JP2012240189A - 研磨装置、研磨方法および研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】研磨工程において、研磨パッドの平坦性を維持させる。
【解決手段】この研磨装置１０は、プラテン１００と、プラテン１００上に設けられた研磨パッド１２０と、研磨パッド１２０とプラテン１００とを固定する粘着層１６０と、を備えている。研磨パッド１２０には、研磨される基板２０が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部１２２を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、研磨装置、研磨方法および研磨パッドに関する。

近年、半導体装置の製造工程において、層間絶縁膜の平坦化のためにＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法が採用されている。

特許文献１（特開２００７−１１８１０６号公報）には、以下のようなポリウレタン樹脂発泡体からなる研磨パッドが記載されている。研磨層に形成された貫通孔には、終点検出用の窓部が設けられている。研磨層の窓部の外側には、歪み吸収用溝が形成されている。このように、歪み吸収溝を設けていることにより、成形時やＣＭＰ加工中において、窓部や研磨層の収縮、膨張または膨潤などによる寸法の変化によって、研磨パッドに歪みを生じないようにすることができるとされている。

特許文献２（特開２００３−３０３７９３号公報）には、以下のような研磨装置が記載されている。この研磨装置は、第１層のうち、第２層との接着面に研磨定盤に連通する複数の溝が形成された研磨パッドを備えている。上記した溝に負圧をかけることで、研磨パッドの第２層の表面に、スラリー導入のための凹みを形成している。これにより、研磨パッドが消耗しにくく、長期にわたり研磨量の均一性を維持した研磨が可能となるとされている。

特開２００７−１１８１０６号公報 特開２００３−３０３７９３号公報

上記した研磨パッドは、粘着層等により、研磨定盤（後述するプラテン）に貼り付けられている。発明者は、研磨工程において、研磨による発熱により、粘着層から有機系のガスが発生して、研磨パッドと粘着剤との界面に気泡が生じることを見出した。このような気泡が発生すると、被研磨基板が研磨パッドから浮いてしまう現象が起こる可能性がある。そのため、被研磨基板と研磨パッドとの接触が不安定となり、研磨異常や基板割れ等の不良が発生することが分かった。

本発明によれば、
プラテンと、
前記プラテン上に設けられるとともに、研磨される基板が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部を備える研磨パッドと、
前記研磨パッドと前記プラテンとを固定する粘着層と、
を備える研磨装置が提供される。

本発明によれば、
プラテンと、
前記プラテン上に設けられるとともに、研磨される基板が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部を備える研磨パッドと、
前記研磨パッドとプラテンとを固定する粘着層と、
を備える研磨装置を用い、
前記研磨パッド上に、前記基板の研磨面を当接して研磨する研磨方法が提供される。

本発明によれば、
基板を研磨するための研磨パッドであって、
研磨される前記基板が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部を備える研磨パッドが提供される。

本発明によれば、研磨パッドの裏面には、外周の端面まで延在する溝部が設けられている。これにより、研磨工程において、発熱によって、粘着層から有機系のガスが発生しても、溝部から外へ逃がすことができる。このため、研磨パッドと粘着層との界面に、気泡が発生することを抑制することができる。したがって、研磨工程において、研磨パッドの平坦性を維持させることができる。

本発明によれば、研磨工程において、研磨パッドの平坦性を維持させることができる。

第１の実施形態に係る研磨装置の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る研磨装置の構成を示す図である。 図２（ｂ）のＢ部を拡大した断面図である。 第２の実施形態に係る研磨パッドの裏面の平面図である。 第３の実施形態に係る研磨パッドの裏面の平面図である。 第４の実施形態に係る研磨パッドの裏面の平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。

（第１の実施形態）
図１〜図３を用い、第１の実施形態に係る研磨装置１０について説明する。この研磨装置１０は、プラテン１００と、プラテン１００上に設けられた研磨パッド１２０と、研磨パッド１２０とプラテン１００とを固定する粘着層１６０と、を備えている。研磨パッド１２０には、研磨される基板２０が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部１２２を備えている。以下、詳細を説明する。

まず、図１および図２を用いて、研磨装置１０の概略を説明する。図１および図２は、第１の実施形態に係る研磨装置１０の構成を示す図である。なお、図１は、研磨装置１０のうち、基板２０を研磨する部分を模式的に表している。

この研磨装置１０は、たとえば、シリコン基板に設けられた層間絶縁膜（不図示）等を研磨するＣＭＰ装置である。

図１のように、研磨装置１０は、プラテン１００を備えている。ここで、「プラテン１００」とは、研磨工程において、回転する研磨定盤のことである。

また、プラテン１００上には、研磨パッド１２０が設けられている。プラテン１００および研磨パッド１２０の構成については、詳細を後述する。

研磨パッド１２０上には、スラリー配管３００が設けられている。スラリー配管３００は、研磨工程において、スラリーを研磨パッド１２０上に供給する。

研磨装置１０は、研磨ヘッド２００を備えている。研磨ヘッド２００は、研磨工程において、研磨ヘッド２００に、基板２０を吸着する。当該工程において、研磨ヘッド２００は、研磨パッド１２０上に基板２０を加圧するとともに、回転しながら、基板２０を研磨する。

その他、研磨装置１０は、基板２０を準備しておくロードロック（不図示）、基板２０を搬送するロボット（不図示）や、研磨装置１０を制御する制御部（不図示）などを備えている。

次に、図２を用いて、研磨装置１０のうち、プラテン１００および研磨パッド１２０の構成について説明する。図２（ａ）は、研磨パッド１２０の裏面の平面図を示している。一方、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ'線断面図を示している。

図２（ａ）のように、研磨パッド１２０には、研磨される基板２０が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部１２２を備えている。この溝部１２２により、粘着層１６０から発生した有機系のガスを逃がすことができる。

ここでいう溝部１２２が「外周の端面まで」延在している状態とは、溝部１２２の開口が研磨パッド１２０の外周の端面において露出されていることをいう。ここから有機系のガスを逃がすことができる。

また、溝部１２２は、中心から外周の端面まで連続している。これにより、有機系のガスを滞留させることなく、外へ逃がすことができる。

また、溝部１２２は、研磨パッド１２０の中心に対して、平面視で中心対称に設けられている。これにより、研磨工程において、基板２０を均一に押圧することができる。

第１の実施形態では、溝部１２２は、放射状に設けられている。これにより、平面視で粘着層１６０の中心付近から発生した有機系のガスを効率よく、研磨パッド１２０の外側に逃がすことが出来る。

溝部１２２の間隔は、研磨ヘッド２００が研磨パッド１２０上を通る部分において、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。たとえば、基板２０が直径６インチである場合、研磨パッド１２０の中心から半径の１／２の距離の位置を基準に、研磨パッド１２０の中心側に３インチの位置から、外周側に３インチの位置までの溝部１２２の間隔が上記範囲内であることが好ましい。このように、研磨ヘッド２００が研磨パッド１２０上を通る部分に、溝部１２２の間隔が上記範囲内で形成されていることにより、最も発熱する部分において、ガスを効率よく逃がすことができる。

これらの複数の溝部１２２は、相互に接続していても良い。これにより、効率よく、ガスを逃がすことができる。

また、溝部１２２の数が多いほど、ガスを放出することができる。反面、溝部１２２の数が多いほど、研磨パッド１２０の剛性が低くなってしまうため、研磨工程での研磨圧等に基づいて、溝部１２２の数を決定することが好ましい。

図２（ｂ）のように、研磨パッド１２０の断面には、粘着層１６０と接するように溝部１２２が形成されている。ここでは、たとえば、矩形状の溝部１２２が形成されている。そのうち、溝部１２２の底面が、粘着層１６０に接している。これにより、粘着層１６０から発生したガスを溝部１２２に逃がすことができる。

なお、上記のように、溝部１２２の底面が粘着層１６０に接していれば、溝部１２２の断面形状は、これに限られるものではない。上記矩形状の他、たとえば、台形状、六角形状、半円状または半楕円状などであってもよい。

なお、図２（ｂ）には、図示されていないが、研磨パッド１２０の表面側には、溝部（不図示）が設けられていても良い。これにより、研磨工程において、基板２０と研磨パッド１２０との間に導入されるスラリーを、平面視で均一に分布させることができる。したがって、研磨工程における研磨の均一性を向上させることができる。

ここで、研磨パッド１２０の材質としては、たとえば、発泡ポリウレタンなどが用いられる。研磨工程において、研磨パッド１２０により基板２０を研磨することができる。

研磨パッド１２０の下には、当該研磨パッド１２０と、後述するクッション層１４０と固定するための粘着層１６０が設けられている。粘着層１６０は、たとえば、天然ゴム、アクリル系樹脂またはシリコーン樹脂を含んでいる。このような材質の粘着層１６０を用いた場合に、研磨工程において、特に、発熱により有機系のガスが発生する。このため、好適に本実施形態の効果を得ることができる。なお、粘着層１６０は、上記材質のものに限られるものではなく、発熱によりガスを発生させるようなものである場合には、同様に本実施形態の効果を得ることができる。

また、研磨パッド１２０およびプラテン１００の間には、粘着層１６０を介して、クッション層１４０が設けられていてもよい。これにより、研磨工程において、研磨の均一性を向上させることができる。クッション層１４０の材質としては、たとえば、繊維不織布、繊維不織布にポリウレタン弾性体を含浸させた不織布、またはゴム製弾性シートなどが挙げられる。

なお、クッション層１４０の表面には、溝部（不図示）が形成されていてもよいし、反対に溝部が形成されていなくてもよい。研磨工程において、最も発熱が起こるのは研磨パッド１２０側である。このため、研磨パッド１２０側の粘着層１６０において、有機系のガスが発生しやすい。したがって、本実施形態では、溝部１２２は、少なくとも研磨パッド１２０の裏面に設けられることが好ましい。

次に、図３を用い、研磨パッド１２０および溝部１２２の寸法について説明する。図３は、図２（ｂ）におけるＢ部の拡大図である。

図３において、研磨パッド１２０の厚さａは、たとえば、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である。さらには、上記したクッション層１４０を用いる場合は、１ｍｍ以上４ｍｍ以下であることが好ましい。研磨パッド１２０の厚さａが上記範囲内であることにより、研磨パッド１２０の剛性を保ちつつ、溝部１２２を形成することができる。

また、研磨パッド１２０のうち、溝部１２２の深さｂは、たとえば、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。なお、溝部１２２の深さｂは、研磨パッド１２０の厚さａよりも小さい。溝部１２２の深さｂが上記範囲内であることにより、粘着層１６０からのガスを効果的に逃がすことができる。

なお、ここでいう「溝部１２２の深さｂ」とは、溝部１２２の最も深い部分での深さのことをいう。したがって、たとえば、半円状の溝部１２２である場合は、半円の頂部における深さのことをいう。

研磨パッド１２０の表面側にも溝部（不図示）が設けられている場合は、裏面側の溝部１２２と干渉しないことが好ましい。少なくとも、表面側の溝部と、裏面側の溝部１２２との間に、貫通開口が形成されていない。

研磨パッド１２０の表面側の溝部の深さをｄとしたとき、ａ＞ｂ＋ｄである。これにより、表面側の溝部と、裏面側の溝部１２２との間に、貫通開口が形成されることがない。

また、溝部１２２の幅ｃは、たとえば、１．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である。溝部１２２の幅ｃが上記範囲内であることにより、粘着層１６０からのガスを効果的に逃がすことができる。

なお、ここでいう「溝部１２２の幅ｃ」とは、溝部１２２の最も広い部分における幅のことをいう。したがって、たとえば、台形状の溝部１２２である場合は、台形の長辺における幅のことをいう。

次に、再度、図１を用い、第１の実施形態に係る研磨方法について説明する。第１の実施形態に係る研磨方法は、上述のように、プラテン１００と、プラテン１００上に設けられるとともに、研磨される基板２０が接する一面と反対側の裏面に、中心から外周の端面まで延在する溝部１２２を備える研磨パッド１２０と、研磨パッド１２０とプラテン１００とを固定する粘着層１６０と、を備える研磨装置を用いる。研磨工程において、研磨パッド１２０上に、基板２０の研磨面を当接して研磨する。以下、詳細を説明する。

まず、研磨される基板２０を準備する。基板２０は、たとえば、ダマシン法により、層間絶縁膜（不図示）、および、めっきにより成長させたＣｕ配線（不図示）などが設けられたシリコン基板である。当該基板２０を研磨するために、基板２０をロードロック（不図示）に準備しておく。

次いで、図１のように、研磨パッド１２０が載置されたプラテン１００を回転させる。次いで、スラリー配管３００から、スラリーを研磨パッド１２０上に滴下する。この状態で、基板２０が搬送されてくるのを待つ間に、研磨パッド１２０上のスラリーの濃度を安定化させる。

次いで、搬送ロボット（不図示）によって基板２０をロードロックから研磨ヘッド２００へ搬送する。次いで、基板２０を研磨ヘッド２００に吸着させる。

次いで、研磨パッド１２０上に、基板２０の研磨面を当接して研磨する。このとき、基板２０を吸着させた研磨ヘッド２００を、回転させるとともに、同じく回転した研磨パッド１２０上に所望の研磨圧で押し付けて研磨を行う（研磨工程）。研磨ヘッド２００とともに、研磨パッド１２０を載置したプラテン１００も回転させることで、均一に研磨することができる。

ここで、発熱により、研磨パッド１２０を貼り付けている粘着層１６０から有機系のガスが発生する。本実施形態では、研磨パッド１２０の裏面に、中心から外周の端面まで延在する溝部１２２を備えている。これにより、粘着層１６０からのガスを、溝部１２２から外へ逃がすことができる。

以上のようにして、第１の実施形態に係る研磨方法が行われる。

次に、比較例と対比しながら、第１の実施形態の効果について説明する。

まず、比較例として、研磨パッド１２０の裏面に、溝部１２２が設けられていない場合を考える。ここで、研磨工程において、研磨による摩擦により、研磨パッド１２０の表面付近は、４０℃から６０℃程度に発熱している。このため、粘着層１６０から有機系のガスが発生している。比較例の場合では、このガスによって、研磨パッド１２０と粘着層１６０との界面に気泡が生じる。

このような気泡が発生すると、研磨される基板２０が研磨パッド１２０から浮いてしまう現象が起こる可能性がある。そのため、基板２０と研磨パッド１２０との接触が不安定となり、研磨異常や基板割れ等の不良が発生してしまう。

一方、第１の実施形態によれば、研磨パッド１２０の裏面には、外周の端面まで延在する溝部１２２が設けられている。これにより、研磨工程において、発熱によって、粘着層１６０から有機系のガスが発生しても、溝部１２２から外へ逃がすことができる。このため、研磨パッド１２０と粘着層１６０との界面に、気泡が発生することを抑制することができる。

以上のように、第１の実施形態によれば、研磨工程において、研磨パッドの平坦性を維持させることができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る研磨パッド１２０の裏面の平面図である。第２の実施形態は、少なくとも一部の溝部１２２が同心円状に設けられている点を除いて、第１の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。

図４のように、少なくとも一部の溝部１２２は、放射状および同心円状に設けられている。これにより、粘着層１６０から発生したガスの経路を増やすことができる。

同心円状の溝部１２２は、たとえば、中心から同じ間隔で設けられている。また、同じ幅で設けられている。これにより、研磨ヘッド２００により均一に押圧することができる。

さらに、同心円状の溝部１２２に加え、放射状の溝部１２２も設けられていてもよい。

一方、たとえば、研磨ヘッド２００が研磨パッド１２０上を通る部分において、同心円状の溝部１２２の間隔が狭く形成されていてもよい。これにより、最も発熱する部分において、効率よくガスを逃がすことができる。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２の実施形態によれば、放射状に加え、同心円状の溝部１２２が設けられている。これにより、粘着層１６０から発生したガスの経路を増やすことができる。また、研磨パッド１２０の回転方向と平行に溝部１２２が設けられていることにより、発生したガスを回転の後方へと容易に逃がすことができる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る研磨パッド１２０の裏面の平面図である。第３の実施形態は、溝部１２２が螺旋状に設けられている点を除いて、第１の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。

図５のように、溝部１２２は、螺旋状に設けられている。ここでいう「螺旋状」とは、言い換えれば、平面視で渦巻き状のことをいう。または、「螺旋状」とは、中心から旋回するとともに、遠ざかる曲線のことをいう。この場合、中心を基点とした場合の溝部１２２の延在方向は、プラテン１００の回転方向と逆向きであることが好ましい。これにより、発生したガスを、慣性を利用して回転の後方に逃がすことができる。

また、研磨パッド１２０の中心部における溝部１２２は、平面視で研磨パッド１２０と同一の中心を有する「円」であってもよい。この円状の溝部１２２は、たとえば、半径が３０ｍｍ以下であることが好ましい。円状の溝部１２２が上記範囲で設けられていることにより、中心部において螺旋状の溝部１２２を混在させることがない。

第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第３の実施形態によれば、溝部１２２が、螺旋状に設けられている。これにより、発生したガスを、慣性を利用して回転の後方に逃がすことができる。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る研磨パッド１２０の裏面の平面図である。第４の実施形態は、溝部１２２が格子状に設けられている点を除いて、第１の実施形態と同様である。以下、詳細を説明する。

図６のように、溝部１２２は、格子状に設けられている。格子状の溝部１２２の間隔は、たとえば、１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下である。

上記のような格子状の溝部１２２を有する研磨パッド１２０は、たとえば、以下のような方法で形成することができる。まず、研磨パッド１２０を形成するために、一枚の大きなポリウレタン製のマザーロールを準備する。次いで、マザーロールの研磨面と反対の裏面側に、格子状の溝部１２２を形成する。次いで、マザーロールから研磨パッド１２０の大きさに打ち抜き加工する。以上により、第４の実施形態の研磨パッド１２０を得ることができる。

第１から第３の実施形態の形状では、研磨パッド１２０の中心が決まらないと、中心対称の溝部１２２を加工することができない。一方、第４の実施形態によれば、上記の方法のように、容易に大量に生産することができる。

第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第４の実施形態によれば、上記のように、格子状の溝部１２２を有する研磨パッド１２０を容易に製造することができる。

なお、以上の実施形態においては、クッション層１４０が設けられている場合を説明したが、クッション層１４０がなくてもよい。この場合では、研磨パッド１２０は、粘着層１６０を介して、プラテン１００上に設けられている。

なお、以上の実施形態においては、溝部１２２の深さおよび幅が均一である場合を述べたが、溝部１２２は、研磨パッド１２０の平面視での位置に応じて、異なる深さまたは幅で形成されていてもよい。

また、溝部１２２の形状は、第１から第４の実施形態のそれぞれの形状を混在させた形状であってもよい。

以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。

１０ 研磨装置
２０ 基板
１００ プラテン
１２０ 研磨パッド
１２２ 溝部
１４０ クッション層
１６０ 粘着層
２００ 研磨ヘッド
３００ スラリー配管

Claims (13)

1. プラテンと、
   前記プラテン上に設けられるとともに、研磨される基板が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部を備える研磨パッドと、
   前記研磨パッドと前記プラテンとを固定する粘着層と、
   を備える研磨装置。
2. 請求項１に記載の研磨装置において、
   前記溝部は、前記研磨パッドの中心に対して、平面視で中心対称に設けられている研磨装置。
3. 請求項１または２に記載の研磨装置において、
   前記溝部は、放射状に設けられている研磨装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の研磨装置において、
   少なくとも一部の前記溝部は、同心円状に設けられている研磨装置。
5. 請求項１または２に記載の研磨装置において、
   前記溝部は、螺旋状に設けられている研磨装置。
6. 請求項１または２に記載の研磨装置において、
   前記溝部は、格子状に設けられている研磨装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の研磨装置において、
   前記粘着層は、天然ゴム、アクリル系樹脂またはシリコーン樹脂を含む研磨装置。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の研磨装置において、
   前記粘着層を介して、前記研磨パッドおよび前記プラテンの間に設けられたクッション層を備える研磨装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の研磨装置において、
   前記溝部の深さは、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である研磨装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の研磨装置において、
    前記溝部の幅は、１．５ｍｍ以上３．５ｍｍ以下である研磨装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の研磨装置において、
    前記研磨パッドの厚さは、０．５ｍｍ以上５ｍｍ以下である研磨装置。
12. プラテンと、
    前記プラテン上に設けられるとともに、研磨される基板が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部を備える研磨パッドと、
    前記研磨パッドとプラテンとを固定する粘着層と、
    を備える研磨装置を用い、
    前記研磨パッド上に、前記基板の研磨面を当接して研磨する研磨方法。
13. 基板を研磨するための研磨パッドであって、
    研磨される前記基板が接する一面と反対側の裏面に、外周の端面まで延在する溝部を備える研磨パッド。

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