JP2001219363A - 研磨パッド及び研磨パッドの製造方法及び研磨パッドを用いた加工物の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨パッドの目立て状態を均一の状態で維持し
て、安定してウエハを研磨する。 【解決手段】回転する研磨パッドの表面に研削工具を押
し当てて、研磨パッドの円周方向に沿った同方向に研磨
パッドの表面の目の方向を揃える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加工物を研磨す
る研磨パッド、及び研磨パッドの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、半導体装置の製造分野では、素子
の微細化と集積する素子数の増大化とが進み、配線を多
層化することが常識となっている。配線を多層化する場
合、層間絶縁膜を介して配線をただ重ねるだけでは、層
間絶縁膜の表面に凹凸が生じ、露光処理等に影響を及ぼ
すことになる。

【０００３】従って、多層配線技術では、層間絶縁膜
（例えばＳｉＯ２膜）の平坦度を如何に改善できるかが
主要課題とされている。

【０００４】層間絶縁膜の平坦度の改善手法としては、
例えば、層間絶縁膜との固相反応性に富んだ研磨液を用
いて層間絶縁膜の表面を研磨するＣＭＰ(Chemical Mech
anical Polishing)技術が知られている。

【０００５】さて、研磨パッドを用いた研磨工程におい
ては、被加工物であるウエハ等を研磨パッドに押し付け
るため、研磨パッドが変形し、さらに、研磨パッドの表
面に被加工屑等が付着して、研磨時間が長くなるにつれ
て研磨パッドの作業面が劣化する。研磨パッドの作業面
が劣化すると、研磨能率が低下するため、設定研磨量よ
りも実研磨量が小さくなる。この研磨能率の低下を抑制
するため、従来技術では、ウエハ等の研磨工程におい
て、例えば、所定枚数のウエハを研磨する毎に、ダミー
ウエハを研磨装置にセットし、このダミーウエハを研磨
パッドで研磨することで、研磨能率を調べ、研磨能率が
低下していれば、研磨パッドのドレッシングを実行して
いる。

【０００６】現状の研磨パッドの製造工程では、成形し
たパッドの素材を刃物でスライスして切り出すか、ある
いは成形したパッドの素材の表面を一定の方向に研削砥
石で削って仕上げている。しかし上記の方法では研磨パ
ッドの厚さが不均一で表面が平坦でないため、たとえば
特開平１１−１０５２１号公報に示されるように、研磨
パッドの表面を研削加工して研磨パッドの表面を平坦に
することも行われている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年においては、研磨
パッドの研磨性能をより高い状態で維持しておく技術が
求められている。しかしながら、従来は研磨性能をより
高い状態で維持するために、研磨パッドの表面の目の状
態に関する配慮がなかった。

【０００８】従来の研磨パッドの製造方法により、研磨
パッドの表面には直線的に一定の方向を向いた目が形成
される。

【０００９】しかし、研磨パッドを研磨装置に取り付
け、研磨パッドの表面をドレッサーを用いてドレッシン
グする場合、研磨パッドが回転するため、研磨パッドが
半回転するたびに目の方向が逆になった表面をドレッシ
ングすることになる。

【００１０】従って、研磨パッド表面の目の方向が研磨
パッドの円周方向と一致して目の状態が安定するまで、
研磨パッドの表面をかなりの時間をかけて削り込む必要
が生じる。

【００１１】すなわち、従来の研磨パッドを用いると研
磨パッドを交換するたびに、研磨パッドの表面をかなり
の時間をかけて削り込みながらダミーウエハを研磨して
研磨能率や研磨量不均一性の安定性を確認しなければな
らず、製造効率の点から好ましくない。

【００１２】そこで、本願の発明者らは、研磨パッドを
以下のように製造する方法を見出した。これは、研磨パ
ッドの表面を、研磨パッドの円周方向に砥石で研削する
ことにより、表面の凹凸の目を円周に沿った一方向に形
成した研磨パッドを製造する方法である。

【００１３】本発明の目的は、研磨パッドの表面状態を
研磨パッド使用開始時より継続的に、被加工物の研磨能
率と研磨量均一性を常に安定して研磨することができる
研磨パッド、及び研磨パッドの製造方法を提供すること
にある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の研磨パッドは、被加工物に対して相対移動
させて、前記被加工物を研磨する研磨パッドにおいて、
前記研磨パッドの表面の目の方向が研磨パッドの円周に
沿って同方向であることを特徴とする。

【００１５】また、上記目的を達成するために、本発明
の研磨パッドは、表面の目の方向が前記研磨パッドの円
周に沿って右回転の方向に同方向であるか、または左回
転方向に同方向であることを特徴とする。

【００１６】また、上記の目的を達成するために、本発
明の研磨パッドは、回転する前記研磨パッドの表面に工
具を押し当てることにより、前記研磨パッドの円周に沿
った一定の方向に目の方向を形成した。

【００１７】また、上記の目的を達成するために、本発
明の研磨パッドは、回転する前記研磨パッドの表面に押
し当てる前記工具が、円錐形または円錐の一部を有する
形状とする。

【００１８】また、上記の目的を達成するために、本発
明の研磨パッドの製造方法は、被加工物に対して相対移
動させて前記被加工物を研磨するとともに、回転する前
記研磨パッドの表面に工具を押し当てて、前記研磨パッ
ドの円周に沿った一定の方向に目の方向を形成する工程
を有する。

【００１９】また、上記の目的を達成するために、本発
明の研磨パッドを用いた加工物の製造方法は、加工物を
上記のいずれかの前記研磨パッドと相対移動させて研磨
する工程を有する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る研磨パッドと
研磨パッドの製造方法について、図面を用いて説明す
る。

【００２１】まず、図１を用いて、第１の実施形態とし
ての研磨パッドの製造方法について説明する。

【００２２】本実施形態の研磨パッドの製造方法に用い
る機構は、図１に示すように、研磨パッド１を支持する
定盤３と、研磨パッド１の半径方向に設置された回転軸
を中心として回転可能で、研磨パッド１の半径方向の表
面に押し当てることが可能な円錐形状または円錐の一部
の形状をした研削工具２ａと、研磨パッド１上に研削液
を供給する研削液供給管９を備えている。

【００２３】次に、図１及び図２を用いて、以上で述べ
た研磨パッドの製造方法について説明する。

【００２４】ここでは、製造対象である研磨パッドが、
成形、切り出しを終えたシート状態で、円形に成形され
ているとする。

【００２５】本発明の実施形態では、以下の条件で研磨
パッド１を研削する。 研磨パッドの直径：６１０ｍｍ 回転テーブルの回転数：１００ｒ／ｍｉｎ 研削工具の回転数：１０ｒ／ｍｉｎ 研磨パッドと研削工具の相対速度：２.１ｍ／ｍｉｎ 研削工具の軸方向の長さ：３００ｍｍ 研削時間：１ｍｉｎ／枚 研削圧力：１５ｋｐａ 研削液：超純水 供給量：１００ｍｌ／ｍｉｎ

【００２６】研磨パッド１を回転させ、研磨パッド１上
に研削液として超純水を供給しながら回転する研削工具
２ａを研磨パッド１の表面に押しつけると、研磨パッド
１の表面は研削工具２ａによって研削加工される。研磨
パッドと研削工具の相対速度が一定になるように、研削
工具２ａの形状は、円錐形状の一部となっている。この
場合、研磨パッドの周速度よりも研削砥石の周速が小さ
くなるように設定し、研磨パッド１の表面には、円周に
沿った反時計回りの一方向に目５が形成されている。

【００２７】次に、第二の実施形態について図２を用い
て説明する。図２に示す研磨パッド１ａは、上記の研削
加工を施したものである。回転する研磨パッド１に回転
するドレッサー６を押圧摺動し、研磨パッド１ａの表面
をドレッシングする。この場合、回転テーブル３２の回
転方向と研削砥石２ａの回転方向を同一方向とし、研削
砥石２ａの周速度を回転テーブル３の周速度よりも遅く
設定することにより、図２のＡＡ‘断面に示すように、
ドレッサー６に固定されたダイヤモンド砥粒７に対して
研磨パッド１ａの目５が常に一定の姿勢で接触するた
め、研磨パッド１ａの表面の目５の状態がドレッシング
開始直後から安定する。本発明の実施例では、研磨パッ
ド１ａの表面をドレッサー６でドレッシングしながら、
回転するウエハ８を研磨パッド１ａに押圧摺動させて研
磨する。

【００２８】従って、ウエハ８は、安定した姿勢の目５
と接触摺動することになる。使用する研磨機の定盤が図
２と逆の反時計回りの場合には、図１において、回転テ
ーブル３及び研削工具２ａの回転方向をそれぞれ逆方向
に回転させることにより研磨パッド表面の目５の方向を
図２と逆の方向に形成する。

【００２９】ここで、図３を用いて、従来の研磨パッド
１ｂを用いた場合の、研磨パッド１ｂのドレッシングへ
の作用とウエハの研磨への作用を説明する。従来の研磨
パッド１ｂでは、図３（ａ）と（ｂ）に示すように、目
５の姿勢の状態は、表面の一方向を向いている。従っ
て、ドレッサー６で研磨パッド１ｂの表面をドレッシン
グする場合、図３（ａ）の断面図では、ドレッサー６に
固定されたダイヤモンド砥粒７は、研磨パッド１ｂの目
５の姿勢に逆らうように研磨パッド１ｂの表面に作用す
る。また、図３（ｂ）に示すように、研磨パッド１ｂが
１８０度回転した時点では、ドレッサー６に固定された
ダイヤモンド砥粒７は、研磨パッド１ｂの目５の姿勢と
同方向に、目５の姿勢を保つように研磨パッド１ｂの表
面に作用する。研磨パッド１ｂが回転するため、ダイヤ
モンド砥粒７は研磨パッド１ｂの表面の目５の姿勢と逆
らう方向と同方向に交互に作用することになり、研磨パ
ッド１ｂの表面は常に不安定な状態となる。従って、ウ
エハ８は、常に不安定な状態の姿勢の目５と接触摺動す
ることになる。その結果、目５の方向によって研磨能率
に差が生じ、ウエハ面内の研磨量ばらつきが生じる。

【００３０】本願では、図１に示すように目５の方向の
揃った研磨パッドを用いるので以上図３で起こったこと
は生じない。

【００３１】本発明の第二の実施例では、以下の条件で
ウエハを研磨する。研磨対象である被加工物が、表面に
ＳｉＯ２の層間絶縁膜が形成された８インチのＳｉウエ
ハとする。 回転テーブルの回転数：１００ｒ／ｍｉｎ ウエハチャックの回転数：９０ｒ／ｍｉｎ 研磨時間：１ｍｉｎ／枚 研磨圧力：３０ｋｐａ 研磨液：粒径約３０ｎｍのシリカ砥粒を約１２％含有す
るアルカリ溶液 研磨液の供給量：２００ｍｌ／ｍｉｎ ドレッサーの回転数：８０ｒ／ｍｉｎ ドレッシング圧力：１０ｋｐａ

【００３２】研磨パッドには、本発明の研磨パッド及び
従来の研磨パッドを使用した。研磨中には、研磨パッド
の表面がつぶれたり、表面に加工屑等が付着し、研磨レ
ートが低下するため、研磨パッドの表面を再生するため
に、研磨開始時より、研磨パッドのドレッシングをウエ
ハの研磨と並行して行った。すなわち、ドレッシングは
ウエハの研磨と同時に行う、いわゆるインプロセスドレ
ッシングとした。研磨したウエハの研磨能率の測定に
は、光学式の膜厚測定器（ナノメトリクス社製、ナノス
ペック５０００）を用いた。研磨前の絶縁膜の厚さから
研磨後の膜厚を差し引いた値を研磨時間で除した値を研
磨能率とした。さらに、（数１）により、研磨量分布Ｕ
を求めた。

【００３３】

【数１】

【００３４】なお、（数１）において、Ｖmaxは最大研
磨量、Ｖminは最小研磨量、Ｖaveは平均研磨量である。

【００３５】図４に示すように、本実施例の研磨パッド
を用いた場合には、研磨開始時から、研磨能率が安定
し、５００ウエハを研磨し終わった時点で研磨能率は研
磨開始初期から安定して低下し、最終的に初期から約１
０％低下し、ウエハの研磨能率の変動を±５％以下に抑
えることができた。

【００３６】一方、従来技術の研磨パッドではウエハ１
００枚を研磨するまでパッドの表面状態が安定しないた
め、研磨能率の低下が大きく、ウエハ５００枚を研磨し
た時点で研磨能率が初期から約４５％低下した。この場
合、研磨能率の低下の大きい、ウエハ１００枚を研磨す
る時間だけ、ダミーウエハを用い、製品ウエハを安定し
て研磨するまでに多くの時間を費やす。また、図５に示
すように、本実施例の研磨パッドを用いた場合には、研
磨開始時から、ウエハ５００枚研磨終了時まで研磨量不
均一性が±３〜４％で安定した。

【００３７】一方、従来技術の研磨パッドでは研磨量不
均一性が８〜１１％と劣化した。

【００３８】以上のように、本実施形態では、研磨パッ
ド１を新たに使用する場合に、研磨パッド１の表面のド
レッシングの状態を使用開始時から安定した状態で維持
することができ、ウエハの研磨能率の低下、ウエハの研
磨量不均一性の増加を抑えることできる。特に、本実施
形態では、以上のように、ウエハの研磨能率の変動を±
５％以下に抑えることができると共に、ウエハの層間絶
縁層の研磨量ばらつきを±３〜４％以下に抑えることが
できた。例えば、線幅０．１３μｍの超微細線の層間膜
に要求される条件を満たすことができる。

【００３９】なお、以上の第二の実施形態では、パッド
１の表面を表面処理するために回転する研削工具を研磨
パッド表面に押し当てるが、研削工具を回転させなが
ら、研削工具の回転軸の方向、すなわち研磨パッドの半
径方向に研削工具を揺動させてもよい。

【００４０】次に、本発明に係る研磨パッドの製造方法
の第三の実施形態について、図６を用いて説明する。

【００４１】図６に示すように、研磨パッド１を製造す
るための機構は図１とほぼ同様であるが、円筒形状の研
削工具２ｂを研磨パッド１の半径方向に揺動しながら、
研磨パッド１の表面に水平に設置された軸を中心に回転
可能な円筒形状の研削工具２ｂを備えている。

【００４２】図６に示すように、円筒形状の研削工具２
ｂを、研磨パッド１の半径方向に揺動させながら研磨パ
ッド１の表面を研削した。

【００４３】本発明の第三の実施形態では、以下の条件
で研磨パッド１を研削する。 研磨パッドの直径：６１０ｍｍ 回転テーブルの回転数：１００ｒ／ｍｉｎ 研削工具の回転数：１０ｒ／ｍｉｎ 研削工具の軸方向の長さ：５０ｍｍ 研削工具の揺動幅：研磨パッドの半径１５０ｍｍを中心
として研磨パッド の半径方向に内外それぞれ１５０ｍｍ 研削時間：３ｍｉｎ／枚 研削圧力：１５ｋｐａ 研削液：超純水 供給量：１００ｍｌ／ｍｉｎ

【００４４】以上、本実施形態では、研削工具２ｂが研
磨パッドの半径長さに対して充分短いため、研磨パッド
１の半径方向にうねりのある場合でも研削工具２ｂが研
磨パッド１の表面に追従して目５を均一に形成すること
ができ、基本的に第一の実施形態と同様の、研磨パッド
１の効果を得ることができる。なお、図６、７の２ｂを
用いて、ウエハ研磨中に研磨パッドの目立ても行うこと
が可能である。

【００４５】次に、本発明に係る研磨パッドの製造方法
の第四の実施形態について、図７を用いて説明する。図
７に示すように、研磨パッド１を製造するための機構は
図１とほぼ同様であるが、円板形状の研削工具２ｃを研
磨パッド１の半径方向に揺動しながら、研磨パッド１の
表面に水平に設置された軸を中心に回転可能な円筒形状
の研削工具２ｂを備えている。図７に示すように、円板
形状の研削工具２ｃを、研磨パッド１の半径方向に揺動
させながら研磨パッド１の表面を研削した。

【００４６】本発明の第四の実施形態では、以下の条件
で研磨パッド１を研削する。 研磨パッドの直径：６１０ｍｍ 回転テーブルの回転数：１００ｒ／ｍｉｎ 研削工具の回転数：９０ｒ／ｍｉｎ 研削工具の直径：１００ｍｍ 研削工具の揺動幅：研磨パッドの半径１５０ｍｍを中心
として研磨パッド の半径方向に内外それぞれ１５０ｍｍ 研削時間：１０ｍｉｎ／枚 研削圧力：１０ｋｐａ 研削液：超純水 供給量：１００ｍｌ／ｍｉｎ

【００４７】以上、本実施形態では、研磨パッド１の半
径方向にうねりのある場合でも研削工具２ｃが研磨パッ
ド１の表面に追従して目５を均一に形成することがで
き、基本的に第一の実施形態と同様の、研磨パッド１の
効果を得ることができる。

【００４８】また、以上の各実施形態は、いずれも、半
導体ウエハ１の研磨に関するものであるが、本発明は、
これに限定されるものではなく、磁気ヘッド用ウエハや
液晶用ウエハ等、他の被加工物の研磨に関して本発明を
適用してもよい。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、研磨パッドの表面の目
が円周方向に沿った一方向に形成しているので、研磨パ
ッドを貼り替えた直後から、研磨能率及び研磨分布の均
一性等の研磨特性を安定化することができるため、過剰
研磨がなくなり、研磨したウエハの歩留まりが向上す
る。さらに、研磨パッドのドレッシングの条件出しが不
要となるため、スループットが向上し、製造コストを低
減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第一の実施形態における研磨パッ
ドの製造方法を示す図である。

【図２】本発明に係る第一の実施形態における研磨パッ
ドを示す図と、研磨パッドを研磨装置に取り付けてドレ
ッシングを行っている状態を示す図である。

【図３】従来の研磨パッドを示す図と、従来の研磨パッ
ドを研磨装置に取り付けてドレッシングを行っている状
態を示す図である。

【図４】本発明に係る第一の実施形態における研磨パッ
ドと従来の研磨パッドについて、ウエハ研磨枚数とウエ
ハの研磨能率との関係を示す図である。

【図５】本発明に係る第一の実施形態における研磨パッ
ドと従来の研磨パッドについて、ウエハ研磨枚数とウエ
ハの研磨量不均一性との関係を示す図である。

【図６】本発明に係る第二の実施形態における研磨パッ
ドの製造方法を示す図である。

【図７】本発明に係る第三の実施形態における研磨パッ
ドの製造方法を示す図である。

【符号の説明】

１…研磨パッド、２ａ…研削工具、２ｂ…研削工具、２
ｃ…研削工具、３…回転テーブル、４…回転軸、５…研
磨パッドの表面凹凸の目、６…ドレッサー、７…ダイヤ
モンド砥粒、８…ウエハ、９…研削液供給管、１０…研
磨液供給管。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 秀己 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 西口 隆 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内 Ｆターム(参考） 3C047 BB01 BB15 BB16 EE11 3C058 AA03 AA04 AA07 AA09 AA19 AC04 CB01 CB03 DA17

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加工物に対して相対移動させて、前記被
   加工物を研磨する研磨パッドにおいて、前記研磨パッド
   の表面の目の方向が研磨パッドの円周に沿って同方向で
   あることを特徴とする研磨パッド。
2. 【請求項２】請求項１に記載の研磨パッドにおいて、前
   記研磨パッドの表面の目の方向が前記研磨パッドの円周
   に沿って右回転の方向に同方向であるか、または左回転
   方向に同方向であることを特徴とする研磨パッド。
3. 【請求項３】請求項１又は２のいずれかに記載の研磨パ
   ッドにおいて、回転する前記研磨パッドの表面に工具を
   押し当てることにより、前記研磨パッドの円周に沿った
   一定の方向に目の方向を形成したことを特徴とする研磨
   パッド。
4. 【請求項４】請求項３に記載の研磨パッドにおいて、回
   転する前記研磨パッドの表面に押し当てる前記工具が、
   円錐形または円錐の一部を有する形状であることを特徴
   とする研磨パッド。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のいずれかに記載の研磨パ
   ッドにおいて、回転する前記パッドの表面に、回転する
   前記工具を押し当てながら、前記研磨パッドの半径方向
   に前記工具を揺動させることにより、前記研磨パッドの
   円周に沿った一定の方向に目の方向を形成したことを特
   徴とする研磨パッド。
6. 【請求項６】被加工物に対して相対移動させて前記被加
   工物を研磨するとともに、回転する前記研磨パッドの表
   面に工具を押し当てて、前記研磨パッドの円周に沿った
   一定の方向に目の方向を形成することを特徴とする研磨
   パッドの製造方法。
7. 【請求項７】被加工物に対して相対移動させて前記被加
   工物を研磨するとともに、回転する前記研磨パッドの表
   面に回転する工具を押し当ててながら、前記研磨パッド
   の半径方向に前記工具を揺動し、前記研磨パッドの円周
   に沿った一定の方向に目の方向を形成することを特徴と
   する研磨パッドの製造方法。
8. 【請求項８】加工物の製造方法において、加工物を請求
   項１乃至５のいずれかに記載の前記研磨パッドと相対移
   動させて研磨する工程を有することを特徴とする加工物
   の製造方法。