(57)【要約】【課題】  ウェハの表面を研磨する化学機械研磨において、研磨テーブル上で使用するスラリーに多機能性を持たせ、スループットを向上させる。【解決手段】  化学機械研磨装置１にウェハ５を載置する研磨テーブル７と、研磨テーブル７の上にスラリーを滴下して供給する複数のスラリー供給ライン８、９、１０と、これらの複数のスラリー供給ラインにそれぞれ異なるスラリーを供給する複数のスラリーユニット１１、１２、１３を含むようにした。  このような構成とすることにより、研磨テーブル７の上で複数の異なるスラリーを所望の混合比で混合し、使用するスラリーに多機能性を持たせることができる。また、同一研磨テーブル上で連続して複数ステップのＣＭＰを行うことができ、スループットを向上させることができる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの表面を研磨する化学機械研磨装置であって、
前記ウェハを載置する研磨テーブルと、
前記研磨テーブル上にスラリーを滴下して供給する複数のスラリー供給ラインと、
前記複数のスラリー供給ラインにそれぞれ異なるスラリーを供給する複数のスラリーユニットと、
を含むことを特徴とする化学機械研磨装置。
【請求項２】
前記複数のスラリーユニットとして、前記ウェハの被研磨膜により形成された表面の凸部の段差を緩和するための高平坦化スラリーを供給する第一のスラリーユニットと、前記ウェハの被研磨膜と比較してストッパー膜の研磨速度が小さい高選択スラリーを供給する第二のスラリーユニットと、前記ウェハの被研磨膜およびストッパー膜の表面の段差を緩和するための低選択スラリーを供給する第三のスラリーユニットと、を含むことを特徴とする請求項１に記載の化学機械研磨装置。
【請求項３】
連続した複数の研磨ステップによりウェハの表面を同一の研磨テーブル上で研磨する化学機械研磨方法であって、
前記複数の研磨ステップのうちいずれかの研磨ステップに、異なる性質のスラリーを混合した混合スラリーを用いる研磨ステップを含むことを特徴とする化学機械研磨方法。
【請求項４】
前記混合スラリーを用いる研磨ステップを、二種類の異なる性質のスラリーを前記研磨テーブル上に前記ウェハの被研磨膜により形成された表面の凸部の段差を緩和するための高平坦化スラリーの割合を大きくして混合比を変化させることなく所定の混合比で滴下しながら混合して研磨する研磨ステップとすることを特徴とする請求項３に記載の化学機械研磨方法。
【請求項５】
前記混合スラリーを用いる研磨ステップを、二種類の異なる性質のスラリーを前記研磨テーブル上に混合比を変化させて滴下しながら混合して研磨する研磨ステップとすることを特徴とする請求項３に記載の化学機械研磨方法。
【請求項６】
連続した複数の研磨ステップによりウェハの表面を同一の研磨テーブル上で研磨する化学機械研磨方法であって、
前記ウェハの表面を、前記ウェハの被研磨膜により形成された表面の凸部の段差を緩和するための高平坦化スラリーを前記研磨テーブル上に滴下して研磨する第一研磨ステップと、
前記第一研磨ステップにより研磨された前記ウェハの表面を、前記高平坦化スラリーと、前記ウェハの被研磨膜と比較してストッパー膜の研磨速度が小さい高選択スラリーとを前記研磨テーブル上に混合比を変化させることなく所定の混合比で滴下しながら混合して研磨する第二研磨ステップと、
前記第二研磨ステップにより研磨された前記ウェハの表面を、前記高選択スラリーと、前記ウェハの被研磨膜およびストッパー膜の表面の段差を緩和するための低選択スラリーとを高選択スラリーの割合が大から小になるように混合比を変化させて前記研磨テーブル上に滴下しながら混合して研磨する第三研磨ステップと、
を含むことを特徴とする化学機械研磨方法。
【請求項７】
前記複数の研磨ステップのうちいずれかの研磨ステップにおいて、純水を混合したスラリーを用いて研磨することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は化学機械研磨装置および化学機械研磨方法に関し、特に、研磨特性の異なるスラリーを混合して研磨する化学機械研磨装置および化学機械研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造において、ウェハ表面の段差を緩和して平坦化する方法として、化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing；ＣＭＰ）が広く用いられている。
化学機械研磨を用いる工程では、それぞれの工程で要求される研磨特性により、異なるスラリー（研磨液）を用いて別々の研磨テーブル上で処理を行っていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０１４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の化学機械研磨装置、および化学機械研磨方法では、それぞれの工程で用いるスラリー固有の特性のみが発揮され、それ以外の研磨特性を得られないという問題があった。
【０００５】
また、複数の異なる研磨特性が必要とされる工程においては、その工程を複数の研磨ステップに分割し、それぞれの研磨ステップを別々の研磨テーブルを用いて行う必要があり、スループットが低くなるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、使用するスラリーに多機能性を持たせ、且つ、スループットを向上させることができる化学機械研磨装置、および化学機械研磨方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る化学機械研磨装置は、ウェハの表面を研磨する化学機械研磨装置であって、前記ウェハを載置する研磨テーブルと、前記研磨テーブル上にスラリーを滴下して供給する複数のスラリー供給ラインと、前記複数のスラリー供給ラインにそれぞれ異なるスラリーを供給する複数のスラリーユニットとを含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る化学機械研磨方法は、連続した複数の研磨ステップによりウェハの表面を同一の研磨テーブル上で研磨する化学機械研磨方法であって、前記複数の研磨ステップのうちいずれかの研磨ステップに、異なる性質のスラリーを混合した混合スラリーを用いる研磨ステップとを含むことを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、化学機械研磨装置の研磨テーブル上に複数の異なる性質のスラリーを供給して混合することにより、使用するスラリーに多機能性を持たせ、且つ、スループットを向上させることができる化学機械研磨装置、および化学機械研磨方法を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。
【００１１】
実施の形態
図１は、本実施の形態に係る化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing；以下、「ＣＭＰ」という）装置の平面概略図である。
ＣＭＰ装置１は、ウェハの表面を研磨するＣＭＰ装置であって、ウェハを外部から搬入するための搬送系ユニット２と、搬入されたウェハの表面を研磨するための加工系ユニット３と、ウェハを研磨する際に加工系ユニット３にスラリー（研磨液）を供給するための供給系ユニット４とを有している。
【００１２】
ＣＭＰ装置１は加工系ユニット３にウェハ５を載置する研磨テーブル７を有している。また、加工系ユニット３と供給系ユニット４との間に、研磨テーブル７の上にスラリーを滴下して供給する複数のスラリー供給ライン８、９、１０を有している。
さらに、ＣＭＰ装置１は供給系ユニット４に複数のスラリー供給ライン８、９、１０にそれぞれ異なるスラリーを供給する複数のスラリーユニット１１、１２、１３を有している。
【００１３】
次に、この装置を用いてウェハの表面を研磨する方法について説明する。
まず、外部から搬入されたウェハ５は、搬送系ユニット２の搬送アーム６の先端に吸着され、加工系ユニット３へ移載される。移載されたウェハ５は表面を下向きにして、加工系ユニット３の研磨テーブル７の上に載置される。
次に、研磨テーブル７の表面の研磨パッド（図示しない）上で、載置されたウェハ５を研磨テーブル７の上に加圧しながら、ウェハ５および研磨テーブル７を相対的に移動させ、ウェハ５の表面を研磨する。
【００１４】
このとき、所望の研磨特性を得るため研磨テーブル７の上に適切なスラリーを供給する必要がある。供給系ユニット４は、研磨テーブル７の上に三種類の異なるスラリーを供給できるように、第一のスラリーユニット１１、第二のスラリーユニット１２、第三のスラリーユニット１３を備え、各スラリーユニットはそれぞれ第一のスラリー供給ライン８、第二のスラリー供給ライン９、第三のスラリー供給ライン１０と接続され、これらのスラリー供給ラインを介して研磨テーブル７の上にスラリーを供給できるようになっている。
【００１５】
ここで、第一のスラリーユニット１１としては、ウェハ５の被研磨膜により形成された表面の凸部の段差を緩和するための高平坦化スラリーを供給するスラリーユニット、第二のスラリーユニット１２としては、ウェハ５の被研磨膜と比較してストッパー膜の研磨速度が小さい高選択スラリーを供給するスラリーユニット、第三のスラリーユニット１３としては、ウェハ５の被研磨膜およびストッパー膜の表面の段差を緩和するための（膜の種類によらず表面の段差を緩和するための）低選択スラリーを供給するスラリーユニットを用いるようにした。
【００１６】
また、第一のスラリー供給ライン８、第二のスラリー供給ライン９、および第三のスラリー供給ライン１０は、それぞれ研磨テーブル７の上に供給するスラリーの流量を調節することができる。そして、上記のスラリーを適宜混合することにより、所望の研磨特性が得られるＣＭＰを行うことができる。
【００１７】
なお、ＣＭＰ装置１は、三つの異なるスラリーを供給できるスラリーユニットおよびスラリー供給ラインを備えるようにしたが、必要に応じて四つ以上の異なるスラリーを供給できるスラリーユニットおよびスラリー供給ラインを設けるようにしても良い。
また、それぞれのスラリーに純水を混合して研磨特性を微調整できるように、研磨テーブル７の上に純水を供給できる純水供給ラインを設けるようにしても良い。
【００１８】
以上説明したように、本実施の形態に係るＣＭＰ装置は、ウェハの表面を研磨するＣＭＰ装置であって、ウェハを載置する研磨テーブル７と、研磨テーブル７の上にスラリーを滴下して供給する複数のスラリー供給ライン８、９、１０と、これらの複数のスラリー供給ラインにそれぞれ異なるスラリーを供給する複数のスラリーユニット１１、１２、１３を含むようにした。
【００１９】
このような構成とすることにより、ＣＭＰ装置１によりウェハ５の表面を研磨するとき、複数の異なるスラリーを所望の混合比で混合し、使用するスラリーに多機能性を持たせることができる。
また、同一研磨テーブル上で連続して複数ステップのＣＭＰを行うことができ、スループットを向上させることができる。
【００２０】
次に、本実施の形態に係るＣＭＰ方法の例として、シャロートレンチ素子分離（Shallow Trench Isolation；以下、「ＳＴＩ」という）を形成する工程のＣＭＰ方法について説明する。
図２（ａ）〜（ｄ）は、ＳＴＩを形成する際のＣＭＰ方法を説明するための、ウェハ表面付近の断面図である。以下、図１および図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
【００２１】
図２（ａ）に示すように、ウェハ５（図１参照）のシリコン基板１４の主面上にパッド酸化膜１５、ストッパー膜１６が形成されている。パッド酸化膜１５は、例えば縦型拡散炉や急速熱酸化炉などにより１０〜２０ｎｍ程度の膜厚で形成されたシリコン酸化膜である。ストッパー膜１６は、例えば化学気相成長（Chemical Vapor Deposition；以下、「ＣＶＤ」という）法により１００〜１５０ｎｍ程度の膜厚で形成されたシリコン窒化膜である。
パッド酸化膜１５およびストッパー膜１６をマスクとして、シリコン基板１４に溝１７が形成されている。
さらに、溝１７を埋め込むように、シリコン基板１４およびストッパー膜１６の上にシリコン酸化膜１８が形成されている。シリコン酸化膜１８は高密度プラズマＣＶＤ法により形成され、この膜により形成された表面の凸部の段差は５００ｎｍ程度である。
【００２２】
次に、シリコン酸化膜１８の表面のＣＭＰを、連続した複数の研磨ステップによりウェハの表面を同一の研磨テーブル上で研磨するＣＭＰ方法により行う。
まず、ＣＭＰ装置１（図１参照）を用いて、ウェハ５の表面を、ウェハ５の被研磨膜により形成された表面の凸部の段差を緩和するための高平坦化スラリーを研磨テーブル７の上に滴下して研磨する第一研磨ステップを行う。
【００２３】
高平坦化スラリーは、シリコン酸化膜１８により形成された表面の凸部の段差を緩和するための性質を有するスラリーである。
例えば、図１に示した第一のスラリーユニット１１から供給された高平坦化スラリーを、第一のスラリー供給ライン８を介して研磨テーブル７の上に滴下し、研磨テーブル７の上に載置されたウェハ５の表面を研磨する。これにより、図２（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜１８により形成された表面の凸部の段差を緩和して、段差が５０ｎｍ程度になるようにする。
このようにして、高平坦化スラリーを用いてウェハ５の表面を研磨することにより、シリコン酸化膜１８により形成された表面の凸部の段差を緩和して、シリコン酸化膜１８の表面を平坦化することができる。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、第一研磨ステップにより研磨されたウェハ５の表面を、前述した高平坦化スラリーと、ウェハ５の被研磨膜と比較してストッパー膜の研磨速度が小さい高選択スラリーとを研磨テーブル７の上に混合比を変化させることなく所定の混合比で滴下しながら混合して研磨する第二研磨ステップを行う。
【００２５】
高選択スラリーは、シリコン酸化膜１８と比較してストッパー膜１６の研磨速度が小さい研磨特性を有するスラリーである。この高選択スラリーと前述の高平坦化スラリーとを、所定の混合比で混合してウェハ５の表面を研磨する。
例えば、図１に示した第一のスラリーユニット１１から供給された高平坦化スラリーと第二のスラリーユニット１２から供給された高選択スラリーを同一の流量、すなわち１：１の混合比で研磨テーブル７に滴下しながらウェハ５の表面を研磨する。
【００２６】
このとき、ストッパー膜１６の表面が露出する前は、シリコン酸化膜１８の表面の残存段差を緩和しながら研磨して、平坦性を向上させることができる。そしてストッパー膜１６の表面が露出した後は、ストッパー膜１６が研磨されるのを抑制し、パッド酸化膜１５、シリコン基板１４が研磨されるのを防ぐことができる。
すなわち、高平坦化スラリーの研磨特性によりシリコン酸化膜１８の表面の残存段差を緩和し、高選択スラリーの研磨特性によりストッパー膜１６でＣＭＰのストップ機能を働かせることができる。
【００２７】
次に、図２（ｄ）に示すように、第二研磨ステップにより研磨されたウェハ５の表面を、前述した高選択スラリーと、ウェハ５の被研磨膜およびストッパー膜の表面の段差を緩和するための低選択スラリーとを前記高選択スラリーの割合が大から小になるように混合比を変化させて研磨テーブル７の上に滴下しながら混合して研磨する第三研磨ステップを行う。
【００２８】
低選択スラリーは、研磨速度がやや小さいが、シリコン酸化膜１８およびストッパー膜１６の表面の段差を緩和するための性質を有するスラリーである。この低選択スラリーと前述の高選択スラリーとを、研磨テーブル７の上で混合比を変化させながら混合して、ウェハ５の表面を研磨する。
例えば、図１に示した第二のスラリーユニット１２から供給された高選択スラリーと第三のスラリーユニット１３から供給された低選択スラリーの流量比を、例えば初期段階では１０：１とし、終了段階では１：１０となるように高選択スラリーの割合が大から小になるように混合比を連続的に変化させて研磨テーブル７の上に供給しながら研磨を行うようにする。
【００２９】
このとき、第三研磨ステップの初期段階では高選択スラリーの研磨特性により研磨レートの低下およびストッパー膜１６の膜減り量を抑えるように研磨することができる。そして終了段階では、低選択スラリーの研磨特性によりシリコン酸化膜１８のディッシング量を抑えるように研磨することができる。このようにして、ストッパー膜１６の膜減り量とシリコン酸化膜１８のディッシング量の最適値を自在に調節することができる。
【００３０】
以上、説明したように本実施の形態に係るＣＭＰ方法は、連続した複数の研磨ステップによりウェハの表面を同一の研磨テーブル上で研磨するＣＭＰ方法であって、まず、ウェハ５の表面を、ウェハ５の被研磨膜により形成された表面の凸部の段差を緩和するための高平坦化スラリーを研磨テーブル７の上に滴下して研磨する第一研磨ステップを行うようにした。
次に第一研磨ステップにより研磨されたウェハ５の表面を、前述した高平坦化スラリーと、ウェハ５の被研磨膜と比較してストッパー膜の研磨速度が小さい高選択スラリーとを研磨テーブル７の上に混合比を変化させることなく所定の混合比で滴下しながら混合して研磨する第二研磨ステップを行うようにした。
さらに第二研磨ステップにより研磨されたウェハ５の表面を、前述した高選択スラリーと、ウェハ５の被研磨膜およびストッパー膜の表面の段差を緩和するための低選択スラリーとを高選択スラリーの割合が大から小になるように混合比を変化させて研磨テーブル７の上に滴下しながら混合して研磨する第三研磨ステップを行うようにした。
【００３１】
すなわち、本実施の形態に係るＣＭＰ方法は、連続した複数の研磨ステップによりウェハの表面を同一の研磨テーブル上で研磨するＣＭＰ方法であって、複数の研磨ステップのうちいずれかの研磨ステップに、異なる性質のスラリーを混合した混合スラリーを用いる研磨ステップを含むようにしたものである。
【００３２】
このようにＣＭＰを行うことにより、異なる性質のスラリーを混合した混合スラリーを用いて、使用するスラリーに多機能性を持たせることができる。さらに、このＣＭＰを同一研磨テーブル上で行うことにより、スループットを向上させることができる。
【００３３】
なお、前述した第二研磨ステップにおいてシリコン酸化膜１８の表面の平坦性をさらに向上させる必要があるときは、高平坦化スラリーの混合比を前述の例よりも相対的に大きくするようにしても良い。
すなわち、混合スラリーを用いる研磨ステップを、二種類の異なる性質のスラリーを研磨テーブル７の上にウェハ５の被研磨膜により形成された表面の凸部の段差を緩和するための高平坦化スラリーの割合を大きくして混合比を変化させることなく所定の混合比で滴下しながら混合して研磨する研磨ステップとするようにしても良い。
【００３４】
このように研磨することにより、前述した第二研磨ステップにおいてシリコン酸化膜１８の表面の平坦性をさらに向上させることができる。
【００３５】
また、前述した第三研磨ステップにおいて、シリコン酸化膜１８に発生するディッシング量を小さくしたいときは、初期段階の低選択スラリーの流量比を前述の例よりも相対的に大きくして研磨するようにしても良い。
すなわち、混合スラリーを用いる研磨ステップを、二種類の異なる性質のスラリーを、例えば初期段階の低選択スラリーの流量比を前述の例よりも相対的に大きくして、研磨テーブル７の上に混合比を変化させて滴下しながら混合して研磨する研磨ステップとするようにしても良い。
【００３６】
このように研磨することにより、二種類の異なるスラリーを、その研磨ステップの研磨の初期段階と終了段階において研磨特性を変えながら研磨することができ、研磨ステップの途中段階で研磨特性を変えることができる。
【００３７】
さらに、上述した複数の研磨ステップのうちいずれかの研磨ステップにおいて、純水を混合したスラリーを用いて研磨するようにしても良い。
例えば、図１に示した供給系ユニット４に、研磨テーブル７の上に純水を供給できる純水供給ライン（図示しない）を設けるようにする。そして上記複数の研磨ステップのうちいずれかの研磨ステップにおいて、必要に応じて研磨テーブル７の上に純水を供給しながら、任意のスラリーと混合してウェハ５の研磨を行うようにする。
このようにすることにより、使用するスラリーの機能を微調整することができる。
【００３８】
以上説明したように、本実施の形態に係るＣＭＰ方法は、連続した複数の研磨ステップによりウェハの表面を同一の研磨テーブル上で研磨するＣＭＰ方法であって、複数の研磨ステップのうちいずれかの研磨ステップに、異なる性質のスラリーを混合した混合スラリーを用いる研磨ステップを含むようにした。
【００３９】
このようにＣＭＰを行うことにより、使用するスラリーに多機能性を持たせることができ、且つ、スループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のＣＭＰ装置の構成を示す図。
【図２】本発明のＣＭＰ方法によるウェハの工程断面図。
【符号の説明】
【００４１】
１  ＣＭＰ装置、２  搬送系ユニット、３  加工系ユニット、４  供給系ユニット、５  ウェハ、６  搬送アーム、７  研磨テーブル、８  第一のスラリー供給ライン、９  第二のスラリー供給ライン、１０  第三のスラリー供給ライン、１１  第一のスラリーユニット、１２  第二のスラリーユニット、１３  第三のスラリーユニット、１４  シリコン基板、１５  パッド酸化膜、１６  ストッパー膜、１７  トレンチ、１８  シリコン酸化膜。
【図１】
2006261261.tif 000003
【図２】
2006261261.tif 000004