JP5749421B2 - 研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は、両面研磨機において使用される研磨パッドに関する。

近年シリコンウェハの研磨においては、生産性ならびに研磨精度の向上等の観点から、従来の片面研磨機に変わり両面研磨機が多く使用されている。

図４は、代表的な両面研磨機１を示す図である。図４（ａ）は、両面研磨機１の外観図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）の切断面線Ａ−Ｂにおける断面図である。

当該両面研磨機１は、上側定盤用研磨パッド４を貼り付けた上側定盤２および、下側定盤用研磨パッド５を貼り付けた下側定盤３を有し、両定盤２，３間に被研磨物を保持する複数のウェハキャリア６（図４（ｂ）を参照）を有している。また、上側定盤２および下側定盤３はドーナツ状であり、係る定盤２，３の内周と外周には、複数のウェハキャリア６を強制的に回転させるウェハキャリア回転用ピン７，８（回転用ピン７は図４（ｂ）を参照）またはギア（図示せず）が配置されている。従って、複数のウェハキャリア６は、内周側ウェハキャリア回転用ピン７と外周側ウェハキャリア回転用ピン８の間にセットされ、両定盤２，３の形と同様にドーナツ形状をした上側定盤用研磨パッド４および下側定盤用研磨パッド５によってはさまれた状態にある。

ここで示す５つのウェハキャリア６のそれぞれには、その外周に回転用ギア（図示せず）が施されている。また、ウェハキャリア６のそれぞれには、被研磨物を収納する貫通穴部分である被研磨物収納部９と、研磨時に使用される研磨用スラリーを通過させるスラリー通過孔１０が設けられている。

実際の研磨においては、当該回転用ギア部に内周側ウェハキャリア回転用ピン７と外周側ウェハキャリア回転用ピン８とが噛み合う事により、各ウェハキャリア６は強制的に回転される。また、上側定盤２ならびに下側定盤３も独立して回転する。従って、各ウェハキャリア６は、自転しながら、上下研磨パッド４，５間を移動していくこととなる。

図５は、従来の研磨中の開口部１１付近の挙動を説明する図である。
主にシリコンウェハ等を研磨する際に用いられる両面研磨機１の上側定盤２には、研磨時に使用する研磨用スラリーや、研磨終了後の被研磨物脱離のために、液体及び／または気体を供給するための貫通孔１４が設けられている。従って、上記両面研磨機１に用いられる上側定盤用研磨パッド４においても、対向する位置に上記貫通孔１４に相当する大きさの開口部１１を設ける必要がある。

実際の研磨においては、ウェハキャリア６が移動する際に、当該開口部１１上を通過することとなる。

かかる研磨においては、図５（ａ）に示すとおり、上側定盤用研磨パッド４は、ウェハキャリア６および上側定盤２により挟まれ、かつ研磨に必要な一定の圧力が印加されていることから、一定量圧縮変形する。換言すれば、ウェハキャリア６は上側定盤用研磨パッド４を圧縮することにより、上側定盤用研磨パッド４上を少し沈み込んだ状態で移動することとなる。

そして、当該ウェハキャリア６が上側定盤用研磨パッド４に設けられた開口部１１に到達した際に、図５（ｂ）に示すとおりウェハキャリア６の進行方向前後、すなわち開口部１１の前後で研磨パッドに段差が生じる。

次に、ウェハキャリア６が矢印の進行方向に移動することにより、ウェハキャリア６の端面が開口部１１内壁に接触し、当該開口部１１の内壁を進行方向に押すこととなる。係る接触により、図５（ｃ）に示すように、開口部１１の進行側の開口部１１内壁が一部変形し、上側定盤２と上側定盤用研磨パッド４の裏面に設けた粘着層１３との界面に応力が集中する。係る応力の集中により、図５（ｄ）に示すように、上側定盤２と上側定盤用研磨パッド４の裏面に設けた粘着層１３との界面で剥離が発生する。

当該剥離が発生した場合、当該剥離部分に研磨用スラリーが侵入することから、当該剥離部分の再粘着が困難となる。従って、上記開口部１１付近の挙動が研磨中に繰り返されることにより、当該開口部１１において発生した剥離が進展することとなる。

係る問題点を解消するために、ワークキャリア（ウェハキャリア６に相当）の角部にテーパーを設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、研磨パッドにおいては、研磨用スラリーの均一供給などのために、ウェハキャリアに接する面である研磨面に格子状の溝が設けられる場合がある。また、研磨面と反対側、すなわち研磨パッド裏面には、当該研磨パッドを定盤に貼り付けるための粘着材が貼り付けられている。

特開２００７−３３１０３６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されるウェハキャリアを使用した場合であっても、前述したように、当該開口部にウェハキャリアの端部が達した際には、図５（ｃ）に示すようにウェハキャリアの進行方向前後で研磨パッドに段差が生じることから、当該テーパー部を超えてウェハキャリア端面が開口部内壁に接触することを回避することができず、前述した機構と同様に剥がれが生じる。

また、ウェハキャリアの角部に極端なテーパーを設けた場合においては、一時的な効果が得られる可能性があるが、研磨によって当該ウェハキャリアが磨耗することにより効果が持続しない。すなわち、研磨回数が増加すると、当該テーパーは減少または消失することとなり、期待する効果を生じないこととなる。さらに、当該極端なテーパーによりウェハキャリア外周部の上記回転用ギアが小さくなり、研磨時に破損するなどといった新たな問題が生じる虞がある。

以上より、特許文献１の発明によっては、開口部からの剥離を完全に防止することができず、当該問題の解決が望まれていた。

したがって、本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、両面研磨機においてウェハキャリアの回転及び移動により発生する開口部の剥離を低減または回避可能な研磨パッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る研磨パッドは、両面研磨機の少なくとも一方の定盤に設けられる研磨パッドであって、液体及び／または気体を供給する一方の定盤に設けられる複数の開口部と対向する位置の前記研磨パッドに、前記定盤に設けられる複数の開口部に相当する大きさであり、前記定盤に設けられる複数の開口部と連通するように設けられる複数の開口部を設け、前記研磨パッドの研磨面と前記開口部の内面とにより構成される角部に傾斜部を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る研磨パッドは、両面研磨機の少なくとも一方の定盤に設けられる研磨パッドであって、液体及び／または気体を供給する一方の定盤に設けられる複数の開口部と対向する位置の前記研磨パッドに、前記定盤に設けられる複数の開口部に相当する大きさであり、前記定盤に設けられる複数の開口部それぞれと連通する複数の開口部を設け、前記研磨パッドの研磨面と前記開口部の内面により構成される角部に一定角度を有する傾斜部を設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る研磨パッドは、前記傾斜部の角度が、１０°〜８５°であることを特徴とする。

また、本発明に係る研磨パッドは、前記傾斜部の幅が０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする。

本発明によれば、両面研磨機において、ウェハキャリアの回転及び移動により発生する研磨パッド開口部の剥離を低減または回避することができる。

また、当該剥離を回避することにより、研磨時における研磨パッド剥がれによる均一性低下やスクラッチなどの不具合を回避し、良好な被研磨物表面を得ることができる。

本発明の実施形態に係る研磨パッドの開口部の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る傾斜部の厚みを示す図である。 本発明の実施形態に係る研磨パッドを用いた研磨における開口部付近の挙動を説明する図である。 代表的な両面研磨機を示す図である。 従来技術における研磨中の開口部付近の挙動を説明する図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、両面研磨機に関する構造は、図４に示したものと同じであるので、その説明は省略するものとする。

図１は、本発明の実施形態に係る研磨パッドの開口部の一例を示す、当該開口部の拡大図である。

図１において、本実施形態にあっても、シリコンウェハ等を研磨する際に用いられる両面研磨機の上側定盤２０には、研磨時に使用する研磨用スラリーや、研磨終了後の被研磨物脱離のために、液体及び／または気体を供給するための貫通孔１４０が設けられている。そして、両面研磨機に用いられる上側定盤用研磨パッド４０においても、貫通孔１４０と対向する位置に貫通孔１４０に相当する大きさの開口部１１０が、貫通孔１４０と連通するように設けられる。

また、上側定盤用研磨パッド４０は、研磨パッド本体１２０及び粘着層１３０から構成されている。なお、粘着層は必須の構成ではなく、本発明の研磨パッドとしては、研磨パッド本体のみであってもよい。

当該開口部１１０は、当該上側定盤用研磨パッド４０の研磨面１５０と当該開口部１１０の内面とにより構成される研磨パッド本体１２０の角部に傾斜部１７０が円錐状をなして設けられている。

ここで、傾斜部１７０は、加工の容易さから一定角度θ（研磨面１５０と傾斜部１７０の傾斜面との成す角度）を有するものであることが好ましいが、当該一定角度θを有する傾斜を基準として、上下方向に凹凸を有するものであっても良い。

係る角度θは、上側定盤用研磨パッド４０の厚み及び研磨時の荷重によって適宜選択されるが、一般的な研磨条件においては、１０°〜８５°であることが好ましい。当該角度θが１０°未満であったり、８５°を超えたりする場合は、ウェハキャリア６０の角部が開口部内壁に接触する可能性が高くなり、好ましくない。

なお、上記傾斜部１７０と、上側定盤用研磨パッド４０の研磨面１５０および／または開口部１１０内壁の接続部分については、その境界部にＲ加工を施してもよい。係る加工により、本発明の効果はより顕著になる。

図２は、本発明の実施形態に係る傾斜部１７０の傾斜部幅Ｗを示す図である。
本発明の実施形態に係る傾斜部幅Ｗは、研磨時の荷重や角度θによって適宜選択されるが、一般的な研磨条件においては、研磨パッド本体１２０の厚みに対し、その５０〜１００％であることが好ましい。図２（ａ）に示すように、研磨パッド本体１２０の厚みに対し傾斜部幅Ｗが１００％である場合、本発明の効果は最大となる。角度θを小さくした場合においては、開口部１１０の内壁研磨面側端１６０付近の研磨パッド本体１２０の強度が低下し、かかる部分から破壊する場合がある。

しかしながら、研磨パッド本体１２０の厚みに対し傾斜部１７０の幅Ｗが５０％未満である場合は、研磨の進行により傾斜部１７０が磨耗した場合においては、図５に示した従来の研磨パッドと同様の状態となるため好ましくない。

研磨パッド本体１２０の開口部１１０は、一般的な方法、例えばポンチやボール盤で加工される。本発明の実施形態に係る傾斜部１７０の加工においても、任意の方法が使用可能であるが、例えばリューター、エンドミル、レーザー、ナイフなどにより加工することができる。

図３は、本発明の実施形態に係る研磨パッド４０を用いた研磨における、開口部１１０付近の挙動を説明する図である。

図３（ａ）に示すとおり、ウェハキャリア６０の端部が開口部１１０に接近する際に、上側定盤２０の上側定盤用研磨パッド４０は弾性変形により少し沈んでいる。

次に、図３（ｂ）に示すとおり、ウェハキャリア６０が進行し、ウェハキャリア６０の端部が開口部１１０に進行するが、本発明の実施形態に係る上側定盤用研磨パッド４０においては、開口部１１０の研磨パッド本体１２０に設けた上記傾斜部１７０により、進行方向前後、すなわち開口部１１０の前後で上側定盤用研磨パッド４０に段差が生じない。

さらにウェハキャリア６０が進行すると、図３（ｃ）に示したように、上記傾斜部１７０にウェハキャリア６０の端部が接触するが、傾斜面によって応力が分散されることにより、上側定盤用研磨パッド４０が殆ど変形しない。

したがって、開口部１１０には不要な応力が生じないことから、当該開口部１１０の内壁を一部浮き上がらせることがなく、従来問題となっていた上側定盤２０と上側定盤用研磨パッド４０との裏面に設けた粘着層１３０との間における剥離が発生することが無くなる。なお、実施形態では上側定盤２０側の上側定盤用研磨パッド４０に本発明を適用したが、両面研磨機が研磨用スラリーを下から供給するものである場合は、下側定盤側の下側定盤用研磨パッドに適用しても良い。
以下に、実際に製作した研磨パッドを用いた実施例により、より詳細に説明する。

上側定盤用研磨パッド、下側定盤用研磨パッドとして、ニッタ・ハース株式会社製研磨パッド（製品名：ＭＨ−Ｓ１５Ａ）を使用した。これら研磨パッドの開口部１１０は直径１０ｍｍとし、開口部１１０の傾斜部角度θを４５°、傾斜部幅Ｗを研磨パッド本体１２０の厚みの６５％とした傾斜部１７０を設けた研磨パッドを用意した。

（比較例）
開口部の研磨面側に傾斜部を施さない以外は、実施例１と同様の研磨パッドを用意した。

上記研磨パッドを用いて研磨試験を行い、剥離が生じた開口部の数を比較した。研磨試験は以下の条件で行った。

＜実験条件＞
研磨機：Ｐｏｌｉ５００（Ｇ＆Ｐテクノロジー社製）
スラリー：ＮＰ６２２０（ニッタ・ハース株式会社製）
下側定盤回転数：１１５ｒｐｍ
上側定盤回転数：１００ｒｐｍ
荷重：３００ｇｆ／ｃｍ２
スラリー流量：３００ｍｌ／ｍｉｎ．
研磨時間：３０ｍｉｎ．
研磨パッド直径：２００ｍｍ
研磨パッド厚み：１．５４ｍｍ
傾斜部幅：１．００ｍｍ
開口部数：１０
剥離した開口部数 ＝ 実施例 ０ ： 比較例 ９
剥離しなかった開口部数 ＝ 実施例 １０ ： 比較例 １

上記に示すとおり、比較例の研磨パッドは、その殆どの開口部で剥離が生じたが、実施例の研磨パッドでは比較例に比して、明らかに剥離する開口部数が減少した。

また、比較例においては、剥離した開口部付近で研磨パッドの偏磨耗が確認された。図５（ｃ）にて示した研磨パッドの変形により生じたものと推測される。これに対し、実施例においては、研磨パッドの偏磨耗は観察されなかった。

なお、本発明は実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜設計変更可能であることは言うまでもない。

２０ 上側定盤
４０ 上側定盤用研磨パッド
６０ ウェハキャリア
１０ スラリー通過孔
１１０ 開口部
１２０ 研磨パッド本体
１３０ 粘着層
１４０ 貫通孔
１５０ 研磨面
１６０ 開口部内壁研磨面側端
１７０ 傾斜部
θ 角度
Ｗ 傾斜部幅

Claims (4)

1. 両面研磨機の少なくとも一方の定盤に設けられる研磨パッドであって、
   液体及び／または気体を供給する一方の定盤に設けられる複数の開口部と対向する位置の前記研磨パッドに、前記定盤に設けられる複数の開口部に相当する大きさであり、前記定盤に設けられる複数の開口部それぞれと連通する複数の開口部を設け、
   前記研磨パッドの研磨面と前記開口部の内面とにより構成される角部に傾斜部を設けたことを特徴とする研磨パッド。
2. 両面研磨機の少なくとも一方の定盤に設けられる研磨パッドであって、
   液体及び／または気体を供給する一方の定盤に設けられる複数の開口部と対向する位置の前記研磨パッドに、前記定盤に設けられる複数の開口部に相当する大きさであり、前記定盤に設けられる複数の開口部それぞれと連通する複数の開口部を設け、
   前記研磨パッドの研磨面と前記開口部の内面により構成される角部に一定角度を有する傾斜部を設けたことを特徴とする研磨パッド。
3. 前記傾斜部の角度が、１０°〜８５°であることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨パッド。
4. 前記傾斜部の幅が０．１ｍｍ〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の研磨パッド。

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