JP6208940B2

JP6208940B2 - 研磨パッド

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Publication number: JP6208940B2
Application number: JP2012282067A
Authority: JP
Inventors: 真司吉田
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2017-10-04
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JP2014124704A

Description

本発明は、研磨装置に装着される研磨パッドに関し、特に、半導体ウェーハなどの被加工物を研磨する際に使用される研磨パッドに関する。

半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被加工物である半導体ウェーハの平坦性を高めるために研磨処理が行われる。この研磨処理には、被加工物を吸着保持するチャックテーブルと、チャックテーブルの上方において回転するスピンドルと、スピンドルに装着される研磨パッドとを備える研磨装置が使用されている（例えば、特許文献１参照）。チャックテーブルに保持された被加工物は、スピンドルによって回転する研磨パッドとの接触で研磨される。

上記研磨装置において、チャックテーブルは、被加工物を吸着保持した状態で回転される。チャックテーブルに保持される被加工物の回転中心と、スピンドルで回転される研磨パッドの回転中心とが一致（又は近接）してしまうと、被加工物の中心付近の摩擦は小さくなって適切に研磨されない。そこで、上記研磨装置では、被加工物より大径の研磨パッドを、回転中心をずらした状態で被加工物に接触させることで、被加工物表面の研磨量を均一にしている。

特開２０１２−１６６２７４号公報

ところで、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、被加工物に別の基板を貼着することがある。被加工物と別の基板との貼着には、例えば、樹脂などの接着剤を用いるが、接着剤を均一な厚みに塗布するのは難しいので、接着剤の厚みばらつきに起因して被加工物の変形が生じてしまう。変形した状態の被加工物を上記研磨装置で平坦化すると、基板から剥離された被加工物の研磨表面は平坦でなくなるので、このような場合には、被加工物の変形に応じた研磨が必要となる。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、被加工物の表面を任意の形状に研磨加工可能な研磨パッドを提供することを目的とする。

本発明の研磨パッドは、板状ワークを回転可能に保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルが保持した板状ワークを研磨する研磨手段と、該研磨手段と該チャックテーブルとを相対的に該保持面に平行な水平方向に移動させる移動手段と、から少なくとも構成される研磨装置の該研磨手段に回転可能に装着する研磨パッドであって、該研磨パッドは、一方の面が該研磨手段に着脱可能とし他方の面に研磨部材を装着させる円盤状の円盤基台と、該円盤基台の直径より小さい外径の円盤状の研磨部材が該円盤基台の中央に配設され、該チャックテーブルの保持面全面を覆うことのできる中央研磨部と、該中央研磨部を囲繞するリング状の研磨部材で該中央研磨部より突出した外周研磨部とで構成され、板状ワークの外周の一部を該中央研磨部の外周からはみ出させ該中央研磨部を板状ワークの表面に接触させ板状ワークの中央部分の研磨加工を可能にし、板状ワークの外周部分に該外周研磨部を接触させ板状ワークの外周部分の研磨加工を可能にする隙間が、該中央研磨部と該外周研磨部との間に形成されたことを特徴とする。

この構成によれば、研磨パッドは、研磨手段に接する一方の面及び研磨部材が取り付けられる他方の面を有する円盤基台と、円盤基台の中央に配設された円盤状の研磨部材でなる中央研磨部と、中央研磨部より下方に突出されると共に中央研磨部を囲むリング状の研磨部材でなる外周研磨部とを備えるので、中央研磨部と外周研磨部とで板状ワークの表面を任意の形状に研磨加工できる。

本発明によれば、被加工物の表面を任意の形状に研磨加工可能な研磨パッドを提供できる。

本実施の形態に係る研磨パッドが装着された研磨装置の構成例を示す斜視図である。本実施の形態に係る研磨パッドの構成例を示す模式図である。研磨パッドの変形例を示す模式図である。本実施の形態に係る研磨パッドを用いた研磨方法を説明するための断面模式図である。変形例に係る研磨パッドを用いた研磨方法を説明するための断面模式図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下においては、被加工物を研磨処理する研磨装置に本発明の研磨パッドを適用する例を示すが、本発明の研磨パッドは、研削処理及び研磨処理を行う研削研磨装置や、研磨処理を含む複数の処理を行う複合装置などに使用されても良い。

図１は、本実施の形態に係る研磨パッドが装着された研磨装置の構成例を示す斜視図である。図１に示すように、研磨装置１は、直方体状の基台２を有している。基台２の上部後方には、支柱部３が設けられており、支柱部３の前部には、上下方向（Ｚ方向）に移動可能な研磨ユニット（研磨手段）４が支持されている。また、基台２の上面には、支柱部３の前方に開口部２ａが形成されており、開口部２ａ内には、前後方向（Ｘ方向）に移動可能なチャックテーブルユニット５が配置されている。

この研磨装置１は、チャックテーブルユニット５に保持される被加工物としてのウェーハ（板状ワーク）Ｗに、相対回転する研磨ユニット４を接触させて研磨を行う。なお、ウェーハＷとしては、シリコンやＧａＡｓなどの半導体材料で構成される半導体基板、セラミック、ガラス、サファイヤなどの無機材料で構成される無機材料基板、金属基板、樹脂基板などが用いられる。

チャックテーブルユニット５は、正方形状のチャックテーブル支持台５１と、チャックテーブル支持台５１に支持されたチャックテーブル５２とを備えている。チャックテーブル５２は、小径の円盤状に形成されており、上面には、ウェーハＷを保持する保持面５２ａを有している。チャックテーブル５２は、基台２内に配置された吸引源（不図示）と接続されており、保持面５２ａにおいてウェーハＷを吸着保持する。また、チャックテーブル５２は、回転機構（不図示）と接続されており、保持面５２ａにウェーハＷを保持した状態で鉛直軸（Ｚ軸）周りに回転される。

チャックテーブル支持台５１の下部には、移動機構（移動手段）（不図示）が設けられている。この移動機構により、チャックテーブル支持台５１は、開口部２ａに沿って前後に平行移動される。チャックテーブル５２は、研磨ユニット４にウェーハＷを対向させる研磨位置と、研磨位置から前方に離間され、ウェーハＷの搬入又は搬出を行う搬入搬出位置との間で移動される。

チャックテーブル支持台５１の前部及び後部には、チャックテーブル支持台５１の移動に応じて伸縮可能な防塵カバー２１が取り付けられている。この防塵カバー２１により、基台２の開口部２ａは覆われており、ウェーハＷの研磨処理によって生じる研磨くずなどの基台２内部への侵入を防止できる。

支柱部３は、直方体状に形成されており、前部には、研磨ユニット４を上下動させる研磨ユニット移動機構３１が設けられている。研磨ユニット移動機構３１は、支柱部３の前面において上下方向（Ｚ方向）に延びる一対のガイドレール３２と、ガイドレール３２の間に設けられたボールねじ３３と、ボールねじ３３に連結されたパルスモータ３４とを備えている。

支柱部３の前方には、Ｚ軸テーブル３５が配置されている。Ｚ軸テーブル３５は、後方のナット部（不図示）を介してボールねじ３３と連結されている。パルスモータ３４によりボールねじ３３が回転されると、Ｚ軸テーブル３５はガイドレール３２に沿って上下に移動される。Ｚ軸テーブル３５には、前部に設けられた支持部３６を介して研磨ユニット４が支持されている。

研磨ユニット４は、Ｚ軸周りに回転可能なスピンドル（不図示）を備えている。スピンドルの下端には、円盤状の研磨ホイール４１が連結されており、研磨ホイール４１の下部には、研磨パッド４２が着脱自在に装着されている。チャックテーブル５２及びスピンドルを共に回転させた状態で研磨ホイール４１を下降させ、ウェーハＷに研磨パッド４２を接触させれば、ウェーハＷは研磨される。

図２は、本実施の形態に係る研磨パッドの構成例を示す模式図である。図２Ａは、研磨パッド４２の上面形状及び側面形状を示し、図２Ｂは、研磨パッド４２の下面形状及び側面形状を示し、図２Ｃは、研磨パッド４２の断面形状を示している。

図２に示すように、研磨パッド４２は、ステンレスなどの金属材料で形成される円盤基台４３を備えている。円盤基台４３の上面４３ａには、研磨ホイール４１に設けられた複数の貫通孔（不図示）に対応する複数のネジ孔４３ｂが形成されている。研磨ホイール４１の下面に円盤基台４３の上面４３ａを接触させ、研磨ホイール４１の貫通孔を通じてネジ孔４３ｂにボルトを締め込むことで、研磨パッド４２は研磨ホイール４１に固定される。

円盤基台４３の下部には、中央部４３ｃを囲むリング状の外周部４３ｄが形成されている。リング状の外周部４３ｄは、中央部４３ｃより下方に突出されている。中央部４３ｃの下面４３ｅの高さ及び外周部４３ｄの下面４３ｆの高さは、それぞれ一定である。すなわち、中央部４３ｃ及び外周部４３ｄは、それぞれ平坦な下面４３ｅ，４３ｆを有している。

中央部４３ｃの下面４３ｅには、研磨材をレジンボンドなどで固めた円盤状の研磨部材（中央研磨部）４４が取り付けられている。円盤状の研磨部材４４は、中央部４３ｃに合致するように円盤基台４３より小径に形成されている。また、円盤状の研磨部材４４は、チャックテーブル５２の保持面５２ａ全面を覆うことができる大きさに形成されている。保持面５２ａはウェーハＷと同程度の径を有しているので、ウェーハＷの表面全体に円盤状の研磨部材４４を接触させて研磨できる。

円盤基台４３の外周部４３ｄには、円盤状の研磨部材４４を囲むリング状の研磨部材（外周研磨部）４５が設けられている。リング状の研磨部材４５は、円盤状の研磨部材４４と同様の材料で同程度の厚みに形成されている。一方で、外周部４３ｄは、中央部４３ｃより下方に突出されている。このため、リング状の研磨部材４５の下面４５ａは、円盤状の研磨部材４４の下面４４ａより下方に位置付けられる。すなわち、研磨部材４５は、研磨部材４４より下方に突出されている。

図３は、研磨パッドの変形例を示す模式図である。図３Ａは、変形例に係る研磨パッド４２ａの下面形状及び側面形状を示し、図３Ｂは、研磨パッド４２ａの断面形状を示している。研磨パッド４２ａの上面形状は、研磨パッド４２と同様である。なお、研磨パッド４２ａの基本的な構成は研磨パッド４２の構成と共通しているから、共通の構成には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

図３に示す研磨パッド４２ａは、円盤基台４３の中央部４３ｃより小径な円盤状の研磨部材（中央研磨部）４４と、円盤状の研磨部材４４を囲むリング状の研磨部材（外周研磨部）４５とを備えている。図２に示す研磨パッド４２には、円盤状の研磨部材４４とリング状の研磨部材４５との間に隙間がないのに対し、図３に示す研磨パッド４２ａでは、円盤状の研磨部材４４とリング状の研磨部材４５との間に隙間が形成されている。よって、研磨パッド４２を用いる場合と研磨パッド４３ａを用いる場合とでは、後述するように異なる表面形状への研磨加工を実現できる。

次に、上述の研磨装置１を用いた研磨方法について説明する。図４は、本実施の形態に係る研磨パッドを用いた研磨方法を説明するための断面模式図である。図４Ａ及び図４Ｂは、研磨パッド４２の円盤状の研磨部材４４を用いる研磨方法の例を示している。図４Ａに示すように、ウェーハＷを保持するチャックテーブル５２と研磨パッド４２とを回転させた状態で、ウェーハＷの表面Ｗ１に円盤状の研磨部材４４の下面４４ａを接触させると、ウェーハＷは研磨される。ここでは、研磨部材４４をウェーハＷの表面Ｗ１全体に等しく接触させているので、図４Ｂに示すように、表面Ｗ１を平坦に研磨加工できる。

図４Ｃ及び図４Ｄは、研磨パッド４２のリング状の研磨部材４５を用いる研磨方法の例を示している。図４Ｃに示すように、研磨パッド４２及びチャックテーブル５２を回転させた状態で、ウェーハＷの表面Ｗ１の一部にリング状の研磨部材４５の下面４５ａを接触させると、ウェーハＷの一部は研磨される。ここでは、図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、研磨部材４５をウェーハＷの外周部分Ｗ２ａに接触させ、ウェーハＷの中央部分Ｗ２ｂに接触させないので、ウェーハＷは外周部分Ｗ２ａのみにおいて研磨される。

また、リング状の研磨部材４５はウェーハＷより大径であり、研磨部材４５とウェーハＷとは回転されているので、ウェーハＷと研磨部材４５との接触の頻度は、外周部分Ｗ２ａの内側の領域で高くなり、外周部分Ｗ２ａの外側の領域で低くなる。そのため、図４Ｄに示すように、中央部分Ｗ２ｂが研磨されず、外周部分Ｗ２ａの内側の領域が深く研磨され、外周部分Ｗ２ａの外側の領域が浅く研磨された形状に表面Ｗ１を加工できる。

図４Ｅ及び図４Ｆは、研磨パッド４２のリング状の研磨部材４５を用いる研磨方法の別の例を示している。図４Ｅに示すように、研磨パッド４２及びチャックテーブル５２を回転させた状態で、ウェーハＷの表面Ｗ１の一部にリング状の研磨部材４５の下面４５ａを接触させると、ウェーハＷの一部は研磨される。ここでは、図４Ｅ及び図４Ｆに示すように、研磨部材４５をウェーハＷの外周部分Ｗ３ａに接触させ、ウェーハＷの中央部分Ｗ３ｂに接触させないので、ウェーハＷは外周部分Ｗ３ａのみにおいて研磨される。これにより、中央部分Ｗ３ｂが研磨されず、外周部分Ｗ３ａが研磨された形状に表面Ｗ１を加工できる。

図５は、変形例に係る研磨パッドを用いた研磨方法を説明するための断面模式図である。図５Ａ及び図５Ｂは、研磨パッド４２ａの円盤状の研磨部材４４を用いる研磨方法の例を示している。図５Ａに示すように、ウェーハＷを保持するチャックテーブル５２と研磨パッド４２ａとを回転させた状態で、ウェーハＷの表面Ｗ１の一部に円盤状の研磨部材４４の下面４４ａを接触させると、ウェーハＷの一部は研磨される。

ここでは、図５Ａに示すように、ウェーハＷの外周の一部が研磨部材４４の外周からはみ出るように研磨部材４４をウェーハＷの表面Ｗ１に接触させている。そのため、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、ウェーハＷと研磨部材４４との接触頻度は、外周部分Ｗ４ａで低くなり、中央部分Ｗ４ｂで高くなる。これにより、中央部分Ｗ４ｂが深く研磨され、外周部分Ｗ４ａが浅く研磨された形状に表面Ｗ１を加工できる。

図５Ｃ〜図５Ｆは、研磨パッド４２ａの円盤状の研磨部材４４及びリング状の研磨部材４５を用いる研磨方法の例を示している。この研磨方法では、まず、研磨パッド４２ａ及びチャックテーブル５２を回転させた状態で、ウェーハＷの表面Ｗ１の一部にリング状の研磨部材４５の下面４５ａを接触させる。ここでは、図５Ｃ及び図５Ｄに示すように、研磨部材４５をウェーハＷの外周部分Ｗ５ａの外側の領域に接触させ、ウェーハＷの他の領域に接触させないので、ウェーハＷは外周部分Ｗ５ａの外側の領域のみにおいて研磨される。

その後、ウェーハＷの表面Ｗ１の一部に円盤状の研磨部材４４の下面４４ａを接触させる。ここでは、図５Ｅに示すように、ウェーハＷの外周の一部が研磨部材４４の外周からはみ出るように研磨部材４４をウェーハＷの表面Ｗ１に接触させている。そのため、図５Ｅ及び図５Ｆに示すように、ウェーハＷと研磨部材４４との接触頻度は、外周部分Ｗ５ａで低くなり、中央部分Ｗ５ｂで高くなる。これにより、中央部分Ｗ５ｂが深く研磨され、外周部分Ｗ５ａが浅く研磨されるので、図５Ｆに示すように、外周部分Ｗ５ａの外側の領域及び中央部分Ｗ５ｂが深く研磨され、外周部分Ｗ５ａの内側の領域が浅く研磨された形状に表面Ｗ１を加工できる。

このように、本実施の形態に係る研磨パッド４２，４２ａは、研磨ユニット（研磨手段）４の研磨ホイール４１に接する上面（一方の面）４３ａ、及び研磨部材４４，４５が取り付けられる下面（他方の面）４３ｅ，４３ｆを有する円盤基台４３と、円盤基台４３の中央部４３ｃに配設された円盤状の研磨部材（中央研磨部）４４と、研磨部材４４より下方に突出されると共に研磨部材４４を囲むリング状の研磨部材（外周研磨部）４５とを備えるので、円盤状の研磨部材４４とリング状の研磨部材４５とでウェーハ（板状ワーク）Ｗの表面Ｗ１を任意の形状に研磨加工できる。

なお、本発明は上記実施の形態の記載に限定されず、種々変更して実施可能である。例えば、上記実施の形態では、円盤状の研磨部材の厚みとリング状の研磨部材の厚みとを同程度にしているが、円盤状の研磨部材の厚みとリング状の研磨部材の厚みとは異ならせても良い。また、上記実施の形態では、円盤状の研磨部材とリング状の研磨部材とに同様の材料を用いているが、円盤状の研磨部材とリング状の研磨部材とに異なる材料を用いても良い。

また、上記実施の形態では、研磨パッドを用いた複数の研磨方法を例示しているが、本発明の研磨パッドを用いた研磨方法はこれらに限定されない。その他、上記実施の形態に係る構成、方法などは、本発明の目的とする範囲を逸脱しない限りにおいて変更して実施できる。

本発明の研磨パッドは、ウェーハなどの被加工物の表面を任意の形状となるように研磨加工する際に有用である。

１研磨装置
２基台
２ａ開口部
３支柱部
４研磨ユニット（研磨手段）
５チャックテーブルユニット
２１防塵カバー
３１研磨ユニット移動機構
３２ガイドレール
３３ボールねじ
３４パルスモータ
３５Ｚ軸テーブル
３６支持部
４１研磨ホイール
４２，４２ａ研磨パッド
４３円盤基台
４３ａ上面（一方の面）
４３ｂネジ孔
４３ｃ中央部
４３ｄ外周部
４３ｅ，４３ｆ下面（他方の面）
４４研磨部材（中央研磨部）
４４ａ，４５ａ下面
４５研磨部材（外周研磨部）
５１チャックテーブル支持台
５２チャックテーブル
５２ａ保持面
Ｗウェーハ（板状ワーク）
Ｗ１表面
Ｗ２ａ，Ｗ３ａ，Ｗ４ａ，Ｗ５ａ外周部分
Ｗ２ｂ，Ｗ３ｂ，Ｗ４ｂ，Ｗ５ｂ中央部分

Claims

板状ワークを回転可能に保持する保持面を有するチャックテーブルと、該チャックテーブルが保持した板状ワークを研磨する研磨手段と、該研磨手段と該チャックテーブルとを相対的に該保持面に平行な水平方向に移動させる移動手段と、から少なくとも構成される研磨装置の該研磨手段に回転可能に装着する研磨パッドであって、
該研磨パッドは、一方の面が該研磨手段に着脱可能とし他方の面に研磨部材を装着させる円盤状の円盤基台と、該円盤基台の直径より小さい外径の円盤状の研磨部材が該円盤基台の中央に配設され、該チャックテーブルの保持面全面を覆うことのできる中央研磨部と、該中央研磨部を囲繞するリング状の研磨部材で該中央研磨部より突出した外周研磨部とで構成され、板状ワークの外周の一部を該中央研磨部の外周からはみ出させ該中央研磨部を板状ワークの表面に接触させ板状ワークの中央部分の研磨加工を可能にし、板状ワークの外周部分に該外周研磨部を接触させ板状ワークの外周部分の研磨加工を可能にする隙間が、該中央研磨部と該外周研磨部との間に形成された研磨パッド。