JP2009095944A

JP2009095944A - 研磨パッド

Info

Publication number: JP2009095944A
Application number: JP2007271081A
Authority: JP
Inventors: Koichi Yoshida; 光一吉田; Yoshitane Shigeta; 好胤繁田; Shinichi Matsumura; 進一松村; Saiko Boku; 栽弘朴; Naoko Kawai; 奈緒子河井; Maiko Oshida; 麻衣子押田; Hidenobu Mizumoto; 英伸水本
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2007-10-18
Filing date: 2007-10-18
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2027-10-18
Also published as: JP5575363B2

Abstract

【課題】研磨レートの低下を抑制する。
【解決手段】表面２ａが被研磨物に圧接される研磨層２を有し、研磨層２の裏面側に設けられる両面テープ３によって定盤に固定される研磨パッドであって、研磨層２の裏面と両面テープ３との間に、研磨スラリーを遮断する止水層８を設け、研磨層２の表面２ａに供給される研磨スラリーが、研磨層２の表面から裏面側の両面テープ３に浸透するのを防止し、両面テープ３の粘着材層６の成分が溶出するのを防止している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造工程などにおいて、化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing：以下「ＣＭＰ」という）法によってウェハ等の被研磨物の平坦化処理などを行う際に用いられる研磨パッドに関する。

一般に、ＣＭＰ法では、研磨パッドを定盤に保持し、シリコン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が行われる(例えば、特許文献１参照)。
特開２００３−２２４０９３号公報

研磨パッドの定盤への保持は、例えば、図５に示す両面テープ３を用いて行われる。図５に示される研磨パッドは、単層の研磨層２からなり、この研磨層２の裏面には、ＰＥＴフィルムなどの基材５の両面に粘着材層６を有する両面テープ３が設けられ、この両面テープ３の離型紙７を剥がして、図示しない定盤に、研磨パッドを接着固定するものである。

研磨層２は、例えば、発泡ポリウレタンからなり、発泡による多数の孔（ポア）を有している。研磨の際には、かかる孔が、研磨層２の表面２ａに開口し、表面２ａに供給される研磨スラリーに含まれる研磨砥粒を保持して効率的な研磨を可能にする。多数の孔には、研磨層２の厚みを越えて研磨層２を貫通するような大きな径のものが存在する。

かかる研磨層２を貫通するような大径の孔を介して、研磨層２の表面２ａ側に供給される研磨スラリーが、研磨層２の裏面側の両面テープ３の粘着材層６に達することになり、例えば、アルカリ性の強い研磨スラリーによって、粘着材層６の成分が溶出し、シリコンウェハ等の被研磨物に圧接される研磨層２の表面２ａに達して付着し、研磨レートを低下させるという課題がある。

また、研磨レートを低下させるだけではなく、両面テープ３の粘着材層６が溶出することによって、研磨パッドと両面テープ３との接着強度が弱くなって研磨パッドが、両面テープ３から剥がれる場合があるという課題もある。

特に、両面研磨においては、研磨スラリーを加圧して供給するために、両面テープの粘着材層の成分の溶出も促進されることになり、上記課題は、顕著となる。

また、上述の発泡による孔に限らず、研磨スラリーの保持性を改善する等の目的で、研磨パッドに施される加工穴が、研磨パッドの裏面の両面テープに達するような場合にも同様の課題が生じる。

本発明は、上述の点に鑑みて為されたものであって、両面テープによって定盤に固定される研磨パッドの研磨レートの低下を抑制することを主たる目的とし、更に、研磨パッドが両面テープから剥がれるのを防止することを目的とする。

本発明の研磨パッドは、表面が被研磨物に圧接される研磨層を有し、前記研磨層の裏面側に設けられる両面テープによって定盤に固定される研磨パッドであって、前記研磨層の裏面と前記両面テープとの間に、研磨スラリーを遮断する止水層を設けている。

止水層は、研磨スラリーを完全に遮断できるのが好ましいが、完全に遮断できなくても、研磨スラリーの浸透を抑制できればよい。

本発明によると、研磨層と両面テープとの間に、研磨スラリーを遮断する止水層を設けているので、研磨層の表面に供給される研磨スラリーが、研磨層の表面から裏面側の両面テープに浸透して両面テープの粘着材成分が溶け出すのを抑制することができ、これによって、粘着剤成分が研磨層の表面に付着して研磨レートが低下するのを防ぐことができ、また、研磨層が、両面テープから剥離するのを防止することができる。

本発明の一つの実施形態では、前記両面テープは、基材の両面に、粘着材層が形成されてなるものである。

この実施形態によると、止水層によって、研磨スラリーの両面テープへの浸透が遮断されるので、両面テープの粘着材層の成分が、溶出するのを防止することができる。また、両面テープの粘着材層によって、止水層と両面テープとを、確実容易に接着することができる。

本発明の他の実施形態では、前記研磨層が、発泡ポリウレタンである。

この実施形態によると、発泡ポリウレタンからなる研磨層の発泡による孔の径が大きくて、研磨層を貫通するような場合に、貫通する孔から研磨スラリーが、浸透しても、止水層によって両面テープに達するのを阻止することができる。

本発明の更に他の実施形態では、前記研磨層が、不織布にポリウレタンを含浸させて硬化させたものである。

この実施形態によると、ポリウレタンを含浸硬化させた不織布からなる研磨層を、研磨スラリーが浸透しても、止水層によって両面テープに達するのを阻止することができる。

本発明の好ましい実施形態では、前記止水層が、熱接着フィルムである。

この実施形態によると、熱接着フィルムを、加熱溶融させて、研磨層の裏面に接着して、止水層を設けることができる。また、フィルム状であるので、均一な厚さの止水層とすることができる。

この熱接着フィルムの溶融温度は、７０℃以上１２０℃以下であるのが好ましく、更に好ましくは、９０℃以上１００℃以下である。止水層を構成する熱接着フィルムは、その溶融温度が高い程、接着後の密度および架橋密度が高く、研磨スラリーに暴露されても、その成分が溶出することがない。

前記熱接着フィルムとしては、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、または、ＥＶＡオレフィン系を用いることができる。

また、研磨層が、ポリウレタンである場合には、熱接着フィルムとしては、ポリウレタン系が好ましく、ポリオール成分とイソシアネート成分の成分比がｍｏｌ％にて９０〜７０％：１０〜３０％であるのが好ましい。

また、前記熱接着フィルムのポリマーの分子量が、重量平均分子量にして２×１０^４〜４×１０^４であるのが好ましい。

本発明によれば、研磨層と両面テープとの間に、研磨スラリーを遮断する止水層を設けているので、研磨層の表面に供給される研磨スラリーが、研磨層の表面から裏面側の両面テープに浸透するのが防止され、両面テープの粘着材層の成分が溶け出して研磨層の表面に付着するのが抑制され、これによって、研磨レートの低下を防ぐことができ、また、研磨層が、両面テープから剥離するのを防止することができる。

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研磨パッドの概略断面図であり、上述の従来例に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

この実施形態の研磨パッドは、表面２ａがシリコンウェハなどの被研磨物に圧接される研磨層２を備える単層パッドであり、この研磨層２の裏面側には、定盤に固定するための両面テープ３が設けられる。

この実施形態の研磨層２は、ウレタン樹脂を発泡させた発泡ポリウレタンからなる。

このウレタン樹脂としては、ポリエーテル系、ポリエステル系、ポリエステルエーテル系、ポリカーボネート系のいずれのウレタン樹脂も使用することができる。各ウレタン樹脂の製造に使用されるポリオール成分としては、例えば、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール、ポリエチレンアジペート、ポリプロピレンアジペート、ポリオキシテトラメチレンアジペート等が挙げられる。また、イソシアネート成分としては、例えば、４−４’−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート等が挙げられる。

研磨層２の厚みは、例えば、０．８ｍｍ〜３．０ｍｍであり、発泡による孔（ポア）が多数存在する。この孔には、その最大径が、研磨層２の厚さ以上であるものが存在する。すなわち、研磨層２には、表面２ａの研磨面から裏面まで貫通する孔が存在する。

研磨層２の密度は、０．４ｇ／ｃｍ^３〜０．９ｇ／ｃｍ^３の範囲にあるのが好ましく、より好ましくは、０．５ｇ／ｃｍ^３程度である。

両面テープ３は、基材としての樹脂フィルム、例えば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム５と、その両面の、例えば、アクリル系の粘着材層６と、離型紙７とを備えている。

粘着材層６の粘着材は、常温で圧力をかけることにより流動化し、粘着機能を発現するものであり、粘着材の密度や架橋密度は、後述の止水層８を構成する熱接着フィルムに比べて、極めて低く、研磨スラリーに暴露させた場合には、熱接着フィルムよりも、はるかに容易に加水分解等が発生し、その成分が溶出するものである。

この実施形態では、研磨層２の表面２ａの研磨面に供給される研磨スラリーが、研磨層２を貫通する孔を介して両面テープ３の粘着材層６に達し、粘着材層６の成分が溶出するのを防止するために、研磨層２の裏面と両面テープ３との間に、止水層８を設けている。

この実施形態では、止水層８は、ホットメルト接着剤である熱接着フィルムからなり、この熱接着フィルムとしては、例えば、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、または、ＥＶＡ（Ethylene vinyl acetate）オレフィン系のいずれかの材料を用いることができる。

この実施形態では、研磨層２が発泡ポリウレタンであるので、止水層８として、同じポリウレタン系の熱接着フィルムを用いており、このポリウレタン系の熱接着フィルムは、ポリオール成分とイソシアネート成分とから成り、その成分比がｍｏｌ％にて９０〜７０％：１０〜３０％であるのが好ましい。

また、熱接着フィルムのポリマーの分子量が、重量平均分子量にして２×１０^４〜４×１０^４であるのが好ましく、特に、２．５×１０^４〜３．５×１０^４であるのが好ましい。

熱接着フィルムは、基本的に接着剤であって、粘着性を有しておらず、接着力を発現させる為にはその形態を変化させる必要があり、通常は、約１００℃以上の温度を一定時間かける必要がある。一般的な研磨時の温度は、約３０℃-４０℃である為、熱接着フィルムが、両面テープ３の粘着材層６のように研磨スラリーに溶け出すことはない。

この熱接着フィルムの溶融温度が高いもの程、接着後の密度および架橋密度も高くなり、研磨スラリーに暴露されても、成分が溶出することがなく、したがって、熱接着フィルムの溶融温度は、最低１００℃以上、好ましくは、１２０℃程度である。

止水層８の厚さは、０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍであるのが好ましい。特に、０．０７ｍｍ程度あれば、十分な止水効果と接着力が得られる。

この止水層８は、例えば、平面プレスあるいはロールプレスにより、研磨層２の裏面側に熱プレスによって設けることができる。

量産性の観点からは、熱接着フィルムの流動化温度は、８０℃-１００℃であるのが好ましく、また、溶融粘度としては、３００ｐｓ以下であるのが、加工上好ましい。

止水層８が接着された研磨層２に、両面テープ３を、熱圧着して、上述の図１の研磨パッドを得ることができる。

両面テープ３は、上述のように粘着材層６を有しているので、この粘着材層６によって、研磨層２の裏面の止水層８に十分な強度で接着される。

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

化学的に発砲させたポリウレタンからなる研磨層の裏面に、ウレタン系の熱接着フィルム（ポリオール成分：イソシアネート成分（ｍｏｌ％）にておよそ８５％：１５％、重量平均分子量２．８×１０^４）を止水層として熱接着し、次に両面テープを止水層に熱圧着して実施例の研磨パッドのサンプルを製作した。また、化学的に発砲させたポリウレタンからなる研磨層の裏面に、両面テープを熱圧着して、従来と同様の比較例の研磨パッドのサンプルを製作した。

次に、下記の研磨条件で、実施例および比較例の研磨パッドを用いて両面研磨を行い、ＡＤＥ社製のＵｌｔｒａＧａｇｅ９５００Ａを用いて研磨レートを計測した。

研磨条件
・研磨スラリー:コロイダル・シリカ・スラリー、ｐＨ１１
・研磨機:１４４０ｍｍ定盤、両面研磨機
・プラテン回転速度: 上;２０ｒｐｍ/下；１５ｒｐｍ/ キャリア;２４ｒｐｍ
・スラリー流量: １０Ｌ／ｍｉｎ
・研磨パッド実施例（止水層有）、比較例（止水層無し）
・加圧力: １８０ｇｆ/ｃｍ^２
・研磨時間:４０ｍｉｎ
・スラリー希釈倍率: １:２０(2.5 %Solid@POU)
ドレス条件1
・プラテン回転速度: 上;２０ｒｐｍ/下；２０ｒｐｍ/ キャリア;２４ｒｐｍ
・リンス流量: ５Ｌ／ｍｉｎ
・加圧力: １００ｇｆ／ｃｍ^２
・研磨時間: ２ｍｉｎ
・ドレス:#１００,１０ｍｉｎ
ドレス条件2
・プラテン回転速度: 上;３０ｒｐｍ/下；３０ｒｐｍ/ ドレス;６０ｒｐｍ
・リンス流量: ５Ｌ／ｍｉｎ
・加圧力: １００ｇｆ／ｃｍ^２
・研磨時間:２ｍｉｎ
・ドレス:#１００ or#８０１０ｍｉｎ
図２は、研磨結果を示す図であり、横軸は研磨時間（ｍｉｎ）を、縦軸は研磨レート（μｍ）をそれぞれ示している。

この図２に示すように、止水層が無い比較例の研磨パッドでは、研磨時間の経過に伴って研磨レートが低下し、２，０００分研磨後には、研磨レートが０．４μｍ／ｍｉｎを下回っている。

これに対して、止水層を備える実施例の研磨パッドでは、研磨レートの低下が殆どなく、１４，０００分以上の研磨時間に亘って、研磨レートが０．４μｍ／ｍｉｎ以上を維持していることが分かる。

このように、止水層を設けた実施例の研磨パッドでは、１４，０００分以上と長期に渡り、０．４μｍ／ｍｉｎの高い研磨レートを維持した。

次に、剥離試験を下記の手順で行った。

上述の実施例および比較例と同様の構成の幅２５ｍｍの剥離強度測定用サンプルを製作した。製作した実施例および比較例のサンプルを、ｐＨ１０．５, ４０℃のスラリー中に二日間、および七日間浸漬し、１８０度剥離にて剥離強度をそれぞれ測定した。サンプルは、各ｎ＝３を用意して再現性も確認した。

図３に、その結果を示す。止水層無しの比較例のサンプルでは、二日間、七日間共に１０Ｎ／２５ｍｍを下回る剥離強度であったのに対して、止水層を有する実施例のサンプルでは、２０Ｎ／２５ｍｍ〜２５Ｎ／２５ｍｍと、約二倍以上の剥離強度を示した。

更に、実施例と同様の構成の幅２５ｍｍの剥離強度測定用サンプルを製作した。製作した実施例のサンプルをｐＨ１０．５, ４０℃のスラリー中に４８日間浸漬し、１８０度剥離にて剥離強度を測定した。

図４にその結果を示す。実施例では、４８日間２５Ｎ/２５ｍｍを上回る剥離強度を維持した。

以上のように実施例の研磨パッドでは、比較例の研磨パッドに比べて、研磨レートの低下が抑制されるとともに、高い剥離強度を維持することが確認された。

上述の実施形態では、研磨層２は、発泡ポリウレタンであったけれども、本発明の他の実施形態として、ポリアミド系、ポリエステル系等の不織布にウレタン樹脂を含浸させて硬化させてなるウレタン含浸不織布としてもよい。

このウレタン含浸不織布からなる研磨層の厚さは、０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ程度が好ましく、硬度（アスカーＣ）は、７８〜９８程度であるのが好ましい。

本発明は、半導体ウェハや精密ガラス基板などの研磨に有用である。

本発明の実施の形態に係る研磨パッドの一部の概略断面図である。研磨レートの推移を示す図である。剥離強度試験の結果を示す図である。剥離強度試験結果を示す図である。従来例の研磨パッドの概略断面図である。

符号の説明

２研磨層３両面テープ
６粘着材層８止水層

Claims

表面が被研磨物に圧接される研磨層を有し、前記研磨層の裏面側に設けられる両面テープによって定盤に固定される研磨パッドであって、
前記研磨層の裏面と前記両面テープとの間に、研磨スラリーを遮断する止水層を設けたことを特徴とする研磨パッド。
前記両面テープが、基材の両面に、粘着材層が形成されてなる請求項１に記載の研磨パッド。
前記研磨層が、発泡ポリウレタンである請求項１または２に記載の研磨パッド。
前記研磨層が、不織布にポリウレタンを含浸させて硬化させたものである請求項１または２に記載の研磨パッド。
前記止水層が、熱接着フィルムである請求項１〜４のいずれか一項に記載の研磨パッド。
前記熱接着フィルムの材質が、ポリアミド系、ポリウレタン系、ポリエステル系、または、ＥＶＡオレフィン系のいずれかである請求項５に記載の研磨パッド。
前記熱接着フィルムの材質が、ポリウレタン系であって、ポリオール成分とイソシアネート成分から成り、その成分比がｍｏｌ％にて９０〜７０％：１０〜３０％である請求項６に記載の研磨パッド。
前記熱接着フィルムのポリマーの分子量が、重量平均分子量にして２×１０⁴〜４×１０⁴である請求項７に記載の研磨パッド。