JP2012238824A

JP2012238824A - 断熱性を有するｃｍｐ装置用補助板及び回転定盤

Info

Publication number: JP2012238824A
Application number: JP2011118483A
Authority: JP
Inventors: Tatsutoshi Suzuki; 辰俊鈴木; Eisuke Suzuki; 英資鈴木; Daisuke Suzuki; 大介鈴木
Original assignee: Toho Engineering Co Ltd
Current assignee: Toho Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2012-12-06

Abstract

【課題】ＣＭＰ装置において研磨中に摩擦によって発生する熱が研磨パッドから回転定盤に伝わるのを防止して、温度上昇に伴う研磨液と基板表面の化学作用の増進によって、研磨液の削減もしくは研磨レートの増大を可能にできる新規な構造のＣＭＰ装置を提供する。
【解決手段】断熱材で構成された回転定盤４上に、表面中央部分にＣＭＰ用研磨パッド１が固着されるパッド支持面が形成された補助板６を両面接着テープ７を介して載置することで、ＣＭＰ加工中に摩擦によって発生する熱がＣＭＰパッド１から前記回転定盤４に伝わることを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン基板や半導体基板等の高い平坦加工精度が要求される加工物の表面を研磨加工する際に用いられるＣＭＰ（化学的機械研磨）装置に関するものである。

良く知られているように、半導体基板等の高精度な平坦化は、ＣＭＰ装置を使用して円形の樹脂材等からなる研磨パッドをＣＭＰ装置の回転定盤の上に粘着テープ等で固定し、化学反応を起こす薬品と砥粒を含んだ研磨液を供給しつつ、研磨パッドと基板を相対的に回転運動させて軟化した基板表面の凸部を除去する方式によって行われる。通常のＣＭＰ加工においては時間当たりの研磨量は、供給する研磨液の量、研磨パッドと基板の回転速度、研磨パッドへ基板を押し付ける圧力におおむね比例する。

従来は特許文献１に記載のように、研磨中に発生する熱により研磨パッドの表面温度が上がり過ぎるのを防ぐため、研磨装置の回転定盤を冷却することにより研磨パッドの表面の温度を下げる方法が提案されてきた。

特開２００７−３２９３４２号公報

しかしながら、最近の半導体基板は薄膜化や配線の微細化によって、基板の押し付け圧力を小さくする必要があり、１回のＣＭＰ工程に要する加工時間も１分以内で終了するため、加工中に発生する熱量が少なくなった。一方、研磨装置の回転定盤の材質はステンレス等の金属やセラミックであるため、ＣＭＰ加工によって発生する熱が研磨パッドから回転定盤に伝わりやすく、研磨パッド表面の温度が上昇しにくくなる現象が見られるようになった。

また、基板の直径が２００ｍｍから３００ｍｍへと大型化したことに伴い、研磨パッドの表面積も約２倍になり、ＣＭＰ加工中は研磨パッド全面を均一に濡らす必要があるため、研磨液が大量に消費されることによるコスト上昇や、廃液の処理が大きな問題となってきた。今後は直径４５０ｍｍの基板も製造される見通しであるため、半導体メーカー等において研磨液の削減が早急に解決しなければならない課題となっている。

本発明は、上述の事情を背景に為されたもので、ＣＭＰ装置の回転定盤と研磨パッドとの間に断熱性のある部材を配置することにより、ＣＭＰ加工中に回転する研磨パッドと研磨される基板との間の摩擦により研磨パッド表面に発生する熱が定盤に伝わるのを防止して、この熱を利用したＣＭＰの化学反応の増進により、研磨液の削減や研磨時間の短縮ができる新規な構造のＣＭＰ装置を提供するものである。

かかる課題を解決するために、本発明の第一の態様は、ＣＭＰ装置の回転定盤の上面に断熱性のある補助板を着脱可能に固定して、その補助板の上面に研磨パッドを固定して使用するものである。

補助板を回転定盤に着脱可能に固定する方式は、粘着テープにより固定したり、ボルト等により機械的に固定したり、磁気や真空吸着を利用した固定方法があるが、再剥離可能な粘着テープにより固定する方法が既存のＣＭＰ装置に実施する場合においては、装置の改造なしで実施できるので経済的に有利である。

再剥離可能なテープの粘着力は０．０５Ｎ／２５ｍｍ以上が望ましく、１分間程度のＣＭＰ加工において７０℃以下の加熱や、１平方センチあたり４００グラム以下の繰り返し荷重に対して安定した粘着力を長期間保持できて、補助板を回転定盤から繰り返して着脱しても回転定盤の取り付け面にのり残りがない粘着剤が求められる。これらの条件を満たす粘着剤は市販されているシリコン系やアクリル系の粘着剤から好適なものが選択できる。

また補助板の形状、大きさ、厚み等は基板の面内均一性や微小な傷の有無等、研磨品質に影響が及ばないものであれば、特に限定されるものではないが、補助板を装着する研磨装置によって制約される。好ましい補助板の材質は、熱伝導率０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、圧縮強さ７０ＭＰａ以上で、研磨液に対する耐薬品性や耐水性があり、加工が容易であり、着脱の取り扱いが容易で軽量なものである。これらの条件を満たす好適な材料として、厚さが２ｍｍ以上のポリカーボネート材が選択できるが、厚さはより厚い方が断熱効果は高くなる。一方研磨装置の研磨ヘッドの高さ調整代を考慮すると、既存の研磨装置に装置の変更なしで装着可能な補助板の厚みは２ｍｍないし４ｍｍである。ところで、研磨パッドが通常発泡ウレタン材からできているから、研磨パッドを通常より厚くして断熱性を向上することもできるが、研磨の圧縮圧力強さが小さいため、従来どおりの研磨品質及び研磨能率を得ることができない。

また補助板の精度は、回転定盤への取り付け面及び、パッド取り付け面の平坦度が０．０２ｍｍ以内、取り付け面間の平行度０．０２ｍｍ以内が好ましい。これらの精度を満たして経済的に加工できる方法としては、ダイヤモンド工具による切削加工が適している。精度はより高精度である方が望ましいが、研磨加工前に研磨装置のダイヤモンドドレッサーで研磨パッド表面をコンディショニングする場合は上述の精度であれば問題なく使用できる。

次に、本発明の第二の態様は、ＣＭＰ装置の回転定盤が断熱材で構成されているものである。回転定盤全体が断熱材である場合と、断熱材が回転定盤の表面にライニング等により回転定盤本体と一体に構成されている場合がある。断熱材の材質は、熱伝導率０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、圧縮強さ７０ＭＰａ以上で、研磨液に対する耐薬品性や耐水性があるものが好ましい。この態様は新規にＣＭＰ装置を製造する際に本発明を実施する場合に有利である。

本発明に従えば以下に記載の如き特別な技術的効果が発揮される。これらの効果は、いずれか一方の効果をのみを選択してその効果を最大化することもできるし、両方の効果を併用することもできる。
（１）同じ時間当たり研磨量を得るのに必要な研磨液の量を従来よりも削減することができる。
（２）研磨加工中に発生する熱が回転定盤に逃げにくくなるため、熱による化学的作用が高まり、時間当たりの研磨量が増大する。

本発明の一実施形態を示す図。本発明の図１と関連する別の実施形態を示す図。本発明の別の実施形態を示す図。本発明の図３の別の実施形態を示す図。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

図１は、補助板６を研磨装置の回転定盤４の上に再剥離可能な両面テープ７で、固定した形態を示す断面図を示す。両面テープ７の粘着力は補助板６側の方が回転定盤４側よりも強くなっていて、補助板６を取り外した時は両面テープ７が補助板６に固定された状態になる。また研磨パッド１は両面テープ２で補助板６に貼り付けるが、通常はこれらと両面テープ７を一体にした状態で補助板４に着脱して使用する。

図２は、補助板６を研磨装置の回転定盤４の上に再剥離可能な両面テープ７で、固定した図１の別の形態を示す断面図を示す。粘着テープによる固定方法は図１と同じであるが、この形態は回転定盤の外周部に補助板の外周部に設けた外周リングを嵌め込む方式であるため、補助板が回転定盤から脱落するのを防止できて安全であり、研磨パッドの位置合わせもできるのでより好適な実施形態である。外周リングは補助板のずれを防止できるものであれば特に形状が限定されるものではなく、例えば３等分以上に分割されたリングの一部分やリングと同じ役目をするピンであっても良い。

図３は回転定盤４全体が断熱材で構成されている形態を示す断面図である。この場合は従来と同じように研磨パッド１は両面テープ２により直接回転定盤に貼り合わせされる。この形態は小型のＣＭＰ装置に本発明を経済的に実施できるものである。

図４は回転定盤４の表面に断熱材３をライニング等により一体形成したものである。また断熱材３をボルト等により固定するのも可能である。

図２に示した形態の補助板の効果について、不二越機械工業製研磨装置ＲＤＰ−５００を用いて実験した。ニッタ・ハース社製研磨パッドＳＵＢＡ４００を補助板なしで回転定盤に直接テープで貼った場合と、厚さ４ｍｍのポリカーボネート製補助板の上にテープで貼ったものを回転定盤にシリコンテープで固定した場合について、ニッタ・ハース社製研磨液ＮＰ６５０３を使用して８インチのシリコン基板を研磨した。研磨圧力を１平方センチメートルあたり２００グラム、スラリー供給量を０．２Ｌ／ｍｉｎに設定して、基板と定盤の回転数を同一にして１分間あたり１００回転、１５０回転、２００回転の３通りに変えて、摩擦によるパッド表面温度と１分間あたりの研磨量を比較した。

表１によれば、回転数上がるに従い摩擦によりパッドの表面温度と研磨量が上がるが、補助板ありの方がいずれの回転数においても温度が高く研磨量が多い。また補助板ありの方が補助板なしに比べて、回転数の上昇に対して温度、研磨量ともに上昇度合いが高い。この実施例ではスラリー供給量を変化させていないが、仮に時間あたりの研磨量を補助板なしと補助板ありで同じにする場合、補助板ありの方のスラリー供給量を減らすことができると判断できる。

１：研磨パッド、２：両面テープ、３：断熱材、４：ＣＭＰ装置の回転定盤、６：補助板７：両面テープ

Claims

ＣＭＰ装置の回転定盤の上面に載置される補助板であって、該補助板の表面の中央部分によって、半導体基板等の研磨に用いられるＣＭＰ用研磨パッドが重ね合されて固着されるパッド支持面が構成されていて、ＣＭＰ加工中に摩擦によって発生する熱が固着された該ＣＭＰ用研磨パッドから該回転定盤に伝わるのを防止する断熱性を有することを特徴とする補助板。
回転定盤を有するＣＭＰ装置であって、該回転定盤が断熱材で構成されていて、ＣＭＰ用研磨パッドが該回転定盤表面に固定して使用されることを特徴とするＣＭＰ装置。