CN1145201C - 研磨片 - Google Patents

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Abstract

一种研磨片，其将微径的筒状的多个树脂制的研磨元件通过在它们的轴线方向端面处于同一平面上的状态，这些元件的外周面之间不可分离地连接的方式，最终成整体形成按照一定规则分散有沿厚度方向贯通的微孔，即孔的平板结构物。研磨片的研磨作用面由研磨元件的轴线方向的端面形成。第1孔由研磨元件的中心孔构成。第2孔由研磨元件的外周面之间的间隙构成。

Description

研磨片
技术领域
本发明涉及用于在高度平滑面上对半导体硅片等被研磨物的表面进行研磨的场合的研磨片。
背景技术
最近，随着LSI的尺寸的微小化，半导体硅片的表面通过化学机械研磨(下面称为“CMP”)在高度平滑面上进行研磨，但是在上述的CMP中，如图12所示，采用下述的表面研磨装置，该装置包括旋转台2、第1道气环4、研磨液喷嘴6，该旋转台2在其顶面铺设有研磨片1，该第1道气环4以可升降的方式设置于旋转台2上，其保持半导体硅片等的被研磨物3，上述研磨液喷嘴6将悬浮有磨料(SiO2，Al2O3等)的研磨液(膏)5供给到研磨片1上，该表面研磨装置按照下述方式构成，以便在高度平滑面(镜面)上对被研磨面3a的表面进行研磨，该方式为：在通过第1道气环4将作为被研磨物3的底面的被研磨面3a压靠于作为研磨片1的顶面上的研磨作用面1a上的状态，从研磨液喷嘴6将研磨液6供给到研磨片1上，同时分别使旋转台2和第1道气环4旋转，在使研磨液5介于被研磨面3a与研磨作用面1a之间的状态，对这两个面进行磨光。
另外，作为研磨片1，一般采用下述的形式，即其由通过将任意定向的聚酯纤维局部地浸渍于聚氨基甲酸乙酯树脂中的方式而固化的无纺布构成，或由具有发泡结构(多孔)的聚氨酯薄片等的氨酯系发泡结构薄片构成。上述研磨片呈分散有多个微孔(下面称为“孔”)的孔分散结构，通过研磨作用面1a上所存在的孔，研磨作用面1a中的研磨液5的保持性得到提高，并且高效地防止被研磨物3吸附于研磨作用面1a上，具有优良的研磨特性。
但是，在采用呈上述的孔分散结构的研磨片1的场合，由于该研磨片1的表面层(包括研磨作用面1a)上的孔的尺寸是各种各样的，另外其分散形式(孔相互的位置关系)也不规则，这样研磨速度降低，被研磨面内(硅片面内)的研磨量的误差增加，产生研磨损坏等，研磨工序中产生误差，从而难于进行良好的表面研磨。
因此，在研磨作用面1a中的与被研磨面3a相接触的部分(下面称为“研磨作用面部分”)1b的位置随着旋转台2和第1道气环4的旋转而发生变化，但是如果研磨作用面1a中的孔的尺寸或位置关系是任意的，则随着上述位置的改变，研磨作用面部分1b的孔形式(孔的数量、尺寸、设置等)便发生变化。另外，通过调节而使片的厚度减少，研磨作用面1a中的孔形式随着研磨工序的进行，时刻在发生变化。比如，如果片表面(作为顶面的研磨作用面)随着研磨工序的进行而磨耗，则由于浅孔消失，或反之表面下的孔出现等，这样研磨作用面1a中的孔的数量、尺寸、设置发生变化。此外，还会产生下述危险，即在研磨作用面1a上所存在的孔较浅的场合(包括因片表面的磨耗，孔深度变浅的场合)，上述的浅孔中滞留、堆积磨料或研磨屑，将被研磨面3a局部地磨深(产生研磨损坏)。因此，在由上述的无纺布、氨酯系发泡结构薄片等构成的已有的研磨片中，会产生下述问题，即研磨作用面部分1b中的研磨液保持性或研磨率、均匀性等的研磨特性随着研磨工序的进行而变化，从而在研磨工序中产生误差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种研磨片，这种研磨片不会产生研磨作用面部分中的研磨液保持性或研磨率、均匀性等的研磨特性随着研磨工序的进行而变化，从而在研磨工序中产生误差的问题，可对半导体硅片等的表面进行良好的研磨。
实现上述目的的本发明的研磨片为下述形式，即其将微径的筒状或柱状的多个树脂制的研磨元件，通过在它们的轴线方向端面处于同一平面上的状态下，以这些元件的外周面之间不可分离地连接的方式，最终成整体形成按照一定规则分散有沿厚度方向贯通的微孔的平板结构物。另外，在本发明中，“轴线方向”指研磨元件的轴线方向，即与研磨片的厚度方向相一致的意思。此外，“外周面”指研磨元件的外表面，其表示除去轴线方向的端面的部分。
还有，在采用柱状的研磨元件的场合，该元件的外周面之间的连接是按照在外周面之间产生沿轴线方向(研磨片的厚度方向)贯通的间隙的形式实现的。比如，在该元件呈圆柱状的场合，通过以沿轴线方向延伸的线状形式使外周面之间相接触(线接触)，仅仅使该接触部分连接的方式，在外周面之间，可产生由连接部分(线接触部分)隔成的间隙。上述孔是由该间隙形成的。
在采用筒状的研磨元件的场合，该元件的外周面之间的连接既可通过产生上述的间隙的形式实现，也可通过不产生上述的间隙的形式实现。上述孔在以前者的形式连接的场合，由该元件的中心孔和上述间隙形成，在以后者的形式连接的的场合，上述孔仅仅由上述中心孔形成。
另外，外周面之间的连接一般是通过热熔焊接的方式实现的，或采用粘接剂实现的。此外，根据需要，本发明的研磨片可以连接于由无纺布等构成的基底上的形式来使用。即，研磨片由沿厚度方向叠置的多个层构成，其表面层，如上面所述，由上述的平板结构物构成，该结构物最终使呈筒状或柱状的多个树脂制的研磨元件成整体成形。
根据本发明的研磨片，不会产生研磨作用面部分中的研磨液保持性或研磨率、均匀性等的研磨特性随着研磨工序的进行而变化，从而在研磨工序中产生误差的问题，可对半导体硅片等的表面进行良好的研磨。
附图说明
下面根据图1～11对本发明的实施例进行具体描述。
图1为表示本发明的研磨片的第1实施例的平面图；
图2为以放大方式表示图1中的主要部分的细部图；
图3为沿图1中的III-III线的主要部分的纵向剖面图；
图4为沿图1中的IV-IV线的主要部分的纵向剖面图；
图5为表示本发明的研磨片的第2实施例的平面图；
图6为以放大方式表示图5中的主要部分的细部图；
图7为沿图5中的VII-VII线的主要部分的纵向剖面图；
图8为沿图5中的VIII-VIII线的主要部分的纵向剖面图；
图9为表示研磨片的变换实例的主要部分的平面图；
图10为表示研磨片的另一变换实例的平面图；
图11为表示研磨片或平面结构物的制作实例的透视图；
图12为表示采用研磨片的表面研磨装置的一个实例的侧面图。
具体实施方式
图1～4表示第1实施例，这些附图涉及下述的实例，在该实例中，本发明应用于下述的研磨片1，该研磨片用于CMP，并且铺设于图12所示的表面研磨装置中的旋转台2上(贴附于旋转台2的顶面或安装于其上的平板)。
如图1～4所示，本实施例的本发明的研磨片(下面称为“第1片11”)指呈微径的筒状的多个树脂制的研磨元件11...通过在它们的轴线方向端面处于同一平面上的状态下，以这些元件的外周面之间不可分离地连接的方式，最终成整体形成按照一定规则分散有沿厚度方向贯通的微孔，即孔12...，13...的平板结构物10，通过将该平板结构物10贴附于旋转台2的顶面或安装于其上的平板的顶面上，可对CMP的被研磨物(半导体硅片等)3的表面进行适当研磨。
研磨元件11...为呈同一直径、同一长度(沿轴线方向的长度)的圆筒状的极细管或中空纤维。作为研磨元件11的形成材料，采用含氟树脂或高分子塑料(聚丙烯、聚乙烯、聚缩醛、聚氨酯塑料等)，其选择是根据研磨条件(被研磨物3或研磨液5的性能、所必需的研磨作用面1a的硬度等)进行的。比如，在研磨液5具有腐蚀性(酸性等)的场合，其由具有耐腐蚀性的含氟树脂等形成。研磨元件11的长度根据所必需的第1片11的厚度等设定，但是其一般最好在1～15mm的范围内。
如图1～4，在研磨元件11...于它们的轴线方向的端面处于同一平面的情况下，以呈每个研磨元件11的外周面与6个研磨元件11...的外周面形成线接触的小格子花纹状设置的状态，通过热熔焊接或粘接剂仅仅将其线接触部连接而形成整体。即，研磨元件11...呈在它们的外周面之间，产生由连接部分14...隔成的间隙13的形式，它们最终成整体形成平板结构物10，该平板结构物10的表面由研磨元件11...的轴线方向的端面构成。
由这样的平板结构物10形成的第1片11中的研磨作用面1a，由研磨元件11...的轴线方向的端面构成，该平板结构物10呈沿厚度方向贯通的2种的孔12...，13...按照一定规则分散的孔分散结构。即，第1孔12...由呈圆筒状的研磨元件11...的中心孔构成，第2孔13...由通过连接部分14...隔成的元件外周面之间的间隙构成，该孔13...在研磨作用面1a中，按照一定规则设置。此外，由于第1孔12...和第2孔13...分别呈相同的横截面形状，沿与片的厚度方向保持平行的方向延伸，这样沿片厚度方向的任意横截面(包含研磨作用面1a)中的孔形式(孔12...，13...的数量、尺寸、设置等)是一定(同一)的。
但是，研磨元件11的内径(孔径)和壁厚决定研磨液5的积存性能(第1孔1 2的尺寸)或研磨作用面1a的研磨性能等，其根据研磨条件进行适当设定，但是因下述的理由，一般最好内径在0.02～3mm的范围内，壁厚在0.5～2mm的范围内。
即，如果研磨元件11的内径未达到0.02mm，则研磨元件11中的与被研磨物3的接触表面积大于必要值，不能充分发挥研磨液5的积存性能。其结果是，研磨元件11与被研磨物3之间的接触部容易处于边界润滑状态，难于按照所需的表面粗糙度对被研磨面3a进行精加工。如果研磨元件11的内径超过3mm，则由于研磨液5的积存部(第1孔12)大于必要值，从而研磨元件11中的与被研磨物3的接触部容易处于流体润滑状态。此外，由于在上述的流体润滑状态，研磨片通过较薄的研磨液膜上浮，从而可将存在于被研磨面3a上的微小的凹凸部切削掉的，被研磨面3a中的较大凹凸部(被研磨面3a的波纹度)不能良好将其去除，不能按照所需的平整度对被研磨面3a进行研磨。此外，同样对于第1孔12和发挥研磨液5的积存性能的第2孔13，由于相同的理由，最好按照与上述的第1孔12的尺寸(按照研磨元件11的内径在0.02～3mm的范围内的尺寸)相对应的尺寸的方式确定。此外，如果研磨元件11的壁厚未达到0.5mm，则对被研磨面3a的局部的压靠力高于必要值，不能对被研磨面3a进行均匀地研磨。如果研磨元件11的壁厚超过2mm，则研磨元件的整体刚度大于必要值，不能顺利地对被研磨面3a进行研磨，不能按照高度平滑面对被研磨面3a进行精加工。
构成平板结构物10的研磨元件11...的个数根据该元件的直径和所必要的第1片11的尺寸等进行适当设定(200～1000000个)。此外，第1片11或平板结构物10的平面形状可根据铺设第1片11的旋转台2或平板，进行任意设定，但是其一般呈六边形状或圆形状。在本实例中，如图1所示，其呈六边形状。
如果采用按照上述方式构成的第1片11，则由于该第1片11的研磨作用面1a和其底层的孔形式一定，孔分散形式(位置关系)也遵循一定规则，这样不会发生研磨速度的降低、被研磨面内(硅片面内)的研磨量误差的增加、研磨损坏的发生等情况，可进行良好的表面研磨。
即，在研磨作用面1a中的，作为与被研磨面3a相接触的部分的研磨作用面部分1b的位置随着旋转台2和第1道气环4的旋转而改变，但是由于研磨作用面1a上所存在的孔12...，13...的尺寸保持一致，并且其位置关系也遵循一定规则，这样研磨作用面部分1b的孔形式(孔的数量、尺寸、设置等)不发生变化。另外，由于上述的孔形式在片厚度方向的任意横截面(包括研磨作用面1a)中是相同的，这样即使在通过调节而使片厚度减少的情况下(研磨的磨耗等)，研磨作用面1a中的孔形式经常保持一定，而不发生变化。此外，在研磨作用面1a上所存在的孔较浅的场合(包括因片表面的磨耗，孔深度变浅的场合)，在上述较浅的孔中磨料或研磨屑产生滞留、堆积，产生被研磨面3a受到较深的研磨的研磨损坏，但是由于如上面所述，每个孔12、13沿片的厚度方向贯通，确实防止上述的研磨损坏，对被研磨面3a进行均匀地表面研磨。
但是，研磨作用面1a的物理的、化学的性质必须与研磨条件(被研磨物3或研磨液5的性能等)相对应，但是通过选定与其相适合的材质的研磨元件11，可以很容易确保该研磨作用面1a的物理的、化学的性质。另外，即使在片表面发生磨耗的情况下，上述的研磨作用面1a的物理的、化学的性质仍不会发生变化。
因此，研磨作用面1a或研磨作用面部分1b的研磨液保持性或研磨率、均匀性等的研磨特性不随着研磨工序的进行而发生变化，在研磨工序中不产生误差。还有，由于按照上述方式，研磨特性保持一定，这样可以研磨时间等限定的因素作为基准，对研磨工序进行适当控制，可进行与被研磨物3相适应的最佳的表面研磨处理。
此外，图5～8表示第2实施例，与第1实施例相同，这些附图涉及下述的实例，在该实例中本发明应用于下述研磨片，其铺设于图12所示的CMP装置的旋转台2上(贴附于旋转台2的上面或安装于其上的平板的顶面上)。
如图5～8所示，本实施例的本发明的研磨片(下面称为“第2片12”)指呈微径的柱状的多个树脂制的研磨元件21...通过在它们的轴线方向的端面处于同一平面上的状态，这些元件的外周面之间不可分离地连接的方式，最终成整体形成按照一定规则分散有沿厚度方向贯通的微孔，即孔23...的平板结构物20，最好通过将该平板结构物20贴附于旋转台2的顶面或安装于其上的平板的顶面上，对CMP的被研磨物(半导体硅片等)3的表面研磨。
研磨元件21...为呈同一直径、同一长度(沿轴线方向的长度)的圆柱状的纤维或线状体。作为研磨元件21的形成材料，与第1片11的构成元件11相同，采用含氟树脂或高分子塑料(聚丙烯、聚乙烯、聚缩醛、聚氨酯塑料等)，其选择是根据研磨条件(被研磨物3或研磨液5的性能等)进行的。研磨元件21的直径(外径)根据研磨条件进行适当设定，一般筒状的研磨元件11的壁厚因如上所述，与在0.5～2mm的范围内相同的理由，最好在0.5～3mm的范围内。研磨元件21的长度与上述研磨元件11相同，根据所必需的第2片12的厚度设定，其一般最好在1～5mm的范围内。
如图5～8，在研磨元件21...于它们的轴线方向的端面处于同一平面的情况下，以呈每个研磨元件21的外周面与6个研磨元件21...的外周面形成线接触的小格子花纹状设置的状态，通过热熔焊接或粘接剂仅仅将其线接触部连接而形成整体。即，研磨元件21...呈在它们的外周面之间，产生由连接部分24...隔成的间隙23的形式，它们最终成整体形成平板结构物20，该平板结构物20的表面由研磨元件21...的轴线方向的端面构成。
与第1片11相同，由这样的平板结构物20形成的第2片12中的研磨作用面1a，由研磨元件21...的轴线方向的端面构成，该平板结构物20呈沿厚度方向贯通的1种的孔23...按照一定规则分散的孔分散结构。即，每个孔23...由3个连接部分24所隔成的元件外周面之间的间隙构成，该孔13...在研磨作用面1a中，按照一定规则设置。此外，由于这些孔23...呈相同的横截面形状，沿与片的厚度方向保持平行的方向延伸，这样沿片厚度方向的任意横截面(包含研磨作用面1a)中的孔形式(孔23...的数量、尺寸、设置等)不发生变化，是同一的。另外，孔23的尺寸因与决定上述研磨元件11的内径相同的理由，最好与第1片11中的孔12、13的尺寸相同。
构成平板结构物20的研磨元件21...的个数，根据该元件的直径和所必要的第2片12的尺寸等进行适当设定(200～1000000个)。此外，第2片12或平板结构物20的平面形状可根据铺设第2片12的旋转台2或平板，进行任意设定，但是其一般呈六边形状或圆形状。在本实例中，如图5所示，其呈六边形状。
如果采用按照上述方式构成的第2片12，则与第1片11相同，由于该第2片12的研磨作用面1a中的表面层(包括研磨作用面1a)中的孔形式一定，孔分散形式(位置关系)也遵循一定规则，这样不会发生研磨速度的降低、被研磨面内(硅片面内)的研磨量误差的增加、研磨损坏的发生等情况，可进行良好的表面研磨。
此外，本发明的结构不限于上述各个实施例的形式，在不离开本发明的基本原理的范围内，可进行适当改进、变换。
比如，构成上述的第1片11和第2片12的研磨元件11、21的连接形式是任意的，比如如图9(A)、(B)所示，研磨元件11...、21...也可为下述形式，在该形式中，它们按照每个研磨元件11、21的外周面与4个研磨元件11...、21...的外周面形成线接触的格子状设置，从而最终形成整体。另外，每个研磨元件11、21的形状(横截面形状)也是任意的，其不限于圆筒状、圆柱状。但是在采用呈柱状的研磨元件21...场合下，在它们的外周面之间不产生沿轴线方向贯通的间隙23...的形式或呈最终成整体成形的横截面形状、连接形式的除外。比如，在将呈六棱柱状的研磨元件21...按照蜂窝状连接而获得的平板结构物20中，由于未形成沿轴线方向贯通的孔23...，这样该形式除外。在采用呈筒状的研磨元件11...的场合，该横截面形状、连接形式方面完全没有限制。比如，即使在通过按照不在其外周面之间全部产生间隙的蜂窝状将呈六棱柱状的研磨元件11...连接，而获得平板结构物10的情况下，仍由该元件11...的中心孔形成第1孔12...。另外，元件外周面的结合强度(连接强度)为在研磨作用时，研磨元件11...，21...不分离的程度，也可大于必要值。比如，可通过热熔接等方式，将上述的线接触部分14，24进行全面连接，也可仅仅将其局部连接。另外，只要1种或多种孔12...，13...，23...按照规则排列，也可通过横截面形状不同的多种研磨元件形成平板结构物10、20。在此场合，根据需要，研磨元件的材质也可不同。
此外，如上面所述，第1片11或第2片12可由多个研磨元件11...、12...最终成整体成形的一个平板结构物10、20构成，也可通过以设置于同一平面上的状态，将多个平板结构物10...、20...连接的方式构成。比如，如图10所示，获得将研磨元件11...、12...呈六边形状最终成整体成形的多个平板结构物10...、20...，通过热熔焊接等方式，呈蜂窝状将这些平板结构物10...、20...成整体连接。按照该方式，由于可减少每个平板结构物10、20的构成元件的数量(10...10000)，这样同一尺寸的片11、12的制作与通过一个平板结构物10、20构成的场合相比较，可更加简便。显然，可更加容易地制作较大的研磨片。在此场合，根据需要，也可使材质、结构(孔形式等)不同的多种平板结构物10...、20...成整体连接。
另外，平板结构物10、20除了通过将其长度与其厚度相当的研磨元件11...、21...成整体成形的方式进行制作以外，还可采用下述方式，该方式为：如图11所示，将任意长度的研磨元件11’...[与研磨元件11相同形状(除了长度)、性能的元件]、21’...[与研磨元件21相同形状(除了长度)、性能的元件]，按照与获得上述的平板结构物10、20的场合相同的方式，最终成整体成形，将所获得的柱状结构物(比如，六棱柱状结构物)1’通过适合的截断装置，按照所希望的厚度截断，制作多个平板结构物10...、20...。按照该制作方法，可以很容易地大量生产均质的研磨元件或平板结构物10、20，这样在获得如图10所示结构的研磨片的场合等中，是极为方便的。
另外，研磨片可形成仅仅由上述的平板结构物10、20构成的单层结构体以外，还可采用下述方式，该方式为：由沿厚度方向叠置的多层形成，通过该平板结构物10、20构成其表面层。比如，如图3和4或图7和8中的点划线所示，通过下述方式，形成第1片11或第2片12，该方式为：在由无纺布等形成的基底10’、20’上以叠置方式连接由研磨元件11...、21...形成的平板结构物10、20(包括如图10所示，将多个平板结构物连接的形式)。
根据上面描述容易理解，如果采用本发明的研磨片，则由于沿其厚度方向的任意横截面(包括作为片表面的研磨作用面)中的孔形式是同一的，另外孔按照一定规则设置，这样不会产生本说明书开始部分所描述的问题，可通过CMP等，进行良好的表面研磨。

Claims (4)

1.一种研磨片，其将微径的筒状的多个树脂制的研磨元件，通过在它们的轴线方向端面处于同一平面上的状态下，以这些元件的外周面之间不可分离地连接的方式，最终成整体形成按照一定规则分散有沿厚度方向贯通的微孔的平板结构物。
2.一种研磨片，其将微径的柱状的多个树脂制的研磨元件，通过在它们的轴线方向端面处于同一平面上的状态下，以这些元件的外周面之间不可分离地连接的方式，最终成整体形成按照一定规则分散有沿厚度方向贯通的微孔的平板结构物。
3.一种研磨片，其由沿厚度方向叠置的多个层形成，其表面层由平板结构物构成，该平板结构物为将微径的筒状的多个树脂制的研磨元件，通过在它们的轴线方向端面处于同一平面上的状态下，以这些元件的外周面之间不可分离地连接的方式，最终成整体形成按照一定规则分散有沿厚度方向贯通的微孔的平板结构物。
4.一种研磨片，其由沿厚度方向叠置的多个层形成，其表面层由平板结构物构成，该平板结构物为将微径的柱状的多个树脂制的研磨元件，通过在它们的轴线方向端面处于同一平面上的状态下，以这些元件的外周面之间不可分离地连接的方式，最终成整体形成按照一定规则分散有沿厚度方向贯通的微孔的平板结构物。
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