JP2011056597A - Polishing pad, and device and method of polishing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自転する研磨定盤に接着されて研磨対象物を研磨する研磨パッド、その研磨パッドを含む研磨装置、及びその研磨パッドを用いた研磨方法に関する。 The present invention relates to a polishing pad that is bonded to a rotating polishing platen and polishes an object to be polished, a polishing apparatus that includes the polishing pad, and a polishing method that uses the polishing pad.
半導体基板の表面の平坦化、及びダマシン法等において、化学機械研磨(CMP)が広く使用されている。CMP装置は、研磨定盤と、その上に接着された研磨パッドとを含む。研磨パッドに研磨対象の半導体ウエハを接触させた状態で、研磨パッド上に研磨液を滴下しながら研磨定盤を自転させることにより、半導体ウエハが研磨される。 Chemical mechanical polishing (CMP) is widely used in planarization of the surface of a semiconductor substrate, damascene method, and the like. The CMP apparatus includes a polishing surface plate and a polishing pad bonded thereon. In a state where the semiconductor wafer to be polished is in contact with the polishing pad, the semiconductor wafer is polished by rotating the polishing platen while dropping the polishing liquid on the polishing pad.
多数の半導体ウエハの研磨を行うと、研磨定盤と研磨パッドとの界面に気泡が混入し、研磨パッドの一部が盛り上がる場合がある。研磨パッドの一部が盛り上がると、半導体ウエハの表面に加わる圧力が不均一になり、全面を均一に研磨することが困難になる。 When a large number of semiconductor wafers are polished, bubbles may enter the interface between the polishing surface plate and the polishing pad, and a part of the polishing pad may rise. When a part of the polishing pad rises, the pressure applied to the surface of the semiconductor wafer becomes non-uniform, and it becomes difficult to uniformly polish the entire surface.
このような気泡の発生に対する対策として、研磨パッドと研磨定盤との間の粘着層に溝を形成することにより、気泡の発生を抑制する技術が提案されている。また、他の対策として、研磨定盤の上面に、外周端まで連続する溝を形成しておくことにより、気泡を外部に押し出す技術が提案されている。 As a countermeasure against the generation of such bubbles, there has been proposed a technique for suppressing the generation of bubbles by forming a groove in the adhesive layer between the polishing pad and the polishing surface plate. As another countermeasure, a technique has been proposed in which air bubbles are pushed out by forming a groove that continues to the outer peripheral edge on the upper surface of the polishing surface plate.
研磨パッドと研磨定盤との間の粘着層に溝を形成すると、この溝の影響によって研磨パッドの上面の平坦度が低下してしまう。研磨定盤に溝を形成する場合であっても、研磨パッドの厚さや柔軟性等によっては、研磨パッドの表面形状が研磨定盤の溝の影響を受ける場合がある。 When a groove is formed in the adhesive layer between the polishing pad and the polishing surface plate, the flatness of the upper surface of the polishing pad is lowered due to the influence of the groove. Even when grooves are formed on the polishing surface plate, the surface shape of the polishing pad may be affected by the grooves of the polishing surface plate depending on the thickness and flexibility of the polishing pad.
本発明の一観点によると、
上面が研磨対象物に接触する研磨層と、
前記研磨層の前記上面とは反対側の背面に接着され、該研磨層に接着された上面とは反対側の背面が、自転する研磨定盤に接着され、該研磨層よりも軟質で、連続気泡構造を有する軟質層と
を有し、
前記軟質層の前記背面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨パッドが提供される。
According to one aspect of the invention,
A polishing layer whose upper surface is in contact with the object to be polished;
Adhered to the back surface of the polishing layer opposite to the upper surface, the back surface opposite to the upper surface bonded to the polishing layer is bonded to a rotating polishing platen, softer than the polishing layer, and continuous A soft layer having a cellular structure,
A polishing pad is provided in which a notch is formed on each of a plurality of points on the circumference centering on the center of rotation of the polishing surface plate toward the outer periphery of the soft layer on the back surface of the soft layer. The
本発明の他の観点によると、上述の研磨パッドを有する研磨装置、及び上述の研磨パッドを用いた研磨方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a polishing apparatus having the above-described polishing pad and a polishing method using the above-described polishing pad are provided.
軟質層に切り込みを形成することにより、気泡の局在化によって研磨パッドの上面が部分的に盛り上がる現象を抑制することができる。 By forming the cut in the soft layer, it is possible to suppress the phenomenon that the upper surface of the polishing pad partially swells due to the localization of bubbles.
図1に、実施例による研磨装置の概略斜視図を示す。研磨定盤10の上面に、研磨パッド20が接着されている。研磨定盤10及び研磨パッド20の平面形状は円形である。研磨定盤10の上方に、2つの研磨ヘッド30が配置されている。研磨ヘッド30は、研磨定盤10に対向する表面に、研磨対象の半導体ウエハ40を保持し、研磨パッド20に押し付ける。ノズル31から、研磨パッド20の上面に研磨液32が滴下される。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a polishing apparatus according to an embodiment. A
研磨定盤10は、その中心軸を回転中心として自転する。研磨ヘッド30の各々は、その中心軸を回転中心として自転するとともに、研磨定盤10の半径方向に往復運動する。
The
図2Aに、研磨パッド20の平面図を示す。研磨パッド20の表面に、その中心近傍から放射状に延びる溝21が形成されている。
FIG. 2A shows a plan view of the
図2Bに、図2Aの一点鎖線2B−2Bにおける断面図を示す。軟質層22の上面に、粘着層24を介して研磨層23が接着されている。研磨層23の上面に、溝21が形成されている。軟質層22の背面に、両面粘着シート25が貼付されている。両面粘着シート25は、基材25Aを含む。基材25Aは、粘着層25Bを介して軟質層22に接着される。基材25Aの背面には、粘着層25Cを介して剥離ライナー28が貼付されている。剥離ライナー28を両面粘着シート25から剥離することにより、粘着層25Cを介して研磨パッド20を研磨定盤(図1)に貼付することができる。
2B is a cross-sectional view taken along one-
研磨層23は、気泡同士が相互に連続しない独立気泡構造を有する。研磨層23には、例えば硬質ウレタン発泡体が用いられる。軟質層22は、気泡同士が相互に連続する連続気泡構造を有する。軟質層22には、研磨層23よりも柔らかい材料、例えばポリウレタン含浸ポリエステル不織布が用いられる。
The
一例として、研磨層23の厚さは1.1〜1.4mmであり、軟質層22の厚さは1.2〜1.4mmであり、溝21の深さは0.4〜0.8mmである。軟質層22の背面から、研磨層23の上面までの厚さ、すなわち軟質層22、粘着層24、及び研磨層23の合計の厚さは、例えば2.6〜2.9mmである。研磨パッド20の直径は、例えば750mmである。
As an example, the thickness of the
図3Aに、研磨パッド20、研磨ヘッド30、及び半導体ウエハ40の平面配置図を示す。研磨パッド20及び研磨ヘッド30の平面形状は、円形である。2つの研磨ヘッド30の中心、及び研磨パッド20の中心が、1本の仮想直線上に配置される。研磨ヘッド30の各々は、自転するとともに、この仮想直線に平行な方向に一定の振幅で往復運動する。半導体ウエハ40も、研磨ヘッド30の自転と往復運動に追随して、自転及び往復運動する。研磨定盤10(図1)の自転に追随して、研磨パッド20も自転する。
FIG. 3A shows a plan layout of the
一方の半導体ウエハ40が最も外側まで移動した状態で、研磨パッド20が1回転したときに、半導体ウエハ40が研磨パッド20の表面に描く図形の外周線は、円周になる。この円周に囲まれた領域を、「研磨領域」50ということとする。
When one of the
図3Bに、図3Aの一点鎖線3B−3Bにおける断面図を示す。軟質層22に、その背面から切り込み29が形成されている。切り込み29は、両面粘着シート25を貫通している。また、切り込み29は、研磨層23までは達していない。
3B is a cross-sectional view taken along one-
図3Aに戻って説明を続ける。切り込み29は、研磨領域50の外周線上の複数の点から、研磨パッド20の外周に向かって、半径方向と平行に延びる。ただし、切り込み29は、研磨パッド20の縁までは達しない。図3Aに示した例では、研磨領域50の外周線上に等間隔に配置された8個の点の各々から切り込み29が延びている。すなわち、切り込み29は、研磨パッド20の中心に関して、8回回転対称になるように配置されている。なお、切り込み29の本数は、8本に限らない。切り込み29の本数をn本(nは自然数)とし、切り込み29をn回回転対称になるように配置してもよい。
Returning to FIG. 3A, the description will be continued. The
以下、図3Aに示した平面配置における各部の寸法の一例について説明する。パッド20の直径は750mmである。半導体ウエハ40の直径は8インチ(203mm)である。研磨ヘッド30は、平面視において半導体ウエハ40を取り囲む環状のリテイナーリングを含む。リテイナーリングの幅は25mmである。このため、研磨ヘッド30の直径は253mmになる。リテイナーリングは、研磨ヘッド30に対する半導体ウエハ40の面内方向の位置を拘束する。
Hereinafter, an example of the dimension of each part in the planar arrangement shown in FIG. 3A will be described. The diameter of the
研磨領域50の直径は、480〜500mmである。研磨領域50と研磨パッド20の縁との間の環状の領域の幅は、約125〜135mmになる。切り込み29の各々の長さは、70〜80mmである。切り込み29の外周側の端部から、研磨パッド20の縁までの距離は、45〜65mmになる。
The diameter of the polishing
次に、図4、図5A〜図5Cを参照して、切り込み29の形成方法について説明する。
Next, a method for forming the
図4に、切り込み29を形成するための金型の底面図を示す。金型60の底面に、刃先61が取り付けられている。刃先61は、平面視において、図3Aに示した切込み29の配置に整合するように配置されている。
In FIG. 4, the bottom view of the metal mold | die for forming the
図5Aに、切り込みを形成する前の研磨パッド20の断面図を示す。軟質層22の上に、粘着層24を介して研磨層23が貼付されている。軟質層24の背面に、両面粘着シート25が貼付されている。両面粘着シート25に、剥離ライナー28が貼り付けられている。
FIG. 5A shows a cross-sectional view of the
図5Bに示すように、研磨パッド20の背面に、金型60を押し当てる。金型60の刃先61により、剥離ライナー28、両面粘着シート25、及び軟質層22に切り込み29が形成される。このとき、切り込み29の断面は、刃先61の断面形状に追随して、開口部が広がった形状になる。
As shown in FIG. 5B, the
図5Cに示すように、金型60を研磨パッド20から引き離す。軟質層22の弾性により、切り込み29の開口部が閉じる。ただし、切り込み29が形成された部分が再度接着されることはなく、切り込み29が残る。
As shown in FIG. 5C, the
次に、図1を参照して、実施例による研磨方法について説明する。図5Cに示した切り込み29が形成された研磨パッド20の剥離ライナー28を剥離して、研磨パッド20を研磨定盤10の上面に貼付する。研磨対象の半導体ウエハ40を研磨ヘッド30に保持し、研磨パッド20の上面に接触させる。ノズル31から研磨液32を滴下する。
Next, the polishing method according to the embodiment will be described with reference to FIG. The
半導体ウエハ40を所定の圧力で研磨パッド20に押し付けた状態で、研磨定盤10及び研磨ヘッド30を、所定の回転数で自転させるとともに、研磨ヘッド30を、研磨定盤10の半径方向に往復移動させる。図3Aに示した研磨パッド20の研磨領域50の内部が、半導体ウエハ40に接触することにより、半導体ウエハ40が研磨される。
While the
次に、実施例による研磨パッド20を用いる効果について説明する。切り込み29が形成されていない比較例による研磨パッドを用いて研磨を繰り返すと、研磨領域50の外周線に沿った領域に、気泡が集中することにより、研磨パッドに盛り上がりが発生した。一例として、半導体ウエハ40を研磨パッド20に押し付ける圧力を6900Pa(6psi)、研磨定盤10及び研磨ヘッド30の回転数を100rpmとした研磨条件の下では、100枚程度の半導体ウエハを研磨した時点で、研磨パッド20の上面に盛り上がりが生じた。
Next, the effect of using the
図6に、盛り上がりが生じた部分の断面図を示す。研磨定盤10と両面粘着シート25との界面に、研磨パッド20の上面が盛り上がる程度の大きな気泡70が発生している。これは、連続気泡構造を有する軟質層22内に一様に分布する気泡が、研磨領域50の外周線の近傍に集中したためと考えられる。
FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion where the swell occurs.
実施例による研磨パッド20を用いた場合には、1000枚の半導体ウエハの研磨を行っても、研磨パッド20の上面が盛り上がる程度の大きさの気泡は発生しなかった。このように、研磨パッド20に切り込み29を形成することにより、気泡の集中を抑制することができる。
In the case where the
気泡の集中を抑制する十分な効果を得るためには、切り込み29の深さを、軟質層22の厚さの20%以上にすることが好ましい。切り込み29の長さは、軟質層22の厚さの10倍以上にすることが好ましい。また、切り込み29の本数は、4本以上にすることが好ましい。
In order to obtain a sufficient effect of suppressing the concentration of bubbles, the depth of the
実施例においては、切り込み29が研磨領域50よりも外側に配置されており、研磨領域50の内側には配置されていない。このため、切り込み29に起因して、研磨パッド20の上面の平坦度が低下したとしても、半導体ウエハの研磨は、平坦度の低下の影響を受けない。
In the embodiment, the
実施例では、切り込み29が研磨パッド20の縁まで達していない。このため、研磨パッド20の縁まで流れてきた研磨液が、切り込み29内に侵入することはない。研磨液の侵入を防止するために、切り込み29の外周側の端部から、研磨パッド20の縁までの距離を5mm以上にすることが好ましい。
In the embodiment, the
図7A及び図7Bに、切り込み29の平面形状の他の例を示す。図7Aに示すように、切り込み29の各々の方向を、研磨パッド20の半径方向に対して傾けてもよい。また、図7Bに示すように、切り込み29の平面形状を、円弧等の曲線にしてもよい。
7A and 7B show other examples of the planar shape of the
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。 The following additional notes are further disclosed with respect to the embodiment including the above examples.
(付記1)
上面が研磨対象物に接触する研磨層と、
前記研磨層の前記上面とは反対側の背面に接着され、該研磨層に接着された上面とは反対側の背面が、自転する研磨定盤に接着され、該研磨層よりも軟質で、連続気泡構造を有する軟質層と
を有し、
前記軟質層の前記背面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨パッド。
(Appendix 1)
A polishing layer whose upper surface is in contact with the object to be polished;
Adhered to the back surface of the polishing layer opposite to the upper surface, the back surface opposite to the upper surface bonded to the polishing layer is bonded to a rotating polishing platen, softer than the polishing layer, and continuous A soft layer having a cellular structure,
A polishing pad in which a notch is formed in each of a plurality of points on a circumference centering on a rotation center of the polishing surface plate toward an outer periphery of the soft layer on the back surface of the soft layer.
(付記2)
前記切り込みは、前記軟質層の該終端まで達していない付記1に記載の研磨パッド。
(Appendix 2)
The polishing pad according to appendix 1, wherein the cut does not reach the end of the soft layer.
(付記3)
前記切り込みの深さは、前記軟質層の厚さの20%以上、かつ100%以下である付記1または2に記載の研磨パッド。
(Appendix 3)
The polishing pad according to
(付記4)
自転可能な研磨定盤と、
前記研磨定盤の上面に貼り付けられた研磨パッドと、
研磨対象であるウエハを保持して、該ウエハを前記研磨パッドに接触させて自転させるとともに、前記研磨定盤の半径方向に往復移動させる研磨ヘッドと
を有し、
前記研磨パッドは、
前記研磨定盤に接着され、連続気泡構造を有する軟質層と、
前記軟質層の上に接着され、前記軟質層よりも硬い研磨層と
を含み、
前記軟質層の、前記研磨定盤に接着された面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨装置。
(Appendix 4)
A polishing surface plate that can rotate,
A polishing pad affixed to the upper surface of the polishing platen;
A polishing head for holding a wafer to be polished, rotating the wafer in contact with the polishing pad and reciprocating in the radial direction of the polishing platen;
The polishing pad is
A soft layer adhered to the polishing platen and having an open cell structure;
An adhesive layer adhered on the soft layer, and a harder polishing layer than the soft layer,
On the surface of the soft layer bonded to the polishing surface plate, a cut is formed from each of a plurality of points on the circumference centering on the rotation center of the polishing surface plate toward the outer periphery of the soft layer. Polishing equipment.
(付記5)
前記ウエハを前記研磨定盤の最も外周側まで移動させた状態で前記研磨定盤を自転させたときに、該ウエハが描く図形の最外周線上に、前記切り込みの内周側の端部が位置する付記4に記載の研磨装置。
(Appendix 5)
When the polishing platen is rotated in a state where the wafer is moved to the outermost peripheral side of the polishing platen, an end portion on the inner peripheral side of the cut is positioned on the outermost peripheral line of the figure drawn by the wafer. The polishing apparatus according to appendix 4.
(付記6)
前記切り込みは、前記軟質層の該終端まで達していない付記4または5に記載の研磨装置。
(Appendix 6)
The polishing apparatus according to appendix 4 or 5, wherein the cut does not reach the end of the soft layer.
(付記7)
前記切り込みの深さは、前記軟質層の厚さの20%以上、かつ100%以下である付記4乃至6のいずれか1項に記載の研磨パッド。
(Appendix 7)
The polishing pad according to any one of appendices 4 to 6, wherein a depth of the cut is 20% or more and 100% or less of a thickness of the soft layer.
(付記8)
研磨定盤の上に配置された研磨パッドに、研磨対象のウエハを接触させる工程と、
前記研磨パッドを自転させた状態で、前記ウエハを自転させるとともに、前記研磨定盤の半径方向に往復移動させて、前記ウエハを研磨する工程と
を有し、
前記研磨パッドは、
前記研磨定盤に接着され、連続気泡構造を有する軟質層と、
前記軟質層の上に接着され、前記軟質層よりも硬い研磨層と
を含み、
前記軟質層の、前記研磨定盤に接着された面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨方法。
(Appendix 8)
A step of bringing a wafer to be polished into contact with a polishing pad disposed on a polishing surface plate;
And rotating the wafer while rotating the polishing pad and reciprocating in the radial direction of the polishing platen to polish the wafer,
The polishing pad is
A soft layer adhered to the polishing platen and having an open cell structure;
An adhesive layer adhered on the soft layer, and a harder polishing layer than the soft layer,
On the surface of the soft layer bonded to the polishing surface plate, a cut is formed from each of a plurality of points on the circumference centering on the rotation center of the polishing surface plate toward the outer periphery of the soft layer. Polishing method.
(付記9)
前記ウエハを前記研磨定盤の最も外周側まで移動させた状態で前記研磨定盤を自転させたときに、該ウエハが描く図形の最外周線上に、前記切り込みの内周側の端部が位置する付記8に記載の研磨方法。
(Appendix 9)
When the polishing platen is rotated in a state where the wafer is moved to the outermost peripheral side of the polishing platen, an end portion on the inner peripheral side of the cut is positioned on the outermost peripheral line of the figure drawn by the wafer. The polishing method according to
(付記10)
前記切り込みは、前記軟質層の該終端まで達していない付記8または9に記載の研磨方法。
(Appendix 10)
The polishing method according to
10 研磨定盤
20 研磨パッド
21 溝
22 軟質層
23 研磨層
24 粘着層
25 両面粘着シート
28 剥離ライナー
29 切り込み
30 研磨ヘッド
31 ノズル
32 研磨液
40 半導体ウエハ
50 研磨領域
60 金型
61 刃先
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記研磨層の前記上面とは反対側の背面に接着され、該研磨層に接着された上面とは反対側の背面が、自転する研磨定盤に接着され、該研磨層よりも軟質で、連続気泡構造を有する軟質層と
を有し、
前記軟質層の前記背面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨パッド。 A polishing layer whose upper surface is in contact with the object to be polished;
Adhered to the back surface of the polishing layer opposite to the upper surface, the back surface opposite to the upper surface bonded to the polishing layer is bonded to a rotating polishing platen, softer than the polishing layer, and continuous A soft layer having a cellular structure,
A polishing pad in which a notch is formed in each of a plurality of points on a circumference centering on a rotation center of the polishing surface plate toward an outer periphery of the soft layer on the back surface of the soft layer.
前記研磨定盤の上面に貼り付けられた研磨パッドと、
研磨対象であるウエハを保持して、該ウエハを前記研磨パッドに接触させて自転させるとともに、前記研磨定盤の半径方向に往復移動させる研磨ヘッドと
を有し、
前記研磨パッドは、
前記研磨定盤に接着され、連続気泡構造を有する軟質層と、
前記軟質層の上に接着され、前記軟質層よりも硬い研磨層と
を含み、
前記軟質層の、前記研磨定盤に接着された面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨装置。 A polishing surface plate that can rotate,
A polishing pad affixed to the upper surface of the polishing platen;
A polishing head for holding a wafer to be polished, rotating the wafer in contact with the polishing pad and reciprocating in the radial direction of the polishing platen;
The polishing pad is
A soft layer adhered to the polishing platen and having an open cell structure;
An adhesive layer adhered on the soft layer, and a harder polishing layer than the soft layer,
On the surface of the soft layer bonded to the polishing surface plate, a cut is formed from each of a plurality of points on the circumference centering on the rotation center of the polishing surface plate toward the outer periphery of the soft layer. Polishing equipment.
前記研磨パッドを自転させた状態で、前記ウエハを自転させるとともに、前記研磨定盤の半径方向に往復移動させて、前記ウエハを研磨する工程と
を有し、
前記研磨パッドは、
前記研磨定盤に接着され、連続気泡構造を有する軟質層と、
前記軟質層の上に接着され、前記軟質層よりも硬い研磨層と
を含み、
前記軟質層の、前記研磨定盤に接着された面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨方法。 A step of bringing a wafer to be polished into contact with a polishing pad disposed on a polishing surface plate;
And rotating the wafer while rotating the polishing pad and reciprocating in the radial direction of the polishing platen to polish the wafer,
The polishing pad is
A soft layer adhered to the polishing platen and having an open cell structure;
An adhesive layer adhered on the soft layer, and a harder polishing layer than the soft layer,
On the surface of the soft layer bonded to the polishing surface plate, a cut is formed from each of a plurality of points on the circumference centering on the rotation center of the polishing surface plate toward the outer periphery of the soft layer. Polishing method.
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