(57)【要約】ウェーハ表面を平坦化する際に高い平坦化効率を生じさせる表面モホロジーを有する研磨パッドが開示される。一つのコンディショニングされた研磨パッドは、非孔性であり、３ミクロン未満の表面粗度Ｒａを有する表面高さ分布を有する。もう一つのコンディショニングされた研磨パッドは、多孔性であり、６０％以上のパッド表面高さ比Ｒを有する表面高さ確率分布を有するか、あるいはまた、０．５０以下の非対称係数Ａ10を特徴とする非対称表面高さ確率分布を有する。また、パッドをコンディショニングする方法及び研磨パッドを使用してウェーハを平坦化する方法が開示される。
2006518943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非孔性研磨パッドの表面をコンディショニングする方法であって、
パッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面と接触させること、及び
パッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加え、それにより、３ミクロン以下の表面粗度Ｒａを特徴とする表面粗度を非孔性研磨パッド表面に形成すること
を含む方法。
【請求項２】
パッドコンディショナが約２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）以下のカット率を特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
多孔性研磨パッドの表面をコンディショニングする方法であって、
パッドコンディショナ表面を多孔性研磨パッド表面と接触させること、及び
パッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加え、それにより、６０％以上のパッド表面高さ比Ｒを有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を非孔性研磨パッド表面に形成すること
を含む方法。
【請求項４】
Ｒが７０％以上である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
パッドコンディショナが約２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）以下のカット率を特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項６】
多孔性研磨パッドの表面をコンディショニングする方法であって、
パッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面と接触させること、及び
パッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加え、それにより、０．５０以下の非対称係数Ａ10を有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を非孔性研磨パッドに形成すること
を含む方法。
【請求項７】
パッドコンディショナが約２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）以下のカット率を特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
ウェーハの表面を平坦化する方法であって、
表面粗度Ｒａ３ミクロン以下の表面を有する非孔性研磨パッドを用意し、維持すること、
研磨パッド表面をウェーハ表面と可動的に接触させること、
ウェーハ表面を研磨パッド表面に対して押し当てること、及び
スラリーの存在で研磨パッド表面をウェーハ表面に対して動かすこと
を含む方法。
【請求項９】
ウェーハの表面を平坦化する方法であって、
６０％以上のパッド表面高さ比Ｒを有する表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を有する多孔性研磨パッドを用意し、維持すること、
研磨パッド表面をウェーハ表面と可動的に接触させること、
ウェーハ表面を研磨パッド表面に対して押し当てること、及び
スラリーの存在で研磨パッド表面をウェーハ表面に対して動かすこと
を含む方法。
【請求項１０】
ウェーハの表面を平坦化する方法であって、
０．５０以下の非対称係数Ａ10を有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を有する多孔性研磨パッドを用意し、維持すること、
研磨パッド表面をウェーハ表面と可動的に接触させること、
ウェーハ表面を研磨パッド表面に対して押し当てること、及び
スラリーの存在で研磨パッド表面をウェーハ表面に対して動かすこと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
本発明は、ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）に関し、特に、ＣＭＰ装置で使用される研磨パッドのための最適化された表面モホロジーに関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路及び他の電子デバイスの製造においては、導体、半導体及び絶縁材料の多数の層を半導体ウェーハの表面に付着させたり同表面から除去したりする。導体、半導体及び絶縁材料の薄い層は、多数の付着技術によって付着させることができる。最新の加工で一般的な付着技術としては、スパッタリングとも知られる物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学蒸着法（ＣＶＤ）、プラズマ化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ）及び電気化学的めっき法（ＥＣＰ）がある。
【０００３】
材料層が順次付着され、除去されるにつれ、基材の一番上の表面が非平坦になり、平坦化を要することがある。表面の平坦化又は表面の「研磨」とは、ウェーハの表面から材料を除去して全体的に均一な平面を形成する加工である。望ましくない表面トポグラフィーならびに表面欠陥、たとえば粗面、凝集した材料、結晶格子の損傷、スクラッチ及び汚染された層又は材料を除去する際には平坦化が有用である。平坦化はまた、後続の加工のためにフィーチャを埋め、均一な表面を提供するために使用される過剰な付着材料を除去することによって基板上にフィーチャを形成する際にも有用である。
【０００４】
ケミカルメカニカルプラナリゼーション又はケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）は、半導体ウェーハのような基材を平坦化するために使用される一般的な技術である。従来のＣＭＰでは、ウェーハキャリヤ又は研磨ヘッドがキャリヤアセンブリに取り付けられ、ＣＭＰ装置中で研磨パッドと接する状態に配置される。キャリヤアセンブリは、基材を研磨パッドに対して付勢する制御可能な圧力を提供する。パッドは、場合によっては、外部駆動力によって基材に対して動かされる（たとえば回転させられる）。それと同時に、化学組成物（「スラリー」）又は他の流動媒体が研磨パッド上かつ基材と研磨パッドとの間に流される。このようにして、基材表面は、パッド表面及びスラリーの化学的かつ機械的作用により、基材表面から材料を選択的に除去するようなやり方で研磨される。
【０００５】
研磨加工中、研磨パッドは、パッドの表面特性が維持されるよう「コンディショニング」される―すなわち、パッドコンディショナによって処理される。パッドのコンディショニングなしには、研磨パッドの表面特性は時間とともに変化する。最適な研磨のために研磨パッド表面がはじめにコンディショニングされると、研磨中のパッド表面の変化が結果的に研磨効率の低下をもたらし、一般に望ましくないと考えられる。
【０００６】
ＣＭＰにおける研磨効率はいくつかの研磨パラメータ、すなわち、基材と研磨パッドとの間の圧力、スラリーの性質、基材と研磨パッドとの相対回転速度、基材表面の性質及び研磨パッド表面の性質によって決まる。
【０００７】
ここで、「効率」とは、定性的に、ウェーハ表面上の段差を最小量の材料の除去によって減らす能力をいう。定量的には、平坦化効率ＰＥは、
【０００８】
【数１】
2006518943.tif 000003
【０００９】
によって定義される（式中、ＲＲHighは、比較的高い隆起フィーチャからの材料の除去速度であり、ＲＲLowは、比較的低い隆起フィーチャからの材料の除去速度である）。式１によると、０≦ＰＥ≦１である。
【００１０】
図１は、表面２２を有する基材（以下「ウェーハ」）２０と接した表面１２を有する研磨パッド１０の拡大断面図である。パッド表面１２は、一般には「表面粗度」として表される表面形状（「モホロジー」）を有する。ウェーハ表面２２は、低い区域３０及び高い区域３２を有し、これらが表面にトポグラフィーを与える。典型的な実施態様では、低い区域３０及び高い区域３２は、集積回路（ＩＣ）形成の際にウェーハ中に形成されるデバイス構造（たとえばバイア孔、トレンチ、配線など）のせいで生じる。
【００１１】
図２Ａは、理想化された平坦化効率のグラフである。平坦化の初期段階Ｉでは、低い区域３０はパッドと接触せず、したがって、これらの区域の除去速度（ＲＲLow）はゼロであり、ＰＥ＝１である。さらに、中間段階IIでは、低い区域３０及び高い区域３２はいずれも接触するが、パッドの圧縮及びウェーハ段差のせいでＲＲHigh＞ＲＲLowとなり、したがって０＜ＰＥ＜１となる。最終段階IIIでは、高い区域が効果的に除去されたため、高い区域の速度と低い区域の速度とが等しく、したがってＰＥ＝０である。理想的な平坦化では、加工は、段階Ｉから段階IIまでは本質的に瞬時に移行し、したがって理想的なＰＥ曲線はステップ関数である。
【００１２】
実際には、ウェーハ上の異なる実効密度の区域が異なる速度で平坦化され、したがって、段階IIは無限に短縮できるわけではない。この場合、平坦化効率（ＰＥ）曲線は、図２Ｂに示すように、段階IIの間に傾きを示す。ＰＥが１よりも有意に低い値まで低下するのに要する時間（すなわち、加工が段階Ｉから段階IIまで移行するのに要する時間）は「誘導時間」ＴIと呼ばれる。通常、ウェーハの高い区域が研磨されたのち段階IIで急峻な傾きが続き、それによってウェーハの低い区域ができるだけ研磨されないよう、比較的長い誘導時間を有することが好ましい。長い誘導時間を特徴とする加工は通常、浅いトレンチ分離及び銅デュアルダマシン構造を研磨する最終段階で遭遇するような、多数の材料からなる表面におけるディッシング及びエロージョンを減らす。
【００１３】
研磨効率を高めるための技術が公表されている。たとえば「Methods and apparatus for chemical mechanical planarization using a microreplicated surface」と題するMeyerへの米国特許第６，４９７，６１３号は、鋭利な先端を有する構造の規則的な配列を有する研磨パッド表面を記載している。先端が研磨中に加工物の表面と接触し、それによって先端が研磨され、丸みを帯びる。したがって、平坦化加工は、積極的な研磨及び高い除去速度で始まり、微細な研磨及び低い除去速度で終了する。この技術は、研磨作業ごとにパッドの交換を要し、最適化されたパッド表面モホロジーを維持することができるコンディショニング加工には適合しない。
【００１４】
材料の損失及び損傷をできるだけ少なくしながら表面をできるだけ効率的に平坦化することに伴う大きな費用節約の理由から、平坦化性能を最適化するモホロジーを有する研磨パッド及びそのようなパッドをコンディショニングして最適化されたモホロジーを達成し、維持する方法を開発することが望ましい。
【００１５】
発明の記述
本発明の一つの態様は、３ミクロン以下の表面粗度Ｒａを有する表面粗度分布を特徴とする非孔性のコンディショニングされたパッド表面を含むＣＭＰ用の研磨パッドである。
【００１６】
本発明のもう一つの態様は、６０％以上又は７０％以上のパッド表面高さ比Ｒを有する表面高さ確率分布を特徴とする実質的に平坦な表面を有する多孔性のコンディショニングされたパッド表面を含むＣＭＰ用の研磨パッドである。
【００１７】
本発明のもう一つの態様は、０．５０以下の非対称係数Ａ10を有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする多孔性のコンディショニングされたパッド表面を含むＣＭＰ用の研磨パッドである。
【００１８】
本発明のもう一つの態様は、非孔性研磨パッドの表面をコンディショニングする方法である。方法は、パッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面と接触させること、及びパッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加え、それにより、３ミクロン以下の表面粗度Ｒａを特徴とする表面粗度を非孔性研磨パッド表面に形成することを含む。
【００１９】
本発明のもう一つの態様は、多孔性研磨パッドの表面をコンディショニングする方法である。方法は、パッドコンディショナ表面を多孔性研磨パッド表面と接触させること、及びパッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加え、それにより、６０％以上又は≧７０％以上のパッド表面高さ比を有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を非孔性研磨パッド表面に形成することを含む。
【００２０】
本発明のもう一つの態様は、多孔性研磨パッドの表面をコンディショニングする方法である。方法は、パッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面と接触させること、及びパッドコンディショナ表面を非孔性研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加え、それにより、０．５０以下の非対称係数Ａ10を有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を非孔性研磨パッドに形成することを含む。
【００２１】
発明の詳細な説明
本発明は、ケミカルメカニカルポリッシング（ＣＭＰ）に関し、特に、ＣＭＰ装置のための最適化された研磨パッドモホロジーに関する。本発明は、中実な（すなわち、非孔性）研磨パッド及び多孔性研磨パッドの両方に関する。本発明は、最適化された表面モホロジー、すなわち、従来技術に比較して高い平坦化効率を有する表面特性を有する研磨パッド及びパッドをコンディショニングして最適化された表面モホロジーを達成する方法を含む。まず、最適化された中実な（非孔性）研磨パッドに関して本発明を説明し、その後、最適化された多孔性研磨パッドに関して本発明を説明する。
【００２２】
中実な（すなわち、非孔性）研磨パッド
図３Ａを参照すると、従来の表面粗度を有する従来の中実な（すなわち、非孔性）研磨パッドを使用してウェーハを平坦化することによって形成された一連のＰＥ対材料除去量又は「ＡＭＲ」（オングストローム）曲線が示されている。すべての場合に従来のスラリー（すなわち、Rodel ILD1300）を使用した。使用したウェーハは、SKW Associates（米カリフォルニア州Santa Clara）からSKW7-2として入手することができる２００mmＴＥＯＳ（テトラエチルオルトシリケート）ウェーハであった。ウェーハは、異なるウェーハパターン密度を含むものであった。図３Ａのグラフのキャプションは、シリコンウェーハの上の酸化物層に形成された表面積の割合としてフィーチャスケール密度を示す。文字「Ｇ」及び「Ｓ」は、ウェーハ上の隣接領域間の密度変化の性質に関して「緩やか」及び「ステップ」をそれぞれ表す。
【００２３】
図３Ｂは、図３Ａの曲線を生成するために使用した従来の非孔性研磨パッドの場合の高さ確率分布（すなわち、頻度対高さ）のグラフである。特に、使用したパッド表面は、表面粗度Ｒａ＝５ミクロンのガウス表面粗度確率分布を有するものであった。従来のコンディショニングされた研磨パッドは、３．５ミクロン以上の表面粗度Ｒａを有する。したがって、図３Ａは、従来技術の研磨パッド表面に関する平坦化効率の代表例を表す。
【００２４】
次に図４Ａを参照すると、使用した研磨面が、図４Ｂにグラフで示すような表面粗度Ｒａ＝２ミクロンのガウス表面粗度確率分布を有するものであったこと以外、図３Ａと同じＰＥ対ＡＭＲのグラフが示されている。このような低い表面粗度は、従来の研磨パッド表面には一般的ではない。
【００２５】
一般に、異なる密度のフィーチャは異なる速度で研磨され、低密度のフィーチャは高密度のフィーチャよりも高速で研磨され（すなわち、除去速度が高い）、速やかに平坦化される。しかし、図４Ｂから、得られる研磨効率が、研磨パッドの表面粗度がはるかに低くとも、従来技術の研磨効率よりもはるかに高いということが明白である。たとえば、本発明の低粗度パッドの場合、約６０００オングストロームの除去量で１０％及び２０％のフィーチャで平坦化が達成される。他方、従来技術の通常粗度パッドの場合、約９０００オングストロームが除去されるまで平坦化は完了しない。
【００２６】
これは、直観的に認識される結果とは矛盾している。本発明者らは、表面粗度値Ｒａ３．５ミクロン未満のコンディショニングされた研磨パッドが、従来の方法でコンディショニングされた研磨パッド表面で得られる平坦化効率に対して最適化さた平坦化効率をもたらすということを見いだした。本発明の典型的な実施態様では、コンディショニングされた研磨パッド表面は３ミクロン以下の表面粗度Ｒａを有する。本発明のもう一つの典型的な実施態様では、コンディショニングされた研磨パッド表面は２ミクロン以下の表面粗度Ｒａを有する。
【００２７】
最適化された研磨パッド表面モホロジーの利点は、通常に求められるよりも低い接触圧を研磨パッドとウェーハとの間に使用して平坦化又は研磨を実施することができることである。理由は、低下した表面粗度が結果的により大きな研磨パッド表面積をウェーハと接触させ、そのおかげで、面積あたり同じ量の力を達成するためにウェーハに対して必要な下向きの力が小さくなるからである。この利点は、敏感な膜、たとえば低及び超低誘電率を有する膜を研磨する場合に特に有利である。このような膜は、高い接触圧でＣＭＰを実施する場合にもたらされる高い応力を受けた場合に、損傷を受けやすいことが知られている。
【００２８】
非孔性パッドコンディショニング
先に論じたような非孔性研磨パッド、たとえばRodel社（米デラウェア州Newark）のモデルOXP 4000は、３．５ミクロン以上の従来のコンディショニングされた表面粗度Ｒａを有する。本発明では、一つの典型的な実施態様で、従来技術を使用して非孔性研磨パッドをコンディショニングして３．５ミクロン未満の表面粗度Ｒａを付与する。有利には、非孔性研磨パッド表面をコンディショニングして１〜３ミクロンの表面粗度Ｒａを付与する。もっとも有利には、コンディショニングされた非孔性研磨パッドは１〜２ミクロンの表面粗度Ｒａを有する。有利には、パッドは非孔性ポリマー材料である。もっとも有利には、非孔性パッドはポリウレタン系のポリマーである。したがって、いずれの典型的な実施態様でも、コンディショニングを使用して、従来技術の表面粗度よりも有意に低い表面粗度を有するパッド表面を開発する。
【００２９】
本発明の低い表面粗度のモホロジーを達成し、維持するためには、従来のコンディショニング技術が使用される。このような技術は、研磨パッドをダイアモンド埋め込みパッドコンディショナ、たとえばKinik社（台湾、台北）から市販されているものと接触させることを含む。低表面粗度パッドのモホロジーは、一般的な加工設定で使用される場合、従来技術に比べて比較的低いカット率を特徴とするコンディショナ設計を使用することによって得られる。
【００３０】
一つの典型的な実施態様では、本発明のモホロジーを達成し、維持するための多孔性研磨パッドコンディショニングは、ピボットアームに取り付けられた従来のインサイチューコンディショニングツールを使用して実施される。コンディショニングは、インサイチューモードで約２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）以下のカット率を適用する（ここで、lbcdfは、コンディショナに加えられるポンド単位の力を表し、rpmplatenは、毎分回転数としての研磨プラテンの回転速度である）。もっとも有利には、コンディショニングは、インサイチューモードで１０〜２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）のカット率を適用する。この実施態様では、コンディショニングアームの動きは、直径２０〜２３インチのプラテン上でほぼ半径方向にスイープした場合に実質的にフラットなカット率プロフィールが得られるように最適化される。
【００３１】
これらの典型的な実施態様は、インサイチューモードで約４０nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）を超えるカット率を適用する従来技術の攻撃性の高いコンディショニングとは対照的である。
【００３２】
所望のカット率及びパッド表面モホロジーを達成するために使用される攻撃性の低いコンディショナ設計の一つの典型的な実施態様は、１９５um以上の平均直径及び１〜１５/cm2の表面密度を特徴とする立方八面体ダイアモンドを使用する。
【００３３】
多孔性研磨パッド
図５Ａを参照すると、Rodel IC1000多孔性研磨パッドを使用してウェーハを平坦化することによって形成された一連のＰＥ対ＡＭＲ曲線が示されている。すべての場合に従来のスラリー（すなわち、Rodel ILD1300）を使用した。非孔性パッドの場合と同様、使用したウェーハは、異なるウェーハパターン密度を有する２００mmＴＥＯＳ  ＳｉＯ2ウェーハであった。グラフのキャプションは、フィーチャスケール密度を表面積の割合として示す。使用したフィーチャは、シリコンウェーハの上の酸化物層に形成されたステップフィーチャであった。文字「Ｇ」及び「Ｓ」は「緩やか」及び「ステップ」をそれぞれ表す。
【００３４】
図５Ｂを参照すると、使用したパッド表面は、表面粗度Ｒａ＝８ミクロンの実質的に対称な表面高さ確率分布を有するものであった。図５Ｃは、図５Ｂの高さ確率分布（スペクトル）と合致する表面高さｈ（ミクロン単位）対パッド表面の距離ｘ（ミクロン単位）のグラフである。
【００３５】
図５Ｂに示す表面粗度確率分布の非対称性は、一部には、パッド材料に固有の多孔性から生じる。従来の多孔性研磨パッドは、５〜８ミクロンの表面粗度及び５０〜７５ミクロンの６シグマ高さ範囲を有する。したがって、図５Ａは、従来技術の多孔性研磨パッド表面に関する平坦化効率の代表例を表す。
【００３６】
次に図６Ａを参照すると、使用した研磨面が、図６Ｂで示すような関連の表面粗度Ｒａ＝６．５μmを伴なったの非対称高さ確率分布を有するものであったこと以外、同じＰＥ対ＡＭＲ曲線が示されている。このような低い表面粗度及び非対称高さ確率分布は、従来の研磨パッド表面には一般的ではない。
【００３７】
図６Ｂの表面高さ確率分布の非対称性は、最大頻度（ｆMAX）の１０％（ｆ10）における分布の半値幅をｆMAXが発生する高さｈMに対して計測することによって定量することができる。値ＷLは、ｈMの左側で計測したときの半値幅を表し、値ＷRは、ｈMの右側で計測したときの半値幅を表す。ＷR／ＷLの比が非対称係数Ａ10を決める。完璧なガウス分布は非対称因数１を有する。本発明者らは、最適な多孔性パッド表面モホロジーが０．５０以下を伴なった非対称係数を有するということを見いだした。
【００３８】
一般に、異なる密度のフィーチャは異なる速度で研磨され、低密度のフィーチャは高密度のフィーチャよりも高速で研磨され（すなわち、除去速度が高い）、速やかに平坦化される。しかし、図６Ａから、得られる研磨効率が、研磨パッドの表面粗度がはるかに低くとも、従来技術の研磨効率（図５Ａ）よりもはるかに高いということが明白である。これは、直観的に認識される結果とは矛盾している。
【００３９】
図６Ｃは、図６Ｂの表面高さ確率分布（スペクトル）と合致する表面高さｈ（ミクロン単位）対パッド表面の距離ｘ（ミクロン単位）のグラフである。図６Ｃで注目できることは、図５Ｃの通常の（すなわち、従来技術の）ガウス表面に比較して、より多くのパッド表面が所与の高さｈA（以下「パッド表面高さ」）にあるということである。パッド表面高さｈAは、統計的な分布「モード」、すなわち、もっとも頻出する高さ値を表す。したがって、図６Ｃのパッド表面は従来技術のパッドよりもフラットである。
【００４０】
平坦化された研磨パッドはまた、Ｘ％以上のパッド表面高さ比Ｒ―すなわち、表面のＸ％以上が、最大頻度で発生するパッド表面高さｈA以下にあること―を特徴とする「平坦さ」を有すると表すこともできる。本発明の各典型的な実施態様では、コンディショニングされた研磨パッド表面は６０％以上のパッド表面高さ比Ｒを有する。有利には、コンディショニングされた研磨パッド表面は６０〜９５％のパッド表面高さ比Ｒを有する。もっとも有利には、コンディショニングされた研磨パッド表面は７０〜９０％のパッド表面高さ比Ｒを有する。有利には、多孔性パッドはポリマー材料である。もっとも有利には、多孔性パッドは、１００μm未満の平均孔径を有する細孔を含むポリウレタン系のポリマーである。
【００４１】
図５Ａを図６Ａに比較すると、本発明の平坦な多孔性研磨パッド表面が、従来の多孔性研磨パッド表面に比べてより高い平坦化効率を提供するということがわかる。
【００４２】
多孔性研磨パッドコンディショニング
一つの典型的な実施態様では、本発明のモホロジーを達成するための多孔性研磨パッドコンディショニングは、ピボットアームに取り付けられた従来のインサイチューコンディショニングツールを使用して実施される。典型的な実施態様では、インサイチューコンディショニング及び標準ＣＭＰ加工を使用するＣＭＰシステムでは、Rodel IC1000のような多孔性研磨パッドの場合の推定パッド−ウェーハ接触面積は、典型的な加工設定で約１０％である。従来技術の多孔性パッドコンディショニングに伴う攻撃的なコンディショニングは、同様な条件で２〜５％程度のパッド−ウェーハ接触面積しか生じさせない。したがって、パッド−ウェーハ界面に加わる圧力は、本発明のコンディショニング法の場合、従来技術の方法の場合に比較して２〜５倍の低さである。
【００４３】
典型的な実施態様では、コンディショニングは、インサイチューモードで約２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）以下のカット率を適用する。この実施態様では、コンディショニングアームの動きは、直径２０〜２３インチのプラテン上でほぼ半径方向にスイープした場合に実質的にフラットなカット率プロフィールが得られるように最適化される。
【００４４】
もう一つの典型的な実施態様では、パッドコンディショニングは、０．５０以下の非対称係数を特徴とするパッド表面を生じさせる。有利には、コンディショニングは、０．１〜０．５０の非対称係数を特徴とするパッド表面を生じさせる。もっとも有利には、コンディショニングは、０．２５〜０．５０の非対称係数を特徴とするパッド表面を生じさせる。
【００４５】
これらの典型的な実施態様は、インサイチューモードで約４０nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）を超えるカット率を適用する従来技術の攻撃性の高いコンディショニングとは対照的である。
【００４６】
本発明による多孔性研磨パッドの攻撃性の低いコンディショニングの一つの典型的な実施態様は、１９５ミクロン以上の平均直径及び１〜１５/cm2の表面密度を特徴とする立方八面体ダイアモンドを使用する。
【００４７】
もう一つの典型的な実施態様では、コンディショニングは、５０ミクロンの深さまで浸透する砥粒（たとえばダイアモンド）を有し、また、パッド表面をぼかす又は「剪定」して切頭状凹凸を形成するバックグラウンド層を有するコンディショニングパッドを用いて実施される。
【００４８】
さらに別の典型的な実施態様では、多孔性研磨パッドのコンディショニングは、表面凹凸を切頭して、パッド表面のより多くの部分を、図６Ｃで示すパッド表面高さｈAよりも低くするやり方で実施される。コンディショナの攻撃性が増すにつれ、図５Ｃに示すように、多孔性研磨パッドの凹凸構造は切頭状ではなくなる。
【００４９】
切頭状凹凸は、ウェーハ表面上の凹んだフィーチャから材料を除去する傾向が低く、ＣＭＰ中のディッシング及びエロージョンに寄与する傾向が低い。さらに、切頭状凹凸を特徴とするパッド表面は、ウェーハ表面に対してより多くの表面積を呈し、したがって、それに比例して、研磨により低い表面圧力しか要しない傾向にある。これが逆に、ＣＭＰ中に表面が損傷をこうむる危険性を減らす。
【００５０】
したがって、一つの典型的な実施態様で、非孔性研磨パッドのコンディショニングは、表面から５０ミクロンまで延びる砥粒を有する表面を有するコンディショニングパッドを用意したのち、コンディショニングパッド表面を非孔性研磨パッド表面と接触させることによって実施される。そして、コンディショニングパッド表面を非孔性研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加える。この方法は、０．５０以下の非対称係数Ａ10を有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を非孔性研磨パッド表面に形成し、維持するために実施される。
【００５１】
もう一つの典型的な実施態様では、この同じ方法は、表面高さ確率表面分布が６０％以上のパッド表面高さ比Ｒを有するように実施される。さらに別の典型的な実施態様では、方法は、Ｒが７０％以上になるように実施される。
【００５２】
ＣＭＰシステム
図７は、上記で詳述した本発明の研磨パッド２０２の実施態様を用いるＣＭＰシステム２００を示す。研磨パッド２０２は上面２０４を有している。システム２００は、軸Ａ１を中心にして回転可能である研磨プラテン２１０を含む。プラテン２１０は、パッド２０２が取り付けられる上面２１２を有している。軸Ａ２を中心にして回転可能なウェーハキャリヤ２２０が研磨パッド上面２０４の上方に支持されている。ウェーハキャリヤ２２０は、パッド上面２０４に対して平行な下面２２２を有している。ウェーハ２２６が下面２２２に取り付けられている。ウェーハ２２６は、研磨パッド表面２０４に面する表面２２８を有している。ウェーハキャリヤ２２０は、下向きの力Ｆを提供してウェーハ表面２２８を研磨パッド表面２０４に押し当てるように適合されている。
【００５３】
システム２００はまた、スラリー２４４を保持する貯蔵槽２４２（たとえば温度制御式）を備えたスラリー供給システム２４０を含む。スラリー供給システム２４０は、スラリー２４４をパッド上に小出しするための、第一端２４７が貯蔵槽に接続され、第二端２４８がパッド上面２０４と流通している導管２４６を含む。
【００５４】
システム２００は、パッド上面２０４と動作可能に連係しているパッドコンディショニング部材２５０をさらに含む。パッドコンディショニング部材２５０は、上記のように本発明にしたがってパッド上面２０４をコンディショニングするように適合されている。一つの典型的な実施態様では、パッドコンディショニング部材２５０は、一端にコンディショニングツール（たとえばコンディショニングパッド）を有する従来のスイープ型コンディショニングアームを含む。もう一つの実施態様では、パッドコンディショニング部材２５０は従来のコンディショニングリングである。
【００５５】
システム２００はさらに、接続２７４を介してスラリー供給システム２４０に結合され、接続２７６を介してウェーハキャリヤ２２０に結合され、接続２７８を介して研磨プラテン２１０に結合され、接続２７９を介してパッドコンディショニング部材２５０に結合された制御装置２７０を含む。制御装置２７０は、研磨作業中にこれらのシステム要素を制御する。典型的な実施態様では、制御装置２７０は、プロセッサ（たとえばＣＰＵ）２８０、プロセッサに接続されたメモリ２８２ならびにプロセッサ、メモリ及び制御装置中の他の要素の動作を支持するための支持回路２８４を含む。
【００５６】
引き続き図７を参照すると、動作中、制御装置２７０がスラリー供給システム２４０を起動してスラリー２４４を回転する研磨パッド上面２０４に小出しさせる。スラリーは、ウェーハ２２６の下にある部分を含め、研磨パッド上面に延展する。制御装置２７０はまた、ウェーハキャリヤ２２０を起動して選択された速度（たとえば毎分０〜１５０回転、rpm）で回転させて、ウェーハ表面２２８が研磨パッド表面２０４に対して動くようにする。
【００５７】
ウェーハキャリヤ２２０はまた、選択された下向きの力Ｆ（たとえば０〜１５psi）を提供して、ウェーハ表面２２８が研磨パッド表面２０４に押し当てられるようにする。制御装置２７０はさらに、通常は０〜１５０rpmである、研磨プラテンの回転速度を制御する。制御装置２７０は、ウェーハ２２６の研磨と連係して、パッドコンディショニング部材２５０を制御して研磨パッド表面２０４をコンディショニングする。パッド表面コンディショニングは、上記で詳述したやり方で実施されるが、具体的なコンディショニング方法は、研磨パッド表面２０４が非孔性であるか多孔性であるかに依存する。
【００５８】
研磨パッド上面２０４は、最適化された表面モホロジーを有するため、平坦化効率は、従来の手段によって達成可能であった効率よりも高い。平坦化効率の向上は、ウェーハから除去される材料の減少、より効率的な段差除去及び、本発明の場合には、ウェーハ表面損傷の危険性の低下をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】ウェーハ上の高いウェーハフィーチャ及び低いウェーハフィーチャの平坦化を示す研磨パッド及びウェーハの部分断面図である。
【図２Ａ】理想的な研磨効率（ＰＥ）を示す、デバイストポグラフィーを有するウェーハの場合の対時間研磨効率（ＰＥ）（又は材料除去量「ＡＭＲ」）のグラフである。
【図２Ｂ】一般的な研磨効率を示す、デバイストポグラフィーを有するウェーハの場合の対時間ＰＥ又はＡＭＲのグラフである。
【図３Ａ】従来の表面モホロジーを有する非孔性研磨パッドを使用してウェーハを平坦化することによって形成された一連のＰＥ対ＡＭＲ曲線である。
【図３Ｂ】図３Ａの曲線を形成するために使用した従来の非孔性研磨パッドの場合の高さ確率分布（すなわち、頻度対高さ）のグラフである。
【図４Ａ】本発明の非孔性研磨パッドを使用してウェーハを平坦化することによって形成された一連のＰＥ対ＡＭＲ曲線である。
【図４Ｂ】図４Ａの曲線を形成するために使用した本発明の非孔性研磨パッドの場合の高さ確率分布（すなわち、頻度対高さ）のグラフである。
【図５Ａ】従来の表面モホロジーを有する多孔性研磨パッドを使用してウェーハを平坦化することによって形成された一連のＰＥ対ＡＭＲ曲線である。
【図５Ｂ】図５Ａの曲線を形成するために使用した従来の多孔性研磨パッドの場合の高さ確率分布（すなわち、頻度対高さ）のグラフである。
【図５Ｃ】従来の多孔性研磨パッドの表面モホロジーを示す、図５Ｂの高さ確率分布と合致する表面高さｈ対パッド表面上の距離Ｘのグラフである。
【図６Ａ】本発明の多孔性研磨パッドを使用してウェーハを平坦化することによって形成された一連のＰＥ対ＡＭＲ曲線である。
【図６Ｂ】非対称なスペクトルを示す、図６Ａの曲線を形成するために使用した本発明の非孔性研磨パッドの場合の高さ確率分布（すなわち、頻度対高さ）のグラフである。
【図６Ｃ】本発明の多孔性研磨パッドの扁平化表面モホロジーを示す、図６Ｂの高さ確率分布と合致する表面高さｈ対パッド表面上の距離Ｘのグラフである。
【図７】本発明の研磨パッドを有するＣＭＰ装置の側面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年11月8日(2004.11.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非孔性高分子研磨パッドの表面をコンディショニングする方法であって、
パッドコンディショナ表面を非孔性高分子研磨パッド表面と接触させること、及び
パッドコンディショナ表面を非孔性高分子研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加えて非孔性高分子研磨パッドを切削し、それにより、３ミクロン以下の表面粗度Ｒａを特徴とする表面粗度を非孔性高分子研磨パッド表面に形成すること
を含む方法。
【請求項２】
パッドコンディショナが約２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）以下のカット率を特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
多孔性高分子研磨パッドの表面をコンディショニングする方法であって、
パッドコンディショナ表面を多孔性高分子研磨パッド表面と接触させること、及び
パッドコンディショナ表面を非孔性高分子研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加えて非孔性高分子研磨パッドを切削し、それにより、６０％以上のパッド表面高さ比Ｒを有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を非孔性高分子研磨パッド表面に形成すること
を含む方法。
【請求項４】
Ｒが７０％以上である、請求項３記載の方法。
【請求項５】
パッドコンディショナが約２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）以下のカット率を特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項６】
多孔性高分子研磨パッドの表面をコンディショニングする方法であって、
パッドコンディショナ表面を非孔性高分子研磨パッド表面と接触させること、及び
パッドコンディショナ表面を非孔性高分子研磨パッド表面に対して動かしながら両表面を押し合わせる力を加えて非孔性高分子研磨パッドを切削し、それにより、０．５０以下の非対称係数Ａ10を有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を非孔性高分子研磨パッドに形成すること
を含む方法。
【請求項７】
パッドコンディショナが約２５nm／（lbcdf-rpmplaten-hour）以下のカット率を特徴とする、請求項６記載の方法。
【請求項８】
ウェーハの表面を平坦化する方法であって、
表面粗度Ｒａ３ミクロン以下の表面を有する非孔性高分子研磨パッドを用意し、維持すること、
非孔性高分子研磨パッド表面をウェーハ表面と可動的に接触させること、
ウェーハ表面を非孔性高分子研磨パッド表面に対して押し当てること、及び
スラリーの存在下で非孔性高分子研磨パッド表面をウェーハ表面に対して動かして非孔性高分子研磨パッドを切削すること
を含む方法。
【請求項９】
ウェーハの表面を平坦化する方法であって、
６０％以上のパッド表面高さ比Ｒを有する表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を有する多孔性高分子研磨パッドを用意し、維持すること、
多孔性高分子研磨パッド表面をウェーハ表面と可動的に接触させること、
ウェーハ表面を多孔性高分子研磨パッド表面に対して押し当てること、及び
スラリーの存在下で多孔性高分子研磨パッド表面をウェーハ表面に対して動かして多孔性高分子研磨パッドを切削すること
を含む方法。
【請求項１０】
ウェーハの表面を平坦化する方法であって、
０．５０以下の非対称係数Ａ10を有する非対称表面高さ確率分布を特徴とする表面粗度を有する多孔性高分子研磨パッドを用意し、維持すること、
多孔性高分子研磨パッド表面をウェーハ表面と可動的に接触させること、
ウェーハ表面を多孔性高分子研磨パッド表面に対して押し当てること、及び
スラリーの存在下で多孔性高分子研磨パッド表面をウェーハ表面に対して動かして多孔性高分子研磨パッドを切削すること
を含む方法。
【国際調査報告】
2006518943.tif 000018
2006518943.tif 000019