(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドレッシング機能を有する砥粒と、この砥粒を固着する固着部材とを備えたドレッサーを用いて、化学的機械的研磨に用いた研磨パッドをドレッシングする際に、前記固着部材の電位を制御するドレッシング方法であって、
前記固着部材の電位を、前記化学的機械的研磨に用いるスラリーのｐＨに応じて、前記固着部材の構成材料の電位−ｐＨ図で不活性態領域となる電位に制御することを特徴とするドレッシング方法。
【請求項２】
前記ドレッサーは炭素からなる電極をさらに有し、この電極と前記固着部材との間の電位差を制御することで、前記固着部材の電位を制御することを特徴とする請求項１に記載のドレッシング方法。
【請求項３】
前記砥粒はダイアモンド砥粒、前記固着部材の材料はＮｉであり、かつ前記化学的機械的研磨に用いたスラリーのｐＨが９以下の場合には前記固着部材の電位を標準電極電位基準で−０．５Ｖ以下に制御し、前記スラリーのｐＨが９より大きく、１２より小さい場合には前記固着部材の電位を標準電極電位基準で−０．６Ｖ以下に制御し、前記スラリーのｐＨが１２以下の場合には前記固着部材の電位を標準電極電位基準で−０．９Ｖ以下に制御することを特徴とする請求項１記載のドレッシング方法。
【請求項４】
ドレッシング機能を有する砥粒と、この砥粒を固着する固着部材と、この固着部材の構成材料よりもイオン化傾向の高い材料からなる、前記固着部材に設けられた犠牲陽極とを備えたドレッサーを用いて、化学的機械的研磨に用いた研磨パッドをドレッシングすることを特徴とするドレッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing; CMP）に使用される研磨パッドのドレッシング方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体装置の製造分野において、半導体装置の高集積化、半導体素子の微細化に伴い、種々の微細加工技術が開発されている。その中でも、ＣＭＰ技術は、埋込み金属配線、埋込み素子分離などの埋込み構造を形成するために欠かすことのできない必須の要素技術になっている。
【０００３】
ＣＭＰによって表面に凹凸を有する被研磨面を平坦化する場合、研磨特性は研磨パッドの表面状態の影響を受け、例えば研磨速度は研磨加工が繰り返されると研磨パッドの表面が摩耗等によって劣化するので、研磨加工時間の経過に伴って低下する。
【０００４】
このような不都合を未然に防止するために、研磨加工が一旦終了したら、研磨パッドの表面を回復あるいは修復するための処理が行われている。この処理はドレッシングと呼ばれ、例えばダイヤモンドドレッサーを用いて行われる。ダイヤモンドドレッサーは、ダイアモンド砥粒と、このダイアモンド砥粒を固着する、蒸着法で形成されたＮｉ膜からなる砥粒固着部材とから構成されている。
【０００５】
しかしながら、この種のダイヤモンドドレッサーを用いたドレッシング方法には以下のような問題があった。すなわち、酸化剤が入った腐食性の高いスラリーを用いてＣＭＰを行った場合、ドレッシング中にダイアモンド砥粒が欠落し、被研磨面に傷が発生するという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来のダイヤモンドドレッサーを用いたドレッシング方法は、酸化剤が入った腐食性の高いスラリーを用いてＣＭＰを行った場合、ドレッシング中にダイアモンド砥粒が欠落し、被研磨面に傷が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的とするところは、腐食性の高いスラリーを用いてＣＭＰを行っても、ドレッシング機能を有する砥粒の欠落を防止できる、ドレッサーを用いたドレッシング方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
［構成］
上記目的を達成するために、本発明に係る第１のドレッシング方法は、ドレッシング機能を有する砥粒と、この砥粒を固着する固着部材とを備えたドレッサーを用いて、化学的機械的研磨に用いた研磨パッドをドレッシングする際に前記固着部材の電位を制御するドレッシング方法であって、前記固着部材の電位を、前記化学的機械的研磨に用いるスラリーのｐＨに応じて、前記固着部材の構成材料の電位−ｐＨ図で不活性態領域となる電位に制御することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る第２のドレッシング方法は、ドレッシング機能を有する砥粒と、この砥粒を固着する固着部材と、この固着部材の構成材料よりもイオン化傾向の高い材料からなる、前記固着部材に設けられた犠牲陽極とを備えたドレッサーを用いて、化学的機械的研磨に用いた研磨パッドをドレッシングすることを特徴とする。
【００１２】
［作用］
酸化剤を含む腐食性の高いスラリーを用いてＣＭＰを行った後、純水でポリッシュ（水ポリッシュ）を十分に行っても、研磨パッド上の酸化剤を完全に除去することは難しい。
【００１３】
そのため、ＣＭＰ後に行うドレッシングにおいて、研磨パッド上に残った酸化剤によってドレッサーの固着部材が腐食し、ダイヤモンド砥粒等のドレッシング機能を有する砥粒（ドレッシング砥粒）が欠落すると考えられる。
【００１４】
したがって、研磨パッドまたは固着部材上に残った酸化剤の影響を軽減し、ドレッサーの腐食を抑制すれば、ドレッシング中におけるドレッシング砥粒の欠落を防止でき、その結果として被研磨面に傷が発生することを防止できると考えられる。
【００１５】
そこで、本発明では、ドレッシング機能を有する砥粒と、この砥粒を固着する固着部材とを備えたドレッサーを用いて、研磨パッドまたは固着部材上に残った酸化剤の影響を軽減するようにしている。
【００１８】
具体的には、本発明に係る第１のドレッシング方法では、ドレッサーの電位を制御することによって、酸化剤により酸化した固着部材を還元したり、あるいは酸化剤による固着部材の酸化を未然に防止し、酸化剤の影響を軽減するようにしている。
【００１９】
また、本発明に係る第２のドレッシング方法では、固着部材よりも先に酸化剤の影響を受ける部材、すなわち固着部材の構成材料よりもイオン化傾向の高い材料からなる犠牲陽極を固着部材に設けることによって、酸化剤の影響を軽減するようにしている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態（以下、実施形態という）を説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るドレッシング方法を模式的に示す図である。図中、１はダイヤモンドドレッサー、２は研磨パッド、３はｐＨが９より大きく、１２より小さいドレッシングに用いる溶液（ｐＨ調整液）４を流すためのノズル（ｐＨ調整液滴下用ノズル）を示している。
【００２２】
ダイヤモンドドレッサー１は、ダイヤモンド砥粒と、このダイヤモンド砥粒を固着する砥粒固着部材とから構成されている。砥粒固着部材は蒸着法によって形成されたＮｉ膜からなる。
【００２３】
溶液４のｐＨが９〜１２である理由は以下の通りである。図２はＮｉの電位−ｐＨを示す図、図３は図２の概略図である。図から、ｐＨが９より大きく、１２より小さい場合には、Ｎｉの腐食が起こらないことが分かる。なお、図３中の immunity は不活性態領域、corrosion は腐食領域、passivation は不動態化領域を示している。
【００２４】
したがって、ダイヤモンドドレッサー１を用いて、ＣＭＰに用いた研磨パッド２をドレッシングする際に、研磨パッド２上にｐＨが９〜１２の溶液４を流すことによって、研磨パッド２上に残ったスラリーの酸化剤を還元でき、さらに還元後もドレッシング中における砥粒固着部材は腐食されないので、ダイヤモンドドレッシング砥粒の欠落を防止でき、その結果として被研磨面（例えばウェハ表面、絶縁膜表面、金属膜表面）に傷が発生することを防止できるようになる。これは歩留まりの向上につながる。また、砥粒固着部材に対して高い腐食性を持ったスラリーを用いることが可能となるため、スラリーの選択肢が広がる。
【００２５】
溶液４は、ＣＭＰで使用するスラリーによって異なるが、例えば酸化剤Ｆｅ（ＮＯ3 ）3 ８wt％にアルミナ０．５wt％を分散させたスラリー（ｐＨ１）を用いる場合には、ＫＯＨ１％溶液を用いる。上記スラリーはタングステン（Ｗ）のＣＭＰに用いられるものである。
【００２６】
以下、Ｗ−ＣＭＰを行った場合のドレッシング方法について説明する。まず、上記スラリーを用いてＷ−ＣＭＰを行った後、水ポリッシュを３０秒行う。ここまでは従来と同じである。次にノズル３から研磨パッド２上にＫＯＨ１％溶液を流しながら、ダイヤモンドドレッサー１を用いてドレッシングを３０秒間行う。本ドレッシング方法によれば、研磨パッド２上にＫＯＨ１％溶液を流すことでＮｉ腐食を防止できるので、被研磨面（例えば、Ｗダマシン配線の表面）に傷を発生させることなく、ドレッシングを行えるようになる。
【００２７】
これに対して、従来方法では、水ポリッシュの後、純水でダイアモンドドレッサーを用いて研磨パッドのドレッシングを３０秒間行っていた。しかし、水では研磨パッド２上に残ったスラリーの酸化剤を還元できず、被研磨面に傷が発生してしまい、本発明の効果を得ることはできない。
【００２８】
なお、ＫＯＨ１％溶液を流す期間はドレッシングの全期間あるいは一部の期間のいずれでも良い。また、ＫＯＨ１％溶液はドレッシングを行う前に流しても良い。この場合、ＫＯＨ１％溶液は該ドレッシング直前のＣＭＰの後に流すことが好ましい。その後、純水でダイアモンドドレッサー１を用いて研磨パッド２のドレッシングを行う。
【００２９】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係るドレッシング方法を模式的に示す図である。図中、１１はダイヤモンドドレッサー、１２はダイヤモンドドレッサー１１を洗浄するドレッサー受け、１３はｐＨが９より大きく、１２より小さいドレッシングに用いる溶液（ｐＨ調整液）１４をドレッサー受け１２に注入するためのノズル（ｐＨ調整液滴下用ノズル）、１５は洗浄用の純水１６をドレッサー受け１２に注入するためのノズル（純水供給用ノズル）を示している。
【００３０】
ドレッサー受け１２には、例えば１００ｍｌ／ｍｉｎで純水１６が純水供給用ノズル１５から注入される同時に、例えば１ｍｌ／ｍｉｎでＫＯＨ１０％水溶液がｐＨ調整液滴下用ノズル１３から注入される。
【００３１】
本実施形態では、ダイヤモンドドレッサー１１を用いて、ＣＭＰに用いた研磨パッドをドレッシングした後、ダイヤモンドドレッサー１１にｐＨ調整液１４を与える。これにより、ドレッシング後にダイヤモンドドレッサー１１上に残った酸化剤を中和できる。
【００３２】
その結果、次のドレッシング時に上記酸化剤が研磨パッドに残ることが無くなると同時に、ダイヤモンドドレッサー１１上に残ったｐＨ調整液１４によって研磨パッド上に予め残っていた酸化剤を還元できるので、被研磨面に傷を発生させることなく、ドレッシングを行えるようになる。
【００３３】
これに対して、従来方法は、ドレッサー受け１２には１００ｍｌ／ｍｉｎで純水１６がノズル１５から注入されているだけである。しかし、水では研磨パッド上に残ったスラリーの酸化剤を還元できず、被研磨面に傷が発生してしまい、本発明の効果を得ることはできない。
【００３４】
また、本実施形態の場合、第１の実施形態とは異なり、ドレッシング時に研磨パッド上にｐＨ調整液１４を流し続ける必要がないので、ｐＨ調整液１４の薬品が研磨パッド上に残留して研磨特性が変化する影響を考慮する必要がない。
【００３５】
（第３の実施形態）
本実施形態のドレッシング方法は、ダイヤモンドドレッサーを用いて、ＣＭＰに用いた研磨パッドをドレッシングする際に、ダイヤモンドドレッサーの砥粒固着部材の電位を制御して、砥粒固着部材のｐＨを上記所定の範囲内に収めることにより、酸化剤により酸化した砥粒固着部材を還元したり、あるいは酸化剤による砥粒固着部材の酸化を未然に防止し、もって被研磨面に傷が発生することを防止するという方法である。
【００３６】
さらに、本ドレッシング方法はＣＭＰ中に実施でき、in-situ コンディショニングが可能となる。したがって、研磨粒子の研磨パッドへの保持力が持続的に保たれ、研磨特性の安定および向上を図れるようになる。
【００３７】
図５に、本ドレッシング方法を実施するための装置の一例を示す。同図（ａ）は同装置の断面図、同図（ｂ）は同装置を下から見た図を示している。図中、２１は炭素電極、２２はダイヤモンドドレッサー、２３は砥粒固着部材、２４はダイアモンド砥粒、２５は基盤（例えばＳＵＳ３０４基盤）、２６は陽極電線、２７は陰極電線、２８は電位保持回路、２９は絶縁体スペーサ、３０はスラリー３１を研磨パッド３２に流すためのノズル（スラリー滴下用ノズル）、３３はドレッサーシャフトを示している。スラリー３１は、例えばＷ−ＣＭＰ用スラリー等の高い腐食性を有するものである。
【００３８】
炭素電極２１を用いた理由はスラリー３１に侵されにくいからである。炭素電極２１以外にもＰｔ電極も使用可能である。炭素電極２１はダイアモンドドレッサー２２の中央に設けられ、炭素電極２１およびダイアモンドドレッサー２２は基盤２５上に保持されている。
【００３９】
炭素電極２１は陽極電線２６を介して電位保持回路２８に接続し、ダイアモンドドレッサー２２は陰極電線２７を介して電位保持回路２８に接続されており、炭素電極２１に対するダイアモンドドレッサー２２の砥粒固着部材２３の電位を負に設定できるようになっている。
【００４０】
したがって、ＣＭＰ中に、砥粒固着部材２３の電位をスラリー３１のｐＨに対応した所定の値に設定し、砥粒固着部材２３を還元することによって、砥粒固着部材２３のスラリー３１による酸化による腐食を防止できる。
【００４１】
上記スラリー３１のｐＨに対応した所定の値とは、スラリー３１のｐＨが９以下の場合には標準電極電位基準で−０．５Ｖ、スラリー３１のｐＨが９より大きく、１２より小さい場合には標準電極電位基準で−０．６Ｖ、スラリー３１のｐＨが１２以下の場合には標準電極電位基準で−０．９Ｖ以下である。
【００４２】
なお、ドレッシングの最中に、電位保持回路２８により、陽極電線２６、陰極電線２７の電位の大小関係を逆にしても良い。これに各電極２６，２７に析出した物質を減らすことが可能となる。
【００４３】
（第４の実施形態）
本実施形態のドレッシング方法は、ダイアモンド砥粒と、このダイアモンド砥粒を固着するＮｉからなる砥粒固着部材と、Ｎｉよりもイオン化傾向の高い材料であるＺｎからなり、砥粒固着部材と同電位にあるＮｉ犠牲陽極とを備えたドレッサーを用いて、ＣＭＰに用いた研磨パッドをドレッシングするという方法である。
【００４４】
同一電位にＮｉとＺｎとがあると、よりイオン傾向の高いＺｎのほうが先に溶解する。そのため、ドレッシングの最中には、砥粒固着部材中のＮｉ（ドレッサー母材金属）よりもＮｉ犠牲陽極中にＺｎのほうが先に腐食する。したがって、砥粒固着部材の腐食によるダイヤモンド砥粒の欠落を防止でき、被研磨面に傷が発生することを防止できるようになる。
【００４５】
本実施形態のドレッシング方法は、第１〜第３の実施形態と異なり、高価なｐＨ調整用の溶液や電位を制御する機構が不要なので、少ないコストでも効果的にダイヤモンドドレッサーの腐食を防止できる。
【００４６】
図６に、本実施形態のドレッシング方法を実施するためのダイアモンドドレッサーの一例を示す。同図（ａ）は同装置の断面図、同図（ｂ）は同装置を下から見た図を示している。図中、４１は基盤（例えばＳＵＳ３０４基盤）、４２は砥粒固着部材、４３はダイアモンド砥粒、４４はＺｎ犠牲陽極を示している。
【００４７】
ＳＵＳ３０４基盤４１上にはトーラス状の砥粒固着部材４２が設けられている。この砥粒固着部材４２の表面にはダイアモンド砥粒４３が埋め込まれている。砥粒固着部材４２の開口内のＳＵＳ３０４基盤４１上には、砥粒固着部材４２よりも薄いＺｎ犠牲陽極４４が設けられている。
【００４８】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、ダイヤモンドドレッサーを用いたが、ダイアモンド以外の他のドレッシング機能を有する砥粒からなるドレッサーを用いても良い。また、ドレッシング機能を有する砥粒を固着する固着部材の材料にＮｉを用いたが他の材料を用いても良い。
【００４９】
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上詳説したように本発明によれば、ドレッシングに用いるドレッサーの腐食を防止でき、ＣＭＰ中に被研磨面に傷が発生することを防止できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るドレッシング方法を模式的に示す図
【図２】Ｎｉの電位−ｐＨを示す図
【図３】図２のＮｉの電位−ｐＨの概略図
【図４】本発明の第２の実施形態に係るドレッシング方法を模式的に示す図
【図５】本発明の第３の実施形態に係るドレッシング方法を実施するための装置の一例を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態に係るドレッシング方法を実施するための装置の一例を示す図
【符号の説明】
１…ダイヤモンドドレッサー
２…研磨パッド
３…ノズル
４…ｐＨ調整液
１１…ダイヤモンドドレッサー
１２…ドレッサー受け
１３…ｐＨ調整液滴下用ノズル
１４…ｐＨ調整液
１５…純水供給用ノズル
１６…純水
２１…炭素電極
２２…ダイヤモンドドレッサー
２３…砥粒固着部材
２４…ダイアモンド砥粒
２５…基盤
２６…陽極電線
２７…陰極電線
２８…電位保持回路
２９…絶縁体スペーサ
３０…スラリー滴下用ノズル
３１…スラリー
３２…研磨パッド
３３…ドレッサーシャフト
４１…基盤
４２…砥粒固着部材
４３…ダイアモンド砥粒
４４…Ｚｎ犠牲陽極
【図１】
0003665523.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003665523.tif 000004
【図４】
0003665523.tif 000005
【図５】
0003665523.tif 000006
【図６】
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