JP5132830B2

JP5132830B2 - 研磨パッド

Info

Publication number: JP5132830B2
Application number: JP2012145155A
Authority: JP
Inventors: 智之戸田; 真一羽場; 豊治杉田; 光一吉田
Original assignee: Nitta Haas Inc
Current assignee: Nitta DuPont Inc
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-01-30
Anticipated expiration: 2025-06-15
Also published as: JP2012179714A

Description

本発明は、シリコンウエハ等の半導体基板、ガラス、アルミディスク等の被研磨物の研磨に使用する研磨パッドに関する。

半導体ウエハの精密研磨に用いられる研磨パッドとしては不織布にウレタン樹脂を含浸し、湿式凝固させて製造される多孔質ウレタンパッド、ウレタン樹脂を発泡させて得られる発泡ポリウレタンパッド、微小中空球体をウレタン樹脂に含有させた硬質ポリウレタンパッドが知られている。多孔質ウレタンパッドとしてはニッタ・ハース社製のＳＵＢＡシリーズ等があり、独立発泡ポリウレタンパッドとしてはニッタ・ハース社製のＭＨシリーズがあり、また、硬質ウレタンパッドとしてはニッタ・ハース社製のＩＣシリーズ等がある。

これらの研磨パッドにおいては、溝加工や孔加工を施して、研磨レートを向上させることや、研磨加工を行う際の研磨スラリーの保持性能を高めることや、過剰の研磨スラリーを排除することが多くなされている。

孔加工を施した研磨パッドの例としては特許文献１が知られている。特許文献１の研磨パッドは外周に近い第１の領域と外周から離れた第２の領域とからなっており、後者は前者に比べて複数の開口部もしくはそれより大きい平均気孔を有することを特徴とする。その目的は基材の研磨均一性を改善することにある。また、複数のスラリー導入用の貫通孔と複数のスラリー供給用の貫通孔とを設けた上層研磨パッドと、スラリー導入部とスラリー通路用溝部を設けた下層研磨パッドとを積層した積層研磨パッドを用いてＣＭＰ(化学的機械研磨)を行う例が特許文献２で知られている。特許文献２では、その目的はスクラッチの原因となるスラリーの凝固を防ぎ被加工物の面内均一性を向上させることにある。さらに、研磨パッドに長孔の貫通孔を複数設けることにより、研磨後に被加工物を取り除くことを容易にすると共に、研磨パッドが摩耗しても従来知られている溝加工を施したパッドと比較して長孔がなくなることが無いのでパッド寿命が延びる、その結果製造コストを低減できるとしている例も特許文献３で知られている。

以上のように研磨パッドに孔加工を施した例はいくつか知られているが、その孔の形は貫通孔であり数及び配列については示されているが、孔形状に関して特に開示されたものは見当たらない。また、その孔は研磨面に対して垂直な孔形状であるために、半導体ウエハやガラスの研磨工程において、そのような孔加工を施した研磨パッドを使用した場合、その先鋭なエッジ部分により被研磨物にスクラッチ(研磨傷)が発生し易いという課題がある。

このスクラッチに関して、孔は溝とは異なった課題がある。溝は、研磨スラリーの供給・排出性に優れているため、研磨スラリーの排出と共に研磨屑も排出され、研磨レートがある程度高く、また、スクラッチも少なめであり、バランスが取れた表面加工が可能である。

しかしながら、孔は溝とは異なり、互いに独立しているために、研磨スラリーを十分量確保することができるのであるが、その反面、孔に一旦入った研磨スラリーは容易に孔から排出されにくいという特有の課題がある構造のために、研磨レートは高いものの、スクラッチが溝と比較して多めである、という溝とは全く相違した課題が存在している。

米国特許５，３２９，７３４特開２００４−８２２７０特開２００３−３００１４０

本発明は、研磨面に開口した貫通孔を有する研磨パッドにおいて、スクラッチ低減と研磨レート向上とを両立可能としたものである。

本発明による研磨パッドは、研磨面に開口したスラリーを保持する貫通孔を有する研磨パッドにおいて、少なくともその貫通孔の開口のエッジ部にその全周にわたり傾斜が付けられており、裏面またはこれと平行な線（基準線）と貫通孔内壁面とで挟む角度が９０ ° 未満であることを特徴とするものである。

本発明によると、貫通孔の開口のエッジ部が先鋭ではなく傾斜が付けられているので、被研磨物表面を研磨する際、スクラッチを低減することができる。このスクラッチの低減においては、溝とは異なり、貫通孔のエッジ部にその全周にわたり傾斜が付けられているので、被研磨物と研磨パッドとがどのように接触しても被研磨物表面の研磨を行う際にスクラッチの発生を抑制することができる。したがって、本発明によるときは、貫通孔の特徴である研磨スラリーの高い保持性能による高研磨レートを維持しつつこれとトレードオフの関係であるスクラッチの発生を抑制することができる。

本発明はまた、貫通孔開口のエッジ部にその全周にわたり傾斜が付けられているので、溝のように被研磨物表面の研磨に方向性があるものとは異なって、被研磨物表面の研磨に際して研磨方向のいかんにかかわらず高研磨レートを維持しつつスクラッチ発生を抑制することができるという優れた効果を発揮することができるものである。

特に本発明の場合、貫通孔が研磨面側に広がる傾斜面を開口エッジ部に備えたことにより、被研磨物が貫通孔の上を通過するときの研磨布の変形に起因するポンプ効果により、貫通孔内外の研磨スラリーの入れ替わりが大きくなる。そのために、貫通孔内部に蓄積された研磨スラリーが入れ替わって、新しい研磨スラリーが研磨に使用されるとともに、貫通孔に捕捉されていた研磨屑が排出されることになり、研磨レートが向上し、さらにスクラッチも低減されるようになる。

上記傾斜角度は、貫通孔が表面から裏面全体にかけて傾斜している場合、貫通孔外側で裏面と貫通孔内壁面とで挟む角度が９０°未満に傾斜している。貫通孔が表面から裏面までの途中までが傾斜している場合、貫通孔外側でその途中部を裏面に対して平行に通る線（基準線）と貫通孔内壁面とで挟む角度が９０°未満で傾斜している。９０°以上であると、研磨レートが低下し、スクラッチの発生も低減しにくくなる。

本発明の研磨パッドは、不織布タイプまたは発泡樹脂タイプまたは硬質樹脂タイプのいずれかであることが好ましい。

上記貫通孔は、当該研磨パッドの表面から裏面にかけて直線状または曲線状に傾斜していることが好ましい。厚みが薄く研磨パッドのライフがその厚みのほぼ全体までの場合、そのライフに至るまで被研磨物表面の研磨に際してのスクラッチの発生を低減することができる。

上記貫通孔は、当該研磨パッドのライフとされる厚みまでが上記所定の傾斜角度で傾斜していることが好ましい。厚みが厚く研磨パッドのライフに至る厚みまでは被研磨物の表面の研磨に際してスクラッチの発生を低減することができる。

貫通孔は、その内部途中部から当該研磨パッド表面方向に広がる第１貫通孔形状とし、また、その内部途中部から当該研磨パッド裏面方向に広がる第２貫通孔形状であることが好ましい。第１貫通孔形状に至るまでは被研磨物表面の研磨を行うに際してスクラッチの発生を低減することができる一方で、第２貫通孔形状においては研磨スラリーを保持することができる。そのため、第１貫通孔形状だけにおいては研磨面側開口のエッジ部の傾斜角度を小さくしてスクラッチの発生抑制効果が高まるとともに、それに応じて研磨スラリーの保持性能が低下するというトレードオフの関係が発生するが、第２貫通孔形状において研磨スラリーの保持性能を高くすることができるので、当該貫通孔全体としては、スクラッチの発生を大きく抑制することができる傾斜角度に設定すると同時に、研磨スラリーの保持性能を十分に高く維持して研磨レートの向上を図ることができるという極めて性能に優れた研磨パッドを得ることができる。

なお、本発明の研磨パッドは単層に限定されるものでは何等なく、多層構造の研磨パッドにも及ぶものであり、上層に本発明の研磨パッドを配置したものはすべて本発明に含むことができる。

本発明においては、被研磨物表面の研磨に際してのスクラッチ量低減と研磨レート向上とを達成することができる。

本発明の実施の形態１に係る研磨パッドの要部断面図である。図１の研磨パッドの要部平面図である。（ａ）本発明の実施の形態２に係る研磨パッドの要部断面図、（ｂ）図３（ａ）の平面図である。（ａ）本発明の実施の形態２の変形に係る研磨パッドの要部断面図、（ｂ）図４（ａ）の平面図である。（ａ）本発明の実施の形態３に係る研磨パッドの要部断面図、（ｂ）図５（ａ）の平面図である。（ａ）本発明の実施の形態３の変形に係る研磨パッドの要部断面図、（ｂ）図６（ａ）の平面図である。本発明の実施の形態４に係る研磨パッドの要部断面図である。図７の研磨パッドの要部平面図である。実施例に用いた研磨パッドの要部断面図である。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施の形態に係る研磨パッドを詳細に説明する。

図１および図２は実施の形態１に係る研磨パッドを示す。図１は研磨パッドの要部断面図、図２は図１の研磨パッドの要部平面図である。これらの図において、１は実施の形態１の研磨パッドを示す。この研磨パッド１は、不織布タイプである。実施形態の研磨パッド１は独立発泡ウレタンタイプでも、硬質ウレタンタイプでもよい。

２は研磨パッド１の表面である研磨面、３は研磨パッド１の裏面、４は貫通孔である。この貫通孔４の研磨面側開口のエッジ部５は、その全周にわたり、貫通孔４の外側で裏面３と貫通孔内壁面とで挟む角度（傾斜角度）がαに傾斜している。この場合の貫通孔４の内壁面６は研磨面２から裏面３の全体にかけて直線状に傾斜している。

実施の形態１の研磨パッド１によると、貫通孔４の開口エッジ部５の全周にわたり傾斜（テーパー）が付いているので、この研磨パッド１を用いて被研磨物を研磨した場合、被研磨物表面のスクラッチを低減することができる。そのため、貫通孔４の特徴である高研磨レートを維持しつつスクラッチの発生を低減することができるようになる。また、溝に傾斜を付ける場合とは異なり、孔４の全周にわたり傾斜を付けているので、スクラッチの低減に方向性が無くなり、被研磨物表面の研磨に際して、研磨パッド１表面と被研磨物表面との接触関係がどのようになっていても、被研磨物表面の研磨に際して研磨レートを向上させつつ該被研磨物表面のスクラッチの発生を抑制ないしは低減することができるようになる。

なお、上記傾斜角度αは、研磨パッド１が不織布タイプの場合も独立発泡ウレタンタイプの場合も硬質ウレタンタイプも、スクラッチ低減、研磨レート向上において、９０°未満であればよい。

図３および図４は実施の形態２に係る研磨パッドを示す。図３（ａ）（ｂ）は研磨パッドの要部断面図と要部平面図、図４（ａ）（ｂ）は別の研磨パッドの要部断面図、要部平面図である。これらの図において、図１および図２と対応する部分には同一の符号を付している。実施の形態２の研磨パッド１においては、図３（ａ）（ｂ）で示す貫通孔４はその開口エッジ部５から内部途中部７ａまでの孔深さが浅く、図４（ａ）（ｂ）で示す貫通孔４はその開口エッジ部５から内部途中部７ｂまでの孔深さが深くしてある。これは、研磨パッド１のライフとされる厚みまで、すなわち、内部途中部７ａ，７ｂまで研磨パッド１が磨耗した後は寿命として研磨パッド１が交換されるのでこの厚み以下の貫通孔４の形状は該傾斜部分は必ずしも必要ではなく孔内部途中部７ａ，７ｂより深い孔内部の内壁面６は垂直孔としている。実施の形態２の研磨パッドも、高研磨レートを維持しつつスクラッチの発生を低減することができる。実施の形態２の場合の傾斜角度αは、貫通孔外側で孔内部途中部７ａ，７ｂを裏面３に平行に通る線（基準線）と孔内壁面とで挟む角度である。

図５および図６は実施の形態３に係る研磨パッドを示す。図５（ａ）（ｂ）は研磨パッドの要部断面図と要部平面図、図６（ａ）（ｂ）は別の研磨パッドの要部断面図、要部平面図である。これらの図において、図１および図２と対応する部分には同一の符号を付している。実施の形態３の研磨パッド１において、図５（ａ）（ｂ）で示す貫通孔４はその開口エッジ部５から内部途中部７ａまでの貫通孔形状は曲線状であり、図６（ａ）（ｂ）で示す貫通孔４は図５（ａ）（ｂ）で示す貫通孔４よりもその開口エッジ部５から内部途中部７ｂまで深い位置までが曲線状である。これは、研磨パッド１のライフとされる厚みまで、すなわち、内部途中部７ａ，７ｂまで研磨パッド１が磨耗した後は寿命として研磨パッド１が交換されるのでこの厚み以下の貫通孔４の形状は該傾斜部分は必ずしも必要ではなく孔内部途中部７ａ，７ｂより深い孔内部の内壁面６は垂直孔としている。これに加えて、貫通孔４の開口エッジ部５から内部途中部７ａまでの貫通孔形状を曲線状として、被研磨物の研磨に際してスクラッチの発生をより一層抑制することができるようにしている。実施の形態３の研磨パッドも、高研磨レートを維持しつつスクラッチの発生を低減することができる。実施の形態３の場合の傾斜角度αは孔内部途中部７ａ，７ｂを裏面３に平行に通る線（基準線）と孔内壁面とで挟む角度である。

図７および図８は実施の形態４に係る研磨パッドを示す。図７は研磨パッドの要部断面図、図８は図６の研磨パッドの要部平面図である。これらの図において、図１および図２と対応する部分には同一の符号を付している。実施の形態４の研磨パッド１においては、貫通孔４の形状をその内部途中部７から研磨面２方向に広がる貫通孔形状４ａとし、また、その内部途中部７から裏面３方向に広がる貫通孔形状４ｂになっている。貫通孔形状４ａにおいては傾斜角度αによりエッジ部５に傾斜を付けて被研磨物の研磨に際してスクラッチの発生を抑制し、貫通孔形状４ｂにおいては研磨スラリーを貯留し研磨レートの向上を図ることができる。実施の形態４の研磨パッドは、特に、研磨レートの向上とスクラッチの低減とが可能となる。なお、第１貫通孔形状の傾斜角度αは孔内部途中部７を裏面３に平行に通る線（基準線）と孔内壁面とで挟む角度である。

不織布タイプの研磨パッド（ニッタ・ハース(株)製ＳＵＢＡ）と独立発泡ウレタンタイプの研磨パッド（ニッタ・ハース(株)製ＭＨ）に対して、ポンチで任意の大きさの孔を開けた後、三次元加工機械（ＮＣルーター）によって設定角度専用の刃物で面取りを行い、貫通孔の開口の壁面に傾斜を付けて、図９に示す傾斜角付きの貫通孔を有する研磨パッドとした。図９は、不織布タイプの研磨パッドと、独立発泡ウレタンタイプの研磨パッドとを共用して示す。そして、両タイプの研磨パッドは、その貫通孔の傾斜角度を８種類（２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、７０°、８０°、９０°）に変え、各傾斜角度の貫通孔を有する研磨パッドそれぞれを、１つずつ、片面研磨機（Ｇ＆Ｐ社製Ｐｏｌｙ−５００）の下定盤に両面粘着テープを介して貼付し、その表面にこれと対向するキャリァーヘッドに保持された被研磨物であるウエハを押し付けながらその界面に研磨スラリーを供給しつつ研磨を行って、ウエハのスクラッチ量をウエハ表面検査装置（日立ハイテク電子エンジニアリング(株)製ＬＳ６６００）を用いて測定した。
以上の測定結果を表１に示す。

表１に示す測定結果から明らかであるように、貫通孔の開口エッジ部の全周にわたり傾斜をつけた研磨パッドにより、被研磨物に対する研磨レートの向上とスクラッチの抑制とができた。

詳細には、スクラッチに関しては９０°を１（単位表面領域当たりのスクラッチ量（例えばスクラッチ本数）を１）とすると、不織布タイプの場合、傾斜角度αが小さくなるほど、スクラッチが低減し８０°以下、２０°以上で０．９８から０．７３まで低減し、独立発泡ウレタンタイプの場合も傾斜角度αが小さくなるほど、スクラッチが低減し、８０°以下、２０°以上で０．９３から０．６３まで低減した。

また、研磨レートに関しては９０°を１とすると、不織布タイプの場合、傾斜角度αが小さくなるほど、研磨レートが向上し８０°以下、２０°以上で１．００から１．０８に向上し、独立発泡ウレタンタイプの場合も、傾斜角度αが小さくなるほど、研磨レートが向上し、８０°以下、２０°以上で１．０２から１．０９に向上した。

なお、測定データは傾斜角度αを８種類変えて行なったものであり、傾斜角度αが９０°未満であればよく、上記８種類に限定されない。

１研磨パッド
２研磨面（表面）
３裏面
４貫通孔
５開口エッジ部

Claims

研磨面に開口したスラリーを保持する貫通孔を有する研磨パッドにおいて、少なくともその貫通孔の開口のエッジ部にその全周にわたり傾斜が付けられており、
裏面またはこれと平行な線（基準線）と貫通孔内壁面とで挟む角度が９０ ° 未満である、
ことを特徴とする研磨パッド。
研磨パッドが不織布タイプ、発泡樹脂タイプまたは硬質樹脂タイプのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド。
貫通孔は、直線状または曲線状に傾斜して開口している、ことを特徴とする請求項１または２に記載の研磨パッド。