JP3011156B2 - Cmp研磨装置 - Google Patents

Cmp研磨装置

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JP3011156B2
JP3011156B2 JP29848997A JP29848997A JP3011156B2 JP 3011156 B2 JP3011156 B2 JP 3011156B2 JP 29848997 A JP29848997 A JP 29848997A JP 29848997 A JP29848997 A JP 29848997A JP 3011156 B2 JP3011156 B2 JP 3011156B2
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polishing
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
分野において、半導体基板上に形成された酸化シリコン
系材料層及び金属層(AI,AlSi,AISiCu,
AICu,Cu,W等)等のCMP研磨を行うCMP研
磨装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近時、半導体デバイスの高集積化に伴
い、半導体回路基板の多層化が進んでいる。半導体回路
基板の多層化に伴い、層間絶縁膜を中心として平坦化技
術が重要になっている。層間絶縁膜の平坦化技術には種
々の方法が知られているが、半導体デバイスの高集積化
が進むにつれてCMPによる平坦化技術が注目されてい
る。
【0003】図4(a)は従来のCMP研磨装置を示す
平面図、図4(b)は同じくその正面図である。図4に
示すように、研磨テーブルは、垂直の回転軸12上に円
盤状の研磨プレート11がその中心を一致させて固定さ
れており、回転軸12の回転により、研磨プレート11
は回転軸12を回転中心として回転するようになってい
る。研磨プレート11上には、多孔質で連続孔を有する
材料で形成されている研磨パッド3が装着される。
【0004】被研磨ウエハ13はウエハキャリア4の下
面に保持され、ウエハキャリア4は回転軸5により回転
可能に支持されるようになっている。被研磨ウエハ13
は回転軸5を介して研磨プレート11上の研磨パッド3
に押し付けられる。スラリー供給装置1からスラリー供
給口2を介して研磨剤であるスラリー10が研磨プレー
ト11上の被研磨ウエハ13の周辺部に供給される。
【0005】コンディショニングディスク6はその表面
にダイヤモンド等の砥粒を埋め込んだものであり、研磨
パッド3の表面を目立てすることにより、研磨パッド3
を再生するものである。このコンディショニングディス
ク6は駆動装置8に連結された回転アーム7の先端に回
転可能に支持されており、駆動装置8によりアーム7を
揺動させることにより、コンディショニングディスク6
を研磨パッド3上で移動させることができる。
【0006】図5は待機中のコンディショニングディス
ク6を保持するためのコンディショニングディスク用
ール槽9を示す。コンディショニングディスク用プール
槽9には純水導入配管16と純水排水配管17とが連結
されており、純水導入配管16から純水がコンディショ
ニングディスク用プール槽9内に供給され、この純水は
コンディショニングディスク用プール槽9内を満たした
後、純水排水配管17から排出されるようになってい
る。コンディショニングディスク6は回転アーム7を駆
動装置8から分離することにより研磨装置から外し、
アーム7に支持された状態でコンディショニングディ
スク用プール槽9内に保持されるようになっている。
【0007】このように構成された研磨装置において、
層間絶縁膜等が成膜された被研磨ウエハ13は微細なホ
ールを有する研磨パッド3に押し付けられ、両者間にス
ラリー10が供給されて、被研磨ウエハ13が研磨され
る。研磨中は、研磨パッド3に存在する微細なホールに
はスラリー10がトラップされ、ホールは被研磨ウエハ
13に接触して押し付けられる。このため、微細なホー
ルがつぶれたり、ホール内に研磨で発生した研磨層が詰
まる。これにより、研磨パッド3の微細なホールにトラ
ップされるスラリー10が減少し研磨速度が低下する。
【0008】そこで、研磨パッド3の微細なホールを再
生又は維持させるため、研磨終了後、又は研磨開始前、
又は研磨中に、研磨パッド3を、コンディショニングデ
ィスク6により目立て(コンディショニング)する。こ
のコンディショニングにより、研磨パッド3の表層のつ
ぶれたホールは除去され、微細なホールが復活し、安定
した研磨レートが得られる。コンディショニングに使用
されたコンディショニングディスク6は、コンディショ
ニングディスク用プール槽9内の純水中に浸漬され、次
順のコンディショニングまで待機する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コンデ
ィショニングディスク6をコンディショニングディスク
用プール漕9内の純水に浸潰するだけでは、コンディシ
ョニングディスク6の表面に、研磨で発生した研磨屑及
びコンディショニングで発生した研磨パッド屑が蓄積さ
れてしまうという欠点がある。このため、コンディショ
ニングディスク6に埋め込まれているダイヤモンド砥粒
の突出量が低下して研磨レートが低下したり、目立て中
にコンディショニングディスク6の表面から研磨屑及び
研磨パッド屑の付着層が剥がれ、これらの屑が研磨パッ
ド3上に落下して被研磨ウェハ13にスクラッチ(傷)
を発生させるという問題点がある。
【0010】このように、従来のCMP研磨装置におい
ては、第1に、コンディショニングディスク6に研磨後
の研磨屑及び研磨パッド屑が付着し、蓄積することによ
り、コンディショニングによる研磨パッド3の目立て再
現性が低下するため、研磨レートが安定しないという欠
点がある。
【0011】また、第2に、コンディショニングディス
ク6に研磨後の研磨屑及び研磨バッド屑が付着したまま
コンディショニングを行うことにより、研磨パッド3の
表面上にコンディショニングディスク6に付着していた
研磨屑及び研磨パッド屑が剥れ落ちるため、被研磨ウエ
13にスクラッチ(傷)が発生するという欠点があ
る。
【0012】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、半導体基板上に形成された材料層をCMP
研磨する際に、研磨レートの変動がないと共に、研磨中
に被研磨ウエハにスクラッチ(傷)が発生することがな
く、信頼性及び生産性が向上したCMP研磨装置を提供
することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明に係るCMP研磨
装置は、研磨パッドが貼られた研磨テーブルと、この研
磨テーブルを回転させる回転装置と、回転する研磨テー
ブル上の前記研磨パッド表面にウエハをあてがって研磨
する研磨手段と、回転する研磨テーブル上の前記研磨パ
ッド表面にコンディショニングディスクをあてがって前
記研磨パッドをコンディショニングするコンディショニ
ング手段と、ブラシにより前記コンディショニングディ
スクの表面を強制的に洗浄する洗浄装置と、純水を貯留
する槽と、前記コンディショニングディスクを前記槽中
の純水に浸漬する手段とを有し、前記ブラシは前記槽内
の底部にその刷毛を上方に向けて配置されていることを
特徴とする。
【0014】このCMP研磨装置において、前記洗浄装
置は、ブラシにより前記コンディショニングディスクを
洗浄する。
【0015】この場合、純水を貯留する槽と、前記コン
ディショニングディスクを前記槽中の純水に浸漬する手
段と、を有し、前記ブラシを前記槽内の底部にその刷毛
を上方に向けて配置されている。更に、前記ブラシを回
転駆動する駆動装置を有してもよい。更にまた、前記コ
ンディショニングディスクを回転可能に支持するアーム
と、前記コンディショニングディスクを前記アームに対
して相対的に回転駆動する駆動装置とを有し、前記アー
ムを介して前記コンディショニングディスクを槽内の純
水中に浸漬するようにすることができる。更にまた、前
記槽内の純水に超音波振動を付与する手段を設けてもよ
い。
【0016】本発明においては、コンディショニングデ
ィスクを単に純水に浸漬するのではなく、コンディショ
ニングディスクの表面を、ブラシにより強制的に洗浄し
ている。このように、コンディショニングディスクの表
面を積極的に洗浄しているため、コンディショニングデ
ィスクに付着した研磨屑及び研磨パッド屑が確実に除去
され、コンディショニングディスクに埋め込まれている
ダイヤモンド砥粒の突出量が低下することがなく、安定
してコンディショニングを行うことができ、研磨レート
の安定性が向上する。また、再生後のコンディショニン
グディスクには、研磨屑及び研磨パッド屑が付着してい
ないので、それが剥がれ落ちて研磨パッド表面に異物
(研磨屑及び研磨パッド屑)が付着するというようなこ
とがなく、被研磨ウエハに異物によりスクラッチ(傷)
が発生することを防止できる。このため、CMP研磨装
置の信頼性及び生産性が向上する。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施例について、
添付の図面を参照して具体的に説明する。図1は本発明
の第1実施例に係るCMP研磨装置のコンディショニン
グディスク洗浄装置を示す模式図である。図1におい
て、図5と同一構成物には同一符号を付してその詳細な
説明は省略する。本実施例においては、回転アーム7の
コンディショニングディスク支持部には、コンディショ
ニングディスク6を回転させる駆動部(図示せず)が設
けられており、洗浄中にディスク6を回転させるように
なっている。コンディショニングディスク用プール槽9
内には、ブラシ14がその刷毛を上向きにして設置され
ている。このブラシ14は適宜の駆動手段により垂直中
心軸を回転中心として回転駆動されるようになってい
る。なお、このブラシ14はその刷毛面積がコンディシ
ョニングディスク6より大きいことが好ましい。また、
コンディショニングディスク用プール槽9の底部には、
乾燥空気導入配管15が設置されており、コンディショ
ニングディスク用プール槽9内の純水中に乾燥空気を吹
き込み、気泡を発生させるようになっている。
【0018】このように構成された本実施例装置におい
ては、図4に示すような研磨装置において、研磨パッド
3をコンディショニングした後のコンディショニングデ
ィスク6は、その回転アーム7に支持されてコンディシ
ョニングディスク用プール槽9内に設置される。そし
て、純水導入配管16から純水をコンディショニングデ
ィスク用プール槽9内に供給し、純水排水配管17から
排出することにより、コンディショニングディスク用
ール槽9内を純水で満たし、コンディショニングディス
ク6を純水中に浸漬させる。そして、コンディショニン
グディスク6をブラシ14に接触させ、回転アーム7の
支持部に設けられた駆動部によりコンディショニングデ
ィスク6を回転駆動すると共に、好ましくはブラシ14
を回転駆動することにより、コンディショニングディス
ク6の表面を摺刷し、表面に付着した研磨屑及び研磨パ
ッド屑を強制的に除去する。また、このブラシ14によ
る屑除去の際、乾燥空気導入配管15から乾燥空気を
ンディショニングディスク用プール槽9内の純水中に吹
き込むことにより、純水中に気泡を発生させ、この気泡
により、コンディショニングディスク6から離脱した屑
をまきあげ、純水排水配管17から排出される純水と共
に外部に排出する。
【0019】このようにして、コンディショニングディ
スク6を機械的に洗浄するから、研磨屑及び研磨パッド
屑を確実に除去することができ、コンディショニング
ィスク6に埋め込まれているダイヤモンド砥粒の突出量
の低下を回避することができる。その結果、研磨パッド
3を常に安定してコンディショニングすることが可能と
なり、研磨レートの安定性が向上する。また、コンディ
ショニングディスク6に付着した研磨屑及び研磨パッド
屑を確実に除去することができるため、研磨装置の研磨
パッド3上にコンディショニングディスク6からの研磨
屑及び研磨パッド屑が剥れ落ちることが防止される。そ
の結果、研磨パッド3表面には異物(研磨屑や研磨パッ
ド屑)が存在せず、被研磨ウエハ13に異物によるスク
ラッチ(傷)が発生することが防止される。
【0020】次に、本発明の第2の実施例について図2
を参照して具体的に説明する。図2において、図1と同
一物には同一符号を付してその詳細な説明は省略する。
本実施例は第1の実施例に対し、コンディショニングデ
ィスク用プール漕9内の純水に超音波振動を付与する超
音波発生器18を設けている点が異なる。この超音波
器18から発信した超音波は、超音波導入管19を介
してコンディショニングディスク用プール槽9内の純水
に導入され、純水が超音波振動する。
【0021】このように、純水を超音波振動させること
により、コンディショニングディスク6のブラシ14に
よる洗浄効果が向上する。
【0022】図3は本発明の参考例を示す模式図であ
る。本参考例においては、コンディショニングディスク
プール槽9の代わりに、洗浄チャンバ9aを設けてい
る。このチャンバ9aの側壁下部に純水排水配管17a
が連結されており、チャンバ9a内の底部に複数個の
水噴射ノズル21がその噴出方向を上方に向けて配置さ
れている。この純水噴射ノズル21は純水供給配管20
に連結されており、この純水供給配管20を介して純水
純水噴射ノズル21に供給され、チャンバ内に上方に
向けて純水が噴出される。
【0023】本参考例においては、コンディショニング
に供したコンディショニングディスク6を回転アーム7
に支持された状態でチャンバ9a内に装入し、次いで、
純水噴射ノズル21から純水を上方のコンディショニン
グディスク6に向けて噴出する。これにより、コンディ
ショニングディスク6は純水の噴射を受けて強制的に洗
浄され、その表面に付着している研磨屑及び研磨パッド
屑が確実に除去される。従って、本実施例においても、
図1及び図2に示す実施例と同様の効果を奏する。
【0024】
【実施例】次に、本発明の実施例装置により実際にコン
ディショニングディスクを洗浄した結果について説明す
る。
【0025】実施例1 図1に示す本発明の第1の実施例装置によりコンディシ
ョニングディスクを洗浄した。研磨条件及び洗浄条件は
以下のとおりである。研磨対象はウエハ上にCVD法に
より形成したP−SiO2膜である。 <研磨条件> 研磨プレート回転数:20rpmウエハ キャリア回転数:20rpm 研磨圧力:7psi スラリー流量:100cc/min 純水シャワー流量:400リットル/min 研磨パッド温度:25℃ <コンディショニングディスク洗浄条件> コンディショニングディスク回転数:60rpm 純水流量:2リットル/min 乾燥空気流量:7リットル/min この結果、P−SiO2膜の研磨レートが安定し、研磨
均一性も向上した。また、P−SiO2膜上のスクラッ
チ(傷)も大幅に減少した。
【0026】実施例2 図2に示す本発明の第2の実施例装置により、被研磨
エハ上にCVD法で形成したP−SiO2膜の研磨を実
施例1と同様の条件にて行い、コンディショニングディ
スクを下記条件にて洗浄した。 <コンディショニングディスク洗浄条件> コンディショニングデイスク回転数:60rpm 純水流量:2リットル/min 乾燥空気流量:7リットル/min 超音波発生器:1MHz、100W この結果、実施例1と同様に研磨レートが安定し、研磨
均一性が向上すると共に、ウエハのスクラッチ疵も著し
く減少した。
【0027】参考例 図3に示す本発明の参考例装置を使用し、ウエハ上にC
VD法で形成したP−SiO2膜の研磨を実施例1と同
様の条件にて行い、コンディショニングディスクを下記
条件にて洗浄した。 <コンディショニングディスク洗浄条件> コンディショニングディスク回転数:60rpm 純水シャワー流量:5リットル/min この結果、実施例1と同様に、研磨レートが安定し、研
磨均一性が向上すると共に、ウエハのスクラッチ疵も著
しく減少するという良好な結果が得られた。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
コンディショニング後のコンディショニングディスクを
純水中に浸漬し、ブラシにより強制的に洗浄する洗浄装
置を設けたので、待機中にコンディショニングディスク
を洗浄してその表面に付着している研磨屑及び研磨パッ
ド屑を除去することができる。これにより、コンディシ
ョニングディスクに埋め込まれているダイヤモンド砥粒
の突出量の低下が防止され、研磨パッドの目立て再現性
が向上し、研磨レートを安定させることができる。
【0029】また、常にコンディショニングディスクの
表面の清浄度が保たれ、コンディショニング中にコンデ
ィショニングディスクから研磨パッド表面に研磨屑及び
研磨パッド屑が剥れ落ちることが防止されるので、被研
ウエハにスクラッチ(傷)が発生することを防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係るCMP研磨装置の
コンディショニングディスク洗浄部を示す図である。
【図2】本発明の第2の実施例に係るCMP研磨装置の
コンディショニングディスク洗浄部を示す図である。
【図3】本発明の参考例に係るCMP研磨装置のコンデ
ィショニングディスク洗浄部を示す図である。
【図4】従来のCMP研磨装置の一例を示す概略図であ
り、(a)は平面図を示し、(b)は正面図である。
【図5】従来のCMP研磨装置のコンディショニングデ
ィスク洗浄部の一例を示す図である。
【符号の説明】
1:スラリー供給装置 2:スラリー供給口 3:研磨パッド 4:ウエハキャリア 5:回転軸 6:コンディショニングディスク 7:回転アーム 8:駆動装置 9:コンディショニングディスク用プール槽 9a:洗浄チャンバ 10:スラリー(研磨剤) 11:研磨プレート 12:回転軸 13:被研磨ウエハ 14:ブラシ 15:乾燥空気導入配管 16:純水導入配管 17、17a:純水排水配管 18:超音波発生器 19:超音波導入管 20:純水供給配管 21:純水噴射ノズル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B24B 37/00 - 37/04 H01L 21/304 622

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 研磨パッドが貼られた研磨テーブルと、
    この研磨テーブルを回転させる回転装置と、回転する研
    磨テーブル上の前記研磨パッド表面にウエハをあてがっ
    て研磨する研磨手段と、回転する研磨テーブル上の前記
    研磨パッド表面にコンディショニングディスクをあてが
    って前記研磨パッドをコンディショニングするコンディ
    ショニング手段と、ブラシにより前記コンディショニン
    グディスクの表面を強制的に洗浄する洗浄装置と、純水
    を貯留する槽と、前記コンディショニングディスクを前
    記槽中の純水に浸漬する手段とを有し、前記ブラシは前
    記槽内の底部にその刷毛を上方に向けて配置されている
    ことを特徴とするCMP研磨装置。
  2. 【請求項2】 前記ブラシを回転駆動する駆動装置を有
    することを特徴とする請求項に記載のCMP研磨装
    置。
  3. 【請求項3】 前記コンディショニングディスクを回転
    可能に支持するアームと、前記コンディショニングディ
    スクを前記アームに対して相対的に回転駆動する駆動装
    置とを有し、前記アームを介して前記コンディショニン
    グディスクを槽内の純水中に浸漬することを特徴とする
    請求項に記載のCMP研磨装置。
  4. 【請求項4】 前記槽内の純水に超音波振動を付与する
    手段を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれ
    か1項に記載のCMP研磨装置。
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