(57)【要約】【課題】スラリーの集中供給方式におけるＣＭＰ処理システムで、異なる濃度のスラリーを用いるＣＭＰ処理を並行して行えるようにする。【解決手段】複数台のＣＭＰ装置３０に、集中供給方式でスラリーＡを供給する。複数台のＣＭＰ装置３０には、個別の配管２１ａにより、スラリー希釈液を供給する。ＣＭＰ装置３０には、それぞれ、スラリーＡ用の流量制御機構、スラリー希釈液用の流量制御機構を設け、供給されたスラリーＡとスラリー希釈液とをレシピに合わせて混合し、製品種に合わせた希釈スラリーでＣＭＰ処理を行う。異なるスラリー濃度の複数種のＣＭＰ処理を並行して行う。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数台の化学的機械研磨装置にスラリーを供給して研磨を行う化学的機械研磨処理システムであって、
前記複数台の化学的機械研磨装置が共用するスラリー供給手段と、
前記スラリーを希釈するスラリー希釈液を供給するスラリー希釈液供給手段とを有することを特徴とする化学的機械研磨処理システム。
【請求項２】
請求項１記載の化学的機械研磨処理システムにおいて、
前記スラリー供給手段により供給されたスラリーと、前記スラリー希釈液供給手段により供給されたスラリー希釈液とは、前記複数台の化学的機械研磨装置側で、供給量がそれぞれ独立制御されることを特徴とする化学的機械研磨処理システム。
【請求項３】
請求項１記載の化学的機械研磨処理システムにおいて、
供給量の独立制御としては、前記複数台の化学的機械研磨装置の各々に設けた流量測定手段と、前記流量測定手段により測定された流量と予め設定されていた設定流量との照合に基づき、設定流量に制御する流量制御手段とを有することを特徴とする化学的機械研磨処理システム。
【請求項４】
請求項１記載の化学的機械研磨処理システムにおいて、
前記スラリー希釈液は、前記スラリーに含まれ、前記スラリーを用いた場合の研磨レートに影響を与える薬液であることを特徴とする化学的機械研磨処理システム。
【請求項５】
請求項１記載の化学的機械研磨処理システムにおいて、
前記スラリー希釈液は、前記スラリーに含まれ、前記スラリーを用いた場合の研磨レートに影響を与える薬液であり、
前記スラリー希釈液により希釈された希釈スラリーの前記薬液の濃度は、前記スラリーにおける前記薬液の濃度以上であることを特徴とする化学的機械研磨処理システム。
【請求項６】
請求項１記載の化学的機械研磨処理システムにおいて、
前記スラリー希釈液は、過酸化水素水であることを特徴とする化学的機械研磨処理システム。
【請求項７】
請求項１記載の化学的機械研磨処理システムにおいて、
前記スラリー希釈液は、過酸化水素水であり、
前記スラリー希釈液として用いる前記過酸化水素水の濃度は、前記スラリーの過酸化水素水濃度以上の濃度に設定されていることを特徴とする化学的機械研磨処理システム。
【請求項８】
請求項１記載の化学的機械研磨処理システムにおいて、
前記スラリー希釈液は、過酸化水素水であり、
前記スラリー希釈液の供給量と、前記スラリーの供給量は、前記複数台の化学的機械研磨装置の各々に設けた脱気手段と、流量測定手段と、前記流量測定手段により測定された流量と予め設定されていた設定流量との照合に基づき、設定流量に制御する流量制御手段とで、前記複数台の化学的機械研磨装置側でそれぞれ独立に制御されることを特徴とする化学的機械研磨処理システム。
【請求項９】
共用するスラリー供給手段からスラリーを供給するスラリー集中供給方式で複数台の化学的機械研磨装置にスラリーを供給して化学的機械研磨を行う化学的機械研磨方法であって、
前記複数台の化学的機械研磨装置のうち少なくとも一部の化学的機械研磨装置では、供給される前記スラリーをスラリー希釈液で希釈した希釈スラリーを用いて化学的機械研磨を行い、
前記複数台の化学的機械研磨装置により、異なるスラリー濃度での複数の化学的機械研磨を並行して行うことを特徴とする化学的機械研磨方法。
【請求項１０】
請求項９記載の化学的機械研磨方法において、
前記希釈スラリーを用いて行う化学的機械研磨の研磨レートは、集中供給方式で供給された前記スラリーを希釈することなく用いた化学的機械研磨の研磨レート以上になるように設定されていることを特徴とする化学的機械研磨方法。
【請求項１１】
請求項９記載の化学的機械研磨方法において、
前記複数台の化学的機械研磨装置のうち一部の化学的機械研磨装置では、前記スラリー供給手段から供給されるスラリーとは異なるスラリーを前記スラリー供給手段とは異なるスラリー供給手段から供給できるようにして、スラリーを変えた研磨を行うことを特徴とする化学的機械研磨方法。
【請求項１２】
請求項９記載の化学的機械研磨方法において、
前記複数台の化学的機械研磨装置では、同一製品種の異なる研磨段階の化学的機械研磨を並行して行うことを特徴とする化学的機械研磨方法。
【請求項１３】
請求項９記載の化学的機械研磨方法において、
前記集中供給方式で供給される前記スラリーは砥粒と薬液とを含み、
前記スラリー希釈液は、前記薬液のうち、前記スラリーを使用した場合の研磨レートに影響を及ぼす薬液で、その濃度は、前記スラリーを使用した場合の研磨レートに影響を及ぼす薬液の前記スラリーでの薬液濃度以上であることを特徴とする化学的機械研磨方法。
【請求項１４】
複数台の化学的機械研磨装置に共通のスラリー供給手段からスラリーを供給して研磨を行う研磨工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記研磨工程では、前記複数台の化学的機械研磨装置を用いて、異なるスラリー濃度での研磨が並行して行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
複数台の化学的機械研磨装置に共通のスラリー供給手段からスラリーを供給して研磨を行う研磨工程を有する半導体装置の製造方法であって、
前記研磨工程では、前記複数台の化学的機械研磨装置を用いて、異なるスラリー濃度でのメタル系金属膜の研磨が並行して行われることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【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（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）技術及びそれを用いた半導体装置の製造技術に関し、特に、スラリーの集中供給方式をベースにして異なるスラリー濃度のＣＭＰを並行して行う多品種生産に適用して有効な技術である。
【０００２】
【従来の技術】
以下に説明する技術は、本発明を研究、完成するに際し、本発明者によって検討されたものであり、その概要は次のとおりである。
【０００３】
ＣＭＰ技術は、近年、益々半導体装置の高集積化が要求されるなか、半導体ウエハの高精度平坦化に際して、極めて重要な技術として位置づけられている。ＣＭＰ装置は、回転する研磨パッドと半導体ウエハの被研磨面との間に、砥粒と薬液とからなるスラリーを供給しながら研磨する装置である。
【０００４】
かかるＣＭＰ装置では、大量生産に対応すべく、複数のＣＭＰ装置にスラリーを効率よく供給する方式として、スラリーの集中供給方式が採用されている。すなわち、スラリー供給機構を複数のＣＭＰ装置で共用させ、共通のスラリーを複数のＣＭＰ装置に配管を通して供給することにより、複数台のＣＭＰ装置で同一品種のＣＭＰ研磨の処理を並行して行い、その処理量をアップしようとするものである。
【０００５】
かかるスラリーの集中供給方式においては、複数台のＣＭＰ装置に対して同様の流圧、流量でスラリーの供給を行わなければならず、従来は大容量のポンプを常時稼働させてその処理を行っていた。
【０００６】
しかし、大容量のポンプの常時稼働では、コスト的に高くつき、且つ、複数のＣＭＰ装置でスラリーの供給条件をほぼ一定に保つには、その制御が難しいという指摘がなされていた。
【０００７】
そこで、未使用の研磨スラリーをバッファタンクに一旦貯留させ、かかるバッファタンクから個々にスラリーを、それぞれに設けた小容量のポンプでＣＭＰ装置側に個々に汲み出す方式を採用することで、大容量ポンプでスラリーの供給制御を行うそれまでのスラリーの集中供給方式における問題点の解消を図る技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
一方、ＣＭＰ技術は、半導体製造分野では、シリコンウエハの鏡面仕上等種々の面で使用されているが、その中でも、シングルダマシン、デュアルダマシン等の半導体装置の配線工程における金属膜の研磨に有効に使用されている。
【０００９】
かかる金属膜のＣＭＰ処理においては、対応金属種に応じて種々のスラリーが開発されているが、例えば、砥粒に酸化剤を薬液として配合したスラリーにより、被研磨面を酸化させながら研磨するスラリーがある。かかる酸化剤としては、過酸化水素水がよく用いられている。
【００１０】
しかし、過酸化水素水は、自己分解し易く、集中供給方式により各々のＣＭＰ装置にスラリーを供給する場合に、供給途中で自己分解が起こり供給先のＣＭＰ装置での過酸化水素水濃度が所望の濃度から外れてしまう等の問題点が指摘されていた。
【００１１】
そこで、過酸化水素水を酸化剤として含むスラリーを集中供給方式で供給する一方、ＣＭＰ装置側では、被研磨面の直上で、上記スラリーとは別系統から供給される過酸化水素水を集中供給方式で供給されるスラリーに直前混合させることで、過酸化水素水の濃度を所定濃度に設定して、所期の研磨レートでの研磨処理が行えるようにした技術が提案されている（特許文献２参照）。
【００１２】
またスラリーのｐＨ値を検出して検出結果にもとづいてスラリーの化学薬剤供給タンクから薬剤を供給してｐＨ値を調整する方法がある（特許文献３参照）。
【００１３】
また２つの研磨装置に対して１回に使われる必要なスラリーをそれぞれ別のスラリー供給制御装置を用いて個々にスラリー供給量を制御する方法がある（特許文献４参照）。
【００１４】
【特許文献１】
特開２０００−２３７９５９号公報（図１参照）
【００１５】
【特許文献２】
特開２０００−２７７４６８号公報（図１参照）
【００１６】
【特許文献３】
特開２０００−３２６２１１号公報（図２参照）
【００１７】
【特許文献４】
特開平１１−１２６７６４号公報（図７参照）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
半導体装置の製造分野においては、近年、半導体装置を用いた電子機器等の適用製品が多岐に亘り、且つ、製品のライフサイクルが短くなってきたため、以前の小品種大量生産の方式から、客先のニーズに合わせて、短期間で多品種の製品を提供する生産方式が求められている。
【００１９】
しかし、これまでは、基本的に、同一品種を大量に安価に製造できるシステム構成が主流であったため、上記多品種生産に適ったシステム対応は、未だ十分に図られているとは言えない。
【００２０】
ＣＭＰ技術等の研磨処理についても同様である。従来のＣＭＰ技術としてのスラリーの集中供給方式は、小品種大量生産方式に適った方式ではあるが、多品種生産方式に適した構成とは言えない。
【００２１】
ＣＭＰ処理では、研磨対象となる製品種毎に、あるいは、同一製品種の研磨でも研磨段階毎に、使用するスラリーの濃度を変えることは普段に行われている対応である。これまでのスラリーの集中供給方式では、かかるスラリー濃度を種々変えた製品種のＣＭＰ処理に機敏に対応することはできない。
【００２２】
例えば、集中供給方式で供給されるスラリーの濃度を少し変えてＣＭＰ処理を行いたい場合が発生しても、かかる要請に応えるには、集中供給方式を採用しているＣＭＰシステム全体をストップさせて、異なる濃度のスラリーに切り替えなければならない。
【００２３】
かかる製品種のＣＭＰ処理量が、ＣＭＰ処理システムの複数台のＣＭＰ装置をフル稼働させるだけの処理量が確保されている場合にはともかく、一部のＣＭＰ装置の稼働で済む程度の処理量では、敢えて他の製品種のＣＭＰ処理をストップさせなければならないスラリーの供給方式は、稼働効率の観点等からは好ましくない。
【００２４】
一方、かかる要請に応える方法としては、スラリーの集中方式を採用していない単独のＣＭＰ装置を用いて対応することも可能ではある。しかし、使用するスラリーの濃度毎に、製品種毎に、単独のＣＭＰ装置をそれぞれ設備しておくことは、スペース的にも、設備コスト的にも決して有効な対策ではない。
【００２５】
小品種の大量処理と、多品種の少量処理との双方に臨機応変に対応できるＣＭＰ処理システムの開発が求められている。
【００２６】
本発明の目的は、スラリーの集中供給方式におけるＣＭＰ処理システムで、異なる濃度のスラリーを用いるＣＭＰ処理が並行して行えるようにすることにある。
【００２７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２９】
すなわち、本発明では、スラリー希釈液供給手段を、複数台のＣＭＰ装置で共用するスラリー供給手段とは別に設けることにより、供給スラリーを必要に応じて希釈して、異なるスラリー濃度でのＣＭＰ処理を並行して行うことができる。
【００３０】
スラリー希釈液を、例えば、過酸化水素水等のスラリー構成成分の薬液のうち、研磨レートに最大の影響を及ぼす薬液とし、かかるスラリー希釈液として使用する薬液の濃度をスラリーにおける上記薬液の濃度と少なくとも同程度の濃度としておくことにより、薬液濃度による研磨レートの大きな変動を避けながら、製品種に合わせた適切な希釈スラリーでのＣＭＰ処理を行わせることができる。
【００３１】
不必要に高濃度のスラリーでＣＭＰ処理を行う場合に比べて、スラリーの消費量を削減して、ＣＭＰ処理コストの低減を積極的に図ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明を省略する場合がある。
【００３３】
（実施の形態１）
本実施の形態１では、本発明のＣＭＰ処理システムの基本的構成について説明する。図１は、本発明に係る一実施の形態の化学的機械研磨処理システム（以下、ＣＭＰ処理システムと略記する場合がある。）の全体構成を示す説明図である。図２は、スラリー、スラリー希釈液の流量制御機構の構成を示す説明図である。図３は、ＣＭＰ装置の要部構成を示す説明図である。
【００３４】
尚、以下の説明では、スラリーとしては酸化剤である過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）を薬液として含むものを、スラリー希釈液としては過酸化水素水を、それぞれ用いる場合を例に挙げて説明する。しかし、本発明を適用するに際して、スラリー、スラリー希釈液を上記構成に限定する必要はない。
【００３５】
本発明のＣＭＰ処理システムは、図１に示すように、スラリーＡを供給するスラリー供給手段１０と、スラリー希釈液を供給するスラリー希釈液供給手段２０とを有する。
【００３６】
スラリー供給手段１０は、図１に示すように、スラリー集中供給機１０ａに構成され、スラリー集中供給機１０ａは、スラリー集中供給配管１１により複数台のＣＭＰ装置３０に配管接続され、複数台のＣＭＰ装置３０で使用するスラリーＡを供給できるようになっている。
【００３７】
個々のＣＭＰ装置３０ａ（３０）、３０ｂ（３０）、３０ｃ（３０）側には、図１のＣＭＰ装置３０ａで示すように、流量制御装置１２、ガス抜き装置１３、流量測定装置１４が設けられ、供給されるスラリーＡの供給量を制御できるようになっている。
【００３８】
酸化剤の過酸化水素水を薬液として使用するスラリーＡは、例えば、図１に示すように、スラリー原液と３０％の過酸化水素水とをスラリー集中供給機１０ａに供給して、適宜比率で混合することにより、過酸化水素水の最終濃度が２％に調製されている。
【００３９】
このようにして調製された過酸化水素水濃度が２％のスラリーＡは、スラリー集中供給機１０ａの図示しない供給ポンプにより複数台のＣＭＰ装置３０に供給され、図２に示すように、個々のＣＭＰ装置３０側で、その流量制御が精緻に行われる。
【００４０】
すなわち、スラリー集中供給配管１１から流量制御装置１２を介して大まかに流量制御されたスラリーＡは、図２に示すように、ガス抜き装置１３で、薬液として使用されている過酸化水素水の自己分解により発生するガスが抜かれ、例えば、超音波式流量計１４ａ等に構成された流量測定装置１４に送られてスラリーＡの流量が測定される。
【００４１】
ガス抜き装置１３を流量測定装置１４の前に設けることで、スラリーＡの流量測定に際しての気泡混在による測定精度の低下を未然に防止して、より精度の高い流量測定を行うことができる。
【００４２】
測定されたスラリーＡの流量は、図の矢印に示すように、ＣＭＰ装置３０での研磨対象に合わせて予め設定されているレシピの流量設定値と照合される。照合結果に従って、レシピの流量設定値となるように出力制御部１５から、オリフィスポンプ１６ａ等に構成された流量制御部１６に制御信号が送られ、スラリーＡの精緻な流量制御が行われる。かかる流量制御が行われたスラリーＡはスラリー希釈混合装置１７に送られる。
【００４３】
一方、スラリー希釈液供給手段２０は、図１に示すように、スラリー希釈装置２０ａに構成され、分岐２１を介して配管２１ａにより複数台のＣＭＰ装置３０に各別に配管接続され、複数台のＣＭＰ装置３０で使用するスラリー希釈液を供給できるようになっている。
【００４４】
個々のＣＭＰ装置３０ａ（３０）、３０ｂ（３０）、３０ｃ（３０）側には、図１のＣＭＰ装置３０ａに代表して示すように、流量制御装置２２、ガス抜き装置２３、流量測定装置２４が設けられ、供給されるスラリー希釈液の供給量を制御できるようになっている。
【００４５】
スラリー希釈液には、前述のように、上記構成のスラリーＡの薬液としての過酸化水素水が用いられる。スラリー希釈液として使用される過酸化水素水は、３０％の過酸化水素水をスラリー希釈装置２０ａに供給して、純水により、例えば、２％以上、５％以内の範囲の濃度に調製され、図示しない供給ポンプにより個々のＣＭＰ装置３０に供給される。
【００４６】
スラリー希釈液としての過酸化水素水の濃度を上記２〜５％の範囲に設定したのは、スラリーＡをスラリー希釈液で希釈した希釈スラリーの過酸化水素水濃度を、スラリーＡの過酸化水素水濃度２％程度に維持できるようにするためである。
【００４７】
過酸化水素水を酸化剤として含むスラリーＡでは、本発明者により、実験で、ＣＭＰ処理における研磨レートは、過酸化水素水濃度が支配的であることが確認されている。そこで、希釈前のスラリーＡの研磨レートを維持しながら希釈スラリーを使用するためには、スラリー希釈液としての過酸化水素水濃度を、スラリーＡの濃度以上に設定しておく必要がある。
【００４８】
しかし、余り濃い過酸化水素水をスラリー希釈液として使用すると、希釈スラリーの過酸化水素水濃度を例えば２％に調整するに際して、添加量が微量となり、現行の流量制御方法では添加量の制御精度が正確に行えない虞がある。そこで、制御誤差を小さくするため、添加量を数百ｍｌ程度のオーダーで調整できるようにすることが好ましい。
【００４９】
さらに、スラリー希釈液の添加量がスラリーＡの量に比べて極端に少ない場合には、スラリーＡとの混合に際して、スラリー希釈液がスラリーＡ内に短時間で均一に分散、混合されにくく、希釈スラリーにおける過酸化水素水の濃度不均一が発生し易い。
【００５０】
かかる観点から、過酸化水素水濃度が２％のスラリーＡに対して使用するスラリー希釈液の過酸化水素水濃度を２％以上、５％以内と設定した。
【００５１】
勿論、数十ｍｌ、あるいは数ｍｌ等の少量のオーダーでの添加量調節が精度よく行えれば、スラリー希釈液として使用する過酸化水素水の濃度上限を、５％より高く設定しても構わない。
【００５２】
このように過酸化水素水濃度が設定されたスラリー希釈液は、個々のＣＭＰ装置３０に供給され、図２に示すように、その流量が精緻に制御されて、スラリー希釈混合装置１７に送られる。
【００５３】
すなわち、流量制御装置２２を介して大まかに流量制御されたスラリー希釈液は、図２に示すように、ガス抜き装置２３に送られ、過酸化水素水の自己分解により発生するガスが抜かれる。その後、例えば、超音波式流量計２４ａ等に構成された流量測定装置２４に送られてスラリー希釈液の流量が測定される。
【００５４】
測定されたスラリー希釈液は、図の矢印に示すように、ＣＭＰ装置３０での研磨対象に合わせて予め設定されているレシピのスラリー希釈度に必要な流量設定値と照合される。照合結果に従って、レシピの流量設定値に合わせるように出力制御部２５から、オリフィスポンプ２６ａ等に構成された流量制御部２６に制御信号が送られ、スラリー希釈液の精緻な流量制御が行われ、かかる制御が行われたスラリー希釈液としての過酸化水素水はスラリー希釈混合装置１７に送られる。
【００５５】
スラリー希釈混合装置１７では、レシピに合わせて流量制御された過酸化水素水濃度２％のスラリーＡと、濃度２〜５％の過酸化水素水であるスラリー希釈液とが混合され、スラリーＡが適宜所望濃度に希釈される。
【００５６】
例えば、流量制御により２％の過酸化水素水濃度のスラリーＡと、２％の過酸化水素水濃度のスラリー希釈液とが、等量混合されれば、スラリーＡの過酸化水素水濃度２％が維持された状態で、スラリーＡは５０％に希釈されることとなる。このようにしてスラリー希釈混合装置１７で調製された希釈スラリーは、ＣＭＰ装置３０の研磨部側に供給されてＣＭＰ処理が行われる。
【００５７】
因みに、ＣＭＰ装置３０は、図３に示すように構成されている。すなわちＣＭＰ装置３０では、モータ３１により回転させられる定盤３２に研磨パッド３３が設けられている。研磨パッド３３の表面に対して、モータ３４により回転するウエハキャリア３５にキャリアパッド３６を介して設けられたウエハＷの研磨面が対面配置されている。
【００５８】
併せて、研磨パッド３３の上方には、ノズル３７が設けられ、上記スラリー希釈混合装置１７によりスラリーＡとスラリー希釈液とが混合されてなる希釈スラリーが研磨パッド３３の表面に供給されるようになっている。図中、希釈スラリーをＳ１で示した。
【００５９】
このようにして研磨パッド３３表面に供給された希釈スラリーＳ１を用いて、研磨パッド３３の研磨面に対面配置されたウエハＷの研磨面を互いに回転させながらウエハＷの研磨面の平坦化を行う。
【００６０】
かかるスラリーの希釈処理は、個々のＣＭＰ装置３０ａ、３０ｂ、３０ｃ側で独立して制御可能であるため、スラリーの集中供給方式を採用したＣＭＰ処理システムを使用して、複数台のＣＭＰ装置３０を用いて、異なるスラリー濃度のＣＭＰ処理を並行して行えることとなる。
【００６１】
すなわち、複数台のＣＭＰ装置にスラリーを集中供給する方式を維持しつつ、個々のＣＭＰ装置で、異なるスラリー濃度のＣＭＰ処理を行う必要がある異種製品の並行ＣＭＰ処理が行えるのである。
【００６２】
そのため、本発明のＣＭＰ処理システムを使用することにより、ある場合には同一濃度のスラリーを使用して複数台のＣＭＰ装置の全部を用いて同一品種のＣＭＰ処理を行い、ある場合には複数台のＣＭＰ装置の一部で、異なるスラリー濃度を適用する複数の製品種のＣＭＰ処理を並行して行うこともできるのである。
【００６３】
集中供給により事前混合されたスラリーＡを使用する条件と同じ濃度の酸化剤をスラリー希釈液として使用することで、スラリーＡを希釈する条件を製品種毎に使い分けることができ、一律に同一スラリーを使用する場合に比べて、スラリーの使用量の削減が図れ、ＣＭＰ処理における大幅なコスト低減をフレキシブルに実現することができる。
【００６４】
ＣＭＰ処理におけるスラリーコストは、一般的に、主要資材の５０％にもなると云われ、スラリーの使用量を抑えることは、ＣＭＰ処理におけるコスト低減に極めて大きく寄与する。
【００６５】
例えば、本発明のＣＭＰ処理システムを使用すれば、希釈スラリーの過酸化水素水濃度をスラリーＡの過酸化水素水濃度と同じにしてＣＭＰ処理を行うことができるので、研磨レートを変えることなく、スラリーＡの使用量を少なくすることができるのである。スラリーＡを１００％使用して行ったと同じ効果を有するＣＭＰ処理を、スラリーＡの使用量を半分で達成することができる。
【００６６】
従来のスラリーの集中供給方式のシステムでは、本発明のＣＭＰ処理システムとは異なり、複数台のＣＭＰ装置の一部で集中供給方式で供給されるスラリーをさらに希釈してＣＭＰ処理を行うことはできず、また、希釈したスラリーの過酸化水素水濃度を希釈する前の濃度に維持させることもできない。
【００６７】
上記説明では、希釈スラリーの過酸化水素水濃度を、スラリーＡの過酸化水素水濃度と同程度に設定する場合を示したが、スラリーＡの過酸化水素水濃度より高く設定して研磨レートを上げるようにしても構わない。また、研磨レートを下げる必要がある場合には、スラリーＡの過酸化水素水濃度より低い濃度の過酸化水素水、あるいは純水をスラリー希釈液として使用しても構わない。
【００６８】
（実施の形態２）
前記実施の形態では、集中供給方式で供給されるスラリーＡを、複数台のＣＭＰ装置側で必要に応じて独立に希釈して、異なるスラリー濃度での複数の製品種のＣＭＰ処理を並行して行う場合について説明したが、本実施の形態では、複数種の希釈スラリーと、複数種のスラリーとを併用して、より多品種のＣＭＰ処理をも並行して行えるＣＭＰ処理システムについて説明する。
【００６９】
併せて、かかるＣＭＰ処理システムを用いた化学的機械研磨方法（以下、ＣＭＰ方法と略記する場合がある）、半導体装置の製造方法についても説明する。
【００７０】
図４は、本実施の形態で説明するＣＭＰ処理システムの全体構成を模式的に示す説明図である。図５は、複数種のスラリーと、スラリー希釈液との流量制御機構の構成を模式的に示す説明図である。
【００７１】
図４に示すＣＭＰ処理システムでは、スラリーＡを供給するスラリー供給手段１０と、スラリー希釈液を供給するスラリー希釈液供給手段２０と、スラリーＢを供給する異種スラリー供給手段４０とを有する。
【００７２】
スラリー供給手段１０は、図１に示す場合と同様に、スラリー集中供給機１０ａに構成され、スラリー集中供給配管１１により複数台のＣＭＰ装置３０ａ（３０）、３０ｂ（３０）、３０ｃ（３０）、３０ｄ（３０）、３０ｅ（３０）に配管接続され、複数台のＣＭＰ装置３０で使用するスラリーＡを供給できるようになっている。
【００７３】
個々のＣＭＰ装置３０ａ〜３０ｅ側には、図１のＣＭＰ装置３０ａに代表して示すように、それぞれ、流量制御装置１２、ガス抜き装置１３、流量測定装置１４が設けられ、供給されるスラリーＡの供給量を制御できるようになっている。
【００７４】
スラリーＡは、前記実施の形態と同様に、スラリー原液を酸化剤目的の３０％過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）の薬液で、例えば２％濃度に調製されている。
【００７５】
このようにして２％に過酸化水素水濃度が調製されたスラリーＡは、スラリー供給手段１０によりＣＭＰ装置３０に供給される。スラリー集中供給配管１１から流量制御装置１２を介して大まかに流量制御されたスラリーＡは、図５に示すように、ガス抜き装置１３で、薬液として使用されている過酸化水素水の自己分解により発生するガスが抜かれ、例えば、超音波式流量計１４ａ等に構成された流量測定装置１４に送られてスラリーＡの流量が測定される。
【００７６】
測定されたスラリーＡの流量は、図の矢印に示すように、ＣＭＰ装置３０での研磨対象に合わせて予め設定されているレシピの流量設定値と照合される。照合結果に従って、レシピの流量設定値となるように出力制御部１５から、オリフィスポンプ１６ａ等に構成された流量制御部１６に制御信号が送られ、スラリーＡの精緻な流量制御が行われ、かかる制御が行われたスラリーＡはスラリー希釈混合装置１７に送られる。
【００７７】
一方、スラリー希釈液供給手段２０は、前記実施の形態と同様に、図１に示すように、スラリー希釈装置２０ａに構成され、分岐２１を介して配管２１ａにより複数台のＣＭＰ装置３０に各別に配管接続され、複数台のＣＭＰ装置３０で使用するスラリー希釈液を供給できるようになっている。
【００７８】
個々のＣＭＰ装置３０ａ〜３０ｅ側には、流量制御装置２２、ガス抜き装置２３、流量測定装置２４が設けられ、供給されるスラリー希釈液の供給量を制御できるようになっている。
【００７９】
スラリー希釈液には、上記構成のスラリーＡの薬液としての過酸化水素水が用いられる。スラリー希釈液として使用される過酸化水素水は、３０％の過酸化水素水をスラリー希釈装置２０ａに供給して、純水により、例えば、２％以上、５％以内の範囲の濃度に調製されている。
【００８０】
かかるスラリー希釈液は、個々のＣＭＰ装置３０側で、流量制御装置２２を介して大まかに流量制御され、さらに、図５に示すように、ガス抜き装置２３で過酸化水素水の自己分解により発生するガスが抜かれる。その後、例えば、超音波式流量計２４ａ等に構成された流量測定装置２４に送られ、スラリー希釈液の流量が測定される。
【００８１】
流量が測定されたスラリー希釈液は、図の矢印に示すように、ＣＭＰ装置３０での研磨対象に合わせて予め設定されているレシピのスラリー希釈度に必要な流量設定値と照合される。照合結果に従って、レシピの流量設定値に合わせるように出力制御部２５から、オリフィスポンプ２６ａ等に構成された流量制御部２６に制御信号が送られ、スラリー希釈液の精緻な流量制御が行われ、かかる制御が行われたスラリー希釈液としての過酸化水素水はスラリー希釈混合装置１７に送られる。
【００８２】
一方、ＣＭＰ装置３０ｄ、３０ｅには、スラリーＡとは異なる種類のスラリーＢを供給する異種スラリー供給手段４０が、配管４１を介して接続されている。ＣＭＰ装置３０ｄ、３０ｅ側には、図５に示すように、流量制御機構がそれぞれ設けられ、スラリーＢの流量制御が行えるように構成されている。すなわち、配管４１を通してＣＭＰ装置３０ｄ、３０ｅ側に供給されたスラリーＢは、超音波式流量計４２ａ等に構成された流量測定装置４２に送られ、スラリーＢの流量が測定される。
【００８３】
流量が測定されたスラリーＢは、図の矢印に示すように、ＣＭＰ装置３０ｄ、３０ｅでの研磨対象に合わせて予め設定されているレシピのスラリーＢの混合量に必要な流量設定値と照合される。照合結果に従って、レシピの流量設定値に合わせるように出力制御部４３から、オリフィスポンプ４４ａ等に構成された流量制御部４４に制御信号が送られ、スラリーＢの精緻な流量制御が行われ、かかる制御が行われたスラリーＢはスラリー希釈混合装置１７に送られる。
【００８４】
スラリー希釈混合装置１７では、レシピに合わせて流量制御された過酸化水素水濃度２％のスラリーＡと、濃度２〜５％の過酸化水素水であるスラリー希釈液と、スラリーＢとが混合され、図３に示すＣＭＰ装置の研磨部側のノズル３７に供給され、スラリーＡ、Ｂの異種スラリーを併用したＣＭＰ処理に使用されることとなる。
【００８５】
かかる構成のＣＭＰ処理システムを用いて、多品種のＣＭＰ処理を並行して複数処理するＣＭＰ方法を、半導体装置の製造方法に適用する場合について説明する。
【００８６】
図６には、製品Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅなる半導体装置におけるＣＭＰ処理内容を示している。すなわち、製品Ａなる半導体装置では、その製造過程において、図４に示すような、ＣＭＰ処理の工程を必要とし、図４に示すＣＭＰ処理システムのＣＭＰ装置３０ａでＣＭＰ処理されるものである。
【００８７】
同様に、製品Ｂなる半導体装置はＣＭＰ装置３０ｂで、製品Ｃなる半導体装置はＣＭＰ装置３０ｃで、製品Ｄなる半導体装置はＣＭＰ装置３０ｄで、製品Ｅなる半導体装置はＣＭＰ装置３０ｅで、それぞれＣＭＰ処理されるものである。
【００８８】
かかる製品Ａ〜Ｅまでの半導体装置の製造に際しては、図４に示すＣＭＰ処理システムにより行うＣＭＰ処理は、以下の説明では、各々の半導体装置の配線工程おけるＷプラグ（タングステンプラグ）の形成に際してＣＭＰ処理を行う場合、すなわち絶縁層に形成したコンタクトホール、あるいはビアホールにＷ埋め込みを行う場合のＷ膜の研磨に適用する場合を例に挙げて説明する。
【００８９】
製品Ａは、第一層コンタクトホール、１層〜４層の各々のビアホールにＷ埋め込みによるＷプラグの形成に際して、集中供給方式により供給されるスラリーＡをそのまま、すなわちスラリーＡを１００％の状態で使用してＷ膜の化学的機械研磨を行うものである。
【００９０】
かかる研磨に際しては、スラリー希釈液の供給は、スラリー希釈液供給手段２０の制御により停止されている。
【００９１】
一方、製品Ｂは、第１層コンタクトホールのＷプラグ形成時にはスラリーＡをそのまま使用するが、１層〜４層の各々のビアホールでのＷプラグ形成に際しては、スラリーＡを半分（５０％）に希釈してＣＭＰ処理を行うものである。かかるＣＭＰ処理を行う際の過酸化水素水濃度は、スラリーＡの濃度に維持されている。
【００９２】
第１層コンタクトホールのＷ埋め込みによるＷプラグの形成時には、スラリー希釈液供給手段２０の制御によりスラリー希釈液の供給は停止され、スラリーＡのみ供給された状態で、ＣＭＰ処理が行われる。
【００９３】
一方、１層〜４層の各々のビアホールのＷ埋め込みによるＷプラグ形成に際してのＣＭＰ処理では、集中供給方式で供給されるスラリーＡと、スラリー希釈液を等量混合して、スラリー濃度を半分、すなわち５０％にしてＣＭＰ処理が行われる。ＣＭＰ処理を行う際の過酸化水素水濃度は、スラリーＡの濃度に維持されている。
【００９４】
製品Ｃは、第１層コンタクトホールのＷプラグ形成時、１層〜４層の各々のビアホールのＷプラグ形成に際して、集中供給方式により供給されるスラリーＡを半分の濃度に希釈した状態で使用してＣＭＰ処理を行うものである。
【００９５】
かかる研磨に際しては、集中供給方式で供給されるスラリーＡと、スラリー希釈液を等量混合して、スラリー濃度を半分、すなわち５０％にしてＣＭＰ処理が行われる。ＣＭＰ処理を行う際の過酸化水素水濃度は、スラリーＡの濃度に維持されている。
【００９６】
製品Ｄは、第１層コンタクトホールのＷ埋め込みによるＷプラグ形成時には、スラリーＡとスラリーＢとを併用してＣＭＰ処理を行うものである。かかるＣＭＰ処理に際しては、スラリー希釈液供給手段２０の制御によりスラリー希釈液の供給を停止した状態で、集中供給方式でスラリーＡと、スラリーＢとを供給し、ＣＭＰ処理を行えばよい。かかるＣＭＰ処理では、スラリー希釈液の供給は停止されている。
【００９７】
一方、製品Ｄについては、１層〜４層の各々のビアホールのＷ埋め込みによるＷプラグ形成に際して、集中供給方式により供給されるスラリーＡを半分の濃度に希釈した状態で使用してＣＭＰ処理を行うものである。かかるビアホールの形成に際しては、スラリーＢは使用しない。
【００９８】
すなわち、集中供給方式で供給されるスラリーＡと、スラリー希釈液を等量混合して、スラリー濃度を半分、すなわち５０％にしてＣＭＰ処理を行えばよい。ＣＭＰ処理を行う際の過酸化水素水濃度は、スラリーＡの濃度に維持されている。
【００９９】
製品Ｅは、第１層コンタクトホールのＷ埋め込みによるＷプラグ形成時には、スラリー濃度を５０％、すなわち半分に希釈したスラリーＡと、スラリーＢとを併用してＣＭＰ処理を行うものである。かかるＣＭＰ処理に際しては、集中供給方式で供給されるスラリーＡと、スラリー希釈液を等量混合して、スラリー濃度を半分にし、併せて異種スラリー供給手段４０からスラリーＢを供給してＣＭＰ処理を行えばよい。
【０１００】
１層〜４層の各々のビアホール形成に際しては、集中供給方式により供給されるスラリーＡをそのまま使用してＣＭＰ処理が行われる。すなわち、スラリー希釈液供給手段２０の制御によりスラリー希釈液の供給を停止した状態で、集中供給方式でスラリーＡを供給し、ＣＭＰ処理を行えばよい。
【０１０１】
かかる製品Ａ〜Ｅまでの半導体装置のＣＭＰ処理は、図４に示すＣＭＰ処理システムの各々のＣＭＰ装置３０ａ〜３０ｅまでの５台のＣＭＰ処理のスラリー供給を各々の流量制御機構で独立制御することで、５種の製品の異なるＣＭＰ処理を並行して行うことができる。
【０１０２】
上記説明で例示したように、スラリー希釈液として酸化剤として使用する過酸化水素水を用いる場合には、メタル系金属膜のＣＭＰ処理に有効に適用できる。例えば、Ｗ膜のＣＭＰ処理に適用して有効である。
【０１０３】
本発明の適用は、ＣＭＰ処理を行う必要のある研磨対象に広く適用できるが、最も適用効果のある製品としては、高集積化が求められ絶縁膜層の多層化が積極的に図られている半導体装置としてのメモリー、システムＬＳＩに適用が考えられる。その他の応用製品としては、液晶ＬＣＤ、記憶用ディスク等にも当然に適用することができる。
【０１０４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１０５】
上記実施の形態では、本発明の適用に際して酸化剤としての過酸化水素水を薬液として含むスラリーに適用した場合を例示して示したが、その他の構成を有するスラリーに適用しても当然に構わない。
【０１０６】
また、スラリー希釈液としては、スラリーに含まれる酸化剤としての過酸化水素水を用いる場合を例示して説明したが、酸化剤を含まないスラリーに適用しても構わない。スラリー希釈液としては、スラリーに含まれる薬液で、スラリーの研磨レートに影響を及ぼす薬液を用いる場合には、スラリー希釈液として使用する薬液の濃度をスラリー中の薬液濃度に設定すればよい。
【０１０７】
かかるスラリー希釈液として使用する薬液は、複数の薬液の混合したものであっても構わない。さらには、スラリーを希釈してＣＭＰ処理を行うに際して、元のスラリーを使用した場合における研磨レートを大幅に低下させるものでなければ、スラリーを構成する薬液以外のものを使用しても一向に構わない。
【０１０８】
ＣＭＰ処理の特殊な適用例として、砥粒と水（薬液に相当）とからなるスラリーを使用する場合があるが、本発明はかかる場合にも適用することができる。この場合には、スラリー希釈液は水とすればよい。この場合にも、スラリー希釈により、砥粒濃度が減少して、マイクロスクラッチの大幅な低減を図ることができる。
【０１０９】
上記実施の形態では、本発明をＷプラグの形成に際してのＣＭＰ処理を例に挙げて説明したが、その適用をかかる場合に限定する必要はなく、例えば、ウエハの鏡面仕上等の場合に適用しても構わない。
【０１１０】
【発明の効果】
本願によって開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【０１１１】
すなわち、スラリー希釈による大幅なＣＭＰ処理のコスト低減を図ることができる。希釈スラリーを使用することで、スラリー砥粒低減に伴う、スクラッチの低減を図ることもできる。
【０１１２】
酸化剤として過酸化水素水を使用するスラリーの系では、スラリー希釈液としてスラリーの過酸化水素水濃度以上の濃度の過酸化水素水を使用することにより、スラリーの希釈前以上の研磨レートを確保した状態で、希釈スラリーを用いた化学的機械研磨を行うことができる。
【０１１３】
スラリーの過酸化水素水濃度が２％程度のスラリーを使用するＣＭＰ処理では、スラリー希釈液に２％程度の低濃度の過酸化水素水を用いることにより、高分解性の過酸化水素水の精密な流量モニタリングが可能となり、研磨レートに影響を及ぼす過酸化水素水の濃度を精度よく制御して、ＣＭＰ処理における研磨の仕上がりを安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態のＣＭＰ処理システムの全体構成を模式的に示す説明図である。
【図２】個々のＣＭＰ装置側に設けた流量制御機構の構成を模式的に示す説明図である。
【図３】ＣＭＰ装置の要部構成を示す説明図である。
【図４】本発明の一実施の形態のＣＭＰ処理システムで、異種スラリーの併用が可能な変形例の全体構成を模式的に示す説明図である。
【図５】異種スラリーを使用するＣＭＰ装置側に設けた流量制御機構の構成を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明のＣＭＰ処理を適用するに際しての多品種製品におけるスラリー適用の例を表形式で示す図である。
【符号の説明】
１０    スラリー供給手段
１０ａ  スラリー集中供給機
１１    スラリー集中供給配管
１２    流量制御装置
１３    ガス抜き装置
１４    流量測定装置
１４ａ  超音波式流量計
１５    出力制御部
１６    流量制御部
１６ａ  オリフィスポンプ
１７    スラリー希釈混合装置
２０    スラリー希釈液供給手段
２０ａ  スラリー希釈装置
２１    分岐
２１ａ  配管
２２    流量制御装置
２３    ガス抜き装置
２４    流量測定装置
２４ａ  超音波式流量計
２５    出力制御部
２６    流量制御部
２６ａ  オリフィスポンプ
３０    ＣＭＰ装置
３０ａ  ＣＭＰ装置
３０ｂ  ＣＭＰ装置
３０ｃ  ＣＭＰ装置
３０ｄ  ＣＭＰ装置
３０ｅ  ＣＭＰ装置
３１    モータ
３２    定盤
３３    研磨パッド
３４    モータ
３５    ウエハキャリア
３６    キャリアパッド
３７    ノズル
４０    異種スラリー供給手段
４１    配管
４２    流量測定装置
４２ａ  超音波式流量計
４３    出力制御部
４４    流量制御部
４４ａ  オリフィスポンプ
Ｓ１    希釈スラリー
Ｗ      ウエハ
【図１】
2004351575.tif 000003
【図２】
2004351575.tif 000004
【図３】
2004351575.tif 000005
【図４】
2004351575.tif 000006
【図５】
2004351575.tif 000007
【図６】
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