JP4791291B2

JP4791291B2 - Ｃｍｐパッド

Info

Publication number: JP4791291B2
Application number: JP2006227036A
Authority: JP
Inventors: 宗則辻
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2026-08-23
Also published as: JP2008053376A

Description

本発明は、プラテンで回転自在に軸支されてスラリーが供給される盤面で処理対象を研磨するＣＭＰパッドに関し、特に、研磨性の上層とスラリーの浸透を遮断する中間層とクッション性を有する下層とが接着剤で接合されているＣＭＰパッドに関する。

現在、半導体装置の製造にＣＭＰ装置が利用されている。ＣＭＰ装置は、ＣＭＰパッドが装着される交換自在に装着されるプラテンを有する。このプラテンとともに回転駆動されるＣＭＰパッドの盤面に、製造過程の半導体装置が形成されている半導体ウェハが処理対象として圧接される。

その場合、半導体ウェハはＣＭＰパッドの直径方向に往復移動される。また、ＣＭＰパッドの盤面にはスラリーが供給される。さらに、ＣＭＰパッドの盤面は、やはり直径方向に往復移動されるドレッサでドレッシングされる。

一般的なＣＭＰパッドは、研磨性の上層とスラリーの浸透を遮断する中間層とクッション性を有する下層とを接着剤で接合した構造に形成されている。現在、このようなＣＭＰパッドとして各種の提案がある(例えば、特許文献１〜６参照)。
特開２００５−３１７８０８号公報特開２００５−０５４０７２号公報特開２００５−１５９３４０号公報特開２００５−１３８２７７号公報特開２００３−１６３１９１号公報特開２０００−３０６８７０号公報

上述のようなＣＭＰパッドは、回転する盤面が直径方向に往復移動する処理対象とドレッサとで擦過される。従って、処理対象とドレッサからＣＭＰパッドの盤面に直径方向に応力が作用する。

特に、このドレッサは一般的に小径である。このため、ＣＭＰパッドは直径方向に移動するストロークが大きい。従って、ドレッサからＣＭＰパッドに作用する応力は大きい。

ＣＭＰパッドは、上述の応力のため、接着剤で接合されている上層と中間層とが、その中央領域で剥離することがある。この剥離が発生すると、中間層から遊離した上層の中央領域に、破損が発生することがある。

特許文献４，５には、下面中央に凹穴が形成されているＣＭＰパッドが開示されている。しかし、特許文献４には、ＣＭＰパッドの層構造が開示されていないため、実施困難である。

また、特許文献５には、ＣＭＰパッドの中央領域を上面から下面まで透光性とするため、下層と上層との中央領域に貫通孔を形成し、上層の貫通孔を透光材で充填した構造が開示されている。

しかし、これでは上層の機械強度が不足する。このため、上述のような構造のＣＭＰパッドでは、処理対象やドレッサで上層が擦過されると、その上層が中央領域の貫通孔の位置から破断しやすい。

本発明のＣＭＰパッドは、プラテンで回転自在に軸支されてスラリーが供給される盤面で処理対象を研磨するＣＭＰパッドであって、研磨性の材料で均一な一層として形成されている上層と、上層が上面に接着剤で接合されていてスラリーの浸透を遮断する中間層と、中間層が上面に接着剤で接合されていてクッション性を有する下層と、を有し、中間層と下層とが外周領域では固定されていて中央領域では固定されておらず、中間層と下層とを接合する接着剤が中央領域のみ排除されている。

従って、本発明のＣＭＰパッドでは、直径方向に往復移動する処理対象やドレッサから上層に応力が作用しても、その応力により上層の中央領域が中間層から剥離することが防止される。

本発明のＣＭＰパッドでは、中間層と下層とが外周領域では固定されていて中央領域では固定されていない。このため、直径方向に往復移動する処理対象やドレッサから上層に応力が作用しても、その応力により上層の中央領域が中間層から剥離することを防止できる。従って、中間層からの剥離に起因した上層の破損を防止することができる。

本発明の実施の第一の形態を図１および図２を参照して以下に説明する。本実施の形態のＣＭＰパッド１００は、図１に示すように、研磨性の材料で均一な一層として形成されている上層１１０と、上層１１０が上面に接着剤１２０で接合されていてスラリーＳの浸透を遮断する中間層１３０と、中間層１３０が上面に接着剤１４０で接合されていてクッション性を有する下層１５０と、を有する。

そして、本実施の形態のＣＭＰパッド１００では、中間層１３０と下層１５０とを接合する接着剤１４０が中央領域Ｃのみ排除されている。このため、中間層１３０と下層１５０とが外周領域Ｏでは固定されていて中央領域Ｃでは固定されていない。

なお、上層１１０は上述のように均一な一層として形成されているので、その中央領域には凹部や貫通孔などの空隙は形成されていない。下層１５０も均一な一層として形成されているので、その中央領域には凹部や貫通孔などの空隙は形成されていない。

本実施の形態のＣＭＰ装置２００は、図２に示すように、ＣＭＰパッド１００が交換自在に装着されるプラテン２１０を有する。このプラテン２１０とともに回転駆動されるＣＭＰパッド１００の盤面に、製造過程の半導体装置が形成されている半導体ウェハが処理対象として圧接される(図示せず)。

より具体的には、半導体ウェハはホルダユニット２２０により保持される。このホルダユニット２２０は、半導体ウェハを回転させながらＣＭＰパッド１００の直径方向に往復移動させる。

また、プラテン２１０とともに回転駆動されるＣＭＰパッド１００の盤面には、ドレッサ２３０も圧接される。このドレッサ２３０も、回転駆動されながらＣＭＰパッド１００の直径方向に往復移動される。

プラテン２１０により支持されたＣＭＰパッド１００の盤面の上方には滴下装置２４０が配置されている。この滴下装置２４０は、ＣＭＰパッド１００の盤面にスラリーＳを供給する。

なお、ドレッサ２３０はホルダユニット２２０より小径に形成されている。例えば、ドレッサ２３０はＣＭＰパッド１００の半径の二分の一より小径であり、ホルダユニット２２０はＣＭＰパッド１００の半径の二分の一より大径である。このため、ＣＭＰパッド１００の直径方向の往復移動の距離は、ホルダユニット２２０では小さくドレッサ２３０では大きい。

そして、本実施の形態のＣＭＰパッド１００では、中間層１３０と下層１５０とが固定されていない中央領域Ｃが、半導体ウェハを研磨する上層１１０の外周領域より内側、かつ、ドレッサ２３０で擦過される上層１１０の外周領域より内側、に位置している。

なお、本実施の形態のＣＭＰパッド１００では、例えば、上層１１０は、Shore-D硬度５２〜６２の熱硬化型弾性ポリウレタン樹脂により、層厚１．１７〜１．３７mmに形成されている。接着剤１２０は、アクリル系粘着材により、層厚４５μmに形成されている。

中間層１３０は、ＰＥＴ(Polyethylene Terephthalate)により、層厚３０μmに形成されている。接着剤１４０は、アクリル系粘着材により、層厚４５μmに形成されている。下層１５０は、Asker-C硬度６２〜７０のポリウレタン樹脂を含浸したポリエステル不織布により、層厚１．２０〜１．３４mmに形成されている。

また、ＣＭＰパッド１００は、例えば、直径５０８mmに形成されている。また、半導体ウェハを研磨しない範囲の直径は、例えば、５０mmである。そして、中間層１３０と下層１５０とが固定されていない中央領域Ｃの直径は、例えば、２０mmである。なお、ドレッサ２３０は、ＣＭＰパッド１００の中心から外縁まで往復して盤面の全体を擦過する。

上述のような構成において、本実施の形態のＣＭＰ装置２００では、プラテン２１０の盤面にＣＭＰパッド１００が交換自在に装着される。そこで、半導体ウェハをＣＭＰ処理するときは、その半導体ウェハがホルダユニット２２０に装填される。

そして、このホルダユニット２２０に保持された半導体ウェハが、プラテン２１０とともに回転駆動されるＣＭＰパッド１００の盤面に圧接される。このとき、半導体ウェハも回転駆動されながらＣＭＰパッド１００の直径方向に往復移動される。

さらに、このＣＭＰパッド１００の盤面にはスラリーＳも供給される。これで半導体ウェハの表面がＣＭＰパッド１００によりＣＭＰ処理される。このとき、ＣＭＰパッド１００の盤面にはコンタミが付着する。

しかし、上述のように半導体ウェハを研磨しているＣＭＰパッド１００の盤面は、同時にドレッサ２３０によりドレッシングされている。このため、ＣＭＰパッド１００の盤面の研磨性は常時良好に維持される。

上述のドレッサ２３０も回転駆動されながらＣＭＰパッド１００の直径方向に往復移動される。このため、小径のドレッサ２３０でも大径のＣＭＰパッド１００の盤面が良好にドレッシングされる。

ただし、前述のようにＣＭＰパッド１００の直径方向に往復移動するドレッサ２３０のストロークは大きい。このため、ＣＭＰパッド１００の上層１１０にドレッサ２３０から直径方向に無視できない応力が作用する。

しかし、本実施の形態のＣＭＰパッド１００では、中間層１３０と下層１５０とが外周領域Ｏでは固定されていて中央領域Ｃでは固定されていない。このため、上述のようにドレッサ２３０から直径方向に応力が作用しても、接着剤１２０で接合されている上層１１０と中間層１３０とが中央領域Ｃで剥離することがない。

このことは以下のように考察される。ドレッサ２３０がＣＭＰパッド１００の直径方向に往復移動するとき、その直径方向に上層１１０に応力が作用する。このとき、上層１１０は応力が作用する直径方向に微少に変形して変位する。

このとき、上層１１０に発生した変形および変位に中間層１３０が良好に追従しないと剥離が発生する。しかし、この中間層１３０が下層１５０に中央領域Ｃでは固定されていない。このため、中間層１３０の中央領域Ｃが上層１１０の変形および変位に良好に追従することができ、そこに剥離が発生することを防止できる。

なお、ＣＭＰパッド１００は外周面が開放されている。このため、中間層１３０は、外周領域Ｏで下層１５０に固定されていても、上層１１０の変形および変位に良好に追従することができる。従って、そこに剥離が発生することもない。

なお、本発明者は、上層と中間層と下層とが接着剤で固定されている従来の構造のＣＭＰパッドと、上述のように中間層と下層とが中央領域で固定されていないＣＭＰパッドと、を試作して実験した(図示せず)。

すると、従来の構造のＣＭＰパッドでは、上層と中間層とが中央領域で剥離した。しかし、中間層と下層とが中央領域で固定されていないＣＭＰパッドでは、その上層と中間層とが剥離しないことが確認された。

本実施の形態のＣＭＰパッド１００は、上述のように中間層１３０と下層１５０とが外周領域Ｏでは固定されていて中央領域Ｃでは固定されていない。このため、直径方向に移動されるドレッサ２３０で盤面が擦過されても、上層１１０と中間層１３０とが中央領域Ｃで剥離することを防止できる。

しかも、中間層１３０と下層１５０とを外周領域Ｏでは固定して中央領域Ｃでは固定しない構造を、中間層１３０と下層１５０とを接合する接着剤１４０を中央領域Ｃのみ排除することで実現している。

このため、中間層１３０や下層１５０に特別な加工が必要ない。従って、ＣＭＰパッド１００として、構造が簡単で生産性が良好な構造を提供することができる。さらに、中間層１３０に貫通孔などを形成する必要がない。このため、スラリーＳが中間層１３０より下方まで浸透することを有効に防止できる。

さらに、中間層１３０と下層１５０とが固定されていない中央領域Ｃが、半導体ウェハを研磨する上層１１０の外周領域より内側に位置している。このため、下層１５０に中間層１３０の中央領域Ｃが支持されていないことにより、上層１１０に半導体ウェハが良好に圧接されないことが発生しない。

本実施の形態のＣＭＰパッド１００は、上層１１０が研磨性の材料で均一な一層として形成されている。このため、上層１１０の強度が良好であり、ドレッサ２３０から直径方向に作用する応力のために上層１１０に破断が発生するようなことを防止できる。

なお、本発明は本実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で各種の変形を許容する。例えば、上記形態では各部の材料および寸法を具体的に例示した。しかし、その材料および寸法は必要な機能を満足する範囲で各種に変形することができる。

つぎに、本発明の実施の第二の形態を図３を参照して以下に説明する。なお、これより以下の説明において、上述した実施の第一の形態と同一の部分は、同一の名称および符号を使用して詳細な説明は省略する。

本実施の形態のＣＭＰパッド３００も、上層１１０、接着剤１２０、中間層１３０、接着剤１４０、下層３１０、からなる。さらに、本実施の形態のＣＭＰパッド３００では、中間層１３０と下層３１０とを接合する接着剤１４０が中央領域Ｃのみ排除されているのみならず、下層３１０の上面の中央領域Ｃに凹部３１１が形成されている。このため、中間層１３０と下層３１０とが外周領域Ｏでは固定されていて中央領域Ｃでは固定されていない。

上述のような構成において、本実施の形態のＣＭＰパッド３００も、前述したＣＭＰパッド１００と同様に、中間層１３０と下層３１０とが外周領域Ｏでは固定されていて中央領域Ｃでは固定されていない。このため、直径方向に移動されるドレッサ２３０で盤面が擦過されても、上層１１０と中間層１３０とが中央領域Ｃで剥離することを防止できる。

なお、上記形態では中間層１３０と下層３１０とを接合する接着剤１４０が中央領域Ｃのみ排除されているとともに、下層３１０の上面の中央領域Ｃに凹部３１１が形成されていることにより、中間層１３０と下層３１０とが中央領域Ｃでは固定されていないことを例示した。

しかし、図４に例示するＣＭＰパッド３２０のように、中間層１３０の下面全域に接着剤３２１が形成されており、下層３１０の上面の中央領域Ｃに凹部３１１が形成されていてもよい。この場合も、中間層１３０と下層３１０とが中央領域Ｃでは固定されていないので、上層１１０と中間層１３０とが中央領域Ｃで剥離することを防止できる。

つぎに、本発明の実施の第三の形態を図５を参照して以下に説明する。本実施の形態のＣＭＰパッド４００も、上層１１０、接着剤１２０、中間層１３０、接着剤１４０、下層４１０、からなる。

そして、本実施の形態のＣＭＰパッド４００では、中間層１３０と下層４１０とを接合する接着剤１４０が中央領域Ｃのみ排除されているのみならず、下層４１０の上面の中央領域Ｃに貫通孔４１１が形成されている。このため、中間層１３０と下層４１０とが外周領域Ｏでは固定されていて中央領域Ｃでは固定されていない。

上述のような構成において、本実施の形態のＣＭＰパッド４００も、前述したＣＭＰパッド１００，３００と同様に、中間層１３０と下層４１０とが外周領域Ｏでは固定されていて中央領域Ｃでは固定されていない。このため、直径方向に移動されるドレッサ２３０で盤面が擦過されても、上層１１０と中間層１３０とが中央領域Ｃで剥離することを防止できる。

なお、上記形態では中間層１３０と下層４１０とを接合する接着剤１４０が中央領域Ｃのみ排除されているとともに、下層４１０の上面の中央領域Ｃに貫通孔４１１が形成されていることにより、中間層１３０と下層４１０とが中央領域Ｃでは固定されていないことを例示した。

しかし、図６に例示するＣＭＰパッド４２０のように、中間層１３０の下面全域に接着剤３２１が形成されており、下層４１０の上面の中央領域Ｃに貫通孔４１１が形成されていてもよい。この場合も、中間層１３０と下層４１０とが中央領域Ｃでは固定されていないので、上層１１０と中間層１３０とが中央領域Ｃで剥離することを防止できる。

本発明の実施の第一の形態のＣＭＰパッドの積層構造を示す模式的な側面図である。ＣＭＰ装置に装着したＣＭＰパッドで処理対象である半導体ウェハをＣＭＰ処理する状態を示す模式図である。実施の第二の形態のＣＭＰパッドの積層構造を示す模式的な側面図である。その変形例を示す模式的な側面図である。実施の第三の形態のＣＭＰパッドの積層構造を示す模式的な側面図である。その変形例を示す模式的な側面図である。

符号の説明

１００ＣＭＰパッド
１１０上層
１２０接着剤
１３０中間層
１４０接着剤
１５０下層
２００ＣＭＰ装置
２１０プラテン
２２０ホルダユニット
２３０ドレッサ
２４０滴下装置
３００ＣＭＰパッド
３１０下層
３１１凹部
３２０ＣＭＰパッド
３２１接着剤
４００ＣＭＰパッド
４１０下層
４１１貫通孔
４２０ＣＭＰパッド
Ｃ中央領域
Ｏ外周領域
Ｓスラリー

Claims

プラテンで回転自在に軸支されてスラリーが供給される盤面で処理対象を研磨するＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)パッドであって、
研磨性の材料で均一な一層として形成されている上層と、前記上層が上面に接着剤で接合されていて前記スラリーの浸透を遮断する中間層と、前記中間層が上面に接着剤で接合されていてクッション性を有する下層と、を有し、
前記中間層と前記下層とが外周領域では固定されていて中央領域では固定されておらず、前記中間層と前記下層とを接合する前記接着剤が前記中央領域のみ排除されているＣＭＰパッド。
前記処理対象を研磨する前記上層の外周領域より内側の前記中央領域で前記中間層と前記下層とが固定されていない請求項１に記載のＣＭＰパッド。
ドレッサで擦過される前記上層の外周領域より内側の前記中央領域で前記中間層と前記下層とが固定されていない請求項１に記載のＣＭＰパッド。
前記下層が均一な一層として形成されている請求項１に記載のＣＭＰパッド。
前記下層の前記中央領域に空隙が形成されていない請求項１に記載のＣＭＰパッド。
前記下層の上面の前記中央領域に凹部が形成されている請求項１ないし３の何れか一項に記載のＣＭＰパッド。
前記下層の前記中央領域に上面から下面まで貫通孔が形成されている請求項１ないし３の何れか一項に記載のＣＭＰパッド。
前記上層の中央領域に空隙が形成されていない請求項１ないし７の何れか一項に記載のＣＭＰパッド。