JPH08294861A - 半導体装置の製造方法及び研磨装置 - Google Patents
半導体装置の製造方法及び研磨装置Info
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- JPH08294861A JPH08294861A JP10086895A JP10086895A JPH08294861A JP H08294861 A JPH08294861 A JP H08294861A JP 10086895 A JP10086895 A JP 10086895A JP 10086895 A JP10086895 A JP 10086895A JP H08294861 A JPH08294861 A JP H08294861A
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- polished
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- Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 均一な厚さの被研磨膜を得ることができ、ま
た製造効率を向上させることができる半導体装置の製造
方法及び研磨装置を提供する。 【構成】 一方向に回転する回転定盤１３上の研磨クロ
ス１５の研磨面１５ａと、ウェハ保持盤１４に回転保持
された半導体ウェハ１６の被研磨面１６ａとの摺接部分
に、研磨液を研磨液供給管１７から供給して化学的機械
研磨加工を行い、摺接部分の回転定盤１３の回転方向後
方側に研磨面１５ａから研磨加工中に研磨廃液を除去す
る液排出機構２３を備えているので、研磨加工は常に研
磨廃液が除去された研磨面１５ａによって行われること
になり、長時間使用しても研磨面１５ａが目詰まりしな
いためにポリッシングレートの変化が少なく、また研磨
加工を途中で止めずに継続して研磨を行うことができ
る。
た製造効率を向上させることができる半導体装置の製造
方法及び研磨装置を提供する。 【構成】 一方向に回転する回転定盤１３上の研磨クロ
ス１５の研磨面１５ａと、ウェハ保持盤１４に回転保持
された半導体ウェハ１６の被研磨面１６ａとの摺接部分
に、研磨液を研磨液供給管１７から供給して化学的機械
研磨加工を行い、摺接部分の回転定盤１３の回転方向後
方側に研磨面１５ａから研磨加工中に研磨廃液を除去す
る液排出機構２３を備えているので、研磨加工は常に研
磨廃液が除去された研磨面１５ａによって行われること
になり、長時間使用しても研磨面１５ａが目詰まりしな
いためにポリッシングレートの変化が少なく、また研磨
加工を途中で止めずに継続して研磨を行うことができ
る。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウェハの表面を
平坦化する半導体装置の製造方法及び研磨装置に関し、
特に化学的機械研磨法により平坦化するようにした半導
体装置の製造方法及び研磨装置に関する。
平坦化する半導体装置の製造方法及び研磨装置に関し、
特に化学的機械研磨法により平坦化するようにした半導
体装置の製造方法及び研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】周知の通り、半導体装置に対する高密度
化、微細化の要求に伴い、これらの要求を満たすべく種
々の製造方法及び製造装置の開発検討がなされている。
このうちで半導体ウェハの表面の高低差が１μｍ足らず
の凹凸を平坦化することは必須となっており、例えば層
間絶縁膜の平坦化やプラグの形成、埋め込み金属配線の
形成、さらに埋め込み素子分離等を行う際に必須の技術
となっている。こうした半導体ウェハの表面の平坦化は
化学的機械研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉ
ｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ法：以下、ＣＭＰ法と記
す）により行われている。
化、微細化の要求に伴い、これらの要求を満たすべく種
々の製造方法及び製造装置の開発検討がなされている。
このうちで半導体ウェハの表面の高低差が１μｍ足らず
の凹凸を平坦化することは必須となっており、例えば層
間絶縁膜の平坦化やプラグの形成、埋め込み金属配線の
形成、さらに埋め込み素子分離等を行う際に必須の技術
となっている。こうした半導体ウェハの表面の平坦化は
化学的機械研磨法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉ
ｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ法：以下、ＣＭＰ法と記
す）により行われている。
【０００３】以下、従来のＣＭＰ法による半導体ウェハ
の表面の平坦化技術について図１１乃至図１５を参照し
て説明する。図１１は化学的機械研磨装置の要部の斜視
図であり、図１２は化学的機械研磨装置のポリッシング
レートの経時変化を示す図であり、図１３は研磨クロス
の接触比率を説明するための図で、図１３（ａ）は研磨
クロスの半径に対する接触比率示す図、図１３（ｂ）は
接触比率の定義を説明するための図であり、図１４は半
導体ウェハの研磨加工前の部分断面図であり、図１５は
半導体ウェハの研磨加工後の部分断面図である。
の表面の平坦化技術について図１１乃至図１５を参照し
て説明する。図１１は化学的機械研磨装置の要部の斜視
図であり、図１２は化学的機械研磨装置のポリッシング
レートの経時変化を示す図であり、図１３は研磨クロス
の接触比率を説明するための図で、図１３（ａ）は研磨
クロスの半径に対する接触比率示す図、図１３（ｂ）は
接触比率の定義を説明するための図であり、図１４は半
導体ウェハの研磨加工前の部分断面図であり、図１５は
半導体ウェハの研磨加工後の部分断面図である。
【０００４】図１１乃至図１５において、１は化学的機
械研磨装置（以下、ＣＭＰ装置と記す）の矢印Ａの方向
に回転する回転定盤で、その上面には研磨クロス２が装
着されている。３は研磨クロス２の上面に水等に研磨粒
子を懸濁させた研磨液を先端部から供給する研磨液供給
管である。
械研磨装置（以下、ＣＭＰ装置と記す）の矢印Ａの方向
に回転する回転定盤で、その上面には研磨クロス２が装
着されている。３は研磨クロス２の上面に水等に研磨粒
子を懸濁させた研磨液を先端部から供給する研磨液供給
管である。
【０００５】また、４は矢印Ｂの方向に回転する回転定
盤１の半径より直径が小さいウェハ保持盤で、このウェ
ハ保持盤４はその下面が回転定盤１の回転中心に対向配
置されないように設けられている。さらに、ウェハ保持
盤４は半導体ウェハ５を真空チャックにより下面に保持
し、この半導体ウェハ５を保持したままの状態で研磨ク
ロス２の上面に対し直交する方向に進退可能となってお
り、半導体ウェハ５の下面を研磨クロス２の上面に所定
圧力で押圧することにより研磨が行えるようになってい
る。
盤１の半径より直径が小さいウェハ保持盤で、このウェ
ハ保持盤４はその下面が回転定盤１の回転中心に対向配
置されないように設けられている。さらに、ウェハ保持
盤４は半導体ウェハ５を真空チャックにより下面に保持
し、この半導体ウェハ５を保持したままの状態で研磨ク
ロス２の上面に対し直交する方向に進退可能となってお
り、半導体ウェハ５の下面を研磨クロス２の上面に所定
圧力で押圧することにより研磨が行えるようになってい
る。
【０００６】そして上記のように構成されたＣＭＰ装置
による半導体ウェハ５の研磨加工は次のようにして行わ
れる。先ず回転させた状態の回転定盤１の研磨クロス２
の上面に研磨液供給管３から研磨液を供給し、その後、
ウェハ保持盤４を回転させながら半導体ウェハ５の下面
を研磨クロス２の上面に所定圧力で押圧する。この押圧
状態を所定時間継続した後にウェハ保持盤４を後退さ
せ、研磨クロス２から半導体ウェハ５を引き離すことに
よって研磨加工を終了する。
による半導体ウェハ５の研磨加工は次のようにして行わ
れる。先ず回転させた状態の回転定盤１の研磨クロス２
の上面に研磨液供給管３から研磨液を供給し、その後、
ウェハ保持盤４を回転させながら半導体ウェハ５の下面
を研磨クロス２の上面に所定圧力で押圧する。この押圧
状態を所定時間継続した後にウェハ保持盤４を後退さ
せ、研磨クロス２から半導体ウェハ５を引き離すことに
よって研磨加工を終了する。
【０００７】しかしながら上記の従来技術においては、
同一の研磨クロス２を長時間使用して研磨を行った場
合、半導体ウェハ５の被研磨面の中心部分Ｘと半径方向
の中間部分Ｙ、さらに外周部分Ｚでのポリッシングレー
トに差が生じてくる。例えば水に過酸化水素（Ｈ
2 Ｏ2 ）とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の微粒子を混合させ
て形成した研磨液で、半導体ウェハ５の被研磨面に対し
所定の研磨加工を行った場合のポリッシングレートの経
時変化は図１２に示すようなものとなっている。なお、
ＬX は中心部分Ｘの変化曲線、ＬY は中間部分Ｙの変化
曲線、ＬZ は外周部分Ｚの変化曲線である。
同一の研磨クロス２を長時間使用して研磨を行った場
合、半導体ウェハ５の被研磨面の中心部分Ｘと半径方向
の中間部分Ｙ、さらに外周部分Ｚでのポリッシングレー
トに差が生じてくる。例えば水に過酸化水素（Ｈ
2 Ｏ2 ）とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）の微粒子を混合させ
て形成した研磨液で、半導体ウェハ５の被研磨面に対し
所定の研磨加工を行った場合のポリッシングレートの経
時変化は図１２に示すようなものとなっている。なお、
ＬX は中心部分Ｘの変化曲線、ＬY は中間部分Ｙの変化
曲線、ＬZ は外周部分Ｚの変化曲線である。
【０００８】すなわち、研磨クロス２を使用し始めた初
期段階のポリッシングレートは、半導体ウェハ５の被研
磨面の中心部分Ｘと中間部分Ｙ、外周部分Ｚで約０．２
７μｍ／ｍｉｎとほぼ等しく、半導体ウェハ５は面内で
略均一となるよう研磨される。しかし、例えば累積研磨
時間が３０分間を越えた後においては中心部分Ｘのポリ
ッシングレートは０．３８μｍ／ｍｉｎ、中間部分Ｙの
ポリッシングレートは０．３２μｍ／ｍｉｎ、外周部分
Ｚのポリッシングレートは０．２９μｍ／ｍｉｎとばら
ついたものとなってしまい、半導体ウェハ５は略均一に
研磨されなくなってしまう。
期段階のポリッシングレートは、半導体ウェハ５の被研
磨面の中心部分Ｘと中間部分Ｙ、外周部分Ｚで約０．２
７μｍ／ｍｉｎとほぼ等しく、半導体ウェハ５は面内で
略均一となるよう研磨される。しかし、例えば累積研磨
時間が３０分間を越えた後においては中心部分Ｘのポリ
ッシングレートは０．３８μｍ／ｍｉｎ、中間部分Ｙの
ポリッシングレートは０．３２μｍ／ｍｉｎ、外周部分
Ｚのポリッシングレートは０．２９μｍ／ｍｉｎとばら
ついたものとなってしまい、半導体ウェハ５は略均一に
研磨されなくなってしまう。
【０００９】このため、長時間使用した研磨クロス２に
よって研磨した半導体ウェハ５では、被研磨膜の厚さに
ばらつきが生じる。また、長時間使用した研磨クロス２
をさらに使い続けると、研磨した面に傷が付くなどの不
具合が生じる虞がある。
よって研磨した半導体ウェハ５では、被研磨膜の厚さに
ばらつきが生じる。また、長時間使用した研磨クロス２
をさらに使い続けると、研磨した面に傷が付くなどの不
具合が生じる虞がある。
【００１０】このような半導体ウェハ５の被研磨面の面
内位置によるポリッシングレートの経時変化の差は、研
磨クロス２と半導体ウェハ５の接触比率が図１３（ａ）
に示すように異なり、研磨クロス２の表面が劣化した
り、被研磨物や研磨粒子等による研磨クロス２の目詰ま
りなどが起こり、研磨面の表面状態が一様でなくなるこ
とによって生じるものと考えられる。なお、接触比率は
図１３（ｂ）に示すようにｌ／２πＲで表されるもの
で、Ｒは半導体ウェハ５の面内を横切る任意円の半径で
あり、ｌは半導体ウェハ５の面内を横切る半径Ｒの任意
円の部分円周の長さである。
内位置によるポリッシングレートの経時変化の差は、研
磨クロス２と半導体ウェハ５の接触比率が図１３（ａ）
に示すように異なり、研磨クロス２の表面が劣化した
り、被研磨物や研磨粒子等による研磨クロス２の目詰ま
りなどが起こり、研磨面の表面状態が一様でなくなるこ
とによって生じるものと考えられる。なお、接触比率は
図１３（ｂ）に示すようにｌ／２πＲで表されるもの
で、Ｒは半導体ウェハ５の面内を横切る任意円の半径で
あり、ｌは半導体ウェハ５の面内を横切る半径Ｒの任意
円の部分円周の長さである。
【００１１】こうした接触比率が異なり研磨クロス２の
表面が劣化することで、研磨クロス２の研磨面における
研磨液の保持力や、研磨クロス２の研磨面と半導体ウェ
ハ５の被研磨面との摩擦係数が変化し、半導体ウェハ５
の被研磨面の面内位置によってポリッシングレートが変
化し、ばらついたものとなってしまう。また研磨クロス
２が目詰まりなどを起こすと、研磨面の一部で部分的に
研磨粒子の濃度が高くなり、同様に半導体ウェハ５の被
研磨面の面内位置によってポリッシングレートが変化
し、ばらついたものとなってしまう。
表面が劣化することで、研磨クロス２の研磨面における
研磨液の保持力や、研磨クロス２の研磨面と半導体ウェ
ハ５の被研磨面との摩擦係数が変化し、半導体ウェハ５
の被研磨面の面内位置によってポリッシングレートが変
化し、ばらついたものとなってしまう。また研磨クロス
２が目詰まりなどを起こすと、研磨面の一部で部分的に
研磨粒子の濃度が高くなり、同様に半導体ウェハ５の被
研磨面の面内位置によってポリッシングレートが変化
し、ばらついたものとなってしまう。
【００１２】そして、研磨クロス２の研磨面の変化に対
応するよう常に半導体ウェハ５の被研磨膜の厚さを測定
しなければ正確な研磨量の把握ができず、ＣＭＰ装置に
よる研磨加工は非常に煩雑なものとなっていた。
応するよう常に半導体ウェハ５の被研磨膜の厚さを測定
しなければ正確な研磨量の把握ができず、ＣＭＰ装置に
よる研磨加工は非常に煩雑なものとなっていた。
【００１３】さらに、例えば図１４に示すようにシリコ
ン基板６上にシリコン酸化膜７を積層し、積層したシリ
コン酸化膜７に溝部８を形成し、溝部８を埋めるように
しながらシリコン酸化膜７上に導電層となるタングステ
ン（Ｗ）膜９を堆積して半導体ウェハ５を構成する。そ
して、この半導体ウェハ５を溝部８内にタングステン膜
９を残すようにして他のタングステン膜９を除去し上面
をＣＭＰ装置による研磨加工によって平坦化しようとす
る際に、次のような不具合が生じる虞がある。
ン基板６上にシリコン酸化膜７を積層し、積層したシリ
コン酸化膜７に溝部８を形成し、溝部８を埋めるように
しながらシリコン酸化膜７上に導電層となるタングステ
ン（Ｗ）膜９を堆積して半導体ウェハ５を構成する。そ
して、この半導体ウェハ５を溝部８内にタングステン膜
９を残すようにして他のタングステン膜９を除去し上面
をＣＭＰ装置による研磨加工によって平坦化しようとす
る際に、次のような不具合が生じる虞がある。
【００１４】その不具合は、長時間使用した研磨クロス
２によって研磨加工を行った場合、半導体ウェハ５の被
研磨面の面内位置によってポリッシングレートが異なる
ため、先にタングステン膜９が除去されて露出したシリ
コン酸化膜７が継続して研磨され、その際に研磨クロス
２に付着したシリコン酸化膜７よりも硬いタングステン
膜９の研磨かすによって図１５に示すように傷付けられ
てしまう虞がある。
２によって研磨加工を行った場合、半導体ウェハ５の被
研磨面の面内位置によってポリッシングレートが異なる
ため、先にタングステン膜９が除去されて露出したシリ
コン酸化膜７が継続して研磨され、その際に研磨クロス
２に付着したシリコン酸化膜７よりも硬いタングステン
膜９の研磨かすによって図１５に示すように傷付けられ
てしまう虞がある。
【００１５】そして、上述のような長時間使用した研磨
クロス２による研磨によって被研磨膜の膜厚のばらつき
や被研磨面の傷付きの不具合を解消するため、研磨クロ
ス２に対し表面状態を一様に保つためのクリーニング作
業であるドレッシングが行われる。このドレッシングに
は水が用いられるが、水は研磨クロス２を劣化させず、
研磨粒子や被研磨物の研磨かすによる目詰まりを解消す
る上で非常に有効であるが、研磨中に研磨クロス２上に
水を流すと研磨液がドレッシング用の水によって希釈さ
れ濃度が変化してしまい、この濃度変化で研磨量が一定
せず所定量の研磨が所定時間では行えなくなる。
クロス２による研磨によって被研磨膜の膜厚のばらつき
や被研磨面の傷付きの不具合を解消するため、研磨クロ
ス２に対し表面状態を一様に保つためのクリーニング作
業であるドレッシングが行われる。このドレッシングに
は水が用いられるが、水は研磨クロス２を劣化させず、
研磨粒子や被研磨物の研磨かすによる目詰まりを解消す
る上で非常に有効であるが、研磨中に研磨クロス２上に
水を流すと研磨液がドレッシング用の水によって希釈さ
れ濃度が変化してしまい、この濃度変化で研磨量が一定
せず所定量の研磨が所定時間では行えなくなる。
【００１６】このため、所定時間使用した研磨クロス２
については、その時点でＣＭＰ装置の運転を停止して研
磨クロス２のドレッシングのみを行い、その後に再び研
磨加工を行うようにしている。しかしＣＭＰ装置の運転
を研磨クロス２のドレッシングを行う間一時停止するた
め、ＣＭＰ装置の稼動率が低いものとなっていた。特
に、被研磨膜の厚さを均一にするためには１枚の半導体
ウェハ５を研磨する度に研磨加工後にＣＭＰ装置の運転
を停止させ、研磨クロス２のドレッシングを行う必要が
あり、この場合にはＣＭＰ装置の稼動率が非常に低いも
のとなっていた。
については、その時点でＣＭＰ装置の運転を停止して研
磨クロス２のドレッシングのみを行い、その後に再び研
磨加工を行うようにしている。しかしＣＭＰ装置の運転
を研磨クロス２のドレッシングを行う間一時停止するた
め、ＣＭＰ装置の稼動率が低いものとなっていた。特
に、被研磨膜の厚さを均一にするためには１枚の半導体
ウェハ５を研磨する度に研磨加工後にＣＭＰ装置の運転
を停止させ、研磨クロス２のドレッシングを行う必要が
あり、この場合にはＣＭＰ装置の稼動率が非常に低いも
のとなっていた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来のＣ
ＭＰ装置では、研磨クロスの使用時間によって半導体ウ
ェハ５の被研磨面の面内位置によってポリッシングレー
トが変化し、被研磨膜の厚さがばらつくために膜厚の測
定を常に行わないと正確な研磨量の把握ができず、研磨
加工が非常に煩雑なものとなっており、また、使用時間
によるポリッシングレートの変化や研磨かす等による被
研磨面の傷付きを解消するために水による研磨クロスの
ドレッシングを行う場合、研磨加工中に行うと研磨液の
濃度が変化してしまうのでＣＭＰ装置の運転を停止させ
なければならず、ＣＭＰ装置の稼動率が低く製造効率向
上の妨げとなっていた。このような状況に鑑みて本発明
はなされたもので、その目的とするところは長時間使用
しても被研磨面の面内位置によるポリッシングレートの
変化が少なく、均一な厚さの被研磨膜を得ることがで
き、また製造効率を向上させることができる半導体装置
の製造方法及び研磨装置を提供することにある。
ＭＰ装置では、研磨クロスの使用時間によって半導体ウ
ェハ５の被研磨面の面内位置によってポリッシングレー
トが変化し、被研磨膜の厚さがばらつくために膜厚の測
定を常に行わないと正確な研磨量の把握ができず、研磨
加工が非常に煩雑なものとなっており、また、使用時間
によるポリッシングレートの変化や研磨かす等による被
研磨面の傷付きを解消するために水による研磨クロスの
ドレッシングを行う場合、研磨加工中に行うと研磨液の
濃度が変化してしまうのでＣＭＰ装置の運転を停止させ
なければならず、ＣＭＰ装置の稼動率が低く製造効率向
上の妨げとなっていた。このような状況に鑑みて本発明
はなされたもので、その目的とするところは長時間使用
しても被研磨面の面内位置によるポリッシングレートの
変化が少なく、均一な厚さの被研磨膜を得ることがで
き、また製造効率を向上させることができる半導体装置
の製造方法及び研磨装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体装置の製
造方法及び研磨装置は、一方向に移動するよう設けられ
た研磨部材の研磨面と半導体ウェハの被研磨面との間に
研磨液を供給し、研磨面を被研磨面に繰り返し摺接させ
るようにして該被研磨面の研磨加工を行う化学的機械研
磨工程を備える半導体装置の製造方法において、研磨加
工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面
に到達するのを防止するよう該研磨廃液を除去すること
を特徴とする方法であり、また、一方向に移動するよう
設けられた研磨部材の研磨面と半導体ウェハの被研磨面
との間に研磨液を供給し、研磨面を被研磨面に繰り返し
摺接させるようにして該被研磨面の研磨加工を行う化学
的機械研磨工程を備える半導体装置の製造方法におい
て、研磨加工を行いながら研磨加工後の研磨面にドレッ
シング液を供給してドレッシングを行うと共に、ドレッ
シング後に研磨面からドレッシング液と研磨廃液を除去
し、さらに研磨廃液を除去した後の研磨面を被研磨面に
摺接させて再び研磨加工を行うようにしたことを特徴と
する方法であり、さらに、ドレッシング液が水であるこ
とを特徴とする方法であり、さらに、被研磨面の少なく
とも一部がタングステン膜で構成されていることを特徴
とする方法であり、また、一方向に回転する回転定盤
と、この回転定盤上に貼付された研磨クロスと、この研
磨クロスの研磨面に被研磨面が対向するよう被研磨部材
を回転保持する回転定盤より小径の保持盤と、研磨面と
被研磨面との摺接部分に研磨液を供給する研磨液供給部
とを備えて化学的機械研磨加工を行うようにした研磨装
置において、摺接部分の回転定盤の回転方向後方側に研
磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去する液排出機構を
設けたことを特徴とするものであり、また、一方向に回
転する回転定盤と、この回転定盤上に貼付された研磨ク
ロスと、この研磨クロスの研磨面に被研磨面が対向する
よう被研磨部材を回転保持する回転定盤より小径の保持
盤と、研磨面と被研磨面との摺接部分に研磨液を供給す
る研磨液供給部とを備えて化学的機械研磨加工を行うよ
うにした研磨装置において、摺接部分の回転定盤の回転
方向後方側に研磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去す
る液排出機構と、この液排出機構と摺接部分との間の研
磨面にドレッシング液を研磨加工中に噴射するドレッシ
ング液供給部とを設けたことを特徴とするものであり、
さらに、液排出機構が、研磨面を半径方向に横断する回
収板と、この回収板の近傍に吸引スリットを備えている
ことを特徴とするものである。
造方法及び研磨装置は、一方向に移動するよう設けられ
た研磨部材の研磨面と半導体ウェハの被研磨面との間に
研磨液を供給し、研磨面を被研磨面に繰り返し摺接させ
るようにして該被研磨面の研磨加工を行う化学的機械研
磨工程を備える半導体装置の製造方法において、研磨加
工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面
に到達するのを防止するよう該研磨廃液を除去すること
を特徴とする方法であり、また、一方向に移動するよう
設けられた研磨部材の研磨面と半導体ウェハの被研磨面
との間に研磨液を供給し、研磨面を被研磨面に繰り返し
摺接させるようにして該被研磨面の研磨加工を行う化学
的機械研磨工程を備える半導体装置の製造方法におい
て、研磨加工を行いながら研磨加工後の研磨面にドレッ
シング液を供給してドレッシングを行うと共に、ドレッ
シング後に研磨面からドレッシング液と研磨廃液を除去
し、さらに研磨廃液を除去した後の研磨面を被研磨面に
摺接させて再び研磨加工を行うようにしたことを特徴と
する方法であり、さらに、ドレッシング液が水であるこ
とを特徴とする方法であり、さらに、被研磨面の少なく
とも一部がタングステン膜で構成されていることを特徴
とする方法であり、また、一方向に回転する回転定盤
と、この回転定盤上に貼付された研磨クロスと、この研
磨クロスの研磨面に被研磨面が対向するよう被研磨部材
を回転保持する回転定盤より小径の保持盤と、研磨面と
被研磨面との摺接部分に研磨液を供給する研磨液供給部
とを備えて化学的機械研磨加工を行うようにした研磨装
置において、摺接部分の回転定盤の回転方向後方側に研
磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去する液排出機構を
設けたことを特徴とするものであり、また、一方向に回
転する回転定盤と、この回転定盤上に貼付された研磨ク
ロスと、この研磨クロスの研磨面に被研磨面が対向する
よう被研磨部材を回転保持する回転定盤より小径の保持
盤と、研磨面と被研磨面との摺接部分に研磨液を供給す
る研磨液供給部とを備えて化学的機械研磨加工を行うよ
うにした研磨装置において、摺接部分の回転定盤の回転
方向後方側に研磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去す
る液排出機構と、この液排出機構と摺接部分との間の研
磨面にドレッシング液を研磨加工中に噴射するドレッシ
ング液供給部とを設けたことを特徴とするものであり、
さらに、液排出機構が、研磨面を半径方向に横断する回
収板と、この回収板の近傍に吸引スリットを備えている
ことを特徴とするものである。
【００１９】
【作用】上記のように構成された半導体装置の製造方法
及び研磨装置は、半導体装置の製造方法が、一方向に移
動する研磨部材の研磨面と半導体ウェハの被研磨面との
間に研磨液を供給して化学的機械研磨加工を行いながら
研磨加工中の部分の後方側の研磨面から研磨廃液を除去
し、この研磨廃液を除去した後の研磨面に研磨液を再度
供給して被研磨面の研磨加工を行うようにした方法であ
るので、また研磨装置が、一方向に回転する回転定盤上
の研磨クロスの研磨面と、保持盤に回転保持された被研
磨部材の被研磨面との摺接部分に、研磨液を研磨液供給
部から供給して化学的機械研磨加工を行い、摺接部分の
回転定盤の回転方向後方側に研磨面から研磨加工中に研
磨廃液を除去する液排出機構を備えているので、研磨加
工は常に研磨廃液が除去された研磨面によって行われる
ことになり、長時間使用しても研磨面が目詰まりしない
ためにポリッシングレートの変化が少なく、また研磨加
工を途中で止めずに継続して研磨を行うことができる。
及び研磨装置は、半導体装置の製造方法が、一方向に移
動する研磨部材の研磨面と半導体ウェハの被研磨面との
間に研磨液を供給して化学的機械研磨加工を行いながら
研磨加工中の部分の後方側の研磨面から研磨廃液を除去
し、この研磨廃液を除去した後の研磨面に研磨液を再度
供給して被研磨面の研磨加工を行うようにした方法であ
るので、また研磨装置が、一方向に回転する回転定盤上
の研磨クロスの研磨面と、保持盤に回転保持された被研
磨部材の被研磨面との摺接部分に、研磨液を研磨液供給
部から供給して化学的機械研磨加工を行い、摺接部分の
回転定盤の回転方向後方側に研磨面から研磨加工中に研
磨廃液を除去する液排出機構を備えているので、研磨加
工は常に研磨廃液が除去された研磨面によって行われる
ことになり、長時間使用しても研磨面が目詰まりしない
ためにポリッシングレートの変化が少なく、また研磨加
工を途中で止めずに継続して研磨を行うことができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１乃至図１０を
参照して説明する。図１は化学的機械研磨装置を示す概
略の構成図であり、図２は要部の平面図であり、図３は
要部の斜視図であり、図４は液排出機構の斜視図であ
り、図５は半導体ウェハの研磨加工前の部分断面図であ
り、図６は半導体ウェハの研磨加工後の部分断面図であ
り、図７はポリッシングレートの経時変化を示す図であ
り、図８は液排出機構の第１の変形例の斜視図であり、
図９は液排出機構の第１の変形例の断面図であり、図１
０は液排出機構の第２の変形例の断面図である。
参照して説明する。図１は化学的機械研磨装置を示す概
略の構成図であり、図２は要部の平面図であり、図３は
要部の斜視図であり、図４は液排出機構の斜視図であ
り、図５は半導体ウェハの研磨加工前の部分断面図であ
り、図６は半導体ウェハの研磨加工後の部分断面図であ
り、図７はポリッシングレートの経時変化を示す図であ
り、図８は液排出機構の第１の変形例の斜視図であり、
図９は液排出機構の第１の変形例の断面図であり、図１
０は液排出機構の第２の変形例の断面図である。
【００２１】図１乃至図７において、化学的機械研磨装
置１１は研磨ブース１２内に水平面内で回転する半径３
００ｍｍの回転定盤１３を備え、この回転定盤１３の上
方には回転定盤１３の上面に下面を対向させ、同じく水
平面内で回転するウェハ保持盤１４を備えて構成されて
いる。なお、ウェハ保持盤１４の回転中心Ｃは回転定盤
１３の回転中心Ｄに対して約１４０ｍｍのオフセット距
離Ｅを有するように設けられている。１３ａは研磨ブー
ス１２の底面を貫通して回転定盤１３を回転駆動する定
盤回転軸であり、１４ａは研磨ブース１２の天井面を貫
通してウェハ保持盤１４を回転駆動する保持盤回転軸で
ある。
置１１は研磨ブース１２内に水平面内で回転する半径３
００ｍｍの回転定盤１３を備え、この回転定盤１３の上
方には回転定盤１３の上面に下面を対向させ、同じく水
平面内で回転するウェハ保持盤１４を備えて構成されて
いる。なお、ウェハ保持盤１４の回転中心Ｃは回転定盤
１３の回転中心Ｄに対して約１４０ｍｍのオフセット距
離Ｅを有するように設けられている。１３ａは研磨ブー
ス１２の底面を貫通して回転定盤１３を回転駆動する定
盤回転軸であり、１４ａは研磨ブース１２の天井面を貫
通してウェハ保持盤１４を回転駆動する保持盤回転軸で
ある。
【００２２】また、回転定盤１３は上面に研磨部材の研
磨クロス１５が貼付されてていると共に、矢印Ａの方向
に通常は２０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍ、最高でも１００ｒｐ
ｍ程度の速度で定速回転するものであり、研磨クロス１
５はポリエーテル系ポリウレタンやポリエステル系ポリ
ウレタン、ポリアミド系ポリウレタンなどの合成繊維に
より構成され、さらに合成樹脂で固められた不織布や織
布、あるいは直径が１０μｍ〜数ｍｍ程度の独立気泡を
有する所定発泡倍率の発泡ポリウレタン樹脂などで形成
された平板状の研磨部材である。
磨クロス１５が貼付されてていると共に、矢印Ａの方向
に通常は２０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍ、最高でも１００ｒｐ
ｍ程度の速度で定速回転するものであり、研磨クロス１
５はポリエーテル系ポリウレタンやポリエステル系ポリ
ウレタン、ポリアミド系ポリウレタンなどの合成繊維に
より構成され、さらに合成樹脂で固められた不織布や織
布、あるいは直径が１０μｍ〜数ｍｍ程度の独立気泡を
有する所定発泡倍率の発泡ポリウレタン樹脂などで形成
された平板状の研磨部材である。
【００２３】一方、ウェハ保持盤１４は回転定盤１３の
半径より直径が２００ｍｍと小さく、下面に直径が２０
０ｍｍのシリコンウェハ等の被研磨部材である半導体ウ
ェハ１６を真空チャックにより保持するようになってお
り、その回転は矢印Ｂの方向に通常は２０ｒｐｍ〜５０
ｒｐｍ、最高でも１００ｒｐｍ程度の速度の定速回転と
なっている。そしてウェハ保持盤１４は半導体ウェハ１
６を保持し水平面内で回転した状態で研磨クロス１５の
上面に対し直交する方向に進退可能となっていて、研磨
加工を行う際には半導体ウェハ１６の下面側となってい
る被研磨面１６ａを研磨クロス１５の上面側の研磨面１
５ａに、例えば通常４００ｇ／ｃｍ2 〜５００ｇ／ｃｍ
2 の範囲の所定圧力、最高でも１ｋｇ／ｃｍ2 で押圧す
るようになっている。なお、押圧力は圧縮空気により制
御できるようになっている。
半径より直径が２００ｍｍと小さく、下面に直径が２０
０ｍｍのシリコンウェハ等の被研磨部材である半導体ウ
ェハ１６を真空チャックにより保持するようになってお
り、その回転は矢印Ｂの方向に通常は２０ｒｐｍ〜５０
ｒｐｍ、最高でも１００ｒｐｍ程度の速度の定速回転と
なっている。そしてウェハ保持盤１４は半導体ウェハ１
６を保持し水平面内で回転した状態で研磨クロス１５の
上面に対し直交する方向に進退可能となっていて、研磨
加工を行う際には半導体ウェハ１６の下面側となってい
る被研磨面１６ａを研磨クロス１５の上面側の研磨面１
５ａに、例えば通常４００ｇ／ｃｍ2 〜５００ｇ／ｃｍ
2 の範囲の所定圧力、最高でも１ｋｇ／ｃｍ2 で押圧す
るようになっている。なお、押圧力は圧縮空気により制
御できるようになっている。
【００２４】１７は回転定盤１３の上方側に設けられた
研磨液供給管で、この研磨液供給管１７には流量調整器
１８を介して供給された研磨液を、研磨加工時に研磨ク
ロス１５の研磨面１５ａに供給できるよう研磨液タンク
１９が接続されている。さらに、研磨液供給管１７から
回転定盤１３上の研磨クロス１５の研磨面１５ａに供給
される研磨液は、水等に研磨粒子を懸濁させたもので、
例えば水に過酸化水素２０％と一次粒子径が０．０１μ
ｍ〜５μｍ程度のアルミナの微粒子を混合させたものな
どである。
研磨液供給管で、この研磨液供給管１７には流量調整器
１８を介して供給された研磨液を、研磨加工時に研磨ク
ロス１５の研磨面１５ａに供給できるよう研磨液タンク
１９が接続されている。さらに、研磨液供給管１７から
回転定盤１３上の研磨クロス１５の研磨面１５ａに供給
される研磨液は、水等に研磨粒子を懸濁させたもので、
例えば水に過酸化水素２０％と一次粒子径が０．０１μ
ｍ〜５μｍ程度のアルミナの微粒子を混合させたものな
どである。
【００２５】また研磨液供給管１７の研磨液を吐出する
先端開口１７ａは、研磨クロス１５の研磨面１５ａに近
接して設けられている。先端開口１７ａが設けられてい
る位置は、研磨加工時に押圧された半導体ウェハ１６の
外周部分が研磨クロス１５の回転中心側部位に描く軌跡
Ｆの近傍であると共に、研磨クロス１５の研磨面１５ａ
に供給された研磨液の下流側に半導体ウェハ１６が配置
される位置となっている。そして研磨液は、研磨加工中
は常時、研磨液の組成等により異なるが５０ｃｃ／ｍｉ
ｎ〜５００ｃｃ／ｍｉｎの範囲の所定流量で研磨面１５
ａに供給される。
先端開口１７ａは、研磨クロス１５の研磨面１５ａに近
接して設けられている。先端開口１７ａが設けられてい
る位置は、研磨加工時に押圧された半導体ウェハ１６の
外周部分が研磨クロス１５の回転中心側部位に描く軌跡
Ｆの近傍であると共に、研磨クロス１５の研磨面１５ａ
に供給された研磨液の下流側に半導体ウェハ１６が配置
される位置となっている。そして研磨液は、研磨加工中
は常時、研磨液の組成等により異なるが５０ｃｃ／ｍｉ
ｎ〜５００ｃｃ／ｍｉｎの範囲の所定流量で研磨面１５
ａに供給される。
【００２６】２０は回転定盤１３の上方側に設けられた
ドレッシング液供給管で、このドレッシング液供給管２
０には供給量や供給圧力が調整可能なドレッシング液供
給調整器２１を介して供給された例えば純水や希塩酸
（希ＨＣｌ）、塩酸と硫酸の混合液（ＨＣｌ＋Ｈ2 ＳＯ
4 ）、希弗酸（希ＨＦ）、過酸化水素水、あるいはスル
ホン酸系の界面活性剤を添加した水、カルボン酸系の界
面活性剤を添加した水等のドレッシング液を、研磨加工
中に研磨クロス１５の研磨面１５ａに供給できるようド
レッシング液タンク２２が接続されている。またドレッ
シング液供給管２０の先端部２０ａには管軸方向に配列
された複数の噴射孔２０ｂが形成されており、ドレッシ
ング液供給管２０の先端は閉塞されたものとなってい
る。
ドレッシング液供給管で、このドレッシング液供給管２
０には供給量や供給圧力が調整可能なドレッシング液供
給調整器２１を介して供給された例えば純水や希塩酸
（希ＨＣｌ）、塩酸と硫酸の混合液（ＨＣｌ＋Ｈ2 ＳＯ
4 ）、希弗酸（希ＨＦ）、過酸化水素水、あるいはスル
ホン酸系の界面活性剤を添加した水、カルボン酸系の界
面活性剤を添加した水等のドレッシング液を、研磨加工
中に研磨クロス１５の研磨面１５ａに供給できるようド
レッシング液タンク２２が接続されている。またドレッ
シング液供給管２０の先端部２０ａには管軸方向に配列
された複数の噴射孔２０ｂが形成されており、ドレッシ
ング液供給管２０の先端は閉塞されたものとなってい
る。
【００２７】そしてドレッシング液供給管２０は、その
先端部２０ａが半導体ウェハ１６の研磨時の押圧位置よ
りも回転定盤１３の回転方向の後方側の研磨面１５ａ
を、この面に対して平行となるように半径方向に横断し
ていて、先端部２０ａの噴射孔２０ｂからは研磨加工中
に研磨面１５ａに０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 〜５ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 の範囲の所定圧力で噴出させるようにしてドレッシ
ング液が供給されるようになっている。
先端部２０ａが半導体ウェハ１６の研磨時の押圧位置よ
りも回転定盤１３の回転方向の後方側の研磨面１５ａ
を、この面に対して平行となるように半径方向に横断し
ていて、先端部２０ａの噴射孔２０ｂからは研磨加工中
に研磨面１５ａに０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 〜５ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 の範囲の所定圧力で噴出させるようにしてドレッシ
ング液が供給されるようになっている。
【００２８】さらに、２３は回転定盤１３の上方側に設
けられた研磨かすを含む研磨加工後の研磨液でなる研磨
廃液及びドレッシング液を排出するための液排出機構で
ある。液排出機構２３は、略筒状の先端部２３ａを有
し、その中間部分には排出管２３ｂが接続されている。
また先端部２３ａは、ドレッシング液供給管２０の先端
部２０ａが設けられている位置よりも回転定盤１３の回
転方向の後方側の研磨面１５ａを半径方向に横断してい
る。
けられた研磨かすを含む研磨加工後の研磨液でなる研磨
廃液及びドレッシング液を排出するための液排出機構で
ある。液排出機構２３は、略筒状の先端部２３ａを有
し、その中間部分には排出管２３ｂが接続されている。
また先端部２３ａは、ドレッシング液供給管２０の先端
部２０ａが設けられている位置よりも回転定盤１３の回
転方向の後方側の研磨面１５ａを半径方向に横断してい
る。
【００２９】そして液排出機構２３の先端部２３ａに
は、細長い長方形状の回収板２４が一方の長辺部分を固
定し、他方の先端を研磨面１５ａに当接するよう設けら
れていて、研磨加工中に研磨面１５ａに保持され矢印Ｇ
方向に回転定盤１３の回転により送られてくる研磨廃液
を掻き出し、ドレッシング液と共に掻き集めるようにな
っている。この回収板２４は、研磨クロス１５の半径に
略等しい長さを有すると共に先端にかけて厚さが漸減す
るよう形成され、研磨クロス１５の研磨面１５ａは弗素
系ゴムやシリコン系ゴム、ウレタン系ゴム、あるいは塩
化ビニルやテフロンの合成樹脂やアルミナセラミックス
などを成形することにより形成されている。また回収板
２４の液排出機構２３の先端部２３ａへの取り付けは、
研磨面１５ａの回転方向に対して９０度より大きい角度
を有するようにして研磨面１５ａを略半径方向に横断す
るものとなっている。さらに、回収板２４は図示しない
調圧機構によって研磨面１５ａにへの先端の当接圧力が
所定圧力となるよう制御可能となっている。
は、細長い長方形状の回収板２４が一方の長辺部分を固
定し、他方の先端を研磨面１５ａに当接するよう設けら
れていて、研磨加工中に研磨面１５ａに保持され矢印Ｇ
方向に回転定盤１３の回転により送られてくる研磨廃液
を掻き出し、ドレッシング液と共に掻き集めるようにな
っている。この回収板２４は、研磨クロス１５の半径に
略等しい長さを有すると共に先端にかけて厚さが漸減す
るよう形成され、研磨クロス１５の研磨面１５ａは弗素
系ゴムやシリコン系ゴム、ウレタン系ゴム、あるいは塩
化ビニルやテフロンの合成樹脂やアルミナセラミックス
などを成形することにより形成されている。また回収板
２４の液排出機構２３の先端部２３ａへの取り付けは、
研磨面１５ａの回転方向に対して９０度より大きい角度
を有するようにして研磨面１５ａを略半径方向に横断す
るものとなっている。さらに、回収板２４は図示しない
調圧機構によって研磨面１５ａにへの先端の当接圧力が
所定圧力となるよう制御可能となっている。
【００３０】さらに、液排出機構２３の先端部２３ａに
は、回収板２４の回転定盤１３の回転方向の前方側に隣
接して、回収板２４で掻き集められた研磨廃液とドレッ
シング液とを排出管２３ｂの中間部に挿入された吸引ポ
ンプ２５により内部側を負圧にして吸引する吸引スリッ
ト２６が設けられている。吸引スリット２６は長さが回
収板２４と略等しく、隙間の幅寸法が１ｍｍ〜５０ｍｍ
程度のものとなっている。また、図示しない間隔調節機
構によって研磨面１５ａと吸引スリット２６との間隔が
任意に調節可能となっていて、最適な吸引が行えるよう
になっている。
は、回収板２４の回転定盤１３の回転方向の前方側に隣
接して、回収板２４で掻き集められた研磨廃液とドレッ
シング液とを排出管２３ｂの中間部に挿入された吸引ポ
ンプ２５により内部側を負圧にして吸引する吸引スリッ
ト２６が設けられている。吸引スリット２６は長さが回
収板２４と略等しく、隙間の幅寸法が１ｍｍ〜５０ｍｍ
程度のものとなっている。また、図示しない間隔調節機
構によって研磨面１５ａと吸引スリット２６との間隔が
任意に調節可能となっていて、最適な吸引が行えるよう
になっている。
【００３１】そして、吸引スリット２６から内部に取り
込まれた研磨廃液とドレッシング液は図示しない回収槽
に導かれるようになっており、また研磨ブース１２内に
こぼれ出たドレッシング液や研磨液等も、研磨ブース１
２の底部に取り付けられた回収管２７を介して回収槽に
導かれるようになっている。
込まれた研磨廃液とドレッシング液は図示しない回収槽
に導かれるようになっており、また研磨ブース１２内に
こぼれ出たドレッシング液や研磨液等も、研磨ブース１
２の底部に取り付けられた回収管２７を介して回収槽に
導かれるようになっている。
【００３２】なお、回転定盤１３に対するウェハ保持盤
１４、研磨液供給管１７、ドレッシング液供給管２０、
液排出機構２３の配置関係は、図２に示す平面図におけ
る回転定盤１３の回転中心Ｄを原点とした平行座標系に
おいて次の通りになっている。すなわち、研磨液供給管
１７の先端開口１７ａが第１象限に位置し、ウェハ保持
盤１４の回転中心Ｃは第１象限と第２象限の境界の直交
軸上にあるとした場合、ドレッシング液供給管２０の先
端部２０ａは、研磨加工中の半導体ウェハ１６にドレッ
シング液が掛かったり研磨液濃度を変化させないよう第
２象限と第３象限の境界の直交軸の近傍の第３象限内
で、回転定盤１３の外周縁から回転中心Ｄの近傍にまで
延在するものとなっている。また液排出機構２３の先端
部２３ａは第４象限内で回転定盤１３の外周縁から回転
中心Ｄの近傍にまで延在するものとなっていて、研磨ク
ロス１５の研磨面１５ａが回転することで回収板２４に
より研磨廃液とドレッシング液が外周方向にも押し出さ
れるようになっている。
１４、研磨液供給管１７、ドレッシング液供給管２０、
液排出機構２３の配置関係は、図２に示す平面図におけ
る回転定盤１３の回転中心Ｄを原点とした平行座標系に
おいて次の通りになっている。すなわち、研磨液供給管
１７の先端開口１７ａが第１象限に位置し、ウェハ保持
盤１４の回転中心Ｃは第１象限と第２象限の境界の直交
軸上にあるとした場合、ドレッシング液供給管２０の先
端部２０ａは、研磨加工中の半導体ウェハ１６にドレッ
シング液が掛かったり研磨液濃度を変化させないよう第
２象限と第３象限の境界の直交軸の近傍の第３象限内
で、回転定盤１３の外周縁から回転中心Ｄの近傍にまで
延在するものとなっている。また液排出機構２３の先端
部２３ａは第４象限内で回転定盤１３の外周縁から回転
中心Ｄの近傍にまで延在するものとなっていて、研磨ク
ロス１５の研磨面１５ａが回転することで回収板２４に
より研磨廃液とドレッシング液が外周方向にも押し出さ
れるようになっている。
【００３３】そして上記のように構成されたＣＭＰ装置
１１による半導体ウェハ１６の研磨は次のようにして行
われる。
１１による半導体ウェハ１６の研磨は次のようにして行
われる。
【００３４】先ず、２０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの範囲で定
速度回転させた状態の回転定盤１３のポリエーテル系ポ
リウレタン等の合成繊維により構成され、さらに合成樹
脂で固められた織布でなる研磨クロス１５の研磨面１５
ａに、研磨液供給管１７の先端開口１７ａから水に過酸
化水素２０％と一次粒子径が０．０１μｍ〜５μｍ程度
のアルミナの微粒子を混合させた研磨液を供給する。
速度回転させた状態の回転定盤１３のポリエーテル系ポ
リウレタン等の合成繊維により構成され、さらに合成樹
脂で固められた織布でなる研磨クロス１５の研磨面１５
ａに、研磨液供給管１７の先端開口１７ａから水に過酸
化水素２０％と一次粒子径が０．０１μｍ〜５μｍ程度
のアルミナの微粒子を混合させた研磨液を供給する。
【００３５】また同時に、ドレッシング液供給管２０の
先端部２０ａからドレッシング液の水を、研磨クロス１
５の研磨面１５ａに２ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で噴出させ
る。さらに液排出機構２３も動作させ、先端部２３ａに
よって流下してくる研磨廃液とドレッシング液を回収槽
に回収する。
先端部２０ａからドレッシング液の水を、研磨クロス１
５の研磨面１５ａに２ｋｇｆ／ｃｍ2 の圧力で噴出させ
る。さらに液排出機構２３も動作させ、先端部２３ａに
よって流下してくる研磨廃液とドレッシング液を回収槽
に回収する。
【００３６】一方、ウェハ保持盤１４に、その下面に真
空チャックにより半導体ウェハ１６を被研磨面１６ａが
下側になるよう吸着させて固定する。半導体ウェハ１６
は、その断面を図５に示すように、シリコン基板２７上
にシリコン酸化膜２８を積層し、積層したシリコン酸化
膜２８に溝部２９を形成し、溝部２９を埋めるようにし
ながらシリコン酸化膜２８上に導電層となる被研磨膜の
タングステン膜３０を堆積して構成されており、研磨加
工前の被研磨面１６ａであるタングステン膜３０の表面
には微小の高低差の凹凸が形成されている。
空チャックにより半導体ウェハ１６を被研磨面１６ａが
下側になるよう吸着させて固定する。半導体ウェハ１６
は、その断面を図５に示すように、シリコン基板２７上
にシリコン酸化膜２８を積層し、積層したシリコン酸化
膜２８に溝部２９を形成し、溝部２９を埋めるようにし
ながらシリコン酸化膜２８上に導電層となる被研磨膜の
タングステン膜３０を堆積して構成されており、研磨加
工前の被研磨面１６ａであるタングステン膜３０の表面
には微小の高低差の凹凸が形成されている。
【００３７】続いて、半導体ウェハ１６が固定されたウ
ェハ保持盤１４を２０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの範囲で定速
度回転させ、この回転させたままの状態でウェハ保持盤
１４を下方に移動させる。そして半導体ウェハ１６の被
研磨面１６ａを、研磨液が供給され続けている研磨クロ
ス１５の研磨面１５ａに約５００ｇ／ｃｍ2 の圧力で押
圧させ、被研磨面１６ａの研磨加工を行う。
ェハ保持盤１４を２０ｒｐｍ〜５０ｒｐｍの範囲で定速
度回転させ、この回転させたままの状態でウェハ保持盤
１４を下方に移動させる。そして半導体ウェハ１６の被
研磨面１６ａを、研磨液が供給され続けている研磨クロ
ス１５の研磨面１５ａに約５００ｇ／ｃｍ2 の圧力で押
圧させ、被研磨面１６ａの研磨加工を行う。
【００３８】この研磨加工中も研磨クロス１５の研磨面
１５ａにドレッシング液供給管２０からドレッシング液
を供給し続けると共に、液排出機構２３によって研磨廃
液とドレッシング液の回収も行い続ける。これによって
研磨加工で生じた目詰まりの原因となる研磨クロス１５
の研磨面１５ａに保持された研磨かすは、ドレッシング
液供給管２０の噴射孔２０ｂから噴射されたドレッシン
グ液によって研磨面１５ａ内から表面上に浮き出ると共
に下流に押し流される。そして一部の研磨かすを含む研
磨加工後の研磨液の研磨廃液とドレッシング液は、遠心
力により外周方向に流され、研磨面１５ａ上から研磨ブ
ース１２内に排出される。
１５ａにドレッシング液供給管２０からドレッシング液
を供給し続けると共に、液排出機構２３によって研磨廃
液とドレッシング液の回収も行い続ける。これによって
研磨加工で生じた目詰まりの原因となる研磨クロス１５
の研磨面１５ａに保持された研磨かすは、ドレッシング
液供給管２０の噴射孔２０ｂから噴射されたドレッシン
グ液によって研磨面１５ａ内から表面上に浮き出ると共
に下流に押し流される。そして一部の研磨かすを含む研
磨加工後の研磨液の研磨廃液とドレッシング液は、遠心
力により外周方向に流され、研磨面１５ａ上から研磨ブ
ース１２内に排出される。
【００３９】さらに、研磨クロス１５の研磨面１５ａ上
に残った研磨廃液とドレッシング液は、液排出機構２３
によってその先端部２３ａに設けられた回収板２４によ
り研磨クロス１５の研磨面１５ａ内から研磨かすを掻き
出すようにして集められ、吸引スリット２６から回収さ
れる。こうして表面状態が一様となるようにドレッシン
グされた研磨面１５ａが回転定盤１３の回転により移動
し、その表面に再び研磨液供給管１７から研磨液が供給
され、半導体ウェハ１６の研磨加工がドレッシングされ
た研磨面１５ａで行われる。なお、ドレッシング液等は
殆どが液排出機構２３で回収されるか、あるいはそれ以
前に研磨面１５ａ上から排出されてしまうため、研磨液
供給管１７から供給された研磨液が希釈されてしまう虞
はなく、濃度変化が生じないために半導体ウェハ１６の
被研磨面１６ａの研磨面１５ａによる研磨量は一定した
ものとなる。
に残った研磨廃液とドレッシング液は、液排出機構２３
によってその先端部２３ａに設けられた回収板２４によ
り研磨クロス１５の研磨面１５ａ内から研磨かすを掻き
出すようにして集められ、吸引スリット２６から回収さ
れる。こうして表面状態が一様となるようにドレッシン
グされた研磨面１５ａが回転定盤１３の回転により移動
し、その表面に再び研磨液供給管１７から研磨液が供給
され、半導体ウェハ１６の研磨加工がドレッシングされ
た研磨面１５ａで行われる。なお、ドレッシング液等は
殆どが液排出機構２３で回収されるか、あるいはそれ以
前に研磨面１５ａ上から排出されてしまうため、研磨液
供給管１７から供給された研磨液が希釈されてしまう虞
はなく、濃度変化が生じないために半導体ウェハ１６の
被研磨面１６ａの研磨面１５ａによる研磨量は一定した
ものとなる。
【００４０】そして被研磨膜であるタングステン膜３０
の膜厚が所定寸法になるまで、所定時間にわたり研磨加
工を行う。この研磨加工によってタングステン膜３０の
表面の凹凸はなくなり、研磨加工後の半導体ウェハ１６
は図６に示すように被研磨面１６ａが平坦なものとな
る。
の膜厚が所定寸法になるまで、所定時間にわたり研磨加
工を行う。この研磨加工によってタングステン膜３０の
表面の凹凸はなくなり、研磨加工後の半導体ウェハ１６
は図６に示すように被研磨面１６ａが平坦なものとな
る。
【００４１】そして上記のように研磨加工中も研磨面１
５ａにドレッシング液供給管２０からドレッシング液を
供給し続けると共に、液排出機構２３によって研磨廃液
とドレッシング液の回収も行い続けるようにして使用し
た研磨クロス１５のポリッシングレートを測定したとこ
ろ、図７に横軸に経過時間を取り、縦軸にポリッシング
レートを取って示すように半導体ウェハ１６の被研磨面
１６ａの中心部分Ｘと中間部分Ｙ、さらに外周部分Ｚで
のポリッシングレートに差は少ないものとなっていた。
なお、ＬXOは中心部分Ｘのポリッシングレートの変化曲
線、ＬYOは中間部分Ｙの変化曲線、ＬZOは外周部分Ｚの
変化曲線である。
５ａにドレッシング液供給管２０からドレッシング液を
供給し続けると共に、液排出機構２３によって研磨廃液
とドレッシング液の回収も行い続けるようにして使用し
た研磨クロス１５のポリッシングレートを測定したとこ
ろ、図７に横軸に経過時間を取り、縦軸にポリッシング
レートを取って示すように半導体ウェハ１６の被研磨面
１６ａの中心部分Ｘと中間部分Ｙ、さらに外周部分Ｚで
のポリッシングレートに差は少ないものとなっていた。
なお、ＬXOは中心部分Ｘのポリッシングレートの変化曲
線、ＬYOは中間部分Ｙの変化曲線、ＬZOは外周部分Ｚの
変化曲線である。
【００４２】すなわち、研磨クロス１５を使用し始めた
初期段階のポリッシングレートは、半導体ウェハ１６の
被研磨面１６ａの中心部分Ｘと中間部分Ｙ、外周部分Ｚ
で約０．２５μｍ／ｍｉｎとほぼ等しく、半導体ウェハ
１６は面内で略均一となるよう研磨される。そして、例
えば累積研磨時間が３０分を越えた後においては中心部
分Ｘのポリッシングレートは０．３０μｍ／ｍｉｎ、中
間部分Ｙのポリッシングレートは０．２８μｍ／ｍｉ
ｎ、外周部分Ｚのポリッシングレートは０．２７μｍ／
ｍｉｎと初期段階に比べてやや速く各部分間に若干の差
があるが、それらの差は少ないものとなっている。さら
に９０分を越えた後においてもポリッシングレートは、
各部分間に若干の差があるが安定したものとなってい
る。
初期段階のポリッシングレートは、半導体ウェハ１６の
被研磨面１６ａの中心部分Ｘと中間部分Ｙ、外周部分Ｚ
で約０．２５μｍ／ｍｉｎとほぼ等しく、半導体ウェハ
１６は面内で略均一となるよう研磨される。そして、例
えば累積研磨時間が３０分を越えた後においては中心部
分Ｘのポリッシングレートは０．３０μｍ／ｍｉｎ、中
間部分Ｙのポリッシングレートは０．２８μｍ／ｍｉ
ｎ、外周部分Ｚのポリッシングレートは０．２７μｍ／
ｍｉｎと初期段階に比べてやや速く各部分間に若干の差
があるが、それらの差は少ないものとなっている。さら
に９０分を越えた後においてもポリッシングレートは、
各部分間に若干の差があるが安定したものとなってい
る。
【００４３】この結果、研磨クロス１５を途中で運転を
停止させることなく長時間使用しても、半導体ウェハ１
６の被研磨膜の厚さはばらつきが少ない均一なものとな
り、また研磨した面に傷が付くなどの不具合が生じる虞
が減少する。このため、常に研磨加工の途中で行わなけ
ればならなかった半導体ウェハ１６の被研磨膜の厚さの
測定が不要となり、さらにドレッシングのためにＣＭＰ
装置１１の運転を一時停止する必要がなく、ＣＭＰ装置
１１の稼動率が上がって製造効率が向上する。
停止させることなく長時間使用しても、半導体ウェハ１
６の被研磨膜の厚さはばらつきが少ない均一なものとな
り、また研磨した面に傷が付くなどの不具合が生じる虞
が減少する。このため、常に研磨加工の途中で行わなけ
ればならなかった半導体ウェハ１６の被研磨膜の厚さの
測定が不要となり、さらにドレッシングのためにＣＭＰ
装置１１の運転を一時停止する必要がなく、ＣＭＰ装置
１１の稼動率が上がって製造効率が向上する。
【００４４】なお、上記の実施例では研磨する全ての半
導体ウェハ１６の研磨加工中にドレッシング液を供給
し、常にドレッシングを行うようにしているが、ポリッ
シングレートの変化の状況によっては大きくポリッシン
グレートが変化しない範囲で、複数枚の研磨加工を行う
毎に研磨加工中にドレッシングを行うようにしてもよ
い。また、被研磨膜がタングステン膜３０である場合に
ついて説明したが、被研磨膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 膜）やチタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、
アルミニウム（Ａｌ）膜、銅（Ｃｕ）膜、銀（Ａｇ）
膜、金（Ａｕ）膜、ポリシリコン膜、窒化シリコン（Ｓ
ｉＮ）膜などであっても適用できる。
導体ウェハ１６の研磨加工中にドレッシング液を供給
し、常にドレッシングを行うようにしているが、ポリッ
シングレートの変化の状況によっては大きくポリッシン
グレートが変化しない範囲で、複数枚の研磨加工を行う
毎に研磨加工中にドレッシングを行うようにしてもよ
い。また、被研磨膜がタングステン膜３０である場合に
ついて説明したが、被研磨膜はシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 膜）やチタン（Ｔｉ）膜、窒化チタン（ＴｉＮ）膜、
アルミニウム（Ａｌ）膜、銅（Ｃｕ）膜、銀（Ａｇ）
膜、金（Ａｕ）膜、ポリシリコン膜、窒化シリコン（Ｓ
ｉＮ）膜などであっても適用できる。
【００４５】さらに、ドレッシング液として水を用いて
いるが、これに限るものではなく、被研磨膜等を構成す
る材料に応じて酸やアルカリを用いて研磨かす等を溶解
させて研磨面１５ａ上から排除するようにしたり、ある
いは界面活性剤を用いて研磨かす等の排出が容易に行わ
れるようにしてもよい。
いるが、これに限るものではなく、被研磨膜等を構成す
る材料に応じて酸やアルカリを用いて研磨かす等を溶解
させて研磨面１５ａ上から排除するようにしたり、ある
いは界面活性剤を用いて研磨かす等の排出が容易に行わ
れるようにしてもよい。
【００４６】例えば被研磨膜がシリコン酸化膜（ＳｉＯ
2 ）の場合はドレッシング液にカルボン酸系の界面活性
剤や希弗酸を用い、被研磨膜がアルミニウムや銅の場合
はドレッシング液に希弗酸や硝酸（ＨＮＯ3 ）、あるい
は塩酸と硫酸の混合液を用いるようにすればよい。
2 ）の場合はドレッシング液にカルボン酸系の界面活性
剤や希弗酸を用い、被研磨膜がアルミニウムや銅の場合
はドレッシング液に希弗酸や硝酸（ＨＮＯ3 ）、あるい
は塩酸と硫酸の混合液を用いるようにすればよい。
【００４７】またさらに、上記実施例では液排出機構２
３の回収板２４と吸引スリット２６とを同時に用いて研
磨廃液とドレッシング液の回収、排除を行うようにして
いるが、状況によっては回収板２４のみを用いて研磨ク
ロス１５の研磨面１５ａから研磨廃液をドレッシング液
と共に掻き落とし排除するようにしてもよい。また、液
排出機構２３に代えて、以下に図８及び図９に示して説
明する第１の変形例や図１０に示して説明する第２の変
形例のように液排出機構は構成してもよい。
３の回収板２４と吸引スリット２６とを同時に用いて研
磨廃液とドレッシング液の回収、排除を行うようにして
いるが、状況によっては回収板２４のみを用いて研磨ク
ロス１５の研磨面１５ａから研磨廃液をドレッシング液
と共に掻き落とし排除するようにしてもよい。また、液
排出機構２３に代えて、以下に図８及び図９に示して説
明する第１の変形例や図１０に示して説明する第２の変
形例のように液排出機構は構成してもよい。
【００４８】すなわち、図８及び図９により第１の変形
例を説明すると、液排出機構３１は略筒状の先端部３１
ａを有し、その中間部分には先端部３１ａ内を負圧にす
るよう吸引ポンプが挿入された排出管３１ｂが接続され
ている。また先端部３１ａには研磨面１５ａに対向する
ように細長形状の開口３１ｃが形成されている。さらに
略筒状の先端部３１ａ内には、先端部３１ａの長手方向
に軸方向を有し、矢印Ｈ方向に図示しない駆動源により
回転駆動される回収部材３２が設けられている。
例を説明すると、液排出機構３１は略筒状の先端部３１
ａを有し、その中間部分には先端部３１ａ内を負圧にす
るよう吸引ポンプが挿入された排出管３１ｂが接続され
ている。また先端部３１ａには研磨面１５ａに対向する
ように細長形状の開口３１ｃが形成されている。さらに
略筒状の先端部３１ａ内には、先端部３１ａの長手方向
に軸方向を有し、矢印Ｈ方向に図示しない駆動源により
回転駆動される回収部材３２が設けられている。
【００４９】回収部材３２は、円柱状の軸材３３の円柱
面に、複数の長方形状の回収板３４が回転方向に配列さ
れるようその一方の長辺を軸方向に沿うよう固定するこ
とによって構成されている。そして回収部材３２は、先
端部３１ａ内に回収板３４の他方の長辺が開口３１ｃの
開口面から外方に出るように設けられている。
面に、複数の長方形状の回収板３４が回転方向に配列さ
れるようその一方の長辺を軸方向に沿うよう固定するこ
とによって構成されている。そして回収部材３２は、先
端部３１ａ内に回収板３４の他方の長辺が開口３１ｃの
開口面から外方に出るように設けられている。
【００５０】これにより、研磨廃液とドレッシング液の
研磨面１５ａからの回収、排除は、回収部材３２を回転
させることで矢印Ｇ方向に送られてくる研磨廃液を回収
板３４で研磨面１５ａから掻き出し、ドレッシング液と
共に掻き集めて負圧となっている先端部３１ａ内に取り
込むようにして行われる。このため、本変形例の液排出
機構３１を用いることでも上記と同様の効果が得られ
る。
研磨面１５ａからの回収、排除は、回収部材３２を回転
させることで矢印Ｇ方向に送られてくる研磨廃液を回収
板３４で研磨面１５ａから掻き出し、ドレッシング液と
共に掻き集めて負圧となっている先端部３１ａ内に取り
込むようにして行われる。このため、本変形例の液排出
機構３１を用いることでも上記と同様の効果が得られ
る。
【００５１】また、図１０により第２の変形例を説明す
ると、液排出機構３５は略筒状の先端部３５ａを有し、
その中間部分には先端部３５ａ内を負圧にするよう吸引
ポンプが挿入された排出管３５ｂが接続されている。ま
た先端部３５ａには研磨面１５ａに対向するように細長
形状の開口３５ｃが形成されている。
ると、液排出機構３５は略筒状の先端部３５ａを有し、
その中間部分には先端部３５ａ内を負圧にするよう吸引
ポンプが挿入された排出管３５ｂが接続されている。ま
た先端部３５ａには研磨面１５ａに対向するように細長
形状の開口３５ｃが形成されている。
【００５２】このように構成された液排出機構３５で
は、研磨廃液とドレッシング液の研磨面１５ａからの回
収、排除に際して研磨面１５ａに開口３５ｃを近接さ
せ、排出管３５ｂに挿入された吸引ポンプにより負圧と
なっている先端部３１ａ内に研磨廃液とドレッシング液
を取り込むようにして行われる。このため、本変形例の
液排出機構３５を用いることによっても上記と略同様の
効果が得られる。
は、研磨廃液とドレッシング液の研磨面１５ａからの回
収、排除に際して研磨面１５ａに開口３５ｃを近接さ
せ、排出管３５ｂに挿入された吸引ポンプにより負圧と
なっている先端部３１ａ内に研磨廃液とドレッシング液
を取り込むようにして行われる。このため、本変形例の
液排出機構３５を用いることによっても上記と略同様の
効果が得られる。
【００５３】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は上記のように構成したことにより、長時間にわたり研
磨加工を行っても被研磨面の面内位置によるポリッシン
グレートの変化を少なくすることができ、均一な厚さで
良好な表面を有する被研磨膜を得ることができ、また研
磨工程途中での運転停止時間を低減し装置の稼動率を高
くして製造効率を向上させることができる半導体装置の
製造方法及び研磨装置を提供することができる等の効果
を奏する。
は上記のように構成したことにより、長時間にわたり研
磨加工を行っても被研磨面の面内位置によるポリッシン
グレートの変化を少なくすることができ、均一な厚さで
良好な表面を有する被研磨膜を得ることができ、また研
磨工程途中での運転停止時間を低減し装置の稼動率を高
くして製造効率を向上させることができる半導体装置の
製造方法及び研磨装置を提供することができる等の効果
を奏する。
【図１】本発明の一実施例の化学的機械研磨装置を示す
概略の構成図である。
概略の構成図である。
【図２】本発明の一実施例における要部の平面図であ
る。
る。
【図３】本発明の一実施例における要部の斜視図であ
る。
る。
【図４】本発明の一実施例における液排出機構の斜視図
である。
である。
【図５】本発明の一実施例に係る半導体ウェハの研磨加
工前の部分断面図である。
工前の部分断面図である。
【図６】本発明の一実施例に係る半導体ウェハの研磨加
工後の部分断面図である。
工後の部分断面図である。
【図７】本発明の一実施例に係るポリッシングレートの
経時変化を示す図である。
経時変化を示す図である。
【図８】本発明の一実施例に係る液排出機構の第１の変
形例の斜視図である。
形例の斜視図である。
【図９】本発明の一実施例に係る液排出機構の第１の変
形例の断面図である。
形例の断面図である。
【図１０】本発明の一実施例に係る液排出機構の第２の
変形例の断面図である。
変形例の断面図である。
【図１１】従来の化学的機械研磨装置の要部を示す斜視
図である。
図である。
【図１２】従来の化学的機械研磨装置のポリッシングレ
ートの経時変化を示す図である。
ートの経時変化を示す図である。
【図１３】研磨クロスの接触比率を説明するための図
で、図１３（ａ）は研磨クロスの半径に対する接触比率
示す図、図１３（ｂ）は接触比率の定義を説明するため
の図である。
で、図１３（ａ）は研磨クロスの半径に対する接触比率
示す図、図１３（ｂ）は接触比率の定義を説明するため
の図である。
【図１４】従来例に係る半導体ウェハの研磨加工前の部
分断面図である。
分断面図である。
【図１５】従来例に係る半導体ウェハの研磨加工後の部
分断面図である。
分断面図である。
１３…回転定盤 １４…ウェハ保持盤 １５…研磨クロス １５ａ…研磨面 １６…半導体ウェハ １６ａ…被研磨面 １７…研磨液供給管 ２０…ドレッシング液供給管 ２３…液排出機構 ２４…回収板 ２６…吸引スリット ３０…タングステン膜
Claims (7)
- 【請求項１】 一方向に移動するよう設けられた研磨部
材の研磨面と半導体ウェハの被研磨面との間に研磨液を
供給し、前記研磨面を前記被研磨面に繰り返し摺接させ
るようにして該被研磨面の研磨加工を行う化学的機械研
磨工程を備える半導体装置の製造方法において、研磨加
工を行いながら研磨加工で生じた研磨廃液が再度研磨面
に到達するのを防止するよう該研磨廃液を除去すること
を特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項２】 一方向に移動するよう設けられた研磨部
材の研磨面と半導体ウェハの被研磨面との間に研磨液を
供給し、前記研磨面を前記被研磨面に繰り返し摺接させ
るようにして該被研磨面の研磨加工を行う化学的機械研
磨工程を備える半導体装置の製造方法において、研磨加
工を行いながら研磨加工後の前記研磨面にドレッシング
液を供給してドレッシングを行うと共に、ドレッシング
後に前記研磨面から前記ドレッシング液と研磨廃液を除
去し、さらに前記研磨廃液を除去した後の前記研磨面を
前記被研磨面に摺接させて再び研磨加工を行うようにし
たことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 【請求項３】 ドレッシング液が水であることを特徴と
する請求項２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項４】 被研磨面の少なくとも一部がタングステ
ン膜で構成されていることを特徴とする請求項１もしく
は請求項２記載の半導体装置の製造方法。 - 【請求項５】 一方向に回転する回転定盤と、この回転
定盤上に貼付された研磨クロスと、この研磨クロスの研
磨面に被研磨面が対向するよう被研磨部材を回転保持す
る前記回転定盤より小径の保持盤と、前記研磨面と前記
被研磨面との摺接部分に研磨液を供給する研磨液供給部
とを備えて化学的機械研磨加工を行うようにした研磨装
置において、前記摺接部分の回転定盤の回転方向後方側
に前記研磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去する液排
出機構を設けたことを特徴とする研磨装置。 - 【請求項６】 一方向に回転する回転定盤と、この回転
定盤上に貼付された研磨クロスと、この研磨クロスの研
磨面に被研磨面が対向するよう被研磨部材を回転保持す
る前記回転定盤より小径の保持盤と、前記研磨面と前記
被研磨面との摺接部分に研磨液を供給する研磨液供給部
とを備えて化学的機械研磨加工を行うようにした研磨装
置において、前記摺接部分の回転定盤の回転方向後方側
に前記研磨面から研磨加工中に研磨廃液を除去する液排
出機構と、この液排出機構と前記摺接部分との間の研磨
面にドレッシング液を研磨加工中に噴射するドレッシン
グ液供給部とを設けたことを特徴とする研磨装置。 - 【請求項７】 液排出機構が、研磨面を半径方向に横断
する回収板と、この回収板の近傍に吸引スリットを備え
ていることを特徴とする請求項５もしくは請求項６記載
の研磨装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10086895A JP3240247B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 半導体装置の製造方法及び研磨装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10086895A JP3240247B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 半導体装置の製造方法及び研磨装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08294861A true JPH08294861A (ja) | 1996-11-12 |
| JP3240247B2 JP3240247B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=14285302
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10086895A Expired - Fee Related JP3240247B2 (ja) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | 半導体装置の製造方法及び研磨装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3240247B2 (ja) |
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-
1995
- 1995-04-25 JP JP10086895A patent/JP3240247B2/ja not_active Expired - Fee Related
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