JP2013539909A - Ｃｍｐ用研磨パッド - Google Patents

Abstract

本発明は、平面上に隣接する２つのバレー（ｖａｌｌｅｙ）を連結する半楕円形または半円形の曲線が３つ以上連結された形態を有し、研磨パッド上に所定深さで形成された変形パターンを含むＣＭＰ用研磨パッドに関するものであって、このような研磨パッドによると、研磨工程時スラリーを全領域にわたって均一に分散させて向上した研磨均一度を提供することができ、スラリーの滞留時間を適切に調節して研磨率を高めることができる。

Description

本発明はＣＭＰ用研磨パッドに関するものであって、より詳しくは、研磨工程時スラリーを全領域にわたって均一に分散させて向上した研磨均一度を提供することができ、スラリーの滞留時間を適切に調節して研磨率を高めることができるＣＭＰ用研磨パッドに関するものである。

最近、ＤＲＡＭまたはフラッシュメモリ素子などのような半導体素子の素子間電気的な分離のためにシャロートレンチ分離（Ｓｈａｌｌｏｗ Ｔｒｅｎｃｈ Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ；ＳＴＩ）工程が使用されている。このようなＳＴＩ工程は、パッド窒化膜などが形成された半導体基板をエッチングしてトレンチを形成し、シリコン酸化膜からなるギャップフィル用酸化膜を形成してトレンチを埋め立てた後、過剰の酸化膜によって生じた段差（ｓｔｅｐ ｈｅｉｇｈｔ）を除去する平坦化工程などを含んで構成される。

以前から前記平坦化工程のために、リフロー（Ｒｅｆｌｏｗ）、ＳＯＧまたはエッチバック（Ｅｔｃｈｂａｃｋ）などの多様な方法が使用されているが、これら方法は半導体素子の高集積化および高性能化の傾向により満足な結果を示すことができなかった。そのため、最近は平坦化工程のために化学的機械的研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、ＣＭＰ）方法が最も広く適用されている。

このようなＣＭＰ方法は、研磨装置の研磨パッドと半導体基板の間に、研磨粒子および多様な化学成分を含むスラリー組成物を供給しながら、前記半導体基板と研磨パッドを接触させこれらを相対的に移動させて、前記研磨粒子などで基板上の研磨対象膜を機械的に研磨しながら前記化学成分などの作用で前記研磨対象膜を化学的に研磨する方法である。

一般に、化学的機械的研磨工程では研磨対象膜がキャリアヘッド上に固定され回転研磨パッドと向き合うように配置される。前記キャリアヘッドは研磨対象膜が固定された状態で回転研磨パッドに対して一定の圧力を加えて研磨が行われるようにする。また、前記キャリアヘッドは基板と研磨表面の間の付加的運動を提供するように回転することができる。

化学的機械的研磨工程では、適切な研磨パッドとスラリーを選択して高い研磨速度を適用することによって平坦な基板表面を提供することができる。しかし、このような化学的機械的研磨工程では、研磨パッドの回転によって遠心力が発生して、研磨パッドの外部に行くほど研磨スラリーの排出速度が大きくなる。また、ＣＭＰ研磨工程中に被研磨膜には一定の圧力が加えられて研磨パッドと接触し、研磨スラリーが被研磨膜の中心部まで移動することが容易でなくて中央部分が過少研磨される現象があった。つまり、以前のＣＭＰ研磨パッドは、研磨対象膜の中央とエッジ（ｅｄｇｅ）部分の研磨速度が相違していて不均一な研磨が発生することがあり、研磨過程でスラリーが不均一に分布することによって非効率的な研磨結果を招くことがある問題点を持っていた。

これにより、スラリーを全領域にわたって均一に分散させることができ、研磨対象膜の全領域にわたって均一な研磨を可能にする方法に対する開発が要求されている。

本発明は、研磨工程時スラリーを全領域にわたって均一に分散させて向上した研磨均一度を提供することができ、スラリーの滞留時間を適切に調節して研磨率を高めることができるＣＭＰ用研磨パッドおよび前記研磨パッドを含むＣＭＰ装置を提供するためのものである。

本発明は、平面上に隣接する２つのバレー（ｖａｌｌｅｙ）を連結する半楕円形または半円形の曲線が３つ以上連結された形態を有し、研磨パッド上に所定深さで形成された変形パターンを２つ以上含み、一つの変形パターンのピークとこれに隣接する他の変形パターンのバレーが中心から同一線上に順次に位置するＣＭＰ用研磨パッドを提供する。

また、本発明は、前記ＣＭＰ用研磨パッドを備えたＣＭＰ装置を提供する。

以下、発明の具体的な具現例によるＣＭＰ用研磨パッドおよびＣＭＰ装置について詳しく説明する。

発明の一具現例によれば、平面上に隣接する２つのバレー（ｖａｌｌｅｙ）を連結する半楕円形または半円形の曲線が３つ以上連結された形態を有し、研磨パッド上に所定深さで形成された変形パターンを２つ以上含み、一つの変形パターンのピークとこれに隣接する他の変形パターンのバレーが中心から同一線上に順次に位置するＣＭＰ用研磨パッドを提供することができる。

研磨パッド上に前記半楕円形または半円形の曲線が連結されてなった変形パターンを形成することによって、研磨および排出過程でスラリーが通り過ぎるパターンの総面積を大きく増加させることができて、以前の同心円型パターンが形成された研磨パッドに比べてスラリー滞留時間を容易に調節することができ、研磨工程時全領域にわたってスラリーを均一に分散させることができて、向上した研磨均一度および高い研磨率を具現することができる。

前記‘パターン’は研磨パッド上に所定の深さおよび幅で形成された凹部または溝を意味する。

前記半楕円形または半円形の曲線は前記研磨パッドの中心から同一な距離にある二点を開始点および終了点にして楕円形または円形に連結された曲線を意味する。前記半楕円形または半円形は完全な半楕円または半円である必要はなく、半楕円または半円の一部であっても良い。

前記半楕円形または半円形の曲線は３つ以上が連結されて変形パターンを形成することができ、このような複数の曲線はそれぞれの曲線の開始点または終了点が互いに連結されてなることができる。図１は８つの半楕円形曲線が互いに連結されて形成された変形パターンの概略的な形態を示したものである。ただし、図１は前記変形パターンの一例を示したもので、前記変形パターンがこれに限定されるのではなく、上述した内容を除いては多様な変形が可能である。例えば、半楕円形または半円形の曲線がつながるバレー（ｖａｌｌｅｙ）は図１のように不連続的な線が連結される一つの点であっても良く、図２のように連続的な線が通り過ぎる一つの点であっても良い。

一つの変形パターン内にある曲線の形態は同一であるか異なっても良いが、同一な形態の半楕円形または半円形の曲線が連続的に連結されたものが好ましい。

前記‘バレー（ｖａｌｌｅｙ）’は一つの変形パターン内で研磨パッドの中心から最短距離上に位置した点を意味し、これを通じて半楕円形または半円形の曲線を連結することができる。また、前記‘ピーク（ｐｅａｋ）’は一つの変形パターン内で研磨パッドの中心から最も遠く位置した曲線上の点を意味する。

一方、前記ＣＭＰ用研磨パッド上には上述した複数の変形パターンが、一つの変形パターンのピークとこれに隣接する他の変形パターンのバレーが中心から同一線上に順次に位置するように形成できる。上述した２つ以上の複数の変形パターンでは、一つの変形パターンのピークと前記変形パターンに隣接する他の一つの変形パターンのバレーが研磨パッドの中心から最外郭方向に一列に並んで配列できる。つまり、それぞれの変形パターンは同一な中心を有するが、図３に示されているように、研磨パッドの中心から最も内側に位置した変形パターンのピークをつないだ直線を延長すれば前記変形パターンを囲んだ他の変形パターンのバレーが連結され、その次の変形パターンのピークが連結される形態に繰り返されながら複数の変形パターンが研磨パッド上に形成できる。

特に、前記複数の変形パターン、即ち、一つの変形パターンのピークと前記変形パターンに隣接する他の変形パターンのバレーが中心から一列に繰り返しながら配列されて２以上の変形パターンが形成された研磨パッドは、ピークとバレーが順次に交代しながら一列に配列されることによって、以前に知られたパターンに比べてより均一にスラリーを研磨パッド上に分散させることができ、スラリーが一定部分に長時間滞留することを防止できて、向上した研磨均一度および研磨率を具現することができる。

以前の同心円型パターンが形成された研磨パッドを使用時には研磨スラリーが被研磨膜の中心部まで移動するのが容易でなくて中央の部分が過少研磨される現象があった。これに反し、前記ＣＭＰ用研磨パッドには変形パターンのピークとバレーが交互に繰り返しながら一列に配列されていて、隣接する変形パターンの間にスラリーが容易に移動して、研磨パッドの中央部にもスラリーが均一に分布することができ、これにより被研磨膜の中央部分の研磨率を高めて研磨均一度を大きく向上させることができる。

また、前記発明の一具現例のＣＭＰ用研磨パッドでは、研磨パッドの中心部に行くほど前記ピークとバレーの密度が高くなるため、研磨過程で研磨パッドの中心部分にスラリーが滞留する時間を長くして、研磨対象膜の中央部分が過少研磨されることによって発生する不均一研磨を防止することができる。

具体的に、前記複数の変形パターンでは変形パターンのピークとバレーが交互に繰り返しながら一列に配列されることによって、研磨過程でＣＭＰ用スラリーは一つのパターンのピークからパッド外部方向側に隣接する他のパターンのバレーに移動し、移動したスラリーはパターンのグルーブ（ｇｒｏｏｖｅ、半楕円形または半円形の曲線でバレーとピークの間の線）に沿って移動した後、再びピークから隣接するパターンのバレーに移動する排出形態を繰り返し、これにより前記発明の一具現例のＣＭＰ用研磨パッドではＣＭＰ用スラリーがより長い排出経路を有することができ、適切な滞留時間を確保しながらも全ての方向に均一に排出できる。

これに反し、図５のようにそれぞれのパターンのピーク（またはバレー）がパッド中心から一列に配列される研磨パッドでは、研磨過程で発生する遠心力によって互いに隣接するパターンのピーク（またはバレー）を配列した直線方向に沿ってＣＭＰ用スラリーが排出され、相対的に短い排出経路が示され、スラリーの滞留時間が相対的に短い部分が発生できる。

これにより、前記ＣＭＰ用研磨パッドは第１乃至第ｎ変形パターンを含むことができ、平面上に第ｋ変形パターンが第ｋ−１変形パターンを囲んでいる形態であり得る。ここで、前記ｎは２以上の整数、好ましくは５乃至１，０００の整数であり、ｋは２≦ｋ≦ｎの整数であってもよい。これにより、研磨パッドの中心から前記第ｋ−１変形パターンのピーク（またはバレー）を通過する線を延長すれば、前記第ｋ変形パターンのバレー（またはピーク）を通過するようになる。

一方、被研磨膜の種類、材質または使用される分野によって前記変形パターンの幅、深さおよび変形パターン間の距離を適切に調節することができる。例えば、前記変形パターンは１０μｍ乃至１ｃｍの幅を有することができ、１０μｍ乃至２ｍｍの深さで研磨パッド上に形成することができる。前記パターンが過度に深く形成される場合、研磨過程でスラリーの流れを妨害することがあり、研磨された被膜物質とスラリーとの凝集によって発生する巨大粒子がパターン内部に留まるようになってスクラッチ発生の原因になることがある。

前記研磨パッドで、一つの変形パターンのピークとこれに隣接する他の変形パターンのバレーの間の距離が１ｍｍ乃至１０ｍｍであるのが好ましい。前記ピークとバレーの間の間隔が過度に狭くなればスラリーが研磨パッド上に滞留できる時間を十分に確保するのが難しいことがあり、前記距離が過度に遠くなれば研磨均一度の向上程度が微小であることがあり研磨性能が低下することがある。

前記研磨パッドの中心からそれぞれの変形パターンまでの距離は研磨性能または変形パターンの数などを考慮して適切に調節することができる。

前記変形パターンの深さに対する断面形態はＣＭＰ用研磨パッドに適用できると知られたものであれば格別な制限なく適用可能であり、例えば長方形、正四角形またはＵ字形であっても良いが、これに必ずしも限定されるのではない。

一方、前記研磨パッドは所定の深さで形成された同心円パターンをさらに含むことができる。このような同心円パターンは研磨性能、研磨均一度および被研磨膜の特性によって研磨パッドの特定部位に少なくとも一つ以上形成することができ、例えば隣接する変形パターンの間または変形パターンと一定部分重なるように形成することができる。図４には一つの変形パターンと一つの同心円パターンが重なって形成された研磨パッドの一例を簡略に示したものである。

特に、このような同心円パターンは、研磨過程での遠心力によって研磨パッドの外部に行くほどスラリーの排出速度がさらに大きくなるのを調節するために、研磨パッドの中心から研磨パッドの半径の１／２になる時点の外に少なくとも一つ以上形成することができる。

前記同心円パターンは円形または楕円形であっても良く、円形、即ち研磨パッドの中心からの距離と前記同心円パターン上の全ての点までの距離が同一なパターンが好ましい。そして、前記同心円パターンは連続的につながった実線の形態に形成されることもあり、一定の点またはパターンの一部からなる点線の形態にも形成することができる。

前記同心円パターンの幅、深さおよび変形パターンらのあいだの距離は被研磨膜の種類、材質または使用される分野によって適切に、調節されることができる。

例えば、前記同時源パターンは１０ｕｍ乃至１ｃｍの幅を持てながら、１０ｕｍ乃至２ｍｍの深さで研磨パッド上に形成されることができる。

一方、発明の他の具現例によれば、前記ＣＭＰ用研磨パッド；前記研磨パッド上に研磨スラリー（ｓｌｕｒｒｙ）を供給する供給部；前記パッド上に研磨されるウエハーを導入する研磨ヘッド（ｈｅａｄ）部；および前記ウエハーの研磨によって発生する残留物を除去し研磨パッドの一定の状態を維持させるパッドコンディショナーを含むＣＭＰ装置を提供することができる。

本発明によれば、研磨工程時スラリーを全領域にわたって均一に分散させて向上した研磨均一度を提供することができ、スラリーの滞留時間を適切に調節して研磨率を高めることができるＣＭＰ用研磨パッドを提供することができる。

８つの半楕円曲線が連結されて形成された変形パターンを簡略に示したものである。 ８つの半楕円曲線が連続的につながった変形パターンが２つ配列された例を示したものである。 複数の変形パターンが形成された実施例１の研磨パッドを簡略に示したものである。 複数の変形パターンおよび同心円パターンが形成された実施例２の研磨パッドを簡略に示したものである。 同じ中心を有し一定の間隔で配列されたパターンが形成された比較例１の研磨パッドを簡略に示したものである。

発明を下記の実施例でより詳細に説明する。但し、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の内容が下記の実施例によって限定されるのではない。

［実施例］
＜実施例および比較例：研磨パッドの製造＞
実施例１
ＣＭＰ用研磨パッド上に、１ｍｍの深さで図３のような複数の変形パターンを形成した。この時、一つの変形パターンのピークとこれに隣接する他の変形パターンのバレーの間の距離は２ｍｍにした。
実施例２
図４のように、同心円パターン（深さ１ｍｍ）が研磨パッドの中心から研磨パッドの半径の２／３になる地点に追加的に形成された点を除いて、実施例１と同様な方法で研磨パッドを製造した。
比較例
図５のように、同じ中心を有し一定の間隔で配列された複数のパターンが１ｍｍの深さで形成された研磨パッドを製造した。

＜実験例＞
前記実施例および比較例の研磨パッドを使用して研磨を実施し、その結果、実施例の研磨パッドがスラリーを全領域にわたって均一に分散させて、比較例の研磨パッドに比べて向上した研磨均一度を提供することができ、スラリーの滞留時間を適切に調節して研磨率を一層高めることができるという点を確認した。
＊研磨条件
ＨＤＰによって６０００Åが蒸着された８インチＳｉＯ_２ウエハーを下記研磨条件で１分間研磨した。
［研磨条件］
研磨装備：Ｇｎｐ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｐｏｌｉ−５００ ８ｉｎｃｈ ｍａｃｈｉｎｅ
プラテン速度：８７ｒｐｍ
キャリア速度：９３ｒｐｍ
圧力：１．５ｐｓｉ
スラリー流速：２００ｍｌ／ｍｉｎ

Claims (9)

1. 平面上に隣接する２つのバレー（ｖａｌｌｅｙ）を連結する半楕円形または半円形の曲線が３つ以上連結された形態を有し、研磨パッド上に所定深さで形成された変形パターンを２つ以上含み、
   一つの変形パターンのピークとこれに隣接する他の変形パターンのバレーが中心から同一線上に順次に位置するＣＭＰ用研磨パッド。
2. 研磨パッドの中心からそれぞれの変形パターンのバレーまでの距離が同一であり、
   研磨パッドの中心からそれぞれの変形パターンのピークまでの距離が同一である、請求項１に記載のＣＭＰ用研磨パッド。
3. 第１乃至第ｎ変形パターンを含み、平面上に第ｋ変形パターンは第ｋ−１変形パターンを囲んでいる、請求項１に記載のＣＭＰ用研磨パッド：
   但し、ｎは２以上の整数であり、ｋは２≦ｋ≦ｎの整数である。
4. 前記第ｋ−１変形パターンのピークと、前記第ｋ変形パターンのバレーが研磨パッドの中心から同一線上に位置する、請求項３に記載のＣＭＰ用研磨パッド。
5. 一つの変形パターンのピークとこれに隣接する他の変形パターンのバレーの間の距離が１ｍｍ乃至１０ｍｍである、請求項１に記載のＣＭＰ用研磨パッド。
6. 前記変形パターンが１０μｍ乃至１ｃｍの幅を有する、請求項１に記載のＣＭＰ用研磨パッド。
7. 前記変形パターンが１０μｍ乃至２ｍｍの深さを有する、請求項１に記載のＣＭＰ用研磨パッド。
8. 所定の深さで形成された同心円パターンをさらに含む、請求項１に記載のＣＭＰ用研磨パッド。
9. 請求項１のＣＭＰ用研磨パッド；
   前記研磨パッド上に研磨スラリー（ｓｌｕｒｒｙ）を供給する供給部；
   前記パッド上に研磨されるウエハーを導入する研磨ヘッド（ｈｅａｄ）部；および
   前記ウエハーの研磨によって発生する残留物を除去し研磨パッドの一定の状態を維持させるパッドコンディショナーを含むＣＭＰ装置。