JP7817618B2 - 研磨パッド - Google Patents

Description

本発明は研磨パッドに関し、より詳しくは、研磨加工の終点を検出するための透明な終点検出用窓を備えた研磨パッドに関する。

従来、研磨加工の終点を検出するための透明な終点検出用窓を備えるとともに、研磨面に同心円状の環状溝を形成した研磨パッドは公知である（例えば特許文献１参照）。
上記特許文献１の研磨パッドは、終点検出用窓の表面が研磨面と同じ高さに形成されており、また上記環状溝は上記終点検出用窓と交差するように形成されたものとなっている（特に図３の構成）。

特開２０１６－１８２６６７号公報

ここで、上記研磨パッドに形成された環状溝は、当該環状溝にスラリーを保持する機能を有しているが、この環状溝には研磨によって生じた研磨屑等も入り込んでしまう。
このため、上記特許文献１の研磨パッドの場合、上記終点検出用窓に形成された環状溝に研磨屑等が入り込むと、当該研磨屑等が上記終点検出用窓と被研磨物との間に入り込んでしまい、終点検出用窓を透過する検査光が研磨屑等によって遮られて終点検出精度を低下させる恐れがある。
ここで特許文献１の研磨パッドの場合、終点検出用窓に溝が形成されていることから、当該環状溝と環状溝以外の部分とで検査光の透過量が異なってしまう恐れがあり、逆に検査光が終点検出用窓に形成された溝を通らないようにするためには、終点検出用窓を大きくする必要があることから、終点検出用窓が研磨性能に影響を与える可能性があった。
このような問題に鑑み、本発明は研磨性能への影響を抑えつつ、終点検出用窓による終点検出精度の低下を防止することが可能な研磨パッドを提供するものである。

上述した事情に鑑み、本発明は、被研磨物を研磨する研磨面を有する研磨層と、この研磨層に設けられて検出機構の検査光を透過させて研磨加工の終点を検出するための透明な終点検出用窓とを備え、さらに上記研磨層の研磨面に同心円状の環状溝を複数備えた研磨パッドにおいて、
上記終点検出用窓の表面を上記研磨面と同じ高さに形成し、
上記環状溝のうち、上記終点検出用窓が形成されている位置と同じ半径位置に形成されている複数の環状溝は、上記終点検出用窓の表面に溝が形成されずに当該終点検出用窓の近傍に端部を備え、
これら終点検出用窓と同じ半径位置に形成された複数の環状溝の端部と端部とを連結溝によって接続してあり、上記連結溝は上記終点検出用窓に対して間隔を空けて形成されていることを特徴としている。

上記発明によれば、上記終点検出用窓が形成されている位置と同じ半径位置に形成されている環状溝については、端部同士を上記連結溝によって接続したことにより、環状溝の端部まで移動した研磨屑を連結溝によって半径方向外周側に移動させ、研磨屑が上記終点検出用窓と被研磨物との間に入り込むのを可及的に抑えることができる。
また、終点検出用窓に溝が形成されないことから、研磨屑による影響を低減することができるとともに、終点検出用窓の全ての位置での検査光の透過量を同等にすることができるため、終点検出用窓の形成される面積を可及的に小さくして、終点検出用窓が研磨に及ぼす影響を可及的に小さくすることができる。

研磨装置の斜視図。 図１の要部の断面図。 第１実施例にかかる研磨パッドの拡大平面図。 図３の研磨パッドの製造工程を示す図。 第２実施例にかかる研磨パッドの拡大平面図。 第３実施例にかかる研磨パッドの拡大平面図。 第４実施例にかかる研磨パッドの拡大平面図。 第５実施例にかかる研磨パッドの拡大平面図。 第６実施例にかかる研磨パッドの拡大平面図。 第７実施例にかかる研磨パッドの拡大平面図。

以下、図示実施例について本発明を説明すると、図１ないし図２において、１は研磨装置であり、この研磨装置１は、薄板状の被研磨物２（例えば半導体ウエハ）を研磨パッド３によって研磨するようになっている。この研磨装置１は、被研磨物２に対して研磨加工を行う際に、被研磨物２の被研磨面２Ａに向けて検査光Ｌ１を照射することで、研磨加工の進捗状況と加工終了となる終点を検出できるようになっている。
研磨装置１は、下方側に位置して上面に研磨パッド３が固定される研磨定盤４と、上方側に位置して下面に被研磨物２を保持する保持定盤５と、被研磨物２と研磨パッド３との間にスラリーＳ（研磨液）を供給するスラリー供給機構６と、検査光Ｌ１を用いて被研磨物２の研磨加工の進捗状況と加工の終点を検出する検出機構７を備えている。
研磨装置１による研磨加工の対象となる被研磨物２は、光学材料、シリコンウェハ、液晶用ガラス基板、半導体基板の他、ガラス、金属、セラミック等の板状物である。また、スラリー供給機構６が供給するスラリーＳとしては、対象となる被研磨物２および求められる加工精度に応じて従来公知の好適な物を使用することができる。
上記研磨定盤４および保持定盤５はそれぞれ略円盤状となっており、それぞれ図示しない駆動機構によって矢印方向に回転するようになっており、また、上記保持定盤５は昇降可能に設けられている。
被研磨物２に研磨加工を行う際には、保持定盤５によって被研磨物２の被研磨面２Ａ（下面）を研磨パッド３の研磨面３Ａに設定圧力で押し当てた状態で、それらが相対的に回転されるとともに、スラリー供給機構６からスラリーＳが被研磨物２の被研磨面２Ａと研磨パッド３の研磨面３Ａとの間に供給されるようになっている。
研磨パッド３の研磨面３Ａには、研磨パッド３の中心（回転中心）を囲繞して同心円状に複数の環状溝１１が半径方向において等ピッチで形成されている。これら複数の環状溝１１がスラリーＳを保持するスラリー保持溝となっており、スラリー供給機構６から吐出されたスラリーＳはこれら複数の環状溝１１内に流入して研磨面３Ａの全域に供給されるようになっている。

ところで、被研磨物２の研磨加工を行う際には、該被研磨物２の研磨加工の進捗状況と加工終了となる終点を検出する必要がある。そこで、この研磨装置１は、下方側から上方に向けて検査光Ｌ１を照射して、被研磨物２の被研磨面２Ａからの反射光Ｌ２を基にして研磨加工の進捗状況と加工終点を検出する検出機構７を備えている。
研磨パッド３の所定位置には、上記検査光Ｌ１を透過させ、かつ被研磨物２の被研磨面２Ａからの反射光Ｌ２を透過させる透明な終点検出用窓１２が設けられている。
研磨パッド３は円盤状を有しており、上方側に位置する研磨層３Ｃと、研磨層３Ｃの下面に接着剤で接着された支持層３Ｄ（クッション層）とを備え、研磨層３Ｃの所定位置に上記終点検出用窓１２が設けられ、支持層３Ｄには、終点検出用窓１２の位置に合わせて検査光Ｌ１及び被研磨物２からの反射光Ｌ２を通過させるための貫通孔３Ｄａが穿設されている。
研磨層３Ｃの下面は支持層３Ｄの上面が接着剤や両面テープによって接着されており、上下で一体となった研磨層３Ｃと支持層３Ｄからなる研磨パッド３は、その下面（支持層３Ｄの下面）を接着剤や両面テープによって研磨定盤４の上面に固定される。
上記終点検出用窓１２は検査光Ｌ１及び反射光Ｌ２を透過させる透明な材料によって形成されており、この終点検出用窓１２は、研磨層３Ｃの所定位置に形成された貫通孔に隙間なく嵌合されている。また本実施例における終点検出用窓１２の直径は１２ｍｍに設定されている。なお、本実施例では、終点検出用窓１２の平面視における形状は円形となっているが、これ以外に例えば長方形、正方形、多角形、楕円形等の様々な形状とすることもできる。
また終点検出用窓１２の上面は研磨層３Ｃの上面である研磨面３Ａと面一に形成され、他方、終点検出用窓１２の下面と研磨層３Ｃの下面も面一に形成されている。

上記検査機構７として、上記研磨定盤４には、上記研磨パッド３の終点検出用窓１２及び支持層３Ｄの貫通孔３Ｄａの下方位置に、検査光Ｌ１を上方へ照射する発光部７Ａ及び被研磨物２からの反射光Ｌ２を受光する受光部７Ｂが設けられ、それらの作動を制御し、かつ、研磨加工中における加工の進捗状況と加工終了となる終点を検出する制御部７Ｃを備えている。
被研磨物２に対する研磨加工中においては、検査機構７の発光部７Ａから検査光Ｌ１が上方に向けて照射され、該検査光Ｌ１は透明な終点検出用窓１２を透過して被研磨物２の被研磨面２Ａに照射される。すると、検査光Ｌ１は被研磨物２の被研磨面２Ａによって下方に向けて反射され、その反射光Ｌ２は透明な終点検出用窓１２を透過して受光部７Ｂによって検出される。受光部７Ｂで検出した反射光Ｌ２は制御部７Ｃへ伝達されるようになっている。
そして、被研磨物２の研磨加工が進行して、被研磨物２の被研磨面２Ａが徐々に研磨されることに伴って、受光部７Ｂによって検出される反射光Ｌ２の強度等が変化する。制御部７Ｃは、受光部７Ｂによって検出された反射光Ｌ２の強度等が、予め登録された強度等になると、被研磨面２Ａが加工終点になったものと判定して、研磨加工を停止させる。すると、駆動機構が停止されるので研磨定盤４及び保持定盤５の回転が停止するとともに、スラリー供給機構６からのスラリーＳの供給も停止されるようになっている。
このように、検査機構７の検査光Ｌ１を用いて被研磨物２の研磨加工が行われる際に研磨加工の終点を検出できるようになっている。なお、このような検査光Ｌ１を用いた検出機構７の構成は既に公知である。

前述したように、研磨面３Ａには同心円状に複数の環状溝１１が形成されている。本実施例において、上記各環状溝１１の幅は０．４ｍｍに設定されており、隣り合う環状溝１１のピッチは２．８ｍｍに設定されている。また、各環状溝１１の深さは０．６ｍｍに設定されている。
このように同心円状の環状溝１１を形成すると、本実施例の研磨パッド３には上記終点検出用窓１２が形成されていることから、上記環状溝１１のうち複数の環状溝１１は、上記終点検出用窓１２と同じ半径位置、すなわち環状溝１１の中心からの距離が終点検出用窓１２と等しい位置に形成されることとなる。
図３は上記終点検出用窓１２近傍の拡大平面図を示したものとなっており、この図３において、上記終点検出用窓１２と同じ半径位置に形成されている環状溝１１Ａは、上記終点検出用窓１２の表面には形成されておらず、当該終点検出用窓１２の近傍に端部１１ａを有するものとなっている。
これに対し、終点検出用窓１２と異なる半径位置の環状溝１１、すなわち終点検出用窓１２に対して半径方向大径側および小径側に位置する環状溝１１は、上記端部１１ａを有さない無端状に形成されている。
そして本実施例の研磨パッド３は、上記終点検出用窓１２と同じ半径位置に形成された複数の環状溝１１Ａの端部１１ａと端部１１ａとを、略径方向に形成した連結溝１３によって接続したことを特徴とするものとなっている。
特に本実施例では、終点検出用窓１２と同じ半径位置の環状溝１１Ａは、端部１１ａと端部１１ａとが径方向に整列しており、これにより上記連結溝１３は径方向に向けて直線状に形成されたものとなっている。
ここで、上記連結溝１３の幅は環状溝１１Ａの幅と同じとしてもよいが、後述するようにスラリーＳ中の研磨屑を排出する目的に応じて、当該連結溝１３の幅を狭くしても広くすることも可能である。
また、連結溝１３の断面形状は、環状溝１１Ａと同じように矩形としてもよいが、その他に、Ｖ字状や台形形状のような被研磨物側に向けて広がるテーパ形状、垂直に形成された連結溝１３の内壁における研磨面３Ａ側の角部を面取りした形状とすることもできる。特にＶ字状や台形形状のようなテーパ形状にする場合、連結溝１３の内壁にバリが発生しにくくなり、スラリーや研磨屑が連結溝１３に滞留しにくくなる。

このように、本実施例の研磨パッド３は、終点検出用窓１２と同じ半径位置に形成された複数の環状溝１１Ａの端部１１ａと端部１１ａとを連結溝１３によって連結することにより、被研磨物２の研磨中に生じる研磨屑によって終点検出精度が低下するのを防止するものとなっている。
上述したように、本実施例の研磨パッド３は複数の環状溝１１を備えており、当該環状溝１１Ａは研磨中においてスラリーＳを保持することにより、被研磨物２と研磨パッド３の研磨面３Ａとの間に適度なスラリーＳを供給するものとなっている。
一方、被研磨物２が研磨されることで発生した研磨屑もスラリーＳとともに上記環状溝１１Ａに入り込んでしまい、この研磨屑が研磨面３Ａと面一に形成された終点検出用窓１２と被研磨物２との間に入り込むと、終点検出用窓１２を透過する検査光Ｌ１及び反射光Ｌ２の強度が低下し、終点検出精度を低下させるおそれがある。
そこで本実施例の研磨パッド３は、終点検出用窓１２と同じ半径位置に形成された複数の環状溝１１Ａについては、上記終点検出用窓１２の表面に溝を形成せずに、これら環状溝１１Ａの端部１１ａ同士を上記連結溝１３によって連結したものとなっている。
このような構成によれば、まず終点検出用窓１２に溝を形成しないことで、当該溝から終点検出用窓１２と被研磨物２との間に研磨屑が入り込むことがなくなり、溝と溝以外の部分での検査光Ｌ１の透過量の変化も生じることがない。
次に、上記連結溝１３を形成することで、上記環状溝１１Ａに入り込んだ研磨屑は、端部１１ａに移動すると連結溝１３を介して研磨面３Ａと被研磨物２との間へと排出される。このとき、研磨パッド３が研磨中回転して径方向外周側に遠心力が作用するため、連結溝１３に入り込んだ研磨屑を径方向外周側に移動させて排出することができる。
特に、連結溝１３は終点検出用窓１２に隣接して設けられているため、連結溝１３から研磨屑を排出することで終点検出用窓１２と被研磨物２との間への入り込みを低減することができ、終点検出用窓１２を透過する検査光Ｌ１及び反射光Ｌ２の強度の変動を抑え、終点検出の精度を維持することができる。

次に、以上のように構成された研磨パッド３の製造方法の一態様について図４により説明する。
すなわち、先ず、終点検出用窓１２の材料となるポリイソシアネートと硬化剤を混合し遠心脱泡した混合物を準備し、円筒状の型枠に流し入れて硬化させて円柱部１０２を形成する。続いて当該円柱部１０２を長方形の箱型をした型枠１０１の所定位置に軸心が鉛直方向となるように配置する（図４（ａ）参照）。
次に、上記研磨層３Ｃの材料となるポリイソシアネートと硬化剤と中空微粒子を混合して混合物１０３を作製し、該混合物１０３を上記型枠１０１内に流し入れて固める（図４（ａ）参照）ことで、型枠１０１の内部空間に倣ったブロック状のポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４が形成される（図４（ｂ）参照）。このポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４が前述した研磨層３Ｃの部分となる。
この後、上記ポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４を型枠１０１から取り外した後に、該ポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４における円柱部１０２が埋設された箇所を、所要の厚さとなるように水平面に沿って薄く切断してシート状部材１０７として切り出す（図４（ｃ）参照）。
この後、シート状部材１０７に対し、必要に応じて厚み修正及び微細な凹凸の形成（目立て）の観点から、平滑となるように研削（バフィング）を行う。（図４（ｃ）参照）。
この後、シート状部材１０７の研磨面３Ａに上記複数の環状溝１１を切削加工で形成し、その際、終点検出用窓１２と同じ半径位置に位置する環状溝１１Ａについては、端部１１ａを上記終点検出用窓１２の近傍に形成するとともに、端部１１ａと端部１１ａとを上記連結溝１３によって接続する。これにより、図２、図３に示した研磨パッド３の研磨層３Ｃが完成し、その後、研磨面３Ａと反対側となる研磨層３Ｃの下面に両面テープ等を貼り付け、予め上記貫通孔３Ｄａを穿設した支持層３Ｄ（クッション層）を研磨層３Ｃの下面に接着剤で接着する（図４（ｄ）参照）。
最後に、全体として円板状に切断し、研磨パッド３が完成する。
このようにして製造された研磨パッド３は、その下面（支持層３Ｄの下面）が両面テープや接着剤等によって上記研磨定盤４の上面４Ａに固着されるようになっている。

なお、本実施例では、後に終点検出用窓１２となる円柱部１０２を予め作製した製造方法であるが、これに限定されない。他の例としては、穴が開いたポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４に終点検出用窓１２を構成する材料を流し入れて固めることによっても所望の研磨層を作製することができる。
具体的には、型枠１０１の所定位置に円柱状の抜き取り部材を軸心が鉛直方向となるように配置し、上記研磨層３Ｃの材料となるポリイソシアネートと硬化剤と中空微粒子を混合して作製した混合物１０３を上記型枠１０１内に流し入れて固め、ポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４を形成する。
続いて、形成されたポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４から上記円柱状抜き取り部材を上方へ抜き取り、円柱状の有底穴を形成するとともに、当該有低穴に上記終点検出用窓１２の材料となるポリイソシアネートと硬化剤を混合した混合物を流し入れて硬化させる。硬化した混合物によって、後に終点検出用窓１２となる透明な円柱部１０２が形成される。
これにより、有底穴内に円柱部１０２が隙間なく埋設された状態のポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４が完成する。ポリウレタンポリウレア樹脂成形体１０４からシート状部材を切り出す工程以降は上記と同様の方法で作製することができる。
また、本実施例における終点検出用窓１２及び研磨層３Ｃは、ポリイソシアネートと硬化剤を用いて作製したが、ポリイソシアネートの代わりに予めポリオール等によって作製したプレポリマーを用いることもできる。さらに、硬化剤としては、公知のジオール、ポリオール、ジアミン、ポリアミンを用いることができる。
さらに、本実施例における研磨層３Ｃは、中空微粒子を用いて発泡構造が形成されている。中空微粒子には、例えば塩化ビニリデン－アクリロニトリル共重合体の中空微粒子を用いることができる。また、発泡構造を刑するために、中空微粒子の他、水等の化学発泡剤や、不活性ガス等を単独使用、または併用しても良い。

以下、図５～図１０に示す第２～第７実施例にかかる研磨パッド３を説明する。
図５に示す第２実施例の研磨パッド３は、上記終点検出用窓１２と同じ半径位置に位置する環状溝１１Ａのうち、研磨パッド３の半径方向外周側に位置する環状溝１１Ａと上記連結溝１３との接続部分を円弧状部分１３ａとしたものとなっている。
これに対し、図６に示す第３実施例の研磨パッド３は、上記終点検出用窓１２と同じ半径位置に位置する環状溝１１Ａのうち、研磨パッド３の半径方向内周側に位置する環状溝１１Ａと上記連結溝１３との接続部分を円弧状部分１３ａとしたものとなっている。
さらに図７に示す第４実施例の研磨パッド３は、上記第２、第３実施例における直線部分を有した連結溝１３の全体を、円弧状部分１３ａによって構成したものとなっている。なお、連結溝１３の半径方向内周側および外周側の両方に円弧状部分１３ａを形成し、その間を直線状とした構成としてもよい。
このように、環状溝１１Ａと上記連結溝１３との接続部分に円弧状部分１３ａを形成することにより、連結溝１３と環状溝１１Ａとの接続部分におけるスラリーや研磨屑の滞留を抑制することができる。

図８、図９に示す第５、第６実施例の研磨パッド３は、上記第１実施例の研磨パッド３に対し、上記連結溝１３を、上記終点検出用窓１２と同じ半径位置に形成された複数の環状溝１１Ａに対して径方向に隣接する環状溝１１まで延長させたものとなっている。
具体的には、終点検出用窓１２に対して半径方向外周側および内周側には端部１１ａの形成されていない無端状の環状溝１１が位置しており、本実施例の連結溝１３はこれら終点検出用窓１２に対して半径方向外周側および内周側に位置する環状溝１１まで延長して設けたものとなっている。
また第５実施例の連結溝１３は、終点検出用窓１２に対して研磨パッド３の径方向外側に広がるように形成されており、これに対し第６実施例の連結溝は終点検出用窓１２に対して研磨パッド３の径方向外側に向けて狭くなるように形成されている。
そして、上記構成を有する第５、第６実施例の連結溝１３によれば、連結溝１３に入り込んだ研磨屑を、終点検出用窓１２に対して半径方向に隣接する環状溝１１へと移動させることができる。
特に、研磨パッド３の回転による遠心力によって連結溝１３に入り込んだ研磨屑を半径方向外周側の無端状の環状溝１１へと移動させることが可能となり、研磨屑が研磨面３ａに排出されるのを抑制することができる。
なお上記第５、第６実施例では、終点検出用窓１２に対して半径方向外周側および内周側に隣接する無端状の環状溝１１まで上記連結溝１３を形成したものとなっているが、例えば連結溝１３を研磨パッド３の外周縁まで延長して形成してもよい。
また、上記連結溝１３のうち、終点検出用窓１２に対して半径方向内周側に位置する環状溝１１に対しては、上記連結溝１３を延長しないようにしてもよい。つまり、研磨パッド３の回転による遠心力は半径方向外側に作用することから、半径方向外周側に研磨屑を移動させるには、連結溝１３を半径方向外周側に延長すればよいこととなる。

図１０に示す第７実施例の研磨パッド３は、上記第１～第６実施例の研磨パッド３に対し、上記連結溝１３を上記終点検出用窓１２の外周縁に沿って環状に形成したものとなっている。
具体的には、終点検出用窓１２を囲繞するように溝を形成し、これを上記連結溝１３として、上記終点検出用窓１２と同じ半径位置に形成された複数の環状溝１１Ａの端部１１ａを接続したものとなっている。
このような構成を有する連結溝１３であっても、終点検出用窓１２と同じ半径位置に形成された複数の環状溝１１Ａの端部１１ａと端部１１ａとが略径方向に接続されることとなるため、遠心力によって環状溝１１Ａに入り込んだ研磨屑を連結溝１３によって排出することが可能となっている。

なお、上記各実施例においては、同心円上の位置に設けた複数の環状溝１１の中心と研磨面３Ａの中心が一致した構成を前提に説明したが、研磨面３Ａの中心に対して環状溝１１の中心が偏心した構成であっても良い。

１ 研磨装置 ２ 被研磨物
３ 研磨パッド ３Ｃ 研磨層
７ 検出機構 １１ 環状溝
１１Ａ 終点検出用窓と同じ半径位置の環状溝
１１ａ 端部 １２ 終点検出用窓
１３ 連結溝 Ｌ１ 検査光

Claims (3)

1. 被研磨物を研磨する研磨面を有する研磨層と、この研磨層に設けられて検出機構の検査光を透過させて研磨加工の終点を検出するための透明な終点検出用窓とを備え、さらに上記研磨層の研磨面に同心円状の環状溝を複数備えた研磨パッドにおいて、
   上記終点検出用窓の表面を上記研磨面と同じ高さに形成し、
   上記環状溝のうち、上記終点検出用窓が形成されている位置と同じ半径位置に形成されている複数の環状溝は、上記終点検出用窓の表面に溝が形成されずに当該終点検出用窓の近傍に端部を備え、
   これら終点検出用窓と同じ半径位置に形成された複数の環状溝の端部と端部とを連結溝によって接続してあり、上記連結溝は上記終点検出用窓に対して間隔を空けて形成されていることを特徴とする研磨パッド。
2. 上記連結溝を、上記終点検出用窓と同じ半径位置に形成された複数の環状溝に対して径方向に隣接する環状溝まで延長したことを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
3. 上記連結溝は直線状であって、かつ上記環状溝の半径方向に対して傾斜させて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。