JP5695176B2 - 研磨パッド及び研磨パッド用のクッション体 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハやＬＣＤガラス基板などの被研磨物を化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）によって平坦化処理するための研磨パッド及びこの研磨パッドを構成している研磨パッド用のクッション体に関し、詳しくは、回転する定盤上に粘着される下側の下地層とこの下地層の上面に貼り合わされた上側の研磨層との二層構造とされた研磨パッド及び前記下地層を形成している研磨パッド用のクッション体に関する。

半導体素子は、半導体ウェハに集積回路が形成されることによって製造される。そして、半導体素子の微細化と高集積化を図るため、製造途中の半導体ウェハの表面には、金属膜のパターンが形成され、さらに絶縁膜が積層されることによって多層化されている。しかし、このような製造途中の半導体ウェハの表面には、複雑な凹凸が形成され、この凹凸は多層化されることによって段差が大きくなる。このような凹凸上にさらにパターンを形成すると、フォトリソグラフィプロセスで焦点深度外になる部分が発生して解像度不足になったり、金属配線膜が欠損したりすることにより、所望の集積度を有する半導体素子を製造することができない場合がある。

そこで、製造途中の半導体ウェハの表面に生じた凹凸を平坦化するため、エッチバック法、成膜法、流動化法、あるいは選択成長法などの方法が提供されている。しかし、このような方法は、絶縁膜や金属膜などの種類によって適否があるだけでなく、平坦化できる領域が極めて狭く、微細化、高集積化に対応できないという問題がある。

このような問題を解決するため、ＣＭＰ装置が提供されている。このＣＭＰ装置は、図６に示すように、水平姿勢で一方向に回転する円盤状の定盤１０と、この定盤１０の上面に重ね合わされて粘着される研磨パッド２０と、製造途中の半導体ウェハなどの被研磨物１を下面に保持しながら研磨パッド２０に押し付ける研磨ヘッド３０と、目詰まりした研磨パッド２０の表面の目立てを行うためのコンディショナ（図示せず）を保持したドレッシング部４０とを備えている。

また、微細なシリカ粒子（砥粒）と化学物質とを含む研磨用組成物（スラリー）を研磨パッド２０上に滴下するノズル５０が定盤１０の上方に配置されている。さらに、定盤１０の下方には、被研磨物１の研磨レートを測定するため、レーザ光を照射する光源（図示せず）と、被研磨物１から反射した反射光を受光するセンサ（図示せず）とが備えられている。

したがって、定盤１０には、レーザ光を透過させるための長方形状の終点検出用孔１１が外周側で径方向に形成されている。この終点検出用孔１１は、透明なガラス製の透光部材１２によって塞がれている。なお、定盤１０の中心には、空気抜き穴１３が形成されている。

そして、研磨パッド２０は、定盤１０上に粘着される下側の下地層２１と、この下地層２１の上面に貼り合わされた上側の研磨層２２との薄肉円盤状の二層構造とされている。下地層２１は、研磨層２２を被研磨物１に倣わせるもので、通常、不透明な軟質材で形成されたクッション体２３と、このクッション体２３の上下両面に設けられた粘着層（図示せず）とから構成されている。

そして、下地層２１の上側の粘着層は、一般的に感熱性の粘着剤をクッション体２３の上面に塗布又は貼付することによって設けられ、クッション体２３と研磨層２２とが剥離しないように貼り合わされる。また、下地層２１の下側の粘着層は、一般的に感圧性の粘着剤をクッション体２３の下面に塗布又は貼付することによって設けられ、定盤１０と剥離可能に粘着される。そして、クッション体２３を粘着層によって定盤１０に粘着するときに、下地層２１と定盤１０とが密着せず、両者２１，１０間に空気溜まりのような気泡が発生することがある。しかし、中心側の気泡は定盤１０に形成された空気抜き穴１３から排出され、周囲の気泡は定盤１０の外周から排出される。

また、研磨層２２は、前記クッション体２３よりも硬質、かつ、不透明に形成され、被研磨物１を研磨するため、同心円状の多数の溝（図示せず）が設けられている。そして、下地層２１と研磨層２２には、レーザ光が通過する終点検出用窓２１ａ，２２ａが前記定盤１０の終点検出用孔１１とほぼ同じ大きさに形成されている。また、研磨層２２の終点検出用窓２２ａには、透明で研磨層２２と同質の素材で形成された透光部材２２ｂが嵌め込まれ、研磨層２２に窪みが生じないようにされている。そして、研磨層２２の終点検出用窓２２ａは下地層２１の終点検出用窓２１ａよりも一回り大きく、透光部材２２ｂの周囲が下地層２１のクッション体２３に支承され、粘着層によって貼り合わされている。

そして、研磨パッド２０は、前記終点検出用窓２１ａ，２２ａが定盤１０の終点検出用孔１１と連通するようにクッション体２３が定盤１０に粘着される。なお、下地層２１の下側の粘着層の表面（下面）は、貼り合わされるまでは剥離フィルム（図示せず）に被覆され、この剥離フィルムは定盤１０に貼り合わせるときに剥がされる。

このようなＣＭＰ装置によって被研磨物１を研磨するには、スラリーを研磨パッド２０の研磨層２２上に滴下しながら研磨ヘッド３０に保持された被研磨物１を研磨パッド２０の研磨層２２上に押し付け、定盤１０を回転する。被研磨物１も自転しながら定盤１０の半径方向に往復動し、研磨パッド２０の全面で平坦化処理される。

そして、レーザ光が定盤１０の終点検出用孔１１内の透光部材１２から研磨パッド２０の終点検出用窓２２ａ内の透光部材２２ｂを透過して、被研磨物１の研磨面を照射する。この研磨面で反射した反射光は、センサで受光されるが、被研磨物１の研磨の状態によって反射率が変化する。したがって、反射光の反射率をモニターすることにより、研磨工程の終点が検出される。

そして、研磨層２２が目詰まりを起こすと、ドレッシング部４０が研磨パッド２０上に押し付けられ、自転させつつ定盤１０の半径方向に往復動させられることにより、研磨層２２の目立てが行われる。

なお、ＣＭＰ装置で使用される研磨パッドであって、レーザ光が通過する終点検出用窓が形成され、この終点検出用窓に透明な窓部材を埋め込んだ研磨パッドが特許文献１に開示されている。

特開２００６−２１２９０号公報

研磨パッドの研磨層２２上に滴下されたスラリーは、研磨層２２内を浸透し、下地層２１の上面に到達することがある。このスラリーは、下地層２１の上側の粘着層と化学反応を起こすことにより、ガスを発生させる。このガスは、終点検出用窓２１ａ，２２ａの周囲に収集される。すると、この部分で貼り合わされている研磨層２２が下地層２１から剥離し、研磨層２２の終点検出用窓２２ａの周囲が盛り上がる。また、終点検出用窓２１ａ，２２ａが形成されていない研磨パッド２０も提供されているが、この研磨パッド２０においては研磨層２２が部分的に盛り上がる。このように盛り上がった部分を有する研磨層２２によっては、被研磨物１を研磨することができない。

そこで、本発明は、研磨層が部分的に盛り上がらないようにした研磨パッド及びこの研磨パッドを構成しているクッション体を提供することを課題とする。

本発明に係る研磨パッドは、定盤に粘着される下地層と、該下地層の上面に貼り合わされた研磨層との二層構造とされた研磨パッドであって、前記下地層は、クッション体と粘着層とを備え、前記研磨層と前記クッション体とが前記粘着層を介して張り合わされており、前記クッション体に一部が外部に連通する排気路が設けられていることを特徴としている。

この研磨パッドによれば、下地層に排気路が設けられていることにより、研磨パッドの研磨層上に滴下されたスラリーが研磨層内を浸透し、下地層の上側の粘着層と化学反応を起こすことにより、ガスが発生しても、このガスが排気路ないし排気路の一部から外部に排気され、研磨層が下地層から剥離することがなく、したがって、研磨パッドが部分的に盛り上がらないようにすることができる。

また、前記本発明に係る研磨パッドにおいて、排気路は、スリット状又は溝状に形成されていることが好ましい。この研磨パッドによれば、排気路がスリット状又は溝状に形成されることにより、研磨層を被研磨物に倣わせるという下地層の機能が排気路によって損なわれないようにすることができる。なお、スリット状の排気路は、クッション体の上面から下面まで完全に切断されている状態であり、溝状の排気路は、クッション体の上面又は下面に形成される状態である。溝状の排気路がクッション体の下面に形成されても、この排気路とクッション体の上面との肉厚が薄くされることにより、ガスが排気路内に浸入し、排気される。

また、前記本発明に係る研磨パッドにおいて、前記下地層には、定盤に形成された終点検出用孔に重なり合う終点検出用窓が形成され、該終点検出用窓に前記排気路の局部が連通されていることが好ましい。この研磨パッドによれば、排気路の局部が終点検出用窓に連通していることにより、終点検出用窓に収集されたガスを排気路から排気し、終点検出用窓の周囲の研磨層が剥離しないようにすることができる。

また、前記本発明に係る研磨パッドにおいて、前記排気路は、一部が定盤に形成された空気抜き穴に連通するように形成されていることが好ましい。この研磨パッドによれば、定盤に形成された空気抜き穴を利用して、排気路内のガスを外部に排気することができる。

また、前記本発明に係る研磨パッドにおいて、前記排気路は、前記終点検出用窓の幅よりも狭い幅に形成されていることが好ましい。この研磨パッドによれば、排気路が終点検出用窓の幅よりも狭い幅に形成されていることにより、排気路によって下地層の強度が低下しないようにすることができる。

また、本発明に係る研磨パッド用のクッション体は、上面に研磨層を貼り合わせ、下面が定盤に粘着される研磨パッド用のクッション体であって、一部が外部に連通する排気路が設けられていることを特徴としている。

この研磨パッド用のクッション体は、上面に粘着層が設けられて研磨層が貼り合わされて研磨パッドが形成され、クッション体の下面に粘着層が設けられて定盤に粘着される。そして、研磨層上に滴下されたスラリーが研磨層内を浸透し、クッション体の上面の粘着層と化学反応を起こし、ガスが発生しても、排気路が設けられていることにより、ガスが排気路ないし排気路の一部から外部に排気され、研磨層が下地層から剥離することがなく、したがって研磨パッドが部分的に盛り上がらないようにすることができる。

また、前記本発明に係る研磨パッド用のクッション体において、排気路は、スリット状又は溝状に形成されていることが好ましい。この研磨パッド用のクッション体によれば、排気路がスリット状又は溝状に形成されることにより、研磨層を被研磨物に倣わせるという下地層の機能が排気路によって損なわれないようにすることができる。

また、前記本発明に係る研磨パッド用のクッション体において、定盤に形成された終点検出用孔に重なり合う終点検出用窓が形成され、該終点検出用窓に前記排気路の局部が連通していることが好ましい。この研磨パッド用のクッション体によれば、上面に研磨層が貼り合わせることによって形成された二層構造の研磨パッドが定盤に粘着されたときに、終点検出用窓が定盤の終点検出用孔に重なり合う。そして、排気路の局部が終点検出用窓に連通していることにより、終点検出用窓に収集されたガスを排気路から排気し、終点検出用窓の周囲の研磨層が剥離しないようにすることができる。

また、前記本発明に係る研磨パッド用のクッション体において、前記排気路は、一部が定盤に形成された空気抜き穴に連通するように形成されていることが好ましい。この研磨パッド用のクッション体によれば、定盤に形成された空気抜き穴を利用して、排気路内のガスを外部に排気することができる。

また、前記本発明に係る研磨パッドのクッション体において、前記排気路は、前記終点検出用窓の幅よりも狭い幅で形成されていることが好ましい。このクッション体は、研磨層を貼り合わせて研磨パッドが形成されるが、クッション体に形成された排気路が終点検出用窓の幅よりも狭い幅に形成されていることにより、排気路によって下地層の強度が低下しないようにすることができる。

本発明によれば、研磨パッドを構成しているクッション体又はクッション体によって形成される下地層に、排気路が設けられていることにより、スラリーが化学反応を起こして発生したガスを、排気路から外部へ排気することができる。したがって、このガスによって研磨層は下地層から剥離することがなく、研磨パッドは部分的に盛り上がることがないため、被研磨物を良好に研磨することができる。

本発明の一実施形態における研磨パッド及び研磨パッド用のクッション体を備えたＣＭＰ装置の要部を分解した概略斜視図である。 本発明の一実施形態における研磨パッド及び研磨パッド用のクッション体を備えたＣＭＰ装置の要部の概略斜視図である。 （ａ）は図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線断面である。 （ａ）〜（ｄ）は本発明のクッション体に形成された排気路の異なる実施形態を示し、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に相当する位置で切断した断面図である。 （ａ）〜（ｆ）は本発明のクッション体に形成された排気路の異なる実施形態を示す平面図である。 従来のＣＭＰ装置の概略斜視図である。

本発明に係る研磨パッド及び研磨パッド用のクッション体の実施形態について図１ないし図５を参照しながら説明する。ただし、従来と同一に相当する部分は同一符号を付し、終点検出用窓２１ａ，２２ａを形成した研磨パッドについて説明する。

この研磨パッド２０は、終点検出用窓２１ａ，２２ａに収集されたガスを排気するため、下地層２１に排気路２４を設けたことを特徴としており、排気路２４の局部（この実施形態おいては片端）が終点検出用窓２１ａに連通し、排気路２４の一部（この実施形態においては末端）が外部である空気抜き穴１３に連通している。下地層２１は、軟質材で形成されたクッション体２３の上下両面に粘着層（図示せず）を設けたものであるが、排気路２４を形成する部位には粘着層が設けられない。

ただし、下側の粘着層は、空気抜き穴１３の部位を除いて、排気路２４を形成する部位を含めて設けてもよい。要するに、排気路２４は、クッション体２３に形成され、下側の粘着層に形成される場合と形成されない場合がある。

そして、排気路２４は、終点検出用窓２１ａと空気抜き穴１３との間に設けられた中継部２４ａと、空気抜き穴１３に連通するように末端に設けられた端末部２４ｂとが連続して形成される。この中継部２４ａと端末部２４ｂは、様々な形状をとることができる。

例えば、中継部２４ａは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、クッション体２３の下面から上面まで完全に切断されたスリット状に形成される。スリット状の中継部２４ａは、打抜き加工するなど形成しやすいだけでなく、スラリーによって発生したガスを流入させることができる。

また、中継部２４ａは、図４（ａ）に示すように、クッション体２３の上面に溝状に形成してもよい。この中継部２４は、切断されず、底面側に薄肉のクッション体２３が設けられることにより、クッション体２３が研磨層２２を被研磨物１に倣わせる機能をほとんど損ねないようにすることができる。このクッション体２３の上面に溝状に形成された中継部２４ａも、スラリーによって発生したガスを流入させることができる。

また、中継部２４ａは、図４（ｂ）に示すように、クッション体２３の下面に溝状に形成し、あるいは図４（ｃ）（ｄ）に示すように、クッション体２３の内部に断面四角形状又は円形状（図示しないが楕円形状を含む）に形成してもよい。この図４（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示した中継部２４ａは、クッション体２３が研磨層２２を被研磨物１に倣わせる機能をほとんど損ねないようにすることができる。さらに、中継部２４ａの上側のクッション体２３が薄肉に形成されることにより、ガスがこの薄肉のクッション体２３を浸透して中継部２４ａ内に流入することもある。

また、中継部２４ａの平面視の形状は、図１及び図５（ａ）（ｃ）（ｅ）（ｆ）に示すように、終点検出用窓２１ａよりも狭く、一定の幅を有するもの、あるいは図５（ｂ）（ｄ）に示すように、切込みを入れた状態のものとすることができる。また、端末部２４ｂは、図１及び図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、空気抜き穴１３と同じく円形としてもよいし、図５（ｅ）（ｆ）に示すように四角形状としてもよい。

また、終点検出用窓２１ａは、図１及び図５（ａ）（ｂ）（ｅ）に示すように研磨層２２の終点検出用窓及び定盤１０の終点検出用孔１１と同じく長方形状としてもよいし、図５（ｃ）（ｄ）（ｆ）に示すように台形状としてもよい。いずれにしても、下地層２１の終点検出用窓２１ａは、研磨層２２の終点検出用窓２２ａよりも一回り小さく、下地層２１の終点検出用窓２１ａの周囲が研磨層２２の終点検出用窓２２ａに嵌め込まれた透光部材２２ｂの周囲を支承し、粘着層によって貼り合わされることが好ましい。

他の部分は、従来と同じであるため、ここで、本願発明の作用効果について説明する。

ＣＭＰ装置は、図２ないし図４に示すように、研磨パッド２０の終点検出用窓２１ａ，２２ａが終点検出用孔１１と重なり合うように下地層２１が定盤１０上に粘着され、下地層２１に形成された排気路２４の端末部２４ｂが定盤１０の空気抜き穴１３と連通している。そして、定盤１０上に粘着された研磨パッド２０の研磨層２２上に、研磨ヘッド３０（図６参照）に保持された被研磨物１（図６参照）が押し付けながら回転し、スラリーが研磨層２２上に滴下される。

このスラリーは、研磨層２２から下地層２１の方に浸入し、研磨層２２を貼り合せている下地層２１の粘着層と化学反応を起こすと、ガスが発生する。このガスは、終点検出用窓２１ａ，２２ａ内に収集し、下地層２１の終点検出用窓２１ａから排気路２４の中継部２４ａ及び端末部２４ｂを通過して、定盤１０の空気抜き穴１３から排気される。したがって、ガスが終点検出用窓２２ａの周囲において研磨層２２を下地層２１から剥離させることがなく、終点検出用窓２２ａの周囲が盛り上がらないことから、被研磨物１を研磨し続けることができる。

そして、排気路２４の中継部２４ａが終点検出用窓２１ａの幅よりも狭く形成され、中継部２４ａによって下地層２１に貼り合わされていない研磨層２２の部位が少なくされていることから、研磨層２２を被研磨物１に倣わせ、被研磨物１を良好に研磨することができる。また、研磨層２２の中心部分は、排気路２４の端末部２４ｂによって下地層２１に貼り合わされていないが、そもそも被研磨物１を研磨する領域として使用しないため、被研磨物１の研磨に支障を及ぼさない。

そして、このＣＭＰ装置は、従来と同様、レーザ光が定盤１０の終点検出用孔１１に埋め込まれた透光部材１２から研磨パッド２０の終点検出用窓２２ａに嵌め込まれた透光部材２２ｂを透過して、被研磨物１を照射し、反射光がセンサに受光されることによって研磨レートが測定される。研磨層２２の終点検出用窓２２ａに嵌め込まれた透光部材２２ｂは、レーザ光を透過することができるように、透明の樹脂などによって成形されるが、赤外光などを被研磨物１に照射するときは、透光部材２２ｂは透明の材質としなくてもよい。

なお、前記の構成及び作用効果は本願発明の一実施形態であり、本発明は前記の実施形態に限定することなく種々変更することができる。例えば、排気路２４は、図５に示した形状以外に、中継部２４ａを終点検出用窓の幅と同じ幅としてもよいし、あるいは中継部２４ａの幅が終点検出用窓２１ａから端末部２４ｂの方へ次第に狭くなるようにしてもよい。また、排気路２４の端末部２４ｂは、定盤１０の中心に形成された空気抜き穴１３に連通せず、定盤１０の中心側に別の空気抜き穴（図示せず）を設け、この空気抜き穴に連通するようにしてもよいし、外周側面に連通させてもよい。

さらに、排気路２４は、渦巻状に設けてもよい。この排気路２４は、片端のみが終点検出用窓２１ａに連通してもよいし、複数箇所で終点検出用窓２１ａに連通してもよい。また、排気路２４は、中間部分が空気抜き穴１３に連通するように、終点検出用窓２１ａ，２２ａと反対方向にまで設けてもよい。

さらに、前記の実施形態における研磨パッド２０は、終点検出用窓２１ａ，２２ａを設けたものについて説明したが、終点検出用窓２１ａ，２２ａを設けていない研磨パッドについても実施することができる。この場合は、排気路２４は末端、中間部分その他の一部が外部と連通すれば、任意の方向、例えば、放射状に１本又は複数本設けてもよいし、１本の渦巻状もしくは蛇行状に設けてもよい。

１………研磨物
１０……定盤
１１……終点検出用孔
１２……透光部材
１３……空気抜き穴
２０……研磨パッド
２１……下地層
２１ａ…終点検出用窓
２２……研磨層
２２ａ…終点検出用窓
２２ｂ…透光部材
２３……クッション体
２４……排気路

Claims (6)

1. 定盤に粘着される下地層と、該下地層の上面に貼り合わされた研磨層との二層構造とされた研磨パッドであって、
   前記下地層は、クッション体と粘着層とを備え、前記研磨層と前記クッション体とが前記粘着層を介して張り合わされており、
   前記クッション体に一部が外部に連通する排気路が設けられていることを特徴とする研磨パッド。
2. 排気路は、スリット状又は溝状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記排気路は、一部が定盤に形成された空気抜き穴に連通するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の研磨パッド。
4. 上面が粘着層を介して研磨層と貼り合わされ、下面が定盤に粘着される研磨パッド用のクッション体であって、
   一部が外部に連通する排気路が設けられていることを特徴とする研磨パッド用のクッション体。
5. 排気路は、スリット状又は溝状に形成されていることを特徴とする請求項４に記載の研磨パッド用のクッション体。
6. 前記排気路は、一部が定盤に形成された空気抜き穴に連通するように形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の研磨パッド用のクッション体。

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