JP2015205389A

JP2015205389A - 研磨パッド及び研磨装置

Info

Publication number: JP2015205389A
Application number: JP2014089323A
Authority: JP
Inventors: 晶礒部; Akira Isobe; 和馬田中; Kazuma Tanaka
Original assignee: Disco Abrasive Systems Ltd
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2014-04-23
Filing date: 2014-04-23
Publication date: 2015-11-19

Abstract

【課題】研磨層の交換が容易な研磨パッド及び該研磨パッドを使用した研磨装置を提供する。
【解決手段】研磨装置２は、被研磨物１１を研磨するための研磨パッド２０と、該研磨パッド２０を保持する定盤１０と、を備える。研磨パッド２０は、研磨面を有する研磨層１６と、前記研磨層１６の前記研磨面に対向する面に接し、前記定盤１０上に密着して配置された緩衝層１８と、を備え、前記研磨層１６は前記緩衝層１８上に密着して配置され、該緩衝層１８に対して着脱自在である。
【選択図】図１

Description

本発明は、交換が容易な研磨層を有する研磨パッド及び研磨装置に関する。

近年、半導体集積回路の高密度化を目的として配線の微細化や多層配線化が進んでおり、これに伴い、半導体ウエーハ（以下、単にウエーハと称することがある）の表面における凹凸を平坦化することが重要である。ウエーハの表面における凹凸を平坦化する方法としては、一般的にＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）が採用されている。

ＣＭＰは、ウエーハ等の被研磨物の被研磨面を研磨層の研磨面に押し付けた状態で、砥粒が分散されたスラリー状の研磨液（以下、スラリーという）を用いて被研磨物を研磨する技術である。

ＣＭＰで一般的に使用する研磨装置は、例えば、研磨パッドを支持する研磨定盤と、被研磨物を保持する研磨ヘッドと、被研磨物を均一加圧するためのバッキング材と、研磨液供給機構とを備えている。

従来は、研磨層を、例えば、両面テープを用いてウレタンフォームや不織布等からなるクッション層（緩衝層）に貼り付けることにより研磨パッドを構成し、研磨パッドを両面テープで研磨定盤に接着するようにしていた（例えば、特開２００４−１４０２１５号公報参照）。

特開２００４−１４０２１５号公報

研磨層が磨耗等により寿命に達すると、新しい研磨層と張り替える必要がある。しかし、従来は、研磨層とクッション層が両面テープで接着されているため研磨層とクッション層の剥離が困難であり、研磨パッドごと交換する必要があった。

また、両面テープを使用して研磨パッドを定盤に着脱させる作業、例えば、貼り付け作業、及び剥離作業には、相当の時間が必要であった。特に、研磨パッドを定盤から剥離するときには、定盤側に粘着剤が残留しているため、粘着剤を除去するために多くの工数及び時間を要していた。

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、研磨層の交換が容易な研磨パッド及び該研磨パッドを使用した研磨装置を提供することである。

請求項１記載の発明によると、定盤上に配置される被研磨物を研磨するための研磨パッドであって、研磨面を有する研磨層と、前記研磨層の前記研磨面に対向する面に接し、前記定盤上に密着して配置された緩衝層と、を備え、前記研磨層は前記緩衝層上に密着して配置され、該緩衝層に対して着脱自在であ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、研磨パッドは、研磨層の緩衝層と接する面に形成された平滑化膜を更に備えている。好ましくは、緩衝層はシリコーンゴムシートから構成され、ゴム硬度（ショアＡ）５〜１０°、且つ０．５ｍｍ〜３ｍｍの厚みを有している。

請求項４記載の発明によると、被研磨物を研磨する研磨装置であって、請求項１〜３の何れか１項に記載の研磨パッドと、該研磨パッドを保持する定盤と、を備え、前記研磨パッドの前記緩衝層は前記定盤上に密着して且つ着脱自在に配置されることを特徴とする研磨装置が提供される。

本発明の研磨パッドによると、研磨層の交換が容易であり、研磨層のみを交換することでコストの低減を図ることができる。また、研磨定盤から研磨パッドを容易に着脱することができる。

本発明実施形態に係る研磨装置の斜視図である。定盤上に配置された第１実施形態の研磨パッドの正面図である。定盤上に配置された第２実施形態の研磨パッドの正面図である。

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を参照すると、本発明実施形態に係る研磨装置２の斜視図が示されている。研磨装置２は、研磨パッド固定ユニット４と、研磨パッド固定ユニット４の定盤１０上に配設された研磨パッド２０と、ウエーハ等の被研磨物を保持する研磨物保持ユニット６と、研磨液を研磨パッド２０上に供給する研磨液供給機構８とから構成される。

研磨パッド固定ユニット４は、ステンレス鋼又はセラミックス等から形成された円板形状の定盤１０と、定盤１０を支持するスピンドル１２と、スピンドル１２を回転するモータ１４とから構成される。定盤１０は上面に平滑面を有している。定盤１０は、モータ１４の駆動力がスピンドル１２を介して伝達されることにより、水平方向（図１の矢印Ａ方向）に所定速度で回転される。

研磨物保持ユニット６は、研磨物１１を保持する研磨ヘッド２２と、駆動手段２４と、研磨ヘッド２２と駆動手段２４とを連結するロッド２６とから構成される。駆動手段２４は、モータ等の回転機構とシリンダー等の加圧機構とから構成される。研磨ヘッド２２の下面外周部には、ウエーハ等の被研磨物の外周を保持するリテーナリング２８が設けられている。

研磨液供給ユニット８は、図示しない研磨液供給源と、研磨液供給源に接続された研磨液供給ノズル３０とから構成され、研磨液供給ノズル３０から被研磨物１１の研磨加工時に研磨パッド２０上に研磨液３２を供給する。研磨液３２としては、例えば、砥粒を含有したスラリーや砥粒を含まないアルカリ溶液が使用される。

研磨液３２を研磨パッド２０上に供給し、定盤１０を矢印Ａ方向に回転するとともに研磨ヘッド３２を矢印Ｂ方向に回転しながら研磨パッド２０で被研磨物１１を研磨すると、研磨パッド２０の回転に伴って被研磨物１１の被研磨面と研磨パッド２０の研磨層の表面１６ａとの間に研磨液が入り込んで、被研磨物１１の被研磨面を化学的に研磨する。

研磨パッド２０は、図２に最も良く示されるように、発泡硬質ポリウレタンから形成された研磨層１６と、定盤１０と研磨層１６との間にそれぞれ密着するように配設された緩衝層（クッション層）１８とから構成される。

本実施形態の研磨パッド２０では、緩衝層１８はシリコーンゴムシートから形成され、好ましくはショアＡ５〜１０°のゴム硬度且つ０．５ｍｍ〜３ｍｍの厚みを有している。

ゴム硬度（ショアＡ）５°、厚さ１ｍｍのシリコーンゴムシートからなる緩衝層１８、厚さ１．２７ｍｍの発泡硬質ポリウレタンからなる研磨層１６でウエーハの研磨を行ったところ、密着性が良好で研磨層１６及び緩衝層１８の剥がれは生じなかった。

ゴム硬度（ショアＡ）１０°、厚さ２ｍｍのシリコーンゴムシートからなる緩衝層１８、厚さ１．２７ｍｍの発泡硬質ポリウレタンからなる研磨層１６を用いた場合にも、密着性が良好で剥がれは生じなかった。

研磨層１６の厚さ、プロセス条件により緩衝層１８のゴム硬度や厚さを調整することにより、研磨速度の面内均一性をコントロールすることができる。例えば、緩衝層１８の厚さを厚くした場合には、緩衝層１８が厚くなった分、ゴム硬度を高くして、変形量を同じにすることによって、研磨によるウエーハエッジ部の研磨プロファイル（フチダレ）をほぼ同じにコントロールすることができる。
ゴム硬度（ショアＡ）が１０°より大きいと定盤１０との密着性が不足して研磨中に剥がれてしまう可能性がある。一方、ゴム硬度（ショアＡ）が５°未満であると柔らかすぎて緩衝層としての機能を果たせなくなる恐れがある。

また、シリコーンゴムシートからなる緩衝層１８の厚みが０．５ｍｍ未満であると作業性が悪くなり、３ｍｍより大きいとゴムの変形により「ヨレ」が生じ、研磨層１６との間に空隙ができたり、空隙をきっかけに研磨中の研磨層１６が剥がれる可能性がある。

本実施形態では、研磨層１６の研磨面１６ａと反対側の緩衝層１８との接合面は十分平滑面である必要があり、シリコーンゴムシートからなる緩衝層１８は定盤１０上に密着して配設され、研磨層１６は緩衝層１８上に密着して配設されている。

好ましくは、定盤１０表面と緩衝層１８との間の剥離力（ＪＩＳＫ−６８５４に準拠）が４０ｍＮ／２５ｍｍ幅以下、より好ましくは、２０ｍＮ／２５ｍｍ幅以下である。また、定盤１０表面から研磨パッド２０を緩衝層１８と共に平行にずらす剪断応力が１．０Ｎ／ｃｍ^２以上であるのが好ましい。

一方、研磨層１６と緩衝層１８との間の剥離力（ＪＩＳＫ−６８５４に準拠）は２０ｍＮ／２５ｍｍ幅以下であるのが好ましい。更に、研磨層１６と緩衝層１８との間の剥離力は、緩衝層１８と定盤１０表面との間の剥離力よりも小さいのが好ましい。

このように設定することにより、研磨層１６が磨耗等により寿命に達した際、緩衝層１８を定盤１０表面に密着させたままで研磨層１６を緩衝層１８から容易に剥離して新品に交換することができる。

また、研磨パッド２０の緩衝層１８表面から研磨層１６を平行にずらす剪断応力は１．０Ｎ／ｃｍ^２以上であるのが好ましい。緩衝層１８としてシリコーンゴムシートを使用することにより、定盤１０表面と緩衝層１８との間の剪断応力及び緩衝層１８と研磨層１６との間の剪断応力を大きな値に設定できるため、被研磨物を研磨中に研磨パッド２０が定盤１０表面から剥がれてしまうことを防止できる。

図３を参照すると、本発明第２実施形態の研磨パッド２０Ａの正面図が示されている。本実施形態の研磨パッド２０Ａでは、研磨層１６の研磨面１６ａと反対側の下面には平滑化膜３４が接着されている。平滑化膜３４は、例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）から形成される。

本実施形態の研磨パッド２０Ａでは、研磨層１６の下面に平滑化膜３４が接着されているため、研磨層１６の下面の平滑度はそれほど要求されることはない。平滑化膜３４が接着された研磨層１６は定盤１０の表面上に密着して配設された緩衝層１８上に平滑化膜３４が密着するように配設される。本実施形態の他の構成は、上述した第１実施形態の研磨パッド２０と同様であるので、その詳細な説明を省略する。

以下、第２実施形態の研磨パッド２０Ａの交換方法について説明する。

（実施例１）
研磨層１６の裏面に平滑化膜３４が接着され、平滑化膜３４にシリコーンゴムシートからなる緩衝層１８が密着している。シリコーンゴムシート１８の他の面にはセパレータが貼り付けてある。

まず、セパレータを剥がして研磨層１６とシリコーンゴムシート１８とからなる研磨パッド２０Ａを定盤１０表面に密着させて配置する。研磨層１６を寿命まで使用したら、研磨層１６のみシリコーンゴムシート１８から剥がして、新しい研磨層１６をシリコーンゴムシート１８に密着するように配置する。

（実施例２）
シリコーンゴムシートからなる緩衝層１８の両面がそれぞれセパレータで覆われている。セパレータの少なくとも片方は厚さは２００μｍ以上であるのが好ましい。まず、薄い方のセパレータを剥がしてシリコーンゴムシート１８を定盤１０表面に密着するように配置する。

次いで、シリコーンゴムシート１８の上面のセパレータを剥がした後、裏面に平滑化膜３４を有する研磨層１６をシリコーンゴムシート１８上に密着させて配置する。研磨層１６の寿命まで研磨層１６を使用したら、平滑化膜３４が裏面に接着された研磨層１６をシリコーンゴムシート１８から剥がし、裏面に平滑化膜３４が接着された新しい研磨層１６をシリコーンゴムシート１８上に密着させて配置する。

上述した実施形態の研磨パッド２０，２０Ａによると、シリコーンゴムシートからなる緩衝層１８を定盤１０の表面上に密着させて配置し、緩衝層１８上に研磨層１６を密着させて配置したため、研磨層１６が摩耗等により寿命に達した際、研磨層１６の交換が容易となり、研磨層１６のみを交換することで、研磨パッド２０，２０Ａのコストの低減を図ることができる。また、定盤１０の表面から研磨パッド２０，２０Ａを容易に着脱することができる。

２研磨装置
４研磨パッド固定ユニット
６研磨物保持ユニット
８研磨液供給機構
１０定盤
１６研磨層
１８緩衝層
２０，２０Ａ研磨パッド
２２研磨ヘッド
３０研磨液供給ノズル
３４平滑化膜

Claims

定盤上に配置される被研磨物を研磨するための研磨パッドであって、
研磨面を有する研磨層と、
前記研磨層の前記研磨面に対向する面に接し、前記定盤上に密着して配置された緩衝層と、を備え、
前記研磨層は前記緩衝層上に密着して配置され、該緩衝層に対して着脱自在であることを特徴とする研磨パッド。
前記研磨層の前記緩衝層と接する面に形成された平滑化膜を更に備えた請求項１記載の研磨パッド。
前記緩衝層はシリコーンゴムシートから構成され、該シリコーンゴムシートはゴム硬度（ショアＡ）５〜１０°、且つ０．５ｍｍ〜３ｍｍの厚みを有している請求項１又は２記載の研磨ヘッド。
被研磨物を研磨する研磨装置であって、
請求項１〜３の何れか１項に記載の研磨パッドと、
該研磨パッドを保持する定盤と、を備え、
前記研磨パッドの前記緩衝層は前記定盤上に密着して且つ着脱自在に配置されることを特徴とする研磨装置。