JP2009262300A - 研磨パッドおよび研磨装置 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨の光学的終点検出が高い精度で安定して得られる研磨パッドおよび研磨装置が実現できない。
【解決手段】研磨パッド１０においては、研磨パッド１０を貫通する窓材３１の下面の面積が上面の面積よりも大きくなっている。かかる構造の研磨パッド１０によれば、研磨パッド１０の表面から裏面へのスラリー４２および水の浸入を抑制しつつ、強度の高い窓材３１が得られる。このような研磨パッド１０を用いることにより、研磨の光学的終点検出が高い精度で安定してできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨パッドおよび研磨装置に関する。

近年、研磨パッドの微細化、高集積化に伴い、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）は、その製造工程においてますます重要となっている。特に、素子分離埋め込み膜や層間絶縁膜の平坦化工程、ダマシンプロセスにおける銅配線の形成工程などにおいて、ＣＭＰが用いられている。ＣＭＰ処理によって、素子分離埋め込み膜や層間絶縁膜の平坦化工程ではシリコン酸化膜等の絶縁膜が研磨され、ダマシンプロセスでは銅などの金属膜が研磨される。
このような研磨工程において、研磨の過不足があるとその半導体装置は不良となってしまう。このため、研磨の終点検出が重要となる。そこで、ＣＭＰ装置における研磨の終点検出をする技術として、光学的に終点検知する方法が用いられている。

以下、図４〜７を用いて、従来のＣＭＰ装置による研磨と、その研磨の終点検出について説明する。図４は、従来のＣＭＰ装置を示す平面図である。図５および図６は、従来のＣＭＰ装置の光学的な終点検出機構を示す平面図および断面図である。図７は、従来のＣＭＰ装置の課題を模式的に説明する断面図である。

図４に示すように、ウエハ４０は、研磨ヘッド４１によって保持されている。研磨パッド７０はプラテン８０と一体形成されている。
ＣＭＰ装置による研磨は、まず、研磨ヘッド４１によって、ウエハ４０の被研磨面が研磨パッド７０の研磨層に押し付けられ、研磨パッド７０の表面にスラリー供給機構４３からスラリー４２が滴下される。つづけて、ウエハ４０と研磨パッド７０とが相対的に回転しながら移動することにより、ウエハ４０の被研磨面が研磨される。

次に、研磨の終点検出方法について説明する。終点検出方法の１つとして、光学的に検知する方法がある。たとえば、金属膜の研磨では、所定の部分以外の金属膜が研磨により除去されて絶縁膜が露出したことを光学的に検知できる。また、絶縁膜の研磨では、研磨された絶縁膜の残膜を光学的に検知できる。すなわち、研磨対象を系外に取り出すことなく系内にあるがままの状態で、研磨量、研磨状態をモニターすることができる。このような測定を、ｉｎ−ｓｉｔｕ測定という。

図５および図６は、従来のＣＭＰ装置の光学的な終点検出機構を示す平面図および断面図である。
図５に示すように、ウエハ４０は研磨パッド５０の表面の一部の領域に配置されている。研磨パッド５０は、上層の研磨層５１と、下層の粘着層５２とからなり、粘着層５２を介して金属製のプラテン２０と一体化されている。さらに、研磨パッド５０には、平面形状で概長方形の切り欠き部３３が形成されている。図５中の矢印が示すように、研磨工程において、円形の研磨パッド５０およびそれと一体となったプラテン２０は回転（自転）し、ウエハ４０も独立して回転、並進揺動している。これにより、図６に示すように、ウエハ４０が切り欠き部３３の上を通過する。

図６に示すように、切り欠き部３３の下方には、終点検出装置６０が固定されて設けられている。また、切り欠き部３３には、終点検出窓６２と、その上に窓材６１が設けられている。

終点検出装置６０により、研磨の終点検出をすることができる。すなわち、終点検出装置６０は、終点検出装置６０からウエハ４０に向かって発射された所定の波長の光が、終点検出窓６２および窓材６１を透過してウエハ４０の被研磨面で反射し、ふたたび窓材６１および終点検出窓６２を透過して終点検出装置６０に到達することを検知することにより、終点検出できる。

窓材６１は、研磨パッド５０の切り欠き部３３にはめ込まれ、切り欠き部３３により研磨パッド５０の表面に段差が生じることを防いでいる。
終点検出窓６２は、プラテン２０に設けられ、終点検出装置６０にスラリー４２や水が浸入することを防いでいる。

図６に示すように、研磨パッド５０における切り欠き部３３および窓材６１は、研磨パッド５０の厚み方向の断面視において、ほぼ長方形であり、またその断面の幅がプラテン２０における切り欠き部３３（終点検出窓６２）の幅とほぼ等しかった。

このような窓材６１は、長時間使用しているうちに、窓材６１と研磨パッド５０との間に隙間ができ、図７に示す矢印の方向に、研磨に用いられたスラリー４２や水などが、研磨パッド５０の表面からそのわずかな隙間に徐々に浸入し、終点検出窓６２の上面に到達してしまうという問題があった。そのため、光に好ましくない散乱などの原因となる水やスラリー４２によって、終点検出装置６０による研磨の終点検出が不安定となる問題があった。さらに、水やスラリー４２が終点検出装置６０にまで浸入してしまうこともあった。そのため、終点検出装置６０が誤動作し、正確な終点検出が行えないという問題点があった。

このような問題の解決方法として、特許文献１には、研磨領域及び光透過領域の片面に透水防止層が設けられ、光透過領域と透水防止層とが一体形成された研磨パッドが記載されている。すなわち、凸字型の窓材を用いた研磨パッドが開示されている。

また、これに関連する背景技術として特許文献２および３記載の技術がある。
特開２００６−１５９３８６号公報 特表２００５−５０６６８２号公報 特開平１０−０８３９７７号公報

しかしながら、特許文献１乃至３に記載された研磨パッドに用いられた凸字型の窓材では、凸部の下面側の広がった部分の強度が非常に弱いため破損しやすく、そのため扱いが難しいという問題点があった。

本発明による研磨パッドは、基板を研磨処理する研磨パッドであって、
前記研磨パッドの表面から裏面まで貫通する貫通孔に埋設され、下面の面積が上面の面積よりも大きい第一の光透過部材を備え、
前記研磨パッドの裏面に接合される支持部材の表面に形成された第二の光透過部材の上面全体が、前記第一の光透過部材の下面に当接するように構成されたことを特徴とする。

本発明による研磨装置は、基板を研磨パッドにより研磨する研磨装置であって、
前記研磨パッドの表面から裏面まで貫通する貫通孔に埋設され、下面の面積が上面の面積よりも大きい第一の光透過部材を備え、前記研磨パッドの裏面に接合される支持部材の表面に形成された第二の光透過部材の上面全体が、前記第一の光透過部材の下面に当接するように構成された研磨パッドと、
前記研磨パッドの裏面に接合される支持部材と、
前記第一の光透過部材および前記第二の光透過部材の下方に設置された光検出部と、
を備え、
前記光検出部は、前記第一の光透過部材および前記第二の光透過部材を介して、前記基板を光学的に検知するように構成されたことを特徴とする。

この研磨パッドにおいては、研磨パッドを貫通する第一の光透過部材の下面の面積が上面の面積よりも大きくなっている。かかる構造の研磨パッドによれば、研磨パッドの表面から裏面への異物の浸入を抑制しつつ、強度の高い光透過部材が得られる。このような研磨パッドを用いて研磨を行うことにより、研磨の光学的終点検出が高い精度で安定してできる。

本発明によれば、研磨の光学的終点検出が高い精度で安定して得られる研磨パッドおよび研磨装置が実現される。

以下、図面を参照しつつ、本発明による研磨パッドおよび研磨装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明によるＣＭＰ装置の一実施形態を示す断面図である。
図１に示すように、ＣＭＰ装置１００は、研磨パッド１０と、研磨パッド１０の裏面に接合されるプラテン２０と、窓材３１および終点検出窓材３２の下方に設置された終点検出装置（光検出部）３０と、を備え、終点検出装置３０は、窓材３１および終点検出窓材３２を介して、ウエハ４０を光学的に検知するように構成されている。
これにより、終点検出装置３０は、終点検出窓材３２および窓材３１を介して窓材３１上を通過するウエハ４０をモニターできる。

研磨パッド１０は、ウエハ４０を研磨処理する研磨パッド１０であって、研磨パッド１０の表面から裏面まで貫通する貫通孔に埋設され、下面の面積が上面の面積よりも大きい窓材（第一の光透過部材）３１を備え、研磨パッド１０の裏面に接合されるプラテン２０の表面に形成された終点検出窓材（第二の光透過部材）３２の上面全体が、窓材３１の下面に当接するように構成されている。

また、研磨パッド１０は、上層に研磨層１１、下層に粘着層１２を有し、粘着層１２を介してプラテン２０と一体化されている。

窓材３１の下面の面積は上面の面積よりも大きくなっている。これにより、窓材３１の上面の面積を最小限として研磨パッド１０の研磨層１１の表面積が減少するのを抑制できる。窓材３１の上面の面積は、プラテン２０に設けられた終点検出窓材３２および切り欠き部とほぼ等しい大きさが好ましい。

図１に示すように、断面視において、テーパー部は、窓材３１の側面の全体に設けられている。すなわち、テーパー部が窓材３１の上面から下面に向かって広がり、窓材３１の断面形状は、略台形となっている。

窓材３１のテーパー部のテーパーの角度は、研磨パッド１０の表面の法線方向に対して、３０度以上６０度以下が好ましい。テーパーの角度が３０度以上であると、スラリーや水などの終点検出窓材３２上面への浸入を防ぐ効果が高くなる。また、テーパーの角度が６０度以下であると、窓材３１の上部あたりでの上面の研磨パッド１０の膜厚の薄い部分が多くなるのを抑制し、研磨層１１の消耗による剥がれなどの発生を抑えることができる。
図１では、窓材３１のテーパー部のテーパーの角度は、研磨パッド１０の表面の法線方向に対して、約４５度となっている。

窓材３１は、研磨パッド１０に埋設されている。一方、研磨パッド１０にもこの窓材３１が契合される切り欠き部（開口部）が設けられている。これにより、窓材３１の上面と研磨パッド１０上面がほぼ同一平面とすることができる。そのため、研磨パッド１０の表面の段差の発生を防ぎ、窓材３１と研磨パッド１０との隙間が発生するのと抑制できる。

窓材３１の厚さは、たとえば５ｍｍ乃至７ｍｍ程度で、研磨パッド１０の厚さと等しい。窓材３１の上面は、研磨パッド１０の表面と同一平面をなすか、または研磨パッド１０の表面から上方へ突出しないものであればよい。一方、窓材３１の裏面（下面）は、終点検出窓材３２の上面およびプラテン２０の一部と接している。

窓材３１の上面の平面形状は、たとえば長辺が研磨パッド１０の円周方向、短辺が径方向の長方形であり、たとえば長辺が５０ｍｍ乃至１００ｍｍ、短辺が１０ｍｍ乃至２０ｍｍである。また、窓材３１の上面は、その下のプラテン２０に設けられた切り欠き部（開口部）または終点検出窓材３２とほぼ形状、大きさが等しいか、または各辺が５ｍｍ程度まで大きくてもよい。

窓材３１の材質は、光を透過させ、かつウエハ４０を傷つけない材質が好ましい。たとえば、光透過性のウレタンなどの樹脂で構成されることが好ましい。

終点検出窓材３２は、プラテン２０に埋設されている。一方、プラテン２０にもこの終点検出窓材３２が契合されるように切り欠き部（開口部）が設けられている。これにより、終点検出窓材３２の上面とプラテン２０上面とをほぼ同一平面にすることができる。

終点検出窓材３２の材料としては、たとえばガラス、アクリルなどの光透過性の材質が挙げられる。

終点検出装置３０は、窓材３１および終点検出窓材３２を介して窓材３１上を通過するウエハ４０を光学的に検知することができる。終点検出装置３０によるウエハ４０の研磨の終点検出方法は、特に限定されず、例えば、図１に示した方法を用いることができる。

ＣＭＰ装置１００による研磨は、特に限定されず、例えば、図４に示した方法を用いることができる。まず、研磨ヘッドによって、ウエハ４０の被研磨面が研磨パッド１０の研磨層１１に押し付けられ、研磨パッド１０の表面にスラリー供給機構４３からスラリー４２が滴下される。つづけて、ウエハ４０と、研磨パッド１０およびプラテン２０とが相対的に回転しながら移動することにより、ウエハ４０の被研磨面が研磨される。

研磨パッド１０の製造方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、研磨パッド１０にテーパー部を有する切り欠き部を形成し、その切り欠き部に窓材３１を契合させることによって製造できる。

次に、本実施形態における研磨パッド１０およびＣＭＰ装置１００の効果について説明する。
図２は、図１の研磨パッド１０の効果を模式的に説明する断面図である。
図２に示すように、ウエハ４０を研磨処理する研磨パッド１０は、研磨パッド１０の表面から裏面まで貫通する貫通孔に埋設され、下面の面積が上面の面積よりも大きい窓材３１を備え、研磨パッド１０の裏面に接合されるプラテン２０の表面に形成された終点検出窓材３２の上面全体が、窓材３１の下面に当接するように構成されている。
この研磨パッド１０においては、研磨パッド１０を貫通する窓材３１の下面の面積が上面の面積よりも大きくなっている。かかる構造の研磨パッド１０によれば、研磨パッド１０の表面から裏面へのスラリー４２および水の浸入を抑制しつつ、強度の高い窓材３１が得られる。このような研磨パッド１０を用いることにより、研磨の光学的終点検出が高い精度で安定してできる。

また、窓材３１の下面の終点検出窓材３２と接する部分において、窓材３１の下面は終点検出窓材３２の上面よりも面積が大きく、充分覆うことができる。そのため、図２の矢印に示すように、かりに長時間使用によって窓材３１と研磨パッド１０との間に隙間ができスラリーや水などが徐々に浸入したとしても、終点検出窓材３２の上面まで達することは困難となる。これにより、終点検出窓材３２および終点検出装置３０の防水効率を高めることができ、被研磨対象の光学的なモニターを安定して行うことができる。

また、窓材３１の研磨層１１の側での面積は最小限とすることができるため、研磨パッド１０の研磨層１１の表面積が減少することはないため、研磨能力を減少させることが低減できる。また、特許文献１乃至３に記載の「凸」字型の窓材にくらべて、充分な強度を確保できる。

窓材３１の側面にテーパー部を設けることによって、研磨パッド１０の契合する切り欠き部の側面との密着性が向上し、長時間使用しても隙間ができにくくなる。

またこのような研磨パッド１０を用いることにより、終点検出装置３０へのスラリーや水の浸入を大幅に防ぐこともでき、被研磨対象の光学的なモニターを精度高くさらに安定したＣＭＰ処理ができる。

（第２実施形態）
図３は、本発明による研磨パッドの第２実施形態を示す断面図である。第１実施形態はテーパー部が窓材３１の側面の全体に設けられた例であったのに対し、本実施形態はテーパー部が窓材３１の側面の一部に設けられた例である。

図３に示すように、テーパー部は、窓材３１の側面の一部に設けられている。また、テーパー部は、窓材３１の厚み方向の５０％以上にわたって設けられてもよい。図３では、テーパー部は、窓材３１の厚みｈ０に対してテーパー部の高さｈ１が、約６０％となっている。

かかる構成の研磨パッド１５は、研磨パッド１０と同様にして製造することができる。

本実施形態においても、テーパー部を形成しているため、より強度が向上した構造の研磨パッド１５が実現されている。本実施形態のその他の効果は、上記実施形態と同様である。

本発明による研磨パッドおよび研磨装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
例えば、上記各実施形態においては、テーパー部が直線である場合について説明したが、これに限定されず、テーパー部は曲線でもよい。また、上記各実施形態においては、テーパー部以外の側面が鉛直である場合について説明したが、さらにテーパー部が設けられていてもよい。

また、テーパー部は、略凸部であって、上面を平坦面とした略円錐台形または略角錐台形であってもよい。また、上記各実施形態においては、窓材の平面形状が長方形である場合について説明したが、これに限定されず、窓材の平面形状は、楕円形、円形、および正方形などでもよい。

本発明によるＣＭＰ装置の一実施形態を示す断面図である。 図１の研磨パッドの効果を模式的に説明する断面図である。 図１の研磨パッドの変形例を示す断面図である。 従来のＣＭＰ装置を示す平面図である。 従来のＣＭＰ装置の光学的な終点検出機構を示す平面図である。 従来のＣＭＰ装置の光学的な終点検出機構を示す断面図である。 従来のＣＭＰ装置の課題を模式的に説明する断面図である。

符号の説明

１０ 研磨パッド
１１ 研磨層
１２ 粘着層
１５ 研磨パッド
２０ プラテン
３０ 終点検出装置
３１ 窓材
３２ 終点検出窓材
４０ ウエハ
４２ スラリー
４３ スラリー供給機構
１００ ＣＭＰ装置
ｈ０ 窓材の厚み
ｈ１ テーパー部の高さ

Claims (7)

1. 基板を研磨処理する研磨パッドであって、
   前記研磨パッドの表面から裏面まで貫通する貫通孔に埋設され、下面の面積が上面の面積よりも大きい第一の光透過部材を備え、
   前記研磨パッドの裏面に接合される支持部材の表面に形成された第二の光透過部材の上面全体が、前記第一の光透過部材の下面に当接するように構成されたことを特徴とする研磨パッド。
2. 請求項１に記載の研磨パッドにおいて、
   前記第一の光透過部材の側面の少なくとも一部が下面に向かって広がるテーパー部であることを特徴とする研磨パッド。
3. 請求項２に記載の研磨パッドにおいて、
   前記テーパー部は、前記第一の光透過部材の厚み方向の５０％以上にわたって設けられることを特徴とする研磨パッド。
4. 請求項２または３に記載の研磨パッドにおいて、
   前記テーパー部は、前記第一の光透過部材の側面の全体に設けられることを特徴とする研磨パッド。
5. 請求項２乃至４いずれかに記載の研磨パッドにおいて、
   前記テーパー部のテーパー角度は、前記研磨パッドの表面の法線方向に対して３０度以上６０度以下であることを特徴とする研磨パッド。
6. 基板を研磨パッドにより研磨する研磨装置であって、
   請求項１乃至５いずれかに記載の研磨パッドと、
   前記研磨パッドの裏面に接合される支持部材と、
   前記第一の光透過部材および前記第二の光透過部材の下方に設置された光検出部と、
   を備え、
   前記光検出部は、前記第一の光透過部材および前記第二の光透過部材を介して、前記基板を光学的に検知するように構成された研磨装置。
7. 請求項６に記載の研磨装置において、
   前記研磨パッドの表面に、スラリーが供給されることを特徴とする研磨装置。

Images