JP6883475B2 - 研磨テーブル及びこれを備える研磨装置 - Google Patents

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Description

本発明は、研磨テーブル及びこれを備える研磨装置に関する。
近年、半導体ウェーハなどの基板の表面を研磨するために、研磨装置が用いられている。研磨装置は、研磨テーブルを備えており、研磨テーブルは、基板を研磨するための研磨パッドを支持する支持面を有する。支持面に研磨パッドが貼り付けられた研磨テーブルを回転させながら、トップリングで保持した基板を研磨パッドに押し付けることによって、基板の表面を研磨することができる。
この種の研磨装置では、研磨パッドは消耗品として扱われ、定期的に研磨パッドの貼り替えが行われる。研磨パッドの貼り替えは、作業員の手作業によって行われるのが一般的である。
図4Aは、従来の研磨テーブル410における、研磨パッド408と研磨テーブル410との接着状態の一例を示す断面図である。図4Aに示すように、研磨パッド408は、研磨対象である基板(図示せず)が押圧される研磨面408aを有している。研磨パッド408における、研磨面408aの反対側の裏面408bには、粘着面を形成するように、予め、粘着剤の層409が設けられている。研磨パッド408を研磨テーブル410へ貼り付ける貼り付け工程では、作業員の手作業により、研磨パッド408の粘着層409が研磨テーブル410の上面410aに貼り付けられる。このように、研磨テーブル410の上面410aは、研磨パッド408を支持する支持面を形成する。
研磨パッド408は、基板を研磨する際に研磨パッド408がずれないように、ある程度強力な粘着力で研磨テーブル410の上面410aに貼り付けられる。従って、研磨パッド408を研磨テーブル410から剥がす剥離工程では、研磨パッド408を剥がし難く、剥離作業に時間がかかる。
また、貼り付け工程において、研磨パッド408と研磨テーブル410との間に空気が入って空気溜まりが発生すると、基板のプロファイル(換言すれば、断面輪郭)に影響を及ぼすおそれがある。この点、研磨パッド408が研磨テーブル410に強力に接着していると、研磨パッド408を一旦剥がして再度研磨テーブル410に貼り付けることが難しい。したがって、研磨パッド408と研磨テーブル410との間に空気溜まりが発生した場合は、この研磨パッド408を剥がして、新しい研磨パッド408を貼り直すことが行われる。しかし、これは経済性の面で好ましくない。
そこで、図4Bに示すように、研磨テーブル410に貼り付けられた研磨パッド408を研磨テーブル410から容易に剥がすことができるように、研磨テーブル410の上面410aと研磨パッド408の粘着層409との間に、フッ素系樹脂またはシリコーンの層411を介在させることが提案されている。層411は、研磨テーブル410の上面410aにコーティングにより接着される。コーティングは、例えば、10±5μm程度の厚みに形成される。この場合、フッ素系樹脂またはシリコーンの層411の上面411aが、研磨パッド408を支持する支持面を形成する。
特開2008−238375号公報 特開2014−176950号公報
しかし、上記したように、消耗品である研磨パッド408は定期的に貼り替えられる必要がある。貼り替えのために研磨パッド408が繰り返し剥がされるうちに、研磨テーブル410のコーティング層411に剥がれが生じる。コーティング層411が剥がれた箇所では、コーティング層411の上面411aと研磨テーブル410の上面410aとの間に段差が生じる。これにより、新しく貼り付けられた研磨パッド408の研磨面408aにも段差が生じる。研磨面408aに段差が生じることは、研磨面408aに押し付けられて研磨される基板のプロファイルに影響するので、好ましくない。
コーティング層411の剥がれを防止するため、コーティング層411が形成される研磨テーブル410の上面410aを、予め、所望の表面粗さに加工することが行われている。これにより、研磨テーブル410の上面410aとコーティング層411との間の接着面積を大きくすることができる。これにより、いわゆるアンカー効果によって、研磨パッド408が研磨テーブル410から剥がされる際のコーティング層411の剥がれを防止するようにしている。
ところで、研磨テーブル410は、一般に、炭化ケイ素等の高い硬度を有する材料で形成される。研磨テーブル410の硬い上面410aを、所望の表面粗さに精度よく機械加工することは困難である。また、上面410aの平面度が基板のプロファイルに影響することから、上面410aの表面粗さを大きくすることには限界がある。
本発明の一実施形態によれば、研磨テーブルのコーティングを剥がれにくくし、これにより、研磨パッドの貼り替え作業を容易に行うことができる、研磨テーブルを提供することができる。また、本発明の一実施形態によれば、上記の研磨テーブルを備える研磨装置を提供することができる。
本発明の一実施形態によれば、基板を研磨するための研磨パッドを支持する支持面を有する研磨テーブルであって、多孔質層と非多孔質層との積層体を備えており、多孔質層は開放気孔が開口する表面を有しており、開放気孔中に樹脂系塗料が含浸されており、樹脂系塗料が、支持面の少なくとも一部を形成する、研磨テーブルが提供される。
本発明の一実施形態による研磨装置の全体構成の概略図である。 本発明の一実施形態による研磨テーブルを示す概略断面図である。 本発明の他の実施形態による研磨テーブルを示す概略断面図である。 従来技術の一例を示す図である。 従来技術の他の例を示す図である。
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明はあくまでも一例を示すものであって、本願発明の技術的範囲を以下の実施形態に限定する趣旨ではない。また、図面では、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、以下の説明において、「上」「下」等の方向を示す用語は、図1に示す研磨テーブルの設置状態について用いられる。また、以下の実施形態は、研磨装置の一例として、CMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨装置を説明するが、本発明の実施形態による研磨装置はこれに限られない。
図1は、本発明の一実施形態による研磨装置の全体構成を模式的に示す図である。図1に示すように、研磨装置100は、半導体ウェーハなどの基板102を研磨するための研磨パッド108を上面に取付け可能な研磨テーブル110と、研磨テーブル110を回転駆動する第1の電動モータ112と、基板102を保持可能なトップリング116と、トップリング116を回転駆動する第2の電動モータ118と、を備えることができる。
また、研磨装置100は、研磨パッド108の上面に研磨材を含む研磨砥液を供給するスラリーライン120と、研磨パッド108のコンディショニング(目立て)を行うドレッサーディスク122を備えるドレッサーユニット124と、を備えることができる。
基板102を研磨するときは、研磨材を含む研磨砥液をスラリーライン120から研磨パッド108の上面に供給し、第1の電動モータ112によって研磨テーブル110を回転駆動する。そして、トップリング116を、研磨テーブル110の回転軸とは偏心した回転軸回りに回転した状態で、トップリング116に保持された基板102を研磨パッド108に押圧する。これにより、基板102は研磨パッド108によって研磨され、平坦化される。後述するように、研磨テーブル110の内部には、研磨テーブル110を冷却する冷却液を供給する流路が形成されている。研磨工程中に研磨パッド108の上面で発生し、研磨テーブル110内を伝わる熱は、流路を流れる冷却液によって研磨装置100の外部に放出される。研磨テーブル110の回転軸113の内部には、研磨テーブル110内の流路に連通する冷却液の供給路及び排出路が形成されている。
図2は、研磨テーブル110の部分断面図であり、本実施形態の要部を示す図である。理解の容易のため、図1の研磨パッド108は図示を省略されている。
図示の研磨テーブル110は多孔質層130と非多孔質層140との積層体を備えている。多孔質層130は、研磨テーブル110の上層を形成し、非多孔質層(換言すれば、緻密質層)140は、研磨テーブル110の下層を形成するように、多孔質層130の下面に接合される。尚、図示の例では、非多孔質層140は、2層の非多孔質層、具体的には、第1の非多孔質層141と第1の非多孔質層141の下面に接合される第2の非多孔質層142の積層体の形態を備えている。しかし、非多孔質層140は単一の層を形成してもよいし、互いに接合される複数の層から形成されていてもよい。非多孔質層140を形成する層の数は特に限られない。また、多孔質層130を複数の層から形成することもできる。
本実施形態において、非多孔質層140は、従来の研磨装置の研磨テーブルに関して既知の種々の材料を含むことができる。例えば、炭化ケイ素(SiC)、ステンレス鋼(SUS)、樹脂、及び酸化アルミニウム(アルミナ)などの材料のうち少なくとも1つを含むことができる。
本実施形態において、多孔質層130は、セラミック材料及び/または金属材料であってよい。セラミック材料の例として、例えば、炭化ケイ素(SiC)を挙げることができる。金属材料として、例えば、酸化アルミニウム(アルミナ)を挙げることができる。これらの材料の多孔質体は、従来既知の方法で製造することができる。
本実施形態において、多孔質層130の気孔率は、例えば、約50%〜約80%にすることができる。多孔質層130の気孔率は、多孔質層130の寸法及び重量から算出された密度と、多孔質層130を構成する材料の理論密度との比率から算出することができる。例えば、多孔質層130を構成する材料が炭化ケイ素である場合には、炭化ケイ素の理論密度が3.2g/cmであることから、多孔質層130の気孔率は、計算式
気孔率(%)=(1−(多孔質層130の密度)÷3.2))x100
により求めることができる。
本実施形態において、多孔質層130は、多孔質層130の上面134で開口する開放気孔130aを含んでいる。尚、本明細書において「開放気孔」は、多孔質層130の表面で開口する気孔を意味し、隣接する気孔どうしが連結して形成される連通気孔(例えば、130a―1)、または、多孔質層130の上面134から多孔質層130の側面または下面135までつながる貫通気孔(例えば、130a―2)の形態を有していてもよい。開放気孔130aは、多孔質層130の表面で開口していない閉鎖気孔130bとは区別される。
本実施形態では、多孔質層130に樹脂系塗料150を含浸させている。樹脂系塗料150として、例えば、フッ素系樹脂またはシリコーン樹脂を使用することができる。
含浸のための方法は特に限られないが、図2の例では、樹脂系塗料150は、多孔質層130の上面134にコーティングされている。コーティングされた樹脂系塗料150が、多孔質層130の上面134に形成された開放気孔130aに浸入する。コーティングは、ハケ塗り、ローラー塗り、吹付塗装、スプレー塗装など、種々の方法で行うことができる。また、樹脂系塗料150は、含浸後に熱処理されてもよい。例えば、樹脂系塗料150としてシリコーン樹脂が使用される場合には、研磨テーブル110とシリコーン樹脂とをまとめて、例えば約150℃〜約200℃程度に熱処理することができる。樹脂系塗料150としてフッ素系樹脂を使用する場合には、研磨テーブル110とフッ素系樹脂とをまとめて、例えば約300℃〜約400℃程度に熱処理することができる。
また、樹脂系塗料150の含浸は、多孔質層130と非多孔質層140の接合後に行われてもよいし、多孔質層130と非多孔質層140の接合前に行われてもよい。
多孔質層130に樹脂系塗料150を含浸させることにより、図2に示すように、多孔質層130の開放気孔130aの内部に樹脂系塗料150が含まれる。本実施形態では、樹脂系塗料150は、多孔質層130の上面134の全体にわたってコーティングされている。従って、樹脂系塗料150は、開放気孔130aの内部だけでなく、開放気孔130aの外側にも配置されている。従って、本実施形態の研磨テーブル110において、樹脂系塗料150のコーティングの上面154が、研磨パッド108を支持する支持面を形成する。
尚、図2の例では、多孔質層130の上面134で開口する各開放気孔130aは、樹脂系塗料150によって完全に満たされている。換言すれば、樹脂系塗料150が各開放気孔130aの最深部まで達している。しかし、本実施形態はこれに限られない。樹脂系塗料150は、実質的に平坦な支持面を形成する程度に開放気孔130aの上部を埋めていればよい。換言すれば、本実施形態では、上面134を含む多孔質層130の上部に樹脂系塗料150を含浸させていればよく、必ずしも多孔質層130の全体に樹脂系塗料150を含浸させる必要はない。
含浸によって樹脂系塗料150が開放気孔130aに浸入する深さ(換言すれば、多孔質層130の上面134からの距離)は、例えば、0.1mm〜0.2mm程度にすることができる。尚、多孔質層130の厚みは、例えば、研磨テーブル110の厚みが10mm程度である場合、5mm程度にすることができる。
こうして、本実施形態によれば、多孔質層130の上面134の全体を覆う樹脂系塗料150の上面154が、研磨パッド108を支持する支持面を形成する。樹脂系塗料15
0は、多孔質層130の上面134を覆うと共に、上面134に形成された開放気孔130aの内部に浸入し、開放気孔130a内の多孔質層130の表面に接着する。これにより、多孔質層130と樹脂系塗料150との間の接着面積を大きくすることができる。従って、いわゆるアンカー効果によって、研磨パッド108を剥離する際に樹脂系塗料150が多孔質層130から剥がれることを防止することができる。従って、従来技術と異なり、硬い研磨テーブルの表面を粗くするための機械加工を行う必要がない。また、機械加工と比較して、大きな接着面積を得るために研磨テーブルの支持面の平面度を大きく低下させることもない。
また、上記したように、本実施形態では、研磨テーブル110の内部に、研磨テーブル110を冷却する冷却液を供給するための流路を形成する溝160が、非多孔質層140の内部に所定のパターンで形成されている。図2では、回転軸113の内部に形成された、溝160に連通する冷却液の供給路113a及び排出路113bも示されている。供給路113a及び排出路113bは、それぞれ、非多孔質層140に形成された貫通流路140a、140bを介して溝160に連通する。
図2の例では、第2の非多孔質層142の上面に溝160が形成され、第2の非多孔質層142が第1の非多孔質層141を介して多孔質層130に接合される。従って、溝160は、多孔質層130と非多孔質層140との接合面(図示の例では、多孔質層130と第1の非多孔質層141との境界面)から離れた位置に形成される。
これにより、多孔質層130が非多孔質層140に接合された状態で、多孔質層130に樹脂系塗料150をコーティングすることができる。仮に溝160が、第1の非多孔質層141の上面に形成されていると、溝160が、多孔質層130の開放気孔130aと連通する可能性がある。この場合、開放気孔130aに浸入した樹脂系塗料150が溝160に浸入し、溝160を塞ぐおそれがある。本実施形態では、溝160は、多孔質層130と非多孔質層140との接合面から離れた位置に形成されている。従って、開放気孔130aに浸入した樹脂系塗料150が溝160に入ることを防止することができる。
尚、溝160は、多孔質層130と非多孔質層140との接合面から離れた位置に形成されていればよく、その具体的な位置は、図2のものに限られない。例えば、下側に開口する溝160が、第1の非多孔質層141の下面に形成されてもよい。この場合でも、溝160の底面が多孔質層130の下面135から離れているので、開放気孔130aに浸入した樹脂系塗料150が溝160に入ることを防止することができる。
また、樹脂系塗料150の含浸深さを制御することにより、下側に開口する溝160を多孔質層130の下面135に形成することも可能である。
尚、本実施形態において、溝160は、必ずしも形成されていなくてよい。
図2に示す実施形態では、樹脂系塗料150は、多孔質層130の上面134の全体を覆うように配置されている。しかし、他の実施形態では、図3に示すように、樹脂系塗料150は、開放気孔130a内にのみ配置されていてもよい。図3の研磨テーブル110Aでは、多孔質層130の上面134における、開放気孔130aの外側の部分が露出されている。従って、図3の実施形態では、多孔質層130の上面134における、開放気孔130aの外側の部分及び樹脂系塗料150の上面154が、共に、研磨テーブル110Aの支持面を形成する。この場合も、開放気孔130a内の樹脂系塗料150と多孔質層130との間の接着面積によって、研磨パッドを剥離する際に樹脂系塗料150が多孔質層130から剥がれることを防止することができる。従って、従来のように硬い研磨テーブルの表面を粗くする機械加工を行う必要がない。また、機械加工と比較して、大きな接着
面積を得るために研磨テーブルの支持面の平面度を大きく低下させることもない。
尚、図3に示す研磨テーブル110Aの支持面は、例えば、上記した種々の方法で多孔質層130の上面134に樹脂系塗料150を含浸させた後、樹脂系塗料150の上面154または多孔質層130の上面134をラップ仕上げ(換言すれば、研磨加工)することにより形成することができる。これにより、研磨テーブル110Aの支持面に関して、より高い平面度を実現することができる。また、開放気孔130a内の樹脂系塗料150の上面154によって、研磨テーブル110Aからの研磨パッド108の剥離を容易にするという樹脂系塗料150の本来の効果も維持できる。
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記した発明の実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその均等物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題の少なくとも一部を解決できる範囲、または、効果の少なくとも一部を奏する範囲において、特許請求の範囲および明細書に記載された各構成要素の任意の組み合わせ、または、省略が可能である。
本発明は、以下の態様を含む。
1.基板を研磨するための研磨パッドを支持する支持面を有する研磨テーブルであって、多孔質層と非多孔質層との積層体を備えており、
多孔質層は開放気孔が開口する表面を有しており、開放気孔内に樹脂系塗料が含まれており、
樹脂系塗料が、支持面の少なくとも一部を形成する、研磨テーブル。
2.樹脂系塗料が、多孔質層の表面の全体を覆うように配置される、1に記載の研磨テーブル。
3.多孔質層における、開放気孔の外側の表面が露出されており、支持面は、外側の表面及び樹脂系塗料によって形成される、1に記載の研磨テーブル。
4.多孔質層は、セラミック材料を含む、1〜3のいずれかに記載の研磨テーブル。
5.非多孔質層は、研磨テーブル内に冷却液を通すための流路を含んでおり、流路は、多孔質層と非多孔質層との接合面から離れた位置に形成されている、1〜4のいずれかに記載の研磨テーブル。
6.基板を研磨する研磨装置であって、1〜5のいずれかに記載の研磨テーブルを備える、研磨装置。
本発明は、基板を研磨する研磨テーブル及び研磨テーブルを備える研磨装置に広く適用することができる。
100 研磨装置
102 基板
108 研磨パッド
110、110A 研磨テーブル
112 第1の電動モータ
113 回転軸
113a 供給路
113b 排出路
116 トップリング
118 第2の電動モータ
120 スラリーライン
122 ドレッサ―ディスク
124 ドレッサーユニット
130 多孔質層
130a 開放気孔
130a−1 連通気孔
130a−2 貫通気孔
130b 閉鎖気孔
134 多孔質層の上面
135 多孔質層の下面
140 非多孔質層
140a、140b 貫通流路
141 第1の非多孔質層
142 第2の非多孔質層
150 樹脂系塗料
154 樹脂系塗料の上面
160 溝
408 研磨パッド
408a 上面
408b 裏面
409 粘着層
410 研磨テーブル
410a 研磨テーブルの上面
411 コーティング層
411a コーティング層の上面

Claims (6)

  1. 基板を研磨するための研磨パッドを、前記研磨パッドに予め設けられた粘着剤の層を介して支持する支持面を有する研磨テーブルであって、
    多孔質層と非多孔質層との積層体を備えており、
    前記多孔質層は、開放気孔が開口する表面を有しており、
    前記研磨テーブルは、少なくとも前記開放気孔内で前記多孔質層に接着し、前記支持面の少なくとも一部を形成する樹脂系塗料を備えている、研磨テーブル。
  2. 前記樹脂系塗料が、前記多孔質層の前記表面の全体を覆うように配置される、請求項1に記載の研磨テーブル。
  3. 前記多孔質層における、前記開放気孔の外側の前記表面が露出されており、前記支持面は、前記外側の表面及び前記樹脂系塗料によって形成される、請求項1に記載の研磨テーブル。
  4. 前記多孔質層は、セラミック材料を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の研磨テーブル。
  5. 前記非多孔質層は、前記研磨テーブル内に冷却液を通すための流路を含んでおり、前記流路は、前記多孔質層と前記非多孔質層との接合面から離れた位置に形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の研磨テーブル。
  6. 基板を研磨する研磨装置であって、請求項1〜5のいずれか一項に記載の研磨テーブルを備える、研磨装置。
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