JP2001113455A - 化学的機械研磨装置及び方法 - Google Patents
化学的機械研磨装置及び方法Info
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- 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
- B24B53/00—Devices or means for dressing or conditioning abrasive surfaces
- B24B53/017—Devices or means for dressing, cleaning or otherwise conditioning lapping tools
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
Abstract
固まりが形成されるのを防止したり、そのような固まり
を除去することにより、ドレッサーの所期の寿命が短縮
化するのを防止することができる化学的機械研磨装置及
び方法を提供する。 【解決手段】 上面に研磨パッド14を保持するターン
テーブル12と、下面に保持した被研磨材18を研磨パ
ッドに接触させて回転、加圧する加圧ヘッド16と、下
面を研磨パッドに接触させて回転、加圧することにより
研磨パッドの上面を研磨してリフレッシュするドレッサ
ー20とを備え、被研磨材と研磨パッドとの間に研磨液
を流し込んで被研磨材を研磨する化学的機械研磨装置3
0において、ドレッサーの非動作時にドレッサーをリフ
レッシュ液W中に浸漬してこのリフレッシュ液に超音波
振動子36から超音波を印加することによりドレッサー
をリフレッシュするドレッサーリフレッシュ手段32を
設けた。
Description
置及び方法に関し、特にその被研磨材を研磨する研磨パ
ッドに接触させて回転すると共に加圧することにより、
その研磨パッドの上面を研磨してリフレッシュするドレ
ッサーに関するものである。
al Mechanical Polishing)装
置とは、近年の、システムLSI(Lage Scal
e Integrated Circuit)等の配線
が多層化することに伴い、配線間の層間絶縁膜の平坦化
に用いられるものである。この化学的機械研磨装置を用
いることにより、その層間絶縁膜の凹凸を100nm程
度にすることができる。
えば図7に示すようなものがある。同図に示す化学的機
械研磨装置10において、ターンテーブル12の上には
研磨パッド14が貼着されて保持されており、この研磨
パッド14は発泡ポリウレタン等の材料により形成され
ている。
が回転可能、及び研磨パッド14に向けて加圧可能に配
置されており、この加圧ヘッド16の下面には被研磨材
の半導体ウェーハ18が真空吸着されて、半導体ウェー
ハ18の研磨したい方の面を下に向けて保持されてい
る。
16がない位置には、ドレッサー20が回転可能、及び
研磨パッド14に向けて加圧可能に配置されている。こ
のドレッサー20の上層部の基盤はステンレス材(SU
S)により形成され、この基盤の下面にはニッケルメッ
キが施され、このメッキ面にはダイヤモンド粒子(#1
00)が固着されて設けられている。
ノズル22が配置されて、このノズル22から研磨パッ
ド14上の中央部に研磨液が滴下されて供給されるよう
になっている。この研磨液は研磨パッド14の遠心力に
より、研磨パッド14と半導体ウェーハ18との間に流
れ込んで、半導体ウェーハ18の研磨に用いられるよう
になっている。
wt%のKOHの混合液体(スラリー)で、1次粒子
(SiO2の粒子が1個の状態)の径が40nm程度、
平均粒子(シロキサンボンドSi−O−Siの形成のた
めにSiO2の粒子が2〜3個くっついている状態)の
径が100nm前後のものである。
て、半導体ウェーハ18の研磨を行なう場合は、回転す
る加圧ヘッド16を、回転するターンテーブル12上の
研磨パッド14に向けて加圧することにより、半導体ウ
ェーハ18を研磨パッド14に接触させて、互いに摺動
させることにより行なう。この半導体ウェーハ18の研
磨時は、常にノズル22から滴下する研磨液が、研磨パ
ッド14と半導体ウェーハ18との間に供給されるよう
になっている。
ターンテーブル12上の研磨パッド14に向けて加圧す
ることにより、ドレッサー20を研磨パッド14に接触
させて、互いに摺動させる。このことによりドレッサー
20が、研磨パッド14の表面を研磨して削ることによ
り常に新しい面を再生するよう、ドレッサー20が研磨
パッド14の表面をリフレッシュするようになってい
る。
件としては、加圧ヘッド16の回転数は40r.p.
m.、加圧ヘッド16の研磨パッド14に対する加圧力
は58.8kN/m2、ターンテーブル12の回転数は
42r.p.m.、ドレッサー20の回転数は34r.
p.m.、ドレッサー20の研磨パッド14に対する加
圧力は50N/m2、層間絶縁膜の研磨量は1000n
m、研磨時間は約2分間、層間絶縁の膜の種類はP−T
EOSである。
する。研磨特性を表すパラメータとしては、研磨均一性
(%)、研磨レート(nm/min)がある。
に、半導体ウェーハ18上の49ポイントの研磨した膜
の前後差の(MAX値−MIN値)を、49ポイントの
研磨した膜の前後差の平均値(AVE値)の2倍の値で
割った値の百分率となる。すなわち、研磨均一性(%)
=(MAX値−MIN値)×100/(2×AVE値)
となる。
的に、49ポイントの研磨した膜の前後差の平均値(A
VE値)を、研磨した時間(分)で割った値となる。す
なわち、研磨レート(nm/min)=(AVE値)/
時間(分)となる。
用時間と、研磨パッド14を半導体ウェーハ18の研磨
に使用する累積使用時間との関係を示すグラフについて
説明する。同図のグラフのX軸はドレッサー20の使用
時間、Y軸は研磨パッド14を半導体ウェーハ18の研
磨に使用する累積使用時間を示している。このグラフに
よれば、ドレッサー20の使用時間が伸びるほど、研磨
パッド14を半導体ウェーハ18の研磨に使用する累積
使用時間も飛躍的に伸びることが分かる。
子の摩耗が進むことにより、研磨パッド14が摩耗する
量が減少するために、研磨パッド14を半導体ウェーハ
18の研磨に使用する累積使用時間が伸びるものと思わ
れる。研磨パッド14の寿命は、研磨パッド14がその
当初の厚さから約0.8mm減ったときが寿命となる。
またドレッサー20の寿命は、その使用時間が300時
間に達したときが寿命となる。
うな従来の化学的機械研磨装置にあっては、図8に示す
ように、ドレッサー20の各ダイヤモンド粒子24の間
に研磨液の固まり26が形成されるために、ドレッサー
20の寿命であるその使用時間が300時間も持たず、
例えば、100時間位でその研磨特性が悪化して使えな
くなり、その寿命が著しく短縮化する。このため、別の
ドレッサー20と交換しなければならなくなり、ドレッ
サー20の交換頻度が高くなってドレッサー20による
生産性が低減するという問題があった。
レッサーのダイヤモンド粒子間に研磨液の固まりが形成
されるのを防止したり、そのような固まりが既にある場
合はそれを除去することにより、ドレッサーの所期の寿
命が短縮化するのを防止することができる化学的機械研
磨装置及び方法を提供することを課題とするものであ
る。
に、本発明による化学的機械研磨装置は、上面に研磨パ
ッドを保持して回転するターンテーブルと、下面に保持
した被研磨材を前記研磨パッドに接触させて回転すると
共に加圧する加圧ヘッドと、下面を前記研磨パッドに接
触させて回転すると共に加圧することにより研磨パッド
の上面を研磨してリフレッシュするドレッサーとを備
え、前記被研磨材と前記研磨パッドとの間に研磨液を流
し込んで被研磨材を研磨する化学的機械研磨装置におい
て、前記ドレッサーの非動作時にドレッサーをリフレッ
シュ液中に浸漬してこのリフレッシュ液に超音波を印加
することによりドレッサーをリフレッシュするドレッサ
ーリフレッシュ手段を設けたことを構成としたものであ
る。
よる化学的機械研磨方法は、下面に保持した被研磨材を
ターンテーブル上に保持した研磨パッドに接触させて回
転及び加圧すると共に被研磨材と前記研磨パッドとの間
に研磨液を流し込むことにより被研磨材を研磨し、ドレ
ッサーの研磨動作時はドレッサーの下面を前記研磨パッ
ドに接触させて回転すると共に加圧することにより研磨
パッドの上面を研磨してリフレッシュし、ドレッサーの
非研磨動作時はドレッサーを前記研磨パッドから離して
リフレッシュ液中に浸漬してこのリフレッシュ液に超音
波を印加することによりドレッサーをリフレッシュする
ようにしたことを特徴とするものである。
よれば、ドレッサーの非研磨動作時はドレッサーを研磨
パッドから離してリフレッシュ液中に浸漬して,このリ
フレッシュ液に超音波を印加することによりドレッサー
をリフレッシュするようにしたので、ドレッサーの各ダ
イヤモンド粒子の間に研磨液の固まりが形成されるのを
防止したり、そのような固まりが既にある場合はそれを
除去することにより、ドレッサーの所期の寿命が短縮化
するのを防止することができる。
て、図面に基づいて具体的に説明する。図1ないし図6
は、本発明による化学的機械研磨装置及び方法の第1の
実施の形態について説明するために参照する図である。
化学的機械研磨装置30を示す図である。同図に示す化
学的機械研磨装置30において、ターンテーブル12の
上には研磨パッド14が貼着されて保持されており、こ
の研磨パッド14は発泡ポリウレタン等の材料により形
成されている。
が回転可能、及び研磨パッド14に向けて加圧可能に配
置されており、この加圧ヘッド16の下面には被研磨材
の半導体ウェーハ18が真空吸着されて、半導体ウェー
ハ18の研磨したい方の面を下に向けて保持されてい
る。
16がない位置には、ドレッサー20が回転可能、及び
研磨パッド14に向けて加圧可能に配置されている。こ
のドレッサー20の上層部の基盤はステンレス材(SU
S)により形成され、この基盤の下面にはニッケルメッ
キが施され、このメッキ面にはダイヤモンド粒子(#1
00)が固着されて設けられている。また、このドレッ
サー20は、その保持部(図示せず)に着脱自在に保持
されている。
ノズル22が配置されて、このノズル22から研磨パッ
ド14上の中央部に研磨液が滴下されて供給されるよう
になっている。この研磨液は研磨パッド14の遠心力に
より、研磨パッド14と半導体ウェーハ18との間に流
れ込んで、半導体ウェーハ18の研磨に用いられるよう
になっている。
wt%のKOHの混合液体(スラリー)で、1次粒子
(SiO2の粒子が1個の状態)の径が40nm程度、
平均粒子(シロキサンボンドSi−O−Siの形成のた
めにSiO2の粒子が2〜3個くっついている状態)の
径が100nm前後のものである。
12とは別の位置には、超音波を印加することによりド
レッサー20をリフレッシュする超音波洗浄部32(ド
レッサーリフレッシュ手段)が設けられている。この超
音波洗浄部32は、ターンテーブル12の上方の保持部
から取り外したドレッサー20を、中に充填した純水
(リフレッシュ液)中に浸漬する箱状のドレッサー浸漬
部34と、このドレッサー浸漬部34の中におけるドレ
ッサー20の有無を検出するセンサー35と、ドレッサ
ー浸漬部34と連結してそれに超音波振動を印加する超
音波振動子36とを有している。
アローン(商品名)の超音波洗浄機を用いることができ
る。この超音波洗浄機は、定格出力が150ワット
(W)、発振周波数が26キロヘルツ(kHz)で、1
2時間以上その周波数の発振動作を継続することができ
る。上記センサー35には、反射型、透過型等の光電セ
ンサーを用いることができる。
について、図2ないし図4に基づいて、以下に説明す
る。まず化学的機械研磨装置30は電源スイッチをON
させて研磨動作を開始し(図4のステップS1)、回転
する加圧ヘッド16を、図2に示すように、回転するタ
ーンテーブル12上の研磨パッド14に向けて加圧する
ことにより(図4のステップS2)、半導体ウェーハ1
8を研磨パッド14に接触させて、互いに摺動させるこ
とにより半導体ウェーハ18の研磨を行なう。
に示すように、常にノズル22から滴下する研磨液が、
研磨パッド14と半導体ウェーハ18との間に供給され
るようになっている。
すように、加圧ヘッド16と同時に、回転するターンテ
ーブル12上の研磨パッド14に向けて加圧することに
より(図4のステップS2)、ドレッサー20を研磨パ
ッド14に接触させて、互いに摺動させる。このためド
レッサー20が、研磨パッド14の表面を研磨して削る
ことにより、常に研磨パッド14の新しい面を再生する
よう、ドレッサー20が研磨パッド14の表面をリフレ
ッシュするようになっている。
磨条件としては、加圧ヘッド16の回転数は40r.
p.m.、加圧ヘッド16の研磨パッド14に対する加
圧力は58.8kN/m2、ターンテーブル12の回転
数は42r.p.m.、ドレッサー20の回転数は34
r.p.m.、ドレッサー20の研磨パッド14に対す
る加圧力は50N/m2、層間絶縁膜の研磨量は100
0nm、研磨時間は約2分間、層間絶縁の膜の種類はP
−TEOSである。
動作が終了したら(図4のステップS3)、加圧ヘッド
16とドレッサー20は、図3に示すように、各々の待
機位置に移動する(図4のステップS4)。このときド
レッサー20は、その待機位置としての超音波洗浄部3
2に移動して、そのドレッサー浸漬部34内に常に供給
されている純水W中に浸漬する。
部34の中にドレッサー20が有ることを検出すると
(図4のステップS5のYES)、超音波振動子36が
ドレッサー浸漬部34に超音波振動を印加する(図4の
ステップS6)。すると、ドレッサー20の各ダイヤモ
ンド粒子24の間に研磨液の固まり26が形成されるの
を防止、或は除去することができるので、ドレッサーの
所期の寿命が短縮化するのを防止することができる。
5がドレッサー浸漬部34の中にドレッサー20が有る
ことを検出しなかったときは(ステップS5のNO)、
化学的機械研磨装置30は異常(故障)と判断される
(図4のステップS8)。
ーハ18の研磨動作を準備し(図4のステップS9)、
加圧ヘッド16及びドレッサー20を研磨パッド14上
に移動する(図4のステップS10)。すると、ドレッ
サー浸漬部34の中からドレッサー20が無くなるの
で、センサー35はドレッサー浸漬部34の中のドレッ
サー20を検出することはない(図4のステップS11
のNO)。このため、超音波振動子36は動作を停止す
る(図4のステップS12)。
35がドレッサー浸漬部34の中にドレッサー20が有
ることを検出したときは(ステップS11のYES)、
化学的機械研磨装置30は異常(故障)と判断される
(ステップS13)。
する。研磨特性を表すパラメータとしては、研磨均一性
(%)、研磨レート(nm/min)がある。
に、半導体ウェーハ18上の49ポイントの研磨した膜
の前後差の(MAX値−MIN値)を、49ポイントの
研磨した膜の前後差の平均値(AVE値)の2倍の値で
割った値の百分率となる。すなわち、研磨均一性(%)
=(MAX値−MIN値)×100/(2×AVE値)
となる。
的に、49ポイントの研磨した膜の前後差の平均値(A
VE値)を、研磨した時間(分)で割った値となる。す
なわち、研磨レート(nm/min)=(AVE値)/
時間(分)となる。
用時間と、研磨パッド14を半導体ウェーハ18の研磨
に使用する累積使用時間との関係を示すグラフについて
説明する。同図のグラフのX軸はドレッサー20の使用
時間、Y軸は研磨パッド14を半導体ウェーハ18の研
磨に使用する累積使用時間を示している。このグラフに
よれば、ドレッサー20の使用時間が伸びるほど、研磨
パッド14を半導体ウェーハ18の研磨に使用する累積
使用時間も飛躍的に伸びることが分かる。
子の摩耗が進むことにより、研磨パッド14が摩耗する
量が減少するために、研磨パッド14を半導体ウェーハ
18の研磨に使用する累積使用時間が伸びるものと思わ
れる。研磨パッド14の寿命は、研磨パッド14がその
当初の厚さから約0.8mm減ったときが寿命となる。
またドレッサー20の寿命は、その使用時間が300時
間に達したときが寿命となる。
よれば、上述したようにドレッサーの所期の寿命が短縮
化するのを防止することができるので、ドレッサー20
はその所期の寿命である300時間位迄使用することが
できる。このため、研磨パッド14を半導体ウェーハ1
8の研磨に使用する累積使用時間も飛躍的に伸ばすこと
ができる。
ー20の各ダイヤモンド粒子24の間の研磨液の固まり
26が除去される前後の、研磨均一性と研磨レートのト
レンドデータを示すグラフである。同図のグラフから分
かるように、日付が7月23日(7/23)に、ドレッ
サー20を超音波洗浄部32により12時間以上超音波
洗浄したことにより、白のプロットで示す研磨均一性が
11%以上に上昇していたものが、7%前後にまで低く
なっている。研磨均一性は11%以上あるときは異常と
すると、大幅に改善されていることが分かる。
記日付にドレッサー20を超音波洗浄したことにより、
210nm/min程度迄低下していたものが、250
nm/min程度にまで高くなっている。研磨レートは
200nm/min以下のときは異常とすると、大幅に
改善されていることが分かる。
サー20に付着した研磨液の固まり26を除去してドレ
ッサー20をリフレッシュすることにより、研磨特性
(研磨均一性、研磨レート)が大幅に改善され、同じド
レッサー20を引き続き使用することが可能となって、
ドレッサー20の寿命の短縮化を確実に防止することが
できる。このため、ドレッサー20の交換頻度が低減し
てドレッサー20による生産性を向上させることができ
る。
を研磨してリフレッシュすることにより、研磨パッド1
4に付いていたゴミや研磨液の固まり26等を除去する
ことができ、そのゴミや研磨液の固まり26等により半
導体ウェーハ18の研磨面に傷が付くことを防止するこ
とができる。
ー20の待機時に超音波振動子36により超音波振動を
印加する場合について説明したが、超音波振動を印加す
る代りに、超音波洗浄部32のドレッサー浸漬部34内
に50℃以上の温水を供給するようにしてもよい。この
ように50℃以上の温水を供給することにより水の分子
の動きが、温度が低い純水を用いたときよりも激しく動
くため、超音波振動を印加するのと同様の効果を得るこ
とができる。
以上の温水を供給すると共に、ドレッサー浸漬部34に
超音波振動子36により超音波振動を印加するようにし
てもよい。
に述べてきたが、本発明は上記の実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の技術的思想に基づいて、その
他にも各種の変更が可能なものである。
ドレッサーの非研磨動作時はドレッサーを研磨パッドか
ら離してリフレッシュ液中に浸漬して,このリフレッシ
ュ液に超音波を印加することによりドレッサーをリフレ
ッシュするようにしたので、ドレッサーの各ダイヤモン
ド粒子の間に研磨液の固まりが形成されるのを防止した
り、そのような固まりが既にある場合はそれを除去する
ことにより、ドレッサーの所期の寿命が短縮化するのを
防止することができる。このため、ドレッサー20の交
換頻度が低減してドレッサー20による生産性を向上さ
せることができる。
磨装置30を示す要部斜視図である。
るための要部側面図である。
明するための要部側面図である。
明するためのフローチャートである。
累積使用時間との関係を示すグラフを示す図である。
よる研磨均一性と研磨レートの変化を示すトレンドデー
タをグラフにして示す図である。
図である。
サー20の各ダイヤモンド粒子24間の研磨液の固まり
26を示すドレッサー20の部分拡大図である。
4…研磨パッド、16…加圧ヘッド、18…半導体ウェ
ーハ、20…ドレッサー、22…ノズル、24…ダイヤ
モンド粒子、26…研磨液の固まり、30…化学的機械
研磨装置、32…超音波洗浄部、34…ドレッサー浸漬
部、35…センサー、36…超音波振動子、W…純水
Claims (2)
- 【請求項1】 上面に研磨パッドを保持して回転するタ
ーンテーブルと、 下面に保持した被研磨材を前記研磨パッドに接触させて
回転すると共に加圧する加圧ヘッドと、 下面を前記研磨パッドに接触させて回転すると共に加圧
することにより研磨パッドの上面を研磨してリフレッシ
ュするドレッサーとを備え、 前記被研磨材と前記研磨パッドとの間に研磨液を流し込
んで被研磨材を研磨する化学的機械研磨装置において、 前記ドレッサーの非動作時にドレッサーをリフレッシュ
液中に浸漬してこのリフレッシュ液に超音波を印加する
ことによりドレッサーをリフレッシュするドレッサーリ
フレッシュ手段を設けたことを特徴とする化学的機械研
磨装置。 - 【請求項2】 下面に保持した被研磨材をターンテーブ
ル上に保持した研磨パッドに接触させて回転及び加圧す
ると共に被研磨材と前記研磨パッドとの間に研磨液を流
し込むことにより被研磨材を研磨し、 ドレッサーの研磨動作時はドレッサーの下面を前記研磨
パッドに接触させて回転すると共に加圧することにより
研磨パッドの上面を研磨してリフレッシュし、 ドレッサーの非研磨動作時はドレッサーを前記研磨パッ
ドから離してリフレッシュ液中に浸漬してこのリフレッ
シュ液に超音波を印加することによりドレッサーをリフ
レッシュするようにしたことを特徴とする化学的機械研
磨方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP29232999A JP2001113455A (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 化学的機械研磨装置及び方法 |
US09/689,987 US6780088B1 (en) | 1999-10-14 | 2000-10-12 | Chemical mechanical polishing apparatus and a method of chemical mechanical polishing using the same |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP29232999A JP2001113455A (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 化学的機械研磨装置及び方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2001113455A true JP2001113455A (ja) | 2001-04-24 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP29232999A Pending JP2001113455A (ja) | 1999-10-14 | 1999-10-14 | 化学的機械研磨装置及び方法 |
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