JP2011224697A

JP2011224697A - 研磨パッドの修正方法

Info

Publication number: JP2011224697A
Application number: JP2010095818A
Authority: JP
Inventors: Toru Takazawa; 徹高澤; Soichi Matsubara; 壮一松原
Original assignee: Disco Corp
Current assignee: Disco Corp
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2011-11-10

Abstract

【課題】簡単な方法で研磨パッドの外周縁の振れ分を除去可能な研磨パッドの修正方法を提供することである。
【解決手段】回転する研磨ヘッドの下面に装着された研磨パッドをチャックテーブル上に保持されたウエーハの上面に押し付けてウエーハを研磨する研磨装置における研磨パッドの修正方法であって、該研磨パッドの下端から所定の深さ分研削するため、該チャックテーブル上の該研削バイト上端の高さより該研磨パッドを該所定の深さに対応する距離下降させる下降動作と、該研磨パッドを回転させながら該研磨パッドの外周を研削するため、該研磨パッドと該研削バイトを該研磨パッドの面方向と平行方向に相対移動させる平行相対移動動作とを実施して、該研磨ヘッドに装着された該研磨パッドの回転中の外周縁を除去し、該研磨ヘッドの回転中心と円形に形成された該研磨パッドの中心とを合致させる研磨パッド外周研削工程を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明は、ウエーハの表面を平坦に研磨する研磨装置で使用される研磨パッドの修正方法に関する。

例えば、半導体デバイス製造工程において、優れた平坦性を有する表面を形成することができる研磨方法として、化学的機械研磨、所謂ＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ）が広く採用されている。

ＣＭＰは研磨パッドと被研磨物との間に研磨液を供給しつつ、研磨パッドと被研磨物とをそれぞれ回転させて相対的に摺動させることで遂行される（例えば、特開平３−２４８５３２号公報参照）。

従来の研磨装置では、回転される研磨プレートの下面に固定されたウエーハ等の被加工物を研磨定盤上に貼り付けられた研磨パッドに接触させ、遊離砥粒を含む研磨液を供給しながら研磨定盤と研磨プレートとを回転させることによって研磨を遂行していた（例えば、特開平９−８５６１７号公報参照）。

このような従来の研磨装置においては、被加工物の研磨が研磨パッドを押圧する押圧力のみによって遂行されるため、加工時の押圧力を制御することが難しく、被加工物や装置を破損させてしまうという問題があった。

また、一定押圧力のみで研磨を行うため、粗研磨と仕上げ研磨を同一被加工物に施すには、それぞれ異なる押圧力を有する専用の装置で実施する必要があり、非効率的であるという問題があった。

このタイプの従来の研磨装置では、研磨パッドとしては不織布が使用され、遊離砥粒を含んだ研磨液を供給しながら研磨を行うことが一般的であるが、遊離砥粒を含んだ研磨液では排液処理が困難であり、また大部分の砥粒が研磨に寄与することなく廃棄されるため無駄が多いという問題がある。

これらの問題を解決するために、特開２００３−５３６６２号公報では、チャックテーブルで保持した被加工物に対して固定砥粒を有する研磨パッドを接近又は離反する方向に可動して、研磨時の押圧力を制御する研磨装置が提案されている。固定砥粒型パッドを使用する研磨装置では、研磨液としてアルカリ性水溶液を供給しながら研磨が遂行される。

このような研磨装置の中でも、研磨パッドの半径がウエーハの直径より小さいタイプの研磨パッドを備えた装置（例えば、特開２００５−１５３０９０号公報参照）では、研磨ユニットが小さくなるので、装置自体のサイズを小さくできたり、研削装置中に研磨ユニットを組み込むことが可能であるという利点がある。

特開平３−２４８５３２号公報特開平９−８５６１７号公報特開２００３−５３６６２号公報特開２００５−１５３０９０号公報

しかし、研磨パッドの半径がウエーハの直径より小さくなると、研磨パッドの中央と外周付近では研磨レート（除去率）が大きく異なるという問題がある。そこで、研磨レートを一定にするために、研磨パッドとチャックテーブルに保持されたウエーハを相対的に平行移動させてその調整を行うという方法がとられる。

このように研磨パッドとチャックテーブルに保持されたウエーハを相対的に平行移動させた場合、研磨パッドの外周縁がウエーハ上にかかるため、研磨パッドの中心が研磨パッドを装着する研磨ヘッドの回転中心に一致せずに研磨パッドの外周縁が回転中に振れてしまうと、研磨レートの不安定化に繋がるといった課題が残されていた。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な方法で研磨レートを安定化させることのできる研磨パッドの修正方法を提供することである。

本発明によると、回転する研磨ヘッドの下面に装着された研磨パッドをチャックテーブル上に保持されたウエーハの上面に押し付けてウエーハを研磨する研磨装置における研磨パッドの修正方法であって、研磨ヘッドの下面に研磨パッドを装着する研磨パッド装着工程と、該研磨パッドを研削して修正する研削バイトをチャックテーブル上に固定する研削バイト固定工程と、該研削バイトを該研磨パッドの外周縁近傍の直下に位置付ける研削バイト位置付け工程と、該研磨パッドの下端から所定の深さ分研削するため、該チャックテーブル上の該研削バイト上端の高さより該研磨パッドを該所定の深さに対応する距離下降させる下降動作と、該研磨パッドを回転させながら該研磨パッドの外周を研削するため、該研磨パッドと該研削バイトを該研磨パッドの面方向と平行方向に相対移動させる平行相対移動動作とを実施して、該研磨ヘッドに装着された該研磨パッドの回転中の外周縁を除去し、該研磨ヘッドの回転中心と円形に形成された該研磨パッドの中心とを合致させる研磨パッド外周研削工程と、を具備したことを特徴とする研磨パッドの修正方法が提供される。

本発明によると、回転中の研磨パッドの外周縁の振れ部分を除去して、研磨ヘッドの回転中心と振れ部分除去後に形成された円形の研磨パッドの中心を合致させることができるため、研磨レートを安定化させることが可能であるという効果を奏する。

また、研磨ヘッドに研磨パッドを装着した後に、研磨パッドの外径修正を行うので、研磨パッドの外径や形状を精度よく作成する必要が無く、研磨パッドの研磨ヘッドへの装着にも精密な精度が要求されることはない。更には、研磨パッド外周の振れに起因するウエーハエッジのチッピング（欠け）を抑制することができる。

研磨装置の斜視図である。研磨パッドの外径が相違した場合の研磨パッド内の位置による研磨レートの違いを示す説明図である。研磨パッドの外周縁の振れが及ぼす研磨への影響の説明図である。研磨パッドの外周縁研削工程を説明する側面図である。図５（Ａ）は研磨パッドが装着された研磨ヘッドの底面図、図５（Ｂ）はその側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の研磨パッドの修正方法を実施するのに適した研磨装置２の斜視図が示されている。４は研磨装置２のベースであり、ベース４の後方にはコラム６が立設されている。コラム６には、上下方向に伸びる一対のガイドレール（一本のみ図示）８が固定されている。

この一対のガイドレール８に沿って研磨ユニット（研磨手段）１０が上下方向に移動可能に装着されている。研磨ユニット１０は、そのハウジング２０が一対のガイドレール８に沿って上下方向に移動する移動基台１２に取り付けられている。

研磨ユニット１０は、ハウジング２０と、ハウジング２０中に回転可能に収容されたスピンドル２１（図４参照）と、スピンドル２１を回転駆動するサーボモータ２２と、スピンドルの先端に固定されたヘッドマウント２３と、ヘッドマウント２３に着脱可能に装着される研磨ヘッド２４と、研磨ヘッド２４に貼着された研磨パッド２６とを含んでいる。

研磨ユニット１０は、研磨ユニット１０を一対の案内レール８に沿って上下方向に移動するボールねじ１４とパルスモータ１６とから構成される研磨ユニット送り機構１８を備えている。パルスモータ１６をパルス駆動すると、ボールねじ１４が回転し、移動基台１２が上下方向に移動される。

ベース４の中間部分にはチャックテーブル機構２８が配設されており、チャックテーブル機構２８は図示しないチャックテーブル移動機構によりＹ軸方向に移動される。３０はチャックテーブル機構２８をカバーする蛇腹である。

チャックテーブル機構２８は回転駆動されるチャックテーブル５０を備えている。チャックテーブル５０は、枠体５２と、枠体５２の上面とその保持面が面一に形成されたポーラスセラミックス等の吸引部５４とから構成される。

ベース４の前側部分には、第１のウエーハカセット３２と、第２のウエーハカセット３４と、ウエーハ搬送ロボット３６と、複数の位置決めピン４０を有する位置決め機構３８と、ウエーハ搬入機構（ローディングアーム）４２と、ウエーハ搬出機構（アンローディングアーム）４４と、スピンナ洗浄ユニット４６が配設されている。

また、ベース４の概略中央部には、チャックテーブル５０を洗浄する洗浄水噴射ノズル４８が設けられている。この洗浄水噴射ノズル４８は、チャックテーブル５０が装置手前側のウエーハ搬入・搬出領域に位置づけられた状態において、チャックテーブル５０に向かって洗浄水を噴射する。

次に、本発明の研磨パッドの修正方法を説明する前に、図２を参照して、研磨パッドの外径が相違する場合の研磨パッド内の位置による研磨レートの違いを説明する。図２（Ａ）は研磨パッドの半径がウエーハの直径より小さい、比較的小径の研磨パッド２６Ａを使用してウエーハＷを研磨する様子の模式図、図２（Ｂ）は研磨パッドの半径がウエーハの直径よりも大きい、比較的大径の研磨パッド２６を使用してウエーハＷを研磨する様子の模式図を示している。

研磨パッド２６Ａ又は研磨パッド２６Ｂを使用したウエーハＷの研磨時には、研磨パッド２６Ａ、２６ＢとウエーハＷは異なる速度で同一方向、即ち矢印Ａ方向に回転される。

図２（Ａ）に示す小径研磨パッド２６Ａと図２（Ｂ）に示す大径研磨パッド２６Ｂにおいて、同一の回転角度θ１の場合には、円周方向長さＬ１，Ｌ２，Ｌ３はＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３となる。よって、小径研磨パッド２６Ａと大径研磨パッド２６Ｂを同一速度で回転した場合には、大径研磨パッド２６Ｂのほうが研磨レートは高くなる。

また、図２（Ａ）に示す小径研磨パッド２６Ａの場合には、ウエーハＷは小径研磨パッド２６Ａの回転中心Ｃ１を覆って研磨されることになる。研磨パッドの回転中心Ｃ１では研磨作用が殆ど無いため、ウエーハＷを吸引保持したチャックテーブル５０を定位置に静止して研磨すると、研磨パッド２６Ａの中心と外周部分とでは研磨レートが非常に異なるため、ウエーハＷ全面を均一に研磨できなくなる。

よって、小径研磨パッド２６ＡでウエーハＷの研磨を実施する場合には、チャックテーブル５０を研磨パッド２６Ａの研磨面と平行方向（図１ではＹ軸方向）に移動させて、ウエーハＷの全面を均一に研磨できるようにする必要がある。２４Ａ及び２４Ｂは研磨ヘッドである。

次に、図３を参照して、研磨ヘッドに装着された研磨パッドの外周縁の振れが及ぼす研磨への影響について説明する。図３（Ａ）でＣ１は研磨ヘッド２４の回転中心、Ｃ２は研磨パッド２６の回転中心であり、研磨パッド２６の回転中心Ｃ２は研磨ヘッド２４の回転中心Ｃ１から偏心している。

これは、研磨パッド２６の研磨ヘッド２４への貼着が、研磨ヘッド２４をヘッドマウント２３から取り外した状態で目視で行われるため、両者の中心を合わせて貼着するのが非常に困難だからである。

よって、図３（Ａ）の状態から研磨パッド２６が１８０度回転されて図３（Ｂ）の状態になると、研磨パッド２６の外周縁の振れ分Ｄ１が発生し、ウエーハＷの研磨が不安定となる。

次に、研磨パッドの外周縁の振れ分を修正する本発明の研磨パッドの修正方法について図４及び図５を参照して説明する。本発明の研磨パッドの修正方法では、まず図４に示すように、研磨ヘッド２４の下面２４ａに研磨パッド２６を装着（貼着）する。

次いで、研磨装置２のチャックテーブル５０で研磨パッド２６の外周を研削して修正する研削バイト５６を有する研削治具５８を吸引保持して、研削バイト５６をチャックテーブル５０上に固定する。そして、研削バイト５６を研磨パッド２６の外周縁近傍の直下に位置づける。

次いで、研磨パッド２６の下端から所定の深さ分研磨パッド２６を研削するため、チャックテーブル５０上の研削バイト５６上端の高さより所定の距離研磨パッド２６を下降させる下降動作と、研磨パッド２６を回転させながら研磨パッド２６の外周の振れ分２７を研削するため、研磨パッド２６と研削バイト５６を研磨パッド２６の面方向と平行方向で相対移動させる平行相対移動動作を実施する。

本実施形態では、研磨ユニット１０がＹ軸方向に固定であるため、チャックテーブル５０をＹ軸方向に移動して研磨ヘッド２４に装着された回転中の研磨パッド２６の外周の振れ分２７を除去し（図５（Ｂ）に示すように振れ分２７を完全に除去することなく段差を形成すればよい）、研磨ヘッド２４の回転中心Ｃ１と円形に形成された研磨パッド２６の回転中心Ｃ２とを図６（Ｂ）に示すように合致させる。

本実施形態では、研磨パッド２６は外径修正を実施するため、予め外径を大きめ（半径で１〜２ｍｍ）に作成しておくのが好ましい。研磨パッド２６を研削バイト５６で研削する厚さは任意であり、研磨パッド２６の元厚は２〜４ｍｍ程度である。

好ましくは、研磨パッド２６の修正は、研磨パッド２６の幅方向で研磨パッド２６の全周に渡って研削バイト５６が研磨パッド２６に接するまで研削する。これにより、確実に外周の振れ分を研削して除去することができる。

本発明による研磨パッド２６の外径修正を実施する前又は後に、研磨パッド２６を研磨ヘッド２４に装着した状態で研削バイト５６により研磨パッド２６の研磨面を平坦化する研磨面修正を行ってもよい。この研磨面修正を行うには、研削バイト５６をＹ軸方向に少なくとも研磨パッド２６の半径分移動しながら実施する。

２研磨装置
１０研磨ユニット
２４研磨ヘッド
２６研磨パッド
２７外周縁の振れ分
５０チャックテーブル
５６研削バイト

Claims

回転する研磨ヘッドの下面に装着された研磨パッドをチャックテーブル上に保持されたウエーハの上面に押し付けてウエーハを研磨する研磨装置における研磨パッドの修正方法であって、
研磨ヘッドの下面に研磨パッドを装着する研磨パッド装着工程と、
該研磨パッドを研削して修正する研削バイトをチャックテーブル上に固定する研削バイト固定工程と、
該研削バイトを該研磨パッドの外周縁近傍の直下に位置付ける研削バイト位置付け工程と、
該研磨パッドの下端から所定の深さ分研削するため、該チャックテーブル上の該研削バイト上端の高さより該研磨パッドを該所定の深さに対応する距離下降させる下降動作と、該研磨パッドを回転させながら該研磨パッドの外周を研削するため、該研磨パッドと該研削バイトを該研磨パッドの面方向と平行方向に相対移動させる平行相対移動動作とを実施して、該研磨ヘッドに装着された該研磨パッドの回転中の外周縁を除去し、該研磨ヘッドの回転中心と円形に形成された該研磨パッドの中心とを合致させる研磨パッド外周研削工程と、
を具備したことを特徴とする研磨パッドの修正方法。