(57)【要約】      （修正有）【課題】供給されるスラリの特性を安定化させ、良好な研磨面が得られるスラリの供給方法を提供すること。【解決手段】研磨パッドにスラリＳを供給してウェーハを化学的機械研磨する際、添加剤Ｍをミストノズル１５よりスラリＳの液面へ均一に噴霧するとともに、常時攪拌することにより、容易にスラリＳ全体へ添加剤Ｍが拡散し、添加剤Ｍの濃度勾配が発生することもなく、特性の安定したスラリＳを研磨パッド上へ供給することが可能となり、良好な研磨面を得ることが出来る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラリと前記スラリに添加する添加剤とを混合して研磨パッドに供給し、前記研磨パッドにウェーハを押圧して前記ウェーハを化学的機械研磨する際、前記添加剤をスプレー式のノズルにより前記スラリの液面へ均一に噴霧するとともに、常時攪拌することを特徴とするスラリ供給方法。
【請求項２】
スラリと前記スラリに添加する添加剤とを混合して研磨パッドに供給し、前記研磨パッドにウェーハを押圧して前記ウェーハを化学的機械研磨する際、前記添加剤が均一に浸透する多孔質素材で形成された攪拌子内部へ前記添加剤を供給するとともに、常時攪拌することを特徴とするスラリ供給方法。
【請求項３】
前記添加剤は、過酸化水素水であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスラリ供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置や電子部品等のウェーハを化学的機械研磨加工により研磨する際、研磨に使用するスラリを供給する供給方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置や電子部品等のウェーハは、製造の過程において切削、研磨等の各種工程を経ていく。近年、半導体集積回路のデザインルールの縮小化に伴って、層間膜等の平坦化プロセスにおいては、化学的機械研磨加工（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ）が多用されるようになってきた。
【０００３】
ＣＭＰによるウェーハの研磨では、図１に示されるようなＣＭＰ研磨装置が使用される。ＣＭＰ研磨装置１は、回転する研磨ヘッド２でタングステン等の金属膜を有するウェーハＷを保持し、不図示のモータ等により回転する研磨定盤３上面に貼り付けられた研磨パッド４へケミカル研磨剤であるスラリＳをスラリ供給装置１０より供給し、回転する研磨パッド４にウェーハＷを所定の圧力で押圧してＣＭＰ研磨を行う。通常、スラリには酸性の溶液にシリカ、アルミナ、二酸化マンガン、ジルコニア、セリア等の砥粒を分散させたものが使用される。
【０００４】
このようなＣＭＰによるウェーハの研磨では、スラリに対してウェーハの種類に応じた添加剤を混合して研磨が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００３−７１７２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
添加剤を混合する場合は、混合後の時間経過に伴い反応が進みスラリの特性が劣化する、スラリ内の研磨粒子の分散性が低下して凝集する、または添加剤の混合比率を変化させる必要等の問題があるため、通常研磨を行う直前にスラリへ添加剤が投入されている。
【０００６】
しかし、添加剤が混合された直後のスラリは、添加剤が混合されてはいるが、スラリ全体に均一に分散していない場合がある。このようなスラリを研磨に使用すると、所定の研磨レートが得られない、必要以上に金属膜表面を脆弱状態にしてしまうなど様々な問題が発生する。
【０００７】
本発明は、このような問題に対してなされたものであり、供給されるスラリの特性を安定化させ、良好な研磨面が得られるスラリの供給方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、スラリと前記スラリに添加する添加剤とを混合して研磨パッドに供給し、前記研磨パッドにウェーハを押圧して前記ウェーハを化学的機械研磨する際、前記添加剤をスプレー式のノズルにより前記スラリの液面へ均一に噴霧するとともに、常時攪拌することを特徴としている。
【０００９】
請求項１の発明によれば、研磨パッドに供給される前のスラリが貯蔵されたタンクの上部に、添加剤供給用のノズルが設けられている。ノズルはスプレー式ノズルであって、スラリへ添加する添加剤を霧状にしてスラリの液面へ均一に供給する。タンク内のスラリは、タンク内に設けられた攪拌子により常に攪拌されている。
【００１０】
これにより、添加剤が局所的にスラリへ供給されず、容易にスラリ全体へ拡散する。更に、スラリは常に攪拌されているので、比重の差による添加剤の濃度勾配が発生することもなく、特性の安定したスラリを研磨パッド上へ供給することが可能となり、良好な研磨面を得ることが出来る。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、スラリと前記スラリに添加する添加剤とを混合して研磨パッドに供給し、前記研磨パッドにウェーハを押圧して前記ウェーハを化学的機械研磨する際、前記添加剤が均一に浸透する多孔質素材で形成された攪拌子内部へ前記添加剤を供給するとともに、常時攪拌することを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明によれば、セラミック、樹脂等により構成される多孔質素材で形成された、スラリを攪拌するための複数の棒状の突出部が設けられた攪拌子によりスラリが攪拌される。攪拌子は、上部が開口した中空構造を成し、内部にはスラリへ添加する添加剤が貯蔵される。攪拌子へ貯蔵された添加剤は、多孔質素材に形成された孔を通って均一にスラリ側へ浸透し、スラリへ供給される。攪拌子は、タンク内のスラリの攪拌を常に行う。
【００１３】
これにより、攪拌子より均一にスラリ内へ供給された添加剤は、供給されながら攪拌され、スラリ全体へ容易に拡散していく。更に、スラリは常時攪拌されているので、比重の差による添加剤の濃度勾配が発生することもなく、特性の安定したスラリを研磨パッド上へ供給することが可能となり、良好な研磨面を得ることが出来る。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記添加剤は、過酸化水素水であることを特徴としている。
【００１５】
請求項３の発明によれば、スラリへ添加された過酸化水素水により、ウェーハ表面に形成された層間膜等の金属膜が脆弱状態となり平坦化されていく。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明のスラリ供給方法によれば、ＣＭＰによるウェーハの研磨において、特性の安定したスラリを継続して供給することが可能となり、良好なウェーハ研磨面を得ることが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下添付図面に従って本発明に係るスラリ供給方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１８】
まず初めに、本発明に係わるスラリ供給方法が使用されるＣＭＰ研磨装置の構成について説明する。図１はＣＭＰ研磨装置とスラリ供給装置の構成を示した斜視図である。
【００１９】
図１に示すように、ＣＭＰ研磨装置１は、回転する研磨ヘッド２でタングステン等の金属膜を有するウェーハＷを保持し、不図示のモータ等により回転する研磨定盤３上面に貼り付けられた研磨パッド４へスラリ供給装置１０からスラリＳを供給し、回転する研磨パッド４にウェーハＷを押圧して化学的機械研磨を行う。
【００２０】
スラリ供給装置１０は、図２、図３に示されるように、新スラリ用配管１２、研磨スラリ用配管１３、添加剤用配管１４が接続されたスラリタンク１１内にスラリＳが貯留されている。
【００２１】
スラリタンク１１内には電磁力等により回転する攪拌子１６が備えられ、スラリタンク１１内のスラリＳの攪拌を行う。
【００２２】
新スラリ用配管１２は、研磨に使用される新しいスラリＳ、または一度研磨に使用された後、各種工程を経て再生されたスラリＳをスラリタンク１１へ供給する。
【００２３】
添加剤用配管１４は、ウェーハＷ表面に形成された金属膜を脆弱状態にする為にスラリＳへ添加される各種酸化剤や、アルカリ剤、又刃界面活性剤等の添加剤Ｍをスラリタンク１１内のスラリＳへ供給する。本実施の形態では、添加剤Ｍは過酸化水素水を使用するものとする。
【００２４】
添加剤用配管１４の先端には、スラリタンク１１の壁面を介してスプレー式のミストノズル１５が備えられている。ミストノズル１５は、添加剤用配管１４により供給された添加剤Ｍを霧状にしてスラリＳの液面上へ供給する。これにより、添加剤ＭはスラリＳの液面上全体へ均一に広がりながら供給される。
【００２５】
研磨スラリ用配管１３は、添加剤Ｍが均一に混合されたスラリＳを、図１に示される研磨パッド４上に供給する。
【００２６】
スラリ供給装置１０は、研磨ヘッド２と研磨定盤３とが回転を開始して研磨が開始されると、研磨スラリ用配管１３より添加剤Ｍが混合されたスラリＳを研磨パッド４上に供給する。
【００２７】
スラリタンク１１内のスラリＳは、常に攪拌子１６が回転して攪拌されている。このとき、攪拌子１６の回転速度は、スラリＳを研磨パッド４へ供給していない時よりも、ミストノズル１５より添加剤Ｍが供給される際と、添加剤Ｍが混合されたスラリＳを研磨パッド４へ供給する際とのほうが高速に回転する。攪拌子１６の回転速度は１７０ｒｐｍ以上とする。
【００２８】
これらにより、本発明のスラリ供給方法では、添加剤Ｍが局所的にスラリＳへ供給されず、容易にスラリ全体へ拡散させられる。更に、スラリＳは常に攪拌子１６により攪拌されているので、比重の差による添加剤Ｍの濃度勾配がスラリＳ内に発生することもなく、特性の安定したスラリＳを研磨パッド４上へ供給することが可能となり、ウェーハＷ表面を良好に研磨することが出来る。
【００２９】
次に、本発明のスラリ供給方法に係わる別の実施の形態について説明する。図４は別の実施の形態におけるスラリ供給装置の斜視図、図５は別の実施の形態のスラリ供給装置の側面断面図である。
【００３０】
スラリ供給装置１０Ａは、スラリ供給装置１０と同様に、新スラリ用配管１２、研磨スラリ用配管１３、添加剤用配管１４が接続されたスラリタンク１１内にスラリＳが貯留されており、研磨スラリ用配管１３より、図１に示されるＣＭＰ研磨装置１の研磨パッド４へ、添加剤Ｍが均一に添加されたスラリＳを供給する。スラリタンク１１内には不図示の駆動装置により回転する攪拌子２０が備えられ、スラリタンク１１内のスラリＳの攪拌を行う。
【００３１】
攪拌子２０は、セラミック、又は樹脂等により構成される多孔質素材で形成されている。攪拌子２０は、上部に添加剤用配管１４より供給される添加剤Ｍを受ける円形の受け皿２２が設けられ、受け皿２２の底面には、スラリを攪拌するための複数の棒状の突出部２１が設けられている。
【００３２】
添加剤用配管１４より受け皿２２へ供給された添加剤Ｍは、突出部２１内に流れ込む。突出部２１内の添加剤Ｍは、多孔質素材の孔を通過してスラリＳ側へ浸透し、スラリＳへ均一に供給され、攪拌子２０が回転することによりスラリＳに混合される。
【００３３】
攪拌子２０は、常時回転してスラリＳの攪拌を行い、添加剤Ｍが受け皿２２へ供給される際と、添加剤Ｍが混合されたスラリＳを研磨パッド４へ供給する際とには、スラリＳを研磨パッド４へ供給していない時よりも高速に回転する。攪拌子１６の回転速度は１７０ｒｐｍ以上とする。
【００３４】
これらにより、本発明のスラリ供給方法では、添加剤ＭがスラリＳ内部に均一に供給され、容易にスラリ全体へ拡散させられる。更に、スラリＳは常に攪拌子２０により攪拌されているので、比重の差による添加剤Ｍの濃度勾配がスラリＳ内に発生することもなく、特性の安定したスラリＳを研磨パッド４上へ供給することが可能となり、ウェーハＷ表面を良好に研磨することが出来る。
【００３５】
次に、本発明におけるスラリ供給方法の具体的な実施例を説明する。本発明のスラリ供給方法を用いてスラリへ添加剤を添加し、十分に攪拌を行った後にＣＭＰによりウェーハ上のタングステン膜（Ｗ膜）の研磨を実施した。
【００３６】
ＣＭＰ用の研磨装置としては、市販されている既存の装置であるＭＡＴ社製卓上ＣＭＰ装置（型番：ＭＡＴ  ＢＣ−１５）を使用する。研磨パッドとしては、ニッタ・ハース社製の研磨パッド（型番：ＩＣ１０００、及びＳＵＢＡ４００  ＸＹ溝有り）を使用した。スラリとしてはＣａｂｏｔ社製のタングステンＣＭＰ用スラリ（型番：ＳＳＷ２０００）に過酸化水素水（和光純薬社製  試薬特級）を３０重量％添加したものを使用した。
【００３７】
ウェーハとしては、外径約１００ｍｍ（４インチ）のシリコンウェーハに対して、膜厚５００ｎｍの熱酸化膜、膜厚３０ｎｍのＴｉ膜、膜厚２０ｎｍのＴｉＮ膜、膜厚３００ｎｍのＷ膜の順に成膜されたウェーハを使用する。
【００３８】
研磨レートの測定は、ＣＭＰ前後のＷ膜の膜厚を測定することにより行われる。Ｗ膜の膜厚測定は、抵抗率の測定により算出するものとする。抵抗率の測定には、４端子法による測定が可能である測定器、ロレスターＧＰ（三菱化学社製）を使用する。
【００３９】
まず、スラリの攪拌有無による加工レートの比較を確認する。
【００４０】
スラリに添加剤として過酸化水素水３０％を添加して２％とした。このとき、スラリを攪拌しない場合と、本発明に示すように、常時攪拌を行った場合について加工レートの比較を行なう。研磨条件としては研磨パッド、研磨ヘッドの回転数は６０ｒｐｍとし、スラリ供給量は６００ｍｌ、研磨荷重は３５. ７Ｎ／ｃｍ２とする。研磨は攪拌をした場合と、攪拌をしない場合でそれぞれ３回行い比較する。
【００４１】
比較の結果は、６図に示すように、攪拌をしない場合は、加工レートの変化が大きく、徐々に低下する。攪拌を常時行った場合は、３回目まで安定した研磨が行われる。
【００４２】
続いて、スラリへ過酸化水素水が２％となるように添加した後軽く攪拌を行い、それ以降は攪拌を行わずにスラリを供給した。研磨は１０回行い、５回目、８回目でスラリの交換を行い加工レートの変化を計測する。
【００４３】
計測した結果は、図７に示すように、２８０ｎｍ／分から５１０ｎｍ／分まで加工レートが変化し、不安定な加工レートとなる。
【００４４】
加工レートは、図８に示すように、スラリ中の過酸化水素水濃度が大きく影響する。過酸化水素水の比重は、スラリの比重１．０３３に比べて大きいため、攪拌せずに静置されたスラリには、添加した過酸化水素水の濃度勾配が発生する。本発明によるスラリ供給方法によれば、均一にスラリ上へ供給された添加剤が攪拌子により常に攪拌される為、濃度勾配が発生せず、安定した加工レートが得られ、良好な研磨面にすることが可能となる。
【００４５】
以上説明したように、本発明に係るスラリ供給方法によれば、添加剤が局所的にスラリへ供給されないため、容易にスラリ全体へ拡散する。更に、スラリは常に攪拌されているので、比重の差による添加剤の濃度勾配が発生することがない。これにより、特性の安定したスラリが研磨パッド供給され、安定した加工レートで研磨することが可能であり、良好な研磨面を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係わる研磨装置の概念図。
【図２】スラリ供給装置の斜視図。
【図３】スラリ供給装置の側面断面図。
【図４】別の実施の形態におけるスラリ供給装置の斜視図。
【図５】別の実施の形態におけるスラリ供給装置の側面断面図。
【図６】攪拌の有無による研磨レートの差を比較した図表。
【図７】攪拌続けないで加工した場合の加工レートの変化を示した図表。
【図８】過酸化水素水濃度による研磨レートの違いを示した図表。
【符号の説明】
【００４７】
１…ＣＭＰ研磨装置，２…研磨ヘッド，３…研磨定盤，４…研磨パッド，１０、１０Ａ…スラリ供給装置，１１…スラリタンク，１２…新スラリ用配管，１３…研磨スラリ用配管，１４…添加剤用配管，１５…ミストノズル，１６、２０…攪拌子，２１…突出部，２２…受け皿，Ｍ…添加剤，Ｓ…スラリ，Ｗ…ウェーハ
【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】
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【図８】
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