JP2015191930A - 化学機械研磨装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】CMP装置において、液体を研磨パッドへ向けて効果的に噴出することにより、研磨パッドの洗浄効果を向上する。【解決手段】研磨パッドを保持するテーブルと、研磨パッドとウエハーとが接するようにウエハーを保持するウエハー保持部と、第1ノズル及び第2ノズルを備え、第1ノズルから第1液流を噴出させ、第2ノズルから第2液流を噴出させる液体供給部と、研磨パッドをウエハー保持部と第1ノズル及び第2ノズルとに対して相対的に回転させる回転機構と、を具備する化学機械研磨装置である。研磨パッドの回転方向に沿って見たときに、第1液流及び第2液流が一部重なるように、第1ノズル及び第2ノズルが配置されている。【選択図】図1
Description
本発明は、化学機械研磨装置に関する。
半導体デバイスの製造工程において、表面を平坦化する技術が重要となっている。平坦化が不十分で、半導体デバイスの表面の凹凸が大きくなると、その上に形成される薄膜の一部が薄くなったり、配線の断線部が生じたりする可能性がある。また、平坦化が不十分であると、リソグラフィー工程において、露光光学系の焦点が部分的に合わなくなり、微細パターンの形成が難しくなる可能性がある。近年、半導体デバイスがますます微細化されて素子構造が複雑になり、多層配線の層数も増えてきており、表面を平坦化する技術の重要性が増している。
代表的な平坦化技術として、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)が知られている。化学機械研磨を行う化学機械研磨装置(CMP装置)においては、研磨パッドを回転させ、研磨パッドの表面に砥粒を含むスラリーを供給しながら、半導体のウエハーを研磨パッドの表面に押し付ける。
下記の特許文献1には、CMP装置において、スラリー供給ラインとは別に、液体供給ラインや液体供給スプレーを設けることが開示されている。この特許文献1においては、ウエハーの研磨が終了した後、液体供給ラインや液体供給スプレーから液体を供給して、研磨パッドを洗浄している。
しかしながら、上述の特許文献1において、液体供給ラインは液体を1箇所に垂らしているだけであり、研磨パッドの洗浄効果は不十分である。また、特許文献1において、液体供給スプレーは液体を円錐状に拡散させているが、液体が吹き付けられない部分もあり、やはり研磨パッドの洗浄効果が不十分である。
本発明は、以上のような技術的課題に鑑みてなされたものである。本発明の幾つかの態様は、CMP装置において、液体を研磨パッドへ向けて効果的に噴出することにより、研磨パッドの洗浄効果を向上することに関連している。
本発明の幾つかの態様において、化学機械研磨装置は、研磨パッドを保持するテーブルと、研磨パッドとウエハーとが接するようにウエハーを保持するウエハー保持部と、第1ノズル及び第2ノズルを備え、第1ノズルから第1液流を噴出させ、第2ノズルから第2液流を噴出させる液体供給部と、研磨パッドをウエハー保持部と第1ノズル及び第2ノズルとに対して相対的に回転させる回転機構と、を具備する化学機械研磨装置であって、研磨パッドの回転方向に沿って見たときに、第1液流及び第2液流が一部重なるように、第1ノズル及び第2ノズルが配置されている。
この態様によれば、研磨パッドの回転方向に沿って見たときに、第1液流及び第2液流が一部重なるように、第1ノズル及び第2ノズルが配置されている。研磨パッドの回転と、第1液流及び第2液流の噴射とによって、第1液流と第2液流との間に液流が噴射されない箇所が生じることを抑制し、研磨パッドの洗浄効果を向上することができる。
この態様によれば、研磨パッドの回転方向に沿って見たときに、第1液流及び第2液流が一部重なるように、第1ノズル及び第2ノズルが配置されている。研磨パッドの回転と、第1液流及び第2液流の噴射とによって、第1液流と第2液流との間に液流が噴射されない箇所が生じることを抑制し、研磨パッドの洗浄効果を向上することができる。
上述の態様において、研磨パッドへの到達位置における第1液流の第1断面と、研磨パッドへの到達位置における第2液流の第2断面が、それぞれ、研磨パッドの回転方向に沿った寸法よりも、研磨パッドの回転軸から離れる方向に沿った寸法の方が大きくなるように、第1ノズル及び第2ノズルが構成されることが望ましい。
これによれば、研磨パッドの回転軸から離れる方向に沿って広範囲に液流を研磨パッドに当てることができる。また、研磨パッドの回転方向に沿った方向においては、液流が分散することを抑制し、強い液流を研磨パッドに当てることができる。
これによれば、研磨パッドの回転軸から離れる方向に沿って広範囲に液流を研磨パッドに当てることができる。また、研磨パッドの回転方向に沿った方向においては、液流が分散することを抑制し、強い液流を研磨パッドに当てることができる。
上述の態様において、第1断面が、第2断面よりも、研磨パッドの回転軸の近くに位置するように、第1ノズル及び第2ノズルが配置され、且つ、第1断面が、第2断面よりも、研磨パッドの回転方向の上流側に位置するように、第1ノズル及び第2ノズルが配置されることが望ましい。
これによれば、研磨パッドに放出される固形物が液流よりも研磨パッドの回転方向の下流側に移動することが抑制される。
これによれば、研磨パッドに放出される固形物が液流よりも研磨パッドの回転方向の下流側に移動することが抑制される。
上述の態様において、第1液流又は第2液流が、研磨パッドの回転方向の上流側へ向かう方向成分を有して研磨パッドに到達するように、第1ノズル又は第2ノズルが研磨パッドの回転軸に対して斜めに配置されることが望ましい。
これによれば、研磨パッドの表面に対する液流の相対的な速度が速くなるため、強い液流を研磨パッドに当てることができる。また、液流によって研磨パッドの表面から剥がされた固形物を研磨パッドの外周に向けて効率よく流すことができる。
これによれば、研磨パッドの表面に対する液流の相対的な速度が速くなるため、強い液流を研磨パッドに当てることができる。また、液流によって研磨パッドの表面から剥がされた固形物を研磨パッドの外周に向けて効率よく流すことができる。
上述の態様において、研磨パッドの回転軸に対して、第1液流又は第2液流の中心軸が、研磨パッドの回転方向の上流側に向かって5°以上50°以下の傾きを有するように、第1ノズル又は第2ノズルが配置されることが望ましい。
これによれば、研磨パッドの表面に対する液流の相対的な速度が速くなるため、強い液流を研磨パッドに当てることができる。また、液流によって研磨パッドの表面から剥がされた固形物を研磨パッドの外周に向けて効率よく流すことができる。
これによれば、研磨パッドの表面に対する液流の相対的な速度が速くなるため、強い液流を研磨パッドに当てることができる。また、液流によって研磨パッドの表面から剥がされた固形物を研磨パッドの外周に向けて効率よく流すことができる。
上述の態様において、研磨パッドのコンディショニングを行うコンディショナーをさらに具備し、ウエハー保持部に対して研磨パッドの回転方向の上流側に第1ノズル及び第2ノズルが配置され、さらに上流側にコンディショナーが配置されることが望ましい。
これによれば、コンディショナー又はその他の構成要素から脱落した固形物が、ウエハー保持部に到達してウエハーを傷つけることが抑制される。
これによれば、コンディショナー又はその他の構成要素から脱落した固形物が、ウエハー保持部に到達してウエハーを傷つけることが抑制される。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また本実施形態で説明される構成のすべてが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。また同一の構成要素には同一の参照符号を付して説明を省略する。
<1.全体構成>
図1は、本発明の実施形態に係るCMP装置の構成を概念的に示す斜視図である。図2は、図1に示されるCMP装置を別の角度から見た斜視図であり、図3は平面図である。CMP装置100は、テーブル1と、ウエハー保持部2と、コンディショナー4とを具備している。
テーブル1の上面には、円盤型の研磨パッド7が貼り付けられる。テーブル1は、回転機構5により、矢印A1方向に回転させられる。
図1は、本発明の実施形態に係るCMP装置の構成を概念的に示す斜視図である。図2は、図1に示されるCMP装置を別の角度から見た斜視図であり、図3は平面図である。CMP装置100は、テーブル1と、ウエハー保持部2と、コンディショナー4とを具備している。
テーブル1の上面には、円盤型の研磨パッド7が貼り付けられる。テーブル1は、回転機構5により、矢印A1方向に回転させられる。
ウエハー保持部2は、半導体のウエハー3を保持し、ウエハー3の研磨される面すなわち半導体デバイスが形成される面を下に向けて、研磨パッド7に押し付ける。ウエハー保持部2は、図示しない駆動部により、矢印A2方向に回転させられる。また同時に、ウエハー保持部2は、図示しない駆動部により、研磨パッド7の半径方向に、研磨パッド7の中心付近の位置と研磨パッド7の端縁付近の位置との間で往復させられてもよい。
コンディショナー4は、ダイヤモンド砥粒層を含み、このダイヤモンド砥粒層が下に向けられた状態で、研磨パッド7に押し付けられる。コンディショナー4は、図示しない駆動部により、矢印A4方向に回転させられる。また同時に、コンディショナー4は、図示しない駆動部により、研磨パッド7の半径方向に、研磨パッド7の中心付近の位置と研磨パッド7の端縁付近の位置との間で往復させられてもよい。このような構成及び動作により、コンディショナー4は、研磨パッド7のコンディショニングを行う。コンディショニングは、研磨パッド7に要求される所定の表面粗さを回復させるための、研磨パッド7の削り出しを含む。
研磨パッド7の表面には、砥粒を含むスラリー(懸濁液)が、図示しないスラリー供給部から滴下される。このスラリーには、ウエハーの表面を化学的に改質するための酸性又はアルカリ性の化学材料も含まれている。研磨パッド7の表面に滴下されたスラリーは、テーブル1の回転と、ウエハー保持部2の回転と、コンディショナー4の回転とによって、研磨パッド7の表面に引き伸ばされる。
研磨パッド7が所定の表面粗さを有する場合には、研磨パッド7の表面には、スラリーが保持される微少な溝又は微少な凹部が存在する。CMP装置100においては、スラリーに含まれる砥粒による機械的研磨と、スラリーに含まれる化学材料による化学作用とによって、ウエハーが研磨される。
以上の構成によりウエハー3を処理する過程で、スラリーの溶媒が蒸発し、研磨パッド7の表面の溝又は凹部に凝集物が溜まる場合がある。また、研磨パッド7の表面上に異物が載ってしまったとき、この異物がウエハー保持部2にまで運ばれてしまう場合がある。研磨パッド7とウエハー3との間に異物が入り込んでしまうと、ウエハー3に無数の傷が形成されてしまう。異物の例としては、スラリーに由来する凝集物、ウエハー保持部2の破損した部品の一部、コンディショナー4のダイヤモンド砥粒層から脱落した砥粒などが挙げられる。
<2.液体供給部>
本実施形態においては、液体の液流を研磨パッド7に向けて噴出させる液体供給部6が設けられている。液体供給部6は、ノズルヘッド60と、ノズルヘッド60に沿って配置された複数のノズル61、62、63及び64とを備えている。ノズル61は、研磨パッド7の回転軸Cに近い位置に配置され、研磨パッド7の回転軸Cから離れる方向に、ノズル62、63及び64がこの順番で配置されている。複数のノズル61、62、63及び64のうちの2つのノズルが、本発明の第1ノズル及び第2ノズルに相当する。
本実施形態においては、液体の液流を研磨パッド7に向けて噴出させる液体供給部6が設けられている。液体供給部6は、ノズルヘッド60と、ノズルヘッド60に沿って配置された複数のノズル61、62、63及び64とを備えている。ノズル61は、研磨パッド7の回転軸Cに近い位置に配置され、研磨パッド7の回転軸Cから離れる方向に、ノズル62、63及び64がこの順番で配置されている。複数のノズル61、62、63及び64のうちの2つのノズルが、本発明の第1ノズル及び第2ノズルに相当する。
ノズルヘッド60は、配管65から供給された液体を複数のノズル61、62、63及び64に分配して供給する。複数のノズル61、62、63及び64は、それぞれ、液体の液流61a、62a、63a及び64aを噴出させる。液流61a、62a、63a及び64aのうち、第1ノズルから噴出する液流が本発明の第1液流に相当し、第2ノズルから噴出する液流が本発明の第2液流に相当する。液体としては、例えば純水、界面活性剤、又はそれらを組み合わせたもの等を用いる。
図4は、研磨パッド7への到達位置における液流の断面の寸法を示す平面図である。液流61a、62a、63a及び64aは、いずれも、扁平な流路を有している。そして、研磨パッド7への到達位置における液流61a、62a、63a及び64aの断面61b、62b、63b及び64bは、それぞれ、研磨パッド7の回転方向A1に沿った寸法61W、62W、63W及び64Wよりも、研磨パッド7の回転軸Cから離れる方向に沿った寸法61L、62L、63L及び64Lの方が大きくなっている。
これにより、研磨パッド7の広範囲に液体の液流61a、62a、63a及び64aを当てることができる。また、研磨パッド7の回転方向A1に沿って液流が分散することを抑制し、強い液流61a、62a、63a及び64aを研磨パッド7に当てることができる。研磨パッド7に当たるときの液流61a、62a、63a及び64aの圧力は、1.0kg/cm2以上、3.0kg/cm2以下が望ましい。断面61b、62b、63b及び64bのうち、第1液流の断面が本発明の第1断面に相当し、第2液流の断面が本発明の第2断面に相当する。
図1に示されるように、ノズル61、62、63及び64は、研磨パッド7の回転方向A1に沿って見たときに、複数の液流61a、62a、63a及び64aのうち互いに隣りあう液流がそれぞれ一部重なるように配置されている。例えば、液流61a及び62aは、研磨パッド7の回転方向A1に沿って見たときに一部重なるようになっている。この状態で研磨パッド7が回転するので、研磨パッド7に液流が噴射されない箇所が生じることが抑制される。また、液流61a、62a、63a及び64aのうち隣りあう2つの液流で研磨パッド7が洗浄されるので、洗浄効果が向上する。図1に示されるように、液流61a、62a、63a及び64aは、研磨パッド7の回転方向A1に沿って見たときに、上方から下方に向かって角度ψで広がる形状を有している。角度ψは、90°以上、120°以下が望ましい。
図2には、研磨パッド7の回転軸に平行な直線Vが示されている。図2に示されるように、液流61a、62a、63a及び64aは、研磨パッド7の回転方向A1と逆方向の方向成分を有して研磨パッド7に到達するように、ノズル61、62、63及び64が直線Vに対して斜めに配置されることが望ましい。より具体的には、液流61a、62a、63a及び64aの中心軸Fは、研磨パッド7の回転方向A1の上流側に向かって5°以上50°以下の傾きθを有することが望ましい。より好ましくは、傾きθは15°以上50°以下であることが望ましい。傾きθの好ましい数値については、後述の洗浄評価の結果から得られた。
[洗浄評価] 研磨パッド7の回転軸に対する液流61a、62a、63a及び64aの中心軸Fの傾きθが、洗浄に及ぼす影響について評価を行った。研磨パッド7に固形物をすりこんだ後、研磨パッド7を回転させながら、純水の液流を当てて、固形物を除去するために必要な研磨パッド7の回転数を評価した。その結果、θ=0°の時は、5〜6回転だったのに対し、θ=5〜15°の時は、2〜3回転で固形物を除去することができ、洗浄効率が大幅に向上した。θ=15〜50°の時は、1〜2回転とさらに洗浄効率が向上した。θが50°を超えると除去した固形物がCMP装置100の周辺に飛散する不具合があった。
このように液流61a、62a、63a及び64aが研磨パッド7の回転方向A1と逆方向の方向成分を有する場合、研磨パッド7の表面に対する液流61a、62a、63a及び64aの相対的な速度が速くなるため、強い液流61a、62a、63a及び64aを研磨パッド7に当てることができる。
また、液流61a、62a、63a及び64aが研磨パッド7の回転方向A1と逆方向の方向成分を有する場合、研磨パッド7に達した液体は、研磨パッド7の回転方向A1の上流側に押し出されやすい。そして、この液体は、図2及び図3の矢印E1〜E4に示されるように、断面61b、62b、63b及び64bの上流側に沿って研磨パッド7の外周に向けて流れ出る。このように、矢印E1〜E4のような流れが形成されるため、液流61a、62a、63a及び64aによって研磨パッド7の表面から剥がされた固形物が研磨パッド7の外周に向けて効率よく流れ出る。
研磨パッド7への到達位置における液流61a、62a、63a及び64aの断面61b、62b、63b及び64bのうち、研磨パッド7の回転軸Cから遠くに位置する液流の断面よりも、回転軸Cの近くに位置する液流の断面の方が、研磨パッド7の回転方向A1の上流側に位置する。例えば、液流61aの断面61bは、液流62aの断面62bよりも研磨パッド7の回転軸Cの近くに位置し、断面61bは、断面62bよりも研磨パッド7の回転方向A1の上流側に位置する。
これにより、例えば、液流61aによって研磨パッド7の表面から剥がされた固形物は、断面61bに沿った矢印E1の流れに従って移動する。断面61bの端部付近まで流れた固形物は研磨パッド7の回転方向A1に沿って移動しようとするが、研磨パッド7の回転方向A1に沿った移動は液流62aによって止められ、断面62bに沿った矢印E2の流れに従って移動する。以下同様に、矢印E3、矢印E4の順で研磨パッド7の外周側に移動するので、固形物が液流61a、62a、63a及び64aよりも研磨パッド7の回転方向A1の下流側に移動することが抑制される。液流64aの断面64bは、研磨パッド7の外周部と、研磨パッド7の外周部の外側とにまたがっていてもよい。
液体供給部6は、ウエハー保持部2よりも、研磨パッド7の回転方向A1の上流側に配置されることが望ましい。液体供給部6よりもさらに上流側に、コンディショナー4が配置されることが望ましい。これにより、コンディショナー4又はその他の構成要素から脱落した固形物が、ウエハー保持部2に到達してウエハー3を傷つけることが抑制される。
本実施形態に係るCMP装置100は、ウエハー保持部2に保持されたウエハー3の研磨が終わった後、次のウエハーの研磨を開始するまでの間に、液体供給部6による研磨パッド7の洗浄を行うものでもよい。また、ウエハー3の研磨をしながら、液体供給部6による研磨パッド7の洗浄を行うものでもよい。
本実施形態によれば、液体を研磨パッド7へ向けて効果的に噴出することにより、研磨パッド7の洗浄効果を向上することができる。その結果、ウエハー3の加工品質を安定化し、ひいては半導体装置の品質を向上することができる。
1…テーブル、2…ウエハー保持部、3…ウエハー、4…コンディショナー、5…回転機構、6…液体供給部、7…研磨パッド、60…ノズルヘッド、61〜64…ノズル、61a〜64a…液流、61b〜64b…断面、61W、62W、63W、64W…研磨パッドの回転方向に沿った液流の断面の寸法、61L、62L、63L、64L…研磨パッドの回転軸から離れる方向に沿った液流の断面の寸法、65…配管、100…装置、C…回転軸、F…中心軸。
Claims (6)
- 研磨パッドを保持するテーブルと、
前記研磨パッドとウエハーとが接するように前記ウエハーを保持するウエハー保持部と、
第1ノズル及び第2ノズルを備え、前記第1ノズルから第1液流を噴出させ、前記第2ノズルから第2液流を噴出させる液体供給部と、
前記研磨パッドを前記ウエハー保持部と前記第1ノズル及び前記第2ノズルとに対して相対的に回転させる回転機構と、
を具備する化学機械研磨装置であって、
前記研磨パッドの回転方向に沿って見たときに、前記第1液流及び前記第2液流が一部重なるように、前記第1ノズル及び前記第2ノズルが配置された、
化学機械研磨装置。 - 前記研磨パッドへの到達位置における前記第1液流の第1断面と、前記研磨パッドへの到達位置における前記第2液流の第2断面が、それぞれ、前記研磨パッドの回転方向に沿った寸法よりも、前記研磨パッドの回転軸から離れる方向に沿った寸法の方が大きくなるように、前記第1ノズル及び前記第2ノズルが構成された、請求項1記載の化学機械研磨装置。
- 前記第1断面が、前記第2断面よりも、前記研磨パッドの回転軸の近くに位置するように、前記第1ノズル及び前記第2ノズルが配置され、且つ、
前記第1断面が、前記第2断面よりも、前記研磨パッドの回転方向の上流側に位置するように、前記第1ノズル及び前記第2ノズルが配置された、
請求項2記載の化学機械研磨装置。 - 前記第1液流又は前記第2液流が、前記研磨パッドの回転方向の上流側へ向かう方向成分を有して前記研磨パッドに到達するように、前記第1ノズル又は前記第2ノズルが前記研磨パッドの回転軸に対して斜めに配置された、
請求項1記載の化学機械研磨装置。 - 前記研磨パッドの回転軸に対して、前記第1液流又は前記第2液流の中心軸が、前記研磨パッドの回転方向の上流側に向かって5°以上50°以下の傾きを有するように、前記第1ノズル又は前記第2ノズルが配置された、
請求項1記載の化学機械研磨装置。 - 前記研磨パッドのコンディショニングを行うコンディショナーをさらに具備し、
前記ウエハー保持部に対して前記研磨パッドの回転方向の上流側に前記第1ノズル及び前記第2ノズルが配置され、さらに上流側に前記コンディショナーが配置された、
請求項1記載の化学機械研磨装置。
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Legal Events
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A761 | Written withdrawal of application |
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