JP6065208B2 - 研磨パッド及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、研磨パッド及びその製造方法に関し、特に、化学的機械的研磨法において用いられる研磨パッド及びその製造方法に関する。

従来から、半導体ウェハや液晶ディスプレイ用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、磁気ディスク用ガラス基板等の被研磨物の表面を研磨して平坦化する方法として、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）が用いられている。ＣＭＰ法を用いて被研磨物を研磨する際は、研磨パッドを被研磨物に押し当て、両者の間に研磨スラリーを供給しながら研磨パッドと被研磨物とを回転させる。研磨スラリーは、研磨パッドの回転に伴う遠心力によって、中心側から外側に向かって流れ、最終的には研磨パッドの外部に排出される。

近年では、研磨スラリーを被研磨物の表面に均等かつ十分に行き渡らせて被研磨物を一様で高精度に平坦化すること、高価な研磨スラリーの消費を抑えること、及びスクラッチの原因となる研磨屑を効率的に排出することを達成するために、研磨パッドの表面に様々な形状の溝を形成して研磨スラリーの流れをコントロールすることが一般的に行われている。そして溝内の研磨スラリーの流れをコントロールすることによって、被研磨物の表面に均等かつ十分に研磨スラリーを行き渡らせたり、研磨スラリーの消費を抑制したり、研磨屑を効率的に研磨面と被研磨物との間から排出したりできるようにしている。このような技術としては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。

特許文献１には、研磨パッドの表面に溝を形成し、さらに溝内に研磨スラリーを混合するための混合構造を形成した研磨パッドが記載されている。混合構造は、一連の山部と谷部とによって構成されている。そして特許文献１の研磨パッドは、混合構造によって溝内におけるスラリー流れの層流化を防止している。

特許第４６８９２４１号公報

ところで、一般的に研磨スラリーは、研磨パッドの中心付近から研磨パッドと被研磨物との間に流入し、研磨パッドを回転させたときの遠心力によって、研磨パッドの中心付近から外方に向けて流れる。そして研磨スラリーの流速は、研磨パッドの回転中心からの距離に応じて変化し、遠心力が強い周辺部では流速が速くなり、遠心力が弱い中央部では流速が遅くなる。このような速度差があることに起因して、流速が速い箇所では、スラリーの排出量が多くなり、流速が遅い箇所では、スラリーの排出量が少なくなる。

従って、研磨パッドの研磨面全面にわたって研磨スラリーの量を均一にするためには、溝内での研磨スラリーの流速を溝の全長にわたって均一にすることが望ましい。

しかしながら特許文献１の混合構造によれば、混合構造を溝内に設けることによって、溝内での研磨スラリーの層流化を防ぎ研磨スラリーを満遍なく使用することができるものの、溝内での研磨スラリーの流速をコントロールすることができないため、研磨パッドの研磨面全面にわたって研磨スラリーの量を均一にすることはできない。

そこで本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、研磨パッドの研磨面全面にわたってスラリーの量を均一にすることができる研磨パッド及びその製造方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明は、内部に研磨スラリーを流すための複数の溝が研磨面に形成された研磨パッドであって、複数の溝は、各々、研磨パッドの外周に向けて延び、その下流側端部が研磨パッドの外周に達しており、溝内で研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置において溝の表面に形成された、溝内での研磨スラリーの流れを阻害する阻害構造を備え、この阻害構造は、頂部が溝の上流側に向けられた複数の突起状物を有していること特徴とする。

このように構成された本発明によれば、溝内において研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置に阻害構造を設けることによって、研磨スラリーの流速が速くなるのを防止することができる。これにより、研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置において研磨スラリーの流速を遅くすることができ、溝内での研磨スラリーの流速をより均一に近付けることができる。そして溝内での研磨スラリーの流速をより均一に近付けることによって、溝内の研磨スラリーの分布をより均一にすることができる。

また、本発明において、好ましくは、阻害構造は、溝の下流側端部近傍にのみ設けられている。

このように構成された本発明によれば、溝内の研磨スラリーの流速が早い、溝の下流側端部近傍にのみ阻害構造を設けることができる。そして阻害構造の位置を限定することによって、流速が遅い位置において研磨スラリーの流れを阻害しないようにし、その一方で、流速が早い位置において研磨スラリーの流れを阻害することができる。これにより、溝内での研磨スラリーの流速をより均一に近付けることができ、溝内の研磨スラリーの分布をより一層均一にすることができる。

また、本発明において、好ましくは、研磨パッドは発泡性ポリウレタン製であり、阻害構造の突起状物は、溝の表面を上流側に向けて擦ることで形成されている。

このように構成された本発明によれば、発泡性ポリウレタン製の研磨パッドの溝の表面を溝の上流向きに擦ることによって溝の表面に形成された***物を阻害構造の突起状物とすることができる。

また、本発明において、好ましくは、阻害構造よりも溝の上流側において溝の表面に形成された、研磨スラリーの流れを促進する促進構造を備え、この促進構造は、その頂部が溝の下流側に向けられた複数の突起状物を有している。

このように構成された本発明によれば、研磨スラリーの流速が遅い、阻害構造よりも溝の上流側において研磨スラリーの流れを促進することができ、これにより、溝内での研磨スラリーの流速を溝の全長にわたってより均一にすることができ、溝内の研磨スラリーの分布をより一層均一にすることができる。

また、上記課題を解決するために、本発明による研磨パッドの製造方法は、内部に研磨スラリーを流すための複数の溝が研磨面に形成され、複数の溝は、各々、研磨パッドの外周に向けて延び、その下流側端部が研磨パッドの外周に達している研磨パッドの製造方法であって、溝内で研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置において溝の表面を上流側に向けて擦り、溝内での研磨スラリーの流れを阻害する阻害構造を形成する工程を備え、この阻害構造は、頂部が溝の上流側に向けられた複数の突起状物を有していることを特徴とする。

このように構成された本発明によれば、溝内において研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置に阻害構造を有しており、この阻害構造によって研磨スラリーの流速が速くなるのを防止することができる研磨パッドを製造することができる。これにより、研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置において、研磨スラリーの流速を遅くすることができ、溝内での研磨スラリーの流速をより均一に近付けることができる。そして溝内での研磨スラリーの流速をより均一に近付けることによって、溝内の研磨スラリーの分布をより均一にすることができる。

以上のように本発明によれば、研磨パッドの研磨面全面にわたってスラリーの量を均一にすることができる研磨パッド及びその製造方法を提供することができる。

本発明の実施形態による研磨パッドを備える研磨装置を示す断面図である。 本発明の実施形態による研磨パッドの研磨面を示す上面図である。 図２のIII-III断面に沿った断面図である。 本発明の実施形態による阻害構造を示す要部斜視図である。 本発明の実施形態の変形例による研磨パッドの研磨面を示す上面図である。 本発明の実施形態の変形例による研磨パッドの研磨面を示す上面図である。 本発明の実施形態の変形例による研磨パッドの研磨面を示す上面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態による研磨パッド及び研磨パッドの製造方法について説明する。図１は、本発明による研磨パッドを備える研磨装置を示す断面図である。

先ず、図１に示すように、研磨装置１は、ＣＭＰ法により被研磨物３の面を平坦化するものである。研磨装置１は、回転軸周りに回転する研磨定盤５と、研磨定盤５の上面に固定された研磨パッド７と、研磨パッド７の研磨面９を目立てするためのドレッサ３１と、被研磨物３を保持するための保持具３３と、研磨スラリーを研磨面９に供給するための研磨スラリー供給装置３５とを備えている。

このような研磨装置１は、研磨スラリー供給装置３５から研磨パッド７の研磨面９に研磨スラリーを供給しながら、研磨定盤５を及び保持具１３を回転させることによって、保持具３３に保持された被研磨物３の表面を平坦化するようになっている。

図２は、研磨パッドの研磨面を示す上面図である。
研磨パッド７は、発泡性ポリウレタンで形成されており、その研磨面９には、研磨スラリーを流すための複数の溝１１が形成されている。溝１１は、研磨面９の中心から径方向に直線状に、研磨パッド７の外周まで延びている。図２に示す例では、研磨パッド７の研磨面９に１６本の溝が研磨面９の中心から直線放射状に延びている。

研磨スラリー供給装置３５の供給部は、研磨面９の中心の真上に配置されており、研磨スラリー供給装置３５から供給された研磨スラリーは、研磨面９の中心に供給される。そして供給された研磨スラリーの一部は、研磨面９の中心から溝１１内に入り、研磨面９の中心付近から研磨パッド７の外周に向けて流れる。即ち、溝１１は、研磨スラリーを研磨面９の中心付近から研磨パッド７の外周まで流すための流路を形成しており、この流路は、研磨面９の中心付近が上流となり、研磨パッド７の外周付近が下流となっている。

複数の溝１１は、例えば旋盤やマシニングセンタ等の従来から使用されている旋削溝加工用工具によって形成されている。

図３は、図２のIII-III断面に沿った断面図である。III-III断面は、研磨面９に形成された溝１１に沿った断面である。

図３に示すように溝１１内には、溝１１内での研磨スラリーの流れを阻害する阻害構造１７、及び溝内での研磨スラリーの流れを促進する促進構造１９が形成されている。

阻害構造１７は、溝１１内で研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置に形成されており、頂部が溝１１の上流側に向けられた複数の突起状物２１を有している。溝１１内で研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置とは、溝１１の下流寄りの位置、又は研磨面９の中心から離れた位置を意味する。即ち、上述したように、溝１１内での研磨スラリーの流速は、研磨パッド７の回転中心となる研磨面９の中心からの距離に対応するため、溝１１内では、研磨面９の中心Ｃからの距離が離れるに連れて研磨スラリーの流速が速くなる。従って、阻害構造１７を、研磨スラリーの流速が速くなる溝１１の下流寄りの位置に形成することによって、溝１１の下流寄りの位置で研磨スラリーの流速を遅くすることができる。

阻害構造１７を設ける具体的な位置は、研磨スラリーの粘度や研磨材含有量等、研磨スラリーの性質によって決定することが好ましい。一例として、阻害構造１７を、溝１１の下流側端部から、溝１１の全長の１／３程度上流側に上った位置にわたって形成することができる。また、研磨スラリーの溝１１内からの排出性を高めるために、溝１１の出口、即ち溝１１の下流側端部には阻害構造１７を設けないようにしてもよい。また、阻害構造１７の機能を考慮すると、阻害構造１７を溝１１の上流付近には形成せず、溝１１の下流側のみ、場合によっては下流側端部近傍のみに形成することが好ましい。

図４は、阻害構造を示す要部斜視図である。
阻害構造１７は、上述したように、溝１１の底部に形成された複数の突起状物２１を有している。各突起状物２１は、例えば研磨粒付きの回転ブラシや砥石等の研磨工具を溝１１の底面に押し当てて研磨工具を上流側に向けて回転させることで形成されている。研磨工具を溝１１の底面に押し当てて回転させると、発泡性ポリウレタンで出来た溝１１の底面は、上流側に向けて押し出される。これにより、溝１１の底面には、複数の突起状物２１が形成されて溝１１の底面は波立ったような形状となる。突起状物２１は、溝１１の底面から***しており、その頂部２３は溝１１の上流側に向いている。

また、刃部が切削方向に対して並列的に複数設けられた多刃工具を用いることによって、溝と突起状物２１を同時に形成することもできる。この場合、切削速度を低速にしたり、多刃工具の刃のうち数箇所の刃を異素材にしたり、多刃工具の刃のうち数箇所の刃の突出高さを高くしたり、多刃工具の刃のうち数箇所を刃先の形状を変えたりする等の手法を用いる。

突起状物２１の大きさは、研磨工具を溝１１の底面に押し当てる強さや、研磨工具の回転数によって変化する。そして突起状物２１の大きさは、阻害構造１７が形成された溝１１の底面に接触式表面粗さ測定器を当てて表面粗さを測定したときに、上流側から下流側に向けて測定した最大高さＲｚ（JIS B 0601:2001）の数値と、下流側から上流側に向けて測定した最大高さＲｚの数値との差が、５μｍ以上となるように設定することが好ましく、２０μｍ以上となるように設定することがより好ましい。

なお、図４は、説明の便宜上、模式的に表した図面であり、実際に発泡性ポリウレタン製の研磨パッドの溝の底面に研磨工具を押し当てて粗面化し、突起状物を形成すると、図４に示すような幾何学的形状を有する突起状物が形成されることはなく、ウレタンの表面が上流側に向けて毛羽立ったような状態となる。そして、溝の底面には、大きさや形の異なる複数の毛羽状物が形成される。このとき各々の毛羽状物は、溝の底面から突出した突起物状となっており、上流側に向けて溝の底面から突出し、その頂部は溝の上流側に向けられる。

促進構造１９は、阻害構造１７よりも上流側に設けられている。促進構造１９は、阻害構造１７と同様に、複数の突起状物２５を有しており、突起状物２５の頂部は溝の下流側に向けられている。

促進構造１９を設ける位置は、阻害構造１７よりも溝１１の上流側であればよく、阻害構造１７と同様に、研磨スラリーの粘度や研磨材含有量等、研磨スラリーの性質によって決定することが好ましい。一例として、促進構造１９を、溝１１の上流側端部から、溝１１の全長の１／３程度下流側に下った位置にわたって形成することができる。また、促進構造１９を、阻害構造１７と連続するように形成しても良いし、阻害構造１７から所定の距離離れた位置に形成しても良い。

促進構造１９の突起状物２５は、頂点が溝１１の下流側を向いている点以外は、阻害構造１７の突起状物２３と同様の構成を有しており、所定の研磨工具を溝１１の底面に押し当てて研磨工具を下流側に向けて回転させることで形成されている。

次に、研磨パッド７の作用について詳述する。

研磨パッド７の溝１１内に阻害構造１７及び促進構造１９を設けることによって、一本の溝１１内では、溝１１の上流側において研磨スラリーの流れが促進され、溝１１の下流側において研磨スラリーの流れが阻害される。阻害構造１７及び促進構造１９を有していない溝内では、下流側に向かうに連れて研磨スラリーの流速が速くなる。しかしながら、溝１１内に阻害構造１７及び促進構造１９を形成して、溝１１の上流側において促進構造１９によって研磨スラリーの流れを促進し、溝１１の下流側において阻害構造１７によって研磨スラリーの流れを阻害することによって、溝１１の全長にわたって研磨スラリーの流速を均一に近付けることができる。これにより、溝１１内の全長にわたって研磨スラリーの量を均一にすることができる。そして研磨パッド７の研磨面９には、複数の溝１１が形成されているので、各溝１１内での研磨スラリーの量を均一にすることによって研磨面９全体の研磨スラリーの量を均一にすることができ、これにより、被研磨物３が研磨面９のどの部分に接触したとしても被研磨物３と研磨面９との間の研磨スラリーの量を均一にすることができる。

尚、上述の実施形態では、一本の溝１１に阻害構造１７及び促進構造１９を形成するようにしたが、必ずしも一本の溝１１に阻害構造１７及び促進構造１９を形成する必要は無く、阻害構造１７だけを形成したり、促進構造１９だけを形成したりしても良い。また、阻害構造１７及び促進構造１９を必ずしも溝１１の底面に形成する必要はなく、溝１１の側壁に形成したり、Ｖ字断面を有する溝の側壁、弧形断面を有する溝の表面等に形成したりしてもよい。また、阻害構造１７及び／又は促進構造１９の溝１１に対する長さは、全ての溝１１内において同一である必要はなく、隣接する溝１１同士で異なる長さの阻害構造１７及び／又は促進構造１９を有していてもよい。

また、上述の実施形態では、直線放射状に延びる溝１１を有する研磨面９を備えた研磨パッド７を例に挙げて詳細な説明を行った。しかしながら、本発明を、図５に示すような格子状溝、図６に示すような曲線放射溝、又は図７に示すような螺旋溝を有する研磨を備えた研磨パッドに適用することも可能である。

図５に示す研磨パッド５１の研磨面５３には、複数の溝５５が格子を描くように形成されている。そしてこのような研磨パッド５１の溝５５内に上述した阻害構造１７及び促進構造１９を形成してもよい。このような研磨パッド５１では、例えば溝５５ｘのように研磨面５３の中心Ｃ付近を通過しない溝も存在する。このような溝５５ｘ内での研磨スラリーの流れは、研磨面５３の中心Ｃを始点として流れる。スラリーの流速は遠心力の大きさに対応するため、溝５５内に阻害構造１７を形成する場合、外周から中心Ｃへ向けた最短の溝経路方向に阻害構造を形成すればよい。

また、図６及び図７に示す例では、溝が研磨面の中心Ｃを始点として曲線状に延びているが、曲線状の溝における上流側とは、研磨面の中心Ｃ方向ではなく、溝内の任意の点を見たときに、その点に対して研磨スラリーが流れてくる方向が上流側であり、その点から研磨スラリーが流れていく方向が下流側である。

７，５１ 研磨パッド
９，５３ 研磨面
１１，５５ 溝
１７ 阻害構造
１９ 促進構造
２１ 突起状物
２３ 頂点
２５ 突起状物

Claims (5)

1. 内部に研磨スラリーを流すための複数の溝が研磨面に形成された研磨パッドであって、
   複数の溝は、各々、研磨パッドの外周に向けて延び、その下流側端部が研磨パッドの外周に達しており、
   溝内で研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置において溝の表面に形成された、溝内での研磨スラリーの流れを阻害する阻害構造を備え、
   この阻害構造は、頂部が溝の上流側に向けられた複数の突起状物を有している、研磨パッド。
2. 前記阻害構造は、前記溝の下流側端部近傍にのみ設けられている、請求項１に記載の研磨パッド。
3. 前記研磨パッドは発泡性ポリウレタン製であり、
   前記阻害構造の突起状物は、前記溝の表面を上流側に向けて擦ることで形成されている、請求項１に記載の研磨パッド。
4. 前記阻害構造よりも溝の上流側において溝の表面に形成された、研磨スラリーの流れを促進する促進構造を備え、
   この促進構造は、その頂部が溝の下流側に向けられた複数の突起状物を有している、請求項１に記載の研磨パッド。
5. 内部に研磨スラリーを流すための複数の溝が研磨面に形成され、複数の溝は、各々、研磨パッドの外周に向けて延び、その下流側端部が研磨パッドの外周に達している研磨パッドの製造方法であって、
   溝内で研磨スラリーの流速が相対的に速くなる位置において溝の表面を上流側に向けて擦り、溝内での研磨スラリーの流れを阻害する阻害構造を形成する工程を備え、
   この阻害構造は、頂部が溝の上流側に向けられた複数の突起状物を有している、研磨パッドの製造方法。

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