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JP2001160543A - Method and apparatus for planarizing semiconductor substrate - Google Patents

Method and apparatus for planarizing semiconductor substrate

Info

Publication number
JP2001160543A
JP2001160543A JP34174399A JP34174399A JP2001160543A JP 2001160543 A JP2001160543 A JP 2001160543A JP 34174399 A JP34174399 A JP 34174399A JP 34174399 A JP34174399 A JP 34174399A JP 2001160543 A JP2001160543 A JP 2001160543A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor substrate
polishing pad
etching
substrate
etching reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP34174399A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Kamono
隆 加茂野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP34174399A priority Critical patent/JP2001160543A/en
Publication of JP2001160543A publication Critical patent/JP2001160543A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Weting (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 化学的作用を主体とするエッチング液を用い
て配線用金属膜の平坦化および除去を行なうことで、研
磨後の金属表面に傷や微粒子などの埋没が生じることな
く、さらに、エッチングむらを生じさせることなく、金
属膜を均一に平坦化する。 【解決手段】 ウエハ等の基板1の表面に基板1より小
口径の研磨パッド4を近接あるいは接触させて研磨パッ
ド4と基板1を基板表面に沿う方向に相対運動させると
ともに、化学的作用を主体とするエッチング液7を基板
1と研磨パッド4の当接する領域に供給して、基板1の
金属膜をエッチング作用により平坦化する。同時に、純
水等のエッチング反応抑制剤9を基板1上の研磨パッド
4の周辺に供給し、基板1と研磨パッド4の当接領域以
外でのエッチング液7によるエッチング作用を抑制し、
エッチングむらをなくし全面を均一に平坦化する。
(57) [Problem] To flatten and remove a metal film for wiring by using an etching solution mainly composed of a chemical action, thereby causing burial of scratches and fine particles on a metal surface after polishing. In addition, the metal film is flattened uniformly without causing etching unevenness. SOLUTION: A polishing pad 4 having a smaller diameter than the substrate 1 is brought close to or in contact with the surface of the substrate 1 such as a wafer, so that the polishing pad 4 and the substrate 1 are relatively moved in a direction along the substrate surface, and a chemical action is mainly performed. Is supplied to a region where the substrate 1 and the polishing pad 4 are in contact with each other, and the metal film on the substrate 1 is planarized by an etching action. At the same time, an etching reaction inhibitor 9 such as pure water is supplied to the periphery of the polishing pad 4 on the substrate 1 so as to suppress the etching action of the etching solution 7 in a region other than the contact region between the substrate 1 and the polishing pad 4,
The entire surface is uniformly flattened without etching unevenness.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板の平坦
化方法およびその装置に関し、特に、半導体集積回路の
製造工程において半導体素子の絶縁膜上に成膜される配
線材料膜を平坦化あるいは除去するための半導体基板の
平坦化方法およびその装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for flattening a semiconductor substrate, and more particularly, to flattening or removing a wiring material film formed on an insulating film of a semiconductor element in a semiconductor integrated circuit manufacturing process. And a device for flattening a semiconductor substrate.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、半導体集積回路の高集積化により
内部配線の微細化や多層化が進み、これに伴なって平坦
化技術が重要な課題となっており、平坦化技術として化
学的機械研磨(CMP)が注目されている。
2. Description of the Related Art In recent years, the fineness and multilayer structure of internal wiring have been advanced due to the high integration of semiconductor integrated circuits, and accordingly, planarization technology has become an important issue. Polishing (CMP) has attracted attention.

【0003】従来、化学的機械研磨(CMP)装置とよ
ばれるこの種の研磨装置は、図5に図示するように、ウ
エハ等の基板101をその被研磨面を下向きにした状態
で着脱自在に保持する基板保持部102と、基板保持部
102に保持される基板101に対向するように配置さ
れて基板101の直径よりも大口径の研磨パッド104
を貼り付ける研磨テーブル(研磨定盤)105とを備
え、そして、基板保持部102を回転駆動する第1の駆
動手段111、基板101の被研磨面を研磨パッド10
4に対して加圧する加圧手段112、および研磨テーブ
ル105を回転駆動する第2の駆動手段113が設けら
れ、さらに、研磨パッド104の表面上に研磨剤107
を供給する研磨剤供給手段115が設けられている。
Conventionally, this type of polishing apparatus called a chemical mechanical polishing (CMP) apparatus, as shown in FIG. 5, allows a substrate 101 such as a wafer to be detachably mounted with its surface to be polished facing downward. A substrate holding unit 102 to be held, and a polishing pad 104 arranged to face the substrate 101 held by the substrate holding unit 102 and having a diameter larger than the diameter of the substrate 101.
A polishing table (polishing surface plate) 105 on which the substrate 101 is to be adhered, and a first driving unit 111 for rotationally driving the substrate holding unit 102;
And a second driving unit 113 for rotating and driving the polishing table 105. Further, a polishing agent 107 is provided on the surface of the polishing pad 104.
Is provided.

【0004】このように構成されている研磨装置におい
て、基板保持部102に保持された基板101の被研磨
面を研磨テーブル105上の研磨パッド104に当接さ
せるとともに加圧手段112により基板101に所定の
加工圧を加えた状態で、基板101と研磨パッド104
を第1の駆動手段111および第2の駆動手段113に
よりそれぞれ矢印の方向に回転させ、同時に、研磨剤供
給手段115から研磨剤107を研磨パッド104の表
面上に滴下しつつ、基板101の被研磨面の研磨を行な
うものであり、通常スラリーと呼ばれている研磨剤20
7には、酸化シリコン、酸化セリウム、アルミナ等の微
粉末を、水酸化カリウム水溶液あるいはアンモニア溶液
に混合した懸濁液が使用されている。これにより、研磨
剤の化学的作用と砥粒の物理的作用を利用して、被研磨
面を研磨して平坦化させている。
In the polishing apparatus configured as described above, the surface to be polished of the substrate 101 held by the substrate holder 102 is brought into contact with the polishing pad 104 on the polishing table 105, and the substrate 101 is pressed by the pressing means 112. While a predetermined processing pressure is applied, the substrate 101 and the polishing pad 104
Are rotated in the directions of the arrows by the first driving means 111 and the second driving means 113, and at the same time, the polishing agent 107 is dripped from the polishing agent supply means 115 onto the surface of the polishing pad 104 while the substrate 101 is covered. A polishing agent for polishing a polished surface, usually called a slurry.
For No. 7, a suspension obtained by mixing fine powder of silicon oxide, cerium oxide, alumina or the like with a potassium hydroxide aqueous solution or an ammonia solution is used. Thus, the surface to be polished is polished and flattened by utilizing the chemical action of the abrasive and the physical action of the abrasive grains.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところで、通常のCM
Pにおいて使用されるスラリーは、前述したように、酸
化シリコン、酸化セリウム、アルミナ等の微粉末を水酸
化カリウム水溶液あるいはアンモニア溶液に混合した懸
濁液であって、半導体素子の層間絶縁膜の研磨を主目的
に考えられたものであり、メカニカルな研磨を主体とす
るものである。そのため、配線形成工程における金属膜
の研磨、特に延性材料である銅(Cu)やアルミニウム
(Al)あるいはこれらを主とする金属化合物の研磨で
は、従来の絶縁膜と異なり、研磨後の金属表面に傷(ス
クラッチ)が発生し、あるいは、研磨剤の粒子が金属面
に埋め込まれるなどの問題が発生する可能性が高い。ま
た、従来のタングステンプラグの埋め込みでは、プラグ
の直径が0.5〜1μmと小さく、被研磨面上での絶縁
膜面とタングステンプラグの露出面の面積は絶縁膜面の
面積の方が極端に大きいことから、さらにタングステン
材料や絶縁膜の材料自体が脆性材料であることから、適
度な圧縮性を有する研磨パッドを使用すれば、ディッシ
ングの問題もある程度軽減することができた。
By the way, ordinary CM
The slurry used in P is, as described above, a suspension obtained by mixing fine powder of silicon oxide, cerium oxide, alumina or the like with a potassium hydroxide aqueous solution or an ammonia solution, and is used for polishing an interlayer insulating film of a semiconductor element. The main purpose is to consider mechanical polishing. Therefore, in the polishing of the metal film in the wiring formation step, particularly in the polishing of copper (Cu) or aluminum (Al) which is a ductile material or a metal compound mainly containing these, unlike the conventional insulating film, the metal surface after the polishing is different from the conventional insulating film. There is a high possibility that a problem such as generation of scratches or embedding of abrasive particles in a metal surface occurs. In the conventional tungsten plug embedding, the diameter of the plug is as small as 0.5 to 1 μm, and the area of the insulating film surface and the exposed surface of the tungsten plug on the surface to be polished is much larger than the area of the insulating film surface. Because of the large size and the fact that the tungsten material and the material of the insulating film themselves are brittle materials, the use of a polishing pad having an appropriate compressibility can reduce the dishing problem to some extent.

【0006】しかし、金属膜の配線形成プロセス、特
に、銅を主体としたデュアルダマシンプロセス(Dual d
amascene process)では、絶縁膜面と露出する配線金属
面の面積比は、上記のタングステンプラグの埋め込み場
合よりも1に近くなっており、従来のCMP方法では、
配線金属部分のディッシングが大きくなることは容易に
推測できる。また、従来のCMP方法では、研磨のため
に1.96×104 〜4.9×104 Pa(200〜5
00gr/cm2 )の加工圧力を被研磨面に加えるため
に、研磨パッドの圧力変形によってウエハ等の基板全面
にわたって均一に加工されないという問題点もあった。
However, a wiring forming process of a metal film, particularly a dual damascene process (Dual
In the amascene process, the area ratio between the insulating film surface and the exposed wiring metal surface is closer to 1 than in the case where the tungsten plug is buried, and in the conventional CMP method,
It can be easily inferred that the dishing of the wiring metal part becomes large. Further, in the conventional CMP method, 1.96 × 10 4 to 4.9 × 10 4 Pa (200 to 5
Since a processing pressure of 00 gr / cm 2 ) is applied to the surface to be polished, there is also a problem in that processing is not performed uniformly over the entire surface of a substrate such as a wafer due to pressure deformation of the polishing pad.

【0007】そこで、本発明は、上記従来技術の有する
未解決な課題に鑑みてなされたものであって、配線形成
工程で形成される金属膜を化学的(ケミカル)作用を主
体とするエッチング液により平坦化あるいは除去を行な
うことで、研磨後の金属表面に傷を発生させず、さら
に、金属表面近傍に研磨剤等が埋め込まれる可能性もな
く、さらに、エッチングむらを生じさせることなく、基
板全面の金属膜を均一に平坦化することができる半導体
基板の平坦化方法およびその装置を提供することを目的
とするものである。
The present invention has been made in view of the above-mentioned unsolved problems of the prior art, and has been made in consideration of the above-described problems, and has been made in consideration of the above circumstances. By performing flattening or removal by the method, scratches are not generated on the metal surface after polishing, further, there is no possibility that an abrasive or the like is buried near the metal surface, and further, without causing uneven etching, the substrate It is an object of the present invention to provide a method and an apparatus for planarizing a semiconductor substrate capable of uniformly planarizing a metal film on the entire surface.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の半導体基板の平坦化方法は、半導体基板
の表面に該半導体基板より小さい研磨パッドをエッチン
グ液を介して近接あるいは接触させ、前記研磨パッドと
前記半導体基板を前記半導体基板の表面に沿う方向に相
対運動させて前記半導体基板の表面を平坦化する半導体
基板の平坦化方法において、前記半導体基板上における
前記研磨パッドと対向する領域に前記エッチング液を供
給し、前記半導体基板上における前記研磨パッドの周辺
にエッチング反応を抑制するエッチング反応抑制剤を供
給することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a method for planarizing a semiconductor substrate according to the present invention comprises a step of bringing a polishing pad smaller than the semiconductor substrate into contact with or in contact with a surface of the semiconductor substrate via an etching solution. Wherein the polishing pad and the semiconductor substrate are relatively moved in a direction along the surface of the semiconductor substrate to flatten the surface of the semiconductor substrate, wherein the polishing pad is opposed to the polishing pad on the semiconductor substrate. The etching liquid is supplied to a region to be etched, and an etching reaction inhibitor for suppressing an etching reaction is supplied to the periphery of the polishing pad on the semiconductor substrate.

【0009】本発明の半導体基板の平坦化方法におい
て、前記エッチング液は、前記研磨パッドの中心部から
供給されることが好ましく、また、前記エッチング反応
抑制剤は、前記研磨パッドの周辺部に設けられた少なく
とも1本のノズルから供給されることが好ましく、前記
ノズルは前記研磨パッドとともに前記半導体基板上を走
査するように設けられていることが好ましい。
In the method of planarizing a semiconductor substrate according to the present invention, it is preferable that the etching liquid is supplied from a central portion of the polishing pad, and the etching reaction inhibitor is provided on a peripheral portion of the polishing pad. Preferably, the liquid is supplied from at least one nozzle provided, and the nozzle is provided so as to scan on the semiconductor substrate together with the polishing pad.

【0010】本発明の半導体基板の平坦化方法におい
て、前記エッチング液および前記エッチング反応抑制剤
は、それぞれ、所望の温度に温度調整された状態で前記
半導体基板上に供給されることが好ましい。
[0010] In the method of planarizing a semiconductor substrate according to the present invention, it is preferable that the etching solution and the etching reaction inhibitor are respectively supplied onto the semiconductor substrate in a state where the temperature is adjusted to a desired temperature.

【0011】また、本発明の半導体基板の平坦化装置
は、半導体基板の表面に該半導体基板より小さい研磨パ
ッドをエッチング液を介して近接あるいは接触させ、前
記研磨パッドと前記半導体基板を前記半導体基板の表面
に沿う方向に相対運動させて前記半導体基板の表面を平
坦化する半導体基板の平坦化装置において、前記半導体
基板上における前記研磨パッドと対向する領域に前記エ
ッチング液を供給するエッチング液供給手段と、前記半
導体基板上における前記研磨パッドの周辺にエッチング
反応を抑制するエッチング反応抑制剤を供給するエッチ
ング反応抑制剤供給手段を有することを特徴とする。
Further, in the apparatus for planarizing a semiconductor substrate according to the present invention, a polishing pad smaller than the semiconductor substrate is brought close to or in contact with the surface of the semiconductor substrate via an etchant, and the polishing pad and the semiconductor substrate are brought into contact with the semiconductor substrate. A semiconductor substrate flattening apparatus for making the surface of the semiconductor substrate flat by relative movement in a direction along a surface of the semiconductor substrate, wherein the etching solution supply means supplies the etching solution to a region of the semiconductor substrate facing the polishing pad. And an etching reaction inhibitor supplying means for supplying an etching reaction inhibitor for suppressing an etching reaction to the periphery of the polishing pad on the semiconductor substrate.

【0012】本発明の半導体基板の平坦化装置におい
て、前記エッチング液供給手段は、前記研磨パッドの中
心部を貫通する供給管を備え、該供給管を介して前記エ
ッチング液を前記半導体基板上に供給することが好まし
く、また、前記エッチング反応抑制剤供給手段は、前記
研磨パッドの周辺部に設けられた少なくとも1本のノズ
ルを備えていることが好ましく、前記ノズルは前記研磨
パッドとともに前記半導体基板上を走査するように設け
られていることが好ましい。
In the apparatus for planarizing a semiconductor substrate according to the present invention, the etching liquid supply means includes a supply pipe penetrating a central portion of the polishing pad, and the etching liquid is supplied onto the semiconductor substrate via the supply pipe. Preferably, the etching reaction inhibitor supply means includes at least one nozzle provided at a peripheral portion of the polishing pad, and the nozzle is provided together with the polishing pad with the semiconductor substrate. Preferably, it is provided so as to scan above.

【0013】本発明の半導体基板の平坦化装置におい
て、前記エッチング液供給手段および前記エッチング反
応抑制剤供給手段は、それぞれ、前記エッチング液およ
び前記エッチング反応抑制剤を所望の温度に温度調整す
る温度調整手段を備えていることが好ましい。
In the apparatus for planarizing a semiconductor substrate according to the present invention, the etching solution supply means and the etching reaction inhibitor supply means may each include a temperature controller for adjusting the temperature of the etching solution and the etching reaction inhibitor to a desired temperature. Preferably, means are provided.

【0014】本発明の半導体基板の平坦化装置において
は、半導体基板を保持する基板保持手段と、前記半導体
基板より小さい研磨パッドを保持するパッド保持手段
と、前記基板保持手段を回転駆動する第1の駆動手段
と、前記パッド保持手段を回転駆動する第2の駆動手段
と、前記研磨パッドを前記基板保持手段を保持される前
記半導体基板に対して上下駆動および加圧する上下駆動
および加圧手段とを備えていることが好ましい。
In the apparatus for flattening a semiconductor substrate of the present invention, a substrate holding means for holding a semiconductor substrate, a pad holding means for holding a polishing pad smaller than the semiconductor substrate, and a first means for rotating the substrate holding means. Driving means, second driving means for rotationally driving the pad holding means, and vertical driving and pressing means for vertically driving and pressing the polishing pad against the semiconductor substrate holding the substrate holding means. It is preferable to have.

【0015】[0015]

【作用】本発明の半導体基板の平坦化方法および装置に
よれば、ケミカル作用を主体とするエッチング液を用
い、研磨パッドと被研磨面との間に供給するエッチング
液の温度によりエッチングレートが変化する特性を利用
した選択的エッチングレートにより、金属膜を平坦化し
そして除去する。
According to the method and apparatus for flattening a semiconductor substrate of the present invention, the etching rate is changed by the temperature of the etching solution supplied between the polishing pad and the surface to be polished, using the etching solution mainly having a chemical action. The metal film is planarized and removed by a selective etching rate utilizing the characteristics of the metal film.

【0016】デュアルダマシンプロセス(Dual damasce
ne process)において、既に平坦化されている絶縁膜上
に成膜された配線用金属膜をエッチング液の温度差によ
るエッチングレートの変化によりエッチングして平坦化
するようになし、基板の金属面と研磨パッドに加える加
工圧は単に摩擦熱を発生させる程度の小さいものでよい
ので、金属面にディッシングが生じることがなく、さら
に、研磨剤砥粒などを使用しないので表面の微小なスク
ラッチや配線金属材料への砥粒の埋没も発生することが
なく、また、加工圧を小さくすることができることか
ら、従来のCMPのように研磨後の表面近傍に加工変質
層が形成されることもない。
[0016] Dual damasce process
ne process), the wiring metal film formed on the already flattened insulating film is etched and flattened by the change in the etching rate due to the temperature difference of the etchant. Since the processing pressure applied to the polishing pad need only be small enough to generate frictional heat, dishing does not occur on the metal surface.Furthermore, since abrasive grains are not used, minute scratches on the surface and wiring metal Since the abrasive grains are not buried in the material and the processing pressure can be reduced, a processing-affected layer is not formed near the polished surface unlike conventional CMP.

【0017】さらに、研磨パッドの周囲に純水等のエッ
チング反応抑制剤を供給することにより、研磨パッドと
ウエハ等の基板との接触部分以外の基板上に流出したエ
ッチング液を希釈、冷却してエッチング反応を抑制し、
研磨パッドとウエハ等の基板との接触部分のみで選択的
にエッチングが行なわれ、エッチングむらのない均一な
平坦化加工を行なうことができる。
Further, by supplying an etching reaction inhibitor such as pure water to the periphery of the polishing pad, the etchant flowing onto the substrate other than the contact portion between the polishing pad and the substrate such as a wafer is diluted and cooled. Suppresses the etching reaction,
Etching is selectively performed only at a contact portion between the polishing pad and a substrate such as a wafer, so that a uniform flattening process without etching unevenness can be performed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0019】図1は、本発明に係る半導体基板の平坦化
方法を実施するための平坦化装置の概略構成図であり、
図2は、図1に図示する平坦化装置におけるエッチング
液およびエッチング反応抑制剤の流れを示す部分概略構
成図である。
FIG. 1 is a schematic structural view of a flattening apparatus for performing a method of flattening a semiconductor substrate according to the present invention.
FIG. 2 is a partial schematic configuration diagram showing a flow of an etching solution and an etching reaction inhibitor in the planarizing apparatus shown in FIG.

【0020】図1および図2において、1は配線用金属
膜が成膜されたウエハ等の半導体基板(以下、単に基板
ともいう)であり、この種の基板1上の配線用金属膜を
平坦化し除去するための半導体基板の平坦化装置は、基
板1をその被研磨面を上向きにした状態でガイドリング
3内に保持する基板テーブル2と、基板テーブル2に保
持される基板1に対向するように基板テーブル2の上方
に配置されて、基板1の直径よりも口径の小さな硬質の
研磨パッド4を貼着する研磨ヘッド5とを備え、そし
て、基板テーブル2を回転駆動する第1の駆動手段11
と、研磨ヘッド5を回転駆動する第2の駆動手段12
と、研磨ヘッド5および研磨パッド4を上下方向に移動
させそして研磨パッド4を基板1の被研磨面に押し付け
所定の加工圧をもって加圧するための上下駆動および加
圧手段13と、研磨ヘッド5を基板1の直径方向に走査
するための走査手段14およびその走査駆動手段15が
設けられ、さらに、基板1の被研磨面と研磨パッド4の
対向する領域にエッチング液7を供給するように、研磨
ヘッド5および研磨パッド4の中心部を貫通するエッチ
ング液の供給管6を有するエッチング液供給手段16が
設けられ、基板1の被研磨面上で研磨パッド4に対向す
る領域の外側にエッチング反応を抑制する薬剤あるいは
純水(以下、単にエッチング反応抑制剤という)9を滴
下させるためのノズル8(図1および図2においては2
個のみ図示)を備えたエッチング反応抑制剤供給手段1
7が設けられている。また、これらのエッチング液供給
手段16およびエッチング反応抑制剤供給手段17は、
それぞれ、エッチング液7とエッチング反応抑制剤9の
温度を調整するための温度調整手段(不図示)を備え、
エッチング液7やエッチング反応抑制剤9を温度調整し
た後にそれぞれ供給管6およびノズル8を介して基板1
の被研磨面上に供給するように構成されている。第1の
駆動手段11と第2の駆動手段13においては、基板1
の回転数と研磨パッド4の回転数が予め任意に設定され
る値となるように制御される。
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a semiconductor substrate such as a wafer on which a wiring metal film is formed (hereinafter, also simply referred to as a substrate). An apparatus for flattening and removing a semiconductor substrate includes a substrate table 2 for holding a substrate 1 in a guide ring 3 with a surface to be polished facing upward, and a substrate 1 held on the substrate table 2. And a polishing head 5 for adhering a hard polishing pad 4 having a smaller diameter than the diameter of the substrate 1, and a first drive for rotating and driving the substrate table 2. Means 11
And second driving means 12 for rotatingly driving the polishing head 5
A vertical driving and pressing means 13 for vertically moving the polishing head 5 and the polishing pad 4 and pressing the polishing pad 4 against the surface to be polished of the substrate 1 with a predetermined processing pressure; A scanning unit 14 for scanning in the diameter direction of the substrate 1 and a scanning driving unit 15 for scanning the substrate 1 are provided. An etchant supply means 16 having an etchant supply pipe 6 penetrating the head 5 and the center of the polishing pad 4 is provided, and an etching reaction is performed on a surface to be polished of the substrate 1 outside a region facing the polishing pad 4. A nozzle 8 (in FIGS. 1 and 2, 2) for dropping a chemical or pure water (hereinafter simply referred to as an etching reaction inhibitor) 9 for suppressing
Etching reaction inhibitor supply means 1 provided with
7 are provided. Further, these etching liquid supply means 16 and etching reaction inhibitor supply means 17
Each is provided with temperature adjusting means (not shown) for adjusting the temperature of the etching solution 7 and the etching reaction inhibitor 9,
After adjusting the temperature of the etching solution 7 and the etching reaction inhibitor 9, the substrate 1 is supplied through the supply pipe 6 and the nozzle 8, respectively.
Is provided on the surface to be polished. In the first driving means 11 and the second driving means 13, the substrate 1
And the rotation speed of the polishing pad 4 are controlled to values arbitrarily set in advance.

【0021】また、エッチング液7としては、配線用金
属膜に対する化学的作用(エッチング作用)を主として
利用することができる溶液を用い、例えば、銅に対する
エッチング液としては、純水に塩化第2鉄を混合し、比
重を1.38程度に調整し、それに1〜5%の塩酸を加
えたエッチング液を用いる。
As the etchant 7, a solution capable of mainly utilizing a chemical action (etching action) on the wiring metal film is used. For example, as an etchant for copper, pure water is added to ferric chloride. Are mixed, the specific gravity is adjusted to about 1.38, and an etchant to which 1 to 5% hydrochloric acid is added is used.

【0022】研磨パッド4の直径は基板1の1/2以下
とする。研磨パッド4の直径は小さいほど、加工能率は
低くなるけれども、基板1全面での均一加工の制御性は
高くなる。研磨パッド4の直径は、好ましくは、基板の
直径の10〜25%の間に設定するとよい。
The diameter of the polishing pad 4 is 以下 or less of the substrate 1. As the diameter of the polishing pad 4 decreases, the processing efficiency decreases, but the controllability of uniform processing over the entire surface of the substrate 1 increases. The diameter of the polishing pad 4 is preferably set between 10 and 25% of the diameter of the substrate.

【0023】以上のように構成された平坦化装置におい
て、配線用金属膜を平坦化し除去しようとするウエハ等
の基板1はその被研磨面を上向きの状態でガイドリング
3内で基板テーブル2に装着され、図1に図示するよう
に、硬質の研磨パッド4を下面に貼着した研磨ヘッド5
の下方へ送り込まれ、基板1の端部が研磨パッド4の直
下に送り込まれると、エッチング液7が、エッチング液
供給手段16から供給管6を介して研磨パッド4の中心
部付近から基板1の被研磨面に供給され、そして、エッ
チング反応抑制剤9がエッチング反応抑制剤供給手段1
7から研磨パッド4の周囲に配置されたノズル8を介し
て基板1の被研磨面上で研磨パッド4の周辺に供給され
る。
In the flattening apparatus constructed as described above, a substrate 1 such as a wafer for flattening and removing a wiring metal film is placed on a substrate table 2 in a guide ring 3 with its polished surface facing upward. As shown in FIG. 1, a polishing head 5 having a hard polishing pad 4 attached to a lower surface thereof is attached.
When the edge of the substrate 1 is sent directly below the polishing pad 4, the etching solution 7 is supplied from the etching solution supply means 16 via the supply pipe 6 to the vicinity of the center of the polishing pad 4. The etching reaction inhibitor 9 is supplied to the surface to be polished, and the etching reaction inhibitor 9 is supplied to the surface to be polished.
7 is supplied to the periphery of the polishing pad 4 on the surface to be polished of the substrate 1 via a nozzle 8 arranged around the polishing pad 4.

【0024】同時に、基板テーブル2に保持される基板
1と研磨ヘッド5の研磨パッド4は、それぞれ、第1の
駆動手段11および第2の駆動手段12により、予め任
意に設定された回転数をもって矢印の方向へ回転駆動さ
れ、また、研磨パッド4は、上下駆動および加圧手段1
3により下降し、基板1の被研磨面に近接した状態にし
あるいは基板1の被研磨面に当接して所定の加工圧で押
し付け加圧される。さらに、研磨パッド4は、走査手段
14によって、基板1の直径方向に走査する。なお、研
磨パッド4の走査手段14による走査を一定速度で行な
うと、基板1の中心付近と周辺付近とで研磨パッド4と
基板1の接触時間に差が生じてしまうので、研磨パッド
4の走査速度は、基板1のどの箇所においても接触時間
が同じとなり均一なエッチングを行なうことができるよ
うに、図示しない演算制御手段で可変に制御することが
好ましい。
At the same time, the substrate 1 held on the substrate table 2 and the polishing pad 4 of the polishing head 5 are rotated by the first driving means 11 and the second driving means 12 at a predetermined number of rotations, respectively. The polishing pad 4 is driven to rotate in the direction of the arrow, and
3, it is lowered to a state close to the surface to be polished of the substrate 1 or pressed against the surface to be polished of the substrate 1 with a predetermined processing pressure. Further, the polishing pad 4 is scanned by the scanning means 14 in the diameter direction of the substrate 1. If the scanning of the polishing pad 4 by the scanning means 14 is performed at a constant speed, a difference occurs in the contact time between the polishing pad 4 and the substrate 1 near the center and the periphery of the substrate 1. The speed is preferably variably controlled by an arithmetic control unit (not shown) so that the contact time is the same at any point on the substrate 1 and uniform etching can be performed.

【0025】このように、基板1の被研磨面と硬質の研
磨パッド4は、エッチング液7を介して近接しあるいは
接触して基板1の被研磨面に沿った相対運動を行ない、
エッチング液7のエッチング作用により、基板1の被研
磨面の金属膜の凸部から選択的にエッチングが進行して
金属膜を平坦化し、そして、一様なエッチング作用によ
り金属膜の除去が行われる。
As described above, the surface to be polished of the substrate 1 and the hard polishing pad 4 approach or come into contact with each other via the etching solution 7 to perform relative movement along the surface to be polished of the substrate 1.
By the etching action of the etchant 7, the etching proceeds selectively from the convex portion of the metal film on the surface to be polished of the substrate 1 to flatten the metal film, and the metal film is removed by the uniform etching action. .

【0026】ここで、エッチング液の化学的作用(エッ
チング作用)による金属膜の平坦化および除去の態様に
ついて説明する。
Here, the mode of flattening and removing the metal film by the chemical action (etching action) of the etchant will be described.

【0027】従来の化学的機械研磨(CMP)において
は、研磨剤として、前述したように、酸化シリコン、酸
化セリウム、アルミナ等の微粉末を水酸化カリウム水溶
液、あるいはアンモニア溶液に混合したスラリーを用い
ており、メカニカルな研磨が主体であり、化学的なエッ
チング作用を研磨に直接利用しているとは言い難い面が
あったけれども、本発明においては、化学的なエッチン
グ作用を主体とするエッチング液を用いることにより、
エッチング作用により基板上の配線層の金属膜の平坦化
および除去を行なうものである。
In conventional chemical mechanical polishing (CMP), as described above, a slurry obtained by mixing fine powder of silicon oxide, cerium oxide, alumina or the like with a potassium hydroxide aqueous solution or an ammonia solution is used as an abrasive. Although the polishing is mainly performed by mechanical polishing, it is difficult to say that the chemical etching action is directly used for polishing. However, in the present invention, the etching solution mainly based on the chemical etching action is used. By using
The flattening and removal of the metal film of the wiring layer on the substrate are performed by the etching action.

【0028】この種のエッチング作用を主とするエッチ
ング液は、通常、エッチングが全体的に一様に進行し
て、選択性がなく、そのため、金属膜の凸部部分の研磨
を促進して平坦化することはできないものであった。し
かしながら、これらのエッチング液は、温度が上昇する
とそのエッチングレートが高くなる性質を有しており、
この性質すなわちエッチングレートの温度依存性が高い
ことを利用することにより、エッチング液に局所的な温
度上昇を与えることで局所的な熱による選択性をもたせ
ることが可能となる。
An etching solution mainly having this kind of etching action usually has a uniform etching and has no selectivity. Therefore, the etching solution promotes the polishing of the protruding portion of the metal film and is flattened. It could not be transformed. However, these etching solutions have a property that the etching rate increases as the temperature increases,
By utilizing this property, that is, the fact that the etching rate has a high temperature dependency, it is possible to impart local selectivity by heat by giving a local temperature rise to the etching solution.

【0029】基板1の被研磨面と硬質の研磨パッド4を
エッチング液7を介して接近させあるいは接触させて相
対運動させることにより、研磨パッド4と基板1の被研
磨面、特にその凸部との摩擦による摩擦熱が発生する。
このような摩擦熱は、加圧力に摩擦係数を乗じた摩擦
力、移動量、および移動時間に比例するので、これらの
パラメータを適宜選ぶことにより、硬質の研磨パッド4
に近接しあるいは接触している高低差1μm程度の凸状
の被研磨面部分の温度をコントロールすることが可能で
ある。このように摩擦により発生する摩擦熱により、基
板1の被研磨面内の凸部部分は瞬間的に加熱されるの
で、その凸部部分のエッチング液のエッチングレートが
高められ、その部分のエッチング作用が他の部分よりも
促進される。その結果、被研磨面の金属膜の凸部部分が
選択的にエッチングされて、金属膜が平坦化され、そし
て、一様なエッチング作用により金属膜の除去が行われ
る。
The surface to be polished of the substrate 1 and the hard polishing pad 4 are moved closer to or in contact with each other via the etching solution 7 to make relative movements, whereby the polishing pad 4 and the surface to be polished of the substrate 1, especially the convex portions thereof, Generates frictional heat due to the friction of
Since such frictional heat is proportional to the frictional force obtained by multiplying the applied pressure by the frictional coefficient, the amount of movement, and the time of movement, by appropriately selecting these parameters, the hard polishing pad 4 can be used.
It is possible to control the temperature of the convex surface to be polished having a height difference of about 1 μm close to or in contact with the surface. Since the convex portion in the surface to be polished of the substrate 1 is instantaneously heated by the frictional heat generated by the friction as described above, the etching rate of the etching liquid in the convex portion is increased, and the etching action of the portion is increased. Is promoted more than the other parts. As a result, the convex portions of the metal film on the surface to be polished are selectively etched, the metal film is flattened, and the metal film is removed by a uniform etching action.

【0030】特に、銅のデュアルダマシンプロセス(Du
al damascene process)の場合、金属膜の下地の絶縁膜
は、銅に比べて熱伝導率が非常に小さいので、局部的に
接触している銅表面で発生した摩擦熱は、銅の配線層に
伝導して蓄積される。したがって、加圧力も、従来の加
工圧力に比べて格段に少なくしても、この接触表面近傍
では、接触部分が最も高温となり、接触部分から離れる
にしたがって温度は低下する傾向をしめす。また、デュ
アルダマシンプロセス(Dual damascene process)の場
合、その下地となる絶縁膜が、従来の化学機械研磨(C
MP)方法で研磨されており、平坦性が確保されている
から、金属膜表面の凹部の段差は比較的少ないので、温
度依存性を5%以上変化させられれば、非接触部分の放
熱を十分行なえるだけの温度管理されたエッチング液を
流すことで平坦性を確保することができる。
In particular, a copper dual damascene process (Du
In the case of the al damascene process, the thermal conductivity of the insulating film underlying the metal film is much smaller than that of copper, so the frictional heat generated on the copper surface that is in local contact with the copper wiring layer Conducted and accumulated. Therefore, even if the pressing force is remarkably reduced as compared with the conventional processing pressure, the contact portion has the highest temperature in the vicinity of the contact surface, and the temperature tends to decrease as the distance from the contact portion increases. In the case of a dual damascene process, the underlying insulating film is formed by conventional chemical mechanical polishing (C
(MP) method, and the flatness is ensured. Therefore, the step of the concave portion on the surface of the metal film is relatively small. Therefore, if the temperature dependency can be changed by 5% or more, the heat radiation of the non-contact portion is sufficient. Flatness can be ensured by flowing an etchant whose temperature can be controlled as much as possible.

【0031】銅を主体とするデュアルダマシンプロセス
(Dual damascene process)の場合に使用するエッチン
グ液としては、前述したエッチング液の他にも、塩化第
2鉄あるいは塩化第2銅を含む溶液、銅アミン錯体を主
成分とするアルカリ性水溶液、あるいは、過酸化水素と
硫酸系溶液の混合エッチング液等を使用することができ
る。配線材料が異なる場合には、材料の特性にあったエ
ッチング液を選択すれば良いことはいうまでもない。さ
らに、接触部の発熱を促進させる目的で、あるいは、発
熱を制御する目的で、固体の微粒子あるいは砥粒を添加
したエッチング液、安定剤などを添加したエッチング液
の使用も可能である。
As an etchant used in the case of a dual damascene process mainly composed of copper, in addition to the above-described etchant, a solution containing ferric chloride or cupric chloride, a copper amine An alkaline aqueous solution containing a complex as a main component, a mixed etching solution of hydrogen peroxide and a sulfuric acid-based solution, or the like can be used. If the wiring materials are different, it goes without saying that an etching solution suitable for the characteristics of the materials may be selected. Further, for the purpose of promoting heat generation at the contact portion or for controlling the heat generation, it is also possible to use an etchant to which solid fine particles or abrasive grains are added, or an etchant to which a stabilizer is added.

【0032】また、比較的硬い研磨パッドを採用すれ
ば、摩擦熱を発生させるための加圧力も、熱選択性が得
られる数度から10数度の表面温度上昇が得られるだけ
の僅かな圧力で良いことから、ディッシングが生じるこ
とがなく、研磨剤砥粒を使用しない場合は、表面の微小
なスクラッチや配線材料への砥粒の埋没も発生しない。
また、固体微粒子あるいは微粒子の砥粒を混入させた場
合でも、加工圧が非常に小さいことから、表面の微小な
スクラッチや配線材料への砥粒の埋没もほとんど発生し
ない。さらに、ケミカル作用が主体であることから、加
工圧を小さくすることができるので、従来のCMPのよ
うに研磨後の表面近傍に加工変質層が形成されることも
ない。また、このようなエッチング液は、絶縁膜に対し
てのエッチング作用がないことから、オーバーポリッシ
ュの問題が発生しないので、ストッパー膜が不要となる
などの利点もある。
If a relatively hard polishing pad is used, the pressure for generating frictional heat is also reduced to a slight pressure sufficient to increase the surface temperature from several degrees to ten and several degrees to obtain heat selectivity. Therefore, dishing does not occur, and when abrasive grains are not used, fine scratches on the surface and burying of the abrasive grains in the wiring material do not occur.
Even when solid fine particles or fine particles of abrasive grains are mixed, since the processing pressure is very small, minute scratches on the surface and burying of the abrasive grains in the wiring material hardly occur. Furthermore, since the chemical action is the main component, the processing pressure can be reduced, so that a damaged layer is not formed near the polished surface unlike conventional CMP. In addition, since such an etchant does not have an etching effect on the insulating film, there is no problem of overpolishing, and therefore, there is an advantage that a stopper film is not required.

【0033】次に、エッチング反応抑制剤供給手段17
からノズル8を介して基板1の被研磨面上に滴下するエ
ッチング反応抑制剤9の作用について説明する。
Next, the etching reaction inhibitor supplying means 17
The function of the etching reaction inhibitor 9 dropped on the surface to be polished of the substrate 1 through the nozzle 8 will be described.

【0034】基板1の金属膜の平坦化に際しては、エッ
チング液7は、図1および図2に図示するように、研磨
パッド4の中心部から供給管6を介して基板1の被研磨
面上に供給され、さらに、研磨パッド4の回転に伴なう
遠心力により、図2に図示するように、研磨パッド4の
周辺へ流出する。エッチング液7によるエッチング反応
は、摩擦熱が発生する基板1と研磨パッド4の接触部分
で行なわれるが、研磨パッド4の回転および基板1の回
転により基板1と研磨パッド4の接触部分以外にもエッ
チング液7が流出し、この流出したエッチング液7によ
り基板1の金属膜表面がエッチングされることとなる。
しかし、この基板1と研磨パッド4の接触部分以外での
エッチング反応は、エッチング液7の温度や濃度につい
てなんら制御されないので、エッチングむらになる原因
となる。
When the metal film of the substrate 1 is flattened, an etching solution 7 is supplied from the center of the polishing pad 4 to the surface to be polished of the substrate 1 through a supply pipe 6 as shown in FIGS. And flows out to the periphery of the polishing pad 4 due to the centrifugal force accompanying the rotation of the polishing pad 4 as shown in FIG. The etching reaction by the etchant 7 is performed at a contact portion between the substrate 1 and the polishing pad 4 where frictional heat is generated. However, the rotation of the polishing pad 4 and the rotation of the substrate 1 cause an etching reaction other than the contact portion between the substrate 1 and the polishing pad 4. The etching solution 7 flows out, and the metal film surface of the substrate 1 is etched by the flowing out etching solution 7.
However, the etching reaction at a portion other than the contact portion between the substrate 1 and the polishing pad 4 is not controlled at all with respect to the temperature and concentration of the etching solution 7, and causes etching unevenness.

【0035】そこで、本発明においては、このようなエ
ッチングむらを引き起こさないように、研磨パッド4の
周囲にエッチング反応抑制剤9を滴下し、基板1と研磨
パッド4の接触部分から流出したエッチング液7のエッ
チング反応を抑制させあるいはエッチング反応をさせな
いようにして、基板1と研磨パッド4の接触部分のみで
選択的にエッチング反応を行なわせるようにするもので
ある。
Therefore, in the present invention, the etching reaction inhibitor 9 is dropped around the polishing pad 4 so as not to cause such etching unevenness, and the etching solution flowing out of the contact portion between the substrate 1 and the polishing pad 4 is removed. The etching reaction of 7 is suppressed or not performed so that the etching reaction is selectively performed only at the contact portion between the substrate 1 and the polishing pad 4.

【0036】エッチング反応の抑制は、エッチング液の
pH、温度、濃度を変化させることにより行なうことが
できる。ところで、金属のエッチングとpHの関係は、
一般に、プールベ線図で表せられる。図4にプールベ線
図の概念図を示し、その縦軸は、金属表面が水溶液との
間にとる平衡電位であり、横軸はpHである。なお、こ
こでいう平衡電位とは、正イオンが溶出する結果金属が
負に帯電し、さらに溶出しようとする正イオンは金属表
面に引きつけられ、これ以上イオンが溶出しなくなると
きの電位である。金属は、電位とpHの条件により、腐
食、不動態、不変態のいずれかをとる。腐食は水溶液中
に金属がイオンとして溶出する状態、不動態は表面に安
定な固体化合物が生成して腐食が停止した状態、不変態
は金属が裸の表面を水溶液に露出して腐食しない状態を
表す。金属配線の材料であるアルミや銅は、酸性、アル
カリ性の双方に腐食領域をもつ。また、それらの間に不
動態領域と不変態領域をもつ。したがって、pHをコン
トロールした液をウエハ等の基板上に供給することによ
り、腐食つまりエッチングを抑制することができる。ま
た、エッチング量にはエッチング液の濃度依存性や温度
依存性があるので、エッチング反応抑制剤として例えば
純水をノズルから滴下することによって、研磨パッドと
基板の接触部分以外の基板上に流出したエッチング液を
希釈し、冷却して、エッチング反応を抑制することがで
きる。化学反応は一般に10℃温度が変わると反応は2
倍変化するといわれており、そして、エッチング液の使
用温度は一般に20℃〜60℃であるので、エッチング
反応を抑制するためには、0℃〜10℃に温度調整され
た純水等のエッチング反応抑制剤を使用することが好ま
しい。図1に図示する実施例においては、エッチング液
とエッチング反応抑制剤のいずれも所望の温度に温度調
整する温度調整手段をそれぞれの供給手段16、17が
備えており、前述したような温度に設定して基板1上に
供給することができる。
The etching reaction can be suppressed by changing the pH, temperature and concentration of the etching solution. By the way, the relationship between metal etching and pH is
Generally, it can be represented by a Pourbaix diagram. FIG. 4 shows a conceptual diagram of the Pourbaix diagram, in which the vertical axis indicates the equilibrium potential between the metal surface and the aqueous solution, and the horizontal axis indicates pH. The term "equilibrium potential" as used herein refers to a potential at which a metal is negatively charged as a result of elution of a positive ion, and a positive ion to be further eluted is attracted to the metal surface so that no more ions elute. Metals take one of the following states: corrosion, passivation, and transformation, depending on the potential and pH conditions. Corrosion refers to the state in which the metal is eluted as ions in the aqueous solution, passivation refers to the state in which the formation of a stable solid compound on the surface stops the corrosion, and invariance refers to the state in which the metal exposes the bare surface to the aqueous solution and does not corrode. Represent. Aluminum and copper, which are materials for metal wiring, have corrosion areas in both acidity and alkalinity. In addition, there are a passivation region and a transformation region between them. Therefore, corrosion, that is, etching can be suppressed by supplying a liquid whose pH is controlled onto a substrate such as a wafer. In addition, since the etching amount has a concentration dependency and a temperature dependency of the etching solution, for example, pure water is dropped from a nozzle as an etching reaction inhibitor, and the etching amount flows out onto the substrate other than the contact portion between the polishing pad and the substrate. The etching reaction can be suppressed by diluting and cooling the etchant. The chemical reaction is generally 2 when the temperature changes by 10 ° C.
It is said that the temperature of the etching solution is doubled, and since the operating temperature of the etching solution is generally 20 ° C. to 60 ° C., in order to suppress the etching reaction, the etching reaction of pure water or the like whose temperature has been adjusted to 0 ° C. to 10 ° C. It is preferred to use inhibitors. In the embodiment shown in FIG. 1, each of the supply means 16 and 17 is provided with a temperature adjusting means for adjusting the temperature of both the etching solution and the etching reaction inhibitor to a desired temperature. And supplied on the substrate 1.

【0037】また、エッチング反応抑制剤によりエッチ
ング作用が低下もしくは停止した基板表面は、再び回転
する研磨パッドと接触した場合には、新たなエッチング
液の供給をうけて、エッチング液のpH、温度、濃度の
いずれかあるいはそれらの全てが上昇することにより、
再びエッチングされることはいうまでもない。
When the surface of the substrate whose etching action has been reduced or stopped by the etching reaction inhibitor comes into contact with the rotating polishing pad again, a new etching solution is supplied, and the pH, temperature, and temperature of the etching solution are reduced. By raising any or all of the concentrations,
It goes without saying that it is etched again.

【0038】エッチング反応抑制剤9を滴下するノズル
8は、図3の(a)ないし(c)に例示するように、種
々の配置構成とすることができる。図3の(a)は、研
磨パッド4の周囲に複数(図においては8個)のノズル
8を配列し、この複数のノズル8からエッチング反応抑
制剤9を基板1上に滴下する型式であり、図3の(b)
は、1個のノズル8を研磨パッド4の周囲に回動させる
型式であり、1個のノズル8を研磨パッド4の周りを回
動させながらエッチング反応抑制剤9を研磨パッド4の
周囲の基板1上に滴下する。また、図3の(c)は、研
磨パッド4の周囲において、研磨パッド4の走査と基板
1の回転によりエッチング反応抑制剤9が研磨パッド4
の下に流れ込むのを防ぐように、研磨パッド4の走査方
向Sの進行前方側および基板1の回転方向Tの進入側に
はノズルを配置せず、その他の周囲に複数のノズル8を
配置する型式であり、エッチング反応抑制剤9が研磨パ
ッド4の下に流れ込むのを防ぎ、基板1と研磨パッド4
の接触部分でのエッチング反応が抑制されるのを防止す
る。また、ノズル8は、図1および図3においては、研
磨パッド4とともに基板1上を走査する構成としている
が、ノズルを装置内の走査しない部材側に配置しても同
様の作用効果が得られることはいうまでもない。
The nozzle 8 into which the etching reaction inhibitor 9 is dropped can have various arrangements as exemplified in FIGS. 3A to 3C. FIG. 3A shows a type in which a plurality of (eight in the figure) nozzles 8 are arranged around a polishing pad 4 and an etching reaction inhibitor 9 is dropped on the substrate 1 from the plurality of nozzles 8. , FIG. 3 (b)
Is a type in which one nozzle 8 is rotated around the polishing pad 4, and the etching reaction inhibitor 9 is rotated while the one nozzle 8 is rotated around the polishing pad 4, and the substrate around the polishing pad 4 is rotated. Drop on 1. FIG. 3C shows that the etching reaction inhibitor 9 is applied around the polishing pad 4 by scanning of the polishing pad 4 and rotation of the substrate 1.
No nozzles are arranged on the front side in the scanning direction S of the polishing pad 4 and on the entrance side in the rotation direction T of the substrate 1 so as to prevent the nozzles 8 from flowing underneath, and a plurality of nozzles 8 are arranged around the other periphery. The substrate 1 and the polishing pad 4 are prevented from flowing under the polishing pad 4 by the etching reaction inhibitor 9.
To prevent the etching reaction at the contacting portion from being suppressed. Although the nozzle 8 scans the substrate 1 together with the polishing pad 4 in FIGS. 1 and 3, the same operation and effect can be obtained by disposing the nozzle on the non-scanning member side in the apparatus. Needless to say.

【0039】[0039]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ケミカル作用を主体とした化学的機械研磨(CMP)に
よって、研磨パッドと被研磨面との間に供給するエッチ
ング液の温度によりエッチングレートが変化する特性を
利用した選択的エッチングレートにより、金属膜を平坦
化しそして除去することができ、また、被研磨面と研磨
パッドに加える加工圧は、単に摩擦熱を発生させる程度
のものでよいので、従来の研磨加工のための所用の加工
圧力に比べて低減でき、さらに、比較的硬い研磨パッド
を採用すれば、より一層加工圧を低減することができ
る。これにより、被研磨面にディッシングが生じること
がなく、さらに、表面の微小なスクラッチや配線材料へ
の砥粒の埋没も発生しない。また、摩擦による発熱の促
進あるいは制御のために固体の微粒子を混合することも
できるが、この場合でも、加工圧が小さくしかも非常に
微細な粒径の微粒子を使用することができることから、
表面の微小なスクラッチや配線材料への砥粒の埋没もほ
とんど発生しない。
As described above, according to the present invention,
The metal film is formed by chemical mechanical polishing (CMP) mainly using a chemical action, by using a selective etching rate utilizing a characteristic that an etching rate changes according to a temperature of an etching solution supplied between a polishing pad and a surface to be polished. It can be flattened and removed, and the processing pressure applied to the surface to be polished and the polishing pad need only be such as to generate frictional heat. If a relatively hard polishing pad is employed, the processing pressure can be further reduced. As a result, dishing does not occur on the surface to be polished, and fine scratches on the surface and burying of abrasive grains in the wiring material do not occur. In addition, solid fine particles can be mixed for promoting or controlling heat generation due to friction.However, even in this case, fine particles having a small processing pressure and a very fine particle diameter can be used.
Very little scratches on the surface and burying of abrasive grains in the wiring material hardly occur.

【0040】また、ケミカル作用が主体であり、加工圧
を小さくすることができることから、従来のCMPのよ
うに、研磨後の表面近傍に加工変質層が形成されること
もなく、理想的な平坦化および金属膜の除去が行なえる
などの利点がある。加えて、このようなエッチング液
は、絶縁膜に対してのエッチング作用がないことから、
オーバーポリッシュの問題が発生しないので、ストッパ
ー膜が不要となるなどの利点もある。
Further, since the main effect is a chemical action and the processing pressure can be reduced, unlike the conventional CMP, a processed deteriorated layer is not formed near the surface after polishing, and the ideal flatness is obtained. This has the advantage that the metallization and removal of the metal film can be performed. In addition, since such an etchant has no etching action on the insulating film,
Since the problem of overpolishing does not occur, there is an advantage that a stopper film becomes unnecessary.

【0041】さらに、研磨パッドの周囲にエッチング反
応抑制剤を供給することにより、研磨パッドとウエハ等
の基板との接触部分以外の基板上に流出したエッチング
液を希釈、冷却してエッチング反応を抑制し、研磨パッ
ドとウエハ等の基板との接触部分のみで選択的にエッチ
ングが行なわれ、エッチングむらのない均一な平坦化加
工を行なうことができる。
Further, an etching reaction inhibitor is supplied around the polishing pad to dilute and cool the etching solution flowing out onto the substrate other than the contact portion between the polishing pad and the substrate such as a wafer, thereby suppressing the etching reaction. However, etching is selectively performed only at a contact portion between the polishing pad and a substrate such as a wafer, so that a uniform flattening process without etching unevenness can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係る半導体基板の平坦化方法を実施す
るための平坦化装置の概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a flattening apparatus for performing a semiconductor substrate flattening method according to the present invention.

【図2】図1に図示する平坦化装置におけるエッチング
液およびエッチング反応抑制剤の流れを示す部分概略構
成図である。
FIG. 2 is a partial schematic configuration diagram showing a flow of an etching solution and an etching reaction inhibitor in the planarizing apparatus shown in FIG.

【図3】(a)ないし(c)はそれぞれエッチング反応
抑制剤を滴下するノズルの配置例を示す模式図である。
FIGS. 3A to 3C are schematic diagrams showing examples of the arrangement of nozzles for dropping an etching reaction inhibitor, respectively.

【図4】金属のプールベ線図の概念図である。FIG. 4 is a conceptual diagram of a Pourbaix diagram of metal.

【図5】従来の化学的機械研磨(CMP)装置の概略構
成図である。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a conventional chemical mechanical polishing (CMP) apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板(ウエハ) 2 基板テーブル 3 ガイドリング 4 (硬質)研磨パッド 5 研磨ヘッド 6 供給管 7 エッチング液 8 ノズル 9 エッチング反応抑制剤 11 第1の駆動手段 12 第2の駆動手段 13 上下駆動および加圧手段 14 走査手段 16 エッチング液供給手段 17 エッチング反応抑制剤供給手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate (wafer) 2 Substrate table 3 Guide ring 4 (Hard) polishing pad 5 Polishing head 6 Supply pipe 7 Etching liquid 8 Nozzle 9 Etching reaction inhibitor 11 First driving means 12 Second driving means 13 Vertical drive and Pressure means 14 scanning means 16 etching liquid supply means 17 etching reaction inhibitor supply means

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板の表面に該半導体基板より小
さい研磨パッドをエッチング液を介して近接あるいは接
触させ、前記研磨パッドと前記半導体基板を前記半導体
基板の表面に沿う方向に相対運動させて前記半導体基板
の表面を平坦化する半導体基板の平坦化方法において、
前記半導体基板上における前記研磨パッドと対向する領
域に前記エッチング液を供給し、前記半導体基板上にお
ける前記研磨パッドの周辺にエッチング反応を抑制する
エッチング反応抑制剤を供給することを特徴とする半導
体基板の平坦化方法。
1. A polishing pad smaller than the semiconductor substrate is brought close to or in contact with the surface of the semiconductor substrate via an etchant, and the polishing pad and the semiconductor substrate are relatively moved in a direction along the surface of the semiconductor substrate. In a method of planarizing a semiconductor substrate for planarizing a surface of a semiconductor substrate,
A semiconductor substrate, wherein the etching liquid is supplied to a region on the semiconductor substrate facing the polishing pad, and an etching reaction inhibitor for suppressing an etching reaction is supplied to the periphery of the polishing pad on the semiconductor substrate. Flattening method.
【請求項2】 前記エッチング液は、前記研磨パッドの
中心部から供給されることを特徴とする請求項1記載の
半導体基板の平坦化方法。
2. The method according to claim 1, wherein the etchant is supplied from a central portion of the polishing pad.
【請求項3】 前記エッチング反応抑制剤は、前記研磨
パッドの周辺部に設けられた少なくとも1本のノズルか
ら供給されることを特徴とする請求項1または2記載の
半導体基板の平坦化方法。
3. The method according to claim 1, wherein the etching reaction inhibitor is supplied from at least one nozzle provided at a peripheral portion of the polishing pad.
【請求項4】 前記ノズルは前記研磨パッドとともに前
記半導体基板上を走査するように設けられていることを
特徴とする請求項3記載の半導体基板の平坦化方法。
4. The method according to claim 3, wherein the nozzle is provided so as to scan on the semiconductor substrate together with the polishing pad.
【請求項5】 前記エッチング液および前記エッチング
反応抑制剤は、それぞれ、所望の温度に温度調整された
状態で前記半導体基板上に供給されることを特徴とする
請求項1ないし4のいずれか1項に記載の半導体基板の
平坦化方法。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the etching solution and the etching reaction inhibitor are supplied onto the semiconductor substrate in a state where the temperature is adjusted to a desired temperature, respectively. 13. The method for flattening a semiconductor substrate according to the above item.
【請求項6】 半導体基板の表面に該半導体基板より小
さい研磨パッドをエッチング液を介して近接あるいは接
触させ、前記研磨パッドと前記半導体基板を前記半導体
基板の表面に沿う方向に相対運動させて前記半導体基板
の表面を平坦化する半導体基板の平坦化装置において、
前記半導体基板上における前記研磨パッドと対向する領
域に前記エッチング液を供給するエッチング液供給手段
と、前記半導体基板上における前記研磨パッドの周辺に
エッチング反応を抑制するエッチング反応抑制剤を供給
するエッチング反応抑制剤供給手段を有することを特徴
とする半導体基板の平坦化装置。
6. A polishing pad smaller than the semiconductor substrate is brought close to or in contact with the surface of the semiconductor substrate via an etchant, and the polishing pad and the semiconductor substrate are moved relative to each other in a direction along the surface of the semiconductor substrate. In a semiconductor substrate flattening apparatus for flattening the surface of a semiconductor substrate,
Etching solution supply means for supplying the etching solution to a region on the semiconductor substrate facing the polishing pad, and etching reaction for supplying an etching reaction inhibitor for suppressing an etching reaction to the periphery of the polishing pad on the semiconductor substrate An apparatus for planarizing a semiconductor substrate, comprising an inhibitor supplying means.
【請求項7】 前記エッチング液供給手段は、前記研磨
パッドの中心部を貫通する供給管を備え、該供給管を介
して前記エッチング液を前記半導体基板上に供給するこ
とを特徴とする請求項6記載の半導体基板の平坦化装
置。
7. The etching liquid supply means includes a supply pipe penetrating a central portion of the polishing pad, and supplies the etching liquid onto the semiconductor substrate via the supply pipe. 7. The apparatus for flattening a semiconductor substrate according to 6.
【請求項8】 前記エッチング反応抑制剤供給手段は、
前記研磨パッドの周辺部に設けられた少なくとも1本の
ノズルを備えていることを特徴とする請求項6または7
記載の半導体基板の平坦化装置。
8. The etching reaction inhibitor supplying means,
8. The apparatus according to claim 6, further comprising at least one nozzle provided at a peripheral portion of the polishing pad.
An apparatus for planarizing a semiconductor substrate as described in the above.
【請求項9】 前記ノズルは前記研磨パッドとともに前
記半導体基板上を走査するように設けられていることを
特徴とする請求項8記載の半導体基板の平坦化装置。
9. The apparatus according to claim 8, wherein said nozzle is provided so as to scan on said semiconductor substrate together with said polishing pad.
【請求項10】 前記エッチング液供給手段および前記
エッチング反応抑制剤供給手段は、それぞれ、前記エッ
チング液および前記エッチング反応抑制剤を所望の温度
に温度調整する温度調整手段を備えていることを特徴と
する請求項6ないし9のいずれか1項に記載の半導体基
板の平坦化装置。
10. The etching solution supply means and the etching reaction inhibitor supply means each include a temperature adjusting means for adjusting the temperature of the etching solution and the etching reaction inhibitor to a desired temperature. The apparatus for planarizing a semiconductor substrate according to claim 6.
【請求項11】 半導体基板を保持する基板保持手段
と、前記半導体基板より小さい研磨パッドを保持するパ
ッド保持手段と、前記基板保持手段を回転駆動する第1
の駆動手段と、前記パッド保持手段を回転駆動する第2
の駆動手段と、前記研磨パッドを前記基板保持手段を保
持される前記半導体基板に対して上下駆動および加圧す
る上下駆動および加圧手段とを備えていることを特徴と
する請求項6ないし10のいずれか1項に記載の半導体
基板の平坦化装置。
11. A substrate holding means for holding a semiconductor substrate, a pad holding means for holding a polishing pad smaller than the semiconductor substrate, and a first driving means for rotating the substrate holding means.
And a second driving means for rotating the pad holding means.
And a vertical drive and pressurizing means for vertically driving and pressing the polishing pad with respect to the semiconductor substrate holding the substrate holding means. An apparatus for planarizing a semiconductor substrate according to any one of the preceding claims.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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