JP4620331B2

JP4620331B2 - 研磨パッド及び研磨パッドの製造方法

Info

Publication number: JP4620331B2
Application number: JP2003025230A
Authority: JP
Inventors: 拓治小向; 靖隆今原; 孝一大崎
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2003-01-31
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2020-06-19
Also published as: JP2003260658A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、電子部品等の被研磨部材の研磨加工に使用される研磨パッドに関し、特にＣＭＰ（ケミカル−メカニカルポリシング）技術を用いた研磨装置において、ウエハの研磨をしながらウエハ表面の研磨レートを測定するために、レーザー光又は可視光が通過するための透明な窓部材が一部に設けられた研磨パッド及び研磨パッドの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多層集積回路の製造中に、半導体ウエハの形態において、集積回路構造の平坦化をすることが望ましい。
【０００３】
平坦化は、通常ＣＭＰ技術、すなわち、ケミカル−メカニカルポリシングにより、研磨パッドを装着した円形の回転板を有する下側定盤と、該研磨パッド上にウエハを押し付ける上側定盤と、研磨パッドの上にスラリーを供給する手段とを有する研磨装置を用いて行われる。
【０００４】
このＣＭＰ技術を用いた研磨装置において、ウエハの研磨をしながら、ウエハの研磨レートを測定する方式がとられている。その測定方法は、研磨パッドの裏側（定盤側）から、レーザー光を被研磨面に照射して行うため、研磨パッドの一部にレーザー光が通過するための透明な窓部材が必要となる。
【０００５】
従来のパッドは、パッド本体と、該パッド本体に感圧接着剤層を介して積層されたフォーム層とを有し、該パッド本体の所定位置に開口部が形成され、該開口部に透明樹脂よりなる窓部材がはめ込まれている。
【０００６】
従来、このような研磨パッドの一部分に窓部材を設けるには、以下のようにして行われていた。
【０００７】
（１）パッド本体に窓部材となる穴を打ち抜き、そこへ、透明板をはめ込み窓部材を作成する。
【０００８】
しかし、この方法では、以下に示す問題点が指摘されていた。
【０００９】
(i)パッド本体と窓部材を継ぎ合わせている部分に隙間が生じ、その隙間にスラリーが流れ込んで窓部材を曇らせ、レーザー光の通過が妨げられるといった致命的な不具合を生じる。
【００１０】
(ii)窓部材が反り等の変形をして、不良を生じることがある。
【００１１】
(iii)パッド本体に対して、窓部材の厚みが設定されているが、その厚み規格に公差が与えられているために、パッド本体の厚みと窓部材の厚みが同じになることがある。この場合、窓部材のはめ込み方次第で、窓部材がパッド本体表面から突出することがある。
【００１２】
(iv)窓部材は、その端部に３．０〜４．０mm部分を両面粘着テープでフォーム層に粘着固定されているのみであるので、剥がれやすい。
【００１３】
そこで、これらの問題を解消するために、以下のような窓部を形成する方法が検討された。
【００１４】
（２）パッド本体の注型前に、後に窓部材となる透明樹脂板を予め所定の位置に固定しておき、そこへパッド本体を形成する樹脂を注型することで、樹脂のケーキを作る。このケーキをスライスすることで、透明板との間に継ぎ目のないパッドを得る。
【００１５】
この窓部材とパッド本体とを一体化する方法は、上記した(i)、(ii)、(iv)の問題に関しては構造上問題とならない。
【００１６】
しかし、このような方法によって得られた研磨パッドにおいても以下に示す欠点があった。
【００１７】
（１）一般に、パッド本体の表面にはスラリーの分散を良くするために、微細な断面形状の溝が前面にわたって形成されている。
）窓部材に溝を設けると、その溝部分にスラリーがたまり、透過光を減衰させるため、被検出物の種類によっては検出不能となる。
【００１８】
（２）パッド本体と窓部材は同一面となっているが、窓部材は一般に密度が高く、本体より被切削性が劣るので、研磨を通じて徐々に窓部が突出してくる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の実状に着目してなされたものであって、その目的とするところは、窓部材の溝内にスラリーが溜まるのを抑えて、研磨レートの検出精度を上げることができ、かつ、研磨時のドレッシングによって窓部材が徐々に本体部よりも突出することを防止して、研磨特性に悪影響を及ぼさない研磨パッドを提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、窓部材の溝内にスラリーが溜まるのを抑えて、研磨レートの検出精度を上げることができる研磨パッドの製造方法を提供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、パッド本体と、該パッド本体の一部に一体に形成された透明な窓部材と、を有する研磨パッドであって、該パッド本体は、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、およびポリエステルからなる群から選択される一種または２種以上の樹脂から形成され、前記窓部材は、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルサルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、およびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される透明樹脂から形成され、前記窓部材の材質が、前記パッド本体の材質に比べて研削性が高く、窓部材の表面を除いたパッド本体の表面に多数の溝が形成されていることを特徴とし、そのことにより上記目的が達成される。
【００２２】
研磨パッドは、パッド本体と、該パッド本体の一部に一体に形成された透明な窓部材と、を有する研磨パッドであって、該パッド本体の表面には、窓部材の表面を除いて、多数の溝が形成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
研磨パッドは、パッド本体と、該パッド本体の一部に一体に形成された透明な窓部材と、を有する研磨パッドであって、該パッド本体の表面から、該窓部材の表面は凹んでおり、かつ該パッド本体の表面には、窓部材の表面を除いて、多数の溝が形成されており、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
一つの実施態様では、型内に窓部材又はそのブロックを配置し、型内に前記パッド本体を構成する樹脂を注入して成形することにより、パッド本体と窓部材とが一体に形成されている。
【００２５】
一つの実施態様では、前記窓部材および窓部材を構成する樹脂ブロックがそれぞれウレタン樹脂を含む透明樹脂にて形成されている。
【００２６】
本発明の作用は次の通りである。
【００２７】
本発明の研磨パッドでは、窓部材の材質がパッド本体の材質に比べて研削性が高いことにより、前処理（シーズニング）時において窓部材がパッド本体よりも優先的に研削され、従来のように、窓部材がパッド表面から突出して研磨特性に悪影響を及ぼすことがない。
【００２８】
本発明の研磨パッドでは、パッド本体の表面には窓部材の表面を除いて、多数の溝が形成されていることにより、パッド本体の表面に形成されている溝によってスラリーの巡りを良くすると同時に窓部材には溝が形成されていないので、窓部材の表面にスラリーが溜まることを抑えることができる。
【００２９】
本発明の研磨パッドでは、該パッド本体の表面から、該窓部材の表面は凹んでおり、かつ該パッド本体の表面には、窓部材の表面を除いて、多数の溝が形成されていることにより、パッド本体の表面に形成されている溝によってスラリーの巡りを良くすると同時にに窓部材には溝が形成されていないので、窓部材の表面にスラリーが溜まることを抑えることができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下本発明を詳細に説明する。
（実施形態１）
図１および図２に示すように、研磨パッドＰは、パッド本体１０と、該パッド本体１０の一部に一体に形成された透明な窓部材２とを有する。
【００３１】
パッド本体１０は、通常は微細な気泡を有する樹脂層にて形成され、パッド本体１０の裏面に感圧接着剤層１２を介して発泡層等からなる下地層１３が積層されている。さらに、この下地層１３の裏面に感圧接着剤層１４を介して離型シート（図示せず）が積層される。離型シートを剥がして、感圧接着剤層１４を定盤に貼付けることにより研磨パッドＰは使用される。
【００３２】
パッド本体１０は、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル等の一種または２種以上から、公知の注型法、押し出し成形法等によって製造することができる。通常は、熱可塑性樹脂を用い、注型法、押し出し成形法によって製造されるが、熱硬化性樹脂を用いて加熱硬化させることで製造して得てもよい。
【００３３】
得られた樹脂の成形物をスライスしてパッドシートが得られる。さらに具体的に説明すると、窓部材２を形成する透明部材のブロックをモールドの中に配置し、モールドの中にパッド本体１０を形成する不透明樹脂を注入成型して成型物を得た後、スライスしてパッドシートが得られる。このパッドシートに感圧接着剤層１２、下地層１３、感圧接着剤層１４、離型シートを順次積層して研磨パッドＰが作成される。なお、上記下地層１３には、窓部材２に相当する位置において開口部１１が形成されている。
【００３４】
この方法によれば、上記したように、窓部材２とパッド本体１０とが一体となり、両者の間に隙間等ができたり、窓部材２がパッド本体１０表面から突出する等の不都合がない。
【００３５】
パッド本体１０の表面には複数の溝が形成されている。溝の形状やサイズあるいはパターンは目的に応じて変更することができる。例えば、同心円状の複数の溝であり得る。
【００３６】
窓部材２を形成する樹脂としては、上記したパッド本体１０を形成する樹脂に加えて、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルサルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレンなどの透明樹脂を使用することができる。これらを注型あるいは押し出し成形し、所望とするサイズや厚さにカットすることによって窓部材２を形成することができる。なお、窓部材２の具体的寸法としては、図３中、Ｌ１は約５７mm、Ｌ２は約５０mm、Ｌ３は約１２mm、Ｌ４は約１４mmである。
【００３７】
本実施形態においては、窓部材２の材質がパッド本体１０を構成する材質に比べて研削性が高いものである。窓部材２の材質を研削性の高いものとすることで、研磨時に窓部材２をパッド本体１０に比較して常に凹ませることができる。従って、従来のように、窓部材２がパッド表面から突出して、研磨特性に悪影響を及ぼすことがない。
【００３８】
窓部材２の材質がパッド本体１０の材質に比べて研削性が高くなるようにするには、窓部材２を形成する、例えば、ウレタンブロック（透明部材）をウレタンプレポリマーから重合させる際の、主剤および硬化剤の配合割合を変化させることにより、研削性の高いウレタンブロックを作成することができる。
【００３９】
例えば、ウレタンプレポリマーを含む主剤量を１１０％（通常比）とし、硬化剤量を１００％（通常比）とすることができる。この場合、通常硬化条件を高温（１００℃以上）で行うことができる。
【００４０】
このようにすれば、窓部材２がパッド本体１０に比べて研削性が高いために、研磨によって、窓部材２の表面が常に他の部分（パッド本体１０）の表面よりも低くなり、窓部材２がパッド表面から突出して研磨特性に悪影響を及ぼすことがない。
【００４１】
（実施形態２）
研磨パッドＰは、パッド本体１０の表面には、窓部材２の表面を除いて、多数の溝が形成されている。
【００４２】
パッド本体１０、窓部材２を構成する材料は上記実施例１と同様である。また、パッド本体１０表面に形成されている溝についても同様である。
【００４３】
研磨パッドＰにおいて、窓部材２のみ溝加工を施さないことにより、研磨の際に、スラリーによるノイズを防止することができる。すなわち、従来のように窓部材２表面に溝を設けると、その溝部分にスラリーがたまり透過光を減衰させるため、被検出物の種類によっては検出不能となる。
【００４４】
このような研磨パッドＰは以下のようにして製造される。
【００４５】
図４および図５に、曲線溝加工機の定盤１７部分の図を示す。この定盤１７の表面にパッドシートを吸引固定し、定盤１７を回転させながらパッドシートの表面に切削刃１９（図８参照）を押し付けることで溝が形成される。定盤１７の回転軸２０には、吸引装置に接続された吸引孔２１が形成され、定盤１７内には吸引路２２が形成され、定盤１７の表面に吸引口２３が多数開口している。図中、符号１６は定盤１７の表面に形成されたリング溝である。
【００４６】
そして、研磨パッドの窓部材２を形成する部分においては、定盤１７表面に凹部２４が形成されている。この凹部２４は、図６および図７に示すように、定盤１７の表面からやや凹んだ平坦部２５と、該平坦部２５から定盤１７表面にかけて傾斜したテーパ部２６とを有し、平坦部２５にも吸引口２３が複数開口している。この吸引口２３は、上記したように吸引路２２を介して吸引孔２１に連通している。
【００４７】
上記平坦部２５の幅および長さ寸法は、窓部材２の幅および長さと同寸法あるいはそれ以上とするのが好ましく、例えば凹部２４の幅、長さＬ５は窓部材２の大きさよりも５〜１０mm大きくするのがよく、窓部材２の幅Ｌ４および長さより４mm程度大きくするとさらによい。また、テーパー部２６の幅は１．０〜２．０mmが好ましく、平坦部２６の深さは５００μm以上、特に５００〜６００μmが好ましい。上記吸着真空到達度は０〜２５０torrが好ましい。
【００４８】
この定盤１７にパッド本体１０を吸引固定すると、定盤１７の表面に沿ってパッド本体１０が固定されるために、窓部材２において凹んだ状態となる。従って、溝を形成するための切削刃１９の先端が定盤１７上のパッド本体１０には届いて溝が形成されるが、凹部２４上の窓部材２表面には切削刃１９の先端が届かないために窓部材２表面に溝が形成されることがない。
【００４９】
また、図８に示すように、定盤１７の表面に凹部２４を形成する代わりに、治具２７を用いてもよい。この治具２７は厚み０．５mm程度の金属板あるいは樹脂板からなる板２８に窓部材２に相当する部分に開口２９を形成したものである。開口２９の幅Ｌ１１及び長さＬ１０は、図９に示すように、窓部材２の幅および長さ以上がよく、例えば、６〜８mm長くするのがよい。治具２７には通孔３０が多数形成されている。この治具２７を定盤１７上に重ね合わせて固定し、凹部２４を形成する代わりに、前述のように窓部材２の表面に溝を形成しない加工手段として用いることができる。
（実施形態３）
実施形態３の研磨パッドＰは、パッド本体１０の表面に比べて窓部材２の表面は凹んでおり、かつ該パッド本体１０の表面には、窓部材２の表面を除いて、多数の溝が形成されているものである。
【００５０】
従来の窓部材を有する研磨パッドは、パッド本体と窓部材が同一面となっているため、研磨時のドレッシングによって窓部材に傷を生じて、ノイズが検出されることがあるが、本実施例の研磨パッドはそのような傷防止に有効である。
【００５１】
溝を研磨パッドの表面前面に形成する場合においても、窓部材２を凹部加工することにより、窓部材２表面に溝が形成されることがなく、スラリーによるノイズを防止することができる。
【００５２】
さらに、窓部材２のドレッシング残りが生じないため、多種間の置き換えが可能となる。つまり、窓部材２の研削性が良好でなくてもよいため、多様な材料の選定が可能となる。例えば、高透明性の観点から材料を選択することができる。
【００５３】
さらに、窓部材２が凹部になっているため、窓部材２と被研磨物との間に隙間ができることにより、研磨時のスラリー搬送を助長する（スラリーの巡りが良好となる）。また、スクラッチの原因とならない。
【００５４】
製造方法は以下の通りである。
【００５５】
窓部材２を有するパッド本体１０を作成後、窓部材２に相当する位置においてパッド本体１０と窓部材２の表面を後加工により研削して凹部を形成する。パッド表面の凹部の研削深さは４００〜５００μmが好ましい。また、パッド表面の凹部の幅、長さは、窓部材２の大きさより５〜１０mm大きくするのがよい。
溝加工パッドの窓部材２のみ溝加工を施さないことにより、スラリーによるノイズを防止することができる。
【００５６】
なお、上記した本発明の研磨パッドはポリウレタン組成物から、いわゆるプレポリマー法やワンショット法で製造することができる。
【００５７】
プレポリマー法とは、ポリオール成分とイソシアネート成分との反応物であるウレタンプレポリマーを用い、ジアミン類又はジオール類、発泡剤、触媒を添加混合して得られるウレタン組成物を硬化させる方法である。ワンショット法とは、ポリオール成分、イソシアネート成分、ジアミン類又はジオール類、そして発泡剤、触媒等を混合して得られるウレタン組成物を硬化させる方法である。
【００５８】
上記ウレタンプレポリマーとしては、ポリエーテル系ウレタンプレポリマー、ポリエステル系ウレタンプレポリマー、ポリエステルエーテル系ウレタンプレポリマーのいずれも使用することができる。
【００５９】
【実施例】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
（実施例１）
３２９７ｇのユニローヤルアジプレンＬ−３２５(Uniroyal Adiprene L-325)ポリエーテル系ウレタンプレポリマーと、８２４ｇの硬化剤（ＭＯＣＡ）と混合して、窓部材用組成物を調製した。この窓部材用組成物をモールド内に注入して、約１５０°Ｆで１５分間放置した。このようにして窓部材を形成するブロックを得た。
【００６０】
３２９７ｇのユニローヤルアジプレンＬ−３２５(Uniroyal Adiprene L-325)ポリエーテル系ウレタンプレポリマーと、７４９ｇの硬化剤（ＭＯＣＡ）と混合して、パッド用組成物を調製した。
【００６１】
上記窓部材を形成する樹脂ブロックをモールド内に配置し、パッド用組成物をモールド内に注入して、約１５０°Ｆで１５分間放置した。このようにしてパッドの成形物を得た。その後、所定厚みにスライスして研磨パッドを得た。
【００６２】
得られた研磨パッドの研削性を研磨機（Ｓｔｒａｓｂａｕｇｈ・６ＣＡ定盤直径２０インチ）で測定した。研削条件は、シーズニング圧力０．１Ｋｇｆ／ｃｍ²、定盤回転数８９ｒｐｍ、キャリア回転数６０ｒｐｍ、純水供給量３０００ｃｍ³／ｍｉｎであり、シーズニングツールはＲ＃８０（株式会社藤森技術研究所製）を用いた。
【００６３】
その結果を図１０に示す。図中、窓部とは窓部材での合計削れ量を示し、入口とは研磨パッドの図２において、窓部材からＶ切り欠き部を見て左側パッド部の合計削れ量を示し、出口とは研磨パッドの図２において、窓部材からＶ切り欠き部を見て右側パッド部の合計削れ量を示す。定盤の回転に伴い、常に入口、窓部、出口の順にシーズニングツールにより研磨される。外周とは研磨パッドの外周部の合計削れ量を示し、内周とは研磨パッドの内周の合計削れ量を示す。
（比較例１）
実施例１で用いた窓部材用組成物の代わりに、実施例１で用いたパッド用組成物と同じ組成で窓部材用組成物を調製したこと以外は、実施例１と同様にして研磨パッドを得た。
【００６４】
この研磨パッドについて実施例１と同様に研削試験を行ったところ図１１に示す通りであった。
【００６５】
次に、従来品でシリコンウエハを研磨している条件で、上記実施例１および比較例１の研磨パッドを用いて研磨試験を行った。
【００６６】
その結果、比較例１のものでは窓部材に形成された溝がノイズの原因となったが、実施例１の研磨パッドでは、窓部材に形成された溝がノイズの原因になることはなかった。
【００６７】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ガラス、ハードデイスク、ＬＣＤ基板等の研磨において、窓部材にスラリーがたまることが抑制されるため、従来のように透過光を減衰させることがなく、検出精度を高めることができる。また、窓部材がパッド本体から凹んでいるので、研磨時のドレッシングによって窓部材に傷を生じることがなくノイズが検出されにくい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の研磨パッドの一実施形態の断面図である。
【図２】図１で示す研磨パッドの平面図である。
【図３】図１で示す研磨パッドの窓部材部分の拡大図である。
【図４】（ａ）は定盤の図４（ｂ）のＸ-Ｘ線断面図、(ｂ)は定盤の平面図である。
【図５】（ａ）は定盤の図４（ｂ）のＹ-Ｙ線断面図、(ｂ)は定盤の平面図である。
【図６】（ａ）は定盤の窓部材部分の断面図、(ｂ)は定盤の窓部材部分の平面図である。
【図７】定盤の凹部の説明図である。
【図８】定盤の他の例の斜視図である。
【図９】図８で示す治具の開口部の説明図である。
【図１０】実施例１の研磨パッドの研削性を示すグラフである。
【図１１】比較例１の研磨パッドの研削性を示すグラフである。
【符号の説明】
２窓部材
１０パッド本体
Ｐ研磨パッド

Claims

パッド本体と、該パッド本体の一部に一体に形成された透明な窓部材と、を有する研磨パッドであって、
該パッド本体は、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、およびポリエステルからなる群から選択される一種または２種以上の樹脂から形成され、
前記窓部材は、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリエーテルサルホン、ポリスチレン、ポリエチレン、およびポリテトラフルオロエチレンからなる群から選択される透明樹脂から形成され、
前記窓部材の材質が、前記パッド本体の材質に比べて研削性が高く、
窓部材の表面を除いたパッド本体の表面に多数の溝が形成されていることを特徴とする研磨パッド。
表面に多数の吸引口が形成され、かつ、表面に前記窓部材と同寸法あるいはそれ以上の寸法の凹部が形成された定盤又は治具を使用することにより、パッド本体と、該パッド本体の一部に一体に形成された透明な窓部材と、を有し、窓部材の表面を除いたパッド本体の表面に多数の溝が形成されている研磨パッドを製造するための研磨パッドの製造方法であって、
窓部材が前記凹部と重なるように、多数の溝が形成されていないパッドシートを定盤又は治具の表面にセットし、吸引口からパッドシートを吸引することにより、定盤又は治具の表面にパッドシートを吸引固定し、凹部の位置で窓部材及び窓部材周辺を凹ませた状態とし、切削刃によりパッドシートの表面に溝を形成することを特徴とする研磨パッドの製造方法。
前記定盤又は治具を回転させながらパッドシートの表面に切削刃を押し付けることでパッドシートの表面に溝を形成する請求項２記載の研磨パッドの製造方法。
前記定盤又は治具の回転軸に、吸引装置に接続された吸引孔が形成され、定盤又は治具の内部に該吸引孔と前記吸引口とを連通する吸引路が形成された定盤又は治具を使用する請求項２又は３に記載の研磨パッドの製造方法。
前記吸引口を形成したリング溝が表面に形成された定盤又は治具を使用する請求項２〜４のいずれかに記載の研磨パッドの製造方法。