JP2003243342A - 研磨パッド - Google Patents

研磨パッド

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JP2003243342A
JP2003243342A JP2002038463A JP2002038463A JP2003243342A JP 2003243342 A JP2003243342 A JP 2003243342A JP 2002038463 A JP2002038463 A JP 2002038463A JP 2002038463 A JP2002038463 A JP 2002038463A JP 2003243342 A JP2003243342 A JP 2003243342A
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Japan
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polishing
polishing pad
wafer
resin matrix
parts
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JP2002038463A
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Katsuyuki Tanabe
克行 田辺
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Unitika Ltd
Original Assignee
Unitika Ltd
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Publication date
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  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)
  • Manufacture Of Macromolecular Shaped Articles (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエーハ等を精密に研磨でき、被研磨
体表面を汚染したり、傷付けることがない研磨パッドを
提供する。 【解決手段】 樹脂マトリックスと研磨特性を有する無
機物質とからなる複合材料から主として形成された研磨
パッドにおいて、この複合材料が有機−無機ハイブリッ
ド合成法によって形成され、該無機物質が実質的に樹脂
マトリックス中に均一に分散していることを特徴とする
研磨パッド。また、無機物質の粒径が10nm以下である研
磨パッド。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエーハや
LSI(大規模集積回路)やハードディスクや光学部品な
どの精密研磨において、特に化学的機械的研磨(CMP:C
hemical Mechanical Polishing)において使用される研
磨パッドに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体デバイスの高密度化、多層
化が進み、配線パターンがより微細になってきており、
フォトリソグラフィー技術を使用して集積回路の微細な
パターンをウエーハ上に精度良く形成するためには、ウ
エーハを全体平坦化させることが必要であり、CMP法が
不可欠な技術となっている。CMP工程において、ウエー
ハは研磨機に取り付けられ、回転するラッピング定盤に
取り付けられた研磨パッドに押し付けられる。研磨パッ
ドの中あるいは表面には研磨材であるシリカ等の微粒子
を含む研磨用スラリーが供給され、ウエーハ表面は研磨
され、平坦化が実現される。こうした研磨パッドには、
ポリウレタンの独立発泡体やポリエステル繊維にポリウ
レタンを含浸させた連続発泡体が主に使用されている。
【0003】しかしながら、このような発泡機構を有す
る研磨パッドは、孔のサイズや分布に均一性を持たせる
ことが製法上困難であり、研磨プロセスにおいて、スラ
リー中の研磨材の分布やウエーハ表面とパッド間の圧力
分布を均一に制御することができず、ウエーハ表面の良
好な平坦化が行うことが難しい。また、研磨用スラリー
中のシリカ等の微粒子は使用中に凝集したり、配線上に
付着するなどして、スクラッチやウエーハ表面の汚染を
もたらす場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこでこれらの問題を
解決するために、研磨パッド中に研磨粒子を含有する、
所謂固定砥粒パッドも提案されている。固定砥粒パッド
ではポリマー中に研磨粒子を混合し、研磨パッドを成形
する方法や、モノマー中に研磨粒子を分散させ、重合し
た後に成形する方法などがあるが、いずれも研磨粒子が
研磨パッド中で凝集し、所望の研磨特性が得られず、ま
た研磨中に研磨粒子が研磨パッドから剥離し、スクラッ
チや汚染の原因となる。また、前もって研磨粒子の表面
をシランカップリング剤などで改質したり、ポリマーや
モノマーの末端基を修飾するなどの方法もあるが、研磨
パッド中での研磨粒子の均一な分散や研磨粒子の剥離防
止を実現するには十分ではなかった。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは前記課題を
解決するために鋭意研究を行った結果、構造的に均一で
あり、ウエーハ表面の良好な研磨を可能とし、砥粒の脱
落によるスクラッチやウエーハ表面の汚染のない研磨パ
ッドを見出した。すなわち本発明は、樹脂マトリックス
と研磨特性を有する無機物質とからなる複合材料から主
としてなり、該無機物質が有機−無機ハイブリッド合成
法によって形成され、該無機物質が実質的に本体樹脂マ
トリックス中に均一に分散していることを特徴とする研
磨パッドに関する。
【0006】
【発明の実施の形態】本発明の研磨パッドは、樹脂マト
リックスと研磨特性と有する無機物質からなる複合材料
を主たる構成成分とする。
【0007】本発明の樹脂マトリックスとは、研磨パッ
ド本体を形成するものであり、熱可塑性樹脂や熱硬化性
樹脂、熱可塑性エラストマー、熱硬化性エラストマー、
合成ゴムなどの合成樹脂やセルロースやゴムなどの天然
樹脂などやこれらの混合物が挙げられる。具体的にはポ
リウレタンやナイロン、ポリエステル、ポリ乳酸、ポリ
プロピレン、シリコーンポリマー、ポリイミド、アクリ
ル、ポリエチレン、フェノール、エポキシ、テフロン
(登録商標)、ポリビニルアルコール、天然ゴム、セル
ロース等が挙げられる。研磨の際にウエーハの縁ダレを
防止し、かつウエーハ表面に形成された集積回路の微細
パターンに追従し、集積回路の微細パターンを傷つける
ことを防ぐためには、ポリウレタン系やエポキシ系など
の樹脂が好ましく使用される。また、樹脂マトリックス
にはポリエステル繊維やカーボン繊維などの補強物質を
添加してもよい。
【0008】本発明の研磨特性を有する無機物質とは、
複合材料を形成する樹脂マトリックス中に、あるいは樹
脂マトリックス表面に存在するものであり、二酸化珪素
や酸化アルミニウム、二酸化チタン、酸化セリウム、酸
化マンガン、酸化鉄、酸化ジルコニウム、酸化スズ、酸
化クロム、炭化珪素などやこれらの複合化合物などが挙
げられる。該無機物質の形状は、特に限定されないが、
研磨面を均一、平滑とし、かつスクラッチなどの傷が付
かないようにするためには、鋭角でない、球状または疑
似球状のような表面を有するものが好ましい。該無機物
質のサイズは、均一な研磨特性と樹脂マトリックスとの
接着性、樹脂マトリックスから欠落した場合のウエーハ
表面へのダメージを与えないことを考慮すれば1μm以
下であることが好ましく、さらに好ましくは100nm以
下、特に好ましくは10nm以下である。
【0009】本発明において、研磨パッドを構成する複
合材料を形成するための有機−無機ハイブリッド合成法
とは、分子レベルにおいて樹脂マトリックス原料と研磨
特性を有する無機物質の前駆体とを均一混合する方法を
指す。樹脂マトリックス原料と研磨特性を有する無機物
質の前駆体とを均一に混合し、続いて重合、縮合、脱
水、脱アルコール、脱溶媒、架橋などの反応工程を経
て、固化させ、必要に応じて加熱、冷却や紫外線照射な
どを行えば、樹脂マトリックス中に研磨特性を有する無
機物質が均一に分散した複合材料が得られる。具体例を
挙げると、高分子ポリオール及びポリイソシアネートを
用いて両末端基に水酸基を有するウレタンプレポリマー
を得て、これを樹脂マトリックス原料とし、これに、研
磨特性を有する無機物質の前駆体として、テトラエトキ
シシランを添加して、よく混合し、脱エタノール反応
後、冷却することで10nm以下のサイズで球状に近いシリ
カ粒子がポリウレタン中に均一に分散したものが得られ
る。
【0010】前記有機−無機ハイブリッド合成法によっ
て得られる複合材料は、所定の形状に成形または加工さ
れて研磨パッドとして使用される。ウエーハと接する研
磨パッドの研磨面には、摩擦力や圧力分布を制御した
り、研磨屑や加工液及び必要に応じて添加されるスラリ
ー液を効果的に供給・排出、あるいは貯蔵することがで
きるための溝や表面形状が付与されることが一般的であ
る。また、研磨パッド本体材料は必要に応じて発泡成形
することも可能である。本発明の研磨パッドを使用する
際には、必要に応じて、研磨面をダイヤモンドドレッサ
ーなどで適度に荒らしてもよい。
【0011】本発明は、以下の特定の実施例により、さ
らに詳しく例示されるものの、これら実施例に限定され
るものではない。なお、以下の例で「部」とは「質量
部」を意味する。
【0012】実施例1 タケネートL-2695(ポリウレタンプレポリマー,三井タ
ケダケミカル社製)30部、MS51(テトラメトキシシラン
部分縮合体、多摩化学社製)2.69部を80℃の真空中で1
時間、脱泡しながら混合したものと、イハラキュアミン
(MOCA,イハラケミカル社製)8.95部を120℃の真空中
で1時間溶融脱泡したものとを、100℃の真空中で泡をか
まないように混合し、シリコーン剥離剤を塗布した100
℃に加熱した600mmφ×100mmの円筒型金型に流し込み、
100℃で24時間保持して、円筒型のウレタン−シリカ有
機−無機ハイブリッド材料を得た。これをダイヤモンド
カッターで2mm厚に切り出し、研磨パッドを作製し
た。作製した研磨パッドを透過型電子顕微鏡で観察した
ところ、約5nmのシリカ粒子がポリウレタン中に均一に
分散していた。この研磨パッドを使用して、シリコンウ
エーハのCMPを行なったところ、従来の発泡ポリウレタ
ンパッドと比較して、表面粗さが約1/3となり、ウエ
ーハ洗浄後に残存する砥粒は見られず、ウエーハ表面に
スクラッチは見られなかった。
【0013】実施例2 ハイブレンL-315(ウレタンプレポリマー,三井タケダ
ケミカル製)30部、MS51(テトラメトキシシラン部分縮
合体、多摩化学製)2.94部、イハラキュアミン(MOCA,
イハラケミカル製)9.02部をメチルエチルケトン200部
に溶解させ、シリコーン剥離剤を塗布した600mmφ×100
mmの円筒型金型に流し込み、真空中120℃で、24時間加
熱し、円筒型のウレタン−シリカ有機−無機ハイブリッ
ド材料を得た。これをダイヤモンドカッターで2mm厚
に切り出し、研磨パッドを作製した。作製した研磨パッ
ドを透過型電子顕微鏡で観察したところ、約5nmのシリ
カ粒子がポリウレタン中に均一に分散していた。この研
磨パッドを使用してシリコンウエーハのCMPを行なった
ところ、従来の発泡ポリウレタンパッドと比較して、表
面粗さが約1/3となり、ウエーハ洗浄後に残存する砥
粒は見られず、ウエーハ表面にスクラッチは見られなか
った。
【0014】実施例3 クラポールP2010(ポリエステルポリオール,クラレ
製)50部、プラクセル220(ポリエステルポリオール、
ダイセル化学工業製)74部、イソホロンジイソシアネー
ト34部を窒素気流下、80℃で5時間反応させてウレタン
プレポリマーを得た。このウレタンプレポリマーにトル
エン127部、メチルエチルケトン130部を加え、攪拌しな
がら50℃まで冷却後、イソホロンジアミン13部および3
−アミノプロピルトリエトキシシラン9.1部を2−プロ
パノール128部に溶かした溶液を10分間で滴下し、1時間
静置して得られたポリウレタン溶液を、シリコーン剥離
剤を塗布した600mmφ×100mmの円筒型金型に流し込み、
真空中120℃で24時間加熱し、円筒型のウレタン−シリ
カ有機−無機ハイブリッド材料を得た。これをダイヤモ
ンドカッターで2mm厚に切り出し、研磨パッドを作製
した。作製した研磨パッドを透過型電子顕微鏡で観察し
たところ、約3nmのシリカ粒子がポリウレタン中に均一
に分散していた。この研磨パッドを使用してシリコンウ
エーハのCMPを行なったところ、従来の発泡ポリウレタ
ンパッドと比較して、表面粗さが約1/2となり、ウエ
ーハ洗浄後に残存する砥粒は見られず、ウエーハ表面に
スクラッチは見られなかった。
【0015】比較例1 ハイブレンL-315(ウレタンプレポリマー,三井タケダ
ケミカル製)30部、イハラキュアミン(MOCA,イハラケ
ミカル製)9.02部をメチルエチルケトン200部に溶解さ
せ、シランカップリング剤で表面処理したナノテックSi
O2(平均粒径30nm,真球状超微粒子,シーアイ化成製)
を加えてよく混合攪拌を行ない、シリコーン剥離剤を塗
布した600mmφ×100mmの円筒型金型に流し込み、真空中
120℃で24時間加熱し、円筒型のウレタン−シリカ超微
粒子複合材料を得た。これをダイヤモンドカッターで2
mm厚に切り出し、研磨パッドを作製した。作製した研
磨パッドを透過型電子顕微鏡で観察したところ、約30nm
のシリカ粒子が約3個程度の凝集を形成してポリウレタ
ン中に分散していた。作製した研磨パッドを使用してシ
リコンウエーハのCMPを行なったところ、表面粗さは、
従来の発泡ポリウレタンパッドと比較してほぼ同等であ
った。また、ウエーハ洗浄後に残存する砥粒がわずかに
見られ、ウエーハ表面にスクラッチが観察された。
【0016】
【発明の効果】本発明の研磨パッドを用いれば、半導体
ウエーハ等を精密に研磨でき、被研磨体表面を汚染した
り、傷付けることがない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08L 101/00 C08L 101/00 Fターム(参考) 3C058 AA07 AA09 CB01 DA17 4F071 AA09 AA10 AA15 AA20 AA27 AA29 AA31 AA41 AA42 AA43 AA53 AA54 AA60 AA67 AB18 AB26 AD02 AD06 AE13 DA19 4J002 AB011 AC011 BB031 BB121 BD151 BE021 CC031 CD001 CF001 CF181 CG001 CK021 CL001 CM041 CP031 DE096 DE116 DE136 DE146 DJ006 DJ016 FA086 FD206 GT00

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】樹脂マトリックスと研磨特性を有する無機
    物質とからなる複合材料から主として形成された研磨パ
    ッドにおいて、この複合材料が有機−無機ハイブリッド
    合成法によって形成され、該無機物質が実質的に樹脂マ
    トリックス中に均一に分散していることを特徴とする研
    磨パッド。
  2. 【請求項2】無機物質の粒径が10nm以下であることを特
    徴とする請求項1記載の研磨パッド。
JP2002038463A 2002-02-15 2002-02-15 研磨パッド Pending JP2003243342A (ja)

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