(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が研磨対象物に接触する研磨層と、
前記研磨層の前記上面とは反対側の背面に接着され、該研磨層に接着された上面とは反対側の背面が、自転する研磨定盤に接着され、該研磨層よりも軟質で、連続気泡構造を有する軟質層と
を有し、
前記軟質層の前記背面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨パッド。
【請求項２】
前記切り込みは、前記軟質層の該終端まで達していない請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記切り込みの深さは、前記軟質層の厚さの２０％以上、かつ１００％以下である請求項１または２に記載の研磨パッド。
【請求項４】
自転可能な研磨定盤と、
前記研磨定盤の上面に貼り付けられた研磨パッドと、
研磨対象であるウエハを保持して、該ウエハを前記研磨パッドに接触させて自転させるとともに、前記研磨定盤の半径方向に往復移動させる研磨ヘッドと
を有し、
前記研磨パッドは、
前記研磨定盤に接着され、連続気泡構造を有する軟質層と、
前記軟質層の上に接着され、前記軟質層よりも硬い研磨層と
を含み、
前記軟質層の、前記研磨定盤に接着された面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨装置。
【請求項５】
研磨定盤の上に配置された研磨パッドに、研磨対象のウエハを接触させる工程と、
前記研磨パッドを自転させた状態で、前記ウエハを自転させるとともに、前記研磨定盤の半径方向に往復移動させて、前記ウエハを研磨する工程と
を有し、
前記研磨パッドは、
前記研磨定盤に接着され、連続気泡構造を有する軟質層と、
前記軟質層の上に接着され、前記軟質層よりも硬い研磨層と
を含み、
前記軟質層の、前記研磨定盤に接着された面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自転する研磨定盤に接着されて研磨対象物を研磨する研磨パッド、その研磨パッドを含む研磨装置、及びその研磨パッドを用いた研磨方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の表面の平坦化、及びダマシン法等において、化学機械研磨（ＣＭＰ）が広く使用されている。ＣＭＰ装置は、研磨定盤と、その上に接着された研磨パッドとを含む。研磨パッドに研磨対象の半導体ウエハを接触させた状態で、研磨パッド上に研磨液を滴下しながら研磨定盤を自転させることにより、半導体ウエハが研磨される。
【０００３】
多数の半導体ウエハの研磨を行うと、研磨定盤と研磨パッドとの界面に気泡が混入し、研磨パッドの一部が盛り上がる場合がある。研磨パッドの一部が盛り上がると、半導体ウエハの表面に加わる圧力が不均一になり、全面を均一に研磨することが困難になる。
【０００４】
このような気泡の発生に対する対策として、研磨パッドと研磨定盤との間の粘着層に溝を形成することにより、気泡の発生を抑制する技術が提案されている。また、他の対策として、研磨定盤の上面に、外周端まで連続する溝を形成しておくことにより、気泡を外部に押し出す技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３０６８７０号公報
【特許文献２】特開２００６−２３９８０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
研磨パッドと研磨定盤との間の粘着層に溝を形成すると、この溝の影響によって研磨パッドの上面の平坦度が低下してしまう。研磨定盤に溝を形成する場合であっても、研磨パッドの厚さや柔軟性等によっては、研磨パッドの表面形状が研磨定盤の溝の影響を受ける場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一観点によると、
上面が研磨対象物に接触する研磨層と、
前記研磨層の前記上面とは反対側の背面に接着され、該研磨層に接着された上面とは反対側の背面が、自転する研磨定盤に接着され、該研磨層よりも軟質で、連続気泡構造を有する軟質層と
を有し、
前記軟質層の前記背面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨パッドが提供される。
【０００８】
本発明の他の観点によると、上述の研磨パッドを有する研磨装置、及び上述の研磨パッドを用いた研磨方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
軟質層に切り込みを形成することにより、気泡の局在化によって研磨パッドの上面が部分的に盛り上がる現象を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例による研磨装置の斜視図である。
【図２】（２Ａ）及び（２Ｂ）は、それぞれ実施例による研磨パッドの平面図及び断面図である。
【図３】（３Ａ）は、研磨パッド、研磨ヘッド、及び半導体ウエハの平面配置を示す図であり、（３Ｂ）は、研磨定盤及び研磨パッドの断面図である。
【図４】実施例による研磨パッドに切り込みを形成するための金型の底面図である。
【図５】実施例による研磨パッドの切り込みを形成する方法を説明するための断面図である。
【図６】比較例による研磨パッドの、気泡が発生した部分の断面図である。
【図７】繰り込みの平面形状の他の例を示す研磨パッドの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図１に、実施例による研磨装置の概略斜視図を示す。研磨定盤１０の上面に、研磨パッド２０が接着されている。研磨定盤１０及び研磨パッド２０の平面形状は円形である。研磨定盤１０の上方に、２つの研磨ヘッド３０が配置されている。研磨ヘッド３０は、研磨定盤１０に対向する表面に、研磨対象の半導体ウエハ４０を保持し、研磨パッド２０に押し付ける。ノズル３１から、研磨パッド２０の上面に研磨液３２が滴下される。
【００１２】
研磨定盤１０は、その中心軸を回転中心として自転する。研磨ヘッド３０の各々は、その中心軸を回転中心として自転するとともに、研磨定盤１０の半径方向に往復運動する。
【００１３】
図２Ａに、研磨パッド２０の平面図を示す。研磨パッド２０の表面に、その中心近傍から放射状に延びる溝２１が形成されている。
【００１４】
図２Ｂに、図２Ａの一点鎖線２Ｂ−２Ｂにおける断面図を示す。軟質層２２の上面に、粘着層２４を介して研磨層２３が接着されている。研磨層２３の上面に、溝２１が形成されている。軟質層２２の背面に、両面粘着シート２５が貼付されている。両面粘着シート２５は、基材２５Ａを含む。基材２５Ａは、粘着層２５Ｂを介して軟質層２２に接着される。基材２５Ａの背面には、粘着層２５Ｃを介して剥離ライナー２８が貼付されている。剥離ライナー２８を両面粘着シート２５から剥離することにより、粘着層２５Ｃを介して研磨パッド２０を研磨定盤（図１）に貼付することができる。
【００１５】
研磨層２３は、気泡同士が相互に連続しない独立気泡構造を有する。研磨層２３には、例えば硬質ウレタン発泡体が用いられる。軟質層２２は、気泡同士が相互に連続する連続気泡構造を有する。軟質層２２には、研磨層２３よりも柔らかい材料、例えばポリウレタン含浸ポリエステル不織布が用いられる。
【００１６】
一例として、研磨層２３の厚さは１．１〜１．４ｍｍであり、軟質層２２の厚さは１．２〜１．４ｍｍであり、溝２１の深さは０．４〜０．８ｍｍである。軟質層２２の背面から、研磨層２３の上面までの厚さ、すなわち軟質層２２、粘着層２４、及び研磨層２３の合計の厚さは、例えば２．６〜２．９ｍｍである。研磨パッド２０の直径は、例えば７５０ｍｍである。
【００１７】
図３Ａに、研磨パッド２０、研磨ヘッド３０、及び半導体ウエハ４０の平面配置図を示す。研磨パッド２０及び研磨ヘッド３０の平面形状は、円形である。２つの研磨ヘッド３０の中心、及び研磨パッド２０の中心が、１本の仮想直線上に配置される。研磨ヘッド３０の各々は、自転するとともに、この仮想直線に平行な方向に一定の振幅で往復運動する。半導体ウエハ４０も、研磨ヘッド３０の自転と往復運動に追随して、自転及び往復運動する。研磨定盤１０（図１）の自転に追随して、研磨パッド２０も自転する。
【００１８】
一方の半導体ウエハ４０が最も外側まで移動した状態で、研磨パッド２０が１回転したときに、半導体ウエハ４０が研磨パッド２０の表面に描く図形の外周線は、円周になる。この円周に囲まれた領域を、「研磨領域」５０ということとする。
【００１９】
図３Ｂに、図３Ａの一点鎖線３Ｂ−３Ｂにおける断面図を示す。軟質層２２に、その背面から切り込み２９が形成されている。切り込み２９は、両面粘着シート２５を貫通している。また、切り込み２９は、研磨層２３までは達していない。
【００２０】
図３Ａに戻って説明を続ける。切り込み２９は、研磨領域５０の外周線上の複数の点から、研磨パッド２０の外周に向かって、半径方向と平行に延びる。ただし、切り込み２９は、研磨パッド２０の縁までは達しない。図３Ａに示した例では、研磨領域５０の外周線上に等間隔に配置された８個の点の各々から切り込み２９が延びている。すなわち、切り込み２９は、研磨パッド２０の中心に関して、８回回転対称になるように配置されている。なお、切り込み２９の本数は、８本に限らない。切り込み２９の本数をｎ本（ｎは自然数）とし、切り込み２９をｎ回回転対称になるように配置してもよい。
【００２１】
以下、図３Ａに示した平面配置における各部の寸法の一例について説明する。パッド２０の直径は７５０ｍｍである。半導体ウエハ４０の直径は８インチ（２０３ｍｍ）である。研磨ヘッド３０は、平面視において半導体ウエハ４０を取り囲む環状のリテイナーリングを含む。リテイナーリングの幅は２５ｍｍである。このため、研磨ヘッド３０の直径は２５３ｍｍになる。リテイナーリングは、研磨ヘッド３０に対する半導体ウエハ４０の面内方向の位置を拘束する。
【００２２】
研磨領域５０の直径は、４８０〜５００ｍｍである。研磨領域５０と研磨パッド２０の縁との間の環状の領域の幅は、約１２５〜１３５ｍｍになる。切り込み２９の各々の長さは、７０〜８０ｍｍである。切り込み２９の外周側の端部から、研磨パッド２０の縁までの距離は、４５〜６５ｍｍになる。
【００２３】
次に、図４、図５Ａ〜図５Ｃを参照して、切り込み２９の形成方法について説明する。
【００２４】
図４に、切り込み２９を形成するための金型の底面図を示す。金型６０の底面に、刃先６１が取り付けられている。刃先６１は、平面視において、図３Ａに示した切込み２９の配置に整合するように配置されている。
【００２５】
図５Ａに、切り込みを形成する前の研磨パッド２０の断面図を示す。軟質層２２の上に、粘着層２４を介して研磨層２３が貼付されている。軟質層２４の背面に、両面粘着シート２５が貼付されている。両面粘着シート２５に、剥離ライナー２８が貼り付けられている。
【００２６】
図５Ｂに示すように、研磨パッド２０の背面に、金型６０を押し当てる。金型６０の刃先６１により、剥離ライナー２８、両面粘着シート２５、及び軟質層２２に切り込み２９が形成される。このとき、切り込み２９の断面は、刃先６１の断面形状に追随して、開口部が広がった形状になる。
【００２７】
図５Ｃに示すように、金型６０を研磨パッド２０から引き離す。軟質層２２の弾性により、切り込み２９の開口部が閉じる。ただし、切り込み２９が形成された部分が再度接着されることはなく、切り込み２９が残る。
【００２８】
次に、図１を参照して、実施例による研磨方法について説明する。図５Ｃに示した切り込み２９が形成された研磨パッド２０の剥離ライナー２８を剥離して、研磨パッド２０を研磨定盤１０の上面に貼付する。研磨対象の半導体ウエハ４０を研磨ヘッド３０に保持し、研磨パッド２０の上面に接触させる。ノズル３１から研磨液３２を滴下する。
【００２９】
半導体ウエハ４０を所定の圧力で研磨パッド２０に押し付けた状態で、研磨定盤１０及び研磨ヘッド３０を、所定の回転数で自転させるとともに、研磨ヘッド３０を、研磨定盤１０の半径方向に往復移動させる。図３Ａに示した研磨パッド２０の研磨領域５０の内部が、半導体ウエハ４０に接触することにより、半導体ウエハ４０が研磨される。
【００３０】
次に、実施例による研磨パッド２０を用いる効果について説明する。切り込み２９が形成されていない比較例による研磨パッドを用いて研磨を繰り返すと、研磨領域５０の外周線に沿った領域に、気泡が集中することにより、研磨パッドに盛り上がりが発生した。一例として、半導体ウエハ４０を研磨パッド２０に押し付ける圧力を６９００Ｐａ（６ｐｓｉ）、研磨定盤１０及び研磨ヘッド３０の回転数を１００ｒｐｍとした研磨条件の下では、１００枚程度の半導体ウエハを研磨した時点で、研磨パッド２０の上面に盛り上がりが生じた。
【００３１】
図６に、盛り上がりが生じた部分の断面図を示す。研磨定盤１０と両面粘着シート２５との界面に、研磨パッド２０の上面が盛り上がる程度の大きな気泡７０が発生している。これは、連続気泡構造を有する軟質層２２内に一様に分布する気泡が、研磨領域５０の外周線の近傍に集中したためと考えられる。
【００３２】
実施例による研磨パッド２０を用いた場合には、１０００枚の半導体ウエハの研磨を行っても、研磨パッド２０の上面が盛り上がる程度の大きさの気泡は発生しなかった。このように、研磨パッド２０に切り込み２９を形成することにより、気泡の集中を抑制することができる。
【００３３】
気泡の集中を抑制する十分な効果を得るためには、切り込み２９の深さを、軟質層２２の厚さの２０％以上にすることが好ましい。切り込み２９の長さは、軟質層２２の厚さの１０倍以上にすることが好ましい。また、切り込み２９の本数は、４本以上にすることが好ましい。
【００３４】
実施例においては、切り込み２９が研磨領域５０よりも外側に配置されており、研磨領域５０の内側には配置されていない。このため、切り込み２９に起因して、研磨パッド２０の上面の平坦度が低下したとしても、半導体ウエハの研磨は、平坦度の低下の影響を受けない。
【００３５】
実施例では、切り込み２９が研磨パッド２０の縁まで達していない。このため、研磨パッド２０の縁まで流れてきた研磨液が、切り込み２９内に侵入することはない。研磨液の侵入を防止するために、切り込み２９の外周側の端部から、研磨パッド２０の縁までの距離を５ｍｍ以上にすることが好ましい。
【００３６】
図７Ａ及び図７Ｂに、切り込み２９の平面形状の他の例を示す。図７Ａに示すように、切り込み２９の各々の方向を、研磨パッド２０の半径方向に対して傾けてもよい。また、図７Ｂに示すように、切り込み２９の平面形状を、円弧等の曲線にしてもよい。
【００３７】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【００３８】
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００３９】
（付記１）
上面が研磨対象物に接触する研磨層と、
前記研磨層の前記上面とは反対側の背面に接着され、該研磨層に接着された上面とは反対側の背面が、自転する研磨定盤に接着され、該研磨層よりも軟質で、連続気泡構造を有する軟質層と
を有し、
前記軟質層の前記背面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨パッド。
【００４０】
（付記２）
前記切り込みは、前記軟質層の該終端まで達していない付記１に記載の研磨パッド。
【００４１】
（付記３）
前記切り込みの深さは、前記軟質層の厚さの２０％以上、かつ１００％以下である付記１または２に記載の研磨パッド。
【００４２】
（付記４）
自転可能な研磨定盤と、
前記研磨定盤の上面に貼り付けられた研磨パッドと、
研磨対象であるウエハを保持して、該ウエハを前記研磨パッドに接触させて自転させるとともに、前記研磨定盤の半径方向に往復移動させる研磨ヘッドと
を有し、
前記研磨パッドは、
前記研磨定盤に接着され、連続気泡構造を有する軟質層と、
前記軟質層の上に接着され、前記軟質層よりも硬い研磨層と
を含み、
前記軟質層の、前記研磨定盤に接着された面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨装置。
【００４３】
（付記５）
前記ウエハを前記研磨定盤の最も外周側まで移動させた状態で前記研磨定盤を自転させたときに、該ウエハが描く図形の最外周線上に、前記切り込みの内周側の端部が位置する付記４に記載の研磨装置。
【００４４】
（付記６）
前記切り込みは、前記軟質層の該終端まで達していない付記４または５に記載の研磨装置。
【００４５】
（付記７）
前記切り込みの深さは、前記軟質層の厚さの２０％以上、かつ１００％以下である付記４乃至６のいずれか１項に記載の研磨パッド。
【００４６】
（付記８）
研磨定盤の上に配置された研磨パッドに、研磨対象のウエハを接触させる工程と、
前記研磨パッドを自転させた状態で、前記ウエハを自転させるとともに、前記研磨定盤の半径方向に往復移動させて、前記ウエハを研磨する工程と
を有し、
前記研磨パッドは、
前記研磨定盤に接着され、連続気泡構造を有する軟質層と、
前記軟質層の上に接着され、前記軟質層よりも硬い研磨層と
を含み、
前記軟質層の、前記研磨定盤に接着された面に、前記研磨定盤の自転中心を中心とした円周上の複数の点の各々から、該軟質層の外周に向かって、切り込みが形成されている研磨方法。
【００４７】
（付記９）
前記ウエハを前記研磨定盤の最も外周側まで移動させた状態で前記研磨定盤を自転させたときに、該ウエハが描く図形の最外周線上に、前記切り込みの内周側の端部が位置する付記８に記載の研磨方法。
【００４８】
（付記１０）
前記切り込みは、前記軟質層の該終端まで達していない付記８または９に記載の研磨方法。
【符号の説明】
【００４９】
１０  研磨定盤
２０  研磨パッド
２１  溝
２２  軟質層
２３  研磨層
２４  粘着層
２５  両面粘着シート
２８  剥離ライナー
２９  切り込み
３０  研磨ヘッド
３１  ノズル
３２  研磨液
４０  半導体ウエハ
５０  研磨領域
６０  金型
６１  刃先
【図１】
0005407680.tif 000002
【図２】
0005407680.tif 000003
【図３】
0005407680.tif 000004
【図４】
0005407680.tif 000005
【図５】
0005407680.tif 000006
【図６】
0005407680.tif 000007
【図７】
0005407680.tif 000008