JP2007044824A

JP2007044824A - 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: JP2007044824A
Application number: JP2005232525A
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】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できるＣＭＰパッドコンディショナーの提供。
【解決手段】ＣＭＰパッドコンディショナーは、人為的に加工によって形成された突起状切刃によって行われ、その個々の突起状切刃の切刃高さが任意に設定でき、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に被覆された突起状切刃である。
【選択図】図１

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。

また、各ダイヤモンド砥粒のボンド層表面からの突出量が夫々異なり、また、上記ダイヤモンド砥粒の切り込み部先端の傾斜が夫々異なるので、研磨パッドを均一に研磨することができなかった。

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。また同時にＣＭＰコンディショナーの加工が従来の砥粒のエッジによるものでなく人為的に加工によって形成された切刃によって行われ、その切刃が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などの物質に被覆された切刃であれば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できることを見出した。また、安価な材質に、ＣＭＰスラリーに対して耐久性のある物質を被膜すれば、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ＣＭＰコンディショナーで、ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質からなる台と、上記台上に形成せしめた同一材料の複数の突起状切刃を持つことを特徴とする。

上記ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質が、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。

この時、パッド研磨研削用台ならびに突起状切刃の材質は炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、安定化ジルコニアが好適である。

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ＣＭＰコンディショナーで、ＣＭＰパッド研磨研削用台と、上記台上に形成せしめた複数の突起状切刃と、少なくとも上記切刃表面にＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質を被覆せしめたことを特徴とする。

この時、パッド研磨研削用台ならびに突起状切刃の材質は、焼入鋼、ステンレス鋼、超硬合金、セラミック、硬質樹脂などであり、被覆せしめる物質は炭化珪素（ＳｉＣ）、ダイヤモンドライクカーボン、サファイア、アルミナ、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などである。

上記突起状切刃あるいはＣＭＰコンディショナー表面全体または表面の少なくとも一部に被覆した物質の膜厚が１０ｎｍ〜９００μｍであることを特徴とする。

上記突起状切刃の形状が角錐形又は円錐形であり、突起高さが１ｍｍ以下であることを特徴とする。

上記突起状切刃の大きさが、角錐形の切刃底辺又は上記円錐形切刃の直径が１０μｍ〜９００μｍ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。

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。

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、砥粒と異なり、切刃の磨耗、磨滅、変質、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、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点がある。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装置用のパッドコンディショナー６においては、図１及び図２に示すように、ダイヤモンド砥粒とボンド層を用いず、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つ、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よりなる円板状の台金１０を用い、あるいは、ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ、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などの物質よりなる円板状の台金１０を用い、上記台金１０上に精密切削加工、研削加工または金型等を用いて例えば底辺１２０μｍ、高さ１００μｍの四角錐状の複数の突起状切刃１１を１２０μｍ間隔を開けて形成せしめる。

本発明によれば、上記切刃１１はＣＭＰスラリーに対して耐久性が優れているので、磨耗、磨滅、変質しづらく、長期間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。

また、安価な材質に、ＣＭＰスラリーに対して耐久性のある物質を被膜すれば、安価で高品質のＣＭＰコンディショナーを提供できる

また、上記突起状切刃１１の形状、突出高さを加工により人為的に可変することができるので、ＣＭＰパッドのコンディショニング後の面粗さを均一あるいは制御することができ、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。

なお、ＣＭＰスラリーをポリシャーとしてダイヤモンドを削ったところ、すぐ削ることができたが、サファイアを同じ量削るには２〜３時間かかり、また、ＳｉＣを同じ量削るには１０〜２０時間かかり、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ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質よりなる円板状の台金１０を用いる代わりに、焼入れしたＳＫＤ鋼やＳＫＨ鋼の台金あるいはＳＵＳ３１６ステンレス鋼（図示せず）を用い、上記台金上に精密切削加工等により例えば底辺１２０μｍ、高さ１００μｍの四角錐状の複数の切刃を１２０μｍ間隔を開けて形成せしめ、少なくとも上記突起状切刃表面にスパッタリングイオンプレーティング、真空蒸着又は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などの物質を１０ｎｍ〜９００μｍ被覆せしめてもよい。

なお、被覆する上記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。

なお、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、上記各突起状切刃の間隔を互いに異ならしめてもよく、各突起状切刃の台金表面からの突出高さを異ならしめてもよく、上記突起状切刃の形状を三角錐、五角錐等の角錐状や、円錐、楕円錐等の円錐状などに類似した任意の形状としてもよい。なお、上記角錐状の切刃の底辺又は上記円錐状の切刃の直径（楕円の場合は長直径）は１０μｍ〜９００μｍであることが好ましい。

また、図３に示すように、上記突起状切刃１１の切り込み部先端を一方向に傾け、所望のすくい角、逃げ角となるように設定せしめてもよい。

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要部を拡大した底面図である。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他の実施例の要部を拡大した背面からみた斜視図である。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台金
１１突起状切刃

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ＣＭＰコンディショナーで、ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質からなる台と、上記台上に形成せしめた同一材料の複数の突起状切刃を持つ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ＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質が、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請求項１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。
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ＣＭＰコンディショナーで、ＣＭＰパッド研磨研削用台と、上記台上に形成せしめた複数の突起状切刃と、少なくとも上記切刃表面にＣＭＰスラリーに対して耐久性を持つ物質を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。
上記突起状切刃あるいはＣＭＰコンディショナー表面全体または表面の少なくとも一部に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。
上記突起状切刃の形状が角錐形又は円錐形であり、突起高さが１ｍｍ以下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。
上記突起状切刃の大きさが、角錐形の切刃底辺又は上記円錐形切刃の直径が１０μｍ〜９００μｍであることを特徴とする請求項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、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１、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。
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１、３、４、５、６又は７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。