(57)【要約】【課題】被研磨物を均一に研磨して平坦性を向上させることを目的とする。【解決手段】半導体ウェハ５の中心部分が圧接される第１の領域１１における同心円状の複数の第１の溝１２と、半導体ウェハ５の周辺部分が圧接される第２の領域１３の同心円状の複数の第２の溝１４の加工形態とを異ならせ、半導体ウェハ５の中心部分と周辺部分とで、スラリーの流量や接触面積を調節して研磨量の均一化を図り、研磨面の平坦性を向上させる【選択図】      図１
2004327567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物の研磨に用いられるとともに、表面に複数の窪みが加工された研磨パッドであって、
前記被研磨物の中心部分が圧接される第１の領域における前記窪みの加工形態と、前記第１の領域以外の第２の領域における前記窪みの加工形態とを異ならせたことを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
請求項１に記載の研磨パッドにおいて、
前記第１の領域が、円板状の当該研磨パッドの半径方向の略中央付近の環状の領域であり、前記窪みが、溝である研磨パッド。
【請求項３】
請求項２に記載の研磨パッドにおいて、
前記第１の領域における前記溝の前記半径方向に沿う断面形状を、前記第２の領域における前記溝の前記半径方向に沿う断面形状と異ならせた研磨パッド。
【請求項４】
請求項３に記載の研磨パッドにおいて、
前記複数の溝は、同心円状に形成されるとともに、前記断面形状が矩形であり、前記第１の領域における前記溝の深さおよび幅の少なくともいずれか一方を、前記第２の領域における前記溝と異ならせた研磨パッド。
【請求項５】
請求項２または３に記載の研磨パッドにおいて、
前記第１，第２の領域の内の一方の領域における前記溝を、同心円状の溝とし、他方の領域における溝を、格子状の溝とした研磨パッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体製造装置の製造プロセスにおいて、半導体ウェハなどの被研磨物の平坦化処理などを行うときに用いられる化学機械研磨（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）に好適な研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から種々のＣＭＰ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図９は、従来のＣＭＰ装置の概略構成図である。定盤１の表面に取付けられた研磨パッド２には、研磨用のスラリー３がスラリー供給装置４から連続的に供給される。被研磨物としての例えば、半導体ウェハ５は、研磨ヘッド６に、バッキングフィルム７を介して保持される。研磨ヘッド６に荷重が加えられることによって、半導体ウェハ５は、研磨パッド２に押し付けられる。
【０００４】
研磨パッド２上に供給されるスラリー３は、研磨パッド２上を広がって半導体ウェハ５に到達する。定盤１と研磨ヘッド６とは、矢符Ａで示されるように同方向に回転して相対的に移動し、研磨パッド２と半導体ウェハ５との間にスラリー３が侵入して研磨が行われる。なお、８は研磨パッド２の表面を目立てするためのドレッサーである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３３４６５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＣＭＰ装置では、上述のように半導体ウェハなどの被研磨物は、研磨パッドに押し付けられて圧接されており、このため、被研磨物と研磨パッドとの間へのスラリーの流れが妨げられることになり、特に、被研磨物の中心部分へのスラリーの侵入が阻害されることになる。その結果、被研磨物の中心部分の研磨量が、周辺部分に比べて少なくなり、特に面積が大きい半導体ウェハでは、その傾向が顕著となる。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、被研磨物を均一に研磨して平坦性を向上させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上述の目的を達成するために、次のように構成している。
【０００９】
すなわち、本発明の研磨パッドは、被研磨物の研磨に用いられるとともに、表面に複数の窪みが加工された研磨パッドであって、前記被研磨物の中心部分が圧接される第１の領域における前記窪みの加工形態と、前記第１の領域以外の第２の領域における前記窪みの加工形態とを異ならせている。
【００１０】
ここで、窪みは、溝であるのが好ましいが、穴であってもよい。
【００１１】
また、窪みの加工形態とは、加工によって形として現れた窪みの姿をいい、例えば、同心円状、格子状や螺旋状といった窪みの加工パターン、あるいは、窪みのピッチ、窪みの平面形状や断面形状などを含むものである。
【００１２】
また、被研磨物の中心部分が圧接される第１の領域とは、回転する当該研磨パッドに対して、半導体ウェハなどの被研磨物の中心部分が圧接される領域をいい、少なくとも中心部分が圧接されればよく、中心部分以外の部分が圧接されてもよい。
【００１３】
第２の領域とは、第１の領域以外の領域をいい、好ましくは、回転する当該研磨パッドに対して、半導体ウェハなどの被研磨物の中心部分以外の部分が圧接される領域をいう。
【００１４】
本発明によると、被研磨物の中心部分が圧接される第１の領域における窪みの加工形態と、被研磨物の周辺部分が圧接される第２の領域における窪みの加工形態とを異ならせているので、被研磨物の中心部分と周辺部分とで窪み内のスラリーの流量や当該研磨パッドとの接触面積を異ならせることが可能となる。したがって、異ならせる度合いによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、窪み内のスラリーの流量や当該研磨パッドとの接触面積を調節できることになる。これによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、化学的あるいは機械的な研磨作用を調節して研磨量の均一化を図り、研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００１５】
一つの実施態様においては、前記第１の領域が、円板状の当該研磨パッドの半径方向の略中央付近の環状の領域であり、前記窪みが、溝である。
【００１６】
この実施態様によると、当該研磨パッドの半径方向の略中央付近の環状の第１の領域における溝の加工形態と、その両側の第２の領域における溝の加工形態とを異ならせているので、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、溝内のスラリーの流量や当該研磨パッドとの接触面積を異ならせて化学的あるいは機械的な研磨作用を異ならせることができ、これによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００１７】
好ましい実施態様においては、前記第１の領域における前記溝の前記半径方向に沿う断面形状を、前記第２の領域における前記溝の前記半径方向に沿う断面形状と異ならせている。
【００１８】
この実施態様によると、溝の断面形状を異ならせることによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、溝内のスラリーの流量や当該研磨パッドとの接触面積を異ならせることができる。したがって、例えば、被研磨物の中心部分では、周辺部分に比べて、溝内のスラリーの流量を増やして化学的な研磨作用を強くし、あるいは、当該研磨パッドとの接触面積を増やして機械的な研磨作用を強くすることによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００１９】
他の実施態様においては、前記複数の溝は、同心円状に形成されるとともに、前記断面形状が矩形であり、前記第１の領域における前記溝の深さおよび幅の少なくともいずれか一方を、前記第２の領域における前記溝と異ならせている。
【００２０】
この実施態様によると、同心円状の矩形断面の溝の深さや幅を異ならせることによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、溝内のスラリーの流量や当該研磨パッドとの接触面積を異ならせ、これによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００２１】
更に他の実施態様においては、前記第１，第２の領域の内の一方の領域における前記溝を、同心円状の溝とし、他方の領域における溝を、格子状の溝としている。
【００２２】
この実施態様によると、溝の加工パターンを異ならせることによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、溝内のスラリーの流量や当該研磨パッドとの接触面積を異ならせ、これによって、被研磨物の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る研磨パッド１０を示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は、その半径方向に沿う拡大した断面図である。
【００２５】
この実施の形態の研磨パッド１０は、上述の図９に示されるＣＭＰ（化学機械研磨）装置の定盤１の表面に取付けられて被研磨物、例えば、半導体ウェハ５の化学機械研磨に用いられるものである。
【００２６】
この研磨パッド１０は、円板状であって、その表面に同心円状の複数の溝が加工されており、例えば、ポリウレタン等の樹脂からなる。
【００２７】
この実施の形態では、半導体ウェハ５の研磨面の中心部分と周辺部分との研磨量の均一化を図って平坦性を向上させるために、次のように構成している。
【００２８】
すなわち、この研磨パッド１０は、半導体ウェハ５の研磨の際に、半導体ウェハ５の少なくとも中心部分が圧接される第１の領域１１における第１の溝１２の加工形態と、前記第１の領域１１以外の第２の領域１３における第２の溝１４の加工形態とを異ならせている。
【００２９】
半導体ウェハ５の中心部分が、圧接される第１の領域１１は、同図（ａ）に示されるように、円板状の研磨パッド１０の半径方向の中央部付近の環状の領域となっており、第２の領域１３は、第１の領域１１に囲まれた研磨パッド１０の中心部を含む円形の領域および第１の領域１１の外周の環状の領域となっている。
【００３０】
ここで、同図（ｂ）に示されるように、被研磨物である半導体ウェハ５の直径をＬとすると、第１の領域１１の幅は、例えば、被研磨物の中心部の０．２Ｌ〜０．４Ｌの範囲であるのが好ましい。
【００３１】
従来では、上述のように、半導体ウェハの中心部分にスラリーが侵入するのが阻害されて、中心部分の研磨量が、周辺部分に比べて少なくなって研磨面が不均一になるという課題があった。
【００３２】
そこで、この実施の形態では、研磨の際に、半導体ウェハ５の中心部分が圧接される第１の領域１１では、第２の領域１３に比べて溝内のスラリーの流量を増加させて半導体ウェハ５を均一に研磨できるように次のように構成している。
【００３３】
すなわち、第１の領域１１に形成されている同心円状の複数の第１の溝１２は、半径方向に沿う断面形状が矩形であって、第２の領域１３に形成されている同心円状の複数の第２の溝１４に比べて、同図（ｂ）に示されるように、溝深さを深くするとともに、幅を広くしており、溝１２内を流動するスラリーの流量を増加させるように構成している。
【００３４】
この実施の形態では、第１の溝１２は、その深さが、例えば、０．２ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、０．４ｍｍ〜２ｍｍであり、溝幅は、０．２ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍである。
【００３５】
一方、第２の溝１４は、第１の溝１２よりも深さおよび幅が小さく、その深さが、例えば、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍである。また、溝幅は、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍである。
【００３６】
以上の構成を有する研磨パッド１０を、上述の図９に示されるＣＭＰ（化学機械研磨）装置の定盤１の表面に取付けて被研磨物、例えば、半導体ウェハ５の研磨を行なうものである。
【００３７】
この研磨の際に、半導体ウェハ５の中心部分が圧接される第１の領域１１の第１の溝１２内を流動するスラリーの流量を、第２の領域の第２の溝１４内を流動するスラリーの流量に比べて増加させることができる。したがって、半導体ウェハ５の中心部分では、周辺部分に比べて、化学的な研磨作用を強くすることができ、半導体ウェハ５の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図２は、本発明の他の実施の形態に係る研磨パッド１０ａを示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は、その半径方向に沿う拡大した断面図であり、また、第１の領域１１の一部を拡大した平面図を併せて示している。
【００３９】
上述の実施の形態では、第１の領域１１には、同心円状の複数の第１の溝１２が形成されたのに対して、この実施の形態では、第１の領域１１には、同心円状に代えて格子状の複数の第１の溝１２ａを形成している。
【００４０】
この第１の領域１１における格子状の第１の溝１２ａは、同図（ｂ）に示されるように、第２の領域１３の第２の溝１４に比べて、溝の深さを深くするとともに、幅を広くし、溝１２ａ内を流動するスラリーの流量を増加させるように構成している。
【００４１】
その他の構成は、上述の実施の形態１と同様である。
【００４２】
この実施の形態においても、半導体ウェハ５の中心部分が圧接される第１の領域１１の第１の溝１２ａ内のスラリーの流量を、第２の領域１３の第２の溝１４内のスラリーの流量に比べて増加させることによって、半導体ウェハ５の中心部分では、周辺部分に比べて、化学的な研磨作用を強くすることができ、これによって、半導体ウェハ５の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００４３】
（実施の形態３）
図３は、本発明の更に他の実施の形態に係る研磨パッド１０ｂを示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は、その半径方向に沿う拡大した断面図である。
【００４４】
上述の各実施の形態では、半導体ウェハ５の中心部分が圧接される第１の領域１１の溝１２，１２ａを流動するスラリーの流量を、第２の領域１３に比べて増加させることによって、半導体ウェハ５の中心部分では、周辺部分に比べて、化学的な研磨作用を強くするものであったのに対して、この実施の形態では、半導体ウェハ５の中心部分が圧接される第１の領域１１では、第２の領域１３に比べて、半導体ウェハ５との接触面積を増加させて機械的な研磨作用を強くするものである。
【００４５】
ここで、接触面積とは、半導体ウェハ５が圧接される研磨パッドの領域における一定面積（単位面積）当たりについて、半導体ウェハ５と接触する面積をいう。
【００４６】
この実施の形態では、第１の領域１１の同心円状の複数の第１の溝１２ｂは、第２の領域１３の同心円状の複数の第２の溝１４ｂに比べて、溝の幅を狭くするとともに、深さを浅くし、半導体ウェハ５との接触面積を増加させるように構成している。
【００４７】
この実施の形態では、第１の溝１２ｂは、その深さが、例えば、０．２ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、０．４ｍｍ〜２ｍｍであり、溝幅は、０．２ｍｍ〜３ｍｍ、好ましくは、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍである。
【００４８】
一方、第２の溝１４ｂは、第１の溝１２ｂよりも深さおよび幅が大きく、その深さが、例えば、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは、０．２ｍｍ〜１．０ｍｍである。また、溝幅は、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ、好ましくは、０．２ｍｍ〜１．５ｍｍである。
【００４９】
その他の構成は、上述の実施の形態１と同様である。
【００５０】
この実施の形態では、半導体ウェハ５の中心部分が圧接される第１の領域１１の接触面積を、第２の領域の接触面積に比べて増加させることによって、半導体ウェハ５の中心部分では、周辺部分に比べて、機械的な研磨作用を強くすることができ、これによって、半導体ウェハ５の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００５１】
（実施の形態４）
図４は、本発明の他の実施の形態に係る研磨パッド１０ｃを示す図であり、同図（ａ）は平面図であり、同図（ｂ）は、その半径方向に沿う拡大した断面図であり、また、第２の領域１３の一部を拡大した平面図を併せて示している。
【００５２】
この実施の形態では、第１の領域１１には、同心円状の複数の第１の溝１２ｂを形成し、第２の領域１３には、格子状の第２の溝１４ｃを形成している。
【００５３】
第１の溝１２ｂは、同図（ｂ）に示されるように、第２の溝１４ｃに比べて、溝の幅が狭く形成されているとともに、浅く形成されており、これによって、第１の領域１１では、半導体ウェハ５との接触面積を、第２の領域１３に比べて増加させている。
【００５４】
この実施の形態では、半導体ウェハ５の中心部分が圧接される第１の領域１１の接触面積を、第２の領域１３の接触面積に比べて増加させることによって、半導体ウェハ５の中心部分では、周辺部分に比べて、機械的な研磨作用を強くすることができ、これによって、半導体ウェハ５の中心部分と周辺部分とで研磨量の均一化を図って研磨面の平坦性を向上させることができる。
【００５５】
【実施例】
以下、上述の各実施の形態２〜４にそれぞれ対応する各実施例２〜４と従来例とについて、ヘッドの回転数を４１ｒｐｍ、プラテンの回転数を６０ｒｐｍ、面圧を７ｐｓｉという研磨条件で、１２インチの半導体ウェハの研磨を３回それぞれ行なって研磨レート（ＲＲ：Ｒｅｍｏｖａｌ  Ｒａｔｅ）と、研磨面の面内不均一性（ＮＵ：Ｎｏｎ  Ｕｎｉｆｏｒｍｉｔｙ）とを計測した。なお、面内不均一性は、エリプソメータを用いて４９点を計測し、ＮＵを次式で算出した。
ＮＵ＝（標準偏差／平均値）×１００
その結果を、図５および図６に示す。
【００５６】
従来例は、第１，第２の領域の区別なく、研磨パッドの略全面に同心円状の溝が形成されているものを用いた。
【００５７】
ここで、各実施例２〜４および従来例の各領域および溝サイズについて、説明する。
【００５８】
研磨パッドの直径は、２００ｍｍであり、第１の領域は、１２インチのウェハの中心部の６０ｍｍの領域、すなわち、被研磨物の直径Ｌの内の０．３Ｌの領域であった、
実施例２の第１の溝１２ａの深さは、１ｍｍ、幅は、１ｍｍであり、第２の溝１４の深さは、０．５ｍｍ、幅は、０．５ｍｍである。
【００５９】
実施例３の第１の溝１２ｂの深さは、０．５ｍｍ、幅は、０．５ｍｍであり、第２の溝１４ｂの深さは、１ｍｍ、幅は、１ｍｍである。
【００６０】
実施例４の第１の溝１２ｂの深さは、０．５ｍｍ、幅は、０．５ｍｍであり、第２の溝１４ｃの深さは、１ｍｍ、幅は、１ｍｍである。
【００６１】
従来例の溝深さは、０．５ｍｍ、幅は０．５ｍｍである。
【００６２】
図５に示されるように、研磨レートは、いずれの実施例も従来例と同等あるいはそれよりも良好であった。
【００６３】
また、図６に示されるように、面内不均一性も従来例に比べて低く、平坦性が向上した。
【００６４】
（その他の実施の形態）
上述の各実施の形態では、第１の領域１１と第２の領域１３との境界を境にして溝の加工形態を急激に異ならせけれども、本発明の他の実施の形態として、例えば、図７（ｂ）に示されるように、溝の深さなどを徐々に異ならせるようにしてもよい。
【００６５】
上述の実施の形態３，４では、第２の領域１３の第２の溝１４ｂ，１４ｃは、第１の領域１１の第１の溝１２ｂに比べて、溝の深さが大きく、スラリーの流量が増加することになるが、本発明の他の実施の形態として、例えば、図８（ｂ）に示されるように、第２の領域１３の第２の溝１４ｅを、浅くしてスラリーの流量が、第１の領域１１に比べて増加しないようにしてもよい。
【００６６】
上述の各実施の形態では、溝の断面形状は、矩形であったけれども、Ｖ字状、Ｕ字状、台形状、その他の形状であってもよい。
【００６７】
なお、研磨パッドの表面には、第１の領域１１、第２の領域１３以外の領域を設けてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように本発明よれば、被研磨物の中心部分と周辺部分とでスラリーの流量や当該研磨パッドとの接触面積を異ならせることが可能となり、被研磨物の中心部分と周辺部分とで、化学的あるいは機械的な研磨作用を調節して研磨量の均一化を図り、研磨面の平坦性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態の研磨パッドを示す図
【図２】本発明の他の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図３】本発明の更に他の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図４】本発明の他の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図５】本発明の実施例および従来例の研磨レートを示す図
【図６】本発明の実施例および従来例の面内不均一性を示す図
【図７】本発明の他の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図８】本発明の更に他の実施の形態の研磨パッドを示す図
【図９】ＣＭＰ装置の概略構成図
【符号の説明】
３  スラリー    ５  半導体ウェハ
１０，１０ａ〜１０ｅ  研磨パッド    １１  第１の領域
１３  第２の領域    １２，１２ａ，１２ｂ，１２ｄ  第１の溝
１４，１４ｂ〜１４ｅ  第２の溝
【図１】
2004327567.tif 000003
【図２】
2004327567.tif 000004
【図３】
2004327567.tif 000005
【図４】
2004327567.tif 000006
【図５】
2004327567.tif 000007
【図６】
2004327567.tif 000008
【図７】
2004327567.tif 000009
【図８】
2004327567.tif 000010
【図９】
2004327567.tif 000011