半導体ウェハの研磨装置および半導体装置の製造方法
【課題】半導体ウェハ外周部と内周の膜厚を均等に削れるような半導体ウェハ研磨装置、および半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】図１に示すように、研磨パッド４と、研磨パッド４によって研磨される半導体ウェハ３を吸着するトップリング２と、トップリング２に吸着させた半導体ウェハ３を研磨中に固定保持するために設けられているガイドリング１と、を備え、トップリング２の外周部に、複数の穿孔１０が設けられている。
【解決手段】図１に示すように、研磨パッド４と、研磨パッド４によって研磨される半導体ウェハ３を吸着するトップリング２と、トップリング２に吸着させた半導体ウェハ３を研磨中に固定保持するために設けられているガイドリング１と、を備え、トップリング２の外周部に、複数の穿孔１０が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの研磨装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の層間絶縁膜や配線膜等の研磨被膜の平坦化技術として、化学的機械的研磨法技術が多用されている。しかし、回路パターンの微細化対応によって、高解像度化しようとすると焦点深度が浅くなる。このため、より高い平坦化精度が求められて来ている。一方、半導体ウェハの大口径化によって、半導体ウェハ面内全体の平坦化が困難になりつつある。
【０００３】
特許文献１には、研磨パッドの半径方向に複数のノズルを設け、各ノズルから供給するスラリーの流量をそれぞれ制御することで、半導体ウェハの面内を均一に研磨できる研磨装置および研磨方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８７１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体ウェハ表面を研磨する際、半導体ウェハ表面全体を所定の膜厚にするものの、半導体ウェハの外周部は内周と比べて早く削られてしまう。このため、半導体ウェハの外周部領域のデバイス特性に問題が生じ、歩留りが落ちてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、研磨パッドと、
上記研磨パッドによって研磨される半導体ウェハを吸着するトップリングと、
上記トップリングを研磨中にガイドするために設けられているガイドリングと、
を備え、
上記トップリングの外周部に、複数の穿孔が設けられている半導体ウェハの研磨装置が提供される。
【０００７】
さらに、本発明によれば、半導体ウェハの研磨装置に備わっているトップリングによって半導体ウェハを研磨パッド上に搭載する搭載工程と、
上記半導体ウェハを研磨する研磨工程と、
を有し、
上記トップリングの外周部には、複数の穿孔が設けられており、
上記研磨工程において、上記研磨装置に設けられた上記穿孔から液体を注ぐ注入工程を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明によれば、研磨装置においてトップリングの外周部に設けられた複数の穿孔から液体を注入した状態で半導体ウェハを研磨する。これによって、スラリーは希釈され、濃度が下がる。このため、スラリーは研磨装置における研磨パッド表面上において均一に広がる。これによって、半導体ウェハ表面にもスラリーが均一に広がるため、半導体ウェハ表面を均等に研磨することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体ウェハ外周部と内周の膜厚を均等に削れるような半導体ウェハを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態による研磨装置における半導体ウェハ保持部の断面図である。
【図２】本実施形態による研磨装置におけるトップリングの平面図である。
【図３】本実施形態による研磨装置における半導体ウェハ保持部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態による研磨装置における半導体ウェハ保持部の断面図である。
図１に示すように、研磨パッド４と、研磨パッド４によって研磨される半導体ウェハ３を吸着するトップリング２と、トップリング２に吸着させた半導体ウェハ３を研磨中に固定保持するために設けられているガイドリング１と、を備え、トップリング２の外周部に、複数の穿孔１０が設けられている。
【００１３】
なお、ガイドリング１およびトップリング２は、支持盤４０および固定ネジ５０によって固定されている。これによって、トップリング２の位置ズレを抑制することができる。
【００１４】
図２は、本実施形態による研磨装置におけるトップリングの平面図である。
図２に示すように、トップリング２には穿孔１０，２０を有している。穿孔２０は半導体ウェハ３を吸着し、固定するために設けられている。一方、穿孔１０は、半導体ウェハ３を研磨する際、外周部に滞ってしまうスラリー６を希釈するために液体を供給するために設けられたものである。なお、穿孔１０は、穿孔２０よりも外側に位置している。また、穿孔１０は、半導体ウェハ３のエッジに近くに配置されているほうが好ましい。さらに、穿孔１０の口径は、穿孔２０の口径と同様であってもよい。
【００１５】
複数の穿孔１０は、トップリング２の外周部において同心円状に設けられていることが好ましい。また、これら複数の穿孔１０は、等間隔かつ等角度ごとにトップリング２に設けられていることが好ましい。これによって、半導体ウェハ３の中心に対して点対称に穿孔１０を設けることができる。したがって、半導体ウェハ３の外周部に滞っていたスラリー６を均等に希釈することができる。なお、穿孔１０の大きさは、トップリングの表面積に対し１／５０〜１／１００倍程度である。また、穿孔２０の大きさは、トップリングの表面積に対し１／１００〜１／２００倍程度である。さらに、穿孔１０には研磨加圧に合わせ液体が流れるようにし、希釈状態を調整できるようにバルブを設けてもよい。
【００１６】
次に、本実施形態による研磨装置を用いた半導体装置の研磨方法の各工程について説明する。
ここで示す半導体装置の製造方法における各工程とは、本実施形態による研磨装置における研磨パッド４上に半導体ウェハ３を、スラリー６を注いだ後搭載する搭載工程と、半導体ウェハ３を研磨する研磨工程と、研磨した半導体ウェハ３を研磨装置から取り出す取り出し工程の３工程を含んでいる。
なお、研磨工程には、研磨装置に設けられた穿孔１０から液体を注ぐ注入工程が含まれている。
【００１７】
まず、搭載工程では、トップリング２により半導体ウェハ３を吸着し、研磨パッド４上に搭載する。なお、半導体ウェハ３の吸着には、トップリング２に設けられている穿孔２０を用いている。また、研磨対象物である半導体ウェハ３を研磨してる間、トップリング２の位置ずれを防ぐため、ガイドリング１が研磨装置には設けられている。
【００１８】
次に、研磨工程には、研磨装置に設けられている、支持部、ガイドリング１、トップリング２、シールで構成されるキャリアを用いる。研磨装置に固定された半導体ウェハ３を、研磨パッド４を回転させつつ研磨パッド４上でキャリアを回転させ、キャリアに荷重を掛け所定の膜厚に達するまで研磨する。なお、研磨工程には、トップリングの外周部に設けられた穿孔１０から液体を注ぐ注入工程が含まれる。
【００１９】
具体的に注入工程とは、研磨装置のトップリング２における外周部に設けられた複数の穿孔１０から液体を注ぐ工程である。このとき穿孔１０を、トップリング２の中心に対して同心円状に、かつ等間隔に、かつ等角度に設けられることによって、半導体ウェハ３の研磨表面に均等に液体を導くことができる。また、スラリー６を希釈するためには、液体は穿孔１０より外側のトップリング２と半導体ウェハ３によって形成されている隙間を通過しなくてはならない。このため、穿孔１０は、トップリング２において出来る限り外周部に近い位置に配置されることが好ましい。
【００２０】
なお、穿孔１０から注入する液体は、スラリー６に含まれる溶媒であることが好ましい。さらには、純水であることが好ましい。ここで注入した液体は、スラリー６を希釈する。このため、スラリー６に含まれる溶媒を用いることで、スラリー６に含まれる固体物質の化学的変化や、溶媒同士の化学反応が起こる可能性を排除できる。なお、スラリー６は、溶媒として水を使用していることが多い。このため、液体として純水を用いることが好まれる。また、穿孔１０から注入する液体の量は、スラリー６を２〜４倍希釈できる程度が好ましい。
【００２１】
次に、取り出し工程では、所定の膜厚まで研磨した半導体ウェハ３を、半導体ウェハ３の研磨装置から取り出す。半導体ウェハ３の取り出しには、トップリング２を用いる。トップリング２に吸着した状態で、取り出された半導体ウェハ３は、搭載工程以前に配置されていた箇所に再び配置される。
【００２２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
スラリー６は、濃度が高いため粒子の自由度が低い。このため、半導体ウェハ３を研磨する際、半導体ウェハ３の外周部に滞ってしまいがちである。本実施形態の研磨装置によると、穿孔１０から注いだ液体が研磨表面に液体が到達することで、スラリー６が希釈される。このため、スラリー６を構成する粒子の自由度は高くなる。これによって、濃度の薄くなったスラリー６は半導体ウェハ３の内周部に広がることができるため、均一な研磨被膜５を形成する。すなわち、研磨レート差を解消することができる。なお、半導体ウェハ３の内周部は、研磨パッドに形成されている溝に沿ってスラリーが供給されるため、外周部の様に研磨レートが低下することは起こらない。したがって、半導体ウェハ外周部と内周の膜厚を均等に削ることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図３は、本実施形態による研磨装置における半導体ウェハ保持部の断面図である。
図３に示すように、穿孔１０の代わりに、トップリング２とガイドリング１の間に隙間３０を設けている。本実施形態の半導体装置では、ガイドリング１とトップリング２、およびガイドリング１と半導体ウェハ３の隙間３０に沿って注入した液体は、スラリー６に到達することができる。これによって、スラリー６は希釈され、均一な研磨被膜５を形成することができる。したがって、本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００２５】
１ ガイドリング
２ トップリング
３ 半導体ウェハ
４ 研磨パッド
５ 研磨被膜
６ スラリー
１０ 穿孔
２０ 穿孔
３０ 隙間
４０ 支持盤
５０ 固定ネジ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェハの研磨装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の層間絶縁膜や配線膜等の研磨被膜の平坦化技術として、化学的機械的研磨法技術が多用されている。しかし、回路パターンの微細化対応によって、高解像度化しようとすると焦点深度が浅くなる。このため、より高い平坦化精度が求められて来ている。一方、半導体ウェハの大口径化によって、半導体ウェハ面内全体の平坦化が困難になりつつある。
【０００３】
特許文献１には、研磨パッドの半径方向に複数のノズルを設け、各ノズルから供給するスラリーの流量をそれぞれ制御することで、半導体ウェハの面内を均一に研磨できる研磨装置および研磨方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２８７１５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
半導体ウェハ表面を研磨する際、半導体ウェハ表面全体を所定の膜厚にするものの、半導体ウェハの外周部は内周と比べて早く削られてしまう。このため、半導体ウェハの外周部領域のデバイス特性に問題が生じ、歩留りが落ちてしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、研磨パッドと、
上記研磨パッドによって研磨される半導体ウェハを吸着するトップリングと、
上記トップリングを研磨中にガイドするために設けられているガイドリングと、
を備え、
上記トップリングの外周部に、複数の穿孔が設けられている半導体ウェハの研磨装置が提供される。
【０００７】
さらに、本発明によれば、半導体ウェハの研磨装置に備わっているトップリングによって半導体ウェハを研磨パッド上に搭載する搭載工程と、
上記半導体ウェハを研磨する研磨工程と、
を有し、
上記トップリングの外周部には、複数の穿孔が設けられており、
上記研磨工程において、上記研磨装置に設けられた上記穿孔から液体を注ぐ注入工程を含む、半導体装置の製造方法が提供される。
【０００８】
本発明によれば、研磨装置においてトップリングの外周部に設けられた複数の穿孔から液体を注入した状態で半導体ウェハを研磨する。これによって、スラリーは希釈され、濃度が下がる。このため、スラリーは研磨装置における研磨パッド表面上において均一に広がる。これによって、半導体ウェハ表面にもスラリーが均一に広がるため、半導体ウェハ表面を均等に研磨することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、半導体ウェハ外周部と内周の膜厚を均等に削れるような半導体ウェハを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態による研磨装置における半導体ウェハ保持部の断面図である。
【図２】本実施形態による研磨装置におけるトップリングの平面図である。
【図３】本実施形態による研磨装置における半導体ウェハ保持部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態による研磨装置における半導体ウェハ保持部の断面図である。
図１に示すように、研磨パッド４と、研磨パッド４によって研磨される半導体ウェハ３を吸着するトップリング２と、トップリング２に吸着させた半導体ウェハ３を研磨中に固定保持するために設けられているガイドリング１と、を備え、トップリング２の外周部に、複数の穿孔１０が設けられている。
【００１３】
なお、ガイドリング１およびトップリング２は、支持盤４０および固定ネジ５０によって固定されている。これによって、トップリング２の位置ズレを抑制することができる。
【００１４】
図２は、本実施形態による研磨装置におけるトップリングの平面図である。
図２に示すように、トップリング２には穿孔１０，２０を有している。穿孔２０は半導体ウェハ３を吸着し、固定するために設けられている。一方、穿孔１０は、半導体ウェハ３を研磨する際、外周部に滞ってしまうスラリー６を希釈するために液体を供給するために設けられたものである。なお、穿孔１０は、穿孔２０よりも外側に位置している。また、穿孔１０は、半導体ウェハ３のエッジに近くに配置されているほうが好ましい。さらに、穿孔１０の口径は、穿孔２０の口径と同様であってもよい。
【００１５】
複数の穿孔１０は、トップリング２の外周部において同心円状に設けられていることが好ましい。また、これら複数の穿孔１０は、等間隔かつ等角度ごとにトップリング２に設けられていることが好ましい。これによって、半導体ウェハ３の中心に対して点対称に穿孔１０を設けることができる。したがって、半導体ウェハ３の外周部に滞っていたスラリー６を均等に希釈することができる。なお、穿孔１０の大きさは、トップリングの表面積に対し１／５０〜１／１００倍程度である。また、穿孔２０の大きさは、トップリングの表面積に対し１／１００〜１／２００倍程度である。さらに、穿孔１０には研磨加圧に合わせ液体が流れるようにし、希釈状態を調整できるようにバルブを設けてもよい。
【００１６】
次に、本実施形態による研磨装置を用いた半導体装置の研磨方法の各工程について説明する。
ここで示す半導体装置の製造方法における各工程とは、本実施形態による研磨装置における研磨パッド４上に半導体ウェハ３を、スラリー６を注いだ後搭載する搭載工程と、半導体ウェハ３を研磨する研磨工程と、研磨した半導体ウェハ３を研磨装置から取り出す取り出し工程の３工程を含んでいる。
なお、研磨工程には、研磨装置に設けられた穿孔１０から液体を注ぐ注入工程が含まれている。
【００１７】
まず、搭載工程では、トップリング２により半導体ウェハ３を吸着し、研磨パッド４上に搭載する。なお、半導体ウェハ３の吸着には、トップリング２に設けられている穿孔２０を用いている。また、研磨対象物である半導体ウェハ３を研磨してる間、トップリング２の位置ずれを防ぐため、ガイドリング１が研磨装置には設けられている。
【００１８】
次に、研磨工程には、研磨装置に設けられている、支持部、ガイドリング１、トップリング２、シールで構成されるキャリアを用いる。研磨装置に固定された半導体ウェハ３を、研磨パッド４を回転させつつ研磨パッド４上でキャリアを回転させ、キャリアに荷重を掛け所定の膜厚に達するまで研磨する。なお、研磨工程には、トップリングの外周部に設けられた穿孔１０から液体を注ぐ注入工程が含まれる。
【００１９】
具体的に注入工程とは、研磨装置のトップリング２における外周部に設けられた複数の穿孔１０から液体を注ぐ工程である。このとき穿孔１０を、トップリング２の中心に対して同心円状に、かつ等間隔に、かつ等角度に設けられることによって、半導体ウェハ３の研磨表面に均等に液体を導くことができる。また、スラリー６を希釈するためには、液体は穿孔１０より外側のトップリング２と半導体ウェハ３によって形成されている隙間を通過しなくてはならない。このため、穿孔１０は、トップリング２において出来る限り外周部に近い位置に配置されることが好ましい。
【００２０】
なお、穿孔１０から注入する液体は、スラリー６に含まれる溶媒であることが好ましい。さらには、純水であることが好ましい。ここで注入した液体は、スラリー６を希釈する。このため、スラリー６に含まれる溶媒を用いることで、スラリー６に含まれる固体物質の化学的変化や、溶媒同士の化学反応が起こる可能性を排除できる。なお、スラリー６は、溶媒として水を使用していることが多い。このため、液体として純水を用いることが好まれる。また、穿孔１０から注入する液体の量は、スラリー６を２〜４倍希釈できる程度が好ましい。
【００２１】
次に、取り出し工程では、所定の膜厚まで研磨した半導体ウェハ３を、半導体ウェハ３の研磨装置から取り出す。半導体ウェハ３の取り出しには、トップリング２を用いる。トップリング２に吸着した状態で、取り出された半導体ウェハ３は、搭載工程以前に配置されていた箇所に再び配置される。
【００２２】
次に、本実施形態の効果について説明する。
スラリー６は、濃度が高いため粒子の自由度が低い。このため、半導体ウェハ３を研磨する際、半導体ウェハ３の外周部に滞ってしまいがちである。本実施形態の研磨装置によると、穿孔１０から注いだ液体が研磨表面に液体が到達することで、スラリー６が希釈される。このため、スラリー６を構成する粒子の自由度は高くなる。これによって、濃度の薄くなったスラリー６は半導体ウェハ３の内周部に広がることができるため、均一な研磨被膜５を形成する。すなわち、研磨レート差を解消することができる。なお、半導体ウェハ３の内周部は、研磨パッドに形成されている溝に沿ってスラリーが供給されるため、外周部の様に研磨レートが低下することは起こらない。したがって、半導体ウェハ外周部と内周の膜厚を均等に削ることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図３は、本実施形態による研磨装置における半導体ウェハ保持部の断面図である。
図３に示すように、穿孔１０の代わりに、トップリング２とガイドリング１の間に隙間３０を設けている。本実施形態の半導体装置では、ガイドリング１とトップリング２、およびガイドリング１と半導体ウェハ３の隙間３０に沿って注入した液体は、スラリー６に到達することができる。これによって、スラリー６は希釈され、均一な研磨被膜５を形成することができる。したがって、本実施形態においても第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００２４】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００２５】
１ ガイドリング
２ トップリング
３ 半導体ウェハ
４ 研磨パッド
５ 研磨被膜
６ スラリー
１０ 穿孔
２０ 穿孔
３０ 隙間
４０ 支持盤
５０ 固定ネジ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドと、
前記研磨パッドによって研磨される半導体ウェハを吸着するトップリングと、
前記トップリングを研磨中にガイドするために設けられているガイドリングと、
を備え、
前記トップリングの外周部に、複数の穿孔が設けられている半導体ウェハの研磨装置。
【請求項２】
前記穿孔はトップリングの中心に対して同心円状に設けられている請求項１に記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項３】
前記穿孔は等間隔かつ等角度ごとに設けられている請求項２に記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項４】
半導体ウェハの研磨装置に備わっているトップリングによって半導体ウェハを研磨パッド上に搭載する搭載工程と、
前記半導体ウェハを研磨する研磨工程と、
を有し、
前記トップリングの外周部には、複数の穿孔が設けられており、
前記研磨工程において、前記研磨装置に設けられた前記穿孔から液体を注ぐ注入工程を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記液体がスラリーに含まれる溶媒である請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記溶媒が純水である請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１】
研磨パッドと、
前記研磨パッドによって研磨される半導体ウェハを吸着するトップリングと、
前記トップリングを研磨中にガイドするために設けられているガイドリングと、
を備え、
前記トップリングの外周部に、複数の穿孔が設けられている半導体ウェハの研磨装置。
【請求項２】
前記穿孔はトップリングの中心に対して同心円状に設けられている請求項１に記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項３】
前記穿孔は等間隔かつ等角度ごとに設けられている請求項２に記載の半導体ウェハの研磨装置。
【請求項４】
半導体ウェハの研磨装置に備わっているトップリングによって半導体ウェハを研磨パッド上に搭載する搭載工程と、
前記半導体ウェハを研磨する研磨工程と、
を有し、
前記トップリングの外周部には、複数の穿孔が設けられており、
前記研磨工程において、前記研磨装置に設けられた前記穿孔から液体を注ぐ注入工程を含む、半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記液体がスラリーに含まれる溶媒である請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記溶媒が純水である請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−２４３８８７（Ｐ２０１２−２４３８８７Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１０６０（Ｐ２０１１−１１１０６０）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（３０２０６２９３１）ルネサスエレクトロニクス株式会社 (8,021)
【Ｆターム（参考）】
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