JP2001237204A

JP2001237204A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP2001237204A
Application number: JP2000044521A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yui; 肇油井; Hiroshi Fukada; 広深田; Masaru Takaishi; 優高石
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】研磨パッドの表面を削ることなく、凝集スラ
リーを確実に除去し、研磨レート均一な化学的機械研磨
を行う。【解決手段】研磨パッド３の洗浄を行う際、超高圧水
発生装置１５によって超高圧水を発生させながら真空発
生装置１６により真空を発生させ、同時に、揺動機構１
４により洗浄ノズル１０〜１２を研磨パッド３の半径方
向に揺動させる。超高圧水は、洗浄ノズル１０〜１２の
噴射ノズルから噴射され、この水圧によって研磨パッド
３の表面、および溝の凝集スラリーなどの異物を排出し
て除去する。噴射された洗浄後の超高圧水は除去された
異物とともに洗浄ノズル１０〜１２の真空吸引口から吸
引されて回収される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的機械研磨に
おけるスクラッチの防止技術に関し、特に、化学的機械
研磨に用いられる研磨パッド表面の洗浄に適用して有効
な技術に関するものである

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の高信頼性多層配線を実現す
るための平坦化技術の一種として化学的機械研磨（ＣＭ
Ｐ：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌ
ｉｓｈｉｎｇ）がある。

【０００３】本発明者が検討したところによれば、化学
的機械研磨を行う研磨装置は、半導体ウエハ表面に研磨
パッドを押しつけ、研磨剤であるスラリーを流しながら
機械的に削ることにより配線層間絶縁膜などの平坦化を
行う。

【０００４】また、研磨装置にはドレッサが設けられて
おり、研磨パッドの表面を取り除く、いわゆる、ドレッ
シングが行われている。このドレッシングは、ダイアモ
ンド粒子をニッケル（Ｎｉ）電着した円板に、研磨パッ
ドを押しつけながら回転させることにより研磨パッド表
面に目詰まりしたスラリーを除去している。これによ
り、研磨パッドに目詰まったスラリーによるスクラッチ
の発生、あるいは研磨レートの落ち込みなどを防止して
いる。

【０００５】なお、この種の研磨装置について詳しく述
べてある例としては、１９９５年１２月４日、株式会社
工業調査会発行、大島雅志（編）、電子材料１２月号別
冊「超ＬＳＩ製造・試験装置ガイドブック＜１９９６年
版＞」Ｐ１９〜Ｐ２２があり、この文献には、化学的機
械研磨装置の現状や動向などが記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な研磨パッドのドレッシング技術では、次のような問題
点があることが本発明者により見い出された。

【０００７】すなわち、ドレッシングは、一般的に化学
的機械研磨と平行して行われているので、ドレッシング
によって除去された凝集スラリーが研磨パッドに再付着
してしまい、これがスクラッチの原因となってしまう恐
れがある。

【０００８】また、研磨パッド表面には、スラリーの保
持性を向上させるために同心円状の溝、いわゆる、Ｋグ
ルーブが形成されている。研磨パッドの表面を削るドレ
ッシングでは、Ｋグルーブに溜まった凝集スラリーを除
去することが困難であるばかりでなく、ドレッシング時
にダイヤモンド粒子が脱落し、このダイヤモンド粒子が
スラリーに混入してしまう恐れもあり、ダイヤモンド粒
子やＫグルーブに溜まった凝集スラリーによってスクラ
ッチが発生してしまうという問題がある。

【０００９】さらに、ドレッシングによって研磨パッド
を強制的に削るので、研磨パッドの寿命が短くなってし
まい、コストが高くなってしまうという問題がある。

【００１０】本発明の目的は、研磨パッド表面を削るこ
となく、凝集スラリーを確実に除去し、研磨レート均一
な化学的機械研磨を行うことのできる半導体装置の製造
方法を提供することにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００１３】すなわち、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体ウエハの表面を回転する研磨パッドに押しつ
けて化学的機械研磨を行う工程と、該研磨パッドに超高
圧水を噴射し、研磨パッド表面、ならびに研磨パッドに
形成された溝に付着した異物を除去して洗浄する工程と
を有したものである。

【００１４】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体ウエハの表面を回転する研磨パッドに押しつけて
化学的機械研磨を行う工程と、該研磨パッドに超高圧水
を噴射して研磨パッド表面、ならびに研磨パッドに形成
された溝に付着した異物を除去して洗浄しながら、洗浄
後の超高圧水を異物とともに回収する工程とを有したも
のである。

【００１５】さらに、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体ウエハの表面を回転する研磨パッドに押しつ
けて化学的機械研磨を行うと同時に、該研磨パッドに超
高圧水を噴射して研磨パッド表面、ならびに研磨パッド
に形成された溝に付着した異物を除去して洗浄しなが
ら、洗浄後の超高圧水を異物とともに回収する工程を有
したものである。

【００１６】また、本発明の半導体装置の製造方法は、
半導体ウエハの表面を回転する研磨パッドに押しつけて
該半導体ウエハを化学的機械研磨する同時に、超高圧水
を噴射する噴射口、および洗浄後の超高圧水を回収する
吸引口が設けられた洗浄ノズルを研磨パッドの平面方
向、または半径方向の少なくともいずれか１つの方向に
揺動運動させながら洗浄ノズルの噴射口から超高圧水を
噴射し、該研磨パッド表面、ならびに研磨パッドに形成
された溝に付着した異物を除去しながら、洗浄ノズルに
設けられた吸引口により洗浄後の超高圧水を異物ととも
に回収する工程を有したものである。

【００１７】さらに、本発明の半導体装置の製造方法
は、半導体ウエハの表面を回転する研磨パッドに押しつ
けて該半導体ウエハを化学的機械研磨する同時に、超高
圧水を噴射する噴射口、洗浄後の超高圧水を回収する吸
引口、ならびに研磨パッド表面を目立てするドレスブラ
シが設けられた洗浄ノズルを研磨パッドの平面方向、ま
たは半径方向の少なくともいずれか１つの方向に揺動運
動させながら、該洗浄ノズルの噴射口から超高圧水を噴
射し、研磨パッド表面、ならびに研磨パッドに形成され
た溝に付着した異物を除去し、かつ洗浄ノズルに設けら
れた吸引口により洗浄後の超高圧水を異物とともに回収
しながら研磨パッドの目立てを行う工程を有したもので
ある。

【００１８】以上のことにより、研磨パッドの溝などに
目詰まった凝集スラリーなどの異物を確実に除去するこ
とができるので、異物によるスクラッチを防止でき、か
つ研磨レートを均一にすることができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施の形態による研磨
装置の側面を示す説明図、図２は、本発明の一実施の形
態による研磨装置の平面を示す説明図、図３は、本発明
の一実施の形態による研磨装置に設けられたの洗浄ノズ
ルの断面図である。

【００２１】本実施の形態において、配線層間絶縁膜な
どを平坦化するために化学的機械研磨を行う研磨装置１
は、図１、図２に示すように、中央部にステンレス鋼な
どからなる円盤状のプラテン２が設けられている。

【００２２】このプラテン２の上面には、半導体装置な
どに用いられる半導体チップが形成される半導体ウエハ
Ｗの研磨を行う、同じく円盤状の、たとえば、ポリウレ
タンや人工皮革などの研磨パッド３が設けられている。

【００２３】研磨パッド３の表面には、スラリーの保持
性を向上させるために同心円状の溝３ａ（いわゆる、Ｋ
グルーブ）が形成されている。溝３ａは、深さ約０．３
５ｍｍ程度、幅約０．２５ｍｍ程度であり、約１．５ｍ
ｍ間隔で形成されている。

【００２４】また、プラテン２の中心部には、モータな
どの駆動部と接続された円柱状の支持部４が設けられ、
この駆動部を駆動させることによってプラテン２、およ
び研磨パッド３が所定の方向に回転を行うようになって
いる。

【００２５】研磨パッド３の上方には、スラリーを供給
する供給ノズル５が設けられている。スラリーは、酸化
シリコン系の超微粒子に純水を懸濁させたコロイダルシ
リカとアルカリ性溶液とで調合した研磨材である。

【００２６】供給ノズル５は、スラリーが貯蔵されてい
る研磨材貯蔵用のタンクと接続され、そのタンクからポ
ンプなどによってスラリーが供給され、供給ノズル５か
ら吐出される。

【００２７】また、研磨パッド３の上方には、半導体ウ
エハＷを固定しながら研磨を行う研磨ヘッド６が設けら
れている。研磨ヘッド６は、固定する半導体ウエハＷと
同じ程度の直径からなり、この研磨ヘッド６には半導体
ウエハＷを真空チャックなどによって保持するチャック
機構が備えられている。

【００２８】研磨ヘッド６は、モータなどの駆動部と接
続された円柱状の支持部７を介してアーム８の一方の端
部に取り付けられており、この駆動部を駆動させること
によって研磨ヘッド６が所定の方向に回転する。アーム
８の他方の端部にも、アーム８をプラテン２の半径方向
に駆動させる駆動部が設けられている。

【００２９】さらに、研磨パッド３の上方における研磨
ヘッド６に対向する近傍には、洗浄部９が設けられてお
り、研磨パッドの表面に目詰まりしたスラリーを取り除
く洗浄が行われる。

【００３０】洗浄部９は、３つの洗浄ノズル１０〜１
２、ノズル取り付けアーム１３、揺動機構１４、超高圧
水発生装置１５、真空発生装置１６、および配管１７，
１８から構成されている。

【００３１】洗浄ノズル１０〜１２は、ノズル取り付け
アーム１３に等間隔で取り付けられており、プラテン２
の半径方向に並ぶようにそれぞれ配置されている。ノズ
ル取り付けアーム１３は、揺動機構１４に取り付けられ
ており、この揺動機構１４によって、ノズル取り付けア
ーム１３がプラテン２の半径方向に揺動する。

【００３２】超高圧水発生装置１５は、約１０ｋｇ／ｃ
ｍ²程度以上の超高圧水を発生させ、配管１７を介して
ノズル１０〜１２から噴射させる。真空発生装置１６
は、真空を発生し、配管１８を介して洗浄後の超高圧水
を回収する。

【００３３】洗浄ノズル１０（〜１２）は、図３に示す
ように、中央部に噴射ノズル（噴射口）１９が設けられ
ており、この噴射ノズル１９の吹き出し口には、噴射角
度に合わせたテーパが形成されている。

【００３４】噴射ノズル１９は、ノズル調整用ねじ２０
に固定されており、このノズル調整用ねじ２０を上下さ
せることで噴射ノズル１９から研磨パッド３までの距離
を調整する。

【００３５】噴射ノズル１９の周辺部近傍には、真空吸
引口（吸引口）２１が形成されており、この真空吸引口
２１から超高圧水、および凝集スラリーなどの異物を吸
引して回収する。

【００３６】また、洗浄ノズル１０（〜１２）における
周辺部の底面は、研磨パッド３の表面と非接触となって
いるが、この周辺部の底面は可能な限り研磨パッド３表
面に近づけられており、洗浄後の超高圧水の回収もれを
防止している。

【００３７】次に、本実施の形態の作用について説明す
る。

【００３８】ここでは、半導体ウエハＷの化学的機械研
磨を行いながら研磨パッド３の洗浄を行う、いわゆる、
ｉｎ−ｓｉｔｕドレス方式について記載する。

【００３９】まず、洗浄を行う前に、予めノズル調整用
ねじ２０によって噴射ノズル１９から研磨パッド３まで
の距離を調整すると共に、超高圧水の噴射圧力の調整を
行い、研磨パッド３の洗浄が最適となるようにする。

【００４０】ここでは、噴射ノズル１９から研磨パッド
３までの噴射距離を７０ｍｍ程度前後、超高圧水の圧力
を１００ｋｇ／ｃｍ²〜２５０ｋｇ／ｃｍ²程度として
いる。

【００４１】研磨パッド３の洗浄を行う際、超高圧水発
生装置１５によって超高圧水を発生させながら真空発生
装置１６により真空を発生させる。それと同時に、揺動
機構１４を動作させて洗浄ノズル１０〜１２を研磨パッ
ド３の半径方向に揺動させ、洗浄ノズル１０〜１２によ
って研磨パッド３の中心部から周縁部まで洗浄できるよ
うにしている。

【００４２】超高圧水発生装置１５によって発生された
超高圧水は、配管１７を介して洗浄ノズル１０〜１２の
噴射ノズル１９からそれぞれ噴射され、この噴射圧力に
よって研磨パッド３の表面、および溝３ａの凝集スラリ
ーなどの異物を排出して除去する。そして、噴射された
超高圧水、および除去された異物は、洗浄ノズル１０〜
１２の真空吸引口２０から吸引されて回収される。

【００４３】よって、研磨パッド３の溝３ａに目詰まっ
たスラリーなどの異物を確実に除去することができるの
で、凝集スラリーなどによるスクラッチを防止でき、か
つ研磨レートを均一にすることができる。

【００４４】また、洗浄ノズル１０〜１２の真空吸引口
２０によって除去された異物などを超高圧水とともに吸
引して回収するので、研磨パッド３表面を清浄な状態に
維持しながら洗浄することができる。

【００４５】それにより、本実施の形態によれば、超高
圧水によって研磨パッド３を洗浄することにより、凝集
スラリーなどによるスクラッチの発生を大幅に低減する
ことができる。また、研磨パッド３の表面を削るドレッ
シングが不要となるので、研磨パッドの寿命を向上させ
ることができる。

【００４６】さらに、本実施の形態では、洗浄ノズル１
０〜１２が研磨パッド３の半径方向に揺動される構成と
したが、たとえば、洗浄ノズル１０〜１２を研磨パッド
３の半径方向に揺動させながら研磨パッド３の平面方向
に揺動させたり、あるいは洗浄ノズル１０〜１２を研磨
パッド３の半径方向に揺動させずに、研磨パッド３の平
面方向だけに揺動させるような構成としてもよい。

【００４７】また、本実施の形態においては、洗浄ノズ
ル１０〜１２における周辺部の底面を可能な限り研磨パ
ッド３表面に近づけるように構成したが、たとえば、図
４に示すように、洗浄ノズル１０〜１２における周辺部
の底面に、ナイロンなどのブラシ（ドレスブラシ）Ｂを
形成するようにしてもよい。このブラシＢによって研磨
パッド３の溝３ａに目詰まりした凝集スラリーをかきだ
すことができる。

【００４８】以上、本発明者によってなされた発明を発
明の実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は
前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を
逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでも
ない。

【００４９】また、前記実施の形態では、半導体ウエハ
の化学的機械研磨を行いながら研磨パッドの洗浄を行う
ｉｎ−ｓｉｔｕ方式について記載したが、半導体ウエハ
の化学的機械研磨と研磨パッドの洗浄と別々に行うｅｘ
−ｓｉｔｕ方式に用いるようにしてもよい。この場合、
半導体ウエハの研磨を行わないので、洗浄後の超高圧水
を回収する機構を設けずに超高圧水の洗浄だけを行うよ
うにしてもよい。

【００５０】さらに、前記実施の形態によれば、半導体
ウエハを化学的機械研磨する場合について記載したが、
たとえば、液晶ガラスや磁気ディスクなどの鏡面研磨を
行う研磨装置における研磨パッドの洗浄に用いるように
してもよい。

【００５１】

【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。（１）本発明によれば、超高圧水を研磨パッドに噴射す
ることにより、研磨パッドの溝などに目詰まりした異物
であっても確実に除去できるので、異物などが研磨パッ
ド表面に再付着して発生するスクラッチを大幅に低減す
ることができる。（２）また、本発明では、超高圧水を研磨パッドに噴射
しながら異物とともに噴射した洗浄後の超高圧水を回収
することによって、研磨パッド表面を清浄な状態に維持
することができる。（３）さらに、本発明においては、上記（１）、（２）
により、常に研磨パッドの研磨レートを一定に維持でき
るので内面均一性を向上することができ、かつ研磨パッ
ドの表面を削るドレッシングが不要となるので、研磨パ
ッドを長寿命化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態による研磨装置の側面を
示す説明図である。

【図２】本発明の一実施の形態による研磨装置の平面を
示す説明図である。

【図３】本発明の一実施の形態による研磨装置に設けら
れたの洗浄ノズルの断面図である。

【図４】本発明の他の実施の形態による研磨装置に設け
られたの洗浄ノズルの断面図である。

【符号の説明】

１研磨装置２プラテン３研磨パッド３ａ溝４支持部５供給ノズル６研磨ヘッド７支持部８アーム９洗浄部１０〜１２洗浄ノズル１３ノズル取り付けアーム１４揺動機構１５超高圧水発生装置１６真空発生装置１７，１８配管１９噴射ノズル（噴射口）２０ノズル調整用ねじ２１真空吸引口（吸引口）Ｂブラシ（ドレスブラス）Ｗ半導体ウエハ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高石優東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体グループ内Ｆターム(参考） 3C058 AA19 AC01 AC04 AC05 BA05 CB02 CB05 DA12 DA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハの表面を回転する研磨パッ
ドに押しつけて化学的機械研磨を行う工程と、前記研磨
パッドに超高圧水を噴射し、前記研磨パッド表面、なら
びに前記研磨パッドに形成された溝に付着した異物を除
去して洗浄する工程とを有したことを特徴とする半導体
装置の製造方法。
【請求項２】半導体ウエハの表面を回転する研磨パッ
ドに押しつけて化学的機械研磨を行う工程と、前記研磨
パッドに超高圧水を噴射して前記研磨パッド表面、なら
びに前記研磨パッドに形成された溝に付着した異物を除
去して洗浄しながら、洗浄後の超高圧水を異物とともに
回収する工程とを有したことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項３】半導体ウエハの表面を回転する研磨パッ
ドに押しつけて化学的機械研磨を行うと同時に、前記研
磨パッドに超高圧水を噴射して前記研磨パッド表面、な
らびに前記研磨パッドに形成された溝に付着した異物を
除去して洗浄しながら、洗浄後の超高圧水を異物ととも
に回収する工程を有したことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項４】半導体ウエハの表面を回転する研磨パッ
ドに押しつけて前記半導体ウエハを化学的機械研磨する
同時に、超高圧水を噴射する噴射口、および洗浄後の超
高圧水を回収する吸引口が設けられた洗浄ノズルを、前
記研磨パッドの平面方向、または半径方向の少なくとも
いずれか１つの方向に揺動運動させながら前記洗浄ノズ
ルの噴射口から超高圧水を噴射し、前記研磨パッド表
面、ならびに前記研磨パッドに形成された溝に付着した
異物を除去しながら、前記洗浄ノズルに設けられた吸引
口により洗浄後の超高圧水を異物とともに回収する工程
を有したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】半導体ウエハの表面を回転する研磨パッ
ドに押しつけて前記半導体ウエハを化学的機械研磨する
と同時に、超高圧水を噴射する噴射口、洗浄後の超高圧
水を回収する吸引口、ならびに前記研磨パッド表面を目
立てするドレスブラシが設けられた洗浄ノズルを前記研
磨パッドの平面方向、または半径方向の少なくともいず
れか１つの方向に揺動運動させながら、前記洗浄ノズル
の噴射口から超高圧水を噴射し、前記研磨パッド表面、
ならびに前記研磨パッドに形成された溝に付着した異物
を除去し、かつ前記洗浄ノズルに設けられた吸引口によ
り洗浄後の超高圧水を異物とともに回収しながら前記研
磨パッドの目立てを行う工程を有したことを特徴とする
半導体装置の製造方法。