JP3075510B2 - 基板の研磨方法および装置 - Google Patents
基板の研磨方法および装置Info
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- JP3075510B2 JP3075510B2 JP1052396A JP1052396A JP3075510B2 JP 3075510 B2 JP3075510 B2 JP 3075510B2 JP 1052396 A JP1052396 A JP 1052396A JP 1052396 A JP1052396 A JP 1052396A JP 3075510 B2 JP3075510 B2 JP 3075510B2
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- polishing
- polishing pad
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/11—Lapping tools
- B24B37/20—Lapping pads for working plane surfaces
- B24B37/26—Lapping pads for working plane surfaces characterised by the shape of the lapping pad surface, e.g. grooved
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B37/00—Lapping machines or devices; Accessories
- B24B37/04—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces
- B24B37/042—Lapping machines or devices; Accessories designed for working plane surfaces operating processes therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)
- Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般的には、集
積回路の製造中に行われる化学機械研磨作業に関し、特
に、集積回路を有する半導体ウェハおよびチップの研磨
に関するものである。この発明は、特に、改善された研
磨制御を可能にする研磨パッド構造および研磨作業に関
するものである。
積回路の製造中に行われる化学機械研磨作業に関し、特
に、集積回路を有する半導体ウェハおよびチップの研磨
に関するものである。この発明は、特に、改善された研
磨制御を可能にする研磨パッド構造および研磨作業に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ−ｍｅ
ｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）は、
Ｗｅｓｔｅｃｈ３７２／３７２Ｍ ｐｏｌｉｓｈｅｒｓ
のような市販の研磨機で、半導体ウェハおよび／または
チップの処理工程において行われる。標準的なＣＭＰツ
ールは、円形研磨テーブルと、基板を保持する回転キャ
リアとを有している。
ｃｈａｎｉｃａｌ ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ；ＣＭＰ）は、
Ｗｅｓｔｅｃｈ３７２／３７２Ｍ ｐｏｌｉｓｈｅｒｓ
のような市販の研磨機で、半導体ウェハおよび／または
チップの処理工程において行われる。標準的なＣＭＰツ
ールは、円形研磨テーブルと、基板を保持する回転キャ
リアとを有している。
【０００３】一般に、ＣＭＰは基板表面を均一に研磨せ
ず、材料除去は不均一に行われる。たとえば、酸化物研
磨の際には、ウェハの端部が、ウェハの中心部よりも速
く研磨されるのが普通である。この現象に対する理由
は、明らかではないが、研磨パッドの不十分なスラリ・
カバレジ、および／または研磨パッドの弾性不良、およ
び／またはウェハ・キャリアの形状が原因と考えられ
る。
ず、材料除去は不均一に行われる。たとえば、酸化物研
磨の際には、ウェハの端部が、ウェハの中心部よりも速
く研磨されるのが普通である。この現象に対する理由
は、明らかではないが、研磨パッドの不十分なスラリ・
カバレジ、および／または研磨パッドの弾性不良、およ
び／またはウェハ・キャリアの形状が原因と考えられ
る。
【０００４】成功した例は少ないが、ＣＭＰにより基板
から材料を均一に除去する種々の方法が試みられた。た
とえば、パッド調整を用いて、スラリ・カバレジが改善
された。しかし、調整装置は、パッド上に大きな粒子を
残留させ、この粒子が基板上にスクラッチを生じさせ
る。ウェハ・キャリアの形状を変えることもできるが、
或る研磨パッドで良好に働く形状は、他のパッドでは良
好に働かないかもしれない。さらに、ウェハ・キャリア
の形状の変更は、異なる研磨パッドおよびまたはプロセ
スが用いられる２テーブル・プロセスの使用を排除する
ことがある。
から材料を均一に除去する種々の方法が試みられた。た
とえば、パッド調整を用いて、スラリ・カバレジが改善
された。しかし、調整装置は、パッド上に大きな粒子を
残留させ、この粒子が基板上にスクラッチを生じさせ
る。ウェハ・キャリアの形状を変えることもできるが、
或る研磨パッドで良好に働く形状は、他のパッドでは良
好に働かないかもしれない。さらに、ウェハ・キャリア
の形状の変更は、異なる研磨パッドおよびまたはプロセ
スが用いられる２テーブル・プロセスの使用を排除する
ことがある。
【０００５】さらに、研磨パッドが、パッドにわたって
一様なパターンの穴またはエンボス領域を有し、スラリ
がパッドの表面に分散するようにすることは、一般的で
ある。パッドにわたる連続パターンは、研磨作用に何ら
かの改善を与えるが、基板にわたって中心部から端部へ
の研磨の変動を修正するものではない。
一様なパターンの穴またはエンボス領域を有し、スラリ
がパッドの表面に分散するようにすることは、一般的で
ある。パッドにわたる連続パターンは、研磨作用に何ら
かの改善を与えるが、基板にわたって中心部から端部へ
の研磨の変動を修正するものではない。
【０００６】また、基板の所望部分を、他の部分よりも
速い速度で研磨するように、ＣＭＰ除去プロファイルを
制御するのは難しい。
速い速度で研磨するように、ＣＭＰ除去プロファイルを
制御するのは難しい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述したところから明
らかなように、半導体ウェハおよび／またはチップのよ
うな基板からの材料の除去を制御して、基板にわたって
一様な表面を実現し、あるいは基板の異なる部分から材
料を異なる速度で除去できるようにする方法および装置
が必要とされる。
らかなように、半導体ウェハおよび／またはチップのよ
うな基板からの材料の除去を制御して、基板にわたって
一様な表面を実現し、あるいは基板の異なる部分から材
料を異なる速度で除去できるようにする方法および装置
が必要とされる。
【０００８】この発明の目的は、半導体ウェハまたはチ
ップのような基板を均一に研磨して、材料を除去するた
めの、研磨パッドおよび方法を提供することにある。
ップのような基板を均一に研磨して、材料を除去するた
めの、研磨パッドおよび方法を提供することにある。
【０００９】この発明の他の目的は、基板から材料を除
去する速度を制御する方法および装置を提供することに
ある。
去する速度を制御する方法および装置を提供することに
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、化学
機械研磨に用いる研磨パッドを変形して、研磨に際しパ
ッド表面の異なる位置に異なる圧力を加えることを可能
なようにする。特定の実施例では、研磨パッドは、研磨
面に隆起領域と非隆起領域とを有するように構成され
る。研磨の均一性および研磨速度を、研磨パッドの構造
およびその選択によって、調整および制御することがで
きる。
機械研磨に用いる研磨パッドを変形して、研磨に際しパ
ッド表面の異なる位置に異なる圧力を加えることを可能
なようにする。特定の実施例では、研磨パッドは、研磨
面に隆起領域と非隆起領域とを有するように構成され
る。研磨の均一性および研磨速度を、研磨パッドの構造
およびその選択によって、調整および制御することがで
きる。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１には、隆起部分である全周リ
ングを有する研磨パッド１０の側断面図を示す。このパ
ッドの側断面図において、全周リングは、２つの隆起領
域１２，１４を形成している。この明細書を通じて、他
に特に説明がなければ、側断面図において、同一の番号
が付与された２つの隆起領域が、全周リングの隆起領域
を示すものとする。隆起領域１２，１４は、種々の装置
によって作成することができる。図１は、特に、研磨面
１３とは反対側でパッド１０内に埋込まれたシム１１の
使用を示している。
ングを有する研磨パッド１０の側断面図を示す。このパ
ッドの側断面図において、全周リングは、２つの隆起領
域１２，１４を形成している。この明細書を通じて、他
に特に説明がなければ、側断面図において、同一の番号
が付与された２つの隆起領域が、全周リングの隆起領域
を示すものとする。隆起領域１２，１４は、種々の装置
によって作成することができる。図１は、特に、研磨面
１３とは反対側でパッド１０内に埋込まれたシム１１の
使用を示している。
【００１２】図２は、図１の研磨パッド１０および半導
体ウェハ１６の概略平面図である。図示のように、研磨
パッド１０は、１００ｍｍ〜１８０ｍｍのパッド半径内
にある全周リングの隆起部１８（図１に隆起領域１２，
１４として示される）を有している。図２からわかるよ
うに、ウェハが研磨パッドの中心と決して交差しないよ
うに、ウェハ１６の中心は、大体において、研磨パッド
の中心から離れて配置されている。さらに、ＣＭＰにお
いては、ウェハが研磨パッドに対して振動するのが普通
である。図２に示されるように、ウェハ１６は、端２０
での第１位置と端２２での第２位置との間で振動する。
たとえば、振動は約±１５ｍｍであるが、振動量は大き
く変動し、以下に説明するように或る例では０ｍｍとな
る。
体ウェハ１６の概略平面図である。図示のように、研磨
パッド１０は、１００ｍｍ〜１８０ｍｍのパッド半径内
にある全周リングの隆起部１８（図１に隆起領域１２，
１４として示される）を有している。図２からわかるよ
うに、ウェハが研磨パッドの中心と決して交差しないよ
うに、ウェハ１６の中心は、大体において、研磨パッド
の中心から離れて配置されている。さらに、ＣＭＰにお
いては、ウェハが研磨パッドに対して振動するのが普通
である。図２に示されるように、ウェハ１６は、端２０
での第１位置と端２２での第２位置との間で振動する。
たとえば、振動は約±１５ｍｍであるが、振動量は大き
く変動し、以下に説明するように或る例では０ｍｍとな
る。
【００１３】異なる研磨速度を与え、所望の厚さプロフ
ァイルを与えるために用いることのできるパターンの例
を、図３および図４に示す。特に、図３は、ウェハの中
心部での研磨速度を増大させ、および／またはウェハの
端部での研磨速度を減少させるのに用いることのできる
可能な構造の側断面図を示す。図３は、研磨パッド３２
の隆起領域３０と、ウェハ４０のおよその相対位置とを
示している。図からわかるように、ウェハ４０の中心部
で高速の研磨を行うためには、ウェハ４０の中心部が研
磨パッド３２とより接触するように、隆起領域３０が研
磨パッド３２に設けられている。
ァイルを与えるために用いることのできるパターンの例
を、図３および図４に示す。特に、図３は、ウェハの中
心部での研磨速度を増大させ、および／またはウェハの
端部での研磨速度を減少させるのに用いることのできる
可能な構造の側断面図を示す。図３は、研磨パッド３２
の隆起領域３０と、ウェハ４０のおよその相対位置とを
示している。図からわかるように、ウェハ４０の中心部
で高速の研磨を行うためには、ウェハ４０の中心部が研
磨パッド３２とより接触するように、隆起領域３０が研
磨パッド３２に設けられている。
【００１４】図４は、ウェハ４０の中心部が研磨される
約７０ｍｍ〜２００ｍｍの半径内で、隆起領域３０が研
磨パッド３２に設けられている状態の平面図である。研
磨パッドは、ウェハ４０の端部方向への領域３６，３８
では、隆起していない。ウェハ４０は、位置４２と４４
との間で振動するように、示されている。
約７０ｍｍ〜２００ｍｍの半径内で、隆起領域３０が研
磨パッド３２に設けられている状態の平面図である。研
磨パッドは、ウェハ４０の端部方向への領域３６，３８
では、隆起していない。ウェハ４０は、位置４２と４４
との間で振動するように、示されている。
【００１５】図５は、テーブルの半径に対する、ウェハ
４０の正確な位置を示すために用いられるウェハ位置グ
ラフの例である。このグラフを用いて、所望の方向のウ
ェハ４０の研磨速度を増大および／または減少させるの
に必要な隆起領域３０のサイズと位置を決定することが
できる。グラフに示すように、ウェハ４０の中心部は、
４１の点で示されるように約１３５ｍｍのテーブル半径
に、配置される。振動すると、ウェハの中心部は、それ
ぞれ４３，４５の点で示されるように、１２５ｍｍ〜１
５０ｍｍの間を変化する。
４０の正確な位置を示すために用いられるウェハ位置グ
ラフの例である。このグラフを用いて、所望の方向のウ
ェハ４０の研磨速度を増大および／または減少させるの
に必要な隆起領域３０のサイズと位置を決定することが
できる。グラフに示すように、ウェハ４０の中心部は、
４１の点で示されるように約１３５ｍｍのテーブル半径
に、配置される。振動すると、ウェハの中心部は、それ
ぞれ４３，４５の点で示されるように、１２５ｍｍ〜１
５０ｍｍの間を変化する。
【００１６】図６および図７は、研磨パッド５２の異な
る隆起構造を示す。図６および図７の構造を用いて、基
板の中心部での速い研磨を修正する、換言すれば、基板
の端部での研磨速度を増大させることができる。図６に
示すように、シム５５または他の機構を用いて、研磨パ
ッド５２の中心部または端部にある隆起領域５０，５６
を形成することができる。基板５４は、その中心が非隆
起領域５７に配置される。
る隆起構造を示す。図６および図７の構造を用いて、基
板の中心部での速い研磨を修正する、換言すれば、基板
の端部での研磨速度を増大させることができる。図６に
示すように、シム５５または他の機構を用いて、研磨パ
ッド５２の中心部または端部にある隆起領域５０，５６
を形成することができる。基板５４は、その中心が非隆
起領域５７に配置される。
【００１７】図７は、図６に示す構造の平面図である。
【００１８】研磨パッドに隆起領域を設けるのにいくつ
かの可能な方法があることを理解すべきである。特に、
図６に示すように、シムを研磨テーブルに付加して、あ
るいは研磨テーブルを機械で仕上げて、研磨テーブルが
隆起領域を有するようにすることができる。研磨パッド
内に隆起領域を形成することもできる。図８に示す特に
柔軟性のある方法は、化学機械研磨テーブル６２に、研
磨パッド６０の下側のテーブル内を上下に動くことので
きるピストン・アレイ６４を設けている。この方法は、
隆起領域パターンを、容易かつ迅速に変更することを可
能にする。さらに、図８に示す構造を用いて、基板表面
にわたる研磨の速度を動的に制御および調整することが
できる。
かの可能な方法があることを理解すべきである。特に、
図６に示すように、シムを研磨テーブルに付加して、あ
るいは研磨テーブルを機械で仕上げて、研磨テーブルが
隆起領域を有するようにすることができる。研磨パッド
内に隆起領域を形成することもできる。図８に示す特に
柔軟性のある方法は、化学機械研磨テーブル６２に、研
磨パッド６０の下側のテーブル内を上下に動くことので
きるピストン・アレイ６４を設けている。この方法は、
隆起領域パターンを、容易かつ迅速に変更することを可
能にする。さらに、図８に示す構造を用いて、基板表面
にわたる研磨の速度を動的に制御および調整することが
できる。
【００１９】この発明の特定の応用においては、研磨パ
ッド構造を選択して、中心部と端部との除去速度の差を
排除することができる。この例では、２６０ｍｍの半径
を有する円形テーブル上で、研磨が行われる。用いる研
磨パッド（Ｒｏｄｅｌ Ｐｏｌｉｔｅｘ Ｓｕｐｒｅｍ
ｅ）およびスラリ（Ｃａｂｏｔ ＳＣ−１；水で２：１
に希釈されている）は、市販されている。ＰＥＣＶＤを
用いて二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）が被覆された２００
ｍｍのシリコン（Ｓｉ）ウェハを用いた。以下研磨パラ
メータを採用した。すなわち、それぞれ２５および２０
ＲＰＭのテーブル回転速度およびウェハ・キャリア回転
速度、０．４２ｋｇ／ｃｍ2 （６ｌｂ／ｉｎ．2 ）、１
５０ｓｃｃｍの流量である。ウェハの中心部は、テーブ
ルの中心から１３５±１５ｍｍの位置で、６ｍｍ／秒の
振動速度で研磨された。研磨の前後で、酸化物の厚さを
測定した。
ッド構造を選択して、中心部と端部との除去速度の差を
排除することができる。この例では、２６０ｍｍの半径
を有する円形テーブル上で、研磨が行われる。用いる研
磨パッド（Ｒｏｄｅｌ Ｐｏｌｉｔｅｘ Ｓｕｐｒｅｍ
ｅ）およびスラリ（Ｃａｂｏｔ ＳＣ−１；水で２：１
に希釈されている）は、市販されている。ＰＥＣＶＤを
用いて二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）が被覆された２００
ｍｍのシリコン（Ｓｉ）ウェハを用いた。以下研磨パラ
メータを採用した。すなわち、それぞれ２５および２０
ＲＰＭのテーブル回転速度およびウェハ・キャリア回転
速度、０．４２ｋｇ／ｃｍ2 （６ｌｂ／ｉｎ．2 ）、１
５０ｓｃｃｍの流量である。ウェハの中心部は、テーブ
ルの中心から１３５±１５ｍｍの位置で、６ｍｍ／秒の
振動速度で研磨された。研磨の前後で、酸化物の厚さを
測定した。
【００２０】図９は、研磨パッドが隆起領域を持たない
従来の標準的な方法を用いて、上述の条件下で基板を研
磨した場合の、ウェハ表面にわたる材料除去の速度を示
す。３つの異なるウェハに対する結果が与えられ、同様
の効果を示している。グラフに示されるように、すべて
の３つのウェハに対する、酸化物の最大除去速度が、ウ
ェハの中心から８０ｍｍのところで観測された。この位
置で、除去速度は、ウェハの中心部での除去速度よりも
２０％大きかった。
従来の標準的な方法を用いて、上述の条件下で基板を研
磨した場合の、ウェハ表面にわたる材料除去の速度を示
す。３つの異なるウェハに対する結果が与えられ、同様
の効果を示している。グラフに示されるように、すべて
の３つのウェハに対する、酸化物の最大除去速度が、ウ
ェハの中心から８０ｍｍのところで観測された。この位
置で、除去速度は、ウェハの中心部での除去速度よりも
２０％大きかった。
【００２１】この発明にしたがって研磨パッドに変更を
加えたことを除いて、上述した同一の条件を用いて、第
２の実験を行った。この特定の例では、図１０に示すよ
うに、０．４８ｍｍの厚さを有するシム７０を、平坦研
磨テーブル上に、パターン状に設けた。次に、研磨パッ
ド７２を、シムの上部に設けて、シム・パターンに対応
する隆起領域７４，７６をパッドに形成する。図１２の
グラフは、テーブル半径に対する隆起領域の位置を示し
ている。このグラフからわかるように、テーブル半径０
ｍｍ〜６５ｍｍおよび９５ｍｍ〜２３０ｍｍに、隆起領
域が設けられている。
加えたことを除いて、上述した同一の条件を用いて、第
２の実験を行った。この特定の例では、図１０に示すよ
うに、０．４８ｍｍの厚さを有するシム７０を、平坦研
磨テーブル上に、パターン状に設けた。次に、研磨パッ
ド７２を、シムの上部に設けて、シム・パターンに対応
する隆起領域７４，７６をパッドに形成する。図１２の
グラフは、テーブル半径に対する隆起領域の位置を示し
ている。このグラフからわかるように、テーブル半径０
ｍｍ〜６５ｍｍおよび９５ｍｍ〜２３０ｍｍに、隆起領
域が設けられている。
【００２２】図１１は、９５ｍｍ〜２３０ｍｍのテーブ
ル半径に設けられた、大きなリング隆起領域７４を示す
略平面図である。この隆起領域は、ウェハの中心部すな
わちウェハ半径の０ｍｍ〜２５ｍｍでの研磨速度を増大
させ、ウェハの端部すなわちウェハ半径の８０ｍｍ〜１
００ｍｍでの研磨速度を減少させるように設けられる。
テーブル７６の中心部にサークル（テーブル半径６５ｍ
ｍ）が設けられて、ウェハの端部、すなわちウェハ半径
９０ｍｍ〜１００ｍｍでの研磨速度を増大させる。
ル半径に設けられた、大きなリング隆起領域７４を示す
略平面図である。この隆起領域は、ウェハの中心部すな
わちウェハ半径の０ｍｍ〜２５ｍｍでの研磨速度を増大
させ、ウェハの端部すなわちウェハ半径の８０ｍｍ〜１
００ｍｍでの研磨速度を減少させるように設けられる。
テーブル７６の中心部にサークル（テーブル半径６５ｍ
ｍ）が設けられて、ウェハの端部、すなわちウェハ半径
９０ｍｍ〜１００ｍｍでの研磨速度を増大させる。
【００２３】テーブルの端部、たとえば２４５ｍｍ〜２
５０ｍｍに隆起リングを付加することによって、ウェハ
半径９０ｍｍ〜１００ｍｍでの研磨速度を増大させるこ
とができる。しかし、テーブルの線速度は、テーブル半
径に比例するので、研磨速度への大きな影響は、テーブ
ルの中心部での隆起領域に比べて、テーブルの端部に隆
起領域を設けることによって、得られる。この例では、
研磨速度のわずかな増大が必要とされたので、中心部の
隆起領域が、用いられた。特に、図９に示したように、
ウェハ半径９４ｍｍでの研磨速度は、ウェハ中心部に対
しかなり高い。
５０ｍｍに隆起リングを付加することによって、ウェハ
半径９０ｍｍ〜１００ｍｍでの研磨速度を増大させるこ
とができる。しかし、テーブルの線速度は、テーブル半
径に比例するので、研磨速度への大きな影響は、テーブ
ルの中心部での隆起領域に比べて、テーブルの端部に隆
起領域を設けることによって、得られる。この例では、
研磨速度のわずかな増大が必要とされたので、中心部の
隆起領域が、用いられた。特に、図９に示したように、
ウェハ半径９４ｍｍでの研磨速度は、ウェハ中心部に対
しかなり高い。
【００２４】次に、酸化物ウェハを、図１０および図１
１に示された研磨パッドを用いて研磨する。テストされ
た３つのウェハにわたる除去速度の差は、図１３のグラ
フからわかるように、１０％より小さい。したがって、
パッドの隆起領域は、ウェハの約８０ｍｍ半径での高い
研磨速度を修正することができた。
１に示された研磨パッドを用いて研磨する。テストされ
た３つのウェハにわたる除去速度の差は、図１３のグラ
フからわかるように、１０％より小さい。したがって、
パッドの隆起領域は、ウェハの約８０ｍｍ半径での高い
研磨速度を修正することができた。
【００２５】図１０および図１１に示された構造を用い
て得られた厚さプロファイルをさらに改善することがで
きる。図１３に示すように、最小の厚さは、ウェハ半径
で約４０ｍｍのところにある。より均一な除去プロファ
イルを得るためには、図１４および図１５に示される研
磨パッド構造を用いることができる。この方法では、第
１のシム７０の上に追加のシム７１を設け、２層の隆起
領域を形成することによって、第２の隆起領域７５を作
製することができる。
て得られた厚さプロファイルをさらに改善することがで
きる。図１３に示すように、最小の厚さは、ウェハ半径
で約４０ｍｍのところにある。より均一な除去プロファ
イルを得るためには、図１４および図１５に示される研
磨パッド構造を用いることができる。この方法では、第
１のシム７０の上に追加のシム７１を設け、２層の隆起
領域を形成することによって、第２の隆起領域７５を作
製することができる。
【００２６】研磨速度は、所望の結果を得るために異な
る組合せで用いることのできる種々のファクタに依存し
て、増大および／または減少する。第１のファクタは、
隆起領域の高さである。相対研磨速度は、隆起領域のス
テップ高さが増大するにつれて、増大する。図１６およ
び図１７は、２種類の研磨パッドに対するＰＳＧ除去の
相対研磨速度への、リング厚さの影響を示すグラフであ
る。図１６においては、０ｍｍ，０．１６ｍｍ，０．４
８ｍｍというようにステップ高さが変わる隆起領域に対
して、ウェハの半径にわたって研磨速度を比較するの
に、Ｓｕｂａ５００研磨パッドを用いている。研磨パッ
ドの中心から１００ｍｍ〜１８０ｍｍに隆起領域が設け
られており、ウェハ振動は約±１５ｍｍである。図１７
は、厚さが０．１６ｍｍおよび０．４８ｍｍの隆起領域
を有するＰｏｌｉｔｅｘ研磨パッドを用いた、同様の実
験を示す。グラフに示すように、隆起領域の高さが増大
するにつれて、研磨速度は増大する。さらに、隆起領域
の高さの影響は、Ｓｕｂａ研磨パッドを用いる場合より
もＰｏｌｉｔｅｘ研磨パッドを用いる場合の方が大き
い。したがって、研磨パッドの種類を変えて、研磨パッ
ド速度への隆起領域の影響を変更することができる。
る組合せで用いることのできる種々のファクタに依存し
て、増大および／または減少する。第１のファクタは、
隆起領域の高さである。相対研磨速度は、隆起領域のス
テップ高さが増大するにつれて、増大する。図１６およ
び図１７は、２種類の研磨パッドに対するＰＳＧ除去の
相対研磨速度への、リング厚さの影響を示すグラフであ
る。図１６においては、０ｍｍ，０．１６ｍｍ，０．４
８ｍｍというようにステップ高さが変わる隆起領域に対
して、ウェハの半径にわたって研磨速度を比較するの
に、Ｓｕｂａ５００研磨パッドを用いている。研磨パッ
ドの中心から１００ｍｍ〜１８０ｍｍに隆起領域が設け
られており、ウェハ振動は約±１５ｍｍである。図１７
は、厚さが０．１６ｍｍおよび０．４８ｍｍの隆起領域
を有するＰｏｌｉｔｅｘ研磨パッドを用いた、同様の実
験を示す。グラフに示すように、隆起領域の高さが増大
するにつれて、研磨速度は増大する。さらに、隆起領域
の高さの影響は、Ｓｕｂａ研磨パッドを用いる場合より
もＰｏｌｉｔｅｘ研磨パッドを用いる場合の方が大き
い。したがって、研磨パッドの種類を変えて、研磨パッ
ド速度への隆起領域の影響を変更することができる。
【００２７】第２のファクタは、隆起領域の相対幅であ
る。一般に、隆起部の幅が減少するにつれて、相対研磨
速度は、圧力の増大とともに増大する。したがって、小
さい領域にはより大きい圧力が加えられるので、細い全
周リングは、太い全周リングよりも速く研磨するであろ
う。
る。一般に、隆起部の幅が減少するにつれて、相対研磨
速度は、圧力の増大とともに増大する。したがって、小
さい領域にはより大きい圧力が加えられるので、細い全
周リングは、太い全周リングよりも速く研磨するであろ
う。
【００２８】第３のファクタは、隆起領域が、全周リン
グまたはサークル（弧は３６０°に等しい）、または部
分リングまたはサークル（弧は３６０°より小さい）の
いずれであるかである。部分リングまたはサークルを用
いて、全周リングまたはサークルに比べて、研磨速度の
増大を減衰させることができる。この影響を、デューテ
ィ・サイクルとして説明することができる。というの
は、リングのサイズは、研磨サイクルの増大割合いに相
当するからである。たとえば、全周リングの使用は、研
磨サイクルの１００％にわたって研磨速度を増大させ
る。これとは対照的に、１／２リングは、研磨サイクル
の５０％にわたって研磨速度を増大させ、研磨サイクル
の他の５０％において研磨速度を増大させない。
グまたはサークル（弧は３６０°に等しい）、または部
分リングまたはサークル（弧は３６０°より小さい）の
いずれであるかである。部分リングまたはサークルを用
いて、全周リングまたはサークルに比べて、研磨速度の
増大を減衰させることができる。この影響を、デューテ
ィ・サイクルとして説明することができる。というの
は、リングのサイズは、研磨サイクルの増大割合いに相
当するからである。たとえば、全周リングの使用は、研
磨サイクルの１００％にわたって研磨速度を増大させ
る。これとは対照的に、１／２リングは、研磨サイクル
の５０％にわたって研磨速度を増大させ、研磨サイクル
の他の５０％において研磨速度を増大させない。
【００２９】図１８は、１／２リング，１／４リング，
１／８リングを含む部分リングの使用の影響に対する、
全周リングの使用の影響の比較を示すグラフである。こ
れらの例では、研磨パッドの隆起リングは、１００ｍｍ
〜１８０ｍｍの半径内に設けられており、ＰＳＧは除去
される。グラフは、ウェハの半径にわたって、部分リン
グがより均一な除去速度を実現できたことを示してい
る。全周リングの使用により、中心部では高速の研磨が
行われ、端部では低速研磨が行われた。図１９は、１／
８リングに対する除去速度を示している。
１／８リングを含む部分リングの使用の影響に対する、
全周リングの使用の影響の比較を示すグラフである。こ
れらの例では、研磨パッドの隆起リングは、１００ｍｍ
〜１８０ｍｍの半径内に設けられており、ＰＳＧは除去
される。グラフは、ウェハの半径にわたって、部分リン
グがより均一な除去速度を実現できたことを示してい
る。全周リングの使用により、中心部では高速の研磨が
行われ、端部では低速研磨が行われた。図１９は、１／
８リングに対する除去速度を示している。
【００３０】リングと隆起領域との他の組合せを用い
て、種々の所望の結果を実現することができる。図２０
に示すように、１／４リングの隆起領域８２が、研磨パ
ッド８０の８０ｍｍ〜２００ｍｍの半径内に設けられて
いる。図２０に示される構造を用いて、ウェハが研磨さ
れると、図２１のグラフに示すように、８０ｍｍ〜９０
ｍｍの領域内を除いて、ウェハにわたる厚さの均一性は
５％内にある。ウェハの端部（８０ｍｍ〜９０ｍｍ）で
の低速除去速度を改善するために、図２２に示すよう
に、２３０ｍｍ〜２８５ｍｍ内の研磨パッドの端部に、
隆起領域８６を設けた。しかし、図２３のグラフからわ
かるように、２３０ｍｍ〜２８５ｍｍ間の隆起領域は過
補償であり、ウェハの端部を多量に研磨した。ウェハに
わたっての均一性を改善する他の方法は、テーブルの端
部に部分リングの隆起領域を用いることであり、あるい
は、テーブルの中心部に全周または部分リングの隆起領
域を用いることである。テーブルの端部では、隆起領域
の高さを低くすることができる。
て、種々の所望の結果を実現することができる。図２０
に示すように、１／４リングの隆起領域８２が、研磨パ
ッド８０の８０ｍｍ〜２００ｍｍの半径内に設けられて
いる。図２０に示される構造を用いて、ウェハが研磨さ
れると、図２１のグラフに示すように、８０ｍｍ〜９０
ｍｍの領域内を除いて、ウェハにわたる厚さの均一性は
５％内にある。ウェハの端部（８０ｍｍ〜９０ｍｍ）で
の低速除去速度を改善するために、図２２に示すよう
に、２３０ｍｍ〜２８５ｍｍ内の研磨パッドの端部に、
隆起領域８６を設けた。しかし、図２３のグラフからわ
かるように、２３０ｍｍ〜２８５ｍｍ間の隆起領域は過
補償であり、ウェハの端部を多量に研磨した。ウェハに
わたっての均一性を改善する他の方法は、テーブルの端
部に部分リングの隆起領域を用いることであり、あるい
は、テーブルの中心部に全周または部分リングの隆起領
域を用いることである。テーブルの端部では、隆起領域
の高さを低くすることができる。
【００３１】また、テーブルに振動の影響を与えるよう
に、研磨パッドに隆起領域を設けることができる。比較
的大きい振動速度は、ウェハにわたる除去速度の急峻な
変動を防止するのに特に有用であることがわかった。図
２４は、研磨パッド９０の可能な構造の隆起領域９２の
側断面図であり、隆起サークルまたはリングが、テーブ
ルの中心に対してオフセットされるように、配置されて
いる。図２５に示すように、研磨パッド９０の隆起領域
９２は、パッドの一端部に接近して、ウェハ９４の外側
端部は、研磨パッドの全表面の一部にわたって研磨パッ
ドの隆起部分と接触する。この例では、研磨パッドは、
２６０ｍｍの半径を有し、サークルは２２５ｍｍの半径
を有し、オフセットは２０ｍｍである。オフセット隆起
サークルの使用は、テーブルの振動のオフセットを形成
することがわかった。３つの異なるウェハにわたる除去
速度のグラフを、図２６に示す。ここでは、オフセット
・サークル隆起領域が研磨パッドに設けられている。隆
起領域を有さないパッドを用いた、３つの異なるウェハ
についての同一条件での比較を、図２７に示す。図から
わかるように、オフセット・サークルの使用は、端部除
去プロファイルに、より均一の中心部を形成する。
に、研磨パッドに隆起領域を設けることができる。比較
的大きい振動速度は、ウェハにわたる除去速度の急峻な
変動を防止するのに特に有用であることがわかった。図
２４は、研磨パッド９０の可能な構造の隆起領域９２の
側断面図であり、隆起サークルまたはリングが、テーブ
ルの中心に対してオフセットされるように、配置されて
いる。図２５に示すように、研磨パッド９０の隆起領域
９２は、パッドの一端部に接近して、ウェハ９４の外側
端部は、研磨パッドの全表面の一部にわたって研磨パッ
ドの隆起部分と接触する。この例では、研磨パッドは、
２６０ｍｍの半径を有し、サークルは２２５ｍｍの半径
を有し、オフセットは２０ｍｍである。オフセット隆起
サークルの使用は、テーブルの振動のオフセットを形成
することがわかった。３つの異なるウェハにわたる除去
速度のグラフを、図２６に示す。ここでは、オフセット
・サークル隆起領域が研磨パッドに設けられている。隆
起領域を有さないパッドを用いた、３つの異なるウェハ
についての同一条件での比較を、図２７に示す。図から
わかるように、オフセット・サークルの使用は、端部除
去プロファイルに、より均一の中心部を形成する。
【００３２】構造，サイズ，隆起領域の配置の変更に加
えて、研磨パッドおよびスラリの種類は、研磨速度に影
響を与える。前述した例では、研磨パッドと用いられる
スラリとの組合せは、端部研磨速度が中心部研磨速度よ
りも速い研磨プロファイルを形成した。これらの各状況
は、隆起領域と圧力との種々の組合せを用いることによ
って、与えることができる。
えて、研磨パッドおよびスラリの種類は、研磨速度に影
響を与える。前述した例では、研磨パッドと用いられる
スラリとの組合せは、端部研磨速度が中心部研磨速度よ
りも速い研磨プロファイルを形成した。これらの各状況
は、隆起領域と圧力との種々の組合せを用いることによ
って、与えることができる。
【００３３】他の例では、半導体ウェハは、研磨前は不
均一な厚さプロファイルを有しており、研磨後に均一な
厚さプロファイルを形成することが望まれる。この場
合、中心部から端部への研磨速度プロファイルが一様で
あっても、ウェハの特定部分で研磨速度を制御すること
が望まれる。たとえば、ウェハの中心部よりも端部での
膜が厚ければ、図３および図４に示す隆起領域パターン
を用いて、研磨後の正しいプロファイルを形成すること
ができる。
均一な厚さプロファイルを有しており、研磨後に均一な
厚さプロファイルを形成することが望まれる。この場
合、中心部から端部への研磨速度プロファイルが一様で
あっても、ウェハの特定部分で研磨速度を制御すること
が望まれる。たとえば、ウェハの中心部よりも端部での
膜が厚ければ、図３および図４に示す隆起領域パターン
を用いて、研磨後の正しいプロファイルを形成すること
ができる。
【００３４】前述した例は、説明のために用いられたも
のであり、研磨パッド，スラリ，研磨キャリア，テーブ
ル・サイズの異なる組合せを、除去される膜，研磨前の
厚さプロファイル，所望の最終プロファイルに応じて、
用いることができることを理解すべきである。さらに、
これらファクタは、所望の最終プロファイルを形成する
のに用いられる隆起領域のパターンとステップ高さとの
組合せを決定する。
のであり、研磨パッド，スラリ，研磨キャリア，テーブ
ル・サイズの異なる組合せを、除去される膜，研磨前の
厚さプロファイル，所望の最終プロファイルに応じて、
用いることができることを理解すべきである。さらに、
これらファクタは、所望の最終プロファイルを形成する
のに用いられる隆起領域のパターンとステップ高さとの
組合せを決定する。
【００３５】
【図１】２つの隆起領域を有する研磨パッドの側面図で
ある。
ある。
【図２】この発明による化学機械研磨装置の平面図であ
る。
る。
【図３】基板の中心部で高速の研磨を実現するために用
いられる、可能な隆起領域パターンの側断面図である。
いられる、可能な隆起領域パターンの側断面図である。
【図４】図３に示す隆起領域パターンの略平面図であ
る。
る。
【図５】テーブル上の基板の相対位置に対する、隆起領
域の位置を示すグラフである。
域の位置を示すグラフである。
【図６】基板の端部での研磨速度を増大させるために用
いることのできる、端部および中心部に隆起領域を有す
る研磨パッドの側断面図である。
いることのできる、端部および中心部に隆起領域を有す
る研磨パッドの側断面図である。
【図７】図６に示す隆起領域パターンの略平面図であ
る。
る。
【図８】研磨パッドに隆起領域を形成するために、上下
動できるピストンを有する研磨テーブルを示す図であ
る。
動できるピストンを有する研磨テーブルを示す図であ
る。
【図９】従来技術を用いて基板表面から材料を除去する
速度を示すグラフである。
速度を示すグラフである。
【図１０】中心部から端部への異なる除去速度を排除す
るように設けられた隆起領域を示す研磨パッドの側面図
である。
るように設けられた隆起領域を示す研磨パッドの側面図
である。
【図１１】図１０に示す研磨パッドの平面図である。
【図１２】基板およびテーブルの半径より決定された、
図１０に示す相対リング位置を示すグラフである。
図１０に示す相対リング位置を示すグラフである。
【図１３】図１０，図１１，図１２に示した研磨パッド
構造を用いた、ウェハ表面にわたる材料の除去速度を示
すグラフである。
構造を用いた、ウェハ表面にわたる材料の除去速度を示
すグラフである。
【図１４】図１０，図１１，図１２に示した構造を用い
て得られた除去プロファイルをさらに改善するために用
いることのできる２層研磨パッドの側面図である。
て得られた除去プロファイルをさらに改善するために用
いることのできる２層研磨パッドの側面図である。
【図１５】図１０，図１１，図１２に示した構造を用い
て得られた除去プロファイルをさらに改善するために用
いることのできる２層研磨パッドの平面図である。
て得られた除去プロファイルをさらに改善するために用
いることのできる２層研磨パッドの平面図である。
【図１６】２つの異なった種類の研磨パッドに対する、
相対研磨速度への隆起領域リング厚さの影響を示すグラ
フである。
相対研磨速度への隆起領域リング厚さの影響を示すグラ
フである。
【図１７】２つの異なった種類の研磨パッドに対する、
相対研磨速度への隆起領域リング厚さの影響を示すグラ
フである。
相対研磨速度への隆起領域リング厚さの影響を示すグラ
フである。
【図１８】研磨速度への、全周隆起領域リングおよび部
分隆起領域リングの使用の影響を比較するグラフであ
る。
分隆起領域リングの使用の影響を比較するグラフであ
る。
【図１９】研磨速度への、１／８隆起領域リングの使用
の影響を示すグラフである。
の影響を示すグラフである。
【図２０】研磨パッドの１／４リング隆起領域を示す図
である。
である。
【図２１】図２０の構造を用いた、基板にわたる相対研
磨速度を示すグラフである。
磨速度を示すグラフである。
【図２２】１／４リング隆起領域および全周リング隆起
領域を有する研磨パッドを示す図である。
領域を有する研磨パッドを示す図である。
【図２３】図２２の構造を用いた、基板にわたる相対研
磨速度を示すグラフである。
磨速度を示すグラフである。
【図２４】オフセット・リングを有して、振動の影響を
与える研磨パッドの隆起領域の可能な構造の側面図であ
る。
与える研磨パッドの隆起領域の可能な構造の側面図であ
る。
【図２５】図２４に示す隆起領域パターンの略平面図で
ある。
ある。
【図２６】図２４に示すオフセット・リングおよびオフ
セット無しリングで実現した除去プロファイルを比較す
るグラフである。
セット無しリングで実現した除去プロファイルを比較す
るグラフである。
【図２７】図２４に示すオフセット・リングおよびオフ
セット無しリングで実現した除去プロファイルを比較す
るグラフである。
セット無しリングで実現した除去プロファイルを比較す
るグラフである。
１０，５２，６０，７２，８０，９０ 研磨パッド １１，５５，７０，７１ シム １２，１４，３０，５０，５６，７４，７６，８２，８
６，９２ 隆起領域 １３ 研磨面 １６，２０，４０，５４，９４ 半導体ウェハ １８ 全周リング隆起部 ５７ 非隆起領域 ６２ 研磨テーブル ６４ ピストン・アレイ ７５ 第２の隆起領域
６，９２ 隆起領域 １３ 研磨面 １６，２０，４０，５４，９４ 半導体ウェハ １８ 全周リング隆起部 ５７ 非隆起領域 ６２ 研磨テーブル ６４ ピストン・アレイ ７５ 第２の隆起領域
フロントページの続き (72)発明者 マイケル・フランシス・ロファーロ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ミル トン ウィロウツリー ロード 435 (56)参考文献 特開 昭63−295175（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−211676（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B24B 37/00 H01L 21/304 622
Claims (4)
- 【請求項１】基板を研磨する方法であって、 基板の表面を研磨パッドに接触させ、前記基板および前
記研磨パッドの少なくとも一方を動かして、前記研磨パ
ッドで前記基板の表面を研磨するステップと、 前記研磨ステップの際に、前記研磨パッドで、前記基板
の表面の第１部分に、第１の値の圧力と、前記研磨ステ
ップの際に、前記研磨パッドで、前記基板の表面の第２
部分に、前記第１の値の圧力と異なる第２の値の圧力と
を加えるステップと、 を含み、 前記圧力を加えるステップは、前記研磨パッドの研磨面
に、少なくとも１つの比較的隆起した第１部分と、少な
くとも１つの隆起していない第２部分とを有する研磨パ
ッドを用いて行い、 前記第１部分は、前記研磨パッドの回転軸を中心にした
３６０°より小さい弧として延びることを特徴とする基
板の研磨方法。 - 【請求項２】前記少なくとも１つの隆起した第１部分
を、前記研磨パッドの下側に複数のピストンを設けるこ
とによって形成し、前記複数のピストンは、上方位置ま
たは下方位置に配置できる、請求項１記載の基板の研磨
方法。 - 【請求項３】基板を研磨する装置であって、 基板を保持するキャリアと、 前記キャリアに近接して配置された研磨パッドとを備
え、前記キャリアおよび前記パッドの少なくとも一方を
動かして、前記研磨パッドで前記基板の表面を研磨し、
前記研磨パッドは、前記基板と接触する前記研磨パッド
の研磨面に、少なくとも１つの比較的隆起した第１部分
と、少なくとも１つの隆起していない第２部分とを有
し、 前記研磨パッドの研磨面の前記少なくとも１つの隆起し
た第１部分は、前記研磨パッドの回転軸を中心にした３
６０°より小さい弧として延びることを特徴とする基板
の研磨装置。 - 【請求項４】前記少なくとも１つの隆起した第１部分
を、前記研磨パッドの下側に複数のピストンを設けるこ
とによって形成し、前記複数のピストンは、上方位置ま
たは下方位置に配置できる、請求項３記載の基板の研磨
装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/392,591 US5558563A (en) | 1995-02-23 | 1995-02-23 | Method and apparatus for uniform polishing of a substrate |
| US392591 | 1995-02-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08243913A JPH08243913A (ja) | 1996-09-24 |
| JP3075510B2 true JP3075510B2 (ja) | 2000-08-14 |
Family
ID=23551224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1052396A Expired - Fee Related JP3075510B2 (ja) | 1995-02-23 | 1996-01-25 | 基板の研磨方法および装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5558563A (ja) |
| JP (1) | JP3075510B2 (ja) |
Families Citing this family (55)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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