JP2003305635A - 研磨パッド用クッション層及びそれを用いた研磨パッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮荷重に対して、残留歪み（ヒステリシ
ス）が少なく、圧縮特性の変化を低減させることのでき
る研磨パッド用クッション層を提供すること。また、前
記クッション層を用いて面内均一性、平坦化特性の両立
に極めて有効な研磨パッドを提供すること。 【解決手段】 研磨層の研磨面の反対側の面に貼り合わ
せる研磨パッド用クッション層であって、圧縮回復率が
９０％以上であることを特徴とする研磨パッド用クッシ
ョン層。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、反射ミラ
ー等の光学材料やシリコンウエハー、ハードディスク用
のガラス基板、情報記録用樹脂板やセラミック板等の高
度の表面平坦性を要求される材料の平坦化加工処理を安
定、かつ高い研磨速度で行う研磨パッド用クッション層
に関するものである。本発明の研磨パッドは、特にシリ
コンウエハー並びにその上に酸化物層、金属層等が形成
されたデバイスを、さらにこれらの層を積層・形成する
前に平坦化する工程に使用することが好適である。

【０００２】

【従来の技術】高度の表面平坦性を要求される材料の代
表的なものとしては、半導体集積回路（ＩＣ，ＬＳＩ）
を製造するシリコンウエハーと呼ばれる単結晶シリコン
の円板が挙げられる。シリコンウエハーは、ＩＣ、ＬＳ
Ｉ等の製造工程において、回路作成に使用する各種薄膜
の信頼できる半導体接合を形成するために、各薄膜作成
工程において表面を高精度に平坦に仕上げることが要求
される。

【０００３】一般的には、研磨パッドはプラテンと呼ば
れる回転可能な支持円盤に固着せれ、半導体ウエハーは
自公転運動可能な研磨ヘッドと呼ばれる円盤に固着され
る。双方の回転運動により、研磨パッドとウエハーとの
間隙に微細な粒子（砥粒）を懸濁させた研磨スラリーを
付加することで、研磨、平坦化加工が実施される。この
際、研磨パッドがウエハ―表面上を移動する時、接触点
で砥粒がウエハー表面上に押し付けられる。従って、ウ
エハー表面と砥粒との間の滑り動摩擦的な作用により加
工面の研磨が実行される。このような研磨加工は、通常
ＣＭＰ研磨加工と称されている。

【０００４】従来、上記の高精度の研磨に使用される研
磨パッドの研磨層としては、一般的に空洞率が３０〜３
５％程度のポリウレタン発泡体シートが使用されてい
る。しかし、ポリウレタン発泡体シートは、局部的な平
坦化能力は優れたものであるが、圧縮率が０．５〜１．
０％程度と小さく、従ってクッション性が不足している
ためにウエハー全面に均一な圧力を与えることが難し
い。このため、通常、ポリウレタン発泡体シートの背面
に柔らかいクッション層が別途設けられ、研磨加工が行
われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のポリウ
レタンシートを使用した研磨パッドのクッション層とし
ては、以下の問題を有する。 （１）クッション層としては、連続空洞を持った樹脂含
浸不織布が広く使用されているが、不織布に含浸される
樹脂の含浸量のバラツキ、不織布の厚みのバラツキ、ス
ラリー液の浸水による圧縮特性の変化等の問題がある。 （２）独立空洞を持った発泡ウレタンフォームが使用さ
れ始めているが製造における発泡状態の安定化が困難で
ある事、また空洞を持たせることにより、荷重をかける
ことにより、空洞の変形が起こり、回復するまでに時間
を有する。すなわち、繰り返し荷重に対する残留歪みが
大きい等の問題が残り、研磨時のウェハからの繰り返し
荷重に対し、クッション層が変形し研磨特性に問題を生
じる。

【０００６】本発明の目的は、圧縮荷重に対して、残留
歪み（ヒステリシス）の少ない組成物によりクッション
層を形成する事により上記問題を解決しようとするもの
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ヒステリシス
の少ない組成物を用いることにより、圧縮特性の変化を
低減させる事を特徴とした研磨パッド用クッション層に
関するものである。

【０００８】すなわち、研磨層の研磨面の反対側の面に
貼り合わせる研磨パッド用クッション層であって、下記
式にて表される圧縮回復率が９０％以上であることを特
徴とする研磨パッド用クッション層、に関する。

【０００９】 圧縮回復率（％）＝１００（Ｔ₃ −Ｔ₂ ）／（Ｔ₁ −Ｔ₂ ） Ｔ₁ ：無負荷状態から３０ｋＰａ（３００ｇ／ｃｍ² ）
の応力を６０秒間負荷したときのシートの厚み Ｔ₂ ：Ｔ₁ の状態から１８０ｋＰａの応力を６０秒間負
荷したときのシートの厚み Ｔ₃ ：Ｔ₂ の状態から無負荷状態で６０秒おき、再び３
０ｋＰａの応力を６０秒間負荷したときのシートの厚み 研磨パッドの研磨層において、ショアＤ硬度が５０未満
では硬度が低過ぎて、また圧縮率が２．０％以上では被
研磨体の平坦化精度が低下するという問題が生じること
がある。圧縮回復率が５０％未満でもやはり圧密化が起
こることがあり、好ましくない。

【００１０】また上記の問題を解消する為に、研磨層の
剛性を上げる事により上記平坦化精度は向上するが、面
内均一性が低下する。そのため、クッション層を設け、
パッド全体としての、圧縮率、圧縮回復率を高いものが
要求される。

【００１１】本発明における研磨パッド用クッション層
は圧縮回復率が９０％以上である。９０％より低い圧縮
回復率は、研磨時の面内均一性が劣り、また研磨を連続
的に行う際、研磨レートの変化が大きいものとなる。本
発明における圧縮率、圧縮回復率は、下記の式にて表さ
れる。 圧縮率（％）＝１００（Ｔ₁ −Ｔ₂ ）／Ｔ₁ 圧縮回復率（％）＝１００（Ｔ₃ −Ｔ₂ ）／（Ｔ₁ −Ｔ₂ ） Ｔ₁ ：無負荷状態から３０ｋＰａ（３００ｇ／ｃｍ² ）
の応力を６０秒間負荷したときのシートの厚み Ｔ₂ ：Ｔ₁ の状態から１８０ｋＰａの応力を６０秒間負
荷したときのシート厚み Ｔ₃ ：Ｔ₂ の状態から無負荷状態で６０秒おき、再び３
０ｋＰａの応力を６０秒間負荷したときのシートの厚み である。

【００１２】本発明の研磨パッド用クッション層は、プ
ラテン接着側表面に凹凸加工処理が施されていることが
好ましい。研磨パッド用クッション層のプラテン接着側
表面に凹凸加工処理を施すことにより、プラテンとクッ
ション層との接着面積を減少させ、これにより、かかる
応力が増加し圧縮歪み量を大きく（圧縮率が大きく）す
る事が可能となり、研磨時に起こる局所的な応力を分散
し均一性を向上させることができる。

【００１３】本発明の研磨パッド用クッション層は、光
硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれであ
っても良いが、クッション層表面に凹凸加工を考慮した
場合、光硬化性樹脂であることが好適である。

【００１４】ここでいう光とは、例えば、可視光、紫外
線、電子線、レーザー光等が挙げられるがこれらに限定
されるものではなく、クッション層表面に凹凸加工を施
すことに使用できる光であれば良い。本発明の研磨パッ
ド用クッション層は、ゴム弾性を有する化合物を含有す
ることが好ましい。ゴム弾性を有する化合物を含有させ
ることにより、圧縮荷重に対して、圧密化の少ない、即
ち残留歪み（ヒステリシス）の少ないクッション層とす
ることができる。また、本発明は、研磨層の研磨面の反
対側の面に前記記載のクッション層を貼り合わせた研磨
パッド、に関する。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の研磨パッド用クッション
層を構成する組成物のゴム弾性を有する化合物として
は、ヒステリシスの小さい、ゴムライクで高圧縮率を持
つ樹脂であれば限定されず、例えば、ブタジエン重合
体、イソプレン重合体、スチレンーブタジエン共重合
体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合
体、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合
体、スチレン−エチレン−ブタジエン−スチレンブロッ
ク共重合体、アクリルニトリルーブタジエン共重合体、
ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、塩素化ポリエ
チレン、シリコーンゴム、ポリエステル系熱可塑性エラ
ストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、ウレタ
ン系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラスト
マー等が挙げられる。

【００１６】また樹脂に感光性を持たせる場合には、光
硬化性化合物を混合することができる。光により硬化反
応する化合物であれば限定するものではない。例えば、
エチレン性不飽和基を有するものが挙げられ、多価アル
コールのアクリレート又はメタクリレートとして、ジエ
チレングリコールジメタクリレート、テトラエチレング
リコールジアクリレート、ヘキサプロピレングリコール
ジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレ
ート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、１，６
―ヘキサンジオールジアクリレート、１，９―ノナンジ
オールジアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ
アクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレ
ート、オリゴブタジエンジオールジアクリレート、ラウ
リルメタクリレート、ポリエチレングリコールジアクリ
レート、N,N −ジメチルアミノプロピルメタクリルアミ
ド、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリメ
チロールプロパントリメタクリレート等が挙げられる。

【００１７】エポキシアクリレートとしては、２，２−
ビス（４−メタクリロキシエトキシフェニル）プロパ
ン、２，２−ビス（４−アクリロキシエトキシフェニ
ル）プロパン、ビスフェノールＡ、エピクロルヒドリン
系のエポキシ樹脂のアクリル酸又はメタクリル酸付加物
等、分子中にベンゼン環を有するアクリレート又はメタ
クリレートとしては、無水フタル酸―ネオペンチルグリ
コール―アクリル酸の縮合物等の低分子不飽和ポリエス
テル等、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテ
ルのアクリル酸またはメタクリル酸との付加物、トリメ
チルヘキサメチレンジイソシアネートと２価アルコール
とアクリル酸モノエステル又はメタクリル酸モノエステ
ルとの反応で得られるウレタンアクリレート化合物又は
ウレタンメタクリレート化合物、メトキシポリエチレン
グリコールアクリレート、メトキシポリプロピレングリ
コールアクリレート、メトキシポリプロピレングリコー
ルメタクリレート、フェノキシポリエチレングリコール
アクリレート、フェノキシポリポリエチレングリコール
メタクリレート、フェノキシポリプロピレングリコール
アクリレート、フェノキシポリプロピレングリコールメ
タクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコー
ルアクリレート、ノニルフェノキシポリエチレングリコ
ールメタクリレート、ノニルフェノキシポリプロピレン
グリコールアクリレート、ノニルフェノキシポリプロピ
レングリコールメタクリレート等を挙げることができ
る。これらは単独または２種以上を組み合わせて用いら
れる。

【００１８】光硬化性化合物の光硬化性を高めるため
に、光重合開始剤や増感剤等を添加する事ができる。こ
れらは、特に制限されるものではなく、用いる光源、波
長域に応じて使用する。この場合に使用する光重合開始
剤としては限定されるものではなく、光を吸収し開裂等
を起こし重合活性種を発生させ、重合反応等を開始させ
る化合物である。例えば、ｉ線（３６５ｎｍ）付近の紫
外線を光源に用いた場合では、芳香族ケトン類として
は、ベンゾフェノン、４，４‘−ビス（ジメチルアミ
ノ）ベンゾフェノン、４−メトキシ−４‘−ジメチルア
ミノベンゾフェノン、２−ベンジル−２−ジメチルアミ
ノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタン−１−オ
ン、２−エチルアントラキノン、フェナントレンキノン
等、ベンゾイン類としては、メチルベンゾイン、エチル
ベンゾイン等、ベンジル誘導体としては、ベンジルジメ
チルケタール類、イソダゾール類としては、２−（ｏ−
クロロフェニル）−４，５−ジフェニルイミダゾール二
量体、２−（ｏ−クロロフェニル）−４，５−ジ（ｍ−
メトキシフェニル）イミダゾール二量体、２−（ｏ−フ
ルオロフェニル）−４，５−フェニルイミダゾール二量
体、２−（ｏ−メトキシフェニル）−４，５−ジフェニ
ルイミダゾール二量体、２−（ｐ−メトキシフェニル）
−４，５−ジフェニルイミダゾール二量体、２−（２，
４−ジメトキシフェニル）−４，５−ジフェニルイミダ
ゾール二量体等、アクリジン誘導体としては、９−フェ
ニルアクリジン、１，７−ビス（９，９‘−アクリジニ
ル）ヘプタン等、Ｎ−フェニルグリシンなどが挙げられ
る。これらは単独または2 種類以上を組み合わせて用い
られる。

【００１９】また、現在、印刷分野等で用いられている
感光性シートを用いて、本発明を実施する事も可能であ
る。また、可塑剤を混合することにより更に圧縮率を大
きくする事ができる。特に限定されず、例えば、フタル
酸ジメチル、フタル酸ジエチル、フタル酸ジブチル、フ
タル酸ジヘプチル、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジ−
２−エチルヘキシル、フタル酸ジイソノニル、フタル酸
ジイソデシル、フタル酸ジトリデシル、フタル酸ブチル
ベンジル、フタル酸ジシクロヘキシル、テトラヒドロフ
タル酸エステル等のフタル酸エステル、アジピン酸ジ−
２−エチルヘキシル、アジピン酸ジオクチル、アジピン
酸ジイソノニル、アジピン酸ジイソデシル、アジピン酸
ビス−（ブチルジグリコール）、アジピン酸ジ−ｎ−ア
ルキル、アゼライン酸ジ−２−エチルヘキシル、セバシ
ン酸ジブチル、セバシン酸ジオクチル、セバシン酸ジ−
２−エチルヘキシル、マレイン酸ジブチル、マレイン酸
ジ−２−エチルヘキシル、フマル酸ジブチルのような脂
肪族二塩基酸エステル、リン酸トリエチル、リン酸トリ
ブチル、リン酸トリ−２−エチルヘキシル、リン酸トリ
フェニル、リン酸トリクレシル等のリン酸エステル、塩
素化パラフィン、アセチルクエン酸トリブチル、エポキ
シ系可塑剤、ポリエステル系可塑剤等が挙げられる。

【００２０】クッション層に更に高圧縮率を持たせる手
段としては、クッション層のプラテン接着面側に溝構
造、網点構造を形成する方法が好適である。形状とサイ
ズに関しては、研磨装置、研磨条件、研磨対象物によっ
て異なるために、限定することはできないが、例えば、
形状としては、研磨層の表面凹凸に用いられているよう
な、パーフォレーション（貫通穴）、同心円状溝、ＸＹ
格子などや円柱、多角柱、多角錘の集合体などや、これ
らの複合体などが挙げられる。サイズとしては、求めら
れる圧縮特性に応じて変えることになるため限定される
ことはないが、深さの最大としては、クッション層の厚
みとなる。

【００２１】以下に本発明における研磨パッド用クッシ
ョン層の製造方法について説明する。他の樹脂を使用し
た場合にもこの方法に準じた方法により、クッション層
を作製することができる。

【００２２】本発明においては、まず上述の光開始剤等
の添加剤を加えた、ポリマー、モノマー、可塑剤を溶融
混合し混合物を製造した後、シート状に成型加工する。
溶融混合方法としては、限定するものではないが、２軸
押出し機内にて、ポリマーのＴｇ（ガラス転移温度）以
上に昇温し溶融混合する手法がとれる。また、シート加
工法としては、限定する必要はないが、従来から公知の
方法を適用できる。例えば、ロールコート、ナイフコー
ト、ドクターコート、ブレードコート、グラビアコー
ト、ダイコート、リバースコート、スピンコート、カー
テンコート、スプレーコートなどの方法がある。また、
指定の金型等に流し込み行う金型成形も行うことができ
る。

【００２３】上述の方法により製造されたシートの圧縮
率を更に上げる時には、従来から公知のフォトリソグラ
フィー法を用い組成物に適した光波長によりパターニン
グを施し、シート片面上に、希望の形状部分を光硬化さ
せる。未硬化の部分は溶剤により洗い流す事により、凹
凸形状を形成する。

【００２４】こうして得られたクッション層に荷重をか
けると、パターニングにより形成された凹凸部の凸部底
辺に応力は集中する。この凸部をパッド面内に均一に分
散するように形成すると、凸部が一様にめり込み、クッ
ション効果が発現する事となる。本発明におけるクッシ
ョン層の厚みとしては、特に限定されるものではない
が、０．５ｍｍ〜５ｍｍが好ましい。さらに、０．５〜
２ｍｍが好ましい。

【００２５】本発明の研磨パッドは、前記クッション層
のプラテン接着側と反対側の面にポリウレタンからなる
研磨層を粘着テープにより貼り合わせることにより作製
できる。

【００２６】

【実施例】（硬度）ＪＩＳ−６２５３に準じて、測定サ
ンプル厚みを６ｍｍ以上で、ショアＡ硬度計を用いて測
定を行った。

【００２７】（圧縮率、圧縮回復率）加工後のクッショ
ン層を直径７ｍｍの円に切断し、測定サンプルとした。
この測定サンプルを用い、直径５ｍｍの円筒状の圧子を
利用し、マックサイエンス社製ＴＭＡ（熱機械分析装
置）を用いて、２５℃にてＴ₁ 〜Ｔ₃ を測定し、下記の
式にて求めた。 圧縮率（％）＝１００（Ｔ₁ ―Ｔ₂ ）／Ｔ₁ 圧縮回復率（％）＝１００（Ｔ₃ ―Ｔ₂ ）／（Ｔ₁ −Ｔ₂ ） Ｔ₁ ：無負荷状態から３０ｋＰａ（３００ｇ／ｃｍ² ）
の応力の負荷を６０秒保持したときのシートの厚み（μ
ｍ） Ｔ₂ ：Ｔ₁ の状態から１８０ｋＰａの応力の負荷を６０
秒保持したときのシートの厚み（μｍ） Ｔ₃ ：Ｔ₂ の状態から荷重を除き６０秒放置後、再び、
３０ｋＰａの応力の負荷を６０秒保持したときのシート
の厚み（μｍ） である。

【００２８】（研磨評価）単結晶シリコン表面に膜厚５
０００ÅのＳｉＯ₂ 膜を形成したウェハーを加工材とし
て、評価に使用し、以下の条件で研磨評価を行った。

【００２９】研磨装置としては、試験研磨装置として一
般的なナノファクター／ＮＦ−３００（φ３インチ対
応）を使用した。また、研磨スラリーとしては、シリカ
（ＳｉＯ₂ ）スラリー（フジミ社製）を使用した。研磨
ヘッドに被加工材であるウェハーを水吸着／標準パッキ
ング材（Ｓ＝Ｒ３０１）条件にて保持し、プラテン（研
磨パッド支持体）に研磨パッドサンプルを張り付けて固
定し、研磨圧力として２０ｋＰａ（２００ｇ／ｃｍ
² ）、研磨ヘッドの回転数２５ｒｐｍとプラテン回転数
７５ｒｐｍとして、研磨スラリー供給速度２５ｃｃ／ｍ
ｉｎにて２分間研磨操作を行い、酸化膜の膜厚測定には
大塚電子社製の干渉式膜厚測定装置を用いた。研磨速度
を測定した。

【００３０】（均一性評価）研磨後の直径７．６２ｃｍ
（φ３インチ）のウェハーの研磨面１４カ所について、
面内膜厚を測定し、式：１００×（最大膜厚―最小膜
厚）／（最大膜厚＋最小膜厚）による数値（％）を求
め、ウェハー面全体の均一性を評価した。

【００３１】（サンプル１）ポリマーとしてスチレン−
ブタジエン共重合体（ＪＳＲ製、ＳＢＲ１５０７）を８
４重量部、モノマーとしてラウリルメタクリレートを１
０重量部、光開始剤としてベンジルジメチルケタール１
重量部、可塑剤として液状イソプレンを５重量部配合
し、2 軸押出機にて溶融混合した後、Ｔダイにより押し
出した。シートは両面を厚さ１００μｍのＰＥＴフィル
ムに挟み込み、ロールでサンプル厚みが２ｍｍになるよ
うにプレスし、未硬化のクッションシートを成型した。
この未硬化クッションシートの両面に高圧水銀灯（オー
ク社製）にて紫外線を１０分間づつ照射して全面硬化さ
せたのち、ＰＥＴフィルムを剥がしてサンプル１とし
た。

【００３２】（サンプル２）サンプル１の作成過程で得
られた未硬化クッションシート（サンプル厚み２ｍｍ）
の片面から紫外線を２分間照射した後、他の片面のＰＥ
Ｔを剥がし、この上に網点のネガ（光透過部分直径０．
６ｍｍ、網点中心間距離１．２ｍｍ）を乗せ、ネガ面か
ら紫外線を１分間照射した。照射後のクッションシート
をトルエン／メチルエチルケトン（１／１重量）の混合
溶媒に浸漬しながらナイロンブラシでこすり、未硬化部
分を洗い流した。得られた凹凸を持つクッションシート
を６０℃のオーブンで乾燥させ、凹凸面に紫外線を１０
分間照射して硬化させた。裏面のＰＥＴシートを剥が
し、サンプル２とした。なお、サンプル２の凹部は０．
６ｍｍの深さであった。

【００３３】（サンプル３）市販の樹脂を含浸した不織
布タイプであるクッション層、ＳＵＢＡ４００（ロデー
ル社製）をサンプル３とした。以下にサンプルの特性値
を示す。

【００３４】

【表１】 研磨層として、市販のポリウレタン製研磨パッドであ
る、ＩＣ−１０００（ロデール社製）を用い、研磨面の
反対面に両面粘着テープ（ダブルタックテープ、積水化
学工業製）を貼り合わせ、各サンプルを研磨層に貼り合
わせ積層した。また、クッション層のプラテンと接着さ
せる面に両面粘着テープを貼り合わせ、研磨パッドとし
た。この研磨パッドを研磨機のプラテンに貼り付け、研
磨特性を評価した。結果を以下に示す。

【００３５】

【表２】 （発明の効果）本発明の研磨パッドは、クッション層に
ヒステリシスの少ない組成物を用いることにより、圧縮
特性の変化を低減させる事を特徴とするものであり、ト
レードオフの関係にある面内均一性、平坦化特性の両立
に極めて有効な研磨パッドである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 研磨層の研磨面の反対側の面に貼り合わ
   せる研磨パッド用クッション層であって、下記式にて表
   される圧縮回復率が９０％以上であることを特徴とする
   研磨パッド用クッション層。 圧縮回復率（％）＝１００（Ｔ₃ −Ｔ₂ ）／（Ｔ₁ −Ｔ₂ ） Ｔ₁ ：無負荷状態から３０ｋＰａ（３００ｇ／ｃｍ² ）
   の応力を６０秒間負荷したときのシートの厚み Ｔ₂ ：Ｔ₁ の状態から１８０ｋＰａの応力を６０秒間負
   荷したときのシートの厚み Ｔ₃ ：Ｔ₂ の状態から無負荷状態で６０秒おき、再び３
   ０ｋＰａの応力を６０秒間負荷したときのシートの厚み
2. 【請求項２】 クッション層のプラテン接着側表面に凹
   凸加工処理が施されていることを特徴とする請求項１記
   載の研磨パッド用クッション層。
3. 【請求項３】 ゴム弾性を有する化合物を含有すること
   を特徴とする請求項１又は２記載の研磨パッド用クッシ
   ョン層。
4. 【請求項４】 研磨層の研磨面の反対側の面に請求項１
   〜３のいずれかに記載の研磨パッド用クッション層を貼
   り合わせた研磨パッド。