JP2016159416A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】容易に仕様を変更可能な汎用性の高い研磨パッドを提供する。
【解決手段】板状物（２１）を研磨する研磨装置（２）の回転軸（３８）に連結した円盤状の基台（４０）に装着される研磨パッド（１）であって、研磨装置の基台に装着される下地部材（３）と、下地部材に対してそれぞれ固定され、下地部材に固定される側とは反対側にそれぞれ研磨布（１７）が接着された径の異なる複数の環状部材（１３）と、を備え、一部の環状部材には、他の一部の環状部材とは異なる種類の研磨布が接着されており、複数の環状部材は、隣接する２個の環状部材の内側の環状部材の外周面（１３ｂ）に外側の環状部材の内周面（１３ａ）が接触して全ての環状部材が同心状に配置されるように、下地部材に対してそれぞれ着脱自在に固定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェーハ等の板状物を研磨する際に使用される研磨パッドに関する。

ＩＣ、ＬＳＩ等に代表される半導体デバイスの製造工程では、シリコン等の半導体材料でなる半導体ウェーハを化学的機械的研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）等によって平坦化することがある。ＣＭＰ等の研磨技術では、一般に、不織布や高分子発泡体でなる研磨パッド（例えば、特許文献１参照）を装着した研磨装置が用いられる。

近年では、半導体デバイスの生産性を高めるために、半導体ウェーハの大型化が進められている。一方、半導体ウェーハを大型化すると、従来の研磨パッドでは半導体ウェーハの全面を均一に研磨できなくなる。そこで、研磨層の硬さを領域毎に異ならせた研磨パッドが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１２３９７５号公報 特開２００６−２３１４６４号公報

上述の研磨パッドを用いれば、大型化された半導体ウェーハの全面を均一に研磨して平坦性を高めることができる。しかしながら、この研磨パッドは、硬さの異なる複数の研磨層が一体に固定されてなるので、例えば、研磨の結果等に応じて研磨パッドの仕様を変更したい場合には、別の研磨パッドを新たに製造しなくてはならなかった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、容易に仕様を変更可能な汎用性の高い研磨パッドを提供することである。

本発明によれば、板状物を研磨する研磨装置の回転軸に連結した円盤状の基台に装着される研磨パッドであって、該研磨装置の該基台に装着される下地部材と、該下地部材に対してそれぞれ固定され、該下地部材に固定される側とは反対側にそれぞれ研磨布が接着された径の異なる複数の環状部材と、を備え、一部の該環状部材には、他の一部の該環状部材とは異なる種類の研磨布が接着されており、複数の該環状部材は、隣接する２個の該環状部材の内側の該環状部材の外周面に外側の該環状部材の内周面が接触して全ての該環状部材が同心状に配置されるように、該下地部材に対してそれぞれ着脱自在に固定されることを特徴とする研磨パッドが提供される。

本発明において、複数の該環状部材は、それぞれ雌螺子部を有し、雄螺子を用いて該下地部材に固定されることが好ましい。

本発明に係る研磨パッドは、基台に装着される下地部材と、それぞれ研磨布が接着された径の異なる複数の環状部材と、を備え、複数の環状部材は、下地部材に対してそれぞれ着脱自在に固定されるので、任意の環状部材を研磨布の種類が異なる別の環状部材に交換することで、研磨パッドの仕様を容易に変更できる。このように、本発明によれば、容易に仕様を変更可能な汎用性の高い研磨パッドを提供できる。

研磨パッドの構成例を模式的に示す斜視図である。 研磨パッドの構成例を模式的に示す分解斜視図である。 研磨パッドを構成する円盤状部材の構成例を模式的に示す斜視図である。 研磨パッドを構成する環状部材の構成例を模式的に示す斜視図である。 研磨パッドを研磨布側から見た図である。 研磨パッドが使用される研磨装置の構成例を模式的に示す斜視図である。 板状物が研磨される様子を模式的に示す図である。 板状物と研磨パッドとの位置関係を示す図である。

添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る研磨パッドの構成例を模式的に示す斜視図であり、図２は、研磨パッドの構成例を模式的に示す分解斜視図である。図１及び図２に示すように、研磨パッド１は、所定の剛性を有する下地部材（プラテン）３を備えている。

下地部材３は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：Poly Ether Ether Ketone）等の樹脂を用いて円盤状に形成されており、略平坦な第１面３ａと第２面３ｂとを有している。下地部材３の第１面３ａ側は、後述する研磨装置２（図６参照）が備える円盤状のマウンタ（基台）４０に装着される。

一方、下地部材３の第２面３ｂ側の中央領域には、平面視で円形に形成された円盤状部材５が固定されている。図３は、円盤状部材５の構成例を模式的に示す斜視図である。図３に示すように、円盤状部材５は、円盤状のプレート７を含んでいる。

プレート７は、例えば、下地部材３と同様の樹脂を用いて、下地部材３より小径に形成されており、略平坦な第１面７ａと第２面７ｂとを有している。このプレート７の第１面７ａ側には、凹部の内周面に螺子（螺子溝）が切られた複数（本実施形態では８個）の雌螺子部７ｃが形成されている。また、プレート７の中央部には、研磨液の流路となる貫通穴７ｄが形成されている。

プレート７の第２面７ｂ側には、プレート７と同様の円盤状に形成された研磨布９が接着されている。この研磨布９は、例えば、粘着テープを用いてプレート７に接着されており、研磨の際に対象の板状物２１（図７参照）と接触する。なお、研磨布９は、任意の接着剤を用いてプレート７に接着されても良い。また、研磨布９の中央部には、プレート７の貫通穴７ｄに対応する貫通穴９ａが形成されている（図５参照）。

研磨布９としては、不織布型、高分子発泡体型のいずれを用いることもできる。例えば、シリコン等の半導体材料でなる板状物を研磨する場合には、不織布型のＳＵＢＡ（登録商標）シリーズや、発泡ポリウレタンでなる高分子発泡体型のＩＣ１０００（登録商標）等を単層で、又は２層以上に積層して用いると良い。

なお、研磨布９を積層構造（代表的には、ＳＵＢＡ（登録商標）４００とＩＣ１０００（登録商標）との積層構造）とする場合には、研磨布９が撓み易くなるので、研磨装置２側にゴム等の緩衝材を設けなくても板状物２１と研磨布９とを適切に接触させることができる。

図１及び図２に示すように、下地部材３においてプレート７の雌螺子部７ｃに対応する位置には、下地部材３を第１面３ａ側から第２面３ｂ側まで貫通する複数（本実施形態では８個）の貫通穴３ｃが形成されている。この貫通穴３ｃを通じて雄螺子１１をプレート７の雌螺子部７ｃに締め込むことで、円盤状部材５は下地部材３の第２面３ｂ側に着脱可能に固定される。

なお、下地部材３の中央には、プレート７の貫通穴７ｄに対応する貫通穴３ｄが形成されている。マウンタ４０側から供給される研磨液は、貫通穴３ｄ，７ｄ，９ａを通じて板状物２１の上面に導かれる。

また、下地部材３の第２面３ｂ側には、平面視で円環状に形成された径の異なる複数の環状部材１３が円盤状部材５を囲む同心状に固定されている。図４は、環状部材１３の構成例を模式的に示す斜視図である。図４に示すように、環状部材１３は、円環状のプレート１５を含んでいる。

プレート１５は、例えば、下地部材３と同様の樹脂を用いて、円盤状部材５のプレート７より大径に形成されており、略平坦な第１面１５ａと第２面１５ｂとを有している。このプレート１５の第１面１５ａ側には、凹部の内周面に螺子（螺子溝）が切られた複数（本実施形態では８個）の雌螺子部１５ｃが形成されている。

プレート１５の第２面１５ｂ側には、プレート１５と同様の円環状に形成された研磨布１７が接着されている。この研磨布１７は、例えば、粘着テープを用いてプレート１５に接着されており、研磨の際に板状物２１と接触する。なお、研磨布１７は、任意の接着剤を用いてプレート１５に接着されても良い。

研磨布１７の材質等は、円盤状部材５の研磨布９の材質等と同様である。ただし、円盤状部材５及び複数の環状部材１５の少なくともいずれかには、他のいずれかとは異なる種類の研磨布が接着される。すなわち、研磨パッド１は、２種類以上の異なる研磨布を含んで構成される。ここで、種類が異なる、とは、材質や硬さ等の研磨能力に寄与する特徴が異なっていることをいう。

図１及び図２に示すように、下地部材３においてプレート１５の雌螺子部１５ｃに対応する位置には、下地部材３を第１面３ａ側から第２面３ｂ側まで貫通する複数（本実施形態では８個）の貫通穴３ｅが形成されている。この貫通穴３ｅを通じて雄螺子１９をプレート１５の雌螺子部１５ｃに締め込むことで、環状部材１３は下地部材３の第２面３ｂ側に固定される。

図５は、研磨パッド１を研磨布９，１７側から見た図である。円盤状部材５の径は、隣接する環状部材１３の内径に等しくなっており、上述のように円盤状部材５及び複数の環状部材１３を下地部材３に固定すると、図５に示すように、円盤状部材５の外周面５ａには、隣接する環状部材１３の内周面１３ａが接触する。

また、隣接する２個の環状部材１３において、内側の環状部材１３の外径は、外側の環状部材１３の内径に等しくなっており、図５に示すように、内側の環状部材１３の外周面１３ｂには、外側の環状部材１３の内周面１３ａが接触する。すなわち、研磨パッド１には、円盤状部材５及び複数の環状部材１３が同心状（年輪状）に隙間なく配置されている。

このように構成された本実施形態に係る研磨パッド１では、円盤状部材５又は環状部材１３毎に研磨布９，１７を選択できるので、所望の仕様を満たす研磨パッド１を容易に形成できる。仕様の一例としては、図５に示すような４つの領域Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４のそれぞれに異なる種類の研磨布９，１７を採用したものが挙げられる。もちろん、研磨パッド１の仕様はこれに限定されず、任意に設定、変更できる。

また、本実施形態に係る研磨パッド１では、下地部材３に対して円盤状部材５及び環状部材１３が雄螺子１１，１９で着脱自在に固定されている。そのため、円盤状部材５や環状部材１３を組み替えることで、研磨の結果等に応じて研磨パッド１の仕様を迅速に変更できる。

なお、本実施形態に係る研磨パッド１の性質上、円盤状部材５及び環状部材１３を下地部材３に固定しただけでは、研磨布９，１７側の平坦性を十分に確保できないことがある。そのような場合には、板状物２１を研磨する前に、研磨パッド１の研磨布９，１７側をドレッシングして平坦化することが好ましい。

次に、本実施の形態に係る研磨パッド１が使用される研磨装置の例について説明する。図６は、研磨パッド１が使用される研磨装置の構成例を模式的に示す斜視図である。図４に示すように、研磨装置２は、各構造を支持する基台４を備えている。

基台４の上面前端側には、開口４ａが形成されており、この開口４ａ内には、研磨対象の板状物２１を搬送する搬送機構６が設けられている。また、開口４ａのさらに前方の領域には、板状物２１を収容可能なカセット８ａ，８ｂが載置されている。板状物２１は、例えば、円盤状に形成された半導体ウェーハや樹脂基板、セラミック基板等である。ただし、板状物２１は、必ずしもこれらに限定されない。

カセット８ａが載置される載置領域及び開口４ａの後方には、板状物２１の位置合わせを行う位置合わせ機構１０が設けられている。位置合わせ機構１０は、例えば、カセット８ａから搬送機構６で搬送され、位置合わせ機構１０に載置された板状物２１の位置合わせを行う。

位置合わせ機構１０の後方には、板状物２１を吸引保持して旋回可能な搬入機構１２が設けられている。搬入機構１２の後方には、開口４ｂが形成されている。この開口４ｂ内には、Ｘ軸移動テーブル１４、Ｘ軸移動テーブル１４をＸ軸方向（前後方向）に移動させるＸ軸移動機構（不図示）、及びＸ軸移動機構を覆う防塵防滴カバー１６が設けられている。

Ｘ軸移動機構は、Ｘ軸方向に平行な一対のＸ軸ガイドレール（不図示）を備えており、Ｘ軸ガイドレールには、Ｘ軸移動テーブル１４がスライド可能に設置されている。Ｘ軸移動テーブル１４の下面側には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｘ軸ガイドレールと平行なＸ軸ボールネジ（不図示）が螺合されている。

Ｘ軸ボールネジの一端部には、Ｘ軸パルスモータ（不図示）が連結されている。Ｘ軸パルスモータでＸ軸ボールネジを回転させることで、Ｘ軸移動テーブル１４はＸ軸ガイドレールに沿ってＸ軸方向に移動する。

Ｘ軸移動テーブル１４上には、板状物２１を吸引保持するチャックテーブル１８が設けられている。チャックテーブル１８は、モータ等の回転駆動源（不図示）と連結されており、鉛直方向（Ｚ軸方向）に延びる回転軸の周りに回転する。

チャックテーブル１８の上面は、板状物２１を吸引保持する保持面１８ａとなっている。この保持面１８ａは、チャックテーブル１８の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。搬入機構１２で搬入された板状物２１は、保持面１８ａに作用する吸引源の負圧でチャックテーブル１８に吸引保持される。

開口４ｂの後方には、柱状の支持構造２０が略鉛直に立てられている。支持構造２０の前面側には、Ｚ軸移動機構２２が設けられている。Ｚ軸移動機構２２は、支持構造２０の前面に配置されＺ軸方向に平行な一対のＺ軸ガイドレール２４を備えている。Ｚ軸ガイドレール２４には、Ｚ軸移動プレート２６がスライド可能に設置されている。

Ｚ軸移動プレート２６の後面側（裏面側）には、ナット部（不図示）が設けられており、このナット部には、Ｚ軸ガイドレール２４と平行なＺ軸ボールネジ２８が螺合されている。Ｚ軸ボールネジ２８の一端部には、Ｚ軸パルスモータ３０が連結されている。Ｚ軸パルスモータ３０でＺ軸ボールネジ２８を回転させることで、Ｚ軸移動プレート２６はＺ軸ガイドレール２４に沿ってＺ軸方向に移動する。

Ｚ軸移動プレート２６の前面（表面）には、支持具３２が固定されている。この支持具３２には、板状物２１を研磨する研磨ユニット（研磨手段）３４が支持されている。研磨ユニット３４は、支持具３２に固定されたスピンドルハウジング３６を含む。スピンドルハウジング３６には、Ｚ軸方向に略平行な回転軸を構成するスピンドル（回転軸）３８が収容されている。

スピンドルの下端部には、円盤状のマウンタ４０が設けられている。マウンタ４０の下面は、研磨パッド１の下地部材３側を吸引保持する保持面となっている。この保持面は、マウンタ４０の内部に形成された流路（不図示）を通じて吸引源（不図示）と接続されている。研磨パッド１は、保持面に作用する吸引源の負圧でマウンタ４０に吸引保持される。なお、研磨パッド１は、螺子等の固定具を用いてマウンタ４０に固定されても良い。

図７は、板状物２１が研磨される様子を模式的に示す側面図である。図７に示すように、スピンドル３８には、配管４２を介してスラリー等の研磨液を供給する研磨液供給源４４が接続されている。スピンドル３８及びマウンタ４０の内部には、供給路３８ａ，４０ａがそれぞれ形成されており、研磨液供給源４４からの研磨液は、配管４２、供給路３８ａ，４０ａ等を通じて研磨パッド１の貫通穴３ｄ，７ｄ，９ａに供給される。

図７に示すように、板状物２１をチャックテーブル１８に吸引保持させた状態でチャックテーブル１８と研磨パッド１とを相互に回転させて、研磨液を供給しながら板状物２１の上面に研磨パッド１を接触させれば、板状物２１を研磨できる。この研磨は、例えば、研磨ユニット３４に隣接する非接触型の厚み測定器４６で板状物２１の厚みをリアルタイムに測定しながら行われる。

図８は、研磨パッド１と板状物２１との位置関係を模式的に示す図である。図７及び図８に示すように、研磨パッド１の回転軸と板状物２１（チャックテーブル１８）の回転軸とは一致しておらず、また、それぞれの中央部分と外周部分とで回転による速度も異なる。これにより、研磨パッド１と板状物２１との接触頻度は、板状物２１の全面において等しくならない。

そのため、例えば、単一の研磨布で構成された研磨パッドを用いると、板状物には研磨の斑が発生し易くなる。具体的には、板状物の回転数が研磨パッドの回転数よりも大きい場合や、研磨パッドの回転数が被加工物の回転数よりも大きい場合には、外周部分の研磨が進み易く、研磨後の板状物は凸状になってしまう。

一方、板状物の回転数と研磨パッドの回転数とが等しい場合には、一部の領域で研磨パッドと板状物との速度差がなくなり、研磨が進み難くなる。特に、外周部分で研磨が進み難いので、研磨後の板状物は凹状になってしまう。

これに対して、本実施形態に係る研磨パッド１では、研磨レートを領域毎に設定できるので、上述のような研磨の斑を低減して板状物２１を平坦化できる。また、板状物２１との接触頻度に起因して研磨パッド１の摩耗量も領域毎に異なってくるが、本実施形態に係る研磨パッド１では、摩耗した領域毎に研磨布９，１７（円盤状部材５、環状部材１３）を適宜交換できる。

なお、チャックテーブル１８と研磨パッド１との回転数は、それぞれ、１００ｒｐｍ〜８００ｒｐｍ、好ましくは２００ｒｐｍ〜５００ｒｐｍに制御される。ただし、チャックテーブル１８の回転と研磨パッド１の回転とが同期すると、上述のように板状物２１の研磨が進み難くなるので、チャックテーブル１８の回転数と研磨パッド１の回転数とは僅かに異なっていることが好ましい。

研磨ユニット３４の近傍には、研磨パッド１の研磨布９，１７側を洗浄する第１洗浄ノズル４８、及びチャックテーブル１８の保持面１８ａを洗浄する第２洗浄ノズル５０が設けられている。第１洗浄ノズル４８及び第２洗浄ノズル５０によって、研磨パッド１及びチャックテーブル１８は清浄な状態に保たれる。

搬入機構１２と隣接する位置には、研磨後の板状物２１を吸引保持して旋回可能な搬出機構５２が設けられている。搬出機構５２の前方、且つ開口４ａの後方には、研磨後の板状物２１を洗浄する洗浄ユニット５４が設けられている。洗浄ユニット５４で洗浄された板状物２１は、搬送機構６で搬送され、例えば、カセット８ｂに収容される。

なお、本発明は上記実施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、上記実施形態では、ＣＭＰ等に使用可能な研磨装置２を例示しているが、本発明に係る研磨パッドは、研磨液を用いないドライポリッシュ等にも使用できる。

その他、上記実施形態に係る構成、方法等は、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施できる。

１ 研磨パッド
３ 下地部材（プラテン）
３ａ 第１面
３ｂ 第２面
３ｃ，３ｄ，３ｅ 貫通穴
５ 円盤状部材
５ａ 外周面
７ プレート
７ａ 第１面
７ｂ 第２面
７ｃ 雌螺子部
７ｄ 貫通穴
９ 研磨布
９ａ 貫通穴
１１ 雄螺子
１３ 環状部材
１３ａ 内周面
１３ｂ 外周面
１５ プレート
１５ａ 第１面
１５ｂ 第２面
１５ｃ 雌螺子部
１７ 研磨布
１９ 雄螺子
２１ 板状物
２ 研磨装置
４ 基台
４ａ，４ｂ 開口
６ 搬送機構
８ａ，８ｂ カセット
１０ 位置合わせ機構
１２ 搬入機構
１４ Ｘ軸移動テーブル
１６ 防塵防滴カバー
１８ チャックテーブル
１８ａ 保持面
２０ 支持構造
２２ Ｚ軸移動機構
２４ Ｚ軸ガイドレール
２６ Ｚ軸移動プレート
２８ Ｚ軸ボールネジ
３０ Ｚ軸パルスモータ
３２ 支持具
３４ 研磨ユニット（研磨手段）
３６ スピンドルハウジング
３８ スピンドル（回転軸）
３８ａ 供給路
４０ マウンタ（基台）
４０ａ 供給路
４２ 配管
４４ 研磨液供給源
４６ 厚み測定器
４８ 第１洗浄ノズル
５０ 第２洗浄ノズル
５２ 搬出機構
５４ 洗浄ユニット

Claims (2)

1. 板状物を研磨する研磨装置の回転軸に連結した円盤状の基台に装着される研磨パッドであって、
   該研磨装置の該基台に装着される下地部材と、
   該下地部材に対してそれぞれ固定され、該下地部材に固定される側とは反対側にそれぞれ研磨布が接着された径の異なる複数の環状部材と、を備え、
   一部の該環状部材には、他の一部の該環状部材とは異なる種類の研磨布が接着されており、
   複数の該環状部材は、隣接する２個の該環状部材の内側の該環状部材の外周面に外側の該環状部材の内周面が接触して全ての該環状部材が同心状に配置されるように、該下地部材に対してそれぞれ着脱自在に固定されることを特徴とする研磨パッド。
2. 複数の該環状部材は、それぞれ雌螺子部を有し、雄螺子を用いて該下地部材に固定されることを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。

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