JPH11151659A - 研磨パッド、化学的機械研磨法、および化学的機械研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェーハの研磨に於いて研磨ウェーハ中央部
へ向けての研磨スラリーの供給を十分行なえる様にする
事で、研磨の均一性を改善可能とし、もって生産の安定
化を可能とする研磨パッドを提供する。 【解決手段】 本発明の化学的機械研磨装置は、基材に
粒子状研磨材を配合させてなる研磨パッド２と、表面に
研磨パッド２が接着された研磨プレート３と、被処理基
板４を保持するキャリア５と、水またはアルカリ溶液１
４を研磨パッド２上の中央部に供給する水またはアルカ
リ溶液供給装置１３を有する。ここで、粒子状研磨材と
しては、研磨粒子単独のもの、水またはアルカリ溶液に
研磨粒子を分散した研磨スラリーを有機化合物質で包ん
だ構造のもの、水またはアルカリ溶液に研磨粒子を分散
した研磨スラリーのまわりのみを乾燥・固化させた構造
のもの、または、水またはアルカリ溶液に研磨粒子を分
散した研磨スラリーのまわりのみを乾燥・固化させた構
造のものであり、かつ細長い形状を有するものを用いる
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨パッド、化学
的機械研磨法、および化学的機械研磨装置に関する。詳
しくは、本発明は、半導体装置の製造に際して、層間絶
縁膜を形成した後にあるいはメタルを形成したあと等に
於いて化学的機械研磨を行う時に、この化学的機械研磨
の均一性、再現性をより改善しながら低コスト化、生産
性改善を実現する研磨パッド、化学的機械研磨法、およ
び化学的機械研磨装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年における半導体装置の設計ルールの
微細化に伴って、リソグラフィーの解像度を上げる努力
がなされているが、解像度を上げることにより焦点深度
いわゆるＤＯＦ（Depth Of Focus）は低下してきてい
る。この改善はレジストの性能改善に待たなければなら
ないが、このレジスト性能の改善より微細化要求の方が
先行しているのが現状である。そこで、デバイス構造の
高低差をできるだけ低減する事でこの焦点深度の不足を
補い、微細なパターンを焦点ズレさせず確実に解像させ
る方法が検討されている。

【０００３】そこで、デバイス構造の高低差を平坦化す
る方法として、最近では、シリコンウェーハの鏡面加工
を応用した化学的機械研磨方法が採用されている。図１
２はこの化学的機械研磨を行う為の、従来の化学的機械
研磨装置を示す概略図である。この装置は、回転する研
磨プレート回転軸に支承され表面に研磨パッド２が接着
された研磨プレート３と、ダイア１０２等を金属板に電
着形成した、研磨パッド２の表面を目立てする為のドレ
ッサ１０１と、層間絶縁膜が形成された非処理基板４
（以下、ウェーハと称する）を保持するキャリア５と、
研磨スラリーを研磨パッド上２に供給するノズル６を有
する研磨スラリー供給装置７とから概ね構成されてい
る。

【０００４】そして、研磨パッド２を不図示のドレッサ
ーによりドレッシング（研削）した後に、研磨プレート
回転軸１及びキャリア回転軸８を回転させ、ノズル６か
ら研磨パッド２の中央部に研磨スラリーを供給しなが
ら、研磨圧力調整機構９によりウェーハ４を研磨パッド
２上に押圧させてウェーハ４の研磨を行うものである。
なお、バッキングフィルム１１は、ウェーハ４の密着の
ために用いるものである。

【０００５】ところで、この様な化学的機械研磨方法で
は、研磨パッド表面に無数の傷を付けて形成されたドレ
ッシング層１００上にスラリー１０を供給する事で、こ
の研磨パッドのドレッシング層１００にスラリーを蓄
え、これにより研磨パッドに押し付けた研磨するウェー
ハの中心部に向けてスラリーを供給しようとする方法で
は、ドレッサによる研磨パッド表面の目立て層の深さや
密度が最適となる様に行うと同時に、スラリーの十分な
供給も合わせて行っているにも係わらず、研磨ウェーハ
へのスラリーの供給のウェーハ面内均一性を十分確保す
る事は難しく、研磨ウェーハの面内、面間均一性や再現
性の改善に限度があった。この様に、従来の研磨方法で
は対策をとっても、ウェーハの研磨均一性に対するデバ
イスからの要求を十分に満たすには至っていないのが現
実であった。

【０００６】この原因は、研磨パッドの目立てを十分に
行っても、ウェーハ中央へのスラリーの供給は、基本的
に押し付けた研磨ウェーハにより研磨パッド表面に蓄え
られたスラリーが絞り出されてしまう事が主要因と考え
られ、研磨の面内、面間バラツキは、この研磨システム
を用いる限り原理的に不可避であると考えられる。

【０００７】以上の様に、ウェーハの研磨に於いてウェ
ーハ中央部の研磨も十分行なえる様にする事で、研磨の
均一性、再現性を改善する為に、研磨システムとして、
従来の研磨パッドのドレス法以外の方法の導入、併用が
求められていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明が解決
しようとする課題は、従来のような被処理基板をドレッ
シングにより目立てされた研磨パッドに押し付けて、こ
こにスラリーを供給する事で化学的機械研磨を行う方法
にて、目立てされた研磨パッド表面に保持されたスラリ
ーをウェーハ表面に導入する段階でスラリー供給量が不
足し、これにより供給量の面内バラツキが発生したりす
る可能性があり、これにより研磨する絶縁膜のウェーハ
内、ウェーハ間の研磨レートの再現性や面内バラツキが
大きくなる事があり、これが化学的機械研磨を生産に導
入する際の最大の問題となっている。

【０００９】従って、ウェーハの化学的機械研磨の均一
性を改善する為には、パッドに押圧したウェーハの研磨
面によりスラリーを均一性よく供給できる様にする事が
重要であり、ドレッサによる研磨パッド表面の目立て
を、目立て層の深さや密度が最適となる様に行う事が基
本である。

【００１０】しかし、この研磨パッド表面の目立て層を
最適化しても、ウェーハ周辺からスラリーを供給する研
磨システムを用いる限り、研磨ウェーハにより研磨パッ
ド表面のスラリーが絞り出される事は避けられず、研磨
ウェーハの研磨レートの面内、面間バラツキを更に少な
くしていく事に対しては、原理的に不可避といえる。

【００１１】以上の様に、ウェーハの研磨に於いて研磨
ウェーハ中央部へ向けての研磨スラリーの供給を十分行
なえる様にする事で、研磨の均一性を改善可能とし、も
って生産の安定化を可能とする研磨パッド、化学的機械
研磨方法およびこれを使用した化学的機械研磨装置が求
められており、これを提供する事が本発明にて解決しよ
うとする課題である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為
に、段差を有する被処理基板表面を研磨パッドに押圧さ
せて、化学的機械研磨により平坦化を行う時に、研磨パ
ッド表面にドレッサにより無数の傷を付ける事により、
パッド表面にいわゆる目立て層を形成し、ここに研磨粒
子を含む研磨スラリーを保持させる事で研磨を行う従来
の方法と異なり、研磨パッド自身に研磨剤を配合させる
事により、研磨中のウェーハ研磨面に研磨パッドから研
磨剤が常に安定して均一性よく供給する事が可能となる
事で、研磨レートのウェーハ内、ウェーハ間の安定性、
均一性そして生産性を改善できる事を課題を解決する手
段としている。

【００１３】また、研磨パッド自身に、研磨材を分散さ
せた従来の研磨剤いわゆるスラリーを、液滴状態にてこ
のまわりのみを固化させ内部をスラリーの状態に保った
研磨材を配合させる事により、研磨中にこの研磨材のま
わりが削られ破れた時に、この内部からスラリーが出て
くる事で、ウェーハ研磨面に研磨パッドから研磨材が常
に安定して均一性よく供給する事が可能となる事で、研
磨レートのウェーハ内、ウェーハ間の安定性、均一性そ
して生産性を改善できる事を、前記課題を解決する手段
としている。

【００１４】本発明の研磨パッドは、被処理基板表面の
平坦化を行う化学的機械研磨に用いる研磨パッドにおい
て、研磨パッドが、研磨バッドの基材に、粒子状研磨材
を配合させてなるものである。

【００１５】また、本発明の化学的機械研磨法は、研磨
パッドに被処理基板表面を押圧させて、化学的機械研磨
により平坦化を行う化学的機械研磨工程を有する化学的
機械研磨方法において、研磨パッドが、その基材に粒子
状研磨材を配合させたものであり、化学的機械研磨が、
水またはアルカリ溶液を供給しながら行うものである。

【００１６】また、本発明の化学的機械研磨法は、研磨
パッドに被処理基板表面を押圧させて、化学的機械研磨
により平坦化を行う化学的機械研磨工程を有する化学的
機械研磨方法において、研磨パッドが、その基材に粒子
状研磨材を配合させたものであり、化学的機械研磨が、
水またはアルカリ溶液を供給しながら行い、研磨パッド
を回転させている状態にて、被処理基板を研磨パッドに
押圧させる時に、圧力を経時的に変動させるものであ
る。

【００１７】また、本発明の化学的機械研磨装置は、基
材に粒子状研磨材を配合させてなる研磨パッドと、回転
する研磨プレート回転軸に取り付けられ、表面に上記研
磨パッドが接着された研磨プレートと、回転するキャリ
ア回転軸に取り付けられ、被処理基板を保持するキャリ
アと、被処理基板を研磨パッド上に押圧させる研磨圧力
調整機構と、水またはアルカリ溶液を研磨パッド上の中
央部に供給するノズルを有する水またはアルカリ溶液供
給装置を有するものである。

【００１８】上記の化学的機械研磨方法及び化学的機械
研磨装置によれば、被処理基板を研磨パッドに押し付け
て化学的機械研磨を行う時に、研磨パッドに予め配合さ
れてなるスラリー粒子が常に被処理基板に安定して供給
される事により、被処理基板の化学的機械研磨のレート
の安定性、均一性を改善する事が可能となり、化学的機
械研磨を使った生産の安定化及び生産性改善が可能とな
る事などが期待される。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る研磨パッド、
化学的機械研磨法、および化学的機械研磨装置の実施例
について図１〜図１１を参照しながら説明する。なお、
図中の構成要素で、従来の技術と同様の構成をなしてい
るものに付いては、同一の参照符号を付すものとする。

【００２０】〔実施例１〕図２から図５は本発明の実施
例１に係わる、化学的機械研磨時に粒子状研磨剤がウェ
ーハ研磨面に安定して供給される事で、研磨のウェーハ
面内、面間のバラツキを改善する手段及びその具体的方
法を示す概略図である。以降に順に説明していく。

【００２１】図２は本発明の研磨パッドに配合する研磨
粒子の形成法である。密閉され、内部温度を例えば８０
℃に保持されたチャンバー内に酸素４１が供給装置４０
より供給されている状態にて、例えばモノシラン供給装
置３０よりチャンバー内にモノシランガスを噴射させ
る。これにより、モノシランが酸素と反応し、粉末状態
（粒径は数〜数１０μｍ）の微細シリカ粉２０が生成さ
れる。

【００２２】次に、図３に示す様に、研磨パッド基材の
原材料である、例えばウレタン５０、これは発泡状態で
あってもよいが、これをヒーター２０２にて例えば９０
℃に維持された容器２０１に流し込みつつ、先の微細シ
リカ粉を例えば撹拌棒２０３等も使い混ぜ合わせてい
く。

【００２３】なお、研磨パッドの基材として、発泡状態
のウレタンを用いると、発泡した孔に水またはアルカリ
溶液の保持が確保され研磨を円滑に行うことができると
いう特徴がある。

【００２４】次に、図４に示す様に、研磨パッドの直径
の容器２０４に、上記の微細シリカ粉を配合した研磨パ
ッド材５１を容器２０１よりそそぎ込む。この状態で室
温に冷却し、図５の研磨粒子微細シリカ粉を配合した研
磨パッドが完成する。

【００２５】研磨パッドは当初より必要な膜厚で形成す
る方法でも、厚く形成してからスライスしてもよい。こ
こで、当初より必要な膜厚で形成する方法では、研磨パ
ッドの製造が容易であること、また、研磨パッド中に研
磨粒子が安定した状態で保持することができるといった
特徴を有する。一方、厚く形成してからスライスする方
法では、研磨パッドを効率的に製造することができ、そ
の結果、製造コストを低く押さえることができるといっ
た特徴がある。

【００２６】図１は、本実施例に用いる化学的機械研磨
装置を示したものである。すなわち、本実施例に用いる
化学的機械研磨装置は、基材に粒子状研磨材を配合させ
てなる研磨パッド２と、回転する研磨プレート回転軸１
に取り付けられ、表面に研磨パッド２が接着された研磨
プレート３と、回転するキャリア回転軸８に取り付けら
れ、被処理基板４を保持するキャリアー５と、被処理基
板４を研磨パッド２上に押圧させる研磨圧力調整機構９
と、水またはアルカリ溶液を研磨パッド上の中央部に供
給するノズルを有する水またはアルカリ溶液供給装置１
３などから構成されている。

【００２７】この研磨パッドには研磨粒子（粒子状研磨
材）が配合されている為、図１に示す研磨システムの研
磨パッド２として使用する事で、研磨粒子が常に研磨パ
ッドから安定して均一性良く供給される事により、研磨
パッドに例えば水やアルカリ溶液を供給しておくだけで
化学的機械研磨が行う事ができ、研磨の均一性も改善す
る事ができる。

【００２８】なお、研磨パッドに配合する研磨粒子の形
状は、この例では微細シリカ粉として球状となる可能性
が高いが、シリカの粉砕によって形成する場合は不定形
（破砕粒子径状）となり、チューブから押し出して焼結
した場合は細長い柱状形状又は楕円形状となるが、ここ
で述べている研磨パッドに配合する研磨粒子としては、
ここで述べた形状に制限されるものでない事は言うまで
もない。

【００２９】〔実施例２〕本実施例では、研磨バッドの
基材に、粒子状研磨材を配合させてなる研磨パッドのう
ち、粒子状研磨材が、水またはアルカリ溶液に研磨粒子
を分散した研磨スラリーを有機化合物質で包んだ構造の
ものについて説明する。

【００３０】図６から図７は本発明の実施例２に係わ
る、化学的機械研磨装置に用いる研磨パッドの形成方法
に於いて、研磨パッドに配合する粒子状研磨材の形成方
法を説明する概略図である。実施例２に於いては、研磨
パッドに配合する粒子状研磨材を、実施例１で示した様
に研磨粒子だけという事でなく、研磨粒子２０を溶媒例
えば水またはアルカリ溶液１５に分散させた状態で、こ
れを研磨パッドに配合させた事を特徴とする。

【００３１】図６は実施例２で研磨パッドに配合させる
粒状研磨材の作製工程の説明に供する図で、研磨粒子２
０（例えば、実施例１の微細シリカ粉）を水またはアル
カリ溶液１４に分散させた、いわゆるスラリー６１を供
給装置６０からチャンバー２０５内に霧状態６２で噴出
させる。このチャンバーは冷却装置２０７にてスラリー
の凍結温度以下に冷却されており、このスラリー６２は
落下しながら凍結した粒子６３となる。この粒子６３は
チャンバー下部にて、供給装置２０６より例えばウレタ
ンやポリ塩化ビニールなどの有機化合物質を有機溶媒に
溶解させた溶液をチャンバー内に噴出させる。この溶液
は凍結したスラリー粒子６３のまわりに被着し、落下中
に乾燥して、例えばウレタンやポリ塩化ビニール等の有
機化合物質２１０に被覆されたスラリー６４が完成す
る。

【００３２】図７Ａは凍結したスラリーを、図７Ｂは被
覆されたスラリーの模式図である。この後の工程は、実
施例１と同じで、例えば図３に示す様に研磨パッド基材
の材料に混ぜて、図４の様に研磨パッドの直径の容器に
流し込み、室温に冷却した後取り出し図５の研磨パッド
となる。この場合、研磨パッド中に、研磨粒子に加え
て、研磨粒子を分散させている水またはアルカリ溶液ま
でもが配合されている為、この研磨パッドに被処理基板
のウェーハを押し当てて研磨するだけで安定した研磨が
行なえる。これに、スラリー又は水を供給する事を併用
する事で、更にスラリーの安定供給を実現する事も可能
である。

【００３３】〔実施例３〕本実施例では、研磨バッドの
基材に、粒子状研磨材を配合させてなる研磨パッドのう
ち、粒子状研磨材が、水またはアルカリ溶液に研磨粒子
を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾燥・固化させ
た構造のものについて説明する。

【００３４】図８から図９は本発明の実施例３に係わ
る、化学的機械研磨時に研磨粒子がウェーハ研磨面に安
定して供給される事で、研磨のウェーハ面内、面間のバ
ラツキを改善する手段及びその具体方法を示す概略図で
ある。以降に順に説明していく。

【００３５】図８は本発明の研磨パッドに配合する粒子
状研磨材の形成法である。密閉され、内部の温度を例え
ばスラリーの凍結する温度程度まで下げ、更に内部の気
圧を常圧に対して下げた状態に保持されたチャンバー２
０８に於いて、例えばスラリー供給装置６０よりチャン
バー内にスラリー（研磨粒子を水またはアルカリ溶液に
分散したもの）を霧状態にして噴出させる。チャンバー
上部は冷却装置２０７によりスラリー凍結温度に冷却さ
れている為、スラリー滴は凍結し、かつ気圧が低い為
に、この凍結したスラリー液滴の表面が乾燥し固化す
る。

【００３６】これにより、図９Ａのチャンバーに噴出し
たスラリー液滴は、図９Ｂのように表面のみ固化し、常
温に戻した時には内部にスラリーが含まれた状態とな
る。

【００３７】ここで、上述した研磨粒子を分散した研磨
液滴のまわりのみを乾燥させた粒子状研磨剤を配合した
研磨パッドの硬度を、被研磨基板を研磨パッドに押し付
けた時に、研磨液滴のまわりのみを乾燥させた研磨材を
押しつぶさない十分な硬度をもったものとすることが望
ましい。粒子状研磨材が、研磨パッドの表面に露出する
前、すなわち研磨パッドの基材中で破壊したのでは、有
効な化学的機械研磨をすることができないからである。

【００３８】次からは、実施例１と同様である。すなわ
ち、図３に示すように、研磨パッドの原材料である、例
えばウレタン５０、これは発泡状態であってもよいが、
これをヒーター２０２にて例えば９０℃に維持された容
器２０１に流し込みつつ、内部に液状スラリーを含んだ
まわりを固化した粒子状研磨材を例えば撹拌棒２０３等
も使い混ぜ合わせていく。この後、図４に示す様に、研
磨パッドの直径の容器２０４に、粒子状研磨剤を配合し
た研磨パッド材５１を容器２０１よりそそぎ込む。この
状態で室温に冷却し、図５の粒子状研磨材を配合した研
磨パッド９０が完成する。

【００３９】なお、研磨パッドは当初より必要な膜厚で
形成する方法でも、厚く形成してからスライスする方法
でもよい。

【００４０】この研磨パッドには、内部に従来の研磨剤
である液状スラリーを含んだまわりを固化した粒子状研
磨材が配合されている為、図１に示す研磨システムの研
磨パッド２として使用する事で、研磨粒子が常に研磨パ
ッドから安定して均一性良く供給される事により、研磨
パッドに例えば水やアルカリ溶液を供給しておくだけで
化学的機械研磨を行う事ができ、研磨の均一性、再現性
を改善する事ができる。

【００４１】本実施例では、粒子状研磨材として、水ま
たはアルカリ溶液に研磨粒子を分散した研磨スラリーの
まわりのみを乾燥・固化させた構造のものを用いている
ので、実施例２における粒子状研磨材（水またはアルカ
リ溶液に研磨粒子を分散した研磨スラリーを有機化合物
質で包んだ構造の粒子状研磨材）を用いた場合に比較す
ると、化学的機械研磨に有機化合物質といった不純物の
介在による影響がないこと、粒子状研磨材の製造が容易
であるといった特徴を有している。

【００４２】なお、研磨パッドに配合する粒子状研磨材
の材質は、この例では水またはアルカリ溶液に分散させ
た微細シリカ粉としているが、ここで述べている研磨パ
ッドに配合する粒子状研磨材材料としては、これに制限
されるものでない事は言うまでもない。

【００４３】〔実施例４〕本実施例では、研磨バッドの
基材に、粒子状研磨材を配合させてなる研磨パッドのう
ち、粒子状研磨材が、水またはアルカリ溶液に研磨粒子
を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾燥・固化させ
た構造のものであり、かつ、細長い形状を有するものに
ついて説明する。

【００４４】図１０には、本発明の実施例４に係わる、
上記研磨パッドの形成方法に於いて、研磨パッドに配合
する粒子状研磨材の他の形成方法を説明する概略図を示
す。

【００４５】実施例４に於いては、研磨パッドに配合す
る粒子状研磨材を、実施例３で示したまわりを固化し内
部にスラリー滴を含んだ球形状の研磨材とは異なり細長
い形状としている。

【００４６】図１０は、実施例４の細長い形状の研磨材
の作製に用いる治具である。ここでは例えば平たいシリ
カ材のボード３００に細長い溝３０１が設けてある。こ
のシリカ材のボード３００の細長い溝３０１にスラリー
を流し込み表面張力で、溝の部分でスラリーを盛り上げ
た形とする。この状態で冷却し、凍結させる。次に、ス
ラリーを真空中等で熱を加えて表面を乾燥させて固化さ
せる。これは基本的に実施例３と同じである。以上で細
長い形状のスラリーを作製する。

【００４７】この後は、図３の実施例１と同様に、研磨
パッド材５０に混ぜ合わせ、図４の様にパッド形成容器
に流し込み図１１の細長いスラリーを配合した研磨パッ
ドを完成させる。このパッドでは粒子状研磨剤１粒に内
蔵されるスラリー液の量を増やせる事及び研磨パッドの
内部にその一部を長く残せる事で、例えばこの研磨パッ
ドで化学的機械研磨を行う時に、実施例３にて硬度の低
いいわゆる変形しやすいパッド材を採用した場合、押し
付け圧力を加えて被研磨基板を移動させた時に研磨材の
粒が潰れてスラリーが押し出された場合は、当初期待し
ていた効果が期待できなくなるのに対して、たとえ表面
が破れても細長い粒子状研磨剤のパッド内部に残ったと
ころにスラリーが蓄えられている為、研磨時にスラリー
の供給を続ける事ができ、研磨の均一性、再現性を改善
する効果が期待できる。即ち、この細長い研磨材には、
研磨パッドの硬度を選ばないというメリットが期待でき
る。

【００４８】上述の実施例１〜４においては、化学的機
械研磨は、水またはアルカリ溶液を供給しながら行い、
さらに、研磨パッドを回転させている状態にて、被処理
基板を研磨パッドに押圧させる時に、圧力を経時的に変
動させることにより、より効果的な化学的機械研磨を行
うことができる。

【００４９】すなわち、化学的機械研磨工程において
は、研磨パッドが１０〜２０度回転するごとに研磨圧力
調整機構により研磨圧力を上げたり下げたりする、すな
わち被処理基板を研磨パッドから浮かしたり押圧させた
りすることにより、より効果的な化学的機械研磨を行う
ことができる。これは、被処理基板を研磨パッドに押圧
すると、研磨粒子が圧力により被処理基板と研磨パッド
の間から被処理基板の外周に押し出されるが、被処理基
板を浮かせて研磨パッドを１０〜２０度回転させた後に
被処理基板を研磨パッドに押圧するとにより、この押し
出された研磨粒子を、再び被処理基板と研磨パッドの間
に導くことができるからである。

【００５０】上述の実施例１〜４では、研磨粒子として
微細シリカ粉を用いたが、これに限るわけではなく、例
えば、研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する系において
は、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガン系等を
用いることができる。また、メタルを研磨する系におい
ては、研磨粒子としてアルミナ等を用いることができ
る。この場合、酸化剤としてＨ₂ Ｏ₂ 又は硝酸第二鉄
等、および溶液として水又は酸溶液を用いる。

【００５１】なお、本発明は上述の実施例に限らず本発
明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得
ることはもちろんである。

【００５２】

【発明の効果】以上の様に、本発明によれば従来化学的
機械研磨法で問題となっていた、研磨パッド上に供給し
た研磨剤が、被処理基板を研磨パッド上に押し当てて研
磨を行おうとする時に、研磨パッド上で被処理基板の端
にてこの研磨剤が絞り出されてしまう事で、ウェーハ表
面の中央部に向けての研磨粒子等の研磨剤の供給が不足
する事で、被処理基板の研磨レートの面内、面間バラツ
キが大きくなる問題に対して、研磨粒子、アルカリ溶液
等に研磨粒子を分散した研磨スラリーを有機化合物質で
包んだ粒子状研磨材、研磨材としてのスラリーを内部に
含みまわりを固化させた粒子状研磨材を配合した研磨パ
ッドを、化学的機械研磨に使用する事で、被処理基板に
安定した研磨剤の供給が可能となり、これにより研磨レ
ートの均一性および再現性の改善が可能となり、高品質
で高生産性の化学的機械研磨及び化学的機械研磨装置を
提供する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の研磨パッドを使用する場合の化学的機
械研磨装置を示す概略断面図である。

【図２】本発明の実施例１に係わる、研磨パッドに配合
する材料の研磨粒子の作製方法を説明する概略図であ
る。

【図３】本発明の実施例１に係わる、研磨パッド材料の
作製方法を説明する概略図である。

【図４】本発明の実施例１に係わる、研磨パッド作製方
法を説明する概略図である。

【図５】本発明の実施例１に係わる、研磨パッドを説明
する概略図である。

【図６】本発明の実施例２に係わる、研磨パッドに配合
する材料の研磨粒子の作製方法を説明する概略図であ
る。

【図７】凍結したスラリーの模式図、およびスラリーの
まわりを被覆した本発明の実施例２に係わる粒子状研磨
材である。

【図８】本発明の実施例３に係わる、研磨パッドに配合
する粒子状研磨材の作製方法を説明する概略図である。

【図９】従来のスラリー滴の模式図、および本発明の実
施例３に係わるまわりを固化したスラリー滴である。

【図１０】本発明の実施例４に係わる、研磨パッドに配
合する粒子状研磨材の作製方法を説明する概略図であ
る。

【図１１】本発明の実施例４に係わる、研磨パッドを説
明する概略図である。

【図１２】従来の化学的機械研磨装置を示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１…研磨プレート回転軸、２…研磨パッド、３…研磨プ
レート、４…シリコンウェーハ、５…キャリアー、６…
スラリー供給管、７…スラリー供給装置、８…キャリー
回転軸、９…研磨圧力調整機構、１０…スラリー、１１
…バッキングフィルム、１２…水またはアルカリ溶液供
給管、１３…水またはアルカリ溶液供給装置、１４…水
またはアルカリ溶液、１５…スラリー、２０…研磨粒子
（微細シリカ粉）、３０…モノシラン供給装置、３１…
モノシランガス、４０…酸素供給装置、４１…酸素ガ
ス、５０…研磨パッド基材材料（ウレタン等）、５１…
研磨粒子を含んだ研磨パッド基材材料、６０…スラリー
供給装置、６１…スラリー、６２…霧状態のスラリー
滴、６３…凍結したスラリー滴、６４…被覆されたスラ
リー滴、６５…まわりを固化した細長い粒子状研磨材、
６６…まわりが固化したスラリー滴、７０…噴霧された
溶媒に溶融した有機化合物質、８０…研磨粒子を含んだ
研磨パッド基材材料、９０…研磨粒子を含んだ研磨パッ
ド、９１…粒子状研磨材を含んだ研磨パッド、１００…
ドレスによる研磨パッドの目立て層、１０１…ドレッサ
ー、１０２…ドレッサーのダイア、２００…研磨粒子形
成用チャンバー、２０１…容器、２０２…ヒーター、２
０３…撹拌棒、２０４…研磨パッド形成容器、２０５…
被覆されたスラリーを作製する為のチャンバー、２０６
…溶媒に溶融した有機化合物質の供給装置、２０７…冷
却装置、２０８…まわりが固化したスラリーを作製する
ためのチャンバー、２１０…有機化合物質、２１１…ス
ラリー滴表面の固化領域、３００…平たいシリカ材のボ
ード、３０１…細長い粒子状研磨材を作製する為の溝

Claims (36)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被処理基板表面の平坦化を行う化学的機
   械研磨に用いる研磨パッドにおいて、 上記研磨パッドは、研磨バッドの基材に、粒子状研磨材
   を配合させてなることを特徴とする研磨パッド
2. 【請求項２】 粒子状研磨材は、研磨粒子からなること
   を特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
3. 【請求項３】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する系
   において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガン
   系等であることを特徴とする請求項２記載の研磨パッ
   ド。
4. 【請求項４】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶液
   に研磨粒子を分散した研磨スラリーを有機化合物質で包
   んだ構造のものであることを特徴とする請求項１記載の
   研磨パッド。
5. 【請求項５】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する系
   において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガン
   系等であることを特徴とする請求項４記載の研磨パッ
   ド。
6. 【請求項６】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶液
   に研磨粒子を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾燥
   ・固化させた構造のものであることを特徴とする請求項
   １記載の研磨パッド。
7. 【請求項７】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する系
   において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガン
   系等であることを特徴とする請求項６記載の研磨パッ
   ド。
8. 【請求項８】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶液
   に研磨粒子を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾燥
   ・固化させた構造のものであり、かつ、細長い形状を有
   することを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
9. 【請求項９】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する系
   において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガン
   系等であることを特徴とする請求項８記載の研磨パッ
   ド。
10. 【請求項１０】 研磨パッドに被処理基板表面を押圧さ
    せて、化学的機械研磨により平坦化を行う化学的機械研
    磨工程を有する化学的機械研磨方法において、 上記研磨パッドは、その基材に粒子状研磨材を配合させ
    たものであり、 上記化学的機械研磨は、水またはアルカリ溶液を供給し
    ながら行うことを特徴とする化学的機械研磨法。
11. 【請求項１１】 粒子状研磨材は、研磨粒子からなるこ
    とを特徴とする請求項１０記載の研磨パッド。
12. 【請求項１２】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項１１記載の研磨パ
    ッド。
13. 【請求項１３】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーを有機化合物質で
    包んだ構造のものであることを特徴とする請求項１０記
    載の研磨パッド。
14. 【請求項１４】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項１３記載の研磨パ
    ッド。
15. 【請求項１５】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾
    燥・固化させた構造のものであることを特徴とする請求
    項１０記載の研磨パッド。
16. 【請求項１６】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項１５記載の研磨パ
    ッド。
17. 【請求項１７】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾
    燥・固化させた構造のものであり、かつ、細長い形状を
    有することを特徴とする請求項１０記載の研磨パッド。
18. 【請求項１８】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項１７記載の研磨パ
    ッド。
19. 【請求項１９】 研磨パッドに被処理基板表面を押圧さ
    せて、化学的機械研磨により平坦化を行う化学的機械研
    磨工程を有する化学的機械研磨方法において、 上記研磨パッドは、その基材に粒子状研磨材を配合させ
    たものであり、 上記化学的機械研磨は、水またはアルカリ溶液を供給し
    ながら行い、 上記研磨パッドを回転させている状態にて、被処理基板
    を研磨パッドに押圧させる時に、圧力を経時的に変動さ
    せることを特徴とする化学的機械研磨法。
20. 【請求項２０】 粒子状研磨材は、研磨粒子からなるこ
    とを特徴とする請求項１９記載の研磨パッド。
21. 【請求項２１】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項２０記載の研磨パ
    ッド。
22. 【請求項２２】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーを有機化合物質で
    包んだ構造のものであることを特徴とする請求項１９記
    載の研磨パッド。
23. 【請求項２３】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項２２記載の研磨パ
    ッド。
24. 【請求項２４】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾
    燥・固化させた構造のものであることを特徴とする請求
    項１９記載の研磨パッド。
25. 【請求項２５】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項２４記載の研磨パ
    ッド。
26. 【請求項２６】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾
    燥・固化させた構造のものであり、かつ、細長い形状を
    有することを特徴とする請求項１９記載の研磨パッド。
27. 【請求項２７】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項２６記載の研磨パ
    ッド。
28. 【請求項２８】 基材に粒子状研磨材を配合させてなる
    研磨パッドと、 回転する研磨プレート回転軸に取り付けられ、表面に上
    記研磨パッドが接着された研磨プレートと、 回転するキャリア回転軸に取り付けられ、被処理基板を
    保持するキャリアと、被処理基板を研磨パッド上に押圧
    させる研磨圧力調整機構と、 水またはアルカリ溶液を研磨パッド上の中央部に供給す
    るノズルを有する水またはアルカリ溶液供給装置を有す
    ることを特徴とする化学的機械研磨装置。
29. 【請求項２９】 粒子状研磨材は、研磨粒子からなるこ
    とを特徴とする請求項２８記載の研磨パッド。
30. 【請求項３０】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項２９記載の研磨パ
    ッド。
31. 【請求項３１】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーを有機化合物質で
    包んだ構造のものであることを特徴とする請求項２８記
    載の研磨パッド。
32. 【請求項３２】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項３１記載の研磨パ
    ッド。
33. 【請求項３３】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾
    燥・固化させた構造のものであることを特徴とする請求
    項２８記載の研磨パッド。
34. 【請求項３４】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項３３記載の研磨パ
    ッド。
35. 【請求項３５】 粒子状研磨材は、水またはアルカリ溶
    液に研磨粒子を分散した研磨スラリーのまわりのみを乾
    燥・固化させた構造のものであり、かつ、細長い形状を
    有することを特徴とする請求項２８記載の研磨パッド。
36. 【請求項３６】 研磨粒子の材料は、酸化膜を研磨する
    系において、シリカ系、酸化セリウム系、二酸化マンガ
    ン系等であることを特徴とする請求項３５記載の研磨パ
    ッド。