JP2006289561A - 研磨パッドおよび研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＣＭＰ（化学機械研磨）の段差緩和性と高研磨レートとを両立させる。
【解決手段】 研磨面Ａ（研磨に寄与する部分）と研磨面Ａを取囲む外周面Ｂ（研磨に寄与しない部分）からなる研磨パッド２の表面を、研磨面Ａに溝６が網目状に形成され、且つ、溝６が外周面Ｂとの境界で閉じているようにした。
上記のような研磨パッド２を用いることにより、研磨パッド２の表面に供給されたスラリーが研磨テーブル１の外に流れ落ちることを抑制できる。これにより良好な段差緩和性を有し、且つ、高研磨レートとを両立させたＣＭＰのプロセス条件を設定することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は研磨パッドおよび研磨装置に関し、特に半導体装置の製造に用いるウェハの表面を研磨して平坦化するための研磨パッドおよび化学機械研磨装置に関する。

半導体装置の製造において、リソグラフィ工程でのフォーカスマージンの縮小やエッチング工程でのオーバーエッチング量の縮小に伴い、ウェハ表面の平坦性を確保することが非常に重要となっている。
平坦化の手法には、ＢＰＳＧ（Boron-phosphorus Silicate Glass）膜をウェハ上に形成した後、熱処理を施して膜の粘性流動を起こして平坦化する手法、ＳＯＧ（Spin on Glass）を用いてウェハ表面の段差の凹部を埋めた後に層間絶縁膜を形成して平坦化する手法、層間絶縁膜上にフォトレジストを塗布し、レジストと層間絶縁膜が同じエッチングレートでエッチングされる条件でエッチングし平坦化する手法、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて平坦化する手法や、これらの手法を組み合わせた数々の改良法が考案されている。
上述のＣＭＰ法により良好な段差緩和性と高速の研磨速度のプロセス条件を両立するためには、ＣＭＰで用いる研磨テーブル上でウェハの表面に与える加工圧力を低くして、ＣＭＰにおける研磨テーブルとウェハの相対速度を大きくする。この相対速度を大きくする方法としては研磨テーブルの回転速度、ウェハの回転速度、ウェハを研磨パッド上に加圧する研磨ヘッドの揺動速度を大きくするなどの方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１４５４１３号公報

上記従来のＣＭＰ装置において、研磨テーブルの上には研磨パッドと呼ばれる発泡ポリウレタン製のシートが貼付され、スラリーの被研磨面への回り込みと排出を良くするために、その表面には機械的に彫られた溝が全面に形成されている。

この場合、ＣＭＰを行う際に研磨テーブル上に供給された研磨液（スラリー）は遠心力により研磨テーブルの外周に向かって流れる。このとき、研磨テーブルの回転速度が大きくなるとウェハの平坦化に寄与する前に研磨テーブルの外に流れ落ちるスラリーの量が多くなり、却って研磨速度を低下させてしまうという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、ＣＭＰの段差緩和性と高研磨レートとを両立させた、優れた研磨パッドおよび研磨装置を提供することを目的とする。

本発明に係る研磨パッドは、表面に溝が外周に達していないように形成され、且つ、前記溝が前記外周に沿った円形状を有しない形状であることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨装置は、回転基盤と、前記回転基盤の上に配置された研磨パッドと、前記研磨パッドと所定間隔をおいて配置され、前記研磨パッドの表面の異なる位置に研磨液を供給する複数の研磨液供給口とを備えたことを特徴とする。
本発明のその他の特徴については、以下において詳細に説明する。

本発明によれば、研磨テーブルの表面に供給されたスラリーが研磨に寄与せずに研磨テーブルの外に流れ落ちることを抑制し、ＣＭＰの良好な段差緩和性と高研磨レートとを両立させることができる、優れた研磨パッドおよび研磨装置を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において同一または相当する部分には同一符号を付して、その説明を簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１に、本実施の形態に係る研磨パッドを用いた化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing；以下「ＣＭＰ」という）装置の研磨部の斜視図を示す。
図１に示すＣＭＰ装置は、回転基盤として研磨テーブル１を有し、その上にウェハ（図示しない）の表面を研磨するための研磨パッド２が配置（貼付）されている。研磨パッド２は発泡ポリウレタンなどからなるシートで、表面に溝が形成されている。
さらに、研磨パッド２の表面にスラリー（研磨液）を供給するように、研磨パッド２の上に、これと所定間隔をおいてスラリー（研磨液）供給口３が一つ配置されている。スラリー４は、スラリー供給ユニット（図示しない）およびスラリー供給口３を経由して研磨パッド２の表面に滴下される。

ウェハ（図示しない）は研磨ヘッド５の底部で、表面が研磨パッド２の表面と接触するように、フェイスダウンの向きに押し付けられている。
ウェハ表面のＣＭＰを行う際には、スラリー供給口３を介して研磨パッド２の表面にスラリー４を滴下しながら、研磨テーブル１をその中心軸のまわりに自転させる。そして、研磨ヘッド５の底部に固定されたウェハを研磨パッド２の表面に押し付けながら、研磨ヘッド５をその中心軸のまわりに自転させる。さらに、研磨パッド２の表面で研磨ヘッド５を研磨テーブル１の回転軸と外周部との間を半径方向に往復変位させる。
このようにして研磨パッド２の表面とウェハの表面を相対的に変位させ、ウェハの表面と研磨パッド２との間にスラリー４を供給することによりウェハの表面が研磨される。
ウェハの表面が研磨された後は、スラリー４はウェハの被研磨面から排出される。

図２（ａ）に、図１で示した研磨パッド２の表面の拡大図を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）の外周部付近をさらに拡大した図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、研磨パッド２は、表面に溝６が研磨パッド２の外周に達していないように形成され、且つ、溝６が研磨パッド２の外周に沿った円形状を有しない形状である。この円形状とは、例えば図２（ｂ）の中の点線部分として示した、研磨パッド２の外周部付近で溝６の末端部が研磨パッド２の外周より少し内側で環状に繋がった形状のことであり、溝６はこのような円形状を有しない形状である。
また、図２（ｂ）に示すように研磨パッド２は、表面が研磨面Ａ（研磨に寄与する部分）とこの研磨面Ａを取囲む外周面Ｂ（研磨に寄与しない部分）とからなり、研磨面Ａに溝６が網目状に形成され、且つ、溝６が外周面Ｂとの境界で閉じている（終端している）ように形成されている。ここでいう網目状とは、円形、楕円形の他、多角形を多数組み合わせた形状等である。

仮に溝６が研磨パッド２の外周に達するように形成されていたとすると、研磨パッド２の表面に滴下されたスラリーのうち、平坦化に寄与しない分は、研磨テーブル１の自転による遠心力により溝６に沿って研磨パッド２の外側に向かって流れ、溝６が研磨パッド２の外周に達する部分から研磨テーブルの外側に流れ落ちる。研磨テーブル１の回転速度を高速にするほど、遠心力が大きくなるので平坦化に寄与せずに研磨テーブルの外側に流れ落ちるスラリーの量が多くなってしまう。
しかし、上述のように研磨パッド２の表面に溝を形成したことにより、平坦化に寄与せずに溝６に沿って研磨パッド２の外側に流れたスラリーは研磨面Ａと外周面Ｂとの境界で溝６が閉じた部分で堰き止められる。そして、この堰き止められたスラリーを図１で示した研磨ヘッド５がこの部分を通過するときに、平坦化に寄与させることができる。
従って、研磨テーブル１の上に供給されたスラリー４が平坦化に寄与せずに研磨テーブル１の外に流れ落ちることを抑制できるので、良好な段差緩和性を有し、且つ、高研磨レートとを両立させたＣＭＰのプロセス条件を設定することができる。

さらに、上述した溝６は網目状に形成されていることにより、溝６は研磨パッド上で全体が一つに繋がっているため、上記の堰き止められたスラリーを研磨パッド２の表面のいずれかの箇所で平坦化に寄与させることもできる。

また、図２（ａ）に示したように溝６は、複数の直線が交差する格子状に配置すると好適である。
このように配置することにより、研磨パッド２の溝を直線のみからなる溝で容易に形成することができるので、研磨パッド２の外周に沿った円形状の溝を形成するための加工機を別途用いる必要がなく、安価で容易に研磨パッド２の表面に溝６を形成することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る研磨パッドは、表面に溝が外周に達していないように形成され、且つ、この溝が外周に沿った円形状を有しない形状であるようにした。
ＣＭＰに用いる研磨パッドをこのような構成とすることにより、研磨パッド２の表面に供給されたスラリー４が研磨テーブル１の外に流れ落ちることを抑制できるので、良好な段差緩和性を有し、且つ、高研磨レートとを両立させたＣＭＰのプロセス条件を設定することができる。
さらに、溝６を複数の直線が交差する格子状に配置することにより、研磨パッド２の外周に沿った円形状の溝を形成するための加工機を別途用いる必要がなく、安価で容易に研磨パッド２の表面に溝６を形成することができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、研磨パッドの表面の異なる位置にスラリーを供給する複数の研磨液供給口を備えたＣＭＰ装置について説明する。

図３に、本実施の形態に係るＣＭＰ装置の研磨部の平面図を示す。
回転基盤としての研磨テーブル１と、その上に研磨パッド２が配置されている。そして、研磨パッド２と所定間隔をおいて、研磨パッド２の表面の異なる位置にスラリーを供給する二つのスラリー供給口３ａ、３ｂが配置されている。本実施の形態ではスラリー供給口が二つである場合を示したが、三つ以上であっても良い。
また研磨パッド２は、表面に溝が外周に達するように形成されていても、達していないように形成されていても良い。

ここで、スラリー供給口を複数備えたことにより、ＣＭＰを行うのに必要な量のスラリーを研磨パッド２の表面の複数の位置に分散して供給することができる。すると、分散して供給されたスラリーには、それぞれの重量に応じた遠心力がかかるため、それぞれの箇所のスラリーが滴下された後に研磨テーブル１の外側に到達して流れ落ちるまでの時間は、スラリー供給口が一つである場合よりも長くなる。
従って、ＣＭＰを行う際に、ウェハの研磨に寄与せずに研磨テーブルの外に流れ落ちるスラリーの量を減少させ、研磨速度の低下を抑えることができる。

また、本実施の形態に係るＣＭＰ装置で用いる研磨パッド２として、実施の形態１の図２（ａ）および図２（ｂ）で示した、表面に溝６が外周に達していないように形成され、且つ、溝６が外周に沿った円形状を有しない形状の研磨パッド２（または、表面が研磨面Ａとこの研磨面Ａを取囲む外周面Ｂとからなり、研磨面Ａに溝６が網目状に形成され、且つ、溝６が外周面Ｂとの境界で閉じている研磨パッド２）を用いるようにしても良い。
すなわち、本実施の形態に係るＣＭＰ装置として、回転基盤としての研磨テーブルと、この研磨テーブルの上に配置され、表面に溝が外周に達していないように形成され、且つ、この溝が外周に沿った円形状を有しない形状である研磨パッドと、この研磨パッドの表面に対向して配置され、この研磨パッドの表面に異なる位置で研磨液を供給する複数の研磨液供給口とを備えたＣＭＰ装置としても良い。
または、回転基盤としての研磨テーブルと、この研磨テーブルの上に配置され、表面が研磨面とこの研磨面を取囲む外周面とからなり、この研磨面に溝が網目状に形成され、且つ、この網目状の溝が外周面との境界で閉じている研磨パッドと、この研磨パッドの表面に対向して配置され、この研磨パッドの表面に異なる位置で研磨液を供給する複数の研磨液供給口とを備えたＣＭＰ装置としても良い。

上記のようなＣＭＰ装置とすることにより、研磨パッド２の表面に供給されたスラリー４が研磨テーブル１の外に流れ落ちることを、さらに効果的に抑制することができる。
従って、良好な段差緩和性を有し、且つ、高研磨レートとをさらに効果的に両立させたＣＭＰ装置を得ることができる。

また、図３に示したように、複数の研磨液供給口、ここでは二つのスラリー供給口３ａおよび３ｂを、研磨テーブル１の中心軸（回転軸）７を挟んで互いに対向する位置に配置すると好適である。
ここで、実施の形態１で説明したように、研磨ヘッド５は研磨パッド２の上で自転しながら研磨テーブル１の回転軸と外周部との間を半径方向に往復変位する。このとき、二つのスラリー供給口を上記の配置とすることにより、研磨テーブル１の自転周期の半周期ごとに、研磨ヘッド５が往復変位する領域にスラリーを供給することができる。これにより、研磨パッド２の表面に供給されるスラリーの偏りをさらに小さくすることができる。
従って、上述したスラリー供給口を複数備えた場合の効果に加えて、研磨テーブル１の上に供給されたスラリー４が研磨パッド２の表面に形成された溝６を介して研磨テーブル１の外に流れ落ちることを、さらに効果的に抑制することができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るＣＭＰ装置は、回転基盤としての研磨テーブル１と、その上に配置された研磨パッド２と、研磨パッド２と所定間隔をおいて配置され、研磨パッド２の表面の異なる位置に研磨液を供給する複数の研磨液供給口３ａ、３ｂとを備えるようにした。
このような構成とすることにより、ＣＭＰを行う際にウェハの研磨に寄与せずに研磨テーブルの外に流れ落ちるスラリーの量を減少させ、研磨速度の低下を抑えることができる。
従って、良好な段差緩和性を有し、且つ、高研磨レートとをさらに効果的に両立させたＣＭＰ装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る研磨パッドを用いたＣＭＰ装置を示す図。 本発明の実施の形態１に係る研磨パッドを示す図。 本発明の実施の形態２に係るＣＭＰ装置を示す図。

符号の説明

１ 研磨テーブル、２ 研磨パッド、３ スラリー（研磨液）供給口、４ スラリー（研磨液）、５ 研磨ヘッド、６ 溝、Ａ 研磨面、Ｂ 外周面。

Claims (7)

1. 表面に溝が外周に達していないように形成され、且つ、前記溝が前記外周に沿った円形状を有しない形状であることを特徴とする研磨パッド。
2. 表面が研磨面とこの研磨面を取囲む外周面とからなり、前記研磨面に溝が網目状に形成され、且つ、前記溝が前記外周面との境界で閉じていることを特徴とする研磨パッド。
3. 前記溝が、複数の直線が交差する格子状に配置されたことを特徴とする請求項１又は２記載の研磨バッド。
4. 回転基盤と、
   前記回転基盤の上に配置された研磨パッドと、
   前記研磨パッドと所定間隔をおいて配置され、前記研磨パッドの表面の異なる位置に研磨液を供給する複数の研磨液供給口と、
   を備えたことを特徴とする研磨装置。
5. 回転基盤と、
   前記回転基盤の上に配置され、表面に溝が外周に達していないように形成され、且つ、前記溝が前記外周に沿った円形状を有しない形状である研磨パッドと、
   前記研磨パッドの表面に対向して配置され、前記研磨パッドの表面に異なる位置で研磨液を供給する複数の研磨液供給口と、
   を備えたことを特徴とする研磨装置。
6. 回転基盤と、
   前記回転基盤の上に配置され、表面が研磨面とこの研磨面を取囲む外周面とからなり、前記研磨面に溝が網目状に形成され、且つ、前記網目状の溝が前記外周面との境界で閉じている研磨パッドと、
   前記研磨パッドの表面に対向して配置され、前記研磨パッドの表面に異なる位置で研磨液を供給する複数の研磨液供給口と、
   を備えたことを特徴とする研磨装置。
7. 前記複数の研磨液供給口を、互いに対向する位置に配置したことを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の研磨装置。

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