(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターンテーブル上の研磨面に研磨液を供給しつつ基板上に形成された金属膜を研磨するポリッシング方法において、
前記ターンテーブル上の研磨面に、前記研磨液として鉄酸化菌を含む培養液を供給し、
トップリングに保持した前記基板を、前記研磨面に押圧しつつ、摺接することで、前記培養液中の菌体が前記基板上に形成された金属膜に接触して、前記金属膜を研磨する、
ことを特徴とするポリッシング方法。
【請求項２】
前記金属膜が銅あるいは銅合金であることを特徴とする請求項１記載のポリッシング方法。
【請求項３】
研磨中に前記研磨面側を陰極とし、前記基板側を陽極として、電界を印加しつつ研磨することを特徴とする請求項１記載のポリッシング方法。
【請求項４】
金属膜研磨時と金属膜洗浄時の前記金属膜の電界極性を逆にすることを特徴とする請求項３記載のポリッシング方法。
【請求項５】
研磨液を供給しつつ基板上に形成された金属膜を研磨するポリッシング装置において、
研磨面を有したターンテーブルと、
前記基板を保持し、前記研磨面に対して押圧するトップリングと、
前記研磨面に鉄酸化菌を含む培養液からなる研磨液を供給する供給手段と、
前記培養液が供給された前記研磨面に、前記基板を押圧しつつ、摺接する手段と、
を備えたことを特徴とするポリッシング装置。
【請求項６】
前記金属膜が銅あるいは銅合金であることを特徴とする請求項５記載のポリッシング装置。
【請求項７】
研磨中に研磨面側を陰極とし、基板側を陽極として、電界を印加する手段を備えたことを特徴とする請求項５記載のポリッシング装置。
【請求項８】
前記電界を印加する手段は、金属膜研磨時と金属膜洗浄時の前記金属膜の電界極性を逆にする手段を含むことを特徴とする請求項７記載のポリッシング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハ等の基板上に形成された金属膜を平坦かつ鏡面状に研磨するポリッシング方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、許容される焦点深度が浅くなるためステッパーの結像面の平坦度を必要とする。そこで、半導体ウエハの表面を平坦化することが必要となるが、この平坦化法の１手段としてポリッシング装置により研磨することが行われている。
【０００３】
従来、この種のポリッシング装置は、上面に研磨布を有したターンテーブルとトップリングとを有し、トップリングが一定の圧力をターンテーブルに与え、研磨布とトップリングとの間にポリッシング対象物である半導体ウエハを介在させて、研磨液を研磨布上に供給しつつ該ポリッシング対象物の表面を平坦かつ鏡面に研磨している。
従来、研磨液には、シリカ・アルミナ等の砥粒に酸化剤やｐＨ調整剤さらには界面活性剤等を加えた水系のスラリー状研磨液を使用していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の研磨液では、反応により砥粒表面に除去対象物が吸着したり、酸化剤やｐＨ調整剤が消耗されるが、その再生方法がないため、大量の研磨液が廃棄物として排出されるという問題があった。特に銅を研磨した後の研磨液については、環境に対する影響（負荷）が大きいので適正な処理を行わねばならない。
また、使用されている砥粒は、平坦化後の膜面に対して傷を残さないよう数１０〜数１００ｎｍ程度の微細な粒子を使用している。一方で基板上に形成された配線幅は小さなものでも０．２μｍ前後であり、研磨の終点を何らかの方法により検知し研磨を停止しないと、配線溝に残すべき金属膜までも削ってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は上述の事情に鑑みなされたもので、従来のシリカ・アルミナ等の砥粒に酸化剤や界面活性剤等を加えたスラリー状研磨液に代えて鉄酸化菌を含む培養液を研磨液として用い、半導体ウエハ等の基板を研磨することにより、微細な配線幅に形成されたＣｕ膜等の金属膜の研磨を回避することができるとともに研磨液を循環再利用することができるポリッシング方法及び装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明のポリッシング方法は、ターンテーブル上の研磨面に研磨液を供給しつつ基板上に形成された金属膜を研磨するポリッシング方法において、前記ターンテーブル上の研磨面に、前記研磨液として鉄酸化菌を含む培養液を供給し、トップリングに保持した前記基板を、前記研磨面に押圧しつつ、摺接することで、前記培養液中の菌体が前記基板上に形成された金属膜に接触して、前記金属膜を研磨する、ことを特徴とするものである。
本発明の１態様によれば、前記金属膜が銅あるいは銅合金であることを特徴とするものである。
また、本発明の１態様によれば、研磨中に前記研磨面側を陰極とし、前記基板側を陽極として、電界を印加しつつ研磨することを特徴とするものである。
また、本発明の１態様によれば、金属膜研磨時と金属膜洗浄時の前記金属膜の電界極性を逆にすることを特徴とするものである。
【０００７】
また本発明のポリッシング装置は、研磨液を供給しつつ基板上に形成された金属膜を研磨するポリッシング装置において、研磨面を有したターンテーブルと、前記基板を保持し、前記研磨面に対して押圧するトップリングと、前記研磨面に鉄酸化菌を含む培養液からなる研磨液を供給する供給手段と、前記培養液が供給された前記研磨面に、前記基板を押圧しつつ、摺接する手段と、を備えたことを特徴とするものである。
本発明の１態様によれば、前記金属膜が銅あるいは銅合金であることを特徴とするものである。
本発明の１態様によれば、研磨中に研磨面側を陰極とし、基板側を陽極として、電界を印加する手段を備えたことを特徴とするものである。
本発明の１態様によれば、前記電界を印加する手段は、金属膜研磨時と金属膜洗浄時の前記金属膜の電界極性を逆にする手段を含むことを特徴とするものである。
【０００８】
生物は、炭素源をとる形態によって、大きく従属栄養生物と独立栄養生物に分けられる。即ち、炭素源を他の有機物から得ているものは従属栄養生物と呼ばれ、空気中の二酸化炭素を固定して炭素源とするものは独立栄養生物と呼ばれている。この独立栄養生物の中に化学独立栄養生物という種類があり、この化学独立栄養生物はエネルギー源を無機物の酸化によって得ている。この種類のバクテリアに“チオバチルス・フェロオキシダンス”という種類がある。このバクテリアは鉄酸化菌と呼ばれ、鉄や銅を酸化する時に発生するエネルギーを利用して、空気中の二酸化炭素を固定して生育している。
【０００９】
鉄酸化菌による金属の溶出機構としては、鉄酸化菌が金属表面に付着してこれを直接酸化溶出するという説と、培養液中の第１鉄イオンを酸化して第２鉄イオンとし、これが金属を酸化溶出するという説の２つがある。いずれにしても鉄酸化菌の近傍で反応が進行するので、目的の研磨平坦化作用を菌の近傍に局限化することができる。鉄酸化菌は、直径約０．５μｍ、長さ約１μｍ程度の寸法の短捍菌であるので、これ以上微細な溝には入り得ない。従って、０．２μｍないしそれ以下の微細な配線溝に入り込んでこれを加工するようなことはない。
【００１０】
また、例えば銅を研磨した場合には研磨液中に銅イオンが溶出してくるが、相当高濃度にならない限り増殖を阻害しないので、培養液を循環使用することができる。ただし、増殖した菌体の余剰分は必要に応じて排出することになる。
さらに、研磨に際してポリッシング装置の研磨布側を陰極とし、基板側を陽極として研磨中に電解研磨が生じない程度に電界を印加することにより、表面が負に帯電している鉄酸化菌が基板表面に引き寄せられて反応確率が上昇するとともに、金属膜側の電位が高くなることにより、鉄酸化菌による酸化が加速され、研磨速度が向上する。特に、基板の凸部には電界が集中するので、凹部に比べて菌体の付着密度が高くより研磨が進行するので、全体として平坦化が進行しやすい。
【００１１】
また、その際印加した電圧により若干の電解電流が流れるが、当初は基板全面が金属膜に被覆されているので一定の電流値となるが、研磨の終点においては配線溝を除いた部分の金属膜が除去されてしまうので、流れる電流値が急激に低下する。この点をもって研磨の終点とするか、あるいはそれ以上研磨をしても下地酸化膜や配線溝の金属を除去しないので、若干余計に研磨時間をとって研磨の終了とすることも可能である。
なお、研磨終了後に研磨時と逆の電界を付与すると基板側が負に帯電するので、菌体との間で静電的な反発力が働き菌体を基板表面より水洗浄にて容易に排除することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るポリッシング方法及び装置の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明のポリッシング方法を実施するのに使用されるポリッシング装置の概略側面図である。
ポリッシング装置は、被研磨物である半導体ウエハからなる基板１を保持するトップリング２と、上面に研磨布４を貼ったターンテーブル３と、研磨布４上に研磨液を供給する研磨液供給器５とを備えている。研磨液供給器５には供給ノズル５ａが接続されており、研磨布４上に研磨液が供給されるようになっている。研磨布４の上面は基板１の被研磨面と摺接する研磨面を構成している。
【００１３】
また、ターンテーブル３とトップリング２との間には、電圧印加装置７により電界を形成することができるようになっており、研磨中には基板側を陽極側に維持し、研磨後の水洗時には基板側を陰極側に維持することが可能になっている。また、電圧印加のための配線経路中には終点検知用電流計８が設置されており、研磨終点付近での電流減少を検知することができるようになっている。
なお、トップリング２とターンテーブル３は、それぞれの軸回りに水平面内で回転させる駆動装置（図示せず）が設けられ、トップリング２とターンテーブル３の回転運動により、研磨液が基板表面に連続的に供給され、研磨が進行する。
【００１４】
上述の構成において、基板１をトップリング２の下面に保持し、ターンテーブル３上の研磨布４に基板１をトップリング２によって押圧するとともに、ターンテーブル３およびトップリング２を回転させて研磨布４と基板１を相対運動させて研磨する。このとき、供給ノズル５ａから研磨布４上に研磨液６を供給する。研磨液６としては、上述した鉄酸化菌を含む培養液を用いる。培養液としては表１に示す９Ｋと呼ばれる培養液が使用される。
【表１】
0003777495.tif 000002
表１に示す培養液で２８℃の恒温条件で培養すると２日程度で１０８cells／ml程度となるので、これを研磨液として用いることができる。また、培養中に菌によって酸化された培養液中の鉄イオンを電気化学的手法により還元しながら培養を継続する電気培養と呼ばれる方法を用いれば、菌濃度を１０１０cells／mlにまで上げることができる。したがって、この方法によって得られた培養液を研磨液として用いれば、研磨速度をさらに向上させることができる。
【００１５】
図２は、図１におけるＡ部の概略拡大図である。図２に示すように、基板１上には層間絶縁膜１ａと配線膜１ｂとが形成されている。絶縁膜１ａは、例えばＳｉＯ２からなり、配線膜１ｂは、例えばＣｕ膜からなる。研磨布４上の研磨液６中には、多数の菌体６ａが含有されている。そして、研磨中に菌体６ａは被研磨対象である配線膜１ｂと接触する。研磨時に基板側が陽極になるように電圧を印加すると、菌体が負に帯電しているため基板表面に静電的に付着するが、特に基板の凸部に電界が集中しているため付着量が多く、凸部のほうがより多く研磨されることにより全体として平坦化が進行する。
【００１６】
菌濃度１０８cells／mlの研磨液による研磨速度は金属膜が銅の場合に、３０００Å／minであり、これに対して菌体は層間絶縁膜、例えばＳｉＯ２膜に対しては作用しないので、層間絶縁膜は全く研磨されない。なお、基板１とターンテーブル３との間に０．５Ｖの電圧をかけて基板を陽分極すると、研磨速度は約３倍の１０，０００Å／minになる。この状態でもＳｉＯ２は全く研磨されない。
【００１７】
研磨中に、前記印加した電圧により若干の電解電流が流れるが、当初は基板全面が金属膜に被覆されているので一定の電流値となるが、研磨の終点においては配線溝を除いた部分の金属膜（例えばＣｕ膜）が除去されてしまうので、流れる電流値が急激に低下する。この際の電流値を終点検知用電流計８により計測し、この点をもって研磨の終点とするか、あるいはそれ以上研磨をしても下地酸化膜や配線溝の金属を除去しないので、若干余計に研磨時間をとって研磨の終了とすることも可能である。また電流計８の指示値の時間に対する２次導関数の値が図示しない計算手段により、負からゼロもしくはゼロから正になった時点を終点とすることも可能である。
研磨終了後に研磨時と逆の電界を付与すると基板側が負に帯電するので、菌体との間で静電的な反発力が働き菌体を基板表面より水洗浄にて容易に排除することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鉄酸化菌を含む培養液を研磨液として用いることにより、基板上に形成された本来研磨してはいけない微細な配線等の部分は研磨することがなく、金属膜等の必要な部分のみを研磨することができる。
また本発明によれば、研磨液を循環再利用することができ、研磨液を廃棄物として排出する必要がない。
さらに本発明によれば、研磨に際してポリッシング装置の研磨布側を陰極とし、基板側を陽極として研磨中に電解研磨が生じない程度に電界を印加することにより、表面が負に帯電している鉄酸化菌が基板表面に引き寄せられて反応確率が上昇するとともに、金属膜側の電位が高くなることにより、鉄酸化菌による酸化が加速され、研磨速度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のポリッシング方法を実施するのに使用されるポリッシング装置の概略側面図である。
【図２】図１におけるＡ部の概略拡大図である。
【符号の説明】
１    基板
１ａ    層間絶縁膜
１ｂ    配線膜
２    トップリング
３    ターンテーブル
４    研磨布４
５    研磨液供給器
５ａ    供給ノズル
６    研磨液
６ａ    菌体
７    電圧印加装置
８    終点検知用電流計
【図１】
0003777495.tif 000003
【図２】
0003777495.tif 000004