JP2011020234A

JP2011020234A - 研磨パッド

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Publication number: JP2011020234A
Application number: JP2009169172A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Matsumura; 進一松村; Naoko Kawai; 奈緒子河井
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: JP5385714B2

Abstract

【課題】被研磨物の平坦性を改善するとともに、端面だれを抑制する。
【解決手段】被研磨物に圧接される研磨層を有する研磨パッドであって、
前記研磨層は、独立気泡１１と連続気泡１０とを有する発泡体からなり、前記独立気泡１１と前記連続気泡１０とを併せた気泡全体の体積に占める独立気泡１１の体積の割合である独立気泡率が、０．３％以上１０％以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、研磨パッドに関し、更に詳しくは、シリコンウェハなどの半導体ウェハやガラス基板等の研磨に好適な研磨パッドに関する。

半導体ウェハなどの平坦化処理には、化学機械研磨（ＣＭＰ）技術が用いられており、従来からＣＭＰ技術を用いた種々のＣＭＰ装置が提案されている。図３は、従来のＣＭＰ装置の概略構成図である。定盤１の表面に取付けられた研磨パッド２には、研磨用のスラリー３がスラリー供給装置４から供給される。被研磨物として例えば、半導体ウェハ５は、研磨ヘッド６に、バッキングフィルム７を介して保持される。研磨ヘッド６に荷重が加えられることによって、半導体ウェハ５は、研磨パッド２に押し付けられる。

研磨パッド２上に供給されるスラリー３は、研磨パッド２上を広がって半導体ウェハ５に到達する。定盤１と研磨ヘッド６とは、矢符Ａで示すように同方向に回転して相対的に移動し、研磨パッド２と半導体ウェハ５との間にスラリー３が侵入して研磨が行われる。なお、８は研磨パッド２の表面を目立てするためのドレッサーである。

研磨パッド２として、耐摩耗性等に優れた発泡ポリウレタンを使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

かかる研磨パッドでは、微細な気泡を生成する必要があり、例えば、イソシアネート基含有化合物を含む主剤と、芳香族アミンなどの活性水素基含有化合物を含む硬化剤と、発泡剤としての水とを、混合、攪拌して硬化させる製造方法がある。

特開２００５−２３６２００号公報

かかる従来の研磨パッドでは、独立気泡が少なく、連続気泡が大部分を占めており、このように連続気泡が多いと、研磨中において、開口した連続気泡中に、研磨残渣やスラリーが堆積して弾性率が変化し、被研磨物の平坦度が悪化し、また、被研磨物の周縁部が過度に研磨される端面だれ（エッジロールオフ）が生じるという難点がある。

本発明は、上述のような点に鑑みて為されたものであって、被研磨物の平坦性を改善するとともに、端面だれを抑制することを目的とする。

本件発明者は、上記目的を達成するために、鋭意研究した結果、研磨パッドにおける独立気泡と連続気泡との立体的な関係を考慮することにより、被研磨物の平坦性を改善できるとともに、端面だれを抑制できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、従来では、研磨パッドの気泡の評価には、主に走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ）の画像に基づく画像解析が用いられており、二次元のＳＥＭ画像での評価であるために、立体的な構造での評価は困難であり、特に、独立気泡と連続気泡との立体的な関係については考慮されていなかった。

これに対して、本件発明者は、研磨パッドにおける独立気泡と連続気泡との立体的な関係を考慮し、研磨パッドにおける独立気泡率を適切に規定することによって、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、被研磨物に圧接される研磨層を有する研磨パッドであって、前記研磨層は、独立気泡と連続気泡とを有する発泡体からなり、前記独立気泡と前記連続気泡とを併せた気泡全体の体積に占める独立気泡の体積の割合である独立気泡率が、０．３％以上１０％以下である。

ここで、独立気泡とは、他の気泡と連通していない気泡をいい、連続気泡とは、他の気泡または外部と連通している気泡をいう。

好ましい実施形態では、前記独立気泡率が、Ｘ線ＣＴ装置による前記研磨層の測定結果に基づいて算出されるものである。

一つの実施形態では、前記発泡体が、発泡ポリウレタンである。

他の実施形態では、前記発泡ポリウレタンが、イソシアネート基含有化合物と活性水素含有化合物と発泡剤としての水とを、混合攪拌して発泡硬化させてなるものである。

本発明の研磨パッドによると、発泡体からなる研磨層の独立気泡と連続気泡との立体的な関係を、独立気泡率として把握し、この独立気泡率を、０．３％以上１０％以下という範囲に規定しているので、被研磨物の平坦性を改善できるとともに、端面だれを抑制することができる。

本発明によれば、発泡体からなる研磨層の独立気泡と連続気泡との立体的な関係を、独立気泡率として把握し、この独立気泡率を、０．３％以上１０％以下という範囲に規定しているので、被研磨物の平坦性を改善できるとともに、端面だれを抑制できる。

実施例の研磨パッドの気泡を模式的に示す断面図である。比較例の研磨パッドの気泡を模式的に示す断面図である。ＣＭＰ装置の概略構成図である。

以下、図面によって本発明の実施形態について詳細に説明する。

この実施形態の研磨パッドは、イソシアネート基含有化合物であるイソシアネート末端プレポリマーと、活性水素含有化合物である芳香族アミンとを、発泡剤である水と共に混合攪拌し、所定の型に注型し、反応硬化させて発泡ポリウレタンの成型体を得るものである。

この実施形態では、更に、発泡ポリウレタンの成型体を、所定の厚さのシート状に裁断し、それを打ち抜いて研磨パッドを得るようにしている。

イソシアネート末端プレポリマーは、ポリイソシアネートとポリオールとを、通常用いられる条件で反応させて得られるものである。このイソシアネート末端プレポリマーは、市販されているものを用いてもよいし、ポリオールとポリイソシアネートとから合成して用いてもよい。

ポリイソシアネートとしては、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレ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、ナフタレン−１，５−ジイソシアネート等が挙げられる。

ポリオールとしては、ポリ（オキシテトラメチレン）グリコールやポリ（オキシプロピレン）グリコール等のポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール、ポリエステル系ポリオール等が挙げられる。

研磨用としては、加水分解を起こさないエーテル系のポリオールが好ましく、エーテル系のポリオールとして、ＰＰＧ（ポリプロピレングリコール）、ＰＴＭＧ（ポリテトラメチレンエーテルグリコール）、ＰＥＧ（ポリエチレングリコール）等の−Ｏ−結合を有するものが好ましく、その中でも一般的には、物性（引張り特性）の良好なＰＴＭＧ系が好ましい。特に、分子量ＭＷ＝５００〜５０００のＰＴＭＧが好ましい。

活性水素含有化合物である芳香族アミンとしては、例えば、ジアミン系化合物として、３，３´−ジクロロ−４，４´−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）、クロロアニリン変性ジクロロジアミノジフェニルメタン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，４−トルエンジアミン、３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−トルエンジアミン等が挙げられる。

発泡ポリウレタンからなる本発明の研磨パッドは、独立気泡と連続気泡とを有し、前記独立気泡と前記連続気泡とを併せた気泡全体の体積に占める独立気泡の体積の割合である独立気泡率が、０．３％以上１０％以下である。

この独立気泡率は、Ｘ線ＣＴ測定装置によって後述のように測定して算出される。

このように研磨パッドの三次元の気泡構造を、独立気泡率として適切に規定することにより、被研磨物の平坦度を改善できるとともに、端面だれを抑制することができる。

以下、本発明を、実施例および比較例に基づいて、更に詳細に説明する。

上記製造方法において、発泡剤である水の量や攪拌速度を調整して、独立気泡率が、０．３％以上１０％以下の実施例１，２、独立気泡率が０．３％未満の比較例１、および、独立気泡率が１０％を越える比較例２の４種類の研磨パッドを製作した。

実施例１，２および比較例１，２の各研磨パッドの独立気泡率の算出は、次のようにして行った。

すなわち、各研磨パッドを、３ｍｍ角に切り出し、粘着テープで試料台に固定したものを、Ｘ線ＣＴ測定装置で測定し、測定後画像解析により２値化処理し、独立気泡率を算出した。前記画像解析では、得られたＸ線ＣＴ像から、試料体積１．６×１．６×０．４５ｍｍ相当（３５７×３５７×１００ｖｏｘｅｌ）の範囲を切り出し、２値化処理して独立気泡率を算出した。下記表１にＸ線ＣＴ測定装置の測定条件を示す。

また、下記の表２に、実施例１と比較例１の独立気泡率の測定結果を示す。

この表２では、独立気泡と連続気泡とを併せた全体の気泡体積、独立気泡の体積、独立気泡率がそれぞれ示されている。

実施例１，２および比較例１，２について、研磨レート、平坦度、端面ダレ、（Edge Roll Off）および寿命（Life）について、４段階（×：不良、△：やや不良、○：良、◎：優）で相対評価した。平坦度は、裏面基準のウェハ全体の平坦度であるＧＢＩＲ（Global Back Ideal Range）および表面基準のチップ単位の平坦度であるＳＦＱＲ（Site Front Least Squares Range）の両者について評価した。寿命は、研磨パッド交換までの寿命とした。

その結果を、独立気泡率とともに、下記の表３に示す。

独立気泡率が、０．２７％と低い比較例１では、連続気泡が占める割合が高いために、研磨中において、開口した連続気泡中に、研磨残渣やスラリーが堆積して弾性率が変化し、被研磨物の平坦度が悪化してその評価は、やや不良（△）である。

また、図２に模式的に示すように、連続気泡１０が多く圧縮され易いために、ウェハ５の周縁部５ａの沈み込みが大きくなり、ウェハ５の周縁部５ａが過度に研磨される端面だれの評価もやや不良（△）である。

これに対して、独立気泡率が１．４％の実施例１および９．５％の実施例２は、いずれも独立気泡率が、０．３％以上１０％以下の範囲にあるので、平坦度の評価は、いずれも良（○）である。

また、図１に模式的に示すように、比較例１に比べて、独立気泡１１が多くなるので、圧縮されにくくなり、ウェハ５の周縁部５ａの沈み込みが抑制される。この結果、実施例１の端面だれの評価は、優（◎）であり、実施例２の端面だれの評価は、良（○）である。実施例２は、実施例１に比べて独立気泡率が高いために、硬度がやや高く、寿命の評価がやや不良（△）である。

また、独立気泡率が、１７．０％と高い比較例２では、硬度が高すぎて、寿命が短く、不良（×）と評価されるとともに、連続気泡が少なく、スラリーの保持量が少なくなるために、研磨レートの評価が、やや不良（△）となっている。

このように独立気泡率が、０．３％以上１０％以下の範囲である実施例１，２では、比較例１に比べて、平坦度および端面ダレのいずれも改善することができるとともに、比較例２のように研磨レートが低下することもない。

上述の実施形態では、研磨パッドは、発泡ポリウレタンからなる研磨層のみで構成されたけれども、本発明の他の実施形態として、研磨層と他の層（例えば、クッション層）との積層体としてもよい。

上述の実施形態では、発泡剤として水を用いて発泡体を形成したけれども、他の形成方法、例えば、微小中空体（マイクロバルーン）を分散硬化させる方法、熱膨張性の微粒子を混合したのち加熱し微粒子を発泡させる方法、気泡を機械的に混合した後硬化される方法などを用いてもよい。

本発明は、シリコンウェハやガラス基板等の研磨に用いる研磨パッドとして有用である。

２研磨パッド
１０連続気泡
１１独立気泡

Claims

被研磨物に圧接される研磨層を有する研磨パッドであって、
前記研磨層は、独立気泡と連続気泡とを有する発泡体からなり、前記独立気泡と前記連続気泡とを併せた気泡全体の体積に占める独立気泡の体積の割合である独立気泡率が、０．３％以上１０％以下であることを特徴とする研磨パッド。
前記独立気泡率が、Ｘ線ＣＴ装置による前記研磨層の測定結果に基づいて算出される請求項１に記載の研磨パッド。
前記発泡体が、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。
前記発泡ポリウレタンが、イソシアネート基含有化合物と活性水素含有化合物と発泡剤としての水とを、混合攪拌して発泡硬化させてなる請求項３に記載の研磨パッド。