JP2007030157A

JP2007030157A - 研磨装置及び研磨方法

Info

Publication number: JP2007030157A
Application number: JP2006145126A
Authority: JP
Inventors: Toshiya Saito; 俊哉斎藤
Original assignee: Elpida Memory Inc
Current assignee: Micron Memory Japan Ltd
Priority date: 2005-06-20
Filing date: 2006-05-25
Publication date: 2007-02-08
Also published as: US20060283839A1

Abstract

【課題】研磨パッドの稼動時間を延長できる研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置は、円形の研磨面を有し研磨面の中心回りに回転する研磨パッド１２と、研磨パッド１２との間にウエハを保持する保持面を有しウエハをその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、研磨面によってウエハを研磨する。研磨面には溝２１が形成されており、溝２１は、研磨面の摩耗速度に依存する深さを有し、中央領域２４及び周辺領域２６では2mmの深さに、中間領域２５では3mmの深さにそれぞれ形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、研磨装置及び研磨方法に関し、更に詳細には、半導体製造の化学機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）工程に好適に適用できる研磨装置及び研磨方法に関する。

近年、半導体装置の集積度が高まり、半導体装置内部の配線の多層化が実現されている。配線が多層化された半導体装置では、膜表面の凹凸を、フォトリソグラフィ工程で用いられる光源の焦点深度の範囲内に形成する必要があり、膜の平坦化工程が重要である。このような平坦化工程の一環として、ＣＭＰ工程が採用されている。

図１８（ａ）にＣＭＰ工程で用いられる研磨装置の一例を示す。図１８（ｂ）は、図１８（ａ）の研磨パッドの中心を含む鉛直断面を示している。研磨装置１００では、円盤状のテーブル上に研磨パッド１２が中心を合わせて固定され、中心軸１１ａを中心に回転する。ウエハ１３は研磨パッド１２上に載置され、上から研磨ヘッド１４によって研磨パッド１２に押し付けられる。研磨ヘッド１４は、ウエハ１３の主面を研磨パッド１２に対して押し付けると共に、その中心軸１４ａを中心に回転する。

研磨パッド１２の中心には、スラリ供給管１５によって、研磨液に研磨粒子を混合したスラリ（研磨剤）が吐出され、スラリは、研磨パッド１２の回転で生じる遠心力によってその周辺方向に流れる。研磨パッド１２には、スラリの流路となる溝（図示なし）が形成されている。ウエハ１３の主面で、研磨液による化学的エッチングと、研磨粒子による機械的研磨とが同時に進行することによって、研磨が行われる。

ところで、研磨装置１００では、ウエハ１３の研磨に伴い、研磨パッド１２表面に形成される微細孔に研磨粒子や研磨屑が詰まることによって、研磨レートの低下やばらつきが生じ、再現性のある研磨を行うことが困難になる。このような研磨レートの低下等を防止し、研磨パッド１２の状態を一定に保つために、コンディショナ１７を利用して研磨パッド１２の切削（コンディショニング）を行い、研磨パッド１２表面の微細孔に詰った研磨粒子や研磨屑を除去している。

ＣＭＰ工程については例えば特許文献１に、コンディショナによる切削については例えば特許文献２にそれぞれ記載されている。
特開２００２−２７０５５７号公報特開２００３−２２９３９０号公報

ところで、ＣＭＰ工程では、研磨パッドは、ウエハの研磨やコンディショナによる切削によって摩耗する。摩耗によって溝が消滅すると、溝に沿ってスラリを効率的に流すことが出来なくなり、スラリが充分に供給されない領域が研磨パッドに生じて、その領域では研磨レートが大幅に低下する。従って、研磨パッドは、その摩耗の程度に応じ、一定の稼動時間を経た後に交換している。しかし、半導体製造装置の稼働率向上の観点から、上記稼動時間を延長可能な研磨パッドが要請されている。

また、ＣＭＰ工程では、ウエハ面内の研磨レートを均一にする必要がある。研磨レートがばらつくと、研磨膜厚にばらつきが生じ、ウエハの研磨プロファイルが一様にならないからである。ウエハは、研磨ヘッドの機械的な荷重（Ｆ_１）及び圧縮空気による荷重（Ｆ_２）によって、研磨パッドに対して押し付けられる。従来、これらの荷重Ｆ_１、Ｆ_２の間のバランスを変化させることによって研磨レートが調節されている。しかし、このような研磨レートの調節にも限界があり、製造される半導体装置の性能や品質の向上に伴って、ウエハの研磨レートのばらつきを更に抑制できる技術が要請されている。

本発明は、上記に鑑み、研磨パッドの稼動時間を延長できる研磨装置、及び、ウエハの面内の研磨レートのばらつきを抑制できる研磨装置及び研磨方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の視点に係る研磨装置は、円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨装置において、
前記研磨面には溝が形成されており、該溝の少なくとも一部の幅部分は、前記研磨面の摩耗速度に依存する深さを有し、一の領域における溝の前記少なくとも一部の幅部分の深さは、該一の領域よりも小さな摩耗速度を有する他の領域における溝の前記少なくとも一部の幅部分の深さよりも深く形成されていることを特徴とする。

本発明の第２の視点に係る研磨装置は、円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨装置において、
前記研磨面が、平坦面と、該平坦面内にアレイ状に形成された複数の凹部と、該凹部に収容され該凹部の深さと同等以上の高さのブロックとから構成されることを特徴とする。

本発明の第３の視点に係る研磨装置は、円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨装置において、
前記研磨面が、平坦面と、該平坦面上にアレイ状に形成された複数の凸部とから成り、一の領域の凸部は、他の領域の凸部よりも低く形成されていることを特徴とする。

本発明の第４の視点に係る研磨装置は、円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨装置において、
前記研磨面は、アレイ状に配設された複数の凸部を有し、一の領域では他の領域よりも、領域全体の面積に対する凸部の面積の割合が小さいことを特徴とする。

本発明の第５の視点に係る研磨方法は、本発明の第２〜４の視点に係る研磨装置を用いて研磨する方法であって、前記被研磨体の回転中心から外縁に向かって離隔する各点が前記各ブロック上を移動する軌跡を計算して、前記各点の研磨レートをそれぞれ算出し、該算出された研磨レートに基づいて前記各ブロックの高さ、前記各凸部の高さ、又は、各領域全体の面積に対する凸部の面積の割合を設定することを特徴とする。

本発明の第６の視点に係る研磨方法は、円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを用い、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨方法において、
前記被研磨体の周縁部分を前記研磨面の外側にオーバーハングさせることを特徴とする。

本発明の第１の視点に係る研磨装置によれば、大きな摩耗速度を有する一の領域の溝を長い研磨時間で維持することが出来る。これによって、研磨パッドの稼動時間を延長でき、半導体製造装置の稼働率を向上させることが出来る。

本発明の第１の視点に係る研磨装置の好適な実施態様では、前記研磨パッドの回転方向と前記研磨ヘッドによる被研磨体の回転方向とが同じ方向であり、前記研磨面の中間領域の溝が、該中間領域よりも内周側の中央領域の溝、及び、前記中間領域よりも外周側の周辺領域の溝よりも深く形成されている。前記研磨パッドの回転方向と前記研磨ヘッドによる被研磨体の回転方向とが同じ方向である場合には、一般に、研磨面の中間領域の摩耗速度が、中央領域及び周辺領域の摩耗速度より大きい。従って、中間領域の溝を長い研磨時間で維持することが出来る。

本発明の第１の視点に係る研磨装置の好適な実施態様では、前記中央領域の溝が、前記周辺領域の溝よりも深く形成される。前記研磨パッドの回転方向と前記研磨ヘッドによる被研磨体の回転方向とが同じ方向である場合には、一般に、研磨面の中央領域の摩耗速度が、周辺領域の摩耗速度より大きい。従って、中央領域の溝を長い研磨時間で維持することが出来る。

本発明の第１の視点に係る研磨装置では、前記溝は、前記研磨面上で格子状に形成されてもよい。本発明の第１の視点に係る研磨装置では、前記溝は、前記一部の幅部分以外の幅部分が、前記一の領域及び前記他の領域で同じ深さを有しても構わない。

本発明の第２の視点に係る研磨装置によれば、摩耗したブロックのみを未使用のブロックに取り替えることによって、溝の深さを所望の深さに維持できる。又は、研磨面の摩耗速度が大きな領域のブロックの高さを高くすることによって、研磨面の摩耗速度が大きな領域のブロックを長い研磨時間で維持することが出来る。これらによって、研磨パッドの稼動時間を延長でき、半導体製造装置の稼働率を向上させることが出来る。

本発明の第２〜４の視点に係る研磨装置、及び、本発明の第５の視点に係る研磨方法によれば、研磨パッドのブロックの高さ、凸部の高さ、又は、各領域全体の面積に対する凸部の面積の割合を調節することによって、被研磨体の面内の研磨レートのばらつきを抑制し、研磨プロファイルの偏りを抑制することが出来る。例えば、被研磨体の面内で研磨レートが大きい部分を主に研磨する研磨パッドの領域について、ブロックや凸部の高さを低くし、或いは、領域全体の面積に対する凸部の面積の割合を小さくすることが出来る。各ブロックの高さの調節に際して、被研磨体の各部分の間で、研磨レートのばらつきを小さく出来るようにシミュレーションを行うことも好ましい態様である。

本発明の第３の視点に係る研磨装置の好適な態様では、前記複数の凸部の少なくとも一部は、前記平坦面に対して個別に取外し可能に形成されている。一の領域の凸部が他の領域の凸部よりも低く形成されている研磨面を容易に形成できる。本発明の第４の視点に係る研磨装置の好適な態様では、少なくとも前記一の領域の凸部は、凹部に収容され該凹部の深さと同等以上の高さを有するブロックによって形成されている。ブロックの平面寸法を小さくすることによって、凸部の面積を細かく調節できる。

本発明の第６の視点に係る研磨方法によれば、オーバーハングされた被研磨体の周縁部分が研磨パッド上を移動する軌跡が減少するため、被研磨体の周縁部分の研磨レートを減少させることが出来る。

なお、本発明で、研磨ヘッドの保持面は、円形でなくても構わない。また、研磨ヘッドが、被研磨体を保持しつつ、研磨面の半径方向にその半径領域内で搖動することも好ましい。本発明の研磨装置は、研磨面を研削するコンディショナを備えることが出来る。

以下に、実施形態を挙げ、添付図面を参照して、本発明の実施の形態を具体的且つ詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る研磨装置の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の研磨パッドの中心を含む鉛直断面を示す断面図である。研磨装置１０は、ウエハのＣＭＰ工程に用いられる研磨装置であって、中心軸１１ａを中心に回転可能な円盤状のテーブル１１と、中心軸１１ａに中心１２ａを合わせてテーブル１１上に固定された、円盤状の研磨パッド１２とを備える。研磨パッド１２には、後述する、スラリの流路となる溝が形成されている。テーブル１１は、例えば直径が750mmであって、時計回り方向に30min^-1の回転数で回転する。

研磨パッド１２上には、研磨パッド１２との間にウエハ１３を保持する、円盤状の研磨ヘッド１４が支持される。研磨ヘッド１４は、ウエハの中心１３ａをその中心軸１４ａに合わせて保持し、研磨パッド１２に対してウエハ１３の主面を機械的な荷重（Ｆ_１）と圧縮空気による荷重（Ｆ_２）とで押し付ける。荷重Ｆ_１は例えば70Nで、荷重Ｆ_２は例えば50Nに調節される。研磨ヘッド１４は、中心軸１４ａを中心として、時計回り方向に29min^-1の回転数で回転すると共に、研磨パッド１２の半径方向にその半径領域内で搖動（往復動）する。なお、研磨が終了したウエハ１３は、研磨装置１０内で洗浄された後に取り出される。

研磨パッド１２上には、スラリ供給管１５が、その先端の吐出口１６が研磨パッド１２の中央に位置するように支持される。研磨パッド１２の中央には、吐出口１６から300ml／minの流量でスラリが吐出され、吐出されたスラリは、研磨パッド１２の回転により生じる遠心力によって、主に溝を経由して研磨パッド１２の周辺方向へ流れる。

研磨パッド１２上には、また、コンディショナ１７が支持される。コンディショナ１７は、アーム１８と、アーム１８の先端に回転可能に支持された円盤状のドレッサ１９とを備える。ドレッサ１９の底面には、ダイヤモンド砥粒等が固着された切削面が形成されている。ドレッサ１９は、その中心軸１９ａを中心に一定の方向に25min^-1の回転数で回転すると共に、アーム１８の回動によって、研磨パッド１２の半径方向にその半径領域内で搖動し、研磨パッド１２の全体を切削する。ドレッサ１９の切削によって、研磨パッド１２表面の微細孔に詰まっている研磨屑や研磨粒子を除去し、研磨レートを維持している。

図２（ａ）は図１（ａ）の研磨パッドを示す平面図で、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ方向に沿って見た断面を示す断面図である。研磨パッド１２の表面には、幅ｘ_２が2mmの溝２１が、40mmの間隔ｘ_１で格子状に形成されている。溝２１に囲まれる一辺が40mmの正方形状の領域が凸部２２を構成し、凸部の上面２３は平坦に形成されている。研磨パッド１２は、例えばポリウレタンから成る。

本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、研磨パッドの中央領域２４及び周辺領域２６で、溝２１の深さｄ_１、ｄ_３が2mmで、中間領域２５で、溝２１の深さｄ_２が3mmである。なお、本実施形態で、中央領域２４、中間領域２５、及び周辺領域２６はそれぞれ、例えば研磨パッドの中心１２ａから半径が150mm以内、150〜255mm、及び255mm以上の範囲の領域である。

図３（ａ）は、従来の研磨パッドの断面を示す断面図である。従来の研磨パッドは、未使用の状態で、各領域２４〜２６での、溝２１の深さｄ_１、ｄ_２、ｄ_３が何れも2mmで、同じである。図３（ｂ）、（ｃ）は、研磨時間の経過に伴う研磨パッドの断面を順次に示している。研磨時間の経過に伴い凸部２２が摩耗し、凸部２２の高さが減少する。凸部２２の摩耗速度は中間領域２５で特に大きく、図３（ｂ）に示すように、中間領域２５の溝２１の深さｄ_２’が、それ以外の領域２４，２６の溝２１の深さｄ_１’、ｄ_３’よりも小さくなる。

研磨時間が更に経過すると、中間領域２５で凸部２２が更に摩耗し、図３（ｃ）に示すように、中間領域２５の溝２１が消滅する。本発明者の実験によれば、この状態で、周辺領域２６の溝２１の深さｄ_３”は0.8〜1.0mm程度であった。中間領域２５で溝２１が消滅すると、中間領域２５でスラリの流れが妨げられることによって、スラリが充分に供給されない領域が生じ、その領域で研磨レートが大幅に低下する。従って、この時点で未使用の研磨パッドに交換する必要が生じる。

上記に対し、本実施形態の研磨パッド１２では、中間領域２５の溝２１の深さｄ_２が、中央領域２４及び周辺領域２６の溝２１の深さｄ_１，ｄ_３よりも大きいため、中間領域２５の溝２１を長い研磨時間で維持することが出来る。例えば、図３（ｃ）と同じ研磨時間であっても、中間領域２５で、溝２１が充分な深さを有し、研磨レートを維持できる。

また、中間領域２５の溝２１の深さｄ_２を、中央領域２４及び周辺領域２６の溝２１の深さｄ_１，ｄ_３よりも1mm大きくすることによって、各領域２４〜２６で、凸部２２がほぼ同時に消滅するように溝２１の深さｄ_１〜ｄ_３が設定されている。従って、従来の研磨パッドに比して、研磨パッドの稼動時間を延長でき、半導体製造装置の稼働率を向上させることが出来る。

ところで、研磨パッドの中間領域２５で、他の領域２４，２６よりも摩耗速度が大きい理由については、次のように考えられる。研磨パッドの中間領域２５はウエハ１３の内周部分を、研磨パッドの中央領域２４及び周辺領域２６はウエハ１３の周縁部分を主に研磨する。ウエハ１３の中心及び外縁の一点が、単位時間内に研磨パッド１２上を移動する距離をそれぞれ検討すると、研磨パッド１２及び研磨ヘッド１４の回転方向が相互に同じであるため、図１７の太線部にそれぞれ示すように、ある時間内でウエハ１３の中心が研磨パッドの中間領域２５を移動する距離Ｌ_１は、同じ時間内でウエハ１３の外縁の一点が研磨パッドの周辺領域２６を移動する距離Ｌ_２より長い。

また、図示しないが、距離Ｌ_１は、同じ時間内でウエハ１３の外縁の一点が研磨パッドの中央領域２４を移動する距離Ｌ_３より長い。これらの移動距離Ｌ_１〜Ｌ_３の違いによって研磨パッドの中間領域２５の摩耗速度が大きくなる。同図中、符号４１，４２は、ウエハ１３の中心及び外縁の一点が研磨パッドの中間領域２５及び周辺領域２６を移動する軌跡をそれぞれ示している。

図３（ａ）に示した従来の研磨パッド、及び図２に示した本実施形態の研磨パッドを試作し、図１に示した研磨装置１０に用いて、実際に研磨を行った。その結果、研磨レートの大幅な低下は、従来の研磨パッドでは1500枚のウエハの研磨後に、本実施形態の研磨パッドでは2000枚のウエハの研磨後にそれぞれ生じた。これによって、本実施形態の研磨パッドにより、研磨パッドの稼動時間が大きく延長されることが実証された。

図４は、上記実施態様の第１変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す断面図である。研磨パッド２７では、中央領域２４の溝２１の深さｄ_１が2.5mmである。凸部２２の摩耗速度は、中央領域２４が周辺領域２６よりも若干大きい。従って、研磨パッド２７を用いることによって、中央領域２４の溝２１についても長い研磨時間で維持することが出来る。これによって、研磨パッド２７の稼動時間を更に延長できる。

図５は、上記実施態様の第２変形例に係る研磨装置の研磨パッドの構成を示す断面図である。研磨パッド２８では、中間領域２５の溝２１が、溝２１の全幅のうち、外周側の１／２幅の幅部分に形成された浅溝部２９と、内周側の１／２幅の幅部分に形成された深溝部３０とから構成されている。浅溝部２９の深さｄ_４は、他の領域２４，２６の溝２１と同じ2mmで、深溝部３０の深さｄ_５は3mmである。本変形例は、一の領域における溝の少なくとも一部の幅部分の深さが、この一の領域よりも小さな摩耗速度を有する他の領域における溝の少なくとも一部の幅部分の深さよりも深く形成されている態様を示している。

本変形例の研磨装置によれば、中間領域２５の凸部２２の摩耗によって浅溝部２９が消滅しても深溝部３０が残るため、スラリを深溝部３０を介して研磨パッド２８の周辺方向へ流すことが出来る。なお、外周側及び内周側の何れか一方の幅部分を浅溝部とすればよく、また、幅部分は必ずしも１／２幅でなくともよい。

なお、第１実施形態及び第１、第２変形例では、研磨パッドの中心１２ａから半径が150mm以内、150〜255mm、及び255mm以上の範囲をそれぞれ中央領域２４、中間領域２５、及び周辺領域２６とし、各領域２４〜２６の溝２１の深さｄ_１〜ｄ_３を設定したが、各領域２４〜２６の範囲は、実際の研磨レートに応じて適宜に設定することが出来る。また、各領域２４〜２６の境界で、溝２１の深さｄ_１，ｄ_２，ｄ_３が段階的に変化するものとしたが、研磨パッド１２の半径方向に沿って溝２１の深さが連続的に変化するように形成しても構わない。

図６は、本発明の第２実施形態に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す断面図である。同図は、図２（ｂ）に相当する断面を示している。本実施形態の研磨装置では、各凸部は、研磨パッド３１の外縁に接して形成された凸部３２を除き、研磨パッド３１に対して取外し可能な研磨ブロック３３として構成される。研磨パッド３１の表面には、溝２１の底面を構成する平坦面に研磨ブロック３３を収容可能な凹部３４が形成され、研磨ブロック３３の下部が凹部３４に収容される。例えば、研磨ブロック３３の高さｈ_１は4mmで、溝２１の底面を基準とする凹部３４の深さｄ_６は2mmである。

図７は、図６に示した研磨パッドの別の使用状態を示す断面図である。この使用状態では、周辺領域２６の凹部３４の一部には、研磨ブロック３３に代えて、凹部３４の深さｄ_６と同じ高さｈ_２を有する平坦化ブロック３５が収容されている。平坦化ブロック３５は、高さｈ_２が2mmであることを除いては、研磨ブロック３３と同様の構成を有している。図７の使用状態を実現するには、先ず、図８（ａ）に示すように、所望の研磨ブロック３３を凹部３４から取り出した後、図８（ｂ）に示すように、平坦化ブロック３５をこの凹部３４に収容する。

本実施形態の研磨装置は、また、プログラムに従った演算を行う図示しない演算部を備える。演算部は、研磨パッド３１上の研磨ブロック３３及び平坦化ブロック３５の配置の入力を受け付ける。また、ウエハ１３の半径方向に沿って離隔する各点が研磨ブロック３３上を移動する軌跡を計算し、これら各点の研磨レートをそれぞれ算出することが出来る。研磨レートの算出に際して、演算部は、研磨パッド３１上の研磨ブロック３３及び平坦化ブロック３５の配置以外に、研磨パッド３１の回転数、及び、研磨ヘッド１４の回転数、搖動条件等のパラメータを用いる。演算部は、ウエハ１３の各点の研磨レートに基づいて、ウエハ１３の半径方向に沿った研磨プロファイルを算出することが出来る。

本実施形態の研磨装置の使用に際して、ウエハ１３の研磨に先立って、ウエハ１３の半径方向に沿って離隔する各点の間で、研磨レートのばらつきが少ない研磨ブロック３３及び平坦化ブロック３５の配置を、演算部を利用したシミュレーションで得ることが出来る。また、シミュレーションの結果に基づいて研磨ブロック３３及び平坦化ブロック３５の配置を変更する。例えば、研磨レートが大きなウエハ１３の点を主に研磨する、研磨パッド３１の領域について、その研磨レートの大きさに応じて、平坦化ブロック３５に変更する研磨ブロック３３の個数を決定することが出来る。これによって、ウエハ１３の面内の研磨レートのばらつきを抑制し、研磨プロファイルの偏りを抑制することが出来る。

本発明者の研究によれば、ウエハ周縁部分であって、ウエハ１３の外縁から半径方向内側15mm以内の領域の研磨レートが、ウエハ１３の他の領域の研磨レートより大きい場合が多い。この場合、ウエハ周縁部分を主に研磨する研磨パッドの周辺領域２６で、研磨ブロック３３の一部を平坦化ブロック３５に変更することによって、ウエハ周縁部分の研磨レートを低減し、ウエハ１３の面内の研磨レートのばらつきを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、凹部３４の深さよりも高い研磨ブロック３３、及び凹部３４の深さと同じ高さを有する平坦化ブロック３５の２通りのブロックが、凹部３４に収容されるものとしたが、相互に高さの異なる３通り以上のブロックが凹部３４に収容されるものとしても構わない。この場合、例えばウエハ１３の各点の研磨レートに応じて、各ブロックの高さを設定することが出来る。

また、本実施形態では、研磨パッド１２の摩耗速度の大きな領域でブロックを高くすることもでき、この場合、研磨パッド１２で摩耗速度の大きな領域のブロックを長い研磨時間で維持することが出来る。更に、摩耗したブロックを未使用のブロックに交換することによって、研磨パッド３１の稼働時間を延長することが出来る。

図３（ａ）に示した従来の研磨パッドを、図１に示した研磨装置に用いて、実際に研磨を行った。また、図６に示した本実施形態の研磨パッドを試作し、同様の研磨を行った。図６に示した研磨パッドについては、演算部を利用したシミュレーションに基づき、研磨レートのばらつきを低減できるように研磨ブロック３３及び平坦化ブロック３５を配置して研磨を行った。その結果、従来の研磨パッドを用いた研磨では、研磨レートのばらつきは±10%程度であったのに対して、本実施形態の研磨パッドを用いた研磨では、研磨レートのばらつきは±5％程度であった。これによって、本実施形態の研磨パッドによって、ウエハ１３の研磨プロファイルの偏りを大幅に抑制できることが実証された。

図９は、第２実施形態の第１変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す断面図である。研磨パッド５１は、平坦な表面を有する研磨パッド本体５２と、研磨パッド本体５２の表面に対して取外し可能に配設された研磨ブロック５３とを有する。研磨ブロック５３から露出する研磨パッド本体５２の表面が、溝２１の底面を構成する。研磨パッド５１の使用に際して、研磨ブロック５３の一部を取り外すことによって、図６の研磨装置と同様に、ウエハ１３の面内の研磨レートのばらつきを抑制できる。

図１０は、図９の研磨パッド５１の製造方法について、各製造段階を順次に示す断面図である。ＰＥＴシートなどの仮固定基材５４と、研磨ブロック形成用基材５５とを貼り合わせた後（図１０（ａ））、研磨ブロック形成用基材５５をパターニング加工して、研磨ブロック５３を形成する（図１０（ｂ））。接着剤などを用いて研磨ブロック５３を研磨パッド本体５２に固定した後、仮固定基材５４を除去する（図１０（ｃ））。

図１１は、図９の研磨パッド５１の別の製造方法について、各製造段階を順次に示す断面図である。研磨パッド本体５２と研磨ブロック形成用基材５５とを貼り合わせた後（図１１（ａ））、研磨ブロック形成用基材５５をパターニング加工する（図１１（ｂ））。研磨ブロック形成用基材５５のパターニング加工に際しては、個々の研磨ブロック５３を完全に分離するために、研磨パッド本体５２の一部を除去する。研磨パッド本体５２を除去する深さｄ_７は、例えば０．５ｍｍ程度とする。

図１２（ａ）は、第２実施形態の第２変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。研磨パッド５６では、図２に示した研磨パッド１２において、溝２１が、一定の深さに設定されている。また、周辺領域の一部の凸部２２_１について、溝２１からの高さｈ_４が、他の凸部２２の高さｈ_３よりも１ｍｍ以上低く設定されている。凸部２２_１は、その高さｈ_４が充分に低く設定されているため、研磨に寄与しない。

図１３（ａ）は、第２実施形態の第３変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す平面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。研磨パッド５７では、図２に示した研磨パッド１２において、溝２１が、一定の深さに設定されている。また、符号５８に示すように、周辺領域で一部の凸部２２が形成されていない。

第２変形例及び第３変形例の研磨装置では、周辺領域の一部の凸部２２について、その高さを低くし、或いは、形成しないことによって、図６の研磨装置と同様に、ウエハ１３の面内の研磨レートのばらつきを抑制できる。なお、第２変形例及び第３変形例の研磨装置でも、図２（ｂ）に示したように、何れかの領域の溝２１を他の領域の溝２１よりも深く設定してもよく、また、図５に示したように、何れかの領域の溝２１を、浅溝部と深溝部とから構成してもよい。

図１４（ａ）は、第２実施形態の第４変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す平面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を拡大して示す断面図である。研磨パッド６１では、図２に示した研磨パッド１２において、周辺領域の一部に、凸部の面積を調節可能な凸部調節領域６２が設定されている。凸部調節領域６２は、他の領域の平坦面よりも一段低い凹部６３に形成されており、凹部６３内には、多数の研磨ブロック６４がアレイ状に収容されている。

研磨ブロック６４は、凹部６３に対して取外し可能に構成され、図１４（ｂ）に示すように、凹部６３内に隙間なく配列された本体部分６５と、本体部分６５の上面中央から突起する、断面積がより小さな突起部分６６とから構成されている。本体部分６５の上面が溝２１の底面を構成し、突起部分６６は凸部調節領域６２における凸部を構成する。個々の研磨ブロック６４は、凸部２２よりも小さな平面寸法を有する。

図２（ｂ）に示したように、中間領域の溝２１は、それ以外の領域の溝２１よりも深く形成されている。なお、図５に示したように、中間領域の溝２１を浅溝部と深溝部とから構成してもよい。

図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）に示した研磨パッドの別の使用状態を示す断面図である。この使用状態では、凹部６３には、研磨ブロック６４の一部に代えて、突起部分６６を有しない溝ブロック６７が収容されている。この状態で、凸部調節領域６２では、他の領域よりも、領域全体の面積に対する凸部の面積の割合が小さくなっている。図１４（ｃ）の使用状態を実現するには、図１５（ａ）に示すように、所望の研磨ブロック６４を凹部６３から取り外した後、図１５（ｂ）に示すように、溝ブロック６７を取り付ける。

本変形例の研磨装置では、凸部２２よりも小さな平面寸法を有する複数の研磨ブロック６４が、凹部６３に対して取外し可能に構成されていることによって、凸部調節領域６２における凸部の面積を細かく設定できる。従って、研磨プロファイルの偏りをより高い精度で抑制できる。また、図６に示した研磨パッドと同様に、摩耗したブロックを未使用のブロックに交換することによって、研磨パッドの稼働時間を延長することが出来る。

なお、本変形例でも、凸部調節領域６２以外の領域の凸部を、図６に示したように、凹部３４に収容される研磨ブロック３３として構成することも出来る。また、図２の研磨パッドにおいて、一部の領域で凸部の平面寸法を小さくし、或いは、図６、９の研磨パッドにおいて、一部の領域で研磨ブロックの平面寸法を小さくしても同様の効果が得られる。

図１６は、本発明の第３実施形態に係る研磨方法について、研磨状態を示す平面図である。ウエハ周縁部分の研磨レートがウエハ内周部分の研磨レートより大きい場合には、第２実施形態で説明した研磨ブロック３３及び平坦化ブロック３５の配置の変更に代えて、本実施形態の研磨方法を用いることが出来る。

本実施形態の研磨方法では、図３（ａ）に示した研磨パッドを用い、研磨に際して、図１６に示すように、ウエハ周縁部分を研磨パッド１２の外側へオーバーハングさせる。同図中、符号４３，４４は、オーバーハングされた状態のウエハ１３及びこのウエハ１３を保持する研磨ヘッド１４をそれぞれ示している。オーバーハングされたウエハ周縁部分が研磨パッド１２上を移動する軌跡が減少するため、ウエハ周縁部分の研磨レートを減少させることが出来る。

オーバーハングさせるウエハ周縁部分のウエハ１３の外縁からの距離Ｌ_３、及びオーバーハングさせる時間についても、演算部を利用したシミュレーションによって得ることが出来る。演算部では、オーバーハングによって生じた、ウエハ周縁部分の研磨パッド１２上の移動距離の減少分を計算することによって、ウエハ周縁部分の研磨レートを算出することが出来る。なお、図３（ａ）に示した研磨パッドに代えて、図２に示した第１実施形態の研磨パッドを用いることも出来る。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明に係る研磨装置及び研磨方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施した研磨装置及び研磨方法も、本発明の範囲に含まれる。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る研磨装置の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、研磨パッドの中心を含む鉛直断面を示す断面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）の研磨パッドを示す平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ方向に沿って見た断面を示す断面図である。図３（ａ）は、従来の研磨パッドの構成を示す断面図であり、図３（ｂ）、（ｃ）は、研磨時間の経過に伴う研磨パッドの断面を順次に示す断面図である。第１実施形態の第１変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す断面図である。第１実施形態の第２変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す断面図である。図６の研磨パッドの別の使用状態を示す断面図である。図８（ａ）、（ｂ）は、研磨パッドの使用状態を変更する手順を順次に示す断面図である。第２実施形態の第１変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す断面図である。図１０（ａ）〜（ｃ）は、図９の研磨パッドの製造方法について、各製造段階を順次に示す断面図である。図１１（ａ）、（ｂ）は、図９の研磨パッドの別の製造方法について、各製造段階を順次に示す断面図である。図１２（ａ）は、第２実施形態の第２変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。図１３（ａ）は、第２実施形態の第３変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を示す断面図である。図１４（ａ）は、第２実施形態の第４変形例に係る研磨装置について、研磨パッドの構成を示す平面図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面を拡大して示す断面図であり、図１４（ｃ）は、図１４（ｂ）に示した研磨パッドの別の使用状態を示す断面図である。図１５（ａ）、（ｂ）は、研磨パッドの使用状態を変更する手順を順次に示す断面図である。本発明の第３実施形態に係る研磨方法について、一研磨状態を示す平面図である。ウエハの中央及び外縁の一点が研磨パッド上を移動する軌跡をそれぞれ示す平面図である。図１８（ａ）は、研磨装置の構成の一例を示す平面図であり、図１８（ｂ）は、研磨パッドの中心を含む鉛直断面を示す断面図である。

符号の説明

１０：研磨装置
１１：テーブル
１１ａ：テーブルの中心軸
１２，２７，２８，３１：研磨パッド
１２ａ：研磨パッドの中心
１３：ウエハ
１３ａ：ウエハの中心
１４：研磨ヘッド
１４ａ：研磨ヘッドの中心軸
１５：スラリ供給管
１６：吐出口
１７：コンディショナ
１８：アーム
１９：ドレッサ
１９ａ：ドレッサの中心軸
２１：溝
２２：凸部
２３：凸部の上面
２４：中央領域
２５：中間領域
２６：周辺領域
２９：浅溝部
３０：深溝部
３２：研磨パッドの外縁に接して形成された凸部
３３：研磨ブロック
３４：凹部
３５：平坦化ブロック
４１：ウエハの中心が研磨パッドの中間領域を移動する軌跡
４２：ウエハの外縁の一点が研磨パッドの周辺領域を移動する軌跡
４３：オーバーハングした状態のウエハ
４４：オーバーハングした状態のウエハを保持する研磨ヘッド
５１：研磨パッド
５２：研磨パッド本体
５３：研磨ブロック
５４：仮固定基材
５５：研磨ブロック形成用基材
５６：研磨パッド
５７：研磨パッド
５８：研磨パッド上の位置
６１：研磨パッド
６２：凸部調節領域
６３：凹部
６４：研磨ブロック
６５：研磨ブロックの本体部分
６６：研磨ブロックの突起部分
６７：溝ブロック

Claims

円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨装置において、
前記研磨面には溝が形成されており、該溝の少なくとも一部の幅部分は、前記研磨面の摩耗速度に依存する深さを有し、一の領域における溝の前記少なくとも一部の幅部分の深さは、該一の領域よりも小さな摩耗速度を有する他の領域における溝の前記少なくとも一部の幅部分の深さよりも深く形成されていることを特徴とする研磨装置。
前記研磨パッドの回転方向と前記研磨ヘッドによる被研磨体の回転方向とが同じ方向であり、前記研磨面の中間領域の溝が、該中間領域よりも内周側の中央領域の溝、及び、前記中間領域よりも外周側の周辺領域の溝よりも深く形成されている、請求項１に記載の研磨装置。
前記中央領域の溝が、前記周辺領域の溝よりも深く形成される、請求項２に記載の研磨装置。
前記溝は、前記研磨面上で格子状に形成される、請求項１〜３の何れか一に記載の研磨装置。
前記溝は、前記一部の幅部分以外の幅部分が、前記一の領域及び前記他の領域で同じ深さを有する、請求項１〜４の何れか一に記載の研磨装置。
円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨装置において、
前記研磨面が、平坦面と、該平坦面内にアレイ状に形成された複数の凹部と、該凹部に収容され該凹部の深さと同等以上の高さのブロックとから構成されることを特徴とする研磨装置。
円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨装置において、
前記研磨面が、平坦面と、該平坦面上にアレイ状に形成された複数の凸部とから成り、一の領域の凸部は、他の領域の凸部よりも低く形成されていることを特徴とする研磨装置。
前記複数の凸部の少なくとも一部は、前記平坦面に対して個別に取外し可能に形成されている、請求項７に記載の研磨装置。
円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを備え、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨装置において、
前記研磨面は、アレイ状に配設された複数の凸部を有し、一の領域では他の領域よりも、領域全体の面積に対する凸部の面積の割合が小さいことを特徴とする研磨装置。
少なくとも前記一の領域の凸部は、凹部に収容され該凹部の深さと同等以上の高さを有するブロックによって形成されている、請求項９に記載の研磨装置。
請求項６〜１０の何れか一に記載の研磨装置を用いて研磨する方法であって、前記被研磨体の回転中心から外縁に向かって離隔する各点が前記各ブロック上を移動する軌跡を計算して、前記各点の研磨レートをそれぞれ算出し、該算出された研磨レートに基づいて前記各ブロックの高さ、前記各凸部の高さ、又は、各領域全体の面積に対する凸部の面積の割合を設定することを特徴とする研磨方法。
円形の研磨面を有し該研磨面の中心回りに回転する研磨パッドと、該研磨パッドとの間に被研磨体を保持する保持面を有し前記被研磨体をその中心回りに回転させる研磨ヘッドとを用い、前記研磨面によって前記被研磨体を研磨する研磨方法において、
前記被研磨体の周縁部分を前記研磨面の外側にオーバーハングさせることを特徴とする研磨方法。