JPH1199468A - 研磨パッド及びそれを用いた研磨装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、目詰まりを抑制すると共に、コン
ディショニングの有無にかかわらず、研磨の均一性の向
上を図る。 【解決手段】 厚み方向に沿って貫通する複数の貫通孔
が全面に形成され、各貫通孔の直径に相当する内径を有
する複数の小管１１と、各小管の外径よりも大きい内径
を有し、各小管を束ねるための複数の大管１２と、各大
管の側部を互いに接着するための接着層とを備えた研磨
パッド及びそれを用いた研磨装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体ウェ
ハを研磨するための研磨パッド（研磨布）及びそれを用
いた研磨装置に係わり、特に、目詰まりを抑制すると共
に、コンディショニングの有無にかかわらず、研磨の均
一性を向上し得る研磨パッド及びそれを用いた研磨装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程においては、例え
ば層間絶縁膜を含む多層配線を平坦化するためのＣＭＰ
（化学的機械的研磨）が広く知られている。このＣＭＰ
は、例えば図１３に示すように、研磨パッド１が表面に
貼着された回転可能な定盤２と、研磨パッド１に対向配
置された回転可能なヘッド（ウェハ支持具）３とを備え
た研磨装置４が用いられる。すなわち、ＣＭＰは、ウェ
ハ５と研磨パッド１との間に研磨粒子及び加工液からな
るスラリ６を供給しながらウェハ５と研磨パッド１とを
夫々回転させ、ウェハ５を化学・機械の複合作用によっ
て研磨する方式である。なお、研磨粒子としては、例え
ばシリカ（ＳｉＯ₂ ）系、酸化セリウム（ＣｅＯ₂ ）系
又はアルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）系などの粒子が適宜使用さ
れており、加工液としては、例えば無機アルカリのＫＯ
Ｈベース又はＮＨ₄ ＯＨベースの水溶液や、有機アルカ
リベースの水溶液が適宜使用されている。

【０００３】このようなＣＭＰでは、研磨パッド１が例
えばポリウレタン等の樹脂発泡体から作成される。具体
的には図１４に示すように、研磨パッド１は、ポリウレ
タン等の樹脂発泡体７が円柱状に形成され、約１ｍｍ厚
にスライスされて作成される。

【０００４】ここで、研磨パッド１の表面及び内部に
は、図１５の断面図に示すように、発泡による微小な穴
８が多数形成されている。この穴８は、発泡時に球状に
形成され、表面からの深さが最大でも穴の直径程度とな
っている。具体的には穴８の直径と深さは、硬度等の関
係から３０〜６０μｍ程度となっている。

【０００５】研磨中、研磨パッド１表面の穴８には反応
生成物や研磨粒子、研磨屑９が取込まれるが、穴８は微
小であるために研磨屑９やスラリーによって目詰まりし
易くなっている。また、穴８は発泡時に形成されるた
め、各々直径が不均一である。このように、微小で不均
一に形成された穴８は、各穴８毎に不均一にウェハ５を
研磨すると共に、目詰まりすると研磨しなくなるので、
研磨の均一性や研磨速度を低下させる一因となってい
る。

【０００６】現状では、研磨初期に「ならし」が行なわ
れ、微小な穴８を目詰りさせた後、研磨が行なわれる。
また、穴８の目詰まりを除去するため、研磨パッド１の
表面を一層削り、新たに表面を出すコンディショニング
と呼ばれる作業が適宜行なわれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような研磨パッド１及び研磨装置４では、研磨パッド１
内部の穴８の大きさが不均一であるため、コンディショ
ニングをしても、新たな表面の穴８も大きさが不均一と
なってしまう。すなわち、コンディショニングは、穴８
の目詰まりを除去する利点をもつ反面、研磨の均一性を
低下させる一因となる欠点をもつ。また、コンディショ
ニングは、このような欠点をもつにも関わらず、目詰ま
り除去の観点から、高頻度に行なうことが必要である。
しかし、高頻度なコンディショニングは、研磨パッド１
の寿命を低下させると共に、研磨パッド１のコンディシ
ョンを不安定にし、研磨の均一性を低下させることにな
る。

【０００８】本発明は上記実情を考慮してなされたもの
で、目詰まりを抑制すると共に、コンディショニングの
有無にかかわらず、研磨の均一性を向上し得る研磨パッ
ド及びそれを用いた研磨装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の骨子は、直径よ
りも格段に深い複数の貫通孔が全面に形成された研磨パ
ッドを用いることにある。この研磨パッドの構造によれ
ば、各貫通孔が深く形成されているため、目詰まりの頻
度を減らして研磨の均一性を向上できると共に、コンデ
ィショニング回数およびコンディショニング時のテーブ
ル回転数を低減させて研磨パッドの寿命を延ばすことが
できる。

【００１０】また、深さ方向に沿って同一径の貫通孔を
有するため、コンディショニングをしても、研磨パッド
のコンディションを安定させることができ、前述同様
に、研磨の均一性を向上できる。またさらに、各貫通孔
の直径を略均一にすることにより、研磨パッドのコンデ
ィションを面内方向にも安定させることができ、より一
層、研磨の均一性を向上できる。

【００１１】さて、以上のような本発明の骨子に基づい
て具体的には以下のような手段が講じられる。請求項１
に対応する発明は、厚み方向に沿って貫通する複数の貫
通孔が全面に形成された研磨パッドである。

【００１２】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する研磨パッドにおいて、前記各貫通孔が円形
状又は六角形状の平面形状を有する研磨パッドである。
さらに、請求項３に対応する発明は、厚み方向に沿って
貫通する複数の貫通孔が全面に形成された研磨パッドで
あって、前記各貫通孔の直径に相当する内径を有する複
数の小管と、前記各小管の外径よりも大きい内径を有
し、前記各小管を束ねるための複数の大管と、前記各大
管の側部を互いに接着するための接着層とを備えた研磨
パッドである。

【００１３】また、請求項４に対応する発明は、請求項
３に対応する研磨パッドにおいて、前記各小管が円形状
の平面形状を有し、前記各大管が六角形状の平面形状を
備えた研磨パッドである。

【００１４】さらに、請求項５に対応する発明は、厚み
方向に沿って貫通する複数の貫通孔が全面に形成された
研磨パッドであって、前記各貫通孔に対応する複数の溝
部が形成された基材と、前記基材をらせん状に接着する
ための接着層とを備えた研磨パッドである。

【００１５】また、請求項６に対応する発明は、請求項
１乃至請求項５のいずれか１項に対応する研磨パッドに
おいて、前記各貫通孔が形成された表層と、前記表層よ
りも柔軟な材質からなり、前記表層の片面に形成されて
前記各貫通孔を閉塞する弾性層とを備えた研磨パッドで
ある。

【００１６】さらに、請求項７に対応する発明は、請求
項１乃至請求項６のいずれか１項に対応する研磨パッド
において、前記各貫通孔の周囲の材料が、ポリエチレ
ン、ポリプロピレン、ポリウレタン又はテフロンである
研磨パッドである。

【００１７】また、請求項８に対応する発明は、請求項
１乃至請求項７のいずれか１項に対応する研磨パッドに
おいて、少なくとも研磨対象に接する領域内では前記各
貫通孔の直径が略均一に形成された研磨パッドである。

【００１８】また、請求項９に対応する発明は、請求項
１乃至請求項８のいずれか１項に対応する研磨パッドを
用いた研磨装置において、前記研磨パッドが上面に接着
される回転可能な研磨定盤と、前記研磨定盤の上方から
前記研磨パッドにスラリを供給するためのスラリ供給手
段とを備えた研磨装置である。 （作用）従って、請求項１乃至請求項５に対応する発明
は以上のような手段を講じたことにより、各貫通孔が深
く形成されたことにより、目詰まりを抑制すると共に、
コンディショニングの有無にかかわらず、研磨の均一性
を向上させることができる。

【００１９】また、請求項６に対応する発明は、貫通孔
を有する硬い表層と、柔軟な弾性層とを積層させたこと
により、硬い表層により平坦性を確保し、柔軟な弾性層
により研磨対象全面への均一な接触を確保するので、請
求項１乃至請求項５のいずれかに対応する作用に加え、
さらに研磨の均一性を向上させることができる。

【００２０】さらに、請求項７に対応する発明は、各貫
通孔の周囲の材料を規定したことにより、請求項１乃至
請求項６のいずれかに対応する作用を容易且つ確実に奏
することができる。

【００２１】また、請求項８に対応する発明は、各貫通
孔の直径を略均一にしたことにより、請求項１乃至請求
項７のいずれかに対応する作用に加え、研磨パッドのコ
ンディションを面内方向にも安定させることができ、よ
り一層、研磨の均一性を向上させることができる。

【００２２】さらに、請求項９に対応する発明は、以上
のような研磨パッドを用いたことにより、請求項１乃至
請求項８のいずれかに対応する作用を奏する研磨装置を
実現することができる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の各実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。 （第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態に係
る研磨パッドを用いた研磨装置の構成を示す模式図であ
り、図２はその研磨パッドの構成を示す模式図であり、
図３はその研磨パッドの構成を示す部分断面図であっ
て、図１３と同一部分には同一符号を付してその詳しい
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００２４】すなわち、本実施形態は、研磨の均一性の
向上を図る観点から、研磨装置４ａに用いる研磨パッド
１０の構造を改善したものであり、図２及び図３に示す
ように、研磨パッド１０には厚み方向に沿って貫通する
複数の貫通孔１１ａが全面に形成されている。

【００２５】具体的には、研磨パッド１０は、例えば約
１ｍｍ〜２ｍｍ厚の略円形状の外形を有し、各貫通孔１
１ａの直径に相当する内径を有する複数の小管１１と、
各小管１１の外径よりも大きい内径を有し、各小管１１
を束ねるための複数の大管１２と、各大管１２の側部を
互いに接着するための接着層（図示せず）とを備えてい
る。

【００２６】各小管１１は、例えば内径が１０μｍ以下
で略均一に形成されている。各大管１２は、個々には六
角形状の平面形状を有し、接着層により接着されて全体
としては蜂の巣状のハニカム構造を形成している。な
お、各大管１２は、平面形状が任意に選択可能であり、
例えば六角形状に代えて円形状としてもよく、この場
合、全体としては円形を最密に配置した最密構造が形成
される。各小管１１及び各大管１２の材質としては、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、テフロン系、ポリウレタ
ンなどが使用可能である。なお、研磨パッドの材質は、
以下の各実施形態でも同様である。また、このような研
磨パッド１０は、実際には、研磨定盤２に接着するため
の構成として、接着層、剥離層及び支持層を研磨パッド
１０の片面上に順次備えているが、周知技術なので記載
を省略する。なお、この接着層〜支持層の構成は、以下
の各実施形態の研磨パッドでも同様に具備されている。
また、研磨装置４ａの構成も以下の各実施形態中で共通
である。

【００２７】次に、以上のような研磨パッドの製造方法
及び作用について説明する。まず、六角形の断面をもつ
多数の大管１２に対し、これより細い直径１０μｍ程度
の多数の小管１１を接着しながら束ねて夫々大管１２に
詰める。次に、これら各大管１２を互いに接着しながら
束ねると共に、各大管１２の束が所定の研磨パッド１０
の直径になると、接着工程を終了する。続いて、この大
管１２の束をレーザ等により１ｍｍ〜２ｍｍ厚の円板状
にスライスして研磨パッド１０本体が作成される。な
お、前述した通り、この研磨パッド１０は、接着層、剥
離層及び支持層からなる積層構造（図示せず）が裏面に
形成され、製造が完了する。

【００２８】また使用時には、研磨パッド１０は、裏面
の図示しない支持層が剥離され、露出された接着層を介
して研磨装置４ａの研磨定盤２上に接着される。このよ
うな研磨パッド１０及び研磨装置４ａは、研磨パッド１
０の各貫通孔１１ａが深く形成されているため、研磨屑
等による目詰まりの頻度を減らして研磨の均一性を向上
できると共に、コンディショニング回数を低減させて研
磨パッドの寿命を延ばすことができる。

【００２９】また、研磨パッド１０は、深さ方向に沿っ
て同一径の貫通孔１１ａを有するため、コンディショニ
ングをしても、研磨パッド１０のコンディションを安定
させることができ、前述同様に、研磨の均一性を向上で
きる。またさらに、各貫通孔１１ａの直径を略均一にす
ることにより、研磨パッド１０のコンディションを面内
方向にも安定させることができ、より一層、研磨の均一
性を向上できる。

【００３０】上述したように本実施形態によれば、各貫
通孔１１ａが深く形成されたことにより、目詰まりを抑
制すると共に、コンディショニングの有無にかかわら
ず、研磨の均一性を向上させることができる。また、こ
の効果は、各貫通孔１１ａの周囲の材料を規定したこと
により、容易且つ確実に奏することができる。

【００３１】さらに、各貫通孔１１ａ（小管１１）の直
径を略均一にしたことにより、研磨パッド１０のコンデ
ィションを面内方向にも安定させることができ、さら
に、研磨の均一性を向上させることができる。

【００３２】また、本実施形態によれば、小管１１の直
径を１０ｍｍ程度と小さくし、且つ各小管１１を大管１
２に詰めて各大管１２を集積するという入れ子構造を有
しているため、極めて歪みが生じにくい利点を有してい
る。

【００３３】例えば、一般的に研磨パッドは、研磨の負
荷によって外周部に生じる「たわみ」により、ウェハ周
囲の研磨速度を増大させ、ウェハ周囲にダレを生じさせ
る傾向がある。すなわち、一般的に研磨パッドは、外周
部のたわみによっても、研磨の均一性を低下させる傾向
がある。そして、このたわみは、研磨の負荷により、研
磨パッドの外周部が歪むことにより生じている。

【００３４】しかしながら、本実施形態に係る研磨パッ
ド１０は、歪みを極めて生じさせ難いので、外周部のた
わみの発生を阻止でき、より一層、研磨の均一性を向上
させることができる。 （第２の実施形態）図４は本発明の第２の実施形態に係
る研磨パッドの構成を示す模式図であり、図５はこの研
磨パッドの構成を示す部分断面図である。この研磨パッ
ド２０は、内径３０μｍ〜５０μｍ程度で且つ全長１ｍ
ｍの中空糸フィルタ２１が幅１ｍｍの樹脂薄膜２２上に
並列に配置されたフィルタ基材２３を備え、このフィル
タ基材２３がらせん状に接着されて１ｍｍ厚の円板状に
形成されている。すなわち、この研磨パッド２０は、全
面に各中空糸フィルタ２１による直径３０μｍ〜５０μ
ｍ程度の各貫通孔２１ａが形成されている。

【００３５】このような研磨パッドは、次のように製造
される。まず、図６に示すように、各中空糸フィルタ２
１の長手方向を樹脂薄膜２２の長手方向とは直交させる
向きにして各中空糸フィルタ２１を樹脂薄膜２２上に並
列に配置し、各中空糸フィルタ２１を樹脂薄膜２２上に
接着してフィルタ基材２３を形成する。続いて図７に示
すように、このフィルタ基材２３は、所定の径（研磨パ
ッドの直径）になるまでロール状に巻き取られながら接
着される。

【００３６】所定の径になると、ロール状のフィルタ基
材２３は、中空糸フィルタ２１を潰さない観点から、水
を入れて凍らせた状態でレーザにより、１ｍｍ厚にスラ
イスされる。これにより、研磨パッド２０が作成され
る。なお、中空糸フィルタ２１の内径ｄと、スライス厚
さｔとは、２０ｄ≦ｔ≦３０ｄの関係を満たしているこ
とが目詰まり阻止の観点から好ましい。

【００３７】ここで、水を入れて凍らせる工程に代え
て、ガス（圧力）を加える工程により、中空糸フィルタ
２１を潰れから保護し、スライスしてもよい。また、レ
ーザに代えてセラミックの刃を用いてスライスしてもよ
い。但し、金属の刃を用いたスライスは、研磨パッド２
０が金属で汚染される可能性があるので、好ましくな
い。

【００３８】以上のような構成としても、第１の実施形
態の効果に加え、より容易に製造することができる。 （第３の実施形態）図８は本発明の第３の実施形態に係
る研磨パッドの構成を示す模式図であり、図９はこの研
磨パッドの構成を示す部分断面図である。この研磨パッ
ド３０は、所定の溝幅をもつ複数の溝３１が並列に形成
された帯状の樹脂基材３２を備え、この帯状の樹脂基材
３２が自己の溝３１を塞ぐようにらせん状に接着されて
１ｍｍ〜２ｍｍ厚の円板状に形成されている。すなわ
ち、この研磨パッド３０は、全面に各溝３１による各貫
通孔３１ａが形成されている。

【００３９】このような研磨パッドは、次のように製造
される。まず、図１０に示すように、樹脂膜３２ａに複
数の溝３１がレーザ３３により形成される。続いて、こ
の樹脂膜３２ａは、図１１に示すように、所定の径にな
るまで自己の溝３１を塞ぐ向きにロール状に巻き取られ
ながら接着される。

【００４０】所定の径になると、ロール状の樹脂膜３２
ａは、レーザにより、１ｍｍ〜２ｍｍ厚にスライスされ
る。これにより、研磨パッド３０が作成される。なお、
各溝３１は、樹脂基材３２の所定の硬度を維持可能な幅
と間隔で形成される。また、溝幅ｗと、スライス厚さｔ
とは、２０ｗ≦ｔ≦７０ｗの関係を満たしていること
が、硬度の維持と目詰まり阻止との双方の観点から好ま
しい。

【００４１】以上のような構成としても、第１の実施形
態の効果に加え、より容易に製造することができる。ま
た、レーザ３３により各溝３１を形成するので、各溝３
１を同一寸法に形成でき、より一層、研磨パッド３０の
コンディションを安定させることができる。 （他の実施形態）なお、第１乃至第３の各実施形態で
は、各貫通孔を有する硬い表層のみからなる研磨パッド
について説明したが、これに限らず、研磨パッド本体
を、図１２に示すように、各貫通孔１１ａ，２１ａ，３
１ａが形成された表層としての研磨パッド１０，２０，
３０と、表層よりも柔軟な材質からなり、表層の片面に
形成されて各貫通孔１１ａ，２１ａ，３１ａを閉塞する
弾性層４０との二層構造としても、本発明を同様に実施
して同様の効果を得ることができ、さらに、硬い表層に
より平坦性を確保し、柔軟な弾性層により研磨対象全面
への均一な接触を確保するので、より一層、研磨の均一
性を向上させることができる。 また、この二層構造の
研磨パッドは、例えばＳｉＯ₂ からなる層間絶縁層の研
磨に好適である。一方、各実施形態の単層構造の研磨パ
ッドは、Ａｌ等の金属電極や多結晶シリコン層の研磨に
好適である。なお、この二層構造の研磨パッドにおいて
も、実際には、接着層、剥離層及び支持層の構成を順
次、研磨パッドの片面上（弾性層上）に備えていること
は言うまでもない。

【００４２】また、第１の実施形態では、円形状の複数
の小管を六角形状の大管に入れ、各大管を互いに集積す
るという入れ子構造を用いたが、単に六角形状又は円形
状等の任意の平面形状の小管を互いに集積する構成とし
ても、本発明を同様に実施して同様の効果を得ることが
できる。

【００４３】同様に、第２の実施形態では、中空糸フィ
ルタを樹脂薄膜上に並べたものを巻き取ることにより、
研磨パッドを製造する場合について説明したが、これに
限らず、中空糸フィルタを単に集積させることにより、
研磨パッドを製造しても、本発明を同様に実施して同様
の効果を得ることができる。その他、本発明はその要旨
を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、目
詰まりを抑制すると共に、コンディショニングの有無に
かかわらず、研磨の均一性を向上できる研磨パッド及び
それを用いた研磨装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る研磨パッドを
用いた研磨装置の構成を示す模式図

【図２】同実施の形態における研磨パッドの構成を示す
模式図

【図３】同実施の形態における研磨パッドの構成を示す
部分断面図

【図４】本発明の第２の実施形態に係る研磨パッドの構
成を示す模式図

【図５】同実施の形態における研磨パッドの構成を示す
部分断面図

【図６】同実施の形態における製造工程図

【図７】同実施の形態における製造工程図

【図８】本発明の第３の実施形態に係る研磨パッドの構
成を示す模式図

【図９】同実施の形態における研磨パッドの構成を示す
部分断面図

【図１０】同実施の形態における製造工程図

【図１１】同実施の形態における製造工程図

【図１２】本発明の他の実施形態に係る研磨パッドの構
成を示す模式図

【図１３】従来の研磨装置の構成を示す模式図

【図１４】従来の研磨パッドの製造工程図

【図１５】従来の研磨パッドの構成を示す部分断面図

【符号の説明】

４ａ…研磨装置 １０，２０，３０…研磨パッド １１ａ，２１ａ，３１ａ…貫通孔 １１…小管 １２…大管 ２１…中空糸フィルタ ２２…樹脂薄膜 ２３…フィルタ基材 ３１…溝 ３２…樹脂基材 ３２ａ…樹脂膜 ３３…レーザ ４０…弾性層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 間瀬 康一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 安部 正泰 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝多摩川工場内 (72)発明者 北村 敏彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝多摩川工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚み方向に沿って貫通する複数の貫通孔
   が全面に形成されたことを特徴とする研磨パッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の研磨パッドにおいて、 前記各貫通孔は、円形状又は六角形状の平面形状を有す
   ることを特徴とする研磨パッド。
3. 【請求項３】 厚み方向に沿って貫通する複数の貫通孔
   が全面に形成された研磨パッドであって、 前記各貫通孔の直径に相当する内径を有する複数の小管
   と、 前記各小管の外径よりも大きい内径を有し、前記各小管
   を束ねるための複数の大管と、 前記各大管の側部を互いに接着するための接着層とを備
   えたことを特徴とする研磨パッド。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の研磨パッドにおいて、 前記各小管は円形状の平面形状を有し、 前記各大管は六角形状の平面形状を備えたことを特徴と
   する研磨パッド。
5. 【請求項５】 厚み方向に沿って貫通する複数の貫通孔
   が全面に形成された研磨パッドであって、 前記各貫通孔に対応する複数の溝部が形成された基材
   と、 前記基材をらせん状に接着するための接着層とを備えた
   ことを特徴とする研磨パッド。
6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に
   記載の研磨パッドにおいて、 前記各貫通孔が形成された表層と、 前記表層よりも柔軟な材質からなり、前記表層の片面に
   形成されて前記各貫通孔を閉塞する弾性層とを備えたこ
   とを特徴とする研磨パッド。
7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に
   記載の研磨パッドにおいて、 前記各貫通孔の周囲の材料は、ポリエチレン、ポリプロ
   ピレン、ポリウレタン又はテフロンであることを特徴と
   する研磨パッド。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に
   記載の研磨パッドにおいて、 前記各貫通孔は、少なくとも研磨対象に接する領域内で
   は直径が略均一に形成されたことを特徴とする研磨パッ
   ド。
9. 【請求項９】 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に
   記載の研磨パッドを用いた研磨装置において、 前記研磨パッドが上面に接着される回転可能な研磨定盤
   と、 前記研磨定盤の上方から前記研磨パッドにスラリを供給
   するためのスラリ供給手段とを備えたことを特徴とする
   研磨装置。