JPH07111256A - 半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】研磨面を用いてウェーハ表面に形成された膜を
研磨するポリッシング装置において、研磨材の更新を均
一に行ない、研磨に伴う削り滓や反応生成物の研磨材へ
の混入を抑制することにより、削り滓等の再付着を防止
し、研磨レートを一定に保ち、ウェーハ表面の膜の均一
性を向上する。 【構成】本発明の研磨装置は、長手方向に一定速度で無
限軌道を形成して移動するウェーハ径より狭い幅の帯状
研磨面を有する研磨ベルトと、被研磨ウェーハを吸着
し、回転及び前記研磨ベルトの移動方向に直交する往復
運動をするウェーハ支持機構と、ウェーハ表面と接触す
る部分以外の研磨ベルト軌道に設けられる研磨ベルトの
研磨面洗浄機構と、研磨ベルトの研磨面と接触していな
いウェーハ表面に研磨材を吐出し、研磨材を更新すると
共にウェーハ表面を洗浄する研磨材供給機構とを、具備
することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置に関す
るもので、特にウェーハプロセス中の素子の平坦化、例
えば多層配線構造の層間絶縁膜の平坦化のためのポリッ
シング装置として使用される。

【０００２】

【従来の技術】図５は、ウェーハプロセスにおいて、半
導体ウェーハの主面上の膜の凹凸を平坦化するのに使用
される従来のポリッシング装置の構成の概要を示す断面
図である。被研磨ウェーハ２は、吸着盤３に吸着固定さ
れ、吸着盤と共に回転運動する。４はストッパーの役目
をするテンプレートである。研磨材（例えば、シリカな
どの研磨剤のアルカリ懸濁液）を含む研磨面５をつけた
定盤６は、吸着盤３に偏心対向して設けられる。

【０００３】研磨に際して、ウェーハ２は、研磨面５の
ついた定盤６に押し付けられ、同時にウェーハ２自体も
回転し、回転する定盤６に対し偏心運動をしながら研磨
が行われる。研磨材の交換は、ウェーハが押し付けられ
ている領域以外に研磨材を吹き付け、定盤６自体が回転
することで新しい研磨材の供給が行われる。

【０００４】このような従来のポリッシング装置では、
研磨時において、ウェーハ表面が、研磨材を介して定盤
に固定された研磨面と接触する面積は、ほぼウェーハ表
面と一致する。

【０００５】このため、研磨時には、ウェーハと研磨面
間の研磨材の交換が十分でなく、特にウェーハ中心部で
は、その傾向が著しい。従ってポリッシュが進むにつれ
て、削り滓や、反応生成物等が研磨材中に混在してしま
う。

【０００６】これら削り滓や反応生成物の存在により、
ウェーハ面内のポリッシュレートの不均一性が増加する
と共に、研磨終了後におけるウェーハ表面への削り滓や
反応生成物の再付着による後処理が必要となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】これまで述べたよう
に、従来のポリッシング装置では、研磨時、ウェーハの
全面が、定盤の研磨面に加圧接触されながら研磨が行わ
れる。そのため、ウェーハ全面にわたって、研磨面との
間の研磨材を常に均一に更新することは非常に難しい。
研磨は、いわゆるケミカルメカニカルポリッシングで行
われるので、新鮮な研磨材を含む研磨面と、削り滓や反
応生成物が混入した研磨材を含む研磨面とでは、ポリッ
シュレート（研磨率または研磨の割合）が大きく相異す
る。このため研磨材の交換が均一に行なわれないと、研
磨後のウェーハ表面の膜は平坦度が不均一となる。さら
に研磨材に混入した削り滓や反応性生物が、ウェーハに
再付着するという課題がある。

【０００８】本発明の目的は、研磨材の更新を均一に行
ない、かつポリッシュに伴う削り滓や反応生成物の研磨
材への混入を抑制することにより、削り滓や反応生成物
がウェーハに再付着するのを防止すると共に、ポリッシ
ュレートを一定に保ち、研磨後のウェーハ表面の膜の均
一性を向上できる半導体製造装置を提供することであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の半導体製造装置
は、研磨材を用いてウェーハ表面に形成された膜を研磨
するポリッシング装置において、（ａ）長手方向に一定
速度で無限軌道を形成して移動するウェーハ径より狭い
幅の帯状研磨面を有し、該研磨面によりウェーハ表面に
形成された膜を研磨する研磨ベルトと、（ｂ）被研磨ウ
ェーハを吸着し、回転及び前記研磨ベルトの移動方向に
直交する往復運動をするウェーハ支持機構と、（ｃ）ウ
ェーハ表面の被研磨面と接触する部分以外の研磨ベルト
軌道に設けられ、該研磨ベルトの研磨面を洗浄する機構
と、（ｄ）研磨ベルトの研磨面に接触していないウェー
ハ表面に研磨材を吐出し、研磨材を更新すると共にウェ
ーハ表面を洗浄する研磨材供給機構とを、具備すること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明においては、従来の平面状の研磨面の代
わりに、ウェーハ径より狭い幅（例えばウェーハ径の数
％程度の幅）の帯状の研磨面を持つ研磨ベルトを使用す
る。従って研磨ベルトで覆われるウェーハ表面の面積、
すなわち研磨面で押圧されているウェーハの被研磨面
は、帯状で狭く、かつ回転と前記往復運動を繰り返して
いる。一方、研磨材供給機構から新しい研磨材が、研磨
ベルトで覆われていないウェーハ表面に吐出される。結
果的に研磨ベルトの研磨面とウェーハの被研磨面との間
に介在する研磨材は、常に一定の割合で均一に更新され
る。

【００１１】また従来の平面状の研磨面の代わりに帯状
の研磨面を使用するので、ウェーハ表面上に、従来より
も、より均一な圧力を加えることができる。

【００１２】また研磨ベルトは、研磨ベルト軌道の途中
に設けられた洗浄機構を通り、該機構により、研磨面に
付着する削り滓や反応生成物は除去され、常に清浄な研
磨面が、ウェーハの被研磨面に移送される。

【００１３】また前述のように研磨ベルトはウェーハを
部分的にしか覆っていないので、研磨ベルトに覆われて
いないウェーハ表面に、研磨材供給機構から十分な量の
研磨材が吐出され、研磨材を更新すると共に、ウェーハ
表面に残っている削り滓や反応生成物を洗い流す。

【００１４】上記のように、本発明のポリッシング装置
では、ポリッシュに伴う削り滓や反応生成物が研磨ベル
トの研磨面及びウェーハの被研磨面を介して研磨材に混
入したり、ウェーハに再付着することは防止される。

【００１５】上記の諸作用により、研磨後のウェーハ表
面の膜の均一性を大幅に向上できる

【００１６】。

【実施例】本発明のポリッシング装置の実施例につい
て、図面を参照して以下説明する。

【００１７】図１は、本発明のポリッシング装置の構成
の一例を示す断面図である。図１において、符号１１
は、幅が被研磨ウェーハ（この例では６吋）の径より狭
い幅（例えば本実施例では 3〜 6cm）の帯状の研磨ベル
ト（研磨パッドとも呼ばれる）で、軟質の人造皮革から
つくられている。研磨ベルト１１は、駆動手段１２によ
りベルトの長手方向（矢線１３で示す）に一定速度
（例、 1.0cm／sec ）で、無限軌道を形成して移動（す
なわち回転）する。研磨ベルトの外表面は、帯状研磨面
１４を形成し、図１に示すように、その下方の軌道部分
は、油圧によるローラー加圧手段１５により、被研磨ウ
ェーハ１６を押圧する。

【００１８】ウェーハ支持機構１７は、ウェーハ１６を
バキュームチャックにより反りのない状態に吸着固定す
る吸着盤１８と、吸着盤１８を回転する手段１９と、吸
着盤１８及び回転手段１９を載置し、研磨ベルト１１の
研磨面１４の移動方向（矢線１３）に直交する方向（図
１では、紙面に垂直方向）に往復運動をする手段２０と
により構成される。

【００１９】研磨ベルト１１の研磨面１４を洗浄する機
構２１は、ウェーハ表面の被研磨面と接触する部分以外
の研磨ベルト軌道に設けられる。本実施例では、図１に
示すように、上方の軌道で、洗浄後の研磨面が駆動手段
１２等で汚染されない位置に設ける。ウェーハ研磨後の
研磨ベルトは、該機構２１内を前記一定速度で通過し、
その研磨面１４は、通過しながら洗浄液（例えば純水）
により洗浄される。

【００２０】研磨材供給機構２２は、研磨材吐出口２３
を有し、研磨材は、該吐出口２３より、研磨ベルトの研
磨面１４と接触していないウェーハ表面に吐出される。
研磨材としては、本実施例では、公知のＣＭＰ（ケミカ
ル メカニカル ポリッシング）用研磨材を使用する。

【００２１】次に図１に示すポリッシング装置を使用
し、半導体ウェーハを研磨する方法の概要について説明
する。

【００２２】ウェーハ１６表面に形成された被研磨膜と
して、図示しないが多層配線構造の素子で、径 6吋のウ
ェーハ主面上に、下敷きとなる酸化膜（コンタクトホー
ル等形成済）、第１層目の配線パターン及びこの配線パ
ターンを覆う層間絶縁膜を、この順で積層した時、この
層間絶縁膜（ＣＶＤＳi Ｏ₂ 膜）を被研磨膜として取り
上げる。

【００２３】次にポリッシュ条件は、加圧用ローラー１
５による研磨ベルト１１の圧力を 7.0PSI 、吸着盤１８
の回転数を50rpm 、研磨ベルト１１の回転速度を 1.0cm
／ｓｅｃとする。また図２及び図３は、研磨ベルト１１
及び吸着盤１８の運動方向を矢線で示すそれぞれ斜視図
と平面図である。矢線１３は研磨ベルトの移動方向、矢
線２４は吸着盤１８の回転方向、矢線２５は吸着盤の往
復運動方向を示す。

【００２４】研磨材供給機構２２の研磨材吐出口２３
は、ウェーハ上部の一定位置（研磨ベルトに対し）に設
けられ、これより研磨材が随時（連続的または間欠的）
供給される。

【００２５】上記本実施例におけるポリッシュ終了後の
残膜の均一性（平坦度）は、± 2〜3％まで向上した。
またポリッシュ後のダストの数も、前記酸化膜上におい
ては、従来のものの30％程度に減少することができた。

【００２６】上記効果が得られる説明としては、次のこ
とがあげられる。

【００２７】図３のように、研磨ベルト１１は、ウェー
ハ１６の表面を部分的にしか覆っていないので、研磨ベ
ルトにて覆われていない部分においては、ポリッシュ進
行に伴う削り滓や反応生成物は、新しい研磨材によって
洗い流され、更新される。吸着盤１８の回転及び往復運
動によりウェーハ１６は移動するので、ウェーハ１６の
被研磨面と研磨ベルト１１の研磨面との間に介在する研
磨材は順次新鮮なものに交換される。

【００２８】また研磨面を従来の平面状から帯状にした
ことにより、ウェーハ表面上には、結果的に均一な圧力
が加えられ、膜の平坦度を向上する。

【００２９】また研磨ベルト１１は、ポリッシュ進行
中、順次回転しており、その回転途中にて研磨面洗浄機
構２１を通るため、研磨ベルトも順次洗浄後の清浄な状
態でポリッシュが進められる。

【００３０】なお、研磨ベルト１１の加圧方法として、
図１に示すローラー加圧法以外に図４に示すうな板ばね
２６を用いたものなど他の方法でもよい。

【００３１】また研磨ベルト１１の研磨面１４がウェー
ハ表面を押圧しながら研磨する帯状接触面の幅は、線状
以上でウェーハ径を越えない幅であればよい。

【００３２】さらに、ポリッシュ条件は、効果的なポリ
ッシュが行なえれば、上記実施例の条件に限定されな
い。

【００３３】

【発明の効果】これまで詳述したように、本発明によ
り、研磨材の更新を均一に行ない、かつポリッシュに伴
う削り滓や反応生成物の研磨材への混入を抑制すること
により、削り滓や反応生成物がウェーハに再付着するの
を防止すると共に、ポリッシュレートを一定に保ち、研
磨後のウェーハ表面の膜の均一性（平坦度）を向上でき
る半導体製造装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造装置（ポリッシング装置）
の構成の一実施例を示す正面図である。

【図２】図１に示すポリッシング装置の研磨ベルト及び
ウェーハ支持機構のそれぞれの回転及び往復運動方向を
説明する斜視図である。

【図３】図１に示すポリッシング装置の研磨ベルト及び
ウェーハ支持機構のそれぞれの回転及び往復運動方向を
説明する平面図である。

【図４】本発明のポリッシング装置の構成の他の実施例
を示す正面図である。

【図５】従来のポリッシング装置の構成の一例を示す正
面図である。

【符号の説明】

１１ 研磨ベルト １２ 研磨ベルトの駆動手段 １４ 帯状研磨面 １５ 加圧用ローラー １６ 被研磨ウェーハ １７ ウェーハ支持機構 １８ 吸着盤 １９ 回転手段 ２０ 往復運動手段 ２１ 研磨面洗浄機構 ２２ 研磨材供給機構 ２３ 研磨材吐出口 ２６ 板ばね

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】研磨材を用いてウェーハ表面に形成された
   膜を研磨するポリッシング装置において、 長手方向に無限軌道を形成して移動するウェーハ径より
   狭い幅の帯状研磨面を有し、該研磨面によりウェーハ表
   面に形成された膜を研磨する研磨ベルトと、被研磨ウェ
   ーハを吸着し、回転及び前記研磨ベルトの移動方向に直
   交する往復運動をするウェーハ支持機構と、ウェーハ表
   面の被研磨面と接触する部分以外の研磨ベルト軌道に設
   けられ、該研磨ベルトの研磨面を洗浄する機構と、研磨
   ベルトの研磨面と接触していないウェーハ表面に研磨材
   を吐出し、研磨材を更新すると共にウェーハ表面を洗浄
   する研磨材供給機構とを、 具備することを特徴とする半導体製造装置。