JP2011000677A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】 被研磨物の外周部分に発生する欠けを低減可能な研磨パッドを提供することである。
【解決手段】 被研磨物を研磨する研磨面に複数の溝が形成された研磨パッドであって、前記複数の溝のうち少なくとも一部の溝の該研磨パッドの回転方向後側のエッジ部に、被研磨物と該溝のエッジ部との衝突を緩衝する緩衝部が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被研磨物を研磨する研磨面に複数の溝が形成された研磨パッドに関する。

例えば、半導体デバイスの製造プロセスにおいて優れた平坦性を有する表面を形成することができる研磨方法として、化学的機械的研磨法、所謂ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が広く採用されている。

近年、半導体デバイスの小型化、薄型化の要請から、半導体ウエーハの薄型化が要求されている。このため、半導体ウエーハの裏面を砥石などで機械的に研削加工した後、この研削により生じた研削歪の除去や抗折強度の向上を目的として、研削後の半導体ウエーハの裏面をＣＭＰによって研磨加工している。

ＣＭＰは、研磨パッドと被研磨物との間に研磨液（スラリー）を供給しつつ研磨パッドと被研磨物とをそれぞれ回転させながら相対的に摺動させることで遂行される（例えば、特開平３−２４８５３２号公報参照）。

研磨パッドとしては一般的に不織布が使用され、例えばシリカなどの遊離砥粒を含んだ研磨液（スラリー）を供給しながら半導体ウエーハ等の被研磨物の表面を研磨する。しかし、遊離砥粒を含む研磨液を使用したＣＭＰでは、大部分の遊離砥粒が研磨に寄与することなく廃液中に残存してしまうので、廃液処理が困難であるという問題がある。また、研磨時の砥粒の消費量は、通常砥粒全体の３〜４％程度であることから、大部分の砥粒が研磨に寄与することなく無駄に消費されてしまうという問題もある。

これらの問題を解決するために、遊離砥粒を含有しない研磨液（例えばアルカリ溶液）と研磨パッドに砥粒を含有させた固定砥粒研磨パッドとを使用したＣＭＰが、例えば特開２００５−１２９６４４号公報で提案されている。

ＣＭＰにおいては、研磨パッドと研磨液との性状によっては研磨結果が大きく左右されることが知られている。そして、特開平１１−７０４６３号公報や特開平８−２１６０２９号公報には、研磨パッドの研磨面に複数の溝を設けて研磨液を研磨面に均一に供給することで、研磨速度や研磨結果を向上させる技術が開示されている。

特開平３−２４８５３２号公報 特開２００５−１２９６４４号公報 特開平１１−７０４６３号公報 特開平８−２１６０２９号公報

ところが、研磨面に複数の溝が形成された研磨パッドを用いて半導体ウエーハ等の被研磨物を研磨すると、被研磨物の外周部分に欠け（エッジチッピング）が発生するという問題が生じる。

研磨パッドと被研磨物とは所定の押圧力を付与されつつ互いに当接され、相対的に摺動して研磨が遂行されるが、溝を画成する側壁と研磨面とが交差して形成される溝のエッジ部分が被研磨物の外周部分を通過する際に、被研磨物の外周部分と衝突することでエッジチッピングを発生させる。

被研磨物の外周にエッジチッピングが発生すると、搬送やハンドリング時にエッジチッピングを起点に被研磨物が破損する恐れがあり、非常に重大な問題となる。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被研磨物の外周部分に発生する欠けを低減可能な研磨パッドを提供することである。

本発明によると、被研磨物を研磨する研磨面に複数の溝が形成された研磨パッドであって、前記複数の溝のうち少なくとも一部の溝の該研磨パッドの回転方向後側のエッジ部に、被研磨物と該溝のエッジ部との衝突を緩衝する緩衝部が形成されていることを特徴とする研磨パッドが提供される。

好ましくは、前記複数の溝は、放射状、同心円状、格子状、又はシリンドリカル形状の何れかの形状をしている。

好ましくは、前記研磨パッドは、中央に研磨液供給源に接続される研磨液供給貫通孔を備え、前記複数の溝は、一端が該研磨液供給貫通孔に連通して該研磨パッドの外周方向に延伸する複数の放射状溝と、同心状に形成された複数の同心円形溝とを含み、該放射状溝の他端は、少なくとも複数の該同心円形溝のうち最外周の円形溝に至るように形成され、該各放射状溝の該研磨パッドの回転方向後側のエッジ部に前記緩衝部が形成されている。

好ましくは、研磨面を画成する研磨パッドは少なくとも砥粒と、該砥粒を結合する結合材とを含んでおり、緩衝部は砥粒を含有していない。

本発明によると、研磨面に形成された複数の溝のうち、少なくとも一部の溝の研磨パッドの回転方向の後側エッジ部に緩衝部が形成されているため、被研磨物と溝のエッジ部との衝突を緩衝することができ、被研磨物の外周部分に発生する欠けを低減することができる。

本発明の研磨パッドを装着するのに適した研磨装置の外観斜視図である。 インゴットから切り出された半導体ウエーハの斜視図である。 図３（Ａ）は本発明第１実施形態の研磨パッドの断面図、図３（Ｂ）は第１実施形態の研磨パッドの底面図である。 研磨時に研磨パッドと被研磨物とが反対方向に回転する場合の第１実施形態の研磨パッドの底面図である。 図５（Ａ）は本発明第２実施形態の研磨パッドの断面図、図５（Ｂ）は第２実施形態の研磨パッドの底面図である。 図６（Ａ）は第２実施形態の研磨パッドの放射状溝部分の拡大断面図、図６（Ｂ）は放射状溝部分の他の実施形態を示す拡大断面図である。 本発明第３実施形態の研磨パッドの底面図である。 本発明第４実施形態の研磨パッドの底面図である。 研磨パッドと被研磨物との位置関係を示す図である。 本発明の研磨パッドを使用してチャックテーブルに保持された半導体ウエーハを研磨している様子を示す側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の研磨パッドを装着するのに適した研磨装置２の斜視図を示している。４は研磨装置２のハウジングであり、ハウジング４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に延びる一対のガイドレール（１本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研磨ユニット（研磨手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

研磨ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容された図示しないスピンドルと、スピンドルを回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定された研磨パッド２６を有する研磨ホイール２４を含んでいる。

研磨ユニット１０は、研磨ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される研磨ユニット移動機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

ハウジング４の中間部分には保持テーブル機構（チャックテーブル機構）２８が配設されており、保持テーブル機構２８は図示しない保持テーブル移動機構によりＹ軸方向に移動される。３０は保持テーブル機構をカバーする蛇腹である。

ハウジング４の前側部分には、第１のウエーハカセット３２と、第２のウエーハカセット３４と、ウエーハ搬送ロボット３６と、複数の位置決めピン４０を有する位置決め機構３８と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）４２と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）４４と、スピナユニット４６が配設されている。

また、ハウジング４の概略中央部には、保持テーブル機構２８を洗浄する洗浄水噴射ノズル４８が設けられている。この洗浄水噴射ノズル４８は、保持テーブル機構２８が装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置付けられた状態において、保持テーブル機構２８に向かって洗浄水を噴射する。

図２を参照すると、本発明の研磨パッドによる研磨対象となる被加工物の一例である半導体ウエーハ５０の斜視図が示されている。この半導体ウエーハ５０は、インゴットから切り出されたアズスライスウエーハであり、約７００μｍの厚みを有している。このような半導体ウエーハ５０上にＩＣ，ＬＳＩ等の回路を形成する前に、半導体ウエーハ５０の表面及び裏面を本発明の研磨パッドにより研磨する。

図３（Ａ）を参照すると、本発明第１実施形態の研磨パッド２６の断面図が示されている。図３（Ｂ）は第１実施形態の研磨パッド２６の底面図である。図３（Ａ）に示した断面図は、図３（Ｂ）の３Ａ−３Ａ線断面である。

研磨パッド２６は、研磨面５６ａと該研磨面５６ａの反対側の非研磨面５６ｂを有する円盤状の研磨層５６と、該研磨層５６上に例えばアクリル系の両面テープ等で貼り合わされた円盤状の緩衝層５２とから構成される。

好ましくは、研磨層５６はシリカを発泡ウレタンで結合した固定砥粒型研磨層であり、緩衝層５２はフェルトから構成される。緩衝層５２は、研磨層５６より軟質のウレタンや、不織布等から構成してもよい。

緩衝層５２にはその中心に研磨液供給源６４（図１０参照）に接続される研磨液供給貫通孔５４が形成されている。図３（Ｂ）を参照すると明らかなように、研磨層５６には、一端が緩衝層５２の研磨液供給貫通孔５４に連通して研磨層５６の外周方向に放射状に伸長する複数の放射状溝５８が形成されている。放射状溝５８の数は４〜３２本の範囲内が好ましく、更に好ましくは１６〜３２本である。

研磨層５６には更に、同心状に形成された複数の円形溝５６が形成されている。同心円形溝６０のピッチは、２〜２０ｍｍが好ましく、更に好ましくは２〜１０ｍｍである。例えば、溝間のピッチが２ｍｍの場合には、円形溝６０の幅は１ｍｍとする。

図３（Ｂ）で矢印Ａは研磨時の研磨パッド２６の回転方向、矢印Ｂは半導体ウエーハ５０の回転方向である。各放射状溝５８の研磨パッド２６の回転方向後側のエッジ部には、半導体ウエーハ５０と放射状溝５８のエッジ部との衝突を緩衝する緩衝部６２が形成されている。

緩衝部６２は、例えば図６（Ａ）に示すように軟質のウレタン６２から形成する。図６（Ａ）の実施形態では、放射状溝５８の両側壁部に緩衝部６２が形成されているが、第１実施形態の研磨パッド２６では、研磨パッド２６の回転方向後側の放射状溝５８の側壁部のみに緩衝部６２を形成する。

放射状溝５８、同心円形溝６０及び緩衝部６２の形成方法は例えば以下の通りである。まず、放射状溝５８及び円形溝６０の形成されていない研磨層５６を緩衝層５２に両面テープ等で貼り付ける。

次いで、研磨層５６に切削又はフライス加工によって複数の放射状の溝を形成して、各溝内に軟質のウレタンを注入して硬化させる。その後、軟質のウレタン部分に一方の側壁の緩衝部となる軟質のウレタンを残して放射状溝５８を形成する。次いで、同心状円形溝６０を形成する。

研磨層５６の研磨面は射出成形、圧縮プレス等によって形成される。上述したように、溝は切削又はフライス加工によって形成されるが、液圧、空圧プレスによってプレス加工で形成してもよい。研磨層５６はシリカを発泡ウレタンで結合した固定砥粒型研磨層から構成されるが、緩衝部６２は砥粒を含有しない軟質ウレタンから形成される。

研磨液供給源６４から供給された研磨液は、緩衝層５２の研磨液供給貫通孔５４を介して研磨層５６の放射状溝５８に供給され、その一部が研磨層５６の研磨面５６ａに形成された同心状円形溝６０内に滞留しつつ研磨面５６ａ全面に均一に供給されるとともに、半導体ウエーハ等の被研磨物表面に供給される。

図３に示した第１実施形態では、各放射状溝５８の外周端は最外周の円形溝６０で終端しているが、放射状溝５８を研磨層５６の最外周まで伸長させるようにしてもよい。この場合には、研磨液は放射状溝５８の最外周からも被研磨物表面に供給される。

好ましい研磨液は、例えば、遊離砥粒を含まないアルカリ溶液（例えばｐＨ１２．５）であり、アンモニア水溶液とエチレンジアミン四酢酸などを所定割合で混合して生成される混合液を使用する。

図４を参照すると、上述した第１実施形態の研磨パッド２６の研磨時の変形例が示されている。本変形例では、研磨時における半導体ウエーハ５０の矢印Ｂで示される回転方向を矢印Ａで示される研磨パッド２６の回転方向と逆方向に設定している。

本変形例でも、研磨パッド２６の放射状溝５８の研磨パッド２６の回転方向後側のエッジ部にのみ緩衝部６２を形成している。このように回転方向後側のエッジ部に研磨面よりも軟質のウレタンから形成された緩衝部６２を形成することにより、半導体ウエーハ５０の外周部分に発生する欠けを低減することができる。

図５（Ａ）を参照すると、本発明第２実施形態に係る研磨パッド２６Ａの断面図が示されている。図５（Ｂ）は第２実施形態の研磨パッド２６Ａの底面図である。本実施形態の研磨パッド２６Ａでは、第１実施形態の緩衝層５２を使用しないで、研磨層５６Ａの研磨面５６ａに複数の放射状溝５８及び複数の同心円形溝６０を形成している。更に、研磨層５６Ａの中心部分には研磨液供給源６４に接続される研磨液供給貫通孔５４が形成されている。

更に、本実施形態の研磨パッド２６Ａでは、図６（Ａ）の断面図に最も良く示されるように、各放射状溝５８を画成する両側壁部分に軟質ウレタンからなる緩衝部６２を形成している。

このように各放射状溝５８の両側のエッジ部に研磨面より軟質のウレタンから構成される緩衝部６２を形成することにより、被研磨物である半導体ウエーハ５０の外周部分に発生する欠けを低減することができる。図６（Ｂ）に示すように、緩衝部として放射状溝５８のエッジ部にテーパ６３をつけてもよい。

図７を参照すると、本発明第３実施形態の研磨パッド２６Ｂの底面図が示されている。本実施形態の研磨パッド２６Ｂでは、複数のシリンドリカルな溝６８が研磨面に形成されている。

シリンドリカルな溝６８の両側には軟質ウレタン等から形成された緩衝部７０が形成されている。緩衝部７０は、研磨パッド２６Ｂの回転方向後側エッジ部にのみ形成するようにしてもよい。

図８を参照すると、本発明第４実施形態の研磨パッド２６Ｃの底面図が示されている。本実施形態の研磨パッド２６Ｃでは、研磨面に格子状の溝７２を有している。格子状の溝７２の両側には軟質ウレタン等から形成された緩衝部７４が形成されている。

図９を参照すると、研磨パッド２６と被研磨物としての半導体ウエーハ５０との研磨時の位置関係が示されている。研磨パッド２６の中に半導体ウエーハ５０の全面が入るように位置づける。好ましくは、研磨パッド２６の外周から、例えば数ｍｍ〜数十ｍｍ内側に半導体ウエーハ５０の外周を位置づける。

次に、図１０を参照して、研磨パッド２６を使用した被研磨物の研磨作業について説明する。被研磨物はその表面にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが複数形成され、裏面が研削装置により所定厚さ（例えば５０μｍ）まで研削された半導体ウエーハ５０´であり、その表面には保護テープ５１が貼着されている。

半導体ウエーハ５０´の保護テープ５１側を保持テーブル２８の保持パッド６６で吸引保持する。次いで、研磨ユニット移動機構１８を駆動して研磨パッド２６を下降し、保持パッド６６上の半導体ウエーハ５０´に所定圧力で押し付け、研磨液供給源６４から、放射状溝５８及び円形溝６０を介して研磨液を供給しながらウエーハ５０´の研磨を開始する。

この研磨時には、研磨ユニット１０のスピンドル２１を矢印Ａ方向に例えば２００〜６００ｒｐｍで回転し、保持テーブル２８を矢印Ｂ方向に例えば２００〜６００ｒｐｍで回転する。スピンドル２１の回転数と保持テーブル２８の回転数は概略同一回転数であるが、研磨パッド２６の直径がウエーハ５０´の直径よりも大きいため、研磨パッド２６のほうがウエーハ５０´の周速度よりも大きな周速度で回転してウエーハ５０´の裏面が研磨される。

上述した第１実施形態の研磨パッド２６によると、研磨層５６に形成された放射状溝５８を介して研磨液が研磨パッド２６の半径方向に供給され、さらに放射状溝５８から研磨面５６ａに形成された同心状円形溝６０内に供給される。

この研磨液はその一部が研磨層５６の研磨面５６ａに形成された同心状円形溝６０内に滞留しつつ、研磨面５６ａ全面に均一に供給されるため、研磨レートの低下を招くことなく良好な研磨品質を確保することができる。同心状円形溝６０内に研磨液が滞留することで、被研磨物との化学反応を促進させ、研磨時間を短縮化させることができる。

更に、上述した各実施形態の研磨パッドでは、研磨面に形成された複数の溝のうち、一部の溝において少なくとも研磨パッドの回転方向後側のエッジ部が研磨面よりも軟質な緩衝部に形成されているため、被研磨物の外周部分に発生する欠けを低減することができる。

２ 研磨装置
１０ 研磨ユニット
２６〜２６Ｃ 研磨パッド
２８ 保持テーブル（チャックテーブル）
５０ 半導体ウエーハ
５２ 緩衝層
５４ 研磨液供給貫通孔
５６ 研磨層
５６ａ 研磨面
５８ 放射状溝
６０ 同心状円形溝
６２ 緩衝部
６４ 研磨液供給源

Claims (4)

1. 被研磨物を研磨する研磨面に複数の溝が形成された研磨パッドであって、
   前記複数の溝のうち少なくとも一部の溝の該研磨パッドの回転方向後側のエッジ部に、被研磨物と該溝のエッジ部との衝突を緩衝する緩衝部が形成されていることを特徴とする研磨パッド。
2. 前記複数の溝は、放射状、同心円状、格子状、又はシリンドリカル形状の少なくとも何れかの形状をしている請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記研磨パッドは、中央に研磨液供給源に接続される研磨液供給貫通孔を備え、
   前記複数の溝は、一端が該研磨液供給貫通孔に連通して該研磨パッドの外周方向に延伸する複数の放射状溝と、
   同心状に形成された複数の同心円形溝とを含み、
   該放射状溝の他端は、少なくとも複数の該同心円形溝のうち最外周の円形溝に至るように形成され、
   該各放射状溝の該研磨パッドの回転方向後側のエッジ部に前記緩衝部が形成されている請求項２記載の研磨パッド。
4. 前記研磨面を画成する研磨パッドは少なくとも砥粒と、該砥粒を結合する結合材とを含んでおり、
   前記緩衝部は砥粒を含有しない請求項１〜３の何れかに記載の研磨パッド。

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