JP2002299289A - 化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法 - Google Patents
化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法Info
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- Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 研磨布に対する効率の良いドレッサーを用い
ることによりコンディショニングが有効に行えるＣＭＰ
方法及びＣＭＰ処理システム及び半導体装置の製造方法
を提供する。 【解決手段】 ＣＭＰ処理システムにおいて、粒子径を
揃えたダイヤモンド粒子を等間隔に配置したドレッサ２
３３を用いて、ウエハ２２３をＣＭＰ処理中に研磨布２
２１を低荷重でコンディショニングを行う。ＣＭＰを行
うと研磨布上にメタル膜や酸化膜等の研磨屑、スラリ中
の研磨粒子や溶媒等の薬品が付着し、これらは研磨時間
が長くなるにつれて蓄積していくことにより研磨レート
の低下を引き起こす。ドレッサを凹凸のあるシリコン半
導体基板の研磨中にこの研磨布表面に押し付けてコンデ
ィショニングを行うと研磨屑ならびに研磨粒子などを研
磨布上に堆積させずに排除することができ研磨レートの
低下を抑制できる。
ることによりコンディショニングが有効に行えるＣＭＰ
方法及びＣＭＰ処理システム及び半導体装置の製造方法
を提供する。 【解決手段】 ＣＭＰ処理システムにおいて、粒子径を
揃えたダイヤモンド粒子を等間隔に配置したドレッサ２
３３を用いて、ウエハ２２３をＣＭＰ処理中に研磨布２
２１を低荷重でコンディショニングを行う。ＣＭＰを行
うと研磨布上にメタル膜や酸化膜等の研磨屑、スラリ中
の研磨粒子や溶媒等の薬品が付着し、これらは研磨時間
が長くなるにつれて蓄積していくことにより研磨レート
の低下を引き起こす。ドレッサを凹凸のあるシリコン半
導体基板の研磨中にこの研磨布表面に押し付けてコンデ
ィショニングを行うと研磨屑ならびに研磨粒子などを研
磨布上に堆積させずに排除することができ研磨レートの
低下を抑制できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
方法に係り、とくに化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Cemica
l Mechanical Polishing）技術に関するものである。
方法に係り、とくに化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Cemica
l Mechanical Polishing）技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来半導体装置に用いられるＣＭＰ法
は、ＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)等により半導
体ウェハ上に形成された絶縁膜や金属膜などの薄膜を平
坦化する際に用いられる。ＣＭＰ法は、研磨粒子を含ん
だ研磨剤を研磨布表面になじませ、回転する研磨盤上で
半導体ウェハを研磨することにより半導体ウェハ表面の
薄膜を平坦加工する方法である。このような半導体装置
の製造技術に重要なＣＭＰ処理システムは、半導体ウェ
ハの表面上の膜をＣＭＰ処理する手段とＣＭＰ処理され
た半導体ウェハを洗浄する手段とを備えている。そし
て、このシステムでは、ＣＭＰ装置によってウェハが処
理される。ＣＭＰ装置は、筐体と、筐体内部に配置され
たＣＭＰ部及び洗浄部とを含んでいる。筐体内には、更
にウェハロード／アンロード部が備えられており、ＣＭ
Ｐ部は、ドレッシングユニットとＣＭＰユニットから構
成されている。
は、ＣＶＤ(Chemical Vapour Deposition)等により半導
体ウェハ上に形成された絶縁膜や金属膜などの薄膜を平
坦化する際に用いられる。ＣＭＰ法は、研磨粒子を含ん
だ研磨剤を研磨布表面になじませ、回転する研磨盤上で
半導体ウェハを研磨することにより半導体ウェハ表面の
薄膜を平坦加工する方法である。このような半導体装置
の製造技術に重要なＣＭＰ処理システムは、半導体ウェ
ハの表面上の膜をＣＭＰ処理する手段とＣＭＰ処理され
た半導体ウェハを洗浄する手段とを備えている。そし
て、このシステムでは、ＣＭＰ装置によってウェハが処
理される。ＣＭＰ装置は、筐体と、筐体内部に配置され
たＣＭＰ部及び洗浄部とを含んでいる。筐体内には、更
にウェハロード／アンロード部が備えられており、ＣＭ
Ｐ部は、ドレッシングユニットとＣＭＰユニットから構
成されている。
【０００３】ＣＭＰは、スラリという研磨粒子を含んだ
研磨剤を研磨布表面になじませ、回転する研磨盤上で被
処理基板である半導体ウェハを研磨することにより半導
体ウェハ表面の薄膜を平坦加工する方法である。この方
法を用いる場合、連続してウェハの研磨処理を行うと研
磨布の表面がスラリによる目詰まりを起こし、研磨性能
が劣化するという問題が生じる。このスラリによる目詰
まりを除去する方法としてドレッシングという表面処理
を行う。ＣＭＰに使用する研磨布には様々な材料を用い
る。一般的に使用されているものに発泡ポリウレタンパ
ッドがある。この研磨布は、布表面に微小なポアが多数
存在し、その中にスラリを保持してポリッシングを行う
構造になっている。発泡ポリウレタンを研磨布に用いる
場合、研磨布使用開始時に表面をやや荒らすコンディシ
ョニングと呼ばれる初期処理が必要である。この処理を
行ってその表面を荒らさなければ安定したポリッシング
レートとポリッシングの均一性を得ることが出来ない。
研磨剤を研磨布表面になじませ、回転する研磨盤上で被
処理基板である半導体ウェハを研磨することにより半導
体ウェハ表面の薄膜を平坦加工する方法である。この方
法を用いる場合、連続してウェハの研磨処理を行うと研
磨布の表面がスラリによる目詰まりを起こし、研磨性能
が劣化するという問題が生じる。このスラリによる目詰
まりを除去する方法としてドレッシングという表面処理
を行う。ＣＭＰに使用する研磨布には様々な材料を用い
る。一般的に使用されているものに発泡ポリウレタンパ
ッドがある。この研磨布は、布表面に微小なポアが多数
存在し、その中にスラリを保持してポリッシングを行う
構造になっている。発泡ポリウレタンを研磨布に用いる
場合、研磨布使用開始時に表面をやや荒らすコンディシ
ョニングと呼ばれる初期処理が必要である。この処理を
行ってその表面を荒らさなければ安定したポリッシング
レートとポリッシングの均一性を得ることが出来ない。
【０００４】一般に、ＣＭＰ処理を行うと、研磨布上に
研磨屑や研磨粒子などの固形物が堆積し、その増加にと
もなって、研磨レートが低下するようになる。したっが
て、このような場合、研磨布に対してコンディショニン
グ処理を行う必要が生じてくる。しかしながら、このよ
うなコンディショニングを行うと研磨布表面が必要以上
に荒れてしまう。その結果半導体基板表面に形成された
被処理膜に対してＣＭＰ処理を用いても良好な平坦化特
性を得るのが困難であった。本発明は、このような事情
によりなされたものであり、研磨布に対する効率の良い
ドレッサーを用いることによりコンディショニングが有
効に行えるＣＭＰ方法及びＣＭＰ処理システム及び半導
体装置の製造方法を提供する
研磨屑や研磨粒子などの固形物が堆積し、その増加にと
もなって、研磨レートが低下するようになる。したっが
て、このような場合、研磨布に対してコンディショニン
グ処理を行う必要が生じてくる。しかしながら、このよ
うなコンディショニングを行うと研磨布表面が必要以上
に荒れてしまう。その結果半導体基板表面に形成された
被処理膜に対してＣＭＰ処理を用いても良好な平坦化特
性を得るのが困難であった。本発明は、このような事情
によりなされたものであり、研磨布に対する効率の良い
ドレッサーを用いることによりコンディショニングが有
効に行えるＣＭＰ方法及びＣＭＰ処理システム及び半導
体装置の製造方法を提供する
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ＣＭＰ処理シ
ステムにおいて、粒子径を揃えたダイヤモンドを等間隔
に配置したドレッサを用いて、ウエハをＣＭＰ処理中に
研磨布を低荷重でコンディショニングを行うことを特徴
としている。ＣＭＰ処理の研磨レート低下、平坦性の向
上及びドレッサの定量的管理が可能になる。ＣＭＰを行
うと、研磨布上にメタル膜や酸化膜等の研磨屑、研磨液
（スラリ）中の研磨粒子や溶媒等の薬品が付着すること
が考えられ、これらは研磨時間が長くなるにつれて、蓄
積していくことにより研磨レートの低下を引き起こすと
考えられる。しかし、粒子径が１５０μｍのダイヤモン
ド粒子を０．７μｍ間隔で電着させた円盤（ドレッサ）
を、メタル膜や酸化膜などを表面に成膜させた凹凸のあ
るシリコン半導体基板の研磨中に、この研磨布表面に押
し付けてコンディショニングを行うと、研磨屑ならびに
研磨粒子などを研磨布上に堆積させることなく排除する
ことができ、研磨レートの低下を抑制することができ
る。
ステムにおいて、粒子径を揃えたダイヤモンドを等間隔
に配置したドレッサを用いて、ウエハをＣＭＰ処理中に
研磨布を低荷重でコンディショニングを行うことを特徴
としている。ＣＭＰ処理の研磨レート低下、平坦性の向
上及びドレッサの定量的管理が可能になる。ＣＭＰを行
うと、研磨布上にメタル膜や酸化膜等の研磨屑、研磨液
（スラリ）中の研磨粒子や溶媒等の薬品が付着すること
が考えられ、これらは研磨時間が長くなるにつれて、蓄
積していくことにより研磨レートの低下を引き起こすと
考えられる。しかし、粒子径が１５０μｍのダイヤモン
ド粒子を０．７μｍ間隔で電着させた円盤（ドレッサ）
を、メタル膜や酸化膜などを表面に成膜させた凹凸のあ
るシリコン半導体基板の研磨中に、この研磨布表面に押
し付けてコンディショニングを行うと、研磨屑ならびに
研磨粒子などを研磨布上に堆積させることなく排除する
ことができ、研磨レートの低下を抑制することができ
る。
【０００６】さらに、ダイヤモンド粒子を電着させた円
盤の押し付け荷重を４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 −１４．４ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 とすることによって、ダイヤモンド粒子が
研磨布に食い込む量を少なくすることができる。４．３
ｋｇｆ／ｃｍ2 より小さいと研磨時間が長くなり、１
４．４ｋｇｆ／ｃｍ2 を越えるとダイヤモンド粒子が研
磨布に深く食い込み過ぎる。このように、ダイヤモンド
粒子の食い込み量を少なくすることによって研磨布の表
面の荒れを小さくすることができたので、メタル膜や酸
化膜のついた凹凸のある半導体基板の凹部への研磨布の
接触による影響を少なくすることができ、凸部の研磨を
優先的に行い、平坦化特性のもたらすことができる。
盤の押し付け荷重を４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 −１４．４ｋ
ｇｆ／ｃｍ2 とすることによって、ダイヤモンド粒子が
研磨布に食い込む量を少なくすることができる。４．３
ｋｇｆ／ｃｍ2 より小さいと研磨時間が長くなり、１
４．４ｋｇｆ／ｃｍ2 を越えるとダイヤモンド粒子が研
磨布に深く食い込み過ぎる。このように、ダイヤモンド
粒子の食い込み量を少なくすることによって研磨布の表
面の荒れを小さくすることができたので、メタル膜や酸
化膜のついた凹凸のある半導体基板の凹部への研磨布の
接触による影響を少なくすることができ、凸部の研磨を
優先的に行い、平坦化特性のもたらすことができる。
【０００７】すなわち、本発明のＣＭＰ方法は、回転定
盤の表面に貼り付けた研磨布上に研磨液を滴下しなが
ら、被処理膜を成膜させた凹凸のある基板をこの研磨布
に押し付けてＣＭＰする工程と、ダイヤモンド粒子を電
着させた円盤（ドレッサ）を研磨布に所定の圧力で押し
付けて、この研磨布をドレッシングする工程とを備え、
前記ＣＭＰする工程とドレッシングする工程とは並行し
て行われることを特徴としている。前記円盤には実質的
に粒径の等しいダイヤモンド粒子を電着させるようにし
ても良い。前記ダイヤモンド粒子の平均粒子径は、１０
０μｍ−２００μｍであるようにしても良い。前記ダイ
ヤモンド粒子は、略等間隔に円盤上に配置されているよ
うにしても良い。前記所定の圧力は常に一定であるよう
にしても良い。前記所定の圧力は、前記円盤とこの円盤
に繋がっている回転軸からなる系の自重よりも小さいよ
うにしても良い。前記所定の圧力は、４．３ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 以上、１４．４ｋｇｆ／ｃｍ2 以下であるようにし
ても良い。平坦化特性を維持するためにはドレッサを構
成する円盤に電着されるダイヤモンド粒子の配置間隔
は、０．１−１．０μｍが適当である。
盤の表面に貼り付けた研磨布上に研磨液を滴下しなが
ら、被処理膜を成膜させた凹凸のある基板をこの研磨布
に押し付けてＣＭＰする工程と、ダイヤモンド粒子を電
着させた円盤（ドレッサ）を研磨布に所定の圧力で押し
付けて、この研磨布をドレッシングする工程とを備え、
前記ＣＭＰする工程とドレッシングする工程とは並行し
て行われることを特徴としている。前記円盤には実質的
に粒径の等しいダイヤモンド粒子を電着させるようにし
ても良い。前記ダイヤモンド粒子の平均粒子径は、１０
０μｍ−２００μｍであるようにしても良い。前記ダイ
ヤモンド粒子は、略等間隔に円盤上に配置されているよ
うにしても良い。前記所定の圧力は常に一定であるよう
にしても良い。前記所定の圧力は、前記円盤とこの円盤
に繋がっている回転軸からなる系の自重よりも小さいよ
うにしても良い。前記所定の圧力は、４．３ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 以上、１４．４ｋｇｆ／ｃｍ2 以下であるようにし
ても良い。平坦化特性を維持するためにはドレッサを構
成する円盤に電着されるダイヤモンド粒子の配置間隔
は、０．１−１．０μｍが適当である。
【０００８】本発明の半導体装置の製造方法は、半導体
ウェハに被処理膜を形成する工程と、前記半導体ウェハ
を上記ＣＭＰ方法のいずれかにより、研磨して前記被処
理膜を所定の形状にパターニングする工程とを備えたこ
とを特徴としている。前記被処理膜はシリコン酸化膜も
しくはメタル膜であるようにしても良い。
ウェハに被処理膜を形成する工程と、前記半導体ウェハ
を上記ＣＭＰ方法のいずれかにより、研磨して前記被処
理膜を所定の形状にパターニングする工程とを備えたこ
とを特徴としている。前記被処理膜はシリコン酸化膜も
しくはメタル膜であるようにしても良い。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して発明の実施
の形態を説明する。まず、図１、図６乃至図８を参照し
て第１の実施例を説明する。図１は、本発明及び従来の
ＣＭＰ処理で用いられるドレッサの平面図及び概略断面
図、図６は、本発明のＣＭＰ処理システムを実施する筐
体内部の概略図、図７は、ＣＭＰ装置の部分斜視図、図
８は、本発明の円盤にダイヤモンド粒子が電着されて構
成されたダイヤモンド粒子のバラツキを説明する特性図
である。図６は、ＣＭＰ処理システムの概略図である。
ＣＭＰ処理システムの各部は、筐体内にセットされ、Ｃ
ＭＰ装置であるＣＭＰ部２、ＣＭＰ後のウェハを洗浄す
る洗浄部（洗浄装置）３及び被処理基板であるシリコン
半導体などのウェハを供給し送り出すウェハロード／ア
ンロード部４が設けられている。ロード／アンロード部
４から供給されたウェハ１は、ＣＭＰ部２に供給され
る。ＣＭＰ部２は、ターンテーブル２１上のＣＭＰユニ
ット２２及びドレッシングユニット２３とから構成され
ている。
の形態を説明する。まず、図１、図６乃至図８を参照し
て第１の実施例を説明する。図１は、本発明及び従来の
ＣＭＰ処理で用いられるドレッサの平面図及び概略断面
図、図６は、本発明のＣＭＰ処理システムを実施する筐
体内部の概略図、図７は、ＣＭＰ装置の部分斜視図、図
８は、本発明の円盤にダイヤモンド粒子が電着されて構
成されたダイヤモンド粒子のバラツキを説明する特性図
である。図６は、ＣＭＰ処理システムの概略図である。
ＣＭＰ処理システムの各部は、筐体内にセットされ、Ｃ
ＭＰ装置であるＣＭＰ部２、ＣＭＰ後のウェハを洗浄す
る洗浄部（洗浄装置）３及び被処理基板であるシリコン
半導体などのウェハを供給し送り出すウェハロード／ア
ンロード部４が設けられている。ロード／アンロード部
４から供給されたウェハ１は、ＣＭＰ部２に供給され
る。ＣＭＰ部２は、ターンテーブル２１上のＣＭＰユニ
ット２２及びドレッシングユニット２３とから構成され
ている。
【００１０】図７は、ＣＭＰユニット２２及びドレッシ
ングユニット２３の概略斜視図である。ターンテーブル
２１上には研磨布２２１が取り付けられ、所定の回転数
で回転している。そして、この研磨布２２１にやはり回
転する駆動シャフト２２２に取り付けられたトップリン
グ２２３に固定されたウェハを押し付け、スラリタンク
（図示しない）より導出されたスラリ供給パイプ２２４
から供給されるスラリを加工点に滴下しながらＣＭＰを
行う。ＣＭＰ続行中に駆動シャフト２３２により支持さ
れたドレッサ２３３を研磨布２２１に接触させてコンデ
ィショニングを行う。ＣＭＰ処理は、スラリと呼ばれる
研磨粒子を含んだ研磨剤を研磨布にしみ込ませ、回転す
るターンテーブル上でウェハをＣＭＰすることによりウ
ェハ表面の薄膜を平坦加工する方法である。この方法を
用いる場合、連続してウェハを研磨処理を行うと研磨布
の表面が研磨屑で目詰まりするという問題が生じる。こ
の目詰まりした表面を回復させる方法としてドレッシン
グと呼ばれる表面処理を行う。
ングユニット２３の概略斜視図である。ターンテーブル
２１上には研磨布２２１が取り付けられ、所定の回転数
で回転している。そして、この研磨布２２１にやはり回
転する駆動シャフト２２２に取り付けられたトップリン
グ２２３に固定されたウェハを押し付け、スラリタンク
（図示しない）より導出されたスラリ供給パイプ２２４
から供給されるスラリを加工点に滴下しながらＣＭＰを
行う。ＣＭＰ続行中に駆動シャフト２３２により支持さ
れたドレッサ２３３を研磨布２２１に接触させてコンデ
ィショニングを行う。ＣＭＰ処理は、スラリと呼ばれる
研磨粒子を含んだ研磨剤を研磨布にしみ込ませ、回転す
るターンテーブル上でウェハをＣＭＰすることによりウ
ェハ表面の薄膜を平坦加工する方法である。この方法を
用いる場合、連続してウェハを研磨処理を行うと研磨布
の表面が研磨屑で目詰まりするという問題が生じる。こ
の目詰まりした表面を回復させる方法としてドレッシン
グと呼ばれる表面処理を行う。
【００１１】ドレッシングユニット２３は、研磨布をド
レッシングするユニットである。スラリを用いてウェハ
をＣＭＰした後、発泡ポリウレタンなどの研磨布は、ス
ラリ中の研磨粒子以外の高分子系界面活性剤や多糖類な
ど粘性が高い物質を添加することにより劣化する。この
劣化した研磨布を用いることにより微細パターンが密集
する半導体デバイスが形成されたウェハのＣＭＰ工程で
は歩留まりを低下させる大きな要因になっている。この
研磨布表面の詰まった異物を除去し表面を削り取るため
にドレッシングユニット２３を用いてドレッシング処理
が行われる。通常ウェハ１枚をＣＭＰする毎にドレッシ
ングを行う。しかし、本発明では、回転するターンテー
ブル２１上の研磨布２２１をドレッシング処理を行いな
がらＣＭＰ処理を行う。しかも、研磨布２２１をドレッ
シングするドレッサ２３３は、本発明の特徴である粒子
径を揃えたダイヤモンドを等間隔に配置した構成をして
いる。
レッシングするユニットである。スラリを用いてウェハ
をＣＭＰした後、発泡ポリウレタンなどの研磨布は、ス
ラリ中の研磨粒子以外の高分子系界面活性剤や多糖類な
ど粘性が高い物質を添加することにより劣化する。この
劣化した研磨布を用いることにより微細パターンが密集
する半導体デバイスが形成されたウェハのＣＭＰ工程で
は歩留まりを低下させる大きな要因になっている。この
研磨布表面の詰まった異物を除去し表面を削り取るため
にドレッシングユニット２３を用いてドレッシング処理
が行われる。通常ウェハ１枚をＣＭＰする毎にドレッシ
ングを行う。しかし、本発明では、回転するターンテー
ブル２１上の研磨布２２１をドレッシング処理を行いな
がらＣＭＰ処理を行う。しかも、研磨布２２１をドレッ
シングするドレッサ２３３は、本発明の特徴である粒子
径を揃えたダイヤモンドを等間隔に配置した構成をして
いる。
【００１２】ＣＭＰ部で処理が終わったウェハは、洗浄
部３に搬送される。洗浄部３は、ウェハを搬送する搬送
ロボット、ウェハを反転させる反転機、両面ロール洗浄
機やペンシル洗浄機などのウェハ洗浄機が収納されてい
る。ＣＭＰ部２から搬送されたウェハは、洗浄され、乾
燥されてロード／アンロード部４に搬送され、そこから
外部に搬出されて次の製造工程に送られる。
部３に搬送される。洗浄部３は、ウェハを搬送する搬送
ロボット、ウェハを反転させる反転機、両面ロール洗浄
機やペンシル洗浄機などのウェハ洗浄機が収納されてい
る。ＣＭＰ部２から搬送されたウェハは、洗浄され、乾
燥されてロード／アンロード部４に搬送され、そこから
外部に搬出されて次の製造工程に送られる。
【００１３】図１に本発明及び従来のＣＭＰ処理で用い
られるドレッサの平面図及び概略断面図を示す。ドレッ
サ２３３の基板は、例えば、ＳＵＳなどのステンレスか
ら構成されている。この基板の上に、例えば、Ｎｉメッ
キ層２３４が形成されている。そして、約１５０μｍ径
の実質的に同形のダイヤモンド粒子２３５がほぼ等間隔
に配置されている。ダイヤモンド粒子２３５は、Ｎｉメ
ッキ層２３４に所定の厚さ（ｔ）だけ埋め込まれおり、
基板から剥がれにくくなっている。ダイヤモンド粒子２
３５は、粒子径（２Ｒ）の５０％未満がＮｉメッキ層２
３４から露出している（ｔ／２Ｒ）ならば、ダイヤモン
ド粒子２３５は、ドレッサ２３３から脱落する事はな
い。粒子間距離（ｄ）は、０．１〜１．０ｍｍ、例え
ば、０．７ｍｍが適当である（図１（ｂ））。一方、従
来のドレッサ（図１（ａ））は、ドレッサの基板は、例
えば、ＳＵＳなどのステンレスから構成されている。こ
の基板の上に、例えば、Ｎｉメッキ層が施されている。
そして、平均の粒子径が約１００μｍ径の不揃いであ
り、所定の形状に成形されておらず、ダイヤモンド粒子
がほぼ等間隔に配置されている。ダイヤモンド粒子２３
５は、Ｎｉメッキ層２３４に所定の厚さだけ埋め込まれ
おり、基板から剥がれ難くなっている。
られるドレッサの平面図及び概略断面図を示す。ドレッ
サ２３３の基板は、例えば、ＳＵＳなどのステンレスか
ら構成されている。この基板の上に、例えば、Ｎｉメッ
キ層２３４が形成されている。そして、約１５０μｍ径
の実質的に同形のダイヤモンド粒子２３５がほぼ等間隔
に配置されている。ダイヤモンド粒子２３５は、Ｎｉメ
ッキ層２３４に所定の厚さ（ｔ）だけ埋め込まれおり、
基板から剥がれにくくなっている。ダイヤモンド粒子２
３５は、粒子径（２Ｒ）の５０％未満がＮｉメッキ層２
３４から露出している（ｔ／２Ｒ）ならば、ダイヤモン
ド粒子２３５は、ドレッサ２３３から脱落する事はな
い。粒子間距離（ｄ）は、０．１〜１．０ｍｍ、例え
ば、０．７ｍｍが適当である（図１（ｂ））。一方、従
来のドレッサ（図１（ａ））は、ドレッサの基板は、例
えば、ＳＵＳなどのステンレスから構成されている。こ
の基板の上に、例えば、Ｎｉメッキ層が施されている。
そして、平均の粒子径が約１００μｍ径の不揃いであ
り、所定の形状に成形されておらず、ダイヤモンド粒子
がほぼ等間隔に配置されている。ダイヤモンド粒子２３
５は、Ｎｉメッキ層２３４に所定の厚さだけ埋め込まれ
おり、基板から剥がれ難くなっている。
【００１４】図８は、本発明の円盤にダイヤモンド粒子
が電着されて構成されたダイヤモンド粒子のバラツキを
説明する特性図であり、縦軸は、分布数を表わし、横軸
は、ダイヤモンドの粒子径（Ｄｉａｍｅｔｅｒ）（μ
ｍ）である。図に示すように、本発明に係るドレッサを
構成する円盤に電着されるダイヤモンド粒子の粒子径分
布（Ａ）は、使用される粒子径が所定のサイズ（この図
では１６０μｍ）に限定されているので、粒子径分布
（Ａ）は、狭くなっており、従来の幅広の分布（Ｂ）と
比較してかなり狭くなった分布となっている。以上、こ
の実施例では、前記研磨布に対する効率の良いドレッサ
を用いることによりコンディショニングが有効に行え、
しかもウェハをＣＭＰ処理中に研磨布を低荷重でコンデ
ィショニングを行うことを特徴としている。ＣＭＰ処理
の研磨レート低下、平坦性の向上及びドレッサの定量的
管理が可能になる。
が電着されて構成されたダイヤモンド粒子のバラツキを
説明する特性図であり、縦軸は、分布数を表わし、横軸
は、ダイヤモンドの粒子径（Ｄｉａｍｅｔｅｒ）（μ
ｍ）である。図に示すように、本発明に係るドレッサを
構成する円盤に電着されるダイヤモンド粒子の粒子径分
布（Ａ）は、使用される粒子径が所定のサイズ（この図
では１６０μｍ）に限定されているので、粒子径分布
（Ａ）は、狭くなっており、従来の幅広の分布（Ｂ）と
比較してかなり狭くなった分布となっている。以上、こ
の実施例では、前記研磨布に対する効率の良いドレッサ
を用いることによりコンディショニングが有効に行え、
しかもウェハをＣＭＰ処理中に研磨布を低荷重でコンデ
ィショニングを行うことを特徴としている。ＣＭＰ処理
の研磨レート低下、平坦性の向上及びドレッサの定量的
管理が可能になる。
【００１５】次に、図２乃至図５を参照して第２の実施
例を説明する。図２及び図３は、本発明のＣＭＰ処理を
行う半導体基板の断面図、図４は、研磨レートの時間的
変化を説明する特性図、図５は、本発明のＣＭＰ処理に
よる平坦化特性を説明する特性図である。図２に示すよ
うに、シリコン半導体基板上に膜厚２００ｎｍのシリコ
ン酸化物のＴＥＯＳ膜、その上に膜厚２５ｎｍのＴａＮ
膜、ＴａＮ膜の上に膜厚２０００ｎｍのＣｕ膜を順次積
層したサンプルを用意する。また、図３に示すように、
シリコン半導体基板に深さ７００ｎｍの溝を形成し、こ
の溝の内部も含めて半導体基板上に膜厚１４００ｎｍの
ＴＥＯＳ膜を形成したサンプルを用意する。これらのサ
ンプルを、図１に示すドレッサ２３３とともに、図７に
示すトップリング２２３に取り付けたウェハをＣＭＰ処
理してＣｕ膜を研磨する。またＴＥＯＳ膜を研磨して表
面の不要部分を除去してＴＥＯＳ膜を溝に埋め込み、素
子分離領域などに用いる埋め込み絶縁膜を形成する。
例を説明する。図２及び図３は、本発明のＣＭＰ処理を
行う半導体基板の断面図、図４は、研磨レートの時間的
変化を説明する特性図、図５は、本発明のＣＭＰ処理に
よる平坦化特性を説明する特性図である。図２に示すよ
うに、シリコン半導体基板上に膜厚２００ｎｍのシリコ
ン酸化物のＴＥＯＳ膜、その上に膜厚２５ｎｍのＴａＮ
膜、ＴａＮ膜の上に膜厚２０００ｎｍのＣｕ膜を順次積
層したサンプルを用意する。また、図３に示すように、
シリコン半導体基板に深さ７００ｎｍの溝を形成し、こ
の溝の内部も含めて半導体基板上に膜厚１４００ｎｍの
ＴＥＯＳ膜を形成したサンプルを用意する。これらのサ
ンプルを、図１に示すドレッサ２３３とともに、図７に
示すトップリング２２３に取り付けたウェハをＣＭＰ処
理してＣｕ膜を研磨する。またＴＥＯＳ膜を研磨して表
面の不要部分を除去してＴＥＯＳ膜を溝に埋め込み、素
子分離領域などに用いる埋め込み絶縁膜を形成する。
【００１６】図４は、縦軸が研磨量（Ｐｏｌｉｓｈｉｎ
ｇ Ｒａｔｅ）（ｎｍ）（２分研磨時の平均削れ量）を
表わし、横軸に研磨時間（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｔｉｍ
ｅ）（ｍｉｎ）を表わしている。ＣＭＰ処理において、
ドレッサの押し付け荷重を４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 −２
８．８ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲で変える。ＣＭＰ処理する
対象は、本発明（Ｉｎ−ｓｉｔｕ Ｃｎｄｉｔｉｏｎｉ
ｎｇ）の押し付け荷重４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 でコンディ
ショニングした例（−■−）、押し付け荷重７．２ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 でコンディショニングした例（−▲−）、押
し付け荷重１４．４ｋｇｆ／ｃｍ2 でコンディショニン
グした例（−◆−）、押し付け荷重２８．８ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 でコンディショニングした例（−●−）及び、押し
付け荷重２８．８ｋｇｆ／ｃｍ2 でコンディショニング
した従来例（Ｅｘ−ｓｉｔｕ）（−○−）がある。図４
に示すように、本発明のドレッサを用いない従来例では
研磨時間が多くなるにしたがって、単位時間当たりの研
磨量が極端に悪くなる。これに反して、本発明のドレッ
サを用いた例では、研磨時間が多くなっても単位時間当
たりの研磨量が殆ど劣化せず、押し付け荷重が大きいほ
ど単位時間当たりの研磨量が多くなっている。
ｇ Ｒａｔｅ）（ｎｍ）（２分研磨時の平均削れ量）を
表わし、横軸に研磨時間（Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ Ｔｉｍ
ｅ）（ｍｉｎ）を表わしている。ＣＭＰ処理において、
ドレッサの押し付け荷重を４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 −２
８．８ｋｇｆ／ｃｍ2 の範囲で変える。ＣＭＰ処理する
対象は、本発明（Ｉｎ−ｓｉｔｕ Ｃｎｄｉｔｉｏｎｉ
ｎｇ）の押し付け荷重４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 でコンディ
ショニングした例（−■−）、押し付け荷重７．２ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 でコンディショニングした例（−▲−）、押
し付け荷重１４．４ｋｇｆ／ｃｍ2 でコンディショニン
グした例（−◆−）、押し付け荷重２８．８ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 でコンディショニングした例（−●−）及び、押し
付け荷重２８．８ｋｇｆ／ｃｍ2 でコンディショニング
した従来例（Ｅｘ−ｓｉｔｕ）（−○−）がある。図４
に示すように、本発明のドレッサを用いない従来例では
研磨時間が多くなるにしたがって、単位時間当たりの研
磨量が極端に悪くなる。これに反して、本発明のドレッ
サを用いた例では、研磨時間が多くなっても単位時間当
たりの研磨量が殆ど劣化せず、押し付け荷重が大きいほ
ど単位時間当たりの研磨量が多くなっている。
【００１７】図５は、ＣＭＰ処理の平坦化特性を示す特
性図であり、縦軸は、段差（Ｌｏｃａｌ Ｓｔｅｐ Ｈ
ｉｇｈｔ）（＠３００μｍ／３００μｍ）を表わしてい
る。３００μｍ／３００μｍは、図３に示す凸部及び凹
部の幅を表わしている。＃１００は、ダイヤモンド粒子
径が略１００μｍの粒子を用いている。＃８０は、ダイ
ヤモンド粒子径が略１６０μｍの粒子をピッチ０．７ｍ
ｍで配列したドレッサを用いて研磨布をコンディショニ
ングしている。図に示すように、研磨中にコンディショ
ニングを行わないと研磨レートは低下していくが、コン
ディショニングを行いながらＣＭＰを行うと、研磨レー
トを維持することができる。ドレッサの押し付け荷重を
４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 としたドレッシングを用いた場合
に最も良好な平坦化特性が得られた。ドレッサの押し付
け荷重は、４．３ｋｇｆ／ｃｍ2−１４．４ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 の範囲において良好な平坦化特性が得られた。
性図であり、縦軸は、段差（Ｌｏｃａｌ Ｓｔｅｐ Ｈ
ｉｇｈｔ）（＠３００μｍ／３００μｍ）を表わしてい
る。３００μｍ／３００μｍは、図３に示す凸部及び凹
部の幅を表わしている。＃１００は、ダイヤモンド粒子
径が略１００μｍの粒子を用いている。＃８０は、ダイ
ヤモンド粒子径が略１６０μｍの粒子をピッチ０．７ｍ
ｍで配列したドレッサを用いて研磨布をコンディショニ
ングしている。図に示すように、研磨中にコンディショ
ニングを行わないと研磨レートは低下していくが、コン
ディショニングを行いながらＣＭＰを行うと、研磨レー
トを維持することができる。ドレッサの押し付け荷重を
４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 としたドレッシングを用いた場合
に最も良好な平坦化特性が得られた。ドレッサの押し付
け荷重は、４．３ｋｇｆ／ｃｍ2−１４．４ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 の範囲において良好な平坦化特性が得られた。
【００１８】次に、図９を参照して第３の実施例を説明
する。図９は、半導体装置の製造工程断面図であり、本
発明のＣＭＰ処理システムを利用したＡｌダマシン配線
の形成方法を説明する。半導体素子（図示しない）を作
り込んだシリコンなどの半導体基板３００上にシリコン
酸化膜などの絶縁膜３０１を形成する。この絶縁膜３０
１上に深さ４００ｎｍの配線溝３０４をパターニング形
成する。次に、絶縁膜３０１上及び配線溝３０４内部に
Ｎｂライナ３０２を３０ｎｍ程度堆積させる。そして、
この後にＡｌ膜３０３を６００ｎｍ程度堆積させる（図
９（ａ））。
する。図９は、半導体装置の製造工程断面図であり、本
発明のＣＭＰ処理システムを利用したＡｌダマシン配線
の形成方法を説明する。半導体素子（図示しない）を作
り込んだシリコンなどの半導体基板３００上にシリコン
酸化膜などの絶縁膜３０１を形成する。この絶縁膜３０
１上に深さ４００ｎｍの配線溝３０４をパターニング形
成する。次に、絶縁膜３０１上及び配線溝３０４内部に
Ｎｂライナ３０２を３０ｎｍ程度堆積させる。そして、
この後にＡｌ膜３０３を６００ｎｍ程度堆積させる（図
９（ａ））。
【００１９】次に、半導体基板３００上のＡｌ膜３０３
及びＮｂライナ３０２を本発明のＣＭＰ処理システム
（図７参照）を用いたＣＭＰ法により除去する。この処
理プロセスでは、まず、Ａｌ膜３０３を除去するファー
ストステップポリッシュを行う（図９（ｂ））。ついで
Ｎｂライナ３０２を除去するセカンドステップポリッシ
ュを行う（図９（ｃ））。これを２ステップポリッシュ
という。このＣＭＰ処理により配線溝３０４には配線と
なるＡｌ膜３０３及びバリヤメタル層であるＮｂライナ
３０１が埋め込み形成され、その他の領域に形成された
Ａｌ膜及びＮｂライナは、エッチングなどにより除去さ
れる（図９（ｃ）参照）。この実施例によれば、コンデ
ィショニング処理を行いながらＣＭＰ処理を行うので、
平均した研磨レートを維持できるので正確に埋め込み配
線が埋め込み形成される。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施可能である。
及びＮｂライナ３０２を本発明のＣＭＰ処理システム
（図７参照）を用いたＣＭＰ法により除去する。この処
理プロセスでは、まず、Ａｌ膜３０３を除去するファー
ストステップポリッシュを行う（図９（ｂ））。ついで
Ｎｂライナ３０２を除去するセカンドステップポリッシ
ュを行う（図９（ｃ））。これを２ステップポリッシュ
という。このＣＭＰ処理により配線溝３０４には配線と
なるＡｌ膜３０３及びバリヤメタル層であるＮｂライナ
３０１が埋め込み形成され、その他の領域に形成された
Ａｌ膜及びＮｂライナは、エッチングなどにより除去さ
れる（図９（ｃ）参照）。この実施例によれば、コンデ
ィショニング処理を行いながらＣＭＰ処理を行うので、
平均した研磨レートを維持できるので正確に埋め込み配
線が埋め込み形成される。その他、本発明の要旨を逸脱
しない範囲で種々変形して実施可能である。
【００２０】
【発明の効果】本発明によれば、所定の粒子径のダイヤ
モンド粒子を所定の間隔で電着させたドレッサを、メタ
ル膜や酸化膜などを表面に成膜させた凹凸のあるシリコ
ン半導体基板の研磨中に、この研磨布表面に押し付けて
コンディショニングを行うと、研磨屑ならびに研磨粒子
などを研磨布上に堆積させることなく排除することがで
き、研磨レートの低下を抑制することができる。さら
に、ダイヤモンド粒子の食い込み量を少なくすることに
よって研磨布の表面の荒れを小さくすることができたの
で、メタル膜や酸化膜のついた凹凸のある半導体基板の
凹部への研磨布の接触による影響を少なくすることがで
き、凸部の研磨を優先的に行い、平坦化特性の向上をも
たらすことができる。
モンド粒子を所定の間隔で電着させたドレッサを、メタ
ル膜や酸化膜などを表面に成膜させた凹凸のあるシリコ
ン半導体基板の研磨中に、この研磨布表面に押し付けて
コンディショニングを行うと、研磨屑ならびに研磨粒子
などを研磨布上に堆積させることなく排除することがで
き、研磨レートの低下を抑制することができる。さら
に、ダイヤモンド粒子の食い込み量を少なくすることに
よって研磨布の表面の荒れを小さくすることができたの
で、メタル膜や酸化膜のついた凹凸のある半導体基板の
凹部への研磨布の接触による影響を少なくすることがで
き、凸部の研磨を優先的に行い、平坦化特性の向上をも
たらすことができる。
【図１】本発明及び従来のＣＭＰ処理で用いられるドレ
ッサの平面図及び断面図。
ッサの平面図及び断面図。
【図２】本発明のＣＭＰ処理を行う半導体基板の断面
図。
図。
【図３】本発明のＣＭＰ処理を行う半導体基板の断面
図。
図。
【図４】本発明の研磨レートの時間的変化を説明する特
性図。
性図。
【図５】本発明のＣＭＰ処理による平坦化特性を説明す
る特性図。
る特性図。
【図６】本発明のＣＭＰ処理方法を実施する筐体内部の
概略図。
概略図。
【図７】本発明のＣＭＰ装置の部分斜視図。
【図８】本発明の円盤にダイヤモンド粒子が電着されて
構成されたダイヤモンド粒子のバラツキを説明する特性
図。
構成されたダイヤモンド粒子のバラツキを説明する特性
図。
【図９】本発明の半導体装置の製造工程断面図。
１・・・ウェハ、 ２・・・ＣＭＰ部（ＣＭＰ装
置）、３・・・洗浄部（洗浄装置）、 ４・・・ウェハ
ロード／アンロード部、２１・・・ターンテーブル、
２２・・・ＣＭＰユニット、２３・・・ドレッシング
ユニット、 ２２１・・・研磨布、２２２、２３２・
・・駆動シャフト、 ２２３・・・トップリング、２
２４・・・スラリ供給パイプ、 ２３３・・・ドレッ
サ、２３４・・・Ｎｉメッキ層、 ２３５・・・ダイ
ヤモンド粒子、３００・・・半導体基板、 ３０１・
・・絶縁膜、３０２・・・Ｎｂライナ、 ３０３・・
・Ａｌ膜、３０４・・・配線溝。
置）、３・・・洗浄部（洗浄装置）、 ４・・・ウェハ
ロード／アンロード部、２１・・・ターンテーブル、
２２・・・ＣＭＰユニット、２３・・・ドレッシング
ユニット、 ２２１・・・研磨布、２２２、２３２・
・・駆動シャフト、 ２２３・・・トップリング、２
２４・・・スラリ供給パイプ、 ２３３・・・ドレッ
サ、２３４・・・Ｎｉメッキ層、 ２３５・・・ダイ
ヤモンド粒子、３００・・・半導体基板、 ３０１・
・・絶縁膜、３０２・・・Ｎｂライナ、 ３０３・・
・Ａｌ膜、３０４・・・配線溝。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堅山 佳邦 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 矢野 博之 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 Ｆターム(参考） 3C047 AA34 3C058 AA07 AA19 BA05 CB01 CB03 DA12 DA17
Claims (7)
- 【請求項１】 回転定盤の表面に貼り付けた研磨布上に
研磨液を滴下しながら、被処理膜を成膜させた凹凸のあ
る基板をこの研磨布に押し付けて化学的機械的研磨する
工程と、 ダイヤモンド粒子を電着させた円盤を研磨布に所定の圧
力で押し付けて、この研磨布をドレッシングする工程と
を備え、 前記化学的機械的研磨する工程とドレッシングする工程
とは並行(In-situ) して行われることを特徴とする化学
的機械的研磨方法。 - 【請求項２】 前記円盤上にダイヤモンド粒子を電着さ
せることを特徴とする請求項１に記載の化学的機械的研
磨方法。 - 【請求項３】 前記化学的機械的研磨する工程におい
て、前記ダイヤモンドを電着させた円盤を前記研磨布に
押し付ける圧力は、４．３ｋｇｆ／ｃｍ2 以上、１４．
４ｋｇｆ／ｃｍ2 以下であることを特徴とする請求項１
又は請求項２に記載の化学的機械的研磨方法。 - 【請求項４】 前記ダイヤモンド粒子の粒子径は、１０
０μｍ以上、２００μｍ以下であることを特徴とする請
求項１乃至請求項３のいずれかに記載の化学的機械的研
磨方法。 - 【請求項５】 前記ダイヤモンド粒子の粒径分布は、４
０μｍ以内のばらつきを持つことを特徴とする請求項１
乃至請求項４のいずれかに記載の化学的機械的研磨方
法。１乃至請求項４のいずれかに記載の化学的機械的研
磨方法。 - 【請求項６】 半導体ウェハに被処理膜を形成する工程
と、 前記半導体ウェハを、請求項１乃至請求項６のいずれか
に記載の化学的機械的研磨方法により、研磨して前記被
処理膜を所定の形状にパターニングする工程とを備えた
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記被処理膜は、シリコン酸化膜もしく
はメタル膜であることを特徴とする請求項６に記載の半
導体装置の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001098855A JP2002299289A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法 |
| US10/107,311 US20020158395A1 (en) | 2001-03-30 | 2002-03-28 | Chemical mechanical polishing method and semiconductor device manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001098855A JP2002299289A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002299289A true JP2002299289A (ja) | 2002-10-11 |
Family
ID=18952465
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001098855A Pending JP2002299289A (ja) | 2001-03-30 | 2001-03-30 | 化学的機械的研磨方法および半導体装置の製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020158395A1 (ja) |
| JP (1) | JP2002299289A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005311242A (ja) * | 2004-04-26 | 2005-11-04 | Seiko Epson Corp | 半導体装置の製造方法 |
| US7413986B2 (en) | 2001-06-19 | 2008-08-19 | Applied Materials, Inc. | Feedforward and feedback control for conditioning of chemical mechanical polishing pad |
| CN102044408B (zh) * | 2009-10-21 | 2012-03-14 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 用于动态调整化学机械抛光速率的方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU4472997A (en) * | 1996-10-15 | 1998-05-11 | Nippon Steel Corporation | Semiconductor substrate polishing pad dresser, method of manufacturing the same, and chemicomechanical polishing method using the same dresser |
| JP3052896B2 (ja) * | 1997-06-13 | 2000-06-19 | 日本電気株式会社 | 研磨布表面のドレス治具及びその製造方法 |
| US6159087A (en) * | 1998-02-11 | 2000-12-12 | Applied Materials, Inc. | End effector for pad conditioning |
| US6572453B1 (en) * | 1998-09-29 | 2003-06-03 | Applied Materials, Inc. | Multi-fluid polishing process |
| US6517424B2 (en) * | 2000-03-10 | 2003-02-11 | Abrasive Technology, Inc. | Protective coatings for CMP conditioning disk |
| US6551176B1 (en) * | 2000-10-05 | 2003-04-22 | Applied Materials, Inc. | Pad conditioning disk |
-
2001
- 2001-03-30 JP JP2001098855A patent/JP2002299289A/ja active Pending
-
2002
- 2002-03-28 US US10/107,311 patent/US20020158395A1/en not_active Abandoned
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7413986B2 (en) | 2001-06-19 | 2008-08-19 | Applied Materials, Inc. | Feedforward and feedback control for conditioning of chemical mechanical polishing pad |
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| CN102044408B (zh) * | 2009-10-21 | 2012-03-14 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 用于动态调整化学机械抛光速率的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20020158395A1 (en) | 2002-10-31 |
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