JP2005142441A - ウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＣＭＰ処理工程において導電膜を研磨した場合に生じる微小スクラッチの発生を抑制可能なウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法を提供する。
【解決手段】ウエハに設けた絶縁膜上に形成した導電膜を研磨するウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法において、被研磨面に導電水を供給する導電水供給手段を設けて、ウエハの研磨中に被研磨面に導電水を供給しながら研磨する。導電水供給手段は、導電膜の研磨にともなって絶縁膜が露出したことを検出した後に導電水の供給を開始する。導電水は、炭酸ガス及び／またはアンモニアガスを溶解させた純水とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法に関するものである。

昨今、ウエハに微細な導電領域を形成する方法として、上面に所要の開口部を形成した絶縁膜をウエハの表面に設け、この絶縁膜の上面に所要の導電膜を成膜して、この導電膜をＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)装置等のウエハ研磨装置を用いて研磨することにより、絶縁膜の開口部部分にのみ導電膜を残留させて導電領域を形成する形成方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特に、導電膜を研磨する場合には、導電膜の研磨にともなって露出した絶縁膜の上面部分を検出し、その後、さらに所定時間の過研磨を行ってウエハ全面において確実に所要の絶縁膜を露出させていた。
特開２００３−２４３３４６号公報

しかしながら、上記したようにウエハ研磨装置によって導電膜を研磨して導電領域を形成した場合には、ある発生率でウエハにスクラッチが発生し、製造歩留まりの向上を阻害しているという問題があった。

このスクラッチの発生原因は長らく不明であったが、過研磨時に露出した絶縁膜とウエハ研磨装置の研磨布との摩擦により発生した静電気によって、絶縁膜と導電膜との境界部分において静電破壊による微小なスクラッチが生起され、この微小スクラッチを通して下層に設けている被膜が後工程における薬液等によって浸食されて、検出可能なスクラッチとなっていることが判明した。

そこで、本発明者は、過研磨時に静電破壊を生じさせる静電気の蓄積を抑制することによって微小スクラッチの発生を防止すべく研究開発を行い、本発明をなすに至ったものである。

本発明のウエハ研磨装置では、ウエハに設けた絶縁膜上に形成した導電膜を研磨するウエハ研磨装置において、被研磨面に導電水を供給する導電水供給手段を設けた。

さらに、導電水供給手段は、導電膜の研磨にともなって絶縁膜が露出したことを検出した後に導電水の供給を開始することにも特徴を有し、導電水は、炭酸ガス及び／またはアンモニアガスを溶解させた純水であることにも特徴を有するものである。

また、本発明のウエハ研磨方法では、ウエハに設けた絶縁膜上に形成した導電膜を研磨するウエハ研磨方法において、研磨中に被研磨面に導電水を供給しながら研磨するものである。

さらに、導電水の供給は、絶縁膜の露出にともなって開始することにも特徴を有するものである。

請求項１記載の発明によれば、ウエハに設けた絶縁膜上に形成した導電膜を研磨するウエハ研磨装置において、被研磨面に導電水を供給する導電水供給手段を設けたことによって、供給された導電水により研磨にともなって露出した絶縁膜部分への静電気の蓄積を解消できるので、微細スクラッチの発生を抑止できる。

請求項２記載の発明によれば、導電膜の研磨にともなって絶縁膜が露出したことを検出した後に、導電水供給手段では導電水の供給を開始することによって、静電気の蓄積が生じない導電膜のみの研磨時に導電水を被研磨面に供給することによる導電水の浪費を抑制できる。

請求項３記載の発明によれば、導電水を炭酸ガス及び／またはアンモニアガスを溶解させた純水としたことによって、被研磨面への導電水の供給にともなって研磨レートの変動や研磨のばらつきが生じることがなく、被研磨面の研磨に影響を与えることなく静電気の発生を抑制できる。

請求項４記載の発明によれば、ウエハに設けた絶縁膜上に形成した導電膜を研磨するウエハ研磨方法において、研磨中に被研磨面に導電水を供給しながら研磨することによって、請求項１記載の発明と同様に、供給された導電水により研磨にともなって露出した絶縁膜部分への静電気の蓄積を解消できるので、微細スクラッチの発生を抑止できる。

請求項５記載の発明によれば、導電水の供給は、絶縁膜の露出にともなって開始することによって、請求項２記載の発明と同様に、静電気の蓄積が生じない導電膜のみの研磨時に導電水を被研磨面に供給することによる導電水の浪費を抑制できる。

本発明のウエハ研磨装置及びウエハ研磨方法では、ウエハに設けた絶縁膜上に形成した導電膜を研磨する場合に、被研磨面に導電水を供給しているものである。

このように被研磨面に導電水を供給することによって、研磨にともなって露出した絶縁膜部分に静電気が蓄積されることを抑止でき、この静電気に起因した微小スクラッチの発生を抑止して、製造歩留まりを向上させることができる。

特に、導電水の供給を絶縁膜が導電膜から露出した段階で開始した場合には、静電気の蓄積が生じない導電膜のみの研磨時に導電水を被研磨面に供給しないことによって導電水の浪費を抑制できる。

以下において、図面に基づいて本発明の実施形態を詳説する。図１は、本実施形態のウエハ研磨装置の模式図である。

ウエハ研磨装置は、上面に研磨布12を装着した回転基台13と、この回転基台13の研磨布12に当接させるウエハ10を装着する回転ヘッド11と、研磨布12に研磨剤であるスラリーを供給するスラリー供給管14と、研磨布12に導電水を供給する導電水供給管15とから構成している。

図１中、14aはスラリーを収容したスラリータンクであり、14bはスラリータンク14aからスラリー供給管14へのスラリーの供給を制御しているスラリー用供給制御ポンプである。また、15aは導電水を収容した導電水タンクであり、15bは導電水タンク15aから導電水供給管15へのスラリーの供給を制御している導電水用供給制御ポンプであって、導電水タンク15a、導電水用供給制御ポンプ15b、導電水供給管15によって導電水供給手段を構成している。また、16は研磨布12の研磨状態を一定に保つためのコンディショナーである。

回転基台13には平坦面状の研磨布被着面を設けており、この研磨布被着面に研磨布12を装着して所定の回転速度で回転するようにしている。

ウエハ10は図示していない適宜の固定手段によって回転ヘッド11に固定装着し、回転ヘッド11の回転にともなって回転するようにしている。

そして、回転基台13と回転ヘッド11とをそれぞれ所定の回転方向に所定の回転速度で回転させながら、回転ヘッド11に装着したウエハ10を研磨布12に押下し、ウエハ10と研磨布12との間にスラリーを送給してウエハ10を研磨している。

上記したウエハ研磨装置で研磨されるウエハ10には、表面に絶縁膜を成膜するとともに、成膜した絶縁膜に所要の開口部を形成している。ここで形成された絶縁膜の開口部は導電領域を形成するためのものである。

そして、この絶縁膜の上面に導電膜を成膜し、この導電膜を上記したウエハ研磨装置で研磨することにより絶縁膜の開口部に導電膜を残留させて導電領域を形成している。

ここで、絶縁膜は、主にＨＤＰ膜、ＢＰＳＧ膜、ＰＳｉＯ膜、Ｔｈ−ＳｉＯ₂膜等の酸化膜であり、導電膜は、主にＣＶＤ工程やＰＶＤ工程，あるいはＤｉｆｆ工程で形成したポリシリコン膜、あるいはタングステン、窒化チタン、銅等の金属膜である。

このように絶縁膜の上面に成膜した導電膜を研磨によって除去する場合には、導電膜の研磨量の制御が必要であるが、この導電膜の研磨量制御は、導電膜の研磨にともなって導電膜の下層である絶縁膜の表面が導電膜から露出したことを検出し、この絶縁膜の露出検出後にも研磨を継続する過研磨状態の維持時間を制御することによって行っている。

絶縁膜の露出検出は、絶縁膜の露出にともなって変動する回転ヘッド11の回転トルクを利用して検出するトルク検出法、または絶縁膜の露出にともなって変動する被研磨面の表面状態を光によって検出する光検出法、若しくは研磨布12にアノード電極とカソード電極とを設けて、絶縁膜の露出にともなってアノード電極とカソード電極との間に流れる電流の変動を利用して検出する電流検出法等を用いて行うことができ、本実施形態では電流検出法によって絶縁膜の露出を検出するようにウエハ研磨装置に所要の検出手段を設けている。

上記したウエハ研磨装置でウエハ10の研磨を行う場合には次のようにしている。

まず、ウエハ研磨装置において、研磨布12を回転基台13に装着し、所要のウエハ10を回転ヘッド11に装着する。ここで、ウエハ10には、絶縁膜及び導電膜が順次形成されているものとする。

次いで、スラリー供給管14からスラリーを吐出させながら、回転ヘッド11と回転基台13とをそれぞれ所要の回転方向に回転させ、さらに、回転ヘッド11を降下させてウエハ10を研磨布12に当接させるとともに所定圧力で研磨布12を押下することにより導電膜の研磨を行う。

導電膜の研磨にともなって、絶縁膜が導電膜から露出したことを検出すると、ウエハ研磨装置は導電水用供給制御ポンプ15bを作動させて、導電水供給管15から導電水を吐出させ、ウエハ10の被研磨面に導電水を供給しながら所定時間の研磨を行う。

そして、絶縁膜の露出から所定時間の経過後にウエハ10を研磨布12から離隔させて研磨処理を終了している。

このように、絶縁膜部分が研磨される場合に被研磨面に導電水を供給することによって、絶縁膜と研磨布12との摩擦によって発生した静電気の絶縁膜部分への蓄積を解消することができ、微細スクラッチの発生を抑止できる。

導電水は、ウエハ研磨装置によるウエハ10の研磨開始直後から被研磨面に供給してもよいが、導電膜部分の研磨時には静電気の蓄積が生じないので、導電水の供給による効果はなく、絶縁膜の露出にともなって導電水の供給を開始することにより、導電水の浪費を抑制できる。

導電水は、純水に炭酸ガスまたはアンモニアガス、あるいは炭酸ガスとアンモニアガスとを所定量溶解させることにより所要の電気伝導度を有するようにしているものである。本実施形態では、超純水に炭酸ガスを溶解させることにより、従来では18ＭΩ・ｃｍ程度である純水の電気抵抗を６〜１２ＭΩ・ｃｍに調整して使用している。

導電水を用いて静電気の蓄積を解消した場合には、導電水の供給にともなって研磨レートの変動や研磨のばらつきが生じることがなく、被研磨面の研磨に影響を与えることなく静電気の発生を抑制できる。具体的には、従来の研磨条件下におけるウエハ10面内の平均研磨レートが382.8nm/minで、面内均一性が6.68％であったのに対して、絶縁膜の露出後に導電水を供給しながら研磨した場合には、平均研磨レートは375.0nm/minで、面内均一性が7.09％であって、導電水の供給がウエハ10の研磨にほとんど影響がないことがわかる。

さらに、被研磨面への導電水の供給量、あるいは導電水のｐＨを調整することによって、導電水の供給による研磨レートへの影響をさらに小さくすることも可能である。

ウエハ研磨装置の模式図である。

符号の説明

10 ウエハ
11 回転ヘッド
12 研磨布
13 回転基台
14 スラリー供給管
15 導電水供給管
14a スラリータンク
14b スラリー用供給制御ポンプ
15a 導電水タンク
15b 導電水用供給制御ポンプ
16 コンディショナー

Claims (5)

1. ウエハに設けた絶縁膜上に形成した導電膜を研磨するウエハ研磨装置において、
   被研磨面に導電水を供給する導電水供給手段を設けたことを特徴とするウエハ研磨装置。
2. 前記導電水供給手段は、前記導電膜の研磨にともなって前記絶縁膜が露出したことを検出した後に前記導電水の供給を開始することを特徴とする請求項１記載のウエハ研磨装置。
3. 前記導電水は、炭酸ガス及び／またはアンモニアガスを溶解させた純水であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のウエハ研磨装置。
4. ウエハに設けた絶縁膜上に形成した導電膜を研磨するウエハ研磨方法において、
   研磨中に被研磨面に導電水を供給しながら研磨することを特徴とするウエハ研磨方法。
5. 前記導電水の供給は、前記絶縁膜の露出にともなって開始することを特徴とする請求項４記載のウエハ研磨方法。

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