WO2007055124A1 - ポリシング加工方法及び装置 - Google Patents

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WO2007055124A1
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polishing
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irradiated
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Keiichi Kimura
Panart Khajornrungruang
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Kyushu Institute Of Technology
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    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
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    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H01L21/3205—Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
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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
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • 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
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09G—POLISHING COMPOSITIONS; SKI WAXES
    • C09G1/00—Polishing compositions
    • C09G1/02—Polishing compositions containing abrasives or grinding agents

Definitions

  • the present invention relates to a polishing method and apparatus that can be used for ultra-precision processing technology of material surface which is made only by semiconductor manufacturing, mold manufacturing, precision processing in diamond tool manufacturing and the like.
  • a low resistance Cu material is used as a wiring material for forming a device, and a low dielectric constant is used as an interlayer insulating film, in accordance with the high integration density of ultra LSI.
  • Low-k materials are adopted.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing
  • Non-Patent Document 1 an excitation substance such as a fluorescent material is mixed in a polishing processing solution, and ultraviolet light is irradiated thereto for excitation to generate strong oxidizing power by photocatalytic action to accelerate processing.
  • the excitation substance which is not directly related to the polishing, and in some cases, the excitation substance causes a defect such as damage to the polishing surface.
  • the cost is increased.
  • Non-Patent Document 1 Yoshihiko Chitoge, Takeshi Tanaka, Research on processing in solution excited by ultraviolet light, Proceedings of 2004 Annual Conference on Abrasive Grain Processing, p79-82
  • the present invention solves such problems, and there is no need to mix in an excitation substance that is not directly related to polishing. Electron emission by excitation on the surface of a workpiece by irradiation with excitation light is also unnecessary. For the purpose of providing processing methods and devices that focus on phenomena!
  • a chemical reaction film is formed on the surface of the material to be polished by the chemical components in the slurry, and the film is removed in the normal CMP state by mechanical action of particles in the slurry.
  • the polishing material is directly irradiated with excitation light, a chemical reaction film is formed on the surface at a faster speed, and the material removal is promoted by the acid oxidation near the surface of the material to be polished, and nanometer order of low load is obtained. It aims at realizing processing technology. Means to solve the problem
  • the method of the present invention is to use a working fluid to rub in the surface of a load-bearing object with the upper surface of a polishing table, thereby performing a polycondiction process. It is characterized in that excitation light is irradiated to the surface of the workpiece during polishing processing to excite and emit electrons to form a chemical reaction layer on the surface of the workpiece.
  • the excitation light has a wavelength region satisfying the relationship h v ⁇ W, where h is the Planck constant, V is the light frequency, and W is the work function.
  • this electron emission further causes an oxidation reaction in the processing fluid, and the material removal operation is facilitated by these effects.
  • the workpiece is copper Cu, and due to the photoelectric effect, copper Cu which has lost electrons is ionized and reacts with OH in the solution to elute it into the solution, and OH in the solution is incorporated.
  • copper Cu which has lost electrons is ionized and reacts with OH in the solution to elute it into the solution, and OH in the solution is incorporated.
  • the excitation light is irradiated to the surface of the workpiece to excite the surface of the workpiece and excite the electrons, and the excitation light transmitting material for polishing is used.
  • the apparatus comprises a polishing table formed and means for supplying a processing fluid, supplies the processing fluid to the surface of the workpiece, and irradiates excitation light transmitted through the polishing table to the surface of the workpiece to react with the chemical reaction layer. It is characterized by forming.
  • FIG. 1 is a view for explaining the basic concept of the material removal principle based on the present invention, taking UV light as excitation light to a Cu layer (plate) as an example.
  • FIG. 2 is a table showing work functions and excitation wavelengths of the material to be polished.
  • FIG. 3 is a diagram showing an experimental apparatus.
  • FIG. 4 is a diagram showing a wavelength spectrum of the extra-high pressure mercury lamp used in the experiment.
  • FIG. 5 is a view showing the surface state of a sample observed by AFM.
  • FIG. 6 is a view showing AFM observation of the boundary between a UV-irradiated part and a non-irradiated part of the sample.
  • FIG. 7 is a view showing an outline of a UV irradiation polishing apparatus.
  • FIG. 8 is a view for explaining CMP (selective mechanical polishing) which selectively irradiates excitation light through a mask.
  • FIG. 1 is a view for explaining the basic concept of the material removal principle based on the present invention, by exemplifying the case of irradiating ultraviolet light as excitation light to a copper Cu layer (plate).
  • the "material to be polished” and the “polishing pad” are abraded together, and the mixture is a mixture of slurry and [water + chemical composition + abrasive grain].
  • the agent is used as processing fluid.
  • material removal is considered to occur as a mechanical action by the abrasive grains in the slurry.
  • CMP Chemical Mechanical Polishing I
  • the chemical components in the slurry have inferior mechanical properties such as an acid film on the surface of the material to be polished. It forms a chemical reaction film and removes it by the mechanical action of the abrasive grains.
  • the present invention is characterized in that the formation of the chemical reaction film on the surface of the material to be polished is performed not only by the chemical components in the slurry but also by ultraviolet irradiation.
  • Ultraviolet light shown in FIG. 1 Cu which has obtained light energy by UV irradiation, emits free electrons to the outside.
  • the phenomenon that free electrons are emitted to the outside of the substance that absorbed this light energy is also generally known as the photoelectric effect when irradiated with light of a large frequency.
  • the photoelectric effect when the light with high output is irradiated, the number of free electrons emitted by this photoelectric effect increases and the energy of one free electron does not change.
  • the energy of the free electrons that fly out increases the force that the number of free electrons that go out does not change. 'I have sex.
  • the Cu layer that has lost the electron is ionized to form Cu 2+ , which combines with OH ⁇ in the water filling the sample surface, and partially forms Cu (OH) and is eluted in the water.
  • the surface of the workpiece during polishing is irradiated with ultraviolet light to excite and emit electrons.
  • a chemical reaction layer such as an oxide film is formed on the surface of the workpiece, and further the emitted electrons cause photocatalysts to be processed into processing fluid.
  • the reaction generates an oxidizing action, which enables the material removal action to be easily performed.
  • the substance that lost the electron (Cu) is ionized by the photoelectric effect, reacts with OH in the solution and dissolves into the solution, and incorporates OH in the solution, The action of producing a passivation film on the material (Cu) surface facilitates the polishing process.
  • the wavelength of light for emitting electrons to the outside differs depending on the material, as shown in the following formula (1).
  • the work function of Cu is known to be about 4.1 eV.
  • the wavelength of light was selected to be approximately 300%.
  • an electromagnetic wave having a wavelength range satisfying hv> W is used as the excitation light, and X-rays or the like can be used other than the above-mentioned ultraviolet rays as long as the excitation light has this wavelength range.
  • h V means energy of light
  • W is a constant (work function) of matter.
  • An ultraviolet laser for example, an ArF excimer laser
  • an ArF excimer laser can be used as the ultraviolet light source.
  • the polishing table is a rotating table inside the polishing apparatus, to which a polishing pad is attached, a slurry is dropped, and a material to be polished is pressed and processed there.
  • the pad may be formed of an ultraviolet transparent material to irradiate the material to be polished with ultraviolet light passing through the polishing table.
  • an ultraviolet transparent material to irradiate the material to be polished with ultraviolet light passing through the polishing table.
  • Non-Patent Document 1 In the case where polishing is carried out by irradiating a ray (see Non-Patent Document 1), only the acid ⁇ action is expected, but in the present invention, the surface to be polished is irradiated other than the acid ⁇ action because the material to be polished is directly irradiated. It is expected that the reaction layer is formed, so that the mechanical removal action is considered to occur actively.
  • a force capable of using "water” as described above as the working fluid When the workpiece is a semiconductor device or the like, it contains no extra ions, “pure water” or " It is desirable to use ultra pure water. In addition, it is considered that, for example, hydrogen peroxide (per hydrogen peroxide) can also be used.
  • the wavelength of light can be used, for example, as another material such as SiC which is a material of a power transistor.
  • SiC which is a material of a power transistor.
  • C combines with 0 to form CO 2 CO and dissolves in the liquid,
  • the wavelength ⁇ of the ultraviolet light to be irradiated is photon energy which causes electrons to be emitted according to the equation of Einsteine. Energy (work function) as ⁇
  • the following experiment was conducted using ultrapure water in order to examine the influence of the ultraviolet light irradiation on the sample surface.
  • the experimental setup is shown in Figure 3.
  • An ultra-high pressure mercury lamp was used for the ultraviolet (UV) light source.
  • the sample was a silicon wafer with a Cu film cut to D 24 mm, and was configured to supply the processing fluid to the sample surface. Ultra pure water was used as the working fluid.
  • AFM atomic force microscope: SPA300 SOUNDPROOF HOUSING made by SII).
  • a 10-minute ultraviolet light irradiation experiment was performed on a sample surface filled with ultrapure water (DI-Water), and observed by AFM.
  • An AFM image of the surface condition is shown in FIG.
  • a phenomenon different from the surface condition (A) before the experiment was observed regardless of the presence or absence of ultraviolet light irradiation. This is considered to be caused by the oxidation of the Cu surface by the ultrapure water that had been filled during the experiment.
  • the sample (B) which was not irradiated with ultraviolet light a pattern similar to grain boundaries was observed on the Cu surface.
  • the sample surface (C) irradiated with ultraviolet light has a relatively large unevenness formed over the entire surface and is rough.
  • FIG. 6 shows a surface half of a silicon wafer with a Cu film cut to a diameter of 24 mm covered with a mask and exposed to ultra-pure water and irradiated with ultraviolet light for 30 minutes for a sample exposed to ultraviolet light and unexposed. The boundary of the part was observed by AFM.
  • the mask coating maintains a smooth surface, but the exposed area has large surface irregularities, and material removal occurs only in the ultraviolet radiation irradiated area, indicating that the material removal promoting effect by ultraviolet radiation is remarkable. There is.
  • the arc-shaped projections at the bottom of the mask are presumed to be dry marks of water droplets.
  • FIG. 7 shows an outline of a UV irradiation polishing apparatus.
  • Ultraviolet light source power is also emitted through the optical fiber and emitted by the rod lens.
  • the ultraviolet light is guided to a polishing table made of quartz glass, is internally reflected, and slides on the upper surface of the quartz glass to irradiate a Cu-coated silicon wafer.
  • polishing is performed by supplying a slurry between the Cu-coated silicon wafer and the polishing table.
  • ultraviolet light is introduced from the side of the quartz glass polishing table Partial power without the Cu-coated silicon wafer on the upper surface of the quartz glass polishing table is irradiated obliquely, introduced into the quartz glass and reflected from the bottom surface It is good as a structure to make it
  • FIG. 8 is a view for explaining CMP (selective mechanical polishing) which selectively irradiates excitation light through a mask.
  • CMP selective mechanical polishing
  • the irradiated portion of the excitation light to be irradiated is limited to the convex portion of the wafer by the mask.
  • a CuO layer is formed by the oxide film forming action as a result of electron emission on the convex portion of the wafer selectively irradiated with the excitation light, and simultaneously, the etching progresses by the oxidation action.
  • the convex portion is selectively removed.

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Abstract

　本発明は、加工液を用いて被加工物表面をポリシングパッドと擦り合わせることによりポリシング加工する。被加工物は例えば銅Cuであり、光電効果により、電子を失った銅Cuがイオン化し、溶液中のOH－と反応し溶液中へ溶出する作用、および溶液中のOH－を取り込み、銅Cu表面に不働体膜を生成する作用により、材料除去作用を容易にする。

Description

明 細 書
ポリシング加工方法及び装置
技術分野
[0001] 本発明は、半導体製造だけでなぐ材料表面の超精密加工技術、金型製造、ダイ ャモンド工具製造などにおける精密加工に用いることのできるポリシング加工方法及 び装置に関する。
背景技術
[0002] ポリシンダカ卩ェは、スラリーと!/ヽぅ研磨剤を加工液として用いて、被ポリシング材加工 面を擦り合わせ、スラリー中の砲粒による機械的作用として材料除去が発生する加工 方法である。
[0003] 半導体デバイスの製造にお!ヽては、超 LSIの高集積ィ匕にともな ヽ、デバイスを構成 する配線材料に低抵抗の Cu材料が用いられ、層間絶縁膜には低誘電率の Low-k材 料が採用されている。新材料への移行により、 CMP(Chemical Mechanical Polishing) におけるウェハとパッドを加圧し摩擦させる従来の平坦ィ匕プロセスでは、 Cu膜の剥離 、 Low-k材料の破壊が生じることがあり、プロセス不良を引き起こす要因となっている
[0004] 非特許文献 1はポリシング加工液中に蛍光材料などの励起物質を混入し、そこに 紫外線を照射して励起させ、光触媒作用により強い酸化力を発生させて加工を促進 させている。この方法では、ポリシングに直接関係のない励起物質を混入させること が必要になり、場合によっては励起物質がポリシング表面を傷つけるなどの不具合を もたらす。また、励起させるための励起物質が必要となるのでコストアップとなる。 非特許文献 1 :千巌吉彦、田中武司、紫外線により励起した溶液中における加工の 研究、 2004年度砥粒加工学会学術講演会講演論文集、 p79-82
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] そこで、本発明は、係る問題点を解決して、ポリシングに直接関係のない励起物質 を混入させる必要も無ぐ励起光照射による被加工物表面での励起による電子放出 現象に着目した加工方法及び装置を提供することを目的として!/、る。
[0006] また、本発明は、スラリー中の化学成分により被ポリシング材料表面に化学反応膜 を形成して、それをスラリー中の砲粒による機械的作用で除去する通常の CMPカロェ 状態で、被ポリシング材料に直接励起光を照射し、表面に化学反応膜をより速い速 度で形成し、さらに被ポリシング材料表面近傍での酸ィ匕作用により材料除去を促進し て、低荷重によるナノメータオーダーの加工技術を実現することを目的としている。 課題を解決するための手段
[0007] 本発明のポリシンダカ卩ェ方法は、加工液を用いて被力卩ェ物表面をポリシングテー ブル上面で擦り合わせることによりポリシンダカ卩ェする。ポリシング加工中に被加工物 表面に励起光を照射して励起させ、電子放出させて、被加工物表面に化学反応層 を形成することを特徴としている。プランク定数を h、光の振動数を V、仕事関数を W として、励起光は、 h v〉Wの関係を満たす波長領域を有している。また、この電子放 出によって、さらに加工液に酸ィ匕作用を発生させ、それらの作用により材料除去作用 を容易にする。
[0008] 被加工物は銅 Cuであり、光電効果により、電子を失った銅 Cuがイオンィ匕し、溶液中 の OH—と反応し溶液中へ溶出する作用、および溶液中の OH—を取り込み、銅 Cu表 面に不働体膜を生成する作用により、材料除去作用を容易にする。
[0009] また、本発明のポリシング加工装置は、被加工物表面に励起光を照射して被加工 物表面を励起させ、電子放出させる励起光源と、ポリシング加工をするために励起光 透過材料により形成したポリシングテーブルと、加工液を供給する手段と、を備え、被 加工物表面に加工液を供給し、かつ、ポリシングテーブルを透過する励起光を照射 して、被加工物表面に化学反応層を形成することを特徴として 、る。
発明の効果
[0010] 本発明によれば、（l)Cuなどの半導体基板材料の CMP (化学的機械的研磨)におけ る Cu膜の剥離、 Low-k材料の破壊の防止、及び (2)SiC、 ダイヤモンドなどの化学的 に安定した高硬度材料のポリシング速度の向上を図ることができる。これによつて、低 荷重ポリシングを実現して、半導体プロセスの歩留りを向上させることができる。 図面の簡単な説明 [0011] [図 1]本発明に基づく材料除去原理の基本概念を、 Cu層 (板）に対して励起光として 紫外光を照射する場合を例として説明する図である。
[図 2]被ポリシング材料の仕事関数および励起波長を示す表である。
[図 3]実験装置を示す図である。
[図 4]実験に使用した超高圧水銀ランプの波長スペクトルを示す図である。
[図 5]AFMにより観察した試料表面状態を示す図である。
[図 6]試料の、紫外線照射部と非照射部の境界部の AFM観察を示す図である。
[図 7]紫外線照射ポリシング装置の概要を示す図である。
[図 8]マスクを通して励起光を選択的に照射する CMP (ィ匕学的機械的研磨)を説明す る図である。
発明を実施するための最良の形態
[0012] 以下、例示に基づき本発明を説明する。図 1は、本発明に基づく材料除去原理の 基本概念を、銅 Cu層 (板）に対して励起光として紫外光を照射する場合を例として説 明する図である。通常の一般的な「ポリシンダカ卩ェ」にお 、ては、「被ポリシング材」と「 ポリシングパッド」を擦り合わせ、スラリーと 、う [水 +化学成分 +砥粒]の混合体であ る研磨剤を加工液として用いる。一般に、材料除去はスラリー中の砥粒による機械的 作用として発生すると考えられている。これに対して、ポリシンダカ卩ェの一形態である CMP(Chemical Mechanical Polishing I化学的機械的研磨)では、スラリー中の化学 成分により被ポリシング材料の表面に酸ィヒ膜などの機械的性質の劣る化学反応膜を 形成し、それを砥粒の機械的作用で除去している。本発明は、被ポリシング材料表 面の化学反応膜の形成を、スラリー中の化学成分ばかりではなく紫外線照射によつ ても行う点を特徴として 、る。
[0013] 図 1に示す紫外光 UVの照射により光エネルギーを得た Cuは、外部へ自由電子を 放出する。振動数の大きな光を照射すると、この光エネルギーを吸収した物質力も外 部へ自由電子が放出される現象は一般に光電効果として知られている。出力の高い 光を照射すると、この光電効果により放出される自由電子の数は増える力 自由電子 1個のエネルギーは変わらない。また、振動数の大きな光を照射すると飛び出す自由 電子のエネルギーが大きくなる力 飛び出す自由電子の個数は変わらないという特 '性を有している。
[0014] 図 1に示すように、電子を失った Cu層はイオンィ匕し、 Cu2+となり、試料表面を満たす 水中の OH—と結合し、一部は Cu(OH)となり水中に溶出され、一部は銅の表面を酸
2
化させて CuO、 Cu 0などに変化して、 Cu表面に付着するものと推測される。この一連
2
のプロセスによって、 Cuが変化した Cu酸ィ匕物はもろぐ試料表面から容易に除去され ていくと考えられる。以下に、その変化を示す。
[0015] Cu2+ + 20H"<-> Cu(OH)
2
Cu(OH) <-> CuO + H O
2 2
4CuO<-> 2Cu 0 + 0
2 2
本発明は、ポリシング中の被加工物表面に紫外線を照射して励起させ、電子放出 させる結果、被加工物表面に酸化膜などの化学反応層を形成させ、さらに放出した 電子により加工液に光触媒反応による酸化作用を発生させ、それらの作用により材 料除去作用を容易に行うことを可能にする。銅 Cuのポリシンダカ卩ェにおいては、光電 効果により、電子を失った物質 (Cu)がイオンィ匕し、溶液中の OH—と反応し溶液中へ 溶出する作用、および溶液中の OH—を取り込み、物質 (Cu)表面に不働体膜を生成 する作用により、ポリシング加工を容易にする。
[0016] 外部へ電子を放出させる光の波長は、下記の式（1)に示すように、材質によって異 なっている。 Cuの仕事関数は約 4.1 eVであることが知られている。
[0017] h v =W+K … (1)
(h：プランク定数、 V ：光の振動数、 W：仕事関数、 K：運動エネルギー） 式（1)より、 K=0として、光電効果を発生させる条件を満たす光の振動数を算出し、 光の波長をおよそ 300 應と選定した。本発明では、 h v >Wを満たす波長領域を有す る電磁波を励起光として用いるものであり、この波長領域を有する励起光であれば、 上記した紫外線以外にも X線などを用いることができる。ここで、 h Vは光のエネルギ 一を意味し、 Wは物質の持つ定数 (仕事関数)である。物質に光のような外部エネル ギーを与えると、ある一定以上のエネルギーで物質内の電子がその軌道を変え、ェ ネルギーレベルを変え、励起することになるが、その励起された電子が元の軌道に戻 る際に光を放射したり電子を放出したりする。ここでは、 h v〉Wの関係を満たす波長 領域の光が照射されると、物質表面から電子が放出され、その電子が酸化作用を強 化したり、表面に酸化膜を形成したりする作用を利用する。
[0018] 紫外光源として紫外線レーザ (例えば、 ArFエキシマレーザ)を用いることができる。
ポリシングテーブルは、ポリシング装置のなかの回転テーブルで、そこにポリシングパ ッドを貼り付け、そこにスラリーを滴下させそこに被ポリシング材料を押し付け、加工す るものであるが、このポリシングテーブル及びポリシングパッドを、紫外線透過材料に より形成して、被ポリシング材料にポリシングテーブルを透過する紫外線を照射するこ とができる。このように、被加工物表面に酸化膜などの化学反応層を形成させ、かつ 加工液に酸化作用を発生させつつ、同時にポリシングパッドを用いてポリシングする ものとして例示したように、紫外線照射をポリシングと同時に連続して行うことが望まし いが、紫外線照射した後にポリシングを行う操作を繰り返す方法でも可能である。な お、ポリシングパッドは、必ずしも必要ではなぐポリシングパッドを用いることなぐポリ シングテーブル上でポリシング可能である。
[0019] 通常、スラリー中に ΉΟなどの光触媒材料を混入し、そこに λ =365 程度の紫外
2
線を照射し、ポリシングを行う場合は (非特許文献 1参照）、酸ィ匕作用のみが期待され るが、本発明では被ポリシング材料に直接照射するため酸ィ匕作用以外に表面にィ匕 学反応層を形成することが期待され、そのため機械的除去作用が活発に起こると考 えられる。
[0020] 加工液としては、上述したような「水」を使うことができる力 被加工物が、半導体装 置のような場合は、余計なイオンを含まな 、「純水」或 、は「超純水」を使うことが望ま しい。他に、例えば過水 (過酸ィ匕水素水）なども用いることができると考えられる。
[0021] 光の波長を変えれば、例えば、パワートランジスタの材料になる SiC等の他の材料 にも使える。 SiCの場合は、 Cは 0と結合して CO COとなって液体中に溶解し、 が
2
0と結合し SiOとなり、それを CMPの作用で除去すると考えられている。その他、セラミ
2
ック、ダイヤモンドなどの加工にも応用可能である。基本的に、電磁波（光）を照射し て電子を放出する現象は、どんな物質でも起きると考えられている。しかし、その紫外 線の波長は材質により決まっていて、次の関係がある。
[0022] 照射する紫外線の波長 λは、アインシユタインの式より電子を放出させる光子エネ ルギー (仕事関数)を ε として、
Ρ
ε =h v =hc/ (h :プランク定数、 h=6.626 X 10— 34Js、 c :光速、 c=2.998 X 108 ms
P の関係を持つ。この結果、被ポリシング材料の仕事関数、および励起波長は、図 2〖こ 示す表のようになる。この励起波長より短 、波長の光で電子放出が可能になる。 実施例 1
[0023] 紫外光照射による試料表面への影響を考察するため超純水を用い、次の実験をお こなった。実験装置を図 3に示す。紫外線 (UV)光源には、超高圧水銀ランプを用い た。使用した超高圧水銀ランプの波長スペクトルを図 4に示す。波長え =300 nm付近 で、 20 %程度の相対強度を示している。試料は、 D24 mmに切断した Cu膜付きシリ コンウェハとし、試料表面へ加工液を供給する構造とした。加工液には、超純水を用 いた。実験試料の観察は AFM (原子間力顕微鏡： SII社製 SPA300 SOUNDPROOF HOUSING)を使用した。
[0024] 超純水（DI-Water)で満たした試料表面へ 10分間の紫外光照射実験を行 、、 AFM により観察した。表面状態の AFM像を図 5に示す。試料表面は、紫外光照射の有無 に関係なぐいずれの試料も実験前の表面状態 (A)とは異なる現象がみられた。これ は、実験の際、満たしていた超純水により Cu表面が酸ィ匕されたため生じたと考えられ る。紫外光照射をおこなわな力 た試料 (B)は、 Cu表面に結晶粒界に類似した模様 が観察された。また、紫外光照射をおこなった試料表面 (C)は、全面に渡り比較的大 きな凹凸が形成され、粗面となっている。超純水中で Cu膜ウェハに対し紫外光照射 する実験において、未照射の試料とは異なる表面状態が観察された。これにより、紫 外光照射による Cu表面に電子放出に起因する材料除去が作用したと推測される。
[0025] 図 6は、ロ24 mmに切断した Cu膜付きシリコンウェハの表面 1/2をマスクで覆い、超 純水に浸漬して 30分間紫外線照射をした試料の、紫外線露光部と非露光部の境界 部を AFM観察したものである。マスク被覆部は滑らかな表面を保っているが、露光部 は大きな表面凹凸が形成され、紫外線照射部のみにおいて材料除去が発生してお り、紫外線照射による材料除去促進効果が著しいことを示している。マスク下部にあ る円弧状の突起は、水滴の乾燥痕と推測される。 [0026] 図 7は紫外線照射ポリシング装置の概要を示している。紫外光源力も出た紫外線は 、光ファイバを通りロッドレンズにより射出する。この紫外線は石英ガラス製のポリシン グテーブルに導かれ内部で反射して、石英ガラス上面で滑り運動して 、る Cu被覆シ リコンウェハに照射される。この状態で Cu被覆シリコンウェハとポリシングテーブル間 にスラリーを供給しポリシングを行う。ここでは、紫外線を石英ガラス製ポリシングテー ブルの側面より導入した力 石英ガラス製ポリシングテーブルの上面の Cu被覆シリコ ンウェハが無い部分力 斜め方向に照射し、石英ガラス内に導入して底面で反射さ せる構造としてちよい。
実施例 2
[0027] 図 8は、マスクを通して励起光を選択的に照射する CMP (ィ匕学的機械的研磨)を説 明する図である。図 1を参照して上述したように、ポリシング中の被加工物表面に紫 外線を照射して励起させ、電子放出させる結果、被加工物表面に酸化膜などの化学 反応層を形成させ、さらに放出した電子により加工液に光触媒反応による酸化作用 を発生させ、それらの作用により材料除去作用を容易に行うことを可能にする。図 8 において、シリコンウェハは下方に上向きに位置し、その上向き表面にポリシングテ 一ブルが下向きに接触している。上方力ゝらの励起光は、ポリシングテーブルを透過し てシリコンウェハに照射される。この際、照射される励起光は、マスクにより照射部が ウェハの凸部に限定される。この励起光が選択的に照射されたウェハの凸部にお!/、 ては、電子放出の結果、酸化膜形成作用により CuO層が形成され、同時に酸化作用 によりエッチングが進行する。その結果、下側の図に示すように、凸部のみが選択的 に除去される。

Claims

請求の範囲
[1] 加工液を用いて被力卩ェ物表面をポリシンダカ卩ェするポリシンダカ卩ェ方法にぉ ヽて、 被加工物表面に励起光を照射して被加工物表面を励起させ、電子放出させて、被 加工物表面に化学反応層を形成することを特徴とするポリシング加工方法。
[2] プランク定数を h、光の振動数を V、仕事関数を Wとして、前記励起光は、 h V〉Wの 関係を満たす波長領域を有する請求項 1に記載のポリシング加工方法。
[3] 前記電子放出によって、加工液に酸化作用を発生させ、それらの作用により材料除 去作用を容易にする請求項 1に記載のポリシング加工方法。
[4] ポリシング加工する被加工物表面形状に応じた開口を有するマスクを通して、励起光 を被加工物表面に選択的に照射し、照射された部分を材料除去する請求項 1又は 2 に記載のポリシンダカ卩ェ方法。
[5] 前記被力卩ェ物は銅 Cuである請求項 1に記載のポリシンダカ卩ェ方法。
[6] 前記被加工物は炭化珪素 SiCまたはダイヤモンドである請求項 1に記載のポリシング 加工方法。
[7] 前記被加工物は銅 Cuであり、電子放出により、電子を失った銅 Cuがイオン化し、溶 液中の OH—と反応し溶液中へ溶出する作用、溶液中の OH—を取り込み、銅 Cu表面 に不働体膜を生成する作用、及び溶液の酸化作用により、材料除去作用を容易に する請求項 1に記載のポリシンダカ卩ェ方法。
[8] 加工液を用いて被力卩ェ物表面をポリシンダカ卩ェするポリシンダカ卩ェ装置にぉ 、て、 被加工物表面に励起光を照射して被加工物表面を励起させ、電子放出させる励 起光源と、
上面でポリシンダカ卩ェをする励起光透過材料により形成したポリシングテーブルと、 加工液を供給する手段と、を備え、
被加工物表面に加工液を供給し、かつ、前記ポリシングテーブルを透過する励起 光を照射して、被加工物表面に化学反応層を形成することを特徴とするポリシングカロ ェ装置。
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