(57)【要約】【課題】研磨パッドの長寿命化及び面内均一性の向上を図るとともに、被研磨物の研磨パッドヘの張り付きを防止することができる研磨パッド及び研磨装置を提供すること。【解決手段】一方の面を研磨面２２、他方の面を支持面２３とした板状のパッド本体２１と、このパッド本体２１を研磨面２２から支持面２３まで貫通し、研磨面２２の面方向における相異なる複数の方向に沿って延設された長孔３１が複数組合せて形成された孔部３０を複数備えている。【選択図】      図２
2007103602.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被研磨物を研磨する研磨パッドにおいて、
一方の面を研磨面、他方の面を支持面とした板状のパッド本体と、
このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、上記研磨面の面方向における相異なる複数の方向に沿って延設された長孔が複数組合せて形成された孔部を複数備えていることを特徴とする研磨パッド。
【請求項２】
上記孔部は、所定位置を中心に長孔が放射状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
上記パッド本体の上記支持面側には、相隣接する上記孔部同士を連通する連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
定盤上に設けられた研磨パッドと、
この研磨パッドに対向配置され、被研磨物を保持する保持部材と、
上記研磨パッドと上記保持部材に保持された被研磨物とを相対摩擦運動させることで、上記被研磨物の被研磨面を研磨する駆動機構とを備え、
上記研磨パッドは、一方の面を研磨面、他方の面を上記定盤に取り付けられる支持面とした板状のパッド本体と、
このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、上記研磨面の面方向における相異なる複数の方向に沿って延設された長孔が複数組合せて形成された孔部を複数備えていることを特徴とする研磨装置。
【請求項５】
上記駆動機構は、上記被研磨物及び上記保持部材が、上記研磨面の周縁部であって上記孔部のうち、その一部が周縁部に位置することでその孔部が露出している部位から離間して相対摩擦運動させるものであることを特徴とする請求項４に記載の研磨装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造プロセスで行われる化学的機械研磨で用いられる半導体ウェーハの研磨パッド及び研磨装置に関し、特に研磨パッドの寿命が長く、また、高精度の平坦化ができるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
研磨パッドは、半導体装置の製造プロセスでは、ウェーハの絶縁膜表面を平坦化するとき等に化学的機械研磨が行われる。この化学的機械研磨で用いられる研磨パッドの研磨面は平面状であり、ウェーハの被研磨面と研磨パッドの研磨面とが平行に配置されて、お互いが回転しながら接触することにより研磨を行うものであり、様々な研磨装置が用いられている。
【０００３】
例えば、図１６及び図１７に示すような研磨パッド１００は、発泡ウレタン等からなる研磨パッド１０１表面に、研磨パッドを貫通する貫通孔１０２が多数配置されており、また、図１８及び図１９に示すような研磨パッド１１０は、研磨パッド１１１表面に、格子状の研磨溝１１２を形成することで、研磨液の供給排出や研磨くずの排出効果を与えていた（例えば、特許文献１〜３参照）。これらの図中Ｗはウェーハを示している。なお、研磨溝は、同心円状、渦巻き状のものも知られている。また、研磨溝と貫通孔を組み合わせた研磨パッドもある。研磨溝を形成した研磨パッドは、研磨液の供給排出能力が高いためウェーハ中央と、ウェーハ端の研磨量のばらつきが小さいという効果がある。また、ウェーハを研磨パッドから剥がすとき、溝を伝わってウェーハ中心部まで空気が入るので、ウェーハを剥がしやすいという効果がある。
【特許文献１】特公昭６２−３４５０９号公報
【特許文献２】特開２０００−３３５５３号公報
【特許文献３】特開２００３−３００１４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した研磨パッドでは、次のような問題があった。すなわち、研磨溝の場合、発泡ウレタンが削れることで研磨溝が無くなると、研磨液の供給排出や研磨くずの排出効果は期待できなくなり、研磨パッドの寿命となる。研磨溝の深さは、一般に研磨パッドの厚さの半分程度であるため寿命が短いという問題があった。なお、研磨溝の深さが研磨パッドの裏側まで達してしまうと研磨パッドが分離してしまい使用することができない。
【０００５】
これに対し、貫通孔を設けた研磨パッドは、研磨パッドが無くなる直前まで使用できるため、寿命が長い。しかし、研磨液の供給排出能力が低いため、ウェーハ中央と、ウェーハ端の研磨量のぱらつきが大きいという問題がある。また、ウェーハを研磨パッドから剥がすとき、ウェーハ中心部へ空気を供給できないため、剥がしにくいという問題があった。さらに、研磨中にウェーハが研磨パッドに張り付き、ウェーハキャリヤからウェーハが飛び出しやすいという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、研磨パッドの長寿命化及び面内均一性の向上を図るとともに、被研磨物の研磨パッドヘの張り付きを防止することができる研磨パッド及び研磨装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の研磨パッド及び研磨装置は次のように構成されている。
【０００８】
被研磨物を研磨する研磨パッドにおいて、一方の面を研磨面、他方の面を支持面とした板状のパッド本体と、このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、上記研磨面の面方向における相異なる複数の方向に沿って延設された長孔が複数組合せて形成された孔部を複数備えていることを特徴とする。
【０００９】
また、定盤上に設けられた研磨パッドと、この研磨パッドに対向配置され、被研磨物を保持する保持部材と、上記研磨パッドと上記保持部材に保持された被研磨物とを相対摩擦運動させることで、上記被研磨物の被研磨面を研磨する駆動機構とを備え、上記研磨パッドは、一方の面を研磨面、他方の面を上記定盤に取り付けられる支持面とした板状のパッド本体と、このパッド本体を上記研磨面から上記支持面まで貫通し、上記研磨面の面方向における相異なる複数の方向に沿って延設された長孔が複数組合せて形成された孔部を複数備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、研磨パッドの長寿命化及び面内均一性の向上を図るとともに、被研磨物の研磨パッドヘの張り付きを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る研磨装置１０を示す側面図、図２は同研磨装置１０に組み込まれた研磨パッド２０の平面図である。
【００１２】
研磨装置１０は、回転駆動機構１１と、この回転駆動機構１１に取り付けられた定盤１２と、この定盤１２に対向配置された保持機構１３と、この保持機構１３を回転駆動するとともに、定盤１２上を定盤１２の上面に沿って移動させる移動機構１４と、定盤１２上に研磨液を供給するノズル１５とを備えている。
【００１３】
定盤１２の上面には着脱自在の研磨パッド２０が取り付けられ、保持機構１３には被研磨物である半導体ウェーハＷが取り付けられている。
【００１４】
研磨パッド２０は、例えば、発泡ポリウレタンやウレタンのような樹脂からなるパッド本体２１を備え、このパッド本体２１の一方の面は研磨面２２として上方に向けて、他方の面は支持面２３として定盤１２に取り付けられている。
【００１５】
研磨面２２から支持面２３側、すなわちパッド本体２１の厚さ方向には孔部３０が貫通して設けられている。孔部３０は例えばパンチング加工等を用いて形成されている。孔部３０は、図２に示すように、研磨面２２側から見て４つの長孔３１が放射状に組み合わせられた十字に形成されている。すなわち、孔部３０は研磨面２２の面方向（表面に沿った方向）における相異なる複数の方向に沿って延設された長孔３１が複数組合せられて形成されたものである。
【００１６】
なお、孔部３０の外形は例えば、５ｍｍ以上３００ｍｍ以下である。また、長孔３１の幅は、例えば１ｍｍ以上８ｍｍ以下である。また、隣接する孔部３０間の距離は孔部３０の外形の２倍以下である。
【００１７】
このように構成された研磨パッド２０によれば、複数の長孔の組合せで孔部３０が設けられていることから、半導体ウェーハＷの被研磨面と研磨パッド１の表面との間の密閉性が低下し、負圧が生じにくくなるため、研磨終了後に研磨パッド１の表面より被研磨物を取り除くことが容易になる。
【００１８】
また、孔部３０は、パッド本体２１を厚さ方向に貫通するように形成されているので、パッド本体２１が磨耗して孔部３０が消滅するまでの期間を長くとれ、パッド寿命を延ばし、研磨パッド２０の交換頻度を低減することができる。さらに、孔部３０への研磨液の流出入が増大するため、研磨が安定し、面均一性が向上する。
【００１９】
また、孔部３０は、研磨溝が形成された場合のように、溝を通って研磨液が研磨パッド外に流出することは無く、その内部に研磨液を留めるので、使用する研磨液の量を減らすことができる。
【００２０】
さらに、孔部３０は貫通穴であるため、パンチング加工で形成することができ、切削加工により形成される溝を有する研磨パッドよりも製造コストが安価になる。
【００２１】
上述したように本実施の形態に係る研磨パッド２０を用いた研磨装置１０によれば、研磨パッド２０の寿命を向上させながら、面内均一性の向上、ウェーハの研磨パッドヘの張り付きを防止することができる。
【００２２】
なお、研磨パッド２０は、上述したように発泡ウレタンの単層のパッド本体を用いてもよいが、発泡ウレタンの層の下（定盤１２側）に軟質な不織布が貼りあわされた積層構造のものを用いてもよい。なお、積層構造の場合、孔部３０は発泡ウレタン層のみに形成される。
【００２３】
図３は、上述した研磨パッド２０の第１変形例に係る研磨パッド２０Ａを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０の代わりに孔部４０が設けられている。孔部４０には、３つの長孔４１が設けられている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
図４は、上述した研磨パッド２０の第２変形例に係る研磨パッド２０Ｂを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０の代わりに孔部５０が設けられている。孔部５０には、５つの長孔５１が設けられている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００２５】
図５は、上述した研磨パッド２０の第３変形例に係る研磨パッド２０Ｃを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０の代わりに孔部６０が設けられている。孔部６０には、６つの長孔６１が設けられている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００２６】
図６は、上述した研磨パッド２０の第４変形例に係る研磨パッド２０Ｄを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０が研磨パッド２０とは異なる配置で形成されている。すなわち、孔部３０はパッド本体２１が分離しない範囲で隣接した孔部３０と結合して配置されている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００２７】
図７は、上述した研磨パッド２０の第５変形例に係る研磨パッド２０Ｅを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０に連通孔３２が設けられている。連通孔３２が設けられているので、研磨液が自由に孔部３０相互間を移動でき、研磨パッド２０Ｅ全体に均一に行き渡る。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図８は、上述した研磨パッド２０の第６変形例に係る研磨パッド２０Ｆを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０が研磨パッド２０とは異なる配置で形成されている。すなわち、最も近い孔部３０同士の長孔３１が同じ直線上に位置しないように配置されている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
図９は、上述した研磨パッド２０の第７変形例に係る研磨パッド２０Ｇを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０が研磨パッド２０とは異なる配置で形成されている。すなわち、孔部３０は、パッド本体２１の中心から同心円状に配置されている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００３０】
図１０は、上述した研磨パッド２０の第８変形例に係る研磨パッド２０Ｈを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０が研磨パッド２０とは異なる配置で形成されている。すなわち、孔部３０は、ランダムに配置されている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００３１】
図１１は、上述した研磨パッド２０の第９変形例に係る研磨パッド２０Ｉを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０と、孔部３０と相似形であって小型の孔部３３とが設けられている。孔部３３には、長孔３１より短い４つの長孔３４が設けられている。孔部３０と孔部３３とは交互に配置されている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
図１２は、上述した研磨パッド２０の第１０変形例に係る研磨パッド２０Ｊを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０と、孔部３０とは異なる形状の孔部７０とが設けられている。孔部７０は、４本の円弧状の長孔７１が設けられている。孔部３０と孔部７０とは交互に配置されている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
図１３は、上述した研磨パッド２０の第１１変形例に係る研磨パッド２０Ｋを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０の代わりに孔部８０が設けられている。孔部８０には、２つの長孔８１が設けられているが、放射状ではあるものの不等配である。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
図１４は、上述した研磨パッド２０の第１２変形例に係る研磨パッド２０Ｌを示す平面図である。本変形例においては、孔部３０の代わりに孔部９０が設けられている。孔部９０には、４つの円弧状の長孔９１が設けられている。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
図１５は、上述した研磨パッド２０の第１２変形例に係る研磨パッド２０Ｍ及び研磨装置１０における動作範囲を示す説明図である。本変形例においては、研磨パッド２０と同様に、孔部３０が設けられている。なお、孔部３０のうちパッド本体２１の外周部に配置され、その一部に欠損部３５が生じていても同様の効果が得られる。
【００３６】
なお、この場合は、二点鎖線Ｑに示すようにウェーハＷの移動範囲が規制されている。すなわち、二点鎖線Ｑの外側にウェーハＷが到達すると欠損部５０に引っ掛かり、傷が付く虞があるためである。本変形例においても、上述した研磨パッド２０と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る研磨パッドが組み込まれた研磨装置を示す側面図。
【図２】同研磨装置に組み込まれた研磨パッドを示す平面図。
【図３】同研磨パッドの第１変形例を示す平面図。
【図４】同研磨パッドの第２変形例を示す平面図。
【図５】同研磨パッドの第３変形例を示す平面図。
【図６】同研磨パッドの第４変形例を示す平面図。
【図７】同研磨パッドの第５変形例を示す平面図。
【図８】同研磨パッドの第６変形例を示す平面図。
【図９】同研磨パッドの第７変形例を示す平面図。
【図１０】同研磨パッドの第８変形例を示す平面図。
【図１１】同研磨パッドの第９変形例を示す平面図。
【図１２】同研磨パッドの第１０変形例を示す平面図。
【図１３】同研磨パッドの第１１変形例を示す平面図。
【図１４】同研磨パッドの第１２変形例を示す平面図。
【図１５】同研磨装置における動作範囲を示す説明図。
【図１６】貫通孔が設けられた研磨パッド及び半導体ウェーハを示す平面図。
【図１７】同研磨パッドの要部を示す断面図。
【図１８】研磨溝が設けられた研磨パッド及び半導体ウェーハを示す平面図。
【図１９】同研磨パッドの要部を示す断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１０…研磨装置、１２…定盤、１３…保持機構、２０，２０Ａ〜２０Ｍ…研磨パッド、２１…パッド本体、２２…研磨面、２３…支持面、３０…孔部、３１…長孔、Ｗ…半導体ウェーハ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007103602.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007103602.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2007103602.tif 000017
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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