JP2000133623A - 平坦化方法及び平坦化装置 - Google Patents

平坦化方法及び平坦化装置

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JP2000133623A
JP2000133623A JP30714598A JP30714598A JP2000133623A JP 2000133623 A JP2000133623 A JP 2000133623A JP 30714598 A JP30714598 A JP 30714598A JP 30714598 A JP30714598 A JP 30714598A JP 2000133623 A JP2000133623 A JP 2000133623A
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chemical mechanical
mechanical polishing
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Hiroyuki Yano
博之 矢野
Katsuya Okumura
勝弥 奥村
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 良好な平坦化特性を得る。 【解決手段】 下地パターン32に応じた凹凸が形成さ
れた被処理基板表面に対して砥石研削処理を行う工程
と、この砥石研削処理が行われた被処理基板に対して洗
浄処理を行う工程と、この洗浄処理が行われた被処理基
板表面に対して化学的機械研磨処理を行う工程とを有す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学的機械研磨
(CMP)を用いた平坦化方法及び平坦化装置、特に半
導体装置の製造工程に用いる平坦化方法及び平坦化装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】CMPは、半導体装置の製造工程におい
て層間絶縁膜の平坦化等に広く用いられており、SOG
塗布、レジストエッチバック、BPSGメルトといった
他の平坦化技術に比べて優れた平坦化特性を有してい
る。しかし、CMPを用いた場合、凹部の面積が広い場
合に良好な平坦化特性を得ることが困難である。したが
って、段差に比べて十分厚く成膜を行い、この厚い膜を
研磨するといった方法をとる必要があり、成膜時間や研
磨時間が長くなるといった問題がある。
【0003】一方、酸化セリウム砥石等を用いた研削
(砥石研削)は、凹部の面積が広い場合にも十分な平坦
化特性が得られるが、砥石に含まれる砥粒等によって試
料表面に傷が生じるという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このように、半導体装
置の製造工程では、平坦化技術がますます重要となって
きているが、十分な平坦化を行うことは必ずしも容易で
はなかった。本発明は上記従来の課題に対してなされた
ものであり、良好な平坦化特性が得られるとともに試料
表面の傷を低減することが可能な平坦化方法及び平坦化
装置を提供することを目的としている。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に係る平坦化方法
は、下地パターンに応じた凹凸が形成された被処理基板
表面に対して砥石研削処理を行う工程と、この砥石研削
処理が行われた被処理基板表面に対して化学的機械研磨
(CMP)処理を行う工程とを有することを特徴とす
る。
【0006】本発明によれば、被処理基板に対して砥石
研削処理を行うことにより、凹部の面積が広い場合であ
っても良好な平坦化特性を得ることができる。また、砥
石研削処理で傷が生じても化学的機械研磨処理によって
傷を取り除くことができる。よって、平坦化特性に優れ
るとともに表面荒れの少ない試料表面を得ることが可能
となる。
【0007】なお、砥石研削処理に用いる砥石として
は、酸化セリウム砥石に代表されるボンド砥石を用いる
ことが好ましい。また、本発明に係る平坦化方法は、下
地パターンに応じた凹凸が形成された被処理基板表面に
対して砥石研削処理を行う工程と、この砥石研削処理が
行われた被処理基板に対して洗浄処理を行う工程と、こ
の洗浄処理が行われた被処理基板表面に対して化学的機
械研磨処理を行う工程とを有することを特徴とする。
【0008】本発明によれば、砥石研削処理後に試料表
面に残存する砥粒等を洗浄処理によって取り除くことが
できるため、試料表面の傷をより一層低減することが可
能となる。
【0009】本発明に係る平坦化装置は、被処理基板表
面に対して砥石研削処理を行う砥石研削手段と、被処理
基板表面に対して化学的機械研磨処理を行う化学的機械
研磨手段と、前記砥石研削手段で行う処理及び前記化学
的機械研磨手段で行う処理を含む複数の処理のシーケン
スを制御する制御手段とを有することを特徴とする。
【0010】また、本発明に係る平坦化装置は、被処理
基板表面に対して砥石研削処理を行う砥石研削手段と、
被処理基板に対して洗浄処理を行う洗浄手段と、被処理
基板表面に対して化学的機械研磨処理を行う化学的機械
研磨手段と、前記砥石研削手段で行う処理、前記洗浄手
段で行う処理及び前記化学的機械研磨手段で行う処理を
含む複数の処理のシーケンスを制御する制御手段とを有
することを特徴とする。
【0011】前記平坦化装置によれば、砥石研削処理の
後に化学的機械研磨処理を行う、或いは砥石研削処理の
後に洗浄処理を行いさらにその後に化学的機械研磨処理
を行う、といった一連のシーケンスを制御手段の制御に
よって自動的に行うことが可能となり、平坦化特性に優
れるとともに表面荒れの少ない試料表面を得ることが可
能となる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。まず、図1に各種の平坦化処理を行
ったときの測定結果を示す。測定に用いた試料は、段差
が400nmのラインアンドスペースパターン(ライン
幅とスペース幅の比は1:1で、ライン幅(スペース
幅)を変化させている)上にプラズマCVDによって膜
厚1μm程度のシリコン酸化膜を形成したものである。
この試料に対して各種平坦化処理(砥石(酸化セリウム
砥石)を用いた研削、プラスチック板を用いた研削、I
C−1000/SUBA−400の2層パッドを用いた
CMP、SUBA−400のみを用いたCMP)を行
い、凸部(ライン上)でのシリコン酸化膜の除去量を6
00nmとしたときの平坦化処理後の凹部と凸部の段差
を測定した。
【0013】図から明らかなように、現在広く利用され
ているIC−1000/SUBA−400の2層パッド
を用いたCMP等に比べて、砥石を用いた研削では平坦
化特性が非常に優れていることがわかる。
【0014】図2は、研削・研磨処理の違いによる研削
・研磨速度の違いを示したものである。試料には図1の
測定に用いたものと同様のものを用いた。なお、CMP
のスラリーにはSC−1(シリカ粒子分散液)を3倍に
希釈したもの(pH10.5)を用い、またCMPの研
磨布にはIC−1000/SUBA−400を用いた。
【0015】図からわかるように、酸化セリウム砥石を
用いた砥石研削では、研削速度がCMPよりも速いこと
がわかる。以上のように、砥石研削では平坦化特性及び
研削速度のいずれもCMPよりも優れている。平坦化特
性が優れているのは砥石が硬いためであり、研削速度が
速いことは砥粒が砥石自体に保持されているためであ
る。
【0016】図3は、研削・研磨条件の違いによる傷
(スクラッチ)数の違いを示したものである。試料には
ウエハ上にシリコン酸化膜を成膜したもの(パターンな
し)を用い、研削・研磨処理後の試料表面のスクラッチ
数をカウントした。なお、研削或いは研磨のみの試料
(試料A、B)では研削・研磨量を400nmとし、研
削後にCMPを行った試料(試料C、D)では研削量4
00nm、研磨量100nmとした。また、研削後に洗
浄を行った試料(試料D)では、洗浄処理としてロール
型PVA(ポリビニルアルコール)のスポンジ洗浄を行
った。
【0017】図からわかるように、酸化セリウム砥石に
よる砥石研削のみでは、スクラッチ数が非常に多いが、
砥石研削後にCMPを行ったものではスクラッチ数が大
幅に減少している。また、砥石研削後に洗浄を行い、そ
の後にCMPを行ったものでは、スクラッチ数がさらに
減少していることがわかる。これは、洗浄処理をしない
場合には、研削時に砥石から分離した砥粒等がCMPで
用いる研磨布に付着し、砥粒等が付着した状態でCMP
が行われるのに対し、洗浄処理を行った場合には、砥粒
等が洗浄によって除去されるためと考えられる。
【0018】以上のように、砥石研削処理を行った後に
洗浄処理によって試料表面の砥粒等を除去し、その後C
MP処理を行うことにより、良好な平坦化特性が得ら
れ、かつ試料表面の傷を少なくすることができる。
【0019】以下、上述したような平坦化方法を実現さ
せるための装置及びこの装置を用いた平坦化方法の具体
例について述べる。図4は平坦化装置の概略構成を模式
的に示したものであり、図5はこの装置を用いて平坦化
を行うときの工程を示したものである。
【0020】図4に示した平坦化装置は、以下に述べる
各モジュール等によって構成され、各モジュール等の動
作はコントローラー11によって制御されるようになっ
ている。すなわち、コントローラー11にプログラムさ
れた命令に基づいて各処理の手順等が制御されるように
なっている。
【0021】12a及び12bは平坦化処理を行うため
の試料13(半導体ウエハ上に半導体素子、配線パター
ン、層間絶縁膜等が形成されたもの)を保持するカセッ
ト、14a及び14bはカセットに保持された試料13
を搬送する搬送ロボット、15は試料を反転させるため
の反転機である。16は試料表面を砥石研削処理(例え
ば、酸化セリウム砥石等のボンド砥石による研削処理)
する研削モジュール、17は試料表面をCMP処理(例
えば、IC−1000/SUBA−400の2層パッド
を用いたCMP処理)するCMPモジュールである。1
8a及び18bは洗浄モジュール(例えば、ロール型P
VAのスポンジ洗浄を行う)、19は洗浄乾燥モジュー
ルである。
【0022】次に、図4に示した平坦化装置を用いて試
料表面を平坦化するときの例を説明する。ここでは、図
5(a)に示すように、半導体ウエハ上に半導体素子等
が形成されたものを下地基板31とし、この下地基板3
1上に配線パターン32及び層間絶縁膜33(例えばシ
リコン酸化膜)が形成されているものを被処理試料とし
ている。
【0023】まず、図5(a)に示すような試料をカセ
ット室内のカセット12aにセットする(図4の試料1
3が図5(a)の試料に対応)。カセット12aにセッ
トされた試料13は搬送ロボット14bによって反転機
15に搬送され、反転機15によって反転させられた
後、搬送ロボット14aによって研削モジュール16ま
で搬送される。
【0024】研削モジュール16にセットされた試料1
3は砥石研削処理がなされ、図5(b)に示すように、
層間絶縁膜33が所定の厚さまで研削され平坦化され
る。この砥石研削処理では、例えば砥石上に純水を供給
しながら研削を行うようにする。なお、純水以外にもア
ルカリ溶液或いは酸性溶液を供給するようにしてもよ
く、液体を供給しないで砥石研削を行うようにしてもよ
い。砥石研削が終了した試料は、搬送ロボット14aに
よって洗浄モジュール18aまで搬送される。洗浄モジ
ュール18aでは砥石研削で生じた砥粒等を除去し、こ
れによって試料表面が清浄化される。洗浄処理を終えた
試料は、搬送ロボット14aによってCMPモジュール
17まで搬送される。
【0025】CMPモジュール17にセットされた試料
はCMP処理がなされ、図5(c)に示すように、層間
絶縁膜33が所定の厚さ研磨され、砥石研削で生じた傷
等が除去される。CMPが終了した試料は、搬送ロボッ
ト14aによって洗浄モジュール18bまで搬送され、
所定の洗浄処理が行われる。この洗浄処理がなされた試
料は搬送ロボット14aによって反転機15まで搬送さ
れ、反転機15によって反転させられた後、搬送ロボッ
ト14bによって洗浄乾燥モジュール19まで搬送され
る。洗浄乾燥モジュール19で洗浄及び乾燥がなされた
試料は、搬送ロボット14bによってカセット室内に戻
され、工程が終了する。
【0026】なお、上述した例では、砥石研削処理を行
った後に洗浄処理を行い、その後にCMP処理を行うよ
うにしたが、砥石研削処理を行った後、洗浄処理を行わ
ずにCMP処理を行うようにしてもよい。
【0027】また、上述した例は配線の段差に基づく層
間絶縁膜の凹凸を平坦化するものであったが、下地パタ
ーンの段差に応じた凹凸を平坦化する工程であれば上述
したのと同様の方法を適用することが可能である。例え
ば、絶縁膜に配線用の溝を形成しておき、この溝が形成
された下地上に配線材料を形成し、この配線材料を溝内
に選択的に残置させて配線を形成する、いわゆるダマシ
ン配線工程にも上述したのと同様の方法を適用すること
が可能である。すなわち、配線材料を溝内に埋め込んで
平坦化する際に、上述した砥石研削処理、洗浄処理及び
CMP処理を用いることが可能である。
【0028】以上、本発明の実施形態について説明した
が、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、
その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施
することが可能である。
【0029】
【発明の効果】本発明によれば、砥石研削処理の後に化
学的機械研磨処理を行う、或いは砥石研削処理の後に洗
浄処理を行いさらにその後に化学的機械研磨処理を行う
ことにより、平坦化特性に優れるとともに表面荒れの少
ない試料表面を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】各種平坦化処理の違いによる平坦化処理終了後
の段差の違いについて、その測定結果を示した図。
【図2】研削・研磨処理の違いによる研削・研磨速度の
違いについて、その測定結果を示した図。
【図3】研削・研磨条件の違いによるスクラッチ数の違
いについて、その測定結果を示した図。
【図4】本発明に係る平坦化装置の概略構成を模式的に
示した図。
【図5】本発明に係る平坦化方法の一例について示した
図。
【符号の説明】
11…コントローラー 12a、12b…カセット 13…試料 14a、14b…搬送ロボット 15…反転機 16…研削モジュール 17…CMPモジュール 18a、18b…洗浄モジュール 19…洗浄乾燥モジュール 31…下地基板 32…配線パターン 33…層間絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 21/306 H01L 21/306 M Fターム(参考) 3C034 AA08 AA13 AA17 BB15 BB84 BB87 DD10 3C043 BA09 CC04 CC07 3C058 AA04 AA07 AA18 AB03 AB08 CB01 CB03 DA12 DA17 5F043 DD12 DD16 FF07 FF10 GG02

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下地パターンに応じた凹凸が形成された被
    処理基板表面に対して砥石研削処理を行う工程と、この
    砥石研削処理が行われた被処理基板表面に対して化学的
    機械研磨処理を行う工程とを有することを特徴とする平
    坦化方法。
  2. 【請求項2】下地パターンに応じた凹凸が形成された被
    処理基板表面に対して砥石研削処理を行う工程と、この
    砥石研削処理が行われた被処理基板に対して洗浄処理を
    行う工程と、この洗浄処理が行われた被処理基板表面に
    対して化学的機械研磨処理を行う工程とを有することを
    特徴とする平坦化方法。
  3. 【請求項3】被処理基板表面に対して砥石研削処理を行
    う砥石研削手段と、被処理基板表面に対して化学的機械
    研磨処理を行う化学的機械研磨手段と、前記砥石研削手
    段で行う処理及び前記化学的機械研磨手段で行う処理を
    含む複数の処理のシーケンスを制御する制御手段とを有
    することを特徴とする平坦化装置。
  4. 【請求項4】被処理基板表面に対して砥石研削処理を行
    う砥石研削手段と、被処理基板に対して洗浄処理を行う
    洗浄手段と、被処理基板表面に対して化学的機械研磨処
    理を行う化学的機械研磨手段と、前記砥石研削手段で行
    う処理、前記洗浄手段で行う処理及び前記化学的機械研
    磨手段で行う処理を含む複数の処理のシーケンスを制御
    する制御手段とを有することを特徴とする平坦化装置。
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