JP2004358588A

JP2004358588A - 研磨パッド及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004358588A
Application number: JP2003157945A
Authority: JP
Inventors: Katsuyuki Tanabe; 克行田辺; Toshiro Doi; 俊郎土肥
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】被加工物の摺接面を平坦化する研磨に用いられる研磨パッドにおいて、構造的に均一であり、良好な研磨特性を有し、研磨後の被加工物の平坦性が良好な研磨パッド、及びその製造方法を提供すること。
【解決手段】研磨パッド１０は、繊維構造体に樹脂１２を実質的に空孔を含有しないように含浸させたシート状物とし、繊維１１の大部分が研磨パッド１０の作用面１０Ａに対して４５°から１３５°の範囲の角度を有するようにするとともに、実質的に均一に配列させ、必要な硬度と均一な構造を有するようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は研磨パッドとその製造方法に関し、特に半導体ウェーハ、ハードディスク、光学部品、液晶用ガラス等の精密研磨において使用される研磨パッドとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の半導体デバイスの高密度化、多層化が進み、配線パターンがより微細化してきた。このためフォトリソグラフィー技術を使用して微細パターンをウェーハ上に精度良く形成するためには、ウェーハの全面平坦化技術が必要となり、高度平坦化技術であるＣＭＰ（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）技術は半導体製造プロセスには必要不可欠な技術となっている。最近は特に、層間絶縁膜であるＳｉＯ_２膜の平坦化のみならず、Ｃｕ配線やＡｌ配線等の金属膜の平坦化に多用されるようになってきた。
【０００３】
ＣＭＰでは、図５に示すように、被加工物であるウェーハＷは研磨装置５０の研磨ヘッド５１に保持され、自ら回転するとともに回転する研磨定盤５２に取り付けられた研磨パッド５３に押付けられる。研磨パッド５３の中あるいは表面には研磨材であるシリカ等の微細砥粒を含むスラリＳが供給され、化学的作用と機械的作用との複合作用でウェーハ表面が研磨されて平坦化が実現される。
【０００４】
なお、図５において、５４は研磨ヘッド回転部、５５は研磨圧力調整部であり、５６はスラリー供給ノズル、５７はスラリー供給部である。
【０００５】
ＣＭＰに使用される研磨パッドとしては、ポリウレタンの独立発泡体で形成されたもの（例えば、特許文献１参照。）や、ポリエステル等の不織布にポリウレタンを含浸させた連続発泡体（例えば、特許文献２参照。）が一般的に使用されている。
【０００６】
また、微孔質エラストマを含浸させた繊維のフェルトシートで、作用面に隣接する繊維端部の大部分が作用面に対して約４５°から１３５°の角度をなすように、大部分の繊維が作用表面に対して主に横断方向に配向されたことを特徴とする微孔質製品で形成された研磨パッドが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特表平８−５００６２２号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開平８−１８７６５５号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開昭６２−２１８５７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の特許文献１に記載されたポリウレタンの独立発泡体は、発泡法により製造されるため、面内や厚み方向、或いは製造ロット間での空孔の大きさや数の制御が困難であり、得られた研磨パッドでは研磨速度や被加工面の平坦性などの研磨特性にばらつきが発生していた。
【００１１】
また、前述の特許文献２に記載されたポリエステル等の不織布にポリウレタンを含浸させた連続発泡体は、空孔率が大きく、硬度が低いため、被加工物の研磨後の平坦性が良くなかった。
【００１２】
また、前述の特許文献３で提案された研磨パッドも、微孔質エラストマを含浸させた構造であるため、硬度が低く、また空孔の制御が困難であり、研磨後の被加工物の平坦性が良くなく、研磨特性にもばらつきが生じるという欠点があった。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、研磨スラリを供給しながら被加工物を研磨パッドに摺接させて該被加工物の摺接面を平坦化する研磨に用いられる研磨パッドにおいて、構造的に均一であり、良好な研磨特性を有し、研磨後の被加工物の平坦性が良好な研磨パッド、及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、研磨スラリを供給しながら被加工物を研磨パッドに摺接させて該被加工物の摺接面を平坦化する研磨に用いられる研磨パッドにおいて、該研磨パッドは、繊維構造体に空孔を含有しないように樹脂を含浸させたシート状物で形成され、繊維の大部分が研磨パッドの作用面に対して４５°から１３５°の範囲の角度で配向されるとともに、前記繊維が均一に配列されていることを特徴としている。
【００１５】
請求項１の発明によれば、研磨パッドは、均一に配列された繊維構造体に空孔を含有しないように樹脂を含浸させたシート状物であるため、必要な硬度と均一な構造を有している。このため、良好な研磨特性を有するとともに、研磨後の被加工物の平坦性も良好である。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、前記繊維が中空状の繊維を含むことを特徴としている。
【００１７】
請求項２の発明によれば、研磨パッドを構成する繊維は中空状の繊維を含むため、研磨スラリの供給排出が促進される。また、研磨屑による研磨パッドの目詰まりが防止される。
【００１８】
請求項３に記載の発明は、研磨スラリを供給しながら被加工物を研磨パッドに摺接させて該被加工物の摺接面を平坦化する研磨に用いられる研磨パッドの製造方法において、立体織物又は立体編物である繊維構造体あるいはパイル状繊維構造体に空孔を含有しないように樹脂を含浸させて繊維／樹脂複合シートを作成し、得られた繊維／樹脂複合シートに切削や切断、又は研磨等の加工を施してシート状の研磨パッドを製造することを特徴としている。
【００１９】
請求項３の発明によれば、繊維構造体に樹脂を空孔を含有しないように含浸させて、繊維／樹脂複合シート形成し、その繊維／樹脂複合シートを加工して、シート状の研磨パッドを製造するので、均一な構造を有するとともに必要な硬度を備え、良好な研磨特性を有する研磨パッドが得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下添付図面に従って本発明に係る研磨パッド及びその製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。尚、各図において同一部材には同一の番号または符号を付している。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る研磨パッドの構造を概念的に説明する模式断面図である。研磨パッド１０は、立体織物又は立体編物である繊維構造体あるいはパイル状繊維構造体に樹脂１２を含浸させたシート状物である。樹脂１２は実質的に空孔を含有しないように繊維１１、１１、…の間に含浸されて、繊維／樹脂複合シートが形成され、この繊維／樹脂複合シートに切削や切断、又は研磨等の加工が施されて所要の厚さに仕上げられている。
【００２２】
図１（ａ）は、各繊維１１の軸芯が研磨パッド１０の作用面１０Ａに対して略垂直に形成された状態（図においてθ≒９０°）を表わしている。また、図１（ｂ）は各繊維１１の軸芯と研磨パッド１０の作用面１０Ａとのなす角度θが４５°から１３５°の範囲に形成されている状態を表わしている。
【００２３】
本発明の繊維１１は、研磨パッド１０を構成する材料であり、綿や羊毛などの天然繊維やレーヨンなどの人造繊維、ポリアミドやポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、ポリアセタール、ポリエチレン、ポリプロピレン、アクリル、ポリイミド、ポリ乳酸などの合成繊維やカーボンナノチューブや炭素繊維、金属繊維、活性炭繊維などの無機繊維が用いられ、好ましくは、強度や耐摩耗性、耐薬品性などに優れるポリエステルやポリアミドの繊維が使用される。
【００２４】
これらの繊維中あるいは繊維表面には砥粒成分が含有されていても構わない。また研磨パッド１０中にこれらの繊維１１が２種類以上含有されていても構わない。
【００２５】
本発明の繊維１１の形状については、繊維断面は円形断面、中空断面、多孔断面、多角形断面などが挙げられ、繊維直径は０．０１μｍ〜１ｍｍの間であればよく、好ましくは０．１μｍ〜１００μｍである。繊維直径が０．０１μｍ未満であると、繊維構造体の作製が困難であり、繊維直径が１ｍｍを越えると、被加工物の研磨後の平坦性が悪くなる。
【００２６】
本発明の中空状の繊維１１とは、中空断面を有する繊維１１であれば良く、１本の繊維中に複数の中空部分があっても構わない。中空部分の断面形状としては、特に限定されないが、通常は円、長方形、正方形、台形などの形状が挙げられる。
【００２７】
中空断面を有する繊維１１が研磨パッド１０中に存在することによって、スラリー液の供給排出を中空部のポンピング作用によって促進させたり、研磨によって排出させる研磨屑による研磨パッド表面（作用面１０Ａ）の目詰まりを防止する効果が得られる。
【００２８】
また、研磨パッド１０の厚み方向に中空状の繊維１１が貫通している場合には、研磨パッドの裏面より、中空状の繊維１１を通して気体あるいは液体を加工面に送ることで、中空状の繊維１１中の研磨屑やスラリーを排出したり、研磨パッド１０表面を洗浄したりすることが可能となる。
【００２９】
本発明の繊維構造体に含浸する樹脂１２としては、ポリウレタンやナイロン、エポキシ、ポリビニルアルコール、アクリル、ポリエステル、フッ素樹脂、シリコーン樹脂やこれらのエラストマーや混合物などが用いられ、これらの樹脂１２中には有機物や無機物のフィラーや砥粒や溶媒等が適度に含有されていても構わない。
【００３０】
また樹脂１２の硬さや弾性率は、被加工物の種類や要求加工性能及び加工精度に応じて変更することが可能である。被加工物の研磨後の平坦性を良好にする場合には硬い樹脂１２を用いるのが好ましい。
【００３１】
本発明で使用される樹脂１２は実質的に発泡などで生じる空孔あるいは微細孔を含まないことが必要であり、実質的に空孔を含有しないことにより、研磨パッド１０の硬度を高くすることが可能であり、被加工物の研磨後の平坦性は良好となる。
【００３２】
また、大きさのばらつきが存在する空孔あるいは微細孔を実質的に含有しないため、研磨パッド１０全体において、構造的に均一であり、研磨パッド１０の厚み方向や面方向での物性が均一であることによって、被加工物に対して加工面内でのより均一な加工が可能となり、また、研磨パッド１０の摩耗による加工特性の変動を抑制することができ、連続加工安定性も向上する。
【００３３】
本発明では繊維構造体に樹脂１２を含浸させてシート状物を得ている。繊維構造体への樹脂１２の含浸方法としては、溶融した樹脂１２、または樹脂１２を溶解した溶液、あるいは樹脂１２を分散した溶液中に繊維１１を浸漬して乾燥させる方法や、減圧あるいは真空下において繊維集合体あるいは繊維構造体に樹脂１２を含浸させる方法などが用いられるが、含浸後に微細孔を実質的に含まないためには、減圧下あるいは真空下において樹脂１２の含浸を行うことが好ましく、２０００Ｐａ以下の真空下において樹脂１２の含浸を行うことがより好ましい。
【００３４】
本発明では図１に示すように繊維１１の大部分が研磨パッド１０の作用面１０Ａに対して４５°から１３５°の角度θを有し、均一に配列されていることが必要である。ここでいう繊維１１の大部分とは、繊維１１の６０％以上のことであり、好ましくは８０％以上である。
【００３５】
研磨パッド１０の作用面１０Ａとは、ウェーハなどを研磨する研磨面のことであり、繊維１１の大部分はこの作用面１０Ａに対して４５°から１３５°の角度θを有していることが必要であるが、好ましくは６０°から１５０°の角度θを持っていることであり、さらに好ましくは７５°から１０５°である。ここでいう繊維１１の研磨パッド１０の作用面１０Ａに対して有する角度θとは、繊維長軸方向と研磨パッド１０の作用面１０Ａとの有する角度θのことである。
【００３６】
繊維１１の大部分が作用面１０Ａと４５°未満あるいは１３５°を越える角度θを有している場合、繊維１１の作用面１０Ａに対する垂直方向の機械的強度が不足し、繊維断面に起因する研磨効果が小さくなるので好ましくない。
【００３７】
本発明では繊維１１は研磨パッド１０の面内において均一に配列していることが必要であるが、ここでいう均一な配列とは、下記（１）式より算出される均一配列係数Ｒが２０以下であることを示し、好ましくは１０以下、さらに好ましくは５以下である。
【００３８】
【数１】

本発明では、研磨パッド１０の作用面１０Ａにおける繊維部分の占有率は１〜９０％が好ましく、さらに好ましくは３〜８０％である。占有率が１％未満であると繊維１１の効果が小さくなり、９０％を越えると繊維構造体への樹脂１１の含浸が困難であり、また樹脂部分による研磨作用が小さくなる。
【００３９】
本発明の立体織物または立体編物である繊維構造体には、ベルベットやビロード、カーペット、パイル織物などの織物やダブルラッセルなどの編物などの３次元構造体などが用いられ、図２に示すようなパイル部分２１Ｂ、２２Ｂを有している繊維構造体２１、２２が好ましい。平織物では繊維１１を研磨パッド１０の作用面１０Ａに対して、所望の角度θに均一に配列させることが困難である。
【００４０】
また、本発明のパイル状繊維構造体２１、２２には、平織物などを表面処理により起毛させたものや静電植毛などの植毛加工によって基布やフィルムなどの基材２１Ａ、２２Ａにパイル状に繊維１１を保持させ固定化したものなどが用いられる。
【００４１】
図２（ａ）は、上下の基材２１Ａ、２１Ａの間にパイル部分２１Ｂが形成された繊維構造体２１を概念的に表わし、図２（ｂ）は、基材２２Ａ上にパイル部分２２Ｂが形成された繊維構造体２２を概念的に表わしたものである。
【００４２】
また本発明の繊維構造体２１、２２に樹脂１１を含浸させたシート状物は、前述の立体織物または立体編物である繊維構造体２１、２２やパイル状の繊維構造体２１、２２に樹脂１２を含浸させて得る方法以外にも、繊維１１の表面に樹脂１２等の接着層を形成し、接着して得る方法、あるいは繊維１１の少なくとも片方の端部を固定して繊維１１を特定方向に配列させた状態を形成し、樹脂１２を含浸させることで得ることもできる。
【００４３】
本発明の研磨パッド１０の厚みは０．１ｍｍ〜１０ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．５ｍｍ〜３ｍｍである。厚みが０．１ｍｍ以下では、研磨パッドの寿命が短く、また強度も低くなり、厚みが１０ｍｍ以上であると、被加工物の研磨後の平坦性が悪くなる。
【００４４】
本発明では、研磨パッドは繊維構造体２１、２２に樹脂１２を含浸させたシート状物を切削や切断または研磨などの加工を行うことで所望の形状に仕上げているが、これらの加工方法については特に限定されない。しかし、加工の際に除去部分の少ないバンドソーや鋭利な刃物によるスライス加工で行うことが好ましい。また研磨パッド１０の表面粗さを調整する場合には、研磨加工が適している。
【００４５】
本発明の研磨パッド１０の表面には、目的に応じて格子状や螺旋状、同心円状などの溝などを形成しても構わない。形成された溝などは研磨の際のスラリの供給や排出、研磨屑の排出などを効率良く行い、研磨特性を安定させる効果がある。
【００４６】
また本発明の研磨パッド１０はそれぞれを積層して用いることも可能であり、また、下層に発泡ウレタン等の発泡体、ゴム、ゲル状ゴム等の弾性体、編物、織物、不織布などを積層して用いても構わない。
【００４７】
【実施例】
（実施例１）
直径１８μｍの円形断面のポリエステル繊維を使用して、パイル長４ｍｍ、パイル密度９５，０００本／ｃｍ^２のダブルラッセル編物を作製した。これに真空中（４００Ｐａ）にてポリウレタン樹脂（ショアＡ硬度９５度）を含浸硬化させ、厚さ５ｍｍの実質的に空孔を含有しない繊維／樹脂複合シートを得た。このシートを両面研磨し、厚さ１．５ｍｍの研磨パッドを作製した。
【００４８】
（実施例２）
直径１８μｍの円形断面のポリエステル繊維を使用して、パイル長３ｍｍ、パイル密度５５，０００本／ｃｍ^２のベルベット織物を作製した。これに真空中（４００Ｐａ）にてポリウレタン樹脂（ショアＡ硬度９５度）を含浸硬化させ、厚さ５ｍｍの実質的に空孔を含有しない繊維／樹脂複合シートを得た。このシートを両面研磨し、厚さ１．５ｍｍの研磨パッドを作製した。
【００４９】
（実施例３）
直径１６μｍの円形断面のナイロン６繊維を使用して、静電植毛法によりパイル長２ｍｍ、パイル密度６５，０００本／ｃｍ^２のパイル状シートを作製した。これに真空中（４００Ｐａ）にてポリウレタン樹脂（ショアＤ硬度５５度）を含浸硬化させ、厚さ５ｍｍの実質的に空孔を含有しない繊維／樹脂複合シートを得た。このシートを両面研磨し、厚さ１．５ｍｍの研磨パッドを作製した。
【００５０】
（実施例４）
直径３０μｍ、空孔径１０μｍの円形中空断面のナイロン６繊維を使用して、パイル長３ｍｍ、パイル密度５５，０００本／ｃｍ^２のベルベット織物を作製した。これに真空中（４００Ｐａ）にてポリウレタン樹脂（ショアＡ硬度９５度）を含浸硬化させ、厚さ５ｍｍの実質的に空孔を含有しない繊維／樹脂複合シートを得た。このシートを超硬刃スライサーでスライスし、厚さ１．５ｍｍの研磨パッドを作製した。
【００５１】
これらの実施例１〜４の研磨パッド、及び従来の市販パッドＡ（ショアＤ硬度５７度）、市販パッドＢ（ショアＡ硬度８０度）を用いて図３の研磨条件で研磨を行った。
【００５２】
この研磨条件は、図３に示すように、研磨装置としてラップマスター社製ＬＭ１５を使用し、研磨パッド回転数３０ｒｐｍ、研磨荷重５０ＫＰａで被加工物である酸化膜付きシリコンウェーハをＣＭＰしたもので、この時の研磨スラリはシリカ分散スラリ（ｐＨ１２．８、砥粒濃度１２．５ｗｔ％）を用いた。
【００５３】
夫々の研磨結果の比較を図４に示す。比較は研磨パッドの研磨性能を表わす研磨速度、研磨の安定性、及び被研磨面の平坦性について行い、図４に示すような一覧表にまとめた。図において◎印は優良、○印は良、△印はやや劣る、を表わしている。
【００５４】
図４から明らかなように、研磨速度については実施例１〜４の各研磨パッド、及び市販の研磨パッドＡ、Ｂともに略等しく、良好であった。また、研磨の安定性については、市販の研磨パッドＡのみがやや劣っており、他の研磨パッドは良好であった。被研磨面の平坦性については、実施例３の研磨パッドが優良で、市販の研磨パッドＢがやや劣っており、他の研磨パッドは良好であった。
【００５５】
以上の結果から、従来の市販の研磨パッドは研磨速度については良好であるものの、研磨の安定性或いは被研磨面の平坦性についてやや劣るのに対し、本発明の実施例の研磨パッドは研磨パッドの研磨特性を表わす研磨速度、研磨の安定性、及び被研磨面の平坦性において全て良好、或いは優良であり、顕著な効果を示している。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の研磨パッド及びその製造方法によれば、研磨パッドは、繊維構造体に樹脂を実質的に空孔を含有しないように含浸させたシート状物で形成され、繊維の大部分が研磨パッドの作用面に対して４５°から１３５°の角度を有するように配向されるとともに、実質的に均一に配列されているので、構造的に均一で、研磨性能に優れ、また、均一で安定な研磨が可能であり、被研磨物の高度な平坦化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る研磨パッドを表わす概念図
【図２】繊維構造体を表わす概念図
【図３】比較研磨の研磨条件を示す表
【図４】比較研磨の研磨結果を示す表
【図５】研磨装置を表わす概念図
【符号の説明】
１０…研磨パッド、１０Ａ…作用面、１１…繊維、１２…樹脂、２１、２２…繊維構造体、５０…研磨装置、５１…研磨ヘッド、５２…研磨定盤、５３…研磨パッド、Ｓ…研磨スラリ、Ｗ…ウェーハ（被加工物）

Claims

研磨スラリを供給しながら被加工物を研磨パッドに摺接させて該被加工物の摺接面を平坦化する研磨に用いられる研磨パッドにおいて、
該研磨パッドは、繊維構造体に空孔を含有しないように樹脂を含浸させたシート状物で形成され、繊維の大部分が研磨パッドの作用面に対して４５°から１３５°の範囲の角度で配向されるとともに、前記繊維が均一に配列されていることを特徴とする研磨パッド。
前記繊維が中空状の繊維を含むことを特徴とする、請求項１に記載の研磨パッド。
研磨スラリを供給しながら被加工物を研磨パッドに摺接させて該被加工物の摺接面を平坦化する研磨に用いられる研磨パッドの製造方法において、
立体織物又は立体編物である繊維構造体あるいはパイル状繊維構造体に空孔を含有しないように樹脂を含浸させて繊維／樹脂複合シートを作成し、得られた繊維／樹脂複合シートに切削や切断、又は研磨等の加工を施してシート状の研磨パッドを製造することを特徴とする研磨パッドの製造方法。