JPH1158218A - 研磨パッド及び研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ウエハを良好に研磨できる特に大口径のウエハ
を良好に研磨できる、研磨パッド及び研磨装置を提供す
る。 【解決手段】少なくとも、定盤１２と、該定盤上に設け
られた被研磨物１５の表面を研磨する研磨パッド１３と
を備えた研磨装置において、前記研磨パッド１３に形成
された複数の研磨液供給用貫通孔１３ａ〜１３ｄ及び研
磨液排出用貫通孔１３ａ′〜１３ｄ′と、前記各研磨液
供給用貫通孔に通じる研磨液供給管１６を有する研磨液
供給機構と、前記各研磨液排出用貫通孔に通じる研磨液
排出管１７を有する研磨液排出機構と、を備えた研磨装
置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、研磨パッド及び研
磨装置に関し、例えば高密度半導体集積回路素子（ＵＬ
ＳＩ）等を製造するプロセスにおける、半導体ウエハ上
に堆積した絶縁膜又は金属膜表面の平坦化加工（凹凸の
研磨）に用いて好適な研磨パッド及び研磨装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来技術】半導体製造において微細加工の線幅が細く
なるに従って、光リソグラフィの光源波長は短くなり、
開口数、いわゆるＮＡも大きくなってきている。また、
半導体製造プロセスも加工数が増加し、複雑となってき
ており、半導体デバイスの表面形状は、必ずしも平坦で
はなくなってきている。

【０００３】表面における段差の存在は、配線の段切
れ、局所的な抵抗値の増大などを招き、断線や電流容量
の低下などをもたらし、絶縁膜では耐圧劣化やリークの
発生にもつながる。また、こうした段差の存在は半導体
露光装置の焦点深度が実質的に浅くなってきていること
を示している。言い換えると、歩留まりと信頼性の向
上、更に高解像度化を目的として焦点深度マージンを増
加させるために、半導体デバイス表面の平坦化が必要に
なってきた。

【０００４】そこで、現在、図５に示すような研磨装置
が提案されている。これは、化学的機械的研磨（Chemic
al Mechanical Polishing又はChemicalMechanical Plan
arization）（以下、ＣＭＰという）技術を用いもので
あり、この技術は、シリコンウエハの鏡面研磨法を基に
発展してきたものである。従来の研磨装置は、回転駆動
する定盤１上に研磨パッド２が設けられる一方、研磨ヘ
ッド３にウエハ４が保持され、このウエハ４が研磨パッ
ド２上に接触している。この状態で定盤１を回転駆動
し、研磨ヘッド３に上方から荷重をかけ、回転させなが
ら定盤１の半径方向に揺動運動させる。

【０００５】かかる動作とともに、研磨液供給ノズル５
から研磨液６を研磨パッド２上に吐出させて、この研磨
液６をウエハ４の研磨面に供給して、ウエハ４の最表面
を平坦に研磨している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、研磨液供給ノ
ズル５から研磨パッド２上に吐出された研磨液６は、研
磨パッド２に溝が設けられている場合は、その溝に研磨
砥粒が滞留して、その置換が悪くなる。即ち、かかる場
合には、ウエハ４の研磨面に偶然供給される研磨砥粒に
より研磨されることとなるので、安定した研磨が困難で
あるという問題点があった。

【０００７】また、研磨パッド２が研磨布の場合は、研
磨布の微細な孔に研磨砥粒が入り込んで、目詰まりをお
こし、上方から荷重をかけても研磨ヘッド３に保持され
たウエハ４に研磨液６が供給されなくなる。そのため、
研磨装置に目立て（ドレッシング）機構を設けて頻繁に
研磨布の研磨面をリフレッシュしなければ、安定した良
好な研磨が困難であるという問題点があった。また、頻
繁に研磨布の目立てを行うことで、研磨布の寿命が短く
なるという問題点があった。

【０００８】また、新しい研磨液６は研磨パッド２の中
心付近に吐出され、研磨パッド２の屑や研磨除去物が混
入された使用済みの研磨液は、定盤１の回転による遠心
力を利用して、図示しない研磨パッドの周囲に設けられ
て排出口から排出されるが、遠心力で研磨パッド２の周
囲に移動するまでの間、ウエハ４は使用済みの研磨液に
より研磨されることとなる。そのため、研磨面にキズ、
スクラッチ等が生じやすい、という問題点があった。

【０００９】さらに、近年では、ウエハが大口径化され
ており、この大口径ウエハの研磨において良好な研磨パ
ッドと研磨装置の開発が課題となっている。本発明は、
このような問題点や課題に鑑みてなされたものであり、
ウエハを良好に研磨できる。特に大口径のウエハを良好
に研磨できる、研磨パッド及び研磨装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、第一に「複数
の研磨液供給用貫通孔と複数の研磨液排出用貫通孔とが
設けられた研磨パッド（請求項１）」を提供する。請求
項１記載の研磨パッドは、研磨液供給用の貫通孔が設け
られているので、この研磨パッドを研磨装置に使用した
場合には、研磨パッドとウエハ研磨面に安定して研磨液
を供給することができ、良好かつ安定に研磨することが
できる。

【００１１】また、研磨液排出用の貫通孔が設けられて
いるので、前述した場合には、研磨パッドの屑や研磨除
去物等の汚染物を含んだ使用済みの研磨液を速やかに排
出することができ、ウエハ研磨面にキズ等が形成される
ことがない。本発明は、第二に「前記研磨パッドが、炭
素粒子又は炭素繊維が添加されたエポキシ樹脂の硬化物
であることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
（請求項２）」を提供する。

【００１２】請求項２記載の研磨パッドは、研磨液が吐
出された場合に、最表面が軟らかくなるので、ウエハの
研磨面にキズ等を形成することがなく、また最表面以外
は、ある程度の硬さを有するので、ウエハを均一に研磨
するのに適している。本発明は、第三に「少なくとも、
定盤と、該定盤上に設けられた被研磨物の表面を研磨す
る研磨パッドとを備えた研磨装置において、前記研磨パ
ッドに形成された複数の研磨液供給用貫通孔及び研磨液
排出用貫通孔と、前記各研磨液供給用貫通孔に通じる研
磨液供給管を有する研磨液供給機構と、前記各研磨液排
出用貫通孔に通じる研磨液排出管を有する研磨液排出機
構と、を備えた研磨装置（請求項３）」を提供する。

【００１３】請求項３記載の研磨装置は、研磨パッドに
は研磨液供給用貫通孔及び研磨液排出用貫通孔が形成さ
れ、その研磨液供給用貫通孔に通じる研磨液供給管を有
する供給機構と、その研磨液排出用貫通孔に通じる研磨
液排出管を有する排出機構とを備えている。そのため、
研磨液供給用貫通孔から研磨液を、研磨パッドとウエハ
研磨面に、安定して供給することができる。

【００１４】また、研磨液排出用の貫通孔から研磨パッ
ドの屑や研磨除去物等の汚染物を含んだ使用済みの研磨
液を速やかに排出することができるので、ウエハ研磨面
にキズ等が形成されることがない。

【００１５】

【発明の実施形態】以下、本発明にかかる実施形態の研
磨パッド及び研磨装置の一部を図面を参照しながら説明
する。図１（ａ）は第１実施形態にかかる研磨パッドの
上面図であり、図１（ｂ）はその上面図のＸ−Ｘ’矢視
断面図（研磨パッド及び研磨装置の一部）である。

【００１６】実施形態の研磨パッド１３には、複数の研
磨液供給用貫通孔（１３ａ、〜１３ｄ）及び研磨液排出
用貫通孔（１３ａ’〜１３ｄ’）が設けられている。研
磨液供給用貫通孔及び研磨液排出用貫通孔の配置は、交
互に同心円上に設ける場合や、格子の交点上に交互に設
ける場合が挙げられるが、これに限定されない。

【００１７】研磨パッドとしては、ロデールニッタ製の
研磨パッドＩＣ１０００（発泡ポリウレタン）の単層構
造、又はＩＣ１０００とＳｕｂａ４００とからなる２層
構造のものや、エポキシ樹脂に炭素繊維等を添加し、硬
化させた硬化物（以下、ＣＥＰ（カーボンエポキシポリ
ッシャ）という）が用いられる。研磨液供給用貫通孔及
び研磨液排出用貫通孔の直径は、１〜１０ｍｍ程度の大
きさであって、最も好ましい直径は１〜３ｍｍである。

【００１８】さらに、研磨速度を向上させるために、研
磨パッドがＣＥＰの場合は溝を設けても良い。溝の形状
は格子状、放射状、螺旋状等が挙げられる。図２を参照
して、本発明にかかる実施形態の研磨パッドを備えた研
磨装置と該装置による研磨方法を説明する。図２に示す
ように、第１の実施形態にかかる研磨装置は、直径がウ
エハ口径の約２倍以上である円形平面を備え、モータに
より回転軸１８回りに回転する定盤１２の上に「研磨部
材」として研磨パッド１３を有する。

【００１９】そして、研磨パッド１３に対向して、ウエ
ハ１５を研磨パッド１３に押圧するための研磨ヘッド１
４が設けられている。研磨ヘッド１４は、例えば、バッ
キングパッドを介して「研磨対象物」としてのウエハ１
５を研磨パッド１３に押圧しており、図示されていない
研磨ヘッド支持腕、駆動装置により回転駆動、揺動運動
が可能になっている。

【００２０】ウエハ１５は、研磨ヘッド１４により所定
の研磨荷重で研磨パッド１３に押圧され、研磨ヘッド１
４の回転及び揺動と、定盤１２の回転によって研磨パッ
ド１３との間で相対運動する。バッキングパッドにより
ウエハを保持する方法の他に、真空吸着方式、ハイドロ
チャック方式（特開平８−５５８２６号公報）、エアバ
ック方式又はダイヤフラム方式（特開平７−１７１７５
７号公報、特開平７−１１２３６４号公報）などが知ら
れている。

【００２１】真空吸着方式はウエハの裏面を基準に研磨
することができるという特徴を有する。また、ハイドロ
チャック方式、エアバック方式は流体を介して押しつけ
るため、静水圧により均一な押圧ができるという特徴を
有する。研磨パッド１３に形成された各研磨液供給用貫
通孔１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに通じるように設
けられた各研磨液供給管はすべて定盤１２内で統合さ
れ、メイン研磨液供給管１６となり、回転軸１８の軸線
方向に貫通している。メイン研磨液供給管１６には図示
されていない研磨液供給源から研磨液を供給するための
供給ポンプＰが設けられている。

【００２２】研磨液の各研磨液供給用貫通孔（１３ａ、
１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）への供給量と、供給速度は、
供給ホンプＰにより制御される。また、同様に、研磨パ
ッド１３に形成された各研磨液排出用貫通孔１３ａ’、
１３ｂ’、１３ｃ’、１３ｄ’に通じるように設けられ
た各研磨液供給管はすべて定盤１２内で統合され、メイ
ン研磨液排出管１７となり、回転軸１８の軸線方向に貫
通している。

【００２３】ここで用いられる研磨液は、研磨砥粒とし
て平均粒径１００ｎｍのコロイダルシリカをｐＨ＝１１
のアンモニア液に重量比１５ｗｔ％で分散配合調整した
ものであるが、これに限られない。図３（ａ）は、本発
明にかかる第２実施形態の研磨パッドの上面図であり、
図３（ｂ）はその上面図のＸ−Ｘ’矢視断面図（研磨パ
ッド及び研磨装置の一部）である。

【００２４】第２実施形態にかかる研磨パッド（及び研
磨装置の一部）の構成は、以下で説明する以外は、基本
的に第１実施形態と同じ構成である。第２実施形態の研
磨パッドには、研磨液供給用貫通孔（２３ａ〜２３ｄ、
２５ａ〜２５ｄ、２７ａ〜２７ｄ）と研磨液排出用貫通
孔（２４ａ〜２４ｄ、２６ａ〜２６ｄ、２８ａ〜２８
ｄ）とが、交互に同心円上に形成されている。

【００２５】また、研磨液供給用貫通孔（２３ａ〜２３
ｄ、２５ａ〜２５ｄ、２７ａ〜２７ｄ）と研磨液排出用
貫通孔（２４ａ〜２４ｄ、２６ａ〜２６ｄ、２８ａ〜２
８ｄ）とは、それぞれ同一円周上に等間隔で４つ形成さ
れているが、形成数については、これに限られない。ま
た、同一円周上に形成された貫通孔２３ａ〜２３ｄに通
じる各研磨液供給管はすべて定盤内で統合され、研磨液
供給管２９となり、回転軸３５の軸線方向に貫通してい
る。同様に、同心円におけるそれぞれの同一円周上に形
成された研磨液供給用貫通孔（２５ａ〜２５ｄ、２７ａ
〜２７ｄ）に通じる各研磨液供給管ごとに、すべて定盤
内で統合され、メイン研磨液供給管３０、３１となり、
回転軸３５の軸線方向に貫通している。

【００２６】また、同様に、同心円におけるそれぞれの
同一円周上に形成された研磨液排出用貫通孔（２４ａ〜
２４ｄ、２６ａ〜２６ｄ、２８ａ〜２８ｄ）に通じる各
研磨液排出管ごとに、すべて定盤内で統合され、メイン
研磨液排出管３２、３３、３４となり、回転軸３５の軸
線方向に貫通している。供給源から研磨液を供給する供
給ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３は、各メイン研磨液供給管２
９、３０、３１に設けられている。

【００２７】この場合、同一円周上に形成された研磨液
供給用貫通孔（２３ａ〜２３ｄ、２５ａ〜２５ｄ、２７
ａ〜２７ｄ）に通じる各研磨液供給管ごとに、すべて定
盤内で統合され、メイン研磨液供給管２９、３０、３１
となり、各メイン研磨液供給管２９、３０、３１ごとに
供給ポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３が設けられているので、同
一円周上に設けられた各研磨液供給用貫通孔への供給
量、供給速度を同時に制御することが可能となる。

【００２８】また、各同心円（２３、２５、２７）ごと
に、同一円周上に形成された各研磨液供給用貫通孔（２
３ａ〜２３ｄ、２５ａ〜２５ｄ、２７ａ〜２７ｄ）への
供給量、供給速度を任意に制御することも可能となる。
従って、あらかじめ、研磨ヘッドの回転及び揺動、定盤
の回転によって生じる半径方向における相対的線速度の
違い、及びその相対的線速度の違いによって生じる場所
による研磨速度の差を計算しておき、研磨液の供給量、
供給速度を制御することが好ましい。

【００２９】また、研磨液を常に供給し続けるのではな
く、研磨液供給用貫通孔の上をウエハの研磨面が通過し
たときに、貫通孔から研磨液を吐出させるようにするた
めに、第１及び第２実施形態の研磨装置に、モータによ
り回転している定盤上に形成された研磨パッドの貫通孔
の上を研磨ヘッドにより所定の研磨荷重で研磨パッドに
押圧されたウエハ研磨面が通過する瞬間を検知する検知
機構と、これに同期して研磨液を吐出させる研磨液吐出
機構を設けてもよい。

【００３０】さらに、図４に示すように、メイン研磨液
排出管１７から排出された研磨液を、再使用するために
濾過及び化学成分の再調整を行う再生処理機構３９を設
けてもよい。さらに、研磨パッド及び定盤に光学的窓を
設け、研磨中にこの窓を通して、研磨パッドの裏面側か
ら、ウエハ研磨面の膜厚又は反射率を測定し、研磨終点
をその場でリアルタイムに測定する研磨モニター系を定
盤内又は定盤の下側に設けてもよい。

【００３１】この研磨モニター系は、光学的窓に向けて
光を照射する光源と、光学的窓を介して取り出されたウ
エハ研磨面からの反射光を検出する受光部と、受光部に
より検出された反射光の変化に基づいてウエハ研磨面の
研磨状態を確認し、又は研磨終点を検知する研磨モニタ
ー部を備えている。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明にかかる研磨
パッド及び研磨装置には、研磨液供給用貫通孔及び研磨
液排出用貫通孔が形成され、その研磨液供給用貫通孔に
通じる研磨液供給管を有する供給機構と、その研磨液排
出用貫通孔に通じる研磨液排出管を有する排出機構とを
備えている。

【００３３】そのため、研磨液供給用貫通孔から研磨液
を、研磨パッドとウエハ研磨面に、安定して供給するこ
とができる。また、研磨液排出用の貫通孔から研磨パッ
ドの屑や研磨除去物等の汚染物を含んだ使用済みの研磨
液を速やかに排出することができるので、ウエハ研磨面
にキズ等が形成されることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明にかかる研磨パッドの上面図で
あり、（ｂ）はその上面図のＸ−Ｘ’矢視断面図であ
る。

【図２】本発明にかかる第１実施形態の研磨装置の一部
を示す概略断面図である。

【図３】（ａ）は本発明にかかる第２実施形態の研磨パ
ッドの上面図であり、（ｂ）はその上面図のＸ−Ｘ’矢
視断面図であり、研磨パッドと研磨装置（一部）を示
す。

【図４】本発明にかかる第１実施形態の研磨装置に再生
処理機構を設けた場合の概略断面図である。

【図５】従来の研磨装置の概略斜視図である。

【符号の説明】

１、１２、２１・・・定盤 ２、１３、２２・・・研磨パッド（研磨部材） ３、、１４・・・研磨ヘッド ４、１５・・・ウエハ（研磨対象物） ５・・・研磨液供給ノズル ６・・・研磨液 １３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ・・・研磨液供給用貫
通孔 １３ａ’、１３ｂ’、１３ｃ’、１３ｄ’・・・研磨液
排出用貫通孔 １６、２９、３０、３１・・・メイン研磨液供給管 １７、３２、３３、３４・・・メイン研磨液排出管 １８、３５・・・回転軸 ２３、２４、２５、２６、２７、２８・・・同心円 ２３ａ〜２３ｄ、２５ａ〜２５ｄ、２７ａ〜２７ｄ・・
・研磨液供給用貫通孔 ２４ａ〜２４ｄ、２６ａ〜２６ｄ、２８ａ〜２８ｄ・・
・研磨液排出用貫通孔 ３９・・・研磨液再生処理機構 Ｐ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３・・・供給ポンプ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の研磨液供給用貫通孔と複数の研磨液
   排出用貫通孔とが設けられた研磨パッド。
2. 【請求項２】前記研磨パッドが、炭素粒子又は炭素繊維
   が添加されたエポキシ樹脂の硬化物であることを特徴と
   する請求項１記載の研磨パッド。
3. 【請求項３】少なくとも、定盤と、該定盤上に設けられ
   た被研磨物の表面を研磨する研磨パッドとを備えた研磨
   装置において、 前記研磨パッドに形成された複数の研磨液供給用貫通孔
   及び研磨液排出用貫通孔と、 前記各研磨液供給用貫通孔に通じる研磨液供給管を有す
   る研磨液供給機構と、 前記各研磨液排出用貫通孔に通じる研磨液排出管を有す
   る研磨液排出機構と、を備えた研磨装置。