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技術 研磨パッド及びその研磨パッドを用いた被加工物の研磨方法

出願人 ニッタ・ハース株式会社
発明者 松村義之板井康行吉田光一
出願日 2000年11月13日 (19年4ヶ月経過) 出願番号 2000-345954
公開日 2002年5月21日 (17年10ヶ月経過) 公開番号 2002-144219
状態 特許登録済
技術分野 仕上研磨、刃砥ぎ、特定研削機構による研削 洗浄、機械加工
主要キーワード 流動軌跡 Y座標 拡散ウエハ 溝断面積 X座標 オプチカルフラット 曲線式 溝加工面
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2002年5月21日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

研磨パッド表面上のでスラリー流動軌跡を考慮した形状、パターンの溝を形成することにより、ウエハ面内平坦化と研磨レートを向上する。

解決手段

研磨パッドは、研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された、化学的機械研磨法による被加工物研磨処理に用いる研磨パッドである。それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、該研磨パッドの半径をR(mm)とすると、該溝が、曲率半径がR/2〜10R(mm)である突曲部を有する。

概要

背景

従来の化学的機械研磨装置は、表面に研磨パッド接着された研磨プレートと、研磨パッドの表面を目立てするためのドレッサーと、被加工物を保持するキャリアと、研磨スラリーを研磨パッド上に供給する研磨スラリー供給装置と、を備えている。そして、研磨パッドをドレッサーによりドレッシング研削)した後に、研磨プレート及びキャリアを回転させると共に、該研磨スラリー供給装置のノズルから研磨パッドの中央部に研磨スラリーを供給し、被加工物を研磨パッド上に押圧することで被加工物表面の研磨を行う。

このような化学的機械研磨方法では、研磨パッドのドレッシング時に発生する研磨パッドの削り屑や、被加工物の研磨屑等を研磨パッドの外へ排出する必要があるので、研磨作業中に、研磨スラリーを研磨パッドの中央部に絶えず供給し、これらの不純物を研磨スラリーにより研磨パッドの外部へ排出するようにしている。

しかし、研磨スラリーを供給して被加工物の研磨を行う際に、研磨パッドの回転力による遠心力および被加工物を研磨パッドに押し付けることから、ほとんどの量の研磨スラリーは、被加工物の面内へ供給されず、研磨パッド上から押し出されて外部へ排出されるという結果になっており、高価な研磨スラリーを無駄にしている。

従来、上記の欠点を解消して研磨スラリーを効率良く使用できるようにするために、表面に格子状の溝を付けたものや、同心円状の複数の溝を設けた研磨パッドが提案されている(例えば、特開平11−216663号公報、特開平11−333699号公報)。

しかし、このような研磨パッドにおいても、研磨パッド上に供給されたスラリーの多くは溝から溢れ出ており、従って、研磨パッドと被加工物との研磨接触面内に侵入できず、その結果としてスラリーの性能が十分発揮されず、研磨レートおよび被加工物面内の均一性最良なものとはいえなかった。

概要

研磨パッド表面上のでスラリーの流動軌跡を考慮した形状、パターンの溝を形成することにより、ウエハ面内平坦化と研磨レートを向上する。

研磨パッドは、研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された、化学的機械研磨法による被加工物の研磨処理に用いる研磨パッドである。それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、該研磨パッドの半径をR(mm)とすると、該溝が、曲率半径がR/2〜10R(mm)である突曲部を有する。

目的

本発明は上記の実状に着目してなされたものであって、その目的とするところは、研磨パッド表面上のでスラリーの流動軌跡を考慮した形状、パターンの溝を形成することにより、ウエハ面内の平坦化と研磨レートを向上した研磨パッドとその研磨パッドを用いた被加工物の研磨方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

研磨パッド略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された、化学的機械研磨法による被加工物研磨処理に用いる研磨パッドであって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、該研磨パッドの半径をR(mm)とすると、該溝が、曲率半径がR/2〜10R(mm)である突曲部を有する、研磨パッド。

請求項2

研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された、化学的機械研磨法による被加工物の研磨処理に用いる研磨パッドであって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、該研磨パッドの非溝加工面に対する溝加工面の面積比率が1%〜50%である、研磨パッド。

請求項3

研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された、化学的機械研磨法による被加工物の研磨処理に用いる研磨パッドであって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、該溝の深さが研磨パッド厚みの10〜80%であり、溝幅が200μm〜10mmであり、溝本数が10〜100本である研磨パッド。

請求項4

研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された研磨パッドを用いて、被加工物を化学的機械研磨法により研磨する方法であって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、研磨中スラリー流量をF(ml/sec)、溝本数をN(本)、溝断面積をS(mm2)、定盤回転数をR(rpm)としたときに、該溝を形成する曲線が以下の式(4)を満たす、方法:Y=(πNRS/30F)X2 …(4)ただし、Xは、研磨パッドの中心位置から半径方向のX座標の溝の変位を示し、Yは該X座標と直交するY座標の溝の変位を示す。

技術分野

0001

本発明は、半導体製造装置の製造工程において、化学的機械的研磨加工(CMPプロセス)によりウエハ等の被加工物平坦化処理などを行うときに用いる研磨パッドに関する。

背景技術

0002

従来の化学的機械研磨装置は、表面に研磨パッドが接着された研磨プレートと、研磨パッドの表面を目立てするためのドレッサーと、被加工物を保持するキャリアと、研磨スラリーを研磨パッド上に供給する研磨スラリー供給装置と、を備えている。そして、研磨パッドをドレッサーによりドレッシング研削)した後に、研磨プレート及びキャリアを回転させると共に、該研磨スラリー供給装置のノズルから研磨パッドの中央部に研磨スラリーを供給し、被加工物を研磨パッド上に押圧することで被加工物表面の研磨を行う。

0003

このような化学的機械研磨方法では、研磨パッドのドレッシング時に発生する研磨パッドの削り屑や、被加工物の研磨屑等を研磨パッドの外へ排出する必要があるので、研磨作業中に、研磨スラリーを研磨パッドの中央部に絶えず供給し、これらの不純物を研磨スラリーにより研磨パッドの外部へ排出するようにしている。

0004

しかし、研磨スラリーを供給して被加工物の研磨を行う際に、研磨パッドの回転力による遠心力および被加工物を研磨パッドに押し付けることから、ほとんどの量の研磨スラリーは、被加工物の面内へ供給されず、研磨パッド上から押し出されて外部へ排出されるという結果になっており、高価な研磨スラリーを無駄にしている。

0005

従来、上記の欠点を解消して研磨スラリーを効率良く使用できるようにするために、表面に格子状の溝を付けたものや、同心円状の複数の溝を設けた研磨パッドが提案されている(例えば、特開平11−216663号公報、特開平11−333699号公報)。

0006

しかし、このような研磨パッドにおいても、研磨パッド上に供給されたスラリーの多くは溝から溢れ出ており、従って、研磨パッドと被加工物との研磨接触面内に侵入できず、その結果としてスラリーの性能が十分発揮されず、研磨レートおよび被加工物面内の均一性最良なものとはいえなかった。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は上記の実状に着目してなされたものであって、その目的とするところは、研磨パッド表面上のでスラリーの流動軌跡を考慮した形状、パターンの溝を形成することにより、ウエハ面内平坦化と研磨レートを向上した研磨パッドとその研磨パッドを用いた被加工物の研磨方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

請求項1記載の研磨パッドは、研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された、化学的機械研磨法による被加工物の研磨処理に用いる研磨パッドであって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、該研磨パッドの半径をR(mm)とすると、該溝が、曲率半径がR/2〜10R(mm)である突曲部を有し、そのことにより上記目的が達成される。

0009

請求項2記載の研磨パッドは、研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された、化学的機械研磨法による被加工物の研磨処理に用いる研磨パッドであって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、該研磨パッドの非溝加工面に対する溝加工面の面積比率が1%〜50%であり、そのことにより上記目的が達成される。

0010

請求項3記載の研磨パッドは、研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された、化学的機械研磨法による被加工物の研磨処理に用いる研磨パッドであって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、該溝の深さが研磨パッド厚みの10〜80%であり、溝幅が200μm〜10mmであり、溝本数が10〜100本であり、そのことにより上記目的が達成される。

0011

請求項4記載の研磨パッドを用いた被加工物の研磨方法は、研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された研磨パッドを用いて、被加工物を化学的機械研磨法により研磨処理する方法であって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、研磨中スラリー流量をF(ml/sec)、溝本数をN(本)、溝断面積をS(mm2)、定盤回転数をR(rpm)としたときに、該溝を形成する曲線が以下の式(4)を満たし、そのことにより上記目的が達成される。
Y=(πNRS/30F)X2 …(4)
ただし、Xは、研磨パッドの中心位置から半径方向のX座標の溝の変位を示し、Yは該X座標と直交するY座標の溝の変位を示す。

0012

本発明の作用は次の通りである。

0013

ウエハ面内の平坦化と研磨レートを向上するためには、ウエハ面内に均一にスラリーを拡散させることが重要である。従来の研磨パッドを使用して、スラリー流量を増加させた場合には、増加されたスラリーはウエハエッジ部分に溢れ、ウエハ中心部にまで浸透しにくい。

0014

本発明の研磨パッドでは、回転する研磨パッド上に供給されたスラリーの流れの軌跡に沿って溝が形成されていることにより、溝内に溜まったスラリーが溝から溢れ出ることが抑えられて研磨パッドの略半径方向外方へ移動することになり、その結果ウエハ中心部に供給されるので、ウエハの平坦化と研磨効率を向上することができる。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下本発明を詳細に説明する。

0016

本発明で使用する研磨パッドは、一般に、ポリウレタン等の発泡性樹脂発泡硬化させて得られる発泡体の表面をバフすることにより形成されている。研磨パッドの表面には多数の空孔を有しており、ウエハ等の被加工物と研磨パッドとの間に供給された研磨スラリーが均一分散され、均一研磨が行えるようにされている。

0017

図2に示すように、研磨パッド1は、研磨パッド本体2と、該研磨パッド本体2の表面に形成された略中心位置から略半径方向に走る複数本の溝3,3…とを有している。各溝3は同じ形状、パターンに形成され、それぞれの溝3が研磨パッド1の回転方向(矢印A方向)と同方向に突状となるようカーブを描いている。つまり、各溝3は、研磨パッド本体2の略中心位置から半径方向へいくにつれて、溝3の先端が回転方向Aに対して反対方向へ次第に曲がり、図2の平面図でみると、溝3全体としては回転方向Aへ突曲している。

0018

その突曲の程度は、研磨パッドの回転速度やスラリーの流量等を考慮して設定することができるが、一般には、研磨パッドの半径をR(mm)とするとき、溝3の突曲部3aの曲率半径はR/2〜10R(mm)である。好ましい溝の突曲部の曲率半径は、1R〜5R(mm)である。

0019

このような形状の溝を有する研磨パッドでは、例えば、研磨中のスラリー流量Fが0.2〜20(ml/sec)、研磨パッドの回転数30〜200rpmの条件下にて研磨パッドを使用する際、スラリーが溝から溢れ出ることを抑えることができる。該溝の突曲部の曲率半径がR/2(mm)未満又は10R(mm)を超えるときは、このような効果が期待できない。

0020

該溝の深さは、典型的には、研磨パッドの厚みの10〜80%であり、溝幅は200μm〜10mmであり、溝本数が10〜100本である。さらに好ましくは、溝の深さは、研磨パッドの厚みの40〜60%であり、溝幅は1mm〜4mmであり、溝本数は20〜40本である。溝の深さ、溝幅および溝本数がこれらの条件を満たさない場合には、研磨中にスラリーが溝から溢れ出やすくなる。

0021

溝の断面形状は図3に示すような矩形状、U字状、台形等であってもよい。

0022

溝本数N(本)は多い方がより均一性、研磨レートを向上することができる。

0023

また、研磨パッドの非溝加工面に対する溝加工面の面積比率は1%〜50%である。ここで、研磨パッドの溝加工面の面積とは、研磨パッド表面に形成されている全ての溝の底面の合計面積をいい、非溝加工面の面積とは、その溝部分を除いた研磨パッド表面の面積をいう。さらに好ましい研磨パッドの非溝加工面に対する溝加工面の面積比率は、30%〜50%である。研磨パッドの非溝加工面に対する溝加工面の面積比率が1%未満の場合および50%を超える場合には、研磨中にスラリーが溝から溢れ出やすくなる。

0024

研磨パッドの中央部には溝が集合して凹部が形成されている。

0025

次に、上記構成の研磨パッドを用いて、ウエハ等の被加工物を化学的機械研磨法により研磨する方法を説明する。

0026

研磨中のノズルより吐出されるスラリー流量をF(ml/sec)、研磨パッド表面に形成された溝本数をN(本)、溝断面積をS(mm2)、溝内でのスラリーの流速をV(mm/sec)、研磨パッドを貼り付けた定盤回転数をR(rpm)とするとき、V=F/(NS)(mm/sec)と定義することができる。

0027

次に、図1に示すように、パッドの中心O点から、任意の外周部P点を取り、直線OPを定義する。このとき、O点からP点の方向へ流れるスラリーの速度は、V=F/(NS)(mm/sec)である。

0028

ここで、O点を起点とした時間t=0を定義する。これにより、直線OP上でのO点を起点としたスラリーの変位をXとしたとき、式(1)となる。

0029

X=Vt……(1)
次に、直線OP上での変位Xの点をQ点とする。このQ点での直線OPに垂直な方向のパッドの速度成分をVqとする。この速度成分Vqは次式(2)で表せる。

0030

Vq=(2πR/60)×X ……(2)
また、Q点での速度成分Vqにより、t秒後のスラリーの変位をYとすると、式(3)が得られる。

0031

Vq=(2πR/60)×Vt2 ……(3)
式(1)、式(3)により次式(4)が得られる。

0032

Y=2πRX2/(60V)
=(πNRS/30F)X2 ……(4)

0033

以上のことから、研磨中のスラリー流量をF(ml/sec)、溝本数をN(本)、溝断面積をS(mm2)、定盤回転数をR(rpm)としたときに、研磨パッド表面に形成された溝の曲線が上式(4)を満たせば、溝がスラリーの研磨中における流動軌跡に沿って形成され、かつ所定量のスラリーが溝内に存在することになるので、研磨中におけるスラリーの溝からの溢れを抑えることができる。その結果、ウエハ面内に研磨砥粒を行き渡らせることができる。

0034

ただし、式(4)中、Xは、研磨パッドの中心位置から半径方向のX座標の溝の変位を示し、Yは該X座標と直交するY座標の溝の変位を示している。

0035

なお、本発明の研磨パッドは、半導体製造プロセスにおいて化学的機械的研磨加工(CMPプロセス)によりウエハ等の被加工物の平坦化処理を行うときに用いる以外に、以下の用途にも用いることができる。

0036

シリコンウエハに対する一次研磨(特にSubaパッド、MHパッド)、二次研磨(特にSubaパッド、MHパッド)、ファイナル研磨用パッドアルミ磁気ディスク研磨用パッド、液晶用ガラス研磨用パッド(特にMHパッド)等。

0037

また、被研磨物としては以下があげられる。

0038

(1)シリコン
具体的には、ポリッシュドウエハ、拡散ウエハエピウエハがあり、これらの主用途としては、IC基板ディスクリートがある。

0039

さらに、ダミーまたはモニターウエハ再生ウエハ、バックサイドポリッシュドウエハがあり、これらの主用途としては、テスト用ウエハ、パターン付きICあがる。

0040

さらに、SiO2、ポリシリコン金属層間膜があり、これらの主用途としては、上述したCMPがある。

0041

(2)化合物
ガリウム砒素GaAs)、ガリウム燐(GaP)、インジウム燐InP)があり、これらの主用途としては、可視LED、赤外LED、FET、ICがある。

0042

(3)酸化物
タンタル酸リチウムニオブ酸リチウム、GGGがあり、これらの主用途としてはSAWフィルターがある。

0043

(4)ガラス
TFT、STN、SOG、フォトマスクオプチカルフラットガラス、TVフェイステレビフラウン管)があり、これらの主用途としては、カラー液晶基板液晶基板半導体基板ステッパープリズムカラーテレビがある。

0044

(5)磁気ディスク
アルミニウム強化ガラスカーボンがあり、これらの主用途としては、ハードディスクがある。

0045

(6)その他
サファイヤセラミックスフェライトステンレス水晶カラーフィルタがあり、これらの主用途としては、半導体基板、電子基板振動子、カラー液晶がある。

0046

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

0047

(実施例1)厚さ1.27mmの研磨パッドに、溝深さ0.6mm、溝幅2mmの溝加工を、研磨パッドの中心から放射状に33本曲線加工した。

0048

スラリー流量F=2(ml/sec)、溝本数N=33(本)、溝断面積をS=1.2(mm2)、溝内でのスラリーの流速をV=5.05×10−2(mm/sec)、定盤回転数をR=60(rpm)とした。

0049

このときの、溝の曲線式はY=62.2X2 であり、上式(4)を満足した。

0050

次に、この研磨パッドを用いて、熱酸化膜付きシリコンウエハ表面所定条件で研磨した。

0051

その結果、従来溝加工のパッド(同心円状の溝が形成されたパッド)に比べ、熱酸化膜付きシリコンウエハの研磨レートが65%増加し、かつ研磨均一性については同等であることが確認された。

発明の効果

0052

本発明によれば、以下の効果がある。
(1)従来の溝加工方法では、研磨パッド表面に供給されたのスラリーの流動軌跡を考慮していなかったが、本発明のパッドでは、スラリーの流動軌跡を考慮して溝加工を行うことにより、ウエハ面内の平坦化と研磨効率の改善を図ることができる。
(2)研磨効率が上がり、ウエハと研磨パッドとの圧着加重下げた研磨が可能となるのでウエハ表面へのストレスが少なくなる。
(3)スラリーを有効に利用できるので製造コストを低下できる。
(4)溝加工曲線として上式(4)を用いることにより、研磨条件(定盤回転数、スラリー流量、溝加工)を考慮に入れた溝加工が可能になる。

0053

その結果、研磨中にウエハエッジ部分から溢れていたスラリーも効率良くウエハ中心部に供給され、ウエハの平坦化と研磨効率の向上に寄与できる。

図面の簡単な説明

0054

図1研磨パッド上に形成された溝の曲線を示す式(4)を説明する図である。
図2本発明の研磨パッドの一実施例の平面図である。
図3溝部分を示すの断面図である。

--

0055

1研磨パッド
2パッド本体
3 溝

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