(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を研磨するための研磨パッドと、前記研磨パッドの表面をコンディショニングするためのコンディショナと、前記コンディショナを移送させるために前記コンディショナに連結されたコンディショナアームと、を具備する研磨部と、
前記研磨パッドによって研磨された半導体基板の表面をクリーニングまたは補助研磨するための、前記クリーニングを行う際には、その表面に洗浄液を受けるよう構成された補助パッドと、前記補助パッドをクリーニングするための複数個の剛毛が支持台に挿入された補助パッドブラシと、前記補助パッドブラシを移送させるために前記支持台に連結された補助パッドブラシアームと、を具備するクリーニング部と、
を含んで成ることを特徴とするCMP装置。
【請求項２】
前記研磨部が前記研磨パッドをクリーニングするための複数個の剛毛が支持台に挿入された研磨パッドブラシと、前記研磨パッドブラシを移送させるために前記研磨パッドブラシの支持台に連結された研磨パッドブラシアームを具備したことを特徴とする請求項１に記載のCMP装置。
【請求項３】
前記剛毛が合成樹脂でなされたことを特徴とする請求項１に記載のCMP装置。
【請求項４】
前記剛毛が10から2000μｍの直径を持つことを特徴とする請求項１に記載のCMP装置。
【請求項５】
前記剛毛が前記支持台に挿入された端部から他端部に行くほど直径が減少する形態を持つことを特徴とする請求項１に記載のCMP装置。
【請求項６】
前記研磨パッドがその表面に溝を持つことを特徴とする請求項１に記載のCMP装置。
【請求項７】
研磨パッド上に研磨粒子を含有したスラリーを供給しながら前記研磨パッドの表面に半導体基板の表面を密着回転させることによって前記半導体基板の表面を研磨する段階と、前記研磨パッドと所定の間隔を隔離された補助パッド上に洗浄液を噴射しながら前記半導体基板を補助パッドに密着させて回転させることによって前記半導体基板の表面をクリーニングする段階と、前記補助パッド上に存在する粒子を除去するために前記補助パッドの表面をブラッシングする段階を含むことを特徴とするCMP方法。
【請求項８】
前記研磨パッドの表面に存在する粒子及び前記研磨粒子の塊りを除去するために研磨パッドブラシで前記研磨パッドの表面をブラッシングする段階をさらに含むことを特徴とする請求項７に記載のCMP方法。
【請求項９】
前記ブラッシングする段階が前記研磨パッドの中心部から縁部へ前記研磨パッドブラシを移送する時には前記研磨パッドブラシを前記研磨パッドに接触させて、前記研磨パッドの縁部から中心部へ前記研磨パッドブラシを移送する時には前記研磨パッドブラシを前記研磨パッドから隔離しながら行うことを特徴とする請求項８に記載のCMP方法。
【請求項１０】
前記ブラッシングする段階が前記研磨パッドブラシを回転運動させながら行うことを特徴とする請求項８に記載のCMP方法。
【請求項１１】
前記ブラッシングする段階が前記研磨パッドブラシと前記研磨パッドを同時に回転運動させながら行うことを特徴とする請求項１０に記載のCMP方法。
【請求項１２】
前記ブラッシングする段階が前記研磨パッドの表面に洗浄液を噴射しながら行うことを特徴とする請求項８に記載のCMP方法。
【請求項１３】
前記半導体基板の表面を研磨する段階以後に前記研磨パッドの表面をコンディショニングする段階を含むことを特徴とする請求項８に記載のCMP方法。
【請求項１４】
前記ブラッシングする段階が前記研磨パッドの表面をコンディショニングしながら行うことを特徴とする請求項８に記載のCMP方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は化学機械的研磨（chemical mechanical polishing、以下 "CMP"という。）装置及びこれを利用したCMP方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の集積度が増加して微細パターンの臨界値数(critica1 dimension)が減少することによってフォトリソグラフィ(photo lithography)工程での解像度(resolution)及び焦点深度(depth of focus)を向上させるための平坦化工程が必須的に要求されている。このような平坦化工程中でCMP装置による平坦化方法は工程が単純なだけでなく多数のウェーハ(Wafer)を同時に効率的に平坦化させることが出来る等の長所があって特に脚光を浴びている。
【０００３】
図1及び図2は従来技術によるCMP装置及びこれを利用したCMP方法を説明するための図面である。具体的には、図1は従来のCMP装置の平面図、図2(A)は図1の2a-2a線に沿った断面図、図2(B)は図1の2b-2b線に沿った断面図を各々表す。そして、参照符号Aは半導体基板の表面を研磨するための研磨部であり、参照番号Bは半導体基板の表面をクリーニングするためのクリーニング部を表す。
【０００４】
前記研磨部Aは一端部が平らな第1プラテン(10a:platen)と、前記第1プラテン10aを回転させるための第1プラテン回転軸11aと、前記第1プラテン10aの前記一端部に密着固定された研磨パッド(20a:polishing  pad)と、前記研磨パッド20aの新しい表面が露出されるよう前記研磨パッド20aの表面を削るためのコンディショナ(conditioner、50)と、回転が可能で一端部に前記コンディショナ50が密着固定されたコンディショニングヘッド(conditioning head、60)と、前記コンディショニングヘッド60を移送するためのコンディショニングヘッドアーム(61:conditioning head arm)と、回転が可能で一端部に半導体基板30が密着固定されたクランプ(40:clamp)と、前記クランプ40を移送するためのクランプアーム（41:clamp arm)を具備する。
【０００５】
ここで、前記研磨パッド20aは前記半導体基板30を前記研磨パッド20aの表面に密着させても前記半導体基板30の中心部までスラリー(slurry)が供給できるように表面に微細な溝(groove）が形成されている。
【０００６】
前記クリーニング部Bは一端部が平らな第2プラテン10bと、前記第2プラテン10bを回転させるための第2プラテン回転軸11bと、前記第2プラテン10bの前記一端部に密着固定された補助パッド20bと、回転が可能で一端部に半導体基板30が密着固定されたクランプ40と、前記クランプ40を移送するためのクランプアーム41を具備する。ここで、前記半導体基板30及び前記クランプ40は前記クランプアーム41により前記研磨部Aから移送されてきたものである。
【０００７】
以下、前記CMP装置を利用した従来のCMP方法を説明する。
まず、前記研磨パッド20aの上にスラリー(slurry)を供給しながら前記研磨パッド20aに前記半導体基板30を密着回転させることによって前記半導体基板30の表面を研磨する。この時、前記研磨パッド20aは研磨する間に回転する。続いて、前記半導体基板30を前記研磨パッド20aから隔離させた後に前記コンディショナ50を前記研磨パッド20aに密着回転させることによって前記研磨パッド20aの表面を削って新しい表面を露出させるパッドコンディショニング段階を進行する。この時、前記研磨パッド20aはパッドコンディショニングの間に回転する。前記コンディショニング段階を進行する理由は前記研磨過程で前記研磨パッド20aの表面が摩耗されることによって前記半導体基板30の表面が研磨される速度が落ちることを防ぐためである。
【０００８】
前記コンディショニング段階を行なう主な目的が摩耗された前記研磨パッド20aの表面を削って新しい研磨パッド表面を露出させることであるから前記研磨過程で発生した粒子及び前記スラリー内の研磨粒子が凝集して局部的に形成された研磨粒子塊りは前記コンディショニング段階で前記研磨パッド20aから完全に除去されない。特に、前記研磨パッド20aの表面に形成された溝に嵌め込まれている研磨粒子塊り及び粒子を除去することはほとんど不可能である。
【０００９】
このように前記研磨パッド20a上に残留する粒子及び研磨粒子塊りにより研磨過程で半導体基板の表面にスクラッチ(scratch)が発生する。特に、前記研磨粒子塊りが残留することによって前記半導体基板30の表面が不均一に研磨されてCMP工程の信頼性が低下される。これは前記研磨粒子塊りが無い部分より前記研磨粒子塊りがある部分で前記半導体基板30の表面が研磨される速度がより速いためである。
【００１０】
引き続き、前記研磨部Aで研磨された前記半導体基板30を前記クリーニング部Bに移送する。続いて、前記補助パッド20bの表面に洗浄液を供給しながら前記半導体基板30を前記補助パッド20bに密着回転させることによって前記半導体基板30の表面をクリーニングする。この時、前記補助パッド20bはクリーニングの間に回転する。そうすれば、前記研磨部Aでの研磨過程で前記半導体基板30の表面に付着していた粒子及び研磨粒子が前記補助パッド20b上に移されるようになる。このように補助パッド20b上に移された粒子及び研磨粒子によって前記半導体基板30の表面にスクラッチが発生する。
【００１１】
前記クリーニング部Bでは前記半導体基板30の表面をクリーニングする作業以外に前記研磨部Aでの研磨過程で前記半導体基板30の表面に形成されたスクラッチを除去したり研磨過程を経た前記半導体基板30の表面粗度を減少させるためにスラリーバフミガキ(slurry  buffing)またはタッチ-アップ(touch-up)工程と呼ばれる補助研磨作業を行なうこともある。このような補助研磨作業は前記洗浄液の代りに研磨粒子を含有したスラリーを前記補助パッド20b上に供給することによってなされる。このような補助研磨作業を行なう場合にも前記研磨部Aでの研磨過程と同じく前記半導体基板30の表面にスクラッチが発生するだけでなく前記半導体基板30の表面が不均一に研磨される問題が発生する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明が果そうとする技術的課題は半導体基板の表面が不均一に研磨されることを防ぐだけでなく半導体基板の表面にスクラッチが発生することを防止出来るCMP装置を提供する所にある。
本発明の他の技術的課題は前記CMP装置を利用して最も望ましい半導体基板を研磨できるCMP方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記技術的課題を達成するための本発明のCMP装置は半導体基板を研磨するための研磨パッドと、前記研磨パッドの表面をコンディショニングするためのコンディショナと、前記コンディショナを移送させるために前記コンディショナに連結されたコンディショナアームを含む。また、本発明のCMP装置は前記研磨パッドをクリーニングするための複数個の剛毛(bristle)が支持台に挿入された研磨パッドブラシと、前記研磨パッドブラシを送るために前記支持台に連結された研磨パッドブラシアームを含む。
【００１４】
前記他の技術的課題を達成するための本発明のCMP方法は研磨パッド上に研磨粒子を含んでいるスラリーを供給しながら前記研磨パッドの表面に半導体基板の表面を密着回転させることによって前記半導体基板の表面を研磨する。続いて、本発明のCMP方法は前記研磨パッドの表面に存在する粒子及び前記研磨粒子の塊りを除去するために研磨パッドブラシで前記研磨パッドの表面をブラッシングする。
【００１５】
本発明に伴うCMP装置及びこれを利用したCMP方法によれば、前記研磨パッド及び前記補助パッド上に残留する粒子及び研磨粒子塊りをブラシを使用して効果的に除去することによって半導体基板の表面にスクラッチが生じることを防止するだけでなく半導体基板の表面が不均一に研磨されることを防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図3及び図4は本発明によるCMP装置を説明するための図面である。具体的には、図3は本発明のCMP装置の平面図、図4(A)は図3の4a-4a線による断面図、図4(B)は図3の4b-4b線による断面図を各々表す。そして、参照符号Cは半導体基板の表面を研磨するための研磨部であり、参照符号Dは半導体基板の表面をクリーニングするためのクリーニング部を各々表す。
【００１７】
前記研磨部Cは一端部が平らな第1プラテン110aと、前記第1プラテン110aを回転させるための第1プラテン回転軸111aと、前記第1プラテン110aの前記一端部に密着固定された研磨パッド120aと、前記研磨パッド120aの新しい表面が露出されるように前記研磨パッド120aの表面を削るためのコンディショナ150と、回転可能で一端部に前記コンディショナ150が密着固定されたコンディショニングヘッド160と、前記コンディショニングヘッド160を移送するためのコンディショニングヘッドアーム（コンディショナアーム）161と、回転可能で一端部に半導体基板130が密着固定されたクランプ140と、前記クランプ140を移送するためのクランプアーム141と、回転可能で前記研磨パッド120aをクリーニングするための研磨パッドブラシ170と、前記研磨パッドブラシ170を移送させるための研磨パッドブラシアーム171を具備する。
【００１８】
ここで、前記研磨パッド120aに密着する面にダイアモンド粒子がついている金属板を前記コンディショナ150として使用する。しかし、前記研磨パッド120aの材質により前記研磨パッド120aの表面が損傷することを防止するためにブラシを前記コンディショナ150として使用することも出来る。この時のブラシは前記研磨パッド120aをコンディショニングするためのものであるから非常に厚くて硬い剛毛(bristle)を持つものを使用すべきである。
【００１９】
そして、前記研磨パッド120aは前記半導体基板130を前記研磨パッド120aの表面に密着させても前記半導体基板130の中心部までスラリーが供給できるように表面に微細な溝(groove）が形成されている。
【００２０】
前記研磨パッドブラシ170は前記コンディショナ150として使われるブラシとは異なり10から2000μｍの細い直径を持つナイロンのような弾力性のある合成樹脂よりなる剛毛173と、一方の面は前記剛毛173が挿入され、他の一方は前記研磨パッドブラシアーム171に連結される支持台175を含んでなる。この時、前記剛毛173は前記支持台175に挿入される端部から前記研磨パッド120aに接触される他端部の方へ行くほど直径が減少する形態、例えば円錐形を持つことが望ましい。なぜなら、前記研磨パッド120aに形成されている溝内に存在する粒子迄も除去するためである。
【００２１】
前記クリーニング部Dは一端部が平らな第2プラテン110bと、前記第2プラテン110bを回転させるための第2プラテン迴転軸111bと、前記第2プラテン110bの前記一端部に密着固定された補助パッド120bと、回転可能で一端部に半導体基板130が密着固定されるクランプ140と、前記クランプ140を移送するためのクランプアーム141と、回転可能で前記補助パッド120bをクリーニングするための補助パッドブラシ180と、前記補助パッドブラシ180を移送させるための補助パッドブラシアーム181を具備する。
【００２２】
ここで、前記補助パッドブラシ180と補助パッドブラシアーム181を別途に具備しなくて前記研磨パッドブラシ170及び前記研磨パッドブラシアーム171を前記クリーニング部Dに移送することによって前記補助パッドブラシ180と補助パッドブラシアーム181を代用することも出来る。
【００２３】
前記補助パッドブラシ180は前記研磨パッドブラシ170と同じく10から2000μｍの細い直径を持ち、ナイロンのような弾力性のある合成樹脂でなされた剛毛183と、一方の面は前記剛毛183が挿入され他の一方面は前記研磨パッドブラシアーム181に連結される支持台185を具備する。もちろん、前記剛毛183は前記支持台185に挿入された端部から前記補助パッド120bに接触される他端部の方へ行くほど直径が減少する形態を持つ。
【００２４】
図5は前記図3、図4(A)及び図4(B)に図示したCMP装置を利用したCMP方法を説明するための流れ図である。
まず、前記研磨パッド120a上にスラリーを供給しながら前記研磨パッド120aの表面に前記半導体基板130の表面を密着回転させることによって前記半導体基板130の表面を研磨する。この時、研磨効率を上げるために前記研磨パッド120aも共に回転させる(段階200)。
【００２５】
ここで、前記スラリーは機械的な研磨に寄与する研磨粒子、例えば、アルミナ(alumina)粒子或いはシリカ(silica)粒子と、化学的な研磨に寄与する化学薬剤や純水が混合されたものを使用する。そして、前記スラリーの酸性度(ph)を調節するために水酸化カリウム(KOH)または水酸化ナトリウム(NaOH)等をさらに添加することも出来る。
【００２６】
続いて、前記半導体基板130を前記研磨パッド120aから隔離した後に前記コンディショナ150を前記研磨パッド120aに密着回転させることによって前記研磨パッド120aの表面を削って新しい表面を露出させるコンディショニング段階を行なう。この時、研磨パッド120aはコンディショニング効率を増加させるために回転する。もちろん、前記半導体基板130の表面を研磨しながら前記コンディショニング段階を進行することも出来る(段階220)。
【００２７】
従来技術で説明したように前記コンディショニング段階を行なう主目的が前記研磨パッド120aの表面を削ることであるから前記研磨過程で発生した粒子及び前記スラリー内の研磨粒子が凝集して局部的に形成された研磨粒子塊りは前記コンディショニング段階で完全に除去されない。
【００２８】
特に、前記研磨パッド120aの表面に形成された溝に嵌め込まれている研磨粒子塊り及び粒子を除去することはほとんど不可能である。上述したようにブラシを前記コンディショナ150として使用する場合にも同じである。なぜなら、前記コンディショナ150に使われる剛毛は非常に厚くて硬いためである。
【００２９】
したがって、前記コンディショニング段階以後に前記研磨パッド120a上に存在する粒子及び前記研磨粒子塊りを除去するために前記研磨パッドブラシ170で前記研磨パッド120aの表面をブラッシングする。もちろん、前記コンディショニング段階と共に前記ブラッシング段階を行なっても差し支えない(段階240)。
【００３０】
この時、前記研磨パッド120aの中心部から縁部へ前記研磨パッドブラシ170を移送する時には前記研磨パッドブラシ170を前記研磨パッド120aに密着させて、前記研磨パッド120aの縁部から中心部へ前記研磨パッドブラシ170を移送する時には前記研磨パッドブラシ170を前記研磨パッド120aから隔離させながら前記ブラッシング段階を進行することによって前記ブラッシングの効率を増加させることが出来る。また、前記研磨パッド120aの表面に洗浄液を供給しながら前記ブラッシング段階を進行したり、前記研磨パッドブラシ170を回転させながら前記ブラッシング段階を進行することによって前記ブラッシングの効率を増加させることが出来る。
【００３１】
このようにブラッシング段階を更に行うことによって前記半導体基板130の表面にスクラッチが発生することを防止できるだけでなく前記半導体基板130の表面が不均一に研磨されることも防止できる。
【００３２】
引き続き、前記研磨部Cで研磨された前記半導体基板130を前記クリーニング部Dに移送する。続いて、前記補助パッド120bの表面に前記洗浄液を供給しながら前記半導体基板130を前記補助パッド120bに密着回転させることによって前記半導体基板130の表面をクリーニングする。この時、前記クリーニング効率を上げるために前記補助パッド120bも共に回転させる(段階260)。
【００３３】
この時、前記研磨部Cで行なわれた研磨過程で前記半導体基板130の表面に付着していた粒子及び研磨粒子が前記補助パッド120b上に移されるようになる。これによって前記半導体基板130または後続して前記クリーニング部Dでクリーニングされる半導体基板130の表面にスクラッチが発生する。
【００３４】
また、前記クリーニング部Dでは前記半導体基板130の表面をクリーニングする作業以外に前記研磨部Cでの研磨過程で前記半導体基板130の表面に形成されたスクラッチを除去したり研磨過程を経た前記半導体基板130の表面粗度を減少させるためにスラリーバフミガキまたはタッチ-アップ工程と呼ばれる補助研磨作業を遂行する。このような補助研磨作業は前記洗浄液の代りに研磨粒子を含有したスラリーを前記補助パッド120b上に供給することによって行われる(段階260)。
【００３５】
このような補助研磨作業を行なう場合にも前記研磨部Cでの研磨過程と同じく前記半導体基板130の表面にスクラッチが発生されるだけでなく前記半導体基板130の表面が不均一に研磨される問題が発生する。
従って、前記補助パッド120b上に残留する粒子及び研磨粒子塊りを除去するために前記クリーニング段階以後または補助研磨作業以後に前記補助パッドブラシ180で前記補助パッド120bをブラッシングする(段階280)。
【００３６】
この時、前記クリーニング効率を上げるために前記補助パッドブラシ180を回転運動させたり、前記補助パッドブラシ180を回転運動させながら前記補助パッド120bを同時に回転させる。もちろん、クリーニングの効率を増大させるために前記補助パッド120bの表面に洗浄液を供給しながら前記ブラッシングを行うことが望ましい。
本発明は前記実施の形態だけに限定されなく、本発明の技術的思想内で当分野で通常の知識を持つ者により多くの変形が可能なのは明白である。
【００３７】
【発明の効果】
上述したように本発明に従うCMP装置及びこれを利用したCMP方法によれば、前記研磨パッド120a及び前記補助パッド120b上に残留する粒子及び研磨粒子塊りをブラシを使用して効果的に除去することによって前記半導体基板130の表面にスクラッチが発生することを防止するだけでなく半導体基板の表面が不均一に研磨されることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来技術によるCMP装置の平面図である。
【図２】  （Ａ）は図１における２ａ−２ａ線視断面図であり、（Ｂ）は図１における２ｂ−２ｂ線視断面図である。
【図３】  本発明によるCMP装置の平面図である。
【図４】  （Ａ）は図３における４ａ−４ａ線視断面図であり、（Ｂ）は図３における４ｂ−４ｂ線視断面図である。
【図５】  本発明によるCMP装置の化学機械的研磨方法を説明するための流れ図である。
【符号の説明】
１２０ａ  研磨パッド
１２０ｂ  補助パッド
１３０  半導体基板
１５０  コンディショナ
１６１  コンディショニングヘッドアーム（コンディショナアーム）
１７０  研磨パッドブラシ
１７１  研磨パッドブラシアーム
１７３、１８３  剛毛
１７５、１８５  支持台
１８０  補助パッドブラシ
１８１  補助パッドブラシアーム
Ｃ  研磨部
Ｄ  クリーニング部
【図１】
0003761311.tif 000002
【図２】
0003761311.tif 000003
【図３】
0003761311.tif 000004
【図４】
0003761311.tif 000005
【図５】
0003761311.tif 000006