JP2007319994A

JP2007319994A - 研磨パッド

Info

Publication number: JP2007319994A
Application number: JP2006153838A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kiyu; 暁明邱
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2006-06-01
Filing date: 2006-06-01
Publication date: 2007-12-13

Abstract

【課題】ウエーハの被研磨面から均一厚さに研磨できる研磨パッドを提供することを目的とする。
【解決手段】研磨面３１が、チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心から外周に向かう所要領域を研磨する研磨領域Ｅ_POLと研磨機能を有しない非研磨領域Ｅ_NONとを含み、これら研磨領域Ｅ_POLおよび非研磨領域Ｅ_NONが、研磨面３１の回転中心からの半径Ｒ₁≦Ｒ≦Ｒ₂に至り形成されているので、研磨領域Ｅ_POLと非研磨領域Ｅ_NONとの比率設定によって周速の速い外周側の除去レートを実質的に減らすことで研磨深さがウエーハ全面に亘って均一となり精度の高い平坦面として鏡面仕上げすることができるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、研磨装置に装着されてウエーハを均一深さに研磨する研磨パッドに関するものである。

ＩＣ，ＬＳＩ等のデバイスが複数形成されたウエーハは、研削装置によって裏面が研削されて所定の厚さに形成され、その後ダイシング装置等の分割装置によって個々のデバイスに分割されて携帯電話、パソコン等の電子機器に利用される。

電子機器の軽量化、小型化を可能にするために、ウエーハの厚みが１００μｍ以下、あるいは５０μｍ以下になるように研削されるが、研削によってウエーハの裏面には研削歪層が残存し、それに起因してデバイスの抗折強度が著しく低下するという問題がある。そこで、このようなウエーハの裏面から研削歪層を除去する研磨装置が本出願人により提案されている（特許文献１参照）。特許文献１の研磨装置は、回転駆動される研磨工具を被加工物の被処理面に押圧させながら研磨することを基本とし、このような研磨動作中に被加工物を保持したチャック手段を水平方向に往復動させるようにしている。

特許文献１に示される研磨装置によれば、ウエーハの研削面を研磨して鏡面加工できるので、インゴットから切り出されて研削され複数のデバイスを形成するためのベアウエーハを鏡面仕上げする際にも利用可能といえる。

特開２００３−５３６６２号公報

しかしながら、特許文献１の研磨装置は、ウエーハの被研磨面を鏡面仕上げすることはできるものの、ウエーハの厚みを均一に仕上げることはできず、平坦に研削された被研磨面が波打つような平坦状態の仕上がりとなってしまう。よって、例えば精度の高い平坦面を必要とするベアウエーハの鏡面仕上げに適用するには、不十分な現状にあるといえる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ウエーハの被研磨面から均一厚さに研磨できる研磨パッドを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る研磨パッドは、ウエーハを保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに対面し研磨する研磨面を有する研磨パッドが回転可能に装着された研磨手段と、前記研磨手段を前記保持面に対して垂直方向に移動する垂直移動手段と、前記保持面に対する当該研磨パッドの押圧荷重を検出する荷重検出手段と、を備える研磨装置に装着される研磨パッドであって、ウエーハの直径以上の前記研磨面を含む研磨部と、該研磨部を保持するホイール基台と、を備え、前記研磨面は、前記チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心から外周に向かう所要領域を研磨する研磨領域と研磨機能を有しない非研磨領域とを含み、前記研磨領域は、前記研磨面の回転中心からの半径Ｒ₁≦Ｒ≦Ｒ₂に至り形成され、前記非研磨領域は、前記研磨面の回転中心からの半径Ｒ₁≦Ｒ≦Ｒ₂に至り形成されていることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨パッドは、上記発明において、加工量をＷ、定数をη、ウエーハと当該研磨パッドとの間の相対速度をＶ、圧力をＰ、加工時間をＴとした場合、前記研磨面の回転中心からの半径Ｒ₁〜Ｒ₂に至る半径Ｒにおける前記研磨領域と前記非研磨領域との比率は、ウエーハの回転中心から同心円状に区画したｉ個のウエーハリングと、前記研磨面を半径Ｒ₁〜Ｒ₂の範囲で同心円状に区画したｊ個の工具リングとの重なりによって形成される加工セグメント毎に算出された相対速度と、加工セグメント毎に算出されたウエーハ１回転に対する各加工セグメントの時間比と、プレストンの式Ｗ＝η・Ｐ・Ｖ・Ｔを適用して実験により決定された単位時間当たりの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）とによって算出された加工セグメント毎の除去レートを用い、半径Ｒ_jの前記工具リングｊにおける円周長を分母とした前記研磨領域の比率をＫ_jとして前記工具リングｊ毎に対応する各加工セグメントの除去レートに該比率Ｋ_jを乗算して加工セグメント毎の加工量を求め、求められた加工セグメント毎の加工量をウエーハリングｉ毎に加算して求めた加工量Ｗ_iが同じ加工量Ｗになるように算出された該比率Ｋ_jに基づいて決定されていることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨パッドは、上記発明において、前記研磨面は、フェルト材からなり、前記研磨領域は、該フェルト材に研磨材を含浸させて構成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、研磨面が、チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心から外周に向かう所要領域を研磨する研磨領域と研磨機能を有しない非研磨領域とを含み、これら研磨領域および非研磨領域が、研磨面の回転中心からの半径Ｒ₁≦Ｒ≦Ｒ₂に至り形成されているので、研磨領域と非研磨領域との比率設定によって周速の速い外周側の除去レートを実質的に減らすことで研磨深さがウエーハ全面に亘って均一となり精度の高い平坦面として鏡面仕上げすることができ、ベアウエーハの鏡面加工等に好適に適用することができるという効果を奏する。特に、ウエーハの加工領域を回転中心から同心円状にウエーハリングとして区画し、研磨面を半径Ｒ₁〜Ｒ₂の範囲で同心円状に工具リングとして区画し、ウエーハリング毎の加工量が同一となるように研磨面の工具リング毎の研磨領域と非研磨領域との比率を設定するようにしたので、研磨深さがウエーハ全面に亘って均一となり精度の高い平坦面として鏡面仕上げすることができるという効果を奏する。

以下、本発明を実施するための最良の形態である研磨パッドについて図面を参照して説明する。

図１は、本実施の形態の研磨パッドが使用される研磨装置の一例を示す外観斜視図であり、図２は、その一部を抽出して示す斜視図であり、図３は、研磨パッドを示す斜視図であり、図４は、研磨パッドを裏返して示す斜視図である。本実施の形態の研磨装置１は、ウエーハ２を保持する保持面２１を有し回転可能なチャックテーブル２０と、チャックテーブル２０に保持されたウエーハ２に対面し研磨する研磨面３１（図４参照）を有する研磨パッド３２が回転可能に装着された研磨手段３０と、研磨手段３０とチャックテーブル２０とを保持面２１に対して水平方向であるＸ軸方向に相対的に移動する水平移動手段４０（図２参照）と、研磨手段３０を保持面２１に対して垂直方向であるＺ軸方向に移動する垂直移動手段５０と、保持面２１に対する研磨パッド３２の押圧荷重を検出する荷重検出手段６０（図２参照）と、を備える。

まず、本実施の形態で研磨対象となるウエーハ２は、図１中に示すような支持基板３上に装着されたウエーハであるが、図示しないフレームに装着テープを介して装着されたウエーハであってもよい。また、ウエーハ２自身は、表面に格子状に配列されたストリートによって規定された多数の矩形領域のそれぞれに半導体回路デバイスが形成されたウエーハであり、厚みを低減させるために上方に向けられた裏面には研削加工が施されており、かかる研削加工に起因して研磨対象となる平坦な裏面には研削歪が残留しているものである。なお、ウエーハ２は、インゴットから切り出された後、両面が平坦に研削されて複数のデバイスを形成するためのベアウエーハであってもよい。

また、チャックテーブル２０は、支持部材２２に対してＺ軸方向の回転中心軸を中心として回転自在に装着された円盤形状のもので、図示しない真空源によってウエーハ２を吸着保持するため、多孔性セラミックス等の多孔性材料から構成されている。また、支持部材２２内にはチャックテーブル２０を回転させる図示しない電動モータが配設されている。さらに、支持部材２２のＸ軸方向両端とハウジング４との間には、後述する水平移動手段４０を覆いチャックテーブル２０のＸ軸方向の移動に伴い伸縮する蛇腹手段２３，２４が付設されている。

また、研磨手段３０は、ハウジング３３と、ハウジング３３の下端に回転自在に装着されたホイールマウント３４にボルト３４ａによって装着された研磨パッド３２と、ハウジング３３の上端に装着されて研磨パッド３２を回転させるサーボモータ３５と、ハウジング３３を装着した移動基台３６と、を備える。移動基台３６は、被案内レール３６ａを有し、この被案内レール３６ａをハウジング４の支持板５に設けられた案内レール６に移動可能に嵌合することにより研磨手段３０が上下方向（Ｚ軸方向）に移動可能に支持される。

また、垂直移動手段５０は、研磨手段３０の移動基台３６を案内レール６に沿って移動させて研磨パッド３２をＺ軸方向に移動させることで、チャックテーブル２０上のウエーハ２に対して研磨パッド３２を押圧接触させるためのものである。垂直移動手段５０は、支持板５に案内レール６と平行に上下方向に配設され回転可能に支持された雄ねじロッド５１と、雄ねじロッド５１を回転駆動するためのＺ軸パルスモータ５２と、移動基台３６に装着され雄ねじロッド５１と螺合する雌ねじブロック（図示せず）と、を備える。このような垂直移動手段５０は、研磨時に、Ｚ軸パルスモータ５２を正転駆動すると研磨手段３０を垂直な方向（Ｚ軸方向）に下降させることで、研磨パッド３２をチャックテーブル２０に保持されたウエーハ２に対して押圧接触させ、Ｚ軸パルスモータ５２を逆転駆動すると研磨手段３０を垂直な方向（Ｚ軸方向）に上昇させることで、研磨パッド３２をチャックテーブル２０に保持されたウエーハ２から離反させる。

また、水平移動手段４０は、チャックテーブル２０をウエーハ２の搬入・搬出用の待機位置と、研磨手段３０による研磨位置との間でＸ軸方向に往復動させるためのもので、図２に示すように、ハウジング４上部においてＸ軸方向に延在する一対の案内レール４１と、支持部材２２を支持して案内レール４１上をスライド自在なスライド部材４２と、Ｘ軸方向に貫通させてスライド部材４２に形成された雌ねじ孔（図示せず）に螺合し、回転自在に支持された雄ねじロッド４３と、この雄ねじロッド４３の一端に連結されて雄ねじロッド４３を回転するＸ軸パルスモータ４４と、を備える。これにより、Ｘ軸パルスモータ４４が正転するとチャックテーブル２０が＋Ｘ軸方向に移動し、Ｘ軸パルスモータ４４が逆転するとチャックテーブル２０が−Ｘ軸方向に移動する。さらに、スライド部材４２上には、チャックテーブル２０の保持面２１に対する研磨パッド３２の押圧荷重を検出する荷重検出手段６０が搭載されている。ここで、本実施の形態では、荷重検出手段６０としては、キスラー荷重計が用いられている。

さらに、本実施の形態の研磨装置１は、ハウジング４上の手前側に、周知の如く、ウエーハ２を収容するカセット７１，７２、カセット７１から研磨前のウエーハ２の搬出または研磨済みのウエーハ２のカセット７２への搬入を行う搬出入手段７３と、ウエーハ２の中心位置合わせを行う位置合わせ手段７４と、チャックテーブル２０に研磨前のウエーハ２を搬入する搬入手段７５と、チャックテーブル２０から研磨済みのウエーハ２を搬出する搬出手段７６と、研磨後のウエーハ２を洗浄する洗浄手段７７とを備えている。

また、本実施の形態の研磨パッド３２は、図３および図４に示すように、研磨面３１を有する円形状の研磨部３７と、エポキシ樹脂系接着剤等の接着剤で接合された研磨部３７を支持する円板形状のホイール基台３８とにより構成されている。ホイール基台３８の外面には、ボルト３４ａによってホイールマウント３４に装着されるねじ穴３８ａが形成されている。ここで、本実施の形態の研磨パッド３２の研磨面３１は、研磨対象となるウエーハ２の直径以上の大きさを有し、研磨位置に固定されたチャックテーブル２０上のウエーハ２に対して部分的または全面的にオーバーラップしてウエーハ２の上面（被研磨面）を研磨するものであるが、平坦に研磨するために、チャックテーブル２０上のウエーハ２の回転中心から外周に向かう所要領域を研磨する研磨領域Ｅ_POLと研磨機能を有しない非研磨領域Ｅ_NONとを含む構造とされている。すなわち、本実施の形態の研磨パッド３２の研磨面３１は、全面が研磨領域として形成されているものではない。これら研磨領域Ｅ_POL、非研磨領域Ｅ_NONは、研磨面３１の回転中心からの半径Ｒ₁〜Ｒ₂の範囲に形成されている。ここで、ウエーハ２と研磨面３１との半径等によるが、半径Ｒ₁，Ｒ₂は、ウエーハ２に対して研磨領域Ｅ_POLが、少なくともウエーハ２の回転中心を通り、かつ、ウエーハ２の半径分以上の長さをもってオーバーラップする領域となり得るように設定されている。そして、研磨面３１の回転中心からの半径Ｒ₁〜Ｒ₂に至る半径Ｒの位置に応じて研磨領域Ｅ_POLと非研磨領域Ｅ_NONとの比率が、後述するような所定値となるように設定されている。

また、研磨パッド３０の研磨面３１は、フェルト材からなり、研磨領域Ｅ_POLは、フェルト材にダイヤモンド砥粒のような多数の砥粒による研磨材を分散させて含浸させることにより研磨機能を有し、非研磨領域Ｅ_NONは、フェルト材のままとすることにより研磨機能を有しないように構成されている。なお、図４等では、便宜上、非研磨領域Ｅ_NONは、研磨領域Ｅ_POLと区別するため、白抜き状態で図示している（後述の図２０でも同様）。また、半径Ｒ₁以下の領域は、フェルト材のみからなる非研磨領域Ｅ_NONとして構成してもよく、或いはドーナツ形状の中心部となる空間として構成してもよい。このような研磨部３７に適用されるフェルト材や砥粒等の構成の詳細については、特開２００２−２８３２４３号公報により公知であるので、詳細な説明は省略する。なお、研磨パッド３２は、フェルト材によるものの他に、ウレタン、発泡ウレタン、エラストマー樹脂等によるものであってもよい。ここで、本実施の形態のような研磨領域Ｅ_POLと非研磨領域Ｅ_NONとを有する研磨面３１は、例えば円形状に形成されたフェルト材表面に対して非研磨領域Ｅ_NONのパターン形状に形成されたマスクを掛けて、砥粒を含浸させることで、研磨領域Ｅ_POLに対してのみ砥粒を所定パターン形状で含浸させることにより作製できる。別の方法として、例えば砥粒が含有されたフェルト材と砥粒が含有されていないフェルト材とを別々に作製しておき、後でそれぞれ所定形状に切断して貼り合わせるようにしてもよい。

次に、研磨パッド３２の研磨面３１における研磨領域Ｅ_POLと非研磨領域Ｅ_NONとの比率Ｋが半径Ｒの位置に応じてどのように設定されているかについて説明する。本実施の形態の研磨パッド３２は、予め設定された所定の研磨条件の下で、チャックテーブル２０上に保持されたウエーハ２の上面を全面に亘って均一深さで研磨するために、当該研磨装置１に接続されたパーソナルコンピュータ等を用いて必要なデータを取得し、例えばプレストンの式に基づき演算処理をすることにより比率Ｋが設定されている。

まず、本実施の形態のような研磨加工における加工量（研磨深さ）Ｗは、定数をη、ウエーハ２と研磨パッド３２´（研磨面３１が全面的に研磨領域Ｅ_POLからなる研磨パッドを便宜上、研磨パッド３２´として表記するものとする）との間の相対速度をＶ、ウエーハ２に対する研磨パッド３２´の圧力をＰとすると、次のプレストンの式
Ｗ＝η・Ｖ・Ｐ・Ｔ
で表すことができる。ここで、定数ηは、ウエーハ２の材質や研磨パッド３２´に含まれる砥粒などによって決定される固有値であって、プレストンの式においては比例係数を示すため、上記プレストンの式は、
Ｗ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）・Ｔ＝Ｅ・Ｔ
に書き換えて表現することができる。ここで、Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）は、圧力Ｐ、相対速度Ｖの関数であり、単位時間での加工量或いは除去レートの関数を意味する。このような除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）は、当該研磨装置１を用いた実験により求めることができる。図５は、圧力ＰをＰ₁，Ｐ₂，Ｐ₃，…，Ｐ_nとした場合の相対速度Ｖに応じた除去レートの関数Ｅの実験結果に基づく特性例を示している。

ここで、本実施の形態では、チャックテーブル２０に保持されたウエーハ２に対する研磨パッド３２の接触面積と荷重検出手段１６０で検出される荷重とによってウエーハ２に対する研磨パッド３２の圧力Ｐが常に所望の圧力Ｐ₀（例えば、Ｐ₀＝５０００Ｐａの如く設定されている）と一致するように垂直移動手段５０を制御する。このように、圧力Ｐが常に所望の圧力Ｐ₀となるように垂直移動手段５０が制御されるので、除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）は、Ｅ＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）として、相対速度Ｖのみが変数となる関数として表現できる。特に、研削砥石のような硬い工具とは異なり、フェルト材等からなる研磨パッド３２´の場合には軟らかいので、研磨パッド３２´がウエーハ２に対して部分的な接触による偏りをもって押圧する場合でもウエーハ２の接触面にかかる押圧圧力を均一化しやすい。よって、圧力を特定した実験により除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）が求まれば、プレストンの式は、
Ｗ＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）・Ｔ
となり、相対速度Ｖと加工時間Ｔとを変数とする関数として取り扱うことができる。

そこで、まず、当該研磨装置１を用いた研磨実験により除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）を決定し、パソコン中の所定のメモリに記憶する。本実施の形態においては、例えば、直径２００ｍｍ、平均厚さ約５００μｍのウエーハ２を保持したチャックテーブル２０を固定とし、研磨パッド３２´の外周面がウエーハ２の中心を通るように位置付け、圧力Ｐ＝Ｐ₀＝５０００Ｐａとし、６０秒間研磨動作を行うことで、除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）を求める実験を行ったものである。図６（ａ）は実験における研磨加工前のウエーハ２の表面の様子を示す斜視図であり、図６（ｂ）は実験における研磨加工後のウエーハ２の表面の様子を示す斜視図である。図７（ａ）（ｂ）は、図６（ａ）（ｂ）のウエーハ２の表面状態を数値的に示すグラフである。ウエーハ２と研磨パッド３２´との間の相対速度Ｖが、研磨パッド３２´の外周側ほど速く内周側ほど遅く、研磨パッド３２´の外周側ほど研磨深さが大きいため、平坦であったウエーハ２の表面が大きく傾斜した状態に研磨されることが判る。このような実験結果によれば、図８に示すように、相対速度Ｖを変数とする除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）を求めることができ、求められた除去レートの関数Ｅのデータをメモリに記憶しておく。

除去レートの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）が決定されると、相対速度Ｖを求めることで除去レートを決定することができるが、実際の研磨動作においては、ウエーハ２および研磨パッド３２´はともに高速回転しており、例えば、図９−１に示すように、ウエーハ２上の半径の異なる任意の点Ａ，Ｃでの相対速度Ｖ_A，Ｖ_Cが異なるのはもちろん、例えば、図９−２に示すように、ウエーハ２上の同じ半径の点Ａ，Ｂでも相対速度Ｖ_A，Ｖ_Bも異なる如く、相対速度Ｖの分布は複雑であり、取扱いが容易でない。

ところが、ウエーハ２と研磨パッド３２´との接触領域を多数の小面積領域に分ければ、各小面積領域内での相対速度は同じであるとみなすことができるので、例えば各小面積領域の中心点での相対速度を求めることで、小面積領域毎の除去レートを求めることが可能となる。

ここで、ウエーハ２と研磨パッド３２´との接触領域を多数の小面積領域に分ける方法には、色々あるが、本実施の形態では、ウエーハ２と研磨パッド３２´とがともに回転体である点を考慮し、ウエーハ２の中心から外周に向かって所定の間隔で同心円状にｉ個のウエーハリングを仮想的に区画するとともに、研磨パッド３２´の研磨面３１についても中心から外周に向かって所定の間隔で同心円状にｊ個の工具リングを仮想的に区画し、ウエーハリングと工具リングとの重なりによって形成される小面積領域を加工セグメントとして扱うものである。図１０は、説明を簡単にするため、ｉ＝ｊ＝４とする場合のウエーハリングｗ₁〜ｗ₄、工具リングｆ₁〜ｆ₄を予め設定された特定の加工位置で部分的に重ね合わせた状態での加工セグメントｓの様子を示す模式図である。例えば、ウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₁との重なり領域が加工セグメントｓ₂₁となり、ウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₂との重なり領域が加工セグメントｓ₂₂となり、ウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₃との重なり領域が加工セグメントｓ₂₃となり、ウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₄との重なり領域が加工セグメントｓ₂₄となる。他の加工セグメントｗ_ijについても同様である。

そこで、ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄と工具リングｆ₁〜ｆ₄との重なりによって形成される加工セグメントｓ_ijにおける相対速度Ｖ_ijを図１１に示すように加工セグメントｓ_ij毎に算出してパソコン中のメモリに記憶する。ここでは、各ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄の中心半径と各工具リングｆ₁〜ｆ₄の中心半径との交点となる各加工セグメントｓ_ijの中心点での相対速度を、ウエーハ２、研磨パッド３２の回転速度に基づき算出する。算出した加工セグメントｓ_ij毎の相対速度Ｖ_ijは、例えば図１２に示すような相対速度テーブル１５１として記憶する。

次に、ウエーハ２の回転を考慮した加工セグメントｓ_ijの挙動について考察する。例えば、図１３および図１４に示すようにウエーハリングｗ₂を例に挙げると、ウエーハ２が１回転する間に、ウエーハリングｗ₂内の全ての箇所は、加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁および無加工セグメントｓ₂₀を通過することとなる。すなわち、ウエーハ２が１回転する間に、ウエーハリングｗ₂内の全ての箇所は、加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁による研磨作用を均等に受けることとなる。逆にいえば、各加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁は、ウエーハリングｗ₂全周に亘って研磨作用を示すものではないので、各加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁における除去レートを算出するためには、ウエーハ２の１回転（ウエーハリングｗ₂全周）に対して各加工セグメントｓ₂₁，ｓ₂₂，ｓ₂₃，ｓ₂₄，ｓ₂₃，ｓ₂₂，ｓ₂₁が実際にウエーハリングｗ₂に作用する時間比を算出する必要がある。他の加工セグメントについても同様である。

そこで、ウエーハ２の１回転に対する各加工セグメントｓ_ijの時間比τ_ijを加工セグメントｓ_ij毎に算出してパソコン中のメモリに記憶する。例えば、図１５に示すようにウエーハリングｗ₂と工具リングｆ₁との重なりにより形成される加工セグメントｓ₂₁の例で考えると、加工セグメントｓ₂₁の時間比τ₂₁は、ウエーハリングｗ₂の中心半径上において工具リングｆ₁と接触する部分の角度をθ₂₁とすると、ウエーハリングｗ₂上に加工セグメントｓ₂₁が２箇所存在することから、τ₂₁＝２θ₂₁／２πとして算出できる。他の加工セグメントについても同様である。算出した加工セグメントｓ_ij毎の時間比τ_ijは、例えば図１６に示すような時間比テーブル１５２として記憶しておく。

そして、予め記憶された図８に示したような関数Ｅ＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）と相対速度テーブル１５１に記憶された相対速度Ｖ_ijと時間比テーブル１５２に記憶された時間比τ_ijとによって加工セグメントｓ_ij毎の除去レートを算出してパソコン中のメモリに記憶する。ここで、関数Ｅ＝ｆ（Ｐ₀，Ｖ）に相対速度Ｖ_ijの値を代入した結果を、Ｅ_ijで表すものとすると、加工セグメントｓ_ij毎の除去レートは、Ｅ_ijτ_ijとして算出される。算出した加工セグメントｓ_ij毎の除去レートＥ_ijτ_ijは、例えば図１７に示すような除去レートテーブル１５３として記憶しておく。

そして、加工セグメントｓ_ij毎の除去レートＥ_ijτ_ijに対して或る加工時間Ｔを乗算することにより、プレストンの式に従い加工セグメントｓ_ij毎の除去量（研磨深さ）が求まり、求められた加工セグメントｓ_ij毎の除去量をウエーハリングｗ₁〜ｗ₄毎に加算することにより、ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄毎の除去量（研磨深さ）が求まることとなる。例えば、ウエーハリングｗ₁〜ｗ₄毎の除去量（加工量）を、Ｗ(ｗ₁)〜Ｗ(ｗ₄)とすると、
Ｗ(ｗ₁)＝Ｅ₁₁τ₁₁Ｔ＋Ｅ₁₂τ₁₂Ｔ＋Ｅ₁₃τ₁₃Ｔ＋Ｅ₁₄τ₁₄Ｔ
Ｗ(ｗ₂)＝Ｅ₂₁τ₂₁Ｔ＋Ｅ₂₂τ₂₂Ｔ＋Ｅ₂₃τ₂₃Ｔ＋Ｅ₂₄τ₂₄Ｔ
Ｗ(ｗ₃)＝Ｅ₃₁τ₃₁Ｔ＋Ｅ₃₂τ₃₂Ｔ＋Ｅ₃₃τ₃₃Ｔ＋Ｅ₃₄τ₃₄Ｔ
Ｗ(ｗ₄)＝Ｅ₄₁τ₄₁Ｔ＋Ｅ₄₂τ₄₂Ｔ＋Ｅ₄₃τ₄₃Ｔ＋Ｅ₄₄τ₄₄Ｔ
となる。

ここで、上述の説明は、研磨面３１が全面的に研磨領域Ｅ_POLとして構成されている研磨パッド３２´を用いる場合を想定した例であるが、本実施の形態の研磨パッド３２は、研磨機能を有しない非研磨領域Ｅ_NONを含むものであり、半径Ｒ_jの工具リングｆ_j（半径Ｒ_jは工具リングｆ_jの中心半径とする）における円周長を分母とした研磨領域Ｅ_POLの比率をＫ_jとすると、ウエーハリングｗ_i毎の加工量がＷ(ｗ₁)＝Ｗ(ｗ₂)＝Ｗ(ｗ₃)＝Ｗ(ｗ₄)＝Ｗとなるように、半径Ｒ_jの位置（工具リングｆ_jの位置）に応じた比率Ｋ_jが設定されている。すなわち、
Ｗ(ｗ₁)＝Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₁₁τ₁₁Ｔ＋Ｋ₂Ｅ₁₂τ₁₂Ｔ＋Ｋ₃Ｅ₁₃τ₁₃Ｔ＋Ｋ₄Ｅ₁₄τ₁₄Ｔ
Ｗ(ｗ₂)＝Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₂₁τ₂₁Ｔ＋Ｋ₂Ｅ₂₂τ₂₂Ｔ＋Ｋ₃Ｅ₂₃τ₂₃Ｔ＋Ｋ₄Ｅ₂₄τ₂₄Ｔ
Ｗ(ｗ₃)＝Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₃₁τ₃₁Ｔ＋Ｋ₂Ｅ₃₂τ₃₂Ｔ＋Ｋ₃Ｅ₃₃τ₃₃Ｔ＋Ｋ₄Ｅ₃₄τ₃₄Ｔ
Ｗ(ｗ₄)＝Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₄₁τ₄₁Ｔ＋Ｋ₂Ｅ₄₂τ₄₂Ｔ＋Ｋ₃Ｅ₄₃τ₄₃Ｔ＋Ｋ₄Ｅ₄₄τ₄₄Ｔ
なる連立方程式が成立する。

この場合、加工時間Ｔは全ての項に共通なので、例えばＴ＝１として、単位時間当りの加工量として成立する
Ｗ(ｗ₁)＝Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₁₁τ₁₁＋Ｋ₂Ｅ₁₂τ₁₂＋Ｋ₃Ｅ₁₃τ₁₃＋Ｋ₄Ｅ₁₄τ₁₄
Ｗ(ｗ₂)＝Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₂₁τ₂₁＋Ｋ₂Ｅ₂₂τ₂₂＋Ｋ₃Ｅ₂₃τ₂₃＋Ｋ₄Ｅ₂₄τ₂₄
Ｗ(ｗ₃)＝Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₃₁τ₃₁＋Ｋ₂Ｅ₃₂τ₃₂＋Ｋ₃Ｅ₃₃τ₃₃＋Ｋ₄Ｅ₃₄τ₃₄
Ｗ(ｗ₄)＝Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₄₁τ₄₁＋Ｋ₂Ｅ₄₂τ₄₂＋Ｋ₃Ｅ₄₃τ₄₃＋Ｋ₄Ｅ₄₄τ₄₄
なる連立方程式を、例えば行列式によって解くことによって比率Ｋ_j（Ｋ₁〜Ｋ₄）を求めることができる。

ウエーハリングおよび工具リングの数をｎとして一般化した場合も同様であり、
Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₁₁τ₁₁＋Ｋ₂Ｅ₁₂τ₁₂＋Ｋ₃Ｅ₁₃τ₁₃＋Ｋ₄Ｅ₁₄τ₁₄＋…Ｋ_nＥ_1nτ_1n
Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₂₁τ₂₁＋Ｋ₂Ｅ₂₂τ₂₂＋Ｋ₃Ｅ₂₃τ₂₃＋Ｋ₄Ｅ₂₄τ₂₄＋…Ｋ_nＥ_2nτ_2n
Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₃₁τ₃₁＋Ｋ₂Ｅ₃₂τ₃₂＋Ｋ₃Ｅ₃₃τ₃₃＋Ｋ₄Ｅ₃₄τ₃₄＋…Ｋ_nＥ_3nτ_3n
Ｗ＝Ｋ₁Ｅ₄₁τ₄₁＋Ｋ₂Ｅ₄₂τ₄₂＋Ｋ₃Ｅ₄₃τ₄₃＋Ｋ₄Ｅ₄₄τ₄₄＋…Ｋ_nＥ_4nτ_4n
…
Ｗ＝Ｋ₁Ｅ_n1τ_n1＋Ｋ₂Ｅ_n2τ_n2＋Ｋ₃Ｅ_n3τ_n3＋Ｋ₄Ｅ_n4τ_n4＋…Ｋ_nＥ_nnτ_nn
なる連立方程式を解くことによって比率Ｋ_j（Ｋ₁〜Ｋ_n）を求めることができる。

求められた比率Ｋ_j（Ｋ₁〜Ｋ_n）は、対応する半径Ｒ_jが大きい程、小さくなり、研磨領域Ｅ_POLの比率を減らすことで各工具リングｆ_jの研磨レートを実質的に均一化できることを意味する。

ここで、求められた比率Ｋ_jのうちで最大値をＫ_maxとすると、各工具リングｆ_jにおける研磨領域Ｅ_POLの円弧角度β_jは、
β_j＝（Ｋ_j／Ｋ_max）×３６０°
となる。そして、通常は、最内周に位置する工具リングｆ_jの研磨領域Ｅ_POLの比率Ｋ_jがＫ_maxとして設定され、β_j＝３６０°となって研磨領域Ｅ_POLを全周に渡って有することとなる。

具体例として、例えば、半径Ｒ_W＝３７．５ｍｍのウエーハ２に対して半径Ｒ_P＝１５０ｍｍの研磨パッド３２を用い、図１８に示すように、研磨パッド３２がウエーハ２に対して内接状態でオーバーラップするような加工位置関係に設定され、ウエーハ２の回転数Ｎ_W＝３００ｒｐｍ、研磨パッド３２の回転数Ｎ_P＝２０００ｒｐｍなる研磨条件で研磨を行うと仮定し、研磨面３１の半径Ｒ₁＝１１２．５ｍｍ〜半径Ｒ₂＝１５０ｍｍ間をｊ＝１５の工具リングｆ_jに区画して工具リングｆ_j毎の研磨領域Ｅ_POLの円弧角度β_jを算出したところ、図１９に示すような結果が得られたものである。

これにより、工具リングｆ_j毎に図１９に示すような円弧角度β_j（比率Ｋ_j）で研磨領域Ｅ_POLと非研磨領域Ｅ_NONとが形成された半径Ｒ_P＝１５０ｍｍの研磨パッド３２を図１８で説明したような研磨条件で使用してウエーハ２の研磨を行えば、研磨深さがウエーハ２全面に亘って均一となり精度の高い平坦面として鏡面仕上げすることができる。すなわち、本実施の形態によれば、予め設定された特定の研磨条件で用いる研磨パッドとして、研磨レートが実質的に全面に亘って均一化された研磨パッドを提供することができる。

なお、本実施の形態では、比率Ｋ_jを円弧角度β_jに換算しているため、研磨領域Ｅ_POLと非研磨領域Ｅ_NONとは、いずれも連続する円弧形状となる例で説明したが、それぞれの領域は連続して存在している必要はなく、要は、その工具リングｆ_j上において比率Ｋ_jに従い研磨領域Ｅ_POLと非研磨領域Ｅ_NONとが存在していればよく、例えば図２０に示すように、同一工具リングｆ_j上で研磨領域Ｅ_POLと非研磨領域Ｅ_NONとが複数にランダムに分割されて存在していてもよい。

また、仮想的に設定するウエーハ２のウエーハリングの数や研磨パッド３２の工具リングの数は、任意であるが、より多くなるように細分化する程、ウエーハ２の被研磨面の平面性が向上する。また、ウエーハリングや工具リングは、必ずしも等間隔で区画されていなくてもよい。

本実施の形態の研磨バッドが使用される研磨装置の一例を示す外観斜視図である。図１の一部を抽出して示す斜視図である。研磨パッドを示す斜視図である。研磨パッドを裏返して示す斜視図である。圧力Ｐを変えた場合の相対速度Ｖに応じた除去レートの関数Ｅの実験結果に基づく特性例を示す図である。実験における研磨加工前後のウエーハの表面の様子を示す斜視図である。図６のウエーハの表面状態を数値的に示すグラフである。実験結果により得られた関数Ｅの例を示す図である。点Ａ，Ｃで相対速度が異なる様子を示す模式図である。点Ａ，Ｂで相対速度が異なる様子を示す模式図である。ウエーハリング、工具リングをある特定の加工位置で部分的に重ね合わせた状態での加工セグメントｓの様子を示す模式図である。加工セグメント毎の相対速度を示す模式図である。相対速度テーブル例を示す図である。ウエーハの回転を考慮した加工セグメントの挙動を説明するための模式図である。ウエーハリングを展開してウエーハの回転を考慮した加工セグメント挙動を説明するための模式図である。時間比の算出例を示す模式図である。時間比テーブル例を示す図である。除去レートテーブル例を示す図である。具体例を説明するための模式図である。研磨領域の円弧角度の具体例を示す説明図である。変形例を示す研磨バッドの斜視図である。

符号の説明

２ウエーハ
２０チャックテーブル
２１保持面
３０研磨手段
３１研磨面
３２研磨パッド
３７研磨部
３８ホイール基台
５０垂直移動手段
６０荷重検出手段
Ｅ_POL 研磨領域
Ｅ_NON 非研磨領域
ｗ_i ウエーハリング
ｆ_j 工具リング

Claims

ウエーハを保持する保持面を有し回転可能なチャックテーブルと、該チャックテーブルに保持されたウエーハに対面し研磨する研磨面を有する研磨パッドが回転可能に装着された研磨手段と、前記研磨手段を前記保持面に対して垂直方向に移動する垂直移動手段と、前記保持面に対する当該研磨パッドの押圧荷重を検出する荷重検出手段と、を備える研磨装置に装着される研磨パッドであって、
ウエーハの直径以上の前記研磨面を含む研磨部と、
該研磨部を保持するホイール基台と、
を備え、
前記研磨面は、前記チャックテーブルに保持されたウエーハの回転中心から外周に向かう所要領域を研磨する研磨領域と研磨機能を有しない非研磨領域とを含み、前記研磨領域は、前記研磨面の回転中心からの半径Ｒ₁≦Ｒ≦Ｒ₂に至り形成され、前記非研磨領域は、前記研磨面の回転中心からの半径Ｒ₁≦Ｒ≦Ｒ₂に至り形成されていることを特徴とする研磨パッド。
加工量をＷ、定数をη、ウエーハと当該研磨パッドとの間の相対速度をＶ、圧力をＰ、加工時間をＴとした場合、前記研磨面の回転中心からの半径Ｒ₁〜Ｒ₂に至る半径Ｒにおける前記研磨領域と前記非研磨領域との比率は、
ウエーハの回転中心から同心円状に区画したｉ個のウエーハリングと、前記研磨面を半径Ｒ₁〜Ｒ₂の範囲で同心円状に区画したｊ個の工具リングとの重なりによって形成される加工セグメント毎に算出された相対速度と、加工セグメント毎に算出されたウエーハ１回転に対する各加工セグメントの時間比と、プレストンの式Ｗ＝η・Ｐ・Ｖ・Ｔを適用して実験により決定された単位時間当たりの関数Ｅ＝ｆ（Ｐ，Ｖ）とによって算出された加工セグメント毎の除去レートを用い、半径Ｒ_jの前記工具リングｊにおける円周長を分母とした前記研磨領域の比率をＫ_jとして前記工具リングｊ毎に対応する各加工セグメントの除去レートに該比率Ｋ_jを乗算して加工セグメント毎の加工量を求め、求められた加工セグメント毎の加工量をウエーハリングｉ毎に加算して求めた加工量Ｗ_iが同じ加工量Ｗになるように算出された該比率Ｋ_jに基づいて決定されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
前記研磨面は、フェルト材からなり、前記研磨領域は、該フェルト材に研磨材を含浸させて構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨パッド。