(57)【要約】      （修正有）【課題】研磨される基板の位置に寄らずに常に新しい研磨剤が供給され、基板の外周部でも中心部でも研磨特性に大差が無く、均一な研磨が行なわれるようにすると共に、研磨剤の無駄を少なくする研磨技術を提供することである。【解決手段】研磨定盤１と、前記研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口６が設けられた研磨剤供給機構と、前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッド３と、前記研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤の導出を防止する遮蔽材８ｂとを具備する研磨装置。【選択図】図１
2009012124.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨定盤と、
前記研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口が設けられた研磨剤供給機構と、
前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤の導出を防止する遮蔽材
とを具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
研磨定盤と、
前記研磨定盤に設けられた研磨剤を貯留する内部空間部と、
前記研磨定盤の表面全域に亘って独立して設けられた研磨剤導出口と、
前記研磨剤導出口に前記内部空間部から至る連通孔と、
前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドが対向していない位置の連通孔に前記内部空間部内からの研磨剤の流入を阻止する遮蔽材
とを具備することを特徴とする研磨装置。
【請求項３】
研磨定盤が回転しても遮蔽材と研磨ヘッドとの相対位置が不変であるよう構成されてなる
ことを特徴とする請求項１又は請求項２の研磨装置。
【請求項４】
研磨定盤の内部空間部に研磨剤を外部から供給する研磨剤供給機構として研磨定盤の回転軸芯位置に対応して研磨剤供給管が設けられてなる
ことを特徴とする請求項１〜請求項３いずれかの研磨装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４いずれかの研磨装置を用いた基板の研磨方法であって、
研磨ヘッドで保持された基板に当接する研磨剤導出口のみから研磨剤が導出されて研磨が行なわれる
ことを特徴とする研磨方法。
【請求項６】
１．０ｐｓｉ以下の研磨圧力で研磨が行なわれる
ことを特徴とする請求項５の研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は研磨技術に関する。特に、Ｃｕ配線とＬｏｗ−ｋ材料とが組み合わさった配線構造の作製に際して用いられる研磨技術、特に、ＣＭＰ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＳＩの高集積化および高性能化に伴い、微細加工及び多層配線形成が必須となっている。そして、配線材料として低抵抗のＣｕ合金が使用され、更にダマシン法により配線が形成される動きが進展するにつれ、化学機械研磨（ＣＭＰ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が益々重要になっている。なお、ＣＭＰ法は、研磨ヘッドで研磨パッド貼付の研磨定盤に基板を押し付け、研磨ヘッドと研磨定盤とを共に回転させることにより、基板の表面を削りながら平坦化する方法である。
【０００３】
そして、ＬＳＩの高集積化及び高性能化に伴い、ＣＭＰの本来の目的である平坦化についても高い精度が要求されている中で、ＣＭＰの特性は研磨剤によって大きく左右されることが判って来た。その一方で、ＣＭＰに際してのコスト低減や環境負荷低減の観点から、研磨剤を無駄なく有効に利用することが強く要請されている。
【０００４】
さて、ＣＭＰが実施される従来の研磨装置（ＣＭＰ装置）が図３に示される。図３は一般的に用いられている従来のロータリー方式の研磨装置の概略断面図であり、研磨定盤２１に貼り付けられた研磨パッド２２上に研磨剤が研磨剤供給配管２３で供給される。そして、研磨パッド２２上に供給された研磨剤は、リテーナリング２４を通過して研磨ヘッド２５で保持された基板２６の研磨面に供給される。このロータリー方式のＣＭＰ装置では、研磨剤は、直接、研磨面（基板２６と研磨パッド２２との間の基板面）に供給されるのでは無く、研磨パッド２２上に、一旦、供給され、基板２６の外周から内側に入り込み、基板２６の研磨面に到達する。従って、研磨剤は、常に、基板２６の外周端部に先に接触し、その後で遅れて中心部に到達するから、研磨される基板２６の外周部と基板２６の内周部との間では研磨特性に差が出来てしまう。すなわち、新しい研磨剤による研磨が行なわれる基板２６の外周部と、使い古されてしまった研磨剤による研磨が行なわれる基板２６の中心部とでは、その研磨特性に差が出来てしまうのは当然である。かつ、研磨パッド２２上に供給された研磨剤の多くは、基板２６の研磨面に入り込むこと無く、研磨に使用されずに排出されてしまう。
【０００５】
このような問題点を解決するものとして図４に示される如きの研磨装置（ＣＭＰ装置）が提案（特開２００５−２１７００２号公報）されている。この提案の技術は、全面に亘って上下方向の孔３０を研磨定盤３１に形成し、研磨定盤３１表面に貼り付けられた研磨パッド３２の表面に孔３０を介して研磨剤を供給しようとしたものである。従って、研磨ヘッド３５で保持された基板３６に対して略均一に研磨剤が供給され、基板３６の外周部にも中心部にも満遍なく新しい研磨剤が供給される。
【特許文献１】特開２００５−２１７００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
さて、特開２００５−２１７００２号公報では、基板３６と研磨定盤３１との大きさが同等に描かれている。
【０００７】
しかしながら、現実には、基板３６と研磨定盤３１との大きさは同等では無い。研磨定盤３１の方が基板３６より遥かに大きい。
【０００８】
従って、研磨定盤３１の全面に亘って孔３０が形成されていると、基板３６に対向しない孔３０も多数存在することになる。そうすると、研磨に用いられない研磨剤が研磨定盤３１上に供給されることになり、研磨剤が無駄になる。尚、特開２００５−２１７００２号公報にあっても、基板３６に対向しない位置の孔３０から研磨剤が供給されており、研磨剤が無駄になっている。
【０００９】
従って、本発明が解決しようとする課題は、研磨される基板の位置に寄らずに常に新しい研磨剤が供給され、基板の外周部でも中心部でも研磨特性に大差が無く、均一な研磨が行なわれるようにすると共に、研磨剤の無駄を少なくする研磨技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記の課題は、
研磨定盤と、
前記研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口が設けられた研磨剤供給機構と、
前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤の導出を防止する遮蔽材
とを具備することを特徴とする研磨装置によって解決される。
【００１１】
又、研磨定盤と、
前記研磨定盤に設けられた研磨剤を貯留する内部空間部と、
前記研磨定盤の表面全域に亘って独立して設けられた研磨剤導出口と、
前記研磨剤導出口に前記内部空間部から至る連通孔と、
前記研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドと、
前記研磨ヘッドが対向していない位置の連通孔に前記内部空間部内からの研磨剤の流入を阻止する遮蔽材
とを具備することを特徴とする研磨装置によって解決される。
【００１２】
又、上記の研磨装置を用いた基板の研磨方法であって、
研磨ヘッドで保持された基板に当接する研磨剤導出口のみから研磨剤が導出されて研磨が行なわれる
ことを特徴とする研磨方法によって解決される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、研磨される基板の外周部でも中心部でも新しい研磨剤が供給されるから、基板の外周部と中心部との間で研磨特性に大差が無く、均一な研磨が行なわれるようになる。かつ、研磨定盤上でも、基板が存しない位置の研磨定盤上には研磨剤が供給されないから、研磨剤の無駄が少なくなる。そして、排出される研磨剤が少なくなるから、環境汚染も引き起こし難くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の装置は研磨装置である。特に、ＣＭＰ装置である。そして、研磨定盤を有する。尚、好ましくは、研磨定盤には研磨剤を貯留する内部空間部を有する。又、研磨定盤の表面全域に亘って研磨剤導出口が設けられた研磨剤供給機構を有する。尚、好ましくは、研磨定盤の表面全域に亘って独立して設けられた研磨剤導出口を有し、この研磨剤導出口に前記内部空間部から至る連通孔を有する。又、研磨定盤に対向して設けられた研磨ヘッドを有する。そして、研磨定盤は研磨ヘッド（研磨ヘッドで保持された基板）に対して相対的に移動させられて研磨が行なわれるように構成されている。又、研磨ヘッドが対向していない位置の研磨剤導出口からの研磨剤の導出を防止する遮蔽材を有する。尚、好ましくは、研磨ヘッドが対向していない位置の連通孔に前記内部空間部内からの研磨剤の流入を阻止する遮蔽材を有する。又、好ましくは、研磨定盤が回転しても遮蔽材と研磨ヘッドとの相対位置が不変であるよう構成される。又、好ましくは、研磨定盤の内部空間部に研磨剤を外部から供給する研磨剤供給機構として研磨定盤の回転軸芯位置に対応して設けられた研磨剤供給管を有する。
【００１５】
本発明の方法は、上記研磨装置を用いた基板の研磨方法である。そして、研磨ヘッドで保持された基板に当接する研磨剤導出口のみから研磨剤が導出されて研磨が行なわれる。この研磨に際して、好ましくは、１．０ｐｓｉ以下の研磨圧力で研磨が行なわれる。
【００１６】
以下、更に詳しく説明する。
図１は、本発明になる研磨装置（ＣＭＰ装置）の概略図である。
【００１７】
１は研磨定盤、２は研磨定盤１に貼り付けられた研磨パッド、３は研磨定盤１（研磨パッド２）の主面に対向して所定の定位置に配置された研磨ヘッド、４はリテーナリング、５は研磨ヘッド３で保持された研磨される基板である。尚、研磨定盤１は回転軸１ａを中心にして回転するようになっており、又、研磨ヘッド３も回転軸３ａを中心にして回転するようになっている。但し、研磨ヘッド３で保持された基板５は、回転軸３ａを中心にして回転（自転）するものの、研磨ヘッド３は定位置に配置されたものであるから、回転軸１ａの回りでは回転（公転）しない。
【００１８】
６は、研磨定盤１の全面に亘って均一な割合で設けられた孔である。勿論、この垂直方向に設けられた多数の孔６は研磨パッド２の表面に至るまで開けられたものである。
【００１９】
７は研磨定盤１の内部に構成された空洞である。そして、空洞７内に研磨剤貯留室８が収納されている。この研磨剤貯留室８は、図１からも判る通り、研磨ヘッド３に対向した箇所（面）のみに開口部８ａが形成されており、その他の箇所は上面壁８ｂを有する構造である。９は、研磨定盤１の回転中心位置において研磨剤貯留室８を吊り下げる如くに設けられた配管である。尚、研磨定盤１が回転しても、研磨剤貯留室８は回転しないように構成されている。従って、回転する研磨定盤１に対して、研磨ヘッド３、研磨ヘッド３で保持された基板５、及び研磨剤貯留室８（開口部８ａや上面壁８ｂ）は定位置に存在する関係となっている。よって、研磨ヘッド３（基板５）に対向した位置に来た孔６ａは開口部８ａが常に位置している為、この孔６ａは塞がれず、研磨剤貯留室８内の研磨剤が孔６ａを介して常に研磨パッド２上に供給されるものの、研磨ヘッド３（基板５）が対向していない位置に在る孔６ｂは研磨剤貯留室８の上面壁８ｂによって常に塞がれ、孔６ｂからは研磨剤が研磨パッド２上に供給されないものとなるよう構成されたものになっている。つまり、研磨ヘッド３（基板５）に対応した位置に来た孔６ａからのみ研磨剤貯留室８内の研磨剤が供給されるようになっている。そして、研磨剤は配管９を介して研磨剤貯留室８内に供給されるようになっている。
【００２０】
尚、図１では、配管９は研磨剤貯留室８を吊り下げる如くに設けられたものであるが、研磨定盤１の下側から研磨剤貯留室８を支持する如くに設けられていても良い。そして、研磨剤貯留室８の重量が軽い場合には吊り下げタイプで問題ないものの、重い場合には下側から支持するタイプの方が好ましい。但し、上側から吊り下げるタイプの場合には、配管９を取り付ける際の障害が少ない。
【００２１】
又、上記実施形態では、研磨ヘッドを１個しか図示していない。しかしながら、これは、複数個設けられても良い。このような場合には、配設される研磨ヘッドに対応して研磨剤貯留室の上面壁に開口部が設けられる。そして、研磨剤貯留室は１個のみでも良いが、研磨ヘッドに応じた数の独立した研磨剤貯留室を空洞７内に収納しても良い。このような研磨ヘッドに応じた数の独立研磨剤貯留室が空洞７内に収納されている場合、ＣＭＰが行なわれない研磨ヘッドが存した場合には、それに対応する研磨剤貯留室に研磨剤を供給しなければ、研磨剤が無駄に供給されないから、好ましい。又、研磨内容に応じた研磨剤の使用が可能になる。
【００２２】
ＣＭＰ装置を上記の如くに構成させていると、研磨ヘッド３が存する位置、即ち、研磨ヘッド３で保持された基板５に対向する位置の孔６（６ａ）は塞がれてない。すなわち、研磨剤貯留室８の内部空間と孔６とは繋がっている。これに対して、基板５が存しない位置にあっては、孔６ｂは上面壁８ｂによって塞がれている。従って、配管９から研磨剤貯留室８内に供給されて来た研磨剤は、研磨ヘッド３で保持された基板５に対向する位置に来た孔６ａのみから供出され、基板５の研磨面にのみ供給されるようになる。すなわち、基板５の研磨面の全面に亘って均一に新しい研磨剤が孔６ａから供給されるので、基板５の中央部と周辺部との間で研磨特性に差が殆ど無く、均一なＣＭＰが実行されるようになる。しかも、研磨剤は基板５が無い箇所には放出されないから、研磨剤が無駄になる量は非常に少ない。又、配管９から孔６に研磨剤が直接に供給されるのでは無く、研磨剤は、一端、研磨剤貯留室８に供給され、ここで貯えられた後、孔６ａから導出されて行くので、研磨剤貯留室８がバッファ効果を奏し、配管９による供給時の脈動が緩和され、研磨剤が効率良く供給される。
【００２３】
以下、図１のＣＭＰ装置でＣＭＰを行なった具体的実施例を挙げて説明する。研磨される基板５は、Ｃｕ配線とＬｏｗ−ｋ膜とを有する直径が３００ｍｍのウエハである。研磨剤貯留室８の開口部８ａも直径が３００ｍｍの大きさである。研磨定盤１の回転角速度は１０〜３００ｒｐｍ、研磨ヘッド３の回転角速度は１０〜３００ｒｐｍ、研磨圧力は０．１〜１ｐｓｉの範囲内に設定された。このような条件で行なったのは、研磨圧力が高いと、表面の脆弱なＬｏｗ−ｋ膜が剥離する恐れが高くなったからである。逆に、低すぎると、研磨が効率良く行なわれ難くなったからである。従って、研磨圧力は5ｐｓｉ以下であることが好ましかった。より好ましくは２ｐｓｉ以下である。更には１ｐｓｉ以下が好ましかった。下限値は０．１ｐｓｉが好ましかった。尚、ＣＭＰの初期にあっては、研磨剤の供給量を多目にして研磨圧力を比較的高くして研磨を行い、研磨途中で研磨圧力を低くして行なうようにしても良い。尚、このようにすれば、研磨時間の短縮を図ることが出来た。そして、上記のようにしてＣＭＰが行なわれた結果、表面が平坦で、かつ、研磨不十分や過剰研磨と言った個所が殆ど無く、全面に亘って均質で優れたＣＭＰが行なわれたものであった。
【００２４】
図２は、本発明の他の実施形態になる研磨装置（ＣＭＰ装置）の概略図である。前記実施形態にあっては、空洞７内に研磨剤貯留室８が収納された入れ子タイプの構造であったが、必ずしも入れ子タイプの構造でなくても良い。すなわち、前記実施形態における研磨剤貯留室８の上面壁８ｂが存すればよいことから、本実施形態では、研磨ヘッド３に対向した箇所（面）に在る孔６ａのみが塞がれず、その他の箇所に在る孔６ｂが塞がれるものとなる遮蔽板（図１の上面壁８ｂに相当）１０が設けられたものである。そして、空洞７そのものが研磨剤貯留室として構成されている。このように構成させても、前記実施形態の場合と同等の特長が奏される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明になる研磨装置の概略図
【図２】本発明の他の実施形態になる研磨装置の概略図
【図３】従来のＣＭＰ装置の概略図
【図４】従来のＣＭＰ装置の概略図
【符号の説明】
【００２６】
１              研磨定盤
１ａ            回転軸
２              研磨パッド
３              研磨ヘッド
３ａ            回転軸
５              基板
６，６ａ，６ｂ  孔（連通孔）
７              空洞（内部空間部）
８              研磨剤貯留室（内部空間部）
８ａ            開口部
８ｂ            上面壁（遮蔽材）
９              配管（研磨剤供給管）
１０            遮蔽板（遮蔽材）
特許出願人  次世代半導体材料技術研究組合  
代  理  人      宇    高      克    己
【図１】
2009012124.tif 000003
【図２】
2009012124.tif 000004
【図３】
2009012124.tif 000005
【図４】
2009012124.tif 000006