JP5389543B2 - 研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエーハ等の被加工物を研磨する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。

研磨液の供給方法としては、特開２００１−２３２５５７号公報に開示されるように、複数の貫通孔を形成した研磨パッドの上方から各貫通孔にホース等の蛇管で形成した研磨液供給路を通じて研磨液を供給する方法や、特開平３−２４８５３２号公報に開示されるように、専用に設けたノズルから研磨液を研磨パッド上に供給する方法が提案されている。

特開平３−２４８５３２号公報 特開２００５−１２９６４４号公報 特開２００１−２３２５５７号公報

ところが、蛇管で形成した研磨液供給路で研磨液を供給する場合、研磨面全面に研磨液を供給しようとすると、多くの研磨液供給路を形成する必要があり、装置が複雑且つ大型化するという問題がある。また、作業中や加工中に蛇管が破損又は取り外されて研磨液が流出する恐れがある。

一方、専用ノズルから研磨パッド上に研磨液を供給する方法では、研磨パッドと被研磨物とが当接している研磨面全体に研磨液を一様に供給することは困難である。研磨液が研磨面全体に一様に供給されないと、研磨レートの低下や被研磨物にスクラッチや焼け、うねり、エッジ欠け等の研磨品質悪化を引き起こす。

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、研磨レートの低下を招くことなく、良好な研磨品質を確保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、研磨面と該研磨面と反対側の非研磨面を有する研磨層と、該研磨層の該非研磨面上に貼着された緩衝層とを備えた研磨パッドであって、該緩衝層の中央に形成され、研磨液供給源に接続される研磨液供給貫通孔と、該緩衝層及び該研磨層の何れか一方に形成され、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放射状に伸長する複数の放射状研磨液流路と、該研磨層の該研磨面に同心状に形成された複数の円形溝と、該放射状研磨液流路と該円形溝との交点が連通してなる複数の研磨液吐出口とを具備し、該放射状研磨液流路の他端は、少なくとも前記複数の円形溝のうち最外周の円形溝に至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、放射状研磨液流路は、研磨層の非研磨面に形成された複数の放射状溝から構成される。代替案として、放射状研磨液流路を、緩衝層の研磨層との接合面側に放射状に形成するようにしてもよい。

好ましくは、研磨層は、少なくとも砥粒と砥粒を結合する結合材とを含み、緩衝層はフェルトから構成される。

本発明によると、研磨液は、研磨層又は緩衝層に形成された放射状研磨液流路を通じて研磨パッドの径方向に供給され、研磨層の研磨面に形成された同心状の円形溝と放射状の研磨液流路との交点である研磨液吐出口から研磨面に吐出される。

吐出された研磨液は一部が研磨面に形成された同心状の円形溝内に滞留しつつ、研磨面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、研磨品質を良好に仕上げることが可能となる。

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分解断面図、図３（Ｂ）は研磨パッドの断面図である。 緩衝層の平面図である。 図５（Ａ）は研磨層の平面図、図５（Ｂ）は研磨層の底面図である。 研磨面側から見た研磨パッドの底面図である。 本発明第２実施形態の研磨パッドの断面図である。 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（一本のみ図示）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を参照すると、本発明第１実施形態の研磨パッド２６の分解斜視図（Ａ）及び斜視図（Ｂ）が示されている。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。

図４も合わせて参照すると明らかなように、緩衝層５２にはその中心に研磨液供給源６４に接続される研磨液供給貫通孔５４が形成されている。図５（Ａ）を参照すると、研磨層５６の平面図が示されている。図５（Ｂ）は研磨層５６を研磨面５６ａ側から見た底面図である。図３に示された研磨層５６の断面図は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面を示している。

図５（Ａ）に最も良く示されるように、研磨層５６の非研磨面５６ｂ側には一端が緩衝層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。

これらの放射状溝５８は、放射状研磨液流路として作用する。研磨層５６の非研磨面５６ｂ側に形成する放射状溝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。

図５（Ｂ）を参照すると明らかなように、研磨層５６の研磨面５６ａ側には同心状に形成された複数の円形溝６０が形成されている。同心状に形成された円形溝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。

研磨層５６の厚みは２〜８ｍｍであり、より好ましくは２〜５ｍｍである。研磨層５６の厚みが５ｍｍの場合には、放射状溝５８の深さを３ｍｍ、円形溝６０の深さを２．５ｍｍとすることで、放射状溝５８と円形溝６０を連通させている。この放射状溝５８と円形溝６０が連通する位置に複数の研磨液吐出口６２が形成されている。

よって、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、更に放射状溝５８と円形溝６０との交点である複数の研磨液供給口６２から半導体ウエーハ等の被研磨物表面に供給される。

図５に示した実施形態では、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、研磨液は研磨液吐出口６２から吐出されるのに加えて、放射状溝５８の最外周からも被研磨物表面に供給される。図６を参照すると、研磨パッド２６を研磨面５６ａ側から見た研磨パッド２６の底面図が示されている。

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７を参照すると、本発明第２実施形態の研磨パッド２６Ａの縦断面図が示されている。本実施形態の研磨パッド２６Ａでは、複数の放射状溝７０が緩衝層６８の研磨層７４との接合面側に形成されている。緩衝層６８の中心には研磨液供給源６４に接続される研磨液供給貫通孔７２が形成されている。

一方、研磨層７４には同心状に形成された複数の円形溝７６が形成されている。緩衝層６８と研磨層７４を両面テープ等で張り合わせると、緩衝層６８に形成された放射状溝７０と研磨層７４に形成された円形溝７６との交点に複数の研磨液吐出口が形成される。本実施形態の研磨パッド２６Ａでは、同心状円形溝７６の形成されていない研磨層７４を緩衝層６８に貼り付けてから、同心状円形溝７６を切削等により形成するのが好ましい。

図８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９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、研磨層５６の研磨面５６ａに形成された同心状円形溝６０と放射状溝５８の交点である研磨液吐出口６２から研磨液が研磨面５６ａに吐出される。

吐出された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。第２実施形態の研磨パッドでも同様な効果がある。

２ 研磨装置
１０ 研磨ユニット
２６，２６Ａ 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
５６ｂ 非研磨面
５８ 放射状溝
６０ 同心状円形溝
６２ 研磨液吐出口
６４ 研磨液供給源

Claims (5)

1. 研磨面と該研磨面と反対側の非研磨面を有する研磨層と、該研磨層の該非研磨面上に貼着された緩衝層とを備えた研磨パッドであって、
   該緩衝層の中央に形成され、研磨液供給源に接続される研磨液供給貫通孔と、
   該緩衝層及び該研磨層の何れか一方に形成され、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放射状に伸長する複数の放射状研磨液流路と、
   該研磨層の該研磨面に同心状に形成された複数の円形溝と、
   該放射状研磨液流路と該円形溝との交点が連通してなる複数の研磨液吐出口とを具備し、
   該放射状研磨液流路の他端は、少なくとも前記複数の円形溝のうち最外周の円形溝に至ることを特徴とする研磨パッド。
2. 前記放射状研磨液流路は、前記研磨層の前記非研磨面に形成された複数の放射状溝から構成される請求項１記載の研磨パッド。
3. 前記放射状研磨液流路は、前記緩衝層の前記研磨層との接合面に形成された放射状溝から構成される請求項１記載の研磨パッド。
4. 前記研磨層は、少なくとも砥粒と該砥粒を結合する結合材とを含む請求項１〜３の何れかに記載の研磨パッド。
5. 前記緩衝層はフェルトから構成される請求項１〜４の何れかに記載の研磨パッド。

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