(57)【要約】【課題】化学的機械研磨の研磨効率を向上させる。【解決手段】化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置は、研磨テーブル１２、ヘッド１１、スラリー供給部１６、機械的コンディショナ１４、及び化学的コンディショナ１５を有する。研磨テーブル１２上には、研磨パッド１３が保持されている。ヘッド１１の下面には、研磨対象物１７を保持するための保持機構が形成されている。スラリー供給部１６は、研磨パッド１３の表面にスラリー１８を滴下する。機械的コンディショナ１４は研磨パッドの目立てを行うために設けられている。化学的コンディショナ１５は、アーム部３１と、親水性材料を貯蔵する貯蔵部３３と、親水性材料を研磨パッドに供給するノズル３２とを有する。化学的コンディショナ１５は、研磨パッド１３に親水性材料を塗布するために設けられ、研磨パッド１３に親水性材料の膜を形成し、研磨パッド１３のスラリー１８に対する濡れ性を向上させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨対象物を研磨する研磨パッドと、前記研磨パッドの表面の目立てを行う機械的コンディショナとを有する化学的機械研磨装置において、
前記研磨パッドの表面に親水性材料を塗布する化学的コンディショナをさらに有することを特徴とする、化学的機械研磨装置。
【請求項２】
前記化学的コンディショナは、前記研磨対象物の研磨中に、前記研磨パッドの表面に前記親水性材料を塗布することを特徴とする、請求項１に記載の化学的機械研磨装置。
【請求項３】
前記化学的コンディショナは、前記研磨パッドと対向して設置された前記親水性材料が流出する流出面を有し、
前記流出面は、前記親水性材料の塗布中に回転することを特徴とする請求項１または２に記載の化学的機械研磨装置。
【請求項４】
前記化学的コンディショナは揺動可能に支持されており、
前記親水性材料の塗布中に揺動することを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の化学的機械研磨装置。
【請求項５】
前記親水性材料が酸化チタンであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の化学的機械研磨装置。
【請求項６】
研磨対象物を研磨パッドに対して保持する保持工程と、
前記研磨対象物を研磨パッドによって研磨する研磨工程と、
前記研磨パッドの表面の目立てを行い、前記研磨パッドにスラリーを滴下する機械的コンディショニング工程と、
前記研磨パッドの表面に親水性材料を塗布する化学的コンディショニング工程と、を有する化学的機械研磨方法。
【請求項７】
少なくとも前記機械的コンディショニング工程と前記化学的コンディショニング工程とを同時に実施することを特徴とする、請求項６に記載の化学的機械研磨方法。
【請求項８】
前記研磨工程と、前記機械的コンディショニング工程と、前記化学的コンディショニング工程とを同時に実施することを特徴とする、請求項６に記載の化学的機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハの表面を化学的機械研磨する化学的機械研磨装置、及び化学的機械研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
化学的機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）装置は、例えば半導体ウエハのような研磨対象物の表面を研磨して、平坦化する装置である。
【０００３】
図５（ａ）は従来の一般的なＣＭＰ装置の模式的上面図であり、図５（ｂ）は一般的なＣＭＰ装置の模式的側面図である。従来の一般的なＣＭＰ装置は、研磨テーブル５２、ヘッド５１、スラリー供給部５６、及び機械的コンディショナ５４を有する。
【０００４】
研磨テーブル５２は円盤形状であり、研磨テーブル５２上には研磨パッド５３が保持されている。研磨テーブル５２は、研磨テーブル５２の盤面に垂直な軸を中心に回転する。
【０００５】
ヘッド５１は研磨パッド５３と対向して設置されており、ヘッド５１と研磨パッド５３の対向面には、例えばウエハなどの研磨対象物５７が保持される。ヘッド５１は回転及び揺動すると伴に、研磨対象物５７を研磨パッド５３に押し付けることで、研磨対象物５７を研磨する。
【０００６】
スラリー供給部５６は、研磨パッド５３に研磨剤であるスラリー５８を滴下する。このスラリー５８中のスラリー粒子６１によって、研磨パッド５３が研磨される。
【０００７】
機械的コンディショナ５４は、研磨パッド５３の目立てを行い、研磨パッド５３のスラリー５８との濡れ性を向上させる。スラリー粒子６１は、目立てによって研磨パッド５３の表面に形成された凹部に保持される。
【０００８】
図６（ａ）は、目立てが十分に行われた研磨パッド５３の、研磨パッド５３の表面に垂直な面における断面図である。目立てが十分に行われた研磨パッドの表面６４には、多数の凹部６２が形成されている。これらの凹部６２にスラリー粒子６１が保持される。これにより、安定的に研磨対象物５７を研磨する。
【０００９】
このように、従来の一般的な化学的機械研磨装置は、研磨パッドの表面６４にスラリー粒子６１をほぼ均一に保持させるために、研磨パッド５３の目立てを行っている。
【００１０】
しかし何らかの理由で目立てが不十分な場合、図６（ｂ）に示すように、研磨パッドの表面６４に形成される凹部６２の数が減少する。このように目立てが不十分な場合、研磨パッドの表面６４に保持されるスラリー粒子６１が減少し、研磨が不安定となるという課題があった。
【００１１】
上記問題点を解決するために、特許文献１には、酸化作用を有する薬液や界面活性剤を用いて研磨パッド表面を親水化させることが記載されている。具体的には、研磨対象物の研磨前にＣＭＰ立ち上げ処理として、酸化作用を有する薬液や界面活性剤を用いて研磨パッドを親水化する。次に、薬液や界面活性剤を除去するためにリンスした後、研磨パッドをＣＭＰ装置へ装着する。その後、研磨パッドのドレッシングを行い、ダミーウエハをＣＭＰした後、再び研磨パッドのドレッシングを行う。
【００１２】
上記のように、特許文献１に記載の化学的機械研磨（ＣＭＰ）方法は、酸化作用を有する薬液や界面活性剤によって研磨パッドの表面を親水化させることで、スラリーとの濡れ性を向上させている。
【特許文献１】特開２０００−１７３９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
特許文献１に記載のＣＭＰ方法では、研磨パッドの表面から酸化作用を有する薬液や界面活性剤を除去するために、リンスを行う必要がある。そのため化学的機械研磨の工程が増加し、研磨効率が低減される。
【００１４】
また特許文献１に記載のＣＭＰ方法では、研磨パッドの親水化後に、ダミーウエハの研磨を実施しているため、研磨効率が低下するという課題がある。
【００１５】
本発明の目的は上記背景技術の課題に鑑み、研磨効率を向上させられる化学的機械研磨装置、及び化学的機械研磨方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の化学的機械研磨装置は、研磨対象物を研磨する研磨パッドと、研磨パッドの表面の目立てを行う機械的コンディショナとを有する。化学的機械研磨装置は、研磨パッドの表面に親水性材料を塗布する化学的コンディショナをさらに有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の化学的機械研磨方法は、研磨対象物を研磨パッドに対して保持する保持工程と、研磨対象物を研磨パッドによって研磨する研磨工程と、研磨パッドの表面の目立てを行い、研磨パッドにスラリーを滴下する機械的コンディショニング工程と、研磨パッドの表面に親水性材料を塗布する化学的コンディショニング工程と、を有する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、研磨効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係わる化学的機械研磨（ＣＭＰ）装置の模式的上面図である。また図１（ｂ）は、ＣＭＰ装置の模式的側面図である。
【００２０】
本実施形態のＣＭＰ装置は、研磨テーブル１２、ヘッド１１、スラリー供給部１６、機械的コンディショナ１４、及び化学的コンディショナ１５を有する。
【００２１】
研磨テーブル１２は円盤形状であり、盤面に垂直な軸を中心として回転可能な構造を有している。例えばウエハのような研磨対象物１７の研磨時に、研磨テーブル１２は回転する。研磨テーブル１２上には、研磨パッド１３が保持されている。研磨パッド１３は、研磨対象物１７を研磨するために用いられる。
【００２２】
ヘッド１１は円盤形状であり、ヘッド１１の下面を研磨パッド１３と対向させて設置されている。ヘッド１１の下面には、研磨対象物１７を保持するための保持機構（不図示）が形成されている。研磨対象物１７の保持方法としては、一例として、研磨対象物１７とヘッド１１との間を減圧して吸着させる方法が挙げられる。
【００２３】
ヘッド１１は、ヘッド１１の盤面に垂直な軸を中心として回転可能な機構を有している。研磨対象物１７を研磨する際、ヘッド１１が回転すると伴に、ヘッド１１の下面に保持された研磨対象物１７を研磨パッド１３に押し付ける。
【００２４】
スラリー供給部１６は研磨パッド１３の上方に設けられており、研磨パッド１３の表面に研磨剤であるスラリー１８を滴下する。スラリーは任意の公知の材料を使用することができる。
【００２５】
スラリー１８は、研磨パッド１３の中央部付近に滴下することが好ましい。これは、研磨テーブル１２の回転で生じる遠心力によって、スラリー１８が研磨パッド１３の周辺部まで行き渡るからである。
【００２６】
図２（ａ）は機械的コンディショナ１４の模式的側面図であり、図２（ｂ）は機械的コンディショナ１４の模式的下面図である。機械的コンディショナ１４はアーム部２１と台座部２２とを有し、研磨パッドの目立てを行うために設けられている。アーム部２１は、その一端側に台座部２２を支持しており、他端側を中心として揺動可能となっている。
【００２７】
台座部２２は円盤形状であり、その盤面を研磨パッド１３に対向して配置されている。研磨パッド１３に対向した盤面には、砥粒電着部２３として砥粒が電着されている（図２（ｂ）参照。）。砥粒は、結晶の形状が整ったダイヤモンドを用いることができる。また台座部２２は、その盤面に垂直な軸を中心として回転可能な構造を有している。
【００２８】
研磨パッド１３の目立てを行う際、台座部２２は研磨パッド１３に押し当てられると伴に回転する。これに伴い、アーム部２１が揺動することで、研磨パッド１３の目立てを行う。
【００２９】
図３（ａ）は化学的コンディショナ１５の模式的側面図であり、図３（ｂ）は化学的コンディショナ１５の模式的下面図である。化学的コンディショナ１５は、アーム部３１と、親水性材料を貯蔵する貯蔵部３３と、当該親水性材料を研磨パッドに供給するノズル３２とを有する。化学的コンディショナ１５は、研磨パッド１３に親水性材料を塗布するために設けられる。
【００３０】
アーム部３１の一端はノズル３２を支持しており、アーム部３１の他端は貯蔵部３３と連結されている。アーム部３１の内部には流路３４が形成されており、貯蔵部３３内の親水性材料をノズル３２へ流動させることができる。アーム部３１は、貯蔵部３３と連結された端部を中心に揺動可能となっており、アーム部３１の一端に支持されたノズル３２を揺動させることができる。
【００３１】
ノズル３２は親水性材料が流出する流出面であり、当該流出面は研磨パッドに対向して配置されている。ノズル３２の流出面には、親水性材料が流出する流出口３５が複数形成されている。流出口３５は、アーム部３１に形成された流路３４と連結しており、親水性材料を流出する。研磨パッド１３に親水性材料を塗布することができれば、流出口３５の数はいくつであっても良い。
【００３２】
貯蔵部３３に貯蔵されている親水性材料は、アーム部３１に形成された流路３４を通り、ノズル３２の流出口３５から流出する。このようにして親水性材料を研磨パッド１３に塗布し、研磨パッド１３の表面に親水性材料の膜を形成することができる。
【００３３】
またノズル３２は、アーム部３１との連結部において、回転可能に支持されている。親水性材料を塗布する際、アーム部３１が揺動すると伴に、ノズル３２が回転する。これにより研磨パッド１３の表面に、一様な親水性材料の膜を形成することができる。
【００３４】
親水性材料としては、例えば酸化チタンを用いることができる。酸化チタンの親水性は極めて高いため、酸化チタンを研磨パッド１３の表面に塗布することで、スラリー１８との濡れ性を大幅に向上させることができる。
【００３５】
このように化学的コンディショナ１５は、研磨パッド１３に親水性材料の膜を形成し、研磨パッド１３のスラリー１８に対する濡れ性を向上させる。これにより、安定した化学的機械研磨が可能となり、研磨効率が向上する。
【００３６】
また研磨パッド１３を親水化させるために酸性の薬液や界面活性剤を使用しないため、研磨パッド１３の親水化後にリンスを行う必要がない。したがって化学的機械研磨の工程が簡略化される。
【００３７】
さらにリンスやダミーウエハの研磨が不必要であることから、研磨対象物１７の研磨中、及び研磨パッド１３の目立て中に、親水性材料を研磨パッドに塗布することが可能である。つまり、研磨対象物１７の研磨、研磨パッド１３の目立て、及び研磨パッド１３への親水性材料の膜の形成を同時に実施することができ、研磨効率の向上を図ることが可能となる。
【００３８】
本実施形態のＣＭＰ装置では、上述のヘッド１１、機械的コンディショナ１４、及び化学的コンディショナは１５、それぞれ研磨パッド１３の上方に、互いの処理を干渉しないように設置されている。
【００３９】
次に、本発明の一実施形態に係る化学的機械研磨（ＣＭＰ）方法について説明する。ＣＭＰ方法は、保持工程と、研磨工程と、機械的コンディショニング工程と、化学的コンディショニング工程とを有する。
【００４０】
保持工程は、上述の化学的機械研磨装置が有するヘッド１１に、研磨対象物１７を研磨パッド１３に対向させて保持する。そして、研磨テーブル１２を回転させる。
【００４１】
研磨工程は、ヘッド１１に保持された研磨対象物１７を、研磨パッド１３に押し付けると伴に、ヘッド１１を揺動、及び回転させる。
【００４２】
機械的コンディショニング工程は、研磨パッド１３の目立てを行い、研磨パッド１３にスラリーを滴下する。具体的には、機械的コンディショナ１４を研磨パッド１３に押し付けて、アーム部２１を揺動させると伴に、台座部２２を回転させる。これにより、台座部２２に電着された砥粒が研磨パッド１３の表面を削り、表面に凹部を形成する。さらに研磨パッド１３の表面に、スラリー供給部１６からスラリー１８を滴下する。
【００４３】
化学的コンディショニング工程は、研磨パッド１３に酸化チタンなどの親水性材料を塗布する。具体的には、化学的コンディショナ１５のアーム部３１を揺動させると伴に、ノズル３２を回転させる。このようにして、研磨パッド１３の表面に酸化チタンなどの親水性材料を塗布し、研磨パッド１３の表面に親水性材料の一様な膜を形成する。
【００４４】
図４は、研磨パッド１３の表面に酸化チタン膜が形成された状態の研磨パッド１３であって、研磨パッド１３に垂直な面における模式的断面図である。酸化チタン膜４３の親水性は高いため、図４に示すように、研磨パッドの表面４４にはスラリー１８中のスラリー粒子４１が多数保持される。たとえ目立てが不十分であり、研磨パッドの表面４４に形成される凹部４２が少なくても、多数のスラリー粒子４１を保持できる。
【００４５】
このように、親水性材料を塗布し、研磨パッド１３のスラリー１８との濡れ性を向上させることができる。これにより、研磨対象物１７を安定的に研磨し、研磨効率を向上させることができる。
【００４６】
本実施形態の化学的機械研磨方法では、研磨パッドの親水化のために酸性の薬液を使用しない。したがって、研磨パッドの親水化後にリンスが不必要となる。さらに従来のようなダミーウエハの研磨が不必要なため、研磨効率が向上する。
【００４７】
さらにリンスやダミーウエハの研磨が不必要であるため、研磨工程と化学的コンディショニング工程と機械的コンディショニング工程とを同時に実施することも可能となる。これらの工程を同時に実施することで、研磨効率、及び生産効率はさらに向上する。
【００４８】
また、化学的コンディショニング工程は、少なくとも機械的コンディショニング工程と同時に実施することで、研磨効率を向上させることができる。
【００４９】
以上、本発明の望ましい実施形態について提示し、詳細に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱しない限り、さまざまな変更及び修正が可能であることを理解されたい。
【００５０】
例えば本発明を実施することができれば、研磨テーブル１２、ヘッド１１、機械的コンディショナ１４、化学的コンディショナ１５などの形状はどのようなものであっても良い。化学的コンディショナ１５は、研磨パッド１３の表面に親水性材料の膜を形成することができれば、どのような形態であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は本発明の一実施形態に係る化学的機械研磨装置の模式的上面図であり、（ｂ）化学的機械研磨装置の模式的側面図である。
【図２】（ａ）は機械的コンディショナの模式的側面図であり、（ｂ）は機械的コンディショナの模式的下面図である。
【図３】（ａ）は化学的コンディショナの模式的断面図であり、（ｂ）は化学的コンディショナの模式的下面図である。
【図４】酸化チタン膜が施された研磨パッドの表面に保持されるスラリー粒子の様子を示す図。
【図５】（ａ）は従来の化学的機械研磨装置の模式的上面図であり、（ｂ）は従来の化学的機械研磨装置の模式的側面図である。
【図６】（ａ）は目立てが十分な研磨パッドの表面に保持されるスラリー粒子の様子を示す図であり、（ｂ）は目立てが不十分な研磨パッドの表面に保持されるスラリー粒子の様子を示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１、５１    ヘッド
１２、５２    研磨テーブル
１３、５３    研磨布パッド
１４、５４    機械的コンディショナ
１５    化学的コンディショナ
１６、５６    スラリー供給部
１７、５７    研磨対象物
１８、５８    スラリー
２１、３１    アーム部
２２    台座部
２３    砥粒電着部
３２    ノズル
３３    貯蔵部
３４    流路
３５    流出口
４１、６１    スラリー粒子
４２、６２    凹部
４３    酸化チタン膜
４４、６４    研磨パッドの表面
【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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【図６】
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