JPH10303155A - 研磨方法および装置 - Google Patents

研磨方法および装置

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JPH10303155A
JPH10303155A JP10790197A JP10790197A JPH10303155A JP H10303155 A JPH10303155 A JP H10303155A JP 10790197 A JP10790197 A JP 10790197A JP 10790197 A JP10790197 A JP 10790197A JP H10303155 A JPH10303155 A JP H10303155A
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JP
Japan
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polishing
temperature
semiconductor wafer
polished
film
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Application number
JP10790197A
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English (en)
Inventor
Toshiya Saito
俊哉 斉藤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/14—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the temperature during grinding

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 研磨速度の安定性および半導体ウェハの研磨
の面内均一性を向上させる。 【解決手段】 半導体ウェハ１の研磨が行われる液槽１
０と、液槽１０内に設置されかつ研磨時に半導体ウェハ
１を支持して回転するとともに表面３ａに研磨パッド４
が設けられた研磨盤３と、研磨盤３を回転させる研磨盤
回転手段８と、液槽１０内に設置されかつ研磨時に回転
しながら半導体ウェハ１を研磨パッド４に押さえ付けて
保持する加圧ヘッド６と、加圧ヘッド６を回転させる加
圧ヘッド回転手段９と、液槽１０に収容されたスラリ２
の温度を制御する温度制御部１７とからなり、液槽１０
内の温度制御されたスラリ２中で半導体ウェハ１に形成
された被研磨膜１ｃの研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造技術に
関し、特に、研磨剤を用いた化学的機械研磨の研磨速度
を安定させる研磨技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】以下に説明する技術は、本発明を研究、
完成するに際し、本発明者によって検討されたものであ
り、その概要は次のとおりである。
【０００３】半導体ウェハの製造工程で使用される半導
体製造装置の一例として、半導体ウェハの表面に形成さ
れた被研磨膜である層間絶縁膜や金属膜を研磨する化学
的機械研磨装置いわゆるＣＭＰ（Chemical Mechanical
Polishing)装置が用いられている。
【０００４】前記ＣＭＰ装置は、供給されたスラリ（研
磨剤を含む研磨液）と被研磨膜とにおいて化学的結合
（化学反応）を起こさせ、これに機械的な荷重を加える
ことによって被研磨膜を除去して研磨を行うものであ
り、被研磨膜の平坦化に用いられることが多い。
【０００５】すなわち、ＣＭＰ装置は、化学反応作用と
機械研磨作用とを利用して半導体ウェハの表面に形成さ
れた被研磨膜を研磨し、この被研磨膜を平坦化するもの
である。
【０００６】なお、高密度な半導体集積回路の形成が求
められているため、平坦化能力の高いＣＭＰ法が使用さ
れつつある。
【０００７】ここで、半導体ウェハ上の被研磨膜を研磨
してこの被研磨膜を平坦にする方法およびＣＭＰ装置に
ついては、例えば、株式会社工業調査会、１９９３年６
月１日発行、「電子材料１９９３年６月号」、４１〜６
２頁に記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した技
術におけるＣＭＰ装置では、研磨中の半導体ウェハの温
度管理ができないことが問題とされる。
【０００９】すなわち、化学反応作用と機械研磨作用の
うち、前者は温度依存性が高いため、研磨中の半導体ウ
ェハの温度が変動した場合、化学反応速度も変動するこ
とになり、研磨中に研磨速度が変化するという問題が発
生する。
【００１０】その結果、半導体ウェハの研磨における面
内均一性が低下するという問題も起こる。
【００１１】本発明の目的は、研磨速度の安定性および
半導体ウェハの研磨の面内均一性を向上させる研磨方法
および装置を提供することにある。
【００１２】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【００１４】すなわち、本発明の研磨方法は、半導体ウ
ェハに形成された被研磨膜を研磨するものであり、温度
制御された環境で前記半導体ウェハの前記被研磨膜を研
磨するものである。
【００１５】これにより、半導体ウェハにおける被研磨
膜の研磨中の温度を安定化させることができ、その結
果、温度依存性が高い化学反応速度を制御できる。
【００１６】したがって、研磨中の化学反応速度を安定
化させることができ、これにより、半導体ウェハにおけ
る被研磨膜の研磨速度の安定性を向上できる。
【００１７】さらに、本発明の研磨方法は、研磨液を収
容可能な液槽を準備する工程と、前記液槽内に前記研磨
液を収容する工程と、前記液槽内の前記研磨液を温度制
御する工程と、前記液槽内の温度制御された研磨液中で
前記半導体ウェハの前記被研磨膜を研磨する工程とを有
するものである。
【００１８】また、本発明の研磨装置は、半導体ウェハ
に形成された被研磨膜の研磨を行うものであり、前記半
導体ウェハの研磨が行われる処理容器と、前記処理容器
内に設置されかつ研磨時に前記半導体ウェハを支持する
とともに表面に研磨パッドが設けられた研磨盤と、前記
処理容器内に設置されかつ研磨時に前記半導体ウェハを
前記研磨パッドに押さえ付けて保持する加圧保持部材
と、前記処理容器内の雰囲気の温度を制御する温度制御
部とを有し、前記処理容器内の温度制御された環境で前
記半導体ウェハの前記被研磨膜の研磨を行うものであ
る。
【００１９】なお、本発明の研磨装置は、前記処理容器
が円筒形に形成されているものである。
【００２０】さらに、本発明の研磨装置は、前記処理容
器が研磨液を収容する液槽であり、前記液槽内の温度制
御された研磨液中で前記半導体ウェハの前記被研磨膜の
研磨が行われるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。
【００２２】図１は本発明による研磨装置の構造の実施
の形態の一例を示す構成概念図、図２は図１に示す研磨
装置の詳細構造を一部断面にして示す構成概念図、図３
は本発明の研磨装置を用いた半導体装置の製造手順の一
例を示す拡大部分断面図である。
【００２３】図１および図２に示す本実施の形態の研磨
装置は、ＣＭＰ装置（化学機械研磨装置）とも呼ばれ、
研磨液であるスラリ２と半導体ウェハ１の表面１ａに形
成された被研磨膜１ｃとにおいて化学反応を起こさせ、
これに機械的な力を加えることによって被研磨膜１ｃを
除去して研磨を行うものである。
【００２４】なお、半導体製造工程において、前記ＣＭ
Ｐ装置は、半導体ウェハ１に形成された層間絶縁膜（本
実施の形態では図３に示すＳｉＯ2 などの酸化膜１６）
や配線メタル膜である金属膜１５（図３参照）などの被
研磨膜１ｃを研磨するものであり、この被研磨膜１ｃの
平坦化に用いられることが多い。
【００２５】図１および図２に示す前記ＣＭＰ装置の構
成は、半導体ウェハ１の研磨が行われる処理容器である
液槽１０と、液槽１０内に設置されかつ研磨時に半導体
ウェハ１を支持して回転するとともに表面３ａに研磨布
やポリウレタンなどからなる研磨パッド４が設けられた
研磨盤３（回転定盤ともいう）と、研磨盤３を回転させ
る研磨盤回転手段８と、液槽１０内に設置されかつ研磨
時に回転しながら半導体ウェハ１を研磨パッド４に押さ
え付けて保持する加圧ヘッド６（ウェハキァリアとも呼
ばれる加圧保持部材）と、加圧ヘッド６を回転させる加
圧ヘッド回転手段９と、液槽１０に収容されたスラリ２
（液槽１０内に形成された液相状態）の温度を制御する
温度制御部１７とからなり、液槽１０内の温度制御され
たスラリ２中（液相状態の環境）で半導体ウェハ１に形
成された被研磨膜１ｃの研磨を行うものである。
【００２６】つまり、本実施の形態では、前記処理容器
がスラリ２を収容する液槽１０の場合であり、液槽１０
内の温度制御されたスラリ２中に半導体ウェハ１を浸漬
し、この状態で半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃの研磨を
行う。
【００２７】さらに、本実施の形態によるＣＭＰ装置の
液槽１０は、１枚の半導体ウェハ１の研磨が行われる程
度の大きさのものであり、かつ、この液槽１０は円筒形
に形成されている。液槽１０内には加圧ヘッド６と研磨
盤３とが設置されている。
【００２８】これにより、加圧ヘッド６も１枚の半導体
ウェハ１を保持する程度の大きさであり、さらに、研磨
盤３も１枚の半導体ウェハ１を研磨する程度の大きさで
ある。
【００２９】したがって、本実施の形態のＣＭＰ装置
は、枚葉処理式のものである。
【００３０】なお、加圧ヘッド６は半導体ウェハ１の液
槽１０内への搬入出を真空吸着によって行うため、回転
とともに昇降かつ水平移動可能に設置されており、研磨
盤３は回転可能に設置されている。
【００３１】ここで、加圧ヘッド６の動作と研磨盤３の
動作とは、研磨制御部２７によって制御される。つま
り、研磨制御部２７は温度制御部１７とも接続され、こ
れにより、温度制御部１７からの信号によって液槽１０
内のスラリ２の温度が所定の温度に到達したことを認識
したら、加圧ヘッド回転手段９と研磨盤回転手段８とを
制御して研磨を開始させる。
【００３２】ただし、研磨制御部２７と温度制御部１７
とは、必ずしも別々に設けられている必要はなく、両者
が一体となった制御部であってもよい。
【００３３】また、前記ＣＭＰ装置においては、温度制
御部１７が、液槽１０に収容されたスラリ２の温度を検
知する温度検知手段である温度センサ１１と、液槽１０
の外部で液槽１０に配管１９を通じて接続されるととも
にスラリ２の温度を調節する恒温器１４とに接続され、
液槽１０内のスラリ２の温度を制御する際に、温度セン
サ１１により検知した液槽１０内のスラリ２の温度に基
づいて、恒温器１４により温度を調節した溶媒２２（例
えば、アルカリ水溶液など）を液槽１０内に供給し、こ
れにより、液槽１０内のスラリ２の温度の制御を行う。
【００３４】さらに、液槽１０の外部において、恒温器
１４は配管２０を介してポンプ１８と接続され、ポンプ
１８は配管２１を介して液槽１０と接続されている。
【００３５】つまり、本実施の形態のＣＭＰ装置におけ
る液槽１０は、ポンプ１８によって液槽１０内のスラリ
２のうちの溶媒２２だけを吸い上げ、この溶媒２２を恒
温器１４に送り、恒温器１４によって溶媒２２を所定の
温度に加熱または冷却する。これにより、所定の温度
（２０〜５０℃など）に制御された溶媒２２を液槽１０
内に供給する。
【００３６】その結果、液槽１０内では温度制御された
溶媒２２と研磨剤２ａとが混合し、液槽１０内におい
て、溶媒２２と粒子の研磨剤２ａとからなりかつ温度制
御されたスラリ２が形成される。
【００３７】なお、本実施の形態のＣＭＰ装置では、恒
温器１４やポンプ１８が研磨剤２ａで目詰まりしないよ
うに、研磨剤２ａは液槽１０に残してポンプ１８によっ
てスラリ２の溶媒２２だけを吸い上げ、これにより、恒
温器１４によって溶媒２２を所定の温度に調節した後、
再び配管１９を通じて溶媒２２を液槽１０内に供給す
る。
【００３８】つまり、液槽１０の排出口にフィルタなど
の濾過部材を設けておき、これにより、研磨剤２ａは液
槽１０内に残留させ、ポンプ１８によって溶媒２２だけ
を吸い上げる。
【００３９】その後、ＣＭＰ装置において、液槽１０内
の溶媒２２を配管２１、ポンプ１８、配管２０、恒温器
１４および配管１９を通じて循環させる構造とすること
ができる。
【００４０】ここで、前記循環の経路の途中に図示しな
いフィルタなどを設ければ、液槽１０内のスラリ２を研
磨剤２ａごと吸い上げて、このスラリ２を恒温器１４に
よって温度制御した後、再び液槽１０内に供給して循環
させてもよい。
【００４１】なお、本実施の形態のＣＭＰ装置の場合、
液槽１０内には研磨剤２ａが残留するため、この研磨剤
２ａが液槽１０内で沈殿しないように、比較的パワーの
大きなポンプ１８を設置し、このポンプ１８による溶媒
２２供給時の流れによって研磨前に液槽１０内のスラリ
２を攪拌し、これにより、液槽１０内において研磨剤２
ａを均一に分散させておくことが好ましい。
【００４２】ただし、ポンプ１８のパワーが比較的小さ
い場合には、液槽１０内にスラリ２攪拌専用の攪拌装置
（図示せず）を設置してもよい。
【００４３】ここで、スラリ２は、例えば、被研磨膜１
ｃがＳｉＯ2 などの酸化膜１６（図３参照）である場
合、アルカリ性の溶媒２２（一例としてアルカリ水溶
液）に研磨剤２ａであるＳｉＯ2 を混ぜたものであり、
被研磨膜１ｃがタングステンやアルミニウムなどの金属
膜１５（図３参照）の場合、酸性の溶媒２２に研磨剤２
ａであるＡｌ2 Ｏ3 を混ぜたものである。
【００４４】なお、スラリ２において研磨剤２ａの実用
的な含有割合、すなわちスラリ２の実用的な濃度は、例
えば、５％程度である（つまり、溶媒２２の１００に対
し、研磨剤２ａが５程度含まれている）が、スラリ２の
濃度は、これに限定されるものではなく、被研磨膜１ｃ
の種類やその研磨量などに応じて種々変更可能なもので
ある。
【００４５】さらに、スラリ２の使用可能期間は、例え
ば、目安として製造から６か月程度であるが、その種類
や濃度などによって様々に設定されることは言うまでも
なく、半導体ウェハ１への汚染対策の一例として前記目
安よりも多少早い時期にスラリ２を交換することが好ま
しい。
【００４６】ここで、本実施の形態によるＣＭＰ装置に
取り付けられた加圧ヘッド６は、伝熱性が高く耐食性に
優れた材料、例えば、ステンレス鋼などによって形成さ
れており、その先端部６ａには、半導体ウェハ１の外周
部１ｂを案内かつ保持するガードリング５が設けられて
いる。
【００４７】また、ガードリング５は、例えば、アルミ
ニウムなどによって形成され、研磨中に加圧ヘッド６か
ら半導体ウェハ１が外れないように半導体ウェハ１を案
内するものである。
【００４８】さらに、研磨中、加圧ヘッド６は半導体ウ
ェハ１を加圧する際に、多孔質部材である通気性剛性板
１２とバッキングパッド７とを介して半導体ウェハ１を
加圧する。
【００４９】なお、通気性剛性板１２はその両面が研削
加工により平面仕上げされ、高剛性を有するセラミック
などによって形成されている。
【００５０】さらに、バッキングパッド７は低剛性を有
し、直径１ｍｍ程度の貫通孔７ａがその全面に渡って設
けられている。
【００５１】ここで、研磨時の主研磨圧力は、加圧ヘッ
ド６から通気性剛性板１２およびバッキングパッド７を
介して半導体ウェハ１に加えられるが、圧力補正用の圧
搾空気または液体は加圧ヘッド６の内部に設けられたパ
イプ１３などを介して供給される。
【００５２】すなわち、前記圧搾空気または液体は通気
性剛性板１２およびバッキングパッド７の貫通孔７ａを
介して半導体ウェハ１の裏面１ｄに到達する。この時、
半導体ウェハ１は加圧ヘッド６とともに回転し、加圧ヘ
ッド６の回転方向と反対の方向に回転する研磨盤３の研
磨パッド４に押さえ付けられながら研磨される。この
時、前記圧搾空気または液体は所定の温度に調節されて
いることが望ましい。
【００５３】なお、本実施の形態による加圧ヘッド６
は、研磨中、回転運動と揺動運動とを行う。
【００５４】本実施の形態の研磨方法について説明す
る。
【００５５】まず、スラリ２を収容可能な液槽１０、こ
の液槽１０内にそれぞれ回転可能に対向して設置された
加圧ヘッド６および研磨盤３を備えたＣＭＰ装置を準備
する。
【００５６】その後、液槽１０内に所定の溶媒２２と所
定の研磨剤２ａを供給し、これにより、液槽１０内にス
ラリ２を収容する。
【００５７】この際、液槽１０内から溶媒２２だけをポ
ンプ１８によって吸い上げるとともに、この吸い上げた
溶媒２２を恒温器１４によって所定の温度に制御（調
節）し、さらに、この温度制御された溶媒２２を再度液
槽１０内に供給する。
【００５８】すなわち、恒温器１４によって温度制御さ
れた溶媒２２をポンプ１８によって循環させ、これによ
り、液槽１０内のスラリ２を所定の温度に制御（調節）
する。
【００５９】その後、加圧ヘッド６を上昇させて液槽１
０外に移動させるとともに、被研磨膜１ｃが形成されか
つ所定箇所に収容された半導体ウェハ１の上方まで加圧
ヘッド６を移動させる。
【００６０】そこで、加圧ヘッド６を下降させ、加圧ヘ
ッド６のパイプ１３を介して真空吸着を行うことによ
り、半導体ウェハ１をピックアップし、加圧ヘッド６に
よって研磨盤３上の所定の位置まで半導体ウェハ１を搬
送する。
【００６１】その後、半導体ウェハ１を保持した加圧ヘ
ッド６を下降させ、加圧ヘッド６ごと半導体ウェハ１を
液槽１０内のスラリ２中に浸漬する。
【００６２】なお、少なくとも、半導体ウェハ１をスラ
リ２中に浸漬した後は、常時、液槽１０内のスラリ２の
温度を温度センサ１１によって検知し続ける。
【００６３】さらに、温度センサ１１が検知するスラリ
２の温度が所定の温度に到達した後、液槽１０内（処理
容器内）の所定温度に温度制御されたスラリ２中（液相
状態の環境）で半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃを研磨す
る。
【００６４】すなわち、加圧ヘッド回転手段９によって
加圧ヘッド６を回転させるとともに、研磨盤回転手段８
によって研磨盤３を回転させた後、加圧ヘッド６によっ
て半導体ウェハ１を研磨盤３の研磨パッド４に押し付け
て半導体ウェハ１に形成された被研磨膜１ｃの研磨を開
始する。
【００６５】なお、液槽１０内のスラリ２の温度を温度
センサ１１によって常時検知しておき、研磨中液槽１０
内のスラリ２の温度が所定の温度から変動しないよう
に、温度センサ１１による検知結果に基づき温度制御部
１７によって恒温器１４を制御し、これにより、循環さ
せる溶媒２２の温度を常時調節する。
【００６６】また、研磨中は、加圧ヘッド６や研磨盤３
が回転するため、液槽１０内においてスラリ２に流れが
発生する。しかし、液槽１０の形状が円筒形であるた
め、スラリ２の流れが乱流にならずに滑らかな回転方向
の流れのみを形成することができる。
【００６７】さらに、液槽１０内で半導体ウェハ１の研
磨を行う際に、研磨開始前に、予めスラリ２や半導体ウ
ェハ１を温度調整しておくことにより、研磨作業工程全
体の処理時間を短縮させることが可能になる。
【００６８】次に、図１〜図３を用いて、本実施の形態
のＣＭＰ装置（研磨装置）を用いた半導体装置の製造方
法（図３参照）について説明する。
【００６９】本実施の形態では、半導体ウェハ１上にタ
ングステンなどによって金属膜１５を形成し、この上に
形成したＳｉＯ2 などの層間絶縁膜である酸化膜１６を
前記ＣＭＰ装置を用いて平坦化する場合を説明する。
【００７０】まず、半導体ウェハ１上にスパッタ処理な
どによって金属膜１５を形成し、図３（ａ）に示すよう
に、これに露光およびエッチングして所望（配線パター
ンに応じた）の形状に形成する。
【００７１】その後、図３（ｂ）に示すように、ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition)処理によって、金属膜１
５上に酸化膜１６を形成する。
【００７２】続いて、図３（ｃ）に示すように、本実施
の形態の研磨装置すなわちＣＭＰ装置によって、酸化膜
１６を研磨し、その平坦化を行う。
【００７３】ここでは、前記研磨方法と同様の方法で研
磨する。
【００７４】まず、加圧ヘッド６のパイプ１３を介して
半導体ウェハ１の真空吸着を行うとともに、半導体ウェ
ハ１をピックアップし、液槽１０内のスラリ２中に浸漬
された研磨盤３上の所定の位置まで半導体ウェハ１を搬
送する。
【００７５】続いて、半導体ウェハ１を保持した加圧ヘ
ッド６を下降させ、加圧ヘッド６ごと半導体ウェハ１を
液槽１０内のスラリ２中に浸漬する。
【００７６】なお、少なくとも、半導体ウェハ１をスラ
リ２中に浸漬した後は、常時、液槽１０内のスラリ２の
温度を温度センサ１１によって検知し続ける。
【００７７】さらに、温度センサ１１が検知するスラリ
２の温度が所定の温度に到達した後、液槽１０内（処理
容器内）の所定温度に温度制御されたスラリ２中（液相
状態の環境）で半導体ウェハ１に形成された酸化膜１６
を研磨する。
【００７８】すなわち、加圧ヘッド回転手段９によって
加圧ヘッド６を回転させるとともに、研磨盤回転手段８
によって研磨盤３を回転させた後、加圧ヘッド６によっ
て半導体ウェハ１を研磨盤３の研磨パッド４に押し付け
て半導体ウェハ１に形成された酸化膜１６の研磨を開始
する。
【００７９】なお、液槽１０内のスラリ２の温度を温度
センサ１１によって常時検知しておき、研磨中液槽１０
内のスラリ２の温度が所定の温度から変動しないよう
に、温度センサ１１による検知結果に基づき温度制御部
１７によって恒温器１４を制御し、これにより、循環さ
せる溶媒２２の温度を常時調節する。
【００８０】本実施の形態の研磨方法および装置によれ
ば、以下のような作用効果が得られる。
【００８１】すなわち、温度制御されたスラリ２（液相
状態）中で半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃ（例えば、図
３に示す酸化膜１６）を研磨することにより、半導体ウ
ェハ１における被研磨膜１ｃの研磨中の温度を安定化さ
せることができる。
【００８２】これにより、温度依存性が高い化学反応速
度を制御できるため、研磨中の化学反応速度を安定させ
ることができる。
【００８３】その結果、半導体ウェハ１における被研磨
膜１ｃの研磨速度の安定性を向上させることができる。
【００８４】また、温度制御されたスラリ２（液相状
態）中で半導体ウェハ１を研磨することにより、研磨時
に、半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃ側の面（表面１ａ）
と裏面１ｄとで摩擦熱による温度差の発生を防げるた
め、研磨中に半導体ウェハ１に反りが形成されることを
防止できる。
【００８５】これにより、半導体ウェハ１の面内におけ
る研磨量を均一化することができ、その結果、半導体ウ
ェハ１の研磨の面内均一性を向上させることができる。
【００８６】また、半導体ウェハ１の研磨が行われる液
槽１０（処理容器）が円筒形に形成されていることによ
り、液槽１０の平面形状と半導体ウェハ１の外形形状と
が同じ円形であるため、研磨中に液槽１０内の角部など
においてスラリ２の乱流が形成されることを防げる。
【００８７】これにより、研磨時のスラリ２の温度制御
を高精度に行うことが可能になり、スラリ２の温度を安
定化させることができる。
【００８８】その結果、半導体ウェハ１における被研磨
膜１ｃの研磨速度を安定化させることができ、かつ、半
導体ウェハ１の研磨の面内均一性を向上させることがで
きる。
【００８９】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記発明の実施の形態に限定されるものではなく、その
要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言う
までもない。
【００９０】例えば、前記実施の形態のＣＭＰ装置（研
磨装置）においては、処理容器が液槽１０であり、液槽
１０内の温度制御された液体の環境（スラリ２）中で半
導体ウェハ１の被研磨膜１ｃの研磨を行う場合について
説明したが、前記処理容器によって形成される環境は、
図４に示す他の実施の形態のような気相状態であっても
よい。
【００９１】ここで、図４に示す処理容器は密閉可能な
構造の密閉容器２３であり、前記ＣＭＰ装置が、この密
閉容器２３内の温度制御された気相状態の中で半導体ウ
ェハ１の被研磨膜１ｃ（図２参照）の研磨を行うもので
ある。
【００９２】なお、図４に示すＣＭＰ装置は、温度制御
部１７が、密閉容器２３内の気相状態の温度を検知する
温度センサ１１と、密閉容器２３内に供給する気体２５
（例えば、Ｎ2 ガスなど）の温度を密閉容器２３の外部
において調節する恒温器１４とに接続され、密閉容器２
３内の気相状態の温度を制御する際に、温度センサ１１
により検知した密閉容器２３の気相状態の温度に基づい
て、恒温器１４により温度を調節した気体２５を密閉容
器２３内に供給して密閉容器２３内の気相状態の温度の
制御を行うものである。
【００９３】さらに、図４に示すＣＭＰ装置における研
磨方法について説明すると、まず、密閉した気相状態を
形成可能な密閉容器２３を準備し、この密閉容器２３内
に温度制御されたＮ2 などの気体２５を供給する。
【００９４】その後、循環させる気体２５の温度を恒温
器１４によって所定の温度に制御し、この温度制御され
た気体２５を密閉容器２３内に供給することにより、密
閉容器２３内の気体２５による気相状態を温度制御す
る。
【００９５】続いて、密閉容器２３内に配置されたノズ
ル２４を介してスラリ供給手段２６により研磨盤３上に
スラリ２を供給し、その後、加圧ヘッド６と研磨盤３と
を回転させるとともに、加圧ヘッド６によって半導体ウ
ェハ１を研磨盤３の研磨パッド４に押し付けて半導体ウ
ェハ１の被研磨膜１ｃの研磨を行う。
【００９６】これにより、密閉容器２３内の温度制御さ
れた気相状態の中で半導体ウェハ１の被研磨膜１ｃを研
磨できる。
【００９７】なお、図４に示すＣＭＰ装置によっても、
前記実施の形態で説明したＣＭＰ装置と同様の作用効果
が得られる。
【００９８】また、前記実施の形態および前記他の実施
の形態で説明したＣＭＰ装置における処理容器（液槽１
０と密閉容器２３）は、円筒形のものであるが、前記処
理容器の形状は必ずしも円筒形に限らず、平面形状が四
角形の筒形のものなどであってもよい。
【００９９】ただし、前記処理容器の内部角部に研磨剤
２ａが溜まるような複雑な形状は有していない方が好ま
しい。
【０１００】また、図２および図４に示すＣＭＰ装置
は、通気性剛性板１２やバッキングパッド７を備えてい
るものであるが、前記ＣＭＰ装置は、必ずしも通気性剛
性板１２やバッキングパッド７を備えていなくてもよ
い。
【０１０１】この場合、加圧ヘッド６で直接半導体ウェ
ハ１を真空吸着するとともに、研磨時には直接半導体ウ
ェハ１を押圧する。
【０１０２】さらに、処理容器内に形成された環境を温
度制御する際には、処理容器の外部で恒温器１４によっ
て溶媒２２または気体２５を温度制御して、この温度制
御された溶媒２２や気体２５を処理容器内に供給するの
ではなく、処理容器の内部に収容した溶媒２２または気
体２５を温度制御してもよい。
【０１０３】つまり、ＣＭＰ装置の処理容器（液槽１０
や密閉容器２３）に温度調整機構が設けられているもの
である。
【０１０４】また、前記実施の形態および前記他の実施
の形態で説明したＣＭＰ装置は、１つの処理容器の中で
１枚の半導体ウェハ１の研磨を行う枚葉処理式のもので
あったが、前記ＣＭＰ装置は、１つの処理容器の中で複
数の半導体ウェハ１の研磨を行うバッチ処理式のもので
あってもよい。
【０１０５】この場合、１つの加圧ヘッド６と１つの研
磨盤３とが一対となったユニットが処理容器内に複数設
置されていてもよいし、また、１つの大形の研磨盤３に
対して複数の加圧ヘッド６が対応するようなユニットが
処理容器内に設置されていてもよい。
【０１０６】
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。
【０１０７】（１）．温度制御された環境中で半導体ウ
ェハの被研磨膜を研磨することにより、半導体ウェハに
おける被研磨膜の研磨中の温度を安定化させることがで
きる。これにより、温度依存性が高い化学反応速度を制
御できるため、研磨中の化学反応速度を安定化させるこ
とができる。その結果、半導体ウェハにおける被研磨膜
の研磨速度の安定性を向上させることができる。
【０１０８】（２）．温度制御された環境中で半導体ウ
ェハを研磨することにより、研磨時に、半導体ウェハの
表面と裏面とで摩擦熱による温度差の発生を防げるた
め、研磨中に半導体ウェハに反りが形成されることを防
止できる。これにより、半導体ウェハの面内における研
磨量を均一化することができ、その結果、半導体ウェハ
の研磨の面内均一性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による研磨装置（ＣＭＰ装置）の構造の
実施の形態の一例を示す構成概念図である。
【図２】図１に示す研磨装置の詳細構造を一部断面にし
て示す構成概念図である。
【図３】（ａ),（ｂ),（ｃ）は本発明の研磨装置を用い
た半導体装置の製造手順の一例を示す拡大部分断面図で
ある。
【図４】本発明の他の実施の形態である研磨装置（ＣＭ
Ｐ装置）の構造を一部断面にして示す構成概念図であ
る。
【符号の説明】
１ 半導体ウェハ １ａ 表面 １ｂ 外周部 １ｃ 被研磨膜 １ｄ 裏面 ２ スラリ（研磨液） ２ａ 研磨剤 ３ 研磨盤 ３ａ 表面 ４ 研磨パッド ５ ガードリング ６ 加圧ヘッド（加圧保持部材） ６ａ 先端部 ７ バッキングパッド ７ａ 貫通孔 ８ 研磨盤回転手段 ９ 加圧ヘッド回転手段 １０ 液槽（処理容器） １１ 温度センサ（温度検知手段） １２ 通気性剛性板 １３ パイプ １４ 恒温器 １５ 金属膜 １６ 酸化膜 １７ 温度制御部 １８ ポンプ １９ 配管 ２０ 配管 ２１ 配管 ２２ 溶媒 ２３ 密閉容器（処理容器） ２４ ノズル ２５ 気体 ２６ スラリ供給手段 ２７ 研磨制御部

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウェハに形成された被研磨膜を研
    磨する研磨方法であって、温度制御された環境で前記半
    導体ウェハの前記被研磨膜を研磨することを特徴とする
    研磨方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の研磨方法であって、 研磨液を収容可能な液槽を準備する工程と、 前記液槽内に前記研磨液を収容する工程と、 前記液槽内の前記研磨液を温度制御する工程と、 前記液槽内の温度制御された前記研磨液中で前記半導体
    ウェハの前記被研磨膜を研磨する工程とを有することを
    特徴とする研磨方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の研磨方法であって、 密閉した雰囲気を形成可能な密閉容器を準備する工程
    と、 前記密閉容器内に気体を供給する工程と、 前記密閉容器内の前記気体の雰囲気を温度制御する工程
    と、 前記密閉容器内の温度制御された気相状態の中で前記半
    導体ウェハの前記被研磨膜を研磨する工程とを有するこ
    とを特徴とする研磨方法。
  4. 【請求項４】 半導体ウェハに形成された被研磨膜の研
    磨を行う研磨装置であって、 前記半導体ウェハの研磨が行われる処理容器と、 前記処理容器内に設置され、かつ研磨時に前記半導体ウ
    ェハを支持するとともに、表面に研磨パッドが設けられ
    た研磨盤と、 前記処理容器内に設置され、かつ研磨時に前記半導体ウ
    ェハを前記研磨パッドに押さえ付けて保持する加圧保持
    部材と、 前記処理容器内の雰囲気の温度を制御する温度制御部と
    を有し、 前記処理容器内の温度制御された環境で前記半導体ウェ
    ハの前記被研磨膜の研磨を行うことを特徴とする研磨装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の研磨装置であって、前記
    処理容器が円筒形に形成されていることを特徴とする研
    磨装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または５記載の研磨装置であっ
    て、前記処理容器が研磨液を収容する液槽であり、前記
    液槽内の温度制御された研磨液中で前記半導体ウェハの
    前記被研磨膜の研磨が行われることを特徴とする研磨装
    置。
  7. 【請求項７】 請求項４または５記載の研磨装置であっ
    て、前記処理容器が密閉可能な密閉容器であり、前記密
    閉容器内の温度制御された気相状態の中で前記半導体ウ
    ェハの前記被研磨膜の研磨が行われることを特徴とする
    研磨装置。
  8. 【請求項８】 請求項４，５または６記載の研磨装置で
    あって、前記温度制御部が、前記処理容器である液槽に
    収容された前記研磨液の温度を検知する温度検知手段
    と、前記研磨液の温度を調節する恒温器とに接続され、
    前記液槽内の前記研磨液の温度を制御する際に、前記温
    度検知手段により検知した前記液槽内の前記研磨液の温
    度に基づいて、前記恒温器により温度を調節した溶媒を
    前記液槽内に供給して前記液槽内の前記研磨液の温度の
    制御を行うことを特徴とする研磨装置。
  9. 【請求項９】 請求項４，５または７記載の研磨装置で
    あって、前記温度制御部が、前記処理容器である密閉容
    器内の気相状態の温度を検知する温度検知手段と、前記
    密閉容器内に供給する気体の温度を調節する恒温器とに
    接続され、前記密閉容器内の気相状態の温度を制御する
    際に、前記温度検知手段により検知した前記密閉容器内
    の気相状態の温度に基づいて、前記恒温器により温度を
    調節した前記気体を前記密閉容器内に供給して前記密閉
    容器内の気相状態の温度の制御を行うことを特徴とする
    研磨装置。
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