JP2009028874A - Ｃｍｐ用ドレッサー及びこれを用いたｃｍｐ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】たとえダイヤモンド砥粒が脱落したとしてもウェハーを傷付けることのないＣＭＰ用ドレッサー及びこれを用いたＣＭＰ装置を提供する。
【解決手段】ドレッサー１７は、ドレッシングパッド２１の主面に設けられた複数のダイヤモンド砥粒２２と、ドレッシングパッド２１の外周部に設けられた純水供給部２３を備えている。純水供給部２３は、多数のノズル２３ａを有しており、これらのノズル２３ａはドレッシングパッド２１の外周に沿って等間隔に配列されている。ノズル２３ａによる純水の噴射方向は、研磨パッドの研磨面に対して垂直であることが好ましい。ノズル２３ａから研磨面に対して垂直に噴射された高圧の純水は、水圧の壁を構成するので、ドレッシングパッド２１から脱落したダイヤモンド砥粒２２の屑はドレッシングパッド２１の内側に閉じこめることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）用ドレッサー及びこれを用いたＣＭＰ装置に関し、特に、研磨パッドの目詰まりや異物除去を行い、研磨パッドの表面の再生をして、研磨速度を回復させるためのＣＭＰ用ドレッサーに関するものである。

半導体デバイスの製造においてＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）は重要な役割を担っている。半導体集積回路チップは、ウェハー上に導電層や絶縁層あるいはその他の薄膜層を所定の順序で形成し、必要に応じて各層毎にフォトリソグラフィ及びエッチングを行うによりパターン層を形成し、すべての層を形成した後にウェハー上の個々のチップを切断分離することにより製造される。ここで、成膜時の下地面に凸凹や段差があると、その上に成膜した材料膜の膜厚が部分的に薄くなって段差被覆性（ステップ・カバレッジ）が悪化し、歩留まり低下などの問題が起こる。また、上位層は下位のパターン層の影響を受けて凹凸を生じるため、露光時の焦点が定まらず、精密なパターンを転写できないという問題がある。そのため、材料膜の表面を平坦化する必要があり、ＣＭＰはかかる目的のために用いられる。

ＣＭＰでは、回転定盤上にセットされたウェハーに研磨パッドを接触させ、研磨液（スラリー）を流しながらウェハーと研磨パッドとを相互に回転させることによってウェハーを研磨する。研磨工程を長時間行っていると、研磨パッドの削屑やスラリーが研磨パッドの微細な穴に入り込んで目詰りを起こし、研磨速度が著しく低下することから、ドレッサーと呼ばれる装置を用いて研磨パッドの目立て（ドレッシング）が行われる。一般に、ＣＭＰ用ドレッサーは、複数のダイヤモンド砥粒と、ダイヤモンド砥粒を保持する固着層（メッキ層）とを備えている。ダイヤモンド砥粒としては粒径が０．２〜０．３ｍｍのものが使用され、その先端部分のみが研磨パッド側に突出した状態で固着層に埋め込まれている。

ＣＭＰ用ドレッサーにおいて、ダイヤモンド砥粒の固着にはニッケル電着法が用いられる。ニッケル電着法は、ニッケルの電解メッキに類似した方法であり、ダイヤモンド粒の間の隙間をニッケルで埋めることでダイヤモンド砥粒を保持している。しかしながら、ダイヤモンド砥粒とニッケルとの間のぬれはほとんど皆無であり、ダイヤモンド砥粒とニッケルとの間の接合強度は低い。そのため、ダイヤモンド砥粒がその埋め込み面から脱落することがあり、脱落してしまったダイヤモンド砥粒は高価なウェハーの表面にスクラッチ傷をつける原因となる。

そのため、特許文献１には、ドレッシングパッドとしてＳｉＣを用い、ドレッシングパッドの表面にダイヤモンド砥粒に代替するＳｉＣピンをブラスト加工により形成し、これによりドレッシングパッドと砥粒を一体構造としたＣＭＰ用ドレッサーが提案されている。
特開２００６−３２４３１０号公報

しかしながら、ダイヤモンド砥粒を用いたＣＭＰ用ドレッサーは広く普及しており、研磨性能も非常に良いことから、ダイヤモンド砥粒を用いたドレッサーにおいてダイヤモンド砥粒の脱落によるウェハーの損傷を防止する工夫が切望されている。

したがって、本発明の目的は、たとえダイヤモンド砥粒が脱落したとしてもウェハーを傷付けることのないＣＭＰ用ドレッサー及びこれを用いたＣＭＰ装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、ＣＭＰ装置の研磨パッドをドレッシングするためのＣＭＰ用ドレッサーであって、砥粒を有するドレッシングパッドと、ドレッシングパッドの外周部に設けられた純水供給部とを備えることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサーによって達成される。

本発明の上記目的はまた、研磨パッドと、研磨パッドのドレッシングを行うＣＭＰ用ドレッサーとを備え、ＣＭＰ用ドレッサーは、砥粒を有するドレッシングパッドと、ドレッシングパッドの外周部に設けられた純水供給部とを備え、純水供給部は、ドレッサーから脱落した砥粒の屑がドレッシングパッド内に留まるように、所定の水圧にて純水を供給することを特徴とするＣＭＰ装置によっても達成される。

本発明において、純水供給部は、ドレッサーから脱落した砥粒の屑がドレッシングパッド内に留まるように、所定の水圧にて純水を供給することが好ましい。

本発明において、ドレッシングパッドを研磨パッドの径方向にスライドさせる駆動機構をさらに備え、ドレッシングパッドは、研磨パッドの外側までスライド可能であることが好ましい。

本発明において、純水供給部は、研磨パッドの表面に対して垂直に純水を噴射する複数のノズルを含むことが好ましい。

このように、本発明によれば、ドレッシングパッドの外周部に純水供給部を設け、水圧の壁を設けてダイヤモンド砥粒の屑がドレッシングパッドの内側に留まるようにしたので、たとえダイヤモンド砥粒が脱落したとしてもウェハーを傷つけることのないＣＭＰ用ドレッサー及びこれを用いたＣＭＰ装置を提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の好ましい実施の形態によるＣＭＰ装置の構成を示す模式図である。

図１に示すように、このＣＭＰ装置１００は、ウェハー１１を保持する研磨ヘッド１２と、研磨パッド１３が取り付けられた回転定盤１４と、シリカ（ＳｉＯ_２）微粒子などの研磨剤を含むスラリーを供給するスラリー供給部１５と、研磨パッド１３の状態を測定するパッドプローブ１６と、研磨パッド１３の目立てを行うドレッサー１７と、これらの各部を制御する研磨制御部１９とを備えている。

研磨ヘッド１２は、ウェハー１１を回転させるスピンドル機構と、最適な加圧力でウェハー１１を研磨パッド１３に押しつけるための加圧機構を備えている。研磨ヘッド１２にセットされたウェハー１１の外周にはガイドリング１２ａが設けられており、これによりウェハー１１の確実な保持が可能である。回転定盤１４もまた、研磨パッド１３を回転させるスピンドル機構を備えている。これによりウェハー１１と研磨パッド１３を相互に動かすことができ、効率的で均一な研磨が可能である。

研磨パッド１３は回転定盤１４の主面に貼り付けられている。研磨パッド１３は、微細な多孔構造を持つ研磨シートとクッションシートの２層構造からなり、研磨シートとしては硬質ポリウレタン発泡体が用いられる。研磨パッド１３は消耗品であり、ドレッサー１７で定期的な目立てを行うことにより研磨面の再生が行われるが、完全に消耗した研磨パッド１３は回転定盤１４から取り外され、新しい研磨パッドに交換される。

パッドプローブ１６は、研磨パッド１３の表面の摩擦係数を監視することにより、研磨パッド１３の寿命、ドレッシング終点、プロセス異常を検出するものである。パッドプローブ１６で研磨パッド１３の表面を測定し、摩擦係数が所定の閾値よりも低かった場合には、研磨パッド１３のドレッシングが行われる。

ドレッサー１７は、目詰まり等により摩擦係数の低下した研磨パッド１３のドレッシングに使用される。ドレッサー１７は、自転しながら研磨パッド１３の径方向にスライドし、研磨パッド１３の表面を研磨する。詳細は後述するが、研磨パッド１３との接触面には微少なダイヤモンド粒が埋め込まれており、このダイヤモンド粒により研磨パッドの表面が切削される。なお、本実施形態のドレッシングはウェハーの研磨と並行して行われるものではなく、独立して行われるものであり、このときウェハーの研磨工程は一時停止している。

研磨制御部１９は、研磨ヘッド１２、回転定盤１４、スラリー供給部１５を制御するためのものである。具体的には、研磨ヘッド１２の位置及び回転速度、回転定盤１４の回転速度、スラリー供給部１５からのスラリー供給量等を制御する。

図２は、ドレッサー１７の構成を示す略斜視図である。また、図３は、ドレッサー１７の構成を示す略側面図である。

図２及び図３に示すように、ドレッサー１７は、ドレッシングパッド２１と、ドレッシングパッド２１の主面に設けられた複数のダイヤモンド砥粒２２と、ドレッシングパッド２１の外周部に設けられた純水供給部２３と、ドレッシングパッド２１及び純水供給部２３を制御するためのドレッサー駆動機構２４とを備えている。

純水供給部２３は、多数のノズル２３ａを有しており、これらのノズル２３ａはドレッシングパッド２１の外周に沿って等間隔に配列されている。ノズル２３ａによる純水の噴射方向は、研磨パッド１３の研磨面に対して垂直であることが好ましい。ノズル２３ａは、ドレッシングパッド２１と一緒に回転してもよく、固定されていてもよい。ノズル２３ａから研磨面に対して垂直に噴射された高圧の純水は、水圧の壁２５を構成するので、ドレッシングパッド２１から脱落したダイヤモンド砥粒２２の屑はドレッシングパッド２１の内側に閉じこめることができ、ダイヤモンド砥粒のウェハーへの到達を確実に防止することができる。

図４及び図５は、ドレッサー１７の動作を説明するための模式図であって、特に図４は略平面図、図５は略断面図である。

図４及び図５に示すように、ドレッサー１７は、研磨パッド１３の径方向にスライドしながら研磨パッド１３を切削している。ドレッサー１７が研磨パッド１３の外周方向（図４のＰ１方向）に移動するとき、研磨パッド１３の周縁よりもさらに外側に移動することにより、ドレッサー１７の下側には隙間が生じる。そのため、図５に示すように、ドレッシングパッド２１の内側に閉じこめられているダイヤモンド砥粒の屑２２ｄは、この隙間から下側に落ちて排出されるので、水圧の壁２５の内側に溜まったダイヤモンド砥粒の屑２２ｄをすべて廃棄することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ドレッサー１７の外周部に純水供給部２３を設け、ドレッサー１７の周囲に水圧の壁２５を形成するので、ドレッシングパッド２１から脱落したダイヤモンド砥粒の屑２２ｄがウェハー１１側に到達し、ウェハー１１の表面にスクラッチ傷をつけてしまう事態を防止することができる。

以上、本発明をその好ましい実施形態に基づき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明の範囲に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、上記実施形態において、純水供給部２３は、研磨パッドの表面に対して垂直に純水を噴射する複数のノズルで構成されているが、本発明はこのような構成に限定されるものではなく、ダイヤモンド砥粒の屑をドレッシングパッド内に留まらせる種々の純水供給機構を採用することができる。

図１は、本発明の好ましい実施形態によるＣＭＰ装置の構成を示す模式図である。 図２は、ドレッサー１７の構成を示す略斜視図である。 図３は、ドレッサー１７の構成を示す略側面図である。 図４は、ドレッサー１７の動作を説明するための略平面図である。 図５は、ドレッサー１７の動作を説明するための略断面図である。

符号の説明

１１ ウェハー
１２ 研磨ヘッド
１２ａ ガイドリング
１３ 研磨パッド
１４ 回転定盤
１５ スラリー供給部
１６ パッドプローブ
１７ ドレッサー
１９ 研磨制御部
２１ ドレッシングパッド
２２ ダイヤモンド砥粒
２２ｄ ダイヤモンド砥粒の屑
２３ 純水供給部
２３ａ ノズル
２４ ドレッサー駆動機構
２５ 水圧の壁
１００ ＣＭＰ装置

Claims (5)

1. ＣＭＰ装置の研磨パッドをドレッシングするためのＣＭＰ用ドレッサーであって、砥粒を有するドレッシングパッドと、前記ドレッシングパッドの外周部に設けられた純水供給部とを備えることを特徴とするＣＭＰ用ドレッサー。
2. 前記純水供給部は、前記ドレッサーから脱落した前記砥粒の屑が前記ドレッシングパッド内に留まるように、所定の水圧にて純水を供給することを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰ用ドレッサー。
3. 前記ドレッシングパッドを前記研磨パッドの径方向にスライドさせる駆動機構をさらに備え、
   前記ドレッシングパッドは、前記研磨パッドの外側までスライド可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のＣＭＰ用ドレッサー。
4. 前記純水供給部は、前記研磨パッドの表面に対して垂直に前記純水を噴射する複数のノズルを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣＭＰ用ドレッサー。
5. 研磨パッドと、
   前記研磨パッドのドレッシングを行うＣＭＰ用ドレッサーとを備え、
   前記ＣＭＰ用ドレッサーは、砥粒を有するドレッシングパッドと、前記ドレッシングパッドの外周部に設けられた純水供給部とを備え、
   前記純水供給部は、前記ドレッサーから脱落した前記砥粒の屑が前記ドレッシングパッド内に留まるように、所定の水圧にて純水を供給することを特徴とするＣＭＰ装置。

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