TW200400099A - Polishing device and manufacturing method for semiconductor device - Google Patents

Description

200400099 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明，係關於將石夕晶圓等被研磨物平坦化之研磨裝 置，尤其有關一種邊將漿料供應至被研磨物之被研磨面邊 進行化學機械研磨之研磨裝置。本發明亦關於一種將該研 磨裝置使用於半導體晶圓表面之研磨加工的半導體元件之 製造方法。 【先前技術】 近年來，伴隨I c構造之微細化及複雜化，形成於半導 體基板之多層配線層數有增加之趨勢，在各薄膜形成後所 進行之基板表面之平坦化就越來越重要。若各薄膜形成後 所進行之表面平坦化之精度低而增加凹凸，表面段差則變 大，有產生配線間之絕緣不良或短路等之虞。又，在微影 步驟，若在半導體基板之表面凹凸多，則會產生失焦，或 不能形成微細之圖案。 至今，將半導體基板之表面以高精度平坦化的技術有 CMP(Chemical Mechanical P〇iishing:化學機械研磨）法， 實施該方法之裝置則使用稱A CMP裝置之裝置。-般，該 CMP欢置，係邊將含有氧化矽粒子之研磨液（漿料）供應至 半導體基板之被研磨面，邊使安裝於研磨頭之研磨墊接觸 來進行研磨。 圖係示意表示此種習矣口 CMP t置之例。在此所示 之CMP裒置’係具有：將研磨對象之半導體基板㈠保持大 200400099 致水平之載台92 磨墊95之研磨頭 導體基板91之載 繞垂直軸旋轉， ，92,及設於該載台92上方且在下面貼有研 磨頭9 3。當研磨半導體基板91時，使保持半 之載台92圍繞垂直轴旋轉，並使研磨頭93圍 I ’使研磨墊9 5從基板91之上方接觸。在此 — 之直徑係比半導體基板91之直徑為小，研磨 一 藉由與半導體基板91之接觸面平行之方向（水平方 向）在復（擺動）移動來均勻地研磨基板91之表面。又，在 ^ 用泵吸取漿料槽内96之漿料，從漿料供應 管98透過設置於研磨頭93内部之漿料供應管94供應至研 磨塾95之外部’亦即半導體基板91之被研磨面上。

再者’在此種半導體基板91之研磨，有時須在該衆料 目的所需之添加液（藥液）。已知該添加液，係用來 —板表面之平坦化者’或用來洗淨研磨完之丰㈣且

200400099 時，僅能將毁料與添加液預先混合，故無法充分獲得添加 液之效果。 本！X明係有馨於上述問題，其目的在於提供一種研磨 衣置〃此將水料與添加液在即將供應至被研磨物之被研 磨面上前加以混合，以充分發揮添加液之效果而提高基板 之研磨精度’本發明並提供一種將該研磨裝置使用於半導 體晶圓表面之研磨加工的半導體元件之製造方法。 為要達成該目的，本發明之研磨裝置，係具有：保持 被研磨物之載台，及將研磨塾安裝於载台所保持之被研磨 之被研磨面之對向面而構成的研磨頭，·使研磨墊接觸被 研磨物之被研磨面來進行被研磨面之研磨者；其且備,1 料供應機構’用以供應漿料至研磨頭；添加液供應機構， 用以供應待添加在漿料内之添加液至研磨頭；及混合液供 應部’其設置於研磨頭内部’將從漿料供應機構所供應之 槳料與從添加液供應機構所供應之添加液加以混合，並從 位於研磨頭之旋轉中心位置附近的開口供應至研磨塾之外 部。 又，本發明之研磨裝i，較佳者為其固定於研磨頭或 :定於將研磨頭保持成可旋轉自如之研磨頭保持體的擾拌 :，係位於混合液供應部内。又，此情形，較佳者為該 二拌構件’係呈突起狀或螺旋槽狀。又，較佳者為在該混 二：：應部之至少一部分内壁設有突起狀或螺旋槽狀之搅 冓件。再者’較佳者為該載台係將被研磨物保持成被研 磨面朝上，該研磨墊係從上方接觸被研磨物。 200400099 又’半導體元件之製造方法，係用來將如上述所構成 之研磨裝置使用於半導體晶圓（被研磨物）表面之研磨加工 者。依據此種製造方法，能以高產能且高良率製造高精度 之半導體元件，故能以低成本製造品質佳之半導體元件。 【實施方式】 以下，參閱圖式說明本發明之較佳實施形態。圖玉， 係表示本發明研磨裝置之實施形態之CMP裝置10之構成的 j意圖，W 2係將該CMP裝置1〇局部放大表示的截面圖。 該CMP裝置1G係具有裝置本體，及將詳述於後的漿料供應 機構50與添加液供應機構6〇 ;該裝置本體係將下列構件 設於機架上而構成：載自2G1以將被研磨物之半導體基 板1保持於大致水平姿勢；研磨帛3Q，其將研磨塾％安 虞於„亥載σ 20所保持之半導體基板i之被研磨面（在此係 上面）之對向面；及研磨頭保持體40,將該研磨帛30保持 成可圍繞垂直軸旋轉自如。 載口 20 ’係女裝於大致垂直延伸之旋轉支柱u上端 ;當旋轉支柱圍繞軸旋轉時，在與該軸垂直之面内(大致 /平a）方疋轉。在载纟20之上面側設有未圖示之吸附夾 頭，能吸附保持作為研磨對象之半導體基板1之下面側。 研磨頭3 0，#且古· # & 其下部之圓盤部31b、所構：：·，由胴部313及形成於 所構成，及研磨墊36，安裝於該旋轉 «部31b之下面（載台2q所保持之半導體基板2 面之對向面）。在旋轉體以之洞部3Ia形成在上 200400099 側（圓盤部31 b(研磨墊36)設置側之相反側）開口之中空部（ 以下’稱該中空部為混合槽32)。圓盤部31b之下面係已 精度良好地平坦化，能以全部平坦的狀態安裝研磨墊36。 研磨墊36，係以不織布或聚氨基甲酸乙酯為原料來構成， 亚成形為直徑大致與旋轉體31之圓盤部31b相等之薄圓般 狀研磨墊3 6為消耗品，故能藉由接著劑或雙面膠帶等以 可拆裝自如之方式安裝於圓盤部31b之下面。 研磨頭保持體40，係透過由未圖示之複數個馬達進行 移動控制之複數個台（stage)，可相對機架（未圖示）作三維 移動’如圖2所示，研磨頭保持體4。具有往垂直下方延伸 之延設部41，及設於該延設部41外周之軸承43。延設部 =，係從上方進入形成於研磨頭3〇之旋轉體31的該混合 才曰32内，並透過上述軸承43將研磨頭3〇全體支撐成能圍 繞垂直軸旋轉自如。 本在研磨頭30之旋轉體31之朋部…外周面設有從動 齒輪—37’其經常嚙合於被馬達38驅動之驅動齒輪39。因 此:藉由馬達38之旋轉，能將該旋轉動力從驅動齒輪39 在從動齒輪傳遞，使研磨頭3〇全體圍繞垂直軸旋轉。 在研磨頭保持體40之延設部41内部如圖2所示設有 ’與垂直方向平行延伸且於延設部41之側面形成有流出口 之第1液流路44及第2液流路45。在延設部41之下端外 周部形成向外突出之突起狀保持體側攪拌冑42，在混合槽 =之内壁則形成向混合槽32内突出之突起狀混合槽側搜 拌部33。又，研磨頭30之旋轉體31之内部形成混合液供 200400099 應管34，該混合液供應管34,係從混合槽32往下延伸， 並在研磨墊3 6之旋隸φ # 置形„口。疋轉i位置附近及其周邊部之複數個位 渡料供應機構50,係具有：毁料槽5ι，用以儲存含有 :乳化飾粒子之研磨液（激料）；聚料供應f 52, -端位於 :漿科槽51内’另—端以螺入連接於形成在研磨頭保持體 4二内部之第1液流路44的上部開口；及第U53,設於 該浆料供應管52之管路途中，將㈣槽51内之㈣斗厂堅送 至弟、1液流路44内。又，添加液供應機構6。，係具有： 夜& 61儲存有待與混漿料混合之添加液（藥液）；添 口液供應管62’ _端位於添加液槽61内，另一端以螺入 連接於形成在研磨頭保持體4G内部之第2液流路α的上 邛開口 ’及第2泵63，設於該添加液供應管62之管路途 中’將添加液槽61内之添加液壓送至第2液流路4… 在此，渡料供應管52及添加液供應管Μ均由内徑小之撓 性軟管（例如橡朦軟管）構成，用來當使研磨頭保持體4〇 = 二維移動時可追隨其彎曲自如。 當使用如上述構成之CMp裝置1〇來進行半導體基板之 坦化研料，首先’將作為研磨對象之半導體基板！（例 “夕晶in吸附於载台2〇上面。藉此半導體基板ι成為以 :研磨面朝上之方式保持於載台2〇之狀態。又，較佳 半導體基板1係設置成其t 與載台2G之旋轉中心一致: =半導體基板i於載台2G後’使載台2()與半導體基板 起在水平面内旋轉。接著啟動馬達使研磨頭30圍繞垂 200400099 直軸旋轉（藉此研磨塾36亦在水平面内旋轉），並且將研磨 頭保持體40下降，使研磨墊36從上方接觸半導體… 之被研磨面。研磨墊36接觸半導體基板】之被研磨面而開 始研磨半導體基板！後，使研磨頭保持體40往平行於半導 體基板i與研磨塾36之接觸面的方向（在此係水平方向）移 動來進研磨被研磨面全體。 即將開始研料導體基板1 _，開始將漿料與添加液 之混合液供應至半導體基板丨之被研磨面上。該混合液之 ::C係、啟動第！泵53將漿料槽51内之漿料從漿料供應 官52及研磨頭保持體4〇内之第"夜流路“供應至混合槽 32、内，同時啟動第2果63將添加液槽61内之添加液從添 加液供應管62及研磨頭保持體4〇内之第2液流路45供應 至混合槽32内來進行。如上述，由聚料供應機構50所供 應之蒙料及由添加液供應機構6()所供應之添加液，以在混 合槽32内混合之狀態從設於研磨頭3〇旋轉體μ内之混合 液供應管34的開口 (位於研磨塾36之旋轉中心位置附近， 及其周邊部之複數處）供應至研磨墊％之外部（即研磨墊 36下面）。又，為避免漿料中之固體成分與液體成分分離 而沉澱於槽内’須經常攪拌漿料槽51内之漿料。 此來保持於載台20之半導體基板1之被研磨面 ，邊接受漿料與添加液之混合液供應，邊藉由半導體基板 本身之旋轉運動、與研磨頭3〇(即研磨塾36)之旋轉及擺 動運動全體被均勻地研磨’半導體基板ι之被研磨面被以 高精度平坦化。又1繼續上述研磨，研磨塾％就逐漸不 200400099 堪用，研磨特性改變（惡化），故每隔一段時間就使用調整 器（c〇nditi〇ner)(未圖示）來恢復堪用的程度（進行調整）。 依據上述CMP裝置1〇，因漿料供應機構5〇所供應之 漿料及由添加液供應機構60所供應之添加液係一起供應至 没於研磨頭30内部之中空混合槽32内，使在該混合槽32 内所混合之漿料及添加液的混合液從混合液供應管其 攸混合槽32在研磨頭30内延伸而開口於研磨墊％之旋轉 中心位置附近）供應至研磨墊36之外部（下面），故漿料及 :加液此在即將供應至半導體基板丨之被研磨面前加以混 合。因此’與習知CMp &置相比，更能充分發揮添加液之 $果，提高基板之研磨精度。又，在混合槽32内所混合之 水料及添加液的混合液，跑出研磨墊36後，雖由於研磨頭 ^之旋轉所產生之離心力而以放射狀飛散，但是在本CMP 裝置，因作為研磨頭30内之混合液通路的混合液供應管 開口於研磨墊％…位置附近，故能將上述混合 夜7^王仏應至半導體基板1之整個被研磨面。 又，在本CMP裝置，因研磨頭保持體40之延設部41 位於研磨㈣3〇之混合槽&内，研磨頭在該延設部〇 二_疋轉故§研磨頭30旋轉時，延設部41就相對地在 此口才曰32中繞轴旋轉’混合槽32 Θ之漿料與添加液，則 被k叹邛41有效地攪拌。並且，本cMp裝置，因在延設部 41之外周部如上述形成突起狀保持體側攪拌部a，故漿料 一、加液施有效率地均勻攪拌。再者，因亦在混合槽K内 壁形成突㈣混合槽側攪拌# 33 ’故更能有效地進行混合 12 液之混合。又，保持體側 並不:於如上述之突起狀者 在此，上述延設部4 1 日八 研磨頭30之浐此a槽32内的旋轉，係藉由 研以頭刈之紅轉相對地 措田 右捭姓泌播 于者因未使用其他之動力，故 有攪拌機構之構成簡單 勒刀故 w入辦』丨， 炎點雖亦可在混合槽32内嗖詈 混合漿料與添加液之獨立曰 …又置 另外需要設置使攪拌構件 、’但疋在此情形，因 直便稅拌構件旋轉之動 本CMP裝置10還複雜。 ，、褥成文付比 到此雖已說明本發明之 並不限定於上述者。例如在上十,仏形態’本發明之範圍 方接觸半導體基板之被研磨面（上而、 /塾知從上 饭唧Μ面（上面），然而與此相反，亦 可，載台將半導體基板以被研磨面朝下之方式保持，研磨 墊攸下方接觸半導體基板之被研磨面(下面）。但是，若為 此：構成，為將漿料與添加液經過研磨頭保持體4〇内之兩 液肌路44、45及研磨頭30内之混合液供應管34而供應至 研磨墊36外部，就需要足以抵抗重力之強壓送力。 又，在上述兩實施形態，雖使研磨頭圍繞垂直軸旋轉 外，並使保持半導體基板之載台旋轉，然而，為研磨半導 體基板之被研磨面，將半導體基板與研磨頭（研磨墊）作相 對移動即可，亦可未必要旋轉載台。又，所使用之漿料除 二氧化鈽以外亦能使用氧化鋁或氧化矽等。又，聚料與添 加液並不限定於各僅有一種，本發明能適用於需要複數種 類之添加液者。 其次，說明本發明半導體元件之製造方法之實施形態 13 200400099 。圖4係表示半導體元件製程的流程圖。半導體製程中， 首先，在步驟S200從以下所列之步驟S201〜S204中選擇適 切之處理步驟，進入任一步驟。在此，S2〇i係使晶圓表面 氧化的氧化步驟。S202係藉由CVD等在晶圓表面形成絕緣 膜或介電膜的CVD步驟。S203係在晶圓藉由蒸鍍等形成電 極的電極形成步驟。S204係在晶圓植入離子的離子植入步 驟。 在CVD步驟（S202)或電極形成步驟（S2〇3)之後，進入 步驟S205。步驟S205係CMp步驟。在CMp步驟，使用本 么明之研磨裝置進行層㈤I緣膜之平坦化、I導體元件表 面之金屬膜之研磨、介電膜之研磨來形成金屬鑲嵌 (damascene)等 ° 在CMP步驟(S2〇5)或氧化步驟(S2〇1) t後，進入步驟 S206。步驟S2G6係微影步驟。在該㈣，在晶圓塗佈光阻 曰广曝光破置之曝光在晶圓上轉印電路圖帛、將曝光完之 曰曰圓加以顯影。再去，τ 一 v驟S207為蝕刻步驟，係將顯 衫之光阻像以外之部分以 · 士入 域刻除去，而後進行光阻之剝離 去除元成餘刻而不要之光阻 其次，在步驟S208，判!^ ^ ^ W崎所需之全部步驟是否完成， 右尚未元成就回到步驟S2 成雷踗m^ 反覆刖述步驟而在晶圓上形 取电路圖案。若在步驟 。 ^S2G8判斷全部步驟已完成，就結束 在本發明之半導體 本發明之研磨裝置， 用 y>tL 〉 之製造方法，因在CMP步驟使 故忐提高CMP步驟產能。藉此，比 14 200400099 起習知之半導體元件之製造方法 干乂月b w低成本製造半導 儿件。又，亦可在上述半導體元件製程以外的半導體 製程的CMP步驟使用本發明之研磨裝置。又，本發明 導體元件之製造方法所製造的半導體元件，因以高產能製 造，故成為低成本之半導體元件。 ^ :以上所說明、，依據本發明之研磨裝置，槳料與添加 攻糸在即將供應至被研磨物之被研磨面前加以混合。因此 ，比起習知研磨裝置更能充分發揮添加液之效果： 研磨物之研磨精度。又，所混人 破 吓作匕口之水枓與添加液的混合液 跑出研磨墊後，雖由於研磨頭之旋轉所產生之離心力而 以放射狀飛散，但是在本發明之研磨裝置，因作為研磨頭 内之混合液通路的混合液供應路係於研磨墊之中心位置附 近形成開口，故能將上述混合液完全供應至被研磨物之整 個被研磨面。 又，藉由將如上述所構成之研磨裝置使用於研磨半導 體晶圓之表面的步驟來構成半導體元件之製造方法，能以 南產能且高良率製造高精度的半導體元件，故能以低成本 製造品質佳之半導體元件。又，藉此能以低成本提供品質 佳之半導體元件。 ' 【圖式簡單說明】 (一）圖式部分 圖1，係表示本發明研磨裝置一實施形態的CMP裝置 構成的示意圖。 15 200400099 圖2，係圖1所示之CMP裝置的局部放大截面圖。 圖3，係表示習知CMP裝置之一例的示意圖。 圖4，係表示本發明之半導體元件之製造方法之一例 的流程圖。 (二）元件代表符號 1 半導體基板 10 CMP裝置 20 載台 21 旋轉支柱 30 研磨頭 31 旋轉體 32 混合槽 33 混合槽側攪拌部 34 混合液供應管 36 研磨墊 40 研磨頭保持體 41 延設部 42 保持體側攪拌部 43 轴承 44 第1液流路 45 第2液流路 50 漿料供應機構 51 漿料槽 52 漿料供應管

16 200400099 53 第1泵 60 添加液供應機構 61 添加液槽 62 添加液供應管 63 第2泵

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Claims (1)

1. 200400099 拾、申請專利範園·· 1 · 一種研磨裝置 將研磨墊安裝於载台 面而構成的研磨頭· 進行被研磨面之研磨 漿料供應機構， 添加液供應機構 至研磨頭；及 ’係具有：保持被研磨物之載台，及 所保持之被研磨物之被研磨面之對向 使研磨墊接觸被研磨物之被研磨面來 者；其特徵在於：具備： 用以供應漿料至研磨頭； ，用以供應待添加在漿料内之添加液 混合液供應部，豆

   八。又置於研磨頭内部，將從漿料供 機構所供應之盤艇a ^ 、；、曰人 枓人攸添加液供應機構所供應之添加液 以化合，並從位於 唧保頭之方疋轉中心位置附近的開口供 至研磨墊之外部。 /、 於研2磨利範圍第1項之研磨裝置，其中，固 持-納Ϊ 將研磨頭保持成可旋轉自如之研磨頭' 持租的銳拌構件，係位於混合液供應部内。 3.如申睛專利範圍第2項之研磨铲詈，苴由 拌構件，俜呈〜… 置，其中，⑴

   你呈犬起狀或螺旋槽狀。 、4·如申請專利範圍第2項之研磨裝置，其 混合液供應部之至少一八辟# 办 /、 1 攪拌構件。 。刀土3又有犬起狀或螺旋槽狀d 、θ 5·如申請專利範圍第3項之研磨裝置，其 ，、應邛之至少一部分内壁設有突 攪拌構件。 、狀次螺$疋槽狀之 項中任一項之研磨 18 1 ·如申請專利範圍第1項至第 200400099 裝置’其中’該載台係將被研磨物保持成被研磨面朝上， 該研磨墊係從上方接觸被研磨物。 7. —種半導體元件之製造方法，其特徵在於： 以半導體晶圓為被研磨物，而具有使用申請專利範圍 第1項至第6項中任一項之研磨裝置來研磨半導體晶圓表 面的步驟。 拾壹、圖式： 如次頁。

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