WO2004105113A1 - Polishing body for cmp polishing, cmp polishing apparatus, cmp polishing method, and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Polishing body for cmp polishing, cmp polishing apparatus, cmp polishing method, and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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Norio Yoshida
Yuko Kitade
Osamu Shimoda
Takeya Yabuki
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Abstract

A polishing body for CMP polishing is disclosed which is preferably used in a CMP polishing method which enables to prevent excess polishing of the peripheral surface of a wafer. This polishing body for CMP polishing is composed of a polishing pad, a hard elastic member and a soft elastic member bonded together in this order, and the thickness of the soft elastic member is not more than a half of the thickness of the polishing pad.

Description

明 細 書  Specification
C M P研磨用研磨体、 C M P研磨装置、 C M P研磨方法、 及び半導体デ パイスの製造方法 技術分野 . Polishing body for CMP polishing, CMP polishing apparatus, CMP polishing method, and semiconductor device manufacturing method.
本発明は、 C M P研磨用研磨体、 C M P研磨装置、 及ぴ Si基板表面に 形成された Si〇2 の表面を、 C M P研磨により研磨することにより平坦 化する方法、 及びこの方法を用いた半導体デバイスの製造方法に関する ものである。 背景技術 The present invention relates to a polishing body for CMP polishing, a CMP polishing apparatus, a method of flattening a surface of Si 2 formed on a surface of a Si substrate by polishing by CMP polishing, and a semiconductor device using the method. It relates to a manufacturing method of the. Background art
半導体集積回路の高集積化、 微細化に伴って半導体製造プロセスのェ 程が増加し、 複雑となってきている。 これに伴い、 半導体デバイスの表 面状態が必ずしも平坦ではなくなってきている。 表面における段差の存 在は配線の段切れ、 局所的な抵抗値の増大などを招き、 断線や電流容量 の低下等をもたらす。 又、 絶縁膜では耐圧劣化やリークの発生にもつな がる。  As semiconductor integrated circuits become more highly integrated and miniaturized, the number of semiconductor manufacturing process steps increases and becomes more complicated. As a result, the surface state of semiconductor devices is not necessarily flat. The presence of a step on the surface causes disconnection of the wiring, a local increase in the resistance value, etc., which leads to disconnection and a reduction in current capacity. In addition, the insulation film may lead to deterioration of withstand voltage and generation of leak.
一方、 半導体集積回路の高集積化、 微細化に伴って光リ ソグラフィの 光源波長は短くなり、 開口数いわゆる N Aが大きくなつてきていること に伴い、 半導体露光装置の焦点深度が実質的に浅くなつてきている。 焦 点深度が浅くなることに対応するためには、 今まで以上にデバイス表面 の平坦化が要求される。  On the other hand, the light source wavelength of optical lithography has become shorter with the increase in integration and miniaturization of semiconductor integrated circuits, and the numerical aperture, or NA, has become larger. I'm getting better. In order to cope with the shallow focal depth, flattening of the device surface is required more than ever.
具体的に示すと、 半導体製造プロセスにおいては、 図 6に示すような 平坦化技術が必須になってきている。 図 6は、 半導体製造プロセスにお ける平坦化技術の概念図であり、 半導体デバイスの断面図である。 図 6 において、 1 1はシリ コンウェハ、 1 2は SiO 2からなる層間絶縁膜、 1 3は A1からなる金属膜、 1 4は半導体デバイスである。 一 . ... 図 6 ( a ) は半導体デバイスの表面の層間絶縁膜 1 2を平坦化する例 である。 図 6 ( b ) は半導体デバイスの表面の金属膜 1 3を研磨し、 い わゆるダマシン (damascene) を形成する例である。 このような半導体 デバイ ス の表面を平坦化する方法と しては、 化学的機械的研磨 ( Chemical Mechanical Polishin ま 7こは Chemical Mechanical Planarization、以下では C M Pと称す)技術が広く行われている。現在、 C M P技術はシリ コンウェハの全面を平坦化できる唯一の方法である。 Specifically, in the semiconductor manufacturing process, planarization technology as shown in Fig. 6 has become essential. FIG. 6 is a conceptual diagram of a planarization technique in a semiconductor manufacturing process, and is a cross-sectional view of a semiconductor device. Fig 6 , 11 is a silicon wafer, 12 is an interlayer insulating film made of SiO 2 , 13 is a metal film made of A1, and 14 is a semiconductor device. FIG. 6 (a) shows an example of flattening the interlayer insulating film 12 on the surface of the semiconductor device. FIG. 6B shows an example in which a metal film 13 on the surface of a semiconductor device is polished to form a so-called damascene. As a method for planarizing the surface of such a semiconductor device, a chemical mechanical polishing (CMP) technique is widely used. At present, CMP technology is the only method that can planarize the entire surface of a silicon wafer.
C M Pはシリ コンウェハの鏡面研磨法を基に発展しており、 図 7に示 すような C M P装置を用いて行われている。 1 5は研磨対象物であるゥ ェハ 1 6を保持しながら回転を与えるへッ ド部であり回転駆動機構 1 7 を有している。 このへッ ド部 1 5に対面して研磨パッ ド 1 8が貼り付け られた回転プラテン 1 9及びその回転駆動機構 2 0があり、 これら研磨 パッ ド 1 8、 回転プラテン 1 9、 回転駆動機構 2 0は、 回転式摇動ァ一 ム 2 1により揺動を与えられると共に、 上下方向に駆動される。 なお、 実際には、 研磨パッ ド 1 8と他の部材が組み合わされて、 図 7に示す研 磨パッ ド 1 8の代わりに用いられることがあり、 このようなものを、 本 明細書及び請求の範囲では 「研磨体」 と称している。  CMP has been developed based on a mirror polishing method for silicon wafers, and is performed using a CMP apparatus as shown in FIG. Reference numeral 15 denotes a head for rotating the wafer 16 while holding the wafer 16 to be polished, and has a rotation drive mechanism 17. There is a rotary platen 19 having a polishing pad 18 attached thereto facing the head portion 15 and a rotary drive mechanism 20 thereof.These polishing pad 18, rotary platen 19, and rotary drive mechanism are provided. 20 is given swinging by the rotary actuator 21 and is driven up and down. In practice, the polishing pad 18 and other members may be combined and used in place of the polishing pad 18 shown in FIG. 7. Are referred to as "polishing bodies".
このような C M P研磨装置を使用して研磨を行う際には、 ウェハ 1 6 及ぴ研磨パッ ド 1 8を高速回転させ、 回転式揺動アーム 2 1を図示され ていない上下駆動機構により下降させて、 研磨パッ ド 1 8により ウェハ 1 6を加圧する。 そして、 研磨パッ ド 1 8 とウェハ 1 6間に研磨剤であ るスラ リーを供給する。 さらに、 回転式揺動アーム 2 1を、 図示されて いない揺動駆動機構により破線矢印で示す如く揺動する。 すると、 研磨 ノ ッ ド 1 8とウェハ 1 6の相対回転及び揺動により、 ウェハ 1 6の研磨 が行われ、 表面が平坦化される。 すなわち、 研磨パッ ド 1 8とウェハ 1 6の相対運動による機械的研磨と、 スラリーによる化学的研磨の相乗作 用により、 良好な研磨が行われる。 When performing polishing using such a CMP polishing apparatus, the wafer 16 and the polishing pad 18 are rotated at a high speed, and the rotary swing arm 21 is lowered by a vertical drive mechanism (not shown). Then, the wafer 16 is pressurized by the polishing pad 18. Then, a slurry as an abrasive is supplied between the polishing pad 18 and the wafer 16. Further, the rotary swing arm 21 is swung by a swing drive mechanism (not shown) as shown by a broken arrow. Then, the wafer 16 is polished by the relative rotation and swing of the polishing node 18 and the wafer 16. Is performed, and the surface is flattened. That is, good polishing is performed by the synergistic action of mechanical polishing by relative movement between the polishing pad 18 and the wafer 16 and chemical polishing by slurry.
ところで、 ブランク状態のウェハと異なり、 内部に半導体集積回路が 形成されたウェハの表面は、 平坦ではなく、 とくにチップが形成されて いる部分と形成されていない部分では段差があるのが普通である。 よつ て、 このようなウェハを研磨する場合には、 回路形成に伴って必然的に 生じる大きな周期の凹凸 (うねり) に倣って、 すなわち凹凸 (うねり) に沿って一様に研磨(これを、 「ウェハ'グローバル'リムーバル均一性」 と呼んでいる) を行いながら、 局所的な凹凸を無くする (これを、 「ロー カル . パターン平坦性」 と呼んでいる) ことが求められている。  By the way, unlike a wafer in a blank state, the surface of a wafer in which semiconductor integrated circuits are formed is not flat, and there is usually a step between the part where chips are formed and the part where chips are not formed. . Therefore, when such a wafer is polished, the wafer is polished uniformly along the irregularities (undulations), that is, along the irregularities (undulations) of a large cycle inevitably generated with the circuit formation. It is required to eliminate local irregularities (this is called “local pattern flatness”) while performing “wafer 'global' removal uniformity”.
このような 「ウエノ、 'グローバノレ · リムーバル均一性」 と 「ローカル ' パターン平坦性」 の両者を満足させる研磨体として、 研磨パッ ドと、 硬 質弾性部材と、 軟質部材をこの順に積層して構成されたものが知られて いる (国際公開 W〇 0 3 / 0 0 9 3 6 2号公報)。 このような研磨体にお いては、 研磨パッ ドと軟質部材の間に硬質弾性部材が挟み込まれている ので、 その作用により 「ウェハ 'グローバル ' リムーパル均一' |~生」 と 「口 一カル .パターン平坦性」 の両者を満足させることができる。  A polishing pad that satisfies both “Ueno, 'global-removal uniformity” and “local' pattern flatness” is composed of a polishing pad, a hard elastic member, and a soft member stacked in this order. Is known (International Publication WO 03/0993362). In such a polished body, a hard elastic member is sandwiched between the polishing pad and the soft member. Pattern flatness "can be satisfied.
上述のように、 研磨パッ ドと、 硬質弾性部材と、 軟質部材をこの順に 積層して構成された 3層構造を有する研磨体を使用すれば、 ウェハの、 回路パターンが形成された有効ェリァを平坦に研磨することができる。 この有効ェリァは、 ウェハの外周から 3 mm より内側の部分とされてい る。 すなわち、 外周から 3 mm以内の部分には回路パターンが形成され ておらず、 この部分を平坦に研磨する必要はない。  As described above, by using a polishing body having a three-layer structure in which a polishing pad, a hard elastic member, and a soft member are laminated in this order, an effective area of a wafer on which a circuit pattern is formed can be obtained. It can be polished flat. This effective area is defined as a part inside 3 mm from the outer periphery of the wafer. That is, no circuit pattern is formed in a portion within 3 mm from the outer periphery, and it is not necessary to polish this portion flat.
しかしながら、 従来知られている研磨方法を用いた場合、 この外周部 分においては、 その内側の部分より研磨レートが大きくなるため、 Si O 2部分が完全に研磨されて無くなってしまい、 その下層に存在する Siが むき出しになるという問題点がある。 Siがむき出しになると、 ゴミ等が 付着しやすくなり、 付着したゴミ等が研磨面に入って研磨面を汚染した り、 傷つけたりする等の問題点が発生する。 However, when a conventionally known polishing method is used, the polishing rate at the outer peripheral portion is higher than that at the inner portion, so that SiO 2 There is a problem that the two parts are completely polished and lost, and the underlying Si is exposed. If the Si is exposed, dust and the like tend to adhere, and the attached dust and the like enter the polished surface and cause problems such as contaminating and damaging the polished surface.
このため、 従来技術においては、 ウェハの外周を囲むようにリテーナ リングを配置し、ウェハ外周面をリテーナリングで保護することにより、 ウェハ外周面が過剰に研磨されるのを防止していた。 しかしながら、 こ のようなリテーナリングは消耗品であり、 その分コス トがかかるのみな らず、 リテーナリングの高さ調整が困難であるという問題点があった。 発明の開示  For this reason, in the prior art, the retainer ring is arranged so as to surround the outer periphery of the wafer, and the outer peripheral surface of the wafer is protected by the retainer ring, thereby preventing the outer peripheral surface of the wafer from being excessively polished. However, such a retainer ring is a consumable item, so that not only does it cost much, but also it is difficult to adjust the height of the retainer ring. Disclosure of the invention
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、 リテーナリン グを用いる等の特別な方法をとらなくても、 ウェハ外周面が過剰に研磨 されることを防止できる C M P研磨方法、 この C M P研磨方法に用いる のに好適な C M P研磨用研磨体、 C M P研磨装置、 及びこの C M P研磨 方法を使用した半導体デバイスの製造方法を提供することを課題とする 前記目的を達成するための第 1の発明は、研磨パッ ド、硬質弾性部材、 軟質弾性部材をこの順に張り合わせて形成され、 前記軟質弾性部材の厚 さが、 前記研磨パッ ドの厚さの 1ノ 2以下とされていることを特徴とす る C M P研磨用研磨体である。  The present invention has been made in view of such circumstances, and a CMP polishing method capable of preventing the outer peripheral surface of a wafer from being excessively polished without using a special method such as using retaining ring. A first invention for achieving the above object is to provide a polishing body for CMP polishing suitable for use in a polishing method, a CMP polishing apparatus, and a method for manufacturing a semiconductor device using the CMP polishing method. The polishing pad is formed by laminating a polishing pad, a hard elastic member, and a soft elastic member in this order, and a thickness of the soft elastic member is 1 to 2 or less of a thickness of the polishing pad. This is a polishing body for CMP polishing.
前記目的を達成するための第 2の発明は、 前記第 1の発明であって、 前記軟質弾性部材の厚さが、 0.2mni≤ T≤ 0.5mmであることを特徴とす るものである。  A second invention for achieving the above object is the first invention, wherein the thickness of the soft elastic member is 0.2mni≤T≤0.5mm.
前記目的を達成するための第 3の発明は、研磨パッ ド、硬質弾性部材、 軟質弾性部材をこの順に張り合わせて形成され、 前記軟質弾性部材の厚 さカ 0.2111111≤丁≤0.5111111でぁることを特徴とする C M P研磨用研磨体 である。 According to a third invention for achieving the above object, a polishing pad, a hard elastic member, and a soft elastic member are laminated in this order, and the soft elastic member has a thickness of 0.2111111≤0.1≤0.5111111. Characteristic polishing body for CMP polishing It is.
前記目的を達成するための第 4の発明は、 基板を研磨体に接触-さ な がら相対移動させることにより研磨を行う C M P研磨装置であって、 前 記研磨体として、 前記第 1の発明から第 3の発明のうちいずれかの C M P研磨用研磨体を用いていることを特徴とする C M P研磨装置である。 前記目的を達成するための第 5の発明は、 Si 基板表面に形成された Si〇2の表面を、 C M P研磨により研磨することにより平坦化する方法 であって、 前記第 1の発明から第 3の発明のうちいずれかの C M P研磨 用研磨体を使用して研磨を行うことを特徴とする C M P研磨方法である t 前記目的を達成するための第 6の発明は、 前記第 5の発明である C M P研磨方法によりウェハを研磨する工程を有することを特徴とする半導 体デバイスの製造方法である。 A fourth invention for achieving the above object is a CMP polishing apparatus for performing polishing by moving a substrate relative to a polishing body while making contact with the polishing body. A CMP polishing apparatus characterized by using any one of the polishing bodies for CMP polishing according to the third invention. Fifth invention for achieving the above object, the Si_〇 second surface formed on the Si substrate surface, a method of planarizing by polishing by CMP polishing, third from the first aspect of the present invention T is a CMP polishing method, characterized in that polishing is performed using the polishing body for CMP polishing according to any one of the inventions. T. The sixth invention for achieving the above object is the fifth invention. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of polishing a wafer by a CMP polishing method.
前記目的を達成するための第 7の発明は、 Si 基板表面に形成された Si O 2の表面を、 C M P研磨により研磨することにより平坦化する方法 であって、 研磨圧力を 1 p s i以下として研磨を行うことを特徴とする C M P研磨方法である。 A seventh invention for achieving the above object, the surface of the Si O 2 formed on the Si substrate surface, a method of planarizing by polishing by CMP polishing, polishing the polishing pressure as follows 1 psi And a CMP polishing method.
前記目的を達成するための第 8の発明は、 前記第 7の発明であって、 前記 C M P研磨に用いられる研磨体が、研磨パッ ドと、硬質弾性部材と、 軟質弾性部材をこの順に積層してなる 3層構造を有することを特徴とす るものである。  An eighth invention for achieving the above object is the seventh invention, wherein the polishing body used for the CMP polishing is formed by laminating a polishing pad, a hard elastic member, and a soft elastic member in this order. It has a three-layer structure.
前記目的を達成するための第 9の発明は、 前記第 7の発明又は第 8の 発明の C M P研磨方法により ウェハを研磨する工程を有することを特徴 とする半導体デバイスの製造方法である。  A ninth invention for achieving the above object is a method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of polishing a wafer by the CMP polishing method of the seventh invention or the eighth invention.
図面の簡単な説明 図 1は、 3層構造を有する研磨体の概要を示す図である。 BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 is a diagram showing an outline of a polishing body having a three-layer structure.
図 2は、 発泡ポリ ウレタンの厚さ (mm) をパラメータにした、—ゥェ ハ上の各位置における研磨レートを示す図である。  FIG. 2 is a diagram showing the polishing rate at each position on the wafer using the thickness (mm) of the foamed polyurethane as a parameter.
図 3は、 研磨圧力 (研磨体をウェハに押し付ける圧力) をパラメータ にじた、 ウェハ上の各位置における研磨レートを示す図である。  FIG. 3 is a diagram showing the polishing rate at each position on the wafer, based on the polishing pressure (pressure for pressing the polishing body against the wafer) as a parameter.
図 4は、 研磨圧力と定常部での研磨レートとの関係を示す図である。 図 5は本発明の実施の形態の一例である半導体デバイス製造プロセス を示すフローチャートである。  FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a polishing pressure and a polishing rate in a steady portion. FIG. 5 is a flowchart showing a semiconductor device manufacturing process as an example of the embodiment of the present invention.
図 6は、 半導体製造プロセスにおける平坦化技術の概念図である。 図 7は、 C M P研磨に使用される C M P装置の概要を示す図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 6 is a conceptual diagram of a planarization technique in a semiconductor manufacturing process. FIG. 7 is a diagram showing an outline of a CMP apparatus used for CMP polishing. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
' 以下、 本発明の実施例について、 図を参照しながら説明する。  'Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施例 1 )  (Example 1)
株式会社ニコン社製 C M P研磨装置 (商品名 N P S 3 3 0 1 ( N P S は登録商標)) を使用し、 8インチウェハ上に形成された SiO 2膜を研磨 する際に、 ウェハのエツジ部とその内側の部分における研磨レートがど の程度違うかを調査した。 研磨体と しては、 図 1に示すように、 厚さ 1.25mmのローデル社製研磨パッ ド IC1000 (商品名) に厚さ 0.2ιηηιの S U S板を貼り合わせ、 さらにその上に厚さ 0.20mm、 0.5mm、 1.25mm の発泡ポリ ウレタンを貼り合わせて、 前記 S U S板をサンドィツチ状に したものを使用した。 なお、 この研磨体は、 外径が 170mmであり、 中 央部に直径 60mmの穴が形成されたドーナツ状の研磨体である。 When polishing a SiO 2 film formed on an 8-inch wafer using a Nikon Corporation CMP polishing machine (trade name: NPS 3301 (NPS is a registered trademark)), the edge of the wafer and its edge are removed. The extent to which the polishing rate in the inner part differs was investigated. As a polished body, as shown in Fig. 1, a 1.25 mm thick polishing pad IC1000 (trade name) manufactured by Rodel Co., Ltd. was stuck to a 0.2ιηηι SUS plate, and a 0.20 mm thick The SUS plate was made into a sandwich shape by bonding polyurethane foams of 0.5 mm and 1.25 mm in size. Note that this polishing body is a donut-shaped polishing body having an outer diameter of 170 mm and a hole having a diameter of 60 mm formed in the center.
研磨体の回転数を 301rpm、 ウェハの回転数を— lOlrpm (研磨体と逆 回転) とした。 又、 研磨体の摇動開始位置は、 ウェハの回転中心から 2 2 mmの位置とし、摇動ス トロークは 4 5 mm、揺動速度は 4 0 min/sec と した。 スラ リーは、 キャボッ ト社製の S S 2 5 (商品名) を使用し、 lOOml/rniri の割合で供給した。 研磨圧力 (研磨体をウェハに押し付け. る圧力) は 2.0 p s i と した。 The number of revolutions of the polishing body was set at 301 rpm, and the number of revolutions of the wafer was set at −10 rpm (reverse rotation with respect to the polishing body). The starting position of the polishing body is 22 mm from the center of rotation of the wafer, the moving stroke is 45 mm, and the swing speed is 40 min / sec. And The slurry was supplied at a ratio of 100 ml / rniri using SS25 (trade name) manufactured by Cabot Corporation. The polishing pressure (the pressure for pressing the polishing body against the wafer) was 2.0 psi.
図 2に、 発泡ポリ ウレタンの厚さをパラメータにした、 ウェハ上の各 位置における研磨レー トを示す。 図 2において、 横軸はウェハ上の位置 (ウェハ中心からの距離 [mm]) であり、 縦軸は Si〇2の研磨レート (A (ォグス トローム) /niin) である。 Figure 2 shows the polishing rate at each position on the wafer, using the thickness of the foamed polyurethane as a parameter. 2, the horizontal axis represents a position on the wafer (the distance from the wafer center [mm]), the vertical axis represents the Si_〇 2 in the polishing rate (A (Ogusu Toromu) / niin).
図 2から分かるように、発泡ポリ ゥレタンの厚さが研磨パッ ド IC1000 の厚さと等しい 1.25mmの場合には、 ウェハの外周から 3 mmまでの位 置における研磨レートが急激に増加している。 これにより、 前述のよう に、 SiO 2が完全に無くなってしまい、 Si が露出するという問題が発生 する。 As can be seen from FIG. 2, when the thickness of the polyurethane foam is 1.25 mm, which is equal to the thickness of the polishing pad IC1000, the polishing rate at a position 3 mm from the outer periphery of the wafer sharply increases. As a result, as described above, the problem that SiO 2 is completely lost and Si is exposed occurs.
しかし、 発泡ポリ ウレタンの厚さが 0.5mm となると、 ウェハの外周 から 3 mmまでの位置における研磨レートが低下し始め、 発泡ポリ ウレ タンの厚さが 0.2mm より さらに薄くなると、 逆にウェハエッジ部での 研磨レートはその内側に比べて低下する傾向が見られる。 ウェハェッジ 部で研磨レートが低下しても、 その部分にはパターンが形成されていな いので問題がない。  However, when the thickness of the polyurethane foam becomes 0.5 mm, the polishing rate at a position from the outer periphery of the wafer to 3 mm begins to decrease, and when the thickness of the polyurethane foam becomes thinner than 0.2 mm, on the contrary, the wafer edge portion The polishing rate tends to be lower than that inside. Even if the polishing rate is lowered at the wafer edge, there is no problem because no pattern is formed at that portion.
図 2に示される傾向から、 軟質弾性部材である発泡ポリ ウレタンの厚 さが研磨パッ ドの厚さの 1 Z 2以下となれば、 ウェハの外周から 3 mm までの位置における急激な研磨レートの増加は見られなくなると推定で きる。  From the tendency shown in Fig. 2, if the thickness of the foamed polyurethane, which is a soft elastic member, becomes 1 Z2 or less of the thickness of the polishing pad, the sharp polishing rate at a position up to 3 mm from the outer periphery of the wafer will increase. It can be estimated that the increase will no longer be seen.
また、 軟質弾性部材である発泡ポリ ウレタンの厚さが 0.5mm 以下と なれば、 ウェハの外周から 3 mmまでの位置における急激な研磨レート の増加は見られなくなると推定できる。  Also, if the thickness of the foamed polyurethane, which is a soft elastic member, is 0.5 mm or less, it can be estimated that a sharp increase in the polishing rate at a position up to 3 mm from the outer periphery of the wafer will not be observed.
以上のことより、 Si基板表面に形成された SiO 2の表面を、 C M P研 磨により研磨することにより平坦化する際に、 研磨パッ ド、 硬質弾性部 材、 軟質弾性部材をこの順に張り合わせて形成される研磨体であって、 前記軟質弾性部材の厚さが、 前記研磨パッ ドの厚さの 1 / 2以下とされ ている研磨体、 又は軟質弾性部材である発泡ポリ ウレタンの厚さが 0.5mm以下である研磨体を使用して研磨を行えば、 ウェハエッジ部での 研磨レー トの増加に起因して Siが露出するという問題を解消でき、かつ- ウェハ面内の研磨レートに影響を与えないことが分かった。 From the above, the surface of SiO 2 formed on the surface of the Si substrate was A polishing body formed by laminating a polishing pad, a hard elastic member, and a soft elastic member in this order when flattening by polishing, wherein the thickness of the soft elastic member is If polishing is performed using a polished body with a thickness of 1/2 or less or a foamed polyurethane that is a soft elastic member with a thickness of 0.5 mm or less, polishing at the wafer edge will occur. It was found that the problem that Si was exposed due to the increase in the rate could be solved, and that the polishing rate in the wafer surface was not affected.
(実施例 2 ) (Example 2)
株式会社ニコン社製 C M P研磨装置 (商品名 N P S 3 3 0 1 ( N P S は登録商標)) を使用し、 1 2インチウェハ上に形成された Si O 2膜を研 磨する際に、 ウェハのエッジ部とその内側の部分における研磨レートが どの程度違うかを調査した。 研磨体としては、 厚さ 1.25mmのローデル 社製研磨パッ ド IC1000 (商品名) に厚さ 0.2mmの S U S板を貼り合わ せ、 さらにその上に厚さ 1.25mm の発泡ポリ ウレタンを貼り合わせて、 前記 S U S板をサンドイッチ状にしたものを使用した。 なお、 この研磨 体は、 外径が 266mmであり、 中央部に直径 84mmの穴が形成されたド 一ナツ状の研磨体である。 なお、 研磨時にはリテーナリングを使用して いない。 When polishing a SiO 2 film formed on a 12-inch wafer using Nikon Corporation's CMP polishing machine (trade name: NPS 3301 (NPS is a registered trademark)), the edge of the wafer is polished. We investigated how much the polishing rate differs between the part and the inner part. As a polishing body, a 1.25 mm thick polishing pad IC1000 (trade name) manufactured by Rodel Co., Ltd. is bonded to a 0.2 mm thick SUS plate, and a 1.25 mm thick foamed polyurethane is further bonded onto the SUS plate. The SUS plate was used in a sandwich shape. This abrasive body has an outer diameter of 266 mm, and is a donut-shaped abrasive body having a hole with a diameter of 84 mm formed in the center. Retainer rings were not used during polishing.
研磨体の回転数を 181rpm、 ウェハの回転数を一 201rpm (研磨体と逆 回転) と した。 又、 研磨体の揺動開始位置は、 ウェハの回転中心から 27.5mniの位置とし、 摇動ス トロークは 85mm、 摇動速度は 40mmZsec とした。 スラ リーは、 キャボッ ト社製の S S 2 5 (商品名) を使用し、 150ml/minの流量で供給した。  The rotation speed of the polishing body was set at 181 rpm, and the rotation speed of the wafer was set at 201 rpm (reverse rotation from the polishing body). The swinging start position of the polishing body was 27.5 mni from the center of rotation of the wafer, the rotating stroke was 85 mm, and the rotating speed was 40 mmZsec. The slurry was supplied at a flow rate of 150 ml / min using SS25 (trade name) manufactured by Cabot Corporation.
図 3に、 研磨圧力 (研磨体をウェハに押し付ける圧力) をパラメータ にした、 ウェハ上の各位置における研磨レー トを示す。 図 3において、 横軸はウェハ上の位置 (ウェハ中心からの距離 [mm] ) であり、 縦軸は Si〇 2の研磨レー ト (A (ォグス トローム) /min) である。 Figure 3 shows the polishing rate at each position on the wafer, using the polishing pressure (the pressure at which the polishing body is pressed against the wafer) as a parameter. In Figure 3, The horizontal axis is a position on a wafer (the distance from the wafer center [mm]), the vertical axis represents the Si_〇 second polishing rate (A (Ogusu Toromu) / min).
図 3から分かるように、 研磨圧力が 2 p s i 、 3 p s i のときには、 ウェハの外周から 3 mmまでの位置における研磨レートが急激に増加し ている。 これにより、 前述のように、 Si〇2が完全に無くなってしまい、 Siが露出するという問題が発生する。 As can be seen from FIG. 3, when the polishing pressure is 2 psi or 3 psi, the polishing rate increases rapidly up to 3 mm from the outer periphery of the wafer. As a result, as described above, the problem that Si 無 く2 is completely lost and Si is exposed occurs.
しかし、 研磨圧力を 1 p s iまで低下させると、 ウェハエッジ部での 急激な研磨レー トの増加は見られなくなり、 研磨圧力が 0.5 p s i、 0.1 p s i とさらに低下すると、 逆にウェハェッジ部での研磨レートはその 内側に比べて低下する傾向が見られる。 ウェハエッジ部で研磨レートが 低下しても、その部分にはパターンが形成されていないので問題がない。  However, when the polishing pressure was reduced to 1 psi, there was no sharp increase in the polishing rate at the wafer edge, and when the polishing pressure was further reduced to 0.5 psi and 0.1 psi, the polishing rate at the wafer edge was conversely reduced. There is a tendency to decrease compared to the inside. Even if the polishing rate decreases at the wafer edge, there is no problem because no pattern is formed at that portion.
しかしながら、 研磨圧力を低下させると、 定常部での研磨レートが低 下し、 実用に耐えなくなる恐れがある。 よって、 研磨圧力と定常部での 研磨レー ト との関係を、 前述の条件と同じ条件の下で調査した。 その結 果を図 4に示す。 図 4において横軸は研磨圧力 (p s i ) であり、 縦軸 は SiO 2の平均研磨レー ト (A (ォグス トローム) / min) である。 図 2に示すように、 O. l p s i〜3.0 p s i の間では、 研磨レートはほぼ直 線的に低下するが、 研磨レートと研磨圧力との関係は、 一般に Preston の式として知られている比例関係とは異なり、 O. l p s i の場合でも、 ゥ ェハと研磨体の高速回転 (平均相対速度 3.0[m/sec] ) のため、 1000[A Z min]を超えていることが分かる。 これは十分に実用に耐える研磨レート である。 However, when the polishing pressure is reduced, the polishing rate in the steady part decreases, and there is a possibility that the polishing rate may not be practical. Therefore, the relationship between the polishing pressure and the polishing rate in the steady part was investigated under the same conditions as described above. Figure 4 shows the results. In FIG. 4, the horizontal axis is the polishing pressure (psi), and the vertical axis is the average polishing rate of SiO 2 (A (ogstroms) / min). As shown in Fig. 2, between O.lpsi and 3.0 psi, the polishing rate decreases almost linearly, but the relationship between polishing rate and polishing pressure is proportional to what is generally known as Preston's equation. In contrast to this, it can be seen that even in the case of O. lpsi, it exceeds 1000 [AZ min] due to the high speed rotation of the wafer and the abrasive body (average relative speed 3.0 [m / sec]). This is a polishing rate sufficient for practical use.
以上のことより、 Si基板表面に形成された SiO 2の表面を、 C M P研 磨により研磨することにより平坦化する際に、 研磨圧力を 1 p s i以下 として研磨を行えば、 ウェハエッジ部での研磨レー トの増加により、 Si が露出するという問題を解消でき、 かつ、 十分に実用に耐える研磨レー トが得られることが分かった。 (発明の実施の形態) From the above, when the surface of SiO 2 formed on the surface of the Si substrate is planarized by polishing by CMP, the polishing pressure is set to 1 psi or less, and the polishing rate at the wafer edge is reduced. The problem of Si exposure due to the increase in Was found to be obtained. (Embodiment of the invention)
図 5は、 本発明の実施の形態の一例である半導体デバイス製造プロセ スを示すフローチャートである。 半導体デバイス製造プロセスをスター トして、 まずステップ S100で、 次に挙げるステップ S101〜S104の中 から適切な処理工程を選択する。 選択に従って、 ステップ S101〜S104 のいずれかに進む。  FIG. 5 is a flowchart illustrating a semiconductor device manufacturing process according to an embodiment of the present invention. When the semiconductor device manufacturing process is started, first in step S100, an appropriate processing step is selected from the following steps S101 to S104. According to the selection, the process proceeds to any of steps S101 to S104.
ステップ S101 はシリ コンウェハの表面を酸化させる酸化工程である。 ステップ S102 は C V D等によりシリ コンウェハ表面に絶縁膜を形成す る C V D工程である。 ステップ S103 はシリ コンウェハ上に電極を蒸着 等の工程で形成する電極形成工程である。 ステップ 104はシリ コンゥヱ ハにイオンを打ち込むイオン打ち込み工程である。 ' C V D工程もしく は電極形成工程の後で、 ステップ S105 に進む。 ス テツプ S105 で C M P工程を実施するかどうか判断し、 実施する場合は S106の C M P工程に進む。 C M P工程を行わない場合は、 S106をバイ パスする。 C M P工程では本発明に係る研磨装置により、 層間絶縁膜の 平坦化や、 半導体デバイ スの表面の金属膜の研磨によるダマシン (damascene) の开成等力 S行われる。  Step S101 is an oxidation step for oxidizing the surface of the silicon wafer. Step S102 is a CVD step of forming an insulating film on the surface of the silicon wafer by CVD or the like. Step S103 is an electrode forming step of forming electrodes on the silicon wafer by steps such as vapor deposition. Step 104 is an ion implantation step of implanting ions into the silicon wafer. 'After the CVD step or the electrode forming step, go to step S105. In step S105, it is determined whether or not to perform the CMP step, and if so, the process proceeds to step S106. If the CMP step is not performed, bypass S106. In the CMP step, the polishing apparatus according to the present invention performs planarization of the interlayer insulating film and formation of damascene S by polishing the metal film on the surface of the semiconductor device.
C M P工程もしく は酸化工程の後でステップ S107 に進む。 ステップ S107 はフォ ト リ ソ工程である。 フォ ト リ ソ工程では、 シリ コンウェハ へのレジス トの塗布、 露光装置を用いた露光によるシリ コンウェハへの 回路パターンの焼き付け、 露光したシリ コンウェハの現像が行われる。 さらに次のステップ S108 は現像したレジス ト像以外の部分をエツチン グにより削り、 その後レジス ト剥離が行われ、 エッチングが済んで不要 となったレジス トを取り除くエツチング工程である。 次にステップ S109 で必要な全工程が完了したかを判断し、 完了して いなければステップ S100 に戻り、 先のステップを繰り返して、 シリ.コ ンウェハ上に回路パターンが形成される。 ステップ S109 で全工程が完 了したと判断されれば工程を終了する。 After the CMP process or the oxidation process, the process proceeds to Step S107. Step S107 is a photolithography process. In the photolithography process, a resist is applied to a silicon wafer, a circuit pattern is printed on the silicon wafer by exposure using an exposure apparatus, and the exposed silicon wafer is developed. Further, the next step S108 is an etching step in which portions other than the developed resist image are removed by etching, and thereafter, the resist is peeled off, and the unnecessary resist after etching is removed. Next, in step S109, it is determined whether or not all necessary processes have been completed. If not, the process returns to step S100, and the previous steps are repeated to form a circuit pattern on the silicon wafer. If it is determined in step S109 that all steps have been completed, the steps are terminated.
本発明の実施の形態である C M P研磨装置は、 本発明の研磨体を使用 している以外は、 図 7に示した従来の C M P研磨装置と変わるところが ないので、 その説明を省略する。  The CMP polisher according to the embodiment of the present invention is the same as the conventional CMP polisher shown in FIG. 7 except that the polishing body of the present invention is used, and therefore the description thereof is omitted.

Claims

求 の 範 囲 Range of request
1. 研磨パッ ド、 硬質弾性部材、 軟質弾性部材をこの順に張り合わせ て形成され、 前記軟質弾性部材の厚さが、 前記研磨パッ ドの厚さの 1 Z 2以下とされていることを特徴とする CMP研磨用研磨体。 1. A polishing pad, a hard elastic member, and a soft elastic member are laminated in this order, and the thickness of the soft elastic member is 1 Z2 or less of the thickness of the polishing pad. Polishing body for CMP polishing.
2. 前記軟質弾性部材の厚さが、 0.2mm≤ T≤ 0.5mmであることを特 徴とする請求の範囲第 1項に記載の CM P研磨用研磨体。  2. The polishing body for CMP polishing according to claim 1, wherein the thickness of the soft elastic member is 0.2 mm≤T≤0.5 mm.
3. 研磨パッ ド、 硬質弾性部材、 軟質弾性部材をこの順に張り合わせ て形成され、 前記軟質弾性部材の厚さが、 0.2nmi≤ T≤ 0.5mmであるこ とを特徴とする CMP研磨用研磨体。 3. A polishing body for CMP polishing formed by laminating a polishing pad, a hard elastic member, and a soft elastic member in this order, wherein the thickness of the soft elastic member is 0.2 nmi T 0.5 mm.
4. 基板を研磨体に接触させながら相対移動させることにより研磨を 行う CMP研磨装置であって、 前記研磨体として、 請求の範囲第 1項か ら第 3項のうちいずれか 1項に記載の CM P研磨用研磨体を用いている ことを特徴とする CMP研磨装置。  4. A CMP polishing apparatus for performing polishing by relatively moving a substrate while contacting the polishing body, wherein the polishing body is any one of claims 1 to 3. A CMP polishing apparatus using a polishing body for CMP polishing.
5. Si基板表面に形成された SiO 2の表面を、 CMP研磨により研磨 することにより平坦化する方法であって、 請求の範囲第 1項から第 3項 のうちいずれか 1項に記載の CM P研磨用研磨体を使用して研磨を行う ことを特徴とする CM P研磨方法。 5. A method of flattening a surface of SiO 2 formed on a surface of a Si substrate by polishing by CMP polishing, wherein the CM according to any one of claims 1 to 3 is provided. A CMP polishing method, wherein polishing is performed using a polishing body for P polishing.
6. 請求の範囲第 5項に記載の CMP研磨方法により ウェハを研磨す る工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。  6. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising a step of polishing a wafer by the CMP polishing method according to claim 5.
7. Si基板表面に形成された Si〇2の表面を、 CMP研磨により研磨 することにより平坦化する方法であって、 研磨圧力を 1 p s i以下とし て研磨を行うことを特徴とする CM P研磨方法。 The 7. Si substrate surface formed Si_〇 second surface, a method of planarizing by polishing by CMP polishing, CM P polishing and performing polishing a polishing pressure and a 1 psi or less Method.
8. 前記 CMP研磨に用いられる研磨体が、 研磨パッ ドと、 硬質弾性 部材と、 軟質弾性部材をこの順に積層してなる 3層構造を有することを 特徴とする請求の範囲第 7項に記載の CM P研磨方法。 8. The polishing body used in the CMP polishing has a three-layer structure in which a polishing pad, a hard elastic member, and a soft elastic member are stacked in this order. CMP polishing method.
9. 請求の範囲第 7項又は第 8項に記載の CMP研磨方法により ゥェ ハを研磨する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法 9. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of polishing a wafer by the CMP polishing method according to claim 7 or 8.
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