JP3124046U - 化学機械研磨パッド - Google Patents

Abstract

【課題】パッドの交換作業の際、クリーンルーム内の作業環境下においても剥離層を容易に剥離しうる化学機械研磨パッドを提供すること。
【解決手段】化学機械研磨パッドは、少なくとも研磨層、両面テープ層および剥離層が順次積層されてなり、剥離層が耳部を有する。耳部は、好ましくは幅が２ｍｍ以上であり、耳部の長さが５ｍｍ以上である。化学機械研磨パッドは、研磨層と両面テープ層の間に、更に支持層が積層されていてもよい。
【選択図】図１

Description

本考案は、化学機械研磨パッドに関する。

半導体装置の形成において、シリコン基板またはその上に配線や電極等が形成されたシリコン基板（以下、「半導体ウェハ」という。）につき、優れた平坦性を有する表面を形成することができる研磨方法として、化学機械研磨方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ、一般に「ＣＭＰ」と略称される。）が広く採用されている（例えば特許文献１および２参照。）。この化学機械研磨方法においては、化学機械研磨パッドの性状および特性等により研磨結果が大きく左右されることが知られており、従来から様々な化学機械研磨パッドが提案されている。
化学機械研磨パッドは、研磨工程における被研磨物との接触、摺動によりその表面が磨耗するほか、少なくともその使用前および一定枚数のウェハの研磨をするごとに行われる「ドレッシング」と呼ばれる目立て処理によっても磨耗する。

研磨パッドの表面の磨耗が限界に達すると、研磨パッドは新しいものに交換されることになる。研磨パッドは、通常、５００〜１，０００枚のウェハを研磨するごとに交換される消耗品である。
研磨パッドは研磨装置の定盤上に両面テープで固定されており、その交換作業は、古い研磨パッドを定盤から剥がし、新しい研磨パッドを装着することによる。この作業は、作業員が手動で行う。新品の研磨パッドは一般に、非研磨面側（裏面側）に両面テープを有し、その粘着面を保護する剥離層とともに供給される。新品の研磨パッドを研磨装置の定盤上に装着するためには、まず研磨パッド裏面の剥離層を剥がし、両面テープの粘着層を露出する必要がある。ところが半導体装置の製造は無塵下で行われることを要するため、通常、化学機械研磨装置はクリーンルーム内に設置されており、クリーンルームにおいて作業員は無塵手袋を装着している。このような状況下で、作業員が新品の研磨パッドの裏面の剥離層をはがす作業は困難を伴い、研磨パッドの交換における作業効率の悪いことが問題となっている。
特開平１１−７０４６３号公報 特開２００１−３３４４５５号公報

本考案は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クリーンルーム内の作業環境下においても、剥離層を容易に剥離しうる化学機械研磨パッドを提供することにある。

本考案によれば、本考案の上記課題は、少なくとも研磨層、両面テープ層および剥離層が順次積層されてなり、剥離層が耳部を有する化学機械研磨パッドにより達成される。

本考案の化学機械研磨パッドの研磨層の形状としては、例えば円柱状、多角柱状等であることができ、円柱状であることが好ましい。
研磨パッドの大きさとしては、例えば円柱状の研磨パッドである場合、その研磨面（円柱の一方の底面）の直径が例えば１５０〜１，２００ｍｍであることができ、特に５００〜８２０ｍｍであることができる。研磨パッドの厚さとしては、例えば０．５〜５．０ｍｍであることができ、特に１．０〜３．０ｍｍ、就中１．５〜３．０ｍｍであることができる。

研磨層は、その研磨面に、任意の形状の溝、その他の凹部を備えることができる。溝の形状としては、例えば同心円状溝、螺旋状溝、放射状溝等およびこれらを組み合わせた形状の溝を挙げることができる。上記溝の幅は０．１ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは０．１〜５．０ｍｍ、さらに好ましくは０．１〜１．０ｍｍである。上記溝の深さは０．１ｍｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは０．１〜２．５ｍｍ、さらに好ましくは０．２〜２．０ｍｍである。上記溝が同心円状溝または螺旋状溝である場合、そのピッチとしては、０．６ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１．０〜３０ｍｍ、さらに好ましくは１．５〜１０ｍｍである。上記溝が放射状溝である場合、放射状溝を構成する溝の本数としては、好ましくは４〜６５本であり、さらに好ましくは８〜４８本である。放射状溝は、放射状溝を構成する他の溝（以下、「他の放射状溝」ということがある。）と接していない溝と、研磨面の中心部の領域において他の放射状溝と接している溝とからなることが好ましい。この場合において、２〜３２本が中心部の領域において他の放射状溝と接していることが好ましく、２〜１６本が中心部の領域において他の放射状溝と接していることがより好ましい。

溝の幅方向すなわち溝の法線方向における断面形状は特に限定されない。例えば、平坦な側面と場合により底面とから形成された多角形状、Ｕ字形状等とすることができる。断面形状は、左右が線対称であってもよく、非対称であってもよい。上記その他の凹部の形状としては、例えば円形の凹部、多角形の凹部等を挙げることができる。ここで、円形の凹部および多角形の凹部は、該円または該多角形に囲繞された内部も凹んでいるものと理解されるべきである。
研磨層は、その非研磨面（裏面）に任意の形状の溝またはその他の凹部を有することができる。このような溝またはその他の凹部を有することにより、被研磨物におけるスクラッチの発生を効果的に抑制することが可能になる。

研磨層は更に、その非研磨面から研磨面に光学的に通じる透光性領域を有するものであってもよい。このような透光性領域を有する研磨層とすることにより、光学式研磨終点検出器を有する化学機械研磨装置に装着して使用する際に、光学的に研磨終点を検出することが可能になる。透光性領域の平面形状は特に限定されないが、領域の外周の形状として例えば円形、楕円形、扇形、多角形状等とすることができる。透光性領域の位置は、本発明の化学機械研磨パッドが装着され、使用される化学機械研磨装置の有する光学的研磨終点検出器の位置に適合する位置とすべきである。透光性領域の数は１個または複数個とすることができる。透光性領域を複数個設ける場合には、その配置は、上記した位置関係を充足する限り、特に限定されない。
透光性領域の形成方法は問わないが、例えば透光性を有することとすべき研磨層の領域を透光性部材で構成する方法によることができ、または研磨層がもともとある程度の透光性を有する材料からなる場合には、研磨層の非研磨面のうち、透光性を有することとすべき領域に相当する部分に凹部を形成し、当該部分を薄くすることにより、研磨終点検出に要する透光性を確保する方法によってもよい。後者の方法による場合には、該透光性領域は、前記したスクラッチ発生を抑制するための凹部の役割をも兼ねることができる。

研磨層を構成する材料としては、例えば非水溶性部分および該非水溶性部分に分散した水溶性粒子を含有する素材か、または非水溶性部分および該非水溶性部分に分散した空孔を有する素材（例えば発泡体等）とすることができる。
前者の素材において、非水溶性部分を構成する材料としては、有機材料が好ましく用いられる。有機材料としては、例えば熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴム、硬化樹脂（熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂等を熱、光等によって硬化した樹脂）等を単独でまたは組み合わせて用いることができる。このような有機材料は、架橋重合体のみからなるか、または架橋重合体と非架橋重合体との混合物からなることが好ましい。架橋重合体としては、上記有機材料のうち、架橋ゴム、硬化樹脂、架橋された熱可塑性樹脂および架橋されたエラストマー等を用いることができる。これらの中でも、架橋熱可塑性樹脂または架橋エラストマーが好ましく、架橋１，２−ポリブタジエンがより好ましい。

前者の素材における水溶性粒子としては、例えば有機水溶性粒子および無機水溶性粒子を挙げることができる。有機水溶性粒子の素材としては、例えば糖類、セルロース類、蛋白質、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリエチレンオキサイド、水溶性の感光性樹脂、スルホン化ポリイソプレン、スルホン化イソプレン共重合体等を挙げることができる。無機水溶性粒子の素材としては、例えば酢酸カリウム、硝酸カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、塩化カリウム、臭化カリウム、リン酸カリウム、硝酸マグネシウム等を挙げることができる。
これらのうち、糖類が好ましく、特にシクロデキストリンが好ましい。

一方、後者の非水溶性部分および該非水溶性部分に分散した空孔を有する素材を備える化学機械研磨パッドを構成する非水溶性部材としては、例えば、ポリウレタン、メラミン樹脂、ポリエステル、ポリスルホン、ポリビニルアセテート等を挙げることができる。
非水溶性部分中に含有される水溶性粒子または分散する空孔の大きさは、平均値で、好ましくは０．１〜５００μｍ、より好ましくは０．５〜１００μｍである。

両面テープ層は、その平面形状および大きさが研磨層と同じであることが好ましい。両面テープ層の厚さとしては、好ましくは２０〜５００μｍであり、より好ましくは５０〜３００μｍである。両面テープ層を構成する材料としては、例えばポリエチレンテレフタレートフィルム、紙等を挙げることができる。

剥離層は耳部を有する。剥離層のうち耳部以外の部分の平面形状および大きさは、研磨層と同じであることが好ましい。該耳部は、剥離層の一部がその他の層の端部よりも延出してなる。耳部の幅としては、好ましくは２〜２００ｍｍであり、より好ましくは、１０〜１００ｍｍである。耳部の長さとしては、好ましくは２〜２００ｍｍであり、より好ましくは５〜１００ｍｍであり、更に１０〜５０ｍｍであることが好ましい。
なお、耳部の幅とは、化学機械研磨パッドを上面から見た場合における耳部の二つの基点（剥離層の耳部の輪郭線が他の層の輪郭線と接している点をいう。以下同じ。）間の距離をいう。また、耳部の長さとは、剥離層の延出部のうちその他の層の端部から最も離れている点と、その他の層の端部との最短距離をいう。ここで、研磨パッドを上面から見るとは、研磨パッドの研磨面側をその研磨面に垂直な方向から観察することをいい、この場合観察者の認識する研磨パッドの各部分の形状は該研磨パッドの平面図における各部分の形状と一致する。

耳部は、化学機械研磨パッドを上面から見た場合の耳部の基点において、延出部の輪郭線の接線とその他の層の輪郭線の接線とのなす角度が８０°以下であることが好ましく、７０°以下であることがより好ましい。
耳部の輪郭線は、耳部の基点から少なくとも５ｍｍの範囲において曲率半径５ｍｍ以上の弧であることが好ましい。弧は、耳の内側に向かって凹んだ凹曲線であることが好ましい。上記曲率半径は、より好ましくは５〜２００ｍｍであり、更に好ましくは５〜１００ｍｍであり、特に５〜３０ｍｍであることが好ましい。上記曲率半径の弧である部分は、より好ましくは耳部の基点から５〜１００ｍｍの点までであり、更に好ましくは耳部の基点から７〜５０ｍｍの点までであり、特に好ましくは耳部の基点から７〜３０ｍｍの点までである。この範囲を超えた部分の耳部の形状は問わない。

図１に、剥離層が有する耳部の好ましい態様の一例を示した。図１は、耳部付近の拡大平面概略図である。図１の耳部の基点は、耳部の輪郭線１が、他の層の輪郭線２と一致する点ｂ^１および点ｂ^２での二点である。この耳部の幅は、二つの基点ｂ^１およびｂ^２間の距離Ｗで表される。耳部の長さは、延出部のうちその他の層の端部から最も離れている点ｃとその他の層の端部との最短距離Ｈで表される。この耳部は、基点ｂ^１において耳部の輪郭線の接線ｓ^１とその他の層の輪郭線の接線ｓ^２とが角度αをなしている。更に耳部の基点ｂ^１からａ点までの長さＬの部分は、曲率半径ｒの凹曲線である。そしてａ点が耳部の輪郭線の変曲点となり、その先は滑らかな凸曲線を描いて左右対称の形状をとっている。
なお、剥離層が有する耳部の形状は、図１に示された形状に限定されるものではない。
剥離層の厚さとしては、好ましくは２０〜３００μｍであり、より好ましくは２５〜２００μｍである。剥離層を構成する材料としては、例えばポリエチレンテレフタレートフィルム、紙等を挙げることができる。

本考案の化学機械研磨パッドは、上記の如く、少なくとも研磨層、両面テープ層および剥離層が順次積層されてなり、剥離層が耳部を有するものであるが、研磨層と両面テープ層の間に、更に支持層が積層されていてもよい。
上記支持層は、化学機械研磨パッドを研磨面の裏面側で支える層である。この支持層の特性は特に限定されないが、パッド本体に比べてより軟質であることが好ましい。より軟質な支持層を備えることにより、パッド本体の厚さが薄い場合であっても、研磨時にパッド本体が浮き上がることや、研磨層の表面が湾曲すること等を防止でき、安定して研磨を行うことができる。
支持層は、多孔質体（発泡体）であっても、非多孔質体であってもよい。さらに、その平面形状は、例えば円形、多角形等とすることができるが、研磨パッドの平面形状と同じ平面形状であり、かつ同じ大きさであることが好ましい。その厚さも特に限定されないが、０．１〜５ｍｍであることが好ましく、さらに０．５〜２ｍｍとすることが好ましい。
支持層を構成する材料も特に限定されないが、所定の形状および性状への成形が容易であり、適度な弾性等を付与できることなどから有機材料を用いることが好ましい。有機材料としては、化学機械研磨パッドの非水溶性部分を構成する材料として上記した有機材料を使用することができる。
本考案の化学機械研磨パッドは、市販の化学研磨装置に装着して、公知の方法により化学機械研磨に使用することができる。

実施例１
架橋されて非水溶性部分となる１，２−ポリブタジエン（ＪＳＲ（株）製、商品名 「ＪＳＲ ＲＢ８３０」）７２．２質量部（８０体積部）と水溶性粒子であるβ−シクロデキストリン（（株）横浜国際バイオ研究所製、商品名「デキシパールβ−１００」、平均粒径２０μｍ）２０体積部とを、１６０℃に調温されたルーダーにより混練りした。その後、パークミルＤ４０（商品名、日本油脂（株）製、ジクミルパーオキサイドを４０重量％含有する。）０．６重量部を配合して、１２０℃にて更に混練りし、化学機械研磨パッド用組成物のペレットを得た。次いで、このペレットを金型内において１７０℃にて１８分加熱して架橋することにより、直径５０８ｍｍ、厚さ３．２ｍｍの成形体を得た。その後ワイドベルトサンダーを用いて厚み調整を行い厚さ２．５ｍｍとした。
この成形体の片面に、市販の切削加工機を用いて幅０．５ｍｍ、ピッチ２．０ｍｍ、深さ１．０ｍｍの同心円状の溝を形成した。
次いで、上記成形体の溝を形成していない方の面に、基材フィルムがポリエチレンテレフタレート製であり、基材フィルムの厚さが５０μｍであり、縦×横が７００ｍｍ×７００ｍｍの両面テープ（片面に剥離層を有している。）を、成形体の裏面の全面が覆われるように貼付して、片面に両面テープを有する成形体を準備した。

一方、直径５０８ｍｍの円の一部である円弧の輪郭と、図１において幅Ｗが６０ｍｍ、長さＨが３０ｍｍ、角度αが１５°、弧部の曲率半径ｒが１５ｍｍ、弧部の長さＬが１５ｍｍである耳部の輪郭とをともに有するカッターを準備した。このカッターは、円弧の輪郭のうち耳部が延出している部分のみ刃の高さを他の部分より５０μｍだけ低くした。ここで準備したカッターの斜視概略図を図２に示した。図２において、両頭の矢印で示した部分のみ、刃の高さが他の部分より５０μｍ低い。
作業台の上に上記成形体を、両面テープを貼付した面を下にして置き、その上面から上記カッターを用いて耳部近傍の両面テープを打ち抜いた。更に市販の鋏を用いて両面テープの残余の部分を成形体の輪郭に沿って切り抜き、次いで剥離層の耳部の上部に残存した両面テープを除去することにより、剥離層に耳部を有する本発明の化学機械研磨パッドを製造した。
クリーンルーム用の防塵手袋を装着したうえで、剥離層の耳部を利用して剥離層を剥離したところ、作業性は良好であった。

実施例２
実施例１において、成形体の直径を７６２ｍｍとし、その片面に貼付する両面テープの大きさを縦×横が９００ｍｍ×９００ｍｍとしたほかは実施例１と同様にして片面に両面テープを有する成形体を準備した。
一方、円弧の輪郭部が直径７６２ｍｍの円の一部であるほかは実施例１と同様のカッターを準備した。
これらの成形体およびカッターを用いて実施例１と同様にして化学機械研磨パッドを製造した。
クリーンルーム用の防塵手袋を装着したうえで、剥離層の耳部を利用して剥離層を剥離したところ、作業性は良好であった。

本考案の化学機械研磨パッドの耳部付近の拡大平面概略図。 実施例で使用したカッターの斜視概略図。

Claims (5)

1. 少なくとも研磨層、両面テープ層および剥離層が順次積層されてなり、剥離層が耳部を有することを特徴とする、化学機械研磨パッド。
2. 剥離層の耳部の幅が２ｍｍ以上であり、耳部の長さが５ｍｍ以上である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
3. 研磨パッドを上面から見た場合に、剥離層の耳部の輪郭線が他の層の輪郭線と接している点における耳部の輪郭線の接線と他の層の輪郭線の接線とのなす角が８０°以下である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
4. 研磨パッドを上面から見た場合に、剥離層の耳部の輪郭線が他の層の輪郭線と接している点から少なくとも５ｍｍの範囲において、耳部の輪郭線が曲率半径５ｍｍ以上の弧である、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。
5. 研磨層と両面テープ層の間に、更に支持層が積層されてなる、請求項１に記載の化学機械研磨パッド。