연마 패드, 연마 패드의 제조 방법 및 반도체 장치의 제조 방법 document_id A220623023012

최근의 반도체 집적회로의 미세화 및 고집적화는 급속하게 진화하여, 미세하게 가공하는 것이 필요하게 되어 오고 있고, 또한 장치가 복잡한 구조로 되어 입체화하도록 되어 오고 있다. 미세화는, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서의 미세 가공기술의 진보, 특히, 광을 이용하여 회로패턴을 웨이퍼면상에 도포된 감광성 유기막(포토레지스트)에 전사하는 기술인 리소그래피 공정(lithography process)에 있어서의 고해상력화에 의해 달성되어 왔다. 구체적으로는, 리소그래피-공정에 있어서, 단파장화된 광원을 이용하여 노광하는 기술이 개발되어 있다. 또한, 장치 구조의 고저차를 될 수 있는 한 저감하는 것으로, 초점 심도의 부족을 보충하여, 미세한 패턴의 초점 어긋남을 야기하지 않고 확실히 해상시키는 방법이 검토되고 있다. 그래서, 장치 구조의 고저차를 평탄화하는 방법으로서, 최근에는, 실리콘 웨이퍼의 경면 가공(mirror surface processing)을 응용한 CMP 법이 채용되고 있다. CMP에서 일반적으로 사용되는 연마 장치를, 도 1을 이용하여 설명한다. 도 1은 CMP 법에 이용되는 연마 장치의 일례를 나타내는 개략 구성도이다. 이 연마 장치는, 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(polishing platen)(2), 피연마물(4)(반도체 웨이퍼 등)을 지지하는 지지대(5)(폴리싱 헤드 등), 연마제(3)의 공급 기구(8), 그리고 반도체 웨이퍼의 균일 가압을 행하기 위한 배킹재(도시하지 않음)를 구비하고 있다. 연마 패드는, 예컨대 양면 테이프 등으로 점착되는 것에 의해, 연마 정반에 장착된다. 연마 정반(2) 및 지지대(5)는 각각 회전축(6, 7)을 구비하고 있고, 그리고 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각 지지된 연마 패드(1)와 피연마물(4)이 대향하도록 배치된다. 또한 지지대(5)에는 통상, 피연마물(4)을 연마 패드(1)에 접촉시키기 위한 가압 기구(도시하지 않음)가 마련되어 있다. 또한, 상기 연마 장치는, 다이아몬드 분말 등을 금속판에 전착(electrodeposit) 등으로 형성한, 연마 패드의 표면을 드레싱(dressing)하기 위한 드레서(dresser)(도시하지 않음)를 갖는다. 그 하나의 방법으로서, 연마 패드를 드레서에 의해 드레싱(연삭)한 후에, 연마 플레이트 회전축 및 캐리어 회전축을 회전시켜, 연마 슬러리 공급노즐로부터 연마 패드의 중앙부에 연마 슬러리를 공급하면서, 연마 압력 조정 기구에 의해 웨이퍼를 연마 패드상에 가압시켜 웨이퍼를 연마하는 방법이 있다. 이러한 CMP 법으로서는, 웨이퍼의 절연막 등의 피연마층에 마이크로 스크래치(micro scratch)의 발생이나 연마 레이트의 분산이나 연마량의 웨이퍼면 내에서의 편차가 큰 것이 문제가 되고 있다. 마이크로 스크래치의 발생을 억제하기 위해서는, 연마 패드의 드레싱시에 발생하는 연마 패드의 연마 부스러기나 드레서의 다이아몬드, 층간막, 웨이퍼의 파편 부스러기나 연마 완료된 연마 슬러리 등(이후, 이들을 총칭하여 불순물이라고도 표기함)을 연마 패드 외부로 배출할 필요가 있다. 이러한 종래의 CMP 장치에 있어서는, 연마작업 중에 연마 슬러리를 연마 패드의 중앙부에 중단 없이 충분히 흘려, 불순물을 이 연마 슬러리에 의해 연마 패드 외부로 제거하거나 혹은 흘러가게 한다고 하는 대책을 들고 있다. 이와 같이 드레싱에 의해 패드 표면을 드레싱하여 층을 형성하고, 연마 슬러리를 공급하여 웨이퍼의 연마를 행할 때, 연마 슬러리는 연마 패드의 회전에 의한 원심력 및 웨이퍼를 연마 패드에 가압 밀착하는 것에 의해 압출되고, 거의 연마에 직접 기여하는 일 없이 연마 패드 밖으로 배출되어 버리기 때문에, 고가의 연마 슬러리를 과도하게 소비해 버리는 것이 된다. 이러한 연마 방법에 있어서, 피연마물의 연마 특성을 향상시키는 것을 목적으로서, 여러가지 시도가 행하여져 왔다. 그 중에서도 연마 표면에 슬러리를 유지하고 그리고나서 배출하는 홈에 관해서 여러가지의 시도가 제안되어 있다. 특허문헌 1에는, 연마포의 내측부분과 외주부분의 표면에 연마제가 유통하는 홈이 형성됨과 동시에 해당 홈이 형성되는 표면 이외는 연마제가 정류하는 복수의 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마포가 기재되어 있다. 이러한 연마포(연마 패드)의 구체적 형태로서, 중앙부와 주변 부분은 격자형상 홈을, 그 사이의 부분은 구멍을 갖는 연마포가 특허문헌 1의 도 1에 기재되어 있다. 이러한 구멍은 일반적으로, 일렬 내지는 수열로 나란히 선 펀치를 이용하여 넓은 면적을 한번에 개방하는 것에 의해 마련된다. 그리고 이러한 구멍은, 일반적으로 사용되는 가공 장치를 이용하여 마련하는 것은 곤란하다. 또한, 연마 슬러리의 공급과 배출의 밸런스에 근거한, 이상 체류(unusual retainment)에 대한 효과는 특히 개시되어 있지 않다. 또한, 본 명세서에 기재되는 「이상체류」란, 연마 패드의 연마 표면에서 연마 슬러리의 유지가 현저히 불균일인 상태가 되어, 피연마물의 연마에 악영향을 미치는 것과 같은 상태를 말한다. 특허문헌 2에는, 기하학적으로 중심을 갖는 홈 형상의 중심과 연마 패드의 중심이 편심형상으로 마련된 연마 패드가 기재되어 있다. 이 특허문헌에는, 연마 패드의 중심과 동심원 형상 홈의 중심이 어긋나 있는 것에 따라, 가공되는 실리콘 웨이퍼에 홈형상이 전사되어 균일성이 나빠진다고 하는 문제를 해소할 수 있는 것이 기재되어 있다. 그러나, 이 발명에서는 웨이퍼 중심부분에서의 연마 레이트 저하를 막는 것은 곤란하다. 또한, 연마 슬러리의 공급과 배출의 밸런스에 근거한, 이상체류에 대한 효과는 특히 개시되어 있지 않다. 특허문헌 3에는, 복수의 동심원 형상의 홈을 갖는 제 1 영역과 제 2 피치를 갖는 제 2 영역을 갖는 연마 패드가 기재되어 있다. 이 연마 패드는 홈 피치가 다른 2개의 영역을 갖고, 연마의 균일성이 개선되는 것이 기재되어 있다. 그러나, 연마슬러리의 공급과 배출의 밸런스에 근거하는 이상체류의 문제에 대해서는 개시되어 있지 않고, 연마 균일성을 개선하는 것은 곤란하다. 특허문헌 4에는, 복수의 환상 홈 및 복수의 유선홈을 갖는 연마 패드가 기재되어 있다. 이 연마 패드는, 홈 형상을 유선홈으로 함으로써 슬러리의 흐름을 적극적으로 제어하려고 시도하고 있다. 그러나, 이러한 연마 패드에서는, 연마에 필요하게 되는 슬러리가 유선홈에 따라 흘러나와 버릴 우려가 있다. 또한, 연마 슬러리의 공급과 배출의 밸런스에 근거하는, 이상체류에 대한 효과는 특히 개시되어 있지 않고, 충분한 연마의 균일성을 얻을 수 없다. 특허문헌 5에는, 홈형상에 있어서 바닥부 아크 형상부로서 슬러리의 굄을 발생하기 어렵게 한 연마 패드가 기재되어 있다. 이 연마 패드는, 홈형상을 바닥부 아크형상으로 하는 것으로, 슬러리의 흐름을 원활하게 되도록 제어하는 시도가 이루어지고 있다. 특허문헌 5에 기재된 연마 패드는, 홈형상과 그 표면 거칠기에 대해서 고려가 이루어지고 있다. 그러나 연마면 구성의 재질이 원형 흑연주철인 점에서 본 발명과 다르다. 또한, 특허문헌 5에 기재된 연마 패드의 연마대상은 베어 웨이퍼(bare wafer)나 유리 기판이며, 본 발명에 있어서의 연마대상과 다르다. 또한, 본 발명과 같이 연마층으로서 다공질 재료를 이용하는 경우에 있어서의, 연마 슬러리의 공급과 배출의 밸런스에 근거하는 이상체류의 문제에 대해서도 언급하고 있지 않다. 특허문헌 6에는, 연마 표면에 홈을 형성하고, 홈의 내면의 표면 거칠기가 20㎛ 이하인 연마 패드가 기재되어 있다. 이 연마 패드에 관해서는, 홈의 내면에 있어서의 표면 거칠기에 대한 고려가 이루어지고 있다. 여기서 개시되는 홈의 표면 거칠기는, 연마면 구성의 재질을 절삭 또는 형성 형(mold)에 의해서 홈을 형성함으로써 얻어지는 것이다. 그러나, 특허문헌 6에 기재되는 방법을 이용하여, 다공질 재료로 홈을 형성하는 경우, 그 홈의 내면의 표면 거칠기를 20㎛ 미만으로 하는 것은 매우 곤란한 것이, 본 발명자 등에 의한 추시 실험에 의해 밝혀졌다. 이로부터, 특허문헌 6에 기재되는 발명의 골자는, 홈의 형성 방법이라고 하기보다는 오히려 연마층을 구성하는 재질의 선택에 있다는 것이라고 할 수 있고, 이 점에서 본 발명과 다르다. 또한, 본 발명과 같이 연마층으로서 다공질 재료를 이용하는 경우에 있어서의, 연마 슬러리의 공급과 배출과의 밸런스에 근거하는, 이상체류의 문제에 대해서도 언급하고 있지 않다. 이들 과제를 해결하기 위해서, 홈 입구의 코너부분에 직각인 에지를 갖는 홈이 동심원 형상으로 형성된 반도체 장치 가공용 연마 패드 및 홈 가공용 공구(특허문헌 7 및 8 참조), 및 반도체 CMP 가공용 연마 패드에 기계가공에 의해 동심원 형상 또는 격자 형상의 미세 홈을 형성하는 미세 홈 가공기계, 가공용 공구 및 가공방법(특허문헌 9 참조)등이 제안되어 있다. 특허문헌 7 및 8에 개시된 연마 패드에 있어서는, 홈입구의 코너부분에 직각인 에지를 갖는 홈을, 특정한 폭, 깊이 및 홈 피치로 동심원 형상에 형성한 것으로, 장치 가공면과 패드상면 사이에서 슬러리의 흐름이 제어하기 쉽게 하이드로플레인(hydroplane) 현상의 억제와 장치의 연질 금속면의 CMP 법 가공에 의한 평탄화 처리의 효율화를 기대할 수 있지만, 상기 홈의 단면 형상이 불안정하며, 슬러리의 유동성이 패드에 의해서 변하여 안정한 연마 특성을 얻을 수 없는 우려가 있다. 특허문헌 9에 개시된 홈 가공용 공구에 의해서 미세 홈을 형성한 연마 패드에 있어서도, 상기 홈의 단면 형상이 불안정하며, 슬러리의 유동성이 패드에 의해서 변하고, 스크래치가 발생하기 쉽게 되는 등 안정한 연마 특성을 얻을 수 없는 우려가 있다. 상기 특허문헌에서는, 모두 홈 가공용 칼날의 형상을 특정함으로써, 홈 코너의 에지를 직각으로 하여, 벽면의 무딤, 거침을 발생하지 않도록 하려고 한 것이지만, 그러한 칼날의 형상만으로서는, 안정한 연마 특성을 얻기 어려운 우려가 있었다. 특허문헌 1: 일본 특허 제2647046호 명세서 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성 제10-249710호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 평성 제11-070463호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 제2000-198061호 공보 특허문헌 5: 일본 특허 공개 제2002-224950호 공보 특허문헌 6: 일본 특허 공개 제2004-009156호 공보 특허문헌 7: 일본 특허 공개 제2001-181649호 공보 특허문헌 8: 일본 특허 공개 제2002-184730호 공보 특허문헌 9: 일본 특허 공개 제2002-11630호 공보