JPH08323614A - 化学的機械研磨方法および装置 - Google Patents

化学的機械研磨方法および装置

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JPH08323614A
JPH08323614A JP15522695A JP15522695A JPH08323614A JP H08323614 A JPH08323614 A JP H08323614A JP 15522695 A JP15522695 A JP 15522695A JP 15522695 A JP15522695 A JP 15522695A JP H08323614 A JPH08323614 A JP H08323614A
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polishing
chemical mechanical
pad
slurry
shape memory
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Junichi Sato
淳一 佐藤
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    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B37/00Lapping machines or devices; Accessories
    • B24B37/11Lapping tools
    • B24B37/20Lapping pads for working plane surfaces
    • B24B37/24Lapping pads for working plane surfaces characterised by the composition or properties of the pad materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24GRINDING; POLISHING
    • B24BMACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
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    • B24B37/04Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
  • Grinding-Machine Dressing And Accessory Apparatuses (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 化学的機械研磨方法の特徴を損うことなく、
研磨パッドの目立てを効率的に行うことができる化学的
機械研磨方法および装置を提供する。 【構成】 被研磨物(ウエハ)に対しスラリーを供給し
ながら研磨パッド9を押圧させて研磨を行う化学的機械
研磨方法において、上記研磨パッド9に形状記憶材料1
2を含ませて研磨を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体装置の製造工程
において用いる化学的機械研磨方法および装置に関す
る。より詳しくは、多層配線の形成装置および方法の改
良に係わるもので、例えば、高度に微細化高集積化した
メモリー素子や論理演算素子等の半導体集積回路製造の
際における多層配線形成工程での信頼性の高い層間絶縁
膜の平坦化方法やメタルプラグの形成方法に適用可能な
化学的機械研磨方法および装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】デバイスの高密度化に伴って配線技術
は、益々微細化、多層化の方向に進んでおり、半導体集
積回路の製造プロセスにおける所謂多層配線技術の占め
る比重はますます大きくなりつつある。しかし、一方で
は多層化により、新たに発生する問題もある。
【0003】何故なら、配線の微細化と多層化の進展に
よって層間絶縁膜の段差は大きく且つ急峻となりその上
に形成される配線の加工精度、信頼性を低下させる為で
ある。この為Al配線の段差被覆性の大幅な改善が出来
ない現在、層間絶縁膜の平坦性を向上させる必要があ
る。
【0004】また、層間絶縁膜の平坦性の向上は、リソ
グラフィーの短波長化に伴う焦点深度の低下の点からも
重要になりつつあり、この平坦性の向上により、限界ま
で来ている解像度をキープする必要がある。
【0005】これまでに、各種の絶縁膜の形成技術及び
平坦化技術が開発されてきたが、微細化、多層化した配
線層に適用した場合、配線間隔が広い場合の平坦化の不
足や配線間隔に於ける層間膜でのいわゆる”鬆”の発生
により配線間における接続不良等が重要な問題になって
いる。
【0006】そこで、この問題を改善する手段として最
近、従来シリコンウェハーのミラーポリッシュに用いら
れた化学的機械研磨法(CMPと言われる。)を応用し
て、層間絶縁膜を全体的に平坦化するグローバル平坦化
技術が検討され、一部実行されている。この方法は確実
に層間絶縁膜を完全平坦化できる方法として有望視され
ている。この方法を簡単に述べると以下のようになる。
研磨すべきウェハーを真空チャック又は機械的チャック
によりキャリアに固定保持し、このウェハーがプラテン
と呼ばれる研磨プレートに対向するようにセットする。
この状態でスラリーと呼ばれる研磨粒子の供給系からス
ラリーをスラリー供給口を介して研磨プレート上のパッ
ドと呼ばれる研磨布の上に供給し、研磨プレートの回転
数とキャリアの回転数及び研磨圧力を調整して研磨を行
う。この時、絶縁膜をエッチングする意味でKOHなど
を添加し、塩基性雰囲気で行う。この化学的機械研磨の
あとにスラリー等を十分洗浄液で除去し、平坦化が完成
する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
従来のCMP方法にもいくつか解決すべき問題点があ
る。その一つに研磨パッドの使用時間の経過に伴う”へ
たり現象”がある。これを簡単に説明すると以下のよう
になる。研磨パッドは、例えば目の立った布のようなも
ので、研磨面が多数の研磨毛により形成されている。こ
の研磨毛の間にスラリーが侵入し被研磨物(例えば半導
体ウエハ)の表面研磨を行うものである。ところが、研
磨を進めていくうちに、この目(研磨毛)がへたってき
て、即ち最初立っていた目(研磨毛)が倒れてきて弾力
性がなくなり、スラリーを保持できなくなって研磨速度
が低下する。このため、何枚かのウエハの研磨が終った
後、パッドコンディショニングと呼ばれる研磨パッドの
目立て作業を行わなければならない。しかしながら、こ
のような目立て作業は、研磨処理の効率を低下させスル
ープットの低下を来す。このため、元々スループットが
低い化学的機械研磨に対しさらに生産性を低下させてい
た。
【0008】本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなさ
れたものであって、化学的機械研磨方法の特徴を損うこ
となく、研磨パッドの目立てを効率的に行うことができ
る化学的機械研磨方法および装置の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、被研磨物に対しスラリーを供給しなが
ら研磨パッドを押圧させて研磨を行う化学的機械研磨方
法において、上記研磨パッドに形状記憶材料を含ませて
研磨を行うことを特徴とする化学的機械研磨方法を提供
する。
【0010】好ましい実施例においては、前記形状記憶
材料は、形状記憶合金からなることを特徴としている。
【0011】本発明ではさらに、被研磨物に対しスラリ
ーを供給しながら研磨パッドを押圧させて研磨を行う化
学的機械研磨装置において、上記研磨パッドに形状記憶
材料を含ませたことを特徴とする化学的機械研磨装置を
提供する。
【0012】
【作用】研磨パッドの目の立った状態(研磨毛の直立し
た状態)で形状記憶材料を例えば各研磨毛の芯にして研
磨パッドを作製する。研磨の進行とともに前述のへたり
現象がおこり各研磨毛の弾力性が弱まり倒れてくる。こ
こで研磨を中断して研磨パッドを作製時の環境条件に戻
すことにより、形状記憶材料が元の直立した形状に戻
り、研磨パッドの目が立った状態に復帰する。
【0013】
【実施例】以下に本発明の具体的な実施例について説明
する。
【0014】ここで、実際の研磨プロセスの説明に先立
ち、まず、本発明を実施する為に使用した化学的機械研
磨装置について図5を参照しながら説明する。図5はこ
の研磨装置の概略を示したものである。ウェハー5を保
持したキャリア6を、ウェハー5がプラテンと呼ばれる
研磨プレート3に対向するようにセットする。ウェハー
5は図示しないチャック手段により、キャリア6に保持
される。この状態で、スラリー供給系10に貯蔵された
スラリー2をスラリー供給口1から研磨プレート3上の
研磨布(研磨パッド)9の上に供給し、研磨プレート回
転軸4の回転数とキャリア6の回転軸7の回転数及び研
磨圧力調整器(図示しない)の押付け圧力8を調整して
研磨を行う。
【0015】なお、ウェハー載置の方法などやプラテ
ン、キャリアの数や構成およびスラリーの種類について
は、特に限定されるものではない。
【0016】図1は本発明の実施例に係る研磨パッド9
の構成および作用を示す説明図である。研磨パッド9の
研磨面側は多数の直立した研磨毛11により構成され
る。各研磨毛11は形状記憶合金12を芯として形成さ
れる。このような研磨パッド9を作製する場合、形状記
憶合金12に対し適当な樹脂材料をコーティングするこ
とにより研磨毛11を形成することができる。
【0017】研磨に使用する前は、(A)図に示すよう
に、形状記憶合金12は直立した状態であり、研磨毛1
1が立った状態(目の立った状態)である。
【0018】このような研磨パッドを研磨に使用してあ
る程度の研磨時間が経過すると、(B)図に示すよう
に、研磨中の押し付け圧力により研磨毛11が倒れてき
て、いわゆる”へたり状態”になる。このとき研磨毛1
1の芯である形状記憶合金12も同様に倒れている。
【0019】ここで研磨を中断して、研磨パッド9を研
磨に使用する前の作製時の環境条件に戻すことにより、
(C)図に示すように、形状記憶合金12が元の直立状
態に戻り、これにより各研磨毛11が立った状態に戻
る。
【0020】図2は、本発明に係る研磨パッド9の別の
例の構成および作用説明図である。この例は研磨パッド
全体を形状記憶材料により構成した例であり、研磨毛1
1自体が形状記憶材料により形成される。その他の構成
および作用は前記図1の例と同様である。この例におい
ても、単に環境条件を元に戻すことによってへたりが回
復する。
【0021】以下本発明に係る研磨パッドを用いて実際
に研磨処理を行った具体的な例について説明する。
【0022】(実施例1)本実施例は、上記CMP装置
を用いてAl配線層間の絶縁膜を平坦化した場合であ
る。図3(a)に示した様にシリコン等からなる半導体
基板101上に酸化シリコン等からなる第一の層間絶縁
膜102及びAl配線層103を形成し、更に第二の層
間膜104が形成されたウェハーを用意した。これらは
全て通常の方法で行った。
【0023】次に前述の図5に示す研磨装置を用いて以
下の条件で第二の層間膜104の化学的機械研磨を行っ
た。このとき研磨パッドは前述の図2に示すものを用い
た。 研磨プレート回転数 : 50rpm キャリアー回転数 : 17rpm 研磨圧力 : 8psi 研磨パッド温度 : 30〜40℃ スラリー流量 : 225ml/min この研磨条件は絶縁膜の研磨条件としては一般的なもの
である。ここでは塩基性の雰囲気で研磨を行なうためス
ラリーをKOH/水/アルコールに懸濁させたものを用
いた。
【0024】その結果、図3(b)に示すような平坦化
加工ができた。この実施例による研磨プロセスにおいて
は、従来の化学的機械研磨装置で研磨処理した場合に比
べ、研磨パッドの目立て作業に要する時間が大きく削減
されたため、週あたりのトータルスループットが30%
向上した。
【0025】(実施例2)本実施例は、Al配線層形成
の際のブランケットWの金属膜を平均化した場合であ
る。図4(a)に示した様にシリコン等からなる半導体
基板101上に酸化シリコン等からなる第一の層間絶縁
膜102及びAl配線層103を形成し、更に第二の層
間膜104を形成し、開口部105を穿った後、ブラン
ケットタングステン106を前記開口部105に埋め込
んだウェハーを用意した。これらは全て通常の方法で行
った。
【0026】次に前述の図5に示す研磨装置を用いて以
下の条件で化学的機械研磨を行なった。研磨パッドは前
述の図2に示すものを用いた。
【0027】 研磨プレート回転数 : 50rpm キャリアー回転数 : 17rpm 研磨圧力 : 10psi 研磨パッド温度 : 30〜40℃ スラリー流量 : 225ml/min この研磨条件は膜の研磨条件としては一般的なものであ
る。ここでは酸性の雰囲気で研磨を行なうためスラリー
を希フッ酸/水/アルコールに懸濁させたものを用い
た。
【0028】その結果、図4(b)に示すような平坦化
加工ができた。この実施例による研磨プロセスにおいて
は、従来の化学的機械研磨装置で研磨処理した場合に比
べ、研磨パッドの目立て作業に要する時間が大きく削減
されたため、週あたりのトータルスループットが30%
向上した。
【0029】(実施例3)本実施例は、上記実施例1の
場合と同様に、上記CMP装置を用いてAl配線層間の
絶縁膜を平坦化した場合である。図3(a)に示した様
にシリコン等からなる半導体基板101上に酸化シリコ
ン等からなる第一の層間絶縁膜102及びAl配線層1
03を形成し、更に第二の層間膜104が形成されたウ
ェハーを用意した。これらは全て通常の方法で行った。
【0030】次に図5に示す研磨装置を用いて以下の条
件で第二の層間膜104の化学的機械研磨を行った。こ
の実施例3においては、上記実施例1、2の場合と異な
り、研磨パッドとして図1に示すように研磨毛の芯材と
して形状記憶合金を用いたものを用いた。
【0031】 研磨プレート回転数 : 50rpm キャリアー回転数 : 17rpm 研磨圧力 : 8psi 研磨パッド温度 : 30〜40℃ スラリー流量 : 225ml/min この研磨条件は絶縁膜の研磨条件としては一般的なもの
である。ここでは塩基性の雰囲気で研磨を行なうためス
ラリーをKOH/水/アルコールに懸濁させたものを用
いた。
【0032】その結果、図3(b)に示すような平坦化
加工ができた。この実施例による研磨プロセスにおいて
は、従来の化学的機械研磨装置で研磨処理した場合に比
べ、研磨パッドの目立て作業に要する時間が大きく削減
されたため、週あたりのトータルスループットが40%
向上した。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、化学的機械研磨プロセスにおいて、形状記憶材料か
らなる研磨パッドを用いて研磨を行っているため、パッ
ドのへたりを回復させるための目立て作業が不要にな
り、単に使用前の環境条件に戻すだけで研磨パッドの研
磨毛が直立状態に戻るため、研磨プロセスが簡素化し生
産性が高まりトータルスループットが向上する。これに
より、信頼性のよいプロセスで化学的機械研磨処理を行
ってLSI等の半導体装置の生産性を向上させることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に係る化学的機械研磨装置の
研磨パッドの構成および作用説明図である。
【図2】 本発明の別の実施例に係る化学的機械研磨装
置の研磨パッドの構成および作用説明図である。
【図3】 本発明の実施例に係る化学的機械研磨処理装
置による研磨プロセスの第1の例を示す説明図である。
【図4】 本発明の実施例に係る化学的機械研磨処理装
置による研磨プロセスの第2の例を示す説明図である。
【図5】 本発明の実施例に係る化学的機械研磨処理装
置の全体構成図である。
【符号の説明】
1:スラリー供給口、2:スラリー、3:研磨プレー
ト、4:研磨プレート回転軸、5:ウエハ、6:キャリ
ア、7:キャリア回転軸、8:研磨押圧力、9:研磨パ
ッド、10:スラリー供給系、11:研磨毛、12:形
状記憶合金。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被研磨物に対しスラリーを供給しながら
    研磨パッドを押圧させて研磨を行う化学的機械研磨方法
    において、上記研磨パッドに形状記憶材料を含ませて研
    磨を行うことを特徴とする化学的機械研磨方法。
  2. 【請求項2】 前記形状記憶材料は、形状記憶合金から
    なることを特徴とする請求項1に記載の化学的機械研磨
    方法。
  3. 【請求項3】 被研磨物に対しスラリーを供給しながら
    研磨パッドを押圧させて研磨を行う化学的機械研磨装置
    において、上記研磨パッドに形状記憶材料を含ませたこ
    とを特徴とする化学的機械研磨装置。
JP15522695A 1995-05-30 1995-05-30 化学的機械研磨方法および装置 Pending JPH08323614A (ja)

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