(57)【要約】【課題】研磨パッドと熱交換器との間に研磨液を容易に入り込ませることが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、半導体製造装置は、研磨パッドを保持する研磨テーブルと、前記研磨パッドにより研磨する基板を保持する研磨ヘッドと、前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給部とを備える。前記装置はさらに、前記研磨パッド上に配置され、前記研磨パッドおよび前記研磨液の温度を制御する熱交換器と、前記熱交換器の側面または底面に設けられた１つ以上の突出部とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドを保持する研磨テーブルと、
前記研磨パッドにより研磨する基板を保持する研磨ヘッドと、
前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給部と、
前記研磨パッド上に配置され、前記研磨パッドおよび前記研磨液の温度を制御する熱交換器と、
前記熱交換器の側面または底面に設けられた１つ以上の突出部と、
を備える半導体製造装置。
【請求項２】
前記突出部は、前記熱交換器の側面から線状に延びる形状を有する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記突出部は、前記突出部の底面に凸部または凹部を有する、請求項１または２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記突出部は、前記熱交換器に対して上下方向に移動可能なように前記熱交換器に設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
研磨テーブルにより研磨パッドを保持し、
前記研磨パッドに研磨液を供給し、
１つ以上の突出部が側面または底面に設けられた熱交換器を前記研磨パッド上に配置し、
前記熱交換器により前記研磨パッドおよび前記研磨液の温度を制御し、
前記研磨液が供給された前記研磨パッドにより基板を研磨する、
ことを含む半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハを研磨するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polising）装置は、研磨パッドや研磨液（スラリー）の温度を制御する熱交換器を備える場合がある。この場合、研磨パッドと熱交換器との間に研磨液を入り込ませることが望ましいが、どのようにして研磨液を入り込ませるかが問題となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３０７６３０号公報
【特許文献２】特開平９−１３１６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
研磨パッドと熱交換器との間に研磨液を容易に入り込ませることが可能な半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一の実施形態によれば、半導体製造装置は、研磨パッドを保持する研磨テーブルと、前記研磨パッドにより研磨する基板を保持する研磨ヘッドと、前記研磨パッドに研磨液を供給する研磨液供給部とを備える。前記装置はさらに、前記研磨パッド上に配置され、前記研磨パッドおよび前記研磨液の温度を制御する熱交換器と、前記熱交換器の側面または底面に設けられた１つ以上の突出部とを備える。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の熱交換器の構造の例を示す上面図である。
【図３】第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための上面図である。
【図４】第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための別の上面図である。
【図５】第１実施形態の熱交換器の構造の例を示す斜視図である。
【図６】第１実施形態の熱交換器の構造の例を示す側面図である。
【図７】第２実施形態の熱交換器の構造を示す側面図と斜視図である。
【図８】第２実施形態の第１変形例の熱交換器の構造を示す側面図である。
【図９】第２実施形態の第２変形例の熱交換器の構造を示す側面図と斜視図である。
【図１０】第２実施形態の熱交換器の設置状態の例を示す上面図と側面図である。
【図１１】第２実施形態の第３変形例の熱交換器の構造を示す斜視図と上面図である。
【図１２】第３実施形態の半導体製造装置の構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。図１〜図１２では、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の半導体製造装置の構造を示す斜視図である。
【０００９】
図１の半導体製造装置は、研磨パッド２を保持する研磨テーブル１と、ウェハ４を保持する研磨ヘッド３と、スラリーを供給するスラリー供給部５と、熱交換器６と、制御部７とを備えている。ウェハ４は基板の一例であり、スラリーは研磨液の一例である。図１の半導体製造装置は、スラリーが供給された研磨パッド２によりウェハ４を研磨するＣＭＰ装置である。
【００１０】
図１は、研磨パッド２の上面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、研磨パッド２の上面に垂直なＺ方向とを示している。本明細書においては、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。ただし、−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
【００１１】
研磨テーブル１は、矢印Ａ１で示すように、研磨パッド２を回転軸Ｃ１を中心に回転させる。研磨ヘッド３は、矢印Ａ２で示すように、ウェハ４を回転軸Ｃ２を中心に回転させる。スラリー供給部５は、研磨パッド２の上面にスラリーを供給する。図１の半導体製造装置は、研磨パッド２の上面にスラリーを供給し、研磨パッド２およびウェハ４を回転させ、研磨パッド２の上面にウェハ４の下面を押し付ける。その結果、スラリーが供給された研磨パッド２によりウェハ４が研磨される。
【００１２】
熱交換器６は、不図示のアームにより保持されており、このアームにより研磨パッド２上に配置される。熱交換器６は、研磨パッド２や、研磨パッド２上のスラリーを加熱することで、研磨パッド２およびスラリーの温度を制御する。本実施形態の熱交換器６は、おおむね円板型の形状を有している。符号Ｐ１は、熱交換器６の側面を示し、符号Ｐ２は、熱交換器６の底面を示している。
【００１３】
例えば、ウェハ４に設けられた金属層を研磨する場合には、研磨処理中の研磨パッド２やスラリーの温度を熱交換器６により一定に維持することで、金属層の研磨レートを向上させることができる。この際、研磨パッド２の上面と熱交換器６の底面Ｐ２との間にスラリーが十分に入り込まないと、研磨パッド２やスラリーの温度を効率よく制御できないことが問題となる。金属層の研磨は、ウェハ４から３次元メモリを製造する場合などに行われることが多い。
【００１４】
上記のような問題は例えば、研磨テーブル１の回転数（回転速度）が低い場合に起こりやすい。研磨テーブル１の回転数が低いと、熱交換器の６の上流にスラリーの液溜まりが発生しやすく、スラリーが、研磨パッド２と熱交換器６との間に入り込まず、熱交換器６の側面Ｐ１付近を流れやすくなる。その結果、研磨パッド２やスラリーの温度を効率よく制御できず、ウェハ４の研磨効率が悪くなる。この問題への対策については後述する。
【００１５】
制御部７は、半導体製造装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部７は、研磨テーブル１、研磨ヘッド３、スラリー供給部５、熱交換器６、熱交換器６用のアームの動作を制御する。制御部７の例は、プロセッサ、電気回路、コンピュータなどである。
【００１６】
図２は、第１実施形態の熱交換器６の構造の例を示す上面図である。
【００１７】
本実施形態の半導体製造装置は、図２(ａ)に示すように、熱交換器６の側面Ｐ１に設けられた１つ以上の衝立部１１を備えている。これらの衝立部１１は、突出部の例であり、熱交換器６の側面Ｐ１から横向きに突出している。矢印Ｓは、熱交換器６の側面Ｐ１付近においてスラリーが流れる方向を示している。
【００１８】
本実施形態の衝立部１１は、スラリーの流れを制御するために、研磨パッド２上に供給されたスラリーに接触する位置に設けられている。よって、衝立部１１は、スラリーの流れと衝突する衝立として機能する。衝立部１１は、熱交換器６の側面Ｐ１から線状に延びる形状を有しているが、その他の形状を有していてもよい。
【００１９】
研磨テーブル１の回転数が低い場合、スラリーは、矢印Ｓで示すように、熱交換器６の側面Ｐ１に沿って流れやすい。この場合、熱交換器６の側面Ｐ１に衝立部１１が設けられていないと、スラリーは、研磨パッド２と熱交換器６との間に入り込まずに、熱交換器６を迂回して熱交換器６の上流側から下流側に流れてしまう可能性がある。しかしながら、本実施形態によれば、スラリーの流れが衝立部１１に衝突することで、スラリーが研磨パッド２と熱交換器６との間に入り込みやすくなる。これにより、研磨パッド２やスラリーの温度を効率よく制御することが可能となる。
【００２０】
なお、図２(ａ)では、熱交換器６に２本の衝立部１１が設けられているが、図２(ｂ)に示すように、熱交換器６にはさらに多くの衝立部１１が設けられていてもよい。また、図２(ａ)や図２(ｂ)の各衝立部１１は、直線状の平面形状を有しているが、図２(ｃ)に示すように、各衝立部１１は、曲線状や屈曲線状の平面形状を有していてもよい。
【００２１】
図３は、第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための上面図である。
【００２２】
図３(ａ)と図３(ｂ)の矢印Ｓは、衝立部１１によるスラリーの流れの変化を詳細に示している。図３(ａ)では、熱交換器６の側面Ｐ１付近を流れるスラリーが、衝立部１１に衝突することで、研磨パッド２と熱交換器６との間の隙間に流入している。図３(ｂ)では、熱交換器６の側面Ｐ１から離れて流れるスラリーが、衝立部１１に衝突することで、熱交換器６の側面Ｐ１に向かって流れるようになっている。このスラリーはその後、研磨パッド２と熱交換器６との間の隙間に流入することとなる。
【００２３】
図４は、第１実施形態の半導体製造装置の動作を説明するための別の上面図である。
【００２４】
図４(ａ)の衝立部１１は、熱交換器６に対して、研磨パッド２の回転方向（Ａ１）の上流側に位置している。一方、図４(ｂ)の衝立部１１は、熱交換器６に対して、研磨パッド２の回転方向の下流側に位置している。これらの衝立部１１は、図３(ａ)および図３(ｂ)を参照して説明したように、いずれもスラリーを研磨パッド２と熱交換器６との間に流れ込ませる作用がある。よって、各衝立部１１は、熱交換器６の上流側に設けられていてもよいし、熱交換器６の下流側に設けられていてもよい。
【００２５】
図５は、第１実施形態の熱交換器６の構造の例を示す斜視図である。
【００２６】
図５(ａ)の衝立部１１は、平坦な底面を有している。一方、図５(ｂ)の衝立部１１は、矩形状の凸部１１ａと凹部１１ｂが設けられた底面を有している。また、図５(ｃ)の衝立部１１は、曲線状の凸部１１ｃと凹部１１ｄが設けられた底面を有している。このように、各衝立部１１の底面は、平坦面でもよいし非平坦面でもよい。
【００２７】
図５(ａ)の構造は例えば、研磨パッド２の上面と衝立部１１の底面との間にあまり隙間を設けたくない場合などに採用可能である。一方、図５(ｂ)や図５(ｃ)の構造は例えば、研磨パッド２の上面の溝に衝立部１１がはまることを防止したい場合や、衝立部１１の抵抗を低減したい場合などに採用可能である。
【００２８】
図６は、第１実施形態の熱交換器６の構造の例を示す側面図である。
【００２９】
図６(ａ)の衝立部１１は、熱交換器６の側面Ｐ１に固定されている。一方、図６(ｂ)の衝立部１１は、熱交換器６に対して上下方向（±Ｚ方向）に移動可能なように熱交換器６に取り付けられている。矢印Ｍは、衝立部１１が熱交換器６に対して下降する様子を示している。符号Ｌは、研磨パッド２上のスラリーを示す。
【００３０】
図６(ｂ)に示すように、研磨パッド２と衝立部１１との間の隙間を狭くすると、スラリーが、衝立部１１の下を通過しにくくなり、研磨パッド２と熱交換器６との間により入り込みやすくなる。一方、研磨パッド２と衝立部１１との間の隙間は、図６(ｂ)の状態よりは広く設定したい場合もある。図６(ａ)の衝立部１１によれば、この隙間の大きさを自由に変えることが可能となる。衝立部１１の移動は例えば、熱交換器６用のアームを介して制御可能である。
【００３１】
以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、熱交換器６の側面Ｐ１に設けられた１つ以上の衝立部１１を備えている。よって、本実施形態によれば、研磨パッド２と熱交換器６との間にスラリーを容易に入り込ませることが可能となる。
【００３２】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態の熱交換器６の構造を示す側面図と斜視図である。本実施形態の熱交換器６は、第１実施形態の熱交換器６と同様に、図１の半導体製造装置に設けられている。
【００３３】
図７(ａ)の側面図は、熱交換器６の底面Ｐ２に設けられた１つ以上の突起部１２を示している。これらの突起部１２は、突出部の例であり、熱交換器６の底面Ｐ２から下向きに突出している。熱交換器６には、突起部１２だけでなく衝立部１１も設けられていてもよい。
【００３４】
本実施形態によれば、突起部１２により研磨パッド２と熱交換器６との間に隙間が形成されることで、スラリーが研磨パッド２と熱交換器６との間に入り込みやすくなる。これにより、第１実施形態と同様に、研磨パッド２やスラリーの温度を効率よく制御することが可能となる。
【００３５】
また、本実施形態によれば、熱交換器６の底面Ｐ２に突起部１２が存在することで、熱交換器６がスラリー上に浮いた状態（ハイドロプレーニング）を発生させやすくなる。このことも、研磨パッド２と熱交換器６との間にスラリーを入り込みやすくする。これにより、研磨パッド２やスラリーの温度をさらに効率よく制御することが可能となる。
【００３６】
熱交換器６の底面Ｐ２に対する突起部１２の厚さ（Ｚ方向の寸法）は、例えば５０〜１００μｍである。また、突起部１２の形状や配置は、様々な態様を採用可能であるが、例えば図７(ｂ)〜図７(ｄ)に示す形状や配置を採用可能である。
【００３７】
図７(ｂ)〜図７(ｄ)の斜視図は、熱交換器６の上下を逆さにした状態を示しており、熱交換器６の底面Ｐ２を示している。図７(ｂ)の突起部１２は、立方体の形状を有している。図７(ｃ)の突起部１２は、円柱や半円柱の形状を有している。図７(ｄ)の突起部１２は、半球の形状を有している。このように、熱交換器６に設けられた複数の突起部１２は、すべて同じ形状を有していてもよいし、２種類以上の形状を有していてもよい。また、熱交換器６に設けられた複数の突起部１２は、規則的に配置されていてもよいし、不規則に配置されていてもよい。
【００３８】
これらの突起部１２は、どのような方法で製造してもよいが、例えば、熱交換器６の底面Ｐ２にねじ等の締結具により突起部１２を締結してもよいし、熱交換器６の筐体と突起部１２とを同じ金型から成形してもよい。本実施形態の突起部１２の素材は、熱交換器６の底面６の素材と同様に、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）である。
【００３９】
本実施形態では、熱交換器６の底面Ｐ２の形状は円であり、底面Ｐ２の面積「Ｓａ」はπｒ２である（ｒは底面Ｐ２の半径）。一方、図７(ｂ)の熱交換器６の底面Ｐ２において、４個の突起部１２が設けられた領域の面積「Ｓｂ」は、４ａ２である（ａは突起部１２の一辺の長さ）。本実施形態では、熱交換器６の底面Ｐ２において、突起部１２が設けられた領域が占める割合、すなわち、Ｓａに対するＳｂの比率は、５０％未満とすることが望ましい。これを数式で表すと、Ｓｂ／Ｓａ＜０．５となる。これは、図７(ｃ)の熱交換器６や、図７(ｄ)の熱交換器６についても同様である。図７(ｂ)〜図７(ｄ)におけるＳｂ／Ｓａの値は、例えば０．０２〜０．１（２〜１０％）とすることが望ましい。
【００４０】
Ｓｂ／Ｓａの値を小さくすることには、例えば研磨パッド２と突起部１２との接触面積が小さくなるという利点がある。これにより、スラリーが研磨パッド２と熱交換器６との間により入り込みやすくなる。
【００４１】
図８は、第２実施形態の第１変形例の熱交換器６の構造を示す側面図である。図９は、第２実施形態の第２変形例の熱交換器６の構造を示す側面図と斜視図である。
【００４２】
第１変形例では、上述の突起部１２が、特定方向に回転可能な単輪キャスターの突起部１３に置き換えられている。第２変形例では、上述の突起部１２が、任意方向に回転可能な球状キャスターの突起部１４に置き換えられている。これらの変形例によれば例えば、研磨パッド２上で熱交換器６を移動させる際に、突起部１３、１４が研磨パッド２にダメージを与えることを抑制することが可能となる。なお、上述の突起部１２は、回転可能なその他の突起部（例えばローラー）に置き換えてもよい。
【００４３】
図１０は、第２実施形態の熱交換器６の設置状態の例を示す上面図と側面図である。
【００４４】
図１０(ａ)の上面図と側面図は、熱交換器６の設置状態の第１の例を示し、図１０(ｂ)の上面図と側面図は、熱交換器６の設置状態の第２の例を示している。これらの上面図では、説明を分かりやすくするために、熱交換器６の底面Ｐ２に対する突起部１２の取付位置が示されている。
【００４５】
図１０(ａ)では、熱交換器６の底面Ｐ２に４個の突起部１２が均等に設けられている。その結果、熱交換器６の底面Ｐ２が、研磨パッド２に対して全面的に浮いており、研磨パッド２の上面Ｐ１に非接触となっている。
【００４６】
一方、図１０(ｂ)では、熱交換器６の底面Ｐ２に２個の突起部１２が不均等に設けられている。その結果、熱交換器６の底面Ｐ２が、研磨パッド２に対してその上流部分だけが浮いており、研磨パッド２の上面Ｐ１にその下流部分が接触している。
【００４７】
図１０(ａ)の場合には、スラリーは研磨パッド２と熱交換器６との間の隙間にどの方向からも流入しやすい。一方、図１０(ｂ)の場合には、スラリーは研磨パッド２と熱交換器６との間の隙間に上流部分から流入しやすい。しかしながら、スラリーは、隙間の外部から上流部分には到来しやすいが、隙間の外部から下流部分には到来しにくいため、図１０(ｂ)の場合のスラリーの流入しやすさは、図１０(ａ)の場合のスラリーの流入しやすさとほぼ同じである。よって、本実施形態では、図１０(ａ)と図１０(ｂ)のどちらの構成を採用してもよい。
【００４８】
図１１は、第２実施形態の第３変形例の熱交換器６の構造を示す斜視図および上面図である。
【００４９】
第３変形例では、上述の突起部１２が、図１１(ａ)の斜視図に示すように、突起部１５に置き換えられている。図１１(ａ)の斜視図は、熱交換器６の上下を逆さにした状態を示しており、熱交換器６の底面Ｐ２を示している。上述の突起部１２がおおむね点状の平面形状を有しているのに対し（図７(ｂ)〜図７(ｄ)）、第３変形例の突起部１５はおおむね線状の平面形状を有している（図１１(ａ)）。突起部１５は、熱交換器６の底面Ｐ２に沿って延びる線状の形状を有している。
【００５０】
図１１(ｂ)の上面図では、説明を分かりやすくするために、熱交換器６の底面Ｐ２に対する突起部１５の取付位置が示されている。本変形例によれば、線状に延びる突起部１５により、スラリーが流れる方向を制御することが可能となる。図１１(ｂ)は、研磨パッド２の外周部に向かって流れるスラリーを、突起部１５が研磨パッド２の中心部に戻す様子を示している。
【００５１】
以上のように、本実施形態の半導体製造装置は、熱交換器６の底面Ｐ２に設けられた１つ以上の突起部１２〜１５を備えている。よって、本実施形態によれば、研磨パッド２と熱交換器６との間にスラリーを容易に入り込ませることが可能となる。
【００５２】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態の半導体製造装置の構造を示す斜視図である。
【００５３】
図１２の半導体製造装置は、図１に示す構成要素に加えて、熱交換器６用のアーム８を備えている。アーム８は、熱交換器６を保持しており、熱交換器６を揺動させることや、熱交換器６を自転させることが可能である。アーム８の動作は、制御部７により制御される。本実施形態のアーム８は、第１実施形態の熱交換器６に適用してもよいし、第２実施形態の熱交換器６に適用してもよい。
【００５４】
アーム８は、矢印Ａ３で示すように、回転軸Ｃ３を中心に回転することで、熱交換器６を研磨パッド２上で移動させることや、熱交換器６を研磨パッド２上で揺動させることが可能である。また、アーム８は、矢印Ａ４で示すように、熱交換器６を回転軸Ｃ４を中心に回転（自転）させることができる。これらの場合、熱交換器６の底面Ｐ２にキャスターの突起部１３、１４を設ければ、熱交換器６の揺動や自転がより容易となる。
【００５５】
本実施形態によれば、熱交換器６の揺動や自転により、例えば、研磨パッド２やスラリーの温度をより均等に制御することや、スラリーに流れを与えることなどが可能となる。
【００５６】
なお、第１から第３実施形態では、熱交換器６により研磨パッド２やスラリーを加熱する例を説明したが、研磨パッド２やスラリーを冷却することが望ましい場合には、熱交換器６により研磨パッド２やスラリーを冷却してもよい。すなわち、熱交換器６による熱交換は、研磨パッド２やスラリーを加熱するために使用してもよいし、研磨パッド２やスラリーを冷却するために使用してもよい。
【００５７】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００５８】
１：研磨テーブル、２：研磨パッド、３：研磨ヘッド、４：ウェハ、
５：スラリー供給部、６：熱交換器、７：制御部、８：アーム、
１１：衝立部、１１ａ：凸部、１１ｂ：凹部、１１ｃ：凸部、１１ｄ：凹部、
１２、１３、１４、１５：突起部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019161090.tif 000009
【図８】
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【図９】
2019161090.tif 000011
【図１０】
2019161090.tif 000012
【図１１】
2019161090.tif 000013
【図１２】
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