JP2008062324A - 研磨用パッドおよびメッキ用パッド - Google Patents

Abstract

【課題】電解液やメッキ液が均一に分散されて均一な研磨面あるいはメッキ面が得られるようにする。
【解決手段】被研磨物や被メッキ物に圧接されて相対的に摺動されるパッドにおいて、被研磨物や被メッキ物に圧接される研磨層３を、超極細繊維で構成するとともに、下地層４に貫通孔４を形成し、貫通孔４を介して供給される電解液やメッキ液が、超極細繊維からなる研磨層３で均一に分散され、電流密度が均等になるようにしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電解研磨に用いられる研磨用パッドおよび電解メッキに用いられるメッキ用パッドに関する。

半導体装置の製造工程などにおけるウェハ等の被研磨物の平坦化処理では、研磨パッドを定盤に保持し、ウェハ等の被研磨物を研磨ヘッドに保持して、研磨スラリーを供給しながら、研磨パッドと被研磨物とを加圧した状態で相対的に摺動させることによって研磨を行なうＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械研磨）法が用いられる（例えば、特許文献１参照）。

かかるＣＭＰ法では、一般にポリウレタン製の研磨パッドが用いられるが、硬度の低いＣｕ膜の研磨加工では、スクラッチなどの表面欠陥が生じ、かかる表面欠陥を防ぐには、研磨加工時の加工圧力を下げる必要があるが、加工圧力を下げると、十分な研磨レートを確保できないという難点がある。
特開２００５−２５９９８０号公報

このため、ＣＭＰと電解研磨とを組み合わせることによって、低い加工圧力で、通常の研磨レートを得ることができるようにした複合型の電解研磨（ＥＣＭＰ：Electro Chemical Mechanical Polishing ）法も提案されている。

かかる電解研磨用のパッドとして、既存のポリウレタン製の研磨パッドに、電解液の流路となる貫通孔や溝を形成したものを用いる場合には、貫通孔や溝の周辺部と残余の部分とで電解液の流動が不均一となって部分的な放電が生じ、均一な研磨が困難になるといった課題がある。

また、電解研磨と同様に、電解メッキとＣＭＰとを組み合わせた複合型の電解メッキ（ＥＣＭＤ：Electro Chemical Mechanical Deposition ）に用いるパッドについても同様の課題がある。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、電解液やメッキ液の流動を円滑にして均一な研磨面あるいはメッキ面が得られるようにすることを目的とする。

本発明の研磨用パッドあるいはメッキ用パッドは、被研磨物あるいは被メッキ物に圧接されて相対的に摺動されるパッドであって、前記被研磨物あるいは被メッキ物に圧接される研磨面が、超極細繊維からなるものである。

この超極細繊維は、繊維を数本から数百本撚り合わせた状態のものであってもよく、この超極細繊維の直径は、２μｍ〜１００μｍであるのが好ましい。

研磨面は、この超極細繊維の織布あるいは不織布などのシートからなるのが好ましい。

このシートの厚みは、０．１ｍｍ〜５ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは、０．８ｍｍ〜２ｍｍである。０．１ｍｍ未満である場合には、耐磨耗性が低く寿命が短くなり、５ｍｍを超える場合には、研磨後の被研磨物表面の平坦性が確保できなくなるため、好ましくない。

本発明の研磨用パッドあるいはメッキ用パッドは、超極細繊維からなる研磨層の一層構造としてもよい。

本発明によると、被研磨物や被メッキ物に圧接摺動される研磨面は、超極細繊維から構成されるので、電解液やメッキ液が、繊維の隙間から均一に染込んで分散され、あるいは、細い繊維の間の窪みがミクロポケットの役割をして電解液やメッキ液が円滑に流動運搬され、これによって、電流密度が均等となって均一な研磨あるいはメッキが可能となる。しかも、超極細の繊維で構成されているので、被研磨物や被メッキ物にスクラッチ等の表面欠陥が生じにくいものとなる。

本発明の一つの実施形態では、前記研磨面を有する研磨層の下層に、下地層を有する構成としてもよい。

この下地層は、多孔質の発泡層であるのが好ましく、電解液あるいはメッキ液の流路となる貫通孔が形成されるのが好ましい。

この実施形態によると、下地層によって適度のクッション性を得ることができ、スクラッチ等の表面欠陥の発生を効果的に抑制することができ、また、下地層の貫通孔を介して電解液あるいはメッキ液が、超極細繊維からなる研磨層に供給され、研磨層で均一に分散されることになる。

本発明によれば、被研磨物や被メッキ物に圧接されて相対的に摺動される研磨面は、超極細繊維から構成されるので、電解液やメッキ液が均一に染込んで分散され、あるいは、細い繊維の間の窪みがミクロポケットの役割をして電解液やメッキ液が円滑に流動運搬され、これによって、電流密度が均等となって均一な研磨あるいはメッキが可能となる。しかも、超極細の繊維で構成されているので、被研磨物や被メッキ物にスクラッチ等の表面欠陥が生じにくいものとなる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るパッドの概略断面図である。

この実施形態のパッド１は、下地層２と、この下地層２上に両面テープを介して貼り付けられた超極細繊維の布からなる研磨層３とを備えている。

この実施形態のパッド１は、上述の複合型の電解研磨（ＥＣＭＰ）あるいは複合型の電解メッキ（ＥＣＭＤ）の電解研磨用パッドあるいは電解メッキ用パッドとして用いられるものであり、被研磨物あるいは被メッキ物に、研磨層３の表面の研磨面３ａが圧接され、相対的に摺動されて被研磨物あるいは被メッキ物を研磨するものである。

下地層２は、例えば、ウレタン樹脂の発泡層であり、この下地層２には、複合型の電解研磨の際の電解液あるいは複合型の電解メッキの際のメッキ液の供給流路となる多数の貫通孔４が形成されている。研磨層３を、下地層２の上に貼り付けるための上述の両面テープにも、前記貫通孔に連通する孔が形成されており、複合型の電解研磨の電解液（以下、単に「電解液」という）あるいは複合型の電解メッキのメッキ液（以下、単に「メッキ液」という）が、下地層２の貫通孔４を介して研磨層３に円滑に供給されるように構成されている。

この下地層２は、発泡層に限らず、ウレタン樹脂を含浸させた不織布層などであってもよい。

研磨層３を構成する超極細繊維の布は、直径２μｍ〜１００μｍの繊維からなるのが好ましい。直径が、２μｍ未満では、耐久性が十分得られず、直径が、１００μｍを越えると、被研磨物あるいは被メッキ物にスクラッチ等の表面欠陥が生じやすく好ましくない。
この超極細繊維の材質は、例えば、ポリエチレンやポリアクリルであるのが好ましく、この研磨層３として、例えば、東レ株式会社製のトレシー（登録商標）を用いることができる。

図２は、超極細繊維の布の表面のＳＥＭ写真であり、同図（ａ）は、直径２μｍの繊維の布を示し、同図（ｂ）は、直径１５μｍの繊維の布を示している。

このような超極細繊維で研磨面を構成することにより、繊維の間の隙間から電解液やメッキ液が染込んで均一に分散し、あるいは、細い繊維の間の窪みが、ミクロポケットの役割をし、電解液やメッキ液が前記窪みによって円滑に流動運搬されて均一に分散することになり、これによって、電流密度が均一となって均一な電解研磨あるいは電解メッキが可能となる。

既存のポリウレタン系のパッドの表面のポア（開口）に比べて、ミクロポケットとなる繊維の間の窪みは、より細かく均一に設けられているので、電解液やメッキ液が、既存のパッドに比べて、より均一に流動分散されることになる。

次に、この実施形態のパッド１を、複合型の電解メッキ用のパッドとして用いる場合について説明する。

図３は、図１のパッド１を用いて複合型の電解メッキを行なうための複合型の電解メッキ装置の概略構成図であり、この例では、銅メッキの場合について説明する。

回転駆動される上定盤５には、カソードリング６が周縁部に装着された被メッキ物としてのウェハ７が、バッキング材８によって保持されている。

上定盤５の下方位置には、ＣｕＳＯ_４等を含むメッキ液１２が貯留されたメッキ槽１１が配置されており、このメッキ槽１１内には、陽極１４が配置されている。

このメッキ槽１１は、メッキ液１２を回収する回収槽２０内に配置されている。この回収槽２０の底部には、排出口２０ａが設けられており、図示しない循環ポンプによって、排出口２０ａからのメッキ液１２が前記リサイクリングシステム１０に導入され、リサイクリングシステム１０で再生されたメッキ液は、矢符で示されるように、新たなメッキ液と共にメッキ槽１１に循環供給される。

このメッキ槽１１の上蓋に相当する部分が、下定盤１１ａとなっており、この下定盤１１ａには、メッキ槽１１内のメッキ液１２を上方に供給するための多数の供給孔１３が形成されている。この下定盤１１ａ上には、パッド１が、その貫通孔４が前記供給孔１３に連通するように、孔を有する両面テープなどによって取り付けられている。これによって、パッド１の研磨層３に、下方のメッキ槽１１からメッキ液１２が供給されるように構成されている。

ウェハ７に装着されたカソードリング６およびメッキ槽１１内に配置された陽極１４が電源１５に接続され、メッキ液１２を介して前記カソードリング６と陽極１４とに電流が供給される。

また、ウェハ７を、パッド１の研磨面３ａに圧接した状態で上定盤５が回転駆動されるとともに、循環ポンプによってメッキ槽１１のメッキ液１２がパッド１の研磨層３に供給される。

これによって、ウェハ７に、銅膜を電解メッキすると同時に、パッド１によってウェハ７表面を研磨する。

この実施形態によれば、研磨層３は、超極細繊維で構成されているので、下方から供給されるメッキ液が、繊維の間の隙間から染込んで均一に分散し、あるいは、細い繊維の間の窪みによって円滑に流動運搬されて均一に分散することになり、これによって、電流密度が均一となって均一な電解メッキが行われることになる。

この複合型の電解メッキ装置によって、次の条件で、実施例のパッドと、貫通孔を有する従来のウレタンパッドとを用いてそれぞれ複合型の電解メッキを行った。

被メッキ物を銅ウェハとし、メッキ液をＣｕＳＯ_４（４０ｇ／ｌ），Ｈ_２ＳＯ_４（１０ｇ／ｌ），ＨＣｌ（５０ｐｐｍ）として流量を１Ｌ／ｍｉｎとした。

また、メッキ液の温度を２０℃、上定盤５の回転を２０ｒｐｍ、メッキ電流を２０ｍＡ／ｃｍ^２とした。

図４および図５は、その結果を示すものであり、図４は、実施例のパッドを用いた場合のウェハの位置に対する膜抵抗の変化を示すものであり、図５は、従来例のパッドを用いた場合のウェハの位置に対する膜抵抗の変化を示すものである。各図において、黒四角は複合型の電解メッキ前を、白丸は複合型の電解メッキ後をそれぞれ示しており、また、横軸の位置は、「０」がウェハの中心位置を示している。

複合型の電解メッキ前は、図４および図５のいずれもウェハの位置によらず、一定の膜抵抗を示している。

実施例のパッドを用いた複合型の電解メッキでは、図４に示すように、ウェハの中心位置および両側のエッジ部分においても膜抵抗がほぼ一定であり、均一にメッキが形成されていることが分かる。

一方、従来例のパッドを用いた複合型の電解メッキでは、図５に示すように、ウェハの両側のエッジ部分は、メッキが進んで膜が厚くなっており、中心位置では、メッキが進んでおらず、不均一にメッキが形成されていることが分かる。

このように、超極細繊維からなる研磨層を有する実施例では、メッキ液が均一に分散されて均一にメッキが形成されていることが分かる。

次に、この実施形態のパッド１のコンディショニングについて説明する。

この実施形態のパッド１は、その研磨層３が上述のように超極細繊維で構成されているので、従来のウレタンパッドのようにダイヤモンドドレッサーによるコンディショニングを行うことはできない。

このため、図６に示すように、アーム１６に支持された超音波ヘッド１７を、パッド１に対向配置し、洗浄液を供給しながら前記超音波ヘッド１７から２０ＫＨｚ〜１．６ＭＨｚの超音波を付与してパッド１の表面の超極細繊維からなる研磨層３のコンディショニングを行なうようにしている。

パッドのコンディショニングは、超音波に限らず、例えば、図７に示すように、数十〜数百ＭＰａの超高圧水を、ノズル１８からパッド１に向けて噴射してコンディショニングを行なうようにしてもよい。

上述の実施形態では、超極細繊維からなる研磨層３を、両面テープによって下地層２に貼り付け、このパッド１を、下定盤１１ａに両面テープによって取り付けたけれども、他の実施形態として、図８に示すように、下定盤１１ａ上に、下地層２を配置し、その上に、下地層２よりも大径な超極細繊維からなるシート状の研磨層３を被せ、研磨層３の周縁部を挟むようにして下地層２の外周にリング状の固定具を嵌めた状態で、この固定具１９を、下定盤１１ａにボルトなどによって固定するようにしてもよい。

上述の実施形態では、超極細繊維からなる研磨層３には、下地層２を設けたけれども、他の実施形態として、超極細繊維からなる研磨層３のみでパッドを構成してもよい。

また、この場合、研磨層の交換を容易にするために、例えば、図９に示すように、超極細繊維からなるシート状の研磨層３を、ロール状にして供給巻取り可能に構成し、必要な領域を、下定盤１１ａに圧接した状態で使用するようにしてもよい。

上述の実施形態では、複合型の電解メッキに適用して説明したけれども、他の実施形態として、複合型の電解研磨にも同様に適用できるものであり、この場合は、電解メッキ液に代えて電解研磨液を使用するとともに、電極の極性を逆にすればよい。

本発明は、半導体ウェハの電解研磨や電解メッキなどに有用である。

本発明の一つの実施の形態に係る研磨パッドの概略断面図である。 超極細繊維の表面の電子顕微鏡写真である。 電解メッキ装置の概略構成図である。 実施例のパッドを用いた電解メッキの位置による膜抵抗の変化を示す図である。 従来例のパッドを用いた電解メッキの位置による膜抵抗の変化を示す図である。 超音波によるパッドのコンディショニングを示す図である。 超高圧水の噴射によるパッドのコンデイショニングを示す図である。 パッドの定盤への固定方法を示す図である。 他の実施形態のパッドの構成を示す図である。

符号の説明

１ パッド ２ 下地層
３ 研磨層 ４ 貫通孔
６ カソードリング １１ メッキ槽
１４ 陽極 １５ 電源

Claims (10)

1. 被研磨物に圧接されて相対的に摺動されるパッドであって、
   前記被研磨物に圧接される研磨面が、超極細繊維からなることを特徴とする研磨用パッド。
2. 被メッキ物に圧接されて相対的に摺動されるパッドであって、
   前記被メッキ物に圧接される研磨面が、超極細繊維からなることを特徴とするメッキ用パッド。
3. 前記超極細繊維が、直径２μｍ〜１００μｍの繊維である請求項１に記載の研磨用パッド。
4. 前記超極細繊維が、直径２μｍ〜１００μｍの繊維である請求項２に記載のメッキ用パッド。
5. 前記研磨面を有する研磨層の下層に、下地層を有する請求項１または３に記載の研磨用パッド。
6. 前記研磨面を有する研磨層の下層に、下地層を有する請求項２または４に記載のメッキ用パッド。
7. 前記下地層が、多孔質の発泡層である請求項５に記載の研磨用パッド。
8. 前記下地層が、多孔質の発泡層である請求項６に記載のメッキ用パッド。
9. 前記下地層には、電解液の流路となる貫通孔が形成されている請求項５または７に記載の研磨用パッド。
10. 前記下地層には、メッキ液の流路となる貫通孔が形成されている請求項６または８に記載のメッキ用パッド。