JPH11267961A - 研磨パッド、研磨装置および研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】研磨スラリの使用量削減によるプロセスコスト
の削減、ウェーハ表面の研磨品質の向上を同時に実現す
ることが可能な化学的機械研磨用の研磨パッド、およ
び、これを用いた研磨装置、研磨方法を提供する。 【解決手段】化学的機械研磨法による研磨処理に用いる
研磨パッドであって、研磨パッドには所定の幅の溝２１
が形成されており、前記溝内に溝の延伸方向に液体が流
れるときの抵抗を上げる少なくとも１つの抵抗体３１が
形成されている構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
工程において化学的機械研磨（ＣＭＰ；ChemicalMechan
ical Polishing ）法により層間絶縁膜の平坦化処理な
どを行う時に用いる研磨パッドおよびこの研磨パッドを
用いた研磨装置、研磨方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の半導体集積回路の微細化および高
集積化は３年で次世代へ進み、デザインルールは前世代
の７割の縮小化が行われ、縮小化に伴い半導体装置の高
速化も実現してきた。半導体装置を微細に加工するため
に、例えばトランジスタのゲート電極のゲート幅やＤＲ
ＡＭなどでのキャパシタの占有面積を狭め、配線部も同
様に、多層配線構造とするなど、微細に加工することが
必要になってきており、さらにコンタクトホールなども
同様に微細な開口径のものを形成することが重要になっ
てきている。トランジスタやキャパシタなどのデバイス
が複雑な構造になって立体化するに伴い、層間絶縁膜は
厚膜化してきている。

【０００３】上記の微細化は、半導体装置の製造工程に
おける微細加工技術の進歩、特に、光を利用して回路パ
ターンをウェーハ面上に塗布された感光性有機膜（フォ
トレジスト）に転写する技術であるリソグラフィー工程
における高解像力化により達成されてきた。具体的に
は、リソグラフィー工程に用いられる光源が短波長化さ
れ、例えば、１．０〜０．５μｍルールの半導体集積回
路のパターン転写には、ｇ線（４３６ｎｍ）あるいはｉ
線（３６５ｎｍ）が用いられており、０．３５μｍルー
ルのパターン転写には、主にｉ線が用いられている。ま
た、０．２５μｍルール以降の半導体集積回路の製造の
ために、ＫｒＦエキシマレーザ（２４８．８ｎｍ）ある
いはＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）を用いて露光
する技術が開発されている。

【０００４】上記のように、リソグラフィー工程におけ
る解像度の向上は、一方でリソグラフィー工程における
露光の焦点深度（ＤＯＦ；Depth Of Focus）の低下をも
たらしている。この改善はレジストの性能改善に待たな
ければならないが、このレジスト性能の改善より微細化
要求の方が先行しているのが現状である。そこで、リソ
グラフィー工程を行うときのデバイス構造の高低差をで
きるだけ低減することでこの焦点深度の不足を補い、微
細なパターンを焦点ずれを引き起こさず確実に解像させ
る方法が検討されている。

【０００５】そこで、デバイス構造の高低差を平坦化す
る方法として、最近では、シリコンウェーハの鏡面加工
を応用した化学的機械研磨方法が採用されている。図１
は、この化学的機械研磨を行うための、従来の化学的機
械研磨装置を示す概略図である。この装置は、回転する
研磨プレート回転軸１に支承され表面に研磨パッド２が
接着された研磨プレート３と、ダイア１０２などを金属
板に電着形成した、研磨パッド２の表面を目立てするた
めのドレッサ１０１と、層間絶縁膜などの被研磨層が形
成された被処理基板４（以下、ウェーハと称する）をウ
ェーハバッキングフィルム１４により保持するキャリア
５と、研磨スラリ１０を研磨パッド２上に供給する研磨
スラリ供給ノズル６を有する研磨スラリ供給装置７とか
ら概ね構成されている。

【０００６】そして、研磨パッド２をドレッサ１０１に
よりドレッシング（研削）した後に、研磨プレート回転
軸１およびキャリア回転軸８を回転させ、研磨スラリ供
給ノズル６から研磨パッド２の中央部に研磨スラリ１０
を供給しながら、研磨圧力調整機構９によりウェーハ４
を研磨パッド２上に押圧させてウェーハ４の研磨を行う
ものである。

【０００７】ところで、上記のような化学的機械研磨方
法では、ウェーハの絶縁膜などの被研磨層にマイクロス
クラッチが生じること、および、研磨レートのばらつき
や研磨量のウェーハ面内でのバラツキが大きいことが問
題となっている。

【０００８】マイクロスクラッチの発生を抑制するため
には、研磨パッド２のドレッシング時に発生する研磨パ
ッド２の削りクズやドレッサーのダイア、層間膜、ウェ
ーハの破片クズや研磨済みの研磨スラリなど（以降、こ
れらを総称して不純物とも表記する）を研磨パッド２外
へ排出する必要がある。

【０００９】そこで、上記した従来の化学的機械研磨装
置においては、研磨作業中に研磨スラリを研磨パッド２
の中央部に間断なく十分に流し出し、不純物をこの研磨
スラリにより研磨パッド２外へ除去あるいは押し流すと
いう対策をとっている。

【００１０】研磨レートのばらつきや研磨量のウェーハ
面内でのばらつきを低減するために、次のようにして対
応する必要がある。化学的機械研磨の原理としては、研
磨パッド２表面にドレッサが無数の傷を付けることでい
わゆる研磨パッド２表面に浅い目立て層を形成し、ここ
に研磨スラリ１０が入り込んで保持された状態でウェー
ハ４を研磨することで、研磨パッド２に押圧したウェー
ハ４の研磨面に研磨スラリを十分供給することができ、
これにより研磨が行えるものである。このことを考慮し
て、ドレッサによる研磨パッド面の目立て、いわゆるド
レッシングを、目立て層の深さや密度が十分となるよう
十分に行い、さらに、マイクロスクラッチの防止策とも
なっている研磨スラリ１０の十分な供給を行い、ウェー
ハ４表面に研磨スラリ１０が確実に届くようにする。以
上のようにして、研磨レートのばらつきや研磨量のウェ
ーハ面内でのばらつきを低減する対策としている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにドレッシングによりパッド表面に目立て層を形成
し、研磨スラリを供給してウェーハの研磨を行う時、研
磨スラリは研磨パッドの回転による遠心力およびウェー
ハを研磨パッドに押し付けることにより押し出され、殆
どが研磨に直接寄与することなく研磨パッド外に排出さ
れてしまうため、高価な研磨スラリを無駄にしてしまう
ことになる。このため、従来は図１２に示すように、研
磨パッド基材２０に例えば格子状の溝２１を切り、ここ
に研磨スラリをためてウェーハヘの接触の機会を増やそ
うという試みも行われている。

【００１２】しかしながら、上記の構造では研磨スラリ
は研磨パッド外に容易に排出されて、高価な研磨スラリ
を無駄にしてしまうという間題は残っていた。この問題
について改善するため、図１３に示すような研磨パッド
基材２０の中心に対して同心円形状の溝２２を切った研
磨パッドが考えられた。しかし、これでも実際は、溝２
２の中に溜まった研磨スラリは遠心力で溝の外周側にの
み残り、あとは研磨パッド外に排出されてしまい、研磨
スラリとウェーハとの接触の機会を増やすことに対して
効果は小さく、高価な研磨スラリを無駄にしてしまうと
いう問題は解決されないでいた。

【００１３】以上のように研磨スラリが有効に活用され
ずに研磨パッド外に排出されてしまうことは、化学的機
械研磨のコストを上昇させるとともに、研磨スラリが充
分研磨に寄与しないことにより、研磨面にマイクロスク
ラッチを発生させたり、研磨量がばらつくなど、研磨の
品質を低下させる懸念があるという問題があった。

【００１４】本発明は上記の問題を鑑みてなされたもの
であり、従って、本発明は、半導体装置の製造工程にお
いて層間絶縁膜の平坦化処理などを行う化学的機械研磨
において、従来のようなドレッサーによるパッドのドレ
ッシングでランダムな研磨パッドの目立て層を形成する
ことに加え、研磨パッドの回転に伴う遠心力による研磨
スラリの研磨パッド外への排出を抑制し、研磨パッド上
に研磨スラリをできるだけとどめることで、ただ研磨ス
ラリを多量に供給してウェーハと研磨スラリとの接触の
機会を増やすのではなく、より少ない研磨スラリ量で効
率的に研磨スラリとウェーハとの接触の機会を増やし、
研磨スラリを本来の目的である研磨に有効利用すること
が可能となるように、形状を最適化した溝が形成され、
研磨スラリの使用量削減によるプロセスコストの削減、
研磨スラリのウェーハとの接触機会を増やすことによる
ウェーハ表面の研磨形状、研磨速度および研磨均一性な
どの研磨品質の向上を同時に実現することが可能な化学
的機械研磨用の研磨パッド、および、これを用いた研磨
装置、研磨方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の研磨パッドは、化学的機械研磨法による
研磨処理に用いる研磨パッドであって、前記研磨パッド
には所定の幅の溝が形成されており、前記溝内に前記溝
の延伸方向に液体が流れるときの抵抗を上げる少なくと
も１つの抵抗体が形成されている。

【００１６】上記の本発明の研磨パッドは、所定の幅の
溝が形成されており、溝内に溝の延伸方向に液体が流れ
るときの抵抗を上げる少なくとも１つの抵抗体が形成さ
れていることから、溝の延伸方向に化学的機械研磨に用
いる研磨スラリが流れるときの抵抗が上がることとな
る。これにより、研磨パッドの回転に伴う遠心力による
研磨スラリの研磨パッド外への排出を抑制し、また、排
出されようとしている研磨スラリを積極的に回収して保
持することが可能となる。また、研磨スラリはその使用
により劣化するため、研磨時には新しい研磨スラリの供
給を行いながら研磨を行うが、上記の構造の溝により、
回収した研磨スラリをただ溝に溜めるだけでなく、劣化
した研磨スラリの一部を排出するできるようになる。こ
れらのことから、より少ない研磨スラリ量で効率的に研
磨スラリとウェーハとの接触の機会を増やすことが可能
となり、プロセスコストの削減、ウェーハ表面の研磨形
状、研磨速度および研磨均一性などの研磨品質の向上を
同時に実現することが可能となる。

【００１７】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記抵抗体として、前記溝を前記溝の延伸方向に並ぶ複
数個の凹部を形成するように仕切る隔壁が形成されてお
り、さらに好適には、前記隔壁に、切れ込みが形成され
ている、あるいは、前記隔壁が、前記研磨パッドの表面
と同じ高さの部分と、前記研磨パッドの表面よりも低い
部分とを有する。また、好適には、前記抵抗体として、
前記溝内に前記所定の幅よりも狭い部分が形成されてい
る。また、好適には、前記抵抗体として、前記溝の側壁
面と略平行に隔壁が形成されている。また、好適には、
前記抵抗体として、前記溝内に突起が形成されており、
さらに好適には、前記突起が前記溝の底面上に形成され
ている、前記突起が前記溝の側壁面上に形成されてい
る、あるいは、前記突起が複数個形成されており、前記
突起間の間隔が１μｍ〜５０μｍである。また、好適に
は、前記抵抗体として、前記溝が前記研磨パッドの表面
側ほど狭まる逆テーパ形状に形成されている。上記の抵
抗体により、効果的に研磨パッドの回転に伴う遠心力に
よる研磨スラリの研磨パッド外への排出を抑制すること
が可能となる。

【００１８】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記溝が、格子状あるいは放射状に形成されている。従
来形状の溝の研磨パッドにおいても、溝内に抵抗体が形
成されていることにより、効果的に研磨パッドの回転に
伴う遠心力による研磨スラリの研磨パッド外への排出を
抑制することが可能となる。

【００１９】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記抵抗体が、発泡ウレタン、シリコンゴム、硬質ゴム
およびこれらの混合物から選ばれた材料から形成されて
いる。研磨するのに適当な硬度および弾性を有する研磨
パッドを形成することに加え、上記のような形状の抵抗
体を形成することが可能となる。

【００２０】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記研磨パッドの所定の半径を中心として、前記研磨パ
ッドの回転又は進行方向側の第１の領域とその反対側の
第２の領域とを備え、前記研磨パッドの回転又は進行方
向と反対方向に凸部を有する溝を、前記第２の領域側の
みに有する。これにより、研磨パッドを回転させた状態
で研磨スラリを研磨パッドの中央に供給した時に、研磨
スラリが研磨パッドの回転に伴い、遠心力などで研磨パ
ッド外に排出される時に、これを上記の溝で一旦受けと
め、さらに、一旦受けとめた研磨スラリをウェーハの進
行方向前方に選択的に供給することができる。従って、
研磨スラリ自身を積極的に溝に回収し、保持し、かつこ
の溝から研磨スラリをウェーハに選択的に供給すること
ができ、化学的機械研磨時に研磨スラリをより有効に活
用させることができるようになり、さらなるプロセスコ
ストの削減、研磨形状、研磨速度および研磨均一性など
の研磨品質の向上が可能となる。

【００２１】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記研磨パッドに形成されている溝が複数の直線状の溝
により構成されている。また、好適には、前記研磨パッ
ドに形成されている溝が弧状の溝により構成されてい
る。複数の直線状の溝、あるいは弧状の溝は、研磨パッ
ドの回転又は進行方向と反対方向に凸部となる形状を構
成することができる。

【００２２】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記研磨パッドに形成されている溝が直線状または弧状
の溝により構成されており、前記研磨パッドの回転又は
進行方向の反対方向に複数個の凸部を有している。回収
した研磨スラリを上記の複数個の凸部からウェーハに選
択的に供給することができ、研磨スラリのウェーハとの
さらなる均一な接触が可能となる。

【００２３】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記研磨パッドに形成されている溝が直線状または弧状
の溝により構成されており、前記凸部において前記研磨
パッドの回転又は進行方向の反対方向に突出した延伸部
分を有している。回収した研磨スラリを上記の延伸部分
からウェーハに選択的に供給することが容易となり、研
磨スラリのウェーハとのさらなる均一な接触が可能とな
る。

【００２４】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記研磨パッドに形成されている溝が、前記研磨パッド
の外周端より中心へ向かって前記研磨パッドの回転方向
と反対方向に延び、直線状または弧状の溝により構成さ
れており、前記研磨パッドの回転又は進行方向の反対方
向に突出した延伸部分を前記溝一本当たり少なくとも１
箇所以上有している。研磨パッドに形成されている溝
が、研磨パッドの外周端より中心へ向かって研磨パッド
の回転方向と反対方向に延びていることで、回収した研
磨スラリが遠心力で研磨パッド外に排出されることをよ
り少なくくいとめることが可能となり、溝による研磨ス
ラリの保持能力が高められて研磨スラリの使用量を削減
し、研磨スラリのウェーハとの接触機会を増やすことが
可能となる。また、回収した研磨スラリを上記の延伸部
分からウェーハに選択的に供給することが容易となる。

【００２５】上記の本発明の研磨パッドは、好適には、
前記研磨パッドに形成されている溝が、前記研磨パッド
の外周端より中心へ向かって前記研磨パッドの回転方向
と反対方向に延び、前記研磨パッドの回転又は進行方向
の反対方向に複数個の凸部を有している。研磨パッドに
形成されている溝が、研磨パッドの外周端より中心へ向
かって研磨パッドの回転方向と反対方向に延びているこ
とで、回収した研磨スラリが遠心力で研磨パッド外に排
出されることをより少なくくいとめることが可能とな
り、溝による研磨スラリの保持能力が高められて研磨ス
ラリの使用量を削減し、研磨スラリのウェーハとの接触
機会を増やすことが可能となる。また、回収した研磨ス
ラリを上記の複数個の凸部からウェーハに選択的に供給
することできる。

【００２６】また、上記の本発明の研磨パッドを用いた
研磨装置および研磨方法により、上記の目的を達成する
ことができる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００２８】図１は、本発明の化学的機械研磨装置を示
す概略図である。この装置は、回転する研磨プレート回
転軸１に支承され表面に研磨パッド２が接着された研磨
プレート３と、ダイア１０２などを金属板に電着形成し
た、研磨パッド２の表面を目立てするためのドレッサ１
０１と、層間絶縁膜などの被研磨層が形成された被処理
基板４（以下、ウェーハと称する）をウェーハバッキン
グフィルム１４により保持するキャリア５と、研磨スラ
リ１０を研磨パッド２上に供給する研磨スラリ供給ノズ
ル６を有する研磨スラリ供給装置７とから概ね構成され
ている。

【００２９】そして、研磨パッド２をドレッサ１０１に
よりドレッシング（研削）した後に、研磨プレート回転
軸１およびキャリア回転軸８を回転させ、研磨スラリ供
給ノズル６から研磨パッド２の中央部に研磨スラリ１０
を供給しながら、研磨圧力調整機構９によりウェーハ４
を研磨パッド２上に押圧させてウェーハ４の研磨を行う
ものである。

【００３０】上記の研磨パッド２は、化学的機械研磨処
理を行う時の変形が十分無視できる厚さを有し、研磨す
るに適当な硬度及び弾性を有する研磨パッド基体２０に
対して、例えば、図２（ａ）に示すように、格子状の溝
２１が形成されているものを用いることができる。ここ
で、溝２１内に溝の延伸方向に液体が流れるときの抵抗
を上げる抵抗体が形成されている。これにより、溝２１
内に溝の延伸方向に研磨スラリ１０が流れるときの抵抗
が上がって、排出されるときに一度に流れ出てしまわず
に、ウェーハ４との接触の機会が増やすことが可能とな
る。

【００３１】上記の溝２１内の抵抗体としては、例え
ば、この溝部を拡大した概略斜視図として図２（ｂ）に
示すように、研磨パッドに形成させた溝２１に等間隔で
隔壁３１を形成して用いることができる。この隔壁３１
により、溝２１は溝の延伸方向に並ぶ複数個の凹部３２
に分割されている。研磨スラリ１０は溝２１に沿って排
出されるときに一度に流れ出てしまわずに、この分割さ
れた凹部３２に捕獲されることで、ウェーハ４との接触
の機会が増やすことが可能となる。研磨パッドの溝２１
に溜まった研磨スラリ１０は遠心力により側壁付近のみ
に残り、後は流れ出てしまうことがわかっている。図２
（ｂ）に示すように、側壁をできるだけ増やすことによ
り、この側壁に残る研磨スラリを多くすることができ、
研磨パッド２に保持されるトータルの研磨スラリ量をで
きるだけ多くするという効果を得ることができる。

【００３２】また、上記の溝２１内の抵抗体としては、
図３（ａ）に示すように、溝２１を溝の延伸方向に並ぶ
複数個の凹部３２に分割する隔壁として、中央に縦に切
れ込み３４を入れた構造で、溝２１の両側から延びた２
枚の隔壁３３が触れ合ういわゆるゲート構造とすること
ができる。これにより、研磨スラリが新たに供給された
り、遠心力を受けたりしたときに、研磨スラリがこの２
枚の隔壁３３が触れ合って構成しているいわゆるゲート
を押し開けて使用済み研磨スラリを流し出し、そうでな
いときはゲートが閉じてウェーハとの研磨に研磨スラリ
を供給しようとする。これにより、溝の延伸方向に並ぶ
複数個の凹部３２に研磨スラリが保持される効果を持
つ。

【００３３】また、上記の溝２１内の抵抗体としては、
図３（ｂ）に示すように、溝２１を溝の延伸方向に並ぶ
複数個の凹部３２に分割する隔壁として、中央上部に一
部切り欠き３６を入れた隔壁３５とすることができる。
これにより、研磨スラリが新たに供給されたり、遠心力
を受けたりしたときに、研磨スラリがこの隔壁３５の中
央上部の一部切り欠き３６より新しい研磨スラリを供給
すると同時に使用済み研磨スラリを溢れ出させて排出し
研磨スラリの置換を行うように機能する。

【００３４】上記の図２（ｂ）、図３（ａ）および
（ｂ）に示す構造の研磨パッドとしては、溶解温度以上
に加熱した研磨パッド材料に上記のそれぞれのパターン
を有する雌型を押し付けて形成する方法、あるいは、溶
融して液状にした研磨パッド材料を上記のそれぞれのパ
ターンを有する雌型に流し込んで固化させて形成する方
法などにより形成可能である。また、研磨パッドは、例
えば、発泡ポリウレタン、非発泡ポリウレタン、シリコ
ン樹脂、テフロン、塩化ビニル、硬質ゴムおよびこれら
の混合物から選ばれた材料から形成することが可能であ
り、特に、上記の溝２１内の抵抗体としては、発泡ウレ
タン、シリコンゴム、硬質ゴムおよびこれらの混合物か
ら選ばれた材料を用いて形成することが可能である。

【００３５】また、上記の溝２１内の抵抗体としては、
図４（ａ）に示すように、研磨パッドに形成した所定の
幅の溝２１について、前記所定の幅よりも狭い部分３７
が等間隔で形成されている構造とすることができる。こ
れにより、研磨パッドの溝を流れる研磨スラリの抵抗を
上げ、研磨スラリが保持される効果を持つ。

【００３６】また、上記の溝２１内の抵抗体としては、
図４（ｂ）に示すように、溝２１の中央に縦に新たな隔
壁３８を形成することにより実質的に複数の溝３９に分
割することができる。これにより、研磨スラリが溜まる
側壁ののべ長さを増やし、研磨スラリの保持量を増やす
効果を持つ。

【００３７】また、上記の溝２１内の抵抗体としては、
図５（ａ）に示すように、溝２１の底面上に突起４０を
設ける構造とすることができる。この突起４０により溝
２１を流れるときの研磨スラリの抵抗を上げると同時に
側壁面積も増やし、研磨スラリの保持量を増やす効果を
持つ。

【００３８】また、上記の溝２１内の抵抗体としては、
図５（ｂ）に示すように、溝２１の片側又は両側の側壁
面上に突起４１を設ける構造とすることができる。上記
と同様、溝２１を流れるときの研磨スラリの抵抗を上げ
ると同時に側壁面積も増やし、研磨スラリの保持量を増
やす効果を持つ。さらに、研磨スラリ中の大きな異物が
ここにトラップされることで研磨パッド表面には異物を
出さないようにすることで研磨におけるスクラッチなど
を防止し、研磨の品質を改善することができる。

【００３９】上記の図５（ａ）および（ｂ）に示すよう
に、溝２１内に突起が形成されている構造とする場合に
は、各突起間の間隔が１μｍ〜５０μｍであることが好
ましい。突起の間隔が狭すぎると研磨スラリが流れると
きの抵抗が上がりすぎて、劣化した研磨スラリの排出が
速やかに行われなくなることがあり、また、突起の間隔
が広すぎると突起を設けて研磨スラリが流れるときの抵
抗を上げる効果が小さくなってしまう。

【００４０】また、上記の溝２１内の抵抗体としては、
図６に示すように、溝２１が研磨パッドの表面側ほど狭
まる逆テーパ形状に形成されている構造とすることがで
きる。図面上は、さらに溝２１を溝の延伸方向に並ぶ複
数個の凹部３２に分割する隔壁３１を有する構造として
いる。このように逆テーパ形状の溝とすることで、研磨
スラリの保持量を増やす効果を持つ。

【００４１】上記の図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ），
（ｂ）、および図６に示す構造の研磨パッドとしては、
上記と同様の方法および材料を用い、溶解温度以上に加
熱した研磨パッド材料に上記のそれぞれのパターンを有
する雌型を押し付けて形成する方法、溶融して液状にし
た研磨パッド材料を上記のそれぞれのパターンを有する
雌型に流し込んで固化させて形成する方法、あるいは、
雌型に流し込んで固化させた後、当該雌型を溶解させて
形成する方法などにより形成可能である。

【００４２】本実施形態においては、研磨パッド２とし
て、研磨パッド基材２０に形成される溝の形状としては
特に限定はなく、図２（ａ）に示す格子状の溝の他、図
７に示す形状の溝とすることが可能である。図７に示す
研磨パッドは、研磨パッド基材２０の中心に対して同心
円形状の溝２２が形成されている。ここで、上記と同様
に、溝内に溝の延伸方向に液体が流れるときの抵抗を上
げるの抵抗体が形成されている構造とすることで、従来
形状の溝においても上記と同様に、研磨パッドの溝を流
れる研磨スラリの抵抗を上げ、効果的に研磨パッドの回
転に伴う遠心力による研磨スラリの研磨パッド外への排
出を抑制することが可能となり、研磨スラリが保持され
る効果を持つ。

【００４３】また、以下に説明するように、図８〜１３
に示すような、研磨パッドの所定の半径を中心として、
研磨パッドの回転又は進行方向側の第１の領域とその反
対側の第２の領域とを備え、研磨パッドの回転又は進行
方向と反対方向に凸部を有する溝を、前記第２の領域側
のみに有する研磨パッドも好ましく用いられる。これに
より、研磨パッドを回転させた状態で研磨スラリを研磨
パッドの中央に供給した時に、研磨スラリが研磨パッド
の回転に伴い、遠心力などで研磨パッド外に排出される
時に、これを上記の溝で一旦受けとめ、さらに、一旦受
けとめた研磨スラリをウェーハの進行方向前方に選択的
に供給することができる。従って、研磨スラリ自身を積
極的に溝に回収し、保持し、かつこの溝から研磨スラリ
をウェーハに選択的に供給することができ、化学的機械
研磨時に研磨スラリをより有効に活用させることができ
るようになり、さらなるプロセスコストの削減、研磨形
状、研磨速度および研磨均一性などの研磨品質の向上が
可能となる。

【００４４】図８に示す研磨パッドは、研磨パッド基体
２０に形成された溝２３の形状を、研磨パッドの回転方
向３０に対して研磨パッドの外周端に向かうにつれて研
磨パッド進行方向になるように形成し、被研磨ウェーハ
の中心が通過するライン３０１の部分で研磨パッドに形
成した溝が研磨パッドの反進行方向にもっとも凸２０３
となるように研磨パッドの溝を形成したものである。

【００４５】研磨パッドの中央部２１０に研磨スラリを
供給しながら研磨パッドを回転すると、研磨スラリが研
磨パッド外周に向けて遠心力で広がっていくことになる
が、本実施例の研磨パッドを用いると、遠心力で研磨パ
ッド外に流れ出ようとする研磨スラリが積極的にこの溝
２３に集められ、溜まった研磨スラリは最も凸となった
溝部２０３の部分のみから研磨パッド回転方向後方に再
放出され、ここを通過する被研磨ウェーハに選択的に供
給される。これにより、被研磨ウェーハの研磨にて研磨
スラリが十分供給されることで、研磨スラリの有効利用
および研磨の品質改善が可能となる。

【００４６】図９に示す研磨パッドは、研磨パッド基体
２０に形成された溝２４の形状を、被研磨ウェーハの中
心が通過するライン３０１部分で研磨パッドに形成した
溝が研磨パッドの反進行方向に凸の角２０４をなすよう
に直線同士で構成したものであり、上記と同様に、被研
磨ウェーハの研磨にて研磨スラリが十分供給されること
で、研磨スラリの有効利用および研磨の品質改善が可能
となる。

【００４７】図１０に示す研磨パッドは、研磨パッド基
体２０に形成された溝２５の形状を、研磨パッドの回転
方向３０に対して研磨パッドの外周に向かうにつれて研
磨パッドの進行方向になるように形成し、被研磨ウェー
ハが通過する複数のライン３０２の部分で研磨パッドに
形成した溝が研磨パッドの反進行方向にもっとも凸２０
５となるよう部分を複数個形成したものであり、これに
より、被研磨ウェーハへの研磨スラリの供給が複数箇所
からなされ、研磨速度、面内均一性などの研磨品質が更
に上がり、研磨スラリの有効活用がより促進される。

【００４８】図１１に示す研磨パッドは、研磨パッド基
体２０に形成された溝２６の形状を、被研磨ウェーハが
通過するライン３０２部分で研磨パッドに形成した溝が
研磨パッドの反進行方向に複数個の凸の角２０６をなす
ように直線同士で構成したものであり、図１０に示す研
磨パッドと同様、被研磨ウェーハへの研磨スラリの供給
が複数箇所からなされるようにすることができる。

【００４９】図１２に示す研磨パッドは、図９に示す研
磨パッドの溝のパターンの凸部２０４に、研磨スラリを
再放出させるポートとなる溝の延伸部２２０が研磨パッ
ドの回転方向３０に対して反対方向に２カ所設けられて
いる形状である。研磨パッドの中央部２１０に供給さ
れ、研磨パッドの回転による遠心力で研磨パッドの外周
に向けて広がり排出される研磨スラリが積極的にこの溝
２４に集められ、溜まった研磨スラリは最も凸となった
溝部２０４に新たに設けられた研磨スラリ放出ポートと
なる溝の延伸部２２０より確実に研磨スラリが複数箇所
に噴出再放出することが可能となる。研磨パッドの溝パ
ターンでは凸が一カ所でも延伸部２２０の加工だけで２
カ所以上への供給が可能となり、被研磨ウェーハの研磨
の品質向上や研磨スラリの有効利用が可能となる。

【００５０】図１３に示す研磨パッドは、研磨パッド基
体２０に形成された溝２７の形状を、スクロール（渦巻
き）型とした形状である。これにより研磨スラリの排出
にあたり、より確実に研磨スラリを捕獲できるようにな
る。また、研磨スラリを放出させるためのポートとなる
溝の延伸部２３０を設けて、ここから捕獲した研磨スラ
リを再放出させる構造となっている。上記と同様、スク
ロール形状の溝２７において、被研磨ウェーハの通過す
る領域３０２とスクロール形状の溝２７との交点に研磨
スラリ放出用のポートとなる溝の延伸部２３０が設けら
れており、ここから研磨スラリが被研磨ウェーハに向け
て再放出され、複数箇所から被研磨ウェーハに研磨スラ
リが供給されることでより一層の研磨の品質改善および
研磨スラリの有効利用が可能となる。

【００５１】上記で説明した形状の研磨パッドは、いず
れも図１に示す研磨装置に組み込んで用いることが可能
であり、また、この研磨装置を用いて、被処理基板に対
して化学的機械研磨処理を施すことが可能である。

【００５２】

【発明の効果】上記のように、本発明の研磨パッドによ
れば、半導体装置の製造工程において層間絶縁膜の平坦
化処理などを行う化学的機械研磨において、研磨パッド
の回転に伴う遠心力による研磨スラリの研磨パッド外へ
の排出を抑制し、より少ない研磨スラリ量で効率的に研
磨スラリとウェーハとの接触の機会を増やし、研磨スラ
リの使用量削減によるプロセスコストの削減、研磨スラ
リのウェーハとの接触機会を増やすことによるウェーハ
表面の研磨形状、研磨速度および研磨均一性などの研磨
品質の向上を同時に実現することが可能である。

【００５３】また、本発明の研磨パッドを研磨装置に組
み込んで用いることができ、また、この研磨装置を用い
て被処理基板の化学的機械研磨処理を施すことが可能で
あり、研磨スラリの使用量削減によるプロセスコストの
削減、研磨スラリのウェーハとの接触機会を増やすこと
によるウェーハ表面の研磨形状および研磨均一性などの
研磨品質の向上を同時に実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明および従来例にかかる化学的機械
研磨装置の概略図である。

【図２】図２（ａ）は本発明の実施形態にかかる研磨パ
ッドの溝のパターンを示す概略図であり、図２（ｂ）は
溝部を拡大した概略斜視図である。

【図３】図３（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態にかか
る研磨パッドの溝部を拡大した概略斜視図である。

【図４】図４（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態にかか
る研磨パッドの溝部を拡大した概略斜視図である。

【図５】図５（ａ），（ｂ）は本発明の実施形態にかか
る研磨パッドの溝部を拡大した概略斜視図である。

【図６】図６は本発明の実施形態にかかる研磨パッドの
溝部を拡大した概略斜視図である。

【図７】図７は本発明の実施形態にかかる研磨パッドの
溝のパターンを示す概略図である。

【図８】図８は本発明の実施形態にかかる研磨パッドの
溝のパターンを示す概略図である。

【図９】図９は本発明の実施形態にかかる研磨パッドの
溝のパターンを示す概略図である。

【図１０】図１０は本発明の実施形態にかかる研磨パッ
ドの溝のパターンを示す概略図である。

【図１１】図１１は本発明の実施形態にかかる研磨パッ
ドの溝のパターンを示す概略図である。

【図１２】図１２は本発明の実施形態にかかる研磨パッ
ドの溝のパターンを示す概略図である。

【図１３】図１３は本発明の実施形態にかかる研磨パッ
ドの溝のパターンを示す概略図である。

【図１４】図１４は従来例にかかる研磨パッドの溝のパ
ターンを示す概略図である。

【図１５】図１５は従来例にかかる研磨パッドの溝のパ
ターンを示す概略図である。

【符号の説明】

１…研磨プレート回転軸、２…研磨パッド、３…研磨プ
レート、４…被処理基板（ウェーハ）、５…キャリア、
６…研磨スラリ供給ノズル、７…研磨スラリ供給装置、
８…キャリア回転軸、９…研磨圧力調整機構、１０…研
磨スラリ、１１…ドレッサー印加圧力、１４…ウェーハ
バッキングフイルム、２０…研磨パッド基体、２１，２
２，２３，２４，２５，２６，２７，３９…溝、３０…
研磨パッド回転方向、３１，３３，３５，３８…隔壁、
３２…凹部、３４…切れ込み、３６…切り欠き、３７…
所定の幅よりも狭い部分、４０，４１…突起、１０１…
ドレッサー、１０２…ドレッサーのダイア、１０３…ド
レスによる研磨パッドの目立て層、２０３，２０４，２
０５，２０６…凸部、２１０…研磨パッド中心、２２
０，２３０…溝の延伸部、３０１…被研磨ウェーハ中心
の軌跡、３０２…被研磨ウェーハのエッジ部を除く通過
領域。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年１２月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】上記の図２（ｂ）、図３（ａ）および
（ｂ）に示す構造の研磨パッドとしては、溶解温度以上
に加熱した研磨パッド材料に上記のそれぞれのパターン
を有する雌型を押し付けて形成する方法、あるいは、溶
融して液状にした研磨パッド材料を上記のそれぞれのパ
ターンを有する雌型に流し込んで固化させて形成する方
法などにより形成可能である。また、研磨パッドは、例
えば、発泡ポリウレタン、非発泡ポリウレタン、シリコ
ン樹脂、ポリフッ化エチレン系樹脂、塩化ビニル、硬質
ゴムおよびこれらの混合物から選ばれた材料から形成す
ることが可能であり、特に、上記の溝２１内の抵抗体と
しては、発泡ウレタン、シリコンゴム、硬質ゴムおよび
これらの混合物から選ばれた材料を用いて形成すること
が可能である。

Claims (46)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】化学的機械研磨法による研磨処理に用いる
   研磨パッドであって、 前記研磨パッドには所定の幅の溝が形成されており、 前記溝内に前記溝の延伸方向に液体が流れるときの抵抗
   を上げる少なくとも１つの抵抗体が形成されている研磨
   パッド。
2. 【請求項２】前記抵抗体として、前記溝を前記溝の延伸
   方向に並ぶ複数個の凹部を形成するように仕切る隔壁が
   形成されている請求項１記載の研磨パッド。
3. 【請求項３】前記隔壁に、切れ込みが形成されている請
   求項２記載の研磨パッド。
4. 【請求項４】前記隔壁が、前記研磨パッドの表面と同じ
   高さの部分と、前記研磨パッドの表面よりも低い部分と
   を有する請求項２記載の研磨パッド。
5. 【請求項５】前記抵抗体として、前記溝内に前記所定の
   幅よりも狭い部分が形成されている請求項１記載の研磨
   パッド。
6. 【請求項６】前記抵抗体として、前記溝の側壁面と略平
   行に隔壁が形成されている請求項１記載の研磨パッド。
7. 【請求項７】前記抵抗体として、前記溝内に突起が形成
   されている請求項１記載の研磨パッド。
8. 【請求項８】前記突起が前記溝の底面上に形成されてい
   る請求項７記載の研磨パッド。
9. 【請求項９】前記突起が前記溝の側壁面上に形成されて
   いる請求項７記載の研磨パッド。
10. 【請求項１０】前記突起が複数個形成されており、前記
    突起間の間隔が１μｍ〜５０μｍである請求項７記載の
    研磨パッド。
11. 【請求項１１】前記抵抗体として、前記溝が前記研磨パ
    ッドの表面側ほど狭まる逆テーパ形状に形成されている
    請求項１記載の研磨パッド。
12. 【請求項１２】前記溝が、格子状あるいは放射状に形成
    されている請求項１記載の研磨パッド。
13. 【請求項１３】前記抵抗体が、発泡ウレタン、シリコン
    ゴム、硬質ゴムおよびこれらの混合物から選ばれた材料
    から形成されている請求項１記載の研磨パッド。
14. 【請求項１４】前記研磨パッドの所定の半径を中心とし
    て、前記研磨パッドの回転又は進行方向側の第１の領域
    とその反対側の第２の領域とを備え、 前記研磨パッドの回転又は進行方向と反対方向に凸部を
    有する溝を、前記第２の領域側のみに有する請求項１記
    載の研磨パッド。
15. 【請求項１５】前記研磨パッドに形成されている溝が複
    数の直線状の溝により構成されている請求項１４記載の
    研磨パッド。
16. 【請求項１６】前記研磨パッドに形成されている溝が弧
    状の溝により構成されている請求項１４記載の研磨パッ
    ド。
17. 【請求項１７】前記研磨パッドに形成されている溝が直
    線状または弧状の溝により構成されており、前記研磨パ
    ッドの回転又は進行方向の反対方向に複数個の凸部を有
    している請求項１４記載の研磨パッド。
18. 【請求項１８】前記研磨パッドに形成されている溝が直
    線状または弧状の溝により構成されており、前記凸部に
    おいて前記研磨パッドの回転又は進行方向の反対方向に
    突出した延伸部分を有している請求項１４記載の研磨パ
    ッド。
19. 【請求項１９】前記研磨パッドに形成されている溝が、
    前記研磨パッドの外周端より中心へ向かって前記研磨パ
    ッドの回転方向と反対方向に延び、直線状または弧状の
    溝により構成されており、前記研磨パッドの回転又は進
    行方向の反対方向に突出した延伸部分を前記溝一本当た
    り少なくとも１箇所以上有している請求項１４記載の研
    磨パッド。
20. 【請求項２０】前記研磨パッドに形成されている溝が、
    前記研磨パッドの外周端より中心へ向かって前記研磨パ
    ッドの回転方向と反対方向に延び、前記研磨パッドの回
    転又は進行方向の反対方向に複数個の凸部を有している
    請求項１４記載の研磨パッド。
21. 【請求項２１】化学的機械研磨法による研磨処理を行う
    ための研磨パッドを有する研磨装置であって、 前記研磨パッドには所定の幅の溝が形成されており、前
    記溝内に前記溝の延伸方向に液体が流れるときの抵抗を
    上げる少なくとも１つの抵抗体が形成されている研磨装
    置。
22. 【請求項２２】前記抵抗体として、前記溝を前記溝の延
    伸方向に並ぶ複数個の凹部を形成するように仕切る隔壁
    が形成されている請求項２１記載の研磨装置。
23. 【請求項２３】前記隔壁に、切れ込みが形成されている
    請求項２２記載の研磨装置。
24. 【請求項２４】前記隔壁が、前記研磨パッドの表面と同
    じ高さの部分と、前記研磨パッドの表面よりも低い部分
    とを有する請求項２２記載の研磨装置。
25. 【請求項２５】前記抵抗体として、前記溝内に前記所定
    の幅よりも狭い部分が形成されている請求項２１記載の
    研磨装置。
26. 【請求項２６】前記抵抗体として、前記溝の側壁面と略
    平行に隔壁が形成されている請求項２１記載の研磨装
    置。
27. 【請求項２７】前記抵抗体として、前記溝内に突起が形
    成されている請求項２１記載の研磨装置。
28. 【請求項２８】前記突起が前記溝の底面上に形成されて
    いる請求項２７記載の研磨装置。
29. 【請求項２９】前記突起が前記溝の側壁面上に形成され
    ている請求項２７記載の研磨装置。
30. 【請求項３０】前記突起が複数個形成されており、 前記突起間の間隔が１μｍ〜５０μｍである請求項２７
    記載の研磨装置。
31. 【請求項３１】前記抵抗体として、前記溝が前記研磨パ
    ッドの表面側ほど狭まる逆テーパ形状に形成されている
    請求項２１記載の研磨装置。
32. 【請求項３２】前記溝が、格子状あるいは放射状に形成
    されている請求項２１記載の研磨装置。
33. 【請求項３３】前記抵抗体が、発泡ウレタン、シリコン
    ゴム、硬質ゴムおよびこれらの混合物から選ばれた材料
    から形成されている請求項２１記載の研磨装置。
34. 【請求項３４】研磨パッドを用いて化学的機械研磨法に
    より研磨処理を行う研磨方法であって、 前記研磨パッドとして、当該研磨パッドには所定の幅の
    溝が形成されており、前記溝内に前記溝の延伸方向に液
    体が流れるときの抵抗を上げる少なくとも１つの抵抗体
    が形成されている研磨パッドを用いる研磨方法。
35. 【請求項３５】前記抵抗体として、前記溝を前記溝の延
    伸方向に並ぶ複数個の凹部を形成するように仕切る隔壁
    が形成されている研磨パッドを用いる請求項３４記載の
    研磨方法。
36. 【請求項３６】前記隔壁に、切れ込みが形成されている
    研磨パッドを用いる請求項３５記載の研磨方法。
37. 【請求項３７】前記隔壁が、前記研磨パッドの表面と同
    じ高さの部分と、前記研磨パッドの表面よりも低い部分
    とを有する研磨パッドを用いる請求項３５記載の研磨方
    法。
38. 【請求項３８】前記抵抗体として、前記溝内に前記所定
    の幅よりも狭い部分が形成されている研磨パッドを用い
    る請求項３４記載の研磨方法。
39. 【請求項３９】前記抵抗体として、前記溝の側壁面と略
    平行に隔壁が形成されている研磨パッドを用いる請求項
    ３４記載の研磨方法。
40. 【請求項４０】前記抵抗体として、前記溝内に突起が形
    成されている研磨パッドを用いる請求項３４記載の研磨
    方法。
41. 【請求項４１】前記突起が前記溝の底面上に形成されて
    いる研磨パッドを用いる請求項４０記載の研磨方法。
42. 【請求項４２】前記突起が前記溝の側壁面上に形成され
    ている研磨パッドを用いる請求項４０記載の研磨方法。
43. 【請求項４３】前記突起が複数個形成されており、 前記突起間の間隔が１μｍ〜５０μｍである研磨パッド
    を用いる請求項４０記載の研磨方法。
44. 【請求項４４】前記抵抗体として、前記溝が前記研磨パ
    ッドの表面側ほど狭まる逆テーパ形状に形成されている
    研磨パッドを用いる請求項３４記載の研磨方法。
45. 【請求項４５】前記溝が、格子状あるいは放射状に形成
    されている研磨パッドを用いる請求項３４記載の研磨方
    法。
46. 【請求項４６】前記抵抗体が、発泡ウレタン、シリコン
    ゴム、硬質ゴムおよびこれらの混合物から選ばれた材料
    から形成されている研磨パッドを用いる請求項３４記載
    の研磨方法。