(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させながら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研磨部材の研磨面に供給し、前記基板の被研磨面を構成する金属を研磨する研磨装置において、
基板を研磨した後の前記研磨部材の研磨面と相対的に摺動し、前記研磨部材の研磨面を擦り削り突起群を形成することにより研磨能力を回復させる研磨面仕上げ手段と、
この研磨面仕上げ手段と摺動している前記研磨部材の研磨面に、前記金属と研磨液との反応生成物を溶解させる薬液を供給する薬液供給手段と、
前記研磨部材の研磨面に、加圧ポンプにて加圧され圧力調整手段により圧力が調整された洗浄液を吐出ノズルから供給して、前記研磨部材の研磨面上の前記薬液を除去するための洗浄手段と、を備えることを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させながら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研磨部材の研磨面に供給し、前記基板の被研磨面を構成する金属を研磨する工程と、
前記金属と前記研磨液との反応生成物を溶解させる薬液を前記研磨部材の研磨面に供給しながら、前記研磨部材の研磨面と研磨面仕上げ手段とを相対的に摺動して前記研磨部材の研磨面を擦り削り突起群を形成することにより前記研磨部材の研磨面の研磨能力を回復させる工程と、
前記研磨部材の研磨面に、加圧ポンプにて加圧され圧力調整手段により圧力が調整された洗浄液を吐出ノズルから供給して、前記研磨部材の研磨面上の前記薬液を除去する工程と、を含むことを特徴とする研磨方法。
【請求項３】
基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させながら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研磨部材の研磨面に供給し、前記基板の被研磨面を構成する金属を研磨する工程と、
前記金属と前記研磨液との反応生成物を溶解させる薬液を前記研磨部材の研磨面に供給しながら、前記研磨部材の研磨面と研磨仕上げ手段とを相対的に摺動して前記研磨部材の研磨面を擦り削り突起群を形成することにより前記研磨部材の研磨面の研磨能力を回復させる工程と、
前記研磨部材の研磨面に、加圧ポンプにて加圧され圧力調整手段により圧力が調整された洗浄液を吐出ノズルから供給して、前記研磨部材の研磨面上の前記薬液を除去する工程と、を実施する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、半導体装置に形成される金属面を研磨する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ（以下「ウエハ」という）の製造プロセスの中に、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）と呼ばれるプロセスがある。このＣＭＰプロセスは多層配線から形成される半導体装置においては、主としてタングステンオキサイドからなる層の研磨に用いられる。これは研磨部材である研磨布の表面に機械的研磨粒子及び化学的研磨粒子を含む研磨液を滴下し、この研磨布の表面をウエハの被研磨面に押し付けて、当該被研磨面の一部を除去する方法である。
【０００３】
従来のＣＭＰプロセスでは、例えば図９に示す装置において、表面に研磨層である研磨布１１が形成された回転テーブル１２に、ウエハ保持機構１３に保持させたウエハＷを所定の圧力で圧接させ、ノズル１４から研磨液を前記研磨布１１の表面に供給しながら、回転テーブル１２を回転させると共にウエハ保持機構１３をモータ１５により回転させて、こうしてウエハＷを回転テーブル１２上で自転させ、かつ相対的に公転させることによってウエハＷの表面を研磨していた。
【０００４】
前記研磨布１１としては、例えば１．２ｍｍ程度の厚さの発泡ウレタン樹脂等の発泡樹脂が用いられ、研磨液としては、機械的研磨粒子であるシリカ（ＳｉＯ2）及び化学的研磨粒子を溶液に分散させたスラリー状のものが用いられている。
【０００５】
この研磨布１１の表面は、例えばウエハＷの研磨を行う度に、微小突起部が形成されたダイヤモンドからなる仕上げ部材によりドレッシング（いわば「目立て」）が行われ、これにより研磨能力を回復している。一方、研磨布１２表面には前記研磨により生じるスラリー（研磨液）とタングステンオキサイドとの混合物や反応生成物が付着しているが、これらは水に溶解するため、ドレッシングを行う際に例えば純水を供給して前記反応生成物等を除去している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで近年、ダマシンプロセスにより銅配線を形成する技術が注目されている。この工程にはＣＭＰプロセスが必要となるが、銅とスラリーとの反応生成物は純水に溶けにくいため、タングステンオキサイドと同様のドレッシングを行ったのでは反応生成物が除去できない。この状態を図１０により説明すると、研磨布１１の表面にはドレッシングにより凹凸１６が形成されており、前述の反応生成物の粒子１７はこの凹凸１６の隙間に入り込んでしまう。また、発泡部１８にも当該粒子１７が入り込み、流されずに残ってしまう。
【０００７】
このように研磨布表面に研磨工程により生じた反応生成物が付着すると、研磨能力が低下すると共に被研磨面の均一性も悪くなってしまうため、例えば前記ダイヤモンドによる研磨布表面のスキャン回数を増やして反応生成物を除去するようにしていた。しかしながらこのようにすると、ウエハＷ１枚の研磨工程における研磨布の削り分が多くなるため研磨布の使用寿命を縮めることになるし、また、仕上げ作業の時間が長くなるためスループットの低下の要因にもなる。
【０００８】
本願発明はこのような事情に基づきなされたものであり、その目的は基板を研磨した後の研磨部材に付着している反応生成物を短時間で除去することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る研磨装置は、基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させながら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研磨部材の研磨面に供給し、前記基板の被研磨面を構成する金属を研磨する研磨装置において、
基板を研磨した後の前記研磨部材の研磨面と相対的に摺動し、前記研磨部材の研磨面を擦り削り突起群を形成することにより研磨能力を回復させる研磨面仕上げ手段と、
この研磨面仕上げ手段と摺動している前記研磨部材の研磨面に、前記金属と研磨液との反応生成物を溶解させる薬液を供給する薬液供給手段と、
前記研磨部材の研磨面に、加圧ポンプにて加圧され圧力調整手段により圧力が調整された洗浄液を吐出ノズルから供給して、前記研磨部材の研磨面上の前記薬液を除去するための洗浄手段、を備えることを特徴とする。
また本発明は、上記の洗浄手段に代えて、前記研磨部材を貫通する孔部を有し、洗浄液供給源からこの孔部を介して洗浄液を研磨部材の研磨面に供給して、前記研磨部材の研磨面上の前記薬液を除去するための洗浄手段であってもよい。
【００１０】
このような構成によれば、研磨部材を研磨面仕上げ部材により擦り削りながら被研磨面を構成する金属と研磨液との反応生成物を溶解させる薬液の供給を行っているので、研磨部材の研磨能力を短時間で回復することができ、パッドの使用寿命も長期化する。このような構成は金属の研磨時における金属と研磨液との反応生成物が水に難溶な場合、例えば前記金属に銅を用いた場合に有効である。
【００１１】
本発明のように研磨部材の研磨面に、加圧された洗浄液を吐出する吐出ノズルを用いるようにすることにより、基板表面上に供給される薬液を短時間且つ確実に除去することが可能となる。
【００１２】
また本発明に係る研磨方法は、基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させながら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研磨部材の研磨面に供給し、前記基板の被研磨面を構成する金属を研磨する工程と、
前記金属と前記研磨液との反応生成物を溶解させる薬液を前記研磨部材の研磨面に供給しながら、前記研磨部材の研磨面と研磨面仕上げ手段とを相対的に摺動して前記研磨部材の研磨面を擦り削り突起群を形成することにより前記研磨部材の研磨面の研磨能力を回復させる工程と、
前記研磨部材の研磨面に、加圧ポンプにて加圧され圧力調整手段により圧力が調整された洗浄液を吐出ノズルから供給して、前記研磨部材の研磨面上の前記薬液を除去する工程と、を含むことを特徴とする。
なお、上述の研磨方法において、前記基板の被研磨面を構成する金属とは例えば銅である。
さらに本発明の研磨装置は、基板の被研磨面と研磨部材とを相対的に摺動させながら、化学的な研磨作用を有する研磨液を研磨部材の研磨液に供給し、前記基板の被研磨面を構成する金属を研磨する工程と、
前記金属と前記研磨液との反応生成物を溶解させる薬液を前記研磨部材の研磨面に供給しながら、前記研磨部材の研磨面と研磨仕上げ手段とを相対的に摺動して前記研磨部材の研磨面を擦り削り突起群を形成することにより前記研磨部材の研磨面の研磨能力を回復させる工程と、
前記研磨部材の研磨面に、加圧ポンプにて加圧され圧力調整手段により圧力が調整された洗浄液を吐出ノズルから供給して、前記研磨部材の研磨面上の前記薬液を除去する工程と、を実施することを特徴とする。なお薬液を洗浄液により除去する工程は、前記研磨部材を貫通する孔部から洗浄液を研磨部材の研磨面に供給して、前記研磨部材の研磨面上の前記薬液を除去する工程であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、例えばウエハＷ表面に形成された銅（Ｃｕ）層の一部を研磨処理であるＣＭＰプロセスにより削り取ろうとするものであり、例えば以下に示す装置により行われる。
【００１４】
図１及び図２は夫々本実施の形態の一例を示す概観図及び側面図である。２はウエハＷの被研磨面を下方側に向けて上方側から吸着保持するウエハ保持部であり、昇降機構２１及び支持部２２により昇降自在な構成となっている。このウエハ保持部２と対向して下部側には研磨部３が設けられている。研磨部３は、駆動機構３０により回転する回転テーブル３１と、回転テーブル３１の上面に貼着された研磨部材をなすパッド３２とから構成されており、パッド３２は例えば厚さ１．２ｍｍのポリウレタン発泡樹脂が用いられる。このパッド３２の表面（研磨面）には微小な突起群３３及び発泡により形成される凹部３４が形成されており（図５(ａ)参照）、また図３に示すように例えば碁盤の目状に溝３５が形成され、後述するスラリーや洗浄液等が流れ易くなるように構成される。
【００１５】
またパッド３２（回転テーブル３１）のサイズは例えばウエハ保持部２により吸着保持されるウエハＷよりも直径が大きくなるように設定され、例えば直径２０ｃｍのウエハＷに対しては直径２５ｃｍのパッド３２が用いられる。ウエハ保持部２の中心はパッド３２の中心から例えば３ｃｍ程度偏心しており、駆動機構３０は例えば図４に示すようにこのウエハ保持部２の中心軸の周囲を公転させるように構成されている。
【００１６】
前記溝３５の所定の交点部位には例えば図４中に黒点で示されるように多数の孔部３６がパッド３２を貫通して形成されており、これら孔部３６は図２に示すように回転テーブル３１内の送液流路３７に連通している。送液流路３７には外部のフレキシブルな配管３８及びバルブＶ１〜Ｖ３を介して図示しないスラリー供給源、ドレッシング液供給源及び洗浄液供給源に接続されている。またドレッシング液供給源とバルブＶ２との間にはドレッシング液の溶解能力を高めるため、例えば４０℃に当該ドレッシング液を加熱する加熱手段３９が介設されている。
【００１７】
ここで送液流路３７からパッド３２表面に供給される各液について説明を行う。スラリーはウエハＷの被研磨面をパッド３２で研磨する際に供給する研磨液をなすもので、例えばシリカ等の機械的研磨粒子及び化学的研磨粒子並びに銅を酸化させる酸化剤を含んでいる。
【００１８】
ドレッシング液は後述するドレッシング機構５にてパッド３１表面を目立てする際に供給される薬液で、研磨によりパッド３２表面に付着する銅の反応生成物を溶解する物質が用いられる。例えばドレッシング液にはシュウ酸やクエン酸などの有機酸を用いたもの、またはアンモニア等の利用が可能である。また、洗浄液はドレッシング後にドレッシング液を洗い流すためのもので、例えば純水が用いられる。
【００１９】
更にこの実施の形態に係る研磨装置は、ウエハ保持部２との間でウエハＷの受け渡しを行うウエハ搬送機構４と、パッド３２の研磨能力を回復させるためのドレッシング機構５とを備えている。ウエハ搬送機構４は、真空吸着機能を有するアーム４１を備え、Ｘ，Ｙ，Ｚ方向に移動自在でかつウエハＷを反転できるようにアーム４１が回転可能に構成されている。
【００２０】
ドレッシング機構５は、一定枚数例えば１枚のＣＭＰプロセスを行った後のパッド３２の表面を擦り削り、新たな研磨面を形成して研磨能力を回復させるアーム５１と、このアーム５１をウエハ周縁部とウエハ中央部との間で水平旋回させるスキャン機構５０とを備え、アーム５１の先端下面側のパッド３２と接する部位には、例えば高さ１６０ミクロン程度の突起群が形成されたダイヤモンド結晶を使用した仕上げ部材５２が設けられている。
【００２１】
次に本実施の形態における作用について説明する。先ずウエハＷの被研磨面を保持しているウエハ搬送機構４をウエハ保持部２付近まで移動させ、ここでアーム４１を反転させ、それまで上を向いていたウエハＷの被研磨面が下を向くようにしてウエハ保持部２に真空吸着させる。そして回転テーブル３１が図示しない駆動機構により例えば既述のような周回運動を開始し、ここに上方からウエハ保持部２を下降させてウエハＷとパッド３２とを所定の圧力で接触させる（図５(ａ)参照）。
【００２２】
このとき、バルブＶ１が開かれ孔部３４からパッド３２表面上へスラリーが供給され、このスラリーは遠心力によりパッド３２の周辺へと広がり、溝３５を伝ってパッド３２とウエハＷの被接触面とが接触する部位の隙間全域へと供給される。
【００２３】
こうしてウエハＷは、パッド３２に対して相対的に公転しながらその被研磨面が研磨されていく。ここで研磨対象となるウエハＷは、例えばダマシンプロセスと呼ばれる銅配線を形成するためのプロセスが行われるものであって、例えば図６に示すように凹部６１が形成された酸化シリコン（ＳｉＯ2）層６２の上に銅６３が積層されたものが用いられ、ＳｉＯ2層６２が露出するまで銅６３が研磨されて銅配線が形成される。なお図中６４はバリアメタルである。
【００２４】
この研磨については、先ずスラリーに混合されている酸化剤が銅の表面を酸化して機械的にもろい酸化銅の層を作り、この部分がスラリー中の機械的研磨粒子及びパッド３２表面上の凹凸により機械的に削られ、ここで生じる研磨屑や研磨された表面を同じくスラリー中の化学的研磨粒子がエッチングして、研磨後の滑らかな表面を実現していると考えられている。そしてウエハＷの研磨が終了するとウエハ保持部２が上昇し、後続のウエハＷと交換される。
【００２５】
一方、ウエハＷが研磨されるとパッド３２の表面の突起群３３の先端が丸められ、また「発明が解決しようとする課題」で述べたように水に難溶な銅とスラリーとの反応生成物Ｐが突起群３３の隙間や凹部３４などに入り込み、こうしていわば目詰まりの状態となる。
【００２６】
そして所定枚数例えば１枚のウエハＷの研磨処理が終了する度にドレッシング機構５を稼動してアーム５１をスキャンし、仕上げ部材５２であるダイヤモンドの突起群によりパッド３２の表面（突起群３３）を擦り削りながら、パッド３２表面にドレッシング液を供給する。
【００２７】
パッド３２の表面は例えば２ミクロン程度切削され、これにより新たな突起群３３が形成されることとなる。同時にドレッシング液により既述の凹部３４等に入り込んだ反応生成物Ｐが溶解され、前記の新たな突起群３３と併せてパッド３２表面の凹凸が回復し、これによりパッド３２の研磨能力が回復する。
【００２８】
しかる後、バルブＶ２を閉じ、アーム５１を研磨部３外側の図示しない待機位置まで移動すると共にバルブＶ３を開き、洗浄水をパッド３２表面へ供給して、残存するドレッシング液を洗い流してパッド３２表面から除去する。
【００２９】
上述したように本実施の形態に係る装置によれば、銅の研磨を行うＣＭＰプロセスにおいて、スラリーと銅との反応生成物に対して溶解能力を有する例えばシュウ酸に添加物を加えたドレッシング液をウエハ研磨後のパッド３２に供給してドレッシング（仕上げ処理）を行っているので、スラリーと銅との反応生成物を容易にパッド表面から除去することができ、例えばアーム５１によるスキャンを１回行うだけでパッド３２の研磨能力を回復できるので、ＣＭＰの工程全体の時間を短縮でき、またパッドの使用寿命も長期化する。
【００３０】
また、ドレッシング液は例えば銅の酸化物に対する溶解速度が上がるように例えば４０℃に加熱されてパッド３２表面へ供給されており、このようにすれば前記反応物の除去をより確実に行うことができる。なおこの加熱は必ずしも行わなくともよい。
【００３１】
更にパッド３２表面への洗浄液の供給は、例えば図７に示す供給手段を用いるようにしてもよい。この供給手段はパッド３２の上方を例えば直径方向に移動可能に構成される供給ノズル７からなり、この供給ノズル７は下方側にパッド３２の直径の長さに対応して一直線上に配列された多数の吐出孔７１を備え、パッド３２に対して洗浄液の供給を行うことができる構成となっている。供給ノズル７は、加圧ポンプ８により加圧され圧力調整手段８１により圧力が調節された洗浄液例えば純水を、吐出孔７１からパッド３２表面に供給しながら例えばパッド３２の一端側から他端側へと移動して残存するドレッシング液を洗い流す。
【００３２】
このような供給手段によれば、パッド３２表面に残る薬液例えばドレッシング液の除去を短時間且つ確実に行うことが可能である。
【００３３】
なお、本実施の形態においてパッド３２が研磨するウエハＷの被研磨面は銅に限定されるものではない。
【００３４】
【発明の効果】
このように本発明によれば基板を研磨した後の研磨部材に付着している反応生成物を短時間で除去することができ、この結果ＣＭＰプロセスの処理時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る研磨装置の実施の形態を示した斜視図である。
【図２】本発明に係る研磨装置の実施の形態を示した概略断面図である。
【図３】前記研磨装置における回転テーブル３１の作用を示した説明図である。
【図４】前記研磨装置におけるパッド３２の表面を示す平面図である。
【図５】前記研磨装置におけるウエハＷの研磨及びパッド３２のドレッシングの作用について示した説明図である。
【図６】ウエハＷに形成されている多層構造について示した断面図である。
【図７】前記研磨装置で使用される洗浄水供給手段の他の実施の形態を示す概略斜視図である。
【図８】前記研磨装置で使用される洗浄水供給手段の他の実施の形態を示す断面図である。
【図９】従来の研磨装置の一例を示す概略説明図である。
【図１０】従来の研磨装置におけるウエハ研磨後の研磨布の状態を示す断面図である。
【符号の説明】
Ｗ      ウエハ
２      ウエハ保持部
３      研磨部
３１    回転テーブル
３２    パッド
３３    突起群
３６    孔部
３７    送液流路
３８    配管
４      ウエハ搬送機構
５      ドレッシング機構
５１    アーム
５２    仕上げ部材
【図１】
0003767787.tif 000002
【図２】
0003767787.tif 000003
【図３】
0003767787.tif 000004
【図４】
0003767787.tif 000005
【図５】
0003767787.tif 000006
【図６】
0003767787.tif 000007
【図７】
0003767787.tif 000008
【図８】
0003767787.tif 000009
【図９】
0003767787.tif 000010
【図１０】
0003767787.tif 000011