JP2003001556A - 研磨装置及び研磨方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＣＭＰ装置において、パッド表面のコンディ
ショニング時に発生する削り屑等を直ちにかつ効率的に
排除できるようにする。 【解決手段】 ＣＭＰ装置におけるパッドコンディショ
ナー３のディスク８中央に吸引孔１５を設け、かつ、該
ディスク８表面に、ディスク周縁から前記吸引孔１５に
向かって延びる案内溝１６を設け、パットコンディショ
ナー３作動時に発生するパッドの研削屑等１１を前記案
内溝１６を介して前記吸引孔から吸引して除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学的機械的研磨
（Chemical mechanical polish、CMPと記述）、とくに
研磨の際に生じる研削屑等の吸引効率を向上したＣＭＰ
装置及び同研磨方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】LSIの高集積化によりその内部配線の微
細化、多層化が進んでおり、これに伴い半導体装置の製
造においてウエーハ表面の平坦化技術が重要な課題とな
っている。この平坦化の問題解決手段のひとつとして、
CMP法を利用してウエーハ表面を平坦化することが行わ
れている。このCMPによる平坦化は、図１０に示すよう
に、発泡ウレタン樹脂などの多孔性のパッド５を張り付
けた定盤１を設け、ここに供給ノズル６を介してシリカ
などの研磨剤を含んだ水溶液からなるスラリー２を滴下
し、例えばシリンダで上下動自在に配置されたヘッド３
にウエーハを装着して、このウェハー４を回転するパッ
ド５に押し付けながら回転力を利用してスラリー２によ
り研磨を行うものである。

【０００３】図１１はＣＭＰ装置で使用されるパッド５
の断面を示している。パッド５は図示のように多孔性で
かつ表面には***１０が多数開口しており、供給された
スラリー２は、その***１０に保持され、その状態でウ
エーハ４の表面を研磨するようになっている。

【０００４】図１２は、ＣＭＰ装置における従来のパッ
ドコンディショナ７のディスク８の斜視図である。この
ディスク８の表面には砥粒層が形成されており、これを
前記パッド５の表面に押圧しつつ回転させることでパッ
ド５の表面を研削して、表面に常時新しい子穴が出現す
るよう、つまりその表面を研削して更新する。図１３は
前記コンディショナーディスク８の表面の光学顕微鏡写
真であって、ダイヤモンド１３からなる砥粒が適当な密
度でランダムに配置された表面の状態を示している。図
１４は、前記コンディショナーディスク８の構造を説明
するための部分断面図である。コンディショナーディス
ク８は、合金でできた基板１２にダイヤモンド１３がめ
っき層１４によって固定されている。

【０００５】図１５は、このパッドコンディショナーの
動作状態を示している。パッドコンディショナー７は、
研磨ヘッド３と同様に定盤１上に上下動自在かつ回転自
在に配置されており、使用時においてはダイヤモンド１
３を固定したディスク面８をパッド５に押圧して回転さ
せ、パッド面５上に供給されたスラリー２を研磨パッド
５上で均しながら同時にパッド表面を研削する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ＣＭＰ装置
で被研磨物の研磨を続けると、パッド使用開始初期に
は、図１１に示すようになにも付着していなかったパッ
ド５表面の***１０に、図１６に示すように、パッドく
ずや固着したスラリーが凝集して粒塊１１となりそれが
付着することで***１０の目詰まりが生じ、そのため小
穴１０のスラリー保持能力が低下して研磨レートの低
下、研磨分布の劣化、更には、被研磨物（ウエーハ）に
おけるスクラッチ発生の原因ともなっている。研磨特性
の劣化により製品（ウェハー）４の表面状態（平坦性）
が劣化すると、半導体装置の製造工程では、このCMP工
程の後行われるリソグラフィー工程でフォーカスマージ
ンが不足し、ウエーハに正常なパターンを露光形成でき
ない不具合が発生する。また、ウェーハ表面にスクラッ
チ（傷）が発生した場合には、半導体チップにおける配
線間ショートやリークの原因となり、その動作不良を引
き起こすことが知られている。従って、目詰まりやスク
ラッチ等が発生しないようにパッド５面を常に保守管理
する必要がある。

【０００７】とこが、以上説明したコンディショナーで
は研削した研削屑がパッド上に滞留してもそれを積極的
に取り除くことができないため、そのまま研磨を続ける
と研削屑が新たなスクラッチの原因となる可能性があ
り、また、回転駆動中にコンデイショナーディスクの砥
粒層に埋め込まれたダイアが欠落したり、或いはダイア
のかけらが生じることもあり、これが新たなスクラッチ
発生原因ともなっている。

【０００８】そこで、これまでにもパッド面上に滞留し
たパッド屑などを積極的に取り除くため、例えば、コン
ディショナの周囲に吸引孔を持つ吸引部を取り付け、研
磨パッドコンディショニングによる研磨屑およびパット
屑を吸引部から吸引す回収する半導体基板の研磨装置が
提案されている（特開平１１−１７８６４８号公報）。
また、回転駆動する円盤状の研磨工具の加工面に被加工
物を加圧接触させ、研磨液を加工面に供給しながら平面
研磨を行うＣＭＰ装置において、研磨工具の表面の目立
てを行うダイヤモンド粒子等の砥粒層を有するドレッサ
と研磨回収用の微細孔が放射状に形成されたドレッサ部
を設け、吸引ポンプで回収した研磨液を再利用するよう
にしたものも知られている（特開２０００−３２６２０
９号公報）。しかしながら、前者の装置では、研磨屑お
よびパット屑等を吸収する吸収孔は、コンディショナの
周囲のみに設けられているため、コンディショナの円盤
内面での吸収は行われず、そのため研磨屑およびパット
屑等、研磨パッド屑等の吸収は必ずしも効率的ではな
く、研磨屑等を直ちに除去するには必ずしも十分ではな
い。また、後者の装置でも研磨液の回収と共に研磨屑や
研磨工具屑等を除去することは可能であるが、放射状に
設けた微細孔からこれらを吸引するため、スラリー粒塊
等が凝集して成長すると吸引し難いという問題が生じ
る。

【０００９】本発明は、以上の問題点に鑑みなされたも
のであり、その目的は、パッド表面のコンディショニン
グ時において、発生する削り屑等をコンディショナーデ
ィスク全面を使用して直ちにかつ効率的に排除きるよう
にして、パッドの目詰まりや被研磨物のスクラッチの発
生を防止することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、ＣＭ
Ｐ研磨における研磨パッド表面の削り屑等を吸引して除
去するパッドコンディショナを備えた研磨装置におい
て、該パッドコンディショナーの研削ディスク面に、デ
ィスク外周から中央の吸引孔に向かって延びる案内溝を
備えたことを特徴とするである研磨装置。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載された
研磨装置において、前記案内溝は、ディスク外周から中
央の吸引孔に向かってスパイラル状に延びる案内溝であ
ることを特徴とする研磨装置である。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１に記載された
研磨装置において、前記案内溝は、ディスク外周から中
央の吸引孔に向かって直線状に延びる案内溝であること
を特徴とする研磨装置である。

【００１３】請求項４の発明は、請求項３記載の研磨装
置において、前記案内溝は中央の吸引孔からディスク外
周に向かって放射状に延びる案内溝であることを特徴と
する研磨装置である。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１乃至４のいず
れかに記載された研磨装置において、前記案内溝の深さ
が周縁から中心の吸引孔に向かって深くなるよう構成さ
れていることを特徴とする研磨装置である。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１乃至４のいず
れかに記載された研磨装置において、前記案内溝部に複
数のリンス液吐出孔を有することを特徴とする研磨装置
である。

【００１６】請求項７の発明は、研磨パッド表面の削り
屑等をパッドコンディショナーにより吸引して除去しな
がら研磨を行う平面研磨方法において、該パッドコンデ
ィショナーの研削ディスク外周から中央の吸引孔に向か
って延びた案内溝内にリンス液を供給する工程、及び前
記リンス液を前記吸収孔から吸収する工程、を含むこと
を特徴とする平面研磨方法である。

【００１７】 ［発明の詳細な説明］以下に、本発明を図示する実施例
に従って詳細に説明する。図１は、パッドコンディショ
ナーの断面図であり、これにより本発明の原理を説明す
る。本発明に係るＣＭＰ装置におけるパットコンディシ
ョナ７のディスク８には、図示のようにその中心に貫通
孔１５が設けられており、この貫通穴１５には図示しな
い真空吸引手段が設置されている。このパッドコンディ
ショナー３は被研磨物体の研磨時において、そのディス
ク面８を研磨パッド５に押圧し、例えば100rpmで回転さ
せながら研磨パッド５の研削を行い、同時に研磨パッド
５面上の研削屑、ダイアモンドのかけらなど被研磨物の
スクラッチの原因となりうる物質１１を、前記真空ポン
プにより真空吸引（50g／cm²程度の圧力）することで、
パッド表面から除去し貫通孔１５を通して排出する。

【００１８】図２は、本発明に係るパッドコンディショ
ナー７が、研磨パッド５の表面の***１０から固着した
スラリーパッド屑１１を吸引する状態を示している。小
穴内に固着したスラリーやパッド屑１１はディスク面８
の中心の貫通孔１５を通して外部に吸引排出される。こ
れにより、パッド面及びパッド面の***１０は常に目詰
まりのない状態に保たれるので、スラリーを十分に保持
でき、被研磨物の研磨を効率良く行うことができるとと
もに、パッドの切削屑やスラリーが凝集固化した粒塊、
及びディスク面８から分離したダイヤモンド片１３のか
けらを直ちに吸引排除するため、これらが被研磨物をス
クラッチすることもない。

【００１９】（実施例１）図３は、本発明の第１の実施
例に係るパッドコンディショナーディスク８の研削面を
示す図であって、ダイアモンド等の砥粒１３を埋め込ん
だ円盤状の研削面の中心に開口する貫通孔１５に向かっ
て、螺旋状の案内案内溝１６が形成されている。この案
内溝１６の形状は、前記ディスク８が回転する際にパッ
ドの切削屑等をよりスムースに取り込みかつ中心の貫通
孔１５向かって容易に案内し、排出するのに適したもの
である。これにより削り屑の除去効率が向上するととも
に、それだけ被研磨体のスクラッチの危険を低減するこ
とができる。

【００２０】（実施例２）図４は、本発明の第２の実施
例に係る前記ディスク面の案内溝構造を示す。図４Ａは
ディスク面を示す平面図、図４Ｂはその側面図である。
図示のように、パッドコンディショナー７のディスク８
の研削面に設けた前記案内溝１６は直線上をなし、平面
視で十字状に形成されている。この形状にすることによ
り、集めた削り屑等を最短距離で中心の貫通孔１５に導
くようにして外部に排出することで削り屑等の除去効率
を向上することができる。

【００２１】（実施例３）図５は本発明の別の実施例の
パッドコンディショナディスク８を示す。このディスク
８面に設けた案内溝の平面形状は、実施例２のものと同
様であるが、しかし、このディスク８では、図５のＡ−
Ａ’線断面図である図６から明らかなように、コンディ
ショナー周辺部分から吸引用の中心の貫通孔１５に向か
うに従ってその案内溝が次第に深くなるように傾斜が付
されている。そのため、中心の貫通孔１５に向かう過程
でパッド屑等が溝内で圧迫されたり或いは詰まることが
なく、吸引排除効率を高めることができる。図７は図５
のＢ−Ｂ’線断面図を参考までに示したものである。

【００２２】（実施例４）図８は、本発明の更に他の実
施例におけるパッドコンディショナー７のディスク８面
の正面図であって、図示のようにディスク８面には、そ
の中央の貫通孔１５に連通した複数の案内溝１６が放射
状に設けられている。ディスク８の外周部でこの案内溝
１６内にスラリーまたは純水または薬液リンス溶液から
なるリンス液の貯留部（図示せず）に接続され、前記貯
留部から供給されるリンス液を吐出する貫通孔１７が各
溝内に複数個、所定の等間隔で設けられている。

【００２３】本実施例では、パッド屑１１などを真空吸
引する際に、貫通孔１７からリンス液を流し、リンス液
の貫通孔１５方向への流れを利用してパッド屑などをデ
ィスクの中心に効率的に集め、真空吸引して外部へより
排除出来るようにしている。その際、リンス液によりパ
ッド５面のコンディショニング効果を一層向上すること
ができる。この案内溝１６は、リンス液を吐出する貫通
孔１７部分よりも真空吸引している貫通孔１５部分が深
くなるように傾斜をつけておくと、既に述べたと同様に
より容易にパッド屑１１などを貫通孔１５で吸引するこ
とができる。

【００２４】以上、パッドコンディショナーディスク８
面に形成される案内溝１６の形状について説明を行って
きたが、案内溝の形状はこれらに限定されるものではな
く、例えば、前記ディスク８の中心に向かって案内溝幅
を漸増させる形状でもよい。これにより溝の中心方向に
行くに従ってより広い溝空間が確保されるから、パッド
屑などの流動及び中心貫通孔１６からの吸引を、一層効
率的に行うことができる。また、案内溝１５の他の形状
としては、実施例１に示した前記ディスク８の中心の貫
通孔１５に連通する螺旋案内溝（図３）を複数設けるこ
ともできる。更に、これらの案内溝１６の深さを中心に
向かって徐々に広くする形状、或いは中心に向かってそ
の幅を徐々に広くする形状、それらを組み合わせた形状
も適宜採用することができ、これによりパッド屑１１等
の吸引をより効率的に行うことができる。また、上述の
リンス液の吐出のための貫通孔１７は実施例４の溝以外
のいずれの案内溝にも必要に応じて１個ないし複数個設
けることができ、リンス液を吐出しながらパッド屑等を
吸引することができる。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、CMP法による平坦化工
程において、研磨パッド表面の被研磨物の研磨屑、スラ
リー粒塊、或いはダイヤモンドの断片のような砥粒を、
研磨パッド表面から効率よく吸引することができるた
め、ウェハー表面のスクラッチを低減することができ
る。また、その結果、研磨パッドの***の目詰まりを防
止し、***内にスラリー保持空間を維持することができ
るため、必要以上にパッドを研削する必要がないため、
パッドの長寿命化も可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のコンディショナーの基本原理を説明
するための断面図である。

【図２】 同コンディショナーの動作原理を説明するた
めの断面図である。

【図３】 第１の実施例のコンディショナーをディスク
表面側からみた正面図である。

【図４】 図４Ａは第２の実施例のコンディショナーを
ディスク表面側からみた正面図、図４Ｂはその側断面図
である。

【図５】 第３の実施例のコンディショナーをディスク
表面側からみた正面図である。

【図６】 図５のＡ−Ａ’線でみた第３の実施例のコン
ディショナーの断面図である。

【図７】 図５のＢ−Ｂ’線でみた第３の実施例のコン
ディショナーの断面図である。

【図８】 第４の実施例のコンディショナーをディスク
表面側からみた正面図である。

【図９】 第４の実施例のコンディショナーのディスク
の断面図である。

【図１０】 従来のＣＭＰ装置の原理を説明するための
斜視図である。

【図１１】 従来のＣＭＰ装置におけるパッドの使用前
の状態を示すその一部の断面図である。

【図１２】 従来のコンディショナーディスクの斜視図
である。

【図１３】 従来のコンディショナーディスク表面の顕
微鏡写真である。

【図１４】 従来のコンディショナーディスクの部分断
面図である。

【図１５】 従来のコンディショナーの動作状態を説明
するため一部を断面で示した図である。

【図１６】 従来のＣＭＰ装置におけるパッドの使用後
の状態を示すその一部の断面図である。

【符号の説明】

１・・・定盤、２・・・スラリー、３・・・ヘッド、４・・・被研磨
物（ウエーハ）、５・・・研磨パッド、６・・・スラリー供給
ノズル、７・・・コンディショナー、８・・・コンディショナ
ーディスク、１０・・・小孔、１１・・・パッド屑等、１２・・
・合金、１３・・・ダイアモンド、１４・・・メッキ層、１５・
・・貫通孔、１６・・・案内溝、

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＣＭＰ研磨における研磨パッド表面の削
   り屑等を吸引して除去するパッドコンディショナを備え
   た研磨装置において、該パッドコンディショナーの研削
   ディスク面に、ディスク外周から中央の吸引孔に向かっ
   て延びる案内溝を備えたことを特徴とする研磨装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された研磨装置におい
   て、 前記案内溝は、ディスク外周から中央の吸引孔に向かっ
   てスパイラル状に延びる案内溝であることを特徴とする
   研磨装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載された研磨装置におい
   て、 前記案内溝は、ディスク外周から中央の吸引孔に向かっ
   て直線状に延びる案内溝であることを特徴とする研磨装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の研磨装置において、 前記案内溝は中央の吸引孔からディスク外周に向かって
   放射状に延びる案内溝であることを特徴とする研磨装
   置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれかに記載された
   研磨装置において、前記案内溝の深さが周縁から中心の
   吸引孔に向かって深くなるよう構成されていることを特
   徴とする研磨装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至４のいずれかに記載された
   研磨装置において、前記案内溝部に複数のリンス液吐出
   孔を有することを特徴とする研磨装置。
7. 【請求項７】 研磨パッド表面の削り屑等をパッドコン
   ディショナーにより吸引して除去しながら研磨を行う平
   面研磨方法において、 該パッドコンディショナーの研削ディスク外周から中央
   の吸引孔に向かって延びた案内溝内にリンス液を供給す
   る工程、及び前記リンス液を前記吸収孔から吸収する工
   程、を含むことを特徴とする平面研磨方法。