JP2010194667A - 樹脂板の歪み取り装置、および歪み取り方法 - Google Patents

Abstract

【課題】研磨パッドを製造する際には、歪みの無い研磨層を使用する必要があるが、該研磨層は樹脂ブロックからシート状にスライスした樹脂板を用いるため、機械加工上、歪みを生じてしまう。樹脂板の歪みを取る装置および方法を提供する。
【解決手段】（１）樹脂板を加熱する機構、樹脂板を減圧機構と多孔質吸着板によって吸着して固定する機構、および樹脂板を吸着したまま冷却を行う機構を有することを特徴とする樹脂板の歪み取り装置。（２）樹脂板を加熱し、樹脂板を減圧機構と多孔質吸着板によって吸着して固定し、樹脂板を吸着したまま冷却する樹脂板の歪み取り方法であって、樹脂板の加熱温度が７０℃以上１３０℃以下である樹脂板の歪み取り方法。
【選択図】なし

Description

本発明は樹脂板を用いた機械加工において樹脂板の歪みを改善する装置、およびその歪み取り方法に関するものである。

半導体メモリに代表される大規模集積回路（ＬＳＩ）は、年々集積化が進んでおり、それに伴い大規模集積回路の製造技術も高密度化が進んでいる。さらに、この高密度化に伴い、半導体デバイス製造箇所の積層数も増加している。その積層数の増加により、従来は問題とならなかった積層により生じる半導体基板主面の凹凸が問題となっている。このため、積層により生じる凹凸に起因する露光時の焦点深度不足を補う目的で、あるいはスルーホール部の平坦化による配線密度を向上させる目的で、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）技術を用いた半導体基板の平坦化が検討されている（例えば、非特許文献１）。

一般にＣＭＰ装置は、被研磨物である半導体基板を保持する研磨ヘッド、被研磨物の研磨処理をおこなうための研磨パッド、前記研磨パッドを保持する研磨定盤から構成されている。そして、半導体基板の研磨処理は研磨剤（砥粒）と薬液からなる研磨スラリーを用いて、半導体基板と研磨パッドを相対運動させることにより、半導体基板表面の層の突出した部分を除去し、半導体基板表面の層を滑らかにするものである。

現在ＣＭＰで使用されている代表的な研磨パッドとしては、微細発泡構造（気泡径：約３０〜５０μｍ）を有する硬質ポリウレタンを研磨層とする研磨パッドや、該研磨層にクッション層であるポリウレタン含浸不織布，軟質発泡ポリウレタン等を貼り合わせた二層構造の研磨パッド（例えば、特許文献１，非特許文献２）や、クッション層に無発泡のエラストマーを使用した研磨パッド（例えば、特許文献２）が挙げられる。

これらの研磨パッドを製造する際には、歪みの無い研磨層を使用する必要があるが、該研磨層は樹脂ブロックからシート状にスライスした樹脂板を用いるため、機械加工上、歪みを生じてしまう。このようにして歪みが取りきれない樹脂板を使用して製造された研磨パッドは、研磨特性が不安定であったり、研磨特性が安定するまでの時間が長いことが問題であった。

樹脂板の歪みを取る方法としては、発泡樹脂シートで熱可塑性樹脂板を固定して、加熱冷却するアニーリング方法（特許文献３）があるが、樹脂ブロックをスライスして得た樹脂板は加工による影響のうねりや激しい歪みによって、発泡樹脂シートに均一に固定することが困難であり、完全に歪みを取り除けないという問題があった。

特開平６−２１０２８号公報 特許第３６８５０６６号公報 特開２００８−５５６２４号公報

日経マイクロデバイス１９９４年７月号、５０〜５７頁 ＣＭＰ技術大系、グローバルネット（株）発行（２００６年）、４７８〜４８１頁

そこで本発明者らは、これらの課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、研磨層となる樹脂板を加熱によって軟化させ、該樹脂板を減圧機構を有する多孔質吸着板の上に吸着固定したまま冷却を行うことで、歪みの無い樹脂板を製造できることを見出し、それにより研磨パッドの研磨特性が安定し、さらには研磨特性が安定するまでの時間が短縮可能なことを確認し、本願発明を完成した。

本発明の目的は、半導体基板の平坦化や半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を平坦化する工程に利用できる研磨パッド製造において、機械加工による影響により、うねりや激しい歪みを有し、発泡樹脂シートに固定することが困難な樹脂板について、効率よく確実に樹脂板の歪みをとる装置を提供しようとするものである。

上記課題の解決に本発明は以下の構成からなる。
「（１）樹脂板を加熱する機構、樹脂板を減圧機構と多孔質吸着板によって吸着して固定する機構、および樹脂板を吸着したまま冷却を行う機構を有することを特徴とする樹脂板の歪み取り装置。
（２）樹脂板を加熱し、樹脂板を減圧機構と多孔質吸着板によって吸着して固定し、樹脂板を吸着したまま冷却する樹脂板の歪み取り方法であって、樹脂板の加熱温度が７０℃以上１３０℃以下である樹脂板の歪み取り方法。」

本発明により、半導体基板の平坦化や半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を平坦化する工程に利用できる研磨パッドの製造において、機械加工による影響により、うねりや激しい歪みを有し、発泡樹脂シートに固定することが困難な樹脂板について、効率よく確実に樹脂板の歪みを取る装置、およびそれを用いた歪み取り方法を提供することができる。

樹脂板に生じた歪みを取る場合、樹脂板の上から重りなどを載せ、歪みを矯正する。この方法で歪みを取る場合、歪みを取りきるのに長時間を要することや、矯正する前の歪みがある状態に樹脂板が戻ってしまうなど、効率が悪く、確実性にも欠けていた。そこでこの課題について鋭意検討を行ったところ、樹脂板を加熱することによって一度軟化させ、樹脂板を吸着しながら固定し、同時に該樹脂板を冷却することで、樹脂板の歪み取り効率と確実性が飛躍的に向上することが分かった。

本発明の歪み取り装置とは、樹脂板を加熱する機構、樹脂板を吸着して固定する機構、および樹脂板を吸着したまま冷却を行う機構を有している。

本発明の樹脂板を加熱する機構とは、例えば、熱風オーブンや石英管ヒーターにより非接触式で加熱する方法や、加熱ヒーターを備えたラバーヒーター、加熱プレートにより接触式で加熱する方法、などが挙げられる。一度に多量の樹脂板を加熱できる利点から、熱風オーブンを用いることが好ましいが、特にこれらに限定されることはない。樹脂板の加熱温度は７０℃以上、１３０℃以下であることが望ましい。加熱温度が７０℃未満の場合、該樹脂板を軟化させることが不十分となり、十分な歪み取り効果を得られない場合がある。また加熱温度が１３０℃を上回る場合、該樹脂板が軟化し過ぎ、取り扱いが困難となったり、樹脂板の特性を損なうので好ましくない。

本発明の樹脂板を吸着して固定する機構とは、多孔質吸着板の上に該樹脂板を置き、ブロワポンプや真空ポンプによって、減圧することにより、該樹脂板を多孔質吸着板上に吸着することである。多孔質吸着板とは、内部に無数の微細な空孔をもつ材料でできた板であり、材料や製造方法によって空孔の大きさや、空孔が独立した状態や連結した状態など様々であるが特に限定される訳ではない。

多孔質吸着板としてはセラミックスやガラス、金属など様々なものが知られているが、吸着性やコストおよび加工性が容易な点から中密度繊維板が好ましい。中密度繊維板とは、木質繊維を原料とするファイバーボードの一種であり、ＭＤＦと略称される。加熱によって軟化させた樹脂板を減圧機構を有する多孔質吸着板の上に吸着して固定することにより、確実に歪みを取ることが可能となる。吸着を行わない場合、歪み取り精度が悪くなる。また、吸着板が多孔質吸着板であることにより、加熱して軟化させた樹脂板の平面性が保たれるが、減圧して吸着するための穴が直接表面に開いている機構の吸着板の場合、局部的に該樹脂板が吸着されるため、吸着穴の跡が樹脂板に転写したり、歪みが取りきれない場合がある。

本発明の減圧機構とは多孔質吸着板を介して樹脂板を吸着固定するための設備であり、具多的には真空ポンプやブロワポンプなどが一般的に使用されるが、特に限定されるものではない。

本発明の樹脂板を吸着したまま冷却を行う機構とは、例えば、エアーカーテンやスポットクーラーなどの送風機構により非接触式で冷却する方法や、冷却水配管を施した押さえ板などにより接触式で冷却する方法、などが挙げられる。部分的な温度ムラを生じにくく
、設備メンテナンスや作業性の利点から、エアーカーテンを用いることが好ましいが、特にこれらに限定されることはない。加熱によって軟化させた樹脂板を歪みのない状態で吸着固定し、この吸着固定した状態のまま冷却することにより、効率よく歪みを取ることが可能となる。冷却を行わない場合、一度加熱した樹脂板の温度が低下するまで時間がかかり、冷却前に樹脂板を動かすと、再度歪みを生じる場合がある。

本発明における樹脂板は特に限定されるものではない。材質としては具体的にはポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリウレア、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリイミド、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、ＡＢＳ樹脂、ベークライト、エポキシ樹脂／紙，エポキシ樹脂／繊維等の各種積層板、ＦＲＰ、天然ゴム、ネオプレン（登録商標）ゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の各種ゴム等を使用することができる。

本発明の樹脂板の構造は発泡，無発泡のいずれでも良いが、研磨パッド用材料の研磨層として利用する場合、研磨速度，面内均一性等の研磨特性が良好で、ダスト，スクラッチ等の欠陥が少ない点で発泡構造であることが好ましい。

研磨層への発泡構造の形成方法としては公知の方法が使用できる。例えば、単量体もしくは重合体中に各種発泡剤を配合し、後に加熱等により発泡させる方法、単量体もしくは重合体中に中空のマイクロビーズを分散して硬化させ、マイクロビーズ部分を独立気泡とする方法、溶融した重合体を機械的に撹拌して発泡させた後、冷却硬化させる方法、重合体を溶媒に溶解させた溶液をシート状に成膜した後、重合体に対する貧溶媒中に浸漬し溶媒のみを抽出する方法、単量体を発泡構造を有するシート状高分子中に含浸させた後、重合硬化させる方法等を挙げることができる。これらの中でも研磨層の発泡構造の形成や気泡径のコントロールが比較的簡便であり、また研磨層の作製も簡便な点で、単量体を発泡構造を有するシート状高分子中に含浸させた後、重合硬化させる方法が好ましい。

発泡構造を有するシート状高分子の材質は、単量体が含浸できるものであれば特に限定されるものではない。具体的にはポリウレタン、ポリウレア、軟質塩化ビニル、天然ゴム、ネオプレン（登録商標）ゴム、クロロプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等の各種ゴム等を主成分とした樹脂シートや布、不織布、紙等が挙げられる。また、これらのシート状高分子には、製造される研磨パッドの特性改良を目的として、研磨剤、潤滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤、安定剤等の各種添加剤が添加されていても良い。これらの中でも、気泡径が比較的容易にコントールできる点でポリウレタンを主成分とする素材が好ましい。

単量体は付加重合、重縮合、重付加、付加縮合、開環重合等の重合反応をするものであれば種類は特に限定されるものではない。具体的にはビニル化合物、エポキシ化合物、イソシアネート化合物、ジカルボン酸等が挙げられる。これらの中でも、シート状高分子への含浸，重合が容易な点でビニル化合物が好ましい。本発明におけるビニル化合物は特に限定されるものではないが、ポリウレタンへの含浸，重合が容易な点でビニル化合物が好ましい。

具体的にはメチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ｎ−ブチルアクリレート、ｎ−ブチルメタクリレート、２−エチルヘキシルメタクリレート、イソデシルメタクリレート、ｎ−ラウリルメタクリレート、２−ヒドロキシエチルメタクリレート、２−ヒドロキシプロピルメタクリレート、２−ヒドロキシブチルメタクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、フマル酸ジメチル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジプロピル、マレイン酸、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、マレイン酸ジプロピル、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド、イソプロピルマレイミド、アクリロニトリル、アクリルアミド、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、α−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらのモノマーは単独であっても２種以上を混合しても使用できる。

上述したビニル化合物の中で、メチルメタクリレートがポリウレタンへの含浸性が良好な点、重合硬化が容易な点、重合硬化されたポリウレタンとビニル化合物から重合される重合体の硬度が高く研磨時の平坦化特性が良好な点で好ましい。

樹脂板の厚みは特に限定されるものではないが、研磨パッド用材料の研磨層として利用する場合、０．５〜５ｍｍであることが好ましい。０．５ｍｍより薄いと該研磨層の下地として好ましく使用されるクッション層またはその下層に位置する研磨定盤の機械的特性が、該研磨層そのものの機械的特性よりも研磨特性に顕著に反映されるようになり、一方、５ｍｍより厚いとクッション層の機械的特性が反映されなくなり、半導体基板のうねりに対する追随性が低下し半導体基板全体での平坦性が均一に行えなくなる。

本発明により、半導体基板の平坦化や半導体基板上に形成される絶縁層の表面や金属配線の表面を平坦化する工程に利用できる研磨パッドの製造において、樹脂板の歪みを取る装置、およびそれを用いた歪み取り方法を提供することができる。

以下、実施例によって、さらに本発明の詳細を説明する。なお、樹脂板の歪み評価は以下のようにして行った。
平面研削により平面度（面内バラツキ）０．１ｍｍ以下に抑えたアクリル板（１０００ｍｍ×１０００ｍｍ×１５ｍｍ）上に樹脂板を載せ、樹脂板外周部とアクリル板の隙間をＪＩＳ１級スケールを用いて測定を行った。
樹脂板を使用した研磨パッドの研磨評価は以下のようにして行った。

作製した研磨パッドを研磨機（アプライドマテリアルズ製”ＭＩＲＲＡ（登録商標）”）に取り付け、２倍に希釈したスラリー“ＳＳ−２５”（キャボット社製）を１５０ｍｍ／ｍｉｎ流しながら、酸化膜付きウェハを３００枚連続で研磨した。５０枚ごとの研磨結果を研磨特性の評価結果とし、平均値を求めた。なお、研磨後のウェハの研磨レート、面内均一性は次のように求めた。

“ラムダエース（登録商標）”ＶＭ−２０００（大日本スクリーン製造（株）製）を使用して決められた１９８点を測定して、下記（１）式により各々の点での研磨レートを算出し、また、下記（２）式により面内均一性を算出した。

研磨レート＝（研磨前の酸化膜の厚み−研磨後の酸化膜の厚み）／研磨時間……（１）。

面内均一性（％）＝（最大研磨レート−最小研磨レート）／（最大研磨レート＋最小研磨レート）×１００……（２）。

実施例１
ポリウレタンに対する、メチルメタクリレートの含有率６０％、発泡倍率１．５倍、大きさが１ｍ×１ｍ×１５ｃｍの樹脂発泡体ブロックを、バンドナイフ式スライサーを用いてシート２ｍｍ厚みの樹脂板にスライスした。得られた樹脂板の歪みは最大３０ｍｍであった。

次に該樹脂板を９０℃の熱風オーブンにて３０分加熱した後、多孔質吸着板であるタテ１０００ｍｍ、ヨコ１０００ｍｍ、厚み１２ｍｍの中密度繊維板の上に載せ、−４０ｋＰａの減圧度で１２０秒間吸着を行った。なお、吸着中はエアカーテンにより樹脂板に平均風速８．６ｍ／ｓｅｃにて送風を行い、樹脂板の冷却を行った。歪み取り後の樹脂板の歪みは最大２ｍｍであった。

次に該樹脂板を研磨層に用いた研磨パッドを作製し、研磨圧力４ｐｓｉで研磨評価を行った。研磨特性結果を表１に示す。研磨パッドの立ち上げに要した時間が短く、研磨レートと面内均一性のバラツキも少ない良好な結果となった。

実施例２
実施例１と同様にスライスした樹脂板を作製し、１１０℃の熱風オーブンにて２０分加熱した後、多孔質吸着板であるタテ１０００ｍｍ、ヨコ１０００ｍｍ、厚み１２ｍｍの中密度繊維板の上に載せ、−６０ｋＰａの減圧度で９０秒間吸着を行った。なお、吸着中はスポットクーラーにより樹脂板に平均風速５．０ｍ／ｓｅｃにて送風を行い、樹脂板の冷却を行った。歪み取り後の樹脂板の歪みは最大３ｍｍであった。
次に該樹脂板を研磨層に用いた研磨パッドを作製し、研磨圧力４ｐｓｉで研磨評価を行った。研磨特性結果を表１に示す。研磨パッドの立ち上げに要した時間が短く、研磨レートと面内均一性のバラツキも少ない良好な結果となった。

比較例１
樹脂板の歪み取りを行わなかった以外は、実施例１と同様にして研磨パッドの作製，研磨評価を行った。研磨特性結果を表１に示す。研磨パッドの立ち上げに要した時間が長く、研磨レートと面内均一性のバラツキも大きい結果となった。

比較例２
実施例１と同様にスライスした樹脂板を作製し、該樹脂板の上から重さ１０ｋｇの樹脂ブロックを載せ、１６時間静置した。得られた樹脂板の歪みは最大１５ｍｍであった。

次に該樹脂板を研磨層に用いた研磨パッドを作製し、研磨圧力４ｐｓｉで研磨評価を行った。研磨特性結果を表１に示す。研磨パッドの立ち上げに要した時間が長く、研磨レートと面内均一性のバラツキも大きい結果となった。

比較例３
ガラス板の上に発泡樹脂シートであるダイヤフィット（ダイヤミック（株）製）の発泡吸着面が上になるようにし、両面粘着テープを使用して貼り付けた。次に実施例１と同様にスライスした樹脂板を作製し、ダイヤフィットの発泡吸着面に該樹脂板を吸着させようと試みたが、機械加工による影響により、うねりや激しい歪みを有し、発泡樹脂シートに完全に固定することが不可能であった。この状態で加熱オーブンに入れて、１２０℃で６０分間加熱後、冷却して取り出し、該樹脂板を分離したが、得られた樹脂板の歪みは最大１８ｍｍであった。

次に該樹脂板を研磨層に用いた研磨パッドを作製し、研磨圧力４ｐｓｉで研磨評価を行った。研磨特性結果を表１に示す。研磨パッドの立ち上げに要した時間が長く、研磨レートと面内均一性のバラツキも大きい結果となった。

Claims (3)

1. 樹脂板の歪み取り装置であって、樹脂板を加熱する機構、樹脂板を減圧機構と多孔質吸着板によって吸着して固定する機構、および樹脂板を吸着したまま冷却を行う機構を有することを特徴とする樹脂板の歪み取り装置。
2. 該樹脂板を吸着したまま冷却する機構が送風機構である請求項１に記載の樹脂板の歪み取り装置。
3. 樹脂板を加熱し、樹脂板を減圧機構と多孔質吸着板によって吸着して固定し、樹脂板を吸着したまま冷却する樹脂板の歪み取り方法であって、樹脂板の加熱温度が７０℃以上１３０℃以下である樹脂板の歪み取り方法。