研磨装置及び研磨パッド
【課題】簡単な構成で効率良く基板を研磨する。
【解決手段】ＣＭＰ装置１は、プラテン２上に薄膜フィルム４が取り付けられ、薄膜フィルム４を覆うように研磨パッド５が固定されている。薄膜フィルム４の外径は研磨パッド５の外径より小さいので、プラテン２の上方には研磨パッド５の段差５Ａが形成される。研磨パッド５の上方には、基板６を保持する研磨ヘッド１０が回転及び往復移動可能に配置されている。基板６の研磨時に、基板６は段差５Ａに押し当てられる。薄膜フィルム４によって、プラテン２から研磨パッド５の上面までの距離が調整されることで、研磨レートが制御される。
【解決手段】ＣＭＰ装置１は、プラテン２上に薄膜フィルム４が取り付けられ、薄膜フィルム４を覆うように研磨パッド５が固定されている。薄膜フィルム４の外径は研磨パッド５の外径より小さいので、プラテン２の上方には研磨パッド５の段差５Ａが形成される。研磨パッド５の上方には、基板６を保持する研磨ヘッド１０が回転及び往復移動可能に配置されている。基板６の研磨時に、基板６は段差５Ａに押し当てられる。薄膜フィルム４によって、プラテン２から研磨パッド５の上面までの距離が調整されることで、研磨レートが制御される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置及び研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、絶縁膜や導電膜などの表面を化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing；ＣＭＰ）法によって研磨して表面を平坦化することがある。ＣＭＰ法に用いられるＣＭＰ装置は、研磨プラテン（以下、プラテンという）と呼ばれる定盤上に、研磨パッドが取り付けられている。研磨パッドは１層又は２層構造を有する。２層構造の場合には、基板が押し当てられる上地層の下に弾性部材からなる下地層が貼り付けられる。さらに、プラテンの上方には、基板を保持する研磨ヘッドが設けられている。基板の研磨時には、スラリと呼ばれる研磨剤を研磨パッド上に滴下し、プラテンと研磨ヘッドのそれぞれを回転させながら基板上の膜を研磨する。
【０００３】
ＣＭＰ装置では、基板を研磨した後や、基板の研磨後に、コンディショニングと呼ばれる目立てが行われる。コンディショニングの目的は、大きく分けて２つある。
【０００４】
コンディショニングの１つ目の目的は、研磨パッドの表面の状態維持及び回復である。研磨中には、研磨屑(膜、スラリ内の砥粒など)が発生する。研磨屑が研磨パッドの表面の微細な凹凸に詰まると研磨能率が低下するので、研磨中に詰まった屑をコンディショニングによって除去する。また、コンディショニングには、研磨パッドの表面を荒らして研磨効率を上げる効果や、研磨時にダメージを受けた研磨パッドの表面層を削り取る効果もある。このように、コンディショニングによって、研磨パッドの表面が研磨に最適な状態になる。
【０００５】
さらに、コンディショニングの２つ目の目的は、所望する研磨分布を得るために、研磨パッド５の厚さ分布(以下、パッドプロファイルとする)として所望のプロファイルを形成することである。コンディショニング時には、コンディショニングディスクの移動速度、加圧力、回転数などの要素を任意に設定することで、研磨パッドのプロファイルを任意の形状にできる。研磨パッドのある特定部分を薄くしたいときは、その部分のコンディショニングディスクの滞在時間を長くし、逆に厚く残したいときは滞在時間を短くする。
【０００６】
ここで、研磨パッドのプロファイルがＣＭＰ装置の研磨特性に与える影響について説明する。研磨時に、基板は、回転しながら研磨パッドの中心と外周の間を往復運動する。図１８に研磨パッドの厚さのプロファイルを例示する。横軸は研磨パッド上の位置を示す。横軸の中央が研磨パッドの中央に相当し、横軸の中央から左右に離れるに従って研磨パッド上の位置も外周側に移動する。また、縦軸は研磨パッドの厚さを示す。基板やコンディショニングディスクは、矢印ＡＷ１に示すように研磨パッドの中央と外周の間で往復移動させられる。
【０００７】
ラインＬ３１に示す研磨パッドの厚さのプロファイルでは、中央と外周の間で研磨パッドの厚さのピークがある。従って、ラインＬ３１の研磨パッドでは、基板の中心部が最も研磨パッドに接触する。これに対して、ラインＬ３２に示す研磨パッドのプロファイルでは、研磨パッドの外周部分の厚さが大きい。従って、ラインＬ３２の研磨パッドでは、基板の外周部が最も研磨パッドに接触し易くなる。
【０００８】
例えば、基板の中心部の研磨レートを早くしたい場合（センタファスト）は、図１８のラインＬ３１に示すように研磨パッド５のプロファイルをコンディショニングによって調
整する。これに対して、基板の外周部の研磨レートを早くしたい場合（エッジファスト）は、ラインＬ３２に示すように研磨パッドのプロファイルをコンディショニングによって調整する。研磨レートは、研磨に使用するスラリや研磨条件、例えば基板への圧力、プラテンや研磨ヘッドの回転数などの影響も大きく受けるため、必ずしもセンタファストやエッジファストになる訳ではないが、レートプロファイルを制御する一つの手法として用いられている。
【０００９】
また、従来の研磨装置では、研磨パッド又はプラテンの圧縮性の違いを利用した研磨によって、基板の研磨量を均一化させている。この研磨装置では、研磨パッドの底部、又はプラテンの上面のいずれか一方に凹部を形成し、凹部にリング状のクッション部材を収容し、圧縮性の異なる第１の研磨領域と第２の研磨領域を形成している。ここで、第１の研磨領域の圧縮性は、第２の研磨領域の圧縮性より低くなっており、圧縮性の違いによって基板に研磨パッドが接触する圧力が均一になるようにコントロールされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３７２０５
【特許文献２】特表２００２−５２４８６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
研磨パッドは、未使用の状態では図１８のラインＬ３３に示すように一定の膜厚を有する。このために、ラインＬ３１やラインＬ３２に示すようなプロファイルを得るためには、コンディショニングによって研磨パッドの表面を研磨する必要がある。コンディショニングを実施せずに研磨を開始すると、膜厚が不均一になる。しかしながら、コンディショニングによって膜厚が均一になるプロファイルを形成するには時間がかかる。さらに、新品の研磨パッドを削るので、研磨パッドの寿命が短くなる。
【００１２】
また、クッション部材を収容する構成では、研磨パッド又はプラテンに溝を形成する必要があるために、装置構造が複雑になる。また、クッション部材を収容する構成では、研磨パッドの膜厚のプロファイルを容易に変更できない。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で効率良く基板を研磨できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
実施形態の一観点によれば、プラテンと、前記プラテン上に配置されるシート材と、前記シート材上に配置される第一の面と、基板が押し当てられる第二の面を有し、前記プラテンからの前記第二の面までの高さが、前記シート材の膜厚によって変化させられた研磨パッドと、を含むことを特徴とする研磨装置が提供される。
【００１４】
また、実施形態の別の観点によれば、プラテン上に配置される下地層と、基板が押し付けられる上地層とを有し、前記下地層の一部が前記上地層側に突出していることを特徴とする研磨パッドが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
研磨パッドの場所ごとの研磨レートの分布を制御し易くなる。研磨パッドを研磨して膜厚分布を調整する作業を簡略化でき、作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置において研磨パッドを取り付けたプラテンの一例を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置において基板中心からの距離と研磨レートの関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る研磨装置の概略構成の一例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る研磨パッドの一例を示し、（ａ）は一部断面図、（ｂ）はプラテンに取り付けた状態を示す一部断面図、（ｂ）は変形例の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態に係る研磨パッドの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面であって研磨装置を側方からみた図、（ｂ）は研磨装置の平面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る研磨装置の研磨量と段差の関係の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態において、図７のグラフ作成に用いたサンプルの断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る研磨パッドの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面であって研磨装置を側方からみた図、（ｂ）は研磨装置の平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施の形態に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第５の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの平面図である。（その１）
【図１６】図１６は、本発明の第５の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの平面図である。（その２）
【図１７】図１７は、本発明の第５の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一部を拡大した平面図である。
【図１８】図１８は、従来の研磨パッド上の位置と研磨パッドの厚さの関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。
【００１８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１にＣＭＰ装置の一例を示す。ＣＭＰ装置１は、回転テーブルになるプラテン（定盤）２を有する。プラテン２は、回転軸３によって回転自在に支持されている。プラテン２の上面には、薄膜フィルム４（シート材）が貼り付けられている。図２に示すように、薄
膜フィルム４は、円形に形成されており、その外径はプラテン２の外径より小さい。薄膜フィルム４は、不図示の接着剤やテープによってプラテン２上に、中心位置がプラテン２と一致するように位置決めして固定されている。
【００１９】
さらに、図１に示すように、薄膜フィルム４の上には、研磨パッド５が貼り付けられている。研磨パッド５は、薄膜フィルム４の外径より大きい。このために、研磨パッド５は、薄膜フィルム４を含むプラテン２の上面を覆う。薄膜フィルム４が所定の膜厚を有することから、研磨パッド５の上面には、段差５Ａが形成される。段差５Ａの内側の領域の研磨パッド５の高さは、段差５Ａの外側の領域の研磨パッド５の高さより高くなる。即ち、プラテン２から研磨パッド５の上面までの高さは、中央部分が高く、段差５Ａより外側が相対的に低くなっている。
【００２０】
研磨パッド５は、下地層（サブパット)８と、上地層９を積層させた２層構造を有する。下地層８は、プラテン２の上方に配置される第一の面８Ａを有する。第一の面８Ａには、不図示の溝や凹凸が必要に応じて形成されている。下地層８には、ポリウレタン系の素材が多く用いられ、ポリウレタンや、ポリウレタンをスポンジ状にしたフォームや、ポリウレタンを含ませた不織布が使用される。上地層９は、基板６が押し当てられる第二の面９Ａを有する。上地層９には、例えば発泡ウレタンが用いられる。下地層８と上地層９は、例えば、第一の面８Ａが下向きに、第二の面９Ａが上向きになるように、両面テープや接着剤で固定されている。研磨パッド５は、単層又は２層以上でも良い。
【００２１】
プラテン２の上方には、研磨ヘッド１０が配置されている。研磨ヘッド１０は、半導体装置を製造する基板６を保持可能で、所定の圧力で基板６を研磨パッド５に押し当てる不図示の加圧機構、例えばマルチ・ゾーン型加圧室などが設けられている。研磨ヘッド１０は、回転軸１１によって回転可能に支持されている。研磨ヘッド１０の回転軸１１は、プラテン２の回転軸３と平行に配置されている。さらに、研磨ヘッド１０は、プラテン２の上方で径方向の中心と径方向外側との間で往復移動可能に支持されている。図２に示すように、基板６が研磨パッド５に押し当てられる範囲の半径ｒ２は、薄膜フィルム４の外径ｒ１より大きい。このために、研磨時には、基板６が段差５Ａに押し当てられる。
【００２２】
また、プラテン２の上には、コンディショングディスク１５が回転軸１６によって回転可能に配置されている。コンディショニングディスク１５には、研磨布１の目立てをするやすり部材が取り付けられている。パッドコンディショニングディスク１５は、プラテン２上での回転と、プラテン２上の移動が可能である。さらに、プラテン２の上方には、研磨パッド５上にスラリを供給する２つのスラリ配管１７と、洗浄等のために研磨パッド５上に純水（脱イオン水）を供給することのできる液体配菅１８とが設けられている。
【００２３】
次に、ＣＭＰ装置１を用いて基板表面の研磨の概略について説明する。
最初に、プラテン２上に薄膜フィルム４を例えば接着材やテープを用いて固定する。さらに、薄膜フィルム４を覆うように研磨パッド５を取り付ける。研磨パッド５の第一の面８Ａは、薄膜フィルム４の上面と、薄膜フィルム４から露出しているプラテン２上に密着させる。
【００２４】
続いて、被加工物である基板６を保持した研磨ヘッド１０を研磨パッド５上に配置し、スラリをスラリ配管１７から供給しつつプラテン２、研磨ヘッド１０を回転させる。さらに、研磨ヘッド１０を研磨パッド５の中心と外周の間で往復運動させる。これによって、研磨パッド５と基板６とがスラリの砥粒を介して擦れて発熱する。その結果、基板６と研磨パッド５の界面の温度が上昇して化学機械研磨が進行する。化学反応が始まると、化学反応による発熱も重畳され、温度上昇の速度が促進される。やがて、定常状態に達し、一定速度の研磨が開始される。研磨が終了したら、最初に研磨ヘッド１０を上方に引き上げ
て、純水で高圧洗浄を行なって基板６の表面の研磨の残渣を除去する。さらに、液体配管１８から純水を供給しながらパッドコンディショニングディスク１５を研磨パッド５に押しつけて、両者を回転させながらコンディショニングディスク１５で研磨パッド５の目立てをする。このとき、コンディショニングディスク１５を研磨パッドの中心と外周の間で往復運動させる。
【００２５】
ここで、ＣＭＰ装置１の研磨条件の一例について説明する。
研磨パッド５は、例えば、ニッタ・ハース社製ＩＣ−１４００の積層タイプを用い、その直径は例えば７７５ｍｍとした。研磨ヘッド１０のリテーナリングの圧力は７４０ｇ／ｃｍ２とし、加圧室の第１のゾーンの圧力を７４０ｇ／ｃｍ２、第２のゾーンの圧力を２４０ｇ／ｃｍ２、第３のゾーンの圧力を２４０ｇ／ｃｍ２とした。スラリ流量は３００ｍｌ／ｍｉｎ、プラテン２の回転数は５３ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数は４７ｒｐｍとした。
【００２６】
コンディショニングディスク１５には、粒度８０／１００メッシュのダイヤモンドをリング状に幅２０ｍｍの範囲に、６個／ｍｍ２〜８個／ｍｍ２の密度で配置した。また、目立てのコンディショニング条件は、コンディショニングディスク１５の荷重を３ｋｇｆ、基板研磨時のコンディショニング時間を１７秒、プラテン２の回転数を９３ｒｐｍ、研磨ディスク１５の回転数は１０８ｒｐｍとした。
【００２７】
スラリには、例えば、リンゴ酸を０．０７ｗｔ％〜０．２ｗｔ％、ベンゾトリアゾールを０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、ポリアクリル酸アンモニウムを固形分の濃度で０．０１ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％となるように超純水で調整した溶液に、過酸化水素が６ｗｔ%になるように調合した。
【００２８】
さらに、薄膜フィルム４には、直径６００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＰＥＴ製薄膜フィルムを用いた。研磨パッド５が積層タイプで下地層８がクッションの役割を果たすので、薄膜フィルム４は必要な段差５Ａの高さよりも厚い膜が用いられる。
【００２９】
図３にＣＭＰ装置１における研磨レートの測定結果を示す。横軸は、基板中心からの距離を示し、縦軸は研磨レートの測定結果を示す。ラインＬ１に、基板の研磨レートプロファイル（研磨レートの分布）を示す。研磨レートプロファイルは、薄膜フィルム４を研磨パッド５の下に貼り付けた後、コンディショニングせずにダミー基板を４枚流した後に測定した。このときの研磨時間の総計は、０．４時間程度であった。
【００３０】
また、比較例として、ラインＬ２に平坦な研磨パッド５に対して０．４時間のコンディショニングしたときの研磨レートプロファイルを示す。同様に、ラインＬ３に平坦な研磨パッド５に対して２時間のコンディショニングしたときの研磨レートプロファイルを示す。
【００３１】
ラインＬ２は、研磨パッド５をプラテン２に貼り付けた後、２０分間（０．４時間）、コンディショニングした状態で研磨レートを測定した結果である。
ラインＬ３は、ラインＬ２に示す研磨を実施した後、Ｃｕを１μｍ以上成膜したＣｕ膜を連続して１２枚、前記の研磨条件で６０秒間研磨して研磨パッド５を立ち上げた。パッド立ち上げ後で、積算コンディショニング時間が約２時間になった時点で、Ｃｕ膜を１μｍ成膜した基板を６０秒研磨して研磨レートを取得し、研磨レートプロファイルを算出した。
【００３２】
ラインＬ２に示すように、積算コンディショニング時間が０．４時間のときの研磨レートは、基板の外周部の研磨レートが高くなっている。一方、ラインＬ３に示すように、積
算コンディショニング時間が約２時間になると、同じ研磨条件にも関わらず、基板の外周部で研磨レートが低下している。これは、研磨圧力も関係しているが、立ち上げ直後は、基板の外周部が研磨パッドにしっかり接触しているためであると考えられる。ところが、２時間程度コンディショニング及び研磨を実施すると、研磨パッドの外周部の残膜が薄くなる。この結果、研磨時に基板と研磨パッドが接触し難くなり、基板の外周部の研磨レートが低下すると考えられる。
【００３３】
これに対し、ラインＬ１に示す本実施の形態のＣＭＰ装置１では、研磨パッド５は殆ど削っていないが、その研磨レートプロファイルは、ラインＬ３に示すコンディショニングを２時間した研磨レートプロファイルに非常に近い。即ち、従来であれば、時間をかけてコンディショニングしなければ得られなかった研磨レートプロファイルが、薄膜フィルム４を挿入することによって速やかに実現できる。
【００３４】
以上、説明したように、この実施の形態では、薄膜フィルム４を用いることで、プラテン２から研磨パッド５の上面までの距離を簡単に調整することが可能になる。これによって、例えば、２時間程度のコンディショング及び研磨によって膜厚を減少させた研磨パッド５と同様の研磨レートプロファイルが得られる、このことから、研磨時間を短縮できる。さらに、研磨パッド５の表面を削り取る時間が少なくなるので、研磨パッド５の寿命を長くできる。薄膜フィルム４は、プラテン２と研磨パッド５の間に挿入すれば良いので、装置構成は簡略化である。このために、既存のＣＭＰ装置に簡単に適用できる。さらに、薄膜フィルム４は、プラテン２及び研磨パッド５から容易に取り外せるので、必要な研磨レートプロファイルに応じて薄膜フィルム４を容易に交換できる。
【００３５】
ここで、この実施の形態の変形例について説明する。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、薄膜フィルム２１（シート材）は、環状になっており、その外径ｒ３は基板６が研磨パッド５に押し当てられる範囲の半径ｒ２より小さい。薄膜フィルム２１は、接着剤やテープによってプラテン２上に、中心位置がプラテン２と一致するように位置決めして固定されている。薄膜フィルム２１の上には、研磨パッド５が貼り付けられている。研磨パッド５は、薄膜フィルム２１の外径ｒ３より大きく、薄膜フィルム２１の全体と、薄膜フィルム２１の内側で露出しているプラテン２の上面を覆っている。薄膜フィルム２１が所定の膜厚を有するので、研磨パッド５の上面には、段差５Ｂが形成される。段差５Ｂの内側の領域の研磨パッド５の高さは、段差５Ｂの外側の領域の研磨パッド５の高さより低くなる。研磨パッド５の外周部分と基板６が接触し易くなるので、基板６の外周部の研磨レートを例えば高くできる。また、薄膜フィルム４の厚さや硬度を変えた場合にも、研磨レートプロファイルの制御が可能である。
【００３６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態について図面を参照して説明する。第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、第１の実施の形態と重複する説明は省略する。
図５（ａ）の側部断面図に示すように、積層タイプの研磨パッド５は、下地層４５の厚さが場所ごとに異なる。下地層４５は、上面に凸部４５Ａを有する。上地層５の厚さは、一定になっているが、下地層４５の凸部４５Ａによって第二の面９Ａの一部が凸部５Ｃを形成している。ここで、凸部４５Ａは、研磨パッド５の外周部分などに形成される。凸部４５Ａは、例えば環状に形成される。また、凸部４５Ａは、複数の円形や、ライン状、格子状に形成しても良い。
【００３７】
図５（ｂ）に示すように、研磨パッド５をプラテン２に貼り付けると、プラテン２から研磨パッド５の第二の面９Ａまでの高さを場所ごとに変えることができる。これに対して、図示を省略するが、研磨パッド５の下地層４５の膜厚を部分的に薄くすると、その上の上層９のパッド表面がプラテン２に貼り付けたときに他の領域に比べて相対的に下がる。
これらのケースでは、研磨パッド５とプラテン２の間に、薄膜フィルム４を挟み込んだ場合と同様の効果が得られる。
【００３８】
また、図５（ｃ）に示すように、研磨パッド５は、下地層８と、シート材４６と、上地層９を積層して形成しても良い。シート材４６は、例えば、下地層８と上地層９を接着する接着層でも良い。また、シート材４６は、下地層８と上地層９のそれぞれに接着される薄膜でも良い。シート材４６は、一部の膜厚が増加して凸部４６Ａを形成している。このために、上地層９の一部が凸部４６Ａによって押し上げて凸部５Ｃを形成する。凸部４６Ａは、例えば環状に形成される。また、凸部４６Ａは、複数の円形や、ライン状、格子状に形成しても良い。研磨パッド５とプラテン２の間に、薄膜フィルム４を挟み込んだ場合と同様の効果が得られる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について図面を参照して説明する。前記の各実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、前記の各実施の形態と重複する説明は省略する。
図６（ａ）の平面図に示すように、薄膜フィルム３１は、リング形状を有し、中央に開口３１Ａを有する。さらに、薄膜フィルム３１の内周部分には、複数の切り込みによって、凸部３２が複数形成されている。凸部３２は、径方向の中心に向かって延び、かつ周方向に沿って複数配置されている。各凸部３２は、中心に向かうに従って幅が減少する。
【００４０】
図６（ｂ）の側部断面図、及び図６（ｃ）の平面図に示すように、この薄膜フィルム３１（シート材）は、プラテン２に貼り付けられる。さらに、薄膜フィルム３１の上には、研磨パッド５が貼り付けられる。研磨パッド５の外周部分は、薄膜フィルム３１が挿入されることによって、内周部分に比べて上方（基板６方向）に盛り上がり、段差５Ｄが形成される。薄膜フィルム３１の凸部３２が周方向に周期的に配列されていることから、研磨パッド５には上方に突出している領域３４Ａと、突出していない領域３４Ｂとが交互に配置される。このために、段差５Ｄの形状は、薄膜フィルム３１の形状に倣って、星型になる。各領域３４Ａ，３４Ｂの外側は、薄膜フィルム３１が環状に配置されているので、研磨パッド５は一様に上方に突出する。
【００４１】
このＣＭＰ装置１では、凸部３２の頂点を結ぶ仮想円の半径は、基板６が研磨パッド５に押し当てられる範囲の半径ｒ２（図２参照）より小さい。従って、基板６の研磨時には、基板６に、突出する領域３４Ａと突出しない領域３４Ｂとが交互に押し当てられる。この結果、基板６の表面のミクロな部分における平坦性が向上する。
【００４２】
基板６の平坦性について調べた結果を図７に示す。また、平坦性の検査に使用したサンプルの概略図を図８に示す。図８に示すように、サンプル４１は、シリコン基板６上に第１の酸化膜４２を形成し、第１の酸化膜４２の上にＡｌからなる導体層４３を形成した。さらに、導体層４３を覆うように第２の酸化膜４４を形成した。導体層４３の上には、第２の酸化膜４４が突出している。ここで、第１及び第２の酸化膜４２，４４の合計の膜厚は２２００ｎｍとし、導体層４３の上面は基板６から９５０ｎｍまでの高さにある。導体層４３の上方には、第２の酸化膜４４が６５０ｎｍの厚さで突出して段差４４Ａを形成している。第２の酸化膜４４の突出量は、光学的に測定したデータに基づいて算出した。
【００４３】
基板研磨時の研磨ヘッド１０の研磨圧力は、インナーチューブの圧力を４．０ｐｓｉ、リテーナリングの圧力を６．０ｐｓｉ、メンブレンの圧力を４．０ｐｓｉとした。また、プラテン２の回転数は１０３ｒｐｍ、研磨ヘッド１０の回転数は９８ｒｐｍとした。スラリには、Ｃａｂｏｔ社製のＳＳ−２５を純水で２倍に希釈して使用し、流量は２００ｍｌ／分とした。
【００４４】
研磨後の段差４４Ａの厚さを測定した結果を示す図７において、横軸は研磨量を示し、縦軸は段差４４Ａの厚さを示す。ラインＬ２１は、薄膜フィルム４を貼り付けたときの段差４４Ａの厚さの変化を示す。ラインＬ２２は、薄膜フィルム４を貼り付けなかったときの段差４４Ａの厚さの変化を示す。研磨パッド５の下に薄膜フィルム４を貼り付けることによって、段差４４Ａが減少している。即ち、薄膜フィルム３１に用いることで、研磨後の薄膜の平坦性が向上する。その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
ここで、図９に示す薄膜フィルム５５（シート材）のように、凸部５６の数を増加させても良い。薄膜フィルム５５は、凸部５６の数のみが薄膜フィルム５１と異なる。凸部５６の数を変化させることで、研磨後の薄膜の平坦性を制御し易くなる。
【００４６】
また、図１０に示す薄膜フィルム６１（シート材）は、凸部６２が内周に沿って複数形成されている。凸部６２は、薄膜フィルム６１の内周部分が略台形に切り欠かれることで形成されている。切り欠かれた部分６３の周方向の長さが、図６（ａ）に示す薄膜フィルム３１に比べて大きい。従って、薄膜フィルム６１によって研磨パッド５が盛り上がる領域が、薄膜フィルム３１に比べて少なくなる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態について図面を参照して説明する。前記の各実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、前記の各実施の形態と重複する説明は省略する。
図１１（ａ）に示すように、薄膜フィルム６５（シート材）は、円形の外周部分に複数の切り込みが周方向に沿って形成されている。切り込みによって、径方向外側に向う凸部６６が形成される。凸部６６は、外側に向うに従って幅が減少する。
【００４８】
図１１（ｂ）の側部断面図、及び図１１（ｃ）の平面図に示すように、薄膜フィルム６５は、プラテン２に貼り付けられる。さらに、薄膜フィルム６５の上には、研磨パッド５が貼り付けられる。研磨パッド５の内周部分は、薄膜フィルム６５の厚さによって、内周部分に比べて相対的に盛り上がり、段差５Ｇが形成される。
【００４９】
薄膜フィルム６５は、凸部６６が周方向に周期的に配列されていることから、プラテン２の中心からの距離が等しくても、上方（基板側）に突出している領域６７Ａと、突出していない領域６７Ｂとが存在する。図１１（ｃ）に示すように、これら領域６７Ａ，６７Ｂは、凸部６６の配置に合わせて、周方向に交互に現れる。さらに、段差５Ｇの形状は、薄膜フィルム６５の形状に倣って、星型になる。
【００５０】
このＣＭＰ装置１では、研磨パッド５の外周部分において上方に突出する領域６７Ａと、突出しない領域６７Ｂとが周方向に交互に配置される。凸部６６の先端を結ぶ仮想円の半径は、基板６が研磨パッド５に押し当てられる範囲の半径ｒ２（図２参照）より小さい。従って、基板６の研磨時には、基板６に、突出する領域６７Ａと突出しない領域６７Ｂとが交互に押し当てられる。この結果、基板６の表面のミクロな部分における平坦性が向上する。段差５Ｇを形成することによる効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
ここで、図１２に示す薄膜フィルム７１（シート材）のように、凸部７２の数を増加させても良い。薄膜フィルム７１は、凸部７２の数のみが薄膜フィルム６５と異なる。凸部７２の数を変化させることで、研磨後の薄膜の平坦性を制御し易くなる。
また、図１３に示す薄膜フィルム７５（シート材）は、凸部７６が内周に沿って複数形成されている。凸部７６は、略台形に形成される。従って、薄膜フィルム７５によって盛り上がる領域が、図１１（ａ）に示す薄膜フィルム６５に比べて多くなる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態について図面を参照して説明する。前記の各実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、前記の各実施の形態と重複する説明は省略する。
図１４に示すように、研磨パッド８１の表面には、格子状の溝８２が形成されている。溝８２は、規則的に複数配列されている。このＣＭＰ装置１では、研磨パッド８１の表面に格子状の溝８２を有するので、スラリーの回り込み特性が良好になって、基板６の表面のミクロな部分における平坦性が向上する。
【００５３】
ここで、溝８２の深さは、場所によって変化させても良い。溝８２が深い部分では、研磨パッド５の表面が研磨されても、溝８２がなくならないので、基板６の表面のミクロな部分における平坦性を確保できる。深い溝８２は、例えば、研磨パッド８１の径方向の外側など、研磨時に圧力がかかり易い領域に形成することが好ましい。ここで、研磨パッド８１には、溝８２より浅い溝を形成しても良い。
【００５４】
ここで、図１５に示す研磨パッド８５のように、丸い孔８６を複数形成しても良い。この研磨パッド８５においても、同様の効果が得られる。孔８６の形状は、楕円形や多角形など、任意の形状にできる。また、孔８６の深さは、場所によらず一定でも良いし、場所ごとに変化させても良い。さらに、孔８６は、上地層９を貫通しても良いし、上地層９の厚さより浅く形成しても良い。
【００５５】
また、図１６に研磨パッド９１は、同心円状の溝９２が複数形成されている。溝９２の深さは、場所によらず一定でも良いし、場所ごとに変化させても良い。
さらに、図１７に示す研磨パッド９５は、同心円状の複数の溝９２と、格子状の溝８２とを有する。これら研磨パッド９１，９５においても、前記と同様の効果が得られる。
【００５６】
ここで、プラテン２上に前記の各実施の形態のいずれかの薄膜フィルム２１，３１，５５，６１，６５，７１を固定し、その上にいずれかの研磨パッド８１，８２，８５,９１，９５を取り付けることで、前記の各実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５７】
ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。
【００５８】
以下に、前記の実施の形態の特徴を付記する。
（付記１） プラテンと、前記プラテン上に配置されるシート材と、前記シート材上に配置される第一の面と、基板が押し当てられる第二の面を有し、前記プラテンからの前記第二の面までの高さが、前記シート材の膜厚によって変化させられた研磨パッドと、を含むことを特徴とする研磨装置。
（付記２） 前記シート材は、円形状を有することを特徴とする付記１に記載の研磨装置。
（付記３）前記シート材の外径は、前記基板が押し当てられる範囲の半径より小さいことを特徴とする付記２に記載の研磨装置。
（付記４） 前記シート材の外周に沿って径方向外側に突出する凸部が複数形成されていることを特徴とする付記２に記載の研磨装置。
（付記５） 前記シート材は、リング形状を有することを特徴とする付記１に記載の研磨装置。
（付記６） 前記シート材の内径は、前記基板が押し当てられる範囲の半径より小さいことを特徴とする付記５に記載の研磨装置。
（付記７） 前記シート材の内周に沿って径方向内側に突出する凸部が複数形成されていることを特徴とする付記５に記載の研磨装置。
（付記８） 前記研磨パッドには、溝と孔の少なくとも一方が複数形成されていることを特徴とする付記１乃至付記７のいずれか一項に記載の研磨装置。
（付記９） 前記溝又は前記孔の深さが場所によって異なることを特徴とする付記７に記載の研磨装置
（付記１０） プラテン上に配置される下地層と、基板が押し付けられる上地層とを有し、前記下地層の一部が前記上地層側に突出していることを特徴とする研磨パッド。
（付記１１） 回転可能なプラテン上に配置される下地層と、基板が押し当てられる上地層とを有し、前記下地層と前記上地層とを固定するシート材の厚さが場所によって異なることを特徴とする研磨パッド。
【符号の説明】
【００５９】
１ ＣＭＰ装置
２ プラテン
４，２１，３１，５５，６１，６５，７１，８１，８４，９１ 薄膜フィルム（シート材）
５ 研磨パッド
６ 基板
８ 下地層
８Ａ 第一の面
９ 上地層
９Ａ 第二の面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨装置及び研磨パッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造工程では、絶縁膜や導電膜などの表面を化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing；ＣＭＰ）法によって研磨して表面を平坦化することがある。ＣＭＰ法に用いられるＣＭＰ装置は、研磨プラテン（以下、プラテンという）と呼ばれる定盤上に、研磨パッドが取り付けられている。研磨パッドは１層又は２層構造を有する。２層構造の場合には、基板が押し当てられる上地層の下に弾性部材からなる下地層が貼り付けられる。さらに、プラテンの上方には、基板を保持する研磨ヘッドが設けられている。基板の研磨時には、スラリと呼ばれる研磨剤を研磨パッド上に滴下し、プラテンと研磨ヘッドのそれぞれを回転させながら基板上の膜を研磨する。
【０００３】
ＣＭＰ装置では、基板を研磨した後や、基板の研磨後に、コンディショニングと呼ばれる目立てが行われる。コンディショニングの目的は、大きく分けて２つある。
【０００４】
コンディショニングの１つ目の目的は、研磨パッドの表面の状態維持及び回復である。研磨中には、研磨屑(膜、スラリ内の砥粒など)が発生する。研磨屑が研磨パッドの表面の微細な凹凸に詰まると研磨能率が低下するので、研磨中に詰まった屑をコンディショニングによって除去する。また、コンディショニングには、研磨パッドの表面を荒らして研磨効率を上げる効果や、研磨時にダメージを受けた研磨パッドの表面層を削り取る効果もある。このように、コンディショニングによって、研磨パッドの表面が研磨に最適な状態になる。
【０００５】
さらに、コンディショニングの２つ目の目的は、所望する研磨分布を得るために、研磨パッド５の厚さ分布(以下、パッドプロファイルとする)として所望のプロファイルを形成することである。コンディショニング時には、コンディショニングディスクの移動速度、加圧力、回転数などの要素を任意に設定することで、研磨パッドのプロファイルを任意の形状にできる。研磨パッドのある特定部分を薄くしたいときは、その部分のコンディショニングディスクの滞在時間を長くし、逆に厚く残したいときは滞在時間を短くする。
【０００６】
ここで、研磨パッドのプロファイルがＣＭＰ装置の研磨特性に与える影響について説明する。研磨時に、基板は、回転しながら研磨パッドの中心と外周の間を往復運動する。図１８に研磨パッドの厚さのプロファイルを例示する。横軸は研磨パッド上の位置を示す。横軸の中央が研磨パッドの中央に相当し、横軸の中央から左右に離れるに従って研磨パッド上の位置も外周側に移動する。また、縦軸は研磨パッドの厚さを示す。基板やコンディショニングディスクは、矢印ＡＷ１に示すように研磨パッドの中央と外周の間で往復移動させられる。
【０００７】
ラインＬ３１に示す研磨パッドの厚さのプロファイルでは、中央と外周の間で研磨パッドの厚さのピークがある。従って、ラインＬ３１の研磨パッドでは、基板の中心部が最も研磨パッドに接触する。これに対して、ラインＬ３２に示す研磨パッドのプロファイルでは、研磨パッドの外周部分の厚さが大きい。従って、ラインＬ３２の研磨パッドでは、基板の外周部が最も研磨パッドに接触し易くなる。
【０００８】
例えば、基板の中心部の研磨レートを早くしたい場合（センタファスト）は、図１８のラインＬ３１に示すように研磨パッド５のプロファイルをコンディショニングによって調
整する。これに対して、基板の外周部の研磨レートを早くしたい場合（エッジファスト）は、ラインＬ３２に示すように研磨パッドのプロファイルをコンディショニングによって調整する。研磨レートは、研磨に使用するスラリや研磨条件、例えば基板への圧力、プラテンや研磨ヘッドの回転数などの影響も大きく受けるため、必ずしもセンタファストやエッジファストになる訳ではないが、レートプロファイルを制御する一つの手法として用いられている。
【０００９】
また、従来の研磨装置では、研磨パッド又はプラテンの圧縮性の違いを利用した研磨によって、基板の研磨量を均一化させている。この研磨装置では、研磨パッドの底部、又はプラテンの上面のいずれか一方に凹部を形成し、凹部にリング状のクッション部材を収容し、圧縮性の異なる第１の研磨領域と第２の研磨領域を形成している。ここで、第１の研磨領域の圧縮性は、第２の研磨領域の圧縮性より低くなっており、圧縮性の違いによって基板に研磨パッドが接触する圧力が均一になるようにコントロールされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００１−２３７２０５
【特許文献２】特表２００２−５２４８６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
研磨パッドは、未使用の状態では図１８のラインＬ３３に示すように一定の膜厚を有する。このために、ラインＬ３１やラインＬ３２に示すようなプロファイルを得るためには、コンディショニングによって研磨パッドの表面を研磨する必要がある。コンディショニングを実施せずに研磨を開始すると、膜厚が不均一になる。しかしながら、コンディショニングによって膜厚が均一になるプロファイルを形成するには時間がかかる。さらに、新品の研磨パッドを削るので、研磨パッドの寿命が短くなる。
【００１２】
また、クッション部材を収容する構成では、研磨パッド又はプラテンに溝を形成する必要があるために、装置構造が複雑になる。また、クッション部材を収容する構成では、研磨パッドの膜厚のプロファイルを容易に変更できない。
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で効率良く基板を研磨できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
実施形態の一観点によれば、プラテンと、前記プラテン上に配置されるシート材と、前記シート材上に配置される第一の面と、基板が押し当てられる第二の面を有し、前記プラテンからの前記第二の面までの高さが、前記シート材の膜厚によって変化させられた研磨パッドと、を含むことを特徴とする研磨装置が提供される。
【００１４】
また、実施形態の別の観点によれば、プラテン上に配置される下地層と、基板が押し付けられる上地層とを有し、前記下地層の一部が前記上地層側に突出していることを特徴とする研磨パッドが提供される。
【発明の効果】
【００１５】
研磨パッドの場所ごとの研磨レートの分布を制御し易くなる。研磨パッドを研磨して膜厚分布を調整する作業を簡略化でき、作業効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置の概略構成の一例を示す図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置において研磨パッドを取り付けたプラテンの一例を示す平面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置において基板中心からの距離と研磨レートの関係の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る研磨装置の概略構成の一例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施の形態に係る研磨パッドの一例を示し、（ａ）は一部断面図、（ｂ）はプラテンに取り付けた状態を示す一部断面図、（ｂ）は変形例の断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施の形態に係る研磨パッドの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面であって研磨装置を側方からみた図、（ｂ）は研磨装置の平面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態に係る研磨装置の研磨量と段差の関係の一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の第３の実施の形態において、図７のグラフ作成に用いたサンプルの断面図である。
【図９】図９は、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１１】図１１は、本発明の第４の実施の形態に係る研磨パッドの一例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面であって研磨装置を側方からみた図、（ｂ）は研磨装置の平面図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１３】図１３は、本発明の第４の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施の形態に係る研磨パッドの一例を示す平面図である。
【図１５】図１５は、本発明の第５の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの平面図である。（その１）
【図１６】図１６は、本発明の第５の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの平面図である。（その２）
【図１７】図１７は、本発明の第５の実施の形態の変形例に係る研磨パッドの一部を拡大した平面図である。
【図１８】図１８は、従来の研磨パッド上の位置と研磨パッドの厚さの関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
発明の目的及び利点は、請求の範囲に具体的に記載された構成要素及び組み合わせによって実現され達成される。
前述の一般的な説明及び以下の詳細な説明は、典型例及び説明のためのものであって、本発明を限定するためのものではない。
【００１８】
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１にＣＭＰ装置の一例を示す。ＣＭＰ装置１は、回転テーブルになるプラテン（定盤）２を有する。プラテン２は、回転軸３によって回転自在に支持されている。プラテン２の上面には、薄膜フィルム４（シート材）が貼り付けられている。図２に示すように、薄
膜フィルム４は、円形に形成されており、その外径はプラテン２の外径より小さい。薄膜フィルム４は、不図示の接着剤やテープによってプラテン２上に、中心位置がプラテン２と一致するように位置決めして固定されている。
【００１９】
さらに、図１に示すように、薄膜フィルム４の上には、研磨パッド５が貼り付けられている。研磨パッド５は、薄膜フィルム４の外径より大きい。このために、研磨パッド５は、薄膜フィルム４を含むプラテン２の上面を覆う。薄膜フィルム４が所定の膜厚を有することから、研磨パッド５の上面には、段差５Ａが形成される。段差５Ａの内側の領域の研磨パッド５の高さは、段差５Ａの外側の領域の研磨パッド５の高さより高くなる。即ち、プラテン２から研磨パッド５の上面までの高さは、中央部分が高く、段差５Ａより外側が相対的に低くなっている。
【００２０】
研磨パッド５は、下地層（サブパット)８と、上地層９を積層させた２層構造を有する。下地層８は、プラテン２の上方に配置される第一の面８Ａを有する。第一の面８Ａには、不図示の溝や凹凸が必要に応じて形成されている。下地層８には、ポリウレタン系の素材が多く用いられ、ポリウレタンや、ポリウレタンをスポンジ状にしたフォームや、ポリウレタンを含ませた不織布が使用される。上地層９は、基板６が押し当てられる第二の面９Ａを有する。上地層９には、例えば発泡ウレタンが用いられる。下地層８と上地層９は、例えば、第一の面８Ａが下向きに、第二の面９Ａが上向きになるように、両面テープや接着剤で固定されている。研磨パッド５は、単層又は２層以上でも良い。
【００２１】
プラテン２の上方には、研磨ヘッド１０が配置されている。研磨ヘッド１０は、半導体装置を製造する基板６を保持可能で、所定の圧力で基板６を研磨パッド５に押し当てる不図示の加圧機構、例えばマルチ・ゾーン型加圧室などが設けられている。研磨ヘッド１０は、回転軸１１によって回転可能に支持されている。研磨ヘッド１０の回転軸１１は、プラテン２の回転軸３と平行に配置されている。さらに、研磨ヘッド１０は、プラテン２の上方で径方向の中心と径方向外側との間で往復移動可能に支持されている。図２に示すように、基板６が研磨パッド５に押し当てられる範囲の半径ｒ２は、薄膜フィルム４の外径ｒ１より大きい。このために、研磨時には、基板６が段差５Ａに押し当てられる。
【００２２】
また、プラテン２の上には、コンディショングディスク１５が回転軸１６によって回転可能に配置されている。コンディショニングディスク１５には、研磨布１の目立てをするやすり部材が取り付けられている。パッドコンディショニングディスク１５は、プラテン２上での回転と、プラテン２上の移動が可能である。さらに、プラテン２の上方には、研磨パッド５上にスラリを供給する２つのスラリ配管１７と、洗浄等のために研磨パッド５上に純水（脱イオン水）を供給することのできる液体配菅１８とが設けられている。
【００２３】
次に、ＣＭＰ装置１を用いて基板表面の研磨の概略について説明する。
最初に、プラテン２上に薄膜フィルム４を例えば接着材やテープを用いて固定する。さらに、薄膜フィルム４を覆うように研磨パッド５を取り付ける。研磨パッド５の第一の面８Ａは、薄膜フィルム４の上面と、薄膜フィルム４から露出しているプラテン２上に密着させる。
【００２４】
続いて、被加工物である基板６を保持した研磨ヘッド１０を研磨パッド５上に配置し、スラリをスラリ配管１７から供給しつつプラテン２、研磨ヘッド１０を回転させる。さらに、研磨ヘッド１０を研磨パッド５の中心と外周の間で往復運動させる。これによって、研磨パッド５と基板６とがスラリの砥粒を介して擦れて発熱する。その結果、基板６と研磨パッド５の界面の温度が上昇して化学機械研磨が進行する。化学反応が始まると、化学反応による発熱も重畳され、温度上昇の速度が促進される。やがて、定常状態に達し、一定速度の研磨が開始される。研磨が終了したら、最初に研磨ヘッド１０を上方に引き上げ
て、純水で高圧洗浄を行なって基板６の表面の研磨の残渣を除去する。さらに、液体配管１８から純水を供給しながらパッドコンディショニングディスク１５を研磨パッド５に押しつけて、両者を回転させながらコンディショニングディスク１５で研磨パッド５の目立てをする。このとき、コンディショニングディスク１５を研磨パッドの中心と外周の間で往復運動させる。
【００２５】
ここで、ＣＭＰ装置１の研磨条件の一例について説明する。
研磨パッド５は、例えば、ニッタ・ハース社製ＩＣ−１４００の積層タイプを用い、その直径は例えば７７５ｍｍとした。研磨ヘッド１０のリテーナリングの圧力は７４０ｇ／ｃｍ２とし、加圧室の第１のゾーンの圧力を７４０ｇ／ｃｍ２、第２のゾーンの圧力を２４０ｇ／ｃｍ２、第３のゾーンの圧力を２４０ｇ／ｃｍ２とした。スラリ流量は３００ｍｌ／ｍｉｎ、プラテン２の回転数は５３ｒｐｍ、研磨ヘッドの回転数は４７ｒｐｍとした。
【００２６】
コンディショニングディスク１５には、粒度８０／１００メッシュのダイヤモンドをリング状に幅２０ｍｍの範囲に、６個／ｍｍ２〜８個／ｍｍ２の密度で配置した。また、目立てのコンディショニング条件は、コンディショニングディスク１５の荷重を３ｋｇｆ、基板研磨時のコンディショニング時間を１７秒、プラテン２の回転数を９３ｒｐｍ、研磨ディスク１５の回転数は１０８ｒｐｍとした。
【００２７】
スラリには、例えば、リンゴ酸を０．０７ｗｔ％〜０．２ｗｔ％、ベンゾトリアゾールを０．１ｗｔ％〜０．５ｗｔ％、ポリアクリル酸アンモニウムを固形分の濃度で０．０１ｗｔ％〜０．０８ｗｔ％となるように超純水で調整した溶液に、過酸化水素が６ｗｔ%になるように調合した。
【００２８】
さらに、薄膜フィルム４には、直径６００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍのＰＥＴ製薄膜フィルムを用いた。研磨パッド５が積層タイプで下地層８がクッションの役割を果たすので、薄膜フィルム４は必要な段差５Ａの高さよりも厚い膜が用いられる。
【００２９】
図３にＣＭＰ装置１における研磨レートの測定結果を示す。横軸は、基板中心からの距離を示し、縦軸は研磨レートの測定結果を示す。ラインＬ１に、基板の研磨レートプロファイル（研磨レートの分布）を示す。研磨レートプロファイルは、薄膜フィルム４を研磨パッド５の下に貼り付けた後、コンディショニングせずにダミー基板を４枚流した後に測定した。このときの研磨時間の総計は、０．４時間程度であった。
【００３０】
また、比較例として、ラインＬ２に平坦な研磨パッド５に対して０．４時間のコンディショニングしたときの研磨レートプロファイルを示す。同様に、ラインＬ３に平坦な研磨パッド５に対して２時間のコンディショニングしたときの研磨レートプロファイルを示す。
【００３１】
ラインＬ２は、研磨パッド５をプラテン２に貼り付けた後、２０分間（０．４時間）、コンディショニングした状態で研磨レートを測定した結果である。
ラインＬ３は、ラインＬ２に示す研磨を実施した後、Ｃｕを１μｍ以上成膜したＣｕ膜を連続して１２枚、前記の研磨条件で６０秒間研磨して研磨パッド５を立ち上げた。パッド立ち上げ後で、積算コンディショニング時間が約２時間になった時点で、Ｃｕ膜を１μｍ成膜した基板を６０秒研磨して研磨レートを取得し、研磨レートプロファイルを算出した。
【００３２】
ラインＬ２に示すように、積算コンディショニング時間が０．４時間のときの研磨レートは、基板の外周部の研磨レートが高くなっている。一方、ラインＬ３に示すように、積
算コンディショニング時間が約２時間になると、同じ研磨条件にも関わらず、基板の外周部で研磨レートが低下している。これは、研磨圧力も関係しているが、立ち上げ直後は、基板の外周部が研磨パッドにしっかり接触しているためであると考えられる。ところが、２時間程度コンディショニング及び研磨を実施すると、研磨パッドの外周部の残膜が薄くなる。この結果、研磨時に基板と研磨パッドが接触し難くなり、基板の外周部の研磨レートが低下すると考えられる。
【００３３】
これに対し、ラインＬ１に示す本実施の形態のＣＭＰ装置１では、研磨パッド５は殆ど削っていないが、その研磨レートプロファイルは、ラインＬ３に示すコンディショニングを２時間した研磨レートプロファイルに非常に近い。即ち、従来であれば、時間をかけてコンディショニングしなければ得られなかった研磨レートプロファイルが、薄膜フィルム４を挿入することによって速やかに実現できる。
【００３４】
以上、説明したように、この実施の形態では、薄膜フィルム４を用いることで、プラテン２から研磨パッド５の上面までの距離を簡単に調整することが可能になる。これによって、例えば、２時間程度のコンディショング及び研磨によって膜厚を減少させた研磨パッド５と同様の研磨レートプロファイルが得られる、このことから、研磨時間を短縮できる。さらに、研磨パッド５の表面を削り取る時間が少なくなるので、研磨パッド５の寿命を長くできる。薄膜フィルム４は、プラテン２と研磨パッド５の間に挿入すれば良いので、装置構成は簡略化である。このために、既存のＣＭＰ装置に簡単に適用できる。さらに、薄膜フィルム４は、プラテン２及び研磨パッド５から容易に取り外せるので、必要な研磨レートプロファイルに応じて薄膜フィルム４を容易に交換できる。
【００３５】
ここで、この実施の形態の変形例について説明する。
図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、薄膜フィルム２１（シート材）は、環状になっており、その外径ｒ３は基板６が研磨パッド５に押し当てられる範囲の半径ｒ２より小さい。薄膜フィルム２１は、接着剤やテープによってプラテン２上に、中心位置がプラテン２と一致するように位置決めして固定されている。薄膜フィルム２１の上には、研磨パッド５が貼り付けられている。研磨パッド５は、薄膜フィルム２１の外径ｒ３より大きく、薄膜フィルム２１の全体と、薄膜フィルム２１の内側で露出しているプラテン２の上面を覆っている。薄膜フィルム２１が所定の膜厚を有するので、研磨パッド５の上面には、段差５Ｂが形成される。段差５Ｂの内側の領域の研磨パッド５の高さは、段差５Ｂの外側の領域の研磨パッド５の高さより低くなる。研磨パッド５の外周部分と基板６が接触し易くなるので、基板６の外周部の研磨レートを例えば高くできる。また、薄膜フィルム４の厚さや硬度を変えた場合にも、研磨レートプロファイルの制御が可能である。
【００３６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態について図面を参照して説明する。第１の実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、第１の実施の形態と重複する説明は省略する。
図５（ａ）の側部断面図に示すように、積層タイプの研磨パッド５は、下地層４５の厚さが場所ごとに異なる。下地層４５は、上面に凸部４５Ａを有する。上地層５の厚さは、一定になっているが、下地層４５の凸部４５Ａによって第二の面９Ａの一部が凸部５Ｃを形成している。ここで、凸部４５Ａは、研磨パッド５の外周部分などに形成される。凸部４５Ａは、例えば環状に形成される。また、凸部４５Ａは、複数の円形や、ライン状、格子状に形成しても良い。
【００３７】
図５（ｂ）に示すように、研磨パッド５をプラテン２に貼り付けると、プラテン２から研磨パッド５の第二の面９Ａまでの高さを場所ごとに変えることができる。これに対して、図示を省略するが、研磨パッド５の下地層４５の膜厚を部分的に薄くすると、その上の上層９のパッド表面がプラテン２に貼り付けたときに他の領域に比べて相対的に下がる。
これらのケースでは、研磨パッド５とプラテン２の間に、薄膜フィルム４を挟み込んだ場合と同様の効果が得られる。
【００３８】
また、図５（ｃ）に示すように、研磨パッド５は、下地層８と、シート材４６と、上地層９を積層して形成しても良い。シート材４６は、例えば、下地層８と上地層９を接着する接着層でも良い。また、シート材４６は、下地層８と上地層９のそれぞれに接着される薄膜でも良い。シート材４６は、一部の膜厚が増加して凸部４６Ａを形成している。このために、上地層９の一部が凸部４６Ａによって押し上げて凸部５Ｃを形成する。凸部４６Ａは、例えば環状に形成される。また、凸部４６Ａは、複数の円形や、ライン状、格子状に形成しても良い。研磨パッド５とプラテン２の間に、薄膜フィルム４を挟み込んだ場合と同様の効果が得られる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態について図面を参照して説明する。前記の各実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、前記の各実施の形態と重複する説明は省略する。
図６（ａ）の平面図に示すように、薄膜フィルム３１は、リング形状を有し、中央に開口３１Ａを有する。さらに、薄膜フィルム３１の内周部分には、複数の切り込みによって、凸部３２が複数形成されている。凸部３２は、径方向の中心に向かって延び、かつ周方向に沿って複数配置されている。各凸部３２は、中心に向かうに従って幅が減少する。
【００４０】
図６（ｂ）の側部断面図、及び図６（ｃ）の平面図に示すように、この薄膜フィルム３１（シート材）は、プラテン２に貼り付けられる。さらに、薄膜フィルム３１の上には、研磨パッド５が貼り付けられる。研磨パッド５の外周部分は、薄膜フィルム３１が挿入されることによって、内周部分に比べて上方（基板６方向）に盛り上がり、段差５Ｄが形成される。薄膜フィルム３１の凸部３２が周方向に周期的に配列されていることから、研磨パッド５には上方に突出している領域３４Ａと、突出していない領域３４Ｂとが交互に配置される。このために、段差５Ｄの形状は、薄膜フィルム３１の形状に倣って、星型になる。各領域３４Ａ，３４Ｂの外側は、薄膜フィルム３１が環状に配置されているので、研磨パッド５は一様に上方に突出する。
【００４１】
このＣＭＰ装置１では、凸部３２の頂点を結ぶ仮想円の半径は、基板６が研磨パッド５に押し当てられる範囲の半径ｒ２（図２参照）より小さい。従って、基板６の研磨時には、基板６に、突出する領域３４Ａと突出しない領域３４Ｂとが交互に押し当てられる。この結果、基板６の表面のミクロな部分における平坦性が向上する。
【００４２】
基板６の平坦性について調べた結果を図７に示す。また、平坦性の検査に使用したサンプルの概略図を図８に示す。図８に示すように、サンプル４１は、シリコン基板６上に第１の酸化膜４２を形成し、第１の酸化膜４２の上にＡｌからなる導体層４３を形成した。さらに、導体層４３を覆うように第２の酸化膜４４を形成した。導体層４３の上には、第２の酸化膜４４が突出している。ここで、第１及び第２の酸化膜４２，４４の合計の膜厚は２２００ｎｍとし、導体層４３の上面は基板６から９５０ｎｍまでの高さにある。導体層４３の上方には、第２の酸化膜４４が６５０ｎｍの厚さで突出して段差４４Ａを形成している。第２の酸化膜４４の突出量は、光学的に測定したデータに基づいて算出した。
【００４３】
基板研磨時の研磨ヘッド１０の研磨圧力は、インナーチューブの圧力を４．０ｐｓｉ、リテーナリングの圧力を６．０ｐｓｉ、メンブレンの圧力を４．０ｐｓｉとした。また、プラテン２の回転数は１０３ｒｐｍ、研磨ヘッド１０の回転数は９８ｒｐｍとした。スラリには、Ｃａｂｏｔ社製のＳＳ−２５を純水で２倍に希釈して使用し、流量は２００ｍｌ／分とした。
【００４４】
研磨後の段差４４Ａの厚さを測定した結果を示す図７において、横軸は研磨量を示し、縦軸は段差４４Ａの厚さを示す。ラインＬ２１は、薄膜フィルム４を貼り付けたときの段差４４Ａの厚さの変化を示す。ラインＬ２２は、薄膜フィルム４を貼り付けなかったときの段差４４Ａの厚さの変化を示す。研磨パッド５の下に薄膜フィルム４を貼り付けることによって、段差４４Ａが減少している。即ち、薄膜フィルム３１に用いることで、研磨後の薄膜の平坦性が向上する。その他の効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
ここで、図９に示す薄膜フィルム５５（シート材）のように、凸部５６の数を増加させても良い。薄膜フィルム５５は、凸部５６の数のみが薄膜フィルム５１と異なる。凸部５６の数を変化させることで、研磨後の薄膜の平坦性を制御し易くなる。
【００４６】
また、図１０に示す薄膜フィルム６１（シート材）は、凸部６２が内周に沿って複数形成されている。凸部６２は、薄膜フィルム６１の内周部分が略台形に切り欠かれることで形成されている。切り欠かれた部分６３の周方向の長さが、図６（ａ）に示す薄膜フィルム３１に比べて大きい。従って、薄膜フィルム６１によって研磨パッド５が盛り上がる領域が、薄膜フィルム３１に比べて少なくなる。
【００４７】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態について図面を参照して説明する。前記の各実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、前記の各実施の形態と重複する説明は省略する。
図１１（ａ）に示すように、薄膜フィルム６５（シート材）は、円形の外周部分に複数の切り込みが周方向に沿って形成されている。切り込みによって、径方向外側に向う凸部６６が形成される。凸部６６は、外側に向うに従って幅が減少する。
【００４８】
図１１（ｂ）の側部断面図、及び図１１（ｃ）の平面図に示すように、薄膜フィルム６５は、プラテン２に貼り付けられる。さらに、薄膜フィルム６５の上には、研磨パッド５が貼り付けられる。研磨パッド５の内周部分は、薄膜フィルム６５の厚さによって、内周部分に比べて相対的に盛り上がり、段差５Ｇが形成される。
【００４９】
薄膜フィルム６５は、凸部６６が周方向に周期的に配列されていることから、プラテン２の中心からの距離が等しくても、上方（基板側）に突出している領域６７Ａと、突出していない領域６７Ｂとが存在する。図１１（ｃ）に示すように、これら領域６７Ａ，６７Ｂは、凸部６６の配置に合わせて、周方向に交互に現れる。さらに、段差５Ｇの形状は、薄膜フィルム６５の形状に倣って、星型になる。
【００５０】
このＣＭＰ装置１では、研磨パッド５の外周部分において上方に突出する領域６７Ａと、突出しない領域６７Ｂとが周方向に交互に配置される。凸部６６の先端を結ぶ仮想円の半径は、基板６が研磨パッド５に押し当てられる範囲の半径ｒ２（図２参照）より小さい。従って、基板６の研磨時には、基板６に、突出する領域６７Ａと突出しない領域６７Ｂとが交互に押し当てられる。この結果、基板６の表面のミクロな部分における平坦性が向上する。段差５Ｇを形成することによる効果は、第１の実施の形態と同様である。
【００５１】
ここで、図１２に示す薄膜フィルム７１（シート材）のように、凸部７２の数を増加させても良い。薄膜フィルム７１は、凸部７２の数のみが薄膜フィルム６５と異なる。凸部７２の数を変化させることで、研磨後の薄膜の平坦性を制御し易くなる。
また、図１３に示す薄膜フィルム７５（シート材）は、凸部７６が内周に沿って複数形成されている。凸部７６は、略台形に形成される。従って、薄膜フィルム７５によって盛り上がる領域が、図１１（ａ）に示す薄膜フィルム６５に比べて多くなる。
【００５２】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態について図面を参照して説明する。前記の各実施の形態と同じ構成要素には同一の符号を付してある。また、前記の各実施の形態と重複する説明は省略する。
図１４に示すように、研磨パッド８１の表面には、格子状の溝８２が形成されている。溝８２は、規則的に複数配列されている。このＣＭＰ装置１では、研磨パッド８１の表面に格子状の溝８２を有するので、スラリーの回り込み特性が良好になって、基板６の表面のミクロな部分における平坦性が向上する。
【００５３】
ここで、溝８２の深さは、場所によって変化させても良い。溝８２が深い部分では、研磨パッド５の表面が研磨されても、溝８２がなくならないので、基板６の表面のミクロな部分における平坦性を確保できる。深い溝８２は、例えば、研磨パッド８１の径方向の外側など、研磨時に圧力がかかり易い領域に形成することが好ましい。ここで、研磨パッド８１には、溝８２より浅い溝を形成しても良い。
【００５４】
ここで、図１５に示す研磨パッド８５のように、丸い孔８６を複数形成しても良い。この研磨パッド８５においても、同様の効果が得られる。孔８６の形状は、楕円形や多角形など、任意の形状にできる。また、孔８６の深さは、場所によらず一定でも良いし、場所ごとに変化させても良い。さらに、孔８６は、上地層９を貫通しても良いし、上地層９の厚さより浅く形成しても良い。
【００５５】
また、図１６に研磨パッド９１は、同心円状の溝９２が複数形成されている。溝９２の深さは、場所によらず一定でも良いし、場所ごとに変化させても良い。
さらに、図１７に示す研磨パッド９５は、同心円状の複数の溝９２と、格子状の溝８２とを有する。これら研磨パッド９１，９５においても、前記と同様の効果が得られる。
【００５６】
ここで、プラテン２上に前記の各実施の形態のいずれかの薄膜フィルム２１，３１，５５，６１，６５，７１を固定し、その上にいずれかの研磨パッド８１，８２，８５,９１，９５を取り付けることで、前記の各実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５７】
ここで挙げた全ての例及び条件的表現は、発明者が技術促進に貢献した発明及び概念を読者が理解するのを助けるためのものであり、ここで具体的に挙げたそのような例及び条件に限定することなく解釈するものであり、また、明細書におけるそのような例の編成は本発明の優劣を示すこととは関係ない。本発明の実施形態を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、それに対して種々の変更、置換及び変形を施すことができる。
【００５８】
以下に、前記の実施の形態の特徴を付記する。
（付記１） プラテンと、前記プラテン上に配置されるシート材と、前記シート材上に配置される第一の面と、基板が押し当てられる第二の面を有し、前記プラテンからの前記第二の面までの高さが、前記シート材の膜厚によって変化させられた研磨パッドと、を含むことを特徴とする研磨装置。
（付記２） 前記シート材は、円形状を有することを特徴とする付記１に記載の研磨装置。
（付記３）前記シート材の外径は、前記基板が押し当てられる範囲の半径より小さいことを特徴とする付記２に記載の研磨装置。
（付記４） 前記シート材の外周に沿って径方向外側に突出する凸部が複数形成されていることを特徴とする付記２に記載の研磨装置。
（付記５） 前記シート材は、リング形状を有することを特徴とする付記１に記載の研磨装置。
（付記６） 前記シート材の内径は、前記基板が押し当てられる範囲の半径より小さいことを特徴とする付記５に記載の研磨装置。
（付記７） 前記シート材の内周に沿って径方向内側に突出する凸部が複数形成されていることを特徴とする付記５に記載の研磨装置。
（付記８） 前記研磨パッドには、溝と孔の少なくとも一方が複数形成されていることを特徴とする付記１乃至付記７のいずれか一項に記載の研磨装置。
（付記９） 前記溝又は前記孔の深さが場所によって異なることを特徴とする付記７に記載の研磨装置
（付記１０） プラテン上に配置される下地層と、基板が押し付けられる上地層とを有し、前記下地層の一部が前記上地層側に突出していることを特徴とする研磨パッド。
（付記１１） 回転可能なプラテン上に配置される下地層と、基板が押し当てられる上地層とを有し、前記下地層と前記上地層とを固定するシート材の厚さが場所によって異なることを特徴とする研磨パッド。
【符号の説明】
【００５９】
１ ＣＭＰ装置
２ プラテン
４，２１，３１，５５，６１，６５，７１，８１，８４，９１ 薄膜フィルム（シート材）
５ 研磨パッド
６ 基板
８ 下地層
８Ａ 第一の面
９ 上地層
９Ａ 第二の面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラテンと、
前記プラテン上に配置されるシート材と、
前記シート材上に配置される第一の面と、基板が押し当てられる第二の面を有し、前記プラテンからの前記第二の面までの高さが、前記シート材の膜厚によって変化させられた研磨パッドと、
を含むことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記シート材は、リング形状を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記シート材は、円形状を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨パッドには、溝と孔の少なくとも一方が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項５】
プラテン上に配置される下地層と、基板が押し付けられる上地層とを有し、前記下地層の一部が前記上地層側に突出していることを特徴とする研磨パッド。
【請求項１】
プラテンと、
前記プラテン上に配置されるシート材と、
前記シート材上に配置される第一の面と、基板が押し当てられる第二の面を有し、前記プラテンからの前記第二の面までの高さが、前記シート材の膜厚によって変化させられた研磨パッドと、
を含むことを特徴とする研磨装置。
【請求項２】
前記シート材は、リング形状を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項３】
前記シート材は、円形状を有することを特徴とする請求項１に記載の研磨装置。
【請求項４】
前記研磨パッドには、溝と孔の少なくとも一方が複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の研磨装置。
【請求項５】
プラテン上に配置される下地層と、基板が押し付けられる上地層とを有し、前記下地層の一部が前記上地層側に突出していることを特徴とする研磨パッド。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−１０１６９（Ｐ２０１３−１０１６９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４５６３７（Ｐ２０１１−１４５６３７）
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通セミコンダクター株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
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