JP4478859B2 - 研磨パッド - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置の製造プロセスにおいて、半導体ウェハなどの被研磨物の平坦化処理などを行うときに用いられる化学機械研磨(chemical mechanical polishing:CMP)に好適な研磨パッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から種々のCMP装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
図9は、従来のCMP装置の概略構成図である。定盤1の表面に取付けられた研磨パッド2には、研磨用のスラリー3がスラリー供給装置4から連続的に供給される。被研磨物としての例えば、半導体ウェハ5は、研磨ヘッド6に、バッキングフィルム7を介して保持される。研磨ヘッド6に荷重が加えられることによって、半導体ウェハ5は、研磨パッド2に押し付けられる。
【0004】
研磨パッド2上に供給されるスラリー3は、研磨パッド2上を広がって半導体ウェハ5に到達する。定盤1と研磨ヘッド6とは、矢符Aで示されるように同方向に回転して相対的に移動し、研磨パッド2と半導体ウェハ5との間にスラリー3が侵入して研磨が行われる。なお、8は研磨パッド2の表面を目立てするためのドレッサーである。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−334655号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
このようなCMP装置では、上述のように半導体ウェハなどの被研磨物は、研磨パッドに押し付けられて圧接されており、このため、被研磨物と研磨パッドとの間へのスラリーの流れが妨げられることになり、特に、被研磨物の中心部分へのスラリーの侵入が阻害されることになる。その結果、被研磨物の中心部分の研磨量が、周辺部分に比べて少なくなり、特に面積が大きい半導体ウェハでは、その傾向が顕著となる。
【0007】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、被研磨物を均一に研磨して平坦性を向上させることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【0009】
すなわち、本発明の研磨パッドは、被研磨物の研磨に用いられるとともに、表面に複数の窪みが加工された研磨パッドであって、前記被研磨物の中心部分が圧接される第1の領域と、前記第1の領域以外の第2の領域とを備え、前記第1の領域が、円板状の当該研磨パッドの半径方向の略中央付近の環状の領域であり、前記第2の領域が、前記第1の領域の両側の領域であり、前記被研磨物が圧接される前記第1の領域における単位面積当たりの前記被研磨物との接触面積が、前記被研磨物が圧接される前記第2の領域における前記単位面積当たりの前記被研磨物との接触面積に比べて大きくなるように、前記第1の領域における前記窪みの加工形態と、前記第2の領域における前記窪みの加工形態とを異ならせると共に、前記窪みを溝としている。
【0011】
また、窪みの加工形態とは、加工によって形として現れた窪みの姿をいい、例えば、同心円状、格子状や螺旋状といった窪みの加工パターン、あるいは、窪みのピッチ、窪みの平面形状や断面形状などを含むものである。
【0012】
また、被研磨物の中心部分が圧接される第1の領域とは、回転する当該研磨パッドに対して、半導体ウェハなどの被研磨物の中心部分が圧接される領域をいい、少なくとも中心部分が圧接されればよく、中心部分以外の部分が圧接されてもよい。
【0013】
第2の領域とは、第1の領域以外の領域をいい、好ましくは、回転する当該研磨パッドに対して、半導体ウェハなどの被研磨物の中心部分以外の部分が圧接される領域をいう。
【0014】
本発明によると、被研磨物の中心部分が圧接される第1の領域における窪みの加工形態と、被研磨物の周辺部分が圧接される第2の領域における窪みの加工形態とを異ならせて、第1の領域における被研磨物との接触面積を、第2の領域における被研磨物との接触面積に比べて大きくしているので、被研磨物の中心部分では、周辺部分に比べて、機械的な研磨作用を強くすることができ、これによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図り、研磨面の平坦性を向上させることができる。
【0017】
好ましい実施態様においては、前記第1の領域における前記溝の前記半径方向に沿う断面形状を、前記第2の領域における前記溝の前記半径方向に沿う断面形状と異ならせている。
【0018】
この実施態様によると、溝の断面形状を異ならせることによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、当該研磨パッドとの接触面積を異ならせることができる。したがって、被研磨物の中心部分では、周辺部分に比べて、当該研磨パッドとの接触面積を増やして機械的な研磨作用を強くすることによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【0019】
他の実施態様においては、前記複数の溝は、同心円状に形成されるとともに、前記断面形状が矩形であり、前記第1の領域における前記溝の幅を、前記第2の領域における前記溝の幅よりも狭くしている。
【0020】
この実施態様によると、同心円状の矩形断面の溝の幅を異ならせることによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、当該研磨パッドとの接触面積を異ならせ、これによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【0021】
更に他の実施態様においては、前記第1,第2の領域の内の一方の領域における前記溝を、同心円状の溝とし、他方の領域における溝を、格子状の溝としている。
【0022】
この実施態様によると、溝の加工パターンを異ならせることによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、当該研磨パッドとの接触面積を異ならせ、これによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0024】
ここで、本発明の実施の形態の説明に先立って参考例について説明する。
【0025】
(参考例1)
図1は、本発明の参考例の研磨パッド10を示す図であり、同図(a)は平面図であり、同図(b)は、その半径方向に沿う拡大した断面図である。
【0026】
この参考例の研磨パッド10は、上述の図9に示されるCMP(化学機械研磨)装置の定盤1の表面に取付けられて被研磨物、例えば、半導体ウェハ5の化学機械研磨に用いられるものである。
【0027】
この研磨パッド10は、円板状であって、その表面に同心円状の複数の溝が加工されており、例えば、ポリウレタン等の樹脂からなる。
【0028】
この参考例では、半導体ウェハ5の研磨面の中心部分と周辺部分との研磨量の均一化を図って平坦性を向上させるために、次のように構成している。
【0029】
すなわち、この研磨パッド10は、半導体ウェハ5の研磨の際に、半導体ウェハ5の少なくとも中心部分が圧接される第1の領域11における第1の溝12の加工形態と、前記第1の領域11以外の第2の領域13における第2の溝14の加工形態とを異ならせている。
【0030】
半導体ウェハ5の中心部分が、圧接される第1の領域11は、同図(a)に示されるように、円板状の研磨パッド10の半径方向の中央部付近の環状の領域となっており、第2の領域13は、第1の領域11に囲まれた研磨パッド10の中心部を含む円形の領域および第1の領域11の外周の環状の領域となっている。
【0031】
ここで、同図(b)に示されるように、被研磨物である半導体ウェハ5の直径をLとすると、第1の領域11の幅は、例えば、被研磨物の中心部の0.2L〜0.4Lの範囲であるのが好ましい。
【0032】
従来では、上述のように、半導体ウェハの中心部分にスラリーが侵入するのが阻害されて、中心部分の研磨量が、周辺部分に比べて少なくなって研磨面が不均一になるという課題があった。
【0033】
そこで、この参考例では、研磨の際に、半導体ウェハ5の中心部分が圧接される第1の領域11では、第2の領域13に比べて溝内のスラリーの流量を増加させて半導体ウェハ5を均一に研磨できるように次のように構成している。
【0034】
すなわち、第1の領域11に形成されている同心円状の複数の第1の溝12は、半径方向に沿う断面形状が矩形であって、第2の領域13に形成されている同心円状の複数の第2の溝14に比べて、同図(b)に示されるように、溝深さを深くするとともに、幅を広くしており、溝12内を流動するスラリーの流量を増加させるように構成している。
【0035】
この参考例では、第1の溝12は、その深さが、例えば、0.2mm〜3mm、好ましくは、0.4mm〜2mmであり、溝幅は、0.2mm〜3mm、好ましくは、0.2mm〜1.5mmである。
【0036】
一方、第2の溝14は、第1の溝12よりも深さおよび幅が小さく、その深さが、例えば、0.1mm〜1.5mm、好ましくは、0.2mm〜1.0mmである。また、溝幅は、0.1mm〜1.5mm、好ましくは、0.2mm〜1.5mmである。
【0037】
以上の構成を有する研磨パッド10を、上述の図9に示されるCMP(化学機械研磨)装置の定盤1の表面に取付けて被研磨物、例えば、半導体ウェハ5の研磨を行なうものである。
【0038】
この研磨の際に、半導体ウェハ5の中心部分が圧接される第1の領域11の第1の溝12内を流動するスラリーの流量を、第2の領域の第2の溝14内を流動するスラリーの流量に比べて増加させることができる。したがって、半導体ウェハ5の中心部分では、周辺部分に比べて、化学的な研磨作用を強くすることができ、半導体ウェハ5の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【0039】
(参考例2)
図2は、本発明の他の参考例の研磨パッド10aを示す図であり、同図(a)は平面図であり、同図(b)は、その半径方向に沿う拡大した断面図であり、また、第1の領域11の一部を拡大した平面図を併せて示している。
【0040】
上述の参考例では、第1の領域11には、同心円状の複数の第1の溝12が形成されたのに対して、この参考例では、第1の領域11には、同心円状に代えて格子状の複数の第1の溝12aを形成している。
【0041】
この第1の領域11における格子状の第1の溝12aは、同図(b)に示されるように、第2の領域13の第2の溝14に比べて、溝の深さを深くするとともに、幅を広くし、溝12a内を流動するスラリーの流量を増加させるように構成している。
【0042】
その他の構成は、上述の参考例1と同様である。
【0043】
この参考例においても、半導体ウェハ5の中心部分が圧接される第1の領域11の第1の溝12a内のスラリーの流量を、第2の領域13の第2の溝14内のスラリーの流量に比べて増加させることによって、半導体ウェハ5の中心部分では、周辺部分に比べて、化学的な研磨作用を強くすることができ、これによって、半導体ウェハ5の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【0044】
(実施の形態1)
図3は、本発明の実施の形態に係る研磨パッド10bを示す図であり、同図(a)は平面図であり、同図(b)は、その半径方向に沿う拡大した断面図である。
【0045】
上述の各参考例では、半導体ウェハ5の中心部分が圧接される第1の領域11の溝12,12aを流動するスラリーの流量を、第2の領域13に比べて増加させることによって、半導体ウェハ5の中心部分では、周辺部分に比べて、化学的な研磨作用を強くするものであったのに対して、この実施の形態では、半導体ウェハ5の中心部分が圧接される第1の領域11では、第2の領域13に比べて、半導体ウェハ5との接触面積を増加させて機械的な研磨作用を強くするものである。
【0046】
ここで、接触面積とは、半導体ウェハ5が圧接される研磨パッドの領域における一定面積(単位面積)当たりについて、半導体ウェハ5と接触する面積をいう。
【0047】
この実施の形態では、第1の領域11の同心円状の複数の第1の溝12bは、第2の領域13の同心円状の複数の第2の溝14bに比べて、溝の幅を狭くするとともに、深さを浅くし、半導体ウェハ5との接触面積を増加させるように構成している。
【0048】
この実施の形態では、第1の溝12bは、その深さが、例えば、0.2mm〜3mm、好ましくは、0.4mm〜2mmであり、溝幅は、0.2mm〜3mm、好ましくは、0.2mm〜1.5mmである。
【0049】
一方、第2の溝14bは、第1の溝12bよりも深さおよび幅が大きく、その深さが、例えば、0.1mm〜1.5mm、好ましくは、0.2mm〜1.0mmである。また、溝幅は、0.1mm〜1.5mm、好ましくは、0.2mm〜1.5mmである。
【0050】
その他の構成は、上述の参考例1と同様である。
【0051】
この実施の形態では、半導体ウェハ5の中心部分が圧接される第1の領域11の接触面積を、第2の領域の接触面積に比べて増加させることによって、半導体ウェハ5の中心部分では、周辺部分に比べて、機械的な研磨作用を強くすることができ、これによって、半導体ウェハ5の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【0052】
(実施の形態2)
図4は、本発明の他の実施の形態に係る研磨パッド10cを示す図であり、同図(a)は平面図であり、同図(b)は、その半径方向に沿う拡大した断面図であり、また、第2の領域13の一部を拡大した平面図を併せて示している。
【0053】
この実施の形態では、第1の領域11には、同心円状の複数の第1の溝12bを形成し、第2の領域13には、格子状の第2の溝14cを形成している。
【0054】
第1の溝12bは、同図(b)に示されるように、第2の溝14cに比べて、溝の幅が狭く形成されているとともに、浅く形成されており、これによって、第1の領域11では、半導体ウェハ5との接触面積を、第2の領域13に比べて増加させている。
【0055】
この実施の形態では、半導体ウェハ5の中心部分が圧接される第1の領域11の接触面積を、第2の領域13の接触面積に比べて増加させることによって、半導体ウェハ5の中心部分では、周辺部分に比べて、機械的な研磨作用を強くすることができ、これによって、半導体ウェハ5の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【0056】
【実施例】
以下、上述の参考例2および実施の形態1,2にそれぞれ対応する参考例2,実施例1,2と従来例とについて、ヘッドの回転数を41rpm、プラテンの回転数を60rpm、面圧を7psiという研磨条件で、12インチの半導体ウェハの研磨を3回それぞれ行なって研磨レート(RR:Removal Rate)と、研磨面の面内不均一性(NU:Non Uniformity)とを計測した。なお、面内不均一性は、エリプソメータを用いて49点を計測し、NUを次式で算出した。
NU=(標準偏差/平均値)×100
その結果を、図5および図6に示す。
【0057】
従来例は、第1,第2の領域の区別なく、研磨パッドの略全面に同心円状の溝が形成されているものを用いた。
【0058】
ここで、参考例2、実施例1,2および従来例の各領域および溝サイズについて、説明する。
【0059】
研磨パッドの直径は、200mmであり、第1の領域は、12インチのウェハの中心部の60mmの領域、すなわち、被研磨物の直径Lの内の0.3Lの領域であった、
参考例2の第1の溝12aの深さは、1mm、幅は、1mmであり、第2の溝14の深さは、0.5mm、幅は、0.5mmである。
【0060】
実施例1の第1の溝12bの深さは、0.5mm、幅は、0.5mmであり、第2の溝14bの深さは、1mm、幅は、1mmである。
【0061】
実施例2の第1の溝12bの深さは、0.5mm、幅は、0.5mmであり、第2の溝14cの深さは、1mm、幅は、1mmである。
【0062】
従来例の溝深さは、0.5mm、幅は0.5mmである。
【0063】
図5に示されるように、研磨レートは、いずれの実施例も従来例と同等あるいはそれよりも良好であった。
【0064】
また、図6に示されるように、面内不均一性も従来例に比べて低く、平坦性が向上した。
【0065】
(その他の実施の形態)
上述の各実施の形態では、第1の領域11と第2の領域13との境界を境にして溝の加工形態を急激に異ならせけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図7(b)に示されるように、溝の深さなどを徐々に異ならせるようにしてもよい。
【0066】
上述の実施の形態1,2では、第2の領域13の第2の溝14b,14cは、第1の領域11の第1の溝12bに比べて、溝の深さが大きく、スラリーの流量が増加することになるが、本発明の他の実施の形態として、例えば、図8(b)に示されるように、第2の領域13の第2の溝14eを、浅くしてスラリーの流量が、第1の領域11に比べて増加しないようにしてもよい。
【0067】
上述の各実施の形態では、溝の断面形状は、矩形であったけれども、V字状、U字状、台形状、その他の形状であってもよい。
【0068】
なお、研磨パッドの表面には、第1の領域11、第2の領域13以外の領域を設けてもよい。
【0069】
【発明の効果】
以上のように本発明よれば、被研磨物の中心部分と周辺部分とでスラリーの流量や当該研磨パッドとの接触面積を異ならせることが可能となり、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、機械的な研磨作用を調節して研磨量の均一化を図り、研磨面の平坦性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例の研磨パッドを示す図
【図2】本発明の他の参考例の研磨パッドを示す図
【図3】本発明の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図4】本発明の他の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図5】本発明の実施例、参考例および従来例の研磨レートを示す図
【図6】本発明の実施例、参考例および従来例の面内不均一性を示す図
【図7】本発明の他の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図8】本発明の更に他の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図9】CMP装置の概略構成図
【符号の説明】
3 スラリー 5 半導体ウェハ
10,10a〜10e 研磨パッド 11 第1の領域
13 第2の領域 12,12a,12b,12d 第1の溝
14,14b〜14e 第2の溝
Claims (4)
- 被研磨物の研磨に用いられるとともに、表面に複数の窪みが加工された研磨パッドであって、
前記被研磨物の中心部分が圧接される第1の領域と、前記第1の領域以外の第2の領域とを備え、前記第1の領域が、円板状の当該研磨パッドの半径方向の略中央付近の環状の領域であり、前記第2の領域が、前記第1の領域の両側の領域であり、
前記被研磨物が圧接される前記第1の領域における単位面積当たりの前記被研磨物との接触面積が、前記被研磨物が圧接される前記第2の領域における前記単位面積当たりの前記被研磨物との接触面積に比べて大きくなるように、前記第1の領域における前記窪みの加工形態と、前記第2の領域における前記窪みの加工形態とを異ならせると共に、前記窪みを溝としたことを特徴とする研磨パッド。 - 請求項1に記載の研磨パッドにおいて、
前記第1の領域における前記溝の前記半径方向に沿う断面形状を、前記第2の領域における前記溝の前記半径方向に沿う断面形状と異ならせた研磨パッド。 - 請求項2に記載の研磨パッドにおいて、
前記複数の溝は、同心円状に形成されるとともに、前記断面形状が矩形であり、前記第1の領域における前記溝の幅を、前記第2の領域における前記溝の幅よりも狭くした研磨パッド。 - 請求項1または2に記載の研磨パッドにおいて、
前記第1,第2の領域の内の一方の領域における前記溝を、同心円状の溝とし、他方の領域における溝を、格子状の溝とした研磨パッド。
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