TWM652961U - 研磨墊 - Google Patents

Abstract

本創作關於研磨墊。具體地，本創作關於具有研磨面的研磨層與支撐上述研磨層的基材接合而成的玻璃用或半導體晶圓用的研磨墊。在本創作中，將由包含聚酯等的第1聚合物和包含聚醯胺、聚烯烴等的第2聚合物的2種聚合物構成的撕裂紗的織物作為研磨墊的研磨層。撕裂紗特佳係在截面結構中為層狀的第1聚合物和第2聚合物交替層疊而成的纖維。本創作的研磨墊是與迄今為止的精研磨工序用的絨面革型的研磨墊不同的新方式的研磨墊。

Description

研磨墊

本創作關於在半導體晶圓、顯示器用玻璃基板等的研磨工序中使用的研磨墊。詳細而言，本創作關於一種在精研磨工序中使用的研磨墊，其平坦性及表面粗糙度的加工精度得到改善。

在如半導體晶圓、顯示器用玻璃基板的半導體部件、電子部件的製造製程中，一般會一併進行用於其表面的平坦化、鏡面化的研磨工序。在該研磨工序中，在將研磨墊固定於研磨裝置之後，一邊將晶圓等被研磨部件按壓於研磨墊並供給研磨漿料，一邊使兩者相對滑動來進行研磨。該研磨工序包括以被研磨面的平坦化為主要目的的1次及2次研磨工序，及以被研磨面的鏡面化為主要目的的精研磨工序的複數個研磨工序。

而且，在研磨工序中，考慮被研磨材料的材質，並根據上述的1次研磨、2次研磨、精研磨工序的各工序的目的，使用複數種研磨墊。作為使用在該等各種工序的研磨墊，眾所周知有胺酯型的研磨墊、絨面革型的研磨墊、不織布型的研磨墊(例如，專利文獻1~專利文獻3)。

胺酯型的研磨墊藉由使雙液固化型聚胺酯發泡固化而切片成適當的尺寸來製造。胺酯型的研磨墊比較硬質，對被研磨面的平坦化有用，因此大多在1次研磨中使用。

不織布型的研磨墊係藉由使聚胺酯等樹脂含浸於隨機聚集的樹脂纖維中來製造。不織布型的研磨墊由於硬度比較低且具有適度的彈性和柔軟性，因此被研磨面的形狀追隨性優異。不織布型的研磨墊雖然研磨速度比胺酯型的研磨墊低，但由於能夠在抑制研磨損傷的同時進行研磨，因此主要在1次研磨和2次研磨中使用，有時也在精研磨中使用。

絨面革型的研磨墊藉由在使聚胺酯等樹脂含浸於聚酯等不織布而成的基材的內部使發泡層生長後，除去基材的表面部分而在發泡層形成開口部來製造。絨面革型的研磨墊的表面軟質而柔軟，藉由發泡層對研磨材料的保持作用，能夠進行無研磨損傷的鏡面加工。因此，絨面革型的研磨墊主要用於精研磨。

[先前技術文獻]

[專利文獻]

[專利文獻1]日本專利公報特開2004-266218號

[專利文獻2]日本專利公報特開2007-54910號

[專利文獻3]日本專利公報特開2012-101339號

本案創作關於在上述各研磨工序中使用的研磨墊中的最適於精研磨的研磨墊。精研磨是上述半導體晶圓、玻璃面板等的研磨工序中的最終工序，是决定它們的表面狀態的好壞的工序。而且，如上所述，在研磨工序的精研磨中，迄今為止大多使用絨面革型的研磨墊。

但是，近年來，在半導體部件、電子部件等中，微細化、高集成化不斷發展，要求形成沒有研磨損傷且精度更高於以往的研磨面。關於這一點，即使是以往的絨面革型的研磨墊，藉由調整研磨條件、研磨劑等，也能夠在某種程度上應對這些要求，但基於研磨條件的研磨精度的提高與研磨速度處於折中的關係。絨面革型的研磨墊原本研磨速度低，因此若要提高研磨精度，則高效的研磨作業變得困難。

另外，由於半導體元件的大量生產、顯示器的大畫面化，晶圓、玻璃面板也朝大徑化、大面積化發展。為了應對這樣的被研磨部件的大型化，需要得到均質的研磨精度。絨面革型的研磨墊藉由形成基於濕式聚胺酯的發泡層來製造，但發泡層的面方向的物性容易產生偏差，由於大徑化而難以進行均質的研磨。

進而，在精研磨工序中，還要求作業效率的提高。在利用絨面革型的研磨墊的研磨作業中，事先進行表面磨削而使發泡層的開口部露出的拋光(金剛砂)加工，但需要用於除去此時產生的殘留物(拋光渣)的清洗。而且，在研磨作業的啟動時，需要進行親水化處理以使研磨漿料滲透至發泡層中。這些清洗和浸水處理需要30分鐘~2小時左右的比較長的時間，成為使研磨工序整體的作業效率降低的主要原因。

本創作是在上述的背景下完成的，關於在精研磨工序中使用的研磨墊，提供一種新的研磨墊，其具有與以往的絨面革型的研磨墊不同的結構，研磨速度優異，並且能夠得到高研磨精度的研磨面。另外，提供在研磨作業的啟動階段也能夠在短時間內開始作業的裝置。

解决上述課題的本創作為一種研磨墊，其中，在具有研磨面的研磨層與支撐上述研磨層的基材接合而成的玻璃用或半導體晶圓用的研磨墊中，上述研磨層由撕裂紗的織物構成，該撕裂紗由第1聚合物和第2聚合物這2種聚合物構成。

如上所述，本創作的研磨墊作為適於精研磨工序的研磨墊，是將撕裂紗的織物(織布)作為研磨面的研磨墊。撕裂紗是指將材質不同的2種聚合物結合而形成1根單纖維(單絲)的複合纖維。就撕裂紗而言，由於材質的不同而使第1與第2聚合物的相互間之結合力並不那麽高，因此，容易藉由機械衝擊而分割成各聚合物的極細纖維。

在本創作中，如上所述分割的極細纖維以密集的狀態露出於研磨層的表面。該極細分割纖維具有基於研磨劑(漿料)的保持和排出的泵送作用，有效地將研磨劑粒子供給至被研磨材料而確保研磨速度。另外，極細的分割纖維密集的表面結構與絨面革型的研磨墊相比能夠提高與被研磨部件的密合性，能夠一邊追隨被研磨部件的表面形狀一邊進行高平坦化加工。

而且，本創作的研磨墊由織物構成研磨層。織物藉由規則地編入緯紗和經紗，能夠確保厚度、物性的均勻性。由此，能夠在被研磨部件表面使面內均勻性良好地形成高精度的研磨面。

進而，撕裂紗藉由賦予比較弱的機械衝擊而能夠分割成極細纖維，因此研磨作業的前處理簡易，此時也不會產生殘留物。因此，不需要如以往的絨面革型的研磨墊的拋光處理的切削表層的加工，不會產生拋光渣等殘留物。另外，由於極細的分割纖維密集的研磨層的吸水性良好，因此能夠使研磨作業開始時的處理簡化且縮短時間。因此，也能夠有助於研磨作業的高效化。

以下，對具有以上所述特徵的本創作的研磨墊進行更詳細的說明。如圖1所示，本創作的基本結構與以往的研磨墊相同，由研磨層和基材構成，任意地在基材的平臺側的面設定用於固定研磨墊的黏合層或吸附層。

A.研磨層

研磨層是擔負研磨墊的研磨作用並且成為本創作的特徵的主要構成。研磨層與被研磨部件密合並同時保持研磨劑漿料，且一邊與被研磨部件密合，一邊對被研磨部件進行研磨。

如上所述，本創作的研磨墊的研磨層由撕裂紗的織物構成。撕裂紗是由第1聚合物和第2聚合物這2種聚合物構成的複合纖維。第一聚合物和第二聚合物是組成和硬度等機械性質不同的聚合物的組合。具體而言，撕裂紗較佳係第1聚合物為聚酯、第2聚合物為聚醯胺或聚烯烴中的任一種。作為第1聚合物的聚酯，可舉出聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚 萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)等。作為第2聚合物的聚醯胺是所謂的尼龍。可舉出尼龍6、尼龍6,6等。另外，聚烯烴可舉出聚乙烯、聚丙烯等。本創作中的較佳組合是第1聚合物為聚對苯二甲酸乙二酯、第2聚合物為尼龍6或尼龍6,6的撕裂紗的織物。

撕裂紗是將第1聚合物a、第2聚合物b的極細纖維複合化而構成單纖維。其截面結構的例子如圖2所示。如圖2(a)所示撕裂紗的結構可以舉出第1聚合物a、第2聚合物b分別成為層狀而交替層疊的結構。另外，如圖2(b)、圖2(c)所示，還可以列舉任一聚合物呈放射狀擴散，另一方的聚合物纖維占據其間隙的結構等。需要說明的是，這些結構的撕裂紗的單纖維的纖維直徑較佳為5μm以上且40μm以下。撕裂紗的纖維直徑以單纖維的截面中的長徑和短徑的平均值算出。

另外，這些撕裂紗的截面結構中特佳的結構為圖2(a)的層狀的極細纖維層疊而成的結構。該結構的撕裂紗在分割時形成扁平的極細纖維，角部分與研磨漿料一起發揮研磨力。而且，在採用這樣的層狀纖維的層疊結構時，第1、第2聚合物的纖維的層數可以均等，但較佳為將第1聚合物纖維的層數設為5層~7層，將第2聚合物纖維的層數設為4層~6層，並且將第1聚合物纖維的層數設定得較多。第1聚合物纖維中較佳的聚對苯二甲酸乙二酯，係相較於第2聚合物纖維中較佳的尼龍而為硬度較高，能夠確保與研磨漿料協同作用的研磨力。

由撕裂紗的織物構成研磨層時，織物的厚度較佳為100μm以上且600μm以下。研磨層以在其表面發揮的研磨作用為要點，因此即使過 厚也沒有效果。但是，由於會隨著研磨的進行而磨損，因此需要某種程度的厚度。由此，較佳為上述範圍的厚度。

另外，如上所述，纖維的織物適合作為研磨層的理由在於，織物比較容易確保物性的均勻性，能夠確保研磨特性的面內均勻性。作為研磨墊的研磨層的物性，可舉出壓縮率、壓縮彈性模量、硬度。研磨層的壓縮率和壓縮彈性模量的測定方法由JIS(日本工業標準)的L1021規定。具體而言，測定在室溫下從無載荷的狀態施加一定時間的初始載荷後的厚度t0，接著從厚度t0的狀態施加最終壓力，直接測定放置一定時間後的厚度t1。然後，從厚度t1的狀態除去全部的載荷，放置一定時間後，再次測定施加規定秒的初始載荷後的厚度t0’。依據測定的t0、t1、t0’，壓縮率由“壓縮率(%)=(t0-t1)/t0×100”的式子求出，壓縮彈性模量由“壓縮彈性模量(%)=(t0'-t1)/(t0-t1)×100”的式子求出。另外，關於硬度，JIS K7311中規定了廣泛用作研磨墊的研磨層的硬度的蕭氏D硬度的測定法。另外，本創作的研磨墊的研磨層的壓縮率、壓縮彈性模量、硬度全部的偏差較佳為±5%以下。更佳係壓縮率為±1%以內、壓縮彈性模量為±1%以內、硬度為±0.5%以內。

需要說明的是，撕裂紗在紡絲的階段以第1聚合物與第2聚合物結合的狀態形成單纖維，其織物也在剛製造後為該單纖維的狀態。如上所述，撕裂紗藉由機械衝擊進行分割而形成極細分割纖維，在研磨作業時使研磨層成為極細分割纖維密集的狀態。撕裂紗的分割可以在織物剛製造後(與基材接合前)進行，也可以在與基材接合後進行。進而，也可以在即將進行研磨作業之前作為前處理進行撕裂紗的分割。作為利用機械衝擊將 撕裂紗分割而形成極細分割纖維的方法，有對與基材接合前的織物的假撚加工，在與基材接合前或接合後的以砂紙等進行的摩擦加工。另外，在即將進行研磨作業之前，藉由使用虛設的被研磨部件進行研磨作業，也能夠分割撕裂紗。

B.基材

基材是用於支撐研磨層的構件，是用於在研磨作業時確保研磨墊的更換時、向平臺固定時的操作性的必須的構件。另外，基材作為支撐部件的作用在研磨作業中也是重要的。本創作的研磨層由具有均質物性的織物形成，為了維持該均質性，需要基材的支撐作用。基材較佳由相對於柔軟的研磨層堅硬的材質構成。基材較佳由斷裂強度為210~290MPa、斷裂伸長率為80~130%的樹脂材料構成。更佳係斷裂強度為210~240MPa，斷裂伸長率為110~130%。需要說明的是，該拉伸強度為乾燥時的測定值。

基材通常使用薄的由有機物構成的板狀、片狀的構件。關於基材的構成材料，具體而言為聚酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、尼龍、胺酯、聚偏二氯乙烯、聚氯乙烯等樹脂。較佳係聚酯系樹脂材料，且為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)，特佳為PET。基材可以為單層，也可以由複數種樹脂製成多層結構。作為基材的厚度，較佳為50μm以上且500μm以下。

研磨層和基材通常在平面形狀和平面尺寸上一致。作為研磨墊的平面形狀，適用圓形或方形。另外，平面尺寸沒有特別限制。

C.本創作的研磨墊的其它結構

本創作的研磨墊可以藉由將構成研磨層的織物與基材貼合來製造。研磨層與基材的接合可以使用公開已知的黏接劑、黏合帶。例如，可以使用丙烯酸系黏接劑、橡膠系黏接劑、聚矽氧系黏接劑、環氧系黏接劑等。這些黏接劑、黏合帶能夠在研磨層與基材之間形成黏接層。此時，黏接層的厚度沒有特別限定。黏接劑只要使用能夠可靠地接合研磨層和緩衝層的量即可，無需考慮研磨墊的功能來規定黏接層的厚度。

另外，本創作的研磨墊也可以在基材的背面亦即對於平臺的固定面形成有用於與平臺固定的黏合層或吸附層。作為研磨墊對於平臺的固定方法，可列舉黏合帶等黏合材料的應用。黏合材料可以由丙烯酸系黏合劑、橡膠系黏合劑、聚矽氧系黏合劑、環氧系黏合劑構成。也可以預先在研磨墊背面形成由這些黏合材料構成的黏合層。

進而，關於研磨墊的固定方法，可應用由聚矽氧組成物所構成的規定的吸附材料。該吸附材料是使選自由下列者中之至少1種聚矽氧進行交聯而成的組合物：由僅在兩末端具有乙烯基的直鏈狀聚有機矽氧烷所構成的聚矽氧、由在兩末端和側鏈具有乙烯基的直鏈狀聚有機矽氧烷所構成的聚矽氧、由僅在末端具有乙烯基的支鏈狀聚有機矽氧烷所構成的聚矽氧、以及由在末端和側鏈具有乙烯基的支鏈狀聚有機矽氧烷所構成的聚矽氧。也可以預先在研磨墊背面形成由這樣的吸附材料所構成的吸附層。

以上說明的本創作的研磨墊由撕裂紗的織物構成研磨層。本創作的研磨墊與目前為止已知的作為半導體晶圓等的研磨墊而已知的胺酯型、絨面革型、不織布型的任一種均不同。本創作的研磨墊藉由撕裂紗分 割而產生的極細纖維能夠發揮優異的研磨速度，並且藉由作為織物的均勻性能夠形成高精度的研磨面。另外，由於在表面形成分割極細纖維，因此前處理也簡易，也不會產生殘留物，因此能夠簡易且短時間地進行研磨作業啟動時的處理。因此，也能夠有助於研磨作業的高效化。

1:研磨墊

11:研磨層

12:基材

2:平臺

3:平臺旋轉抽

4:研磨頭旋轉抽

5:研磨頭

6:矽晶片

a:第1聚合物

b:第2聚合物

圖1是表示作為本創作的研磨墊的一例的實施例1的研磨墊的外觀及剖面的圖。

圖2是表示構成研磨層的織物的成為單絲的撕裂紗的截面結構的例子的圖。

圖3是構成實施例的研磨墊的研磨層的撕裂紗的外觀照片。

圖4是實施例的研磨墊的研磨層的截面照片。

圖5是本實施方式中使用的研磨裝置的概略圖。

以下，對本創作的較佳實施方式進行說明。在本實施方式中，製造將撕裂紗的織物作為研磨層黏接於基材的研磨墊，評價其研磨性能。

成為織物的單絲的撕裂紗是與圖2(a)同樣的多層結構的撕裂紗。該撕裂紗的第1聚合物a為聚對苯二甲酸乙二酯(PET)，第2聚合物b為尼龍。而且，6層的第1聚合物a和5層的第2聚合物b交替層疊。需要說明的是，本實施方式的撕裂紗的纖維直徑為25μm。將本實施例的撕裂紗的外 觀照片示於圖3。另外，該撕裂紗是使作為絲原材料的PET(第1聚合物)和尼龍(第2聚合物)成為熔融狀態，從與本實施方式的撕裂紗的截面形狀相同形狀的複合纖維用的噴絲頭擠出並冷却而製造的。

在研磨墊的製造中，利用織機將上述撕裂紗製成單位面積重量120g/m²、厚度0.25mm的均等的織物，將其裁切成直徑810mm的圓形，製作研磨層。另外，將厚度100μm的PET片切成相同尺寸的圓形，製作基材。然後，用丙烯酸系黏接劑貼合研磨層和基材。進而，在基材的背面貼附相同尺寸的黏合帶(丙烯酸系黏合劑)，製成本實施例的研磨墊。圖4是由該織物構成的研磨層的截面照片。

研磨試驗：利用以上製作的本實施方式的研磨墊，使用圖5的研磨裝置，進行將堆積有1μm熱氧化膜的矽晶圓(φ300mm)作為被研磨部件(工件)的研磨試驗。在該研磨試驗時，預先進行1次及2次研磨，對表面粗糙度為0.3nm的矽晶圓進行採樣。另外，在研磨試驗中，在將研磨墊黏合固定於平臺後，對虛設的矽晶圓在與後述的正式試驗同樣的條件下進行6分鐘研磨，進行將研磨層的撕裂紗分割為極細纖維的前處理。然後，在放置工件之前，一邊使平臺旋轉一邊使研磨漿料流動3分鐘而使漿料融合。

之後，將矽晶圓設置於研磨墊表面而進行研磨作業。在研磨作業中，一邊將研磨漿料滴下至研磨墊，一邊使研磨墊(平臺)及矽晶圓(研磨頭)旋轉而研磨矽晶圓。此時，研磨條件如下所述。

‧研磨漿料：將Glanzox(Fujimi Incorporated Co.,Ltd.製)用純水稀釋30倍而得的漿料

‧研磨漿料滴下速度：2L/min

‧研磨壓力：0.175kgf/cm²

‧研磨墊(平臺)旋轉速度：45rpm

‧晶圓(研磨頭)旋轉速度：50rpm

‧晶圓(研磨頭)擺動速度：100mm/min

‧研磨時間：3min

利用研磨試驗進行研磨後，用純水清洗晶圓的被研磨面，在無塵狀態下乾燥後，評價各研磨墊的研磨面的研磨精度和平坦性。

關於研磨精度，觀察研磨面並計數傷痕的大小和數量，藉由從100分滿分的扣分法進行評價。此時，大的傷痕使扣分變大。關於評價結果，將95分以上且100分以下設為"優良"，將90分以上且小於95分設為"良"，將85分以上且小於90分設為"可"，進而，將小於85分設為"不合格"。

平坦性藉由進行研磨後的矽晶圓表面的氧化膜的膜厚測定，研究膜厚的面內均勻性來進行評價。氧化膜的膜厚測定使用干涉式膜厚測定裝置(大塚電子公司製)。關於膜厚的均勻性，在研磨後，根據晶圓上的特定位置25點的研磨前後的膜厚測定值求出研磨量的最大值和研磨量的最小值，藉由下述式算出面內均勻性。

[數式1]

研磨面內均勻性(%)=(最大研磨量-最小研磨量)/(最大研磨量+最小研磨量)×100

利用本實施例的研磨墊進行上述研磨試驗，結果研磨精度的評價分為100分(優良)，為合格。另外，研磨面的面內均勻性為5%以下，這也是良好的結果。

[產業上的可利用性]

如以上說明的那樣，根據具有由本創作的撕裂紗的織物構成的研磨層的研磨墊，能夠形成平坦性良好的高質量的研磨面。另外，本創作的研磨墊在研磨作業的前處理中，不會如絨面革型的研磨墊那樣使殘留物生成而能夠在短時間內融入漿料，有助於高效的研磨作業。本創作在半導體晶圓、顯示器用玻璃基板、硬碟用基板等的精研磨工序中是有用的。另外，對於大徑化、大面積化發展的晶圓、顯示面板，也能夠形成高精度的研磨面。

11:研磨層

12:基材

Claims (6)

1. 一種研磨墊，其為用於玻璃或半導體晶圓的研磨墊，以具有研磨面的研磨層接合於支撑上述研磨層的基材而成，

   上述研磨層由撕裂紗的織物構成，該撕裂紗由第1聚合物和第2聚合物的2種聚合物構成。
2. 如請求項1所述的研磨墊，其中，撕裂紗的第1聚合物為聚酯，第2聚合物為聚醯胺或聚烯烴中的任一種。
3. 如請求項1或2所述的研磨墊，其中，撕裂紗的纖維直徑為5μm以上40μm以下。
4. 如請求項1或2所述的研磨墊，其中，研磨層的壓縮率、壓縮彈性模量、硬度的各物性值的偏差均為±5%以下。
5. 如請求項1或2所述的研磨墊，其中，撕裂紗在截面結構中，層狀的第1聚合物和第2聚合物交替層疊而構成單纖維。
6. 如請求項1或2所述的研磨墊，其中，基材由斷裂強度為210~290MPa、斷裂伸長率為80~130%的樹脂材料構成。