JP2004140130A

JP2004140130A - 半導体基板研磨用パッドと研磨方法

Info

Publication number: JP2004140130A
Application number: JP2002302482A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Yoshizawa; 吉澤　康; Hisatomo Oi; 多　久智
Original assignee: Nihon Micro Coating Co Ltd
Current assignee: Nihon Micro Coating Co Ltd
Priority date: 2002-10-17
Filing date: 2002-10-17
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】半導体基板の化学機械研磨において、工程数を増加させることなく、スクラッチのない研磨面を与える研磨パッド及び研磨方法を提供する。
【解決手段】半導体基板表面を化学機械研磨するための研磨パッド１は、エンボス加工により形成された凹条の溝４を有する。研磨パッド１は連続気泡樹脂から成る。凹条の溝４は、格子縞、蜂の巣、小円、同心円若しくはスパイラルまたはそれらの組み合わせのような規則性のある模様を有する。エンボス加工により形成された凹条の溝４を有する研磨パッド１を用いて半導体ウエハ表面を化学機械研磨する方法は、半導体基板及び研磨パッド１との間に相対運動を生じさせる工程と、半導体基板表面を研磨パッド１に接触させる工程と、から成る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は、半導体基板表面研磨用の研磨パッドに関し、特に化学機械研磨（ＣＭＰ）に使用するエンボス加工された研磨面を有する研磨パッド及び研磨方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来半導体デバイスの製造工程において、研磨パッドを使用したタングステン、アルミニウム、銅等の化学機械研磨（ＣＭＰ）が行われている。特に集積回路の配線は、パターニングされた絶縁性停止層上に導電性埋込み層を形成し、該埋込み層をＣＭＰで平坦化することにより形成される。ＣＭＰはキャリアヘッドに載置された半導体基板を研磨パッドに押し付けながら研磨パッドを基板に対して相対運動させることにより実行される。この際、研磨パッドの表面には、例えば水酸化カリウムのような化学反応剤及び例えば炭化珪素のような研磨粒子から成るスラリーが供給される。
【０００３】
従来ＣＭＰに使用されるのは、比較的硬質の発泡ポリウレタン製研磨パッドであった。硬質研磨パッドで研磨した場合、被研磨面に微小なスクラッチが生じるが、これまでは無視できる程度のものであった。しかし、最近の半導体デバイスの高集積化に伴い、配線幅も微細化され、このスクラッチが問題となってきた。このスクラッチを除去するためには、比較的軟質の連続気泡樹脂製研磨パッドを用いて仕上げ研磨を行う必要があるため、工程数が増加してしまう。
【０００４】
また、連続気泡樹脂より成る軟質研磨パッドは軟らかすぎるために、被研磨面の平坦性が悪化し若しくはディッシングが発生するという問題が生じる。
【０００５】
この問題を解決するために研磨層の表面に加熱プレス等のエンボス加工による凹溝を形成する方法が考案された（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１９７４３４号公報
【０００７】
エンボス加工することにより、研磨層表面に凹部を作ると共に研磨層表面の凸部をつぶして表面を高硬度化することができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、工程数を増加させることなく、スクラッチのない研磨面を与える研磨パッド及び研磨方法を提供することである。
【０００９】
本発明の他の目的は、研磨面の平坦性の悪化を防止する研磨パッド及び研磨方法を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、研磨面のディッシングを防止する研磨パッド及び研磨方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための半導体基板表面を化学機械研磨するための研磨パッドは、研磨面に凹条の溝を有することを特徴とする。
【００１２】
具体的には、凹条の溝は、エンボス加工により形成される。
【００１３】
好適には研磨パッドは連続気泡樹脂から成る。
【００１４】
凹条の溝は規則性のある模様を有する。
【００１５】
具体的にはその模様は、格子縞、蜂の巣、小円、同心円若しくはスパイラルまたはそれらの組み合わせから成る。
【００１６】
一方、本発明に係る研磨パッドを用いて半導体ウエハ表面を化学機械研磨する方法は、半導体基板及び研磨パッドとの間に相対運動を生じさせる工程と、半導体基板表面を研磨パッドに接触させる工程と、から成る。
【００１７】
具体的には相対運動は、研磨パッド及び／または半導体基板が回転することによって生成される。
【００１８】
好適には、さらに化学反応剤及び研磨粒子を含む研磨スラリーを研磨パッドの表面に供給する工程を含む。
【００１９】
【発明の実施の態様】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１（ａ）及び（ｂ）は、本発明に係る半導体基板表面を化学機械研磨するための研磨パッドの側面図及び平面図をそれぞれ示す。本発明に係る研磨パッド１は、円盤状のベース層２及び研磨層３から成る。研磨層３の材料として好適にはポリウレタン樹脂系の連続発泡樹脂が使用される。一方、ベース層２の材料として好適には適度な弾性のある不織布が使用される。研磨層３の研磨面には凹条の溝４が格子状に形成されている。溝４の深さは０．１〜１ｍｍが適当であり、溝４の間隔は１〜１０ｍｍが適当である。
【００２０】
凹条の溝４は、エンボス加工により形成される。エンボス加工には、例えば、凸条を有する金型が使用される。まず、上下の金型の間に研磨パッド１を装着する。次に、金型を９０〜１１０℃に加熱する。つづいて、上下の金型を２８０〜３１０ｋｇ／ｃｍ^２の面圧力で加圧しながら１〜１０秒間保持する。こうして、研磨層３の研磨面には凹溝４が形成される。
【００２１】
図２は、本発明に係る研磨パッドの他の実施例を示したものである。図２（ａ）は蜂の巣、図２（ｂ）は小円、図２（ｃ）は同心円及び図２（ｄ）はスパイラル模様の溝形状を有する研磨パッドをそれぞれ表している。これ以外にも、格子模様に斜線を加えたもの、図２（ａ）から（ｄ）の模様を組み合わせたものなどが考えられる。
【００２２】
次に、本発明に係る研磨パッドを用いた研磨方法について説明する。図３は半導体基板研磨用の研磨装置を略示したものである。研磨装置２０は、研磨パッド１を固定する定盤２１、半導体基板２３を載置するキャリアヘッド２４及び研磨パッド１の表面にスラリーを供給するノズル２６から成る。
【００２３】
研磨パッド１は定盤２１上に接着剤等で固定されている。定盤２１はシャフト２７を介して電動モータ等の回転駆動装置２２に連結されている。キャリアヘッド２４は半導体基板２３を例えば真空チャックにより保持する。キャリアヘッド２４はシャフト２５を介して電動モータ等の回転駆動装置（図示せず）に連結されている。ノズル２６から供給されるスラリーは、砥粒を分散した水溶液に水酸基を有する溶液を添加したものである。砥粒として好適には粒径０．０１μｍ〜５μｍのダイヤモンド、炭化珪素、アルミナ若しくは酸化ジルコニア等が使用される。水酸基を有する溶液として好適には水酸化カリウム溶液若しくは水酸化ナトリウム溶液等が使用される。
【００２４】
本発明に係る研磨パッドを使用して半導体基板２３を化学機械研磨するために、まず、半導体基板２３をキャリアヘッド２４に載置する。キャリアヘッド２４は静電チャック若しくは真空チャックによって半導体基板２３を保持する。次に、半導体基板２３と研磨パッド１との間に相対運動を生じさせる。相対運動は、キャリアヘッド２４及び定盤２１を回転させることによって生じる。好適には回転速度はそれぞれ２０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍ及び２０ｒｐｍ〜２００ｒｐｍである。相対運動の変形例として、キャリアヘッド２４の回転運動に並進運動を加えてもよい。次に、ノズル２６からスラリーを研磨パッド１上に供給する。好適にはスラリーの供給量は５０ｍｌ／ｍｉｎ〜３００ｍｌ／ｍｉｎである。最後に、キャリアヘッド２４を下降させ半導体基板２３の被研磨面を研磨パッド１に適当な圧力で押付ける。
【００２５】
【実施例】
従来の研磨パッド及び本発明に係るエンボス加工された研磨パッドを用いて半導体基板を研磨し、それぞれの研磨結果を比較する評価実験が行われた。実験に使用された半導体基板は、線幅５μｍ、パターン密度５０％のＣｕ配線パターンを有するウエハである。スラリーとしてキナルジン酸ベースのアルミナスラリーが使用された。実験結果が以下の表１に示されている。
【００２６】
【表１】

【００２７】
ここで、Ｒａは平均表面粗度を表す。実験結果より、Ｒａは従来の硬質パッド及び軟質パッドに比べ改善されているのがわかる。また、ディッシングは従来の軟質パッドに比べ大きく改善されている。スクラッチは従来の硬質パッドに比べ非常に少ない。面内均一性は、従来の軟質パッドに比べ大きく改善されている。これらの結果から、本発明に係るエンボス加工された軟質研磨パッドを使用することによって、半導体基板表面をより均一に平坦化できることがわかる。
【００２８】
【効果】
本発明に従うエンボス加工された軟質研磨パッドを使用することで、工程数を増加させることなく、スクラッチのない研磨面を与えることができた。
【００２９】
また、本発明に従うエンボス加工された軟質研磨パッドを使用することで、研磨面の平坦性を改善することができた。
【００３０】
さらに、本発明に従うエンボス加工された軟質研磨パッドを使用することで、研磨面のディッシングを防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に従う研磨パッドの好適実施例を示す。
【図２】図２は、本発明に従う研磨パッドの他の実施例を示す。
【図３】図３は、本発明に従う研磨パッドを使った研磨装置の略示図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　研磨パッド
２　　　　　　　　ベース層
３　　　　　　　　研磨層
４　　　　　　　　凹溝
２０　　　　研磨装置
２１　　　　定盤
２２　　　　回転駆動装置
２３　　　　半導体基板
２４　　　　キャリアヘッド
２５　　　　回転シャフト
２６　　　　ノズル
２７　　　　回転シャフト

Claims

半導体基板表面を化学機械研磨するための研磨パッドであって、研磨面に凹条の溝を有することを特徴とする、研磨パッド。
請求項１に記載の研磨パッドであって、前記凹条の溝は、エンボス加工により形成される、ところの研磨パッド。
請求項２に記載の研磨パッドであって、前記研磨パッドは連続気泡樹脂から成る、ところの研磨パッド。
請求項１に記載の研磨パッドであって、前記凹条の溝は規則性のある模様を有する、ところの研磨パッド。
請求項４に記載の研磨パッドであって、前記模様は、格子縞、蜂の巣、小円、同心円若しくはスパイラルまたはそれらの組み合わせから成る、ところの研磨パッド。
請求項１に記載の研磨パッドを用いて半導体ウエハ表面を化学機械研磨する方法であって、
前記半導体基板及び前記研磨パッドとの間に相対運動を生じさせる工程と、
前記半導体基板表面を前記研磨パッドに接触させる工程と、
から成る方法。
請求項６に記載の方法であって、前記相対運動は、前記研磨パッド及び／または前記半導体基板が回転することによって生成される、ところの方法。
請求項６に記載の方法であって、さらに化学反応剤及び研磨粒子を含む研磨スラリーを前記研磨パッドの表面に供給する工程を含む、ところの方法。