(57)【要約】【課題】研磨パッドが削れていっても、研磨特性の変動を抑制することができる研磨パッドおよび研磨方法を提供する。【解決手段】実施形態によれば、被研磨体２０を研磨加工する研磨面を有する研磨パッド２２が提供される。研磨パッド２２は、板状の熱収縮性の材料からなり、一方の主面から所定の深さに至る切り込みであるハーフカット部３１を備える。【選択図】図１
2013201213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨体を研磨加工する研磨面を有する研磨パッドにおいて、
板状の熱収縮性の材料からなり、一方の主面から所定の深さに至る切り込みであるハーフカット部を備えることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記熱収縮性の材料は、熱収縮ポリウレタンであることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記ハーフカット部は、格子状、渦巻状または同心円状であることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
熱収縮性の材料からなり、厚さ方向に貫通しない切り込みであるハーフカット部を有する板状の研磨パッドを、面内方向に回転させながら、前記研磨パッドの一方の主面上にスラリーを供給するスラリー供給工程と、
前記研磨パッドの前記ハーフカット部が形成されている前記主面を被研磨体と接触させて研磨を行う研磨工程と、
を含み、
前記研磨工程では、前記研磨パッドと前記被研磨体との間の摩擦熱によって、前記研磨パッドの前記主面の表面から所定の深さまでの領域の前記研磨パッドを収縮させて、前記ハーフカット部の前記被研磨体との接触部に所定の形状の所定の大きさの溝を形成し、前記溝に前記スラリーを保持させながら研磨を行うことを特徴とする研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、研磨パッドおよび研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造プロセスでは、平坦化技術として、化学的機械的研磨（Chemical  Mechanical  Polishing；以下、ＣＭＰという）法が主に用いられている。このＣＭＰ法で用いられる研磨パッドの表面に、研磨面へのスラリーの供給や排出のための溝加工が施されているのが一般的である。
【０００３】
しかしながら、ドレッシング（研磨パッドのコンディショニング）で研磨パッドが削れ、溝の深さが徐々に浅くなったり、形状が変わったりすると、研磨特性が変動してしまう。つまり、研磨パッド表面に形成される溝が研磨パッドの寿命を決める大きな要素になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一つの実施形態は、研磨パッドが削れていっても、研磨特性の変動を抑制することができる研磨パッドおよび研磨方法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】
【０００６】
本発明の一つの実施形態によれば、被研磨体を研磨加工する研磨面を有する研磨パッドが提供される。研磨パッドは、板状の熱収縮性の材料からなり、一方の主面から所定の深さに至る切り込みであるハーフカット部を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実施形態による研磨パッドが適用されるＣＭＰ装置の構成の一例を模式的に示す側面図である。
【図２】図２は、実施形態による研磨パッドの構成を模式的に示す一部断面図である。
【図３】図３は、実施形態による研磨パッドの構成の一例を示す上面図である。
【図４】図４は、研磨パッドの使用を開始してから所定時間経過後の使用状態を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、比較例としての一般的な溝構造を有する研磨パッドの研磨による経時変化の様子を模式的に示す一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる研磨パッドおよび研磨方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００９】
図１は、実施形態による研磨パッドが適用されるＣＭＰ装置の構成の一例を模式的に示す側面図であり、図２は、実施形態による研磨パッドの構成を模式的に示す一部断面図であり、図２（ａ）は通常時の状態を示しており、図２（ｂ）は研磨処理時の状態を示している。また、図３は、実施形態による研磨パッドの構成の一例を示す上面図である。
【００１０】
ＣＭＰ装置は、回転可能な研磨テーブル２１と、研磨テーブル２１上に図示しない接着層を介して貼付された研磨パッド２２と、研磨パッド２２の上方に配置され、半導体基板などの被研磨体２０を保持する研磨ヘッド２３と、研磨時に研磨スラリー２４１などの薬液を供給するための薬液供給ノズル２４と、研磨パッド２２の上方に配置され、研磨パッド２２の目立てを行うたとえばダイヤモンドディスクからなるドレッサ２５と、を備える。
【００１１】
研磨ヘッド２３は、被研磨面を研磨テーブル２１上の研磨パッド２２と対向させるように、被研磨体２０を真空チャックホルダなどの手段で保持する。また、研磨ヘッド２３とドレッサ２５とは、研磨テーブル２１と同じ面内で回転可能に構成されるとともに、研磨パッド２２の表面に研磨ヘッド２３とドレッサ２５の表面が接触可能に研磨テーブル２１の表面に対して垂直な方向に移動可能に構成されている。さらに、図示していないが、薬液供給ノズル２４には、研磨スラリー供給タンクが接続されている。
【００１２】
この実施形態による研磨パッド２２は、ハーフカット部３１を有する。ハーフカット部３１は、研磨パッド２２の表面から所定の深さまでに入れられた切り込みであり、研磨パッド２２の裏面までは到達していない。ハーフカット部３１は、溝とは異なり、幅を有さない。研磨処理時以外の通常時においては、ハーフカット部３１を挟んだ２つの側面が互いに接触している状態にある。このハーフカット部３１は、図３に示されるように、たとえば研磨パッド２２の表面上に格子状に設けられる。また、ハーフカット部３１は、格子状ではなく、渦巻状や同心円状などの形で研磨パッド２２の表面に設けられてもよい。ハーフカット部の深さとしては、研磨パッド２２の下層の接着層にまで貫通しない程度の深さとすることができる。
【００１３】
研磨パッド２２は、後述するように研磨時に生じる熱によって収縮する材料によって構成される。このような熱収縮性材料として、たとえば熱収縮ポリウレタンなどを例示することができる。また、研磨パッド２２は、発泡性の材料によって構成されていてもよいし、無発泡性の材料によって構成されていてもよい。
【００１４】
このＣＭＰ装置を用いたＣＭＰ処理方法の概略について説明する。なお、ここでは被研磨体２０として、シリコン酸化膜が形成された半導体基板を用いる場合について例示する。この場合、被研磨面となるシリコン酸化膜の表面には凹凸が形成されているものとする。
【００１５】
研磨処理を行う前に、シリコン酸化膜が研磨パッド２２と対向するように半導体基板が研磨ヘッド２３に保持され、また、研磨パッド２２上にたとえば酸化セリウム粒子と界面活性剤とを含有する研磨スラリー２４１が薬液供給ノズル２４から供給される。
【００１６】
ついで、研磨ヘッド２３を研磨テーブル２１方向に移動させることで、研磨パッド２２の表面に半導体基板を押圧して、研磨テーブル２１と研磨ヘッド２３とを回転させながら半導体基板の表面の研磨処理を行う。研磨処理が開始されると、研磨パッド２２と被研磨体２０とは接触しながら面内方向に回転するので、摩擦によって研磨パッド２２の表面付近の温度が上昇する。被研磨体２０や研磨スラリー２４１の種類、研磨条件などにもよるが、研磨時においては、研磨パッド２２の表面の温度は６０〜８０℃近くまで上昇する。
【００１７】
図２（ｂ）に示されるように、研磨パッド２２は、熱収縮ポリウレタンのような熱収縮性材料によって構成されているので、研磨時の研磨パッド２２の表面の温度上昇によって、研磨パッド２２の表面では、面内方向と研磨面に垂直な方向に研磨パッド２２が収縮する。また、研磨パッド２２の表面から深さ方向に向かうにつれて、研磨パッド２２の温度は下降するので、熱収縮性材料の収縮の度合いが小さくなっていく。その結果、熱収縮が生じない点である、研磨パッド２２の表面から所定の深さｄ１の位置では、ハーフカット部３１を挟んだ側面同士は接触している状態であるが、それよりも浅くなると（表面に向かうにつれて）、面内方向の収縮の度合いが大きくなり、ハーフカット部３１の側面間が離れるので、ハーフカット部３１に溝３２が形成されることになる。そして、薬液供給ノズル２４から供給された研磨スラリー２４１が、上記のようにして形成された溝３２内に供給され、研磨が実行されるとともに、溝３２内から研磨スラリー２４１が排出される。
【００１８】
研磨によって、研磨パッド２２の表面に形成された溝３２には、研磨時に発生する酸化セリウム粒子と界面活性剤によって凝集した凝集砥粒や削りカスが多量に蓄積される。その結果、研磨パッド２２の目詰まりを起こし、研磨速度が低下する。そこで、これを解消するためにドレッシング処理が行われる。
【００１９】
ドレッシング処理は、ドレッサ２５の表面を研磨パッド２２の表面に押圧して、研磨テーブル２１とドレッサ２５とを回転させながら、研磨パッド２２の表面を研削して、研磨パッド２２の表面の凝集砥粒や削りカスを除去するとともに、目立てを行う処理である。以上のように、ＣＭＰ処理では、研磨処理とドレッシング処理とが行われる。
【００２０】
図４は、研磨パッドの使用を開始してから所定時間経過後の使用状態を模式的に示す断面図であり、（ａ）は使用前の初期状態を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は所定時間経過後の研磨処理中の状態を模式的に示す断面図である。研磨パッド２２を使用していくと、図４（ａ）に示されるような初期状態の研磨パッド２２も、熱収縮やドレッシング処理によって、図４（ｂ）に示されるように、研磨パッド２２の厚さが減少していく。このような状態で研磨処理を行なっても、上記と同様に、研磨時に受ける熱によって、研磨パッド２２の最表面から所定の深さまでが熱収縮によって変形し、ハーフカット部３１に溝３２が生じる。このとき形成される溝３２の深さｄ２は、図２（ｂ）の初期状態の研磨パッド２２を用いたときに形成される溝３２の深さｄ１とほぼ同じである。また、図４（ｂ）の場合の溝３２の形状や大きさも、図２（ｂ）の場合とほぼ同じである。これは、ハーフカット部３１の終点３１１から高さｄ１（ｄ２）の位置が研磨パッド２２の最表面となるまで、研磨パッド２２の厚さによらず同様である。
【００２１】
このように、熱収縮性材料を用いることで、研磨パッド２２の厚さが変化したとしても、ハーフカット部３１において形成される溝３２の形状および大きさをほぼ同じにすることができる。その結果、研磨時に、溝３２に供給される研磨スラリー２４１の量を一定にすることができ、研磨特性を研磨パッド２２の残りの厚さによらず一定にすることができる。
【００２２】
図５は、比較例としての一般的な溝構造を有する研磨パッドの研磨による経時変化の様子を模式的に示す一部断面図であり、（ａ）は初期状態での研磨パッドの様子を示す一部断面図であり、（ｂ）は所定の時間使用後の研磨パッドの様子を示す一部断面図である。図５（ａ）に示されるように、一般的な研磨パッド２２には、幅がＷ（＞０）で、深さがｄ３の溝３５が形成されている。一方、図５（ｂ）に示されるように、所定時間使用すると、ドレッシング処理などによって研磨パッド２２が削られていくので、研磨パッド２２の溝３５は、幅がＷで、深さがｄ４となる。
【００２３】
これらの研磨パッド２２を使用すると、それぞれの溝３５内に研磨スラリー２４１が入り込み研磨処理が実行されることになるが、図５（ａ）の溝３５の方が図５（ｂ）の溝３５に比して深いので、それだけ研磨スラリー２４１が溝３５内に供給される状態となる。このように、研磨処理時に、２つの溝３５の深さの差（ｄ３−ｄ４）に対応する量だけ、研磨スラリー２４１の量が異なってくるので、両者の研磨特性には大きな差が生じることになる。つまり、研磨パッド２２の厚さによって研磨特性が異なるので、研磨パッド２２の厚さを加味した条件で研磨処理を行なわなければならない。
【００２４】
これに対して、上記したように、実施形態による研磨パッド２２では、ハーフカット部３１に研磨処理時に形成される溝３２の形状および大きさは、研磨パッド２２の厚さによらず一定であるので、研磨処理時にこの溝３２に抱え込まれる研磨スラリー２４１の量も一定となる。その結果、研磨パッド２２の厚さによって研磨特性に差が生じることがなく、寿命となるまで安定した研磨特性を得ることができるという効果を有する。
【００２５】
また、研磨パッド２２の厚さを考慮しない条件で研磨処理を行なうことができる。つまり、研磨パッド２２の厚さごとに最適な研磨条件を求める必要がない。さらに、図５に示されるような一般的な研磨パッド２２の場合には、より具体的には溝３５の深さが所定値になった時点で研磨パッド２２の寿命とするなど、溝３５の深さと形状による研磨特性の変動によって研磨パッド２２の寿命は決められている。これに対して、本実施形態では、ハーフカット部３１の終点３１１の位置を、研磨パッド２２を貫通しない深さとすることで、図５のような溝３５を有する研磨パッド２２の場合に比して、寿命を延長することができるという効果を有する。そして、研磨パッド２２の寿命を迎えるまでの間、研磨パッド２２の厚さに依存せず、研磨速度や均一性を安定化させることができるという効果も有する。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２７】
２０…被研磨体、２１…研磨テーブル、２２…研磨パッド、２３…研磨ヘッド、２４…薬液供給ノズル、２５…ドレッサ、３１…ハーフカット部、３２，３５…溝、２４１…研磨スラリー、２４１…スラリー。
【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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