(57)【要約】【課題】スクラッチの発生量を低減するとともに、研磨レートおよび平面均一性などの研磨特性が向上した研磨パッドおよびこの研磨パッドを用いた研磨装置を提供する。【解決手段】研磨パッド１の研磨面に、同心円状の溝と孔とを混在して均一に分布させる。このときの溝ピッチは、１ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましく、さらに好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍの範囲である。また、好ましい溝幅の範囲は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲であり、さらに好ましくは０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲である。好ましい溝深さの範囲は、０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲であり、さらに好ましくは０．３５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である。孔については、孔の内径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましく、孔の分布密度は、２個／ｃｍ２〜５個／ｃｍ２が好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物を研磨する研磨面に臨んで、砥粒と媒体とからなるスラリを収納する複数の孔と、周方向に円弧状に延びる１または複数の溝とが、混在して分布して形成されることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記研磨面は、円形であり、
前記溝は複数あり、各溝は円形研磨面の同心円に沿って延び、相互に異なる半径で形成されることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。
【請求項３】
半径方向に隣接する溝の相互間の間隔が同一であり、
前記各溝の幅が同一であり、各溝の深さが同一であることを特徴とする請求項２記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記各孔は、同一寸法形状であって、単位面積あたりの孔の個数を示す分布密度が研磨面の全面にわたって均一に分布していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記各孔は研磨面に円形に臨んで形成され、各孔の中心が、研磨面上で仮想の格子を形成する多数の矩形の頂点に位置するように配置され、隣接する孔の相互間の間隔は、前記溝の幅以上であることを特徴とする請求項４記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記溝の相互間の間隔は、１ｍｍ〜３ｍｍであり、
前記溝の幅は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであり、
前記溝の深さは、０．３５ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の研磨パッド。
【請求項７】
前記孔の内径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、
前記孔の分布密度は、２個／ｃｍ２〜５個／ｃｍ２であることを特徴とする請求項４記載の研磨パッド。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の研磨パッドと、
前記研磨パッドを支持するとともに、縦の軸線まわりに回転する支持手段と、被研磨物を保持し、前記研磨パッドと前記被研磨物とが圧接した状態で、縦の軸線まわりに回転する保持手段と、
媒体とこの媒体に分散させた砥粒とからなるスラリを、前記研磨パッドの研磨面に供給するスラリ供給手段と、
コンディショナを備え、研磨特性が劣化した研磨面を前記コンディショナで削り取ることで研磨面の研磨特性を再生する再生手段とを有することを特徴とする研磨装置。
【請求項９】
前記再生手段は、前記保持手段と接触しない位置に配置され、研磨処理中に研磨面の再生を行うことを特徴とする請求項８記載の研磨装置。
【請求項１０】
前記保持手段は、研磨パッドの半径方向に沿って往復移動することを特徴とする請求項８または９記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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（Ｃｈｅｍｉｃａｌｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ；ＣＭＰ）により、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およびこの研磨パッドを用いた研磨装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造の分野では、半導体素子の微細化および多層化による高集積化に伴い、半導体層や金属層の平坦化技術が重要な要素技術となっている。ウエハに集積回路を形成する際、電極配線などによる凹凸を平坦化せずに層を重ねると、段差が大きくなり、平坦性が極端に悪くなる。また段差が大きくなった場合、フォトリソグラフィにおいて凹部と凸部の両方に焦点を合わせることが困難になり微細化を実現することができなくなる。したがって、積層中の然るべき段階でウエハ表面の凹凸を除去するための平坦化処理を行う必要がある。平坦化処理には、エッチングにより凹凸部を除去するエッチバック法、プラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などにより平坦な膜を形成する成膜法、熱処理によって平坦化する流動化法、選択ＣＶＤなどにより凹部の埋め込みを行う選択成長法などがある。
【０００３】
以上の方法は、絶縁膜、金属膜など膜の種類によって適否があることや平坦化できる領域がきわめて狭いという問題がある。このような問題を克服することができる平坦化処理技術としてＣＭＰによる平坦化がある。
【０００４】
ＣＭＰによる平坦化処理では、微細な粒子（砥粒）を懸濁したスラリを研磨パッド表面に供給しながら、圧接した研磨パッドとシリコンウエハとを相対移動させて表面を研磨することにより、広範囲にわたるウエハ表面を高精度に平坦化することができる。
【０００５】
ＣＭＰによる平坦化を行うＣＭＰ装置は、主に回転定盤部、キャリア部、スラリ供給部およびドレッシング部から構成される。回転定盤部は、その上面に粘着テープなどで研磨パッドが貼り付けられ、下面側は、回転駆動機構と、回転軸を介して接続される。キャリア部は、その下面にバッキング材およびリテーナリングによって被研磨物であるシリコンウエハを保持し、シリコンウエハの加工面を研磨パッドに圧接させる。上面側は、回転駆動機構と、回転軸を介して接続される。
【０００６】
スラリ供給部は、シリカ、セリアおよびアルミナなどの粒子を媒体に懸濁させたスラリを研磨パッドの表面に供給する。ドレッシング部は、産業用ダイヤモンド粒子を電着したプレートを備え、研磨屑などが付着した部分を削り取ることで、研磨特性が低下した研磨パッドの表面を再生する。
【０００７】
ＣＭＰ装置は、回転駆動機構によって回転定盤部およびキャリア部を回転させるとともに、研磨パッドの略中央部にスラリを供給し、シリコンウエハと研磨パッドとを相対移動させることでシリコンウエハ加工面の研磨を行う。
【０００８】
ＣＭＰ装置に用いられる従来の研磨パッドでは、シリコンウエハとの接触面に溝を形成して単位時間あたりの研磨量（研磨レート）や研磨量の平面均一性を向上させたり、スラリの使用量を削減したりしている（特許文献１および特許文献２参照）。また、シリコンウエハとの接触面に溝と貫通孔とを形成して研磨終了後のシリコンウエハからの引き剥がしを容易にしている（特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２１６６６３号公報
【特許文献２】
特開平１１−３３３６９９号公報
【特許文献３】
特開平９−１１７８５５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＣＭＰ装置では、研磨屑や、研磨パッドのドレッシング時に生じる削り屑などがシリコンウエハ表面に傷を付ける、いわゆるスクラッチによる不良が発生する。
【００１１】
本件発明者は実験により、シリコンウエハ表面のスクラッチが以下のような発生過程で生じることを見出した。
【００１２】
研磨中にドレッシングを行うと、ドレッシング部によって削り取られた削り屑が、研磨パッドの表面に存在することになる。削り屑を核としてスラリ中の砥粒が凝集し、この凝集体が成長することで一定の粒径以上になると、シリコンウエハ表面にスクラッチが発生する。図１５は、凝集体のＳＥＭ（ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。ＳＥＭ写真から凝集体の大きさは、約０．５μｍ〜５μｍであることがわかる。
【００１３】
図１６は、スラリ、研磨パッドおよび凝集体のＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ
Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による元素分析結果を示すスペクトル図である。図１６（１）はスラリのスペクトル図であり、図１６（２）は研磨パッドのスペクトル図であり、図１６（３）は凝集体のスペクトル図である。スラリのスペクトル図には砥粒の主成分であるＳｉの大きなピーク８１が見られる。研磨パッドのスペクトル図には、研磨パッドの成分であるＣｌのピーク８３が見られる。なお、ピーク８２は、ＳＥＭ観察用にコーティングしたＡｕを示している。凝集体のスペクトル図には上記の３つの成分を示す３つのピーク８４，８５，８６が同時に見られることから、凝集体が研磨パッド１の一部と砥粒とからなることがわかる。
【００１４】
したがって、スクラッチの発生を防ぐためには、研磨パッドの削り屑および削り屑と砥粒との凝集体を、研磨中に研磨パッド表面から取り除く必要がある。従来では、スラリを研磨パッド表面に絶えず供給し、研磨パッド表面を洗い流すようにしてこれらの屑を取り除いており、大量のスラリが必要となるという問題がある。特許文献１，２，３記載の研磨パッドは、シリコンウエハとの接触面を加工することによって種々の効果を得ているが、その加工形状および寸法では、スクラッチの発生量を低減することはできない。
【００１５】
本発明の目的は、スクラッチの発生量を低減するとともに、研磨レートおよび平面均一性などの研磨特性が向上した研磨パッドおよびこの研磨パッドを用いた研磨装置を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被研磨物を研磨する研磨面に臨んで、砥粒と媒体とからなるスラリを収納する複数の孔と、周方向に円弧状に延びる１または複数の溝とが、混在して分布して形成されることを特徴とする研磨パッドである。
【００１７】
また本発明は、前記研磨面は、円形であり、
前記溝は複数あり、各溝は円形研磨面の同心円に沿って延び、相互に異なる半径で形成されることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、半径方向に隣接する溝の相互間の間隔が同一であり、
前期各溝の幅が同一であり、各溝の深さが同一であることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、前記溝の相互間の間隔は、１ｍｍ〜３ｍｍであり、
前記溝の幅は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍであり、
前記溝の深さは、０．３５ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記孔の内径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍであり、
前記孔の分布密度は、２個／ｃｍ２〜５個／ｃｍ２であることを特徴とする。
【００２１】
本発明に従えば、研磨物を研磨する研磨面に臨んで、砥粒と媒体とからなるスラリを収納する複数の孔と、１または複数の溝とが形成される。この溝は、周方向に円弧状に延びるように形成され、孔と溝とが混在して研磨面に分布して形成される。溝が複数の場合、各溝は円形研磨面の同心円に沿って延び、相互に異なる半径で形成される。
【００２２】
シリコンウエハなどの被研磨物の加工面に発生するスクラッチは、研磨パッドをドレッシングしたときの削り屑とスラリ中の砥粒とが凝集した凝集体が原因と考えられる。本発明では、上記のような溝を形成することで凝集体を溝に落とし、凝集体を速やかに研磨面から除去することができる。さらに、孔を混在して形成することで、スラリを充分に保持して研磨レートを上昇させ、孔を部分的ではなく、全面に設けることにより圧縮率分布のばらつきを無くして加工面の平面均一性を向上することができる。
【００２３】
なお、溝の相互間の間隔は、１ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、溝の幅は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍが好ましく、溝の深さは、０．３５ｍｍ〜０．５ｍｍが好ましい。また、孔の内径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍが好ましく、孔の分布密度は、２個／ｃｍ２〜５個／ｃｍ２が好ましい。
【００２４】
また本発明は、半径方向に隣接する溝の相互間の間隔が同一であり、
前記各溝の幅が同一であり、各溝の深さが同一であることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、前記各孔は、同一寸法形状であって、単位面積あたりの孔の個数を示す分布密度が研磨面の全面にわたって均一に分布していることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、前記各孔は研磨面に円形に臨んで形成され、各孔の中心が、研磨面上で仮想の格子を形成する多数の矩形の頂点に位置するように配置され、隣接する孔の相互間の間隔は、前記溝の幅以上であることを特徴とする。
【００２７】
本発明に従えば、半径方向に隣接する溝の相互間の間隔、各溝の幅および各溝の深さが同一に形成される。各孔は、同一寸法形状であって、単位面積あたりの孔の個数を示す分布密度が研磨面の全面にわたって均一に分布している。さらに各孔は研磨面に円形に臨んで形成され、各孔の中心が、研磨面上で仮想の格子を形成する多数の矩形の頂点に位置するように配置される。また、隣接する孔の相互間の間隔は、前記溝の幅以上である。
【００２８】
これにより、溝と孔とをそれぞれ研磨面に均一に分布させるとともに、溝と孔との重なり部分を少なくすることで、研磨パッドの圧縮率のばらつきが無くなり、さらに加工面の平面均一性を向上させることができる。
【００２９】
また本発明は、上記の研磨パッドと、
前記研磨パッドを支持するとともに、縦の軸線まわりに回転する支持手段と、被研磨物を保持し、前記研磨パッドと前記被研磨物とが圧接した状態で、縦の軸線まわりに回転する保持手段と、
媒体とこの媒体に分散させた砥粒とからなるスラリを、前記研磨パッドの研磨面に供給するスラリ供給手段と、
コンディショナを備え、研磨特性が劣化した研磨面を前記コンディショナで削り取ることで研磨面の研磨特性を再生する再生手段とを有することを特徴とする研磨装置である。
【００３０】
また本発明は、前記再生手段は、前記保持手段と接触しない位置に配置され、研磨処理中に研磨面の再生を行うことを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、支持手段が研磨パッドを支持するとともに、縦の軸線まわりに回転し、被研磨物を保持した保持手段が、研磨パッドと前記被研磨物とが圧接した状態で、縦の軸線まわりに回転する。このとき、スラリ供給手段は、媒体とこの媒体に分散させた砥粒とからなるスラリを、前記研磨パッドの研磨面に供給する。また、コンディショナを備える再生装置は、研磨処理中に研磨特性が劣化した研磨面を前記コンディショナで削り取ることで研磨面の研磨特性を再生する。
【００３２】
研磨装置に使用される研磨パッドは上記のように、研磨処理中に研磨面の再生を行っても、凝集体を除去することでスクラッチの発生量を低減し、研磨レートおよび平面均一性を向上させるので、研磨工程において歩留まりを向上し、処理時間を短縮することができる。
【００３３】
また本発明は、研磨パッドの半径方向に沿って往復移動することを特徴とする。
【００３４】
本発明に従えば、保持手段は、研磨パッドの半径方向に沿って往復移動するので、研磨パッドの略全面を使用することができ、効率よく研磨処理を行うことができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施形態である研磨パッドについて説明する。
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態である研磨パッド１の平面図であり、図２は、研磨パッド１の断面図である。研磨パッド１は、ＣＭＰ装置で使用され、回転する定盤４上に載置される。研磨時には、ＣＭＰ装置のキャリア部に保持されたシリコンウエハなどの被研磨物と圧接され、研磨パッド１およびシリコンウエハの相対移動によって、シリコンウエハ表面を研磨する。
【００３７】
研磨パッド１は、図２の断面図に示すように、キャリア部に保持されたシリコンウエハと接触し、研磨を行う層（上層）２と、粘着テープなどで回転定盤に固定される層（下層）３とからなる２層構造を有している。上層２は、ポリウレタンなどの発泡性樹脂を発泡硬化させて得られる発泡体で形成される硬質層である。下層３は、ウレタンを含浸した不織布タイプまたはフォームタイプの軟質層である。これらの硬質層および軟質層の組み合わせにより、高精度の平坦化と均一性とを同時に実現することができる。以下では、上層２のシリコンウエハと接触する面を、研磨パッド１の研磨面２ａとする。
【００３８】
また上層１の厚みは０．６ｍｍ〜２．５ｍｍで形成され、下層の厚みは０．６ｍｍ〜１．５ｍｍで形成される。
【００３９】
本実施形態では、図１に示すように、円板状の研磨パッド１の略全面に、複数の孔Ｈを形成し、かつ研磨パッド１の略前面に同心円状の溝Ｓを形成する。図２に示すように、孔Ｈおよび溝Ｓは、研磨面２ａに臨んで、混在して分布して形成される。
【００４０】
前述のように、シリコンウエハ表面のスクラッチの原因は、ドレッシングによる研磨パッド１の削り屑とスラリ中の砥粒との凝集体であるから、スクラッチの発生量を低減させるには、凝集体が大きく成長する前に、削り屑および小さな凝集体を研磨パッド１の表面から速やかに除去する必要がある。従来では、大量のスラリで研磨パッド１の表面を洗い流して削り屑および凝集体を除去している。これに対して本実施形態では、研磨パッド１の表面に所定の寸法で同心円状の溝を設け、削り屑や凝集体をこの溝に落とすことで表面から除去する。同心円状の溝とは、研磨面２ａと中心を同じくする同心円に沿って延び、相互に異なる半径で形成される溝である。
【００４１】
図３は、研磨パッド１の溝部分の断面図である。研磨パッド１に形成された溝Ｓにおいて、スクラッチの発生量および研磨レートなど研磨特性に影響を及ぼすパラメータには、溝ピッチＰ１、溝幅Ｗおよび溝深さＤがある。溝ピッチＰ１は、半径方向に隣接する溝の相互間の間隔、すなわち図に示すように研磨面２ａの半径方向に隣接する溝Ｓの中心間の距離である。
【００４２】
図４は、研磨パッド１の孔部分の平面図である。孔Ｈは、研磨面２ａに円形に臨んで形成され、各孔の中心が、研磨面２ａ上で仮想の格子を形成する多数の矩形Ｂの頂点に位置するように配置される。研磨パッド１に形成された孔Ｈにおいて研磨特性に影響を及ぼすパラメータには単位面積あたりの個数を示す分布密度がある。この分布密度は、孔ピッチＰ２，Ｐ３によって決定される。
【００４３】
これらの寸法パラメータを適切に選択することにより研磨特性に優れた研磨パッド１を実現することができる。
【００４４】
次に、研磨パッド１を使用して研磨処理を行うＣＭＰ装置の構成と動作について説明する。
【００４５】
図５は、ＣＭＰ装置１００の概略を示す外観図である。ＣＭＰ装置１００は、研磨パッド１と、回転定盤部２１、キャリア部２２、スラリ供給部２３およびドレッシング部２４から構成される。
【００４６】
回転定盤部２１は、研磨パッド１を上面の略前面にわたって粘着テープなどで貼り付けて支持する定盤４と、その定盤４の下面側に設けられる回転軸を介して接続される回転駆動機構５とからなる支持手段である。回転駆動機構５による回転駆動力は回転軸を通じて定盤４に伝達され、定盤４は研磨パッド１とともに所定の回転数で鉛直方向軸線まわりに回転する。回転数は自由に設定することが可能で、研磨の対象となるウエハの種類や膜の種類、研磨パッド１の種類などによって適切な回転数が選択される。
【００４７】
キャリア部２２は、図６の断面図に示す通り、キャリア本体６と、バッキング材７と、リテーナリング８と、回転駆動機構１０とからなり、被研磨物であるシリコンウエハ９を保持し、研磨パッド１とシリコンウエハ９と圧接させた状態で回転する保持手段である。シリコンウエハ９のキャリア本体６への固定は、バッキング材７を湿潤させ、水の表面張力によって吸着させて行う。さらに研磨処理中にシリコンウエハ９が外れないように、リテーナリング８によってシリコンウエハ９の外周部を保持している。回転駆動機構１０は、回転軸を介してキャリア本体６の上面側に接続される。回転駆動機構１０による回転駆動力は回転軸を通じてキャリア本体６に伝達され、キャリア本体６はシリコンウエハ９とともに所定の回転数で鉛直方向軸線まわりに回転する。回転数は自由に設定することが可能で、回転定盤部２１と同様に、研磨の対象となるウエハの種類や膜の種類、研磨パッド１の種類などによって適切な回転数が選択される。またキャリア部２２は、回転定盤部２１に近接する方向、鉛直下向きに加圧され、研磨パッド１とシリコンウエハ９とが圧接される。キャリア部２１の加圧は、回転駆動機構１０が行ってもよいし、別途加圧機構を用いてもよい。
【００４８】
スラリ供給部２３は、ノズル１１、スラリ供給管１２およびスラリタンク１３からなる供給手段である。ポンプなどによりスラリタンク１３に貯溜されているスラリを、スラリ供給管１２内に流し、回転定盤部２１の上部かつ略中央部に設置したノズル１１から研磨パッド１表面に対して所定の流量で供給する。スラリの種類には、シリカ（ＳｉＯ２）系、セリア（ＣｅＯ２）系、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）系、ジルコニア（ＺｒＯ２）系および酸化マンガン（ＭｎＯ２，Ｍｎ２Ｏ３）系などがあり、主に各酸化物の粒子を砥粒としてｐＨ調整されたＫＯＨ，ＮＨ４ＯＨ溶液などのアルカリ性の媒体に懸濁させて得られる。用いられるスラリの種類や特性についても、研磨の対象となるウエハの種類や膜の種類、研磨パッド１の種類などによって適切に選択される。
【００４９】
研磨の進行に伴い、研磨パッド１の研磨面２ａ近傍の微細孔には研磨屑や砥粒などが詰まり、研磨レートなどの研磨特性が低下する。ドレッシング部２４は、コンディショナである産業用ダイヤモンド粒子を電着したプレート１４と、回転軸を介してプレート１４と接続される回転駆動機構１５とから構成される再生手段である。ドレッシング時には、回転駆動機構１５によりプレート１４を回転させ、ダイヤモンド粒子と研磨パッド１の研磨面２ａを接触させ、目詰まりした部分を削り取ることで、研磨パッド１の研磨特性を再生する。
【００５０】
研磨処理時の各部位の動作については、キャリア部２２が鉛直下向きに加圧され、研磨パッド１とシリコンウエハ９とが圧接された状態で、スラリ供給部２３がスラリを供給する。供給されたスラリが、研磨パッド１とシリコンウエハ９との間に浸透し、回転定盤部２１とキャリア部２２とを回転かつ相対移動させることで、媒体による化学的作用と砥粒による機械的作用によりシリコンウエハ９の表面を高精度で研磨する。
【００５１】
回転定盤部２１とキャリア部１２との相対移動については以下のような複数のパターンがある。
【００５２】
（１）図に示すように、キャリア部２２の中心が、回転定盤部２１の回転中心から半径方向に略１／２の位置となるようにキャリア部２２を配置し、回転定盤部２１とキャリア部２２の自転のみで研磨処理を行う。
【００５３】
（２）研磨パッド１の半径とシリコンウエハ９の直径との差があまり大きくない場合は（１）でもよいが、研磨パッド１の半径がシリコンウエハ９の直径より大きい場合は、研磨パッド１の表面のうちシリコンウエハ９と接触しない部分が存在するので、研磨パッド１の全面を使用できるように、（１）の回転定盤部２１とキャリア部２２の自転に加えて、キャリア部２２を回転定盤部２１の半径方向に往復移動させる。
【００５４】
（３）（１）の回転定盤部２１とキャリア部２２の自転に加えて、キャリア部２２を、回転定盤部２１の中心回りに回転移動させる。
【００５５】
（４）（２）と同じく研磨パッド１の半径がシリコンウエハ２１の直径より大きい場合は、半径方向の往復移動と回転定盤部１１の中心回りの回転移動と組み合わせる。たとえば、キャリア部２２が回転定盤部１１の中心回りに螺旋軌道を描くように移動させればよい。
【００５６】
なお、回転定盤部２１およびキャリア部２２の自転回転方向は同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、回転定盤部２１およびキャリア部２２の自転回転速度も同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５７】
ドレッシング部２４によるドレッシング時期は、１または複数のシリコンウエハを研磨処理した後に行う場合と、研磨処理中に行う場合とがある。ドレッシング部２４のダイヤモンドプレート１４の直径は、研磨パッド１の半径よりも小さい場合が多いので、研磨処理後にドレッシングを行う場合は、上記の回転定盤部２１とキャリア部２２との相対移動のパターン（２）および（４）とほぼ同様にして行えばよい。研磨処理中に行う場合は、図に示すように、回転定盤部２１の中心を挟んでキャリア部２２と反対側に配置し、相対移動のパターン（２）とほぼ同様にして行えばよい。
【００５８】
以上のようなＣＭＰ装置１００を用いて実際に研磨処理を行い、前述の研磨パッド１の各パラメータについて検討した。
【００５９】
まず、溝ピッチＰ１を変化させたときのシリコンウエハ表面のスクラッチ数に対する影響について検討した。結果のグラフを図７に示す。縦軸はウエハ１枚あたりのスクラッチ数を示し、横軸は溝ピッチＰ１を示す。なお、溝ピッチＰ１以外のパラメータは、溝幅Ｗ＝０．２５ｍｍ、溝深さＤ＝０．４７５ｍｍとした。また研磨条件としては、研磨の対象となる層は、酸化膜層であり、直径が２００ｍｍのウエハに対して２分間の処理を行った。
【００６０】
溝ピッチＰ１＝３ｍｍの場合３２に比べて、Ｐ１＝１ｍｍの場合３１は、スクラッチ数が約１／４となっており、溝ピッチＰ１が小さくなるにつれてスクラッチ数が少なくなることが判る。これは溝ピッチＰ１を小さくすることで、研磨パッド１の削り屑および凝集体が溝に落ちるのに必要な移動距離が短くなり、凝集体が成長することなく速やかに除去されるからである。
【００６１】
しかしながら、溝ピッチを小さくすることにより、研磨パッド１の表面のうち、実際にウエハと接触する部分（以下では「島部」と称する。）が減少する。ＣＭＰにおいては、この島部上でのスラリの流れ（転がり）で研磨がなされると考えられているので、溝ピッチを小さくするほど研磨レートが低下してしまう。したがって、好ましい溝ピッチＰ１の範囲は、研磨レートがあまり低下せず、スクラッチ数を減少させることができる範囲であり、具体的には１ｍｍ〜３ｍｍの範囲である。さらに好ましくは１ｍｍ〜２ｍｍの範囲である。
【００６２】
次に、溝幅Ｗを変化させたときの研磨レートに対する影響について検討した。結果のグラフを図８に示す。縦軸は研磨レートを示し、横軸は溝幅Ｗを示す。なお、溝幅Ｗ以外のパラメータは、溝ピッチＰ１＝１．５ｍｍ、溝深さＤ＝０．１３ｍｍとした。また研磨条件としては、研磨の対象となる層は、酸化膜層であり、直径が２００ｍｍのウエハに対して２分間の処理を行った。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ウエハの厚みである。
【００６３】
溝幅Ｗは、０．１５ｍｍ（島部比率９０％に相当）、０．２２５ｍｍ（島部比率８５％に相当）、０．３ｍｍ（島部比率８０％に相当）、０．３７５ｍｍ（島部比率７５％に相当）、０．７５ｍｍ（島部比率５０％に相当）とした。ここで、島部比率とは溝ピッチに対する島部の幅の割合を％表示したもので、（溝ピッチＰ１−溝幅Ｗ）／溝ピッチＰ１×１００で算出される。溝幅Ｗが、０．２２５ｍｍ、０．３ｍｍおよび０．３７５ｍｍの場合はいずれも研磨レートが１５００Å／ｍｉｎ以上であり充分な値であったが、０．１５ｍｍおよび０．７５ｍｍの場合は、研磨レートが低い値であった。溝幅Ｗが０．１５ｍｍ（島部比率９０％に相当）の場合は、スラリを充分に保持することができなかったために研磨レートが低下したと考えられる。溝幅Ｗが０．７５ｍｍ（島部比率５０％に相当）の場合は、島部比率が小さすぎたために研磨レートが低下したと考えられる。
【００６４】
次に、溝深さＤを変化させたときの研磨レートに対する影響について検討した。結果のグラフを図９に示す。縦軸は研磨レートを示し、横軸は溝深さＤを示す。なお、溝深さＤ以外のパラメータは、溝ピッチＰ１＝１．５ｍｍ、溝幅Ｗ＝０．１５ｍｍ、０．２２５ｍｍ、０．３ｍｍとした。また研磨条件としては、研磨の対象となる層は、酸化膜層であり、直径が２００ｍｍのウエハに対して２分間の処理を行った。
【００６５】
グラフ中の曲線３３は溝幅Ｗ＝０．１５ｍｍの場合、曲線３４はＷ＝０．２２５ｍｍの場合、曲線３５はＷ＝０．３ｍｍの場合をそれぞれ示している。溝深さＤを大きくすれば研磨レートは上昇することがわかった。しかし、溝深さＤが０．３８ｍｍの場合と、０．７６ｍｍの場合とでは、ほとんど上昇がみられなかった。溝深さＤが大きくなることによって、スラリの保持量が増加して研磨レートは上昇するが、溝の深い部分に保持されているスラリは研磨パッド表面で利用されることは無いため、一定の深さ以上になると研磨レートの上昇は見られなくなる。
【００６６】
以上の検討より、好ましい溝幅Ｗの範囲は、０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲であり、さらに好ましくは０．２ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲である。また、好ましい溝深さＤの範囲は、０．３ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲であり、さらに好ましくは０．３５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲である。
【００６７】
上記のように溝の寸法を適切に設定することで、スクラッチの発生量を低減することができる。
【００６８】
さらに、スラリを多く保持できる孔を備えることで、研磨レートや均一性をより向上させることができると考え、同心円状の溝Ｓに加え孔Ｈを形成した場合について検討した。
【００６９】
図１０は、研磨面の加工条件と圧縮率分布との関係を示すグラフである。横軸は圧縮率を示し、縦軸は頻度を示す。ここで圧縮率とは、（Ｔ１−Ｔ２）／Ｔ１×１００で算出される。Ｔ１は、荷重Ｗ０を研磨パッドに負荷した１分後の厚みである。Ｔ２は、Ｗ０を負荷した後、さらに荷重Ｗ１を負荷した１分後の厚みである。また、頻度とは、圧縮率を測定した研磨パッドの数である。
【００７０】
研磨面に加工をしない場合の圧縮率は、３％（３６ｂ）が最も頻度が高く、２．５％（３６ａ）および３．５％（３６ｃ）に分布が見られる。ばらつきは少ないが全体的に圧縮率は小さい。
【００７１】
研磨面に同心円状の溝のみを形成した場合の圧縮率は、３．５％（３７ｄ）が最も頻度が高く、２％（３７ａ）、２．５％（３７ｂ）、３％（３７ｃ）、４％（３７ｅ）、４．５％（３７ｆ）および５％（３７ｇ）に広く分布が見られる。加工しない場合に比べて圧縮率は大きく、ばらつきが大きい。
【００７２】
研磨面に孔のみを形成した場合の圧縮率は、３．５％（３８ｃ）が最も頻度が高く、２．５％（３８ａ）、３％（３８ｂ）、４％（３８ｄ）、４．５％（３８ｅ）および５％（３８ｆ）に広く分布が見られる。加工しない場合に比べて圧縮率は大きく、ばらつきが大きい。
【００７３】
研磨面に同心円状の溝と孔とを形成した場合の圧縮率は、４％（３９ｂ）が最も頻度が高く、３．５％（３９ａ）および４．５％（３９ｃ）に分布が見られる。上記の３つの場合に比べて圧縮率が大きく、ばらつきは小さい。
【００７４】
圧縮率分布のばらつきは、平面均一性に影響し、ばらつきが小さいほど均一性に優れている。圧縮率の大きさは、スクラッチの発生量に影響し、圧縮率が大きいほどスクラッチの発生量は低減する。なお、圧縮率の分布およびスラリの保持量から、孔の内径は、０．５ｍｍ〜３ｍｍの範囲が好ましく、孔の分布密度は、２個／ｃｍ２〜５個／ｃｍ２が好ましい。
【００７５】
研磨面に同心円状の溝と孔とを形成した場合、ばらつきは小さく、圧縮率が大きいことより、均一性に優れ、スクラッチの発生量を低減することができると考えられる。
【００７６】
（実施例）
本発明の実施例として、同心円状の溝と孔とを形成した研磨パッド１を作成し、スクラッチ発生量、研磨レートおよび非均一性について評価を行った。また、実施例１と比較するために４種類の加工を施した比較例１〜４の評価も行った。
【００７７】
実施例１および比較例１〜４について異なるのは研磨面の加工条件のみであり、作製方法などは下記に示す共通の方法を用いた。
【００７８】
研磨パッドの上層はポリウレタン樹脂からなり、下層は不織布からなり、それぞれ既存の製法にて作製した。孔はパンチングにより形成した。溝はカッターを用いて形成した。
【００７９】
・実施例１の加工条件
ｉ）同心円状溝の寸法
溝ピッチＰ１：１．５ｍｍ
溝幅Ｗ：０．２２５ｍｍ
溝深さＤ：０．３８ｍｍ
ｉｉ）孔の寸法
孔の内径：１．５ｍｍ
孔の分布密度：２個／ｃｍ２（図４に示す孔ピッチでは、Ｐ２＝９．８ｍｍ、Ｐ３＝５．４ｍｍ）
【００８０】
・比較例１の加工条件
ｉ）同心円状溝の寸法
溝ピッチＰ１：１．５ｍｍ
溝幅Ｗ：０．２２５ｍｍ
溝深さＤ：０．３８ｍｍ
孔は、形成しなかった。
【００８１】
・比較例２の加工条件
ｉ）孔の寸法
孔の内径：１．５ｍｍ
孔の分布密度：２個／ｃｍ２（図４に示す孔ピッチでは、Ｐ２＝９．８ｍｍ、Ｐ３＝５．４ｍｍ）
同心円状溝は形成しなかった。
【００８２】
・比較例３の加工条件
ｉ）同心円状溝の寸法
溝ピッチＰ１：１．５ｍｍ
溝幅Ｗ：０．２２５ｍｍ
溝深さＤ：０．３８ｍｍ
同心円状溝を研磨面の全面に形成するのではなく、研磨パッドの半径方向の略中央部にのみ形成した。
ｉｉ）孔の寸法
孔の内径：１．５ｍｍ
孔の分布密度：２個／ｃｍ２（図４に示す孔ピッチでは、Ｐ２＝９．８ｍｍ、Ｐ３＝５．４ｍｍ）
【００８３】
・比較例４の加工条件
ｉ）格子状溝の寸法
溝ピッチＰ：１５ｍｍ
溝幅Ｗ：０．２２５ｍｍ
溝深さＤ：０．３８ｍｍ
特許文献３記載の研磨パッドと比較するために、格子状の溝（ピッチ＝１５ｍｍ）を形成した。
ｉｉ）孔の寸法
孔の内径：１．５ｍｍ
孔の分布密度：２個／ｃｍ２（図４に示す孔ピッチでは、Ｐ２＝９．８ｍｍ、Ｐ３＝５．４ｍｍ）
【００８４】
図１１〜図１３は、実施例１および比較例１〜４の研磨特性の評価結果を示すグラフである。図１１は、スクラッチ数の評価結果を示し、図１２は、研磨レートの評価結果を示し、図１３は、非均一性の評価結果を示している。なお、研磨条件としては、研磨の対象となる層は、酸化膜層であり、直径が２００ｍｍのウエハに対して２分間の処理を行った。
実施例１および比較例１〜４の加工条件をまとめて表１に示す。
【００８５】
【表１】
2004167605.tif 000003
【００８６】
図１１からわかるように、実施例１および比較例１の場合、スクラッチの発生量が著しく減少した。実施例１および比較例１は、同心円状の溝が形成されており、この溝によって研磨パッドの削り屑および削り屑と砥粒との凝集体が除去されたと考えられる。比較例３にも同心円状の溝は形成されているが、研磨面の全面ではなく、一部の領域にのみ形成されているため、スクラッチの発生量を低減することはできなかった。比較例４にも溝は形成されているが、溝ピッチが大きいため、凝集体が溝に落ちて除去されるまでにスクラッチが発生したと考えられる。
【００８７】
図１２からわかるように、実施例１の研磨レートが最も高かった。比較例１が示すように、同心円状の溝を全面に形成すると、島部の割合が減少するために研磨レートは低下する。また、比較例２が示すように、孔を形成すると研磨レートは上昇する。したがって、実施例１は同心円状の溝に孔を組み合わせたことで研磨レートが上昇したと考えられる。
【００８８】
図１３には、非均一性の評価結果を示している。非均一性（Ｎｏｎ−ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ；ＮＵ）は、ＳＴＤＶ／Ａｖｅｒａｇｅ×１００によって算出され、値が小さいほど加工面の均一性が優れている。ＮＵを算出するには、まず研磨されたシリコンウエハ複数箇所、たとえば４９箇所で研磨量を測定する。これらの測定値から標準偏差（ＳＴＤＶ）および平均値（Ａｖｅｒａｇｅ）を算出し、上記の式にそれぞれの値を代入してＮＵを算出する。
【００８９】
図１３からわかるように、実施例１の非均一性が最も小さく、加工面の均一性に優れていることがわかった。図１０に示したように、比較例１および比較例２の加工条件は、圧縮率のばらつきが大きいために均一性が劣化する。比較例４は、全面に格子状の溝を形成しているが、溝ピッチが大きいために溝が形成された部分と溝が形成されていない部分とで圧縮率が異なり、均一性が劣化したと考えられる。比較例３は、溝の形成領域が一部の領域のみであるため、溝が形成された領域と溝が形成されていない領域との圧縮率の差が比較例４に比べてより大ききために、さらに均一性が劣化したと考えられる。
【００９０】
以上のように、研磨パッドの研磨面に所定の寸法形状で同心円状の溝および孔を形成することで、スクラッチの発生量を低減するとともに、研磨レートおよび平面均一性などの研磨特性を向上することができる。
【００９１】
また、上記では硬質層の上層と軟質層の下層とからなる２層構造の研磨パッドについて説明したが、図１４に示す研磨パッド７１のように、図２に示した研磨パッド１の上層２に相当する層のみからなる１層構造の研磨パッドであってもよい。研磨パッド７１のような１層構造の場合は、研磨面と反対側の面と定盤４の上面とを粘着テープなどで固定すればよい。
【００９２】
また、図２および図１４の断面図では、溝の断面が矩形状であるがこれに限らず、台形状およびＵ字状などでもよい。断面形状が矩形でない場合は、厚み方向に沿って溝幅が一定でないため、パラメータである溝幅Ｗは、厚み方向に沿った幅のうち最大の幅を溝幅Ｗとする。
【００９３】
また、溝については、同心円状の溝について説明したが、これに限らず、１つの溝であって、渦巻状の溝などでもよい、渦巻状の溝の場合、溝ピッチＰ１としては、溝が１周するまでの平均ピッチを溝ピッチＰ１とする。
【００９４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、周方向に円弧状に延びる１または複数の溝を形成することで凝集体を溝に落とし、凝集体を速やかに研磨面から除去することができる。さらに、溝と孔とを混在して形成することで、スラリを充分に保持して研磨レートを上昇させ、圧縮率分布のばらつきを無くして加工面の平面均一性を向上することができる。
【００９５】
また本発明によれば、溝と孔とをそれぞれ研磨面に均一に分布させるとともに、溝と孔との重なり部分を少なくすることで、研磨パッドの圧縮率のばらつきを無くし、さらに加工面の平面均一性を向上させることができる。
【００９６】
また本発明によれば、研磨工程において歩留まりを向上し、処理時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である研磨パッド１の平面図である。
【図２】研磨パッド１の断面図である。
【図３】研磨パッド１の溝部分の断面図である。
【図４】研磨パッド１の孔部分の平面図である。
【図５】ＣＭＰ装置１００の概略を示す外観図である。
【図６】キャリア部２２の断面図である。
【図７】溝ピッチＰ１を変化させたときのシリコンウエハ表面のスクラッチ数に対する影響を示すグラフである。
【図８】溝幅Ｗを変化させたときの研磨レートに対する影響を示すグラフである。
【図９】溝深さＤを変化させたときの研磨レートに対する影響を示すグラフである。
【図１０】研磨面の加工条件と圧縮率分布との関係を示すグラフである。
【図１１】スクラッチ数の評価結果を示すグラフである。
【図１２】研磨レートの評価結果を示すグラフである。
【図１３】非均一性の評価結果を示すグラフである。
【図１４】本発明の他の実施の形態である研磨パッド７１の断面図である。
【図１５】凝集体のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）写真である。
【図１６】スラリ、研磨パッドおよび凝集体のＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）による元素分析結果を示すスペクトル図である。
【符号の説明】
１  研磨パッド
２  上層
３  下層
４  定盤
５，１０，１５  回転駆動機構
６  キャリア本体
７  バッキング材
８  リテーナリング
９  シリコンウエハ
１１  ノズル
１２  スラリ供給管
１３  スラリタンク
１４  プレート
２１  回転定盤部
２２  キャリア部
２３  スラリ供給部
２４  ドレッシング部
１００  ＣＭＰ装置
Ｄ  溝深さ
Ｈ  孔
Ｐ１  溝ピッチ
Ｐ２，Ｐ３  孔ピッチ
Ｓ  溝
Ｗ  溝幅
【図１】
2004167605.tif 000004
【図２】
2004167605.tif 000005
【図３】
2004167605.tif 000006
【図４】
2004167605.tif 000007
【図５】
2004167605.tif 000008
【図６】
2004167605.tif 000009
【図７】
2004167605.tif 000010
【図８】
2004167605.tif 000011
【図９】
2004167605.tif 000012
【図１０】
2004167605.tif 000013
【図１１】
2004167605.tif 000014
【図１２】
2004167605.tif 000015
【図１３】
2004167605.tif 000016
【図１４】
2004167605.tif 000017
【図１５】
2004167605.tif 000018
【図１６】
2004167605.tif 000019