JP3682379B2 - Cmpパッドコンディショニングディスク及びそのディスクの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はCMP(Chemical Mechanical Polishing)に係り、さらに詳しくは研磨パッドのコンディショニング効果を向上させるCMPパッドコンディショニングディスク及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
現在、半導体素子は高集積化、高密度化につれ一層微細なパターン形成技術を必要とし、配線の多層化構造を求める領域も広まりつつある。これは半導体素子の表面構造が複雑であり層間膜の段差の程度が激しいということを意味する。前記段差は半導体素子製造工程において多くの工程不良を発生させる時の原因になっている。
【0003】
特に、写真工程はウェーハ上にフォトレジストを塗布した後、前記フォトレジスト上に回路が形成されたマスクを整列させ光を用いた露光工程を行なってフォトレジストパターンを形成させる工程であって、過去の線幅が大きくて低層構造を有する素子の製造時には問題がなかったが、微細パターンと多層構造により段差が増えることによって、前記段差の上層と下層の露光フォーカスを合わせ難くてパターン形成が難しくなっている。
【0004】
従って、前記段差を除去するためにウェーハの平坦化技術の重要性が台頭された。前記平坦化技術としてSOG膜蒸着、エッチバック(Etch Back)またはリフロー(Reflow)などの部分平坦化方法が開発されて工程に使われてきたが、多くの問題点が発生してウェーハ全面にかける平坦化、即ち広域平坦化(Global Planarization)のためにCMP(Chemical Mechanical Polishing)技術が開発された。
【0005】
CMP技術とは化学的物理的な反応を通じてウェーハ表面を平坦化する技術である。CMP技術の原理は、ウェーハのパターンが形成されている薄膜を研磨パッド表面に接触させた状態で研磨液(Slurry)を供給して、前記薄膜を化学的で反応させながら同時に回転運動させて物理的にウェーハ上の薄膜の凹凸部を平坦化することである。
【0006】
図1及び図2を参照すれば、CMP装置1はポリウレタン材質の研磨パッド12が付着された研磨テーブル10、前記研磨パッド12と上面したパターンが形成されているパターン薄膜18を有するウェーハ16を固定させて研磨液14が飛散される研磨パッド12上で回転させるウェーハキャリア20、前記ウェーハキャリア20によりCMP工程がなされる反対側に位置し、前記研磨パッド12をコンディショニングさせるコンディショニングディスク24が付着されたコンディショナ22を含めて構成される。
【0007】
前記CMP装置1を使用するCMP技術は研磨速度(Removal Rate)と平坦度(Uniformity)が重要であり、これらはCMP装置1の工程条件、研磨液14の種類及び研磨パッド12の種類等により決定される。特に、前記研磨速度に影響を与える要素は研磨パッド12であって、前記研磨パッド12をコンディショニングさせるコンディショナ22のコンディショニングディスク24は取替周期の適切な選択及び表面状態を管理して工程スペック(Spec)内の研磨速度が保たれるようにすべきである。
【0008】
図3を参照すれば、前記コンディショニングディスク24は表面に人造ダイアモンド26が接着膜25のニッケル薄膜により付着されていて、材質がポリウレタンであり表面が微細な凹凸部27の研磨パッド12の表面を研磨してコンディショニングする。ウェーハ16が研磨パッド12上で研磨液14を供給され、繰り返してCMP工程を行なえば、研磨液14を含む膜質副産物28が前記凹凸部27の間に積層される。
【0009】
従って、繰り返されるCMP工程が行なわれれば前記研磨パッド12の表面が滑らかになるので、連続工程時後続ウェーハの研磨速度は急激に落ちる。従って、前記コンディショナ22は後続ウェーハの研磨速度に影響を与えない為、研磨パッド12が最上の状態を維持するように前記膜質副産物28を除去するためにコンディショニングを施す。即ち、前記コンディショニングは前記人造ダイアモンド26が付着された前記コンディショニングディスク24を研磨パッド12の表面に接触させた後、一定速度で回転させ研磨パッド12の表面の粗度を増やしてウェーハのCMP工程時望みの膜質が一定のスペック(Spec)内に平坦化されるようにする。
【0010】
金属膜CMPと酸化膜CMP工程時、研磨パッド12の前記コンディショニング方法は相異なる。前記金属膜CMP工程時は、ウェーハのCMP工程の完了後前記コンディショナ22が連続して研磨パッド12の表面のコンディショニングを行なう。前記酸化膜CMP工程時はウェーハのCMP工程と同時に前記コンディショナ22が研磨パッド12の表面のコンディショニングを行なう。
【0011】
図4及び図5を参照すれば、前記コンディショニングディスク24は所定の大きさを有する人造ダイアモンド26がニッケル薄膜25を媒介として表面に付着されている。CMP工程が繰り返して行なわれるほど研磨パッド12と同様に研磨液14を含む膜質副産物28が前記人造ダイアモンド26の間に積層される。前記膜質副産物28の前記人造ダイアモンド26間の積層と前記人造ダイアモンド26それ自体の研磨によって表面が滑らかになって、研磨パッド12のコンディショニング効果を劣下させる。
即ち、前記研磨パッド12のコンディショニング効果はコンディショニングディスク24の人造ダイアモンド26の状態によって変化される。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、現在使用されている人造ダイアモンド26の大きさは約68μmであって、ニッケル薄膜25の上部に突出した人造ダイアモンド26の大きさは約30〜40μmしかならなくて寿命が短くて、結局は頻繁なコンディショニングディスク24の取替によって生産性低下、不良率増加により収率を減少させる問題点があった。
【0013】
本発明の目的は、寿命が長くて、効率よく研磨パッドをコンディショニングさせるCMPパッドコンディショニングディスク及び製造方法を提供するところにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための本発明によるCMPパッドコンディショニングディスクは、コンディショニングディスク胴体の表面上に研磨グレーンが付着されてなるCMPパッドコンディショニングディスクであって、コンディショニングディスク胴体の中心部の所定面積が貫通され、前記中心部を基準に十字部をなし、前記十字部のすき間は貫通され、前記十字部は所定の幅を有するリングに囲まれる形状をなし、前記コンディショニングディスク胴体の十字部と前記十字部の端部と面接するリング上には大きさが200〜300μmの人造ダイアモンドが前記研磨グレーンとして付着され、前記コンディショニングディスク胴体の大きさが200〜300μmの人造ダイアモンドが付着される地域以外のリング上には大きさが100〜200μmの人造ダイアモンドが前記研磨グレーンとして付着されることを特徴とする。
【0021】
本発明によるCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法は、
(1)CMPパッドコンディショニングディスク胴体の表面上に研磨グレーンの接着膜を所定の厚さで形成する1次接着膜形成段階と、(2)前記1次接着膜上に研磨グレーンを付着する段階と、(3)前記1次接着膜上にさらに接着膜を所定の厚さで形成する2次接着膜形成段階と、(4)前記接着膜に不完全に付着された研磨グレーンを除去する段階と、(5)前記2次接着膜上にさらに接着膜を所定の厚さで形成する3次接着膜形成段階とを含めてなされる。
前記研磨グレーンは人造ダイアモンドが望ましく、前記接着膜はニッケル薄膜であっても構わない。
前記接着膜形成は電解研磨方法でメッキすることが望ましく、前記人造ダイアモンドの付着は大きさ別に複数回行ってディスク胴体の半径方向に同心円をなし、区画される内部と外部に付着することが望ましい。
【0022】
前記接着膜の1次メッキ時の厚さは研磨グレーン大きさの8〜10%になることができ、前記接着膜の2次及び3次メッキ時の厚さは研磨グレーン大きさの15〜20%になることができる。
前記接着膜の3次形成段階後に、前記接着膜に不完全に付着された研磨グレーンを除去する段階をさらに備えることが望ましく、前記3次接着膜形成段階後にさらに接着膜を所定の厚さで形成する4次接着膜形成段階をさらに備えることが望ましい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の望ましい実施例を詳述する。
本発明に係るCMP(Chemical Mechanical Polishing)工程を行う際、パッド表面をコンディショニングさせる金属材質の研磨パッドコンディショニングディスクはディスク胴体の表面上に人造ダイアモンド研磨グレーンが大きさ別に区分される領域が画設されてなされる。
【0026】
前記コンディショニングディスクの直径は90〜110mmとすることができ、前記人造ダイアモンドは大きさが200μmより小さなものと大きいものを使用することが望ましく、前記研磨グレーンの区画は前記ディスク胴体の半径方向に同心円をなし、内部と外部に区画されることが望ましい。
【0027】
前記ディスク胴体の半径方向に同心円をなす内部領域には大きさが200〜300μmの人造ダイアモンドが付着されることが望ましく、前記ディスク胴体の半径方向に同心円をなす外部領域には大きさが100〜200μmの人造ダイアモンドが付着されることが望ましい。
【0028】
図6及び図7を参照すれば、前記コンディショニングディスク30はディスク胴体31の中心部36の所定面積が貫通されたリング状でなされている。
前記ディスク胴体31の貫通された中心部36を基準に縁部側に所定の幅だけリングをなし、大きさが200〜300μmの人造ダイアモンド34が付着され、前記ディスク胴体31の大きさが200〜300μmの人造ダイアモンド34が付着される地域以外の縁部分は大きさが100〜200μmの人造ダイアモンド32が付着される。前記ディスク胴体31の上の前記人造ダイアモンド32、34の配列幅の比は1:1が望ましい。
【0029】
従って、貫通された中心部36は研磨パッドのコンディショニング時中心部36に力が偏重されることを防止して、研磨パッドのコンディショニングの均一度を良好にする。また、従来より大きい人造ダイアモンド32、34を使用することによって、ニッケル薄膜33の上部に突出された部分も大きくなって、前記コンディショニングディスク30の寿命も延ばせ、上記の通り大きさが相異なる人造ダイアモンド32、34を使用することによって、コンディショニング能力を向上させうる。そして、前記ディスク胴体31の角部は図7のXに示すように25〜45゜で面取りして、コンディショニング工程時ディスク胴体31の角部により研磨パッドが損傷されることを防止した。
【0030】
図8及び図9を参照すれば、前記コンディショニングディスク40はディスク胴体41の所定の中心部46が貫通され、前記中心部46を基準に十字状の十字部45をなし、前記十字部45のすき間も貫通部48を持ち、前記十字部45は所定の幅を有するリングに囲まれている形態を成す。
【0031】
前記ディスク胴体41の十字部45と、前記十字部45の端部と面接するリング上には直径が200〜300μmの人造ダイアモンド44が付着され、前記ディスク胴体41の直径が200〜300μmの人造ダイアモンド44が付着される地域以外のリング上には直径が100〜200μmの人造ダイアモンド42が付着されている。
【0032】
従って、研磨パッドのコンディショニング時前記コンディショニングディスク40の回転力分散を試みて研磨パッドのコンディショニングの均一度を良好にする。また、従来より大きい人造ダイアモンド42、44を使用することによって、ニッケル薄膜43の上部に突出された部分も大きくなって、前記コンディショニングディスク40の寿命も延ばせる、上記の通り大きさが相異なる人造ダイアモンド42、44を使用することによってコンディショニング能力を向上させうる。
【0033】
前記コンディショニングディスク40の角部は図9のYに示す支点のように25〜45゜で面取りをしてコンディショニング時角部により前記研磨パッドに損傷を負わせることを防止した。
【0034】
前記実施例に使われた人造ダイアモンド42、44が付着されたコンディショニングディスク30、40は従来の約68μm大きさの人造ダイアモンドを有するコンディショニングディスクよりその寿命がコンディショニング時間を基準として約150%以上延びることを確認することができた。
【0035】
前記実施例を応用して他の実施例を製造できることは当業者らにとって自明な事実である。
図10は本発明によるコンディショナを示す概略的な図面である。
図10を参照すれば、CMPパッドコンディショナ50は一端が特定固定物に回動自在に設置されている棒52、前記棒52の一側端部に形成されたディスクホルダ装着部54、前記ディスクホルダ装着部54に装着されるディスクホルダ56及び前記ディスクホルダ56に装着される表面上に研磨グレーンが大きさ別に区別される領域が画設されているコンディショニングディスク58を備えてなされる。
【0036】
前記コンディショニングディスク58の胴体の材質は金属であり、前記ディスクホルダ56の内部には磁石(図示せず)が付着されている。したがって、前記ディスク58が磁力により前記ディスクホルダ56に付着される。
【0037】
前記棒52は上下運動と直線運動が可能であり、前記ディスクホルダ56は回転運動が可能である。従って、前記棒52は上下運動と直線運動及び前記ディスクホルダ56の回転運動により研磨パッド表面を効率よくコンディショニングする。
【0038】
前記コンディショニングディスク58はディスク胴体の中心部の所定面積が貫通されたリング状のディスクまたはディスク胴体の中心部の所定面積が貫通され、前記中心部を基準に十字状をなし、前記十字間は貫通され、前記十字は所定の幅を有するリングに囲まれる形状をなすディスクである。
【0039】
図11を参照すれば、はじめに(1)CMPパッドコンディショニングディスク胴体の表面上に接着膜を所定の厚さで形成する1次接着膜形成段階であって、前記コンディショニングディスクの胴体を電解研磨装置に装着して接着膜のニッケル薄膜を研磨グレーンの人造ダイアモンド大きさの概略8〜10%だけ厚さで前記コンディショニングディスクの胴体の表面上に形成する。前記研磨グレーンは前述した人造ダイアモンド以外の物質を使用することも出来る。
【0040】
(2)前記1次接着膜上に研磨グレーンを付着する段階であって、大きさが均一な人造ダイアモンドを前記1次接着膜のニッケル薄膜上に飛散して安着させる。(3)前記1次接着膜上にさらに接着膜を所定の厚さで形成する2次接着膜形成段階であって、ニッケル薄膜を人造ダイアモンド大きさの概略15〜20%だけ厚さで前記1次で形成したニッケル薄膜上に形成して人造ダイヤモンドを固定させる。
【0041】
(4)前記接着膜に不完全に付着された研磨グレーンを除去する段階であって、前記人造ダイアモンドの付着は人造ダイヤモンドを一つずつ選んで付着することではなく、均一な大きさを有する人造ダイアモンドをニッケル薄膜に飛散させるので、全ての人造ダイアモンドが均一に固定付着されない。従って、前記不完全に付着された人造ダイアモンドは工程時離脱されてウェーハの表面にスクラッチなどの工程不良を起こす原因になる。前記不完全に付着された人造ダイアモンドの除去は前記人造ダイアモンドをブラシで掃いて弱く付着された人造ダイアモンドを離脱させる。したがって前記段階で予め不完全に付着された人造ダイアモンドを除去して上記の工程不良を未然に防止できる。
【0042】
(5)前記2次接着膜上にさらに接着膜を所定の厚さで形成する3次接着膜形成段階であって、ニッケル薄膜を人造ダイアモンド大きさの概略15〜20%だけ厚さで形成して前記人造ダイアモンドを一層強く固定させる。(6)前記接着膜に不完全に付着された研磨グレーンを除去する段階であって、反復して不完全に付着された研磨グレーンを除去することにより工程不良を確かに未然に防止する。(7)前記コンディショニングディスク全体を接着膜で形成する4次接着膜形成段階であって、コンディショニングディスク全体にニッケル薄膜を人造ダイアモンド大きさの略1〜3%だけの厚さで形成して前記コンディショニングディスク背面及び前記不完全に付着され除去された人造ダイアモンドが剥離された箇所など前記コンディショニングディスクの全体にニッケル薄膜をメッキして完成する。
【0043】
図12を参照すれば、はじめに(1)前記コンディショニングディスクをニッケル薄膜除去化学薬品に浸漬して人造ダイアモンドを剥離する段階であって、前記コンディショニングディスクを前記人造ダイアモンドの接着膜役割をするニッケル薄膜を溶解させる強酸である硫酸水溶液に浸漬して、前記コンディショニングディスク胴体の表面に付着された既に使用された人造ダイアモンドを剥離する。(2)前記コンディショニングディスク胴体の表面を洗浄する段階であって、前記コンディショニングディスク胴体の表面の前記人造ダイアモンドの剥離時使われた化学薬品、有機物及び不純物を除去する。次工程以降は、前記コンディショニングディスク製造方法によって新たな人造ダイアモンドを前記コンディショニングディスク胴体に付着して工程に使用する。従来には既に使用した前記コンディショニングディスクを廃棄させたが、上記の通り寿命切れのコンディショニングディスクの人造ダイアモンドを除去した後、新たな人造ダイアモンドを付着して再使用することによって、コストを節減させることができる。
【0044】
図13を参照すれば、はじめに(1)CMP工程に既に使用したコンディショニングディスクを所定の化学薬品に浸漬して研磨グレーン間に存在する膜質副産物を除去する段階であって、前記コンディショニングディスクを脱イオン水と弗化水素が90〜100:1の混合比で混合された弗化水素水溶液またはBOE溶液に浸漬して、繰り返されるCMP工程によってコンディショニングディスクの人造ダイアモンドの凹凸状の間に積層された工程種類によって存在する酸化膜質と研磨液の混合物または金属膜質と研磨液の混合物などで構成された膜質副産物を除去する。
前記膜質副産物がたくさん形成されていれば、研磨パッドのコンディショニング能力が低下される。ここで、前記弗化水素水溶液またはBOE溶液に浸漬する工程時間は全て20分〜60分が望ましい。
【0045】
(2)前記コンディショニングディスクを脱イオン水で洗浄する段階であって、前記コンディショニングディスクをバスに浸して連続してオーバーフロー(Overflow)方式で脱イオン水を供給して、前記コンディショニングディスクの表面に残存する前記弗化水素水溶液またはBOE溶液を洗浄する。
【0046】
(3)前記コンディショニングディスクを乾燥させる段階であって、初めて窒素ガスで吹いて表面の水分を除去した後、オーブンを通じて前記コンディショニングディスクに残っている微量の水分を除去する。前記オーブン工程時間は20分〜40分が望ましい。
【0047】
前述したように、洗浄工程を通したコンディショニングディスクはモニターリングウェーハでテストを実施した結果、既に使用後、研磨速度が3200Å/min未満に低下していたものが、3200〜3600Å/minに向上され、約50%の寿命が延びることを確認した。ここで、100%の寿命延長が不可能なのは、人造ダイアモンドそれ自体の大きさが反復されるCMP工程により摩耗されたためである。したがって、この洗浄方法を行うことによりコンディショニングディスクの寿命を延ばしてコストを節減できる。
【0048】
【発明の効果】
以上述べたように、研磨パッドのコンディショニング能力と寿命の延びによりコストダウンに寄与する。
上述の実施例においては、本発明の具体例についてのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲内で多様な変形及び修正が可能なのは当業者にとって明白なことであり、このような変形及び修正が特許請求の範囲に属することは当然なことである。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来のCMP装置を示す概略的な図面である。
【図2】図1のA部分の拡大断面図である。
【図3】従来のコンディショニングディスクが研磨パッドをコンディショニングすることを示す断面図である。
【図4】従来のコンディショニングディスクを示す図面である。
【図5】図4のV−V線の断面図である。
【図6】本発明に係る一実施例のコンディショニングディスクを概略的に示す斜視図である。
【図7】図6のVII-VII’線の断面図である。
【図8】本発明に係る他の実施例のコンディショニングディスクを概略的に示す斜視図である。
【図9】図8のIX−IX’線の断面図である。
【図10】本発明実施例に係るコンディショナを示す概略的な図面である。
【図11】本発明実施例に係るコンディショニングディスクの製造方法を示す工程順序図である。
【図12】本発明の一実施例によるコンディショニングディスクの再生方法を示す工程順序図である。
【図13】本発明の一実施例によるコンディショニングディスクの洗浄方法を示す工程順序図である。
【符号の説明】
1 CMP装置
10 研磨テーブル
12 研磨パッド
14 研磨液
16 ウェーハ
18 パターン薄膜
20 ウェーハキャリア
22、50 コンディショナ
24、30、40、58 コンディショニングディスク
25、33、44 ニッケル薄膜
26、32、34、42、44 人造ダイアモンド
27 凹凸部
28 膜質副産物
31、41 胴体
36、46 中心部
45 十字部
48 貫通部
52 棒
54 ホルダ装着部
56 ホルダ
X、Y 面取り
Claims (16)
- コンディショニングディスク胴体の表面上に研磨グレーンが付着されてなるCMPパッドコンディショニングディスクであって、
コンディショニングディスク胴体の中心部の所定面積が貫通され、前記中心部を基準に十字部をなし、前記十字部のすき間は貫通され、前記十字部は所定の幅を有するリングに囲まれる形状をなし、
前記コンディショニングディスク胴体の十字部と前記十字部の端部と面接するリング上には大きさが200〜300μmの人造ダイアモンドが前記研磨グレーンとして付着され、
前記コンディショニングディスク胴体の大きさが200〜300μmの人造ダイアモンドが付着される地域以外のリング上には大きさが100〜200μmの人造ダイアモンドが前記研磨グレーンとして付着されることを特徴とするCMPパッドコンディショニングディスク。 - 前記コンディショニングディスクの直径は90〜110mmであることを特徴とする請求項1に記載のCMPパッドコンディショニングディスク。
- 前記コンディショニングディスク胴体の材質は金属であることを特徴とする請求項1に記載のCMPパッドコンディショニングディスク。
- 前記コンディショニングディスク胴体の角はラウンド処理したり面取りすることを特徴とする請求項1に記載のCMPパッドコンディショニングディスク。
- 前記面取りの角度は25゜〜45゜であることを特徴とする請求項4に記載のCMPパッドコンディショニングディスク。
- (1)CMPパッドコンディショニングディスク胴体の表面上に研磨グレーンの接着膜を所定の厚さで形成する1次接着膜形成段階と、
(2)前記1次接着膜上に研磨グレーンを付着する段階と、
(3)前記1次接着膜上にさらに接着膜を所定の厚さで形成する2次接着膜形成段階と、
(4)前記接着膜に不完全に付着された研磨グレーンを除去する段階と、
(5)前記2次接着膜上にさらに接着膜を所定の厚さで形成する3次接着膜形成段階とを含めてなることを特徴とするCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。 - 前記研磨グレーンは人造ダイアモンドであることを特徴とする請求項6に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記接着膜はニッケル薄膜であることを特徴とする請求項6に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記接着膜形成は電解研磨方法でメッキすることを特徴とする請求項6に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記人造ダイアモンドの付着は大きさ別に複数回行なってコンディショニングディスク胴体の半径方向に同心円をなし、区画される内部領域と外部領域にそれぞれ付着することを特徴とする請求項7に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記接着膜の1次形成時の厚さは研磨グレーン大きさの8〜10%であることを特徴とする請求項9に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記接着膜の2次及び3次形成時の厚さは研磨グレーン大きさの15〜20%であることを特徴とする請求項9に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記接着膜の3次形成段階後に、前記接着膜に不完全に付着された研磨グレーンを除去する段階をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記3次接着膜形成段階後にさらに接着膜を所定の厚さで形成する4次接着膜形成段階をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記接着膜の4次メッキ時の厚さは研磨グレーン大きさの1〜3%であることを特徴とする請求項14に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
- 前記接着膜に不完全に付着された研磨グレーンの除去はブラシで前記コンディショニングディスク胴体の表面を掃いて研磨グレーンを除去することを特徴とする請求項6または13に記載のCMPパッドコンディショニングディスクの製造方法。
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