(57)【要約】【課題】ディシングやエロージョン等の発生を回避可能にしてウェハ等の被研磨物を所期通り平坦性の良い研磨加工できる研磨パッドを提供する。【解決手段】支持層２と研磨層３との２つの層を備えた研磨パッド１において、支持層２は、所要の柔軟性を有する一方、研磨層３は、支持層２上において互いに被研磨物８を独立研磨可能なように分離された複数の分離研磨層５により構成され、各分離研磨層５間に研磨スラリー流動用の溝４を設けるとともに、任意の方向で隣り合う少なくとも２つの分離研磨層５それぞれが、被研磨物８に対して互いに同時に接触可能なサイズを有することにより該被研磨物８の被研磨面に追随して被研磨面から個別に受けた面圧を吸収できるように構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持層と研磨層との２つの層を備えた研磨パッドにおいて、前記支持層は、所要の柔軟性を有する一方、前記研磨層は、前記支持層上において互いに被研磨物を独立研磨可能なように分離された複数の分離研磨層により構成され、前記各分離研磨層間に研磨スラリー流動用の溝を設けるとともに、任意の方向で隣り合う少なくとも２つの前記分離研磨層それぞれが、前記被研磨物に対して互いに同時に接触可能なサイズを有している、ことを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
前記各分離研磨層間の前記溝は、研磨面に対して縦横にそれぞれ複数本交差した網目状に形成され、各網目のサイズは前記被研磨物のサイズより小さく形成されている、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記各分離研磨層は、環状幅が被研磨物より小さい環状に形成されている請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記溝が前記分離研磨層から前記支持層の一部にまで入り込む深さに形成されている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記各分離研磨層のうち少なくとも１つには、その研磨面に研磨スラリーを保持できるスラリー保持用溝を形成している、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の研磨パッド。
【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、半導体製造装置による半導体ウェハの製造工程において、化学的機械的研磨加工（ＣＭＰプロセス）等によりウェハ等の被加工物を平坦化処理するときなどに用いられる研磨パッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学的機械的研磨加工では、デバイスの微細化や多層配線化に伴い、配線密度の高いところと低いところとで同じ研磨圧力がかかると圧力に弱い高密度配線箇所などでディシングやエロージョンなどの削れ過ぎが生じるという局所的な不具合が発生しやすく、ウェハ等の被研磨物の平坦性を出しにくくなっていた。このような化学的機械的研磨加工に用いる研磨パッドは、一方の面をウェハ等の被研磨物に対する研磨面としている。このような研磨面では、前記削れ過ぎを無くすため、被研磨物の被研磨面における局所的な研磨圧力の変化や被研磨面の反り、うねりなどの非平坦性に対して追随性が要求される。ところで、研磨パッドのこの研磨面は、例えば発泡ウレタンを用いたものでは研削により目立てすることにより形成されている。ウェハなどの被研磨物は、研磨パッドの研磨面上を摺動させられて研磨される。研磨スラリーは、この研磨中に研磨パッド表面に供給される。研磨屑等は、研磨パッドの表面に設けられている溝を通じ余剰の研磨スラリーと共に外部へ排出される。このような研磨パッドには、軟質な支持層上に支持層よりも硬質な研磨層を設けた２層構造としたものがある（特許文献１参照）。このような研磨パッドでは、研磨層の全体が一体型であるから、被研磨物であるウェハ表面の高精度な微細パターン形状、反りや、うねりなどに追随しにくくディシングやエロージョンの発生を回避しにくい。一方、研磨層が複数に分離した研磨パッドも提案されている（特許文献２参照）。この研磨パッドの場合では分離した研磨層それぞれのサイズがウェハのサイズよりも大きいから、前記特許文献１と同様の理由によりウェハ表面の微細なパターン形状に追随しにくく、やはりディシングやエロージョン等の発生を回避しにくい。
【０００３】
【特許文献１】
特許３０４２５９３号
【特許文献２】
特開２００２−１００５９２号
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実状に着目してなされたものであって、その目的とするところは、ディシングやエロージョン等の発生を回避可能にしてウェハ等の被研磨物を所期通り平坦性の良い研磨加工できる研磨パッドを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の研磨パッドは、支持層と研磨層との２つの層を備えた研磨パッドにおいて、前記支持層は、所要の柔軟性を有する一方、前記研磨層は、前記支持層上において互いに被研磨物を独立研磨可能なように分離された複数の分離研磨層により構成され、前記各分離研磨層間に研磨スラリー流動用の溝を設けるとともに、任意の方向で隣り合う少なくとも２つの前記分離研磨層それぞれが、前記被研磨物に対して互いに同時に接触可能なサイズを有することにより、該被研磨物の被研磨面に追随して前記被研磨面から個別に受けた面圧を吸収できるように構成されている。溝は、隣合う分離研磨層の上面よりも下方に凹む凹部であって、隣り合う分離研磨層同士を分離する状態に形成された凹部を含む。したがって、平面視直線状や曲線状の溝だけに必ずしも限定されない。
【０００６】
本発明の作用は次の通りである。
【０００７】
各分離研磨層は互いに独立した位置に設けられているから、各分離研磨層は被研磨物の表面に追随して互いに独立して変形することができる。そして、この場合、前記被研磨物に対して少なくとも２つの分離研磨層がその研磨動作に関与するから、この研磨パッドは、ウェハ表面の高精度な微細パターン形状やうねりなどに容易に追随できるようになり、ディシングやエロージョン等の発生を確実に抑制できる。
【０００８】
溝が支持層に入り込む深さになっていると、支持層における溝の底より上側の部分では、その横側に溝による空間が生じていることにより、比較的自由に横方向へ変形し易く、また各分離研磨層を設けた支持層箇所ごと個別に圧縮変形し易くなって、その支持層の柔軟性が高まるから、各分離研磨層ごとに研磨面に対して適正な所定研磨圧力に調整されることになる。これにより、各分離研磨層はウェハ表面の高精度な微細パターン形状にさらに容易に追随できて、ディシングやエロージョン等の発生を確実性高く抑制できる。
【０００９】
また、各分離研磨層のうち少なくとも１つには、その研磨面に研磨スラリーを保持できるスラリー保持用溝を形成しておけば、そのスラリー保持用溝に保持された研磨スラリーが研磨に寄与する度合いが高まるので研磨レートを向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１および図２を参照して、本発明の研磨パッド１は、所要の柔軟性を備えた支持層２と、この支持層２に対して互いに独立した位置に設けられた複数の分離研磨層５とを備え、各分離研磨層５間に研磨スラリー流動用の溝４を形成し、ウェハなどの被研磨物に対して少なくとも２つの分離研磨層５がその研磨動作に同時に関与することを特徴とする。
【００１２】
詳しく説明すると、研磨パッド１は、円板状の支持層２の上面に研磨層３が接着されて構成されている。研磨層３には多数の溝４が平面視で縦横にそれぞれ等間隔に形成されている。各溝４は、研磨層３の上下全幅にわたって形成されているとともに、さらに支持層２の一部に入り込む状態で形成されている。したがって、研磨層３は、各溝４によって平面視矩形好ましくは正方形に互いに分離された多数の分離研磨層５がブロック状に形成されたものとなっている。各分離研磨層５それぞれは、支持層２よりも硬い樹脂材により構成されている。この場合、各溝４により各分離研磨層５が平面視で網目状に配置された構成となっている。各溝４は、好ましくは深さ方向すべてにわたりほぼ一定の溝幅に設定されている。各分離研磨層５は、好ましくは平面視で０．５ｃｍ〜１．５ｃｍ、より好ましくは０．８ｃｍ〜１．２ｃｍの辺を有する正方形、この実施形態では１つの適用例として１ｃｍの辺を有する正方形となっており、例えば８インチウェハのように比較的サイズの小さい被研磨物に対しても数個ないし数十個の分離研磨層５が同時に研磨動作に寄与できるものとなっている。ここで、溝４の深さは、分離研磨層５の厚みおよび支持層２の厚みに応じた深さを有している。この実施の形態の場合、好ましい溝５の幅は０．５〜１０ｍｍであり、好ましい溝５の深さは２〜４ｍｍである。
【００１３】
次に、図１に示した研磨パッド１の製法について説明する。円板状に成形した支持層２と、この支持層２と平面視同形の円板状の研磨層３とを用意し、その研磨層３を、支持層２上に汎用の両面テープを用いて貼り合わせる。その支持層２に研磨層３が貼り合わされた状態で不図示の基盤上に設置し、ダイヤモンドカッタなどの溝形成用器具を用いて溝４を形成する。このように溝４を形成することによって、一体物の研磨層３は互いに分離された分離研磨層５になる。このとき、溝４は予め設定された位置、幅、深さとなるように制御されて形成される。
【００１４】
研磨パッド１の上記とは別の製法としては、円板状に成形した支持層２を、予めダイヤモンドカッタなどの溝形成用器具を用いて支持層２側の溝４を形成しておく。その後、支持層２上に、予め矩形状のブロック片として製作されている分離研磨層５を、支持層２の溝４で区画された所定の貼り付け位置に、個別に両面テープを用いて所定の貼り付け位置に貼り付けていく。この貼り付けの際、隣り合う分離研磨層５間には、所定幅の溝４が形成される。なお、支持層２の外周縁においては、分離研磨層５の形状も外周形状に合わせたものとなっている。
【００１５】
本実施形態の研磨パッド１において、研磨層３は、ポリウレタンなどの発泡性樹脂を発泡硬化させて得られる硬質層であり、支持層２は、ウレタンを含浸した不織布タイプまたはフォームタイプの軟質層である。
【００１６】
上記研磨層３のポリウレタンとしては、ポリエーテル系ウレタン樹脂、ポリエステル系ウレタン樹脂、ポリエステルエーテル系ウレタン樹脂、ポリカーボネート系ウレタン樹脂のいずれも使用することができる。各ウレタン樹脂の製造に使用されるポリオール系成分としては、例えば、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール、ポリエチレンアジペート、ポリプロピレンアジペート、ポリオキシテトラメチレンアジペート等が挙げられる。また、イソシアネート成分としては、例えば、４，４’−ジフェインルメタンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート等が挙げられる。
【００１７】
上記支持層２の不織布パッドとしては、例えば、ポリウレタンと、ジメチルホルムアミドとを含有する組成物を用いることにより発泡体組成物を湿式凝固法により形成することができる。もしくは、ポリウレタンと塩化ビニル重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル−ビニルアルコール三元共重合体等のビニル重合体と、ジメチルホルムアミドとを含有する組成物を用いることにより発泡体組成物を、湿式凝固法により形成することができる。この発泡体の表面部、特にその表面に形成されたスキン層はバフされて、表面に発泡構造が現れる構造にするのが好ましい。これらの発泡体は、上層および下層の両方に使用することができる。
【００１８】
鎖伸張剤としては、例えば、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、プロピレングリコール、３，３’ジクロロ−４，４−ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。上記ポリウレタンは、例えば、ポリオール成分としてポリオキシプロピレングリコール、イソシアネート成分としてエタノール、溶媒としてジメチルホルムアミドを用いて重合したポリウレタンのジメチルホルムアミド溶液が使用される。上記発泡体組成物には、カーボンブラック等の充填剤、界面活性剤等の分散安定剤、湿式凝固助剤が添加されてもよい。
【００１９】
図３を参照して、６は半導体研磨装置を示す。本実施形態の研磨パッド１は、その半導体研磨装置６の下部定盤７上に設置される一方、被研磨物としてのウェハ８は、上部定盤９のホルダ１０に装着される。上部定盤９は、荷重が加えられて下部定盤７に押圧される。上部定盤９と下部定盤７とが上下に対向する状態で互いに逆方向に回転することにより、ウェハ８は研磨パッド１により研磨される。研磨パッド１とウェハ８との間には、研磨スラリー１１がノズル１２を介して導入される。
【００２０】
図１に戻って仮想線で示されるウェハ８においてその被研磨面のサイズと比較して研磨パッド１における研磨層３における各分離研磨層５それぞれの個別の幅寸法は数分の１ないし数十分の１程度のサイズであるので、縦横それぞれ数個ないし数十個の分離研磨層５が同時にウェハ８に摺接することになる。
【００２１】
このとき、各分離研磨層５はそれぞれ分離されて支持層２に個別に設けられているから、図４（ａ）（ｂ）で示すようにウェハ８のうねりや反り（図４ではうねりなどを実際よりもかなり強調して示している）に各分離研磨層５…が追従し易くなっている。ここで図４（ａ）は研磨パッド１がウエハ８から離れている状態を示し、図４（ｂ）は研磨パッド１がウエハ８に摺接している状態を示す。そして、図４（ａ）ではウエハ８の被研磨面はうねりまたは反りがある状態、研磨パッド１はそのようなうねりや反りが無い状態で示され、図４（ｂ）では研磨パッド１の各分離研磨層５それぞれがウエハ８の被研磨面のうねりまたは反りに対応して変形している状態で示されている。
【００２２】
このような研磨パッド１においては、各分離研磨層５それぞれはその研磨性能を確保するうえで硬質とされていてもそれぞれの下側に軟質な支持層２があるため、ウエハ８の被研磨面にうねりまたは反りに対応して支持層２が変形し、この変形に各分離研磨層５それぞれが追随することができる。しかも、この場合、各分離研磨層５それぞれのサイズは、ウエハ８のそれより十分に小さいから、ウエハ８の被研磨面のうねりまたは反りに対応して研磨できる結果、ウェハ表面の高精度な微細パターン形状のうねりなどに容易に追随して研磨してディシングやエロージョン等の発生を確実に抑制できる。
【００２３】
さらに、本実施形態の研磨パッド１においては、溝４が支持層２の内部にまで入り込んだ状態に形成されているから、支持層２における分離研磨層５を支持する凸部分２ａは分離研磨層５がウェハ８の被研磨面から受ける圧力を横方向や圧縮方向で柔軟性高く吸収できる。また、配線密度の高い軟弱研磨個所に対しても、各分離研磨層５ごとに研磨圧力を与える状態で研磨することになるので、予めエロージョンなどの発生しやすい軟弱研磨箇所に合わせて研磨圧力を設定しておくことにより、そのような軟弱研磨箇所に対する強い研磨作用が抑制できる。
【００２４】
本発明の研磨パッドは、上述の実施形態に限定されものではなく以下に示す変形や応用がある。
【００２５】
（１）図５（ａ）（ｂ）は本発明の他の実施形態に係る研磨パッドを示し、図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）はその側面図を示す。図５（ａ）（ｂ）を参照して、研磨パッド１の円板状の支持層２上に、平面視環状の分離研磨層５が同心に互いに分離されて複数配置された研磨層３としているとともに、各分離研磨層５の径方向幅を被研磨物８の研磨面の幅よりも小さく設定している。径方向で隣り合う各分離研磨層５の間には、研磨スラリー流動用の溝４が環状に形成されている。各分離研磨層５は、支持層２よりも硬い樹脂となっている。したがって、図５（ａ）（ｂ）に示すように、被研磨物８を研磨するときには、その被研磨物８の研磨面に少なくとも２つ以上の分離研磨層が同士に摺接することになる。また、各溝４は、分離研磨層５を分離するように形成されているのみならず、上述実施の形態と同様に支持層２にも一部入り込んだ状態に形成されている。これにより、各分離研磨層５の被研磨物８の研磨面への追従性が高くなる。
【００２６】
（２）図６（ａ）（ｂ）は本発明のさらに他の実施形態に係る研磨パッドを示し、図６（ａ）はその平面図、図６（ｂ）はその側面図を示す。図６（ａ）（ｂ）を参照して、研磨パッド１は、円板状の支持層２上の研磨層３に、同一方向にのみ沿った研磨スラリー流動用の溝４が複数本幅方向で所定間隔をおいて形成されている。各溝４は、研磨層３を幅方向で分離する状態で、さらに支持層２にまで入り込む状態に形成されている。これらの溝４により研磨層３は複数の細長状の分離研磨層５に分離されている。各分離研磨層５は、支持層２よりも硬い樹脂となっている。各分離研磨層５の幅は被研磨物８の幅より小さく設定されており、このため、その被研磨物８の研磨面に少なくとも２つ以上の分離研磨層５が同士に摺接することになる。
【００２７】
（３）図７（ａ）（ｂ）は本発明のさらに他の実施形態に係る研磨パッドを示し、図７（ａ）はその平面図、図７（ｂ）はその側面図を示す。図７（ａ）（ｂ）を参照して、研磨パッド１は、円板状の支持層２が所定位置に分散配置された状態で、平面視円形の上方に突出する複数の凸部２ａを形成している。そして、各凸部２ａには、凸部２ａと同じ直径の円柱状の分離研磨層５を積層させた状態で接着させている。各分離研磨層５の研磨面は同じ高さに位置するものとなっているとともに、各分離研磨層５間の支持層２が上方に露出して臨む部分は研磨面より下方に凹んだ研磨スラリー流動用の溝部４を成している。各分離研磨層５は、支持層２よりも硬い樹脂となっている。また、各分離研磨層５の配置密度やそのサイズは、被研磨物の被研磨面のサイズより小さく設定されており、このため、その被研磨物８の研磨面に少なくとも２つ以上の分離研磨層が同士に摺接することになる。
【００２８】
（４）図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る研磨パッドの要部の側面を拡大して示す。図８を参照して、上記各実施の形態に共通する構成として、それぞれ分離された分離研磨層５の研磨面には、分離研磨層５間を分離する研磨スラリー流動用の溝４とは別の溝１３が形成されている。この溝１３は、比較的浅い溝に構成されているが、研磨スラリー流動用のものとして機能する。
【００２９】
（５）図９は、本発明のさらに他の実施形態に係る研磨パッドの要部の側面を拡大して示す。図９を参照して、上記各実施の形態に共通する構成として、分離研磨層間５を分離する研磨スラリー流動用の溝４の側面が傾斜面に構成されていてもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各分離研磨層は互いに独立した位置に設けられているから、各分離研磨層は被研磨物の表面に追随して互いに独立して変形することができる。そして、この場合、前記被研磨物に対して少なくとも２つの分離研磨層がその研磨動作に関与するから、この研磨パッドは、ウェハ表面の高精度な微細パターン形状やうねりなどに容易に追随できるようになり、ディシングやエロージョン等の発生を確実に抑制できる。
【００３１】
溝が支持層に入り込む深さになっていると、支持層における溝の底より上側の部分では、その横側に溝による空間が生じていることにより、比較的自由に横方向への変形し易く、また各分離研磨層を設けた支持層箇所ごと個別に圧縮変形し易くなって、その支持層の柔軟性が高まるから、各分離研磨層ごとに研磨面に対して適正な所定研磨圧力に調整されることになる。これにより、各分離研磨層はウェハ表面の高精度な微細パターン形状にさらに容易に追随できて、ディシングやエロージョン等の発生を確実性高く抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る研磨パッドの平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図２】図１の研磨パッドの側面図の拡大図である。
【図３】図１の研磨パッドによる研磨の様子を示す側面図である。
【図４】（ａ）図１の研磨パッドによるウェハの研磨の様子を示す縦断面図であって研磨する前の状態を示し、（ｂ）は研磨している状態を図である。
【図５】（ａ）は本発明の他の実施形態に係る研磨パッドの平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図６】（ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係る研磨パッドの平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図７】（ａ）は本発明のさらに他の実施形態に係る研磨パッドの平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る研磨パッドの拡大縦断面図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係る研磨パッドの拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１      研磨パッド
２      支持層
３      研磨層
４      溝
５      分離研磨層
８      被研磨物
【図１】
2004243428.tif 000003
【図２】
2004243428.tif 000004
【図３】
2004243428.tif 000005
【図４】
2004243428.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2004243428.tif 000009
【図８】
2004243428.tif 000010
【図９】
2004243428.tif 000011