(57)【要約】【課題】スラリーの排出速度を低下させると共にスラリーを研磨表面全体に均一に分布させることが可能な化学的機械的研磨プロセスに使用される研磨パッドを提供する。【解決手段】開示されるのは、異なる半径を有するがしかし同一形状を有する複数の同心ウェーブ形状のグルーブが研磨パッドの研磨表面に形成された化学的機械的研磨パッドである。各グルーブは、所望の深さ、幅及び形状を有する。本化学的機械的研磨パッドは、研磨プロセスの間のスラリーの流れを効率良く制御し、それにより、研磨速度に関して研磨プロセスにおける安定性を達成し、そしてウェハの平坦化の向上を達成する効果を提供する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的機械的研磨プロセスに使用される化学的機械的研磨パッドであって、所望の深さ、所望の幅及び所望の形状を各々有する、異なる直径の複数のウェーブ形状の同心グルーブがパッドの研磨表面に形成されている、化学的機械的研磨パッド。
【請求項２】
ウェーブ形状の同心グルーブの各々が、３ないし１０００に対応するサイクル数を有する正弦波ループの形状を有する、請求項１記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項３】
ウェーブ形状の同心グルーブの各々が、１０μｍないし１０ｍｍの幅を有する、請求項１記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項４】
ウェーブ形状の同心グルーブが、１０μｍないし１００ｍｍのグルーブ間隔を有するよう互いに間隔が隔てられている、請求項１記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項５】
ウェーブ形状の同心グルーブが、等間隔又は不等間隔に互いに隔てられている、請求項１記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項６】
ウェーブ形状の同心グルーブが、該グルーブの隣接するものとの間で規定されたグルーブ間隔がパッドの中心部からパッドの周縁部まで徐々に狭くなるよう、互いに不等間隔に隔てられている、請求項１記載の化学的機械的研磨パット。
【請求項７】
前記パッドが、ウェーブ形状の同心グルーブにより形成された複数の半径領域に区分されており、各半径領域のグルーブは、同一グルーブ深さ、同一グルーブ幅及び同一グルーブ間隔を有し、そして各半径領域のグルーブは、他の半径領域とは、グルーブ深さ、グルーブ幅及びグルーブ間隔の少なくとも一つが異なっている、請求項１記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項８】
グルーブ、孔又はその組み合わせからそれぞれ成る複数の同心サークルが、研磨表面に更に形成されている、請求項１ないし７の何れか一項記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項９】
前記同心サークルが、異なるグルーブ間隔を有する少なくとも２組に区分されるよう互いに隔てられている、請求項８記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項１０】
前記同心サークルが、該同心サークルの隣接するものとの間で規定されたサークル間隔がパッドの中心部からパッドの周縁部まで徐々に狭くなるよう、互いに隔てられている、請求項８記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項１１】
グルーブ、孔又はその組み合わせからそれぞれ成る一本又はそれより多い直線状ラインが、研磨パッドに更に形成されている、請求項１ないし７のいずれか一項記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項１２】
前記直線状ラインが、互いに間隔が隔てられた水平な直線状ラインの群と、互いに間隔が隔てられそして前記の水平な直線状ラインと交差して格子構造を形成する垂直な直線状ラインの群に区分されている、請求項１１記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項１３】
前記直線状ラインが、直径方向に対して対称的に配置されるよう研磨表面の中心にて交差している、請求項１１記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項１４】
グルーブ、孔又はその組み合わせからそれぞれ成る複数の同心サークルと、グルーブ、
孔又はその組み合わせからそれぞれ成る１本又はそれより多い直線状ラインとが、研磨表面に更に形成されている、請求項１ないし７の何れか一項記載の化学的機械的研磨パッド。
【請求項１５】
前記ウェーブ形状のグルーブが、レーザーにより加工されている、請求項１ないし７の何れか一項記載の化学的機械的研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学的機械的研磨プロセスに使用される研磨パッド(polishing pad) に関し、そしてとりわけ、研磨パッドの研磨表面に所望の深さ、幅及び形状を各々有する、異なる直径の複数のウェーブ形状の同心グルーブが形成された研磨パッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、化学的機械的研磨（chemical mechanical polishing 、以下「ＣＭＰ」という）とは、半導体素子製造プロセスにおいて全体的平坦化(global planarizat1on)を得るために使用される超精密／鏡面研磨方法である。このようなＣＭＰに従い、スラリーは、ウエハ(wafer) の表面を化学的に食刻するために、研磨パッドと研磨されるウエハとの間に供給される。研磨パッドを使用して、ウエハの食刻された表面は、機械的に研磨される。
【０００３】
図１に言及すると、参照数１により示される代表的なＣＭＰ装置が概略説明されている。更に、ＣＭＰ装置１を使用するＣＭＰ法が図２に概略説明されている。ＣＭＰ法は、化学的食刻反応プロセスと、ＣＭＰ装置１に含まれる研磨パッド１０を使用して行われる機械的研磨プロセスを包含する。化学的食刻反応はスラリー４２により行われる。即ち、スラリー４２は、研磨されるウエハ３０の表面と化学的に反応し、それにより、化学的食刻反応の後に、機械的研磨プロセスが容易に行われることを可能にするために役立つ。機械的研磨プロセスにおいて、圧盤２０に固定して取り付けられた研磨パッド１０は回転する。保持リング３２により堅固に保持されたウエハ３０は、振動しながら回転する。研磨粒子を含有するスラリーが、スラリー供給手段４０により研磨パッド１０に供給される。供給されたスラリーは、研磨パッド１０とウエハ３０との間に導入される。導入された研磨粒子は、研磨パッド１０とウエハ３０との間の相対回転速度の差により、ウエハ３０と摩擦接触して機械的研磨を行う。スラリー４２は、ナノメートル大の粒度を有する研磨粒子を含有するコロイド液である。このスラリー４２が、研磨プロセスの間に研磨パッド１０上に広がる。研磨パッド１０が研磨プロセスの間に回転すると、研磨パッド１０に供給されたスラリー４２は、研磨パッド１０の回転により引き起こされる遠心力のために、研磨パッド１０の周囲から外側に排出される。増大した研磨効率を達成するために、多くの研磨粒子が所望の長時間、研磨パッド１０の上面上に残存して、ウエハの研磨に関与するべきである。即ち、研磨パッド１０は、スラリー４２をその表面上に可能な限り長時間保持させるべきである。
【０００４】
ＣＭＰパッドの回転の間に生成される遠心力は、研磨パッドの周縁に近い部位でより大きい。研磨パッド上の異なる半径方向の位置の間のそのような遠心力の差異のために、研磨パッド上のスラリーは、研磨パッドの周縁に近づくにつれて増大した流速を示す。それ故、スラリーは、研磨パッドの半径方向において不均一に分布する。そのようなスラリーの不均一な分布のために、その研磨速度が、ウエハ表面と接触する研磨パッドの半径方向の位置に依存して変化するので、ウエハは不均一に研磨される。そのような研磨速度における変化は、ウエハの平坦化に影響する。結果として、研磨パッドは、その中心部とその周縁部との間の研磨速度において顕著な差異を示す。この理由のために、研磨パッド上でのスラリーの流れを制御することにより、スラリーを研磨パッド上で均一に分布させる必要がある。
【０００５】
研磨プロセスの間、ウエハは研磨パッドに対して押し付けられ、研磨粒子と摩擦接触するようになる。しかしながら、この圧力のために、スラリーがウエハの中心部に到達することが困難となり得る。この理由のために、スラリーは、ウエハの周縁部での量と比較して、ウエハの中心部で相対的に少ない量で分布し得る。結果として、ウエハは不均一に研磨される。
【０００６】
そのような問題を解決するために、所望の幅、深さ及び形状を有する孔又はグルーブがＣＭＰパッド上に形成される方法が提案された。そのような孔又はグルーブは、研磨プロセスの間に連続して供給されるスラリーの流れ及び分布を制御するために作用する。
【０００７】
さて、研磨パッド上に従来形成された孔又はグルーブを、添付した図面と一緒に説明する。
【０００８】
図３ａは、同心円の形状をそれぞれ有するグルーブが形成された研磨パッドを示す概略図である。図３ｂは、図３ａのＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３ａ及び図３ｂに示されるように、研磨パッド上に形成されたグルーブは、それぞれ、半径方向に互いに等間隔に隔てられ、そして異なる直径を有する同心円の形状を有する。研磨パッド上に連続して供給されるスラリーは、研磨パッドが回転するときに生じる遠心力により外側へ移動させられる。結果として、研磨プロセスの間、スラリーは同心円状グルーブ中に一時的に集められ、そしてその後、それらのグルーブから外側へ排出される。そのような同心円状グルーブの例は、米国特許第５９８４７６９号明細書で開示されている。
【特許文献１】
米国特許第５９８４７６９号明細書
【０００９】
図４ａは、格子形状を有するグルーブが形成された研磨パッドを示す概略図である。図４ｂは、図４ａの格子形状のグルーブを示す断面図である。図４ａに示された研磨パッドは、Ｘ軸を延びる複数のグルーブと、Ｙ軸を延び、そしてＸ軸グルーブと交差して格子を形成する複数のグルーブを有する。このような格子形状のグルーブは、研磨パッド上に連続して供給されるスラリーを集め、それにより、遠心力により引き起こされるスラリーの排出を遅らせる。
【００１０】
互いに等間隔に隔てられたグルーブを有する従来の研磨パッドの場合、研磨パッド上に供給されたスラリーは、研磨パッドがウエハと接触している領域で研磨されるウエハの中心部に向かって流れるのを妨げられる。結果として、ウエハの中心部で研磨速度の低下が起こる。
【００１１】
格子形状のグルーブは、如何なる閉鎖された部位をも有することなく研磨パッドの周縁まで開放状態で延びているので、研磨パッド上に供給されたスラリーは、研磨パッドから容易に排出される。結果として、格子形状のグルーブは、同心円状グルーブと比較して、スラリーの増大した消費を引き起こす。孔はスラリーを貯蔵することが可能な断面積の減少を伴うので、前記孔は、格子形状のグルーブと比較して、スラリーの増大した消費を引き起こすこともまた報告された。同心円状グルーブの場合、遠心力に抗してグルーブ内にスラリーを保持することが可能な垂直なグルーブ壁を有する、部分的に閉鎖された構造を各グルーブが有するので、他の構造と比較して、優れたスラリー貯蔵能力が得られる。しかしながら、この構造は、各グルーブが、研磨パッドの厚さの１／４に対応する不十分な深さを有するという欠点を有する。
【００１２】
研磨パッド上にグルーブを形成するために使用される従来の方法は、旋盤又はフライス削りにより行なわれる切削プロセスを用いるので、グルーブは、同心円又は格子のような固定パターンを有する。従って、スラリーの流れを効率良く制御することが可能なグルーブパターンを形成することは困難である。
【００１３】
このような問題を解決するためには、遠心力及びウエハ位置のような所定の研磨プロセス条件を考慮して、グルーブの形状、密度及び分布を設計する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
従って、本発明の目的は、研磨表面上に供給されたスラリーの排出速度を減少させ、そして研磨表面全体にスラリーを均一に分布させることが可能なウェーブ形状のグルーブが形成されているＣＭＰプロセス用ＣＭＰパッドを提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、ＣＭＰプロセスの間に研磨パッド上に供給されたスラリーの流れを効率良く制御することが可能なウェーブ形状のグルーブが形成されたＣＭＰパッドを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明によると、これらの目的は、ＣＭＰプロセスに使用されるＣＭＰパッドであって、所望の深さ、所望の幅及び所望の形状を各々有する、異なる直径の複数のウェーブ形状の同心グルーブがパッドの研磨面に形成されているＣＭＰパッドを提供することにより達成される。
【００１７】
図１は、典型的なＣＭＰ装置の配置及び該ＣＭＰ装置を使用して行われる研磨方法を示す概略図であり、
図２は、ＣＭＰ法の概念を示す概略図であり、
図３ａは、同心円の形状をそれぞれ有するグルーブが形成された研磨パッドを示す概略図であり、
図３ｂは、図３ａのＡ−Ａ線に沿った断面図であり、
図４ａは、従来の構造を有する格子形状のグルーブが形成された研磨パッドを示す概略図であり、
図４ｂは、図４ａに示される格子形状のグルーブを示す断面図であり、
図５及び図６は、同一形状を有するがしかし異なる直径を有する複数のウェーブ形状の同心グルーブが各々形成された、本発明の研磨パッドをそれぞれ示す概略図であり、
図７及び図８は、異なるグルーブ間隔を有する２箇所の半径領域に区分され、各々、図５及び図６のものと同一のグルーブが形成された研磨パッドをそれぞれ示す概略図であり、
図９は、孔から各々成る異なる直径の複数の同心サークルが更に形成された、図７の研磨パッドを示す概略図であり、そして
図１０は、複数のウェーブ形状の同心グルーブが形成され、そして複数の、異なる直径の同心サークル及び直径方向の直線状ラインが更に形成された研磨パッドを示す概略図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
さて、本発明を、添付した図面を参照して、その構成及び機能に関して詳細に説明する。
【００１９】
本発明に従って、所望の深さ、幅及び形状を各々有する、異なる直径の複数のウェーブ形状の同心グルーブを、その研磨表面に有するＣＭＰパッドが提供される。
【００２０】
本発明におけるウェーブ形状のグルーブは、所望の振幅及び所望のサイクル数を有する同心の正弦波ループの形状を有している。このようなウェーブ形状のグルーブの種々の例を、図５ないし図１０にそれぞれ示す。正弦波ループの形状を各々有しているこのようなウェーブ形状の同心グルーブは、正弦波ループのサイクル数及び振幅に基づく様々な形状を有している。例えば、ウェーブ形状の同心グルーブは、ヒトデ形状を有してよい。好ましくは、正弦波ループは、３ないし１０００に対応するサイクル数を有する。グルーブの形状は、所定の研磨条件に従って正弦波ループのサイクル数及び振幅を調節することにより、変化され得る。図５、図７及び図９に言及すると、１２に対応するサイクル数を各々有する正弦波ループの形状を有するウェーブ形状の同心グルーブが、それぞれ示されている。更に、図６及び図８は、６に対応するサイクル数を有する正弦波ループの形状を各々有するウェーブ形状の同心グルーブを示す。
【００２１】
同一ウェーブ形状を有するこのような同心グルーブが、本発明に従って、研磨パッド上に、そして互いに間隔が隔てられて形成される。好ましくは、各グルーブは、１０μｍないし１０ｍｍの幅を有する。更に、グルーブの隣接するものとの間に規定された間隔は、好ましくは、１０μｍないし１００ｍｍの範囲内である。
【００２２】
研磨パッド上に形成されたウェーブ形状の同心グルーブは、等間隔又は不等間隔に互いに隔てられていてよい。図５及び図６に言及すると、等間隔に互いに隔てられた複数のウェーブ形状の同心グルーブを有する研磨パッドが示されている。
【００２３】
グルーブ間隔はその半径に基づいて変化してよい。好ましくは、研磨パッドは、研磨プロセスの間に発生する遠心力により引き起こされるスラリーの不均一性を極小化するため、異なるグルーブ間隔を有する少なくとも２組のグルーブを有する。
【００２４】
例えば、グルーブ間隔は、研磨パッドの中心部から周縁部まで、そしてその半径の増大に反比例して、徐々に狭くなってよい。
【００２５】
本発明に従って、研磨パッドは複数の半径領域に区分されてよい。研磨パッドの各半径領域は、同一形状を有し、そして互いに等間隔に隔てられている複数のグルーブにより形成され得る。各半径領域は、他の半径領域と異なるグルーブ深さ、グルーブ幅又はグルーブ間隔を有してよい。
【００２６】
図６及び図７に示されているように、研磨パッドは、半径ｒ0 を有する円の対向する両側でそれぞれ規定される内側半径領域及び外側半径領域に区分され得る。内側半径領域は半径ｒ0 より小さい半径を有し（ｒ＜ｒ0 ）、これに対し、外側半径領域は半径ｒ0 より大きい半径を有する（ｒ＞ｒ0 ）。内側半径領域及び外側半径領域の各々は、等しいグルーブ間隔を有する。また、内側半径領域は、外側半径領域よりも大きいグルーブ間隔を有してよい。
【００２７】
孔、グルーブ又はその組み合わせから各々成る同心サークル又はラインが、上述の複数のウェーブ形状の同心グルーブが形成された研磨パッド上に更に形成されてもよい。
【００２８】
図９に言及すると、図７に示されるグルーブに加えて、孔から各々成る異なる直径の複数の同心サークルを、研磨パッドの研磨表面に有する研磨パッドが示されている。同心サークルの隣接するものとの間の間隔は、等間隔又は不等間隔であってよい。また、サークル間隔は、その半径に基づいて徐々に変化し得る。
【００２９】
図１０に言及すると、上述のウェーブ形状の同心グルーブに加えて、孔から各々成る異なる直径の複数の同心サークルと、孔から各々成る４本の直径方向に延びる直線状ラインを研磨パッドの研磨表面に有する研磨パッドが示されている。好ましくは、研磨パッド上に形成された直線状ラインは、直径方向に対して対称的である。勿論、格子又は斜線の形状に直線状ラインを形成することも可能である。
【００３０】
上の記載から明らかなように、本発明は、同一形状であるがしかし異なる直径を有するウェーブ形状の複数の同心グルーブから形成された研磨パッドを提供する。ウェーブ形状
、グルーブ幅、グルーブ深さ又はグルーブ間隔を変化させることにより、様々なパターンを有するグルーブを形成することが可能である。グルーブ、孔又はその組み合わせから各々成る複数の同心サークル又は直線状ラインから研磨パッドが更に形成されたとき、グルーブのパターンは更に多様化され得る。
【００３１】
研磨プロセスの間にウエハの中心部にスラリーが容易に達することを可能にするため、ウエハの中心部に最も頻繁に接触する研磨パッドの部位における、グルーブの間隔、幅又は深さもまた調節し得る。
【００３２】
好ましくは、本発明に基づく孔又はグルーブの形成は、レーザー加工プロセスを使用して達成される。レーザー加工プロセスは、複雑な構造を有する孔又はグルーブを精密に加工し、平滑な内側表面を持つ孔又はグルーブを作り、そして孔又はグルーブの形状、寸法及び深さを容易に調節することができるという利点を提供する。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
同一形状を有するがしかし異なる直径を有するウェーブ形状の複数の同心グルーブから形成されている本発明の研磨パッドは、所定の研磨プロセス条件を最適に満たし得る様々なグルーブパターン及び孔パターンを有することができるという利点がある。
【００３４】
本発明の研磨パッドのウェーブ形状のグルーブは、同心円の形状を有するグルーブと比較して、研磨プロセスの間にスラリーが外側に排出される前に通過する増大した領域を提供する。従って、スラリーの排出速度を低下させると共にスラリーを研磨表面全体に均一に分布させ、そして研磨プロセスの間のスラリーの流れを効率良く制御し、それにより、安定した所望の研磨速度を維持し、且つ改良された平坦化を達成することが可能である。
【００３５】
ウェーブ形状のグルーブを有する研磨パッドに関連して本発明の好ましい実施態様を説明の目的のために開示したけれども、当業者には、添付された請求項に開示された本発明の範囲及び思想から逸脱することなく、種々の変形、付加及び置換が可能であることが判るであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は、典型的なＣＭＰ装置の配置及び該ＣＭＰ装置を使用して行われる研磨方法を示す概略図である。
【図２】図２は、ＣＭＰ法の概念を示す概略図である。
【図３ａ】図３ａは、同心円の形状をそれぞれ有するグルーブが形成された研磨パッドを示す概略図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａのＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４ａ】図４ａは、従来の構造を有する格子形状のグルーブが形成された研磨パッドを示す概略図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図４ａに示される格子形状のグルーブを示す断面図である。
【図５】図５は、同一形状を有するがしかし異なる直径を有する複数のウェーブ形状の同心グルーブが各々形成された、本発明の研磨パッドを示す概略図である。
【図６】図６は、同一形状を有するがしかし異なる直径を有する複数のウェーブ形状の同心グルーブが各々形成された、本発明の研磨パッドの別の例を示す概略図である。
【図７】図７は、異なるグルーブ間隔を有する２箇所の半径領域に区分され、各々、図５のものと同一のグルーブが形成された研磨パッドを示す概略図である。
【図８】図８は、異なるグルーブ間隔を有する２箇所の半径領域に区分され、各々、図６のものと同一のグルーブが形成された研磨パッドを示す概略図である。
【図９】図９は、孔から各々成る異なる直径の複数の同心サークルが更に形成された、図７の研磨パッドを示す概略図である。
【図１０】図１０は、複数のウェーブ形状の同心グルーブが形成され、そして複数の、異なる直径の同心サークル及び直径方向の直線状ラインが更に形成された研磨パッドを示す概略図である。
【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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