JP2007044823A

JP2007044823A - 半導体平坦化ｃｍｐプロセス（化学機械的研磨）におけるｃｍｐパッドコンディショナー

Info

Publication number: JP2007044823A
Application number: JP2005232524A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Tani; 和憲谷; Hidekazu Iwasaki; 英一岩崎
Original assignee: Soken Co Ltd
Current assignee: Soken Co Ltd
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-02-22

Abstract

【課題】砥粒の磨耗、磨滅、変質や砥粒の脱落、欠損を防止できるので、長時間研磨パッドのコンディショニングを行うことができ、ＣＭＰパッドコンディショナーの交換の手間やＣＭＰ装置のダウンタイムならびにロス時間を減らすこと。
【解決手段】パッドコンディショナーは、半導体平坦化ＣＭＰプロセスに用いるパッド研磨研削用の砥粒と、この砥粒を保持するボンド層と、このボンド層を固着した台とよりなり、砥粒あるいは砥粒を被覆する被膜物質がＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質である。耐久性を持つ物質は、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、ＴｉＯ₂、安定化ジルコニア、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＷＣ−Ｃｏ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉｎ−Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ₃、ＮｂＣ、ＬｉＴａＯ₃、ＴａＣあるいはＨｆＣである。
【選択図】図２

Description

本発明は半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー、特に、化学機械的研磨（ＣＭＰ）装置に用いるＣＭＰパッドのコンディショナーに関するものである。

コンピュータのＣＰＵ能力向上の為には回路の集積度を上げる必要があり、これを実現する為に配線の多層化が行なわれているが、この時、シリコン基板上の各層間絶縁膜を平坦化するＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）加工技術がキーテクノロジーとなる。半導体デバイスの多層配線化プロセスにおいては、半導体ウェハ表面の凹凸を極力平坦化することが重要であり、この半導体ウェハ表面の平坦化装置として化学的エッチングと研磨剤による機械的研磨とを組み合わせた研磨加工を行うＣＭＰ装置がある。

図４は従来のＣＭＰ装置のコンセプトの一例を示す。１は回転自在な直径３００ｍｍの円板状の定盤、２は上記定盤１の略全面に設けたＣＭＰ研磨パッド、３は上記定盤１の回転中心軸に対して偏心した位置に設けた円板状の半導体ウェハ、４は上記半導体ウェハ３を保持し、上記半導体ウェハ３を上記研磨パッド２に押圧せしめる回転自在の半導体ウェハ押圧具、５は上記研磨パッド２上にコロイダルシリカ系、ヒュームドシリカ系、セリア系またはアルミナ系などのＣＭＰスラリーを供給するＣＭＰスラリー供給部、６は上記研磨パッド２の表面を再研磨または再研削（コンディショニング）するため上記半導体ウェハ３とは異なる位置で上記研磨パッド２上に載置した回転自在のＣＭＰパッドコンディショナーを示す。

上記研磨パッド２は一般に大別して発泡ウレタンを基材としたパッドと無発泡のウレタンを基材としたパッドが使用されている。前者の発泡ウレタンを基材とする研磨パッドは弾力性があり後者の無発泡のウレタンを基材とするものに比べ平坦性が劣るという報告もある。発泡性ウレタン研磨パッドのＣＭＰパッドコンディショナーにはブラシ状の繊維を埋めこんだもの、あるいはダイヤモンド砥粒をメタルボンドした砥石状のＣＭＰパッドコンディショナーが使用される。一方、無発泡のウレタンの基材を用いたＣＭＰパッドコンディショナーにはダイヤモンド砥粒をメタルボンドした砥石状のＣＭＰパッドコンディショナーが用いられる。

上記砥石状のＣＭＰパッドコンディショナー６は図４及び図５に示すように、円板状の金属製台金７と、この台金７の下面に設けた粒径５０μｍ〜２００μｍのダイヤモンド砥粒８と、上記ダイヤモンド砥粒８を保持するための上記金属製台金７の下面あるいは台金表面全体を被覆するＮｉメッキボンド層等のボンド層９とよりなる。

上記のような従来のＣＭＰ装置においては、上記ＣＭＰ研磨パッド２上にＣＭＰスラリーを供給し、上記定盤１と上記半導体ウェハ押圧具４とを相対的に回転せしめて、上記半導体ウェハ押圧具４により上記半導体ウェハ３を上記ＣＭＰ研磨パッド２上に押圧せしめれば、上記半導体ウェハ３の表面が研磨される。また、上記ＣＭＰパッドコンディショナー６を常時又は定期的に回転せしめれば、上記研磨パッド２の平坦度を維持、修復し、また目詰まりを防止せしめ、また、ＣＭＰ研磨パッド表面の面粗さを維持することによりＣＭＰスラリーの研磨特性を維持、回復せしめることができる。

また、上記ＣＭＰパッドコンディショナー６におけるボンド層９により上記台金７を被覆しているので、上記ＣＭＰスラリーにより台金が溶出することがなく、ダイヤモンド砥粒８の脱落を防止できる。このようなＣＭＰ装置は特許文献１に記載されている。
特開２００１−２３９４４９号

しかしながら、上記従来のＣＭＰ装置においては、ある程度ＣＭＰ研磨パッド２のコンディショニングを続ければ、ＣＭＰパッドコンディショナー上の砥粒の切刃が研磨、磨滅、平坦化され、切れ味が鈍ることにより上記ＣＭＰ研磨パッド２の平坦度の修復が遅くなる。またダイヤモンド砥粒８等がＣＭＰパッドコンディショナー６のボンド層９から脱落、欠損し、脱落したダイヤモンド砥粒８等がＣＭＰ研磨パッド２の表面に落下、固定され、あるいは転動してウェハ表面に傷をつけてしまうという欠点があった。

本発明者は種々実験研究の結果、ダイヤモンド砥粒はコロイダルシリカ系、ヒュームドシリカ系、セリア系またはアルミナ系などのＣＭＰスラリーにより磨耗、磨滅、変質すること、また、この磨耗等により砥粒にかかる力が増大しダイヤモンド砥粒が脱落、欠損することを見出した。また、ＣＭＰスラリーに対して耐久性のある物質、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、ＴｉＯ₂、安定化ジルコニア、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＷＣ−Ｃｏ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉｎ−Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ₃、ＮｂＣ、ＬｉＴａＯ₃、ＴａＣあるいはＨｆＣで砥粒あるいはＣＭＰコンディショナーの加工部表面を被覆すれば砥粒の磨耗等を少なくでき、研磨パッドの平坦度ならびに面粗さを維持し、砥粒の脱落等を防止できることを見出した。また、安価な砥粒にＣＭＰスラリ−に対して耐久性のある物質を被覆すれば、安価で高品質のＣＭＰコンディショナーを提供できることを見出した。本発明はかかる知見をもとになされたものである。

本発明の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナーは、半導体平坦化ＣＭＰプロセスに用いるＣＭＰパッド研磨研削用の砥粒と、この砥粒を保持するボンド層と、このボンド層を固着した台とよりなり、上記砥粒はダイヤモンドよりＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質であることを特徴とする。

本発明の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナーは、半導体平坦化ＣＭＰプロセスに用いるＣＭＰパッド研磨研削用の砥粒と、この砥粒を保持するボンド層と、このボンド層を固着した台とよりなり、上記砥粒の表面にＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質が被覆されていることを特徴とする。

本発明の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナーは、半導体平坦化ＣＭＰプロセスに用いるＣＭＰパッド研磨研削用の砥粒と、この砥粒を保持するボンド層と、このボンド層を固着した台とよりなり、ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質を上記砥粒表面及び上記ボンド層表面に被覆せしめたことを特徴とする。

上記被覆した物質の膜厚は１０ｎｍ〜９００μｍであることを特徴とする。

上記各砥粒は夫々離間しており、上記砥粒のうち上記台からの高さが一番低い砥粒の高さと、上記台からの高さが一番高い砥粒の高さとの差が１００μｍ以内であることを特徴とする。

上記各砥粒は夫々離間しており、上記被覆した砥粒のうち上記台からの高さが一番低い砥粒の高さと、上記台からの高さが一番高い砥粒の高さとの差が１００μｍ以内であることを特徴とする。

上記ダイヤモンドよりＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質は、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、安定化ジルコニアであることを特徴とする。

上記ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質は、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、ＴｉＯ₂、安定化ジルコニア、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＷＣ−Ｃｏ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉｎ−Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ₃、ＮｂＣ、ＬｉＴａＯ₃、ＴａＣあるいはＨｆＣであることを特徴とする。

本発明の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナーによれば、砥粒の磨耗、磨滅、変質や砥粒の脱落、欠損を防止できるので、長時間研磨パッドのコンディショニングを行うことができ、ＣＭＰパッドコンディショナーの交換の手間やＣＭＰ装置のダウンタイムならびにロス時間を減らすことができ、また、半導体ウェハ表面に傷が付くのを防止することができるという大きな利益がある。また、安価で高品質のＣＭＰコンディショナーを提供できる。

以下図面によって本発明の実施例を説明する。

本発明のＣＭＰ装置用のＣＭＰパッドコンディショナー６においては、図１に示すように、ＣＭＰ研磨パッドのＣＭＰコンディショニング用砥粒としてダイヤモンド砥粒８を用いる代わりに、例えば粒径１００μｍ±４０μｍの、ダイヤモンドよりＣＭＰスラリーに対して耐磨耗性、耐磨滅性、耐変質性等の耐久性を持つ化学的に安定した結晶構造を持った例えば炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、安定化ジルコニアなどの物質からなる砥粒などの物質からなる砥粒１０を用いる。パッドコンディショナー用の台金７に形成せしめたＮｉメッキボンド層等のボンド層９の厚さは、上記砥粒１０の粒径のおよそ三分の一を突出せしめて固着せしめることができる程度が好適である。なお、各砥粒間隔は例えば約１０μｍ〜１０ｍｍとし、ＣＭＰコンディショナーにかかる加圧力と相関してひとつの砥粒にかかる加圧力でＣＭＰコンディショナー全体の砥粒の数を決定することが望ましい。

本発明によれば、上記砥粒１０はＣＭＰスラリー対して耐久性がダイヤモンドより大きいので、磨耗、磨滅、変質しづらく、砥粒の脱落、欠損を防ぐ事ができ、長期間ＣＭＰ研磨パッドのコンディショニングを続けることができるという大きな利益がある。

なお、ＣＭＰスラリーをポリシャーとしての被研磨特性を試行したところ、ダイヤモンドは１時間程度で磨滅したが、サファイアを同じ量削るには２〜３時間かかり、また、ＳｉＣを同量研磨するには１０〜２０時間かかった。従って、ＣＭＰスラリーに対して耐久性のある物質としては特にＳｉＣが好ましい。

また、上記各砥粒を夫々離間せしめ、また、上記砥粒のうち、台金からの先端高さが一番低い砥石の先端高さと、台金からの先端高さが一番高い砥粒の先端高さとの差を１００μｍ以内、例えば３μｍ以内としたＣＭＰコンディショナーを用いた場合、ＣＭＰパッドの面粗さを均一化することができ、ＣＭＰ加工品質を向上させ、半導体ウェハの品質を高めることができる。

また、上記台金７は金属系の他に樹脂系、粉末冶金系であってもよい。

本発明の第２の実施例においては、図２に示すように研磨パッドのコンディショニング用の砥粒として、その表面にスパッタリング、イオンプレーティング、真空蒸着法又は化学蒸着（ＣＶＤ）法等により、ＣＭＰスラリーに対して耐久性のある、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、ＴｉＯ₂、安定化ジルコニア、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＷＣ−Ｃｏ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉｎ−Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ₃、ＮｂＣ、ＬｉＴａＯ₃、ＴａＣあるいはＨｆＣなどの物質１１を例えば約１０ｎｍ〜９００μｍ被覆したダイヤモンド砥粒、ＳｉＣ砥粒、アルミナ砥粒あるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒などの砥粒１２を用い、パッドコンディショナー用の台金７に形成せしめたＮｉメッキボンド層等のボンド層９に、上記砥粒１２の全部あるいは一部を上記ボンド層９で固着せしめる。

この第２の実施例においては、上記物質１１はＣＭＰスラリーに対して耐久性があるので、磨耗等しづらく、砥粒の脱落等を防ぐ事ができ、長期間ＣＭＰ研磨パッドのコンディショニングを続けることができる。また、安価な砥粒にＣＭＰスラリ−に対して耐久性のある物質を被覆すれば、安価で高品質のＣＭＰコンディショナーを提供できる。

なお、上記物質１１を被覆する部分は、上記砥粒１２の切刃となる部分の表面だけであってもよい。

また、各砥粒を夫々離間せしめ、また、上記被覆した砥粒のうち、台金からの先端高さが一番低い砥石の先端高さと、台金からの先端高さが一番高い砥粒の先端高さとの差を１００μｍ以内、例えば３μｍ以内としたＣＭＰコンディショナーを用いた場合、ＣＭＰパッドの面粗さを均一化することができ、ＣＭＰ加工品質を向上させ、半導体ウェハの品質を高めることができる。

また、上記台金は金属系の他に樹脂系、粉末冶金系であってもよい。

また、上記ＣＭＰスラリーに対して耐久性のある物質は炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、安定化ジルコニアなどのダイヤモンドよりＣＭＰスラリーに対して耐久性のある物質であることが好ましい。

本発明の第３の実施例においては、図３に示すようにＣＭＰ研磨パッドのコンディショニング用の砥粒としてダイヤモンド砥粒、ＳｉＣ砥粒、アルミナ砥粒あるいは立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）砥粒などの砥粒１２を用い、パッドコンディショナー用の台金７に形成せしめたＮｉメッキボンド層等のボンド層９に、上記砥粒１２の全部あるいは一部を上記ボンド層９の表面から突出せしめて固着せしめる。また加えて上記ボンド層９の表面から突出した砥粒１２の表面及び上記ボンド層９の表面にスパッタリング又はＣＶＤ法等により、ＣＭＰスラリーに対する耐久性のある、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、ＴｉＯ₂、安定化ジルコニア、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＷＣ−Ｃｏ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉｎ−Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ₃、ＮｂＣ、ＬｉＴａＯ₃、ＴａＣあるいはＨｆＣなどの物質１１を例えば厚さ約１０nｍ〜９００μｍで被覆せしめる。

この第３の実施例においても、上記物質１１はＣＭＰスラリーに対して耐久性があるので、磨耗等しづらく、砥粒の脱落等を防ぐ事ができ、長期間ＣＭＰ研磨パッドのコンディショニングを続けることができる。また、安価な砥粒にＣＭＰスラリ−に対して耐久性のある物質を被覆すれば、安価で高品質のＣＭＰコンディショナーを提供できる。

なお、上記砥粒１２を被覆する部分は、上記砥粒１２の切刃となる部分の表面だけであってもよい。

本発明の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナーの第１の実施例の要部を拡大した縦断側面図である。本発明の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナーの第２の実施例の要部を拡大した縦断側面図である。本発明の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナーの第３の実施例の要部を拡大した縦断側面図である。従来の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰ装置の斜視図である。従来の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナーの要部を拡大した縦断側面図である。

符号の説明

１定盤
２ＣＭＰ研磨パッド
３半導体ウェハ
４半導体ウェハ押圧具
５ＣＭＰスラリー供給部
６ＣＭＰパッドコンディショナー
７金属製台金
８砥粒
９ボンド層
１０砥粒
１１被覆物質
１２砥粒

Claims

半導体平坦化ＣＭＰプロセスに用いるＣＭＰパッド研磨研削用の砥粒と、この砥粒を保持するボンド層と、このボンド層を固着した台とよりなり、上記砥粒はダイヤモンドよりＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質であることを特徴とする半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー。
半導体平坦化ＣＭＰプロセスに用いるＣＭＰパッド研磨研削用の砥粒と、この砥粒を保持するボンド層と、このボンド層を固着した台とよりなり、上記砥粒の表面にＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質が被覆されていることを特徴とする半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー。
半導体平坦化ＣＭＰプロセスに用いるＣＭＰパッド研磨研削用の砥粒と、この砥粒を保持するボンド層と、このボンド層を固着した台とよりなり、ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質を上記砥粒表面及び上記ボンド層表面に被覆せしめたことを特徴とする半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー。
上記被覆した物質の膜厚が１０ｎｍ〜９００μｍであることを特徴とする請求項２又は３記載の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー。
上記各砥粒は夫々離間しており、上記砥粒のうち上記台からの高さが一番低い砥粒の高さと、上記台からの高さが一番高い砥粒の高さとの差が１００μｍ以内であることを特徴とする請求項１、２、３又は４記載の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー。
上記各砥粒は夫々離間しており、上記被覆した砥粒のうち上記台からの高さが一番低い砥粒の高さと、上記台からの高さが一番高い砥粒の高さとの差が１００μｍ以内であることを特徴とする請求項２、３又は４記載の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー。
上記ダイヤモンドよりＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質が、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、安定化ジルコニアであることを特徴とする請求項１又は５記載の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー。
上記ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質が、炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、ＴｉＯ₂、安定化ジルコニア、ＺｒＮ、ＺｒＣ、ＷＣ、ＷＣ−Ｃｏ、ＴｉＣ、ＴｉＡｌＮ、Ｔｉｎ−Ｎｉ、ＬｉＮｂＯ₃、ＮｂＣ、ＬｉＴａＯ₃、ＴａＣあるいはＨｆＣであることを特徴とする請求項２、３、４、５又は６記載の半導体平坦化ＣＭＰプロセス（化学機械的研磨）におけるＣＭＰパッドコンディショナー。