(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
研磨定盤上に貼着された研磨布をドレッサにより磨耗するドレッシング方法であって、
前記研磨定盤を第一の回転速度で回転させ、
前記ドレッサを第二の回転速度で回転させ、
前記ドレッサを前記研磨定盤の中心から外周までの範囲内で半径方向に揺動動作させ、
前記研磨布の外周付近における前記ドレッサの揺動動作の速度を前記研磨布の中心付近における前記ドレッサの揺動動作の速度よりも速くすることを特徴とする研磨布のドレッシング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路の多層配線工程や素子分離工程の平坦化に用いられる化学的機械研磨装置における研磨布のドレッシング方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体集積回路の微細化・高集積化のために、製造工程で発生した段差を平坦化するための技術として化学的機械研磨が注目されている。同時に、その主要動作である研磨布のドレッシングも注目されている。
【０００３】
以下に従来の研磨布のドレッシング方法について説明する。
図５は従来の研磨布のドレッシング方法を示したものである。研磨定盤１には研磨布２が取り付けられる。研磨布２上に、ドレッサ３を加圧して下ろす。ドレッサ３の表面にはダイヤモンドが電着されており、研磨定盤１とドレッサ３を回転させると研磨布表面はダイヤモンドによって荒らされ、研磨布表面がドレッシングされることになる。ドレッサはドレッシング中に揺動動作も行なう。ここで揺動とは、ドレッサの回転運動とは別に、ドレッサが研磨布全面をドレッシングするために、研磨布上で横方向の動作をすることである。
【０００４】
ドレッシングにより、次段の研磨工程で研磨布表面は研磨剤中に含まれる研磨砥粒を保持しやすくなり、高い研磨速度を得ることができる。ただ、ドレッシングとは研磨布表面をダイヤモンドで荒らすことなので、ドレッシングの回数を重ねるにつれ、研磨布表面は徐々に摩耗していく。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の研磨布のドレッシング方法では、研磨布面内を均一に摩耗させるという考慮が成されていない。この考慮なしに決められたドレッシング条件下で研磨布をドレッシングした場合について説明する。図６は、表面が格子状に溝加工された研磨布の一例を示している。この研磨布から点線で囲ったサンプル８を取り出す。図６の下半分には、サンプル８のドレッシング前後の断面比較を示している。研磨布２の表面にある溝７には、大きく二つの役割がある。一つは、研磨中に研磨される基板表面に、研磨剤中の砥粒を十分に供給して、高い研磨速度と良い面内均一性を得るという役割である。もう一つの役割は、基板の研磨布への密着を防止し、搬送信頼性を向上させるという役割である。このように、研磨布表面にある溝は、研磨工程において重要な役割を果たしていることがわかる。
【０００６】
前述したように、ドレッシングにより研磨布表面は摩耗し、表面の溝が消失した時点で研磨布寿命となる。研磨布の寿命は、可能な限り長い方が望ましい。しかし、研磨布面内が均一に摩耗されないドレッシング条件下でドレッシングすると、図６の下に示したように、研磨布の外周付近が中心付近よりも大きく削れてしまう。この状況の実験結果を図７に示す。縦軸は研磨布の厚さ、横軸は研磨布中心からの距離である。図中には、破線で研磨布表面の溝の深さを示している。本結果より、研磨布中心付近ではまだ表面の溝が残存しているにも関わらず、外周付近で表面の溝が消失していることがわかる。研磨布面内のごく一部でも表面の溝が消失した時点で、研磨布寿命である。図７の結果は、研磨布を有効に使用できていないことを示している。もし、研磨布面内を均一に摩耗させるドレッシング方法があれば、研磨布寿命を最大限まで延長させることが可能となる。
【０００７】
さらに、図７のように面内で偏った研磨布摩耗の場合だと、研磨中に基板に供給される研磨剤も基板面内で不均一になり、研磨速度の面内均一性も悪化することが懸念される。以上より、ドレッシングにより研磨布面内を均一に摩耗させることは必要不可欠である。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ドレッシングにより研磨布面内を均一に摩耗させることができる研磨布のドレッシング方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の研磨布のドレッシング方法は、回転機構を有し研磨布が取り付けられた研磨定盤と、回転機構を有するドレッサを有する研磨装置を用い、前記研磨定盤を第一の回転速度で回転させ、前記ドレッサを第二の回転速度で回転させ、前記第一の回転速度と前記第二の回転速度との比は、両者の比を互いに素である自然数ｍ，ｎの比で表わしたときに、上記自然数ｍ，ｎの最小公倍数が１０以上であるように調整され、上記ドレッサは研磨定盤の中心から外周までの範囲内で単振動動作をし、前記単振動動作の中心は単振動動作の開始位置に一致していることを特徴とする。
【００１０】
この構成によって、ドレッシングにより研磨布面内を均一に摩耗させることができる研磨布のドレッシング方法を実現することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下本発明の第一の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１２】
図１は本発明の第一の実施形態における研磨布のドレッシング方法を示すものである。
【００１３】
本実施形態の研磨布のドレッシング方法は、研磨定盤回転数やドレッサ回転数やドレッサ揺動というドレッシング条件を調整することにより、ドレッシングにより研磨布面内を均一に摩耗させることができることが特徴である。
【００１４】
以上のように構成された研磨布のドレッシング方法について、以下その詳細を説明する。
【００１５】
まず、化学的機械研磨装置の装置構成について説明する。直径６００ｍｍの研磨定盤１０１の上に同じ直径の研磨布１０２を貼り付ける。ドレッサ１０３の直径は２５０ｍｍである。
【００１６】
次に、研磨布のドレッシング方法について説明する。定盤中心を原点（０ｍｍ，０ｍｍ）としたときにできるｘｙ直角座標を考える。ドレッサの揺動開始位置を点Ｃ（０ｍｍ，−１８０ｍｍ）とする。研磨定盤を第一の回転速度で、ドレッサを第二の回転速度でそれぞれ回転させる。このとき、第一の回転数と第二の回転数の比が互いに素である二つの数で表わされ、かつその最小公倍数が１０以上であることが必要である。例えば、その二つの数を６１と１３とすれば、最小公倍数が７９３となり、上記条件を満足する。さらにドレッサを、研磨定盤の中心から外周までの範囲内で、単振動による揺動動作をさせる。揺動開始位置と揺動中心位置は一致させる。具体的には、上記点Ｃを揺動中心として、ｙ軸方向に±８ｍｍ単振動させる。
【００１７】
以上のドレッシング条件下では、ドレッサ上の一つのダイヤモンドは、研磨布上の多くの領域でまんべんなく接する状態を実現できる。すなわち、研磨布の面内を均一にドレッシングできると考えられる。
【００１８】
図２に、上記研磨布面内を均一に摩耗させることができると考えられるドレッシング条件を設定するために用いた数値計算の説明図を示す。数値解析法について説明する。ドレッシング中にドレッサ上の一つのダイヤモンドが研磨布上のある一点を通過する場合を考える。ダイヤモンドによる研磨布の摩耗量が前記通過点での相対速度に比例すると考える。従来より、研磨による被研磨物の摩耗量は、荷重と相対速度に比例するということが知られている。本数値計算法における被研磨物は研磨布であり、ドレッシングによる研磨布の摩耗がドレッサ荷重と相対速度に比例すると考えるのは妥当である。今回、荷重を一定と考えるため、ドレッシングによる研磨布の摩耗量が相対速度に比例すると考える。
【００１９】
ある一定時間おきに、例えば０．１秒おきに、ドレッサ上の一つのダイヤモンドがドレッシング中に通過する研磨布上の座標点を抽出する。それら抽出された各座標点を研磨布中心からの距離に換算し、さらに各点での相対速度に対応させる。これらの相対速度値を研磨布中心からの距離の関数としてグラフ化すると、ドレッシング後の研磨布の摩耗量分布を予想することができる。
【００２０】
図３に、本数値計算により予想されたドレッシング条件下で得られた研磨布摩耗量分布の実験結果を示す。図７と異なり、研磨布面内で均一な摩耗量分布を実現できている。
【００２１】
以上のように本実施形態によれば、ドレッシング中にドレッサ上の一つのダイヤモンドが研磨布上を通過する際の相対速度に基づく数値計算によって設定されたドレッシング条件により、研磨布面内を均一に摩耗させることができる研磨布のドレッシング方法を得ることができる。
【００２２】
なお、本実施形態では定盤およびドレッサの回転方向を反時計周りとしたが、時計周りでも良いことは言うまでもない。
【００２３】
（実施形態２）
以下本発明の第二の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図４は本発明の第二の実施形態における研磨布のドレッシング方法を示すものである。
【００２５】
本実施形態の研磨布のドレッシング方法は、研磨布を全面にわたってドレッシングするためのドレッサの横方向の動作、すなわち揺動動作の速度を、研磨布中心付近では遅く、研磨布端付近では速くすることにより、研磨布面内を均一に摩耗させることができることが特徴である。
【００２６】
以上のように構成された研磨布のドレッシング方法について、以下その詳細を説明する。
【００２７】
まず、化学的機械研磨装置の装置構成について説明する。直径６００ｍｍの研磨定盤１０１の上に同じ直径の研磨布１０２を貼り付ける。ドレッサ１０３の直径は２５０ｍｍとする。ドレッサの上部には、揺動速度調整装置１１１が取り付けられ、ドレッサの位置により揺動速度を調整することができる。
【００２８】
次に、研磨布のドレッシング方法について説明する。研磨定盤とドレッサを同一方向、例えば反時計方向に回転させ、同時にドレッサを横方向にも揺動させ、研磨布全面をドレッシングできるようにする。実施形態１で示したように、ドレッシングによる研磨布の摩耗量は相対速度の大きさに比例する。相対速度の大きさは、定盤中心からの距離すなわち回転半径と回転数に比例する。従って、同一回転数、同一揺動速度でドレッシングを行なった場合、回転半径の大きい研磨布外周部の方が、回転半径の小さい研磨布中心部に比べ多く研磨布が摩耗することになる。すると、研磨布面内で摩耗量の偏りが発生してしまう。
【００２９】
そこで、ドレッサ揺動速度調整装置１１１を利用したドレッシング方法を提案する。まず、ドレッサ揺動速度調整装置はドレッサの位置確認を行なう。もしドレッサが研磨布の外周付近にあるならば、研磨布摩耗を抑制するために揺動速度を速めて、外周部からドレッサを移動させるようにする。他方、もしドレッサが研磨布の中心付近にあるならば、研磨布摩耗を促進するために揺動速度を遅くして、中心部にドレッサが長く停滞するようにする。この動作全体を最適化すれば、研磨布面内を均一に摩耗させることができる。
【００３０】
以上のように本実施形態によれば、ドレッサ揺動動作の速度を、研磨布中心付近では遅く、研磨布端付近では速くすることにより、研磨布面内を均一に摩耗させることができる研磨布のドレッシング方法を得ることができる。
【００３１】
なお、本実施形態では定盤およびドレッサの回転方向を反時計回りとしたが、時計回りでも良いことは言うまでもない。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ドレッシングにより研磨布面内を均一に摩耗させることができる研磨布のドレッシング方法を実現できるものである。
【００３３】
発明の効果は、以下に示すものが挙げられる。
（１）研磨布寿命の延長
研磨布が面内均一に摩耗していくため、研磨布全面を最大限有効に活用できる。特に、表面に溝加工されている研磨布については本発明は有効である。従って、研磨布の寿命を従来に比べて延長できる。寿命延長により、装置メンテナンス周期の延長になり、装置稼働率向上が期待できる。また、研磨布による工程コストの低減も期待できる。
（２）研磨速度の面内均一性の向上
研磨布が面内均一に摩耗していくため、ドレッシング後の研磨布表面の溝の残存程度も面内で均一である。従って、研磨布面内で、均一に研磨剤が研磨される基板表面へ供給されるために、研磨速度の面内均一性の向上が期待できる。
（３）ドレッササイズ依存性の削除
従来、ドレッサ揺動速度が研磨布面内で調整不能であったため、小さい径のドレッサでは大きい径のドレッサに比べ揺動幅を大きくとらねばならず、制御が困難であった。しかし、本発明により、ドレッサ揺動速度が研磨布面内で調整できるため、ドレッサ径のサイズによらず研磨布摩耗量分布が均一になるようにできる。従って、従来使用が困難であった小さい径のドレッサを使用しても、研磨布面内で均一な摩耗量分布を得られることが期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態における研磨布のドレッシング方法の説明図
【図２】本発明の第一の実施形態における数値計算方法の説明図
【図３】本発明の第一の実施形態における研磨布摩耗量分布の実験結果を示す図
【図４】本発明の第二の実施形態における研磨布のドレッシング方法の説明図
【図５】従来の実施形態における研磨布のドレッシング方法の説明図
【図６】従来の実施形態における研磨布摩耗量分布の様子を示す説明図
【図７】従来の実施形態における研磨布摩耗量分布の実験結果を示す図
【符号の説明】
１  研磨定盤
２  研磨布
３  ドレッサ
４  研磨定盤の回転運動
５  ドレッサの回転運動
６  ドレッサの揺動運動
７  研磨布表面の溝
８  サンプル
９  ドレス前のサンプルの断面
１０  ドレス後のサンプルの断面
１０１  研磨定盤
１０２  研磨布
１０３  ドレッサ
１０４  研磨定盤回転数
１０５  ドレッサ回転数
１０６  ドレッサ原点位置
１０７  ドレッサ揺動中心
１０８  ドレッサ揺動幅
１０９  相対速度ベクトル
１１０  ドレッサ揺動運動
１１１  ドレッサ揺動速度調整装置
【図１】
0003788035.tif 000002
【図２】
0003788035.tif 000003
【図３】
0003788035.tif 000004
【図４】
0003788035.tif 000005
【図５】
0003788035.tif 000006
【図６】
0003788035.tif 000007
【図７】
0003788035.tif 000008