JP2017001111A - 研磨パッド及びｃｍｐ研磨方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨中にウエーハによって研磨パッドの研磨面が切り欠かれることを抑制すること。
【解決手段】研磨パッド（４６）は、熱可塑性樹脂を用いて形成し、研磨面に交差する溝（６２）を備え、溝は、研磨面（６１）から所定の深さで対面する溝側面（６３）と、対面する溝側面に連接する溝底面（６４）と、を有し、研磨面と溝側面との接続部分に熱塑性変形した面取り（６５）を備えた。これにより、チップ（Ｃ）の角（２９）によって研磨パッドの研磨面が切り欠かれることを抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、スラリーを供給しながらウエーハを研磨する研磨パッド及びＣＭＰ研磨方法に関する。

ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）の研磨パッドとして、多孔質タイプ、不織糸タイプ、スエードタイプが知られている。スエードタイプの研磨パッドは、軟らかく研磨面にスラリーが進入する多数の孔を備えており、ウエーハを鏡面に研磨するのに適している。この種のスエードタイプの研磨パッドとして、研磨面にスラリーの供給を補助する溝を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の研磨パッドの研磨面には、切削加工により溝が形成されており、溝を通って研磨面全体にスラリーが行き渡ることで研磨パッドによってウエーハが良好に研磨される。

特開２０１０−１１５７１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の研磨パッドを用いて、分割されたウエーハのチップを研磨する場合には、チップの角や上辺が研磨パッドの溝側面や角に当たって、研磨面が切り欠かれることで研磨パッドを消耗させるという問題があった。この場合、研磨面がチップに切り欠かれて研磨屑が生じると、研磨屑がチップに付着することがあり、その後の洗浄等ではチップに付着した研磨屑を除去することが困難になっていた。さらに、研磨面がチップに切り欠かれて研磨面の平面度が乱されると、ウエーハのチップを適切に研磨することができなくなっていた。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、研磨中にウエーハによって研磨パッドの研磨面が切り欠かれることを抑制する研磨パッド及びＣＭＰ研磨方法を提供することを目的とする。

本発明の研磨パッドは、ウエーハを研磨する研磨パッドであって、熱可塑性樹脂を用いて形成し研磨面に交差する溝を備え、該溝は、該研磨面から所定の深さで対面する溝側面と、該対面する該溝側面に連接する溝底面と、を有し、該研磨面と該溝側面との接続部分に面取りを備える。

この構成によれば、研磨面には交差する溝が形成されているため、スラリーが溝を通って研磨面全体に行き渡ってウエーハを良好に研磨できる。また、ウエーハの角で削られ易い研磨パッドの研磨面と溝側面との間に角が作られず、面取りによってウエーハの角に対する当たりが和らげられている。また、研磨パッドが熱可塑性樹脂を用いて形成されているため、研磨パッドの熱塑性変形によって溝及び面取りを形成することができる。熱塑性変形では研磨パッドの溝及び面取りの表面の孔が潰れてウエーハが引っかかり難くなっている。よって、研磨パッドの研磨面がウエーハによって切り欠かれるのを抑制でき、研磨面の平面度を維持すると共に、研磨パッドの研磨屑を減らしてウエーハへの付着を抑えることができる。

本発明のＣＭＰ研磨方法は、分割予定ラインを備えるウエーハの一方の面に保護テープを貼着し該分割予定ラインに沿って分割されたウエーハを保持テーブルが該保護テープを介して保持し、ウエーハと研磨パッドとにスラリーを供給して上記の研磨パッドを用いてウエーハを研磨するＣＭＰ研磨方法であって、該保護テープを吸引して該保護テープを介して分割されたウエーハを該保持テーブルで保持する保持工程と、該保持工程の後、スラリー供給して該研磨パッドを用いて分割されたウエーハを研磨するＣＭＰ研磨工程と、からなる。

本発明によれば、熱可塑性樹脂を用いて形成した研磨パッドの研磨面と溝側面との接続部分に面取りを備えているので、研磨中にウエーハによって研磨パッドの研磨面が切り欠かれることを抑制できる。

本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の斜視図である。 切削加工で溝が形成された研磨パッドによる研磨加工の説明図である。 本実施の形態に係る研磨パッドを示す説明図である。 本実施の形態に係る研磨パッドを用いた研磨加工の説明図である。 本実施の形態に係るＣＭＰ研磨方法の説明図である。 本実施の形態に係る研磨パッドの製造方法の説明図である。

以下、添付図面を参照して、ＣＭＰ研磨装置について説明する。図１は、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置の斜視図である。なお、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨装置は、図１に示すような研磨専用の装置に限定されず、例えば、研削、研磨、洗浄等の一連の加工が全自動で実施されるフルオートタイプの加工装置に組み込まれてもよい。

図１に示すように、ＣＭＰ研磨装置１は、保持テーブル２１上のウエーハＷと研磨パッド４６の間にスラリーを進入させて、化学機械研磨（CMP: Chemical Mechanical Polishing）によってウエーハＷを研磨するように構成されている。分割予定ラインを備えるウエーハＷは、分割予定ラインに沿って複数のチップＣに分割されており、ウエーハＷの一方の面に保護テープＴが貼着されている。なお、ウエーハＷは、半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等の半導体デバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、無機材料基板にＬＥＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。

ＣＭＰ研磨装置１の基台１１の上面には、Ｘ軸方向に延在する矩形状の開口が形成され、この開口は保持テーブル２１と共に移動可能なテーブルカバー１２及び蛇腹状の防水カバー１３に覆われている。防水カバー１３の下方には、保持テーブル２１をＸ軸方向に移動させる移動手段２４と、保持テーブル２１を連続回転させる回転手段２２とが設けられている。保持テーブル２１の表面には、多孔質のポーラス材によって保護テープＴを介して分割後のウエーハＷを保持する保持面２３が形成されている。保持面２３は、保持テーブル２１内の流路を通じて吸引源（不図示）に接続されている。

移動手段２４は、基台１１上に配置されたＸ軸方向に平行な一対のガイドレール５１と、一対のガイドレール５１にスライド可能に設置されたモータ駆動のＸ軸テーブル５２とを有している。Ｘ軸テーブル５２の背面側には、ナット部（不図示）が形成され、このナット部にボールネジ５３が螺合されている。そして、ボールネジ５３の一端部に連結された駆動モータ５４が回転駆動されることで、保持テーブル２１が一対のガイドレール５１に沿ってＸ軸方向に動かされる。回転手段２２は、Ｘ軸テーブル５２上に設けられており、保持テーブル２１をＺ軸回りに回転可能に支持している。

基台１１上のコラム１４には、研磨手段４１をＺ軸方向に加工送りする加工送り手段３１が設けられている。加工送り手段３１は、コラム１４に配置されたＺ軸方向に平行な一対のガイドレール３２と、一対のガイドレール３２にスライド可能に設置されたモータ駆動のＺ軸テーブル３３とを有している。Ｚ軸テーブル３３の背面側にはナット部（不図示）が形成され、このナット部にボールネジ３４が螺合されている。ボールネジ３４の一端部に連結された駆動モータ３５によりボールネジ３４が回転駆動されることで、研磨手段４１がガイドレール３２に沿って加工送りされる。

研磨手段４１は、ハウジング４２を介してＺ軸テーブル３３の前面に取り付けられており、スピンドルユニット４３の下部に研磨パッド４６を設けて構成されている。スピンドルユニット４３にはフランジ４５が設けられ、フランジ４５を介してハウジング４２に研磨手段４１が支持される。スピンドルユニット４３の下部には、スエードタイプの研磨パッド４６が装着されるプラテン４４が取り付けられている。スエードタイプの研磨パッド４６は鏡面研磨に適した柔軟なパッドであり、研磨パッド４６の研磨面にはスラリーを定着させる多数の孔が形成されている。

また、スピンドルユニット４３の上部には、ウエーハＷ（チップＣ）の上面２８（図４Ｂ参照）と研磨パッド４６の研磨面６１（図４Ｂ参照）との間にスラリーを供給するスラリー供給手段４８が接続されている。スラリー供給手段４８からスラリーが供給されることで、スピンドルユニット４３内の流路４７（図５参照）を通じて研磨面６１にスラリーが定着される。スラリーは、砥粒を含むアルカリ性水溶液又は酸性水溶液であり、例えば、グリーンカーボランダム、ダイヤモンド、アルミナ、酸化セリウム、ＣＢＮ（立方晶窒化ホウ素）の砥粒が含有される。アルカリ性のスラリーはシリコンウエーハの研磨、酸性のスラリーは無機材料系のウエーハの研磨にそれぞれ使用されることが好ましい。

ＣＭＰ研磨装置１には、装置各部を統括制御する制御部（不図示）が設けられている。制御部は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。このように構成されたＣＭＰ研磨装置１では、研磨パッド４６がＺ軸回りに回転されながら保持テーブル２１に接近される。そして、スラリーが供給されながら、研磨パッド４６がウエーハＷの分割後のチップＣに回転接触することでチップＣが研磨される。

ところで、本実施の形態では、分割前のウエーハＷの研磨とは異なり、ウエーハＷがＤＢＧ（Dicing Before Grinding）等で個々のチップＣに分割されているため、研磨中に研磨屑が生じ易い。例えば、図２に示すように、切削加工で溝９２が形成された研磨パッド９６を用いた研磨では、溝９２内を通ってスラリーが研磨パッド９６に定着し易いが、チップＣの角２９や上辺で研磨パッド９６が削られ易いという問題がある。すなわち、研磨パッド９６に切削加工で形成された溝９２には溝側面９３と研磨面９１の間に角９４が作られ、この研磨パッド９６の角９４がチップＣの角２９や上辺に繰返し当たることで切り欠かれ易くなっている。

本件発明者らは、研磨パッド４６の溝６２（図３参照）が角側からチップＣに切り欠かれることに着目して、チップＣに切り欠かれ易い研磨パッド４６の溝６２を面取りするようにしている。さらに、研磨パッド４６を熱可塑性樹脂で形成し、熱塑性変形によって溝６２及び面取り６５を形成することで面取り６５や溝側面６３にチップＣが引っかかり難くしている。これにより、チップＣによる研磨パッド４６の切欠きを抑えて、研磨面６１の平面度を維持すると共にチップＣに対する研磨屑の付着を抑えている。

以下、図３を参照して、研磨パッドについて詳細に説明する。図３Ａは、本実施の形態に係る研磨パッドの斜視図である。図３Ｂは、本実施の形態に係る研磨パッドの断面図である。図４は、本実施の形態に係る研磨パッドを用いた研磨加工の説明図である。なお、図３Ｂ及び図４に示す太線は、研磨パッドの孔が潰れた状態を示している。また、図４Ａ、Ｂは、本実施の形態に係る研磨パッドによる研磨加工、図４Ｃは、比較例に係る研磨パッドによる研磨加工をそれぞれ示している。

図３Ａ及び図３Ｂに示すように、研磨パッド４６は、プラテン４４に貼着されるスエードパッドであり、柔軟性を有する熱可塑性樹脂で円形板状に形成されている。研磨パッド４６の研磨面６１には、スラリーの通り路となる交差する複数の溝６２が備えられている。溝６２は、研磨面６１から所定の深さで対面する溝側面６３と、対面する溝側面６３に連接する溝底面６４と、を有している。研磨面６１と溝側面６３との接続部分には面取り６５が備えられており、面取り６５によって溝６２の角が丸められて研磨面６１と溝側面６３とが緩やかに接続されている。

溝６２及び面取り６５は、研磨面６１を部分的に熱可塑変形させることで形成されており、面取り６５及び溝６２の表面の多数の孔が潰されている。これにより、面取り６５及び溝側面６３の表面が比較的滑らかになり、チップＣの角に引っかかり難くしている。すなわち、研磨パッド４６は、溝６２及び面取り６５を除いた表面部分が、多数の孔が残された研磨面６１として機能している。また、研磨面６１の中心には、スラリー供給手段４８（図１参照）に接続するスラリー供給孔６８が形成されている。

この研磨パッド４６を用いた研磨加工では、スラリー供給孔６８から供給されたスラリーが研磨パッド４６の回転による遠心力を受けて研磨パッド４６の外側に広げられる。スラリーは溝６２を通って研磨パッド４６の外側に向かっており、溝６２内から面取り６５の表面を伝って研磨面６１の多数の孔に供給される。このように、研磨パッド４６の溝６２に面取り６５が形成されているため、溝６２内のスラリーが研磨面６１全体に行き渡り易くなっている。研磨面６１の多数の孔にスラリーが進入して定着され、研磨面６１でチップＣ（図４Ｂ参照）の表面が研磨される。

図４Ａに示すように、本実施の形態に係る研磨パッド４６は、熱プレスによる熱塑性変形によって、研磨面６１を押し潰すようにして溝６２と面取り６５が形成されている。溝６２と面取り６５は、多数の孔が潰れた状態になり、表面が硬化すると共に滑らかに形成されている。この場合、面取り６５の表面は、溝側面６３から研磨面６１にかけて全体的に孔が潰れており、面取り６５全体でチップＣが引っかかり難くなっている。一方で、研磨面６１は、熱塑性変形されていない箇所であり、表面が柔らかく多数の孔が存在している。なお、溝６２及び面取り６５の形成方法については後述する。

図４Ｂに示すように、この研磨パッド４６を用いた研磨加工では、研磨パッド４６がチップＣに押し付けられて変形する。この研磨パッド４６の変形によって面取り６５の一部が研磨面６１側に押し出され、研磨面６１だけでなく面取り６５の一部もチップＣの表面２８に接触する。これにより、太線で示すようなチップＣが引っかかり難い部分が研磨面６１の境界まで存在し、チップＣの角２９が研磨面６１の境界付近に当たっても切り欠かれ難い。この場合、面取り６５によって溝側面６３と研磨面６１が曲面で連なるため、面取り６５に対するチップＣの当たりが和らげられ、面取り６５を切り欠くことなく研磨面６１へガイドされる。

これに対し、図４Ｃに示すように、比較例に係る研磨パッド８６の面取り８５は、熱プレスによる熱塑性変形によって溝側面８３付近の孔だけが潰れた状態で形成されている。このため、研磨パッド８６がチップＣに押し付けられると、研磨パッド８６の変形によって面取り８５の一部が研磨面８１側に押し出されるが、押し出された面取り８５の一部の表面の孔が潰れていない。すなわち、太線に示すようなチップＣが引っかかり難い部分が研磨面８１付近に存在していない。このため、チップＣの角２９が研磨面８１の境界付近に当たると、チップＣの角２９によって研磨面８１が切り欠かれて研磨屑Ｄが発生する。

このように、本実施の形態に係る研磨パッド４６は、熱プレスによって溝６２及び面取り６５が形成されただけではなく、研磨パッド４６がチップＣに押し付けられたときに、面取り６５の孔が潰れた箇所が研磨面６１と同一平面に位置付けられるように溝６２が形成されている。これにより、研磨面６１においてチップＣの角２９に削られ易い箇所を効果的に保護して、研磨面６１の平面度を維持すると共にチップＣに対する研磨屑Ｄの付着を抑えている。

図５を参照して、ＣＭＰ研磨方法について説明する。図５は、本実施の形態に係るＣＭＰ研磨方法の説明図である。なお、図５Ａは保持工程を示し、図５ＢはＣＭＰ研磨工程を示している。

図５Ａに示すように、先ず保持工程が実施される。保持工程では、ＤＢＧ等で分割されたウエーハＷが保護テープＴに貼着された状態で保持テーブル２１に搬入される。分割後のウエーハＷは、保護テープＴが保持テーブル２１に吸引されることで、保護テープＴを介して保持テーブル２１で保持される。また、保持テーブル２１が研磨手段４１の下方に移動されて、研磨パッド４６の研磨面６１がウエーハＷに対向される。また、ウエーハＷが複数のチップＣに分割されているため、それぞれのチップＣに研磨面６１に当たる角２９が作られている。

図５Ｂに示すように、保持工程の後にＣＭＰ研磨工程が実施される。ＣＭＰ研磨工程では、保持テーブル２１がＺ軸回りに回転されると共に、研磨パッド４６もＺ軸回りに回転される。そして、研磨パッド４６がウエーハＷに向けて加工送りされ、研磨パッド４６の研磨面６１が分割後のウエーハＷに近づけられる。研磨パッド４６の研磨面６１がウエーハＷに回転接触され、スラリーが供給されながら研磨パッド４６を用いて分割されたウエーハＷが研磨される。スラリーは研磨パッド４６の交差する溝６２を通って研磨面６１全体に広がり、研磨面６１の多数の孔に定着される。

また、上記したように、研磨パッド４６の溝６２及び面取り６５の表面は多数の孔が潰されて、チップＣの角２９に引っ掛り難くなっている。よって、チップＣの角２９が研磨パッド４６の溝６２の表面に繰返し当たっても研磨面６１が切り欠かれ難くなっている。よって、研磨面６１にスラリーを定着させて、分割されたウエーハＷを研磨できると共に、チップＣの角２９による研磨面６１の切欠きを抑えて研磨屑Ｄ（図４Ｃ参照）を減らすことが可能になっている。よって、研磨パッド４６の平面度を維持したままウエーハＷを良好に研磨し続けることができ、研磨屑ＤのチップＣへの付着が抑えられている。

図６を参照して、研磨パッドの製造方法について説明する。図６は、本実施の形態に係る研磨パッドの製造方法の説明図である。なお、図６の研磨パッドの製造方法は一例に過ぎず、この製造方法に限定されるものではない。

図６に示すように、研磨パッド４６は熱プレス装置７０によるスエード原布７４の熱プレスによって製造される。熱プレス装置７０は、プレス下定盤７１に載置されたスエード原布７４に対し、プレス金型７３が取り付けられたプレス上定盤７２を押し付けるように構成されている。プレス下定盤７１の上面にはスエード原布７４が載置される平坦な載置面７１ａが形成されている。プレス上定盤７２の下面外周側には、プレス下定盤７１に載置されたスエード原布７４を位置決めする枠体７５が設けられ、枠体７５の内側にはスエード原布７４に溝６２及び面取り６５を形成する格子状のプレス金型７３が設けられている。

プレス金型７３は、プレス上定盤７２に設けられたヒータ（不図示）によって加熱される。また、プレス金型７３は、熱プレス時にプレス上定盤７２をスエード原布７４に接触させない厚みを有している。熱プレス時には、プレス金型７３によってスエード原布７４が部分的に押し込まれても、プレス上定盤７２がスエード原布７４の表面から離れているため、プレス金型７３で押し込まれていない箇所については熱の影響を受けることがない。よって、プレス金型７３で押し込まれたスエード原布７４の所定箇所だけが熱塑性変形して表面状態が変化する。

このような熱プレス装置７０では、スエード原布７４がプレス下定盤７１に載置され、スエード原布７４が枠体７５に収まるようにスエード原布７４の上方からプレス上定盤７２が被せられる。そして、加熱されたプレス金型７３によってスエード原布７４が押し込まれ、スエード原布７４が格子状のプレス金型７３に沿って熱塑性変形される。これにより、スエード原布７４の表面に溝６２及び面取り６５が形成されて研磨パッド４６が製造される。

以上により、本実施の形態に係る研磨パッド４６は、研磨面６１に交差する溝６２が形成されているため、スラリーが溝６２を通って研磨面６１全体に行き渡り、分割されたウエーハＷを良好に研磨できる。また、チップＣの角２９で削られ易い研磨パッド４６の研磨面６１と溝側面６３との間に角９４が作られず、面取り６５によってチップＣの角２９に対する当たりが和らげられている。また、研磨パッド４６に熱塑性変形によって面取り６５と溝６２が形成されているため、溝６２及び面取り６５の表面全体の孔が潰れてウエーハＷが引っかかり難くなっている。よって、研磨パッド４６の研磨面６１がウエーハＷによって切り欠かれるのを抑制でき、研磨面６１の平面度を維持すると共に、研磨パッド４６の研磨屑Ｄを減らしてウエーハＷへの付着を抑えることが可能になっている。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

例えば、上記した実施の形態においては、分割されたウエーハＷを研磨する研磨パッド４６について説明したが、この構成に限定されない。本実施の形態に係る研磨パッド４６は、分割されていないウエーハＷを研磨することもできる。

また、上記した実施の形態においては、スエードタイプの研磨パッド４６を用いたが、研磨パッド４６はスエードタイプに限定されない。研磨パッド４６は、材料に熱可塑性樹脂を用い、熱塑性変形により研磨パッド４６の研磨面６１に溝６２及び面取り６５が形成できればよく、例えば、多孔質タイプ、不織糸タイプの研磨パッドでもよい。

また、上記した実施の形態においては、分割されたウエーハＷが保護テープＴに貼着されてＣＭＰ研磨装置１に搬入されたが、この構成に限定されない。分割されたウエーハＷは、リングフレームに張られた保護テープに貼着されてＣＭＰ研磨装置１に搬入されてもよい。

また、上記した実施の形態においては、研磨パッド４６の研磨面６１に格子状の溝６２が形成される構成としたが、この構成に限定されない。研磨パッド４６の研磨面６１には、交差する溝６２が形成されていればよく、溝６２が斜めに交差していてもよい。

以上説明したように、本発明は、研磨中にウエーハによって研磨パッドの研磨面が切り欠かれることを抑制できるという効果を有し、特に、スラリーを供給しながらウエーハを研磨する研磨パッド及びＣＭＰ研磨方法に有用である。

２１ 保持テーブル
４６ 研磨パッド
６１ 研磨面
６２ 研磨パッドの溝
６３ 研磨パッドの溝側面
６４ 研磨パッドの溝底面
６５ 研磨パッドの面取り
Ｃ チップ
Ｔ 保護テープ
Ｗ ウエーハ

Claims (2)

1. ウエーハを研磨する研磨パッドであって、
   熱可塑性樹脂を用いて形成し研磨面に交差する溝を備え、
   該溝は、該研磨面から所定の深さで対面する溝側面と、該対面する該溝側面に連接する溝底面と、を有し、該研磨面と該溝側面との接続部分に面取りを備えた研磨パッド。
2. 分割予定ラインを備えるウエーハの一方の面に保護テープを貼着し該分割予定ラインに沿って分割されたウエーハを保持テーブルが該保護テープを介して保持し、ウエーハと研磨パッドとにスラリーを供給して請求項１記載の研磨パッドを用いてウエーハを研磨するＣＭＰ研磨方法であって、
   該保護テープを吸引して該保護テープを介して分割されたウエーハを該保持テーブルで保持する保持工程と、
   該保持工程の後、スラリー供給して該研磨パッドを用いて分割されたウエーハを研磨するＣＭＰ研磨工程と、からなるＣＭＰ研磨方法。

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