JP2006344892A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】被研磨物のエッジ部分の角が削れた状態にならない、すなわち被研磨物表面全体の平坦性を確保することができる研磨パッドを提供する。
【解決手段】不織布にポリウレタンを含浸して硬化させたもので、「硬度」が９０〜１００、「圧縮率」が１．０％〜２．５％、「回復率」が５０％〜６５％の特性を有する研磨パッドを使用する事により、ＧＢＩＲが１．０μｍ以下、ＳＦＱＲが０．５μｍ以下の良好な平坦度を得た。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体等の研磨に用いる研磨パッドに関する。

半導体等の製造における研磨工程は、通常、研磨パッドとスラリーを使用して行われる。

図１は、一般的な研磨構造を示す図である。
図１を用いて研磨工程を説明すると、被研磨物であるウエハ１を研磨ヘッド２に保持し、定盤３上に設置した研磨パッド４に押し付け、水中に砥粒等を分散したスラリーを供給しながら研磨ヘッド２と定盤３を矢印５および６の方向に回転することにより行われる。

研磨された被研磨物に要求される品質は、被研磨物の全体的な平坦度を示す指標であるＧＢＩＲ（グローバル・バックサイド・アイデアル・レンジ）や、被研磨物の部分的な平坦度を示す指標であるＳＦＱＲ（サイト・フロント・リースト・スクェアー・レンジ）などの平坦度で表される。特に、シリコンウエハの一次研磨工程においては、これらのＧＢＩＲおよびＳＦＱＲの値が出来る限り低い事が望まれている。当該平坦度は、被研磨物の種類により適宜設定されるが、例えばウエハの一次研磨工程においては、ＧＢＩＲが１．０μｍ以下、ウエハ全面の平均ＳＦＱＲが０．５μｍ以下が必要となる。

高平坦度のウエハ１を得るためには、定盤３の回転速度、研磨時の圧力、スラリー量などが影響するが、中でも研磨パッド４の特性が大きく影響する。

図５は、図１の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。
図５に示す研磨工程において、研磨パッド４にはウエハ１が研磨パッド４上を移動した直後、研磨パッド４の圧縮されていた部分が元に戻ろうとする矢印９に示す力が生じる。

研磨パッドの硬度を高くした場合、研磨パッド表面の変形量が小さくなり、研磨後のウエハ表面の良好な平坦度が得られるものとして、高硬度の研磨パッドが知られている（例えば、特許文献１参照。）。この高硬度の研磨パッドは、一般的に回復率も高くなることが知られている。

特開２００１−２３２５５４号公報（第３頁）

特許文献１に記載の高硬度・高回復率の研磨パッドを使用した場合、移動するウエハ１のエッジ部分１０に、研磨パッド４が戻ろうとする過度の圧力がかかり、結果的にウエハ１のエッジ部分１０が過度に研磨された「フチダレ」といわれる角がとれた様な状態になり、ウエハ周辺部の平坦度を悪化させる問題が生じていた。「フチダレ」状態が発生した場合、ウエハ１のエッジ部分１０の平坦度が確保できないため、当該部分は使用不可能となる。この「フチダレ」は、ウエハ１の全外周に発生するため、一枚のウエハ１から製造できるデバイスの量が大幅に減少する。

したがって、本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、被研磨物のエッジ部分の角が削れた状態にならない、すなわち被研磨物表面全体の平坦性を確保することができる研磨パッドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の研磨パッドは、「硬度」が９０〜１００、「圧縮率」が１．０〜２．５％、「回復率」が５０〜６５％、であることを特徴とする。

また、本発明の研磨パッドは、不織布にポリウレタンを含浸して硬化させたもので、「硬度」が９０〜１００、「圧縮率」が１．０〜２．５％、「回復率」が５０〜６５％、の物性を有することを特徴とする。

また、本発明の研磨パッドは、不織布にポリウレタンを含浸して硬化させたもので、「硬度」が９０〜１００、「圧縮率」が１．０〜２．５％、「回復率」が５０〜６５％、の物性を有し、前記ポリウレタンがプレポリマーとメチレンビス(２，３−ジクロロアニリン)の硬化剤からなることを特徴とする。

また、本発明の研磨パッドは、不織布にポリウレタンを含浸して硬化させたもので、「硬度」が９０〜１００、「圧縮率」が１．０〜２．５％、「回復率」が５０〜６５％、の物性を有し、前記ポリウレタンがプレポリマーとメチレンビス(２，３−ジクロロアニリン)の硬化剤からなり、前記ポリウレタン中の硬化剤の添加量が、プレポリマー中のイソシアネート基に対する硬化剤中のアミン基が０．８〜１．２当量であることを特徴とする。

本発明によれば、回復率を最適な値とした研磨パッドを用いることにより、被研磨物のエッジ部分の角が削れた状態にならない、すなわち被研磨物表面全体の平坦性を確保することができる。

また、本発明による研磨パッドを使用することにより、被研磨物表面全面にデバイスを作成することができ、デバイス製造工程における製品歩留まりの向上が可能である。

以下に、本発明の実施形態を説明する。
本発明に係る研磨パッドは、ポリウレタンを主な材料にした研磨パッドであり、特定の物性を有する。本発明に係る研磨パッドは、「硬度」が９０〜１００、「圧縮率」が１．０〜２．５％、「回復率」が５０〜６５％未満である研磨パッドであり、被研磨物表面全体の平坦度を確保できる。

ここで、永井進監修 実用プラスチック辞典第３版によると、研磨パッドの硬度は、「ある物体を持って研磨パッドに変形を与えた時、後者の示す抵抗の大小」と定義される。本発明における「硬度」の値は、アスカーゴム硬度計Ｃ型を用いて測定を行った際の硬度を示している。本発明に係る研磨パッドの「硬度」は９０〜１００である。９０未満では、研磨パッドが軟らかくなりすぎてしまい、研磨時に目的とする平坦度が得られない。また、研磨時にパッドの変形が大きくなりすぎてしまい、被研磨物のエッジ部分の角が削れてしまうので好ましくない。硬度１００は、アスカーゴム硬度計Ｃ型による測定器上限であり、当該硬度計により変形が確認されない硬度を意味する。

一方、研磨パッドの圧縮率は、ＪＩＳ Ｌ １０９６に準拠した方法により以下に示す厚みを測定し、その値に基づいて算出する。
圧縮率（％）＝｛（Ｔ１―Ｔ２）／Ｔ１｝×１００
ここで、
Ｔ１：研磨パッドに無負荷状態から３００ｇ／ｃｍ^２の応力を６０秒間加えて保持した際の研磨パッドの厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態からさらに１８００ｇ／ｃｍ^２の応力を６０秒間加えて保持した際の研磨パッドの厚みである。

本発明に係る研磨パッドの「圧縮率」は、１．０〜２．５％である。「圧縮率」が１．０％未満である場合は、研磨パッドが硬すぎるため、スクラッチなどが発生し易い。また、２．５％以上では、研磨パッドの変形量が大きすぎるため、平坦度が得られない。

次に、研磨パッドの回復率は、以下に示す厚みを測定することにより行った。
回復率（％）＝｛（Ｔ３―Ｔ２）／（Ｔ１―Ｔ２）｝×１００
ここで、
Ｔ１：研磨パッドに無負荷状態から３００ｇ／ｃｍ^２の応力を６０秒間加えて保持した際の研磨パッドの厚み
Ｔ２：Ｔ１の状態からさらに１８００ｇ／ｃｍ^２の応力を６０秒間加えて保持した際の研磨パッドの厚み
Ｔ３：Ｔ２の状態から無負荷状態で６０秒間保持し、その後、３００ｇ／ｃｍ^２の応力を６０秒間加えて保持した際の研磨パッドの厚みである。

本発明に係る研磨パッドの「回復率」は５０〜６５％である。「回復率」が５０％未満の場合、研磨中の繰り返し荷重により、研磨パッド表面に大きすぎる段差が発生し、研磨特性がばらつくことになる。６５％以上の場合、研磨時に被研磨物のエッジ部にかかる応力が大きくなるため、エッジ部の角が削れてしまい、「フチダレ」が発生する。

本発明に係る研磨パッドは、上記条件を満たすものであれば特に限定されるものではないが、不織布にポリウレタンを含浸して硬化後、その表面を研削加工することにより平坦としたものを用いることができる。特に、シリコンウエハの一次研磨工程においては、研磨パッド表面に有する孔がスラリーを十分量保持できるため好ましい。

不織布は、レーヨン、ナイロン、ポリエステル、アクリル、ポリプロピレン等、必要に応じて種々選択することができる。

ポリウレタンは、プレポリマーと硬化剤を溶剤により適度な粘度に調整し、不織布に含浸させた後、硬化させる。

ここで、本発明に使用されるプレポリマーは、イソシアネートとポリオールからなる。イソシアネートとしては、２，４−トルエンジイソシアネート、２，６−トルエンジイソシアネート、２，２’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシリレンジイソシアネート、ｍ−キシリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、４，４’−ジシクロへキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

ポリオールとしては、ポリテトラメチレンエーテルグリコールに代表されるポリエ−テルポリオール、ポリブチレンアジペ−トに代表されるポリエステルポリオ−ル、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオール、ポリエステルポリカーボネートポリオール、及びポリカーボネートポリオールや、エチレングリコール、１，２−プロピレングリコール、１，３−プロピレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、１，４−シクロヘキサンジメタノール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、１，４−ビス（２−ヒドロキシエトキシ）ベンゼン等の低分子量ポリオールなどが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。

ウレタンプレポリマー用の硬化剤としては、通常ＭｂＯＣＡ（４，４−メチレンビス２−クロロアニリン）が使用される。しかし、ＭｂＯＣＡの場合、ポリウレタンとして硬化させた際の硬度は比較的高いが、圧縮率が６５％を超えるため「フチダレ」が発生する。従って、本発明に係る特性を達成するためには、硬化剤としてメチレンビス(２，３−ジクロロアニリン)を使用することが好ましい。メチレンビス(２，３−ジクロロアニリン)を使用した場合、研磨パッドは、硬度が高く、「圧縮率」が５０〜６５％と、圧縮応力を受けた際、適度な反発と、適度な永久変形を示す。つまり、研磨時に被研磨物のエッジ部にかかる応力が最適となり、「フチダレ」が発生しない。

硬化剤の添加量は、本発明に係る特性を保持できる量を添加することが好ましいが、特に、プレポリマー中のイソシアネート基に対するアミノ基が０．８〜１．２当量となるよう添加することが好ましい。アミノ基の添加量が０．８当量未満の場合反応が十分進まず、１．２当量を超えた場合硬化までの時間が短くなりすぎたり、研磨パッドが過度に高硬度になったりするため、好ましくない。

本発明に係る研磨パッド表面には、必要に応じて孔や溝などの加工を施しても良い。これらは、研磨パッド上にスラリーを保持して、被研磨物（ウエハ）を効率良く研磨する為に有効に作用する。孔加工を施すことにより、研磨パッドの硬度が低下したり、圧縮率が上昇したりした場合、不織布の密度を選択する事により、研磨パッド全体の密度を高くする事ができる。ここで、本発明に係る研磨パッドとしての「密度」は、０．５ｇ／ｃｍ^３以上であれば良好な平坦度を得られる。しかしながら、高すぎると孔の存在率が低下してスラリーを十分研磨パッド上に保持できなくなり、研磨レートが低下することとなるため、上限は０．８ｇ／ｃｍ^３程度が好ましく、より好ましくは０．６ｇ／ｃｍ^３程度である。

次に、本発明の実施例１を詳細に説明する。
目付け２５０ｇ／ｍ²のポリエステル不織布をプレポリマー中のイソシアネート基に対する硬化剤中のアミン基の量が０．９当量となるよう、イソシアネート末端のプレポリマーとメチレンビス(２，３−ジクロロアニリン)を混合し、固形分が２７％になる様にＭＥＫ（メチルエチルケトン）にて希釈した溶液に浸漬した後、オーブンで硬化させた。ウレタン溶液の含浸量は、硬化後の密度が０．６ｇ／ｃｍ^３になるよう調整した。

次に、このシートの表面、裏面を高速回転する研削装置により研削し、厚さを１．２７ｍｍに仕上げ研磨パッドを得た。この研磨パッドを使用してエッチドシリコンウエハを一次研磨した。研磨機は米国ストラスバー社製研磨機（機器名：６ＣＡ）を使用し、得られた研磨パッドを両面テープにて定盤に固定した。定盤の回転速度を１１５ｒｐｍとし、シリカ砥粒を含むスラリーを毎分３００ｍｌ滴下して研磨を行った。研磨したウエハは、日本ＡＤＥ株式会社製測定器（機器名：ウルトラゲージ９５００Ａ）を使用してその平坦度を測定した。また、試作した研磨パッドの物性について、「圧縮率」、「回復率」、「硬度」および「密度」を測定した。結果を図２乃至図４に示す。

＜比較例＞
硬化剤にＭｂＯＣＡを使用した以外は、全て実施例１を同じ条件として研磨パッドを製作し、実施例１と同様に研磨試験および研磨パッドの物性を測定した。結果を図２および図４に示す。

図２は、実施例１と比較例の研磨パッドの特性を示す図である。
図２に示すとおり、実施例１の研磨パッドは、「圧縮率」が２．３０％、「回復率」が６２％、「硬度」が９２％、「密度が０．６１ｇ／ｃｍ^３」と本発明を満足する値を示した。

図３は、図１の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図である。
図３に示すとおり、実施例１における研磨パッドを用いて研磨した場合、十分な圧縮率を有することにより、移動するウエハ１のエッジ部分８に、研磨パッド４が戻ろうとする方向７に圧力がほとんどかかることなく、「フチダレ」が生じなかった。

図４は、実施例１と比較例の研磨試験の結果を示す図である。
図４に示すとおり、実施例１の研磨パッドによる研磨試験結果は、ＧＢＩＲが１．０μｍ以下、ＳＦＱＲが０．５μｍ以下の良好な平坦度を得る事ができた。

本発明によれば、回復率を最適な値とした研磨パッドを用いることにより、被研磨物のエッジ部分の角が削れた状態にならない、すなわち被研磨物表面全体の平坦性を確保することができる。

また、本発明による研磨パッドを使用することにより、被研磨物表面全面にデバイスを作成することができ、デバイス製造工程における製品歩留まりの向上が可能である。

一般的な研磨構造を示す図。 実施例１と比較例の研磨パッドの特性を示す図。 本発明に係る、図１の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図。 実施例１と比較例の研磨試験の結果を示す図。 従来技術に係る、図１の一点鎖線で囲んだ部分の拡大図。

符号の説明

１ 被研磨物
２ 研磨ヘッド
３ 定盤
４ 研磨パッド
５、６ 回転方向
７ 圧力方向
８ エッジ部分

Claims (4)

1. 半導体などの製造における研磨工程に用いられる研磨パッドであって、
   （ａ）硬度が９０〜１００、
   （ｂ）圧縮率が１．０〜２．５％、
   （ｃ）回復率が５０〜６５％、
   であることを特徴とする研磨パッド。
2. 半導体などの製造における研磨工程に用いられる研磨パッドであって、
   不織布にポリウレタンを含浸して硬化させたもので、
   （ａ）硬度が９０〜１００、
   （ｂ）圧縮率が１．０〜２．５％、
   （ｃ）回復率が５０〜６５％、
   の物性を有することを特徴とする研磨パッド。
3. 半導体などの製造における研磨工程に用いられる研磨パッドであって、
   不織布にポリウレタンを含浸して硬化させたもので、
   （ａ）硬度が９０〜１００、
   （ｂ）圧縮率が１．０〜２．５％、
   （ｃ）回復率が５０〜６５％、
   の物性を有し、
   前記ポリウレタンがプレポリマーとメチレンビス(２，３−ジクロロアニリン)の硬化剤からなる
   ことを特徴とする研磨パッド。
4. 前記ポリウレタン中の硬化剤の添加量が、プレポリマー中のイソシアネート基に対する硬化剤中のアミン基が０．８〜１．２当量であることを特徴とする請求項３記載の研磨パッド。

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