(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面にＮ（本）の溝が形成され、各溝の溝断面積がＳ（ｍｍ2）に設定され、研磨中のスラリー流量をＦ（ｍｌ／ｓｅｃ）、定盤回転数をＲ（ｒｐｍ）の状態で化学的機械研磨法による被加工物の研磨処理に用いる研磨パッドであって、
該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、
前記溝を形成する曲線が以下の式を満たす、研磨パッド：
Ｙ＝（πＮＲＳ／３０Ｆ）Ｘ2
ただし、Ｘは、研磨パッドの中心位置から半径方向のＸ座標の溝の変位を示し、Ｙは該Ｘ座標と直交するＹ座標の溝の変位を示す。
【請求項２】
研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された研磨パッドを用いて、被加工物を化学的機械研磨法により研磨する方法であって、
該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、
研磨中のスラリー流量をＦ（ｍｌ／ｓｅｃ）、溝本数をＮ（本）、溝断面積をＳ（ｍｍ2）、定盤回転数をＲ（ｒｐｍ）としたときに、該溝を形成する曲線が以下の式を満たす、方法：
Ｙ＝（πＮＲＳ／３０Ｆ）Ｘ2 
ただし、Ｘは、研磨パッドの中心位置から半径方向のＸ座標の溝の変位を示し、Ｙは該Ｘ座標と直交するＹ座標の溝の変位を示す。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造装置の製造工程において、化学的機械的研磨加工（ＣＭＰプロセス）によりウエハ等の被加工物の平坦化処理などを行うときに用いる研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の化学的機械研磨装置は、表面に研磨パッドが接着された研磨プレートと、研磨パッドの表面を目立てするためのドレッサーと、被加工物を保持するキャリアと、研磨スラリーを研磨パッド上に供給する研磨スラリー供給装置と、を備えている。そして、研磨パッドをドレッサーによりドレッシング（研削）した後に、研磨プレート及びキャリアを回転させると共に、該研磨スラリー供給装置のノズルから研磨パッドの中央部に研磨スラリーを供給し、被加工物を研磨パッド上に押圧することで被加工物表面の研磨を行う。
【０００３】
このような化学的機械研磨方法では、研磨パッドのドレッシング時に発生する研磨パッドの削り屑や、被加工物の研磨屑等を研磨パッドの外へ排出する必要があるので、研磨作業中に、研磨スラリーを研磨パッドの中央部に絶えず供給し、これらの不純物を研磨スラリーにより研磨パッドの外部へ排出するようにしている。
【０００４】
しかし、研磨スラリーを供給して被加工物の研磨を行う際に、研磨パッドの回転力による遠心力および被加工物を研磨パッドに押し付けることから、ほとんどの量の研磨スラリーは、被加工物の面内へ供給されず、研磨パッド上から押し出されて外部へ排出されるという結果になっており、高価な研磨スラリーを無駄にしている。
【０００５】
従来、上記の欠点を解消して研磨スラリーを効率良く使用できるようにするために、表面に格子状の溝を付けたものや、同心円状の複数の溝を設けた研磨パッドが提案されている（例えば、特開平１１−２１６６６３号公報、特開平１１−３３３６９９号公報）。
【０００６】
しかし、このような研磨パッドにおいても、研磨パッド上に供給されたスラリーの多くは溝から溢れ出ており、従って、研磨パッドと被加工物との研磨接触面内に侵入できず、その結果としてスラリーの性能が十分発揮されず、研磨レートおよび被加工物面内の均一性は最良なものとはいえなかった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の実状に着目してなされたものであって、その目的とするところは、研磨パッド表面上のでスラリーの流動軌跡を考慮した形状、パターンの溝を形成することにより、ウエハ面内の平坦化と研磨レートを向上した研磨パッドとその研磨パッドを用いた被加工物の研磨方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の研磨パッドは、研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面にＮ（本）の溝が形成され、各溝の溝断面積がＳ（ｍｍ2）に設定され、研磨中のスラリー流量をＦ（ｍｌ／ｓｅｃ）、定盤回転数をＲ（ｒｐｍ）の状態で化学的機械研磨法による被加工物の研磨処理に用いる研磨パッドであって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、前記溝を形成する曲線が以下の式を満たし、そのことにより、上記目的が達成される。
Ｙ＝（πＮＲＳ／３０Ｆ）Ｘ2
ただし、Ｘは、研磨パッドの中心位置から半径方向のＸ座標の溝の変位を示し、Ｙは該Ｘ座標と直交するＹ座標の溝の変位を示す。
【０００９】
請求項２記載の研磨パッドを用いた被加工物の研磨方法は、研磨パッドの略中心位置から略半径方向に走るよう表面に複数本の溝が形成された研磨パッドを用いて、被加工物を化学的機械研磨法により研磨処理する方法であって、該それぞれの溝が研磨パッドの回転方向と同方向に突状となるようカーブを描き、研磨中のスラリー流量をＦ（ｍｌ／ｓｅｃ）、溝本数をＮ（本）、溝断面積を Ｓ（ｍｍ2）、定盤回転数をＲ（ｒｐｍ）としたときに、該溝を形成する曲線が以下の式（４）を満たし、そのことにより上記目的が達成される。
Ｙ＝（πＮＲＳ／３０Ｆ）Ｘ2 …（４）
ただし、Ｘは、研磨パッドの中心位置から半径方向のＸ座標の溝の変位を示し、Ｙは該Ｘ座標と直交するＹ座標の溝の変位を示す。
【００１２】
本発明の作用は次の通りである。
【００１３】
ウエハ面内の平坦化と研磨レートを向上するためには、ウエハ面内に均一にスラリーを拡散させることが重要である。従来の研磨パッドを使用して、スラリー流量を増加させた場合には、増加されたスラリーはウエハエッジ部分に溢れ、ウエハ中心部にまで浸透しにくい。
【００１４】
本発明の研磨パッドでは、回転する研磨パッド上に供給されたスラリーの流れの軌跡に沿って溝が形成されていることにより、溝内に溜まったスラリーが溝から溢れ出ることが抑えられて研磨パッドの略半径方向外方へ移動することになり、その結果ウエハ中心部に供給されるので、ウエハの平坦化と研磨効率を向上することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
【００１６】
本発明で使用する研磨パッドは、一般に、ポリウレタン等の発泡性樹脂を発泡硬化させて得られる発泡体の表面をバフすることにより形成されている。研磨パッドの表面には多数の空孔を有しており、ウエハ等の被加工物と研磨パッドとの間に供給された研磨スラリーが均一分散され、均一研磨が行えるようにされている。
【００１７】
図２に示すように、研磨パッド１は、研磨パッド本体２と、該研磨パッド本体２の表面に形成された略中心位置から略半径方向に走る複数本の溝３，３…とを有している。各溝３は同じ形状、パターンに形成され、それぞれの溝３が研磨パッド１の回転方向（矢印Ａ方向）と同方向に突状となるようカーブを描いている。つまり、各溝３は、研磨パッド本体２の略中心位置から半径方向へいくにつれて、溝３の先端が回転方向Ａに対して反対方向へ次第に曲がり、図２の平面図でみると、溝３全体としては回転方向Ａへ突曲している。
【００１８】
その突曲の程度は、研磨パッドの回転速度やスラリーの流量等を考慮して設定することができるが、一般には、研磨パッドの半径をｒ（ｍｍ）とするとき、溝３の突曲部３ａの曲率半径はｒ／２〜１０ｒ（ｍｍ）である。好ましい溝の突曲部の曲率半径は、１ｒ〜５ｒ（ｍｍ）である。
【００１９】
このような形状の溝を有する研磨パッドでは、例えば、研磨中のスラリー流量Ｆが０．２〜２０（ｍｌ／ｓｅｃ）、研磨パッドの回転数３０〜２００ｒｐｍの条件下にて研磨パッドを使用する際、スラリーが溝からあふれ出ることを抑えることができる。該溝の突曲部の曲率半径がｒ／２（ｍｍ）未満又は１０ｒ（ｍｍ）を超えるときは、このような効果が期待できない。
【００２０】
該溝の深さは、典型的には、研磨パッドの厚みの１０〜８０％であり、溝幅は２００μm〜１０ｍｍであり、溝本数が１０〜１００本である。さらに好ましくは、溝の深さは、研磨パッドの厚みの４０〜６０％であり、溝幅は１ｍｍ〜４ｍｍであり、溝本数は２０〜４０本である。溝の深さ、溝幅および溝本数がこれらの条件を満たさない場合には、研磨中にスラリーが溝から溢れ出やすくなる。
【００２１】
溝の断面形状は図３に示すような矩形状、Ｕ字状、台形等であってもよい。
【００２２】
溝本数Ｎ（本）は多い方がより均一性、研磨レートを向上することができる。
【００２３】
また、研磨パッドの非溝加工面に対する溝加工面の面積比率は１％〜５０％である。ここで、研磨パッドの溝加工面の面積とは、研磨パッド表面に形成されている全ての溝の底面の合計面積をいい、非溝加工面の面積とは、その溝部分を除いた研磨パッド表面の面積をいう。さらに好ましい研磨パッドの非溝加工面に対する溝加工面の面積比率は、３０％〜５０％である。研磨パッドの非溝加工面に対する溝加工面の面積比率が１％未満の場合および５０％を超える場合には、研磨中にスラリーが溝から溢れ出やすくなる。
【００２４】
研磨パッドの中央部には溝が集合して凹部が形成されている。
【００２５】
次に、上記構成の研磨パッドを用いて、ウエハ等の被加工物を化学的機械研磨法により研磨する方法を説明する。
【００２６】
研磨中のノズルより吐出されるスラリー流量をＦ（ｍｌ／ｓｅｃ）、研磨パッド表面に形成された溝本数をＮ（本）、溝断面積をＳ（ｍｍ2）、溝内でのスラリーの流速をＶ（ｍｍ／ｓｅｃ）、研磨パッドを貼り付けた定盤回転数をＲ（ｒｐｍ）とするとき、
Ｖ＝Ｆ／（ＮＳ）（ｍｍ／ｓｅｃ）と定義することができる。
【００２７】
次に、図１に示すように、パッドの中心Ｏ点から、任意の外周部Ｐ点を取り、直線ＯＰを定義する。このとき、Ｏ点からＰ点の方向へ流れるスラリーの速度は、Ｖ＝Ｆ／（ＮＳ）（ｍｍ／ｓｅｃ）である。
【００２８】
ここで、Ｏ点を起点とした時間ｔ＝０を定義する。これにより、直線ＯＰ上でのＯ点を起点としたスラリーの変位をＸとしたとき、式（１）となる。
【００２９】
Ｘ＝Ｖｔ……（１）
次に、直線ＯＰ上での変位Ｘの点をＱ点とする。このＱ点での直線ＯＰに垂直な方向のパッドの速度成分をＶｑとする。この速度成分Ｖｑは次式（２）で表せる。
【００３０】
Ｖｑ＝（２πＲ／６０）×Ｘ  ……（２）
また、Ｑ点での速度成分Ｖｑにより、ｔ秒後のスラリーの変位をＹとすると、式（３）が得られる。
【００３１】
Ｙ＝（２πＲ／６０）×Ｖｔ2 ……（３）
式（１）、式（３）により次式（４）が得られる。
【００３２】
Ｙ＝２πＲＸ2／（６０Ｖ）
＝（πＮＲＳ／３０Ｆ）Ｘ2  ……（４）
【００３３】
以上のことから、研磨中のスラリー流量をＦ（ｍｌ／ｓｅｃ）、溝本数をＮ（本）、溝断面積をＳ（ｍｍ2）、定盤回転数をＲ（ｒｐｍ）としたときに、研磨パッド表面に形成された溝の曲線が上式（４）を満たせば、溝がスラリーの研磨中における流動軌跡に沿って形成され、かつ所定量のスラリーが溝内に存在することになるので、研磨中におけるスラリーの溝からの溢れを抑えることができる。その結果、ウエハ面内に研磨砥粒を行き渡らせることができる。
【００３４】
ただし、式（４）中、Ｘは、研磨パッドの中心位置から半径方向のＸ座標の溝の変位を示し、Ｙは該Ｘ座標と直交するＹ座標の溝の変位を示している。
【００３５】
なお、本発明の研磨パッドは、半導体製造プロセスにおいて化学的機械的研磨加工（ＣＭＰプロセス）によりウエハ等の被加工物の平坦化処理を行うときに用いる以外に、以下の用途にも用いることができる。
【００３６】
シリコンウエハに対する一次研磨（特にＳｕｂａパッド、ＭＨパッド）、二次研磨（特にＳｕｂａパッド、ＭＨパッド）、ファイナル研磨用パッド、アルミ磁気ディスク研磨用パッド、液晶用ガラス研磨用パッド（特にＭＨパッド）等。
【００３７】
また、被研磨物としては以下があげられる。
【００３８】
（１）シリコン
具体的には、ポリッシュドウエハ、拡散ウエハ、エピウエハがあり、これらの主用途としては、ＩＣ基板、ディスクリートがある。
【００３９】
さらに、ダミーまたはモニターウエハ、再生ウエハ、バックサイドポリッシュドウエハがあり、これらの主用途としては、テスト用ウエハ、パターン付きＩＣあがる。
【００４０】
さらに、ＳｉＯ2、ポリシリコン、金属層間膜があり、これらの主用途としては、上述したＣＭＰがある。
【００４１】
（２）化合物
ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム燐（ＧａＰ）、インジウム燐（ＩｎＰ）があり、これらの主用途としては、可視ＬＥＤ、赤外ＬＥＤ、ＦＥＴ、ＩＣがある。
【００４２】
（３）酸化物
タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ＧＧＧがあり、これらの主用途としてはＳＡＷフィルターがある。
【００４３】
（４）ガラス
ＴＦＴ、ＳＴＮ、ＳＯＧ、フォトマスク、オプチカルフラットガラス、ＴＶフェイス（テレビフラウン管）があり、これらの主用途としては、カラー液晶基板、液晶基板、半導体基板、ステッパー用プリズム、カラーテレビがある。
【００４４】
（５）磁気ディスク
アルミニウム、強化ガラス、カーボンがあり、これらの主用途としては、ハードディスクがある。
【００４５】
（６）その他
サファイヤ、セラミックス、フェライト、ステンレス、水晶、カラーフィルタがあり、これらの主用途としては、半導体基板、電子基板、振動子、カラー液晶がある。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
【００４７】
（実施例１）
厚さ１．２７ｍｍの研磨パッドに、溝深さ０．６ｍｍ、溝幅２ｍｍの溝加工を、研磨パッドの中心から放射状に３３本曲線加工した。
【００４８】
スラリー流量Ｆ＝２（ｍｌ／ｓｅｃ）、溝本数Ｎ＝３３（本）、溝断面積をＳ＝１．２（ｍｍ２）、溝内でのスラリーの流速をＶ＝５．０５×１０−２（ｍｍ／ｓｅｃ）、定盤回転数をＲ＝６０（ｒｐｍ）とした。
【００４９】
このときの、溝の曲線式はＹ＝６２．２Ｘ2  であり、上式（４）を満足した。
【００５０】
次に、この研磨パッドを用いて、熱酸化膜付きシリコンウエハ表面を所定条件で研磨した。
【００５１】
その結果、従来溝加工のパッド（同心円状の溝が形成されたパッド）に比べ、熱酸化膜付きシリコンウエハの研磨レートが６５％増加し、かつ研磨均一性については同等であることが確認された。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果がある。
（１）従来の溝加工方法では、研磨パッド表面に供給されたのスラリーの流動軌跡を考慮していなかったが、本発明のパッドでは、スラリーの流動軌跡を考慮して溝加工を行うことにより、ウエハ面内の平坦化と研磨効率の改善を図ることができる。
（２）研磨効率が上がり、ウエハと研磨パッドとの圧着加重を下げた研磨が可能となるのでウエハ表面へのストレスが少なくなる。
（３）スラリーを有効に利用できるので製造コストを低下できる。
（４）溝加工曲線として上式（４）を用いることにより、研磨条件（定盤回転数、スラリー流量、溝加工）を考慮に入れた溝加工が可能になる。
【００５３】
その結果、研磨中にウエハエッジ部分から溢れていたスラリーも効率良くウエハ中心部に供給され、ウエハの平坦化と研磨効率の向上に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】研磨パッド上に形成された溝の曲線を示す式（４）を説明する図である。
【図２】本発明の研磨パッドの一実施例の平面図である。
【図３】溝部分を示すの断面図である。
【符号の説明】
１    研磨パッド
２    パッド本体
３    溝
【図１】
0004855571.tif 000002
【図２】
0004855571.tif 000003
【図３】
0004855571.tif 000004