JP2010157619A - 研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】 ノッチ研磨において、ノッチ部及びその周辺部を鏡面に仕上げることができ、かつ、製品寿命が長いノッチ研磨用の研磨パッドを提供する。
【解決手段】 研磨パッドの内層部と外層部とで、密度に違いのある三層構造を有することを特徴とする。密度に違いのある三層構造は、基材にウレタン樹脂を含浸して、外層部の樹脂密度と内層部の樹脂密度を異ならせ、層間に境目のない三層構造を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体装置の製造プロセスにおけるウェーハの研磨に使用される研磨パッドに関する。

従来ＩＣ（Integrated Circuit）、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＶＬＳＩ（
Very Large Scale Integration）等の半導体を用いた集積回路の原材料となるシリコンウェーハ等の極めて高い平面度や平行度が要求される板状の材料の製造工程において、精密な寸法精度を得るための平面加工は、回転可能な定盤、あるいは表面に研磨パッドを貼付した回転可能な定盤によるラッピング加工機あるいはポリシング加工機によって行われる。

単結晶であるウェーハには、その結晶方向を示すために必ずオリエンテーションフラット、あるいはノッチ部が形成されている。特に、近年は、製品の収率や歩留まりを上げるために、ウェーハ表面積のロスがオリエンテーションフラットよりも少ないノッチ部を形成することが多い。

ノッチ部は、ウェーハの最外周周縁のエッジ部分に形成された小さい切り込み状の部分であり、切り込みがＵ字形の形状のもの、及びＶ字形の形状のものの２通りのものが有る。シリコンウェーハの加工においては、その表面部分の加工とともにその周縁のエッジ部分も、チッピング防止やダストの巻き込みを防止することを目的として、鈍角を持つように、または円弧状のプロファイルを持つように面取りされた上で、鏡面加工が施される。

ウェーハのノッチ部を研磨するための研磨パッドは、合成繊維の不織布を原材料とし、樹脂が処理されたもの等が用いられている。しかし従来の研磨パッドでは、ノッチ研磨時のせん断力によって、短時間で、研磨中に合成繊維や不織布が突出して使用ができなくなる事態を招くことになる。特に、ノッチ部とウェーハ外周とが交わる端面において、研磨パッドの磨耗は激しく、研磨パッドの寿命が短くなる。このため、コスト管理が激化する昨今において、研磨性能と長寿命化の要求は大きくなっている。

このようなノッチ研磨用の研磨パッドとして、例えば、外周部が、不織布またはスウェードタイプの材料からなる内側の軟質パッド層と、ポリウレタンからなる外側の硬質パッド層の２層タイプの研磨パッドがある（例えば、特許文献１参照。）

特開２００４−２２３６８４号公報

ノッチ研磨において、研磨パッドの外周部がせん断力によって、磨耗しながら形状変化を引き起こし、変形した研磨パッドがノッチ部の更に外側のウェーハ鏡面部などに接触することによって生じるオーバーポリッシュと呼ばれる、不具合が発生することを防ぐために、研磨パッドとしてダイヤモンドドレッサー等を用いて、パッド形状の修正が行われている。

特許文献１に開示される研磨パッドは、外側に磨耗しにくい硬質パッドを用いることでパットの形状変形が抑制され、それによってオーバーポリッシュを抑制している。

しかしながら、特許文献１に開示される研磨パッドは、内側の軟質パッド層には不織布又はスウェードタイプの材料が用いられ、外側の硬質パッド層にはポリウレタンが用いられ、異なる材料を貼り合わせた２層構造である。このため、微小な面積に荷重の掛かるノッチ研磨では、異なる材料の変形量の違いによって発生する歪や、層間へのスラリーの浸透や研磨パッドの磨耗などを原因とした、軟質パッド層と硬質パッド層の貼り合わせ部の剥がれが避けられないため、製品寿命が短くなるという問題がある。

また、ノッチ部の形状に柔軟に追従して研磨し、優れた研磨性能を得るためには、内側の軟質層と外側の硬質層の厚みのバランスを保つ必要があり、硬質層の厚みに制限がある。この点、使用中の研磨環境下では、研磨パッドの磨耗および変形が避けられないため、使用中に硬質層の厚みを正確に測定して、製品寿命を判断することが困難であり、安全を考慮して、本来の製品寿命より早めに、交換せざるを得ないという問題がある。同様に、パッド形状の修正も、この厚み制限内でしか実施することができない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、特にノッチ部およびその周辺部の研磨に好適で、かつ、製品寿命の長い研磨パッドを提供することを目的とする。

本発明は、ウェーハを研磨するための研磨パッドにおいて、
研磨パッドの内層部と外層部とで、密度に違いのある三層構造を有することを特徴とする研磨パッドである。

本発明によれば、研磨パッドの内層部と外層部とで、密度に違いのある三層構造を有し、基材にウレタン樹脂を含浸して、外層部の樹脂密度と内層部の樹脂密度とが異なり、層間に境目のない三層構造を形成することによって、研磨による磨耗および、ドレッシング時の形状変形を抑制し、特にノッチ部およびその周辺部の研磨に好適で、かつ、寿命の長い研磨パッドを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態である研磨パッド１の構成を示す模式図である。

研磨パッド１は、樹脂密度の高い外層部２と、外層部２よりも樹脂密度の低い内層部３とを有する。なお、図面では、研磨パッド１の構成が分かり易いように、外層部２と内層部３との境界を明示しているが、以下の製造方法にも示すように、研磨パッド１は、不織布にウレタン樹脂を含浸させ、凝固して得られるものであり、外層部２と内層部３との間に、図に示すような明確な境界が存在するわけではない。
次に研磨パッド１の製造方法の一例を説明する。

（１）ウレタン樹脂と溶媒の含浸溶液混合工程
本工程では、含浸溶液を混合する。湿式のウレタン樹脂を、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）などの溶媒に混合して、ウレタン樹脂を溶解させて、含浸溶液としてのウレタン樹脂溶液を製造する。

含浸溶液としてのウレタン樹脂としては、ポリエステル系あるいはポリエーテル系、ポリカーボネート系などのウレタン樹脂を用いることができ、異なる２種類のウレタン樹脂をブレンドしてもよい。

ウレタン樹脂を溶解させる溶媒としては、上述のジメチルホルムアミドの他、例えば、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルアセトアミド等の溶媒を用いることができる。

（２）含浸工程
本工程では、研磨パッドの基材としてフェルト等の不織布を用い、ウレタン樹脂と溶媒の含浸溶液混合工程で混合した含浸溶液に含浸する。

不織布としては、例えば、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリアミド繊維から選ばれる１種または２種以上の繊維を含むものであって、一様に均一な不織布を用いることができる。

次に、含浸溶液を含浸させた不織布を凝固水中で凝固して、ウレタン樹脂を湿式凝固させて、樹脂密度の高い多孔質体で構成される外層部と、外層部よりも樹脂密度の低い多孔質体で構成される内層部とを形成する。

その後、水で洗浄して含浸溶液の溶媒を除去した後、乾燥し、ウレタン樹脂が含浸、凝固した不織布の表裏面を平面研削(バフ)して多孔質体の研磨パッドを得る。前記凝固水は、不織布である基材にウレタン樹脂を固体化させ、定着するための液体であり、特に制限はないが、半導体デバイスなどの製造工程での使用を考慮すると、たとえば、純水、超純水、イオン交換水、蒸留水などが好ましく、必要に応じて、ＤＭＦを加えても良い。

図２は、本発明の実施形態に係る研磨パッド１の形状例を示す。図２（ａ）、図２（ｂ）いずれも上側が平面図、下側が断面図を示す。

研磨布パッド全体の形状は、特に限定されないが、主にリング形状、円板形状などで作製される。研磨時にノッチ部と接触する周縁部の形状は、ノッチ部の切り欠き形状に合わせた形状とすることが好ましい。

図２（ａ）に示すように、研磨パッド１は、リング形状であり、周縁部の厚み方向の断面形状は、大略Ｖ字形状であり、先端部が平坦になっている。図２（ｂ）に示すように、研磨パッド１は、リング形状であり、周縁部の厚み方向の断面形状は、Ｕ字形状となっている。図２（ｃ）に示すように、研磨パッド１は、リング形状であり、周縁部の厚み方向の断面形状は、図２（ａ）に類似した大略Ｖ字形状であり、先端部が鋭角になっている。図２（ｄ）に示すように、研磨パッド１は、リング形状であり、周縁部の厚み方向の断面形状は、長方形状となっている。

本発明によれば、一様に均一な不織布をウレタン樹脂溶液に含浸して凝固することによって、特に研磨パッドの表面から厚み方向に約１／３の深さまでの外層部で、ウレタン樹脂の密度が高くなり、外層部と内層部とで樹脂密度に差がある状態となる。さらに次工程で乾燥することによって、不織布と含浸樹脂とが一体となり硬化した状態となる。この構造により、不織布の繊維および、ウレタン樹脂が一体となることによって、それぞれ単体での場合を上回る強度が得られ、樹脂密度に応じて、外層部の強度が特に高くなる。

また、本発明の研磨パッドの製造方法としては、不織布にウレタン樹脂を厚み方向一方側から含浸させ、所定深さまで含浸させたのち、不織布を反転して不織布の他方側から含浸させることで両面を含浸させる方法、ウレタン樹脂を含浸後に外部から熱を加えて外層部を硬化させる方法、または、内層部を両側から外層部で挟む三層構造において、単なる貼り合わせではなく、内層部と外層部との接合面を熱や化学成分などで溶着し、層間をシームレス化する方法などを用いても良い。

（実施例）
実施例には、不織布にポリエステル繊維（ＥＸＢＳ１０００Ｌ、金井重要工業製）を用い、含浸樹脂にウレタン樹脂（Ｌ−３１５、三井武田製）を用いて、研磨パッドを作成した。実施例の研磨パッドの断面写真を図３（ａ）に示す。

（比較例）
比較例には、既存の製品ＧＳ１８０（ローム・アンド・ハース製）を用いた。比較例の研磨パッドの断面写真を図３（ｂ）に示す。

（評価方法）
パッド寿命は、ノッチ研磨において、実施例と比較例とを比較し、研磨パッドが破断するまでの相対時間を示している。

波形状不良率は、ＣＣＤカメラを用いて撮影した画像に基づいて、欠陥検査の相対値を示している。

空壁の面積率は、画像処理部分において空壁部が占める割合（％）であり、画像処理ソフト（ＷｉｎＲＯＯＦ、三谷商事製）を用いて算出し、樹脂密度として評価する。

＜ＷｉｎＲＯＯＦ測定条件＞
コントラスト：１００、明るさ：５０、閾値：０−２００、測定面積：厚み方向にて３等分。

表１は、上記評価方法を用いて、本発明に係る実施例と比較例について、厚み方向にて空壁の面積率を評価した結果を示す。

表２は、上記評価方法を用いて、本発明に係る実施例と比較例について、ノッチ研磨試験を行った結果を示す。

図４は、ノッチ研磨の概略を示す図を示す。ノッチ研磨では、リング状の研磨パッド１を研磨パッド治具４によって保持するとともに回転させ、ウェーハ５のノッチ部に研磨パッド１の周縁部を接触させることで研磨を行う。

＜研磨条件＞
研磨パッド回転数：７００ｒｐｍ
加工圧力：１．５ｋｇ／ｃｍ２
スラリー：エッジミラーＶ（ニッタ・ハース株式会社製）

表１から明らかなように、実施例の空壁の面積率は外層部が、内層部より低くなっていることより、樹脂密度は外層部が内層部よりも高くなっていることがわかる。これに対し、比較例は、空壁の面積率が厚み方向で差が無く、さらに全体的に空壁の面積率が実施例よりも高いため、実施例よりも樹脂密度が低くなっている。このため、実施例の外層部の強度が高くなっていることがわかる。

表２から明らかなように、結果として、本発明に係る研磨パッドの寿命は比較例に比べ、１．３倍に向上し、波形状不良率は約半分に低減することができた。これは、研磨パッドの外層において樹脂密度を高く含浸して凝固することによって、樹脂の耐摩耗性を高め、研磨パッドの寿命を延ばすだけでなく、波形状不良の原因となる研磨パッドの変形が、樹脂密度の高い外層部によって低減することができたことを示している。

また、ウェーハのノッチ部に応じて変形量が大きくなる周縁部に対しては、従来の異なる材料による２層構造のような極端な変形とは異なり、外層部の内側にて樹脂密度の低い内層部が境目の無い一体構造にてサポートすることにより、樹脂密度に応じた緩やかな変形を起こし、ノッチの形状に研磨パッドが追従し、研磨パッド内の応力の集中を防ぐことが可能である。

このように、研磨パッドの外層部の樹脂密度が高くなり、内側層の密度が低くなり多孔質を形成するウレタン樹脂を用いて、研磨パッドの磨耗を抑制することによって、波型状不良率を低減することができる。また、外層部と内層部とを一体構造とすることによって、強度が向上し、また、樹脂密度に応じた緩やかな変形によって、製品寿命を延ばすことが可能となった。

また、樹脂密度の違いが、構造的に境目無く得られることによって、本発明に係る研磨パッドは、ダイヤモンドドレッサーなどを用いて、パッド形状の修正が可能であり、パッドの寿命を延ばすことが可能である。

また、パッド寿命が長いことによって、研磨中の研磨パッドの、ウェーハの反対側にドレッサーを設置することにて、研磨しながら、同時に研磨パッド形状の修正も可能となる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において設計変更可能なことは言うまでもない。

本発明の実施形態である研磨パッド１の構成を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る研磨パッド１の形状例を示す図である。 実施例および比較例の断面写真である。 ノッチ研磨の概略を示す図である。

符号の説明

１ 研磨パッド
２ 外層部
３ 内層部

Claims (2)

1. ウェーハを研磨するための研磨パッドにおいて、
   研磨パッドの内層部と外層部とで、密度に違いのある三層構造を有することを特徴とする研磨パッド。
2. 三層構造として、基材にウレタン樹脂を含浸して、外層部の樹脂密度と内層部の樹脂密度とが異なり、層間に境目のない三層構造を有することを特徴とする請求項１記載の研磨パッド。