JP2007290114A

JP2007290114A - 研磨パッド、研磨方法及び研磨装置

Info

Publication number: JP2007290114A
Application number: JP2007071407A
Authority: JP
Inventors: Yasutada Nakagawa; 泰忠中川; Eijiro Koike; 栄二郎小池
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-03-27
Filing date: 2007-03-19
Publication date: 2007-11-08

Abstract

【課題】研磨液の供給排出能力を高くすることで、研磨量のばらつきを小さくすることができる貫通孔を有する研磨パッドを提供すること。
【解決手段】一方の面を研磨面１２ａ、他方の面を支持面１２ｂとした板状のパッド本体１２と、パッド本体１２を研磨面１２ａから支持面１２ｂまで貫通し、その開口部が上記研磨液の流動方向に沿って形成されている貫通孔２０を複数備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造プロセスで行われる化学的機械研磨で用いられる半導体ウェーハの研磨パッドに関し、特にスラリの流れ込みを促進できるものに関する。

研磨パッドは、半導体装置の製造プロセスでは、ウェーハの絶縁膜表面を平坦化するとき等に化学的機械研磨が行われる。この化学的機械研磨で用いられる研磨パッドの研磨面は平面状であり、ウェーハの被研磨面と研磨パッドの研磨面とが平行に配置されて、お互いが回転しながら接触することにより研磨を行うものであり、様々な研磨装置が用いられている。

例えば、図１９に示すような研磨パッド１００は、軟質パッド１０１と、発泡ウレタン等からなる硬質のパッド本体１０２とを備え、パッド本体１０２には貫通孔１０３が多数配置されており、また、図２０に示すような研磨パッド１１０は、軟質パッド１１１と、パッド本体１１２とを備え、貫通孔１１３及び格子状の研磨溝１１４を形成することで、研磨液の供給排出や研磨くずの排出効果を与えていた。研磨溝１１４を形成した研磨パッド１１２は、研磨液の供給排出能力が高いためウェーハ中央と、ウェーハ端の研磨量のばらつきが小さいという効果がある。また、ウェーハを研磨パッドから剥がすとき、溝を伝わってウェーハ中心部まで空気が入るので、ウェーハを剥がしやすいという効果がある。

なお、研磨液の供給排出効率を向上するために様々な形状の貫通孔が開発されている（例えば、特許文献１，２参照）。
特開２００４−０７１９８５号公報特開２００３−３００１４９号公報

上述した研磨パッドでは、次のような問題があった。すなわち、貫通孔１０３のみ有するパッド本体１０２では、研磨液の流れ込みを促進することが難しかった。一方、研磨溝１１４を有するパッド本体１１２では、ウエハへの研磨液の流れ込みを促進することはできるものの、深さが貫通孔１１３に比べて浅いため（δ）、パッドの低寿命化に繋がっている。

そこで本発明は、研磨液の供給排出能力を高くすることで、研磨量のばらつきを小さくすることができる貫通孔を有する研磨パッドを提供することを目的としている。

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の研磨パッド、研磨方法及び研磨装置は次のように構成されている。

被研磨物を回転研磨する研磨パッドにおいて、一方の面を研磨面、他方の面を支持面とした板状のパッド本体と、このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、その開口部が上記研磨パッドの径方向に対して所定の角度で形成されている孔部を複数備えていることを特徴とする。

被研磨物を回転研磨する研磨装置において、上記被研磨物を保持する保持機構と、この保持機構に保持された上記被研磨物に対向配置された研磨パッドと、この研磨パッドを回転駆動する回転駆動機構とを備え、上記研磨パッドは、一方の面を研磨面、他方の面を支持面とした板状のパッド本体と、このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、その開口部が上記研磨パッドの径方向に対して所定の角度で形成されている孔部を複数備えていることを特徴とする。

被研磨物を回転研磨する研磨方法において、上記被研磨物を研磨パッドに押圧しながら保持する保持工程と、上記研磨パッドを回転させる回転工程とを具備し、上記研磨パッドは、一方の面を研磨面、他方の面を支持面とした板状のパッド本体と、このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、その開口部が上記研磨パッドの径方向に対して所定の角度に傾けて形成されている孔部を複数備えていることを特徴とする。

本発明によれば、研磨液の供給排出能力を高くすることで、研磨量のばらつきを小さくすることができる貫通孔を得ることが可能となる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨パッド１０が組み込まれた研磨装置１００を模式的に示す斜視図、図２は同研磨パッド１０を模式的に示す平面図、図３は研磨パッド１０に設けられた貫通孔２０を示す平面図である。なお、図中Ｘは研磨パッド１０の回転中心、Ｆは研磨液の流動方向、Ｐはパッド回転方向を示している。

図１に示すように、研磨装置１００は、研磨パッド１０と、半導体ウエハ（被研磨物）Ｗを保持する保持機構１１０と、研磨パッド１０を回転駆動する回転駆動機構１２０とを備えている。

研磨パッド１０は、軟質パッド１１と、発泡ポリウレタンやウレタンのような硬質な樹脂からなるパッド本体１２とが積層して形成されている。

パッド本体１２の研磨面１２ａから支持面１２ｂ側、すなわちパッド本体１２の厚さ方向には貫通孔２０が貫通して設けられている。貫通孔２０は例えばパンチング加工や成型時に入れ子等を用いて形成されている。

また、図２に示すようにパッド本体１２において貫通孔２０は所定の数、略同心円状に位置するように設けられている。またこの被研磨物を研磨するときに貫通孔２０の位置は研磨パッド１０の回転中心Ｘに対して略同心円状に位置するように設けられている。貫通孔２０は研磨パッド１０の径方向に対して所定の角度を有している。全ての開口部の所定の角度が同一であることが望ましい。しかし、効果を奏すれば全ての開口部の所定の角度が同一である必要はない。

詳細には図３に示すように、貫通孔２０は、研磨面１２側から見て短径がａ、長径がｂの楕円形状に形成されている。また、短径の延長線上に回転中心Ｘが位置するように配置されている。

貫通孔２０は、１ｃｍ^２あたり１〜１０個、１個の面積は１〜６ｍｍ^２、パッド本体１２の表面に対する面積比率は１〜６０％である。

このように構成された研磨パッド１０によれば、貫通孔２０は研磨液の流動する方向に沿って設けられていることにより、それらに一旦入ったスラリーが出やすくなり、研磨液の置換が促進される。このため、研磨レートが向上する。また、研磨パッド１０の寿命も通常の貫通孔のみを用いた場合と変わらない。

なお、図４に示すように短径に対する長径の割合ｂ／ａを大きくすることにより、研磨レートが向上する。例えば、ｂ／ａ＝１．２の場合に、通常の貫通孔（ｂ／ａ＝１）に比べて１０％程度研磨レートが向上する。

上述したように本実施の形態に係る研磨パッド１０によれば、研磨液置換を促進することができ、研磨レートを向上させることができる。

図５は本発明の第２の実施の形態に係る研磨パッド１０Ａを模式的に示す平面図、図６は貫通孔２０とパッド回転中心Ｘとの関係を示す説明図である。図５，６において、図２，３と同一機能部分には同一符号を付し、また重複する説明は省略する。

本実施の形態に係る研磨パッド１０Ａにおいては、貫通孔２０の長径が径方向Ｒに対して角度θを有するようにして配置されている。このように貫通孔２０が配置されている場合、遠心力を研磨液置換の促進に作用させることができる。

図７は、角度θを０〜９０°まで変化させた場合の研磨レートの変化を示している。ここで、角度θ＝９０°は上述した図２に示すように、短径方向と径方向Ｒとが一致している場合である。角度４０〜８０°の場合に研磨レートが最大となり、図２の場合に比べて約２倍の研磨レートとなる。研磨レートが最大となる角度は研磨パッドの回転速度により変わってくる。

上述したように本実施の形態に係る研磨パッド１０Ａによれば、研磨液置換を促進することができ、研磨レートを向上させることができる。

図８は本発明の第３の実施の形態に係る研磨パッド１０Ｂを模式的に示す平面図、図９は貫通孔３０とパッド中心Ｘとの関係を示す説明図である。図８，９において、図２，３と同一機能部分には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本実施の形態に係る研磨パッド１０Ｂにおいては、上流側よりも下流側が広くなるティアドロップ型の貫通孔３０が設けられている。この貫通孔３０は短径ｃ、長径ｄであり、また、短径の延長線上に回転中心Ｘが位置するように配置されている。

なお、図１０に示すように短径に対する長径の割合ｄ／ｃを大きくすることにより、研磨レートが向上する。例えば、ｄ／ｃ＝１．２の場合に、通常の貫通孔（ｂ／ａ＝１）に比べて５％程度研磨レートが向上する。

図１１は本発明の第４の実施の形態に係る研磨パッド１０Ｃを模式的に示す平面図である。図１１において、図８と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態に係る研磨パッド１０Ｃにおいては、貫通孔３０を周方向に対して傾ける、すなわち研磨液の下流側が外周側となるようにしている。このように貫通孔３０が配置されている場合、遠心力を研磨液置換の促進に作用させることができる。

図１２は本発明の第５の実施の形態に係る研磨パッド１０Ｄを模式的に示す平面図、図１３は貫通孔４０とパッド中心Ｘとの関係を示す説明図である。図１２，１３において、図２，３と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態に係る研磨パッド１０Ｄにおいては、上流側よりも下流側が広くなるティアドロップ型であって、下流側がさらに内周側に角度φだけ傾けて形成された貫通孔４０が設けられている。

なお、図１４に示すようにφの角度を調整することにより、研磨レートが向上する。例えば、φを２０°以上に設定することで、通常のティアドロップ型の貫通孔３０に比べて５％以上研磨レートが向上する。

図１５は本発明の第６の実施の形態に係る研磨パッド１０Ｅを模式的に示す平面図である。図１５において、図１２と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態に係る研磨パッド１０Ｅにおいては、貫通孔４０を周方向に対して傾ける、すなわち研磨液の下流側が外周側となるようにようにしている。このように貫通孔４０が配置されている場合、遠心力を研磨液置換の促進に作用させることができる。

図１６は本発明の第７の実施の形態に係る研磨パッド１０Ｆを模式的に示す平面図、図１７は貫通孔５０とパッド中心Ｘとの関係を示す説明図である。図１６，１７において、図２，３と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態に係る研磨パッド１０Ｆにおいては、上流側よりも下流側が広くなるティアドロップ型であって、下流側がさらに外周側に角度φだけ傾けて形成された貫通孔５０が設けられている。なお、外周側を負の角度とする。

なお、図１４に示すようにφの角度を調整することにより、研磨レートが向上する。例えば、φをマイナス２０°以上に設定することで、通常のティアドロップ型の貫通孔３０に比べて５％以上研磨レートが向上する。

図１８は本発明の第８の実施の形態に係る研磨パッド１０Ｇを模式的に示す平面図である。図１８において、図１６と同一機能部分には同一符号を付し、その説明は省略する。

本実施の形態に係る研磨パッド１０Ｇにおいては、貫通孔５０を周方向に対して傾ける、すなわち研磨液の下流側が外周側となるようにしている。このように貫通孔５０が配置されている場合、遠心力を研磨液置換の促進に作用させることができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る研磨パッドが組み込まれた研磨装置を模式的に示す斜視図。同研磨パッドを模式的に示す平面図。同研磨パッドに設けられた貫通孔を示す平面図。同貫通孔の短径に対する長径の割合と研磨レートとの関係を示す説明図。本発明の第２の実施の形態に係る研磨パッドを模式的に示す平面図。同研磨パッドに設けられた貫通孔とパッド中心との位置関係を示す説明図。同貫通孔との配置角度と研磨レートの関係を示す説明図。本発明の第３の実施の形態に係る研磨パッドを模式的に示す平面図。同研磨パッドに設けられた貫通孔とパッド中心との位置関係を示す説明図。同貫通孔の短径に対する長径の割合と研磨レートとの関係を示す説明図。本発明の第４の実施の形態に係る研磨パッドを模式的に示す平面図。本発明の第５の実施の形態に係る研磨パッドを模式的に示す平面図。同研磨パッドに設けられた貫通孔とパッド中心との位置関係を示す説明図。同貫通孔における角度φと研磨レートとの関係を示す説明図。本発明の第６の実施の形態に係る研磨パッドを模式的に示す平面図。本発明の第７の実施の形態に係る研磨パッドを模式的に示す平面図。同研磨パッドに設けられた貫通孔とパッド中心との関係を示す説明図。本発明の第８の実施の形態に係る研磨パッド１０Ｇを模式的に示す平面図である。従来の研磨パッドの一例を示す部分断面図。従来の研磨パッドの別の例を示す部分断面図。

符号の説明

１０，１０Ａ〜１０Ｇ…研磨パッド、１２…パッド本体、２０，３０，４０，５０…貫通孔、１００…研磨装置、１１０…保持機構、１２０…回転駆動機構、Ｗ…半導体ウエハ（被研磨物。

Claims

被研磨物を回転研磨する研磨パッドにおいて、
一方の面を研磨面、他方の面を支持面とした板状のパッド本体と、
このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、その開口部が上記研磨パッドの径方向に対して所定の角度で形成されている孔部を複数備えていることを特徴とする研磨パッド。
上記開口部は楕円形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
上記開口部は径方向に対して所定の方向に漸次広くなる部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
上記開口部は、その長径が径方向に対して所定の角度に傾けて配置されていることを特徴とする請求項４に記載の研磨パッド。
上記開口部は径方向に対して所定の方向に漸次広くなり、かつ、下流側が内周側に傾けられている部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
上記開口部は径方向に対して所定の方向に漸次広くなり、かつ、下流側が外周側に傾けられている部分を有していることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
上記開口部は、その長径が径方向に対して所定の角度に傾けて配置されていることを特徴とする請求項２、５または６に記載の研磨パッド。
被研磨物を回転研磨する研磨装置において、
上記被研磨物を保持する保持機構と、
この保持機構に保持された上記被研磨物に対向配置された研磨パッドと、
この研磨パッドを回転駆動する回転駆動機構とを備え、
上記研磨パッドは、一方の面を研磨面、他方の面を支持面とした板状のパッド本体と、
このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、その開口部が上記研磨パッドの径方向に対して所定の角度で形成されている孔部を複数備えていることを特徴とする研磨装置。
被研磨物を回転研磨する研磨方法において、
上記被研磨物を研磨パッドに押圧しながら保持する保持工程と、
上記研磨パッドを回転させる回転工程とを具備し、
上記研磨パッドは、一方の面を研磨面、他方の面を支持面とした板状のパッド本体と、
このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、その開口部が上記研磨パッドの径方向に対して所定の角度に傾けて形成されている孔部を複数備えていることを特徴とする研磨方法。