(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
定盤に保持されたパッドと、
前記パッドの中心部にスラリを滴下するスラリ供給器と、
前記パッドに圧接される基板と、
前記基板を保持する基板ホルダとを有し、
前記パッドと前記基板を前記スラリを介して対向圧接させるとともに相対移動させ、
前記基板の研磨を行なう基板研磨装置において、
前記基板研磨装置が、前記パッドへの前記基板の圧接力を、大と小とに周期的に可変させるとともに大の状態と小の状態とで所定時間維持する圧接力制御手段を有しており、
前記スラリ供給器は、前記圧接力が小の間、前記スラリを前記パッドに滴下するものである
ことを特徴とする基板研磨装置。
【請求項２】
パッドと基板の間にスラリを介し、
前記基板を前記パッドに対向圧接させるとともに、前記基板と前記パッドとを相対移動させて研磨する研磨工程を有する基板研磨方法において、
前記研磨工程が、前記パッドへの前記基板の圧接力を、大と小とに周期的に可変させるとともに大の状態と小の状態とで所定時間維持する工程を有しており、
前記圧接力が小の間、前記スラリを前記パッドに滴下する
ことを特徴とする基板研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板研磨装置および基板研磨方法に関し、さらに詳しくは、化学的機械研磨法により基板を研磨する基板研磨装置および基板研磨方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、基板上に形成される配線は益々微細化および多層化され、高集積化の傾向にある。しかしながら、基板上に形成される配線の微細化および多層化では、層間絶縁膜の段差が大かつ急峻になり、層間絶縁膜上に更に形成される配線層の加工精度を悪化させ、信頼性を低下させている。これに鑑みて、層間絶縁膜の高精度な平坦化研磨技術が望まれており、また、配線層における配線密度の疎密に関係なく平坦化する研磨技術も望まれている。これ等を解決する手段として、基板のミラーポリッシュを応用した化学的機械研磨法が提案されている。これを図４を参照して説明する。
【０００３】
図４は基板研磨装置の概略側面図である。
基板研磨装置は、パッド４が固着され外部からの駆動力により図中の矢印方向に回転する定盤３、被加工物である基板１を保持するとともに、パッド４に基板１を付勢圧接させ、図中の矢印方向に回転する基板ホルダ２、およびスラリ供給器５から概略構成されている。パッド４の回転中心付近には、スラリ供給器６に取り付けられたノズル５ａからスラリ６が滴下され、滴下されたスラリ６は定盤３の回転による遠心力によりパッド４上に拡散される。そして、定盤３と基板ホルダ２とをいずれも回転させるとともに、基板１とパッド４とのスラリ６を介した摺擦運動により基板１を研磨するものである。
【０００４】
しかしながら、上述した事例のスラリ６を介して基板１を研磨するものでは、基板１の研磨屑等の反応生成物が基板１中心部に溜まる傾向があり、スラリ供給器６から供給された新たなスラリ６が基板１の研磨面全面に均一に拡散しない虞があった。このように、スラリ６の不均一な拡散や反応生成物の溜まり等があると、基板１の研磨面において研磨速度のムラが生じ、高精度な平坦面を有する基板１を得ることができない。また、配線層の疎密による段差が形成された層間絶縁膜の部位では段差が残留し、基板の多層化が困難となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、基板を高精度な平坦度に研磨する、基板研磨装置および基板研磨方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の基板研磨装置では、定盤に保持されたパッドと、パッドの中心部にスラリを滴下するスラリ供給器と、パッドに圧接される基板と、基板を保持する基板ホルダとを有し、パッドと基板をスラリを介して対向圧接させるとともに相対移動させ、基板の研磨を行なう基板研磨装置において、基板研磨装置が、パッドへの基板の圧接力を、大と小とに周期的に可変させるとともに大の状態と小の状態とで所定時間維持する圧力制御手段を有しており、スラリ供給器は、周期的に可変する圧接力が小の間、スラリをパッドに滴下するものであることを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明の基板研磨方法では、パッドと基板の間にスラリを介し、基板をパッドに対向圧接させるとともに基板とパッドとを相対移動させて研磨する研磨工程を有する基板研磨方法において、研磨工程が、パッドへの基板の圧接力を、大と小とに周期的に可変させるとともに大の状態と小の状態とで所定時間維持する工程を有しており、周期的に可変する圧接力が小の間、スラリをパッドに滴下することを特徴とする。
【０００８】
上述した手段によれば、パッドに圧接される基板の研磨面全面における反応生成物の除去と、新たに供給されるスラリを基板の研磨面全面にスムースかつ均一に拡散させる作用がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態例について図１〜図３を参照して説明する。なお、図中の構成要素で従来の技術と同様の構造を成しているものについては、同一の参照符号を付すものとする。
【００１０】
図１は基板研磨装置の概略側面図である。
基板研磨装置は、パッド４が固着され外部からの駆動力により図中の矢印方向に回転する定盤３、被加工物である基板１を保持し図中の矢印方向に回転する基板ホルダ２、パッド４の回転中心近傍にスラリ６を滴下するスラリ供給器５から概略構成されている。基板ホルダ２にはパッド６に基板１を圧接させ、圧接力を印加する圧接器８が取り付けられ、この圧接器８にはさらに制御装置７が接続されており、圧接力が制御される。また、スラリ供給器５も制御装置７に接続されており、スラリ６の供給タイミングが制御されている。そして、スラリ供給器５に取り付けられたノズル５ａからパッド４の回転中心付近に滴下されたスラリ６は、定盤３の回転による遠心力によりパッド４上に拡散され、定盤３と基板ホルダ２とをいずれも回転させるとともに、基板１とパッド４とのスラリ６を介した摺擦運動により基板１を研磨する。
【００１１】
図２（ａ）は、制御装置７から圧接器８およびスラリ供給器５に出力され、基板１に印加される圧接力とスラリ供給器５からスラリ６を供給するタイミングの一例を示す概略タイミングチャート図である。
基板１の研磨が開始されると、制御装置７から圧接器８に矩形状のパルス信号が出力され、基板ホルダ２および基板１を基板ホルダ２の回転軸方向に矩形状に振動させ、パッド４に圧接している基板１の圧接力を周期的に可変させる。また同時に、スラリ供給器５に具備するポンプを始動させ、ノズル５ａからスラリ６をパッド４の中心部に連続的に滴下させる。以下、下記条件で具体的にアルミニウム配線層間絶縁膜が形成された基板１を研磨した事例について、図３を参照して説明する。
【００１２】
基板ホルダ回転数：５０ｒｐｍ
圧接力          ：大５６０００Ｐａ、小７０００Ｐａ
基板の振動周波数：４０Ｈｚ
研磨パッド温度  ：９０℃
研磨スラリ流量  ：７５ｍｌ／ｍｉｎ
なお、ここでは酸性の雰囲気で研磨を行う為、スラリ６を希フッ酸、水およびアルコールに混合させたものを用いた。
【００１３】
図３（ａ）は研磨前の基板１の概略断面図であり、同図（ｂ）は研磨後の基板１の概略断面図である。
基板１上には酸化シリコン等の第一の層間絶縁膜１ａが形成され、第一の層間絶縁膜１ａ上にアルミニウム配線層１ｂが形成され、更に、アルミニウム配線層１ｂ上には第一の層間絶縁膜１ａと同様酸化シリコン等の第二の層間絶縁膜１ｃが形成されている。この第二の層間絶縁膜１ｃの形成時においては、アルミニウム配線層１ｂの疎密により段差が形成されるが、多層基板を得る為にはこの段差を平坦に研磨する必要がある。
【００１４】
図２（ａ）に示したように、基板１の第二の層間絶縁膜１ｃは、パッド４に５６０００Ｐａと７０００Ｐａに４０Ｈｚで周期的に変化する矩形状の圧接力が印加されて研磨されることとなる。このようにパッド４に圧接する基板１の圧接力を周期的に可変させると、圧接力が７０００Ｐａと小である間、新たに供給されたスラリ６は研磨面である第二の層間絶縁膜１ｃの全面にスムースかつ均一に拡散し、反応生成物の溜まりを生じさせない。また、圧接力が５６０００Ｐａと大である間は、新たに供給されたスラリ６によって第二の層間絶縁膜１ｃはその外周部と中心部においても均一な研磨速度で研磨される。また、図３（ｂ）に示したように、第二の層間絶縁膜１ｃに形成された段差も平坦に研磨され、高精度な平坦面に仕上げることができる。
【００１５】
本実施の形態例では図２（ａ）に示したように、スラリ６は研磨の開始とともに連続的に供給する事例を示したが、同図（ｂ）に示したように、パッド４に基板１を圧接する圧接力が小となる間はスラリ６をパッド４上に供給し、圧接力が大である間はスラリ６の供給を中断するものであっても良い。このように、スラリ６の供給を間欠的に行なえば、スラリ６を基板１の研磨面全面によりスムースかつ均一に拡散するとともに、反応生成物をよりスムースに除去することができ、反応生成物の溜まりを生じさせることがない。従って、基板１をより高精度な平坦面に研磨することができる。
【００１６】
本実施の形態例の図２（ｂ）では、パッド４に基板１を周期的な矩形状パターンで圧接力を可変する事例を示したが、これに限定されるものでなく、圧接力の印加パターンおよび周波数は任意である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の基板研磨装置によれば、基板を高精度に平坦化することができるので、半導体装置の多層配線化に対応させることができるとともに、半導体装置の歩留りを向上させることができる。また、本発明の基板研磨方法によれば、基板の研磨面全面にスラリをスムースかつ均一に拡散させることができ、反応生成物の溜まりを生じさせることがないので、基板を高精度な平坦面に研磨することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態例を示し、基板研磨装置の概略側面図である。
【図２】  （ａ）〜（ｂ）は、本発明の基板に印加される圧接力とスラリの供給されるタイミングの一例を示す、概略タイミングチャート図である。
【図３】  本発明において、具体的にアルミニウム配線層間絶縁膜が形成された基板を研磨した事例を示し、（ａ）は研磨前の基板の概略断面図であり、（ｂ）は研磨後の基板の概略断面図である。
【図４】  従来の基板研磨装置を示す、概略側面図である。
【符号の説明】
１…基板、１ａ…第一の層間絶縁膜、１ｂ…アルミニウム配線層、１ｃ…第一の層間絶縁膜、２…基板ホルダ、３…定盤、４…パッド、５…スラリ供給器、５ａ…ノズル、６…スラリ、７…制御装置、８…圧接器
【図１】
0003743053.tif 000002
【図２】
0003743053.tif 000003
【図３】
0003743053.tif 000004
【図４】
0003743053.tif 000005