(57)【要約】【課題】貫通孔内部に研磨スラリーを良好に保持することができるとともに、貫通孔の内部を簡便な工程で洗浄することができる構造の研磨パッド、それを備えた化学機械研磨装置およびそれを用いた化学機械研磨方法を提供する。【解決手段】研磨パッド１６０は、研磨プラテン１３０の上部に取り外し可能に載置されるとともに、相互に連通しない、表裏面を貫通する複数の貫通孔１５０が設けられた構成を有している。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械研磨装置の研磨プラテンの上部に、取り外し可能に載置される研磨パッドであって、
相互に連通しない、表裏面を貫通する複数の貫通孔が設けられた研磨パッド。
【請求項２】
前記複数の貫通孔が、研磨パッドの全面にわたって設けられている、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
研磨プラテンと、前記研磨プラテン上部の平坦面上に取り外し可能に載置される研磨パッドとを備え、
前記研磨パッドが請求項１または２に記載の研磨パッドである、化学機械研磨装置。
【請求項４】
前記研磨プラテンの上面に前記研磨パッドが取り外し可能に載置される、請求項３に記載の化学機械研磨装置。
【請求項５】
前記研磨プラテンの上部に、上面が平坦面である支持パッドが設けられ、前記上面に前記研磨パッドが取り外し可能に載置される、請求項３に記載の化学機械研磨装置。
【請求項６】
前記研磨プラテンから前記研磨パッドを取り外した状態で、前記上面を洗浄する洗浄手段を備える、請求項４または５に記載の化学機械研磨装置。
【請求項７】
前記研磨パッドと前記研磨プラテンとを取り外し可能に固定する固定部材を備える、請求項３から６のいずれかに記載の化学機械研磨装置。
【請求項８】
前記研磨パッドによりウエハを化学機械研磨する研磨工程と、前記洗浄手段を用いて前記平坦面を洗浄する洗浄工程とを繰り返すシーケンスを、当該化学機械研磨装置に実行させる制御部を有する、請求項６または７に記載の化学機械研磨装置。
【請求項９】
前記制御部は、ウエハ処理時間またはウエハ処理枚数が所定値に到達した時点で前記研磨工程を完了させる、請求項８に記載の化学機械研磨装置。
【請求項１０】
ウエハ処理時間またはウエハ処理枚数を検知する検知部と、
前記検知部が検知した前記ウエハ処理時間または前記ウエハ処理枚数が所定値に到達した時点を報知する報知部と、
をさらに備える、請求項３から７のいずれかに記載の化学機械研磨装置。
【請求項１１】
相互に連通しない、表裏面を貫通する複数の貫通孔が設けられた研磨パッドを、化学機械研磨装置の研磨プラテンの上部に取り外し可能に載置し、この状態でウエハを化学機械研磨する研磨工程と、
前記研磨プラテンから前記研磨パッドを取り外した状態で、前記研磨プラテンの上部を洗浄する洗浄工程と、
を含む、化学機械研磨方法。
【請求項１２】
前記研磨工程において、前記研磨プラテンの上面に前記研磨パッドを取り外し可能に載置し、
前記洗浄工程において、前記研磨プラテンの上面を洗浄する、
請求項１１に記載の化学機械研磨方法。
【請求項１３】
前記研磨工程において、前記研磨プラテンの上部に、上面が平坦面である支持パッドを設け、前記上面に前記研磨パッドを取り外し可能に載置し、
前記洗浄工程において、前記支持パッドの上面を洗浄する、
請求項１１に記載の化学機械研磨方法。
【請求項１４】
前記研磨工程および前記洗浄工程からなる処理を繰り返す、請求項１１から１３のいずれかに記載の化学機械研磨方法。
【請求項１５】
前記研磨工程において、複数のウエハを化学機械研磨し、ウエハ処理時間またはウエハ処理枚数が所定値に到達した時点で前記研磨工程を完了して前記洗浄工程を実施する、請求項１１から１４のいずれかに記載の化学機械研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨パッドならびにそれを利用した化学機械研磨装置および化学機械研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、内部に設けた肉厚方向に貫通する複数の貫通穴を連絡溝で互いに連絡させた研磨パッドが記載されている（請求項１）。図１は、同文献に記載された研磨装置の概略構成を示す図である。図中、研磨パッド９０には、複数の貫通穴６６ｂが設けられ、この複数の貫通穴６６ｂが連絡溝６６ｃで互いに連結されている。同文献によれば、このような構造の研磨パッドとすることによって、研磨パッド９０上の研磨液を貫通穴６６ｂ、連結溝６６ｃから排出でき、残留研磨生成物や古い研磨液を効率的に除去できるとされている。
【０００３】
特許文献２には、多数の貫通孔が所定のピッチで開けられた研磨布の下面に、研磨液の吸収、保持、排出層となる柔軟な多孔質状シートが貼着された研磨パッドが記載されている（請求項１）。同文献によれば、上記構造の研磨パッドによれば、柔軟な多孔質状シートのクッション作用により研磨布が均一に被表面処理加工物の被研磨面に当接することができ、しかもこの柔軟な多孔質状シートのポンピング作用により、研磨液を吸収、保持、そして排出することができるので、被研磨面の内周部と外周部の研磨レート差を少なくでき、極めて均一に研磨することができるとされている（段落００２３）。
【特許文献１】特開２００７−１８９１９６号公報
【特許文献２】特開平９−５７６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記文献記載の従来技術は、以下の課題を有していた。
特許文献１記載の研磨パッドは、複数の貫通穴６６ｂが連絡溝６６ｃで互いに連結された構造を有するため、研磨パッド９０の研磨液の保持性が著しく低下するという課題を有していた。貫通穴６６ｂの本来の役割は、研磨液の保持性を向上させ、研磨レートおよび研磨の均一性を向上させることにある。ところが、特許文献１記載の研磨パッドでは、貫通穴６６ｂが連絡溝６６ｃで互いに連結されているため、研磨液は貫通穴６６ｂに保持されずに連絡溝６６ｃ内に吸収されてしまう。この結果、研磨パッド９０の研磨液の保持性が著しく低下するのである。
【０００５】
また、特許文献２記載の研磨パッドは、図２に示すように、研磨定盤３１の表面に貼着され、貫通孔１５２が設けられた研磨布１１の下面に多孔質状シート１２が貼着された構造を有するため、貫通孔１５２内部を洗浄することが困難であった。この結果、貫通孔１５２内部に、研磨屑や研磨粒子の凝集物等からなる異物２６０が蓄積しやすく、この蓄積した異物２６０が、研磨処理中に貫通孔１５２内部から外部にあふれ出て、研磨パッドとウエハの接触面に移動し、ウエハ面にマイクロスクラッチ等を引き起こす要因となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、化学機械研磨装置の研磨プラテンの上部に、取り外し可能に載置される研磨パッドであって、相互に連通しない、表裏面を貫通する複数の貫通孔が設けられた研磨パッドが提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、前記研磨プラテンと、前記研磨プラテン上部の平坦面上に取り外し可能に載置される研磨パッドとを備え、前記研磨パッドが上記研磨パッドである、化学機械研磨装置が提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、相互に連通しない、表裏面を貫通する複数の貫通孔が設けられた研磨パッドを、化学機械研磨装置の研磨プラテン上部の平坦面上に取り外し可能に載置し、この状態でウエハを化学機械研磨する研磨工程と、前記研磨パッドを前記研磨プラテンから取り外した状態で、前記平坦面を洗浄する洗浄工程と、を含む、化学機械研磨方法が提供される。
【０００９】
本発明に係る研磨パッドは、研磨プラテンの上部に、取り外し可能に載置されるとともに、表裏面を貫通する複数の貫通孔が設けられた構成を有している。そして、複数の貫通孔は、相互に連通しないものとなっている。このため、研磨パッドを研磨プラテンの上部に取り付けた状態では、貫通孔内部に研磨スラリーを良好に保持することができ、良好な研磨レートおよび良好な研磨均一性を実現することができる。一方、研磨パッドを研磨プラテンから取り外した状態では、貫通孔の内部を高い清浄度で、しかも簡便な工程で、洗浄することができ、貫通孔内部に蓄積した残留研磨生成物や古い研磨液を効率的に除去することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、貫通孔内部に研磨スラリーを良好に保持することができるとともに、貫通孔の内部を簡便な工程で洗浄することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
本実施形態に係る研磨パッドの上面図を図４に、断面図を図５に示す。
図５に示すように、研磨プラテン１３０の上面には、接着層１８０を介して支持パッド１７０が貼着され、この支持パッド１７０の上面に、研磨パッド１６０が取り外し可能に載置されている。支持パッド１７０は、研磨プラテン１３０と研磨パッド１６０との間に介在して、クッション部材として機能する。支持パッド１７０の上面は、凹凸の設けられていない平坦面となっている。接着層１８０は、接着剤や両面テープ等により構成することができる。
【００１２】
研磨パッド１６０には、表裏面を貫通する複数の貫通孔１５０が設けられている。個々の貫通孔１５０の裏面側は支持パッド１７０によって塞がれることでホールが形成されており、研磨を実施したときに貫通孔１５０内部に研磨スラリーが保持されるようになっている。
【００１３】
複数の貫通孔１５０は、図４に示すように、研磨パッド１６０の盤面２７０全体にわたって、略均一な密度で設けられている。貫通孔の盤面２７０に水平方向の断面形状は、本実施形態では、楕円としている。
【００１４】
図３は、上記研磨パッドを備える化学機械研磨装置の概略構成を示す図である。ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）装置１００は、ウエハ研磨部１１０、ウエハ洗浄部１２０、および、ウエハロード／アンロード部１４０を備える。
【００１５】
ウエハ研磨部１１０は、複数の研磨プラテン１３０を備えている。研磨プラテン１３０の上部には、前述したように、接着層１８０を介して支持パッド１７０が貼り付けられており、この支持パッド１７０上面に、研磨パッド１６０が取り外し可能に載置されている。研磨パッド１６０の上面には、不図示のスピンドルキャリアが配置される。スピンドルキャリアの下面にはウエハが保持され、ウエハは、スピンドルキャリアにより所定の加重で研磨パッド１６０に押しつけられる。研磨スラリーは、不図示のノズルから研磨プラテン１３０の上面に滴下される。研磨パッド１６０およびスピンドルキャリアは、それぞれ、不図示の回転駆動機構により回転し、これにより、ウエハ表面が研磨される。
【００１６】
研磨処理を完了したウエハは、ウエハロード／アンロード部１４０によりウエハ洗浄部１２０に移動され、洗浄処理がなされる。
【００１７】
図８は、研磨プラテン１３０の上部に研磨パッド１６０を固定する機構の概略図である。図８（ａ）に示すように、研磨パッド１６０の周縁部には、研磨パッド１６０を上下面から挟むリング状のサポート治具１９０が装着されている。サポート治具１９０は、固定機構２３０(固定部材)により押圧固定される。図８（ｂ）に示すように、固定機構２３０は、スプリング２２０と、このスプリング２２０と協働して上下可動な第１の挟持部２１０ａと第２の挟持部２１０ｂとを備える。図８（ｂ）において、スプリング２２０は伸長した状態となっており、第１の挟持部２１０ａおよび第２の挟持部２１０ｂに対して両者の間隔が狭くなる方向に付勢する。この付勢力により、支持パッド１７０の上面に研磨パッド１６０が押圧固定される。
【００１８】
固定機構２３０の固定を解除するときは、第１の挟持部２１０ａと第２の挟持部２１０ｂとを押し広げればよい。つづいて、固定治具２１０を横にスライドして、サポート治具１９０から研磨パッド１６０を取り外すことができる。
【００１９】
ＣＭＰ装置１００は、以下の工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）からなる処理シーケンスを繰り返し実行する。
（ａ）研磨パッド１６０により、複数のウエハを順次、研磨する研磨工程
（ｂ）研磨プラテン１３０から研磨パッド１６０を取り外す工程
（ｃ）研磨プラテン１３０上部の平坦面（本実施形態では、支持パッド１７０の上面）を洗浄する洗浄工程
（ｄ）研磨プラテン１３０に研磨パッド１６０を取り付ける工程
この処理シーケンスは、ＣＭＰ装置１００内部の制御部（不図示）により実行される。制御部は、上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の全工程を制御し、すべての処理が自動に行われるようにしてもよいし、一部の工程を制御するものとしてもよい。
【００２０】
上述の工程のうち、（ａ）および（ｃ）工程を自動処理、（ｂ）および（ｄ）工程は手動処理とすることもできる。たとえば、ＣＭＰ装置１００が、ウエハ処理時間またはウエハ処理枚数を検知する検知部と、検知部が検知したウエハ処理時間またはウエハ処理枚数が所定値に到達した時点を報知する報知部と、をさらに備える構成とし、複数のウエハに対する一連の研磨処理を終了すべき時点に到達したとき、このことを検知部が検知し、報知部が光、音、画面表示等によりオペレータに報知する構成とすることができる。オペレータは、報知部の報知に応じて、（ａ）工程（研磨工程）を終了して（ｂ）工程（研磨パッドを取り外す工程）に移行する操作を行う。
【００２１】
研磨処理を終了すべき時点の決め方については種々の態様を取り得る。たとえば、ウエハ処理時間が所定値に到達した時点で研磨完了としてもよいし、ウエハ処理枚数が所定枚数に到達した時点で研磨完了としてもよい。たとえば、不図示の検知手段がウエハ処理枚数を検知し、このウエハ処理枚数が所定枚数に到達したとき、このことをオペレータに報知し、（ａ）工程（研磨工程）を終了して（ｂ）工程（研磨パッドを取り外す工程）に移ることを促すようにしてもよい。検知手段は、処理枚数ではなくウエハ処理時間を検知するものであってもよく、ウエハ処理時間が所定時間に到達したとき、このことをオペレータに報知するようにしてもよい。
【００２２】
次に、上記研磨パッド１６０を具備する研磨装置を用いた研磨工程および洗浄工程について、図７を参照して説明する。
図７（ａ）は、ウエハの研磨を実施したときの研磨プラテン１３０上面側の状態を示す図である。個々の貫通孔１５０の裏面側が支持パッド１７０によって塞がれることでホールをなしている。このホールは、研磨スラリーを保持し、良好な研磨レートおよび良好な研磨均一性を実現する機能を果たす。ところが、ＣＭＰが繰り返し行われると、図７（ａ）に示すように、ホール内部に、研磨屑や研磨粒子の凝集物等からなる異物２６０が蓄積する。
【００２３】
この異物２６０を除去するため、研磨パッド１６０を研磨プラテン１３０から取り外す（図７（ｂ））。このとき、支持パッド１７０の上面全体が露出する。この状態で、図７（ｃ）に示すように、支持パッド１７０の上面を洗浄する。洗浄の方法としては種々の方法を取り得るが、本実施形態では、純水２５０を用いた高圧水洗法を採用した。また、ブラシ２４０を用い、露出した支持パッド１７０の上面に付着した異物２６０を除去してもよい。
このような洗浄により、支持パッド１７０の上面に付着した異物２６０が効率的に除去される。
【００２４】
洗浄終了後、研磨プラテン１３０に研磨パッド１６０を再び取り付ける。すなわち、支持パッド１７０の上面に研磨パッド１６０を載置した状態で両者を固定する。このとき、貫通孔１５０と支持パッド１７０によって形成されるホールの内部は清浄な状態となっている。この状態の研磨パッド１６０を用いてＣＭＰを実施する。
【００２５】
図７（ｂ）および（ｃ）で説明した洗浄工程を実施するタイミングについては種々の態様を取り得る。たとえば、上記洗浄を、所定枚数処理毎に実施しても良いし、所定時間を経過した時点で実施しても良い。この場合、洗浄のタイミングを決める基準となる処理枚数や処理時間は、過去の経験値に基づいて決定することができる。また、ホール内部の清浄度をモニターし、清浄度が一定レベル以下となった時点で洗浄を実施しても良い。清浄度のモニターは、たとえば光学的手段等により行うことができる。
【００２６】
その後、ＣＭＰを繰り返すと、図７（ａ）の状態となるが、上述の洗浄工程を実施することで、ホール内部を清浄な状態に戻すことができる。
上記洗浄工程において、本実施形態では、純水を用いた高圧水洗法を用いたが、純水以外の液体を用いてもよい。また、ブラシ２４０に代えてスポンジ等を用いてもよい。
【００２７】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態において、研磨パッド１６０は、研磨プラテン１３０の上部に取り外し可能に載置されるとともに、表裏面を貫通する複数の貫通孔１５０が設けられた構成を有している。そして、個々の貫通孔１５０の裏面側は支持パッド１７０によって塞がれることでホールが形成されており、研磨を実施したときに貫通孔１５０内部に研磨スラリーが保持されるようになっている。また、複数の貫通孔１５０は、相互に連通しないものとなっている。このため、研磨パッド１６０を研磨プラテン１３０の上部に取り付けた状態では、貫通孔１５０内部に研磨スラリーを良好に保持することができ、良好な研磨レートおよび良好な研磨均一性を実現することができる。一方、研磨パッド１６０を研磨プラテン１３０から取り外した状態では、貫通孔１５０の内部を高い清浄度で、しかも簡便な工程で、洗浄することができ、貫通孔１５０内部に蓄積した残留研磨生成物や古い研磨液を効率的に除去することができる。
【００２８】
また、洗浄工程を上記洗浄タイミングで実施することで、本実施形態の研磨パッド１６０の貫通孔１５０内部が清浄な状態に維持される。この結果、研磨中に貫通孔１５０内部から外部に異物２６０があふれ出て、研磨パッドとウエハの接触面に移動することで引き起こされるウエハの研磨面のマイクロスクラッチ等を抑制することができる。
【００２９】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【００３０】
上述の実施形態では、研磨パッド１６０は研磨プラテン１３０の上部に、部材を介して載置されているが、たとえば、図６に示すように、研磨パッド１６０は、研磨プラテン１３０の上面に、取り外し可能に載置されていてもよい。図６において、研磨パッド１６０には、表裏面を貫通する複数の貫通孔１５０が設けられている。個々の貫通孔１５０の裏面側は研磨プラテン１３０によって塞がれることでホールが形成されており、研磨を実施したときに貫通孔１５０内部に研磨スラリーが保持されるようになっている。
この場合にも、本実施形態の研磨パッド１６０は、上述した本実施形態の効果が得られる。
【００３１】
また、上述の実施形態の各構成部材については、種々の材料、構造を取り得る。
【００３２】
研磨パッド１６０および支持パッド１７０は、発泡ポリウレタン等弾性部材により構成することができる。研磨パッド１６０および支持パッド１７０は、同じ種類の材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。
【００３３】
また、貫通孔１５０の盤面２７０に水平方向の断面形状は、上記実施形態では楕円としたが、これに限られず、正円等であってもよい。貫通孔１５０の径は、研磨パッド１６０の上面から下面に向かって均一であってもよいし、不均一であってもよい。複数の貫通孔１５０の径は、同一でもよいし、異なっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】一般的なＣＭＰ装置の構造の概要を示す断面図である。
【図２】一般的な研磨パッドを示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態のＣＭＰ装置の構造の概要を示す平面図である。
【図４】本発明の実施形態の研磨パッドの上面図である。
【図５】本発明の実施形態の研磨パッドを示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態の研磨パッドを示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態の研磨パッドを具備する研磨装置を用いた研磨工程および洗浄工程を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態の研磨パッドの概要を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１００    ＣＭＰ装置
１１０    ウエハ研磨部
１２０    ウエハ洗浄部
１３０    研磨プラテン
１４０    ウエハロード／アンロード部
１５０    貫通孔
１５２    貫通孔
１６０    研磨パッド
１６２    研磨パッド
１７０    支持パッド
１８０    接着層
１９０    サポート治具
２００    ボルト
２１０    固定治具
２１０ａ  第１の挟持部
２１０ｂ  第２の挟持部
２２０    スプリング
２３０    固定機構
２４０    ブラシ
２５０    純水
２６０    異物
２７０    盤面
【図１】
2010149238.tif 000003
【図２】
2010149238.tif 000004
【図３】
2010149238.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010149238.tif 000008
【図７】
2010149238.tif 000009
【図８】
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