(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
段差を有する被処理基板表面を研磨パッドに押圧させて、化学的機械研磨により平坦化を行う化学的機械研磨工程と、
前記研磨パッドをドレッシングするドレッシング工程と
を有する化学的機械研磨方法において、
複数の長尺状のドレッサーと弾性材料からなる複数の長尺状のへらとをローラ部材の外周面に交互に設けたドレッシング手段を回転させた研磨パッドに押圧することにより、前記ドレッサーによる研磨パッドのドレッシング工程と、前記へらによる研磨パッド上に残留した不純物を払い出す不純物除去工程とを、交互に施すこと
を特徴とする化学的機械研磨方法。
【請求項２】
前記ドレッシング工程と前記不純物除去工程は、前記化学的機械研磨工程と同時に行うことを特徴とする請求項１記載の化学的機械研磨方法。
【請求項３】
前記ドレッシング工程と前記不純物除去工程は、前記化学的機械研磨工程の前又は後に行うことを特徴とする請求項１記載の化学的機械研磨方法。
【請求項４】
回転駆動される研磨パッドと、
前記研磨パッドをドレッシングするドレッシング手段と、
前記研磨パッド上に研磨スラリを供給する研磨スラリ供給手段とを具備し、
段差を有する被処理基板表面を前記研磨パッドに押圧させて、化学的機械研磨により平坦化を行う化学的機械研磨装置において、
前記ドレッシング手段は、
ローラ部材の外周面に、複数の長尺状のドレッサーと、弾性材料からなる複数の長尺状のへらとを、交互に設けたものであること
を特徴とする化学的機械研磨装置。
【請求項５】
前記ドレッシング手段は、前記研磨パッドの直径以上の長さを有すること
を特徴とする請求項４記載の化学的機械研磨装置。
【請求項６】
前記ドレッシング手段は、前記研磨パッドの半径以上の長さを有すること
を特徴とする請求項４記載の化学的機械研磨装置。
【請求項７】
前記ドレッサーと前記へらとを、前記ローラ部材の外周面に、前記ローラ部材の軸と平行に設けたこと
を特徴とする請求項４ないし６いずれか１項記載の化学的機械研磨装置。
【請求項８】
前記ドレッサーと前記へらとを、前記ローラ部材の外周面に、螺旋状に設けたこと
を特徴とする請求項４ないし６いずれか１項記載の化学的機械研磨装置。
【請求項９】
前記へらの少なくとも先端部は、前記研磨パッドを削らない程度の硬度を有する材料からなること
を特徴とする請求項４ないし６いずれか１項記載の化学的機械研磨装置。
【請求項１０】
前記へらの先端部を、テーパ状に形成したこと
を特徴とする請求項４ないし６いずれか１項記載の化学的機械研磨装置。
【請求項１１】
前記研磨スラリ供給手段は、前記研磨パッドの半径方向に並ぶ複数の研磨スラリ供給口または前記研磨パッドの半径方向に伸びるスリット状の研磨スラリ供給口を有すること
を特徴とする請求項４記載の化学的機械研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的機械研磨方法及び化学的機械研磨装置に関し、特に、半導体装置の製造工程中に行われる、層間絶縁膜等が形成された被処理基板の平坦化に用いて好適な化学的機械方法及び化学的機械研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年における半導体装置の設計ルールの微細化に伴って、リソグラフィーの解像度を上げる努力がなされているが、解像度を上げることにより焦点深度、いわゆるＤＯＦ（Ｄｅｐｔｈ  Ｏｆ  Ｆｏｃｕｓ) は、むしろ低下せざるを得ない状況となってきている。このＤＯＦの改善はレジストの性能改善を待たなければならないが、実際はレジストの改善より微細化要求の方が先行しているのが現在の実状である。そこで、デバイス構造の高低差をできるだけ平坦化しておくことでこの焦点深度の不足を補い、微細なパターンを焦点ズレさせずに確実に解像させる方法が検討されている。
そこで、デバイス構造の高低差を平坦化する方法として、最近では、シリコンウェハの鏡面化加工を応用した化学的機械研磨方法が採用さている。
【０００３】
図７はこの化学的機械研磨を行うための、従来の化学的機械研磨装置を示す概略断面図である。この装置は、回転する研磨プレート回転軸１に支承され、表面に研磨パッド２が接着された研磨プレート３と、層間絶縁膜等が形成された被処理基板４（以下、ウェハと称する）を保持するキャリア５と、研磨スラリを研磨パッド２上に供給するノズル６を有する研磨スラリ供給装置７とから概ね構成されている。
そして、研磨パッド２を不図示のドレッサーによりドレッシング（研削）した後に、研磨プレート回転軸１及びキャリア回転軸８を回転させ、ノズル６から研磨パッド２の中央部に研磨スラリを供給しながら、研磨圧力調整機構９によりウェハ４を研磨パッド２上に押圧させて、ウェハ４の研磨を行うものである。
【０００４】
ところで、このような化学的機械研磨方法では、ウェハの絶縁膜にマイクロスクラッチが生じること及び研磨レートのばらつきや研磨量の面内ばらつきが大きいことが問題となっている。
マイクロスクラッチの発生については、研磨パッド２のドレッシング時に発生する研磨パッド２の削り屑やドレッサーのダイヤ，層間膜，ウェハ４の破片屑等が原因の一つと推定される。また、研磨レートのばらつきや研磨量の面内ばらつきが大となる原因は、一度研磨に寄与した古い研磨スラリの残留が原因の一つと推定されており、これらの、研磨パッドの削り屑やドレッサーのダイヤ，層間膜，ウェハの破片屑や古い研磨スラリ等（以下、これらを総称して不純物とも表記する）を研磨パッド２外へ排出する必要がある。
【０００５】
そこで、上記した従来の化学的機械研磨装置においては、研磨作業中研磨スラリを研磨パッド２の中央部に間断なく十分に流し出し、不純物をこの研磨スラリにより研磨パッド２外へ除去あるいは押し流すという対策を採っていた。
しかしながら、このような、不純物を研磨スラリにより除去するという手法は、高価な研磨スラリを多量に消費することとなり、化学的機械研磨の低コスト化が困難であった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明が解決しようとする課題は、従来のような多量の研磨スラリ供給によらずに、研磨パッド上に残留した不純物を効率よく確実に除去し、研磨スラリの使用量削減と、マイクロスクラッチの防止及び研磨レートや面内研磨量の安定化を同時に実現することが可能な化学的機械研磨方法及び化学的機械研磨装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の化学的機械研磨方法は、段差を有する被処理基板表面を研磨パッドに押圧させて、化学的機械研磨により平坦化を行う化学的機械研磨工程と、研磨パッドをドレッシングするドレッシング工程とを有する化学的機械研磨方法において、ドレッシング工程と、研磨パッド上に残留する不純物を払い出す不純物除去工程とを、交互に施すことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の化学的機械研磨装置は、回転駆動される研磨パッドと、研磨パッドをドレッシングするドレッシング手段と、研磨パッド上に研磨スラリを供給する研磨スラリ供給手段とを具備し、段差を有する被処理基板表面を研磨パッドに押圧させて、化学的機械研磨により平坦化を行う化学的機械研磨装置において、ドレッシング手段は、ローラ部材の外周面に、複数の長尺状のドレッサーと、弾性材料からなる複数の長尺状のへらとを、交互に設けたものであることを特徴とする。
【０００９】
なお、ここでいう不純物とは、研磨パッド上に残留していると被処理基板の研磨に不具合を生じさせる、研磨パッドの削り屑やドレッサーのダイヤ，層間膜，ウェハの破片屑や古い研磨スラリ等を指している。
【００１０】
上記の化学的機械研磨方法及び化学的機械研磨装置によれば、ローラ部材の外周面に、複数の長尺状のドレッサーと、弾性材料からなる複数の長尺状のへらとを、交互に設けた構成のドレッシング手段により研磨パッドのドレッシングを行うことにより、ドレッサーによる研磨パッドのドレッシング工程と、へらによる研磨パッド上に残留した不純物を払い出す不純物除去工程とが、交互に施されるので、不純物を研磨パッド外へ排出することができ、被処理基板と研磨パッドの界面に常に新鮮な研磨スラリを供給することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、図中の構成要素で、従来の技術と同様の構成をなしているものについては、同一の参照符号を付すものとする。
【００１２】
実施の形態例１
図１は本発明の実施の形態例１に係る化学的機械研磨装置を示す概略平面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３はドレッシング用工具を示す外観斜視図である。
【００１３】
まず、図１ないし図３を参照して、化学的機械研磨装置の構成について説明する。この化学的機械研磨装置は、回転する研磨プレート回転軸１に支承され、表面に研磨パッド２が接着された研磨プレート３と、回転するキャリア回転軸８に支承されるとともに、ウェハ４を保持するキャリア５と、研磨スラリを研磨パッド２の上に供給するノズル６を有する研磨スラリ供給装置７と、研磨パッド２の直径と略等しいか、直径より若干大の長さを有しており、研磨パッド２の略中央に配置されたドレッシング用工具１０とから概ね構成されている。
なお、キャリア回転軸８にはウェハ４を研磨パッド２へ押圧させる研磨圧力調整機構９が接続されている。研磨パッド２は、発泡ポリウレタン等を用いることができる。
【００１４】
ドレッシング用工具１０は、図３に示すように、回転軸１１を有するローラ部材１２の外周面に、支持部の先端にダイアモンド粒等の微小研削刃を持つ長尺状のドレッサー１３と、同じく長尺状のへら１４とを、交互に回転軸１１と平行に設けたものである。
このドレッシング用工具１０は、ローラ部材１２にドレッサー１３及びへら１４を植設するか、ローラ部材１２の外周面にドレッサー１３及びへら１４を接着剤により接着することにより作製される。また、ローラ部材１２と、ドレッサー１３の支持部及びへら１４とを、同一材料で削り出した後に、支持部の先端にダイアモンド粒等を接着することにより作製してもよい。
このドレッシング用工具１０には、いずれも図示を省略した、加圧機構、回転機構及び移動機構が接続されている。へら１４は、例えば、薄い鋼等の弾性材料又はガラスで構成されるが、へら１４の全体あるいは先端部は、研磨パッド２を変形させるが削らない程度の硬度を有する硬質ゴム等で構成することが望ましい。また、へら１４の先端はテーパ状に形成する。これにより、ドレッサー１３により研磨パッド２に形成された目立て層２ａの形状を損なわずに不純物の排出が可能となる。
【００１５】
図３では、ドレッサー１３とへら１４とを、ローラ部材１２の外周面に１本ずつ交互に計６本設けているが、ドレッサー１３とへら１４とを２対１、１対２または２対２で組み合わせたものを１組として、この組をローラ部材１２の外周面に任意の数設けてもよい。また、ドレッサー１３とへら１４とをローラ部材１２の外周面に螺旋状に設けてもよい。この場合、研磨パッド２のドレッシング時及びウェハ４の化学的機械研磨時に研磨パッド２上に残留した不純物を、この螺旋に沿って細長いローラ部材１２の一方、即ち研磨パッド２の外周部に効率的に運び出すことが可能となる。
【００１６】
研磨工程中、キャリア５に保持されたウェハ４は、研磨パッド２上に配置されたドレッシング用工具１０に対し、ドレッシング用工具１０の回転方向の上流側の空き領域に位置させることが望ましい。これと反対側の空き領域にてウェハ４を研磨することも可能だが、へら１４により払い出された不純物が混入する虞があり、好ましくない。
【００１７】
ここで用いる研磨スラリ供給装置７のノズル６は、研磨パッド２の半径方向に並ぶ複数の研磨スラリ供給口、または研磨パッド２の半径方向に伸びるスリット状の研磨スラリ供給口を有するものであれば、研磨均一性の点で有効である。
【００１８】
次に、上記構成の化学的機械研磨装置の動作について説明する。
研磨プレート３に接着された研磨パッド２は、研磨プレート回転軸１を中心に不図示の駆動源により、例えば５０ｒｐｍの回転速度で回転している。ドレッシング用工具１０は、研磨パッド２上に例えば、１０Ｋｇｆの押し付け力で押圧され、６０ｒｐｍの回転速度で回転し、ドレッサー１３により研磨パッド２上にざらざらの状態の目立て層２ａを形成する工程と、その直後に、へら１４により研磨パッド２上に残留している研磨パッド２の削り屑や古い研磨スラリ等の不純物を払い出す工程を交互に行う。符号２０はへら１４により払い出された不純物を示す。これにより、不純物の残らないざらざら状態の目立て層２ａが形成される。
【００１９】
上記ドレッシング中に、研磨スラリが研磨スラリ供給装置７から送り出され、ノズル６より研磨パッド２上に例えば毎分１００ｃｃの流量で噴出される。研磨スラリ供給時には、ノズル６を揺動させ、研磨スラリを研磨パッド２上に均一に噴出すると、研磨均一性をさらに改善することができる。符号１５は研磨パッド２上に供給された研磨スラリを示す。ウェハ４は、研磨圧力調整機構９により例えば、８ＰＳＩの圧力で研磨パッド２へ押圧されており、キャリア回転軸８を、例えば５０ｒｐｍの回転速度で回転させることにより、ウェハ４の化学的機械研磨を行う。
【００２０】
以上は、ドレッシングと同時にウェハ４の研磨を行う同時ドレス方式の例であるが、ドレッシング後にウェハの研磨を行うインターバルドレス方式を採用してもよい。
図４はインターバルドレス方式のドレッシング時の状態を示す概略平面図である。まず、キャリア５及びノズル６を研磨パッド２上から退避させた状態で、ドレッシング用工具１０を研磨パッド２上に押圧回転させながら矢印Ｘ方向に研磨パッド２の端まで移動させ、研磨パッド２表面のドレッシング及び不純物除去を行う。次に、ノズル６より研磨スラリを供給し、ウェハ４を研磨パッド２に押圧回転させて化学的機械研磨を行う。
【００２１】
上記形態例によれば、研磨パッド２の削り屑や一度研磨に寄与し砕けた研磨粒子を、ウェハ４の研磨と同時あるいは事前に研磨パッド２上から取り除くことができるため、研磨レートを低下させずに研磨が可能である。また、ドレッサー１３で削り取られた研磨パッド２の破片をウェハ４内に持ち込むことがないので、研磨によってウェハ４にマイクロスクラッチを発生させることを防止できる。
【００２２】
実施の形態例２
図５は実施の形態例２に係る化学的機械研磨装置を示す概略平面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【００２３】
この化学的機械研磨装置は、ドレッシング用工具１６の長さが研磨パッド２の半径と略等しいか、半径より若干大である点を除いて、上記した実施の形態例１の化学的機械研磨装置と同様の構成であるため、重複する部分の説明は省略する。
図５に示すように、研磨パッド２の半径と略同じ長さを有するドレッシング用工具１６は、研磨パッド２の中央から半径方向に向けて配置されており、いずれも図示を省略した加圧機構と回転機構が接続されている。
ウェハ４の研磨時には、研磨パッド２上のドレッシング用工具１６に対し、ドレッシング用工具１６の回転方向の上流側にウェハ４を位置させる。さらに、研磨パッド２上の他の領域、例えばドレッシング用工具１６の延長線上に他のウェハ４ａを位置させてもよい。
【００２４】
次に、この化学的機械研磨装置の動作について説明する。
上記の実施の形態例１と同様に、研磨プレート回転軸１を駆動し、研磨パッド２を回転させる。ドレッシング用工具１６は、研磨パッド２上に例えば、１０Ｋｇｆの押し付け力で押圧され、６０ｒｐｍの回転速度で回転し、ドレッサー１３により研磨パッド２上にざらざらの状態の目立て層２ａを形成する工程と、その直後に、へら１４により研磨パッド２上に残留する不純物を払い出すという工程とを交互に行う。これにより、不純物の残らないざらざら状態の目立て層２ａが形成される。
上記ドレッシング中に研磨スラリをノズル６から噴出すると同時に、ウェハ４，４ａを研磨圧力調整機構９により例えば、８ＰＳＩの圧力で研磨パッド２へ押圧し、キャリア回転軸８を、例えば５０ｒｐｍの回転速度で回転させることにより、ウェハ４，４ａの化学的機械研磨を行う。
【００２５】
以上は、ドレッシングと同時にウェハの研磨を行う同時ドレス方式の例であるが、ドレッシング後にウェハの研磨を行うインターバルドレス方式を採用してもよい。
つまり、図５において、まずキャリア５及びノズル６を研磨パッド２上から退避させた状態で、ドレッシング用工具１６を押圧回転させながら、研磨パッド２を１回転以上回転させて研磨パッド２表面のドレッシング及び不純物の除去を行う。次に、研磨パッド２を回転させた状態で研磨スラリを供給し、ウェハ４を押圧回転させて研磨を行う。
【００２６】
この形態例によれば、ドッレシング用工具１６の長さが研磨パッド２の半径と略等しいため、ウェハの複数枚の同時研磨が可能である。また、実施の形態例１と同様に、研磨パッド２の削り屑や一度研磨に寄与し砕けた研磨粒子を取り除くことができる。
【００２７】
なお、上記の形態例では、インターバルドレス方式において、ウェハの研磨の前に研磨パッドのドレッシングを行ったが、研磨の後にドレッシングを行ってもよい。
また、本発明は、層間絶縁膜が形成された被処理基板の平坦化に限定されるものではなく、他の金属配線、ポリシリコン膜等の平坦化にも適用できる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、ドレッシング時に発生した研磨パッドの削り屑を即座に確実に除去できるので、ウェハ研磨時に削り屑を持ち込むことにより発生するマイクロスクラッチの発生を防止できる。
また、一度研磨に寄与して砕けた研磨粒子やウェハの研磨破片も同時に除去できるので、常に新鮮な研磨スラリでウェハを研磨することができ、研磨レートや面内研磨量が安定化する。同時に、供給された新鮮な研磨スラリが有効に研磨に寄与するため、研磨レートの安定化及び高研磨レートがより少ないスラリ流量で可能となる。
【００２９】
従って、研磨スラリの使用量を削減すると同時に、高品質及び高生産性が可能な化学的機械研磨方法及び化学的機械研磨装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態例１に係る化学的機械研磨装置を示す概略平面図。
【図２】  図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】  図１のドレッシング用工具を示す外観斜視図。
【図４】  インターバルドレス方式のドレッシング時の状態を示す概略平面図。
【図５】  本発明の実施の形態例２に係る化学的機械研磨装置を示す概略平面図。
【図６】  図５のＢ−Ｂ線断面図。
【図７】  従来の化学的機械研磨装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
１…研磨プレート回転軸、２…研磨パッド、２ａ…目立て層、３…研磨プレート、４，４ａ…ウェハ、５…キャリア、６…ノズル、７…研磨スラリ供給装置、８…キャリア回転軸、９…研磨圧力調整機構、１０，１６…ドレッシング用工具、１２…ローラ部材、１３…ドレッサー、１４…へら、１５…研磨スラリ、２０…不純物
【図１】
0003646430.tif 000002
【図２】
0003646430.tif 000003
【図３】
0003646430.tif 000004
【図４】
0003646430.tif 000005
【図５】
0003646430.tif 000006
【図６】
0003646430.tif 000007
【図７】
0003646430.tif 000008