TW202036696A - 研磨裝置及研磨方法 - Google Patents

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Abstract

實施形態提供一種有效地去除基板之表面之凸缺陷之研磨裝置。  實施形態之研磨裝置具備：保持部，其保持基板；供給部，其對基板之表面供給研磨劑；以及研磨部，其具有彈性體，使用彈性體對基板之表面進行研磨，且研磨中之彈性體與基板之表面之接觸面積小於基板之表面積，研磨中之彈性體之速度向量之基板表面之法線方向分量的方向於彈性體與基板之表面接觸之前後反轉。

Description

研磨裝置及研磨方法
本發明之實施形態係關於一種研磨裝置及研磨方法。
例如，如記憶體器件或邏輯器件之類之半導體裝置係藉由於基板之上反覆進行膜之沉積及膜之蝕刻而於基板之上形成所需之電路圖案來製造。例如，於進行膜之沉積及膜之蝕刻時，有時會於基板之表面形成從基板表面突出之凸缺陷。
若於基板之表面產生凸缺陷，則例如於用來形成電路圖案之光微影步驟中，產生由於散焦而無法形成所需之電路圖案之問題。尤其，當半導體裝置越來越微細化而電路圖案之最小尺寸亦隨之變小時，則上述問題會變得嚴重。
例如，當進而於凸缺陷之上沉積膜時，會於被埋入之凸缺陷之上形成尺寸擴大之凸缺陷。隨著膜之積層數增加，凸缺陷之尺寸擴大。因此，由於散焦而無法形成所需之電路圖案之區域亦擴大，上述問題變得更加嚴重。
例如，若將記憶體器件之記憶胞設為三維構造，則形成於基板之上之膜之積層數飛躍性地增加。因此，凸缺陷對電路圖案之形成造成之影響變大，導致半導體裝置之成品率降低。因此，需要有效地去除基板之表面之凸缺陷之處理。
本發明提供一種有效地去除基板之表面之凸缺陷之研磨裝置及研磨方法。
實施形態之研磨裝置具備：保持部，其保持基板；供給部，其對上述基板之表面供給研磨劑；以及研磨部，其具有彈性體，使用上述彈性體對上述基板之表面進行研磨，且研磨中之上述彈性體與上述基板之表面之接觸面積小於上述基板之表面積，研磨中之上述彈性體之速度向量之上述基板表面之法線方向分量的方向於上述彈性體與上述基板之表面接觸之前後反轉。
以下，一面參考附圖一面對本發明之實施形態進行說明。此外，於以下說明中，對同一或類似之構件等標附同一符號，對於一度說明過之構件等，適當省略其說明。
以下，參考附圖對實施形態之研磨裝置及研磨方法進行說明。  (第1實施形態)
第1實施形態之研磨裝置具備：保持部，其保持基板；供給部，其對基板之表面供給研磨劑；以及研磨部，其使用彈性體對基板之表面進行研磨，且彈性體與基板之表面之接觸面積小於基板之表面積，研磨中之彈性體之速度向量之基板表面之法線方向分量的方向於彈性體與基板之表面接觸之前後反轉。
又，第1實施形態之研磨方法係對基板之表面供給研磨劑，以接觸面積小於基板之表面積之方式使彈性體與基板之表面接觸，且以彈性體之速度向量之基板表面之法線方向分量的方向於彈性體與基板之表面接觸之前後反轉之方式移動彈性體而對基板之表面進行研磨。
圖1係第1實施形態之研磨裝置之模式圖。圖1(a)係研磨裝置之剖面圖，圖1(b)係研磨裝置之俯視圖。第1實施形態之研磨裝置100係對半導體晶圓等基板之表面進行研磨之研磨裝置。
第1實施形態之研磨裝置100具備載台10(保持部)、支持軸12、研磨劑供給噴嘴14(供給部)、研磨部16、第1旋轉機構18、移動機構20、殼體22、控制部24。研磨部16具有研磨墊16a(彈性體)及旋轉軸16b。
載台10載置成為被研磨對象之半導體晶圓W(基板)。半導體晶圓W例如藉由從背面側真空吸附而固定於載台10上。半導體晶圓W之正面朝上。即，半導體晶圓之正面位於載台10之相反側。
支持軸12支持載台10。支持軸12固定載台10。
研磨劑供給噴嘴14對半導體晶圓W之表面供給研磨漿。研磨漿係研磨劑之一例。
研磨漿中包含研磨粒。研磨粒係包含例如氧化矽、氧化鋁、或氧化鈰之粒子。
研磨部16設置於載台10之半導體晶圓W側。利用研磨部16對半導體晶圓W之表面進行研磨。
研磨部16具有研磨墊16a及旋轉軸16b。研磨墊16a設置於旋轉軸16b之周圍。
研磨墊16a係彈性體之一例。研磨墊16a之儲存模數例如為0.01 GPa以上10 GPa以下。研磨墊16a之儲存模數係藉由JISK7244-4「塑膠-動態機械特性之試驗方法 第4部分：拉伸振動-非共振法」所記載之方法進行測定之儲存模數。
研磨墊16a例如包含樹脂或不織布。研磨墊16a例如為聚胺酯樹脂。
研磨墊16a於與半導體晶圓W之表面垂直之剖面中，例如為圓或橢圓。圖1中，示出研磨墊16a表面之與半導體晶圓W之表面垂直之剖面為圓之情形。
旋轉軸16b於與載台10之表面平行之方向上延伸。旋轉軸16b與半導體晶圓W之表面平行。藉由旋轉軸16b旋轉，研磨墊16a以旋轉軸16b為中心於研磨墊16a之圓周方向上旋轉。研磨墊16a進行旋轉運動。
圖2係第1實施形態之研磨裝置之研磨部之說明圖。圖2係研磨部16與半導體晶圓W之表面之放大圖。圖2表示對半導體晶圓W之表面進行研磨中之狀態。
圖2表示研磨墊16a與半導體晶圓W之表面接觸之狀態。藉由研磨墊16a與半導體晶圓W之表面接觸，研磨墊16a彈性變形。
對半導體晶圓W之表面進行研磨中之研磨墊16a與半導體晶圓W之表面之接觸部(圖2中之S)之接觸面積小於半導體晶圓W之表面積。換句話說，研磨墊16a只與半導體晶圓W表面之一部分接觸。接觸部S之最小寬度(Wmin)例如為半導體晶圓W之直徑之100分之1以下。
研磨中之研磨墊16a之速度向量之半導體晶圓W表面之法線方向分量的方向於研磨墊16a與半導體晶圓W之表面接觸之前後反轉。例如，旋轉中之研磨墊16a與半導體晶圓W之表面接觸之前之速度向量為圖2之向量Va。又，例如，旋轉中之研磨墊16a與半導體晶圓W之表面接觸結束後之速度向量為圖2之向量Vb。
向量Va之半導體晶圓W之表面之法線方向分量為圖2之向量Vax。向量Vb之半導體晶圓W表面之法線方向分量為圖2之向量Vbx。向量Vax之方向與向量Vbx之方向反轉。
第1旋轉機構18使研磨墊16a以旋轉軸16b為中心於研磨墊16a之圓周方向上旋轉。第1旋轉機構18例如具備：馬達；以及軸承，其能夠旋轉地保持旋轉軸16b。
移動機構20使研磨部16於與半導體晶圓W之表面平行之方向上相對於半導體晶圓W移動。移動機構20使研磨部16於與半導體晶圓W之表面平行之方向上移動。藉由使用移動機構20使研磨部16移動，而能夠對半導體晶圓W之表面整個面進行研磨。移動機構20例如具備：馬達；以及轉換機構，其將馬達之旋轉運動轉換為直線運動。
殼體22內置有載台10、支持軸12、研磨劑供給噴嘴14(供給部)、研磨部16、第1旋轉機構18、移動機構20等。殼體22保護載台10、支持軸12、研磨劑供給噴嘴14(供給部)、研磨部16、第1旋轉機構18、移動機構20等。
控制部24控制研磨劑供給噴嘴14、研磨部16、第1旋轉機構18、及移動機構20。例如，控制來自研磨劑供給噴嘴14之研磨漿之供給開始及結束、研磨漿之供給量。又，控制第1旋轉機構18及移動機構20而控制研磨墊16a之旋轉速度、移動速度。控制部24例如可為電路基板等硬件，亦可為硬件與記憶於記憶體中之控制程序等軟件之組合。
接下來，對第1實施形態之研磨方法進行說明。以使用第1實施形態之研磨裝置100之情形為例子進行說明。
第1實施形態之研磨方法係對半導體晶圓W之表面進行研磨。於成為被研磨對象之半導體晶圓W，藉由反覆進行例如膜之沉積及膜之蝕刻而形成電路圖案。於成為被研磨對象之半導體晶圓W之表面，露出例如絕緣膜及導電膜中之至少一者。
首先，將半導體晶圓W搬入至殼體22內並載置於載台10之上。半導體晶圓W例如藉由從背面側真空吸附而固定於載台10上。
接下來，對半導體晶圓W之表面供給研磨漿。研磨漿從研磨劑供給噴嘴14供給。
接下來，使研磨部16之研磨墊16a與半導體晶圓W之表面接觸。研磨墊16a與半導體晶圓W之表面之接觸部(圖2中之S)之接觸面積小於半導體晶圓W之表面積。
使研磨墊16a以旋轉軸16b為中心於研磨墊16a之圓周方向上旋轉。研磨中之研磨墊16a之速度向量之半導體晶圓W表面之法線方向分量的方向於研磨墊16a與半導體晶圓W之表面接觸之前後反轉。藉由研磨墊16a對半導體晶圓W之表面進行研磨。研磨墊16a之表面有多個凹凸，於對半導體晶圓W之表面進行研磨中，研磨漿停留於多個凹凸上。
一面使研磨墊16a旋轉，一面如圖1(b)中之箭頭所示，使研磨部16於與半導體晶圓W之表面平行之方向上移動。藉由使研磨部16移動，對半導體晶圓W之表面整個面進行研磨。
於半導體晶圓W之表面整個面之研磨結束後，結束向半導體晶圓W之表面供給研磨漿。之後，將半導體晶圓W搬出至殼體22外。
接下來，對第1實施形態之研磨裝置100及研磨方法之作用及效果進行說明。
若於半導體裝置之製造中於半導體晶圓之表面產生凸缺陷，則例如於光微影步驟中，由於散焦而產生無法形成所需之電路圖案之問題。尤其，當半導體裝置越來越微細化而電路圖案之最小尺寸亦隨之變小時，則上述問題會變得嚴重。
進而，若於凸缺陷上進一步沉積膜，則會於被埋入之凸缺陷上形成擴大之凸缺陷。隨著膜之積層數增加，凸缺陷擴大。因此，由於散焦而無法形成所需之電路圖案之區域亦擴大，上述問題變得更加嚴重。
根據第1實施形態之研磨裝置及研磨方法，能夠有效地去除半導體晶圓之表面之凸缺陷。
圖3係第1實施形態之研磨裝置及研磨方法之作用及效果之說明圖。圖3(a)係凸缺陷之模式圖。圖3(b)係比較例之研磨方法之說明圖。圖3(c)係第1實施形態之研磨方法之說明圖。
例如，假定如圖3(a)所示之凸缺陷30存在於半導體晶圓W之上。凸缺陷30係藉由於存在於下層之異物29之上進行膜形成而形成之凸缺陷30。
如圖3(a)之凸缺陷30並非為附著於半導體晶圓W之表面之缺陷，而係與正面一體化之缺陷。因此，於例如濕式蝕刻清洗或刷洗等機械作用小之清洗中不容易去除。
圖3(b)表示使研磨墊17相對於半導體晶圓W之表面平行移動之研磨方法。於這種情形時，藉由於與半導體晶圓W之表面平行之方向上作用之剪應力去除凸缺陷30。
一般而言，研磨墊17持續於橫向移動而連續地施加剪應力。因此，例如有如下擔憂，即，經去除之凸缺陷30被研磨墊17於半導體晶圓W之表面上拖行，從而於半導體晶圓W之表面形成較大之刮痕。又，例如，埋入於下層之異物29被拖出，進而該異物29被於半導體晶圓W之表面上拖行，因此有半導體晶圓W之表面形成更大之刮痕之擔憂。
於第1實施形態之研磨方法中，與比較例同樣地，於研磨墊16a之接觸部分，於與半導體晶圓W之表面平行之方向上作用剪應力而去除凸缺陷30。另一方面，於第1實施形態之研磨方法中，與比較例不同，研磨墊16a旋轉。因此，研磨墊16a於去除凸缺陷30後，向上方向運動。因此，不會產生因凸缺陷30被拖行而導致之刮痕、或因埋入於下層之異物被拖出、進而該異物29被拖行而導致之刮痕。
根據第1實施形態之研磨裝置及研磨方法，能夠不於半導體晶圓之表面產生刮痕而有效地去除半導體晶圓之表面之凸缺陷。
圖4係第1實施形態之研磨方法之作用及效果之說明圖。如圖4所示，研磨墊16a與半導體晶圓W接觸之部分之研磨墊16a之圓周方向之寬度(圖4中之Wx)，優選為形成於半導體晶圓W之圖案之最小尺寸以下。於圖4之情形時，形成於半導體晶圓W之圖案之最小尺寸為配線40之寬度(圖4中之L1)、或配線40之間距(圖4中之L2)。
藉由滿足上述條件，因研磨墊16a拖行凸缺陷30等而產生之刮痕之長度成為形成於半導體晶圓W之圖案之最小尺寸以下。因此，例如，抑制配線40之斷線、或配線40之間之短路。
圖5係第1實施形態之研磨方法之作用及效果之說明圖。圖5表示研磨部16相對於半導體晶圓W於水平方向上移動之情形。
如圖5所示，研磨墊16a之任意一點(圖5中為A)於與半導體晶圓W接觸之期間於半導體晶圓W之表面移動之距離(圖5中之d)，優選為形成於半導體晶圓W之圖案之最小尺寸以下。於圖5之情形時，形成於半導體晶圓W之圖案之最小尺寸為配線40之寬度(圖5中之L1)、或配線40之間距(圖5中之L2)。
藉由滿足上述條件，因研磨墊16a拖行凸缺陷30等而產生之刮痕之長度成為形成於半導體晶圓W之圖案之最小尺寸以下。因此，例如，抑制配線40之斷線、或配線40之間之短路。
研磨墊16a之儲存模數優選為0.01 GPa以上10 GPa以下，更優選為0.1 GPa以上1 GPa以下。藉由使儲存模數高於上述下限值，例如凸缺陷之去除效率提高。又，藉由使儲存模數低於上述上限值，例如，抑制凸缺陷以外之區域被刮削。
就有效地去除凸缺陷之觀點而言，研磨墊16a優選為包含樹脂或不織布。
以上，根據第1實施形態之研磨裝置及研磨方法，能夠有效地去除凸缺陷。  (第2實施形態)
第2實施形態之研磨裝置於還具備第2旋轉機構之方面與第1實施形態不同，上述第2旋轉機構藉由使保持部旋轉而使基板以基板之中心為旋轉中心旋轉。又，第2實施形態之研磨方法於使基板以基板之中心為旋轉中心旋轉之方面與第1實施形態不同。以下，關於與第1實施形態重複之內容，省略一部分記述。
圖6係第2實施形態之研磨裝置之模式圖。圖6(a)係研磨裝置之剖面圖，圖6(b)係研磨裝置之俯視圖。第2實施形態之研磨裝置200係對半導體晶圓等基板之表面進行研磨之研磨裝置。
第2實施形態之研磨裝置200具備載台10(保持部)、支持軸12、研磨劑供給噴嘴14(供給部)、研磨部16、第1旋轉機構18、移動機構20、殼體22、控制部24、第2旋轉機構26。研磨部16具有研磨墊16a(彈性體)及旋轉軸16b。
第2旋轉機構26藉由使載台10旋轉而使半導體晶圓W以半導體晶圓W之中心C為旋轉中心旋轉。第2旋轉機構26使支持軸12旋轉。
第2旋轉機構26例如具備：馬達；以及軸承，其將支持軸12能夠旋轉地加以保持。第2旋轉機構26由控制部24控制。
第2實施形態之研磨方法使半導體晶圓W以半導體晶圓W之中心C為旋轉中心旋轉。藉由使半導體晶圓W旋轉，研磨墊16a之於接觸部分之剪應力變大。因此，凸缺陷之去除性能提高。
以上，根據第2實施形態之研磨裝置及研磨方法，與第1實施形態相比較，能夠更加有效地去除凸缺陷。  (第3實施形態)
第3實施形態之研磨裝置於具有多個研磨部之方面與第1實施形態不同。以下，關於與第1實施形態重複之內容，省略一部分記述。
圖7係第3實施形態之研磨裝置之模式圖。圖7(a)係研磨裝置之剖面圖，圖7(b)係研磨裝置之俯視圖。第3實施形態之研磨裝置300係對半導體晶圓等基板之表面進行研磨之研磨裝置。
第3實施形態之研磨裝置300具備載台10(保持部)、支持軸12、研磨劑供給噴嘴14(供給部)、研磨部16、第1旋轉機構18、移動機構20、殼體22、控制部24、第2旋轉機構26。研磨部16具有研磨墊16a(彈性體)及旋轉軸16b。
研磨裝置300具有多個研磨部16。圖7例示具有2個研磨部16之情形。研磨部16亦可為3個以上。
研磨裝置300由於具有多個研磨部16，所以能夠縮短研磨處理之時間。
以上，根據第3實施形態之研磨裝置，與第1實施形態同樣地，能夠有效地去除凸缺陷。而且，能夠縮短研磨處理之時間。  (第4實施形態)
第4實施形態之研磨裝置於彈性體之長度較基板之最大長度長之方面與第1實施形態不同。以下，關於與第1實施形態重複之內容，省略一部分記述。
圖8係第4實施形態之研磨裝置之模式圖。圖8(a)係研磨裝置之剖面圖，圖8(b)係研磨裝置之俯視圖。第4實施形態之研磨裝置400係對半導體晶圓等基板之表面進行研磨之研磨裝置。
第4實施形態之研磨裝置400具備載台10(保持部)、支持軸12、研磨劑供給噴嘴14(供給部)、研磨部16、第1旋轉機構18、移動機構20、殼體22、控制部24、第2旋轉機構26。研磨部16具有研磨墊16a(彈性體)及旋轉軸16b。
研磨裝置400之研磨墊16a之長度(圖8中之L3)大於半導體晶圓W之最大長度(圖8中之直徑D)。
研磨裝置400由於研磨墊16a之長度L3較半導體晶圓W之直徑D長，所以能夠縮短研磨處理之時間。
以上，根據第4實施形態之研磨裝置，與第1實施形態同樣地，能夠有效地去除凸缺陷。又，能夠縮短研磨處理之時間。
於第1至第4實施形態中，以研磨墊16a表面之與半導體晶圓W之表面垂直之剖面為圓之情形為例子進行了說明，但研磨墊16a之剖面亦可為橢圓。
於第1至第4實施形態中，以研磨墊16a旋轉運動之情形為例子進行了說明，但研磨墊16a亦可為進行如擺錘那樣之往返運動之構成。於這種情形時，例如，能夠將研磨墊16a之剖面形狀設為圓之一部分，能夠縮小研磨墊16a之尺寸。例如，能夠將研磨墊16a之剖面形狀設為扇形。
又，於第1、第3、及第4實施形態中，以載台10固定、且研磨部16於水平方向上移動之情形為例子進行了說明，但亦能夠設為研磨部16固定、且載台10於水平方向上移動之構成。
以上對本發明之若干實施形態進行了說明，但該些實施形態係作為例子提出者，並不意圖限定發明之範圍。該些新穎之實施形態能夠以其它各種方式實施，能夠於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、替換、變更。例如，亦可將一種實施形態之構成要素替換或變更成其它實施形態之構成要素。該些實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨內，並且包含於權利要求書所記載之發明及其均等之範圍內。  [相關申請案]
本申請案享有以日本專利申請案2019-52002號(申請日：2019年3月19日)為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參考該基礎申請案而包含基礎申請案之全部內容。
10:載台(保持部) 12:支持軸 14:研磨劑供給噴嘴(供給部) 16:研磨部 16a:研磨墊(彈性體) 16b:旋轉軸 17:研磨墊 18:第1旋轉機構 20:移動機構 22:殼體 24:控制部 26:第2旋轉機構 29:異物 30:凸缺陷 40:配線 100:研磨裝置 200:研磨裝置 300:研磨裝置 400:研磨裝置 A:任意一點 C:中心 d:距離 D:直徑 L1:寬度 L2:間距 L3:長度 S:接觸部 Va:向量 Vax:向量 Vb:向量 Vbx:向量 W:半導體晶圓(基板) Wmin:最小寬度 Wx:寬度
圖1(a)、(b)係第1實施形態之研磨裝置之模式圖。  圖2係第1實施形態之研磨裝置之研磨部之說明圖。  圖3(a)～(c)係第1實施形態之研磨裝置及研磨方法之作用及效果之說明圖。  圖4係第1實施形態之研磨方法之作用及效果之說明圖。  圖5係第1實施形態之研磨方法之作用及效果之說明圖。  圖6(a)、(b)係第2實施形態之研磨裝置之模式圖。  圖7(a)、(b)係第3實施形態之研磨裝置之模式圖。  圖8(a)、(b)係第4實施形態之研磨裝置之模式圖。
10:載台(保持部)
12:支持軸
14:研磨劑供給噴嘴(供給部)
16:研磨部
16a:研磨墊(彈性體)
16b:旋轉軸
18:第1旋轉機構
20:移動機構
22:殼體
24:控制部
100:研磨裝置
W:半導體晶圓(基板)

Claims (15)

  1. 一種研磨裝置，其具備：  保持部，其保持基板；  供給部，其對上述基板之表面供給研磨劑；以及  研磨部，其具有彈性體，使用上述彈性體對上述基板之表面進行研磨，且研磨中之上述彈性體與上述基板之表面之接觸面積小於上述基板之表面積，研磨中之上述彈性體之速度向量之上述基板表面之法線方向分量的方向於上述彈性體與上述基板之表面接觸之前後反轉。
  2. 如請求項1之研磨裝置，其中上述彈性體於與上述基板之表面垂直之剖面中為圓或橢圓，且上述研磨裝置還具備使上述彈性體於上述彈性體之圓周方向上旋轉之第1旋轉機構。
  3. 如請求項1或2之研磨裝置，其還具備：第2旋轉機構，其藉由使上述保持部旋轉，而使上述基板以上述基板之中心為旋轉中心旋轉。
  4. 如請求項1或2之研磨裝置，其還具備：移動機構，其使上述研磨部於與上述基板之表面平行之方向上相對於上述基板移動。
  5. 如請求項1或2之研磨裝置，其中上述彈性體之儲存模數為0.01 GPa以上10 GPa以下。
  6. 如請求項1或2之研磨裝置，其中上述彈性體包含樹脂或不織布。
  7. 如請求項1或2之研磨裝置，其中上述研磨劑包含研磨粒。
  8. 如請求項1或2之研磨裝置，其具有多個上述研磨部。
  9. 一種研磨方法，其對基板之表面供給研磨劑，且  以接觸面積小於上述基板之表面積之方式使彈性體與上述基板之表面接觸，以上述彈性體之速度向量之上述基板表面之法線方向分量的方向於上述彈性體與上述基板之表面接觸之前後反轉之方式移動上述彈性體而對上述基板之表面進行研磨。
  10. 如請求項9之研磨方法，其中上述彈性體之表面於與上述基板之表面垂直之剖面中為圓或橢圓，且使上述彈性體於上述彈性體之圓周方向上旋轉。
  11. 如請求項9或10之研磨方法，其中使上述基板以上述基板之中心為旋轉中心旋轉。
  12. 如請求項10之研磨方法，其中上述彈性體與上述基板接觸之部分之上述圓周方向之寬度為形成於上述基板之圖案之最小尺寸以下。
  13. 如請求項9或10之研磨方法，其中上述彈性體之任意一點於與上述基板接觸之期間於上述基板之表面移動的距離為形成於上述基板之圖案之最小尺寸以下。
  14. 如請求項9或10之研磨方法，其中上述彈性體包含樹脂或不織布。
  15. 如請求項9或10之研磨方法，其中上述研磨劑包含研磨粒。
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