JPH09285968A

JPH09285968A - 混合液供給装置とそれを有する半導体の研磨装置及び混合液供給方法と半導体の研磨方法

Info

Publication number: JPH09285968A
Application number: JP3636097A
Authority: JP
Inventors: Haruki Noujiyou; 治輝能條; Renpei Nakada; 錬平中田; Kiyotaka Kawashima; 清隆川島
Original assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Current assignee: Ebara Corp; Toshiba Corp
Priority date: 1996-02-20
Filing date: 1997-02-20
Publication date: 1997-11-04

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨液供給装置内で、研磨液の詰まりや変質が
生じていた。【解決手段】第１、第２のパイプ34、37の送出口は、第
３のパイプ31の一端部に接続される。第３のパイプの一
端部は第１、第２のパイプの内径の和と略同一の内径を
有し、第３のパイプの他端部は一端部と略同一の内径を
有している。第１、第２の溶液は第３のパイプの内部で
混合されて研磨液23とされ、第３のパイプの他端部から
ポリッシング・パッド13上に送出される。この研磨液の
流速は第１、第２の溶液の流速と略等しく、研磨液の詰
まりや変質を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば半導体ウ
ェーハの表面を平坦化する化学的機械研磨（Chemical M
echanical Polishing ）（以下、ＣＭＰと記す）技術に
係わり、特に、研磨剤と化学薬品の混合液を研磨パッド
に供給する供給装置及びその供給方法ならびにこの混合
液供給装置または供給方法を用いた半導体基板の研磨装
置および研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の高密度化・微細化に
伴い、種々の微細加工技術が研究・開発されている。な
かでも、ＣＭＰ技術は、層間絶縁膜の平坦化、プラグ(p
lug)の形成、埋め込み金属配線の形成や、埋め込み素子
分離などを行う際にはかかすことのできない、必須の技
術となっている。

【０００３】図４は、半導体装置の製造に用いられるＣ
ＭＰ装置の概略構成を示すものである。すなわち、ポリ
ッシング・テーブル１０１は軸１０２を中心に図示矢印
方向に回転できるようになっており、その上面にはポリ
シング・パッド１０３が貼付されている。前記ポリッシ
ング・テーブル１０１の上方で、前記ポリッシング・テ
ーブル１０１の中心から外れた位置には、半導体ウェー
ハを保持するウェーハ・キャリア１０４が配置されてい
る。このウェーハ・キャリア１０４は軸１０５を中心に
図示矢印方向に回転できるようになっている。

【０００４】ウェーハ・キャリア１０４は軸１０５に設
けられている。このウェーハ・キャリア１０４は上記ポ
リッシング・テーブル１０１の半径よりも小さな直径を
有するとともに、例えば真空チャック有している。半導
体ウェーハ１０６はウェーハ・キャリア１０４の下面に
前記真空チャックにより保持される。ウェーハ・キャリ
ア１０４に保持された半導体ウェーハ１０６の被研磨面
は、前記ポリッシング・パッド１０３の表面と接触する
ように、一定の圧力で押圧される。

【０００５】また、上記ポリッシング・テーブル１０１
の上方には、貯蔵タンク１０７が設けられ、この貯蔵タ
ンク１０７内にはあらかじめ調整された研磨液１０９が
貯蔵されている。この貯蔵タンク１０７内の研磨液１０
９は、ポンプ（Ｐ）１０８及びパイプ１１０を通してポ
リッシング・パッド１０３の表面に送出される。このパ
イプ１１０の先端は、ポリッシング・パッド１０３の中
心近傍で、かつ、ウェーハ１０６が接触する位置より上
流側の位置に配置されている。

【０００６】上記構成のＣＭＰ装置によりウェーハをポ
リッシングする場合、まず、ポリッシング・テーブル１
０１を軸１０２を中心として、一方向に所定の回転数に
より一定の速度で回転させる。この状態において、ポリ
ッシング・テーブル１０１のウェーハ１０６が接触する
位置より上流側に、パイプ１１０を介して貯蔵タンク１
０７内に貯蔵されている研磨液１０９が供給される。

【０００７】この後、ウェーハ・キャリア１０４を軸１
０５を中心として、一方向に所定の回転数により一定の
速度で回転させながら降下させ、さらに、半導体ウェー
ハ１０６の被研磨面をポリッシング・パッド１０３の研
磨面に所定の圧力により接触させる。半導体ウェーハ１
０６の被研磨面は、研磨液１０９を介在させた状態でポ
リッシング・パッド１０３の研磨面と摺接され、徐々に
研磨されて平坦化される。

【０００８】しかしながら、上記構成のＣＭＰ装置にお
いては、あらかじめ調整した研磨液１０９を貯蔵タンク
１０７内に貯蔵し、その貯蔵タンク１０７内からパイプ
１１０を介して供給するようにしているため、次のよう
な問題点があった。

【０００９】すなわち、従来のＣＭＰ装置では、例えば
研磨粒子を水などの溶液中に化学物質を添加して懸濁さ
せた研磨液１０９が一般に使用されている。このため、
時間の経過に伴って、貯蔵タンク１０７内で研磨粒子が
凝集あるいは沈殿し、この凝集あるいは沈殿した研磨粒
子によってパイプ１１０内が詰まったり、化学物質の反
応あるいは分解が進み過ぎて研磨液１０９の特性が変化
するという問題があった。

【００１０】例えば１次粒径（初期の粒径）の平均が約
０．０５μｍのＳｉＯ₂ と、過酸化水素とを混合した研
磨液１０９の場合、貯蔵タンク１０７内における、初期
のＳｉＯ₂ の２次粒径は平均０．３μｍ程度である。し
かし、累積貯蔵時間が０．５時間を経過した後のＳｉＯ
₂ の２次粒径は平均０．７μｍ程度にまで成長し、１０
％程度研磨粒子が沈殿していた。このため、分解の速度
が比較的速い過酸化水素は、１日で１０％程度が無駄に
消費されてしまう。

【００１１】したがって、凝集あるいは沈殿した研磨粒
子によってパイプ１１０内が詰まったり、化学物質の反
応あるいは分解によって研磨液１０９が変質するのを防
ぎ、常に、粒子径や濃度などが安定した状態の研磨液１
０９を供給する必要がある。このためには、長時間貯蔵
されないように研磨液１０９を頻繁に交換するか、また
は、研磨液１０９を少量ずつ調整して貯蔵タンク１０７
内に貯蔵するようにすればよい。しかし、この作業は煩
雑であり、実用的ではない。しかも、研磨液１０９の安
定性を維持するため、研磨液の交換の頻度を多くする
と、作業のたびにＣＭＰ装置を停止しなければならな
い。したがって、ＣＭＰ装置の稼働率を著しく低下さ
せ、製造効率向上を妨げる原因となる。

【００１２】このような問題を解決する方法としては、
研磨粒子を懸濁させた溶液と化学物質を添加させた溶液
とを別々にポリッシング・パッド上に供給し、ポリッシ
ング・パッド上において混合して研磨液を生成する方法
が考えられる。しかし、この方法の場合、研磨粒子を懸
濁させた溶液と化学物質を添加させた溶液とを、十分に
混合させることができない。このため、安定した状態の
研磨液を供給することが難しく、研磨液の濃度のばらつ
きにより、研磨の均一性を損なう結果となる。

【００１３】図５は、ＵＳＰ５，４０７，５２６に開
示された他のＣＭＰ装置の例を概略的に示すものであ
る。このＣＭＰ装置において、貯蔵タンク２０２は研磨
粒子を懸濁させた溶液２０１を貯蔵し、貯蔵タンク２０
４は化学物質を添加させた溶液２０３を貯蔵する。上記
貯蔵タンク２０２内からポンプ２０５により汲み出さ
れ、パイプ２０６に供給される溶液２０１と、上記貯蔵
タンク２０４内からポンプ２０７により汲み出され、パ
イプ２０８を介して供給される溶液２０３は混合部２０
９において混合される。この混合部２０９で生成された
研磨液２１０はポリッシング・パッド１０３上に供給さ
れる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このような構成のＣＭ
Ｐ装置によれば、混合部２０９にて研磨液２１０を生成
した後にポリッシング・パッド１０３の表面に供給して
いる。このため、研磨液を交換するための煩雑な作業を
必要とせず、稼働率の低下といった問題は改善できる。
しかし、研磨液２１０を混合部２０９にて生成している
ため、混合部２０９内で研磨液２１０が停滞することが
懸念される。すなわち、混合部２０９は溶液２０１と溶
液２０３とを十分に混合するため、排出口の直径が混合
部２０９の内径に比べて小さくされている。したがっ
て、研磨液２１０が混合部２０９内に停滞し、研磨粒子
の凝集あるいは沈殿が発生する。このため、混合部２０
９内が詰まったり、化学物質の反応あるいは分解による
研磨液２１０の変質を完全に防ぐことができないという
不具合を有していた。

【００１５】この発明は、上記課題を解決するためにな
されたものであり、その目的とするところは、混合液の
停滞を防止でき、研磨粒子の凝集あるいは沈殿によるパ
イプの詰まりや化学物質の反応あるいは分解による混合
液の変質を防ぐことが可能な混合液供給装置とそれを有
する半導体の研磨装置及び研磨液供給方法と半導体の研
磨方法を提供しようとするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の混合液供給装
置は、研磨粒子を含む第１の溶液を送出する送出口を有
する第１のパイプと、化学物質を含む第２の溶液を送出
する送出口を有する第２のパイプと、前記第１、第２の
パイプの各送出口が一端部に接続され、前記一端部の内
径とほぼ同一の内径を有する他端部を有し、この他端部
から前記第１、第２の溶液を混合して生成した混合液を
送出する混合部とを具備し、前記混合部の前記一端部の
内径は前記第１、第２のパイプの内径の合計と略等しく
設定されている。

【００１７】この発明の半導体装置の研磨装置は、表面
にポリシング・パッドが設けられたポリッシング・テー
ブルと、前記ポリシング・パッドに接触される被研磨部
材を保持し、前記ポリッシング・テーブルに対して相対
的に移動する保持体と、研磨粒子を含む第１の溶液を収
容する第１の収容部と、化学物質を含む第２の溶液を収
容する第２の収容部と、一端部が前記第１の収容部に接
続された第１のパイプと、前記第１のパイプの中間部に
設けられ、前記第１の収容部内の第１の溶液を送出する
ポンプと、一端部が前記第２の収容部に接続された第２
のパイプと、前記第２のパイプの中間部に設けられ、前
記第２のパイプ内に流れる第２の溶液の流量を制御する
液体マスフロー装置と、前記第１、第２のパイプの各他
端部が一端部に接続され、前記一端部の内径とほぼ同一
の内径を有する他端部を有し、この他端部から前記第
１、第２の溶液が混合された混合溶液を送出する混合部
とを具備し、前記混合部の前記一端部の内径は前記第
１、第２のパイプの他端部の内径の合計と略等しく設定
されている。

【００１８】この発明の混合液供給方法は、研磨粒子を
含む第１の溶液および化学物質を含む第２の溶液を混合
部に導入する工程と、前記混合部において、前記第１の
溶液および前記第２の溶液を混合して混合液を生成する
工程と、前記混合液を前記混合部から導出する工程を具
備し、前記導出する工程において、前記混合液の導出流
量は前記混合部に導入した前記第１の溶液および前記第
２の溶液とほぼ同じ流量であることを特徴とする。

【００１９】この発明の半導体基板の研磨方法は、研磨
粒子を含む第１の溶液および化学物質を含む第２の溶液
を混合部に導入する工程と、前記混合部において、前記
第１の溶液および前記第２の溶液を混合して混合液を生
成する工程と、前記混合液を前記混合部から半導体基板
を研磨するポリッシング・パッド上に導出する工程とを
具備し、前記導入工程において、前記混合液の導出流量
は前記混合部に導入した前記第１の溶液および前記第２
の溶液とほぼ同じ流量であることを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、混合液を停滞すること
なく供給できる。このため、混合液をスムーズに供給す
ることが可能となり、研磨粒子の凝集あるいは沈殿によ
る混合液の詰まりや化学物質の反応あるいは分解による
混合液の変質を防止できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１の
実施の形態に係わるＣＭＰ装置の概略構成を示すもので
ある。

【００２２】すなわち、ポリッシング・テーブル１１は
６００ｍｍ以上の半径を有し、軸１２を中心に図示矢印
方向に通常２０ｒ．ｐ．ｍ〜１００ｒ．ｐ．ｍ（最大で
２００ｒ．ｐ．ｍ）の回転数で定速回転できるようにな
っている。このポリッシング・テーブル１１の上面には
ポリッシング・パッド１３が貼付されている。このポリ
ッシング・パッド１３は、平板状の研磨部材であり、例
えばポリエーテル系ポリウレタンやポリエステル系ポリ
ウレタン、または、ポリアミド系ポリウレタなどの合成
繊維、もしくは、合成樹脂で固められた不織布や織布、
あるいは、直径が＋μｍ〜数ｍｍ程度の独立気泡を有す
る発泡ポリウレタン樹脂などで形成されている。

【００２３】ポリッシング・テーブル１１の上方で、ポ
リッシング・テーブル１１の中心から外れた位置には半
導体ウェーハを保持するウェーハ・キャリア１４が配置
されている。このウェーハ・キャリア１４は、その半径
が２００ｍｍ程度とされ、軸１５を中心に図示矢印方向
に通常２０ｒ．ｐ．ｍ〜１００ｒ．ｐ．ｍ（最大で２０
０ｒ．ｐ．ｍ）の回転数で定速回転できるようになって
いる。このウェーハ・キャリア１４は図示せぬ真空チャ
ックを有している。研磨対象物としての半導体ウェーハ
（半導体基板）１６はウェーハ・キャリア１４の下面
に、真空チャックにより保持される。ウェーハ・キャリ
ア１４はポリッシング・テーブル１１の表面に対して昇
降可能に設けられている。半導体ウェーハ１６を研磨加
工する際、ウェーハ・キャリア１４に保持された半導体
ウェーハ１６は、通常１００ｇｆ／ｃｍ² 〜５００ｇｆ
／ｃｍ² （最大で１ｋｇｆ／ｃｍ² ）の圧力でポリッシ
ング・パッドに押圧される。この押圧時の圧力は、前記
軸１５に設けられた図示せぬエアシリンダに供給される
圧縮空気により制御できるようになっている。

【００２４】上記ポリッシング・テーブル１１の上方に
は、例えば水にＡｌ₂ Ｏ₃ などの研磨粒子を懸濁させて
なる第１の溶液２１を貯蔵する第１の貯蔵タンク３２
と、水に過酸化水素などの化学物質を添加させてなる第
２の溶液２２を貯蔵する第２の貯蔵タンク３５が設けら
れている。第１の貯蔵タンク３２の底部には、第１のパ
イプ３４の一端が接続され、この第１のパイプ３４の他
端は混合部を構成する第３のパイプ３１の一端に接続さ
れている。また、この第１のパイプ３４の中間部には、
第１の貯蔵タンク３２内の第１の溶液２１を送出するポ
ンプ（Ｐ）３３が設けられている。

【００２５】また、前記第２の貯蔵タンク３５の上部に
は、例えばＮ₂ ガスまたはＨｅガスなどの不活性ガスを
導入するための導入パイプ３８が設けられている。第２
の貯蔵タンク３５の第２の溶液はこのガスの圧力に応じ
て、貯蔵タンク３５から送出される。前記第２の貯蔵タ
ンク３５の底部には、第２のパイプ３７の一端が接続さ
れている。この第２のパイプ３７の中間部には、液体マ
スフロー装置３６が設けられている。この液体マスフロ
ー装置３６は、前記ガスの圧力に応じて、貯蔵タンク３
５から第２のパイプ３７に送出された第２の溶液２２の
流量を微細に制御するものである。

【００２６】前記第１、第２のパイプ３４、３７の他端
は第３のパイプ３１の一端に接続されている。この第３
のパイプ３１の他端は、ポリッシング・パッド１３の中
心近傍で、かつ、ウェーハ１６が接触する位置より上流
側の位置に配置されている。この第３のパイプ３１は、
第１、第２のパイプ３４、３７によって導入された第
１、第２の溶液２１、２２を、ポリッシング・パッド１
３の直上で混合して研磨液２３を生成するとともに、ポ
リッシング・パッド１３に供給する。

【００２７】前記第１のパイプ３４は、例えば１／４イ
ンチ程度の直径を有し、前記ポンプ３３によって送出さ
れた第１の溶液２１を、略５０ｍｌ／ｍｉｎ〜数ｌ／ｍ
ｉｎ程度の流量で、第３のパイプ３１に供給できる。前
記第２のパイプ３７は、例えば１／４インチ程度の径を
有し、前記液体マスフロー装置３６によって送出された
第２の溶液２２を、５ｍｌ／ｍｉｎ〜２０ｍｌ／ｍｉｎ
程度の流量で、第３のパイプ３１に供給できる。

【００２８】パイプ３１の断面積（直径）は、前記第
１、第２のパイプ３４，３７の断面積（直径）の合計よ
りも大きい、例えば１／２インチ程度に設定されてい
る。したがって、５０ｍｌ／ｍｉｎ〜５００ｍｌ／ｍｉ
ｎ程度の流量の研磨液２３を、上記第１，第２の溶液２
１，２２の導入流速とほぼ同一の流速で導出できる。

【００２９】また、前記第３のパイプ３１は、その長さ
が例えば１ｍ以下とされ、第１、第２のパイプ３４、３
７の開口方向は、第３のパイプ３１の長手方向と一致さ
れている。

【００３０】なお、前記液体マスフロー装置３６は、周
知の構成であり、前記第２のパイプ３７と連通された第
１の通路３６ａ、この第１の通路３６ａに設けられた弁
３６ｂ、前記第１の通路３６ａから分岐れた第２の通路
３６ｃを有している。この第２の通路３６ｃには、第２
の通路３６ｃに流れる溶液に熱を供給する熱源３６ｄが
設けられるとともに、この溶液の温度を検出する検出器
３６ｅが設けられている。これら熱源３６ｄ、検出器３
６ｅは制御部３６ｆに接続されている。この制御部３６
ｆは検出器３６ｅによって検出された比熱に応じて、前
記第１の通路３６ａに流れる溶液の流量を検出する。こ
の検出した流量と予め設定された流量に応じて前記弁３
６ｂの開口径を制御することにより、前記第１の通路３
６ａに流れる溶液の流量を制御する。

【００３１】このように、第２のパイプ３７に流れる第
２の溶液２２の流量を液体マスフロー装置３６により制
御することにより、第２の溶液２２の流量を正確に制御
できる。また、液体マスフロー装置３６は、ポンプ３３
とは異なり送出する溶液に脈動が発生しない。したがっ
て、Ｎ₂ ガスまたはＨｅガスの圧力を４ｋｇ／ｃｍ²程
度とすることで、第２の溶液２２の流量を５ｍｌ／ｍｉ
ｎ程度に正確に制御できる。このように、少量の溶液を
正確に制御できるため、第２の溶液２２を高濃度で使用
することが可能であり、第２の溶液２２の使用量を抑え
て補充の頻度を軽減できる。

【００３２】しかも、低濃度の第２の溶液を使用する場
合、所定の濃度の研磨液を生成するために第１の溶液に
対する第２の溶液の量を多くする必要がある。これに対
して、この実施例の場合、高濃度の第２の溶液を使用す
るため、所定の濃度の研磨液を生成する際に、第１の溶
液に対する第２の溶液２２の量を削減できる。このた
め、研磨液全体の濃度の変化を防止でき、研磨のばらつ
きを防止できる。

【００３３】また、液体マスフロー装置３６の採用によ
り、第２のパイプ３７内に供給される溶液２２の流量を
少なくでき、第２のパイプ３７の直径を第１のパイプ３
４に比べて小さくできる場合には、第３のパイプ３１の
直径を第１のパイプ３４の直径と同程度とすることもで
きる。

【００３４】このように、第１、第２のパイプ３４，３
７内にそれぞれ供給される第１、第２の溶液２１，２２
の流量に応じて、第３のパイプ３１の径を第１、第２の
パイプ３４，３７と少なくとも同等か、もしくは、それ
以上の太さを有して構成することにより、研磨液２３を
第１、第２の溶液２１，２２の流速とほぼ同等の流速に
て供給することが可能となる。上述したように、第２の
溶液の量は、第１の溶液の量に比べて少ないため、研磨
液２３の流速は第１の溶液の流速とほぼ等しくなる。

【００３５】しかも、第３のパイプ３１の他端３１ａの
内径を、一端側の内径と同じかそれ以上とした場合、研
磨液２３が第３のパイプ３１の途中で停滞しない。この
ため、研磨液２３をポリッシング・パッド１３上へより
スムーズに供給できるとともに、第３のパイプ３１内に
おける研磨粒子の凝集あるいは沈殿による研磨液の詰ま
りや化学物質の反応あるいは分解による研磨液の変質を
防止できる。

【００３６】次に、このような構成のＣＭＰ装置におけ
る研磨方法について説明する。なお、ここでは被研磨膜
としてのタングステン膜を研磨し、埋め込み型の金属配
線を形成する場合について説明する。

【００３７】まず、ポリッシング・テーブル１１を、２
０ｒ．ｐ．ｍ〜１００ｒ．ｐ．ｍの回転数により定速回
転させる。第１の貯蔵タンク３２内には、１次粒径の平
均が０．０５μｍ程度とされたＡｌ₂ Ｏ₃ の研磨粒子が
水に懸濁された第１の溶液２１が貯蔵され、第２の貯蔵
タンク３５内には水に過酸化水素が添加された第２の溶
液２２が貯蔵されている。前記第１の貯蔵タンク３２内
に貯蔵された第１の溶液２１は、ポンプ３３により１８
０ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で第１のパイプ３４を通して
第３のパイプ３１に供給され、前記第２の貯蔵タンク３
５内に貯蔵された第２の溶液２２は、液体マスフロー装
置３６により２０ｍｌ／ｍｉｎ程度の流量で第２のパイ
プ３７を通して第３のパイプ３１に供給される。第１、
第２の溶液は第３のパイプ３１内にて十分に混合され、
研磨液２３が生成される。この研磨液２３は第３のパイ
プ３１の他端３１ａから、ポリッシング・パッド１３の
回転中心の近傍で、前記半導体ウェーハ１６が接する位
置より上流側に供給される。この時、研磨液２３は、第
３のパイプ３１の途中で停滞することなく、第１、第２
の溶液２１、２２の導入流量（または導入流速）とほぼ
同じ流量（または流速）を保って、第３のパイプ３１の
他端３１ａからポリッシング・パッド１３上に供給され
る。

【００３８】一方、ウェーハ・キャリア１４の下面に
は、研磨加工に供される半導体ウェーハ１６が保持され
る。図２（ａ）は半導体ウェーハ１６の断面を示してい
る。この半導体ウェーハ１６において、例えばシリコン
基板１６ａ上にはプラズマＣＶＤ法により、絶縁膜とし
てのシリコン酸化膜１６ｂが１．３μｍほどの厚さで形
成されている。このシリコン酸化膜１６ｂには、通常の
フォトリソグラフィ法およびエッチング法により、幅が
０．３μｍ〜１μｍの範囲で、深さがそれぞれ０．４μ
ｍの溝１６ｃが形成されている。前記シリコン酸化膜１
６ｂ上には、前記溝１６ｃ内を埋め込むように、熱ＣＶ
Ｄ法により０．８μｍ厚のタングステン膜１６ｄが形成
されている。

【００３９】前記ウェーハ・キャリア１４は２０ｒ．
ｐ．ｍ〜１００ｒ．ｐ．ｍの回転数により定速回転させ
ながら降下され、半導体ウェーハ１６の被研磨面を３０
０ｇｆ／ｃｍ² 程度の圧力により押圧して、ポリッシン
グ・パッド１３の研磨面に接触させる。このようにし
て、ウェーハ・キャリア１４により保持された半導体ウ
ェーハ１６が研磨加工される。すなわち、前記研磨液２
３をポリッシング・パッド１３と半導体ウェーハ１６と
の間に介在させた状態で、半導体ウェーハ１６の被研磨
面がポリッシング・パッド１３の研磨面と繰り返し摺接
される。これにより、タングステン膜１６ｄは徐々に研
磨されて平坦化される。この結果、図２（ｂ）に示すよ
うに、被研磨面の溝１６ｃ以外の部分に存在するタング
ステン膜１６ｄはシリコン酸化膜１６ｂ上からすべて除
去され、埋め込み型のタングステン配線１６ｅが形成さ
れる。

【００４０】こうして、所定の時間にわたって研磨が行
われた後、ウェーハ・キャリア１４が上昇され、半導体
ウェーハ１６がポリッシング・パッド１３から引き離さ
れることにより、研磨加工が終了される。

【００４１】この研磨加工に用いられた研磨液２３の、
Ａｌ₂ Ｏ₃ の研磨粒子の２次粒径は、第１の溶液２１を
第１の貯蔵タンク３２内にて１ヵ月ほど貯蔵した後にお
いても、平均で０．３μｍ程度であった。また、第２の
貯蔵タンク３５内にて１ヵ月ほど貯蔵した第２の溶液２
２の、過酸化水素の分解も２％程度であった。このた
め、研磨液２３の安定性を容易に維持することが可能と
なり、研磨液を煩雑に交換する必要がない。したがっ
て、ＣＭＰ装置の稼働率が上り、製造効率の向上を図る
ことができる。

【００４２】上述したように、この実施の形態では第３
のパイプ３１の一端側の内径面積と同じかそれ以上の内
径面積を有する他端３１ａより、研磨液２３を送出する
ようにしている。このため、研磨液２３を第３のパイプ
３１内に停滞させることなく送出できるため、研磨液２
３をスムーズに供給することが可能となる。したがっ
て、十分に混合された研磨液２３を安定に供給できるた
め、研磨レートのばらつきを小さく抑えることが可能と
なる。しかも、研磨液２３の停滞による、研磨粒子の凝
集あるいは沈殿または化学物質の反応あるいは分解を防
ぐことが可能であるため、研磨液２３の詰まりや変質を
防止でき、常に、半導体ウェーハ１６の被研磨面を高い
平坦性をもって均一に研磨できる。

【００４３】なお、上記実施の形態は、研磨液２３の生
成および供給に第３のパイプ３１を用いる場合について
説明した。しかし、この発明はこれに限定されるもので
はない。

【００４４】図３（ａ）はこの発明の第２の実施の形態
を示すものである。図３（ａ）は前記第３のパイプ３１
に代えて、漏斗４１を用いている。この漏斗４１は導出
部が前記第１、第２のパイプ３４、３７の内径の和と同
等か、それ以上の内径を有し、導入部が前記導出部より
も十分大きな内径を有している。

【００４５】このような構成の漏斗４１によっても、研
磨液２３を漏斗４１内に停滞させることなく送出でき
る。したがって、十分に混合された研磨液２３を安定に
供給できるため、研磨レートのばらつきを小さく抑える
ことが可能となる。しかも、研磨液２３の停滞による、
研磨粒子の凝集あるいは沈殿または化学物質の反応ある
いは分解を防ぐことが可能であるため、研磨液２３の詰
まりや変質を防止でき、常に、半導体ウェーハの被研磨
面を高い平坦性をもって均一に研磨できる。

【００４６】また、図３（ｂ）に示すように、漏斗４１
の内側に、螺旋状の凸部、又は凹部からなる流路４１ａ
を設け、第１、第２の溶液２１，２２の攪拌を促進させ
ることにより、十分に混合された研磨液２３の供給が可
能となる。また、前記第３のパイプ３１の内面に、同様
に、螺旋状の流路を設けてもよい。

【００４７】さらに、研磨粒子としてはＡｌ₂ Ｏ₃ に限
らず、例えば、ＳｉＯ₂ やＣｅＯ₂、ＳｉＮなどを適用
することもできる。また、化学物質としては過酸化水素
に限らず、例えば、スラリーの凝集を防ぐ界面活性剤、
酸（ａｃｉｄ）、アルカリ（ｂａｓｅ）などを適用する
こともできる。

【００４８】さらに、この発明は、埋め込み型の金属配
線を形成する場合のほか、層間絶縁膜の平坦化、プラグ
形成や埋め込み型の素子分離の形成などにも同様に適用
できる。

【００４９】また、この発明は、被研磨膜としてのタン
グステン膜を研磨する以外に、例えば、Ｔｉ、ＴｉＮ、
Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、ポリシリコン、ＳｉＮ、また
は、ＳｉＯ₂ などを研磨する場合にも適用可能である。
その他、この発明の要旨を変えない範囲において、種々
変形実施可能なことは勿論である。

【００５０】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、混合液の停滞を防止でき、研磨粒子の凝集あるいは
沈殿によるパイプの詰まりや化学物質の反応あるいは分
解による混合液の変質を防ぐことが可能な混合液供給装
置とそれを有する半導体の研磨装置及び研磨液供給方法
と半導体の研磨方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、この発明の第１の実施の形態に係わる
ＣＭＰ装置を概略的に示す構成図。

【図２】図２（ａ）（ｂ）は、図１に示すＣＭＰ装置を
用いた研磨方法を説明するために示す半導体ウェーハの
概略断面図。

【図３】図３（ａ）は、この発明の第２の実施の形態に
係わるＣＭＰ装置を概略的に示す構成図、図３（ｂ）
は、図３（ａ）に示す漏斗の変形例を示す上面図。

【図４】図４は、従来のＣＭＰ装置の概略構成図。

【図５】図５は、従来のＣＭＰ装置の他の例を示す概略
構成図。

【符号の説明】

１１…ポリッシング・テーブル、１３…ポリッシング・パッド、１４…ウェーハ・キャリア、１６…半導体ウェーハ２１、２２…第１、第２の溶液、３２、３５…第１、第２の貯蔵タンク、３４、３７、３１…第１、第２、第３のパイプ、３６…液体マスフロー装置、４１…漏斗。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者川島清隆東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】研磨粒子を含む第１の溶液を送出する送
出口を有する第１のパイプと、化学物質を含む第２の溶液を送出する送出口を有する第
２のパイプと、前記第１、第２のパイプの各送出口が一端部に接続さ
れ、前記一端部の内径とほぼ同一の内径を有する他端部
を有し、この他端部から前記第１、第２の溶液を混合し
て生成した混合液を送出する混合部とを具備し、前記混合部の前記一端部の内径は前記第１、第２のパイ
プの内径の合計と略等しく設定されていることを特徴と
する混合液供給装置。
【請求項２】表面にポリシング・パッドが設けられた
ポリッシング・テーブルと、前記ポリシング・パッドに接触される被研磨部材を保持
し、前記ポリッシング・テーブルに対して相対的に移動
する保持体と、研磨粒子を含む第１の溶液を収容する第１の収容部と、化学物質を含む第２の溶液を収容する第２の収容部と、一端部が前記第１の収容部に接続された第１のパイプ
と、前記第１のパイプの中間部に設けられ、前記第１の収容
部内の第１の溶液を送出するポンプと、一端部が前記第２の収容部に接続された第２のパイプ
と、前記第２のパイプの中間部に設けられ、前記第２のパイ
プ内に流れる第２の溶液の流量を制御する液体マスフロ
ー装置と、前記第１、第２のパイプの各他端部が一端部に接続さ
れ、前記一端部の内径とほぼ同一の内径を有する他端部
を有し、この他端部から第１、第２の溶液が混合された
混合溶液を送出する混合部とを具備し、前記混合部の前記一端部の内径は前記第１、第２のパイ
プの他端部の内径の合計と略等しく設定されていること
を特徴とする半導体装置の研磨装置。
【請求項３】前記混合部から送出される混合液の流量
は、前記混合部に供給される第１、第２の溶液の合計の
流量にほぼ等しく設定されていることを特徴とする請求
項１又は２のいずれか１つに記載の混合液供給装置又は
半導体装置の研磨装置。
【請求項４】前記混合部は、一端部の内径と他端部の
内径が略等しい第３のパイプによって構成されているこ
とを特徴とする請求項１又は２のいずれか１つに記載の
混合液供給装置又は半導体装置の研磨装置。
【請求項５】前記混合部は、前記第１、第２の溶液が
供給される一端部及び前記混合液を送出する他端部を有
し、前記他端部は前記第１、第２のパイプの内径の和と
略等しい内径を有し、前記一端部は前記他端部の内径以
上の内径を有する漏斗によって構成されていることを特
徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の混合液供給
装置又は半導体装置の研磨装置。
【請求項６】前記漏斗は、螺線状の流路を有すること
を特徴とする請求項５記載の混合液供給装置又は半導体
装置の研磨装置。
【請求項７】前記第２のパイプに接続され、前記第２
のパイプに流れる第２の溶液の流量を制御する液体マス
フロー装置を有することを特徴とする請求項１記載の混
合液供給装置。
【請求項８】前記液体マスフロー装置は、前記第２の
溶液の流量を前記第１の溶液の流量のほぼ十分の一に設
定することを特徴とする請求項２又は７のいずれか１つ
に記載の混合液供給装置又は半導体装置の研磨装置。
【請求項９】前記第２の収容部に接続され、前記第２
の収容部内に前記第２の溶液を送出するためのガスを導
入する導入手段を有することを特徴とする請求項２記載
の半導体装置の研磨装置。
【請求項１０】研磨粒子を含む第１の溶液および化学
物質を含む第２の溶液を混合部に導入する工程と、前記混合部において、前記第１の溶液および前記第２の
溶液を混合して混合液を生成する工程と、前記混合液を前記混合部から導出する工程を具備し、前記導出する工程において、前記混合液の導出流量は前
記混合部に導入した前記第１の溶液および前記第２の溶
液とほぼ同じ流量であることを特徴とする混合液供給方
法。
【請求項１１】研磨粒子を含む第１の溶液および化学
物質を含む第２の溶液を混合部に導入する工程と、前記混合部において、前記第１の溶液および前記第２の
溶液を混合して混合液を生成する工程と、前記混合液を前記混合部から半導体基板を研磨するポリ
ッシング・パッド上に導出する工程とを具備し、前記導入工程において、前記混合液の導出流量は前記混
合部に導入した前記第１の溶液および前記第２の溶液と
ほぼ同じ流量であることを特徴とする半導体基板の研磨
方法。
【請求項１２】前記導出工程における混合液の導出速
度は、前記第１の溶液の導入流速と同じ流速であること
を特徴とする請求項１０又は１１のいずれか１つに記載
の混合液供給方法又は半導体装置の研磨方法。
【請求項１３】前記第２の溶液の流量は、前記第１の
溶液の流量のほぼ十分の一に設定されていることを特徴
とする請求項１０又は１１のいずれか１つに記載の混合
液供給方法又は半導体装置の研磨方法。
【請求項１４】前記第１の溶液は、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、Ｃｅ
Ｏ₂ 、ＳｉＮ、または、ＳｉＯ₂ のいずれか一つを水に
懸濁させた水溶液であることを特徴とする請求項１０又
は１１のいずれか１つに記載の混合液供給方法又は半導
体装置の研磨方法。
【請求項１５】前記第２の溶液は、酸化剤、酸、アル
カリ、あるいは、界面活性剤のいずれか一つを水に添加
した水溶液であることを特徴とする請求項１０又は１１
のいずれか１つに記載の混合液供給方法又は半導体装置
の研磨方法。