位置が当該列の長手方向に沿ってずれている状態
で配置される。

【００２１】一方、第１研磨部１４は、定盤３１が、定
盤本体の表面上にパッド材（例えば、ローデル製ＳＵＢ
Ａ−４（ウレタン樹脂））が貼り付けられたものである
ことを除き、上述の研磨仕上げ部１５と同様の構成であ
る。

【００２２】上述の研磨装置１０を用いて、次のよう
に、シリコン製のウエハＷの表面に形成されたシリコン
酸化膜の平坦化を行なった。ここで処理されるウエハＷ
は、その表面上に約４０００オングストローム（Ａ）の
膜厚の金属配線層（材質：アルミ−シリコン−銅膜）が
所定のパターンで形成され、次いで、金属配線層を含む
ウエハＷの表面上に膜厚１４０００〜１８０００Ａのシ
リコン酸化膜を堆積（プラズマＴＥＯＳ・ＣＶＤ）させ
たものである。シリコン酸化膜の表面は、金属配線層の
凹凸に対応して、約３０００〜７０００Ａの深さを有す
る凹部が生じていた。

【００２３】まず、ローディング部１７を経て、ウエハ
Ｗが、ロード・ステーション１３に載置される。次に、
アーム１１が回転駆動して、アーム１１の先端部１１ａ
をロード・ステーション１３の上方に位置させる。アー
ム１１の先端部１１ａに設けられた真空吸着チャックに
より真空吸着してウエハＷを保持させる。次いで、アー
ム１１が回転駆動して、ウエハＷを第１研磨部１４に移
動した。第１研磨部１４では、アーム１１がウエハＷを
定盤の方向に押し下げて、ウエハＷの表面を定盤の表面
に押し付ける。この状態で、第１供給部１９から研磨ス
ラリーを供給しつつ、定盤を回転させてシリコン酸化膜
の研磨を化学機械的研磨を行った。ここで使用した研磨
スラリーは、リッピー製ＳＣ−１１２（コロイダルシリ
カ）であった。

【００２４】このような第１研磨部１４での主研磨工程
により、ウエハＷの表面の凹凸が取り除かれる。しかし
ながら、この化学機械的研磨により、ウエハＷの表面に
は加工歪みによるゆるやかな凹凸が生じていた。

【００２５】主研磨工程が終了した後、アーム１１が回
転駆動して、ウエハＷを第１研磨部１４から研磨仕上げ
部１５に移動させる。研磨仕上げ部１４では、アーム１
１がウエハＷを定盤３１の方向に押し下げて、ウエハＷ
の表面を定盤３１の表面に押し付ける。この状態で、第
１供給部１９から水酸化カリウム溶液を供給しつつ、定
盤３１を回転させる。この際に、水酸化カリウム溶液
は、定盤本体４１の表面に植立されたブラシ４２を構成
する複数の繊維５１の間に毛細管現象により保持されて
いる。この保持された水酸化カリウム水溶液は、ブラシ
４２がウエハＷの表面に接触することにより供給され
る。供給された水酸化カリウム水溶液とウエハＷの表面
のシリコン酸化膜との間で化学的エッチングが起こる。
また、ブラシ４２がウエハＷの表面を機械的に研磨す
る。これにより、ウエハＷのシリコン酸化膜が化学機械
的に研磨され、主研磨工程で生じた研磨歪みによる凹凸
が取り除かれた。これと同時に、ブラシ４２がウエハＷ
の表面を擦ることにより、主研磨工程でウエハＷの表面
に付着した研磨材がかき落とされた。

【００２６】このような研磨仕上げ工程が終了した後、
アーム１１はウエハＷをアンロード・ステーション１６
に移動および載置する。ウエハＷは、アンローディング
部１８を介して次の工程へ運搬される。

【００２７】以上説明したように、本実施例の研磨装置
１１では、ウエハＷの表面の研磨仕上げと、ウエハＷの
表面に残留した研磨材の除去を同時に行うことができ
る。この結果、ウエハＷの表面に残留した研磨材を除去
するための洗浄装置を別に設ける必要がない。さらに、
上述の研磨装置１１では、第１研磨部１４および研磨仕
上げ部１５が同一装置内に設けられている。このため、
第１研磨部１４での主研磨工程でウエハＷの表面に付着
した研磨材が乾燥する前に、研磨仕上げ部１５に搬送で
きる。このため、搬送中に研磨材が乾燥するのを防止す
るための水中搬送機構が不要である。この結果、ウエハ
Ｗ表面に形成されたシリコン酸化膜の表面平坦化を簡単
な設備で短時間で行うことができる。

【００２８】また、定盤３１に供給された水酸化カリウ
ム溶液は、ブラシ４２を構成する複数の繊維５１の間に
毛細管現象により保持される。このブラシ４２にウエハ
Ｗが押し付けられることにより、ブラシ４２に保持され
た水酸化カリウム水溶液がウエハＷの表面に十分に供給
される。このため、ウエハＷのシリコン酸化膜の化学的
エッチングが円滑に進行する。また、ブラシ４２がウエ
ハＷの表面を擦るため、シリコン酸化膜が機械的に磨耗
する。この結果、ウエハＷのシリコン酸化膜に主研磨工
程で生じた加工歪みによる凹凸が取り除かれる。

【００２９】また、ブラシ４２は、所定の間隔で定盤本
体４１の表面に植立されている。しかも、ブラシ４２
は、ウエハＷが押し付けられると変形してウエハＷの表
面に沿って広がる。このため、ウエハＷの表面に均一に
水酸化カリウムが供給されるので、ウエハＷのシリコン
酸化膜の全面にわたって均一に化学的エッチングが進行
する。また、ブラシ４２がウエハＷのシリコン酸化膜の
全面に均一に擦れる。この結果、ウエハＷの表面は全体
にわたって略均一に化学機械的研磨が施され、略均等な
仕上がりのウエハＷの表面が得られる。

【００３０】また、ウエハＷの表面の異物除去の点で
も、所定の間隔で植立されたブラシ４２が変形してウエ
ハＷの全面にわたって擦れるため、ウエハＷの表面に研
磨材が残ることはほとんど無い。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本願の第１の発明
によれば、研磨液による化学的作用およびブラシによる
機械的作用により、被加工物の被加工面の化学機械的研
磨および被加工面からの異物の除去が同時に達成され
る。この結果、被加工物の被加工面の研磨を簡単な設備
で短時間で行うことができる。また、研磨液はブラシに
毛細管現象により保持されているため、ブラシが被加工
面に押し付けられることにより、被加工面に対して十分
な研磨液が供給され、研磨液と被加工面との化学反応が
十分に進行する。この結果、被加工面の化学機械的研磨
を円滑に行うことができる。

【００３２】本願の第２の発明は、研磨仕上げ工程にお
いて、研磨液による化学的作用およびブラシによる機械
的作用により、被加工物の被加工面が化学機械的に研磨
し、主研磨工程で生じた被加工面の加工歪みを取り除
く。これと同時に、ブラシにより被加工物の被加工面に
付着した異物をかきとる。この結果、被加工物の被加工
面の主研磨、研磨仕上げ並びに被研磨面の洗浄をより簡
単な設備で短時間で行うことができる。また、研磨液は
ブラシに毛細管現象により保持されているため、ブラシ
が被加工面に押し付けられることにより、被加工面に対
して十分な研磨液が供給され、研磨液と被加工面との化
学反応が十分に進行する。この結果、被加工面の化学機
械的研磨を円滑に行うことができる。

【００３３】本願の第３の発明によれば、定盤の表面に
ブラシが植立されている。従って、定盤の表面に供給手
段より研磨液を供給しつつ定盤を回転させた状態で、保
持具に保持させた被加工物の被加工面をブラシに接触さ
せると、研磨液による化学的作用およびブラシによる機
械的作用により、被加工物の被加工面が化学機械的に研
磨される。これと同時に、ブラシにより被加工物の被加
工面に付着した異物がかきとられる。この結果、被加工
物の被加工面の化学機械的研磨および被加工面からの異
物の除去が同時に達成されるので、被加工物の被加工面
の研磨を簡単な設備で短時間で行うことができる。ま
た、供給された研磨液はブラシに毛細管現象により保持
される。このため、ブラシが被加工面に押し付けられる
ことにより、被加工面に対して十分な研磨液が供給さ
れ、研磨液と被加工面との化学反応が十分に進行する。
この結果、被加工面の化学機械的研磨を円滑に行うこと
ができる。

【００３４】また、本願の第４の発明によれば、第１定
盤において主研磨処理が行われ、被加工物の被加工面の
凹凸が取り除かれる。次いで、保持具により被加工物を
第２定盤の上方に位置させ、第２定盤に第２供給手段か
ら研磨液を供給させながら第２定盤を回転させた状態で
第２定盤の表面に植立されたブラシに保持具に保持させ
た被加工物の被加工面を接触させると、研磨液による化
学的作用およびブラシによる機械的作用により被加工面
が化学機械的に研磨され、第１定盤による研磨による加
工歪みがとり除かれる。また、これと同時に、ブラシに
より被加工物の被加工面に付着した研磨材等の異物がか
きとられる。また、第１定盤と第２定盤とは同一装置内
に設けられているので、第１定盤で処理された被加工物
を保持具により短時間で第２定盤まで搬送することがで
きる。従って、被加工物の被加工面に付着した研磨液が
乾燥する前に、研磨仕上げを開始することができるた
め、被加工面の乾燥防止のために被加工物を水中で搬送
および保管するための設備を別途用意する必要がない。
また、供給された研磨液はブラシに毛細管現象により保
持される。このため、ブラシが被加工面に押し付けられ
ることにより、被加工面に対して十分な研磨液が供給さ
れ、研磨液と被加工面との化学反応が十分に進行する。
この結果、被加工面の化学機械的研磨を円滑に行うこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨装置の一実施例を示す平面図。

【図２】図１に示す研磨装置の研磨仕上げ部を示す断面
図。

【図３】図２に示す研磨仕上げ部の要部を示す断面図。

【図４】図３に示すブラシを示す斜視図。

【図５】（Ａ）および（Ｂ）は図３に示すブラシの植立
位置を示す平面図。

【符号の説明】

１０…研磨装置、１１…アーム、１３…ロード・ステー
ション、１４…第１研磨部、１５…研磨仕上げ部、１６
…アンロード・ステーション、１９…第１供給部、２０
…第２供給部、２１…ノズル、３１…定盤、３２…回転
軸、３３…排出液受け部、４１…定盤本体、４２…ブラ
シ、５１…繊維。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸を中心として回転する定盤、前記
   定盤の表面に植立されたブラシ、前記定盤の表面に対向
   して設けられた被加工物を保持する保持具および前記定
   盤の表面に研磨液または研磨スラリーを供給する供給手
   段を具備する研磨仕上げ装置を用いて、前記定盤の表面
   に前記研磨液または前記研磨スラリーを供給しつつ前記
   定盤を回転させた状態で前記ブラシに前記保持具に保持
   された前記被加工物の被加工面を接触させることによ
   り、前記被加工面を化学機械的に研磨すると共に前記ブ
   ラシにより前記被加工面に付着した異物を除去すること
   を特徴とする研磨方法。
2. 【請求項２】 被加工物の被加工面を化学機械的に研磨
   する主研磨工程、および、前記主研磨工程の後に前記被
   加工物の前記被加工面を表面にブラシが植立された定盤
   を用いて前記被加工面を化学機械的に研磨すると共に前
   記ブラシにより前記被加工面に付着した異物を除去する
   研磨仕上げ工程を具備することを特徴とする研磨方法。
3. 【請求項３】 回転軸を中心として回転する定盤、前記
   定盤の表面に植立されたブラシ、前記定盤の表面に対向
   して設けられた被加工物を保持する保持具および前記定
   盤の表面に研磨液を供給する供給手段を具備する研磨仕
   上げ装置。
4. 【請求項４】 被加工物を保持および搬送する保持具、
   前記保持具の前記被加工物を搬送する経路上に配置され
   且つ前記保持具に対して対向して設けられた第１定盤、
   前記第１定盤の表面に研磨スラリーを供給する第１供給
   手段、前記保持具の前記被加工物を搬送する経路上に配
   置され且つ前記保持具に対向して設けられた、その表面
   にブラシが植立された第２定盤、および、前記第２定盤
   の表面に前記研磨液を供給する第２供給手段を具備する
   ことを特徴とする研磨装置。