JP2001214154A - 研磨パッド用組成物及びそれを用いた研磨パッド - Google Patents
研磨パッド用組成物及びそれを用いた研磨パッドInfo
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- JP2001214154A JP2001214154A JP2000333460A JP2000333460A JP2001214154A JP 2001214154 A JP2001214154 A JP 2001214154A JP 2000333460 A JP2000333460 A JP 2000333460A JP 2000333460 A JP2000333460 A JP 2000333460A JP 2001214154 A JP2001214154 A JP 2001214154A
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Abstract
ることのできる半導体ウエハ等の研磨等に好適に用いら
れる研磨パッド用組成物及び研磨パッドを提供する。 【解決手段】 水溶性物質(吸水性を有するものも含
む)としてポリビニルアルコール44体積%と、砥粒と
して酸化セリウム12体積%とを小型ニーダーで混練し
た後に、更に、非水溶性物質として熱可塑性ポリエステ
ルエラストマー44体積%を加えて混練して研磨パッド
用組成物を得る。得られた研磨パッド用組成物をモール
ドプレスし、直径30cm、厚さ3mmの円盤体を得、
フライス盤により円盤体の表面に切削平坦化加工を施
し、更に深さ1mm、幅1mmの溝を、間隔が6.5m
mとなるように形成して研磨パッドを得る。
Description
物及びそれを用いた研磨パッドに関し、この研磨パッド
は半導体ウエハ等の表面の研磨に好適に利用できる。
び鏡面性を有することが要求される。半導体ウエハだけ
でなく、このような表面を形成することができる研磨方
法としてCMP(Chemical Mechanic
al Polishing)が近年注目されている。こ
のCMPでは砥粒が分散された水溶液等からなるスラリ
ー(水分散体)を用いる。研磨は研磨パッドと被研磨面
とを摺動しながら、研磨パッド表面に上方からスラリー
を流下させることにより行われる。
る研磨パッド表面と被研磨面との間に、この流下させる
方法により均一にスラリーを供給することは困難であ
る。また、このような特に高い平坦性を有する面を形成
するためには、スラリーの再使用及び循環使用は現在の
ところ困難であり、高価なスラリーを多量に必要とする
上に、このスラリー廃液の処理にも多くの時間及び費用
を費やすこととなっている。しかも、流下により供給さ
れるスラリーのうち、研磨に有効に働く割合は1%にも
満たないと言われており、多くの面で問題を含んでい
る。
検討がなされている。中でも、研磨パッド自体にスラリ
ー成分を含有させたものとして、特開昭56−5218
3号公報、特開昭63−150162号公報、特開平6
−114742号公報及び特開平2−232173号公
報等を挙げることができる。しかし、これらはいずれも
主相を成す樹脂に砥粒を含有させるものであり、樹脂に
固定された砥粒を研磨に使用する技術である。また、ス
ラリーの保持性を左右するポアの量等を制御することは
困難である。
解決するものであり、容易に研磨パッド中から遊離させ
ることのできる砥粒を含有するため、砥粒を自己供給す
ることができ、更に、押し込み硬さを調整することがで
き、また、研磨時に砥粒をポア等に保持する性能が高い
研磨パッド用組成物及びこれを用いた研磨パッドを提供
することを目的とする。
組成物は、非水溶性物質中に砥粒及び水溶性物質を含有
することを特徴とする。
砥粒は、非水溶性物質にのみ含有されても、水溶性物質
中にのみ含有されても、非水溶性物質及び水溶性物質の
両方に含有されてもよいものとする。特に、これらの砥
粒、水溶性物質は分散されて含有されることが好まし
い。尚、非水溶性物質は砥粒及び水溶性物質に対してマ
トリックスである。この研磨パッド用組成物中に含有さ
れる水溶性物質は、水と接触することにより溶解又は膨
潤させることができる。これにより水溶性物質中に又は
非水溶性物質と水溶性物質との界面に固定されていた砥
粒は研磨に供し得る状態となる。通常、この砥粒は、水
溶性物質が遊離した後に形成されるポア、膨潤した水溶
性物質により保持され研磨に供される。このように、本
第1発明の研磨パッド用重合体から形成される研磨パッ
ドでは、研磨パッド内から砥粒を自己供給することがで
きるため、被研磨面と研磨パッドとの間に均一に砥粒を
供給することができる。
も一部が水溶性物質中に分散されていることが好まし
い。水溶性物質中に分散されている砥粒は特に放出され
易く、水溶性物質中に分散されているほとんどの砥粒を
研磨に供することができるため好ましい。同様に、第3
発明のように、砥粒の少なくとも一部が非水溶性物質と
水溶性物質との界面に分散されていることが好ましい。
この場合も、第2発明におけると同様に、水溶性物質が
水と接触することにより、砥粒は研磨に供し得る状態と
なる。尚、第1発明〜第3発明において、非水溶性物質
中に含有される砥粒、即ち、非水溶性物質中に固定され
ている砥粒であっても、被研磨面に接することのできる
砥粒は、非水溶性物質中に固定されたまま研磨に供する
ことができる。
は、水溶性物質及び砥粒が非水溶性物質中に含有されて
いるために、これらが含有されていないものと比べて、
押し込み硬さを大きくすることができる(例えば、ショ
アーD硬度35〜100)。従って、この研磨パッド用
組成物から形成された研磨パッドは、被研磨面に負荷さ
れる圧力を大きくすることができ、研磨速度を向上させ
ることができる。同時に、高い研磨平坦性を得ることが
できる。
る、酸化剤、金属錯体形成剤、砥粒等の分散性及び安定
性を向上させるアルカリ金属の水酸化物及び酸、pH調
節剤、界面活性剤、スクラッチ防止剤等を非水溶性物
質、水溶性物質及び砥粒の少なくとも1種に含有させる
ことができる。これにより研磨時には外部から水のみの
供給により研磨を行うことができる研磨パッドを得るこ
ともできる。
水溶性物質」は特に限定されないが、例えば、熱可塑性
重合体、熱硬化性重合体及びエラストマー等を使用する
ことができる。熱可塑性重合体としては、ポリオレフィ
ン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、
(メタ)アクリレート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポ
リアミド系樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、
ポリアセタール樹脂等を挙げることができる。また、熱
硬化性重合体としては、フェノール樹脂、エポキシ樹
脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリ
ウレタン−ウレア樹脂及びウレア樹脂、ケイ素樹脂等を
挙げることができる。
リブタジエン−ポリスチレンブロック共重合体(SB
S)、その水素添加ブロック共重合体(SEBS)等の
スチレン系熱可塑性エラストマー、熱可塑性ポリオレフ
ィンエラストマー(TPO)、熱可塑性ポリウレタンエ
ラストマー(TPU)、熱可塑性ポリエステルエラスト
マー(TPEE)、熱可塑性ポリアミドエラストマー
(TPAE)、1、2−ポリブタジエン等の熱可塑性エ
ラストマー、シリコーン樹脂系エラストマー、フッ素樹
脂系エラストマー、スチレン・ブタジエンゴム、イソブ
チレン・イソプレンゴム、アクロルニトリル・ブタジエ
ンゴム、エチレン・プロピレン・ジエンゴム等を挙げる
ことができる。
ルボキシル基、ヒドロキシル基、エポキシ基、アミノ基
等により変性されたものであってもよい。この変性によ
り後述する水溶性物質及び研磨に使用するスラリー等と
の親和性等を調節することができる。また、これらの非
水溶性物質は2種以上を組み合わせて用いることができ
る。また、本発明の研磨パッド用組成物は内部に気泡を
有していてもよい。尚、これらの非水溶性物質のショア
ーD硬度は35以上(より好ましくは40以上、更に好
ましくは50以上)であることが好ましい。ショアーD
硬度が35未満であると研磨パッドの押し込み硬さが不
十分となることがある。
性物質」は、水と接触することにより、非水溶性物質中
から遊離することができるものをいう。従って、水溶性
物質には、例えば、水溶性高分子等の水に溶解する物質
の他、吸水性樹脂等の水との接触により膨潤(ゲル化)
し、これにより遊離することのできるものを含むとす
る。尚、この水溶性物質は、水を主成分とし、メタノー
ル等が混合された媒体によって溶解又は膨潤するもので
あってもよい。また、この水溶性物質は、通常分散体と
して非水溶性物質中に分散されている。
物質としては、デキストリン、シクロデキストリン、マ
ンニット、糖類(乳糖等)、セルロース類(ヒドロキシ
プロピルセルロース、メチルセルロース等)、でんぷ
ん、蛋白質、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリ
ドン、ポリビニルスルホン酸、ポリアクリル酸、ポリエ
チレンオキサイド、水溶性の感光性樹脂、スルフォン化
ポリイソプレン等を挙げることができる。
としては、酢酸カリウム、硝酸カリウム、炭酸カリウ
ム、炭酸水素カリウム、臭化カリウム、リン酸カリウ
ム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硝酸カルシウム
等を挙げることができる。尚、水溶性物質の溶出を抑制
する必要のあるときは、水溶性物質にカップリング処理
及び/又はコーティング処理等を行うことができる。ま
た、これらの水溶性物質は2種以上を組み合わせて用い
ることができる。
パッド用組成物の5〜90体積%(より好ましくは10
〜70体積%、更に好ましくは15〜65体積%)含有
することが好ましい。この割合が5体積%以下であると
水溶性物質を含有する効果が十分に発揮されないことが
ある。また、90体積%を越えて含有すると、水との接
触により押し込み硬さが小さくなり易い。
粒径は0.1〜1000μm(より好ましくは0.5〜
500μm、更に好ましくは1〜300μm)であるこ
とが好ましい。この平均粒径が0.1μm未満である
と、形成されるポアの大きさが小さく、砥粒を十分に保
持できる研磨パッドが得難くなることがある。一方、こ
の粒径が1000μmを超えると、形成されるポアが過
度に大きくなることがあり好ましくない。尚、この平均
粒径は非水溶性物質中における水溶性物質の最長長さの
平均値であるものとする。また、水溶性物質が研磨パッ
ド用組成物から遊離した後にできるポアの孔径も0.1
〜1000μm(より好ましくは0.5〜500μm、
更に好ましくは1〜300μm)であることが好まし
い。
粒」のうち、無機系砥粒としては、シリカ、アルミナ、
酸化セリウム、酸化チタン、酸化クロム、二酸化マンガ
ン、三酸化二マンガン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、炭
化ケイ素、炭化ホウ素、ダイヤモンド、炭酸バリウム等
の粒子を使用することができる。また、有機系砥粒とし
ては、スチレン系共重合体、(メタ)アクリル樹脂、ア
クリル系共重合体、ポリオレフィン樹脂、オレフィン系
共重合体等からなる粒子を使用することができる。これ
らの砥粒は2種以上を混合して用いることができる。ま
た、無機系砥粒と有機系砥粒を併用してもよい。
粒径が0.01〜100μm(より好ましくは0.1〜
50μm、更に好ましくは1〜10μm)であることが
好ましい。平均粒径が0.01μm未満であると十分な
研磨を行うことのできる研磨パッドが得られ難い。ま
た、平均粒径が100μmを越えると、この研磨パッド
用組成物から形成された研磨パッドによる研磨において
スクラッチを生じることがあり好ましくない。
物においては、非水溶性物質と水溶性物質との親和性、
並びに非水溶性物質に対する水溶性物質及び砥粒の分散
性を制御するため、相溶化剤を配合することができる。
相溶化剤としては、酸無水物基、カルボキシル基、ヒド
ロキシル基、エポキシ基、オキサゾリン基及びアミノ基
等により変性された重合体、ブロック共重合体、並びに
ランダム共重合体、更に、種々のノニオン系界面活性
剤、カップリング剤等を挙げることができる。
化防止剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、滑剤、可塑剤等
の各種の添加剤を添加することができる。更に、硫黄や
過酸化物等の反応性添加物を添加して反応させ、架橋あ
るいは脆化させることもできる。
限定されない。混練工程を有する場合は公知の混練機等
により混練を行うことができる。例えば、ロール、ニー
ダー、バンバリーミキサー、押出機(単軸、多軸)等の
混練機を挙げることができる。尚、混練された研磨パッ
ド用組成物は、プレス成形、押出成形、射出成形等を行
うことによりシート状、ブロック状又はフィルム状等の
所望の形状に加工することができる。また、これを所望
の大きさに加工することにより研磨パッドを得ることが
できる。
せる方法は限定されないが、通常、水溶性物質、非水溶
性物質及びその他の添加剤等を混練することにより得る
ことができる。この混練において非水溶性物質は加工し
易いように加熱されて混練されるが、この時の温度にお
いて水溶性物質は固体であることが好ましい。固体であ
ることにより、非水溶性物質との相溶性の大きさに関わ
らず水溶性物質を前記の好ましい平均粒径を呈するもの
として分散させ易くなる。従って、使用する非水溶性物
質の加工温度により、水溶性物質の性状を選択すること
が好ましい。
発明のうちのいずれか1項に記載の研磨パッド用組成物
からなることを特徴とする。本第7発明の研磨パッドを
半導体ウエハの研磨に使用する場合、そのショアーD硬
度は35以上(通常100以下、より好ましくは50〜
90、更に好ましくは60〜85)とすることが好まし
い。このショアーD硬度が35未満であると、研磨時に
被研磨体に加えることのできる圧力が十分でなくなるこ
とがあり、研磨速度が低下し易く、また研磨平坦性が十
分でなくなることがある。
成されるポアの大きさは0.1〜1000μm(より好
ましくは0.5〜500、更に好ましくは1〜300μ
m)であることが好ましい。このポアの大きさが0.1
μm未満であると砥粒を十分に保持し難くなることがあ
る。一方、ポアの大きさが1000μmを超えると、こ
の大きさが過大となり十分な強度及び押し込み硬さを得
難くなる。また、本発明の研磨パッドを使用する場合、
研磨パッド内に含有される砥粒だけでなく、従来のよう
に外部から砥粒等を含有するスラリー等を供給すること
もできる。
的に説明する。 (1)研磨パッド用組成物の調製 実施例1 水溶性物質としてポリビニルアルコール(株式会社クラ
レ製、商品名「ポバール CP−1000」)30重量
部(44体積%)と、砥粒として酸化セリウム(平均粒
径0.5μm、第一稀元素化学工業株式会社製)40重
量部(12体積%)とを小型ニーダーで混練した後、非
水溶性物質として熱可塑性ポリエステルエラストマー
(東洋紡績株式会社製、商品名「ペルプレン P−15
0B」)30重量部(44体積%)を加えて混練して研
磨パッド用組成物を得た。
レ製、商品名「ポバール CP−1000」)30重量
部(40体積%)と、砥粒として二酸化マンガン(平均
粒径0.04μm、シーアイ化成株式会社製)40重量
部(13体積%)とを小型ニーダーで混練した後に、非
水溶性物質としてABS樹脂(テクノポリマー株式会社
製、商品名「テクノABS350」)30重量部(47
体積%)を加えて、更に混練して得た。
イオ研究所製、商品名「デキシーパール」)20重量部
(32体積%)と、非水溶性物質としてシンジオタクチ
ック1,2−ポリブタジエン(JSR株式会社製、商品
名「RB830」)20重量部(50体積%)と、架橋
剤として過酸化物(日本油脂株式会社製、商品名「パー
ヘキシン25B」)0.1重量部とを小型ニーダーで混
練し、その後、砥粒として酸化セリウム(平均粒径0.
5μm、第一稀元素化学工業株式会社製)60重量部
(18体積%)を加えて、更に混練して得た。
社製、商品名「テクノABS350」)15重量部(4
0体積%)と、水溶性物質としてβ−シクロデキストリ
ン(横浜国際バイオ研究所製、商品名「デキシーパー
ル」)15重量部(32体積%)とを小型ニーダーで混
練し、得られた組成物を粉砕処理し、次いで、砥粒とし
て酸化セリウム(平均粒径0.5μm、第一稀元素化学
工業株式会社製)70重量部(28体積%)を加えて、
ドライブレンドして得た。
社製、商品名「サンプレンP665」)20重量部と、
水溶性物質としてβ−シクロデキストリン(横浜国際バ
イオ研究所製、商品名「デキシーパール」)15重量部
とをホモミキサーにより混合し、更に、砥粒として酸化
セリウム(平均粒径0.5μm、第一稀元素化学工業株
式会社製)60重量部と、140℃にて溶解させたトリ
メチレンビス−4−アミノベンゾエート5重量部とを加
えて、更に混合して得た。
モールドプレスし、直径30cm、厚さ3mmの円盤体
を得た。また、実施例5の研磨パッド用組成物を型枠に
注入し、120℃で4時間加熱硬化させて厚さ3mmの
シートを得、これを直径30cmに切り出して円盤体を
得た。その後、これらの実施例1〜5の研磨パッド用組
成物より得られた円盤体の表面を、フライス盤により切
削平坦化加工し、更に、深さ1mm、幅1mmの溝を、
その間隔が6.5mmとなるように形成して研磨パッド
を得た。尚、この研磨パッドの表面に形成された溝は研
磨パッドの表面積の25%であった。
プマスターSFT社製、型式「ラップマスター LM−
15」)の定盤に貼り付け、研磨パッド上に水を毎分1
00ccの流量で供給しながら研磨を行った。被研磨材
として二酸化ケイ素膜が施されたウエハを4×4cm角
に切り出し、ウエハキャリアに固定した。研磨装置の定
盤の回転数を66rpmにして3分間研磨を行った。
2) (2)で得られた各研磨パッドを研磨装置(ラップマス
ターSFT社製、型式「ラップマスター LM−1
5」)の定盤に貼り付けた。このパッド上に、研磨用ス
ラリー(JSR株式会社製、商品名「CMS−110
1」)を毎分100ccの流量で供給しながら研磨を行
った。また、被研磨材として二酸化ケイ素膜が施された
ウエハを4×4cm角に切り出し、ウエハキャリアに固
定した。研磨装置の定盤の回転数を66rpmにして3
分間研磨を行った。一方、比較例として発泡ポリウレタ
ン製のパッド(ロデール・ニッタ株式会社製、品名「I
C−1000」)を用いた以外は、上記と同様にして研
磨を行った。
化ケイ素膜の膜厚を光学式厚膜測定機(SENTECH
社製、型式「FTP−500」)により測定し、研磨前
のウエハの二酸化ケイ素膜の膜厚と比較し、研磨速度を
算出した。この結果を表1の各々の研磨パッドを形成し
た研磨パッド用組成物の欄に併記する。尚、表1におけ
る「研磨1」は、研磨時にスラリーの供給を行わない上
記の研磨方法を表し、「研磨2」はスラリーの供給を行
った上記の研磨方法を表す。
るラインがPE−TEOS上に250μmおきに配され
たパターンウエハを被研磨材とし、(2)で得られた各
研磨パッド及び上記と同様な発泡ポリウレタン製のパッ
ドとを各々用い、ラインの表面から7000μmを研磨
した。尚、実施例では(3)の1と同様に水だけを供給
しながら上記と同じ条件で研磨し、比較例では(3)の
2と同様なスラリーを供給しながら上記と同じ条件で研
磨した。研磨後、非研磨材の表面を針式表面形状測定装
置(KLA Tencor社製、形式「P−10」)に
より、研磨後に残っている最低点と最高点との落差を測
定し、表1に最大落差として併記した。
いても、また、どちらの研磨方法においても1800〜
3910Å/分の十分な研磨速度が得られることが分か
る。特に、熱可塑性ポリエステルエラストマーとポリビ
ニルアルコールを含有する実施例1の研磨パッドでは、
スラリーを使用しない研磨方法においても2830Å/
分の研磨速度が得られ、更に、熱硬化性ポリウレタン樹
脂を含有する実施例5の研磨パッドでは2420Å/分
の研磨速度が得られている。また、研磨による平坦性
は、実施例ではいずれにおいても最高落差は190〜6
00Åと良好な平坦性が得られている。これに対して、
比較例では720Åの落差を生じている。従って、第7
発明の研磨パッドを用いることにより、速く、効率の良
い研磨を行うことができ、更には、被研磨面に優れた平
坦性を付与することができる。
によると、容易に研磨パッド中から遊離させることので
きる砥粒を含有し、砥粒を均一に自己供給することがで
きる研磨パッドを形成することのできる。更に、押し込
み硬さを調整することができ、また、研磨時に砥粒をポ
ア等に保持する性能が高い研磨パッドを得ることができ
る。第7発明の研磨パッドによると、研磨において砥粒
を自己供給することができ、研磨速度の大きい。更に、
この研磨パッドは、押し込み硬さが大きく、スラリーの
保持性に優れ、強度が高い。
Claims (7)
- 【請求項1】 非水溶性物質中に砥粒及び水溶性物質を
含有することを特徴とする研磨パッド用組成物。 - 【請求項2】 上記砥粒の少なくとも一部は、上記水溶
性物質中に分散されている請求項1記載の研磨パッド用
組成物。 - 【請求項3】 上記砥粒の少なくとも一部は、上記水溶
性物質と非水溶性物質との界面に分散されている請求項
1又は2記載の研磨パッド用組成物。 - 【請求項4】 上記水溶性物質が5〜90体積%含有さ
れる請求項1乃至3のうちのいずれか1項に記載の研磨
パッド用組成物。 - 【請求項5】 上記水溶性物質の平均粒径は0.1〜1
000μmである請求項1乃至4のうちのいずれか1項
に記載の研磨パッド用組成物。 - 【請求項6】 上記砥粒の平均粒径は0.01〜100
μmである請求項1乃至5のうちのいずれか1項に記載
の研磨パッド用組成物。 - 【請求項7】 請求項1乃至6のうちのいずれか1項に
記載の研磨パッド用組成物からなることを特徴とする研
磨パッド。
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