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技術 研磨装置および研磨方法

出願人 次世代半導体材料技術研究組合
発明者 松本貴志
出願日 2007年7月4日 (13年5ヶ月経過) 出願番号 2007-176740
公開日 2009年1月22日 (11年11ヶ月経過) 公開番号 2009-012124
状態 未査定
技術分野 仕上研磨、刃砥ぎ、特定研削機構による研削 洗浄、機械加工
主要キーワード 回転中心位置 リテーナリング ロータリー方式 遮蔽材 表面全域 環境負荷低減 研磨技術 研磨剤供給
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この項目の情報は公開日時点(2009年1月22日)のものです。
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課題

研磨される基板の位置に寄らずに常に新しい研磨剤が供給され、基板の外周部でも中心部でも研磨特性に大差が無く、均一な研磨が行なわれるようにすると共に、研磨剤の無駄を少なくする研磨技術を提供することである。

解決手段

研磨定盤1と、前記研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口6が設けられた研磨剤供給機構と、前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッド3と、前記研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤の導出を防止する遮蔽材8bとを具備する研磨装置

概要

背景

近年、LSIの高集積化および高性能化に伴い、微細加工及び多層配線形成が必須となっている。そして、配線材料として低抵抗Cu合金が使用され、更にダマシン法により配線が形成される動き進展するにつれ、化学機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)法が益々重要になっている。なお、CMP法は、研磨ヘッド研磨パッド貼付研磨定盤基板押し付け、研磨ヘッドと研磨定盤とを共に回転させることにより、基板の表面を削りながら平坦化する方法である。

そして、LSIの高集積化及び高性能化に伴い、CMPの本来の目的である平坦化についても高い精度が要求されている中で、CMPの特性は研磨剤によって大きく左右されることが判って来た。その一方で、CMPに際してのコスト低減環境負荷低減の観点から、研磨剤を無駄なく有効に利用することが強く要請されている。

さて、CMPが実施される従来の研磨装置CMP装置)が図3に示される。図3は一般的に用いられている従来のロータリー方式の研磨装置の概略断面図であり、研磨定盤21に貼り付けられた研磨パッド22上に研磨剤が研磨剤供給配管23で供給される。そして、研磨パッド22上に供給された研磨剤は、リテーナリング24を通過して研磨ヘッド25で保持された基板26の研磨面に供給される。このロータリー方式のCMP装置では、研磨剤は、直接、研磨面(基板26と研磨パッド22との間の基板面)に供給されるのでは無く、研磨パッド22上に、一旦、供給され、基板26の外周から内側に入り込み、基板26の研磨面に到達する。従って、研磨剤は、常に、基板26の外周端部に先に接触し、その後で遅れて中心部に到達するから、研磨される基板26の外周部と基板26の内周部との間では研磨特性に差が出来てしまう。すなわち、新しい研磨剤による研磨が行なわれる基板26の外周部と、使い古されてしまった研磨剤による研磨が行なわれる基板26の中心部とでは、その研磨特性に差が出来てしまうのは当然である。かつ、研磨パッド22上に供給された研磨剤の多くは、基板26の研磨面に入り込むこと無く、研磨に使用されずに排出されてしまう。

このような問題点を解決するものとして図4に示される如きの研磨装置(CMP装置)が提案(特開2005−217002号公報)されている。この提案の技術は、全面に亘って上下方向の孔30を研磨定盤31に形成し、研磨定盤31表面に貼り付けられた研磨パッド32の表面に孔30を介して研磨剤を供給しようとしたものである。従って、研磨ヘッド35で保持された基板36に対して略均一に研磨剤が供給され、基板36の外周部にも中心部にも満遍なく新しい研磨剤が供給される。
特開2005−217002号公報

概要

研磨される基板の位置に寄らずに常に新しい研磨剤が供給され、基板の外周部でも中心部でも研磨特性に大差が無く、均一な研磨が行なわれるようにすると共に、研磨剤の無駄を少なくする研磨技術を提供することである。研磨定盤1と、前記研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口6が設けられた研磨剤供給機構と、前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッド3と、前記研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤の導出を防止する遮蔽材8bとを具備する研磨装置。

目的

従って、本発明が解決しようとする課題は、研磨される基板の位置に寄らずに常に新しい研磨剤が供給され、基板の外周部でも中心部でも研磨特性に大差が無く、均一な研磨が行なわれるようにすると共に、研磨剤の無駄を少なくする研磨技術を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

研磨定盤と、前記研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口が設けられた研磨剤供給機構と、前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤導出を防止する遮蔽材とを具備することを特徴とする研磨装置

請求項2

研磨定盤と、前記研磨定盤に設けられた研磨剤を貯留する内部空間部と、前記研磨定盤の表面全域に亘って独立して設けられた研磨剤導出口と、前記研磨剤導出口に前記内部空間部から至る連通孔と、前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドと、前記研磨ヘッドが対向していない位置の連通孔に前記内部空間部内からの研磨剤の流入を阻止する遮蔽材とを具備することを特徴とする研磨装置。

請求項3

研磨定盤が回転しても遮蔽材と研磨ヘッドとの相対位置が不変であるよう構成されてなることを特徴とする請求項1又は請求項2の研磨装置。

請求項4

研磨定盤の内部空間部に研磨剤を外部から供給する研磨剤供給機構として研磨定盤の回転軸芯位置に対応して研磨剤供給管が設けられてなることを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかの研磨装置。

請求項5

請求項1〜請求項4いずれかの研磨装置を用いた基板研磨方法であって、研磨ヘッドで保持された基板に当接する研磨剤導出口のみから研磨剤が導出されて研磨が行なわれることを特徴とする研磨方法。

請求項6

1.0psi以下の研磨圧力で研磨が行なわれることを特徴とする請求項5の研磨方法。

技術分野

0001

本発明は研磨技術に関する。特に、Cu配線とLow−k材料とが組み合わさった配線構造の作製に際して用いられる研磨技術、特に、CMP技術に関する。

背景技術

0002

近年、LSIの高集積化および高性能化に伴い、微細加工及び多層配線形成が必須となっている。そして、配線材料として低抵抗Cu合金が使用され、更にダマシン法により配線が形成される動き進展するにつれ、化学機械研磨(CMP;Chemical Mechanical Polishing)法が益々重要になっている。なお、CMP法は、研磨ヘッド研磨パッド貼付研磨定盤基板押し付け、研磨ヘッドと研磨定盤とを共に回転させることにより、基板の表面を削りながら平坦化する方法である。

0003

そして、LSIの高集積化及び高性能化に伴い、CMPの本来の目的である平坦化についても高い精度が要求されている中で、CMPの特性は研磨剤によって大きく左右されることが判って来た。その一方で、CMPに際してのコスト低減環境負荷低減の観点から、研磨剤を無駄なく有効に利用することが強く要請されている。

0004

さて、CMPが実施される従来の研磨装置CMP装置)が図3に示される。図3は一般的に用いられている従来のロータリー方式の研磨装置の概略断面図であり、研磨定盤21に貼り付けられた研磨パッド22上に研磨剤が研磨剤供給配管23で供給される。そして、研磨パッド22上に供給された研磨剤は、リテーナリング24を通過して研磨ヘッド25で保持された基板26の研磨面に供給される。このロータリー方式のCMP装置では、研磨剤は、直接、研磨面(基板26と研磨パッド22との間の基板面)に供給されるのでは無く、研磨パッド22上に、一旦、供給され、基板26の外周から内側に入り込み、基板26の研磨面に到達する。従って、研磨剤は、常に、基板26の外周端部に先に接触し、その後で遅れて中心部に到達するから、研磨される基板26の外周部と基板26の内周部との間では研磨特性に差が出来てしまう。すなわち、新しい研磨剤による研磨が行なわれる基板26の外周部と、使い古されてしまった研磨剤による研磨が行なわれる基板26の中心部とでは、その研磨特性に差が出来てしまうのは当然である。かつ、研磨パッド22上に供給された研磨剤の多くは、基板26の研磨面に入り込むこと無く、研磨に使用されずに排出されてしまう。

0005

このような問題点を解決するものとして図4に示される如きの研磨装置(CMP装置)が提案(特開2005−217002号公報)されている。この提案の技術は、全面に亘って上下方向の孔30を研磨定盤31に形成し、研磨定盤31表面に貼り付けられた研磨パッド32の表面に孔30を介して研磨剤を供給しようとしたものである。従って、研磨ヘッド35で保持された基板36に対して略均一に研磨剤が供給され、基板36の外周部にも中心部にも満遍なく新しい研磨剤が供給される。
特開2005−217002号公報

発明が解決しようとする課題

0006

さて、特開2005−217002号公報では、基板36と研磨定盤31との大きさが同等に描かれている。

0007

しかしながら、現実には、基板36と研磨定盤31との大きさは同等では無い。研磨定盤31の方が基板36より遥かに大きい。

0008

従って、研磨定盤31の全面に亘って孔30が形成されていると、基板36に対向しない孔30も多数存在することになる。そうすると、研磨に用いられない研磨剤が研磨定盤31上に供給されることになり、研磨剤が無駄になる。尚、特開2005−217002号公報にあっても、基板36に対向しない位置の孔30から研磨剤が供給されており、研磨剤が無駄になっている。

0009

従って、本発明が解決しようとする課題は、研磨される基板の位置に寄らずに常に新しい研磨剤が供給され、基板の外周部でも中心部でも研磨特性に大差が無く、均一な研磨が行なわれるようにすると共に、研磨剤の無駄を少なくする研磨技術を提供することである。

課題を解決するための手段

0010

前記の課題は、
研磨定盤と、
前記研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口が設けられた研磨剤供給機構と、
前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤の導出を防止する遮蔽材
とを具備することを特徴とする研磨装置によって解決される。

0011

又、研磨定盤と、
前記研磨定盤に設けられた研磨剤を貯留する内部空間部と、
前記研磨定盤の表面全域に亘って独立して設けられた研磨剤導出口と、
前記研磨剤導出口に前記内部空間部から至る連通孔と、
前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドが対向していない位置の連通孔に前記内部空間部内からの研磨剤の流入を阻止する遮蔽材
とを具備することを特徴とする研磨装置によって解決される。

0012

又、上記の研磨装置を用いた基板の研磨方法であって、
研磨ヘッドで保持された基板に当接する研磨剤導出口のみから研磨剤が導出されて研磨が行なわれる
ことを特徴とする研磨方法によって解決される。

発明の効果

0013

本発明によれば、研磨される基板の外周部でも中心部でも新しい研磨剤が供給されるから、基板の外周部と中心部との間で研磨特性に大差が無く、均一な研磨が行なわれるようになる。かつ、研磨定盤上でも、基板が存しない位置の研磨定盤上には研磨剤が供給されないから、研磨剤の無駄が少なくなる。そして、排出される研磨剤が少なくなるから、環境汚染も引き起こし難くなる。

発明を実施するための最良の形態

0014

本発明の装置は研磨装置である。特に、CMP装置である。そして、研磨定盤を有する。尚、好ましくは、研磨定盤には研磨剤を貯留する内部空間部を有する。又、研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口が設けられた研磨剤供給機構を有する。尚、好ましくは、研磨定盤の表面全域に亘って独立して設けられた研磨剤導出口を有し、この研磨剤導出口に前記内部空間部から至る連通孔を有する。又、研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドを有する。そして、研磨定盤は研磨ヘッド(研磨ヘッドで保持された基板)に対して相対的に移動させられて研磨が行なわれるように構成されている。又、研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤の導出を防止する遮蔽材を有する。尚、好ましくは、研磨ヘッドが対向していない位置の連通孔に前記内部空間部内からの研磨剤の流入を阻止する遮蔽材を有する。又、好ましくは、研磨定盤が回転しても遮蔽材と研磨ヘッドとの相対位置が不変であるよう構成される。又、好ましくは、研磨定盤の内部空間部に研磨剤を外部から供給する研磨剤供給機構として研磨定盤の回転軸芯位置に対応して設けられた研磨剤供給管を有する。

0015

本発明の方法は、上記研磨装置を用いた基板の研磨方法である。そして、研磨ヘッドで保持された基板に当接する研磨剤導出口のみから研磨剤が導出されて研磨が行なわれる。この研磨に際して、好ましくは、1.0psi以下の研磨圧力で研磨が行なわれる。

0016

以下、更に詳しく説明する。
図1は、本発明になる研磨装置(CMP装置)の概略図である。

0017

1は研磨定盤、2は研磨定盤1に貼り付けられた研磨パッド、3は研磨定盤1(研磨パッド2)の主面に対向して所定の定位置に配置された研磨ヘッド、4はリテーナリング、5は研磨ヘッド3で保持された研磨される基板である。尚、研磨定盤1は回転軸1aを中心にして回転するようになっており、又、研磨ヘッド3も回転軸3aを中心にして回転するようになっている。但し、研磨ヘッド3で保持された基板5は、回転軸3aを中心にして回転(自転)するものの、研磨ヘッド3は定位置に配置されたものであるから、回転軸1aの回りでは回転(公転)しない。

0018

6は、研磨定盤1の全面に亘って均一な割合で設けられた孔である。勿論、この垂直方向に設けられた多数の孔6は研磨パッド2の表面に至るまで開けられたものである。

0019

7は研磨定盤1の内部に構成された空洞である。そして、空洞7内に研磨剤貯留室8が収納されている。この研磨剤貯留室8は、図1からも判る通り、研磨ヘッド3に対向した箇所(面)のみに開口部8aが形成されており、その他の箇所は上面壁8bを有する構造である。9は、研磨定盤1の回転中心位置において研磨剤貯留室8を吊り下げる如くに設けられた配管である。尚、研磨定盤1が回転しても、研磨剤貯留室8は回転しないように構成されている。従って、回転する研磨定盤1に対して、研磨ヘッド3、研磨ヘッド3で保持された基板5、及び研磨剤貯留室8(開口部8aや上面壁8b)は定位置に存在する関係となっている。よって、研磨ヘッド3(基板5)に対向した位置に来た孔6aは開口部8aが常に位置している為、この孔6aは塞がれず、研磨剤貯留室8内の研磨剤が孔6aを介して常に研磨パッド2上に供給されるものの、研磨ヘッド3(基板5)が対向していない位置に在る孔6bは研磨剤貯留室8の上面壁8bによって常に塞がれ、孔6bからは研磨剤が研磨パッド2上に供給されないものとなるよう構成されたものになっている。つまり、研磨ヘッド3(基板5)に対応した位置に来た孔6aからのみ研磨剤貯留室8内の研磨剤が供給されるようになっている。そして、研磨剤は配管9を介して研磨剤貯留室8内に供給されるようになっている。

0020

尚、図1では、配管9は研磨剤貯留室8を吊り下げる如くに設けられたものであるが、研磨定盤1の下側から研磨剤貯留室8を支持する如くに設けられていても良い。そして、研磨剤貯留室8の重量が軽い場合には吊り下げタイプで問題ないものの、重い場合には下側から支持するタイプの方が好ましい。但し、上側から吊り下げるタイプの場合には、配管9を取り付ける際の障害が少ない。

0021

又、上記実施形態では、研磨ヘッドを1個しか図示していない。しかしながら、これは、複数個設けられても良い。このような場合には、配設される研磨ヘッドに対応して研磨剤貯留室の上面壁に開口部が設けられる。そして、研磨剤貯留室は1個のみでも良いが、研磨ヘッドに応じた数の独立した研磨剤貯留室を空洞7内に収納しても良い。このような研磨ヘッドに応じた数の独立研磨剤貯留室が空洞7内に収納されている場合、CMPが行なわれない研磨ヘッドが存した場合には、それに対応する研磨剤貯留室に研磨剤を供給しなければ、研磨剤が無駄に供給されないから、好ましい。又、研磨内容に応じた研磨剤の使用が可能になる。

0022

CMP装置を上記の如くに構成させていると、研磨ヘッド3が存する位置、即ち、研磨ヘッド3で保持された基板5に対向する位置の孔6(6a)は塞がれてない。すなわち、研磨剤貯留室8の内部空間と孔6とは繋がっている。これに対して、基板5が存しない位置にあっては、孔6bは上面壁8bによって塞がれている。従って、配管9から研磨剤貯留室8内に供給されて来た研磨剤は、研磨ヘッド3で保持された基板5に対向する位置に来た孔6aのみから供出され、基板5の研磨面にのみ供給されるようになる。すなわち、基板5の研磨面の全面に亘って均一に新しい研磨剤が孔6aから供給されるので、基板5の中央部と周辺部との間で研磨特性に差が殆ど無く、均一なCMPが実行されるようになる。しかも、研磨剤は基板5が無い箇所には放出されないから、研磨剤が無駄になる量は非常に少ない。又、配管9から孔6に研磨剤が直接に供給されるのでは無く、研磨剤は、一端、研磨剤貯留室8に供給され、ここで貯えられた後、孔6aから導出されて行くので、研磨剤貯留室8がバッファ効果を奏し、配管9による供給時の脈動緩和され、研磨剤が効率良く供給される。

0023

以下、図1のCMP装置でCMPを行なった具体的実施例を挙げて説明する。研磨される基板5は、Cu配線とLow−k膜とを有する直径が300mmのウエハである。研磨剤貯留室8の開口部8aも直径が300mmの大きさである。研磨定盤1の回転角速度は10〜300rpm、研磨ヘッド3の回転角速度は10〜300rpm、研磨圧力は0.1〜1psiの範囲内に設定された。このような条件で行なったのは、研磨圧力が高いと、表面の脆弱なLow−k膜が剥離する恐れが高くなったからである。逆に、低すぎると、研磨が効率良く行なわれ難くなったからである。従って、研磨圧力は5psi以下であることが好ましかった。より好ましくは2psi以下である。更には1psi以下が好ましかった。下限値は0.1psiが好ましかった。尚、CMPの初期にあっては、研磨剤の供給量を多目にして研磨圧力を比較的高くして研磨を行い、研磨途中で研磨圧力を低くして行なうようにしても良い。尚、このようにすれば、研磨時間の短縮を図ることが出来た。そして、上記のようにしてCMPが行なわれた結果、表面が平坦で、かつ、研磨不十分や過剰研磨と言った個所が殆ど無く、全面に亘って均質で優れたCMPが行なわれたものであった。

0024

図2は、本発明の他の実施形態になる研磨装置(CMP装置)の概略図である。前記実施形態にあっては、空洞7内に研磨剤貯留室8が収納された入れ子タイプの構造であったが、必ずしも入れ子タイプの構造でなくても良い。すなわち、前記実施形態における研磨剤貯留室8の上面壁8bが存すればよいことから、本実施形態では、研磨ヘッド3に対向した箇所(面)に在る孔6aのみが塞がれず、その他の箇所に在る孔6bが塞がれるものとなる遮蔽板図1の上面壁8bに相当)10が設けられたものである。そして、空洞7そのものが研磨剤貯留室として構成されている。このように構成させても、前記実施形態の場合と同等の特長が奏される。

図面の簡単な説明

0025

本発明になる研磨装置の概略図
本発明の他の実施形態になる研磨装置の概略図
従来のCMP装置の概略図
従来のCMP装置の概略図

符号の説明

0026

1研磨定盤
1a回転軸
2研磨パッド
3研磨ヘッド
3a 回転軸
5基板
6,6a,6b 孔(連通孔)
7 空洞(内部空間部)
8研磨剤貯留室(内部空間部)
8a 開口部
8b 上面壁(遮蔽材)
9配管(研磨剤供給管)
10遮蔽板(遮蔽材)

特許出願人 次世代半導体材料技術研究組合
代 理 人 宇 高 克 己

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