JP2006021290A - 研磨パッドおよび該研磨パッドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被研磨加工物の研磨状態の観測などを、レーザ光を利用して行えるレーザ光通過窓の構造としながら、レーザ光通過窓の窓部材が研磨スラリーの流動の妨げにならないようにして、平坦度の高い研磨を可能とする研磨パッドおよび研磨パッドの製造方法を提供する。
【解決手段】研磨作用面となる表面側に研磨スラリー保持用の溝１１，１２を有し、かつ、レーザ光通過窓を備えるとともに、該レーザ光通過窓に窓部材１０を埋設した研磨パッド４であって、上記窓部材１０は、その表面に上記溝１２を備えて当該窓部材１０を上記研磨作用面の一部を構成可能とされている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば半導体ウエハなどを仕上げ研磨として用いるのに好適な研磨パッドおよび該研磨パッドの製造方法に関する。

シリコンウエハなどの表面平坦化研磨を化学的機械的研磨技術によって行うために研磨パッドが使用される。すなわち、研磨パッドを装着した円形の回転板を有する下側定盤と、研磨パッド上に被研磨物としてのウエハを押し付ける上側定盤と、研磨パッドの上に研磨スラリーを供給する手段とを備えた化学的機械的研磨装置を用いて、上記被研磨物に対して表面平坦化研磨が行われる。

このような研磨を行う研磨パッドにおいては、被研磨物であるウエハの研磨レートを測定するべく、その研磨パッドにレーザ光通過窓を設け、下側定盤側に配置してある研磨レート測定装置のレーザ光センサから下側定盤のレーザ光通過窓、および研磨パッド側のレーザ光通過窓を介して、ウエハの研磨面を照射し、該ウエハの研磨面で反射してくる反射光を上記レーザ光センサに取り込み、研磨レート測定装置においては、レーザ光センサのセンサ信号に基づいて、ウエハの厚さを検出し、その研磨工程の終点を検出してウエハに対する研磨レートを測定するようになっている（例えば、特許文献１参照。）。

このような研磨レートの測定に用いる研磨パッドには、例えば図９で示すものがある。この研磨パッド４は、研磨作用面となる表面側に研磨スラリー保持用の溝１１を有し、かつ、研磨レート測定用のレーザ光が裏面側から表面側に通過するレーザ光通過窓８を備えた構成となっている。

この従来の研磨パッドにおいては、研磨パッド４にレーザ光通過窓８としての貫通孔を穿設する（図９（ａ）参照）とともに、溝１１を研磨作用面に予め形成した（図９（ｂ）参照）後、レーザ光通過窓８に透明窓部材１０を嵌め込む（図９（ｃ）参照）ようにしていた。特に透明窓部材１０については、研磨スラリーの保持などを行う構造を何等設けていなかったので、研磨パッド本体の研磨スラリー保持用の溝１１のうち、透明窓部材１０と交差する溝１１では、透明窓部材１０によって研磨スラリーが堰き止められるおそれがあった。このように研磨スラリーが堰き止められると、そこに研磨スラリーが局所的に溜まるおそれがあり、そのように研磨スラリーが溜まっている箇所では研磨レートが他の箇所より高くなっていた。また、研磨作用面において、研磨スラリーの堰き止めによってそのスラリーの供給が妨げられて逆に研磨スラリー量が少ない研磨面領域が生じた箇所、例えばレーザ光通過窓８を間において前記堰き止め箇所とは反対側の箇所では研磨スラリー量が不足するため研磨レートが低くなったりしていた。このため、その研磨レートが高い箇所では研磨が他の箇所よりも促進され、研磨レートが低い箇所では逆に研磨が他の箇所よりも抑制されることになり、全体として均一な研磨レートで研磨を行いにくく、より高度な微細加工に対応できる平坦度の高い研磨を行うことが困難となっていた。
特開２００３−０４８１５１公報

したがって、本発明により解決すべき課題は、被研磨加工物の研磨状態の観測などを、レーザ光通過窓を通してレーザ光を利用して行える構造としながら、研磨パッドの研磨作用面において、レーザ光通過窓の窓部材が研磨スラリーの流動の妨げにならないようにして、平坦度の高い研磨を可能とすることである。

本発明に係る研磨パッドは、研磨作用面となる表面側に研磨スラリー保持用の溝を有し、かつ、レーザ光通過窓を備えるとともに、該レーザ光通過窓に窓部材を埋設した研磨パッドであって、上記窓部材は、その表面に上記溝を備えて当該窓部材を上記研磨作用面の一部を構成可能とされていることを特徴とする。

本発明に係る研磨パッドによれば、レーザ光通過窓に埋設される窓部材は、研磨作用面の研磨スラリー保持用の溝を備えて研磨作用面の一部を構成可能とされているから、研磨パッドにおける研磨作用面の溝のうち窓部材と交差するものに対して、窓部材の溝が連続するものにできることによって、研磨パッドの研磨作用面の溝と窓部材の溝との間で研磨スラリーが円滑に流動できる。なお、窓部材がレーザ光通過窓に埋設されていることにより、貫通孔となるレーザ光通過窓からの研磨スラリーの漏洩などを防止するとともに、研磨作用面が研磨パッドとレーザ光通過窓においても充分維持されるものとなっている。これにより、従来のように窓部材が研磨スラリーの流動の妨げになって研磨スラリが堰き止められるような不具合も解消できる。したがって、窓部材を設けた箇所で研磨スラリーが滞留することなどに起因する研磨レートの研磨作用面での不均一を抑制でき、平坦度の高い良好な研磨を行うことができる。

本発明に係る第１の研磨パッドの製造方法は、研磨作用面に研磨スラリー保持用の溝を有し、かつ、研磨レート測定用のレーザ光が通過するレーザ光通過窓を備えるとともに、該レーザ光通過窓に窓部材を埋設した研磨パッドの製造方法であって、窓部材に研磨スラリー保持用の溝を形成する第１工程と、第１工程後、レーザ光通過窓に窓部材を埋設する第２工程と、を含むことを特徴とする。

本発明に係る第１の研磨パッドの製造方法によれば、例えば、研磨パッドと窓部材とのそれぞれの材質等の違いにより溝加工の施工が相違する場合に、それぞれに個別に溝加工してから窓部材と研磨パッドに組み付けることによって、窓部材にも研磨スラリー保持用の溝を備えるものが製造できるから、作業効率を向上できる。

本発明に係る第２の研磨パッドの製造方法は、研磨作用面に研磨スラリー保持用の溝を有し、かつ、研磨レート測定用のレーザ光が通過するレーザ光通過窓を備えるとともに、該レーザ光通過窓に窓部材を埋設した研磨パッドの製造方法であって、レーザ光通過窓に窓部材を埋設する第１工程と、第１工程後、窓部材に研磨スラリー保持用の溝を形成する第２工程と、
を含む、ことを特徴とする。

本発明に係る第２の研磨パッドの製造方法によれば、研磨パッドのレーザ光通過窓に窓部材を埋設した状態で研磨パッドと窓部材とに研磨スラリー保持用の溝を形成することのできるものであるから、一度の溝形成工程により、窓部材により研磨スラリーの流動が妨げられることのない研磨スラリー保持用の溝を形成することができ、作業効率がよいものとなる。

本発明によれば、窓部材において研磨スラリーの流動が妨げられるような不具合も解消できたので、研磨スラリーが局所的に滞留して研磨レートに差異が生じることによる平坦化研磨の不具合を解消して、平坦度の高い良好な研磨処理を行うことができる。

以下、本発明に係る研磨パッドの実施の形態を添付した図面を参照して詳細に説明する。図１は、研磨パッドを有する研磨装置を示す概略説明図、図２は、研磨スラリー保持用溝が格子状に形成されている研磨パッドを示す平面図、図３は、図２の研磨パッドのレーザ光通過窓に埋設される透明窓部材のみを示す拡大平面図、図４は、図２の研磨パッドにおける窓部材が埋設されていない状態の研磨パッドを示す平面図である。

図１を参照して、研磨装置１は、図示しない駆動手段で縦軸心Ｐ周りで回転自在に駆動されるものでかつ所要箇所に上下に貫通するレーザ光透過孔７を備えた下側定盤２と、該下側定盤２に対してその上方の所定位置にて対向し、図示略の駆動手段で縦軸心Ｑ周りで回転自在に駆動される上側定盤５とを備える。このような研磨装置１において、研磨パッド４は、下側定盤２の上面部に対して粘着シート３を介して貼り付け装着される一方、半導体ウエハ６は、上側定盤５の下面部に被研磨加工物として保持される。そして、９は、測定装置を示す。この測定装置９は、下側定盤７の上記レーザ光通過窓７と、透明の粘着シート３と、研磨パッド４のレーザ光透過窓８とを通して研磨レート測定用のレーザ光Ｌを半導体ウエハ６に照射するとともに、半導体ウエハ６からの当該レーザ光Ｌの反射光を取り込み、この取り込んだ反射光に基づいて半導体ウエハ６の研磨レート測定を行うものである。なお、粘着シート３は、透明の樹脂シートからなり、研磨パッド４の基材シート層の下面に図示略の感圧接着剤層を介して積層接着されている。なお、粘着シート３の光透過性が所定以下の場合は、粘着シート３には、研磨パッド４のレーザ光透過窓８に対応する部分にレーザ光通過窓を形成しておけばよい。

以下において、上記研磨パッド４の構造を詳しく説明すると、研磨パッド４は、例えば、基材シート層と研磨作用面を成す樹脂発泡層とが積層された樹脂製の平面視円形のシート状を成すとともに、上記したレーザ光透過窓８に透明窓部材１０を埋設した構成となっている。そして、研磨パッド４は、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル等、公知の樹脂の一種または二種以上から、公知の注型法、押し出し成形法、射出成形法等によって製造することができる。上記透明窓部材１０は、合成樹脂材により構成されている。この合成樹脂としては、上記した研磨パッド４を形成する樹脂でもよいが、これ以外として、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルサルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの透明樹脂を使用することができる。そして、その樹脂材料を注型あるいは押し出し成形し、所望形状にカットすることによって透明窓部材１０が形成される。なお、透明窓部材１０は１個１個成形することで得るようにしてもよい。なお、研磨パッド４と透明窓部材１０とがそれぞれウレタン樹脂で形成され、該研磨パッド４と透明窓部材１０とにおける研削性がほぼ同じか、または透明窓部材１０の研削性が研磨パッド４よりも大きい（透明窓部材１０の方が研削されやすい）ことが好ましい。

研磨パッド４と透明窓部材１０とには、研磨に使用される研磨スラリーを研磨作用面に保持するための溝１１，１２がそれぞれ形成されている。この溝１１，１２は、図２に示すように、縦方向に平行とした複数の溝と、横方向に平行とした複数の溝とが交差する形態でもよいし、図７（ａ）に示すように、下側定盤２の回転軸心回りに複数の同心円形状となるように形成してもよい。なお、図示しないが、例えば中心から径方向に複数放射状態に形成される溝であってもよい。なお、このような溝の寸法として、溝幅は、０．０５ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、溝深さは、０．０５ｍｍ〜パッド厚みに対し９５％であることが好ましい。

上記研磨パッド１においては、研磨作用面に形成されている溝１１と、透明窓部材１０に形成されている溝１２とが一連の連続した溝の形態となっており、これによって、両溝１１、１２間で研磨スラリーが抵抗少なく流動可能となっている。これによって、透明窓部材１０に溝１２が形成されていなかった従来のように、透明窓部材１０に交差することになる研磨パッド４の研磨作用面の溝１１において研磨スラリーが堰き止められるなどの不具合が生じず、また、研磨スラリーが研磨パッド４の研磨面において均一に配分され易くなっている。このため、レーザ光通過窓８の透明窓部材１０を通して研磨状態の観測や測定などを行うことができるものでありながら、研磨パッドにおける研磨レートも全体的に均一にでき、平坦度の高い研磨を行えるものにできた。

次に、上記研磨パッド４の製造方法を図５〜図７を参照して説明する。

予め樹脂シートから平面視円形、四角形又は特殊形状にカットした研磨パッド４のシートを作成し、そのシートに透明窓部材１０を埋設するための表裏面両側にわたって貫通する所要形状（図５（ａ））のレーザ光透過窓８を形成するとともに、両面又は片面粘着の粘着シート３を研磨パッド４のシートの裏面に接着する（図５（ａ）（ｂ））。そのレーザ光透過窓８に埋設できる形状に予めカットされた透明樹脂製の透明窓部材１０を嵌合する（図６（ａ）（ｂ））。この嵌合した透明窓部材１０は、研磨パッド４に積層する粘着シート３との接着により研磨パッド４と一体化している。なお、透明窓部材１０を接着剤により研磨パッド４のシートと直接接着して固定してもよい。その後、研磨パッド４の研磨作用面と透明窓部材１０とに対して溝形成用のカッターにより、所要幅かつ所要深さの溝１１，１２を形成する。カッターによる溝形成を連続して行うことにより、研磨パッド４の研磨作用面の溝１１のうち透明窓部材１０と交差する溝１１と連続して透明窓部材１０にも溝１２が形成される（図７（ａ）（ｂ））。とくに透明窓部材１０の上面を横切るように溝１２が形成されていることによって、透明窓部材１０上の溝１２を抵抗なく研磨スラリーが流動できるものとなっている。

実施形態の研磨パッドの製造方法に対する比較例として従来の研磨パッドの製造方法を説明する。

予め樹脂シートから平面視円形、四角形又は特殊形状にカットした研磨パッド４のシートを作成し、その研磨パッド４のシートに透明窓部材１０を埋設するための表裏面両側にわたって貫通する所要形状のレーザ光透過窓８を形成する（図９（ａ））。次いで、研磨スラリー保持用の溝１１を研磨パッド４の研磨作用面に形成する（図９（ｂ））。この後、レーザ光透過窓８に透明窓部材１０を嵌合させて埋設することにより研磨パッド４として使用するものの作製を完了していた（図９（ｃ））。

次に、他の実施形態の製造方法を説明する。

予め発泡樹脂シートから平面視円形にカットした研磨パッド４のシートを作成し、その研磨パッド４のシートに後で透明窓部材１０を埋設するための表裏面両側にわたって貫通する所要形状のレーザ光透過窓８を形成する。そのレーザ光透過窓８に埋設できる形状に透明窓部材１０を作製する。そして、研磨パッド４と、透明窓部材１０とのそれぞれについて別々に研磨スラリー保持用の溝１１，１２を所要形態となるように形成する（図３、図４）。例えば、図４に示す場合においては、複数の溝１１が所定間隔おきに縦方向と横方向とで直交する格子状に形成したものである。透明窓部材１０においては、レーザ光透過窓８に嵌め込むように埋設したときに、研磨パッド４の研磨作用面の溝１１のうち透明窓部材１０に交差するように形成する溝１１と連続した溝１２を形成する。その後、透明窓部材１０を研磨パッド４のレーザ光透過窓８に嵌合する（図１）。

本発明者は、本発明に係る研磨パッドと従来の研磨パッドとについて、研磨スラリーの透明窓近傍における分散の状況の良否を比較する実験を行った。

この実験では、図８に示すように、本発明に係る研磨パッド２１、あるいは、従来の研磨パッド３１（透明窓部材に研磨スラリー保持用の溝を形成していないもの）とのそれぞれについて平板状のパッド支持用治具４１に貼り付け、このパッド支持用治具４１を所定角度傾斜させた状態に支持しておく。研磨パッド２１，３１に対して予め所定量の水をその上端部箇所から供給して、研磨パッド２１，３１の表面、特に窓部材２２，３２の位置を通過するように流下させる。そして、本発明に係る研磨パッド２１も従来の研磨パッド３１についても、予め窓部材２２，３２が埋設されている箇所より低位側に所定距離離れた箇所に所定大きさの貫通孔２３，３３を形成しておき、パッド支持用治具４１についてもその貫通孔２３，３３箇所に対応する位置に貫通孔４２を設け、貫通孔２３，３３及び貫通孔４２を通して漏下した水を捕集用容器４３に捕集できるようにしておく。

それぞれ同じ条件で水を供給し、貫通孔４２を漏下して捕集された水の量が供給量に対してどの程度の割合であるか測定した。

その結果、本願発明に係る研磨パッドの場合、流下した水のうち４０％が捕集された。一方、従来の研磨パッドの場合、流下した水のうち１５％が捕集された。このことから、窓部材に研磨スラリー保持用溝を形成してある本願発明によって、研磨スラリーが窓部材の溝を通って流動し易くなっていることが判明した。したがって、窓部材に研磨スラリー保持用溝を形成した本願発明では、形成していないものと比較して、その窓部材近傍での研磨スラリーの滞留が生じにくいことが判明した。よって、この実験結果から、本願発明のように、窓部材に研磨スラリー用溝を研磨パッドの研磨面に形成した研磨スラリー保持用の溝と連続するようにかつ窓部材を横切るように形成したものでは、窓部材近傍において研磨スラリーが滞留して偏在するような不具合を解消できることが判明した。

本発明は、例えば半導体ウエハなどを仕上げ研磨などの研磨装置に用いるのに好適な研磨パッド及び該研磨パッドの製造方法に利用可能である。

本発明の実施形態として、研磨パッドを用いる研磨装置の一例を示す概略説明図（定盤および研磨パッドについて断面図としている） 図１に関して、研磨スラリー保持用溝を格子状に形成した研磨パッドを示す平面図 図１に関して、研磨パッドの透明窓を示す拡大平面図 図１に関して、研磨パッドに透明窓がない状態の研磨パッド本体を示す平面図 本発明の他の実施形態に係る研磨パッドの製造方法の説明に供するもので、（ａ）はレーザ光通過窓を穿設した研磨パッドを示す平面図、（ｂ）はレーザ光通過窓を穿設した箇所を含む研磨パッドの縦断面図 図５に示す製造過程の後の製造過程を示すものであって、（ａ）は透明窓部材を埋設した状態の研磨パッドを示す平面図、（ｂ）は透明窓部材を埋設した箇所を含む研磨パッドの縦断面図 図６に示す製造過程の後の製造過程を示すものであって、（ａ）は透明窓部材および研磨パッドに研磨スラリー保持用の溝を形成した状態を示す平面図、（ｂ）は透明窓部材を埋設した箇所を含む研磨パッドの縦断面図 本発明に係る研磨パッドと従来の研磨パッドとにおけるスラリーの分散状況を比較する実験を概略的に側面視で示す図 従来における透明窓を有する研磨パッドの製造の過程を示すものであって、（ａ）は透明窓嵌合用の貫通孔を形成した研磨パッド本体の平面図、（ｂ）は研磨スラリー保持用の溝を形成状態の研磨パッド本体の平面図、（ｃ）は研磨スラリー保持用の溝を形成後透明窓部材を貫通孔に嵌合して透明窓を設けた研磨パッドの平面図

符号の説明

４ 研磨パッド
８ レーザ光通過窓
１０ 窓部材
１１，１２ 溝

Claims (3)

1. 研磨作用面となる表面側に研磨スラリー保持用の溝を有し、かつ、レーザ光通過窓を備えるとともに、該レーザ光通過窓に窓部材を埋設した研磨パッドであって、
   上記窓部材は、その表面に上記溝を備えて当該窓部材を上記研磨作用面の一部を構成可能とされている、ことを特徴とする研磨パッド。
2. 研磨作用面に研磨スラリー保持用の溝を有し、かつ、研磨レート測定用のレーザ光が通過するレーザ光通過窓を備えるとともに、該レーザ光通過窓に窓部材を埋設した研磨パッドの製造方法であって、
   窓部材に研磨スラリー保持用の溝を形成する第１工程と、
   第１工程後、レーザ光通過窓に窓部材を埋設する第２工程と、
   を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。
3. 研磨作用面に研磨スラリー保持用の溝を有し、かつ、研磨レート測定用のレーザ光が通過するレーザ光通過窓を備えるとともに、該レーザ光通過窓に窓部材を埋設した研磨パッドの製造方法であって、
   レーザ光通過窓に窓部材を埋設する第１工程と、
   第１工程後、窓部材に研磨スラリー保持用の溝を形成する第２工程と、
   を含むことを特徴とする研磨パッドの製造方法。

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