(57)【要約】      （修正有）【課題】  大口径化されたシリコンウエハであっても、研磨特性の均一な研磨を行うことができる研磨パッドを提供する。【解決手段】  被研磨物と接触させて、被研磨物を研磨する研磨層２１を有し、その研磨層２１は領域ごとに密度が異なる研磨パッド１を用いることによって、被研磨物全面において研磨レートを均一にすることができる。つまり、被研磨物の中央部とそれ以外では、研磨レートが大きく異なるが、被研磨物の中央部に接触する第２領域２４の密度を高め、被研磨物の中央部に接触しない第１領域２３および第３領域２５の密度を低くすることによって、被研磨物全面において研磨レートを均一にすることができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物と接触させて、前記被研磨物を研磨する研磨層を有し、
前記研磨層は、密度が領域ごとに異なることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記研磨層は、前記被研磨物の中央部に接触する中央部接触領域と当該中央部接触領域以外の中央部非接触領域とによって、密度が異なることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子などの製造工程において、化学的機械的研磨（Chemical
Mechanical Polishing；ＣＭＰ）によるシリコンウエハなどの被研磨物の平坦化処理に用いる研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＣＭＰ法では、図１に示したように、研磨パッド１を定盤１１に保持し、シリコンウエハなどの被研磨物１３を研磨ヘッド１４に保持して、スラリ供給部１５からスラリを供給しながら、研磨パッド１と被研磨物１３を加圧した状態で相対的に摺動させることによって研磨が行われる。
【０００３】
かかるＣＭＰ法においては、単位時間の研磨量（以下「研磨レート」という）などの研磨特性を均一化させるために、研磨パッド１の密度などの研磨パッドの表面および断面構造を均一としている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３０１０２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の研磨パッドでは、被研磨物１３が大型化した場合、被研磨物１３にスラリが均一に行き渡らないことがある。被研磨物１３の中心部にスラリが行き渡らないなどの理由から中心部が削れにくくなったり、また、反対にシリコンウエハの中心部がより早く削れたりする。この結果、研磨物１３の表面が不均一に研磨されるといった現象が発生してしまう。
【０００６】
したがって本発明は、被研磨物が大型化した場合であっても、被研磨物を均一に研磨することができる研磨パッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、被研磨物と接触させて、前記被研磨物を研磨する研磨層を有し、
前記研磨層は、密度が領域ごとに異なることを特徴とする研磨パッドである。
【０００８】
また本発明は、前記研磨層は、前記被研磨物の中央部に接触する中央部接触領域と当該中央部接触領域以外の中央部非接触領域とによって、密度が異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、研磨面内に密度が異なった部分を有することにより、被研磨物が大型化した場合であっても、被研磨物を均一に研磨することができる。
【００１０】
また本発明によれば、被研磨物の中央部に接触する中央部接触領域とその中央部接触領域以外の中央部非接触領域との密度が異なることにより、被研磨物が大型化した場合であっても、被研磨物をより均一に研磨することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明である研磨パッドは、被研磨物と接触させて被研磨物を研磨するための研磨層を有し、その研磨層の密度が領域ごとに異なる研磨パッドである。図１に示すようなＣＭＰ装置に、本発明である研磨パッド１を備え、被研磨物であるシリコンウエハ１３を研磨すると、被研磨物１３全面において研磨レートを均一にすることができる。つまり、被研磨物の研磨されにくい領域に、研磨層の研磨しやすい領域が接触するようにし、反対に、被研磨物の研磨されやすい領域に、研磨層の研磨しにくい領域が接触するようにして研磨することができるので、被研磨物全面において研磨レートを均一にすることができる。
【００１２】
図２は、本発明の第１の実施形態である研磨パッド１の平面図であり、図３は、図２の研磨パッド１の切断面線Ａ−Ａ’から見た断面図である。研磨パッド１は、上述のように、ＣＭＰ装置で使用され、研磨時には、ＣＭＰ装置のキャリア部１４に保持された被処理物であるシリコンウエハ１３と接触し、研磨パッド１およびシリコンウエハ１３の相対移動によって、シリコンウエハ１３表面を研磨する。研磨パッド１は、図３の断面図に示すように、キャリア部１４に保持されたシリコンウエハ１３と接触して研磨を行う研磨層２１と、研磨層２１を定盤１１に固定する下地層２２とを含んで構成する。研磨層２１は、図２および図３に示すように、研磨層２１の中心部である第１領域２３、シリコンウエハ１３の中心部と接触する第２領域２４および研磨層２１の周辺部である第３領域２５の３つの領域から構成されている。第２領域２４の密度が、第１領域２３および第３領域２５の密度より高い。
【００１３】
高密度の領域である第２領域２４の密度が、低密度の領域である第１領域２３および第３領域２５の密度より１％以上２０％以下高いことが好ましい。１％より小さいと、研磨層全面の密度が均一である研磨パッドを用いて被研磨物を研磨するときに生じる研磨レートの差を充分に減少させることができない。また、１％以上であると、研磨されにくかった領域が、研磨されやすくなり、研磨レートの差を減少させることができるが、２０％より大きいと、研磨されにくかった領域が研磨されやすくなりすぎ、研磨レートの差が大きくなってしまう。
【００１４】
研磨層２１は、特に制限されず、研磨パッドの研磨層として用いることができるものであれば、いずれも使用することができる。つまり、研磨層は、発泡構造の研磨層であっても、無発砲構造の研磨層であっても使用することができ、さらに、一層の研磨層であっても、二層以上である複数層の研磨層であっても使用することができる。発泡構造の研磨層としては、独立発泡体および連続発泡体などが挙げられる。独立発泡体は、たとえば、微小中空体などの添加剤や空気などの気体を混入することにより得られる発泡体である。連続発泡体は、たとえば、添加剤および発泡剤などによって樹脂を発泡硬化させたものや、不織布などを基材としてその繊維交絡中に樹脂が含浸されたものである。無発砲構造の研磨層は、たとえば、樹脂に微細中空糸を含有させたものなどが挙げられる。研磨層に用いられる樹脂は、特に制限されず、研磨層としての所望の性状が得られるものであれば、いずれも使用することができる。たとえば、ポリウレタンおよびポリエステルなどが挙げられるが、これらに制限されない。
【００１５】
なお、微小中空体などの添加剤や空気などの気体を混入したり、添加剤および発泡剤などによって樹脂を発泡硬化させて得られる発泡体である場合は、導入される気泡量を容易に変化させることができ、容易に密度の異なる研磨層を形成させることができる。不織布などを基材として、その繊維交絡中に樹脂が含浸された発泡体である場合は、樹脂を含浸させる量を変化させることで、容易に密度の異なる研磨層を形成させることができる。
【００１６】
また、研磨層の密度は、単位体積当たりの重量であるので、研磨層の密度を変化させる方法は、上記の方法に制限されず、研磨層に複数の穴などを形成させることによっても、実現することができる。
【００１７】
下地層２２は、特に制限されず、研磨層２１を定盤１１に固定させることができればいずれの材料であってもよい。たとえば、粘着テープ、フォームテープ、不織布およびその他弾性体などが挙げられる。
【００１８】
また、研磨層２１には、被研磨物１３に接触する面に溝を形成していてもよい。そうすることによって、研磨層にスラリをより保持しやすくなる。溝の形状は、特に制限がなく、同心円状、格子状、放射線状、螺旋状などのいずれの形状であってもよい。また、溝の断面形状も、特に制限がなく、円弧形状、逆三角形状などのいずれの形状であってもよい。
【００１９】
研磨層の各領域の密度を決定する方法について説明する。まず、研磨層の密度が全面均一である密度決定用研磨パッドを用いて被研磨物を研磨する。そうすることによって、研磨層の密度と研磨レートとの関係を求め、領域による研磨レートの差、たとえば、被研磨物の中央部と周辺部での研磨レートの差を求める。
【００２０】
たとえば、被処理物として、直径８ｉｎｃｈ（約２０ｃｍ）のシリコンウエハを用い、そのシリコンウエハの表面に形成されたＳｉＯ２絶縁層を研磨した場合について説明する。
【００２１】
図４は、密度決定用研磨パッドにおいて、研磨層の密度を変化させたときのシリコンウエハの研磨レートに対する影響を示すグラフである。縦軸は、シリコンウエハの研磨レートを示し、横軸は、研磨層の密度を示す。ここで、研磨レートとは、単位時間当たりに研磨によって除去されるシリコンウエハの厚みであり、研磨前後の重量を測定することによって得られる。
【００２２】
図４に示すように、研磨層の密度が高いほど、シリコンウエハの研磨レートが高くなり、研磨されやすくなることがわかる。さらに、通常研磨パッドとして使用する密度の範囲であれば、研磨層の密度を高くすると、研磨レートは、図４に示すように直線的に増加する。
【００２３】
密度決定用研磨パッドのように密度が均一な研磨パッドを用いて被研磨物を研磨すると、シリコンウエハの中央部の研磨レートのほうが、周辺部の研磨レートより小さくなる場合がある。したがって、シリコンウエハの中央部の研磨レートと周辺部の研磨レートとの差が減少するように、シリコンウエハの中央部に接触する領域の研磨層の密度を高め、それ以外の領域の研磨層の密度を低くするように、研磨層の密度を設計する。そうすることによって、被研磨物全面において研磨レートを均一にすることができる研磨パッドが得られる。
【００２４】
研磨パッド１は、所定の密度の研磨層２１を所定の大きさに切り出して、粘着テープなどの下地層２２に張り合わせることで、容易に研磨パッド１を形成することができる。
【００２５】
たとえば、第２領域２４の研磨層には、上述の研磨層の密度を決定する方法によってシリコンウエハの中心部に接触する領域に好ましいと決定された密度を有する研磨層を用い、第１領域２３および第３領域２５の研磨層には、シリコンウエハの周辺部に接触する領域に好ましいと決定された密度を有する研磨層を用いる。第１領域２３は、上述の研磨層を円柱形に切り出す。第２領域２４は、内径が第１領域２３の直径であり、第２領域２４の幅がシリコンウエハの直径より小さくなるような円筒形に切り出す。第３領域２５は、内径が第２領域２４の外径となるような円筒形に切り出す。それぞれ切り出した研磨層を下地層２２に張り合わせることによって、研磨パッド１を形成する。
【００２６】
また、研磨パッド１は、上記のような作製方法以外であってもよく、たとえば、以下のような方法で作製する。第１領域２３の研磨層が上述の円柱形になるように、鋳型などの中で、研磨層を形成させる。第１領域２３の研磨層を中心におき、第２領域２４の研磨層が上述の円筒形になるように、鋳型などの中で、研磨層を形成させる。第２領域２４研磨層を中心におき、第３領域２５の研磨層が上述の円筒形になるように、鋳型などの中で、研磨層を形成させる。そうすることによって、所望の研磨層を有する研磨パッドを形成することができる。また、この方法で研磨パッドを作製すると、第１領域２３と第２領域２４との間、第２領域２４と第３領域２５との間がくっついていた領域間に隙間のない研磨パッドを作製することができる。
【００２７】
また、本発明の第２の実施形態としては、研磨層２１が、第２領域２４の密度が第１領域２３および第３領域２５の密度より低い研磨層である研磨パッドであること以外、第１の実施形態と同様である。
【００２８】
そうすることによって、研磨層全面の密度が均一である研磨パッドを用いて被研磨物を研磨すると、被研磨物の中心部が削れやすい場合には、被研磨物の中心部に、被研磨物を研磨しにくい密度の低い研磨層が接触して研磨することができるので、被研磨物全面において研磨レートを均一にすることができる。
【００２９】
さらに、図５は、本発明の第３の実施形態である研磨パッド２の平面図である。研磨パッド２は、研磨層３１が第１領域３２、第２領域３３、第３領域３４および第４領域３５の４領域に分かれている以外、第１の実施形態および第２の実施形態の研磨パッド１と同様である。
【００３０】
研磨層を４領域に分けているので、被研磨物の領域ごとの研磨されやすさに応じて、研磨パッドの密度をより変化させることができるので、被研磨物全面において研磨レートをより均一にすることができる。
【００３１】
なお、被研磨物の中央部に接触する領域は、図２および図３に示す第２領域２４または図４に示す第２領域３３および第３領域３４である。また、被研磨物の中央部に接触する領域以外の領域は、図２および図３に示す第１領域２３および第３領域２５または図４に示す第１領域３２および第４領域３５である。
【００３２】
以下に、本発明の第１の実施形態である研磨パッド１を用いた実施例を示す。
まず、密度決定用研磨パッドを作製する。密度が１．２ｇ／ｃｍ３の硬質ポリウレタンを用いて、密度が０．８０ｇ／ｃｍ３の硬質ポリウレタンを製造する。研磨層として、この硬質ポリウレタンを用い、下地層として、フォームテープ（東洋インキ製）を用いて、下地層の上に研磨層を貼り付けて、密度決定用研磨パッドを作製する。
【００３３】
その密度決定用研磨パッドを研磨機（ＳＨ−２４、Ｓｐｅｅｄｆａｍ社製）の定盤に両面テープで貼り付ける。その後、押し付け圧力７ｐｓｉ（約４．８３×４１０Ｐａ）、定盤回転速度６０ｒｐｍ、ヘッド回転速度６０ｒｐｍの条件でシリコンウエハの研磨を行う。研磨レート（ＲＲ）測定は、Ｎａｎｏｓｐｅｃ（Ｎａｎｏｍｅｔｒｉｃｓ社、膜厚測定システム）を用いて行う。ここで用いたシリコンウエハは、直径８ｉｎｃｈ（約２０ｃｍ）のシリコンウエハであり、研磨パッドで研磨する研磨対象物は、表面に形成されたＳｉＯ２絶縁層である。
【００３４】
その結果、密度決定用研磨パッドを用いたときの研磨レートは、シリコンウエハの中心部では４０００Å／ｍｉｎであるのに対して、シリコンウエハの外周部では４５００Å／ｍｉｎであった。つまり、密度の均一な研磨層を有する研磨パッドを用いて研磨すると、シリコンウエハの中心部は、削れにくくなり、シリコンウエハの外周部は削れやすかった。
【００３５】
そこで、図４の研磨層の密度と研磨レートとの関係から、シリコンウエハの中心部と接触する領域の密度を０．８３ｇ／ｃｍ３、シリコンウエハの中心部と接触しない領域の密度を０．７５ｇ／ｃｍ３とした。つまり、図２に示した第２領域２４には、密度が０．８３ｇ／ｃｍ３の研磨層を用い、第１領域２３および第３領域には、密度が０．７５ｇ／ｃｍ３の研磨層を用いる。
【００３６】
密度が０．８３ｇ／ｃｍ３および０．７５ｇ／ｃｍ３の硬質ポリウレタンは、密度が０．８０ｇ／ｃｍ３の硬質ポリウレタンと同様、密度が１．２ｇ／ｃｍ３の硬質ポリウレタンを用いて製造する。密度が０．７５ｇ／ｃｍ３の硬質ポリウレタンを、外径２４ｉｎｃｈ（約６１ｃｍ）内径２１ｉｎｃｈ（約５３ｃｍ）の円筒形および直径１８ｉｎｃｈ（約４６ｃｍ）の円柱形に切り出す。密度が０．８３ｇ／ｃｍ３の硬質ポリウレタンを、外径２１ｉｎｃｈ（約５３ｃｍ）内径１８ｉｎｃｈの円筒形に切り出す。それらの切り出した硬質ポリウレタンを図２および３のように、下地層に貼り付けて、研磨パッドを作製する。
【００３７】
この研磨パッドを用いて、上記の研磨方法と同様の方法によって、シリコンウエハを研磨する。その結果、研磨レートは、シリコンウエハの中心部では４２００Å／ｍｉｎであり、シリコンウエハの外周部では４３５０Å／ｍｉｎである。したがって、シリコンウエハの中心部と外周部とでの研磨レートの差が大幅に改善された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】化学的機械的研磨（ＣＭＰ）装置の構成を簡略化して示す概観図である。
【図２】本発明の実施の形態である研磨パッド１の平面図である。
【図３】図２の研磨パッド１の切断面線Ａ−Ａ’から見た断面図である。
【図４】研磨層の密度を変化させたときのシリコンウエハの研磨レートに対する影響を示すグラフである。
【図５】本発明の第３の実施形態である研磨パッド２の平面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１，２  研磨パッド
１１  定盤
１３  シリコンウエハ
１４  キャリア部
１５  スラリ供給部
２１  研磨層
２２  下地層
２３，３２  第１領域
２４，３３  第２領域
２５，３４  第３領域
３５  第４領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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