(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二種以上の膜が形成されてなるワーク基板を、研磨剤スラリーを供給しながら研磨パッドに押し付けて研磨する研磨方法において、
前記ワーク基板側に＋極を、前記研磨パッド側に−極をそれぞれ設け、研磨剤スラリーに通電させながら研磨を行い、
銅（Ｃｕ）により形成される第一の膜に対する研磨レートがタンタル（Ｔａ）により形成される第二の膜に対する研磨レートより高くなる所定の電流値で通電させる、または前記第一の膜に対する研磨レートが前記第二の膜に対する研磨レートより低くなる前記所定の電流値より低い電流値で通電させるか、通電させないことにより、
１台の研磨装置、１つの研磨定盤、１枚の研磨パッド及び１種類の研磨剤スラリーにより２種以上の膜が形成された前記ワーク基板の研磨を行うことを特徴とする研磨方法。
【請求項２】
ワーク基板が、研磨剤スラリーを供給しながら研磨パッドに押し付けられて研磨される研磨装置において、前記ワーク基板側に＋極が、前記研磨パッド側に−極がそれぞれ設けられており、研磨剤スラリーに通電させながら研磨がなされる研磨装置であって、通電条件を可変とすることにより１つの研磨定盤、１枚の研磨パッド及び１種類の研磨剤スラリーにより二種以上の膜が形成された前記ワーク基板の研磨を行うことを特徴とする研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はウェーハ研磨方法及び装置に係り、特に、化学的機械研磨法（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing ）によってウェーハ等を研磨するウェーハ研磨方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＭＰによるウェーハの研磨は、回転する研磨パッドにウェーハを回転させながら所定の圧力で押し付け、その研磨パッドとウェーハとの間にメカノケミカル研磨剤（スラリー）を供給することにより行われる。このＣＭＰの主な目的は、ウェーハ上のＩＣ回路の表面における、複数種の膜により形成される段差を除去し、ＩＣ回路の高密度化の達成を容易にすることと、不要な膜厚の層を除去することである。
【０００３】
図５は、ＣＭＰの工程を示す概略図であり、ウェーハＷの拡大した部分断面図である。同図（ａ）において、まず、ＳｉＯ2 （シリコン）基板に凹部が形成され、次に、基板上に所定膜厚のタンタル（Ｔａ）膜が形成され、更に、その上に所定膜厚の銅（Ｃｕ）膜が形成される。したがって、銅（Ｃｕ）膜の表面には段差が形成されている。
【０００４】
同図（ｂ）において、Ｔａ膜表面上のＣｕ膜がＣＭＰにより除去されて、Ｔａ膜が露出する。次いで、同図（ｃ）において、ＳｉＯ2 基板表面上のＴａ膜がＣＭＰにより除去されて、ＳｉＯ2 が露出する。これでＣＭＰの一連工程が終了し、次工程である洗浄工程（同図（ｄ））に移る。
【０００５】
このように、ＩＣ回路を形成する各層の膜の材質は異なり、それぞれの膜材質に最適な研磨条件、特にスラリーがある。すなわち、膜材質に適合した化学成分、砥粒等で構成されるスラリーを使用すると、他のスラリーを使用した場合に比べて研磨レートが高く、研磨の効率化が図れる。
【０００６】
たとえば、銅（Ｃｕ）膜用のスラリー、タンタル（Ｔａ）膜用のスラリー、等として使い分けられており、また、このような各種スラリーは各研磨材メーカーより販売されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＭＰを含む研磨工程において、１台の研磨装置に使用されるスラリーは１種類に限られるのが一般的である。すなわち、微細砥粒を含むスラリーは、一旦研磨装置に使用した場合、これを完全に除去、清掃することは極めて困難である。特に、スラリーを循環して使用する場合はなおさらである。
【０００８】
一方、研磨装置に前回使用したスラリーが残留した状態で、異なった種類のスラリーを使用すると異なった粒径の砥粒等の影響で研磨品質が劣化する不具合となることが多い。
【０００９】
したがって、複数種類の膜が形成されてなるワーク基板のＣＭＰには、膜の種類数だけの研磨装置を準備しなければならない。スラリーを循環して使用せず、かけ流しで使用する場合であっても、最低限、研磨定盤、研磨パッド、ウェーハ保持ヘッド、等は膜の種類数だけ準備し、その都度交換しなければならない。
【００１０】
ところが、これらの作業、装置コスト、装置占有面積、等は負担となるうえ、工程毎のワーク基板の載せ換え等の作業面、管理面での負担も大きい。したがって、二種以上の膜が形成されてなるワーク基板を、簡易な工程でＣＭＰを行う手段が強く求められていた。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、同一のスラリを使用し、二種以上の膜に対する研磨レートを変化させ、その結果、研磨効率を向上できるウェーハ研磨方法及び装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、二種以上の膜が形成されてなるワーク基板を、研磨剤スラリーを供給しながら研磨パッドに押し付けて研磨する研磨方法において、前記ワーク基板側に＋極を、前記研磨パッド側に−極をそれぞれ設け、研磨剤スラリーに通電させながら研磨する研磨方法であって、通電条件を変化させることにより前記二種以上の膜に対する研磨レートを変化させることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、研磨剤スラリーに通電させることにより、二種以上の膜に対する研磨レートを変化させられる。これにより、同一のスラリを使用して二種以上の膜の研磨作業が可能となり、研磨効率を向上できる。
【００１４】
本発明において、所定の電流値で通電させたときには第一の膜に対する研磨レートが第二の膜に対する研磨レートより高く、前記所定の電流値より低い電流値で通電させたとき又は通電させなかったときには第一の膜に対する研磨レートが第二の膜に対する研磨レートより低いことが好ましい。
【００１５】
このように研磨レートを変化させることにより、第一の膜に対する研磨レートと第二の膜に対する研磨レートとが最適化され、研磨効率を向上できるからである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の原理について説明する。本発明では、ワーク基板側に＋極を、研磨パッド側に−極をそれぞれ設けることによって電位差を設定する（電圧を印加する）。これにより、研磨の対象となる膜が研磨されるとともに電解溶出され、研磨レートの向上が図られる。
【００１７】
ここで、電解溶出される際の電解溶出速度は、研磨の対象となる膜の電気伝導度により大きく左右される。たとえば、電気伝導度の大きいＣｕ等は、電流をよく流すため、電解溶出される速度も大きい。これに対して、電気伝導度の小さいＴａ等は、同じ電位差があっても電流が流れにくく、電解溶出される速度も小さい。
【００１８】
上記の特性を利用して、研磨の対象となる膜毎に印加電圧を調整することにより、該膜の研磨レートを制御することが可能となる。以下、具体的にＣｕ膜とＴａ膜のＣＭＰについて説明する。
【００１９】
従来は、前述の図５に示されるＣＭＰにおいて、Ｃｕを選択的に研磨するスラリー、すなわち、Ｃｕの研磨レートが相対的に大きいスラリーと、Ｔａを選択的に研磨するスラリー、すなわち、Ｔａの研磨レートが相対的に大きいスラリーとの二種のスラリーを使用し、二段階の研磨を行っていた。
【００２０】
これに対し、本発明においては、上記のＴａを選択的に研磨するスラリーのみを使用して二段階の研磨を行う。まず、上記スラリーを使用してＣｕ膜の研磨を行う。この際、印加電圧を高くし、電流を高くすることにより電解溶出速度を高くする。これにより、Ｃｕ膜の研磨レートが低かったスラリーを使用した研磨であっても研磨レートを上昇させ得る。
【００２１】
Ｃｕが電解溶出する際、膜の表面では、物理的な研磨が進行しながら、同時に化学的な研磨（電解溶出）が進行するため、膜の表面は均一に、かつ、平滑に研磨される。
【００２２】
Ｃｕ膜の研磨が終了すると、同時にＴａ膜が露出し、Ｔａ膜の研磨が進行するが、この研磨条件（印加電圧）ではＣｕの研磨レートに比べＴａの研磨レートは低く、Ｔａ膜が過研磨となるおそれは少ない。
【００２３】
また、Ｃｕ膜の研磨の均一性が悪く、Ｔａ膜上に研磨残りのＣｕが存在する場合がある。この場合であっても、Ｃｕの研磨レートに比べＴａの研磨レートは低いので、更にＣｕ膜の研磨を進行させ、研磨残りのＣｕを完全に除去させても、Ｔａ膜が過研磨となるおそれは少ない。
【００２４】
次に、同一のスラリーを使用してＴａ膜の研磨を行う。この際、印加電圧を低くし電流を低くする、又は、印加電圧をかけないことによりＣｕの電解溶出速度を抑える。これにより、選択的にＴａの研磨が進行する。
【００２５】
このような方法により、同一のスラリーを使用して二種以上の膜の研磨作業が可能となり、研磨効率を向上できる。
【００２６】
次に、添付図面に従って本発明に係るウェーハ研磨方法及び装置の好ましい実施の形態について詳説する。
【００２７】
図１は、研磨装置１０の全体構成を示す斜視図である。同図に示すように研磨装置１０は、主として研磨定盤１２とウェーハ保持ヘッド１４とで構成されている。
【００２８】
研磨定盤１２は円盤状に形成され、その下面中央には回転軸１６が連結されている。研磨定盤１２は、この回転軸１６に連結されたモータ１８を駆動することにより回転する。また、この研磨定盤１２の上面には研磨パッド２０が貼り付けられており、この研磨パッド２０上に図２に示されるスラリー供給部４２からメカノケミカル研磨剤（スラリー）４０が供給される。
【００２９】
ウェーハ保持ヘッド１４は、 図２に示すように、主としてキャリア２４、リテーナーリング２８で構成されている。ヘッド本体は円盤状に形成され、その上面中央には回転軸３２が連結されている。ヘッド本体は、この回転軸３２に連結された図示しないモータに駆動されて回転する。
【００３０】
図２は、ウェーハ研磨装置の全体構造を示す縦断面図である。研磨定盤１２と研磨パッド２０との間には導電性フィルムが設けられ−極３８を構成している。研磨パッド２０には全面に亘って貫通孔２０Ａが形成されており、−極３８とスラリー４０との電気的なコンタクトが取れるようになっている。
【００３１】
ウェーハ保持ヘッド１４のキャリア２４の表面（下面）には導電性フィルムが設けられ＋極３６を構成している。＋極３６とウェーハＷ表面に形成された膜とは、ウェーハＷのエッジ部で接触するような構成とすることにより、電気的なコンタクトが取れるようになっている。
【００３２】
＋極３６と−極３８とからは、それぞれ直流電源３４まで配線が施されている。したがって、スラリー４０を供給しながら電圧を印加して研磨を行うことにより本発明の研磨方法が実施できる。
【００３３】
前記のごとく構成された研磨装置１０によるウェーハ研磨方法は次のとおりである。まず、ウェーハＷをウェーハ保持ヘッド１４で保持して研磨パッド２０上に載置する。この際、＋極３６とウェーハＷ表面に形成された膜とがウェーハＷのエッジ部で接触し、電気的なコンタクトが取れるようする。
【００３４】
次に、ウェーハＷとリテーナーリング２８を所定の圧力で研磨パッド２０に押し付けながら、研磨定盤１２を図１Ａ方向に回転させるとともに、ウェーハ保持ヘッド１４を図１Ｂ方向に回転させる。そして、その回転する研磨パッド２０上にスラリー供給部４２からスラリ４０を供給する。これにより、ウェーハＷの下面に形成された膜が研磨パッド２０により研磨される。
【００３５】
以上に説明した構成は、本発明の実施例であるが、本発明の構成はこれらに限定されるものではなく、各種の構成が採り得る。たとえば、本実施例においては、１台の研磨装置、１つの研磨定盤、１枚の研磨パッド及び１種類の研磨剤スラリーにより研磨を行う例について説明したが、２台以上の研磨装置等による構成であってもよい。この構成であっても、十分な効果が得られるからである。
【００３６】
【実施例】
Ｃｕ膜とＴａ膜が形成された図５の構成のウェーハＷのＣＭＰを行った。研磨装置１０としては、図１、図２に示される構成のものを使用した。定盤１２の外径サイズは５８４ｍｍ（２３インチ）である。研磨パッド２０としては、ロデールニッタ社製のＣＭＰ用研磨パッド（商品名：ＩＣ１０００／ＳＵＢＡ４００）を使用した。
【００３７】
研磨条件として、定盤１２の回転数を７０ｒｐｍ、ウェーハ保持ヘッド１４の回転数を７０ｒｐｍ、研磨圧力を２８０００Ｐａ（４．０ｐｓｉ）とした。スラリーとしては、Ｔａ研磨用のスラリー（フジミインコーポレーテッド社製、商品名：ＤＣＭ−Ｍ３０）を使用した。
【００３８】
上記条件でＣＭＰを行った際の、Ｃｕ膜、Ｔａ膜及びＴＥＯＳ（tetra ethoxy silane ）膜の研磨レートをそれぞれ測定した。図３は、非通電時の研磨レートを示すグラフであり、図４は、通電時（印加電圧：２０Ｖ）の研磨レートを示すグラフである。
【００３９】
図３に示される非通電時においては、Ｔａ研磨用のスラリーの特性どおりに、Ｔａの研磨レートがＣｕの研磨レートに比べ、高くなっている。これに対し、図４に示される通電時においては、Ｔａの研磨レートは非通電時に比べ、若干高くなっているが、Ｃｕの研磨レートはそれにも増して大幅に高くなっており、Ｔａの研磨レートよりも高くなっている。
【００４０】
この現象は、既述のように、電気伝導度の違いにより電解溶出される速度に差を生じることに帰せしめると推定される。なお、ＴＥＯＳ膜の研磨レートは非通電時、通電時のいずれの場合にも無視できる程低い。
【００４１】
次に、図５の構成のウェーハＷのＣＭＰを行った結果について述べる。上記研磨条件で二段階の研磨を行った。第一段研磨として、Ｃｕ膜の研磨を行った。このときは、通電（印加電圧：２０Ｖ）をしながら２分間研磨した。研磨終了後に、ウェーハＷが研磨装置１０に装着された状態で、純水による洗浄を行った。
【００４２】
次いで、第二段研磨として、Ｔａ膜の研磨を行った。このときは、通電をしないで１分間研磨した。研磨終了後に、ウェーハＷを研磨装置１０から取り外し、洗浄機により精密洗浄を行った。その後、各種の品質評価を行ったが、従来品と比較して性能的な差異は認められなかった。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、研磨剤スラリーに通電させることにより、二種以上の膜に対する研磨レートを変化させられる。これにより、同一のスラリを使用して二種以上の膜の研磨作業が可能となり、研磨効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】研磨装置の全体構造を示す斜視図
【図２】研磨装置の全体構造を示す縦断面図
【図３】非通電時の研磨レートを示すグラフ
【図４】通電時の研磨レートを示すグラフ
【図５】ＣＭＰの工程を示す概略図
【符号の説明】
１０…研磨装置、１２…研磨定盤、１４…ウェーハ保持ヘッド、１６…回転軸、１８…モータ、２０…研磨パッド、２４…キャリア、２８…リテーナーリング、３２…回転軸、３４…直流電源、３６…＋極、３８…−極、４０…スラリー、４２…スラリー供給部、Ｗ…ウェーハ
【図１】
0003882992.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003882992.tif 000004
【図４】
0003882992.tif 000005
【図５】
0003882992.tif 000006