JP3708740B2 - Polishing apparatus and polishing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研磨屑を除去する機構を備えた研磨装置及び研磨方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造分野において、半導体装置の高密度化・微細化に伴い、種々の微細加工技術が研究開発されている。その中で化学的機械研磨(CMP)技術は、層間絶縁膜の平坦化、プラグの形成、埋め込み金属配線の形成や埋め込み素子分離などを行う際に、欠かすことのできない必須の技術になっている。
【0003】
CMP工程においては、一般に、研磨中において研磨屑が発生する。この研磨屑とは、研磨パッドの削り屑、被研磨膜の削り屑、被研磨膜とスラリーの反応生成物などである。これらの研磨屑は、砥粒を保持する研磨パッド表面の穴の目詰まりを引き起こすため、研磨レートの低下の原因になる。また、被研磨膜のスクラッチの原因になったり、被研磨膜とストッパ膜の選択比の低下の原因になる場合もある。このような研磨特性の劣化につながる研磨屑は、研磨パッド上から随時除去されるべきである。理想的には、研磨中においても、この除去作業は同時に行われるべきである。研磨時間が長くなれば、研磨屑が研磨パッド上に蓄積されてくるからである。
【0004】
研磨中における研磨屑の除去、すなわち、In-Situクリーニングとしては、回転ブラシを用いる方法が一般的である。しかし、この方法は、研磨屑の目詰まりをかき出す効果はあるが、研磨屑を研磨パッド上から積極的に排除する効果は小さい。研磨屑の一部が、スラリー廃液とともに、遠心力により研磨パッド上から排除されるだけだからである。また、高圧水や高圧エアを研磨パッドに吹き付けるタイプのクリーニングは、研磨パッド上に滴下したスラリーを薄めたり、まだ使用可能なうちに排除したりする等の障害があり、研磨と同時に行うことは困難である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来のCMP技術において研磨中に発生する研磨屑は、研磨レートの低下、被研磨膜のスクラッチ、被研磨膜とストッパ膜の選択比の低下等、、研磨特性を劣化させる要因となっており、回転ブラシを用いて研磨屑を除去する方法や、高圧水や高圧エアを研磨パッドに吹き付ける等の研磨屑除去方法が提案されているが、前者では研磨屑の目詰まりをかき出す効果はあるが、研磨屑を積極的に排除する効果は小さく、後者ではスラリーを薄める等の弊害が生ずる。
【0006】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、研磨特性を劣化させる要因となる研磨屑を有効に除去することのできる研磨装置及び研磨方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1に係る研磨装置は、主表面上に研磨パッドが取り付けられ、回転可能な研磨定盤と、研磨対象の被研磨面を前記研磨パッドに対向するように前記研磨対象を保持する研磨対象保持手段と、前記研磨対象の被研磨面とは異なる位置で前記研磨パッド表面に対向配置され、前記研磨パッドにブラシを擦り付けると共に、該ブラシを前記研磨定盤表面上とこれから外れた位置を通過するように回転移動させることにより該研磨パッド表面の研磨屑を除去するドレッサと、前記研磨定盤表面から外れた位置に設けられ、前記ブラシを洗浄する洗浄機構とを具備してなり、前記研磨対象の研磨と前記研磨パッド表面の研磨屑の除去及び前記ブラシの洗浄を同時に行うことを特徴とする。
【0008】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
【0009】
(1)洗浄機構は、洗浄部と水切り部からなる。
【0010】
(2)(1)において、洗浄部と水切り部にはそれぞれ仕切り板が設けられる。
【0011】
(3)洗浄機構は、耐薬品性のある化学樹脂から構成される。
【0012】
(4)洗浄機構から噴射される洗浄水として、水、酸やアルカリの水溶液、酸化剤の水溶液、あるいは界面活性剤の水溶液を用いる。
【0013】
(5)洗浄機構は超音波洗浄機構を有する。
【0014】
(6)研磨定盤は回転可能である。
【0015】
(7)研磨対象保持手段は回転可能である。
【0016】
(8)研磨対象は半導体ウェハである。
【0017】
また、本発明の請求項2に係る研磨方法は、主表面上に研磨パッドが取り付けられた研磨定盤と、該研磨定盤に対向配置された研磨対象保持手段を相対的に移動させることにより、該研磨対象保持手段により保持された研磨対象の表面を研磨するとともに、前記研磨パッドに対向配置されたドレッサに取り付けられたブラシを前記研磨パッドに擦り付けて回転させることにより該研磨パッド表面の研磨屑を除去する研磨方法であって、前記ブラシを前記研磨定盤表面から外れた位置を通過させ、この研磨定盤表面から外れた位置で前記ブラシを洗浄するにより、前記研磨対象の研磨と前記研磨パッド表面の研磨屑の除去及び前記ブラシの洗浄を同時に行うことを特徴とする。
【0018】
本発明の望ましい形態を以下に示す。
【0019】
(1)研磨対象の研磨と前記研磨パッド表面の研磨屑の除去を同時に行う。
【0020】
(2)研磨対象は半導体ウェハである。
【0032】
(作用)
本発明では、ドレッサに取り付けられたブラシは研磨定盤表面から外れた位置を通過するように配置され、かつ該研磨定盤表面から外れた位置にはブラシを洗浄する洗浄機構が設けられる。従って、ブラシにより研磨パッド表面の研磨屑を除去する際に、研磨パッド表面の研磨屑を除去したブラシは回転して研磨定盤表面から外れ、その位置においてブラシを洗浄する。従って、研磨中に発生した研磨屑を研磨パッドの外に完全に排除することが可能となる。これにより、研磨レートが安定し、研磨屑起因のスクラッチが低減する。また、洗浄は研磨定盤表面から外れた位置においてなされるため、スラリーを薄めたり、まだ使用可能なスラリーを除去することなく安定した洗浄が可能となる。また、この洗浄を研磨パッドによる研磨対象の研磨と同時に行うことにより、CMP工程における製造効率が向上する。
【0033】
また、別の本発明では、研磨屑を除去するブラシに向けてノズルから、研磨屑を吹き飛ばす圧力を有する気体あるいは洗浄水を噴射する。これにより、研磨屑を研磨パッドの外に完全に排除することができ、研磨レートが安定し、研磨屑起因のスクラッチが低減する。また、この洗浄を研磨パッドによる研磨対象の研磨と同時に行うことにより、CMP工程における製造効率が向上する。
【0034】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【0035】
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態に係る研磨装置の構成を示す図であり、図1(a)は水平方向から見た横断面図、図1(b)は上面図である。
【0036】
図1(a)に示すように、研磨定盤1は、研磨定盤回転軸2を中心に水平面内で図示矢印方向に回転できるようになっており、その主表面上には研磨パッド3が貼付されている。
【0037】
研磨定盤1の上方には、半導体ウェハ保持手段4とドレッサ5がそれぞれ研磨定盤に対向配置されている。これら半導体ウェハ保持手段4とドレッサ5は互いに干渉しない位置に配置されており、前者は半導体ウェハ保持手段回転軸6、後者はドレッサ回転軸7を中心に、水平面内で研磨定盤1と同方向に回転できるようになっている。
【0038】
半導体ウェハ保持手段回転軸6、ドレッサ回転軸7は、それぞれ研磨定盤回転軸2とは上面から見て重ならない位置にある。半導体ウェハ保持手段4は、研磨定盤1の半径よりも小さい直径を有し、その下面において研磨対象となる半導体ウェハ8を真空チャック等により保持するようになっている。そして、その保持した半導体ウェハ8の被研磨面が研磨パッド3の研磨面と接触するように、図示しないシリンダなどの駆動機構によって一定の圧力で押圧されるようになっている。
【0039】
ドレッサ5は、下面がブラシ構造になっており、その表面にブラシ9が円環状に形成される。ブラシ9の毛は、ナイロン等の化学繊維から成り、長さ10mm程度である。毛の太さ、植毛密度は、通常用いられているものでよい。このブラシ9は研磨パッド3の研磨面に接触するように、シリンダなどの駆動機構によって一定の圧力で押圧されるようになっている。そして、ドレッサ回転軸7を中心軸として回転しながら研磨パッド3の研磨面を擦り付けることにより、研磨屑をかき出す。ドレッサ5の大きさ、位置は、ブラシ9による研磨パッド3上のクリーニング領域が半導体ウェハ8による研磨パッド3上の軌跡領域を包含するように設定する。
【0040】
ドレッサ回転軸7と研磨定盤回転軸は異なる位置に配置される。図1(b)に示すように研磨装置を上面から見た場合、研磨定盤1からドレッサ5がはみ出すように配置される。従って、ドレッサ5に形成されたブラシ9は、ドレッサ回転軸7を中心軸として回転する際に、研磨パッド3の外側を通過するように設定される。
【0041】
また、ドレッサ5が研磨定盤1からはみ出す位置において、該ドレッサ5のはみ出し部分の下部には洗浄機構10が配置される。このような配置により、回転してはみ出し位置に到達したブラシ9の部位は、洗浄機構10により洗浄される。すなわち、ブラシ9の毛に付着した研磨屑は、ブラシ9が研磨パッド3の上から外れた位置に来たところで洗浄機構10を通過させることにより除去する。また、研磨定盤1の上方には、スラリー11を研磨パッド3上に供給するためのスラリー供給管12が設けられている。このスラリー供給管12の先端部は、研磨定盤1の回転軸2近傍に設定される。スラリー11は、水に研磨粒子を分散させたものであり、酸化剤等のケミカルを添加してもよい。
【0042】
次に、洗浄機構10の詳細な構成を図2の斜示図を用いて説明する。
【0043】
この洗浄機構10は、蓋のない箱形状をしており、洗浄部10aと水切り部10bから構成される。これら洗浄部10a及び水切り部10bともに、その内部に仕切り板が複数枚設けられている。洗浄部10aにおいては、底部から管13を通して洗浄水が供給されオーバーフローする仕組みになっている。本実施形態では洗浄水として水を用いる。洗浄部10a内では仕切り板が底まで到達していないため、仕切り板を介して隣接する容器間で洗浄水の流入と流出が可能である。水切り部10bにおいては、底面が形成されていないため、洗浄水は溜まらない。
【0044】
洗浄機構10は、耐薬品性のある化学樹脂から構成されることが望ましい。仕切り板は、例えば、厚さ1mm程度のものを用い、隣接する仕切り板同士を10mm程度の間隔で並べればよい。洗浄部10aと水切り部10bでの仕切り板の枚数比は、例えば、2:1程度にすればよい。また、洗浄機構10の高さは、ブラシ9の毛が先端から5mm程度だけ仕切り板に当たるよう設定すればよい。そして、この高さは調整できるようになっていることが望ましい。
【0045】
次に、上記実施形態に係る研磨装置の動作を説明する。
【0046】
まず、図1(a)に示すように、研磨定盤1を研磨定盤回転軸2を中心軸として図示の矢印に示した方向に所定の回転数で回転させる。そして、この研磨定盤1の回転とともに回転する研磨パッド3上に、スラリー供給管12を介してスラリー11を供給する。この後、下面に半導体ウェハ8を保持した半導体ウェハ保持手段4を、半導体ウェハ保持手段回転軸6を中心軸として図示の矢印に示した方向に所定の回転数で回転させながら降下させる。そして、所定の圧力により押圧して、半導体ウェハ8の被研磨面を研磨パッド3の研磨面に接触させる。この半導体ウェハ保持手段4の回転及び降下動作と並行して、ドレッサ5をドレッサ回転軸7を中心軸として図示の矢印に示した方向に所定の回転数で回転させながら降下させる。そして、所定の圧力により押圧して、ブラシ9が研磨パッド3の研磨面に接触するようにする。
【0047】
このようにして、半導体ウェハ8の被研磨面が、スラリー11を介在させた状態で、研磨パッド3の研磨面に擦り合わせられることにより研磨されていく。また、研磨と同時に、研磨中に発生した研磨屑をドレッサ5のブラシ9が除去する。
【0048】
具体的な研磨屑の除去動作を以下説明する。
【0049】
研磨屑の付着したブラシ9の毛は、まず洗浄部10aにおいて、洗浄水に浸され仕切り板に擦られながら洗浄される。そして、洗浄水に濡れたブラシ9の毛は、水切り部10bの仕切り板に擦られることにより水切りが行われる。この仕組みにより、ブラシ9の毛に付着した研磨屑は十分に除去される。また、研磨パッド3上に余分な洗浄水を持ち込むことがないので、スラリー11を薄めることがない。
【0050】
以上説明した洗浄機構10を用いた洗浄動作による本発明の効果を説明する。
【0051】
従来の回転ブラシタイプの研磨パッド用ドレッサは、ドレッシング中、ブラシ全体が研磨パッドの内側に存在した。したがって、ブラシによってかき出された研磨屑は、一部がスラリー廃液とともに遠心力により研磨パッド上から排除されるものの、大部分はブラシあるいは研磨パッドに残留したままであった。また、研磨パッド上の研磨屑を高圧水あるいは高圧エアで吹き飛ばすタイプのドレッサも考案されているが、研磨と同時に用いるのは、スラリーが薄められたり、まだ使用可能なスラリーを除去する等のため不適切である。
【0052】
これに対して本実施形態に示す洗浄機構10を用いることにより、研磨中に発生した研磨屑を研磨パッドの外に完全に排除することができ、しかも、スラリーを薄めたり、まだ使用可能なスラリーを除去することなく研磨パッドのドレッシングを研磨と同時に行うことが可能になる。よって、研磨レートが安定し、研磨屑起因のスクラッチが低減する。このような研磨特性の向上が、CMPを用いて製造された半導体デバイスの信頼性の向上につながる。また、研磨とドレッシングを同時に行えるため、CMP工程における製造効率が向上する。
【0053】
次に、従来の回転ブラシタイプのドレッサを用いた場合と本実施形態のブラシ洗浄の研磨レートを図3に示す。横軸はウェハナンバー、縦軸は研磨レートである。図3に示す測定条件は以下の通りである。すなわち、8インチシリコンウェハに成膜されたタングステンのブランケット膜にCMPを行った際の、ウェハ全面での平均研磨レートの経時変化を表す。スラリーは、アルミナを3wt%だけ水に分散させ、さらに硝酸鉄を8wt%だけ添加したものを用いた。また、研磨パッドはロデールニッタ製のPAN-Wを用いた。研磨定盤、ウェハ保持手段、ドレッサの回転数は、いずれも50rpmであり、研磨時の荷重は、300g重/cm2である。
【0054】
24枚のウェハをそれぞれ1分ずつ連続して研磨した時、従来ドレッサを使用した場合は、研磨レートは徐々に低下し最初に比べて最後では400Å/minも低下するが、改善されたドレッサを使用した場合は、研磨レートばほぼ一定になることがわかる。よって、ロット内でのばらつきが減ることがわかる。
【0055】
次に、この実験で得られた、CMP後のタングステン膜におけるスクラッチ数の経時変化を図4に示す。横軸はウェハナンバー、縦軸はスクラッチ数であり、スクラッチ数は、各ウェハ全面に対して相対的に比較したものである。図4に示すように、従来のドレッサを使用した場合は、スクラッチ数が多く、しかも、ウェハ枚数が増えるにつれ、スクラッチ数が増加していくが、改善されたドレッサを使用した場合は、スクラッチ数は低いレベルでほぼ一定していることがわかる。これは、従来ドレッサでは、研磨屑が除去し切れず徐々に蓄積していくのに対し、改善されたドレッサでは、研磨屑の除去がほぼ完全になされたことを示唆している。
【0056】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。特に、洗浄機構10の構成は本発明を実現するための例示であり、上記構成をとる必要はない。
【0057】
図2に示した洗浄機構10の変形例を図5に示す。図5に示す洗浄機構50は斜視図で示したものであり、図2に示した洗浄機構10と同様に洗浄部50aと水切り部50bから構成される。以下、図2に示した洗浄機構10と共通する部分についての詳細な説明は省略する。
【0058】
洗浄部50aは図2に示した洗浄部10aにおける仕切り板を外し、底面を取り外した構成であり、管13の代わりにシャワー53が底部に配置され、上方に洗浄水が吹き付けられる。このシャワー53により、ブラシ9の毛は洗浄される。また、水切り部50bは図2に示した水切り部10bと同様に所定の間隔をおいて仕切り板が配置される。この水切り部50bの仕切り板にこすられることにより、洗浄水を含んだブラシ9の毛の水切りが行われる。なお、シャワー53の上部に、図2に示した洗浄部10aと同様の仕切り板を設けて、ブラシ9の毛が水に吹き付けられると同時に仕切り板に擦られて洗浄されるようにしてもよい。
【0059】
さらに、上記図2及び図5に示した洗浄機構10及び50において、仕切り板をメッシュ状のものに代えることも可能である。このように、回転ブラシが研磨パッドの上から外れた位置においてブラシの毛を洗浄することがポイントであり、洗浄方法は様々なバリエーションが考えられる。洗浄に用いている洗浄水として、水の代わりに、酸やアルカリの水溶液、酸化剤の水溶液、あるいは界面活性剤の水溶液を用いることも可能である。さらに、上記洗浄機構10及び50に超音波洗浄機能を具備させることも可能である。
【0060】
また、本実施形態では、研磨パッドによる半導体ウェハの研磨と同時に洗浄を行う場合を示したが、必ずしも同時に行う必要が無く、複数回の研磨の間に洗浄を行う場合であっても本発明の効果を奏する。
【0061】
(第2実施形態)
図6及び図7は本発明の第2実施形態に係る研磨装置の構成を示す図であり、図6(a)は水平方向から見た横断面図、図6(b)は上面図、図7(c)は図6(b)の矢印cの方向から見た横断面図である。図1と同じ構成には同じ符号を付す。
【0062】
研磨定盤1は研磨定盤回転軸2を中心に水平面内で図示矢印方向に回転できるようになっており、その上面には研磨パッド3が貼付されている。研磨定盤1の上方には、半導体ウェハ保持手段4とドレッサ65が互いに干渉しない位置に配置されており、それぞれ半導体ウェハ保持手段回転軸6、ドレッサ回転軸67を中心に水平面内で研磨定盤1と同方向に回転できるようになっている。
【0063】
半導体ウェハ保持手段回転軸6、ドレッサ回転軸67は、それぞれ研磨定盤回転軸2とは上面から見て重ならない位置にある。半導体ウェハ保持手段4は、研磨定盤1の半径よりも小さい直径を有し、その下面において半導体ウェハ8を真空チャック等により保持するようになっている。そして、その保持した半導体ウェハ8の被研磨面が研磨パッド3の研磨面と接触するように、シリンダなどの駆動機構によって一定の圧力で押圧されるようになっている。
【0064】
ドレッサ65は、下面がブラシ構造になっており、その表面にブラシ69が円環状に形成される。ブラシ69の毛は、ナイロン等の化学繊維から成り、長さ10mm程度である。毛の太さ、植毛密度は、通常用いられているものに従う。このブラシ69の毛が研磨パッド3の研磨面に接触するように、シリンダなどの駆動機構によって一定の圧力で押圧されるようになっている。ドレッサ65の大きさ、位置は、ブラシ69による研磨パッド3上のクリーニング領域が半導体ウェハ8による研磨パッド3上の軌跡領域を包含するように設定する。
【0065】
また、図6(b)に示すノズル71により、高圧エア等の気体、あるいは高圧水等の液体をブラシ69の際の研磨パッド3に吹き付けられるようになっている。このノズル71から噴射される高圧エアあるいは高圧水の圧力は、10kg重/cm2以上であることが望ましいが、必ずしもこの条件に限定されるものではなく、10kg重/cm2以下であってもよい。
【0066】
また、研磨定盤1の上方には、スラリー11を研磨パッド3上に供給するためのスラリー供給管12が設けられている。スラリー11は、水に研磨粒子を分散させたものであり、酸化剤等のケミカルを添加してもよい。
【0067】
次に、本実施形態に係る研磨装置の動作を説明する。
【0068】
まず、研磨定盤1を研磨定盤回転軸2を通して図示矢印方向に所定の回転数で回転させる。そして、回転する研磨パッド3上に、スラリー供給管12を介してスラリー11を供給する。この後、下面に半導体ウェハ8を保持させた半導体ウェハ保持手段4を、半導体ウェハ保持手段回転軸6を通して図示矢印方向に所定の回転数で回転させながら降下させる。そして、所定の圧力により押圧して、半導体ウェハ8の被研磨面を研磨パッド3の研磨面に接触させる。並行して、ドレッサ65をドレッサ回転軸67を通して図示の矢印に示した方向に所定の回転数で回転させながら降下させる。そして、所定の圧力により押圧して、ブラシ69が研磨パッド3の研磨面に接触するようにする。
【0069】
このようにして、半導体ウェハ8の被研磨面が、スラリー11を介在させた状態で、研磨パッド3の研磨面に擦り合わせられることにより研磨されていく。また、研磨と同時に、研磨中に発生した研磨屑をドレッサ65のブラシ69が除去する。
【0070】
このブラシ69は回転しながら研磨パッド3の研磨面を擦り付けることにより、研磨屑をかき出す。このかき出した研磨屑を研磨廃液とともに研磨パッドの外に排除するために、ブラシ69の際の部分の研磨パッド3に対して、高圧エア等の気体、あるいは高圧水等の液体をノズル71を通して、ブラシ69の最外周の接線方向に沿ってブラシ69の回転後方から吹き付ける。この吹き付けにより、ブラシ69が回転により運搬してきた研磨屑が混じっている研磨廃液は、ブラシ69の回転につられて流動するのを止め、研磨パッドの外に強制的に排除されることになる。
【0071】
なお、ノズル71は、研磨パッド3のなるべく外側に位置するようにし、研磨パッド3上のスラリー11の濃度や量に与える影響を小さくすることが必要である。また、ノズル71は、径3/8インチ程度の化学樹脂製の配管から構成し、この配管は、ドレッサ65の駆動機構を収める筐体70に固定すればよい。
【0072】
従来の回転ブラシタイプのドレッサでは、ブラシの回転によって運ばれた研磨屑は研磨廃液とともに一部は遠心力により研磨パッド上から除去された。しかし、大部分の研磨屑は、ブラシあるいは研磨パッドに残留したままであった。したがって、研磨パッドに目詰まりした研磨屑をかき出す効果はあっても、研磨屑を積極的に除去する効果は小さかった。本実施形態のように、研磨屑を研磨廃液とともに吹き飛ばすノズルを設ければ、研磨屑は研磨パッドの外に積極的に排除されることになる。しかも、このノズルの位置が研磨パッドの外側にあり、研磨パッドの外に向けての噴出を行うため、研磨パッド上のスラリーの濃度や量に与える影響を小さくすることができる。
【0073】
よって、本実施形態を用いれば、従来の研磨装置に簡単な改良を行うだけで、研磨中に発生した研磨屑を研磨パッドの外に排除することができ、しかも、スラリーを薄めたり、まだ使用可能なスラリーを除去することの少ないドレッシングを研磨と同時に行うことが可能になる。ゆえに、研磨レートが安定し、研磨屑起因のスクラッチが低減する。このような研磨特性の向上が、CMPを用いて製造された半導体デバイスの信頼性の向上につながる。また、研磨とドレッシングが同時に行えるため、CMP工程における製造効率が向上する。
【0074】
なお、研磨屑を吹き飛ばす、あるいは、流し出すためのノズルは、本実施形態に制限されるものではない。ノズルの位置及び形状は、本実施形態の趣旨を逸脱しない範囲において変更可能である。また、本実施形態では、研磨パッドによる半導体ウェハの研磨と同時に洗浄を行う場合を示したが、必ずしも同時に行う必要が無く、複数回の研磨を行い、その間に洗浄を行う場合であっても本発明の効果を奏する。
【0075】
また、上記第1及び第2実施形態では、半導体ウェハの研磨装置について説明したが、研磨対象は半導体ウェハに限定されない。また、研磨パッドの代わりに砥石で研磨する場合にも用いることができる。また、研磨定盤と半導体ウェハ保持手段はそれぞれの回転軸を中心に回転させて研磨する場合を示したが、そのような構成に限定されず、研磨定盤と半導体ウェハ保持手段を相対的に移動させて研磨するものであれば何でもよい。
【0076】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、研磨中に発生する研磨屑を研磨パッドの外に完全に排除することができるので、研磨特性が向上し、研磨対象の信頼性が向上する。
【0077】
また、研磨と洗浄を同時に行うことにより、研磨工程における製造効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す図。
【図2】同実施形態に係る研磨装置における洗浄機構の詳細な構成を示す斜示図。
【図3】同実施形態における研磨レートを示す図。
【図4】同実施形態におけるスクラッチ数を示す図。
【図5】同実施形態に係る研磨装置における洗浄機構の変形例を詳細に示す斜示図。
【図6】本発明の第2実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す図。
【図7】同実施形態に係る研磨装置の全体構成を示す図。
【符号の説明】
1…研磨定盤
2…研磨定盤回転軸
3…研磨パッド
4…半導体ウェハ保持手段
5…ドレッサ
6…半導体ウェハ保持手段回転軸
7…ドレッサ回転軸
8…半導体ウェハ
9…ブラシ
10,50…洗浄機構
10a,50a…洗浄部
10b,50b…水切り部
11…スラリー
12…スラリー供給管
13…管[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polishing apparatus and a polishing method having a mechanism for removing polishing debris.
[0002]
[Prior art]
In recent years, in the field of semiconductor device manufacturing, various fine processing techniques have been researched and developed along with the increase in density and miniaturization of semiconductor devices. Among them, the chemical mechanical polishing (CMP) technique has become an indispensable technique that is indispensable when performing planarization of interlayer insulating films, formation of plugs, formation of embedded metal wiring, isolation of embedded elements, and the like. .
[0003]
In the CMP process, polishing debris is generally generated during polishing. The polishing scrap includes polishing pad shavings, polishing target scraps, a reaction product of the polishing target film and slurry, and the like. These polishing scraps cause clogging of holes on the surface of the polishing pad that holds the abrasive grains, which causes a decrease in the polishing rate. In addition, the film to be polished may be scratched or the selectivity between the film to be polished and the stopper film may be lowered. Polishing debris that leads to such deterioration of the polishing characteristics should be removed from the polishing pad as needed. Ideally, this removal operation should be done at the same time, even during polishing. This is because polishing waste accumulates on the polishing pad as the polishing time increases.
[0004]
A method using a rotating brush is generally used as removal of polishing debris during polishing, that is, in-situ cleaning. However, this method has an effect of scraping off clogging of polishing dust, but has a small effect of positively removing the polishing dust from the polishing pad. This is because a part of the polishing debris is only removed from the polishing pad by centrifugal force together with the slurry waste liquid. Also, cleaning of the type that blows high-pressure water or high-pressure air onto the polishing pad has obstacles such as thinning the slurry dripped onto the polishing pad or removing it while it is still usable, and it should not be performed simultaneously with polishing. Have difficulty.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, polishing debris generated during polishing in the conventional CMP technique is a factor that degrades polishing characteristics, such as a decrease in polishing rate, scratch of the film to be polished, and a decrease in the selection ratio between the film to be polished and the stopper film. There have been proposed methods for removing abrasive debris using a rotating brush and methods for removing abrasive debris such as spraying high-pressure water or high-pressure air on the polishing pad, but the former has the effect of scavenging abrasive debris. However, the effect of positively removing polishing scraps is small, and the latter causes problems such as thinning of the slurry.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a polishing apparatus and a polishing method capable of effectively removing polishing debris that causes deterioration of polishing characteristics. is there.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A polishing apparatus according to
[0008]
Desirable embodiments of the present invention are shown below.
[0009]
(1) The cleaning mechanism includes a cleaning unit and a draining unit.
[0010]
(2) In (1), a partition plate is provided in each of the cleaning section and the draining section.
[0011]
(3) The cleaning mechanism is made of a chemical resin having chemical resistance.
[0012]
(4) As the cleaning water sprayed from the cleaning mechanism, water, an aqueous solution of acid or alkali, an aqueous solution of an oxidizing agent, or an aqueous solution of a surfactant is used.
[0013]
(5) The cleaning mechanism has an ultrasonic cleaning mechanism.
[0014]
(6) The polishing surface plate can be rotated.
[0015]
(7) The polishing object holding means is rotatable.
[0016]
(8) The object to be polished is a semiconductor wafer.
[0017]
Further, the polishing method according to
[0018]
Desirable embodiments of the present invention are shown below.
[0019]
(1) Polishing of a polishing target and removal of polishing debris on the surface of the polishing pad are simultaneously performed.
[0020]
(2) The object to be polished is a semiconductor wafer.
[0032]
(Function)
In the present invention, the brush attached to the dresser is disposed so as to pass through a position off the surface of the polishing surface plate, and a cleaning mechanism for cleaning the brush is provided at a position off the surface of the polishing surface plate. Therefore, when the polishing debris on the polishing pad surface is removed by the brush, the brush from which the polishing debris on the polishing pad surface has been removed rotates and comes off the surface of the polishing platen, and the brush is cleaned at that position. Accordingly, it is possible to completely remove the polishing dust generated during polishing outside the polishing pad. As a result, the polishing rate is stabilized, and scratches due to polishing dust are reduced. Further, since cleaning is performed at a position off the surface of the polishing platen, stable cleaning can be performed without diluting the slurry or removing slurry that can still be used. Further, by performing this cleaning simultaneously with the polishing of the object to be polished by the polishing pad, the manufacturing efficiency in the CMP process is improved.
[0033]
In another aspect of the present invention, a gas or cleaning water having a pressure for blowing off the polishing debris is sprayed from the nozzle toward the brush for removing the polishing debris. As a result, the polishing debris can be completely removed from the polishing pad, the polishing rate is stabilized, and scratches due to the polishing debris are reduced. Further, by performing this cleaning simultaneously with the polishing of the object to be polished by the polishing pad, the manufacturing efficiency in the CMP process is improved.
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0035]
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 (a) is a cross-sectional view seen from the horizontal direction, and FIG. 1 (b) is a top view.
[0036]
As shown in FIG. 1 (a), the polishing
[0037]
Above the polishing
[0038]
The semiconductor wafer holding means
[0039]
The
[0040]
The dresser rotating shaft 7 and the polishing surface plate rotating shaft are arranged at different positions. As shown in FIG. 1B, when the polishing apparatus is viewed from above, the
[0041]
Further, at a position where the
[0042]
Next, the detailed configuration of the
[0043]
The
[0044]
The
[0045]
Next, the operation of the polishing apparatus according to the above embodiment will be described.
[0046]
First, as shown in FIG. 1 (a), the polishing
[0047]
In this manner, the surface to be polished of the
[0048]
A specific operation for removing polishing dust will be described below.
[0049]
The bristles of the
[0050]
The effect of the present invention by the cleaning operation using the
[0051]
In a conventional rotating brush type polishing pad dresser, the entire brush exists inside the polishing pad during dressing. Therefore, although a part of the polishing scraps scraped by the brush is removed from the polishing pad by the centrifugal force together with the slurry waste liquid, most of the polishing scrap remains on the brush or the polishing pad. In addition, a type of dresser that blows off the polishing debris on the polishing pad with high-pressure water or high-pressure air has been devised, but it is used at the same time as polishing because the slurry is diluted or the slurry that is still usable is removed. It is inappropriate.
[0052]
On the other hand, by using the
[0053]
Next, FIG. 3 shows the polishing rate of the conventional cleaning brush type dresser and the brush cleaning of this embodiment. The horizontal axis is the wafer number, and the vertical axis is the polishing rate. The measurement conditions shown in FIG. 3 are as follows. That is, it represents a change with time of the average polishing rate over the entire surface of the wafer when CMP is performed on a tungsten blanket film formed on an 8-inch silicon wafer. The slurry was prepared by dispersing alumina in water by 3 wt% and adding iron nitrate by 8 wt%. As the polishing pad, PAN-W made by Rodel Nitta was used. The rotational speeds of the polishing surface plate, wafer holding means, and dresser are all 50 rpm, and the load during polishing is 300 gf / cm 2 .
[0054]
When 24 wafers were polished continuously for 1 minute each, if a conventional dresser was used, the polishing rate gradually decreased and finally decreased by 400 Å / min compared to the beginning, but an improved dresser was used. When used, it can be seen that the polishing rate is substantially constant. Therefore, it can be seen that the variation within the lot is reduced.
[0055]
Next, FIG. 4 shows the change over time in the number of scratches in the tungsten film after CMP obtained in this experiment. The horizontal axis is the wafer number, and the vertical axis is the number of scratches. The number of scratches is relatively compared with the entire surface of each wafer. As shown in FIG. 4, when the conventional dresser is used, the number of scratches increases, and as the number of wafers increases, the number of scratches increases. However, when the improved dresser is used, the number of scratches increases. It can be seen that is almost constant at a low level. This suggests that, with the conventional dresser, the polishing debris is not completely removed but gradually accumulates, whereas with the improved dresser, the removal of the polishing debris is almost complete.
[0056]
The present invention is not limited to the above embodiment. In particular, the configuration of the
[0057]
A modification of the
[0058]
The
[0059]
Further, in the cleaning
[0060]
Further, in the present embodiment, the case where the cleaning is performed simultaneously with the polishing of the semiconductor wafer by the polishing pad is shown, but it is not always necessary to perform the cleaning simultaneously, and even when the cleaning is performed between a plurality of times of polishing, There is an effect.
[0061]
(Second Embodiment)
6 and 7 are diagrams showing a configuration of a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention, in which FIG. 6 (a) is a cross-sectional view seen from the horizontal direction, FIG. 6 (b) is a top view, FIG. 7 (c) is a cross-sectional view seen from the direction of arrow c in FIG. 6 (b). The same components as those in FIG.
[0062]
The polishing
[0063]
The semiconductor wafer holding means
[0064]
The
[0065]
Also, a gas such as high-pressure air or a liquid such as high-pressure water can be sprayed onto the
[0066]
A
[0067]
Next, the operation of the polishing apparatus according to this embodiment will be described.
[0068]
First, the polishing
[0069]
In this manner, the surface to be polished of the
[0070]
The
[0071]
The
[0072]
In the conventional rotary brush type dresser, the polishing scraps carried by the rotation of the brush are partly removed from the polishing pad together with the polishing waste liquid by centrifugal force. However, most of the polishing debris remained on the brush or polishing pad. Therefore, even if there is an effect of scraping clogged polishing debris on the polishing pad, the effect of positively removing the polishing debris is small. As in this embodiment, if a nozzle that blows off the polishing scraps together with the polishing waste liquid is provided, the polishing scraps are positively excluded from the polishing pad. In addition, since the position of the nozzle is outside the polishing pad and the nozzle is ejected toward the outside of the polishing pad, the influence on the concentration and amount of the slurry on the polishing pad can be reduced.
[0073]
Therefore, if this embodiment is used, it is possible to remove the polishing debris generated during the polishing out of the polishing pad only by making a simple improvement to the conventional polishing apparatus. It is possible to perform a dressing with less removal of possible slurry simultaneously with polishing. Therefore, the polishing rate is stabilized, and scratches due to polishing dust are reduced. Such an improvement in polishing characteristics leads to an improvement in the reliability of a semiconductor device manufactured using CMP. Further, since polishing and dressing can be performed simultaneously, the manufacturing efficiency in the CMP process is improved.
[0074]
In addition, the nozzle for blowing off or throwing away the polishing waste is not limited to this embodiment. The position and shape of the nozzle can be changed without departing from the spirit of the present embodiment. Further, in the present embodiment, the case where cleaning is performed simultaneously with the polishing of the semiconductor wafer by the polishing pad is shown, but it is not always necessary to perform the cleaning simultaneously. The effect of the invention is achieved.
[0075]
In the first and second embodiments, the semiconductor wafer polishing apparatus has been described. However, the polishing target is not limited to the semiconductor wafer. It can also be used when polishing with a grindstone instead of a polishing pad. In addition, the polishing surface plate and the semiconductor wafer holding means have been shown to be polished by rotating about their respective rotation axes, but the present invention is not limited to such a configuration, and the polishing surface plate and the semiconductor wafer holding means are relatively Anything can be used as long as it is moved and polished.
[0076]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, polishing debris generated during polishing can be completely removed from the polishing pad, so that the polishing characteristics are improved and the reliability of the object to be polished is improved.
[0077]
Further, by performing polishing and cleaning at the same time, the manufacturing efficiency in the polishing process is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a polishing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing a detailed configuration of a cleaning mechanism in the polishing apparatus according to the embodiment.
FIG. 3 is a view showing a polishing rate in the embodiment.
FIG. 4 is a view showing the number of scratches in the embodiment.
FIG. 5 is an oblique view showing in detail a modification of the cleaning mechanism in the polishing apparatus according to the embodiment.
FIG. 6 is a diagram showing an overall configuration of a polishing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a view showing an overall configuration of a polishing apparatus according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記研磨対象の研磨と前記研磨パッド表面の研磨屑の除去及び前記ブラシの洗浄を同時に行うことを特徴とする研磨装置。A polishing pad is mounted on the main surface, a rotatable polishing surface plate, a polishing object holding means for holding the polishing object so that a surface to be polished is opposed to the polishing pad, and a target to be polished The polishing pad is disposed opposite to the polishing surface at a position different from the polishing surface, and a brush is rubbed against the polishing pad, and the brush is rotated and moved so as to pass the position on the polishing surface plate and the position away from the polishing surface. A dresser that removes polishing debris on the surface of the polishing pad, and a cleaning mechanism that is provided at a position off the surface of the polishing surface plate and that cleans the brush,
A polishing apparatus characterized in that polishing of the object to be polished, removal of polishing debris on the surface of the polishing pad, and cleaning of the brush are simultaneously performed.
前記ブラシを前記研磨定盤表面から外れた位置を通過させ、この研磨定盤表面から外れた位置で前記ブラシを洗浄することにより、前記研磨対象の研磨と前記研磨パッド表面の研磨屑の除去及び前記ブラシの洗浄を同時に行うことを特徴とする研磨方法。The surface of the polishing object held by the polishing object holding means by relatively moving the polishing surface plate with the polishing pad mounted on the main surface and the polishing object holding means arranged opposite to the polishing surface plate A polishing method for removing polishing debris on the surface of the polishing pad by rotating a brush attached to a dresser disposed opposite to the polishing pad by rubbing against the polishing pad and rotating,
By passing the brush away from the surface of the polishing platen and cleaning the brush at a position off the surface of the polishing platen, polishing of the polishing object and removal of polishing debris on the surface of the polishing pad and A polishing method, wherein the brush is simultaneously cleaned.
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