JP2002254295A - 化学機械研磨装置の研磨パッドの前処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】新しい研磨パッドを装着した時の所定研磨速度
に達して安定化するまでの時間、すなわちブレークイン
処理に要する時間を短縮し、化学機械研磨装置の稼動率
を向上させることができる研磨パッドの前処理方法を提
供する。 【解決手段】化学機械研磨工程において使用される研磨
パッドを化学機械研磨装置に装着する前に、親水性の処
理液に所定時間浸漬して、前処理することにより、上記
課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学機械研磨方法
の技術分野に属し、より詳細には、化学機械研磨装置に
おける研磨パッド使用開始時の研磨速度低下を防止する
ことにより、安定的な稼働を可能とする化学機械研磨装
置の研磨パッドの前処理方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体基板の平坦化には化学機械
研磨方法が広く用いられている。化学機械研磨法（以
下、ＣＭＰ法という）は、研磨パッドが貼り付けられた
定盤と半導体基板等の被研磨材を保持する研磨ヘッドと
が、研磨パッドの研磨面と被研磨材の被研磨面とが対向
するように配置された化学機械研磨装置（以下、ＣＭＰ
装置という）において、被研磨材を研磨パッドに接触さ
せ、研磨液を供給しながら両者を相対的に移動させるこ
とにより実施されている。

【０００３】このＣＭＰ研磨法は、半導体基板の段差を
グローバルに平坦化することができるという利点を有す
る。しかし、半導体装置の量産時の平坦化処理工程に使
用した場合、研磨速度が一定でないと削れ残りや削れ過
ぎが発生し、半導体装置の歩留り低下の要因となる。ま
た、ある程度以上の研磨速度が得られないと処理時間な
どが延びてしまうなどの問題がある。このため、研磨速
度の厳密な管理がこの研磨工程を実施する上で非常に重
要である。

【０００４】通常のＣＭＰ装置では、研磨パッドの研磨
速度は、新規に装着した時点に比べて、使用が進むにつ
れて研磨速度が上昇する特性であることが知られてい
る。従って、量産に使用する以前に、新しい研磨パッド
の研磨速度を量産使用可能なレベルまで上げておく必要
があった。

【０００５】そのため、ＣＭＰ装置に新規の研磨パッド
を装着する際には、研磨パッドの研磨速度を量産使用可
能なレベルに上げるために、研磨パッドの使用状態を促
進するためのブレークイン処理などを行い、研磨速度を
上げ、かつ安定させる必要があった。研磨パッドのブレ
ークイン処理としては、ダイヤモンド砥粒ディスクを用
いたパッド表面のコンディショニングやダミーウェハ研
磨によるならし運転等がある。しかし、これらの処理を
行っても研磨速度を上げ、かつ安定化し、ＣＭＰ装置が
使用可能になるまでには一定の時間がかかるという問題
があった。

【０００６】すなわち、このようなブレークイン処理に
は、通常３、４時間を要し、ＣＭＰ法を実施する上での
ボトルネックとなっている。当然のことながら、このブ
レークイン処理に要する時間は、化学機械研磨工程全体
に要する時間に含まれるため、ブレークイン処理に長時
間を要すると、ＣＭＰ装置の稼動率が低下し、その結
果、実際の製品処理枚数が少なくなるという問題があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、化学機械研
磨装置に新しい研磨パッドを新規に装着した時の所定研
磨速度に達して安定化するまでの時間、すなわちブレー
クイン処理に要する時間を短縮し、それにより、化学機
械研磨装置の稼動率を向上させることができる化学機械
研磨装置の研磨パッドの前処理方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、本発明者は、鋭意研究した結果、化学機械研磨装置
に新規に装着する研磨パッドに特定の前処理を行うこと
により、研磨速度が安定するまでの時間、すなわち研磨
パッドのブレークイン処理に要する時間が短縮できるこ
とを知見し、本発明に至ったものである。すなわち、本
発明は、化学機械研磨工程において使用される研磨パッ
ドを前処理するに際し、研磨パッドを化学機械研磨装置
に装着する前に、親水性の処理液に所定時間浸漬するこ
とを特徴とする化学機械研磨装置の研磨パッドの前処理
方法を提供する。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の化学機械研磨装
置の研磨パッドの前処理方法について、詳細に説明す
る。まず、本発明の化学機械研磨（ＣＭＰ）装置の研磨
パッドの前処理方法が適用されるＣＭＰ装置の一例を図
１に示す。

【００１０】図１に示されるように、ＣＭＰ装置１０
は、本発明の前処理方法が適用される円状の研磨パッド
１２が貼り付けられた円状の定盤（プラテン）１４と、
定盤１４を回転可能に支持する回転軸１６と、研磨パッ
ド１２の一方の側に配置され、半導体基板（ウエハ）等
の被研磨材１８を保持する円状の研磨ヘッド２０と、研
磨ヘッド２０を回転可能に支持する回転軸２２と、研磨
パッド１２の中心部に研磨液（スラリー）２４を供給す
る研磨液供給ノズル２６とを有する。

【００１１】このようなＣＭＰ装置１０においては、研
磨ヘッド２０は、保持する半導体基板等の被研磨材１８
を所定圧力で研磨パッド１２に接触させた状態で、すな
わち所定の負荷がかけられた状態で、回転軸２２の回転
によって自転する。この時、ＣＭＰ装置１０では、スラ
リー供給ノズル２６から研磨パッド１２の中心部に研磨
液２４を滴下供給しつつ、定盤１４を回転軸１６によっ
て回転させることにより、被研磨材１８の表面を研磨す
る。

【００１２】図示例のＣＭＰ装置１０においては、さら
に、被研磨材１８の研磨が行われていない他方の側には
研磨パッド１２のコンディショニング処理を行うための
ダイアモンド砥粒を固定したディスク状のパッドコンデ
ィショナ２８が配置されている。このＣＭＰ装置１０に
おいては、パッドコンディショナ２８が、所定の圧力で
研磨パッド１２に圧着された状態で自転しながら、研磨
パッド１２の半径方向に往復運動し、研磨パッド１２表
面のコンディショニング（目立て）を行うことができ
る。

【００１３】すなわち、このＣＭＰ装置１０において
は、図示例のように、被研磨材１８を取り付けた研磨ヘ
ッド２０とパッドコンディショナ２８との両方を研磨パ
ッド１２に押し付けて、研磨パッド１２による被研磨材
１８の研磨とパッドコンディショナ２８による研磨パッ
ド１２のコンディショニングを同時に行うことができる
が、両者を同時に行うものに限定されず、いずれか一方
のみを実施するものであってよいことはいうまでもな
い。

【００１４】例えば、新しい研磨パッド１２を定盤１４
に新規に取り付けて、新規研磨パッド１２のコンディシ
ョニングを行う場合には、通常、パッドコンディショナ
２８のみを研磨パッド１２に圧着させて一定時間コンデ
ィショニングを行った後に、被研磨材１８の代りにダミ
ーウェハを取り付けた研磨ヘッド２０を用いて、ＣＭＰ
装置１０のならし運転を行い、研磨速度をチェックした
後に、ダミーウエハを被研磨材１８に交換し、研磨ヘッ
ド２０に取り付けられた被研磨材１８のみを研磨パッド
１２に圧着させて、被研磨材１８の研磨を行うのが好ま
しい。

【００１５】本発明の化学機械研磨装置の研磨パッドの
前処理方法においては、このようなＣＭＰ装置１０の定
盤１４に新しい研磨パッド１２を定盤１４に新規に装着
する前に、新しい研磨パッドを親水性の処理液に所定の
時間浸漬させる。

【００１６】本発明において、研磨パッドを親水性の処
理液に浸漬させる方法は、研磨パッドを処理液に浸漬で
きれば、どのような方法であってもよく、例えば、研磨
パッドを浸漬するのに十分な大きさの浸漬槽に親水性の
処理液を満たし、そこに研磨パッドを浸漬することで好
ましく実施できる。

【００１７】本発明において、研磨パッドを浸漬させる
親水性の処理液は、親水性の液体であればいずれであっ
てもよく、例えば純水であってもよい。この他、本発明
の研磨パッドの前処理方法に使用可能な親水性の液体と
しては、有機系の液体として、メタノール、エタノール
等のアルコール類が挙げられ、無機系の液体としてはア
ンモニア等のアミン類、ＫＯＨ、ＮａＯＨ等のアルカリ
性の水溶液、または弱酸性の有機酸若しくは無機酸の水
溶液が例示できる。

【００１８】本発明において、研磨パッドを処理液に浸
漬する時間は、研磨速度の促進効果が認められれば何時
間でも良く、研磨パッドの材質または大きさによって適
宜選定すれば良いが、親水性の処理液に２時間以上浸漬
することが好ましい。研磨パッドを親水性の処理液に２
時間以上浸漬させることにより、新規に装着した新しい
研磨パッドの研磨速度が、短時間で上昇しかつ安定化
し、半導体基板の量産に使用可能なレベルにすることが
できる。

【００１９】本発明法が適用される研磨パッドは、特に
制限的ではなく、ＣＭＰ装置に通常使用される研磨パッ
ドであればどのような研磨パッドであっても良い。例え
ば、発泡ポリウレタン製の研磨パッド、吸湿性繊維の不
織布であるペロンクロス、合成繊維系の不織布にカーボ
ン樹脂をコーティングしたポリパス、フェルトクロス、
なめし皮等を挙げることができる。

【００２０】本発明法においては、親水性の液体に純水
以外の液体、例えばアルコール類やアミン類を使用した
場合、研磨パッドは前処理実施後純水で置換してからＣ
ＭＰ装置に装着するのが好ましい。

【００２１】なお、本発明の研磨パッドの前処理方法が
適用可能なＣＭＰ装置は、ＣＭＰ装置であれば、特に制
限的ではなく、どのようなＣＭＰ装置であっても良く、
例えば、従来公知の種々のＣＭＰ装置を上げることがで
きる。例えば、本発明法が適用可能なＣＭＰ装置として
は、図２に示すＣＭＰ装置も例示できる。

【００２２】同図において、ＣＭＰ装置５０は、研磨パ
ッド５２が貼り付けられた定盤５４と、定盤５４を回転
可能に支持する回転軸５６と、半導体基板等の被研磨材
５８を保持する研磨ヘッド６０と、研磨ヘッド６０を回
転可能に保持する回転軸６２とを備え、研磨パッド５２
の研磨面と被研磨材５８の被研磨面とが対向するように
配置されている。定盤５４および回転軸５６の内部には
研磨液５４を供給するための研磨液ライン６６が形成さ
れ、研磨パッド５２には研磨液ライン６６と連通する研
磨液吐出口６８が設けられており、研磨液ライン６６を
通過した研磨液６４は、研磨パッド５２の研磨液吐出口
６８から研磨パッド５２の研磨面上に供給される。

【００２３】そして、ＣＭＰ装置５０においては、吐出
口６４から研磨液６４を吐出しながら、被研磨材５８の
被研磨面を研磨パッド５２の研磨面に所定の圧力で圧着
させた状態で、すなわち研磨ヘッド６０により研磨パッ
ド５２に対して被研磨材５８に所定の負荷をかけた状態
で、被研磨材５８を保持する研磨ヘッド６０をその回転
軸６２を中心として所定速度で自転させ、一方、研磨パ
ッド５２が貼り付けられた定盤５４をその回転軸５６の
中心が所定速度で偏心運動（オービタル回転）するよう
に、偏心回転させることにより、被研磨材５８の表面を
研磨パッド５２により研磨する。

【００２４】このようなＣＭＰ装置５０においても、新
しい研磨パッド５２を定盤５４に取り付ける前に、親水
性の処理液に所定時間浸漬しておく。その後、所定時間
処理液に浸漬された新しい研磨パッド５２を、定盤５４
に取り付けて、図１に示すＣＭＰ装置１０の場合と同様
に、図示しないパッドコンディショナによってコンディ
ショニング（目立て）を行った後、被研磨材５８の代り
にダミーウェハを取り付けた研磨ヘッド６０を用いて、
ＣＭＰ装置６０のならし運転を行い、研磨速度をチェッ
クする。

【００２５】この時、新しい研磨パッド５２は親水性の
処理液に所定時間浸漬されたものであるので、研磨速度
が量産レベルに達しかつ安定化するまでのコンディショ
ニングおよびならし運転に要する時間を短縮することが
できる。この後に、ダミーウエハを被研磨材５８に交換
し、研磨ヘッド６０に取り付けられた被研磨材５８を研
磨パッド５２に圧着させて、所定の量産レベルの研磨速
度で被研磨材５８の研磨を行うことができる。

【００２６】なお、本発明において、パッドコンディシ
ョナによるコンディショニングおよびダミーウェハを取
り付けた研磨ヘッドによるならし運転に要する時間、す
なわちブレークイン処理に要する時間は、特に制限的で
はなく、対象とするＣＭＰ装置や、研磨パッドを取り付
ける定盤や研磨ヘッドの回転速度や、被研磨材や研磨パ
ッドの種類やサイズや、親水性処理液の種類や浸漬時間
などによって適宜決定すれば良い。

【００２７】

【実施例】以下、実施例により、本発明の化学機械研磨
装置の研磨パッドの前処理方法を具体的に説明する。本
実施例では、本発明の化学機械研磨装置の研磨パッドの
前処理方法による、研磨パッドの研磨速度の促進効果や
安定化効果、すなわちブレークイン処理に要する時間の
短縮効果を確認するため、図１に示すＣＭＰ装置１０を
用いた。

【００２８】図１中、定盤１２の直径は約６００ｍｍで
ある。ＣＭＰ装置１０では、研磨工程時、研磨パッドの
研磨面には研磨液（ＫＯＨベース、ヒュームドシリカス
ラリ）を１５０ｍｌ／ｍｉｎで供給した。本実施例にお
いて、研磨パッド１２として、発泡ポリウレタンパッド
と不織布パッドとの積層パッド（ロデール・ニッタ社
製）を用い、被研磨材１８には、テトラエトシキシリケ
ート（ＴＥＯＳ）を原料とするＣＶＤ法によって堆積さ
れたシリコン酸化膜が形成された直径１５０ｍｍの円板
状の半導体ウエハを用いた。また、研磨定盤および被研
磨材の回転速度はそれぞれ４０ｒｐｍ、４５ｒｐｍとし
た。

【００２９】本実施例では、新しい研磨パッドを純水に
３時間浸漬させた後、図１に示すＣＭＰ装置１０に装着
し、パッドコンディショナによるブレークイン処理時間
と研磨速度との関係を調べた。本発明法による研磨速度
の研磨パッド立ち上げ時のブレークイン処理時間依存性
の結果を図３に示す。比較例として、浸漬処理していな
い新しい研磨パッドについても、同様の手順でブレーク
イン処理時間と研磨速度との関係を調べた。従来方法に
よる研磨速度の研磨パッド立ち上げ時のコンディショニ
ング処理時間依存性の結果を図４に示す。なお、図３お
よび図４は、ブレークイン処理時間３０分毎に研磨速度
を測定した結果を示している。

【００３０】図３および図４の結果から明らかなよう
に、研磨パッドを３時間純水に浸漬させた実施例では、
研磨開始後、研磨速度が約２９０ｎｍ／ｍｉｎに達して
安定するまでに要する時間が約３０分であるのに対し、
比較例では研磨速度が約２９０ｎｍ／ｍｉｎに達して安
定するまでに要する時間が約２時間３０分であった。こ
の結果により、本発明の研磨パッドの前処理方法によっ
て、研磨速度を安定させ、量産を開始するまでに必要な
ブレークイン処理時間が大幅に短縮されることが確認さ
れる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
新しい研磨パッドの使用開始時の速度低下が解消され、
例えばブレークイン処理に要する時間が短縮されるの
で、化学機械研磨（ＣＭＰ）装置の稼動率が上がり、化
学機械研磨（ＣＭＰ）工程における効率化を図ることが
でき、化学機械研磨工程における半導体基板の処理枚数
を増加させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明法が適用される化学機械研磨装置の一
実施例の模式斜視図である。

【図２】 本発明法が適用される化学機械研磨装置の別
の実施例の模式断面図である。

【図３】 本発明法による研磨速度の研磨パッド立ち上
げ時のブレークイン処理時間依存性を示すグラフであ
る。

【図４】 従来方法による研磨速度の研磨パッド立ち上
げ時のブレークイン処理時間依存性を示すグラフであ
る。

【符号の説明】

１０、５０ 研磨装置 １２、５２ 研磨パッド １４、５４ 定盤 １６、２２、５６、６２ 回転軸 １８、５８ 被研磨材 ２０、６０ 研磨ヘッド ２４、６４ 研磨液 ２６ 研磨液供給ノズル ２８ パッドコンディショナ ６６ 研磨液ライン ６８ 研磨液吐出口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】化学機械研磨工程において使用される研磨
   パッドを前処理するに際し、 前記研磨パッドを化学機械研磨装置に装着する前に、親
   水性の処理液に所定時間浸漬することを特徴とする化学
   機械研磨装置の研磨パッドの前処理方法。
2. 【請求項２】前記処理液に浸漬する前記所定時間が、２
   時間以上である請求項１に記載の化学機械研磨装置の研
   磨パッドの前処理方法。
3. 【請求項３】前記処理液が、純水である請求項１または
   ２に記載の化学機械研磨装置の研磨パッドの前処理方
   法。