JP5484171B2 - 研磨パッドの溝形成方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウエーハの表面を平坦に研磨する研磨装置で使用される研磨パッドの溝形成方法に関する。

例えば、半導体デバイス製造工程において、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、化学的機械研磨、所謂ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）が広く採用されている。

ＣＭＰは研磨パッドと被研磨物との間に研磨液を供給しつつ、研磨パッドと被研磨物とをそれぞれ回転させて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）。

従来の研磨装置では、回転される研磨プレートの下面に固定されたウエーハ等の被加工物を研磨定盤上に貼り付けられた研磨パッドに接触させ、遊離砥粒を含む研磨液を供給しながら研磨定盤と研磨プレートとを回転させることによって研磨を遂行していた（例えば、特開平９−８５６１７号公報参照）。

このような従来の研磨装置においては、被加工物の研磨が研磨パッドを押圧する押圧力のみによって遂行されるため、加工時の押圧力を制御することが難しく、被加工物や装置を破損させてしまうという問題があった。

また、一定押圧力のみで研磨を行うため、粗研磨と仕上げ研磨を同一被加工物に施すには、それぞれ異なる押圧力を有する専用の装置で実施する必要があり、非効率的であるという問題があった。

このタイプの従来の研磨装置では、研磨パッドとしては不織布が使用され、遊離砥粒を含んだ研磨液を供給しながら研磨を行うことが一般的であるが、遊離砥粒を含んだ研磨液では排液処理が困難であり、また大部分の砥粒が研磨に寄与することなく廃棄されるため無駄が多いという問題がある。

これらの問題を解決するために、特開２００３−５３６６２号公報では、チャックテーブルで保持した被加工物に対して固定砥粒を有する研磨パッドを接近又は離反する方向に可動して、研磨時の押圧力を制御する研磨装置が提案されている。固定砥粒型パッドを使用する研磨装置では、研磨液としてアルカリ性水溶液を供給しながら研磨が遂行される。

このような研磨装置の中でも、研磨パッドの半径がウエーハの直径より小さいタイプの研磨パッドを備えた装置（例えば、特開２００５−１５３０９０号公報参照）では、研磨ユニットが小さくなるので、装置自体のサイズを小さくできたり、研削装置中に研磨ユニットを組み込むことが可能であるという利点がある。

特開平３−２４８５３２号公報 特開平９−８５６１７号公報 特開２００３−５３６６２号公報 特開２００５−１５３０９０号公報

ＣＭＰで使用する研磨パッドは、ウエーハに接触して研磨を行うが、その際に研磨パッドに研磨液が十分に行き渡らなかったり、研磨パッドにウエーハが吸い付いてしまったり、或いは研磨砥粒、研磨屑が研磨パッドに目詰まりを生じさせたりするという課題がある。

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、簡単な方法で研磨パッドの研磨面に研磨ヘッドの回転中心と同心円で任意の位置、幅、深さの溝を形成可能な研磨パッドの溝形成方法を提供することである。

本発明によると、回転する研磨ヘッドの下面に装着された研磨パッドをチャックテーブル上に保持されたウエーハの上面に押し付けてウエーハを研磨する研磨装置における研磨パッドの溝形成方法であって、研磨ヘッドの下面に研磨パッドを装着する研磨パッド装着工程と、該研磨パッドの研磨面を研削する研削バイトをチャックテーブル上に固定する研削バイト固定工程と、該研削バイトを該研磨パッドに溝を形成したい所定の位置の直下に位置付ける研削バイト位置付け工程と、該研磨パッドの該研磨面から所定の深さ研削するため、該チャックテーブル上の該研削バイト上端の高さより該研磨パッドを該所定の深さに対応する距離下降させる下降動作と、該研磨パッドを回転させながら該研磨パッドを所定の幅研削するため、該研磨パッドと該研削バイトを該研磨面方向と平行方向に所定の幅相対移動させる平行相対移動動作とを実施して、該研磨ヘッドに装着された該研磨パッドの該研磨面に該研磨ヘッドの回転中心と同心円の溝を形成する溝形成工程と、を具備したことを特徴とする研磨パッドの溝形成方法が提供される。

本発明によると、簡単な方法で研磨パッドの研磨面に研磨ヘッドの回転中心と同心円で任意の位置、幅、深さの溝を形成できるため、研磨パッドの研磨面に研磨液を十分に行き渡たらせることが出来ると共に、研磨面とウエーハの接触面積を調整してウエーハの研磨パッドへの吸い付きを防止し、研磨砥粒や研磨屑の排出を促して研磨パッドの目詰まりを防ぐことができる。

また、研磨ヘッドの回転中心を中心とする同心円で複数の溝が研磨パッドの研磨面に形成できるため、溝の幅を中心部と外周部で異ならせて、研磨パッドの中心部と外周部での研磨レートの差を調整することができる。

更に、研磨パッドが研磨加工によって磨耗し、形成された溝が浅くなっても、研磨パッドを研磨ヘッドに装着したまま再度溝の研削加工を施して溝を再生することができるため、予め厚く形成した研磨パッドを使用して、磨耗後に使用前と同様の深さの溝を再生することで、一枚の研磨パッドの長寿命化を達成できるという効果を奏する。

研磨装置の斜視図である。 研磨パッドの外径が相違した場合の研磨パッド内の位置による研磨レートの違いを示す説明図である。 研磨パッドの溝形成工程を説明する側面図である。 図４（Ａ）は溝が形成された研削パッドを装着された研磨ヘッドの底面図、図４（Ｂ）はその一部断面側面図である。 研磨パッドの溝の再生（再形成）を説明する一部断面側面図である。

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を参照すると、本発明の研磨パッドの溝形成方法を実施するのに適した研磨装置２の斜視図が示されている。４は研磨装置２のベースであり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸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スピンドル２１（図３参照）と、スピンドル２１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ヘッドマウント２３と、ヘッドマウント２３に着脱可能に装着される研磨ヘッド２４と、研磨ヘッド２４に貼着された研磨パッド２６とを含んでいる。

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送り機構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。

ベース４の中間部分にはチャックテーブル機構２８が配設されており、チャックテーブル機構２８は図示しないチャックテーブル移動機構によりＹ軸方向に移動される。３０はチャックテーブル機構２８をカバーする蛇腹である。

チャックテーブル機構２８は回転駆動されるチャックテーブル５０を備えている。チャックテーブル５０は、枠体５２と、枠体５２の上面とその保持面が面一に形成されたポーラスセラミックス等の吸引部５４とから構成される。

ベース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、スピンナ洗浄ユニット４６が配設されている。

また、ベース４の概略中央部には、チャックテーブル５０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、チャックテーブル５０が装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置づけられた状態において、チャックテーブル５０に向かって洗浄水を噴射する。

次に、本発明の研磨パッドの溝形成方法を説明する前に、図２を参照して、研磨パッドの外径が相違する場合の研磨パッド内の位置による研磨レートの違いを説明する。図２（Ａ）は比較的小径の研磨パッド２６Ａを使用してウエーハＷを研磨する様子の模式図、図２（Ｂ）は比較的大径の研磨パッド２６Ｂを使用してウエーハＷを研磨する様子の模式図を示している。

研磨パッド２６Ａ又は研磨パッド２６Ｂを使用したウエーハＷの研磨時には、研磨パッド２６Ａ、２６ＢとウエーハＷは異なる速度で同一方向、即ち矢印Ａ方向に回転される。

図２（Ａ）に示す小径研磨パッド２６Ａと図２（Ｂ）に示す大径研磨パッド２６Ｂにおいて、同一の回転角度θ１の場合には、円周方向長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３はＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３となる。よって、小径研磨パッド２６Ａと大径研磨パッド２６Ｂを同一速度で回転した場合には、大径研磨パッド２６Ｂのほうが研磨レートは高くなる。

また、図２（Ａ）に示す小径研磨パッド２６Ａの場合には、ウエーハＷは小径研磨パッド２６Ａの回転中心Ｃ１を覆って研磨されることになる。研磨パッドの回転中心Ｃ１では研磨作用が殆ど無いため、ウエーハＷを吸引保持したチャックテーブル５０を定位置に静止して研磨すると、研磨パッド２６Ａの中心と外周部分とでは研磨レートが非常に異なるため、ウエーハＷ全面を均一に研磨できなくなる。

よって、小径研磨パッド２６ＡでウエーハＷの研磨を実施する場合には、チャックテーブル５０を研磨パッド２６Ａの研磨面と平行方向（図１ではＹ軸方向）に移動させて、ウエーハＷの全面を均一に研磨できるようにする必要がある。２４Ａ及び２４Ｂは研磨ヘッドである。

次に、研磨パッド２６の研磨面２６ａに溝を形成する本発明の溝形成方法について図３及び図４を参照して説明する。本発明の研磨パッドの溝形成方法では、まず図３に示すように、研磨ヘッド２４の下面２４ａに研磨パッド２６を装着（貼着）する。

次いで、研磨装置２のチャックテーブル５０で研磨パッド２６の研磨面２６ａに溝を形成する研削バイト５６を有する研削治具５８を吸引保持して、研削バイト５６をチャックテーブル５０上に固定する。そして、研削バイト５６を研磨パッド２６に溝を形成したい所定の位置の直下に位置づける。

次いで、研磨パッド２６の研磨面２６ａから所定の深さ研削バイト５６で研削するため、チャックテーブル５０上の研削バイト５６上端の高さより所定の深さに対応する所定の距離研磨パッド２６を下降させる下降動作と、研磨パッド２６を回転させながら所定の幅研削するため、研磨パッド２６と研削バイト５６を研磨面方向と平行方向に所定の幅相対移動させる平行相対移動動作とを実施して、研磨ヘッド２４に装着された研磨パッド２６の研磨面２６ａに研磨ヘッド２４の回転中心と同心円の溝を形成する。

本実施形態では、研磨ユニット１０がＹ軸方向に固定であるため、チャックテーブル５０をＹ軸方向に移動して研磨面２６ａに研磨ヘッド２４の回転中心と同心円の溝６０ａ，６０ｂ，６０ｃを形成する。

研磨パッド２６の外周は中心部に比較して研磨レートが大きいため、図４から明らかなように、研磨パッド２６の外周部の溝６０ｃの幅を内周部の溝６０ａの幅よりも広く形成するのが好ましい。溝６０ａ，６０ｂ，６０ｃの幅はチャックテーブル５０のＹ軸方向への送り量で調整する。

上述した実施形態の研磨パッドの溝形成方法によれば、簡単な方法で研磨パッド２６の研磨面２６ａに研磨ヘッド２４の回転中心と同心円で任意の位置、幅、深さの溝６０ａ〜６０ｃを形成できる。

その結果、研磨パッド２６の研磨面２６ａに研磨液を十分に行き渡らせることができるとともに、研磨面２６ａと研磨するウエーハとの接触面積を調整してウエーハの研磨面２６ａへの吸い付きを防止でき、更に研磨砥粒や研磨屑の排出を促して研磨パッド２６の目詰まりを防止することができる。

次に、図５を参照して、研磨パッド２６の溝の再生（再形成）方法について説明する。図５（Ａ）に示すように、研磨加工を実施する前の研磨パッド２６には規定深さＤ１の溝６０ｂ，６０ｃが形成されている。

研磨を実施すると研磨パッド２６は図５（Ｂ）に示すように磨耗量Ｔ１だけ薄くなり、これに伴い溝６０ｂ，６０ｃも浅くなる。よって、研削バイト５６で溝６０ｂ，６０ｃを再研削することにより、図５（Ｃ）に示すように、溝６０ｂ，６０ｃを元の深さＤ１に再生することができる。

そこで、予め厚く形成した研磨パッド２６を使用して、研磨パッド２６の磨耗後も、磨耗前と同様の深さの溝６０ａ〜６０ｃを再生することで、一枚の研磨パッド２６の長寿命化を図ることが出来る。

２ 研磨装置
１０ 研磨ユニット
２４ 研磨ヘッド
２６ 研磨パッド
２６ａ 研磨面
５０ チャックテーブル
５６ 研削バイト
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 溝

Claims (1)

1. 回転する研磨ヘッドの下面に装着された研磨パッドをチャックテーブル上に保持されたウエーハの上面に押し付けてウエーハを研磨する研磨装置における研磨パッドの溝形成方法であって、
   研磨ヘッドの下面に研磨パッドを装着する研磨パッド装着工程と、
   該研磨パッドの研磨面を研削する研削バイトをチャックテーブル上に固定する研削バイト固定工程と、
   該研削バイトを該研磨パッドに溝を形成したい所定の位置の直下に位置付ける研削バイト位置付け工程と、
   該研磨パッドの該研磨面から所定の深さ研削するため、該チャックテーブル上の該研削バイト上端の高さより該研磨パッドを該所定の深さに対応する距離下降させる下降動作と、該研磨パッドを回転させながら該研磨パッドを所定の幅研削するため、該研磨パッドと該研削バイトを該研磨面方向と平行方向に所定の幅相対移動させる平行相対移動動作とを実施して、該研磨ヘッドに装着された該研磨パッドの該研磨面に該研磨ヘッドの回転中心と同心円の溝を形成する溝形成工程と、
   を具備したことを特徴とする研磨パッドの溝形成方法。

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