JP2008000831A

JP2008000831A - 研磨パッドの製造方法

Info

Publication number: JP2008000831A
Application number: JP2006170174A
Authority: JP
Inventors: Senri Kojima; 泉里小島; Toshiro Doi; 俊郎土肥
Original assignee: Nomura Micro Science Co Ltd; Saitama University NUC
Current assignee: Nomura Micro Science Co Ltd; Saitama University NUC
Priority date: 2006-06-20
Filing date: 2006-06-20
Publication date: 2008-01-10

Abstract

【課題】スラリへ添加剤を別に添加する必要がなく、安価で安定した研磨特性が得られる研磨パッドの製造方法を提供すること。
【解決手段】研磨パッドはウェーハＷが押圧される研磨層３と研磨定盤に貼着される下地層２とから構成され、研磨層形成時には、スラリＳへ添加する添加剤４を、研磨層を形成する原料へ含有させて形成することにより、スラリへの添加剤添加が不要な安価で安定した化学的機械研磨を可能にする。
【選択図】図２

Description

半導体装置や電子部品等のウェーハを化学的機械研磨する際に使用される研磨パッドの製造方法に関するものである。

半導体装置や電子部品等のウェーハは、製造の過程において切削、研磨等の各種工程を経ていく。近年、半導体集積回路のデザインルールの縮小化に伴って、層間膜等の平坦化プロセスにおいては、化学的機械研磨加工（ＣＭＰ：ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）が多用されるようになってきた。

ＣＭＰによるウェーハの研磨では、図１に示されるようなＣＭＰ研磨装置が使用される。ＣＭＰ研磨装置２０は、回転する研磨ヘッド１１でタングステン等の金属膜を有するウェーハＷを保持し、不図示のモータ等により回転する研磨定盤１２上面に貼り付けられた研磨パッド１へケミカル研磨剤であるスラリＳをスラリ供給装置１３より供給し、回転する研磨パッド１にウェーハＷを所定の圧力で押圧してＣＭＰ研磨を行う。通常、スラリには酸性の溶液にシリカ、アルミナ、二酸化マンガン、ジルコニア、セリア等の砥粒を分散させたものが使用される。

このようなＣＭＰによるウェーハの研磨では、スラリに対してウェーハの種類に応じた添加剤を混合して研磨が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−７１７２０号公報

添加剤を混合する場合、混合後の時間経過に伴うスラリ特性の劣化や、スラリ内の研磨粒子の分散性低下による凝集等の理由により、特許文献１に記載されるような方法で、研磨を行う直前にスラリへ添加剤が投入されている。

しかし、特許文献１のような方法では、スラリ用の経路と添加剤用の経路を別々に設ける必要があり、設備にかかる費用を増大させる。また、添加剤がスラリ全体に対して完全に混合される前に研磨パッド上に供給され、添加剤が研磨されているウェーハ面に対して有効に作用しない問題が発生する場合がある。

本発明は、このような問題に対してなされたものであり、スラリへ添加剤を別に添加する必要がなく、安価で安定した研磨特性が得られる研磨パッドの製造方法を提供することを目的としている。

本発明は前記目的を達成するために、ウェーハの化学的機械研磨を行う研磨装置の研磨定盤に貼着され、スラリが供給されるとともに前記ウェーハが押圧されて該ウェーハの研磨を行う研磨パッドにおいて、前記研磨パッドはウェーハが押圧される研磨層と研磨定盤に貼着される下地層とから構成され、前記研磨層形成時には、前記スラリへ添加する添加剤を、前記研磨層を形成する原料へ含有させて形成することを特徴としている。

また、前記添加剤は鉄、硝酸鉄、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、及び酸化マンガンのいずれか１つであり、前記研磨層は発泡ポリウレタンにより形成されていることも特徴としている。

本発明によれば、研磨パッドは、発泡ポリウレタン等の高分子樹脂素材により形成された研磨層とポリエステル等の樹脂により形成された下地層とから構成される。研磨層は、形成の際に鉄、硝酸鉄、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、及び酸化マンガンのいずれか１つからなる添加剤の微粒子が混合される。

これにより、スラリへ直接添加剤を添加しなくとも、研磨中に研磨パッドから添加剤が溶出してスラリへ添加剤が添加される。添加された添加剤はウェーハの研磨面に対して効果的に作用し、安定した研磨特性が得ることが出来る。また、添加剤を添加するための別の設備が不要となり、研磨装置にかかるコストを低減させ、安価な化学的機械研磨を実現することが可能となる。

以上説明したように、本発明の研磨パッドの製造方法によれば、スラリへ添加剤を別に添加する必要がなく、安価で安定した研磨特性が得ることが可能となる。

以下添付図面に従って本発明に係る研磨パッドの製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。

まず初めに、本発明に係わる研磨パッド製造方法により製造された研磨パッドが使用されるＣＭＰ研磨装置の構成について説明する。図１はＣＭＰ研磨装置の構成を示した斜視図である。

図１に示すように、ＣＭＰ研磨装置２０は、回転する研磨ヘッド１１でタングステン等の金属膜を有するウェーハＷを保持し、不図示のモータ等により回転する研磨定盤１２上面に貼り付けられた研磨パッド１へスラリ供給装置１３からスラリＳを供給し、回転する研磨パッド１にウェーハＷを押圧して化学的機械研磨を行う。

スラリ供給装置１３は、図２、図３に示されるように、スラリ供給配管１４、スラリ追加配管１５が接続されたスラリタンク１６内にスラリＳが貯留されている。スラリタンク１１内には、既知の攪拌手段による攪拌装置が備えられ。スラリタンク１１内のスラリＳの攪拌を行う。

スラリ追加配管１５は、研磨に使用される新しいスラリＳ、または一度研磨に使用された後、各種工程を経て再生されたスラリＳをスラリタンク１１へ供給する。

スラリ供給配管１４は、スラリタンク１１内で常時攪拌されているスラリＳを、研磨パッド１上に供給する。

研磨パッド１は、図２に示すように、ウェーハＷが押圧される研磨層３と、研磨定盤に貼着されるポリエステル等の樹脂により形成された下地層２から構成される。

研磨層３は発泡ポリウレタンにより形成され、内部には製造工程時に混合した鉄、硝酸鉄、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、及び酸化マンガンのいずれか１つからなる添加剤４を含有している。

これにより、研磨パッド１上に供給されたスラリＳへ、ウェーハＷが押圧される研磨層３から添加剤４が溶出し、スラリＳへ添加剤４が添加される。スラリＳへ添加剤４が添加されると、その濃度によりウェーハＷの加工レートが上昇していく。例えば、添加剤４が硝酸鉄であった場合、図４に示すように、スラリＳ内の硝酸鉄濃度の上昇と共にウェーハＷの加工レートが高まっていく。添加剤４の溶出は、研磨層３のウェーハＷが押圧されている場所で最も多く、添加剤４がウェーハＷの研磨面に対して効果的に作用し、安定した研磨特性が得られる。また、別の槽を設けて添加剤４を添加する必要が無く、効率的に添加剤４をスラリＳへ添加することが可能となり、事前に添加剤４を添加するよりもスラリＳが凝集にしにくく、安定したウェーハＷの研磨が可能となる。

次に、本発明に係わる研磨パッドの製造方法について説明する。図３は研磨パッドの製造装置を模式的に示した側面図である。

研磨パッド製造装置１０には、攪拌供給タンク５、スキージ６、ヒーター８、及びローラー９が備わっている。

攪拌供給タンク５へは、研磨層３を形成する発泡ポリウレタンの材料となる研磨層材料３Ａと鉄、硝酸鉄、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、及び酸化マンガンのいずれか１つの添加剤４が供給される。

供給された研磨層材料３Ａと添加剤４とは、攪拌供給タンク５内に設けられた不図示の攪拌子により均一に攪拌混合される。研磨層材料３Ａと添加剤４との混合物は、攪拌供給タンク５に備えられた不図示のポンプにより、研磨パッド製造装置１０へ供給されたシート状の下地層２の表面全体に供給される。

下地層２表面へ供給された研磨層材料３Ａと添加剤４との混合物は、下地層２が台７上を通過することにより、台７と所定の間隔を開けたスキージ６で、一定の厚さに下地層２表面全体へ均一に広げられる。

下地層２へ均一に広げられた研磨層材料３Ａは、次にヒーター８の間を通過することにより加熱されて硬化し、下地層２と接着する。

接着して一体となった研磨層材料３Ａと下地層２は、ローラー９の間を通過し、均一に圧延されるとともに、硬化時に生じる研磨層材料３Ａ表面の凹凸やうねりが研磨等により除去される。

このようにして形成された研磨パッド１は、更に所定のサイズに裁断され、表面に研磨時に使用する溝形状等が形成される。

以上説明したように、本発明に係る研磨パッドの製造方法によれば、スラリへ添加剤を別に添加する必要がなく、研磨装置に添加剤を添加する設備を設ける必要がなくなる。また、ウェーハの研磨面に対して添加剤が効果的に作用し、事前に添加剤を添加するよりもスラリＳが凝集にしにくい。これにより、安価で効率的な安定したウェーハの化学的機械研磨が可能となる。

本発明に係わる研磨装置の概念図。研磨パッドの横断面図。本発明に係わる研磨パッド製造装置を模式的に表した側面図。添加剤濃度と加工レートの関係を示した図表。

符号の説明

１…研磨パッド，２…下地層，３…研磨層，３Ａ…研磨層材料，４…添加剤，５…攪拌供給タンク，６…スキージ，７…台，８…ヒーター，９…ローラー，１０…研磨パッド製造装置，１１…研磨ヘッド，１２…研磨定盤，１３…スラリ供給装置，１４…スラリ供給配管，１５…スラリ追加配管，２０…ＣＭＰ研磨装置，Ｗ…ウェーハ

Claims

ウェーハの化学的機械研磨を行う研磨装置の研磨定盤に貼着され、スラリが供給されるとともに前記ウェーハが押圧されて該ウェーハの研磨を行う研磨パッドにおいて、
前記研磨パッドはウェーハが押圧される研磨層と研磨定盤に貼着される下地層とから構成され、前記研磨層形成時には、前記スラリへ添加する添加剤を、前記研磨層を形成する原料へ含有させて形成することを特徴とする研磨パッドの製造方法。
前記添加剤は鉄、硝酸鉄、二酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化セリウム、及び酸化マンガンのいずれか１つであることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッドの製造方法。