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 - Google Patents

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 Download PDF

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和憲 谷
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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。
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
2 CMP研磨パッド
3 半導体ウェハ
4 半導体ウェハ押圧具
5 CMPスラリー供給部
6 CMP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 (8)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
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